JP3910427B2 - 歯車研削機の初期位相合わせ方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、螺旋条が刻設された研削工具でワークを研削するために、前記研削工具と前記ワークとの初期噛合時の位相合わせを行う歯車研削機の初期位相合わせ方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、歯車研削機は、螺旋条が刻設された研削工具を取着した工具軸と、ワークを取着したワーク軸とを同期して回転駆動させることにより、前記研削工具で前記ワークである歯車の歯面を研削するように構成されている。この場合、高精度な研削処理を行うために、研削工具とワークとの位相を正確に一致させる必要がある。
【０００３】
そこで、本出願人は、研削工具をワークである歯車に自動的かつ正確に噛合させることを可能にした歯車研削機における自動噛合装置を提案している（特公昭６２−３８０８９号公報）。
【０００４】
この歯車研削機における自動噛合装置では、図９に示すように、ベッド２上に切り込みテーブル４が切り込みモータ６を介して矢印Ａ方向（切り込み方向）に進退可能に配設されている。切り込みテーブル４上には、トラバーステーブル８がトラバースモータ１０を介して矢印Ａ方向に直交する矢印Ｂ方向（トラバース方向）に進退可能に配置され、前記トラバーステーブル８上にワークＷおよびワークセンサ１２が配設される。ワークＷは、モータ１４に電磁クラッチ１６を介して接続されるとともに、ワークセンサ１２は、前記ワークＷが回転する際にその歯数を光学的に検出して所定のパルスを発生させる。
【０００５】
ベッド２上には、コラム１８を介して旋回テーブル２０が保持され、この旋回テーブル２０は、図示しないモータにより矢印Ｃ方向に旋回するとともに、前記旋回テーブル２０上にシフトテーブル２２が設けられる。このシフトテーブル２２は、シフト用モータ２４を介して矢印Ｄ方向に移動するとともに、前記シフトテーブル２２には砥石スピンドルユニット２６が装着される。砥石スピンドルユニット２６はモータ２８を備えており、このモータ２８を介して砥石３０が回転駆動される。
【０００６】
砥石スピンドルユニット２６は、砥石３０の回転を検出するための第１パルス発生器３２を備える一方、トラバーステーブル８には、モータ１４の回転を検出するための第２パルス発生器３４が取り付けられている。
【０００７】
このような構成において、まず、電磁クラッチ１６を解除した状態で、切り込みモータ６が付勢されて切り込みテーブル４が前進する。その際、モータ２８が滅勢されており、手動により砥石３０とワークＷとが噛合されて位相合わせが行われる。
【０００８】
次いで、モータ２８が低速で回転されるとともに、これに同期してモータ１４が回転駆動されることにより、砥石３０とワークＷとが同期回転する。この状態で、図１０に示すように、第１パルス発生器３２の零点（０点）を起点として、この第１パルス発生器３２のＡ相のパルス数をワークセンサ１２からのパルス出力があるまで計数する。そして、第１パルス発生器３２からのパルス計数値に基づいて、砥石３０とワークＷの初期位相合わせが行われている。
【０００９】
ところで、上記の従来技術では、初期位相合わせの状態で、砥石３０のねじ山部がワークＷの歯部の両側の歯面の中央に正確に噛み合うことが保証されないという懸念がある。そこで、例えば、特開平９−１７４３３０号公報では、上記のような初期歯合わせ処理を行った後、砥石３０とワークＷとの最終歯合わせ処理を行うことにより、研削に先立つ前記砥石３０と前記ワークＷの間の歯合わせを高精度に実現しようとする提案がなされている。
【００１０】
具体的には、ワーク側サーボ駆動装置のサーボ系の位置ループゲインをワークＷの歯面の研削に適した通常の高い値から大幅に低い値に下げた状態で、切り込みモータ６の作用下にワークＷが切り込み方向に前進する。その際、砥石３０のねじ山部がワークＷの歯部の間に入るとともに、前記ねじ山部の研削面と前記歯部の歯面との間の距離が次第に減少するような正逆両回転方向における位置オフセット指令が与えられる。
【００１１】
ここで、位置ループゲインが低い値に切り替えられており、ねじ山部の研削面と歯部との歯面が接触してもこの歯面の研削が行われない。そして、サーボ誤差検出手段は、位置ループゲインが低い値に切り替えられたサーボ駆動装置に対応するワーク軸、または、砥石軸の位置の位置オフセットが与えられた指令値と検出値（実際の位置）との差（サーボ誤差）を正逆両回転方向において検出している。
