特許 7474776 研削盤またはつや出し盤で歯車または歯車に似たプロファイルを伴う工作物を研削またはつや出しするための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-17

(45)【発行日】2024-04-25

(54)【発明の名称】研削盤またはつや出し盤で歯車または歯車に似たプロファイルを伴う工作物を研削またはつや出しするための方法

(51)【国際特許分類】

   B23F 19/00 20060101AFI20240418BHJP

【ＦＩ】

B23F19/00

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021549452

(86)(22)【出願日】2020-02-22

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-04-14

(86)【国際出願番号】 EP2020054707

(87)【国際公開番号】W WO2020173843

(87)【国際公開日】2020-09-03

【審査請求日】2022-11-11

(31)【優先権主張番号】102019104812.5

(32)【優先日】2019-02-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】521371094

【氏名又は名称】カップ ニレス ゲーエムベーハー アンド カンパニー ケージー

(74)【代理人】

【識別番号】100130111

【弁理士】

【氏名又は名称】新保 斉

(72)【発明者】

【氏名】ミュラー フランク

(72)【発明者】

【氏名】ヴェルフェル フリードリヒ

【審査官】中川 康文

(56)【参考文献】

【文献】独国特許出願公開第１０２００９０５９３３１（ＤＥ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－１８８５１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１１２６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０５１４６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０００７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０３１３１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１１７５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－１１１８５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５２７２０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００２－５３２２６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２５７１５８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／００３２５３８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１７／２１８３１８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１０／０９２７１１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｆ １／００－２３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

研削盤またはつや出し盤（３）で歯車（１、２）、または歯部（８）に似たプロファイルを伴う工作物を研削またはつや出しするための方法であって、前記研削盤または前記つや出し盤（３）は、工作物（１、２）を受け取るための少なくとも２つの工作物スピンドル（４、５）、および研削工具またはつや出し工具（７）を伴う少なくとも１つの研削スピンドルまたはつや出しスピンドル（６）を備える方法において、
ａ）前記工作物スピンドル（４）上で受け取った第１の工作物（１）を研削またはつや出しするステップと、
ｂ）前記第１の工作物（１）を前記研削またはつや出しするステップに対して時間的に並列な手法で、別の工作物スピンドル（５）上で第２の工作物（２）を受け取り、歯のギャップ（９）またはプロファイルのギャップの位置を決定するために前記歯部（８）、または前記工作物（２）の歯部に似たプロファイルを測定するステップであって、前記歯部（８）または前記歯部（８）に似たプロファイルの前記測定は、歯またはプロファイルのフランク（１０）上の有効な取り代を決定するために、触知できる測定要素（１１）または非接触測定機器を用いて少なくとも１つの前記歯またはプロファイルのギャップ（９）の前記歯またはプロファイルのフランク（１０）をスキャンするステップを備えるステップと、
ｃ）前記第１の工作物（１）を前記研削またはつや出しするステップを完了した後、決定された前記歯のギャップ（９）もしくは前記プロファイルのギャップの前記位置、および／または前記歯またはプロファイルのフランク（１０）に関して測定された前記有効な取り代を基礎として使用して、前記別の工作物スピンドル（５）上で受け取った前記第２の工作物（２）を研削またはつや出しするステップと
を備え、
前記歯またはプロファイルのフランク（１０）上の実際の前記取り代を考慮する研削またはつや出しのパラメータを指定することにより、請求項１の前記ステップｃ）による前記研削またはつや出しするステップを行い、
影響を受ける前記パラメータは、前記研削工具もしくは前記つや出し工具（７）と前記工作物（１、２）の間の送り速度、および／または研削もしくはつや出しの行程数、および／または前記工作物（１、２）に対する前記研削工具もしくは前記つや出し工具（７）の送込み量である
ことを特徴とする方法。

