JP2007062011A - ギヤ・ホーニング盤 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの両歯面を一方向の回転加工により均等に研磨することのできるギヤ・ホーニング盤を提供する。
【解決手段】歯形が形成されたワークを回動自在に保持し、歯形に対応する形状に整形された砥石を前記ワークの歯に当接させつつ、ワークと砥石とを相対的に回転させてワークの研磨加工を行うギヤ・ホーニング盤において、砥石を回転させる砥石駆動手段と、ワークが取り付けるワーク軸を回転させるＣ軸モータ５２と、ワーク軸にかかる回転フリクション相当分を相殺するトルクが出力されるようにモータを制御する電流制御器６３と、を有することを特徴とするギヤ・ホーニング盤。
【選択図】図６

Description

本発明は、ギヤ・ホーニング盤に関する。

ギヤ・ホーニング盤は、歯付きインターナル砥石とワーク（歯車）を軸交差角を持たせて噛み合わせ、砥石を回転させることにより発生する歯面の滑りによって、ワーク歯面を仕上げる装置である。

従来のギヤ・ホーニング盤の一つに、インターナル砥石側にのみ駆動力を持たせ、ワークには駆動力を持たせず、インターナル砥石とワークとを噛み合わせてワークを砥石に連れ回りさせて研磨加工するギヤ・ホーニング盤がある。

図９は、このようなギヤ・ホーニング盤におけるインターナル砥石とワークとの噛み合わせ部分を示す概略図である。

連れ回り加工方式のギヤ・ホーニング盤は、インターナル砥石３側にのみ駆動源があり、ワーク２はインターナル砥石３に連れ回る構成であるから、ワーク２のドリブン側歯面２０１は、砥石３がワーク２を回そうとする駆動力と、ワーク軸のフリクションとイナーシャ（砥石に回されることに逆らう力）によって、砥石３のドライブ側歯面３０１とワーク２のドリブン側歯面２０１間で押し付け力が発生し、研磨される。このため、ワーク２のドリブン側歯面の反対歯面２０２における押し付け力が弱く、この反対歯面２０２で十分な研磨量を得られないという問題があった。

これは、インターナル砥石の歯を研磨するドレッシング工程でも同じように発生する。

歯付きインターナル砥石のドレスは、ワークの形状に近似した形状の台金に、ダイヤモンド砥粒を電着したドレスギヤをインターナル砥石と噛み合わせて、加工時と同じように連れ回りドレッシングするのであるが、ドレッシング工程の場合は、砥石の歯面とドレスギヤの歯面の押し付け力（回されることに逆らう力）が大きいと、砥石の反対歯面がドレッシングされないだけでなく、ドレスギヤの形状を正確にインターナル砥石に転写できないという問題となっている。

このため、連れ回り加工方式のギヤ・ホーニング盤では、ワークを研磨加工する際には、一つの回転方向に回転させてワークを研磨した後、逆方向に回転させて研磨できなかった歯面を研磨することにしている。

しかし、ワークとしての歯車は、できればその歯車が実際に使用される方向に回転させて研磨した方が出来上がりの性能がよいため、一方向回転による研磨が望まれている。

また、ドレス時においては、２方向の回転によりインターナル砥石をドレッシングした場合、インターナル砥石の一つひとつの歯が両側からドレスされるため、しだいに細くなって歯厚が薄くなり、砥石の寿命が短くなる。また、これは、砥石のＢＢＤ（Ｂｅｔｗｅｅｎ Ｂａｌｌ Ｄｉａｍｅｔｅｒ）を変化させてしまう。インターナル砥石は、通常、ドレッシングの度に転位量を変化させて広いＢＢＤ範囲で使用するが、砥石の歯厚が薄くなると、砥石の剛性が不足して加工精度を満足することができなくなるのである。

このような問題を解決するために、従来から様々な解決方法が用いられている。

まず、連れ回り加工によるギヤ・ホーニング盤では、テール側スピンドルのワークへの押し付け力を限界まで下げることで、スピンドルによるフリクションを小さくして、砥石のドライブ側歯面とワークのドリブン側歯面間での押し付け力と、ワークのドリブン側歯面の反対歯面での押し付け力が均等に発生するようにして、一回転方向の加工でワークの両歯面の研磨を行おうとしている。

このような連れ回り加工方式のギヤ・ホーニング盤に対して、インターナル砥石と共に、ワークにも駆動源をもたせて回転させ、インターナル砥石とワークを同期制御しつつ研磨を行うギヤ・ホーニング盤がある。

このような同期制御方式のギヤ・ホーニング盤は、インターナル砥石の駆動モータから高精度歯車減速機などによってインターナル砥石を駆動し、その砥石軸の回転位置情報を砥石駆動モータに直結されたエンコーダから取得する一方、ワーク軸は、サーボモータ直結駆動で、ワーク軸の回転情報をワーク軸スピンドルに直結したエンコーダから取って、インターナル砥石の回転位置とワークの回転位置が同期するように制御している。

このようなインターナル砥石とワークとを独立の駆動源により駆動し、かつ、その回転位置が一致するように同期制御することで、砥石のドライブ側歯面とワークのドリブン側歯面間で押し付け力とワークのドリブン側歯面の反対歯面での押し付け力が均等になるようにして、一回転方向の加工でワークの両歯面の研磨ができるようにしている。

