特表 2023-545587 歯車を切削するための方法、歯切工具、及び歯切機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-10-30

(54)【発明の名称】歯車を切削するための方法、歯切工具、及び歯切機械

(51)【国際特許分類】

   B23F 21/02 20060101AFI20231023BHJP

   B23F 5/04 20060101ALI20231023BHJP

   B24D 7/18 20060101ALI20231023BHJP

【ＦＩ】

B23F21/02

B23F5/04

B24D7/18 D

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023547752

(86)(22)【出願日】2021-10-15

(85)【翻訳文提出日】2023-04-19

(86)【国際出願番号】 EP2021078690

(87)【国際公開番号】W WO2022084199

(87)【国際公開日】2022-04-28

(31)【優先権主張番号】102020006418.3

(32)【優先日】2020-10-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523147912

【氏名又は名称】グリーソン－ヒュルト ツーリング ゲーエムベーハー

(74)【代理人】

【識別番号】110001243

【氏名又は名称】弁理士法人谷・阿部特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ニコラス ブレイル

【テーマコード（参考）】

3C063

【Ｆターム（参考）】

3C063AA02

3C063AB03

3C063BB04

3C063BB07

3C063BC03

3C063EE03

3C063FF23

(57)【要約】

金属ワークピース（２）から歯車（４）を切削するための方法であって、歯車の、事前定義された最終形状と比較して依然としてオーバーサイズを有する歯面が、最終形状に存在するその表面の反射特性を形成するために、歯車に供給される１つ以上の切削工具（１０）と切削係合する１つ以上の切削パスにおいて、結合剤マトリックスに組み込まれた切削粒子からなる幾何学的に定義されていない切削エッジによりハードファイン仕上げされ、切削工具１０ｂの切削パスにおいて、その結合剤マトリックスによって設定された切削粒子の弾性的に弾力的な取り付けがこの表面特性に作用し、かつ切削係合が受ける切削工具のインフィードを介して設定された圧縮予荷重によって、歯面における少なくとも２μｍのオーバーサイズの切削低減が実現される、方法、並びにこの目的のための歯切工具及び機械工具に関する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属ワークピース（２）から歯車（４）を、特に連続創成研削で、切削するための方法であって、前記歯車（４）の、事前定義された最終形状と比較して依然としてオーバーサイズを有する歯面が、その最終形状に存在するその表面の反射特性を形成するために、前記歯車に供給される１以上の切削工具（１０）と切削係合する１つ以上の切削パスにおいて、結合剤マトリックスに組み込まれた切削粒子からなる幾何学的に定義されていない切削エッジによりハードファイン仕上げされ、
切削工具（１０ｂ）の切削パスにおいて、その結合剤マトリックスによって設定された切削粒子の弾性的に弾力的な取り付けが前記表面特性に作用し、かつ切削係合が受ける前記切削工具のインフィードを介して設定された圧縮予荷重によって、前記歯面において少なくとも２μｍのオーバーサイズの切削低減が実現されることを特徴とする、方法。

【請求項2】

前記切削パスにおいて、３μｍ超、好ましくは４μｍ超、特に５μｍ超のオーバーサイズが除去され、及び／又は１２μｍ未満、好ましくは１０μｍ未満、特に８μｍ未満のオーバーサイズが除去される、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

弾性調整が、プラスチック材料又はゴム材料、特にポリウレタンとしての前記結合剤マトリックスのための材料選択を含む、請求項１又は２に記載の方法。

【請求項4】

前記切削工具の弾性率に関して、２０．０未満、好ましくは１８．５未満、特に１７．０未満、及び／又は１０．０超、好ましくは１１．５超、特に１３．０超のＧＰａ単位で測定された値が使用される、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。

【請求項5】

前記圧縮予荷重が、少なくとも２０μｍ、好ましくは少なくとも２８μｍ、特に少なくとも３６μｍ、及び／又は最大で１００μｍ、好ましくは最大で９０μｍ、特に最大で８０μｍの半径方向オーバーフィードによってもたらされ、前記最終形状を超える基準関連の負のオーバーサイズに対応する、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。

【請求項6】

前記切削パスの前記切削粒子が、２３，０００超、好ましくは２５，０００超、特に２７，０００超のＮ／ｍｍ²単位のヌープ硬度を有する、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。

【請求項7】

前記切削パスのｍ／ｓで測定される前記切削速度（ｖ_c）が、４２超、好ましくは４５、特に４８、及び／又は８０未満、好ましくは７２未満、特に６６である、請求項１～６のいずれか一項に記載の方法。

