JP2021026635A - 歯車加工装置及び歯車加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】工作物主軸と工具主軸の回転位相同期誤差を容易に把握できる歯車加工装置及び歯車加工方法を提供すること。【解決手段】歯車加工装置１の制御装置１００は、工作物Ｗを含む第一回転体の第一慣性モーメントと歯切り工具４２を含む第二回転体の慣性モーメントの相違に起因して工作物主軸７０と工具主軸４０の回転位相同期誤差が発生する場合に、工作物主軸７０の工作物主軸回転位相及び工具主軸４０の工具主軸回転位相に基づいて、回転位相同期誤差を算出する位相誤差算出部１４０を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、歯車加工装置及び歯車加工方法に関する。

工作機械においては、切削工具と工作物の相対回転速度を上昇させたり、切込量を大きくすると、工作物にびびり振動が発生し易くなる。そこで、例えば、特許文献１には、工作物の動的ひずみを求め、動的ひずみの大きさに基づいて、工作物のびびり振動の判定を行って工作物の加工を行う技術が記載されている。特許文献２には、工作物の固有振動と切削工具の振動成分とが共振しない回転数で切削工具を回転させることで、工作物のびびり振動の発生を防止して工作物の加工を行う技術が記載されている。

特許文献３には、工作物又は切削工具の回転を慣性回転にして切削工具と工作物を相対送りすることで、工作物のびびり振動の発生を防止して工作物の加工を行う技術が記載されている。特許文献４には、工作物に対する切削工具の切込深さを減少させることで、工作物のびびり振動の発生を防止して工作物の加工を行う技術が記載されている。しかし、上述の各技術は、スカイビング加工により工作物に歯車を加工する歯車加工装置（歯車加工方法）に対して適用可能か否かは不明である。

本発明者は、スカイビング加工を行う歯車加工装置（歯車加工方法）において、工作物のびびり振動を抑制して工作物に歯車を加工する技術（特許文献５）を見い出した。すなわち、特許文献５には、工作物主軸（工作物）及び工具主軸（歯切り工具）の回転速度を変動させて同期回転させながら、工作物の回転軸線方向に歯切り工具を工作物に対して相対移動させることにより、工作物のびびり振動を抑制して工作物に歯車を加工する技術が記載されている。

特開２０００−２３７９３２号公報 特開２００９−２７４１７９号公報 特開昭６３−１２７８０１号公報 特許第５９２９０６５号公報 特開２０１８−６２０５６号公報

上述の歯車加工装置では、工作物主軸と工具主軸の回転速度を変動させる際に、工作物主軸と工具主軸の回転位相同期誤差が発生する場合がある。その場合、加工される歯車の歯の歯すじにうねりが発生し、歯車加工精度が悪化するおそれがある。

本発明は、歯車加工に入る前段階で工作物主軸と工具主軸の回転位相同期誤差を容易に把握できる歯車加工装置及び歯車加工方法を提供することを目的とする。

本発明の歯車加工装置は、工作物と歯切り工具とを同期回転させながら、前記工作物の回転軸線方向に前記歯切り工具を前記工作物に対して相対移動させることにより、前記工作物に歯車の歯を加工する歯車加工装置であって、前記工作物を回転可能に支持する工作物主軸と、前記歯切り工具が装着される回転可能な工具主軸と、前記工作物主軸の回転速度を変動させる工作物主軸回転速度制御部と、前記工具主軸の回転速度を変動させる工具主軸回転速度制御部と、前記工作物を含む第一回転体の第一慣性モーメントと前記歯切り工具を含む第二回転体の第二慣性モーメントの相違に起因して前記工作物主軸と前記工具主軸の回転位相同期誤差が発生する場合に、前記工作物主軸の工作物主軸回転位相及び前記工具主軸の工具主軸回転位相に基づいて、前記回転位相同期誤差を算出する位相誤差算出部と、を備える。

本発明の歯車加工方法は、工作物を回転可能に支持する工作物主軸と歯切り工具が装着される回転可能な工具主軸とを同期回転させながら、前記工作物の回転軸線方向に前記歯切り工具を前記工作物に対して相対移動させることにより、前記工作物に歯車の歯を加工する歯車加工方法であって、前記工作物主軸及び前記工具主軸の回転速度を変動させる回転速度変動工程と、前記回転速度の変動中において、前記工作物主軸の工作物主軸回転位相を入力すると同時に、前記工具主軸の工具主軸回転位相を入力する回転位相入力工程と、前記工作物を含む第一回転体の第一慣性モーメントと前記歯切り工具を含む第二回転体の第二慣性モーメントの相違に起因して前記工作物主軸と前記工具主軸の回転位相同期誤差が発生する場合に、前記工作物主軸の工作物主軸回転位相及び前記工具主軸の工具主軸回転位相に基づいて、前記回転位相同期誤差を算出する位相誤差算出工程と、を備える。

