WO2021193712A1 - 工作機械の制御装置 - Google Patents

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machine tool
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裕樹 熊本
健太 山本
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ファナック株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a control device for a machine tool.
  • an aggregate of fine scratches generated by machining forms a machined surface as a result.
  • the intervals between the fine scratches are usually equal.
  • periodic noise is generated, which leads to noise during driving.
  • Patent Document 1 does not disclose a specific method for making the intervals between scratches irregular. Therefore, the noise reduction effect may not be obtained due to the difficulty in reproducibility, and the processing quality may vary.
  • One aspect of the present disclosure is a control device for a machine tool that processes a work having at least one tooth surface, and is at least one of the work specifications, tool specifications, feed speed, spindle rotation speed, and number of teeth.
  • a surface pattern that calculates a surface pattern defined based on the interval of scratches generated on the machined surface based on the machined condition input unit that can input the machined condition including one and the machined condition input by the machined condition input unit.
  • a rocking command generating unit that generates a rocking command based on the surface pattern calculated by the surface pattern calculating unit so that the surface pattern has a portion where the scratches are unequally spaced.
  • a machine tool control device including a control unit for relatively swinging and machining the work and the tool based on a swing command generated by the swing command generation unit.
  • FIG. 1 is a diagram showing a shaft configuration of a machine tool according to an embodiment of the present disclosure.
  • the machine tool according to the present embodiment processes a work having at least one tooth surface, and is, for example, a gear processing machine 1 as shown in FIG.
  • Examples of the gear processing machine 1 include a gear grinding machine capable of grinding gears, a hobbing machine capable of cutting gears, and the like.
  • the shaft configuration of the machine tool according to the present embodiment is the X-axis, which is the feed axis in the radial direction (work radial direction), and the tangential direction (work tangent line) with respect to the columnar work W.
  • Y-axis which is the feed axis in the direction
  • Z-axis which is the feed axis in the axial direction (work axis direction)
  • A-axis (tool tilt axis), which is the rotation axis around the X-axis
  • B which is the rotation axis around the Y-axis. It is composed of a shaft (tool rotation shaft) and a C-axis (work rotation shaft) which is a rotation shaft around the Z-axis.
  • Each axis is provided with a movement including a motor and a rotation mechanism (not shown) for movement in each axis direction and rotation around each axis.
  • the work W is rotated by the C axis by the work shaft 2
  • the tool T is rotated by the B axis by the tool shaft 3
  • the work W and the tool T are relatively moved in each axial direction for grinding or grinding. Cutting is done.
  • FIG. 2 is a functional block diagram of the machine tool control device 10 according to the embodiment of the present disclosure.
  • the machine tool control device 10 according to the present embodiment controls a spindle motor that relatively rotates the tool T and the work W, and feeds the tool T and the work W while relatively swinging them. Grinding or cutting is performed by controlling the shaft motor 30.
  • the machine tool control device 10 according to the present embodiment is composed of, for example, a computer having a CPU, a memory, and the like.
  • the machine tool control device 10 includes an adder 11, an adder 12, an adder 13, a position / speed control unit 14, a machining condition input unit 15, and so on.
  • a surface pattern calculation unit 16, a swing command generation unit 17, and a display unit 18 are provided.
  • the adder 11 calculates the position deviation. Specifically, the adder 11 calculates the position deviation, which is the difference between the position feedback based on the position detection by the encoder of the feed shaft motor 30 and the position command of the feed shaft from a numerical control device or the like (not shown). do.
  • the integrator 12 calculates the integrated value of the position deviation. Specifically, the integrator 12 calculates the integrated value of the position deviation by integrating the position deviation calculated by the adder 11.
  • the adder 13 generates a superposition command. Specifically, the adder 13 adds (superimposes) a swing command generated by the swing command generation unit 17, which will be described later, to the integrated value of the position deviation calculated by the totalizer 12. , Generate a superposition command. Alternatively, the adder 13 may add the swing command generated by the swing command generation unit 17 to the movement command (position command).
