JP7511483B2 - 歯付きワークピース用の多工具面取り装置 - Google Patents

Description

本発明は、歯車、スプライン、およびシャフトなどの歯付きワークピースの面取りを対象とする。具体的には、本発明は、歯付きワークピース用の多軸および多工具面取り装置を含む。

歯車（例えば、スプール歯車、はすば歯車、およびかさ歯車、歯付き部分および／または要素を備えるシャフト、ならびにスプライン）などの歯付きワークピースの製造においては、鋭利な角または縁が、歯フランクまたは歯スロットの交点で、ワークピースの端面に形成されるのが一般的である。ほとんどの場合、面取りとして知られるプロセスを介して歯の角部分または縁部分を除去することが望ましい。

歯縁の面取りは、フライカッタ、ペンシルミルを含むフライス工具、ホブ、輪郭カッタ、砥石ホイール、周辺カッタ、ＵＳ７，１０３，９７３に開示されている面取り切削型工具、スカイビングカッタ、ＵＳ６，６７６，３３７に開示されている回転バリ取りホイールなどを含むが、これに限定されない、様々な工具で実行され得る。当業者には明らかなように、特定の工具は、とりわけ、ワークピースの形状、製造プロセスパラメータ、機械的制約、生産性要件、および個人の選好に依存する。

ＵＳ８，７６９，８２０から、１つ以上の軸に沿って移動可能な装置を提供し、そこで、面取り工具を１８０°旋回させて、歯スロットの両端で面取り工具の切削方向を逆にすることができることが知られている。工具の駆動の回転方向は、両方の旋回位置で同じままであるが、工具の切削方向は互いに反対であるため、両方の加工位置において、ワークピースの両端面で、歯を内側から外側に向かって切削することができる。

ＵＳ２０１４／０２９４５３０は、３つの垂直な線形軸に沿って線形運動することができ、枢軸を中心に旋回することができる面取り装置を教示している。この装置は、２つの異なる側面でワークピースを面取りするために、同じ工具スピンドル上に配置された２つの面取りカッタを含む。

ＵＳ２０１７／０１７３７１３は、工具軸が互いに向かって傾斜し、各軸が２つの異なる角度で角度調整可能である一対のスカイビング工具を備える多軸位置決め可能な面取り装置を開示している。

ただし、特定のワークピースでは、単一のタイプの面取り工具では不十分な場合がある。一部のワークピース（例えば、シャフト）は、その上に複数の歯車が配置されていることもあり、それらの歯車は、異なるサイズおよび／または歯形状を有する。特定の歯車の根部分の縁は、歯形の縁に使用されるのと同じ工具で面取りするのが困難である場合がある。ある歯車の面取りに好適な面取り工具は、同じシャフト上の別の歯車の面取りには好適ではない場合がある。

多種多様なワークピースタイプ、サイズ、および形状を考慮して、面取り能力を強化するために、より高い柔軟性を有する面取り装置が依然として必要とされている。

本発明は、第１および第２の面取り工具が異なるタイプである、第１の面取り工具の回転のための第１の回転軸、および第２の面取り工具の回転のための第２の回転軸を含む、面取りヘッドを有する歯付きワークピース面取り装置を含む。面取りヘッドは、第１の回転軸を中心に第１の面取り工具を回転させるように動作可能であり、それにより、第１の材料除去方法による面取りを可能にする。面取りヘッドはさらに、第２の面取り工具を、第２の回転軸を中心に回転させるように動作可能であり、それにより、第２の材料除去方法による面取りを可能し、第１の材料除去方法と第２の材料除去方法は互いに異なる。好ましくは、第１および第２の回転軸は互いに一致せず、より好ましい配置では、第１の工具軸および第２の工具軸は、互いに対して垂直に配置されている。

面取りヘッドの側面の斜視図である。 図１の面取りヘッドの正面の斜視図である。 図１の面取りヘッドの正面立面図を示す。 １つの工具を伸ばして斜めに向けた、面取りヘッドの側面の斜視図を示す。 １つの工具を伸ばして斜めに向けた、図４の面取りヘッドの正面の斜視図を示す。 １つの工具を伸ばして斜めに向けた、図４の面取りヘッドの正面立面図を示す。 歯付きワークピースに面取り加工する面取りヘッドの工具を示す。 図７の面取りの拡大図である。 本発明による面取りヘッドを含む面取り装置の斜視図である。 伸長位置における、追加の工具のための伸長／退縮手段を備える面取りヘッドの側面の斜視図である。 退縮位置における、追加の工具のための伸長／退縮手段を備える面取りヘッドの側面の斜視図である。 伸長位置における、追加の工具のための伸長／退縮手段を備える面取りヘッドの正面の斜視図である。 歯車ホブ盤と組み合わせて配置された本発明の面取り装置の斜視図を示す。

