CN109803781B - 齿轮加工设备及齿轮加工方法 - Google Patents

Abstract

齿轮加工设备1通过在使齿切削工具42和工件W同步旋转的同时使齿切削工具42沿着工件W的旋转轴线的方向相对于工件W移动而在工件W中形成齿轮。工件旋转速度控制单元130和工具旋转速度控制单元140中的一者改变工件W和齿切削工具42中的一者的旋转速度，并且工件旋转速度控制单元130和工具旋转速度控制部140中的另一者使工件W和齿切削工具42中的另一者的旋转速度与工件W和齿切削工具42中的一者的旋转速度同步。

Description

齿轮加工设备及齿轮加工方法

技术领域

本发明涉及齿轮加工设备及齿轮加工方法。

背景技术

PL 1公开了一种用于在使工件和齿轮切削工具(切削机)同步旋转的同时在工件中形成齿轮的技术。

引用列表

专利文献

PL 1:JP-A-2012-171020

发明内容

技术问题

当通过齿轮切削工具在工件中形成齿轮时，如果齿轮切削工具的旋转速度增大或切削量增大，则在工件中趋于发生震颤振动。震颤振动通过齿轮切削工具的叶片的梢端与工件的周期性接触而被放大。相反，通过齿轮切削工具减小工件中的切削量可以减少震颤振动。然而，在这种情况下，齿轮加工所需的时间增加，从而导致加工效率的降低。

本发明的目的是提供既可以实现形成于工件上的加工表面的表面特征的改善又可以实现加工效率的提高的齿轮加工设备和齿轮加工方法。

解决问题的方案

根据本发明的齿轮加工设备是构造成通过在使切削工具和工件同步旋转的同时使齿轮切削工具沿着工件的旋转轴线的方向相对于工件移动而在工件中形成齿轮的齿轮加工设备。齿轮加工设备包括：配置成控制工件的旋转速度的工件旋转速度控制部，以及配置成控制齿轮切削工具的旋转速度的工具旋转速度控制部，其中，工件旋转速度控制部和工具旋转速度控制部中的一者改变工件和齿轮切削工具中的一者的旋转速度，工件旋转速度控制部和工具旋转速度控制部中的另一者使工件和齿轮切削工具中的另一者的旋转速度与工件和齿轮切削工具中的一者的旋转速度同步。

根据本发明的齿轮加工方法是用于通过在使切削工具和工件同步旋转的同时使齿轮切削工具沿着工件的旋转轴线的方向相对于工件移动而在工件中形成齿轮的齿轮加工方法。齿轮加工方法包括：用于改变工件的旋转速度的工件旋转速度设定步骤，以及用于使齿轮切削工具的旋转速度与通过工件旋转速度设定步骤设定的工件的旋转速度的变化同步地改变的工具旋转速度设定步骤。

根据本发明的齿轮加工设备和齿轮加工方法，当通过齿轮切削工具在工件上形成(创建)齿轮时，齿轮切削工具与工件的接触周期变得不规律。因此，与齿轮切削工具和工件的旋转速度恒定而没有变化的情况相比，产生于工件中的震颤振动的放大被抑制。所以，通过本齿轮加工设备和齿轮加工方法，齿轮切削工具相对于工件的切削量可以被设定为较大的值同时抑制了产生于工件W中的震颤振动的产生。因此，通过本齿轮加工设备和齿轮加工方法，既实现了形成于工件上的加工表面的表面特征(表面纹理、表面完整性)的改善又实现了加工效率的提高。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施方式的齿轮加工设备的立体图。

图2是以放大的比例示出固定至旋转主轴的齿轮切削工具的图。

图3是示出在执行刮削过程时齿轮切削工具和工件的动作的图。

图4是控制设备的框图。

图5是示出通过控制设备执行的齿轮加工过程的流程图。

图6是示出齿轮切削工具和工件的旋转速度的变化的曲线图。

图7A是表示工件的旋转速度与稳定性极限增加率之间的关系的曲线图，并且是通过将旋转速度的变化率或变化频率设定为不同的值而获得的五种模式的稳定性极限线图。

图7B是表示工件的旋转速度与稳定性极限增加率之间的关系的曲线图，并且是三种模式的稳定性极限线图，其中变化频率设定为不同的值而保持旋转速度的变化率恒定。

图8是表示工件的旋转速度与稳定性极限之间的关系的曲线图，并且示出了齿轮切削工具和工件的旋转速度变化的情况与不变化的情况之间的比较。

图9A是示出根据第一变型的齿轮切削工具和工件的旋转速度的变化的曲线图。

图9B是示出根据第二变型的齿轮切削工具和工件的旋转速度的变化的曲线图。

图9C是示出根据第三变型的齿轮切削工具和工件的旋转速度的变化的曲线图。

图9D是示出根据第四变型的齿轮切削工具和工件的旋转速度的变化的曲线图。

图9E是示出根据第五变型的齿轮切削工具和工件的旋转速度的变化的曲线图。

图10是示出根据第二实施方式的在执行滚铣过程时齿轮切削工具和工件的动作的图。

具体实施方式

<1.第一实施方式>

参照附图，将分别描述应用根据本发明的齿轮加工设备及齿轮加工方法的实施方式。首先，将参照图1和图2描述根据本发明的第一实施方式的齿轮加工设备1的概况。

(1-1.齿轮加工设备1的概况)

如图1中所示，齿轮加工设备1是具有驱动轴线的加工中心，该驱动轴线包括彼此正交的三个直线轴线(X轴、Y轴和Z轴)和两个旋转轴线(A轴和C轴)。齿轮加工设备1主要包括基座10、柱20、鞍座30、旋转主轴40、工作台50、倾斜台60、转台70、保持单元80和控制设备100。

基座10布置在地面上。柱20和X轴马达(未示出)设置在基座10的上表面上，并且柱20以通过X轴马达驱动而能够沿X轴方向(水平方向)移动的方式设置。鞍座30和Y轴马达11(见图3)设置在柱20的侧表面上，并且鞍座30以通过Y轴马达11而能够沿Y轴方向(竖向方向)移动的方式设置。旋转主轴40以通过容纳在鞍座30中的主轴马达41(见图3)而能够旋转的方式设置。齿轮切削工具42固定至旋转主轴40的末端部。齿轮切削工具42随着旋转主轴40的旋转而一起旋转。