  • the adder 13 superimposes the swing command generated by the swing command generation unit 17, which will be described later, on the position command or the position deviation (integrated value) of at least one axis.
  • the axis on which the swing command is superimposed is at least one of the axes of the machine tool related to machining. Specifically, the X axis, the Y axis, and the Z axis, which are the feed axes, and the tool. It is at least one selected from a total of five axes, the B axis which is the rotation axis and the C axis which is the work rotation axis. If a swing command is superimposed on the A-axis, which is the tool tilt axis, the engagement itself between the grooves of the work W and the tool T may change. It is preferable to superimpose the dynamic command.
  • the present embodiment includes a learning control unit (not shown) that corrects the superimposition command by calculating the correction amount of the superimposition command based on the above position deviation and adding the calculated correction amount to the superimposition command. You may be.
  • This learning control unit stores the deviation between the ideal position and the actual position of the motor 30 which has a memory and can define a certain period in the memory, and reads the deviation stored in the memory for each cycle to set the deviation to 0.
  • the correction amount for approaching is calculated, and the calculated correction amount is superimposed on the superimposition command for correction.
  • the superimposition command of the present embodiment tends to cause a position deviation due to the inclusion of the swing command, but the correction by the learning control unit improves the followability to the periodic swing command.
  • the position / speed control unit 14 generates a torque command for the motor 30 that drives the feed shaft based on the superposition command generated by the adder 13, and controls the motor 30 by the generated torque command. As a result, gear machining is performed while the work W and the tool T are relatively swung.
  • the position / speed control unit 14 may control a plurality of axes in synchronization so that the relative swing direction of the work W and the tool T is the direction along the tooth muscle (tooth surface). good. This will be described in detail later.
  • the machining condition input unit 15 can input machining conditions including at least one of the specifications of the work W, the specifications of the tool T, the feed rate, the spindle rotation speed, and the number of teeth.
  • the specifications of the work W include, for example, the diameter of the work W, the material of the work W, and the like
  • the specifications of the tool T include, for example, the number of threads in the case of a grindstone and the number of rows in the case of a cutting blade.
  • the number of blades and the like can be mentioned.
  • the number of teeth is the number of teeth of the gear.
  • the surface pattern calculation unit 16 calculates a surface pattern defined based on the interval of scratches generated on the processed surface based on the processing conditions input by the processing condition input unit 15.
  • the scratches generated on the machined surface are scratches formed when the tool T comes into contact with the work W, and the surface pattern is defined by the intervals between the scratches.
  • the interval between the scratches is determined by the processing conditions input by the processing condition input unit 15, and the interval is constant. That is, scratches at equal intervals are formed on the processed surface of the work W processed according to the input processing conditions. The method of calculating the surface pattern will be described in detail later.
  • the rocking command generation unit 17 generates a rocking command based on the surface pattern calculated by the surface pattern calculation unit 16 so that the surface pattern has a portion where the scratches are unequally spaced. Specifically, a swing command of a swing frequency or a swing frequency magnification is generated so that the surface pattern has a portion where the scratch spacing is unequal. More specifically, it generates a swing command having a swing frequency or a swing frequency magnification different from the frequency that causes scratches at equal intervals.
  • the swing amplitude or the swing amplitude magnification is not particularly limited, and is generated according to the swing frequency or the swing frequency magnification. It should be noted that the surface pattern having a portion where the scratches are unequally spaced does not have to be all the scratches at unequal intervals, and it is sufficient that there is a part where the scratches are unequally spaced. Means that.
  • FIG. 3 is a diagram showing the principle of gear machining by the control device 10 of the machine tool according to the present embodiment.
  • FIG. 3 shows an example of machining a spur gear in the same manner as in FIG. 4 described later.
