JP7521392B2 - 歯車加工方法及び歯車加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、歯車加工方法及び歯車加工装置に関するものである。

特許文献１には、工作物の回転軸線と切削工具の回転軸線とを平行に配置した状態で工作物と切削工具とを同期回転させることにより、切削工具の刃先軌跡をサイクロイド曲線とし、インボリュート曲線の歯面を切削加工することが記載されている。特許文献２には、スカイビングカッタによる歯車加工を行うことが記載されている。

独国特許出願公開第１０３２９４１３号明細書 特開２０２０－１９０９６号公報

特許文献１に記載の切削方法は、特許文献２に記載のスカイビング加工に比べて、高速な切削速度を得ることができる。当該切削方法は、歯車の歯面を歯先から歯底に向かって加工し、歯面の歯底寄りの加工終点にて折り返す。この折り返しによって、歯面の歯底付近にバリが残りやすい。特に、歯面の歯底付近まで加工しようとすると、よりバリが残りやすい。

本発明は、高速の切削速度による加工において、歯面にバリが残ることを抑制する歯車加工方法及び歯車加工装置を提供することを目的とする。

（１．歯車加工方法）
歯車加工方法は、予め歯形が形成された歯車形の工作物に対して、前記歯形の歯溝における歯面を加工する歯車加工方法であって、前記工作物の回転軸線と切削工具の回転軸線とを平行に配置した状態で前記工作物と前記切削工具とを同期回転させることにより前記工作物に対して前記切削工具の刃先を所定軌跡に沿って移動させ、各前記歯溝における前記歯面の一方を、前記歯面の歯先から歯底に向かって加工する歯面加工工程と、前記歯面の加工終点に到達した時に、前記切削工具の刃先を、前記歯溝の内部空間において前記歯面との非接触位置であって前記所定軌跡から異なる一時退避位置に移動させる一時退避工程と、前記歯溝の内部空間において前記切削工具の刃先を前記一時退避位置から前記所定軌跡に復帰させる復帰工程と、前記所定軌跡に復帰した後に、前記切削工具の刃先を前記所定軌跡に沿って移動させ、前記切削工具の刃先を前記歯溝の内部空間から前記歯溝の外に退避させる退避工程とを備える。

上記歯車加工方法によれば、歯面加工工程の次に、切削工具の刃先を、所定軌跡から異なる一時退避位置に移動させる。この一時退避動作によって、歯面の加工終点付近にバリが残ることを抑制できる。その後、切削工具の刃先は、復帰工程にて所定軌跡に復帰し、所定軌跡に沿って歯溝の内部空間から退避する。従って、次の加工においては、切削工具の刃先は、再び所定軌跡に沿って移動することにより、歯面加工工程を実施できる。

つまり、工作物の回転軸線と切削工具の回転軸線とを平行に配置した状態で工作物と切削工具とを同期回転させることにより、高速な切削速度を得ることができると共に、一時退避工程によってバリが残ることを抑制できる。

（２．歯車加工装置）
歯車加工装置は、予め歯形が形成された歯車形の工作物に対して、前記歯形の歯溝における歯面を加工する歯車加工装置であって、切削工具と、前記工作物と前記切削工具とを制御する制御装置とを備える。

前記制御装置は、前記工作物の回転軸線と前記切削工具の回転軸線とを平行に配置した状態で前記工作物と前記切削工具とを同期回転させることにより前記工作物に対して前記切削工具の刃先を所定軌跡に沿って移動させ、各前記歯溝における前記歯面の一方を、前記歯面の歯先から歯底に向かって加工する歯面加工部と、前記歯面の加工終点に到達した時に、前記切削工具の刃先を、前記歯溝の内部空間において前記歯面との非接触位置であって前記所定軌跡から異なる一時退避位置に移動させ一時退避部と、前記歯溝の内部空間において前記切削工具の刃先を前記一時退避位置から前記所定軌跡に復帰させる復帰部と、前記所定軌跡に復帰した後に、前記切削工具の刃先を前記所定軌跡に沿って移動させ、前記切削工具の刃先を前記歯溝の内部空間から前記歯溝の外に退避させる退避部とを備える。上記歯車加工装置によれば、上記歯車加工方法と同様の効果を奏する。

工作機械を示す図である。 工作物及び切削工具を示す図である。 第一例の切削工具を示す斜視図である。 第二例の切削工具を示す斜視図である。 制御装置を示す機能ブロック図である。 工作物に対して切削工具の工具刃の相対的な動作軌跡を示す図である。 工作物に対して切削工具の工具刃の刃先の相対的な動作軌跡を示す図である。 第一例の制御方法を示すグラフである。 第二例の制御方法を示すグラフである。 第四例の制御方法を示すグラフである。 第五例の制御方法を示すグラフである。 加工条件決定処理を示すフローチャートである。

（１．工作物）
切削前の工作物は、外周面又は内周面に歯形が形成された歯車形である。つまり、切削前の工作物は、予め歯形が形成されている。そして、歯形の歯溝における歯面が切削部位である。切削後の歯面は、インボリュート曲線に形成されている。つまり、予め形成された歯面を切削することにより、歯厚を薄くしつつ、インボリュート曲線の仕上げ形状を形成する。なお、切削前の歯面は、インボリュート曲線としても良いし、インボリュート曲線でない形状としても良い。

