JP7523887B2 - 傘歯車のバリ取り方法および対応ソフトウェアを有するバリ取り用のｃｎｃ歯車切削機 - Google Patents

Description

本発明は、傘歯車のバリ取り方法および対応ソフトウェアを有するバリ取り用のＣＮＣ歯車切削機に関する。

傘歯車の製造においては、バリ（ここでは一次バリとも呼ばれる）が、例えば切削加工によって歯の外端に生じることがある。けがの危険性が高いだけでなく、傘歯車を硬化させたときに完全に硬化する危険性もあるため、これらの歯縁は面取り／バリ取りの範囲内で面取部としてよく除去される。

ここで記載されている面取りでは、配置にもよるが、一次バリの除去の際に二次バリが傘歯車に生じることがある。その刃先が歯隙間から出て外側へ案内されたバリ取り工具を使用して一次バリ取りを行うと、図１Ａに示されるように、二次バリが傘歯車の外周に生じることとなる。対照的に、一次バリ取り中にバリ取り工具が傘歯車１０の基部Ｆから頭部Ｋに（歯隙間１４内へ）案内される場合、二次バリは傘歯車１０の機能領域に生じる。したがって、大量生産では、一次バリ取りは、図１Ａにおいてブロック矢印Ｐ１によって示されるように、ほとんどの場合内側から外側へと行われる。

対応例を図１Ａに示す。一次バリは、主に凹状の側面１６．ｒの歯縁１１．１で発生する。なぜなら、この凹状の側面１６．ｒは、傘歯車の歯１０の後面１７と相対的に鋭角γを一般に形成するからである。この歯縁１１．１で（例えばブラシを使用することによって）除去された場合のみ、非常に鋭い歯縁１１．１が立ったままとなる。従って、面取部は、通常、少なくとも歯縁１１．１の領域で面取りされることによって形成される。

歯縁１１．１の面取り後の状況が図１Ａの傘歯車１０に基づいて図１Ｂに示されている。第１の面取部１２の輪郭は、図１Ｂで概略的に見ることができる。図１Ｂからも確認できるように、二次バリ２１は第１の面取部１２に沿って形成され得る。

しかしながら、二次バリ２１は、常に発生するわけではない。例えば、ここではバリ取り工具の刃先の品質との関係を示す。バリ取り工具が鋭い刃先を有する限り、一次バリ取りは比較的確実に行われる。刃先が鈍くなるにつれて、傘歯車１０の材料は切削されずに変位する。この場合、二次バリが発生しやすくなる。歯縁は通常、傘歯車の歯１５．ｒ，１５．ｌ間の例えば傘歯車１０の踵Ｆｅに線形的な輪郭を有していないので、面取り中に除去される切削屑の厚さは様々である。このため、二次バリが発生することがある。

反対に、バリ取り中にバリ取り工具を歯隙間１４内へ移動させると、傘歯車１０の機能領域に二次ばりが生じることがある。従って、この方法は、大量生産ではあまり選択されない。

バリ取りに重大な影響を及ぼし得るさらなる特徴がある。連続的に運転する方法でバリ取りの実行を可能にするためには、バリ取り工具と傘歯車１０の回転運動を決める正カップリングが必要である。しかしながら、バリ取り工具の駆動の種類（ここではベルト駆動が使用されることがある）によっては、バリ取り工具の回転運動が遅れ始めることがあり得る。バリ取り中にバリ取り工具に過度に大きな切削力がかかると、この遅れが起こり得る。しかし、正カップリングでは、バリ取り工具の遅れが生じると、バリ取り工具が傘歯車の材料の中にさらに食い込むこととなる。遅れる場合には、バリ取り工具は面取部を切削しようとし、面取部はより大きくなり、切削力はさらに大きくなる。この結果、バリ取り工具が破損するおそれがある。

傘歯車の製造において重要な役割を果たすさらなる特徴がまだある。経済的境界条件のために、少なくとも大量生産に関するものでは、傘歯車の製造は、一方では慎重に資源を使用すべきであるが、他方では単位時間あたり可能な限り多くの傘歯車を機械加工できるように全工程において最適化されるべきである。

冒頭に記載したバリ取りは、傘歯車製造の一部の工程である。この一部の工程における結果にはさらなる改善の余地がある。

従って、一方では、傘歯車を確実かつ安全にバリ取りする必要がある。特に例えば自動車製造における傘歯車の大量生産では、一次バリおよび二次バリに関連して生じる問題を回避する必要がある。

他方では、より効率的にバリ取りを行う必要もある。

従って、本発明は、バリ取り工具を破損することなく少ない労力で可能な限り効率的にバリ取りを実行できるような傘歯車のバリ取り方法および対応ソフトウェアを有するＣＮＣ傘歯車用歯車切削機を提供する目的に基づいている。

この目的は、請求項１に記載の方法と、請求項１に記載の方法を実行すべく備えられた請求項８に記載のソフトウェアモジュールを有するＣＮＣ傘歯車用歯車切削機とによる本発明に従って達成される。本発明の有利な実施形態は、従属請求項の主題を形成する。

