JP2020078831A

JP2020078831A - 歯車加工方法及び歯車加工装置

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Publication number: JP2020078831A
Application number: JP2018212034A
Authority: JP
Inventors: 橋本　高明; Takaaki Hashimoto; 高明橋本; 良彦山田; Yoshihiko Yamada
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2018-11-12
Filing date: 2018-11-12
Publication date: 2020-05-28
Anticipated expiration: 2038-11-12
Also published as: JP7225715B2

Abstract

【課題】工具の適正な回転速度を把握できる歯車加工方向及び歯車加工装置を提供すること、及び、製造コストの低減を図ることができる歯車加工方向及び歯車加工装置を提供する。【解決手段】工作物Ｗの回転軸線の平行線に対して歯切り工具４２の回転軸線Ｏを傾斜させた状態で、歯切り工具４２と工作物Ｗとを同期回転させつつ、工作物Ｗの回転軸線方向への歯切り工具４２の送り動作を複数回に亘って行う歯車加工方法であって、びびり振動が発生したと判定した場合に、びびり振動が発生したときの切込量より大きな切込量で、且つ、歯切り工具４２の回転速度を加速又は減速させながら切削加工を行い、びびり振動を発生させるびびり加工工程と、びびり加工工程で計測した歯切り工具４２の振動の周波数分析を行い、周波数の変動量が所定量を超えたときの回転速度を検出する検出工程とを備える、歯車加工方法。【選択図】図６

Description

本発明は、歯車加工方法及び歯車加工装置に関する。

特許文献１には、工作物と歯切り工具とを同期回転させながら、工作物に対する歯切り工具の軸線方向への送り動作を複数回に亘って行うことにより、工作物を切削加工し、歯車を創成する技術が開示されている。歯切り工具によって工作物に歯車を創成する場合において、加工能率の向上を図りつつ、びびり振動を抑制することが要求される。

特許文献２には、主軸の回転数（回転速度）を変化させながら切削加工を行いつつ、主軸の振動周波数の変動状態を監視し、振動周波数の変動が所定の基準値を超えたときの主軸の回転数を検出する技術が開示されている。また、特許文献２には、再生びびり振動の発生を検出すると、主軸の回転数を徐々に減少させ、振動周波数の変動が所定の基準値を超えたときの主軸の回転数を検出すると、その検出した回転数を安定回転数（安定回転速度）とする。

特開２０１４−１５５９９０号公報特開２０１５−２１７５００号公報

特許文献２に記載の技術を特許文献１に記載の技術に適用しようとした場合、歯切り工具の１回の送り動作が短時間であるため、再生びびりが発生した時点で歯切り工具の回転数を変化させたとしても、振動周波数の変動が所定の基準値を超える前に送り動作が終了し、安定回転速度を検出できない場合がある。

一方、特許文献１に記載の技術において、１回の送り動作の中で再生びびりが発生したとしても、その時点で工作物に研削代が残存していた場合には、歯切り工具を適正な回転速度で回転させながら切削加工を行うことにより、最終的には工作物を良品とすることができる。しかしながら、歯切り工具の適正な回転速度を把握できない状態で切削加工を続け、工作物が不良品になった場合に、その工作物は、破棄されることになる。その点において、適正な歯切り工具の回転速度を把握し、製造コストの低減を図りたいとの要請がある。

本発明は、工具の適正な回転速度を把握できる歯車加工方法及び歯車加工装置を提供すること、及び、製造コストの低減を図ることができる歯車加工方法及び歯車加工装置を提供することを目的とする。

本発明の第一の歯車加工方法は、工作物の回転軸線の平行線に対して歯切り工具の回転軸線を傾斜させた状態で、歯切り工具と工作物とを同期回転させつつ、前記工作物の回転軸線方向への前記歯切り工具の送り動作を複数回に亘って行うことにより、前記工作物を切削加工し、歯車を創成する。前記歯車加工方法は、切削加工時に発生する前記歯切り工具の振動を計測する振動計測工程と、前記振動計測工程で計測した前記歯切り工具の振動の周波数分析を行い、びびり振動が発生したか否かを判定するびびり判定工程と、びびり振動が発生したと判定した場合に、びびり振動が発生したときの切込量より大きな切込量で、且つ、前記歯切り工具の回転速度を加速又は減速させながら切削加工を行い、びびり振動を発生させるびびり加工工程と、前記びびり加工工程で計測した前記歯切り工具の振動の周波数分析を行い、周波数の変動量が所定量を超えたときの回転速度を検出する検出工程とを備える。

本発明の第一の歯車加工装置は、工作物の回転軸線の平行線に対して歯切り工具の回転軸線を傾斜させた状態で、歯切り工具と工作物とを同期回転させつつ、前記工作物の回転軸線方向への前記歯切り工具の送り動作を複数回に亘って行うことにより、前記工作物を切削加工し、歯車を創成する。前記歯車加工装置は、前記歯切り工具の振動を計測する振動計測装置と、切削加工に関する制御を行う制御装置とを備える。前記制御装置は、前記振動計測装置により計測された前記歯切り工具の振動の周波数分析を行い、びびり振動が発生したか否かを判定するびびり判定部と、前記びびり判定部によりびびり振動が発生したと判定された場合に、びびり振動が発生したと判定されたときの切込量より大きな切込量で、且つ、前記歯切り工具の回転速度を加速又は減速させながら切削加工を行い、びびり振動を発生させるびびり発生加工制御部と、前記びびり発生加工制御部による切削加工において前記振動計測装置が計測した前記歯切り工具の振動の周波数分析を行い、周波数の変動量が所定量を超えたときの回転速度を検出する適正回転速度検出部とを備える。