しかしながら、従来のギヤ・ホーニング盤には、様々な問題点がある。

まず、連れ回り加工によるギヤ・ホーニング盤では、テール側スピンドルのワークへの押し付け力を限界まで下げているため、加工負荷が変化して、テールスピンドルの弱い押し付け力を越える負荷が発生した場合に、テールスピンドルが切削負荷に負けて後退し、ワークやドレスギヤの姿勢が崩れ、加工精度やドレッシング精度が極端に悪化するという問題があった。

一方、同期制御方式のギヤ・ホーニング盤においては、インターナル砥石と共に、ワークにも駆動力を持たせて同期制御しているため、回転方向にかかわらずワーク歯面の両面に均等に力が加わるため、原理的には両歯面を一回転方向によって加工することが可能となる。

しかしながら、均等に砥石軸モータとワーク軸（およびワーク軸モータ）は電気的に同期を取る構成になっているが、砥石軸の動力伝達系（減速機部分）には、ギヤによるバックラッシュがある構造になっているため（数十μｍ以上のバックラッシュ）、そのバックラッシュ分は、砥石の回転位置情報の誤差になるだけでなく、砥石の挙動を砥石駆動モータで制御できない要因になっている。

このため、砥石とワークの間の同期精度を、要求される歯形精度並の数μｍ以下のレベルに収めることができず、加工精度は期待したほど向上していない。

また、同期制御方式のギヤ・ホーニング盤では、砥石軸動力伝達系の僅かなバックラッシュによって発生する砥石とワークの位相ずれが、加工されたワーク歯面にうねりを作ってしまうという問題もあった。これは、同様に砥石のドレッシング時も発生して、ドレッシングしたインターナル砥石の歯面にうねりを作ってしまうことになる。

さらに、同期制御方式のギヤ・ホーニング盤では、同期精度をできるだけ向上させるために、追従側であるワーク軸モータのサーボゲインを、モータが発振する限界直前まで高めたため、加工負荷が抜けた瞬間等に、サーボモータが発振しやすくなり、上記砥石軸動力伝達系バックラッシュの要因と合わせて、ワーク歯面に細かい凸凹を作り、トランスミッション用ギヤの要求精度を満足するものが加工できないという問題もあった。

そこで本発明においては、ワークの両歯面を一方向の回転加工により均等に研磨することのできるギヤ・ホーニング盤を提供することである。

本発明は、下記の構成により達成される。

（１）あらかじめ歯形が形成されたワークを回動自在に保持し、前記歯形に対応する形状に整形された砥石を前記ワークの歯に当接させつつ、前記ワークと前記砥石とを相対的に回転させて前記ワークの研磨加工を行うギヤ・ホーニング盤において、前記砥石を回転させる砥石駆動手段と、前記ワークが取り付けるワーク軸を回転させるワーク軸駆動手段と、前記ワーク軸にかかる回転フリクション相当分を相殺するトルクが出力されるように前記ワーク軸駆動手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とするギヤ・ホーニング盤。

（２）あらかじめ歯形が形成されたワークを回動自在に保持し、前記歯形に対応する形状に整形された砥石を前記ワークの歯に当接させつつ、前記ワークと前記砥石とを相対的に回転させて前記ワークの研磨加工を行うギヤ・ホーニング盤において、前記砥石を回転させる砥石駆動手段と、前記ワークが取り付けるワーク軸を回転させるワーク軸駆動手段と、前記砥石の歯の移動速度と前記ワークの歯の移動速度が所定の速度範囲内で一致するように、前記ワーク駆動手段を制御する速度制御手段と、前記速度制御手段の速度制御によって前記ワーク軸駆動手段のトルクが所定値以上とならないように制限するトルク制限手段と、を有することを特徴とするギヤ・ホーニング盤。

（３）前記速度制御手段は、前記ワークの歯の移動速度を任意に調整する速度調整手段を有することを特徴とする。

（４）あらかじめ歯形が形成されたワークを回動自在に保持し、前記歯形に対応する形状に整形された砥石を前記ワークの歯に当接させつつ、前記ワークと前記砥石とを相対的に回転させて前記ワークの研磨加工を行うギヤ・ホーニング盤において、前記砥石を回転させる砥石駆動手段と、前記ワークが取り付けるワーク軸を回転させるワーク軸駆動手段と、前記砥石と前記ワークの回転位置が同期するように前記ワーク駆動手段を制御する同期制御手段と、前記同期制御手段によって行われる前記砥石と前記ワークの回転位置の同期精度を所定範囲に調整する同期精度調整手段と、前記同期制御手段からの前記ワークの回転指令に基づいて前記ワークの回転速度を指令する速度制御手段と、前記速度制御手段の速度制御によって前記ワーク軸駆動手段のトルクが所定値以上とならないように制限するトルク制限手段と、を有することを特徴とするギヤ・ホーニング盤。

（５）前記同期制御手段は、前記砥石の回転位置に対する前記ワークの回転位置を任意に調整する位置調整手段を有することを特徴とする。

本発明は請求項ごとに以下のような効果を奏する。

請求項１記載の本発明によれば、砥石とワーク軸を独立に駆動させるための駆動手段を持ち、このうちワーク軸駆動手段のトルクを、ワーク軸にかかる回転フリクション相当分を相殺するトルクが出力されるよう制御することとしたので、砥石とワークを独立に駆動し、しかもワークの回転フリクションが相殺されることから、砥石に整形されている歯がワークの歯の両面に均等な力で当接して、正転逆転を繰り返すことなく、一方向の回転により両歯面を均等に研磨することができる。また、回転フリクション相当分を相殺するトルクをワークに加えていることから、大きな力でワークを保持することが可能となり、予期せぬ切削負荷の増大時にもワークの姿勢が崩れることが無く、ワーク姿勢の悪化による加工精度不良を防止することができる。

