JP2020114616A

JP2020114616A - 歯車加工装置及び歯車加工方法

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Publication number: JP2020114616A
Application number: JP2019006809A
Authority: JP
Inventors: 拓也中山; Takuya Nakayama; 佐藤　稔; Minoru Sato; 稔佐藤
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2019-01-18
Filing date: 2019-01-18
Publication date: 2020-07-30
Anticipated expiration: 2039-01-18
Also published as: DE102020101045A1; US11786985B2; US20200230724A1; JP7293659B2; CN111451586A

Abstract

【課題】低コストな歯車加工が可能な歯車加工装置及び歯車加工方法を提供する。【解決手段】工作物Ｗに歯車の歯を創成する歯車加工装置１０は、円筒状の工具本体２Ａ，２Ｂと、工具本体の外周側に刃先が向くように周方向に取り付けられる交換可能な複数の工具刃３Ａ，３Ｂと、を有する荒加工用の荒工具１Ａ，１Ｂと、円筒状の工具本体２Ｃ，２Ｄの外周側に刃先が向くように周方向に設けられる複数の工具刃３Ｃ，３Ｄを有する仕上げ加工用の仕上げ工具１Ｃ，１Ｄを備える。そして、荒工具１Ａ，１Ｂと仕上げ工具１Ｃ，１Ｄを中心軸線周りにそれぞれ回転させると共に、工作物Ｗを中心軸線周りに回転させ、荒工具１Ａ，１Ｂと仕上げ工具１Ｃ，１Ｄを工作物Ｗの中心軸線方向にそれぞれ相対的に移動させ、工作物Ｗを荒加工及び仕上げ加工する制御を行う。【選択図】図７

Description

本発明は、歯車加工装置及び歯車加工方法に関するものである。

近年、コストの面から高速加工可能な歯車加工が望まれており、特許文献１に記載のようなスカイビング加工が知られている。スカイビング加工とは、歯切り工具の中心軸線と工作物の中心軸線とを傾斜させた状態（歯車加工における交差角を有する状態）とする。そして、歯切り工具及び工作物をそれぞれの中心軸線周りに同期回転させながら、歯切り工具を工作物の中心軸線方向に相対移動（パス）する加工である。

スカイビング加工用の歯切り工具は、上記パスを複数回行うが、全てのパスにおいて工具刃の刃先が加工を行うため、刃先の摩耗量が多くなる。対応策としては、歯切り工具の工具刃の刃先の摩耗量が限界を超えたら、工具交換を行えばよいが、歯切り工具は、一般的にソリッド（無垢）の高速度工具鋼で成るため非常にコスト高であり、加工コストが上昇する。そこで、特許文献２，３には、工具刃のみの交換が可能な歯切り工具が記載されている。これによれば、工具交換によるコストを無くして工具刃交換のみのコストとなるので、加工コストの上昇を抑制できる。

特開２０１２−１７１０２０号公報特開２０１５−４４２８２号公報特開２０１６−１６５１４号公報

上述の特許文献２，３に記載の歯切り工具は、例えばインボリュート歯形を有する外歯歯車を加工する場合、インボリュート形状に形成される専用の工具刃が必要になる。この歯切り工具では、一端側のみが加工可能に形成されている専用の工具刃を使用するため、専用の工具刃の交換回数が増加し、またインボリュート形状に専用の工具刃を形成する必要があるため、専用の工具刃の製造が難しく、加工コストが上昇する傾向にある。

本発明の目的は、低コストな歯車加工が可能な歯車加工装置及び歯車加工方法を提供することである。

本発明に係る工作物に歯車の歯を創成する歯車加工装置は、円筒状の工具本体と、前記歯の歯面の仕上げ形状に基づかない形状に形成され、前記工具本体の外周側に刃先が向くように周方向に取り付けられる交換可能な複数の工具刃と、を有する荒加工用の荒工具と、円筒状の工具本体の外周側に刃先が向くように周方向に設けられる複数の工具刃を有する仕上げ加工用の仕上げ工具と、前記荒工具及び前記仕上げ工具をそれぞれ支持して回転可能な工具主軸と、前記工作物を支持して回転可能であり、前記工具主軸と相対移動可能な工作物主軸と、前記荒工具及び前記仕上げ工具を収容可能な工具マガジンと、前記荒工具と前記仕上げ工具とを前記工具主軸に対し交換する工具交換装置と、前記荒工具を前記荒工具の中心軸線周りに回転させると共に、前記工作物を前記工作物の中心軸線周りに回転させ、前記荒工具を前記工作物の中心軸線方向に相対的に移動させ、前記工作物を荒加工する制御を行う荒加工制御部と、前記仕上げ工具を前記仕上げ工具の中心軸線周りに回転させると共に、前記工作物を前記工作物の中心軸線周りに回転させ、前記仕上げ工具を前記工作物の中心軸線方向に相対的に移動させ、前記工作物を仕上げ加工して前記歯車の歯を創成する制御を行う仕上げ加工制御部と、を備える。