また、工作物Ｗの歯形は、歯すじ方向が工作物Ｗの回転軸線に平行としても良いし、歯すじ方向が工作物Ｗの回転軸線に対して角度を有するようにしても良い。前者の工作物Ｗの歯面Ｗｂは、平歯車の歯面となり、後者の工作物Ｗの歯面Ｗｂは、はすば歯車の歯面となる。

（２．工作機械１の例）
工作物Ｗである歯車の歯面を切削する歯車加工装置である工作機械１は、切削工具Ｔと工作物Ｗとを相対的に移動させることにより、切削工具Ｔによって歯面の切削を行う装置である。さらに、対象の工作機械１は、切削工具Ｔと工作物Ｗとを相対的に移動させるための複数の構造体により構成される。対象の工作機械１は、例えば、マシニングセンタを例にあげる。

工作機械１の例について、図１を参照して説明する。本例においては、工作機械１は、工具交換を可能なマシニングセンタを例にあげる。特に、工作機械１としてのマシニングセンタは、本例における歯面の切削の他に、ギヤスカイビング加工やホブ加工等によって、工作物Ｗに予め歯形を切削加工するようにしても良い。工作機械１としてのマシニングセンタは、横形マシニングセンタを基本構成とする。なお、工作機械１は、上記構成を例にあげるが、立形マシニングセンタ等、他の構成を適用することができる。

図１に示すように、工作機械１は、例えば、相互に直交する３つの直進軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）を駆動軸として有する。ここで、切削工具Ｔの回転軸線（工具主軸の回転軸線に等しい）の方向をＺ軸方向と定義し、Ｚ軸方向に直交する２軸をＸ軸方向及びＹ軸方向と定義する。図１においては、水平方向をＸ軸方向とし、鉛直方向をＹ軸方向とする。さらに、工作機械１は、さらに、切削工具Ｔと工作物Ｗとの相対姿勢を変更するための２つの回転軸（Ｂ軸及びＣｗ軸）を駆動軸として有する。また、工作機械１は、切削工具Ｔを回転するための回転軸としてのＣｔ軸を有する。

つまり、工作機械１は、自由曲面を加工可能な５軸加工機（工具主軸（Ｃｔ軸）を考慮すると６軸加工機となる）である。ここで、工作機械１は、Ｂ軸（基準状態においてＹ軸回りの回転軸）及びＣｗ軸（基準状態においてＺ軸回りの回転軸）を有する構成に代えて、Ａ軸（基準状態においてＸ軸回りの回転軸）及びＢ軸を有する構成としてもよいし、Ａ軸及びＣｗ軸を有する構成としてもよい。

工作機械１において、切削工具Ｔと工作物Ｗとを相対的に移動させる構成は、適宜選択可能である。本例では、工作機械１は、切削工具ＴをＹ軸方向及びＺ軸方向に直動可能とし、工作物ＷをＸ軸方向に直動可能とし、さらに工作物ＷをＢ軸回転及びＣｗ軸回転可能とする。また、切削工具Ｔは、Ｃｔ軸回転可能である。

工作機械１は、ベッド１０と、工作物保持装置２０と、工具保持装置３０とを備える。ベッド１０は、略矩形状等の任意の形状に形成されており、床面に設置される。工作物保持装置２０は、工作物Ｗをベッド１０に対して、Ｘ軸方向に直動可能とし、Ｂ軸回転及びＣｗ軸回転可能とする。工作物保持装置２０は、Ｘ軸移動テーブル２１と、Ｂ軸回転テーブル２２と、工作物主軸装置２３とを主に備える。

Ｘ軸移動テーブル２１は、ベッド１０に対してＸ軸方向に移動可能に設けられる。具体的に、ベッド１０には、Ｘ軸方向（図１前後方向）へ延びる一対のＸ軸ガイドレールが設けられ、Ｘ軸移動テーブル２１は、図示しないリニアモータ又はボールねじ機構によって駆動されることにより、一対のＸ軸ガイドレールに案内されながらＸ軸方向へ往復移動する。

Ｂ軸回転テーブル２２は、Ｘ軸移動テーブル２１の上面に設置され、Ｘ軸移動テーブル２１と一体的にＸ軸方向へ往復移動する。また、Ｂ軸回転テーブル２２は、Ｘ軸移動テーブル２１に対し、Ｂ軸回転可能に設けられる。Ｂ軸回転テーブル２２には、図示しない回転モータが収納され、Ｂ軸回転テーブル２２は、回転モータに駆動されることでＢ軸回転可能となる。

工作物主軸装置２３は、Ｂ軸回転テーブル２２に設置され、Ｂ軸回転テーブル２２と一体的にＢ軸回転する。工作物主軸装置２３は、工作物主軸基台２３ａ、工作物主軸ハウジング２３ｂ、及び、工作物主軸２３ｃを備える。工作物主軸基台２３ａは、Ｂ軸回転テーブル２２の上面に固定されている。

