JP2007185760A - Hypoid gear processing machine setting device - Google Patents
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Abstract
【課題】 歯面加工を行う際のワークとカッタヘッドとの加工機上での相対位置を適切に設定することができるハイポイドギヤの加工機設定装置を提供する。
【解決手段】 演算部6は、加工機200でギヤ101Gを成形加工する際の制御パラメータをギヤの設計諸元に基づいて設定する一方、ギヤの設計諸元に歯当り調整寸法を反映させて仮想ギヤを設定し、仮想ギヤワークとカッタヘッドとの相対位置、及び、仮想ギヤとピニオン101Pとの組立寸法に基づいて加工機200でピニオンを創成加工する際の制御パラメータを設定する。これにより、歯当り調整寸法を的確に反映させた制御パラメータを設定することができ、良好な歯当りのハイポイドギヤを加工することができる。
【選択図】 図7
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hypoid gear processing machine setting device capable of appropriately setting a relative position of a workpiece and a cutter head on a processing machine when tooth surface processing is performed.
An arithmetic unit 6 sets control parameters for molding a gear 101G by a processing machine 200 based on gear design specifications, while reflecting a tooth contact adjustment dimension on the gear design specifications. A virtual gear is set, and control parameters for generating a pinion by the processing machine 200 are set based on the relative position between the virtual gear work and the cutter head and the assembly dimensions of the virtual gear and the pinion 101P. Thereby, it is possible to set a control parameter that accurately reflects the tooth contact adjustment dimension, and it is possible to process a hypoid gear with good tooth contact.
[Selection] Figure 7
Description
本発明は、ハイポイドギヤの各歯車を加工するフェースホブ方式の加工機に対する制御パラメータを設定するハイポイドギヤの加工機設定装置に関する。 The present invention relates to a hypoid gear processing machine setting device that sets control parameters for a face hob type processing machine that processes each gear of a hypoid gear.
従来より、ハイポイドギヤとしては、ワークを固定したままカッタヘッドを回転させるフェースミル方式の歯面加工によって各歯車(ギヤ及びピニオン)に勾配歯をそれぞれ形成した勾配歯ハイポイドギヤと、ワークとカッタヘッドとを同時に回転させるフェースホブ方式の歯面加工によって各歯車に等高歯をそれぞれ形成した等高歯ハイポイドギアとが広く知られている。 Conventionally, as a hypoid gear, a gradient tooth hypoid gear in which a gradient tooth is formed on each gear (gear and pinion) by face mill type tooth surface processing in which a cutter head is rotated while a workpiece is fixed, and a workpiece and a cutter head are provided. 2. Description of the Related Art A contoured hypoid gear in which contoured teeth are formed on each gear by face hob type tooth surface processing that rotates simultaneously is widely known.
近年、フェースミル勾配歯のハイポイドギヤについては、加工機に対する適切な制御パラメータの設定方法や、加工された歯面の解析方法等についての研究が数多くなされている。例えば、非特許文献1には、歯切盤(加工機)に所定段取(制御パラメータ)が設定されて歯面加工された歯車に対し、歯形・歯筋方向の測定によってハイポイドギヤの歯面形状を定量測定し、その結果から歯切段取修正量を定量値指示することで、1回の修正で目標歯面を得る技術が開示されている。
その一方で、等高歯ハイポイドギヤにおいては、加工機の各種制御パラメータを設定する際に最も基本となる各ワークとカッタヘッドとの加工機上での相対位置の設定方法さえも十分に確立されていないのが実情であった。 On the other hand, in the contoured hypoid gear, the most basic method for setting the relative position of each workpiece and cutter head on the processing machine when setting various control parameters of the processing machine is well established. There was no actual situation.
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、歯面加工を行う際の加工機に対する制御パラメータを適切に設定することができるハイポイドギヤの加工機設定装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a hypoid gear processing machine setting device capable of appropriately setting control parameters for a processing machine when performing tooth surface processing.
本発明は、ワークとカッタヘッドとを同時に回転させて上記ワークに歯面を加工するフェースホブ方式の加工機を用いて、ハイポイドギヤの一方の歯車である第1の歯車の歯面を第1のワークに成形加工するとともに、上記ハイポイドギヤの他方の歯車である第2の歯車の歯面を第2のワークに創成加工する際の、上記加工機に対する各制御パラメータを設定するハイポイドギヤの加工機設定装置であって、上記第1の歯車の設計諸元と上記カッタヘッドの設定寸法とに基づいて、上記第1のワークと上記カッタヘッドとの上記加工機上での相対位置を設定し、この相対位置から上記加工機に対する制御パラメータを設定する第1のパラメータ設定手段と、上記第1の歯車の設計諸元に歯当り調整寸法を反映させることで設定される仮想歯車の諸元と、上記第2の歯車の設計諸元とに基づいて、上記仮想歯車のピッチ円錐と上記第2の歯車のピッチ円錐との組立寸法を演算する組立寸法演算手段と、上記仮想歯車の諸元と上記カッタヘッドの設定寸法とに基づいて、上記仮想歯車に対して設定される仮想ワークに歯面を成形加工すると仮定した際の上記仮想ワークと上記カッタヘッドとの上記加工機上での相対位置を設定する仮想相対位置設定手段と、上記組立寸法演算手段で演算した上記組立寸法と、上記仮想相対位置設定手段で設定した上記相対位置とに基づいて、上記第2のワークと上記カッタヘッドとの上記加工機上での相対位置を設定し、この相対位置から上記加工機に対する制御パラメータを設定する第2のパラメータ設定手段とを備えたことを特徴とするハイポイドギヤの加工機設定装置。 The present invention uses a face hob type processing machine that simultaneously rotates a workpiece and a cutter head to process a tooth surface on the workpiece, and the tooth surface of a first gear that is one gear of a hypoid gear is used as the first workpiece. And a hypoid gear processing machine setting device for setting control parameters for the processing machine when generating the tooth surface of the second gear, which is the other gear of the hypoid gear, on the second workpiece. The relative position of the first workpiece and the cutter head on the processing machine is set based on the design specifications of the first gear and the set dimensions of the cutter head. First parameter setting means for setting control parameters for the processing machine, and a virtual gear set by reflecting the tooth contact adjustment dimension in the design specifications of the first gear An assembly dimension calculating means for calculating an assembly dimension of the pitch cone of the virtual gear and the pitch cone of the second gear based on the specifications and the design specifications of the second gear; On the processing machine of the virtual work and the cutter head when it is assumed that the tooth surface is formed on the virtual work set for the virtual gear based on the specifications and the set dimensions of the cutter head. Based on the virtual relative position setting means for setting the relative position, the assembly dimension calculated by the assembly dimension calculation means, and the relative position set by the virtual relative position setting means. A hypoid characterized by comprising a second parameter setting means for setting a relative position of the cutter head on the processing machine and setting a control parameter for the processing machine from the relative position. Ya of the machine setting device.
本発明のハイポイドギヤの加工機設定装置によれば、歯面加工を行う際の加工機に対する制御パラメータを適切に設定することができる。 According to the hypoid gear processing machine setting device of the present invention, it is possible to appropriately set control parameters for a processing machine when performing tooth surface processing.
以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図面は本発明の一形態に係わり、図1はハイポイドギヤの斜視図、図2はハイポイドギヤの加工機設定装置の概略構成図、図3はハイポイドギヤの加工機設定装置を実現するためのコンピュータシステムの一例を示す概略構成図、図4は加工機の一例を示す概略構成図、図5はカッタヘッドの一例を示す斜視図、図6はカッタヘッド上でのブレードの取付状態を示す説明図、図7はハイポイドギヤの加工機設定ルーチンを示すフローチャート、図8は加工機上でのギヤワークとカッタヘッドとの相対位置関係をギヤの回転軸に沿って示す説明図、図9は加工機上でのギヤワークとカッタヘッドとの相対位置関係を3次元的に示す説明図、図10は仮想ギヤ及びピニオンの各ピッチ円錐とカッタヘッドとの相対位置関係を3次元的に示す説明図、図11は図10の関係を各軸方向に沿って示す説明図、図12はワーク上に設定される格子円錐を示す説明図、図13はクロスポイントを基準とする座標系でワークとカッタヘッドとの関係を示す説明図、図14は歯当り解析結果の一例を示す図表、図15はモーションカーブの解析結果の一例を示す図表である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a hypoid gear, FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a hypoid gear processing machine setting device, and FIG. 3 is an example of a computer system for realizing the hypoid gear processing machine setting device. FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing an example of a processing machine, FIG. 5 is a perspective view showing an example of a cutter head, FIG. 6 is an explanatory diagram showing a mounting state of a blade on the cutter head, and FIG. Is a flowchart showing a hypoid gear processing machine setting routine, FIG. 8 is an explanatory diagram showing the relative positional relationship between the gear work and the cutter head on the processing machine along the rotation axis of the gear, and FIG. 9 is a gear work on the processing machine. FIG. 10 is an explanatory view showing the relative positional relationship between the cutter head and the cutter head in a three-dimensional manner. FIG. 10 is an explanatory view showing the relative positional relationship between the pitch cones of the virtual gear and pinion and the cutter head in a three-dimensional manner. FIG. 11 is an explanatory diagram showing the relationship of FIG. 10 along each axial direction, FIG. 12 is an explanatory diagram showing a lattice cone set on the workpiece, and FIG. 13 is a coordinate system based on a cross point. FIG. 14 is a chart showing an example of a tooth contact analysis result, and FIG. 15 is a chart showing an example of a motion curve analysis result.