本発明の歯車加工装置及び歯車加工方法によれば、工作物を含む第一回転体の第一慣性モーメントと歯切り工具を含む第二回転体の慣性モーメントに着目し、第一、第二慣性モーメントに相違がある場合、工作物主軸の工作物主軸回転位相及び工具主軸の工具主軸回転位相に基づいて、工作物主軸と工具主軸の間に発生する回転位相同期誤差を算出している。これにより、歯車加工に入る前段階で工作物主軸と工具主軸の回転位相同期誤差を容易に把握できる。

本発明の実施形態における歯車加工装置の斜視図である。 第一実施形態においてスカイビング加工を行う際の歯切り工具を拡大した一部断面図である。 歯車加工装置の制御装置のブロック図である。 制御装置により実行される歯車加工処理の前半のフローチャートである。 制御装置により実行される歯車加工処理の後半のフローチャートである。 第一実施形態において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。 制御装置で制御される工作物主軸の回転速度を正弦波で変動させるときのグラフである。 制御装置で制御される工作物主軸の回転速度を正弦波で変動させるときの工作物主軸と工具主軸の回転位相同期誤差の変動を示すグラフである。 歯車の歯の歯すじに発生するうねりと歯すじ誤差を示す図である。 制御装置で制御される工作物主軸の回転位相及び工具主軸の回転位相の変動状態を示すグラフである。 図８Ａから求められる工作物主軸と工具主軸の回転位相同期誤差の変動を示すグラフである。 工作物と歯切り工具の加工状態を工作物及び歯切り工具を工作物の中心軸線方向（Ｚ軸線方向）に見たときの図である。 歯車加工装置に備えられる表示装置の表示例を示す図である。 工作物主軸を回転させるときの工作物主軸回転速度の安定判別を説明するための図である。 工作物主軸の回転速度と工具主軸の回転速度の周波数応答の特徴を表すゲイン特性（ゲインと角周波数の関係）を示すボード線図である。 工作物主軸の回転速度と工具主軸の回転速度の周波数応答の特徴を表す位相特性（位相と角周波数の関係）を示すボード線図である。 変形例における歯切り工具及び工作物の回転速度の変動を示す第一のグラフである。 変形例における歯切り工具及び工作物の回転速度の変動を示す第二のグラフである。 変形例における歯切り工具及び工作物の回転速度の変動を示す第三のグラフである。 第二実施形態においてホブ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。

＜１．第一実施形態＞
（１−１．歯車加工装置の概略構成）
本発明に係る第一実施形態の歯車加工装置の概略構成について図１を参照して説明する。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２つの回転軸（Ａ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、工具主軸４０と、テーブル５０と、チルトテーブル６０と、工作物主軸７０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が設けられる。コラム２０は、ベッド１０内に収容されるＸ軸モータ２１及びＸ軸モータ２１に連結されるボールねじ２２により、Ｘ軸線方向（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が設けられる。

サドル３０は、コラム２０内に収容されるＹ軸モータ１１（図３参照）及びＹ軸モータ１１に連結されるボールねじ（図示省略）によりＹ軸線方向（鉛直方向）に移動可能に設けられる。工具主軸４０は、サドル３０内に収容されるエンコーダ（図示省略）を有する工具主軸用モータ４１（図３参照）によりＺ軸線回りに回転可能に設けられる。工具主軸４０の先端には、歯切り工具４２(スカイビングカッタ)が装着され、歯切り工具４２は、工具主軸４０の回転に伴って回転する。

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、外周面に複数の切れ刃４２ａを備えるスカイビングカッタであり、各々の切れ刃４２ａの端面は、すくい角γを有するすくい面を構成する。各々の切れ刃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、切れ刃４２ａごとに異なる方向を向く面状に形成してもよい。

図１に示すように、ベッド１０の上面には、テーブル５０が設けられる。テーブル５０は、ベッド１０内に収容されるＺ軸モータ１２（図３参照）及びＺ軸モータ１２に連結されるボールねじ（図示省略）によりＺ軸線方向（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を支持するチルトテーブル支持部６１が設けられる。そして、チルトテーブル支持部６１には、チルトテーブル６０がＡ軸線（Ｘ軸線と平行）回りに揺動可能に設けられる。

チルトテーブル６０の底面には、工作物主軸７０及びエンコーダ（図示省略）を有する工作物主軸用モータ７１が設けられる。工作物主軸７０は、工作物主軸用モータ７１によりＡ軸線に直交するＣ軸線回りに回転可能に設けられる。工作物主軸７０の先端には、工作物Ｗが保持され、工作物Ｗは、工作物主軸７０の回転に伴って回転する。

