【課題を解決するための手段】
【0018】
例えばフライス盤のような本発明の工作機械は、機械フレームと、工具を受けるために機械フレームに取り付けられた工具キャリアと、工具キャリアにある工具を工具軸回りで回転させる駆動デバイスと、被加工物を受けるために機械フレームに取り付けられた受容デバイスと、特に被加工物軸回りで被加工物を回転させる及び/またはデバイスを受けるために、工具キャリアと受容デバイスとの間の第1相対的角度運動を発生させる第1回転デバイスと、工具キャリアと受容デバイスとの間の第2相対的角度運動を発生させる第2回転駆動デバイスと、工具キャリアと受容デバイスとの間の2軸に沿う相対的平行移動運動を発生させる平行移動駆動デバイスと、工具キャリアと受容デバイスとの間の直線運動と、工具キャリアと受容デバイスとの間の相対的角度運動と、をほぼ同時に制御することが可能なように構成された制御デバイスと、を有し、工具が、正面フライスカッターまたは正面外周フライスカッター(face circumference milling cutter)として設計されており、被加工物においてフライス加工される歯状構造の少なくとも一部の外郭を呈するブレードを備える。
【0019】
本発明において、ブレードの外径は、(同様に、工具ブレードの飛行円(flight circle)の2倍に指定されており、)2つの隣接する歯面の距離(歯面間隙)よりも大きく、工具は、工具の外周の領域に配置されたブレードの所定部分を用いて調整されており、工具は、前方ブレードを用いて、特に同時に形成される歯状構造の領域において円周ブレードを用いて、被加工物内に突入する。
【0020】
そして、制御デバイスは、第1及び/もしくは第2回転駆動デバイス並びに/または少なくとも1つの平行移動駆動デバイスを作動させることにより、加工される歯面に沿って工具を移動させることによって工具を移動させる。この移動運動中に、工具、特に複数のブレードによって形成されるその外周の距離は、フライス加工される歯状構造の歯面間隙ベースに及び/または歯面間隙先端に関して少なくともほぼ一定のままである。
【0021】
例えば、本発明における工作機械を用いて斜歯状構造を有する被加工物を形成するため、制御デバイスは、有利には、工具を形成される直線状歯の長手方向の歯面曲部に沿って移動させるように駆動デバイスを動作させ、工具軸それぞれの傾斜角は、長手方向の歯面曲部に関して(一般的に歯面に関して)一定に保持される。これは、例えば、工具軸の傾きは、歯面の形状寸法にしたがって、横断及び/または長手方向において、長手方向の歯面曲部に関して、特に少なくとも5軸で制御デバイスを用いて恒久的に修正される。
【0022】
したがって、本発明における工作機械は、ほぼ5軸のフライス加工機械を示す。同様に、もちろん、工具及び/または受容デバイスそれぞれの工具キャリアを移動させる追加の軸を設けてもよい。工作機械は、自動操作に適しており、例えば工具変更デバイス、工具マガジン、被加工物変更デバイス及び/またはパレット変更器を有する。機能性を拡張するため、工作機械は、同様に、例えば回転または旋回機械テーブルのような追加の平行移動及び/または回転駆動デバイスを示してもよい。同様に、工作機械は、マシニングセンターまたは製造ラインの一部であり、製造ラインは、旋盤、研削または焼入(hardening)機械のような追加の機械を備える。
【0023】
工具は、被加工物の面加工または面周囲加工を可能とするように、少なくとも1つのブレードを備える。そのようにするため、工具は、フライスヘッド、側フライスカッターまたはT溝カッターとして設計されてもよい。上記少なくとも1つのブレードは、少なくとも1つの掬い面及び1つの自由面から形成された輪郭を有し、ブレードの輪郭は、歯面間隙の少なくとも一部で形成するために、有利には、歯面のための第1インデックスブレードと、少なくとも一部の歯面間隙ベースのための第2インデックスブレードと、を呈する。このような実施は、同一のフライス加工サイクル中に、掬い面並びに少なくとも一部分の歯面間隙ベースを完全な完成したフライス加工形状寸法で形成することを可能とする。
