DE102021132246A1

DE102021132246A1 - Zahnradbearbeitungsverfahren und Zahnradbearbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102021132246A1
Application number: DE102021132246.4A
Authority: DE
Inventors: Tomokazu Yamashita
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2020-12-10
Filing date: 2021-12-08
Publication date: 2022-06-15
Also published as: JP2022092395A; CN114619103A; CN114619103B; JP7521400B2

Abstract

Es sind ein Zahnradbearbeitungsverfahren und eine Zahnradbearbeitungsvorrichtung bereitgestellt, um durch eine synchrone Drehung eines zahnradförmigen Werkstücks und eines Schneidwerkzeugs eine der Zahnflächen in einer Zahnlücke eines Zahnprofils zu bearbeiten. Das Zahnradbearbeitungsverfahren umfasst das Bestimmen eines Zwischenachsenabstands zwischen einer Drehachse des Werkstücks und einer Drehachse des Schneidwerkzeugs bei der Bearbeitung der Zahnflächen auf der Grundlage eines Schneidenkanten-Durchmesserunterschieds, der ein Unterschied zwischen einem vorbestimmten Bezugsdurchmesser und einem tatsächlichen Durchmesser ist; das Bestimmen einer Anfangsphase einer Drehungsphase des Werkstücks und einer Drehungsphase des Schneidwerkzeugs zu einem Zeitpunkt des Beginnens der synchronen Drehung auf der Grundlage des Schneidenkanten-Durchmesserunterschieds; und das Bearbeiten der Zahnflächen in dem bestimmten Zwischenachsenabstands durch Beginnen der synchronen Drehung.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Zahnradbearbeitungsverfahren und eine Zahnradbearbeitungsvorrichtung.
Stand der Technik
In der Druckschrift DE 103 29 413 B4 ist beschrieben, dass durch synchrones Drehen eines Werkstücks und eines Schneidwerkzeugs, in dem eine Drehachse des Werkstücks und eine Drehachse des Schneidwerkzeugs parallel angeordnet sind, eine Schneidenkantenbewegungsbahn des Schneidwerkzeugs zu einer Zykloidenkurve gemacht ist und eine Zahnfläche einer Evolventenkurve geschnitten ist.
Die JP 2020 019 096 A beschreibt, dass die Bearbeitung von Zahnrädern mit einem Schälfräser durchgeführt ist.
Ein in der DE 103 29 413 B4 beschriebenes Schneidverfahren kann eine höhere Schneidgeschwindigkeit erreichen als ein in der JP 2020 019 096 A beschriebenes Schälverfahren. Übrigens ist bei dem oben beschriebenen Schneidverfahren die Bewegungsbahn der Schneidenkante (Schneidenkantenbewegungsbahn) des Schneidwerkzeugs in eine Zykloide umgewandelt und die Zahnfläche der Evolventenkurve geschnitten. Daher ist die Zahnfläche unter Verwendung eines Teils der Zykloidenkurve geschnitten, der sich der Evolventenkurve annähert. Der Teil der Zykloidenkurve, der die Zahnfläche schneidet, ist durch eine Bewegungsbahn der Schneidenkante des Schneidwerkzeugs bestimmt.
Übrigens verschleißt eine Schneide des Schneidwerkzeugs durch die Wiederholung des Schneidvorgangs. Das heißt, die Bewegungsbahn der Schneidenkante des Schneidwerkzeugs ändert sich von einem Anfangszustand aus. Dann ändert sich die Position der Schneide des Schneidwerkzeugs aufgrund eines Verschleißes, was zu einem Bearbeitungsfehler der Zahnfläche führt. Wenn beispielsweise ein Spitzenelement als Schneide des Schneidwerkzeugs eingesetzt ist, ändert sich außerdem die Bewegungsbahn der Schneidenkante des Schneidwerkzeugs aufgrund eines Montagefehlers des Spitzenelements oder Ähnlichem. Auch in diesem Fall tritt wie in dem Fall des Verschleißes ein Bearbeitungsfehler der Zahnflanke auf.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung dient dazu, ein Zahnradbearbeitungsverfahren und eine Zahnradbearbeitungsvorrichtung bereitzustellen, die einen Bearbeitungsfehler einer Zahnfläche reduzieren können, wenn sich eine Bewegungsbahn der Schneidenkante eines Schneidwerkzeugs bei der Bearbeitung mit einer hohen Schnittgeschwindigkeit ändert.
1. Zahnradbearbeitungsverfahren
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung bearbeitet ein Zahnradbearbeitungsverfahren durch eine synchrone Drehung eines Werkstücks und eines Schneidwerkzeugs eine der Zahnflächen in einer Zahnlücke (Lücke) eines Zahnprofils in Bezug auf das zahnradförmige Werkstück, das das Zahnprofil im Voraus ausgebildet aufweist.
Das Zahnradbearbeitungsverfahren hat: Anordnen einer Drehachse des Werkstücks und einer Drehachse eines Schneidwerkzeugs parallel zueinander; Bestimmen eines Abstands zwischen den Achsen (Zwischenachsenabstands) zwischen der Drehachse des Werkstücks und der Drehachse des Schneidwerkzeugs in der Bearbeitung der Zahnflächen auf der Grundlage eines Schneidenkanten-Durchmesserunterschieds, der eine Differenz zwischen einem vorbestimmten Bezugsdurchmesser und einem tatsächlichen Durchmesser ist, wobei der vorbestimmte Bezugsdurchmesser und der tatsächliche Durchmesser ein Abstand von der Drehachse des Schneidwerkzeugs zu einer Schneidenkante des Schneidwerkzeugs sind; Bestimmen einer Anfangsphase einer Drehphase des Werkstücks und einer Drehphase des Schneidwerkzeugs zu einem Zeitpunkt des Beginns der synchronen Drehung beruhend auf dem Schneidenkanten-Durchmesserunterschied; Beginnen der synchronen Drehung des Werkstücks und des Schneidwerkzeugs in einem Zustand, in dem sie in der bestimmten Anfangsphase positioniert sind, um die Schneidenkante des Schneidwerkzeugs entlang einer vorbestimmten Bewegungsbahn in Bezug auf das Werkstück zu bewegen; und Bearbeiten der Zahnflächen in dem bestimmten Abstand zwischen den Achsen, indem die synchrone Drehung gestartet ist.
Gemäß dem Zahnradbearbeitungsverfahren wird die synchrone Drehung in der Anfangsphase gestartet, die auf der Grundlage des Schneidenkanten-Durchmesserunterschieds bestimmt ist, und die Zahnfläche ist in dem Abstand zwischen den Achsen bearbeitet, der auf der Grundlage des Schneidenkanten-Durchmesserunterschieds bestimmt ist. Daher kann ein Bearbeitungsfehler der Zahnfläche sogar reduziert sind, wenn ein Schneidenkanten-Durchmesserunterschied aufgrund von Verschleiß, Montagefehlern eines Spitzenelements oder ähnlichem auftritt.
2. Zahnradbearbeitungsvorrichtung
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine Zahnradbearbeitungsvorrichtung so konfiguriert, dass sie durch eine synchrone Drehung eines Werkstücks und eines Schneidwerkzeugs eine der Zahnflächen in einer Zahnlücke (Lücke) eines Zahnprofils in Bezug auf das zahnradförmige Werkstück mit dem zuvor gebildeten Zahnprofil bearbeitet. Die Zahnradbearbeitungsvorrichtung umfasst: das Schneidwerkzeug; und eine Steuereinrichtung, die das Werkstück und das Schneidwerkzeug steuert. Die Zahnradbearbeitungsvorrichtung ordnet eine Drehachse des Werkstücks und eine Drehachse des Schneidwerkzeugs parallel an.
Die Steuervorrichtung ist konfiguriert, um: einen Abstand zwischen der Drehachse des Werkstücks und der Drehachse des Schneidwerkzeugs (Zwischenachsenabstand) in der Bearbeitung der Zahnflächen beruhend auf einem Schneidenkanten-Durchmesserunterschied zu bestimmen, der ein Unterschied zwischen einem vorbestimmten Bezugsdurchmesser und einem tatsächlichen Durchmesser ist, wobei der vorbestimmte Bezugsdurchmesser und der tatsächliche Durchmesser ein Abstand von der Drehachse des Schneidwerkzeugs zu einer Schneidenkante des Schneidwerkzeugs ist; eine Anfangsphase einer Drehungsphase des Werkstücks und einer Drehungsphase des Schneidwerkzeugs zu einem Zeitpunkt des Beginnens der synchronen Drehung beruhend auf dem Schneidenkanten-Durchmesserunterschied zu bestimmen; Beginnen der synchronen Drehung des Werkstücks und des Schneidwerkzeugs in einem Zustand, in dem sie in der bestimmten Anfangsphase positioniert sind, um die Schneidenkante des Schneidwerkzeugs entlang einer vorbestimmten Bewegungsbahn in Bezug auf das Werkstück zu bewegen; und Bearbeiten der Zahnflächen in dem vorbestimmten Zwischenachsenabstand durch Beginnen der synchronen Drehung. Mit der Zahnradbearbeitungsvorrichtung ist eine ähnliche Wirkung wie mit dem obigen Zahnradbearbeitungsverfahren erzielt.