本発明に係る工作物に歯車の歯を創成する歯車加工方法は、円筒状の工具本体と、前記歯の歯面の仕上げ形状に基づかない形状に形成され、前記工具本体の外周側に刃先が向くように周方向に取り付けられる交換可能な複数の工具刃と、を有する荒加工用の荒工具を前記荒工具の中心軸線周りに回転させると共に、前記工作物を前記工作物の中心軸線周りに回転させ、前記荒工具を前記工作物の中心軸線方向に相対的に移動させ、前記工作物を荒加工する荒加工工程と、円筒状の工具本体の外周側に刃先が向くように周方向に設けられる複数の工具刃を有する仕上げ加工用の仕上げ工具を前記荒工具と交換し、前記仕上げ工具を前記仕上げ工具の中心軸線周りに回転させると共に、前記工作物を前記工作物の中心軸線周りに回転させ、前記仕上げ工具を前記工作物の中心軸線方向に相対的に移動させ、前記工作物を仕上げ加工して前記歯車の歯を創成する仕上げ加工工程と、を備える。

本発明に係る歯車加工装置及び歯車加工方法によれば、工作物に創成する歯車の歯の歯面の形状に基づかない形状に形成される交換可能な工具刃を用いているので、工作物に創成する歯車の歯の歯面の形状に基づく形状に形成される工具刃と比較して単純な形状に形成でき、コストを低く抑えることができ、さらに、工具交換によるコストを無くして工具刃交換のみのコストとなるので、歯車加工コストを低減できる。

本発明の実施形態の歯切り工具を中心軸線方向に見た図である。図１Ａの歯切り工具をＩＢ方向から見た図である。歯切り工具である第一荒工具の第一荒工具刃の斜視図である。図２Ａの第一荒工具刃をＩＩＢ方向から見た図である。図２Ａの第一荒工具刃をＩＩＣ方向から見た図である。歯切り工具である第二荒工具の第二荒工具刃の斜視図である。図３Ａの第二荒工具刃をＩＩＩＢ方向から見た図である。図３Ａの第二荒工具刃をＩＩＩＣ方向から見た図である。歯切り工具である第一仕上げ工具の第一仕上げ工具刃の斜視図である。図４Ａの第一仕上げ工具刃をＩＶＢ方向から見た図である。図４Ａの第一仕上げ工具刃をＩＶＣ方向から見た図である。歯切り工具である第二仕上げ工具の斜視図である。本発明の実施形態の歯車加工装置の概略構成を示す図である。本発明の実施形態の歯車加工方法を説明するためのフローチャートである。歯切り工具で工作物を加工するときに必要な交差角を付ける前の配置状態を歯切り工具の径方向に見た図である。図８Ａを歯切り工具の中心軸線方向に見た図である。歯切り工具で工作物を加工するときに必要な交差角を付けた後の配置状態を歯切り工具の径方向に見た図である。図９Ａを工作物の中心軸線方向に見た図である。歯切り工具刃に逃げ角がない場合、歯切り工具で工作物を加工するときに必要なオフセット角を付けた後の配置状態を歯切り工具の径方向に見た図である。図１０Ａを工作物の中心軸線方向に見た図である。

（１．歯切り工具の形状）
本発明の実施形態の歯車加工装置に使用される歯切り工具は、スカイビング加工により工作物を加工して平歯車やはすば歯車等の歯を創成する工具刃交換式の外歯車型工具である。ここで、背景技術で説明したように、従来のスカイビング加工用の交換式の工具刃は、周知の一般的ないわゆる汎用インサートではなく、特別に製造したいわゆる専用インサートである。この専用インサートは、例えば、創成する歯車の歯の歯面の仕上げ形状がインボリュート形状である場合、専用インサートの刃面の形状もインボリュート形状に形成する必要があり、非常に高価である。

一方、汎用インサートは、旋盤において工作物を旋削するバイトに使用される交換式の旋削用工具刃（旋削用インサート）である。この汎用インサートは、刃面の形状は三角形状であり、安価であるがインボリュート形状の歯面を形成できない。そこで、本実施形態の歯切り工具によるスカイビング加工では、汎用インサートを用いて歯車の歯の荒加工を行い、その後に専用インサートを用いて歯車の歯の仕上げ加工を行って最終的なインボリュート形状の歯面を形成する。これにより、高価な専用インサートの加工頻度を低減でき、加工コストの低減が図れる。

