工作機械において加工品をフライス加工することにより、平歯車の歯集合体のうちの歯を形成するための制御データを発生する方法および装置
【課題】平歯車の歯集合体を有する加工品の機械加工、処理または製造を更に簡略化
【解決手段】本発明は、発生された制御データに基づき、複数の機械加工経路に沿って工作機械のフライスカッターを連続的に移動させることによって少なくとも５本の軸を有する数値制御式工作機械で、特にフライス盤、汎用工作機械、マシニングセンターで、加工品をフライス加工することにより、所望する幅方向のクラウニングを有する平歯車の歯集合体のうちの歯を形成するための制御データを発生する方法および装置に関し、この方法は、平歯車の歯集合体のうちの歯の少なくとも１つの歯のフランクの幾何学的形状を提供するステップと、前記歯の前記所望する幅方向のクラウニングに従って、前記提供された歯のフランクの幾何学的形状の変更を決定するためのパラメータを決定するステップと、前記決定されたパラメータに基づき変更された歯のフランクの幾何学的形状に基づき、制御データを発生するためのステップとを備える。
【解決手段】本発明は、発生された制御データに基づき、複数の機械加工経路に沿って工作機械のフライスカッターを連続的に移動させることによって少なくとも５本の軸を有する数値制御式工作機械で、特にフライス盤、汎用工作機械、マシニングセンターで、加工品をフライス加工することにより、所望する幅方向のクラウニングを有する平歯車の歯集合体のうちの歯を形成するための制御データを発生する方法および装置に関し、この方法は、平歯車の歯集合体のうちの歯の少なくとも１つの歯のフランクの幾何学的形状を提供するステップと、前記歯の前記所望する幅方向のクラウニングに従って、前記提供された歯のフランクの幾何学的形状の変更を決定するためのパラメータを決定するステップと、前記決定されたパラメータに基づき変更された歯のフランクの幾何学的形状に基づき、制御データを発生するためのステップとを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発生される制御データに基づき、機械加工トラックに沿って工作機械のフライスカッターを連続的に移動させることにより、特にラインごとに移動させることにより、少なくとも５本の軸を含む数値制御式工作機械、特に汎用工作機械において、加工品をフライス加工することにより、平歯車の歯集合体の歯を形成するための制御データを発生する方法および装置に関する。
【０００２】
特に本発明は、歯のフランク（歯面）を形成するよう、加工品から材料をラインごとに切削するよう、制御データが表示する機械加工トラックに沿って工作機械のフライスカッターをラインごとに移動させることにより、所定の歯のフランクの幾何学的形状に従って歯のフランクを形成するようになっている、少なくとも５本の軸を含む数値制御式汎用工作機械、例えばフライス盤、汎用フライス盤またはマシニングセンターにおいて加工品をフライス加工することにより平歯車の歯集合体の歯を形成するための制御データを発生する方法および装置に関する。
【０００３】
更に本発明は、歯集合体の情報データを提供し、前記提供された歯集合体の情報データに基づき、提供された歯のフランクの幾何学的形状を計算することを含む、前記提供された歯集合体の情報データに基づき前記加工品のモデルの計算を行い、前記加工品上で平歯車の歯集合体のうちの歯を形成するための制御データを発生することを含む、前記加工品を製造するための制御データを発生することにより、歯車の歯集合体を有する加工品を製造するための制御データを発生する方法および装置に関する。
【０００４】
本発明は、発生される制御データに基づき、機械加工トラックに沿って工作機械のフライスカッターを連続的に移動させることにより、特にラインごとに移動させることにより、加工品をフライス加工するための少なくとも５本の軸を含む数値制御式汎用工作機械、例えばフライス盤、汎用フライス盤またはマシニングセンターに関し、この工作機械は、制御データを発生するための装置を含む。
【０００５】
更に本発明は、記憶媒体に記憶されるコンピュータプログラム手段を含むコンピュータプログラム製品に関し、このコンピュータプログラム手段は、データ処理装置が制御データを発生するための装置を形成し、および／またはデータ処理装置が制御データを発生する方法を実行するように構成されるよう、データ処理装置のデータ処理手段によって実行すべき実行手段を含む。
【背景技術】
【０００６】
平歯車の歯集合体を有する加工品の製造に関し、平歯車の歯集合体を有する加工品のみを機械加工するように設計された専用の歯切り盤である、単一目的の工作機械で平歯車または平歯車の歯集合体を有するその他の加工品を製造することが従来技術から知られている。かかる専用歯切り盤は、汎用工作機械と区別すべきである。
【０００７】
例えば従来技術では、専用歯切り盤に関して加工品上で歯のフランクまたは歯を形成するように、ギアプロフィルホッビング工具またはギアプロフィル研削プレートを制御することによって加工品で歯のプロフィルを形成するためのギアホッビングマシンまたは歯切り盤が知られている。これらギアプロフィルホッビング工具およびギアプロフィル研削プレートは、形成すべき歯のフランクのプレート形状に対応する横断面形状を既に有している。加工品を通る１つの機械加工トラックに沿ってギアプロフィルホッビング工具またはギアプロフィル研削プレートを制御することにより、ギアプロフィルホッビング工具またはギアプロフィル研削プレートのプレート形状に応じ、工具の形状に従った歯のプロフィルを有する１つの、または２つの対向する歯のフランクが既に形成されている。
【０００８】
かかる専用歯切り盤、すなわち単一目的のマシン、例えばギアホッビングマシンまたは歯切り盤を使用する上記製造方法とは異なり、本発明は加工品上で歯のフランクを連続的に形成するよう、機械加工トラックに沿ってフライスカッターが連続的な運動、特にラインごとの運動を実行する、連続的な機械加工、特にラインごとの機械加工により、加工品上のギアの歯集合体を標準的なフライスカッター、例えばコーナー半径を有するか、または有しないエンドフライスカッターにより形成する、少なくとも５本の軸を含む数値制御工作機械、特に汎用工作機械、例えばフライス盤、汎用フライス盤またはマシニングセンターにおいて、ギアの歯集合体（特に平歯車の歯集合体）を有する加工品を製造するための新規に開発された方法に関する。
【０００９】
いわゆる標準工作機械または汎用工作機械、例えばフライス盤、汎用フライス盤、またはマシニングセンターで、ギアの歯集合体を有する加工品を製造するためのかかる方法については、（雑誌WERKSTATT UND BETRIEB(ワークショップおよび企業）カールハンザ出版社、ミュンヘン、ナンバー４／２８、２００７年、２８〜３２ページ、ＩＳＳＮ００４３−２７９２で発表された）Hans-Peter Schossig氏による論文「良好な歯を得る簡単な方法−標準的な工作機械でギアを高品位にフライス加工する方法」、更に国際公開ＷＯ２００８／１３３５１７Ａ１に記載されている。本発明のスタートポイントは、出願人が開発したこの新規な方法および特にその更なる改良点である（例えばドイツ特許第１０ ２００９ ００８ １２４号を参照されたい）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来技術から知られる上記方法に鑑み、本発明の目的は、平歯車の歯集合体を有する加工品の機械加工、処理または製造を更に簡略化し、少なくとも５本の軸を含む数値制御式工作機械において、特に汎用工作機械、例えばフライス盤、汎用フライス盤、またはマシニングセンターにおいて、加工品をフライス加工する能力を拡張することにある。特に本発明の目的は、発生される制御データに基づき、加工品上で歯のフランクを連続的に機械加工すること、特にラインごとに機械加工することにより、加工品上の歯車の歯集合体を形成する、少なくとも５本の軸を含む数値制御式工作機械、特に汎用工作機械において、ギアの歯集合体を有する加工品を製造するための、従来にない新規に開発された方法の用途の広がりを改善する制御データを発生するための方法および装置を提供することにある。特に本発明の別の目的は、所望するクラウニングに従って加工品の少なくとも１つの歯を形成するよう、平歯車の歯集合体を有する加工品の簡単かつ効率的な製造を可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の上記目的を達成するために、請求項１に記載された平歯車の歯集合体のうちの歯を形成するための制御データを発生する方法、請求項１６に記載のギアの歯集合体を有する加工品を製造するための制御データを発生する方法、クレーム１８記載の平歯車の集合体の歯を形成するための制御データを発生するための装置、請求項１９に記載の、平歯車の歯集合体を有する加工品を製造するための制御データを発生する装置、請求項２０に記載の少なくとも５本の軸を有する数値制御式工作機械、および請求項２１に記載のコンピュータプログラム製品が提案される。従属請求項には好ましい実施形態の特徴事項が記載されている。
【００１２】
本発明の第１の様相によれば、発生された制御データに基づき、特にラインごとに、複数の機械加工経路に沿って工作機械のフライスカッターを連続的に移動させることによって、少なくとも５本の軸を有する数値制御式工作機械で、特に汎用工作機械、例えばフライス盤、汎用フライス盤、またはマシニングセンターで、加工品をフライス加工することにより、所望する幅方向のクラウニングを有する平歯車の歯集合体のうちの歯を形成するための制御データを発生する方法が提案される。
【００１３】
この方法は、平歯車の歯集合体のうちの歯の少なくとも１つの歯のフランクの幾何学的形状を提供するステップと、前記歯の前記所望する幅方向のクラウニングに従って、前記提供された歯のフランクの幾何学的形状の変更を決定するためのパラメータを決定するステップと、前記決定されたパラメータに基づき変更された歯のフランクの幾何学的形状に基づき、制御データを発生するためのステップとを備えることができ、前記変更された歯の幾何学的形状は、前記所望する幅方向のクラウニングを有する前記歯のフランクの幾何学的形状に対応する。
【００１４】
上記様相によれば、歯のフランクの幾何学的形状、例えば数学的に正確な、または理論的な歯のフランクの幾何学的形状が提供される。この歯のフランクの幾何学的形状は、歯のフランクの幾何学的形状を示すか、歯のフランクの幾何学的形状を定める情報またはデータ、または歯のタイプ（例えば直線状の歯集合体、ヘリカルな歯集合体、円形の歯集合体、スパイラルな歯集合体等）、加工品の形状および／または幾何学的形状、歯集合体の形状、またはプロフィル形状（例えばインボリュートプロフィル形状、サイクロイドプロフィル形状、円形プロフィル形状等）を示すデータの提供された情報に対応する。かかる情報またはデータに基づき、例えばＣＡＤプログラム（コンピュータ支援設計のためのＣＡＤ）により、数学的に正確な、または理論的な歯のフランクの幾何学的形状を数値計算することができる。
【００１５】
しかしながら、本発明の実施形態によれば、（ドイツ特許出願第ＤＥ１０ ２００９ ００８１４号のケースのように）制御データは、提供される歯のフランクの幾何学的形状または提供される歯のフランクの幾何学的形状のモデルに基づき発生されるのではなく、本発明の実施形態は、歯の所望する幅方向のクラウニングに従って提供される歯のフランクの幾何学的形状の変更を特定するパラメータを決定するステップも更に含む。
【００１６】
次に、提供される歯のフランクの幾何学的形状に応じ、提供される歯のフランクの幾何学的形状の変更を特定するための決定されたパラメータに基づいて修正または変更された歯のフランクの幾何学的形状が計算される。ここで、制御データは本発明の実施形態によれば、変更された歯のフランクの幾何学的形状に基づき発生される。
【００１７】
これによって、製造された加工品は、歯のフランクを形成するための機械加工後に変更された歯のフランクの幾何学的形状に従った実際の歯のフランクの形状を有する歯のフランク（単数または複数）を有するように、変更された歯のフランクの幾何学的形状に対応して制御データに基づき、工作機械における加工品の機械加工が実行されるという利点が得られる。従って、製造される加工品は、機械加工直後に１つまたは２つの修正された歯のフランクを有する１つ以上の歯を有するので、製造された加工品は、工作機械における機械加工の後で、所望する幅方向のクラウニングを有する１つ以上の歯を予め含む。例えば、所望する幅方向のクラウニング形状を形成するための、歯のフランク（単数または複数）の時間のかかる不便な追加後処理が不要となる。これと対照的に、制御データに基づき、歯を直接処理できるので、必要な後処理を行うことなく、歯の所望する幅方向のクラウニングを達成できる。平歯車の歯集合体のうちの歯の「幅方向のクラウニング」なる用語は、平歯車の歯の外側側面の一方または双方に向かって、歯の厚さ（ピッチ方向）が薄くなることを意味する。
【００１８】
従って、本発明により、例えば所望する幅方向のクラウニングに従って、制御データを簡単かつ効率的な態様で発生する前に、数学的に正確または理論的な歯のフランクの幾何学的形状に対応する平歯車の歯集合体のうちの１つの歯のフランクの幾何学的形状を修正または変更することが可能となる。
【００１９】
従って、本発明によれば、複数の機械加工経路に沿って工作機械のフライスカッターを連続的に移動させることにより、特にフライスカッター、例えばエンドミル切削工具により、歯のフランクに沿って延びる機械加工経路のうちのほぼ平行なラインに沿って、ラインごとに移動させることにより、少なくとも５本の軸を有する数値制御式工作機械にて歯集合体を有する加工品を製造するための新規に開発された方法の汎用性および用途の可能性を大幅に改善し、拡張することが可能となる。
【００２０】
専用ギア切削製造機械、例えば単一目的機械、例えばギアホッビングマシンまたはギア研削マシンのような専用ギア切削製造マシンにおける、一般に知られた製造プロセスと比較して、特に平歯車の製造を大幅に改善し、簡略化できる。その理由は、所望する幅方向のクラウニングを予め有する修正された歯のフランクの幾何学的形状の形成を、発生された制御データに基づき直接実行できるからである。専用ギア切削マシン、例えば単一目的マシン、単一ギアホッビングマシンまたはギア研削マシンで実行される上記一般的な製造プロセスでは、ホッビング工具または研削工具のプロフィル形状によって歯のプロフィル形状がほぼ予め決定され、歯のフランクを形成するために、工具は一般に１つの機械加工経路に沿って（恐らくは何回も）移動するだけであるので、幅方向のクラウニングを有する歯をモデル化できる可能性が大幅に限られ、よって歯のフランクの時間のかかる不便な後処理が必要となる。
【００２１】
制御データを発生するための前記ステップは、前記提供された歯のフランクの幾何学的形状および前記決定されたパラメータに基づき、前記変更された歯の幾何学的形状のモデルを計算すること、特に前記提供された歯の幾何学的形状および前記決定されたパラメータに基づき、前記平歯車の歯集合体の歯のモデルを計算することを含むことが好ましい。
【００２２】
これによって、提供される歯のフランクの幾何学的形状の変更を指定するための決定されたパラメータに従い、数学的に正確または理論的な歯のフランクの幾何学的形状とは異なる、修正または変更された歯のフランクの幾何学的形状に従ったモデルを提供／計算できるという利点が得られる。ここで、可能な場合にはＮＣプログラムまたはＮＣプログラムの少なくとも一部を含む制御データを、変更された歯のフランクの幾何学的形状に基づき、簡単に、かつ可能な場合には自動化された態様で発生できる。
【００２３】
前記変更された歯のフランクの幾何学的形状を有する歯が、所望する幅方向のクラウニングを呈するよう、前記歯のフランクの幾何学的形状を変更するための前記パラメータを決定することが好ましい。