【請求項2】

請求項１の前記ステップｂ）を遂行するとき、複数の前記歯またはプロファイルのギャップ（９）をスキャンする
請求項１に記載の方法。

【請求項3】

請求項１の前記ステップｂ）を遂行するとき、前記歯またはプロファイルのギャップ（９）をすべてスキャンする
請求項１に記載の方法。

【請求項4】

測定センサ（１１）を用いて請求項１の前記ステップｂ）による前記測定を行う
請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。

【請求項5】

レーザを用いて請求項１の前記ステップｂ）による前記測定を遂行する
請求項１ないし３のいずれかに記載の方法。

【請求項6】

請求項１の前記ステップｃ）による前記研削またはつや出しするステップの後、研削またはつや出しされた前記歯部（８）または前記工作物の前記歯部に似たプロファイルは、再度測定される
請求項１ないし５のいずれかに記載の方法。

【請求項7】

前記触知できる測定要素（１１）または前記非接触測定機器は、並進方向に動かされ、位置決めされることが可能な直線状の送り台（１２）の上に配列される
請求項１ないし６のいずれかに記載の方法。

【請求項8】

前記研削盤または前記つや出し盤内に、前記歯のギャップまたは前記プロファイルのギャップ（９）の前記位置を決定する誘導センサを追加で配列する
請求項１ないし７のいずれかに記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、研削盤またはつや出し盤で歯車、または歯部に似たプロファイルを伴う工作物を研削またはつや出しするための方法に関し、研削盤またはつや出し盤は、工作物を受け取るための少なくとも２つの工作物スピンドル、および研削工具またはつや出し工具を伴う少なくとも１つの研削スピンドルまたはつや出しスピンドルを備える。

【背景技術】

【0002】

２つ以上の工作物スピンドルを伴う研削盤は、最新技術で公知である。これらの研削盤には、機械加工中に非生産時間をかなり低減することができるという有利な点がある。この場合、一方の工作物スピンドル上での工作物の機械加工と時間的に並列に、他方の工作物スピンドル上での工作物のローディングおよびアンローディングを行うことができる。ローディング後、工作物は、第２の工作物スピンドル上に整列させられ、中心合わせされる、すなわち、たとえば歯車の形をとる前もって製作された工作物の歯のギャップまたはプロファイルのギャップの位置は、この場合、実際の研削動作中に目標設定される手法で研削盤がギャップの中に入ることができるように決定される。

【0003】

処理のサイクル時間は、工作物のローディング、アンローディング、および整列をどれくらいの時間かけてよいかを決定する。

【0004】

このために、通常は非接触誘導センサを使用して、歯のギャップまたはプロファイルのギャップの位置を検出し、センサは、研削工具が入らなければならないギャップがどこにあるかを判断するために、歯部またはプロファイリングの周辺を迅速にスキャンすることができる。したがって、そのようなセンサは、検出可能な切替信号を用いてギアまたは類似プロファイルのギャップ中心を検出することができ、その結果、硬化による歪み、および工作物スピンドル上の工作物の位置に関して結論を引き出すことができる。

【0005】

しかしながら、そのような解決手段では、歯部またはプロファイルのフランク上の実際の加工素材余裕を決定することはできない。

【0006】

独国特許出願公開第１９８５７５９２号明細書（特許文献１）は、歯車を研削するための方法について開示しており、研削盤は、１つの工作物をそれぞれ保持するための２つの工作物スピンドル、およびツール用の研削スピンドルを備え付ける。工作物スピンドル上にギアを整列させるためのセンサが提供され、歯のフランク上の有効な取り代は検出されない。欧州特許出願公開第２２８４４８４号明細書（特許文献２）は、ギアの取り代を迅速に測定するための方法について記述しているが、２つの工作物スピンドルを用いた機械加工の概念についてまったく言及していない。

【0007】

本明細書で、および本明細書で以後、研削の処理について言及するとき、同じ方法で本発明を適用することができる研削の代替処理についても同様である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】独国特許出願公開第１９８５７５９２号明細書