以下、図を参照して本実施形態の歯切り工具の形状について説明する。なお、詳細は後述するが、本実施形態の歯切り工具は、基本的な形状は同じで３つの種類（荒加工用の第一荒工具、荒加工用の第二荒工具、仕上げ加工用の第一仕上げ工具）がある。このため、図１Ａ及び図１ＢにおけるＡ，Ｂ，Ｃの符号は、第一荒工具１Ａ、第二荒工具１Ｂ、第一仕上げ工具１Ｃをそれぞれ示すものとする。

図１Ａ及び図１Ｂに示すように、歯切り工具１Ａ（１Ｂ，１Ｃ）は、円筒状の工具本体２Ａ（２Ｂ，２Ｃ）及び工具本体２Ａ（２Ｂ，２Ｃ）の外周側に一端部側の刃先３Ａａ（３Ｂａ，３Ｃａ）が向くようにして周方向に取り付けられる交換可能な複数（本例では、１２個）の工具刃３Ａ（３Ｂ，３Ｃ）を備える。歯切り工具１Ａ（１Ｂ，１Ｃ）の工具本体２Ａ（２Ｂ，２Ｃ）の一端面には、四角柱状（菱形の柱状）の工具刃３Ａ（３Ｂ，３Ｃ）が嵌め込まれる三角柱状の溝２ａが等角度（本例では、３０度）間隔で形成される。

溝２ａは、工具刃３Ａ（３Ｂ，３Ｃ）の他端部側の刃先３Ａａ（３Ｂａ，３Ｃａ）を密着させて嵌め込んだとき、工具刃３Ａ（３Ｂ，３Ｃ）の一方の刃先３Ａａ（３Ｂａ，３Ｃａ）が工具本体２の内周側に突出し、且つ工具刃３Ａ（３Ｂ，３Ｃ）が高精度に位置決めされるように形成される。工具刃３Ａ（３Ｂ，３Ｃ）は、溝２ａに嵌め込まれた状態でボルト穴３Ａｅ（３Ｂｅ，３Ｃｅ）に挿入されるボルト４により締結固定される。

第一荒工具１Ａは、第一荒工具本体２Ａ及び第一荒工具刃３Ａを備える。第二荒工具１Ｂは、第二荒工具本体２Ｂ及び第二荒工具刃３Ｂを備える。第一仕上げ工具１Ｃは、第一仕上げ工具本体２Ｃ及び第一仕上げ工具刃３Ｃを備える。第一荒工具刃３Ａ及び第二荒工具刃３Ｂは、荒加工用の工具刃であり、汎用インサートである。第一仕上げ工具刃３Ｃは、仕上げ加工用の工具刃であり、専用インサートである。

第一荒工具刃３Ａは、工作物に創成する歯の歯面の形状に基づかない形状で、且つ、逃げ角を有しない形状に形成される。つまり、創成する歯車の歯の歯面の仕上げ形状がインボリュート形状である場合、歯の歯面の形状に基づかない形状とは、スカイビング加工によってインボリュート形状を加工できない形状である。具体的には、図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、第一荒工具刃３Ａは、四角形の柱状（菱形の柱状）に形成され、鋭角（例えば、３０度）の両端部が刃先３Ａａとしてそれぞれ形成される。そして、各刃先３Ａａには、前逃げ角及び側逃げ角が形成されていない。

すなわち、刃先３Ａａの上側のすくい面３Ａｂに対し刃先３Ａａの両側の逃げ面３Ａｃの稜線３Ａｄは直角（すくい面３Ａｂの垂直面に対する稜線３Ａｄの成す角（前逃げ角）は零度）であり、すくい面３Ａｂに対し両側の逃げ面３Ａｃは直角（すくい面３Ａｂの垂直面に対する両側の逃げ面３Ａｃの成す角（側逃げ角）は零度）である。そして、第一荒工具刃３Ａのすくい面３Ａｂの中央には、第一荒工具本体２Ａに取り付けるための貫通するボルト穴３Ａｅが穿孔される。

第二荒工具刃３Ｂは、工作物に創成する歯の歯面の形状に基づかない形状で、且つ、逃げ角を有する形状に形成される。具体的には、図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃに示すように、第二荒工具刃３Ｂは、四角形の柱状（菱形の柱状）に形成され、鋭角（例えば、３０度）の両端部（鋭角部位）が刃先３Ｂａとしてそれぞれ形成される。そして、各刃先３Ｂａには、前逃げ角及び側逃げ角が形成される。

すなわち、刃先３Ｂａの上側のすくい面３Ｂｂの垂直面に対する刃先３Ｂａの両側の逃げ面３Ｂｃの稜線３Ｂｄの成す角（前逃げ角）はαａ度であり、すくい面３Ｂｂの垂直面に対する両側の逃げ面３Ｂｃの成す角（側逃げ角）はβａ度である。そして、第二荒工具刃３Ｂのすくい面３Ｂｂの中央には、第二荒工具本体２Ｂに取り付けるための貫通するボルト穴３Ｂｅが穿孔される。