請求項２記載の本発明によれば、砥石とワーク軸を独立に駆動させるための駆動手段を持ち、このうちワーク軸駆動手段の速度を砥石の歯の移動速度とワークの歯の移動速度が所定の速度範囲内で一致するように制御し、かつ、速度制御によってワーク軸駆動手段のトルクが所定値以上とならないように制限することとしたので、砥石の歯の移動速度とワークの歯の移動速度が所定の速度範囲内で一致させることで、砥石に整形されている歯がワークの歯の両面に均等な力で当接し、正転逆転を繰り返すことなく一方向の回転により両歯面を均等に研磨することができる。また、速度制御によってワーク軸駆動手段のトルクが所定値以上とならないように制限することにより、速度調節のためにワークの駆動トルクが大きく変化しそうなときに、これを制限して、トルク変動による加工精度不良を防止することができる。

請求項３記載の本発明は、ワークの歯の移動速度を任意に調整する速度調整手段を有することで、両歯面の研磨量を意図的に変化させることができる。

請求項４記載の本発明によれば、砥石とワーク軸を独立に駆動させるための駆動手段を持ち、砥石とワークの回転位置が同期するように制御すると共に、その同期制御を調整し、かつ、この同期制御によってワーク軸駆動手段のトルクが所定値以上とならないように制限することとしたので、砥石とワークの回転位置の同期によって、砥石に整形されている歯がワークの歯の両面に均等な力で当接し、正転逆転を繰り返すことなく一方向の回転により両歯面を均等に研磨することができるようになると共に、この同期制御における同期精度を調整することで、同期を取るための位置合わせのときに大きな力が加わることなおないようにすることができ、さらに、同期制御のためにワークの駆動トルクが大きく変化しそうなときには、これを制限して、トルク変動による加工精度不良を防止することができる。

請求項５記載の本発明は、砥石の回転位置に対するワークの回転位置を任意に調整する位置調整手段を有することを有することで、両歯面の研磨量を意図的に変化させることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

（参考例）
図１は参考例におけるギヤ・ホーニング盤の外観構成を示す斜視図であり、図２はこのギヤ・ホーニング盤を説明するための概略図である。

参考例におけるギヤ・ホーニング盤１は、連れ回り方式によるギヤ・ホーニング盤である。

ギヤ・ホーニング盤１は、ワーク２が取り付けられたワーク軸２０（図２参照）を保持するヘッドストック１１とテールストック１２、およびインターナル砥石３を備えた砥石台ユニット１３を有しており、あらかじめ荒加工により歯が成形されたワーク２をヘッドストック１１とテールストック１２により回動自在に保持し、このワーク２のできあがりに対応した形状の歯が整形されたインターナル砥石３をワーク２に押しつけつつ回転させてワーク２の研磨加工を行い、もってワーク２の歯車を仕上げ整形する。

このギヤ・ホーニング盤１は、図１に示した外観構成からわかるように、ヘッドストック１１とテールストック１２は共にマシンベッド１５上のテーブル１６に設置されている。

ギヤ・ホーニング盤１には、ワークの回転軸であるＣ軸、インターナル砥石３の回転軸であるＳ軸、インターナル砥石３の切り込み軸であるＺ軸、ワークオシレーション軸であるＸ軸、ヘリカルアングル軸であるＹ軸、およびクラウニング用にワークを傾けるためのスイングテーブル軸が設けられている。

各軸のうち、Ｓ軸はＳ軸モータ１９によりインターナル砥石３を回転させている。Ｚ軸は図示しないモータによりインターナル砥石３をワーク２の方向に押しつけ力を発生させ、Ｙ軸はインターナル砥石３のヘリカルアングルの角度調整を行っている。また、Ｘ軸は油圧シリンダ１７により移動して、この油圧シリンダ１７により所定の力でワークを保持する。スイングテーブル軸は、テーブル１６全体を回転させる軸でワークに対するクラウニングの設定に使用される。

ヘッドストック１１とテールストック１２は、それぞれヘッドスピンドル２１とテールスピンドル２２が内蔵されている。ヘッドスピンドル２１とテールスピンドル２２の先端は、いずれも先鋭な円錐形であり、ワーク軸２０のセンター穴が約６０°の傾斜をもった円錐状のくぼみとなっており、このくぼみにヘッドスピンドル２１とテールスピンドル２２のそれぞれの先端が入りワーク軸２０を保持している。

ヘッドスピンドル２１とテールスピンドル２２は、いずれもヘッドストック１１とテールストック１２内において、ベアリング２３により回動自在に支持されていて、ワーク２は、インターナル砥石３の回転に連れ回りするようになっている。

油圧シリンダ１７は、テールストック１２全体をＸ軸上で移動させる。なお、テーブル１６上にはレール１８が設けられており、テールストック１２はこのレール１８上を移動する。

