半完結スカイビング法を実行するための対応するスカイビングツールを有する半完結スカイビング加工の方法および装置
【課題】ツールの寿命を出来る限り長くする。
【解決手段】本発明の方法は、歯車の歯の製造中に、交互式の半完結法を利用して、異なる設定が用いられるが、同じツール１００を用いて、２つの側面が連続的にスカイビング加工される。半完結法の性質上、例えば、ツールの全左側面の刃先が２回使用され、全右側面の刃先が１回のみ使用される。本発明によれば、歯車の歯の製造において、第１のワークピース５０．１の加工中により激しい負荷にさらされた一方の側面の刃先が、次の工程では少ない頻度で使用されるように、同じツール１００が使用される。このことは、他方の側面の刃先が、第２のワークピース５０．２の加工中により激しく又はより頻繁に使用されることで成し遂げられる。
【解決手段】本発明の方法は、歯車の歯の製造中に、交互式の半完結法を利用して、異なる設定が用いられるが、同じツール１００を用いて、２つの側面が連続的にスカイビング加工される。半完結法の性質上、例えば、ツールの全左側面の刃先が２回使用され、全右側面の刃先が１回のみ使用される。本発明によれば、歯車の歯の製造において、第１のワークピース５０．１の加工中により激しい負荷にさらされた一方の側面の刃先が、次の工程では少ない頻度で使用されるように、同じツール１００が使用される。このことは、他方の側面の刃先が、第２のワークピース５０．２の加工中により激しく又はより頻繁に使用されることで成し遂げられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の対象は、ギヤの歯又は別の周期構造を半完結スカイビング加工するための方法、及び、半完結スカイビング法を遂行するための対応するスカイビングツールを有する装置である。
【背景技術】
【０００２】
歯車を加工するための方法は多数存在する。大まかな（soft）予備加工において、ホブ加工（hobbing）、歯車形削り（gear shaping）、創成平削り（generating planing）及びパワースカイビング（power skiving）が知られている。次に説明するように、ホブ加工及びパワースカイビングは所謂連続法である。
【０００３】
歯車の切削において、間欠割出法又は単一割出法と、ときには連続割出法又はフェイスホブとも呼ばれる連続法とが区別される。
【０００４】
連続法では、例えば、カッタを備えた工具が、ワークピースの側面を切削するために用いられる。ワークピースは、一度のクランプで連続的に、すなわち途切れない方法で仕上げ切削される。連続法は、複雑で、組み合わされた動きの順序に基づくものであり、工具と、加工されるワークピースとが、互いに対する連続インデックス動作を実行する。このインデックス動作は、対応するマシンの複数の駆動軸が協調的に又は組み合わされて駆動されることによって起こる。
【０００５】
単一割出法では、１つの歯間が加工され、その後、次の歯間が加工される前に、例えば、工具の相対運動と、所謂インデックス動作（インデックス回転）とが実行され、この間に、工具に対してワークピースが回転する。このようにして、歯車は段階的に加工される。
【０００６】
冒頭で述べた歯車形削り法は、図１に概略的に示されるように、成形ツール１の回転軸Ｒ１とワークピース２の回転軸Ｒ２との交角（「軸交角」とも呼ばれる）が０度であるため、円筒状の歯車によって説明され得る。前記軸交角が０度である場合、前記２つの回転軸Ｒ１，Ｒ２は、平行に延びることになる。ワークピース２と成形ツール１とは、それぞれの回転軸Ｒ２，Ｒ１を中心として連続的に回転する。この回転動作に加えて、成形ツール１は、図１において両矢印Ｓｈｘで示されるようなストローク動作を実行し、このストローク動作中にワークピース２から切り屑を除去する。
【０００７】
かつて、スカイビングと呼ばれる方法が新たに取り上げられた。その基礎は約１００年前である。独国第２４３５１４号と番号が付されたこの主題に関する最初の特許出願は１９１２年に遡る。当初何年か考慮および調査された後、スカイビングはもはや更に真剣には追求されなくなった。これまでは、スカイビング法のための好適な工具形状を見つけるために、一部経験に基づいた複雑なプロセスが必要であった。
【０００８】
１９８０年代中頃、スカイビングが再び取り上げられるようになった。スカイビングの原理は、マシンの今日のシミュレーション法および現代のＣＮＣ制御をもってようやく、生産性、再現性およびロバスト性が高い方法として実行され得るようになった。さらに、今日のツール材料の高耐久性、非常に高い静的および動的な剛性、並びに現代のマシンの同時運転の高い性能は意義深かった。
【０００９】
図２Ａに示すように、スカイビングでは、スカイビングツール１０（「スカイビングホイール」ともいう）の回転軸Ｒ１とワークピース２０の回転軸Ｒ２との軸交角Σが予め規定され、この軸交角は０度とは異なる。結果として起こるスカイビングツール１０とワークピース２０との相対運動は、回転成分と前進成分（並進成分）とに分解され得るヘリカル運動である。回転ヘリカルギヤリングは、駆動技術アナログ（drive technology-specific analogon）として考えることができ、前記回転成分が回転に対応し、前記前進成分が側面のスライドに対応する。軸交角Σの絶対値が大きいほど、ワークピース２０の加工に必要な並進移動成分が増大する。これは、ワークピース２０の歯面の方向に、スカイビングツール１０の刃の運動成分が生じるためである。スカイビングにおいて、対応するヘリカルギヤリングの係合される歯車の噛合相対運動のスライド成分は、切削動作を実行するために利用される。スカイビングにおいて、ワークピース２０の回転軸Ｒ２に平行な遅い軸方向のフィード（「軸方向のフィード」ともいう）Ｓａｘのみが必要であり、歯車形削りにとって一般的である所謂成形動作は省略される。したがって、スカイビングにおいて、戻りストロークの動作も生じない。
【００１０】
スカイビングにおける切削速度は、スカイビングツール１０又はワークピース２０の速度と、回転軸Ｒ１，Ｒ２間の適用される軸交角Σとから直接影響を受ける。軸交角Σ、ひいてはスライド成分は、所定速度での材料を加工するために最適な切削速度が実現されるように選択されるべきである。
【００１１】
公知のスカイビング法の連続した動作と更なる詳細とが、上述の図２Ａの概略図から理解され得る。図２Ａは、円筒状のワークピース２０における外歯車の歯のスカイビングを示す。ワークピース２０とツール１０（ここでは円筒状のスカイビングツール１０）とは、図２Ａに見られるように、例えば角速度ω１，ω２で、反対方向に回転する。
【００１２】
加えて、更なる相対運動が存在する。ワークピース２０の歯幅全体をツール１０で加工できるようにするために、上述した軸方向のフィードＳａｘが必要である。該軸方向のフィードにより、ワークピース２０の回転軸Ｒ２に平行な方向において、ワークピース２０に対するツール１０の変位が生じる。このツール１０の移動方向は、図２Ａにおいて符号Ｓａｘで示されている。ワークピース２０上においてヘリカルギヤの歯の形成が望まれている場合（すなわちβ２≠０である場合）、軸方向のフィードＳａｘに差のフィードＳＤが重ね合わされ、この差のフィードＳＤは、図２Ａに示されるように、回転軸Ｒ２周りのワークピース２０の更なる回転に対応する。ワークピース２０に対するツール１０のフィードが、生成される歯間の方向に生じるような設計観点で、差のフィードＳＤと軸方向のフィードＳａｘとは互いに適応される。さらに、例えば、ワークピース２０の歯車の歯の凸性に影響を与えるために、径方向のフィードＳｒａｄが用いられてもよい。
【００１３】
スカイビングにおいて、切削速度のベクトルｖｃは、実質的に、ツール１０及びワークピース２０の回転軸Ｒ１，Ｒ２の２つの速度ベクトルｖ１，ｖ２の差として生じ、これらの速度ベクトルは、互いに対して軸交角Σだけ傾斜している。速度ベクトルｖ１は、ツール１０の外周における速度ベクトルであり、速度ベクトルｖ２は、ワークピース２０の外周における速度ベクトルである。スカイビングプロセスの切削速度ｖｃは、軸交角Σと、対応するヘリカルギヤリングにおける回転速度とによって変更されてもよい。軸方向のフィードＳａｘは、上述したように比較的遅いため、切削速度ｖｃに少ししか影響を与えず、スカイビング法において無視してもよい。そのため、軸方向のフィードＳａｘは、図２Ａにおけるベクトルｖ１，ｖ２，ｖｃを有するベクトル図において考慮に入れられていない。
【００１４】
図２Ｂに、円錐形のスカイビングツール１０を用いたワークピース２０の外歯車の歯のスカイビングが示されている。図２Ｂにも、軸交角Σ、切削速度のベクトルｖｃ、ツール１０の外周における速度ベクトルｖ１、及び、ワークピース２０の外周における速度ベクトルｖ２が示され、さらにツール１０のねじれ角β１とワークピース２０のねじれ角β２とが示されている。ここでは、ねじれ角β２がゼロでない。図２Ｂにおいて、ツール１０のトゥースヘッド（tooth head）には参照符号４が付されている。図２Ｂにおいて、トゥースフェイス（tooth face）には参照符号５が付されている。２つの回転軸Ｒ１，Ｒ２は交差せず、むしろ、互いに対してねじれの位置関係で配置されている。円錐形のスカイビングツール１０を用いる場合、先端逃げ角（end relieve angles）を設けるためにスカイビングツール１０の傾斜（tilting）は必要でないため、典型的には、２つの回転軸Ｒ１，Ｒ２の共通垂線上に設計点ＡＰが選択される。この場合、設計点ＡＰは、所謂接点（contact point）ＢＰと一致する。対応するヘリカル回転ギヤリングのピッチ円は、設計点ＡＰにおいて接する。
【００１５】
スカイビングでは、少なくとも１つの幾何学的に決定された側面の刃先を備えたツール１０が用いられる。図２Ａ及び図２Ｂにおいて、前記側面の刃先は図示されていない。前記側面の刃先の形状および配置は、実際には、具体的構成において考慮に入れられるべきものである。
【００１６】
さらに、スカイビングではツール自体が非常に重要である。図２Ａに示される例において、スカイビングツール１０は平歯車の形状を有する。図２Ａにおけるメインボディの外形は円筒形である。しかしながら、その外形は、図２Ｂに示されるような円錐形であってもよい。スカイビングツール１０の歯車の歯は前記側面の刃先の全長に亘って係合するため、ツール１０の各歯は、側面の刃先において十分な逃げ角を必要とする。
【００１７】
スカイビングにおいて所謂半完結法が適用されてもよいことが知られている。半完結メソッドと呼ばれる方法では、第１のステップで歯間の左右両側面が加工されるが、左右の一方の側面の形状しか仕上げ加工されない。そして、第２のステップでは、マシン設定が変更された後、所望のギャップ幅及び歯の形状を得るために左右一方の側面が再加工される。半完結メソッドが採用される１つの理由は、側面がより自由に構成され得ることである。すなわち、所謂歯面修整を完結メソッドよりも容易に行うことができる。さらに、半完結では、ギャップ幅がワークホイールのシンプルな旋回により変更されることから、歯の厚みも補正することができる。
【００１８】
半完結メソッドは、Zyklo-Palloid（商標名）メソッドで予備加工されるギヤの歯を単一割出法で研削することから、もともとはベベルギヤで知られている。
【００１９】
以前のスカイビング法のいくつかの研究により、スカイビングツール１０の構成によっては、スカイビングツール１０の激しい摩耗が生じ得ることが示されている。この提言は、スカイビングに半完結法を適用する場合にも当てはまる。したがって、スカイビングツール１０の摩耗を低減でき、スカイビングツール１０を長寿命化することができる解決策が求められる。ワークピース２０の歯切り中の生産コストはツールの寿命により実質的に影響されるため、スカイビングメソッドは、摩耗が低減されることでコスト的に有利になる。
【００２０】
本発明の目的は、歯車毎ないしワークピース毎の生産コストの低減により区別される、歯車または別の周期構造の歯面を加工するための方法および装置を提供することである。
【００２１】
特に、本発明の目的は、ツールの寿命を出来る限り長くすることである。
【発明の概要】
【００２２】
この目的は、本明細書において交互式の半完結スカイビング法と呼ばれる本発明に係る方法により達成される。すなわち、前記目的は、半完結法の原理に基づいた本発明に係る方法により達成される。スカイビングツールの側面の刃先の、任意的には更にヘッドの刃先の負荷、ひいては摩耗を最大限均一にするために、交互式の方法が実行される。
【００２３】
本発明の特徴は、例えば歯車の歯を製造しているとき、交互式の半完結法を適用することで、該歯の２つの側面が、異なる設定を用いるが、同じツールを用いて、継続的にスカイビング加工される。半完結法の性質上、例えば、ツールの全左側面の刃先が２回使用されるが、右側面の刃先は１回しか使用されないことになる。そこで、本発明によれば、同じツールが、先に、より激しく且つ／又はより長い加工時間にさらされた一方の側面の刃先（上述の例では左側面の刃先）が、次の工程では、激しさ又は頻度が低減されて使用されるような態様で歯車の歯を製造するように使用される。このことは、他方の側面の刃先（上述の例では右側面の刃先）が、第２の歯車の歯の製造中に、より激しく又はより高い頻度で使用されることによって、成し遂げられる。
【００２４】
本発明は、主として、予備歯切りのために、すなわち、金属材料の加工のために開発されたものである。
【００２５】
本発明によれば、側面の刃先の摩耗に加えて、ヘッドの刃先の摩耗も均一化、すなわち、均一に分散することができる。
【００２６】
したがって、本発明は、交互式の半完結スカイビング法に関する。すなわち、本発明は、側面の刃先を交互に使用することによりツールの刃の負荷が出来る限り均一に分散されるように、半完結の態様が連続スカイビング法に適用される方法に関する。
【００２７】
交互式の半完結スカイビング法は、歯車の歯などの回転対称性の周期構造の製造に関連して使用されることができる。
【００２８】
交互式の半完結スカイビング法には、本明細書でスカイビングツールと呼ばれるツールが使用される。
【００２９】
本発明は、回転対称性の周期構造を有する少なくとも２つのワークピースを１つのスカイビングツールのみを使用してスカイビング加工するための方法及び装置に関する。本発明では、
第１のワークピースを提供するステップと、
第２のワークピースを提供するステップと、が実行され、
第１のワークピースを提供するステップは、
第１のワークピースに対して、前記スカイビングツールを第１の相対位置に位置付けるステップと、
第１のワークピースの第１のスカイビング加工動作（「第１の加工段階」ともいう）を実行するステップであって、該第１のスカイビング加工動作において、第１のワークピースの周期構造の全右側面又は全左側面の一方を仕上げ加工し、他方を予備加工するステップと、
