JP2021171864A - 歯車加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ホブカッタが片持ち支持の場合において、特殊な工具を用いることなく、歯すじ誤差を補正することができる歯車加工装置を提供する。【解決手段】歯車加工装置１は、工作物に歯形を加工するホブカッタと、ホブカッタを回転可能に片持ち支持する工具主軸装置と、工作物を回転可能に支持する工作物主軸装置と、工具主軸装置と工作物主軸装置とを相対移動させる駆動装置と、ホブカッタの撓み量または工具主軸装置に対する工作物主軸装置の回転同期ずれに相当する値を測定する測定器４１と、測定器４１により測定された値に基づいて、ホブカッタによる切込量、または、工具主軸装置に対する工作物主軸装置の回転同期ずれを補正する補正処理部４３とを備える。【選択図】図８

Description

本発明は、歯車加工装置に関するものである。

特許文献１には、ホブカッタにより工作物に歯形を創成加工することが記載されている。ここで、工作物への加工が進行するに従って、加工抵抗が変化するため、ホブカッタの回転に対する負荷が変動する。特に、負荷は、切始め期に漸増し、中間期に高い状態で安定しており、切終わり期に漸減する。そこで、特許文献１には、負荷の変動を電気的に検出し、その検出信号と工作物の歯すじ誤差の相関値を演算し、相関値に応じて工作物支持テーブルに補正回転を与えることが記載されている。これにより、工作物の歯すじ方向誤差を補正することができるとされている。

また、特許文献２には、ホブ専用機ではなく、工具交換可能なマシニングセンタを用い、マシニングセンタの工具主軸にホブカッタを装着して工作物を加工することが記載されている。この場合、ホブカッタが片持ち支持されるため、ホブカッタを支持する剛性が低くなる。そのことに起因して、工作物に加工される歯形に、理想的なインボリュート歯形に対して誤差を生じるおそれがある。そこで、特許文献２には、略台形の切刃における傾斜面に凹部または凸部を形成した補正用ホブカッタを用いて、歯形を創成加工することが記載されている。

特開昭５９−８１０１７号公報 特開２０１５−２０８８０６号公報

ところで、ホブカッタが片持ち支持の場合には、特許文献１に記載されているような補正だけでは、十分に補正することができないことが分かった。つまり、ホブカッタが片持ち支持の場合には、負荷が、切始め期に漸増し、中間期に高い状態で安定しており、切終わり期に漸減するという挙動のみでは表すことができない挙動が存在することが分かった。

また、特許文献２に記載されているような補正用ホブカッタは、特殊な工具であるため、高コストとなる。従って、特殊な工具を用いることなく、歯すじ誤差を小さくすることが求められる。

本発明は、ホブカッタが片持ち支持の場合において、特殊な工具を用いることなく、歯すじ誤差を補正することができる歯車加工装置を提供することを目的とする。

歯車加工装置は、工作物に歯形を加工するホブカッタと、前記ホブカッタを回転可能に片持ち支持する工具主軸装置と、前記工作物を回転可能に支持する工作物主軸装置と、前記工具主軸装置と前記工作物主軸装置とを相対移動させる駆動装置と、前記ホブカッタの撓み量または前記工具主軸装置に対する前記工作物主軸装置の回転同期ずれに相当する値を測定する測定器と、前記測定器により測定された前記値に基づいて、前記ホブカッタによる切込量または前記工具主軸装置に対する前記工作物主軸装置の回転同期ずれを補正する補正処理部とを備える。

本発明者らは、ホブカッタが片持ち支持の場合に、特有の片持ち起因動作が発生することを発見した。特有の片持ち起因動作とは、工作物に歯形を創成加工する際に、ホブカッタが片持ち支持されることによって、歯形の歯幅方向の加工開始端部においてホブカッタの撓み量またはホブカッタの振動が大きくなり、かつ、歯幅方向の中央部においてホブカッタの撓み量またはホブカッタの振動が小さくなる動作である。そして、特有の片持ち起因動作が発生する際に、測定器によって測定されたホブカッタの撓み量または回転同期ずれに相当する値に基づいて、補正処理部が、切込量または回転同期ずれを補正している。従って、片持ち支持の場合の特有の片持ち起因動作によって生じる歯すじ誤差を小さくすることができる。

歯車加工装置の一例を示す図である。 ホブカッタの先端側により加工する図である。 ホブカッタの中央部により加工する図である。 ホブカッタの基端側により加工する図である。 ホブカッタにより加工する図である。 理想状態における工作物に対するホブカッタの刃部の軌跡を示す図である。 加工開始端部を加工する際における工作物に対するホブカッタの刃部の軌跡を示す図である。 ホブカッタの先端側により加工した場合の歯すじ誤差を示す図である。 ホブカッタの中央部により加工した場合の歯すじ誤差を示す図である。 ホブカッタの基端側により加工した場合の歯すじ誤差を示す図である。 ホブカッタの先端側により加工した場合のＹ軸実効電流の変化を示す図である。 ホブカッタの中央部により加工した場合のＹ軸実効電流の変化を示す図である。 ホブカッタの基端側により加工した場合のＹ軸実効電流の変化を示す図である。 ホブカッタの先端側により加工した場合のＡ軸実効電流の変化を示す図である。 ホブカッタの中央部により加工した場合のＡ軸実効電流の変化を示す図である。 ホブカッタの基端側により加工した場合のＡ軸実効電流の変化を示す図である。 歯車加工装置を示す機能ブロック図である。 第一例の歯車加工方法を示すフローチャートである。 切込補正を行った場合の工作物に対するホブカッタの刃部の軌跡を示す図である。 回転同期補正を行った場合の工作物に対するホブカッタの刃部の軌跡を示す図である。 第一例の歯車加工方法を示すフローチャートである。

