KR102637460B1 - 기어 스카이빙을 위한 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공작물을 기어 스카이빙(skiving)하기 위한 방법에 관한 것으로, 제1 단계에서, 기어 스카이빙 가공을 위한 장치에 클램핑된 상태인 공작물의 가공을 위해, 툴(tool), 특히 스카이빙 휠의 기하구조가 측정되고; 후속하는 추가적 단계에서, 툴의 측정된 기하구조에 따라 기어 스카이빙을 위한 가공 운동학(machining kinematics)이 결정되고, 장치의 툴의 커팅 에지의 절대적 위치는 제1 단계에서 결정되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 기어 스카이빙(skiving)을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 이러한 장치는 통상적으로 고품질의 컴포넌트의 둘레에서 주기적으로 반복되는 기어들 또는 다른 구조물들을 생성하기에 적합한 스카이빙 머신(skiving machine) 등과 같은 제조 머신이다.
기어 스카이빙에서, 가공될 공작물이 공작물 스핀들(spindle) 상에 배열되고 공작물과 커팅 방식으로 협력하는 스카이빙 휠(wheel)(툴(tool))이 툴 스핀들 상에 배열된다. 2개의 스핀들은 기어 스카이빙 동안 커플링 비에 따라 구동되어, 스카이빙 휠의 커팅 톱니들은 커팅 방식으로 공작물의 톱니 플랭크(flank)를 가공한다.
기어 커팅에서 요구되는 고품질을 위해, 스카이빙 휠의 기하구조 및 스카이빙 휠의 위치를 제조 머신에서 가능한 한 정확하게 아는 것이 필요하다.
스카이빙 휠들이 머신 외부의 측정 머신들 상에서 측정되는 것이 종래 기술에 따른 제조 머신들의 경우이다. 이것은 특히 다음과 같은 단점들을 야기한다:
a) 적절한 장치가 이용가능해야 한다;
b) 조작자가 스카이빙 휠을 측정하기 위해 이를 장치 상에 배치해야 하기 때문에 측정으로 인해 추가적인 작업 노력이 발생한다; 및
c) 스카이빙 휠 자체의 기하구조에 추가로, 툴 장착부 및 툴 홀더는 또한 제조 머신에서 스카이빙 휠의 위치와 관련된 역할을 한다. 이러한 영향들은 외부 측정에서 검출될 수 없다.
스카이빙 휠의 기하구조에서의 및/또는 머신에서 스카이빙 휠의 위치에서의 편차들을 간접적으로 인식할 가능성은, 공작물을 스카이빙하고, (제조 머신에서 또는 별개의 측정 유닛 상의 그 외부에서) 이를 측정하고, 편차들을 결정하고, 편차들이 적어도 부분적으로 보상되도록 후속 공작물들 및/또는 가공 스트로크들에 대해 가공 운동학을 적용시킬 것이다.
이것은, 이러한 경우 최종 커팅 전에 편차들을 측정 및 보정할 가능성이 없기 때문에 특히 공작물들이 플랭크 당 오직 하나의 커팅으로 스카이빙되는 경우, 이러한 방법이 불량품들을 생성한다는 점에서 불리하다. 플랭크 당 오직 하나의 커팅을 위한 적용은 특히 하드/미세 마감 프로세스(하드 스카이빙)로서 기어 스카이빙의 사용이다. 이러한 경우, 불량품들이 회피되도록 공작물들은 특히 주로 미리 가공되고 고가이다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 단점들을 극복한 기어 스카이빙을 위한 장치를 제공하는 것이다. 이는 제1항의 모든 단계들을 포함하는 방법에 의해 행해진다. 본 발명의 목적은 제9항의 특징들을 갖는 장치에 의해 추가로 달성된다. 본 발명의 유리한 실시예들은 종속항들에 나열된다.
기어 스카이빙 동안의 가공 운동학이 아래에서 더 상세히 설명될 것이다:
1) 툴 스핀들 축과 공작물 스핀들 축 사이의 커플링 비는 툴과 공작물의 톱니 개수 비로 주어지며, 가공 동안 툴 스핀들과 공작물 스핀들의 비를 설명하지만, 공작물 속도에 따른 축방향 피드(feed)를 여전히 고려하지 않는다.
2) 차동 피드는 공작물의 리드(lead)로 인해 공작물을 따른 축방향 피드에 의해 결정되는 공작물의 추가적인 회전을 설명한다. 이러한 추가적인 회전은 공작물에서 나선 각도를 생성하기 위해 필요하다.
3) 커플링 위치는 툴 스핀들의 회전 위치, 공작물 스핀들의 회전 위치 및 축방향에서의 위치에 대한 값들의 세트를 설명한다.
4) 중심 거리는 툴 스핀들 축과 공작물 스핀들 축 사이의 거리를 설명한다.
5) 여기서 축방향 교차 각도는 툴 스핀들이 공작물 스핀들에 대해 기울어진 각도로서 정의된다.
6) 경사면 오프셋은 툴 스핀들 축을 따른 툴의 시프트를 나타낸다.
공작물에서 기어 스카이빙 동안 생성되는 갭 기하구조는 커팅 에지의 형상, 커팅 에지의 위치 및 가공 운동학에 의존한다. 경사면이 톱니형 스카이빙 휠에서 연마된다는 점에서 커팅 에지가 발생한다. 이러한 경사면은 예를 들어, 계단형 커팅 또는 원추형 커팅으로서 설계될 수 있다. 달성된 갭 기하구조와 관련된 커팅 에지는 이러한 톱니에서 경사면을 갖는 스카이빙 휠 톱니의 플랭크들을 커팅함으로써 계산에 의해 생성된다. 이러한 커팅은 공간에서 곡선을 전달한다. 예를 들어 z 축이 스카이빙 휠의 회전축과 일치하고 따라서 가공 동안 툴 스핀들 축과 일치하는 스카이빙 휠에 고정식으로 연결된 좌표계에서 관찰된 이러한 곡선은 본 발명의 관점에서 커팅 에지의 공간적 범위로서 지정된다. 커팅 에지가 회전축을 중심으로 회전되고 그리고/또는 회전축을 따라 변위되면, 커팅 에지의 공간적 범위는 본 발명의 관점에서 변하지 않으며; 오직 커팅 에지의 위치만이 변한다. 따라서 커팅 에지의 위치는 회전축에 대해 축방향에서 커팅 에지의 포지션을 결정하고 그 각도 위치는 둘 모두를 결정한다.
공작물의 기어 스카이빙에 대한 본 발명에 따른 방법에 따르면, 제1 단계에서, 공작물을 가공하기 위한 툴의 기하구조는 기어 스카이빙 가공을 위한 장치에 클램핑된 상태에서 측정된다. 툴은 스카이빙 휠일 수 있다. 추가적인 후속 단계에서, 툴의 측정된 기하구조에 따라 기어 스카이빙을 위한 가공 운동학이 결정된다. 방법은, 장치 내의 툴의 커팅 에지의 절대적 위치가 제1 단계에서 결정되는 것을 특징으로 한다.
장치 내의 툴의 커팅 에지의 절대적 위치가 또한 제1 단계에서 결정된다는 점에서, 가공 운동학이 커팅 에지의 절대적 위치에 매칭되는 것이 가능하다.
따라서, 스카이빙 휠의 선행 측정에서의 에러들 또는 툴 장착부 또는 툴 홀더에서의 불규칙성들은 기어 스카이빙 동안 보상될 수 있다.
위치가 장치 내의 툴 장착부에서의 포지션과 관련된 경우 절대적이라고 지칭된다. 축방향 포지션은 바람직하게는 툴 장착부의 접촉 표면과 관련될 수 있다. 회전 위치는 장치 내에서 정의된 방향과 관련될 수 있다.
방법의 선택적인 수정에 따르면, 커팅 에지의 공간적 범위는 위치의 결정 이외에 제1 단계에서 추가적으로 결정된다. 이로써 훨씬 더 양호한 가공 운동학이 생성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 툴은 스카이빙 휠이고, 스카이빙 휠의 기하구조는 하기와 같고, 하기 기하학적 파라미터들 중 하나 이상은 스카이빙 휠에서 측정된다:
a) 스카이빙 휠의 하나 이상의 축방향 포지션들에서 스카이빙 휠의 외경;
b) 스카이빙 휠의 하나 이상의 축방향 포지션들에서 스카이빙 휠의 톱니 두께;
c) 스카이빙 휠의 프로파일 라인;
d) 스카이빙 휠의 톱니 트레이스;
e) 스카이빙 휠의 커팅 에지의 범위;
f) 경사면의 위치 및/또는 이의 배향, 특히 이의 경사각 및 계단 각도; 및/또는
g) 툴의 위치, 바람직하게는 스카이빙 휠의 회전 포지션, 바람직하게는 스카이빙 휠 상의 하나 이상의 톱니들의 회전 포지션.