第１のワークピースに対して、前記スカイビングツールを第２の相対位置に位置付けるステップと、
第１のワークピースの第２のスカイビング加工動作（「第２の加工段階」ともいう）を実行するステップであって、該第２のスカイビング加工動作において、第１のワークピースの周期構造の左右の側面のうち、第１のスカイビング加工動作において予備加工しかされなかった側面を仕上げ加工するステップと、を有し、
第２のワークピースを提供するステップは、
第２のワークピースに対して、前記スカイビングツールを第３の相対位置に位置付けるステップと、
第２のワークピースの第３のスカイビング加工動作（「第３の加工段階」ともいう）を実行するステップであって、該第３のスカイビング加工動作において、
第１のワークピースにおいて第１のスカイビング加工動作の実行中に前記周期構造の全左側面が仕上げ加工された場合に、第２のワークピースの周期構造の全右側面を仕上げ加工するとともに、前記左側面を予備加工する動作と、
第１のワークピースにおいて第１のスカイビング加工動作の実行中に前記周期構造の全右側面）が仕上げ加工された場合に、第２のワークピースの周期構造の全左側面を仕上げ加工するとともに、前記右側面を予備加工する動作とのうち、いずれか一方の動作を実行するステップと、
第２のワークピースに対して、前記スカイビングツールを第４の相対位置に位置付けるステップと、
第２のワークピースの第４のスカイビング加工動作（「第４の加工段階」ともいう）を実行するステップであって、該第４のスカイビング加工動作において、第２のワークピースの周期構造の左右の側面のうち、第３のスカイビング加工動作において予備加工しかされなかった側面を仕上げ加工するステップと、を有する。
【００３０】
ここで、第１及び第２の加工段階の後、直ちに第３及び第４の加工段階を続けなければならないわけではないことに留意されたい。例えば、第１及び第２の加工段階で複数のワークピースが加工され、その後に、別のワークピースが第３及び第４の加工段階で加工されてもよい。ただし、結果的には、半完結加工を交互に行うことで、スカイビングツールの右側面の刃先の負荷と左側面の刃先の負荷とが略均一に分散されることは保証されるべきである。
【００３１】
ここで、ワークピースの前記回転対称性の周期構造は、必ずしも、対称な歯、すなわち、対称な歯間、溝またはチャンネルを有する必要はない。簡潔にする目的で、本願図面および明細書の後の説明では、対称な歯を有するワークピースが図示および説明されている。しかしながら、本発明は、非対称の構造にも適用することができる。
【００３２】
少なくとも、第１の相対位置と第２の相対位置とは互いに異なり、第３の相対位置と第４の相対位置とは互いに異なることに留意されたい。全ての実施形態において、第１の相対位置は、第４の相対位置に一致することが好ましく、第２の相対位置は、第３の相対位置に一致することが好ましい。
【００３３】
スカイビングツールにおいて、ヘッドの刃先は、第１のワークピース及び第２のワークピースにおいて製造される歯間の歯底におけるギャップ幅よりも小さい幅を有する。
【００３４】
さらに、本発明によれば、ワークピースにおけるギャップ幅に対応してヘッドの刃の幅が選択されることで、ヘッドの刃の摩耗を均一に分散させることができる。したがって、ヘッドの刃は、前記歯底におけるギャップ幅の３分の２以下の幅を有することが特に好ましい。
【００３５】
全ての実施形態において、本発明のスカイビングは、歯又は別の周期構造が形成されるまでワークピースの材料が連続的に除去されるように、ワークピースとツールとの相対動作が予め定義され、実行されることを特徴とする。
【００３６】
本発明によれば、歯の頂部に影響を及ぼすために、例えば、独国特許出願ＤＥ３９１５９７６Ａ１の技術的教唆に従って、スカイビングツールの相対フィード動作に径方向の移動が重ね合わされてもよい。
【００３７】
本発明に係る方法は、「歯車の歯」を持たないワークピース、すなわち、ハード加工前のソフト加工（「予備歯切り」という）の範囲に好適に利用される。
【００３８】
本発明に係る方法は、所定状況下ではハード加工に利用することもできる。
【００３９】
スカイビング加工中、回転しているツールは、回転しているワークピースに対して、第２の回転軸の方向に沿って、軸方向のフィード動作を実行し、この軸方向のフィード動作は、切削方向に対して同じ方向または反対方向に拡がる。
【００４０】
ツールの回転軸は、常に、本発明に係るスカイビングにおけるワークピースの回転軸に対して傾いて位置付けられ、すなわち、軸交角Σは常にゼロでない。
【００４１】
さらに、例えば、本願の出願人により２０１１年５月２６日に欧州特許出願第１１１６７７０３．５号として欧州特許庁に提出された特許出願の明細書に記載されているように、本発明に係るスカイビング中に、ツールは、ワークピースに対して接近する方向または離反する方向に傾けられてもよい。
【００４２】
本発明に係るスカイビングは、連続的なチップ除去メソッドである。
【００４３】
本発明に係るツールは、全ての実施形態において、所謂コンプリートツールとして構成されてもよく、該コンプリートツールは、１つの部材により実行されるツールである。コンプリートツールでは、刃がツールと一体的な構成要素となる。
【００４４】
全ての実施形態において、ディスク状、リング状、又は、プレート状のカッタヘッドのメインボディを有し、該メインボディに、好ましくはバーカッタで構成されたカッタインサートが設けられたカッタヘッドツール（本明細書では「バーカッタツール」という）が特に好ましい。本発明の実施形態では、ディスク状又はプレート状のカッタヘッドのメインボディを有し、該メインボディに切削プレートが設けられたツールであってもよい。
【００４５】
本発明によれば、前記バーカッタツールのシャフトは、別のスカイビングツールよりも狭く構成されてもよい。これにより、パッキング密度（packing density）をより高くすることができる。他の半完結法に比べて、より多くのバーカッタツールが、ディスク状、リング状またはプレート状のカッタヘッドのメインボディに収められてもよい。
【００４６】
本発明の方法は、外側ツールだけでなく、内側ツールにも適用することができる。
【００４７】
本発明は、従来の半完結スカイビングに比べて、多くの利点を提供し、その利点を以下に簡潔に列挙する。
・ツールの寿命を長くすることができる。
・ワークピースのコストを低減できる。
・ツールの故障を抑制することができる。
・費用対効果を高めることができる。
【００４８】
本発明に係る方法は、乾式加工および湿式加工のいずれに関連づけても実行することができる。
以下、本発明の更なる詳細および効果が、実施例に基づいて且つ図面を参照して説明される。簡潔にする目的で、全ての概略図面におけるピッチ円（ピッチ円筒）において、ワークピースとスカイビングツールは単純化されている。ただし、図示された関係は、歯の高さを有する全ての歯にも当てはまる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】外側が歯切りされるワークピースに歯車形削り中に係合する円筒状の外形を有する成形ホイールの概略図を示す。
【図２Ａ】外側が歯切りされるワークピースにスカイビング中に係合する円筒状の外形を有するすぐばスカイビングホイールの概略図を示す。
【図２Ｂ】外側が歯切りされるワークピースにスカイビング中に係合する円錐状の外形を有するはすばスカイビングホイールの概略図を示す。
【図３Ａ】スカイビングツールの刃の左右両側面の刃先とヘッドの刃先とを用いて、第１のワークピースの左側面の仕上げ歯切りと右側面の予備歯切りとが同時に行われる第１の加工段階の概略断面図を示す。
【図３Ｂ】スカイビングツールの刃の右のみの側面の刃先とヘッドの刃先とを用いて、第１のワークピースの右側面の仕上げ歯切りが行われる第２の加工段階の概略断面図を示す。
【図３Ｃ】スカイビングツールの刃の左右両側面の刃先とヘッドの刃先とを用いて、第２のワークピースの右側面の仕上げ歯切りと左側面の予備歯切りとが同時に行われる第３の加工段階の概略断面図を示す。
【図３Ｄ】スカイビングツールの刃の左のみの側面の刃先とヘッドの刃先とを用いて、第２のワークピースの左側面の仕上げ歯切りが行われる第４の加工段階の概略断面図を示す。
【図４Ａ】スカイビングツールの刃の左右両側面の刃先とヘッドの刃先全体とを用いて、第１のワークピースの左側面の仕上げ歯切りと右側面の予備歯切りとが同時に行われる第１の加工段階の概略断面図を示す。
【図４Ｂ】スカイビングツールの刃の右のみの側面の刃先とヘッドの刃先の右部分のみとを用いて、第１のワークピースの右側面の仕上げ歯切りが行われる第２の加工段階の概略断面図を示す。
【図４Ｃ】スカイビングツールの刃の左右両側面の刃先とヘッドの刃先全体とを用いて、第２のワークピースの右側面の仕上げ歯切りと左側面の予備歯切りとが同時に行われる第３の加工段階の概略断面図を示す。
【図４Ｄ】スカイビングツールの刃の左のみの側面の刃先とヘッドの刃先の左部分とを用いて、第２のワークピースの左側面の仕上げ歯切りが行われる第４の加工段階の概略断面図を示す。
【図５Ａ】第１の加工段階において刃が歯間を通過するときの刃の位置が概略的に示された、ワークピースの一部の平面図を示す。
【図５Ｂ】第２の加工段階において刃が歯間を通過するときの刃の位置が概略的に示された、図５Ａのワークピースの一部の平面図を示す。
【図６】第２の加工段階においてスカイビングツール（図示せず）の刃を有するカッタバーが歯間を通るように案内される態様を理解できるようにした、スカイビング中におけるワークピースの一部を示す図である。
【図７】外側で歯切りされる円筒状のワークピースと、−２０°の傾斜角度δで本発明に使用され得る、円錐状に先細のスカイビングツールとを示す概略図である。
【図８】カッティングホイールコンプリートツールで構成されたスカイビングツールの概略図を示す。
【図９Ａ】正の傾斜角度δでの使用に適したカッティングホイールコンプリートツールで構成された、別のスカイビングツールの概略図を示す。
【図９Ｂ】外側で歯切りされる円筒状のワークピースと、＋２０°の傾斜角度δが予め定義された図９Ａのスカイビングツールとを示す概略図である。
【図１０Ａ】負の傾斜角度δでの使用に適したカッティングホイールコンプリートツールで構成された、別のスカイビングツールを示す概略図である。
【図１０Ｂ】外側で歯切りされる円筒状のワークピースと、−２０°の傾斜角度δが予め定義された図１０Ａのスカイビングツールとを示す概略図である。
【図１１】斜め下方からのすぐばワークピースの内側スカイビング中における所謂インナースカイビングリングの一部を示す概略斜視図であり、該インナースカイビングリングのいくつかのカッタバーのみが図示され、該インナースカイビングリングのリング状のメインボディの図示が省略された図である。
【図１２】内側で歯切りされるワークピースの歯切り中における、スカイビングツールを有する本発明に係るマシンの概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
本発明の説明に関して、関連のある出版物および特許にも使用される用語が使用される。ただし、これらの用語は、よりよい理解に役立つために使用されるに過ぎないものである。本発明の考え、及び本願請求項の保護範囲は、用語の特異な選択によってそれらの範囲内に限定されるべきものでない。本発明は、他の用語システム及び／又は技術分野に容易に転換することができる。それらの用語は、他の技術分野において適切に使用されるべきである。
【００５１】
回転対称性の周期構造（rotationally-symmetric, periodic structures）は、例えば、内側および／または外側の歯を有する（平歯車などの）歯車である。ただし、回転対称性の周期構造は、例えば、ブレーキディスク、クラッチ要素またはトランスミッション要素などであってもよい。特に、本発明は、ピニオンシャフト、ウォーム、歯車ポンプ、リングジョイントハブ（リングジョイントは、例えばディファレンシャルから車輪に力を伝達するための自動車部品に使用される。）、スプラインシャフト接続部、スライディングスリーブ、ベルトプーリなどの生産に関する。本明細書において、周期構造は周期的反復構造ともいう。
【００５２】
以下、主として、歯車、歯および歯間について説明する。ただし、上述のように、本発明は、他の周期構造を備えた他の部品に転用することもできる。この場合、これらの他の部品は、歯間ではなく、例えば溝またはチャンネルを対象とする。
【００５３】
以下、第１及び第２のワークピース５０．１，５０．２について説明する。第２のワークピース５０．２は、典型的には、第１のワークピース５０．１と比べて、未加工の状態の形状は異ならないが、仕上げ加工された状態での形状が異なる。典型的に、本明細書において第１の加工段階と呼ぶ第１のステップ後の第１のワークピース５０．１と、本明細書において第３の加工段階と呼ぶ第３のステップ後の第２のワークピース５０．２との間に相違がある。
【００５４】
以下、図３Ａ〜図３Ｄ及び図４Ａ〜図４Ｄの概略図を参照しながら、本発明に係る方法の基本的な側面について説明する。
【００５５】
図３Ａ〜図３Ｄに基づいて、スカイビングツール１００の全右側面の刃先１１３及び全左側面の刃先１１２の均一な負荷を主たる対象とする第１の方法について説明する。なお、第１の方法では、スカイビングツール１００のヘッドの刃１１４の使用については、最適化されたものでない。図３Ａ及び図３Ｂは、スカイビングツール１００を用いて、回転対称性周期構造を有する第１のワークピース５０．１をスカイビング加工することに関するものであり、図３Ｃ及び図３Ｄは、同じスカイビングツール１００を用いて、回転対称性周期構造を有する第２のワークピース５０．２をスカイビング加工することに関するものである。これらの図面は、非常に概略的なものであり、１つの歯間と、スカイビングツール１００の１つの刃１１１のみを示している。図３Ａ及び図３Ｂにおけるスカイビングツール１００とワークピース５０．１との位置関係と、図３Ｃ及び図３Ｄにおけるスカイビングツール１００とワークピース５０．２との位置関係とを理解できるようにすることを目的として、以下のラインが引かれている。ラインＭＬは刃１１１の中心線を表している。仮想のギャップの中心はラインＬＭで示されている。太い破線は、図示された瞬間においてワークピース５０．１，５０．２上の材料を取り除く刃１１１部分を概略的に示している。
【００５６】
図面では便宜上、対称的な構造が示されているが、本発明のあらゆる実施形態において、歯または別の周期構造は非対称であってもよい。
【００５７】
本実施形態の方法は、次のステップを有する。
［第１のワークピース５０．１を提供するステップ］
このステップは、例えば、スカイビングマシン２００内に第１のワークピース５０．１を導入するステップと、ワークピーススピンドル１８０上に第１のワークピース５０．１を固定するステップとを備えてもよい。
