JP7400377B2 - 歯車加工装置及び歯車加工方法 - Google Patents
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Description
第一の歯車加工装置は、歯切り工具と工作物とを同期回転させながら、工作物の回転軸線方向に沿って歯切り工具を工作物に対して相対移動させることにより、工作物に歯車を加工する歯車加工装置であって、同期回転の回転速度を変動させた場合において歯切り工具の工作物に対する切込量の増加率を表す安定限界を、工作物、歯切り工具及び歯車加工装置の機体の何れか1つの振動特性に基づいて、回転速度変動幅と回転速度変動周期又は回転速度変動周波数とを用いて演算するシミュレーション演算部と、安定限界に基づき、回転速度変動幅と回転速度変動周期又は回転速度変動周波数とを変更して安定限界の増減を表す安定限界向上倍率を演算する倍率演算部と、歯切り工具及び工作物の回転速度を変動させる際の制限値を、回転速度変動幅と回転速度変動周期又は回転速度変動周波数とに応じて演算する制限値演算部と、倍率演算部によって演算された安定限界向上倍率、及び、制限値演算部によって演算された制限値を、回転速度変動幅と回転速度変動周期又は回転速度変動周波数とに対応させることによりマップを生成するマップ生成部と、を備える。
第二の歯車加工装置は、歯切り工具と工作物とを同期回転させながら、工作物の回転軸線方向に沿って歯切り工具を工作物に対して相対移動させることにより、工作物に歯車を加工する歯車加工装置であって、同期回転の回転速度を変動させた場合において歯切り工具の工作物に対する切込量の増加率を表す安定限界を、工作物、歯切り工具及び歯車加工装置の機体の何れか1つの振動特性に基づいて、回転速度変動幅と回転速度変動周期又は回転速度変動周波数とを用いて演算するシミュレーション演算部と、安定限界に基づき、回転速度変動幅と回転速度変動周期又は回転速度変動周波数とを変更して安定限界の増減を表す安定限界向上倍率を演算する倍率演算部と、倍率演算部によって演算された安定限界向上倍率を、回転速度変動幅と回転速度変動周期又は回転速度変動周波数とに対応させることによりマップを生成するマップ生成部と、を備え、マップ生成部は、回転速度変動幅と回転速度変動周期又は回転速度変動周波数とに対応するマップにおいて、安定限界向上倍率の範囲毎に異なる色又は濃淡を付与することにより、安定限界向上倍率の範囲毎に帯状とする。
第一の歯車加工方法は、歯切り工具と工作物とを同期回転させながら、工作物の回転軸線方向に沿って歯切り工具を工作物に対して相対移動させることにより、工作物に歯車を加工する歯車加工方法であって、同期回転の回転速度を変動させた場合において歯切り工具の工作物に対する切込量の増加率を表す安定限界を、工作物、歯切り工具及び工作物に歯車を加工する歯車加工装置の機体の何れか1つの振動特性に基づいて、回転速度変動幅と回転速度変動周期又は回転速度変動周波数とを用いて演算し、安定限界に基づき、回転速度変動幅と回転速度変動周期又は回転速度変動周波数とを変更して安定限界の増減を表す安定限界向上倍率を、回転速度を変動させない場合を基準とし、回転速度変動幅と回転速度変動周期又は回転速度変動周波数とを変更して回転速度を変動させた場合の安定限界を基準と比較することにより演算し、歯切り工具及び工作物の回転速度を変動させる際の制限値を、回転速度変動幅と回転速度変動周期又は回転速度変動周波数とに応じて演算し、演算された安定限界向上倍率、及び、演算された制限値を、回転速度変動幅と回転速度変動周期又は回転速度変動周波数とに対応させてマップを生成し、且つ生成されたマップに基づいて、回転速度変動幅と回転速度変動周期又は回転速度変動周波数とを含む変動条件を設定する。
