JPH07164243A - 歯車加工装置およびその加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 歯車と砥石を最適に噛み合わせて切削し、歯
車の歯部のピッチ誤差および偏心を低減することができ
る歯車加工装置とその方法を提供する。 【構成】 本装置は、砥石５０を回転駆動させる砥石用
サーボモータ２５に入力される電流をＦＦＴアナライザ
３３により周波数解析し、あらかじめ記憶されている周
波数解析パターンに類似するようにＮＣ装置２９により
砥石用サーボモータ２５の回転角位相を制御し歯車の加
工を行う。また、本装置を利用した測定方法は、歯車６
０または砥石５０の回転角位相を進み位相および遅れ位
相とし、歯車６０と砥石５０が離れた後に再び接触した
時のそれぞれの回転角位相の中間の回転角位相を最適値
として歯車６０または砥石５０転駆動させ歯車６０の加
工を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シェービング加工など
を行う歯車のピッチ誤差または偏心を低減できる歯車加
工装置およびその加工方法。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車用平またははすば歯車の仕
上げ加工には、シェービング加工が用いられている。こ
のシェービング加工とは、歯面に切刃を与えたシェービ
ングカッタと、切削代0.05mm前後に粗歯切りした被削歯
車をバックラッシュなしで噛み合わせ、歯筋方向の相対
すべりを利用して切削を行うものである。

【０００３】また、シェービング加工の目的は、被削歯
車のピッチ誤差または偏心などを修正し、歯筋方向にふ
くらみを持たせるクラウニングなどを行い、回転を滑ら
かにすることである。

【０００４】実際には、ワークである歯車の外周に近接
スイッチなどのセンサーを設け歯車の歯部を検出し、セ
ンサーからのＯＮ／ＯＦＦ出力によって歯の山谷を判断
し、あらかじめ位置決めされた砥石の歯の山谷と噛み合
えるように設定し、歯車と砥石を回転させ歯車の歯部を
切削していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この近
接スイッチは近接スイッチの取り付け位置のばらつきに
よる検出誤差、またはワークの外形のばらつきによる検
出結果のばらつき、もしくはワークの歯先端付近のばり
の有無、面取りの大きさのばらつきによる検出結果のば
らつきなどにより、砥石とワークの噛み合わせの位置決
めを安定的に確保することが困難であった。その結果、
歯車の歯部のピッチ誤差または偏心が大きくなり、これ
らを解消するための研削の作業時間を余分にかけねばな
らなかった。

【０００６】そこで、本発明の目的は、歯車と砥石の噛
み合わせ位置を最適に調整し、歯車の歯部のピッチ誤差
および偏心を低減することができる歯車加工装置および
その加工方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の歯車加工装置は、歯車と砥石を噛み合わ
せ、当該歯車と当該砥石を共に回転させることにより歯
車を加工する歯車加工駆動手段と、当該歯車加工駆動手
段からのデータを処理し前記歯車と前記砥石の噛み合わ
せ回転角位相を演算する位相演算処理手段と、からなる
歯車加工装置において、前記歯車加工駆動手段は、前記
歯車と同軸上に接続され回転させるための歯車回転駆動
手段と、当該歯車回転駆動手段と同軸上に付設され前記
歯車の回転角位相および前記歯車の回転速度を検出する
歯車回転速度検出手段と、前記砥石と同軸上に接続され
回転させるための砥石回転駆動手段と、当該砥石回転駆
動手段と同軸上に付設され前記砥石の回転角位相および
前記砥石の回転速度を検出する砥石回転速度検出手段
と、前記歯車回転速度検出手段および当該砥石回転速度
検出手段からのフィードバックデータである回転角位相
および回転速度より、前記歯車回転駆動手段および前記
砥石回転駆動手段を制御する回転駆動制御手段と、を有
し、前記位相演算手段は、前記回転駆動制御手段が出力
する前記歯車回転駆動手段または前記砥石回転駆動手段
の電流を分流させるための電流分流手段と、当該電流分
流手段により分流された電流を周波数解析する周波数解
析手段と、当該周波数解析手段により解析されたデータ
を処理し前記歯車と前記砥石の噛み合わせの回転角位相
の最適値を演算する最適値演算処理手段と、を有するこ
とを特徴とする。