  • the work W1 is rotated by the C-axis by the work shaft 2
  • the tool T is rotated by the B-axis by the tool shaft 3
  • the work W1 and the tool T are relatively moved in the Z-axis direction (vertical direction in FIG. 3) for grinding.
  • cutting is performed.
  • FIG. 3 shows an enlarged view of a region along the tooth muscle for each of the conventional gear processing and the gear processing of the present embodiment.
  • the distance between the contact point CT of the work W1 and the tool T in each pass in other words, the distance between scratches is constant, and all are evenly spaced.
  • the distance between the contact point CT of the work W1 and the tool T in each pass that is, the distance between scratches is unequal.
  • the intervals between scratches are shifted to be unequal intervals by superimposing the swing command, the intervals between the scratches can be set to a desired regular unequal interval.
  • the swing command generation unit 17 further has a surface pattern having a portion where the scratch spacing is unequal, based on a target surface pattern having a portion where the scratch spacing input by the user is unequal. You may generate a swing command such that This ensures that the user's desired unequally spaced surface pattern is obtained.
  • the display unit 18 shows the processing conditions input by the processing condition input unit 15, the image of the target surface pattern input by the user, the parameters of the target surface pattern, and the surface calculated by the surface pattern calculation unit 16. At least one of the image of the pattern and the image of the surface pattern processed based on the superposition command can be displayed.
  • the user can display the processing conditions, the target surface pattern images and parameters at unequal intervals, the calculated surface pattern images at equal intervals, and the unequal intervals when processed based on the superposition command by the display on the display unit 18.
  • the surface pattern image can be visually confirmed.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of processing a spur gear.
  • F indicates a machining direction
  • the work W1 and the tool T move relatively in the work axis direction of the work W1, that is, in the Z-axis direction (vertical direction in FIG. 4).
  • FIG. 4 shows the tool contact point CT in this pass when focusing on one tooth muscle of the work W1.
  • the distance d [mm] between the tool contact point CT of this pass and the tool contact point CT of the next pass is grinding / cutting speed V [mm / min] and work rotation speed S [rpm]
  • the distance d between adjacent tool contact points CT is determined by the grinding / cutting speed V and the work rotation speed S and is constant.
  • the swing command Vo is superimposed as expressed by the following mathematical formula (2).
  • ⁇ d can be controlled by A and ⁇ .
  • the ⁇ for making the scratch intervals d unequal intervals is selected from a frequency group that is not synchronized with the work rotation speed. In the frequency group synchronized with the work rotation speed (including an integral multiple of the work rotation speed), as can be seen from the above equation (3), the cos component becomes 0 and ⁇ d becomes 0, so that the scratch interval d is not set. This is because they cannot be evenly spaced.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of processing a helical gear.
  • FIG. 5 shows the tool contact point CT in this pass when focusing on one tooth muscle of the work W2.
  • the tooth muscle of the work W2 is inclined with respect to the work rotation axis (Z-axis direction).
  • Z-axis direction work rotation axis
  • FIG. 6 is a flowchart showing a processing procedure by the control device 10 of the machine tool of the present embodiment.
  • step S1 the user inputs the machining conditions by the machining condition input unit 15. After inputting, the process proceeds to step S2.
  • step S2 the surface pattern calculation unit 16 calculates a surface pattern defined based on the interval of scratches generated on the processed surface based on the processing conditions input in step S1. Specifically, the scratch interval is calculated by the above-mentioned mathematical formula (1). After the calculation, the process proceeds to step S3.
  • step S3 a swing command is generated based on the surface pattern calculated in step S2. Specifically, the swing command Vo is generated so as to obtain a desired surface pattern (scratch spacing) by the above mathematical formulas (2) and (3). After generation, the process proceeds to step S4.
  • step S4 the superposition command is generated by superimposing the swing command generated in step S3 on the position command or the position deviation. After generation, the process proceeds to step S5.
  • step S5 the position and speed of the motor 30 are controlled based on the superposition command generated in step S4, and this process is completed.
