JP5693685B2

JP5693685B2 - 歯車加工機械

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Publication number: JP5693685B2
Application number: JP2013184615A
Authority: JP
Inventors: 寿真菊池; 和孝丸山
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2033-09-06
Also published as: CN105612018B; KR20160040619A; WO2015033799A1; TW201527018A; JP2015051472A; KR101882593B1; CN105612018A; US9868169B2; TWI597115B; US20160193676A1

Description

本発明は、歯車加工機械に関する。

従来のギアシェーパを主とする歯車加工機械においては、主軸モータによって、工具の上下方向（主軸方向）にストローク動作（直線往復運動）を行い、かつ、この主軸モータと同期するカム機構によって、主軸と直交する方向に、被削歯車に対して工具が近づいたり離れたりする運動、すなわちリリービング動作を行う。

図１３は、従来の歯車加工機械のカム機構を説明する概略図である。当該図に示すように、従来の歯車加工機械は、主軸モータとギアトレーンで繋がり（図示略）機械的に同期回転するカム１０１を有しており、カム１０１の回転にカムレバー１０２が連動し、カムレバー１０２の動きによって、カムレバー１０２に配設された４節リンク機構１０４を介して、カッタ１０５がリリービング動作を行う。

図１４は、従来の歯車加工機械におけるカッタの軌道を説明する模式図であり、当該図中の実線矢印はカッタの軌道を表している。当該図に示すように、従来の歯車加工機械におけるカッタ１０５は、切削工程（上死点→下死点）にて加工を行い、戻り工程（下死点→上死点）にてリリービング動作を行うことで、戻り工程においてカッタ１０５が被削歯車２１と干渉することを防いでいる。

特開２００４‐１５４９２１号公報

従来の歯車加工機械におけるカッタのリリービング動作は、カムの形状によって決定するため一律な軌道となり、後述するクラウニング加工やテーパ加工に対応できない。しかもカムは簡単に交換することができない。

上記特許文献１には、リリービングに必要な駆動力を主軸モータから機械的に持ってくる代わりに、主軸モータから独立したリリービング軸モータを設ける技術、すなわち、リリービング動作をＮＣ制御するタイプの歯車加工機械が開示されている。当該歯車加工機械におけるリリービング動作は、戻り工程におけるカッタと被削歯車との干渉を防ぐためだけでなく、切削工程におけるクラウニング加工及びテーパ加工にも利用される。

図１５は、リリービング動作をＮＣ制御するタイプの歯車加工機械における、クラウニング加工を説明する図であり、（ａ）は、クラウニング加工時のカッタの軌道を説明する模式図を、（ｂ）は、クラウニング加工が施された被削歯車の斜視図を、それぞれ表している。なお、当該図において、（ａ）の実線矢印はカッタの軌道を表しており、（ｂ）の一点鎖線はクラウニング加工を施していない場合の被削歯車の形状を表している。

図１５（ａ）に示すように、切削工程において、カッタ１０５の軌道を円弧状にリリービング動作させることによって、図１５（ｂ）に示すように、被削歯車２１にクラウニング加工を施すことが可能となる。

図１６は、リリービング動作をＮＣ制御するタイプの歯車加工機械における、テーパ加工を説明する図であり、（ａ）は、テーパ加工時のカッタの軌道を説明する模式図を、（ｂ）は、テーパ加工が施された被削歯車の斜視図を、それぞれ表している。なお、当該図において、（ａ）の実線矢印はカッタの軌道を表しており、（ｂ）の一点鎖線はテーパ量を表している。

図１６（ａ）に示すように、切削工程において、カッタ１０５の軌道を傾斜状にリリービング動作させることにより、図１６（ｂ）に示すように、被削歯車２１にテーパ加工を施すことが可能となる。

しかしながら、上記特許文献１は、リリービング軸モータをどのようにコントロールするかまでは述べられていないため、被削歯車の所望の形状に合わせて正確にコントロールする方法が明確ではない。

