JP7073721B2

JP7073721B2 - 歯車加工装置及び歯車加工方法

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Publication number: JP7073721B2
Application number: JP2018000996A
Authority: JP
Inventors: 智之三平; 尚大谷; 浩之中野; 琳張
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2018-01-09
Filing date: 2018-01-09
Publication date: 2022-05-24
Anticipated expiration: 2038-01-09
Also published as: JP2019119016A

Description

本発明は、歯車加工装置及び歯車加工方法に関する。

特許文献１には、加工用工具の中心軸線と工作物の中心軸線とをねじれた状態にし、工作物の回転と加工用工具の回転とを同期させながら、工作物に対して加工用工具を工作物の中心軸線方向に送ることにより、加工用工具の外周に設けられた複数の突条工具刃で工作物に歯車を創成する技術が開示されている。

特開２０１７－１９０３４号公報

例えば、円筒状の素材に対し、軸線方向において歯丈が変化する部位を有する歯車を形成する場合、歯車加工により切削する削り代が軸線方向において変化する。このような歯車を上記した特許文献１の技術を用いて加工する際に、歯車の形状に倣って加工用工具を送ると、削り代が大きくなる部位を切削する際の切削負荷が大きくなるため、加工用工具が早期に破損しやすくなる。

本発明は、工具に加わる切削負荷の軽減を図ることが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。

本発明の一態様は、工作物の回転軸線の平行線に対して歯切り工具の回転軸線を傾斜させた状態で、歯切り工具と工作物とを同期回転させつつ、前記工作物の回転軸線方向に前記歯切り工具を送りながら切削加工を行うと共に、前記工作物の回転軸線方向において総削り代が均一でない場合に、前記切削加工を行うための複数回の送り動作を行うことにより、前記工作物に歯車を創成する歯車加工装置であって、
前記複数回の送り動作の各々に対応する複数回の加工経路を含む加工経路プログラムが格納された記憶装置を備え、
前記複数回の加工経路の各々は、前記工作物のうち前記総削り代が前記工作物の回転軸線方向において変化する部位を加工するための削り代変化経路部を含み、
前記複数回の加工経路のうちの少なくとも第一加工経路および第二加工経路は、それぞれの前記削り代変化経路部において、前記工作物の回転軸線方向において前記総削り代の変化に応じて切込量または切削負荷を変化させながら加工を行うことにより、前記複数回の加工経路の全てにおける切削負荷を所定の上限値以下とするように構成された加工経路である、歯車加工装置にある。
また、本発明の他の態様は、工作物の回転軸線の平行線に対して歯切り工具の回転軸線を傾斜させた状態で、歯切り工具と工作物とを同期回転させつつ、前記工作物の回転軸線方向に前記歯切り工具を送りながら切削加工を行うと共に、前記工作物の回転軸線方向において総削り代が均一でない場合に、複数回の送り動作を行うことにより、前記工作物に歯車を創成する歯車加工装置であって、
前記複数回の送り動作の各々に対応する複数回の加工経路を含む加工経路プログラムが格納された記憶装置を備え、
前記複数回の加工経路の各々は、
前記工作物のうち前記総削り代が前記工作物の回転軸線方向において変化する部位を加工する際の加工経路である削り代変化経路部と、
前記工作物のうち前記総削り代が前記工作物の回転軸線方向において変化しない部位を加工する際の加工経路である削り代非変化経路部と、
を含み、
前記加工経路プログラムは、
最後に行う前記送り動作に対応する加工経路であって前記工作物に創成する歯車の形状に倣った加工経路となる最終加工経路と、
最初に行う前記送り動作に対応する加工経路であって前記最終加工経路に対して平行線又は平行曲線とはならない加工経路となる初回加工経路と、
を含み、
前記初回加工経路の前記削り代変化経路部は、前記最終加工経路の前記削り代変化経路部に対して平行線又は平行曲線とはならない加工経路であり、
前記加工経路プログラムに含まれる全ての加工経路は、前記削り代変化経路部において加工する際の切込量が前記削り代非変化経路部において加工する際の切込量よりも大きい加工経路である、歯車加工装置にある。
また、本発明の他の態様は、工作物の回転軸線の平行線に対して歯切り工具の回転軸線を傾斜させた状態で、歯切り工具と工作物とを同期回転させつつ、前記工作物の回転軸線方向に前記歯切り工具を送りながら切削加工を行うと共に、前記工作物の回転軸線方向において総削り代が均一でない場合に、複数回の送り動作を行うことにより、前記工作物に歯車を創成する歯車加工装置であって、
前記複数回の送り動作の各々に対応する複数回の加工経路を含む加工経路プログラムが格納された記憶装置を備え、
前記複数回の加工経路の各々は、
前記工作物のうち前記総削り代が前記工作物の回転軸線方向において変化する部位を加工する際の加工経路である削り代変化経路部と、
前記工作物のうち前記総削り代が前記工作物の回転軸線方向において変化しない部位を加工する際の加工経路である削り代非変化経路部と、
を含み、
前記加工経路プログラムは、
最後に行う前記送り動作に対応する加工経路であって前記工作物に創成する歯車の形状に倣った加工経路となる最終加工経路と、
最初に行う前記送り動作に対応する加工経路であって前記最終加工経路に対して平行線又は平行曲線とはならない加工経路となる初回加工経路と、
を含み、
前記初回加工経路の前記削り代変化経路部は、前記最終加工経路の前記削り代変化経路部に対して平行線又は平行曲線とはならない加工経路であり、
前記加工経路プログラムは、前記削り代変化経路部において加工する際の切削負荷が前記削り代非変化経路部において加工する際の切削負荷よりも大きくなる加工経路を複数含む、歯車加工装置にある。

