WO2011024626A1 - 内歯車加工方法及び内歯車加工機 - Google Patents

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WO2011024626A1
WO2011024626A1 PCT/JP2010/063351 JP2010063351W WO2011024626A1 WO 2011024626 A1 WO2011024626 A1 WO 2011024626A1 JP 2010063351 W JP2010063351 W JP 2010063351W WO 2011024626 A1 WO2011024626 A1 WO 2011024626A1
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error
internal gear
tooth
correction amount
wheel
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PCT/JP2010/063351
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French (fr)
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吉言 ▲柳▼瀬
政志 越智
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三菱重工業株式会社
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    • B23F5/02Making straight gear teeth involving moving a tool relatively to a workpiece with a rolling-off or an enveloping motion with respect to the gear teeth to be made by grinding
    • B23F5/04Making straight gear teeth involving moving a tool relatively to a workpiece with a rolling-off or an enveloping motion with respect to the gear teeth to be made by grinding the tool being a grinding worm
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23FMAKING GEARS OR TOOTHED RACKS
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    • B23F23/1218Checking devices for controlling workpieces in machines for manufacturing gear teeth
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    • G05CONTROLLING; REGULATING
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    • G05B19/02Programme-control systems electric
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    • G05B19/182Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by the machine tool function, e.g. thread cutting, cam making, tool direction control
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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00Program-control systems
    • G05B2219/30Nc systems
    • G05B2219/45Nc applications
    • G05B2219/45214Gear cutting

Definitions

  • the present invention relates to an internal gear machining method and an internal gear machining machine for grinding a tooth surface of an internal gear (tooth profile grinding) with a barrel-shaped threaded grindstone.
  • a gear is formed by gear cutting on a predetermined gear material, and after the processed gear is heat-treated, finish processing (tooth profile grinding) is performed to remove distortion caused by the heat treatment. Processing).
  • finish processing teeth profile grinding
  • various tooth profile grinding methods using tools such as a WA-based grindstone and superabrasive (diamond, CBN, etc.) grindstone have been provided.
  • the shapes of the tools used for these include an external gear shape, an internal gear shape, a screw (worm) shape, etc., depending on the shape of the gear to be ground.
  • the internal gear and the barrel-shaped threaded grindstone are meshed with each other in a state of giving an axis crossing angle, and are rotated synchronously, thereby the barrel-shaped thread-shaped grindstone.
  • a method of machining an internal gear for grinding the tooth surface of the internal gear is generated between the internal gear and the barrel-shaped threaded grinding wheel by the meshing rotation and the axis crossing angle of the internal gear and the barrel-shaped threaded grinding wheel.
  • the tooth surface of the internal gear can be ground with the barrel-shaped threaded grindstone.
  • Patent Document 1 proposes a method of correcting the tooth profile error and performing tooth profile grinding of the external gear with high accuracy.
  • the diameter of the threaded grindstone gradually increases from both axial ends toward the middle. It is preferable that the barrel shape is formed, and the inventors of the present application conducted simulation (numerical calculation) and experiment of the tooth profile grinding process of the internal gear with this barrel shape screw-shaped grinding wheel.
  • the present invention corrects the relative position between the barrel-shaped threaded grinding wheel and the workpiece (internal gear) when performing the tooth profile grinding of the internal gear using the barrel-shaped threaded grinding wheel. It is an object of the present invention to provide an internal gear machining method and an internal gear machining machine capable of reducing a shape error and realizing highly accurate tooth profile grinding.
  • the inventors of the present application conducted a simulation or experiment of tooth profile grinding of an internal gear using a barrel-shaped threaded grindstone, and the relative position between the barrel-shaped threaded grindstone and the internal gear changed.
  • tooth profile error pressure angle error, tooth trace error, tooth thickness error
  • the inventors of the present application clarified the relationship between each tooth profile error (pressure angle error, tooth streak error, tooth thickness error) and the axis correction item through the simulation (see FIG. 7).
  • the internal gear machining method and the internal gear machining machine of the present invention are based on such new knowledge and have the following characteristics.
  • the internal gear machining method of the first invention that solves the above-mentioned problem is that the internal gear and the barrel-shaped threaded grindstone mesh with each other in a state of giving an axis crossing angle to each other, and rotate synchronously, thereby
  • the measured pressure angle error in the tooth surface of the internal gear is reduced by correcting the radial position, the wheel lateral direction position, the wheel turning angle, and the helical motion
  • the measured tooth trace error in the tooth surface of the internal gear is reduced by correcting the helical motion
  • the tooth thickness error in the measured tooth surface of the internal gear is reduced by correcting the radial position, the lateral direction position of the grinding wheel, and the helical motion. It is characterized by.
  • the internal gear machining method of the second invention is the internal gear machining method of the first invention, First, set a correction amount of helical motion that reduces the tooth trace error, Next, set the correction amount of the lateral position of the grinding wheel so that the asymmetric pressure angle error is reduced, Next, set the correction amount of the radial position and the correction amount of the grindstone turning angle so that the pressure angle error and the tooth thickness error are reduced, Based on each of these correction amounts, correcting the radial position, the lateral position of the grinding wheel, the turning angle of the grinding wheel, and the helical motion, It is characterized by.
  • the internal gear machining method of the third invention is the internal gear machining method of the first or second invention
  • the pressure angle error is affected by the radial position error, the wheel lateral position error, the wheel turning angle error, and the helical motion error
  • the tooth line error is affected by the helical motion error
  • the tooth thickness error is radial.
  • the direction position error, the grinding wheel turning angle error, and the influence of the helical motion error are analyzed in advance, and the pressure angle error, the tooth trace error, and the tooth thickness error are reduced based on the analysis result.
  • the radial position, the lateral position of the wheel, the helical movement, and the rotational angle of the grinding wheel are set, and the radial position, the lateral position of the grinding wheel, the helical movement, and the rotational angle of the grinding wheel are set based on these correction amounts. It is characterized by correcting.
  • the internal gear machining method of the fourth invention is the internal gear machining method of any of the first to third inventions,
  • the correction amount of the helical motion is set to zero.
  • the internal gear machining machine of the fifth invention is configured such that the internal gear and the barrel-shaped threaded grindstone mesh with each other in a state of giving an axis crossing angle to each other and rotate synchronously, thereby the barrel-shaped threaded grindstone causes the internal gear to rotate.
  • the internal gear machine that grinds the tooth surfaces of The measured pressure angle error at the tooth surface of the internal gear is reduced by correcting the radial position, the lateral position of the grinding wheel, the turning angle of the grinding wheel, and the helical motion, and is measured at the tooth surface of the measured internal gear.
  • the tooth trace error is reduced by correcting the helical movement, and the measured tooth thickness error on the tooth surface of the internal gear is reduced by correcting the radial position, the lateral position of the grinding wheel, and the helical movement.
  • tooth profile shape error correction means It is characterized by.
  • the internal gear machining machine of the sixth invention is the internal gear machining machine of the fifth invention
  • the tooth profile shape error correction means first sets a correction amount of the helical motion so that the tooth trace error is reduced, and then sets a correction amount of the lateral position of the grindstone so that the asymmetric pressure angle error is reduced. Next, set a radial position correction amount and a wheel turning angle correction amount so that the pressure angle error and the tooth thickness error are reduced, and based on each of these correction amounts, a radial value is set. Correcting the directional position, the lateral position of the wheel, the turning angle of the wheel, and the helical movement, It is characterized by.
  • the tooth profile shape error correction means includes the influence that the pressure angle error is affected by the radial position error, the wheel lateral position error, the wheel turning angle error, and the helical motion error, and the effect that the tooth trace error is affected by the helical motion error. And the influence of the tooth thickness error on the radial position error, the wheel turning angle error, and the helical motion error, the pressure angle error, the tooth streak error, and the tooth thickness error are based on an analysis result obtained in advance.
  • Each correction amount of radial position, wheel lateral position, helical motion and wheel turning angle is set to decrease, and based on each of these correction amounts, radial position, wheel lateral position, helical motion and wheel Correcting the turning angle, It is characterized by.
  • An internal gear machining machine is the internal gear machining machine according to any one of the fifth to seventh aspects of the invention,
  • the tooth profile shape error correction means sets the correction amount of the helical motion to zero.
  • the pressure angle error in the tooth surface of the internal gear corrects the radial position, the lateral position of the grinding wheel, the grinding wheel turning angle, and the helical motion.
  • the tooth line error in the tooth surface of the internal gear is reduced by correcting the helical motion, and the tooth thickness error in the tooth surface of the internal gear is reduced in the radial direction position and the grinding wheel lateral position.
  • each tooth profile Correcting (decreasing) each tooth profile error by correcting the axis correction items (radial position error, wheel lateral position error, wheel rotation angle error, helical motion error) suitable for the shape error. ) It can be.
  • the correction amount of the helical motion that reduces the tooth trace error is set, and then the asymmetric pressure angle error is reduced.
  • Set the correction amount for the lateral position of the grinding wheel and then set the correction amount for the radial position and the correction amount of the wheel turning angle so that the symmetric pressure angle error and the tooth thickness error are reduced.
  • each tooth profile error asymmetric pressure angle error, symmetric pressure angle error, tooth trace
  • Each correction amount radial position error correction amount, grinding wheel lateral position error correction amount, grinding wheel turning angle error correction amount, helical motion error correction amount) corresponding to each error and tooth thickness error) is set appropriately in order. Then, it can be corrected.
  • the pressure angle error is affected by the radial direction position error, the grinding wheel lateral direction error, the grinding wheel turning angle error, and the helical motion error, and Analyze in advance the effect of tooth-pitch error due to the helical motion error and the effect of the tooth-thickness error due to radial direction position error, grinding wheel turning angle error, and helical motion error.
  • the radial position, the lateral position of the grinding wheel, the helical movement, and the rotational angle of the grinding wheel are set to reduce the pressure angle error, the tooth trace error, and the tooth thickness error, respectively, and based on these correction quantities.
  • the tooth profile shape error of the internal gear can be corrected with high accuracy at an early stage, and workability is improved.
  • the correction amount of the helical motion is set to 0, so that the internal gear is suitable for a spur gear. It becomes.
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows the structure of the internal gear grinding machine which concerns on the embodiment of this invention. It is a perspective view which shows a mode that an internal gear is ground with a barrel-shaped screw-shaped grindstone in the said internal gear grinding machine. It is a longitudinal cross-sectional view of the barrel-shaped threaded grindstone. It is a perspective view of the barrel-shaped threaded grindstone. It is a block diagram of the NC control device which controls the internal gear grinding machine. It is a figure which shows the mode of a tooth profile shape measurement. It is a table
  • (A) is a diagram illustrating an asymmetric pressure angle error
  • (b) is a diagram illustrating a symmetric pressure angle error.
  • (A) is an involute tooth profile for explaining tooth profile error propagation analysis
  • (b) and (c) are tooth profile charts for explaining tooth profile error propagation analysis.
  • (A) is a tooth profile chart showing a tooth profile shape before correction
  • (b) is a tooth profile chart showing a tooth profile shape after correction.
  • the Xw axis, the Yw axis, and the Zw axis are reference axes of an orthogonal coordinate system (reference coordinate system) (fixed to the workpiece W) with respect to the workpiece W.
  • the Xm axis, the Ym axis, and the Zm axis are 2 is a movement axis of an internal gear grinding machine (internal gear processing machine) 1.
  • the Xw axis and the Xm axis are horizontal movement axes in the same direction, and the Zw axis and the Zm axis are vertical axes in the same direction.
  • the Yw axis is a horizontal movement axis, but the details will be described later, but the Ym axis is not only in a horizontal state in the same direction as the Yw axis, but also in a state of turning and tilting. It can be a moving axis.
  • the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied even when the Ym axis is not inclined and is always a horizontal movement axis in the same direction as the Yw axis.
  • a column 12 is supported on the bed 11 of the internal gear grinding machine 1 so as to be movable in the Xm axis (Xw axis) direction.
  • the Xm axis (Xw axis) direction is a direction in which the grindstone rotation axis B1 moves so that the distance between the grindstone rotation axis B1 and the workpiece rotation axis C1 is adjusted.
  • a saddle 13 is supported on the column 12 so as to be able to move up and down in the Zm axis (Zw axis) direction.
  • a swing head 14 is parallel to the Xm axis (Xw axis) and is parallel to the Xm axis (Xw axis). It is supported so that it can turn.