本明細書で使用される「発明（ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」、「本発明（ｔｈｅ ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」、および「本発明（ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｉｎｖｅｎｔｉｏｎ）」という用語は、本明細書の主題のすべて、および以下の任意の特許請求の範囲を広く指すことを意図するものである。これらの用語を含む記述は、本明細書に記載された主題を限定するもの、または以下のいかなる特許請求項の意味もしくは範囲を限定するものと理解されるべきではない。さらに、本明細書は、本出願のいかなる特定部分、段落、記述、または図面においても、あらゆる請求項によってカバーされる主題を説明または限定しようと努めるものではない。本主題は、本明細書全体、すべての図面、および以下のあらゆる請求項を参照することによって理解されるべきである。本発明は、他の構成が可能であり、様々な方法で実施され、または実行されることが可能である。また、本明細書で使用される表現および用語は、説明のためのものであり、限定的であると見なされるべきではないことが理解される。

ここで、本発明の詳細を、単に例として、本発明を例証する添付図面を参照して考察する。図面において、類似の特徴または構成要素は、同様の参照番号によって言及される。本発明をより良く理解し、かつ見やすくするため、ドアおよび／または任意の内部もしくは外部の防護物は図面から省略されている。

本明細書での「含む」、「有する」、および「備える」、ならびにこれらの変形の使用は、その後に列挙される項目およびその等価物、ならびに追加の項目をも包含することを意味する。「ａ」および「ａｎ」という単語は、１つだけに限定するという明確な意図が具体的に記載されていない限り、「１つ以上」を意味すると理解される。以下に、図面を説明する際、上部、下部、上方、下方、後方、底部、頂部、前、後などの方向に言及する場合があるが、これらは、便宜上、図面に対して（通常、見られるように）言及される。これらの方向は、文字通りに解釈されること、またはいかなる形態でも本発明を限定することを意図しない。さらに、「第１」、「第２」、「第３」などの用語は、説明の目的で本明細書に使用されており、重要性または意義を示すまたは暗示することを意図するものではない。

本発明は、第１の工具回転軸および第２の工具回転軸を含む面取りヘッドを有する歯付きワークピース面取り装置を含む。面取りヘッドは、第１の回転軸を中心に第１の面取り工具を回転させるように動作可能であり、それにより、第１の材料除去方法による歯付きワークピースの面取りを可能にする。面取りヘッドはさらに、第２の回転軸を中心に第２の面取り工具を回転させるように動作可能であり、それにより、第２の材料除去方法による歯付きワークピースの面取りを可能にする。第１の面取り工具および第２の面取り工具は、互いに異なり、第１の材料除去方法および第２の材料除去方法もまた、互いに異なる。

図１～図３は、図９に示すような面取り装置の一部である本発明の面取りヘッド２を示している。面取りヘッド２は、回転のための少なくとも２つの工具、好ましくは、異なる材料除去方法を可能にする異なるタイプの工具など、互いに異なる工具を支持することができる本体部分４を含む。第１の工具６、好ましくは、１つ以上の割出し可能なインサート１５を備えるフライカッタなどの切削工具は、サーボモータなどのモータ７を介して、第１の工具軸Ｂを中心とする回転のために、好適な工具保持装備（図示せず）を介して、本体４に解放可能に取り付けられている。

第２の工具８、好ましくはフライス工具、例えば、ペンシルミルなどの切削工具は、第２の工具軸Ｔを中心に回転するために、チャック９などの好適な工具保持装備を介して、モータ１０に解放可能に取り付けられ、モータ１０は、好ましくは、電気モータ、例えば、ブラシレスモータである。モータ１０は、好ましくは、モータクランプ１２およびブラケット１４を介して本体部分４に取り付けられる。動作中、面取り工具６、８の一方または両方は、特定のワークピースを面取りするために利用され得る。工具６および８は、それぞれの回転軸を中心にいずれかの方向に回転可能である。

