JP2003165023A - 歯車研削機の初期位相合わせ方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な工程および構成で、研削工具とワークと
の初期位相合わせを効率的かつ高精度に行うことを可能
にする。 【解決手段】初期位相合わせ装置４０は、ワーク軸５０
を両方向に回転させる際、ワークＷの歯面８２Ｒ、８２
Ｌが研削工具６０の研削面８４に接触することによるト
ルクの増加を検出するトルク検出部９０と、検出される
トルクの制限値を設定するトルク制限値設定部９２と、
検出されるトルクが前記制限値に至った際、前記ワーク
Ｗの歯面８２Ｒ、８２Ｌの位置データを検出する接触位
置検出部９４とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、螺旋条が刻設され
た研削工具でワークを研削するために、前記研削工具と
前記ワークとの初期噛合時の位相合わせを行う歯車研削
機の初期位相合わせ方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、歯車研削機は、螺旋条が刻設
された研削工具を取着した工具軸と、ワークを取着した
ワーク軸とを同期して回転駆動させることにより、前記
研削工具で前記ワークである歯車の歯面を研削するよう
に構成されている。この場合、高精度な研削処理を行う
ために、研削工具とワークとの位相を正確に一致させる
必要がある。

【０００３】そこで、本出願人は、研削工具をワークで
ある歯車に自動的かつ正確に噛合させることを可能にし
た歯車研削機における自動噛合装置を提案している（特
公昭６２−３８０８９号公報）。

【０００４】この歯車研削機における自動噛合装置で
は、図９に示すように、ベッド２上に切り込みテーブル
４が切り込みモータ６を介して矢印Ａ方向（切り込み方
向）に進退可能に配設されている。切り込みテーブル４
上には、トラバーステーブル８がトラバースモータ１０
を介して矢印Ａ方向に直交する矢印Ｂ方向（トラバース
方向）に進退可能に配置され、前記トラバーステーブル
８上にワークＷおよびワークセンサ１２が配設される。
ワークＷは、モータ１４に電磁クラッチ１６を介して接
続されるとともに、ワークセンサ１２は、前記ワークＷ
が回転する際にその歯数を光学的に検出して所定のパル
スを発生させる。

【０００５】ベッド２上には、コラム１８を介して旋回
テーブル２０が保持され、この旋回テーブル２０は、図
示しないモータにより矢印Ｃ方向に旋回するとともに、
前記旋回テーブル２０上にシフトテーブル２２が設けら
れる。このシフトテーブル２２は、シフト用モータ２４
を介して矢印Ｄ方向に移動するとともに、前記シフトテ
ーブル２２には砥石スピンドルユニット２６が装着され
る。砥石スピンドルユニット２６はモータ２８を備えて
おり、このモータ２８を介して砥石３０が回転駆動され
る。

【０００６】砥石スピンドルユニット２６は、砥石３０
の回転を検出するための第１パルス発生器３２を備える
一方、トラバーステーブル８には、モータ１４の回転を
検出するための第２パルス発生器３４が取り付けられて
いる。

【０００７】このような構成において、まず、電磁クラ
ッチ１６を解除した状態で、切り込みモータ６が付勢さ
れて切り込みテーブル４が前進する。その際、モータ２
８が滅勢されており、手動により砥石３０とワークＷと
が噛合されて位相合わせが行われる。

【０００８】次いで、モータ２８が低速で回転されると
ともに、これに同期してモータ１４が回転駆動されるこ
とにより、砥石３０とワークＷとが同期回転する。この
状態で、図１０に示すように、第１パルス発生器３２の
零点（０点）を起点として、この第１パルス発生器３２
のＡ相のパルス数をワークセンサ１２からのパルス出力
があるまで計数する。そして、第１パルス発生器３２か
らのパルス計数値に基づいて、砥石３０とワークＷの初
期位相合わせが行われている。

【０００９】ところで、上記の従来技術では、初期位相
合わせの状態で、砥石３０のねじ山部がワークＷの歯部
の両側の歯面の中央に正確に噛み合うことが保証されな
いという懸念がある。そこで、例えば、特開平９−１７
４３３０号公報では、上記のような初期歯合わせ処理を
行った後、砥石３０とワークＷとの最終歯合わせ処理を
行うことにより、研削に先立つ前記砥石３０と前記ワー
クＷの間の歯合わせを高精度に実現しようとする提案が
なされている。