本発明の他の態様は、工作物の回転軸線の平行線に対して歯切り工具の回転軸線を傾斜させた状態で、歯切り工具と工作物とを同期回転させつつ、前記工作物の回転軸線方向に前記歯切り工具を送りながら切削加工を行うと共に、前記工作物の回転軸線方向において総削り代が均一でない場合に、前記切削加工を行うための複数回の送り動作を行うことにより、前記工作物に歯車を創成する歯車加工方法であって、
前記複数回の加工経路の各々は、前記工作物のうち前記総削り代が前記工作物の回転軸線方向において変化する部位を加工するための削り代変化経路部を含み、
前記複数回の加工経路のうちの少なくとも第一加工経路および第二加工経路は、それぞれの前記削り代変化経路部において、前記工作物の回転軸線方向において前記総削り代の変化に応じて切込量または切削負荷を変化させながら加工を行うことにより、前記複数回の加工経路の全てにおける切削負荷を所定の上限値以下とするように構成された加工経路である、歯車加工方法にある。

本発明の歯車加工装置及び歯車加工方法は、全ての加工経路を、工作物に形成する歯車の形状に倣った形状にする場合と比べて、歯切り工具に加わる最大切削負荷を低減させることができる。その結果、歯車加工装置及び歯車加工方法は、歯切り工具の工具寿命を向上させることができる。

本発明の一実施形態における歯車加工装置の斜視図である。制御装置のブロック図である。工作物に形成する外歯車の一部分を拡大した斜視図である。図５Ａ及び図５ＢのＩＶ－ＩＶ線における断面図であり、回転軸線及び歯底面を含む工作物の断面を示す。図４のＶＡ－ＶＡ線における工作物の断面図であり、工作物のうち第一部位を含む外歯の軸方向断面を部分的に拡大した図である。図４のＶＢ－ＶＢ線における工作物の断面図であり、工作物のうち第二部位を含む外歯の軸方向断面を部分的に拡大した図である。制御装置により実行される歯車加工処理のフローチャートである。第一部位及び第二部位を切削した際の削り代の断面を模式的に表した図である。回転軸線及び歯底面を含む工作物の断面に、初回加工経路、中間加工経路及び最終加工経路を加えた図である。切削部位と切削加工時に歯切り工具に加わった切削負荷との関係を示すグラフである。第一変形例において、第一部位及び第二部位を切削した際の削り代の断面を模式的に表した図である。回転軸線及び歯底面を含む工作物の断面に、初回加工経路、中間加工経路及び最終加工経路を加えた図である。切削部位と切削加工時に歯切り工具に加わった切削負荷との関係を示すグラフである。第二変形例において、第一部位及び第二部位を切削した際の削り代の断面を模式的に表した図である。回転軸線及び歯底面を含む工作物の断面に、初回加工経路、中間加工経路及び最終加工経路を加えた図である。切削部位と切削加工時に歯切り工具に加わった切削負荷との関係を示すグラフである。第三変形例における切削部位と切削加工時に歯切り工具に加わった切削負荷との関係を示すグラフである。回転軸線及び歯底面を含む工作物の断面に、初回加工経路、中間加工経路及び最終加工経路を加えた図である。

以下、本発明に係る歯車加工装置及び歯車加工方法を適用した実施形態について、図面を参照しながら説明する。まず、図１及び図２を参照して、本発明の一実施形態である歯車加工装置１の概略を説明する。

（１．歯車加工装置１の概略）
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、工具保持装置２０と、工作物保持装置３０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。ベッド１０の上面には、Ｘ軸方向へ延びる一対のＸ軸ガイドレール１１と、Ｚ軸方向へ延びる一対のＺ軸ガイドレール１２とが設けられる。

工具保持装置２０は、コラム２１と、Ｘ軸駆動装置２２と、サドル２３と、Ｙ軸駆動装置２４と、工具主軸２５と、工具主軸モータ２６と、を備える。なお、図１では、Ｘ軸駆動装置２２、Ｙ軸駆動装置２４、及び、工具主軸モータ２６の図示が省略されている。

コラム２１は、一対のＸ軸ガイドレール１１に案内されながらＸ軸方向へ移動可能に設けられる。Ｘ軸駆動装置２２は、ベッド１０に対し、コラム２１をＸ軸方向へ送るねじ送り装置である。また、コラム２１の側面には、Ｙ軸方向に沿って延びる一対のＹ軸ガイドレール２７が設けられ、サドル２３は、コラム２１に対し、一対のＹ軸ガイドレール２７に案内されながらＹ軸方向へ移動可能に設けられる。Ｙ軸駆動装置２４は、サドル２３をＹ軸方向へ送るねじ送り装置である。

工具主軸２５は、サドル２３に対し、Ｚ軸方向に平行な軸線まわりに回転可能に支持される。工具主軸２５の先端には、工作物Ｗの加工に用いる歯切り工具４０が着脱可能に装着される。歯切り工具４０は、工具保持装置２０に対してＺ軸に平行な軸線まわりに回転可能に保持される。歯切り工具４０は、コラム２１の移動に伴ってＸ軸方向へ移動し、サドル２３の移動に伴ってＹ軸方向へ移動する。工具主軸モータ２６は、工具主軸２５を回転させるための駆動力を付与するモータであり、サドル２３の内部に収容される。

工作物保持装置３０は、送り台３１と、Ｚ軸駆動装置３２と、チルト装置３３と、工作物回転装置３４と、を備える。なお、図１では、Ｚ軸駆動装置３２の図示が省略されている。送り台３１は、ベッド１０に対し、一対のＺ軸ガイドレール１２に案内されながらＺ軸方向へ移動可能に設けられる。Ｚ軸駆動装置３２は、送り台３１をＺ軸方向へ送るねじ送り装置である。

