JP2005231013A

JP2005231013A - 歯車の仕上げ加工方法

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Publication number: JP2005231013A
Application number: JP2004046918A
Authority: JP
Inventors: Setsu Wakabayashi; 節若林; Naoya Hashimoto; 直哉橋本; Yasuhiro Kurokawa; 泰浩黒川
Original assignee: Kanzaki Kokyukoki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Kanzaki Kokyukoki Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2004-02-23
Filing date: 2004-02-23
Publication date: 2005-09-02
Anticipated expiration: 2024-02-23
Also published as: JP4505655B2

Abstract

【課題】同期駆動方式の下で、起動・停止時の不均一な加速／減速トルクにより生ずるワーク及びカッタの両者牽制による激しいトルク変動を抑え、更に起動／停止時間が長くなることなく、歯面の傷、及び工具寿命の低下を生じない歯車の仕上げ加工方法を提供する。
【解決手段】ワークとなる歯車とカッタ又は砥石との各々を駆動する制御モータを所定の同期比で同期駆動することにより創生仕上げする歯車の加工方法であって、少なくとも一方の制御モータの制御系において予め設定されているゲイン定数を変更することにより、少なくとも加減速時における両モータの牽制トルクを抑制するように、一方の制御モータ速度ゲインを他方の制御モータ速度ゲインに比べ高応答または低応答とすること
【選択図】図４

Description

本発明は、創生加工による歯車の仕上げ加工方法、特にカッタ又は砥石との所定同期比による同期回転下でワークである歯車を、カッタによるギアシェービング、砥石によるギアホーニング等の精密仕上げ加工を行う方法に関する。

ワークである歯車とこれに噛み合いする歯車形状カッタ（または砥石）とを創生運動によりギアシェービング、ギアホーニングの精密仕上げを行うには、カッタ（または砥石）軸に駆動モータを持ち、それを駆動することによって噛み合っているワーク軸が回転する非同期駆動方式と、カッタ軸（または砥石軸）とワーク軸との双方に駆動モータを持ち所定同期比による同期駆動させて加工する同期駆動の２方式がある。

非同期及び同期駆動方式の加工方法は、歯車形状のカッタ軸（または砥石軸）とワーク軸とに軸交差角を与えて、カッタ（または砥石）を被加工歯車の歯面に押し付け、交差角による相対滑り現象を利用して加工する。

ギアシェービング及びギアホーニング加工にあたっては、歯の両側の面（フランク）を等しく仕上げる必要があり、特に同期駆動方式ではカッタ（砥石）の歯位相とワークの歯位相を完全に合せる必要がある。

ギアシェービング及びギアホーニング加工では、前記被加工歯車とカッタ又は砥石とは密着状態で加工するが、ワークである被加工歯車の前加工においてプロファイルエラー及び単一、隣接ピッチエラー、歯溝のフレ等寸法誤差があり、更にカッタ（または砥石）と歯車との密着状態でピッチ誤差の異なる複数の歯が噛み合いながら回転し、加工する。回転するにつれ、カッタ（または砥石）と被加工歯車との組み合う歯が順次変わって行くので、特に同期駆動方式では、噛み合い初期に設定した電気的な位相合致点とカッタ（または砥石）と被加工歯車との間の噛み合い位相にずれを発生する。位相ずれを生じたまま加工すると、左右いずれかの歯面が偏り加工となり、また累積ピッチエラーが増大し、場合によってはプロファイル、リードの加工精度にも影響を及ぼす。