（１．歯車加工装置１の構成）
歯車加工装置１について、図１を参照して説明する。歯車加工装置１は、ホブカッタＴと工作物Ｗとを相対的に移動させることにより、ホブカッタＴによって工作物Ｗに歯形を創成加工する装置である。

本例では、歯車加工装置１は、汎用的な工作機械、例えば、マシニングセンタを適用する。つまり、マシニングセンタは、工具交換可能に構成されており、装着された工具に応じた加工が可能である。例えば、交換可能な工具としては、ホブカッタＴの他に、ギヤスカイビングカッタ、エンドミル、フライス工具、ドリル、旋削工具、ネジ切り工具、研削工具等である。なお、図１において、工具交換装置および工具を保管する工具マガジンは、図示しない。

また、本例では、歯車加工装置１としてのマシニングセンタは、横形マシニングセンタを基本構成とする。ただし、歯車加工装置１は、立形マシニングセンタ等、他の構成を適用することができる。

図１に示すように、歯車加工装置１は、例えば、相互に直交する３つの直進軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）を駆動軸として有する。ここで、ホブカッタＴの回転軸線（工具主軸の回転軸線に等しい）の方向をＺ軸方向と定義し、Ｚ軸方向に直交する２軸をＸ軸方向およびＹ軸方向と定義する。図１においては、水平方向をＸ軸方向とし、鉛直方向をＹ軸方向とする。さらに、歯車加工装置１は、さらに、ホブカッタＴと工作物Ｗとの相対姿勢を変更するための２つの回転軸（Ａ軸およびＢ軸）を駆動軸として有する。また、歯車加工装置１は、ホブカッタＴを回転するための回転軸としてのＣｔ軸を有する。

つまり、歯車加工装置１は、自由曲面を加工可能な５軸加工機（工具主軸（Ｃｔ軸）を考慮すると６軸加工機となる）である。ここで、歯車加工装置１は、Ａ軸（基準状態においてＸ軸回りの回転軸）およびＢ軸（基準状態においてＹ軸回りの回転軸）およびを有する構成に代えて、Ｃｗ軸（基準状態においてＺ軸回りの回転軸）およびＢ軸を有する構成としてもよいし、Ａ軸およびＣｗ軸を有する構成としてもよい。

歯車加工装置１において、ホブカッタＴと工作物Ｗとを相対的に移動させる構成は、適宜選択可能である。本例では、歯車加工装置１は、ホブカッタＴをＹ軸方向およびＺ軸方向に直動可能とし、工作物ＷをＸ軸方向に直動可能とし、さらに工作物ＷをＡ軸回転およびＢ軸回転可能とする。また、ホブカッタＴは、Ｃｔ軸回転可能である。

歯車加工装置１は、ベッド１０と、工作物保持装置２０と、工具保持装置３０とを備える。ベッド１０は、略矩形状等の任意の形状に形成されており、床面に設置される。工作物保持装置２０は、工作物Ｗをベッド１０に対して、Ｘ軸方向に直動可能とし、Ａ軸回転およびＢ軸回転可能とする。工作物保持装置２０は、Ｘ軸移動テーブル２１と、Ｂ軸回転テーブル２２と、工作物主軸装置２３とを主に備える。

Ｘ軸移動テーブル２１は、ベッド１０に対してＸ軸方向に移動可能に設けられる。具体的に、ベッド１０には、Ｘ軸方向（図１前後方向）へ延びる一対のＸ軸ガイドレールが設けられ、Ｘ軸移動テーブル２１は、図示しないリニアモータまたはボールねじ機構等の駆動装置によって駆動されることにより、一対のＸ軸ガイドレールに案内されながらＸ軸方向へ往復移動する。

Ｂ軸回転テーブル２２は、Ｘ軸移動テーブル２１の上面に設置され、Ｘ軸移動テーブル２１と一体的にＸ軸方向へ往復移動する。また、Ｂ軸回転テーブル２２は、Ｘ軸移動テーブル２１に対し、Ｂ軸回転可能に設けられる。Ｂ軸回転テーブル２２には、図示しない回転モータが収納され、Ｂ軸回転テーブル２２は、回転モータに駆動されることでＢ軸回転可能となる。

工作物主軸装置２３は、Ｂ軸回転テーブル２２に設置され、Ｂ軸回転テーブル２２と一体的にＢ軸回転する。工作物主軸装置２３は、工作物ＷをＡ軸回転可能に支持する。本例では、工作物主軸装置２３は、工作物Ｗを片持ち支持する。工作物主軸装置２３は、工作物Ｗを回転させる回転モータ（図示せず）を備える。このようにして、工作物保持装置２０は、工作物Ｗを、ベッド１０に対して、Ｘ軸方向へ移動可能とし、且つ、Ａ軸回転およびＢ軸回転可能とする。