チルト装置３３は、一対のテーブル支持部３５と、チルトテーブル３６と、Ａ軸モータ３７とを備える。一対のテーブル支持部３５は、送り台３１の上面に設置され、チルトテーブル３６は、一対のテーブル支持部３５に対し、Ｘ軸に平行なＡ軸まわりに揺動可能に支持される。Ａ軸モータ３７は、チルトテーブル３６をＡ軸まわりに揺動させるための駆動力を付与するモータであり、テーブル支持部３５の内部に収容される。

工作物回転装置３４は、回転テーブル３８と、Ｃ軸モータ３９とを備える。回転テーブル３８は、チルトテーブル３６の底面に対し、Ａ軸に直交するＣ軸まわりに回転可能に設置される。そして、回転テーブル３８には、工作物Ｗを固定する保持部３８ａが設けられる。Ｃ軸モータ３９は、回転テーブル３８を回転させるための駆動力を付与するモータであり、チルトテーブル３６の下面に設けられる。

歯車加工装置１は、歯車加工を行う際、チルトテーブル３６を揺動させることにより、工作物Ｗの回転軸線の平行線に対して歯切り工具４０の回転軸線を傾斜させる。その状態で、歯車加工装置１は、歯切り工具４０と工作物Ｗとを同期回転させつつ、工作物Ｗの回転軸線方向に歯切り工具４０を送りながら切削加工を行う。

図２に示すように、制御装置１００は、工具回転制御部１１０と、工作物回転制御部１２０と、チルト制御部１３０と、位置制御部１４０と、記憶装置１５０と、を備える。工具回転制御部１１０は、工具主軸モータ２６の駆動制御を行い、工具主軸２５に装着された歯切り工具４０を回転させる。工作物回転制御部１２０は、Ｃ軸モータ３９の駆動制御を行い、回転テーブル３８に固定された工作物Ｗを回転軸線周り（Ｃ軸まわり）に回転させる。チルト制御部１３０は、Ａ軸モータ３７の駆動制御を行い、チルトテーブル３６を揺動させることにより、回転テーブル３８に固定された工作物ＷをＡ軸まわりに揺動させる。

位置制御部１４０は、Ｘ軸駆動装置２２の駆動制御を行い、コラム２１をＸ軸方向へ移動させると共に、Ｙ軸駆動装置２４の駆動制御を行い、サドル２３をＹ軸方向へ移動させる。これにより、工具保持装置２０に保持された歯切り工具４０は、工作物保持装置３０に保持された工作物Ｗに対し、Ｘ軸方向及びＹ軸方向へ相対移動する。また、位置制御部１４０は、Ｚ軸駆動装置３２の駆動制御を行い、送り台３１をＺ軸方向へ移動させる。これにより、工作物保持装置３０に保持された工作物Ｗは、工具保持装置２０に保持された歯切り工具４０に対し、Ｚ軸方向へ相対移動する。

記憶装置１５０には、工作物の回転軸線方向へ歯切り工具４０に送りながら切削加工を行う際の加工経路データを含む加工経路プログラムが格納される。なお、加工経路プログラムに含まれる加工経路データの詳細については、後ほど詳述する。

（２．工作物Ｗに形成する歯車の形状）
ここで、図３から図５Ｂを参照して、本実施形態で工作物Ｗに形成する歯車の形状を説明する。図３から図５Ｂに示すように、工作物Ｗに形成する歯車は、外歯車であり、歯底面が、工作物Ｗの回転軸線方向一端側（図４右側）の端部において、一端側へ向かうにつれて歯底円直径が小さくなるテーパ状に形成される。

つまり、図４から図５Ｂに示すように、歯車の歯底面には、歯底円直径が歯すじ方向において一定となる部位と、歯底円直径が歯すじ方向において変化するテーパ状の部位とが形成される。一方、歯車の歯先円直径は、歯すじ方向全体において一定である。従って、工作物Ｗに形成する歯車は、歯底円直径が及び歯丈Ｈ１が歯すじ方向において一定な第一部位ｗ１と、歯底円直径及び歯丈Ｈ２が歯すじ方向において変化する第二部位ｗ２とを備える。

このような歯車を加工するにあたり、歯車加工を行う前の素材としての工作物Ｗが円筒状であれば、第二部位ｗ２を形成する部位の削り代Ｓは、第一部位ｗ１を形成する部位の削り代Ｓよりも大きくなる。そのため、第二部位ｗ２を切削する際に歯切り工具４０に加わる切削負荷は、第一部位ｗ１を切削する際に歯切り工具４０に加わる切削負荷よりも大きくなる。

この点に関し、歯車加工装置１は、工作物Ｗの軸線方向一端側から他端側（図４右側から左側）へ歯切り工具４０を送る送り動作を複数回行う。具体的に、歯車加工装置１は、工作物Ｗに荒加工を行う少なくとも１回の荒加工工程と、荒加工後の工作物Ｗに仕上加工を行う仕上工程とを含む複数回の切削工程を備えた歯車加工処理を実行することにより、所望の形状に形成された歯車を工作物Ｗに創成する。

そして、記憶装置１５０に格納される加工経路プログラムには、歯車加工処理で実行される複数回の送り動作の各々に対応する複数の加工経路データが含まれる。加工経路プログラムに含まれる各々の加工経路データは、歯車加工処理内で実行される複数回の切削工程で歯切り工具４０が削り取る削り代Ｓと、歯車加工処理で実行される切削工程の回数（送り動作の回数）とに基づいて作成される。歯車加工装置１は、歯車加工処理で実行する各々の切削工程において、加工経路プログラムに基づいた切削加工を行うことにより、歯切り工具４０に加わる最大切削負荷の軽減を図ることができる。以下において、歯車加工処理で実行される各切削工程での加工経路について、具体例を挙げながら説明する。