また、本発明の第二の歯車加工方法は、工作物の回転軸線の平行線に対して歯切り工具の回転軸線を傾斜させた状態で、歯切り工具と工作物とを同期回転させつつ、前記工作物の回転軸線方向への前記歯切り工具の送り動作を複数回に亘って行うことにより、前記工作物を切削加工し、歯車を創成する。前記歯車加工方法は、切削加工時に発生する前記歯切り工具の振動を計測する振動計測工程と、前記振動計測工程で計測した前記歯切り工具の振動の周波数分析を行い、びびり振動が発生したか否かを判定するびびり判定工程と、びびり振動が発生したと判定した場合に、びびり振動が発生したときの切込量より大きな切込量で、且つ、前記歯切り工具の回転速度を加速又は減速させながら切削加工を行い、びびり振動を発生させるびびり加工工程と、前記びびり加工工程で計測した前記歯切り工具の振動の周波数分析を行い、周波数の変動量が所定量を超えたときの回転速度を検出する検出工程と、前記歯切り工具の回転速度を前記検出工程で検出した回転速度で、前記びびり加工工程で切削加工した前記工作物に対する切削加工を再度行う再加工工程とを備える。

本発明の第二歯車加工装置は、工作物の回転軸線の平行線に対して歯切り工具の回転軸線を傾斜させた状態で、歯切り工具と工作物とを同期回転させつつ、前記工作物の回転軸線方向への前記歯切り工具の送り動作を複数回に亘って行うことにより、前記工作物を切削加工し、歯車を創成する。前記歯車加工装置は、前記歯切り工具の振動を計測する振動計測装置と、切削加工に関する制御を行う制御装置とを備える。前記制御装置は、前記振動計測装置により計測された前記歯切り工具の振動の周波数分析を行い、びびり振動が発生したか否かを判定するびびり判定部と、前記びびり判定部によりびびり振動が発生したと判定された場合に、びびり振動が発生したときの切込量より大きな切込量で、且つ、前記歯切り工具の回転速度を加速又は減速させながら切削加工を行い、びびり振動を発生させるびびり発生加工制御部と、前記びびり発生加工制御部による切削加工において前記振動計測装置が計測した前記歯切り工具の振動の周波数分析を行い、周波数の変動量が所定量を超えたときの回転速度を検出する適正回転速度検出部と、前記びびり発生加工制御部による切削加工を行った前記工作物に対する切削加工を、前記びびり発生加工制御部による切削加工時よりも切込量を小さくしつつ、前記適正回転速度検出部が検出した回転速度で前記歯切り工具を回転させながら行う再加工制御部とを備える。

本発明の第一及び第二の歯車加工方法と第一及び第二の歯車加工装置によれば、びびり加工工程及びびびり発生加工制御部は、びびり振動が発生したと判定されたときの切込量より大きな切込量で切削加工を行うことで、びびり振動を確実に発生させやすくすることができる。そして、検出工程及び適正回転速度検出部は、１回の送り動作の中で行う切削加工において、周波数の変動量が所定量を超える回転速度を検出でき、その検出した回転速度を適正な歯切り工具の回転速度として導出することができる。よって、第一及び第二の歯車加工方法と第一及び第二の歯車加工装置とは、１回の送り動作で歯切り工具の適正な回転速度を把握することができる。

これに加え、第二の歯車加工方法及び第二の歯車加工装置によれば、再加工工程及び再加工制御部は、びびり加工工程及びびびり発生加工制御部による切削加工を行った工作物に対する切削加工を行う。このとき、再加工工程及び再加工制御部は、びびり加工工程及びびびり発生加工制御部による切削加工時よりも切込量を小さくしつつ、適正回転速度検出部が検出した回転速度で歯切り工具を回転させながら切削加工を行うので、びびり振動の発生を抑制できる。その結果、第二の歯車加工方法及び第二の歯車加工装置は、びびり加工工程及びびびり発生加工制御部による切削加工を行った工作物を、最終的に良品とすることができる。よって、第二の歯車加工方法及び第二の歯車加工装置は、不良品として破棄される工作物を減らすことができるので、製造コストの低減を図ることができる。

本発明の一実施形態における歯車加工装置の斜視図である。回転主軸に固定された歯切り工具を拡大した図である。スカイビング加工を行う際の歯切り工具と工作物との動作を示す図である。制御装置のブロック図である。安定限界線図と、歯切り工具の回転速度及びびびり振動周波数の関係を示すグラフとを比較した図である。制御装置により実行される振動分析処理を示すフローチャートである。歯切り工具の回転速度をＳＳＲ１からＳＳＲ２まで加速させながら切削加工を行ったときの歯切り工具の回転速度とびびり振動周波数との関係を示すグラフである。

以下、本発明に係る歯車加工方法及び歯車加工装置を適用した実施形態について、図面を参照しながら説明する。まず、図１から図３を参照して、本発明の一実施形態である歯車加工装置１の概略を説明する。