  • a machining condition input unit 15 capable of inputting machining conditions including at least one of the specifications of the work W, the specifications of the tool T, the feed rate, the spindle rotation speed, and the number of teeth, and the machining condition input section
  • the surface pattern calculation unit 16 that calculates the surface pattern defined based on the interval of scratches generated on the processed surface based on the processing conditions input by 15, and the surface pattern calculated by the surface pattern calculation unit 16.
  • the rocking command generation unit 17 that generates a rocking command and the rocking command generated by the rocking command generation unit 17, the rocking command is generated so that the surface pattern has a portion where the scratches are evenly spaced.
  • a position / speed control unit 14 for machining by relatively swinging the work W and the tool T is provided.
  • the intervals of scratches generated on the processed surface can be made unequal, so that the peak of the frequency spectrum of the noise generated when the gears are meshed can be reduced and dispersed, and as a result, periodic sound is generated. Can be suppressed and noise can be reduced.
  • the scratch spacing can be shifted to make the scratches unequal, so that the scratch spacing can be made into a desired regular unequal spacing, and the desired reproducibility is good. Processing quality can be obtained.
  • an adder 13 is provided which superimposes the swing command on the movement command or the position deviation for relatively moving the work W and the tool T.
  • the surface pattern has a portion where the scratch spacing is unequal, based on a target surface pattern having a portion where the scratch spacing is unequal, which is input by the user.
  • the configuration is such that a swing command is generated. As a result, the noise when the gears are meshed can be surely reduced, and the processing quality desired by the user can be obtained.
  • the shaft on which the swing command is superimposed is configured to be at least one of the feed shaft, the tool rotation shaft, and the work rotation shaft.
  • a plurality of axes are synchronized and controlled so that the relative swing direction of the work W and the tool T is the direction along the tooth muscle.
  • the helical gear is oscillated not only in the Z-axis direction but also in the Y-axis direction. By swinging only in the Z-axis direction, it is possible to prevent the machined shape from collapsing.
