JP6435335B2 - 輪郭ゲージ、輪郭ゲージを有する測定デバイス、および測定方法 - Google Patents

Description

本発明の主題は、歯状工作物をスカイビング加工するために設計された歯状輪郭を有する工具のための測定形状を具現化した輪郭ゲージである。輪郭ゲージは、この工具を用いて実施されることとなるスカイビング加工プロセスのために使用され得る少なくとも１つの測定数量を決定する役割を果たし、前述のプロセスの段階で、工作物上で生成させられる歯状輪郭は、工具の歯との噛合係合によって形成される。さらに、本発明は、輪郭ゲージを備える測定デバイスと、この輪郭ゲージに基づく測定方法とを包含する。さらに一般的には、保護が求められる本発明は、工作物との回転係合により歯状輪郭を生成させるおよび／または仕上げるように設計された形状的に規定された切り刃を有する工具のための輪郭ゲージに関する。

これを目的として設計されたスカイビングホイールを用いた歯状工作物のスカイビング加工（「パワースカイビング加工」とも呼ばれる）では、各製造業者により指定されるようなスカイビングホイールの寸法は、直接的または間接的にスカイビング加工プロセスのための制御設定に入る。

典型的には、製造業者は、スカイビングホイールの外径（歯の先端部で測定される）と工具の高さとを指定する。

例えば工具の寸法がそれに基づいて計算される規定のローラなどを用いて生成カッターの測定を行うなどの、例えば歯車成形プロセスにおける接触測定などのために使用される他の測定方法は、スカイビングホイールに対する限定的な有用性を有するに留まる。なぜならば、かかる測定値の評価は、極めて複雑であり、多数の入力データを必要とするからである。

直前で述べた歯車成形プロセスでは、その軸の方向に見た場合の生成カッターホイールの切り刃は、横断面内で平歯車の歯状輪郭の形状に相当し、平歯車は、一方の歯車と別の歯車のようなプロセスにおいて（直線歯状カッターホイールの場合）工作物と噛合する。または、螺旋生成カッターホイールの場合には、面法線に対して垂直におよび歯すじに沿って見た場合の切り刃の少なくとも輪郭が、法線断面内のはすば歯車の歯状輪郭の形状に相当し、はすば歯車は、一方のはすば歯車と別のはすば歯車のようなプロセスにおいて工作物と噛合する。これらの状況とは対照的に、スカイビングホイールの切り刃の形状は、指定された歯形状に従って切削されることとなる歯間の形状とは異なるものとなる。スカイビング加工プロセスにおいて、工作物と工具との各回転軸が、通常は１０度から３０度の間に設定される角度で相互に交差すると仮定した場合に、スカイビングホイールは、例えば上述の生成カッターホイールの場合に当てはまったようなインボリュート歯形状にはもはや形状合致しない。パワースカイビング加工プロセスは、この分野の技術者には知られていることが予想され得るため、さらなる詳細は、この時点では踏み込まれない。このプロセスの明確な提示は、特許文献１において見られ得る。

直前で説明された理由により、スカイビングホイールの製造業者により提供される情報は、通常は直径および高さに限定されることとなる。しかし、スカイビングホイールのこれらの寸法が分かっている場合でも、特に一連の歯輪郭を有する工作物の生産工程の初めにおいて不良品が存在する場合があることが判明している。なぜならば、後者が、例えばまたぎ歯厚が所定サイズ未満であることによってなど複数の異なる面で公差外となり得るからである。実施時に、工作物は、測定が行われる測定室内に運ばれる。それにより得られた測定結果に基づき、補正が、パワースカイビング加工プロセスのための工作機械の設定になされる。

欧州特許出願公開第２５３７６１５号明細書

前述の従来の手順に伴われる問題を鑑みて、本発明の目的は、前述の態様に関するパワースカイビング加工プロセスの実施を簡易化すること、および好ましくは予め製造工程の第１の部分において生産される歯輪郭の高品質を特に目指してパワースカイビング加工プロセスを改良することである。

この課題を解決するために、本発明は、上記で述べたように測定形状を具現化した輪郭ゲージを提供する。この輪郭ゲージは、測定数量を決定するために、工具の歯が輪郭形成段階の最中に工具と工作物との間の歯係合に相当する噛合係合状態におかれる際に用いられる歯状輪郭部分を特徴とする。

したがって、輪郭ゲージは、測定を行う前に工具の歯状輪郭が輪郭ゲージと噛合係合状態におかれるとすぐに、歯状輪郭係合間のこの一致が存在するように設計される。

単純化のために、本発明の以下の説明は、本発明の利点が最も強力に現れるところのものであるスカイビング加工プロセスを参照とするが、本発明は、特にはすばを有するカッターホイールを生成させるための、特許請求の範囲で特定される生成方法に確かに適用され得る。

一方における輪郭ゲージの歯状輪郭とのスカイビングホイールの歯状輪郭の係合と、輪郭形成段階の最中の工作物の歯状輪郭および工具の歯状輪郭の係合との間の一致により、工作物とスカイビングホイールとの各軸の間の最小距離の複製である状況が生成される。なぜならば、輪郭形成段階では、このまさにその最小距離は、スカイビングホイールの軸と工作物の軸との間に存在するからである。この状況の写しについて、輪郭ゲージは、工作物の軸にまったく同様に対応する軸を有するものとして考えられるべきである。

軸間の真の最小距離、すなわち最終輪郭形成ステップにおける工具軸と工作物軸との間の最小距離の決定を可能にすることにより、このコンセプトは、特にスカイビング加工プロセスで機械設定のために入力されなければならない正確なパラメータ値を決定することを可能にすることに成功する。これまで、スカイビング加工プロセスにおける輪郭形成生成移動の最中にスカイビングホイールと工作物との間の複雑な接触状況を留意していたため、スカイビングホイールの測定されたおよび利用可能な外径のみに基づきこの軸距離に関する確固とした結論を導き出すことは、普通は不可能であった。

