(57)【要約】      （修正有）【課題】機械加工において所定の品質が得られているかどうかを判断する。【解決手段】同時に制御可能な少なくとも５本の軸を含む制御データによって制御される１つ以上の工具１３０により加工品２００を機械加工するための工作機械であり、工作機械１００は、第１加工品２００の第１ギアの現在の幾何学的形状、特に現在の歯のフランクの幾何学的形状および／または現在の歯のギャップの幾何学的形状が、第１加工品２００の第１ギアの目標とする歯のフランクの幾何学的形状および／または目標とする歯のギャップの幾何学的形状と異なるかどうかを、工作機械１００上での第１加工品２００の機械加工中および／またはその機械加工後に判断するようになっているテストシステムを更に備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同時に制御可能な少なくとも５本の軸を含み、加工品（２００；３００）をクランプするためのクランプ手段（１２０）と、１つ以上の工具（１３０）のうちの１つを支持するための支持手段（１１１）を有する制御手段（１１０）とを備え、前記制御手段（１１０）は、前記支持手段（１１１）内に支持された前記工具（１３０）を制御データにより工具パスに沿って制御し、前記クランプ手段（１２０）内にクランプされた加工品（２００、３００）から材料を除去するようになっている、制御データによって制御される１つ以上の工具（１３０）により加工品（２００；３００）を機械加工するための工作機械（１００）であり、
前記工作機械（１００）は、第１加工品（２００）を機械加工し、前記第１加工品（２００）に第１ギア（２１０）を設けるようになっており、前記第１加工品（２００）は、第２ギア（３１０）を有する第２加工品（３００）のカウンター部品であり、前記第１ギア（２１０）の第１の歯のフランクは、前記第２ギア（３１０）の第２の歯のフランクのうちの噛み合いフランクを形成する工作機械において、
前記工作機械（１００）は、前記第１加工品（２００）の前記第１ギア（２１０）の現在の幾何学的形状、特に現在の歯のフランクの幾何学的形状および／または現在の歯のギャップの幾何学的形状が、前記第１加工品（２００）の前記ギャップ（２１０）の目標とする歯のフランクの幾何学的形状および／または目標とする歯のギャップの幾何学的形状と異なるかどうかを、前記工作機械（１００）上での前記第１加工品（２００）の機械加工中および／またはその機械加工後に判断するようになっているテストシステムを更に備えることを特徴とする、工作機械。
【請求項２】
目標とするギアの幾何学的形状、特に目標とする歯のクランプの幾何学的形状および／または目標とする歯のギャップの幾何学的形状は、仕上げられる第１加工品および／または第２加工品に付与されるギアの品質によって決定されることを特徴とする、請求項１に記載の工作機械。
【請求項３】
特に工作機械（１００）で機械加工された後の仕上げられた状態にある前記第１加工品（２００）は、内歯を有する平ギア、外歯を有する平ギア、歯付きラックまたはベベルギアであり、特に前記工作機械（１００）上で機械加工された仕上げられた状態にある前記第２加工品（３００）は、内歯を有する平ギア、外歯を有する平ギア、歯付きラックまたはベベルギアであり、よって前記第２加工品（３００）は、前記第１加工品（２００）に対するカウンター部分となっていることを特徴とする、請求項１または２に記載の工作機械。
【請求項４】
前記工作機械（１００）の前記テストシステムは、検出要素（１４０）により、前記第１加工品（２００）の前記第１ギア（２１０）の歯のフランクの側面を機械的にスキャニングすることにより、前記第１加工品（２００）の前記第１ギア（２１０）の前記現在のギアの幾何学的形状と、前記第１加工品（２００）の第１ギア（２１０）の目標とするギアの幾何学的形状とが、異なっているかどうかを判断するようになっている第１検出要素を備えることを特徴とする、請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の工作機械。
【請求項５】
前記工作機械（１００）の前記テストシステムは、前記第１加工品（２００）の前記第１ギア（２１０）の歯のフランクの側面を光学的に、および／または誘導的にスキャニングすることにより、前記第１加工品（２００）の前記第１ギア（２１０）の前記現在の幾何学的形状と、前記第１加工品（２００）の前記第１ギア（２１０）の前記目標とするギアの幾何学的形状、特に目標とする歯のフランクの幾何学的形状および／または目標とする歯のギャップの幾何学的形状とが、異なっているかどうかを判断するようになっている第２検出要素を備えることを特徴とする、請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の工作機械。
【請求項６】
前記工作機械（１００）の前記支持手段（１１１）は、前記第２加工品（３００）を支持するようになっていることを特徴とする、請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の工作機械。
【請求項７】
前記工作機械（１００）は、前記支持手段（１１１）内に支持された前記第２加工品（３００）と前記クランプ手段（１２０）内にクランプされた前記第１加工品（２００）との間の相互の関係を制御し、よって前記第１加工品（２００）の前記第１ギア（２１０）と前記第２加工品（３００）の前記第２ギア（３１０）とを噛合させ、前記第１ギア（２１０）の少なくとも１つの第１フランクと前記第２ギア（３１０）の少なくとも１つの第１噛み合いフランクとを協働させるようになっていることを特徴とする請求項６に記載の工作機械。
【請求項８】
前記工作機械（１００）の前記テストシステムは、前記第１ギア（２１０）の前記第１フランクと、前記第２ギア（３１０）の第１噛み合いフランクとの間の歯の接触パターンをスポッティングにより、判断するようになっている歯の接触パターン検出デバイスを備えることを特徴とする、請求項７に記載の工作機械。
【請求項９】
前記第１または第２加工品（２００；３００）は歯付きラックであり、前記工作機械（１００）は、前記支持手段（１１１）に支持された前記第２加工品（３００）と前記クランプ手段（１２０）内にクランプされた前記第１加工品（２００）との相互の関係を制御するための前記工作機械（１００）の１本以上のリニア軸を制御するようになっていることを特徴とする、請求項７に記載の工作機械。
【請求項１０】
前記第１加工品（２００）および／または前記第２加工品（３００）は、ギアホイール、特にベベルギアまたは平ギアであり、前記工作機械（１００）は、前記支持手段（１１１）に支持された前記第２加工品（３００）と前記クランプ手段（１２０）内にクランプされた前記第１加工品（２００）との相互の関係を制御するための前記工作機械（１００）の１本以上の回転軸を制御するようになっていることを特徴とする、請求項６または７に記載の工作機械。
【請求項１１】
前記第１加工品（２００）は、ギアホイール、特にベベルギアまたは平ギアであり、前記第２加工品（３００）は、ギアホイール、特にベベルギアまたは平ギアであり、
前記工作機械（１００）は、この工作機械（１００）の前記クランプ手段（１２０）を回転駆動するようになっている第１回転軸により、前記第１加工品（２００）の中心軸（Ｍ１）を中心として前記第１加工品（２００）を回転駆動するようになっており、および／または前記工作機械（１００）は、この工作機械（１００）の前記支持手段（１１１）を回転駆動するようになっている第２回転軸により、前記第２加工品（３００）の中心軸（Ｍ２）を中心として前記第２加工品（３００）を更に回転駆動するようになっていることを特徴とする、請求項７、８または１０のいずれか１項に記載の工作機械。
【請求項１２】
前記第１加工品（２００）の前記第１ギア（２１０）と前記第２加工品（３００）の前記第２ギア（３１０）とが噛合し、少なくとも前記第１ギア（２１０）の第１フランクが前記第２ギア（３１０）の第１噛み合いフランクとローリング状態で協働するように、前記第１加工品（２００）と前記第２加工品（３００）とが相互に制御される間、前記工作機械（１００）の前記テストシステムは前記第１加工品（２００）および前記第２加工品（３００）の共通作動特性が前記第１加工品（２００）および前記第２加工品（３００）の目標とする作動特性と異なっているかどうかを判断するようになっている作動特性テスト手段を更に備えることを特徴とする、請求項７〜１１のうちのいずれか１項に記載の工作機械。
【請求項１３】