工具保持装置３０は、コラム３１と、サドル３２と、工具主軸装置３３とを主に備える。コラム３１は、ベッド１０に対してＺ軸方向に移動可能に設けられる。具体的に、ベッド１０には、Ｚ軸方向（図１左右方向）へ延びる一対のＺ軸ガイドレールが設けられ、コラム３１は、図示しないリニアモータまたはボールねじ機構等の駆動装置によって駆動されることにより、一対のＺ軸ガイドレールに案内されながらＺ軸方向へ往復移動する。

サドル３２は、コラム３１における工作物Ｗ側の側面（図１の左側面）であって、Ｚ軸方向に直交する平面に平行な側面に配置される。このコラム３１の側面には、Ｙ軸方向（図１の上下方向）へ延びる一対のＹ軸ガイドレールが設けられ、サドル３２は、図示しないリニアモータまたはボールねじ機構等の駆動装置に駆動されることで、Ｙ軸方向へ往復移動する。

工具主軸装置３３は、サドル３２に設置されると共に、サドル３２と一体的にＹ軸方向へ移動する。工具主軸装置３３は、ホブカッタＴをＣｔ軸回転可能に支持する。本例では、工具主軸装置３３は、ホブカッタＴを片持ち支持する。工具主軸装置３３は、ホブカッタＴを回転させる回転モータ（図示せず）を備える。このように、工具保持装置３０は、ホブカッタＴを、ベッド１０に対して、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動可能とし、且つ、Ｃｔ軸回転可能に保持する。

（２．ホブカッタＴによる加工状態の説明）
ホブカッタＴにより、工作物Ｗに歯形を創成加工する際の状態について、図２Ａ−図２Ｃおよび図３を参照して説明する。

ホブカッタＴは、図２Ａおよび図３に示すように、基端側（図２Ａの右）が工具主軸装置３３に装着される部位であり、片持ち支持される。また、ホブカッタＴは、先端側（自由端側）の外周面に複数の刃部を備えている。複数の刃部は、螺旋状に配列されている。ホブカッタＴの複数の刃部は、複数の周回分配列されている。つまり、ホブカッタＴは、軸方向において、複数の刃列を有している。本例におけるホブカッタＴの刃列数は、５〜６列である。

歯形の創成加工において、ホブカッタＴの中心軸と工作物Ｗの中心軸とは、交差角を有している。本例において、交差角は、９０°を例示するが、９０°以外の角度とすることもできる。そして、ホブカッタＴをその中心軸回りに回転させ、工作物Ｗをその中心軸回りに同期回転させながら、ホブカッタＴを工作物Ｗの中心軸方向に相対移動させる。

本例では、ホブカッタＴは、工作物Ｗの上端を加工位置としている。つまり、ホブカッタＴをＹ軸方向に位置決めした状態で、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に、ホブカッタＴと工作物Ｗとを相対移動させることにより、上記動作を実現している。ただし、加工位置は、工作物Ｗの上端に限定されるものではなく、工作物Ｗの周方向の他の位置とすることもできる。

ここで、図２Ａに示すように、ホブカッタＴは、軸方向において１回の加工に用いられる刃列数は、２〜３列である。つまり、ホブカッタＴは、軸方向において１回の加工に用いる刃列数（２〜３列）よりも多い刃列数（５〜６列）を有する。従って、ホブカッタＴは、異なる軸方向位置の刃列によって工作物Ｗの加工が可能となる。

具体的には、図２Ａには、ホブカッタＴの先端側の刃列によって工作物Ｗを加工する状態を示している。図２Ｂには、ホブカッタＴの軸方向中央部の刃列によって工作物Ｗを加工する状態を示している。図２Ｃには、ホブカッタＴの基端側の刃列によって工作物Ｗを加工する状態を示している。このように、ホブカッタＴは、異なる軸方向位置の刃列によって工作物Ｗを加工可能とすることにより、ホブカッタＴの寿命を向上することができる。

ここで、ホブカッタＴは、片持ち支持されているため、ホブカッタＴの先端側が撓みやすい。そして、ホブカッタＴにおいて加工に用いられる軸方向位置に応じて、ホブカッタＴの撓み量が異なる。ホブカッタＴの撓み量は、図２Ａに示すホブカッタＴの先端側にて加工する場合が最も大きく、図２Ｂに示すホブカッタＴの中央部にて加工する場合がその次に大きく、図２Ｃに示すホブカッタＴの基端側にて加工する場合が最も小さい。

さらに、歯形の創成加工においては、加工負荷が逐次変化する。そのため、加工の際にホブカッタＴが撓むことによって、ホブカッタＴの先端側が、撓み方向に振動することになる。そして、ホブカッタＴにおいて加工に用いられる軸方向位置に応じて、ホブカッタＴの振動の大きさが異なる。ホブカッタＴの振動の大きさは、図２Ａに示すホブカッタＴの先端側にて加工する場合が最も大きく、図２Ｂに示すホブカッタＴの中央部にて加工する場合がその次に大きく、図２Ｃに示すホブカッタＴの基端側にて加工する場合が最も小さい。つまり、ホブカッタＴは、撓み量が大きいほど、振動の大きさが大きくなる。

このように、ホブカッタＴが片持ち支持されることによって、撓みおよび振動が生じる。上記のような加工に用いられるホブカッタＴの軸方向位置に応じた撓みおよび振動に関する動作を、片持ち起因動作と称する。