この目的は、少なくとも１つの刃先であって好ましくはバリ取り用の刃先を有するバリ取り工具が使用される、傘歯車のバリ取り方法による本発明に従って達成される。
この傘歯車のバリ取り方法は、
バリ取りスピンドル軸まわりにバリ取り工具を回転駆動し、
ワークピーススピンドル軸まわりに傘歯車を回転駆動する
ことを含み、
バリ取り工具の回転駆動と傘歯車の回転駆動とが、逆カップリング伝達比を伴う連結態様で生じ、
刃先が傘歯車に対して相対的な飛行移動を行う連続的なバリ取り方法であり、
相対的な飛行移動は、ハイポサイクロイドによって定義され、
歯縁と前記刃先との切削接触によって、傘歯車の踵および／または傘歯車のつま先の領域内で歯隙間の少なくとも１つの前記歯縁のバリを除去する。

少なくとも一部の実施形態では、刃先の相対的な飛行移動は傘歯車の歯隙間内へ至り、即ちバリ取りは外側から内側への相対的な飛行移動によって行われる。

少なくとも一部の実施形態では、刃先は、傘歯車の歯隙間から外側へと誘導される移動方向を有するような傘歯車に対しての相対的な飛行移動を実行する。

傘歯車ピニオンのバリ取りでは、歯基部から歯頭部に至る刃先の移動方向を有する相対的な飛行移動が行われることが好ましい。

傘歯車クラウンホイールのバリ取りでは、歯頭部から歯基部に至る刃先の移動方向を有するような相対的な飛行移動が行われることが好ましい。

少なくとも一部の実施形態では、ハイポサイクロイドカップリングは、逆カップリング伝達比として使用される。このようなハイポサイクロイドカップリングは、一方ではバリ取りが外側から内側へ行われ、他方では刃先の飛行移動が明確なねじれを有するという利点を有する。即ち、バリ取りは、バリ取り後に急峻な飛行経路上で傘歯車の（衝突）領域から刃先が外れるように行われる。

少なくとも一部の実施形態では、傘歯車の歯数と、バリ取り工具のねじの数とに起因する逆カップリング伝達比を有するハイポサイクロイドカップリングが使用される。

少なくとも一部の実施形態では、バリ取りミーリングカッター、例えば、ワンピースバリ取りミーリングカッター、カッタープレートを有するバリ取りカッターヘッド、またはバーカッターを有するバリ取りカッターヘッドが使用される。

少なくとも一部の実施形態では、刃先の相対的な飛行移動は傘歯車の歯隙間内へ至り、そこでは刃先と傘歯車の歯隙間の歯縁との切削接触が生じ、この切削接触によって当該歯縁の領域でバリを除去する。

少なくとも一部の実施形態では、刃先の相対的な飛行移動は、切削接触後に歯縁が刃先から離れるように移動すべく方向付けられる。これは、トレーリングバリ取り工具の場合には、バリ取り工具の刃先が傘歯車の材料の中に自動的に食い込むことがないという利点を有する。

少なくとも一部の実施形態では、バリ取りは、傘歯車がフライス削り、研削、打撃（pounding）、または剥離によって機械加工された後に行われる。

少なくとも一部の実施形態では、バリの除去中に歯縁に沿って面取部が形成されるようにバリ取りが行われる。

少なくとも一部の実施形態では、バリ取り工具が遅れ始めると、逆カップリング伝達比によって、バリ取り中に面取部が自動的に小さくなるように、刃先の相対的な飛行移動が方向付けられる。

全ての実施形態において、バリ取り工具として少なくとも１つのバリ取りカッターヘッドを使用するのが好ましい。バリ取り工具は、以降、より一般的な用語として使用され、特に明記しない限り、バリ取り工具の用語は、それぞれの場合において、バリ取りカッターヘッドの用語に置き換えられてもよい。

バリ取りスピンドルを有するバリ取り装置と、それに応じてプログラムされたソフトウェアモジュールとを有するＣＮＣ機械（例えば、傘歯車用歯車切削機）が、本発明による全ての実施形態においてバリ取りに使用されることが好ましい。

硬質金属製の（例えばバーカッターの形態の）カッターインサートを備えたバリ取りカッターヘッドが、全ての実施形態において使用されることが好ましい。硬質金属製のインサートの使用によって、これらのカッターインサートの刃先の設計において自由度が与えられる。

本発明の利点は、対応する傘歯車用歯車切削機を柔軟に使用でき、バリ取りを確実に行えることである。

本発明の本質的な利点は、傘歯車のほぼ任意の形状の輪郭縁が、ＣＮＣ機械（例えば、傘歯車用歯車切削機）のソフトウェアモジュールおよびＣＮＣコントローラによって数値的に制御可能な軸（ＮＣ軸）を使用するバリ取り工具の１つまたは複数の刃先を使用して達成されることである。

本発明は、６軸のＣＮＣ制御された傘歯車用歯車切削機であって、少なくとも１つの追加の軸が割り当てられているバリ取り装置を備えるものにおいて特に有利に実施できる。少なくとも１つの直線軸およびバリ取りスピンドル軸は、全ての実施形態においてバリ取り装置に関連付けられることが好ましい。