이러한 파라미터들의 측정은 커팅 에지의 절대적 위치 및/또는 공간적 범위를 결정하기 위해 활용될 수 있다.
이러한 결정은 다음과 같은 방식, 예를 들어,
- 커팅 에지의 직접 측정으로서, 측정은 바람직하게는 커팅 에지를 따라 발생함; 및
- 위치 및 배향을 결정하기 위한 경사면의 측정에 의해 및 스카이빙 휠 톱니의 프로파일을 갖는 계산에 의한 이의 커팅에 의해, 발생할 수 있고, 스카이빙 휠 톱니의 프로파일은 프로파일 라인 측정에 의해 및/또는 톱니 두께 측정에 의해 결정될 수 있거나, 또는 이론적 프로파일이 툴 설계에 따라 계산된다.
가공 운동학은 바람직하게는 툴의 측정된 기하구조 및 공작물의 축방향 피드 포지션에 따라 결정 및/또는 보정된다.
기어 스카이빙에서, 공작물의 축방향 피드 포지션에 따라 가공 스트로크 동안 가공 운동학의 변경에 의해 공작물에 대한 수정, 특히 톱니 트레이스 수정들을 생성하는 것이 가능하다. 이러한 경우, 스카이빙 휠의 기하구조 차이들은 공작물의 모든 축방향 피드 포지션에서 약간 상이한 효과들을 갖는다. 이를 보상하기 위해, 스카이빙 휠의 기하학적 차이들의 전술한 보상은 각각의 축방향 피드 포지션에 대해 별개로 결정되어야 한다. 공작물에서 어떤 수정이, 특히 어떤 톱니 트레이스 수정이 상이한 폭 라인 포지션들에서 생성되어야 하는지가 시뮬레이션에서 고려되어야 한다. 따라서, 오직 공작물의 축방향 피드 포지션에만 의존하는 보정된 가공 운동학이 결과적으로 생성된다. 축방향 피드 포지션에 대한 이러한 의존성은 공작물 회전 당 선택된 축방향 피드와는 독립적이다. 특히 공작물의 회전 포지션 및/또는 툴의 회전 포지션에 대한 어떠한 직접적 의존성도 없다.
본 발명의 추가적인 실시예에서, 가공 운동학은 툴의 측정된 기하구조에 따라 결정 및/또는 보정되며, 가공 운동학은 가공 스트로크 동안 일정하게 유지된다.
그러나, 공작물의 축방향 피드 포지션에 따른 가공 운동학의 어떠한 변화도 없이 공작물이 원래대로 가공되어야 하는 경우, 스카이빙 휠의 기하학적 차이들은 공작물의 모든 축방향 피드 포지션에서 공작물에서 생성된 기하구조에 대해 동일한 효과를 갖는다.
따라서, 본 발명은 바람직한 변형에서, 스카이빙 휠의 측정된 기하학적 차이들을 보상하기 위해 요구되는 가공 운동학의 변화들이 가공 스트로크 동안 변경되지 않는 것을 제공한다. 그러나, 공작물은 일반적으로 기어 스카이빙 동안 다수의 스트로크들에서 가공되기 때문에, 각각의 스트로크에 대해 별개로 가공 운동학의 변경을 결정하고 그에 따라 각각의 스트로크에 대해 이들을 설정하는 것은 모든 수단에 의해 가능하고 또한 타당하다.
본 발명에 따른 방법에서, 모든 스카이빙 휠 톱니들이 스카이빙 휠의 둘레에 걸쳐 균등하게 분포되고, 모든 커팅 에지들이 주어진 및/또는 관례적 허용 오차의 프레임워크 내에서 동일한 공간적 범위를 갖는 것으로 가정된다. 따라서 단일 스카이빙 휠 톱니의 기하구조를 측정하는 것으로 충분하다. 그러나, 측정 결과를 개선하기 위해, 단지 하나보다 많은 커팅 휠 톱니를 측정하고 측정 결과들을 평균화하는 것이 모든 수단에 의해 가능하다.
본 발명에 따르면, 측정된 기하구조에 따라 결정되는 가공 운동학은 툴의 각각의 회전에서 반복적으로 발생하는 어떠한 주기적인 컴포넌트도 갖지 않을 수 있다.
본 발명의 유리한 추가적인 전개에서, 프로파일 각도 및/또는 루트 원 반경에서 톱니 두께에서의 차이는 가공 운동학에 의해 보상되고 그리고/또는 스카이빙된 갭의 각도 위치는 공작물에서 직접 특정된다.
가공 운동학의 크기들에 대한 변경은 일반적으로 기어 스카이빙에서 생성되는 기어 톱니들 및 경사각 및/또는 간극 각도에 대해 다음과 같은 영향들을 주로 갖는다.
커플링 포지션은 공작물의 회전축에 대해 갭들이 형성되는 각도 위치를 결정한다.
중심 거리는 좌측 및 우측 플랭크들에서의 프로파일 각도들, 톱니 두께 및 루트 원 반경에 영향을 미친다.
축방향 교차 각도 및 경사면 오프셋은 좌측 및 우측 플랭크들에서의 프로파일 각도와 톱니 두께, 및 경사각과 간극 각도에 영향을 미친다. 경사면 오프셋은 추가적으로 루트 원 반경에 약간 영향을 미친다.
본 발명의 프레임워크 내에서 스카이빙 휠에서 측정된 파라미터들은 일반적으로 기어 스카이빙에서 생성되는 기어 톱니들 및 경사각 및/또는 간극 각도에 대해 다음과 같은 영향들을 주로 갖는다.
스카이빙 휠의 외경은 루트 원 반경에 영향을 미친다. 스카이빙 휠의 톱니 두께는 톱니 두께에 영향을 미친다. 스카이빙 휠의 회전 포지션은 갭들의 각도 위치에 영향을 미친다. 스카이빙 휠의 프로파일 라인은 공작물의 프로파일 라인에 영향을 미친다. 톱니 트레이스는, 스카이빙 휠 톱니를 갖는 경사면 및 또한 그에 따른 프로파일 라인의 계산에 의한 커팅에 의해 결정되는 경우 간극 각도 및 스카이빙 휠의 커팅 에지의 범위에 영향을 미친다. 스카이빙 휠의 커팅 에지의 범위는 프로파일 라인에 영향을 미친다. 경사면의 위치 및 이의 배향은 톱니 두께, 루트 원 반경 및 프로파일 라인, 특히 프로파일 각도 에러에 영향을 미친다. 재연마된 상태는 톱니 두께, 루트 원 반경 및 프로파일 라인, 특히 프로파일 각도 에러에 영향을 미친다.
가공 운동학의 어떤 파라미터들의 변경에 의해, 본 발명의 프레임워크 내에서 주로 측정된 스카이빙 휠에서의 파라미터들의 생성된 기어링에 대한 영향들은 앞서 지정된 스케줄로부터 보상된 결과들일 수 있다.
본 발명의 추가적인 바람직한 실시예에서, 커플링 포지션, 중심 거리, 축방향 교차 각도 및 경사면 오프셋과 같은 가공 운동학의 파라미터들 중 적어도 하나가 결정된다.
또한, 미리 정의된 생성 허용 오차가 스카이빙 휠 및 가공 운동학으로 관찰될 수 있는지 여부 및/또는 기술적 파라미터들이 미리 정의된 범위 내에 있는지 여부의 체크를 통해 평가가 행해지며, 체크의 결과에 따라 대응하는 작업 흐름들이 머신에 의해 출력된다.
머신에 의해 출력되는 작업 흐름들은, 예를 들어, 조작자에게 지향되는 동작 제안들 및/또는 또한 머신에 의해 수행될 복수의 상이한 작업 프로세스들일 수 있다. 조작자가 머신에 의해 제안된 하나 이상의 프로세스들을 선택하고, 머신은 그에 따라 선택된 작업 단계를 수행하는 것이 가능하다. 마찬가지로, 머신이 작업 프로세스들을 자율적으로 수행하는 것이 제공된다.
또한, 이러한 측정들 중 하나 이상의 결과들은, 기어 스카이빙 동안의 가공 운동학을 이상적으로 스카이빙 휠의 실제 기하구조에 따라 설정하기 위해 커팅 에지의 절대적 위치 및/또는 공간적 범위를 결정하여, 원하는 기하구조로부터 또는 제조 머신의 원하는 위치로부터 스카이빙 휠의 편차들을 적어도 부분적으로 보상하여, 공작물에서 초래되는 편차들을 감소시키기 위해 사용될 수 있다.