工具８は、好ましくは、軸Ｃを中心に枢動することができる。したがって、軸Ｃを中心とした工具８の角度方向に関係なく、工具軸Ｔは平面Ｐ内に留まることが分かる（図３）。図１に見られるように、工具８の所望の枢動角度は、軸Ｃを中心としてモータ１０を角度的に動かすことによって設定することができる。そうするために、ブラケット１４で弧状チャネル１８を通って延在し、モータクランプ１２と係合するねじ１６は緩められ、ピン１１を中心とするモータ１０の枢動中に、所望の枢動角度（例えば、図４の角度αを参照）に達するまで、ねじはチャネル１８に沿って移動することができ、その時点で、ねじ１６は締められ、工具８の角度位置が設定される。任意選択で、球形のヘッド位置決めねじをモータクランプ１２に装着して、最終的な枢動角度に対して微調整を行うことを可能にし、その手動作動のための反復可能なハードストップを提供することができる。モータ１０の枢動は手動で実行することができるが、工具８の枢動および設定は、代替的に、電動化および／またはコンピュータ制御することができる。

好ましくは、第１の工具軸Ｂおよび第２の工具軸Ｔは互いに一致せず、より好ましくは、互いに対して垂直である。したがって、好ましくは、平面Ｐは工具軸Ｂに対して垂直である。さらに、図３に示されるように、フライカッタ６の先端２０によって画定される切削円も平面Ｐ内にあることが好ましい。

本体部分４は、油圧または空気圧作動シリンダなどのシリンダ５２、５４をさらに含むことができ、これについては、図１０～図１２を参照して以下でさらに考察する。

工具８は、好ましくは、図４～図６に示されるように、退縮位置（図１）から伸長動作位置まで工具軸Ｔの方向に移動可能である。工具８の移動は、モータクランプ１２のねじ１３を緩め、工具８に対する意図された動作位置に到達するまでモータ１０を線形的に動かし、次いで、ねじ１３を締めることによって実行され得る。モータ１０および工具８の線形運動はまた、例えば、油圧、空気圧、または電子的手段によってもたらされ得る。代替的に、モータ１０および工具８のクランプ解除、移動、およびクランプ留めは、自動化され、コンピュータ制御を介して実行され得る。工具８の伸長量は、固定停止機構によって制限され得るか、または任意の所望の量に調整可能もしくはプログラム可能であり得る。

上述されるように、図４～図６は、ペンシルフライス工具として示されている工具８の伸長および枢動位置を示している。例えば、図４～図６では、枢動角度αは、図１の軸Ｔの位置を表す基準線に対して３０°である。枢動角度は、例えば、Ａ軸に対して、または他の任意の軸もしくは基準位置に対して定義することもできる。枢動角度は、特定のワークピースに対して固定することができ、またはシャフト上の異なる歯車など、ワークピースごとに調整することができる。工具８の角度設定は、コンピュータ制御され得、ワークピースのフライス加工中に角度位置を変更し、他の面取り装置の動き（例えば、軸Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ａおよび／もしくはＢに沿った、または軸を中心とする動き）との角度位置を調整する能力を含み得ることも企図される。

図７および図８は、シャフト２８上に配置されたスプール歯車２６の歯フランク面２７と端面２９との交点に形成された歯縁２４を示す例示的な図である。ペンシルミル８は、歯縁に沿って移動し、スプール歯車２６の歯縁２４および根部分２５に沿って面取り２２を形成する。ペンシルミル８が示されているが、任意の好適なタイプおよびサイズのフライス工具を利用することができる。

図９は、面取りヘッド２がその一部を形成する面取り装置３０の好ましい実施形態を示している。面取り装置３０は、ベース３２、テーブル３４、およびカラム３６をさらに含む。テーブル３４は、ガイドレール３８およびサーボモータ４０を介してＸ方向に移動可能である。カラム３６はテーブル３４上に位置付けられ、ガイドレール４２およびサーボモータ４３を介してＹ方向に移動可能である（図１３）。

カラム３６は、ガイドレール４６およびサーボモータ４８を介してＺ方向に移動可能なスライド４４を含む。回転プレートまたは旋回プレート５０は、サーボモータ（図示せず）によって軸Ａを中心に方向Ｓに旋回するためにテーブル４４上に配置されている。本体部分４は、旋回プレート５０上に位置付けられている。したがって、本体部分４、したがって工具６および８は、Ａ軸を中心にして旋回することにより、Ｘ、Ｙ、および／またはＺ方向に線形的に、ならびに方向Ｓに角度的に位置付けることができることが分かる。