図1において、符号100は、例えば、大径をなす一方の歯車(以下、ギヤともいう)101Gと、小径をなす他方の歯車(以下、ピニオンともいう)101Pとが互いに噛合するハイポイドギヤを示す。本実施形態において、このハイポイドギヤ100のギヤ101G及びピニオン101Pの各歯面は、例えば、図4に示すフェースホブ方式の加工機(歯切り装置)200を用いて加工されており、具体的には、ギヤ101Gの歯面102G(凸歯面102Ga及び凹歯面102Gb)が加工機200によって成形加工され、ピニオン101Pの歯面102P(凸歯面102Pa及び凹歯面102Pb)が加工機200によって創成加工されている。すなわち、本実施形態では、ギヤ101Gが第1の歯車に相当し、ピニオン101Pが第2の歯車に相当する。
In FIG. 1,
図4に示すように、加工機200は、機械ベース202を有し、この機械ベース202には、移動路206上を直線状に移動可能な工具ヘッド204が設けられている。また、加工機200は、機械ベース202に設定された枢動軸WPの軸線を中心として円弧状の移動路214に沿って揺動可能なワークテーブル212を有し、このワークテーブル212には移動路210上を直線状に移動可能なワークヘッド208が設けられている。
As shown in FIG. 4, the
工具ヘッド204上にはクレードル軸WCの軸線まわりを回転可能なクレードル216が設けられており、クレードル216には、それぞれ偏角、スイベル角およびチルト角を調節可能なドラム218、220および222が順次連なって取付けられている。そして、これらのドラム218,220,222の調節により、カッタヘッド230がカッタヘッド軸WTのまわりを回転可能に、ワーク110に対して適当な態様で位置決めされるようになっている。
On the
また、ワークヘッド208にはスライド228が設けられており、このスライド228にはワーク110をワーク軸WGの軸線まわりに回転可能に担持するワーク軸229が設けられている。そして、スライド228のワークヘッド208上でのスライド量が調節されることにより、ワーク110がカッタヘッド230に対して所望のオフセット位置に配置されるようになっている。
Further, the
図5に示すように、カッタヘッド230は、円盤状のカッタ本体であるカッタボディ231を有する。このカッタボディ231の中心部には、加工機200にカッタヘッド230を固定するための取付孔232が設けられている。
As shown in FIG. 5, the
また、カッタボディ231の一端面はカッタヘッド230のヘッド表面(Cutter head surface)233として設定され、このヘッド表面233からカッタヘッド軸Wt方向に設定距離離れた点が、カッタヘッド230を加工機200にセットする際の基準点(原点OC)として設定されている(図6参照)。ここで、カッタヘッド230のヘッド表面233から原点OCまでの軸方向距離は、カッタヘッド230に固有に設定されるものであるが、ハイポイドギヤ100の設計諸元に基づいて設定されることが望ましく、本実施形態においては、ハイポイドギヤ100の有効歯丈hの半値に適宜クリアランスを加えて設定されている。
One end face head surfaces (Cutter head surface) of the
さらに、ヘッド表面233からは、凹歯面加工用ブレード240oと凸歯面加工用ブレード240iとからなる複数のブレード240が突設されている。ここで、各ブレード240o,240iは、カッタボディ231に形成されたブレード固定穴(図示せず)に着脱自在に挿入固定されるようになっている。その際、各ブレード240o,240iは、例えば、図6に示すように、先端部に形成されるエッジ241i,241oが、カッタヘッド230の参照平面(原点OCを通りヘッド表面233と平行な平面;reference plane)234から設定量突出する位置に固定される。なお、上述のように、カッタヘッド230のヘッド表面233から原点OCまでの軸方向距離がハイポイドギヤ100の有効歯丈hの半値に設定されている本実施形態において、突出量は、ハイポイドギヤ100の有効歯丈の半値(h/2)にクリアランスcを加算した値b(=(h/2)+c:blade dedendum)に設定されている。また、研削加工によってエッジ241i,241oの圧力角φ(blade pressure angle)等を修正する際の基準点は、参照平面234上の点(すなわち、エッジ241i,241oの基部から高さh/2に適宜クリアランスを加えた点:以下、参照点ORという)に設定されている。
Further, a plurality of
このような加工機200において、移動路206上における工具ヘッド204の運動は、ワーク110に対する切込みの深さをコントロールする滑動ベース設定項(sliding base)Χを規定している。また、スライド228の位置決めは、垂直運動すなわちハイポイドオフセット(work offset)Eiをコントロールする。また、移動路210に沿うワークヘッド208の運動はヘッド設定項すなわちピッチコーン設定項(machine center to cross point)mccpをコントロールする。また、軸線WPのまわりにおけるワークテーブル212の運動は根元角(machine root angle)γMを設定する。また、ドラム218の回転方向の調節(偏角)はワーク(工作物歯車)110のスパイラル角を調節する。また、ドラム220および222を回転方向に調節することにより、カッタ軸の位置すなわちそれぞれスイベル角(swivel angle)σおよびチルト角(tilt angle)τが設定され、歯側面輪郭が調節され、長手方向のクラウニングおよび噛合い方向のクラウニングに影響が及ぶ。クレードル216の回転は軸線WCのまわりにおける創成歯車の回転角度(cradle angle)αを与える。軸線WT、およびWGはそれぞれカッタヘッド230およびワーク110に回転角度ω,βを与える。さらに、歯面を創成法によって加工する場合には、ワーク110の回転とクレードルの回転の比率をあらわす転動比率(ratio of roll)miが設定される。
In such a
そして、この加工機200に第1のワークとしてのギヤ101Gのワーク(以下、ギヤワークともいう)110Gがセットされると、加工機200は、後述の加工機設定装置1で設定された制御パラメータで規定される相対位置で、ギヤワーク110Gとカッタヘッド230とをそれぞれ自転させることにより、ギヤワーク110G上に等高歯の歯面(すなわち、ギヤ101Gの歯面102G)を成形加工する。一方、加工機200に第2のワークとしてのピニオン101Pのワーク(以下、ピニオンワークともいう)110Pがセットされると、加工機200は、加工機設定装置1で設定される制御パラメータで規定される相対位置で、ピニオンワーク110Pとカッタヘッド230とをそれぞれ自転させ、さらに、カッタヘッド230を公転させることにより、ピニオンワーク110P上に等高歯の歯面(すなわち、ピニオン101Pの歯面102P)を創成加工する。
When the workpiece 101G of the gear 101G as the first workpiece (hereinafter also referred to as a gear workpiece) 110G is set on the
図2に示すように、加工機設定装置1は、ハイポイドギヤ100の設計諸元やカッタヘッド230の設定寸法、歯当り調整寸法等を入力するための入力部5と、加工機200に対する制御パラメータ設定のための各種演算を行う演算部6と、演算部6で実行される各種プログラムを格納するとともに、入力部5からの入力情報等を適宜記憶する記憶部7と、演算部6での演算結果等を出力する出力部8とを有して構成されている。
As shown in FIG. 2, the processing machine setting
この加工機設定装置1の記憶部7には、例えば、図7に示す加工機設定ルーチンに従って、加工機200でワーク110G,110Pに歯面を加工する際の各制御パラメータを設定するためのプログラムが格納されており、演算部6は、このプログラムを実行することにより、第1のパラメータ設定手段、組立寸法演算手段、仮想相対位置設定手段、第2のパラメータ設定手段としての各機能を実現する。
In the
なお、本実施形態の加工機設定装置1は、例えば、図3に示すコンピュータシステム10で実現される。コンピュータシステム10は、例えば、コンピュータ本体11に、キーボード12と、ディスプレイ装置13と、プリンタ14とがケーブル15を介して接続されて要部が構成されている。そして、このコンピュータシステム10において、例えば、コンピュータ本体11に配設された各種ドライブ装置やキーボード12等が入力部5として機能するとともに、コンピュータ本体11に内蔵されたCPU,ROM,RAM等が演算部として機能する。また、コンピュータ本体11に内蔵されたハードディスク等や記憶部7として機能するとともに、ディスプレイ装置13やプリンタ14等が出力部8として機能する。
In addition, the processing machine setting
次に、演算部6で実行される制御パラメータの設定処理について、図7に示す加工機設定ルーチンに従って説明する。このルーチンがスタートすると、演算部6は、先ず、ステップS101で、カッタヘッド230の設定寸法、ハイポイドギヤ100の設計諸元、歯当り調整寸法等の各種諸元の取り込みを行う。具体的に説明すると、演算部6は、例えば、ディスプレイ装置13等の出力部8を通じて各種諸元の入力画面を表示し、キーボード12等の入力部5を通じて入力された諸元を読み込む。
Next, control parameter setting processing executed by the calculation unit 6 will be described in accordance with a processing machine setting routine shown in FIG. When this routine starts, the calculation unit 6 first captures various specifications such as the set dimensions of the
ここで、本実施形態において、加工機設定装置1には、カッタヘッド230(及び、ブレード240)の設定寸法として、例えば、以下の値が入力される。
Sr:slot radius
So:slot offset
Cht:cutter head thickness
λs:blade slot tilt angle
γs:blade side rake angle
bfwblade flat width
bt:blade thickness
bw:blade width
ν:ギヤカッタリード角
NS:ブレードグループ数
Here, in the present embodiment, for example, the following values are input to the processing
S r : slot radius
S o : slot offset
C ht : cutter head thickness
λ s : blade slot tilt angle
γ s : blade side rake angle
b fw blade flat width
b t : blade thickness
b w: blade width
ν: gear cutter lead angle N S: number of blades Group
また、加工機設定装置1には、ハイポイドギヤ100の設計諸元として、例えば、以下の値が入力される。
aG:ギヤアデンダム
h:有効歯丈
c:クリアランス
AP,AG:ピッチ円錐母線長さ(ピニオン,ギヤ)
ΓP,ΓG:ピッチ円錐角(ピニオン,ギヤ)
ψP,ψG:捩れ角(ピニオン,ギヤ)
ZP,ZG:ピニオンとギヤの組立距離
NP,NG:歯数(ピニオン,ギヤ)
RP,RG:設計ピッチ円半径(ピニオン,ギヤ)
Further, for example, the following values are input to the processing