よって、本発明では、被削歯車の所望の形状に合わせて正確にリリービング動作をコントロールする歯車加工機械を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る歯車加工機械は、
カッタと、クランク機構及び主軸を介して当該カッタを主軸方向にストローク動作させる主軸モータと、当該主軸モータの回転角度を制御するモータ制御部とを備える歯車加工機械であって、
リンク機構を介して、前記カッタをリリービング軸方向に運動させる、リリービング軸モータを備え、
前記モータ制御部は、
前記主軸モータの回転角度をθ、前記主軸方向をｙ軸方向、前記リリービング軸方向をｘ軸方向とするとき、
前記カッタのｘ‐θ座標上の軌跡及びｙ‐θ座標上の軌跡から、ｘ‐ｙ座標上の前記カッタの軌跡を求め、
前記ｘ‐ｙ座標上の前記カッタの軌跡から、前記カッタの傾斜角度を求め、
前記傾斜角度から、前記リンク機構の出力角度を求め、
前記出力角度から、前記リンク機構の入力角度を求めることで、
前記リリービング軸モータの回転角度を制御する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る歯車加工機械は、
上記第１の発明に係る歯車加工機械において、
前記モータ制御部は、
前記ｘ軸方向のリリービング量、クラウニング量及びテーパ量の各データが、加工する被削歯車の形状に応じて入力され、入力された該データに基づいて、前記カッタのｘ‐θ座標上の軌跡を求める
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る歯車加工機械は、
上記第２の発明に係る歯車加工機械において、
前記モータ制御部は、
加工領域については、前記クラウニング量又は前記テーパ量に基づき、前記カッタのｘ‐θ座標上の軌跡を設定し、
リリービング領域については、前記リリービング量に基づき、前記カッタのｘ‐θ座標上の軌跡をユニバーサルカム曲線となるように設定し、
３次補間を用いて、前記加工領域の前記カッタのｘ‐θ座標上の軌跡と、前記リリービング領域の前記カッタのｘ‐θ座標上の軌跡とを繋ぎ、組み合わせる
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係る歯車加工機械は、
上記第３の発明に係る歯車加工機械において、
前記モータ制御部は、
前記θのうち、前記加工領域における範囲、及び、前記リリービング領域における範囲を、それぞれ２分割し、分割した当該範囲毎に、前記カッタの前記ｘ‐θ座標上の軌跡を制御する
ことを特徴とする。

本発明に係る歯車加工機械によれば、被削歯車の所望の形状に合わせて正確にリリービング動作をコントロールすることができる。これにより、クラウニング加工やテーパ加工に対応することができ、内歯加工にも適用できる。

本発明の実施例１に係る歯車加工機械の概略図である。（ａ）は、リリービング軸系統を示しており、（ｂ）は、主軸系統を示している。モータ制御部の構成を説明するブロック図である。モータ制御部の作動を説明するフローチャートである。ｙ‐θ座標及びｖ‐θ座標上にプロットしたカッタの軌跡（実線）及び速度（破線）をそれぞれ表すグラフである。主軸モータの一回転中における回転角度θと、加工領域及びリリービング領域との対応関係を説明するグラフである。ユニバーサルカム曲線の一例を示すグラフである。クラウニング加工を施す場合のｘ‐θ座標上にプロットしたカッタの軌跡を表すグラフである。テーパ加工を施す場合のｘ‐θ座標上にプロットしたカッタの軌跡を表すグラフである。クラウニング加工を施す場合のカッタの軌跡をｘ‐ｙ座標中にプロットしたグラフである。テーパ加工を施す場合のカッタの軌跡をｘ‐ｙ座標中にプロットしたグラフである。ｘ軸方向変位量、ｙ軸方向変位量、及び傾斜角度ΔΨの関係を示す模式図である。４節リンク機構の基準位置を示した概略図である。従来の歯車加工機械のカム機構を説明する概略図である。従来の歯車加工機械におけるカッタの軌道を説明する模式図である。リリービング動作をＮＣ制御するタイプの歯車加工機械における、クラウニング加工を説明する図である。（ａ）は、クラウニング加工時のカッタの軌道を説明する模式図を、（ｂ）は、クラウニング加工が施された被削歯車の斜視図を、それぞれ表している。リリービング動作をＮＣ制御するタイプの歯車加工機械における、テーパ加工を説明する図である。（ａ）は、テーパ加工時のカッタの軌道を説明する模式図を、（ｂ）は、テーパ加工が施された被削歯車の斜視図を、それぞれ表している。