（１．歯車加工装置１の概略）
図１に示すように、歯車加工装置１は、相互に直交する３つの直進軸（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸）と３つの回転軸（Ａ軸、Ｂ軸及びＣ軸）を駆動軸として有するマシニングセンタである。歯車加工装置１は、ベッド１０と、コラム２０と、サドル３０と、回転主軸４０と、テーブル５０と、チルトテーブル６０と、回転テーブル７０と、保持部８０と、制御装置１００とを主に備える。

ベッド１０は、床上に配置される。このベッド１０の上面には、コラム２０及びＸ軸モータ２１（図４参照）が設けられ、コラム２０は、Ｘ軸モータ２１に駆動されることにより、Ｘ軸方向（水平方向）へ移動可能に設けられる。さらに、コラム２０の側面には、サドル３０及びＹ軸モータ３１（図４参照）が設けられ、サドル３０は、Ｙ軸モータ３１によりＹ軸方向（鉛直方向）に移動可能に設けられる。回転主軸４０は、サドル３０内に収容された主軸モータ４１（図４参照）により回転可能に設けられる。回転主軸４０の先端には、歯切り工具４２が固定され、歯切り工具４２は、回転主軸４０の回転に伴って回転する。なお、駆動軸の構成は、上記の構成に限られるものではなく、加工対象や歯車加工装置の設置設計及び剛性設計により適宜変更してもよい。

ここで、図２を参照しながら、歯切り工具４２について説明する。図２に示すように、歯切り工具４２は、外周面に複数の刃４２ａを備えたスカイビングカッタであり、各々の刃４２ａの端面は、すくい角γを有するすくい面を構成する。各々の刃４２ａのすくい面は、歯切り工具４２の中心軸線を中心としたテーパ状としてもよく、刃４２ａごとに異なる方向を向く面状に形成してもよい。

図１に戻り、説明を続ける。ベッド１０の上面には、テーブル５０及びＺ軸モータ５１（図４参照）が設けられる。テーブル５０は、Ｚ軸モータ５１によりＺ軸方向（水平方向）に移動可能に設けられる。テーブル５０の上面には、チルトテーブル６０を支持する一対のチルトテーブル支持部６１が設けられる。そして、一対のチルトテーブル支持部６１の間には、チルトテーブル６０がＸ軸に平行なＡ軸（水平方向）周りに揺動可能に設けられる。そして、チルトテーブル６０は、チルトテーブル支持部６１に設けられたチルトモータ６２（図４参照）に駆動されることでＡ軸周りに揺動する。

さらに、チルトテーブル６０の底面には、テーブル用モータ７１（図４参照）が設けられ、回転テーブル７０は、テーブル用モータ７１によりＡ軸に直交するＢ軸回りに回転可能に設けられる。回転テーブル７０には、工作物Ｗを保持する保持部８０が装着される。制御装置１００は、切削加工に関する制御を行う。なお、制御装置１００については、後ほど詳述する。

（２．切削加工時における歯車加工装置１の動作）
次に、切削加工時における歯車加工装置１の動作を説明する。歯車加工装置１は、スカイビング加工により工作物Ｗに歯車を創成する。図１及び図３に示すように、歯車加工装置１は、チルトテーブル６０をＡ軸周りに揺動させることにより、工作物Ｗの回転軸線であるＢ軸を、歯切り工具４２の回転軸線Ｃの平行線に対して傾斜させる。なお、工作物Ｗの回転軸線（Ｂ軸）に対する歯切り工具４２の回転軸線Ｃの傾斜角を交差角δと称す。そして、歯車加工装置１は、工作物Ｗと歯切り工具４２とを同期回転させつつ、歯切り工具４２をＢ軸方向へ送る（相対移動させる）送り動作を複数回に亘って行うことにより、工作物Ｗを切削加工し、歯車を創成する。

なお、スカイビング加工において、工作物Ｗの回転速度Ｖ１及び歯切り工具４２の回転速度Ｖ２は、交差角δと切削速度Ｖ３に基づいて決定される。そして、切削速度Ｖ３及び工作物Ｗに対する歯切り工具４２の送り速度Ｖ４は、歯車加工に要する加工時間（サイクルタイム）、歯切り工具４２の諸元、工作物Ｗの材質、及び、工作物Ｗに形成する歯車のねじれ角等に基づいて設定される。即ち、切削速度Ｖ３及び送り速度Ｖ４は、歯車加工を行う際の加工能率及び歯切り工具４２の工具寿命等を勘案し、最適な速度に設定される。

（３．制御装置１００について）
次に、図４を参照して、制御装置１００の詳細を説明する。図４に示すように、制御装置１００は、歯車加工を行う際の加工条件を設定する加工条件設定部１１０と、各種モータの駆動制御を行う駆動制御部１２０とを主に備える。

加工条件設定部１１０は、加工プログラム記憶部１１１と、回転速度設定部１１２と、送り速度設定部１１３と、切込量設定部１１４とを主に備える。加工プログラム記憶部１１１には、１つの工作物Ｗに対する歯車加工を行う際に用いる加工プログラムが記憶される。この加工プログラムには、例えば、工作物Ｗの回転軸線方向への歯切り工具４２の送り動作の回数（パス数）や、送り動作毎に設定する切込量に関する情報等を含む。

