JP5473790B2

JP5473790B2 - ギヤシェーパ、及びギヤシェーパの制御方法

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Publication number: JP5473790B2
Application number: JP2010129882A
Authority: JP
Inventors: 高渋谷; 修長谷川
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2030-06-07
Also published as: JP2011255433A

Description

本発明は、ギヤシェーパ、及びギヤシェーパの制御方法に関するものである。

従来、ギヤシェーパは、被加工物（ワーク）に歯車を形成するための刃が先端に設けられた主軸を、軸線周りに回転駆動させると共に軸線方向に往復駆動させる、すなわち、主軸に対してらせん軌道を与えるヘリカルガイド機構を備えていた。しかし、ヘリカルガイド機構を備えたギヤシェーパは、ワークの諸元に応じてヘリカルガイド機構を交換する必要があった。

この問題を解消するために、特許文献１に記載されたギヤシェーパは、主軸を回転させる回転駆動手段と、主軸を軸線方向に往復させる移動駆動手段とを備え、各々独立した該往復駆動と該回転駆動との合成によって任意のらせん軌道を主軸に与えることによって、ヘリカルガイド機構の交換を不要とした。

特開平１０−１０９２２３号公報

しかし、特許文献１に記載されたギヤシェーパでは、主軸の先端に設けられた刃の位置決め精度がメカ剛性、サーボ剛性等に依存し、高速で被加工物を加工すると、形成される歯車の歯すじ精度が低下する場合があるという問題があった。このため、歯車の歯すじ精度を確保するためには、加工条件を落とす必要があり、その結果、歯車を加工するための時間が長くなっていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、往復駆動及び回転駆動が各々独立して駆動される主軸を、高速で駆動させて被加工物を加工する場合であっても、歯車の歯すじ精度を確保するギヤシェーパ及びギヤシェーパの制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のギヤシェーパは以下の手段を採用する。

すなわち、本発明にかかるギヤシェーパは、テーブルに載置された被加工物に歯車を形成するための刃が先端に設けられ、軸線周りに回転駆動されると共に軸線方向に往復駆動され、回転駆動と往復駆動との合成によってらせん軌道が与えられる主軸と、前記主軸を前記軸線周りに回転駆動させる回転駆動手段と、前記主軸を前記軸線方向に往復駆動させる往復駆動手段と、予め設定された設定回転量で回転駆動するように前記回転駆動手段を制御する回転制御手段と、前記軸線方向の往復駆動による前記主軸の移動量を計測する移動量計測手段と、前記移動量計測手段によって計測された移動量と予め設定された設定移動量との差である移動誤差量を導出する移動誤差導出手段と、前記移動誤差導出手段によって導出された前記移動誤差量を用いて、前記設定移動量で往復駆動するように前記往復駆動手段をフィードバック制御する往復制御手段と、を備える。

本発明によれば、テーブルに載置された被加工物に歯車を形成するための刃が先端に設けられた主軸が、回転駆動手段によって軸線周りに回転駆動されると共に、往復駆動手段によって軸線方向に往復駆動される。なお、回転駆動手段は、回転制御手段によって予め設定された設定回転量で回転駆動するように制御され、往復駆動手段は、往復制御手段によって予め設定された設定移動量で往復駆動するように制御されるので、主軸の往復駆動と回転駆動とが独立して制御され、該往復駆動と該回転駆動との合成によって任意のらせん軌道が主軸に与えられる。

また、移動量計測手段によって、軸線方向の往復駆動による主軸の移動量が計測され、移動誤差導出手段によって、移動量計測手段で計測された移動量と予め設定された設定移動量との差である移動誤差量が導出される。そして、上記往復制御手段によって、移動誤差導出手段で導出された移動誤差量を用いて、主軸が設定移動量で往復駆動するように往復駆動手段がフィードバック制御される。

このように、主軸が軸線方向に対して、計測された移動量と予め設定された設定移動量との差である移動誤差量を用いて、設定移動量で往復駆動するようにフィードバック制御されるので、主軸を高速で駆動させて被加工物を加工する場合であっても、形成される歯車の歯すじ誤差が抑制される。

さらに、本発明のギヤシェーパは、前記移動誤差導出手段によって導出された前記移動誤差量を前記主軸の回転の誤差である回転誤差量に変換する誤差変換手段をさらに備え、前記回転制御手段は、前記誤差変換手段によって変換された前記回転誤差量を用いて、前記主軸が前記設定回転量で回転駆動するように前記回転駆動手段をフィードバック制御する。

一般に、主軸の往復駆動の位置決め精度に比較して主軸の回転駆動の位置決め精度の方が、精度は高い。そこで、誤差変換手段によって、移動誤差導出手段で導出された移動誤差量が主軸の回転の誤差である回転誤差量に変換され、回転制御手段によって、上記回転誤差量を用いて、主軸が設定回転量で回転駆動するように回転駆動手段がフィードバック制御される。このため、位置決め精度がより低い主軸の往復駆動の移動誤差を用いて主軸の回転駆動が制御されるので、主軸の往復駆動及び回転駆動の位置偏差の発生が抑制され、主軸を高速で駆動させて被加工物を加工する場合であっても、形成される歯車の歯すじ誤差がより抑制される。

さらに、本発明のギヤシェーパは、前記誤差変換手段が、前記移動誤差導出手段によって導出された前記移動誤差量を前記刃によって形成される歯車の仕様に基づいて、前記回転誤差量に変換する。

これにより、主軸を高速で駆動させて被加工物を加工する場合であっても、形成される歯車の仕様にかかわらず、形成される歯車の歯すじ誤差がより抑制される。

さらに、本発明のギヤシェーパでは、前記移動量計測手段又は前記移動量計測手段近傍の温度を計測する温度計測手段をさらに備え、前記移動誤差導出手段が、前記温度計測手段によって計測された温度に基づいて前記移動量が補正された前記移動誤差量を導出する。