第一仕上げ工具刃３Ｃは、工作物に創成する歯の歯面の形状に基づく形状で、且つ、逃げ角を有する形状に形成される。つまり、創成する歯車の歯の歯面の仕上げ形状がインボリュート形状である場合、歯の歯面の形状に基づく形状とは、スカイビング加工によってインボリュート形状を加工できる形状である。具体的には、図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃに示すように、第一仕上げ工具刃３Ｃは、工作物に創成する歯の歯面の形状が、例えばインボリュート形状であれば、同様のインボリュート形状に形成され、鋭角の両端部が刃先３Ｃａとしてそれぞれ形成される。そして、前逃げ角αｂ及び側逃げ角βｂが形成される点、及び第一仕上げ工具刃３Ｃのすくい面３Ｃｂの中央に、第一仕上げ工具本体２Ｃに取り付けるための貫通するボルト穴３Ｃｅが穿孔される点は、第二荒工具刃３Ｂと略同様である。

また、歯切り工具としては、上述の工具刃交換式の外歯車型工具（第一荒工具１Ａ、第二荒工具１Ｂ、第一仕上げ工具１Ｃ）の他に、図５に示すように、無垢の外歯車型の仕上げ加工用の第二仕上げ工具１Ｄも使用可能である。この第二仕上げ工具１Ｄは、円筒状の第二仕上げ工具本体２Ｄの外周側に刃先３Ｄａが向くように第二仕上げ工具本体２Ｄに一体的に形成される複数の第二仕上げ工具刃３Ｄを有する。第二仕上げ工具刃３Ｄは、第一仕上げ工具刃３Ｃと同様に、工作物に創成する歯の歯面の形状に基づく形状で、且つ、逃げ角を有する形状に形成される。

以上のように、第一荒工具１Ａ、第二荒工具１Ｂ、第一仕上げ工具１Ｃ及び第二仕上げ工具１Ｄは、工具刃交換式の加工工具であるため、ソリッド（無垢）の高速度工具鋼で成る歯切り工具で必要な工具交換によるコストの代わりに工具刃交換のみのコストに抑制できる。また、第一荒工具１Ａ及び第二荒工具１Ｂは、汎用の工具刃（第一荒工具刃３Ａ及び第二荒工具刃３Ｂ）を使用するため、第一仕上げ工具１Ｃの専用の工具刃（第一仕上げ工具刃３Ｃ）と比較して低コストであり、加工コストの低減を図れる。

また、第一荒工具刃３Ａは、四角形の柱状（菱形の柱状）に形成され、鋭角の両端部が刃先３Ａａとしてそれぞれ形成され、各刃先３Ａａの両側に逃げ面３Ａｃが形成されている。これにより、第一荒工具刃３Ａは、両端の刃先３Ａａにそれぞれ形成される両側の切れ刃（計４箇所）を加工部位として使用できる。よって、背景技術で説明した従来のスカイビング加工用の交換式の工具刃のように、２箇所を加工部位として使用するものと比較して、工具刃交換の頻度を低減して加工コストの低減を図れる。このことは、第二荒工具１Ｂ及び第一仕上げ工具１Ｃも同様である。

なお、第一荒工具刃３Ａは、四角形の柱状（菱形の柱状）のもので４箇所を加工部位として使用する場合を説明したが、正三角形の柱状のもので６箇所を加工部位として使用するようにしてもよい。これにより、さらに工具刃交換の頻度を低減して加工コストの低減を図れる。このことは、第二荒工具１Ｂ及び第一仕上げ工具１Ｃも同様である。

また、第一荒工具１Ａ及び第二荒工具１Ｂは、高精度な加工が不要な荒加工のみに使用するので、第一荒工具刃３Ａ及び第二荒工具刃３Ｂの交換の際の取付精度を高精度にする必要はなく、交換作業時間の短縮化を図れる。一方、第一仕上げ工具１Ｃ及び第二仕上げ工具１Ｄは、高精度な加工が必要な仕上げ加工のみに使用するので、歯車の歯の創成時の加工パス数を減少させて加工負荷を低減できる。よって、第一仕上げ工具刃３Ｃ及び第二仕上げ工具刃３Ｄの摩耗量を低減し、工具交換の頻度を低減して加工コストの低減を図れる。