第二の歯車加工方法は、歯切り工具と工作物とを同期回転させながら、工作物の回転軸線方向に沿って歯切り工具を工作物に対して相対移動させることにより、工作物に歯車を加工する歯車加工方法であって、同期回転の回転速度を変動させた場合において歯切り工具の工作物に対する切込量の増加率を表す安定限界を、工作物、歯切り工具及び工作物に歯車を加工する歯車加工装置の機体の何れか1つの振動特性に基づいて、回転速度変動幅と回転速度変動周期又は回転速度変動周波数とを用いて演算し、安定限界に基づき、回転速度変動幅と回転速度変動周期又は回転速度変動周波数とを変更して安定限界の増減を表す安定限界向上倍率を、回転速度を変動させない場合を基準とし、回転速度変動幅と回転速度変動周期又は回転速度変動周波数とを変更して回転速度を変動させた場合の安定限界を基準と比較することにより演算し、回転速度変動幅と回転速度変動周期又は回転速度変動周波数とに対応させてマップを生成し、且つ生成されたマップに基づいて、回転速度変動幅と回転速度変動周期又は回転速度変動周波数とを含む変動条件を設定し、回転速度変動幅と回転速度変動周期又は回転速度変動周波数とに対応するマップにおいて、安定限界向上倍率の範囲毎に異なる色又は濃淡を付与することにより、安定限界向上倍率の範囲毎に帯状にされる。
歯車加工装置は、歯切り工具及び工作物の回転速度を変動させ、且つ、歯切り工具と工作物とを同期回転させながら、工作物の回転軸線方向に沿って歯切り工具を工作物に対して相対移動させることにより、工作物に歯車を加工する。本例では、歯車加工装置は、歯切り工具としてスカイビングカッタを備え、スカイビング加工によって工作物に歯車を加工する場合を例示する。この場合、歯車加工装置は、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(旋回テーブル軸)及びC軸(ワーク軸))を駆動軸として有するマシニングセンタを例示することができる。
図1に示すように(図4のブロック図も参照)、本例の歯車加工装置1は、ベッド10と、コラム20と、サドル30と、回転主軸40と、テーブル50と、チルトテーブル60と、回転テーブル70と、保持部80と、制御装置100と、を主に備える。
次に、図4を参照して、制御装置100について詳細に説明する。制御装置100は、CPU、ROM、RAM、各種インターフェース等を有するマイクロコンピュータを主要構成部品する。制御装置100(主としてCPU)は、後述する歯車加工処理プログラムを実行することにより、歯車加工装置1の作動を統括的に制御する。
次に、図5を用いて、制御装置100により実行される歯車加工処理プログラムについて説明する。尚、歯車加工処理プログラムを実行するに当たり、基準回転速度設定部110には基準回転速度Nwが、基準送り速度設定部150には基準送り速度Fwが、それぞれ設定される。
上述した本例においては、工作物回転速度制御部130が、工作物Wの回転速度V1を反復的に増減する場合を例示した。これに対して、工作物回転速度制御部130は、工作物Wの回転速度V1を直線的に加速又は減速させることも可能である。以下、この第一別例を説明する。
上述した本例においては、工作物回転速度制御部130が、工作物Wの回転速度V1を反復的に増減される場合を例示した。これに対して、工作物回転速度制御部130は、工作物Wの回転速度V1を限界速度上限値及び限界速度下限値において一定とすることも可能である。以下、この第二別例を説明する。
上述した本例においては、工作物回転速度制御部130が、工作物Wの回転速度V1を反復的に増減される場合を例示した。これに対して、工作物回転速度制御部130は、回転速度V1が限界速度に到達した場合に、回転速度V1を一定の加速度又は減速度で変動させることも可能である。以下、この第三別例を説明する。
上述した本例及び第一別例~第三別例においては、歯切り工具42がスカイビングカッタであり、歯車加工装置1は、スカイビング加工による歯車加工を行う場合について説明した。これに対し、歯切り工具42がホブカッタである場合には、歯車加工装置1は、ホブ加工により歯車加工を行うことが可能である。