【００１０】具体的には、ワーク側サーボ駆動装置のサ
ーボ系の位置ループゲインをワークＷの歯面の研削に適
した通常の高い値から大幅に低い値に下げた状態で、切
り込みモータ６の作用下にワークＷが切り込み方向に前
進する。その際、砥石３０のねじ山部がワークＷの歯部
の間に入るとともに、前記ねじ山部の研削面と前記歯部
の歯面との間の距離が次第に減少するような正逆両回転
方向における位置オフセット指令が与えられる。

【００１１】ここで、位置ループゲインが低い値に切り
替えられており、ねじ山部の研削面と歯部の歯面とが接
触してもこの歯面の研削が行われない。そして、サーボ
誤差検出手段は、位置ループゲインが低い値に切り替え
られたサーボ駆動装置に対応するワーク軸、または、砥
石軸の位置の位置オフセットが与えられた指令値と検出
値（実際の位置）との差（サーボ誤差）を正逆両回転方
向において検出している。

【００１２】このようにして検出された正逆両回転方向
の各サーボ誤差に基づいて、噛合位置検出手段が最適な
噛合位置を算出し、さらに、この最適な噛合位置に基づ
いて、噛合位置補正手段が噛合位置の補正を行ってい
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術では、研削に先立って各ワーク毎に、前記ワー
クと砥石との初期歯合わせ処理と、最終歯合わせ処理と
が行われている。これにより、研削前処理に相当に多く
の時間がかかってしまい、歯車研削処理の効率化が容易
に遂行されないという問題が指摘されている。

【００１４】本発明はこの種の問題を解決するものであ
り、簡単な工程および構成で、研削工具とワークとの初
期位相合わせを良好に行うとともに、歯車研削処理全体
の効率化が遂行可能な歯車研削機の初期位相合わせ方法
および装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る歯車研削機
の初期位相合わせ方法および装置では、ワークが取着さ
れたワーク軸を一方向に回転させ、前記ワークの歯面が
研削工具の研削面に接触することによるトルクの増加が
検出される。そして、検出されたトルクが、予め設定さ
れた所定値に至った際に、ワーク軸の回転が停止されて
前記ワーク軸の一方向接触位置データが得られる。さら
に、ワーク軸を他方向に回転させ、前記ワークの歯面が
研削工具の研削面に接触することによるトルクの増加が
検出される。この検出されたトルクが所定値に至った際
に、ワーク軸の回転が停止されて前記ワーク軸の他方向
接触位置データが得られる。

【００１６】次いで、上記のように得られた一方向接触
位置データと他方向接触位置データとに基づいて、研削
工具とワークとの噛合位置合わせデータが演算される。
このため、前記噛合位置合わせデータに基づいて、研削
工具とワークとの初期位相合わせ処理が、自動的かつ高
精度に遂行される。

【００１７】また、上記の噛合位置合わせデータを使用
して、研削時のワークと研削工具との自動噛み合わせが
行われるとともに、次の研削を行う同種のワークと前記
研削工具の自動噛み合わせが行われる。これにより、ワ
ークの研削作業が容易かつ迅速に遂行可能になる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態に係る
歯車研削機の初期位相合わせ方法を実施するための初期
位相合わせ装置４０の概略構成図である。

【００１９】初期位相合わせ装置４０が適用される歯車
研削機４２は、基本的には図９に示す歯車研削機と同様
に構成されており、ベッド４４上には、矢印Ａ方向（切
り込み方向）および矢印Ｂ方向（トラバース方向）に進
退可能な可動テーブル４６が配置されている。可動テー
ブル４６には、ワーク軸モータ４８が装着され、このワ
ーク軸モータ４８のワーク軸５０にワークＷが取り付け
られる。ワーク軸モータ４８の回転は、ワーク軸用エン
コーダ５２を介して検出される。

【００２０】ベッド４４上に設けられた旋回コラム５４
には、工具軸モータ５６が矢印Ｃ方向に旋回可能にかつ
矢印Ｄ方向に進退自在に装着されるとともに、この工具
軸モータ５６の工具軸５８には、研削工具６０が取り付
けられる。工具軸モータ５６には、工具軸用エンコーダ
６２が連結される。ワークＷの近傍には、このワークＷ
が回転する際の歯数を、例えば、磁気的に検出して所定
のパルスを発生させるワークセンサ６４が配置されてい
る。

【００２１】ワークセンサ６４からのワークセンサパル
スがセンサ中心検出回路７０に入力され、このセンサ中
心検出回路７０から出力される歯中心データが、位相角
度カウンタ７２に入力される。この位相角度カウンタ７
２には、工具軸用エンコーダ６２からＺ相パルスが入力
されるとともに、ワーク軸用エンコーダ５２のＡ相パル
スが、前記位相角度カウンタ７２およびカウンタ７４に
入力される。