（３．工作物Ｗの加工位置についての定義）
工作物Ｗの加工位置について、図３を参照して定義する。図３に示すように、ホブカッタＴにより工作物Ｗを加工する場合に、ホブカッタＴを回転させ、工作物Ｗを同期回転させながら、ホブカッタＴを工作物Ｗの中心軸方向に相対移動させることによって、工作物Ｗに歯形を創成加工する。

本例では、交差角を９０°とした場合には、ホブカッタＴをＸ軸方向に移動する。ただし、交差角を９０°から傾けた場合には、ホブカッタＴをＸ軸方向から傾けた方向に移動することになる。

図３においては、ホブカッタＴを、工作物Ｗに対して、右から左へ移動させる状態を示している。ここで、工作物Ｗにおいて、歯形の歯幅方向の加工開始端部をＬ１とし、歯幅方向の中央部をＬ２とし、歯幅方向の加工終了端部をＬ３とする。加工開始端部Ｌ１、歯幅方向の中央部Ｌ２、加工終了端部Ｌ３では、上述した片持ち起因動作がそれぞれ異なる。詳細は、後述する。

（４．ホブカッタＴの刃部の軌跡）
ホブカッタＴの刃部の軌跡について、図４Ａおよび図４Ｂを参照して説明する。図４Ａには、理想的な状態を示す。ホブカッタＴと工作物Ｗとを相対移動させることにより、ホブカッタＴの刃部は、工作物Ｗに対して、図４Ａの白抜き矢印にて示すように移動する。図４Ａの右上から切り込んでいき、左上から抜けていく。このとき、工作物Ｗに形成される歯面Ａ０が、切込開始側の歯面であり、歯面Ｂ１が、切込終了側の歯面である。

しかし、ホブカッタＴは、上述したように、加工によって片持ち起因動作を生じる。つまり、ホブカッタＴは、撓みおよび振動を生じる。図４Ｂの黒矢印にて示すように、ホブカッタＴの刃部が、切込開始側の歯面を加工する際に、撓みおよび振動を生じる。

そうすると、ホブカッタＴの刃部は、切込開始側の歯面（図４Ｂの右側歯面）を加工する際には、理想的な歯面Ａ０から反切込方向（図４Ｂの左側）にずれた位置に位置する。そのため、切込開始側の歯面は、理想的な歯面Ａ０に対して削り残しを有し、正の歯すじ誤差を有することになる。

一方、ホブカッタＴの刃部は、切込終了側の歯面（図４Ｂの左側歯面）を加工する際には、理想的な歯面Ｂ０から切込方向(図４Ｂの左側)にずれた位置に位置する。ホブカッタＴが切込開始側の歯面を加工する際に生じたずれを維持してしまうために、このような状態となる。つまり、切込終了側の歯面は、理想的な歯面Ｂ０に対して削りすぎとなり、負の歯すじ誤差を有することになる。

（５．工作物Ｗの加工精度および加工時における歯車加工装置１の状態）
ホブカッタＴの加工位置を図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃのそれぞれとした場合において、工作物Ｗの加工精度、すなわち歯すじ誤差について、図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃを参照して説明する。図５Ａ−図５Ｃは、図２Ａ−図２Ｃに対応する。

図中、上下方向が、工作物Ｗに加工される歯の歯すじ方向である。また、図５Ａ−図５Ｃにおいて、右図が、図４Ａ，図４Ｂの右側の切込開始側の歯面Ａを示し、理想的な歯面をＡ０で示す。ここで、理想的な歯面Ａ０は、当該歯面Ａにおいて、最も削られた位置としている。

また、図５Ａ−図５Ｃにおいて、左図が、図４Ａ，図４Ｂの左側の切込終了側の歯面Ｂを示し、理想的な歯面をＢ０で示す。理想的な歯面Ｂ０は、切込開始側の歯面Ａにおける理想的な歯面Ａ０を基準とした場合の位置である。また、工作物Ｗにおいて加工開始位置をＭｓとし、加工終了位置をＭｅとする。つまり、図中、下から上に向かって加工が進む。

図５Ａに示すように、加工に用いられるホブカッタＴの軸方向位置が先端側である場合には、右側の歯面Ａは、工作物Ｗの加工開始端部Ｌ１（図３に示す）および工作物Ｗの加工終了端部Ｌ３を加工するときにおいて、正の歯すじ誤差を有する。つまり、削り残しが発生する。右側の歯面Ａは、工作物Ｗの歯幅方向の中央部Ｌ２を加工するときには、僅かに正の歯すじ誤差を有するが、理想的な歯面Ａ０に近接している。

一方、左側の歯面Ｂは、工作物Ｗの加工開始端部Ｌ１および工作物Ｗの加工終了端部Ｌ３において、負の歯すじ誤差を有する。左側の歯面Ｂは、工作物Ｗの歯幅方向の中央部Ｌ２を加工するときには、僅かに負の歯すじ誤差を有するが、理想的な歯面Ｂ０に近接している。

図５Ｂおよび図５Ｃに示すように、加工に用いられるホブカッタＴの軸方向位置が中央部および基端側である場合にも、先端側である場合と同様の傾向を有する。ただし、歯すじ誤差の大きさは、加工に用いられるホブカッタＴの軸方向位置が先端側である場合が最も大きく、次に中央部が大きく、基端側が最も小さい。また、工作物Ｗの加工開始端部Ｌ１を加工するときと工作物Ｗの加工終了端部Ｌ３を加工するときとを比べると、工作物Ｗの加工開始端部Ｌ１を加工するときの方が、歯すじ誤差が大きい傾向にある。