非同期駆動方式ではワークはカッタ（または砥石）に伴われて回転する、いわゆる連れ廻り状態となるので、カッタ（または砥石）とワークである被加工歯車とピッチエラーの異なる複数の歯の組み合わせ状態が回転するにつれ順次変わっていくので、回転中の位相ずれは常に変化するが、同期駆動方式のように強制的に位相を一致させるような働きがないため、大きな位相ずれとはならない。しかし累積ピッチエラーは、前加工の状態のまま解消されずに残ってしまう。いわゆる非同期駆動方式では累積ピッチエラーは改善されない。また、駆動モータを有するカッタ（または砥石）に押される側のワーク歯面には、切削トルクと歯車と歯車を保持するための治具のイナーシャによる加速トルクと摩擦抵抗を補償するトルクが余分に掛かることになる。その結果、駆動される歯面と反対側の非駆動歯面とでは面圧が異なり、駆動側歯面と非駆動歯面とでは形状誤差、加工歪み及び残留応力等、各歯及び向かい合った左右それぞれの歯面で異なる、所謂偏り加工となる。この偏り加工を解消し、更に歯の両方の面（フランク）を均等に仕上げるためには、加工途中でカッタの回転方向を逆にする必要があった。図５に非同期駆動方式における起動から加工完了までの加工段階とカッタの回転方向の関係を示す。カッタを逆回転させるためには、カッタ又は砥石を一旦停止させてから逆転起動するため、加工時間がその分長く掛かる。

一方同期駆動方式は、ワーク軸及びカッタ（または砥石）軸双方に駆動モータを有するので歯車の歯面に掛かるトルクの大きさ及び方向を含め自由に制御することができるので、イナーシャ及び摩擦トルクに伴う加工の偏りを解消するとともに、非同期駆動方式のように加工中カッタ（または砥石）を停止し、逆回転させる必要がない。例えば加工中、調整可能なトルクを所定加工まで一方向に、次の所定寸法まで反対方向に加えることによって、逆回転するのと同じ効果が得られる。この場合、各加工段階の中で、それぞれ望ましいトルクの大きさに替えてもよい。したがって同期駆動方式は一方向の同期回転のみで加工するので加工途中の停止・再起動時間がなく、その分短縮することができることで知られている（例えば、特許文献１，２参照）。図６は、この加工の起動から加工完了までの段階、カッタ又は砥石の回転方向、及びカッタとワーク軸のトルクの関係を示す。
特開２０００−３１７７３３号公報特開２００３−２００３３２号公報

上記同期駆動方式によれば、電気的にカッタ又は砥石と歯車とが噛み合い、電気的に位相を合せた状態で加工しているため、左右の両歯面は理論上の接触点の軌跡に沿って噛み合い、左右相殺した歯面圧にて切削することができる。

しかしながら、実際には、仕上げ加工の前工程であるホブ切、または歯面焼き入れ工程後の歯車は、単一及び隣接ピッチエラー、歯溝の振れ、プロファイル及びリード精度等にバラツキが有り、仕上げ加工となるギアシェービング及びギアホーニング加工の基準として前加工のピッチを加工開始前にワークとカッタ（または砥石）との位相一致した点と電気的位相一致点と同一であるとして設定するが、カッタ（または砥石）及び被加工歯車の歯は、回転する中で同じ歯が噛み合わない様に歯数比を決めているので回転することによって被加工歯車の前加工における単一ピッチエラーにより、初期に設定した機械的位相一致点がずれてくる。即ち加工するにつれ、噛み合った歯は変化し、電気的位相一致点は固定されているので、初期に設定した両位相との間にズレを生じる。このように位相ずれの状態で加工すると、これら前加工精度に起因する位相ズレと加工精度による取り代のアンバランスから、カッタ（または砥石）およびワークの駆動トルクに脈動を生じ、その結果それぞれの歯面圧にバラツキ、及び位相ズレによる偏り削りが発生し、結果として各歯及び左右歯面とも加工歪み及び残留応力が異なってしまう。また位相ずれによる偏り削りにより片歯面をより多く切削してしまい、高度の仕上げ加工をすることは困難であった。偏り削りを防止するには加工完了した歯面を目視検査し、次の被加工歯車の加工開始前、位相シフト量を決め、起動前にＮＣ装置にインプットし、加工開始と同時に加工前の位相一致した点に、インプットした位相シフト量を重畳し、偏り削りを補正することが通常行われるが、このように加工済み歯車の状態から判断して、次に加工する歯車にて位相補正を偏り削りがなくなるまで数回繰り返し行うが完全とはならない。