【文献】欧州特許出願公開第２２８４４８４号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、時間を問題にしない手法で、外部の測定システムを使用することなく、研削またはつや出しすべき工作物に関する改善された情報を得ることができ、その結果、研削またはつや出しの処理を最適化することができるような方法で、上述のタイプの処理をさらに発展させるという目的に基づく。これは、追加処理時間なしに、かつ外部の測定システムを使用することなく、改善された研削またはつや出しの結果を達成すべきであることを意味する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本目的の解決手段は、本発明によれば、方法が、
ａ）工作物スピンドル上で受け取った第１の工作物を研削またはつや出しするステップと、
ｂ）第１の工作物を研削またはつや出しするステップに対して時間的に並列な手法で、別の工作物スピンドル上で第２の工作物を受け取り、歯のギャップまたはプロファイルのギャップの位置を決定するために歯部、または工作物の歯部に似たプロファイルを測定するステップであって、歯部、または歯部に似たプロファイルの測定は、歯またはプロファイルのフランク上の有効な取り代を決定するために、触知できる測定要素または非接触測定機器を用いて少なくとも１つの歯またはプロファイルのギャップの歯またはプロファイルのフランクをスキャンするステップを備えるステップと、
ｃ）第１の工作物を研削またはつや出しするステップが完了した後、決定された歯のギャップもしくはプロファイルのギャップの位置、および／または歯またはプロファイルのフランクに関して測定された有効な取り代を基礎として使用して、別の工作物スピンドル上で受け取った第２の工作物を研削またはつや出しするステップと
を備えることを提供する。

【0011】

上記のステップｂ）を遂行するとき、複数の歯またはプロファイルのギャップもまたスキャンすることができ、詳細には、歯またはプロファイルのギャップをすべてスキャンすることができる。

【0012】

上記のステップｂ）による測定は、好ましくは最初に測定プローブを用いて行われる。しかしながら、代わりにレーザを用いて測定を行うこともまた可能である。

【0013】

方法の好ましい実施形態は、歯またはプロファイルのフランク上の実際の取り代を考慮する研削またはつや出しのパラメータを指定することにより、上記のステップｃ）による研削またはつや出しを行うことを提供する。それにより、影響を受けるパラメータは、研削工具もしくはつや出し工具と工作物の間の送り速度、および／または研削もしくはつや出しの行程数、および／または工作物に対する研削工具もしくはつや出し工具の送込み量とすることができる。

【0014】

上記のステップｃ）による研削後、研削もしくはつや出しされた歯部、または工作物の歯部に似たプロファイルを再度測定することができる。

【0015】

触知できる測定要素または非接触測定機器は、並進方向に動かす、または位置決めすることができる直線状の送り台の上に配列することができる。

【0016】

追加で、歯のギャップまたはプロファイルのギャップの位置を決定する誘導センサもまた研削盤またはつや出し盤内に配列することができる。

【0017】

したがって、提案する概念により、実際に存在する余裕だけではなく、機械加工前の硬化による歪みも効果的に決定できるようになる。

【0018】

したがって、第１の工作物スピンドル上の工作物の機械加工と時間的に並列に、第２の工作物スピンドル上で機械加工すべき工作物は、プローブまたは非接触測定要素を用いて測定され、歯またはプロファイルのギャップが見いだされ、既存の余裕、および硬化による歪みが決定される。

【0019】

典型的には、２つの工作物スピンドルは、工作機械内に恒久的に配列され、それにより、必要に応じて２つの別個の部分空間を生み出し、その結果、現在研削が行われていないスピンドルに冷却潤滑剤が近づけないようにするために、２つの工作物スピンドルの間に仕切壁を持ってくることができる。しかしながら、ハンドリングシステムを用いて機械から工作物スピンドルまたは少なくとも工作物ホルダを除去し、機械の中に再度挿入することができ、その結果、上述した測定または中心合わせを機械の外側で行うこともまた可能である。

