(57)【要約】【課題】本発明の目的は、歯車の歯面または量産性の高い周期的構造物を切削加工する方法および装置を提供することを目的とするものである。【解決手段】本発明は、ワークピース（５０，７０）に対して切削ツール（１００）を設定し、押圧移動させる方法もおよび装置に関し、切削ツール（１００）を用いて回転対称的で周期的な構造物を作製するものであり、ワークピース（５０）を半径方向に供給移動させて、最初に、切削ツール（１００）をワークピース（５０，７０）に接触させ、切削ツール（１００）がワークピースに最初に接触した時から、切削ツール（１００）を半径方向に押圧移動させて、回転対称的で周期的な構造物に対する適当な切削加工が完了するまで、ワークピースの所定の深さまで切込むものである。【選択図】図１１Ａ
2013000882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
切削ツール（１００）を用いて回転対称的で周期的な構造物を含むワークピース（５０，７０）を切削加工する方法において、実際に切削加工を行う前に、
第１の回転軸（Ｒ１）の周りに切削ツール（１００）を回転させるステップと、
第２の回転軸（Ｒ２）の周りにワークピースを連動して回転させるステップと、
ワークピース（５０，７０）を半径方向に供給移動させて（→Ａ１）、最初に、切削ツール（１００）をワークピース（５０，７０）に接触させるステップと、
切削ツール（１００）がワークピースに最初に接触した時から、切削ツール（１００）を半径方向に押圧移動させて（→Ａ２）、ワークピースの所定の深さまで切込むステップとを有し、
少なくとも切り込むステップの間、２つの回転軸（Ｒ１，Ｒ２）が互いに対して捩れた位置に配置されることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、
所定の深さまで達した後、少なくとも切削ツール（１００）で回転するワークピース（５０，７０）を切り込むステップの間、第２の回転軸（Ｒ２）の方向の軸方向前進と回転の差動前進とを含む前進移動を行い、
前進移動を行う間、２つの回転軸（Ｒ１，Ｒ２）が互いに対して捩れた位置に配置されることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法であって、
切削ツール（１００）は、少なくとも切込むステップの間、ワークピース（５０，７０）に向かう方向に傾斜するか、ワークピース（５０，７０）から遠ざかる方向に傾斜することを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１、２、または３に記載の方法であって、
軸の実効交角（Σｅｆｆ）が以下の範囲内に含まれることを特徴とする方法。
−６０°≦Σｅｆｆ＜０°、かつ０°≦Σｅｆｆ＜６０°
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１に記載の方法であって、
回転対称的で周期的な構造物は、ワークピース（５０，７０）の内側歯面を有する歯車システムまたはワークピース（５０，７０）の外側歯面を有する歯車システムを含むことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、
ワークピース（５０，７０）は、円筒形状のワークピースを含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１に記載の方法であって、
切削ツール（１００）がワークピース（５０，７０）に最初に接触するポイントが、ワークピースの前面と側面との間の間にある領域に配置されることを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１に記載の方法であって、
ワークピース（５０，７０）を切削する間、１回切削手法を採用することを特徴とする方法。
【請求項９】
切削ツール（１００）を用いて回転対称的で周期的な構造物を含むワークピース（５０，７０）を切削加工する装置（２００）において、
切削ツール（１００）を固定するためのツールスピンドル（１７０）と、
ワークピース（５０，７０）を固定するためのワークピーススピンドル（１８０）と、
第１の回転軸（Ｒ１）の周りにツールスピンドル（１７０）および切削ツール（１００）を回転させるとともに、第２の回転軸（Ｒ２）の周りにワークピーススピンドルおよびワークピースを連動して回転させ、これらを連動して移動させるための数値制御駆動部とを備え、
装置（２００）は、数値制御ユニット（２０１）を有するか、または数値制御ユニット（２０１）と接続可能であり、実際に切削加工を行う前に、
切削ツール（１００）半径方向に供給移動させて、ワークピース（５０，７０）を所定の深さまで半径方向に押圧移動させ、
少なくとも押圧移動させている間、第２の回転軸（Ｒ２）に対して第１の回転軸（Ｒ１）を捩れた位置に配置することを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置（２００）であって、
切削ツール（１００）は、切削歯（１１１）の形態を有し、外側斜め方向に突出するように構成された切削歯を備えたことを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項９に記載の装置（２００）であって、
切削ツール（１００）は、ディスク型形成カッタ、シャンク型（shank-type）形成カッタ、または深カウンタボア型形成カッタの形態を有することを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項９に記載の装置（２００）であって、
数値制御ユニット（２０１）は、押圧移動の間、およびワークピース（５０，７０）に向かう方向に切削移動させるか、ワークピース（５０，７０）から遠ざかる方向に切削移動させる間、切削ツール（１００）を傾斜させるように構成されたことを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項９〜１２のいずれか１に記載の装置（２００）であって、
６つの軸を含むマシンに関することを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項９〜１２のいずれか１に記載の装置（２００）であって、
切削ツール（１００）は、大規模ツールまたはバー・カッター切削ホイールに関することを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項９〜１２のいずれか１に記載の装置（２００）であって、
数値制御ユニット（２０１）は、請求項１〜８のいずれか１に記載の方法を実行するために設計されたことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車システム（tooth system）その他の周期的構造物を高い信頼性で切削加工する方法、およびこれを用いた切削ツールを含む装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
歯車を作製するための手法は数多くある。チップ切除ソフト事前機械加工（chip-cutting soft pre-machining）の分野において、歯切加工（hobbing）、ギア形削加工（gear shaping）、平削加工（generating planing）、および切削加工（skiving、パワー切削加工を含む）は、区別されている。歯切加工および切削加工は、詳細について後述するが、いわゆる連続的な方法である。
【０００３】
歯車のチップ切除機械方法の分野において、断続歯割加工（intermitted indexing process、または単一断続加工）、および連続方法（連続間欠加工または歯面切加工ともいう）は、区別されている。
【０００４】
連続方法において、ワークピースの側面（フランク）を切削するために、たとえば対応するカッタを含むツールが用いられる。断続加工方法を用いて、１つのクランプでワークピースを連続的に切削する用意を整える。連続方法は、複雑で、かつ連動した動作シーケンスに基づくものであり、ツールおよび製作対象のワークピースは、互いに対する連続する歯切動作（indexing movement）を行う。歯切動作は、連動し、複数のマシンのそれぞれの駆動軸を互いに連動させることにより行う。
【０００５】
単一歯切プロセスにおいて、１つの歯間が作製されると、たとえばワークピースを回転させて、いわゆる歯切動作を行い、ツールの相対的な位置を変えて、次の歯間を作製する。歯車は、こうした少しずつ（数多くのステップで）作製されるものである。
【０００６】
形削りツール１の回転軸Ｒ１の交角と、ワークピース２の回転軸Ｒ２との間の交角（軸交角ともいう）は、図１で概略的に示すように、ゼロ度（０度）であるため、上記したギア作製方法は、円筒形状ギア搬送システムと説明され、代表的なものである。２つの軸Ｒ１，Ｒ２の交角がゼロ度であるとき、これらの回転軸は互いに平行なものとなる。ツール１の軸Ｒ１の周りにおいて、ワークピース２の回転軸Ｒ２を連続的に回転させる。回転動作に加えて、形削りツール１は、図１で示す双方向矢印Ｓｈｘで示すようなストローク動作を行い、このストローク動作の間において、ワークピース２からチップ（chip、削り片）が取り除かれる。
【０００７】