【００２４】
前記提供された歯のフランクの幾何学的形状の変更を特定するためのパラメータを決定する前記ステップは、前記提供された歯のフランクの幾何学的形状のうちの少なくとも１つの歯のフランクの１つ以上のシフト位置の各々に対する１つのシフトパラメータを決定することを含むことが好ましい。
【００２５】
これによって、簡単な態様で、所望する幅方向のクラウニングを有する歯のフランクを形成するための制御データを発生するには、１つ以上の定められたシフト位置の各々に対し、ユーザーがそれぞれのシフトパラメータを入力するか、決定するか、または定め、所望する幅方向のクラウニングを予め示す制御データを発生するよう、所望する幅方向のクラウニングを定めるだけでよいという利点が得られる。
【００２６】
前記少なくとも１つの歯のフランクのフランク曲線上で前記１つ以上のシフト位置が定められ、前記歯のフランク曲線は、前記歯の交差表面と前記提供された歯のフランクの幾何学的形状のうちの前記少なくとも１つの歯のフランクとの交点のラインに対応することが好ましい。
【００２７】
これによって、歯のフランク曲線に沿った、特に少なくとも１つの歯のフランクに沿って幅方向に延びる歯のフランク曲線に沿った位置に対し、１つ以上のシフトパラメータを入力するだけで、所望する幅方向のクラウニングを定めるか、または入力できるように、歯のフランク曲線に沿った少なくとも１つのフランク上に１つ以上のシフト位置が定められるか、または配置されるという利点が得られる。
【００２８】
前記歯の前記交差表面は、交差平面、特に水平交差平面であることが好ましい。前記交差平面は、前記平歯車の歯集合体のピッチ円に対して接線方向に配向され、特に前記交差平面は、前記交差平面の中心位置において前記平歯車の歯集合体の前記ピッチ円に対して接線方向に配向されることが好ましい。
【００２９】
これによって、少なくとも１つの歯のフランク上で幅方向に延びる歯のフランク曲線に沿ってシフトパラメータを定め、よって幅方向に沿って歯元または歯先に対し、同じ距離（高さ）をおおむね維持し、幅方向に沿って歯元および歯先に対し、おおむね同じ距離に更に維持できるという利点が得られる。従って、シフトパラメータを歯のフランク上の中心位置にて、かつおおむね歯たけの半分の高さに定めることができ、すなわち特に平歯車の歯集合体のうちの歯のピッチ円の近く、またはピッチとおおむね同じ高さに定めることができる。
【００３０】
好ましい有利な別の実施形態によれば、前記歯の前記交差表面は、円筒形表面に沿って延び、前記円筒形表面の軸は、前記平歯車の歯集合体の回転軸に対して同心状に配向されることが好ましい。前記歯の前記交差表面は、前記平歯車の歯集合体の前記ピッチ円に沿って延びることが好ましい。
【００３１】
別の好ましい有利な実施形態によれば、平歯車の歯集合体のうちの歯のピッチ円と正確に同じ高さにシフトパラメータを定めるか、または決定することにより、歯のフランク上にある中心位置にあり、かつ正確に歯たけの半分の高さにシフトパラメータを有利に定めることができる。更に、維持された高さ、すなわち歯元または歯先に対する位置、特に歯元と歯先の間の高さの半分の高さにある、歯のフランク上のシフト位置を定める。
【００３２】
前記１つ以上のシフト位置は、前記平歯車の歯集合体の前記ピッチ円とほぼ同じ高さに定めることが好ましい。
【００３３】
本方法は、前記提供された歯のフランクの幾何学的形状上の１つ以上のシフト位置を決定するステップを更に含むことが好ましい。
【００３４】
これによって、シフトパラメータを入力することにより、幅方向のクラウニングを形成するための歯のフランクの除去量またはシフト量を定めることが可能となるだけでなく、更に、提供された歯のフランクの幾何学的形状上のシフト位置の配置を定めることもできるという更なるフレキシビリティを得ることができるという利点が得られる。
【００３５】
歯のフランク曲線上でシフト位置を定めるか、または選択的に配置する場合、シフト位置の各々に対するそれぞれの単一パラメータを定めるか、または決定することにより、例えば隣接するシフト位置または歯のフランクのエッジに対する対応するシフト位置の距離をそれぞれ記述するパラメータを決定することにより、提供される歯のフランクの幾何学的形状上の１つ以上のシフト位置を決定し、または定めることを都合よく実行できる。
【００３６】
前記提供された歯のフランクの幾何学的形状と比較して、前記決定されたシフトパラメータに従った量だけ、前記１つ以上のシフト位置の各々において、前記変更された歯のフランクの幾何学的形状を後退させることが好ましい。これによって、所望する幅方向のクラウニングに従い、シフト位置の各々における歯のフランクまたは歯のフランクの幾何学的形状の後退量を定めることによって、幅方向のクラウニングを定めることができる。
【００３７】
前記決定されたそれぞれのシフトパラメータに従って、前記平歯車の歯集合体の回転軸を中心として、前記歯のプロフィルを回転させることにより、前記１つ以上のシフト位置の各々において前記歯のフランクの前記歯のプロフィルをシフトするよう、前記提供された歯のフランクの幾何学的形状を変更することが好ましい。
【００３８】
これによって、変更された歯のフランクの幾何学的形状を得るよう、特定のシフト位置においてプロフィルをシフトするよう、平歯車の歯の集合体の回転軸を中心として、決定されたシフトパラメータに対応する特定のシフト位置において、歯のプロフィルを回転する特定のシフト位置に対する１つのシフトパラメータだけを入力または決定することにより、歯プロフィル全体の変更または修正を特定のシフト位置において簡単かつ都合よく定めることができるという利点が得られる。
【００３９】
従って、１つ以上のシフト位置におけるそれぞれの定められたシフトパラメータに従い、平歯車の歯集合体の回転軸を中心にそれぞれの歯のプロフィルを回転することによって、それぞれ得られるシフトされたプロフィルから変更された歯のフランクの幾何学的形状を得ることができ、ここで、各シフト位置において均一かつ連続的な移行点、好ましくは接線方向の移行点が得られるよう、隣接するシフト位置の間で歯のフランクの幾何学的形状を均一かつ連続的に補完することが好ましい。
【００４０】
本方法は、前記変更された歯のフランクの幾何学的形状のモデルをディスプレイするステップを更に含むことが好ましい。
【００４１】
これによって、所望する幅方向のクラウニングを有する変更された歯のフランクの幾何学的形状に基づいて制御データを発生するに先立ち、モデルが、変更された所望する歯のフランクの幾何学的形状に従った歯のフランクの幾何学的形状、すなわち所望する幅方向のクラウニングを呈する変更された歯のフランクの幾何学的形状を有するまで、計算されたモデルに基づき、制御データを発生する前に、決定されたシフト位置および／またはシフトパラメータを更に調節および／または補正できるように、変更された歯のフランクの幾何学的形状をユーザーが視覚により検討できるという利点が得られる。
【００４２】
前記歯のフランクの幾何学的形状を提供する前記ステップは、前記歯集合体の情報データを提供することと、前記提供された歯集合体の情報データに基づき、提供される歯のフランクの幾何学的形状を計算することを含むことが好ましい。
【００４３】
前記歯集合体の情報データは、前記加工品のサイズおよび形状を示すデータと、歯集合体の形状、特に直線状歯集合体形状、螺旋歯集合体ギア形状、およびスパイラル歯集合体形状を含む前記歯集合体形状のうちの１つの歯集合体の形状を示すデータ、前記歯のフランクのプロフィル形状、特にインボリュートプロフィル形状、サイクロイドプロフィル形状および円形プロフィル形状を含むプロフィル形状のうちの１つのプロフィル形状を示すデータ、前記ギア歯集合体の歯の幾何学的形状のサイズおよび形状を示すデータ、および／または前記ギア歯集合体の歯数を示すデータを含むことが好ましい。
【００４４】
これによって、歯集合体の情報データを提供することにより、提供された歯のフランクの幾何学的形状を簡単な態様で提供できるという利点が得られる。ここで、完全な歯のフランクの幾何学的形状を提供するよう、または少なくとも数学的に正確な、または理論的な、歯のフランクの幾何学的形状のモデルを少なくとも計算できるようにするには、実際に、わずかな歯集合体の情報データだけを提供し、決定し、または入力するだけでよい。例えば歯集合体の情報データは加工品のサイズおよび形状を示すデータを含むことができ、更に所望する歯集合体の形状（歯集合体のタイプ）を示す、例えば直線状の歯集合体の形状、ヘリカル状歯集合体のギア形状およびスパイラル状の歯集合体の形状のいずれを形成すべきであるかを示すデータを含む、歯集合体の情報データを提供できる。更に、歯のフランクの所望する可能な数学的に正確なプロフィル形状、例えばインボリュートプロフィル形状、サイクロイドプロフィル形状および円形プロフィル形状を含むプロフィル形状のうちの１つを示すデータを含む歯集合体の情報データを提供できる。更に、ギアの歯集合体の歯の幾何学的形状のサイズおよび形状を示すデータ、および／またはギアの歯集合体の歯数を示すデータも含む歯集合体の情報データを提供できる。
【００４５】
特に歯集合体データは、提供された歯のフランクの幾何学的形状のモデルを計算するか、または提供すべき所望する歯のフランクの幾何学的形状（例えば好ましくはクラウニングのない状態で提供される幾何学的形状）を有する１つ以上の平歯車の歯を含む平歯車の歯集合体を有する、製造された加工品全体のモデルを計算することにより、数学的に正確な、または理論的な歯のフランクの幾何学的形状の計算を可能にするデータを含むことが好ましい。
【００４６】
本発明の第２の様相によれば、ギアの歯集合体を有する加工品を製造するための制御データを発生する方法であって、
歯集合体の情報データを提供するステップと、
前記提供された歯集合体の情報データに基づき、提供された歯のフランクの幾何学的形状を計算することを含む、前記提供された歯集合体の情報データに基づき前記加工品のモデルを計算するステップと、
第１の様相または上記好ましい様相のうちの１つの方法に従って、前記加工品上で平歯車の歯集合体のうちの歯を形成するための制御データを発生することを含む、前記加工品を製造するための制御データを発生するステップとを備える、制御データを発生する方法が提案される。
【００４７】
本発明の第３の様相によれば、上記様相のうちの１つに記載の方法に従って、前記発生された制御データに基づき、複数の機械加工経路に沿って前記工作機械のフライス加工カッターを連続的に移動することにより、少なくとも５本の軸を有する数値制御式工作機械において、特に汎用工作機械において、加工品をフライス加工することによって所望する幅方向のクラウニングを有する平歯車の歯集合体のうちの歯を形成するための制御データを発生する装置であって、この装置は、前記平歯車の歯集合体のうちの少なくとも１つの歯のフランクの幾何学的形状を提供するための第１入力手段と、前記歯の所望する幅方向のクラウニングに従って提供されたフランクの幾何学的形状の変更を特定するためのパラメータを決定する第２手段と、前記決定されたパラメータに基づき変更された歯のフランクの幾何学的形状に基づき、制御データを発生するための制御データ発生手段とを備え、前記変更された歯のフランクの幾何学的形状は、意図する幅方向のクラウニングを有する、歯のフランクの幾何学的形状に対応する装置が提案される。
【００４８】
本発明の第４の様相によれば、ギアの歯集合体を有する加工品を製造するための制御データを発生する装置であって、歯集合体の情報データを提供するための入力手段と、前記提供された歯集合体の情報データに基づき、提供された歯のフランクの幾何学的形状を計算することを含む、前記提供された歯集合体の情報データに基づき前記加工品のモデルを計算するためのモデル計算手段と、上記様相のうちの１つに記載の方法に従って、前記加工品上で平歯車の歯集合体のうちの歯を形成するための制御データを発生することを含む、前記加工品を製造するための制御データを発生するための制御データ発生手段とを備える、制御データを発生する装置が提案される。
【００４９】
以下説明する好ましい実施形態は、上記第３の様相および第４の様相に係わる装置に関する。
【００５０】
この装置は、提供される歯のフランクの幾何学的形状および決定されたパラメータに基づき、変更される歯のフランクの幾何学的形状のモデルを計算するためのモデル計算手段、特に提供される歯のフランクの幾何学的計算をするおよび決定されるパラメータに基づき、平歯車の歯集合体のうちの歯のモデルを計算するためのモデル計算手段を含むことが好ましい。
【００５１】
この装置は、提供される歯のフランクの幾何学的形状の少なくとも１つの歯のフランクの１つ以上のシフト位置を決定するための第３入力手段を含むことが好ましい。
【００５２】
この装置は、変更される歯のフランクの幾何学的形状のモデルをディスプレイするためのモデルディスプレイ手段を含むことが好ましい。このモデルディスプレイ手段は、提供される歯のフランクの幾何学的形状をディスプレイし、加工品の未加工部分の幾何学的形状をディスプレイし、平歯車の歯集合体を形成する前に加工品の幾何学的形状をディスプレイし、および／または平歯車の歯集合体を形成した後に加工品の仕上がった部分の幾何学的形状を更にディスプレイするようになっていることが好ましい。
【００５３】
この装置は、歯集合体の情報データを入力し、決定し、または定めるための入力手段を含むことが好ましいか、または第１入力手段は、入力手段が歯集合体の情報データを入力し、決定し、または定めるための入力手段を含むことが好ましく、この入力、決定および定義するステップは、加工品のサイズおよび形状を示すデータを入力し、決定し、または定めるステップ、歯集合体の形状、特に直線状の歯集合体の形状、ヘリカル状歯集合体のギア形状およびスパイラル状の歯集合体の形状を含む歯集合体の形状のうちの１つの歯集合体形状を示すデータを入力し、決定し、または定めるステップは、歯のフランクのプロフィル形状、特にインボリュートプロフィル形状、サイクロイドプロフィル形状および円形プロフィル形状を含むプロフィル形状のうちの１つのプロフィル形状を示すデータを入力し、決定し、または定めるステップと、ギアの歯集合体のうちの歯の幾何学的形状のサイズおよび形状を示すデータを入力し、決定し、または定めるステップ、および／またはギアの歯集合体の歯数を示すデータを入力し、決定し、または定めるステップを含むことができる。
【００５４】
本発明の第５の様相によれば、上記第３または第４の様相のうちの１つに記載の装置を含み、前記発生された制御データに基づき、複数の機械加工経路に沿って前記工作機械のフライスカッターを連続的に移動することにより、加工品をフライス加工するための、少なくとも５本の軸を有する数値制御式工作機械、特に汎用工作機械が提案される。
【００５５】
本発明の第６の様相によれば、コンピュータで読み取り可能な記録媒体と、この記録媒体の上に記憶されたコンピュータプログラム手段とを備え、前記コンピュータプログラム手段は、上記様相のうちの１つに記載の方法をデータ処理装置のデータ処理手段に実行させるようになっている、コンピュータプログラム製品が提案される。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】加工品の平歯車の歯集合体のうちの１つの歯の斜視略図の例を示す。
【図２】図１の歯の横断面略図の例を示す。
【図３】図２の交差表面Ａ−Ａに沿った歯の交差表面の略図の例を示す。
【図４】本発明の一実施形態に係わる歯のプロフィルのシフトを示すための歯の横断面略図の例を示す。
【図５】本発明の一別の実施形態に係わる歯のプロフィルのシフトを示すための歯の横断面略図の例を示す。
【図６】本発明の実施形態に係わる歯のプロフィルの回転シフトを例として示す。
【図７】（Ａ）本発明の一実施形態に係わる歯たけの方向の歯のプロフィルの垂直シフトを例として示す。 （Ｂ）本発明の一実施形態に係わる歯たけの方向の歯のプロフィルの垂直シフトを例として示す。