次に、上記同期駆動方式においてカッタ（または砥石）と被加工歯車を噛み合わせた状態で両制御モータの起動／停止を行うと、両モータの加減速時、出力の相違、及び歯車とカッタ（または砥石）の歯数の違いに伴う回転数の違い、更に電気的機械的定数の違い、またそれぞれのモータ軸に掛かる慣性モーメントの違いにより加速／減速時のトルク特性、特に立ち上がり（下がり）時間が全く異なる。しかも両者噛み合って起動するので特性の異なる両者は互いに牽制し合い、両者とも大きなトルク変動を生じる。その結果、機械的には振動を誘発し、ギヤ歯面に傷を付けたり、工具寿命を極端に短くする。これを防止するため、両者の制御系の特性をなるべく同じになる様調整して、牽制し合わない最適な状態に必要があるが、ワークの種類、形状が異なると、ワーク軸の回転数、カッタ（または砥石）軸に掛かる慣性モーメントに違いを生じるため、ワークが変更されるたびに調整をしなければならなかった。

解決方法として、ＮＣ装置に制御パラメータのトルク制限項目があり、何れか一方のまたは両方のトルク制限パラメータを設定して、出力トルクを制限し、互いの牽制を抑える方法があるが、噛み合わせ点における大きなトルクにて駆動するモータが反対の小さいトルクにて駆動する軸の加減速トルクを負担することになる。この場合ワーク変更毎に、イナーシャ、ギヤ比が異なるので歯車の仕様毎に、その都度トルク制限パラメータを設定する必要がある。制限するトルク値を大きく設定すれば、ある程度の違いの歯車種については解決することができるが、起動／停止時間はその分長くなる。

制御モータを噛み合い状態にて起動／停止を行う場合、加減速時を最適な状態に調整するには、両制御モータの加減速定数とゲイン（制御モータ軸換算イナーシャと制御モータイナーシャ比）を設定しなければならないが、加減速定数設定には多くの要素が関係しており、オペレータに最適な状態に設定または調整させることは不可能であり、十分な解決ができなかった。

そこで、本発明の第１の目的は、同期駆動方式の下で、起動・停止時の不均一な加速／減速特性違いにより生ずるワーク及びカッタ間の牽制による激しいトルク変動を抑え、更に起動／停止時間が長くなることなく、歯面の傷、及び工具寿命の低下を生じない歯車の仕上げ加工方法を提供することにある。

本発明の第２の目的は、同期駆動方式の下で、加工中のトルク制限、位相シフトせず、また加工途中におけるカッタ又は砥石の回転方向を切り替えず、さらに偏り削りを防止し、非同期駆動方式と同じ条件に近い状態で加工することにある。

本発明の第３の目的は、同期駆動方式の下で、各加工段階におけるトルク制御を行うことにより、よりよい歯車の仕上げ加工方法を提供することにある。

上記第１及び第２の目的を達成するため、本発明に係る歯車の仕上げ加工方法は、第１の手段として、ワークとなる歯車とカッタ又は砥石の各々を駆動する制御モータを所定の同期比で同期駆動することにより創生仕上げする歯車の加工方法であって、少なくとも一方の制御モータの制御系において予め設定されているゲイン定数を変更することにより、少なくとも加減速時における両モータの牽制トルクを抑制するように、一方の制御モータ速度ゲインを他方の制御モータ速度ゲインに比べて指令に対し高応答または低応答とすることを特徴とする。

また第２手段として非同期加工に近い加工状態を得るため、起動／停止時を除く各加工段階において、それぞれの制御モータの少なくとも一方のゲインを変更し、歯車の歯面に掛かる力の方向を変えることができることを特徴とする。