以下、本発明に係る歯車加工機械を実施例にて図面を用いて説明する。

本発明の実施例１に係る歯車加工機械は、リリービング動作をＮＣで制御するものである。本発明の実施例１に係る歯車加工機械について、図１（ａ）（ｂ）を用いて説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る歯車加工機械の概略図であり、（ａ）は、リリービング軸系統を示しており、（ｂ）は、主軸系統を示している。当該図に示すように、本装置は、モータ制御部１０、主軸モータ１１、クランク機構（スライダクランク機構）１３、リリービング軸モータ１２、４節リンク機構１４、カッタ１５及び主軸１６を備える。

上記主軸モータ１１は、図１（ｂ）に示すように、回転運動がクランク機構１３及び主軸１６を介してカッタ１５に伝達されることで、カッタ１５をｙ軸方向にストローク動作させる、サーボモータである。また、クランク機構１３は、クランクアーム１３_a及びコネクティングロッド１３_bを備える。なお、上記ｙ軸方向とは主軸方向を指すものとし、以下、主軸方向と直交するリリービング軸方向は、ｘ軸方向とする。

上記リリービング軸モータ１２は、図１（ａ）に示すように、回転運動が４節リンク機構１４を介してカッタ１５に伝達されることで、カッタ１５をｘ軸方向にリリービング動作させる、サーボモータである。なお、図１（ａ）の４節リンク機構１４のＬ₁，Ｌ₂，Ｌ₃，Ｌ₄は、それぞれ固定リンク、入力リンク、連結リンク、出力リンクの長さを表している。ここで、入力リンク（長さＬ₂のリンク）はリリービング軸モータ１２の回転に連動している。

上記モータ制御部１０は、主軸モータ１１及びリリービング軸モータ１２の回転角度（回転運動）を、それぞれ独立して制御するものである。以下、モータ制御部１０について、詳述する。

図２は、モータ制御部１０の構成を説明するブロック図である。当該図に示すように、モータ制御部１０は、主軸系設定部３１、ｙ軸方向軌跡算出部３２、リリービング軸系入力部３３、回転角度割付部３４、ｘ軸方向軌跡算出部３５、ｘ‐ｙ座標上軌跡算出部３６、カッタヘッド傾斜角度算出部３７及びリリービング軸モータ入力角度指令部３８を備える。

上記主軸系設定部３１は、被削歯車２１の歯幅Ｂ（図１４参照）の値を入力し、当該歯幅Ｂに基づきクランクアーム１３_aの長さＬ_armを算出するものである。そして、クランクアーム１３_aの長さＬ_arm、及び、予め設定された機械固有の定数であるコネクティングロッド１３_bの長さＬ_conのデータを、ｙ軸方向軌跡算出部３２に出力する。

上記ｙ軸方向軌跡算出部３２は、主軸系設定部３１から入力したデータに基づき、カッタ１５のｙ軸方向の変位を回転角度θから求め、主軸モータ１１の回転運動の制御を行うものである。カッタ１５のｙ軸方向の変位を回転角度θから求めるとは、換言すれば、カッタ１５のｙ‐θ座標上の軌跡を求めるということである。

図４は、ｙ‐θ座標（及びｖ‐θ座標）上にプロットしたカッタの軌跡（及び速度）を表すグラフである。カッタ１５のｙ‐θ座標上の軌跡すなわちｙ＝ｆ（θ）は、当該グラフの実線で示すように余弦曲線に近似される。そして、ｙ軸方向軌跡算出部３２は、ｙ＝ｆ（θ）のデータをｘ‐ｙ座標上軌跡算出部３６へ出力する。

上記リリービング軸系入力部３３は、リリービング量Ｒ、クラウニング量Ｒ₁及びテーパ量Ｒ₂のデータを、加工する被削歯車２１の形状に応じて入力するものであり、入力した当該データをｘ軸方向軌跡算出部３５へ出力する。ただし、リリービング量Ｒは予め固定値に設定されているものとしてもよい。なお、Ｒ，Ｒ₁，Ｒ₂は全てｘ軸方向の変位量である。

また、リリービング軸系入力部３３は、４節リンク機構１４の固定リンク、入力リンク、連結リンク、出力リンクのそれぞれの長さＬ₁，Ｌ₂，Ｌ₃，Ｌ₄のデータを入力するものであり、入力した当該データは、リリービング軸モータ入力角度指令部３８へ出力する。