【０００８】また、本発明の歯車加工方法は、前記歯車
と前記砥石を噛み合わせ、前記歯車および前記砥石を各
々回転させ前記歯車を加工する歯車加工方法において、
前記歯車と前記砥石を噛み合わせた後、歯車を加工する
回転速度まで前記歯車と前記砥石を同期して回転させ、
前記回転駆動制御手段から前記歯車回転駆動手段または
前記砥石回転駆動手段に出力される電流を周波数解析
し、前記歯車と前記砥石が再び接触したことを前記電流
の周波数解析した値の変化から推定し、前記歯車の回転
角位相を前記砥石の回転角位相より進み位相とし、前記
歯車と前記砥石が再び接触したと推定されたときの前記
歯車の進み回転角位相を記録し、さらに、前記回転駆動
制御手段から前記歯車回転駆動手段または前記砥石回転
駆動手段に出力される電流を周波数解析し、前記歯車と
前記砥石が再び接触したことを前記電流の周波数解析し
た値の変化から推定し、前記歯車の回転角位相を前記砥
石の回転角位相より遅れ位相とし、前記歯車と前記砥石
が再び接触したと推定されたときの歯車の遅れ回転角位
相を記録し、そして、前記進み回転角位相と前記遅れ回
転角位相の中間の回転角位相を最適値とし、前記歯車回
転駆動手段または前記砥石回転駆動手段を制御すること
を特徴とする。

【０００９】

【作用】本発明の歯車加工装置は、回転駆動制御手段に
より歯車回転駆動手段および砥石回転駆動手段を制御し
歯車と砥石を同期して歯車を加工する回転数まで回転さ
せると共に、回転駆動制御手段から歯車回転駆動手段ま
たは砥石回転駆動手段に入力する電流を電流分流手段に
より前記電流を分流して、この分流した電流を周波数解
析手段により各周波数成分毎に成分量を解析する。この
各周波数成分毎の成分量から最適値演算処理手段により
最適に加工できる歯車および砥石の回転角位相を演算
し、この演算した回転角位相の最適値を回転駆動制御手
段にフィードバックし歯車の加工を行う。

【００１０】また、本発明の歯車加工方法は、歯車と砥
石を同期して歯車を加工する回転数まで回転させ、この
同期させた回転角位相から歯車または砥石を進み位相に
し、再び歯車と砥石が接触したことによる負荷変動によ
って回転駆動制御手段から歯車回転駆動手段または砥石
回転駆動手段に出力される電流が変化するので、この電
流の変化を周波数分析するが、電流の変化がより検出し
やすいようにあらかじめ定常負荷状態の電流の周波数成
分を減算し歯車または砥石の進み位相のときの接触点に
おける回転角位相を求める。そして、前述と同様に今度
は、歯車または砥石を遅れ位相としたときの接触点にお
ける回転角位相を求め、前記進み位相のときの回転角位
相と前記遅れ位相のときの回転角位相との中間回転角位
相を最適値とし、この最適値にしたがって歯車と砥石を
噛み合わせ加工を行う。

【００１１】

【実施例】本発明の一実施例を図面を参照しながら説明
する。

【００１２】本発明の歯車加工装置１には、図１のよう
に歯車６０を切削するための砥石５０と歯車６０を噛み
合わせて回転させ加工するための歯車加工駆動手段であ
る歯車加工駆動部２と、歯車加工駆動手段からのデータ
を基に最適な歯車６０と砥石５０の噛み合わせる回転角
位相を演算する位相演算処理手段である位相演算処理部
２とがある。