回転速度設定部１１２は、歯車加工時における工作物Ｗ及び歯切り工具４２の回転速度を設定する。歯切り工具４２の回転速度は、例えば、歯切り工具４２の回転速度と、再生びびりが発生する限界切込量との関係を示す周知の安定限界線図に基づいて導出される安定限界速度に設定される。図５の上側には、歯切り工具４２の固有振動数や切削抵抗、加工点の動剛性等に基づいて作成された安定限界線図が示されており、この安定限界線図に基づき、歯切り工具４２の安定限界速度は、図５に示す回転速度範囲において、ＳＳ１，ＳＳ２，ＳＳ３，ＳＳ４であることが導出される。

なお、図５の下側には、歯切り工具４２の回転速度と再生びびり振動の周波数との関係を示すグラフである。このグラフは、安定限界速度を境に、再生びびり振動の周波数が急激に変動することを示す。

送り速度設定部１１３は、歯車加工時における送り速度Ｖ４を設定する。切込量設定部１１４は、歯車加工時における切込量（切込深さ）を設定する。なお、本実施形態において、歯車加工装置１は、加工プログラム記憶部１１１に記憶される加工プログラムに基づき、１つの工作物Ｗに対して３回の送り動作を行う。そして、歯車加工装置１は、３回の送り動作のうち１回目及び２回目の送り動作において荒加工を行い、３回目の送り動作において仕上加工を行う。なお、加工プログラムにおいて、回転速度及び送り速度は、荒加工と仕上加工とで同一に設定されると共に、切込量は、仕上加工のほうが荒加工よりも小さく設定される。

駆動制御部１２０は、工具回転速度制御部１２１と、工作物回転速度制御部１２２と、位置制御部１２３とを主に備える。工具回転速度制御部１２１は、回転速度設定部１１２に設定された回転速度で歯切り工具４２が回転するように主軸モータ４１を駆動制御する。工作物回転速度制御部１２２は、回転速度設定部１１２に設定された回転速度で工作物Ｗが回転するようにテーブル用モータ７１を駆動制御する。

位置制御部１２３は、Ｘ軸モータ２１、Ｙ軸モータ３１、Ｚ軸モータ５１及びチルトモータ６２を駆動制御する。なお、本実施形態において、制御装置１００は、１つの位置制御部１２３によってＸ軸モータ２１、Ｙ軸モータ３１、Ｚ軸モータ５１及びチルトモータ６２を駆動制御しているが、Ｘ軸モータ２１、Ｙ軸モータ３１、Ｚ軸モータ５１及びチルトモータ６２を別個に駆動制御してもよい。

そして、位置制御部１２３は、切込量設定部１１４に設定された切込量で切削加工が行われるように工作物Ｗに対する歯切り工具４２の位置決め及び角度調整を行う。また、位置制御部１２３は、送り速度設定部１１３に設定された送り速度で歯切り工具４２が送られるようにＺ軸モータ５１を駆動制御する。

また、歯車加工装置１は、切削加工時に発生する歯切り工具４２の振動を計測する振動計測装置９０を更に備える。振動計測装置９０は、例えば、回転主軸４０に取り付けられる加速度センサである。

そして、制御装置１００は、振動計測装置９０の計測結果に基づき、びびり振動が発生したか否かの判定を行うびびり判定部１３０を備える。びびり判定部１３０は、工作物Ｗの切削加工中に計測した歯切り工具４２の振動の周波数分析（フーリエ解析等）を行い、再生びびりが発生すると予測される周波数帯域の振幅を監視する。その結果、振幅が所定の閾値を超えた場合に、びびり判定部１３０は、びびり振動が発生したと判定する。

また、制御装置１００は、歯切り工具４２の適正な回転速度を導出する分析部１４０を備える。分析部１４０は、加工条件設定部１１０に設定された加工条件で行った切削加工においてびびり振動が発生した場合に、その後に実行する切削加工の中で、歯切り工具４２の適正な回転速度を導出する。

分析部１４０は、びびり発生加工制御部１４１と、適正回転速度検出部１４２とを備える。びびり発生加工制御部１４１は、１回の送り動作の中で行う切削加工において、加工条件設定部１１０に設定された加工条件とは異なる加工条件で各種モータの駆動制御を行い、意図的にびびり振動を発生させる。本実施形態において、びびり発生加工制御部１４１は、２回目の送り動作で行う切削加工（荒加工）において、歯切り工具４２の回転速度を連続的に加速させながら工作物Ｗの切削加工（以下「びびり加工」と称す）を行う。

適正回転速度検出部１４２は、歯切り工具４２の適正な回転速度を検出する。図５の上側のグラフ（安定限界線図）が示すように、びびり振動の発生は、歯切り工具４２の回転速度及び切込量に依存し、びびり振動が発生しない切込量である限界切込量は、歯切り工具４２の回転速度が安定限界速度ＳＳ１，ＳＳ２，ＳＳ３，ＳＳ４であるときに大きくなる。つまり、歯車加工装置１は、歯切り工具４２の回転速度を安定限界速度に設定することで、加工能率の向上を図ることができる。

図５の下側のグラフが示すように、びびり振動の周波数は、歯切り工具４２の回転速度の変化に伴って変動すると共に、安定限界速度を境に急激に変動する。この点に着目し、適正回転速度検出部１４２は、びびり加工時に計測した歯切り工具４２の振動の周波数分析を行い、周波数の変動量が所定量を超えたときの回転速度を検出する。つまり、分析部１４０は、適正回転速度検出部１４２が検出した回転速度を、実際の安定回転速度として導出し、導出した安定回転速度を回転速度設定部１１２に設定する。