上記回転角度割付部３４は、主軸モータ１１の一回転中における回転角度θと、切削工程（加工領域）及び戻り工程（リリービング領域）との対応関係を設定するものである。まず、図５に示すように、加工領域を２分割し、各々に対応する回転角度θの範囲をθ１，θ２とし、リリービング領域も２分割し、各々に対応する回転角度θの範囲をθ３，θ４とする。

ところで、図４の破線で示すように、θ＝０〜１８０ｄｅｇ．の範囲におけるカッタ１５のｙ軸方向速度ｖは、上死点のθ＝０ｄｅｇ．及び下死点のθ＝１８０ｄｅｇ．でそれぞれゼロ、θ＝９０ｄｅｇ．で最大となる。カッタ１５のｙ軸方向速度ｖによって加工効率は変化するため、上下死点付近では加工効率が低下することになる。

したがって、本実施例では、９０±６０ｄｅｇ．を加工領域に対応するθの範囲（図４の斜線部分）とする。そして、θ＝３０〜９０ｄｅｇ．をθ１とし、θ＝９０〜１５０ｄｅｇ．をθ２とする。

主軸モータ１１の一回転中の回転角度θにおいて、加工領域に対応する回転角度θ１，θ２を除いたものが、リリービング領域に対応する回転角度θ３，θ４となる。ここでは、θ＝１５０〜２７０ｄｅｇ．をθ４とし、θ＝２７０〜３０ｄｅｇ．をθ３とする。

なお、上述において、回転角度θは、加工領域でθ１，θ２、リリービング領域でθ３，θ４の計４つの範囲に設定するものとしたが、例えば加工領域とリリービング領域で１つずつ、計２つの範囲に設定するものとしてもよい。

そして、回転角度割付部３４は、上述のように設定した、主軸モータ１１の一回転中における回転角度θと加工領域及びリリービング領域との対応関係のデータを、ｘ軸方向軌跡算出部３５へ出力する。

上記ｘ軸方向軌跡算出部３５は、リリービング軸系入力部３３及び回転角度割付部３４から入力したデータに基づき、リリービング領域（θ３，θ４）におけるカッタ１５のｘ‐θ座標上の軌跡が、ユニバーサルカム曲線となるように設定するものである。

通常、リリービング量Ｒはクラウニング量Ｒ₁及びテーパ量Ｒ₂に比べてｘ軸方向の変位量が大きくなる。よって、カッタ１５が高速で運転する場合を考慮し、リリービング領域のカッタ１５の軌跡は、加速区間と減速区間とを滑らかに繋ぐ必要がある。そこで、ｘ‐θ座標上にプロットしたカッタ１５の軌跡が、ユニバーサルカム曲線となるように設定することで、滑らかでかつ連続的なＮＣ制御を実現することができる。

ユニバーサルカム曲線には下記表１のような種々の曲線が存在し、図６に一例を示すように、固有のパラメータにより時間Ｔに対する変位Ｓ、速度Ｖ及び加速度Ａそれぞれの曲線の定義が可能である。ただし、それぞれに長所と短所があるため、使用目的に応じて適切な曲線を選択して設定する。

また、ｘ軸方向軌跡算出部３５は、リリービング軸系入力部３３及び回転角度割付部３４から入力したデータに基づき、加工領域（θ１，θ２）におけるカッタ１５のｘ‐θ座標上の軌跡を設定し、３次補間を用いて、上述で設定したリリービング領域におけるカッタ１５の軌跡と繋ぎ、組み合わせる。

加工領域において、クラウニング加工を施す場合は、所望のクラウニング形状を満足するように、カッタ１５の軌跡をｘ‐θ座標上にプロットし、歯幅Ｂの範囲の当該軌跡が円弧状となるように設定する。当該円弧の半径ｒ_cは、クラウニング量Ｒ₁及び歯幅Ｂに基づいて設定する。具体的には、下記式（１）より算出する。

ｒ_c＝｛（０．５・Ｂ）²＋Ｒ₁ ²｝／２・Ｒ₁ …（１）

このようにして算出した、加工領域（θ１，θ２）におけるカッタ１５のｘ‐θ座標上の軌跡と、上述のリリービング領域におけるカッタ１５の軌跡とを繋ぎ、組み合わせると、図７に示すような曲線となる。