本発明の特に好ましい実施形態では、輪郭ゲージの歯状輪郭部分は、工作物の歯システムの歯元面の少なくとも一部分の複写である。さらにかかる輪郭ゲージの生産は、直接的なものとなる。なぜならば、工作物の輪郭が、例えば製造されることとなる歯状工作物の見込みユーザにより設定される明細事項により、普通は予め規定されるからである。

好ましい実施形態として、少なくとも一部分的複製が、工作物の歯状輪郭の少なくとも１つの左歯元面および１つの右歯元面を備えることが予見される。好都合な測定（特に図４における寸法「Ｂ」の）のために、少なくとも部分的複製が、特に間隙を挟んで相互に対面する２つの歯元面またはさらには相互から離れる方向を向き別個の歯に帰属する２つの歯元面を備える場合には、有利である。さらに、少なくとも部分的複製が、２つの連続する歯の４つの歯元面の全てを、特にこれらの４つの歯元面よりも少なく、およびそれよりも多くを備えることが好ましい。

しかし、少なくとも部分的複製は、後者が生成移動の輪郭形成ゾーン内に配置される限りは、非対称に分布した歯元面を有することも可能である。例えば、１つまたは複数の歯位置だけ相互から離間された２つの歯を使用することもまた可能である。少なくとも部分的複製が、１つの歯の歯元面か、または少なくとも１つの右歯元面および１つの左歯元面が存在する２つ、３つ、もしくはそれ以上の歯元面を予め備える場合には、有利な結果を達成することが可能である。これに関して、本発明に対するさらなる限定は存在しない。

有利な実施形態では、輪郭ゲージは、１つの側部に歯状輪郭部分を有するベースを有することが可能である。他方の側部（背面）については、測定デバイス内における輪郭ゲージの着座の好都合な様式のために、しかしさらに輪郭ゲージのための測定基準位置の規定のために、平坦表面構成が好ましい。ベースおよび歯状輪郭部分は、特に物理的に連続した（一体の）構造のものであることが可能である。

本発明の特に好ましい実施形態では、測定数量が、工具（スカイビングホイール）の回転軸と輪郭ゲージに関連付けられる第１の基準との間の距離に関する情報を含み、第１の基準が、例えばベースの背部表面であり得ることが予見される。この情報から、軸距離は、上記でおよび後に方法クレームをサポートする段落でも説明されるように輪郭ゲージに思考上では代用され得る工作物の軸からのこの第１の基準の距離の追加的な容易に取得された知識を用いて直接的に決定され得る。

輪郭ゲージの特に好ましい実施形態は、歯状輪郭部分の側部上に突出する位置決め要素を備え、その空間寸法の中の１つは、歯状輪郭部分の歯の高さの方向に延在する。位置決め要素は、ポストの形状で特に構成され、好ましくはベースの背部表面に対して直交方向のポスト軸を有して配向され得る。この位置決め要素は、歯の係合において、特にその外径にて工具の歯先の切り刃に対する接触表面を提供する。位置決め要素とスカイビングホイールの切り刃との間でそれにより確立される接触に基づき、さらなる有利な測定情報が利用可能となる。

したがって、１つの測定数量は、位置決め要素の接触エリアと、工具に関連付けられる第２の基準との間の高さ距離を含むことが予見される。第２の基準は、例えばスカイビングホイールの背面か、またはさらには例えば工具が着座されるホルダの背面、例えばスカイビングホイールのためのクランプ固定チャックであることが可能である。正確に選択した場合には、工具に対して基準を配置することは、測定が機械の設定のために必要とされる高さ情報へと容易に変換され得る限りは、二次的に重要なこととなる。この態様の下では、第２の基準の位置に関する前述の例は、それら自体を確実に示唆する。

歯先にて切り刃に交差する歯中心線が、光学的または機械的な測定設備を用いて容易には決定および規定され得ないため、スカイビングホイールの外径における切り刃の点からその背面までの工具の高さが、多くの場合において直接的には測定され得ないことを認識することは重要であった。したがって、本発明による測定を用いない場合には、スカイビング加工プロセスは、特に本状況では、スカイビング加工機上のスカイビングホイールを使用する顧客が、歯深さがどのように決定されたかに関する背景情報を有さなかったという理由からも、その背面までのスカイビングホイールの高さが基づくべき歯先における厳密な点に関する基準を欠いていた。

さらに本発明の範囲内において、上記で説明されたように工具の高さについてこれまで測定され提供されてきた数値は、機械の設定に実際に関連するどの工具高さが、すなわち例えば切り刃上およびスカイビングホイールの外径上に位置する点からスカイビングホイールの背面までの軸方向距離が指定されることになるかに関する明快な結論には不十分であることがさらに発見された。この課題との関連において、輪郭ゲージの歯状輪郭部分の２つの歯の間において歯幅の方向に対して位置決めポストを中間に配置することもまた実際的である。この時点で、切り刃との明確に規定された接触点を確立することがやはり一次的に重要となり、機械の設定のために必要とされる情報が、そこから決定され得る。これは、段階式スカイビングホイールを用いても達成され得る点が、技術者には即座に明らかとなろう。好ましくは、断面における位置決め要素は、湾曲輪郭を有する。特に、円形断面のポスト状位置決め要素を選択してもよい。