【0020】

本発明は、場合によっては実際の余裕を記録することができるように、研削またはつや出しの動作中に他方の工作物スピンドルに関して十分な時間が残っているという事実を利用する。

【0021】

有利には、研削工具またはつや出し工具に対して工作物をはるかに良好に位置決めできるようにする、提案する手順は、他の方法で品質保証のために頻繁に使用される両側フランク転がり試験装置を必要としない。

【0022】

さらに、研削またはつや出し用にこれまで決定された有効な取り代に応じて最適に適合した研削またはつや出しのパラメータを指定することにより、処理すべき工作物ごとに研削またはつや出しの処理を個々に最適化することが可能である。

【0023】

サイクル時間が十分に長い場合、存在することがあるどんな偏差も検出するために、すなわち、工作物の基体上の歯部またはプロファイルの理想的位置と硬化歪みまたは実際の余裕から得られる工作物の幾何形状との間の偏差を検出するために、完成した研削またはつや出しされた工作物は、アンロードされる前に、測定プローブまたは非接触測定要素を用いて再度測定することができる。そのような系統だった偏差を評価することにより、必要に応じて、補正された設定を用いて作業し、その結果、閉じた制御ループで研削またはつや出しの処理を最適化することが可能である。

【0024】

提案する手順は、ほとんど努力なしに、機械加工時間を延ばすことなく、機械加工すべき工作物の有効な余裕を決定可能にする。このことを分かっているので、この場合、研削またはつや出しの処理を最適化することができる。

【0025】

提案する測定プローブまたは非接触測定要素の使用は、一般に今まで他の方法で使用された誘導センサを置換し、追加で、ギャップのうち少なくとも１つの、好ましくはいくつかの、特に好ましくはすべての、実際のフランク余裕を検出する可能性を提供する。

【0026】

しかしながら、測定プローブまたは非接触測定要素を伴うセンサと組み合わせて、さらに最適化された処理シーケンスを実現するために、誘導センサを追加で使用することもまた可能である。この場合、触知できるプローブまたは非接触測定要素が、単一ギャップだけを測定し、その結果、このギャップに基づき工作物を整列させる、または中心合わせすることができるように余裕を検出することを提供することができる。この場合、誘導センサは、他の歯またはギャップをすべて追加で測定し、その結果、接触プローブによりすでに測定された基準ギャップおよび決定された余裕だけではなく、誘導センサの別の情報も用いて、完全な工作物に関する改善された言明を行うことができる。

【0027】

触知できる測定要素（詳細にはプローブ）または非接触測定要素は、好ましくは研削盤の直線状軸を介して位置決めされる。既知の幾何形状（たとえば、既知の直径を有する球体）の基準体を用いてプローブを較正した後、直線状軸を用いて、必要とされる位置にプローブを動かすことができる。

【0028】

プローブまたは非接触測定要素の測定値は、機械制御システムにより記録され、歯部またはプロファイルに関しては、研削工具に対する工作物の最適中心位置を見いだすために、公知の手法で処理される。

【0029】

図面では、本発明のある実施形態を示す。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】２つの工作物スピンドルと、研削工具を伴う１つの研削スピンドルとを伴う研削盤の概略的描写を示す。

【図2】測定センサを用いた歯のギャップの測定を概略的に示す。

【発明を実施するための形態】

【0031】

図１は、非常に概略的でしかないが、２つの工作物スピンドル４および５と、研削スピンドル６とを備えつける研削盤３を示す。実施形態では、２つの工作物スピンドル４および５上に、いずれの場合にも工作物１または２を保持する（締め付ける）ことができる。研削ウォームの形をとる研削工具７は、研削スピンドル６上に配列される。

【0032】

図２の概要から理解することができるようにこの場合、工作物１、２は、歯部８を有する歯車である。しかしながら、以下の考察は、ギアの代わりに歯部に似たプロファイルを伴う別の工作物を機械加工する場合にも同様に適用される。