Figurenliste

1 ist eine Ansicht, die eine Werkzeugmaschine zeigt.
2 ist eine Ansicht, die ein Werkstück und ein Schneidwerkzeug zeigt.
3 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Schneidwerkzeug eines ersten Beispiels zeigt.
4 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Schneidwerkzeug eines zweiten Beispiels zeigt.
5 ist eine Ansicht, die eine relative Arbeitsbewegungsbahn einer Werkzeugschneide des Schneidwerkzeugs mit Bezug auf ein Werkstück darstellt.
6 ist eine Ansicht, die eine relative Arbeitsbewegungsbahn einer Schneidenkante der Werkzeugschneide des Schneidwerkzeugs in Bezug auf ein Werkstück darstellt.
7 ist eine Ansicht, die einen Zustand darstellt, in dem die Schneidenkante der Werkzeugschneide des Schneidwerkzeugs verschlissen ist.
8 ist eine vergrößerte Ansicht einer Zahnfläche, die eine Zahnfläche Wb1 vor der Bearbeitung und eine Sollzahnfläche Wb2 nach der Bearbeitung zeigt.
9 ist eine vergrößerte Ansicht der Zahnfläche, die eine tatsächliche Zahnfläche Wb3 nach der Bearbeitung zeigt, wenn es zusätzlich zu den Zahnflächen Wb1 und Wb2 keinen Schneidenkanten-Durchmesserunterschied ΔH gibt.
10 ist eine Ansicht, die eine Vielzahl von Bearbeitungsbedingungen A bis D zeigt, wenn der Schneidenkanten-Durchmesserunterschied ΔH besteht.
11 ist eine vergrößerte Ansicht der Zahnfläche, die die tatsächliche Zahnfläche Wb3 nach der Bearbeitung unter der Bearbeitungsbedingung A zusätzlich zu den Zahnflächen Wb1 und Wb2 zeigt.
12 ist eine vergrößerte Ansicht der Zahnfläche, die die tatsächliche Zahnfläche Wb3 nach der Bearbeitung unter der Bearbeitungsbedingung B zusätzlich zu den Zahnflächen Wb1 und Wb2 zeigt.
13 ist eine vergrößerte Ansicht der Zahnfläche, die die tatsächliche Zahnfläche Wb3 nach der Bearbeitung unter der Bearbeitungsbedingung C zusätzlich zu den Zahnflächen Wb1 und Wb2 zeigt.
14 ist eine vergrößerte Ansicht der Zahnfläche, die die tatsächliche Zahnfläche Wb3 nach der Bearbeitung unter der Bearbeitungsbedingung D zusätzlich zu den Zahnflächen Wb1 und Wb2 zeigt.
15 ist ein Diagramm, das einen Zahndickenfehler auf einem Teilkreis und an einem Zahnkopfabschnitt in Bezug auf die Bearbeitungsbedingungen A bis D darstellt.
16 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Schneidenkanten-Durchmesserunterschied ΔH und einem Korrekturwert einer Anfangsphase darstellt.
17 ist ein funktionelles Blockdiagramm, das eine Steuereinrichtung darstellt.
18 ist ein Flussdiagramm, das die Verarbeitung durch eine Grund-Bearbeitungsbedingungbestimmungseinheit veranschaulicht.
19 ist ein Flussdiagramm, das eine Bearbeitung durch eine Zahnflächenbearbeitungseinheit darstellt.

Beschreibung von Ausführungsformen
1. Werkstück W
Ein Werkstück W vor der spanabhebenden Bearbeitung hat eine Form eines Zahnrads mit einem Zahnprofil, das auf einer äußeren Umfangsfläche oder einer inneren Umfangsfläche ausgebildet ist. Das heißt, das Zahnprofil des Werkstücks W vor der spanabhebenden Bearbeitung ist im Voraus geformt. Eine Zahnfläche in einer Zahnlücke des Zahnprofils ist ein spanabhebend bearbeiteter Abschnitt. Die Zahnfläche nach der spanabhebenden Bearbeitung ist als Evolventenkurve geformt. Das heißt, durch Schneiden der im Voraus geformten Zahnfläche ist eine fertige Form der Evolventenkurve gebildet, während die Zahndicke reduziert ist. Die Zahnfläche vor der spanenden Bearbeitung kann eine Evolventenkurve oder eine andere Form als die Evolventenkurve aufweisen.
Ferner kann ein Zahnprofil des Werkstücks W eine Zahnspurrichtung parallel zu einer Drehachse des Werkstücks W aufweisen, oder die Zahnspurrichtung kann in Bezug auf die Drehachse des Werkstücks W einen Winkel aufweisen. Die Zahnfläche des ersten Werkstücks W ist eine Zahnfläche eines geradverzahnten Stirnrads (Stirnrads) und die Zahnfläche des zweiten Werkstücks W ist eine Zahnfläche eines schrägverzahnten Stirnrads (Schrägstirnrads).
2. Beispiel einer Werkzeugmaschine 1
Eine Werkzeugmaschine 1, die eine Zahnradbearbeitungsvorrichtung ist, die eine Zahnfläche eines Zahnrads schneidet, das das Werkstück W ist, ist eine Vorrichtung, die die Zahnfläche durch ein Schneidwerkzeug T schneidet, indem das Schneidwerkzeug T und das Werkstück W relativ bewegt sind.
Ein Beispiel für die Werkzeugmaschine 1 ist unter Bezugnahme auf die 1 beschrieben. In diesem Beispiel setzt die Werkzeugmaschine 1 beispielhaft ein Bearbeitungszentrum ein, das in der Lage ist, Werkzeuge auszutauschen. Insbesondere kann in dem Bearbeitungszentrum als Werkzeugmaschine 1 zusätzlich zum Schneiden der Zahnflanke in diesem Beispiel vorab ein Zahnprofil durch Schälen, Wälzfräsen oder dergleichen in das Werkstück W geschnitten sind. Das Bearbeitungszentrum der Werkzeugmaschine 1 ist in der Grundkonfiguration ein horizontales Bearbeitungszentrum. Die Werkzeugmaschine 1 hat die obige Konfiguration als Beispiel, aber andere Konfigurationen wie ein vertikales Bearbeitungszentrum können angewendet sind.
Wie in der 1 dargestellt ist, weist die Werkzeugmaschine 1 beispielsweise drei lineare Achsen (X-Achse, Y-Achse und Z-Achse) auf, die als Antriebsachsen rechtwinkelig zueinander stehen. Dabei ist eine Richtung einer Drehachse (gleich einer Drehachse einer Werkzeugspindel) des Schneidwerkzeugs T als Z-Achsen-Richtung definiert und die beiden zu der Z-Achsen-Richtung rechtwinkeligen Achsen sind als X-Achsen-Richtung und Y-Achsen-Richtung definiert. In 1 ist eine horizontale Richtung die X-Achsen-Richtung, und eine vertikale Richtung ist die Y-Achsen-Richtung. Ferner weist die Werkzeugmaschine 1 zwei Drehachsen (B-Achse und Cw-Achse) zum Ändern der relativen Positionen des Schneidwerkzeugs T und des Werkstücks W als Antriebsachsen auf. Ferner weist die Werkzeugmaschine 1 eine Ct-Achse als Drehachse zum Drehen des Schneidwerkzeugs T auf.
Das heißt, die Werkzeugmaschine 1 ist eine fünfachsige Bearbeitungsmaschine (eine sechsachsige Bearbeitungsmaschine unter Berücksichtigung einer Werkzeugspindel (Ct-Achse)), die eine frei gekrümmte Oberfläche bearbeiten kann. Anstelle der Konfiguration mit der B-Achse (Drehachse um die Y-Achse im Bezugszustand) und der Cw-Achse (Drehachse um die Z-Achse im Bezugszustand) kann die Werkzeugmaschine 1 so konfiguriert sein, dass sie eine A-Achse (Drehachse um die X-Achse im Bezugszustand) und die B-Achse aufweist oder die A-Achse und die Cw-Achse aufweist.
In der Werkzeugmaschine 1 kann die Konfiguration für die Relativbewegung des Schneidwerkzeugs T und des Werkstücks W entsprechend gewählt werden. In diesem Beispiel ermöglicht die Werkzeugmaschine 1 eine lineare Bewegung des Schneidwerkzeugs T in Richtung der Y-Achse und der Z-Achse, eine lineare Bewegung des Werkstücks W in Richtung der X-Achse und eine Drehung des Werkstücks W um die B-Achse und die Cw-Achse. Außerdem ist das Schneidwerkzeug T um die Ct-Achse drehbar.