テーブル１６上には、さらに、テールストック１２の後部を支持するテールストック支持部３０が設けられている。

このテールストック支持部３０は、テールストック１２の後部に形成されている斜面３１に当接するくさび部材３２と、このくさび部材３２を昇降させる油圧シリンダ３３と、油圧シリンダ３３を支持する支柱３４とからなり、支柱３４には、レール３５が設けられていて、このレール３５に沿ってくさび部材３２が上下移動する。

このように構成された本参考例におけるギヤ・ホーニング盤の作用を説明する。

ワーク２の研磨においては、テールストック１２の前進、後退によってワーク２の取り付けが行われる。

このとき、テールストック支持部３０のくさび部材３２は、上方に後退させておき、テールストック１２の後部斜面３１と接触しないようにしておく。

この状態で、油圧シリンダ１７によりテールストック１２を移動させて、ワーク軸２０ごとワーク２を保持する。

油圧シリンダ１７による押し付け力（推力）は、ワーク２が落下せず、なおかつ、テールストック１２の推力によって発生するヘッドスピンドル２１とテールスピンドル２２の回転フリクションが加工精度に影響しないような小さな推力、たとえば数１００Ｎ以下となるように設定する。

このように小さな油圧シリンダ１７による推力によって、ワーク２は回転方向の歯面のみならず、その反対側の歯面も研磨できるようになる。

テールストック１２の油圧シリンダ１７による位置決め終了後、テールストック支持部３０のくさび部材３２を下方に移動し、テールストック１２の後部斜面３１と接触させる。

このようにしてワーク２をセットした後、ワーク２の研磨加工が開始される。

研磨加工中は、ワーク２にはＺ軸方向にインターナル砥石３の切り込み力が加わることになる。

このワーク２に加えられるＺ軸方向の力は、ヘッドストック１１とテールストック１２によって受けることになる。そしてこの力は、テールスピンドル２２を後退させる力となるが（ヘッドストック１１は固定されている）、本参考例では、テールストック１２の後部をテールストック支持部３０により支持しているため、テールストック１２を後退させようとする力がこのテールストック支持部３０により受けとめられて、テールストック１２の後退を防止している。

なお、テールストック１２の後部を斜面とすることで、テールストック１２の位置がワークの長さやワーク軸２０のセンター穴の面取り量などにより変化した場合でも、くさび部材３２をテールストック１２の後部斜面３１に隙間無く密着させることができる。

なお、くさび部材３２は、テールストック１２の移動方向から、９０°の方向で抜き差しできるようにしておくことが好ましい。

ここでテールストック１２が後退しないための条件について説明する。図３は、テールストック１２が後退しないための条件を説明するために、テールストック１２とくさび部材３２を模式的に示した図面である。

テールストック後部斜面３１とくさび部材３２の斜面の角度は、同じであり、図３に示したくさび部材３２の斜面角度をθとして、この斜面における静摩擦力をＦｆ、テールストック１２が受ける力をＦとすると、斜面に働く力Ｆｓは、Ｆｓ＝Ｆｓｉｎθ−Ｆｆとなる。

静摩擦力Ｆｆ＝μＭｓｉｎθ（ここでμは摩擦係数である）であるから、くさび部材３２に働く上向きの力Ｆａは、下記（１）式のようになる。なお、質量Ｍは油圧シリンダ３３がフリーの状態として、Ｍ＝くさび部材３２の質量＋シリンダ３３のロッド部の質量である。

Ｆａ＝（Ｆｓｉｎθ−μＭｓｉｎθ）ｃｏｓθ
＝（Ｆ−μＭ）ｓｉｎθｃｏｓθ …（１）
テールストック１２が後退しないようにするためには、くさび部材３２にかかる下向きの力Ｆｂより、Ｆａが常に小さければよいことになる。

そこで、くさび部材３２にかかる下向きの力Ｆｂは、油圧シリンダ３３がフリーの状態として、くさび部材３２の質量とシリンダ３３のロッド部の質量を加えた質量Ｍに重力加速度ｇをかけることによって求めることができる。つまり、くさび部材３２にかかる下向きの力Ｆｂは、Ｆｂ＝Ｍｇとなる。

したがって、テールストック１２が後退しないようにするためには、Ｆａ＜Ｆｂであるから、下記（３）式を満たすように、斜面角度θと斜面部の摩擦係数μを設定すればよい。

（Ｆ−μＭ）ｓｉｎθｃｏｓθ＜Ｍｇ …（３）
以上のように本参考例によれば、クランプ時においてはテールストック１２の前進後退位置を油圧シリンダ１７によって自在に調整してワーク２をクランプすることを可能とし、かつワーククランプ時におけるテールストック１２がワーク２を押す力を極小さくしてヘッドスピンドル２１とテールスピンドル２２の回転フリクションによる加工精度が悪化しないようにでき、さらに、くさび部材３２がテールストック１２の後部斜面を隙間無く密着するように接触させることで、ワーク２の前加工精度の悪さなどによって瞬間的に大きな加工負荷が発生した場合でも、テールストック１２が後退しようとする力をテールストック支持部３０により受けとめて常にワーク２の姿勢を変化させることなく、加工を継続することができる。