次に、Ｙ軸の駆動装置、すなわち、サドル３２をコラム３１に対してＹ軸方向に移動させる駆動装置における実効電流の挙動について、図６Ａ−図６Ｃを参照して説明する。図６Ａ−図６Ｃは、図２Ａ−図２Ｃに対応する。

図中、加工開始時刻をＴｓとし、加工終了時刻をＴｅとする。また、図３に示す工作物Ｗの加工開始端部Ｌ１を加工する時間をＴ１とし、工作物Ｗの歯幅方向の中央部Ｌ２を加工する時間をＴ２とし、工作物Ｗの加工終了端部Ｌ３を加工する時間をＴ３とする。

ここで、Ｙ軸実効電流の変動は、ホブカッタＴによるＹ軸方向の振動の大きさに相関がある。つまり、Ｙ軸実効電流の変動が大きいほど、ホブカッタＴがＹ軸方向に大きく振動していることとなる。機械構成に依存しない表現をした場合には、ここでのＹ軸実効電流は、ホブカッタＴの回転中心線に直交する方向における駆動装置の駆動電流であり、ホブカッタＴの回転中心線に直交する方向における工具主軸装置３３の振動に相当する。

図６Ａに示すように、加工に用いられるホブカッタＴの軸方向位置が先端側である場合には、工作物Ｗの加工開始端部Ｌ１を加工するときには（時間Ｔ１）、Ｙ軸実効電流が非常に大きく変動している。また、工作物Ｗの歯幅方向の中央部Ｌ２を加工するときには（時間Ｔ２）、工作物Ｗの加工開始端部Ｌ１を加工するときに比べて、Ｙ軸実効電流の変動の大きさが小さくなっている。また、工作物Ｗの加工終了端部Ｌ３を加工するときには（時間Ｔ３）、Ｙ軸実効電流の変動の大きさは、工作物Ｗの加工開始端部Ｌ１を加工するときよりは小さいが、工作物Ｗの歯幅方向の中央部Ｌ２を加工するときよりも大きい。

図６Ｂおよび図６Ｃに示すように、加工に用いられるホブカッタＴの軸方向位置が中央部および基端側である場合にも、先端側である場合と同様の傾向を有する。ただし、Ｙ軸実効電流の変動の大きさは、加工に用いられるホブカッタＴの軸方向位置が先端側である場合が最も大きく、次に中央部が大きく、基端側が最も小さい。また、工作物Ｗの加工開始端部Ｌ１を加工するときと工作物Ｗの加工終了端部Ｌ３を加工するときとを比べると、工作物Ｗの加工開始端部Ｌ１を加工するときの方が、Ｙ軸実効電流の変動の大きさが大きい傾向にある。

また、図６Ａ−図６Ｃより、Ｙ軸の実効電流の変動の大きさは、図６Ａに示すホブカッタＴの軸方向位置が先端側である場合が最も大きく、図６Ｂに示す軸方向位置が中央部である場合が次に大きく、図６Ｃに示す軸方向位置が基端側である場合が最も小さい。つまり、Ｙ軸の実効電流の変動の大きさは、軸方向位置が基端から先端に向かうほど大きい傾向にある。

次に、Ａ軸の駆動装置、すなわち、工作物主軸装置２３において工作物Ｗを回転駆動するモータの実効電流の挙動について、図７Ａ−図７Ｃを参照して説明する。図７Ａ−図７Ｃは、図２Ａ−図２Ｃに対応する。

図中、加工開始時刻をＴｓとし、加工終了時刻をＴｅとする。また、図３に示す工作物Ｗの加工開始端部Ｌ１を加工する時間をＴ１とし、工作物Ｗの歯幅方向の中央部Ｌ２を加工する時間をＴ２とし、工作物Ｗの加工終了端部Ｌ３を加工する時間をＴ３とする。

ここで、Ａ軸実効電流の変動は、ホブカッタＴにより工作物Ｗを加工する際に、工作物Ｗの回転方向におけるずれ（回転同期ずれ）に相関がある。つまり、Ａ軸実効電流の変動が大きいほど、ホブカッタＴの回転と工作物Ｗとの回転との同期ずれが生じていることとなる。

図７Ａに示すように、加工に用いられるホブカッタＴの軸方向位置が先端側である場合には、工作物Ｗの加工開始端部Ｌ１を加工するときには（時間Ｔ１）、Ａ軸実効電流が非常に大きく変動している。また、工作物Ｗの歯幅方向の中央部Ｌ２を加工するときには（時間Ｔ２）、工作物Ｗの加工開始端部Ｌ１を加工するときに比べて、Ａ軸実効電流の変動の大きさが小さくなっている。また、工作物Ｗの加工終了端部Ｌ３を加工するときには（時間Ｔ３）、Ａ軸実効電流の変動の大きさは、工作物Ｗの加工開始端部Ｌ１を加工するときよりは小さいが、工作物Ｗの歯幅方向の中央部Ｌ２を加工するときよりも大きい。

図７Ｂおよび図７Ｃに示すように、加工に用いられるホブカッタＴの軸方向位置が中央部および基端側である場合にも、先端側である場合と同様の傾向を有する。ただし、Ａ軸実効電流の変動の大きさは、加工に用いられるホブカッタＴの軸方向位置が先端側である場合が最も大きく、次に中央部が大きく、基端側が最も小さい。また、工作物Ｗの加工開始端部Ｌ１を加工するときと工作物Ｗの加工終了端部Ｌ３を加工するときとを比べると、工作物Ｗの加工開始端部Ｌ１を加工するときの方が、Ａ軸実効電流の変動の大きさが大きい傾向にある。