Die Werkzeugmaschine 1 hat ein Bett 10, eine Werkstückhaltevorrichtung 20 und eine Werkzeughaltevorrichtung 30. Das Bett 10 weist eine beliebige Form auf, z. B. eine im Wesentlichen rechteckige Form, und ist auf einer Aufstellfläche installiert. Die Werkstückhaltevorrichtung 20 ermöglicht eine lineare Bewegung des Werkstücks W in Bezug auf das Bett 10 in Richtung der X-Achse und ermöglicht eine Drehung um die B-Achse und die Cw-Achse. Die Werkstückhaltevorrichtung 20 umfasst im Wesentlichen einen X-Achsen-Bewegungstisch 21, einen B-Achsen-Drehtisch 22 und eine Werkstückspindelvorrichtung 23.
Der X-Achsen-Bewegungstisch 21 ist so vorgesehen, dass er in der X-Achsen-Richtung in Bezug auf das Bett 10 beweglich ist. Insbesondere ist das Bett 10 mit einem Paar von X-Achsen-Führungsschienen versehen, die sich in der X-Achsen-Richtung (in der 1 in der Richtung von vorne nach hinten) erstrecken, und der X-Achsen-Bewegungstisch 21 ist durch einen Linearmotor oder einen Kugelumlaufspindelmechanismus (nicht dargestellt) angetrieben, um sich in der X-Achsen-Richtung hin- und herzubewegen, während er durch das Paar von X-Achsen-Führungsschienen geführt ist.
Der B-Achsen-Drehtisch 22 ist auf einer oberen Fläche des X-Achsen-Bewegungstisches 21 installiert und bewegt sich in der X-Achsen-Richtung zusammen mit dem X-Achsen-Bewegungstisch 21 hin und her. Außerdem ist der B-Achsen-Drehtisch 22 so vorgesehen, dass er in Bezug auf den X-Achsen-Bewegungstisch 21 um die B-Achse drehbar ist. In dem B-Achsen-Drehtisch 22 ist ein Drehmotor (nicht dargestellt) untergebracht, und der B-Achsen-Drehtisch 22 kann sich um die B-Achse drehen, indem er von dem Drehmotor angetrieben ist.
Die Werkstückspindelvorrichtung 23 ist auf dem B-Achsen-Rundtisch 22 installiert und dreht sich zusammen mit dem B-Achsen-Rundtisch 22 um die B-Achse. Die Werkstückspindelvorrichtung 23 hat einen Werkstückspindelsockel 23a, ein Werkstückspindelgehäuse 23b und eine Werkstückspindel 23c. Der Werkstückspindelsockel 23a ist an einer oberen Fläche des B-Achsen-Rundtisches 22 befestigt.
Das Werkstückspindelgehäuse 23b ist an der Werkstückspindelbasis 23a befestigt und weist eine zylindrische Innenumfangsfläche auf, die auf der Mittellinie der Cw-Achse zentriert ist und rechtwinkelig zu der Mittellinie der B-Achse verläuft. Die Werkstückspindel 23c ist drehbar im Werkstückspindelgehäuse 23b gelagert. Das Werkstück W ist lösbar auf der Werkstückspindel 23c gehalten. Das heißt, die Werkstückspindel 23c hält das Werkstück W um die Cw-Achse drehbar im Werkstückspindelgehäuse 23b und dreht sich einstückig mit dem Werkstück W.
Im Inneren des Werkstückspindelgehäuses 23b sind ein Drehmotor (nicht dargestellt) zum Drehen der Werkstückspindel 23c und ein Detektor (nicht dargestellt), wie z.B. ein Encoder, zum Erfassen eines Drehwinkels der Werkstückspindel 23c vorgesehen. Auf diese Weise macht die Werkstückhaltevorrichtung 20 das Werkstück W in Bezug auf das Bett 10 in Richtung der X-Achse beweglich und kann das Werkstück um die B-Achse und um die Cw-Achse drehen.
Die Werkzeughaltevorrichtung 30 umfasst im Wesentlichen eine Säule 31, einen Sattel 32 und eine Werkzeugspindelvorrichtung 33. Die Säule 31 ist so vorgesehen, dass sie in Richtung der Z-Achse in Bezug auf das Bett 10 beweglich ist. Insbesondere ist das Bett 10 mit einem Paar von Z-Achsen-Führungsschienen versehen, die sich in der Z-Achsen-Richtung (Links-Rechts-Richtung in 1) erstrecken, und die Säule 31 ist durch einen Linearmotor oder einen Kugelumlaufspindelmechanismus (nicht dargestellt) angetrieben, um sich in der Z-Achsen-Richtung hin- und herzubewegen, während sie durch das Paar von Z-Achsen-Führungsschienen geführt ist.
Der Sattel 32 ist eine Seitenfläche (linke Seitenfläche in 1) der Säule 31 an der Seite des Werkstücks W und ist an einer Seitenfläche parallel zu einer Ebene rechtwinkelig zu der Z-Achsenrichtung angeordnet. Ein Paar Y-Achsen-Führungsschienen, die sich in der Richtung der Y-Achse (in der 1 von oben nach unten) erstrecken, sind an der Seitenfläche der Säule 31 vorgesehen, und der Sattel 32 bewegt sich in der Richtung der Y-Achse hin und her, indem er von einem Linearmotor oder einem Kugelumlaufspindelmechanismus (nicht dargestellt) angetrieben wird.
Die Werkzeugspindelvorrichtung 33 ist in dem Sattel 32 installiert und bewegt sich zusammen mit dem Sattel 32 in der Richtung der Y-Achse. Die Werkzeugspindelvorrichtung 33 hat ein Werkzeugspindelgehäuse 33a und eine Werkzeugspindel 33b. Das Werkzeugspindelgehäuse 33a ist am Sattel 32 befestigt und weist eine zylindrische Innenumfangsfläche auf, die auf der zu der Z-Achse parallelen Mittellinie der Ct-Achse zentriert ist. Die Werkzeugspindel 33b ist drehbar in dem Werkzeugspindelgehäuse 33a gelagert. Ein Schneidwerkzeug T ist abnehmbar auf der Werkzeugspindel 33b gehalten. Das heißt, die Werkzeugspindel 33b hält das Schneidwerkzeug T in dem Werkzeugspindelgehäuse 33a derart, dass sich das Schneidwerkzeug T um die Ct-Achse drehen kann und die Werkzeugspindel 33b sich zusammen mit dem Schneidwerkzeug T dreht.
Im Inneren des Werkzeugspindelgehäuses 33a sind ein Werkzeugdrehmotor (nicht dargestellt) zum Drehen der Werkzeugspindel 33b und ein Detektor (nicht dargestellt), wie z.B. ein Encoder, zum Erfassen eines Drehwinkels der Werkzeugspindel 33b vorgesehen. Auf diese Weise macht die Werkzeughaltevorrichtung 30 das Schneidwerkzeug T in Bezug auf das Bett 10 in Richtung der Y-Achse und der Z-Achse beweglich und hält das Schneidwerkzeug T so, dass es in der Ct-Achse drehbar ist.
3. Detaillierte Konfiguration des Schneidwerkzeugs T
3-1. Detaillierte Konfiguration des Schneidwerkzeugs T im ersten Beispiel Eine Konfiguration des Schneidwerkzeugs T wird mit Bezug auf die 2 und 3 beschrieben. Das Schneidwerkzeug T eines ersten Beispiels ist ein drehendes Werkzeug, das eine Zahnfläche Wb in eine Zahnlücke Wa des Werkstücks W schneidet, deren Zahnspurrichtung parallel zu der Drehachse des Werkstücks W verläuft. Die Drehachse Cw des Werkstücks W und die Drehachse Ct des Schneidwerkzeugs T sind parallel angeordnet. In diesem Zustand schneidet das Schneidwerkzeug T die Zahnfläche Wb des Zahnrads, das das Werkstück W ist, indem es synchron mit dem Werkstück W dreht.
Das Schneidwerkzeug T hat einen Werkzeugkörper Ta und eine Werkzeugschneide Tb. Der Werkzeugkörper Ta ist z.B. säulenförmig ausgebildet und ist von der Werkzeugspindel 33b so gehalten, dass die Mittelachse mit der Ct-Achsen-Mittellinie der Werkzeugspindel 33b zusammenfällt. Der Werkzeugkörper Ta ist z. B. aus einem Stahlwerkstoff ausgebildet.
Die Werkzeugschneide Tb ist an einer Spitze des Werkzeugkörpers Ta so vorgesehen, dass sie in einer radialen Richtung des Werkzeugkörpers Ta nach außen ragt. Die Werkzeugschneide Tb besteht beispielsweise aus Hartmetall. Die Werkzeugschneide Tb ist plattenförmig ausgebildet. Das heißt, die Werkzeugschneide Tb ist plattenförmig ausgebildet und erstreckt sich in radialer Richtung des Schneidwerkzeugs T in einem Querschnitt senkrecht zu der Achse des Schneidwerkzeugs T. Insbesondere ist die Werkzeugschneide Tb in diesem Beispiel trapezförmig ausgebildet, wenn man sie von einer zu der plattenförmigen Oberfläche senkrechten Richtung aus betrachtet. Die Form der Werkzeugschneide Tb ist jedoch nicht auf die Trapezform beschränkt, sondern kann auch rechteckig sein.