【００２２】カウンタ７４および位相角度カウンタ７２
から中央処理装置（以下、ＣＰＵという）７６には、カ
ウントデータおよび位相データが入力される。このＣＰ
Ｕ７６は、アンプ７８を介してワーク軸モータ４８にサ
ーボ速度指令を送るとともに、メモリ８０を設けてい
る。

【００２３】本実施形態に係る初期位相合わせ装置４０
は、実質的にＣＰＵ７６の機能であり、ワークＷが取着
されたワーク軸５０を正逆両回転方向に回転させる際、
前記ワークＷの歯面８２Ｒ、８２Ｌが研削工具６０の研
削面８４に接触することによるトルクの増加を検出する
トルク検出部９０と、前記検出されたトルクの制限値を
予め設定するトルク制限値設定部９２と、前記検出され
るトルクが前記制限値に至った際、前記ワークＷの歯面
８２Ｒ、８２Ｌの位置データを検出する接触位置検出部
９４とを備える。トルク検出部９０は、ワーク軸モータ
４８のトルクを電流センサ９６から入力される電流値に
基づいて検出する。

【００２４】このように構成される初期位相合わせ装置
４０の動作について、歯車研削機４２との関連で以下に
説明する。

【００２５】まず、ワーク軸モータ４８および工具軸モ
ータ５６を同期して回転駆動する際に、ワーク軸用エン
コーダ５２、工具軸用エンコーダ６２およびワークセン
サ６４からのパルス出力は、例えば、図２に示すタイム
チャートとして得られる。その際、研削工具６０とワー
クＷの位相Ｐは、工具軸用エンコーダ６２のＺ相パルス
の出力位置からワークセンサ６４の検出位置までの間に
おいて、ワーク軸用エンコーダ５２のパルス数（Ａ相パ
ルス計数値）から得られる。

【００２６】一方、図１に示すように、工具軸用エンコ
ーダ６２からのＺ相パルスおよびワーク軸用エンコーダ
５２からのＡ相パルスが、位相角度カウンタ７２に入力
されるとともに、ワークセンサ６４からの出力パルス
が、センサ中心検出回路７０を介して前記位相角度カウ
ンタ７２に入力される。

【００２７】ワークセンサ６４では、図３に示すように
ワークＷの歯幅を中心とする約１歯の範囲内において、
中央部が山高となる出力信号電圧を発生し、この出力信
号電圧がデジタル化される。そして、センサ中心検出回
路７０では、デジタル化されたパルス幅（Ｎ）を測定
し、この測定されたパルス幅の半分のパルス幅（Ｎ／
２）を、ワークセンサ６４による出力信号電圧を介して
立ち上がる次のパルスに同期して生成する。

【００２８】従って、生成されたパルス幅（Ｎ／２）の
パルスの終了エッジが、ワークＷの歯部の中心位置に対
応している。このため、デジタル化されたパルス幅に対
応してワーク軸用エンコーダ５２のパルス数をカウント
し、このカウント値の半分のパルス幅を生成することに
より、ワークＷの歯中心が検出される。

【００２９】そこで、本実施形態に係る初期位相合わせ
方法について、図４に示すフローチャートを参照しなが
ら、以下に詳細に説明する。

【００３０】まず、トルク制限値設定部９２では、図５
に示すように、正転トルク制限値および逆転トルク制限
値が予め設定されており（ステップＳ１）、この正転ト
ルク制限値で、ワークＷの歯面８２Ｒと研削工具６０の
研削面８４との接触が検出される。一方、逆転トルク制
限値で、ワークＷの歯面８２Ｌと研削工具６０の研削面
８４との接触が検出される。

【００３１】次いで、図６に示すように、研削工具６０
とワークＷとは、それぞれの歯先と歯底が対向するよう
に配置される。この状態で、ＣＰＵ７６からアンプ７８
にサーボ速度指令が送られる。このため、ワーク軸モー
タ４８が駆動されて、ワーク軸５０と一体的にワークＷ
が、図７中、矢印Ｃ１方向（正転方向）に回転を開始す
る（ステップＳ２）。

【００３２】ワークＷが矢印Ｃ１方向に回転を開始する
と、このワークＷの歯面８２Ｒが研削工具６０の研削面
８４に接触し、ワーク軸モータ４８のトルクが増加して
いく（図５参照）。そして、トルク検出部９０により検
出されるトルクが、トルク制限値設定部９２により予め
設定されている正転トルク制限値に至ったことが検出さ
れると（ステップＳ３中、ＹＥＳ）、ステップＳ４に進
んで、ワーク軸５０の回転が停止される。