前記作動特性テスト手段は、１つ以上の音響検出器を備え、この作動特性テスト手段は、前記第１加工品（２００）の前記第１ギア（２１０）と前記第２加工品（３００）の前記第２ギア（３１０）とが噛合し、少なくとも前記第１ギア（２１０）の第１フランクが前記第２ギア（３１０）の第１噛み合いフランクとローリング状態で協働するように、前記第１加工品（２００）と前記第２加工品（３００）とが相互に制御される間、前記第１加工品（２００）および前記第２加工品（３００）が駆動されるときに生じる作動ノイズを、１つ以上の音響検出器により検出することにより、前記第１加工品（２００）および前記第２加工品（３００）の共通作動特性と前記第１加工品（２００）および前記第２加工品（３００）の目標とする作動特性とが異なるかどうかを判断するようになっていることを特徴とする、請求項１２に記載の工作機械。
【請求項１４】
前記作動特性テスト手段は、１つ以上の振動検出器を備え、この作動特性テスト手段は、前記第１加工品（２００）の前記第１ギア（２１０）と前記第２加工品（３００）の前記第２ギア（３１０）とが噛合し、少なくとも前記第１ギア（２１０）の第１フランクが前記第２ギア（３１０）の第１噛み合いフランクとローリング状態で協働するように、前記第１加工品（２００）と前記第２加工品（３００）とが相互に制御される間、前記第１加工品（２００）および前記第２加工品（３００）が駆動されるときに生じる振動を、１つ以上の振動センサにより検出することにより、前記第１加工品（２００）および前記第２加工品（３００）の共通作動特性と前記第１加工品（２００）および前記第２加工品（３００）の目標とする作動特性とが異なるかどうかを判断するようになっていることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の工作機械。
【請求項１５】
前記工作機械（１００）上での前記第１加工品（２００）の機械加工中、および／またはその後に、前記第１加工品（２００）の前記第１ギア（２１０）の現在の幾何学的形状、特に現在の歯のフランクの幾何学的形状および／または現在の歯のギャップの幾何学的形状と、前記第１加工品（２００）の前記第１ギア（２１０）の目標とするギアの幾何学的形状、特に目標とする歯のフランクの幾何学的形状および／または目標とする歯のギャップの幾何学的形状とが、異なることをテストシステムが検出したとき、前記工作機械は支持手段（１１１）により前記制御デバイス（１１０）内に支持されている工具（１３０）によって、前記工作機械上の前記クランプ手段にクランプされている前記第１加工品（２００）を再機械加工するか、または仕上げるようになっていることを特徴とする、請求項１〜１４のうちのいずれか１項に記載の工作機械。
【請求項１６】
請求項１〜１５のうちのいずれか１項に記載の工作機械（１００）上で、制御データによって制御される１つ以上の工具により加工品を機械加工するための方法であって、
前記加工品（２００）の前記第１ギア（２１０）の目標とするギアの幾何学的形状、特に目標とする歯のフランクの幾何学的形状および／または目標とする歯のギャップの幾何学的形状を決定するステップと、
所定の目標とするギアの幾何学的形状により、第１ギア（２１０）を前記第１加工品（２００）に設けるよう、前記工作機械（１００）の前記クランプ手段（１２０）内にクランプされた第１加工品（２００）を機械加工するステップとを備え、前記第１加工品（２００）は、前記第１ギア（２１０）の前記第１の歯のフランクが前記第２ギア（３１０）の第２の歯のフランクの噛み合いフランクを形成するよう、第２ギア（３１０）を有する第２加工品（３００）に対するカウンター部品となっている、加工品を機械加工するための方法において、
この方法は、
前記工作機械（１００）上での前記第１加工品（２００）の機械加工中、および／またはその後に、前記第１加工品（２００）の前記第１ギア（２１０）の現在の幾何学的形状、特に現在の歯のフランクの幾何学的形状および／または現在の歯のギャップの幾何学的形状と、第１加工品（２００）の前記第１ギア（２１０）の所定の目標とするギアの幾何学的形状、特に目標とする歯のフランクの幾何学的形状および／または目標とする歯のギャップの幾何学的形状とが、異なっているかどうかを判断するステップを更に備えることを特徴とする、加工品を機械加工するための方法。
【請求項１７】
前記第１加工品（２００）の前記第１ギア（２１０）の現在のギアの幾何学的形状と前記第１加工品（２００）の前記第１ギア（２１０）の前記目標とするギアの幾何学的形状とが異なるかどうかを判断するよう、検出要素（１４０）により前記第１加工品（２００）の前記第１ギア（２１０）の歯のフランクの側面を機械的にスキャニングするステップと、
前記第１加工品（２００）の前記第１ギア（２１０）の現在のギアの幾何学的形状と前記第１加工品（２００）の前記第１ギア（２１０）の前記目標とするギアの幾何学的形状とが異なるかどうかを判断するよう、前記第１加工品（２００）の前記第１ギア（２１０）の歯のフランクの側面を光学的にスキャニングするステップと、
前記第１加工品（２００）の前記第１ギア（２１０）の現在のギアの幾何学的形状と前記第１加工品（２００）の前記第１ギア（２１０）の前記目標とするギアの幾何学的形状とが異なるかどうかを判断するよう、前記第１加工品（２００）の前記第１ギア（２１０）の歯のフランクの側面を誘導スキャニングするステップのうちの１つ以上のステップを特徴とする、請求項１６に記載の、加工品を機械加工するための方法。
【請求項１８】
前記工作機械（１００）の前記支持手段（１１１）内に、前記第２加工品を支持するステップと、
前記支持手段（１１１）内に支持された前記第２加工品（３００）と前記クランプ手段（１２０）内にクランプされた前記第１加工品（２００）との相互の関係を制御し、よって前記第１加工品（２００）の前記第１ギア（２１０）と前記第２加工品（３００）の前記第２ギア（３１０）とを噛合させ、前記第１ギア（２１０）の少なくとも１つの第１フランクと前記第２ギア（３１０）の少なくとも１つの第１噛み合いフランクとを協働させるステップと、
スポッティングにより前記第１ギア（２１０）の前記第１フランクと前記第２ギア（３１０）の前記第１噛み合いフランクとの間の歯の接触パターンを決定するステップを特徴とする、請求項１６または１７に記載の、加工品を機械加工するための方法。
【請求項１９】
前記工作機械（１００）の前記支持手段（１１１）内に、前記第２加工品を支持するステップと、
前記支持手段（１１１）内に支持された前記第２加工品（３００）と前記クランプ手段（１２０）内にクランプされた前記第１加工品（２００）との相互の関係を制御し、よって前記第１加工品（２００）の前記第１ギア（２１０）と前記第２加工品（３００）の前記第２ギア（３１０）とを噛合させ、前記第１ギア（２１０）の少なくとも１つの第１フランクと前記第２ギア（３１０）の少なくとも１つの第１噛み合いフランクとをローリング状態で協働させるステップと、
前記第１加工品（２００）の前記第１ギア（２１０）と前記第２加工品（３００）の前記第２ギア（３１０）とが噛合し、少なくとも前記第１ギア（２１０）の第１フランクが前記第２ギア（３１０）の第１噛み合いフランクとローリング状態で協働するように、前記第１加工品（２００）と前記第２加工品（３００）とが相互に制御される間、前記第１加工品（２００）および前記第２加工品（３００）の共通作動特性と前記第１加工品（２００）および前記第２加工品（３００）の目標とする作動特性とが異なるかどうかを判断するステップとを特徴とする、請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の加工品を機械加工する方法。
【請求項２０】
前記工作機械（１００）上での前記第１加工品（２００）の機械加工中、および／またはその後に、前記第１加工品（２００）の前記第１ギア（２１０）の現在の幾何学的形状、特に現在の歯のフランクの幾何学的形状および／または現在の歯のギャップの幾何学的形状と第１加工品（２００）の前記第１ギア（２１０）の所定の目標とするギアの幾何学的形状、特に目標とする歯のフランクの幾何学的形状および／または目標とする歯のギャップの幾何学的形状とが、異なっていると判断された時に、前記工作機械（１００）の前記クランプ手段（１２０）内にクランプされた前記第１加工品（２００）を再機械加工するか、または仕上げるステップを特徴とする、請求項１６〜１９のうちのいずれか１項に記載の、加工品を機械加工する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御データにより制御される１つ以上の工具を使って加工品を機械加工するための工作機械および方法に関する。
【０００２】