Da das Schneidwerkzeug T des ersten Beispiels zum Schneiden der Zahnfläche Wb vorgesehen ist, deren Zahnspurrichtung parallel zu der Drehachse Cw des Werkstücks W liegt, ist die Werkzeugschneide Tb des Schneidwerkzeugs T so vorgesehen, dass eine Erstreckungsrichtung der Platte parallel zu der Mittelachse Ct des Werkzeugkörpers Ta liegt.
Daher umfasst die Werkzeugschneide Tb eine Spitzenfläche Tb1, die in der radialen Richtung des Schneidwerkzeugs T nach außen weist, und eine Seitenfläche Tb2, die einer Umfangsrichtung des Schneidwerkzeugs T zugewandt ist. Dann ist in der Werkzeugschneide Tb ein Abschnitt, an dem die Zahnfläche Wb des Werkstücks W geschnitten wird, ein Firstlinienabschnitt Tb3 (Schneidenkante) der Spitzenfläche Tb1 und der Seitenfläche Tb2.
In der 2 ist das Werkstück W ein Beispiel für ein außenverzahntes Zahnrad, es kann aber auch ein innenverzahntes Zahnrad sein. In diesem Fall befindet sich das Schneidwerkzeug T innerhalb des Werkstücks W, das ein innenverzahntes Zahnrad ist, und die Drehachse Ct des Schneidwerkzeugs T ist mit Bezug auf die Drehachse Cw des Werkstücks W exzentrisch.
3-2. Detaillierte Konfiguration des Schneidwerkzeugs T im zweiten Beispiel
Eine Konfiguration des Schneidwerkzeugs T eines zweiten Beispiels ist unter Bezugnahme auf die 4 beschrieben. Das Schneidwerkzeug T des zweiten Beispiels ist ein drehendes Werkzeug, das die Zahnfläche Wb schneidet, deren Zahnspurrichtung mit Bezug auf die Drehachse Cw des Werkstücks W einen Winkel aufweist, d.h. das Schneidwerkzeug T des zweiten Beispiels ist ein Werkzeug zum Schneiden der Zahnfläche eines Schrägstirnrades.
Die Werkzeugschneide Tb des Schneidwerkzeugs T ist entlang einer Linie eines Schrägungswinkels des Schneidwerkzeugs T vorgesehen, der einem Schrägungswinkel der Zahnfläche Wb des Werkstücks W entspricht. Die Werkzeugschneide Tb hat eine dreidimensional gekrümmte Seitenfläche Tb2 entlang der Linie des Schneidwerkzeugs T, die dem Schrägungswinkel der Zahnfläche Wb des Werkstücks W entspricht.
4. Grund-Bearbeitungsverfahren
Ein Grund-Bearbeitungsverfahren der Zahnfläche Wb des Werkstücks W durch das Schneidwerkzeug T ist unter Bezugnahme auf die 5 und 6 beschrieben. Eine abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie in der 5 stellt einen Arbeitsort der Werkzeugschneide Tb des Schneidwerkzeugs T unter der Annahme dar, dass das Werkstück W in einem Zustand fixiert ist, in dem, wie in der 2 dargestellt ist, das Werkstück W im Uhrzeigersinn dreht und das Schneidwerkzeug T gegen den Uhrzeigersinn dreht.
Das heißt, die Werkzeugschneide Tb bewegt sich in der Reihenfolge A1, A2, A3, A4 und A5. Da sich das Schneidwerkzeug T gegen den Uhrzeigersinn dreht (siehe die 2), bewegt sich die Schneidenkante Tb3 der Werkzeugschneide Tb mit Bezug auf ein Basisende (oberes Ende in 5) der Werkzeugschneide Tb gegen den Uhrzeigersinn, wenn sie sich von A1 nach A5 bewegt. Da sich das Schneidwerkzeug T dann synchron mit der Drehung des Werkstücks W dreht, dreht sich die Drehachse Ct des Schneidwerkzeugs T im Wesentlichen mit Bezug auf das Werkstück W. Daher ändern sich die Position und die Haltung der Werkzeugschneide Tb in Bezug auf das Werkstück W, wie in der 5 dargestellt ist.
In der 6 ist eine dicke durchgezogene Linie ein Arbeitsort der Schneide Tb3 der Werkzeugschneide Tb des Schneidwerkzeugs T mit Bezug auf das Werkstück W. Das heißt, wie in der 6 dargestellt ist, werden das Werkstück W und das Schneidwerkzeug T synchron mit der Drehachse Cw des Werkstücks W und der Drehachse Ct des Schneidwerkzeugs T, die parallel angeordnet sind, in einer solchen Weise gedreht, dass die Schneidenkante Tb3 der Werkzeugschneide Tb entlang einer vorbestimmten Bewegungsbahn in Bezug auf das Werkstück W bewegt wird.
Wie in der Reihenfolge A1, A2 und A3 dargestellt ist, bearbeitet die Schneide Tb3 der Werkzeugschneide Tb während dieses Vorgangs zuerst eine der Zahnflächen Wb in der Zahnlücke Wa von einem Zahnkopf der Zahnfläche Wb in Richtung eines Zahnfußes. Die Schneidenkante Tb3 erreicht einen Bearbeitungsendpunkt der Zahnfläche Wb bei A3.
Wie in der Reihenfolge A3, A4 und A5 dargestellt ist, wird dann nach Erreichen des Bearbeitungsendpunkts der Zahnfläche Wb die Schneidenkante Tb3 der Werkzeugschneide Tb außer Kontakt mit der Zahnfläche Wb gebracht, während sie sich weiter entlang einer vorbestimmten Bewegungsbahn bewegt, und dann wird die Schneidenkante Tb3 aus einem Innenraum der Zahnlücke Wa zu der Außenseite der Zahnlücke Wa zurückgezogen.
Hier ist die Zahnfläche Wb des Werkstücks W eine Evolventenkurve, während die Bewegungsbahn der Schneide Tb3 der Werkzeugschneide Tb eine Zykloidenkurve ist. Daher wird die Zahnfläche Wb unter Verwendung eines Teils der Zykloidenkurve geschnitten, die die Bewegungsbahn der Schneidenkante Tb3 der Werkzeugschneide Tb ist, die sich der Evolventenkurve der Zahnfläche Wb annähert. Dies ist durch Einstellen eines Drehzahlverhältnisses zwischen dem Werkstück W und dem Schneidwerkzeug T, eines Schneidenkantendurchmessers der Werkzeugschneide Tb des Schneidwerkzeugs T und eines Einstellbetrags einer Drehphase des Schneidwerkzeugs T in Bezug auf das Werkstück W realisiert.
Die 5 und 6 zeigen außerdem einen Fall, in dem eine Zahnfläche Wb in einer Zahnlücke Wa geschnitten ist. Wenn dieser Vorgang an allen Zahnlückeen Wa durchgeführt wird, kann in allen Zahnlückeen Wa eine Zahnfläche Wb geschnitten werden. Ferner kann die andere Zahnfläche Wb im Wesentlichen auf die gleiche Weise geschnitten werden, indem die Drehrichtungen des Werkstücks W und des Schneidwerkzeugs T umgekehrt werden.
5. Erläuterung des Schneidenkanten-Durchmesserunterschieds der Werkzeugschneide Tb
Ein Unterschied im Schneidenkanten-Durchmesser der Werkzeugschneide Tb wird anhand von 7 beschrieben. Die 7 zeigt einen Zustand, in dem die Schneide Tb3 der Werkzeugschneide Tb durch wiederholte Bearbeitung mit der Werkzeugschneide Tb verschlissen ist. Das heißt, aufgrund des Verschleißes der Werkzeugschneide Tb unterscheidet sich ein tatsächlicher Durchmesser (tatsächlicher Schneidenkanten-Durchmesser (Radius) der Werkzeugschneide Tb nach dem Verschleiß) der Werkzeugschneide Tb von einem Bezugsdurchmesser (Schneidenkanten-Durchmesser (Radius) der Werkzeugschneide Tb vor dem Verschleiß) der Werkzeugschneide Tb.
Dabei entspricht in der 7 ein Schneidenkanten-Durchmesserunterschied ΔH einem Verschleiß und ist ein Unterschied zwischen dem Schneidenkanten-Durchmesser der Werkzeugschneide Tb vor dem Verschleiß als vorbestimmtem Bezugsdurchmesser für den Schneidenkanten-Durchmesser und dem Schneidenkanten-Durchmesser der Werkzeugschneide Tb nach dem Verschleiß als tatsächlichem Durchmesser. Der Schneidenkanten-Durchmesser der Werkzeugschneide Tb ist ein Abstand von der Drehachse Ct (dargestellt in der 2) des Schneidwerkzeugs T zu der Schneide Tb3.