- 원하는 기하구조로부터 또는 제조 머신에서의 원하는 위치로부터 스카이빙 휠의 편차들 중 적어도 하나가 너무 큰 경우; 또는
- 적어도 2개의 편차들의 조합이, 그에 따라 공작물에서 발생하는 편차가 공작물이 미리 정의된 허용 오차 내에서 생성될 수 있는 범위까지 가공 운동학의 적응에 의해 더 이상 보상될 수 없게 되면, 본 발명은 초기에 더 이상 이러한 스카이빙 휠로 가공을 계속하지 않는 것; 및
- 조작자의 주의를 이러한 문제에 집중시키고, 편차에도 불구하고 이러한 스카이빙 휠에 의해 생성이 수행되어야 하는지 여부를 결정하게 하는 것; 또는
- 조작자의 주의를 이러한 문제에 집중시키고, 스카이빙 휠을 (수동으로 또는 존재할 수 있는 툴 교환기를 통해) 교체하도록 또는 가공을 중단하도록 조작자에게 촉구하는 것; 또는
- 제조 머신에 자동 툴 교환기가 존재하는 경우, 제조 머신으로부터 스카이빙 휠을 자동으로 배출하고, 툴 교환기와 상이한 스카이빙 휠로 가공을 계속하는 것; 또는
- 가공이 이중 플랭크 가공으로 제공된 경우, 공작물에서 생성된 편차가 가공 운동학의 적절한 적응을 통해 미리 정의된 허용 오차 내에 있으면, 선택적으로는 조작자에 의한 확인 이후 단일 플랭크 가공으로서 가공을 수행하는 것을 제공한다.
이와 관련하여, 경사각들 및 간극 각도들은 예를 들어, 기술적 파라미터들 하에서 이해될 수 있다.
본 발명은 추가로, 선행 청구항들 중 하나에 따른 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이며, 장치는, 공작물 특히 스카이빙 휠을 가공하기 위한 툴, 툴을 수용하기 위한 툴 장착부, 툴 장착부에 수용된 툴의 기하구조를 측정하도록 구성되는 측정 유닛, 및 툴의 측정된 기하구조에 따라 기어 스카이빙에 대한 가공 운동학을 결정하도록 구성되는 제어 유닛을 포함한다. 장치는, 측정 유닛이 장치 내의 툴의 커팅 에지의 절대적 위치를 결정하여, 절대적 위치에 기초하여 가공 운동학이 또한 결정되도록 추가로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 측정 유닛은 스카이빙 휠의 하기 파라미터들 중 하나 이상을 결정하도록 구성될 수 있다:
a) 스카이빙 휠의 하나 이상의 축방향 포지션들에서 스카이빙 휠의 외경;
b) 스카이빙 휠의 하나 이상의 축방향 포지션들에서 스카이빙 휠의 톱니 두께;
c) 스카이빙 휠의 회전 포지션, 특히 툴 스핀들 축에 대한 스카이빙 휠의 하나 이상의 톱니들의 회전 포지션;
d) 스카이빙 휠의 프로파일 라인;
e) 스카이빙 휠의 톱니 트레이스;
f) 스카이빙 휠의 커팅 에지의 범위;
g) 경사면의 위치 및/또는 이의 배향, 특히 이의 경사각 및 계단 각도.
장치는 또한, 툴 장착부에 배열된 스카이빙 휠의 스핀들 축 상에 및/또는 스카이빙 휠에 배열된 척(chuck)의 검사 칼라(collar) 또는 원추(cone)가 측정 유닛에 의해 측정되어, 그에 따라 측정 유닛을 교정하기 위해 측정 유닛과 스핀들 축 사이의 거리가 결정될 수 있다는 점에서, 스카이빙 휠의 스핀들 축에 대한 측정 유닛의 공간적 위치를 교정하도록 구성될 수 있다.
제조 머신의 툴 스핀들에 대한 측정 유닛의 상대적 위치는 일반적으로 정확히 알려지지 않는다. 따라서, 이것은 특히 열 성장에 의해 시간에 따라 변할 수 있다. 이러한 열 성장들을 보상할 수 있기 위해, 측정 유닛의 교정을 수행하는 것이 필요할 수 있다. 특히, 툴 스핀들 축으로부터 측정 유닛의, 특히 툴 스핀들 축으로부터 측정 구체 중심의 거리를 교정하는 것이 중요할 수 있다. 이러한 목적으로, 예를 들어, 알려진 직경을 갖는 바람직하게는 연마된 검사 칼라가 스카이빙 휠 상에 및/또는 툴 홀더 상에 및/또는 툴 스핀들 상에 제공될 수 있고 측정 유닛에 의해 측정된다. 예를 들어, 스위칭 방식으로 작동하는 측정 센서가 사용되는 경우, 이에 의해 검사 칼라가 감지될 수 있다. 이로부터 측정 유닛과 툴 스핀들 축 사이의 거리가 결정될 수 있고, 그에 따라 측정 유닛이 교정될 수 있다. 그에 따라, 측정 구체와 툴 스핀들 축 사이의 거리가 특히 결정될 수 있다. 이러한 목적을 위해 특별히 생성된 검사 칼라에 대한 대안으로, 교정을 위한 스카이빙 휠을 장착하기 위해 척의 원추가 또한 사용될 수 있다.
또한, 제어 유닛은 바람직하게는 스카이빙 휠의 측정의 수행 전에, 스카이빙 휠의 스핀들 축에 대해 측정 유닛의 공간적 위치를 교정하도록 구성될 수 있다.
검사 칼라에 대한 대안으로, 스카이빙 휠의 스핀들 축에서 스핀들 축과 동심으로 배열된 구체 및 스핀들 축과 동축으로 배열된 원추, 특히 툴 장착부의 중공 샤프트 원추가 측정될 수 있다.
장치가 스카이빙 휠의 공지된 톱니 프로파일, 특히 스카이빙 휠의 프로파일 각도를 갖는 측정 유닛에 의해 툴 장착부에 위치된 스카이빙 휠의 톱니 프로파일을 결정하고, 이를 공지된 톱니 프로파일과 비교하여, 공지된 톱니 프로파일과 측정된 톱니 프로파일 사이의 편차로부터 측정 유닛과 스카이빙 휠 사이의 상대적 위치에서의 에러를 결정하도록 구성되는 것이 제공될 수 있다.
이러한 검사 칼라 및/또는 원추가 존재하지 않거나 이동될 수 없는 경우, 본 발명은 측정 구체 중심과 툴 스핀들 축 사이의 상대적 위치를 결정하기 위한 추가적인 방법을 제공한다. 스카이빙 휠 톱니들의 프로파일의 측정에서 측정 구체 중심과 툴 스핀들 축 사이의 상대적 위치에서의 에러가 측정된 프로파일, 특히 측정된 프로파일 각도에서의 에러를 초래한다는 사실이 활용된다. 스카이빙 휠 톱니들의 프로파일이 공지되면, 프로파일의 측정이 머신에서 수행될 수 있으며, 측정된 프로파일은 스카이빙 휠 톱니들의 실제 프로파일과 비교될 수 있으며 측정 구체 중심과 툴 스카이빙 축 사이의 상대적 위치에서의 에러들은 편차로부터 결정될 수 있다.
스카이빙 휠은 측정 유닛에 의한 측정 동안 툴 장착부에 수용된다. 따라서, 스카이빙 휠의 기하구조 및/또는 위치를 결정하고 그로부터 초래되는 가능한 에러들을 보상하는 것이 가능하다. 종래 기술에 따르면, 스카이빙 휠의 기하구조의 결정은, 예를 들어, 제조 머신 외부에서 발생하여, 툴 장착부에 스카이빙 휠을 고정시키는 것에 의해 발생할 수 있는 에러 소스들은 고려될 수 없다.
본 발명은 이러한 단점을 극복하고 공작물의 가공을 위해 또한 유지되는 공작물 장착부의 클램핑된 위치에서 스카이빙 휠의 측정을 제공한다. 따라서, 툴 장착부에서 스카이빙 휠의 가능한 부정확한 포지션들은 가공 운동학의 준비 시에 고려되고, 전반적으로 더 양호한 결과가 획득된다.
또한, 본 발명에 따라, 제어 유닛이 측정 유닛에 의해 행해진 툴 장착부에 위치된 툴의 측정에 기초하여 기어 스카이빙의 생성 시뮬레이션을 수행하고, 이를 참조하여 측정된 툴로 기어 스카이빙 프로세스를 위한 가공 운동학을 생성하도록 추가로 구성되는 것이 제공된다.
복수의 생성 시뮬레이션들이 수행되고, 생성 허용 오차 또는 다른 규격들에서 최상의 결과들을 생성하는 그러한 가공 운동학을 참조하여 기어 스카이빙 프로세스가 수행되는 것이 또한 제공될 수 있다.