少し前では、切削加工と呼ばれる手法が行われていた。基本的技術は、約１００年以上前に確立されたものである。最初の特許出願は、この加工方法について、ドイツ特許第2343514号として出願された1912年代まで遡る。当初の数年間で最初に開発調査された後には、さらに意義深い進歩は追求されなかった。これまで、切削加工方法に適したツールの形状は一部において楕円形状を有するが、その形状を見出すという複雑なプロセスを必要とするものであつた。
【０００８】
1980年代中頃、切削加工技術は再び脚光を浴びた。現在における加工装置のシミュレーション技術および最近のＣＮＣ制御技術が利用可能となるまで、切削加工原理を生産性高く、再現性よく、高い信頼性で実現することはできなかった。加えて、現在における高い耐磨耗性を有し、静的および動的にきわめて高い剛性のツール材料や、現在のマシンの高い同期操作性が実現されたことにもよる。
【０００９】
図２に示す切削加工技術において、切削ツール１０（切削加工ホイールともいう）の回転軸Ｒ１と、ワークピース２０の回転軸Ｒ２との間の交角Σ（０ではない）が予め特定される。その結果、切削ツール１０とワークピース２０との間の相対的な運動は螺旋運動となり、この螺旋運動は、回転運動（回転方向の部分的運動）と並進運動（並進方向の部分的運動）とに分解される。螺旋式に運動させるということは、基本的な駆動技術であるとも考えられるが、回転運動がフランク（歯面）の転がり運動（ローリング運動）に対応し、並進運動がフランクの研磨に対応するものである。交角Σの絶対値が大きくなるほど、ワークピース２０を作製するために必要な並進方向の運動がより大きくなる。すなわち、ワークピース２０の歯面の方向において切削ツール１０の切削エッジの部分の動きに影響を与えるということである。したがって、切削加工する際、同等の螺旋ギア伝達装置を有する係合ギアホイールの相対的複合運動の研磨運動部分を用いて、切削運動を行う。通常、ギア形削りにおいて、切削加工およびいわゆる押圧動作（pushing movement）の際、ゆっくりと並進移動させる必要がある。このとき、切削加工の際、逆方向に並進移動することはない。
【００１０】
切削加工の際の切削速度は、切削ツール１０およびワークピース２０の回転速度および軸Ｒ１とＲ２の間の交角Σに直接左右される。加工材料に応じて、所与の回転速度に対して、最適な切削速度が得られるように、交角Σ、すなわち研磨運動を選択する必要がある。
【００１１】
既知の切削加工方法に関する回転動作サイクルやその他の詳細事項については、図２Ａの概略図で上述したとおりであり、理解されるであろう。図２Ａは、外側歯車切削システムが円筒形状のワークピース２０を切削している様子を示すものである。切削ツール１０（図中では、円筒形状の切削ツール）およびワークピース２０が逆方向に回転する。
【００１２】
さらなる相対運動が追加される。切削ツール１０を用いて、ワークピース２０について、歯車システムの幅全体を機械加工するためには、軸方向供給Ｓａｘが必要となる。螺旋状ギアがワークピース２０上にあることが好ましい場合（すなわちβ２≠０）、差動供給ＳＤが軸方向供給Ｓａｘに重なる。ワークピース２０の歯車システムの頂部に影響を与えるために、半径方向供給Ｓｒａｄを用いてもよい。
【００１３】
本願明細書において、たとえばベクトルｖ（→ｖ）を便宜上、以下のように表記する。
【００１４】
【数１】
2013000882.tif 000003
【００１５】
切削加工において、切削速度ベクトル（→ｖｃ）は、本質的に、切削ツール１０の回転軸Ｒ１の円周方向のベクトル（→ｖ１）と、ワークピース２０の回転軸Ｒ２の円周方向のベクトル（→ｖ２）の差として表され、これらの回転軸Ｒ１，Ｒ２は互いに対して交角Σだけ傾斜している。ここでベクトル（→ｖ１）は切削ツール１０の周縁部における速度ベクトルであり、ベクトル（→ｖ２）はワークピース２０の周縁部における速度ベクトルである。よって、切削加工プロセスにおける切削速度ベクトル（→ｖｃ）は、交角Σ、および同等の螺旋ギア伝達装置における回転速度により変化し得る。軸方向供給Ｓａｘは切削速度ベクトル（→ｖｃ）にわずかな影響しか与えないので、無視することかでき、図２Ａのベクトル図ではベクトル（→ｖ１）、ベクトル（→ｖ２）、および切削速度ベクトル（→ｖｃ）を記載している。
【００１６】
ワークピース２０の外側歯車切削システムによる切削加工は、図２Ｂにおいては、円錐状切削ツール１０が用いられている。図２Ｂでは、交角Σ、切削速度ベクトル（→ｖｃ）、切削ツール１０の周縁部における速度ベクトル（→ｖ１）、およびワークピース２０の周縁部における速度ベクトル（→ｖ２）は、同様に切削ツール１０の螺旋角β１およびワークピース２０の螺旋角β２とともに図示されている。図２Ａにおいて、螺旋角β２はゼロではない。切削ツール１０の歯車ヘッドは、図２Ｂにおいて符号４を用いて図示されている。歯車ブレスト（tooth breast）は、図２Ｂにおいて符号５を用いて図示されている。２つの回転軸Ｒ１，Ｒ２は互いに交差しないが、互いにねじれの関係に配置されている。円錐状切削ツール１０において、逃げ角を設けるために切削ツール１０を曲げる必要がないので、計算ポイントＡＰは、通常、２つの回転軸Ｒ１，Ｒ２の共通垂線上に選択される。このとき計算ポイントＡＰは、いわゆる接触ポイントと一致する。対応する螺旋ギア伝達装置のローリング円は、計算ポイントＡＰにおいて、互いに接触する。
【００１７】
ドイツ特許出願公開第3915976A1号から明らかなように、切削加工技術において、フランクライン（側面線）を変更するために、ゆっくりとした軸方向供給に対する半径方向の移動を重ね合わせることができる。
【００１８】
さらに国際特許出願公開第2010/060733A1号から明らかなように、軸方向供給と、半径方向移動とを重ね合わせることにより、歯車システムを形成することができ、その歯溝は歯のないワークピースの表面に形成され、それぞれの半径方向および軸方向の端部まで延びる。前掲国際特許出願は、図３に概略的に図示されるいわゆるマルチカット（マルチ切削）手法を採用している。図３において、対応するワークピース８の歯溝７を形成する様子を示す。図３は、切削ツール１０がマルチカット手法を用いてワークピース８に形成する複数のトレースを図示している。軸方向供給と半径方向移動とを重ね合わせることにより、歯溝７の端部にフェーズアウト形状（phasing out profile）が形成され、この形状は、領域９における複数の曲線部分から構成される。前掲国際特許出願歯、完全に形成された歯面間ギャップの形成については何ら言及していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】ドイツ特許第2343514号公報
【特許文献２】ドイツ特許出願公開第3915976A1号公報
【特許文献３】国際特許出願公開第2010/060733A1号パンフレット
【発明の概要】
【００２０】
切削加工の生産性をできるだけ増大させるためには、たとえば硬質金属などの最新の切削材料を乾式切削加工に用いた場合、切削ツールとワークピースとの間で相対的に移動する切削部分は、十分に大きい切削速度を与える必要がある。切削加工中、切削速度ｖｃは、対応する螺旋ギア伝達装置の回転速度、ワークピースまたは切削ツールの有効半径、および回転軸Ｒ１，Ｒ２の交角Σにより直接的に影響を受ける。あり得る回転速度は、用いられるマシン装置（切削加工マシン）が許容する回転速度により限定される。ワークピースの大きさは、固定的にあらかじめ決まっている。切削ツールとして可能な大きさは、マシン装置（切削加工マシン）の作業スペース、および内側歯車システムの場合には歯車システム自体の内部空間により限定される。すなわち十分に大きい切削速度は、軸の交角Σを大きくすることによりのみ実現できることがある。
【００２１】
切削加工において、少なくとも１つの幾何学的に特定された切削歯を有するツール１０が用いられる。図２Ａおよび図２Ｂにおいては、切削断面は図示されていない。切削歯の形状および構造は、これらの態様に属するものであり、実際に使用される具体的な設計を考慮する必要がある。
【００２２】
さらに切削加工においては、切削ツール自体が大きな関連性を有する。図２Ａに示す具体例において、切削ツール１０は直線歯面を有する平歯車の形状を有する。図２Ａのベース本体部の外形形状は円筒状である。しかし、その外形形状は、図２Ｂに示すようにベベル形状（円錐状）であってもよい。なぜなら、切削ツール１０の１つまたは複数の歯面は、切削歯の長さ全体に沿って係合し、切削ツール１０の切削歯における各歯面は、十分に大きいレリーフ角度（隆起角度）を有するためである。
【００２３】
図４Ａおよび図４Ｂに示すように、直線歯面または螺旋歯面を有する円錐状切削ツール１０から始めると、こうした切削ツール１０は、その円錐状ベース形状に起因して、いわゆる構造上のレリーフ角（隆起角）を有する。すなわちヘッド部およびフランク部（歯面）におけるレリーフ角は、切削ツール１０の幾何学的形状に起因して予め特定されているということである。ただし、円錐状切削ツール１０の切削歯のプロファイル（形状）は、実際に再研磨可能とするためには、所定の条件を満たす必要がある。図４Ａおよび図４Ｂには、ワークピース２０の外側歯面を切削している円錐状切削ツール１０が図示されている。円錐状切削ツール１０の切削ヘッドにおけるいわゆる構造的レリーフ角αＫ０が図４Ｂに図示されている。軸の交差ポイントＡＫと、切削ツール１０およびワークピース２０のローリング円の接触ポイントＢＰとは一致し、回転軸Ｒ１，Ｒ２のジョイントプラム（結合垂線：joint plumb）ＧＬ上に配置されるものである（結合垂線ＧＬは図４Ａおよび図４Ｂでは図示されない。）。