（１−２．制御装置の構成）
制御装置１００は、スカイビング加工により工作物Ｗに歯車を加工する。具体的には、図５に示すように、制御装置１００は、チルトテーブル６０をＡ軸線回りに揺動させることにより、工作物Ｗの回転軸線Ｃを、歯切り工具４２の回転軸線Ｏに対して傾斜させる。この工作物Ｗの回転軸線Ｃに対する歯切り工具４２の回転軸線Ｏの傾斜角度を交差角δと称す。

そして、制御装置１００は、工作物主軸７０（工作物Ｗ）の回転速度Ｓｗ、工具主軸４０（歯切り工具４２）の回転速度Ｓｔ、及び歯切り工具４２の工作物Ｗに対する工作物Ｗの回転軸線（中心軸線Ｃ）方向への送り速度Ｖｔ−ｗを制御する。工作物主軸７０の回転速度（工作物主軸回転速度）Ｓｗは、次式（１）で表される工作物主軸７０の回転位相（回転角度）θｗの指令値を１階微分した次式（２）で表される工作物主軸７０の回転速度Ｓｗの指令値で制御される。工具主軸４０の回転速度Ｓｔは、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗと同期させる。なお、式（１）、（２）におけるＸは、工作物主軸回転速度Ｓｗの固定値分、Ａは、工作物主軸７０の回転位相Ｐｗの振幅、ωは、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗの変動周波数、ｔは、時間である。

また、切削速度Ｓｔ−ｗ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。すなわち、切削速度Ｓｔ−ｗ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。スカイビング加工においては、切削速度Ｓｔ−ｗを速くするほど、加工能率が向上する一方、面性状等の品質が低下する傾向がある。

本例では、制御装置１００は、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗを例えば図６Ａに示す正弦波で変動させる。これに伴い、工具主軸４０の回転速度Ｓｔを変動させ、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗと同期させる。そして、歯切り工具４２を工作物Ｗの回転軸線Ｃ方向へ送り速度Ｖｔ−ｗで送ることで歯車加工を行う。この制御によれば、歯切り工具４２が工作物Ｗに接触する周期が不規則となるため、工作物主軸７０及び工具主軸４０の回転速度が変動せずに一定である場合と比べて、工作物Ｗに発生するびびり振動の増幅が抑制される。

しかし、工作物Ｗを含む第一回転体（工作物Ｗ及び工作物主軸７０の回転部分）の質量と歯切り工具４２を含む第二回転体（歯切り工具４２及び工具主軸４０の回転部分）の質量とは、同一ではない。そのため、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗ及び工具主軸４０の回転速度Ｓｔが変動したとき、第一回転体の第一慣性モーメントと第二回転体の第二慣性モーメントとが異なる。そして、第一、第二回転体の第一、第二慣性モーメントの相違に起因して、図６Ｂに示すように、工作物主軸７０と工具主軸４０の回転位相同期誤差Δθが発生する。その結果、図７に示すように、加工される歯車の歯Ｇの歯すじＧｚに歯すじ誤差Ｆβｅのうねりが発生し、歯車加工精度が悪化するおそれがあった。そこで、制御装置１００は、工作物主軸７０と工具主軸４０の回転位相同期誤差Δθを低減し、加工される歯車の歯Ｇの歯すじＧｚのうねりを抑制するようにしている。

次に、制御装置１００の具体的構成について説明する。図３に示すように、制御装置１００は、工作物主軸回転速度制御部１１０と、工具主軸回転速度制御部１２０と、送り速度制御部１３０を備える。さらに、制御装置１００は、位相誤差算出部１４０と、歯すじ誤差算出部１５０と、歯すじ誤差表示部１６０と、補正指示受付部１７０と、位相補正指令値算出部１８０と、表示装置１９０を備える。

工作物主軸回転速度制御部１１０は、工作物主軸用モータ７１を駆動制御し、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗを変動させる。工具主軸回転速度制御部１２０は、工具主軸用モータ４１を駆動制御し、工具主軸４０の回転速度Ｓｔを変動させると共に、工具主軸４０の回転速度Ｓｔを工作物主軸７０の回転速度Ｓｗに同期させる。送り速度制御部１３０は、Ｙ軸モータ１１及びＺ軸モータ１２を駆動制御し、歯切り工具４２を工作物Ｗの回転軸線Ｃ方向へ送り速度Ｖｔ−ｗで送り、歯切り工具４２と工作物Ｗとの相対距離を調整する。

位相誤差算出部１４０は、工作物Ｗを含む第一回転体と歯切り工具４２を含む第二回転体の慣性モーメントの相違に起因して工作物主軸７０と工具主軸４０の回転位相同期誤差が発生する場合に、工作物主軸用モータ７１のエンコーダから工作物主軸７０の工作物主軸回転位相を入力すると同時に、工具主軸用モータ４１のエンコーダから工具主軸４０の工具主軸回転位相を入力する。そして、入力した工作物主軸回転位相及び工具主軸回転位相に基づいて、工作物主軸７０と工具主軸４０の回転位相同期誤差を算出する。これにより、工作物主軸７０と工具主軸４０の回転位相同期誤差を容易に把握できる。