제어 유닛은 바람직하게는, 툴의 공지된 원하는 톱니 프로파일, 특히 스카이빙 휠의 프로파일 각도로 툴 장착부에 위치된 툴의 실제 톱니 프로파일이 결정되고 원하는 톱니 프로파일과 비교되어, 원하는 톱니 프로파일과 측정된 실제 톱니 프로파일 사이의 편차로부터 측정 유닛과 툴 사이의 상대적 위치에서의 에러를 결정하도록 구성된다.
본 발명의 선택적인 추가적인 전개에 따라, 측정 유닛은 그에 따라, 스카이빙 휠의 기하구조를 측정하고 그리고/또는 장치 내의 스카이빙 휠의 위치를 측정하도록 추가로 구성된다.
측정 유닛이 일 메커니즘을 통해 기어 스카이빙이 수행되는 장치의 작업 공간으로 이동될 수 있고, 메커니즘은 바람직하게는 장치의 카운터 기둥에 고정되는 것이 추가로 제공될 수 있다. 작업 공간 안팎으로 측정 유닛을 이동시킬 가능성으로 인해, 기어 스카이빙 동안 불리한 조건들로부터 후퇴될 수 있는데, 이는, 특히 툴 및 공작물의 높은 회전 속도들로 인해 냉각 유체 및 칩들이 공작물과 스카이빙 휠(툴)의 접촉 영역으로부터 주위 공간으로 분산되기 때문이다.
이에 대한 대안으로, 측정 유닛이 머신 기둥 또는 그러한 제조 머신의 머신 베드에 고정되어 있는 것이 또한 제공될 수 있다. 본 발명의 선택적 수정에 따라, 측정 유닛은 장치에, 바람직하게는 카운터 기둥에 그리고/또는 기어 스카이빙이 수행되는 장치의 작업 공간에 고정적으로 배열된다. 전술한 불리한 영향들로부터 측정 유닛을 보호하기 위해 측정 유닛을 보호하는 하우징이 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 추가적인 전개에 따라, 장치가 스카이빙 가공 동안 이용가능한 스카이빙 휠의 이동 축에 의해 스카이빙 휠과 스카이빙 휠의 측정을 위해 요구되는 측정 유닛 사이에서 상대적 이동을 구현하도록 추가로 구성되는 것이 제공될 수 있다.
스카이빙 휠의 측정을 위해 요구되는 스카이빙 휠과 측정 유닛 사이의 상대적 이동은 그에 따라, 스카이빙 휠이 어쨌든 기어 스카이빙을 위해 갖는 그러한 이동 축들에 의해 생성된다. 따라서, 추가적인 이동 축들의 필요성 및 그에 따라 그와 연관된 드라이브들의 필요성이 제거된다.
그럼에도 불구하고, 본 발명에 따라, 스카이빙 휠에 의한 스카이빙 가공 동안 이용가능하지 않은 이동 축에 의해 스카이빙 휠의 측정에 요구되는 스카이빙 휠과 측정 유닛 사이의 상대적 이동을 구현하는 것이 또한 제공될 수 있다. 예를 들어 측정 유닛이 머신 기둥에 고정되면, 머신 기둥을 이동시키는 축들은 상대적 위치의 임의의 변화를 생성하지 않는다. 따라서, 스카이빙 가공에 이용가능하지 않은 축들은 선택적으로, 측정 유닛과 스카이빙 휠 사이의 상대적 위치를 설정하기 위해 또한 사용될 수 있다.
또한, 측정 유닛에는 기계적 측정 센서가 제공되고, 측정 프로브의 측정 팁에는 바람직하게는 구체, 특히 루비(ruby) 구체가 제공되는 것이 더 제공될 수 있다. 측정 센서에 의한 측정은 스위칭 또는 측정 방식으로 발생할 수 있다.
이러한 측정 센서는 좌표 측정 디바이스들 및 기어 커팅 머신들로부터 공지된 기능적 원리에 기초하여 기계적 측정 센서로서 사용될 수 있다. 이러한 측정 센서들은 또한 제조 머신들의 가공 공간에 설치 및 사용하기 위한 견고한 설계에서 이용가능하다. 구체, 바람직하게는 기어 커팅 측정들에서 통상적인 것과 같은 루비 구체가 예를 들어, 측정 프로브의 측정 팁으로서 사용될 수 있다.
그러나, 또한 측정은 광학적으로, 특히 레이저를 사용하여 발생할 수 있다.
또한, 본 발명은, 측정 유닛에 광학 측정 센서, 바람직하게는 삼각 측량 센서, 이미지 프로세싱 센서, 공초점 센서, 초점 변동에 대한 센서 및/또는 간섭계가 제공되는 구현을 포함한다.
그러한 거리 센서들은, 마찬가지로 좌표 측정 디바이스들, 특히 삼각 측량 센서들, 이미지 프로세싱 센서들, 초점 변동, 공초점 센서들 또는 간섭계들로부터 공지된 광학 거리 센서로서 사용될 수 있다. 이러한 센서들을 칩들 및 요구되는 경우 냉각제로부터 보호하기 위해, 센서들은 선택적으로 케이싱 또는 하우징에 의해 그에 따라 보호될 수 있다.
추가적인 개선된 실시예에 따르면, 스카이빙 휠 둘 모두는 외부 톱니들 및 내부 톱니들 둘 모두를 가질 수 있다. 이는 모놀리식일 수 있거나, 또는 교체가능한 커팅 삽입부들을 구비한 스카이빙 휠을 갖도록 설계될 수 있다.
제어 유닛은 또한 바람직하게는 후속 기어 스카이빙 프로세스에서의 가공 운동학을, 측정 유닛에 의해 결정된 스카이빙 휠의 파라미터들 중 하나 이상에 기초하여 스카이빙 휠의 실제 기하구조 및/또는 장치 내의 스카이빙 휠의 위치로 설정하여, 원하는 기하구조로부터 및/또는 원하는 위치로부터 스카이빙 휠의 편차들을 보상하도록 구성된다.
이와 같이 결정된 파라미터들 또는 이러한 측정들 중 하나 이상의 결과들은 기어 스카이빙 동안의 가공 운동학을 이상적으로 스카이빙 휠의 실제 기하구조로 설정하여, 공작물에서 초래되는 편차들이 감소되도록 제조 머신에서 원하는 기하구조로부터 또는 원하는 위치로부터 스카이빙 휠의 편차들을 적어도 부분적으로 보상하기 위해 활용될 수 있다.
본 발명의 추가적인 전개에 따라, 제어 유닛은 측정 유닛에 의해 행해진 툴 장착부에 위치된 스카이빙 휠의 측정에 기초하여 기어 스카이빙의 생성 시뮬레이션을 수행하고, 이를 참조하여 측정된 스카이빙 휠로 기어 스카이빙 프로세스를 위한 가공 운동학을 생성하도록 추가로 구성된다.
또한, 제어 유닛은 바람직하게는 스카이빙 휠의 측정의 수행 전에, 스카이빙 휠의 스핀들 축에 대해 측정 유닛의 공간적 위치를 교정하도록 구성될 수 있다.
장치가 스카이빙 휠의 공지된 톱니 프로파일, 특히 스카이빙 휠의 프로파일 각도를 갖는 측정 유닛에 의해 툴 장착부에 위치된 스카이빙 휠의 톱니 프로파일을 결정하고, 이를 공지된 톱니 프로파일과 비교하여, 공지된 톱니 프로파일과 측정된 톱니 프로파일 사이의 편차로부터 측정 유닛과 스카이빙 휠 사이의 상대적 위치에서의 에러를 결정하도록 구성되는 것이 제공될 수 있다.
장치는 또한, 툴 장착부의 스카이빙 휠의 스핀들 축 상에 및/또는 스카이빙 휠에 배열된 검사 칼라가 측정 유닛에 의해 측정되어, 그에 따라 측정 유닛을 교정하기 위해 측정 유닛과 스핀들 축 사이의 거리가 결정될 수 있다는 점에서, 스카이빙 휠의 스핀들 축에 대한 측정 유닛의 공간적 위치를 교정하도록 구성될 수 있다.
검사 칼라에 대한 대안으로, 연마 스카이빙 휠의 스핀들 축에서 스핀들 축과 동심으로 배열된 구체 및 스핀들 축과 동축으로 배열된 원추, 특히 툴 장착부의 중공 샤프트 원추가 측정될 수 있다. 본 발명의 다른 추가적인 전개에 따라, 제어 유닛은 측정 유닛에 의해 측정된 스카이빙 휠로 원하는 생성 허용 오차가 달성될 수 있는지 여부를 평가하도록 추가로 구성된다.