主軸は、往復駆動及び回転駆動されることによって熱が発生し、該熱の影響によって移動量計測手段によって計測される主軸の移動量に誤差が生じる可能性がある。そこで、温度計測手段によって、移動量計測手段又は移動量計測手段近傍の温度が計測され、導出手段によって、温度計測手段で計測された温度に基づいて移動量が補正された移動誤差量が導出される。

これにより、移動量計測手段で計測された移動量の熱の影響による誤差が補正されるので、フィードバック制御の精度をより高めることができる。

さらに、本発明のギヤシェーパでは、前記誤差変換手段によって変換された前記回転誤差量から、予め定められた帯域の周波数に対応した回転誤差量を選択する選択手段をさらに備え、前記回転制御手段が、前記選択手段によって選択された回転誤差量を用いて、前記主軸が前記設定回転量で回転駆動するように前記回転駆動手段をフィードバック制御する。

誤差変換手段によって変換された回転誤差量には、主軸の移動量の計測誤差や計測時のノイズ等、フィードバック制御には不必要な周波数成分の回転誤差量が含まれる場合があり、該不必要な周波数成分の影響により、歯車の加工面にビビリ等が発生し、加工精度が低下する可能性がある。そこで、選択手段によって、予め定められた帯域の周波数に対応した回転誤差量が選択され、回転制御手段によって、選択手段で選択された回転誤差量を用いて、主軸が設定回転量で回転駆動するように回転駆動手段がフィードバック制御される。

これにより、計測誤差やノイズ等のフィードバック制御に不必要な周波数成分を回転誤差から除去することができ、歯車の歯すじ誤差が抑制される。

さらに、本発明のギヤシェーパは、前記テーブルを駆動させるテーブル駆動手段と、前記移動誤差導出手段によって導出された前記移動誤差量を前記テーブルの駆動量の誤差である駆動誤差量に変換する誤差変換手段と、前記誤差変換手段によって変換された前記駆動誤差量を用いて、前記テーブルが予め設定された設定駆動量で駆動するように前記テーブル駆動手段を制御するテーブル駆動制御手段と、をさらに備える。

一般に、テーブルの駆動に要する機構は、主軸の駆動に要する機構に比較して複雑ではない。そこで、誤差変換手段によって、移動誤差導出手段によって導出された移動誤差量がテーブルの駆動量の誤差である駆動誤差量に変換され、テーブル駆動制御手段によって、誤差変換手段で変換された駆動誤差量を用いて、設定駆動量で回転するようにテーブル駆動手段が制御される。

これにより、フィードバック制御が、主軸を駆動させることにより生じるノイズ、及び主軸に固有の振動の影響を受けることが抑制されるので、主軸を高速で駆動させて被加工物を加工する場合であっても、歯車の歯すじ誤差が抑制される。

さらに、本発明のギヤシェーパは、前記誤差変換手段によって変換された前記駆動誤差量から、予め定められた帯域の周波数に対応した駆動誤差量を選択する選択手段をさらに備え、前記テーブル駆動制御手段は、前記選択手段によって選択された駆動誤差量を用いて、前記設定駆動量で駆動するように前記テーブル駆動手段をフィードバック制御する。

誤差変換手段によって変換された駆動誤差量には、主軸の移動量の計測誤差や計測時のノイズ等、フィードバック制御には不必要な周波数成分の駆動誤差量が含まれる場合があり、該不必要な周波数成分の影響により、歯車の加工面にビビリ等が発生し、加工精度が低下する可能性がある。そこで、選択手段が、予め定められた帯域の周波数に対応した駆動誤差量を選択し、テーブル駆動制御手段が、選択手段によって選択された駆動誤差量を用いて、テーブルが設定駆動量で駆動するようにテーブル駆動手段をフィードバック制御する。

また、上記課題を解決するために、本発明のギヤシェーパは以下の手段を採用する。

すなわち、本発明にかかるギヤシェーパは、テーブルに載置された被加工物に歯車を形成するための刃が先端に設けられ、軸線方向に往復駆動されると共に軸線周りに回転駆動され、回転駆動と往復駆動との合成によってらせん軌道が与えられる主軸と、前記主軸を前記軸線方向に往復駆動させる往復駆動手段と、前記主軸を前記軸線周りに回転駆動させる回転駆動手段と、予め設定された移動量で往復駆動するように前記主軸の駆動を制御する往復制御手段と、前記軸線周りの回転駆動による前記主軸の回転量を計測する回転量計測手段と、前記回転量計測手段によって計測された回転量と予め設定された設定回転量との差から補正設定回転量を導出する設定回転量補正手段と、前記設定回転量補正手段によって導出された前記補正設定回転量から、前記軸線方向の往復駆動における振動周波数と等しい帯域の補正設定回転量を選択する選択手段と、前記選択手段によって選択された補正設定回転量を用いて、前記主軸が予め設定された設定回転量で回転駆動するように前記回転駆動手段をフィードバック制御する回転制御手段と、を備える。

一般にギヤシェーパでは、主軸を回転駆動させるための作用点から刃までの距離が、主軸を往復駆動させるための作用点から刃までの距離に比較して短く、又構成部品点数も少ないため、回転駆動軸の方が往復駆動軸に比較して機械的な振動周波数特性が高い（例えば、往復駆動軸の周波数の固有値は、約９０〜１００Ｈｚ、回転駆動軸の周波数の固有値は、約４００〜５００Ｈｚ）。このことは、回転駆動軸の方が往復駆動軸に比較して位置決め精度が高いことを示している。

そこで、本発明によれば、設定回転量補正手段によって、回転量計測手段で計測された主軸の軸線方向の回転量と予め設定された設定回転量との差から補正設定回転量が導出され、選択手段によって、該補正設定回転量から、軸線方向の往復駆動における振動周波数と等しい帯域の補正設定回転量が選択され、回転制御手段によって、選択手段で選択された補正設定回転量を用いて、主軸が予め設定された設定回転量で回転駆動するように前記回転駆動手段がフィードバック制御される。