本発明では、測定数量が、工具に関連付けられる第３の方位角基準に対する位置決め要素の接触エリアの角度位置に関する情報を含み、例えば第３の基準は、例えばスカイビングホイールの背面上の溝などの後者の回転対称に割り込む工具の形状特徴により構成され得ることが、さらに予見される。これは、歯状輪郭が工作物の別の歯状輪郭または形状特徴に対する特定の位置関係にて生成／位置決めされることとなる場合には、パワースカイビング加工に関連するものであることが可能である。例えば、従来の情報に基づき実施されるスカイビング加工プロセスでは、それらが歯品質および歯幅に関する公差内であっても、誤差が工作物上に予め存在するさらなる輪郭の位置に対するスカイビング加工プロセスにより生成された歯状輪郭の位置において見つかる場合には、生産パーツが解体されなければならない場合があることが可能である。この問題は、本発明により決定される角度位置に基づき解決され得る。方位角基準の特定の選択は、最終的に必要とされる相対角度位置がそれから導出され得る限りにおいては、測定自体にやはり関係がない。例えば、スカイビングホイールが取り付けられたスカイビングホイールホルダの背面の形状特徴が、方位角基準として使用され、この目的のために測定され得る。

最小軸距離に関連付けられる測定数量および相対工具高さに関連付けられる測定数量を決定することが好ましい。さらに、工作物上に生成されることとなる歯状輪郭の特定の角度位置が、満たされなければならない場合には、各測定数量は、好ましくは第３の測定数量と同様に決定される。

本発明による測定デバイスは、それが、上記で説明された態様の中の１つまたは複数による輪郭ゲージと、スカイビング加工プロセスを実施するために設計された工具（スカイビングホイール）のためのホルダとを備え、輪郭ゲージと工具ホルダデバイスとの間の空間関係が、可変的であることを特徴とする。

好ましくは、測定デバイスは、ホルダが回転軸を中心として回転するのを可能にするべきである。通常のように、この軸は、スカイビングホイールの回転軸と合致する場合には有利となる。角度位置の前述の測定を容易にするために、好ましくは、回転位置変換器が、回転軸に配置される。回転自由度により、輪郭ゲージとの歯係合のために必要とされる角度位置にスカイビングホイールを厳密にクランプ固定する必要はもはやない。

測定デバイスの特定の好ましい実施形態は、具体的には第１の線形移動軸に沿って、工具と輪郭ゲージとの間の径方向距離を変更する能力を提供する。これにより、歯状輪郭間の係合を確立することが容易になる。

位置決め要素とスカイビングホイールとの間の接触の設定を容易にするために、工具軸の方向に対する輪郭ゲージの位置は、好ましくは調節可能である。この調節は、好ましくは、回転軸に対して平行に有利には配向され得る第２の線形移動軸に沿って行われる。

前述の軸の全てが実現されると、スカイビングホイールと輪郭ゲージとの各波状輪郭の間の係合が、特に簡単な手順で確立され得る。第１のスカイビングホイールは、定位置に設定されるが、回転軸を中心として回転自在に留められる。次に、径方向移動が実施され、その一方で位置決めポストとスカイビングホイールとの間の十分な距離が依然として存在する。係合前の適時に、回転位置は、輪郭ゲージ内へのスカイビングホイールの無衝突径方向進入のために設定される。最終ステップでは、第２の線形移動軸に沿った変位により、位置決めポストとスカイビングホイールの切り刃との間の接触が確立される。この手順に必要とされる操作は、完全に手によって実施されるか、手によって案内されるがモータによって支援されるか、または完全にモータによって実施されるかのいずれかであることが可能である。

有利には、測定デバイスは、それにより測定情報の決定および／または記憶が測定デバイスに一般的な普通の方法で実施される制御デバイスを備える。それ自体を示唆する測定軸の選択肢は、前述の測定数量を提供する好ましい方法に応じて、２つの線形移動軸と回転軸とを含む。

本発明のさらに展開された態様によれば、スカイビングホイールを直接的に支持するホルダデバイスは、それが、測定デバイスから外され、しっかりとクランプ固定された工具と共にスカイビング加工機上に設置され得るように設計されることになる。したがって、ホルダデバイスへのスカイビングホイールのクランプ固定連結が、測定デバイスにおける測定とスカイビング加工プロセスとの間でいかなる変化も被らないため、取付け連結に関連する最小誤差さえもが排除され、さらなる精度が得られる。

システム工学の観点から、本発明に対して求められる保護範囲は、スカイビング加工プロセスを実施するためのコントローラの命令が、本発明による少なくとも１つの測定デバイスを用いて決定される少なくとも１つの測定数量により決定されるスカイビング加工機をさらに含み、それは、本発明による測定デバイスがスカイビング加工機と組み合わされたシステムをさらに含む。好ましくは、かかるシステムでは、測定デバイスおよびスカイビング加工機は、交換可能な工具ホルダデバイスおよび／または結合されたもしくは組み合わされたコントローラを有することが可能である。

プロセス工学の観点から、本発明に対して設定される課題は、スカイビング加工プロセスによる歯状輪郭を有する工作物の機械加工のために設計された歯の構成を有する工具のための測定方法によって解決される。測定方法により、工具を用いて実施されることとなるスカイビング加工プロセスに有用な少なくとも１つの測定数量が、決定され、この方法は、スカイビング加工プロセスの段階の最中に、工作物上に生成されることとなる歯構成の輪郭が、工具の歯状輪郭との噛合係合によって形成される点を本質的に特徴とする。

本発明による測定方法の利点は、本発明による輪郭ゲージおよび測定デバイスに関して上記で説明された利点から得られる。

したがって、少なくとも１つの測定数量は、工具の回転軸と輪郭ゲージに関連付けられる第１の基準との間の距離に関する情報を含むことが可能である。この距離に関する情報に基づき、（最小）軸距離が、すなわち輪郭生成段階の最中の工作物と工具との各回転軸の間の距離が決定され得る。この測定数量を決定するために、それに対して例えば工作物のボールゲージ直径が知られているかまたはいずれの場合でも決定可能である、例えば円筒状ローラまたは球状ボールなどの別の形状基準要素が、輪郭ゲージの歯間と係合状態におかれ、例えばボールと輪郭ゲージの第１の基準との間の距離が、決定され得る。次いで、最小軸距離は、ボールゲージ直径の２分の１と、ボールと第１の基準との間の距離との加算を行い、これから工具軸（スカイビングホイール軸）と第１の基準との間の距離を減算することによって得られる。これにより、第１の基準の厳密な位置が、最小軸距離の決定とは無関係であることが明白になる。