特に本発明は、少なくとも５本の同時に制御可能な軸を含み、加工品をクランプするためのクランプ手段と、１つ以上の工具のうちの１つを支持するための支持手段を有する制御手段とを備え、制御手段は、支持手段内に支持された工具を制御データにより工具パスに沿って制御し、クランプ手段内にクランプされた加工品から材料を除去するようになっている、制御データによって制御される１つ以上の工具により加工品を機械加工するための工作機械に関する。
【０００３】
特に本発明は、第１加工品に第１ギアを提供するよう、特にブランクから第１ギアを有する仕上げ部品となるように加工品を機械加工するよう、加工品をプログラム制御で機械加工するための工作機械および方法に関し、この場合、第１加工品は、第１ギアの第１の歯のフランクが第２ギアの第２の歯のフランクの噛み合いフランクを形成するように第２ギアを有する第２加工品に対するカウンター部品となっている。
【０００４】
特に本発明は、少なくとも５本の軸を含むプログラム制御された工作機械、特に少なくとも５本の軸を含むＣＮＣ工作機械で、ブランク（素材）から、ギア特にギアホイール、例えば内歯を有する平ギア、外歯を有する平ギアまたはベベルギア、更に歯付きラックを有する仕上げ部品となるように、工作機械上で１つ以上の加工品を製造するための工作機械および方法に関する。特に本発明は、ＣＮＣ工作機械上で、ブランクを、ギアを有する仕上げ部品に完全に機械加工することに関する。
【背景技術】
【０００５】
従来技術は、少なくとも５本の軸を含み、加工品から材料を除去するよう、空間内を通過する５の自由度で、工具の自由運動を可能にする、ＣＮＣ制御された工作機械を開示している。ここで、５の運動自由度は、少なくとも３本のリニア軸によって制御できる、少なくとも３の空間自由度（従来は特にｘ軸、ｙ軸およびｚ軸と称される３の直角方向に制御可能な空間自由度）と、任意の工具の配向を可能にする少なくとも２の回転角方向の自由度、すなわち回転自由度とを含む。ここで、回転角方向の自由度および回転自由度は、工作機械の２つ以上の回転軸により制御できる。
【０００６】
少なくとも５本の軸を有する今日のＣＮＣ工作機械は、クランプされた加工品に対する、特に複雑で、かつ効率的な工具のパスを可能にするよう、５の自由度の同時制御を可能にしている。更に、従来技術は、３本のリニア軸および３本の回転軸を同時に制御できる６本の軸を有するＣＮＣ工作機械を開示している。
【０００７】
上記ＣＮＣ工作機械では、機械加工により複雑な幾何学的形状を有する仕上げ部品を効率的かつ精密に製造するための工具構造体がユニバーサルに使用されている。機械工学、特に造船工学、環境技術、（例えば風力発電プラントの場合の）航空工学および工作機製造において、出力が最も異なっている伝達装置も提供しなければならず、表面仕上げ、歯の接触パターンおよび作動特性および／またはローリング特性に対して求められる異なる要求に従って、上記伝達装置用のギアホイール、特に平ギアおよびベベルギアを製造しなければならない。ここで、多数の物品を得ることが必ずしも必要でないことが多いが、特に複雑なフランクの幾何学的形状および複雑な歯のフランクの形状を含む個々の幾何学的形状に関して、広い範囲のタイプに関して高いフレキシビリティを得なければならない。
【０００８】
ギア、特にギアホイール、例えば平ギアまたはベベルギア、更に歯付きラックを有する仕上げ部品を製造するために、従来技術は、ギアホイール、例えば平ギアまたはベベルギアの歯のプロフィルを製造するための特殊な工具が設けられた特殊な工作機械を異なる実施形態で開示している。特に従来技術は、ギアホイールまたは歯付きラックのギアを製造するための特殊な機械として、ホブ工具によりホビング方法でギアを加工品に設けるようになっているホブ盤を開示している。
【０００９】
かかる特殊な機械、特に上記ホブ盤は、購入およびメンテナンスに関してコスト集約的であり、個々のフランクのプロフィルの製造は、達成可能な、または製造可能な歯およびフランクの幾何学的形状を既にあらかじめ定めている、特殊工具の形状、例えばホブ盤のホブ工具のカッターの特殊形状によって限定されている。更に、上記特殊な機械でも、個々のフランクプロフィルの製造は、加工品と工具の間の可能な相対運動における自由度が限られていることによって制限されている。
【００１０】
高度な表面仕上げを得るには、上記特殊な機械での、例えば追加された別の特殊な機械での機械加工の後でも、加工品を所望する場合に再機械加工するか、仕上げなければならない。
【００１１】
ギアホイール、特に平ギアまたはベベルギア、もしくは歯付きラックを製造するための、上記特殊な機械、特にホブ盤の問題を解決するためには、少なくとも５本の軸を含むＣＮＣ制御式工作機械で、かかるギアホイール、特に平ギアまたはベベルギアを製造することが有効である。
【００１２】
今日まで知られている特殊な機械での可能性を超える最も複雑な幾何学的形状、特に最も複雑なフランクのプロフィルが、少なくとも５の自由度で制御される工作機械の高いフレキシビリティおよび広範な応用範囲により、ギアホイール、例えば平ギアまたはベベルギアで可能になったので、このことによって、標準的な工具を使用し、これら仕上げ部品を製造できるようになっている。
【００１３】
ハンス−ピーター・ショシヒ著の論文「良好な歯への容易な道−標準的工作機械での高品質のギアホイールのフライス加工」（雑誌：ベルクシュタットウントベトリープ、カールハンザ出版、ドイツ、ミュンヘン、２００７年版、第４／２８号、２８〜３２ページ、ＩＳＳＮ００４３−２７９２で発表）には、少なくとも５本の軸を含む工作機械で、所定のギアホイールを製造するための、加工品を機械加工する方法が記載されている。
【００１４】
この上記論文は、特にＤＩＮ３９６５に従ったギア品質６の表面仕上げを有するベベルギアのペアを製造するためのテスト作動における、５本の軸を含む工作機械によってギアホイールを製造するための方法について述べている。上記方法では、まずＤＩＮ規格によるギアのすべての必要なパラメータを最初に入力する。これらパラメータは、仕上げ部品の幾何学的形状の基本的幾何学的形状のパラメータに対応している。この目的のために、所定の、または必要な、歯の形状の場合の所望する歯の接触パターンに関する定量的データ、または個々の領域もしくは歯のフランク全体にわたるか、歯のフランクのプロフィル全体にわたる所望する凸度に関する別のデータ、または曲率に関する別のデータも入力することができる。ここで、実際に機械加工する前にギアの目標とする幾何学的形状、特に所望する歯のフランクの幾何学的形状および／または所望する歯のギャップの幾何学的形状が与えられるか、または決定される。
【００１５】
これら基本的な幾何学的形状のパラメータは、コンピュータのターミナルでタイプ入力され、次に数学的計算および／または数値計算により、コンピュータ内で所望する歯の幾何学的形状が数学的に記述される。コンピュータの計算結果に基づき、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムにより、ＮＣプログラムが発生され、このプログラムに基づき、５軸工作機械は標準的工具、特に公知のエンドフライスを用いて、所望する仕上げ部品を製造できる。国際特許出願第WO2008/133517A1号にも同様な方法が示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
少なくとも５本の軸を含む工作機械での、かかるギアを有する仕上げ部品のための上記製造方法、特にギアホイールの製造方法には、工作機械での機械加工後に、所定のギアの品質、所望する表面仕上げ、所望する歯のフランクの幾何学的形状、所望する歯のギャップの幾何学的形状、特に所望する歯のフランクのプロフィルおよび／または別の所定の品質の条件が得られているかどうか、またはＣＮＣ工作機械で実行される機械加工によって満たすことができるかどうかを判断しなければならないという問題がある。
【００１７】
この目的のためには、ＣＮＣ工作機械での機械加工の作業後、工作機械のクランプ手段から機械加工された加工品をアンクランプ（クランプを解除）し、その後、テストシステムにおいて上記所定の品質の条件が得られているか、または満たされているかどうかをチェックしなければならない。ＣＮＣ工作機械で行われた機械加工作業で、所望する目標のギアの幾何学的形状が得られなかったことが判明した場合、別の工作機械で加工品を再機械加工したり、仕上げたりしなければならないか、または加工品をＣＮＣ工作機械に再びクランプした後に再度機械加工しなければならない。
【００１８】
従って、本発明の目的は、少なくとも５本の軸を含む工作機械で制御データによって制御される１つ以上の工具を用いて加工品を機械加工し、更にギアを有する仕上げ部品の製造のための上記方法の問題を解消するための工作機械を提供することにある。