単一の歯隙間が示されており、歯縁に一次バリが形成されている例示的な傘歯車（ここではクラウンホイール）を示す概略斜視図。 バリ取りによって歯縁に面取部が形成された後であって、上部領域において新たに生じた面取部に二次バリが形成された図１Ａの傘歯車の概略斜視図。 バリ取り工具の飛行経路の一部がその包絡面によって示され、本発明に従ってバリ取りされた別の傘歯車（ここではクラウンホイール）の概略斜視図。 バリ取り工具の飛行経路の一部がその包絡面によって示され、本発明に従ってバリ取りされた別の傘歯車（ここではピニオン）の概略斜視図。 時間ｔ＝ｔ０において単一のバリ取りカッターを使用してバリ取り中の他の傘歯車（ここではクラウンホイール）の概略斜視図。 時間ｔ＝ｔ１における図４Ａの傘歯車とバリ取りカッターとを示す概略斜視図。 時間ｔ＝ｔ２における図４Ａの傘歯車とバリ取りカッターとを示す概略斜視図。 時間ｔ＝ｔ３における図４Ａの傘歯車とバリ取りカッターとを示す概略斜視図。 時間ｔ＝ｔ４における図４Ａの傘歯車とバリ取りカッターとを示す概略斜視図。 本発明の範囲内で使用され得る例示的なハイポサイクロイドの模式図。 図５のハイポサイクロイドのループの詳細を示す図。 図５のハイポサイクロイドと同じパラメータを使用して生成された例示的なエピサイクロイドの詳細を示す図。 本発明のバリ取り装置を備える例示的な歯車切削機の部分的な斜視図。 本発明に係る歯車切削機に使用するバリ取り装置の斜視図。

以降では、図面を参照して本発明の例示的な実施形態をより詳細に説明する。

傘歯車１０の概略斜視図を図１Ａおよび図１Ｂに示しており、これら２つの図に基づいて従来のバリ取り方法の例示的なステップを説明した。本明細書で使用される要素および用語もまた、図１Ａおよび図１Ｂに基づいて定義される。

図２は、本発明の一実施形態に従ってバリ取りされた別の傘歯車１０（ここではクラウンホイール）の概略斜視図を示している。

前述の各図では、傘歯車ピニオン１０の本体の一部のみが概略的に示されている。単一の歯隙間１４が本体の材料内に示されている。例として図示されているのは、歯１５．ｒおよび歯１５．ｌの輪郭から確認できるように、湾曲した側面の縦走線を有する傘歯車１０である。図１Ａ，図１Ｂ，図２，および図４Ａ～４Ｅの傘歯車１０は、右側へ湾曲する側面の縦走線（右螺旋）を有し、図３の傘歯車１０は、左側へ湾曲する側面の縦走線（左螺旋）を有する。

本発明は、螺旋状歯の傘歯車１０だけでなく、他の傘歯車１０、円筒状の平歯車、ベビロイド（beveloid）、クラウン歯車、さらには内歯（inner gear teeth）にも適用できる。

傘歯車ピニオン１０は、示された例の各々において、対応する円錐側面を有する２つの円錐台によって規定される本体を有する。正確には、これらの円錐側面は円錐台側面である。２つの円錐台は、ワークピーススピンドル軸Ｂと同軸に配置されている。ワークピーススピンドル軸Ｂは、図７にて確認できる。

傘歯車１０の歯１５．ｒおよび歯１５．ｌは、頭部円錐台側面に沿って延びている。図１Ａ，図１Ｂ，図２，図３，および図４Ａ～４Ｅにおいて参照符号１７で識別される円錐台側面は、ここでは（リング形状の）踵側の側面１７としても識別される。傘歯車のつま先Ｚｅまたは単につま先Ｚｅ、および、傘歯車の踵Ｆｅまたは基部Ｆｅも使用される。図１Ａ，図１Ｂ，図２，および図４Ａ～４Ｅでは、傘歯車１０のつま先Ｚｅは歯隙間１４の上端に位置し、踵Ｆｅは円錐台側面１７の側部に（ここでは歯隙間１４の下端に）位置している。

例えば、歯１５．ｒおよび歯１５．ｌから円錐台側面１７への移行領域において、すでに説明したように、切削加工（ここでは歯車切削または歯車切削加工と呼ばれる）中に一次バリ２０が発生する可能性がある（図１Ａ参照）。凹状の歯側面１６．ｒから円錐台側面１７への移行領域では、第１の歯縁１１．１（第１の輪郭縁とも呼ばれる）が歯の切削中に生じ、凸状の歯側面１６から円錐台側面１７への移行領域では、第２の歯縁１１．２（第２の輪郭縁とも呼ばれる）が歯の切削中に生じる。

バリ２０は、とりわけ、踵Ｆｅの領域の凹状の歯側面１６．ｒと、つま先Ｚｅの領域の凸状の歯側面１６．ｌとに形成されている。しかしながら、バリ２０は、両方の歯側面に生じ得るものであり、また歯隙間１４の歯基部１８にも生じ得ることに留意されたい。

バリ２０を除去できるようにするために、傘歯車１０は、傘歯車用歯車切削機２００でバリ取りされる（例えば、図７参照）。本発明によれば、バリ取りは、例えば以下のステップを含む。
－バリ取りスピンドル軸Ｑ１まわりにバリ取り工具４０を回転駆動する（例えば図７参照）。
－ワークピーススピンドル軸Ｂまわりに傘歯車１０を回転駆動する（例えば図７参照）。

バリ取り工具４０の回転駆動および傘歯車１０の回転駆動は、全ての実施形態において逆カップリング伝達比を伴う連結態様にて行われる。カップリング伝達比は、例えば、回転円半径ｒの基本円半径Ｒに対する比として定義できる。