【００１２】
このようにして検出された正逆両回転方向の各サーボ誤差に基づいて、噛合位置検出手段が最適な噛合位置を算出し、さらに、この最適な噛合位置に基づいて、噛合位置補正手段が噛合位置の補正を行っている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術では、研削に先立って各ワーク毎に、前記ワークと砥石との初期歯合わせ処理と、最終歯合わせ処理とが行われている。これにより、研削前処理に相当に多くの時間がかかってしまい、歯車研削処理の効率化が容易に遂行されないという問題が指摘されている。
【００１４】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な工程および構成で、研削工具とワークとの初期位相合わせを良好に行うとともに、歯車研削処理全体の効率化が遂行可能な歯車研削機の初期位相合わせ方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る歯車研削機の初期位相合わせ方法では、指令値に対する前記ワーク軸の位置偏差である溜まりパルスの基準値が設定される。
【００１６】
そこで、ワーク軸の回転角度を検出するエンコーダの出力に一方向の補正パルスを追加し、前記ワーク軸を一方向に回転させる。そして、ワークの歯面と研削工具の研削面とが接触して前記ワーク軸の回転が停止されることにより、エンコーダから出力される溜まりパルスが増加して基準値に至った際、該ワーク軸の一方向接触位置データを得る。
【００１７】
次に、ワーク軸の回転角度を検出するエンコーダの出力に他方向の補正パルスを追加し、前記ワーク軸を他方向に回転させる。さらに、ワークの歯面と研削工具の研削面とが接触してワーク軸の回転が停止されることにより、エンコーダから出力される溜まりパルスが増加して基準値に至った際、前記ワーク軸の他方向接触位置データを得る。
【００１８】
次いで、上記のように得られた一方向接触位置データと他方向接触位置データとに基づいて、研削工具とワークとの噛合位置合わせデータが演算される。このため、研削工具とワークとの初期位相合わせ処理が、自動的かつ高精度に遂行される。
【００１９】
また、上記の噛合位置合わせデータを使用して、研削時のワークと研削工具との自動噛み合わせが行われるとともに、次の研削を行う同種のワークと前記研削工具との研削時における自動噛み合わせが行われる。これにより、ワークの研削作業が容易かつ迅速に遂行可能になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態に係る歯車研削機の初期位相合わせ方法を実施するための初期位相合わせ装置４０の概略構成図である。
【００２１】
初期位相合わせ装置４０が適用される歯車研削機４２は、基本的には図９に示す歯車研削機と同様に構成されており、ベッド４４上には、矢印Ａ方向（切り込み方向）および矢印Ｂ方向（トラバース方向）に進退可能な可動テーブル４６が配置されている。可動テーブル４６には、ワーク軸モータ４８が装着され、このワーク軸モータ４８のワーク軸５０にワークＷが取り付けられる。ワーク軸モータ４８の回転は、ワーク軸用エンコーダ５２を介して検出される。
【００２２】
ベッド４４上に設けられた旋回コラム５４には、工具軸モータ５６が矢印Ｃ方向に旋回可能にかつ矢印Ｄ方向に進退自在に装着されるとともに、この工具軸モータ５６の工具軸５８には、研削工具６０が取り付けられる。工具軸モータ５６には、工具軸用エンコーダ６２が連結される。ワークＷの近傍には、このワークＷが回転する際の歯数を、例えば、磁気的に検出して所定のパルスを発生させるワークセンサ６４が配置されている。
【００２３】
ワークセンサ６４からのワークセンサパルスがセンサ中心検出回路７０に入力され、このセンサ中心検出回路７０から出力される歯中心データが、位相角度カウンタ７２に入力される。この位相角度カウンタ７２には、工具軸用エンコーダ６２からＺ相パルスが入力されるとともに、ワーク軸用エンコーダ５２のＡ相パルスが、前記位相角度カウンタ７２およびカウンタ７４に入力される。
【００２４】