【００１３】この歯車加工駆動部２には、歯車６０を切
削するために歯車６０を回転させる歯車回転駆動手段で
ある歯車用サーボモータ２１と、この歯車用サーボモー
タ２１の回転軸つまり歯車６０の回転速度および回転角
位相を検出する歯車用エンコーダ２２と、歯車６０を切
削するために砥石５０を回転させる砥石回転駆動手段で
ある砥石用サーボモータ２５と、この砥石用サーボモー
タ２５の回転軸つまり砥石５０の回転速度および回転角
位相を検出する砥石用エンコーダ２７と、この砥石用エ
ンコーダ２７と歯車用エンコーダ２２からのフィードバ
ックデータに基付き歯車用サーボモータ２１および砥石
用サーボモータ２５を制御する回転駆動制御手段である
ＮＣ装置２９がある。そして、さらに歯車用サーボモー
タ２１には、歯車６０などのイナーシャを吸収するイナ
ーシャダンパ２３が内蔵され、歯車用サーボモータ２１
の回転軸と同軸上に接続され歯車用サーボモータ２１の
回転数を減速して歯車６０に伝達するトラクションドラ
イブ減速機２４が付設されている。

【００１４】また、位相演算処理部３には、ＮＣ装置２
９から歯車用サーボモータ２１に供給する電流を分流す
る電流分流手段である分流器３１と、この分流器３１に
より分流される電流を周波数成分毎に解析する周波数解
析手段であるＦＦＴアナライザ３３と、このＦＦＴアナ
ライザ３３により周波数解析された電流のデータより歯
車６０と砥石５０の噛み合わせの回転角位相の最適値を
演算する最適値演算処理手段であるコンピュータ３５と
がある。

【００１５】このように構成される歯車加工装置１は、
次のように動作する。

【００１６】砥石５０の回転方向の位相は、砥石５０を
砥石用サーボモータ２５に取り付ける際にＮＣ装置２９
にデータとして入力する。歯車６０と砥石５０の噛み合
わせは、歯車６０の山谷を歯車６０の外周に設置される
図示されない近接スイッチによって検出し、あらかじめ
位置決めされた砥石５０と近接することにより行われ
る。ここで、この歯車６０と砥石５０の近接は、歯車６
０と砥石５０をノーバックラッシュ状態の手前0.5mm 位
である。この近接された歯車６０と砥石５０は同期して
加速回転させる。そして、歯車６０と砥石５０が加工状
態と同じ速度に達した場合には、ＮＣ装置２９から砥石
用サーボモータ２５に入力される電流を分流器３１によ
り分流し、この分流された電流をＦＦＴアナライザ３３
で周波数成分毎に解析し、この解析されたデータをコン
ピュータ３５で読取りを開始する。このときコンピュー
タ３５は、ＦＦＴアナライザ３３で周波数成分毎に解析
されたデータにより歯車６０と砥石５０の噛み合わせの
負荷変動を検出し、この負荷変動にしたがって最適に加
工できるようにＮＣ装置２９へ最適な回転角位相を命令
することになる。具体的には、例えば歯車６０を最適に
加工したときのＮＣ装置２９から砥石用サーボモータ２
５に入力される電流の周波数成分の解析結果をあらかじ
めコンピュータ３５に入力しておき、このコンピュータ
３５によって電流の周波数成分の解析結果と同じ傾向に
なるようにＮＣ装置２９を制御し、砥石５０の回転角位
相を進み位相または遅れ位相とすることにより、歯車６
０と砥石５０を最適に噛み合わせることができる。

【００１７】なお、図１の実施例では砥石用サーボモー
タ２５への電流を分流器３１により検出していたが、歯
車用サーボモータ２１への電流を検出しても同様の効果
が得られる。また、必ずしも砥石５０の位相を変化させ
る必要はなく歯車６０と砥石５０の回転角位相が相対的
に変化するばよいので、歯車６０と砥石５０のどちらか
を固定し、固定されないもう一方の回転角位相を変化さ
せるか、歯車６０と砥石５０の回転角位相を両方同時に
変化させればよい。