【００３３】ここで、ＣＰＵ７６では、接触位置検出部
９４が位相角度カウンタ７２から入力される位相データ
を介してワークＷの歯面８２Ｒの接触位置データ（一方
向接触位置データ）を算出し、この接触位置データがメ
モリ８０に記憶される（ステップＳ５）。

【００３４】さらに、ＣＰＵ７６からのサーボ速度指令
によって、ワーク軸モータ４８が、図８中、矢印Ｃ２方
向（逆転方向）に回転を開始する（ステップＳ６）。こ
のため、ワークＷの歯面８２Ｒが研削工具６０の研削面
８４から離間し、トルク検出部９０により検出されるト
ルクが減少した後、前記ワークＷの歯面８２Ｌが前記研
削工具６０の研削面８４に接触を開始するまで、一定の
トルクが検出される（図５参照）。

【００３５】歯面８２Ｌが研削面８４に接触した後、ト
ルク検出部９０により検出されるトルクが逆転方向に増
加する。そして、この検出されたトルクが、トルク制限
値設定部９２により予め設定されている逆転トルク制限
値に至ったことが検出される（ステップＳ７中、ＹＥ
Ｓ）。これにより、ワークＷの歯面８２Ｌと研削工具６
０の研削点８４との接触が検出され、ワーク軸５０の回
転が停止される（ステップＳ８）。

【００３６】接触位置検出部９４では、歯面８２Ｌの接
触位置データ（他方向接触位置データ）が演算されて、
この接触位置データがメモリ８０に記憶される（ステッ
プＳ９）。ＣＰＵ７６では、メモリ８０に記憶されてい
る歯面８２Ｒの接触位置データと、歯面８２Ｌの接触位
置データとに基づいて、研削工具６０とワークＷとの噛
合位置合わせデータ、すなわち、噛合中心位置データが
演算される（ステップＳ１０）。次に、サーボトルク制
限が解除されることにより（ステップＳ１１）、歯車位
置研削機４２における初期位相合わせ処理が終了する。

【００３７】この場合、本実施形態では、ワーク軸５０
を正転方向（矢印Ｃ１方向）に回転させて、ワークＷの
歯面８２Ｒが研削工具６０の研削面８４に接触すること
によるトルクの増加を検出する。そして、検出されたト
ルクが、予め設定された正転トルク制限値に至った際、
ワーク軸５０の回転が停止されるとともに、前記歯面８
２Ｒの接触位置データが得られる。さらに、ワーク軸５
０を逆転方向（矢印Ｃ２方向）に回転させ、ワークＷの
歯面８２Ｌが研削工具６０の研削面８４に接触すること
により増加するトルクが、予め設定された逆転トルク制
限値に至った際、前記ワーク軸５０の回転が停止される
とともに、前記歯面８２Ｌの接触位置データが得られ
る。

【００３８】次いで、歯面８２Ｒ、８２Ｌのそれぞれの
接触位置データから、研削工具６０とワークＷとの噛合
位置合わせデータ、すなわち、両接触位置データの中間
位置データが得られる。このため、前記噛合位置合わせ
データに基づいて、研削工具６０とワークＷとの初期位
相合わせ処理が、自動的かつ高精度に遂行されるという
効果が得られる。

【００３９】しかも、上記の初期位相合わせ処理が行わ
れた後、ワークＷの歯面８２Ｒ、８２Ｌの研削処理が開
始されるため、従来のように初期歯合わせ処理が施され
た後に、最終歯合わせ処理を行う必要がない。これによ
り、研削前処理を短時間で確実に行うことが可能にな
り、歯車研削処理全体の効率化が確実に遂行されるとい
う利点がある。

【００４０】さらに、上記の噛合位置合わせデータを使
用して、研削時のワークＷと研削工具６０との自動噛み
合わせが行われる。このため、ワークＷの研削作業が容
易かつ迅速に遂行される。

【００４１】

【発明の効果】本発明に係る歯車研削機の初期位相合わ
せ方法および装置では、ワークが取着されたワーク軸を
両方向に回転させ、前記ワークの歯面が研削工具の研削
面に接触することにより増加するトルクを検出し、この
検出されたトルクに基づいて、前記ワーク軸の両方向接
触位置データが得られる。さらに、両方向接触位置デー
タから、研削工具とワークとの噛合位置合わせデータが
演算されるため、前記噛合位置合わせデータに基づい
て、前記研削工具と前記ワークとの初期位相合わせ処理
が自動的かつ高精度に遂行される。