【図８Ａ】本発明の一実施形態に係わる、制御データを発生するための装置の略図を例として示す。
【図８Ｂ】図８Ａの装置の入力手段の略図を例として示す。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
以下、添付図面を参照し、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。しかしながら、本発明は、記載されている実施形態だけに限定されるものはない。本発明の範囲は、特許請求の範囲に記載されている。図中、実施形態の同一または類似する主要部には同じ参照番号を付す。
【００５８】
図１は、例えば直線状の歯に従った、加工品の平歯車の集合体のうちの歯１の斜視略図の一例を示す。図１Ａにおける歯１は、歯元１ａと、歯先１ｂと、歯のフランク１ｃを含む歯のフランクとを備え、歯元１ａと歯先１ｂとの間で歯のフランク１ｃが延びている。平歯車を後に使用する間、対向する平歯車の対向するフランクは、他のフランク１ｃにて転動する。歯のフランク１ｃは、ときどき歯１ｃの側面のアクティブ歯領域と称される。
【００５９】
歯のフランク１ｃは、歯１の表面に対応することができ、この表面は、数学的に正確な歯のフランクの幾何学的形状に従った、数学的に正確な歯のフランクのプロフィルを呈する。歯元１ａおよび歯先１ｂに近いエリアでは、歯１の形状は、数学的に正確に設けられた歯のフランクのプロフィルのうちの数学的に正確に設けられた歯のフランク形状と異なる場合があるので、かかる領域は、アクティブな歯のエリア、すなわち歯のフランク１ｃの一部とならない場合がある。以下、歯のフランク１ｃは、かみ合うアクティブな歯のフランクのプロフィルに従ったプロフィルを有する部分であると仮定する。
【００６０】
図１の歯１は、歯のフランクの幾何学的形状を修正または変更する前に設けられた歯のフランクの幾何学的形状に従った歯のフランクを有する。特に歯１は、歯１の全幅に沿って同じ、数学的に正確な同じ歯のフランクのプロフィルの形状（ここでは例えばインボリュートプロフィル形状）を有する。ピッチ方向の歯１の歯厚は、図１では一定であるので、歯１は、幅方向のクラウニングをまだ呈していない。
【００６１】
必要な歯集合体の情報データが提供され、決定され、または入力されていることを条件に、例えばＣＡＤシステムにより、平歯車の歯のフランク１ｃの幾何学的モデルを計算することが可能である。例えば、特に歯のフランク１の数学的モデルまたは数値モデルを計算するのに必要な次の歯集合体の情報データが必要となる。
・機械加工の前および／または機械加工後の加工品のサイズおよび形状を示すデータ（例えば加工品の未加工部分の幾何学的形状および／または加工品の仕上がり部品の幾何学的形状、または加工品の未加工部分の幾何学的形状のモデル、および／または加工品の仕上がり部分の幾何学的形状を計算するためのデータ）、
・歯集合体の形状（歯車のタイプ）を示すデータ、特に直線状の歯集合体の形状、ヘリカル歯集合体形状、円形歯集合体形状およびスパイラル歯集合体形状などを含む歯集合体形状のうちの１つの歯集合体形状を示すデータ、
・歯のフランクの歯のプロフィル形状を示すデータ、特にインボリュートプロフィル形状、サイクロイドプロフィル形状および円形プロフィル形状などを含む歯のプロフィル形状のうちの１つの歯のプロフィル形状を示すデータ、
・歯車の歯集合体の幾何学的形状のサイズおよび／または形状を示すデータ、特に歯たけ、歯厚、歯幅および同様なパラメータを示すデータ、および／または
・歯車の歯集合体の歯数を示すデータ
【００６２】
上記データに基づき、歯集合体の数学的に正確なモデルまたは歯のフランクもしくは歯のフランクの表示された歯のプロフィル形状、例えばインボリュートプロフィル形状に従った数学的に正確な歯のフランクのプロフィルを有する、数学的に正確な歯のフランクの幾何学的形状に対応する歯のフランク１ｃを有する歯集合体を含む加工品の数学的に正確なモデルを計算または発生することが可能である。
【００６３】
かかる計算されたモデル、例えばＣＡＤ（コンピュータ支援設計の略語）システムによって計算されたモデルからスタートし、例えばＣＡＭまたはＣＡＤ／ＣＡＭシステム（ＣＡＭとは、コンピュータ支援製造の略語）により、ＮＣプログラム（ＮＣは数値制御の略語）を発生するためのモデルに基づき、機械加工経路データを更に計算することが可能である。少なくとも５本の軸を有する数値制御式工作機械、例えばフライス盤、汎用フライス盤またはマシニングセンターにおいて、エンドミルカッターなどのような工具に基づきく制御データ内に含まれる機械加工の経路データを制御できる。機械加工経路データにより表示される機械加工経路に沿って工具を連続的に移動させることにより、特に機械加工経路の平行ラインに沿って工具をラインごとに移動させることにより、加工品上に歯のフランク１ｃを形成するように工具を制御できる。提供される歯のフランクの幾何学的形状に基づき、かかる機械加工の経路をどのように好ましく発生できるかについて述べているドイツ特許出願第DE10 2009 008 124号の教示内容を参照されたい。
【００６４】
本発明の実施形態によれば、制御データは、数学的に正確な、または理論的な歯のフランクのプロフィルまたは歯のフランクの幾何学的形状となっている、提供される歯のフランクの幾何学的形状に基づいて発生されるのではなく、制御データは、加工品の最初の処理の前でも可能な歯幅方向のクラウニングを有利にモデル化するように、制御データの発生前または制御データの発生中に変更または修正される、変更された歯のフランクの幾何学的形状に基づいて発生される。従って、工作機械で加工品を処理した後に、歯の所望する幅方向のクラウニングをモデル化するために、加工品の不便でかつ時間のかかる後処理を必要とすることなく、他の所望する幅方向のクラウニングを簡単かつ効率的に達成できる。
【００６５】
本発明の好ましい実施形態に係わる図１〜５を参照し、以下、幅方向のクラウニングをモデル化するための歯のフランクの幾何学的形状の幅方向のクラウニングおよび修正／変更について説明する。
【００６６】
図１において、歯１は歯たけ１ｆを有し、歯たけ１ｆの半分の高さにおいて加工品の内側の基本的部分の半径と歯たけ１ｆの半分の和に対応する半径を有する平歯車の回転軸を中心とする円に対応するピッチ円１ｄが構成されている。図１には、交差表面１ｅが示されており、この交差表面は、ピッチ円１ｄの高さにおいて、円筒形表面に沿って延びる歯１の交差表面に一例として対応し、円筒形表面の軸は平歯車の回転軸に対して同心状に配置されている。従って、交差表面１ｅは、本実施形態によれば、ピッチ円１ｄに沿って延びている。しかしながら、本発明は、円筒形表面形状の交差表面だけに限定されない。例えば図５を参照して説明する実施形態を参照されたい。
【００６７】
交差表面１ｅと歯のフランク１ｃとは、ピッチ円１ｄの高さにおいて、すなわち歯元１ａと歯先１ｂとの間の高さの半分の高さにおいて直線状のフランク曲線７を構成する。
【００６８】
図２は、図１の歯の略横断面図の一例を示す。従って、歯１は提供される歯のフランクの幾何学的形状に従った歯のフランク１ｃを有する。参照番号１ｇは、平歯車の内側基本部分の延長部、すなわち歯元１ａの高さにおける円を示す。同じ歯１の対向する歯のフランク１ｃ’も同じように示されている。
【００６９】
図３は、図２の交差表面Ａ−Ａに沿った歯１の交差表面１ｅの略図の一例を示す。例として、この交差表面１ｅは、直線ラインではなくピッチ円１ｄの円形ラインに沿って延びる。
【００７０】
フランク曲線７の上にはシフト位置２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇが定められている。これらシフト位置はあらかじめ定めてもよいし、またはユーザーがフランク曲線７上のシフト位置を決定するためのパラメータを入力することによって入力してもよい。かかるパラメータは、シフト位置２ａ〜２ｇからそれぞれの隣接するシフト位置までの距離を入力するか、および／またはシフト位置２ａ〜２ｇから歯のフランク曲線７の外側エッジまでの距離を入力することによって、入力することもできる。
【００７１】
歯のフランクの幾何学的形状、歯のフランクまたはピッチ円の高さにおけるフランク曲線７の所望するシフトを定めるために、シフト位置２ａ〜２ｇの各々に対してそれぞれ定められるか、または決定された、シフトパラメータ３ａ〜３ｇが存在する。
【００７２】
従って、修正されたフランク曲線８に従ってピッチ円の高さにおけるフランクのシフトが定められる。交差位置における移行部が滑らかな形状かつ連続的となり、特に好ましくは移行点で接線方向となるように、フランク曲線８がそれぞれのシフトパラメータによって定められる位置と交差する補完曲線を表示することが好ましい。
【００７３】
対向する歯のフランク１ｃ’上のフランク曲線７’上に、シフト位置２ａ’〜２ｇ’が同じように定められ、これらシフト位置に対し、それぞれのシフトパラメータ３ａ’〜３ｇ’を決定または定めることができる。従って、対向する歯のフランク１ｃ’に対しても、シフトパラメータ３ａ’〜３ｇ’に従ってシフトされた、修正された歯のフランク曲線８’の位置が得られる。
【００７４】
こうして修正され、得られた歯のフランク曲線８および８’は、ピッチ円１ｄの高さにおける変更された歯のフランクの幾何学的形状を定める。従って、本実施形態では、ピッチ円の高さにおける歯のフランクの幾何学的形状を修正するためのパラメータを定めるだけでよい。次に、図４を参照して説明する原理に従い、歯のフランクの幾何学的形状全体の変更を簡単かつ効率的に実行できる。
【００７５】
図４は、本発明の一実施形態に従った歯のプロフィルのシフトを示すための、図３内の断面Ｂ−Ｂに沿った歯１の横断面略図の一例を示す
【００７６】
定められたシフト位置２ｂおよび２ｂ’におけるシフトパラメータ３ｂおよび３ｂ’を決定することにより、ピッチ円の高さにおいて、それぞれの歯のフランク１ｃおよび１ｃ’のシフトまたは後退量が例として定められ、または決定される。フランク曲線７および７’だけでなく、８および８’の交点も示されている。
【００７７】
参照番号４は、歯のフランク１ｃの歯のプロフィルを示し、参照番号４’は歯のフランク１ｃ’の歯のプロフィルを示す。
【００７８】
それぞれの歯のフランクのプロフィルが修正されたフランク曲線８および８’にそれぞれ交差するまで、平歯車の回転軸を中心に回転させることにより、シフト位置２ｂおよび２ｂ’に定められたシフトパラメータ３ｂおよび３ｂ’に従って、歯のフランクのプロフィル４および４’を、図４に示された矢印の方向に回転または回転シフトすることによって、歯のフランク１ｃおよび１ｃ’の変更された歯のフランクの幾何学的形状を得ることができる。
【００７９】
従って、シフト位置におけるプロフィルの回転シフトにより、それぞれ１つのシフトパラメータを入力するだけで、他のプロフィル全体を簡単かつ効率的にシフトすることが可能となる。
【００８０】
幅方向のクラウニングが形成されるにも係わらず、歯のフランクのプロフィルを回転または回転シフトすることにより、平歯車のその後の作動挙動が最適になるという利点を得ることができる。低負荷条件下では、平歯車の歯集合体のうちの歯は、最小の回転のシフト位置または最小のシフトパラメータに対応するシフト位置において、歯のフランク上の中心に位置するラインに沿って転動するだけである。より大きい負荷条件下では、大きくなった負荷に従って歯のフランクは、一般に変形し、より大きいシフトパラメータに対応するより大きい回転によって得られる歯のフランク部分は、変形に起因し、転動する対向する歯のフランクに接触する。図４に従ったこれら部分における歯のプロフィルの回転シフトにより、より大きい負荷時における、形成される幅方向のクラウニングにもかかわらず、平歯車の最適な転動挙動を提供できる。
【００８１】
上記実施形態では、ピッチ円の高さにおいて、シフトパラメータを例として定める。しかしながら本発明は、これだけに限定されるものではなく、他の実施形態では、他の高さ、例えば歯元の高さまたは歯先の高さでシフトパラメータを定めることもできる。
【００８２】
図５は、本発明の別の実施形態に係わる歯のプロフィルのシフトを示すための歯１の横断面略図の一例を示す。この実施形態では、歯のフランク１との交点におけるフランク曲線７、および歯のフランク１’との交点におけるフランク曲線７’を定める交差表面１ｅが、交差平面によって与えられており、この交差平面は、ピッチ円に対して接線方向に配向し、特にポイント６におけるピッチ円に接線方向に中心部が接触し、よって交差表面１ｅは、歯１に対して水平方向に配向され、よって歯１を通過するように一定の高さで延びている。
【００８３】
図５に示されるように、この実施形態では、正確にピッチ円の高さではシフト位置２ｂおよび２ｂ’は定められず、ほぼピッチ円の高さでのシフト位置が定められる。それぞれのシフト位置における歯のプロフィルの回転シフトの方法は、図４を参照して説明したような回転シフトと同じように実行できる。
【００８４】
図６は、例えば図４および５の実施形態で実行されるような本発明の一実施形態に係わる歯のプロフィルの回転シフトを例として示す。参照番号１ｇは、平歯車のモデルの円筒形内側ベース本体の外側表面ラインを示し、参照番号１ｄは、形成すべき平歯車の歯集合体のピッチ円を示す。（図４に類似するピッチ円の高さに一例として位置する）シフト位置２ｂでは、シフトパラメータ３ｂにより、歯のフランク１のシフトが定められるか、または決定されている。シフト位置２ｂにおける歯のフランクの幾何学的形状の修正または変更は、シフトパラメータの値に対応する値だけ、平歯車の歯または平歯車の回転軸１ｈを中心としてフランクのプロフィルを回転するという点で、図４および５を参照してこれまで記載したような回転シフトによって実行される。
【００８５】
上記では、それぞれ定められたシフトパラメータに対応して定められるシフト位置にて、平歯車のベース本体の回転軸を中心としてプロフィルを回転することにより実行される、歯のプロフィルの「側方への」シフトを示す実施形態が記載されている。これとは別に、またはこれに加え、歯１の垂直方向に、すなわち「側方への」プロフィルシフトとは別に、またはそれに加え、平歯車のベース本体の回転軸に対し、ラジアル方向および歯たけの方向に、プロフィルをシフトすることもできる。
【００８６】
図７Ａおよび７Ｂは、本発明の一実施形態に係わる歯たけ方向の歯のプロフィルの垂直シフトを例として示す。図７Ａは、平歯車の歯集合体（例えば図１参照）のうちの歯１のフランク１ｃのモデルの正面図を示す。歯１は、歯たけ１ｆを有する。参照番号１ａおよび１ｂは再び歯元１ａおよび歯先１ｂを示す。歯のプロフィルの垂直シフトを実行するために、提供される歯のフランクの幾何学的形状を変更するためのパラメータが決定されるか、または定められる。例えば歯のフランク１ｃは、垂直ラインＬ１およびＬ２（または図面の平面に対して直交する方向に配向された交差平面Ｌ１およびＬ２）により、３つの部分Ｂ１、Ｂ２およびＢ３に分割されている。図７Ｂは、Ｌ１における部分Ｂ１とＢ２の間の境界、および／またはＬ２にある部分Ｂ２とＢ３の間の境界にある高さパラメータＨ１を入力することによる歯のプロフィルの垂直シフトを示す。中間部分Ｂ２のエリア内において、プロフィルは定められた高さパラメータＨ１に対応する値に従って垂直方向にシフトされる。
【００８７】
外側部分Ｂ１およびＢ３のエリア内では、例えば円形曲線（または楕円曲線、もしくは数学的に定義された関数に従った別の曲線）の形状に従い、歯たけが歯のフランク１ｃの外側に向かって低くなるように、プロフィルは垂直方向にシフトされ、前記曲線はＬ１におけるＢ１からＢ２、またはＬ２におけるＢ３からＢ２への境界にて、接線方向の移行部を有する。この結果、歯のフランク１ｃが変化し、変化した歯のフランクの幾何学的形状が生じる。歯元１ａまで延びる変更された歯のフランク１ｃの下方の図７Ｂ内のハッチングエリア内では、歯１は、例えばエンド半径を有するエンドフライスカッターによりフライス加工できる半径に従うか、または伸長したプロフィルの幾何学的形状に従うような任意の幾何学的形状を呈することができる。