・このステップでは、先ず、第１のワークピース５０．１に対する第１の相対位置ＲＰ１にスカイビングツール１００が位置付けられる。第１の相対位置ＲＰ１は図３Ａに示されている（このとき、中心線ＭＬは仮想のギャップ中心ＬＭよりも左側に位置する）。
・第１の相対位置ＲＰ１において、第１のワークピース５０．１の第１のスカイビング加工動作（「第１の加工段階」という）が始まる。第１の加工段階の間、第１のワークピース５０．１の周期構造の全右側面５４又は全左側面５３のいずれか一方が仕上げ加工され、他方の側面５３，５４が予備加工される。図３Ａには一例が示されており、参照符号５３ｆ（「ｆ」は「仕上げ（finish）」を意味する）で示されるように、第１の加工段階の間に左側面が仕上げ加工される。対照的に、右側面は、参照符号５４ｖ（「ｖ」は「予備加工（premachined）」を意味する）で示されるように、予備加工されるのみである。第１の加工段階の間には全ての面の刃先１１２，１１３，１１４が全体的に使用される。
・続いて、スカイビングツール１００は、第１のワークピース５０．１に対する第２の相対位置ＲＰ２に位置付けられる。第２の相対位置ＲＰ２は図３Ｂに示されている（このとき、中心線ＭＬは仮想のギャップ中心ＬＭよりも右側に位置する）。
・第２の相対位置ＲＰ２において、第１のワークピース５０．１の第２のスカイビング加工動作（「第２の加工段階」という）が始まる。第２の加工段階の間、第１のワークピース５０．１の周期構造の左右の側面５３，５４のうち、先に第１の加工段階において予備加工しかされなかった側面が仕上げ加工される。図示された例において、参照符号５４ｆ（「ｆ」は「仕上げ（finish）」を意味する）で示されるように、第２の加工段階の間に右側面が仕上げ加工される。第２の加工段階の間には、全右側面の刃先１１３と、ヘッド全体の刃先１１４とが使用される。このとき、左側面の刃先１１２は使用されない。
［第１のワークピース５０．１の加工に続いて、又は、更に別の第１のワークピースが（同じ方法により）加工された後、第２のワークピース５０．２を提供するステップ］
このステップは、例えば、スカイビングマシン２００内に第２のワークピース５０．２を導入するステップと、ワークピーススピンドル１８０上に第２のワークピース５０．２を固定するステップとを備えてもよい。再固定を行うことなく、第１のワークピース５０．１の加工から第２のワークピース５０．２の加工への変更を可能にするために、スカイビングマシン２００に２つのワークスピンドル１８０を設けてもよい。
・このステップでは、先ず、第２のワークピース５０．２に対する第３の相対位置ＲＰ３にスカイビングツール１００が位置付けられる。このとき、第２の相対位置ＲＰ２と同様、中心線ＭＬは、仮想のギャップ中心ＬＭよりも右側に位置する。
・（例えば第２の相対位置ＲＰ２に一致してもよい）第３の相対位置ＲＰ３において、第２のワークピース５０．２の第３のスカイビング加工動作（「第３の加工段階」という）が始まる。第３の加工段階では、次の２つの加工のうちいずれか一方が行われる。一方の加工では、（図３Ａの場合のように）第１のワークピース５０．１における第１のスカイビング加工動作の実行中に第２のワークピースの周期構造の全ての左側面５３が仕上げ加工された場合において、（図３Ｃに示すように、）第２のワークピース５０．２の周期構造の全ての右側面５４が仕上げ加工されると共に、全ての左側面５３が予備加工される。他方の加工では、第１のワークピース５０．１における第１のスカイビング加工動作の実行中に第２のワークピースの周期構造の全ての右側面５４が仕上げ加工された場合において、第２のワークピース５０．２の周期構造の全ての左側面５３が仕上げ加工されると共に、全ての右側面５４が予備加工される。
図３Ａ〜図３Ｄに示す例では、図３Ａにおける参照符号５３ｆ（「ｆ」は「仕上げ（finish）」を意味する）に示すように、第１の加工段階中に第１のワークピース５０．１で前記周期構造の全左側面が仕上げ加工された。したがって、（図３Ｃに示される）第３の加工段階中に、図３Ｃにおいて参照符号５４ｆ（「ｆ」は「仕上げ（finish）」を意味する）で示されるように、第２のワークピース５０．２の周期構造の全ての右側面が仕上げ加工された。図３Ｃにおいて参照符号５３ｖ（「ｖ」は「予備加工（premachined）」を意味する）で示されるように、左側面は予備加工のみされた。全ての面の刃先１１２，１１３，１１４は、そっくりそのまま第３の加工段階中に再び使用される。
・続いて、スカイビングツール１００は、第２のワークピース５０．２に対する第４の相対位置ＲＰ４に位置付けられる。図３Ａと図３Ｄとの比較に基づいて明らかなように、第４の相対位置ＲＰ４は、図示された例において、第１の加工位置ＲＰ１に一致している。第１の相対位置ＲＰ１の場合と同様、中心線ＭＬは、仮想のギャップ中心ＬＭよりも左側に位置する。
・第４の相対位置ＲＰ４において、第２のワークピース５０．２の第４のスカイビング加工動作（「第４の加工段階」という）が始まる。第４の加工段階中には、第３の加工段階中に予備加工しかされなかった第２のワークピース５０．２の周期構造の側面５３，５４が仕上げ加工される。図示された例では、図３Ｄにおいて参照符号５３ｆ（「ｆ」は「仕上げ（finish）」を意味する）で示されるように、左側面が仕上げ加工される。第４の加工段階中に、全左側面の刃先１１２とヘッド全体の刃先１１４とが使用される。ここでは、右側面の刃先１１３は使用されない。
【００５８】
概して、図３Ａ〜図３Ｄに係る第１のワークピース５０．１及び第２のワークピース５０．２の製造中において、１つのカッタで切削される歯間５２毎に、左側面の刃先１１２は３回使用され、右側面の刃先１１３は３回使用され、ヘッドの刃先は４回使用される。したがって、側面の刃先１１２，１１３には均一に負荷がかかる。
【００５９】
さらに、図３Ａ〜図３Ｄに見られるように、刃１１１には、右側面の刃先１１３と、左側面の刃先１１２と、ヘッドの刃先１１４とが設けられている。図示された例において、ヘッドの刃先１１４は、（図面の面において、）製造される歯間５２の歯底５５の底幅の半分に概ね一致する幅を有する。この寸法の結果、第１のワークピース５０．１の加工中、具体的には、第１の加工段階（図３Ａ）及び第２の加工段階（図３Ｂ）の間に、ヘッドの刃先１１４が２回使用されることになる。第２のワークピース５０．２においても、結果的に、ヘッドの刃先１１４は２回使用される。対照的に、ヘッドの刃先１１４の幅が、製造される歯間５２の底幅の半分よりも大きい場合、図４Ａ〜図４Ｄに基づいて後述するように、ヘッドの刃先１１４の一部のみが複数回使用される。
【００６０】
図４Ａ〜図４Ｄに基づいて、スカイビングツール１００の全右側面の刃先１１３と全左側面の刃先１１２との均一な負荷のみを対象としない第２の方法について説明する。なお、第２の方法では、スカイビングツール１００のヘッドの刃先１１４の使用については、最適化されたものでない。図４Ａ及び図４Ｂは、また、スカイビングツール１００を使用しながら、回転対称性の周期構造を有する第１のワークピース５０．１をスカイビング加工することに関し、図４Ｃ及び図４Ｄは、同じスカイビングツール１００を使用しながら、回転対称性の周期構造を有する第２のワークピース５０．２をスカイビング加工することに関する。
【００６１】
図４Ａ〜図４Ｄは図３Ａ〜図３Ｄに実質的に対応するため、図３Ａ〜図３Ｄの説明が参照される。以下、本質的に異なることについてのみ説明する。図４Ｂ及び図４Ｄに示されるように、ヘッドの刃先１１４は、歯底５５におけるギャップ幅の約３分の２に一致する幅を有する。
【００６２】
図４Ａに示される第１の加工段階において、図４Ａにおいて太い破線で示されるように、全側面の刃先１１２，１１３とヘッド全体の刃先１１４とが使用される。図４Ａにおいて、左側面５３ｆは仕上げ加工され、右側面５４ｖは予備加工される。さらに、歯底は、ヘッドの刃先１１４の全幅に亘って加工された。
【００６３】
図４Ｂにおいて、第２の加工段階において右側面５４ｆは仕上げ加工される。さらに、歯底５５におけるギャップ幅の右側約３分の１の部分が仕上げ加工される。図４Ｂに示される第２の加工段階において、図４Ｂにおける太い破線で示されるように、右側面の刃先１１３と、ヘッドの刃先１１４のせいぜい右側半分のみが使用される。
【００６４】
図４Ｃに示される第３の加工段階において、図４Ｃの太い破線で示されるように、全側面の刃先１１２，１１３とヘッド全体の刃先１１４とが再び使用される。図４Ｃにおいて、右側面５４ｆが仕上げ加工され、左側面５３ｖが予備加工される。さらに、歯底はヘッドの刃先１１４の全幅に亘って加工された。
【００６５】
図４Ｄでは、第４の加工段階中に左側面５３ｆが仕上げ加工される。さらに、歯底５５におけるギャップ幅の左側約３分の１の部分が仕上げ加工される。図４Ｄに示される第４の加工段階では、図４Ｄの太い破線で示されるように、左側面の刃先１１２と、ヘッドのせいぜい左側半分の刃先１１４のみが使用される。
【００６６】
結果的に、図４Ａ〜図４Ｄに係る第１のワークピース５０．１及び第２のワークピース５０．２の製造中、１つのカッタにより切削される歯間５２毎に、左側面の刃先１１２が３回使用され、右側面の刃先１１３が３回使用され、ヘッドの刃先１１４が３回使用される。したがって、側面の刃先１１２，１１３とヘッドの刃先１１４とには均一に負荷がかかる。
【００６７】
刃１１１は、コンプリートツール、バーカッタツール又はカッティングプレートツールとして組み込まれたスカイビングツール１００の一部であってもよい。
【００６８】
図５Ａ及び図５Ｂは、図３Ａ及び図３Ｂにおける状態に概ね一致する図を示す。
【００６９】
図５Ａは、刃１１１が歯間５２を通過するときの刃の位置が概略的に示された、ワークピース５０．１の一部の平面図を示す。図５Ａ及び図５Ｂに基づいて、フィード方向ＶＲ、切削方向ＳＲ、刃１１１の位置、及び、切削面１２１の概略形状が理解され得る。フィード方向ＶＲはギャップ方向に延び、ワークピース５０．１の軸方向のフィードと、該軸方向のフィードに組み合わされる差のフィードとで構成される。切削方向ＳＲは、ここでフィード方向ＶＲと共に鋭角を形成する。図５Ａは、例えば第１の加工段階中における概略的なスナップショットを示す。図５Ａにおいて、側面の刃先１１２，１１３とヘッドの刃先１１４とは破線で示され、刃１１１のこれらの要素は、ワークピース５０．１の材料で隠されている。図示された瞬間において、両側面の刃先１１２，１１３とヘッドの刃先１１４とが使用されている。
【００７０】
図５Ｂは、例えば第２の加工段階中の概略的なスナップショットを示す。側面の刃先１１２は見える。側面の刃先１１３はほんの小さな部分だけが見て取れる。ヘッドの刃先１１４は、図５Ｂにおいてワークピース５０．１の材料に隠されている。よりよい説明のために、図５Ａ及び図５Ｂにおいても補助線ＬＭ，ＭＬが図示されており、これらの補助線の意味は、図３Ａ〜図３Ｄの文脈で説明した通りである。
【００７１】
図６は、本発明に係るスカイビング中における第２のワークピース５０．２の一部を示し、この図６により、刃１１１を有するカッタバー１２０が歯間５２を通るように案内される態様を理解できる。図６に示されるスカイビングツール１００（「バーカッタツール」という）は、複数のカッタバー１２０を受けるためのメインボディを備える。ただし、図６では、スカイビングツール１００の１つのカッタバー１２０のみが図示されている。
【００７２】
全ての実施形態において、各刃１１１は１つの切削面１２１を有し、全ての切削面１２１は、ツール１００の回転軸Ｒ１に対して、正面側の平面または円錐面上に回転対称性をもって配置されることが好ましい（任意的に、端面または円錐面に対して１段階の角度だけ個々に傾けられてもよい）。
【００７３】
すなわち、切削面１２１は、端面に生じ得る正面の円錐面上において、ツール１００の回転軸Ｒ１に対して回転対称性をもって配置されることが好ましい。
【００７４】
切削面１２１は、カッティングヘッド（刃１１１）上に、フラットな平面または僅かに湾曲した平面として組み込まれてもよい。また、切削面１２１は、カッティングフェイスの基準面に対して僅かにアーチ状に曲がっていてもよい。
【００７５】
本発明によれば、２つの回転軸Ｒ１，Ｒ２は、常に互いに対して傾斜して（ねじれて）いる。したがって、軸交角Σは常にゼロではない。
【００７６】
ツール１００は、スカイビング中において、ワークピース５０．１，５０．２に対して接近する方向または離反する方向に傾けられることが好ましい。ツール１００の当該傾斜度は任意である。この傾きは、通常、衝突を回避するために使用される。当該傾斜角度をδとする。この傾斜についての詳細は、例えば、本願の出願人により２０１１年５月２６日に欧州特許出願第１１１６７７０３．５号として欧州特許庁に提出された特許出願の明細書において説明されている。
【００７７】
傾斜角度δは、−３０°から＋３０°までの範囲内であることが好ましい。
【００７８】
図７は、本発明の文脈において−２０°の傾斜角度で使用され得る円錐形テーパ状スカイビングツール１００の概略図である。図７の概略図に示されるように、スカイビングツール１００は、所謂カッタヘッドツールであり、（円錐台形状を有する）カッタヘッドのメインボディ１１０を備え、好ましくはバーカッタ１２０の形状でカッタ挿入部が設けられている。スカイビングツール１００は、非常に概略的に図示されたツールスピンドル１７０を介してマシン２００に駆動連結されている。スカイビングツール１００は、傾斜角度δが−２０°であってもスカイビング中にスカイビングツール１００のワークピース５０．１又は５０．２との衝突が生じないように選択された、（カッタバー１２０を含むカッタヘッドのメインボディ１１０の三次元末梢形状の意味における）衝突曲線を有する。
【００７９】
しかしながら、スカイビングツール１００は、例えば図８に示されるように、別の形状を有してもよい。図８は、カッティングホイールの形状を有するスカイビングツール１００を示す。このツールは、刃１１１がスカイビングツール１００の一部となっているコンプリートツールである。スカイビングツール１００は複数の刃１１１を有し、図８では、そのうちの１つの刃に参照符号１１１が付されている。スカイビングツール１００のメインボディは、円錐団ディスクの形状、又は、円錐台状のプレートを有する。スカイビングツール１００の隣に、１つの刃１１１が拡大して図示されている。この刃１１１に、側面の刃先１１２，１１３、ヘッドの刃先１１４及び切削面１２１が示されている。
【００８０】
図９Ａは、本発明と共に使用され得る別のスカイビングツール１００を示す。刃１１１の切削面１２１は、（任意に傾けられた）円錐面上に配置されている。図９Ｂは、図９Ａに係るスカイビングツール１００を円筒状のワークピース５０．１又は５０．２と共に示す。スカイビングツール１００は、大きな傾斜角度δでワークピース５０．１，５０．２に対して傾けられている。傾斜角度δは約２０°である。