具体的には、位相誤差算出部１４０は、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗが正弦波で変動して工作物主軸７０が空転しているときの工作物主軸回転位相θｗ（図８Ａの実線、振幅Ａ）を、工作物主軸用モータ７１のエンコーダから入力する。同時に、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗに同期して回転速度Ｓｔで回転している工具主軸４０が空転しているときの工具主軸回転位相θｔ（図８Ａの破線）を、工具主軸用モータ４１のエンコーダから入力する。そして、入力した工作物主軸回転位相θｗと工具主軸回転位相θｔの差を、工作物主軸７０と工具主軸４０の回転位相同期誤差Δθ（図８Ｂの実線、振幅Ｂ）として算出する。

つまり、図９に示すように、工作物Ｗ及び歯切り工具４２を工作物Ｗの中心軸線Ｃ方向（Ｚ軸線方向）に見たとき、工作物Ｗと歯切り工具４２とが接している点Ｐａを工具主軸回転位相θｔとする。この場合、工具主軸回転位相θｔから工作物Ｗの周方向に、工作物主軸７０と工具主軸４０の回転位相同期誤差Δθだけずれた点Ｐｂが工作物主軸回転位相θｗとなる。そして、点Ｐａと点Ｐｂの円弧が、振幅Ｂとなる。よって、次式（３）で表される工作物主軸７０と工具主軸４０の回転位相同期誤差Δθを算出する。なお、式（３）におけるＺｔは、歯切り工具４２の工具刃数、Ｚｗは、工作物Ｗに加工する歯車の歯数であり、位相誤差算出部１４０に予め記憶されている。

歯すじ誤差算出部１５０は、位相誤差算出部１４０で算出する回転位相同期誤差Δθに基づいて、工作物Ｗに加工する歯の歯すじの歯すじ誤差を算出する。具体的には、歯すじ誤差算出部１５０は、次式（４）で表される歯すじ誤差を推定評価するために用いる工作物Ｗの直径ｄ、例えば基準円直径を求める。なお、式（４）におけるｍは、歯車のモジュールサイズ（転位係数）であり、歯すじ誤差算出部１５０に予め記憶されている。ただし、歯すじ誤差を推定評価する工作物Ｗの直径ｄとして基準円直径を用いる代わりに、歯先径、歯底径又は噛み合いピッチ径を用いてもよい。そして、歯すじ誤差算出部１５０は、式（３）、（４）で求めた回転位相同期誤差Δθ及び工作物Ｗの直径ｄに基づいて、次式（５）で表される歯すじ誤差Ｆβｅを求める。

歯すじ誤差表示部１６０は、歯すじ誤差算出部１５０で算出する歯すじ誤差を表示装置１９０に表示させる。これにより、ユーザは、歯車の加工を行うか、誤差補正を行うかを容易に判断できる。図１０に示すように、この表示装置１９０は、例えば液晶パネルであり、歯すじ誤差表示部１６０で求めた歯すじ誤差の数値１９１、誤差補正指示ボタン１９２及び加工指示ボタン１９３を表示する。誤差補正指示ボタン１９２は、歯すじ誤差の数値１９１を見たユーザが誤差補正を必要と判断したときに、誤差補正指示するために押すボタンである。加工指示ボタン１９３は、歯すじ誤差の数値１９１を見たユーザが誤差補正を不要と判断したときに、加工指示するために押すボタンである。

補正指示受付部１７０は、表示装置１９０の誤差補正指示ボタン１９２が押されたことを検知して誤差補正指示を受け付け、誤差補正指令を位相補正指令値算出部１８０に入力する。また、補正指示受付部１７０は、表示装置１９０の加工指示ボタン１９３が押されたことを検知したら、加工指示を工作物主軸回転速度制御部１１０に入力する。

位相補正指令値算出部１８０は、補正指示受付部１７０から誤差補正指令を入力したら、位相誤差算出部１４０で算出した回転位相同期誤差に基づいて、工作物主軸７０の回転位相補正指令値を算出する。具体的には、位相補正指令値算出部１８０は、次式（６）に示すように、位相誤差算出部１４０で算出した回転位相同期誤差Δθで補正した工作物主軸７０の回転位相θｗの補正指令値を算出する。

工作物主軸回転速度制御部１１０は、位相補正指令値算出部１８０で求めた工作物主軸７０の回転位相θｗの補正指令値を１階微分して、次式（７）に示すように、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗの補正指令値を求めて工作物主軸７０の回転を制御する。