【請求項8】

前記切削粒子の粒径が、５．５μｍ超の範囲内、特に７．５μｍ超の範囲内、より好ましくは８．５μｍ超の範囲内であり、かつ／又は前記粒径が、１８μｍ未満、好ましくは１６μｍ未満、特に１４μｍ未満である、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。

【請求項9】

前記切削パス後の前記表面のμｍで表される平均粗さ深さ（Ｒ_z）が、１．２未満、好ましくは１．１未満、より好ましくは１．０未満、特に０．９未満である、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。

【請求項10】

前記切削パスが、１つ以上の切削パスにおいて、オーバーサイズを合計で３０μｍ超、好ましくは５０μｍ超、特に７０μｍ超低減させる切削作業が直前に行われる後続の切削パスである、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。

【請求項11】

前記先行する切削が、多くとも２つの切削パス、特に１つのみの切削パスを含む、請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法のために設計された、歯車（４）のハード／ファイン仕上げのための歯切工具（１０）。

【請求項13】

請求項１０に記載の先行する切削のための第１の切削領域（１０ｂ）と、請求項１０に記載の後続する切削パスのための第２の切削領域（１０ａ）と、を有する、請求項１２に記載の歯切工具。

【請求項14】

特に創成研削用に設計されたウォーム（１０）の形態である、請求項１２又は１３に記載の歯切工具。

【請求項15】

金属ワークピースから歯車を切削するための機械工具（１００）であって、請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法を実行するために、機械工具を制御する制御装置（９９）を有し、及び／又は請求項１２～１４のいずれか一項に記載の歯切工具（１０）を有する、機械工具（１００）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、特に連続創成研削において、金属ワークピースから歯車を切削するための方法であって、歯車の、その事前定義された最終形状と比較して依然としてオーバーサイズを有する歯面が、最終形状に存在するその表面の反射特性を形成するために、それに供給される１つ以上の切削工具と切削係合する１つ以上の切削パスにおいて、結合剤マトリックスに組み込まれた切削粒子からなる幾何学的に定義されていない切削エッジによりハードファイン仕上げされる方法に関する。この目的のために設計された歯切工具、及びこの目的のために設計された歯切機械に関する。

【背景技術】

【0002】

所定の最終形状（ターゲット寸法）を有する歯車が製造される場合、例えば、軟切削プロセスにおいて歯車を切削するとき、最終形状と比較してオーバーサイズが残され、次いで、歯車を硬化させた後に、ハード／ファイン仕上げによってオーバーサイズを除去しなければならない。次に、ハード／ファイン仕上げは、幾何学的に定義された切削エッジを用いて（例えば、ハードピーリングによって）切削することによって、又は幾何学的に定義されていない切削エッジを用いて、プロファイル研削、創成研削、又はスクレーピング（歯研ぎ）などの研削プロセスによって行うことができる。

【0003】

自動車産業における歯車などの典型的な用途では、依然として除去されるべきオーバーサイズは、０．１ｍｍ、すなわち約１００μｍであり得、オーバーサイズの大部分が除去される１つ以上の粗削りパスと、粗削り後に依然として残っている残留オーバーサイズが最終形状まで除去される１つ以上の仕上げパスとをそれぞれ介して、より深いインフィードでのいくつかの切削パスにおいて既知の技術を使用して除去される。例えば、１００μｍのオーバーサイズの上記の例では、９０μｍのオーバーサイズを粗削りパスで除去することができ、残りの１０μｍは、仕上げパスで除去される。

【0004】

粗削り及び仕上げの両方のために、セラミック結合剤が、通常、採用された切削工具、例えば研削を形成するための研削ウォームの所望の剛性を達成するために使用される。研磨剤に関しては、コランダム又は焼結コランダムで作られた砥粒が、特にコストの理由からしばしば使用される。

【0005】

加えて、クラウニング又はくびれなどの歯面修整も研削によって導入することができる。ドレッシング可能な及びドレッシング不可能な研削工具を使用することが可能である。これらの全ては当業者に既知であり、例えばＴｈｏｍａｓ Ｂａｕｓｃｈ，Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ Ｚａｈｎｒａｄｆｅｒｔｉｇｕｎｇ，第３版，Ｅｘｐｅｒｔ Ｖｅｒｌａｇに記載されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】Ｔｈｏｍａｓ Ｂａｕｓｃｈ，Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ Ｚａｈｎｒａｄｆｅｒｔｉｇｕｎｇ，第３版，Ｅｘｐｅｒｔ Ｖｅｒｌａｇ