（２．歯車加工装置の構成）
本発明の実施形態の歯車加工装置の構成について図６を参照して説明する。図６に示すように、歯車加工装置１０は、例えば、直交３軸（Ｘ軸線，Ｙ軸線，Ｚ軸線）方向の移動並びにＣ軸線（工作物Ｗの中心軸線Ｃｗ）回りの回転及びＡ軸線回りの揺動が可能な５軸マシニングセンタである。歯車加工装置１０は、第一荒工具１Ａ又は第二荒工具１Ｂと、第一仕上げ工具１Ｃ又は第二仕上げ工具１Ｄと、第一荒工具１Ａ、第二荒工具１Ｂ、第一仕上げ工具１Ｃ又は第二仕上げ工具１Ｄを支持して回転可能な工具主軸１１と、工作物Ｗを支持して回転可能であり、工具主軸１１と相対移動可能な工作物主軸１２と、第一荒工具１Ａ又は第二荒工具１Ｂ、及び、第一仕上げ工具１Ｃ又は第二仕上げ工具１Ｄを収容可能な工具マガジン１３と、第一荒工具１Ａ又は第二荒工具１Ｂと、第一仕上げ工具１Ｃ又は第二仕上げ工具１Ｄとを工具主軸１１に対し交換する工具交換装置１４及び歯車の歯の創成の動作制御を行う制御装置２０等を備える。

工具主軸１１は、図示しないベッド上においてチャック１１ａを介して第一荒工具１Ａ、第二荒工具１Ｂ、第一仕上げ工具１Ｃ又は第二仕上げ工具１Ｄを歯切り工具１の中心軸線Ｃｔの周りに回転可能に支持する。さらに、工具主軸１１は、ベッド上においてＸ軸線方向及びＹ軸線方向へ移動可能である。従って、第一荒工具１Ａ、第二荒工具１Ｂ、第一仕上げ工具１Ｃ又は第二仕上げ工具１Ｄは、第一荒工具１Ａ、第二荒工具１Ｂ、第一仕上げ工具１Ｃ又は第二仕上げ工具１Ｄの中心軸線Ｃｔの周りに回転可能となり、ベッドに対してＸ軸線方向及びＹ軸線方向へ移動可能となる。

工作物主軸１２は、ベッド上においてチャック１２ａを介して工作物ＷをＣ軸線回り、すなわち工作物Ｗの中心軸線Ｃｗの周りに回転可能に支持する。さらに、工作物主軸１２は、ベッド上においてチルトテーブル１２ｂにＡ軸線回りに揺動可能（チルト（傾斜）可能）に支持される。そして、チルトテーブル１２ｂに支持される工作物主軸１２は、ベッド上においてＺ軸線方向へ移動可能である。従って、工作物Ｗは、工作物Ｗの中心軸線Ｃｗの周りに回転可能となり、ベッドに対してＡ軸線回りに揺動可能且つＺ軸線方向へ移動可能となる。

なお、工具マガジン１３には、荒加工用として第一荒工具１Ａ及び第二荒工具１Ｂの一方と、仕上げ加工用として第一仕上げ工具１Ｃ及び第二仕上げ工具１Ｄの一方を収容するようにしたが、第一荒工具１Ａ、第二荒工具１Ｂ、第一仕上げ工具１Ｃ及び第二仕上げ工具１Ｄの全ての工具を収容するようにしてもよい。

制御装置２０は、第一荒工具１Ａ又は第二荒工具１Ｂで工作物Ｗを荒加工する制御を行う荒加工制御部２１及び第一仕上げ工具１Ｃ又は第二仕上げ工具１Ｄで工作物Ｗを仕上げ加工する制御を行う仕上げ加工制御部２２を備える。制御装置２０は、工具主軸１１の移動用の図略のボールねじ機構及び駆動モータを駆動制御して、工具主軸１１に支持される第一荒工具１Ａ、第二荒工具１Ｂ、第一仕上げ工具１Ｃ又は第二仕上げ工具１ＤをＸ軸線方向、Ｙ軸線方向へそれぞれ移動させ、また、工作物主軸１２の移動用の図略のボールねじ機構及び駆動モータを駆動制御して、工作物主軸１２に支持される工作物ＷをＺ軸線方向へ移動させる。

そして、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、制御装置２０は、工具主軸１１に支持される第一荒工具１Ａ、第二荒工具１Ｂ、第一仕上げ工具１Ｃ又は第二仕上げ工具１Ｄの中心軸線Ｃｔと工作物主軸１２に支持される工作物Ｗの中心軸線Ｃｗとを平行な状態（基準状態）にし、両中心軸線Ｃｔ，Ｃｗを通る平面を基準平面ＢＰとして定義する。

さらに、制御装置２０は、チルトテーブル１２ｂ用の駆動モータを駆動制御して、チルトテーブル１２ｂに支持される工作物ＷをＡ軸線回りに揺動させる。そして、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、制御装置２０は、基準平面ＢＰから垂直な方向に向かって工具主軸１１に支持される第一荒工具１Ａ、第二荒工具１Ｂ、第一仕上げ工具１Ｃ又は第二仕上げ工具１Ｄの中心軸線Ｃｔを交差角θだけ傾斜させた位置（交差位置）に配置する。この交差角θは、工作物Ｗに創成する歯車の歯のねじれ角及び第一荒工具１Ａ、第二荒工具１Ｂ、第一仕上げ工具１Ｃ又は第二仕上げ工具１Ｄのねじれ角に基づいて調整される。