  • a grindstone head 16 is supported on the turning head 14 so as to be movable in the Ym-axis direction orthogonal to the grindstone rotation axis B1.
  • the direction of the Ym axis coincides with the Yw-axis direction of the reference axis.
  • a grindstone spindle (not shown) and a grindstone arbor 16a attached to the grindstone spindle are supported on the grindstone head 16 so as to be rotatable about the grindstone rotation axis B1, and a threaded grindstone 17 is provided at the tip of the grindstone arbor 16a. It is detachably attached.
  • the threaded grindstone 17 turns around the grindstone turning axis A as indicated by an arrow c together with the turning head 14 and the grindstone head 16 (grindstone arbor 16 a).
  • the Ym axis direction also turns around the grindstone turning axis A together with the turning head 14.
  • the threaded grindstone 17 moves in the Ym-axis direction as indicated by an arrow d along with the grindstone head 16 (grindstone arbor 16 a).
  • the threaded grindstone 17 together with the grindstone spindle and the grindstone arbor 16a rotates around the grindstone rotation axis B1 as indicated by an arrow e.
  • a rotary table 18 is provided on the bed 11 in front of the column 12 so as to be rotatable around a vertical workpiece rotation axis C1.
  • a cylindrical mounting jig 19 is provided on the upper surface of the rotary table 18, and a work W that is an internal gear is detachably mounted on the inner peripheral surface of the upper end of the mounting jig 19. Therefore, when the rotary table 18 is rotated, the workpiece W together with the rotary table 18 rotates around the workpiece rotation axis C1 as indicated by an arrow i.
  • a dressing device 21 is provided on the bed 11 on the side of the rotary table 18.
  • a disk-shaped disk dresser 22 for dressing the threaded grindstone 17 is detachably mounted on the dressing device 21.
  • the dressing device 21 includes a base portion 23 provided on the bed 11 and a turning portion 24 provided on the upper portion of the base portion 23.
  • the swivel portion 24 is supported by the base portion 23 so as to be indexable swivel (as indicated by an arrow f) around the vertical dresser advance / retreat axis C2 at the base end portion.
  • a dresser rotation drive motor 25 is provided at the distal end of the swivel unit 24 so as to be able to swivel (as indicated by an arrow g) around a horizontal dresser swivel axis B2 passing between the blade edges (blade surfaces) of the disk dresser 22.
  • the output shaft of the dresser rotation driving motor 25 to which the disk dresser 22 is mounted is rotatable around a dresser rotation axis C3 orthogonal to the dresser rotation axis B2 (as indicated by an arrow h).
  • the workpiece W is attached to the mounting jig 19.
  • the threaded grindstone 17 is swung around the grindstone turning axis A, and the axis crossing angle corresponding to the torsion angle of the workpiece W is reached.
  • FIG. 2 shows a state when the threaded grindstone 17 and the workpiece W are engaged with each other.
  • the threaded grindstone 17 is formed in a barrel shape such that its diameter gradually decreases from its axially intermediate portion toward both axial end portions.
  • the threaded grindstone 17 interferes with the workpiece W even when the threaded grindstone 17 is inclined at the axis crossing angle ⁇ with respect to the workpiece W as shown in FIG. Without this, the blade of the threaded grindstone 17 can be engaged with the teeth of the workpiece W.
  • the threaded grindstone 17 is provided with predetermined grindstone specifications so as to properly mesh with the workpiece W having the predetermined workpiece specifications.
  • the axis crossing angle ⁇ is an angle formed between the workpiece rotation axis C1 and the grindstone rotation axis B1, and is obtained from the torsion angle of the workpiece W and the torsion angle of the threaded grindstone 17.
  • the grindstone rotating shaft B1 threaded grindstone 17
  • the workpiece rotating shaft C1 work W
  • the screw-shaped grindstone 17 is swung (lifted) in the Zm-axis (Zw-axis) direction while moving to a predetermined position in the direction of cutting the workpiece W (Xm-axis direction).
  • the threaded grinding wheel 17 cuts into the workpiece W, and the tooth surface of the workpiece W is ground by the blade surface of the threaded grinding wheel 17.
  • the meshing position of the threaded grinding wheel 17 with the workpiece W at the time of this grinding is a contact (meshing) line 17a as shown in FIG. That is, in the grinding process of the workpiece W by the threaded grinding wheel 17, the plurality of blade surfaces of the threaded grinding wheel 17 grind the plurality of tooth surfaces of the workpiece W simultaneously. Further, during this grinding process, the threaded grindstone 17 rotates around the grindstone rotation axis B1 that intersects the workpiece rotation axis C1 at an axis crossing angle ⁇ , and as shown in FIG. A sliding speed (grinding speed) V is generated between the workpiece W and the workpiece W.
  • the sliding speed V is a relative speed between the rotational angular speed ⁇ 2 of the threaded grinding wheel 17 and the rotational angular speed ⁇ 1 of the work W at the position where the blade surface of the threaded grinding wheel 17 and the tooth surface of the work W are engaged. By generating such a sliding speed V, the tooth surface of the workpiece W is reliably ground by the blade surface of the threaded grindstone 17.
  • the operation unit (personal computer) 32 has an input screw shape.
  • a machining target value is calculated according to the information of the grindstone 17 and the workpiece W, and an NC (numerical control) device 31 performs drive control of each part (each axis) of the internal gear grinding machine 1 based on the machining target value.
  • tooth profile error pressure angle error, tooth streak error, tooth thickness error
  • the necessary information to reduce the tooth profile error is the tooth profile error correction.
  • the tooth profile measuring means measures the left and right pressure angles, tooth streaks, and tooth thickness on the ground surface of the ground workpiece W. From these measured values, the pressure angle error is measured. ⁇ fa L and ⁇ fa R , a tooth trace error ⁇ L, and a tooth thickness error ⁇ th are calculated.
  • the NC device 31 instructed to reduce the pressure angle errors ⁇ fa L and ⁇ fa R , the tooth trace error ⁇ L, and the tooth thickness error ⁇ th reduces the positional error of the threaded grinding wheel 17 in the radial direction of the wheel ( Xw axis direction) position error ⁇ X, wheel lateral direction (Yw axis direction) position error ⁇ Y, wheel turning angle (A axis) error ⁇ , and further, a helical motion error ⁇ P is calculated, and these errors ⁇ X, ⁇ Y , ⁇ , ⁇ P, the movement (position) of the threaded grinding wheel 17 in the Xm-axis direction, the Ym-axis direction, and the Zm-axis direction in the internal gear grinding machine 1, and the turning angle around the turning axis A (axis crossing angle ⁇ ) Then, the correction amount of the rotational speed around the workpiece rotation axis C1 is determined and corrected, and the tooth profile grinding of the next workpiece W is performed.
  • the radial direction position error ⁇ X is a position error in the Xm-axis (Xw-axis) direction (cutting direction with respect to the workpiece W) of the threaded grinding wheel 17.
  • the grindstone lateral position error ⁇ Y is a position error of the threaded grindstone 17 in the Yw-axis direction.
  • the grindstone turning axis B1 is inclined with respect to the workpiece rotation axis C1 at an axis crossing angle ⁇
  • the Ym axis is also inclined with respect to the reference Yw axis.
  • the correction amount of the grinding wheel lateral position error ⁇ Y is set in the Ym axis direction according to the inclination angle of the Ym axis with respect to the Yw axis (corresponding to the axis crossing angle ⁇ ). It is necessary to convert to a position correction amount and correct the position in the Ym-axis direction based on this correction amount.
  • the position in the Zm-axis (Zw-axis) direction also changes, so that the thread-shaped grindstone 17 has a thread-like shape such as a machining start position in the Zm-axis (Zw-axis) direction.
  • Deviation of the contact position between the grindstone 17 and the workpiece W occurs. For this reason, when performing position correction in the Ym-axis direction, it is desirable to perform position correction in the Zm-axis (Zw-axis) direction so that the displacement of the contact position does not occur. Therefore, in the internal gear grinding machine 1 of the present embodiment, the position correction in the Zm axis (Zw axis) direction is also performed.
  • the position error (correction amount) in the Xm-axis direction is the same as the position error (correction amount) in the Xw-axis direction
  • the correction amount in the Zm-axis direction position is the same as the correction amount in the Zw-axis direction position.
  • the grindstone turning angle error ⁇ is a turning angle error around the turning axis A of the threaded grindstone 17, that is, an error of the axis crossing angle ⁇ .
  • the helical motion error ⁇ P is a synchronization error between the rocking (up / down) motion of the threaded grinding wheel 17 in the Zm-axis (Zw-axis) direction and the rotational motion of the workpiece W around the workpiece rotational axis C1.
  • the rotational motion of the workpiece W about the workpiece rotational axis C1 with respect to the rotational motion about the grinding wheel rotational axis B1 and the swinging (lifting) motion in the Zm-axis direction is corrected.
  • the measurement of the tooth profile of the workpiece W is performed, for example, every time when a predetermined number of internal gears are processed or when the processing is performed immediately after the threaded grindstone 17 is replaced with a new one.
  • a gear accuracy measuring device provided in the internal gear grinding machine 1 may be used, and a general gear measuring machine (that is, an external measuring machine) installed outside the internal gear grinding machine 1 is used. But you can.
  • an external measuring machine the tooth profile of the workpiece W is measured by removing the workpiece W after the tooth profile grinding from the internal gear grinding machine 1 and installing it on the external measuring machine.
  • FIG. 6 illustrates a state in which the tooth profile of the workpiece W after the tooth profile grinding is measured by the measuring element 41 of the gear accuracy measuring device 40 (see FIG. 5) provided in the internal gear grinding machine 1.
  • the measuring element 41 moves the measuring element 41 and the workpiece W along the machining target value, so that the contact portion between the tip of the measuring element 41 and the surface (tooth surface) of the workpiece W It is possible to measure the left and right pressure angles on the tooth surface of the workpiece W, the tooth trace, and the tooth thickness. Then, pressure angle errors ⁇ fa L and ⁇ fa R , a tooth trace error ⁇ L, and a tooth thickness error ⁇ th are calculated from these measured values.
  • the pressure angle errors ⁇ fa L and ⁇ fa R are represented by a point sequence of a maximum of 100 points on the Xw axis-Yw axis coordinates
  • the tooth trace error ⁇ L is a point sequence of a maximum of 100 points on the Zw axis-Yw axis coordinates.
  • a method of calculating ⁇ Pm and the correction amount ⁇ Zm in the Zm-axis direction position will be described.
  • the pressure angle errors ⁇ fa L and ⁇ fa R calculated from the left and right pressure angles and tooth traces on the tooth surface of the workpiece W measured by the probe 41 and the tooth trace error ⁇ L are calculated.
  • the tooth thickness th measured by the probe 41 is output to the correction amount calculation unit 33 of the NC device 31.
  • the right and left pressure angle errors ⁇ fa L and ⁇ fa R of the workpiece W measured by the external measuring machine, the tooth streak error ⁇ L, and the tooth thickness error ⁇ th are directly or directly operated to the NC device 31. Input is performed via the unit 32.
  • the correction amount calculation unit 33 includes a tooth thickness error calculation unit 34, a workpiece rotation axis motion (helical motion) correction unit 35, and a grindstone position correction unit 36.
  • the tooth thickness error calculation unit 34 calculates a tooth thickness error ⁇ th from the target tooth thickness and the measured tooth thickness th.
  • the workpiece rotation axis motion correction unit 35 sets a correction amount ⁇ Pm of a helical motion error (work rotation axis motion error) ⁇ P based on the pressure angle errors ⁇ fa L and ⁇ fa R , the tooth trace error ⁇ L, and the tooth thickness error ⁇ th. .
  • the grindstone position correction unit 36 based on the pressure angle errors ⁇ fa L and ⁇ fa R and the tooth thickness error ⁇ th, the correction amount ⁇ Xm of the radial position error ⁇ X, the correction amount ⁇ Ym of the grindstone lateral position error ⁇ Y, and the grindstone turning angle A correction amount ⁇ m for the error ⁇ is set.
  • the grindstone position correction unit 36 also sets a correction amount ⁇ Zm for the Zm-axis direction position.
  • the radial direction position error ⁇ X, the grindstone lateral direction error ⁇ Y, the grindstone turning angle error ⁇ , and the helical motion error ⁇ P are converted into the pressure angle error ⁇ fa.