また、注目すべきことに、これはバリ取りのための連続的な方法であり、この方法では、バリ取り工具４０の少なくとも１つの刃先４１は、傘歯車１０に対して、刃先４１が基部Ｆから頭部Ｋまで（外側から内側への歯隙間１４内へのバリ取り）または頭部Ｋから基部Ｆまで（内側から外側への歯隙間１４外へのバリ取り）の移動方向を有する相対的な飛行移動を実行する。ここで、飛行移動は、３次元空間内のハイポサイクロイドＨｙによって数学的に定義される。

連続的なバリ取り方法の範囲において、面取部１２は、刃先４１と歯縁１１．１または歯縁１１．２との切削接触によって、歯隙間１４の少なくとも１つの歯縁（例えば歯縁１１．１または歯縁１１．２）に形成され、例えば踵Ｆｅの領域に形成される（この面取部１２は、それを明確に強調できるように、図２では灰色に着色されている）。具体的には、図２に示されている例では、凹状の歯側面１６．６の歯縁１１．１は、傘歯車１０の踵Ｆｅの領域においてバリ取りされている。

バリ取り工具４０もバリ取り工具４０の刃先４１も図２には図示されていない。代わりに、図２は、刃先４１またはカッティングヘッド６３の飛行経路をそれぞれ包絡面ＥＦの形式で示している。この包絡面ＥＦは、歯隙間１４を通って外側から内側へとコイル状に巻かれている。

バリ取りカッター６１は、図４Ａ～４Ｅの５つの異なる位置で概略的に示されている。簡単化するために、バリ取りカッター６１はここでは長方形のカッターシャフト６２とカッティングヘッド６３のみを含む。バリ取りされるべき歯縁１１．１の一部は、図４Ａ～４Ｄにおいて灰色の領域によって示されている。この歯縁１１．１は、包絡面ＥＦを一定程度貫通する。

本実施形態ではバリ取りカッター６１が外側から内側に向けて歯隙間１４内に案内されるので、図４Ａでは、時間ｔ＝ｔ０（図４Ａ参照）および時刻ｔ＝ｔ１（図４Ｂ参照）での歯隙間１４の直前にバリ取りカッター６１が位置している。図４Ｃは、時間ｔ＝ｔ２でのバリ取りカッター６１を示しているが、ほぼこの時点で歯縁１１．１のバリを除去し始めているか、または面取部を生成し始めている。

時刻ｔ＝ｔ３における状態が図４Ｄに示されている。歯縁１１．１はすでにほぼ完全にバリ取りされている。時刻ｔ＝ｔ４での状態が図４Ｅに示されている。歯縁１１．１は完全にバリ取りされ、バリ取りカッター６１は反転点（ハイポサイクロイドＨｙのループの頂点Ａｘ）に接近している。この反転点に達すると、バリ取りカッター６１は歯隙間から上方へ巻き始める。

瞬間的な移動方向は、図４Ａから図４Ｅのそれぞれにおいてブロック矢印Ｐ２によって示されている。この例示的な実施形態では、歯縁１１．１は、歯の基部から歯の頭部に向かってバリ取りされている。

すでに述べたように、これは連続的なバリ取り方法である。連続的なバリ取り方法は、傘歯車１０とバリ取り工具４０とが互いに噛み合って回転連結される方法である。この場合、傘歯車１０はワークピーススピンドル軸Ｂまわりに回転し、バリ取り工具４０はバリ取りスピンドル軸Ｑ１まわりに回転する。即ち、傘歯車１０とバリ取り工具４０との間に運動連結（運動学的連結）がある。バリ取りの間、バリ取り工具４０および傘歯車１０は、互いに正確に適合したカップリング伝達比で回転する。

少なくとも一部の実施形態では、傘歯車１０の２つの回転駆動装置とバリ取り工具４０との間に電子カップリングが使用される。

すべての実施形態において、逆カップリング伝達比が使用され、バリ取りカッター６１のカッティングヘッド６３が３次元空間で描くツールトラック（ここでは飛行経路とも呼ばれる）はハイポサイクロイドＨｙに従う。図２および図４Ａ～４Ｅは、すでに述べたように、（その包絡面ＥＨによって示される）ハイポサイクロイド飛行経路の短い一部を示す。

バリ取り工具４０の第１のバリ取りカッター６１が、例えば、傘歯車１０の第１の歯隙間１４を通って外側から内側へ移動するようにカップリング伝達比は選択される。バリ取り工具４０の第２のバリ取りカッター６１は、例えば傘歯車１０の次の歯隙間１４を通るなどして外側から内側へ移動される。

少なくとも一部の実施形態において、刃先４１はバリ取り工具４０の円上にある。切削くさび（ここではカッティングヘッド６３という）は、バリ取りカッター６１の棒状シャフト６２上に配置され、そのため合理的なすくい角と正の逃げ角が得られる。

本発明の他の実施形態が図３に示されている。円錐後部１９または踵側Ｆｅに向かって見た傘歯車１０（ここではピニオン）の一部が示されている。図３では、切削機２００のワークピーススピンドル２０５に傘歯車１０を固定するために使用されるクランプ装置１３の一部も見られる。

図２、図３、および図４Ａ～４Ｅに示されているように、バリ取り工具４０のバリ取りカッター６１は、それ自体がコイル状であるかまたはねじれたハイポサイクロイドの飛行経路をたどる。すなわち、（静止した非回転の傘歯車１０の視点から進むと、）ハイポサイクロイド飛行経路の強いねじれのために、バリ取り工具４０は、バリ取りカッター６１とともにバリ取りスピンドル軸Ｑ１まわりにそれ自体ねじれた回転運動を完了する。