【００１８】本発明の歯車加工装置１を利用した歯車加
工方法は、以下のように行う。

【００１９】まず、歯車６０と砥石５０をノーバックラ
ッシュ状態の手前0.5mm 位まで接近させた後に歯車用サ
ーボモータ２１および砥石用サーボモータ２５により同
期して回転させる。次に、ＮＣ装置２９から砥石用サー
ボモータ２５に出力される電流をＦＦＴアナライザ３３
により周波数成分毎に分析するが、通常に歯車を加工し
ているときの前述の電流の周波数成分は、図３(a) のよ
うに平均的に分布されていて歯車６０と砥石５０の接触
による負荷変動を特定できないので、無負荷時の電流の
周波数成分をキャンセルすることにより、図３(b) のよ
うに歯車６０と砥石５０の切削による負荷電流のみ出力
されることになる。そして、歯車６０の回転角位相を進
み位相とし、砥石５０と再び接触させると図３(c) のよ
うに電流の周波数成分にピークが現れるのでしきい値を
あらかじめ設定し、このしきい値を越えた場合に歯車６
０と砥石５０が再び接触したと推定し、このときの歯車
６０の回転角位相を記録する。さらに、今度は、歯車６
０を遅れ位相とし、同様にＮＣ装置２９から砥石用サー
ボモータ２５に出力される電流をＦＦＴアナライザ３３
により周波数分析した値が、しきい値を越えた場合に前
記歯車６０と前記砥石５０が接触したと推定し、このと
きの歯車６０の回転角位相を検出する。そして最後に、
進み位相時の回転角位相および遅れ位相時の回転角位相
の中間値を最適値とし歯車６０を回転させることにより
加工を行う。

【００２０】なお、本発明の歯車加工方法では、歯車６
０を遅れ位相もしくは進み位相にし最適値を求めたが、
同じ様に砥石５０を制御しても同様な結果が得られる。
また、歯車６０と砥石５０の回転角位相を同時に制御し
てもよい。

【００２１】図２は、本発明の歯車加工方法の制御のフ
ローチャートである。

【００２２】まず、歯車６０と砥石５０を同期させて歯
車６０を通常に加工する回転数まで上昇させる（Ｓ
１）。次に、歯車６０または砥石５０のどちらかを進み
位相とし（Ｓ２）、歯車６０と砥石５０が再び接触した
ときは（Ｓ３）、その接触したときの歯車６０または砥
石５０の回転角位相を求める（Ｓ４）。そして、歯車６
０または砥石５０のどちらかを進み位相とし（Ｓ５）、
歯車６０と砥石５０が再び接触したときは（Ｓ６）、そ
の接触したときの歯車６０または砥石５０の回転角位相
を求める（Ｓ７）。最後に、進み位相時の回転角位相と
遅れ位相時の回転角位相の中間の回転角位相を最適値と
して歯車６０または砥石５０を制御し歯車６０を加工す
る（Ｓ８）。

【００２３】以上のように本発明の歯車加工装置は、例
えば歯車または砥石もしくは歯車および砥石を回転駆動
させるサーボモータへ供給する電流を分流器により分流
すると共に、この分流された電流をＦＦＴアナライザに
より周波数分析し、この周波数分析した電流成分があら
かじめ記憶された最適なモータ供給電流の周波数成分と
類似になるようにコンピュータからＮＣ装置に指令しＮ
Ｃ装置が歯車用サーボモータまたは砥石用サーボモータ
もしくは両方のサーボモータを制御することで歯車を最
適に加工することができる。

【００２４】一方、本発明の歯車加工装置を利用した歯
車加工方法は、歯車または砥石を進み位相もしくは遅れ
位相にし、歯車と砥石の接触が離れ再び接触したときの
それぞれの回転角位相を求め、さらにこの進み移送時の
回転角位相と遅れ位相時の回転角位相の中間の回転角位
相を最適値とし、この最適値にしたがって歯車または砥
石を回転駆動させることで歯車を最適に加工することが
できる。

【００２５】

【発明の効果】以上、説明したように本発明の歯車加工
装置によれば、歯車または砥石もしくは両方を回転駆動
させるサーボモータへ供給する電流をＦＦＴアナライザ
により周波数分析し、この周波数分析した電流成分があ
らかじめ記憶された最適なモータ供給電流の周波数成分
と類似になるようにＮＣ装置により歯車用サーボモータ
または砥石用サーボモータもしくは両方を制御すること
で歯車と砥石の噛み合わせ位置を最適に調整し、歯車の
歯部のピッチ誤差および偏心を低減することができる。