少なくとも１つの測定情報は、上記で既に説明したように、工具に関連付けられる第２の基準に対する、特に工具の外径における工具の歯先端の切り刃との位置決め要素の接触点の高さ、および／または工具に関連付けられる第３の基準に対する接触点の角度位置にさらに関することが可能である。

さらにプロセス工学の観点から、本発明に対して求められる保護範囲は、本発明の前述の態様による測定方法により得られる測定情報により決定される制御命令を用いて実施されるスカイビング加工方法をさらに含む。スカイビング加工プロセスは、工具を直接的に支持するホルダデバイスに対する工具（スカイビングホイール）の取付け連結が、測定プロセスとスカイビング加工プロセスとの間で解除されないという特徴を含むことが可能である。

本発明のさらなる特徴的な特徴、詳細、および利点は、添付の図面を参照とする以下の説明から明白になろう。

斜視図において輪郭ゲージを示す図である。 側面図において輪郭ゲージを示す図である。 別の側面図において輪郭ゲージを示す図である。 図１の輪郭ゲージに基づく基準位置からの工作物軸の距離を示す図である。 図４の状況との相関関係における基準位置からの工具軸の距離を示す図である。 測定デバイスの移動軸に対する輪郭ゲージの配置を示す図である。 測定デバイスの移動軸に対する輪郭ゲージの配置を示す図である。 測定デバイスの移動軸に対する輪郭ゲージの配置を示す図である。 工具と輪郭ゲージとの間の歯状輪郭係合を示す図である。 斜視図において輪郭ゲージを有する測定デバイスを示す図である。 測定デバイスの側方立面図である。 測定デバイスの側方立面図である。 図１２の拡大詳細図である。 図１０の測定デバイスの平面図である。 可能な設定手順を示す図である。 可能な設定手順を示す図である。 可能な設定手順を示す図である。 可能な設定手順を示す図である。

以降では「プリズム」とも呼ばれる（本出願人の社内用語を使用して）図１において斜視図で示される輪郭ゲージ１は、この実施形態では、図２でより明確に見られ得るその背面側部３に平坦表面を有する矩形ブロック形状のベース２を有する。プリズム１の他方の側部には、２つの歯４および６が形成され、これらの歯の歯元面４ａ、４ｂおよび６ａ、６ｂは、この実施形態では、測定されることとなる工具を用いてスカイビング加工プロセスで機械加工されることとなる工作物の歯状輪郭における歯元面の厳密な写しとなる。

本説明においては、軸Ｘ１、Ｙ１、およびＺ１を有する座標系が、プリズム１に対して規定され得る。軸Ｙ１およびＺ１は、背面側部３に対して平行である面を画定し、一方で軸Ｘ１は、背面側部３に対して垂直に延在する。さらに、軸Ｚ１は、歯４、６の歯幅の方向に延在し、一方で軸Ｙ１は、歯幅方向に対しておよび歯たけ方向Ｘ１に対して垂直に配向される。

さらに、軸Ｘ１は、歯４、６間の中心へと延在し、以下ではプリズムの中心軸とも呼ばれる。また、それは、プリズム１の背面側部３に対して垂直な歯４、６間の中心に延在し、本明細書において以降で説明されることになるポスト形位置決め要素８の最下点（軸Ｚ１に対する）を規定する。さらに、図は、図１５から図１８に示すように測定器においてプリズム１を固定する役割を果たす取付け穴を示す。

本発明が、座標系のこの特定の選択肢とは無関係に説明または実現され得る点と、矩形三脚を形成する必要すらないが相互に無関係に線形でなければならないだけの他の座標系軸が、選択され得る点とは、自明であると見なされる。

図２は、Ｚ１方向から見た場合のプリズム１に相当し、図３は、Ｘ１方向に見た場合のプリズム１を示す。

既に初めに説明したように、歯元面４、６は、プリズム１を用いて測定されるスカイビング加工工具を用いてスカイビング加工することにより機械加工されることとなる工作物の内部歯状輪郭の２つの連続歯の歯元面の厳密な写しに相当する。しかし、プリズム１の４つの歯元面は、プリズムの上方端部表面に対して垂直なここに図示される様式で配置される必要は必ずしもない。

プリズム１とのスカイビング加工工具（スカイビングホイール）の係合条件が、スカイビング加工プロセスにおける工作物内の工具の回転軸同士の間の最小軸距離に対応して、輪郭形成段階における工作物とのものと同一であることに依拠して、前述の最小軸距離は、以下で説明されるように、プリズム１の補助により非常に簡単な方法で決定され得る。

初めに、図４により説明されるように、第１の基準からの工作物軸の距離が、決定され得る。後者は、例えばプリズム１の背面側部３により代表され得る。例えば工作物が既知のまたは容易に決定されるボールゲージ直径（ボール９と工作物軸との間のＡと印された距離の２倍）をそれに対して有する円筒状ローラまたは球状ボール９などを使用して、背部表面３からボールの遠い側までの距離Ｂが、測定される。このＢの測定では、ボールは、インボリュートエリアで２つの内方歯元面４ｂおよび６ａに接触する。所望の距離Ｃは、ここでＡおよびＢの和として、すなわち
Ｃ＝Ａ＋Ｂ
として決定され得る。ここで、Ｃは、工作物軸からプリズム１の背面側部３の距離を表し、Ａは、内部歯状工作物の既知のボールゲージ直径の２分の１を表し、Ｂは、プリズム１の背部表面３とボール９との間の測定距離を表す。この場合には、Ｘ１軸は、測定軸に相当する。