【００８８】
入力パラメータとして、Ｌ１におけるＢ１からＢ２への境界、またはＬ２におけるＢ３からＢ２への境界の位置を入力し、更に高さパラメータＨ１を入力する別の方法として、図７Ｂに従った歯のプロフィルの垂直シフトを定める部分Ｂ１およびＢ３における円形の歯たけの減少量を定義または決定するための１つの（すなわち部分Ｂ１とＢ３の双方に対して対称的な）円形曲線または２つの（すなわち部分Ｂ１とＢ３の双方に対して非対称的な、または独立した）円形曲線の半径パラメータを使用することもできる。
【００８９】
図８Ａは、平歯車の歯集合体を有する加工品を製造するための制御データを発生するための、または本発明の一実施形態に従い、制御データを発生するための装置２００の略図を例として示す。この装置２００は、発生される制御データに基づき、複数の機械加工経路に沿って工作機械のフライスカッターを連続的に移動させることにより、少なくとも５本の軸を有する数値制御式工作機械において、特にフライス盤、汎用フライス盤、またはマシニングセンターのような汎用工作機械において、加工品をフライス加工することにより、所望する幅方向のクラウニングを有する平歯車の歯集合体のうちの１つの歯、または歯のフランクを形成するための制御データを発生するようになっている。この装置２００は、工作機械の一部でもよい。すなわちこの装置は、工作機械内に含まれてもよいし、または工作機械に固定または接続してもよいし、または別個に設けてもよい。
【００９０】
装置２００は、１つ以上のデータ処理手段、例えば１つ以上のコンピュータまたはコンピュータに類似したデータ処理デバイスによってレンダリングできる。この装置２００は、データ、パラメータ、情報などを入力するための、特に歯集合体の情報データを入力するための入力手段２１０と、歯集合体の情報データに基づき、加工品のモデルを計算するための、特に歯集合体の情報データに基づき提供される歯のフランクの幾何学的形状のモデルを計算するための、モデル計算手段２２０とを備える。
【００９１】
更に装置２００は、加工品を製造するための制御データを発生するための、特に制御データに従って制御される数値制御式工作機械において、加工品上で平歯車の歯集合体のうちの１つの歯を形成するための制御データを発生するための、制御データ発生手段２３０を備える。
【００９２】
装置２００は、変更された歯のフランクの幾何学的形状のモデルをディスプレイし、提供された歯のフランクの幾何学的形状のモデルをディスプレイし、平歯車の歯を形成する前に加工品の未加工部分の幾何学的形状をディスプレイし、平歯車の歯を形成した後に、加工品のうちの仕上がった部分の幾何学的形状をディスプレイするためのディスプレイ手段２４０を備える。
【００９３】
更に装置２００はインターフェース手段２５０も備え、この装置２００は、このインターフェース手段２５０により、例えば有線接続または無線接続、例えばＷＬＡＮに従って、工作機械または工作機械の工作機械制御デバイスに制御データを送信するように接続できる。更に、このインターフェース手段２５０は、発生された制御データを記憶メディア、例えばＵＳＢメモリスティック、フラッシュメモリカードなどに記憶するように構成でき、この記憶メディアは、更に工作機械へ制御データを送信するよう、工作機械に更に接続可能となっている。
【００９４】
図８Ｂは、一実施形態に係わる図８Ａの装置２００の入力手段２１０の略図を例として示す。入力手段２１０は、歯のフランクの幾何学的形状（提供された歯のフランクの幾何学的形状）を定めるか、または供給するための第１入力手段２１１と、シフトパラメータを定めるか、または決定するための第２入力手段２１２と、シフト位置を定めるか、または決定するための第３入力手段２１３とを備える。入力手段２１２および２１３は、提供される歯のフランクの幾何学的形状の変更を特定するためのパラメータを決定または入力するための入力手段をレンダリングする。
【００９５】
歯のフランクの幾何学的形状、または歯のフランクの幾何学的形状を含む加工品の幾何学的形状全体さえも定めるか、または提供するための第１入力手段２１０は、加工品のサイズおよび形状を示すデータを入力するための入力手段２１１１と、歯の形状（歯のタイプ）を示す、特に直線状の歯集合体形状、ヘリカル歯集合体形状およびスパイラル歯集合体形状を含む複数の歯集合体形状のうちの１つの歯集合体形状を示すデータを入力するための入力手段２１１２と、歯のフランクのプロフィル形状、特にインボリュートプロフィル形状、サイクロイドプロフィル形状および円形プロフィル形状を含む複数のプロフィル形状のうちの１つのプロフィル形状を示すデータを入力するための入力手段２１１３と、歯車の歯集合体の幾何学的形状のサイズおよび形状を示すデータを入力するための入力手段２１１４と、歯車の歯数を示すデータを入力するための入力手段２１１５とを備える。
【００９６】
入力手段２１０によって入力または定められたパラメータに基づき、モデル計算手段２２０は、歯を有する加工品のモデル、特に変更もしくは修正された歯のフランクの幾何学的形状、または変更もしくは修正された歯のフランクの幾何学的のモデルを計算することができる。計算されたモデルに基づき、制御データ発生手段２３０は、変更された歯のフランクの幾何学的形状に対応して、平歯車の歯集合体のうちの歯のフランクを連続的に、特にラインごとにフライス加工するためのフライスカッターのための機械加工経路データを含む制御データを発生することができる。次に、数値的または自動的に機械加工の経路データに基づき、制御データ、例えばＮＣプログラムまたはＮＣプログラムの一部として提供される制御データを発生することができる。
【００９７】
要約すれば、本発明は、平歯車の歯集合体を有する加工品を機械加工し、処理し、または製造することを更に簡略化でき、少なくとも５本の軸を含む数値制御式工作機械において、特に汎用工作機械、例えばフライス盤、汎用フライス盤、またはマシニングセンターにて、加工品をフライス加工する能力を拡張することができる。特に本発明は、少なくとも５本の軸を含む数値制御式工作機械において、発生された制御データに基づき、加工品上で歯のフランクを連続的に機械加工することにより、特にラインごとに機械加工することにより、加工品上で歯集合体を形成する汎用工作機械において、歯車の歯集合体を有する加工品を製造するための新規に開発された、従来のものでない発明の用途の広がりを改善する、制御データを発生するための方法および装置を提供できる。最後に本発明は、特に後処理を必要とすることなく、所望するクラウニングに従い、加工品のうちの少なくとも１つの歯を形成するよう、平歯車の歯を有する加工品を簡単かつ効率的に製造できるようにするものである。
【符号の説明】
【００９８】
１−−−−歯
１ａ−−−歯元
１ｂ−−−歯先
１ｃ−−−フランク
１ｄ−−−ピッチ円
２ａ〜２ｇ；２ａ’〜２ｇ’−−−シフト位置
３ａ〜３ｇ；３ａ’〜３ｇ’−−−シフトパラメータ
４、４ａ−−−プロフィル
７、７’；８、８’−−−フランク曲線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発生される制御データに基づき、機械加工トラックに沿って工作機械のフライスカッターを連続的に移動させることにより、特にラインごとに移動させることにより、少なくとも５本の軸を含む数値制御式工作機械、特に汎用工作機械において、加工品をフライス加工することにより、平歯車の歯集合体の歯を形成するための制御データを発生する方法および装置に関する。
【０００２】
特に本発明は、歯のフランク（歯面）を形成するよう、加工品から材料をラインごとに切削するよう、制御データが表示する機械加工トラックに沿って工作機械のフライスカッターをラインごとに移動させることにより、所定の歯のフランクの幾何学的形状に従って歯のフランクを形成するようになっている、少なくとも５本の軸を含む数値制御式汎用工作機械、例えばフライス盤、汎用フライス盤またはマシニングセンターにおいて加工品をフライス加工することにより平歯車の歯集合体の歯を形成するための制御データを発生する方法および装置に関する。
【０００３】
更に本発明は、歯集合体の情報データを提供し、前記提供された歯集合体の情報データに基づき、提供された歯のフランクの幾何学的形状を計算することを含む、前記提供された歯集合体の情報データに基づき前記加工品のモデルの計算を行い、前記加工品上で平歯車の歯集合体のうちの歯を形成するための制御データを発生することを含む、前記加工品を製造するための制御データを発生することにより、歯車の歯集合体を有する加工品を製造するための制御データを発生する方法および装置に関する。
【０００４】
本発明は、発生される制御データに基づき、機械加工トラックに沿って工作機械のフライスカッターを連続的に移動させることにより、特にラインごとに移動させることにより、加工品をフライス加工するための少なくとも５本の軸を含む数値制御式汎用工作機械、例えばフライス盤、汎用フライス盤またはマシニングセンターに関し、この工作機械は、制御データを発生するための装置を含む。
【０００５】
更に本発明は、記憶媒体に記憶されるコンピュータプログラム手段を含むコンピュータプログラム製品に関し、このコンピュータプログラム手段は、データ処理装置が制御データを発生するための装置を形成し、および／またはデータ処理装置が制御データを発生する方法を実行するように構成されるよう、データ処理装置のデータ処理手段によって実行すべき実行手段を含む。
【背景技術】
【０００６】
平歯車の歯集合体を有する加工品の製造に関し、平歯車の歯集合体を有する加工品のみを機械加工するように設計された専用の歯切り盤である、単一目的の工作機械で平歯車または平歯車の歯集合体を有するその他の加工品を製造することが従来技術から知られている。かかる専用歯切り盤は、汎用工作機械と区別すべきである。
【０００７】
例えば従来技術では、専用歯切り盤に関して加工品上で歯のフランクまたは歯を形成するように、ギアプロフィルホッビング工具またはギアプロフィル研削プレートを制御することによって加工品で歯のプロフィルを形成するためのギアホッビングマシンまたは歯切り盤が知られている。これらギアプロフィルホッビング工具およびギアプロフィル研削プレートは、形成すべき歯のフランクのプレート形状に対応する横断面形状を既に有している。加工品を通る１つの機械加工トラックに沿ってギアプロフィルホッビング工具またはギアプロフィル研削プレートを制御することにより、ギアプロフィルホッビング工具またはギアプロフィル研削プレートのプレート形状に応じ、工具の形状に従った歯のプロフィルを有する１つの、または２つの対向する歯のフランクが既に形成されている。
【０００８】
かかる専用歯切り盤、すなわち単一目的のマシン、例えばギアホッビングマシンまたは歯切り盤を使用する上記製造方法とは異なり、本発明は加工品上で歯のフランクを連続的に形成するよう、機械加工トラックに沿ってフライスカッターが連続的な運動、特にラインごとの運動を実行する、連続的な機械加工、特にラインごとの機械加工により、加工品上のギアの歯集合体を標準的なフライスカッター、例えばコーナー半径を有するか、または有しないエンドフライスカッターにより形成する、少なくとも５本の軸を含む数値制御工作機械、特に汎用工作機械、例えばフライス盤、汎用フライス盤またはマシニングセンターにおいて、ギアの歯集合体（特に平歯車の歯集合体）を有する加工品を製造するための新規に開発された方法に関する。
【０００９】
いわゆる標準工作機械または汎用工作機械、例えばフライス盤、汎用フライス盤、またはマシニングセンターで、ギアの歯集合体を有する加工品を製造するためのかかる方法については、（雑誌WERKSTATT UND BETRIEB(ワークショップおよび企業）カールハンザ出版社、ミュンヘン、ナンバー４／２８、２００７年、２８〜３２ページ、ＩＳＳＮ００４３−２７９２で発表された）Hans-Peter Schossig氏による論文「良好な歯を得る簡単な方法−標準的な工作機械でギアを高品位にフライス加工する方法」、更に国際公開ＷＯ２００８／１３３５１７Ａ１に記載されている。本発明のスタートポイントは、出願人が開発したこの新規な方法および特にその更なる改良点である（例えばドイツ特許第１０ ２００９ ００８ １２４号を参照されたい）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来技術から知られる上記方法に鑑み、本発明の目的は、平歯車の歯集合体を有する加工品の機械加工、処理または製造を更に簡略化し、少なくとも５本の軸を含む数値制御式工作機械において、特に汎用工作機械、例えばフライス盤、汎用フライス盤、またはマシニングセンターにおいて、加工品をフライス加工する能力を拡張することにある。特に本発明の目的は、発生される制御データに基づき、加工品上で歯のフランクを連続的に機械加工すること、特にラインごとに機械加工することにより、加工品上の歯車の歯集合体を形成する、少なくとも５本の軸を含む数値制御式工作機械、特に汎用工作機械において、ギアの歯集合体を有する加工品を製造するための、従来にない新規に開発された方法の用途の広がりを改善する制御データを発生するための方法および装置を提供することにある。特に本発明の別の目的は、所望するクラウニングに従って加工品の少なくとも１つの歯を形成するよう、平歯車の歯集合体を有する加工品の簡単かつ効率的な製造を可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の上記目的を達成するために、請求項１に記載された平歯車の歯集合体のうちの歯を形成するための制御データを発生する方法、請求項１６に記載のギアの歯集合体を有する加工品を製造するための制御データを発生する方法、クレーム１８記載の平歯車の集合体の歯を形成するための制御データを発生するための装置、請求項１９に記載の、平歯車の歯集合体を有する加工品を製造するための制御データを発生する装置、請求項２０に記載の少なくとも５本の軸を有する数値制御式工作機械、および請求項２１に記載のコンピュータプログラム製品が提案される。従属請求項には好ましい実施形態の特徴事項が記載されている。
【００１２】
本発明の第１の様相によれば、発生された制御データに基づき、特にラインごとに、複数の機械加工経路に沿って工作機械のフライスカッターを連続的に移動させることによって、少なくとも５本の軸を有する数値制御式工作機械で、特に汎用工作機械、例えばフライス盤、汎用フライス盤、またはマシニングセンターで、加工品をフライス加工することにより、所望する幅方向のクラウニングを有する平歯車の歯集合体のうちの歯を形成するための制御データを発生する方法が提案される。
【００１３】
この方法は、平歯車の歯集合体のうちの歯の少なくとも１つの歯のフランクの幾何学的形状を提供するステップと、前記歯の前記所望する幅方向のクラウニングに従って、前記提供された歯のフランクの幾何学的形状の変更を決定するためのパラメータを決定するステップと、前記決定されたパラメータに基づき変更された歯のフランクの幾何学的形状に基づき、制御データを発生するためのステップとを備えることができ、前記変更された歯の幾何学的形状は、前記所望する幅方向のクラウニングを有する前記歯のフランクの幾何学的形状に対応する。
【００１４】