一方、加工領域において、テーパ加工を施す場合は、所望のテーパ加工もしくはテーパ角度を満足するように、カッタ１５の軌跡をｘ‐θ座標上にプロットし、歯幅Ｂの範囲の当該軌跡を斜めの直線となるように設定する。

このようにして設定した、加工領域（θ１，θ２）におけるカッタ１５のｘ‐θ座標上の軌跡と、上述のリリービング領域におけるカッタ１５の軌跡とを繋ぎ、組み合わせると、図８に示すような曲線となる。

そして、ｘ軸方向軌跡算出部３５は、上述で求めたカッタ１５のｘ‐θ座標上の軌跡のデータを、ｘ‐ｙ座標上軌跡算出部３６へ出力する。

上記ｘ‐ｙ座標上軌跡算出部３６は、ｘ軸方向軌跡算出部３５から入力したデータに基づいて、主軸モータ１１の回転角度θ＝０〜３６０ｄｅｇ．中のカッタ１５の軌跡を、ｘ‐ｙ座標上に連続的にプロットし、ｘ‐ｙ座標上のカッタ１５の軌跡すなわち実際のカッタ１５の軌跡を求め、当該軌跡のデータを、カッタヘッド傾斜角度算出部３７へ出力するものである。

図９は、クラウニング加工を施す場合のカッタの軌跡をｘ‐ｙ座標中にプロットしたグラフである。図１０は、テーパ加工を施す場合のカッタの軌跡をｘ‐ｙ座標中にプロットしたグラフである。なお、図９，１０中の矢印は、カッタの移動方向を示すものである。例えば、回転角度θ＝０〜３６０ｄｅｇ．の範囲において、（ｘ_i，ｙ_i）（ｉ＝０，…，３６０）をプロットする。このようにして作成されたｘ‐ｙ座標上のカッタ１５の軌跡が、図９，１０に示すような実際のカッタ１５の軌跡となる。

上記カッタヘッド傾斜角度算出部３７は、クランクアーム１３_aの回転角度θ毎のカッタヘッド（図示略）の傾斜角度を、上述のカッタ１５のｘ‐ｙ座標上の(ｘ_i，ｙ_i)から求め、求めた傾斜角度ΔΨ_i（ｉ＝０，…，３６０）のデータをリリービング軸モータ入力角度指令部３８へ出力するものである。

すなわち、実際のｘ軸方向のカッタ１５の移動は、リリービング軸モータ１２及び４節リンク機構１４により実現されている。カッタ１５が取付けられた主軸を含むカッタヘッド（図示略）は、図１（ａ）に示すように、支点１４_aを中心に揺動（傾斜）自在である。４節リンク機構１４の出力リンク（図１（ａ）中の長さＬ₄のリンク）とカッタヘッドとは常に直交関係にあり、出力リンクの回転角度の変化量をΔΨとすると、カッタヘッドの傾斜角度もΔΨとなる。

図１１は、ｘ軸方向変位量、ｙ軸方向変位量、及び傾斜角度ΔΨの関係を示す模式図である。当該図に示すように、カッタヘッドの傾斜角度は、下記式（２）より算出することができる。

ΔΨ＝ｆ（θ）＝ｔａｎ^-1（ｘ／ｙ） …（２）

なお、カッタヘッドの傾斜角度はカッタ１５の傾斜角度と等しいため、カッタヘッド傾斜角度算出部３７において、上述のようにカッタヘッドでなくカッタ１５の傾斜角度を求めるものとしてもよい。

上記リリービング軸モータ入力角度指令部３８は、カッタヘッド傾斜角度算出部３７から入力したデータに基づき、カッタヘッドの傾斜角度ΔΨから４節リンク機構１４の出力角度Ψを求め、当該出力角度Ψから入力角度δ（図１（ａ）参照）を逆算するものである。

４節リンク機構１４の出力角度Ψは、下記式（３）より算出することができる。

Ψ＝Ψ₀−ΔΨ …（３）

図１２は、４節リンク機構１４の基準位置を示した概略図である。当該図に示すように、カッタ１５の傾斜角度（カッタヘッドの傾斜角度）がゼロの状態を基準位置とするとき、上記Ψ₀は、当該基準位置における出力角度（初期出力角度）を指す。なお、初期出力角度Ψ₀は、支点１４_aに対するリリービング軸モータ１２の取付け位置関係、及び、各リンクの長さＬ₁，Ｌ₂，Ｌ₃，Ｌ₄によって、幾何学的に求めることが可能である。