【００１９】
本発明の更に別の目的は、別の工作機械での品質検査を不要にし、特に再機械加工または仕上げ作業のために、製造すべき加工品の時間のかかるクランプ作業およびアンクランプ作業を解消するよう、特に品質検査に関して製造方法を最適にすることにより、上記従来の方法と比較して、少なくとも５本の軸を含む工作機械でのギアを有する仕上げ部品の製造を最適にする、制御データによって制御される１つ以上の工具を使用し、ギアを有する加工品を機械加工するための工作機械および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の上記目的は、請求項１記載の同時に制御可能な少なくとも５本の軸を有する加工品を機械加工するための工作機械および請求項１６記載の工作機械により加工品を機械加工するための方法によって達成される。従属項には好ましい実施形態が記載されている。
【００２１】
本発明に従い、制御データによって制御される１つ以上の工具により加工品を機械加工するための、特にプログラム制御式機械加工するための、本発明に係わる工作機械は、同時に制御可能な少なくとも５本の軸を含み、更に加工品をクランプするためのクランプ手段と、工作機械の１つ以上の工具のうちの１つを支持するための支持手段を有する制御手段とを備え、制御手段は、支持手段内に支持された工具を制御データにより工具パスに沿って制御し、クランプ手段内にクランプされた加工品から材料を除去するようになっている。
【００２２】
本発明によれば、工作機械は、第１加工品を機械加工し、第１加工品に第１ギアを設けるようになっており、第１加工品は、第２ギアを有する第２加工品のカウンター部品であり、第１ギアの第１の歯のフランクは、第２ギアの第２の歯のフランクのうちの噛み合いフランクを形成するようになっている。
【００２３】
本発明に係わる工作機械は、第１加工品の第１ギアの現在の幾何学的形状、特に現在の歯のフランクの幾何学的形状および／または現在の歯のギャップの幾何学的形状が、第１加工品のギャップの目標とする歯のフランクの幾何学的形状および／または目標とする歯のギャップの幾何学的形状と異なるかどうかを、工作機械上での第１加工品の機械加工中および／またはその機械加工後に判断するようになっているテストシステムを更に備えることを特徴とする。
【００２４】
このことによって、第１加工品の第１ギアの現在の幾何学的形状、すなわちテストシステムによる検査中にそのときに機械加工状態にある現在の幾何学的形状、特に少なくとも１つの歯のフランクの、または少なくとも２つの歯のフランクの間の、この作動状態に属す現在の歯のフランクの幾何学的形状および／または現在の歯のギャップの幾何学的形状と、第１加工品の第１ギアの、工作機械で機械加工作業を受け、特に機械加工作業前にあらかじめ決定された所望する目標のギアの幾何学的形状とが、異なるかどうかを、工作機械上での第１加工品の機械加工作業中、および／または機械加工作業後に特に決定するようになっているという利点が得られる。
【００２５】
あらかじめ決定される目標とするギアの幾何学的形状は、例えば与えられるギアのタイプ、例えば直線ギア、ヘリカルギア、ダブルヘリカルギアまたはヘリンボーンギア、円弧ギア、スパイラルギア、インボリュートギアまたは別のギアの形状を指定することが好ましい。更に、あらかじめ決定される目標とするギアの幾何学的形状は、例えば製造すべき仕上げ部品のあらかじめ決定された歯のフランクのプロフィルを定めるパラメータ値、特に例えば歯の幅、歯の高さ、凸度および／または歯のフランクのあらかじめ決定された曲率、例えばインボリュート歯の形状、トロコイド状歯の形状、または別の歯の形状に関するパラメータを示すことが好ましい。
【００２６】
少なくとも５本の軸を含むＣＮＣ工作機械では、工具制御において好ましく与えられるフレキシビリティを考慮し、少なくとも５の自由度で、ほとんどの任意の自由フォームの表面を製造できる。従って、あらかじめ決定される目標とするギアの幾何学的形状が、この目的のために、例えば歯のフランクの表面の数学的記述も含むことができるので、任意の歯のフランクを有するギア歯の製造が可能である。
【００２７】
本発明は、好ましくは工作機械のクランプ手段内のクランプ位置から加工品をアンクランプすることなく、工作機械での機械加工作業中および／または機械加工作業後に、加工品および／または加工品の現在のギアの幾何学的形状を決定できるようにするテストシステムを更に含む工作機械を提供するものである。従って、本発明は、達成されるギアの形状の質をチェックするのに別の工作機械を使用する必要がないように、加工品の機械加工があらかじめ決定された目標のギアの幾何学的形状からの偏差の検査および質の検査を更に可能にするような工作機械を提供できる。
【００２８】
仕上げられた第１加工品および／または第２加工品に対して付与されるギアの品質、特に所定の表面仕上げにより、第１加工品の第１ギアの上記目標とするギアの幾何学的形状、特に目標とする歯のフランクの幾何学的形状および／または目標とする歯のギャップの幾何学的形状、および所望する場合に第２の加工品の第２ギアの対応する目標とするギアの幾何学的形状を、決定することも好ましい。
【００２９】
このことによって、工作機械での加工品、特にギア歯の機械加工作業で得るべき、あらかじめ決定された目標とするギアの幾何学的形状が、あらかじめ決定されたギアの品質、特に歯のフランクのあらかじめ決定された表面仕上げにより、自ら正しく定まり、あらかじめ決定された目標とするギアの幾何学的形状からの、第１加工品の第１ギアの現在のあらかじめ決定されたギアの幾何学的形状の検出された偏差により、工作機械のクランプ手段にクランプされた第１加工品および／または第１加工品の第１ギアが、現在の機械加工の状態において、達成すべきギアの幾何学的形状、特に達成すべきギアの質または表面の仕上げに関する条件を満たしているかどうか、または所望するギアの質または表面仕上げを得るのに、所望する場合にプログラム制御により、好ましくは、工作機械で加工品を再機械加工する必要が好ましいかどうかを判断できるという利点が得られる。
【００３０】
工作機械で行われた機械加工の後の、特に仕上げられた状態にある第１加工品は、好ましくは、内歯を有する平ギア、外歯を有する平ギア、歯付きラックまたはベベルギアであり、特に工作機械上で行われた機械加工により仕上げられた状態にある第２加工品は、好ましくは、内歯を有する平ギア、外歯を有する平ギア、歯付きラックまたはベベルギアであり、よって好ましくは、第２加工品は、第１加工品に対するカウンター部分となっている。
【００３１】
これによって、内歯を有する平ギア、外歯を有する平ギア、歯付きラックまたはベベルギアを工作機械で製造でき、これらギアは、所望する場合に第１加工品の機械加工作業前、機械加工作業中、または機械加工後に、工作機械で所望する場合に製造できる、内歯を有する平ギア、外歯を有する平ギア、歯付きラックまたはベベルギアとすることができる第２加工品と共に、ギアのペア、すなわちギアホイールのペアを形成できるという利点が得られる。
【００３２】
工作機械のテストシステムは、検出要素により、第１加工品の第１ギアの歯のフランクの側面を機械的にスキャニングすることにより、第１加工品の第１ギアの現在のギアの幾何学的形状と、第１加工品の第１ギアの目標とするギアの幾何学的形状とが、異なっているかどうかを判断するかまたは検出するようになっている第１検出要素を備えることが好ましい。
【００３３】
これによって、検出要素を使用した機械式スキャニングにより、現在存在するギアの幾何学的形状を判断し、この幾何学的形状と第１ギアのあらかじめ決定された目標とするギアの幾何学的形状とを比較するよう、検出要素により第１加工品の第１ギアの歯のフランクの側面の機械的スキャニングが可能となる。従って、生じ得る偏差を決定または検出できる。この目的のために、検出要素は機械的スキャニングにより第１ギアの１つ以上の歯のフランクの側面の現在の幾何学的形状を決定できるよう、加工品に対する異なる回転角方向位置で、加工品をスキャニングするようになっていることが好ましい。ここで、この検出要素は、第１ギアの歯のフランクの側面の機械的スキャニングのために、制御デバイスにより、検出要素を制御できるよう、工作機械の加工品と同じように、工作機械の制御装置の支持手段に支持されるようになっていることが好ましい。従って、工作機械の少なくとも５本の軸により、クランプされた加工品に対して５の自由度で、工作機械の工具と同じように、検出要素も制御できる。
【００３４】