また、工具主軸１１に第一荒工具１Ａが支持されている場合は、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、制御装置２０は、第一荒工具１Ａと工作物Ｗの加工点Ｐｃを、基準平面ＢＰ上の基準位置から工作物Ｗの周方向にオフセット角φだけずらした位置（オフセット位置）にする。この第一荒工具１Ａのオフセット位置への位置決めは、第一荒工具１Ａの第一荒工具刃３Ａのように逃げ角が形成されていない場合に、逃げ角を確保するために行う一般的な制御である。なお、逃げ角を有する第二荒工具１Ｂ、第一仕上げ工具１Ｃ又は第二仕上げ工具１Ｄであっても、さらに所定の逃げ角が必要な場合は、第一仕上げ工具１Ｃ又は第二仕上げ工具１Ｄを所定のオフセット角のオフセット位置へ位置決めする。

そして、制御装置２０は、工具主軸１１の回転用の駆動モータを駆動制御して、工具主軸１１に支持される第一荒工具１Ａ、第二荒工具１Ｂ、第一仕上げ工具１Ｃ又は第二仕上げ工具１Ｄを中心軸線Ｃｔ回りに回転させる。また、工作物主軸１２の回転用の駆動モータを駆動制御して、工作物主軸１２に支持される工作物Ｗを中心軸線Ｃｗ回りに回転させる。そして、工具主軸１１及び工作物主軸１２の各移動用のボールねじ機構及び駆動モータを駆動制御して、工具主軸１１に支持される第一荒工具１Ａ、第二荒工具１Ｂ、第一仕上げ工具１Ｃ又は第二仕上げ工具１Ｄを、工作物主軸１２に支持される工作物Ｗの中心軸線Ｃｗ方向に移動させ、工作物Ｗを荒加工又は仕上げ加工する制御を行う。

（３．歯車加工装置の制御装置の動作）
次に、歯車加工装置１０の制御装置２０の動作（歯車加工方法）について図７を参照しながら説明する。なお、工具主軸１１には、第一荒工具１Ａが装着されているものとする。また、工具マガジンには、第一仕上げ工具１Ｃが収容されているものとする。また、工作物主軸１２には、大径の円筒部材及びこの円筒部材と同心で一体化された小径の円筒部材でなる工作物Ｗが支持されているものとする。そして、歯車加工装置１０は、第一荒工具１Ａ及び第一仕上げ工具１Ｃで、工作物Ｗの大径の円筒部材の外周に歯車の歯を加工するものとする。なお、第一荒工具１Ａの代わりに第二荒工具１Ｂを使用する場合や、第一仕上げ工具１Ｃの代わりに第二仕上げ工具１Ｄを使用する場合も図７に示す処理を行う。

図８Ａ及び図８Ｂに示すように、制御装置２０は、第一荒工具１Ａ及び工作物Ｗを基準状態にする（図７のステップＳ１、荒加工工程）。そして、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、第一荒工具１Ａを工作物Ｗに対し交差角θを有する状態にする（図７のステップＳ２、荒加工工程）。

ここで、制御装置２０は、第一荒工具１Ａと工作物Ｗの加工点Ｐｃをオフセット位置に配置変更する必要があるか否かを判断し（図７のステップＳ３）、オフセット位置への配置変更が不要である場合はステップＳ５に進む。本例では、第一荒工具１Ａの第一荒工具刃３Ａには逃げ角が形成されておらず、オフセット位置への配置変更が必要であるため、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、交差角θを保持した状態で、第一荒工具１Ａと工作物Ｗの加工点Ｐｃをオフセット位置に配置変更する（図７のステップＳ４、荒加工工程）。

そして、制御装置２０は、第一荒工具１Ａと工作物Ｗとを同期回転させながら第一荒工具１Ａを工作物Ｗの中心軸線Ｃｗ方向に送り操作（移動操作）し、工作物Ｗの大径の円筒部材の外周を荒加工する（図７のステップＳ５、荒加工工程）。そして、工作物Ｗの大径の円筒部材の外周の荒加工が完了したか否かを判断し（図７のステップＳ６）、工作物Ｗの大径の円筒部材の外周の荒加工が完了していない場合は、ステップＳ５に戻って上述の操作を繰り返す。