工作物主軸ハウジング２３ｂは、工作物主軸基台２３ａに固定され、Ｂ軸中心線に直交するＣｗ軸中心線を中心とする円筒内周面を有する。工作物主軸２３ｃは、工作物主軸ハウジング２３ｂに回転可能に支持される。工作物主軸２３ｃには、工作物Ｗが着脱可能に保持される。つまり、工作物主軸２３ｃは、工作物Ｗを工作物主軸ハウジング２３ｂにＣｗ軸回りに回転可能に保持し、工作物Ｗと一体的に回転する。

工作物主軸ハウジング２３ｂの内部には、工作物主軸２３ｃを回転させる回転モータ（図示せず）と、工作物主軸２３ｃの回転角度を検出するエンコーダ等の検出器（図示せず）が設けられる。このように、工作物保持装置２０は、工作物Ｗを、ベッド１０に対して、Ｘ軸方向へ移動可能とし、且つ、Ｂ軸回りに回転可能及びＣｗ軸回りに回転可能とする。

工具保持装置３０は、コラム３１と、サドル３２と、工具主軸装置３３とを主に備える。コラム３１は、ベッド１０に対してＺ軸方向に移動可能に設けられる。具体的に、ベッド１０には、Ｚ軸方向（図１左右方向）へ延びる一対のＺ軸ガイドレールが設けられ、コラム３１は、図示しないリニアモータ又はボールねじ機構によって駆動されることにより、一対のＺ軸ガイドレールに案内されながらＺ軸方向へ往復移動する。

サドル３２は、コラム３１における工作物Ｗ側の側面（図１の左側面）であって、Ｚ軸方向に直交する平面に平行な側面に配置される。このコラム３１の側面には、Ｙ軸方向（図１の上下方向）へ延びる一対のＹ軸ガイドレールが設けられ、サドル３２は、図示しないリニアモータ又はボールねじ機構に駆動されることで、Ｙ軸方向へ往復移動する。

工具主軸装置３３は、サドル３２に設置されると共に、サドル３２と一体的にＹ軸方向へ移動する。工具主軸装置３３は、工具主軸ハウジング３３ａと、工具主軸３３ｂとを備える。工具主軸ハウジング３３ａは、サドル３２に固定され、Ｚ軸に平行なＣｔ軸中心線を中心とする円筒内周面を有する。工具主軸３３ｂは、工具主軸ハウジング３３ａに回転可能に支持される。工具主軸３３ｂには、切削工具Ｔが着脱可能に保持される。つまり、工具主軸３３ｂは、切削工具Ｔを工具主軸ハウジング３３ａにＣｔ軸回転可能に保持し、切削工具Ｔと一体的に回転する。

工具主軸ハウジング３３ａの内部には、工具主軸３３ｂを回転させる工具回転モータ（図示せず）と、工具主軸３３ｂの回転角度を検出するエンコーダ等の検出器（図示せず）とが設けられる。このように、工具保持装置３０は、切削工具Ｔを、ベッド１０に対して、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動可能とし、且つ、Ｃｔ軸回転可能に保持する。

（３．切削工具Ｔの詳細構成）
（３－１．第一例の切削工具Ｔの詳細構成）
切削工具Ｔの構成について、図２及び図３を参照して説明する。第一例の切削工具Ｔは、歯すじ方向が工作物Ｗの回転軸線に平行な工作物Ｗの歯溝Ｗａにおける歯面Ｗｂを切削する回転工具である。工作物Ｗの回転軸線Ｃｗと切削工具Ｔの回転軸線Ｃｔとが平行に配置される。この状態で、切削工具Ｔは、工作物Ｗに対して同期回転させることにより、工作物Ｗである歯車の歯面Ｗｂを切削する。

切削工具Ｔは、工具本体Ｔａと、工具刃Ｔｂとを備える。工具本体Ｔａは、例えば、円柱状に形成され、中心軸線が工具主軸３３ｂのＣｔ軸中心線に一致するように工具主軸３３ｂに保持される。工具本体Ｔａは、例えば、鋼材により形成される。

工具刃Ｔｂは、工具本体Ｔａの先端に設けられ、工具本体Ｔａの径方向外方に突出するように設けられている。工具刃Ｔｂは、例えば、超硬により形成されている。工具刃Ｔｂは、板状に形成されている。つまり、工具刃Ｔｂは、切削工具Ｔの軸直角断面において、切削工具Ｔの径方向に延在する板状に形成されている。特に本例においては、工具刃Ｔｂは、板状の面法線方向から見た場合に、台形に形成されている。ただし、工具刃Ｔｂの当該形状は、台形に限られず、長方形に形成されるようにしても良い。

第一例の切削工具Ｔは、歯すじ方向が工作物Ｗの回転軸線に平行な歯面Ｗｂを切削する場合を対象とするため、切削工具Ｔの工具刃Ｔｂは、板の延在方向が工具本体Ｔａの中心軸線に平行となるように設けられている。

従って、工具刃Ｔｂは、切削工具Ｔの径方向外方の先端面Ｔｂ１と、切削工具Ｔの周方向を向く側面Ｔｂ２とを備える。そして、工具刃Ｔｂにおいて、工作物Ｗの歯面Ｗｂの切削を行う部位は、先端面Ｔｂ１と側面Ｔｂ２との稜線部分Ｔｂ３（刃先）である。