また、本参考例によれば、インターナル砥石３のドレッシングの際にも、ワークとなるドレス歯を取り付けたワーク軸２０をフリクションが少ない状態で保持することができるため、一方向の回転で砥石歯のドレッシングを行うことができるようになるので、従来の正、逆転の両方向加工と比較してインターナル砥石の歯厚の摩耗が少なくなり、砥石の寿命を延ばすことができ、砥石のＢＢＤ（Ｂｅｔｗｅｅｎ Ｂａｌｌ Ｄｉａｍｅｔｅｒ）の変化を少なくすることができる。

なお、本参考例では、テールストック１２の後部に斜面３１を形成しているが、テールストック１２の後部は、必ずしもこのような斜面である必要はなく、くさび部材３２に接し、上記（３）式の条件を満たすことができる形状であればいかような形状であってもテールスピンドル２２の後退を防止することができる。

（実施の形態）
図４は実施の形態におけるギヤ・ホーニング盤の外観構成を示す斜視図であり、図５はこのギヤ・ホーニング盤を説明するための概略図である。

実施の形態におけるギヤ・ホーニング盤５１は、インターナル砥石３とワーク２（図５参照）とを独立に駆動するギヤ・ホーニング盤である。

ギヤ・ホーニング盤５１は、基本的構成は前述した参考例と同様であり、ワーク２が取り付けられたワーク軸２０（図５参照）を保持するヘッドストック１１とテールストック１２、インターナル砥石３を備えた砥石台ユニット１３を備え、さらに、ワーク２を回転させるためのＣ軸モータ５２を備えている。

ギヤ・ホーニング盤１には、ワークの回転軸であるＣ軸、インターナル砥石３の回転軸であるＳ軸、インターナル砥石３の切り込み軸であるＺ軸、ワークオシレーション軸であるＸ軸、ヘリカルアングル軸であるＹ軸、およびクラウニング用にワークを傾けるためのスイングテーブル軸が設けられている。

各軸のうち、Ｓ軸はＳ軸モータ１９によりインターナル砥石３を回転させている。Ｚ軸は図示しないモータによりインターナル砥石３をワークの歯面方向に押しつけ力を発生させ、Ｙ軸はインターナル砥石３のヘリカルアングルの角度調整を行っている。また、Ｘ軸は油圧シリンダ１７により移動して、この油圧シリンダ１７により所定の力でワークを保持する。スイングテーブル軸は、テーブル１６全体を回転させる軸でワークに対するクラウニングの設定に使用される。

このギヤ・ホーニング盤５１は、ヘッドストック１１とテールストック１２が共にマシンベッド１５上のテーブル１６に固定されている。

ヘッドストック１１とテールストック１２は、それぞれヘッドスピンドル２１とテールスピンドル２２が内蔵されている。

ヘッドスピンドル２１とテールスピンドル２２は、いずれもヘッドストック１１とテールストック１２内において、ベアリング２３により回動自在に支持されている。

ヘッドスピンドル２１後端は、Ｃ軸モータ５２に接続されており、このＣ軸モータ５２の回転によりヘッドストック１１ごとヘッドスピンドル２１とテールスピンドル２２によって保持されたワーク２が回転させられる。

ヘッドスピンドル２１後端とＣ軸モータ５２は、カップリング装置５４によって直結されており、また、Ｃ軸モータ５２の回転軸には、ヘッドスピンドル２１の回転位置を計測するためのエンコーダ５３が取り付けられている。

Ｃ軸モータ５２は、供給する電流を制御することでトルクを任意に変えることのできるサーボモータである。

また、ヘッドスピンドル２１のワーク側先端は、チャック５５が取り付けられており、このチャック５５によってワーク軸２０を挟み、確実にワーク２を回転できるようになっている。

テールスピンドル２２の先端は、先鋭な円錐形であり、ワーク軸２０のセンター穴は約６０°の傾斜をもった円錐状のくぼみとなっており、このくぼみにテールスピンドル２２の先端が入りワーク軸２０の一方を保持している。

油圧シリンダ１７は、テールストック１２上においてテールスピンドル２２をＸ軸上で移動させる。なお、テールスピンドル２２は、ケース２４内に回動自在に収納されており、このケース２４がテールストック１２上に設けられているレール２５に沿って移動する。

Ｓ軸モータ１９には、その回転軸にエンコーダ２９が取り付けられており、Ｓ軸の回転位置を計測する。このＳ軸モータ１９とインターナル砥石３との接続には、バックラッシュがほとんど無いサイレントチェーン（不図示）を用いることが好ましい。

このように構成された本実施の形態におけるギヤ・ホーニング盤の作用を説明する。

以下、本実施の形態では、インターナル砥石３とワーク２を回転させる駆動源であるＳ軸モータ１９とＣ軸モータ５２の制御形態として、３つの制御形態を説明する。

（第１の制御形態）
図６は、第１の制御形態を説明するための制御系のブロック図である。

第１の制御形態は、Ｃ軸モータ５２をあらかじめ決められたトルクとなるように制御するものである。

このために第１の制御形態では、その制御装置として、図６に示すように、電流制御型のＣ軸モータ５２に供給される電流値を検出するための電流検出器６１と、電流検出器６１により検出された電流値と入力されている電流指令値とを比較する比較器６２と、比較器６２による比較結果からＣ軸モータ５２に供給する電流を制御する電流制御器６２とを備える。

なお、電流指令値は、あらかじめワーク２とインターナル砥石３との間で適切な研磨量が得られるように設定されたもので、テールスピンドル２２の押し付け力によって発生するワーク軸スピンドル（ヘッドスピンドル＆テールスピンドル）のフリクション（回転抵抗）を相殺する程度のトルクをワーク２が回転する方向に与えるようにしている。