以上より、工作物Ｗの加工開始端部Ｌ１を加工するときには、中央部Ｌ２を加工するときに比べて、歯すじ誤差、Ｙ軸実効電流の変動の大きさ、Ａ軸実効電流の変動の大きさが、何れも大きくなっている。また、工作物Ｗの加工終了端部Ｌ３を加工するときには、中央部Ｌ２を加工するときに比べて、歯すじ誤差、Ｙ軸実効電流の変動の大きさ、Ａ軸実効電流の変動の大きさが、何れも大きくなっている。

さらに、ホブカッタＴの先端側で加工する場合には、ホブカッタＴの中央部および基端側で加工する場合に比べて、歯すじ誤差、Ｙ軸実効電流の変動の大きさ、Ａ軸実効電流の変動の大きさが、何れも大きくなっている。

つまり、Ｙ軸実効電流の変動の大きさ、および、Ａ軸実効電流の変動の大きさは、歯すじ誤差に相当する値を表していると言える。そして、Ｙ軸実効電流の変動の大きさは、ホブカッタＴの撓み量に相当する値となり、Ａ軸実効電流の変動の大きさは、工具主軸装置３３に対する工作物主軸装置２３の回転同期ずれに相当する値となる。

（６．歯車加工装置１の機能ブロック構成）
歯車加工装置１の機能ブロック構成について、図８を参照して説明する。歯車加工装置１の機械構成の例は、図１に示すとおりである。ここでは、歯車加工装置１の機能構成について説明する。

歯車加工装置１は、少なくとも、測定器４１、軸方向位置取得部４２、補正処理部４３、制御装置４４、駆動装置４５を備える。測定器４１は、片持ち起因動作が発生する際に、ホブカッタＴの撓み量に相当する値を測定する測定器、または、工具主軸装置３３に対する工作物主軸装置２３の回転同期ずれに相当する値を測定する測定器である。

例えば、測定器４１は、ホブカッタＴの撓み量に相当する値として、Ｙ軸駆動モータの実効電流を測定するセンサを適用することができる。測定器４１は、工具主軸装置３３に対する工作物主軸装置２３の回転同期ずれに相当する値として、Ａ軸駆動モータの実効電流を測定するセンサを適用することもできる。また、測定器４１は、Ａ軸の駆動モータとＣｔ軸の駆動モータの同期ずれ情報を取得することができれば、回転同期ずれに相当する値として、当該同期ずれ情報を取得する機器を適用することもできる。また、測定器４１は、Ａ軸駆動モータの回転角センサの値とＣｔ軸の駆動モータの回転角センサの値を取得することで、モータの角度差などを用いて回転同期ずれを演算するようにしてもよい。また、測定器４１は、ホブカッタＴの撓み量を直接測定できる変位センサとすることもできる。

ここで、本例においては、工作物Ｗは、ホブカッタＴに比べて撓み量および振動が小さい。従って、工作物Ｗの撓みを考慮しないことが可能である。ただし、工作物ＷがホブカッタＴと同様に撓む場合を考慮することもできる。つまり、工作物Ｗが片持ち支持されることによって、ホブカッタＴと同様に片持ち起因動作が発生する。この場合、測定器４１は、上記に加えて、工作物Ｗの撓み量に相当する値を測定する測定器、または、工作物Ｗの回転同期ずれに相当する値を測定する測定器を含むようにするとよい。

軸方向位置取得部４２は、図２Ａ−図２Ｃに示すように、加工に用いられるホブカッタＴの軸方向位置を取得する。当該軸方向位置は、指令値（ＮＣプログラム）から取得することができる。詳細には、軸方向位置取得部４２は、加工に用いられるホブカッタＴの軸方向位置が、先端側であるか、中央部であるか、基端側であるかを取得する。なお、軸方向位置取得部４２は、上記では３段階としたが、２段階としてもよいし、４段階以上としてもよい。また、軸方向位置取得部４２は、位置取得として、Ｚ軸移動用モータの位置センサや、Ｚ軸の直線位置を計測できるリニアゲージ（リニアスケール）などを適用することもできる。なお、軸方向位置取得部４２は、Ｘ軸、Ｙ軸も同様に計測して位置取得する。

補正処理部４３は、測定器４１により測定された値、および、軸方向位置取得部４２により取得された加工に用いられるホブカッタＴの軸方向位置に基づいて補正を行う。補正処理部４３は、例えば、ホブカッタＴによる切込量を補正するようにしてもよいし、工具主軸装置３３に対する工作物主軸装置２３の回転同期ずれを補正するようにしてもよい。

補正処理部４３は、補正量として、切込量または回転同期ずれを決定する必要がある。当該補正量は、過去の実績から測定器４１の測定結果と補正量との関係を表すマップを作成しておき、当該マップを用いて決定することができる。

また、補正量は、機械学習を用いて決定することもできる。この場合、学習フェーズにおいて機械学習を用いて測定結果と補正量との関係を表す学習済みモデルを生成し、推論フェーズにおいて当該学習済みモデルと測定器４１が測定した値とを用いて補正量を決定する。