【0007】

上記で説明した粗削りパスと仕上げパスとの組み合わせにより、粗さ深さＲ_zを有する歯車の表面を、約２．５μｍまでの範囲内で（算術平均粗さ値Ｒ_aが約０．３～０．６μｍの範囲内で）製造することができる。このような切削の後、これらの粗さ値を有する表面は、艶消しに見える。しかしながら、使用者の側では、反射性に見える表面まで延在するより低い表面粗さという意味で、より高い表面品質に対する要求が高まっている。

【0008】

これらの更なる要件を達成するために、粗削り及び仕上げによって既に準備された歯車は、本質的に歯表面をより低い粗さ値までのみ研磨する研磨切削にかけられる。このようなタイプの方法は、例えば、Ｒｅｉｓｈａｕｅｒ社によるＷＺＬ Ｆｉｎｅ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ Ｓｅｍｉｎａｒ ２０１５において、研削ウォーム領域において弾性結合剤を用いた研磨研削として提示されており、この研磨研削は、切削プロセスを中断することなく従来の研削切削の直後に実行され、活性領域における歯面の歯面トポグラフィを変化させることなく粗さプロファイルの先端高さを低減するタスクのみを有する。この研磨研削のために、０．７３μｍのＲ_z及び０．０８μｍのＲ_aを有するＤＩＮ４７６８による粗さプロファイルが達成可能であると指定されている。

【0009】

更なる方法原理として、いわゆる微細研削段階が、同じ提示の文脈において提案され、そのために、粗さプロファイルの先端高さ及び溝深さの両方が、より微細な研削ホイール粒子を使用することによって、セラミック結合を有する研削ウォームを用いて、活性領域における歯面の歯面トポグラフィを変化させることなく、大部分が低減される。この微細研削は、仕上げ段階において、又は切削プロセスを中断することなく従来の研削の直後の追加の切削段階において実行することができるが、粗さプロファイルは、１．３５μｍのＲ_z及び０．２１μｍのＲ_aのみで達成され、したがって、１μｍ未満のＲ_z及び０．１μｍ未満のＲ_aのユーザ指定ターゲットの粗さパラメータではない。Ｒｅｉｓｈａｕｅｒによって提案された研磨研削の上記の選択肢は、比較的少ない労力で歯車の機能特性の著しい改善を達成する。研磨後の反射性歯表面も、提示された例示的なワークピース上で容易に識別可能である。研磨及び微細研削の両方に関して、表面仕上げの変化は時間加法的であると述べられている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は、歯表面品質とプロセス制御との間の満足のいく妥協に関して上述したタイプの方法を更に発展させるという目的に基づく。

【課題を解決するための手段】

【0011】

この目的は、上述したタイプの方法による本発明によって達成され、この方法は、基本的に、切削工具の切削パスにおいて、その結合剤マトリックスによって設定された切削粒子の弾性的に弾力的な取り付けがこの表面特性に作用することと、歯面における少なくとも２μｍのオーバーサイズの切削低減が、切削係合が施される切削工具のインフィードを介して設定された圧縮予荷重によって実現されることとの両方を特徴とする。

【0012】

本発明は、一方では満足のいく表面特性を達成し、他方では切削自体の利点を達成することができるという洞察に基づいており、それは、達成されるべき表面特性及びこの目的のために結合剤マトリックスによって設定された切削粒子の弾性的に弾力的な取り付けにもかかわらず、オーバーサイズの切削低減が、切削工具のインフィードを介して圧縮予荷重を設定することによって歯面で依然として達成され得るということである。様々な用途のために、これは、この切削パスを１つ粗削りパスの直後に（また後にのみ）実行することを可能にし、その結果、特に、仕上げパスを省略することができ、したがって、以下でより詳細に説明するように、より短いサイクル時間を達成することができる。

【0013】

本開示の意味の範囲内で、１．３５μｍ以下の平均粗さ深さＲ_Zを考慮すると、表面の反射特性が存在する。本発明によるオーバーサイズの少なくとも２μｍの切削低減により、切削粒子の弾性的に弾力的な取り付けを伴う切削工具によって機械加工される歯面の粗さプロファイルのＩＳＯ１３５６５によるコア領域とプロファイル溝領域との間の境界は、除去中に超過される。したがって、プロファイルの先端が破壊されるだけでなく、実質的に、オーバーサイズの切削低減前の以前の粗さプロファイルが除去され、この切削工具による切削後に反射特性を有する新たに形成された粗さプロファイルによって置き換えられる。別の好ましい実施形態では、切削オーバーサイズ低減は、プロファイル溝領域の３分の１より多く、より好ましくはこの領域の３分の２より多くを依然として除去する。また、プロファイル溝領域がほぼ完全に又は完全に除去されることが提供される。