【0024】
ブレードは、好ましくは、工具から見て工具のほぼ軸方向で配向されている。その結果、ブレードは、被加工物を向く工具の前面に垂直には延在しない。その替わりに、上記ブレードは、前面にほぼ平行にまたは傾いて延在してもよい。さらに、ブレードは、個別のカッターそれぞれにおいて工具の周方向に沿って設けられてもよく、工具の前面に関して傾斜してまたは垂直に延在する。
【0025】
本発明における工作機械で歯状構造を製造することに関する本発明における方法は、以下の工程:
(a) 加工される歯状構造の領域の外側に工具を位置付ける工程と、
(b) 工具を回転駆動する工程と、
(c) 歯面の外角の少なくとも一部をフライス加工するように、制御デバイスを用いて、すべての駆動デバイスまたは選択した駆動デバイスをほぼ同時に動作させた状態で、工具の周囲の領域に配置されたブレードの一部を用いて工具を被加工物の形成される歯状構造の領域を通過させる工程であって、工具が、工具における、特にその外周における一定のまたはほぼ一定の距離で加工される歯面に、特にその外周に沿って移動され、この外周が、歯面間隙ベースに関してかつ/または歯面間隙先端に関して外周に位置付けられたブレードの飛行円で形成され、
(d) 形成される歯状構造の領域から工具を戻す工程と、
(e) 少なくとも1つの歯ピッチだけオフセットされた位置で被加工物軸回りに被加工物及び/または工具を回転させる工程と、
(f) 特に工具の回転を中断しない場合において、被加工物の歯面すべてを同一の方法で加工して歯面間隙を完成するまで、工程(c)から工程(f)を繰り返す工程と、
を備える。
【0026】
工具は、有利には、それぞれにその効果をもたらために設けられたブレードを有する前面及び外周面の一部で同時に被加工物の一部を除去する。このため、しかしながら、工具と被加工物との間の噛合せの外側で歯状構造の深さ方向に関して工具と被加工物との間の相対的な位置付けを調節することと、上記一定距離だけ加工される歯面にのみ沿うチップ除去フライス加工中に工具を移動させることと、が可能となる。そして、工具(もしくは被加工物または双方)は、その結果として、噛合せの外側から所定の深さまで移動し、材料は、その後、歯車ホブ加工運動によって被加工物から除去され、これら歯車ホブ加工運動の自然な複数の経路は、複数の深さで実行される。あるいは、相対的な位置付けは、特に歯面間隙の一端部において、深さ方向及び歯状構造の領域に関して工具と被加工物との間で設定され、工具は、移動され、上記所定距離で加工される歯面に沿ってチップを除去する。
【0027】
工具は、フライス加工サイクルの開始時及びサイクル中に設定され、特に、工具軸が常に加工される逃げ面に対して同一角度を維持するように恒久的に追尾される。同時に、工具は、特にすべての回転及び/または平行移動駆動デバイスを用いて、長手方向の歯面曲部に沿って移動する。これは、工具の前進運動の方向ベクトルが多かれ少なかれ逃げ面または逃げ面に対する平行面に関して常に接線方向に延在することを意味する。すなわち、工具軸の傾きは、歯面のまたは歯面間隙の形状寸法にしたがって、横断及び/または長手方向の長手方向歯面曲部に関して、特に少なくとも5軸で制御デバイスを用いて恒久的に修正され、工具軸と長手方向の歯面曲部との間の角度は、長手方向の歯面曲部の長手及び/または横断方向で一定のままである。したがって、ほぼすべての公知のフェースギア構造及び外歯構造を得る。しかしながら、完全に新たな歯状構造をこの方法で形成してもよい。
【0028】