この第１の制御形態によって、ギヤ・ホーニング盤５１は、インターナル砥石３がサイレントチェーンなどによってバックラッシュが小さい状態で滑らかに回転させられる一方、ワーク２を回転させるＣ軸は、テールスピンドル２２の押し付け力によって発生するワーク軸スピンドルのフリクションが相殺されるようにトルクが与えられているため、ワークの両歯面に均等な砥石の押し付け力を得ることができ、両歯面の研削量を均等にすることができる。

また、このようにトルク制御によりワーク２を回転させているため、ワークを保持するためのテールスピンドル２２による押し付け力として、切削付加に負けない大きな推力をかけることが可能となり、予期せぬ切削負荷増大時にも、テールストックが逃げて（後退して）ワーク姿勢が崩れることが無くなるので、従来よりも高い歯形矯正力を短い時間で、精度良く達成することができる。

さらに、ドレッシングの際には、正転、逆転の両方向加工を繰り返すことなくインターナル砥石３をドレッシングすることが可能となるため、正転、逆転の両方向加工による歯厚の摩耗が少なく、砥石の寿命を延ばし、また、砥石のＢＢＤ（Ｂｅｔｗｅｅｎ Ｂａｌｌ Ｄｉａｍｅｔｅｒ）の変化を少なくすることができる。

また、テールストック１２によりワーク軸を押さえるために必要な力は、ワークの研磨のときと、ドレッシングのときとで変更することなく、常に同じ大きな推力により押さえるようにしてもよく、ワーク研磨時とドレッシング時で切り換える必要がない。

しかも、本第１の制御形態においては、Ｓ軸モータ１９とＣ軸モータ５２の回転位置を同期制御する必要がないので、制御装置の構成を単純化することが可能となる。

（第２の制御形態）
図７は、第２の制御形態を説明するための制御系のブロック図である。

第２の制御形態は、Ｃ軸モータ５２をあらかじめ決められた速度となるように制御すると共に速度変動に対応して速度を変えた場合に大きなトルク変動が発生しないようにトルクをも制御するものである。

このために第２の制御形態では、その制御装置として、図７に示すように、Ｃ軸モータ５２の回転速度をエンコーダ５３の出力から検出する速度検出器６５と、速度検出器６５の検出速度と入力されている速度指令値および速度補正量を比較する比較器６６と、比較器６６の比較結果による速度指令となるように電流値を出力する速度制御器６７と、Ｃ軸モータ５２に供給される電流値を検出するための電流検出器６１と、電流検出器６１により検出された電流値と速度制御器６７から出力された電流値とを比較する比較器６８と、比較器６８による比較結果からＣ軸モータ５２に供給する電流を制御する電流制御器６９とを備える。

ここで、電流制御器６９は、比較器６８の比較結果として出力された電流値があらかじめ決められた値を越えた場合に、それ以上の電流値をならないように制限する機能を持つ。

この機能をトルク制限と称するが、これは速度制御においては、速度が大きく異変した際にこれを補正しようとしてＣ軸モータ５２に大きなトルク変化が起きるので、そのままではインターナル砥石３の歯面とワーク２の歯面との当たり具合が大きく変化して研磨量に一時的な変動が生じ歯面に波打ち状不良が発生するため、これを防止するために大きなトルク変動が生じないように、トルクを制限するものである。

速度指令値は、インターナル砥石３の一つひとつの歯の移動速度とワーク２の一つひとつの歯の移動速度を一致させるようにワーク２を回転させる速度である。このような速度指令値は、たとえば、Ｓ軸モータ１９のエンコーダ２９からの出力からＳ軸の回転数を求め、このＳ軸の回転数をＳ軸モータとインターナル砥石との回転数比により割って、インターナル砥石３の回転速度が求められるので、この回転速度とインターナル砥石の歯数からインターナル砥石３の一つひとつの歯の移動速度が求められる。そして求めたインターナル砥石３の一つひとつの歯の移動速度とワーク２の歯数から、ワーク２の一つひとつの歯の移動速度をインターナル砥石３の一つひとつの歯の移動速度に一致させるワーク２の回転速度を求める。

また、速度補正量は、ワーク２の回転速度をインターナル砥石３の回転速度に対して任意に進めたり遅らせたりするためのものである。これによりワーク２の歯とインターナル砥石３の歯との当たり具合を調整することができる。

このような歯当たりの調整は、たとえば、ワーク２の前加工精度のバラツキによって、両歯面を均等に研磨するよりもどちらかの歯面をより多く研磨した方が良いような場合があり、そのような場合に速度を補正することで前加工精度のバラツキをも考慮して両面の研磨量を調整することができる。

この第２の制御形態によって、ギヤ・ホーニング盤５１は、インターナル砥石３がサイレントチェーンなどによってバックラッシュが小さい状態で滑らかに回転させられる一方、ワーク２は、一つひとつの歯の移動速度がインターナル砥石３の一つひとつの歯の移動速度に一致するように回転するため、ワークの両歯面に均等な砥石の押し付け力を得ることができ、両歯面の研削量を均等にすることができる。