これにより、回転駆動軸と往復駆動軸との追従誤差、すなわち回転駆動軸の位置決め精度と往復駆動軸の位置決め精度が同等となり、主軸の往復駆動と回転駆動との間での位置偏差の発生が抑制されるので、主軸を高速で駆動させて被加工物を加工する場合であっても、形成される歯車の歯すじ誤差が抑制される。

また、上記課題を解決するために、本発明のギヤシェーパの制御方法は以下の手段を採用する。

すなわち、本発明にかかるギヤシェーパの制御方法は、テーブルに載置された被加工物に歯車を形成するための刃が先端に設けられ、軸線周りに回転駆動されると共に軸線方向に往復駆動され、回転駆動と往復駆動との合成によってらせん軌道が与えられる主軸と、前記主軸を前記軸線周りに回転駆動させる回転駆動手段と、前記主軸を前記軸線方向に往復駆動させる往復駆動手段と、予め設定された設定回転量で回転駆動するように前記回転駆動手段を制御する回転制御手段と、を備えたギヤシェーパの制御方法であって、前記軸線方向の往復駆動による前記主軸の移動量を計測し、計測した前記移動量と予め設定された設定移動量との差である移動誤差量を導出し、導出した前記移動誤差量を用いて、前記主軸が前記設定移動量で往復駆動するように前記往復駆動手段をフィードバック制御する。

往復駆動及び回転駆動が各々独立して駆動される主軸を、高速で駆動させて被加工物を加工する場合であっても、形成される歯車の歯すじ誤差を抑制できる。

本発明の第１実施形態に係るギヤシェーパの構成を示す図である。本発明の第１実施形態に係るギヤシェーパの移動量計測部の構成を示す図である。本発明の第２実施形態に係るギヤシェーパの構成を示す図である。本発明の第３実施形態に係るギヤシェーパの構成を示す図である。本発明の第４実施形態に係るギヤシェーパの構成を示す図である。

以下に、本発明に係るギヤシェーパの一実施形態について、図面を参照して説明する。

［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１，２を用いて説明する。

図１に本第１実施形態に係るギヤシェーパ１０の構成を示す。

ギヤシェーパ１０は、テーブルに載置された被加工物（以下、「ワーク」という。）に歯車を形成するための刃（本第１実施形態では、一例としてピニオンカッタ２０）が先端（図１では下端）に設けられ、軸線方向に往復駆動されると共に軸線周りに回転駆動される主軸２２、主軸２２を軸線方向に往復駆動させるＡ軸モータ２４、主軸２２を軸線周りに回転駆動させるＹ軸モータ２６、並びにＡ軸モータ２４及びＹ軸モータ２６を制御する制御部３０を備えている。

なお、本第１実施形態に係る制御部３０は、ソフトウェアによる情報処理によって、図１に示される制御部３０の各構成要素の機能を実現するものとする。

さらに、ギヤシェーパ１０は、歯車を形成するための加工条件、すなわち歯車の仕様等の入力を受け付ける加工条件入力部３２を備えている。なお、加工条件入力部３２は、モニタ及びキーボード等の入力装置によって構成され、上記歯車の仕様として、歯車のねじれ角等が入力される。

また、Ｙ軸モータ２６には、Ｙ軸モータ２６の駆動軸の回転量を計測するエンコーダ５４Ｙが設けられている。なお、以下の説明では、各軸の回転量を回転角度として説明するが、これに限らず、回転量を回転数としてもよい。

主軸２２は、カッタヘッド５６に軸線方向に往復駆動可能かつ軸線周りに回転駆動可能なように支持されており、主軸２２の上端は、球面軸受５８を介してクランク杆６０の下端に連結されて、クランク杆６０の上端は、クランク機構６２に支持されている。そして、クランク機構６２は、駆動歯車６４Ａを介してＡ軸モータ２４の駆動により回転駆動するため、主軸２２は、クランク杆６０を介して上下方向に往復駆動する。なお、主軸２２は、円筒もしくは多角形状とされている。

また、主軸２２には従動歯車６６が設けられており、従動歯車６６には駆動歯車６４Ｂが噛み合っている。駆動歯車６４Ｂは、Ｙ軸モータ２６の駆動によって回転するため、主軸２２は、駆動歯車６４Ｂ及び従動歯車６６を介してＹ軸モータ２６の駆動力により回転駆動する。なお、以下の説明において、往復駆動軸をＡ軸といい、回転駆動軸をＹ軸という。

このように、Ａ軸モータ２４の駆動により、主軸２２は上下方向に往復駆動されると共にＹ軸モータ２６の駆動により、主軸２２は回転駆動されるので、該往復駆動と該回転駆動との合成によって任意のらせん軌道が主軸２２に与えられる。すなわち、主軸２２の駆動に応じて、主軸２２の下端に供えられたピニオンカッタ２０も、らせん軌道を描き、テーブルに載置されたワークを切削する。

さらに、ギヤシェーパ１０には、軸線方向の往復駆動による主軸２２の移動量を計測する移動量計測部７２が備えられている。本第１実施形態に係る移動量計測部７２は、図２（Ａ）に示すようにカッタヘッド５６に設けられた静圧ガイド７４内に設置されている。

本第１実施形態に係るギヤシェーパ１０では、移動量計測部７２としてリニアスケールを用いるが、これに限らず、主軸２２の移動量が計測できれば他の計測手段であってもよい。なお、本第１実施形態では、図２（Ｂ），（Ｃ）に示すようにスケール本体７２Ａが主軸２２に備えられており、計測ヘッド７２Ｂがスケール本体７２Ａの移動量を計測することにより、移動量計測部７２が、主軸２２の移動量を計測する。