一般的に機械組み立て完了後、それぞれのモータがもつ各種制御パラメータを制御モータ製造者が指定する標準値にセットするが、カッタ（または砥石）軸及びワーク軸の駆動制御モータに関しては、ワーク種が異なるとカッタ又は砥石の駆動モータ軸及びワークである被加工歯車を駆動するモータ軸に掛かるイナーシャ、さらにはワーク軸の回転数が異なるので、標準値にセットしたままの状態では、歯車種によってはゲインが大きくなり、振動を発生する場合があり、また小さすぎると偏差が多大きくなる。一般的にゲインの標準値はモータ特性を最大限に活用するために限界値に近い値に設定されていることが多い。各種歯車に対応するためには、振動の発信を防止するため、標準値より僅かに下げた値に設定する。その場合、偏差が大きくなり、また制御モータの特性を十分に活用することが出来ない。

制御モータの特性を最大限利用するためには適正値に設定する必要があるが、前記したようにワーク種類が変わるたびにオペレータにそれを設定することは困難であるので、予め調節されたゲインの値をＮＣ制御装置のデータテーブルにセットし、入力された歯車及びカッタ（又は砥石）の使用に応じて演算された結果から、前記データテーブルにセットしている最適ゲイン値を抽出し、該ゲインデータに置き換えることによって、ゲインを最適値に設定することが有利である。ゲインの標準値が最大値でない場合は、ゲインに一定の増加率を掛ける場合もある。また、ゲイン値を標準値から所定のゲイン値に置き換える場合もある。

前記ゲインの制御は、加工プログラムの一環として、若しくは加工シーケンスにより行うことができる。

また、モータ制御装置によっては、データを記憶する領域を有するものがある。データ数をあまり必要としない加減速定数はこの領域が記憶することが好ましい。即ち起動／停止時の加減速中の異常なトルク変動の発生を防止するため、このデータ領域に予め調整されたゲインの値、または定率を記憶させ、前記上位ＮＣ装置により、入力されたワーク及びカッタ（又は砥石）の仕様にから各モータ軸に換算したイナーシャ及び回転数を演算した結果から、前記上位ＮＣ装置に記憶したデータを指定し、起動／停止時の最適加減速ゲイン定数に調整することが好ましい。

上記第３の目的を達成するため、本発明に係る歯車の仕上げ加工方法は、第３の手段として、起動・停止時の加減速時を除く複数の加工段階において、歯車軸またはカッタ（又は砥石）軸の何れか一方を、前記複数の加工段階に応じて予め設定されたトルクパターンに従って制御することを特徴とする。これによって、加工段階の各工程において、カッタ（または砥石）軸またはワーク軸のいずれかの軸をトルク制御し、被加工歯車に最適な条件にて加工する。第３の手段においても、加減速時は上記第１の手段に依る。

前記トルクパターンは、加工サイクル中の、粗加工、仕上げ加工、ドウェル、及びバックムーブメントの各工程に応じてそれぞれ設定された目標トルク値によってパターン形成されることが好ましい。前記目標トルクに制御するためのトルク補償回路を制御系に有することが好ましい。

また、制御対象である歯車軸又はカッタ（又は砥石）軸と噛み合わずにそれらと同期回転する第３の軸を設定するとともに、前記制御対象である歯車軸又はカッタ（又は砥石）軸を前記第３の軸と同期回転するようにＮＣ装置から同期指令を送り、前記トルク補償回路は、制御対象である歯車軸又はカッタ（又は砥石）軸の実トルクと目標トルク値とを比較してトルク偏差を出力する比較演算部と、前記制御対象である歯車軸又はカッタ（または砥石）軸への前記同期指令に前記トルク偏差を重畳する加算部とを有することを特徴とする。