また、速度制御によりワーク２を回転させているため、ワークを保持するためのテールスピンドル２２による押し付け力を、切削付加に負けない大きな推力をかけることが可能となり、従来よりも高い歯形矯正力を短い時間で、精度良く達成することができる。

さらに、本第２の制御形態においても、参考例同様に、ワークを保持するためのテールスピンドル２２による押し付け力を、切削付加に負けない大きな推力をかけることが可能となり、予期せぬ切削負荷増大時にも、テールストックが後退してワーク姿勢が崩れることが無く、従来よりも高い歯形矯正力を短時間で、精度良く達成することができる。また、ワーク研磨時とドレッシング時でテールストック１２による推力を切り換える必要がない。

さらにまた、本第２の制御形態においても、Ｓ軸モータ１９とＣ軸モータ５２の回転位置を同期制御する必要はない。

（第３の制御形態）
図８は、第３の制御形態を説明するための制御系のブロック図である。

第３の制御形態は、Ｃ軸モータ５２をＳ軸モータに対して位置制御すると共に、あらかじめ決められた速度となるように制御すると共に速度変動に対応して速度を変えた場合に大きなトルク変動が発生しないようにトルクをも制御するものである。

このために第３の制御形態では、その制御装置として、図８に示すように、Ｃ軸モータ５２のエンコーダ５３からの出力である位置ＦＢ信号の度合いを調整するためのゲイン調整器７１と、ゲイン調整器７１からの出力と位置指令値および位置補正値を比較する比較器７２と、比較器７２の比較結果による位置指令となるように速度指令を出力する位置制御器７３と、Ｃ軸モータ５２の回転速度をエンコーダ５３の出力から検出する速度検出器６５と、速度検出器６５の検出速度と位置制御器７３から出力された速度指令値を比較する比較器６６と、比較器６６の比較結果による速度指令となる電流値を出力する速度制御器６７と、Ｃ軸モータ５２に供給される電流値を検出するための電流検出器６１と、電流検出器６１により検出された電流値と速度制御器６７から出力された電流値とを比較する比較器６８と、比較器６８による比較結果からＣ軸モータ５２に供給する電流を制御する電流制御器６９とを備える。

ここで、電流制御器６９は、前記第２の制御形態と同様に、トルク制限するための機能を持つ。

位置指令値は、インターナル砥石３を駆動しているＳ軸モータ１９のエンコーダ出力から得られる位置信号から、インターナル砥石の移動量を求めて、この移動量と同じ移動量でワーク２が回転するための位置を指令する値である。

ゲイン調整器７１は、同期精度を調整するものであり、ここでは位置指令値に対する同期精度を低下させている。従来、インターナル砥石３に対するワーク２の回転位置を同期制御する場合は、その同期精度を数μｍ程度としていたものを、このゲイン調整器７１によって数１０μｍ程度に落とすものである。

なお、具体的な同期精度としては、たとえばワークの加工精度の１／１０程度、より好ましくは、５０μｍ〜１００μｍ程度の範囲に調整することが好ましい。

これにより、インターナル砥石３に対するワーク２の回転位置にずれが生じた場合でも、比較的ゆっくりとした位置合わせ制御となるので急激な位置変化が発生しなくなり、ワーク波面での波打などを防止することができる。

このようなゲイン調整器７１としては、具体的には、たとえば、エンコーダ５３としてパルスエンコーダを用いている場合には、通常、パルス数（パルス周波数の場合もある）を増幅して同期精度を上げるのであるが、ここでは逆に検出されたパルス数を所定数で割ることで少なくして、Ｓ軸モータ１９のエンコーダ出力から得られるインターナル砥石の位置に対してワーク２の現在位置を上記のように数１０μｍ程度の誤差を作り出すようにしている。

また、エンコーダ５３としてパルスエンコーダを用いている場合には、ゲイン調整器に換えて、エンコーダ５３の分解能自体をＳ軸に取り付けたエンコーダ２９の分解能よりも低いものを用いることで、結果的に同期精度を落とすこともできる。

位置補正量は、ワーク２の回転位置をインターナル砥石３の回転位置に対して任意にずらすためのものである。これによりワーク２の歯とインターナル砥石３の歯との当たり具合を調整することができる。

このような歯当たりの調整は、たとえば、ワーク２の前加工精度のバラツキによって、両歯面を均等に研磨するよりもどちらかの歯面をより多く研磨した方が良いような場合があり、そのような場合に速度を補正することで前加工精度のバラツキをも考慮して両面の研磨量を調整することができる。

この第３の制御形態によって、ギヤ・ホーニング盤５１は、インターナル砥石３がサイレントチェーンなどによってバックラッシュが小さい状態で滑らかに回転させられる一方、ワーク２は、インターナル砥石３に対して甘めに位置制御されることで、従来のように同期制御のためにモータが振動する現象を抑え、非常にな滑らかな回転制御が可能となり歯面におけるうねりなどの発生を抑えることができる。そして、速度制御とトルク制限によって、ワーク回転軸のフリクション分の相殺と、両歯面への押し付け力をコントロールすることで、均等な研磨量を得ることが可能となる。