【0014】

これに関連して、特に好ましい方法設計では、３μｍ超、好ましくは４μｍ超、特に５μｍ超のオーバーサイズがこの切削パスで除去され、及び／又は１２μｍ未満、好ましくは１０μｍ未満、特に８μｍ未満のオーバーサイズが除去される。一方で、これは、特に粗削り作業の事前の実行において、より低い感度を可能にする。他方で、過大な圧縮予荷重による損傷の影響は、過大サイズを除去しすぎないことによって回避される。

【0015】

圧縮予荷重は、例えば、より非可撓性の工具の場合に所望のオーバーサイズ除去を達成するために使用される比較設定（負のオーバーサイズへの設定）よりもワークピースへの工具のより高い半径方向インフィードのために機械軸設定を設定することによって達成され得る。例えば、以下の値を参照するために、研削ウォームを使用することができ、それを用いて、事前のオーバーサイズ除去が、切削粒子の弾性的に弾力的な取り付けを伴う切削工具の切削パスの前に実行される。好ましくは、少なくとも２０μｍ、好ましくは少なくとも２８μｍ、特に少なくとも３６μｍ、及び／又は最大１００μｍ、好ましくは最大９０μｍ、特に最大８０μｍ、特により好ましくは最大７０μｍのそのようなオーバーフィードが設定され、機械軸のそのような基準関連半径方向オーバーフィードに変換される。半径方向オーバーフィードの絶対数値は、それらの弾性可撓性が考慮されなければならないので、機械工具ごとに変化し得る。これらの値は、最初の使用の前に、切削粒子の弾性的に弾力的な取り付けを伴う採用された切削工具のための所与の機械構成及びワークピース構成で初めて決定されなければならず、又はそれに応じて、実験的試験又は正確な数値シミュレーションからこれらの値が記憶されているデータ記録から検索されなければならない。

【0016】

切削砥粒又は砥粒に関しては、２３０００超、好ましくは２５０００超、特に２７０００超のヌープ硬度（Ｎ／ｍｍ²）超であることが好ましい。これは、良好な切削能力を確実にする。個々の切削粒子が破損した場合、「新しい」切削エッジも再び生じるので、全体として、工具の十分な耐久性が達成され、特に、次に必要とされるドレッシングまで行われる切削作業は十分である。

【0017】

切削粒子又は砥粒に関して、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、特にグリーン又はブラックが成分として、特に主成分として好ましい。好ましくは少なくとも３０％、より好ましくは少なくとも５０％、特に少なくとも７０％のＳｉＣを有する粒子ブレンドも考慮され、特に、更なるブレンド成分としてコランダム／焼結コランダムを有する。

【0018】

採用された砥粒の好ましい粒径は、５．５μｍ超、特に７．５μｍ超、より好ましくは８．５μｍ超の範囲内であるが、他方では、１８μｍ未満、好ましくは１６μｍ未満、特に１４μｍ未満であることが好ましい。ＦＥＰＡ（Ｆｅｄｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｐｒｏｄｕｃｅｒｓ ｏｆ Ａｂｒａｓｉｖｅｓ）の規定によれば、例えば、砥粒径９．４μｍは６００メッシュの篩の目の細かさに相当し、砥粒径６．５μｍは８００メッシュの篩の目の細かさに相当する。

【0019】

材料に関して、弾性調整は、プラスチック材料又はゴム材料、特にポリウレタンとしてのバインダマトリックスのための材料選択を含むことが好ましい。

【0020】

したがって、切削砥粒の弾性的に弾力的な取り付けを伴う切削工具の弾性は、一方ではウォーク効果が依然として可能であり、他方では本発明による切削最小オーバーサイズ低減が行われる範囲内で移動する。これに関連して、ＧＰａ単位で測定される切削工具の弾性率（ヤング率）は、２０．０未満、好ましくは１８．５未満、特に１７．０未満、及び／又は１０．０超、好ましくは１１．５超、特に１３．０超であることが特に好ましい。弾性率は、例えばＧｒｉｎｄｏＳｏｎｉｃ（登録商標）からの測定システムを用いて、品質検査において歯切工具に既に使用されているように、音波測定の一部として決定することができる。この目的のために、例えば、３点又は４点軸受によって支持される工具は、励振機によって振動させられ、弾性係数は、励振に対する工具の周波数応答を検出するセンサによって工具の既知の密度において決定される（工具検査において、この技術は、より高い周波数の抑制の場合に工具への損傷を検出するために使用される）。上記の値は、この切削パス（及びそれのみ）のために採用された工具に関する。一方の領域が切削パス用に設計され、関連する領域が例えば粗削り用に設計され、この目的のためにセラミック結合剤を備える組み合わせ工具が提供される場合、組み合わせ工具の測定は、対照的に、約３４ＧＰａのセラミック結合研削工具の通常の弾性率値に対応して、３０ＧＰａに近い結合剤全体の弾性率の対応するより高い値をもたらす。一方、純粋な研磨工具は、それらの意図された用途に応じて、わずか約１０ＧＰａから５ＧＰａ未満の弾性率を有する。