【００２４】
直線歯面または螺旋歯面を有する円錐状切削ツール１０と、円筒状ワークピース２０が図示された図５において、回転軸Ｒ１，Ｒ２は平行に延びるように選択されるが、２つの軸Ｒ１，Ｒ２は互いにねじれの位置に配置するように選択されている。２つの軸Ｒ１，Ｒ２の結合垂線ＧＬが図５に図示されている。図５に示すように、接触ポイントは結合垂線ＧＬ上に配置されている。
【００２５】
円筒状の切削ツール１０と、外側歯面を有する円筒状ワークピース２０とが図６Ａおよび図６Ｂに図示されている。切削ツール１０は、ワークピース２０の回転軸Ｒ２に対してねじれているだけでなく、対応する軸の交角Σに基づいて配置され、さらに（図６Ｂに示すような）小さい角αＫｉだけ回転軸Ｒ２から離れる方向に傾斜している。切削ツール１０を離れる方向に傾斜させることにより、ヘッド切削歯に対する（図６Ｂに示す）実効レリーフ角αＫｉを実現することができる。切削ツール１０の切削歯側において、離れる方向に設定することにより、実効レリーフ角を実現することができる。しかしヘッド切削歯上において、これらがより小さくなる。一般に、これらのレリーフ角は、大きいものの半分に過ぎない。
【００２６】
図６Ａおよび図６Ｂに示すように、直線歯面または螺旋歯面を有する円錐状切削ツール１０から始めると、切削ツール１０は、ヘッド部およびフランク部において、いわゆる構造的レリーフ角を有さないことが明らかである。こうした円筒状切削ツール１０が従来方式で把持された場合には、レリーフ角が形成されてしまう。切削ツール１０を離して挿入することにより、上記のように運動力学的レリーフ角が形成される。実際には、マシンに切削ツール１０を傾けて固定することにより、切削ツール１０を離して挿入設置すると、軸ＡＫの交差ポイントから切削歯をずらして配置することができる。切削ツール１０を離して挿入設置することに起因して、切削ツール１０およびワークピース２０のローリング円の接触ポイントＢＰは、もはや、回転軸Ｒ１，Ｒ２の結合垂線上には配置されなくなる。対応するずれは、切削歯オフセットｅと呼ばれ、図６Ａに図示されている。さらに切削ツール１０がより遠くに離れて傾斜すると、実効レリーフ角はさらに大きくなる。切削加工に必要な実効レリーフ角は、３°〜５°の範囲である。こうしたレリーフ角を規定するためには、円筒状切削ツール１０の挿入設置角を１０°未満にする必要があり、実際には共通するものである。
【００２７】
直線歯面または螺旋歯面を有する別の円錐状切削ツール１０が図７Ａおよび図７Ｂに図示されており、図７Ａでは、２つの回転軸Ｒ１，Ｒ２は平行に延びるが、２つの軸Ｒ１，Ｒ２は互いにねじれるように選択されている。２つの軸Ｒ１，Ｒ２の結合垂線ＧＬが図７Ａに図示されている。図７Ａおよび図７Ｂにおいて、接触ポイントＢＰは結合垂線ＧＬの上方に位置する。図７Ｂは、いわゆる接触図（接触平面の側方投影図ともいう。）であり、接触ポイントＢＰが図示されている。図７Ａでは、接触ポイントＢＰはワークピース２０の後方に隠れている。
【００２８】
これまでの切削加工方法を独自調査したところ、切削ツールが突然に故障する場合があることが確認された。より詳細に検討評価したところ、切削の際に、きわめて大きな負のすくい角が発生することが確認された。ワークピースの被切削部材に切削する際の切削歯の全体的な軌跡ポイントをシミュレーションしたところ、ワークピースのギャップを完全に切削する際、チップ形成の初期段階から切削工程の終わりまで、実効的なヘッドのすくい角が、よりいっそう負の値が大きくなることが確認された。より正確にいえば、一般の切削工程においてチップを切除するとき、チップの厚みが母線から増大し、実効すくい角が当初の約０°から連続的に低減する。チップ形成の最終段階では、実効すくい角は、−６０°以下であることがきわめて好適であるのに、たとえば−６０°まで達することができる。こうした状況は切削ツールの早期の摩滅につながるものである。
【００２９】
切削ツール１０の切削歯６のワークピース２０の被切削部材に対する動きが、図８Ａ〜図８Ｃに概略的に図示されている。図８Ａ〜図８Ｃには、一連の切削工程におけるカッターヘッド、すなわち切削歯６のすくい角の実効的な推移が図示されている。切削ツール１０に関し、第１および第２の回転軸Ｒ１，Ｒ２の周りにおける連結され互いに同期させた回転運動と、ワークピース２０に対する切削ツール１０の軸方向直線運動とを重ね合わせたことに起因して、カッタの全体的な軌跡ポイントの記録において、図８Ａ〜図８Ｃ、図９、図１０、図１１Ａおよび図１１Ｂに示すように、一種のトラフまたはハッチの形状が形成され、対応するトラフが参照符号１１を用いて図示されている。
【００３０】
図８Ａは、ワークピース２０の被切削部材内にある切削ツール１０の切削歯６の相対的な移動であって、最初の瞬間にある切削歯を示すものである。切削歯６の切削端面６．１の向きおよび位置が太線で図示されている。トラフ１１は、このギャップ２２内にある切削歯６の切削端面６．１の全体的な軌跡点から形成される。その後の切削歯のさらなる接触により（これは同一または別の切削ツールの切削歯でもよい。）トラフを形成し、軸方向の供給移動および差動連動移動に起因して、軸方向のギャップ２２内からずれている。すなわちトラフ１１は、切削工程中、ワークピース２０の被切削部材内において（少なくとも仮想的には）階段状に移動する。図８Ａは、トラフを左側領域と右側領域に分割するライン１２を示す。ライン１２の隠れた部分は点鎖線で図示されている。ライン１２は、互いに重畳した２つのトラフを画定しており、２つのトラフは、切削歯の２つの直接的に連続する係合の間の供給移動により位置が異なる。すなわちライン１２は、２つのトラフの交差曲線を特徴付けるものである。無限に小さい軸方向の供給移動に際しては、この交差曲線は、いわゆる母線（generator line）に対応するものである。全体的な歯面間ギャップは、切削方向にワークピース２０の被切削部材が切削される、こうした一連の母線と考えることができる。軸方向の供給移動を含む従来式の切削加工プロセスにおいて、被切削部材は母線から始まる領域のみにおいて、母線前に（具体的には図面に左側方向において）、ワークピース２０から駆動切削端面６．１により切削される。被切削部材は、（具体的には図面に右側方向において）切削方向にツールの先が接触することにより切削されている。
【００３１】
図８Ｂは、上記シミュレーションの第２の段階を示し、切削ツール１０の切削歯６が、図８Ａに対して切削方向ＳＲの左側へ所定の距離だけ移動したときの様子を示す。
【００３２】
図８Ｃは、上記シミュレーションの第３の段階を示し、切削ツール１０の切削歯６が、図８Ｂに対して切削方向ＳＲの左側へさらに所定の距離だけ移動したときの様子を示す。図８Ｃにおいて、切断歯６の切断端面の切断面がトラフ１１に対して鋭角を形成していることが図示されている。対応する「重要な（critical）」領域は、図８Ｃにおいて参照符号１３を用いて図示されている。したがって、上述のように著しい負の実効角が形成される。
【００３３】
上述のように、切削プロセスの間、とりわけヘッド部の実効その負の値が大きくなっていく。切削加工中、ワークピース２０の歯面間ギャップの推測される底面に対する切削歯６のブレード角は、ほぼ一定である。切削は６のヘッド切削端面はトラフの底面上を「研磨（grind）」する。
【００３４】
図９は、ワークピース２０の一部分、複数の歯面２１、および歯面間ギャップ２２を図示するものである。ワークピース２０の切削加工における移動の全体的な進捗を考慮すると、歯面間ギャップ２２が完全に形成されるまで、トラフ１１は歯面間ギャップ２２を貫通して進むことが理解される。歯面間ギャップ２２を貫通するトラフ１１の移動は、矢印ＶＲで図示されており、供給移動方向と同じ方向である。この供給移動方向は、軸方向移動と差動移動とからなる。
【００３５】
切削工程中のすくい角に関する上記研究は、進行切削プロセス中の完璧な切削を実現することを支持するものである。しかし上記研究は、歯面間ギャップに最初に「穴を開ける」必要がある、切削プロセスの開始時における重要な示唆を与えるものでもある。ワークピースの軸方向に切削ツールを通常通り供給移動させるとき、接触歯６が最初にワークピース２０に接触するときは、明らかに負の実効すくい角となる。すなわち上述したように、最初の切削は、相当に劣悪な切削条件で行われる。最初の接触時の負のすくい角が大きいことに起因して、接触端面６．１に対する負荷はきわめて大きい。接触端面６．１（とりわけ接触端面の端部）に加わる力は急激に増大し、接触端面６．１が瞬時に破壊される場合がある。このきわめて大きな負荷により、切削ツール１０の突然不意の故障を理由つけるものである。図８Ａ〜図８Ｃに示す進行切削プロセスにおいて、悪影響をもたらすすくい角は、同様に上述のように生じるが、切削端面６．１に対する負荷は連続的に加わり、断続的に加わるものではない。つまり、さまざまな磨耗、または故障要因が懸念される。
【００３６】
これまで実施されていた軸方向の供給移動において、トラフ１１は、歯面間ギャップ２１に沿った側面に案内されるので、トラフ１１のトラフ側面は、最初の段階において、最悪の切削条件でワークピース２０に対し、図１０に示す前面２３の領域に接触する。この最初の接触は、通常、フェザリング・フランク（feathering flank）の側面において、切断端面６．１のヘッド部で生じる。軸方向供給移動は、図１０の矢印ＺＢにより図示されている。よって矢印ＺＢは、ツール２０の回転軸Ｒ２と平行に延びる。