すなわち、カッタ（または砥石）軸またはワーク軸のほかに、トルク制御する軸と同期する新たな第３の軸を設定し、予め設定された目標トルク値をデータテーブルに記憶、または加工プログラムの一環として各プロセスにおける適切なトルクをプログラムし、指令トルク値とトルク制御される制御モータからのフィードバックされた実トルク値と比較し、その偏差を演算し、トルク情報とする。前記上位ＮＣ装置は、前記新たに設定した第３の軸とトルク制御する軸に同期指令を出し、トルク制御をするカッタ（又は砥石）またはワーク軸のいずれかの上位ＮＣ装置の位置指令に、前記トルク情報を重畳させ、歯車を全工程目標トルクにて加工する。なお、前記第３の軸は、制御モータと制御アンプを持たない所謂仮想軸、または制御モータ及びその制御アンプをもつ所謂実在軸のどちらであってもよい。

本発明の上記第１の手段によれば、同期駆動方式の下で、少なくとも一方の制御モータの制御系において予め設定されているゲイン定数を変更することにより、少なくとも加減速時における両モータの牽制トルクを抑制するように、一方の制御モータを他方の制御モータに比べて指令に対し高応答または低応答とすることにより、起動から加工、そして停止までトルク制限することなしに、希望するトルク曲線にて加工することが可能となり、更に、起動・停止の加減速時の激しいトルク変動を抑え、高精度の仕上げ加工を実現することができること及び工具寿命の低下を防止し得る。

また本発明の上記第２の手段によれば、上記第１の手段のように制御モータのゲイン定数の値を変更し、単に望ましいトルク曲線にて加工するのではなく、カッタ（又は砥石）軸またはワーク軸駆動制御モータのいずれかに各加工段階における目標トルク（トルクの大きさ及び方向）を設定し、理想の大きさのトルク及びその方向を含むトルク曲線にて加工する。したがって同一歯車種では、加工する全数同一目標トルク値にて加工することができる。このトルク制御する軸は、歯車の仕様により、カッタ（または砥石）軸またはワーク軸のいずれかの軸にて実施する。

先ず、本発明の第１実施形態について以下に添付図面を参照しつつ説明する。図１及び図２は、本発明に係わる歯車の仕上げ加工方法を適用することができる歯車仕上げ装置の構成を示し、図３はその制御系の代表的なブロック線図である。なお、全実施形態及び全図を通し、同様の構成部分には同一符合を付した。

この歯車仕上げ装置は、図示のように、ヘッドストックのチャック１とテールストックのセンタ２間に、ワーク軸（アーバ）３が挟持され、ワーク軸（アーバ）３にはワーク（歯車）Ｗが固定されている。チャック１は、ワーク軸３とともに制御モータ４により駆動される。また、カッタ（または砥石）ＣはワークＷとの噛み合い及び解除が可能なように配置されている。図１のカッタ（または砥石）Ｃの駆動軸５は、カッタ（または砥石）軸制御モータ６により駆動される。図２ではカッタ（又は砥石）Ｃはそれを回転させるギヤ５ａとそれに噛み合うギヤ５ｂを経由して制御モータ６により駆動される。図示例において、制御モータ４は、ビルトインＡＣスピンドルモータであり、制御モータ６は図１の場合はＡＣディジタルサーボモータ、図２の場合はＡＣスピンドルモータまたはＡＣディジタルサーボモータである。

制御モータ４，６は、それぞれの位置、速度、トルクを制御するアンプ（制御装置）７、８によって駆動制御される。アンプ７，８は上位制御装置であるＮＣ装置９から位置の指令を受けている。アンプ７，８はエンコーダ１０，１１より位置及び速度に関する情報受け、更に制御モータからはトルクに関する情報を受けて、上位制御装置９の指令に忠実に追従するよう制御モータ４，６を制御している。

指令の流れについて、図３を参照しつつ説明する。図３では、上位制御装置（ＮＣ装置）９が、駆動制御モータ６のマスタ位置指令をカッタ（砥石）軸アンプ８に送るとともに、ワークＷを駆動する制御モータ４をカッタ（砥石）Ｃのスレーブとし、カッタ（または砥石）ＣとワークＷを同期駆動するよう、マスタ位置指令に同期比αされたスレーブ位置指令をワーク軸制御アンプ７に送る。同期比αは、カッタＣ及びワークＷの歯数比、及びそれぞれの駆動系の構成によって定まる。なお、マスタをワーク軸とし、スレーブをカッタ軸としても良い。これは補正する軸をどちらにした方が有利かで決まる。