Zusätzlich zu dem Verschleiß der Werkzeugschneide Tb ändert sich der Schneidenkanten-Durchmesser des Schneidwerkzeugs T aufgrund eines Montagefehlers des Spitzenelements, wenn ein Spitzenelement als Schneide des Schneidwerkzeugs T eingesetzt ist. In diesem Fall kann durch die Definition eines vorbestimmten Bezugsdurchmessers für den Schneidenkanten-Durchmesser des Schneidwerkzeugs T ein Unterschied zwischen einem vorbestimmten Bezugsdurchmesser und einem tatsächlichen Durchmesser in Abhängigkeit von dem Montagezustand des Spitzenelements auftreten. Der Schneidenkanten-Durchmesserunterschied ΔH stellt die Differenz zwischen dem vorbestimmten Bezugsdurchmesser und dem tatsächlichen Durchmesser im Spitzenelement dar.
6. Form der Zahnfläche Wb bei vorhandenem Schneidenkanten-Durchmesserunterschied ΔH
Es wird die Form der Zahnfläche Wb untersucht, wenn der Schneidenkanten-Durchmesserunterschied ΔH in Bezug auf den Bezugsdurchmesser aufgrund von Verschleiß oder ähnlichem an der Schneide Tb3 der Werkzeugschneide Tb besteht. In einer vergrößerten Ansicht der in der 8 dargestellten Zahnfläche Wb zeigt Wb1 die Zahnfläche vor der Bearbeitung und Wb2 die Sollzahnfläche (ideale Zahnfläche) nach der Bearbeitung. Die Zahnfläche Wb1 vor der Bearbeitung und die Sollzahnfläche Wb2 nach der Bearbeitung sind Evolventenkurven. Ferner ist in der 8 die abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie ein Teilkreis.
Wenn die Zahnfläche Wb in einem Zustand bearbeitet wird, in dem die Schneide Tb3 der Werkzeugschneide Tb nicht abgenutzt ist, d.h. in einem Zustand, in dem der Schneidenkanten-Durchmesserunterschied ΔH Null ist, wird die tatsächliche Zahnfläche Wb3 nach der Bearbeitung in der 9 zu einer dicken durchgezogenen Linie. Das heißt, wenn der Schneidenkanten-Durchmesserunterschied ΔH Null ist, entspricht die tatsächliche Zahnfläche Wb3 nach der Bearbeitung der Soll-Zahnfläche Wb2. Genauer gesagt deckt sich die Ist-Zahnfläche Wb3 nach der Bearbeitung mit dem gesamten Bereich von dem Zahnkopf bis zu dem Zahnfuß der Soll-Zahnfläche Wb2. Das heißt, die Ist-Zahnfläche Wb3 nach der Bearbeitung stimmt mit der Soll-Zahnfläche Wb2 am Zahnkopf, auf dem Teilkreis und in einem mittleren Bereich der Zahnhöhe der Zahnfläche überein.
In dem Zustand, in dem die Schneide Tb3 der Werkzeugschneide Tb nicht verschlissen ist, d.h. in dem Zustand, in dem der Schneidenkanten-Durchmesserunterschied ΔH gleich Null ist, sind die grundlegenden Bearbeitungsbedingungen so festgelegt, dass die Ist-Zahnfläche Wb3 nach der Bearbeitung mit der Soll-Zahnfläche Wb2 nach der Bearbeitung übereinstimmt, und somit ist es selbstverständlich, dass das Obige erreicht ist. Die Grund-Bearbeitungsbedingungen umfassen einen Abstand zwischen den Achsen (Zwischenachsenabstand) zwischen der Drehachse Cw des Werkstücks W und der Drehachse Ct des Schneidwerkzeugs T, und den Schneidenkanten-Durchmesser, der der Abstand zwischen der Drehachse Ct des Schneidwerkzeugs T und der Schneide Tb3 der Werkzeugschneide Tb ist, und eine Beziehung zwischen einer Drehphase des Werkstücks W und einer Drehphase des Schneidwerkzeugs T.
Hier wird jeder Fall der in der 10 dargestellten Bearbeitungsbedingungen A bis D in einem Zustand untersucht, in dem der Schneidenkanten-Durchmesserunterschied ΔH ein fester Wert ungleich Null ist, als Beispiel für einen Zustand, in dem die Schneidenkante Tb3 der Werkzeugschneide Tb verschlissen ist. Die Bearbeitungsbedingungen A bis D unterscheiden sich je nachdem, ob die Korrektur des Achsabstandes und die Korrektur der Anfangsphase für die grundlegenden Bearbeitungsbedingungen durchgeführt sind oder nicht.
Die Korrektur des Zwischenachsenabstands dient dazu, den Achsabstand zwischen der Drehachse Cw des Werkstücks W und der Drehachse Ct des Schneidwerkzeugs T in Bezug auf die Grund-Bearbeitungsbedingungen auf der Grundlage des Schneidenkanten-Durchmesserunterschieds ΔH zu korrigieren. In diesem Beispiel ist ein Korrekturwert für den Zwischenachsenabstand festgelegt, der dem Schneidenkanten-Durchmesserunterschied ΔH entspricht. Die Korrektur der Anfangsphase dient zur Korrektur der Anfangsphase der Drehphase des Werkstücks W und der Drehphase des Schneidwerkzeugs T zu Beginn der synchronen Drehung des Werkstücks W und des Schneidwerkzeugs T in Bezug auf die Grund-Bearbeitungsbedingungen.
Die Bearbeitungsbedingung A ist ein Fall, in dem die Korrektur des Zwischenachsenabstands und die Anfangsphasenkorrektur nicht durchgeführt sind, d.h. die Bearbeitung unter den grundlegenden Bearbeitungsbedingungen selbst durchgeführt wird. Die Bearbeitungsbedingung B ist eine Bedingung, in der nur der Zwischenachsenabstand korrigiert ist und die Anfangsphase nicht korrigiert ist. Die Bearbeitungsbedingungen C und D sind Bedingungen, unter denen der Zwischenachsenabstand und die Anfangsphase korrigiert sind. Bei den Bearbeitungsbedingungen C und D handelt es sich jedoch um Bedingungen, in denen die Korrekturwerte der Anfangsphasen unterschiedlich sind.
Die 11 zeigt die tatsächliche Zahnfläche Wb3 im Fall der Bearbeitungsbedingung A durch eine dicke durchgezogene Linie. Verglichen mit dem in der 9 dargestellten Fall, in dem der Schneidenkanten-Durchmesserunterschied ΔH nicht existiert, ist zu erkennen, dass die tatsächliche Zahnfläche Wb3 in der 11 in einer Y-Achsen-Plus-Richtung um einen Betrag des Schneidenkanten-Durchmesserunterschieds ΔH verschoben ist. In diesem Fall beträgt, wie in der 15 dargestellt ist, unter der Bearbeitungsbedingung A ein Zahndickenfehler auf dem Teilkreis 140 µm und ein Zahndickenfehler am Zahnkopf 130 µm , die beide einen großen Fehler aufweisen.
In der 12 ist die tatsächliche Zahnflanke Wb3 im Fall der Bearbeitungsbedingung B durch eine dicke durchgezogene Linie dargestellt. Da der Achsabstand um den Betrag des Schneidenkanten-Durchmesserunterschieds ΔH korrigiert ist, liegt die Ist-Zahnfläche Wb3 näher an der Soll-Zahnfläche Wb2 als in dem in der 11 dargestellten Fall ohne Korrektur. Wie in der 15 dargestellt ist, beträgt der Zahndickenfehler unter der Bearbeitungsbedingung B auf dem Teilkreis 40 µm und der Zahndickenfehler am Zahnkopf 115 µm . Die Zykloidenkurve, die die Bewegungsbahn der Schneide Tb3 ist, hängt von dem Schneidenkanten-Durchmesser (dem Abstand zwischen der Drehachse Ct des Schneidwerkzeugs T und der Schneide Tb3) des Schneidwerkzeugs T ab. Es ist daher ersichtlich, dass der Grund für den Zahndickenfehler darin liegt, dass sich der Schneidenkanten-Durchmesser um die Gräße des Schneidenkanten-Durchmesserunterschieds ΔH ändert.
In der 13 stellt die tatsächliche Zahnflanke Wb3 im Fall der Bearbeitungsbedingung C durch eine dicke durchgezogene Linie dar. Unter der Bearbeitungsbedingung C ist zusätzlich zu der Korrektur des Zwischenachsenabstandes auch die Anfangsphase korrigiert. In der Bearbeitungsbedingung C ist, wie in der 13 dargestellt ist, ein Korrekturwert der Anfangsphase so bestimmt, dass die Ist-Zahnfläche Wb3 mit der Soll-Zahnfläche Wb2 auf dem Teilkreis übereinstimmt. Daher beträgt, wie in der 15 dargestellt ist, der Zahndickenfehler unter der Bearbeitungsbedingung C auf dem Teilkreis 0 µm und der Zahndickenfehler am Zahnkopf 75 µm . Unter der Bearbeitungsbedingung C hat der Zahnkopf den maximalen Zahndickenfehler. Es ist ersichtlich, dass die Bearbeitungsbedingung C den Zahndickenfehler auf dem Teilkreis auf Null bringen kann und auch den maximalen Fehler kleiner als den maximalen Fehler (115 m) unter der Bearbeitungsbedingung B macht.