上記様相によれば、歯のフランクの幾何学的形状、例えば数学的に正確な、または理論的な歯のフランクの幾何学的形状が提供される。この歯のフランクの幾何学的形状は、歯のフランクの幾何学的形状を示すか、歯のフランクの幾何学的形状を定める情報またはデータ、または歯のタイプ（例えば直線状の歯集合体、ヘリカルな歯集合体、円形の歯集合体、スパイラルな歯集合体等）、加工品の形状および／または幾何学的形状、歯集合体の形状、またはプロフィル形状（例えばインボリュートプロフィル形状、サイクロイドプロフィル形状、円形プロフィル形状等）を示すデータの提供された情報に対応する。かかる情報またはデータに基づき、例えばＣＡＤプログラム（コンピュータ支援設計のためのＣＡＤ）により、数学的に正確な、または理論的な歯のフランクの幾何学的形状を数値計算することができる。
【００１５】
しかしながら、本発明の実施形態によれば、（ドイツ特許出願第ＤＥ１０ ２００９ ００８１４号のケースのように）制御データは、提供される歯のフランクの幾何学的形状または提供される歯のフランクの幾何学的形状のモデルに基づき発生されるのではなく、本発明の実施形態は、歯の所望する幅方向のクラウニングに従って提供される歯のフランクの幾何学的形状の変更を特定するパラメータを決定するステップも更に含む。
【００１６】
次に、提供される歯のフランクの幾何学的形状に応じ、提供される歯のフランクの幾何学的形状の変更を特定するための決定されたパラメータに基づいて修正または変更された歯のフランクの幾何学的形状が計算される。ここで、制御データは本発明の実施形態によれば、変更された歯のフランクの幾何学的形状に基づき発生される。
【００１７】
これによって、製造された加工品は、歯のフランクを形成するための機械加工後に変更された歯のフランクの幾何学的形状に従った実際の歯のフランクの形状を有する歯のフランク（単数または複数）を有するように、変更された歯のフランクの幾何学的形状に対応して制御データに基づき、工作機械における加工品の機械加工が実行されるという利点が得られる。従って、製造される加工品は、機械加工直後に１つまたは２つの修正された歯のフランクを有する１つ以上の歯を有するので、製造された加工品は、工作機械における機械加工の後で、所望する幅方向のクラウニングを有する１つ以上の歯を予め含む。例えば、所望する幅方向のクラウニング形状を形成するための、歯のフランク（単数または複数）の時間のかかる不便な追加後処理が不要となる。これと対照的に、制御データに基づき、歯を直接処理できるので、必要な後処理を行うことなく、歯の所望する幅方向のクラウニングを達成できる。平歯車の歯集合体のうちの歯の「幅方向のクラウニング」なる用語は、平歯車の歯の外側側面の一方または双方に向かって、歯の厚さ（ピッチ方向）が薄くなることを意味する。
【００１８】
従って、本発明により、例えば所望する幅方向のクラウニングに従って、制御データを簡単かつ効率的な態様で発生する前に、数学的に正確または理論的な歯のフランクの幾何学的形状に対応する平歯車の歯集合体のうちの１つの歯のフランクの幾何学的形状を修正または変更することが可能となる。
【００１９】
従って、本発明によれば、複数の機械加工経路に沿って工作機械のフライスカッターを連続的に移動させることにより、特にフライスカッター、例えばエンドミル切削工具により、歯のフランクに沿って延びる機械加工経路のうちのほぼ平行なラインに沿って、ラインごとに移動させることにより、少なくとも５本の軸を有する数値制御式工作機械にて歯集合体を有する加工品を製造するための新規に開発された方法の汎用性および用途の可能性を大幅に改善し、拡張することが可能となる。
【００２０】
専用ギア切削製造機械、例えば単一目的機械、例えばギアホッビングマシンまたはギア研削マシンのような専用ギア切削製造マシンにおける、一般に知られた製造プロセスと比較して、特に平歯車の製造を大幅に改善し、簡略化できる。その理由は、所望する幅方向のクラウニングを予め有する修正された歯のフランクの幾何学的形状の形成を、発生された制御データに基づき直接実行できるからである。専用ギア切削マシン、例えば単一目的マシン、単一ギアホッビングマシンまたはギア研削マシンで実行される上記一般的な製造プロセスでは、ホッビング工具または研削工具のプロフィル形状によって歯のプロフィル形状がほぼ予め決定され、歯のフランクを形成するために、工具は一般に１つの機械加工経路に沿って（恐らくは何回も）移動するだけであるので、幅方向のクラウニングを有する歯をモデル化できる可能性が大幅に限られ、よって歯のフランクの時間のかかる不便な後処理が必要となる。
【００２１】
制御データを発生するための前記ステップは、前記提供された歯のフランクの幾何学的形状および前記決定されたパラメータに基づき、前記変更された歯の幾何学的形状のモデルを計算すること、特に前記提供された歯の幾何学的形状および前記決定されたパラメータに基づき、前記平歯車の歯集合体の歯のモデルを計算することを含むことが好ましい。
【００２２】
これによって、提供される歯のフランクの幾何学的形状の変更を指定するための決定されたパラメータに従い、数学的に正確または理論的な歯のフランクの幾何学的形状とは異なる、修正または変更された歯のフランクの幾何学的形状に従ったモデルを提供／計算できるという利点が得られる。ここで、可能な場合にはＮＣプログラムまたはＮＣプログラムの少なくとも一部を含む制御データを、変更された歯のフランクの幾何学的形状に基づき、簡単に、かつ可能な場合には自動化された態様で発生できる。
【００２３】
前記変更された歯のフランクの幾何学的形状を有する歯が、所望する幅方向のクラウニングを呈するよう、前記歯のフランクの幾何学的形状を変更するための前記パラメータを決定することが好ましい。
【００２４】
前記提供された歯のフランクの幾何学的形状の変更を特定するためのパラメータを決定する前記ステップは、前記提供された歯のフランクの幾何学的形状のうちの少なくとも１つの歯のフランクの１つ以上のシフト位置の各々に対する１つのシフトパラメータを決定することを含むことが好ましい。
【００２５】
これによって、簡単な態様で、所望する幅方向のクラウニングを有する歯のフランクを形成するための制御データを発生するには、１つ以上の定められたシフト位置の各々に対し、ユーザーがそれぞれのシフトパラメータを入力するか、決定するか、または定め、所望する幅方向のクラウニングを予め示す制御データを発生するよう、所望する幅方向のクラウニングを定めるだけでよいという利点が得られる。
【００２６】
前記少なくとも１つの歯のフランクのフランク曲線上で前記１つ以上のシフト位置が定められ、前記歯のフランク曲線は、前記歯の交差表面と前記提供された歯のフランクの幾何学的形状のうちの前記少なくとも１つの歯のフランクとの交点のラインに対応することが好ましい。
【００２７】
これによって、歯のフランク曲線に沿った、特に少なくとも１つの歯のフランクに沿って幅方向に延びる歯のフランク曲線に沿った位置に対し、１つ以上のシフトパラメータを入力するだけで、所望する幅方向のクラウニングを定めるか、または入力できるように、歯のフランク曲線に沿った少なくとも１つのフランク上に１つ以上のシフト位置が定められるか、または配置されるという利点が得られる。
【００２８】
前記歯の前記交差表面は、交差平面、特に水平交差平面であることが好ましい。前記交差平面は、前記平歯車の歯集合体のピッチ円に対して接線方向に配向され、特に前記交差平面は、前記交差平面の中心位置において前記平歯車の歯集合体の前記ピッチ円に対して接線方向に配向されることが好ましい。
【００２９】
これによって、少なくとも１つの歯のフランク上で幅方向に延びる歯のフランク曲線に沿ってシフトパラメータを定め、よって幅方向に沿って歯元または歯先に対し、同じ距離（高さ）をおおむね維持し、幅方向に沿って歯元および歯先に対し、おおむね同じ距離に更に維持できるという利点が得られる。従って、シフトパラメータを歯のフランク上の中心位置にて、かつおおむね歯たけの半分の高さに定めることができ、すなわち特に平歯車の歯集合体のうちの歯のピッチ円の近く、またはピッチとおおむね同じ高さに定めることができる。
【００３０】
好ましい有利な別の実施形態によれば、前記歯の前記交差表面は、円筒形表面に沿って延び、前記円筒形表面の軸は、前記平歯車の歯集合体の回転軸に対して同心状に配向されることが好ましい。前記歯の前記交差表面は、前記平歯車の歯集合体の前記ピッチ円に沿って延びることが好ましい。
【００３１】
別の好ましい有利な実施形態によれば、平歯車の歯集合体のうちの歯のピッチ円と正確に同じ高さにシフトパラメータを定めるか、または決定することにより、歯のフランク上にある中心位置にあり、かつ正確に歯たけの半分の高さにシフトパラメータを有利に定めることができる。更に、維持された高さ、すなわち歯元または歯先に対する位置、特に歯元と歯先の間の高さの半分の高さにある、歯のフランク上のシフト位置を定める。
【００３２】
前記１つ以上のシフト位置は、前記平歯車の歯集合体の前記ピッチ円とほぼ同じ高さに定めることが好ましい。
【００３３】
本方法は、前記提供された歯のフランクの幾何学的形状上の１つ以上のシフト位置を決定するステップを更に含むことが好ましい。
【００３４】
これによって、シフトパラメータを入力することにより、幅方向のクラウニングを形成するための歯のフランクの除去量またはシフト量を定めることが可能となるだけでなく、更に、提供された歯のフランクの幾何学的形状上のシフト位置の配置を定めることもできるという更なるフレキシビリティを得ることができるという利点が得られる。
【００３５】
歯のフランク曲線上でシフト位置を定めるか、または選択的に配置する場合、シフト位置の各々に対するそれぞれの単一パラメータを定めるか、または決定することにより、例えば隣接するシフト位置または歯のフランクのエッジに対する対応するシフト位置の距離をそれぞれ記述するパラメータを決定することにより、提供される歯のフランクの幾何学的形状上の１つ以上のシフト位置を決定し、または定めることを都合よく実行できる。
【００３６】
前記提供された歯のフランクの幾何学的形状と比較して、前記決定されたシフトパラメータに従った量だけ、前記１つ以上のシフト位置の各々において、前記変更された歯のフランクの幾何学的形状を後退させることが好ましい。これによって、所望する幅方向のクラウニングに従い、シフト位置の各々における歯のフランクまたは歯のフランクの幾何学的形状の後退量を定めることによって、幅方向のクラウニングを定めることができる。
【００３７】
前記決定されたそれぞれのシフトパラメータに従って、前記平歯車の歯集合体の回転軸を中心として、前記歯のプロフィルを回転させることにより、前記１つ以上のシフト位置の各々において前記歯のフランクの前記歯のプロフィルをシフトするよう、前記提供された歯のフランクの幾何学的形状を変更することが好ましい。
【００３８】
これによって、変更された歯のフランクの幾何学的形状を得るよう、特定のシフト位置においてプロフィルをシフトするよう、平歯車の歯の集合体の回転軸を中心として、決定されたシフトパラメータに対応する特定のシフト位置において、歯のプロフィルを回転する特定のシフト位置に対する１つのシフトパラメータだけを入力または決定することにより、歯プロフィル全体の変更または修正を特定のシフト位置において簡単かつ都合よく定めることができるという利点が得られる。
【００３９】
従って、１つ以上のシフト位置におけるそれぞれの定められたシフトパラメータに従い、平歯車の歯集合体の回転軸を中心にそれぞれの歯のプロフィルを回転することによって、それぞれ得られるシフトされたプロフィルから変更された歯のフランクの幾何学的形状を得ることができ、ここで、各シフト位置において均一かつ連続的な移行点、好ましくは接線方向の移行点が得られるよう、隣接するシフト位置の間で歯のフランクの幾何学的形状を均一かつ連続的に補完することが好ましい。
【００４０】
本方法は、前記変更された歯のフランクの幾何学的形状のモデルをディスプレイするステップを更に含むことが好ましい。
【００４１】
これによって、所望する幅方向のクラウニングを有する変更された歯のフランクの幾何学的形状に基づいて制御データを発生するに先立ち、モデルが、変更された所望する歯のフランクの幾何学的形状に従った歯のフランクの幾何学的形状、すなわち所望する幅方向のクラウニングを呈する変更された歯のフランクの幾何学的形状を有するまで、計算されたモデルに基づき、制御データを発生する前に、決定されたシフト位置および／またはシフトパラメータを更に調節および／または補正できるように、変更された歯のフランクの幾何学的形状をユーザーが視覚により検討できるという利点が得られる。
【００４２】
前記歯のフランクの幾何学的形状を提供する前記ステップは、前記歯集合体の情報データを提供することと、前記提供された歯集合体の情報データに基づき、提供される歯のフランクの幾何学的形状を計算することを含むことが好ましい。
【００４３】
前記歯集合体の情報データは、前記加工品のサイズおよび形状を示すデータと、歯集合体の形状、特に直線状歯集合体形状、螺旋歯集合体ギア形状、およびスパイラル歯集合体形状を含む前記歯集合体形状のうちの１つの歯集合体の形状を示すデータ、前記歯のフランクのプロフィル形状、特にインボリュートプロフィル形状、サイクロイドプロフィル形状および円形プロフィル形状を含むプロフィル形状のうちの１つのプロフィル形状を示すデータ、前記ギア歯集合体の歯の幾何学的形状のサイズおよび形状を示すデータ、および／または前記ギア歯集合体の歯数を示すデータを含むことが好ましい。
【００４４】
これによって、歯集合体の情報データを提供することにより、提供された歯のフランクの幾何学的形状を簡単な態様で提供できるという利点が得られる。ここで、完全な歯のフランクの幾何学的形状を提供するよう、または少なくとも数学的に正確な、または理論的な、歯のフランクの幾何学的形状のモデルを少なくとも計算できるようにするには、実際に、わずかな歯集合体の情報データだけを提供し、決定し、または入力するだけでよい。例えば歯集合体の情報データは加工品のサイズおよび形状を示すデータを含むことができ、更に所望する歯集合体の形状（歯集合体のタイプ）を示す、例えば直線状の歯集合体の形状、ヘリカル状歯集合体のギア形状およびスパイラル状の歯集合体の形状のいずれを形成すべきであるかを示すデータを含む、歯集合体の情報データを提供できる。更に、歯のフランクの所望する可能な数学的に正確なプロフィル形状、例えばインボリュートプロフィル形状、サイクロイドプロフィル形状および円形プロフィル形状を含むプロフィル形状のうちの１つを示すデータを含む歯集合体の情報データを提供できる。更に、ギアの歯集合体の歯の幾何学的形状のサイズおよび形状を示すデータ、および／またはギアの歯集合体の歯数を示すデータも含む歯集合体の情報データを提供できる。
【００４５】
特に歯集合体データは、提供された歯のフランクの幾何学的形状のモデルを計算するか、または提供すべき所望する歯のフランクの幾何学的形状（例えば好ましくはクラウニングのない状態で提供される幾何学的形状）を有する１つ以上の平歯車の歯を含む平歯車の歯集合体を有する、製造された加工品全体のモデルを計算することにより、数学的に正確な、または理論的な歯のフランクの幾何学的形状の計算を可能にするデータを含むことが好ましい。
【００４６】
本発明の第２の様相によれば、ギアの歯集合体を有する加工品を製造するための制御データを発生する方法であって、
歯集合体の情報データを提供するステップと、
前記提供された歯集合体の情報データに基づき、提供された歯のフランクの幾何学的形状を計算することを含む、前記提供された歯集合体の情報データに基づき前記加工品のモデルを計算するステップと、
第１の様相または上記好ましい様相のうちの１つの方法に従って、前記加工品上で平歯車の歯集合体のうちの歯を形成するための制御データを発生することを含む、前記加工品を製造するための制御データを発生するステップとを備える、制御データを発生する方法が提案される。
【００４７】