上述の歯車加工装置１によれば、歯車加工に入る前段階で工作物主軸７０と工具主軸４０の回転位相同期誤差Δθを低減し、加工される歯車の歯Ｇの歯すじＧｚのうねりを抑制できるので、歯車加工において加工する歯車の加工精度を高めることができる。そして、工作物主軸回転速度Ｓｔを変動させているので、工作物Ｗに発生するびびり振動の増幅が抑制される。その結果、工作物Ｗに対する歯切り工具４２の切込量を大きく設定することができる。よって、工作物Ｗに形成された加工面の面性状の向上と加工能率の向上との両立を図れる。

（１−３．制御装置による歯車加工処理）
次に、制御装置１００により実行される歯車加工処理（歯車加工方法）について図を参照して説明する。なお、歯車加工処理を実行するにあたり、工作物主軸７０には、工作物Ｗが保持され、工具主軸４０には、歯切り工具４２が装着されているものとする。また、工作物Ｗの回転軸線Ｃに対する歯切り工具４２の回転軸線Ｏの傾斜角度は、交差角δに設定され、歯切り工具４２は、工作物Ｗの加工開始位置に位置決めされているものとする。

工作物主軸回転速度制御部１１０は、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗの指令値により工作物主軸７０の回転速度Ｓｗを正弦波で変動させて工作物主軸７０を空転させる（図４ＡのステップＳ１、回転速度変動工程）。そして、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗが、安定しているか否か判別する（図４ＡのステップＳ２、回転速度変動工程）。この処理は、図１１に示すように、正弦波で変動している工作物主軸回転速度Ｓｗの平均工作物主軸回転速度Ｓｗａが、目標中心速度の±２０％内に入っている場合に安定と判別する。

位相誤差算出部１４０は、工作物主軸回転速度Ｓｗが安定したら、工作物主軸７０の空転中に工作物主軸７０の工作物主軸回転位相θｗを入力すると同時に、工具主軸４０の工具主軸回転位相θｔを入力する（図４ＡのステップＳ３、回転位相入力工程）。そして、工作物主軸回転位相θｗ及び工具主軸回転位相θｔに基づいて、工作物主軸７０と工具主軸４０の回転位相同期誤差Δθを算出する（図４ＡのステップＳ４、同期誤差算出工程）。

歯すじ誤差算出部１５０は、位相誤差算出部１４０で算出した回転位相同期誤差Δθに基づいて、工作物Ｗに加工する歯の歯すじの歯すじ誤差Ｆβｅを算出する（図４ＡのステップＳ５、歯すじ誤差算出工程）。そして、歯すじ誤差表示部１６０は、歯すじ誤差算出部１５０で算出した歯すじ誤差Ｆβｅを表示装置１９０に表示する（図４ＡのステップＳ６、歯すじ誤差表示工程）。ここで、ユーザは、表示装置１９０を見て歯すじ誤差Ｆβｅの数値１９１が許容範囲内であるか否かを判断し、歯すじ誤差Ｆβｅの数値１９１が許容範囲外であるときは、表示装置１９０の誤差補正指示ボタン１９２を押す。

補正指示受付部１７０は、表示装置１９０から誤差補正指示を受け付けたか否かを判断し（図４ＡのステップＳ７、補正指示受付工程）、この場合は誤差補正指示ボタン１９２が押されて誤差補正指示を受け付けたので、誤差補正指令を位相補正指令値算出部１８０に入力する。位相補正指令値算出部１８０は、補正指示受付部１７０から誤差補正指令を入力したら、位相誤差算出部１４０で算出した回転位相同期誤差Δθに基づいて、工作物主軸７０の回転位相θｗの補正指令値を算出する（図４ＡのステップＳ８、位相補正指令値算出工程）。

工作物主軸回転速度制御部１１０は、位相補正指令値算出部１８０で求めた工作物主軸７０の回転位相θｗの補正指令値に基づいて、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗの補正指令値を求めて工作物主軸７０の回転速度Ｓｗを正弦波で変動させて工作物主軸７０を空転させる（図４ＡのステップＳ９）。そして、ステップＳ２に戻り、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗが、安定しているか否か判別する（図４ＡのステップＳ２）。

位相誤差算出部１４０は、工作物主軸回転速度Ｓｗが安定したら、工作物主軸７０の空転中に工作物主軸７０の工作物主軸回転位相θｗを入力すると同時に、工具主軸４０の工具主軸回転位相θｔを入力する（図４ＡのステップＳ３）。そして、工作物主軸回転位相θｗ及び工具主軸回転位相θｔに基づいて、工作物主軸７０と工具主軸４０の回転位相同期誤差Δθを再度算出する（図４ＡのステップＳ４）。