また、制御装置１００は、びびり振動が発生したと判定されたときに切削加工がなされた工作物Ｗに対し、加工条件設定部１１０に設定した加工条件を修正して切削加工を行う加工条件修正部１５０を備える。そして、加工条件修正部１５０は、再加工制御部１５１と、分割加工制御部１５２とを備える。

再加工制御部１５１は、びびり加工を行った工作物Ｗに対して切削加工を行う際に、工作物Ｗが良品となるように各種モータの駆動制御を行う。再加工制御部１５１は、２回目の送り動作でびびり加工を行った工作物Ｗに対して３回目の切削加工（仕上加工）を行う際に、歯切り工具４２の回転速度を、適正回転速度検出部１４２が検出した安定回転速度に設定する。この場合、歯車加工装置１は、仕上加工時にびびり振動が発生することを抑制できる。また、歯車加工装置１は、びびり加工を行った工作物Ｗに対し、歯切り工具４２の回転速度を適正にした状態で仕上加工を行うことにより、最終的に工作物Ｗが良品となるように切削加工することができる。その結果、歯車加工装置１は、不良品として廃棄する工作物Ｗを少なくすることができるので、全体的な製造工ストの低減を図ることができる。

分割加工制御部１５２は、加工条件設定部１１０に設定された加工条件で行った切削加工（荒加工）でびびり振動が発生したと判定された後、当該切削加工がなされた工作物Ｗを切削加工する際に各種モータの駆動制御を行う。分割加工制御部１５２は、送り動作に残数がある場合（切削代が残存している場合）に、送り動作の残り回数を、加工プログラムに基づいて決められた送り動作の残り回数よりも増やし、１回の送り動作毎の切込量を小さくする。

このように、分割加工制御部１５２は、びびり振動が発生した時に切削加工がなされた工作物Ｗが良品となるように加工条件を修正し、切削加工を行う。これにより、歯車加工装置１は、びびり振動が発生した場合であっても、びびり振動が発生したときに切削加工がなされた工作物が不良品として廃棄されることを少なくすることができるので、全体的な製造工ストの低減を図ることができる。
（４：振動分析処理）

次に、図６に示すフローチャートを参照しながら、制御装置１００により実行される振動分析処理について説明する。振動分析処理は、工作物Ｗの切削加工中に計測した振動を分析し、びびり振動が発生したか否かを判定する。そして、振動分析処理は、びびり振動が発生したと判断した場合に、歯切り工具４２の適正な回転速度を求める。また、振動分析処理は、びびり振動が発生したときに切削加工がなされた工作物Ｗに対し、その工作物Ｗが最終的に良品となるような加工条件で切削加工を再度行う。

図６に示すように、振動分析処理において、制御装置１００は、工作物Ｗの切削加工中に発生する歯切り工具４２の振動を計測する（Ｓ１：振動計測工程）。なお、Ｓ１の処理の中で行われる切削加工は、加工条件設定部１１０に設定された加工条件で行われ、歯切り工具４２の回転速度及び切込量は、１回の送り動作を通して不変とする。そして、びびり判定部１３０は、計測した歯切り工具４２の振動の周波数分析を行い、びびり振動が発生したか否かの判定を行う（Ｓ２：びびり判定工程）。なお、Ｓ２の処理は、１回の送り動作が終了する毎に行う。

Ｓ２の処理において、びびり振動が発生しなかったと判定された場合（Ｓ３：Ｎｏ）、回転速度設定部１１２に設定された回転速度を変更する必要がないため、制御装置１００は、そのまま本処理を終了する。そして、制御装置１００は、Ｓ１の処理で行った送り動作が最後の送り動作でない（荒加工である）場合には、次の送り動作を行い、Ｓ２の処理で行った切削加工が最後の送り動作（仕上加工）であれば、工作物Ｗを交換し、新たに工作物Ｗに対する切削加工を行う。

一方、Ｓ２の処理において、びびり振動が発生したと判定した場合（Ｓ３：Ｙｅｓ）、分割加工制御部１５２は、切削加工中の工作物（びびり振動が発生したときに切削加工がなされた工作物Ｗ）に対する切削加工を再度行う（Ｓ４）。なお、Ｓ４の処理は、Ｓ１の処理で行った送り動作が最後の送り動作でない（荒加工である）場合に実行される。つまり、Ｓ２の処理で行った切削加工が最後の送り動作（仕上加工）の場合、工作物Ｗに切削代が残存しないため、Ｓ４の処理は、省略される。

次に、制御装置１００は、工作物Ｗを交換し（Ｓ５）、交換された新たな工作物Ｗに対するびびり加工を行う（Ｓ６：びびり加工工程）。本実施形態において、びびり加工は、２回目の送り動作の中で行うため、１回目の送り動作の中で行う切削加工は、加工条件設定部１１０に設定された加工条件で行う。

Ｓ６の処理後、分析部１４０は、Ｓ６のびびり加工工程で計測した歯切り工具４２の振動の周波数分析を行う。そして、適正回転速度検出部１４２は、周波数の変動量が所定量を超えたときの回転速度、つまり、図５の下側のグラフにおいて、周波数が急変し、周波数曲線が分断されたときの歯切り工具４２の回転速度を検出する（Ｓ７：検出工程）。そして、適正回転速度検出部１４２は、検出した回転速度を、歯切り工具４２の適正な回転速度として回転速度設定部１１２に再設定する（Ｓ８）。