Die 14 zeigt die tatsächliche Zahnfläche Wb3 im Fall der Bearbeitungsbedingung D durch eine dicke durchgezogene Linie. In der Bearbeitungsbedingung D ist zusätzlich zur Korrektur des Zwischenachsenabstandes die Anfangsphase korrigiert. Bei der Bearbeitungsbedingung D ist, wie in der 14 dargestellt ist, ein Korrekturwert der Anfangsphase so bestimmt, dass die Ist-Zahnfläche Wb3 mit der Soll-Zahnfläche Wb2 am Zahnkopf übereinstimmt. Daher beträgt, wie in der 15 dargestellt ist, der Zahndickenfehler unter der Bearbeitungsbedingung D am Zahnkopf 0 µm und der Zahndickenfehler auf dem Teilkreis 95 µm . Unter der Bearbeitungsbedingung D liegt der maximale Zahndickenfehler in der Nähe des Zahnbodens auf der Zahnfläche Wb, zum Beispiel in der Nähe des Teilkreises. Es ist ersichtlich, dass die Bearbeitungsbedingung D den Zahndickenfehler des Zahnkopfes zu Null machen kann und auch den maximalen Fehler kleiner als den maximalen Fehler (115 m) unter der Bearbeitungsbedingung B macht.
Als Ergebnis der obigen Untersuchung kann durch die Korrektur der Anfangsphase zusätzlich zu der Korrektur des Zwischenachsenabstandes der Zahndickenfehler an einer bestimmten Position der Zahnfläche Wb zu Null gemacht werden und der maximale Fehler klein gemacht werden. Die Position, an der der Zahndickenfehler zu Null gemacht ist, kann entsprechend dem Korrekturwert der Anfangsphase ausgewählt werden. Ferner kann durch die Korrektur der Anfangsphase ein durchschnittlicher Fehler auf der gesamten Zahnfläche Wb minimiert werden.
7. Beziehung zwischen dem Schneidenkanten-Durchmesserunterschied ΔH und dem Korrekturwert der Anfangsphase
Als nächstes wird die Beziehung zwischen dem Schneidenkanten-Durchmesserunterschied ΔH und dem Korrekturwert der Anfangsphase unter Bezugnahme auf die 16 beschrieben. Der Korrekturwert der Anfangsphase ist z.B. ein Korrekturwert, der den Zahndickenfehler auf dem Teilkreis zu Null macht, wie in der 13 dargestellt ist.
Wie in der 13 dargestellt ist, ist der Korrekturwert der Anfangsphase Null, wenn der Schneidenkanten-Durchmesserunterschied ΔH Null ist. Die Anfangsphase ist in diesem Fall die Anfangsphase, die durch die grundlegenden Verarbeitungsbedingungen bestimmt ist. Mit zunehmendem Schneidenkanten-Durchmesserunterschied ΔH nimmt der Korrekturwert der Anfangsphase zu. In diesem Beispiel ist der Korrekturwert der Anfangsphase proportional zu dem Schneidenkanten-Durchmesserunterschied ΔH.
Auf diese Weise kann der Zahndickenfehler auf dem Teilkreis zu Null gemacht werden, indem der Korrekturwert der Anfangsphase entsprechend dem Schneidenkanten-Durchmesserunterschied ΔH bestimmt ist und die Bearbeitung mit der bestimmten Anfangsphase durchgeführt wird (der Wert, der durch Addition des Korrekturwertes zu der Anfangsphase der grundlegenden Bearbeitungsbedingungen erhalten wird). Wenn der Zahndickenfehler an dem Zahnkopf zu Null gemacht wird, ist die Beziehung zwischen dem Schneidenkanten-Durchmesserunterschied ΔH und dem Korrekturwert der Anfangsphase anders. Aber auch in diesem Fall ist die Beziehung nahezu proportional.
Hier kann die Beziehung zwischen dem Schneidenkanten-Durchmesserunterschied ΔH und dem Korrekturwert der Anfangsphase aus dem Ergebnis der tatsächlichen Bearbeitung oder durch Simulation ermittelt werden. Die Beziehung ist nicht auf die Proportionalität beschränkt und kann auch durch eine Kurvennäherung ausgedrückt sein.
8. Konfiguration der Steuervorrichtung 50
Eine funktionelle Blockkonfiguration einer Steuervorrichtung 50 der voranstehend beschriebenen Werkzeugmaschine 1 wird unter Bezugnahme auf die 17 beschrieben. Die Steuervorrichtung 50 hat eine Einheit zur Bestimmung der grundlegenden Bearbeitungsbedingungen (Grund-Bearbeitungsbestimmungseinheit) 51, eine Einheit zur Bestimmung des Zwischenachsenabstands (Zwischenachsenabstandbestimmungseinheit) 52, eine Einheit zur Bestimmung der Anfangsphase (Anfangsphasenbestimmungseinheit) 53, eine Einheit zur Speicherung der Bearbeitungsbedingungen 54 und eine Einheit zur Bearbeitung der Zahnoberfläche 55.
Die Grund-Bearbeitungsbedingungbestimmungseinheit 51 bestimmt eine Grund-Bearbeitungsbedingung, die in der Lage ist, die Sollzahnfläche zu bearbeiten, wenn die Schneide Tb3 der Werkzeugschneide Tb einen vorbestimmten Bezugsdurchmesser hat (Grund-Bearbeitungsbedingungsbestimmungsschritt). Die Grund-Bearbeitungsbedingungen sind Bearbeitungsbedingungen, bei denen, bezogen auf die Schneide Tb3 der Werkzeugschneide Tb, ein Teil der Bewegungsbahn (Zykloidenkurve) der dicken durchgezogenen Linie in der 6 mit der Zahnfläche Wb übereinstimmt, die eine Evolventenkurve ist. Die Grund-Bearbeitungsbedingung umfasst den Bezugsdurchmesser der Schneide Tb3 der Werkzeugschneide Tb, den Zwischenachsenabstand zwischen der Drehachse Cw des Werkstücks W und der Drehachse Ct des Schneidwerkzeugs T während der Bearbeitung sowie die Anfangsphasen des Werkstücks W und des Schneidwerkzeugs T zu Beginn der synchronen Drehung. Das Grund-Bearbeitungsbedingungsbestimmungsverfahren wird später beschrieben.
Wenn der Schneidenkanten-Durchmesserunterschied ΔH besteht, bestimmt die Zwischenachsenabstandbestimmungseinheit 52 den Zwischenachsenabstand zum Zeitpunkt der Bearbeitung basierend auf dem Schneidenkanten-Durchmesserunterschied ΔH (Zwischenachsenabstand-Bestimmungsschritt). Wenn sich die Position der Schneidenkante Tb3 des Schneidwerkzeugs T aufgrund von Verschleiß ändert, bestimmt die Zwischenachsenabstandbestimmungseinheit 52 den Abstand zwischen den Achsen auf der Grundlage des Schneidenkanten-Durchmesserunterschieds ΔH, der sich aufgrund von Verschleiß geändert hat. Wenn ein Montagefehler des Spitzenelements auftritt, bestimmt die Zwischenachsenabstandbestimmungseinheit 52 den Zwischenachsenabstand auf der Grundlage des durch den Montagefehler des Schneidenkanten-Durchmesserunterschieds ΔH.
In diesem Beispiel bestimmt die Zwischenachsenabstandbestimmungseinheit 52 den Zwischenachsenabstand durch Subtraktion des erfassten Schneidenkanten-Durchmesserunterschieds ΔH von dem Zwischenachsenabstand unter den von der Grund-Bearbeitungsbedingungbestimmungseinheit 51 bestimmten Grund-Bearbeitungsbedingungen.
Die Anfangsphasenbestimmungseinheit 53 bestimmt die Anfangsphasen des Werkstücks W und des Schneidwerkzeugs T zu Beginn der synchronen Drehung auf der Grundlage des Schneidenkanten-Durchmesserunterschieds ΔH, wenn der Schneidenkanten-Durchmesserunterschieds ΔH besteht (AnfangsphasenBestimmungsschritt). Wenn sich die Position der Schneidenkante Tb3 des Schneidwerkzeugs T aufgrund von Verschleiß ändert, bestimmt die Anfangsphasenbestimmungseinheit 53 die Anfangsphase auf der Grundlage des aufgrund von Verschleiß geänderten Schneidenkanten-Durchmesserunterschieds ΔH. Wenn ein Montagefehler des Spitzenelements besteht, bestimmt die Zwischenachsenabstandbestimmungseinheit 52 die Anfangsphase auf der Grundlage des durch den Montagefehler verursachten Schneidenkanten-Durchmesserunterschied ΔH.