  • the influence on L 1 , ⁇ fa R , tooth trace error ⁇ L, and tooth thickness error ⁇ th is analyzed in advance. This analysis is to calculate a differential coefficient (influence coefficient) and is performed in consideration of the workpiece specifications of the workpiece W (internal gear). Further, the tooth profile error (pressure angle errors ⁇ fa L , ⁇ fa R , tooth trace error ⁇ L, tooth thickness error ⁇ th) of the workpiece W is also measured by the tooth profile measuring means (gear accuracy measuring device 40).
  • the pressure angle errors ⁇ fa L and ⁇ fa R , the tooth trace error ⁇ L, and the tooth thickness error ⁇ th are reduced.
  • the correction amount related to the workpiece reference coordinate axis that is, the correction amount ⁇ Xw of the radial direction position error ⁇ X, the correction amount ⁇ Yw of the grindstone lateral position error ⁇ Y, and the correction amount ⁇ w of the grindstone turning angle error ⁇ (to minimize)
  • a correction amount ⁇ Pw of the helical motion error ⁇ P is calculated.
  • ⁇ Xw is a correction amount for the Xw-axis direction position
  • ⁇ Yw is a correction amount for the Yw-axis direction position.
  • the correction amount ⁇ Ym is set by converting the correction amount ⁇ Yw into the correction amount ⁇ Ym based on the inclination angle of the Ym axis with respect to the Yw axis so that the Yw-axis direction component of the correction amount ⁇ Ym is the same as the correction amount ⁇ Yw.
  • the correction amount ⁇ Zm of the Zm-axis direction position is also set so that the contact position between the threaded grinding wheel 17 and the workpiece W such as the machining start position does not shift.
  • the workpiece W (internal gear) is a helical gear.
  • the correction amount ⁇ Pw ( ⁇ Pm) of the helical motion error ⁇ P is set to 0 (none). do it.
  • the correction amount ⁇ Xw of the radial position error ⁇ X, the correction amount ⁇ Yw of the wheel lateral position error ⁇ Y, and the correction of the wheel turning angle error ⁇ are corrected.
  • a method of calculating the amount ⁇ w and the correction amount ⁇ Pw of the helical motion error ⁇ P is as follows.
  • the inventors of the present application first, when the tooth profile grinding of the workpiece W (internal gear) is performed using the barrel-shaped threaded grindstone 17, radial position error ⁇ X, grindstone lateral position error ⁇ Y, grindstone turning Simulation of the tooth profile grinding process by the barrel-shaped threaded grinding wheel 17 with respect to the effects of the angle error ⁇ and the helical motion error ⁇ P on the pressure angle errors ⁇ fa L and ⁇ fa R , the tooth trace error ⁇ L, and the tooth thickness error ⁇ th (numerical value) It was investigated by performing a calculation.
  • the pressure angle errors ⁇ fa L and ⁇ fa R are the radial direction position error ⁇ X, the grindstone lateral direction error ⁇ Y, and the grindstone turning angle error ⁇ .
  • the tooth trace error ⁇ L is affected only by one item of the helical motion error ⁇ P
  • the tooth thickness error ⁇ th is a radial direction position error ⁇ X
  • a grinding wheel turning angle error ⁇ It was found that the three items of the helical motion error ⁇ P are affected.
  • pressure angle error .delta.fa L the effect of the grinding wheel lateral position error ⁇ Y given to .delta.fa R, asymmetrical pressure angle error .delta.fa L, appears as .delta.fa R, gives a pressure angle error .delta.fa L, the .delta.fa R
  • radial position error ⁇ X and wheel turning angle error ⁇ appear as symmetric pressure angle errors ⁇ fa L and ⁇ fa R.
  • the asymmetric pressure angle errors ⁇ fa L and ⁇ fa R are designed in such a way that the pressure angles of the left and right tooth surfaces Wa and Wb of the teeth of the workpiece W are indicated by solid lines as shown in FIG. ),
  • the pressure angle errors ⁇ fa L and ⁇ fa R are asymmetrical with respect to the center line j of the tooth gap. Means the case.
  • the symmetrical pressure angle errors ⁇ fa L and ⁇ fa R mean that the pressure angles of the left and right tooth surfaces Wa and Wb in the teeth of the workpiece W are designed (target) as shown by solid lines as shown in FIG.
  • each error of the internal gear grinding machine 1 (radial position error ⁇ X, grinding wheel lateral position error ⁇ Y, grinding wheel turning angle error ⁇ , helical motion error ⁇ P) It was analyzed how the tooth profile error (pressure angle error ⁇ fa L , ⁇ fa R , tooth trace error ⁇ L, tooth thickness error ⁇ th) of (internal gear) is propagated.
  • the tooth profile error propagation equations (1) to (4) for each error amount were obtained as follows.
  • the workpiece W (internal gear) is a spur gear
  • the helical motion error ⁇ P is 0 (none).
  • each error (radial direction position error ⁇ X, grinding wheel lateral error) for correcting (decreasing) the tooth profile error (pressure angle error ⁇ fa L , ⁇ fa R , tooth thickness error ⁇ th, tooth trace error ⁇ L).
  • the correction amounts ⁇ Xw, ⁇ Yw, ⁇ w, ⁇ Pw of the direction position error ⁇ Y, the grindstone turning angle error ⁇ , and the helical motion error ⁇ P) are performed in the following order (1) to (3).
  • a correction amount ⁇ Pw for the helical motion error ⁇ P is obtained as a correction amount for correcting (decreasing) the tooth trace error ⁇ L.
  • the correction amount ⁇ Pw of the helical motion error ⁇ P obtained here is a correction amount for correcting (decreasing) the pressure angle errors ⁇ fa L and ⁇ fa R and a correction amount for correcting (decreasing) the tooth thickness error ⁇ th.
  • a correction amount for correcting (decreasing) the asymmetric pressure angle errors ⁇ fa L and ⁇ fa R a correction amount ⁇ Yw for the grinding wheel lateral position error ⁇ Y is obtained.
  • each correction amount ⁇ Xw, ⁇ Yw, ⁇ w, ⁇ Pw will be described in detail. From the analysis results as described above, only the correction amount ⁇ Pw of the helical motion error ⁇ P is used to correct (decrease) the tooth trace error ⁇ L. First, the correction amount ⁇ Pw of the helical motion error ⁇ P is measured. It is calculated using a bisection method from the tooth trace error ⁇ L.
  • the correction amount ⁇ Xw of the radial direction position error ⁇ X that corrects (decreases) the pressure angle errors ⁇ fa L and ⁇ fa R and the tooth thickness error ⁇ th;
  • the correction amount ⁇ Yw of the grinding wheel lateral position error ⁇ Y and the correction amount ⁇ w of the grinding wheel turning angle error ⁇ are calculated using an optimization algorithm that solves an inverse problem such as the downhill simplex method.
  • the inverse problem is a problem of estimating the cause from the result.
  • the error (correction amount) of each axis that causes it is estimated from the resulting tooth profile shape error.
  • the optimization algorithm for solving the inverse problem
  • the square value of the pressure angle error ⁇ fa L of the left tooth surface The sum of the square value of the pressure angle error ⁇ fa R of the right tooth surface and the square value of the tooth thickness error ⁇ th is used as an evaluation function, and the correction amount ⁇ Xw of the radial position error ⁇ X that minimizes the evaluation function and the wheel turning A correction amount ⁇ w for the angular error ⁇ is obtained.
  • the correction amount ⁇ Xw of the radial position error ⁇ X and the correction amount ⁇ w of the grindstone turning angle error ⁇ that can simultaneously correct (decrease) the asymmetric pressure angle errors ⁇ fa L and ⁇ fa R and the tooth thickness error ⁇ th are obtained.
  • the tooth trace error ⁇ L is expressed on the Zw-Yw coordinate. Therefore, as shown in FIG. 6, the tooth profile curve at each end in the tooth width direction (the dashed line in FIG. 6).
  • the tooth trace chart is obtained by determining how much each tooth profile curve has an error in the vicinity of the pitch circle, and the tooth trace error ⁇ L is obtained.
  • how the tooth trace changes when the helical motion error ⁇ P occurs is obtained using the above-described equation (2).
  • ⁇ L T ′ and ⁇ L B ′ at the upper and lower ends in the tooth width direction are obtained from ⁇ X and ⁇ Y, and the sum of these ⁇ L T ′ and ⁇ L B ′ is the tooth trace error near the pitch circle.
  • ⁇ L ′ which is a tooth profile chart as shown in FIG.
  • the correction amount ⁇ Pw of the helical motion error ⁇ P is obtained from the tooth line error ⁇ L ′ thus obtained by using a bisection method. That is, if the difference between the tooth streak error ⁇ L ′ and the measured tooth streak error ⁇ L becomes zero, the actual helical motion error ⁇ P has been accurately estimated, and in practice it will be minimized.
  • the correction amount ⁇ Pw of the lyral motion error ⁇ P is obtained.
  • the correction amount ⁇ Pw of the helical motion error ⁇ P is set in this manner, the correction amount of the lateral position error ⁇ Y of the grindstone is then determined from the pressure angle errors ⁇ fa L and ⁇ fa R of the left and right tooth surfaces and the tooth thickness error ⁇ th.
  • a correction amount ⁇ Xw of ⁇ Yw and radial direction position error ⁇ X and a correction amount ⁇ w of the grinding wheel turning angle error ⁇ are obtained.
  • pressure angle errors ⁇ fa L and ⁇ fa R and a tooth thickness error ⁇ th due to the correction amount ⁇ Pw of the helical motion error ⁇ P are obtained. It is necessary to consider the impact on That is, ⁇ X 0 and ⁇ Y 0 are obtained from the helical motion error ⁇ P using the above-described equation (2).
  • the tooth profile chart corresponds to the machining target value
  • how the tooth profile chart changes when the lateral position error ⁇ Y of the grindstone is generated is obtained using the above-described equation (4). That is, by inputting an appropriate numerical value to ⁇ Y in the equation (4), the involute tooth profile point sequence (X 0 ′, Y 0 ′) shown in FIG.
  • the correction amount ⁇ Yw of the grinding wheel lateral position error ⁇ Y is obtained using an optimization algorithm (downhill simplex method or the like) that solves the inverse problem.
  • an involute tooth profile (X 0 ′, Y 0 ′) is obtained by inputting an appropriate numerical value to the radial position error ⁇ X using the above-described equation (1).
  • a tooth profile chart is obtained from the data (X 0 ′, Y 0 ′), and pressure angle errors ⁇ fa L ′ and ⁇ fa R ′ are obtained.
  • an involute tooth profile (X 0 ′, Y 0 ′) is obtained by inputting an appropriate numerical value to the grindstone turning angle error ⁇ using the above-described equation (3).
  • a tooth profile chart is obtained from the data (X 0 ′, Y 0 ′), and a tooth thickness error ⁇ th ′ is obtained.
  • correction amounts ⁇ Xw, ⁇ Yw, ⁇ w, ⁇ Pw obtained in this way correction amounts ⁇ Xm, ⁇ Ym, ⁇ m, ⁇ Pm for each axis of the internal gear grinding machine 1 are set.
  • the correction amounts ⁇ Xm, ⁇ m, and ⁇ Pm are set to the same values as the correction amounts ⁇ Xw, ⁇ Yw, ⁇ w, and ⁇ Pw, while the correction amount ⁇ Ym is calculated based on the inclination angle of the Ym axis with respect to the Yw axis.
  • correction amount ⁇ Ym is calculated based on the inclination angle of the Ym axis with respect to the Yw axis.
  • the correction amount ⁇ Zm of the Zm-axis direction position is also set so that the contact position between the threaded grinding wheel 17 and the workpiece W such as the machining start position does not shift.
  • the correction amount ⁇ Pw ( ⁇ Pm) of the helical motion error ⁇ P may be set to 0 (none).
  • Such calculation is performed by the NC device 31 shown in FIG.
  • the pressure angle error ⁇ fa L of the left tooth surface, the pressure angle error ⁇ fa R of the right tooth surface, the tooth line error ⁇ L, and the tooth thickness error ⁇ th are displayed as measurement data of the workpiece W.
  • the correction amount ⁇ Xm of the radial position error ⁇ X, the correction amount ⁇ Ym of the grinding wheel lateral position error ⁇ Y, the correction amount ⁇ m of the grinding wheel turning angle error ⁇ , the correction amount ⁇ Pw of the helical motion error ⁇ P, And the correction amount ⁇ Zm of the Zm-axis direction position is calculated by the NC device 31 and displayed on the display unit 37.