【0021】

したがって、粗面化及び仕上げのために通常使用されるセラミックボンドよりも柔らかい工具が使用されることが提供される。しかしながら、他方では、純粋に研磨作業のために意図されたものよりも硬い工具が使用される。

【0022】

平均粗さ深さの表面粗さ（Ｒ_z）に関して、この切削パスの後に、１．２μｍ未満、好ましくは１．１μｍ未満、より好ましくは１．０μｍ未満、特に０．９μｍ未満のμｍで測定された値を達成及び提供することができ、算術平均粗さＲ_aについては、０．１２未満、特に０．１０未満の値が提供される。０．０８未満の値を達成することさえ可能であった（下記参照）。更に、（アボット曲線を介して）決定することができるコア粗さ深さＲ_kと低減されたピーク高さＲ_pkとの合計は、０．６μｍ未満、更には０．５μｍ未満、更には０．４μｍ未満であることが好ましい。低減された溝深さＲ_vkについては、この合計の大きさのオーダーよりも大きくない値が好ましいが、コア溝深さＲ_kの５０％に近いか又はそれを超過するＲ_vk値が確かに想定される。

【0023】

好ましくは、この切削パスのｍ／ｓで測定される切削速度（ｖ_c）は、４２超、好ましくは４５超、特に４８超であり、及び／又は８０未満、好ましくは７２未満、特に６６未満である。

【0024】

既に上述したように、特に好ましい方法設計では、これまで考察した切削パスは、オーバーサイズを合計で３０μｍ超、好ましくは５０μｍ超、特に７０μｍ超だけ低減する切削作業、特に粗削りが先行する後続の切削パスであることが提供される。これに関連して、好ましくは、事前切削が多くとも２つの切削パス、特に１つのみの切削パスを含むことも提供される。好ましく提供される変形例の後者では、２つの切削パスで十分であり、１つの粗削り切削パスは、この場合、好ましくは５０μｍ以上のオーバーサイズ全体を、弾性取り付け及び圧縮予荷重の切削パスのために残されたオーバーサイズまで除去する。この場合、通常の仕上げパスを完全に省略することにより、サイクル時間がかなり節約される。

【0025】

除去される総オーバーサイズが８０μｍ超、９０μｍ超、更には１００μｍ超であり、かつ／又は硬化された予備歯車に強い非対称性が存在する場合、２つの（粗い）切削パスを有する変形形態が好ましくは使用される。この場合、原則として、少なくともほぼ等しい除去負荷が両方の粗削りパスに対して提供されることが好ましい。いずれの場合も、各切削パスは、好ましくは３０μｍ超、特に４０μｍ超のオーバーサイズを除去すべきである。ここでも、サイクル時間は、通常はよりゆっくりと実行される仕上げステップを省略することによって節約することができる。

【0026】

特に、総オーバーサイズｑの（それぞれ）６０％超又は更に６５％超、特に更に７０％超の同心性誤差及び／又は総ピッチ誤差など、硬質仕上げに移される予備歯車の品質が低い場合、切削粒子を弾性的に取り付けた切削工具を用いて、切削パスの前に２回の切削パスを実行するとき、これらの先行するパスのうちの第１のパスと第２のパスとの間の除去の分布をより非対称にし、先行する切削パスのうちの第２のパスにおける除去をより少なくすることも可能である。可能な実施形態では、例えば、ｇ２以下の非対称係数Δｑ／ｑ（Δｑ＝ｑ₁－ｑ₂及びｑ＝ｑ₁＋ｑ₂）及びｑ₁、ｑ₂の第１又は第２のパスにおける除去は、切削粒子の弾性的に弾力的な取り付けを伴う切削工具による処理後に得られる（得られるべき）表面の平均粗さ深さＲ_Zに対して仮定することができる。
ｇ２＝０，６－［２／（５π）］ａｒｃｔａｎ［ｋ（Ｒ_Z［μｍ］－Ｒ₀）］
ここで、ｋ＝８０の場合、Ｒ₀＝１．２、好ましくはＲ₀＝１．１５、より好ましくはＲ₀＝１．１、更により好ましくはＲ₀＝１．０５、特にＲ₀＝１．０である。代替的に又は追加的に、比率は、Δｑ／ｑ≧ｇ１であることが好ましい。
ｇ１＝β［１－Ｈ（Ｒ_Z［μｍ］－Ｒ’₀）］
ここで、Ｒ’₀＝１．０、好ましくは１．０５、特に１．１であり、β＝０．４、好ましくは０．５、特に０．６であり、ヘビサイド関数Ｈ（ｘ）である。