テーブル３４の方向Ｘでの、カラム３６の方向Ｙでの、スライド４４の方向Ｚでの動き、軸Ａを中心とする旋回プレート５０の角運動Ｓ、ならびに軸Ｂを中心とする工具６の回転は、別個のそれぞれの駆動モータによって与えられる（７、４０、４３、および４８が示される）。上述の構成要素は、互いに対して独立して動くことができ、または互いに同時に動くことができる。駆動モータの各々は、好ましくは、面取り装置３０に対して専用化された専用コンピュータ制御（すなわち、ＣＮＣ）または、歯車ホブ盤などの、関連付けられた機械工具のコンピュータ制御（例えば、Ｓｉｅｍｅｎｓ８４０ＤシリーズまたはＦａｎｕｃ３０ｉＢシリーズ、図示されない）であり得るコンピュータ制御装置への命令インプットに従って、駆動モータの動作を管理するＣＮＣシステムの一部としての線形または回転エンコーダなどのフィードバック装置に関連付けられている。

面取りヘッド２は、軸Ｘ、Ｙ、Ｚおよび／もしくはＡの１つ以上に沿って、またはそれを中心として移動可能であり、面取り工具６および８は、Ａ軸を中心にＳ方向に（例えば、１８０°）旋回することができる。そうすることにより、ワークピースの２つの端面に工具がアクセスすることができ、面取り工具６の切削方向を歯スロットの両端で逆にすることができる。工具６の駆動回転方向は両方の旋回位置で同じままであるが、工具の切削方向は互いに反対であるため、歯は、両方の加工位置で、ワークピースの２つの端面上で、内側から外側に、または外側から内側に切削することができる。

図１０～図１２は、本体部分４が、それぞれのシリンダロッド５６、５８、および１つ以上の追加の工具が配置可能な、プレートなどの、支持面６０に沿って、油圧または空気圧シリンダなどの１つ以上の作動シリンダ５２、５４を備える組立体をさらに含む、本発明の別の実施形態を図示する。バリ取り工具６２、好ましくは円盤状のバリ取り工具、および非接触型センサ６４が示され、それらはプレート６０に取り外し可能に取り付けられている。シリンダ５２、５４、およびロッド５６、５８は、歯車などのワークピースに隣接するであろう退縮位置（図１１）と、伸長作業位置（図１０および図１２）との間でのバリ取り工具６２およびセンサ６４の移動を可能にする。

バリ取り工具６２は、ホブ切りなどの前の切削プロセスから生じる、または、例えば、工具６などによるバリ取りプロセスから生じることがある、ワークピースの歯縁上のバリを除去するように機能し得る。非接触センサ６４は、歯付きワークピースの正しい回転位置を決定するために利用され、それにより、工具６などの回転工具は、ワークピースの歯と衝突して損傷しないように、メッシュ方式でワークピースに係合することができる。このようなプロセスは、職人には「センタリング」、「割出し」、または「主軸台分割」として知られている。代替的に、非接触センサ６４の代わりに、接触型センサ（例えば、接触または触覚プローブ）を利用することもできる。

２つのシリンダおよびロッドが示されているが、本発明はそれに限定されない。単一のシリンダおよびロッドを利用して、その上に１つ以上の工具が位置付けられたプレートなどの支持面を前進および退縮させることができる。代替的に、線形作動の他の手段も利用することができる。さらに、バリ取り工具および非接触センサのうちの１つのみをプレート６０に含めることもできる。他の工具（例えば、カメラ、ＲＦＩＤチップリーダ、バーコードリーダ、光学スキャナなど）がプレート６０に含まれていてもよい。

面取り装置３０は、歯車ホブ盤などの別の機械に含まれていてもよく、または歯車ホブ盤などの別の機械に取り付けられていてもよい。面取り装置３０はまた、独立型装置であり得る。ワークピースは、当業者によって理解されるように、ロボット、ガントリローダ、リングローダ、カルーセルローダなどの既知の移送機構を介して面取り装置３０との間で移送され得る。

図１３は、ホブ盤に取り付けられた支持テーブル７２を介して、歯車ホブ盤７０に隣接して位置付けられた面取り装置３０の例を示している。ホブ切り後、ワークピースは、上述されるように、移送機構７６によってスピンドル７４まで移送される。ワークピースは、軸Ｗを中心に回転するための好適なワーク保持装置（図示せず）によってスピンドル７４に保持される。面取り装置３０は、ワークピースを工具６、８（図１）の一方もしくは両方、ならびに／または、バリ取り工具バリ取り工具６２およびセンサ６４などのプレート６０（図１０）上に配置された１つ以上の工具に係合するようにＸ方向に動かされる。

本発明は、一般にスプール歯車およびはすば歯車を製造する歯車ホブ盤に関連して考察されてきたが、本発明はそれに限定されない。本発明の面取り装置は、ベベルおよびハイポイド歯車切削機械、歯車ガッシング機械、歯車成形機械、パワースカイビング機械などと組み合わせて、およびそれらによって製造される歯車に利用することができる。