  • the NC device 31 based on the correction amounts ⁇ Xm, ⁇ Ym, ⁇ Zm, ⁇ m, and ⁇ Pm, the position (cutting amount) in the Xm-axis direction, the position in the Y-axis direction, and the position in the Z-axis direction of the thread-like grindstone 17 Further, by correcting the turning angle (axis crossing angle ⁇ ) around the grindstone turning axis A and the rotation speed of the work W around the work rotation axis C1, for example, the tooth profile of the work W is as shown in FIG. It is possible to grind into a tooth profile that is close to a desired processing target value.
  • the measured pressure angle errors ⁇ fa L and ⁇ fa R on the tooth surface of the workpiece W are the radial position and the grindstone lateral direction.
  • the tooth error ⁇ L in the tooth surface of the measured workpiece W is decreased by correcting the helical motion.
  • the tooth thickness error ⁇ th on the tooth surface is reduced by correcting the radial position, the lateral position of the grindstone, and the helical motion. Therefore, the tooth shape error (pressure) in the tooth profile grinding of the workpiece W by the barrel-shaped threaded grindstone 17 is reduced.
  • the helical motion correction amount ⁇ Pm is set so as to reduce the tooth trace error ⁇ L, and then the asymmetric pressure angle errors ⁇ fa L and ⁇ fa are set.
  • the grinding wheel lateral position correction amount ⁇ Ym is set so that R decreases, and then the radial position correction amount ⁇ Xm and the grinding wheel such that the symmetric pressure angle errors ⁇ fa L and ⁇ fa R and the tooth thickness error ⁇ th decrease.
  • the correction amount ⁇ Ym of the error ⁇ Y, the correction amount ⁇ m of the grindstone turning angle error ⁇ , and the correction amount ⁇ Pm of the helical motion error ⁇ P) can be appropriately set in order to perform correction.
  • the pressure angle errors ⁇ fa L and ⁇ fa R are the radial position error ⁇ X, the wheel lateral position error ⁇ Y, the wheel turning angle error ⁇ , and the helical motion error ⁇ P.
  • the influence of the tooth line error ⁇ L due to the helical movement error ⁇ P, and the influence of the tooth thickness error ⁇ th due to the radial direction position error ⁇ X, the grinding wheel turning angle error ⁇ , and the helical movement error ⁇ P are analyzed in advance.
  • the radial position, the wheel lateral position, the wheel turning angle, and the helical motion are corrected so that the pressure angle errors ⁇ fa L and ⁇ fa R , the tooth trace error ⁇ L, and the tooth thickness error ⁇ th are reduced.
  • Amounts ⁇ Xm, ⁇ Ym, ⁇ m, ⁇ Pm are set, and based on these correction amounts ⁇ Xm, ⁇ Ym, ⁇ m, ⁇ Pm, the radial direction position, the grindstone lateral position, and the grindstone turning angle
  • ⁇ Xm, ⁇ Ym, ⁇ m, ⁇ Pm the radial direction position, the grindstone lateral position, and the grindstone turning angle
  • ⁇ fa L , ⁇ fa R tooth streak error ⁇ L and tooth thickness error ⁇ th of the workpiece W (internal gear)
  • Each correction amount ⁇ Xm, ⁇ Ym, ⁇ m, ⁇ Pm of the helical movement (radial position error ⁇ X, grinding wheel lateral position error ⁇ Y, grinding wheel turning angle error ⁇ , and helical movement error ⁇ P) is calculated.
  • the tooth profile shape error of the workpiece W can be corrected with high accuracy at an early stage, and workability is improved.
  • the workpiece W is a spur gear
  • the workpiece W is a spur gear by setting the correction amount ⁇ Pm of the helical motion to 0. Suitable for the case.
  • the present invention relates to an internal gear machining method and an internal gear machining machine for grinding a tooth surface of an internal gear (tooth profile grinding) with a barrel-shaped threaded grindstone, correcting a tooth profile shape error generated in the internal gear, It is useful when applied to achieve highly accurate tooth profile grinding of internal gears.

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Abstract

 本発明は、樽形ねじ状砥石を用いて内歯車の歯形研削加工を実施する際に歯形形状誤差を補正して、高精度な歯形研削加工を実現することができる内歯車加工方法及び内歯車加工機を提供することを目的とする。そのため、内歯車研削盤(内歯車加工機)の歯形形状誤差補正手段として機能するNC装置(31)は、計測されたワーク(W)(内歯車)の歯面における圧力角誤差(ΔfaL,ΔfaR)は、ラジアル方向位置と砥石横方向位置と砥石旋回角とヘリカル運動とを補正することにより、減少させ、計測されたワーク(W)の歯面における歯すじ誤差(ΔL)は、ヘリカル運動を補正することにより、減少させ、計測されたワーク(W)の歯面における歯厚誤差(Δth)は、ラジアル方向位置と砥石横方向位置とヘリカル運動とを補正することにより、減少させる構成とする。

Description

内歯車加工方法及び内歯車加工機
 本発明は樽形ねじ状砥石によって内歯車の歯面の研削加工(歯形研削加工)を行なう内歯車加工方法及び内歯車加工機に関する。
 一般に、歯車加工では、所定の歯車素材に対して歯切り加工を行うことにより歯車を形成し、この加工された歯車を熱処理した後に、この熱処理による歪等を除去するための仕上げ加工(歯形研削加工)を行っている。従来から、熱処理後の歯車の歯面を能率よく仕上げるために、WA系砥石や超砥粒(ダイヤ、CBN等)砥石等の工具による各種の歯形研削方法が提供されている。また、これらに使用される工具の形状にも、研削する歯車の形状に応じて、外歯車形、内歯車形、ねじ(ウォーム)形等がある。
 一方、歯車の中でも、内歯車は、自動車用トランスミッション等において多用されており、近年、このトランスミッションの低振動化及び低騒音化を図ることを目的として、その加工精度の向上が求められている。
 そこで、熱処理後の内歯車の研削方法の一つとして、内歯車と樽形ねじ状砥石とを、互いに軸交差角を与えた状態で噛み合わせて同期回転させることにより、前記樽形ねじ状砥石によって前記内歯車の歯面の研削加工を行う内歯車の加工方法が提供されている。この内歯車加工方法では、前記内歯車と前記樽形ねじ状砥石の噛み合い回転と軸交差角とによって、前記内歯車と前記樽形ねじ状砥石との間にすべり速度(研削速度)を発生させることにより、前記内歯車の歯面を前記樽形ねじ状砥石で研削することができる。
特許第3986320号公報
 円筒形のねじ状砥石で外歯車の歯面を研削加工するときには、ねじ状砥石とワーク(外歯車)の相対位置が変化しても、ワークの歯形形状は変化しない(但し歯厚は変化する)。一方、上記特許文献1に記載されているとおり、総形砥石(砥石車)を用いて外歯車を成形研削する場合には、砥石とワーク(外歯車)の相対位置が変化すると、ワークの歯形形状が変化する。即ち、ワークに歯形形状誤差(圧力角誤差、歯すじ誤差、歯厚誤差)が生じる。従って、上記特許文献1では、これらの歯形形状誤差を補正して高精度な外歯車の歯形研削加工を行なう方法が提案されている。