【0033】

原理上、実際の研削は、研削ウォーム７を用いて２つの工作物スピンドル４の一方の上で工作物１を研削することにより遂行され、一方では、研削のための準備活動が他方の工作物スピンドル５の上で遂行される。これらの活動は、最初に工作物スピンドル５上に工作物２を締め付け、次いで工作物２を整列させる、または中心合わせするステップを含む。歯部８を伴う（たとえば、ホビングにより）事前に機械加工された工作物１、２は、研削ウォームの研磨作用のある表面が歯部８の歯のギャップ９に係合するような方法で、研削ウォーム７に対して位置決めされなければならない（図２を参照のこと）。

【0034】

次いで研削処理は、研削工具７によりそれぞれの歯のフランク１０から取り代を除去する。

【0035】

このために、一方の工作物スピンドル４上で一方の工作物１を研削中、他方の工作物スピンドル５上の工作物２は、図２に概略的に示すように、測定要素１１を用いて時間的に並列に測定処理を受けることが提供される。

【0036】

少なくとも一方の歯のギャップ９では、プロービングにより２つの対向する歯のフランク１０を測定して、歯部の有効な取り代を決定する。このために、プローブ１１は、必要とされる測定位置まで動かされることができるように、直線状の送り台１２の上に置かれる。図２は、矢印を用いて、歯部８に対して放射状に測定プローブ１１をどのように動かすかを示し、さらに、工作物は、研削すべき歯のフランク１０の輪郭を点ごとに測定するために、円周方向に往復して回転させられる。

【0037】

その結果、歯のギャップ９のうち少なくとも１つの、好ましくは複数の、特に好ましくはすべての測定された取り代に基づき、研削ウォーム７に対する工作物２の最適な中心合わせ位置を決定することが可能であり、その結果、２つの対向する歯のフランク１０から理想的には等量の材料が除去される。

【0038】

そのような研削処理最適化は、最新技術によれば、誘導センサを用いて歯溝の位置だけが検出され、これに基づき工作物が中心合わせされる場合だけ、限定された範囲で可能である。すなわちこの場合、実際の取り代に関する情報はまったくない。

【0039】

記述した手法でプローブを用いて測定するには、誘導センサを用いて中心合わせするよりも多くの時間を必要とするが、多くの場合、この時間は、時間的に並列に研削されている工作物が完成するまで利用可能である。

【0040】

この場合、有効な取り代に関して記録された値に応じて研削処理を最適化するために、提案する方法をさらに発展させて、製造パラメータを調節することが可能である。詳細には、研削工具７と工作物１、２の間の送り速度を変更または調節することが意図される。同様に、研削行程数、または研削工具７を工作物１、２に送り込む程度を調節することを考慮することができる。その結果、経時的に除去される加工素材の体積は、所望の範囲内に、詳細には一定に維持することができる。

【0041】

工作物２が研削されている間、完成した工作物１は、他方の工具スピンドル上で時間的に並列に除去され、次の工作物は、記述した手法で締め付けられ、測定される。したがって、工作物は、２つの工作物スピンドル上で交互に研削される。したがって、記述する余裕決定処理は、２つの工作物スピンドル上で、いずれの場合も主機械加工時間に並列に、交互に行われる。

【符号の説明】

【0042】

１ 工作物（歯車）
２ 工作物（歯車）
３ 研削盤／つや出し盤
４ 工作物スピンドル
５ 工作物スピンドル
６ 研削スピンドル
７ 研削工具（研削ウォーム）
８ 歯部／歯部に似たプロファイル
９ 歯のギャップ／プロファイルのギャップ
１０ 歯のフランク／プロファイルのフランク
１１ 触知できる測定要素（測定センサ）／非接触測定機器（レーザ）
１２ 直線状の送り台

【図1】

【図2】