a G: Giyaadendamu h: effective tooth height c: Clearance A P, A G: pitch cone generatrix length (pinion gear)
Γ P , Γ G : pitch cone angle (pinion, gear)
ψ P , ψ G : twist angle (pinion, gear)
Z P , Z G : Assembly distance of pinion and gear N P , N G : Number of teeth (pinion, gear)
RP , RG : Design pitch circle radius (pinion, gear)
さらに、加工機設定装置1には、歯当り調整寸法として、例えば、以下の値が入力される。
ΔΓG:ギヤと仮想ギヤのピッチ円錐角の差
ΔψG:ギヤと仮想ギヤの捩れ角の差
clf:ギヤ歯幅に対する歯当り幅の割合
Furthermore, for example, the following values are input to the processing
ΔΓ G : Difference in pitch cone angle between gear and virtual gear Δψ G : Difference in twist angle between gear and virtual gear c lf : Ratio of tooth contact width to gear tooth width
続くステップS102において、演算部6は、ギヤ101Gの設計諸元とカッタヘッド230の設計寸法とに基づいて、ギヤワーク110Gとカッタヘッド230との加工機200上での相対位置をギヤ101Gのピッチ点P(ピッチ円錐)を基準として設定し、さらに、この相対位置情報に基づいて、ギヤ歯面成形時の加工機200に対する制御パラメータを設定する。
In subsequent step S102, the calculation unit 6 determines the relative position of the
例えば、参照平面234からのエッジ241o,241iの突出量がb(=(h/2)+c)に設定されたカッタヘッド230が加工機200にセットされている本実施形態の場合、演算部6は、加工機200上でのギヤワーク110Gとカッタヘッド230との相対位置を、図8,9に示す関係に設定する。なお、以下の説明において、各ベクトルを〔 〕Vと表示する。ここで、図8,9中において、OMは、加工機200に設定されるクレードル軸線WCの原点である。また、ベクトル〔eM〕Vは、クレードル軸線WCの方向単位ベクトルである。また、OBは、ワーク軸(ブランク軸)WGの原点である。また、ベクトル〔eB〕Vは、ワーク軸WGの方向単位ベクトルである。また、OCは、カッタヘッド軸WTの原点である。また、ベクトル〔eC〕Vは、カッタヘッド軸WTの方向単位ベクトルである。
For example, in the case of the present embodiment in which the
具体的に説明すると、先ず、演算部6は、ギヤ101Gのピッチ円錐と相似形状をなし、且つ、円錐面が歯底から距離bだけ歯先側に移動した点を通る円錐を第1のワーク基準円錐としてギヤワーク110G上に設定する。
More specifically, first, the calculation unit 6 forms a cone having a shape similar to the pitch cone of the gear 101G and passing through the cone passing through the point where the conical surface has moved to the tooth tip side from the tooth bottom by a distance b. A reference cone is set on the
次いで、図8,9に示すように、演算部6は、第1の基準円錐の接平面Rにカッタヘッド230の回転軸(カッタヘッド軸)を直交させ、且つ、カッタヘッド230の原点OCを接平面R上に存在させる位置に、ギヤワーク110Gに対するカッタヘッド230の相対位置を設定する。
Then, as shown in FIGS. 8 and 9, the operation unit 6, is orthogonal axis of rotation of the cutter head 230 (cutter head axis) tangent plane R of the first reference cones, and the origin O C of the
その際、演算部6は、接平面R上において、第1のワーク基準円錐の頂点からカッタヘッド軸の原点OCまでの母線方向の距離Hと、この母線に垂直な方向の距離Vとを、次式(1)〜(3)によって演算する。
H=(RG/sinΓG)−((0.5・h−aG)/tanΓG)−rCsinλ …(1)
V=rC・sinλ …(2)
λ=ν−ψG+90 …(3)
なお、図9におけるS及びαは、HとVから、
S=(H2+V2)1/2 …(4)
α=arctan(H,V) …(5)
で求められる。
At that time, calculating unit 6, on the tangent plane R, the distance H of the generatrix direction from the apex of the first workpiece reference cones to the origin O C of the cutter head axis, and a distance V in the direction perpendicular to the generating line The calculation is performed by the following equations (1) to (3).
H = (R G / sin Γ G ) − ((0.5 · h−A G ) / tan Γ G ) −r C sin λ (1)
V = r C · sinλ (2)
λ = ν−ψ G +90 (3)
Note that S and α in FIG.
S = (H 2 + V 2 ) 1/2 (4)
α = arctan (H, V) (5)
Is required.
さらに、演算部6は、加工機200上でのギヤワーク110G及びカッタヘッド230の位置を、クレードル軸の原点OMに第1のワーク基準円錐の頂点が一致し、且つ、カッタヘッド軸線WT(すなわち、ベクトル〔eC〕V)とクレードル軸線WC(すなわち、ベクトル〔eM〕V)とが平行に配置される位置に設定する。
Furthermore, calculating unit 6, the position of
そして、このように設定された加工機200上でのギヤワーク110Gとカッタヘッド230との相対位置に基づいて、演算部6は、加工機200に対する制御パラメータとして、例えば、以下の値を設定する。
S:radial distance
Χ:sliding base
Ei:work offset
γM:machine root angle
mccp:machine center to cross point
mi:ratio of roll
α:cradle angle
σ:swivel angle
τ:tilt angle
なお、本実施形態のハイポイドギヤ100において、歯当り調整は、ピニオン101P側で行われるようになっており、ギヤ側では行われない。従って、スイベル角σ及びチルト角τは「0」に設定され、主として歯筋方向のクラウニングに影響するカッタヘッド軸線WTがクレードル軸線WCと平行に維持される。
Then, based on the relative position between the
S: radial distance
Χ: sliding base
E i : work offset
γ M : machine root angle
mccp: machine center to cross point
m i: ratio of roll
α: cradle angle
σ: swivel angle
τ: tilt angle
In the
ステップS102からステップS103に進むと、演算部6は、ギヤ101Gの設計諸元に対して歯当り調整寸法を反映させることによって仮想ギヤ(仮想歯車)を設定し、この仮想ギヤのピッチ円錐111iGとピニオン101Pのピッチ円錐111Pとの組立寸法を設定する。
When the process proceeds from step S102 to step S103, the calculation unit 6 sets a virtual gear (virtual gear) by reflecting the tooth contact adjustment dimension to the design specifications of the gear 101G, and the pitch cone 111iG of this virtual gear and The assembly dimension of the
具体的に説明すると、演算部6は、先ず、仮想ギヤのピッチ円錐の3要素として、仮想ギヤのピッチ円錐母線長さAiG、仮想ギヤのピッチ円錐角ΓiG、及び、仮想ギヤの捩れ角ψiGを設定する。
この場合、演算部6は、ギヤ101Gのピッチ円錐母線長さAGを、仮想ギヤのピッチ円錐母線長さAiGとしてそのまま設定する。
AiG=AG …(6)
また、演算部6は、ギヤ101Gのピッチ円錐角ΓGに歯当り調整寸法ΔΓGを加算することで、仮想ギヤのピッチ円錐角ΓiGを設定する。
ΓiG=ΓG+ΔΓG …(7)
また、演算部6は、ギヤ101Gの捩れ角ψGに歯当り調整寸法ΔψGを加算することで、仮想ギヤの捩れ角ψiGを設定する。
ψiG=ψG+ΔψG …(8)
ここで、ピッチ円錐角ΓGがΔΓGで補正されることにより、主として仮想ギヤの歯丈方向のクラウニングが調整される。また、捩れ角ψGがΔψGで補正されることにより、主として仮想ギヤのPOC(Path of Contact)の傾きが調整される。なお、歯当り調整寸法によって調整された仮想ギヤの歯数は、必ずしも整数である必要はない。
More specifically, the calculation unit 6 first calculates the pitch cone bus length A iG of the virtual gear, the pitch cone angle Γ iG of the virtual gear, and the twist angle of the virtual gear as three elements of the pitch cone of the virtual gear. Set ψ iG .
In this case, the calculation unit 6 sets the pitch cone bus length A G of the gear 101G as it is as the pitch cone bus length A iG of the virtual gear.
A iG = A G (6)
In addition, the calculation unit 6 sets the pitch cone angle Γ iG of the virtual gear by adding the tooth contact adjustment dimension ΔΓ G to the pitch cone angle Γ G of the gear 101G.
Γ iG = Γ G + ΔΓ G (7)
Further, the calculation unit 6 sets the virtual gear torsion angle ψ iG by adding the tooth contact adjustment dimension Δψ G to the torsion angle ψ G of the gear 101G.