【００３７】
本発明の目的は、歯車の歯面または別の量産性の高い周期的構造物を切削加工する方法および装置を提供することを目的とするものである。１つの歯車を生産する時間とコストを低減することが本発明の目標である。他方、ここに提案する方法および装置は、信頼性が高く、たとえば自動車部門において流れ製造業において好適なものである。
【００３８】
切削ツールの寿命を改善することにより、切削ツールのコストを極力低減することができる。
【００３９】
この目的は、ここでは修正切込み技術と呼ばれる切削技術を用いた方法により達成することができる。修正切込み技術は、設定導入動作および押込み動作を明確な半径方向の移動成分を伴って行うものであり、その結果として、設定導入動作の際、最初の接触の際、実効すくい角がほぼ０°となるように、切削ツールとワークピースの間において最初の接触が生じる。この実効すくい角は、上記トラフ形状に起因して、トラフの底面がワークピースの被切削材料と最初に接触する。
【００４０】
修正切込み技術は、さまざまに態様に係る切削方法に関して適用することができ、回転対称的な周期的構造物の生産に適したものである。
【００４１】
この修正切込み技術は、ツールスピンドルにより支持された切削ツールを用いて、回転対称的な周期的構造物を有するワークピースの切削に用いるために設計されたものである。この修正切込み方法において、
・切削ツールは、第１の回転軸の周りに連続的に回転し、
・ワークピースは、切削ツールと同期して、第２の回転軸の周りに連続的に回転し、
・切削ツールは、ワークピースに向かって半径方向に移動成分で設定移動し、かつ半径方向に移動成分で下方に十分な深さでワークピース内に切込み移動し、少なくとも切込み移動の間、第１の回転軸は第２の回転軸に対してねじれた状態で延びている。
【００４２】
その後の切削工程において、十分な深さに達するまで、回転する切削ツールは、第２の回転軸の方向に回転するワークピースに対して、切込み移動の終わりまで、相対的な供給移動を行い、同様に、切削の際、第１の回転軸はだい２の回転軸に対してねじれた関係で延びている。
【００４３】
本発明に係る修正切込み技術は、ワークピースと切削ツールとの間の相対的な移動シーケンス（いわゆる相対的移動）が事前に設定され、実行されるため、最初の接触および切込みの際、切削ツールの切削歯の切削端面における切削条件が最適な範囲に維持される点に特徴がある。
【００４４】
本発明に係る修正切込み技術は、切込み工程の際、ワークピースに対する切削ツールの最初の接触のポイントがトラフのほぼ最深ポイントＴＰに相当する点に特徴がある。
【００４５】
本発明によれば、わずかな並進移動が設定移動および半径方向の切込み移動に重畳されることにより、結果として得られる移動ベクトルは、ワークピースの回転軸の垂線との間で鋭角をなすことになる。
【００４６】
本発明は、従来の軸方向の切込み技術に比して、実質的に好適な切削条件が得られるように、ワークピースに対する切削ツールの相対的移動を事前に設定することに基づくものである。
【００４７】
本発明に係る修正切込み方法を用いた切削工程において、歯または他の周期的構造物が完全に形成されるまで、被切削部材はワークピースから徐々に切削される。
【００４８】
切削ツールの切削端面におけるすくい角が突如として実質的な負の値になることは、この修正切込み方法を用いることにより回避することができる。さらに、この修正切込み方法は、従来式の軸方向供給移動に比較して、比較的により小さい入口領域を必要とする点において利点を有する。
【００４９】
本発明によれば、歯面間ギャップは、直接的に十分な深さまで達することができ、この場合、複数の切削技術を用いて形成する必要はない。すなわち、切込み工程は、十分な深さまで行うことが好ましい。好適には、すべての実施形態において、切削技術と連関した切込み工程を用いることが好ましい。
【００５０】
さらに、歯車システムの当初において連続的である歯車システムの切削工程に関し、本願において当初において閉じている歯面間溝の切削には関係がない。
【００５１】
本発明に係る修正切込み方法は、被切削材料の除去による切込み工程において、最終的な間隔形状が形成されない点に特徴がある。最終的な間隔形状は、切込み工程の後においてのみ、適当な切削マシンにより形成される。
【００５２】
歯面間ギャップを完全に形成するためには、本発明によれば、ワークピースに対して、決定可能な位置に、歯車システムの幅方向に半径方向成分を設定し、十分な半径方向の深さまで下方に切り込むだけで十分である。半径方向の切込みの位置は、母線の位置から特定されることが好ましい。
【００５３】
本発明によれば、すべての実施形態において、従来の切削方法に比較して、実質的に好ましい切削条件で最初の切削工程を行うことができる。すなわち、切削ツールの寿命を相当に改善することができ、とりわけ切削ツールが突如壊れるということを防止することができる。
【００５４】
本発明によれば、半径方向の設定移動に起因して、切削ツールがワークピースに最初に接触するポイントは、切削ツールの切削端面における実効すくい角をほぼ０°とすることにより実現することができる。
【００５５】
本発明によれば、切削ツールがワークピースに最初に接触するポイントは、ワークピース前面と後方領域の間の移行領域に直接的に配置することが好ましい。
【００５６】
本発明によれば、切削ツールが供給移動方向にワークピースの被切削材料を貫通するように移動し始めるポイントは、母線の位置を考慮して特定することが好ましい。一般的な切削加工の際、被切削材料は母線の後方においてのみ切削されるので、軸方向の供給移動を短くするためには、切削加工されるワークピースの前面から所定距離だけ離した位置に仮想的な母線を配置する。これによる効果として、このように母線を配置することにより、加工時間を短縮することができる。
【００５７】
さらに、ギャップを完全に形成した直後、半径方向に取り出すことができる。被切削材料の母線がワークヒースに残ったとき、ギャップを完全に形成することができる。一般に、半径方向の取り出しによる好ましい効果として、加工時間を短縮することができる。
【００５８】
切削ツールの回転軸は、少なくとも切込み工程および切削工程において、ワークヒースの回転軸に対してねじれた位置に配置され、交角Σはゼロではない。
【００５９】
さらに切削ツールは、少なくとも切込み工程および切削工程において、ワークピースに向かう方向に、あるいはワークピースから離れる方向に傾斜させてもよく、好適には、ゼロではない傾斜角（すなわち、ねじれ角）δで表すことができる。
【００６０】
ねじれ角δの絶対値は、好適には２°〜４５°であり、さらに好適には５°〜３０°である。
【００６１】
修正切込み方法において、この方法は、連続的な切込み方法の事前工程において採用される。この切込み工程は、同様に連続的で切削加工するものである。
【００６２】
好適には、表面研磨カッターヘッドツールとは実質的に異なる、ピーリング歯車などのすべての実施形態おいて、切削ツールが用いられる。
【００６３】
本発明によれば、切削ツールは、ピーリング歯車などのツール部分を有し、そのツール部分は切削部分を有し、その切削部分は、斜め外側に突出した切削歯面として形成された切削端面を有する。
【００６４】
本発明によれば、切削ツールは、ピーリング歯車などのツール部分を有し、その切削部分は、形成カッター（generating cutter）の形状、好適には、ディスク型カッター、シャンク型カッター、または深穴型カッター（deep counterbore cutter、たとえばDIN 3972 DIN 5480）を有する。
【００６５】
本発明に係るピーリング歯車のような切削ツールは、いわゆる大規模ツールとして設計され、こうしたツールは実質的に一体的に構成されるか、あるいは好適にはバー・カッターの態様でカッターカートリッジを備えたカッターベース本体部を有するカッターヘッドツール（バー・カッター・切削ツール）として構成されたものである。
【００６６】
本発明によれば、すべての実施形態において、切削ツールは、いわゆる構造的なレリーフ角を有することが好ましい。すなわちレリーフ角は、運動力学を考慮して、切削ツールの形状に基づいて事前に設定される。
【００６７】
上述の、およびクレームに記載された修正切込み方法は、きわめて広範な歯車システムおよび他の周期的に反復する構造体に適用することができる。
【００６８】
本発明は、従来式の軸方向切込み方法に比して、数多くの利点を有し、その利点について要約すると以下のとおりである。
・切削状態の改善
・（特に、カッターヘッドにおける）実効すくい角の改善
・ツールの摩滅の低減
・ツールの高寿命化
・ツールの低コスト化
・ツールの突然の故障の防止
・費用対効果の改善
【００６９】
本発明に係る方法は、ドライ加工およびウェット加工の両方において実施することができる。
【００７０】
この修正切込み方法は、外側歯車システムの製造において採用できるだけでなく、内側歯車システムの製造においても同様に採用できる
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】図１は、切削加工の際、外側歯車システムを有するワークピースに接触する円筒状の外形を有する歯車の製造工程を示す概略図である。