【００８１】
図９Ａ及び図９Ｂに示されるスカイビングツール１００は、すぐばベベルギヤの形状を有し、このベベルギヤの歯が刃１１１に相当する。切削面１２１は、比較的小さな径を有する端面上に位置付けられている。より正確には、補助的な錐面上、すなわち、（任意に互いに傾けられた）円錐面上に切削面１２１が配置されている。図示されたスカイビングツール１００のねじれ角β１は０°である。ねじれ角β１が０°でない場合、当該スカイビングツール１００は、ヘリカルベベルギヤの基本形状を有する。
【００８２】
図１０Ａは、本発明と共に使用され得る別のスカイビングツール１００を示す。刃１１１の切削面１２１は、（任意に傾けられた）円錐面上に配置されている。図１０Ｂは、図１０Ａに係るスカイビングツール１００を円筒状のワークピース５０．１又は５０．２と共に示す。スカイビングツール１００は、大きな傾斜角度δでワークピース５０．１，５０．２に対して傾けられている。傾斜角度δは約−１８°である。
【００８３】
図１０Ａ及び図１０Ｂに示されるスカイビングツール１００は、すぐばベベルギヤの形状を有し、該ベベルギヤの歯は刃１１１に相当する。切削面１２１は、比較的大きな径を有する端面に位置付けられている。より正確には、補助的な錐面上、すなわち、（任意に互いに傾けられた）円錐面上に切削面１２１が配置されている。図示されたスカイビングツール１００のねじれ角β１は０°である。ねじれ角β１が０°でない場合、当該スカイビングツール１００は、ヘリカルベベルギヤの基本形状を有する。
【００８４】
図１１は、すぐばのワークピース５０．１又は５０．２の内側スカイビング中における所謂インナースカイビングリング１００の一部を示す概略斜視図であり、該インナースカイビングリング１００のいくつかのカッタバー１２０のみが図示されている。歯５１、又は、歯５１の間の歯間５２は、それぞれ、すぐばのワークピース５０．１，５０．２上ですでにほとんど仕上げられている。インナースカイビングリング１００のリング形状のメインボディの図示は省略された。カッタバー１２０の（断面矩形で図示された）狭いシャフトがどのようにしてリング形状のメインボディ内で問題なく、すなわち、衝突することなく配置され得るかは、図１１に基づいてよく理解されよう。刃１１１と切削面１２１は、図１１における１つのカッタバー１２０上に示されている。刃１１１の切削面１２１は、図示された例において、端面に対して僅かに傾けられている。
【００８５】
内側スカイビングのための対応する方法の詳細は、例えば、本願の出願人により２０１１年７月１４日に欧州特許出願第１１１７３９０１．７号として欧州特許庁に提出された特許出願の明細書において説明されている。
【００８６】
本発明に係る交互式の半完結スカイビング用に構成されたマシン２００は、軸Ｒ１，Ｒ２のカップリング、又は、軸運動の協調（コーディネーション）をそれぞれ可能にするＣＮＣ制御部２０１を有する。ＣＮＣ制御部２０１は、マシン２００の一部であってもよいし、あるいは、外付けされてマシン２００への通信接続２０２用に構成されてもよい。対応するマシン２００は、ワークピース５０．１又は５０．２（図示された例においてワークピース５０．１又は５０．２は、内側で歯切りされるワークピースである。）に対してスカイビングツール１００のフィード動作ＶＢを実行するために、所謂「電気的ギヤ列」または「電気的若しくはプログラム化した軸カップリング」を備える。種々の加工段階において、スカイビングツール１００とワークピース５０．１，５０．２との間に、ヘリカルギヤの駆動の相対移動に対応する相対移動が生じるように、スカイビングツール１００及びワークピース５０．１，５０．２の組み合わされた動作は実行される。電気的なギヤ列、又は、電気的若しくはプログラム化した軸カップリングは、それぞれ、マシン２００の少なくとも２つの軸の速度の同期を保証する。この場合、少なくとも、ツールスピンドル１７０の回転軸Ｒ１は、ワークピーススピンドル１８０の回転軸Ｒ２に組み合わされる。さらに、ツールスピンドル１７０の回転軸Ｒ１は、全ての実施形態において方向Ｒ２における軸方向のフィード動作ＶＢに組み合わされることが好ましい。この軸方向のフィード動作ＶＢは、（垂直な）動作２０４と（水平な）動作２０８との重ね合わせから生じる。さらに、ワークピーススピンドル１８０は、両矢印２０６に示されるように、旋回軸ＳＡに平行な（回転式）キャリッジ２０５により並進移動され得る。さらに、ワークピーススピンドル１８０とワークピース５０．１，５０．２とを含む（回転式）キャリッジ２０５は、両矢印２０７に示されるように、旋回軸ＳＡを中心として回転可能である。軸交角Σは、旋回軸ＳＡを中心とした回転により設定され得る。両回転軸Ｒ１，Ｒ２の軸間隔は、並進移動動作２０６により設定され得る。
【００８７】
マシン２００は、図１２に示されるように、垂直な配置に基づいて好適に用いられる。このような垂直な配置において、ツールスピンドル１７０を含むスカイビングツール１００は、ワークピーススピンドル１８０を含むワークピース５０．１，５０．２の上に位置付けられるか、又は、その逆の位置付けとなる。スカイビングにおいて生じる切り屑は、重力の影響により下方へ落下し、例えばチップベッド（図示せず）によって除去されてもよい。
【００８８】
さらに、本発明に係るスカイビング用に構成されたマシン２００は、正確で複雑な幾何学的かつ運動学的なマシン設定と、上述の軸の軸運動とを保証する。全ての実施形態において、マシン２００は６つの軸を有することが好ましい。以下の軸方向の動作が好ましい。
・第１の回転軸Ｒ１を中心としたスカイビングツール１００の回転
・この回転に組み合わされる、第２の回転軸Ｒ２を中心としたワークピース５０．１，５０．２の回転
・旋回軸ＳＡを中心とした回転動作
・矢印２０４に平行な垂直な並進移動
・矢印２０６に平行な水平な並進移動
・矢印２０８に平行な水平な並進移動
【００８９】
上述のスカイビング法は、全ての実施形態において乾式または湿式のいずれにも適用することができ、乾式においてスカイビングを使用することがより好ましい。
【００９０】
上述のスカイビング法の利用範囲は広く、種々の回転対称性周期構造の製造への利用にまで及ぶ。
【符号の説明】
【００９１】
１ ：成形ホイール
２ ：ワークピース
４ ：トゥースヘッド
５ ：トゥースフェイス
１０ ：スカイビングツール
２０ ：（スカイビング加工される）ワークピース
５０．１：第１の（スカイビング加工される）ワークピース
５０．２：第２の（スカイビング加工される）ワークピース
５１ ：歯
５２ ：歯間
５３ ：左側面
５３ｖ ：予備加工された左側面
５３ｆ ：仕上げ加工された左側面
５４ ：右側面
５４ｖ ：予備加工された右側面
５４ｆ ：仕上げ加工された右側面
５５ ：歯底
１００ ：スカイビングツール
１１０ ：カッタヘッドのメインボディ
１１１ ：刃cutting teeth／cutting heads
１１２ ：第２の側面の刃先／左側面の刃先
１１３ ：第１の側面の刃先／右側面の刃先
１１４ ：ヘッドの刃先
１２０ ：カッタバー
１２１ ：切削面
１７０ ：ツールスピンドル
１８０ ：ワークピーススピンドル
２００ ：マシン
２０１ ：ＣＮＣ制御部
２０２ ：通信接続
２０４ ：垂直移動コンポーネント
２０５ ：キャリッジ
２０６ ：並進移動
２０７ ：旋回移動
２０８ ：水平な並進移動
ＡＰ ：設計点
ＢＰ ：接点
β１ ：ツールのねじれ角
β２ ：ワークピースのねじれ角
δ ：傾斜角度（図示せず）
ＬＭ ：仮想のギャップ中心
ＭＬ ：中心線
Ｒ１ ：ツールの回転軸（ツール軸）
Ｒ２ ：ワークピースの回転軸（ワークピース軸）
ＲＰ１ ：第１の相対位置
ＲＰ２ ：第２の相対位置
ＲＰ３ ：第３の相対位置
ＲＰ４ ：第４の相対位置
ＳＡ ：旋回軸
Ｓｈｋ ：ストローク動作
Ｓａｘ ：軸方向のフィード
ＳＤ ：差のフィード
Ｓｒａｄ ：径方向のフィード
ＳＲ ：切削方向
Σ ：軸交角
ＶＢ ：フィード動作
ＶＲ ：フィード方向
ｖｃ ：切削速度の絶対値
ω１ ：軸Ｒ１周りの回転
ω２ ：軸Ｒ２周りの回転
【技術分野】
【０００１】
本発明の対象は、ギヤの歯又は別の周期構造を半完結スカイビング加工するための方法、及び、半完結スカイビング法を遂行するための対応するスカイビングツールを有する装置である。
【背景技術】
【０００２】
歯車を加工するための方法は多数存在する。大まかな（soft）予備加工において、ホブ加工（hobbing）、歯車形削り（gear shaping）、創成平削り（generating planing）及びパワースカイビング（power skiving）が知られている。次に説明するように、ホブ加工及びパワースカイビングは所謂連続法である。
【０００３】
歯車の切削において、間欠割出法又は単一割出法と、ときには連続割出法又はフェイスホブとも呼ばれる連続法とが区別される。
【０００４】
連続法では、例えば、カッタを備えた工具が、ワークピースの側面を切削するために用いられる。ワークピースは、一度のクランプで連続的に、すなわち途切れない方法で仕上げ切削される。連続法は、複雑で、組み合わされた動きの順序に基づくものであり、工具と、加工されるワークピースとが、互いに対する連続インデックス動作を実行する。このインデックス動作は、対応するマシンの複数の駆動軸が協調的に又は組み合わされて駆動されることによって起こる。
【０００５】
単一割出法では、１つの歯間が加工され、その後、次の歯間が加工される前に、例えば、工具の相対運動と、所謂インデックス動作（インデックス回転）とが実行され、この間に、工具に対してワークピースが回転する。このようにして、歯車は段階的に加工される。
【０００６】
冒頭で述べた歯車形削り法は、図１に概略的に示されるように、成形ツール１の回転軸Ｒ１とワークピース２の回転軸Ｒ２との交角（「軸交角」とも呼ばれる）が０度であるため、円筒状の歯車によって説明され得る。前記軸交角が０度である場合、前記２つの回転軸Ｒ１，Ｒ２は、平行に延びることになる。ワークピース２と成形ツール１とは、それぞれの回転軸Ｒ２，Ｒ１を中心として連続的に回転する。この回転動作に加えて、成形ツール１は、図１において両矢印Ｓｈｘで示されるようなストローク動作を実行し、このストローク動作中にワークピース２から切り屑を除去する。
【０００７】
かつて、スカイビングと呼ばれる方法が新たに取り上げられた。その基礎は約１００年前である。独国第２４３５１４号と番号が付されたこの主題に関する最初の特許出願は１９１２年に遡る。当初何年か考慮および調査された後、スカイビングはもはや更に真剣には追求されなくなった。これまでは、スカイビング法のための好適な工具形状を見つけるために、一部経験に基づいた複雑なプロセスが必要であった。
【０００８】
１９８０年代中頃、スカイビングが再び取り上げられるようになった。スカイビングの原理は、マシンの今日のシミュレーション法および現代のＣＮＣ制御をもってようやく、生産性、再現性およびロバスト性が高い方法として実行され得るようになった。さらに、今日のツール材料の高耐久性、非常に高い静的および動的な剛性、並びに現代のマシンの同時運転の高い性能は意義深かった。
【０００９】
図２Ａに示すように、スカイビングでは、スカイビングツール１０（「スカイビングホイール」ともいう）の回転軸Ｒ１とワークピース２０の回転軸Ｒ２との軸交角Σが予め規定され、この軸交角は０度とは異なる。結果として起こるスカイビングツール１０とワークピース２０との相対運動は、回転成分と前進成分（並進成分）とに分解され得るヘリカル運動である。回転ヘリカルギヤリングは、駆動技術アナログ（drive technology-specific analogon）として考えることができ、前記回転成分が回転に対応し、前記前進成分が側面のスライドに対応する。軸交角Σの絶対値が大きいほど、ワークピース２０の加工に必要な並進移動成分が増大する。これは、ワークピース２０の歯面の方向に、スカイビングツール１０の刃の運動成分が生じるためである。スカイビングにおいて、対応するヘリカルギヤリングの係合される歯車の噛合相対運動のスライド成分は、切削動作を実行するために利用される。スカイビングにおいて、ワークピース２０の回転軸Ｒ２に平行な遅い軸方向のフィード（「軸方向のフィード」ともいう）Ｓａｘのみが必要であり、歯車形削りにとって一般的である所謂成形動作は省略される。したがって、スカイビングにおいて、戻りストロークの動作も生じない。
【００１０】
スカイビングにおける切削速度は、スカイビングツール１０又はワークピース２０の速度と、回転軸Ｒ１，Ｒ２間の適用される軸交角Σとから直接影響を受ける。軸交角Σ、ひいてはスライド成分は、所定速度での材料を加工するために最適な切削速度が実現されるように選択されるべきである。
【００１１】
公知のスカイビング法の連続した動作と更なる詳細とが、上述の図２Ａの概略図から理解され得る。図２Ａは、円筒状のワークピース２０における外歯車の歯のスカイビングを示す。ワークピース２０とツール１０（ここでは円筒状のスカイビングツール１０）とは、図２Ａに見られるように、例えば角速度ω１，ω２で、反対方向に回転する。
【００１２】
加えて、更なる相対運動が存在する。ワークピース２０の歯幅全体をツール１０で加工できるようにするために、上述した軸方向のフィードＳａｘが必要である。該軸方向のフィードにより、ワークピース２０の回転軸Ｒ２に平行な方向において、ワークピース２０に対するツール１０の変位が生じる。このツール１０の移動方向は、図２Ａにおいて符号Ｓａｘで示されている。ワークピース２０上においてヘリカルギヤの歯の形成が望まれている場合（すなわちβ２≠０である場合）、軸方向のフィードＳａｘに差のフィードＳＤが重ね合わされ、この差のフィードＳＤは、図２Ａに示されるように、回転軸Ｒ２周りのワークピース２０の更なる回転に対応する。ワークピース２０に対するツール１０のフィードが、生成される歯間の方向に生じるような設計観点で、差のフィードＳＤと軸方向のフィードＳａｘとは互いに適応される。さらに、例えば、ワークピース２０の歯車の歯の凸性に影響を与えるために、径方向のフィードＳｒａｄが用いられてもよい。
【００１３】
スカイビングにおいて、切削速度のベクトルｖｃは、実質的に、ツール１０及びワークピース２０の回転軸Ｒ１，Ｒ２の２つの速度ベクトルｖ１，ｖ２の差として生じ、これらの速度ベクトルは、互いに対して軸交角Σだけ傾斜している。速度ベクトルｖ１は、ツール１０の外周における速度ベクトルであり、速度ベクトルｖ２は、ワークピース２０の外周における速度ベクトルである。スカイビングプロセスの切削速度ｖｃは、軸交角Σと、対応するヘリカルギヤリングにおける回転速度とによって変更されてもよい。軸方向のフィードＳａｘは、上述したように比較的遅いため、切削速度ｖｃに少ししか影響を与えず、スカイビング法において無視してもよい。そのため、軸方向のフィードＳａｘは、図２Ａにおけるベクトルｖ１，ｖ２，ｖｃを有するベクトル図において考慮に入れられていない。