ψ iG = ψ G + Δψ G (8)
Here, the pitch cone angle Γ G is corrected by ΔΓ G , so that the crowning in the tooth height direction of the virtual gear is mainly adjusted. Further, the helix angle [psi G is by being corrected by the [Delta] [phi] G, it is mainly adjusted inclination of the virtual gear POC (Path of Contact) is. Note that the number of teeth of the virtual gear adjusted by the tooth contact adjustment dimension is not necessarily an integer.
そして、演算部6は、仮想ギヤとピニオン101Pとの組立寸法として、ピニオンと仮想ギヤの交差角Σi、ピニオンと仮想ギヤのオフセットEi、ピニオンと仮想ギヤのギヤ比mi、ピニオンと仮想ギヤの組立距離ZiG,ZiP、及び、仮想ギヤのオフセットアングルεiを、以下の式(9)〜(14)を用いて演算する。
cosΣi=−sinΓP・sinΓiG+cosΓP・cosΓiG・cos(ψP+ψiG) …(9)
Ei=(RP/cosΓP+RiG/cosΓiG)・cosΓP・cosΓiG
・sin(ψP+ψiG)/sinΣi …(10)
sinηi=(cosΓiG/sinΣi)・sin(ψP+ψiG) …(11)
sinεi=(cosΓP/sinΣi)・sin(ψP+ψiG) …(12)
ZiP=((Ei/tanεi)/sinΣi)−RP・tanΓP …(13)
ZiG=((Ei/tanηi)/sinΣi)−RiG・tanΓiG …(14)
これにより、図10に示すように、仮想ギヤのピッチ円錐111iGとピニオン101Pのピッチ円錐111Pとの3次元空間上での相対位置が定まる。なお、図10中のTは、両ピッチ円錐111iG,111Pの共通接平面を示す。
Then, the calculation unit 6 uses the assembly angle of the virtual gear and the
cos Σ i = −sin Γ P · sin Γ iG + cos Γ P · cos Γ iG · cos (ψ P + ψ iG ) (9)
E i = (R P / cos Γ P + R iG / cos Γ iG ) · cos Γ P · cos Γ iG
Sin (ψ P + ψ iG ) / sin Σ i (10)
sin η i = (cos Γ iG / sin Σ i ) · sin (ψ P + ψ iG ) (11)
sin ε i = (cos Γ P / sin Σ i ) · sin (ψ P + ψ iG ) (12)
Z iP = ((E i / tan ε i ) / sin Σ i ) −R P · tan Γ P (13)
Z iG = ((E i / tan η i ) / sin Σ i ) −R iG · tan Γ iG (14)
As a result, as shown in FIG. 10, the relative positions of the pitch cone 111iG of the virtual gear and the
ステップS103からステップS104に進むと、演算部6は、上述のステップS102と略同様の処理により、加工機200上での仮想ギヤワークとカッタヘッド230との相対位置を設定する。
すなわち、演算部6は、仮想ギヤのピッチ円錐111iGと相似形状をなし、且つ、円錐面が歯底から距離bだけ歯先側に移動した点を通る円錐を仮想ワーク基準円錐として仮想ギヤワーク上に設定する。
When the process proceeds from step S103 to step S104, the calculation unit 6 sets a relative position between the virtual gear work and the
That is, the calculation unit 6 has a shape similar to the pitch cone 111iG of the virtual gear, and a cone passing through the point where the conical surface is moved from the tooth bottom to the tooth tip side by the distance b on the virtual gear work as a virtual work reference cone. Set.
次いで、演算部6は、仮想ワーク基準円錐の接平面Rにカッタヘッド230の回転軸を直交させ、且つ、カッタヘッド230の原点OCを接平面R上に存在させる位置に、仮想ギヤワークに対するカッタヘッド230の相対位置を設定する。
Then, calculating unit 6, it is perpendicular to the axis of rotation of the
その際、演算部6は、接平面R上において、仮想ワーク基準円錐の頂点からカッタヘッド軸の原点OCまでの距離Hiと、この母線に垂直な方向の距離Viとを、次式(1)’〜(3)’によって演算する。
Hi=(RiG/sinΓiG)−((0.5・h−aG)/tanΓiG)−rCsinλi …(1)’
Vi=rC・sinλi …(2)’
λi=ν−ψiG+90 …(3)’
At that time, calculating unit 6, on the tangent plane R, the distance H i from the apex of the virtual workpiece reference cones to the origin O C of the cutter head axis, and a distance V i in the direction perpendicular to the bus, the following equation (1) It calculates by '-(3)'.
H i = (R iG / sinΓ iG ) − ((0.5 · h−A G ) / tan Γ iG ) −r C sinλ i (1) ′
V i = r C · sin λ i (2) ′
λ i = ν−ψ iG +90 (3) ′
そして、ステップS105に進むと、演算部6は、上述のステップS103で演算した組立寸法、及び、ステップS104で設定した相対位置とに基づいて、ピニオンワーク110Pとカッタヘッド230との加工機200上での相対位置を設定し、さらに、この相対位置情報に基づいて、ピニオン歯面創成時の加工機200に対する制御パラメータとして、例えば、以下の値を設定する。
S:radial distance
Χ:sliding base
Ei:work offset
γM:machine root angle
mccp:machine center to cross point
mi:ratio of roll
α:cradle angle
σ:swivel angle
τ:tilt angle
ここで、本実施形態では、後述のステップS110において、ΔΓG,ΔψG,clf等の他に、歯当り調整寸法として、歯筋方向のクラウニング補正量等の値を適宜入力可能となっている。この歯筋方向のクラウニング補正量が入力されると、演算部6は、クレードル軸線WCに対してカッタヘッド軸線WTを傾斜させるべく、スイベル角σ及びチルト角τを変更する。さらに、演算部6は、スイベル角σ及びチルト角τの変更に伴い、他の制御パラメータを微調整する。
Then, when the process proceeds to step S105, the calculation unit 6 performs processing on the
S: radial distance
Χ: sliding base
E i : work offset
γ M : machine root angle
mccp: machine center to cross point
m i: ratio of roll
α: cradle angle
σ: swivel angle
τ: tilt angle
Here, in the present embodiment, in step S110 described later, in addition to ΔΓ G , Δψ G , c lf and the like, values such as a crowning correction amount in the tooth trace direction can be appropriately input as a tooth contact adjustment dimension. Yes. When crowning correction amount of the tooth trace direction is inputted, the arithmetic unit 6, in order to tilt the cutter head axis W T with respect to the cradle axis W C, it changes the swivel angle σ and the tilt angle tau. Further, the calculation unit 6 finely adjusts other control parameters as the swivel angle σ and the tilt angle τ are changed.
このようにしてステップS105で設定されるピニオン歯面創成時の加工機200に対する制御パラメータを、図10,11(a)〜(c)に示す。なお、図中において、添字”m”を付して示す制御パラメータは、カッタヘッド230が公転(実際には揺動)の基準点に位置するときのものである。
The control parameters for the
そして、ステップS105からステップS106に進むと、演算部6は、上述のステップS102で設定した制御パラメータに基づいて成形されるギヤ101Gの三次元歯面形状を演算するとともに、上述のステップS105で設定した制御パラメータに基づいて創成されるピニオン101Pの三次元歯面形状を演算する。
Then, when proceeding from step S105 to step S106, the calculation unit 6 calculates the three-dimensional tooth surface shape of the gear 101G to be molded based on the control parameter set in step S102 described above, and sets it in step S105 described above. The three-dimensional tooth surface shape of the
これらギヤ101G或いはピニオン101Pの各三次元歯面形状の演算は、加工機200上の座標系におけるカッタヘッド230とワーク110(ギヤワーク110G或いはピニオンワーク110P)との位置関係に基づいて両者の相対運動を解析し、ブレードエッジ241o,241iの軌跡を求めることにより実現される。
These three-dimensional tooth surface shapes of the gear 101G or the
このため、この三次元歯面形状の演算では、例えば、図6に示すように、カッタヘッド230と一体に回転する座標系として、カッタヘッド230の原点OCを基準とする直交座標系OCx-y-zが定義され、このOCx-y-z座標系で、ブレードエッジ241上の任意の点Xの座標と、この点Xにおけるブレードエッジの方向ベクトル〔t〕Vが、エッジ点Xの三次元位置情報として演算される。
Therefore, in the calculation of the three-dimensional tooth surface shape, for example, as shown in FIG. 6, as a coordinate system which rotates together with the
以下、ブレードエッジの圧力角φが固定値に設定された(すなわち、ブレードエッジが直線で形成された)凹歯面加工用ブレード240o(図6参照)を例に説明する。ここで、本実施形態において、ブレード240oは、例えば、左回りのカッタヘッドのスロットに取り付けられたブレードであり、図示のように、スロットはヘッド表面垂直方向に対してλs傾き、ヘッド表面233上でヘッド中心からsrとso離れた位置にある。さらに、ブレード240oのすくい面(Rake front face)は、長手方向に垂直な長方形断面においてγs傾いている。
Hereinafter, a concave tooth surface processing blade 240o (see FIG. 6) in which the pressure angle φ of the blade edge is set to a fixed value (that is, the blade edge is formed in a straight line) will be described as an example. Here, in the present embodiment, the blade 240o is, for example, a blade attached to a slot of a counterclockwise cutter head. As illustrated, the slot is inclined by λ s with respect to the direction perpendicular to the head surface, and the
このように、ブレードエッジ241oは、3次元空間上で複雑な配置となる。そこで、本実施形態では、ブレードエッジ241oがすくい面上に存在することに着目し(すなわち、ブレードエッジ241oを形成するブレード240o上の2面のうち、一方の面であるすくい面は平面であることに着目し)、エッジ241o上の各点Xを、すくい面の平面方程式を用いて求める。この場合、すくい面は、式(15)に示す平面方程式で表ことができる。
nRxx+nRyy+nRzz+nR0=0 …(15)
ここで、式(15)において、nRx、nRy、及び、nRzは、すくい面に垂直方向の単位ベクトル〔nR〕Vの各成分であり、以下の式(16)〜(18)で求められる。
nRx=sinγs …(16)
nRy=−cosγs・cosλs …(17)
nRz=−cosγs・sinλs …(18)
なお、凸歯面加工用ブレード240iの場合、nRxは、以下の式(16)’で演算される。
nRx=−sinγs …(16)’
As described above, the blade edge 241o has a complicated arrangement in the three-dimensional space. Therefore, in the present embodiment, attention is paid to the fact that the blade edge 241o exists on the rake face (that is, the rake face which is one of the two faces on the blade 240o forming the blade edge 241o is a plane). In particular, each point X on the edge 241o is obtained using a plane equation of the rake face. In this case, the rake face can be expressed by a plane equation shown in Expression (15).