カウンタ７４および位相角度カウンタ７２から中央処理装置（以下、ＣＰＵという）７６には、カウントデータおよび位相データが入力される。このＣＰＵ７６は、アンプ７８を介してワーク軸モータ４８にサーボ速度指令を送るとともに、メモリ８０を設けている。
【００２５】
本実施形態に係る初期位相合わせ装置４０は、実質的にＣＰＵ７６の機能であり、ワークＷが取着されたワーク軸５０のサーボゲインを設定するサーボゲイン設定部（サーボゲイン設定機構）９０と、前記ワーク軸５０の回転角度を検出するワーク軸用エンコーダ５２の出力に補正パルスを追加する補正パルス追加部（補正パルス追加機構）９２と、前記ワーク軸５０または工具軸５８の指令値に対する該ワーク軸５０の位置偏差である溜まりパルスの基準値を設定する溜まりパルス設定部（溜まりパルス設定機構）９４と、前記ワークＷの歯面８２Ｒ、８２Ｌと研削工具６０の研削面８４とが接触して前記ワーク軸５０の回転が停止することにより、溜まりパルスが増加して前記基準値に至った際、該ワーク軸５０の接触位置データを得る接触位置検出部（接触位置検出機構）９６とを備える。
【００２６】
このように構成される初期位相合わせ装置４０の動作について、歯車研削機４２との関連で以下に説明する。
【００２７】
まず、ワーク軸モータ４８および工具軸モータ５６を同期して回転駆動する際に、ワーク軸用エンコーダ５２、工具軸用エンコーダ６２およびワークセンサ６４からのパルス出力は、例えば、図２に示すタイムチャートとして得られる。その際、研削工具６０とワークＷの位相Ｐは、工具軸用エンコーダ６２のＺ相パルスの出力位置からワークセンサ６４の検出位置までの間において、ワーク軸用エンコーダ５２のパルス数（Ａ相パルス計数値）から得られる。
【００２８】
一方、図１に示すように、工具軸用エンコーダ６２からのＺ相パルスおよびワーク軸用エンコーダ５２からのＡ相パルスが、位相角度カウンタ７２に入力されるとともに、ワークセンサ６４からの出力パルスが、センサ中心検出回路７０を介して前記位相角度カウンタ７２に入力される。
【００２９】
ワークセンサ６４では、図３に示すようにワークＷの歯幅を中心とする約１歯の範囲内において、中央部が山高となる出力信号電圧を発生し、この出力信号電圧がデジタル化される。そして、センサ中心検出回路７０では、デジタル化されたパルス幅（Ｎ）を測定し、この測定されたパルス幅の半分のパルス幅（Ｎ／２）を、ワークセンサ６４による出力信号電圧を介して立ち上がる次のパルスに同期して生成する。
【００３０】
従って、生成されたパルス幅（Ｎ／２）のパルスの終了エッジが、ワークＷの歯部の中心位置に対応している。このため、デジタル化されたパルス幅に対応してワーク軸用エンコーダ５２のパルス数をカウントし、このカウント値の半分のパルス幅を生成することにより、ワークＷの歯中心が検出される。
【００３１】
そこで、本実施形態に係る初期位相合わせ方法について、図４に示すフローチャートを参照しながら、以下に詳細に説明する。
【００３２】
まず、サーボゲイン設定部９０では、ワーク軸５０のサーボゲインが、ワークＷの歯面８２Ｒ、８２Ｌの研削に適した大きな値に対して相当に小さな値、すなわち、前記歯面８２Ｒ、８２Ｌが研削されない値に設定される（ステップＳ１）。
【００３３】
次に、溜まりパルス設定部９４では、ワーク軸５０または工具軸５８の指令値に対する前記ワーク軸５０の位置偏差である溜まりパルスの基準値が設定される（ステップＳ２）。この基準値は、ワークＷの歯面８２Ｒ、８２Ｌが研削工具６０の研削面８４に対して所望の接触状態に至った位置を検出し得るように、予め設定されている。
【００３４】
さらに、補正パルス追加部９２では、ワーク軸５０を正転させるために、前記ワーク軸５０の回転角度を検出するワーク軸用エンコーダ５２の出力に正転（一方向）の補正パルスが追加される（ステップＳ３）。
【００３５】
その際、研削工具６０とワークＷとは、図６に示すように、それぞれの歯先と歯底が対向するように配置されており、例えば、マスタである工具軸５８が停止状態にあれば、ワーク軸５０も停止していなければならない。ところが、ワーク軸用エンコーダ５２の出力には補正パルスが追加されるため、図５に示すように、正転側に溜まりパルスが溜まってくる。
【００３６】
このため、ＣＰＵ７６からアンプ７８には、正転側の溜まりパルスに応じたサーボ速度指令が送られる。従って、ワーク軸モータ４８が駆動され、ワークＷがワーク軸５０と一体的に、図７中、矢印Ｃ１方向（正転方向）に回転を開始する（ステップＳ４）。