一方、ステップＳ６において、制御装置２０は、工作物Ｗの大径の円筒部材の外周の荒加工が完了した場合は、工具交換装置１４で第一荒工具１Ａを第一仕上げ工具１Ｃに交換する（図７のステップＳ７、仕上げ加工工程）。そして、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、制御装置２０は、第一仕上げ工具１Ｃ及び工作物Ｗを基準状態にする（図７のステップＳ８、仕上げ加工工程）。そして、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、第一仕上げ工具１Ｃを工作物Ｗに対し交差角θを有する状態にする（図７のステップＳ９、仕上げ加工工程）。

ここで、制御装置２０は、第一仕上げ工具１Ｃと工作物Ｗの加工点Ｐｃをオフセット位置に配置変更する必要があるか否かを判断する（図７のステップＳ１０）。そして、オフセット位置への配置変更が必要である場合はオフセット位置に配置変更するが（図７のステップＳ１１）、本例では、第一仕上げ工具１Ｃの第一仕上げ工具刃３Ｃには逃げ角が形成されているため、オフセット位置への配置変更が不要でありステップＳ１２に進む。

そして、制御装置２０は、第一仕上げ工具１Ｃと工作物Ｗとを同期回転させながら第一仕上げ工具１Ｃを工作物Ｗの中心軸線Ｃｗ方向に送り操作（移動操作）し、工作物Ｗの大径の円筒部材の外周に形成された歯を仕上げ加工する（図７のステップＳ１２、加工工程）。そして、工作物Ｗの大径の円筒部材の外周に形成された歯の仕上げ加工が完了したか否かを判断し（図７のステップＳ１３）、工作物Ｗの大径の円筒部材の外周に形成された歯の仕上げ加工が完了していない場合は、ステップＳ１２に戻って上述の処理を繰り返す。一方、ステップＳ１４において、仕上げ加工制御部２２は、工作物Ｗの大径の円筒部材の外周に形成された歯の仕上げ加工が完了した場合は、全ての処理を終了する。

上述の歯車加工装置１０及び歯車加工方法によれば、工作物Ｗに創成する歯車の歯の歯面の形状に基づかない形状に形成される交換可能な工具刃３Ａ，３Ｂを有する歯切り工具１Ａ，１Ｂを用いているので、工作物Ｗに創成する歯車の歯の歯面の形状に基づく形状に形成される工具刃３Ｃと比較して単純な形状に形成でき、コストを低く抑えることができ、さらに、工具交換（工具全体の交換）によるコストを無くして工具刃交換（工具の一部の刃の交換にすることも可能）のみのコストとなるので、歯車加工コストを低減できる。

また、工作物Ｗは、円筒部材の外周に歯車の歯を加工するものとしたが、円筒部材の内周に歯車の歯を加工するものでもよい。上述した実施形態同様、荒加工（工程）と仕上げ加工（工程）を行うことで、加工の工程（役割）を分担し、効率的に加工できるので、工具のコストに対する加工工程（役割）を最適に割り当てることが可能となる（高精度加工工程のみに比較的コストがかかる高精度加工用工具で加工）。
（４．その他）
上述した実施形態では、第一荒工具１Ａ、第二荒工具１Ｂ、第一仕上げ工具１Ｃ、第一仕上げ工具１Ｄは、歯車の歯を加工する工具として説明したが、スプライン、シンクロメッシュ機構の歯、歯車の歯の先端の面取り、歯抜けの歯車の抜け歯等を加工する工具としても適用可能である。

また、工具主軸１１が、工作物主軸１２に対しＸ軸線方向及びＹ軸線方向へ移動可能に構成し、工作物主軸１２が、工具主軸１１に対しＺ軸線方向へ移動可能に構成した。しかし、工具主軸１１と工作物主軸１２とは、相対移動可能な構成としてもよい。工作物主軸１２が、工具主軸１１に対しＡ軸線回りに揺動可能（チルト（傾斜）可能）な構成としたが、工具主軸１１が、工作物主軸１２に対し揺動可能（チルト（傾斜）可能）な構成としてもよい。

１Ａ：第一荒工具、１Ｂ：第二荒工具、１Ｃ：第一仕上げ工具、１Ｄ：第二仕上げ工具、２Ａ：第一荒工具本体、２Ｂ：第二荒工具本体、２Ｃ：第一仕上げ工具本体、２Ｄ：第二仕上げ工具本体、３Ａ：第一荒工具刃、３Ｂ：第二荒工具刃、３Ｃ：第一仕上げ工具刃、３Ｄ：第二仕上げ工具刃、１０：歯車加工装置、１１：工具主軸、１２：工作物主軸、２０：制御装置、２１：荒加工制御部、２２：仕上げ加工制御部、Ｗ：工作物、 θ：交差角、 φ：オフセット角、Ｐｃ：加工点