（３．歯車加工処理）
次に、図６に示すフローチャートを参照しながら、歯車加工処理の一例を説明する。歯車加工処理は、歯車加工時に制御装置１００により実行される。歯車加工処理では、３回の送り動作を行い、図３から図５Ｂに示す外歯車を工作物Ｗに創成する。そして、歯車加工処理は、１回目の切削工程として、円筒状の素材である工作物Ｗに荒加工を行う第一荒加工工程と、２回目の切削工程として、第一荒加工工程後の工作物Ｗに２回目の荒加工を行う第二荒加工工程と、３回目の切削工程として、荒加工後の工作物Ｗに仕上加工を行う仕上加工工程とを備える。

図６に示すように、歯車加工処理は、最初に、アプローチ送りを行い、歯切り工具４０を送り動作開始位置に配置する（Ｓ１）。Ｓ１の処理後、歯車加工処理は、第一荒加工工程を実行する（Ｓ２）。Ｓ２の処理後、歯車加工処理は、歯切り工具４０の早送りを行い、第一荒加工工程での送り動作によって工作物Ｗの回転軸線方向他端側まで到達した歯切り工具４０を、工作物Ｗの回転軸線方向一端側の送り動作開始位置に戻す（Ｓ３）。

Ｓ３の処理後、歯車加工処理は、第二荒加工工程を実行する（Ｓ４）。Ｓ４の処理後、歯車加工処理は、Ｓ２の処理と同様に、歯切り工具４０の早送りを行い、歯切り工具４０を送り動作開始位置に戻す（Ｓ５）。Ｓ５の処理後、歯車加工処理は、仕上加工工程を実行し（Ｓ６）、本処理を終了する。

（４．加工経路の具体例）
続いて、図７Ａから図７Ｃを参照しながら、歯車加工処理で実行される３回の切削工程での各々の加工経路について、具体例を挙げながら説明する。以下において、第一荒加工工程での加工経路を「初回加工経路」、第二荒加工工程での加工経路を「中間加工経路」、仕上加工工程での加工経路を「最終加工経路」と称す。

図７Ａの左側には、３回の切削工程で歯切り工具４０が第一部位ｗ１を削り取る削り代の断面を模式的に表した図が示されており、図７Ａの右側には、３回の切削工程で歯切り工具４０が第二部位ｗ２を削り取る削り代の断面を模式的に表した図が示されている。なお、第一部位ｗ１の削り代のうち、第一荒加工工程で削り取る削り代の断面積を「切削断面積ｓ１１」、第二荒加工工程で削り取る削り代の断面積を「切削断面積ｓ２１」、仕上加工工程で削り取る削り代の断面積を「切削断面積ｓ３１」と称す。同様に、第二部位ｗ２の削り代のうち、第一荒加工工程で削り取る削り代の断面積を「切削断面積ｓ１２」、第二荒加工工程で削り取る削り代の断面積を「切削断面積ｓ２２」、仕上加工工程で削り取る削り代の断面積を「切削断面積ｓ３２」と称す。

図７Ｂは、図４に示す歯車加工後の工作物Ｗの断面図（工作物Ｗの回転軸線及び歯底面を含む断面図）のうち、削り代Ｓとして削り取られた部位に、初回加工経路、中間加工経路及び最終加工経路を図示したものである。なお、初回加工経路、中間加工経路及び最終加工経路の各々において、第一部位ｗ１を加工する際の加工経路をそれぞれ、「第一経路Ｐ１１，Ｐ２１，Ｐ３１」と称し、第二部位ｗ２を加工する際の加工経路をそれぞれ、「第二経路Ｐ１２，Ｐ２２，Ｐ３２」と称す。また、図７Ｂには、歯車加工処理のＳ２及びＳ４の処理で早送りを実行する際の歯切り工具４０の経路を点線で図示している。

図７Ａに示すように、加工経路プログラムに含まれる３つの加工経路は、３回の切削工程の各々において、歯切り工具４０が削り取る削り代Ｓの切削断面積となるように設定されている。つまり、第一経路Ｐ１１，Ｐ２１，Ｐ３１は、切削断面積ｓ１１，ｓ２１，ｓ３１が均一となるように設定され、第二経路Ｐ１２，Ｐ２２，Ｐ３２は、切削断面積ｓ２１，ｓ２２，ｓ３２が均一となるように設定される。

この場合、図７Ｂに示すように、第一部位ｗ１において、初回加工経路、中間加工経路及び最終加工経路の各々の第一経路Ｐ１１，Ｐ２１，Ｐ３１は、工作物Ｗの回転軸線に倣った直線状となる。一方、第二部位ｗ２において、最終加工経路の第二経路Ｐ３２は、工作物Ｗに形成する歯車の形状（歯底面の形状）に倣った形状であるに対し、中間加工経路の第二経路Ｐ２２は、第一経路Ｐ２１と比べて、最終加工経路から離れた位置をとる。同様に、初回加工経路の第二経路Ｐ１２は、第一経路Ｐ１１と比べて、中間加工経路から離れた位置をとる。このように、３つの切削工程の何れにおいても、第二部位ｗ２を切削する際の切込量は、第一部位ｗ１を切削する際の切込量よりも大きくなる。

その結果、図７Ｃに示すように、第一荒加工工程、第二荒加工工程及び仕上加工工程の各々において、第二部位ｗ２の加工時に歯切り工具４０に加わる切削負荷は、第一部位ｗ１の加工時に歯切り工具４０に加わる切削負荷よりも大きくなる。