補正量は、工作物Ｗにおける歯すじ誤差を小さくなるように決定されている。例えば、歯幅方向において加工開始端部Ｌ１および加工終了端部Ｌ３のホブカッタＴの位置を変化させるような補正量とするとよい。また、歯幅方向において、中央部Ｌ２のホブカッタＴの位置を変化させるような補正量としてもよい。そして、補正量は、加工に用いられるホブカッタＴの軸方向位置に応じて異なる値となる。

制御装置４４は、指令値（ＮＣプログラム）と、補正処理部４３により補正された結果とに基づいて、駆動装置４５を制御する。つまり、制御装置４４は、補正によって、工作物Ｗにおける歯すじ誤差を小さくするように、駆動装置４５を制御する。

なお、補正処理部４３および制御装置４４は、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）やＣＮＣ（Computerized Numerical Control）装置などの組込みシステムとすることもでき、パーソナルコンピュータやサーバなどとすることもできるし、マイコン（Microcomputer、Processor）や記憶装置などを備え、制御や処理を行うようにするだけでもよい。

駆動装置４５は、工具主軸装置３３と工作物主軸装置２３とを相対移動させる装置である。本例では、駆動装置４５は、Ｘ軸移動テーブル２１を直進駆動する駆動装置、Ｂ軸回転テーブル２２を回転駆動する駆動装置、工作物主軸装置２３において工作物Ｗを回転駆動する駆動装置、コラム３１を直進駆動する駆動装置、サドル３２を直進駆動する駆動装置、工具主軸装置３３においてホブカッタＴを回転駆動する駆動装置を含む。

（７．第一例の歯車加工方法）
歯車加工装置１を用いた第一例の歯車加工方法について、図９，図１０Ａ，図１０Ｂを参照して説明する。本例では、試し加工を行って、試し加工の際の測定値を用いて補正量を決定し、本番加工の際に補正しながら加工を行う。

図９に示すように、まず、制御装置４４によって、試し加工を開始する（ステップＳ１）。試し加工とは、試し工作物Ｗの加工である。続いて、試し加工の際に、測定器４１により測定する（ステップＳ２）。そして、試し加工が終了するまで、測定を継続する（ステップＳ３：Ｎｏ）。試し加工が終了すると（Ｓ３：Ｙｅｓ）、補正処理部４３によって、試し加工の際に測定器４１により測定した測定値に基づいて補正量を決定する（ステップＳ４）。補正量の決定は、上述したように、予め生成したマップを用いてもよいし、機械学習を用いてもよい。

続いて、制御装置４４は、本番加工を開始する（ステップＳ５）。本番加工は、試し工作物Ｗとは異なる本番工作物Ｗの加工である。制御装置４４は、本番加工において、補正量に基づく補正制御を行う（ステップＳ６）。そして、本番加工が終了するまで、補正制御を継続する（ステップＳ７：Ｎｏ）。本番加工が終了すると（Ｓ７：Ｙｅｓ）、処理を終了する。

ここで、補正の方法として、２種類を例にあげる。第一の補正の方法は、図１０Ａに示すように、切込量を補正する方法である。つまり、工作物Ｗの歯幅方向において、加工開始端部Ｌ１および加工終了端部Ｌ３における切込量（本例ではＹ軸方向の切込量）を指令値よりも大きくする。工作物Ｗの歯幅方向の中央部Ｌ２においては、切込量は指令値と同値とする。

図１０Ａにおいて、Ａ１およびＢ１が、ホブカッタＴの撓みおよび振動が存在しない場合に、補正後の指令値によって加工される歯面である。切込量を補正することによって、工作物Ｗの歯幅方向の加工開始端部Ｌ１において発生する加工負荷によって、ホブカッタＴに撓みかつ振動が発生したとしても、理想的な歯面Ａ０，Ｂ０を形成することができる。

また、第二の補正の方法は、図１０Ｂに示すように、工具主軸装置３３に対する工作物主軸装置２３の回転同期を補正する。つまり、工作物Ｗの歯幅方向において、加工開始端部Ｌ１および加工終了端部Ｌ３における回転同期ずれを補正する。図１０Ｂにおいて、Ａ１およびＢ１が、ホブカッタＴの撓みおよび振動が存在しない場合に、補正後の指令値によって加工される歯面である。回転同期ずれを補正することによって、工作物Ｗの歯幅方向の加工開始端部Ｌ１において発生する加工負荷によって、ホブカッタＴに撓みかつ振動が発生したとしても、理想的な歯面Ａ０，Ｂ０を形成することができる。

以上より、ホブカッタＴに特有の片持ち起因動作が発生する際に、測定器４１によって測定されたホブカッタＴの撓み量または回転同期ずれに相当する値に基づいて、補正処理部４３が、切込量または回転同期ずれを補正している。従って、ホブカッタＴが片持ち支持の場合の特有の片持ち起因動作によって生じる歯すじ誤差を小さくすることができる。

（８．第二例の歯車加工方法）
歯車加工装置１を用いた第二の歯車加工方法について、図１１を参照して説明する。本例では、試し加工を行うことなく、本番加工の加工初期段階において補正量を決定し、その後の加工において補正しながら加工を行う。

図１１に示すように、制御装置４４によって、工作物Ｗ（本番工作物）の加工開始端部Ｌ１（図３に示す）の加工を開始する。（ステップＳ１１）。続いて、工作物Ｗの加工開始端部Ｌ１の加工の際に、測定器４１により測定する（ステップＳ１２）。加工開始端部Ｌ１の加工が終了するまで、測定を継続する（ステップＳ１３：Ｎｏ）。