基本円の外側にて回転円を回転させることによって生成されるエピサイクロイドとは対照的に、ハイポサイクロイドＨｙは、基本円ＧＫの内側にて回転円ＲＫを回転させることによって生成される（詳細は例示的な図５から示される）。エピサイクロイドをハイポサイクロイドＨＹと比較すると、両方が同じパラメータを使用して生成された場合、ハイポサイクロイドＨＹは、（同一の基本円と回転円の半径を持つ）対応するエピサイクロイドよりも基本円ＧＫの全周あたりの回転数（ループ数）が多いことがわかる。そこから必然的に、ハイポサイクロイドＨＹは対応するエピサイクロイドよりもループの領域においてより強い曲率を有することになる。

少なくとも一部の実施形態では、ハイポサイクロイドＨＹが半径方向外側に向かう複数のループを有する一方、エピサイクロイドにおいてはループが半径方向内側に向かうようにハイポサイクロイドＨＹのパラメータが選択される。

ハイポサイクロイドＨｙが図５の例として示されている。以下のパラメータを使用して、このハイポサイクロイドＨｙ：Ｒ＝６×ｒ；ポインタ長（飛行円半径とも呼ばれる）＝２×ｒ（Ｒは基本円ＧＫの半径、ｒは回転円ＲＫの半径）を生成した。図５では、ポインタはＺＧで特定されている。ポインタＺＧは半径ｒよりも大きいポインタ長を有するので、図５のハイポサイクロイドＨｙは引き延ばされたハイポサイクロイドＨｙである。概して例として示されているこのハイポサイクロイドＨｙは、半径方向外側に向かう７つのループを含んでいる。実際には、ハイポサイクロイドＨｙの定義のためのパラメータは、完全な１回転の後にループが繰り返されないようにしばしば選択される。図４Ａから図４Ｅの包絡面は、例えば図５のループの一部を表すものであり得る。

図３において、飛行経路の強い湾曲は、他の傘歯車１０（ここではピニオン）に基づいて確認できる。具体的には、飛行経路の包絡面ＥＨの短い一部が図３に示されている。傘歯車１０は、ここでは下から斜めに示されている。クランプ装置１３の一部と傘歯車１０の踵Ｆｅ上の端面１９とを見ることができる。さらに、円錐台側面１７の領域において、歯隙間１４が傘歯車１０の材料からどのように出るかを見ることができる。この領域には、２つの歯縁１１．１および歯縁１１．２が配置されている。

図示の包絡面ＥＨは、本質的に、歯隙間１４の外側から歯隙間１４内へのカッティングヘッド６３の移動を記載している。図３で明確に見ることができるのは、比較的小さい半径のために飛行経路が強い曲率を有することである。このため、バリ取りカッター６１は、切削接触後まもなく歯隙間１４から外れる。また、図３から示され得ることは、バリ取りはここで基部Ｆから頭部Ｋに向かって起こり、カッティングヘッド６３の刃先４１は、バリ取り直後に歯縁１１．２から離れて歯隙間１４から外れることである。

既に説明したように、バリ取り中の他の傘歯車１０の一部が図４Ａから図４Ｅに示されている。バリ取りカッター６１は、螺旋状に延びる包絡面ＥＨによって示されるように、ハイポサイクロイドの飛行経路に沿って右から左へ移動する。

移動シーケンスおよび関係をよりよく示すことができるように、バリ取り工具４０および傘歯車１０の回転方向は、湾曲した矢印ω１およびω２によって示されている。

図３に示す左螺旋状に延びる歯隙間１４を有する例示的な実施形態では、傘歯車１０は反時計回りに回転駆動され（この回転方向は、傘歯車１０に対してワークピーススピンドル軸Ｂの視野方向に観察される）、バリ取り工具４０は時計回りに回転駆動される（この回転方向はまたワークスピンドル軸Ｂの視野方向に観察される）。回転方向ω２は回転方向ω１に対して先行している。２つの回転方向ω１およびω２のこの相対的な向きは、ここでは逆カップリングと呼ばれる。２つの回転方向ω１およびω２の逆カップリングもまた図４Ａ～４Ｅに示されている。両方の場合において、これは、ハイポサイクロイドの飛行経路に沿って外側から内側へバリ取り工具４０を案内するための逆カップリングである。

バリ取りされる歯縁１１．１または歯縁１１．２が逆カップリングにより包絡面ＥＨから離れる方向に移動することが確認できる。仮にバリ取り工具４０が遅れても、カッティングヘッド６３の刃先４１は傘歯車１０の材料内へより深く食い込むことはない。

内側から外側へのバリ取り方法が選択された場合、バリ取り工具４０は、ハイポサイクロイドの飛行経路に沿って歯隙間１４から外側へ案内される。図４Ａ～４Ｅの移動方向ω２を維持する場合、移動方向ω１は逆カップリングを達成するためには反転されなければならない。

図２、図３、図４Ａ～４Ｅ、および図５において、留意すべきことは、静止した回転していない傘歯車ワークピース１０の視点でこれらの図が示されていることである。即ち、図５において、基本円ＧＫは静止し、回転円ＲＫは基本円ＧＫに沿って内側を回転する。この場合、ポインタＺＧは、図の平面内にハイポサイクロイドＨｙを描く。

例えばＣＮＣ歯車切削機２００では、図７に示されるように、必要な相対運動は、例えば、回転円ＲＫの中心点が空間内に固定される一方で、基本円が空間内に固定されることによって生成される。回転円ＲＫは、基本円ＧＫの内側で回転し、回転する傘歯車１０に対してハイポサイクロイドＨＹが生成される。