第１の基準から、すなわち背部表面３からの工具軸Ｃ２の距離Ｄを決定するために、スカイビングホイールの歯元面は、図６から図９にわたって示されるように、プリズム１の歯元面４、６と接触状態におかれる。プリズム１の軸Ｚ１は、関連付けられる測定デバイスの線形移動軸Ｚ０（以降で説明される）に対する角度Σだけ傾斜される。傾斜角度Σは、スカイビング加工プロセスのために設定される軸交差角度に対応する。図６から図８の明確な理解のために、図示する実施形態では、工具軸Ｃ２は軸Ｚ０に対して平行に延在し、そのため工作物軸と工具軸との間の軸交差角度Σは維持され、したがって係合条件が厳密に複写される点に留意されたい。

係合条件は、図９で最も明確に示されるが、図５は、この関係を示し、それにより工具軸と工作物軸距離との間の最小軸距離Ｅが、工作物軸とプリズム１の背部表面３との間の距離Ｃから工具軸とプリズム１の背部表面３との間の測定距離Ｄを減算することによって求められる。この測定および計算は、軸Ｘ１またはそれに対して平行に延在する軸Ｘ０（図１０を参照）をやはり基準とする。

図４および図５から即座に明らかなように、この例ではプリズム１の背部表面３である第１の基準の位置に関する特定の選択肢は、無関係である。同じ基準が距離Ｃの決定および距離Ｄの測定のために使用される限りは、別の基準が同一の目的を果たす。

したがって、スカイビング加工機の正確な設定のために、工具（スカイビングホイール）をプリズムと係合状態におく適切な手順によって見出されるスカイビングホイール軸Ｃ２と工作物軸Ｃ３との間の厳密な最小軸距離Ｅを使用することが可能となる。工作物およびそれらの歯の厳密な形状は、重要ではなく、例えばインボリュート歯形状を用いて工作物をおよび他の歯形状を用いて工作物を処理することなどが可能である。

前述の説明および接触条件は、スカイビング加工機上のスカイビングホイールを用いた工作物の機械加工のために、後者の外径上に配置されたスカイビングホイールのいわゆる工具中心点が、スカイビング加工機の径方向送込み軸および垂直方向移動軸を含む面内に位置する場合に関する。これは、スカイビング加工機の径方向送込み軸がスカイビング加工機のテーブル軸に交差する一方で、スカイビング加工機の垂直方向移動軸が、テーブル軸に対して平行に延在し、スカイビング加工機の送込み軸に交差する、すなわち工作物が、側方オフセットを伴わずにスカイビング加工プロセスを受ける、通例の構成に基づく。

図１０から図１４は、プリズム１の例を用いて上述された輪郭ゲージに基づく測定デバイスの種々の図を示す。ここに示される測定器の実施形態は、使用に可能な限り好都合である移動軸の系をやはり採用する。しかし、本発明は、この軸の選択肢にも限定されず、またスカイビングホイールとプリズムとの間の接触を確立するために使用される運動ユニットを実現するいかなる特定の方法にも限定されない。

測定器１０は、その頂部上に軸Ｃ０を中心として回転可能なテーブル１４が配置されるマシンベッド１２を有する。スカイビングホイールの形態のスカイビング加工工具は、スカイビングホイールの回転軸Ｃ２が、この場合には単純化のためにマシンベッド１２上に垂直に配置されたテーブル軸Ｃ０と合致するように、通常はクランプデバイスを用いてテーブルにクランプ固定され得るが、これは厳密には必要とされない。この構成は、軸Ｃ０を中心とした回転のための所与の基準に対する角度位置を決定する回転エンコーダをさらに備える。好ましくは、スカイビングホイールは、スカイビングホイールの切り刃が上方に配向されるようにテーブル１４上に取り付けられる。

測定器１０は、図１０に示されるように、テーブル軸Ｃ０に対して径方向に軸Ｘ０に沿ってベッド上を水平方向に可動であるコラム１６をさらに備える。水平方向構成は、やはり厳密には必要とされず、テーブル軸と交差する軸としてのマシン座標系の軸Ｘ０の選択肢もまた厳密には必要とされない。可動コラム１６上には、この例では垂直軸Ｚ０に沿ってコラム１６上を可動であるキャリッジ１８が配置される。キャリッジは、図６に示される配向にプリズム１を保持し、プリズム１の軸Ｚ１は、スカイビング加工プロセスにおいてなされるマシン設定である軸交差角度Σだけ軸Ｚ０から傾斜される（側方オフセットが存在しない場合）。さらに、単純化のために、プリズム１のＸ１軸は、測定機器１０のＸ０軸に対して平行に延在するように、およびテーブル軸Ｃ０に交差するように選択されている。

測定を行うために、上記で既に説明したように、プリズムの歯元面４、６は、スカイビングホイールの歯元面と接触状態におかれる。スカイビングホイールの設計と、スカイビングホイールの歯と工作物上の歯状輪郭の間隙との間の輪郭形成接触ラインとに応じて、スカイビングホイールの歯元面は、プリズム１の２つの外方歯元面４ａ、６ｂのみと、プリズム１の４つの全ての歯元面４ａ、４ｂ、６ａ、６ｂと、またはプリズム１の２つの内方歯元面４ｂ、６ａのみと接触状態になり得る。さらに、プリズム１は、好ましくは、接触がスカイビングホイールおよびプリズム１の歯元面同士の間のみで生じるように、しかしプリズム１の基部エリアおよび先端エリアのそれぞれとのスカイビングホイールの先端エリアおよび基部エリアの接触が回避されるように、構成される。

以下は、位置決めポスト１の機能の説明である。後者は、スカイビングホイールの切り刃の高さ位置に関する情報を提供する追加の測定が行われるのを可能にする。この例では円筒状である位置決めポスト８は、切り刃を有するスカイビングホイールの構成が図１のコンテクストで説明されるように上方に向く状態において、位置決めポスト８がスカイビングホイールの歯先端の切り刃とその下側にて接触するように、プリズム１内に位置決めされる。この例では、しかし厳密な要件としてではないが、接触は、スカイビングホイールの外径にて生じる。さらに、単純化のために、プリズムの中心軸Ｘ１は、接触が中心軸Ｘ１にて生じるように選択され得る。したがって、位置決めポストの円筒軸は、プリズム１の中心軸Ｘ１の上に配置される。ポスト軸とプリズムの軸Ｘ１との平行構成が、単純化のために好ましいが、かかる構成は、同様に厳密には必要とされない。