现在参照图2，将描述齿轮切削工具42。如图2中所示，齿轮切削工具42是在外周表面上设置有多个叶片42a的刮削切削机。每个叶片42a的端表面构成具有倾角γ的倾斜面。每个叶片42a的倾斜面可以具有围绕齿轮切削工具42的中心轴线渐缩的形状，或者可以形成为面向从一个叶片42a至另一个叶片42a不同的方向的表面。

返回参照图1，将继续描述。工作台50和Z轴马达12(见图4)设置在基座10的上表面上。工作台50以通过Z轴马达12而能够沿Z轴方向(水平方向)移动的方式设置。构造成支撑倾斜台60的倾斜台支撑部61设置在工作台50的上表面上。倾斜台支撑部61以倾斜台60能够围绕A轴(水平方向)枢转的方式设置。工作台马达62(见图3)设置在倾斜台60的底表面上。转台70以通过工作台马达62而能够围绕与A轴正交的C轴旋转的方式设置。用于保持工件W的保持单元80安装在转台70上。

控制设备100构造成控制工件W的旋转速度V1、齿轮切削工具42的旋转速度V2以及齿轮切削工具42沿旋转轴线的方向(Z轴方向)相对于工件W的进给速率V4。注意，尽管在本实施方式中举例描述了工作台50构造成能够沿Z轴方向移动的情况，但是柱20代替工作台50能够沿Z轴方向移动的构造也是适用的。

现在，如图3中所示，齿轮加工设备1通过刮削过程在工件W中形成齿轮。具体地，在齿轮加工设备1中，通过使倾斜台60围绕A轴枢转，作为工件W的旋转轴线的C轴相对于齿轮切削工具42的旋转轴线O倾斜。注意，齿轮切削工具42的旋转轴线O相对于工件W的旋转轴线的倾斜角度被称为交叉角δ。然后，齿轮加工设备1在使工件W和齿轮切削工具42同步旋转时通过使齿轮切削工具42朝向工件W的中心轴线进给(相对移动)而在工件W上形成齿轮。

在刮削过程中，齿轮切削工具42的旋转速度V2和工件W的旋转速度V1基于交叉角δ和切削速度V3确定。切削速度V3和进给速率V4基于齿轮加工所需的加工时间(周期时间)、齿轮切削工具42的规格、工件W的材料以及在工件W上形成的齿轮的螺旋角等来设定。换言之，切削速度V3和进给速率V4被设定为考虑了当执行齿轮加工时的加工效率和齿轮切削工具42的工具寿命等的最佳速度。刮削过程具有这样的趋势：切削速度V3和进给速率V4被设定得越快，加工效率提高得越多，而质量诸如表面特征变得越低。

在这方面，在齿轮加工设备1中，基于最佳切削速度V3和交叉角δ确定的工件W的旋转速度V1是基准旋转速度Nw。齿轮加工设备1在参照基准旋转速度Nw改变工件W的旋转速度V1时执行齿轮加工。在该加工中，齿轮加工设备1在齿轮加工期间将齿轮切削工具42的旋转速度V2改变成与工件W的旋转速度V1同步。

此外，在齿轮加工设备1中，基于最佳切削速度V3和交叉角δ确定的工件W的进给速率V4对应于基准进给速率Fw。然后，齿轮加工设备1参照基准进给速率Fw将进给速率V4改变成与工件W的旋转速度V1同步。

(1-2.控制设备100)

接下来，将参照图4详细描述控制设备100。控制设备100包括基准旋转速度设定部110、基准进给速率设定部120、工件旋转速度控制部130、工具旋转速度控制部140、进给速率控制部150和增减率设定部160。

基准旋转速度设定部110设定基于切削速度V3和交叉角δ确定的基准旋转速度Nw。基准进给速率设定部120设定基于切削速度V3和交叉角δ确定的基准进给速率Fw。

工件旋转速度控制部130驱动及控制工作台马达62，并改变工件W的旋转速度V1。工具旋转速度控制部140驱动及控制主轴马达41以改变齿轮切削工具42的旋转速度V2，并同时使齿轮切削工具42的旋转速度V2与工件W的旋转速度V1同步。进给速率控制部150驱动及控制Y轴马达11和Z轴马达12，并在改变进给速率V4时调节齿轮切削工具42与工件W之间的相对距离，以实现进给速率V4和工件W的旋转速度的同步。

增减率设定部160设定工件W的旋转速度V1的速度增减率和频率增减率。工件W的旋转速度V1的速度增减率被设定为可以抑制工件W的震颤振动等的产生的增减率。工件W的旋转速度V1的频率增减率则基于通过基于齿轮切削工具42的旋转速度V2、工件W的旋转速度V1、用于工件W的切削力等的仿真结果或通过借助于锤击等获得的测量结果获得的工件W的固有频率设定。

(1-3.齿轮加工过程)

接下来，参照图5和图6，将描述通过控制设备100执行的齿轮加工过程。注意，为基准旋转速度设定部110设定基准旋转速度Nw，并且为基准进给速率设定部120设定基准进给速率Fw，以分别用于执行齿轮加工过程。此外，工件W的旋转速度V1的速度增减率和频率增减率由增减率设定部160设定。

首先，在齿轮加工过程中，如图5中所示，工件W的旋转速度V1在工件旋转速度控制部130的控制下被设定(S1：工件旋转速度设定步骤)。具体地，如图6中的粗线所示，工件旋转速度控制部130基于基准旋转速度Nw以及速度增减率和频率增减率的值以规律的周期反复地增减工件W的旋转速度V1。

注意，工件W的旋转速度V1的上限速度值和下限速度值对应于通过将基准旋转速度Nw乘以速度增减率而获得的值。例如，当基准旋转速度Nw设定为1000min^-1且速度增减率设定为±15％时，上限速度值为1150min^-1，下限速度值为850min^-1。于是工件W的旋转速度V1在各个变化周期中在等于或低于上限速度值的旋转速度与等于或大于下限速度值的旋转速度之间周期性地改变。换言之，工件W的旋转速度V1具有至少300min^-1的速度变化宽度，至少在850min^-1至1150min^-1的范围内周期性地增大和减小。图6中所示的曲线图的变化幅度对应于工件W的旋转速度V1的速度变化宽度。