カッタ（砥石）Ｃ側のアンプ８では、入力されたマスタ位置指令とエンコーダ１１で検出された位置帰還信号を照合し、求められた位置偏差をポジションゲインＫｐに送られる。この部位分を位置制御と言う。ポジションゲインで演算された信号は、速度指令として、次の速度制御に送られる。速度指令は速度帰還信号と照合し、速度偏差を速度制御で演算する。速度制御は基本的にはＰＩ（比例・積分）制御が用いられている。比例ゲインＫｐ、積分ゲインＫｉを調整することにより指令値に最も近い状態で制御モータを制御することができる。図３は基本的なＰＩ制御示す。速度制御で演算された出力は電流（トルク）指令として次の電流制御に送られ、更に電流増幅器により制御モータを制御する。

本発明の第１及び第２手段は速度制御内の積分ゲインの定数値を書き換えるか、またはゲイン定数に定率を掛けることによって、トルク特性を制御する。比例ゲインについては発振する寸前の値、または標準値に設定することが望ましい。なお、ゲインに定率を掛けたり書き直したりする方法に代えて、溜まりパルスをカットしたり、ゲイン定数をオーバーライドする等によって、トルク特性を制御することもできる。

先ずカッタ（または砥石）ＣとワークＷとが噛み合っていない通常運転において最適な作動状態とするため、カッタ（または砥石）Ｃ側及びワークＷ側それぞれ、カッタ（砥石）及び被加工歯車の仕様に関する情報、例えば、外形、歯数、歯幅等に応じた標準ゲイン定数をデータテーブルより抽出し、この値に置き換える。

標準ゲイン定数は、トライ＆エラーによって得られた数値が予め上位制御装置９のデータテーブルにセットされている。標準ゲイン定数は、一般的には制御モータ製造者から与えられた値である。

また制御モータ用アンプ内に記憶（ＲＯＭ）領域がある場合、ここに起動／停止など、ある程度固定することのできる値または低減率を記憶領域にセットしておくことが望ましい。

加工プログラムにプログラムされたゲイン指令（Ｍコード等補助機能による）により、予め記憶してある設定されたゲイン値の中から、指令に見合うゲイン値または定率（低減率、増加率等）を抽出し、起動／停止の加減速時、粗加工段階、仕上げ加工段階及びドウェル中それぞれに、前記標準ゲイン定数を書き換えるか、または前記標準ゲイン定数に定率を掛け、理想トルク曲線にて加工する。各段階のセットは加工プログラムの中にプログラムするか、または決められたシーケンスで行う。

以下、ゲインとトルクの関係について、図４（Ａ）に示すグラフを参照しつつ詳細に説明する。この例ではワーク軸駆動制御モータのゲインＫｉの値に低減率を掛けているが、ワーク及びカッタ（砥石）の仕様によりカッタ（砥石）軸駆動制御モータのゲインを調整する場合もある。

図４（Ａ）の例では、先ず、起動から指令回転数に到達するまでの加速段階では、ワーク軸制御モータ４の速度積分ゲインを初期設定値（標準ゲイン定数）より２０％低下させている。その結果、カッタ（砥石）軸制御モータの応答速度がワーク軸制御モータより相対的に速く（高応答）なり、ワーク軸がカッタ（砥石）軸に幾分連れ回り状態となるので、ワーク軸は牽制トルクを出力しないので、滑らかに加速される。ワーク軸はトルク制限をしていないので、カッタ（砥石）軸モータはそれほどワーク軸の加速トルクを負担しなくともよい。同期がとり難い加速時において、このようにカッタ（砥石）が駆動を主導とすることで、お互いが牽制しあうことなく、円滑に加速し、振動の原因となる異常なトルク変動を生じないので、ワークの歯面に傷を発生することなく、また工具寿命の短縮を防止できる。