４節リンク機構１４の出力角度Ψは、入力角度δ及び各リンクの長さＬ₁，Ｌ₂，Ｌ₃，Ｌ₄の関数である。そこで、Ψ_i＝ｆ（δ_i，Ｌ₁，Ｌ₂，Ｌ₃，Ｌ₄ ）（ｉ＝０，…，３６０）とする。そして、入力角度δ_iについて当該式の逆関数を解き、δ_i＝ｆ^-1（Ψ_i，Ｌ₁，Ｌ₂，Ｌ₃，Ｌ₄ ）（ｉ＝０，…，３６０）とする。

ここで、機械固有の定数であるＬ₁〜Ｌ₄の値をリリービング軸系入力部３３より入力する。また、出力角度Ψ_iはクランクアーム１３_aの回転角度θで決まる値であるため、上述のδ_i＝ｆ^-1（Ψ_i，Ｌ₁，Ｌ₂，Ｌ₃，Ｌ₄ ）（ｉ＝０，…，３６０）は、δ（θ）＝ｆ^-1（Ψ（θ））とすることができ、当該式より、クランクアーム１３_a（主軸モータ１１）の回転角度θ毎の４節リンク機構１４の入力角度δを算出する。

また、リリービング軸モータ入力角度指令部３８は、リリービング軸モータ１２へ指令値Ｕ_iを出力する。この指令値Ｕ_iは、下記式（４）から算出する。

Ｕ_i＝Δδ（θ）＝δ（θ）−δ₀（ｉ＝０，…，３６０） …（４）

ここで、上記δ₀は、図１２に示す基準位置における入力角度（初期入力角度）を指す。なお、初期入力角度δ₀は、支点１４_aに対するリリービング軸モータ１２の取付け位置関係、及び、各リンクの長さＬ₁，Ｌ₂，Ｌ₃，Ｌ₄によって、幾何学的に求めることが可能である。

すなわち、入力リンクの回転角度の変化量Δδ_iがリリービング軸モータ１２への指令値Ｕ_iとなる。

以上が、モータ制御部１０の構成である。以下、モータ制御部１０の作動について、図３のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ１では、クランクアーム１３_aの回転角度すなわち主軸モータ１１の回転角度θ（θ＝０〜３６０ｄｅｇ．）と、クランクアーム１３_aの長さＬ_armと、コネクティングロッド１３_bの長さＬ_conとによって、カッタ１５のｙ軸方向の位置を求める。主軸系設定部３１において上記Ｌ_arm，Ｌ_conの値を設定することで、ｙ軸方向軌跡算出部３２において、ｙ＝ｆ（θ，Ｌ_arm，Ｌ_con）を、ｙ＝ｆ（θ）として、図４の実線で示すようなカッタ１５のｙ‐θ座標上の軌跡を求めることができる。当該ステップＳ１により、モータ制御部１０は主軸モータ１１の制御を行う。

ステップＳ２では、リリービング軸系入力部３３において、リリービング量Ｒ、クラウニング量Ｒ₁及びテーパ量Ｒ₂を、加工する被削歯車２１の形状に応じて設定する。

ステップＳ３では、回転角度割付部３４において、主軸モータ１１の一回転中における回転角度θと、加工領域及びリリービング領域との対応関係を設定する。図５に示すように、加工領域を２分割し、各々に対応する回転角度θの範囲をθ１，θ２とし、リリービング領域も２分割し、各々に対応する回転角度θの範囲をθ３，θ４とする。本実施例では、θ＝３０〜９０ｄｅｇ．をθ１とし、θ＝９０〜１５０ｄｅｇ．をθ２とし、θ＝１５０〜２７０ｄｅｇ．をθ４とし、θ＝２７０〜３０ｄｅｇ．をθ３とする。

ステップＳ４では、ｘ軸方向軌跡算出部３５において、リリービング領域（θ３，θ４）におけるカッタ１５のｘ‐θ座標上の軌跡が、ユニバーサルカム曲線となるように設定する。