工作機械のテストシステムは、第１加工品の第１ギアの歯のフランクの側面を光学的に、および／または誘導的にスキャニングすることにより、第１加工品の第１ギアの現在の幾何学的形状と、第１加工品の第１ギアの目標とするギアの幾何学的形状、特に目標とする歯のフランクの幾何学的形状および／または目標とする歯のギャップの幾何学的形状とが、異なっているかどうかを判断するかまたは検出するようになっている第２検出要素を備えることが好ましい。
【００３５】
このことは、歯のフランクの側面の上記機械的スキャニングの他に、またはそれに加え、第１ギアの歯のフランクの側面の光学的スキャニングおよび／または電磁誘導的スキャニングにより、第１加工品の第１ギアの現在の幾何学的形状を決定するようになっている第２検出要素を設けるという別の方法により、第１加工品の第１ギアの現在の幾何学的形状を決定できるという利点が得られる。ここで、工作機械の光学的スキャニング手段により、加工品に対し、好ましくは回転角方向のいくつかの位置にて、１本以上のレーザービームにより、歯のフランクの側面の光学的スキャニングを任意で行うことができる。ここで、光学的スキャニングなる用語は、可視波長レンジに限定されると解してはならない。
【００３６】
工作機械の支持手段は、第２加工品も支持するようになっていることが好ましい。
【００３７】
これによって、工作機械の１つ以上の工具、上記検出要素または他の工具の支持と共に、第２加工品の支持を可能にする支持手段を、工作機械の制御装置に含む工作機械を提供できるという利点が得られ、この場合、第２加工品は、上記のように、外歯を有する平ギア、内歯を有する平ギア、歯付きラックまたはベベルギアであることが好ましい。従って、工作機械のクランプ手段だけでなく、制御装置の支持手段でも、加工品を工作機械で支持することが可能となり、所望する場合に工作機械の少なくとも５本の軸の１つ以上により、工作機械の制御装置によって加工品を制御することが可能である。
【００３８】
工作機械は、第１加工品の第１ギアと第２加工品の第２ギアとが噛合し、第１ギアの少なくとも１つの第１フランクと第２ギアの少なくとも１つの第１噛合フランクとが協働するように、支持手段に支持されている第２加工品およびクランプ手段にクランプされている第１加工品を相互に制御するようになっていることが好ましい。
【００３９】
これによって、工作機械は特に、ギアのペアを構成する第１加工品および第２加工品を互いに制御し、第１加工品の第１ギアの歯と第２加工品の第２ギアの歯とを、それぞれ選択されたギア形状に従って互いに噛合させ、よって第１ギアの第１フランクと第２ギアの少なくとも１つの第１噛合フランクとを協働させるようになっているという利点が得られる。このことは、第１加工品と第２加工品のその後の所望する場合に作動時に、ギアのペアとして生じるか、または生じなければならない第１加工品と第２加工品との係合を確立するように働く。
【００４０】
工作機械のテストシステムは、第１ギアの第１フランクと、第２ギアの第１噛み合いフランクとの間の歯の接触パターンをスポッティングにより、判断するようになっている歯の接触パターン検出デバイスを備えることが好ましい。
【００４１】
これによって工作機械のクランプ手段および工作機械の制御装置の支持手段内に各々がクランプされている第１加工品と第２加工品とを係合させ、スポッティングにより第１ギアの第１フランクと第２ギアの第１噛み合いフランクとの間の歯の接触パターンを検出できるという利点が得られる。ここで、歯の接触パターン検出装置は、第１ギアの第１フランクと第２ギアの第１噛み合いフランクとが協働したときに、第１フランクからのペイントが第１噛み合いフランクに移されるか、または第１噛み合いフランクから第１フランクへ移されるように、第１ギアおよび第２ギアのうちの少なくとも１つのギアへのペイントの塗布を可能にするような手段を含むことが好ましく、この歯の接触パターン検出装置は更に、光学的検出により、特に第１噛み合いフランクと第１フランクとが協働するときにペイントが移される第１フランクまたは第１噛み合いフランクの表面の光学的検出により、歯の接触パターンを決定するようになっている手段も含むことが好ましい。
【００４２】
これによって工作機械は、工作機械上の歯の接触パターン、特に工作機械で実行される機械加工作業の後および／または機械加工作業中の第１加工品のギアの現在の幾何学的形状に従う歯の接触パターンを所望する場合に自動的に検出できる、歯の接触パターン検出装置を特に提供できるという利点が得られる。従って、現在のギアの歯の接触パターンを検出するために、所望する場合にマニュアルまたは外部の工作機械にて、歯の接触パターンを決定するよう、工作機械のクランプ手段から第１加工品をアンクランプする必要はない。
【００４３】
第１加工品または第２加工品が歯付きラックである場合、工作機械は支持手段内に支持された第１加工品とクランプ手段内にクランプされた第１加工品を互いに制御するよう、工作機械の１本以上のリニア軸を制御するようになっていることが好ましい。
【００４４】
これによって、第１加工品または第２加工品の実際の移動は、工作機械の少なくとも１つまたはそれ以上のリニア軸、および所望する場合に工作機械の１本以上の回転軸によって行われるので、特に歯が噛み合うときに第１加工品と第２加工品とを互いに制御できるという利点が得られる。この場合において、第１加工品または第２加工品が歯付きラックである場合、カウンター部品は、外歯を有する平ギア、ベベルギア、特に中心軸を中心として工作機械の回転軸により回転駆動できることが好ましいピニオンとなる。
【００４５】
第１加工品および／または第２加工品が、ギアホイール、特にベベルギアまたは平ギアである場合、工作機械は、支持手段に支持された第２加工品とクランプ手段内にクランプされた第１加工品との相互の関係を制御するための工作機械の１本以上の回転軸を制御するようになっていることが好ましい。
【００４６】
これによって、歯が噛み合うときに第１加工品と第２加工品とを互いに制御できるという利点が得られる。第１加工品および／または第２加工品がギアホイールである場合、工作機械は好ましくはギアホイールの中心軸を中心として、工作機械の回転軸の少なくとも１つにより、ギアホイールを駆動するようになっている。第１加工品と第２加工品とが１つのギアホイールのペアを形成するように、第１加工品と第２加工品の双方がギアである場合、工作機械は第１加工品と第２加工品を係合するギアホイールのペアとして駆動するようになっていることが好ましく、各ケースにおいて、それぞれの第１加工品および第２加工品は、ギアホイールのそれぞれの中心軸を中心として回転軸により駆動されることが好ましい。
【００４７】
第１加工品が、ギアホイール、特にベベルギアまたは平ギアであり、第２加工品が、ギアホイール、特にベベルギアまたは平ギアである場合、工作機械は、この工作機械のクランプ手段を回転駆動するようになっている第１回転軸により、好ましくは、第１加工品の中心軸を中心として第１加工品を回転駆動するようになっており、工作機械は、この工作機械の支持手段を回転駆動するようになっている第２回転軸により、好ましくは、第２加工品の中心軸を中心として第２加工品を更に回転駆動するようにもなっていることが好ましい。
【００４８】
これによって、ギアホイールペアのその後の作動のためにあらかじめ決定されるか、または所望するように、ギアホイールペアの歯が噛み合うときに、工作機械はギアホイールペアを駆動するようになっているという利点が得られる。従って、工作機械の少なくとも５本の軸が、ギアホイールの間、特にギアホイールと対応するピニオンの間の回転張力を、所望する場合に工作機械のＮＣ機能により調節できるよう、ギアホイールペアの相互の正確な位置決めの制御を可能にできるので、ギアホイールのそれぞれの中心軸を中心として工作機械の回転軸によりギアホイールの各々を回転駆動できる。従って、ＮＣ回転テーブル、ＮＣ部分装置または完全一体化ＮＣクランプ装置によりギアホイールを駆動でき、工作機械のワークスピンドルを介し、特に工作機械の制御装置内のワークスピンドルを介し、他のギアホイールを更に駆動できるので、工作機械のＮＣ５軸を介し、ギアホイールペアのうちのギアホイールの相互の位置、特にギアホイールと対応するピニオンとの相互の位置を調節することができる。
【００４９】
第１加工品の第１ギアと第２加工品の第２ギアとが噛合し、好ましくは、少なくとも第１ギアの第１フランクが第２ギアの第１噛み合いフランクとローリング状態で協働するように、第１加工品と第２加工品とが好ましくは、相互に制御される間、工作機械のテストシステムは、第１加工品および第２加工品の共通作動特性が第１加工品および第２加工品の目標とする作動特性と異なっているかどうかを判断するようになっている作動特性テスト手段を更に備えることが好ましい。
【００５０】