원하는 생성 허용 오차가 달성될 수 없으면, 또는 제조 머신에서 원하는 기하구조로부터 또는 원하는 위치로부터 스카이빙 휠의 편차들 중 적어도 하나가 너무 크거나, 적어도 2개의 편차들의 조합이 공작물에서 발생한 편차가 가공 운동학의 적용에 의해 더 이상 보상될 수 없을 정도이면, 장치는:
장치의 조작자가 메시징 유닛을 통해 이러한 문제를 인식하게 하여, 편차에도 불구하고 스카이빙 휠로 가공이 발생해야 하는지 여부를 조작자가 결정하게 하거나;
조작자가 메시징 유닛을 통해 이러한 문제를 인식하게 하고, 수동으로 또는 기존의 툴 교환기를 통해 스카이빙 휠을 교체하도록 조작자에게 촉구하거나;
제조 머신에 자동 툴 교환기가 존재하는 경우, 제조 머신으로부터 스카이빙 휠을 자동으로 배출하고, 툴 교환기와 상이한 스카이빙 휠로 가공을 계속하거나;
가공이 이중 플랭크 가공으로 제공된 경우, 공작물에서 생성된 편차가 가공 운동학의 적절한 적응을 통해 미리 정의된 허용 오차 내에 있으면, 바람직하게는 조작자에 의한 확인 이후 단일 플랭크 가공으로서 가공을 수행하거나; 또는
가공을 중단하도록 구성된다.
본 발명의 추가적인 특징들, 세부사항들 및 이점들은 도면들의 설명에서 하기 본 발명의 복수의 예들에 대한 설명을 참조하여 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 기어 스카이빙을 위한 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 기어 스카이빙을 위한 장치의 사시도이다.
도 3은 측정 유닛 및 스카이빙 휠의 교정 또는 스카이빙 휠의 측정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 장치가 측정 유닛 및 스카이빙 휠의 교정을 수행하는 스케치이다.
도 5는 스카이빙 휠의 표현이다.
도 6은 극좌표에서 스카이빙 휠의 좌측 및 우측 플랭크들의 프로파일들의 표현이다.
도 2는 본 발명의 추가적인 실시예에 따른 기어 스카이빙을 위한 장치의 사시도이다.
도 3은 측정 유닛 및 스카이빙 휠의 교정 또는 스카이빙 휠의 측정을 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 본 발명에 따른 장치가 측정 유닛 및 스카이빙 휠의 교정을 수행하는 스케치이다.
도 5는 스카이빙 휠의 표현이다.
도 6은 극좌표에서 스카이빙 휠의 좌측 및 우측 플랭크들의 프로파일들의 표현이다.
도 1은 본 발명에 따른 장치(20)의 사시도를 도시한다. 머신 기둥(32) 및 카운터 기둥(33)이 머신 베드(31) 상에 배열되는 기어 스카이빙을 위한 제조 머신이 도시되어 있다. 툴 장착부(22)를 통해 스카이빙 휠(21)을 수용할 수 있는 가공 헤드(36)가 이동가능한 슬라이드(34)를 통해 머신 기둥(32)에 고정된다.
슬라이드(34) 및 그에 고정된 가공 헤드(36)는 복수의 방향들에서 이동될 수 있다. 따라서 슬라이드는 축 X1 및 Z1을 따라 이동될 수 있고; 가공 헤드(36)는 또한 축 V1을 따라 이동될 수 있다. 가공 헤드는 또한 축 X1과 평행한 축 A1을 중심으로 회전될 수 있다. 축 C1은 스카이빙 휠(21)의 스핀들 축이다.
스핀들로 가공될 공작물(미도시)은 테이블(38) 상에 배열된다. 사용되는 공작물 클랭핑 장치는 더 양호한 명확성을 이유로 도시되지 않는다.
도 2는, 측정 유닛(23)의 배열을 제외하고는 도 1에서 설명된 장치에 실질적으로 대응하는 본 발명에 따른 장치(20)의 추가적인 실시예의 사시도를 도시한다. 동일한 컴포넌트들에 대해 도 1에서와 동일한 참조 부호들이 또한 사용된다.
도 1과는 달리, 측정 유닛(23)은 도 2의 카운터 기둥(33)에 배열된다. 여기서 이동 축 V2는 또한 스카이빙 휠(21)과 측정 유닛(23)의 상대적 이동을 위해 제공될 수 있다. 따라서, 측정 유닛(23)의 측정 위치로의 전달이 단순화된다.
장치(20)에는 또한, 본 실시예의 머신 기둥(32)에 고정된 측정 유닛(23)이 제공된다. 측정 유닛(23)은 툴 장착부(22)에 수용된 스카이빙 휠(21)에 대한 상대적 이동을 가능하게 하는 이동 메커니즘을 갖는다. 따라서, 측정 유닛(23)은 축 X1과 평행한 축 X2를 따라 이동될 수 있는데, 이는, 머신 기둥(32)에서 측정 유닛(23) 및 가공 헤드(26)의 고정으로 인해 X 방향에서 2개의 엘리먼트들의 상대적 이동이 가능하지 않을 것이기 때문이다. 장치(20)는 복수의 드라이브들 또는 Z1 축에 대한 드라이브(35) 또는 이동들의 수행을 위한 툴 스핀들에 대한 드라이브(37)를 갖는다.
도 3은 측정 유닛(23)의 보조로 측정되는 스카이빙 휠(31)의 개략적 표현을 도시한다. 측정 유닛(23)에 대한 예로, 제1 프로브(231)가 스카이빙 휠(21)의 톱니 플랭크를 측정하고, 제2 센서(232)가 경사면을 측정한다. 광학 센서(233), 예를 들어, 레이저는 마찬가지로 측정 유닛(23)의 일부일 수 있으며, 측정 유닛(23)의 측정 또는 교정에 사용될 수 있다.
본 발명의 더 양호한 설명을 위해 일부 예들이 다음에 나타날 것이다:
예시 1)
기어 스카이빙에서, 공작물 상에서 원하는 프로파일을 생성하기 위해 스카이빙 휠의 커팅 에지의 정확한 위치 및 정확한 형상이 특히 중요하다.
스카이빙 휠들의 프로파일은 일반적으로 툴 제작자들에 의해 높은 정확도로 생성되지만; 커팅 에지의 정확한 위치는 오직 경사면의 연마로부터 초래된다. 스카이빙 휠이 마모되면, 경사면이 날카로워지며 새로운 커팅 에지가 형성된다. 커팅 에지의 위치 및 형상은 재연마된 경사면의 위치 및 배향으로부터 도출된다. 예를 들어, 경사면이 평면에 의해 설명되면, 배향은 경사 평면들의 법선 벡터에 의해 정의될 수 있고; 위치는 기준 포인트에 의해 또는 대안적으로 선택된 좌표계의 원점으로부터 그 평면의 거리에 의해 정의될 수 있다. 경사면이 예를 들어 원추에 의해 설명되면, 배향은 원추의 회전축의 방향 및 원추의 애퍼처 각도에 의해 기술되고 위치는 원추 팁의 포지션에 의해 기술된다.
예를 들어, 경사 평면의 위치 및 배향을 결정하기 위해, 평면을 모호하지 않게 결정하는 3개의 포인트들을 측정하는 것으로 충분하다. 그러나, 결정의 정확도를 증가시키기 위해, 3개 초과의 포인트들을 측정하는 것이 또한 가능하다.
예를 들어, 스핀들 축과 동축으로 배향된 것으로 가정된 원추의 위치 및 배향을 결정하기 위해 2개의 포인트들을 측정하는 것으로 충분하다. 여기서, 정확도를 개선하기 위해 더 많은 포인트들이 또한 측정될 수 있다.
따라서, 본 발명은 가능한 적용으로서 경사면의 위치 및 배향을 결정하는 것을 제공한다. 이러한 결정은, 연관된 스카이빙 휠 톱니에 대한 경사면의 위치 및 배향이 공지되도록 발생해야 한다. 이러한 목적으로, 스카이빙 휠 톱니의 위치는 축방향에서 결정되고 그리고/또는 스카이빙 휠 톱니의 회전 포지션이 바람직하게는 추가적으로 측정 유닛으로 결정된다. 스카이빙 휠 톱니 또는 복수의 또는 모든 스카이빙 휠 톱니들의 축방향 위치의 결정은 특히 원추형 스카이빙 휠들에 필수적이다. 축방향 위치는, 스카이빙 휠 톱니들이 특정 톱니 두께를 갖는 스카이빙 휠의 면 섹션의 위치로서 이해될 수 있다. 이러한 톱니 두께는 원통형의 스카이빙 휠들에 대한 모든 면 섹션들에서 동일하여 스카이빙 휠 톱니의 축방향 위치의 결정이 가능하지도 필요하지도 않지만; 예를 들어, 원추형 스카이빙 휠들의 경우, 이러한 톱니 두께는 면 섹션마다 상이하다.