【００４２】これにより、初期歯合わせ処理の後に、最
終歯合わせ処理を行う必要がなく、研削前処理に要する
時間を大幅に短縮することができる。また、次に研削を
行う同種のワークの噛み合い位置合わせデータとして利
用することが可能になり、歯車研削処理全体の効率化が
容易に遂行可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る歯車研削機の初期位相
合わせ方法を実施するための初期位相合わせ装置の概略
構成図である。

【図２】ワーク軸用エンコーダ、工具軸用エンコーダお
よびワークセンサによる位相検出のタイムチャートであ
る。

【図３】ワークセンサからの出力に基づいて歯中心を検
出するタイムチャートである。

【図４】前記初期位相合わせ方法を説明するフローチャ
ートである。

【図５】ワーク軸を正転および逆転させる際のトルク変
化の説明図である。

【図６】研削工具とワークとを、互いに接触することな
く配置した状態の一部拡大説明図である。

【図７】前記ワークを正転方向に回転させる際の一部拡
大説明図である。

【図８】前記ワークを逆転方向に回転させる際の一部拡
大説明図である。

【図９】従来技術に係る歯車研削機の斜視説明図であ
る。

【図１０】従来技術に係る歯車研削機の初期位相合わせ
方法のタイムチャートである。

【符号の説明】

４０…初期位相合わせ装置 ４２…歯車研削機 ４８…ワーク軸モータ ５０…ワーク軸 ５２…ワーク軸用エンコーダ ５６…工具軸モー
タ ５８…工具軸 ６０…研削工具 ６２…工具軸用エンコーダ ６４…ワークセン
サ ７６…ＣＰＵ ８２Ｒ、８２Ｌ…
歯面 ８４…研削面 ９０…トルク検出
部 ９２…トルク制限値設定部 ９４…接触位置検
出部 Ｗ…ワーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 古口 貴司 埼玉県狭山市新狭山１−10−１ ホンダエ ンジニアリング株式会社内 (72)発明者 伊藤 達也 埼玉県狭山市新狭山１−10−１ ホンダエ ンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 3C025 HH01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】螺旋条が刻設された研削工具でワークを研
   削するために、前記研削工具と前記ワークとの初期噛合
   時の位相合わせを行う歯車研削機の初期位相合わせ方法
   であって、 前記ワークが取着されたワーク軸を一方向に回転させ、
   前記ワークの歯面が前記研削工具の研削面に接触するこ
   とによるトルクの増加を検出し、前記トルクが所定値に
   至った際に、前記ワーク軸の回転を停止させて該ワーク
   軸の一方向接触位置データを得る工程と、 前記ワーク軸を他方向に回転させ、前記ワークの歯面が
   前記研削工具の研削面に接触することによるトルクの増
   加を検出し、前記トルクが所定値に至った際に、前記ワ
   ーク軸の回転を停止させて該ワーク軸の他方向接触位置
   データを得る工程と、 前記一方向接触位置データと前記他方向接触位置データ
   とに基づいて、前記研削工具と前記ワークとの噛合位置
   合わせデータを演算する工程と、 を有することを特徴とする歯車研削機の初期位相合わせ
   方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の初期位相合わせ方法におい
   て、前記噛合位置合わせデータを使用して、研削時の前
   記ワークと前記研削工具との自動噛み合わせを行うこと
   を特徴とする歯車研削機の初期位相合わせ方法。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の初期位相合わせ方
   法において、前記噛合位置合わせデータを使用して、次
   の研削を行う同種のワークと前記研削工具との自動噛み
   合わせを行うことを特徴とする歯車研削機の初期位相合
   わせ方法。
4. 【請求項４】螺旋条が刻設された研削工具でワークを研
   削するために、前記研削工具と前記ワークとの初期噛合
   時の位相合わせを行う歯車研削機の初期位相合わせ装置
   であって、 前記ワークが取着されたワーク軸を両方向に回転させる
   際、前記ワークの歯面が前記研削工具の研削面に接触す
   ることによるトルクの増加を検出するトルク検出部と、 前記検出されるトルクの制限値を設定するトルク制限値
   設定部と、 前記検出されるトルクが前記制限値に至った際、前記ワ
   ークの歯面の位置データを検出する接触位置検出部と、 を備えることを特徴とする歯車研削機の初期位相合わせ
   装置。