ここで、図２においては、工作物Ｗは外歯車を例示するが、内歯車とすることもできる。この場合、切削工具Ｔは、内歯車である工作物Ｗの内側に位置し、切削工具Ｔの回転軸線Ｃｔは、工作物Ｗの回転軸線Ｃｗに対して偏心している。

（３－２．第二例の切削工具Ｔの詳細構成）
第二例の切削工具Ｔの構成について、図４を参照して説明する。第二例の切削工具Ｔは、歯すじ方向が工作物Ｗの回転軸線に対して角度を有する歯面Ｗｂを切削する回転工具である。つまり、第二例の切削工具Ｔは、はすば歯車の歯面を切削する工具である。

切削工具Ｔの工具刃Ｔｂは、工作物Ｗの歯面Ｗｂのねじれ角に対応する切削工具Ｔのねじれ角の線上に沿って設けられている。工具刃Ｔｂは、工作物Ｗの歯面Ｗｂのねじれ角に対応する切削工具Ｔの線上に沿った三次元状の曲面の側面Ｔｂ２を有する。

（４．制御装置５０の構成）
上述した工作機械１の制御装置５０の機能ブロック構成について、図５を参照して説明する。制御装置５０は、加工条件記憶部５１、歯面加工部５２、一時退避部５３、復帰部５４、退避部５５を備える。

加工条件記憶部５１は、切削工具Ｔにより工作物Ｗの歯面Ｗｂを切削する際の加工条件を記憶する。加工条件とは、切削工具Ｔの回転速度、工作物Ｗの回転速度、工作物Ｗの回転軸線Ｃｗに対する切削工具Ｔの回転軸線Ｃｔの相対的な位置、工作物Ｗの回転位相に対する切削工具Ｔの相対的な回転位相等が含まれる。

歯面加工部５２、一時退避部５３、復帰部５４及び退避部５５は、加工条件記憶部５１に記憶された加工条件に基づいて、モータ等の駆動装置６０を制御する。後述にて詳細に説明するが、歯面加工部５２は、所定軌跡に沿って工具刃Ｔｂを歯溝Ｗａに進入させながら、歯面Ｗｂを歯先から歯底に向かって加工する制御を行う。

一時退避部５３は、歯面Ｗｂの加工終点に到達した時に、工具刃Ｔｂの刃先Ｔｂ３を、歯溝Ｗａの内部空間において歯面Ｗｂとの非接触位置である一時退避位置に移動させる制御を行う。復帰部５４は、工具刃Ｔｂの刃先Ｔｂ３を一時退避位置から所定軌跡に復帰させる制御を行う。退避部５５は、工具刃Ｔｂの刃先Ｔｂ３を、所定軌跡に沿って移動させて、歯溝Ｗａの外に退避させる制御を行う。

（５．切削方法）
切削工具Ｔによる工作物Ｗの歯面Ｗｂの切削方法について、図６及び図７を参照して説明する。図６の二点鎖線は、図２に示すように、工作物Ｗが時計回りに回転し、切削工具Ｔが反時計回りに回転する場合において、工作物Ｗを固定したと仮定した場合の切削工具Ｔの工具刃Ｔｂの動作軌跡を示す。

つまり、工具刃Ｔｂは、Ａ１→Ａ２→Ａ３→Ａ４→Ａ５→Ａ６→Ａ７の順に移動する。切削工具Ｔは反時計回りに回転しているため（図２参照）、工具刃Ｔｂの姿勢は、Ａ１からＡ７に行くに従って、工具刃Ｔｂの基端（図６の上端）に対して工具刃Ｔｂの刃先Ｔｂ３が反時計回りに移動する。そして、切削工具Ｔは、工作物Ｗの回転に同期して回転するため、切削工具Ｔの回転軸線が、工作物Ｗに対してほぼ公転することになる。従って、工具刃Ｔｂの位置及び姿勢が、図６に示すように、工作物Ｗに対して変化する。

図７において、太実線が、工作物Ｗに対して切削工具Ｔの工具刃Ｔｂの刃先Ｔｂ３の相対的な動作軌跡である。つまり、図７に示すように、工作物Ｗの回転軸線Ｃｗと切削工具Ｔの回転軸線Ｃｔとを平行に配置した状態で、工作物Ｗと切削工具Ｔとを同期回転させる。Ａ１→Ａ２→Ａ３に示すように、工作物Ｗに対して工具刃Ｔｂの刃先Ｔｂ３を所定軌跡に沿って移動させている。所定軌跡は、サイクロイド曲線となる。この動作の最中に、工具刃Ｔｂの刃先Ｔｂ３は、歯溝Ｗａにおける歯面Ｗｂの一方を、歯面Ｗｂの歯先から歯底に向かって加工する（歯面加工工程）。この歯面加工工程は、図５に示す制御装置５０における歯面加工部５２により制御される。

Ａ３にて、歯面Ｗｂの加工終点に到達する。続いて、Ａ３→Ａ４に示すように、歯面Ｗｂの加工終点に到達した時に、工具刃Ｔｂの刃先Ｔｂ３を、歯溝Ｗａの内部空間において歯面Ｗｂとの非接触位置であって、所定軌跡（サイクロイド曲線）から異なる一時退避位置に移動させる（一時退避工程）。詳細には、工具刃Ｔｂの刃先Ｔｂ３を、歯溝Ｗａの内部空間において工作物Ｗの周方向に相対移動させることにより、工具刃Ｔｂの刃先Ｔｂ３を、一時退避位置に移動させる。この一時退避工程は、図５に示す制御装置５０における一時退避部５３により制御される。