本第１実施形態に係る静圧ガイド７４は、主軸２２が駆動することによって、静圧ガイド７４内の油の温度が上昇し、当該温度上昇の影響により、スケール本体７２Ａが膨張し、移動量計測部７２で計測される主軸２２の移動量に誤差が生じる可能性がある。そのため、移動量計測部７２近傍には、温度を計測する温度計測部７６が備えられており、温度計測部７６で計測された温度は、後述するように、移動量の誤差を補正するために用いられる。なお、本第１実施形態に係るギヤシェーパ１０では、温度計測部７６として熱電対を用いるが、これに限らず、抵抗測温体等の他の計測手段を用いてもよい。また、温度計測部７６を移動量計測部７２に設け、移動量計測部７２の温度を直接計測してもよい。

一方、制御部３０は、温度補正部７８、歯すじ軌道導出部８０、Ａ軸軌道導出部８２、Ｙ軸軌道導出部８４、移動誤差導出部８６、Ａ軸制御部８８、誤差変換部９０Ｙ、回転誤差導出部９２Ｙ、及びＹ軸制御部９３を備えている。

温度補正部７８は、移動量計測部７２及び温度計測部７６が接続されており、移動量計測部７２で計測された移動量を温度計測部７６で計測された温度に基づいて補正し、補正後の移動量（以下、「補正移動量」という。）を出力する。

歯すじ軌道導出部８０は、加工条件入力部３２を介して入力された加工条件に基づいて、加工条件に応じた形成される歯車の歯すじの軌道を導出し、導出した歯すじの軌道を出力する。

Ａ軸軌道導出部８２は、歯すじ軌道導出部８０で設定された歯車の軌道に基づいて、Ａ軸の軌道、すなわち主軸２２の軸線方向の移動量の設定値（以下、「設定移動量」という。）を導出する。そして、Ａ軸軌道導出部８２は、導出した設定移動量を移動誤差導出部８６へ出力する。

移動誤差導出部８６は、Ａ軸軌道導出部８２から出力された設定移動量、及び温度補正部７８から出力された補正移動量が入力され、設定移動量と補正移動量との差である移動誤差量を導出し、設定移動量と導出した移動誤差量とから補正設定移動量を導出する。そして、移動誤差導出部８６は、導出した補正設定移動量をＡ軸制御部８８へ出力すると共に、導出した移動誤差量を誤差変換部９０Ｙへ出力する。

Ａ軸制御部８８は、移動誤差導出部８６で導出された補正設定移動量で、主軸２２が往復駆動するようにＡ軸モータ２４の回転量を導出し、当該回転量で回転するように角度指令値をＡ軸モータ２４に出力することで、Ａ軸モータ２４を制御する。すなわち、Ａ軸制御部８８は、移動誤差導出部８６で導出された移動誤差量を用いて、主軸２２が設定移動量で往復駆動するようにＡ軸モータ２４をフィードバック制御することとなる。

一方、Ｙ軸軌道導出部８４は、歯すじ軌道導出部８０で設定された形成される歯車の軌道に基づいて、Ｙ軸の軌道、すなわち主軸２２の回転量の設定値（以下、「設定回転量」という。）を導出する。そして、Ｙ軸軌道導出部８４は、導出した設定回転量を回転誤差導出部９２Ｙへ出力する。

誤差変換部９０Ｙは、移動誤差導出部８６によって導出された移動誤差量を主軸２２の回転の誤差である回転誤差量に変換し、該回転誤差量を回転誤差導出部９２Ｙへ出力する。

回転誤差導出部９２Ｙは、Ｙ軸軌道導出部８４から出力された設定回転量、誤差変換部９０Ｙから出力された回転誤差量、及びエンコーダ５４Ｙで計測された回転量（以下、「計測回転量」という。）が入力され、設定回転量と回転誤差量と計測回転量とから補正設定回転量を導出する。そして、回転誤差導出部９２Ｙは、導出した補正設定回転量をＹ軸制御部９３へ出力する。

Ｙ軸制御部９３は、回転誤差導出部９２Ｙで導出された補正設定回転量で、主軸２２が回転駆動するようにＹ軸モータ２６の回転量を導出し、当該回転量で回転するように角度指令値をＹ軸モータ２６に出力することで、Ｙ軸モータ２６を制御する。すなわち、Ｙ軸制御部９３は、誤差変換部９０Ｙにおける変換によって得られた回転誤差量を用いて、主軸２２が設定回転量で回転駆動するようにＹ軸モータ２６をフィードバック制御することとなる。

次に、本第１実施形態に係るギヤシェーパ１０の作用について説明する。

まず、加工条件入力部３２を介して、ユーザによって、歯車を形成するための加工条件が入力されると、歯すじ軌道導出部８０が、入力された加工条件に基づいて、加工条件に応じた形成される歯車の歯すじの軌道を導出する。

次に、Ａ軸軌道導出部８２が、歯すじ軌道導出部８０で設定された形成される歯車の軌道に基づいて、主軸２２の設定移動量を導出し、Ａ軸制御部８８が、該設定移動量に応じてＡ軸モータ２４を駆動させる。なお、Ａ軸モータ２４の駆動を開始する場合、移動誤差導出部８６は、入力された設定移動量を記憶すると共に、Ａ軸軌道導出部８２で導出された設定移動量を補正することなくＡ軸制御部８８へ出力する。

また、Ｙ軸軌道導出部８４が、歯すじ軌道導出部８０で設定された形成される歯車の軌道に基づいて、主軸２２の設定回転量を導出し、Ｙ軸制御部９３が、該設定回転量に応じてＹ軸モータ２６を駆動させる。なお、Ｙ軸モータ２６の駆動を開始する場合、回転誤差導出部９２Ｙは、入力された設定回転量を記憶すると共に、Ｙ軸軌道導出部８４で導出された設定回転量を補正することなくＹ軸制御部９３へ出力する。