此外，工件W的旋转速度V1的变化频率是通过将工件W的基准旋转速度Nw的值乘以工件W的旋转速度V1的频率增减率的值而获得的值。例如，当基准旋转速度Nw为1200min^-1(20Hz)，且工件W的旋转速度V1的频率增减率为5％时，变化频率(Hz)为20Hz×5％＝1Hz。

在S1的过程之后，齿轮加工过程在工具旋转速度控制部140的控制下设定齿轮切削工具42的旋转速度V2(S2:工具旋转速度设定过程)。具体地，工具旋转速度控制部140基于在工件W上形成的齿轮与齿轮切削工具42之间的齿轮比、通过工件旋转速度控制部130设定的工件W的旋转速度V1等设定齿轮切削工具42的旋转速度V2，使得齿轮切削工具42的旋转速度V2与工件W的旋转速度V1同步。

例如，假设基准旋转速度Nw为1000min^-1，则速度增减率为±15％，且在工件W上形成的齿轮的齿数与齿轮切削工具42的齿数之间的齿轮比为3:1。在这种情况下，工具旋转速度控制部140使齿轮切削工具42的旋转速度V2在从2550min^-1至3450min^-1的范围内周期性地改变。在这种情况下，工具旋转速度控制部140反复地增大和减小齿轮切削工具42的旋转速度V2，使得齿轮切削工具42的旋转速度V2的变化频率变为1Hz(变为与工件W的旋转速度V1的变化频率相同)。

因此，齿轮切削工具42的旋转速度V2与工件W的旋转速度V1同步地周期性地增大及减小。然后齿轮切削工具42在与工件W啮合的同时对工件W执行连续的齿轮加工，并在工件W上形成齿表面形状。

在S2的过程之后，齿轮加工过程在进给速率控制部150的控制下设定进给速率(S3：进给速率设定步骤)。在S3的过程中，进给速率控制部150基于基准进给速率Fw和工件W的旋转速度V1的变化频率改变进给速率V4，使得进给速率V4与工件W的旋转速度V1的变化频率同步。因此，进给速率V4以规律的周期反复地增大和减小。

现在参照图7A和图7B，将描述齿轮加工期间工件W的旋转速度V1的变化与工件W中产生的震颤振动之间的关系。图7A和图7B是表示在齿轮加工以预定的速度增减率和预定的变化频率执行的情况下，工件W的旋转速度V1(基准旋转速度Nw)与齿轮切削工具42的切削量的增加率(稳定性极限增加率)之间的关系的曲线图。在图7A和图7B中，横轴表示工件W的旋转速度V1(基准旋转速度Nw)，纵轴表示当与在保持基准旋转速度Nw的状态下不改变旋转速度V1而执行齿轮加工的情况比较时的稳定性极限增加率。另外，这些曲线图中表示的稳定性极限增加率是基于工件W的固有频率获得的，该工件W的固有频率通过基于工件W的旋转数、齿轮切削工具42的旋转数、用于工件W的切削力(阻力)等的仿真或锤击而计算得出。

根据图7A和图7B的曲线图表示如果相对于按预定的基准旋转速度Nw旋转的工件W的切削量(稳定性极限)被设定为小于由曲线A至H表示的切削量的值，则可以执行稳定的齿轮加工，而不造成工件W中的震颤振动。此外，根据图7A和图7B的曲线图表示稳定性极限增加率越高，加工效率提高得越多。

图7A中所示的曲线A表示当工件W的旋转速度V1相对于基准旋转速度Nw的速度增减率为±5％且旋转速度的变化频率为20％时的稳定性极限增加率。曲线B表示当工件W的旋转速度V1相对于基准旋转速度Nw的速度增减率为±10％且旋转速度V1的变化频率为10％时的稳定性极限增加率。曲线C表示当工件W的旋转速度V1相对于基准旋转速度Nw的速度增减率为±10％且旋转速度V1的变化频率为20％时的稳定性极限增加率。曲线B和曲线C具有比曲线A更高的稳定性极限增加率。由此，当工件W的旋转速度V1的速度增减率为±10％时，稳定性极限增加率被认为变为高于工件W的旋转速度V1的速度增减率为±5％的情况。

曲线D表示当工件W的旋转速度V1相对于基准旋转速度Nw的速度增减率为±15％且旋转速度V1的变化频率为10％时的稳定性极限增加率。曲线E表示当工件W的旋转速度V1相对于基准旋转速度Nw的速度增减率为±15％且旋转速度V1的变化频率为30％时的稳定性极限增加率。曲线D和曲线E具有比曲线B和曲线C更高的稳定性极限增加率。由此，当工件W的旋转速度V1的速度增减率为±15％时，稳定性极限增加率被认为变为高于工件W的旋转速度V1的速度增减率为±10％的情况。

图7B中所示的曲线F表示当工件W的旋转速度V1相对于基准旋转速度Nw的速度增减率为±20％且旋转速度V1的变化频率为1％时的稳定性极限增加率。曲线G表示当工件W的旋转速度V1相对于基准旋转速度Nw的速度增减率为±20％且旋转速度V1的变化频率为5％时的稳定性极限增加率。曲线H表示当工件W的旋转速度V1相对于基准旋转速度Nw的速度增减率为±20％且旋转速度V1的变化频率为20％时的稳定性极限增加率。

曲线G和曲线H表示了工件W的旋转速度V1的较小的范围，其中稳定性极限增加率与曲线F比较变为低于零。因此，认为当工件W的旋转速度V1的变化频率等于或高于5％时，与工件W的旋转速度V1的变化频率为1％的情况比较，抑制了震颤振动的产生。

图8是在不改变旋转速度V1时执行齿轮加工的情况下的稳定性极限与在旋转速度V1的速度增减率设定为±15％且旋转速度V1的变化频率设定为5％的情况下的稳定性极限之间的比较的曲线图。如图8中所示，例如，当基准旋转速度为1200min^-1时，稳定性极限增加率在工件W的旋转速度V1改变的情况下与旋转速度V1不改变的情况相比可以加倍。

在通过齿轮加工设备1的齿轮加工中，基于工件W的旋转速度V1与稳定性极限之间的关系来为基准旋转速度设定部110设定对应于工件W的基准旋转速度Nw。工件旋转速度控制部130反复地增大及减小工件W的旋转速度V1，而工具旋转速度控制部140使齿轮切削工具42的旋转速度V2与工件W的旋转速度V1同步地增大及减小。在这种情况下，与设定齿轮切削工具42的基准旋转速度Nw的情况相比，齿轮加工设备1不必考虑齿轮切削工具42与工件W之间的齿轮比，并且因此基准旋转速度Nw的设定相应地能够更容易。