歯状構造は、予備加工工具を用いて荒削り加工サイクルにおいて歯状構造が少なくとも完成した目標値のフライス加工の形状寸法に適合するように予めフライス加工され、微細加工工具を用いて後続の精密加工サイクルにおいて歯状構造が完成した目標値のフライス加工の形状寸法に適合するように形作るためにフライス加工されており、工程(a)〜(f)を実行する。荒削り加工サイクルと微細加工サイクルとの間において、少なくとも1つの追加の加工サイクル、特にフライス加工サイクルを介入させてもよい。フライス加工された外郭を確認する測定サイクルをさまざまな加工サイクル間に挿入してもよい。測定サイクルは、これに関連して、例えば測定センサまたは光学測定デバイス(カメラ、レーザ)を用いて工作機械で直接実行されてもよい。歯状構造のさらなる加工動作、例えば熱処理及び/もしくは研磨または剥離加工により微細加工サイクルを継続することはさらに可能である。加工は、ソフト加工とハード加工とに分けられ、これは、ソフト加工後に、被加工物がまず第一に焼入処理され、いったん焼入処理されると、焼入加工されることを意味する。いったん焼入処理された被加工物の最後の動作サイクルは、一般的に、例えば研削、剥離またはフライス加工(平滑化)による微細加工である。
【0029】
本発明は、特に外径が及び/またはブレードの形態が異なるフライス加工工具を使用して単一の歯面間隙の内側おいて同一の機械で歯状構造を形成することを可能とする。さらに、本発明は、工具と被加工物との間における最適なブレードの噛合せの観点から、正確に工具配向ベクトルを設定する機会を提供する。特に、例えばモジュール12以降の大型の歯車において、高い加工素材除去速度に起因して加工時間を著しく短縮することを達成し、フライスカッターは、有利には、費用効率が高い切削プレートで使用される。
【0030】
特に荒削り加工中において、(継続的にまたは断続的に歯車ホブ加工する、横断フライス加工する)従来技術と比較すると、フライス加工工具は、前方送り通路に沿って移動され、これは、使用する工作機械の及び工具の能力を最適に利用する。歯面間隙の内側における工具の前方送り通路は、単一の設定通路に限定されない。さらに、切削区域は、歯面間隙の寸法に応じて複数の通路を備えて選択される。切削区域は、有利には、歯面間隙の深さ及び幅に適用する。形成される歯面間隙の深さは、複数の工程で加工され、加工は、複数の平面を伴う。工具の複数の前方送り通路は、平面それぞれにおいて互いに近接して位置付けられている。平面における前方送り通路の数は、深さが増大するにしたがって歯面間隙の幅が減少するので、深さが増大するにしたがって減少する傾向がある。歯面間隙の深さ及び幅に関する切削区域は、有利には、以下のパラメータ、
− モジュールのサイズ、
− 歯面間隙の形状に影響する歯の数
− 使用する工具の形状寸法、特に、切削幅、ブレードの形状、削られる材料の歯ピッチのサイズ、
− 工作機械の能力、例えば、スピンドルパワー、それぞれのスピンドルトルク、機械の構造の堅牢性、
− 歯の形状寸法、特に歯の高さ及び/またはフランク角、
にしたがって調節される。
【0031】
特に有利には、当該前方送り通路に最適なさまざまなフライス工具を使用してもよい。現在の工作機械、特にマシニングセンターにおいて観測されるチップ間時間が非常に小さいことに起因して、工具の変更に消費される時間は、最適な工具の挿入によって確保される時間と比較して、ほとんど顕著でない。例えば、大きな切削プレートを有するフライス加工工具は、歯面間隙の上側領域で使用され、特に大きな切削幅を示しかつ特に高い加工素材除去速度を実現する。小さな切削幅を有するフライス加工工具は、好ましくは、深さが増大するにしたがって歯面間隙の幅が減少する場合に使用される。
【0032】
ある場合において、互いに近接して位置付けられる同一平面の前方送り通路ではなく、歯先端にまたは歯面間隙ベースに対して異なる深さそれぞれにおいて位置する必要がある。これは、例えば、単一のフライス加工通路を用いて大型の切削プレートが取り付けられたフライス加工工具によって材料の大部分を歯面間隙から除去し、そして小さい切削プレートに取り付けられたフライス加工工具によって残りの材料を除去するような場合である。
【0033】
丸型切削プレートが取り付けられたフライス加工工具は、歯面間隙を荒削り加工することについて特に良好に役に立つ。切削プレートは、さまざまなサイズ及び異なる品質いわゆる形状寸法(例えば上向きのまたは下向きの掬い角)でコストを効率よく形成される。そのため、結果として、長期の工具コストを最小化する。