【００１４】
図２Ｂに、円錐形のスカイビングツール１０を用いたワークピース２０の外歯車の歯のスカイビングが示されている。図２Ｂにも、軸交角Σ、切削速度のベクトルｖｃ、ツール１０の外周における速度ベクトルｖ１、及び、ワークピース２０の外周における速度ベクトルｖ２が示され、さらにツール１０のねじれ角β１とワークピース２０のねじれ角β２とが示されている。ここでは、ねじれ角β２がゼロでない。図２Ｂにおいて、ツール１０のトゥースヘッド（tooth head）には参照符号４が付されている。図２Ｂにおいて、トゥースフェイス（tooth face）には参照符号５が付されている。２つの回転軸Ｒ１，Ｒ２は交差せず、むしろ、互いに対してねじれの位置関係で配置されている。円錐形のスカイビングツール１０を用いる場合、先端逃げ角（end relieve angles）を設けるためにスカイビングツール１０の傾斜（tilting）は必要でないため、典型的には、２つの回転軸Ｒ１，Ｒ２の共通垂線上に設計点ＡＰが選択される。この場合、設計点ＡＰは、所謂接点（contact point）ＢＰと一致する。対応するヘリカル回転ギヤリングのピッチ円は、設計点ＡＰにおいて接する。
【００１５】
スカイビングでは、少なくとも１つの幾何学的に決定された側面の刃先を備えたツール１０が用いられる。図２Ａ及び図２Ｂにおいて、前記側面の刃先は図示されていない。前記側面の刃先の形状および配置は、実際には、具体的構成において考慮に入れられるべきものである。
【００１６】
さらに、スカイビングではツール自体が非常に重要である。図２Ａに示される例において、スカイビングツール１０は平歯車の形状を有する。図２Ａにおけるメインボディの外形は円筒形である。しかしながら、その外形は、図２Ｂに示されるような円錐形であってもよい。スカイビングツール１０の歯車の歯は前記側面の刃先の全長に亘って係合するため、ツール１０の各歯は、側面の刃先において十分な逃げ角を必要とする。
【００１７】
スカイビングにおいて所謂半完結法が適用されてもよいことが知られている。半完結メソッドと呼ばれる方法では、第１のステップで歯間の左右両側面が加工されるが、左右の一方の側面の形状しか仕上げ加工されない。そして、第２のステップでは、マシン設定が変更された後、所望のギャップ幅及び歯の形状を得るために左右一方の側面が再加工される。半完結メソッドが採用される１つの理由は、側面がより自由に構成され得ることである。すなわち、所謂歯面修整を完結メソッドよりも容易に行うことができる。さらに、半完結では、ギャップ幅がワークホイールのシンプルな旋回により変更されることから、歯の厚みも補正することができる。
【００１８】
半完結メソッドは、Zyklo-Palloid（商標名）メソッドで予備加工されるギヤの歯を単一割出法で研削することから、もともとはベベルギヤで知られている。
【００１９】
以前のスカイビング法のいくつかの研究により、スカイビングツール１０の構成によっては、スカイビングツール１０の激しい摩耗が生じ得ることが示されている。この提言は、スカイビングに半完結法を適用する場合にも当てはまる。したがって、スカイビングツール１０の摩耗を低減でき、スカイビングツール１０を長寿命化することができる解決策が求められる。ワークピース２０の歯切り中の生産コストはツールの寿命により実質的に影響されるため、スカイビングメソッドは、摩耗が低減されることでコスト的に有利になる。
【００２０】
本発明の目的は、歯車毎ないしワークピース毎の生産コストの低減により区別される、歯車または別の周期構造の歯面を加工するための方法および装置を提供することである。
【００２１】
特に、本発明の目的は、ツールの寿命を出来る限り長くすることである。
【発明の概要】
【００２２】
この目的は、本明細書において交互式の半完結スカイビング法と呼ばれる本発明に係る方法により達成される。すなわち、前記目的は、半完結法の原理に基づいた本発明に係る方法により達成される。スカイビングツールの側面の刃先の、任意的には更にヘッドの刃先の負荷、ひいては摩耗を最大限均一にするために、交互式の方法が実行される。
【００２３】
本発明の特徴は、例えば歯車の歯を製造しているとき、交互式の半完結法を適用することで、該歯の２つの側面が、異なる設定を用いるが、同じツールを用いて、継続的にスカイビング加工される。半完結法の性質上、例えば、ツールの全左側面の刃先が２回使用されるが、右側面の刃先は１回しか使用されないことになる。そこで、本発明によれば、同じツールが、先に、より激しく且つ／又はより長い加工時間にさらされた一方の側面の刃先（上述の例では左側面の刃先）が、次の工程では、激しさ又は頻度が低減されて使用されるような態様で歯車の歯を製造するように使用される。このことは、他方の側面の刃先（上述の例では右側面の刃先）が、第２の歯車の歯の製造中に、より激しく又はより高い頻度で使用されることによって、成し遂げられる。
【００２４】
本発明は、主として、予備歯切りのために、すなわち、金属材料の加工のために開発されたものである。
【００２５】
本発明によれば、側面の刃先の摩耗に加えて、ヘッドの刃先の摩耗も均一化、すなわち、均一に分散することができる。
【００２６】
したがって、本発明は、交互式の半完結スカイビング法に関する。すなわち、本発明は、側面の刃先を交互に使用することによりツールの刃の負荷が出来る限り均一に分散されるように、半完結の態様が連続スカイビング法に適用される方法に関する。
【００２７】
交互式の半完結スカイビング法は、歯車の歯などの回転対称性の周期構造の製造に関連して使用されることができる。
【００２８】
交互式の半完結スカイビング法には、本明細書でスカイビングツールと呼ばれるツールが使用される。
【００２９】
本発明は、回転対称性の周期構造を有する少なくとも２つのワークピースを１つのスカイビングツールのみを使用してスカイビング加工するための方法及び装置に関する。本発明では、
第１のワークピースを提供するステップと、
第２のワークピースを提供するステップと、が実行され、
第１のワークピースを提供するステップは、
第１のワークピースに対して、前記スカイビングツールを第１の相対位置に位置付けるステップと、
第１のワークピースの第１のスカイビング加工動作（「第１の加工段階」ともいう）を実行するステップであって、該第１のスカイビング加工動作において、第１のワークピースの周期構造の全右側面又は全左側面の一方を仕上げ加工し、他方を予備加工するステップと、
第１のワークピースに対して、前記スカイビングツールを第２の相対位置に位置付けるステップと、
第１のワークピースの第２のスカイビング加工動作（「第２の加工段階」ともいう）を実行するステップであって、該第２のスカイビング加工動作において、第１のワークピースの周期構造の左右の側面のうち、第１のスカイビング加工動作において予備加工しかされなかった側面を仕上げ加工するステップと、を有し、
第２のワークピースを提供するステップは、
第２のワークピースに対して、前記スカイビングツールを第３の相対位置に位置付けるステップと、
第２のワークピースの第３のスカイビング加工動作（「第３の加工段階」ともいう）を実行するステップであって、該第３のスカイビング加工動作において、
第１のワークピースにおいて第１のスカイビング加工動作の実行中に前記周期構造の全左側面が仕上げ加工された場合に、第２のワークピースの周期構造の全右側面を仕上げ加工するとともに、前記左側面を予備加工する動作と、
第１のワークピースにおいて第１のスカイビング加工動作の実行中に前記周期構造の全右側面）が仕上げ加工された場合に、第２のワークピースの周期構造の全左側面を仕上げ加工するとともに、前記右側面を予備加工する動作とのうち、いずれか一方の動作を実行するステップと、
第２のワークピースに対して、前記スカイビングツールを第４の相対位置に位置付けるステップと、
第２のワークピースの第４のスカイビング加工動作（「第４の加工段階」ともいう）を実行するステップであって、該第４のスカイビング加工動作において、第２のワークピースの周期構造の左右の側面のうち、第３のスカイビング加工動作において予備加工しかされなかった側面を仕上げ加工するステップと、を有する。
【００３０】
ここで、第１及び第２の加工段階の後、直ちに第３及び第４の加工段階を続けなければならないわけではないことに留意されたい。例えば、第１及び第２の加工段階で複数のワークピースが加工され、その後に、別のワークピースが第３及び第４の加工段階で加工されてもよい。ただし、結果的には、半完結加工を交互に行うことで、スカイビングツールの右側面の刃先の負荷と左側面の刃先の負荷とが略均一に分散されることは保証されるべきである。
【００３１】
ここで、ワークピースの前記回転対称性の周期構造は、必ずしも、対称な歯、すなわち、対称な歯間、溝またはチャンネルを有する必要はない。簡潔にする目的で、本願図面および明細書の後の説明では、対称な歯を有するワークピースが図示および説明されている。しかしながら、本発明は、非対称の構造にも適用することができる。
【００３２】
少なくとも、第１の相対位置と第２の相対位置とは互いに異なり、第３の相対位置と第４の相対位置とは互いに異なることに留意されたい。全ての実施形態において、第１の相対位置は、第４の相対位置に一致することが好ましく、第２の相対位置は、第３の相対位置に一致することが好ましい。
【００３３】
スカイビングツールにおいて、ヘッドの刃先は、第１のワークピース及び第２のワークピースにおいて製造される歯間の歯底におけるギャップ幅よりも小さい幅を有する。
【００３４】
さらに、本発明によれば、ワークピースにおけるギャップ幅に対応してヘッドの刃の幅が選択されることで、ヘッドの刃の摩耗を均一に分散させることができる。したがって、ヘッドの刃は、前記歯底におけるギャップ幅の３分の２以下の幅を有することが特に好ましい。
【００３５】
全ての実施形態において、本発明のスカイビングは、歯又は別の周期構造が形成されるまでワークピースの材料が連続的に除去されるように、ワークピースとツールとの相対動作が予め定義され、実行されることを特徴とする。
【００３６】
本発明によれば、歯の頂部に影響を及ぼすために、例えば、独国特許出願ＤＥ３９１５９７６Ａ１の技術的教唆に従って、スカイビングツールの相対フィード動作に径方向の移動が重ね合わされてもよい。
【００３７】
本発明に係る方法は、「歯車の歯」を持たないワークピース、すなわち、ハード加工前のソフト加工（「予備歯切り」という）の範囲に好適に利用される。
【００３８】
本発明に係る方法は、所定状況下ではハード加工に利用することもできる。
【００３９】
スカイビング加工中、回転しているツールは、回転しているワークピースに対して、第２の回転軸の方向に沿って、軸方向のフィード動作を実行し、この軸方向のフィード動作は、切削方向に対して同じ方向または反対方向に拡がる。
【００４０】
ツールの回転軸は、常に、本発明に係るスカイビングにおけるワークピースの回転軸に対して傾いて位置付けられ、すなわち、軸交角Σは常にゼロでない。
【００４１】
さらに、例えば、本願の出願人により２０１１年５月２６日に欧州特許出願第１１１６７７０３．５号として欧州特許庁に提出された特許出願の明細書に記載されているように、本発明に係るスカイビング中に、ツールは、ワークピースに対して接近する方向または離反する方向に傾けられてもよい。
【００４２】
本発明に係るスカイビングは、連続的なチップ除去メソッドである。
【００４３】
本発明に係るツールは、全ての実施形態において、所謂コンプリートツールとして構成されてもよく、該コンプリートツールは、１つの部材により実行されるツールである。コンプリートツールでは、刃がツールと一体的な構成要素となる。
【００４４】
全ての実施形態において、ディスク状、リング状、又は、プレート状のカッタヘッドのメインボディを有し、該メインボディに、好ましくはバーカッタで構成されたカッタインサートが設けられたカッタヘッドツール（本明細書では「バーカッタツール」という）が特に好ましい。本発明の実施形態では、ディスク状又はプレート状のカッタヘッドのメインボディを有し、該メインボディに切削プレートが設けられたツールであってもよい。
【００４５】
本発明によれば、前記バーカッタツールのシャフトは、別のスカイビングツールよりも狭く構成されてもよい。これにより、パッキング密度（packing density）をより高くすることができる。他の半完結法に比べて、より多くのバーカッタツールが、ディスク状、リング状またはプレート状のカッタヘッドのメインボディに収められてもよい。
【００４６】
本発明の方法は、外側ツールだけでなく、内側ツールにも適用することができる。
【００４７】
本発明は、従来の半完結スカイビングに比べて、多くの利点を提供し、その利点を以下に簡潔に列挙する。
・ツールの寿命を長くすることができる。
・ワークピースのコストを低減できる。
・ツールの故障を抑制することができる。
・費用対効果を高めることができる。
【００４８】
本発明に係る方法は、乾式加工および湿式加工のいずれに関連づけても実行することができる。
以下、本発明の更なる詳細および効果が、実施例に基づいて且つ図面を参照して説明される。簡潔にする目的で、全ての概略図面におけるピッチ円（ピッチ円筒）において、ワークピースとスカイビングツールは単純化されている。ただし、図示された関係は、歯の高さを有する全ての歯にも当てはまる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】外側が歯切りされるワークピースに歯車形削り中に係合する円筒状の外形を有する成形ホイールの概略図を示す。
【図２Ａ】外側が歯切りされるワークピースにスカイビング中に係合する円筒状の外形を有するすぐばスカイビングホイールの概略図を示す。
【図２Ｂ】外側が歯切りされるワークピースにスカイビング中に係合する円錐状の外形を有するはすばスカイビングホイールの概略図を示す。
【図３Ａ】スカイビングツールの刃の左右両側面の刃先とヘッドの刃先とを用いて、第１のワークピースの左側面の仕上げ歯切りと右側面の予備歯切りとが同時に行われる第１の加工段階の概略断面図を示す。
【図３Ｂ】スカイビングツールの刃の右のみの側面の刃先とヘッドの刃先とを用いて、第１のワークピースの右側面の仕上げ歯切りが行われる第２の加工段階の概略断面図を示す。
【図３Ｃ】スカイビングツールの刃の左右両側面の刃先とヘッドの刃先とを用いて、第２のワークピースの右側面の仕上げ歯切りと左側面の予備歯切りとが同時に行われる第３の加工段階の概略断面図を示す。
【図３Ｄ】スカイビングツールの刃の左のみの側面の刃先とヘッドの刃先とを用いて、第２のワークピースの左側面の仕上げ歯切りが行われる第４の加工段階の概略断面図を示す。
