JP2005081500A - 歯車同期加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 特別なセンサを用いたりサイクルタイムを伸ばすことなく、すべての歯のかみ合いを元に同期位置を決定する方法を提供する。
【解決手段】歯車状の工具１９が取り付けられた工具モータ１８と被加工歯車１６が取り付けられたワークモータ１５を同期制御しながら加工する歯車加工装置において、歯車をかみ合わせた状態から工具モータ１８とワークモータ１５を同期加速し、加速中にいずれか一方のモータトルクの加速区間平均値を算出してあらかじめ設定された目標値との差を係数倍したあとフィルタ処理して補正値を算出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、歯車状の工具が取り付けられて回転する工具モータと、被加工歯車が取り付けられて回転するワークモータとを、同期制御しながら、工具軸とワーク軸の軸間距離を短くして歯車を加工する歯車加工装置の同期加工方法に関する。

工具モータとワークモータを同期制御しながら軸間距離を短くして歯車を加工するときは、同期の原点を厳密にあわせる必要があり、従来は特別な手順やセンサを必要とした。例えば特許文献１では、超音波センサで接触音を観測して被加工歯車を増速・減速し、歯車の両歯面に接触する位置を判断してその中間角度を同期原点としている。
特開２０００−３２６１４１号公報

その従来技術について、図を用いて説明する。
図４は従来の歯車加工装置の構成を示すブロック図である。図において、１０は指令器であり、指令発生部１１で指令を発生して同期補正部１２で補正し、ワークモータ制御器１４と工具モータ制御器１７と切り込みモータ制御器２０に同期指令を与える。ワークモータ制御器１４はワークモータ１５を駆動して非加工歯車のワーク１６を回転させる。工具モータ制御器１７は工具モータ１８を駆動して工具１９を回転させる。切り込みモータ制御器２０は切り込みモータ２１を駆動してステージ２２を動作させ、ワーク１６と工具１９の軸間距離を変化させる。工具１９とワーク１６の接触点付近には超音波センサ４５があり、接触音を検出すると同期補正量計算部１３に接触音の信号を出力する。
図５は、従来技術の原理を説明する図であり、工具断面５０とワーク断面５１を示している。ワークモータ１５を増速して同期をずらすと、工具歯面１とワーク歯面１が接触するので、接触するときの接触音を超音波センサで検出し、そのときのワーク角度を歯面１接触角度αとして同期補正量計算部１３が記憶する。次にワークモータ１５を減速して同期をずらすと、工具歯面２とワーク歯面２が接触するので、接触するときの接触音を超音波センサで検出し、そのときのワーク角度を歯面２接触角度βとして同期補正量計算部１３が記憶する。そして、歯面１接触角度αと歯面２接触角度βの平均を同期の原点として設定する。

図６は、従来技術の処理手順を示すフローチャートであり、順を追って説明する。
Ｓ２１）まず、一連の処理を開始すると、
Ｓ２２）ワークをワークモータの先端に取り付けたチャックに取り付けて、切り込み軸を少し進ませ、工具とワークが軽くかみ合った状態にして工具モータとワークモータの現在位置を仮の同期原点とする。
Ｓ２３）次に、工具モータとワークモータを増速して加工速度にする。
Ｓ２４）ワークモータを増速して同期をずらし、超音波センサにより接触音を検出して、そのときの同期角度を同期補正量計算部１３に記憶する。
Ｓ２５）ワークモータを減速して超音波センサにより接触音を検出し、そのときの同期角度を記憶する。
Ｓ２６）記憶された２つの同期角度の平均をとって同期補正値を求め、
Ｓ２７）同期の補正をして、
Ｓ２８）ワーク・工具を加工速度で同期制御する。
Ｓ２９）切り込み軸を前進させ、ワーク軸と工具軸の間隔を短くして歯車加工をする。
Ｓ３０）次に、切り込みを後退させた後にワーク・工具を減速停止してワークを取り外し、一連の加工を終了する。