n Rx x + n Ry y + n Rz z + n R0 = 0 (15)
Here, in the equation (15), n Rx , n Ry , and n Rz are each component of the unit vector [n R ] V perpendicular to the rake face, and the following equations (16) to (18) Is required.
n Rx = sin γ s (16)
n Ry = −cos γ s · cos λ s (17)
n Rz = −cos γ s · sin λ s (18)
In the case of the convex tooth surface machining blade 240i, n Rx is calculated by the following equation (16) ′.
n Rx = −sin γ s (16) ′
また、式(15)において、nR0は、原点OCからすくい面までの距離(垂線の長さ)であり、すくい面上の任意の点の座標が定まれば求めることができる。このすくい面上の点として、例えば、図6に示すように、カッタヘッド表面233とブレード240oとの交点であって、すくい面が開始するbfWの位置に設定された点OSの座標OSx,OSy,OSzは以下の式(19)〜(21)から求められる。従って、これらを用い、nR0は、以下の式(22)から算出される。
OSx=Sr−bfw …(19)
OSy=(bt/cosλs)−s0 …(20)
OSz=crh−cht …(21)
nR0=−nRx・OSx−nRy・OSy−nRz・OSz …(22)
なお、凸歯面加工用ブレード240iの場合、OSxは、以下の式(19)’で演算される。
OSx=Sr−bw+bfw …(19)’
Further, in the equation (15), n R0 is the distance from the origin O C to rake face (length of a perpendicular) can be obtained if Sadamare the coordinates of any point on the rake face. As the point on the rake face, for example, as shown in FIG. 6, the coordinates O S of the point O S set at the position of b fW that is the intersection of the
O Sx = S r -b fw ... (19)
O Sy = (b t / cos λ s ) −s 0 (20)
O Sz = c rh −c ht (21)
n R0 = −n Rx · O Sx −n Ry · O Sy −n Rz · O Sz (22)
In the case of protruding teeth face machining blade 240i, O Sx is calculated by the following equation (19) '.
O Sx = S r -b w + b fw ... (19) '
さらに、ブレードエッジ241o上の参照点ORの座標ORx,ORy,ORzは、以下の式(23)〜(25)を用いて演算することができる。
ORx=(−nRx・nR0+(nRy 2・((nRx 2+nRy 2)・rr 2−nR0 2))1/2)
/(nRx 2+nRy 2) …(23)
ORy=(−nR0−nRx・ORx)/nRy …(24)
ORz=0 …(25)
Furthermore, the coordinate O Rx, O Ry, O Rz of the reference point O R on a blade edge 241o, can be calculated using equation (23) to (25) below.
O Rx = (− n Rx · n R0 + (n Ry 2 · ((n Rx 2 + n Ry 2 ) · r r 2 −n R0 2 )) 1/2 )
/ (N Rx 2 + n Ry 2 ) (23)
O Ry = (− n R0 −n Rx · O Rx ) / n Ry (24)
O Rz = 0 (25)
そして、これらを用いることにより、ブレードエッジ241o上の任意の点Xの座標成分、及び、当該点Xでのブレードエッジ241o方向のベクトル成分は、以下のように演算することができる。 By using these, the coordinate component of an arbitrary point X on the blade edge 241o and the vector component in the direction of the blade edge 241o at the point X can be calculated as follows.
すなわち、ブレードエッジ241o上の任意の点Xのz座標(Xz)が与えられたときのx座標Xx及びy座標Xyは、すくい面上の点OSを基準として、以下の式(26)、(27)を用いて演算される。
Xx=tanφ・Xz+ORx …(26)
Xy=−(nRx・Xx+nRz・Xz+nR0)/nRy …(27)
なお、凸歯面加工用ブレード240iの場合、Xxは、以下の式(26)’で演算される。
Xx=−tanφ・Xz+ORx …(26)’
That is, the blade x-coordinate X x and y coordinates X y when the arbitrary point X of z-coordinate (X z) is given on the edge 241o, based on the point O S on the rake face, the following formula ( 26) and (27).
X x = tanφ · X z + O Rx (26)
X y = - (n Rx · X x + n Rz · X z + n R0) / n Ry ... (27)
In the case of the convex tooth surface machining blade 240i, X x is calculated by the following equation (26) ′.
X x = −tan φ · X z + O Rx (26) ′
また、点Xでのブレードエッジ241o方向のベクトル成分tx,ty,tzは、以下の式(28)〜(30)を用いて演算される。
tx=sinφ …(28)
ty=−(nRx・tx+nRz・tz)/nRy …(29)
tz=cosφ …(30)
なお、凸歯面加工用ブレード240iの場合、tzは、以下の式(30)’で演算される。
tz=−cosφ …(30)’
ここで、ブレードエッジ241oが曲線で形成されたブレードを用いる場合、式(26)〜(30)’中のφは、z座標Xzの関数(すなわち、φ(Xz))となる。
Further, the blade edge 241o direction vector component t x at point X, t y, t z is calculated using the following equation (28) - (30).
t x = sinφ (28)
t y = − (n Rx · t x + n Rz · t z ) / n Ry (29)
t z = cosφ (30)
In the case of protruding teeth face machining blade 240i, t z is calculated by the following equation (30) '.
t z = −cos φ (30) ′
Here, when using a blade in which the blade edge 241o is a curve, φ in the equations (26) to (30) ′ is a function of the z coordinate X z (that is, φ (X z )).
さらに、この三次元歯面形状の演算では、例えば、図12に示すように、ワーク110と一体に回転する座標系として、クロスポイントOBを基準とする直交座標系OBx-y-zが定義される。そして、加工機200の制御パラメータに基づいて、OCx-y-z座標系とOBx-y-z座標系の相対位置を演算することにより、OCx-y-z座標系で演算されるブレードエッジ241o上の各点Xを、OBx-y-z座標系へ座標変換することができる。
Furthermore, in the calculation of the three-dimensional tooth surface shape, for example, as shown in FIG. 12, as a coordinate system which rotates together with the
その際、上述の2つの座標系の挙動には、以下の式(31)に示す関係がある。
β=ω・(NS/NW)−mi・(α−αm) …(31)
なお、ギヤの三次元歯面形状を演算する場合、式(31)中のNWにはNGが代入される。また、ギヤの三次元歯面形状を演算する場合、式(31)中のαは固定値(=αm)である。一方、ピニオンの三次元歯面形状を演算する場合、式(31)中のNWにはNPが代入される。
At that time, the behavior of the two coordinate systems described above has a relationship represented by the following equation (31).
β = ω · (N S / N W ) −m i · (α−α m ) (31)
When calculating the three-dimensional tooth surface shape of the gear, NG is substituted for N W in equation (31). Further, when calculating the three-dimensional tooth surface shape of the gear, α in the equation (31) is a fixed value (= α m ). On the other hand, when calculating the three-dimensional tooth surface shape of the pinion, N P is substituted into N W in the formula (31).
従って、ギヤの歯面を成形加工する場合、OBx-y-z座標系におけるブレードエッジ241o上の点Xの軌跡は、変数ωで定義することができる。一方、ピニオンの歯面を創成加工する場合、OCx-y-z座標系におけるブレードエッジ241o上の点Xの軌跡は、変数ω,αで定義することができる。なお、以下の説明において、OCx-y-z座標系でのX座標の成分(Xx,Xy,Xz)と区別するため、OBx-y-z座標系でのX座標の成分を(BXx,BXy,BXz)で表す。 Therefore, when the gear tooth surface is formed, the locus of the point X on the blade edge 241o in the O B xyz coordinate system can be defined by the variable ω. On the other hand, when the tooth surface of the pinion is created, the locus of the point X on the blade edge 241o in the O C xyz coordinate system can be defined by variables ω and α. In the following description, in order to distinguish from the X coordinate components (X x , X y , X z ) in the O C xyz coordinate system, the X coordinate components in the O B xyz coordinate system are ( B X x , B X y, represented by B X z).