 内歯車をねじ状砥石で創成研削する場合にはねじ状砥石と内歯車との干渉を防ぐためにねじ状砥石の形状をその軸方向両端部から中間部に向かうに従ってその径が漸次増大するように形成された樽形とすることが好ましく、本願の発明者等は、この樽形ねじ状砥石による内歯車の歯形研削加工のシミュレーション(数値計算)や実験を実施した結果、樽形ねじ状砥石で内歯車を研削する場合には、円筒形ねじ状砥石で外歯車を研削する場合とは異なり、樽形ねじ状砥石とワーク(内歯車)の相対位置が変化すると、ワーク(内歯車)の歯形形状が変化する、即ち、ワーク(内歯車)に歯形形状誤差(圧力角誤差、歯すじ誤差、歯厚誤差)が生じてしまう、という新たな知見を得た。
 従って本発明は上記の事情に鑑み、樽形ねじ状砥石を用いて内歯車の歯形研削加工を実施する際に樽形ねじ状砥石とワーク(内歯車)の相対位置を補正してワークの歯形形状誤差を小さくし高精度な歯形研削加工を実現することができる内歯車加工方法及び内歯車加工機を提供することを課題とする。
 上記の如く、本願の発明者等は、樽形ねじ状砥石による内歯車の歯形研削加工のシミュレーションや実験を実施することにより、樽形ねじ状砥石と内歯車の相対位置が変化した場合には内歯車に歯形形状誤差(圧力角誤差、歯すじ誤差、歯厚誤差)が生じる、という新なた知見を得た。そして更に、前記シミュレーションによって本願の発明者等は、各歯形形状誤差(圧力角誤差、歯すじ誤差、歯厚誤差)と軸補正項目との関係を明らかにした(図7参照)。本発明の内歯車加工方法及び内歯車加工機は、このような新なた知見に基づくものであり、以下のような特徴を有している。
 即ち、上記課題を解決する第1発明の内歯車加工方法は、内歯車と樽形ねじ状砥石とを互いに軸交差角を与えた状態で噛み合わせて同期回転させることにより、前記樽形ねじ状砥石によって前記内歯車の歯面の研削加工を行なう内歯車の加工方法において、
 計測された前記内歯車の歯面における圧力角誤差は、ラジアル方向位置と砥石横方向位置と砥石旋回角とヘリカル運動とを補正することにより、減少させ、
 計測された前記内歯車の歯面における歯すじ誤差は、ヘリカル運動を補正することにより、減少させ、
 計測された前記内歯車の歯面における歯厚誤差は、ラジアル方向位置と砥石横方向位置とヘリカル運動とを補正することにより、減少させること、
を特徴とする。
 また、第2発明の内歯車加工方法は、第1発明の内歯車加工方法において、
 まず、前記歯すじ誤差が減少するようなヘリカル運動の補正量を設定し、
 次に、非対称な前記圧力角誤差が減少するような砥石横方向位置の補正量を設定し、
 次に、対称な前記圧力角誤差と前記歯厚誤差が減少するようなラジアル方向位置の補正量と砥石旋回角の補正量とを設定して、
 これらの各補正量に基づき、ラジアル方向位置と砥石横方向位置と砥石旋回角とヘリカル運動とを補正すること、
を特徴とする。
 また、第3発明の内歯車加工方法は、第1又は第2発明の内歯車加工方法において、
 前記圧力角誤差がラジアル方向位置誤差と砥石横方向位置誤差と砥石旋回角誤差とヘリカル運動誤差とにより受ける影響と、前記歯すじ誤差が前記ヘリカル運動誤差により受ける影響と、前記歯厚誤差がラジアル方向位置誤差と砥石旋回角誤差とヘリカル運動誤差とにより受ける影響と、を予め解析しておき、この解析結果に基づいて前記圧力角誤差、前記歯すじ誤差及び前記歯厚誤差が減少するようなラジアル方向位置と砥石横方向位置とヘリカル運動と砥石旋回角の各補正量をそれぞれ設定し、これらの各補正量に基づいて、ラジアル方向位置と砥石横方向位置とヘリカル運動と砥石旋回角とを補正することを特徴とする。
 また、第4発明の内歯車加工方法は、第1~第3発明の何れかの内歯車加工方法において、
 前記内歯車がスパーギヤの場合、前記ヘリカル運動の補正量を0とすることを特徴とする。
 また、第5発明の内歯車加工機は、内歯車と樽形ねじ状砥石とを互いに軸交差角を与えた状態で噛み合わせて同期回転させることにより、前記樽形ねじ状砥石によって前記内歯車の歯面の研削加工を行なう内歯車加工機において、
 計測された前記内歯車の歯面における圧力角誤差は、ラジアル方向位置と砥石横方向位置と砥石旋回角とヘリカル運動とを補正することにより、減少させ、計測された前記内歯車の歯面における歯すじ誤差は、ヘリカル運動を補正することにより、減少させ、計測された前記内歯車の歯面における歯厚誤差は、ラジアル方向位置と砥石横方向位置とヘリカル運動とを補正することにより、減少させる歯形形状誤差補正手段を備えたこと、
を特徴とする。
 また、第6発明の内歯車加工機は、第5発明の内歯車加工機において、
 前記歯形形状誤差補正手段は、まず、前記歯すじ誤差が減少するようなヘリカル運動の補正量を設定し、次に、非対称な前記圧力角誤差が減少するような砥石横方向位置の補正量を設定し、次に、対称な前記圧力角誤差と前記歯厚誤差が減少するようなラジアル方向位置の補正量と砥石旋回角の補正量とを設定して、これらの各補正量に基づき、ラジアル方向位置と砥石横方向位置と砥石旋回角とヘリカル運動とを補正すること、
を特徴とする。
 また、第7発明の内歯車加工機は、第5又は第6発明の内歯車加工機において、
 前記歯形形状誤差補正手段は、前記圧力角誤差がラジアル方向位置誤差と砥石横方向位置誤差と砥石旋回角誤差とヘリカル運動誤差とにより受ける影響と、前記歯すじ誤差が前記ヘリカル運動誤差により受ける影響と、前記歯厚誤差がラジアル方向位置誤差と砥石旋回角誤差とヘリカル運動誤差とにより受ける影響と、を予め解析した解析結果に基づいて前記圧力角誤差、前記歯すじ誤差及び前記歯厚誤差が減少するようなラジアル方向位置と砥石横方向位置とヘリカル運動と砥石旋回角の各補正量をそれぞれ設定し、これらの各補正量に基づいて、ラジアル方向位置と砥石横方向位置とヘリカル運動と砥石旋回角とを補正すること、
を特徴とする。
 また、第8発明の内歯車加工機は、第5~第7発明の何れかの内歯車加工機において、
 前記内歯車がスパーギヤの場合、前記歯形形状誤差補正手段は、前記ヘリカル運動の補正量を0とすることを特徴とする。
 第1又は第5発明の内歯車加工方法又は内歯車加工機によれば、前記内歯車の歯面における圧力角誤差は、ラジアル方向位置と砥石横方向位置と砥石旋回角とヘリカル運動とを補正することにより、減少させ、前記内歯車の歯面における歯すじ誤差は、ヘリカル運動を補正することにより、減少させ、前記内歯車の歯面における歯厚誤差は、ラジアル方向位置と砥石横方向位置とヘリカル運動とを補正することにより、減少させるため、樽形ねじ状砥石による内歯車の歯形研削加工において歯形形状誤差(圧力角誤差、歯すじ誤差、歯厚誤差)が生じても、各歯形形状誤差に適した軸補正項目(ラジアル方向位置誤差、砥石横方向位置誤差、砥石旋回角誤差、ヘリカル運動誤差)の補正により、確実に各歯形形状誤差を修正する(減少させる)ことができる。
 第2又は6発明の内歯車加工方法又は内歯車加工機によれば、まず、前記歯すじ誤差が減少するようなヘリカル運動の補正量を設定し、次に、非対称な前記圧力角誤差が減少するような砥石横方向位置の補正量を設定し、次に、対称な前記圧力角誤差と前記歯厚誤差が減少するようなラジアル方向位置の補正量と砥石旋回角の補正量とを設定して、
 これらの各補正量に基づき、ラジアル方向位置と砥石横方向位置と砥石旋回角とヘリカル運動とを補正するため、各歯形形状誤差(非対称な前記圧力角誤差、対称な前記圧力角誤差、歯すじ誤差、歯厚誤差)に対応する各補正量(ラジアル方向位置誤差の補正量、砥石横方向位置誤差の補正量、砥石旋回角誤差の補正量、ヘリカル運動誤差の補正量)を順に適切に設定して、補正をすることができる。
 第3又は7発明の内歯車加工方法又は内歯車加工機によれば、前記圧力角誤差がラジアル方向位置誤差と砥石横方向位置誤差と砥石旋回角誤差とヘリカル運動誤差とにより受ける影響と、前記歯すじ誤差が前記ヘリカル運動誤差により受ける影響と、前記歯厚誤差がラジアル方向位置誤差と砥石旋回角誤差とヘリカル運動誤差とにより受ける影響と、を予め解析しておき、この解析結果に基づいて前記圧力角誤差、前記歯すじ誤差及び前記歯厚誤差が減少するようなラジアル方向位置と砥石横方向位置とヘリカル運動と砥石旋回角の各補正量をそれぞれ設定し、これらの各補正量に基づいて、ラジアル方向位置と砥石横方向位置とヘリカル運動と砥石旋回角とを補正するため、内歯車の圧力角誤差、歯すじ誤差及び歯厚誤差における互いの影響度を考慮してラジアル方向位置と砥石横方向位置と砥石旋回角とへリカル運動(ラジアル方向位置誤差と砥石横方向位置誤差と砥石旋回角誤差とへリカル運動誤差)の各補正量を求めることになり、早期に高精度な内歯車の歯形形状誤差の修正を行うことができて、作業性が向上する。
 第4又は第8発明の内歯車加工方法又は内歯車加工機によれば、前記内歯車がスパーギヤの場合、前記ヘリカル運動の補正量を0とするため、内歯車がスパーギヤの場合に適したものとなる。
本発明の実施の形態例に係る内歯車研削盤の構成を示す斜視図である。 前記内歯車研削盤において内歯車を樽形ねじ状砥石で研削する様子を示す斜視図である。 前記樽形ねじ状砥石の縦断面図である。 前記樽形ねじ状砥石の斜視図である。 前記内歯車研削盤を制御するNC制御装置のブロック図である。 歯形形状測定の様子を示す図である。 内歯車の歯形形状誤差と軸補正項目の関係を示す表である。 (a)は非対称な圧力角誤差を例示する図、(b)は対称な圧力角誤差を例示する図である。 (a)は歯形誤差伝播解析を説明するためのインボリュート歯形、(b)及び(c)は歯形誤差伝播解析を説明するための歯形チャートである。 (a)は補正前の歯形形状を表す歯形チャート、(b)は補正後の歯形形状を表す歯形チャートである。
 以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて詳細に説明する。
 図1において、Xw軸,Yw軸,Zw軸はワークWを基準とする(ワークWに固定された)直交座標系(基準座標系)の基準軸であり、Xm軸,Ym軸,Zm軸は内歯車研削盤(内歯車加工機)1の移動軸である。Xw軸とXm軸は同一方向の水平な移動軸であり、Zw軸とZm軸は同一方向の鉛直な軸である。一方、図示例の場合、Yw軸は水平な移動軸であるのに対して、詳細は後述するが、Ym軸はYw軸と同一方向の水平な状態だけでなく、旋回して傾斜した状態にもなり得る移動軸である。なお、これに限定するものではなく、本発明は、Ym軸が傾斜せずに常にYw軸と同一方向の水平な移動軸の場合であっても、適用することができる。
 図1に示すように、内歯車研削盤1のベッド11上にはコラム12が、Xm軸(Xw軸)方向に移動可能に支持されている。Xm軸(Xw軸)方向は砥石回転軸B1とワーク回転軸C1との間の距離が調整されるように砥石回転軸B1が移動する方向である。コラム12にはサドル13が、Zm軸(Zw軸)方向に昇降可能に支持されており、このサドル13には旋回ヘッド14が、Xm軸(Xw軸)と平行で水平な砥石旋回軸A回りに旋回可能に支持されている。旋回ヘッド14には砥石ヘッド16が、砥石回転軸B1と直交するYm軸方向に移動可能に支持されている。旋回ヘッド14が旋回しないとき(砥石回転軸B1がZm軸方向に沿っているとき)、Ym軸の方向は基準軸のYw軸方向に一致している一方、旋回ヘッド14の旋回によって砥石回転軸B1が砥石旋回軸A回りに旋回させることにより、砥石回転軸B1がZm軸(Zw軸)方向に対して傾斜したときには、Ym軸方向は基準軸のYw軸方向に対して傾斜する。
 砥石ヘッド16には図示しない砥石主軸及びこの砥石主軸に取り付けられた砥石アーバ16aが、砥石回転軸B1回りに回転可能に支持されており、砥石アーバ16aの先端部にはねじ状砥石17が、着脱可能に装着されている。