測定軸として測定器１０の軸Ｚ０を使用することにより、切り刃上におよび好ましくはさらにスカイビングホイールの外径上にも位置するスカイビングホイールの接触点からのスカイビングホイールの高さが、スカイビングホイールと関連付けられる高さ基準に対して測定され得る。この高さ基準は、例えばスカイビングホイールの背面であることが可能であるが、スカイビングホイールおよびスカイビングホイールホルダが相互に連結された状態に留まることを考慮すると、高さ基準は、例えばその下面などのスカイビングホイールホルダ上であることもまた可能である。

さらに、測定軸としてテーブル軸Ｃ０を使用することにより、および特に単にテーブルの回転エンコーダを使用することにより、位置決めポストとスカイビングホイールの切り刃（および外径）との間の接触点の角度位置は、直接的に測定され得る上に、その結果は、例えばスカイビングホイールの背面上に配置され得る形状基準特徴に対する接触点の相対方位角位置を計算するために使用され得る。この第３の方位角基準については、角度測定が、工作物上に生成されることとなる歯状輪郭が例えば工作物の別の既に存在する歯状輪郭に対する特定の角度位置を有することを確保するための適切な情報を提供する限りは、他の幾何学特徴を使用することもまた可能である。

この例では、このように決定された２つの（いくつかの場合３つの）数値（最小軸距離、高さ、およびいくつかの場合では角度位置）が、スカイビング加工機のコントローラへの入力として入力される。それにより、特定の歯幅および所与の公差範囲内の歯状輪郭の品質レベルを取得する目的が、より容易に達成され、（該当する場合には）、所与の公差内の工作物の別の歯状輪郭または形状特徴に対する切削されることとなる歯状輪郭の特定の角度位置もまた達成され得る。

以下は、プリズム１が測定デバイス１０上にどのように取り付けられ得るかに関する説明である。図１、図２、図３、図６、図８、および図９に示される取付け穴の中で、より大きな穴１３は、ねじのために意図され、より小さな穴は、測定デバイス１０のＺ０キャリッジのホルダデバイス上にプリズム１を正確に位置決めする役割を果たす正確な位置決定ピン３４のために意図される。

単純化のために、位置決定ピン３４は、直角でプリズム１の中心軸Ｘ１と交差する軸をプリズム内に規定すると仮定され得る。比喩的に言えば、位置決めポストは、この軸に接線方向に接する。

図１５は、測定デバイス１０のＺ０キャリッジ上に配置され、位置決定ピンのための穴２４を含むプレートを示す。穴２４は、各軸上で相互から対向側に対として、およびプリズムの穴１４として相互から同一距離をおいて配置される。位置決定ピンのための穴２４の対の軸は、この例ではそれらの起点にておよび測定デバイスのＺ０軸上で相互に交差する。位置決定ピンのための穴２４の軸は、例えば１０度などの角度Ωだけ相互に対して回転される。単純化のために、プレートは、Ｚ０軸に対して平行に、および測定デバイスのＸ０軸に対して直角に配置される。

図１６は、例えば１０度の軸交差角度でこのプレート上に取り付けられたプリズムを示す。プリズムの角度位置は、この場合には、Ｚ０キャリッジ上のプレートの穴２４の位置の所与の角度段階に従う。図面から明らかであるように、座標系のこの選択肢では、プリズムの中心軸は、プレート座標の起点を通り延在し、位置決めポストは、Ｙ１軸（工具の切り刃に対応する）に接線方向に接する。

上記とは対照的に図１７は、位置決定ピン３４により規定される軸が例えば２度だけＹ１軸に対して傾斜されるプリズムを示す。この状況は、例えば１０度または２０度とは異なる（すなわち整数倍数のΩではない）軸交差角度が設定される必要がある場合などに生じる。図１８に示されるようなプリズムのための取付け手順によれば、プリズムの位置決定ピンの軸、すなわちＺ０キャリッジのプレート中の位置決定ピン穴の軸は、Ｙ１軸上にはもはや位置せず、そのため例えば１２度などのより大きな軸交差角度が、この例において設定され得る。

この時点では、線形移動軸に沿って可動であるキャリッジ上へのプリズムの取付けの図１５から図１８において説明される構成は、複数の考え得る可能性の中の１つを示すに過ぎず、測定デバイスの単純な設計構成を特に可能にする点に留意されたい。さらに、ねじを用いない固定コンセプトを含む、穴の任意の構成が可能である。プリズムは、例えばその表面のいくつかにクランプ固定されることも可能である。特に、所望の軸交差角度の無段階設定もまた、これらの可能性の中のものである。

また、測定デバイスは、それに対して回転角度が無段階変動にて設定され得るＡ軸（回転軸）を有することも可能である。この場合において理想的には、プリズム１は、そのＸ１軸がＡ軸に対して平行となり、次いでこのＡ軸がＸ０軸に対して平行となり、軸Ｃ０（またはＣ２）に交差する状態で位置決めされる。

いくつかの場合には、スカイビング加工プロセスは、様々な理由により、側方オフセットを有して実施され得る。これは、スカイビングホイールの外径上に配置されるスカイビングホイールのいわゆる工具中心点が、スカイビング加工機の径方向送込み軸（スカイビング加工機のテーブル軸と交差する）により、およびスカイビング加工機の垂直方向移動軸（スカイビング加工機のテーブル軸Ｃ０に対して平行に延在し、スカイビング加工機の送込み軸に交差する）により規定される面内に位置しないことを意味する。