【図４Ａ】スカイビングツールの刃の左右両側面の刃先とヘッドの刃先全体とを用いて、第１のワークピースの左側面の仕上げ歯切りと右側面の予備歯切りとが同時に行われる第１の加工段階の概略断面図を示す。
【図４Ｂ】スカイビングツールの刃の右のみの側面の刃先とヘッドの刃先の右部分のみとを用いて、第１のワークピースの右側面の仕上げ歯切りが行われる第２の加工段階の概略断面図を示す。
【図４Ｃ】スカイビングツールの刃の左右両側面の刃先とヘッドの刃先全体とを用いて、第２のワークピースの右側面の仕上げ歯切りと左側面の予備歯切りとが同時に行われる第３の加工段階の概略断面図を示す。
【図４Ｄ】スカイビングツールの刃の左のみの側面の刃先とヘッドの刃先の左部分とを用いて、第２のワークピースの左側面の仕上げ歯切りが行われる第４の加工段階の概略断面図を示す。
【図５Ａ】第１の加工段階において刃が歯間を通過するときの刃の位置が概略的に示された、ワークピースの一部の平面図を示す。
【図５Ｂ】第２の加工段階において刃が歯間を通過するときの刃の位置が概略的に示された、図５Ａのワークピースの一部の平面図を示す。
【図６】第２の加工段階においてスカイビングツール（図示せず）の刃を有するカッタバーが歯間を通るように案内される態様を理解できるようにした、スカイビング中におけるワークピースの一部を示す図である。
【図７】外側で歯切りされる円筒状のワークピースと、−２０°の傾斜角度δで本発明に使用され得る、円錐状に先細のスカイビングツールとを示す概略図である。
【図８】カッティングホイールコンプリートツールで構成されたスカイビングツールの概略図を示す。
【図９Ａ】正の傾斜角度δでの使用に適したカッティングホイールコンプリートツールで構成された、別のスカイビングツールの概略図を示す。
【図９Ｂ】外側で歯切りされる円筒状のワークピースと、＋２０°の傾斜角度δが予め定義された図９Ａのスカイビングツールとを示す概略図である。
【図１０Ａ】負の傾斜角度δでの使用に適したカッティングホイールコンプリートツールで構成された、別のスカイビングツールを示す概略図である。
【図１０Ｂ】外側で歯切りされる円筒状のワークピースと、−２０°の傾斜角度δが予め定義された図１０Ａのスカイビングツールとを示す概略図である。
【図１１】斜め下方からのすぐばワークピースの内側スカイビング中における所謂インナースカイビングリングの一部を示す概略斜視図であり、該インナースカイビングリングのいくつかのカッタバーのみが図示され、該インナースカイビングリングのリング状のメインボディの図示が省略された図である。
【図１２】内側で歯切りされるワークピースの歯切り中における、スカイビングツールを有する本発明に係るマシンの概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
本発明の説明に関して、関連のある出版物および特許にも使用される用語が使用される。ただし、これらの用語は、よりよい理解に役立つために使用されるに過ぎないものである。本発明の考え、及び本願請求項の保護範囲は、用語の特異な選択によってそれらの範囲内に限定されるべきものでない。本発明は、他の用語システム及び／又は技術分野に容易に転換することができる。それらの用語は、他の技術分野において適切に使用されるべきである。
【００５１】
回転対称性の周期構造（rotationally-symmetric, periodic structures）は、例えば、内側および／または外側の歯を有する（平歯車などの）歯車である。ただし、回転対称性の周期構造は、例えば、ブレーキディスク、クラッチ要素またはトランスミッション要素などであってもよい。特に、本発明は、ピニオンシャフト、ウォーム、歯車ポンプ、リングジョイントハブ（リングジョイントは、例えばディファレンシャルから車輪に力を伝達するための自動車部品に使用される。）、スプラインシャフト接続部、スライディングスリーブ、ベルトプーリなどの生産に関する。本明細書において、周期構造は周期的反復構造ともいう。
【００５２】
以下、主として、歯車、歯および歯間について説明する。ただし、上述のように、本発明は、他の周期構造を備えた他の部品に転用することもできる。この場合、これらの他の部品は、歯間ではなく、例えば溝またはチャンネルを対象とする。
【００５３】
以下、第１及び第２のワークピース５０．１，５０．２について説明する。第２のワークピース５０．２は、典型的には、第１のワークピース５０．１と比べて、未加工の状態の形状は異ならないが、仕上げ加工された状態での形状が異なる。典型的に、本明細書において第１の加工段階と呼ぶ第１のステップ後の第１のワークピース５０．１と、本明細書において第３の加工段階と呼ぶ第３のステップ後の第２のワークピース５０．２との間に相違がある。
【００５４】
以下、図３Ａ〜図３Ｄ及び図４Ａ〜図４Ｄの概略図を参照しながら、本発明に係る方法の基本的な側面について説明する。
【００５５】
図３Ａ〜図３Ｄに基づいて、スカイビングツール１００の全右側面の刃先１１３及び全左側面の刃先１１２の均一な負荷を主たる対象とする第１の方法について説明する。なお、第１の方法では、スカイビングツール１００のヘッドの刃１１４の使用については、最適化されたものでない。図３Ａ及び図３Ｂは、スカイビングツール１００を用いて、回転対称性周期構造を有する第１のワークピース５０．１をスカイビング加工することに関するものであり、図３Ｃ及び図３Ｄは、同じスカイビングツール１００を用いて、回転対称性周期構造を有する第２のワークピース５０．２をスカイビング加工することに関するものである。これらの図面は、非常に概略的なものであり、１つの歯間と、スカイビングツール１００の１つの刃１１１のみを示している。図３Ａ及び図３Ｂにおけるスカイビングツール１００とワークピース５０．１との位置関係と、図３Ｃ及び図３Ｄにおけるスカイビングツール１００とワークピース５０．２との位置関係とを理解できるようにすることを目的として、以下のラインが引かれている。ラインＭＬは刃１１１の中心線を表している。仮想のギャップの中心はラインＬＭで示されている。太い破線は、図示された瞬間においてワークピース５０．１，５０．２上の材料を取り除く刃１１１部分を概略的に示している。
【００５６】
図面では便宜上、対称的な構造が示されているが、本発明のあらゆる実施形態において、歯または別の周期構造は非対称であってもよい。
【００５７】
本実施形態の方法は、次のステップを有する。
［第１のワークピース５０．１を提供するステップ］
このステップは、例えば、スカイビングマシン２００内に第１のワークピース５０．１を導入するステップと、ワークピーススピンドル１８０上に第１のワークピース５０．１を固定するステップとを備えてもよい。
・このステップでは、先ず、第１のワークピース５０．１に対する第１の相対位置ＲＰ１にスカイビングツール１００が位置付けられる。第１の相対位置ＲＰ１は図３Ａに示されている（このとき、中心線ＭＬは仮想のギャップ中心ＬＭよりも左側に位置する）。
・第１の相対位置ＲＰ１において、第１のワークピース５０．１の第１のスカイビング加工動作（「第１の加工段階」という）が始まる。第１の加工段階の間、第１のワークピース５０．１の周期構造の全右側面５４又は全左側面５３のいずれか一方が仕上げ加工され、他方の側面５３，５４が予備加工される。図３Ａには一例が示されており、参照符号５３ｆ（「ｆ」は「仕上げ（finish）」を意味する）で示されるように、第１の加工段階の間に左側面が仕上げ加工される。対照的に、右側面は、参照符号５４ｖ（「ｖ」は「予備加工（premachined）」を意味する）で示されるように、予備加工されるのみである。第１の加工段階の間には全ての面の刃先１１２，１１３，１１４が全体的に使用される。
・続いて、スカイビングツール１００は、第１のワークピース５０．１に対する第２の相対位置ＲＰ２に位置付けられる。第２の相対位置ＲＰ２は図３Ｂに示されている（このとき、中心線ＭＬは仮想のギャップ中心ＬＭよりも右側に位置する）。
・第２の相対位置ＲＰ２において、第１のワークピース５０．１の第２のスカイビング加工動作（「第２の加工段階」という）が始まる。第２の加工段階の間、第１のワークピース５０．１の周期構造の左右の側面５３，５４のうち、先に第１の加工段階において予備加工しかされなかった側面が仕上げ加工される。図示された例において、参照符号５４ｆ（「ｆ」は「仕上げ（finish）」を意味する）で示されるように、第２の加工段階の間に右側面が仕上げ加工される。第２の加工段階の間には、全右側面の刃先１１３と、ヘッド全体の刃先１１４とが使用される。このとき、左側面の刃先１１２は使用されない。
［第１のワークピース５０．１の加工に続いて、又は、更に別の第１のワークピースが（同じ方法により）加工された後、第２のワークピース５０．２を提供するステップ］
このステップは、例えば、スカイビングマシン２００内に第２のワークピース５０．２を導入するステップと、ワークピーススピンドル１８０上に第２のワークピース５０．２を固定するステップとを備えてもよい。再固定を行うことなく、第１のワークピース５０．１の加工から第２のワークピース５０．２の加工への変更を可能にするために、スカイビングマシン２００に２つのワークスピンドル１８０を設けてもよい。
・このステップでは、先ず、第２のワークピース５０．２に対する第３の相対位置ＲＰ３にスカイビングツール１００が位置付けられる。このとき、第２の相対位置ＲＰ２と同様、中心線ＭＬは、仮想のギャップ中心ＬＭよりも右側に位置する。
・（例えば第２の相対位置ＲＰ２に一致してもよい）第３の相対位置ＲＰ３において、第２のワークピース５０．２の第３のスカイビング加工動作（「第３の加工段階」という）が始まる。第３の加工段階では、次の２つの加工のうちいずれか一方が行われる。一方の加工では、（図３Ａの場合のように）第１のワークピース５０．１における第１のスカイビング加工動作の実行中に第２のワークピースの周期構造の全ての左側面５３が仕上げ加工された場合において、（図３Ｃに示すように、）第２のワークピース５０．２の周期構造の全ての右側面５４が仕上げ加工されると共に、全ての左側面５３が予備加工される。他方の加工では、第１のワークピース５０．１における第１のスカイビング加工動作の実行中に第２のワークピースの周期構造の全ての右側面５４が仕上げ加工された場合において、第２のワークピース５０．２の周期構造の全ての左側面５３が仕上げ加工されると共に、全ての右側面５４が予備加工される。
図３Ａ〜図３Ｄに示す例では、図３Ａにおける参照符号５３ｆ（「ｆ」は「仕上げ（finish）」を意味する）に示すように、第１の加工段階中に第１のワークピース５０．１で前記周期構造の全左側面が仕上げ加工された。したがって、（図３Ｃに示される）第３の加工段階中に、図３Ｃにおいて参照符号５４ｆ（「ｆ」は「仕上げ（finish）」を意味する）で示されるように、第２のワークピース５０．２の周期構造の全ての右側面が仕上げ加工された。図３Ｃにおいて参照符号５３ｖ（「ｖ」は「予備加工（premachined）」を意味する）で示されるように、左側面は予備加工のみされた。全ての面の刃先１１２，１１３，１１４は、そっくりそのまま第３の加工段階中に再び使用される。
・続いて、スカイビングツール１００は、第２のワークピース５０．２に対する第４の相対位置ＲＰ４に位置付けられる。図３Ａと図３Ｄとの比較に基づいて明らかなように、第４の相対位置ＲＰ４は、図示された例において、第１の加工位置ＲＰ１に一致している。第１の相対位置ＲＰ１の場合と同様、中心線ＭＬは、仮想のギャップ中心ＬＭよりも左側に位置する。
・第４の相対位置ＲＰ４において、第２のワークピース５０．２の第４のスカイビング加工動作（「第４の加工段階」という）が始まる。第４の加工段階中には、第３の加工段階中に予備加工しかされなかった第２のワークピース５０．２の周期構造の側面５３，５４が仕上げ加工される。図示された例では、図３Ｄにおいて参照符号５３ｆ（「ｆ」は「仕上げ（finish）」を意味する）で示されるように、左側面が仕上げ加工される。第４の加工段階中に、全左側面の刃先１１２とヘッド全体の刃先１１４とが使用される。ここでは、右側面の刃先１１３は使用されない。
【００５８】
概して、図３Ａ〜図３Ｄに係る第１のワークピース５０．１及び第２のワークピース５０．２の製造中において、１つのカッタで切削される歯間５２毎に、左側面の刃先１１２は３回使用され、右側面の刃先１１３は３回使用され、ヘッドの刃先は４回使用される。したがって、側面の刃先１１２，１１３には均一に負荷がかかる。
【００５９】
さらに、図３Ａ〜図３Ｄに見られるように、刃１１１には、右側面の刃先１１３と、左側面の刃先１１２と、ヘッドの刃先１１４とが設けられている。図示された例において、ヘッドの刃先１１４は、（図面の面において、）製造される歯間５２の歯底５５の底幅の半分に概ね一致する幅を有する。この寸法の結果、第１のワークピース５０．１の加工中、具体的には、第１の加工段階（図３Ａ）及び第２の加工段階（図３Ｂ）の間に、ヘッドの刃先１１４が２回使用されることになる。第２のワークピース５０．２においても、結果的に、ヘッドの刃先１１４は２回使用される。対照的に、ヘッドの刃先１１４の幅が、製造される歯間５２の底幅の半分よりも大きい場合、図４Ａ〜図４Ｄに基づいて後述するように、ヘッドの刃先１１４の一部のみが複数回使用される。
【００６０】
図４Ａ〜図４Ｄに基づいて、スカイビングツール１００の全右側面の刃先１１３と全左側面の刃先１１２との均一な負荷のみを対象としない第２の方法について説明する。なお、第２の方法では、スカイビングツール１００のヘッドの刃先１１４の使用については、最適化されたものでない。図４Ａ及び図４Ｂは、また、スカイビングツール１００を使用しながら、回転対称性の周期構造を有する第１のワークピース５０．１をスカイビング加工することに関し、図４Ｃ及び図４Ｄは、同じスカイビングツール１００を使用しながら、回転対称性の周期構造を有する第２のワークピース５０．２をスカイビング加工することに関する。
【００６１】
図４Ａ〜図４Ｄは図３Ａ〜図３Ｄに実質的に対応するため、図３Ａ〜図３Ｄの説明が参照される。以下、本質的に異なることについてのみ説明する。図４Ｂ及び図４Ｄに示されるように、ヘッドの刃先１１４は、歯底５５におけるギャップ幅の約３分の２に一致する幅を有する。
【００６２】
図４Ａに示される第１の加工段階において、図４Ａにおいて太い破線で示されるように、全側面の刃先１１２，１１３とヘッド全体の刃先１１４とが使用される。図４Ａにおいて、左側面５３ｆは仕上げ加工され、右側面５４ｖは予備加工される。さらに、歯底は、ヘッドの刃先１１４の全幅に亘って加工された。
【００６３】
図４Ｂにおいて、第２の加工段階において右側面５４ｆは仕上げ加工される。さらに、歯底５５におけるギャップ幅の右側約３分の１の部分が仕上げ加工される。図４Ｂに示される第２の加工段階において、図４Ｂにおける太い破線で示されるように、右側面の刃先１１３と、ヘッドの刃先１１４のせいぜい右側半分のみが使用される。