In diesem Beispiel bestimmt die Anfangsphasenbestimmungseinheit 53 den Korrekturwert der Anfangsphase entsprechend dem erfassten Schneidenkanten-Durchmesserunterschied ΔH aus der in der 16 dargestellten Beziehung zwischen dem Schneidenkanten-Durchmesserunterschied ΔH und dem Korrekturwert der Anfangsphase. Darauffolgend ermittelt die Anfangsphasenbestimmungseinheit 53 die Anfangsphase, indem sie den Korrekturwert der ermittelten Anfangsphase zu der Anfangsphase unter den von der Grund-Bearbeitungsbedingungs-Bestimmungseinheit 51 ermittelten Grund-Bearbeitungsbedingungen addiert.
Wie in der 13 dargestellt ist, kann die Anfangsphasenbestimmungseinheit 53 die Anfangsphase so bestimmen, dass der Fehler in Bezug auf den Sollwert auf dem Teilkreis der Zahnfläche Wb minimiert wird. Außerdem kann die Anfangsphasenbestimmungseinheit 53, wie in der 14 dargestellt ist, die Anfangsphase so bestimmen, dass der Fehler in Bezug auf den Sollwert an dem Zahnkopf der Zahnfläche Wb minimiert wird. Außerdem kann die Anfangsphasenbestimmungseinheit 53 die Anfangsphase so bestimmen, dass der Fehlerdurchschnittswert in der gesamten Zahnfläche Wb zu einem Minimalwert wird.
Die Bearbeitungsbedingungspeichereinheit 54 speichert die Grund-Bearbeitungsbedingungen, die von der Grund-Bearbeitungsbedingungsbestimmungseinheit 51 bestimmt wurden. Außerdem speichert die Verarbeitungsbedingungspeichereinheit 54 den korrigierten Zwischenachsenabstand, der durch die Zwischenachsenabstandbestimmungseinheit 52 bestimmt wurde, und die korrigierte Anfangsphase, die durch die Anfangsphasenbestimmungseinheit 53 bestimmt wurde, wenn ein Schneidenkanten-Durchmesserunterschied ΔH besteht.
Die Zahnflächenverarbeitungseinheit 55 steuert eine Antriebsvorrichtung 60, wie z.B. einen Motor, beruhend auf den in der Bearbeitungsbedingungspeichereinheit 54 gespeicherten Bearbeitungsbedingungen (die Grund-Bearbeitungsbedingung, der Zwischenachsenabstand nach der Korrektur, die Anfangsphase nach der Korrektur). Wie oben beschrieben wurde, führt die Zahnflächenbearbeitungseinheit 55 eine solche Steuerung durch, dass die Zahnfläche Wb von dem Zahnkopf bis zu dem Zahnfuß bearbeitet ist, während die Werkzeugschneide Tb entlang einer vorbestimmten Bewegungsbahn in die Zahnlücke Wa eintreten kann. Außerdem führt die Zahnflächenbearbeitungseinheit 55 eine solche Steuerung durch, dass die Werkzeugschneide Tb nach der Bearbeitung der Zahnfläche Wb aus der Zahnlücke Wa herausgezogen wird, indem sie entlang einer vorbestimmten Bewegungsbahn bewegt wird.
9. Verfahren zur Bestimmung der Grund-Bearbeitungsbedingung
Ein Verfahren zur Grund-Bearbeitungsbedingungsbestimmung (Schritt zur Bestimmung der Grund-Bearbeitungsbedingungen) durch die Grund-Bearbeitungsbestimmungseinheit ist unter Bezugnahme auf die 18 beschrieben. Wie oben beschrieben, ist es notwendig, einen Teil der Zykloidenkurve der Schneide Tb3 der Werkzeugschneide Tb zu finden, der nahe an der Evolventenkurve der Zahnfläche Wb liegt. Außerdem muss die Schneide Tb3 der Werkzeugschneide Tb in der Zykloidenkurve eine solche Lagebeziehung zwischen dem Werkstück W und dem Schneidwerkzeug T aufweisen, dass die Zahnfläche Wb von dem Zahnkopf zu dem Zahnfuß geschnitten ist. Weiterhin ist es notwendig, die Zahnfläche Wb für alle der Vielzahl von Zahnlücken Wa in dem Werkstück W zu schneiden. Um diese Dinge zu realisieren, sind die Grund-Bearbeitungsbedingungen durch den Grund-Bearbeitungsbedingungsbestimmungsprozess bestimmt, wie unten beschrieben wird.
Wie in der 18 dargestellt ist, wird die Anzahl der Schneiden des Schneidwerkzeugs T bestimmt (Schritt S1). Das in der 2 dargestellte Schneidwerkzeug T hat beispielsweise eine Schneide. Vorzugsweise beträgt die Anzahl der Schneiden z.B. eins, zwei oder drei. Als nächstes wird ein Drehzahlverhältnis zwischen dem Werkstück W und dem Schneidwerkzeug T bestimmt (Schritt S2). Das heißt, es ist festgelegt, unter welchen Bedingungen die Werkzeugschneide Tb alle Zahnflächen Wb schneiden kann. Die Werkzeugschneide Tb bestimmt das Drehzahlverhältnis zu einem einmaligen Schneiden aller Zahnflächen Wb.
Als nächstes wird ein beliebiger Anfangswert für den Schneidenkanten-Durchmesser der Werkzeugschneide Tb eingegeben (Schritt S3). Als nächstes wird unter der Bedingung, dass das Werkstück W fixiert ist, die Schneide Tb3 der Werkzeugschneide Tb als zykloide Bewegungsbahn unter Verwendung des Drehungsgeschwindigkeitsverhältnisses und des Schneidenkanten-Durchmessers der Werkzeugschneide Tb berechnet (Schritt S4).
Anschließend wird ermittelt, ob die Zykloidenkurve, die die Bewegungsbahn der Schneide Tb3 der Werkzeugschneide Tb ist, mit der Zahnfläche Wb übereinstimmt, die die Evolventenkurve ist (Schritt S5). Wenn sie nicht übereinstimmen (S5: Nein), wird der Schneidenkanten-Durchmesser der Werkzeugschneide Tb geändert (Schritt S6). Dann werden die Schritte S4 und S5 wiederholt.
Wenn sie in dem Schritt S5 übereinstimmen (S5: Ja), ist in diesem Fall der Schneidenkantendurchmesser (Bezugsdurchmesser) der Werkzeugschneide Tb bestimmt (Schritt S7). Bei Verwendung des ermittelten Schneidenkantendurchmessers (Bezugsdurchmessers) der Werkzeugschneide Tb und des Drehzahlverhältnisses ist in einem radialen Bereich des Werkstücks W, in dem die Zahnflanke Wb vorhanden ist, ein Teil der Zykloidenkurve der Schneidenkante Tb3 der Werkzeugschneide Tb und der Zahnflanke Wb, die eine Evolventenkurve ist, angenähert.
Anschließend wird der Einstellungsbetrag der Drehungsphase so bestimmt, dass die Bewegungsbahn der Schneide Tb3 der Werkzeugschneide Tb die Zahnfläche Wb von dem Zahnkopf zu dem Zahnfuß hin schneidet (Schritt S8). Abhängig von der Beziehung zwischen der Drehungsphase des Werkstücks W und der Drehungsphase des Schneidwerkzeugs T kann sich die Werkzeugschneide Tb, nachdem sie in den Innenraum der Zahnlücke Wa eingetreten ist, während sie die Zahnfläche Wb bearbeitet, aus dem Innenraum der Zahnlücke Wa zurückziehen, ohne die Zahnfläche Wb zu berühren. Abhängig von der Drehungsphase kann die Werkzeugschneide Tb auch die Zahnfläche Wb nicht berühren, wenn sie in den Innenraum der Zahnlücke Wa eintritt, und sie kann die Zahnfläche Wb berühren, wenn sie sich aus dem Innenraum der Zahnlücke Wa zurückzieht. Außerdem kann die Werkzeugschneide Tb je nach Drehungsphase möglicherweise nicht in die Zahnlücke Wa eindringen und mit den Zähnen zusammenstoßen. Daher ist der Einstellwert der Drehungsphase, der den in den 5 und 6 dargestellten Vorgang realisiert, bestimmt. Auf diese Weise sind die Bearbeitungsbedingungen bestimmt.
Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren zur Bearbeitung von Zahnrädern kann die Schnittgeschwindigkeit im Vergleich zum Schäl- und Wälzverfahren erhöht werden, obwohl der Schneidprozess nur auf einer Oberfläche der Zahnfläche Wb durchgeführt wird. Daher kann die Zahnfläche Wb mit hoher Genauigkeit geschnitten werden, selbst wenn das Schneidwerkzeug T einen kleinen Durchmesser hat. Dies ist insbesondere beim Schneiden von Innenverzahnungen von Vorteil, da der Außendurchmesser des Schneidwerkzeugs T begrenzt ist.