以此方式，工件旋转速度控制部130以较高的速度反复地增大及减小工件W的旋转速度V1，而工具旋转速度控制部140使齿轮切削工具42的旋转速度V2与工件W的旋转速度V1同步。在这种情况下，齿轮切削工具42的每个叶片42a(见图2)可以切削工件W的切削力(切削横截面积)变得不均匀。所以，在齿轮加工时，与工件W的旋转速度V1和齿轮切削工具42的旋转速度V2不改变并保持恒定的情况相比，齿轮加工设备1可以抑制工件W中产生的再生震颤振动的放大。因此，对于工件W的齿轮加工，齿轮加工设备1可以在抑制工件W中产生的震颤振动的同时设定齿轮切削工具42对工件W的切削量(稳定性极限)。因此，齿轮加工设备1既可以实现形成于工件W上的加工表面的表面特征的改善又可以实现加工效率的提高。

在各个变化周期中，工件旋转速度控制部130设定工件W的旋转速度V1的速度增减率，以实现使得工件W的旋转速度V1的上限速度值达到10％或更大，优选地为15％或更大，以及工件W的旋转速度V1的下限速度值达到-10％或更小，优选地为-15％或更小。另外，在各个变化周期中，工件旋转速度控制部130将工件W的旋转速度V1的变化频率设定为5％或更高，并且将工件W的旋转速度V1在等于或低于上限速度值的旋转速度V1与等于或低于下限速度值的旋转速度V1之间增大及减小。因此，齿轮加工设备1可以在工件W的齿轮加工期间有效地增大稳定性极限。

当工件W的旋转速度V1和齿轮切削工具42的旋转速度V2在齿轮切削工具42的进给速率保持恒定的状态下变化时，在形成于工件W上的加工表面上产生波浪等，并因此加工表面的表面特征降低。相反，进给速率控制部150相对于通过用于加工一个工件W的周期时间设定的基准进给速率Fw增大及减小进给速率V4。然后，进给速率控制部150使进给速率V4的增大及减小周期与工件W的旋转速度V1的变化频率同步。

与不改变进给速率V4时增大及减小工件W的旋转速度V1与齿轮切削工具42的旋转速度V2的情况相比，通过齿轮切削工具42形成在工件W上的齿表面可以提高齿表面的表面特征。当执行通过刮削过程的齿轮加工时，齿轮加工设备1既可以实现形成于工件W上的加工表面的表面特征的改善又可以实现加工效率的提高。

注意，与齿轮切削工具42相比，构造成保持工件W的保持单元80、转台70和倾斜台60具有较低的保持刚度，因此趋于产生震颤振动。关于这一点，在齿轮加工设备1中，工件旋转速度控制部130反复地增大及减小工件W的旋转速度V1。然后，工具旋转速度控制部140使齿轮切削工具42的旋转速度V2与工件W的旋转速度V1同步地增大及减小。因此，齿轮加工设备1可以有效地抑制当齿轮切削工具42以高速旋转的同时产生于工件W中产生的震颤振动的产生。

此外，当工件W为螺旋齿轮时，工件W的旋转速度V1和齿轮切削工具42的旋转速度V2可以通过根据工件W的齿轨迹的方向移动工件而形成(产生)。此时，工件W的旋转速度V1的波动范围(变化频率和速度波动宽度)根据对应于工件W的螺旋齿轮的齿轨迹的方向调节。

(1-4.第一实施方式的改型)

这里，将描述第一实施方式的改型。在上述实施方式中，已经描述了工件旋转速度控制部130反复地增大及减小工件W的旋转速度V1的情况。相反，工件旋转速度控制部130可以线性地加速或减速工件W的旋转速度V1。

例如，工件旋转速度控制部130可以以恒定的加速度加速工件W的旋转速度V1，如图9A中所示的第一变型。类似地，工件旋转速度控制部130可以以恒定的减速度减小工件的旋转速度V1，如图9B中所示的第二变型。

在这些情况下，基准旋转速度设定部110基于齿轮加工所需的过程时间(周期时间)、齿轮切削工具42的规格、工件W的材料以及形成在工件W中的齿轮的螺旋角等来计算最佳切削速度。基准旋转速度设定部110将工件W的从计算出的切削速度获得的旋转速度V1设定为基准旋转速度Nw。

此外，工件旋转速度控制部130从工具寿命的视角计算容许的切削速度范围，并计算上限速度值和下限速度值，该上限速度值和下限速度值是工件W的容许旋转速度V1的上限值和下限值。基于旋转速度V1的上限速度值和下限速度值以及过程时间，工件旋转速度控制部130设定齿轮加工开始和结束时的旋转速度V1以及旋转速度V1的加速度和减速度，使得在齿轮加工时的旋转速度V1不超过上限速度值和下限速度值。

同样在这种情况下，齿轮加工设备1可以在齿轮加工期间抑制工件W中产生的再生震颤振动的放大。因此，齿轮加工设备1既可以实现形成于工件W上的加工表面的表面特征的改善又可以实现加工效率的提高。

齿轮加工设备1还以恒定的加速度或减速度改变工件W的旋转速度V1。在这种情况下，与工件W的旋转速度V1在加速度或减速度改变的同时改变的情况相比，齿轮加工设备1可以抑制工件W的旋转速度V1与齿轮切削工具42的旋转速度V2之间的同步误差。此外，由于第一变型和第二变型中的齿轮加工设备1从齿轮加工的开始到结束改变工件W的旋转速度V1，因此再生震颤振动的放大可以被有效地抑制。

此外，在这种情况下，与工件W的旋转速度V1反复地增大及减小的情况相比，齿轮加工设备1可以逐渐改变旋转速度V1。因此，齿轮加工设备1可以抑制工件W的旋转速度V1与齿轮切削工具42的旋转速度V2和进给速率V4之间的同步误差。结果，齿轮加工设备1可以简化工具旋转速度控制部140对齿轮切削工具42的旋转速度V2的同步控制和进给速率控制部150对进给速率V4的同步控制。