本発明の第３の様相によれば、上記様相のうちの１つに記載の方法に従って、前記発生された制御データに基づき、複数の機械加工経路に沿って前記工作機械のフライス加工カッターを連続的に移動することにより、少なくとも５本の軸を有する数値制御式工作機械において、特に汎用工作機械において、加工品をフライス加工することによって所望する幅方向のクラウニングを有する平歯車の歯集合体のうちの歯を形成するための制御データを発生する装置であって、この装置は、前記平歯車の歯集合体のうちの少なくとも１つの歯のフランクの幾何学的形状を提供するための第１入力手段と、前記歯の所望する幅方向のクラウニングに従って提供されたフランクの幾何学的形状の変更を特定するためのパラメータを決定する第２手段と、前記決定されたパラメータに基づき変更された歯のフランクの幾何学的形状に基づき、制御データを発生するための制御データ発生手段とを備え、前記変更された歯のフランクの幾何学的形状は、意図する幅方向のクラウニングを有する、歯のフランクの幾何学的形状に対応する装置が提案される。
【００４８】
本発明の第４の様相によれば、ギアの歯集合体を有する加工品を製造するための制御データを発生する装置であって、歯集合体の情報データを提供するための入力手段と、前記提供された歯集合体の情報データに基づき、提供された歯のフランクの幾何学的形状を計算することを含む、前記提供された歯集合体の情報データに基づき前記加工品のモデルを計算するためのモデル計算手段と、上記様相のうちの１つに記載の方法に従って、前記加工品上で平歯車の歯集合体のうちの歯を形成するための制御データを発生することを含む、前記加工品を製造するための制御データを発生するための制御データ発生手段とを備える、制御データを発生する装置が提案される。
【００４９】
以下説明する好ましい実施形態は、上記第３の様相および第４の様相に係わる装置に関する。
【００５０】
この装置は、提供される歯のフランクの幾何学的形状および決定されたパラメータに基づき、変更される歯のフランクの幾何学的形状のモデルを計算するためのモデル計算手段、特に提供される歯のフランクの幾何学的計算をするおよび決定されるパラメータに基づき、平歯車の歯集合体のうちの歯のモデルを計算するためのモデル計算手段を含むことが好ましい。
【００５１】
この装置は、提供される歯のフランクの幾何学的形状の少なくとも１つの歯のフランクの１つ以上のシフト位置を決定するための第３入力手段を含むことが好ましい。
【００５２】
この装置は、変更される歯のフランクの幾何学的形状のモデルをディスプレイするためのモデルディスプレイ手段を含むことが好ましい。このモデルディスプレイ手段は、提供される歯のフランクの幾何学的形状をディスプレイし、加工品の未加工部分の幾何学的形状をディスプレイし、平歯車の歯集合体を形成する前に加工品の幾何学的形状をディスプレイし、および／または平歯車の歯集合体を形成した後に加工品の仕上がった部分の幾何学的形状を更にディスプレイするようになっていることが好ましい。
【００５３】
この装置は、歯集合体の情報データを入力し、決定し、または定めるための入力手段を含むことが好ましいか、または第１入力手段は、入力手段が歯集合体の情報データを入力し、決定し、または定めるための入力手段を含むことが好ましく、この入力、決定および定義するステップは、加工品のサイズおよび形状を示すデータを入力し、決定し、または定めるステップ、歯集合体の形状、特に直線状の歯集合体の形状、ヘリカル状歯集合体のギア形状およびスパイラル状の歯集合体の形状を含む歯集合体の形状のうちの１つの歯集合体形状を示すデータを入力し、決定し、または定めるステップは、歯のフランクのプロフィル形状、特にインボリュートプロフィル形状、サイクロイドプロフィル形状および円形プロフィル形状を含むプロフィル形状のうちの１つのプロフィル形状を示すデータを入力し、決定し、または定めるステップと、ギアの歯集合体のうちの歯の幾何学的形状のサイズおよび形状を示すデータを入力し、決定し、または定めるステップ、および／またはギアの歯集合体の歯数を示すデータを入力し、決定し、または定めるステップを含むことができる。
【００５４】
本発明の第５の様相によれば、上記第３または第４の様相のうちの１つに記載の装置を含み、前記発生された制御データに基づき、複数の機械加工経路に沿って前記工作機械のフライスカッターを連続的に移動することにより、加工品をフライス加工するための、少なくとも５本の軸を有する数値制御式工作機械、特に汎用工作機械が提案される。
【００５５】
本発明の第６の様相によれば、コンピュータで読み取り可能な記録媒体と、この記録媒体の上に記憶されたコンピュータプログラム手段とを備え、前記コンピュータプログラム手段は、上記様相のうちの１つに記載の方法をデータ処理装置のデータ処理手段に実行させるようになっている、コンピュータプログラム製品が提案される。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】加工品の平歯車の歯集合体のうちの１つの歯の斜視略図の例を示す。
【図２】図１の歯の横断面略図の例を示す。
【図３】図２の交差表面Ａ−Ａに沿った歯の交差表面の略図の例を示す。
【図４】本発明の一実施形態に係わる歯のプロフィルのシフトを示すための歯の横断面略図の例を示す。
【図５】本発明の一別の実施形態に係わる歯のプロフィルのシフトを示すための歯の横断面略図の例を示す。
【図６】本発明の実施形態に係わる歯のプロフィルの回転シフトを例として示す。
【図７】（Ａ）本発明の一実施形態に係わる歯たけの方向の歯のプロフィルの垂直シフトを例として示す。 （Ｂ）本発明の一実施形態に係わる歯たけの方向の歯のプロフィルの垂直シフトを例として示す。
【図８Ａ】本発明の一実施形態に係わる、制御データを発生するための装置の略図を例として示す。
【図８Ｂ】図８Ａの装置の入力手段の略図を例として示す。
【発明を実施するための形態】
【００５７】
以下、添付図面を参照し、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。しかしながら、本発明は、記載されている実施形態だけに限定されるものはない。本発明の範囲は、特許請求の範囲に記載されている。図中、実施形態の同一または類似する主要部には同じ参照番号を付す。
【００５８】
図１は、例えば直線状の歯に従った、加工品の平歯車の集合体のうちの歯１の斜視略図の一例を示す。図１Ａにおける歯１は、歯元１ａと、歯先１ｂと、歯のフランク１ｃを含む歯のフランクとを備え、歯元１ａと歯先１ｂとの間で歯のフランク１ｃが延びている。平歯車を後に使用する間、対向する平歯車の対向するフランクは、他のフランク１ｃにて転動する。歯のフランク１ｃは、ときどき歯１ｃの側面のアクティブ歯領域と称される。
【００５９】
歯のフランク１ｃは、歯１の表面に対応することができ、この表面は、数学的に正確な歯のフランクの幾何学的形状に従った、数学的に正確な歯のフランクのプロフィルを呈する。歯元１ａおよび歯先１ｂに近いエリアでは、歯１の形状は、数学的に正確に設けられた歯のフランクのプロフィルのうちの数学的に正確に設けられた歯のフランク形状と異なる場合があるので、かかる領域は、アクティブな歯のエリア、すなわち歯のフランク１ｃの一部とならない場合がある。以下、歯のフランク１ｃは、かみ合うアクティブな歯のフランクのプロフィルに従ったプロフィルを有する部分であると仮定する。
【００６０】
図１の歯１は、歯のフランクの幾何学的形状を修正または変更する前に設けられた歯のフランクの幾何学的形状に従った歯のフランクを有する。特に歯１は、歯１の全幅に沿って同じ、数学的に正確な同じ歯のフランクのプロフィルの形状（ここでは例えばインボリュートプロフィル形状）を有する。ピッチ方向の歯１の歯厚は、図１では一定であるので、歯１は、幅方向のクラウニングをまだ呈していない。
【００６１】
必要な歯集合体の情報データが提供され、決定され、または入力されていることを条件に、例えばＣＡＤシステムにより、平歯車の歯のフランク１ｃの幾何学的モデルを計算することが可能である。例えば、特に歯のフランク１の数学的モデルまたは数値モデルを計算するのに必要な次の歯集合体の情報データが必要となる。
・機械加工の前および／または機械加工後の加工品のサイズおよび形状を示すデータ（例えば加工品の未加工部分の幾何学的形状および／または加工品の仕上がり部品の幾何学的形状、または加工品の未加工部分の幾何学的形状のモデル、および／または加工品の仕上がり部分の幾何学的形状を計算するためのデータ）、
・歯集合体の形状（歯車のタイプ）を示すデータ、特に直線状の歯集合体の形状、ヘリカル歯集合体形状、円形歯集合体形状およびスパイラル歯集合体形状などを含む歯集合体形状のうちの１つの歯集合体形状を示すデータ、
・歯のフランクの歯のプロフィル形状を示すデータ、特にインボリュートプロフィル形状、サイクロイドプロフィル形状および円形プロフィル形状などを含む歯のプロフィル形状のうちの１つの歯のプロフィル形状を示すデータ、
・歯車の歯集合体の幾何学的形状のサイズおよび／または形状を示すデータ、特に歯たけ、歯厚、歯幅および同様なパラメータを示すデータ、および／または
・歯車の歯集合体の歯数を示すデータ
【００６２】
上記データに基づき、歯集合体の数学的に正確なモデルまたは歯のフランクもしくは歯のフランクの表示された歯のプロフィル形状、例えばインボリュートプロフィル形状に従った数学的に正確な歯のフランクのプロフィルを有する、数学的に正確な歯のフランクの幾何学的形状に対応する歯のフランク１ｃを有する歯集合体を含む加工品の数学的に正確なモデルを計算または発生することが可能である。
【００６３】
かかる計算されたモデル、例えばＣＡＤ（コンピュータ支援設計の略語）システムによって計算されたモデルからスタートし、例えばＣＡＭまたはＣＡＤ／ＣＡＭシステム（ＣＡＭとは、コンピュータ支援製造の略語）により、ＮＣプログラム（ＮＣは数値制御の略語）を発生するためのモデルに基づき、機械加工経路データを更に計算することが可能である。少なくとも５本の軸を有する数値制御式工作機械、例えばフライス盤、汎用フライス盤またはマシニングセンターにおいて、エンドミルカッターなどのような工具に基づきく制御データ内に含まれる機械加工の経路データを制御できる。機械加工経路データにより表示される機械加工経路に沿って工具を連続的に移動させることにより、特に機械加工経路の平行ラインに沿って工具をラインごとに移動させることにより、加工品上に歯のフランク１ｃを形成するように工具を制御できる。提供される歯のフランクの幾何学的形状に基づき、かかる機械加工の経路をどのように好ましく発生できるかについて述べているドイツ特許出願第DE10 2009 008 124号の教示内容を参照されたい。
【００６４】
本発明の実施形態によれば、制御データは、数学的に正確な、または理論的な歯のフランクのプロフィルまたは歯のフランクの幾何学的形状となっている、提供される歯のフランクの幾何学的形状に基づいて発生されるのではなく、制御データは、加工品の最初の処理の前でも可能な歯幅方向のクラウニングを有利にモデル化するように、制御データの発生前または制御データの発生中に変更または修正される、変更された歯のフランクの幾何学的形状に基づいて発生される。従って、工作機械で加工品を処理した後に、歯の所望する幅方向のクラウニングをモデル化するために、加工品の不便でかつ時間のかかる後処理を必要とすることなく、他の所望する幅方向のクラウニングを簡単かつ効率的に達成できる。
【００６５】
本発明の好ましい実施形態に係わる図１〜５を参照し、以下、幅方向のクラウニングをモデル化するための歯のフランクの幾何学的形状の幅方向のクラウニングおよび修正／変更について説明する。
【００６６】
図１において、歯１は歯たけ１ｆを有し、歯たけ１ｆの半分の高さにおいて加工品の内側の基本的部分の半径と歯たけ１ｆの半分の和に対応する半径を有する平歯車の回転軸を中心とする円に対応するピッチ円１ｄが構成されている。図１には、交差表面１ｅが示されており、この交差表面は、ピッチ円１ｄの高さにおいて、円筒形表面に沿って延びる歯１の交差表面に一例として対応し、円筒形表面の軸は平歯車の回転軸に対して同心状に配置されている。従って、交差表面１ｅは、本実施形態によれば、ピッチ円１ｄに沿って延びている。しかしながら、本発明は、円筒形表面形状の交差表面だけに限定されない。例えば図５を参照して説明する実施形態を参照されたい。
【００６７】
交差表面１ｅと歯のフランク１ｃとは、ピッチ円１ｄの高さにおいて、すなわち歯元１ａと歯先１ｂとの間の高さの半分の高さにおいて直線状のフランク曲線７を構成する。
【００６８】
図２は、図１の歯の略横断面図の一例を示す。従って、歯１は提供される歯のフランクの幾何学的形状に従った歯のフランク１ｃを有する。参照番号１ｇは、平歯車の内側基本部分の延長部、すなわち歯元１ａの高さにおける円を示す。同じ歯１の対向する歯のフランク１ｃ’も同じように示されている。
【００６９】
図３は、図２の交差表面Ａ−Ａに沿った歯１の交差表面１ｅの略図の一例を示す。例として、この交差表面１ｅは、直線ラインではなくピッチ円１ｄの円形ラインに沿って延びる。
【００７０】
フランク曲線７の上にはシフト位置２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇが定められている。これらシフト位置はあらかじめ定めてもよいし、またはユーザーがフランク曲線７上のシフト位置を決定するためのパラメータを入力することによって入力してもよい。かかるパラメータは、シフト位置２ａ〜２ｇからそれぞれの隣接するシフト位置までの距離を入力するか、および／またはシフト位置２ａ〜２ｇから歯のフランク曲線７の外側エッジまでの距離を入力することによって、入力することもできる。
【００７１】
歯のフランクの幾何学的形状、歯のフランクまたはピッチ円の高さにおけるフランク曲線７の所望するシフトを定めるために、シフト位置２ａ〜２ｇの各々に対してそれぞれ定められるか、または決定された、シフトパラメータ３ａ〜３ｇが存在する。
【００７２】
従って、修正されたフランク曲線８に従ってピッチ円の高さにおけるフランクのシフトが定められる。交差位置における移行部が滑らかな形状かつ連続的となり、特に好ましくは移行点で接線方向となるように、フランク曲線８がそれぞれのシフトパラメータによって定められる位置と交差する補完曲線を表示することが好ましい。
【００７３】
対向する歯のフランク１ｃ’上のフランク曲線７’上に、シフト位置２ａ’〜２ｇ’が同じように定められ、これらシフト位置に対し、それぞれのシフトパラメータ３ａ’〜３ｇ’を決定または定めることができる。従って、対向する歯のフランク１ｃ’に対しても、シフトパラメータ３ａ’〜３ｇ’に従ってシフトされた、修正された歯のフランク曲線８’の位置が得られる。
【００７４】
こうして修正され、得られた歯のフランク曲線８および８’は、ピッチ円１ｄの高さにおける変更された歯のフランクの幾何学的形状を定める。従って、本実施形態では、ピッチ円の高さにおける歯のフランクの幾何学的形状を修正するためのパラメータを定めるだけでよい。次に、図４を参照して説明する原理に従い、歯のフランクの幾何学的形状全体の変更を簡単かつ効率的に実行できる。
【００７５】
図４は、本発明の一実施形態に従った歯のプロフィルのシフトを示すための、図３内の断面Ｂ−Ｂに沿った歯１の横断面略図の一例を示す
【００７６】
定められたシフト位置２ｂおよび２ｂ’におけるシフトパラメータ３ｂおよび３ｂ’を決定することにより、ピッチ円の高さにおいて、それぞれの歯のフランク１ｃおよび１ｃ’のシフトまたは後退量が例として定められ、または決定される。フランク曲線７および７’だけでなく、８および８’の交点も示されている。
【００７７】
参照番号４は、歯のフランク１ｃの歯のプロフィルを示し、参照番号４’は歯のフランク１ｃ’の歯のプロフィルを示す。
【００７８】
それぞれの歯のフランクのプロフィルが修正されたフランク曲線８および８’にそれぞれ交差するまで、平歯車の回転軸を中心に回転させることにより、シフト位置２ｂおよび２ｂ’に定められたシフトパラメータ３ｂおよび３ｂ’に従って、歯のフランクのプロフィル４および４’を、図４に示された矢印の方向に回転または回転シフトすることによって、歯のフランク１ｃおよび１ｃ’の変更された歯のフランクの幾何学的形状を得ることができる。