10. Verfahren zur Bearbeitung der Zahnflanke
Ein Zahnflächenbearbeitungsvorgang (Zahnflächenbearbeitungsschritt) durch die Zahnflächenbearbeitungseinheit 55 wird unter Bezugnahme auf die 19 beschrieben. Zunächst werden die Drehungsphase des Werkstücks W und die Drehungsphase des Schneidwerkzeugs T auf die von der Anfangsphasenbestimmungseinheit 53 bestimmte Anfangsphase (Anfangsphasenbestimmungsschritt) positioniert (Schritt S11). Anschließend wird die synchrone Drehung des Werkstücks W und des Schneidwerkzeugs T begonnen (Schritt S12).
Anschließend wird mindestens eines aus dem Werkstück W und Schneidwerkzeug T so verschoben, dass der Zwischenachsabstand zwischen der Drehachse Cw des Werkstücks W und der Drehachse Ct des Schneidwerkzeugs T mit dem von der Zwischenachsenabstandsbestimmungseinheit 52 bestimmten Zwischenachsenabstand übereinstimmt (Zwischenachsenabstandbestimmungsschritt). Dann wird die Zahnfläche Wb von der Werkzeugschneide Tb in dem von der Zwischenachsenabstandbestimmungseinheit 52 bestimmten Zwischenachsenabstand bearbeitet (Schritt S13). Anschließend wird das Schneidwerkzeug T aus dem Werkstück W zurückgezogen, indem der Zwischenachsenabstand zu dem Anfangszustand zurückgesetzt wird (Schritt S14). Dann wird die Drehung des Werkstücks W und des Schneidwerkzeugs T angehalten und der Zahnflächenbearbeitungsvorgang ist abgeschlossen (Schritt S15).
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Zahnradbearbeitungsverfahren wird die synchrone Drehung in der Anfangsphase begonnen, die auf der Grundlage des Schneidenkanten-Durchmesserunterschieds ΔH bestimmt ist, und die Zahnfläche Wb wird in dem auf der Grundlage des Schneidenkanten-Durchmesserunterschieds ΔH bestimmten Zwischenachsenabstand bearbeitet. Daher kann der Bearbeitungsfehler der Zahnfläche Wb reduziert werden, selbst wenn der Schneidenkanten-Durchmesserunterschied ΔH aufgrund von Verschleiß, Montagefehlern des Spitzenelements oder ähnlichem auftritt.
Es sind ein Zahnradbearbeitungsverfahren und eine Zahnradbearbeitungsvorrichtung bereitgestellt, um durch eine synchrone Drehung eines zahnradförmigen Werkstücks und eines Schneidwerkzeugs eine der Zahnflächen in einer Zahnlücke eines Zahnprofils zu bearbeiten. Das Zahnradbearbeitungsverfahren umfasst das Bestimmen eines Zwischenachsenabstands zwischen einer Drehachse des Werkstücks und einer Drehachse des Schneidwerkzeugs bei der Bearbeitung der Zahnflächen auf der Grundlage eines Schneidenkanten-Durchmesserunterschieds, der ein Unterschied zwischen einem vorbestimmten Bezugsdurchmesser und einem tatsächlichen Durchmesser ist; das Bestimmen einer Anfangsphase einer Drehungsphase des Werkstücks und einer Drehungsphase des Schneidwerkzeugs zu einem Zeitpunkt des Beginnens der synchronen Drehung auf der Grundlage des Schneidenkanten-Durchmesserunterschieds; und das Bearbeiten der Zahnflächen in dem bestimmten Zwischenachsenabstands durch Beginnen der synchronen Drehung.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10329413 B4 [0002, 0004]
JP 2020019096 A [0003, 0004]

Claims

Zahnradbearbeitungsverfahren zum Bearbeiten, durch eine synchrone Drehung eines Werkstücks und eines Schneidwerkzeugs, einer von Zahnflächen in einer Zahnlücke eines Zahnprofils mit Bezug auf das zahnradförmige Werkstück, dessen Zahnprofil im Voraus geformt wurde, wobei das Zahnradbearbeitungsverfahren umfasst: Anordnen einer Drehachse des Werkstücks und einer Drehachse eines Schneidwerkzeugs in einer parallelen Weise; Bestimmen eines Zwischenachsenabstands zwischen der Drehachse des Werkstücks und der Drehachse des Schneidwerkzeugs während der Bearbeitung der Zahnflächen, beruhend auf einem Schneidenkanten-Durchmesserunterschied, der ein Unterschied zwischen einem vorbestimmten Bezugsdurchmesser und einem tatsächlichen Durchmesser ist, wobei der vorbestimmte Bezugsdurchmesser und der tatsächliche Durchmesser ein Abstand von der Drehachse des Schneidwerkzeugs zu einer Schneidenkante des Schneidwerkzeugs sind; Bestimmen einer Anfangsphase einer Drehungsphase des Werkstücks und einer Drehungsphase des Schneidwerkzeugs zu einem Zeitpunkt des Beginns der synchronen Drehung, beruhend auf dem Schneidenkanten-Durchmesserunterschied; Beginnen der synchronen Drehung des Werkstücks und des Schneidwerkzeugs in einem Zustand, in dem sie in der bestimmten Anfangsphase positioniert sind, um die Schneidenkante des Schneidwerkzeugs entlang einer vorbestimmten Bewegungsbahn mit Bezug auf das Werkstück zu bewegen; und Bearbeiten der Zahnflächen in dem bestimmten Zwischenachsenabstand durch Beginnen der synchronen Drehung.
Zahnradbearbeitungsverfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des Zwischenachsenabstands das Bestimmen des Zwischenachsenabstands beruhend auf dem Schneidenkanten-Durchmesserunterschied, der durch den Verschleiß der Schneidenkante des Schneidwerkzeugs verändert ist, umfasst, und das Bestimmen der Anfangsphase das Bestimmen der Anfangsphase beruhend auf dem durch Verschleiß der Schneidenkante des Schneidwerkzeugs veränderten Schneidenkanten-Durchmesserunterschied umfasst.
Zahnradbearbeitungsverfahren nach Anspruch 2, wobei das Bestimmen der Anfangsphase das Bestimmen der Anfangsphase derart umfasst, dass ein Fehler in Bezug auf einen Sollwert der Zahnflächen des Werkstücks auf einem Teilkreis minimiert ist.
Zahnradbearbeitungsverfahren nach Anspruch 2, wobei das Bestimmen der Anfangsphase das Bestimmen der Anfangsphase derart umfasst, dass ein Fehler in Bezug auf einen Sollwert an einem Zahnkopf der Zahnflächen des Werkstücks minimiert ist.
Zahnradbearbeitungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die vorbestimmte Bewegungsbahn eine Zykloidenkurve ist, die Zahnflächen eine Evolventenkurve sind, und die Bearbeitung der Zahnflächen die Bearbeitung der Zahnflächen durch Anwenden eines Teils der Zykloidenkurve umfasst, wobei der Teil sich der Evolventenkurve annähert.
Zahnradbearbeitungsvorrichtung zum Bearbeiten, durch eine synchrone Drehung eines Werkstücks und eines Schneidwerkzeugs, einer der Zahnflächen in einer Zahnlücke eines Zahnprofils mit Bezug auf das zahnradförmige Werkstück, dessen Zahnprofil im Voraus geformt wurde, wobei die Zahnradbearbeitungsvorrichtung umfasst: das Schneidwerkzeug; und eine Steuervorrichtung, die das Werkstück und das Schneidwerkzeug steuert, wobei die Zahnradbearbeitungsvorrichtung eine Drehachse des Werkstücks und eine Drehachse des Schneidwerkzeugs parallel anordnet, und die Steuervorrichtung konfiguriert ist, um: einen Zwischenachsenabstand zwischen der Drehachse des Werkstücks und der Drehachse des Schneidwerkzeugs bei der Bearbeitung der Zahnflächen, beruhend auf einem Schneidenkanten-Durchmesserunterschied zu bestimmen, der ein Unterschied zwischen einem vorbestimmten Bezugsdurchmesser und einem tatsächlichen Durchmesser ist, wobei der vorbestimmte Bezugsdurchmesser und der tatsächliche Durchmesser ein Abstand von der Drehachse des Schneidwerkzeugs zu einer Schneidenkante des Schneidwerkzeugs sind; eine Anfangsphase einer Drehungsphase des Werkstücks und eine Drehungsphase des Schneidwerkzeugs zu einem Zeitpunkt des Beginns der synchronen Drehung basierend auf dem Schneidenkanten-Durchmesserunterschied zu bestimmen; die synchrone Drehung des Werkstücks und des Schneidwerkzeugs in einem Zustand zu beginnen, in dem sie in der bestimmten Anfangsphase positioniert sind, um die Schneide des Schneidwerkzeugs entlang einer vorbestimmten Bewegungsbahn mit Bezug auf das Werkstück zu bewegen; und die Zahnflächen in dem bestimmten Zwischenachsenabstand durch Beginnen der synchronen Drehung zu bearbeiten.