【0027】

したがって、モジュール範囲が６未満であり、ギア幅が最大１５０ｍｍであるホブ切り歯車の典型的な用途では、合計２回の切削パスのみの好ましい変形形態において、対応して短い切削時間を達成することができる。２つのパスと、弾性的に弾力的な取り付け部の切断パスと、を有する、方法設計において、最終形状において所望の表面特性を達成するための満足のいく切断時間を常に達成することができ、それは依然としていずれの場合も従来のプロセスよりも大きくない。

【0028】

これに関連して、先行するパスのフィード速度に対する後続の切削パスのフィード速度の比は、１．４超、好ましくは２超、特に２．５超、更には３超が、好ましくは設定される。更には、４以上の比が考えられる。研削工具をコンディショニングするために、成形ローラ及びプロファイリングローラからなる通常のドレッシングシステムが利用可能である。柔軟な、工具固有の、又は更にはマルチリブドレッシング工具も言及されるべきである。歯付きドレッサ又はラジアルドレッサも使用できる。この場合、コンディショニングの持続時間は、粗削りストロークと仕上げストロークとの組み合わせからなる通常の研削プロセスに類似し得る。

【0029】

更に、本発明は、本発明による方法を実施するための好適に設計された、好ましくはドレッシング可能な歯切工具を包含し、この歯切工具は、特に少なくとも２つの切削領域を有することができ、そのうちの少なくとも１つは先行する切削のために設けられ、別の切削領域は後続の切削のために設けられる。これらは、軸方向に相前後して接続され、特に回転しないように固定され得る。特に好ましくは、工具設計は、連続創成研削のために設計された研削ウォームの設計であり、当然ながら、他の切削プロセスのために、適切な工具設計である。

【0030】

加えて、本発明は、金属ワークピースの歯車を切削するための機械工具を包含し、この機械工具は、本発明による方法を実行するための制御デバイス、及び／又は対応して設計された歯切工具、特に研削ウォームを装備する。

【図面の簡単な説明】

【0031】

本発明の更なる特徴、細目、及び利点は、添付の図面を参照しながら以下の説明に見出すことができる。

【図1】創成研削機械を概略的に示す図である。

【図2】ウォーム形工具の軸方向断面図を概略的に示す。

【図3】ａ、ｂは、切削される２つの歯車のアボット曲線を示す。

【発明を実施するための形態】

【0032】

本発明の例示的な実施形態は、連続創成研削について以下で更に説明される。この目的のために使用することができるローリング研削機械は、ワークピースに関して、機械ベッド４０に取り付けられたワークピーススピンドル又はテーブルスピンドル８０を有し、その上に、既に事前に歯が付けられ、歯車４を有するワークピースホイール２がクランプされる。ワークピースホイール２及び歯車４のタイプは、これ以上限定されない。円筒形ホイールが示されているが、本発明はそれに限定されず、他のタイプの歯車も切削することができる。波状ワークピースの場合、この目的のために心押し台（図１には図示せず）を設けることができる。

【0033】

工具に関して、研削ウォームの形態の切削工具１０を保持し、位置決めすることができるキャリッジアセンブリが提供される。具体的には、図１のように、３つの直線移動軸Ｘ、Ｙ、及びＺを設けることができ、これらは、コントローラ９９からのＣＮＣ制御された機械軸移動によって、ワークピースホイール２に対する工具１０の相対位置を調整することができる。

【0034】

リニアキャリッジ５０は、半径方向（Ｘ）フィード運動のために提供される。後者は、ワークピース回転軸Ｃに平行に延在する機械軸Ｚのための垂直キャリッジ６０を担持する。別のキャリア７０は、垂直キャリッジ６０に対して回転可能に配置されている。この場合、旋回はＸ軸方向（旋回軸Ａ）に行われる。キャリア７０は、工具１０を工具回転軸に沿って変位させることができる接線キャリッジ（Ｙ軸）も含む。図１に示す旋回角度Ａ＝０の状況では、工具回転軸は、図１に示す直交座標系Ｘ、Ｙ、ＺのＹ方向に延在する。それ自体の軸の周りの工具の回転軸は、Ｂを有する回転軸として識別され、ワークピースの回転軸は、Ｃを有する回転軸として識別される。