ここで、Ｓ６からＳ８の処理について具体例を挙げながら説明する。例えば、びびり振動が発生したときの加工条件として、回転速度設定部１１２に設定された歯切り工具４２の回転速度がＳＳ３、切込量設定部１１４に設定された切込量がＦ１であったとする。この場合、Ｓ６の処理において、びびり発生加工制御部１４１は、例えば、歯切り工具４２の回転速度を、回転速度ＳＳ３に対して±３％の範囲であるＳＳＲ１からＳＳＲ２になるまで連続的に加速させながらびびり加工を行う。また、Ｓ６の処理において、びびり発生加工制御部１４１は、例えば、歯切り工具４２の切込量を、Ｆ１よりも２５％大きくしたＦ２に設定した状態でびびり加工を行う。

そして、図７に示すように、適正回転速度検出部１４２は、Ｓ７の処理において、びびり振動が発生すると予測される周波数帯域の振幅を監視し、周波数が急変したときの歯切り工具４２の回転速度ＳＳ３´を検出する。そして、適正回転速度検出部１４２は、Ｓ８の処理において、検出された回転速度ＳＳ３´を、適正な歯切り工具４２の回転速度として回転速度設定部１１２に再設定する。

図６に戻り、振動分析処理の説明を続ける。Ｓ８の処理後、再加工制御部１５１は、びびり加工においてびびり振動を発生させながら切削加工を行った工作物Ｗに対し、歯切り工具４２の回転速度をＳＳ３´に設定した状態で仕上加工（再加工）を再度行い（Ｓ９：再加工工程）、本処理を終了する。このように、歯車加工装置１は、Ｓ９の再加工工程で、びびり加工がなされた工作物Ｗに対する切削加工を再度行う際に、歯切り工具４２の回転速度を、Ｓ７の検出工程で検出した回転速度に設定する。よって、歯車加工装置１は、びびり加工がなされた工作物Ｗを、最終的には良品にすることができ、不良品として破棄される工作物Ｗの数を減らすことができる。

ここで、びびり加工時における切込量は、切込量設定部１１４に設定された切込量（加工プログラムに基づいて定められた２回目の送り動作での切込量）よりも大きくなるため、３回目の送り動作（仕上加工）における切込量は、切込量設定部１１４に設定された切込量（加工プログラムに基づいて定められた３回目の送り動作での切込量）よりも小さくなる。その一方で、びびり加工で発生させた再生びびりによって不良となった加工面が仕上加工で良好となるように、びびり加工後の工作物Ｗには、一定以上の切削代を残存させておく必要がある。

この点に関し、びびり発生加工制御部１４１は、１回目の送り動作での切込量を、切込量設定部１１４に設定された切込量（加工プログラムに基づいて定められた１回目の送り動作での切込量）よりも小さくしてもよい。これにより、歯車加工装置１は、２回目の送り動作での切込量を確保しつつ、びびり加工後の工作物Ｗに対し、一定以上の切削代を残存させておくことができる。よって、歯車加工装置１は、びびり加工で発生させた再生びびりによって不良となった加工面を、仕上加工で良好にすることができ、びびり加工を行った工作物Ｗを最終的に良品とすることができる。

またこの場合、びびり発生加工制御部１４１は、びびり加工後に行う仕上加工を２回に分けて行い、各々の送り動作での切込量を分割して小さくしてもよい。これにより、歯車加工装置１は、工作物Ｗの加工面の面性状を良くすることができる。

このように、びびり発生加工制御部１４１は、びびり振動が発生したときの加工条件を元に、びびり加工時における加工条件を決定する。即ち、加工条件設定部１１０に設定された加工条件で行った切削加工でびびり振動が発生した場合に、びびり発生加工制御部１４１は、びびり加工時における切込量を、切込量設定部１１４に設定された切込量よりも大きくする。これにより、びびり発生加工制御部１４１は、１回の送り動作の中で行う１回のびびり加工で、びびり振動を発生させやすくすることができる。

その結果、適正回転速度検出部１４２は、１回の送り動作の中で行う切削加工において、周波数の変動量が所定量を超える回転速度を検出でき、その検出した回転速度を適正な歯切り工具の回転速度として導出することができる。このように、歯車加工装置１は、１回の送り動作の中で行うびびり加工で歯切り工具４２の適正な回転速度（安定限界速度）を検出できるので、安定限界速度の把握を効率よく行うことができる。そして、再加工制御部１５１は、歯切り工具４２を適正な回転速度に設定した状態で仕上加工を行うことにより、びびり加工でびびり振動を発生させながら切削加工を行った工作物Ｗを、最終的には良品とすることができる。よって、歯車加工装置１は、不良品として破棄される工作物Ｗの数量を減らすことができる分、全体的な製造コストの低減を図ることができる。