  • a learning control unit for correcting the superimposition command by calculating the correction amount of the superimposition command based on the position deviation and adding the calculated correction amount to the superimposition command is further provided.
  • the processing conditions input by the processing condition input unit 15, the image of the target surface pattern input by the user, the parameters of the target surface pattern, the image of the surface pattern calculated by the surface pattern calculation unit 16, and A display unit 18 capable of displaying at least one of the images of the surface pattern processed based on the superposition command is further provided.
  • the user can display the processing conditions, the target surface pattern images and parameters at unequal intervals, the calculated surface pattern images at equal intervals, and the unequal intervals when processed based on the superposition command by the display on the display unit 18.
  • the surface pattern image can be visually confirmed.

Abstract

歯車を噛み合わせたときの騒音を確実に低減できるとともに、所望の加工品質を得ることができる工作機械の制御装置を提供すること。少なくとも一つの歯表面を有するワークＷを加工する工作機械の制御装置１０であって、ワークＷの緒元、工具Ｔの諸元、送り速度、主軸回転数及び歯数のうち少なくとも一つを含む加工条件を入力可能な加工条件入力部１５と、加工条件に基づいて、加工表面に生じる傷の間隔に基づいて規定される表面パターンを算出する表面パターン算出部１６と、表面パターンに基づいて、傷の間隔が不等間隔となる部分を有する表面パターンとなるような揺動指令を生成する揺動指令生成部１７と、揺動指令生成部１７により生成された揺動指令に基づいて、ワークＷと工具Ｔを相対的に揺動させて加工する位置速度制御部１４と、を備える。

Description

工作機械の制御装置
　本発明は、工作機械の制御装置に関する。
　機械加工では、加工により生じた微細な傷の集合体が結果として加工面を形成する。例えば歯車加工においては、その微細な傷の間隔は、通常、等間隔になる。しかしながら、等間隔の傷を有する歯車を噛み合わせた場合、周期的な音が発生し、駆動時の騒音に繋がる。
　そこで、傷の間隔が不規則になるように送り速度を動的に変化させる技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この技術によれば、歯車を噛み合わせたときの騒音を低減できるとされている。
特許第４８２４９４７号公報
　しかしながら、特許文献１では、傷の間隔を不規則にするための具体的手法が開示されていない。そのため、再現性に難があることにより騒音低減効果が得られない場合があるうえ、加工品質にばらつきが生じるおそれがある。
　従って、歯車を噛み合わせたときの騒音を確実に低減できるとともに、所望の加工品質を得ることができる工作機械の制御装置が望まれる。
　本開示の一態様は、少なくとも一つの歯表面を有するワークを加工する工作機械の制御装置であって、ワークの緒元、工具の諸元、送り速度、主軸回転数及び歯数のうち少なくとも一つを含む加工条件を入力可能な加工条件入力部と、前記加工条件入力部により入力された加工条件に基づいて、加工表面に生じる傷の間隔に基づいて規定される表面パターンを算出する表面パターン算出部と、前記表面パターン算出部により算出された表面パターンに基づいて、前記傷の間隔が不等間隔となる部分を有する表面パターンとなるような揺動指令を生成する揺動指令生成部と、前記揺動指令生成部により生成された揺動指令に基づいて、前記ワークと前記工具を相対的に揺動させて加工する制御部と、を備える工作機械の制御装置である。
　本開示によれば、歯車を噛み合わせたときの騒音を確実に低減できるとともに、所望の加工品質を得ることができる工作機械の制御装置を提供できる。
本開示の一実施形態に係る工作機械の軸構成を示す図である。 本開示の一実施形態に係る工作機械の制御装置の機能ブロック図である。 本開示の一実施形態に係る工作機械の制御装置による歯車加工の原理を示す図である。 平歯車を加工する例を示す図である。 はすば歯車を加工する例を示す図である。 本開示の一実施形態に係る工作機械の制御装置１０による処理の手順を示すフローチャートである。