【図２Ａ】図２Ａは、切削加工の際、外側歯車システムを有するワークピースに接触する円筒状の外形を有する直線歯面を有する切削歯車を示す概略図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、切削加工の際、外側歯車システムを有するワークピースに接触する円錐状の外形を有する螺旋歯面を有する切削歯車を示す概略図である。
【図３】図３は、国際特許出願公開第2010/060733号に記載された歯溝フェーズアウト形状（phasing out profile）の概略図である。
【図４Ａ】図４Ａは、外側歯車システムを有するワークピースを切削加工する際における、円錐状の切削ツールの軸交差の概略的投影図（接触平面の投影図）であって、軸交差は事前に設定されている。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図４Ａに示す円錐状の切削ツールおよびワークピースの概略的投影図（接触平面の側方投影図）である。
【図５】図５は、外側歯車システムを有するワークピースを切削加工する際における、別の円錐状の切削ツールの概略図であって、切削ツールがワークピースに対して傾いていないものである。
【図６Ａ】図６Ａは、外側歯車システムを有するワークピースを切削加工する際における、円錐状の切削ツールの軸交差の概略的投影図であって、切削ツールはワークピースから離れる方向に微小角度だけ捻れており、切削面がずれている。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図６Ａに示す円錐状の切削ツールおよびワークピースの概略的側方投影図である。
【図７Ａ】図７Ａは、外側歯車システムを有するワークピースを切削加工する際における、別の円錐状の切削ツールの軸交差の側方投影図であって、切削ツールはワークピースから離れる方向に微小角度だけ捻れており、切削面がずれている。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａに示す円錐状の切削ツールおよびワークピースの概略的側方投影図であって、これらの接触面を示す。
【図８Ａ】図８Ａは、ワークピースの被切削材料内にある切削ツールの切削歯面が相対移動する際の第１段階を示すシミュレーション結果である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、  図８Ｂは、第２段階のシミュレーション結果を示し、切削ツールの切削歯が、図８Ａに示す状態に対してワークピースの被切削材料内において、切削方向の左側へ所定の距離だけ移動したときの様子を示す。
【図８Ｃ】図８Ｃは、第３段階のシミュレーション結果を示し、切削ツールの切削歯が、図８Ｂに示す状態に対してワークピースの被切削材料内において、切削方向の左側へ所定の距離だけさらに移動したときの様子を示す。
【図９】図９は、複数の歯車歯と歯面ギャップとを有するワークピースの一部を示し、図８Ａ〜図８Ｃに係るトラフは、歯面ギャップを貫通するように進む。
【図１０】図１０は、ワークピースの一部の側面図であり、軸方向に切込み移動するトラフを相当に概略化した態様で示すものである。
【図１１Ａ】図１１Ａは、ワークピースの一部の側面図であり、本発明により半径方向に切込み移動するトラフを相当に概略化した態様で示すものである。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、図１１Ａに示すワークピースの一部の平面図であり、本発明により半径方向に切込み移動するトラフの配置位置を相当に概略化した態様で示すものである。
【図１２Ａ】図１２Ａは、ワークピースの一部の側面図であり、設定挿入および切込み工程を相当に概略化した態様で示すものである。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、ワークピースの一部の側面図であり、設定挿入および切込み工程を相当に概略化した態様で示すものである。
【図１３Ａ】図１３Ａは、バー・カッターの切削端面とともに、トラフを相当に概略化した態様で示すものであり、この瞬間では、すくい角はほぼ０°であることを示す。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、バー・カッターの切削端面とともに、トラフを相当に概略化した態様で示すものであり、この瞬間では、すくい角は明らかに負の値となっていることを示す。
【図１４】図１４は、ワークピースの一部の平面図であり、歯面ギャップを貫通して進むトラフの位置を相当に概略化した態様で示すものである。
【図１５】図１５は、切削工程中のワークピースの一部を示し、切削ツール（図示せず）の切削歯を有するバー・カッターが歯面ギャップ内で案内される様子を示す。
【図１６】図１６は、本発明に係るバー・カッター切削ツールを用いて切削加工する際の、内側歯車システムを有する円筒状ワークピースを示す斜視図である。
【図１７】図１７は、本発明に係る切削ホイールとして大規模ツールを用いて切削加工する際の、内側歯車システムを有する円筒状ワークピースを示す斜視図である。
【図１８】図１８は、内側歯車システムを有するワークピースの歯車システムのための切削ツールを有する装置を相当に概略化した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００７２】
実施形態に係る後述の実施例において、本発明のさらなる詳細および利点について説明する。すべての概略図において、簡略化するために、ワークピースおよび切削ツールは、回転円にある（または回転円筒体上のワークピースにある）状況として表される。図示された条件は、厚み（高さ）を有する歯を含む全体的な歯車システムのためのものである。
【００７３】
本願明細書の文脈において、関連する文献および特許公報で用いられる用語を用いる。ただしこれらの用語は、より十分に理解するためにのみ用いられるものである。クレームの発明的アイデアおよび保護範囲は、選択的に用いられた用語により限定されるものではないことに留意されたい。本発明は、特段の苦労なく、他の技術システムおよび／または技術領域に適用することができる。他の技術的領域においては、これらの用語は当該技術的領域に呼応して用いられる必要がある。
【００７４】
回転対称的で周期的な構造体は、たとえば内側歯車システムおよび／または外側歯車システムを有するギアホイール（歯車）である。ただし、たとえばブレーキディスク、クラッチ、またはギア部品などにも関連し得る。切削ツールは、ピニオンシャフト、ワームギア、環状ギア、歯車ポンプ、継手リングジョイント・ハブ（自動車産業で用いられる継手リングジョイントは、差動装置から車輪に力を伝達するためのものである。）、スプライン・シャフト連結器、スライド・スリーブ、ベルト・プーリなどを作製する上で、とりわけ好ましい。周期的な構造体は周期的に反復する構造体も含む。
【００７５】
以下において、主として、ギアホイール（歯車）、歯面、および歯面間ギャップ（teeth and tooth gaps）について説明する。ただし上述のとおり、本発明は、さまざまな周期的構造体を含む他の構成部品において採用することができる。これらの他の構成部品の場合、たとえばスロットまたは溝以外には、歯面間ギャップは関係がない。
【００７６】
本発明は、冒頭で説明したような研究およびシミュレーションの結果を利用するものである。本発明によれば、図１１Ａに示すように、相当に半径方向に移動する部品を用いて、切り込み（infeed）が行われる。これまで軸方向に切り込む際に生じていた問題であって、半径方向に面して切り込むようにしたことにより、切削ツール１００が最初にワークピース５０に当接する際に生じる問題を回避することができる。
【００７７】
半径方向の切り込みが、図１１Ａにおいて矢印Ａで図示されている。
【００７８】
本発明は、いわゆる修正切込方法に関するものであり、切削ツール１００およびワークピース５０が相対的に移動し、切削ツール１００は、最初にワークピース５０に接触する際、ほぼ０度の実効的なすくい角が切削ツール１００の切削歯に形成されるように延びている。これを実現するためには、設定時の移動の際の少なくとも最後の段階が、図１２Ａに示すように、本質的に半径方向の設定時移動ベクトル（→Ａ１）であることに特徴がある（上記のように本願明細書において、便宜上、ベクトルＡを以下「→Ａ」と表記する。）。これを実現するために、設定時の移動の少なくとも最後の段階が、本質的に半径方向の設定移動（→Ａ１）として特徴付けられる。本発明によれば、半径方向の押し込みまたは切り込み移動（→Ａ２）が半径方向の設定移動（→Ａ１）の後に続く。半径方向の押し込みまたは切り込み移動（→Ａ２）の際、切削ツールの端面は、ワークピース５０の部材内に突っ込む。
【００７９】
図１２Ａは、半径方向の切り込み（→Ａ）が２つの部分的な移動（→Ａ１）および（→Ａ２）からなることを概略的に図示しており、図示の場合、部分的な移動（→Ａ１）および（→Ａ２）の両方は、純粋に半径方向に向かっている。２つの部分的な移動（→Ａ１）および（→Ａ２）を足し合わせるとベクトル（→Ａ）が得られる。純粋に半径方向の移動は、ワークピース５０の回転軸Ｒ２に対して垂直であるので、これらの移動はワークピース５０の前面５４に対して平行に延びる。
【００８０】
図１２Ｂは、半径方向の切り込み（→Ａ）が２つの部分的な移動（→Ａ１）および（→Ａ２）からなることを概略的に図示しており、図示の場合、実質的な半径方向の成分と微小な軸方向成分とを有する。同様に、２つの部分的な移動（→Ａ１）および（→Ａ２）を足し合わせるとベクトル（→Ａ）が得られる。