【0035】

したがって、説明される限り、設計は創成研削機械の既知の構造であり得、それに応じて、他の構造的設計及び機械軸分布が代替的に提供され得る。

【0036】

図２に概略的に示されているウォーム形状の工具１０は、この例示的な実施形態において回転可能に固定された様式で接続されている２つの同軸部分１０ａ及び１０ｂを有する組み合わせ工具である。この例示的な実施形態では、部分１０ａは、先行技術からも周知であるように、特にセラミック結合を用いた連続創成研削法で歯車を粗削りするように設計された研削ウォームである。この例示的な実施形態では、他方の部分１０ｂも、特にウォームパラメータに関して部分１０ａと同様であることができ、ここでは同様であるウォーム形状の工具である。１０ｂの幅は、工具１０と歯車４との間の係合幅の最小値に対応し、研削ホイール幅の半分（１０ａ＝１０ｂ）の最大値に対応し、しばしば６０ｍｍの範囲内である。

【0037】

この例示的な実施形態では、セクション１０ｂの弾性率は、単独で測定したときに１３．６ＧＰａである。加えて、本例示的な実施形態では、結合剤マトリックスは、ポリウレタン材料から形成され、砥粒は、緑色炭化ケイ素である。以下でより詳細に説明するように、ねじ１０の部分１０ｂは、粗削りされた歯車４を、材料を除去するための中間仕上げパス（例えば、ウォーム１０の部分１０ａを用いて通常実行される）なしに、所望の表面特性を有する最終形状にする役割を果たす。

【0038】

この目的のために、最終形状に対するオーバーサイズは、この実施形態では、例えば、６μｍの残留オーバーサイズまで、１つ以上の粗削りパスにおいて最初に除去される。したがって、この残留オーバーサイズは、後続の仕上げパスのための粗削り中に通常残されるものよりもかなり低い（典型的には、仕上げプロセスは、約２０μｍの材料除去を担う）。続いて、ウォーム部分１０ｂは、仕上げパスを実行することなく使用され、この例示的な実施形態では、１回の切削パスのみで、残っている残留オーバーサイズを最終形状まで除去する。部分１０ａのような非弾性工具によって最終形状を達成するために必要とされるよりも高い半径方向（Ｘ）のインフィードによって、ウォーム部分１０ｂは、歯車４との連続創成研削の切削係合状態にされる。このように弾性的に設計されたウォーム部分１０ｂと、負のオーバーサイズに設定された予荷重との組み合わせにより、工具部分１０ｂの弾性的な性質のために、高い表面品質と同時に、材料は最終形状までしか除去されない。更に、純粋な研磨と比較してより硬い切削工具に起因して、従来の研磨と比較して著しく多くの材料除去が生じる。

【0039】

２つの具体的な例示的な実施形態が以下に説明される。

【0040】

第１の実施形態では、３ｍｍモジュール、２２個の歯、及び２０°の係合角を有する歯車であって、２０°のねじれ角で螺旋状に歯が付けられている歯車が研削される。この実施形態における歯車幅は３４ｍｍである。例示的な実施形態の外径及び歯底円直径は、それぞれ７６．７７ｍｍ及び６２．５０ｍｍである。６ｍｍの測定ボール直径を有する直径２ボール寸法としてのハードファイン仕上げ前の予備切削寸法は、８１．１５０ｍｍであり、最終形状に対応する最終寸法は、８０．６０５ｍｍであり、フランク当たり１２５μｍのオーバーサイズをもたらす。

【0041】

研削工具は、図２に示すような２コンポーネント工具であり、この実施形態では、２０°の係合角を有する３条研削ウォームである。

【0042】

切削速度は、５０ｍ／ｓに設定され、切削戦略は、３つの研削ストロークを有するものであり、そのうち、ウォーム領域１０ａを有する２つの粗削りストロークと、ウォーム領域１０ｂを有する最終パスと、が使用された。