続いて、Ａ４→Ａ５に示すように、歯溝Ｗａの内部空間において、工具刃Ｔｂの刃先Ｔｂ３を、一時退避位置から所定軌跡（サイクロイド曲線）に復帰させる（復帰工程）。Ａ５における復帰位置は、所定軌跡（サイクロイド曲線）上において、歯面Ｗｂの加工終点のＡ３における位置とは異なる位置である。より詳細には、Ａ５における復帰位置は、所定軌跡（サイクロイド曲線）において、Ａ３における加工終点の位置に対して、工具刃Ｔｂの刃先Ｔｂ３が歯溝Ｗａの歯底から離れた方向に位置する。さらに、Ａ５における復帰位置は、歯面Ｗｂに非接触である。復帰工程は、図５に示す制御装置５０における復帰部５４により制御される。

続いて、工具刃Ｔｂの刃先Ｔｂ３が所定軌跡に復帰した後に、Ａ５→Ａ６→Ａ７に示すように、工具刃Ｔｂの刃先Ｔｂ３を所定軌跡に沿って移動させ、刃先Ｔｂ３を歯面Ｗｂに非接触とし、刃先Ｔｂ３を歯溝Ｗａの内部空間から歯溝Ｗａの外に退避させる（退避工程）。退避工程は、図５に示す制御装置５０における退避部５５により制御される。

ここで、工作物Ｗの歯面Ｗｂは、インボリュート曲線であるのに対して、工具刃Ｔｂの刃先Ｔｂ３の軌跡は、サイクロイド曲線である。そのため、歯面加工工程では、工具刃Ｔｂの刃先Ｔｂ３の軌跡であるサイクロイド曲線のうち、歯面Ｗｂのインボリュート曲線に近似する部分を用いて、歯面Ｗｂが切削される。このことは、工作物Ｗと切削工具Ｔの回転速度比、切削工具Ｔの工具刃Ｔｂの刃先径、工作物Ｗに対する切削工具Ｔの回転位相調整量を設定することにより、実現される。

また、図６及び図７には、１つの歯溝Ｗａにおける一方の歯面Ｗｂを切削する場合を示した。この動作を、全ての歯溝Ｗａにて行うことにより、全ての歯溝Ｗａにおける一方の歯面Ｗｂを切削することができる。さらに、他方の歯面Ｗｂについては、工作物Ｗと切削工具Ｔの回転方向を逆転させることにより、実質的に同様に切削することができる。

上述した切削方法によれば、歯面加工工程の次に、工具刃Ｔｂの刃先Ｔｂ３を、所定軌跡（サイクロイド曲線）から異なる一時退避位置に移動させる。この一時退避動作によって、歯面Ｗｂの加工終点付近にバリが残ることを抑制できる。その後、工具刃Ｔｂの刃先Ｔｂ３は、復帰工程にて所定軌跡であるサイクロイド曲線に復帰し、所定軌跡に沿って歯溝Ｗａの内部空間から退避する。従って、次の加工においては、工具刃Ｔｂの刃先Ｔｂ３は、再び所定軌跡に沿って移動することにより、歯面加工工程を実施できる。

つまり、工作物Ｗの回転軸線Ｃｗと切削工具Ｔの回転軸線Ｃｔとを平行に配置した状態で工作物Ｗと切削工具Ｔとを同期回転させることにより、高速な切削速度を得ることができると共に、一時退避工程によってバリが残ることを抑制できる。

（６．制御例）
（６－１．制御例の基本）
上述の切削方法にて説明したように、Ａ１→Ａ２→Ａ３→Ａ５→Ａ６→Ａ７における刃先Ｔｂ３の軌跡は、サイクロイド曲線である。そして、Ａ３→Ａ４→Ａ５における刃先Ｔｂ３の軌跡は、サイクロイド曲線からずれている。そこで、サイクロイド曲線の軌跡を基準動作として、一時退避工程及び復帰工程における動作は、基準動作に対して補正することにより、上記動作を実現する。以下に、複数の制御方法の例について説明する。

（６－２．第一例の制御方法）
第一例の制御方法について、図８を参照して説明する。第一例の制御方法では、常に、切削工具Ｔの回転速度を一定の速度Ｖｔとする。そして、工作物Ｗの回転速度を、歯面加工工程（Ｔ１～Ｔ２）及び退避工程（Ｔ４～Ｔ５）では基準速度Ｖｗとし、一時退避工程（Ｔ２～Ｔ３）及び復帰工程（Ｔ３～Ｔ４）にて基準速度Ｖｗから変動させる。

具体的には、一時退避工程（Ｔ２～Ｔ３）にて、工作物Ｗの回転速度を、基準速度Ｖｗに対して早くする。つまり、一時退避工程（Ｔ２～Ｔ３）は、歯面加工工程（Ｔ１～Ｔ２）及び退避工程（Ｔ４～Ｔ５）に比べて、工作物Ｗの回転速度に対する切削工具Ｔの相対的な回転速度を遅くしている。