【0034】
歯面間隙を加工する前方送り通路は、好ましくは蛇行形態で延在し、これは、さまざまな通路が前方送り通路間で迅速に運動させることなく直接互いに隣接することを意味する。このため、結果として、例えばプランジ加工−ギアホブ加工−横断方向オフセットなど、またはプランジ加工−ギアホブ加工−プランジ加工−ギアホブ加工−オフセット−ギアホブ加工−プランジ加工−ギアホブ加工などのようなさまざまな処理手順による前方送り通路となる。
【0035】
歯面間隙を加工するために異なる工具を使用する場合、まず第一に、すべての歯面間隙を工作機械で加工することが有利である。留意すべきことは、1つの歯ピッチだけ歯車を角度割り出しする時間が、1つの工具を変更する時間よりも一般に短いことである。特有の要件、例えば非常に精密な要件の場合、反対に、まず第一に、続けて歯面間隙を加工するまでに各単一の歯面間隙を完全に荒削り加工することを実行することが有利であることが分かる。多数の工具を変更することは、確かに、現在の工作機械の工具交換器を用いて考えられるが、チップ間時間は、約2秒から3秒存続し、これは、本発明における制御デバイスが設けられた対応する工作機械を使用するので、この方法を用いてさえ高生産性を達成することを説明する。
【0036】
前方送り通路は、歯面の長手方向に関してほぼ等間隔に延びる。斜歯傘歯状構造において、歯面は、長手方向で湾曲しており、さらに、歯面間隙は、外方に向けて幅広になっている。これは、前方送り通路がもっぱら曲部に沿って延在することと、フライス深さそれぞれに関してそれらの距離が内側に向けて、すなわち回転軸に向けて減少することと、を伴う。したがって、フライス盤の切削幅に従ったフライス加工サイクルによって除去される多量の材料は、歯面間隙の内側端部において外側端部よりも先に交差部を形成する。内側端部におけるこの交差部のため、多くの場合において、前方送り通路が歯面間隙の全長にわたって延在することを必要としない。このため、結果として、少なくとも1つの短い前方送り通路及びその結果としての最小の加工時間となる。
【0037】
前方送り通路を蛇行することの積み重ねの結果、フライス加工は、共回転方向に及び逆回転方向とすることが可能である。ある場合において、共回転方向にのみまたは逆回転方向にのみフライス加工することが有利であることが実際には分かる。そのため、その前方送り通路それぞれの終わりにおいて、フライス加工工具をそれぞれの次の前方送り通路の開始位置まで被加工物に噛み合わせることなく移動する必要がある。これは、好ましくは迅速に実行すべきである。全体の蛇行する前方送り通路は、中間の迅速な手順によって中断される場合に正確になる。
【0038】
丸型プレートを有するフライス工具を使用する場合、波状の材料残留物は、歯面に残存し、この残留物は、後続の焼入することとそれに続く歯面の平滑加工に有害である。これら材料残留物それぞれを除去することを回避するため、フライス工具は、好ましくは、少なくとも直線状切削縁部セクションを有する切削プレートを備える荒削り工具として使用される。必要な歯面形状は、このような工具を用いて高精度で形成される。また、この工具を用いて深さに関する複数の工程における加工を実行することは可能である。あるいは、特にプレートの形態をなす丸型ブレードを有するフライス工具は、特に、直線状セクションが丸状セクションに接続した状態で使用されてもよく、この直線状セクションは、上記波状の残留物を除去するために、そのようにするために工具を変更する必要なく、使用される。
【0039】
直線状切削縁部セクションに替えて、波状の材料の残留物を除去するために、わずかな弓状切削縁部セクションを設けてもよく、特に歯面の球状輪郭を実現する。
【0040】