次に、指定回転数に到達したら、粗加工の段階に入る。この図では、ワーク軸制御モータの速度積分ゲイン（Ｋｉ）を通常（発振限界の９０％）の値より少々高めに設定している。この場合、ワーク軸の応答速度が速くなるので、カッタ（砥石）軸はワーク軸に押され勝手の状態となる。

次の仕上げ加工段階ではワーク軸の速度積分ゲインに２０％の低減率を掛ける。この状態ではワーク軸の応答が遅くなり、カッタ（砥石）軸の応答は通常状態であるので、カッタ（砥石）軸はワーク軸を押し勝手となる。

このようにゲインの値を替えることによって、非同期における正転、逆転の効果と同じ作用をさせることができる。

次にバックムーブメント段階に入るが、ゲインはそのままであるのでカッタ（砥石）軸は押し勝手状態である。

次に停止動作段階になり、ここでは起動時と同じ、２０％減とし、カッタ（砥石）Ｃを主導とし、ワーク軸トルクの異常変動を防止しているので、円滑に減速する。その結果ワーク歯面を傷付けることなく、また工具寿命の防止にも役立つ。

図４(Ｂ)〜（Ｄ）にワーク側の速度ゲインを種々設定した他の制御例を示す。ワーク及びカッタ（砥石）の仕様によってはカッタ（砥石）Ｃ側のゲイン定数の値をそれぞれの段階において設定する場合もある。このようにトルク制限することなく、また位相シフトすることなく、希望する左右歯面いずれかの面に面圧を掛けて加工することができる。

次に本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態においても、ワークとなる歯車とカッタ（砥石）の各々を駆動する制御モータを所定の同期比で同期駆動することにより創生仕上げする。

第２実施形態では、起動・停止の加減速時は上記第１実施形態の加工方法を適用し、加工段階（即ち、加減速時を除く段階）が、上記第１実施形態の加工方法と異なる。

第２実施形態による加工方法では、先ず、ワーク軸及びカッタ（砥石）軸以外に、新たな第３の軸を設定する。この軸は制御アンプ及び制御モータを持たない、所謂仮想軸、若しくは制御アンプ及び制御モータをもつ、ワーク軸及びカッタ（砥石）軸以外の実在軸であって、そのどちらであってもよい。

次に各加工段階での個々の目標トルクを設定する。加工段階とは起動／停止の加減速時を除く全加工段階を言う。加工段階は粗加工、ドウェル、仕上げ加工、ドウェル、バックムーブメント、ドウェルの段階が一般的である。なお、「ドウェル」とは、一時送りを停止させて変位した分を削る工程を意味する。ドウェルは、一般には、粗加工段階の終了点、及び加工終了点で行う。

目標トルク値の指定は加工プログラムの中にプログラムすることにより行われる。この加工プログラムには各プロセスに希望するトルク値をプログラムする。加工プログラムを実行すると、それぞれのプロセスにおいて指定されたトルク値指令が出る。図７は、そのブロック図であり、目標トルクに制御するためのトルク補償回路を制御系に有する。指定されたトルク値は、フィードバックされた実トルクと照合されトルク偏差となる。トルク偏差を演算し、演算された信号は、前述の新しく設定した第３の軸の同期指令することによって、トルク制御を行う軸の上位制御装置であるＮＣ装置の位置指令に重畳される。

このように上位ＮＣ装置の位置の指令に、演算されたトルク偏差を重畳することにより、加工段階における一定のトルクパターンに従って、設定被加工歯車全数各加工段階で指定したトルク値にて加工することができる。目標トルクは大きさ及び方向（±）が含まれ、左右歯面それぞれに面圧を掛け、加工することができる。