此外，工件旋转速度控制部130以恒定的加速度加速工件W的旋转速度V1，并且当旋转速度V1达到上限速度值时，旋转速度V1可以保持恒定，如图9C中所示的第三变型。类似地，工件旋转速度控制部130以恒定的减速度减小工件W的旋转速度V1，如图9D中所示的第四变型，并且当旋转速度V1达到下限速度值时，旋转速度V1可以保持恒定。

在这些情况下，如第一变型和第二变型，齿轮加工设备1以恒定的加速度或减速度改变工件W的旋转速度V1。因此，齿轮加工设备1可以抑制工件W的旋转速度V1与齿轮切削工具42的旋转速度V2之间的同步误差。另外，与工件W的旋转速度V1反复地增大和减小的情况相比，齿轮加工设备1可以逐渐地改变旋转速度V1，所以可以抑制工件W的旋转速度V1和齿轮切削工具42的旋转速度V2、以及与进给速率V4的同步误差。因此，齿轮加工设备1可以简化工具旋转速度控制部140对齿轮切削工具42的旋转速度V2的同步控制和进给速率控制部150对进给速率V4的同步控制。

此外，当旋转速度V1达到极限速度(上限速度值或下限速度值)时，第三变型和第四变型的齿轮加工设备1保持旋转速度V1恒定。因此，抑制了齿轮切削工具42的工具寿命的减少。因此，即使当过程时间较长时，第三变型和第四变型的齿轮加工设备1也能够以最佳加速度或减速度改变旋转速度V1。因此，齿轮加工设备1既可以实现形成于工件W上的加工表面的表面特征的改善又可以实现加工效率的提高。

在第三变型的情况下，齿轮加工设备1构造成当旋转速度V1达到上限速度值时在旋转速度V1设定为上限速度值的状态下执行齿轮加工，并因此可以减少齿轮加工所需的时间。

注意，在第三变型和第四变型的描述中，工件旋转速度控制部130从齿轮加工开始时改变旋转速度V1，并且当旋转速度V1达到极限速度时将旋转速度V1保持在恒定速度。然而，工件旋转速度控制部130不限于此。换言之，工件旋转速度控制部130可以在齿轮加工开始时保持旋转速度V1恒定，并且然后可以在经过预定的时间后开始改变旋转速度V1。相应地，例如，当旋转速度V1从齿轮加工开始起在经过预定的时间后以恒定的减速度减小时，齿轮加工设备1可以避免当旋转速度V1变为低速时的时间段的长度的增加。因此，可以抑制齿轮加工所需的时间长度的增加。

替代性地，如在图9E中所示的第五变型中，工件旋转速度控制部130可以在旋转速度V1达到上限速度值时以恒定的减速度减速旋转速度V1，并且可以在旋转速度V1达到下限速度值时以恒定的加速度加速旋转速度V1。在这种情况下，即使在旋转速度V1反复地增大和减小的情况下，与工件W的旋转速度V1在加速度或减速度改变的同时改变的情况相比，齿轮加工设备1也可以抑制工件W的旋转速度V1与齿轮切削工具42的旋转速度V2之间的同步误差。此外，在这种情况下，由于齿轮加工设备1从加工开始到结束改变工件W的旋转速度V1，因此再生震颤振动的放大可以被有效地抑制。

在第五变型中的齿轮加工设备1中，通过将旋转速度V1的变化周期增大至比第一实施方式(见图6)中描述的齿轮加工过程的情况更长的变化周期，可以平缓地改变旋转速度V1。此外，在这种情况下，齿轮加工设备1能够减少从旋转速度V1的加速度至减速度或从减速度至加速度的切换次数的数量。因此，齿轮加工设备1可以抑制工件W的旋转速度V1与齿轮切削工具42的旋转速度V2之间的同步误差。

如上所述，在从第一变型至第五变型的齿轮加工设备1中，工件旋转速度控制部130至少暂时地以恒定的加速度或减速度改变工件W的旋转速度V1。与此相关联地，工具旋转速度控制部140使齿轮切削工具42的旋转速度V2以恒定的加速度或减速度与工件W的旋转速度V1同步地改变。因此，齿轮加工设备1可以在齿轮加工时抑制当齿轮切削工具42以高速旋转的同时产生于工件W中的再生震颤振动的放大。因此，既实现了形成于工件W上的加工表面的表面特征的改善又实现了加工效率的提高。

另外，从第一变型至第五变型的齿轮加工设备1以恒定的加速度或减速度改变工件W的旋转速度V1。因此，可以简化工具旋转速度控制部140对齿轮切削工具42的旋转速度V2的同步控制和进给速率控制部150对进给速率V4的同步控制。因此，齿轮加工设备1可以抑制工件W的旋转速度V1与齿轮切削工具42的旋转速度V2和进给速率V4之间的同步误差。

另外，基准旋转速度设定部110基于工件W的材料和齿轮切削工具42的规格来设定基准旋转速度Nw，并且工件旋转速度控制部130参照基准旋转速度Nw以恒定的加速度或减速度改变工件的旋转速度。相应地，齿轮加工设备1可以抑制齿轮切削工具42的工具寿命的降低。

另外，工件旋转速度控制部130反复地增大及减小工件W的旋转速度V1，而工具旋转速度控制部140使齿轮切削工具42的旋转速度V2以恒定的加速度或减速度与工件W的旋转速度V1同步地改变。在这种情况下，与齿轮切削工具42的基准旋转速度Nw被设定的情况相比，齿轮加工设备1不必考虑齿轮切削工具42与工件W之间的齿轮比，并且因此基准旋转速度Nw的设定相应地能够更容易。

(2.第二实施方式)

接下来参照图10，将描述第二实施方式。在第一实施方式的描述中，齿轮切削工具42是刮削切削机，并且齿轮加工设备1通过刮削过程执行齿轮加工。相反，在第二实施方式中，齿轮切削工具242是滚刀切削机，并且齿轮加工设备1通过滚刀过程执行齿轮加工。注意，与上述第一实施方式中类似的部件由附图标记表示，并且其描述将省略。

(2-1.工件W和齿轮切削工具242的操作)

如图10中所示，齿轮切削工具242是滚刀切削机。齿轮加工设备1包括齿轮切削工具242和工件W，齿轮切削工具242和工件W布置成使得齿轮切削工具242的旋转轴线O与和工件W的旋转轴线对应的C轴相交。注意，在图10中，齿轮切削工具242和工件W布置成使得齿轮切削工具242的旋转轴线O与和工件W的旋转轴线对应的C轴彼此正交。