丸型切削プレートに加え、丸い外面を有する一般的なブレード、切削プレートまたはプレーンブレード(plain blade)それぞれは、荒削り加工に使用されており、少なくとも一部のセクションに沿って直線状に設計されている。特に精密な歯面形状は、直線状切削縁部セクションで形成される。切削プレートは、例えば台形状をなし、角部が半径を有する場合に、この実施形態に特に適している。このため、角部の摩耗は、最小化され、その上、いわゆるソフトカット(soft cut)を達成し、これは、切削縁部を被加工物の材料に突入させるときのブレードの噛合せ衝撃を最小化することを意味する。このため、工作機械は、加わる圧力が小さくなり、かつ発生する振動が少なくなり、これは、表面の品質に好ましい効果を有する。
【0041】
切削プレートは、先端を丸めたV字状と同様に、2つの直線状セクションが前方円形セクションに接続する特有の実施形態において設けられている。このような切削プレートは、超高速な材料除去性能を高い加工精度及びソフトカットと関連付ける。
【0042】
このような切削プレートは、切削プレートを支持するフライス工具の配向が柔軟に作用する場合に、特に有利に使用される。例えば歯面間隙の歯の深さが5段階でフライス加工される場合、切削プレートの直線的な切削縁部セクションは、歯面の高さ全体にわたってそれぞれの平面で噛み合わされる。その結果として、ブレードの過負荷または振動の危険性がある。工作機械における少なくとも5つの自由度に起因して、ここでは、工具配向ベクトルを柔軟に変更することが可能である。配向ベクトルは、すでにフライス加工された被加工物面から次の平面でそれぞれフライス加工するときに、直線状切削縁部セクションを角度αだけ後方に傾けるように調整される。これに関連して、波状に材料が残留することは、丸型プレートの例を使用してすでに上述したように、同様に、歯面に残存する。これら材料の残留物は、角度αをゼロに再設定するように工具配向ベクトルを調整することに等しいので、1つのかつ同一の工具を用いる場合に除去される。材料の残留物は、荒削り金属切削に続く加工工程において除去される。説明したフライス工具を使用する場合、特別なフライス工具に置換する必要がなく、時間を節約することが可能となる。
【0043】
角度αの寸法は、例えば、フライス工具の形状寸法に、寸法(モジュール)に、歯の数に、及び/または歯車の材料にしたがって、選択されており、好ましくは、1°から20°、特に2°から12°、特に有利には3°から7°である。
【0044】
迅速な工具の変更は、逃げ面それぞれを加工するために別の工具を使用することを可能とする。フライスカッターは、凹状の逃げ面を加工するために最適であり、別のフライスカッターは、凸状の逃げ面を加工するために最適である。各工具は、対応する歯面に特有の要件、に応じて、例えば台形状ブレードの角度に関して、最適となっており、最適なフライス加工の結果及び高耐性を得る。
【0045】
工具配向ベクトルは、上述にしたがって変化し、例えば、工具回転軸それぞれの工具軸によって説明され、形成される歯状構造に関して、特に垂直軸に関して歯面における所定配向を有し、垂直軸は、例えば基準点を通って延在し、歯ベース(歯面間隙ベース)と歯先端との間の歯の途中に、及び歯面に沿う途中に(長手方向で)配置されている。
【0046】
本発明における方法の有利な形態によれば、まず第一に、すべての歯の第1歯面をフライス加工によって形成し、そして、歯の他の側面に配置された第2歯面を形成する。
【0047】
本発明における工具は、複数のブレードを呈し、工具の回転中におけるブレードの飛行円は、円盤面、シリンダ状もしくは円錐状面及び/または環状面を示す。すべてのブレードは、形成される歯状構造の同一歯面を加工するために配置されており、このような複数のブレードは、歯面ごとに設けられており、ブレードは、共通の飛行円に位置付けられている。
【0048】
すべてのブレードは、特に有利には、または、切削を得るための切削プレートを使用する場合に、形成される歯状構造の同一歯面を加工する工具に設けられたすべての切削プレートは、互いに一致している。
【0049】
個別の切削プレートにおける個別のブレードからなるグループは、例えば歯面ごとに設けられており、ブレードは、それぞれ同一飛行円に位置付けられている。
【0050】
ここで、本発明は、例示的な実施形態を用いて後述される。