工具８は、枢動可能で線形調整可能であると考察されてきたが、本発明はそれに限定されない。工具８は、本体部分４に対して固定された位置に装着されてもよく、または枢動および線形調整可能性のうちの１つだけが提供されてもよい。

本発明は、好ましい実施形態を参照しながら説明されてきたが、本発明は、これらの特定の実施形態に限定されないことが理解されるべきである。本発明は、添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲を逸脱することなく、本主題が属する、当業者にとっては明らかであると思われる変更を含むことが意図されている。

Claims (17)

1. 歯付きワークピース面取り装置であって、前記面取り装置が、
   第１の工具回転軸および第２の工具回転軸を含む面取りヘッドを備え、
   前記面取りヘッドが、前記第１の工具回転軸を中心として第１の工具を回転させるように動作可能であり、それにより、第１の材料除去方法による面取りを可能にし、
   前記面取りヘッドがさらに、前記第２の工具回転軸を中心として第２の工具を回転させるように動作可能であり、それにより、第２の材料除去方法による面取りを可能にし、
   前記第１の工具および前記第２の工具が互いに異なり、また前記第１の材料除去方法および前記第２の材料除去方法が互いに異なり、
   前記第２の工具回転軸が、枢軸を中心として角度的に移動可能であり、
   前記第２の工具回転軸の前記角度的移動が、前記第２の工具回転軸を含み、かつ、前記第１の工具回転軸に対して垂直である平面での前記第２の工具回転軸の移動を含み
   前記第１の工具は、前記第１の工具回転軸を中心として回転可能な切削工具であり、前記切削工具が、１つ以上の切削チップを備え、前記切削工具が前記第１の工具回転軸を中心として回転するときに、前記１つ以上の切削チップが、切削円を画定し、前記切削円が、前記平面内にある、
   歯付きワークピース面取り装置。
2. 前記第１の工具回転軸および前記第２の工具回転軸が、互いに対して垂直である、請求項１に記載の装置。
3. 前記枢軸が、前記第１の工具回転軸に対して平行である、請求項１に記載の装置。
4. 前記第２の工具は、前記第２の工具回転軸を中心として回転可能な切削工具であり、前記切削工具が、前記第２の工具回転軸に沿って、伸長動作位置と退縮非動作位置との間で移動可能である、請求項１に記載の装置。
5. 前記第１の工具は、前記第１の工具回転軸を中心として回転可能な切削工具である、請求項１に記載の装置。
6. 前記切削工具が、１つ以上の割出し可能なインサートを有するフライカッタである、請求項５に記載の装置。
7. 前記第２の工具は、前記第２の工具回転軸を中心として回転可能な切削工具である、請求項１に記載の装置。
8. 前記切削工具が、フライス工具である、請求項７に記載の装置。
9. 前記フライス工具が、ペンシルミルである、請求項８に記載の装置。
10. バリ取り工具をさらに備える、請求項１に記載の装置。
11. 回転工具が前記ワークピースの前記歯に衝突して損傷することがないよう前記ワークピースと噛み合うように、前記歯付きワークピースの正しい回転位置を決定するために操作される非接触センサまたは接触型センサをさらに備える、請求項１に記載の装置。
12. １つ以上の追加の工具を支持することができる支持面をさらに備え、前記支持面が、退縮位置から伸長作業位置まで移動可能である、請求項１に記載の装置。
13. 前記支持面が、１つ以上のロッドおよびシリンダを備えるシステムを介して、前記退縮位置から前記伸長作業位置まで移動される、請求項１２に記載の装置。
14. 前記面取りヘッドが、３つの相互に垂直な方向に線形的に移動可能であり、枢軸を中心に枢動可能である、請求項１に記載の装置。
15. 請求項１に記載の前記面取り装置を備える、歯車ホブ盤。
16. 歯付きワークピースの歯縁および歯根縁のうちの少なくとも一方を面取りする方法であって、
    歯付きワークピース面取り装置であって、請求項１に記載の歯付きワークピース面取り装置を提供することと、
    前記第１の工具および前記第２の工具のうちの一方で、歯付きワークピースの歯縁および歯根縁の少なくとも一方を面取りすることと、を含む、方法。
17. 歯付きワークピースの歯縁および歯根縁のうちの少なくとも一方を、前記第１の工具および前記第２の工具の他方で面取りすることをさらに含む、請求項１６に記載の方法。