さらに、この三次元歯面形状の演算において、例えば、図12に示すように、OBx-y-z座標系には、歯車の歯底に垂直な複数個(j個)の円錐面(以下、グリッド円錐面と称す)112が、ワーク110に対応付けて、歯筋方向に沿う所定間隔毎に設定される。そして、ブレードエッジ241o上の点Xがグリッド円錐面112を横切る点の座標X(ω)(或いは、X(ω,α))を順次探索することで、ブレードエッジ241o上の各点Xが各グリッド円錐面112上で歯面を加工する点(格子点)の三次元座標が求められる。
Further, in the calculation of the three-dimensional tooth surface shape, for example, as shown in FIG. 12, the O B xyz coordinate system, the conical surfaces of the plurality perpendicular to the tooth base of the gear (j-number) (hereinafter, the
以上のような関係を用い、演算部6は、現在の各制御パラメータで加工されるギヤ101G及びピニオン101Pの三次元歯面形状を演算する(グリッド円錐は必ずしも歯底に垂直にこだわる必要は無い)。 ところで、ブレードエッジ241o上の点Xの軌跡がワーク110から外れている場合、当該点Xは歯面加工上の意味をなさない。そこで、演算部6は、先ず、ブレードエッジ241oがワーク110のフェースとグリッド円錐面112との交点Fを横切るときの座標XFをそれぞれ求める。そして、演算部6は、点XFよりも先端側を設定分割数で分割するブレードエッジ241o上の点Xを求め、3次元空間上で、各点Xが対応するグリッド円錐面112を横切る点の座標X(ω)(或いは、X(ω,α))を求める。
Using the relationship as described above, the calculation unit 6 calculates the three-dimensional tooth surface shapes of the gear 101G and the
具体的に説明すると、本実施形態において、演算部6は、演算を容易なものとするため、先ず、以下の式(32)、(33)を用いて、OBx-y-z座標系を2次元円筒座標系OBr-xで表記する(図13参照)。
BXr=(BXy 2+BXz 2)1/2 …(32)
X2D=(BXr,BXx) …(33)
なお、図13に示すように、2次元円筒座標系OBr-xにおいて、各グリッド円錐面112はグリッド線(glid line)として表される。
Specifically, in the present embodiment, calculation unit 6, to the calculation made easy, firstly, the following equation (32), using (33), O B xyz coordinate system 2D cylinder This is expressed in the coordinate system O B rx (see FIG. 13).
B Xr = ( B X y 2 + B X z 2 ) 1/2 (32)
X 2D = ( B X r , B X x ) (33)
As shown in FIG. 13, in the two-dimensional cylindrical coordinate system O B rx, each grid
このような座標系において、演算部6は、ニュートン法を用いた以下の式(34)を満足するω,Xz、或いは、式(34)’を満足するω,Xz,αを求める。そして、求めたXzから、ブレードエッジ241oがワーク110のフェースとグリッド円錐面112との交点Fを横切る座標XFを求める。
ここで、式(34)、(34)’において、ベクトル〔ea〕Vはグリッド線方向を定める単位ベクトルであり、各グリッド円錐面112の母線方向に設定されるものである。
Here, in the equations (34) and (34) ′, the vector [e a ] V is a unit vector that determines the grid line direction, and is set in the generatrix direction of each grid
また、式(34)’において、ベクトル〔vC〕Vはワーク110から見たωによる切刃移動速度ベクトル、ベクトル〔n〕Vは歯面垂直方向ベクトル、ベクトル〔vM〕Vはワークから見たαによる切刃移動速度ベクトルであり、以下の式(35)〜(37)を用いて演算される。
〔vC〕V=〔ec〕V×〔OcX〕V−(Ns/N)〔eB〕V×〔OBX〕V …(35)
〔n〕V=(〔t〕V×〔vC〕V)/|〔t〕V×〔vC〕V| …(36)
〔vM〕V=(〔eM〕V×〔OMX〕V)+mM・(〔eB〕V×〔OBX〕V …(37)
すなわち、創成加工されるピニオンの場合は、加工しながらαが変化するため、座標XFの演算には、ベクトル〔n〕Vとベクトル〔vM〕Vとの直交条件が加わる。
Further, in the equation (34) ′, the vector [v C ] V is the cutting edge moving velocity vector by ω as viewed from the
[V C] V = [e c] V × [O c X] V - (N s / N) [e B] V × [O B X] V ... (35)
[N] V = ([t] V × [v C] V) / | [t] V × [v C] V | ... (36)
[V M] V = ([e M] V × [O M X] V) + m M · ([e B] V × [O B X] V ... (37)
That is, when the pinion is generating process, in order to change the α while working, the calculation of the coordinates X F is applied the orthogonality condition between the vector [n] V and the vector [v M] V.
そして、演算部6は、点XFよりも先端側を設定分割数で分割するブレードエッジ241o上の位置に点Xを設定する。さらに、演算部6は、各点Xに対し、ニュートン法を用いた以下の式(38)を満足するω、或いは、式(38)’を満足するω及びαを求め、3次元空間上で各点Xが対応するグリッド円錐面112を横切る点の座標X(ω)或いはX(ω,α)を求める。
このような演算をワーク110上に設定されたグリッド線(グリッド円錐面112)毎に繰り返し行うことにより、凹歯面加工用ブレード240oで加工される凹歯面全体に渡る3次元歯面形状が演算される。なお、凸歯面加工用ブレード240iで加工される凸歯面の3次元歯面形状も上述と同様の演算によって求められることは勿論である。
By repeating such calculation for each grid line (grid conical surface 112) set on the
そして、ステップS107に進むと、演算部6は、ステップS106で求めたギヤ及びピニオンの三次元歯面形状に基づいてハイポイドギヤの評価を行う。本実施形態において、演算部6は、ハイポイドギヤの評価として、例えば、歯当り解析やモーションカーブの解析等を行う。 In step S107, the calculation unit 6 evaluates the hypoid gear based on the three-dimensional tooth surface shape of the gear and pinion obtained in step S106. In the present embodiment, the calculation unit 6 performs, for example, a tooth contact analysis or a motion curve analysis as the evaluation of the hypoid gear.
そして、ステップS108に進むと、演算部6は、ディスプレイ装置13等の出力部8を通じて、ギヤ歯面形成時の制御パラメータ及びピニオン歯面創成時の制御パラメータを表示し、さらに、ハイポイドギヤの評価結果を表示する。ここで、ハイポイドギヤの評価結果として歯当り解析結果が表示される場合、例えば、図14に示す形態で表示される。また、モーションカーブの解析結果が表示される場合、例えば、図15に示す形態で表示される。
In step S108, the calculation unit 6 displays the control parameters at the time of gear tooth surface formation and the control parameters at the time of pinion tooth surface generation through the output unit 8 such as the
そして、ステップS109に進むと、演算部6は、ユーザから、歯当り調整寸法等の変更要求がなされているか否かを調べる。 Then, in step S109, the calculation unit 6 checks whether a change request for the tooth contact adjustment dimension or the like is made from the user.
そして、ステップS109において、ユーザからの変更要求がなされていると判定した場合には、演算部6は、ステップS110に進み、例えば、ディスプレイ装置13等の出力部8を通じて歯当り調整寸法の入力画面を表示し、キーボード12等の入力部5を通じて入力された歯当り調整寸法を読み込んだ後、ステップS102に戻る。
If it is determined in step S109 that a change request from the user has been made, the calculation unit 6 proceeds to step S110 and, for example, an input screen for a tooth contact adjustment dimension through the output unit 8 such as the
一方、ステップS109において、ユーザからの変更要求がなされていないと判定した場合、演算部6は、ステップS111に進み、ユーザから、本加工機設定処理の終了指示がなされているか否かを調べる。 On the other hand, if it is determined in step S109 that a change request from the user has not been made, the arithmetic unit 6 proceeds to step S111 and checks whether or not the user has instructed the end of the processing machine setting process.
そして、ステップS111において、ユーザからの終了指示がなされていないと判定した場合、演算部6は、ステップS109に戻る。 If it is determined in step S111 that the user has not given an end instruction, the calculation unit 6 returns to step S109.
一方、ステップS111において、ユーザからの終了指示がなされていると判定した場合、演算部6は、そのままルーチンを抜ける。 On the other hand, when it is determined in step S111 that the user has instructed termination, the calculation unit 6 directly exits the routine.
このような実施形態によれば、加工機200でギヤ101Gを成形加工する際の制御パラメータをギヤの設計諸元に基づいて設定する一方、ギヤの設計諸元に歯当り調整寸法を反映させて仮想ギヤを設定し、仮想ギヤワークとカッタヘッドとの相対位置、及び、仮想ギヤとピニオン101Pとの組立寸法に基づいて加工機200でピニオンを創成加工する際の制御パラメータを設定することにより、歯当り調整寸法を的確に反映させた制御パラメータを設定することができ、良好な歯当りのハイポイドギヤを加工することができる。
According to such an embodiment, the control parameters for forming the gear 101G with the
また、ギヤワークとカッタヘッドとの加工機上での相対位置の設定、及び、仮想ギヤワークとカッタヘッドとの加工機上での相対位置の設定の際には、カッタヘッドの参照平面からのブレードエッジの突出量に応じたピッチ円錐と相似形状をなすワーク基準円錐を設定し、このワーク基準円錐の接平面にカッタヘッドの回転軸を直交させ且つカッタヘッドの原点をワーク基準円錐の接平面上に存在させる位置に、ワークに対するカッタヘッドの相対位置を設定することにより、加工機に対する制御パラメータをピッチ点基準で設定することができ、良好な歯面加工を実現することができる。 When setting the relative position of the gear work and the cutter head on the processing machine and setting the relative position of the virtual gear work and the cutter head on the processing machine, the blade edge from the reference plane of the cutter head A workpiece reference cone that has a similar shape to the pitch cone according to the amount of protrusion of the workpiece is set, the cutter head rotation axis is orthogonal to the tangent plane of the workpiece reference cone, and the cutter head origin is on the workpiece tangent plane By setting the relative position of the cutter head with respect to the workpiece at the existing position, the control parameter for the processing machine can be set on the basis of the pitch point, and good tooth surface processing can be realized.