 上記のような軸構成の内歯車研削盤1では、コラム12を移動させることにより、このコラム12及びサドル13、旋回ヘッド14、砥石ヘッド16(砥石アーバ16a)とともにねじ状砥石17が、矢印aの如く、Xm軸(Xw軸)方向に移動する。また、サドル13を移動させることにより、このサドル13及び旋回ヘッド14、砥石ヘッド16(砥石アーバ16a)とともにねじ状砥石17が、矢印bの如く、Zm軸(Zw軸)方向(内歯車研削盤1の上下方向)に移動する。また、旋回ヘッド14を旋回させることにより、この旋回ヘッド14及び砥石ヘッド16(砥石アーバ16a)とともにねじ状砥石17が、矢印cの如く、砥石旋回軸A回りに旋回する。なお、このときYm軸方向(砥石ヘッド16の移動方向)も、旋回ヘッド14とともに砥石旋回軸A回りに旋回することになる。砥石ヘッド16を移動させることにより、この砥石ヘッド16(砥石アーバ16a)とともにねじ状砥石17が、矢印dの如く、Ym軸方向に移動する。そして、砥石ヘッド16内の砥石主軸を回転させることにより、この砥石主軸及び砥石アーバ16aとともにねじ状砥石17が、矢印eの如く、砥石回転軸B1回りに回転する。
 また、ベッド11上においてコラム12の正面には、回転テーブル18が鉛直なワーク回転軸C1回りに回転可能に設けられている。回転テーブル18の上面には、円筒状の取付治具19が設けられており、この取付治具19の上端内周面には、内歯車であるワークWが着脱可能に取り付けられている。従って、回転テーブル18を回転させると、この回転テーブル18とともにワークWが、矢印iの如く、ワーク回転軸C1回りに回転する。
 また、ベッド11上において回転テーブル18の側方には、ドレッシング装置21が設けられている。ドレッシング装置21には、ねじ状砥石17をドレッシングする円盤状のディスクドレッサ22が着脱可能に装着されている。ドレッシング装置21は、ベッド11上に設けられているベース部23と、このベース部23の上部に設けられている旋回部24とを有している。旋回部24は、基端部の鉛直なドレッサ進退軸C2回りに(矢印fの如く)割出旋回可能にベース部23に支持されている。旋回部24の先端部にはドレッサ回転駆動用モータ25が、ディスクドレッサ22の刃先(刃面)間を通る水平なドレッサ旋回軸B2回りに(矢印gの如く)旋回可能に設けられている。ディスクドレッサ22が装着されたドレッサ回転駆動用モータ25の出力軸は、ドレッサ旋回軸B2と直交するドレッサ回転軸C3周りに(矢印hの如く)回転可能となっている。
 以上のような構成の内歯車研削盤1によってワークWの歯形研削加工を行うには、まず、ワークWを取付治具19に取り付ける。次に、コラム12、サドル13、旋回ヘッド14、砥石ヘッド16を移動及び旋回させることにより、ねじ状砥石17は、砥石旋回軸A回りに旋回されてワークWのねじれ角に応じた軸交差角Σとなるように所定の旋回角度に設置され、Xm軸(Xw軸)方向、Ym軸(Yw軸)方向及びZm軸(Zw軸)方向の所定位置に移動されてワークWの内側に配置される。そして更にねじ状砥石17をXm軸(Xw軸)方向に移動させてワークWに噛み合わせる。このねじ状砥石17とワークWとを噛み合わせたときの状態が、図2である。
 図3に示すように、ねじ状砥石17は、その軸方向中間部から軸方向両端部に向かうに従って、その径が漸次小さくなるような樽形に形成されている。このようにねじ状砥石17を樽形に形成することにより、図2のようにワークWに対してねじ状砥石17を軸交差角Σで傾斜させても、ねじ状砥石17がワークWに干渉することなく、ねじ状砥石17の刃をワークWの歯に噛み合わせることが可能となる。ねじ状砥石17には、所定のワーク諸元を有するワークWと適切に噛み合うような所定の砥石諸元が与えられている。軸交差角Σはワーク回転軸C1と砥石回転軸B1との成す角度であり、ワークWのねじれ角とねじ状砥石17のねじれ角とから求められる。
 図2のようにねじ状砥石17とワークWとを噛み合わせた後、砥石回転軸B1(ねじ状砥石17)とワーク回転軸C1(ワークW)とを同期回転させる。次いで、ねじ状砥石17をワークWに切り込む方向(Xm軸方向)に所定の位置まで移動させながら、Zm軸(Zw軸)方向に揺動(昇降)させる。これにより、ねじ状砥石17がワークWに切り込み、ねじ状砥石17の刃面によりワークWの歯面が研削される。
 なお、この研削加工時におけるねじ状砥石17のワークWとの噛み合い位置は、図4に示すような接触(噛み合い)線17aとなる。即ち、ねじ状砥石17によるワークWの研削加工では、ねじ状砥石17の複数の刃面が、ワークWの複数の歯面を同時に研削することになる。また、この研削加工時においては、ねじ状砥石17が、ワーク回転軸C1に対して軸交差角Σで交差する砥石回転軸B1回りに回転することから、図2に示すようにねじ状砥石17とワークWとの間には、すべり速度(研削速度)Vが発生することになる。このすべり速度Vは、ねじ状砥石17の刃面とワークWの歯面との噛み合い位置における、ねじ状砥石17の回転角速度ω2とワークWの回転角速度ω1との相対速度である。このようなすべり速度Vを発生させることにより、ねじ状砥石17の刃面によってワークWの歯面が確実に研削されることになる。
 ねじ状砥石17による研削加工を所定数量のワークWに対して実施すると、ねじ状砥石17の刃面が磨耗して切れ味が低下するため、詳細な説明は省略するが、定期的にドレッシング装置21を用いてねじ状砥石17をドレッシングすることにより、ねじ状砥石17の切れ味を回復させる。
 そして、本実施の形態例では、内歯車研削盤1で上記のようなワークWの歯形研削加工を行なう際、図5に示すように、操作部(パーソナルコンピュータ)32は、入力されたねじ状砥石17やワークWの情報にしたがい加工目標値を計算し、この加工目標値に基づいてNC(数値制御)装置31は、内歯車研削盤1の各部(各軸)の駆動制御を行う。
 そして、歯形研削加工の終了後、ワークWの歯形形状誤差(圧力角誤差、歯すじ誤差、歯厚誤差)が生じた場合、歯形形状誤差を減少させるための必要な情報が、歯形形状誤差補正手段としても機能するNC装置31に入力されることにより、次の研削加工では各軸の配置(位置決め)、移動の補正を行なっての加工が行なわれる。
 即ち、歯形研削加工の終了後、歯形形状計測手段によって、研削加工されたワークWの歯面における左右の圧力角と、歯すじと、歯厚とが計測され、これらの計測値から圧力角誤差ΔfaL,ΔfaRと、歯すじ誤差ΔLと、歯厚誤差Δthとが算出される。そして、これらの圧力角誤差ΔfaL,ΔfaR、歯すじ誤差ΔL、歯厚誤差Δthが減少するように指示されたNC装置31は、ねじ状砥石17の位置誤差に対して、砥石ラジアル方向(Xw軸方向)位置誤差ΔX、砥石横方向(Yw軸方向)位置誤差ΔY、砥石旋回角(A軸)誤差ΔΣを算出し、更に、へリカル運動誤差ΔPを算出し、これらの誤差ΔX,ΔY,ΔΣ,ΔPに対しての内歯車研削盤1におけるねじ状砥石17のXm軸方向,Ym軸方向及びZm軸方向の移動(位置)、砥石旋回軸A回りの旋回角(軸交差角Σ)、及び、ワーク回転軸C1回りの回転速度の補正量を決定して補正を行い、次のワークWの歯形研削加工を行う。
 ラジアル方向位置誤差ΔXは、ねじ状砥石17のXm軸(Xw軸)方向(ワークWに対する切り込み方向)の位置誤差である。砥石横方向位置誤差ΔYは、Yw軸方向におけるねじ状砥石17の位置誤差である。なお、歯形研削加工時に砥石旋回軸B1はワーク回転軸C1に対して軸交差角Σで傾斜しており、これにともなってYm軸も基準軸のYw軸に対して傾斜している。このため、砥石横方向位置誤差ΔYを補正するには、この砥石横方向位置誤差ΔYの補正量を、Yw軸に対するYm軸の傾斜角(軸交差角Σに相当)に応じて、Ym軸方向位置の補正量に換算し、この補正量に基づいてYm軸方向の位置を補正する必要がある。なお、このようなYm軸方向の位置補正を行った場合、Zm軸(Zw軸)方向の位置も変化するため、ねじ状砥石17のZm軸(Zw軸)方向の加工開始位置などのねじ状砥石17とワークWの接触位置のずれが生じる。このため、Ym軸方向の位置補正を行う場合には、Zm軸(Zw軸)方向の位置補正も行って前記接触位置のずれが生じないようにすることが望ましい。従って、本実施の形態例の内歯車研削盤1では、このZm軸(Zw軸)方向の位置補正も行う。なお、Xm軸方向の位置誤差(補正量)に関してはXw軸方向の位置誤差(補正量)と同じであり、Zm軸方向位置の補正量に関してもZw軸方向位置の補正量と同じである。
 砥石旋回角誤差ΔΣは、ねじ状砥石17の砥石旋回軸A回りの旋回角誤差、即ち軸交差角Σの誤差である。ヘリカル運動誤差ΔPは、ねじ状砥石17のZm軸(Zw軸)方向の揺動(昇降)運動と、ワークWのワーク回転軸C1回りの回転運動との同期誤差であり、ねじ状砥石17の砥石回転軸B1回りの回転運動とZm軸方向の揺動(昇降)運動に対してのワークWのワーク回転軸C1回りの回転運動が補正される。
 ワークWの歯形形状測定は、例えば所定数量の内歯車を加工毎に或いはねじ状砥石17を新しいものに代えた直後に加工を行なった際などに行なう。歯形形状測定手段としては、内歯車研削盤1に装備する歯車精度計測装置でもよく、内歯車研削盤1の外部に設置された一般的な歯車精度測定専用の歯車測定機(即ち外部測定機)でもよい。外部測定機を用いる場合には、歯形研削加工後のワークWを内歯車研削盤1から取り外して外部測定機に設置することにより、当該ワークWの歯形形状測定を行なうことになる。
 図6には、内歯車研削盤1に装備した歯車精度計測装置40(図5参照)の測定子41によって歯形研削加工後のワークWの歯形測定をする様子を例示している。図6に示すように、測定子41は、加工目標値に沿って測定子41及びワークWを移動させることで、測定子41の先端部とワークWの表面(歯面)の接触感覚により、ワークWの歯面における左右の圧力角と、歯すじと、歯厚とを測定することができる。そして、これらの測定値から圧力角誤差ΔfaL,ΔfaRと、歯すじ誤差ΔLと、歯厚誤差Δthとを算出する。この場合、圧力角誤差ΔfaL,ΔfaRはXw軸-Yw軸座標上での最大100点の点列で表し、歯すじ誤差ΔLはZw軸-Yw軸座標上での最大100点の点列で表す。そして、測定子41の測定結果はNC装置31を介して操作部32に出力されるようになっている。なお、NC装置31にて、歯厚thから歯厚誤差Δthが算出される。
 ここで、NC装置31によるラジアル方向位置誤差ΔXと砥石横方向位置誤差ΔYと砥石旋回角誤差ΔΣとへリカル運動誤差ΔPに対する内歯車研削盤1の各軸における各補正量ΔXm,ΔYm,ΔΣm,ΔPmや、Zm軸方向位置の補正量ΔZmの演算方法について説明する。
 図5に示すように、歯車精度計測装置40では、測定子41によって測定したワークWの歯面における左右の圧力角及び歯すじから算出した圧力角誤差ΔfaL,ΔfaR及び歯すじ誤差ΔLと、測定子41によって測定した歯厚thとを、NC装置31の補正量演算部33へ出力する。なお、外部測定機を用いる場合には、この外部測定機で測定したワークWの左右の圧力角誤差ΔfaL,ΔfaRと歯すじ誤差ΔLと歯厚誤差Δthを、NC装置31へ直接或いは操作部32を介して入力することになる。
 補正量演算部33は歯厚誤差演算部34と、ワーク回転軸運動(へリカル運動)補正部35と、砥石位置補正部36とを有している。歯厚誤差演算部34では、目標歯厚と測定歯厚thとから、歯厚誤差Δthを算出する。ワーク回転軸運動補正部35では、圧力角誤差ΔfaL,ΔfaRと歯すじ誤差ΔLと歯厚誤差Δthに基づいて、へリカル運動誤差(ワーク回転軸運動誤差)ΔPの補正量ΔPmを設定する。砥石位置補正部36では、圧力角誤差ΔfaL,ΔfaR及び歯厚誤差Δthに基づいて、ラジアル方向位置誤差ΔXの補正量ΔXmと、砥石横方向位置誤差ΔYの補正量ΔYmと、砥石旋回角誤差ΔΣの補正量ΔΣmを設定する。また、砥石位置補正部36では、Zm軸方向位置の補正量ΔZmも設定する。