ステップＳ５では、ｘ軸方向軌跡算出部３５において、加工領域（θ１，θ２）におけるカッタ１５のｘ‐θ座標上の軌跡を設定し、３次補間を用いて、ステップＳ４で設定したリリービング領域におけるカッタ１５の軌跡と繋ぎ、組み合わせる。クラウニング加工を施す場合は、図７に示すような曲線となり、テーパ加工を施す場合は、図８に示すような曲線となる。

上記ステップＳ２〜５により、加工領域及びリリービング領域のカッタ１５のｘ軸方向の変位は、θの関数として、ｘ＝ｆ（θ）で定義することができる。

ステップＳ６では、ｘ‐ｙ座標上軌跡算出部３６において、ステップＳ１〜５により定義された、主軸モータ１１の回転角度θ＝０〜３６０ｄｅｇ．中のカッタ１５の軌跡を、ｘ‐ｙ座標上に連続的にプロットし、実際のカッタ１５の軌跡を求める。例えば、回転角度θ＝０〜３６０ｄｅｇ．の範囲において、回転角度θ毎の（ｘ_i，ｙ_i）（ｉ＝０，…，３６０）をプロットすることで、図９，１０に示すような実際のカッタ１５の軌跡となる。

ステップＳ７では、カッタヘッド傾斜角度算出部３７において、クランクアーム１３_aの回転角度θ毎のカッタヘッドの傾斜角度すなわち４節リンク機構１４の出力角度ΔΨ_i（ｉ＝０，…，３６０）を、ステップＳ６で求めたカッタ１５のｘ‐ｙ座標上の(ｘ_i，ｙ_i)から上記式（２）を用いて求める。

ステップＳ８では、カッタヘッドの傾斜角度ΔΨから４節リンク機構１４の出力角度Ψを求め、出力角度Ψから入力角度δ（図１（ａ）参照）を逆算する。

すなわち、リリービング軸モータ入力角度指令部３８において、まず、初期出力角度Ψ₀を、支点１４_aに対するリリービング軸モータ１２の取付け位置関係、及び、各リンクの長さＬ₁，Ｌ₂，Ｌ₃，Ｌ₄によって、幾何学的に求め、次に、上記式（３）より出力角度Ψを求める。さらに、Ψ_i＝ｆ（δ_i，Ｌ₁，Ｌ₂，Ｌ₃，Ｌ₄ ）として、入力角度δ_iについて当該式の逆関数を解き、δ_i＝ｆ^-1（Ψ_i，Ｌ₁，Ｌ₂，Ｌ₃，Ｌ₄ ）とする。

ここで、リリービング軸モータ入力角度指令部３８は、機械固有の定数であるＬ₁〜Ｌ₄の値をリリービング軸系入力部３３より入力する。Ｌ₁〜Ｌ₄の値をリリービング軸系入力部３３より入力する。また、出力角度Ψ_iはクランクアーム１３_a（主軸モータ１１）の回転角度θで決まる値であるため、δ（θ）＝ｆ^-1（Ψ（θ））とすることができ、当該式より、クランクアーム１３_a（主軸モータ１１）の回転角度θ毎のリ４節リンク機構１４の入力角度δを算出する。以上がステップＳ８である。

ステップＳ９では、リリービング軸モータ入力角度指令部３８において、初期出力角度δ₀を、支点１４_aに対するリリービング軸モータ１２の取付け位置関係、及び、各リンクの長さＬ₁，Ｌ₂，Ｌ₃，Ｌ₄によって、幾何学的に求め、次に、上記式（４）から指令値Ｕ_iを算出し、さらに、指令値Ｕ_iをリリービング軸モータ１２へ出力する。

上記ステップＳ１〜９により、モータ制御部１０はリリービング軸モータ１２へ適切な指令を行うことができる。

以上、本発明の実施例１に係る歯車加工機械について説明したが、換言すれば、本装置は、カッタ１５と、クランク機構１３及び主軸１６を介してカッタ１５を主軸方向にストローク動作させる主軸モータ１０と、主軸モータ１０の回転角度を制御するモータ制御部１０とを備える歯車加工機械であって、リンク機構（４節リンク機構１４）を介して、カッタ１５をリリービング軸方向に運動させる、リリービング軸モータ１２を備え、モータ制御部１０は、主軸モータ１１の回転角度に基づき、リリービング軸モータ１２の回転角度を制御するものである。