上述した本例においては、制限値演算部として、電流制限値演算部124がテーブル用モータ62に供給される電流を表す電流値、具体的には、回転速度の変動を実現するために必要な電流及び加工時に必要な電流を合わせた電流値を制限する場合を例示して説明した。しかし、制限値演算部としては、例えば、テーブル用モータ62が回転速度の変動を伴って回転可能な最大回転速度、最小回転速度又は最大回転加速度を制限値として、例えば、回転速度変動幅、回転速度変動周波数(又は、回転速度変動周期)及びテーブル用モータ62の慣性を用いて演算し、安定限界向上倍率マップに重畳される制限曲線を演算することも可能である。
上述した歯車加工装置1によれば、シミュレーション演算部121は、回転速度を変動させた場合においてびびり振動を生じさせることなく歯切り工具の工作物に対する切込量の増加率を表す安定限界増加率を、演算によりシミュレーションすることができる。又、マップ生成部123は、回転速度変動幅及び回転速度変動周波数(又は、回転速度変動周期)を変更して回転速度を変動させた場合の安定限界の増減を表す安定限界向上倍率を、安定限界に基づき、回転速度変動幅及び回転速度変動周波数(又は、回転速度変動周期)に対応させて安定限界向上倍率マップとして生成することができ、安定限界の分布が一目でわかる。
Claims (7)
- 歯切り工具と工作物とを同期回転させながら、前記工作物の回転軸線方向に沿って前記歯切り工具を前記工作物に対して相対移動させることにより、前記工作物に歯車を加工する歯車加工装置であって、
前記同期回転の回転速度を変動させた場合において前記歯切り工具の前記工作物に対する切込量の増加率を表す安定限界を、前記工作物、前記歯切り工具及び前記歯車加工装置の機体の何れか1つの振動特性に基づいて、回転速度変動幅と回転速度変動周期又は回転速度変動周波数とを用いて演算するシミュレーション演算部と、
前記安定限界に基づき、前記回転速度変動幅と前記回転速度変動周期又は前記回転速度変動周波数とを変更して前記安定限界の増減を表す安定限界向上倍率を演算する倍率演算部と、
前記歯切り工具及び前記工作物の前記回転速度を変動させる際の制限値を、前記回転速度変動幅と前記回転速度変動周期又は前記回転速度変動周波数とに応じて演算する制限値演算部と、
前記倍率演算部によって演算された前記安定限界向上倍率、及び、前記制限値演算部によって演算された前記制限値を、前記回転速度変動幅と前記回転速度変動周期又は前記回転速度変動周波数とに対応させることによりマップを生成するマップ生成部と、
を備えた、歯車加工装置。 - 前記マップ生成部は、前記回転速度変動幅と前記回転速度変動周期又は前記回転速度変動周波数とに対応する前記マップにおいて、前記安定限界向上倍率の範囲毎に異なる色又は濃淡を付与することにより、前記安定限界向上倍率の範囲毎に帯状とする、請求項1に記載の歯車加工装置。
- 歯切り工具と工作物とを同期回転させながら、前記工作物の回転軸線方向に沿って前記歯切り工具を前記工作物に対して相対移動させることにより、前記工作物に歯車を加工する歯車加工装置であって、
前記同期回転の回転速度を変動させた場合において前記歯切り工具の前記工作物に対する切込量の増加率を表す安定限界を、前記工作物、前記歯切り工具及び前記歯車加工装置の機体の何れか1つの振動特性に基づいて、回転速度変動幅と回転速度変動周期又は回転速度変動周波数とを用いて演算するシミュレーション演算部と、
前記安定限界に基づき、前記回転速度変動幅と前記回転速度変動周期又は前記回転速度変動周波数とを変更して前記安定限界の増減を表す安定限界向上倍率を演算する倍率演算部と、
前記倍率演算部によって演算された前記安定限界向上倍率を、前記回転速度変動幅と前記回転速度変動周期又は前記回転速度変動周波数とに対応させることによりマップを生成するマップ生成部と、
を備え、