【００２６】一方、本発明の歯車加工装置を利用した歯
車加工方法は、歯車または砥石を進み位相もしくは遅れ
位相にし、歯車と砥石の接触が離れ再び接触したときの
それぞれの回転角位相を求め、それぞれの回転角位相の
中間の回転角位相を最適値とし、この最適値にしたがっ
て歯車または砥石を回転駆動させることで歯車と砥石の
噛み合わせ位置を最適に調整し、歯車の歯部のピッチ誤
差および偏心を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の歯車加工装置の一実施例の構成を説
明するための図面である。

【図２】 図１の歯車加工方法の制御を説明するための
フローチャートである。

【図３】 本発明の歯車加工方法の砥石用サーボモータ
に入力される電流の周波数分析および処理方法を説明す
るための図面である。

【符号の説明】

１…歯車加工装置、２…歯車加工駆動部、
３…位相演算処理部、２１…歯車用サーボモ
ータ、 ２２…歯車用エンコーダ、２３
…イナーシャダンパ、 ２４…トラク
ションドライブ、２５…砥石用サーボモータ、
２７…砥石用エンコーダ、２９…ＮＣ装置、
３１…分流器、３３…ＦＦＴ
アナライザ、 ３５…コンピュータ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 歯車と砥石を噛み合わせ、当該歯車と当
   該砥石を共に回転させることにより歯車を加工する歯車
   加工駆動手段と、当該歯車加工駆動手段からのデータを
   処理し前記歯車と前記砥石の噛み合わせ回転角位相を演
   算する位相演算処理手段と、からなる歯車加工装置にお
   いて、 前記歯車加工駆動手段は、前記歯車と同軸上に接続され
   回転させるための歯車回転駆動手段と、 当該歯車回転駆動手段と同軸上に付設され前記歯車の回
   転角位相および前記歯車の回転速度を検出する歯車回転
   速度検出手段と、 前記砥石と同軸上に接続され回転させるための砥石回転
   駆動手段と、 当該砥石回転駆動手段と同軸上に付設され前記砥石の回
   転角位相および前記砥石の回転速度を検出する砥石回転
   速度検出手段と、 前記歯車回転速度検出手段および当該砥石回転速度検出
   手段からのフィードバックデータである回転角位相およ
   び回転速度より、前記歯車回転駆動手段および前記砥石
   回転駆動手段を制御する回転駆動制御手段と、を有し、 前記位相演算手段は、前記回転駆動制御手段が出力する
   前記歯車回転駆動手段または前記砥石回転駆動手段の電
   流を分流させるための電流分流手段と、 当該電流分流手段により分流された電流を周波数解析す
   る周波数解析手段と、 当該周波数解析手段により解析されたデータを処理し前
   記歯車と前記砥石の噛み合わせの回転角位相の最適値を
   演算する最適値演算処理手段と、を有することを特徴と
   する歯車加工装置。
2. 【請求項２】 前記歯車と前記砥石を噛み合わせ、前記
   歯車および前記砥石を各々回転させ前記歯車を加工する
   歯車加工方法において、 前記歯車と前記砥石を噛み合わせた後、歯車を加工する
   回転速度まで前記歯車と前記砥石を同期して回転させ、 前記回転駆動制御手段から前記歯車回転駆動手段または
   前記砥石回転駆動手段に出力される電流を周波数解析
   し、前記歯車と前記砥石が再び接触したことを前記電流
   の周波数解析した値の変化から推定し、前記歯車の回転
   角位相を前記砥石の回転角位相より進み位相とし、前記
   歯車と前記砥石が再び接触したと推定されたときの前記
   歯車の進み回転角位相を記録し、 さらに、前記回転駆動制御手段から前記歯車回転駆動手
   段または前記砥石回転駆動手段に出力される電流を周波
   数解析し、前記歯車と前記砥石が再び接触したことを前
   記電流の周波数解析した値の変化から推定し、前記歯車
   の回転角位相を前記砥石の回転角位相より遅れ位相と
   し、前記歯車と前記砥石が再び接触したと推定されたと
   きの歯車の遅れ回転角位相を記録し、 そして、前記進み回転角位相と前記遅れ回転角位相の中
   間の回転角位相を最適値とし、前記歯車回転駆動手段ま
   たは前記砥石回転駆動手段を制御することを特徴とする
   歯車加工方法。