これにより、ギアペアの歯が噛み合う間に、第１加工品と第２加工品とが駆動されるときに、ギアペアの作動特性をチェックまたは決定できるという利点が得られる。従って、工作機械のクランプ手段内に第１加工品がクランプされており、工作機械の制御装置の支持手段内に第２加工品がクランプされているときに、機械加工すべき第１加工品を工作機械のクランプ手段からアンクランプしなくても、工作機械上でギアペアの作動特性をチェックまたは決定できる。
【００５１】
作動特性テスト手段は、１つ以上の音響検出器を備えることが好ましく、この作動特性テスト手段は、第１加工品の第１ギアと第２加工品の第２ギアとが噛合し、好ましくは、少なくとも第１ギアの第１フランクが第２ギアの第１噛み合いフランクとローリング状態で協働するように、好ましくは、第１加工品と第２加工品とが相互に制御される間、第１加工品および第２加工品が駆動されるときに生じる作動ノイズを、好ましくは、１つ以上の音響検出器により検出することにより、第１加工品および第２加工品の共通作動特性と第１加工品および第２加工品の目標とする作動特性とが異なるかどうかを判断するようになっていることが好ましい。
【００５２】
このことによって、工作機械は作動特性テスト手段を含むという利点を提供でき、この作動特性テスト手段は、第１加工品の第１ギアの第１フランクとギアのペアのその後の作動時に設けられる第２加工品の第２ギアの第１噛み合いフランクとがローリング状態で協働するように、歯が係合状態にあるギアのペアとして第１加工品と第２加工品を制御できるときに生じる作動ノイズを特に検出または記録することによって、第１加工品が工作機械にクランプされているときにギアペアの作動特性を決定できるよう、工作機械の制御装置の、特に１つ以上の音響検出器、所望する場合に好ましくは制御装置のワークスピンドルおよび／または支持手段上の少なくとも１つの音響検出器を有する。これによって、ギアペアの作動特性の検査またはギアペアの作動ノイズのテストを工作機械で決定できるという利点が得られる。
【００５３】
作動特性テスト手段は、１つ以上の振動検出器を備えることが好ましく、この作動特性テスト手段は、第１加工品の第１ギアと第２加工品の第２ギアとが噛合し、好ましくは、少なくとも第１ギアの第１フランクが第２ギアの第１噛み合いフランクとローリング状態で協働するように、好ましくは、第１加工品と第２加工品とが相互に制御される間、第１加工品および第２加工品が駆動されるときに生じる振動を、好ましくは、１つ以上の振動センサにより検出することにより、第１加工品および第２加工品の共通作動特性と第１加工品および第２加工品の目標とする作動特性とが異なるかどうかを判断するようになっていることが好ましい。
【００５４】
これによって、音響検出器による作動特性の決定の代わりに、またはその決定の他に、振動、特に歯が噛み合っているときに第１加工品と第２加工品を相互に制御する間、噛み合いフランク上のフランクの作動特性またはローリング特性から生じる振動を、１つ以上の振動センサによって検出することにより、ギアペアの作動特性を検出することも可能である。
【００５５】
第１加工品および第２加工品の双方の作動特性の上記テストにより、作動特性または作動ノイズのノイズレベルが所望する場合に時々目標とするギアの幾何学的形状に対応するノイズレベルを上回ったとき、または目標とするギアの幾何学的形状に従ったフランク形状が得られていないか、またはまだ得られていないことを示す振動が発見されたときに、目標とするギアの幾何学的形状からの変位の検出が全体として可能となる。
【００５６】
この工作機械は、好ましくは第１加工品の第１ギアの現在の幾何学的形状、特に現在の歯のフランクの幾何学的形状および／または現在の歯のギャップの幾何学的形状が、第１加工品の第１ギアの目標とするギアの幾何学的形状、特に目標とする歯のフランクの幾何学的形状および／または目標とする歯のギャップの幾何学的形状と異なることを、工作機械での第１加工品の機械加工作業後および／または機械加工作業中にテストシステムが検出したときに、支持手段により、工作機械の上のクランプ手段にクランプされている第１加工品を制御手段内に保持されている工具により、再機械加工するようになっていることが好ましい。
【００５７】
これによって、所定の目標とするギアの幾何学的形状からの現在のギアの幾何学的形状の偏差が決定されたときに、第１加工品をクランプしたり、アンクランプしなくても、クランプ手段内にクランプされている第１加工品を工作機械が再機械加工できるという利点が得られる。
【００５８】
従って、工作機械は、この工作機械上の加工品を、ブランクから仕上がった部品に機械加工することにより、ギアを有する加工品の完全な機械加工作業をすることが可能となっており、この完全な機械加工は所望する場合に予備的製造を含み、第１加工品に歯の形状を設けることを更に含む。この工作機械は、工作機械での第１加工品の機械加工作業中および／または機械加工作業後に、加工品の必要なクランプまたはアンクランプを行わなくても、目標とするギアの幾何学的形状による歯の形状のテストを実行し、更に所望する場合に、希望する表面仕上げ、希望するギアの質、特に希望する目標のギアの幾何学的形状を得るための再機械加工作業を所望する場合に実行するようになっている。ここで特に、第１加工品の第１ギアの現在のギアの幾何学的形状が、希望する目標のギアの幾何学的形状に対応していることが分かった場合、または現在のギアの幾何学的形状と目標とするギアの幾何学的形状との間の偏差が所定の最大偏差値を下回っていることが検出された場合、このことは第１加工品または第１加工品上の第１ギアが目標とするギアの幾何学的形状により求められている条件に対応することを示す。
【００５９】
本発明によれば、上記のように工作機械上で、制御データによって制御される１つ以上の工具により加工品を機械加工するための本発明の方法は、
加工品の第１ギアの目標とするギアの幾何学的形状、特に目標とする歯のフランクの幾何学的形状および／または目標とする歯のギャップの幾何学的形状を決定するステップと、
所定の目標とするギアの幾何学的形状により、第１ギアを第１加工品に設けるよう、工作機械のクランプ手段内にクランプされた第１加工品を機械加工するステップとを備え、第１加工品は、第１ギアの第１の歯のフランクが第２ギアの第２の歯のフランクの噛み合いフランクを形成するよう、第２ギアを有する第２加工品に対するカウンター部品となっている。
【００６０】
本発明に係わるこの方法は、
工作機械上での第１加工品の機械加工中、および／またはその後に、第１加工品の第１ギアの現在の幾何学的形状、特に現在の歯のフランクの幾何学的形状および／または現在の歯のギャップの幾何学的形状と、第１加工品の第１ギアの所定の目標とするギアの幾何学的形状、特に目標とする歯のフランクの幾何学的形状および／または目標とする歯のギャップの幾何学的形状とが、異なっているかどうかを判断するステップを更に備えることを特に特徴とする。
【００６１】
更に本発明に係わる方法は、
第１加工品の第１ギアの現在のギアの幾何学的形状と第１加工品の第１ギアの目標とするギアの幾何学的形状とが異なるかどうかを判断するよう、検出要素により第１加工品の第１ギアの歯のフランクの側面を機械的にスキャニングするステップと、
第１加工品の第１ギアの現在のギアの幾何学的形状と第１加工品の第１ギアの目標とするギアの幾何学的形状とが異なるかどうかを判断するよう、第１加工品の第１ギアの歯のフランクの側面を光学的にスキャニングするステップと、
第１加工品の第１ギアの現在のギアの幾何学的形状と第１加工品の第１ギアの目標とするギアの幾何学的形状とが異なるかどうかを判断するよう、第１加工品の第１ギアの歯のフランクの側面を誘導スキャニングするステップのうちの１つ以上を含むことも好ましい。
【００６２】
更に本発明に係わる方法は、
好ましくは工作機械の支持手段内に、第２加工品を支持するステップと、
支持手段内に支持された第２加工品とクランプ手段内にクランプされた第１加工品との好ましくは、相互の関係を制御し、よって第１加工品の第１ギアと第２加工品の第２ギアとを好ましくは、噛合させ、好ましくは第１ギアの少なくとも１つの第１フランクと第２ギアの少なくとも１つの第１噛み合いフランクとを協働させるステップと、
好ましくは、スポッティングにより第１ギアの第１フランクと第２ギアの第１噛み合いフランクとの間の歯の接触パターンを決定するステップとを含むことが好ましい。
【００６３】
更に本方法は、
好ましくは、工作機械の支持手段内に第２加工品を支持するステップと、
支持手段内に支持された第２加工品とクランプ手段内にクランプされた第１加工品との好ましくは、相互の関係を制御し、よって第１加工品の第１ギアと第２加工品の第２ギアとを好ましくは、噛合させ、好ましくは、第１ギアの少なくとも１つの第１フランクと第２ギアの少なくとも１つの第１噛み合いフランクとをローリング状態で協働させるステップと、