歯すじ誤差算出部１５０は、位相誤差算出部１４０で算出した回転位相同期誤差Δθに基づいて、工作物Ｗに加工する歯の歯すじの歯すじ誤差Ｆβｅを再度算出する（図４ＡのステップＳ５）。そして、歯すじ誤差表示部１６０は、歯すじ誤差算出部１５０で算出した歯すじ誤差Ｆβｅを表示装置１９０に再度表示する（図４ＡのステップＳ６）。ここで、ユーザは、表示装置１９０を見て歯すじ誤差Ｆβｅの数値１９１が許容範囲内であるか否かを判断し、歯すじ誤差Ｆβｅの数値１９１が許容範囲内であるときは、表示装置１９０の加工指示ボタン１９３を押す。

補正指示受付部１７０は、表示装置１９０から誤差補正指示を受け付けたか否かを判断し（図４ＡのステップＳ７）、この場合は加工指示を受け付けたので、加工指示を工作物主軸回転速度制御部１１０に入力してステップＳ１０に進む。工作物主軸回転速度制御部１１０は、工作物主軸７０の回転位相θｗの補正指令値に基づいて、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗを設定する（図４ＢのステップＳ１０）。さらに、工具主軸回転速度制御部１２０は、工作物主軸回転速度制御部１１０により設定された工作物主軸７０の回転速度Ｓｗに同期するように、工具主軸４０の回転速度Ｓｔを設定する（図４ＢのステップＳ１１）。そして、送り速度制御部１３０は、送り速度Ｖｔ−ｗを設定する（図４ＢのステップＳ１２）。

以上の処理により、歯切り工具４２は、工作物Ｗに噛合しながら、工作物Ｗに連続的な歯車加工を行い、工作物Ｗに歯面形状を加工する（図４ＢのステップＳ１３）。そして、一の工作物Ｗの歯車加工が完了したか否かを判断し（図４ＢのステップＳ１４）、一の工作物Ｗの歯車加工が完了したら、次の工作物Ｗの歯車加工の有無を確認する（図４ＢのステップＳ１５）。そして、次の工作物Ｗの歯車加工が有るときは、ステップＳ１３に戻って上述の処理を繰り返し、次の工作物Ｗの歯車加工が無いときは、全ての処理を終了する。

この歯車加工処理によれば、歯車加工に入る前段階でユーザが納得するまで歯すじ誤差を低減できるので、歯車加工において加工する歯車の加工精度を高めることができる。特に、大型の歯車の場合、従来は実際に加工を行い、加工した歯車を実際に測定して一条件の歯すじ誤差を確認しており、材料コストや作業コスト等が掛かるという問題がある。この歯車加工処理によれば、工作物主軸７０及び工具主軸４０の空回りのみで歯すじ誤差を算出でき、大幅なコスト低減を図ることができる。

（１−４．第一実施形態の変形例）
上記第一実施形態の実施例においては、工作物主軸回転位相θｗ及び工具主軸回転位相θｔに基づいて、工作物主軸７０と工具主軸４０の回転位相同期誤差Δθを算出する構成とした。しかし、位相誤差算出部１４０は、工作物主軸回転位相θｗに基づいて、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗを算出するとともに、工具主軸回転位相θｔに基づいて、工具主軸４０の回転速度Ｓｔを算出する。そして、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗと工具主軸４０の回転速度Ｓｔの周波数応答誤差を算出する構成としてもよい。

具体的には、図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、周波数応答の特徴をグラフで表現するボード線図は、ゲイン特性（ゲインと角周波数の関係）と位相特性（位相と角周波数の関係）の二種類ある。そこで、位相誤差算出部１４０は、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗのゲイン特性（図１２Ａの実線）及び位相特性（図１２Ｂの実線）と工具主軸４０の回転速度Ｓｔのゲイン特性（図１２Ａの破線）及び位相特性（図１２Ｂの破線）に基づいて、周波数応答誤差を算出する。そして、位相補正指令値算出部１８０は、算出した周波数応答誤差に基づいて、工作物主軸７０の回転速度補正量を算出する。

また、上記第一実施形態の実施例においては、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗを正弦波で変動させる場合について説明したが、図１３Ａに示すように、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗを三角波で変動させてもよい。同様に、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗを放物線が波状に変化するように変動させてもよい。また、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗを直線的に加速又は減速させてもよい。例えば、工作物主軸回転速度制御部１１０は、図１３Ｂに示すように、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗを一定の加速度で加速させてもよい。同様に、工作物主軸回転速度制御部１１０は、図１３Ｃに示すように、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗを一定の減速度で減速させてもよい。

また、上記第一実施形態の実施例においては、ユーザが歯すじ誤差の数値１９１を見て誤差補正の要不要を判断し、誤差補正指示又は加工指示する構成とした。しかし、例えば歯すじ誤差算出部１５０において、算出した歯すじＧｚの歯すじ誤差Ｆβｅが所定の目標歯すじ誤差の範囲内であるか判断し、目標歯すじ誤差の範囲外の場合は、位相補正指示を自動的に指示し、目標歯すじ誤差の範囲内の場合は、加工指示を自動的に指示する構成としてもよい。