【００３７】
ワーク軸５０が正転方向に回転してワークＷの歯面８２Ｒが研削工具６０の研削面８４に接触すると、ワーク軸５０のサーボゲインが相当に小さな値に設定されているため、ワークＷの歯面８２Ｒの研削が行われず、前記ワーク軸５０の回転が停止される。
【００３８】
この状態で、溜まりパルスの増加が惹起され、この溜まりパルスが、予め設定された基準値に至ったことが検出されると（ステップＳ５中、ＹＥＳ）、ワークＷの歯面８２Ｒが研削工具６０の研削面８４に対して所望の接触状態であることが検出され、ワーク軸５０が停止される（ステップＳ６）。
【００３９】
ここで、ＣＰＵ７６では、接触位置検出部９６によって角度位置を検出し、この角度位置に基づいて得られるワークＷの歯面８２Ｒの一方向接触位置データがメモリ８０に記憶される（ステップＳ７）。
【００４０】
次いで、補正パルス追加部９２では、ワーク軸５０を逆転させるために、前記ワーク軸５０の回転角度を検出するワーク軸用エンコーダ５２の出力に逆転（他方向）の補正パルスが追加される（ステップＳ８）。従って、図５に示すように、逆転側の溜まりパルスが溜まってくるため、アンプ７８には、ＣＰＵ７６から逆転側の溜まりパルスに応じたサーボ速度指令が送られ、ワーク軸５０が、図８中、矢印Ｃ２方向（逆転方向）に回転を開始する（ステップＳ９）。
【００４１】
このため、ワークＷの歯面８２Ｒが研削工具６０の研削面８４から離間した後、前記ワークＷの歯面８２Ｌが前記研削工具６０の研削面８４に接触を開始するまで、逆転側の溜まりパルスが変動しない（図５参照）。
【００４２】
歯面８２Ｌが研削面８４に接触した後、溜まりパルスが増加（変動）し、この溜まりパルスが基準値に至ったことが検出されると（ステップＳ１０中、ＹＥＳ）、ワークＷの歯面８２Ｌが研削工具６０の研削面８４に対して所望の接触状態であることが検出され、ワーク軸５０が停止される（ステップＳ１１）。
【００４３】
接触位置検出部９６では、歯面８２Ｌの他方向接触位置データが演算されて、この接触位置データがメモリ８０に記憶される（ステップＳ１２）。ＣＰＵ７６では、メモリ８０に記憶されている歯面８２Ｒの一方向接触位置データと、歯面８２Ｌの他方向接触位置データとに基づいて、研削工具６０とワークＷとの噛合位置合わせデータ、すなわち、噛合中心位置データが演算される（ステップＳ１３）。
【００４４】
これにより、研削工具６０とワークＷとの初期位相合わせ処理が終了する。次に、サーボゲイン設定部９０では、ワーク軸５０のサーボゲインが、ワークＷの歯面８２Ｒ、８２Ｌの研削に適した大きな値に設定される。そして、上記の噛合位置合わせデータを使用して、研削工具６０とワークＷとの自動噛み合わせを行い、前記ワークＷの歯面８２Ｒ、８２Ｌの研削処理が遂行される。さらに、噛合位置合わせデータを使用して、次の研削を行う同種のワークＷと研削工具６０との自動噛み合わせが行われる。
【００４５】
この場合、本実施形態では、ワークＷが取着されたワーク軸５０のサーボゲインを、研削工具６０と前記ワークＷとの接触時の負荷を低減する値に設定するとともに、溜まりパルスの基準値が設定された後、補正パルスが追加されてフィードバック制御により前記ワーク軸５０を回転させている。
【００４６】
このため、ワークＷの歯面８２Ｒ、８２Ｌと研削工具６０の研削面８４とが接触することにより、溜まりパルスが増加して基準値に至った際、ワーク軸５０の接触位置データが得られる。従って、研削工具６０とワークＷとの初期位相合わせ処理が、自動的かつ高精度に遂行されるという効果がある。
【００４７】
しかも、上記の初期位相合わせ処理が行われた後、ワークＷの歯面８２Ｒ、８２Ｌの研削処理が開始されるため、従来のように初期歯合わせ処理が施された後に、最終歯合わせ処理を行う必要がない。これにより、研削前処理を短時間で確実に行うことが可能になり、歯車研削処理全体の効率化が確実に遂行されるという利点がある。
【００４８】
さらに、上記の噛合位置合わせデータを使用して、研削時のワークＷと研削工具６０との自動噛み合わせが行われるとともに、次の研削を行う同種のワークＷと研削工具６０との研削時における自動噛み合わせが行われる。このため、ワークＷと研削工具６０との噛み合わせ処理を、前記ワークＷの回転速度や種類等に影響されずに精度よくかつ効率的に行うことができ、該ワークＷの研削作業全体の効率化が容易に図られるという効果がある。