第１加工品の第１ギアと第２加工品の第２ギアとが好ましくは、噛合し、少なくとも第１ギアの第１フランクが第２ギアの第１噛み合いフランクとローリング状態で協働するように、好ましくは、第１加工品と第２加工品とが相互に制御される間、第１加工品および第２加工品の共通作動特性と第１加工品および第２加工品の目標とする作動特性とが異なるかどうかを判断するステップとを含むことが好ましい。
【００６４】
更に本方法は、
好ましくは、工作機械上での第１加工品の機械加工中、および／またはその後に、第１加工品の第１ギアの現在の幾何学的形状、特に現在の歯のフランクの幾何学的形状および／または現在の歯のギャップの幾何学的形状と第１加工品の第１ギアの所定の目標とするギアの幾何学的形状、特に目標とする歯のフランクの幾何学的形状および／または目標とする歯のギャップの幾何学的形状とが、異なっていると判断された時に、好ましくは、工作機械のクランプ手段内にクランプされた第１加工品を再機械加工するか、または仕上げるステップを含む。
【００６５】
このように、第１加工品の必要なクランプまたはアンクランプを行うことなく、加工品上で現在のギアの幾何学的形状の品質検査を含み、更に現在のギアの幾何学的形状が所定の目標とするギアの幾何学的形状と異なることが検出されたときに、可能な再機械加工をすることを含み、特に第１加工品での第１ギアの仕上げを工作機械で実行される機械加工作業が可能にする、本発明に係わる工作機械での、第１加工品の完全な機械加工をするための方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の一実施例に係わる第１加工品を機械加工するための工作機械を示す。
【００６７】
【図２】本発明の一実施例に係わる第１加工品を機械加工するための工作機械を示す。
【００６８】
【図３】本発明の一実施例に係わる第１加工品を機械加工するための工作機械を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６９】
以下、図面により、少なくとも５本の軸を含む、制御データにより制御される１つ以上の工具を使用し、加工品を機械加工するための工作機械の実施形態により、本発明について詳細に記載し、説明し、更にかかる工作機械で加工品を機械加工するための本発明に係わる方法の対応する実施形態についても説明する。
【００７０】
図１には、略図により、少なくとも５本の軸を含む工作機械１００の第１実施形態が示されている。この工作機械１００は、支持手段１１１を有する制御装置１１０を備える。制御装置１１０の支持手段１１１は、工作機械１００の工具１３０を支持するようになっている。ここで、支持手段１１１を有する制御装置１１０は、工具１３０の回転軸を中心として工具１３０が回転するように、工作機械１００の工具１３０を駆動し、機械加工により工作機械１００内で機械加工すべき加工品２００から材料を除去するようになっている。この目的のために、工作機械１００は、制御装置１１０により、あらかじめ決定された工具パスに沿って工具１３０を制御データに従って移動させることにより、加工品２００から材料を特に除去するようになっている。
【００７１】
更に、この工作機械１００は、加工品２００を制御することにより、制御装置１１０によって加工品２００を機械加工できるように、機械加工すべき加工品２００を工作機械１００へクランプするようになっているクランプ手段１２０を備える。この目的のために、本発明のこの実施形態に係わるクランプ手段１２０は、クランプ手段１２０内にクランプされた加工品２００を、工作機械１００の回転軸を介して加工品２００の中心軸線Ｍ１を中心として少なくとも回転駆動するようになっている。
【００７２】
一般に、本発明のこの実施形態に係わる工作機械は、少なくとも５本の軸を含む工作機械であるが、この工作機械１００は、工作機械１００の少なくとも５本の軸により、少なくとも５の運動自由度で、加工品２００に対して工具１３０を同時に制御するようになっている。ここで、駆動は工作機械１００の５本の軸、特に少なくとも３本のリニア軸と少なくとも２本の回転軸を介して少なくとも実行される。
【００７３】
図１に示された加工品２００は、クランプ手段１２０内にクランプされた第１加工品２００となっており、本発明のこの実施形態に係わる第１加工品は、特に工作機械１００上でブランクから仕上げ部品に機械加工すべき加工品となっており、工作機械１００（およびそれに対応して説明する方法）のこの実施形態によれば、工作機械１００上での仕上げ工程の後の目標とする仕上げ部品は、仕上げ部品としてのベベルギアとなっており、図１に示された第１加工品２００は、現在仕上がっている状態か、または機械加工状態にある加工品であり、この状態ではその後のベベルギアの頂部部分に対応する基本的本体だけがクランプ手段１２０内にクランプされている。図１では、第１加工品２００は、工作機械１００上のブランクから所望する場合に既に製造されているものか、または機械加工されたものとなっている。
【００７４】
工作機械１００内で希望する場合に自動的またはプログラム制御された工具の交換の後に、制御装置１１０によって制御される工具１３０および希望する場合には別の工具により、あらかじめ決定された目標とするギアの幾何学的形状に従って、加工品２００に対してギア、特に第１ギアを形成するよう、工作機械１００上で第１加工品２００を機械加工する。
【００７５】
特に工具１３０と第１加工品２００との間の制御可能な５の相対運動自由度を考慮すると、工作機械１００上で任意の複雑なギア形状、特に任意の歯のフランクの幾何学的形状および歯のギャップの幾何学的形状を有する第１加工品２００を、機械加工によって提供することが可能である。
【００７６】
特に、プログラム制御されているＣＮＣ工作機械１００での加工品２００に対する工具を高いフレキシビリティで制御できることにより、希望する場合に自動化された、プログラム制御された工具の交換、および／または自動化された、プログラム制御された加工品の変更をしながら、ギアを有する加工品、特に内歯および／または外歯、歯付きラックを有する平ギアまたはベベルギアの自動化され、プログラム制御された製造が可能となっている。
【００７７】
図２には、略図により、本発明の一実施形態が示されている。図２は、支持手段１１１を有する制御装置１１０を含む工作機械１００を示しており、この工作機械１００は、図１の工作機械１００と同じようにクランプ手段１２０を更に含み、このクランプ手段には、第１ギア２１０を有する第１加工品２００がクランプされている。例えば、図２内の第１加工品２００は、工具１３０により図１の加工品２００を機械加工した後の図１の加工品２００となっている。クランプ手段１２０は、第１ギア２１０を含む第１加工品２００を軸Ｍ１により示される第１加工品２００の中心軸を中心として回転駆動するようになっている。第１加工品２００の中心軸Ｍ１は、例えば図２でベベルギアとなっている第１加工品２００がその後の作動で回転するときの回転軸に対応し、よってベベルギアの歯が対応する噛み合いギアホイールの歯と噛み合うときに、第１ギア２１０に対して噛み合いするギアを有する仕上げ部品、例えばベベルギアに対する噛み合いギアホイールと協働するようになっている。
【００７８】
図２において、工作機械１００の支持手段１１１には検出要素１４０が支持されている。この検出要素１４０は、第１加工品２００に対する異なる回転角位置にある表面の任意の数ポイントで機械的スキャニングすることにより、第１加工品２００の表面を測定するようになっている。特にこの検出要素１４０は、異なる回転角位置において、制御装置１１０による適当な制御により、図２に示された現在の機械加工状態にある第１加工品２００の第１ギア２１０の１つ以上のフランクまたはフランクの側面を機械的にスキャニングし、第１ギア２１０の現在のギアの幾何学的形状、特に歯のフランクまたは歯のギャップの幾何学的形状が、径方向に所望する歯のフランクコースを有する歯のフランクの必要な凸部または必要な曲率に一致するか、または現在のギアの幾何学的形状が所定の目標とするギアの幾何学的形状と異なるかどうかを判断する。この目的のために、検出要素１４０は、工作機械１００を少なくとも５本の軸、特に少なくとも３本のリニア軸および少なくとも２本の回転軸のうちの１本以上を介して、制御装置１１０および／またはクランプ手段１２０を駆動し、工作機械１００上の検出要素１４０に対し、第１加工品２００を制御することによって、異なる回転角方向の位置にて第１加工品２００の表面をスキャニングできるようになっている。
【００７９】