これにより、主軸２２と共にピニオンカッタ２０は、らせん軌道を描きながらワークを切削し、歯車の形成を開始する。また、エンコーダ５４Ｙは、Ｙ軸モータ２６が駆動を開始すると共に、Ｙ軸モータ２６の駆動軸の回転量の計測を開始する。

そして、移動量計測部７２が、主軸２２が軸線方向に往復駆動している状態で、軸線方向の往復駆動による主軸２２の移動量を計測すると共に、温度計測部７６が、移動量計測部７２近傍の温度を計測する。

次に、温度補正部７８に、移動量計測部７２から出力された移動量及び温度計測部７６から出力された温度が入力される。温度補正部７８は、移動量をＸ_Ａ ^’とし、温度をＴ_Ａとすると、次の（１）式に示される関数ｆ_１により移動量Ｘ_Ａ ^’を補正し、補正移動量Ｘ_Ａを導出する。
Ｘ_Ａ＝ｆ_１（Ｘ_Ａ ^’、Ｔ_Ａ）・・・（１）

なお、（１）式に示される関数は、例えば、スケール本体７２Ａの膨張率と温度との関係を予め実験により求めることで得られる。また、移動量計測部７２で計測される移動量の温度による誤差を示すテーブルを図示しない記憶手段に予め記憶させ、該テーブルを読み出すことで、補正移動量を導出してもよい。

次に、移動誤差導出部８６に、温度補正部７８から出力された補正移動量が入力されると、移動誤差導出部８６は、記憶している設定移動量と補正移動量との差である移動誤差量を導出し、設定移動量と導出した移動誤差量とから補正設定移動量を導出する。

移動誤差導出部８６は、例えば、記憶している設定移動量から補正移動量を加算又は減算することによって移動誤差量を算出し、該移動誤差量に基づいて設定移動量を補正することによって補正設定移動量を導出する。

そして、Ａ軸制御部８８は、移動誤差導出部８６から出力された補正設定移動量が入力されると、該補正設定移動量で主軸２２が往復駆動するようにＡ軸モータ２４をフィードバック制御する。

一方、誤差変換部９０Ｙは、移動誤差導出部８６から移動誤差量が入力されると、移動誤差量を回転誤差量に変換し、該回転誤差量を回転誤差導出部９２Ｙへ出力する。

誤差変換部９０Ｙは、移動誤差量をｅ_Ａとし、Ａ軸制御部８８からＡ軸モータ２４に出力される角度指令値をθ_Ａとすると、次の（２）式に示される関数ｆ_２により回転誤差量ｅ_Ｙを導出する。
ｅ_Ｙ＝ｆ_２（ｅ_Ａ、θ_Ａ）・・・（２）

なお、関数ｆ_２は、形成される歯車の仕様に応じて決定される。本第１実施形態では、上記仕様の一例として、形成される歯車のねじれ角に応じて関数ｆ_２を決定するが、これに限らず、形成される歯車の他の仕様又は複数の仕様の組み合わせに応じて関数ｆ_２を決定してもよい。また、関数ｆ_２は、図示しない記憶手段に、形成される歯車の仕様に対応して予め複数記憶されており、誤差変換部９０Ｙは、加工条件入力部３２で入力された、形成される歯車の仕様に応じて上記記憶手段から対応する関数ｆ_２を選択する。

これにより、ユーザは、歯車の仕様を入力するだけで、適正な関数ｆ_２が選択されるため、ユーザの利便性が向上される。

そして、回転誤差導出部９２Ｙは、誤差変換部９０Ｙから出力された回転誤差量、及びエンコーダ５４Ｙから出力された計測回転量が入力されると、該回転誤差量と該計測回転量と記憶している設定回転量とから補正設定回転量を導出する。

回転誤差導出部９２Ｙは、例えば、記憶している設定回転量から回転誤差量及び計測回転量を加算又は減算することで得られた値に基づいて、設定回転量を補正することによって補正設定回転量を導出する。

そして、Ｙ軸制御部９３は、回転誤差導出部９２Ｙから出力された補正設定回転量が入力されると、該補正設定回転量で主軸２２が回転駆動するようにＹ軸モータ２６をフィードバック制御する。

上記のように、移動誤差量を回転誤差量に変換し、該回転誤差量を用いてＹ軸モータ２６をフィードバック制御する理由は、次のとおりである。

一般に、主軸２２を回転駆動させるための作用点からピニオンカッタ２０までの距離の方が、主軸２２を往復駆動させるための作用点からピニオンカッタ２０までの距離に比較して短く、又構成部品点数も少ないため、Ａ軸の方がＹ軸に比較して機械的な振動周波数特性が高い（例えば、往復駆動軸の周波数の固有値は、約９０〜１００Ｈｚ、回転駆動軸の周波数の固有値は、約４００〜５００Ｈｚ）。このことは、Ａ軸の方がＹ軸に比較して位置決め精度が高いことを示している。そのため、位置決め精度がより低い主軸２２の往復駆動の移動誤差を用いて主軸２２の回転駆動を制御することで、主軸２２の往復駆動及び回転駆動の位置偏差の発生を抑制できると考えられる。

これによって、主軸２２を高速で駆動させてワークを加工する場合であっても、形成される歯車の歯すじ誤差がより抑制される。すなわち、工作精度を保ったままで、ワークの加工時間を短縮できる。

［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について説明する。

図３に、本第２実施形態に係るギヤシェーパ１０の構成を示す。なお、図３における図１と同一の構成部分については図１と同一の符号を付して、その説明を省略する。

まず、誤差変換部９０Ｙによって変換された回転誤差量には、主軸２２の移動量の計測誤差や計測時のノイズ等、フィードバック制御には不必要な周波数成分の回転誤差量が含まれる場合があり、該不必要な周波数成分の影響により、歯車の加工面にビビリ等が発生し、加工精度が低下する可能性がある。