復帰工程（Ｔ３～Ｔ４）にて、工作物Ｗの回転速度を、基準速度Ｖｗに対して遅くする。つまり、復帰工程（Ｔ３～Ｔ４）は、歯面加工工程（Ｔ１～Ｔ２）及び退避工程（Ｔ４～Ｔ５）に比べて、工作物Ｗの回転速度に対する切削工具Ｔの相対的な回転速度を早くしている。このように、工作物Ｗの回転速度を変動させることで、一時退避工程（Ｔ２～Ｔ３）及び復帰工程（Ｔ３～Ｔ４）の動作を実現できる。

（６－３．第二例の制御方法）
第二例の制御方法について、図９を参照して説明する。第二例の制御方法では、常に、工作物Ｗの回転速度を一定の速度Ｖｗとする。そして、切削工具Ｔの回転速度を、歯面加工工程（Ｔ１～Ｔ２）及び退避工程（Ｔ４～Ｔ５）では基準速度Ｖｔとし、一時退避工程（Ｔ２～Ｔ３）及び復帰工程（Ｔ３～Ｔ４）にて基準速度Ｖｔから変動させる。

具体的には、一時退避工程（Ｔ２～Ｔ３）にて、切削工具Ｔの回転速度を、基準速度Ｖｔに対して遅くする。つまり、一時退避工程（Ｔ２～Ｔ３）は、歯面加工工程（Ｔ１～Ｔ２）及び退避工程（Ｔ４～Ｔ５）に比べて、工作物Ｗの回転速度に対する切削工具Ｔの相対的な回転速度を遅くしている。

復帰工程（Ｔ３～Ｔ４）にて、切削工具Ｔの回転速度を、基準速度Ｖｔに対して早くする。つまり、復帰工程（Ｔ３～Ｔ４）は、歯面加工工程（Ｔ１～Ｔ２）及び退避工程（Ｔ４～Ｔ５）に比べて、工作物Ｗの回転速度に対する切削工具Ｔの相対的な回転速度を早くしている。このように、切削工具Ｔの回転速度を変動させることで、一時退避工程（Ｔ２～Ｔ３）及び復帰工程（Ｔ３～Ｔ４）の動作を実現できる。

（６－４．第三例の制御方法）
一時退避工程（Ｔ２～Ｔ３）及び復帰工程（Ｔ３～Ｔ４）にて、第一例では、工作物Ｗの回転速度のみを変動させ、第二例では、切削工具Ｔの回転速度のみを変動させた。この他に、一時退避工程（Ｔ２～Ｔ３）及び復帰工程（Ｔ３～Ｔ４）にて、工作物Ｗの回転速度及び切削工具Ｔの回転速度を変動させるようにしても良い。

ただし、一時退避工程（Ｔ２～Ｔ３）は、歯面加工工程（Ｔ１～Ｔ２）及び退避工程（Ｔ４～Ｔ５）に比べて、工作物Ｗの回転速度に対する切削工具Ｔの相対的な回転速度を遅くする必要がある。また、復帰工程（Ｔ３～Ｔ４）は、歯面加工工程（Ｔ１～Ｔ２）及び退避工程（Ｔ４～Ｔ５）に比べて、工作物Ｗの回転速度に対する切削工具Ｔの相対的な回転速度を早くする必要がある。

（６－５．第四例の制御方法）
第四例の制御方法について、図１０を参照して説明する。第四例の制御方法では、常に、切削工具Ｔの回転軸線ＣｔのＸ軸位置を一定の位置Ｘｔとする。そして、工作物Ｗの回転軸線ＣｗのＸ軸位置を、歯面加工工程（Ｔ１～Ｔ２）及び退避工程（Ｔ４～Ｔ５）では基準位置Ｘｗとし、一時退避工程（Ｔ２～Ｔ３）及び復帰工程（Ｔ３～Ｔ４）にて基準位置Ｘｗから変動させる。

具体的には、一時退避工程（Ｔ２～Ｔ３）にて、工作物Ｗの回転軸線ＣｗのＸ軸位置を、基準位置Ｘｗに対して移動することで、刃先Ｔｂ３を歯面Ｗｂの加工終了位置から離間させる。復帰工程（Ｔ３～Ｔ４）にて、工作物Ｗの回転軸線ＣｗのＸ軸位置を、基準位置Ｘｗに対して移動することで、所定軌跡（サイクロイド曲線）に復帰させる。このように、工作物Ｗの回転軸線ＣｗのＸ軸位置を往復移動させることで、一時退避工程（Ｔ２～Ｔ３）及び復帰工程（Ｔ３～Ｔ４）の動作を実現できる。

なお、一時退避工程（Ｔ２～Ｔ３）及び復帰工程（Ｔ３～Ｔ４）において、工作物Ｗの回転軸線Ｃｗと切削工具Ｔの回転軸線Ｃｔとは平行を維持した状態で往復移動する。そして、上記では、Ｘ軸位置の移動を例に説明したが、加工位置と軸構成とに応じた方向に移動すれば良い。