齿轮加工设备1通过使齿轮切削工具42沿作为工件W的中心轴线的Z轴方向进给(相对移动)而在工件W上形成齿轮，同时使旋转工件W和齿轮切削工具42在齿轮加工时单独地旋转。此时，齿轮加工设备1在齿轮加工时在工件旋转速度控制部130的控制下改变工件W的旋转速度V1，并在工具旋转速度控制部140的控制下使齿轮切削工具242的旋转速度V2与工件W的旋转速度V1同步。因此，齿轮加工设备1可以抑制当齿轮切削工具42以高速旋转的同时产生于工件W中的再生震颤振动的放大。因此，既实现形成于工件W上的加工表面的表面特征的改善又实现加工效率的提高。

(3.其他)

尽管到目前为止已经基于上述实施方式描述了本发明，但是本发明不限于上述实施方式，并且在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种改型。

例如，在各个实施方式中，已经描述了在工件W的旋转速度V1以恒定的频率增大及减小的情况下的工件旋转速度控制部130。然而，旋转速度V1不一定必须以恒定的频率增大及减小，只要工件W的旋转速度V1至少反复地增大及减小即可。工件旋转速度控制部130可以不规律地改变工件W的旋转速度V1的变化频率。此外，在上述实施方式的描述中，在各个变化周期中的工件W的旋转速度V1的频率与在各个变化周期中的变化频率匹配。然而，只要处于每个变化频率的工件W的旋转速度V1被设定为以等于或高于变化频率的频率增大及减小，则配置不限于此。

在上述各个实施方式的描述中，工件旋转速度控制部130反复地增大及减小工件W的旋转速度V1，并且工具旋转速度控制部140使齿轮切削工具42的旋转速度V2与工件W的旋转速度V1同步地增大及减小。然而，配置不限于此，并且配置可以包括工具旋转速度控制部140反复地增大及减小齿轮切削工具42的旋转速度V2，而工件旋转速度控制部130使工件W的旋转速度V1与齿轮切削工具42的旋转速度V2同步地增大及减小的情况。替代性地，工具旋转速度控制部140可以不规律地改变齿轮切削工具42的旋转速度V2的变化频率。

在上述各个实施方式的描述中，进给速率控制部150改变进给速率V4，使得进给速率V4与工件W的旋转速度V1同步。然而，进给速率控制部150不一定改变进给速率V4。换言之，齿轮加工设备1可以通过改变工件W的旋转速度V1和齿轮切削工具42的旋转速度V2来抑制在工件W中产生的震颤振动(再生类型)的放大，使得至少工件W的旋转速度V1和齿轮切削工具42的旋转速度V2同步。而且，进给速率控制部150可以不规律地改变进给速率V4。

注意，齿轮加工设备1可以是横向类型的加工中心或加工中心。而且，齿轮加工设备1可以构造成能够通过另外提供与工件W的旋转轴线和齿轮切削工具42的旋转轴线中的任一者正交的驱动轴来调节工件W的旋转轴线与齿轮切削工具42的旋转轴线之间的相对角度。另外，齿轮加工设备1可以设置有工具更换设备以用于根据加工过程(粗加工过程、精加工过程等)更换齿轮切削工具42。

(4.有益效果)

如上所述，根据本发明的齿轮加工设备1是构造成通过在使切削工具42、242和工件W同步旋转的同时使齿轮切削工具42、242沿着工件W的旋转轴线的方向相对于工件W移动而在工件W中形成齿轮的齿轮加工设备。齿轮加工设备1包括配置成控制工件W的旋转速度V1的工件旋转速度控制部130和配置成控制齿轮切削工具42、242的旋转速度V2的工具旋转速度控制部140。

工件旋转速度控制部130和工具旋转速度控制部140中的一者改变工件W的旋转速度V1和齿轮切削工具42、242的旋转速度V2中的一者，工件旋转速度控制部130和工具旋转速度控制部140中的另一者使工件W的旋转速度V1和齿轮切削工具42、242的旋转速度V2中的另一者与工件W的旋转速度V1和齿轮切削工具42、242的旋转速度V2中的一者同步。

根据齿轮加工设备1，当通过齿轮切削工具42、242在工件W上形成齿轮时，用于切削工件W的齿轮切削工具42、242的切削力(切削横截面积)变得不均匀。因此，与齿轮切削工具42、242和工件W的旋转速度V1恒定而没有变化的情况相比，产生于工件W中的震颤振动的放大被抑制。因此，通过齿轮加工设备1，齿轮切削工具42相对于工件W的切削量可以被设定为较大的值，同时抑制产生于工件W中的震颤振动的产生。因此，齿轮加工设备1既可以实现形成于工件W上的加工表面的表面特征的改善又可以实现加工效率的提高。

在上述齿轮加工设备1中，工件旋转速度控制部130和工具旋转速度控制部140中的一者反复地增大及减小工件W的旋转速度V1和齿轮切削工具42、242的旋转速度V2中的一者。齿轮加工设备1可以抑制产生于工件W中的震颤振动。因此，既实现了形成于工件W上的加工表面的表面特征的改善又实现了加工效率的提高。

在上述齿轮加工设备1中，工件W的旋转速度V1和齿轮切削工具42、242的旋转速度V2的上限速度值和下限速度值是通过将作为工件W的加工的基准的基准旋转速度Nw乘以预设的速度增减率而获得的值，并且工件旋转速度控制部130和工具旋转速度控制部140中的一者在等于或低于上限速度值的旋转速度与等于或高于下限速度值的旋转速度之间增大及减小工件W的旋转速度V1或齿轮切削工具42、242的旋转速度V2。齿轮加工设备1有效地抑制了产生于工件W中的震颤振动。因此，实现了形成于工件W上的加工表面的表面特征的改善。

在上述齿轮加工设备1中，基于工件W和齿轮切削工具42、242中的一者的基准旋转速度Nw来确定增大及减小工件W的旋转速度V1和齿轮切削工具42、242的旋转速度V2的变化频率，并且工件旋转速度控制部130和工具旋转速度控制部140中的一者以等于或高于变化频率的频率改变工件W的旋转速度V1或齿轮切削工具42、242的旋转速度V2。齿轮加工设备1有效地抑制了产生于工件W中的震颤振动。因此，实现了形成于工件W上的加工表面的表面特征的改善。