Claims

工作物に歯車の歯を創成する歯車加工装置であって、
円筒状の工具本体と、前記歯の歯面の仕上げ形状に基づかない形状に形成され、前記工具本体の外周側に刃先が向くように周方向に取り付けられる交換可能な複数の工具刃と、を有する荒加工用の荒工具と、
円筒状の工具本体の外周側に刃先が向くように周方向に設けられる複数の工具刃を有する仕上げ加工用の仕上げ工具と、
前記荒工具及び前記仕上げ工具をそれぞれ支持して回転可能な工具主軸と、
前記工作物を支持して回転可能であり、前記工具主軸と相対移動可能な工作物主軸と、
前記荒工具及び前記仕上げ工具を収容可能な工具マガジンと、
前記荒工具と前記仕上げ工具とを前記工具主軸に対し交換する工具交換装置と、
前記荒工具を前記荒工具の中心軸線周りに回転させると共に、前記工作物を前記工作物の中心軸線周りに回転させ、前記荒工具を前記工作物の中心軸線方向に相対的に移動させ、前記工作物を荒加工する制御を行う荒加工制御部と、
前記仕上げ工具を前記仕上げ工具の中心軸線周りに回転させると共に、前記工作物を前記工作物の中心軸線周りに回転させ、前記仕上げ工具を前記工作物の中心軸線方向に相対的に移動させ、前記工作物を仕上げ加工して前記歯車の歯を創成する制御を行う仕上げ加工制御部と、
を備える、歯車加工装置。
前記荒工具の工具刃は、逃げ角を有しない形状に形成され、
前記荒加工制御部は、前記工作物に対して交差角を有し、且つ、前記工作物の周方向にオフセットした位置を加工点として、前記荒工具で前記工作物を荒加工する制御を行う、請求項１に記載の歯車加工装置。
前記荒工具の工具刃は、逃げ角を有する形状に形成され、
前記荒加工制御部は、前記工作物に対して交差角を有し、且つ、前記工作物の周方向にオフセットしていない基準位置又はオフセットした位置を加工点として、前記荒工具で前記工作物を荒加工する制御を行う、請求項１に記載の歯車加工装置。
前記仕上げ工具の工具刃は、交換可能であって、前記歯の歯面の仕上げ形状に基づく形状に形成され、且つ、逃げ角を有する形状に形成され、
前記仕上げ加工制御部は、前記工作物に対して交差角を有し、且つ、前記工作物の周方向にオフセットしていない基準位置又はオフセットした位置を加工点として、前記仕上げ工具で前記工作物を仕上げ加工する制御を行う、請求項１−３の何れか一項に記載の歯車加工装置。
前記仕上げ工具の工具刃は、前記工具本体に一体的であって、前記歯の歯面の形状に基づく形状に形成され、且つ、逃げ角を有する形状に形成され、
前記仕上げ加工制御部は、前記工作物に対して交差角を有し、且つ、前記工作物の周方向にオフセットしていない基準位置又はオフセットした位置を加工点として、前記仕上げ工具で前記工作物を仕上げ加工する制御を行う、請求項１−３の何れか一項に記載の歯車加工装置。
前記歯の歯面の仕上げ形状は、インボリュート形状であり、
前記荒工具において前記歯の歯面の仕上げ形状に基づかない形状は、スカイビング加工によってインボリュート形状を加工できない形状である、請求項１−５の何れか一項に記載の歯車加工装置。
前記歯の歯面の仕上げ形状は、インボリュート形状であり、
前記仕上げ工具において前記歯の歯面の仕上げ形状に基づく形状は、スカイビング加工によってインボリュート形状を加工できる形状である、請求項１−６の何れか一項に記載の歯車加工装置。
前記荒工具の工具刃は、旋削用工具刃を適用する、請求項１−７の何れか一項に記載の歯車加工装置。
前記荒工具の工具刃は、菱形又は正三角形に形成され、複数の鋭角部位を加工部位として適用可能である、請求項８に記載の歯車加工装置。
工作物に歯車の歯を創成する歯車加工方法であって、
円筒状の工具本体と、前記歯の歯面の仕上げ形状に基づかない形状に形成され、前記工具本体の外周側に刃先が向くように周方向に取り付けられる交換可能な複数の工具刃と、を有する荒加工用の荒工具を前記荒工具の中心軸線周りに回転させると共に、前記工作物を前記工作物の中心軸線周りに回転させ、前記荒工具を前記工作物の中心軸線方向に相対的に移動させ、前記工作物を荒加工する荒加工工程と、
円筒状の工具本体の外周側に刃先が向くように周方向に設けられる複数の工具刃を有する仕上げ加工用の仕上げ工具を前記荒工具と交換し、前記仕上げ工具を前記仕上げ工具の中心軸線周りに回転させると共に、前記工作物を前記工作物の中心軸線周りに回転させ、前記仕上げ工具を前記工作物の中心軸線方向に相対的に移動させ、前記工作物を仕上げ加工して前記歯車の歯を創成する仕上げ加工工程と、
を備える、歯車加工方法。