側方オフセットを使用する１つの理由は、それが有効逃げ角を増大させるという点であり得る。したがって、円錐状工具に限定されるのではなく、より長い耐用寿命をまたはより長い再成形持続期間を有し得る、およびさらに生産が幾分かより複雑ではない円筒状工具を使用することも可能である。また、側方オフセットは、スカイビングホイールホルダ／スカイビングホイールと工作物または工作物を保持するクランプデバイスとの間の衝突を回避する目的を有することも可能である。

側方オフセットを用いる場合でも、プリズムの歯元面は、機械加工されることとなる歯状輪郭の歯元面の厳密な写しを依然として呈し得る。ここでは、測定器上の歯元面の位置は、維持されることとなる歯係合に応じて変化する。プリズム１のＺ１軸と測定デバイスのＺ０軸との間の角度は、この場合には、スカイビングホイールがスカイビング加工機上での工作物の機械加工の最中に傾斜される軸交差角度Σにもはや対応しない。代わりに、新たな計算が、プリズム１のＺ１軸と測定器１０のＺ０軸との間の角度を決定するためになされ、測定器１０上のプリズム１の設定位置は、これに応じて調節される。さらに、プリズムの歯元面の歯すじは、側方オフセットの大きさに依存する角度だけ後方壁部に対して傾斜されることが必要である（またはあるいは、プリズム全体がＹ１軸を中心として傾斜されて、Ｚ０方向と背面３の面との間の平行関係を放棄することが必要である。すなわち、Ｙ１に対して平行な傾斜軸Ｙ０を中心とした傾斜可能性を有する測定器を提供することにより実現され得るコンセプトである）。同様に、例えば特許文献１などで説明されるように、スカイビング加工プロセスにおいて工作物軸に対して直交方向に延在する面に対するスカイビングホイール面の追加的な傾斜角度を実現することが可能である。このために必要とされる計算は、スカイビング加工プロセスにおける所望の側方オフセットに対応するスカイビングホイールの設計のために使用される計算に基づいて、当業者には良く知られている。生成カッターホイールの場合では、これらの考慮は、ゼロの軸交差角度により、より基本的な形態をとる。

さらなるコメントとして、また、上述の方法は、スカイビングホイールのもしくはスカイビングホイールの機能ユニットおよびそのホルダデバイスの厳密な高さの決定のために、またはさらには歯幅に関してスカイビングホイールの外径を提供する従来の実施が十分である場合には、第３の基準に対する歯の角度位置の決定のためにも使用され得る。これは、スカイビングホイールの従来から利用可能な外径がスカイビング加工機に関する軸距離設定よりも常に優先する多数のスプライン輪郭の場合に該当するように、一次要件が、所与の歯元円直径に正確に合致しなければならない、および特定の歯幅に正確に合致することがあまり重要ではない用途においては特に該当する。

Claims (23)