【００８１】
２つの部分的な移動（→Ａ１）および（→Ａ２）は、同一の方向を有していてもよいし（たとえば図１２Ａ参照）、若干異なった方向を有するものであってもよい（たとえば図１２Ｂ参照）。
【００８２】
図１３Ａは、相当に図案化したトラフ８０＊（容器、溝）、およびバー・カッター（棒切盤）１２０の切削歯１１１を示す概略図であり、図示された瞬間におけるヘッド切削歯における実効すくい角γＳは、ほぼゼロである。投影された図面において、実効すくい角γＳは、切削歯１１０の切削面５３と、切削面５３およびトラフ８０＊の間の接触ポイントにある垂線Ｎ１との間の角度と同等となるように選択される。図１３Ａにおいて、この垂線Ｎ１は、切削面５３のほぼ平面内に配置される。図１３Ａは、切削ツール１００および切削ツール１００の切削歯１１０がワークピース５０，７０に最初に接触した瞬間を示す。最初に接触したポイントは、トラフ８０＊の最も深いポイントＴＰにほぼ一致する。ところで母線（generation line）８２は、常に、トラフ８０＊の最も深いポイントＴＰを通る。
【００８３】
図１１Ａおよび図１１Ｂ、それ以降の図面におけるトラフ８０＊は、意図的に鏡面対称的に図示される。しかし実際には、たとえば傾斜角δがゼロではないとき、トラフ８０＊は非対称的形状を有する。
【００８４】
図１３Ｂは、相当に図案化したトラフ８０＊、およびバー・カッター１２０の切削歯１１１を示す概略図であり、図示された瞬間におけるヘッド切削歯における実効すくい角γＳは、明らかに負の値である。図１３Ｂにおいて、垂線Ｎ１は切削面５３の平面上に配置されないので見えない。例示的で相当に図案化した図１３Ａおよび図１３Ｂから明らかなように、実効すくい角γＳは、切削方向ＳＲに切削歯１１１が前進するにつれて、よりいっそう大きい負の値となる。
【００８５】
軸方向の供給移動が回転軸（すなわち図１４に示す供給方向ＶＲ）に平行となるまで、母線８２がワークピース５０の材料の外側に配置されるように、ワークピース５０に対する２つの部分的な移動（→Ａ１）および（→Ａ２）が行われることが重要である。さらに、切削ツールおよびワークピース５０の間で最初に接触が、ほぼ０度の実効すくい角γＳで起こるように、第１の部分的移動（→Ａ１）の向きが設定されることに留意すべきである。最初の接触の際の軸方向の移動成分があまりにも大きいとき、この条件はいくつかの状況において充足せず、対応する切削歯に対する急激な強い衝撃負荷が生じる場合がある。
【００８６】
本発明によれば、合成ベクトル（→Ａ）と回転軸上の垂線との間の実効角ρは、常に鋭角である。
【００８７】
すべての実施形態において、実効角ρの絶対値は０度〜３０度であることが好ましい。
【００８８】
すべての実施形態において、最初に接触する瞬間の実効すくい角γＳは０度〜５度であることが好ましい。
【００８９】
冒頭で上述したように、第１の回転軸Ｒ１の周りにおける切削ツール１００と、第２の回転軸Ｒ２の周りにおけるワークピース５０，７０の連動した回転移動を重ね合わせること、およびワークピース５０，７０に対する切削ツール１００の直線的軸方向の移動により、図１１Ａ，図１１Ｂ，図１２Ａ，図１２Ｂに示すように、切削面１１１の軌道全体を形成するときにトラフまたはハッチ形状を構成する。対応のトラフは、これらの図面において参照符号８０で図示されている。
【００９０】
このトラフ８０は、ワークピース５０，７０のギャップ５２における切削歯１１１の１つの係合に対して、このギャップ５２に配置された切削歯１１０の切削歯の軌道ポイントの全体から形成される。さらなる切削歯１１１が連続して係合すると（これは、切削ツール１００の同一または別の切削歯１１０であってもよい。）、そして軸方向の供給およびギャップ５２における軸方向の差動供給に起因して位置ずれした、１つのトラフが形成される。こうしてトラフ８０は、切削加工において、ワークピース５０の被切削部材の中を（少なくとも垂直方向に）段階的に進む。母線８２は、２つのトラフの重なり部分の範囲を互いに対して区切り、トラフの位置は、切削ツールの直接的な連続する２つの係合の間の移動分だけ異なる。すなわち母線８２は、２つのトラフの交差曲線を特徴付けるものである。無限に小さい軸方向の移動に対して、この交差曲線は、いわゆる母線に対応するものである。全体的な歯面ギャップ５２は、ワークピース５０の被切削部材の中を切削方向に進む母線の集合であるとも考えることができる。
【００９１】
本発明によれば、切削歯１１１および切削歯の相対的な軌跡が軸からの距離によって変化するため、トラフ８０の形状および大きさは半径方向の切り込みの間に変化する。この態様は、図１１Ａ，図１１Ｂ，図１２Ａ，図１２Ｂ，図１３Ａ，図１３Ｂにおいては無視されている。より十分に特定するために、トラフは、本発明に係る切込方法においては、参照符号８０＊を付する。従来式の軸方向の切込方法においては、図１０に示すように、実際常に同様なものである。
【００９２】
半径方向の切込加工の際、トラフ８０＊は、ワークピース５０に対して主に半径方向の移動の際、トラフ・ヘッディングの底部、好適にはトラフ８０の最も深いポイントＴＰで案内されている。（第１の部分的移動（→Ａ１）と、その後の切込移動（→Ａ２）とからなる）設定に関するこの新規な態様により、切削ツール１００の切削歯が、−１５度〜−３０度の明らかに負のすくい角、または−３０度もしくはそれ以下の負のすくい角で、ワークピース５０の被切削部材内に押し込まれることを回避することができる。本発明により回避されるトラフ８０＊の上記範囲は、図１１Ａ，図１１Ｂ，図１２Ｂ，図１３Ａ，図１３Ｂにおいては、太い曲線ライン８１を用いて簡略化して簡潔に図示している。実際には、トラフ８０＊は、ワークピース５０，７０の被切削部材の中により深くスライド移動して、曲線ライン８１の関連領域は、完全な切込深さに至るまでより増大する。従来式の軸方向切込加工においては、曲線ライン８１の関連領域は、トラフの境界８３から増大し始めるが、本発明に係る半径方向の切込加工によれば、曲線ライン８１は、トラフの底部（トラフ８０＊の最も深いところ）からトラフの境界８３の方向へ増大し始める。
【００９３】
本発明によれば、歯面ギャップを完全に形成するためには、特定可能な切込位置ＥＰにおいて歯車システムの歯面幅に沿って、軸方向ではなく、図１１Ａに示すように、半径方向に切込み移動させることで足りる。切込位置ＥＰは、母線８２の位置で特定することが好ましく、図１１Ａ，図１１Ｂ，図１２Ａ，図１２Ｂ，図１４においては、母線８２は１つのラインで図示されている。図１１Ｂにおいて、最初に接触する瞬間のトラフ８０＊の最も深いポイントＴＰがワークピース５０または７０の被切削部材のわずかに外側にあることが図示されている。この瞬間において、トラフ８０＊の最も深いポイントＴＰは、ワークピース５０または７０の前側端面５４の前面に直接的に配置されている。
【００９４】
すなわち本発明によれば、最初にチップ切除は、従来式の切削加工方法に比して、明らかに、より好ましいチップ切削状態で行われる。
【００９５】
切削加工は複雑なプロセスを有するが、トラフ８０に基づいて図示したように、切削ツール１００の切削歯における切削状態は常に変化する。本発明によれば、最初の接触時や切込み工程の最初の段階（「押込み工程（plunging）」という）において、トラフ８０の断面ができるだけ回避されるように、相対的に移動シーケンスが最適化される。
【００９６】
すなわち一方では、切削ツール１００が最初にワークピース５０に接触するとき、領域８１の回避が適用され、上述のように、適当な第１の部分移動（→Ａ１）により、明らかに半径方向にライン形成される。
【００９７】
他方では、歯面ギャップ５２に対する十分な切込みすなわち押込み工程の際も同様に、際立った、または大きな負のすくい角で、切削ツールがワークピース５０の被切削部材に入らないように注意する必要がある。その理由については、第２の部分的移動（→Ａ２）が選択されると、押込み加工の端部で中間位置が達成され、この位置で母線８２が形成すべきギャップ５２の外側になるように第２の部分的移動（→Ａ２）が行われる（図１１Ｂと同様）。
【００９８】
好適には、２つの部分的移動（→Ａ１）および（→Ａ２）を行っている際、不適当なチップ切削状況を回避し、ギャップ５２に対する適正な切削加工が開始される前に、正確な中間位置に到達するように、装置のＣＮＣ制御移動を決定するために、この目的のためのポイントに対する正確な計算が行われる。
【００９９】
図１４は、ワークピース５０の一部分を上から見たときの図であり、歯面ギャップ５２を形成している間、トラフ８０の状態をきわめて簡便な形態で図示したものである。すなわち図１４は、適正な切削加工を示し、その後に修正された切込み手法が続く。図１４に基づいて、供給方向ＶＲ、切削方向ＳＲ、切削歯１１１、および図案化した形態の切削面を認識することができる。供給方向ＶＲは、ギャップの方向に延び、軸方向供給と、これに関連するワークピース５０の差動供給とからなる。切削方向ＳＲは、供給方向ＶＲとは鋭角をなす。トラフ８０のライン８２は、上記のように、第２の切削軌跡の領域から第１の切削軌跡の領域を分離する。つまり、このライン８２は、先に説明したように母線に対応するものである。図１４から明らかなように、上記のとおり、切削歯１１１の切削ツール端面は、形成すべきギャップ５２を貫通して移動する際、トラフ形状表面８０を構成し、設定時および押込時において、本発明に係るチップのチップ形成が始まり、トラフポイントまで続くので、切削ツール１１１における押込み工程を実行する間、負のまたは少しばかりの負の逃げ角が当初から形成されず、際立ったまたは実質的な負の逃げ角が形成されない。