従って、工作機械１００は、第１加工品２００の第１ギア２１０の現在の幾何学的形状が、目標とする所定のギアの幾何学的形状と異なっているかどうかを判断するようになっているテストシステムを備える。この実施例では、工作機械１００上で第１加工品２００を機械加工している間、および／またはその後に、第１加工品２００の現在の機械加工状態にあるそのときのギアの幾何学的形状が、所定の目標とするギアの幾何学的形状に対応しているのか、異なっているのかを、検出要素１４０を使用した機械的スキャニングによりチェックまたは判断することが可能となっている。
【００８０】
しかしながら、本発明は、検出要素１４０を使った機械的スキャニングによる現在のギアの幾何学的形状を検出することだけに限定されず、加工品の第１ギアの歯のフランクの側面の光学的または誘導的スキャニングにより、第１加工品の第１ギアの現在の幾何学的形状が、第１加工品２００の第１ギア２１０の目標とするギアの幾何学的形状と異なっているかどうかを判断するようになっている検出要素を含む、本発明に係わるテストシステムを備える工作機械１００を提供することも可能である。更に、第１ギア２１０の歯のフランクの側面の機械的、光学的および／または誘導的スキャニングを組み合わせることにより、所定の目標とするギアの幾何学的形状に対する偏差を検出できるようにする検出要素を含む工作機械１００を提供することもできる。ここで、例えば加工品に対する異なる回転角位置にて、レーザービームにより光学的スキャニングを実行することもできる。
【００８１】
特に第１ギア２１０の現在のギアの幾何学的形状が、目標とするギアの幾何学的形状と異なっていると判断されるか、またはそのように検出されたときに、自動的に工具の交換を実行できる。すなわち図２に示された支持手段１１に支持された検出要素１４０を、図１に示された工具１３０または工作機械１００の工具マガジンのうちの別の工具に置換し、第１加工品２００の現在のギアの幾何学的形状が目標とするギアの幾何学的形状に対応するか、または目標とするギアの幾何学的形状と少なくとも所定の最大偏差値より少ない値しか異ならないようになるまで、第１加工品２００の現在のギアの幾何学的形状を、目標とするギアの幾何学的形状に近似させるよう、クランプ手段１２０内にクランプされた第１加工品２００をオプションで更に機械加工または仕上げをする。
【００８２】
本発明の更に別の実施形態では、クランプ手段１２０に対する第１加工品２００のクランプを解除することなく、第１加工品２００の作動特性をチェックまたは判断できる工作機械１００を提供できる。ここで、図３は、第１ギア２００を有する第１加工品２００としてクランプ手段１２０内にクランプされたベベルギアを例として示し、このクランプ手段１２０は、ベベルギア２００の回転軸に対応する中心軸Ｍ１を中心としてベベルギア２００を回転駆動するようになっている。
【００８３】
本発明の一実施形態に係わる、図３に示された工作機械１００は、制御装置１１０の支持手段１１１により、ギア３１０を有する第２加工品３００を支持し、この第２加工品３００の中心軸Ｍ２を中心として、この第２加工品３００を回転駆動するようになっている。例えば図３における第２加工品３００は、ベベルギアまたはピニオンであり、このピニオンはベベルギア２００と共にギアホイールのペアを形成するか、または少なくともベベルギア２００の第１ギア２１０が、目標とするあらかじめ決定されたギアの幾何学的形状に実質的に一致するとの、この実施形態に対する例であると仮定した条件下で、ギアホイールのペアを形成すべきである。従って、ここで、以下ピニオン３００として述べるベベルギア３００は、所望する場合に、工作機械１００でプログラム制御により以前に製造または機械加工されたテストピニオンまたは加工品となっている。
【００８４】
工作機械１００の制御装置１１０およびクランプ手段１２０は、工作機械１００の少なくとも５本の軸を同時に制御し、よってベベルギア２００の第１ギアとピニオン３００の第２ギア３１０とを噛合または係合させ、よって第１ギア２１０の第１フランクと第２ギア３１０の対応する第１噛み合いフランクとを協働させることにより、５の運動自由度で自由モビリティおよび／または制御性によって、ピニオン３００とベベルギア２００の相互の噛合を可能にしている。
【００８５】
本発明の一実施形態に係わる工作機械１００は、制御装置１１０がピニオン３００とベベルギア２００とを噛合させるときに、スポットとして第２ギア３１０の少なくとも第１噛み合いフランクまたは第１ギア２１０の少なくとも１つの第１フランクにペイントを塗布できるようにする手段も含み、これにより第２ギア３１０の第１噛み合いフランクと第１ギア２１０の第１フランクとが協働し、よって第１噛み合いフランクから第１フランクへ、または第１フランクから第１噛み合いフランクへペイントを移すようになっており、工作機械１００の光学的検出手段は、第１フランク上、または第１噛み合いフランク上の移されたペイントの形状を考慮して、光学的検出により歯の接触パターンを決定するようになっている。
【００８６】
本発明の別の実施形態の後で、図３の工作機械１００は更に、この工作機械１００の少なくとも５本の軸により、ピニオン３００とベベルギア２００とを同時に制御し、ピニオン３００の歯とベベルギア２００の歯とを噛合するようになっている。この場合、ピニオン３００は、ピニオン３００の中心軸Ｍ２を中心として、制御装置１１０の回転軸により回転駆動され、ベベルギア２００は、ベベルギア２００の中心軸Ｍ１を中心とし、クランプ手段１２０の回転軸により回転駆動され、ピニオン３００とベベルギア２００とは、その後の作動に従って１つのギアホイールのペアとして制御される。各ケースにおいて、（例えば歯のフランクのプロフィルの最適曲率により）目標とするギアの幾何学的形状が得られ、実際のローリング運動が生じた場合に限り、ベベルギア２００の第１ギア２１０の少なくとも１つの第１フランクは、ピニオン３００の第２ギア３１０の第１噛み合いフランクとローリング状態で協働するか、またはローリング状態に実質的に協働する。
【００８７】
本発明のこの実施形態によれば、工作機械１００または工作機械１００のテストシステムは、音響検出器および振動センサ、特に制御装置１１０上に設けられた少なくとも１つの音響検出器および振動センサも備え、よってピニオン３００とベベルギア２００とが互いに駆動されたときの作動ノイズを、テストシステムの音響検出器により検出し、希望する場合に目標とするノイズレベルにより、これらノイズと、希望する場合にあらかじめ決定された目標とする作動ノイズとを比較することによって、ベベルギア２００およびピニオン３００から形成されたギアホイールペアの作動特性をチェックまたは決定できる。更に振動センサは、ベベルギア２００とピニオン３００から成るギアホイールペアが駆動されるときの第１フランク上の第１噛み合いフランクのローリング運動中の振動を測定するようになっており、この振動は、現在存在する表面の仕上げまたはギアの質、または現在のギアの幾何学的形状と目標とするギアの幾何学的形状との偏差を決定するように働く。
【００８８】
本発明のこの実施形態では、第１ギア２１０の現在のギアの幾何学的形状が目標とするギアの幾何学的形状とは異なることが、上記のような作動特性の検査または歯の接触パターンの決定により示されたとき、工作機械１００の上でピニオン３００を工具１３０に交換することも可能である。
【００８９】
しかしながら、本発明は上記実施形態だけに限定されるものではない。むしろその逆に、上記実施形態の個々の様相または個々の特徴を組み合わせ、本発明の別の実施形態、特に本発明に係わる工作機械１００の別の実施形態または本発明に係わる方法を提供できる。
【００９０】
上記のように、本発明は特にブランクから、ギアを有する最終部品となるように加工品を完全に機械加工できるようにする工作機械１００および工作機械１００で加工品２００を機械加工するための方法を提供するものであり、更にこの工作機械は、現在のギアの幾何学的形状が所定の目標とするギアの幾何学的形状と異なるかどうかに関し、工作機械での加工品の機械加工中、および／または機械加工後に、加工品の現在のギアの幾何学的形状を更にチェックできるようにするものであり、偏差が検出されたときに希望する場合に自動的に、またはプログラム制御により、再機械加工作動が希望する場合に可能である。特にここでは、ギアの質または表面の仕上げ、または現在のギアの幾何学的形状をチェックするための検査を外部テストシステムで行うために、特に好ましいことに、工作機械１００のクランプ手段２１０から加工品のアンクランプ（クランプの解除を）する必要はない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
2010188518000001.pdf