【００７９】
従って、シフト位置におけるプロフィルの回転シフトにより、それぞれ１つのシフトパラメータを入力するだけで、他のプロフィル全体を簡単かつ効率的にシフトすることが可能となる。
【００８０】
幅方向のクラウニングが形成されるにも係わらず、歯のフランクのプロフィルを回転または回転シフトすることにより、平歯車のその後の作動挙動が最適になるという利点を得ることができる。低負荷条件下では、平歯車の歯集合体のうちの歯は、最小の回転のシフト位置または最小のシフトパラメータに対応するシフト位置において、歯のフランク上の中心に位置するラインに沿って転動するだけである。より大きい負荷条件下では、大きくなった負荷に従って歯のフランクは、一般に変形し、より大きいシフトパラメータに対応するより大きい回転によって得られる歯のフランク部分は、変形に起因し、転動する対向する歯のフランクに接触する。図４に従ったこれら部分における歯のプロフィルの回転シフトにより、より大きい負荷時における、形成される幅方向のクラウニングにもかかわらず、平歯車の最適な転動挙動を提供できる。
【００８１】
上記実施形態では、ピッチ円の高さにおいて、シフトパラメータを例として定める。しかしながら本発明は、これだけに限定されるものではなく、他の実施形態では、他の高さ、例えば歯元の高さまたは歯先の高さでシフトパラメータを定めることもできる。
【００８２】
図５は、本発明の別の実施形態に係わる歯のプロフィルのシフトを示すための歯１の横断面略図の一例を示す。この実施形態では、歯のフランク１との交点におけるフランク曲線７、および歯のフランク１’との交点におけるフランク曲線７’を定める交差表面１ｅが、交差平面によって与えられており、この交差平面は、ピッチ円に対して接線方向に配向し、特にポイント６におけるピッチ円に接線方向に中心部が接触し、よって交差表面１ｅは、歯１に対して水平方向に配向され、よって歯１を通過するように一定の高さで延びている。
【００８３】
図５に示されるように、この実施形態では、正確にピッチ円の高さではシフト位置２ｂおよび２ｂ’は定められず、ほぼピッチ円の高さでのシフト位置が定められる。それぞれのシフト位置における歯のプロフィルの回転シフトの方法は、図４を参照して説明したような回転シフトと同じように実行できる。
【００８４】
図６は、例えば図４および５の実施形態で実行されるような本発明の一実施形態に係わる歯のプロフィルの回転シフトを例として示す。参照番号１ｇは、平歯車のモデルの円筒形内側ベース本体の外側表面ラインを示し、参照番号１ｄは、形成すべき平歯車の歯集合体のピッチ円を示す。（図４に類似するピッチ円の高さに一例として位置する）シフト位置２ｂでは、シフトパラメータ３ｂにより、歯のフランク１のシフトが定められるか、または決定されている。シフト位置２ｂにおける歯のフランクの幾何学的形状の修正または変更は、シフトパラメータの値に対応する値だけ、平歯車の歯または平歯車の回転軸１ｈを中心としてフランクのプロフィルを回転するという点で、図４および５を参照してこれまで記載したような回転シフトによって実行される。
【００８５】
上記では、それぞれ定められたシフトパラメータに対応して定められるシフト位置にて、平歯車のベース本体の回転軸を中心としてプロフィルを回転することにより実行される、歯のプロフィルの「側方への」シフトを示す実施形態が記載されている。これとは別に、またはこれに加え、歯１の垂直方向に、すなわち「側方への」プロフィルシフトとは別に、またはそれに加え、平歯車のベース本体の回転軸に対し、ラジアル方向および歯たけの方向に、プロフィルをシフトすることもできる。
【００８６】
図７Ａおよび７Ｂは、本発明の一実施形態に係わる歯たけ方向の歯のプロフィルの垂直シフトを例として示す。図７Ａは、平歯車の歯集合体（例えば図１参照）のうちの歯１のフランク１ｃのモデルの正面図を示す。歯１は、歯たけ１ｆを有する。参照番号１ａおよび１ｂは再び歯元１ａおよび歯先１ｂを示す。歯のプロフィルの垂直シフトを実行するために、提供される歯のフランクの幾何学的形状を変更するためのパラメータが決定されるか、または定められる。例えば歯のフランク１ｃは、垂直ラインＬ１およびＬ２（または図面の平面に対して直交する方向に配向された交差平面Ｌ１およびＬ２）により、３つの部分Ｂ１、Ｂ２およびＢ３に分割されている。図７Ｂは、Ｌ１における部分Ｂ１とＢ２の間の境界、および／またはＬ２にある部分Ｂ２とＢ３の間の境界にある高さパラメータＨ１を入力することによる歯のプロフィルの垂直シフトを示す。中間部分Ｂ２のエリア内において、プロフィルは定められた高さパラメータＨ１に対応する値に従って垂直方向にシフトされる。
【００８７】
外側部分Ｂ１およびＢ３のエリア内では、例えば円形曲線（または楕円曲線、もしくは数学的に定義された関数に従った別の曲線）の形状に従い、歯たけが歯のフランク１ｃの外側に向かって低くなるように、プロフィルは垂直方向にシフトされ、前記曲線はＬ１におけるＢ１からＢ２、またはＬ２におけるＢ３からＢ２への境界にて、接線方向の移行部を有する。この結果、歯のフランク１ｃが変化し、変化した歯のフランクの幾何学的形状が生じる。歯元１ａまで延びる変更された歯のフランク１ｃの下方の図７Ｂ内のハッチングエリア内では、歯１は、例えばエンド半径を有するエンドフライスカッターによりフライス加工できる半径に従うか、または伸長したプロフィルの幾何学的形状に従うような任意の幾何学的形状を呈することができる。
【００８８】
入力パラメータとして、Ｌ１におけるＢ１からＢ２への境界、またはＬ２におけるＢ３からＢ２への境界の位置を入力し、更に高さパラメータＨ１を入力する別の方法として、図７Ｂに従った歯のプロフィルの垂直シフトを定める部分Ｂ１およびＢ３における円形の歯たけの減少量を定義または決定するための１つの（すなわち部分Ｂ１とＢ３の双方に対して対称的な）円形曲線または２つの（すなわち部分Ｂ１とＢ３の双方に対して非対称的な、または独立した）円形曲線の半径パラメータを使用することもできる。
【００８９】
図８Ａは、平歯車の歯集合体を有する加工品を製造するための制御データを発生するための、または本発明の一実施形態に従い、制御データを発生するための装置２００の略図を例として示す。この装置２００は、発生される制御データに基づき、複数の機械加工経路に沿って工作機械のフライスカッターを連続的に移動させることにより、少なくとも５本の軸を有する数値制御式工作機械において、特にフライス盤、汎用フライス盤、またはマシニングセンターのような汎用工作機械において、加工品をフライス加工することにより、所望する幅方向のクラウニングを有する平歯車の歯集合体のうちの１つの歯、または歯のフランクを形成するための制御データを発生するようになっている。この装置２００は、工作機械の一部でもよい。すなわちこの装置は、工作機械内に含まれてもよいし、または工作機械に固定または接続してもよいし、または別個に設けてもよい。
【００９０】
装置２００は、１つ以上のデータ処理手段、例えば１つ以上のコンピュータまたはコンピュータに類似したデータ処理デバイスによってレンダリングできる。この装置２００は、データ、パラメータ、情報などを入力するための、特に歯集合体の情報データを入力するための入力手段２１０と、歯集合体の情報データに基づき、加工品のモデルを計算するための、特に歯集合体の情報データに基づき提供される歯のフランクの幾何学的形状のモデルを計算するための、モデル計算手段２２０とを備える。
【００９１】
更に装置２００は、加工品を製造するための制御データを発生するための、特に制御データに従って制御される数値制御式工作機械において、加工品上で平歯車の歯集合体のうちの１つの歯を形成するための制御データを発生するための、制御データ発生手段２３０を備える。
【００９２】
装置２００は、変更された歯のフランクの幾何学的形状のモデルをディスプレイし、提供された歯のフランクの幾何学的形状のモデルをディスプレイし、平歯車の歯を形成する前に加工品の未加工部分の幾何学的形状をディスプレイし、平歯車の歯を形成した後に、加工品のうちの仕上がった部分の幾何学的形状をディスプレイするためのディスプレイ手段２４０を備える。
【００９３】
更に装置２００はインターフェース手段２５０も備え、この装置２００は、このインターフェース手段２５０により、例えば有線接続または無線接続、例えばＷＬＡＮに従って、工作機械または工作機械の工作機械制御デバイスに制御データを送信するように接続できる。更に、このインターフェース手段２５０は、発生された制御データを記憶メディア、例えばＵＳＢメモリスティック、フラッシュメモリカードなどに記憶するように構成でき、この記憶メディアは、更に工作機械へ制御データを送信するよう、工作機械に更に接続可能となっている。
【００９４】
図８Ｂは、一実施形態に係わる図８Ａの装置２００の入力手段２１０の略図を例として示す。入力手段２１０は、歯のフランクの幾何学的形状（提供された歯のフランクの幾何学的形状）を定めるか、または供給するための第１入力手段２１１と、シフトパラメータを定めるか、または決定するための第２入力手段２１２と、シフト位置を定めるか、または決定するための第３入力手段２１３とを備える。入力手段２１２および２１３は、提供される歯のフランクの幾何学的形状の変更を特定するためのパラメータを決定または入力するための入力手段をレンダリングする。
【００９５】
歯のフランクの幾何学的形状、または歯のフランクの幾何学的形状を含む加工品の幾何学的形状全体さえも定めるか、または提供するための第１入力手段２１０は、加工品のサイズおよび形状を示すデータを入力するための入力手段２１１１と、歯の形状（歯のタイプ）を示す、特に直線状の歯集合体形状、ヘリカル歯集合体形状およびスパイラル歯集合体形状を含む複数の歯集合体形状のうちの１つの歯集合体形状を示すデータを入力するための入力手段２１１２と、歯のフランクのプロフィル形状、特にインボリュートプロフィル形状、サイクロイドプロフィル形状および円形プロフィル形状を含む複数のプロフィル形状のうちの１つのプロフィル形状を示すデータを入力するための入力手段２１１３と、歯車の歯集合体の幾何学的形状のサイズおよび形状を示すデータを入力するための入力手段２１１４と、歯車の歯数を示すデータを入力するための入力手段２１１５とを備える。
【００９６】
入力手段２１０によって入力または定められたパラメータに基づき、モデル計算手段２２０は、歯を有する加工品のモデル、特に変更もしくは修正された歯のフランクの幾何学的形状、または変更もしくは修正された歯のフランクの幾何学的のモデルを計算することができる。計算されたモデルに基づき、制御データ発生手段２３０は、変更された歯のフランクの幾何学的形状に対応して、平歯車の歯集合体のうちの歯のフランクを連続的に、特にラインごとにフライス加工するためのフライスカッターのための機械加工経路データを含む制御データを発生することができる。次に、数値的または自動的に機械加工の経路データに基づき、制御データ、例えばＮＣプログラムまたはＮＣプログラムの一部として提供される制御データを発生することができる。
【００９７】
要約すれば、本発明は、平歯車の歯集合体を有する加工品を機械加工し、処理し、または製造することを更に簡略化でき、少なくとも５本の軸を含む数値制御式工作機械において、特に汎用工作機械、例えばフライス盤、汎用フライス盤、またはマシニングセンターにて、加工品をフライス加工する能力を拡張することができる。特に本発明は、少なくとも５本の軸を含む数値制御式工作機械において、発生された制御データに基づき、加工品上で歯のフランクを連続的に機械加工することにより、特にラインごとに機械加工することにより、加工品上で歯集合体を形成する汎用工作機械において、歯車の歯集合体を有する加工品を製造するための新規に開発された、従来のものでない発明の用途の広がりを改善する、制御データを発生するための方法および装置を提供できる。最後に本発明は、特に後処理を必要とすることなく、所望するクラウニングに従い、加工品のうちの少なくとも１つの歯を形成するよう、平歯車の歯を有する加工品を簡単かつ効率的に製造できるようにするものである。
【符号の説明】
【００９８】
１−−−−歯
１ａ−−−歯元
１ｂ−−−歯先
１ｃ−−−フランク
１ｄ−−−ピッチ円
２ａ〜２ｇ；２ａ’〜２ｇ’−−−シフト位置
３ａ〜３ｇ；３ａ’〜３ｇ’−−−シフトパラメータ
４、４ａ−−−プロフィル
７、７’；８、８’−−−フランク曲線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発生された制御データに基づき、複数の機械加工経路に沿って工作機械のフライスカッターを連続的に移動させることによって少なくとも５本の軸を有する数値制御式工作機械で、特に汎用工作機械で、加工品をフライス加工することにより、所望する幅方向のクラウニングを有する平歯車の歯集合体のうちの歯を形成するための制御データを発生する方法において、
この方法は、
平歯車の歯集合体のうちの歯の少なくとも１つの歯のフランクの幾何学的形状を提供するステップと、
前記歯の前記所望する幅方向のクラウニングに従って、前記提供された歯のフランクの幾何学的形状の変更を決定するためのパラメータを決定するステップと、
前記決定されたパラメータに基づき変更された歯のフランクの幾何学的形状に基づき、制御データを発生するためのステップとを備え、前記変更された歯の幾何学的形状は前記所望する幅方向のクラウニングを有する前記歯のフランクの幾何学的形状に対応する、制御データを発生するための方法。
【請求項２】
制御データを発生するための前記ステップは、前記提供された歯のフランクの幾何学的形状および前記決定されたパラメータに基づき、前記変更された歯の幾何学的形状のモデルを計算すること、特に前記提供された歯の幾何学的形状および前記決定されたパラメータに基づき、前記平歯車の歯集合体の歯のモデルを計算することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記変更された歯のフランクの幾何学的形状を有する歯が、所望する幅方向のクラウニングを呈するよう、前記歯のフランクの幾何学的形状を変更するための前記パラメータを決定する、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記提供された歯のフランクの幾何学的形状の変更を特定するためのパラメータを決定する前記ステップは、前記提供された歯のフランクの幾何学的形状のうちの少なくとも１つの歯のフランクの１つ以上のシフト位置の各々に対する１つのシフトパラメータを決定することを含む、請求項１〜３のうちの少なくとも１項に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの歯のフランクのフランク曲線上に前記１つ以上のシフト位置が定められ、前記歯のフランク曲線は、前記歯の交差表面と前記提供された歯のフランクの幾何学的形状のうちの前記少なくとも１つの歯のフランクとの交点のラインに対応する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記歯の前記交差表面は、交差平面、特に水平交差平面である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記交差平面は、前記平歯車の歯集合体のピッチ円に対して接線方向に配向されており、特に前記交差平面は、前記交差平面の中心位置において前記平歯車の歯集合体の前記ピッチ円に対して接線方向に配向されている、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記歯の前記交差表面は、円筒形表面に沿って延び、前記円筒形表面の軸は、前記平歯車の歯集合体の回転軸に対して同心状に配向されている、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記歯の前記交差表面は、前記平歯車の歯集合体の前記ピッチ円に沿って延びる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記１つ以上のシフト位置は、前記平歯車の歯集合体の前記ピッチ円とほぼ同じ高さに定めれている、請求項４〜９のうちの少なくとも１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記提供された歯のフランクの幾何学的形状上の１つ以上のシフト位置を決定するステップを更に含む請求項４〜１０のうちの少なくとも１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記提供された歯のフランクの幾何学的形状と比較して、前記決定されたシフトパラメータに従った量だけ、前記１つ以上のシフト位置の各々において、前記変更された歯のフランクの幾何学的形状を後退させる、請求項４〜１１のうちの少なくとも１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記決定されたそれぞれのシフトパラメータに従って、前記平歯車の歯集合体の回転軸を中心として、前記歯のプロフィルを回転させることにより、前記１つ以上のシフト位置の各々において前記歯のフランクの前記歯のプロフィルをシフトするよう、前記提供された歯のフランクの幾何学的形状を変更する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記変更された歯のフランクの幾何学的形状のモデルをディスプレイするステップを更に含む、請求項１〜１３のうちの少なくとも１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記歯のフランクの幾何学的形状を提供する前記ステップは、