本発明に係る歯車の仕上げ加工方法を適用することができる歯車仕上げ装置の一実施形態を示す概略図である。本発明に係る歯車の仕上げ加工方法を適用することができる歯車仕上げ装置の他の実施形態を示す概略図である。図１及び図２の歯車仕上げ装置の制御システムを示すブロック線図である。図３の制御システムに適用されるカッタ（砥石）軸駆動トルクの変化を加工段階に従って示すグラフである。従来の非同期駆動方式の仕上げ加工方法における起動から加工完了までの加工段階とカッタ（砥石）の回転方向及びワーク軸のトルクの関係を示す線図である。同期駆動方式における仕上げ加工方法における起動から加工完了までの加工段階、カッタの回転方向、及びワーク軸のトルクの関係を示す線図である。第２実施形態に関するトルク制御システムの要部を示すブロック線図である。

符号の説明

４，６制御モータ
７，８アンプ
９上位制御装置
Ｃカッタ
Ｗワーク

Claims

ワークとなる歯車とカッタ又は砥石との各々を駆動する制御モータを所定の同期比で同期駆動することにより創生仕上げする歯車の加工方法であって、
少なくとも一方の制御モータの制御系において予め設定されているゲイン定数を変更することにより、少なくとも加減速時における両モータの牽制トルクを抑制するように、一方の制御モータ速度ゲインを他方の制御モータ速度ゲインに比べ高応答または低応答とすることを特徴とする歯車の仕上げ加工方法。
前記ゲイン定数の変更は、予め設定されたゲイン定数に定率を掛けることにより行われることを特徴とする請求項１に記載の歯車の仕上げ加工方法。
前記ゲイン定数の変更は、加工プログラムの実行中、リアルタイムに行われることを特徴とする請求項１又は２に記載の歯車の仕上げ加工方法。
カッタまたは砥石と歯車との、種類、形状等の仕様に応じて予め調整されたそれぞれのゲイン定数をＮＣ装置内のデータテーブルに記録しておき、カッタ又は砥石及び歯車の仕様に関する入力情報に基づいて前記データテーブルからゲイン定数を抽出し、その抽出されたゲイン定数によって、予め設定されているゲイン定数を変更することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の歯車の仕上げ加工方法。
ワークとなる歯車とカッタまたは砥石との仕様に関する各種情報をＮＣ装置に入力し、その入力された情報から、歯車とカッタ又は砥石とのそれぞれの駆動モータ軸換算イナーシャと回転数を演算し、この演算結果に基づいて前記データテーブルから駆動モータに適応するゲイン定数を抽出することを特徴とする請求項４に記載の歯車の仕上げ加工方法。
前記ゲイン定数の変更は、起動／停止時の加減速時を除く加工段階においても、該複数の加工段階に応じて実行することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の歯車の仕上げ加工方法。
起動／停止時の加減速時を除く複数の加工段階において、歯車軸またはカッタ（砥石）軸の何れか一方を、前記複数の加工段階に応じて予め設定されたトルクパターンに従って制御することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の歯車の仕上げ加工方法。
前記トルクパターンは、加工サイクル中の、粗加工、仕上げ加工、ドウェル、及びバックムーブメントの各工程に応じてそれぞれ設定された目標トルク値によってパターン形成されることを特徴とする請求項７記載の歯車の仕上げ加工方法。
前記目標トルクに制御するためのトルク補償回路を制御系に有することを特徴とする請求項７又は８に記載の歯車の仕上げ加工方法。
制御対象である歯車軸又はカッタ軸若しくは砥石軸と噛み合わずにそれらと同期回転する第３の軸を設定するとともに、前記制御対象である歯車軸又はカッタ軸若しくは砥石軸を前記第３の軸と同期回転するようにＮＣ装置から同期指令を送り、前記トルク補償回路は、制御対象である歯車軸又はカッタ軸若しくは砥石軸の実トルクと目標トルク値とを比較してトルク偏差を出力する比較演算部と、前記制御対象である歯車軸又はカッタ軸若しくは砥石軸への前記同期指令に前記トルク偏差を第３軸に同期する指令によって重畳する加算部とを有することを特徴とする請求項９に記載の歯車の仕上げ加工装置。