逆カップリングまたはカップリング伝達比はそれぞれ、バリ取り工具４０と傘歯車１０との間のバリ取りされるべき歯縁（１１．１または１１．２）の領域の各場合で短い切削接触のみが生じるように選択される。カップリング伝達比は、２つの半径Ｒとｒの比によって定義される。

少なくとも一部の実施形態において、ハイポサイクロイド飛行経路が同じパラメータを使用して生成されたエピサイクロイド飛行経路と比較してループの領域においてより長く延長されるように逆カップリング伝達比が選択される。これについて、ハイポサイクロイドＨｙとエピサイクロイドＥｐのループの例示的な比較に基づいて以下でさらに説明する。図６Ａでは、図６ＡのハイポサイクロイドＨｙのループの１つが拡大図で示されている。このハイポサイクロイドＨｙは、以下のパラメータを用いて生成されている：Ｒ＝６×ｒ；ポインタ長＝２×ｒ。エピサイクロイドＥｐのループの１つは、図６Ｂの拡大図に示されている。このエピサイクロイドＥｐは、同じパラメータを使用して生成されたものである。既に述べたように、ハイポサイクロイドＨｙのループは、（基本円ＧＫに対して）半径方向外側に向かうのに対し、エピサイクロイドＥｐのループは、（基本円ＧＫに対して）半径方向内側に向かう。図６Ａと図６Ｂとを比較して見ると、ハイポサイクロイドＨｙのループは、水平方向に延びる軸と平行な長手方向の約３ｒの延伸部（頂点Ａｘから交点Ｓまでを測定）を有している。エピサイクロイドＥｐのループの長手方向の延伸部は明らかにより短い（それは約２．５ｒである）。実際の用途では、これは、バリ取りカッター６１の刃先４１が、対応するエピサイクロイドの場合よりも切削接触後により速くより遠くに傘歯車１０から離れることを意味する。従って、衝突は回避される。

図７は、螺旋状の歯の付いた傘歯車１０の歯切削およびバリ取りのために設計されたＣＮＣ歯車切削機２００の基本構造の斜視図を示している。このような切削機２００は、傘歯車１０のバリ取りがバリ取りスピンドル５１上にバリ取り工具４０を支持するバリ取り工具５０を用いて行うことができるように、本発明に従って設計されているか、または改善されている。

しかしながら、本発明の原理は、例えば図７に示すように、バリ取り装置５０を備えた他のＣＮＣ歯車切削機２００にも適用できる。

ＣＮＣ歯車切削機２００は、次のように構成できる。ＣＮＣ歯車切削機２００は、マシンハウジング２０１を備え、マシンハウジング２０１によってＣＮＣ歯車切削機２００が座標軸Ｘ（第１軸）に沿って直線的に鉛直に、座標軸Ｙ（第２軸）に沿って直線的に水平に、そして座標軸Ｚ（第３軸）に沿って直線的に水平に工具スピンドル２０４を案内することが可能となる。上述の工具スピンドル２０４は、例えば、対応する工具スピンドル軸Ａ（第４軸）が空間内で鉛直にぶら下がるように、ＣＮＣ歯車切削機２００にぶら下げて配置できる。工具スピンドル２０４は、工具を支持し、ここでは例として複数のバーカッターを有するカッターヘッド２０４を支持する（バーカッターは不図示）。

第１の旋回装置２０３はＣＮＣ歯車切削機２００に設けられてもよく、例えば、第１の旋回装置２０３はワークピーススピンドル軸Ｂ（第５軸）を有するワークピーススピンドル２０５を支持する。ワークピーススピンドル軸Ｂを含むワークピーススピンドル２０５は、第１の旋回装置２０３の旋回軸（Ｃ軸；第６軸）まわりに旋回できる。旋回軸Ｃは、工具スピンドル軸Ａに対して垂直であり、ここでは空間内で水平に延びている。図７の機械２００を正面から旋回軸Ｃの方向に見ると、図示の瞬間ではワークピーススピンドル２０５は１４時の位置に傾斜して配置されている。この位置では、例えばバリ取り装置５０のバリ取り工具４０を傘歯車ワークピース１０と相互作用させることができる。

ワークピーススピンドル２０５は、図示の例ではワークピース１０として螺旋状の歯の付いた傘歯車ピニオンを支持している。傘歯車１０をワークピーススピンドル２０５に接続するためにクランプ装置１３が使用されてもよい。

第１の旋回装置２０３は、それが例えばＣ軸まわりに旋回可能であるように取り付けることができる。これにより傘歯車１０は歯車切削工具２０２の下方の加工位置に旋回可能である。また、傘歯車１０は、第１の旋回装置２０３によってバリ取り用のバリ取り装置５０のバリ取り工具４０に対して適切な位置に移送され得る。

また、バリ取り装置５０は、例えば、バリ取り装置４０を傘歯車１０に対して移動させることができ、それと相互作用させることができるようにインフィード装置を備えてもよい。

インフィード装置は、図２に例として示されるように、例えば全ての実施形態において直線軸Ｘ２を含んでもよい。

バリ取りカッターヘッド４０を備える本発明のバリ取り装置５０は、図７に示すように、例えば直線軸Ｘ２（第７軸）とバリ取りスピンドル軸Ｑ１（第８軸）とを含んでもよい。

ＣＮＣ歯車切削機２００は、全ての実施形態において、傘歯車１０とバリ取り工具４０とが逆方向に連結された態様で回転駆動され得るように設計されており、この連結はカップリング伝達比によって規定される。