＜２．第二実施形態＞
次に、図１４を参照して、第二実施形態について説明する。第一実施形態（第一実施形態の変形例）において、歯切り工具４２がスカイビングカッタであり、歯車加工装置１は、スカイビング加工による歯車加工を行う場合について説明した。これに対し、第二実施形態では、歯切り工具２４２がホブカッタであり、歯車加工装置１が、ホブ加工による歯車加工を行う場合を説明する。なお、上記した第一実施形態と同一の部品には同一の符号を付し、その説明を省略する。

歯車加工装置１は、歯切り工具２４２の回転軸線Ｏと工作物Ｗの回転軸線であるＣ軸とが交差するように、歯切り工具２４２及び工作物Ｗを配置する。なお、図１４には、歯切り工具２４２の回転軸線Ｏと工作物Ｗの回転軸線であるＣ軸とが直交するように、歯切り工具２４２及び工作物Ｗが配置されている。そして、歯車加工装置１は、歯車加工時において、工作物Ｗ及び歯切り工具２４２をそれぞれ回転させながら、歯切り工具２４２を工作物Ｗの中心軸線であるＺ軸方向へ送る（相対移動させる）ことにより、工作物Ｗに歯車を加工する。

この歯車加工においても、工作物主軸７０と工具主軸４０の回転位相同期誤差を低減し、加工される歯車の歯の歯すじのうねりを抑制できるので、歯車加工において加工する歯車の加工精度を高めることができる。そして、工作物主軸７０の回転速度を変動させているので、工作物Ｗに発生するびびり振動の増幅が抑制される。その結果、工作物Ｗに対する歯切り工具２４２の切込量を大きく設定することができる。よって、工作物Ｗに形成された加工面の面性状の向上と加工能率の向上との両立を図れる。

＜３．その他＞
上記各実施形態においては、歯車加工前に歯車の歯すじの歯すじ誤差を推定する構成としたが、荒加工中に歯車の歯すじの歯すじ誤差を推定する構成としてもよい。これにより、サイクルタイムの短縮化を図ることができる。そして、仕上げ加工での歯車の歯すじのうねりを抑制できるので、歯車の加工精度を高めることができる。また、荒加工で重量変化が生じた工作物Ｗに対して工作物Ｗに発生する再生びびり振動の増幅を抑制できるので、工作物Ｗに形成された加工面の面性状のさらなる向上を図れる。なお、歯車加工前及び歯車加工途中で、歯車の歯すじの歯すじ誤差を推定する構成としてもよい。

また、上記各実施形態では、工作物主軸７０の回転位相補正量を算出する構成としたが、工具主軸４０の回転位相補正量を算出する構成としてもよい。また、工作物主軸７０及び工具主軸４０の両方の回転位相補正量を算出する構成としてもよい。この場合、工作物主軸７０の回転位相補正量と工具主軸４０の回転位相補正量を、５０％対５０％の比率で求め、あるいは、工作物Ｗに加工する歯車の歯数と歯切り工具４２の刃数の比率で求める。

また、上記各実施形態では、歯車加工装置１は、コラム２０がＸ軸線方向へ移動可能な構成を説明したが、コラム２０の代わりにテーブル５０がＸ軸線方向へ移動可能に構成されてもよい。また、テーブル５０がＺ軸線方向へ移動可能な構成を説明したが、テーブル５０の代わりにコラム２０がＺ軸線方向へ移動可能に構成されていてもよい。また、歯車加工装置１として横型のマシニングセンタについて説明したが、縦型のマシニングセンタにも本発明は適用可能である。また、工作機械全般に本発明を適用可能である。

１：歯車加工装置、 ４０：工具主軸、 ４１：工具主軸用モータ、 ４２：歯切り工具、 ７０：工作物主軸、 ７１：工作物主軸用モータ、 １００：制御装置、 １１０：工作物主軸回転速度制御部、 １２０：工具主軸回転速度制御部、 １３０：送り速度制御部、 １４０：位相誤差算出部、 １５０：歯すじ誤差算出部、 １６０：歯すじ誤差表示部、 １７０：補正指示受付部、 １８０：位相補正指令値算出部、 １９０：表示装置、 Ｗ：工作物

Claims (9)