ここで、３回の切削工程のうち、最後の切削工程である仕上加工工程では、工作物Ｗに形成される歯車の形状が、最終的な所望の形状となるような切削加工を行う必要があるので、最終加工経路は、工作物Ｗに形成する歯車の最終的な形状に倣った形状となる。この点に関し、第一荒加工工程及び第二加工工程において、工作物Ｗに形成する歯車の形状に倣った加工経路で切削加工を行うと、第一荒加工工程での第二部位ｗ２の加工時において歯切り工具４０に発生する最大切削負荷が大きくなる。

つまり、３つの加工経路を工作物Ｗに形成する歯車の形状に倣った形状にすると、全ての加工経路が平行となる。この場合、第二荒加工工程及び仕上加工工程では、第二部位ｗ２を切削する際の切込量が第一部位ｗ１を切削する際の切込量と同等になる。そのため、第一部位ｗ１と比べて増大する第二部位ｗ２の削り代の増大分を、第一荒加工工程で１度に削り取ることになる。その結果、第一荒加工工程において、第二部位ｗ２を切削する際の最大切削負荷が大きくなる。

これに対し、加工経路プログラムに含まれる３つの加工経路は、初回加工経路及び中間加工経路が最終加工経路に対して平行線又は平行曲線とはならないように設定される。即ち、本実施形態では、初回加工経路及び中間加工経路の第二経路Ｐ１２，Ｐ２２は、最終加工経路の第二経路Ｐ３２に対して平行線又は平行曲線とはならないように設定される。これにより、歯車加工装置１は、全ての加工経路を、工作物Ｗに形成する歯車の形状に倣った形状にする場合と比べて、歯切り工具４０に加わる最大切削負荷を抑制することができる。

また、本実施形態において、歯車加工装置１は、第一部位ｗ１より工作物Ｗを多く削り取る必要がある第二部位ｗ２を加工するにあたり、３回の切削加工の各々において、第二部位ｗ２の切込量を第一部位ｗ１の切込量よりも大きくしている。これにより、歯車加工装置１は、複数回行う切削工程の中で、特定の切削工程において歯切り工具４０に加わる最大切削負荷が高くなることを回避できる。

これに加えて、本実施形態では、初回加工経路及び中間加工経路の第二経路Ｐ１２，Ｐ２２は、切削断面積ｓ１２，ｓ２２，ｓ３２が均一となるように設定される。これにより、歯車加工装置１は、３回の切削工程の各々において、歯切り工具４０に加わる最大切削負荷の低減を図ることができる。

なお、図７Ｂに示すように、３回の切削工程において、切削断面積が均一となるように３回の加工経路を設定した場合に、仕上加工工程は、第一荒加工工程及び第二荒加工工程と比べて、第一部位ｗ１の加工時に発生する切削負荷が小さくなると共に、第二部位ｗ２の加工時に発生する切削負荷が小さくなる。その結果、歯車加工装置１は、仕上加工工程において、精度の高い歯車加工を行うことができる。また、加工経路プログラムに含まれる加工経路データは、切削断面積を基準に設定されるので、加工経路の設定を容易に行うことができる。

（５．加工経路の変形例）
次に、図８Ａから図１０Ｂを参照しながら、加工経路プログラムに含まれる加工経路の変形例について、具体例を挙げながら説明する。なお、上記実施形態と同一の構成には、同一の符号を付し、その説明を省略する。また、以下に示す変形例の何れにおいても、送り動作は、３回行う。また、図８Ａ及び図９Ａは、図７Ａに相当する図である。同様に、図８Ｂ、図９Ｂ及び図１０Ｂは、図７Ｂに相当する図であり、図８Ｃ、図９Ｃ及び図１０Ａは、図７Ｃに相当する図である。

（５－１：第一変形例）
まず、図８Ａから図８Ｃを参照して、第一変形例を説明する。図８Ａ及び図８Ｂに示すように、第一変形例の中間加工経路は、工作物Ｗに形成する歯車の形状に倣った形状に設定される。一方、第一変形例の初回加工経路は、第二部位ｗ２の加工時において第一荒加工工程での切削断面積ｓ１２と第二荒加工工程での切削断面積ｓ２２が均一になるように設定される。なお、第一変形例において第一経路Ｐ１１，Ｐ２１，Ｐ３１は、上記実施形態と同様に設定される。

この場合、中間加工経路は、最終加工経路と平行となる。この場合、最終加工工程で第二部位ｗ２を切削する際の切込量は、第一部位ｗ１を切削する際の切込量と同等になる。その一方、初回加工経路の第二経路Ｐ１２は、第一経路Ｐ１１と比べて、中間加工経路から離れた位置をとる。よって、第一荒加工工程及び第二加工工程では、第二部位ｗ２を切削する際の切込量が、第一部位ｗ１を切削する際の切込量よりも大きくなる。

その結果、図８Ｃに示すように、仕上加工工程は、第一荒加工工程及び第二荒加工工程と比べて、第一部位ｗ１の加工時と第二部位ｗ２の加工時とで歯切り工具４０に発生する切削負荷の差が小さくなる。このように、第一変形例は、上記実施形態と比べて、仕上加工工程で歯切り工具４０に加わる最大切削負荷を低減させることができる。これにより、第一変形例は、工作物Ｗに形成する歯車の精度を向上させることができる。

その一方、第一変形例は、第一荒加工工程及び第二荒加工工程において、第二部位ｗ２の切込量を第一部位ｗ１の切込量よりも大きくしている。この場合、歯車加工装置１は、第一荒加工工程及び第二荒加工工程で歯切り工具４０に加わる最大切削負荷の抑制を図ることができる。このように、第一変形例の加工経路プログラムは、第二部位ｗ２を加工する際の切込量が、第一部位ｗ１を切削する際の切込量よりも大きくなるような複数の加工経路を含むので、歯車加工装置１は、歯切り工具４０に加わる最大切削負荷を低減させることができる。