加工開始端部Ｌ１の加工が終了すると（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、補正処理部４３によって、加工開始端部Ｌ１の加工の際に測定器４１により測定した測定値に基づいて補正量を決定する（ステップＳ１４）。補正量の決定は、第一の補正の方法にて説明した２種類を適用できる。

続いて、工作物Ｗの歯幅方向の中央部Ｌ２の加工を開始する（ステップＳ１５）。制御装置４４は、中央部Ｌ２の加工において、補正量に基づく補正制御を行う（ステップＳ１６）。そして、加工が終了するまで、すなわち工作物Ｗの加工終了端部Ｌ３まで加工が終了するまで、補正制御を継続する（ステップＳ１７：Ｎｏ）。加工が終了すると（Ｓ１７：Ｙｅｓ）、処理を終了する。

ここで、工作物Ｗの歯幅方向において、加工開始端部Ｌ１から中央部Ｌ２に移行するタイミングにおいて、急に補正量に基づいて補正制御を行うと、工作物Ｗの歯面に段差が形成されるおそれがある。そこで、非補正制御から補正制御への移行した直後は、補正量の影響割合を徐々に大きくしていくようにするとよい。その結果、補正制御を開始することによる悪影響を抑制することができる。

以上より、ホブカッタＴが片持ち支持の場合の特有の片持ち起因動作によって生じる歯すじ誤差を小さくすることができる。また、試し加工を不要とするため、無駄な工作物Ｗの発生を防止できる。

１：歯車加工装置、 １０：ベッド、 ２０：工作物保持装置、 ２１：Ｘ軸移動テーブル、 ２２：Ｂ軸回転テーブル、 ２３：工作物主軸装置、 ３０：工具保持装置、 ３１：コラム、 ３２：サドル、 ３３：工具主軸装置、 ４１：測定器、 ４２：軸方向位置取得部、 ４３：補正処理部、 ４４：制御装置、 ４５：駆動装置、 Ａ，Ａ０，Ａ１，Ｂ，Ｂ０，Ｂ１：歯面、 Ｌ１：工作物の加工開始端部、 Ｌ２：工作物の歯幅方向の中央部、 Ｌ３：工作物の加工終了端部、 Ｔ：ホブカッタ、 Ｗ：工作物

Claims (8)

1. 工作物に歯形を加工するホブカッタと、
   前記ホブカッタを回転可能に片持ち支持する工具主軸装置と、
   前記工作物を回転可能に支持する工作物主軸装置と、
   前記工具主軸装置と前記工作物主軸装置とを相対移動させる駆動装置と、
   前記ホブカッタの撓み量、または、前記工具主軸装置に対する前記工作物主軸装置の回転同期ずれに相当する値を測定する測定器と、
   前記測定器により測定された前記値に基づいて、前記ホブカッタによる切込量、または、前記工具主軸装置に対する前記工作物主軸装置の回転同期ずれを補正する補正処理部と、
   を備える、歯車加工装置。
2. 前記工作物主軸装置は、前記工作物を片持ち支持し、
   前記ホブカッタが片持ち支持されると共に前記工作物が片持ち支持されて、前記工作物に前記歯形を創成加工する、請求項１に記載の歯車加工装置。
3. 前記ホブカッタは、軸方向において１回の加工に用いる刃列数よりも多い刃列数を有し、
   前記補正処理部は、前記測定器により測定された前記値、および、加工に用いられる前記ホブカッタの軸方向位置に基づいて補正する、請求項１または２に記載の歯車加工装置。
4. 前記測定器は、前記ホブカッタの回転中心線に直交する方向における前記工具主軸装置または前記工作物主軸装置の振動、もしくは、前記ホブカッタの回転中心線に直交する方向に駆動するための前記駆動装置の駆動電流を、前記ホブカッタの撓み量または前記工具主軸装置に対する前記工作物主軸装置の回転同期ずれに相当する前記値として測定する、請求項１−３の何れか１項に記載の歯車加工装置。
5. 前記測定器は、前記工具主軸装置における回転モータの駆動電流、前記工作物主軸装置における回転モータの駆動電流、前記工具主軸装置における回転モータと前記工作物主軸装置における回転モータとの回転同期ずれを、前記ホブカッタの撓み量または前記工具主軸装置に対する前記工作物主軸装置の回転同期ずれに相当する前記値として測定する、請求項１−３の何れか１項に記載の歯車加工装置。
6. 前記補正処理部は、試し工作物を加工した際に前記測定器により測定される前記値に基づいて補正量を決定し、決定した前記補正量に基づいて前記試し工作物とは異なる本番工作物を加工する際に補正する、請求項１−５の何れか１項に記載の歯車加工装置。
7. 前記補正処理部は、本番工作物の歯幅方向の加工開始端部を加工した際に前記測定器により測定される前記値に基づいて補正量を決定し、決定した前記補正量に基づいて前記本番工作物の歯幅方向の中央部を加工する際に補正する、請求項１−５の何れか１項に記載の歯車加工装置。
8. 前記補正処理部は、決定した前記補正量に基づいて前記工作物の歯幅方向の前記中央部および加工終了端部を加工する際に補正する、請求項７に記載の歯車加工装置。

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