前記歯集合体の情報データを提供することと、
前記提供された歯集合体の情報データに基づき、提供される歯のフランクの幾何学的形状を計算することとを含む、請求項１〜１４のうちの少なくとも１項に記載の方法。
【請求項１６】
ギアの歯集合体を有する加工品を製造するための制御データを発生する方法において、
歯集合体の情報データを提供するステップと、
前記提供された歯集合体の情報データに基づき、提供された歯のフランクの幾何学的形状を計算することを含む、前記提供された歯集合体の情報データに基づき前記加工品のモデルを計算するステップと、
請求項１〜１５のうちの少なくとも１項に記載のように、前記加工品上で平歯車の歯集合体のうちの歯を形成するための制御データを発生することを含む、前記加工品を製造するための制御データを発生するステップとを備える、制御データを発生する方法。
【請求項１７】
前記歯集合体の情報データは、
前記加工品のサイズおよび形状を示すデータと、歯集合体の形状、特に直線状歯集合体形状、螺旋歯集合体ギア形状、およびスパイラル歯集合体形状を含む前記歯集合体形状のうちの１つの歯集合体の形状を示すデータ、
前記歯のフランクのプロフィル形状、特にインボリュートプロフィル形状、サイクロイドプロフィル形状および円形プロフィル形状を含むプロフィル形状のうちの１つのプロフィル形状を示すデータ、
前記ギア歯集合体の歯の幾何学的形状のサイズおよび形状を示すデータ、および／または前記ギア歯集合体の歯数を示すデータを含む、請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
請求項１〜１７のうちの少なくとも１項に記載の方法に従って、前記発生された制御データに基づき、複数の機械加工経路に沿って前記工作機械のフライス加工カッターを連続的に移動することにより、少なくとも５本の軸を有する数値制御式工作機械において、特に汎用工作機械において、加工品をフライス加工することによって所望する幅方向のクラウニングを有する平歯車の歯集合体のうちの歯を形成するための制御データを発生する装置であって、
この装置は、
前記平歯車の歯集合体のうちの少なくとも１つの歯のフランクの幾何学的形状を提供するための第１入力手段と、
前記歯の所望する幅方向のクラウニングに従って提供されたフランクの幾何学的形状の変更を特定するためのパラメータを決定する第２入力手段と、
前記決定されたパラメータに基づき変更された歯のフランクの幾何学的形状に基づき、制御データを発生するための制御データ発生手段とを備え、前記変更された歯のフランクの幾何学的形状は、意図する幅方向のクラウニングを有する、歯のフランクの幾何学的形状に対応する装置。
【請求項１９】
ギアの歯集合体を有する加工品を製造するための制御データを発生する装置において、
歯集合体の情報データを提供するための入力手段と、
前記提供された歯集合体の情報データに基づき、提供された歯のフランクの幾何学的形状を計算することを含む、前記加工品のモデルを計算するためのモデル計算手段と、
請求項１〜１７のうちの少なくとも１項に記載のように、前記加工品上で平歯車の歯集合体のうちの歯を形成するための制御データを発生することを含む、前記加工品を製造するための制御データを発生するための制御データ発生手段とを備える、制御データを発生する装置。
【請求項２０】
前記発生された制御データに基づき、複数の機械加工経路に沿って前記工作機械のフライスカッターを連続的に移動することにより、加工品をフライス加工するための、少なくとも５本の軸を有する数値制御式工作機械、特に汎用工作機械であって、請求項１８または１９に記載の装置を含む工作機械。
【請求項２１】
コンピュータで読み取り可能な記録媒体と、この記録媒体の上に記憶されたコンピュータプログラム手段とを備え、前記コンピュータプログラム手段は、請求項１〜１７のうちの少なくとも１項に記載の方法をデータ処理装置のデータ処理手段に実行させるようになっている、コンピュータプログラム製品。
【請求項１】
発生された制御データに基づき、複数の機械加工経路に沿って工作機械のフライスカッターを連続的に移動させることによって少なくとも５本の軸を有する数値制御式工作機械で、特に汎用工作機械で、加工品をフライス加工することにより、所望する幅方向のクラウニングを有する平歯車の歯集合体のうちの歯を形成するための制御データを発生する方法において、
この方法は、
平歯車の歯集合体のうちの歯の少なくとも１つの歯のフランクの幾何学的形状を提供するステップと、
前記歯の前記所望する幅方向のクラウニングに従って、前記提供された歯のフランクの幾何学的形状の変更を決定するためのパラメータを決定するステップと、
前記決定されたパラメータに基づき変更された歯のフランクの幾何学的形状に基づき、制御データを発生するためのステップとを備え、前記変更された歯の幾何学的形状は前記所望する幅方向のクラウニングを有する前記歯のフランクの幾何学的形状に対応する、制御データを発生するための方法。
【請求項２】
制御データを発生するための前記ステップは、前記提供された歯のフランクの幾何学的形状および前記決定されたパラメータに基づき、前記変更された歯の幾何学的形状のモデルを計算すること、特に前記提供された歯の幾何学的形状および前記決定されたパラメータに基づき、前記平歯車の歯集合体の歯のモデルを計算することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記変更された歯のフランクの幾何学的形状を有する歯が、所望する幅方向のクラウニングを呈するよう、前記歯のフランクの幾何学的形状を変更するための前記パラメータを決定する、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記提供された歯のフランクの幾何学的形状の変更を特定するためのパラメータを決定する前記ステップは、前記提供された歯のフランクの幾何学的形状のうちの少なくとも１つの歯のフランクの１つ以上のシフト位置の各々に対する１つのシフトパラメータを決定することを含む、請求項１〜３のうちの少なくとも１項に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの歯のフランクのフランク曲線上に前記１つ以上のシフト位置が定められ、前記歯のフランク曲線は、前記歯の交差表面と前記提供された歯のフランクの幾何学的形状のうちの前記少なくとも１つの歯のフランクとの交点のラインに対応する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記歯の前記交差表面は、交差平面、特に水平交差平面である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記交差平面は、前記平歯車の歯集合体のピッチ円に対して接線方向に配向されており、特に前記交差平面は、前記交差平面の中心位置において前記平歯車の歯集合体の前記ピッチ円に対して接線方向に配向されている、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記歯の前記交差表面は、円筒形表面に沿って延び、前記円筒形表面の軸は、前記平歯車の歯集合体の回転軸に対して同心状に配向されている、請求項５に記載の方法。
【請求項９】
前記歯の前記交差表面は、前記平歯車の歯集合体の前記ピッチ円に沿って延びる、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記１つ以上のシフト位置は、前記平歯車の歯集合体の前記ピッチ円とほぼ同じ高さに定めれている、請求項４〜９のうちの少なくとも１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記提供された歯のフランクの幾何学的形状上の１つ以上のシフト位置を決定するステップを更に含む請求項４〜１０のうちの少なくとも１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記提供された歯のフランクの幾何学的形状と比較して、前記決定されたシフトパラメータに従った量だけ、前記１つ以上のシフト位置の各々において、前記変更された歯のフランクの幾何学的形状を後退させる、請求項４〜１１のうちの少なくとも１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記決定されたそれぞれのシフトパラメータに従って、前記平歯車の歯集合体の回転軸を中心として、前記歯のプロフィルを回転させることにより、前記１つ以上のシフト位置の各々において前記歯のフランクの前記歯のプロフィルをシフトするよう、前記提供された歯のフランクの幾何学的形状を変更する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記変更された歯のフランクの幾何学的形状のモデルをディスプレイするステップを更に含む、請求項１〜１３のうちの少なくとも１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記歯のフランクの幾何学的形状を提供する前記ステップは、
前記歯集合体の情報データを提供することと、
前記提供された歯集合体の情報データに基づき、提供される歯のフランクの幾何学的形状を計算することとを含む、請求項１〜１４のうちの少なくとも１項に記載の方法。
【請求項１６】
ギアの歯集合体を有する加工品を製造するための制御データを発生する方法において、
歯集合体の情報データを提供するステップと、
前記提供された歯集合体の情報データに基づき、提供された歯のフランクの幾何学的形状を計算することを含む、前記提供された歯集合体の情報データに基づき前記加工品のモデルを計算するステップと、
請求項１〜１５のうちの少なくとも１項に記載のように、前記加工品上で平歯車の歯集合体のうちの歯を形成するための制御データを発生することを含む、前記加工品を製造するための制御データを発生するステップとを備える、制御データを発生する方法。
【請求項１７】
前記歯集合体の情報データは、
前記加工品のサイズおよび形状を示すデータと、歯集合体の形状、特に直線状歯集合体形状、螺旋歯集合体ギア形状、およびスパイラル歯集合体形状を含む前記歯集合体形状のうちの１つの歯集合体の形状を示すデータ、
前記歯のフランクのプロフィル形状、特にインボリュートプロフィル形状、サイクロイドプロフィル形状および円形プロフィル形状を含むプロフィル形状のうちの１つのプロフィル形状を示すデータ、
前記ギア歯集合体の歯の幾何学的形状のサイズおよび形状を示すデータ、および／または前記ギア歯集合体の歯数を示すデータを含む、請求項１５または１６に記載の方法。
【請求項１８】
請求項１〜１７のうちの少なくとも１項に記載の方法に従って、前記発生された制御データに基づき、複数の機械加工経路に沿って前記工作機械のフライス加工カッターを連続的に移動することにより、少なくとも５本の軸を有する数値制御式工作機械において、特に汎用工作機械において、加工品をフライス加工することによって所望する幅方向のクラウニングを有する平歯車の歯集合体のうちの歯を形成するための制御データを発生する装置であって、
この装置は、
前記平歯車の歯集合体のうちの少なくとも１つの歯のフランクの幾何学的形状を提供するための第１入力手段と、
前記歯の所望する幅方向のクラウニングに従って提供されたフランクの幾何学的形状の変更を特定するためのパラメータを決定する第２入力手段と、
前記決定されたパラメータに基づき変更された歯のフランクの幾何学的形状に基づき、制御データを発生するための制御データ発生手段とを備え、前記変更された歯のフランクの幾何学的形状は、意図する幅方向のクラウニングを有する、歯のフランクの幾何学的形状に対応する装置。
【請求項１９】
ギアの歯集合体を有する加工品を製造するための制御データを発生する装置において、
歯集合体の情報データを提供するための入力手段と、
前記提供された歯集合体の情報データに基づき、提供された歯のフランクの幾何学的形状を計算することを含む、前記加工品のモデルを計算するためのモデル計算手段と、
請求項１〜１７のうちの少なくとも１項に記載のように、前記加工品上で平歯車の歯集合体のうちの歯を形成するための制御データを発生することを含む、前記加工品を製造するための制御データを発生するための制御データ発生手段とを備える、制御データを発生する装置。
【請求項２０】
前記発生された制御データに基づき、複数の機械加工経路に沿って前記工作機械のフライスカッターを連続的に移動することにより、加工品をフライス加工するための、少なくとも５本の軸を有する数値制御式工作機械、特に汎用工作機械であって、請求項１８または１９に記載の装置を含む工作機械。
【請求項２１】
コンピュータで読み取り可能な記録媒体と、この記録媒体の上に記憶されたコンピュータプログラム手段とを備え、前記コンピュータプログラム手段は、請求項１〜１７のうちの少なくとも１項に記載の方法をデータ処理装置のデータ処理手段に実行させるようになっている、コンピュータプログラム製品。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【公開番号】特開２０１２−４０６８１（Ｐ２０１２−４０６８１Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−１７８９８８（Ｐ２０１１−１７８９８８）
【出願日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【出願人】（５０６３８１５９９）ディッケル マホ プロンテン ゲーエムベーハー (16)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７８９８８（Ｐ２０１１−１７８９８８）
【出願日】平成２３年８月１８日（２０１１．８．１８）
【出願人】（５０６３８１５９９）ディッケル マホ プロンテン ゲーエムベーハー (16)
【Ｆターム（参考）】
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