なお、第一変形例は、仕上加工工程での第一部位ｗ１の切削断面積ｓ３１が、第一荒加工工程及び第二荒加工工程での第一部位ｗ１の切削断面積ｓ１１，ｓ２１よりも小さくなるように、３つの加工経路を設定してもよい。この場合、第一変形例は、仕上加工工程で歯切り工具４０に発生する最大切削負荷をより低減させることができるので、工作物Ｗに形成する歯車の精度の更なる向上を図ることができる。

（５－２：第二変形例）
次に、図９Ａから図９Ｃを参照して、第二変形例を説明する。図９Ａ及び図９Ｂに示すように、第二変形例の初回加工経路及び中間加工経路は、第一経路Ｐ１１，Ｐ２１及び第二経路Ｐ１２，Ｐ２２が工作物の加工軸線に平行な一直線状となるように設定される。なお、第二変形例において第一経路Ｐ１１、Ｐ２１，Ｐ３１は、上記実施形態と同様に設定される。この場合、最終加工工程で第二部位ｗ２を切削する際の切込量は、第一荒加工工程及び第二荒加工工程で第二部位ｗ２を切削する際の切込量よりも大きくなる。

しかしながら、図９Ｃに示すように、第一部位ｗ１において、仕上加工工程で歯切り工具４０に加わる切削負荷Ｌ３は、第一荒加工工程及び第二荒加工工程で歯切り工具４０に加わる切削負荷Ｌ１，Ｌ２よりも小さい。この点において、第二変形例は、全ての加工経路を工作物Ｗに形成する歯車の形状に倣った形状にする場合に最初の切削工程で歯切り工具４０に加わる最大切削負荷との比較において、歯切り工具４０に加わる最大切削負荷を抑制することができる。

なお、第二変形例は、仕上加工工程での第一部位ｗ１の切削断面積ｓ３１が、第一荒加工工程及び第二荒加工工程での第一部位ｗ１の切削断面積ｓ１１，ｓ２１よりも小さくなるように、３つの加工経路を設定してもよい。この場合、第二変形例は、仕上加工工程で歯切り工具４０に加わる最大切削負荷を抑制することができる。また、例えば、工作物Ｗに形成した歯車の用途において、第一部位ｗ１において高い精度が要求される一方、第二部位ｗ２において第一部位ｗ１ほど高い精度が要求されない場合がある。この場合において、第二変形例は、第一部位ｗ１に形成される歯車の精度を高めることにより、使用用途ごとの要求に応じた歯車を創成することができる。

（５－３：第三変形例）
次に、図１０Ａ及び図１０Ｂを参照して、第三変形例を説明する。上記実施形態では、３つの加工経路は、３回の切削工程において切削断面積が均一となるように設定したのに対し、第三変形例は、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、３回の切削工程において切削負荷が均一となるように、３つの加工経路を設定する。これにより、第三変形例は、切削断面積を基準として加工経路を設定する上記実施形態と同様の効果を奏し、歯切り工具４０に加わる最大切削負荷を抑制することができる。

なお、第三変形例は、上記した第一変形例に適用することも可能である。即ち、上記した第一変形例は、第二部位ｗ２の加工時において第一荒加工工程での切削負荷Ｌ１と第二荒加工工程での切削負荷Ｌ２とが均一になるように、初回加工経路及び中間加工経路を設定してもよい。この場合の第三変形例は、切削断面積を基準として加工経路を設定する第一変形例と同様の効果を奏し、歯切り工具４０に加わる最大切削負荷を抑制することができる。

（６．その他）
以上、上記実施形態及び各変形例に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態及び各変形例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変形改良が可能であることは容易に推察できるものである。

例えば、上記実施形態及び各変形例では、工作物Ｗに形成する歯車の例として、歯底面がテーパ状に形成された第二部位を含む外歯車に本発明を適用する場合を例に挙げて説明したが、工作物の回転軸線方向において削り代が均一とはならない歯車を形成する際に、本発明を適用できる。つまり、本発明は、軸線方向において歯丈が変化する部位を有する歯車を形成する歯車、例えば、軸線方向において歯先面が変形する歯車や、第二部位が曲面である歯車等にも適用することができる。さらに、本発明は、外歯車だけでなく、内歯車に適用することも可能である。

上記実施形態及び各変形例では、送り操作を３回行う場合を例に挙げて説明したが、送り操作は、２回又は４回以上であってもよい。同様に、歯車加工処理は、荒加工工程を１回のみにして中間加工処理を省略してもよく、荒加工工程を３回以上について中間加工処理を複数回実行してもよい。

上記実施形態では、３つの加工経路は、３回の切削工程において切削断面積が均一となるように設定される場合について説明したが、切削断面積が均一であることに限定されるものではない。即ち、全ての加工経路が、少なくとも第二経路において互いに平行線又は平行曲線とならないようにしつつ、全ての切削工程の各々において、第二部位ｗ２を加工する際の切削負荷が、第一部位ｗ１を加工する際の切削負荷よりも大きくなるように設定されていればよい。これにより、歯車加工装置１は、歯切り工具４０に加わる最大切削負荷の軽減を図ることができる。

さらにこの場合、最終加工経路が、全ての加工経路の中で、第二部位ｗ２の加工時における切削断面積又は最大切削負荷が最も小さくなるように、全ての加工経路が設定されていてもよい。これにより、歯車加工装置１は、仕上加工工程で歯切り工具４０に発生する最大切削負荷を低減させることができる。