（６－６．第五例の制御方法）
第五例の制御方法について、図１１を参照して説明する。第五例の制御方法では、常に、工作物Ｗの回転軸線ＣｗのＸ軸位置を一定の位置Ｘｗとする。そして、切削工具Ｔの回転軸線ＣｔのＸ軸位置を、歯面加工工程（Ｔ１～Ｔ２）及び退避工程（Ｔ４～Ｔ５）では基準位置Ｘｔとし、一時退避工程（Ｔ２～Ｔ３）及び復帰工程（Ｔ３～Ｔ４）にて基準位置Ｘｔから変動させる。

具体的には、一時退避工程（Ｔ２～Ｔ３）にて、切削工具Ｔの回転軸線ＣｔのＸ軸位置を、基準位置Ｘｔに対して移動することで、刃先Ｔｂ３を歯面Ｗｂの加工終了位置から離間させる。復帰工程（Ｔ３～Ｔ４）にて、切削工具Ｔの回転軸線ＣｔのＸ軸位置を、基準位置Ｘｔに対して移動することで、所定軌跡（サイクロイド曲線）に復帰させる。このように、切削工具Ｔの回転軸線ＣｔのＸ軸位置を往復移動させることで、一時退避工程（Ｔ２～Ｔ３）及び復帰工程（Ｔ３～Ｔ４）の動作を実現できる。

（６－７．第六例の制御方法）
一時退避工程（Ｔ２～Ｔ３）及び復帰工程（Ｔ３～Ｔ４）にて、第四例では、工作物Ｗの回転軸線Ｃｗのみを往復移動させ、第五例では、切削工具Ｔの回転軸線Ｃｔのみを往復移動させた。この他に、一時退避工程（Ｔ２～Ｔ３）及び復帰工程（Ｔ３～Ｔ４）にて、工作物Ｗの回転軸線Ｃｗ及び切削工具Ｔの回転軸線Ｃｔを往復移動させるようにしても良い。

（７．加工条件決定処理）
加工条件決定処理について、図１２を参照して説明する。上述したように、工具刃Ｔｂの刃先Ｔｂ３のサイクロイド曲線のうち、歯面Ｗｂのインボリュート曲線に近似する部分を見つける必要がある。さらに、サイクロイド曲線のうち、工具刃Ｔｂの刃先Ｔｂ３が、歯面Ｗｂの歯先から歯底に向かって切削するような工作物Ｗと切削工具Ｔの位置関係とする必要がある。さらに、工作物Ｗにおいて複数の歯溝Ｗａの全てについて、歯面Ｗｂを切削する必要がある。これらのことを実現するために、以下に説明するような加工条件決定処理にて、加工条件が決定される。

図１２に示すように、切削工具Ｔの刃数を決定する（ステップＳ１）。例えば、図２に示す切削工具Ｔは、１個の刃数である。刃数は、例えば、１個、２個、３個が好適である。次に、工作物Ｗと切削工具Ｔとの回転速度比を決定する（ステップＳ２）。つまり、工具刃Ｔｂが全ての歯面Ｗｂを切削できる条件を決定する。工具刃Ｔｂにより、全ての歯面Ｗｂを１回ずつ切削するための回転速度比を決定する。

次に、工具刃Ｔｂの刃先径の初期値を入力する（ステップＳ３）。次に、工作物Ｗを固定した条件で、回転速度比、工具刃Ｔｂの刃先径を用いて、工具刃Ｔｂの刃先Ｔｂ３をサイクロイド運動軌跡として算出する（ステップＳ４）。

次に、工具刃Ｔｂの刃先Ｔｂ３の軌跡であるサイクロイド曲線が、インボリュート曲線である歯面Ｗｂに一致するか否かを判定する（ステップＳ５）。一致しなければ（Ｓ５：Ｎｏ）、工具刃Ｔｂの刃先径を変更する（ステップＳ６）。そして、ステップＳ４，Ｓ５を繰り返す。

ステップＳ５にて一致する場合には（Ｓ５：Ｙｅｓ）、そのときの工具刃Ｔｂの刃先径を決定する（ステップＳ７）。決定された工具刃Ｔｂの刃先径、且つ、回転速度比を用いれば、歯面Ｗｂが存在する工作物Ｗの径方向範囲において、工具刃Ｔｂの刃先Ｔｂ３のサイクロイド曲線の一部分と、インボリュート曲線である歯面Ｗｂとが近似することになる。

次に、工具刃Ｔｂの刃先Ｔｂ３の軌跡が、歯面Ｗｂの歯先から歯底に向かって切削するように、回転位相調整量を決定する（ステップＳ８）。工作物Ｗの回転位相と切削工具Ｔの回転位相との関係によっては、工具刃Ｔｂが、歯溝Ｗａの内部空間に歯面Ｗｂに非接触で進入した後、歯面Ｗｂに非接触で歯溝Ｗａの内部空間から退避する場合がある。また、回転位相によっては、工具刃Ｔｂが、歯溝Ｗａの内部空間に進入する際に歯面Ｗｂに非接触で、歯溝Ｗａの内部空間から退避する際に歯面Ｗｂに接触する場合がある。さらには、回転位相によっては、工具刃Ｔｂが歯溝Ｗａに進入できずに、歯に衝突する場合がある。そこで、図６及び図７にて示したような動作を実現するような回転位相調整量を決定する。このようにして、加工条件が決定される。