また、ブレードエッジ上の点の三次元位置情報を演算するとともに、歯車の歯底に例えば垂直なグリッド円錐面をワークに対応づけて空間上に設定し、制御パラメータに基づいてカッタヘッドとワークとを相対運動させた際にエッジ上の点がグリッド円錐面を横切る点の座標を歯車の歯面上の点の座標として探索することにより、実際の歯面加工を行うことなく、ギヤ及びピニオンの三次元歯面形状を容易に演算することができる。そして、このように演算された三次元歯面形状をもとに、ハイポイドギヤの評価を行えば、各制御パラメータの設定を効率的に実現することができる。 その際、ブレード上のすくい面の平面方程式を演算することにより、ブレードエッジ上の点の三次元位置情報を容易に算出することができる。 In addition to calculating the three-dimensional position information of the point on the blade edge, for example, a grid conical surface perpendicular to the tooth bottom of the gear is set on the space in association with the work, and the cutter head and work are determined based on the control parameters. By searching the coordinates of the point where the point on the edge crosses the grid conical surface as the coordinate of the point on the tooth surface of the gear as the relative movement of the gear and the pinion of the gear and pinion The three-dimensional tooth surface shape can be easily calculated. If the hypoid gear is evaluated based on the three-dimensional tooth surface shape calculated in this way, the setting of each control parameter can be realized efficiently. At that time, the three-dimensional position information of the point on the blade edge can be easily calculated by calculating the plane equation of the rake face on the blade.
なお、上述の実施形態では、参照平面からのブレードエッジの突出量が有効歯丈hの半値にクリアランスを加えた値に設定されたカッタヘッドを用いた加工機に対して制御パラメータを演算する一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ブレードエッジの突出量に応じてワーク基準円錐を適宜変更することにより、ブレードエッジの突出量が任意に設定されたカッタヘッドを用いた加工機に対しても本発明を適用可能であることは勿論である。 In the above-described embodiment, an example of calculating control parameters for a processing machine using a cutter head in which the protrusion amount of the blade edge from the reference plane is set to a value obtained by adding a clearance to the half value of the effective tooth height h. However, the present invention is not limited to this, and a cutter head in which the protrusion amount of the blade edge is arbitrarily set by appropriately changing the workpiece reference cone according to the protrusion amount of the blade edge is used. Of course, the present invention can also be applied to a conventional processing machine.
また、上述の実施形態においては、ギヤの設計諸元に歯当り調整寸法を反映させて仮想ギヤを設定し、仮想ギヤワークとカッタヘッドとの相対位置、及び、仮想ギヤとピニオンとの組立寸法に基づいてピニオンワークとカッタヘッドとの加工機上での相対位置を設定する一例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ピニオンの設計諸元に歯当り調整寸法を反映させて仮想ピニオンを設定し、仮想ピニオンワークとカッタヘッドとの相対位置、及び、仮想ピニオンとギヤとの組立寸法に基づいてギヤワークとカッタヘッドとの加工機上での相対位置を設定してもよい。すなわち、ピニオンの制御パラメータに代えて、ギヤの制御パラメータに歯当り調整寸法を反映させてもよい。 In the above-described embodiment, the virtual gear is set by reflecting the tooth contact adjustment dimension in the design specifications of the gear, and the relative position between the virtual gear work and the cutter head and the assembly dimension of the virtual gear and the pinion are set. Although an example of setting the relative position of the pinion work and the cutter head on the processing machine has been described based on this, the present invention is not limited to this, and the tooth contact adjustment dimension is reflected in the design specifications of the pinion. The virtual pinion may be set, and the relative position between the virtual pinion work and the cutter head, and the relative position of the gear work and the cutter head on the processing machine may be set based on the assembly dimensions of the virtual pinion and the gear. . That is, the tooth contact adjustment dimension may be reflected in the gear control parameter instead of the pinion control parameter.
1 … 加工機設定装置
5 … 入力部
6 … 演算部(第1のパラメータ設定手段、組立寸法演算手段、仮想相対位置設定手段、第2のパラメータ設定手段)
7 … 記憶部
8 … 出力部
100 …ハイポイドギヤ
101G … ギヤ(第1の歯車)
101P … ピニオン(第2の歯車)
102G … 歯面
102Ga … 凸歯面
102Gb … 凹歯面
102P … 歯面
102Pa … 凸歯面
102Pb … 凹歯面
110 … ワーク
110G … ギヤワーク(第1のワーク)
110P … ピニオンワーク(第2のワーク)
111P … ピッチ円錐
111iG … ピッチ円錐
112 … グリッド円錐面
200 … 加工機
230 … カッタヘッド
231 … カッタボディ
233 … カッタヘッド表面
234 … 参照平面
240 … ブレード
240i … 凸歯面加工用ブレード
240o … 凹歯面加工用ブレード
241 … ブレードエッジ
241i … 凸歯面加工用ブレードエッジ
241o … 凹歯面加工用ブレードエッジ
P … ピッチ点
R … 接平面
DESCRIPTION OF
7 ... Storage unit 8 ...
101P ... Pinion (second gear)
102G ... tooth surface 102Ga ... convex tooth surface 102Gb ...
110P ... Pinion work (second work)
111P ... Pitch cone 111iG ...
Claims (7)
上記第1の歯車の設計諸元と上記カッタヘッドの設定寸法とに基づいて、上記第1のワークと上記カッタヘッドとの上記加工機上での相対位置を設定し、この相対位置から上記加工機に対する制御パラメータを設定する第1のパラメータ設定手段と、
上記第1の歯車の設計諸元に歯当り調整寸法を反映させることで設定される仮想歯車の諸元と、上記第2の歯車の設計諸元とに基づいて、上記仮想歯車のピッチ円錐と上記第2の歯車のピッチ円錐との組立寸法を演算する組立寸法演算手段と、
上記仮想歯車の諸元と上記カッタヘッドの設定寸法とに基づいて、上記仮想歯車に対して設定される仮想ワークに歯面を成形加工すると仮定した際の上記仮想ワークと上記カッタヘッドとの上記加工機上での相対位置を設定する仮想相対位置設定手段と、
上記組立寸法演算手段で演算した上記組立寸法と、上記仮想相対位置設定手段で設定した上記相対位置とに基づいて、上記第2のワークと上記カッタヘッドとの上記加工機上での相対位置を設定し、この相対位置から上記加工機に対する制御パラメータを設定する第2のパラメータ設定手段とを備えたことを特徴とするハイポイドギヤの加工機設定装置。 The tooth surface of the first gear, which is one of the hypoid gears, is molded into the first workpiece by using a face hob type processing machine that simultaneously rotates the workpiece and the cutter head to process the tooth surface of the workpiece. A hypoid gear processing machine setting device that sets each control parameter for the processing machine when generating the tooth surface of the second gear, which is the other gear of the hypoid gear, into a second workpiece,
Based on the design specifications of the first gear and the set dimensions of the cutter head, a relative position of the first workpiece and the cutter head on the processing machine is set, and the processing is performed from the relative position. First parameter setting means for setting control parameters for the machine;
Based on the specifications of the virtual gear set by reflecting the tooth contact adjustment dimension in the design specifications of the first gear and the design specifications of the second gear, the pitch cone of the virtual gear Assembly dimension calculating means for calculating an assembly dimension with the pitch cone of the second gear;
Based on the specifications of the virtual gear and the set dimensions of the cutter head, the virtual work and the cutter head are assumed to form a tooth surface on the virtual work set for the virtual gear. Virtual relative position setting means for setting a relative position on the processing machine;
Based on the assembly dimension calculated by the assembly dimension calculation means and the relative position set by the virtual relative position setting means, the relative position of the second workpiece and the cutter head on the processing machine is determined. A hypoid gear processing machine setting device comprising: a second parameter setting means for setting and setting a control parameter for the processing machine from the relative position.