ここで、歯車加工装置１を用いてギヤスカイビング加工を行う際、工作物Ｗに対して歯切り工具４０が接する加工点と工作物Ｗの回転軸線とを含む平面に直交する方向から見た歯切り工具４０の回転軸線及び工作物Ｗの回転軸線は、互いに垂直でも平行でもない。つまり、ギヤスカイビング加工は、歯切り工具４０の回転軸線及び工作物Ｗの回転軸線をねじれた状態で配置し、歯切り工具４０と工作物Ｗとを同期させながら高速回転することにより、効率の高い歯車加工を行うことが可能となる。

その一方、加工時における切込量や送り量を大きくすると、歯車加工に要する時間が短縮される一方で、歯切り工具４０に加わる切削負荷が大きくなる。特に、ギヤスカイビング加工では、すくい角を連続的に変化させながら歯車加工が行われるのに対し、切削量や送り量を大きくするほど、すくい角が負の方向へ大きく変化した状態で加工が行われる時間が長くなり、歯切り工具４０に加わる切削負荷が大きくなる。つまり、切込量や送り量を大きくすることは、歯切り工具４０の磨耗や破損等が早期に発生する原因となる。この点に関し、歯車加工装置１は、切削負荷の軽減を図ることで、歯車加工に要する時間の短縮を図りつつ、歯切り工具４０の磨耗や破損等を低減させることができる。

１：歯車加工装置、１５０：記憶装置、Ｈ１，Ｈ２：歯丈、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３：切削負荷、Ｐ１１，Ｐ２１，Ｐ３１：第一経路、Ｐ１２，Ｐ２２，Ｐ３２：第二経路、Ｓ：削り代、ｓ１１，ｓ１２，ｓ２１，ｓ２２，ｓ３１，ｓ３２：切削断面積、Ｗ：工作物、ｗ１：第一部位、ｗ２：第二部位