また、びびり発生加工制御部１４１は、回転速度設定部１１２に設定された回転速度の±３％の範囲内で歯切り工具４２を加速させる。これにより、歯車加工装置１は、１回の送り動作の中で行うびびり加工において、歯切り工具４２の回転速度の変化量を小さくすることができる。つまり、びびり振動は、回転速度変化（変動）が大きい場合に抑制されることがある。これに対し、歯車加工装置１は、歯切り工具４２の回転速度の変化量を小さくすることで、びびり振動が抑制されることを回避できる。また、びびり発生加工制御部１４１は、歯切り工具４２の回転速度の変化を回転速度設定部１１２に設定された回転速度の前後で行うことにより、びびり振動を発生させやすくすることができる。

なお、本実施形態において、びびり加工は、加工条件設定部１１０に設定した加工条件で切削加工したときにびびり振動が発生したと判定された工作物Ｗとは別の工作物Ｗを用いて行う。この場合、びびり発生加工制御部１４１は、びびり振動が発生したときに切削加工がなされた工作物Ｗに残存する切削代とは関係なく、びびり加工時における加工条件を設定できる。よって、歯車加工装置１は、びびり加工を行った後、工作物Ｗに残存する切削代を十分に確保できるので、びびり加工を行った工作物Ｗを最終的に良品とすることができる。

その一方で、歯車加工装置１は、加工条件設定部１１０に設定した加工条件で行った切削加工でびびり振動が発生した場合に、そのびびり振動が発生したときに切削加工がなされた工作物Ｗに切削代が残存していれば、その工作物Ｗが最終的に良品となるような加工条件で、切削加工を再度行う。このとき、分割加工制御部１５２は、びびり振動が発生したときよりも切込量を小さくしつつ、歯切り工具４２の送り動作を複数回に亘って行いながら切削加工する。これにより、歯車加工装置１は、びびり振動が再度発生することを抑制することができるので、びびり振動が発生したときに切削加工がなされた工作物Ｗを最終的に良品とすることができる。

（５．その他）
以上、上記実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変形改良が可能であることは容易に推察できるものである。例えば、本実施形態では、びびり加工時において歯切り工具４２の回転速度を変化させる範囲が、回転速度設定部１１２に設定された回転速度の±３％の範囲内とする場合を例に挙げて説明したが、歯切り工具４２の回転速度を変化させる範囲は、適宜変更してもよい。

例えば、上記実施形態では、１つの工作物Ｗに対して３回の送り動作を行う場合を例に挙げて説明したが、本発明は、複数回の送り動作を行う歯車加工装置及び歯車加工方法に適用することが可能である。また、上記実施形態において、びびり加工が２回目の送り動作の中で行われる場合について説明したが、１回目の送り動作の中でびびり加工を行ってもよい。つまり、びびり加工は、複数回行う送り動作のうち、最後の送り動作以外の送り動作の中で行えばよい。

また、本実施形態において、びびり加工は、歯切り工具４２の回転速度を加速させながら工作物Ｗの切削加工を行う場合について説明したが、歯切り工具４２の回転速度を減速させながら工作物Ｗの切削加工を行ってもよい。さらに、本実施形態において、びびり加工は、歯切り工具４２の回転速度を連続的に変化させる場合について説明したが、歯切り工具４２の回転速度を段階的に変化させてもよい。例えば、歯切り工具４２は、定速での回転と加速しながらの回転とを繰り返しながら切削加工を行い、振動計測装置９０は、歯切り工具４２が定速で回転しているときに歯切り工具４２の振動を計測する。この場合、適正回転速度検出部１４２は、歯切り工具４２の回転速度を連続的に変化させる場合と比べて、適正な回転速度を正確に検出しやすくすることができる。

上記実施形態では、分析部１４０が、加工条件設定部１１０に設定された加工条件で切削加工を行っているときにびびり振動が発生した場合に、びびり加工を行うと共に歯切り工具４２の回転速度の再設定を行う場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、制御装置１００が、びびり加工を行った後に切削加工を行った工作物Ｗの数をカウントするカウント部を備え、分析部１４０は、カウント部のカウント値が所定数に到達した場合、即ち、びびり加工後に切削加工を行った工作物Ｗの数が所定数に到達した場合に、びびり加工及び歯切り工具４２の回転速度の再設定を行ってもよい。

この場合、分析部１４０は、びびり加工及び歯切り工具４２の回転速度の再設定を定期的に行うことができる。つまり、実際の安定限界速度は、歯車加工装置１の各種部品や歯切り工具４２等の経年劣化によって変化することも考えられる。これに対し、歯車加工装置１は、適正な回転速度を定期的に見直すことにより、びびり振動の発生を未然に防止することができる。

１：歯車加工装置、４２：歯切り工具、９０：振動計測装置、１００：制御装置、１３０：びびり判定部、１４１：発生加工制御部、１４２：適正回転速度検出部、１５１：再加工制御部、Ｓ１：振動計測工程、Ｓ２：びびり判定工程、Ｓ６：びびり加工工程、Ｓ７：検出工程、Ｓ９：再加工工程、Ｏ：歯切り工具の回転軸線、Ｗ：工作物