【００６４】
図４Ｃに示される第３の加工段階において、図４Ｃの太い破線で示されるように、全側面の刃先１１２，１１３とヘッド全体の刃先１１４とが再び使用される。図４Ｃにおいて、右側面５４ｆが仕上げ加工され、左側面５３ｖが予備加工される。さらに、歯底はヘッドの刃先１１４の全幅に亘って加工された。
【００６５】
図４Ｄでは、第４の加工段階中に左側面５３ｆが仕上げ加工される。さらに、歯底５５におけるギャップ幅の左側約３分の１の部分が仕上げ加工される。図４Ｄに示される第４の加工段階では、図４Ｄの太い破線で示されるように、左側面の刃先１１２と、ヘッドのせいぜい左側半分の刃先１１４のみが使用される。
【００６６】
結果的に、図４Ａ〜図４Ｄに係る第１のワークピース５０．１及び第２のワークピース５０．２の製造中、１つのカッタにより切削される歯間５２毎に、左側面の刃先１１２が３回使用され、右側面の刃先１１３が３回使用され、ヘッドの刃先１１４が３回使用される。したがって、側面の刃先１１２，１１３とヘッドの刃先１１４とには均一に負荷がかかる。
【００６７】
刃１１１は、コンプリートツール、バーカッタツール又はカッティングプレートツールとして組み込まれたスカイビングツール１００の一部であってもよい。
【００６８】
図５Ａ及び図５Ｂは、図３Ａ及び図３Ｂにおける状態に概ね一致する図を示す。
【００６９】
図５Ａは、刃１１１が歯間５２を通過するときの刃の位置が概略的に示された、ワークピース５０．１の一部の平面図を示す。図５Ａ及び図５Ｂに基づいて、フィード方向ＶＲ、切削方向ＳＲ、刃１１１の位置、及び、切削面１２１の概略形状が理解され得る。フィード方向ＶＲはギャップ方向に延び、ワークピース５０．１の軸方向のフィードと、該軸方向のフィードに組み合わされる差のフィードとで構成される。切削方向ＳＲは、ここでフィード方向ＶＲと共に鋭角を形成する。図５Ａは、例えば第１の加工段階中における概略的なスナップショットを示す。図５Ａにおいて、側面の刃先１１２，１１３とヘッドの刃先１１４とは破線で示され、刃１１１のこれらの要素は、ワークピース５０．１の材料で隠されている。図示された瞬間において、両側面の刃先１１２，１１３とヘッドの刃先１１４とが使用されている。
【００７０】
図５Ｂは、例えば第２の加工段階中の概略的なスナップショットを示す。側面の刃先１１２は見える。側面の刃先１１３はほんの小さな部分だけが見て取れる。ヘッドの刃先１１４は、図５Ｂにおいてワークピース５０．１の材料に隠されている。よりよい説明のために、図５Ａ及び図５Ｂにおいても補助線ＬＭ，ＭＬが図示されており、これらの補助線の意味は、図３Ａ〜図３Ｄの文脈で説明した通りである。
【００７１】
図６は、本発明に係るスカイビング中における第２のワークピース５０．２の一部を示し、この図６により、刃１１１を有するカッタバー１２０が歯間５２を通るように案内される態様を理解できる。図６に示されるスカイビングツール１００（「バーカッタツール」という）は、複数のカッタバー１２０を受けるためのメインボディを備える。ただし、図６では、スカイビングツール１００の１つのカッタバー１２０のみが図示されている。
【００７２】
全ての実施形態において、各刃１１１は１つの切削面１２１を有し、全ての切削面１２１は、ツール１００の回転軸Ｒ１に対して、正面側の平面または円錐面上に回転対称性をもって配置されることが好ましい（任意的に、端面または円錐面に対して１段階の角度だけ個々に傾けられてもよい）。
【００７３】
すなわち、切削面１２１は、端面に生じ得る正面の円錐面上において、ツール１００の回転軸Ｒ１に対して回転対称性をもって配置されることが好ましい。
【００７４】
切削面１２１は、カッティングヘッド（刃１１１）上に、フラットな平面または僅かに湾曲した平面として組み込まれてもよい。また、切削面１２１は、カッティングフェイスの基準面に対して僅かにアーチ状に曲がっていてもよい。
【００７５】
本発明によれば、２つの回転軸Ｒ１，Ｒ２は、常に互いに対して傾斜して（ねじれて）いる。したがって、軸交角Σは常にゼロではない。
【００７６】
ツール１００は、スカイビング中において、ワークピース５０．１，５０．２に対して接近する方向または離反する方向に傾けられることが好ましい。ツール１００の当該傾斜度は任意である。この傾きは、通常、衝突を回避するために使用される。当該傾斜角度をδとする。この傾斜についての詳細は、例えば、本願の出願人により２０１１年５月２６日に欧州特許出願第１１１６７７０３．５号として欧州特許庁に提出された特許出願の明細書において説明されている。
【００７７】
傾斜角度δは、−３０°から＋３０°までの範囲内であることが好ましい。
【００７８】
図７は、本発明の文脈において−２０°の傾斜角度で使用され得る円錐形テーパ状スカイビングツール１００の概略図である。図７の概略図に示されるように、スカイビングツール１００は、所謂カッタヘッドツールであり、（円錐台形状を有する）カッタヘッドのメインボディ１１０を備え、好ましくはバーカッタ１２０の形状でカッタ挿入部が設けられている。スカイビングツール１００は、非常に概略的に図示されたツールスピンドル１７０を介してマシン２００に駆動連結されている。スカイビングツール１００は、傾斜角度δが−２０°であってもスカイビング中にスカイビングツール１００のワークピース５０．１又は５０．２との衝突が生じないように選択された、（カッタバー１２０を含むカッタヘッドのメインボディ１１０の三次元末梢形状の意味における）衝突曲線を有する。
【００７９】
しかしながら、スカイビングツール１００は、例えば図８に示されるように、別の形状を有してもよい。図８は、カッティングホイールの形状を有するスカイビングツール１００を示す。このツールは、刃１１１がスカイビングツール１００の一部となっているコンプリートツールである。スカイビングツール１００は複数の刃１１１を有し、図８では、そのうちの１つの刃に参照符号１１１が付されている。スカイビングツール１００のメインボディは、円錐団ディスクの形状、又は、円錐台状のプレートを有する。スカイビングツール１００の隣に、１つの刃１１１が拡大して図示されている。この刃１１１に、側面の刃先１１２，１１３、ヘッドの刃先１１４及び切削面１２１が示されている。
【００８０】
図９Ａは、本発明と共に使用され得る別のスカイビングツール１００を示す。刃１１１の切削面１２１は、（任意に傾けられた）円錐面上に配置されている。図９Ｂは、図９Ａに係るスカイビングツール１００を円筒状のワークピース５０．１又は５０．２と共に示す。スカイビングツール１００は、大きな傾斜角度δでワークピース５０．１，５０．２に対して傾けられている。傾斜角度δは約２０°である。
【００８１】
図９Ａ及び図９Ｂに示されるスカイビングツール１００は、すぐばベベルギヤの形状を有し、このベベルギヤの歯が刃１１１に相当する。切削面１２１は、比較的小さな径を有する端面上に位置付けられている。より正確には、補助的な錐面上、すなわち、（任意に互いに傾けられた）円錐面上に切削面１２１が配置されている。図示されたスカイビングツール１００のねじれ角β１は０°である。ねじれ角β１が０°でない場合、当該スカイビングツール１００は、ヘリカルベベルギヤの基本形状を有する。
【００８２】
図１０Ａは、本発明と共に使用され得る別のスカイビングツール１００を示す。刃１１１の切削面１２１は、（任意に傾けられた）円錐面上に配置されている。図１０Ｂは、図１０Ａに係るスカイビングツール１００を円筒状のワークピース５０．１又は５０．２と共に示す。スカイビングツール１００は、大きな傾斜角度δでワークピース５０．１，５０．２に対して傾けられている。傾斜角度δは約−１８°である。
【００８３】
図１０Ａ及び図１０Ｂに示されるスカイビングツール１００は、すぐばベベルギヤの形状を有し、該ベベルギヤの歯は刃１１１に相当する。切削面１２１は、比較的大きな径を有する端面に位置付けられている。より正確には、補助的な錐面上、すなわち、（任意に互いに傾けられた）円錐面上に切削面１２１が配置されている。図示されたスカイビングツール１００のねじれ角β１は０°である。ねじれ角β１が０°でない場合、当該スカイビングツール１００は、ヘリカルベベルギヤの基本形状を有する。
【００８４】
図１１は、すぐばのワークピース５０．１又は５０．２の内側スカイビング中における所謂インナースカイビングリング１００の一部を示す概略斜視図であり、該インナースカイビングリング１００のいくつかのカッタバー１２０のみが図示されている。歯５１、又は、歯５１の間の歯間５２は、それぞれ、すぐばのワークピース５０．１，５０．２上ですでにほとんど仕上げられている。インナースカイビングリング１００のリング形状のメインボディの図示は省略された。カッタバー１２０の（断面矩形で図示された）狭いシャフトがどのようにしてリング形状のメインボディ内で問題なく、すなわち、衝突することなく配置され得るかは、図１１に基づいてよく理解されよう。刃１１１と切削面１２１は、図１１における１つのカッタバー１２０上に示されている。刃１１１の切削面１２１は、図示された例において、端面に対して僅かに傾けられている。
【００８５】
内側スカイビングのための対応する方法の詳細は、例えば、本願の出願人により２０１１年７月１４日に欧州特許出願第１１１７３９０１．７号として欧州特許庁に提出された特許出願の明細書において説明されている。
【００８６】
本発明に係る交互式の半完結スカイビング用に構成されたマシン２００は、軸Ｒ１，Ｒ２のカップリング、又は、軸運動の協調（コーディネーション）をそれぞれ可能にするＣＮＣ制御部２０１を有する。ＣＮＣ制御部２０１は、マシン２００の一部であってもよいし、あるいは、外付けされてマシン２００への通信接続２０２用に構成されてもよい。対応するマシン２００は、ワークピース５０．１又は５０．２（図示された例においてワークピース５０．１又は５０．２は、内側で歯切りされるワークピースである。）に対してスカイビングツール１００のフィード動作ＶＢを実行するために、所謂「電気的ギヤ列」または「電気的若しくはプログラム化した軸カップリング」を備える。種々の加工段階において、スカイビングツール１００とワークピース５０．１，５０．２との間に、ヘリカルギヤの駆動の相対移動に対応する相対移動が生じるように、スカイビングツール１００及びワークピース５０．１，５０．２の組み合わされた動作は実行される。電気的なギヤ列、又は、電気的若しくはプログラム化した軸カップリングは、それぞれ、マシン２００の少なくとも２つの軸の速度の同期を保証する。この場合、少なくとも、ツールスピンドル１７０の回転軸Ｒ１は、ワークピーススピンドル１８０の回転軸Ｒ２に組み合わされる。さらに、ツールスピンドル１７０の回転軸Ｒ１は、全ての実施形態において方向Ｒ２における軸方向のフィード動作ＶＢに組み合わされることが好ましい。この軸方向のフィード動作ＶＢは、（垂直な）動作２０４と（水平な）動作２０８との重ね合わせから生じる。さらに、ワークピーススピンドル１８０は、両矢印２０６に示されるように、旋回軸ＳＡに平行な（回転式）キャリッジ２０５により並進移動され得る。さらに、ワークピーススピンドル１８０とワークピース５０．１，５０．２とを含む（回転式）キャリッジ２０５は、両矢印２０７に示されるように、旋回軸ＳＡを中心として回転可能である。軸交角Σは、旋回軸ＳＡを中心とした回転により設定され得る。両回転軸Ｒ１，Ｒ２の軸間隔は、並進移動動作２０６により設定され得る。
【００８７】
マシン２００は、図１２に示されるように、垂直な配置に基づいて好適に用いられる。このような垂直な配置において、ツールスピンドル１７０を含むスカイビングツール１００は、ワークピーススピンドル１８０を含むワークピース５０．１，５０．２の上に位置付けられるか、又は、その逆の位置付けとなる。スカイビングにおいて生じる切り屑は、重力の影響により下方へ落下し、例えばチップベッド（図示せず）によって除去されてもよい。
【００８８】
さらに、本発明に係るスカイビング用に構成されたマシン２００は、正確で複雑な幾何学的かつ運動学的なマシン設定と、上述の軸の軸運動とを保証する。全ての実施形態において、マシン２００は６つの軸を有することが好ましい。以下の軸方向の動作が好ましい。
・第１の回転軸Ｒ１を中心としたスカイビングツール１００の回転
・この回転に組み合わされる、第２の回転軸Ｒ２を中心としたワークピース５０．１，５０．２の回転
・旋回軸ＳＡを中心とした回転動作
・矢印２０４に平行な垂直な並進移動
・矢印２０６に平行な水平な並進移動
・矢印２０８に平行な水平な並進移動
【００８９】
上述のスカイビング法は、全ての実施形態において乾式または湿式のいずれにも適用することができ、乾式においてスカイビングを使用することがより好ましい。
【００９０】
上述のスカイビング法の利用範囲は広く、種々の回転対称性周期構造の製造への利用にまで及ぶ。
【符号の説明】
【００９１】
１ ：成形ホイール
２ ：ワークピース
４ ：トゥースヘッド
５ ：トゥースフェイス
１０ ：スカイビングツール
２０ ：（スカイビング加工される）ワークピース
５０．１：第１の（スカイビング加工される）ワークピース
５０．２：第２の（スカイビング加工される）ワークピース
５１ ：歯
５２ ：歯間
５３ ：左側面
５３ｖ ：予備加工された左側面
５３ｆ ：仕上げ加工された左側面
５４ ：右側面
５４ｖ ：予備加工された右側面
５４ｆ ：仕上げ加工された右側面
５５ ：歯底
１００ ：スカイビングツール
１１０ ：カッタヘッドのメインボディ
１１１ ：刃cutting teeth／cutting heads
１１２ ：第２の側面の刃先／左側面の刃先
１１３ ：第１の側面の刃先／右側面の刃先
１１４ ：ヘッドの刃先
１２０ ：カッタバー
１２１ ：切削面
１７０ ：ツールスピンドル
１８０ ：ワークピーススピンドル
２００ ：マシン
２０１ ：ＣＮＣ制御部
２０２ ：通信接続
２０４ ：垂直移動コンポーネント
２０５ ：キャリッジ
２０６ ：並進移動
２０７ ：旋回移動
２０８ ：水平な並進移動
ＡＰ ：設計点
ＢＰ ：接点
β１ ：ツールのねじれ角
β２ ：ワークピースのねじれ角
δ ：傾斜角度（図示せず）
ＬＭ ：仮想のギャップ中心
ＭＬ ：中心線
Ｒ１ ：ツールの回転軸（ツール軸）
Ｒ２ ：ワークピースの回転軸（ワークピース軸）
ＲＰ１ ：第１の相対位置
ＲＰ２ ：第２の相対位置
ＲＰ３ ：第３の相対位置
ＲＰ４ ：第４の相対位置
ＳＡ ：旋回軸
Ｓｈｋ ：ストローク動作
Ｓａｘ ：軸方向のフィード
ＳＤ ：差のフィード
Ｓｒａｄ ：径方向のフィード
ＳＲ ：切削方向
Σ ：軸交角
ＶＢ ：フィード動作
ＶＲ ：フィード方向
ｖｃ ：切削速度の絶対値
ω１ ：軸Ｒ１周りの回転
ω２ ：軸Ｒ２周りの回転