上記第1のパラメータ設定手段は、上記第1の歯車のピッチ円錐と相似形状をなし且つ円錐面が上記第1の歯車の歯底から上記突出量だけ歯先側に移動した点を通る円錐を第1のワーク基準円錐として上記第1のワークに設定して、上記第1のワーク基準円錐の接平面に上記カッタヘッドの回転軸を直交させ且つ上記カッタヘッドの原点を上記第1のワーク基準円錐の接平面上に存在させる位置に上記第1のワークに対する上記カッタヘッドの相対位置を設定し、
上記仮想相対位置設定手段は、上記仮想歯車のピッチ円錐と相似形状をなし且つ円錐面が上記仮想歯車の歯底から上記突出量だけ歯先側に移動した点を通る円錐を仮想ワーク基準円錐として上記仮想ワークに設定して、上記仮想ワーク基準円錐の接平面に上記カッタヘッドの回転軸を直交させ且つ上記カッタヘッドの原点を上記仮想ワーク基準円錐の接平面上に存在させる位置に上記仮想ワークに対する上記カッタヘッドの相対位置を設定することを特徴とする請求項1記載のハイポイドギヤの加工機設定装置。 When setting the cutter head with the blade fixed at a position to project the edge by a set projection amount from a reference plane passing through the origin of the cutter head,
The first parameter setting means has a cone having a shape similar to the pitch cone of the first gear and passing through a point where the conical surface moves from the tooth bottom of the first gear to the tooth tip side by the amount of protrusion. The first workpiece reference cone is set as the first workpiece, the rotation axis of the cutter head is orthogonal to the tangent plane of the first workpiece reference cone, and the origin of the cutter head is set as the first workpiece reference cone. Setting the relative position of the cutter head to the first workpiece at a position on the tangential plane of the cone;
The virtual relative position setting means has a shape similar to the pitch cone of the virtual gear, and a cone passing through a point where the conical surface moves from the tooth bottom of the virtual gear to the tooth tip side by the amount of protrusion is defined as a virtual work reference cone. The virtual workpiece is set at a position where the rotation axis of the cutter head is orthogonal to the tangent plane of the virtual workpiece reference cone and the origin of the cutter head is on the tangent plane of the virtual workpiece reference cone. 2. The hypoid gear processing machine setting device according to claim 1, wherein a relative position of the cutter head with respect to the center is set.
上記第1のパラメータ設定手段は、上記第1のワークに設定した上記第1のワーク基準円錐の接平面上における、上記第1のワーク基準円錐の頂点から上記カッタヘッド軸の原点までの母線方向の距離Hと、上記母線に垂直な方向の距離Vとを、
H=(RG/sinΓG)−((α・h−aG)/tanΓG)−rCsinλ …(1)
V=rC・sinλ …(2)
λ=ν−ψG+90 …(3)
但し、RG、ΓG、aG、ψG、及び、hは第1の歯車の設計諸元であり、RG:第1の歯車の設計ピッチ円半径、ΓG:第1の歯車のピッチ円錐角、aG:第1の歯車のアデンダム、ψG:第1の歯車の捩れ角、h:有効歯丈、α:係数、
また、rCは、カッタヘッドに設定される諸元であり、rC:ギヤカッタ半径、ν:ギヤカッタリード角、νはカッターヘッドの設定と歯車の設計諸元から定まる値、
の関係を満足するよう設定し、
上記仮想相対位置設定手段は、上記仮想ワークに設定した上記仮想ワーク基準円錐の接平面上における、上記仮想ワーク基準円錐の頂点から上記カッタヘッド軸の原点までの母線方向の距離Hiと、上記母線に垂直な方向の距離Viとを、
Hi=(RiG/sinΓiG)−((β・h−aG)/tanΓiG)−rCsinλi …(1)’
Vi=rC・sinλi …(2)’
λi=νi−ψiG+90 …(3)’
但し、RiG、ΓiG、aG、ψiG、及び、hは仮想歯車の設計諸元であり、RiG:仮想歯車の設計ピッチ円半径、ΓiG:仮想歯車のピッチ円錐角、aG:仮想歯車のアデンダム、ψiG:仮想歯車の捩れ角、h:有効歯丈、β:係数
また、rCはカッタヘッドに設定される諸元であり、rC:ギヤカッタ半径、ν:ギヤカッタリード角、νiはカッターヘッドの設定と仮想歯車の設計諸元から定まる値、
の関係を満足するよう設定することを特徴とする請求項2記載のハイポイドギヤの加工機設定装置。 When setting the cutter head in which the protrusion amount of the edge of the blade with respect to the reference plane of the cutter head is set to a value obtained by adding a clearance to the half value of the effective tooth height, in the processing machine,
The first parameter setting means is a generatrix direction from the apex of the first workpiece reference cone to the origin of the cutter head axis on the tangent plane of the first workpiece reference cone set for the first workpiece. And a distance V in a direction perpendicular to the generatrix,
H = (R G / sin Γ G ) − ((α · h−A G ) / tan Γ G ) −r C sin λ (1)
V = r C · sinλ (2)
λ = ν−ψ G +90 (3)
Where R G , Γ G , a G , ψ G , and h are design parameters of the first gear, R G : design pitch circle radius of the first gear, Γ G : of the first gear Pitch cone angle, a G : addendum of the first gear, ψ G : twist angle of the first gear, h: effective tooth height, α: coefficient,
R C is a specification set for the cutter head, r C : gear cutter radius, ν: gear cutter lead angle, ν is a value determined from the setting of the cutter head and the design specifications of the gear,
To satisfy the relationship
The virtual relative position setting means includes a distance H i in a generatrix direction from a vertex of the virtual workpiece reference cone to an origin of the cutter head axis on a tangent plane of the virtual workpiece reference cone set for the virtual workpiece, The distance V i in the direction perpendicular to the bus is
H i = (R iG / sin Γ iG ) − ((β · h−A G ) / tan Γ iG ) −r C sin λ i (1) ′
V i = r C · sin λ i (2) ′
λ i = ν i −ψ iG +90 (3) ′
Here, R iG , Γ iG , a G , ψ iG , and h are design parameters of the virtual gear, R iG : Design pitch circle radius of the virtual gear, Γ iG : Pitch cone angle of the virtual gear, a G : Addendum of virtual gear, ψ iG : Torsion angle of virtual gear, h: Effective tooth height, β: Coefficient, and r C are parameters set in the cutter head, r C : Gear cutter radius, ν: Gear cutter The lead angle, ν i is a value determined from the settings of the cutter head and the design specifications of the virtual gear,
The hypoid gear processing machine setting device according to claim 2, wherein the setting is made so as to satisfy the relationship.
上記歯車の設計諸元と上記カッタヘッドの設定寸法とに基づいて、上記ワークと上記カッタヘッドとの上記加工機上での相対位置を設定し、この相対位置から上記加工機に対する制御パラメータを設定するパラメータ設定手段を有し、
上記カッタヘッドの原点を通る参照平面からエッジを設定突出量だけ突出させる位置にブレードを固定した上記カッタヘッドを上記加工機にセットする場合に、
上記パラメータ設定手段は、上記歯車のピッチ円錐と相似形状をなし且つ円錐面が上記歯車の歯底から上記突出量だけ歯先側に移動した点を通る円錐をワーク基準円錐として上記ワークに設定し、上記ワーク基準円錐の接平面に上記カッタヘッドの回転軸を直交させ且つ上記カッタヘッドの原点を上記ワーク基準円錐の接平面上に存在させる位置に上記ワークに対する上記カッタヘッドの相対位置を設定することを特徴とするハイポイドギヤの加工機設定装置。 Using a face hob type processing machine that simultaneously rotates the workpiece and the cutter head to process the tooth surface on the workpiece, set the control parameters for the processing machine when processing the tooth surface on the workpiece of the gear constituting the hypoid gear A hypoid gear processing machine setting device,
Based on the design specifications of the gear and the set dimensions of the cutter head, the relative position of the workpiece and the cutter head on the processing machine is set, and control parameters for the processing machine are set from the relative position. Parameter setting means to
When setting the cutter head with the blade fixed at a position to project the edge by a set projection amount from a reference plane passing through the origin of the cutter head,
The parameter setting means sets a cone having a shape similar to the pitch cone of the gear and passing through a point where the conical surface moves from the tooth bottom of the gear to the tooth tip side by the amount of protrusion as the workpiece reference cone. The relative position of the cutter head with respect to the workpiece is set at a position where the rotation axis of the cutter head is orthogonal to the tangent plane of the workpiece reference cone and the origin of the cutter head is present on the tangent plane of the workpiece reference cone. A machine setting device for a hypoid gear.
上記歯車の設計諸元と上記カッタヘッドの設定寸法とに基づいて、上記ワークと上記カッタヘッドとの上記加工機上での相対位置を設定し、この相対位置から上記加工機に対する制御パラメータを設定するパラメータ設定手段と、
上記カッタヘッドから突出するブレードのエッジ上の点の三次元位置情報を演算するとともに、上記歯車の歯底に垂直なグリッド円錐面を上記ワークに対応づけて空間上に設定し、上記制御パラメータに基づいて上記カッタヘッドと上記ワークとを相対運動させた際に上記エッジ上の点が上記グリッド円錐面を横切る点の座標を上記歯車の歯面上の点の座標として探索する歯面形状演算手段とを備えたことを特徴とするハイポイドギヤの加工機設定装置。 Using a face hob type processing machine that simultaneously rotates the workpiece and the cutter head to process the tooth surface on the workpiece, set the control parameters for the processing machine when processing the tooth surface on the workpiece of the gear constituting the hypoid gear A hypoid gear processing machine setting device,
Based on the design specifications of the gear and the set dimensions of the cutter head, the relative position of the workpiece and the cutter head on the processing machine is set, and control parameters for the processing machine are set from the relative position. Parameter setting means to
The three-dimensional position information of the point on the blade edge protruding from the cutter head is calculated, and the grid conical surface perpendicular to the tooth bottom of the gear is set on the space in association with the workpiece, and the control parameter is set as the control parameter. Tooth surface shape calculating means for searching for the coordinates of the point where the point on the edge crosses the grid conical surface when the cutter head and the workpiece are moved relative to each other as the coordinates of the point on the tooth surface of the gear And a hypoid gear processing machine setting device.
The tooth surface shape calculating means calculates a plane equation of a rake face formed on the blade, and calculates three-dimensional position information of a point on the edge based on the plane equation. 62. A hypoid gear processing machine setting device according to 62.
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