上述した歯車加工方法によれば、歯面Ｗｂの一方面のみの切削ではあるが、スカイビング加工やホブ加工に比べて、切削速度を高速とすることができる。従って、小径の切削工具Ｔを用いたとしても、高精度に歯面Ｗｂを切削することができる。特に、内歯車の切削加工においては、切削工具Ｔの外径に制約があるため、効果的である。

１：工作機械、１０：ベッド、２０：工作物保持装置、２１：Ｘ軸移動テーブル、２２：Ｂ軸回転テーブル、２３：工作物主軸装置、２３ａ：工作物主軸基台、２３ｂ：工作物主軸ハウジング、２３ｃ：工作物主軸、３０：工具保持装置、３１：コラム、３２：サドル、３３：工具主軸装置、３３ａ：工具主軸ハウジング、３３ｂ：工具主軸、５０：制御装置、５１：加工条件記憶部、５２：歯面加工部、５３：一時退避部、５４：復帰部、５５：退避部、６０：駆動装置、Ｃｔ：回転軸線、Ｃｗ：回転軸線、Ｔ：切削工具、Ｔａ：工具本体、Ｔｂ：工具刃、Ｔｂ１：先端面、Ｔｂ２：側面、Ｔｂ３：刃先、Ｗ：工作物、Ｗａ：歯溝、Ｗｂ：歯面

Claims (7)

1. 予め歯形が形成された歯車形の工作物に対して、前記歯形の歯溝における歯面を加工する歯車加工方法であって、
   前記工作物の回転軸線と切削工具の回転軸線とを平行に配置した状態で前記工作物と前記切削工具とを同期回転させることにより前記工作物に対して前記切削工具の刃先を所定軌跡に沿って移動させ、各前記歯溝における前記歯面の一方を、前記歯面の歯先から歯底に向かって加工する歯面加工工程と、
   前記歯面の加工終点に到達した時に、前記切削工具の刃先を、前記歯溝の内部空間において前記歯面との非接触位置であって前記所定軌跡から異なる一時退避位置に移動させる一時退避工程と、
   前記歯溝の内部空間において前記切削工具の刃先を前記一時退避位置から前記所定軌跡に復帰させる復帰工程と、
   前記所定軌跡に復帰した後に、前記切削工具の刃先を前記所定軌跡に沿って移動させ、前記切削工具の刃先を前記歯溝の内部空間から前記歯溝の外に退避させる退避工程と、
   を備える、歯車加工方法。
2. 前記一時退避工程は、前記歯面加工工程において前記歯面の加工終点に到達した時に、前記切削工具の刃先を、前記歯溝の内部空間において前記工作物の周方向に相対移動させることにより、前記一時退避位置に移動させる、請求項１に記載の歯車加工方法。
3. 前記所定軌跡は、サイクロイド曲線であり、
   前記歯面は、インボリュート曲線であり、
   前記歯面加工工程は、前記サイクロイド曲線のうち前記インボリュート曲線に近似する部分を用いて、前記歯面を加工する、請求項１又は２に記載の歯車加工方法。
4. 前記歯面加工工程は、
   前記工作物と前記切削工具の回転速度比、前記切削工具の刃先径、前記工作物に対する前記切削工具の回転位相調整量を設定することにより、
   前記サイクロイド曲線のうち前記インボリュート曲線に近似する部分を用いて、前記歯面を加工する、請求項３に記載の歯車加工方法。
5. 前記一時退避工程は、前記歯面加工工程及び前記退避工程に比べて、前記工作物の回転速度に対する前記切削工具の相対的な回転速度を遅くし、
   前記復帰工程は、前記歯面加工工程及び前記退避工程に比べて、前記工作物の回転速度に対する前記切削工具の相対的な回転速度を早くする、請求項１－４の何れか１項に記載の歯車加工方法。
6. 前記一時退避工程及び復帰工程は、前記工作物の回転軸線に対して前記切削工具の回転軸線を相対的に往復移動させる、請求項１－４の何れか１項に記載の歯車加工方法。
7. 予め歯形が形成された歯車形の工作物に対して、前記歯形の歯溝における歯面を加工する歯車加工装置であって、
   切削工具と、
   前記工作物と前記切削工具とを制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記工作物の回転軸線と前記切削工具の回転軸線とを平行に配置した状態で前記工作物と前記切削工具とを同期回転させることにより前記工作物に対して前記切削工具の刃先を所定軌跡に沿って移動させ、各前記歯溝における前記歯面の一方を、前記歯面の歯先から歯底に向かって加工する歯面加工部と、
   前記歯面の加工終点に到達した時に、前記切削工具の刃先を、前記歯溝の内部空間において前記歯面との非接触位置であって前記所定軌跡から異なる一時退避位置に移動させ一時退避部と、
   前記歯溝の内部空間において前記切削工具の刃先を前記一時退避位置から前記所定軌跡に復帰させる復帰部と、
   前記所定軌跡に復帰した後に、前記切削工具の刃先を前記所定軌跡に沿って移動させ、前記切削工具の刃先を前記歯溝の内部空間から前記歯溝の外に退避させる退避部と、
   を備える、歯車加工装置。

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