스카이빙 휠 톱니의 회전 위치를 결정하기 위해 일 포인트에서 플랭크를 측정하는 것으로 충분하다. 예를 들어, 축방향 위치가 원추형 스카이빙 휠로 결정되는 경우, 면 섹션에서 톱니 두께를 결정하기 위해 적어도 2개의 포인트들이 측정될 것이다.
스카이빙 휠 톱니에 대한 경사면이 결정되면, 스카이빙 휠의 플랭크들로 경사면을 커팅함으로써 계산에 의해 커팅 에지가 결정될 수 있다.
플랭크들의 기하구조는 도면에 따라 인계될 수 있거나 또는 마찬가지로 프로파일 측정 및/또는 톱니 트레이스 측정에 의해 제조 머신에서 선택적으로 결정될 수 있다. 이렇게 결정된 커팅 에지는 예를 들어, 공작물의 좌측 및 우측 플랭크들에서 톱니 두께 및 프로파일 각도 둘 모두가 허용 오차 내에 있도록 가공 운동학을 설정하기 위해 사용될 수 있다. 이렇게 결정된 가공 운동학에서 유효 간극 각도 및/또는 유효 경사각이 원하는 한계들 내에 있는지 여부가 선택적으로 추가로 체크될 수 있다. 간극 각도가 허용 오차를 벗어나면, 가공은 선택적으로 계속되지 않을 수 있고, 스카이빙 휠 및/또는 공작물에 대한 손상을 회피하기 위해 스카이빙 휠은 배출되거나 다시 제거될 수 있다.
예시 2)
마지막 예의 확장은 경사면의 위치 및 방향에 추가로 스카이빙 휠의 외경이 측정되는 것을 제공한다. 특히, 스카이빙 휠이 원추형인 경우, 스카이빙 휠의 복수의 축방향 포지션들에서 외경을 측정하고 그에 따라 엔벨로프 원추를 결정하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 엔벨로프 원추 또는 원통형 스카이빙 휠의 경우 엔벨로프 원기둥은, 공작물의 베이스 영역을 생성하는 경사면을 갖는 섹션으로 경사면의 그러한 부분을 결정하고, 그에 따라 스카이빙 프로세스에서 생성된 베이스 윤곽을 결정하고 특히 생성된 루트 반경을 결정하기 위해 활용될 수 있다. 예시 1에서 결정된 가공 운동학에 의해 원하는 허용 오차 내에서 루트 반경이 생성되지 않으면, 가공 운동학의 이용가능한 자유도들을 변경함으로써 보상 계산에 의해, 톱니 두께, 프로파일 각도 및 루트 반경이 각각의 원하는 허용 오차 내에 있도록 하는 가공 운동학을 결정하려는 시도가 행해질 수 있거나, 이것이 가능하지 않은 경우, 이러한 스카이빙 휠에 의한 가공은 초기에 중단될 수 있다.
가공이 2개의 플랭크 가공으로 제공된 경우, 선택적으로, 예를 들어 시뮬레이션에 의해, 단일 플랭크 가공의 프레임워크 내에서 이러한 스카이빙 휠로, 좌측 및 우측 플랭크들 상에서 톱니 두께와 프로파일 각도 및 루트 반경 둘 모두를 원하는 허용 오차 내에서 달성하는 것이 가능한지 여부가 체크될 수 있다. 이것이 가능하면 자동으로 또는 조작자에 의한 확인 이후 하나의 플랭크 상에서 가공이 수행될 수 있다. 여기서, 이렇게 결정된 가공 운동학에서 유효 간극 각도 및/또는 유효 경사각이 원하는 한계들 내에 있는지 여부가 또한 선택적으로 추가로 체크될 수 있고, 선택적으로 가공은 계속되지 않는다.
예시 3)
예시 1의 단순화된 변형은 경사면의 위치, 즉, 특히 스카이빙 휠의 재연마된 상태를 결정하는 것만을 제공한다. 이것은 재연마 후에 변경되며 모든 경우들에서 정확히 공지되는 것은 아니다. 이러한 변형은, 커팅 에지에서 원하는 배향으로부터의 편차로 인해 발생하는 에러가 원하는 허용 오차 내에 있는 공작물의 프로파일 및/또는 톱니 두께에서의 편차를 생성하는 재연마 동안 경사면의 배향이 매우 양호하게 달성되는 경우 활용될 수 있다. 여기서, 경사면을 단지 하나의 포인트에서 측정하는 것으로 충분하다.
예시 4)
이미 톱니를 갖는 공작물들이 기어 스카이빙에 의해 추가로 가공되는 경우, 스카이빙 휠과 공작물을 페어링하여, 즉 커플링 위치를 결정하여 좌측 및 우측 플랭크들에서 원하는 제거가 달성되게 하는 것이 중요하다. 이러한 정확한 페어링을 보장하기 위해, 공작물의 회전 포지션 및 스카이빙 휠의 회전 포지션 둘 모두는 가능한 한 정확하게 공지되어야 한다. 공작물의 회전 포지션은 예를 들어, 공작물을 측정하거나 체크하기 위한 스레딩(threading) 센서 또는 측정 유닛에 의해 결정될 수 있다. 본 발명에 따른 스카이빙 휠의 회전 포지션을 결정하기 위해 스카이빙 휠은 제조 머신에서 측정될 수 있으며, 따라서 회전 포지션이 정확하게 결정될 수 있다.
이 측정은 선택적으로, 스카이빙 휠이 툴 장착부를 통해 수용될 때마다, 특히 또한 이러한 수용이 자동화 방식으로, 예를 들어, 툴 교환기를 통해 발생할 때마다 수행될 수 있다. 그러나, 툴 장착부가 스카이빙 휠의 회전 포지션에 관해 충분한 반복 정확도를 갖는 경우, 각각의 스카이빙 휠을 단지 한번 측정하고, 머신에 다시 수용되는 경우 마지막 측정 결과를 사용하는 것으로 또한 충분할 수 있다. 하드 스카이빙 동안 단지 작은 재료만이 제거되어야 해야 하는 경우 높은 정확도를 갖는 페어링이 특히 중요하다.
예시 5)
스카이빙 휠의 정확한 페어링 및 그에 따른 회전 포지션이 중요한 추가적인 적용은 위치-배향 기어 커팅이다. 공작물에서의 기어링은 고정식으로 미리 정의된 각도 포지션에서 생성된다. 이는, 예를 들어, 공작물의 홈을 통해 또는 보어를 통해, 또는 공작물에서의 추가적인 기어링을 통해 정의될 수 있다. 기어링은 특히 헤링본(herringbone) 기어일 수 있다.
더 양호한 통계로 측정 정확도를 개선하기 위해, 예시들에 특정된 측정될 포인트들의 수를 증가시키는 것이 당연히 가능하다.
복수의 전술한 예시들과 관련될 수 있는 언급들은 도면들, 특히 도 4 내지 도 6에 관하여 아래에서 발견될 수 있다.
공지된 스카이빙 휠 및 공지된 가공 운동학, 공작물 톱니 트레이스들, 생성된 기어링의 각도 위치 및 간극 각도와 경사각을 사용하여 생성된 가공 운동학 및/또는 공작물 프로파일들이 예시들에서 결정되어야 하는 경우, 이는 예를 들어, 오늘날 통상적으로 사용되는 생성 시뮬레이션들을 사용하여 수행될 수 있다. 이러한 생성 시뮬레이션들은 통상적으로 제거 시뮬레이션에 기초한다. 재료는, 주어진 툴에 의해 제거되는 공작물에서, 특히 주어진 가공 운동학에 의한 가공 동안 툴에서 주어진 커팅 에지들에 의해 결정된다. 여기에서 관찰된 기어 스카이빙의 경우, 총 생성된 갭이 그에 따라 결정될 수 있다.
공지된 커팅 에지를 갖는 주어진 스카이빙 휠을 사용하여 미리 정의된 공작물 프로파일 및/또는 톱니 두께를 생성하기 위한 가공 운동학을 결정하기 위해, 가공에서 이용가능한 축들의, 공작물 프로파일 및/또는 톱니 두께에 대한 영향들은 축들을 변경함으로써 생성 시뮬레이션의 프레임워크 내에서 결정될 수 있다. 따라서, 축방향 교차 각도가 0.1°만큼 조정되면, 생성 시뮬레이션이 이러한 조정된 축방향 교차 각도를 사용하여 수행된다는 점에서 그리고 생성된 갭의 프로파일 각도가 시뮬레이션 결과로부터 결정된다는 점에서, 공작물에서의 프로파일 각도들이 좌측 및 우측에서 어떻게 변하는지가 결정될 수 있다. 가공을 위해 조정가능한 모든 축들의, 보정될 공작물에서의 모든 기하학적 파라미터들에 대한 영향들이 공지되면, 축들과 이러한 파라미터들 사이의 선형 상관의 가정 하에, 가공 운동학이 보정될 수 있다. 생성 시뮬레이션은 이러한 보정된 가공 운동학을 사용하여 다시 수행될 수 있고, 나머지 에러들이 결정될 수 있고, 선택적으로, 기하학적 파라미터들이 미리 정의된 허용 오차 내에 있는 한 다시 정정되고 반복될 수 있다.