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転対称性の周期構造を有する第１のワークピース（５０．１）と第２のワークピース（５０．２）とをスカイビングツール（１００）を用いてスカイビング加工するための方法であって、
第１のワークピース（５０．１）を提供するステップと、
第２のワークピース（５０．２）を提供するステップと、を有し、
第１のワークピース（５０．１）を提供するステップは、
第１のワークピース（５０．１）に対して、前記スカイビングツール（１００）を第１の相対位置（ＲＰ１）に位置付けるステップと、
第１のワークピース（５０．１）の第１のスカイビング加工動作を実行するステップであって、該第１のスカイビング加工動作において、第１のワークピース（５０．１）の周期構造の全右側面（５４）又は全左側面（５３）の一方を仕上げ加工し、他方を予備加工するステップと、
第１のワークピース（５０．１）に対して、前記スカイビングツール（１００）を第２の相対位置（ＲＰ２）に位置付けるステップと、
第１のワークピース（５０．１）の第２のスカイビング加工動作を実行するステップであって、該第２のスカイビング加工動作において、第１のワークピース（５０．１）の周期構造の左右の側面（５３，５４）のうち、第１のスカイビング加工動作において予備加工しかされなかった側面を仕上げ加工するステップと、を有し、
第２のワークピース（５０．２）を提供するステップは、
第２のワークピース（５０．１）に対して、前記スカイビングツール（１００）を第３の相対位置（ＲＰ１）に位置付けるステップと、
第２のワークピース（５０．１）の第３のスカイビング加工動作を実行するステップであって、該第３のスカイビング加工動作において、
第１のワークピース（５０．１）において第１のスカイビング加工動作の実行中に前記周期構造の全左側面（５３）が仕上げ加工された場合に、第２のワークピース（５０．２）の周期構造の全右側面（５４）を仕上げ加工するとともに、前記左側面（５３）を予備加工する動作と、
第１のワークピース（５０．１）において第１のスカイビング加工動作の実行中に前記周期構造の全右側面（５４）が仕上げ加工された場合に、第２のワークピース（５０．２）の周期構造の全左側面（５３）を仕上げ加工するとともに、前記右側面（５４）を予備加工する動作とのうち、いずれか一方の動作を実行するステップと、
第２のワークピース（５０．２）に対して、前記スカイビングツール（１００）を第４の相対位置（ＲＰ４）に位置付けるステップと、
第２のワークピース（５０．２）の第４のスカイビング加工動作を実行するステップであって、該第４のスカイビング加工動作において、第２のワークピース（５０．２）の周期構造の左右の側面（５３，５４）のうち、第３のスカイビング加工動作において予備加工しかされなかった側面を仕上げ加工するステップと、を有する、方法。
【請求項２】
第１のワークピース（５０．１）の第１のスカイビング加工動作と第２のスカイビング加工動作とは、
第１の回転軸（Ｒ１）を中心として前記スカイビングツール（１００）を回転させるステップと、
該スカイビングツール（１００）の回転と組み合わせて、第２の回転軸（Ｒ２）を中心として第１のワークピース（５０．１）を回転させるステップと、
第２の回転軸（Ｒ２）に平行な方向に沿って、第１のワークピース（５０．１）に対する前記スカイビングツール（１００）の軸方向のフィード動作（ＶＢ）を実行するステップと、を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第２のワークピース（５０．２）の第３のスカイビング加工動作と第４のスカイビング加工動作とは、
第１の回転軸（Ｒ１）を中心として前記スカイビングツール（１００）を回転させるステップと、
該スカイビングツール（１００）の回転と組み合わせて、第２の回転軸（Ｒ２）を中心として第２のワークピース（５０．２）を回転させるステップと、
第２の回転軸（Ｒ２）に平行な方向に沿って、第２のワークピース（５０．２）に対する前記スカイビングツール（１００）の軸方向のフィード動作（ＶＢ）を実行するステップと、を備える、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記スカイビングツール（１００）は、複数の刃（１１１）を備え、
各刃（１１１）は、前記右側面（５４）を切削するための第１の側面刃先（１１３）と、前記左側面（５３）を切削するための第２の側面刃先（１１２）と、第１の側面刃先（１１３）と第２の側面刃先（１１２）との間の領域に存在するヘッドの刃先（１１４）と、を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
第１のワークピース（５０．１）及び第２のワークピース（５０．２）の第１〜第４のスカイビング加工動作は、
第１の側面刃先（１１３）を使用して実行される切削の回数と、第２の側面刃先（１１２）を使用して実行される切削の回数とが略等しくなるように実行されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ヘッドの刃先（１１４）は、第１のワークピース（５０．１）及び第２のワークピース（５０．２）において仕上げ加工されるギャップ（５２）の歯底（５５）におけるギャップ幅よりも小さい幅、好ましくは、前記歯底（５５）における前記ギャップ幅の３分の２以下の幅を有することを特徴とする請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
第１のワークピース（５０．１）又は第２のワークピース（５０．２）の角度回転を経て、第１〜第４の相対位置（ＲＰ１，ＲＰ２，ＲＰ３，ＲＰ４）のうち少なくとも２つの相対位置は異なっていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
第２の相対位置（ＲＰ２）は第３の相対位置（ＲＰ３）に一致し、第１の相対位置（ＲＰ１）は第４の相対位置（ＲＰ４）に一致することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
第１〜第４のスカイビング加工動作は、硬化されていないワークピース（５０．１，５０．２）において実行されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
ＣＮＣ制御部（２０１）を備えたマシン（２００）であって、前記ＣＮＣ制御部は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法を実行するようにプログラムされている、マシン。
【請求項１１】
前記スカイビングツール（１００）の刃先（１１２，１１３，１１４）の切削負荷を最大限均一にするためにスカイビングにおいて交互式半完結法が予め定義できるようにプログラムされたソフトウェアモジュールを備えた、請求項１０に記載のマシン。
【請求項１】
回転対称性の周期構造を有する第１のワークピース（５０．１）と第２のワークピース（５０．２）とをスカイビングツール（１００）を用いてスカイビング加工するための方法であって、
第１のワークピース（５０．１）を提供するステップと、
第２のワークピース（５０．２）を提供するステップと、を有し、
第１のワークピース（５０．１）を提供するステップは、
第１のワークピース（５０．１）に対して、前記スカイビングツール（１００）を第１の相対位置（ＲＰ１）に位置付けるステップと、
第１のワークピース（５０．１）の第１のスカイビング加工動作を実行するステップであって、該第１のスカイビング加工動作において、第１のワークピース（５０．１）の周期構造の全右側面（５４）又は全左側面（５３）の一方を仕上げ加工し、他方を予備加工するステップと、
第１のワークピース（５０．１）に対して、前記スカイビングツール（１００）を第２の相対位置（ＲＰ２）に位置付けるステップと、
第１のワークピース（５０．１）の第２のスカイビング加工動作を実行するステップであって、該第２のスカイビング加工動作において、第１のワークピース（５０．１）の周期構造の左右の側面（５３，５４）のうち、第１のスカイビング加工動作において予備加工しかされなかった側面を仕上げ加工するステップと、を有し、
第２のワークピース（５０．２）を提供するステップは、
第２のワークピース（５０．１）に対して、前記スカイビングツール（１００）を第３の相対位置（ＲＰ１）に位置付けるステップと、
第２のワークピース（５０．１）の第３のスカイビング加工動作を実行するステップであって、該第３のスカイビング加工動作において、
第１のワークピース（５０．１）において第１のスカイビング加工動作の実行中に前記周期構造の全左側面（５３）が仕上げ加工された場合に、第２のワークピース（５０．２）の周期構造の全右側面（５４）を仕上げ加工するとともに、前記左側面（５３）を予備加工する動作と、
第１のワークピース（５０．１）において第１のスカイビング加工動作の実行中に前記周期構造の全右側面（５４）が仕上げ加工された場合に、第２のワークピース（５０．２）の周期構造の全左側面（５３）を仕上げ加工するとともに、前記右側面（５４）を予備加工する動作とのうち、いずれか一方の動作を実行するステップと、
第２のワークピース（５０．２）に対して、前記スカイビングツール（１００）を第４の相対位置（ＲＰ４）に位置付けるステップと、
第２のワークピース（５０．２）の第４のスカイビング加工動作を実行するステップであって、該第４のスカイビング加工動作において、第２のワークピース（５０．２）の周期構造の左右の側面（５３，５４）のうち、第３のスカイビング加工動作において予備加工しかされなかった側面を仕上げ加工するステップと、を有する、方法。
【請求項２】
第１のワークピース（５０．１）の第１のスカイビング加工動作と第２のスカイビング加工動作とは、
第１の回転軸（Ｒ１）を中心として前記スカイビングツール（１００）を回転させるステップと、
該スカイビングツール（１００）の回転と組み合わせて、第２の回転軸（Ｒ２）を中心として第１のワークピース（５０．１）を回転させるステップと、
第２の回転軸（Ｒ２）に平行な方向に沿って、第１のワークピース（５０．１）に対する前記スカイビングツール（１００）の軸方向のフィード動作（ＶＢ）を実行するステップと、を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第２のワークピース（５０．２）の第３のスカイビング加工動作と第４のスカイビング加工動作とは、
第１の回転軸（Ｒ１）を中心として前記スカイビングツール（１００）を回転させるステップと、
該スカイビングツール（１００）の回転と組み合わせて、第２の回転軸（Ｒ２）を中心として第２のワークピース（５０．２）を回転させるステップと、
第２の回転軸（Ｒ２）に平行な方向に沿って、第２のワークピース（５０．２）に対する前記スカイビングツール（１００）の軸方向のフィード動作（ＶＢ）を実行するステップと、を備える、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記スカイビングツール（１００）は、複数の刃（１１１）を備え、
各刃（１１１）は、前記右側面（５４）を切削するための第１の側面刃先（１１３）と、前記左側面（５３）を切削するための第２の側面刃先（１１２）と、第１の側面刃先（１１３）と第２の側面刃先（１１２）との間の領域に存在するヘッドの刃先（１１４）と、を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
第１のワークピース（５０．１）及び第２のワークピース（５０．２）の第１〜第４のスカイビング加工動作は、
第１の側面刃先（１１３）を使用して実行される切削の回数と、第２の側面刃先（１１２）を使用して実行される切削の回数とが略等しくなるように実行されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記ヘッドの刃先（１１４）は、第１のワークピース（５０．１）及び第２のワークピース（５０．２）において仕上げ加工されるギャップ（５２）の歯底（５５）におけるギャップ幅よりも小さい幅、好ましくは、前記歯底（５５）における前記ギャップ幅の３分の２以下の幅を有することを特徴とする請求項４または５に記載の方法。
【請求項７】
第１のワークピース（５０．１）又は第２のワークピース（５０．２）の角度回転を経て、第１〜第４の相対位置（ＲＰ１，ＲＰ２，ＲＰ３，ＲＰ４）のうち少なくとも２つの相対位置は異なっていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
第２の相対位置（ＲＰ２）は第３の相対位置（ＲＰ３）に一致し、第１の相対位置（ＲＰ１）は第４の相対位置（ＲＰ４）に一致することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
第１〜第４のスカイビング加工動作は、硬化されていないワークピース（５０．１，５０．２）において実行されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
ＣＮＣ制御部（２０１）を備えたマシン（２００）であって、前記ＣＮＣ制御部は、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法を実行するようにプログラムされている、マシン。
【請求項１１】
前記スカイビングツール（１００）の刃先（１１２，１１３，１１４）の切削負荷を最大限均一にするためにスカイビングにおいて交互式半完結法が予め定義できるようにプログラムされたソフトウェアモジュールを備えた、請求項１０に記載のマシン。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図４Ｃ】
【図４Ｄ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−６３５０６（Ｐ２０１３−６３５０６Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−２０４４５６（Ｐ２０１２−２０４４５６）
【出願日】平成２４年９月１８日（２０１２．９．１８）
【出願人】（５９６０４３４９４）クリンゲルンベルク・アクチェンゲゼルシャフト (15)
【氏名又は名称原語表記】Ｋｌｉｎｇｅｌｎｂｅｒｇ ＡＧ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２０４４５６（Ｐ２０１２−２０４４５６）
【出願日】平成２４年９月１８日（２０１２．９．１８）
【出願人】（５９６０４３４９４）クリンゲルンベルク・アクチェンゲゼルシャフト (15)
【氏名又は名称原語表記】Ｋｌｉｎｇｅｌｎｂｅｒｇ ＡＧ
【Ｆターム（参考）】
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