しかしながら従来は、かみ合わせ位置を決めるためだけに超音波センサが必要であり、装置が複雑・高価になってしまうという問題があった。またワークの増速・減速という本来の加工にはない手順を踏むことによって加工サイクルタイムが増加してしまうという問題があった。また接触を検出するのはある一つの歯の両面であるため、歯車の各歯にばらつきがあっても一つの歯のみが正しくかみ合う位置に同期位置が決まってしまうという問題もあった。
本発明はこのような様々な問題点に鑑みてなされたものであり、特別なセンサを用いることなく、また本来の加工からサイクルタイムを伸ばすことなく、すべての歯のかみ合いを元に同期位置を決定する方法を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、歯車状の工具が取り付けられた工具モータと、被加工歯車が取り付けられたワークモータとを、前記工具と前記被加工歯車の歯数逆数比の速度で同期制御しながら工具軸とワーク軸の軸間距離を短くして加工する歯車加工装置において、歯車をかみ合わせた状態から、前記工具モータと前記ワークモータの同期加速を行い、該同期加速中にいずれか一方のモータトルクの加速区間平均値を算出し、該加速区間平均値とあらかじめ設定された目標値との差に係数倍およびフィルタ処理を行って補正値を算出し、加速終了後に前記補正値に基づいて同期補正を行うことを特徴としている。また、前記同期補正を前記工具モータと前記ワークモータのいずれか一方の位置指令に与え、あるいは、前記同期補正を前記工具モータと前記ワークモータのいずれか一方の速度フィードフォワードとして与えることを特徴としている。
これらの方法によれば、モータトルクを判断基準に用いるため特別なセンサを必要とせず、加工にもともと必要な同期加速の途中で同期位置を微調整するため加工サイクルタイムを伸ばさず、同期加速中は通常ワークが１回転以上するためワークの歯ごとのばらつきに影響されず全てのかみ合いを平均した位置を同期位置とすることができる。

本発明の方法によれば、モータ制御器が内部で制御に用いているトルクを用いて同期補正を行なうため特別なセンサを必要とせず、本来の加工でもともと必要な同期加速中に同期補正量を計算するためサイクルタイムを伸ばすことなく、また同期加速中にワークが複数回転するときのトルクを平均した値を元に同期補正量を計算するため、ワークの全ての歯のばらつきを平均した同期位置を求めることができる、という効果がある。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する

図１は本発明の方法を実施する歯車加工装置の構成を示すブロック図である。従来技術を説明した図４と異なるのは、超音波センサを備えていないことと同期補正量計算部１３の処理機能が従来と異なっているという点である。
図において、１０は指令器であり、指令発生部１１で指令を発生して同期補正部１３で補正をした後、ワークモータ制御器１２と工具モータ制御器１７に同期指令を与える。ワークモータ制御器１２はワークモータ１５を駆動してワーク１６を回転させ、工具モータ制御器１７は工具モータ１８を駆動して工具１９を回転させる。指令器１０は切り込みモータ制御器２０にも指令を与える。切り込みモータ制御器２０は切り込みモータ２１を駆動して図示しないボールねじなどを介してステージ２２を動作させ、ワーク１６と工具１９の軸間距離を変化させる。