기어 스카이빙에서의 가공 운동학은 이제 더 상세히 설명되는 하기 파라미터들에 의해 설명될 것이지만, 기어 스카이빙에 대한 일반적 문헌 및 간행물들에서 또한 공지될 것이다.
1) 툴 스핀들 축과 공작물 스핀들 축 사이의 커플링 비는 툴과 공작물의 톱니 개수 비로 주어지며, 가공 동안 툴 스핀들과 공작물 스핀들 속도의 비를 설명하지만, 공작물에 따른 축방향 피드를 여전히 고려하지 않는다.
2) 차동 피드는 공작물의 리드로 인해 공작물을 따른 축방향 피드에 의해 결정되는 공작물의 추가적인 회전을 설명한다. 이러한 추가적인 회전은 공작물에서 나선 각도를 생성하기 위해 필요하다.
3) 커플링 포지션은 툴 스핀들의 회전 포지션, 공작물 스핀들의 회전 포지션 및 축방향에서의 포지션에 대한 값들의 세트를 설명한다. 기어 스카이빙을 위한 장치의 도 1에서 예로서 도시된 변형에서, 이는 축들 C1, C2 및 Z1에 대한 값들의 세트일 것이다. 이는, 공작물에서 즉, 어느 각도 포지션에서 기어 스카이빙 프로세스에 의해 정확히 갭이 생성되는 이러한 커플링 포지션에 의해 고정된다.
4) 중심 거리는 툴 스핀들 축과 공작물 스핀들 축 사이의 거리를 설명한다. 중심 거리는 도 1에 예로서 도시된 바와 같이 기어 스카이빙을 위한 장치의 변형에서 X1 축에 의해 실질적으로 구현되며, A2를 중심으로 한 피봇 및 V1을 따른 이동이 또한 중심 거리에 영향을 미친다.
5) 여기서 축방향 교차 각도는 툴 스핀들이 공작물 스핀들에 대해 기울어진 각도로서 정의된다. 도 1에서 예로서 도시된 기어 스카이빙을 위한 장치의 변형에서, 이것은 A1 축의 위치에 대응한다.
6) 경사면 오프셋은 툴 스핀들 축을 따른 툴의 시프트를 나타낸다. 도 1에서 예로서 도시된 기어 스카이빙을 위한 장치의 변형에서, 이것은 Z1 및 V1 축들의 이동의 조합에 의해 구현될 수 있다.
제조 머신의 툴 스핀들에 대한 측정 유닛의 상대적 위치는 일반적으로 정확히 알려지지 않는다. 따라서, 이것은 특히 머신의 열 성장에 의해 시간에 따라 변할 수 있다. 이러한 열 성장들을 보상할 수 있기 위해, 측정 유닛의 교정을 수행하는 것이 필요할 수 있다. 특히, 툴 스핀들 축으로부터 측정 유닛의, 특히 툴 스핀들 축으로부터 측정 구체 중심의 거리를 교정하는 것이 중요할 수 있다. 이러한 목적으로, 예를 들어, 알려진 직경을 갖는 바람직하게는 연마된 검사 칼라가 스카이빙 휠 상에 및/또는 툴 홀더 상에 및/또는 툴 스핀들 상에 제공될 수 있고 측정 유닛에 의해 측정된다. 예를 들어, 스위칭 방식으로 작동하는 측정 센서가 사용되는 경우, 이에 의해 검사 칼라가 감지될 수 있다. 이로부터 측정 유닛과 툴 스핀들 축 사이의 거리가 결정될 수 있고, 그에 따라 측정 유닛이 교정될 수 있다. 그에 따라, 측정 구체와 툴 스핀들 축 사이의 거리가 특히 결정될 수 있다. 이러한 목적을 위해 특별히 생성된 검사 칼라에 대한 대안으로, 교정을 위한 스카이빙 휠을 장착하기 위해 척의 원추가 또한 사용될 수 있다.
이러한 검사 칼라 및/또는 원추가 존재하지 않거나 이동될 수 없는 경우, 본 발명은 측정 구체 중심과 툴 스핀들 축 사이의 상대적 위치를 결정하기 위한 추가적인 방법을 제공한다. 스카이빙 휠 톱니들의 프로파일의 측정에서 측정 구체 중심과 툴 스핀들 축 사이의 상대적 위치에서의 에러가 측정된 프로파일, 특히 측정된 프로파일 각도에서의 에러를 초래한다는 사실이 활용된다. 스카이빙 휠 톱니들의 프로파일이 공지되면, 프로파일의 측정이 머신에서 수행될 수 있으며, 측정된 프로파일은 스카이빙 휠 톱니들의 실제 프로파일과 비교될 수 있으며 측정 구체 중심과 툴 스핀들 축 사이의 상대적 위치에서의 에러들은 편차로부터 결정될 수 있다.
이러한 결정은 도 4에서 예로서 도시된 배열에 대해 다음과 같이 요약될 것이다.
도 4는 제조 머신에서 및 단순화를 위해 오직 하나의 톱니(5)만이 도시되어 있는 스카이빙 휠에서 스카이빙 휠을 이동시키기 위한 본 발명의 관점에서 축들의 예시적인 배열을 도시한다. 도면은 또한 측정 프로브(2) 및 측정 구체(1)로 스위칭 방식으로 작동하는 측정 센서(3)를 도시한다. C1 축은 툴 스핀들 축(6)에 대응하며; D 축은 바람직하게는 스카이빙 휠의 선형 이동을 담당하며, 따라서, 특히 측정 구체 중심과 툴 스핀들 축 사이의 상대적 위치의 변경을 담당한다. 측정 프로브(2)는 D 축과 평행하게 정렬될 필요는 없다. D 축에 수직인 방향으로 측정 구체의 위치를 설명하는 오프셋 ΔV는 일반적으로 또한 정확하게 공지되지 않으며, 바람직하게는 마찬가지로 여기에서 설명된 방법으로 결정될 수 있다. 아래에서 0의 직경을 갖는 측정 구체는 교정 뒤의 아이디어에 대한 설명을 본질적인 것으로 제한한다고 가정된다. 이 단순화된 경우, 측정 구체 중심은 또한 측정 구체와 톱니 플랭크 사이의 접촉 포인트에 정확히 대응한다. 실제로, 접촉 포인트는, 계측에서 일반적으로 공지된 바와 같이, 측정 구체 직경 및 접촉 포인트에서 톱니 플랭크의 법선 벡터를 고려하면서 측정 구체 중심으로부터 결정되어야 한다.
교정을 위해, 도 5의 4개의 포인트들(11 내지 14)은 측정 구체에 의해 차례로 조사되고, 접촉 시에 축들 C1 및 D의 측정 시스템들로부터 판독된 각각의 포지션들이 기록된다. 이러한 포지션들은 아래에서 C111, C112, C113 및 C114 또는 D11, D12, D13 및 D14로 지정된다. 4개의 포인트들은 특정 제한들 내에서 자유롭게 선택될 수 있는데; 바람직하게는 좌측 플랭크 상의 2개의 포인트들 및 우측 플랭크 상의 2개의 포인트들이 감지되고, 어덴덤(addendum)에 인접한 각각의 포인트 및 디덴덤(dedendum)에 인접한 추가적인 포인트가 바람직하게는 각각의 플랭크에서 감지된다. 포인트들은 정확하게 일치될 필요가 없고, 이는 또한, 측정 구체 중심과 툴 스핀들 축 사이의 정확하지 않게 공지된 상대적 위치로 인해 및 정확하지 않게 공지된 오프셋 ΔV로 인해, 가능하지도 않을 것이다.