【０１００】
図１５は、切削加工中のワークピース５０の一部を示すものであり、これにより切削歯１１１を有するバー・カッター（bar cutter）１２が歯面ギャップ５２の中で案内される様子を認識することができる。図１５に示す切削ツール１００（バー・カッター切削加工ホイール１００という。）は、複数のバー・カッター１２０を受容するベース本体部を有する。ただし、ここでは、ただ１つのバー・カッター１２０を図示する。
【０１０１】
図１６は、バー・カッター切削加工ホイール１００を用いて、本発明に係る切削加工方法による、内側歯面を有する円筒形状のワークピース７０を示す斜視図である。図１６ではバー・カッター１２０のみを示す。バー・カッターが突出するベース本体部については省略している。ここでバー・カッター１２０は、図示しないベース本体部において、円錐状に配置されている。
【０１０２】
図１７は、切削加工ホイールとして大規模ツール（massive tool）１００を用いて、本発明に係る切削加工方法による、内側歯面を有する別の円筒形状のワークピース７０を示す斜視図である。切削加工ホイール１００は、図示のような複数の切削歯１１１を有する。切削加工ホイール１００は一体に構成されることが好ましく、すなわち複数の切削歯１１１は、ディスク状ベース本体部の固定部品である。
【０１０３】
以下の段落において、本発明に係る切削加工についてより詳細に説明する。
【０１０４】
原理的には、切削ツール１００とワークピース５０，７０との間の相対的な移動により、形成螺旋ギア伝達装置とも呼ばれる、螺旋ギア伝達装置を作製することができる。螺旋ギア伝達装置は、空間的なギア伝達装置である。
【０１０５】
したがって、切削加工方法の基本設計は、いわゆる計算ポイントＡＰ（図２Ｂを参照されたい。）において、ギア伝達装置の設計として行われる。基本設計という用語は、切削ツール１００およびワークピース５０，７０の空間的構成の定義および移動（運動力学）、ならびに例えば直径および傾斜角（基本的なツール構成）などの切削ツール１００構造的な基本特性をも意味するものと理解される。
【０１０６】
計算ポイントＡＰにおいて、構造的および運動力学的な係合状態（engagement condition）は、可能な限り最適化される。係合状態は、計算ポイントＡＰからの距離が増大するほど変化する。この点に関し、切削加工はきわめて複雑な方法であり、切削加工端面が移動するとき、係合状態は連続的に変化する。しかし、変化する係合状態は、計算ポイントＡＰにおいて、係合状態を介して意図的に影響を与えることができる。
【０１０７】
したがって、計算ポイントＡＰにおける係合状態の正確な設計は、切削加工プロセスの設計において本質的な意義を有する。
【０１０８】
軸構成に関する用語：
軸構成を定義するために必要な用語がいくつかある。以下の表において、これらの用語を記述する。
【０１０９】
［表１］
2013000882.tif 000004
【０１１０】
［表２］
2013000882.tif 000005
【０１１１】
［表３］
2013000882.tif 000006
【０１１２】
切削ツールとワークピースの接触に関する用語：
【０１１３】
切削ツール１００とワークピース５０，７０の間の接触を記述するために必要な用語がいくつかある。次の表において、これらの用語を記述する。
【０１１４】
［表４］
2013000882.tif 000007
【０１１５】
［表５］
2013000882.tif 000008
【０１１６】
［表６］
2013000882.tif 000009
【０１１７】
［表７］
2013000882.tif 000010
【０１１８】
［表８］
2013000882.tif 000011
【０１１９】
［表９］
2013000882.tif 000012
【０１２０】
［表１０］
2013000882.tif 000013
【０１２１】
［表１１］
2013000882.tif 000014
【０１２２】
［表１２］
2013000882.tif 000015
【０１２３】
［表１３］
2013000882.tif 000016
【０１２４】
［表１４］
2013000882.tif 000017
【０１２５】
さらなる投影：
本発明を説明するために用いられるいくつかの投影がある。これらの投影は、以下の表で説明する。
【０１２６】
［表１５］
2013000882.tif 000018
【０１２７】
［表１６］
2013000882.tif 000019
【０１２８】
次式［１］は、非平面歯車システムに関する回転軸Ｒ１，Ｒ２の空間的構成を記述する角度関係を規定するものであり、個々のパラメータを変換する上で重要なものである。
【０１２９】
【数２】
2013000882.tif 000020
【０１３０】
この一般化された構成において、軸の交角Σは、軸の実効交角Σｅｆｆと傾斜角δに分解され、軸の実効交角Σｅｆｆは、回転切削ツール１００と回転するワークピース５０，７０との間の相対的な切削動作の形成を決定する量である。平坦な歯車システムに関し、軸の実効交角Σｅｆｆと傾斜角δは明確に定義されるが、上式［１］の関係は維持されない。
【０１３１】
本発明によれば、傾斜角δは、予め記述することができ、その絶対値は０度とは異なり、ツール基準平面すなわち切削ツール１００の接触平面に対する傾き（２つの速度ベクトル（→ｖ２），（→ｖ１）がなすものであるが）は、負または正の値となる。したがって、本発明に関し、切削ツール１００の傾斜（または傾き）がワークピース５０，７０に近づく傾斜、またはワークピース５０，７０から遠ざかる傾斜ということがある。ただし、この近づく傾斜または遠ざかる傾斜は任意的なものである。
【０１３２】
好適は、すべての実施形態において、軸の実効交角Σｅｆｆは、次の範囲に含まれる。
−６０°≦Σｅｆｆ＜０、かつ０≦Σｅｆｆ＜６０°
【０１３３】
本発明によれば、いわゆる修正切込方法に関するが、ワークピース５０，７０の切削加工に関連して用いられるものであり、この切削加工において、切削ツール１００を用いて、ワークピース５０，７０に、外側歯車システムおよび内側歯車システムなどの回転対称的な周期的構造物を製造することができる。図１１、図１２Ａ、および図１２Ｂに示すように、修正切込方法は、とりわけ以下のステップを同時に協働した手法で実行することに特徴がある。この修正切込方法は、
・切削ツール１００を第１の回転軸Ｒ１の周りで回転させ、これに連動してワークピース５０，７０を第２の回転軸Ｒ２の周りで回転させ、
・切削ツール１００をワークピース５０，７０の方向の第１の半径方向移動成分により設定し、
・切削ツール１００をワークピース５０，７０の方向の第２の半径方向移動成分により、好適には十分な深さまで切込み、少なくとも切込み時には、第１の回転軸Ｒ１は、第２の回転軸Ｒ２に対して捩れて（skew）延び、２つの回転軸Ｒ１，Ｒ２は、互いに対して捩れた状態で配置される。
【０１３４】
その後、回転する切削ツール１００を切込み方向ＶＲに相対的に供給移動させて、切削加工する間も含めて、回転するワークピース５０，７０に対し十分な深さ到達したところから開始し、第１の回転軸Ｒ１は、第２の回転軸Ｒ２に対して捩れて延び、２つの回転軸Ｒ１，Ｒ２は、互いに対して捩れた位置に配置される。
【０１３５】
好適には、少なくとも切込みの際には、負または正の傾斜角δが記述される。
【０１３６】
本発明によれば、すべての実施形態において、図１５、図１６、および図１７に示すように、切削ツール１００は、外側に突出した切削歯１１１の形態に形成された切削歯を含む切削歯を有する。切削歯１１１の切削歯は、傾斜した切削ツール１００の前面に実質的に関連して形成されている。
【０１３７】
本発明によれば、すべての実施形態において、切削ツール１００は、ディスク型形成カッタ、シャンク型（shank-type）形成カッタ、深カウンタボア型形成カッタ（たとえばDIN 3972，DIN 5480）などのさまざまな形成カッタを有する。すべての実施形態において、図１８に示すように、切削ツール１００と適正ツールスピンドル１７０の間に、アダプタ要素を配置することができる。
【０１３８】
好適には、すべとの実施形態において、切削ツール１００は、円筒形のシェル形状を有するか、または切削ツール１００とワークピース５０，７０との間の衝突を回避するように設計された衝突外形を有するベース形状を有する。
【０１３９】
図１７に図示された切削ツール１００は、形成カッタの形状を有するものである。ここでは大規模なツールに関し、切削歯１１１は切削ツール１００の一部をなすものである。ここで切削ツール１００は、２５本の切削歯１１１を有し、そのうちの１つの切削歯が図１７に符号を付して図示されている。切削ツール１００のベース本体部は、円錐台状ディスクまたは円錐台状プレートの形状を有する。
【０１４０】