 この場合、ワーク回転軸運動補正部35及び砥石位置補正部36では、ラジアル方向位置誤差ΔX、砥石横方向位置誤差ΔY、砥石旋回角誤差ΔΣ、及び、へリカル運動誤差ΔPが、圧力角誤差ΔfaL,ΔfaR、歯すじ誤差ΔL、歯厚誤差Δthに与える影響を予め解析しておく。この解析は微分係数(影響係数)を計算するものであり、ワークW(内歯車)のワーク諸元も考慮して実施する。また、歯形形状計測手段(歯車精度計測装置40)によるワークWの歯形形状誤差(圧力角誤差ΔfaL,Δfa、歯すじ誤差ΔL、歯厚誤差Δth)の計測も行なう。
 そして、この歯形形状誤差の計測結果と上記の解析結果(微分係数(影響係数))に基づき、まず、圧力角誤差ΔfaL,Δfa、歯すじ誤差ΔL、歯厚誤差Δthが減少するように(最小となるように)にワーク基準の座標軸に関する補正量、即ち、ラジアル方向位置誤差ΔXの補正量ΔXwと、砥石横方向位置誤差ΔYの補正量ΔYwと、砥石旋回角誤差ΔΣの補正量ΔΣwと、へリカル運動誤差ΔPの補正量ΔPwとを算出する。ΔXwはXw軸方向位置の補正量、ΔYwはYw軸方向位置の補正量である。
 次に、この算出したワーク基準の座標軸に関する補正量ΔXw,ΔYw,ΔΣw,ΔPwに基づいて、内歯車研削盤1の各軸に関する補正量ΔXm,ΔYm,ΔΣm,ΔPmを設定する。このとき、補正量ΔXm,ΔΣm,ΔPmは補正量ΔXw,ΔYw,ΔΣw,ΔPwと同じ値に設定する。一方、補正量ΔYmは、補正量ΔYmにおけるYw軸方向の成分が補正量ΔYwと同じになるよう、Yw軸に対するYm軸の傾斜角に基づいて補正量ΔYwを、補正量ΔYmに換算して設定する。また、この補正量ΔYmの設定にともなって、加工開始位置などのねじ状砥石17とワークWの接触位置のずれが生じないようにするためにZm軸方向位置の補正量ΔZmも設定する。
 なお、図示例はワークW(内歯車)がヘリカルギヤの場合であるが、ワークW(内歯車)がスパーギヤの場合には、へリカル運動誤差ΔPの補正量ΔPw(ΔPm)を0(無し)にすればよい。
 圧力角誤差ΔfaL,Δfa、歯すじ誤差ΔL、歯厚誤差Δthから、ラジアル方向位置誤差ΔXの補正量ΔXwと、砥石横方向位置誤差ΔYの補正量ΔYwと、砥石旋回角誤差ΔΣの補正量ΔΣwと、へリカル運動誤差ΔPの補正量ΔPwを算出する方法は、次のとおりである。
 本願の発明者等は、まず、樽形ねじ状砥石17を用いてワークW(内歯車)の歯形研削加工が行なわれた場合の、ラジアル方向位置誤差ΔX、砥石横方向位置誤差ΔY、砥石旋回角誤差ΔΣ、及び、へリカル運動誤差ΔPが、圧力角誤差ΔfaL,ΔfaR、歯すじ誤差ΔL、歯厚誤差Δthに与える影響を、樽形ねじ状砥石17による歯形研削加工のシミュレーション(数値計算)を行うことによって調べた。このシミュレーションの結果、樽形ねじ状砥石17でワークW(内歯車)を研削する場合には、円筒形ねじ状砥石で外歯車を研削する場合とは異なり、樽形ねじ状砥石17とワークW(内歯車)の相対位置が変化すると、ワークW(内歯車)の歯形形状が変化して、ワークW(内歯車)に歯形形状誤差(圧力角誤差ΔfaL,ΔfaR、歯すじ誤差ΔL、歯厚誤差Δth)が生じてしまうことがわかった。
 そして更には、前記シミュレーションの結果、図7の表に示すように、圧力角誤差ΔfaL,ΔfaRはラジアル方向位置誤差ΔXと、砥石横方向位置誤差ΔYと、砥石旋回角誤差ΔΣと、へリカル運動誤差ΔPの全項目に影響を受けるが、歯すじ誤差ΔLはへリカル運動誤差ΔPの1項目のみに影響を受け、歯厚誤差Δthはラジアル方向位置誤差ΔXと、砥石旋回角誤差ΔΣと、へリカル運動誤差ΔPの3項目に影響を受けることがわかった。
 また、前記シミュレーションの結果、圧力角誤差ΔfaL,ΔfaRに与える砥石横方向位置誤差ΔYの影響は、非対称な圧力角誤差ΔfaL,ΔfaRとして表れ、圧力角誤差ΔfaL,ΔfaRに与えるラジアル方向位置誤差ΔX及び砥石旋回角誤差ΔΣの影響は、対称な圧力角誤差ΔfaL,ΔfaRとして表れることもわかった。なお、非対称な圧力角誤差ΔfaL,ΔfaRとは、図8(a)に示すようにワークWの歯における左右の歯面Wa,Wbの圧力角が、実線で示すような設計上(目標)の圧力角に対して、測定された圧力角が点線で示すような状態であった場合、即ち、歯溝の中心線jに対して左右非対称な圧力角誤差ΔfaL,ΔfaRが生じた場合を意味している。また、対称な圧力角誤差ΔfaL,ΔfaRとは、図8(b)に示すようにワークWの歯における左右の歯面Wa,Wbの圧力角が、実線で示す設計上(目標)の圧力角に対して、測定された圧力角が点線で示すような状態であった場合、即ち、歯溝の中心線jに対して左右対称な圧力角誤差ΔfaL,ΔfaRが生じた場合を意味している。
 次に、歯形誤差伝播解析を行なうことにより、内歯車研削盤1の各誤差(ラジアル方向位置誤差ΔX、砥石横方向位置誤差ΔY、砥石旋回角誤差ΔΣ、へリカル運動誤差ΔP)が、ワークW(内歯車)の歯形形状誤差(圧力角誤差ΔfaL,ΔfaR、歯すじ誤差ΔL、歯厚誤差Δth)としてどのように伝播されるのかを解析した。その結果、各誤差量に対する歯形誤差伝播式(1)~(4)を下記のように得ることができた。なお、ワークW(内歯車)がスパーギヤの場合には、へリカル運動誤差ΔPは0(無し)となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 このような解析結果から、歯形形状誤差(圧力角誤差ΔfaL,ΔfaR、歯厚誤差Δth、歯すじ誤差ΔL)を修正する(減少させる)ための各誤差(ラジアル方向位置誤差ΔX、砥石横方向位置誤差ΔY、砥石旋回角誤差ΔΣ、へリカル運動誤差ΔP)の補正量ΔXw,ΔYw,ΔΣw,ΔPwは、下記の(1)~(3)の順序で行なう。
(1) まず、歯すじ誤差ΔLを修正する(減少させる)ための補正量として、へリカル運動誤差ΔPに対する補正量ΔPwを求める。ここで求めたへリカル運動誤差ΔPの補正量ΔPwは、圧力角誤差ΔfaL,ΔfaRを修正する(減少させる)ための補正量や歯厚誤差Δthを修正する(減少させる)ための補正量としても用いる。
(2) 次に、非対称な圧力角誤差ΔfaL,ΔfaRを修正する(減少させる)ための補正量として、砥石横方向位置誤差ΔYに対する補正量ΔYwを求める。
(3) 次に、対称な圧力角誤差ΔfaL,ΔfaRと歯厚誤差Δthを修正する(減少させる)ための補正量として、ラジアル方向位置誤差ΔXに対する補正量ΔXwと、砥石旋回角誤差ΔΣに対する補正量ΔΣwとを求める。
 ここで、各補正量ΔXw,ΔYw,ΔΣw,ΔPwについて詳述する。上記のような解析結果から、歯すじ誤差ΔLを修正する(減少させる)にはへリカル運動誤差ΔPの補正量ΔPwのみを用い、まず始めにへリカル運動誤差ΔPの補正量ΔPwを、測定された歯すじ誤差ΔLから2分法を用いて算出する。
 次に、このへリカル運動誤差ΔPの補正量ΔPwを考慮し、圧力角誤差ΔfaL,ΔfaR及び歯厚誤差Δthを修正する(減少させる)ようなラジアル方向位置誤差ΔXの補正量ΔXwと、砥石横方向位置誤差ΔYの補正量ΔYwと、砥石旋回角誤差ΔΣの補正量ΔΣwとを、滑降シンプレックス法などの逆問題を解く最適化アルゴリズムを用いて算出する。なお、周知のように逆問題とは、結果から原因を推定する問題である。ここでは、この逆問題を解く最適化アルゴリズムを用いることにより、結果である歯形形状誤差から、原因となる各軸の誤差(補正量)を推定する。
 逆問題を解く最適化アルゴリズム(滑降シンプレックス法等)では、非対称な圧力角誤差ΔfaL,ΔfaRに関しては、左歯面の圧力角誤差ΔfaLの2乗値と、右歯面の圧力角誤差ΔfaRの2乗値の加算値を評価関数とし、この評価関数が最小となる砥石横方向位置誤差ΔYの補正量ΔYwを求める。また、逆問題を解く最適化アルゴリズム(滑降シンプレックス法等)では、対称な圧力角誤差ΔfaL,ΔfaR及び歯厚誤差Δthに関しては、左歯面の圧力角誤差ΔfaLの2乗値と、右歯面の圧力角誤差ΔfaRの2乗値と、歯厚誤差Δthの2乗値の加算値を評価関数とし、この評価関数が最小となるラジアル方向位置誤差ΔXの補正量ΔXw及び砥石旋回角誤差ΔΣの補正量ΔΣwを求める。即ち、非対称な圧力角誤差ΔfaL,ΔfaR及び歯厚誤差Δthを同時に修正(減少)できるラジアル方向位置誤差ΔXの補正量ΔXw及び砥石旋回角誤差ΔΣの補正量ΔΣwを求める。
 例えば、ワークW(内歯車)がへリカルギヤである場合、まず、歯すじ誤差ΔLを修正する(減少させる)には、へリカル運動誤差ΔPの補正量ΔPwを求める必要がある。歯形誤差伝播解析にて、歯すじ誤差ΔLはZw-Yw座標上で表されるものであるため、図6に示すように歯幅方向における各端部での歯形曲線(図6中に一点鎖線で表示)を求め、各歯形曲線がピッチ円付近でどれだけ誤差があるかを求めて歯筋チャートが得られ、歯すじ誤差ΔLが求められる。ここで、へリカル運動誤差ΔPが発生したときにこの歯筋チャートがどのように変化するかを、前述した(2)式を用いて求める。
 歯形誤差伝播解析にて、インボリュート歯形の点列(X0,Y0)は、図9(a)に示すものとなっており、ラジアル方向位置誤差ΔX=0,砥石横方向位置誤差ΔY=0であるときは加工目標値通りの歯形チャートとなる。従って、(2)式のへリカル運動誤差ΔPに適当な数値を入力していくことで、歯幅方向の各端部にてそれぞれ図9(a)に示すインボリュート歯形の点列(X0´,Y0´)を求める。この場合、
  ΔX=X0´-X0
  ΔY=Y0´-Y0
であり、ΔX,ΔYから歯幅方向の上端と下端での歯すじ誤差ΔLT´,ΔLB´が求められ、これらのΔLT´,ΔLB´の合計がピッチ円付近での歯すじ誤差ΔL´となり、図9(b)に示すような歯形チャートとなる。
 このようにして求められた歯すじ誤差ΔL´から2分法を用いてへリカル運動誤差ΔPの補正量ΔPwを求める。つまり、この歯すじ誤差ΔL´と測定された歯すじ誤差ΔLとの差が0となれば、実際のへリカル運動誤差ΔPが正確に推定されたことになり、実際には、最小となるへリカル運動誤差ΔPの補正量ΔPwを求めることとなる。
 このようにしてへリカル運動誤差ΔPの補正量ΔPwが設定されると、次に、左右の歯面の圧力角誤差ΔfaL,ΔfaR及び歯厚誤差Δthから砥石横方向位置誤差ΔYの補正量ΔYwとラジアル方向位置誤差ΔXの補正量ΔXwと砥石旋回角誤差ΔΣの補正量ΔΣwを求めるが、この場合、ヘリカル運動誤差ΔPの補正量ΔPwによる圧力角誤差ΔfaL,ΔfaRと歯厚誤差Δthへの影響を考慮する必要がある。つまり、前述した(2)式を用いてヘリカル運動誤差ΔPからΔX0,ΔYを求めておく。
 歯形誤差伝播解析にて、インボリュート歯形の点列(X0,Y0)は、図9(a)に示すものとなっており、ラジアル方向位置誤差(Xw軸方向位置の誤差)ΔX=0,砥石横方向位置誤差ΔY=0であるときはであるときは加工目標値通りの歯形チャートとなり、圧力角誤差ΔfaL=0,ΔfaR=0である。ここで、砥石横方向位置誤差ΔYが発生したときにこの歯形チャートがどのように変化するかを、前述した(4)式を用いて求める。つまり、この(4)式のΔYに適当な数値を入力していくことで、図9(a)に示すインボリュート歯形の点列(X0´,Y0´)を求める。この場合、
  X0´=X0+ΔX
  Y0´=Y0+ΔY
であるが、X0´,Y0´にはヘリカル運動誤差ΔPから(2)式にて求めたΔX0,ΔY0を加算する。すると、求めたデータ(X0´,Y0´)から図9(c)に示すような歯形チャートが得られ、圧力角誤差ΔfaL´(ΔfaR´)を求めることができる。
 このようにして求められた圧力角誤差ΔfaL´,ΔfaR´から、逆問題を解く最適化アルゴリズム(滑降シンプレックス法等)を用いて、砥石横方向位置誤差ΔYの補正量ΔYwを求める。この場合の評価関数fは次式により与えられる。
  f=(ΔfaL´-ΔfaL2+(ΔfaR´-ΔfaR
 この数式を用いて推定した砥石横方向位置誤差ΔYの補正量ΔYwに対して、評価関数fがf=0(もしくは最小)となれば、実際の砥石横方向位置誤差ΔYが正確に推定されたことになり、実際には、評価関数fが最小となる砥石横方向位置誤差ΔYの補正量ΔYwを求めたこととなる。