포인트들은 상이한 스카이빙 휠 톱니들 상에 있을 수 있지만, 도 5에 도시된 바와 같이, 동일한 스카이빙 휠 톱니의 좌측 및 우측 플랭크들을 선택하는 것이 또한 가능하다. 스카이빙 휠 톱니의 프로파일은 높은 정확도로 공지되어 있는 것으로 가정된다. 이는, 스카이빙 휠들이 높은 정밀도로 연마되어 있기 때문에 이들에 대해 일반적이다. 좌측 및 우측 플랭크들의 프로파일들 Vl(ρl) 및 Vr(ρr)은 각각 극좌표에서 다음과 같이 설명될 수 있다:
(1)
여기서, ρl 또는 ρr은 극각도 Rl(ρl) 또는 Rr(ρr)이고, 극 각도들 및 초기에 미지인 각도들 ψl 및 ψr에 따른 반경은 플랭크들의 회전 위치를 설명한다. 도 6 참조. 4쌍의 2개의 수식들은 4개의 감지 절차들로부터 초래되고;
(2)
(3)
(4)
(5)
여기서 ΔD는 측정 유닛과 툴 스핀들 축 사이의 간격에서 교정의 프레임워크 내에서 추구되는 에러를 설명하고, 4개의 각도들 ρl11, ρl12, ρr13, ρr14는 측정 구체가 실제로 플랭크들과 접촉한 좌측 및 우측 플랭크들 상의 포인트들의 극 각도들을 설명한다.
이러한 총 8개의 수식들은 일반적으로 수치적으로만 풀릴 수 있는 8개의 미지수들 ρl11, ρl12, ρr13, ρr14, ψl, ψr, ΔD 및 ΔV의 연립 방정식을 설명한다.
이러한 목적으로 추가적인 축들이 이용가능한 경우 측정 구체와 톱니 플랭크 사이의 접촉을 초래하기 위해, 여기서 사용된 2개의 축들 D 및 C1 초과의 축을 활용하는 것이 마찬가지로 가능하다. 측정 유닛이 카운터 기둥에 부착된 경우, 예를 들어 축들 X1, V1 및 C1이 사용될 수 있다.
교정의 정확도를 증가시키기 위해, 하나 이상의 스카이빙 휠 톱니들에 걸쳐 분산된 4개 초과의 포인트들을 측정하는 것이 가능한데; 복수의 포인트들은 특히, 측정 프로브의 사용에 의해 또는 광학 방법에 의해 기록될 수 있고, 이들은 또한 특히 복수의 또는 모든 스카이빙 휠 톱니들에 걸쳐 분산될 수 있다. 이로써, 미지수들보다 더 많은 수식들을 갖고 그에 따라 과대 결정된 연립 방정식이 초래된다. 그 다음, ΔV 및 ΔD가 또한 보상 계산의 프레임워크 내에서 결정될 수 있다. 간단한 변형에서 ΔV 또는 ΔD만을 결정하는 것이 또한 가능하다. 이러한 목적으로 연립 방정식으로부터 좌측 또는 우측 플랭크들에 대한 오직 4개의 수식들만이 선택되고, 이는 4개의 미지수들을 갖는 연립 방정식을 생성한다. 예를 들어, 툴 스핀들 축의 축방향으로의 교정에 대해, 툴 장착부 상의 포인트가 감지될 수 있다.
Claims (13)
- 공작물을 기어 스카이빙하기 위한 방법으로서,
제1 단계에서, 기어 스카이빙 가공을 위한 장치(20)에 클램핑된 상태인 공작물의 가공을 위해, 스카이빙 휠의 툴(21)의 기하구조가 측정되고;
추가적인 후속 단계에서, 상기 툴(21)의 측정된 기하구조에 따라 상기 기어 스카이빙을 위한 가공 운동학이 결정되고,
상기 제1 단계에서, 상기 장치(20) 내의 상기 툴(21)의 커팅 에지의 절대적 위치가 결정되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 단계에서 상기 위치의 결정 이외에 상기 커팅 에지의 공간적 범위가 추가적으로 결정되는 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 툴은 스카이빙 휠(21)이고, 하기 기하학적 파라미터 a) 내지 g) 중 적어도 하나가 상기 스카이빙 휠 상에서 측정되는 방법.
a) 상기 스카이빙 휠(21)의 하나 이상의 축방향 포지션들에서 상기 스카이빙 휠(21)의 외경;
b) 상기 스카이빙 휠(21)의 하나 이상의 축방향 포지션들에서 상기 스카이빙 휠(21)의 톱니 두께;
c) 상기 스카이빙 휠(21)의 프로파일 라인;
d) 상기 스카이빙 휠(21)의 톱니 트레이스;
e) 상기 스카이빙 휠(21)의 커팅 에지의 범위;
f) 경사면의 위치 및 경사각 및 계단 각도를 포함하는 방향 중 적어도 하나;
g) 상기 스카이빙 휠(21)의 회전 포지션, 상기 스카이빙 휠(21) 상의 하나 이상의 톱니들의 회전 포지션 중 적어도 하나를 포함하는 상기 툴의 위치.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가공 운동학은 상기 툴의 측정된 기하구조 및 상기 공작물의 축방향 피드 포지션에 따라 결정 또는 보정되는 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가공 운동학은 상기 툴의 측정된 기하구조에 따라 결정 또는 보정되고, 매칭 스트로크 동안 일정하게 유지되는 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
톱니 두께, 프로파일 각도 또는 루트 반경 중 적어도 하나에서의 편차는, 상기 가공 운동학에 의해 보상되거나, 상기 공작물에서 스카이빙된 갭의 각도 포지션은 직접 미리 정의되는 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
커플링 포지션, 중심 거리, 축방향 교차 각도 및 경사면 오프셋을 포함하는 상기 가공 운동학의 파라미터들 중 적어도 하나가 결정되는 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
미리 정의된 생성 허용 오차가 상기 스카이빙 휠 및 가공 운동학으로 관찰될 수 있는지 여부, 또는 기술적 파라미터들이 미리 정의된 범위 내에 있는지 여부의 체크를 통해 평가가 행해지며, 상기 체크의 결과에 따라 대응하는 작업 흐름들이 머신에 의해 출력되는 방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 장치(20)로서,
공작물을 가공하기 위한 스카이빙 휠인 툴(21);
상기 툴(21)을 수용하기 위한 툴 장착부(22);
상기 툴 장착부(22)에 수용된 상기 툴(21)의 기하구조를 측정하도록 구성되는 측정 유닛(23); 및
상기 툴(21)의 측정된 기하구조에 따라 기어 스카이빙에 대한 가공 운동학을 결정하도록 구성되는 제어 유닛을 포함하고,
상기 측정 유닛(23)은 상기 장치(20) 내의 상기 툴(21)의 커팅 에지의 절대적 위치를 결정하여, 상기 절대적 위치에 기초하여 상기 가공 운동학이 또한 결정되도록 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치(20).
- 제9항에 있어서,
상기 장치(20)는, 공지된 직경을 갖는 검사 칼라, 상기 툴 장착부(22) 또는 상기 스카이빙 휠(21) 중 적어도 하나에서 상기 스카이빙 휠(21)의 스핀들 축 상에 배열된 척(chuck)의 원추가 상기 측정 유닛(23)에 의해 측정되고, 측정 결과에 따라 상기 측정 유닛(23)을 교정하기 위해 상기 측정 유닛과 상기 스핀들 축 사이의 거리가 결정될 수 있다는 점에서, 상기 스카이빙 휠(21)의 상기 스핀들 축에 대한 상기 측정 유닛(23)의 공간적 위치를 교정하도록 구성되는 장치(20).
- 제9항에 있어서,
상기 장치(20)는, 상기 스카이빙 휠(21)의 프로파일 각도를 갖는 상기 측정 유닛(23)에 의해 상기 툴 장착부(22)에 위치된 상기 스카이빙 휠(21)의 톱니 프로파일을 결정하고,
이를 공지된 톱니 프로파일과 비교하여, 상기 공지된 톱니 프로파일과 상기 측정된 톱니 프로파일 사이의 편차로부터 상기 측정 유닛(23)과 상기 스카이빙 휠(21) 사이의 상대적 위치에서의 에러를 결정하도록 구성되는 장치(20).
- 제9항에 있어서,
상기 제어 유닛은 상기 측정 유닛(23)에 의해 행해진 상기 툴 장착부(22)에 위치된 상기 툴(21)의 측정에 기초하여 상기 기어 스카이빙의 생성 시뮬레이션을 수행하고, 이를 참조하여 상기 측정된 툴(21)로 기어 스카이빙 프로세스를 위한 상기 가공 운동학을 생성하도록 추가로 구성되는 장치(20).
- 제9항에 있어서,
상기 스카이빙 휠의 프로파일 각도로, 상기 툴 장착부(22)에 위치된 상기 툴(21)의 실제 톱니 프로파일이 결정되고 원하는 톱니 프로파일과 비교되어, 상기 원하는 톱니 프로파일과 상기 측정된 실제 톱니 프로파일 사이의 편차로부터 상기 측정 유닛(23)과 상기 툴(21) 사이의 상대적 위치에서의 에러를 결정하는 장치(20).
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