Claims

工作物の回転軸線の平行線に対して歯切り工具の回転軸線を傾斜させた状態で、歯切り工具と工作物とを同期回転させつつ、前記工作物の回転軸線方向への前記歯切り工具の送り動作を複数回に亘って行うことにより、前記工作物を切削加工し、歯車を創成する歯車加工方法であって、
切削加工時に発生する前記歯切り工具の振動を計測する振動計測工程と、
前記振動計測工程で計測した前記歯切り工具の振動の周波数分析を行い、びびり振動が発生したか否かを判定するびびり判定工程と、
びびり振動が発生したと判定した場合に、びびり振動が発生したときの切込量より大きな切込量で、且つ、前記歯切り工具の回転速度を加速又は減速させながら切削加工を行い、びびり振動を発生させるびびり加工工程と、
前記びびり加工工程で計測した前記歯切り工具の振動の周波数分析を行い、周波数の変動量が所定量を超えたときの回転速度を検出する検出工程と、
を備える、歯車加工方法。
工作物の回転軸線の平行線に対して歯切り工具の回転軸線を傾斜させた状態で、歯切り工具と工作物とを同期回転させつつ、前記工作物の回転軸線方向への前記歯切り工具の送り動作を複数回に亘って行うことにより、前記工作物を切削加工し、歯車を創成する歯車加工方法であって、
切削加工時に発生する前記歯切り工具の振動を計測する振動計測工程と、
前記振動計測工程で計測した前記歯切り工具の振動の周波数分析を行い、びびり振動が発生したか否かの判定するびびり判定工程と、
びびり振動が発生したと判定した場合に、びびり振動が発生したときの切込量より大きな切込量で、且つ、前記歯切り工具の回転速度を加速又は減速させながら切削加工を行い、びびり振動を発生させるびびり加工工程と、
前記びびり加工工程で計測した前記歯切り工具の振動の周波数分析を行い、周波数の変動量が所定量を超えたときの回転速度を検出する検出工程と、
前記歯切り工具の回転速度を前記検出工程で検出した回転速度で、前記びびり加工工程で切削加工した前記工作物に対する切削加工を再度行う再加工工程と、
を備える、歯車加工方法。
前記びびり加工工程での前記歯切り工具の回転速度は、前記びびり判定工程によりびびり振動が発生したと判定されたときの切削加工時に設定されていた前記歯切り工具の回転速度に対し、±３％の範囲内で変化する、請求項１又は２に記載の歯車加工方法。
前記びびり加工工程は、びびり振動が発生したと判定されたときに切削加工がなされた前記工作物を用いて行う、請求項１−３の何れか一項に記載の歯車加工方法。
前記びびり加工工程は、びびり振動が発生したと判定されたときに切削加工がなされた前記工作物とは別の前記工作物を用いて行い、
前記歯車加工方法は、びびり振動が発生したときに切削加工がなされた前記工作物に対し、びびり振動が発生したときよりも切込量を小さくしつつ、前記歯切り工具の送り動作を複数回に亘って行いながら切削加工し、前記工作物に歯車を創成する、請求項１−３の何れか一項に記載の歯車加工方法。
前記びびり加工工程は、最後に前記びびり加工工程を実行してから切削加工した前記工作物の数が所定数に到達した場合に実行される、請求項１−５の何れか一項に記載の歯車加工方法。
工作物の回転軸線の平行線に対して歯切り工具の回転軸線を傾斜させた状態で、歯切り工具と工作物とを同期回転させつつ、前記工作物の回転軸線方向への前記歯切り工具の送り動作を複数回に亘って行うことにより、前記工作物を切削加工し、歯車を創成する歯車加工装置であって、
前記歯車加工装置は、
前記歯切り工具の振動を計測する振動計測装置と、
切削加工に関する制御を行う制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記振動計測装置により計測された前記歯切り工具の振動の周波数分析を行い、びびり振動が発生したか否かを判定するびびり判定部と、
前記びびり判定部によりびびり振動が発生したと判定された場合に、びびり振動が発生したときの切込量より大きな切込量で、且つ、前記歯切り工具の回転速度を加速又は減速させながら切削加工を行い、びびり振動を発生させるびびり発生加工制御部と、
前記びびり発生加工制御部による切削加工において前記振動計測装置が計測した前記歯切り工具の振動の周波数分析を行い、周波数の変動量が所定量を超えたときの回転速度を検出する適正回転速度検出部と、
を備える、歯車加工装置。
工作物の回転軸線の平行線に対して歯切り工具の回転軸線を傾斜させた状態で、歯切り工具と工作物とを同期回転させつつ、前記工作物の回転軸線方向への前記歯切り工具の送り動作を複数回に亘って行うことにより、前記工作物を切削加工し、歯車を創成する歯車加工装置であって、
前記歯車加工装置は、
前記歯切り工具の振動を計測する振動計測装置と、
切削加工に関する制御を行う制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記振動計測装置により計測された前記歯切り工具の振動の周波数分析を行い、びびり振動が発生したか否かを判定するびびり判定部と、
前記びびり判定部によりびびり振動が発生したと判定された場合に、びびり振動が発生したときの切込量より大きな切込量で、且つ、前記歯切り工具の回転速度を加速又は減速させながら切削加工を行い、びびり振動を発生させるびびり発生加工制御部と、
前記びびり発生加工制御部による切削加工において前記振動計測装置が計測した前記歯切り工具の振動の周波数分析を行い、周波数の変動量が所定量を超えたときの回転速度を検出する適正回転速度検出部と、
前記びびり発生加工制御部による切削加工を行った前記工作物に対する切削加工を、前記びびり発生加工制御部による切削加工時よりも切込量を小さくしつつ、前記適正回転速度検出部が検出した回転速度で前記歯切り工具を回転させながら行う再加工制御部と、
を備える、歯車加工装置。