JP7193839B2

JP7193839B2 - 歯車加工装置、被加工歯車の不良判定方法、及び被加工歯車の不良判定プログラム

Info

Publication number: JP7193839B2
Application number: JP2018206051A
Authority: JP
Inventors: 尚田中
Original assignee: Kanzaki Kokyukoki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Kanzaki Kokyukoki Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2022-12-21
Anticipated expiration: 2038-10-31
Also published as: JP2020069609A

Description

本発明は、歯車加工装置、被加工歯車の不良判定方法、及び被加工歯車の不良判定プログラムに関する。

歯車の加工においては、仕上げ加工としてシェービング加工やホーニング加工が行われる（例えば、特許文献１）。

特開２００５－１４１２４号公報

ところで、これら仕上げ加工においては、例えば、形状が適正でない不良の被加工歯車を仕上げ加工しても、加工の特性上、要求される形状の精度に仕上げることはできない。したがって、不良の被加工歯車が仕上げ加工の対象品に混じってしまった場合には、そのまま仕上げ加工が行われ、市場に流通してしまう可能性がある。本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、歯車の仕上げ加工時に、被加工歯車の不良を判定することができる、歯車加工装置、被加工歯車の不良判定方法、及び被加工歯車の不良判定プログラムを提供することを目的とする。

本発明に係る歯車加工装置は、被加工歯車を回転可能に支持する支持ユニットと、前記被加工歯車に噛み合わされ、連れ周りすることで、前記被加工歯車を加工する歯車状の加工具と、前記加工具を回転駆動する駆動手段と、前記被加工歯車の加工中に、前記加工具に作用する負荷を検出する検出器と、前記検出器で検出された負荷に基づいて、前記被加工歯車の適否を判定する判定手段と、を備えている

上記歯車加工装置において、前記判定手段は、前記負荷を示す波形の周期が、前記加工具の１回転の周期よりも前記被加工歯車の１回転の周期に近いときに、前記被加工歯車が不良であると判定することができる。

上記歯車加工装置において、前記判定手段は、前記加工具による加工開始後、所定時間内に生じる前記波形に基づいて、判定を行うことができる。

本発明に係る被加工歯車の不良判定方法は、歯車状の加工具を被加工歯車に噛み合わせて回転駆動し、連れ周りすることで、前記被加工歯車を加工するステップと、前記被加工歯車の加工中に、前記加工具に作用する負荷を検出するステップと、検出された前記負荷に基づいて、前記被加工歯車の適否を判定するステップと、を備えている。

本発明に係る被加工歯車の不良判定プログラムは、コンピュータに、歯車状の加工具を被加工歯車に噛み合わせて回転駆動し、連れ周りすることで、前記被加工歯車を加工するステップと、前記被加工歯車の加工中に、前記加工具に作用する負荷を検出するステップと、検出された前記負荷に基づいて、前記被加工歯車の適否を判定するステップと、を実行させる。

本発明によれば、歯車の仕上げ加工時に、被加工歯車の不良を判定することができる。

本発明の一実施形態に係る歯車加工装置の概略構成を示す一部斜視図である。図１のブロック図である。歯車の仕上げ加工におけるスピンドルモータの負荷、回転数、加工具の切り込み量の経時変化を示すグラフである。正常なワークを加工したときのスピンドルモータの負荷の波形を示すグラフである。異常なワークを加工したときのスピンドルモータの負荷の波形を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態に係る歯車加工装置の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態に係る歯車加工装置の概略構成を示す一部斜視図、図２は図１のブロック図である。

図１及び図２に示すように、歯車加工装置は、歯車の仕上げ加工であるシェービング加工を行う装置であり、被加工歯車である外歯車状のワークＷを支持する支持ユニット１と、ワークＷを加工する加工具を有する加工具ユニット２と、を備えている。

支持ユニット１は、ワークＷの軸部Ｗ１を挟む支持台１１と、テールストック１２とを備えている。支持台１１は、第１軸部材１１１と、この第１軸部材１１１を回転可能に支持する本体部１１２と、を備えている。一方、テールストック１２は、第２軸部材１２１と、この第２軸部材１２１を回転可能に支持する本体部１２２と、備えている。

第１軸部材１１１及び第２軸部材１２１は、ワークＷの軸部Ｗ１と、同一直線状に配置されており、支持台１１とテールストック１２とが近接することで、第１軸部材１１１及び第２軸部材１２１に、ワークＷの軸部Ｗ１が挟まれるようになっている。そのため、支持台１１の本体部１１２と、テールストック１２の本体部１２２は、互いに近接離間するように移動可能に構成されている。この構成により、支持台１１とテールストック１２は、ワークＷを挟持したまま、送り方向Ｙに移動することができ、加工中に、ワークＷを送り方向に移動させることができる。