また、本装置は、モータ制御部１０が、主軸モータ１１の回転角度をθ、主軸方向をｙ軸方向、前記リリービング軸方向をｘ軸方向とするとき、カッタ１５のｘ‐θ座標上の軌跡及びｙ‐θ座標上の軌跡から、ｘ‐ｙ座標上のカッタ１５の軌跡を求め、ｘ‐ｙ座標上のカッタ１５の軌跡から、カッタ１５の傾斜角度ΔΨを求め、傾斜角度ΔΨからリンク機構の出力角度Ψを求め、リンク機構の出力角度Ψから、リンク機構の入力角度δを求めることで、リリービング軸モータ１２の回転角度を制御するものとしてもよい。

さらに、本装置は、モータ制御部１０が、リリービング領域におけるカッタ１５のｘ‐θ座標上の軌跡が、ユニバーサルカム曲線となるように制御するものとしてもよい。

さらに、本装置は、モータ制御部１０が、回転角度θのうち、加工領域における範囲、及び、リリービング領域における範囲を、それぞれ２分割し、分割した当該範囲毎に、ｘ‐θ座標上のカッタ１５の軌跡を制御するものとしてもよい。

上記構成により、本装置は、被削歯車の所望の形状に合わせて正確にリリービング動作をコントロールすることができる。これにより、クラウニング加工やテーパ加工に対応することができ、内歯加工にも適用できる。

本発明は、歯車加工機械として好適である。

１０モータ制御部
１１主軸モータ
１２リリービング軸モータ
１３，１０３クランク機構
１３_a クランクアーム
１３_b コネクティングロッド
１４，１０４４節リンク機構
１４_a 支点
１５，１０５カッタ
１６主軸
２１被削歯車
３１主軸系設定部
３２ｙ軸方向軌跡算出部
３３リリービング軸系入力部
３４回転角度割付部
３５ｘ軸方向軌跡算出部
３６ｘ‐ｙ座標上軌跡算出部
３７カッタヘッド傾斜角度算出部
３８リリービング軸モータ入力角度算出部
３９入力角度指令部
１０１カム
１０２カムレバー

Claims

カッタと、クランク機構及び主軸を介して当該カッタを主軸方向にストローク動作させる主軸モータと、当該主軸モータの回転角度を制御するモータ制御部とを備える歯車加工機械であって、
リンク機構を介して、前記カッタをリリービング軸方向に運動させる、リリービング軸モータを備え、
前記モータ制御部は、
前記主軸モータの回転角度をθ、前記主軸方向をｙ軸方向、前記リリービング軸方向をｘ軸方向とするとき、
前記カッタのｘ‐θ座標上の軌跡及びｙ‐θ座標上の軌跡から、ｘ‐ｙ座標上の前記カッタの軌跡を求め、
前記ｘ‐ｙ座標上の前記カッタの軌跡から、前記カッタの傾斜角度を求め、
前記傾斜角度から、前記リンク機構の出力角度を求め、
前記出力角度から、前記リンク機構の入力角度を求めることで、
前記リリービング軸モータの回転角度を制御する
ことを特徴とする歯車加工機械。
前記モータ制御部は、
前記ｘ軸方向のリリービング量、クラウニング量及びテーパ量の各データが、加工する被削歯車の形状に応じて入力され、入力された該データに基づいて、前記カッタのｘ‐θ座標上の軌跡を求める
ことを特徴とする請求項１に記載の歯車加工機械。
前記モータ制御部は、
加工領域については、前記クラウニング量又は前記テーパ量に基づき、前記カッタのｘ‐θ座標上の軌跡を設定し、
リリービング領域については、前記リリービング量に基づき、前記カッタのｘ‐θ座標上の軌跡をユニバーサルカム曲線となるように設定し、
３次補間を用いて、前記加工領域の前記カッタのｘ‐θ座標上の軌跡と、前記リリービング領域の前記カッタのｘ‐θ座標上の軌跡とを繋ぎ、組み合わせる
ことを特徴とする請求項２に記載の歯車加工機械。
前記モータ制御部は、
前記θのうち、前記加工領域における範囲、及び、前記リリービング領域における範囲を、それぞれ２分割し、分割した当該範囲毎に、前記カッタの前記ｘ‐θ座標上の軌跡を制御する
ことを特徴とする請求項３に記載の歯車加工機械。