図２は図１の歯車加工装置が同期歯車加工をするときの処理手順を示すフローチャートであり、順を追って説明する。
Ｓ１１）まず一連の処理を開始すると、
Ｓ１２）人間あるいは加工ロボットがワーク１６をチャックした後、切り込み軸を少し進ませて工具とワークが軽くかみ合った状態にする。そしてこのときの工具軸とワーク軸の現在位置を仮の同期原点とする。
Ｓ１３）次に加工をする速度まで指令を加速し、工具軸のトルクを積算して平均値を計算する。工具軸のトルクの代わりにワーク軸のトルクを用いても良い。指令が加工する速度に対応する大きさになれば、
Ｓ１４）計算したトルクの平均値と目標値の差を係数倍してフィルタ処理したものを同期補正値とする。ここで係数倍はトルクの差から補正値への単位変換と補正利得であり、フィルタはノイズや振動成分の除去を行う。加速時間が十分長く平均によってノイズ、振動成分が除去できる場合にはフィルタを使用しなくても良い。
Ｓ１５）同期補正値をワーク軸の位置指令に加えて補正する。この補正をするときはワーク軸の位置指令に代えて工具軸の位置指令としても良い。また、補正をする軸は、トルクを検出した軸と異なっても良い。
Ｓ１６）切り込み軸を送ってワーク軸と工具軸の軸間距離を短くし、歯車を加工する。
Ｓ１７）切り込み軸を戻してワーク軸と工具軸の軸間距離を長くし、かみ合わせを離した後、ワーク軸と工具軸を減速・停止させてワークを取り外す。
以上のフローによって、特別なセンサや加工サイクルタイムを伸ばす同期位置合わせ動作を行うことなく、またすべての歯のかみ合いを考慮した同期位置補正を行うことができるのである。なお、Ｓ１３）においてトルクの加速区間すべての平均値を計算する代わりに、タイマーを用いて加速区間の一部分の平均値を計算してもよい。

次に、図３に本発明の原理について図を用いて説明する。４０は基準とするかみ合い状態を同期原点としたときのトルクである。加速時には慣性力を中心とするトルクが発生し、加工時には加工のためのトルクが発生する。４１は同期原点がずれて刃物が進んでいるときのトルクである。ここで一点鎖線は基準とするかみ合い状態でのトルクである。加速時に刃物がワークを押すため、刃物モータのトルクが大きくなり、ワークモータのトルクが小さくなる。また、かみ合ったときのモータトルクの押し合いの釣り合い位置がずれるため、加工時のトルクも刃物モータのトルクが大きく、ワークモータのトルクが小さくなり、加工結果も基準状態と変わってしまう。４２は、本発明の方法で補正を行なったときのトルクである。加速中のトルク平均値の基準時からのずれを用いて同期原点に補正を行なうことにより、加工時のトルクは基準としたときと同じにすることができる。

本発明の方法を適用する歯車同期加工装置の構成を示すブロック図 本発明の方法の処理手順を示すフローチャート 本発明の方法を説明する図 従来の歯車加工装置の構成を示すブロック図 従来技術を説明する図 従来技術の処理手順を示すフローチャート

符号の説明

１０ 指令器、 １１ 指令発生部、 １２ 同期補正部、
１３ 同期補正量計算部、 １４ ワークモータ制御器、
１５ ワークモータ、 １６ 非加工歯車、 １７ 工具モータ制御器、
１８ 工具モータ、 １９ 工具、 ２０ 切り込みモータ制御器、
２１ 切り込みモータ、 ２２ ステージ、
４０ 基準とするかみ合い状態のトルク、
４１ 刃物軸の同期原点が進んでいるときのトルク、
４２ 本発明による補正を行なったときのトルク、
４５ 超音波センサ、 ５０ 工具断面、 ５１ ワーク断面

Claims (3)

1. 歯車状の工具が取り付けられた工具モータと、被加工歯車が取り付けられたワークモータとを、前記工具と前記被加工歯車の歯数逆数比の速度で同期制御しながら工具軸とワーク軸の軸間距離を短くして加工する歯車加工装置において、
   前記歯車をかみ合わせた状態から前記工具モータと前記ワークモータを同期加速し、
   加速中にいずれか一方のモータトルクの加速区間平均値を算出し、
   該加速区間平均値とあらかじめ設定された目標値との差を係数倍したあとフィルタ処理して補正値を算出し、
   加速終了後に前記補正値で補正する
   ことを特徴とする歯車同期加工方法。
2. 前記補正値を前記工具モータと前記ワークモータのいずれか一方の位置指令に加えることを特徴とする請求項１記載の歯車同期加工方法。
3. 前記補正値を前記工具モータと前記ワークモータのいずれか一方の速度フィードフォワードとして加えることを特徴とする請求項１記載の歯車同期加工方法。

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