そこで、本第２実施形態に係るギヤシェーパ１０には、誤差変換部９０Ｙによって変換された回転誤差量から、予め定められた帯域の周波数に対応した回転誤差量を選択するフィルタ９４Ｙが、誤差変換部９０Ｙと回転誤差導出部９２Ｙとの間に備えられている。なお、上記予め定められた帯域とは、回転誤差量から上記不必要な周波数成分を除去できる帯域である。

これにより、主軸２２の移動量の計測誤差やノイズ等のフィードバック制御に不必要な周波数成分を回転誤差から除去することができ、歯車の歯すじ誤差が抑制される。

なお、ノイズの周波数は必要とする回転誤差量の周波数に比較して高く、又低周波側の成分を除去することでフィードバック制御の精度をより高めることができるため、本第２実施形態では、フィルタ９４Ｙとして、バンドパスフィルタを用いる。しかし、フィルタ９４Ｙとして、バンドパスフィルタに限らず、ローパスフィルタ又はハイパスフィルタを用いてもよい。

また、歯車の加工条件に応じて、上記予め定められた帯域の周波数を自動又はユーザによる手動で変更可能としてもよい。なお、自動的に変化させる場合は、歯車の加工条件に応じた周波数の帯域を図示しない記憶手段に予め記憶させる。

さらに、本第２実施形態では、フィルタ９４Ｙを誤差変換部９０Ｙと回転誤差導出部９２Ｙとの間に設けたが、本発明はこれに限定されず、フィルタ９４Ｙを移動誤差導出部８６と誤差変換部９０Ｙとの間に設け、移動誤差量からフィードバック制御には不必要な周波数成分を除去し、誤差変換部９０Ｙが、上記不必要な周波数成分が除去された移動誤差量を用いて回転誤差を導出するとしてもよい。

［第３実施形態］
以下、本発明の第３実施形態について説明する。

図４に、本第３実施形態に係るギヤシェーパ１０の構成を示す。なお、図４における図１と同一の構成部分については図１と同一の符号を付して、その説明を省略する。

本第３実施形態に係るギヤシェーパ１０は、テーブルを回転駆動させるＣ軸モータ９６及びＣ軸モータ９６の駆動軸の回転量を計測するエンコーダ５４Ｃを備え、制御部３０は、誤差変換部９０Ｃ、フィルタ９４Ｃ、Ｃ軸軌道導出部９８、回転誤差導出部９２Ｃ、及びＣ軸制御部９９を備えている。なお、本第３実施形態では、上述した第１，２実施形態に係るギヤシェーパ１０で備えていた誤差変換部９０Ｙを備えていないため、回転誤差導出部９２Ｙは、Ｙ軸軌道導出部８４から出力された設定回転量とエンコーダ５４Ｃで計測された計測回転量とから補正設定回転量を導出する。

また、以下の説明において、テーブルの回転駆動軸をＣ軸という。

誤差変換部９０Ｃは、移動誤差導出部８６によって導出された移動誤差量をテーブルの回転量の誤差である回転誤差量に変換する。

フィルタ９４Ｃは、誤差変換部９０Ｃと回転誤差導出部９２Ｃとの間に設けられ、誤差変換部９０Ｃによって変換された回転誤差量から、予め定められた帯域の周波数に対応した回転誤差量を選択する。

Ｃ軸軌道導出部９８は、歯すじ軌道導出部８０で設定された形成される歯車の軌道に基づいて、テーブルの回転量の設定値（以下、「設定回転量」という。）を導出する。そして、Ｃ軸軌道導出部９８は、導出した設定回転量をテーブル回転誤差導出部９２Ｙへ出力する。

回転誤差導出部９２Ｃは、Ｃ軸軌道導出部９８から出力された設定回転量、誤差変換部９０Ｃから出力された回転誤差量、及びエンコーダ５４Ｃで計測されたＣ軸モータ９６の計測回転量が入力され、該設定回転量と該回転誤差量と該計測回転量とから補正設定回転量を導出する。そして、回転誤差導出部９２Ｃは、導出した補正設定回転量をＣ軸制御部９９へ出力する。

Ｃ軸制御部９９は、回転誤差導出部９２Ｃで導出された補正設定回転量で、テーブルが回転駆動するようにＣ軸モータ９６の回転量を導出し、当該回転量で回転するように角度指令値をＣ軸モータ９６に出力することで、Ｃ軸モータ９６を制御する。すなわち、Ｃ軸制御部９９は、回転誤差導出部９２Ｙで導出された回転誤差量を用いて、テーブルが設定回転量で回転駆動するようにＣ軸モータ９６をフィードバック制御することとなる。

次に、本第３実施形態に係るギヤシェーパ１０のＣ軸に対する作用について説明する。

Ｃ軸軌道導出部９８が、歯すじ軌道導出部８０で設定された形成される歯車の軌道に基づいて、テーブルの設定回転量を導出し、Ｃ軸制御部９９が、該設定回転量に応じてＣ軸モータ９６を駆動させる。なお、Ｃ軸モータ９６の駆動を開始する場合、回転誤差導出部９２Ｃは、入力された設定回転量を記憶すると共に、Ｃ軸軌道導出部９８で導出された設定回転量を補正することなくＡ軸制御部８８へ出力する。

そして、誤差変換部９０Ｃは、移動誤差導出部８６から移動誤差量が入力されると、移動誤差量を回転誤差量に変換し、該回転誤差量をフィルタ９４Ｃへ出力する。

誤差変換部９０Ｃは、移動誤差量をｅ_Ａとし、Ａ軸制御部８８からＡ軸モータ２４に出力される角度指令値をθ_Ａとすると、次の（３）式に示される関数ｆ_３により回転誤差量ｅ_Ｃを導出する。
ｅ_Ｃ＝ｆ_３（ｅ_Ａ、θ_Ａ）・・・（３）