 また、同様に、前述した(1)式を用いてラジアル方向位置誤差ΔXに適当な数値を入力していくことで、インボリュート歯形の点列(X0´,Y0´)を求め、求めたデータ(X0´,Y0´)から歯形チャートを得て、圧力角誤差ΔfaL´,ΔfaR´を求める。
 また、同様に、前述した(3)式を用いて砥石旋回角誤差ΔΣに適当な数値を入力していくことで、インボリュート歯形の点列(X0´,Y0´)を求め、求めたデータ(X0´,Y0´)から歯形チャートを得て、歯厚誤差Δth´を求める。
 このようにして求められた圧力角誤差ΔfaL´,ΔfaR´及び歯厚誤差Δth´から、逆問題を解く最適化アルゴリズム(滑降シンプレックス法等)を用いて、ラジアル方向位置誤差ΔXの補正量ΔXw及び砥石旋回角誤差ΔΣの補正量ΔΣwを求める。この場合の評価関数fは次式により与えられる。
  f=(ΔfaL´-ΔfaL2+(ΔfaR´-ΔfaR)+(Δth´-Δth)
 この数式を用いて推定したラジアル方向位置誤差ΔX及び砥石旋回角誤差ΔΣの補正量ΔXw,ΔΣwに対して、評価関数fがf=0(もしくは最小)となれば、実際のラジアル方向位置誤差ΔX、砥石旋回角誤差ΔΣが正確に推定されたことになり、実際には、評価関数fが最小となるラジアル方向位置誤差ΔX及び砥石旋回角誤差ΔΣの補正量ΔXw,ΔΣwを求めたこととなる。
 そして、このようして求めた補正量ΔXw,ΔYw,ΔΣw,ΔPwに基づいて、内歯車研削盤1の各軸に関する補正量ΔXm,ΔYm,ΔΣm,ΔPmを設定する。このとき、補正量ΔXm,ΔΣm,ΔPmは、補正量ΔXw,ΔYw,ΔΣw,ΔPwと同じ値に設定する一方、補正量ΔYmは、Yw軸に対するYm軸の傾斜角に基づいて補正量ΔYwを、補正量ΔYmに換算して設定する。また、この補正量ΔYmの設定にともなって、加工開始位置などのねじ状砥石17とワークWの接触位置のずれが生じないようにするためにZm軸方向位置の補正量ΔZmも設定する。なお、ワークW(内歯車)がスパーギヤの場合には、へリカル運動誤差ΔPの補正量ΔPw(ΔPm)を0(無し)にすればよい。
 このような演算は図5に示すNC装置31で行われる。NC装置31の表示部37には、ワークWの測定データとして左歯面の圧力角誤差ΔfaL、右歯面の圧力角誤差ΔfaR、歯すじ誤差ΔL、歯厚誤差Δthが表示される。また、操作部32の操作により、ラジアル方向位置誤差ΔXの補正量ΔXm、砥石横方向位置誤差ΔYの補正量ΔYm、砥石旋回角誤差ΔΣの補正量ΔΣm、へリカル運動誤差ΔPの補正量ΔPw、及び、Zm軸方向位置の補正量ΔZmが、NC装置31で演算されて、表示部37に表示される。従って、NC装置31では、この各補正量ΔXm,ΔYm,ΔZm,ΔΣm,ΔPmに基づいて、ねじ状砥石17のXm軸方向の位置(切り込み量)、Y軸方向の位置、Z軸方向の位置及び砥石旋回軸A回りの旋回角(軸交差角Σ)と、ワークWのワーク回転軸C1回りの回転速度とを補正することにより、例えば、ワークWの歯形を図10(b)に示すような加工目標値に近い歯形形状に研削加工することができる。
 以上のように、本実施の形態例の内歯車研削盤1によれば、計測されたワークW(内歯車)の歯面における圧力角誤差ΔfaL,ΔfaRは、ラジアル方向位置と砥石横方向位置と砥石旋回角とヘリカル運動とを補正することにより、減少させ、計測されたワークWの歯面における歯すじ誤差ΔLは、ヘリカル運動を補正することにより、減少させ、計測されたワークWの歯面における歯厚誤差Δthは、ラジアル方向位置と砥石横方向位置とヘリカル運動とを補正することにより、減少させるため、樽形ねじ状砥石17によるワークWの歯形研削加工において歯形形状誤差(圧力角誤差ΔfaL,ΔfaR、歯すじ誤差ΔL、歯厚誤差Δth)が生じても、各歯形形状誤差に適した軸補正項目(ラジアル方向位置誤差ΔX、砥石横方向位置誤差ΔY、砥石旋回角誤差ΔΣ、ヘリカル運動誤差ΔP)の補正により、確実に各歯形形状誤差を修正する(減少させる)ことができる。
 また、本実施の形態例の内歯車研削盤1によれば、まず、歯すじ誤差ΔLが減少するようなヘリカル運動の補正量ΔPmを設定し、次に、非対称な圧力角誤差ΔfaL,ΔfaRが減少するような砥石横方向位置の補正量ΔYmを設定し、次に、対称な圧力角誤差ΔfaL,ΔfaRと歯厚誤差Δthが減少するようなラジアル方向位置の補正量ΔXmと砥石旋回角の補正量ΔΣmとを設定して、これらの各補正量ΔXm,ΔYm,ΔΣm,ΔPmに基づき、ラジアル方向位置と砥石横方向位置と砥石旋回角とヘリカル運動とを補正するため、各歯形形状誤差(非対称な圧力角誤差ΔfaL,ΔfaR、対称な圧力角誤差ΔfaL,ΔfaR、歯すじ誤差ΔL、歯厚誤差Δth)に対応する各補正量(ラジアル方向位置誤差ΔXの補正量ΔXm、砥石横方向位置誤差ΔYの補正量ΔYm、砥石旋回角誤差ΔΣの補正量ΔΣm、ヘリカル運動誤差ΔPの補正量ΔPm)を順に適切に設定して、補正をすることができる。
 また、本実施の形態例の内歯車研削盤1によれば、圧力角誤差ΔfaL,ΔfaRがラジアル方向位置誤差ΔXと砥石横方向位置誤差ΔYと砥石旋回角誤差ΔΣとヘリカル運動誤差ΔPとにより受ける影響と、歯すじ誤差ΔLがヘリカル運動誤差ΔPにより受ける影響と、歯厚誤差Δthがラジアル方向位置誤差ΔXと砥石旋回角誤差ΔΣとヘリカル運動誤差ΔPとにより受ける影響と、を予め解析しておき、この解析結果に基づいて圧力角誤差ΔfaL,ΔfaR、歯すじ誤差ΔL及び歯厚誤差Δthが減少するようなラジアル方向位置と砥石横方向位置と砥石旋回角とヘリカル運動の各補正量ΔXm,ΔYm,ΔΣm,ΔPmをそれぞれ設定し、これらの各補正量ΔXm,ΔYm,ΔΣm,ΔPmに基づいて、ラジアル方向位置と砥石横方向位置と砥石旋回角とヘリカル運動とを補正するため、ワークW(内歯車)の圧力角誤差ΔfaL,ΔfaR、歯すじ誤差ΔL及び歯厚誤差Δthにおける互いの影響度を考慮してラジアル方向位置と砥石横方向位置と砥石旋回角とへリカル運動(ラジアル方向位置誤差ΔXと砥石横方向位置誤差ΔYと砥石旋回角誤差ΔΣとへリカル運動誤差ΔP)の各補正量ΔXm,ΔYm,ΔΣm,ΔPmを求めることになり、早期に高精度なワークWの歯形形状誤差の修正を行うことができて、作業性が向上する。
 また、本実施の形態例の内歯車研削盤1によれば、ワークW(内歯車)がスパーギヤの場合、ヘリカル運動の補正量ΔPmを0とすることにより、ワークW(内歯車)がスパーギヤの場合に適したものとなる。
 本発明は樽形ねじ状砥石によって内歯車の歯面の研削加工(歯形研削加工)を行なう内歯車加工方法及び内歯車加工機に関するものであり、内歯車に生じる歯形形状誤差を修正して、内歯車の高精度な歯形研削加工を実現する場合に適用して有用なものである。
 1 内歯車研削盤(内歯車加工機)、 11 ベッド、 12 コラム、 13 サドル、 14 旋回ヘッド、 16 砥石ヘッド、 16a 砥石アーバ、 17 ねじ状砥石、 17a 接触(噛み合い)線、 18 回転テーブル、 19 取付治具、 21 ドレッシング装置、 22 ディスクドレッサ、 23 ベース部、 24 旋回部、 25 ドレッサ回転駆動用モータ、 31 NC装置、 32 操作部(パーソナルコンピュータ)、 33 補正量演算部、 34 誤差演算部、 35 へリカル補正部、 36 X・Y・Z・A補正部、 37 表示部、 40 歯車精度計測装置、 41 測定子、 W ワーク(内歯車)、 Wa 左歯面、 Wb 右歯面

Claims (8)

  1.  内歯車と樽形ねじ状砥石とを互いに軸交差角を与えた状態で噛み合わせて同期回転させることにより、前記樽形ねじ状砥石によって前記内歯車の歯面の研削加工を行なう内歯車の加工方法において、
     計測された前記内歯車の歯面における圧力角誤差は、ラジアル方向位置と砥石横方向位置と砥石旋回角とヘリカル運動とを補正することにより、減少させ、
     計測された前記内歯車の歯面における歯すじ誤差は、ヘリカル運動を補正することにより、減少させ、
     計測された前記内歯車の歯面における歯厚誤差は、ラジアル方向位置と砥石横方向位置とヘリカル運動とを補正することにより、減少させること、
    を特徴とする内歯車加工方法。
  2.  請求項1に記載の内歯車加工方法において、
     まず、前記歯すじ誤差が減少するようなヘリカル運動の補正量を設定し、
     次に、非対称な前記圧力角誤差が減少するような砥石横方向位置の補正量を設定し、
     次に、対称な前記圧力角誤差と前記歯厚誤差が減少するようなラジアル方向位置の補正量と砥石旋回角の補正量とを設定して、
     これらの各補正量に基づき、ラジアル方向位置と砥石横方向位置と砥石旋回角とヘリカル運動とを補正すること、
    を特徴とする内歯車加工方法。
  3.  請求項1又は2に記載の内歯車加工方法において、
     前記圧力角誤差がラジアル方向位置誤差と砥石横方向位置誤差と砥石旋回角誤差とヘリカル運動誤差とにより受ける影響と、前記歯すじ誤差が前記ヘリカル運動誤差により受ける影響と、前記歯厚誤差がラジアル方向位置誤差と砥石旋回角誤差とヘリカル運動誤差とにより受ける影響と、を予め解析しておき、この解析結果に基づいて前記圧力角誤差、前記歯すじ誤差及び前記歯厚誤差が減少するようなラジアル方向位置と砥石横方向位置とヘリカル運動と砥石旋回角の各補正量をそれぞれ設定し、これらの各補正量に基づいて、ラジアル方向位置と砥石横方向位置とヘリカル運動と砥石旋回角とを補正することを特徴とする内歯車加工方法。
  4.  請求項1~3の何れか1項に記載の内歯車加工方法において、
     前記内歯車がスパーギヤの場合、前記ヘリカル運動の補正量を0とすることを特徴とする内歯車加工方法。
  5.  内歯車と樽形ねじ状砥石とを互いに軸交差角を与えた状態で噛み合わせて同期回転させることにより、前記樽形ねじ状砥石によって前記内歯車の歯面の研削加工を行なう内歯車加工機において、
     計測された前記内歯車の歯面における圧力角誤差は、ラジアル方向位置と砥石横方向位置と砥石旋回角とヘリカル運動とを補正することにより、減少させ、計測された前記内歯車の歯面における歯すじ誤差は、ヘリカル運動を補正することにより、減少させ、計測された前記内歯車の歯面における歯厚誤差は、ラジアル方向位置と砥石横方向位置とヘリカル運動とを補正することにより、減少させる歯形形状誤差補正手段を備えたこと、
    を特徴とする内歯車加工機。
  6.  請求項5に記載の内歯車加工機において、
     前記歯形形状誤差補正手段は、まず、前記歯すじ誤差が減少するようなヘリカル運動の補正量を設定し、次に、非対称な前記圧力角誤差が減少するような砥石横方向位置の補正量を設定し、次に、対称な前記圧力角誤差と前記歯厚誤差が減少するようなラジアル方向位置の補正量と砥石旋回角の補正量とを設定して、これらの各補正量に基づき、ラジアル方向位置と砥石横方向位置と砥石旋回角とヘリカル運動とを補正すること、
    を特徴とする内歯車加工機。
  7.  請求項5又は6に記載の内歯車加工機において、
     前記歯形形状誤差補正手段は、前記圧力角誤差がラジアル方向位置誤差と砥石横方向位置誤差と砥石旋回角誤差とヘリカル運動誤差とにより受ける影響と、前記歯すじ誤差が前記ヘリカル運動誤差により受ける影響と、前記歯厚誤差がラジアル方向位置誤差と砥石旋回角誤差とヘリカル運動誤差とにより受ける影響と、を予め解析した解析結果に基づいて前記圧力角誤差、前記歯すじ誤差及び前記歯厚誤差が減少するようなラジアル方向位置と砥石横方向位置とヘリカル運動と砥石旋回角の各補正量をそれぞれ設定し、これらの各補正量に基づいて、ラジアル方向位置と砥石横方向位置とヘリカル運動と砥石旋回角とを補正すること、
    を特徴とする内歯車加工機。
  8.  請求項5~7の何れか1項に記載の内歯車加工機において、
     前記内歯車がスパーギヤの場合、前記歯形形状誤差補正手段は、前記ヘリカル運動の補正量を0とすることを特徴とする内歯車加工機。
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