【0043】

この具体的な例示的な実施形態では、半径方向インフィードは、最初に第１の粗削りパスにおいて０．２３７ｍｍであり、次に第２の粗削りパスにおいて０．１７９ｍｍであった。第３の切削パスにおける機械の半径方向インフィードセットは、依然として０．０７０ｍｍである。ストロークのオーダーにおける［ｍｍ³／ｓ］単位の公称材料除去速度Ｑ_wは、６５．５；４３．７及び４３．４；であり、インフィードにおいても、その順序で、ワークピース１回転当たり０．２７３；０．２４１、最終的に０．８４６ｍｍであった。相対的に言えば、インフィードは、先行する粗削りパスよりも最後の切削パスにおいて著しく高い。したがって、これは、全体的に短い切削時間を可能にし、それに応じて、粗削りの後に別の仕上げパスが最初に挿入される従来の方法よりも著しく良好なサイクル時間を可能にする。

【0044】

このようにして機械加工された歯車４の表面特性の測定は、Ｈｏｍｍｅｌ－Ｅｔａｍｉｃ Ｔｕｒｂｏｗａｖｅ Ｖ７．６０（プローブＴＫＵ ３００、測定範囲４００μｍ、走査距離Ｌ_t ４．８０ｍｍ、速度（Ｖ_t）０．５ｍｍ／ｓ、Ｌ_c／Ｌ_s ０．８００ｍｍのＬ_c（カットオフ）を有するＩＳＯ １１５６２に従ったフィルタＰ－Ｒ－Ｗプロファイルで２４，０００個の測定値を記録する）を使用して実行された。ＯＦＦプローブ：ｒ＝５μｍ／９０°）。

【0045】

図３ａに示される曲線（右フランク）は、材料セクションＲプロファイル（アボット曲線）について決定された。表面特性値は、Ｒ_a＝０．０９μｍ、Ｒ_z＝０．７１μｍであった。

【0046】

第２の例示的な実施形態では、２ストローク戦略が使用された－ウォームセクション１０ａ及び１０ｂでそれぞれ１ストローク。この場合の歯車データは、歯数３６、係合角１８°、ねじれ角－２２°、歯幅１６．６ｍｍ、外径５１．９８ｍｍ、歯元円直径４５．４０ｍｍの１．２７５ｍｍモジュールであった。

【0047】

ここで、５３．８０３ｍｍの予備切削寸法（直径において、２．５ｍｍの測定ボール直径を有する２ボール寸法Ｍ_dk）が、５３．２７５ｍｍの仕上げ寸法に除去された（０．０９９ｍｍのフランク当たりのオーバーサイズに対応する）。ここで使用された工具は、１８°の係合角を有する５条研削ウォームであり、切削速度は、第１の例示的な実施形態と比較して不変であった。

【0048】

ストローク１及び２において設定された他のプロセスパラメータは、それぞれ０．３０６ｍｍ及び０．０６５ｍｍの半径方向インフィードのための機械軸設定であり、ワークピース回転当たりのフィードは、それぞれ０．２２７及び０．９４８ｍｍであり、公称材料除去速度は、４５又は４０ｍｍ³／ｓであった。

【0049】

このように加工された歯システムも、１．５０ｍｍの感知距離及び０．１５ｍｍ／ｓの速度及びＬ_c ０．２５０ｍｍに関して測定パラメータを変更して測定された。

【0050】

このようにして、Ｒ_aについて０．０７μｍの値が決定され、Ｒ_Zについて０．５１μｍの値が決定された。再び右フランクについてのアボット曲線を図３ｂに示す。加えて、０．２２μｍのコア粗さ深さＲ_k、０．０８μｍの低減された先端高さ、及び０．１１μｍの低減された溝深さＲ_vkが決定された。

【0051】

したがって、両方の例示的な実施形態において、好ましくはセラミック結合剤（ウォーム部分１０ａ）を用いて、予備切削工具による通常の仕上げパスを省くことによって、それにもかかわらず好ましい切削時間で、ユーザ所望の表面品質を達成することができ、更には超過し得る。

【0052】

更に、本発明は、前述の説明において明示的に描かれた例示的な実施形態に限定されない。むしろ、上記の説明及び以下の特許請求の範囲の特徴は、その異なる実施形態において本発明を実現するために、個別に及び組み合わせにおいて、重要であり得る。

【0053】

本発明は、連続創成研削の具体的な実施形態においてより詳細に説明されてきたが、導入部で説明したプロセス機構及び特徴は、歯車の他のハードファイン仕上げ方法にも適用することができる。

【0054】

弾性取り付け及び圧縮予荷重を伴う粗削り及び切削のための工具は、図２に示すような組み合わせ工具によって実現される必要はない。図１に示すように、他の研削機械構成を使用することができるように、研削ヘッド内で一緒にクランプされる別個の工具を使用することもでき、又は別個の研削ヘッド内に設けることもできる。

【図1】

【図2】

【図3】

【国際調査報告】