Claims

工作物の回転軸線の平行線に対して歯切り工具の回転軸線を傾斜させた状態で、歯切り工具と工作物とを同期回転させつつ、前記工作物の回転軸線方向に前記歯切り工具を送りながら切削加工を行うと共に、前記工作物の回転軸線方向において総削り代が均一でない場合に、前記切削加工を行うための複数回の送り動作を行うことにより、前記工作物に歯車を創成する歯車加工装置であって、
前記複数回の送り動作の各々に対応する複数回の加工経路を含む加工経路プログラムが格納された記憶装置を備え、
前記複数回の加工経路の各々は、前記工作物のうち前記総削り代が前記工作物の回転軸線方向において変化する部位を加工するための削り代変化経路部を含み、
前記複数回の加工経路のうちの少なくとも第一加工経路および第二加工経路は、それぞれの前記削り代変化経路部において、前記工作物の回転軸線方向において前記総削り代の変化に応じて切込量または切削負荷を変化させながら加工を行うことにより、前記複数回の加工経路の全てにおける切削負荷を所定の上限値以下とするように構成された加工経路である、歯車加工装置。
前記第一加工経路は、前記工作物に前記歯車の形状を形成するための仕上加工経路よりも前工程の荒加工経路であり、
前記第二加工経路は、前記仕上加工経路である、請求項１に記載の歯車加工装置。
前記第一加工経路は、前記工作物に前記歯車の形状を形成するための仕上加工経路よりも前工程の第一荒加工経路であり、
前記第二加工経路は、前記仕上加工経路よりも前工程の加工経路であって、前記第一荒加工経路よりも後工程の加工経路である第二荒加工経路である、請求項１に記載の歯車加工装置。
前記複数回の加工経路の全ては、それぞれの前記削り代変化経路部において、前記工作物の回転軸線方向において前記総削り代の変化に応じて切込量または切削負荷を変化させながら加工を行うことにより、前記複数回の加工経路の全てにおける切削負荷を所定の上限値以下とするように構成された加工経路である、請求項１～３のいずれか１項に記載の歯車加工装置。
前記第一加工経路および前記第二加工経路は、それぞれの前記削り代変化経路部において、前記回転軸線方向の同一位置における切削断面積が均一である、請求項１～４のいずれか１項に記載の歯車加工装置。
前記複数回の加工経路の全ては、それぞれの前記削り代変化経路部において前記回転軸線方向の同一位置における切削断面積が均一である、請求項５に記載の歯車加工装置。
前記複数回の加工経路のうち前記工作物に前記歯車の形状を形成するための仕上加工経路は、前記削り代変化経路部において前記回転軸線方向の各位置における切削断面積が前記複数回の加工経路の中で最も小さい、請求項５に記載の歯車加工装置。
前記第一加工経路および前記第二加工経路は、それぞれの前記削り代変化経路部において、前記回転軸線方向の同一位置における切削負荷が均一である、請求項１～４のいずれか１項に記載の歯車加工装置。
前記複数回の加工経路の全ては、それぞれの前記削り代変化経路部において、前記回転軸線方向の同一位置における切削負荷が均一である、請求項８に記載の歯車加工装置。
前記複数回の加工経路のうち前記工作物に前記歯車の形状を形成するための仕上加工経路は、前記削り代変化経路部において前記回転軸線方向の各位置における切削負荷が前記複数回の加工経路の中で最も小さい、請求項８に記載の歯車加工装置。
前記複数回の加工経路の各々は、
前記削り代変化経路部と、
前記工作物のうち前記総削り代が前記工作物の回転軸線方向において変化しない部位を加工するための削り代非変化経路部と、
を含み、
前記第一加工経路および前記第二加工経路は、
それぞれの前記削り代非変化経路部において、切込量を一定として加工を行い、
それぞれの前記削り代変化経路部において、対応する前記削り代非変化経路部における切込量よりも大きな切込量となるように加工を行うとともに、切込量を変化させながら加工を行う、請求項１～１０のいずれか１項に記載の歯車加工装置。
前記複数回の加工経路の全ては、
それぞれの前記削り代非変化経路部において、切込量が一定となるように加工を行い、
それぞれの前記削り代変化経路部において、対応する前記削り代非変化経路部における切込量よりも大きな切込量となるように加工を行うとともに、切込量を変化させながら加工を行う、請求項１１に記載の歯車加工装置。
前記複数回の加工経路の各々は、
前記削り代変化経路部と、
前記工作物のうち前記総削り代が前記工作物の回転軸線方向において変化しない部位を加工するための削り代非変化経路部と、
を含み、
前記第一加工経路および前記第二加工経路は、
それぞれの前記削り代非変化経路部において、切削負荷が一定となるように加工を行い、
それぞれの前記削り代変化経路部において、対応する前記削り代非変化経路部における切削負荷よりも大きな切削負荷となるように加工を行うとともに、切削負荷を変化させながら加工を行う、請求項１～１０のいずれか１項に記載の歯車加工装置。
前記複数回の加工経路の全ては、
それぞれの前記削り代非変化経路部において、切削負荷が一定となるように加工を行い、
それぞれの前記削り代変化経路部において、対応する前記削り代非変化経路部における切削負荷よりも大きな切削負荷となるように加工を行うとともに、切削負荷を変化させながら加工を行う、請求項１３に記載の歯車加工装置。
前記歯車加工装置は、円筒状に形成された前記工作物に対し、歯すじ方向において歯丈が変化する部位を有する歯車を創成し、
前記複数回の加工経路の全ては、前記歯すじ方向の全長に亘る加工経路である、請求項１～１４のいずれか１項に記載の歯車加工装置。
工作物の回転軸線の平行線に対して歯切り工具の回転軸線を傾斜させた状態で、歯切り工具と工作物とを同期回転させつつ、前記工作物の回転軸線方向に前記歯切り工具を送りながら切削加工を行うと共に、前記工作物の回転軸線方向において総削り代が均一でない場合に、複数回の送り動作を行うことにより、前記工作物に歯車を創成する歯車加工装置であって、
前記複数回の送り動作の各々に対応する複数回の加工経路を含む加工経路プログラムが格納された記憶装置を備え、
前記複数回の加工経路の各々は、
前記工作物のうち前記総削り代が前記工作物の回転軸線方向において変化する部位を加工する際の加工経路である削り代変化経路部と、
前記工作物のうち前記総削り代が前記工作物の回転軸線方向において変化しない部位を加工する際の加工経路である削り代非変化経路部と、
を含み、
前記加工経路プログラムは、
最後に行う前記送り動作に対応する加工経路であって前記工作物に創成する歯車の形状に倣った加工経路となる最終加工経路と、
最初に行う前記送り動作に対応する加工経路であって前記最終加工経路に対して平行線又は平行曲線とはならない加工経路となる初回加工経路と、
を含み、
前記初回加工経路の前記削り代変化経路部は、前記最終加工経路の前記削り代変化経路部に対して平行線又は平行曲線とはならない加工経路であり、
前記加工経路プログラムに含まれる全ての加工経路は、前記削り代変化経路部において加工する際の切込量が前記削り代非変化経路部において加工する際の切込量よりも大きい加工経路である、歯車加工装置。
工作物の回転軸線の平行線に対して歯切り工具の回転軸線を傾斜させた状態で、歯切り工具と工作物とを同期回転させつつ、前記工作物の回転軸線方向に前記歯切り工具を送りながら切削加工を行うと共に、前記工作物の回転軸線方向において総削り代が均一でない場合に、複数回の送り動作を行うことにより、前記工作物に歯車を創成する歯車加工装置であって、
前記複数回の送り動作の各々に対応する複数回の加工経路を含む加工経路プログラムが格納された記憶装置を備え、
前記複数回の加工経路の各々は、
前記工作物のうち前記総削り代が前記工作物の回転軸線方向において変化する部位を加工する際の加工経路である削り代変化経路部と、
前記工作物のうち前記総削り代が前記工作物の回転軸線方向において変化しない部位を加工する際の加工経路である削り代非変化経路部と、
を含み、
前記加工経路プログラムは、
最後に行う前記送り動作に対応する加工経路であって前記工作物に創成する歯車の形状に倣った加工経路となる最終加工経路と、
最初に行う前記送り動作に対応する加工経路であって前記最終加工経路に対して平行線又は平行曲線とはならない加工経路となる初回加工経路と、
を含み、
前記初回加工経路の前記削り代変化経路部は、前記最終加工経路の前記削り代変化経路部に対して平行線又は平行曲線とはならない加工経路であり、
前記加工経路プログラムは、前記削り代変化経路部において加工する際の切削負荷が前記削り代非変化経路部において加工する際の切削負荷よりも大きくなる加工経路を複数含む、歯車加工装置。
工作物の回転軸線の平行線に対して歯切り工具の回転軸線を傾斜させた状態で、歯切り工具と工作物とを同期回転させつつ、前記工作物の回転軸線方向に前記歯切り工具を送りながら切削加工を行うと共に、前記工作物の回転軸線方向において総削り代が均一でない場合に、前記切削加工を行うための複数回の送り動作を行うことにより、前記工作物に歯車を創成する歯車加工方法であって、
前記複数回の加工経路の各々は、前記工作物のうち前記総削り代が前記工作物の回転軸線方向において変化する部位を加工するための削り代変化経路部を含み、
前記複数回の加工経路のうちの少なくとも第一加工経路および第二加工経路は、それぞれの前記削り代変化経路部において、前記工作物の回転軸線方向において前記総削り代の変化に応じて切込量または切削負荷を変化させながら加工を行うことにより、前記複数回の加工経路の全てにおける切削負荷を所定の上限値以下とするように構成された加工経路である、歯車加工方法。