【００４９】
【発明の効果】
本発明に係る歯車研削機の初期位相合わせ方法では、補正パルスを追加してワーク軸を回転させると、ワークの歯面と研削工具の研削面とが接触することにより溜まりパルスが増加し、この溜まりパルスが予め設定された基準値に至った際に該ワーク軸の接触位置データを得る。次に、接触位置データに基づいて、研削工具とワークとの噛合位置合わせデータが演算されるため、前記研削工具と前記ワークとの初期位相合わせ処理が、自動的かつ高精度に遂行される。
【００５０】
これにより、初期歯合わせ処理の後に、最終歯合わせ処理を行う必要がなく、研削前処理に要する時間を大幅に短縮することができる。また、研削時のワークの自動噛み合わせに噛合位置合わせデータを利用するとともに、続いて該噛合位置合わせデータを使用し、次に研削を行う同種のワークの自動噛み合わせを行うことが可能になり、歯車研削処理全体の効率化が容易に遂行可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る歯車研削機の初期位相合わせ方法を実施するための初期位相合わせ装置の概略構成図である。
【図２】ワーク軸用エンコーダ、工具軸用エンコーダおよびワークセンサによる位相検出のタイムチャートである。
【図３】ワークセンサからの出力に基づいて歯中心を検出するタイムチャートである。
【図４】前記初期位相合わせ方法を説明するフローチャートである。
【図５】ワーク軸を正転および逆転させる際の溜まりパルスの説明図である。
【図６】研削工具とワークとを、互いに接触することなく配置した状態の一部拡大説明図である。
【図７】前記ワークを正転方向に回転させる際の一部拡大説明図である。
【図８】前記ワークを逆転方向に回転させる際の一部拡大説明図である。
【図９】従来技術に係る歯車研削機の斜視説明図である。
【図１０】従来技術に係る歯車研削機の初期位相合わせ方法のタイムチャートである。
【符号の説明】
４０…初期位相合わせ装置 ４２…歯車研削機
４８…ワーク軸モータ ５０…ワーク軸
５２…ワーク軸用エンコーダ ５６…工具軸モータ
５８…工具軸 ６０…研削工具
６２…工具軸用エンコーダ ６４…ワークセンサ
７６…ＣＰＵ ８２Ｒ、８２Ｌ…歯面
８４…研削面 ９０…サーボゲイン設定部
９２…補正パルス追加部 ９４…溜まりパルス設定部
９６…接触位置検出部 Ｗ…ワーク

Claims (3)

1. 螺旋条が刻設された研削工具を取着した工具軸と、ワークを取着したワーク軸とを同期して回転駆動させ、前記螺旋条でワークを研削するために、前記研削工具と前記ワークとの初期噛合時の位相合わせを行う歯車研削機の初期位相合わせ方法であって、
   指令値に対する前記ワーク軸の位置偏差である溜まりパルスの基準値を設定する工程と、
   前記工具軸の回転を停止させた状態であり且つ前記ワーク軸を軸方向に停止させた状態で、前記ワーク軸の回転角度を検出するエンコーダの出力に一方向の補正パルスを追加し、前記ワーク軸を一方向に回転させる工程と、
   前記ワークの歯面と前記研削工具の研削面とが接触して前記ワーク軸の回転が停止することにより、溜まりパルスが増加して前記基準値に至った際、該ワーク軸の一方向接触位置データを得る工程と、
   前記工具軸の回転を停止させた状態であり且つ前記ワーク軸を軸方向に停止させた状態で、前記エンコーダの出力に他方向の補正パルスを追加し、前記ワーク軸を他方向に回転させる工程と、
   前記ワークの歯面と前記研削工具の研削面とが接触して前記ワーク軸の回転が停止することにより、溜まりパルスが増加して前記基準値に至った際、該ワーク軸の他方向接触位置データを得る工程と、
   前記一方向接触位置データと前記他方向接触位置データとに基づいて、前記研削工具と前記ワークとの噛合位置合わせデータを演算する工程と、
   を有することを特徴とする歯車研削機の初期位相合わせ方法。
2. 請求項１記載の初期位相合わせ方法において、前記噛合位置合わせデータを使用して、研削時の前記ワークと前記研削工具との自動噛み合わせを行うことを特徴とする歯車研削機の初期位相合わせ方法。
3. 請求項１または２記載の初期位相合わせ方法において、前記噛合位置合わせデータを使用して、次の研削を行う同種のワークと前記研削工具との研削時における自動噛み合わせを行うことを特徴とする歯車研削機の初期位相合わせ方法。