なお、関数ｆ_３は、形成される歯車の仕様に応じて決定される。本第３実施形態では、上記仕様の一例として、形成される歯車のねじれ角に応じて関数ｆ_３を決定するが、これに限らず、形成される歯車の他の仕様又は複数の仕様の組み合わせに応じて関数ｆ_３を決定してもよい。また、関数ｆ_３は、図示しない記憶手段に、形成される歯車の仕様に対応して予め複数記憶されており、誤差変換部９０Ｃは、加工条件入力部３２で入力された、形成される歯車の仕様に応じて上記記憶手段から対応する関数ｆ_３を選択する。

フィルタ９４Ｃは、誤差変換部９０Ｃから回転誤差量が入力されると、予め定められた帯域の周波数に対応した回転誤差量を選択し、該選択された回転誤差量を回転誤差導出部９２Ｃへ出力する。

回転誤差導出部９２Ｃは、フィルタ９４Ｃから出力された回転誤差量、及びエンコーダ５４Ｃから出力された計測回転量が入力されると、該回転誤差量と該計測回転量と記憶している設定回転量とから補正設定回転量を導出する。

そして、Ｃ軸制御部９９は、回転誤差導出部９２Ｃから補正設定回転量が入力されると、該補正設定回転量でテーブルが回転駆動するようにＣ軸モータ９６をフィードバック制御する。

以上のように、一般に、テーブルの駆動に要する機構は、主軸の駆動に要する機構に比較して複雑ではないことから、主軸２２の軸線方向の移動誤差量に基づいてテーブルの回転量を補正するので、フィードバック制御が、主軸２２を駆動させることにより生じるノイズ、及び主軸２２に固有の振動の影響を受けることが抑制されるので、主軸２２を高速で駆動させてワークを加工する場合であっても、歯車の加工精度の低下が抑制される。

なお、本第３実施形態では、テーブルの駆動を回転駆動として説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、テーブルの駆動を主軸に対して上下又は左右方向への往復駆動としてもよい。

また、本第３実施形態では、フィルタ９４Ｃを誤差変換部９０Ｃと回転誤差導出部９２Ｃとの間に設けたが、本発明はこれに限定されず、フィルタ９４Ｃを移動誤差導出部８６と誤差変換部９０Ｃとの間に設け、移動誤差量からフィードバック制御には不必要な周波数成分を除去し、誤差変換部９０Ｃが、上記不必要な周波数成分が除去された移動誤差量を用いて回転誤差を導出するとしてもよいし、制御部３０にフィルタ９４Ｃを設けない構成としてもよい。

［第４実施形態］
以下、本発明の第４実施形態について説明する。

図５に、本第４実施形態に係るギヤシェーパ１０の構成を示す。なお、図５における図１と同一の構成部分については図１と同一の符号を付して、その説明を省略する。

制御部３０は、歯すじ軌道導出部８０、Ａ軸軌道導出部８２、Ａ軸制御部８８’、Ｙ軸軌道導出部８４、回転誤差導出部９２Ｙ’、フィルタ９４Ｙ’、及びＹ軸制御部９３’を備えている。

Ａ軸制御部８８’は、Ａ軸軌道導出部８２で導出された設定移動量で、主軸２２が往復駆動するようにＡ軸モータ２４の回転量を導出し、当該回転量で回転するように角度指令値をＡ軸モータ２４に出力することで、Ａ軸モータ２４を制御する。

回転誤差導出部９２Ｙ’は、エンコーダ５４Ｙから出力された計測回転量が入力されると、該計測回転量と設定回転量とから補正設定回転量を導出する。回転誤差導出部９２Ｙ’は、例えば、設定回転量から計測回転量を加算又は減算することによって得られた値に基づいて、設定回転量を補正することによって補正設定回転量を導出する。なお、エンコーダ５４Ｙで計測された計測回転量は、主軸２２の軸線方向の回転量に対応している。

フィルタ９４Ｙ’は、回転誤差導出部９２Ｙ’によって導出された補正設定回転量からＡ軸における振動周波数と等しい帯域の補正設定回転量を選択する。なお、本第４実施形態では、フィルタ９４Ｙ’としてローパスフィルタを用いるが、これに限らず、バンドパスフィルタを用いてもよい。

Ｙ軸制御部９３’は、フィルタ９４Ｙ’で選択された補正設定回転量を用いて、主軸２２が設定回転量で回転駆動するようにＹ軸モータ２６をフィードバック制御する。

ここで、上述したように、一般に、Ｙ軸の方がＡ軸に比較して機械的な振動周波数特性が高く、Ｙ軸の方がＡ軸に比較して位置決め精度が高い。

そこで、フィルタ９４Ｙ’で、補正設定回転量からＡ軸における振動周波数と等しい帯域の補正設定回転量を選択することにより、Ｙ軸とＡ軸との追従誤差、すなわちＹ軸の位置決め精度とＡ軸の位置決め精度を同等とする。これによって、主軸２２の往復駆動と回転駆動との間での位置偏差の発生が抑制されるので、主軸２２を高速で駆動させてワークを加工する場合であっても、形成される歯車の歯すじ誤差が抑制される。

なお、本第４実施形態では、フィルタ９４Ｙ’を回転誤差導出部９２Ｙ’とＹ軸制御部９３’との間に設けたが、本発明はこれに限定されず、フィルタ９４Ｙ’をエンコーダ５４Ｙと回転誤差導出部９２Ｙ’との間に設け、てもよい。

また、本第４実施形態では、エンコーダ５４Ｙ’で計測された計測回転量を用いて回転誤差導出部９２Ｙ’で補正設定回転量を導出したが、本発明はこれに限定されず、ピニオンカッタ２０の近傍に主軸２２の回転量を計測する計測手段を備え、該計測手段によって計測された計測回転量を用いて回転誤差導出部９２Ｙ’で補正設定回転量を導出してもよい。