在上述齿轮加工设备1中，工件旋转速度控制部130和工具旋转速度控制部140中的一者以恒定的频率增大及减小工件W的旋转速度V1或齿轮切削工具42、242的旋转速度V2。在齿轮加工设备1中，工件旋转速度控制部130对工件W的旋转速度V1的控制或工具旋转速度控制部140对齿轮切削工具42、242的旋转速度V2的控制可以被简化。

在上述齿轮加工设备1中，工件旋转速度控制部130反复地增大及减小工件W的旋转速度V1。然后，工具旋转速度控制部140使齿轮切削工具42、242的旋转速度V2与工件W的旋转速度V1同步地增大及减小。齿轮加工设备1允许容易地设定基准旋转速度Nw。

在上述齿轮加工设备1中，工件旋转速度控制部130和工具旋转速度控制部140中的一者至少暂时地以恒定的加速度和减速度改变工件W的旋转速度V1和齿轮切削工具42、242的旋转速度V2中的一者。

齿轮加工设备1可以抑制产生于工件W中的震颤振动。因此，既实现了形成于工件W上的加工表面的表面特征的改善又实现了加工效率的提高。另外，齿轮加工设备1以恒定的加速度或减速度改变工件W的旋转速度V1。因此，可以简化工具旋转速度控制部140对齿轮切削工具42的旋转速度V2的同步控制。因此，齿轮加工设备1可以抑制工件W的旋转速度V1与齿轮切削工具42的旋转速度V2之间的同步误差。

在上述齿轮加工设备1中，工件旋转速度控制部130和工具旋转速度控制部140中的一者在从齿轮加工的开始到结束的时间段期间以恒定的加速度或减速度改变工件W的旋转速度V1或齿轮切削工具42、242的旋转速度V2。由于齿轮加工设备1从加工的开始到结束改变工件W的旋转速度V1或齿轮切削工具42、242的旋转速度V2，因此有效地抑制了再生震颤振动的放大。

在上述齿轮加工设备1中，当工件W的旋转速度V1或齿轮切削工具42、242的旋转速度V2达到预定的极限速度(上限速度值或下限速度值)时，工件旋转速度控制部130和工具旋转速度控制部140中的一者使工件W的旋转速度V1或齿轮切削工具42、242的旋转速度V2恒定。

即使当过程时间较长时，齿轮加工设备1也可以在以最佳加速度或减速度改变工件W的旋转速度V1和齿轮切削工具42、242的旋转速度V2的同时抑制工具寿命的降低。因此，齿轮加工设备1既可以实现形成于工件W上的加工表面的表面特征的改善又可以实现加工效率的提高。

在上述齿轮加工设备1中，工件旋转速度控制部130和工具旋转速度控制部140中的一者参照基于工件W的材料和齿轮切削工具42、242的规格设定的基准旋转速度Nw以恒定的加速度或减速度改变工件W的旋转速度V1，而工具旋转速度控制部140使齿轮切削工具42、242的旋转速度V2以恒定的加速度或减速度与工件W的旋转速度V1同步地改变。齿轮加工设备1允许容易地设定基准旋转速度Nw。

上述齿轮加工设备1包括进给速率控制部150，该进给速率控制部150配置成使齿轮切削工具42的在旋转轴线的方向上相对于工件W的进给速率V4与工件W的变化旋转速度V1的频率同步地改变。与改变工件W的旋转速度V1和齿轮切削工具42的旋转速度V2并且另一方面保持进给速率V4恒定没有变化的情况相比，齿轮加工设备1还能够改善形成于工件W上的加工表面的表面特征。

在上述齿轮加工设备1中，齿轮切削工具42是刮削切削机，并且齿轮加工设备1构造成在工件W的旋转轴线相对于齿轮切削工具42的旋转轴线倾斜的状态下通过使齿轮切削工具42沿工件W的旋转轴线的方向相对于工件W相对地移动来对工件W执行用于齿轮的刮削过程。当执行用于在工件W上形成齿轮的刮削过程时，齿轮加工设备1既可以实现形成于工件W上的加工表面的表面特征的改善又可以实现加工效率的提高。

在上述齿轮加工设备1中，齿轮切削工具242是滚刀切削机，并且齿轮加工设备1构造成在工件W的旋转轴线相对于齿轮切削工具242的旋转轴线倾斜的状态下通过使齿轮切削工具242沿工件W的旋转轴线的方向相对于工件W相对地移动来对工件W执行用于齿轮的滚刀过程。当执行用于在工件W上形成齿轮的滚刀过程时，齿轮加工设备1既可以实现形成于工件W上的加工表面的表面特征的改善又可以实现加工效率的提高。

另外，根据本发明的齿轮加工方法是用于通过在使切削工具42、242和工件W同步旋转的同时使齿轮切削工具42、242沿工件W的旋转轴线的方向相对于工件W移动而在工件W中形成齿轮的齿轮加工方法。齿轮加工方法包括：用于改变工件W的旋转速度V1的工件旋转速度设定步骤S1；以及用于使齿轮切削工具42、242的旋转速度V2与通过工件旋转速度设定步骤设定的工件W的旋转速度V1的变化同步地改变的工具旋转速度设定步骤S2。

根据齿轮加工方法，当通过齿轮切削工具42、242在工件W上形成齿轮时，齿轮切削工具42、242与工件W的接触周期变得不规律。因此，与齿轮切削工具42、242和工件W的旋转速度恒定而没有变化的情况相比，产生于工件W中的再生震颤振动的放大被抑制。所以，通过本齿轮加工方法，齿轮切削工具42、242相对于工件W的切削量可以被设定为较大的值，同时抑制了产生于工件W中的震颤振动的产生。因此，齿轮加工方法既可以实现形成于工件W上的加工表面的表面特征的改善又可以实现加工效率的提高。

上述齿轮加工方法包括进给速率设定步骤S3，进给速率设定步骤S3用于使齿轮切削工具42、242的在旋转轴线的方向上相对于工件W的进给速率V4与工件W的变化旋转速度V1的频率同步地改变。与工件W的旋转速度V1和齿轮切削工具42、242的旋转速度V2改变并且另一方面保持进给速率V4恒定而没有变化的情况相比，齿轮加工方法能够改善形成于工件W上的加工表面的表面特征。