また、本第３の制御形態では、甘めではあるものの回転位置の同期制御を行っていることから、歯合わせの自動化も可能となる。

これらはワークの研磨のみならず、ドレッシングの際にも同様にモータの振動を押させ、インターナル砥石の歯面における凹凸やうねり発生を抑えることができる。

そして、本第３の制御形態においても、参考例同様に、ワークを保持するためのテールスピンドル２２による押し付け力を、切削付加に負けない大きな推力をかけることが可能となり、予期せぬ切削負荷増大時にも、テールストックが後退してワーク姿勢が崩れることが無く、従来よりも高い歯形矯正力を短時間で、精度良く達成することができる。また、ワーク研磨時とドレッシング時でテールストック１２による推力を切り換える必要がない。

なお、本実施の形態においては、インターナル砥石の回転速度、および回転位置を求めるために、Ｓ軸モータに取り付けたエンコーダの信号を用いているが、これに代えて、インターナル砥石そのものにエンコーダを取り付けて、直接インターナル砥石の回転速度および回転位置を検出するようにしてもよい。

本発明を適用した参考例におけるギヤ・ホーニング盤の外観構成を示す斜視図である。 上記ギヤ・ホーニング盤を説明するための概略図である。 上記ギヤ・ホーニング盤のテールストックとくさび部を模式的に示した図面である。 本発明を適用した実施の形態におけるギヤ・ホーニング盤の外観構成を示す斜視図である。 上記ギヤ・ホーニング盤を説明するための概略図である。 実施の形態におけるギヤ・ホーニング盤を制御する第１の制御形態を説明するための制御系のブロック図である。 実施の形態におけるギヤ・ホーニング盤を制御する第２の制御形態を説明するための制御系のブロック図である。 実施の形態におけるギヤ・ホーニング盤を制御する第３の制御形態を説明するための制御系のブロック図である。 インターナル砥石とワークとの噛み合わせ部分を示す概略図である。

符号の説明

１、５１…ギヤ・ホーニング盤
２…ワーク
３…インターナル砥石
１１…ヘッドストック
１２…テールストック
１３…砥石台ユニット
１５…マシンベッド
１６…テーブル
１７…油圧シリンダ
１８…レール
１９…Ｓ軸モータ
２０…ワーク軸
２１…ヘッドスピンドル
２２…テールスピンドル
２３…ベアリング
２４…ケース
２５…レール
２９…エンコーダ
３０…テールストック支持部
３１…テールストック後部斜面
３２…くさび部材
３３…油圧シリンダ
３４…支柱
３５…レール
５２…Ｃ軸モータ
５３…エンコーダ
５４…カップリング装置
５５…チャック
６１…電流検出器
６２…比較器
６２…電流制御器
６５…速度検出器
６６、６８、７２…比較器
６７…速度制御器
６９…電流制御器
７１…ゲイン調整器
７３…位置制御器

Claims (5)

1. あらかじめ歯形が形成されたワークを回動自在に保持し、前記歯形に対応する形状に整形された砥石を前記ワークの歯に当接させつつ、前記ワークと前記砥石とを相対的に回転させて前記ワークの研磨加工を行うギヤ・ホーニング盤において、
   前記砥石を回転させる砥石駆動手段と、
   前記ワークが取り付けるワーク軸を回転させるワーク軸駆動手段と、
   前記ワーク軸にかかる回転フリクション相当分を相殺するトルクが出力されるように前記ワーク軸駆動手段を制御する制御手段と、
   を有することを特徴とするギヤ・ホーニング盤。
2. あらかじめ歯形が形成されたワークを回動自在に保持し、前記歯形に対応する形状に整形された砥石を前記ワークの歯に当接させつつ、前記ワークと前記砥石とを相対的に回転させて前記ワークの研磨加工を行うギヤ・ホーニング盤において、
   前記砥石を回転させる砥石駆動手段と、
   前記ワークが取り付けるワーク軸を回転させるワーク軸駆動手段と、
   前記砥石の歯の移動速度と前記ワークの歯の移動速度が所定の速度範囲内で一致するように、前記ワーク駆動手段を制御する速度制御手段と、
   前記速度制御手段の速度制御によって前記ワーク軸駆動手段のトルクが所定値以上とならないように制限するトルク制限手段と、
   を有することを特徴とするギヤ・ホーニング盤。
3. 前記速度制御手段は、前記ワークの歯の移動速度を任意に調整する速度調整手段を有することを特徴とする請求項２記載のギヤ・ホーニング盤。
4. あらかじめ歯形が形成されたワークを回動自在に保持し、前記歯形に対応する形状に整形された砥石を前記ワークの歯に当接させつつ、前記ワークと前記砥石とを相対的に回転させて前記ワークの研磨加工を行うギヤ・ホーニング盤において、
   前記砥石を回転させる砥石駆動手段と、
   前記ワークが取り付けるワーク軸を回転させるワーク軸駆動手段と、
   前記砥石と前記ワークの回転位置が同期するように前記ワーク駆動手段を制御する同期制御手段と、
   前記同期制御手段によって行われる前記砥石と前記ワークの回転位置の同期精度を所定範囲に調整する同期精度調整手段と、
   前記同期制御手段からの前記ワークの回転指令に基づいて前記ワークの回転速度を指令する速度制御手段と、
   前記速度制御手段の速度制御によって前記ワーク軸駆動手段のトルクが所定値以上とならないように制限するトルク制限手段と、
   を有することを特徴とするギヤ・ホーニング盤。
5. 前記同期制御手段は、前記砥石の回転位置に対する前記ワークの回転位置を任意に調整する位置調整手段を有することを特徴とする請求項４記載のギヤ・ホーニング盤。

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