以上、本発明を上記各実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記各実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、当該変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

例えば、上記各実施形態では、制御部３０の各構成要素の機能を、ソフトウェアによる情報処理によって実現するものとして説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、制御部３０の各構成要素の機能をハードウェアにより実現してもよい。

１０ギヤシェーパ
２０ピニオンカッタ
２２主軸
２４Ａ軸モータ
２６Ｙ軸モータ
７２移動量計測部
７６温度計測部
７８温度補正部
８６移動誤差導出部
８８Ａ軸制御部
９３Ｙ軸制御部

Claims

テーブルに載置された被加工物に歯車を形成するための刃が先端に設けられ、軸線周りに回転駆動されると共に軸線方向に往復駆動され、回転駆動と往復駆動との合成によってらせん軌道が与えられる主軸と、
前記主軸を前記軸線周りに回転駆動させる回転駆動手段と、
前記主軸を前記軸線方向に往復駆動させる往復駆動手段と、
予め設定された設定回転量で回転駆動するように前記回転駆動手段を制御する回転制御手段と、
前記軸線方向の往復駆動による前記主軸の移動量を計測する移動量計測手段と、
前記移動量計測手段によって計測された移動量と予め設定された設定移動量との差である移動誤差量を導出する移動誤差導出手段と、
前記移動誤差導出手段によって導出された前記移動誤差量を用いて、前記主軸が前記設定移動量で往復駆動するように前記往復駆動手段をフィードバック制御する往復制御手段と、
を備えるギヤシェーパ。
前記移動誤差導出手段によって導出された前記移動誤差量を前記主軸の回転の誤差である回転誤差量に変換する誤差変換手段をさらに備え、
前記回転制御手段は、前記誤差変換手段によって変換された前記回転誤差量を用いて、前記主軸が前記設定回転量で回転駆動するように前記回転駆動手段をフィードバック制御する請求項１に記載のギヤシェーパ。
前記誤差変換手段は、前記移動誤差導出手段によって導出された前記移動誤差量を前記刃によって形成される歯車の仕様に基づいて、前記回転誤差量に変換する請求項２に記載のギヤシェーパ。
前記移動量計測手段又は前記移動量計測手段近傍の温度を計測する温度計測手段をさらに備え、
前記移動誤差導出手段は、前記温度計測手段によって計測された温度に基づいて前記移動量が補正された前記移動誤差量を導出する請求項１から請求項３の何れか１項に記載のギヤシェーパ。
前記誤差変換手段によって変換された前記回転誤差量から、予め定められた帯域の周波数に対応した回転誤差量を選択する選択手段をさらに備え、
前記回転制御手段は、前記選択手段によって選択された回転誤差量を用いて、前記主軸が前記設定回転量で回転駆動するように前記回転駆動手段をフィードバック制御する請求項２から請求項４の何れか１項に記載のギヤシェーパ。
前記テーブルを駆動させるテーブル駆動手段と、
前記移動誤差導出手段によって導出された前記移動誤差量を前記テーブルの駆動量の誤差である駆動誤差量に変換する誤差変換手段と、
前記誤差変換手段によって変換された前記駆動誤差量を用いて、前記テーブルが予め設定された設定駆動量で駆動するように前記テーブル駆動手段を制御するテーブル駆動制御手段と、
をさらに備える請求項１に記載のギヤシェーパ。
前記誤差変換手段によって変換された前記駆動誤差量から、予め定められた帯域の周波数に対応した駆動誤差量を選択する選択手段をさらに備え、
前記テーブル駆動制御手段は、前記選択手段によって選択された駆動誤差量を用いて、前記テーブルが前記設定駆動量で駆動するように前記テーブル駆動手段をフィードバック制御する請求項６に記載のギヤシェーパ。
テーブルに載置された被加工物に歯車を形成するための刃が先端に設けられ、軸線方向に往復駆動されると共に軸線周りに回転駆動され、回転駆動と往復駆動との合成によってらせん軌道が与えられる主軸と、
前記主軸を前記軸線方向に往復駆動させる往復駆動手段と、
前記主軸を前記軸線周りに回転駆動させる回転駆動手段と、
予め設定された移動量で往復駆動するように前記主軸の駆動を制御する往復制御手段と、
前記軸線周りの回転駆動による前記主軸の回転量を計測する回転量計測手段と、
前記回転量計測手段によって計測された回転量と予め設定された設定回転量との差から補正設定回転量を導出する設定回転量補正手段と、
前記設定回転量補正手段によって導出された前記補正設定回転量から、前記軸線方向の往復駆動における振動周波数と等しい帯域の補正設定回転量を選択する選択手段と、
前記選択手段によって選択された補正設定回転量を用いて、前記主軸が予め設定された設定回転量で回転駆動するように前記回転駆動手段をフィードバック制御する回転制御手段と、
を備えるギヤシェーパ。
テーブルに載置された被加工物に歯車を形成するための刃が先端に設けられ、軸線周りに回転駆動されると共に軸線方向に往復駆動され、回転駆動と往復駆動との合成によってらせん軌道が与えられる主軸と、前記主軸を前記軸線周りに回転駆動させる回転駆動手段と、前記主軸を前記軸線方向に往復駆動させる往復駆動手段と、予め設定された設定回転量で回転駆動するように前記回転駆動手段を制御する回転制御手段と、を備えたギヤシェーパの制御方法であって、
前記軸線方向の往復駆動による前記主軸の移動量を計測し、
計測した前記移動量と予め設定された設定移動量との差である移動誤差量を導出し、
導出した前記移動誤差量を用いて、前記主軸が前記設定移動量で往復駆動するように前記往復駆動手段をフィードバック制御するギヤシェーパの制御方法。