加工具ユニット２は、外歯車状の加工具２１と、この加工具２１を回転自在に支持する本体部２２と、を備えている。本体部２２は、支持台１１とテールストック１２に挟まれたワークＷに対し、加工具２１を近接離間させるように構成されている。また、本体部２２には、減速機２２１及びスピンドルモータ２２２が内蔵されており、加工具２１の軸部２１１に、減速機２２１を介してスピンドルモータ２２２の主軸が連結されている。そして、このスピンドルモータ２２２及び減速機２２１によって、加工具２１が回転駆動するようになっている。すなわち、本体部２２が、加工具２１をワークＷに噛み合わせるように移動し（図２のＺ方向）、噛み合わされた加工具２１をスピンドルモータ２２２によって回転させることで、ワークＷを連れ周りさせる。このとき、本体部２２を駆動し、加工具２１をワークＷに対して近接させることで、ワークＷの歯面が研削（シェービング加工）されるようになっている。なお、上述した支持台１１とテールストック１２の各軸部材１１１，１２１は駆動せず、加工具２１の回転駆動により連れ周りする。

また、スピンドルモータ２２２には、主軸の負荷を計測するロードメータ（検出器）２２３が取付けられている。さらに、本体部２２には、加工具２１の駆動等を制御するコントローラ２３が設けられている。

コントローラ２３は、ＣＵＰ，ＲＡＭ，及び記憶部を有するＰＬＣや汎用のコンピュータによって構成することができ、減速機２２１及びスピンドルモータ２２２の駆動を制御するようになっている。また、このコントローラ２３は、ロードメータ２２３によって検出される負荷を経時的に取得し、ワークＷの適否の判定を行うようになっている。ロードメータ２２３は、スピンドルモータ２２２の主軸が受ける抵抗を電圧の変化として経時的に検出するものである。

次に、ロードメータ２２３によって検出される負荷からワークＷの不良を判定する方法について説明する。

コントローラ２３の記憶部には、スピンドルモータ２２２、減速機２２１、ロードメータ２２３等を駆動し、ワークＷの不良を判定するための制御プログラムが記憶されている。そして、この制御プログラムをＲＡＭに展開すると、その制御プログラムをＣＰＵにより解釈及び実行し、ソフトウェア構成として、回転制御部２３１、負荷取得部２３２、判定部２３３を備えたコンピュータとして機能する。回転制御部２３１は、加工具２１の回転を制御し、負荷取得部２３２は、ロードメータ２２３により検出された負荷を経時的に取得し、判定部２３３は、取得された負荷からワークＷの不良を判定する。これらについて詳細に説明する。

まず、不良のないワークＷの加工時の負荷について説明する。以下では、時間の経過に合わせて、図３に示す区間１～区間７において、加工が行われることとする。図３に示す例では、歯数が１６枚のワークＷに、歯数が７１枚の加工具２１を噛み合わせてシェービング加工を行っている。このときの加工具２１の回転数は１５０回／ｍｉｎである。また、図３のグラフには、主として、スピンドルモータ２２２の主軸の受ける負荷、スピンドルモータ２２２の回転数、及び切り込み量が表示されている。

まず、加工具２１をワークＷに近接させ、両者を噛み合わせた状態でスピンドルモータ２２２を正回転するように駆動し、連れ周りをさせる。そして、区間１においては、加工具２１をさらにワークＷへ大きく近接させ（切り込ませ）、ワークＷの各歯の一方の歯面に対しシェービング加工を行う。この区間１では、急激な切り込み量の増加により、スピンドルモータ２２２に作用する負荷が急激に大きくなる。そして、区間２では、区間１での初期の切り込み量に対してワークＷが削れたため、負荷が低下している。その後、区間３において、切り込み量を徐々に大きくしていくと、スピンドルモータ２２２の負荷も徐々に大きくなっている。

区間４では切り込み量を一定にしており、これによって、スピンドルモータ２２２の負荷が低下している。そして、区間５においては、減速機２２１により、スピンドルモータ２２２の回転を逆転させ、ワークＷの他方の歯面をシェービング加工する。これにより、一旦、スピンドルモータ２２２の負荷が急激に高くなるが、その後、ワークＷから一定量が削られると負荷は低下していく。そして、区間６では、切り込み量をやや小さくし、その量を一定にしている。これにより、負荷は低いレベルでおおよそ一定になっているが、その後の区間７において、加工具２１をワークＷから離間させると、負荷が０になる。

以上のような加工を行う間、コントローラ２３の回転制御部２３１は、区間１～４まではスピンドルモータ２２２の主軸を正回転させるための信号をスピンドルモータ２２２及び減速機２２１に送信し、区間５以降、これを逆回転させるための信号を送信する。そして、コントローラ２３の負荷取得部２３２は、加工中のロードメータ２２３からの負荷信号を受信し続け、これを記憶部またはＲＡＭに記録する。

上記図３で示されるスピンドルモータ２２２の負荷は、ワークＷが正常であるときのものであるが、ワークＷの歯の形状が適切であるときには、ワークＷの歯は加工具２１に対し、概ね一定の力で当接する。これに対して、例えば、ワークＷの歯面の形状が適切なものでないと、加工具２１の歯に対し、強く当接する部分と弱く当接する部分とが現れ、これらが繰り返し当接することで、ロードメータ２２３によって検出される負荷に現れる波形がワークＷに影響を受ける。例えば、正常なワークＷを加工する場合には、図４に示すように、加工具２１の回転に応じた周期（約０．４秒／１回転）に近い振動がロードメータ２２３によって検出されるが、ワークＷに異常がある場合には、図５に示すように、ワークＷの回転に応じた周期（約０．０９秒／１回転）に近い振動がロードメータ２２３によって検出される。