前記マップ生成部は、前記回転速度変動幅と前記回転速度変動周期又は前記回転速度変動周波数とに対応するマップにおいて、前記安定限界向上倍率の範囲毎に異なる色又は濃淡を付与することにより、前記安定限界向上倍率の範囲毎に帯状とする、歯車加工装置。 - 前記倍率演算部は、
前記回転速度を変動させない場合を基準とし、前記回転速度変動幅と前記回転速度変動周期又は前記回転速度変動周波数とを変更して前記回転速度を変動させた場合の前記安定限界を前記基準と比較することにより前記安定限界向上倍率を演算する、請求項1~3の何れか1項に記載の歯車加工装置。 - 前記歯切り工具及び前記工作物の前記回転速度を変動させる際の制限値を、前記回転速度変動幅と前記回転速度変動周期又は前記回転速度変動周波数とに応じて演算する制限値演算部を備えた、請求項3に記載の歯車加工装置。
- 歯切り工具と工作物とを同期回転させながら、前記工作物の回転軸線方向に沿って前記歯切り工具を前記工作物に対して相対移動させることにより、前記工作物に歯車を加工する歯車加工方法であって、
前記同期回転の回転速度を変動させた場合において前記歯切り工具の前記工作物に対する切込量の増加率を表す安定限界を、前記工作物、前記歯切り工具及び前記工作物に歯車を加工する歯車加工装置の機体の何れか1つの振動特性に基づいて、回転速度変動幅と回転速度変動周期又は回転速度変動周波数とを用いて演算し、
前記安定限界に基づき、前記回転速度変動幅と前記回転速度変動周期又は前記回転速度変動周波数とを変更して前記安定限界の増減を表す安定限界向上倍率を、前記回転速度を変動させない場合を基準とし、前記回転速度変動幅と前記回転速度変動周期又は前記回転速度変動周波数とを変更して前記回転速度を変動させた場合の前記安定限界を前記基準と比較することにより演算し、
前記歯切り工具及び前記工作物の前記回転速度を変動させる際の制限値を、前記回転速度変動幅と前記回転速度変動周期又は前記回転速度変動周波数とに応じて演算し、
演算された前記安定限界向上倍率、及び、演算された前記制限値を、前記回転速度変動幅と前記回転速度変動周期又は前記回転速度変動周波数とに対応させてマップを生成し、且つ、
生成された前記マップに基づいて、前記回転速度変動幅と前記回転速度変動周期又は前記回転速度変動周波数とを含む変動条件を設定する、歯車加工方法。 - 歯切り工具と工作物とを同期回転させながら、前記工作物の回転軸線方向に沿って前記歯切り工具を前記工作物に対して相対移動させることにより、前記工作物に歯車を加工する歯車加工方法であって、
前記同期回転の回転速度を変動させた場合において前記歯切り工具の前記工作物に対する切込量の増加率を表す安定限界を、前記工作物、前記歯切り工具及び前記工作物に歯車を加工する歯車加工装置の機体の何れか1つの振動特性に基づいて、回転速度変動幅と回転速度変動周期又は回転速度変動周波数とを用いて演算し、
前記安定限界に基づき、前記回転速度変動幅と前記回転速度変動周期又は前記回転速度変動周波数とを変更して前記安定限界の増減を表す安定限界向上倍率を、前記回転速度を変動させない場合を基準とし、前記回転速度変動幅と前記回転速度変動周期又は前記回転速度変動周波数とを変更して前記回転速度を変動させた場合の前記安定限界を前記基準と比較することにより演算し、前記回転速度変動幅と前記回転速度変動周期又は前記回転速度変動周波数とに対応させてマップを生成し、且つ、
生成された前記マップに基づいて、前記回転速度変動幅と前記回転速度変動周期又は前記回転速度変動周波数とを含む変動条件を設定し、
前記回転速度変動幅と前記回転速度変動周期又は前記回転速度変動周波数とに対応する前記マップにおいて、前記安定限界向上倍率の範囲毎に異なる色又は濃淡を付与することにより、前記安定限界向上倍率の範囲毎に帯状にされる、歯車加工方法。
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