1. 工作物との工具の回転係合による前記工作物上の歯状輪郭の機械加工のために、具体的には歯状輪郭のスカイビング加工のために設計された、形状的に規定された切り刃を有する歯状工具のための測定形状を具現化した輪郭ゲージ（１）であって、前記輪郭ゲージは、前記工具を用いて実施されることとなる機械加工プロセス、具体的にはスカイビング加工プロセスにおいて使用するための少なくとも１つの測定数量を決定する役割を果たし、
   前記機械加工プロセスの段階の最中に、前記工作物上で生成させられることとなる前記歯状輪郭は、前記工具の前記歯状輪郭との噛合係合によって形成され、
   前記輪郭ゲージは、前記測定数量を決定するために、前記工具の歯が輪郭形成段階の最中に前記工具と前記工作物との間の歯係合に相当する噛合係合状態におかれる際に用いられる歯状輪郭部分（４、６）を特徴とし、
   前記歯状輪郭部分の側部上に突出するポスト状位置決め要素（８）を備え、その主要寸法が、歯高さの方向（Ｘ１）に配向され、前記ポスト状位置決め要素（８）は、特にその外径にて前記工具の歯先端の前記切り刃と接触するように設計されることを特徴とする輪郭ゲージ。
2. 前記輪郭ゲージの前記歯状輪郭部分は、前記工作物の前記歯状輪郭の歯元面の少なくとも部分の複製であることを特徴とする請求項１に記載の輪郭ゲージ。
3. 少なくとも一部分の前記複製は、前記工作物の前記歯状輪郭の少なくとも１つの左歯元面および１つの右歯元面を備えることを特徴とする請求項２に記載の輪郭ゲージ。
4. 少なくとも一部分の前記複製は、間隙を挟んで相互に対面する２つの歯元面（４ｂ、６ａ）および／または相互から離れる方向を向き特に２つの隣接する歯に帰属する２つの歯元面（４ａ、６ｂ）、または特に２つの連続する歯（４、６）の４つの歯元面、しかし好ましくは前記歯元面の全てではなく特に３つ以下の歯元面を備えることを特徴とする請求項２または３に記載の輪郭ゲージ。
5. ベース（２）を備え、前記ベース（２）は、１つの側部に、好ましくは前記ベースと共に単片から形成された前記歯状輪郭部分（４、６）を有し、好ましくはその背面（３）が平坦構成であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の輪郭ゲージ。
6. 測定数量が、前記工具の回転軸（Ｃ２）と前記輪郭ゲージに関連付けられる第１の基準との間の距離（Ｄ）に関する情報を含み、前記第１の基準は、例えばベースの背面（３）であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の輪郭ゲージ。
7. 測定数量が、位置決め要素の接触点と、例えば前記工具のまたは前記工具を支持するホルダデバイスの背面などの、前記工具に関連付けられる第２の基準との間の高さ距離に関する情報を含むことを特徴とする請求項１に記載の輪郭ゲージ。
8. 測定数量が、前記工具または工具ホルダデバイスに関連付けられる第３の方位角基準に対する前記位置決め要素の接触点の角度位置に関する情報を含み、例えば第３の基準は、例えば溝または位置決定ピンなどの、後者の回転対称に割り込む前記工具の形状特徴により構成され得ることを特徴とする請求項１に記載の輪郭ゲージ。
9. 後者との回転係合により工作物を機械加工するために設計された形状的に規定された切り刃を有する工具、特にスカイビングホイールのためのホルダデバイスと、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の輪郭ゲージ（１）とを有する測定デバイス（１０）であって、
   前記輪郭ゲージと工具ホルダデバイスとの間の空間関係が可変的であることを特徴とする測定デバイス（１０）。
10. 前記ホルダデバイスは、回転軸（Ｃ０）を中心として回転可能になるように支持され、前記ホルダデバイスは、特に前記工具の前記回転軸（Ｃ２）が前記回転軸（Ｃ０）と合致するように前記工具を保持し、特に、角度位置変換器が、後者の前記歯が前記輪郭ゲージと噛合係合状態にある場合の前記工具の回転位置の決定のために配置されることを特徴とする請求項９に記載の測定デバイス（１０）。
11. 前記工具と前記輪郭ゲージとの間の径方向距離が、特に第１の線形移動軸（Ｘ０）に沿って可変的であり、それによりそれらの歯状輪郭同士が、相互に相互係合状態におかれ得ることを特徴とする請求項９または１０に記載の測定デバイス（１０）。
12. 工具軸に対する前記輪郭ゲージの高さ位置が、可変的であり、それにより、特に位置決め要素（８）は、好ましくは回転軸（Ｃ０）に対して特に平行に延在する第２の線形移動軸（Ｚ０）に沿って前記工具と接触状態におかれ得ることを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか一項に記載の測定デバイス（１０）。
13. 特に第１の線形移動軸（Ｘ０）、第２の線形移動軸（Ｚ０）、および／または回転軸（Ｃ０）に対する、工具と輪郭ゲージとの間の相対位置に関する情報、具体的には請求項７から９のいずれか一項に記載の前記測定数量の中の１つまたは複数を取得および／または記憶するコントローラデバイスを備えることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の測定デバイス（１０）。
14. ホルダデバイスは、それが、ホルダに装着された前記工具と共に、歯切り工作機械、特にスカイビング加工機の上で除去および設置され得るように設計されることを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか一項に記載の測定デバイス（１０）。
15. 請求項１に記載の輪郭ゲージ（１）を有する測定デバイス（１０）に従って決定された少なくとも１つの測定数量に応じて、工作物との工具の回転係合による機械加工プロセス、具体的にはスカイビング加工プロセスの実施を機械に指令するコントローラデバイスを備えることを特徴とする歯切り工作機械、特にスカイビング加工機。
16. 請求項１による輪郭ゲージ（１）を有する測定デバイス（１０）と、請求項１５に記載の歯切り工作機械とを備え、工具ホルダは、前記測定デバイスと前記歯切り工作機械との間で移送可能であり、特に前記測定デバイスの制御装置と機械の制御装置とを相互に結合またはリンクすることを特徴とする機械加工システム。
17. 工作物との工具の回転係合による前記工作物上の歯状輪郭の機械加工のために、具体的には歯状輪郭のスカイビング加工のために設計された、形状的に規定された切り刃を有する歯状工具のための測定方法であって、前記測定方法下では、少なくとも１つの測定数量が、前記工具を用いて実施されることとなる機械加工プロセス、具体的にはスカイビング加工プロセスにおける使用のために決定され、前記機械加工プロセスの段階の最中に、前記工作物上に生成させられることとなる前記歯状輪郭は、前記工具の前記歯状輪郭との噛合係合によって形成され、
    前記測定数量を決定するために、前記工具の歯が、歯状輪郭部分を有する輪郭ゲージと噛合係合状態におかれ、前記噛合係合は、輪郭形成段階の最中の前記工具と前記工作物との間の歯係合に対応し、
    前記歯状輪郭部分の側部上に突出するポスト状位置決め要素（８）を備え、その主要寸法が、歯高さの方向（Ｘ１）に配向され、前記ポスト状位置決め要素（８）は、特にその外径にて前記工具の歯先端の前記切り刃と接触するように設計されることを特徴とする測定方法。
18. 前記少なくとも１つの測定数量は、前記工具の回転軸と前記輪郭ゲージに関連付けられる第１の基準との間の距離に関する情報を含むことを特徴とする請求項１７に記載の測定方法。
19. 前記距離に関する前記情報から、前記輪郭形成段階の最中の前記工具と前記工作物との各回転軸の間の距離が決定されることを特徴とする請求項１８に記載の測定方法。
20. 前記工具と前記工作物との前記各回転軸の間の前記距離は、例えば前記輪郭ゲージの歯間の両歯元面に接触する球状ボールまたは円筒状ローラなどを使用することによって決定され、前記第１の基準からのボール／ローラの距離が、前記工作物の対応するボールゲージ直径と共に前記距離の決定の一部を成すことを特徴とする請求項１９に記載の測定方法。
21. 少なくとも１つの測定情報は、前記工具および／もしくは工具ホルダデバイスに関連付けられる第２の基準に対する、特に工具の外径における前記工具の歯先端の前記切り刃との位置決め要素の接触点の高さ位置、ならびに／または前記工具もしくは前記工具ホルダデバイスに関連付けられる第３の基準に対する前記接触点の角度位置を含むことを特徴とする請求項１７乃至２０のいずれか一項に記載の測定方法。
22. 工作物との工具の回転係合による前記工作物上の歯状輪郭の機械加工のための、具体的には歯状輪郭のスカイビング加工のための方法であって、前記方法は、請求項１７乃至２１のいずれか一項に記載の測定方法により得られる測定情報に依存する制御コマンドを用いて実施されることを特徴とする方法。
23. 工具ホルダデバイスに対する前記工具のクランプ連結が、前記測定方法と機械加工方法との間で解除されないことを特徴とする請求項２２に記載の方法。

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