また、ワークＷが異常である場合の特有の振動は、特に上述した区間２、３といった加工の初期に現れる。そして、加工が進むと、ワークＷが削れていくため、異常な振動が徐々に収まっていく。

そこで、判定部２３３は、区間２～３の過程で、検出された負荷の波形の周波数が加工具２１の回転よりもワークＷの回転に近いものである場合には、異常と判定する。例えば、区間２において）、負荷の波形の周期の平均を算出し、その周期が加工具２１の回転周期とワークＷの回転周期との中央値よりも、ワークＷの回転周期に近ければ、異常と判定する。但し、判定方法は、これに限定されるものではなく、所定の閾値を設け、正常時と比べて異常と判定できればよい。こうして、異常と判定されたワークは、製品として出荷せず、廃棄するか、再加工を行う。

以上のように、本実施形態によれば、仕上げ加工において、加工具２１を駆動するスピンドルモータ２２２の負荷を検出し、その負荷を示す波形に基づいて、ワークＷの異常を判定している。したがって、仕上げ加工中に、ワークＷの異常を判定することができ、異常のあるワークＷが出荷されるのを防止することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこの実施形態に限定されず、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。

上記実施形態では、外歯車状の加工具２１を用いてシェービング加工を行っているが、本発明は、例えば、内歯車状の加工具を用いたホーニング加工にも適用することができる。

上記実施形態では、異常の判定方法として、負荷の波形の周期を用いたが、それ以外のパラメータを用いることもできる。例えば、スピンドルモータ２２２の主軸の回転数の変動値、検出されたロードメータの電流や電圧の変動値、加工具２１をＺ方向に切り込むための駆動軸の負荷（電流、電圧等の変動値、周期等）、ワークＷを支持する支持台１１及びテールストック１２の少なくとも一方の各軸部材１１１，１２１の負荷（電流、電圧等の変動値、周期等）などを用い、異常時のデータと比較して、正常または異常を判定することができる。

上記実施形態では、加工具２１を回転させるスピンドルモータ２２２の主軸の負荷をロードメータ２２３で測定しているが、これに限定されるものではなく、加工具２１が加工中に受ける負荷を経時的に測定できればよい。

上記実施形態の図３で示した加工の手順は、あくまで一例であり、その他の手順で加工を行うこともできる。

上記実施形態で示したワークＷの支持ユニット１及び加工具ユニット２は一例であり、ワークＷに対し、加工具２１を噛み合わせつつシェービング加工またはホーニング加工ができる構成であれば、特には限定されない。

１支持ユニット
２加工具ユニット
２２２スピンドルモータ（駆動手段）
２２３ロードメータ（検出器）
２３３判定部（判定手段）

Claims

被加工歯車を回転可能に支持する支持ユニットと、
前記被加工歯車に噛み合わされ、連れ周りすることで、前記被加工歯車を加工する歯車状の加工具と、
前記加工具を回転駆動する駆動手段と、
前記被加工歯車の加工中に、前記加工具に作用する負荷を検出する検出器と、
前記検出器で検出された負荷に基づいて、前記被加工歯車の適否を判定する判定手段と、
を備え、
前記判定手段は、前記負荷を示す波形の周期が、前記加工具の１回転の周期よりも前記被加工歯車の１回転の周期に近いときに、前記被加工歯車が不良であると判定する、歯車加工装置。
前記判定手段は、前記加工具による加工開始後、所定時間内に生じる前記波形に基づいて、判定を行う、請求項１に記載の歯車加工装置。
歯車状の加工具を被加工歯車に噛み合わせて回転駆動し、連れ周りすることで、前記被加工歯車を加工するステップと、
前記被加工歯車の加工中に、前記加工具に作用する負荷を検出するステップと、
検出された前記負荷に基づいて、前記被加工歯車の適否を判定するステップと、
を備え、
前記判定するステップでは、前記負荷を示す波形の周期が、前記加工具の１回転の周期よりも前記被加工歯車の１回転の周期に近いときに、前記被加工歯車が不良であると判定する、被加工歯車の不良判定方法。
コンピュータに、
歯車状の加工具を被加工歯車に噛み合わせて回転駆動し、連れ周りすることで、前記被加工歯車を加工するステップと、
前記被加工歯車の加工中に、前記加工具に作用する負荷を検出するステップと、
検出された前記負荷に基づいて、前記被加工歯車の適否を判定するステップと、
を実行させ、
前記判定するステップでは、前記負荷を示す波形の周期が、前記加工具の１回転の周期よりも前記被加工歯車の１回転の周期に近いときに、前記被加工歯車が不良であると判定する、被加工歯車の不良判定プログラム。