附图标记列表

1：齿轮加工设备；42：齿轮切削工具；130：工件旋转速度控制部；140：工具旋转速度控制部；150：进给速率控制部；Nw：基准旋转速度；W：工件；S1：工件旋转速度设定步骤；S2：工具旋转速度设定步骤；S3：进给速率设定步骤。

Claims (14)

1.一种齿轮加工设备，所述齿轮加工设备构造成通过在使齿轮切削工具和工件同步旋转的同时使所述齿轮切削工具沿着所述工件的旋转轴线的方向相对于所述工件移动而在所述工件中形成齿轮，

所述齿轮加工设备包括：

工件旋转速度控制部，所述工件旋转速度控制部配置成控制所述工件的旋转速度，以及

工具旋转速度控制部，所述工具旋转速度控制部配置成控制所述齿轮切削工具的旋转速度，

其中，所述工件旋转速度控制部和所述工具旋转速度控制部中的一者以预定的比率反复地增大及减小所述工件和所述齿轮切削工具中的一者的旋转速度，所述预定的比率是将基于用于齿轮加工的交叉角和切削速度确定的基准旋转速度乘以至少5％而得到的值，并且

所述工件旋转速度控制部和所述工具旋转速度控制部中的另一者使所述工件和所述齿轮切削工具中的另一者的旋转速度与所述工件和所述齿轮切削工具中的所述一者的旋转速度同步，

所述工件旋转速度控制部和所述工具旋转速度控制部中的一者反复地增大及减小所述工件和所述齿轮切削工具中的一者的旋转速度。

2.根据权利要求1所述的齿轮加工设备，其中，所述工件和所述齿轮切削工具中的一者的旋转速度的上限速度值和下限速度值是通过将作为所述工件的加工基准的所述工件或所述齿轮切削工具的基准旋转速度乘以预定的速度增减率而获得的值，以及

所述工件旋转速度控制部和所述工具旋转速度控制部中的一者在等于或低于所述上限速度值的旋转速度与等于或高于所述下限速度值的旋转速度之间反复地增大及减小所述工件或所述齿轮切削工具的旋转速度。

3.根据权利要求2所述的齿轮加工设备，其中，用于反复地增大及减小所述工件和所述齿轮切削工具中的一者的旋转速度的变化频率是基于所述工件和所述齿轮切削工具中的一者的所述基准旋转速度而确定的，以及

所述工件旋转速度控制部和所述工具旋转速度控制部中的一者以等于或高于所述变化频率的频率改变所述工件或所述齿轮切削工具的旋转速度。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的齿轮加工设备，其中，所述工件旋转速度控制部和所述工具旋转速度控制部中的一者以恒定的频率增大及减小所述工件或所述齿轮切削工具的旋转速度。

5.根据权利要求1至3中的任一项所述的齿轮加工设备，其中，所述工件旋转速度控制部反复地增大及减小所述工件的旋转速度，以及

所述工具旋转速度控制部使所述齿轮切削工具的旋转速度与所述工件的旋转速度同步地反复增大及减小。

6.根据权利要求1所述的齿轮加工设备，其中，所述工件旋转速度控制部和所述工具旋转速度控制部中的一者至少暂时地以恒定的加速度或减速度改变所述工件和所述齿轮切削工具中的一者的旋转速度。

7.根据权利要求6所述的齿轮加工设备，其中，所述工件旋转速度控制部和所述工具旋转速度控制部中的一者在从齿轮加工的开始到结束的时间段期间以恒定的加速度或减速度改变所述工件的旋转速度或所述齿轮切削工具的旋转速度。

8.根据权利要求6所述的齿轮加工设备，其中，当所述工件或所述齿轮切削工具的旋转速度达到预定的极限速度时，所述工件旋转速度控制部和所述工具旋转速度控制部中的一者保持所述工件或所述齿轮切削工具的旋转速度恒定。

9.根据权利要求6至8中的任一项所述的齿轮加工设备，其中，所述工件旋转速度控制部参照基于所述工件的材料和所述齿轮切削工具的规格设定的基准旋转速度以恒定的加速度或减速度改变所述工件的旋转速度，以及

所述工具旋转速度控制部使所述齿轮切削工具的旋转速度以恒定的加速度或减速度与所述工件的旋转速度同步地改变。

10.根据权利要求1至3中的任一项所述的齿轮加工设备，其中，所述齿轮加工设备包括进给速率控制部，所述进给速率控制部配置成使所述齿轮切削工具的在所述旋转轴线的方向上相对于所述工件的进给速率与所述工件的变化旋转速度同步地改变。

11.根据权利要求1至3中的任一项所述的齿轮加工设备，其中，所述齿轮切削工具是刮削切削机，并且所述齿轮加工设备构造成在所述工件的旋转轴线相对于所述齿轮切削工具的旋转轴线倾斜的情况下通过使所述齿轮切削工具沿所述工件的旋转轴线的方向相对于所述工件相对地移动来对所述工件执行用于齿轮的刮削过程。

12.根据权利要求1至3中的任一项所述的齿轮加工设备，其中，所述齿轮切削工具是滚刀切削机，并且所述齿轮加工设备构造成在所述工件的旋转轴线相对于所述齿轮切削工具的旋转轴线倾斜的情况下通过使所述齿轮切削工具沿所述工件的旋转轴线的方向相对于所述工件相对地移动来对所述工件执行用于齿轮的滚刀过程。

13.一种齿轮加工方法，所述齿轮加工方法用于通过在使齿轮切削工具和工件同步旋转的同时使所述齿轮切削工具沿着所述工件的旋转轴线的方向相对于所述工件移动而在所述工件中形成齿轮，所述齿轮加工方法包括：

用于改变所述工件的旋转速度的工件旋转速度设定步骤，以及

用于使所述齿轮切削工具的旋转速度与在所述工件旋转速度设定步骤中设定的所述工件的旋转速度的变化同步地改变的工具旋转速度设定步骤，

其中，在所述工件旋转速度设定步骤和所述工具旋转速度设定步骤之中的一个步骤中，以预定的比率反复地增大及减小所述工件和所述齿轮切削工具中的一者的旋转速度，所述预定的比率是将基于用于齿轮加工的交叉角和切削速度确定的基准旋转速度乘以至少5％而得到的值。

14.根据权利要求13所述的齿轮加工方法，包括用于使所述齿轮切削工具的在所述旋转轴线的方向上相对于所述工件的进给速率与所述工件的变化旋转速度的频率同步地改变的进给速率设定步骤。

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