１つまたは複数の上述の軸を使用して、バリ取り工具４０は、傘歯車１０に対してバリ取りに適した開始位置に移動され得る。

次に、傘歯車１０がワークピース主軸Ｂまわりに回転駆動され、バリ取り工具４０がバリ取りスピンドル軸Ｑ１まわりに回転駆動され、それらは互いに対して移動する。連続的な方法では、バリ取り工具４０の刃先（例えば、バリ取りカッターヘッド４０のバリ取りカッター６１の刃先４１）は、所定の歯縁１１．１および／または歯縁１１．２の外側から内側への対応するバリ取り移動を実行する。

しかしながら、本発明の全ての実施形態において、旋回軸Ｄは、空間内で異なる向きを有してもよい。追加的な旋回軸Ｄの特定の配置は、ワークピース１０とバリ取り工具４０とを互いに関連して移動させてハイポサイクロイドＨｙに沿って適切なバリ取り移動を可能にすることが最終的に重要であるため、ＣＮＣ歯車切削機２００の全軸の全体配置に依存する。

連続的な方法で面取り／バリ取りを実行できるようにするために、図７に例として示されるように、少なくとも６つの数値制御軸を有する傘歯車用歯車切削機２００が好ましい。

しかしながら、図７に基づいて既に説明したように、７つ、８つ、または９つの数値制御軸を有する機械が好ましい場合には、他のＣＮＣ傘歯車用歯車切削機２００もまた本発明に従って改善または装備されてもよい。

バリ取り装置５０は、例えば、全ての実施形態において、図示の例では水平方向を有する上述のバリ取りスピンドル軸Ｑ１を有するバリ取りスピンドル５１を含む。図７に示すように、バリ取り工具４０をバリ取りスピンドル５１に固定できる。図７に示すバリ取り工具４０は、具体的にはカッターインサートがバリ取り工具４０の外周から半径方向外側に突出するように（例えばバーカッター６１の形で）カッターインサートを備えたバリ取りカッターヘッド４０である。

少なくとも一部の実施形態では、バーカッター６１はバリ取りカッターヘッド４０上でわずかに斜めにオフセットして配置されているので、カッターシャフト６２の長手方向軸はスピンドル軸Ｑ１と交差しない。一方では個々のバーカッター６１はこのオフセット配置によりバリ取りカッターヘッド４０により良く固定され、他方ではカッティングヘッド６３上のすくい面は切削方向に関して最適に整列され得る。

ここでの数値制御可能な軸とは、プログラム可能なコントローラを介して制御可能な軸である。数値制御可能な軸は少なくとも１つの軸を調整することによって傘歯車１０を備えるワークピーススピンドル２０５がバリ取り工具４０に対して可動であるように設計および配置されるため、バリ取り工具４０の刃先４１は、同時に連結された、ワークピーススピンドル軸Ｂまわりのワークピーススピンドル２０５およびバリ取りスピンドル軸Ｑ１まわりのバリ取り工具４０の逆回転を伴って、外側から内側に向かって傘歯車１０の隣接する歯１５．ｒ，１５．ｌの歯隙間１４へと連続的に進入し、傘歯車１０の所定の歯縁１１．１，１１．２に対してバリ取り運動を行う。

図７に示すように、バリ取り装置５０のバリ取りスピンドル軸Ｑ１は、例えば、Ｙ軸と平行に延びてもよい。しかし、他の軸配置も可能である。

本発明によれば、ワークピース１０に対してバリ取り工具４０の刃先４１を移動させるために、全ての実施形態において１つ以上の数値制御軸を使用することが好ましい。

傘歯車１０はワークピース軸Ｂまわりに所定の第１の角速度ω２で回転し、バリ取り工具６０．１はバリ取りスピンドル軸Ｑ１まわりに第２の角速度ω１で回転するので、かつ、２つの回転運動は（電気的に）連結された態様では反対方向に起こるので、包絡面ＥＨに基づいて示されるように、バリ取り工具４０のカッターインサート６１に対して３次元空間内の複雑な螺旋状の飛行経路が生じる。

適切なバリ取りカッターヘッド４０の例は、欧州特許第１５９８１３７号から推測できる。対応するバリ取りカッターヘッド４０が図８に示されている。ここに記載されていない詳細は、引用された特許ＥＰ１５９８１３７Ｂ１から推測できる。

図８に示すように、バリ取りカッターヘッド４０の実施形態は、モジュール構造を有することが好ましい。下部領域にｎ個（好ましくはｎ＝１，２，３，４，５，６）の長方形の凹部を有する円筒形のメインホルダ５１が使用され、その大きさはバー６２の横断面に対して設計されている。図８に見られるように、リング５２をメインホルダ５１の下方領域に押し付けることができる。リング５２は、バーカッター６１のまわりに部分的に延びる凹部を有することが好ましい。図８に示すように、バリ取りカッターヘッド４０の下部領域を覆うクランプカバー５３を設けてもよい。