1. 工作物と歯切り工具とを同期回転させながら、前記工作物の回転軸線方向に前記歯切り工具を前記工作物に対して相対移動させることにより、前記工作物に歯車の歯を加工する歯車加工装置であって、
   前記工作物を回転可能に支持する工作物主軸と、
   前記歯切り工具が装着される回転可能な工具主軸と、
   前記工作物主軸の回転速度を変動させる工作物主軸回転速度制御部と、
   前記工具主軸の回転速度を変動させる工具主軸回転速度制御部と、
   前記工作物を含む第一回転体の第一慣性モーメントと前記歯切り工具を含む第二回転体の第二慣性モーメントの相違に起因して前記工作物主軸と前記工具主軸の回転位相同期誤差が発生する場合に、前記工作物主軸の工作物主軸回転位相及び前記工具主軸の工具主軸回転位相に基づいて、前記回転位相同期誤差を算出する位相誤差算出部と、
   を備える、歯車加工装置。
2. 前記歯車加工装置は、さらに、
   前記位相誤差算出部で算出する前記回転位相同期誤差に基づいて、前記工作物に加工する前記歯車の歯の歯すじ誤差を算出する歯すじ誤差算出部と、
   前記歯すじ誤差算出部で算出する前記歯すじ誤差を表示装置に表示する歯すじ誤差表示部と、
   を備える、請求項１に記載の歯車加工装置。
3. 前記歯車加工装置は、さらに、
   前記表示装置に表示される前記歯すじ誤差を見て判断するユーザからの誤差補正指示を受け付ける補正指示受付部と、
   前記補正指示受付部で前記誤差補正指示を受け付けたとき、前記位相誤差算出部で算出する前記回転位相同期誤差に基づいて、前記工作物主軸及び前記工具主軸の少なくとも一方の回転位相補正指令値を算出する位相補正指令値算出部と、
   を備える、請求項２に記載の歯車加工装置。
4. 前記歯車加工装置は、さらに、
   前記位相誤差算出部で算出する前記回転位相同期誤差に基づいて、前記工作物主軸及び前記工具主軸の少なくとも一方の回転位相補正指令値を算出する位相補正指令値算出部、を備え、
   前記歯すじ誤差算出部は、前記位相誤差算出部で算出する前記回転位相同期誤差に基づいて、補正後の前記歯すじ誤差を算出し、
   前記歯すじ誤差表示部は、前記歯すじ誤差算出部で算出する前記補正後の歯すじ誤差を前記表示装置に表示する、請求項２に記載の歯車加工装置。
5. 前記歯車加工装置は、さらに、
   前記位相誤差算出部で算出する前記回転位相同期誤差に基づいて、前記工作物主軸及び前記工具主軸の少なくとも一方の回転位相補正指令値を算出する位相補正指令値算出部を備える、請求項１に記載の歯車加工装置。
6. 前記歯切り工具は、スカイビングカッタであり、
   前記歯車加工装置は、前記工作物の回転軸線を前記歯切り工具の回転軸線に対して傾斜させた状態で、前記歯切り工具を前記工作物に対して前記工作物の回転軸線方向に相対移動させることにより、前記工作物に歯車のスカイビング加工を行う、請求項１−５の何れか一項に記載の歯車加工装置。
7. 工作物を回転可能に支持する工作物主軸と歯切り工具が装着される回転可能な工具主軸とを同期回転させながら、前記工作物の回転軸線方向に前記歯切り工具を前記工作物に対して相対移動させることにより、前記工作物に歯車の歯を加工する歯車加工方法であって、
   前記工作物主軸及び前記工具主軸の回転速度を変動させる回転速度変動工程と、
   前記回転速度の変動中において、前記工作物主軸の工作物主軸回転位相を入力すると同時に、前記工具主軸の工具主軸回転位相を入力する回転位相入力工程と、
   前記工作物を含む第一回転体の第一慣性モーメントと前記歯切り工具を含む第二回転体の第二慣性モーメントの相違に起因して前記工作物主軸と前記工具主軸の回転位相同期誤差が発生する場合に、前記工作物主軸の工作物主軸回転位相及び前記工具主軸の工具主軸回転位相に基づいて、前記回転位相同期誤差を算出する位相誤差算出工程と、
   を備える、歯車加工方法。
8. 前記歯車加工方法は、さらに、
   前記位相誤差算出工程で算出する前記回転位相同期誤差に基づいて、前記工作物に加工する前記歯車の歯の歯すじ誤差を算出する歯すじ誤差算出工程と、
   前記歯すじ誤差算出工程で算出する前記歯すじ誤差を表示装置に表示する歯すじ誤差表示工程と、
   を備える、請求項７に記載の歯車加工方法。
9. 前記歯車加工方法は、さらに、
   前記表示装置に表示される前記歯すじ誤差を見て判断するユーザからの誤差補正指示を受け付ける補正指示受付工程と、
   前記補正指示受付工程で前記誤差補正指示を受け付けたとき、前記位相誤差算出工程で算出する前記回転位相同期誤差に基づいて、前記工作物主軸及び前記工具主軸の少なくとも一方の回転位相補正指令値を算出する位相補正指令値算出工程と、
   を備える、請求項８に記載の歯車加工方法。

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