所望するレリーフ（起伏）角度を規定することに起因した運動学的な態様および条件の他、同様に、ワークピース５０，７０との整合性が重要な役割を果たす。フット円より大きい直径を有する一部が歯車システムまたは周期的構造物に追随し、歯車システムまたは別の周期的構造物の生産において、小さい切込みまたはオーバーランを許容する、ワークピース５０，７０が常に存在する。ここで図１１に示す半径方向の切込みの際、軸方向の設定または国際特許出願公開第WO 2010/060733 A1に記載された重畳設定において、切込み領域のスペースをより小さくすることが要求されているため、本発明に係る方法は、特に有用に採用することができる。同様に、本発明は、小さいオーバーランのみを許容するワークピースに採用することができる。この場合、切削ツール１００は、歯面間ギャップの最終形状に達した後に、半径方向に直接的に引き戻される。
【０１４１】
マシン２００は、本発明に係る一連の設定、切込み、および切削加工を行うために設計されたものであり、軸Ｒ１，Ｒ２の連動操作、すなわち軸の動作の調整を実現するためのＣＮＣ制御ユニット２０１を有する。ＣＮＣ制御ユニット２０１は、マシン２００の一部分であり、外部から操作することができ、マシン２００との固有の通信接続２０２を可能にするように設計されている。こうしたマシン２００は、いわゆる「電気式歯車列（ギアトレイン：electronic gear train）」、すなわち「電気式または固有制御軸連結（electronic or control-specific coupling of axes）」を備え、内側歯面を含むパワー切削加工されたワークピース７０に対して切削ツール１００を相対的に移動させることを可能にするものである。切削ツール１００とワークピース７０とは連動し、作製段階において、切削ツール１００とワークピース７０とが相対的に移動することができ、これは螺旋ギア伝達装置の相対的な移動に対応するものである。電気式歯車列すなわち電気式または固有制御軸連結は、マシン２００の少なくとも２つの軸の回転速度を同調させるものである。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と連結される。さらに、好適にはすべての実施形態において、ワークピーススピンドル１７０の回転軸Ｒ２は、方向Ｒ２の軸方向の供給と連結している。直線供給部２０３の垂直方向の直線的移動は、図１８の双方向矢印２０４で図示されている。さらにワークピーススピンドル１８０は、プレート２０５とともに、双方向矢印２０７で示すように、スイベル軸ＳＡに対して平行にかつ直線的に移動することができる。回転軸Ｒ２に平行に軸方向供給（軸方向移動：axial feed）が行われ、この軸方向移動は、直線的供給（垂直方向移動：linear feed）で形成される垂直移動成分２０４と、直線的移動（水平方向移動：linear movement）で形成される水平移動成分２０８とに分解される。さらにプレート２０５は、ワークピーススピンドル１７０およびワークピース７０とともに、双方向矢印２０７で示すように、スイベル軸ＳＡの周りに回転することができる。
【０１４２】
好適には、図１８に示すような垂直的に配置構成されたマシン２００が用いられる。こうした垂直的配置構成において、ワークピーススピンドル１７０とともに切削ツール１００が、ワークピーススピンドル１７０とともにワークピース５０，７０の上方に設置されるか、その逆である。切込み工程および切削工程の間に形成されたチップは、重力の作用により下方へ落下するが、図示しないチップボードの上方などに取り出されるようにしてもよい。
【０１４３】
さらにマシン２００は、本発明に係る修正設定切込方法のために設計されたものであり、正確に複雑な形状を有する運動力学的マシンの設定および軸の移動を実現するものである。好適には、すべての実施形態において、マシンは６つの軸を有する。そのうちの５つの軸についてはすでに説明した。６番目の軸として、ワークピース５０，７０に対する切削ツール１００の直線的相対的移動を可能にする軸が考えられる。この直線的相対的移動は、双方向矢印２０８で示されている。
【０１４４】
すべての実施形態において、修正切込方法は、乾燥式または湿潤式に採用することができるが、この修正設定切込方法は乾燥式切削加工に利用されることが好ましい。
【０１４５】
修正切込方法の用途範囲は広範であり、きわめて広範な態様を有する回転対称周期構造物を生産する用途に採用することができる。
【符号の説明】
【０１４６】
１：      切削ツール
２：      ワークピース
４：      歯面ヘッド
５：      歯面ブレスト
６：      切削歯
６．１：  切削歯面
７：      歯面溝
８：      ワークピース
９：      領域
１０：    切削ツール
１１：    トラフ、ハッチ
１２：    母線、形成ライン
１３：    重要領域
２０：    切削後のワークピース
２１：    歯面
２２：    歯面間ギャップ
２３：    前側面
５０：    切削後のワークピース
５１：    歯面
５２：    歯面間ギャップ
５３：    チップ
５４：    前側面
７０：    （内側に歯面を形成した切削後の）ワークピース
８０＊：  トラフ、ハッチ
８１：    重要領域
８２：    重要領域
８３：    トラフ端面
１００：  切削ツール
１１１：  切削歯
１２０：  バー・カッター
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制御ユニット
２０２：  固有の通信接続
２０３：  直線供給部
２０４：  垂直移動成分
２０５：  プレート
２０６：  直線的シフト移動
２０７：  回転移動
２０８：  直線的相対移動成分
αｋＩ：    ヘッドカッタのリリーフ角
αｋ０：    構造的リリーフ角
Ａ：      半径方向供給（半径方向移動）
→Ａ：    半径方向供給ベクトル（半径方向移動ベクトル）
→Ａ１：  第１の部分移動ベクトル（設定移動ベクトル）
→Ａ２：  第２の部分移動ベクトル（押込みまたは切込み移動ベクトル）
ＡＫ：    交角
ＡＰ：    計算ポイント
ＢＰ：    接触ポイント
β１：    ツールの傾斜角
β２：    ワークピースの傾斜角
δ：      傾斜角
ｄＷ２：    ローリング円
ＥＰ：    供給位置
→ｎ：    接触平面垂線ベクトル
ｎ１：    ツールの回転速度
ｎ２：    ワークピースの回転速度
Ｎ１：    垂線
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）
→ｒ１：  ツールの接触半径ベクトル
→ｒ２：ワークピースの接触半径ベクトル
ρ：    鋭角
ＳＡ：  スイベル角
Ｓｈｘ：  ストローク動作
Ｓａｘ：  軸方向供給
ＳＤ：  差動供給
Ｓｒａｄ：半径方向供給
ＳＲ：  切削方向
Σｅｆｆ：実効交角
Σ：    軸の交角
ＴＰ：  最深ポイント
ｖｃ：  切削速度の絶対値
→ｖｃ：切削速度ベクトル
ｖ１：  速度ベクトルの絶対値
→ｖ１：切削ツールの速度ベクトル
ｖ２：  ワークピースの速度ベクトルの絶対値
→ｖ２：ワークピースの速度ベクトル
ＶＲ：  供給方向
ω１：  Ｒ１の周りの回転
ω２：  Ｒ２の周りの回転
ＺＢ：  軸方向供給
【図１】
2013000882.tif 000021
【図２Ａ】
2013000882.tif 000022
【図２Ｂ】
2013000882.tif 000023
【図３】
2013000882.tif 000024
【図４Ａ】
2013000882.tif 000025
【図４Ｂ】
2013000882.tif 000026
【図５】
2013000882.tif 000027
【図６Ａ】
2013000882.tif 000028
【図６Ｂ】
2013000882.tif 000029
【図７Ａ】
2013000882.tif 000030
【図７Ｂ】
2013000882.tif 000031
【図８Ａ】
2013000882.tif 000032
【図８Ｂ】
2013000882.tif 000033
【図８Ｃ】
2013000882.tif 000034
【図９】
2013000882.tif 000035
【図１０】
2013000882.tif 000036
【図１１Ａ】
2013000882.tif 000037
【図１１Ｂ】
2013000882.tif 000038
【図１２Ａ】
2013000882.tif 000039
【図１２Ｂ】
2013000882.tif 000040
【図１３Ａ】
2013000882.tif 000041
【図１３Ｂ】
2013000882.tif 000042
【図１４】
2013000882.tif 000043
【図１５】
2013000882.tif 000044
【図１６】
2013000882.tif 000045
【図１７】
2013000882.tif 000046
【図１８】
2013000882.tif 000047
【外国語明細書】
2013000882.tif 000048
2013000882.tif 000049
2013000882.tif 000050
2013000882.tif 000051
2013000882.tif 000052
2013000882.tif 000053
2013000882.tif 000054
2013000882.tif 000055
2013000882.tif 000056
2013000882.tif 000057
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2013000882.tif 000059
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