１０ 傘歯車，傘歯車ワークピース
１１．１ 第１の歯縁，第１の輪郭縁
１１．２ 第２の歯縁，第２の輪郭縁
１２ 第１の面取部
１３ クランプ装置
１４ 歯隙間
１５．ｒ 右歯
１５．ｌ 左歯
１６．ｒ 凹状の歯側面
１６．ｌ 凸上の歯側面
１７ 円錐台側面，後面
１８ 歯基部
１９ 円錐後部
２０ 一次バリ
２１ 二次バリ
４０ バリ取り工具，バリ取りカッターヘッド
４１ 刃先
５０ バリ取り装置
５１ バリ取りスピンドル，メインホルダ
５２ リング
５３ クランプカバー
６１ カッターインサート，バリ取りカッター
６２ カッターシャフト
６３ カッティングヘッド
２００ 傘歯車用歯車切削機，ＣＮＣ歯車切削機
２０１ マシンハウジング
２０２ （歯車切削）工具，カッターヘッド
２０３ 旋回装置
２０４ 工具スピンドル
２０５ ワークピーススピンドル
Ａ 工具スピンドル軸
Ａｘ 頂点
Ｂ ワークピーススピンドル軸
Ｃ 旋回軸，回転軸
ＧＫ 基本円
γ 角度
ＥＦ 包絡面
ＥＰ エピサイクロイド
Ｆ 歯基部，基部
Ｆｅ 傘歯車踵，踵
Ｈｙ ハイポサイクロイド
Ｋ 歯頭部，頭部
ｎ 数
Ｐ１，Ｐ２ 切削方向
Ｑ１ バリ取りスピンドル軸
ｒ 回転円の半径
Ｒ 基本円の半径
ＲＫ 回転円
ｔ 時間
Ｓ 交点
ＳＭ ソフトウェアモジュール
ｔ０，ｔ１，ｔ２ 時間
ω１，ω２ 回転運動
Ｘ 座標軸，直線軸
Ｘ２ 座標軸，直線軸
Ｙ 座標軸，直線軸
Ｚ 座標軸，直線軸
Ｚｅ 傘歯車つま先，つま先
ＺＧ ポインタ
ｚ１ 歯数

Claims (9)

1. 少なくとも一つの刃先（４１）を備えるバリ取り工具（４０）を使用した傘歯車のバリ取り方法であって、
   前記傘歯車のバリ取り方法は、
   バリ取りスピンドル軸（Ｑ１）まわりに前記バリ取り工具（４０）を回転駆動し、
   ワークピーススピンドル軸（Ｂ）まわりに傘歯車（１０）を回転駆動し、
   前記傘歯車（１０）および前記バリ取り工具（４０）が互いに噛み合って回転連結するように前記バリ取りスピンドル軸（Ｑ１）および前記前記ワークピーススピンドル軸（Ｂ）を配置する
   ことを含み、
   前記バリ取り工具（４０）の回転駆動と前記傘歯車（１０）の回転駆動とが、逆カップリング伝達比を伴う連結態様で生じ、
   前記刃先（４１）が前記傘歯車（１０）に対して相対移動を行う連続的なバリ取り方法であり、
   前記相対移動は、前記傘歯車（１０）の被切削部分からの視点で見ると、基本円（ＧＫ）の内側に沿って半径（ｒ）を有する回転円（ＲＫ）を回転させた際に前記回転円（ＲＫ）の中心から前記半径（ｒ）よりも大きなポインタ長（ＺＧ）だけ離れた点（Ａｘ）によって描かれるハイポサイクロイド（Ｈｙ）によって定義され、
   歯縁（１１．１，１１．２）と前記刃先（４１）との切削接触によって、前記傘歯車の踵（Ｆｅ）および／または前記傘歯車のつま先（Ｚｅ）の領域内で歯隙間（１４）の前記歯縁（１１．１，１１．２）のバリを除去する、傘歯車のバリ取り方法。
2. 前記刃先（４１）の前記相対移動は、前記傘歯車（１０）の歯基部（Ｆ）の近傍の領域から歯頭部（Ｋ）の方向で前記歯隙間（１４）内へと至ることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記逆カップリング伝達比は、ハイポサイクロイドカップリングであることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 前記逆カップリング伝達比は、前記傘歯車（１０）の歯数（ｚ１）と、前記バリ取り工具（４０）のねじ数とに起因することを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記傘歯車（１０）の前記歯隙間（１４）への前記刃先（４１）の前記相対移動によって、前記傘歯車（１０）の前記歯隙間（１４）の前記歯縁（１１．１，１１．２）と前記刃先（４１）との切削接触が生じ、前記切削接触によって当該歯縁の領域でバリを除去することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
6. 前記刃先（４１）の前記相対移動は、前記歯縁（１１．１，１１．２）が前記切削接触後に前記刃先（４１）から離れるように移動すべく方向付けられることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 前記バリ取り工具（４０）が遅れ始めた場合、バリ取り中の前記逆カップリング伝達比によって、前記歯縁（１１．１，１１．２）の領域で面取部を自動的に小さくすることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の方法。
8. 少なくとも６軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｂ，Ｃ，Ｑ１）を有し、ワークピース（１０）を収容するとともに回転駆動するワークピーススピンドル（２０５）と、
   請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の方法を実行するように設計されたソフトウェアモジュール（ＳＭ）と
   を備える、ＣＮＣ歯車切削機（２００）。
9. 前記ソフトウェアモジュール（ＳＭ）は、ハイポサイクロイドの飛行経路を有する逆カップリング伝達比を予め定義するように設計されていることを特徴とする、請求項８に記載のＣＮＣ歯車切削機（２００）。

Images