　以下、本開示の一実施形態について図面を参照しながら詳しく説明する。
　図１は、本開示の一実施形態に係る工作機械の軸構成を示す図である。本実施形態に係る工作機械は、少なくとも一つの歯表面を有するワークを加工するものであり、例えば図１に示すような歯車加工機１である。歯車加工機１としては、歯車を研削可能な歯車研削盤又は切削可能なホブ盤等が挙げられる。
　図１に示されるように、本実施形態に係る工作機械の軸構成は、円柱状のワークＷに対して、ラジアル方向（ワーク径方向）の送り軸であるＸ軸、タンジェンシャル方向（ワーク接線方向）の送り軸であるＹ軸、アキシャル方向（ワーク軸方向）の送り軸であるＺ軸、Ｘ軸回りの回転軸であるＡ軸（工具傾斜軸）、Ｙ軸回りの回転軸であるＢ軸（工具回転軸）、Ｚ軸回りの回転軸であるＣ軸（ワーク回転軸）により構成されている。各軸には、各軸方向への移動、各軸回りの回転のため、モータを含む移動、回転機構（不図示）が設けられている。この歯車加工機１では、ワーク軸２によりワークＷがＣ軸回転されるとともに工具軸３により工具ＴがＢ軸回転され、ワークＷと工具Ｔが各軸方向に相対的に移動されて研削又は切削加工が行われる。
　図２は、本開示の一実施形態に係る工作機械の制御装置１０の機能ブロック図である。本実施形態に係る工作機械の制御装置１０は、工具ＴとワークＷとを相対的に回転させる主軸のモータを制御するとともに、工具ＴとワークＷとを相対的に揺動させながら移動させる送り軸のモータ３０を制御することにより、研削加工又は切削加工を実行する。本実施形態に係る工作機械の制御装置１０は、例えば、ＣＰＵ、メモリ等を有するコンピュータにより構成される。
　図２に示されるように、本実施形態に係る工作機械の制御装置１０は、加算器１１と、積算器１２と、加算器１３と、位置速度制御部１４と、加工条件入力部１５と、表面パターン算出部１６と、揺動指令生成部１７と、表示部１８と、を備える。
　加算器１１は、位置偏差を算出する。具体的には、加算器１１は、送り軸のモータ３０のエンコーダによる位置検出に基づいた位置フィードバックと、図示しない数値制御装置等からの送り軸の位置指令と、の差分である位置偏差を算出する。
　積算器１２は、位置偏差の積算値を算出する。具体的には、積算器１２は、上記加算器１１で算出された位置偏差を積算することにより、位置偏差の積算値を算出する。
　加算器１３は、重畳指令を生成する。具体的には、加算器１３は、上記積算器１２で算出された位置偏差の積算値に対して、後述する揺動指令生成部１７で生成される揺動指令を加算（重畳）することにより、重畳指令を生成する。あるいは、加算器１３は、揺動指令生成部１７で生成される揺動指令を移動指令（位置指令）に加算してもよい。
　より詳しくは、加算器１３は、後述する揺動指令生成部１７により生成された揺動指令を、少なくとも一つの軸の位置指令又は位置偏差（積算値）に重畳する。揺動指令を重畳する軸としては、加工に関係する工作機械の軸のうちの少なくとも一つであり、具体的には、送り軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸と、工具回転軸であるＢ軸、及びワーク回転軸であるＣ軸の計５軸の中から選択される少なくとも一つである。工具傾斜軸であるＡ軸に対して揺動指令を重畳すると、ワークＷと工具Ｔの溝同士の噛み合わせ自体が変わってしまうおそれがあるため、Ａ軸を除く他の５軸に対して揺動指令を重畳することが好ましい。
　なお、本実施形態では、上記位置偏差に基づいて重畳指令の補正量を算出し、算出された補正量を重畳指令に加算することにより、重畳指令を補正する学習制御部（不図示）を備えていてもよい。この学習制御部は、メモリを有し、ある周期を定義できるモータ３０の理想位置と実位置との偏差をメモリに記憶し、周期ごとにメモリに記憶された偏差を読み出すことで偏差を０に近づけるための補正量を算出し、算出した補正量を重畳指令に重畳して補正する。本実施形態の重畳指令は、揺動指令を含むことで位置偏差が生じ易いところ、この学習制御部による補正により、周期的な揺動指令に対する追従性が向上する。
　位置速度制御部１４は、上記加算器１３により生成された重畳指令に基づいて、送り軸を駆動するモータ３０に対するトルク指令を生成し、生成したトルク指令によりモータ３０を制御する。これにより、ワークＷと工具Ｔを相対的に揺動させながら歯車加工が行われる。
　また、位置速度制御部１４は、ワークＷと工具Ｔの相対的な揺動の方向が、歯筋（歯面）に沿った方向となるように、複数の軸を同期させて制御してもよい。これについては、後段で詳述する。
　加工条件入力部１５は、ワークＷの緒元、工具Ｔの諸元、送り速度、主軸回転数及び歯数のうち少なくとも一つを含む加工条件を入力可能としている。ここで、ワークＷの諸元としては、例えばワークＷの径、ワークＷの材質等が挙げられ、工具Ｔの諸元としては、例えば砥石の場合には条数等、切削刃の場合には刃数等が挙げられる。歯数は、歯車の歯の数である。
　表面パターン算出部１６は、加工条件入力部１５により入力された加工条件に基づいて、加工表面に生じる傷の間隔に基づいて規定される表面パターンを算出する。加工表面に生じる傷とは、工具ＴがワークＷに接触したときに形成される引っ掻き傷であり、この傷の間隔により表面パターンが規定される。この傷の間隔は、加工条件入力部１５により入力された加工条件により決定され、その間隔は一定である。即ち、入力された加工条件によって加工されるワークＷの加工表面には、等間隔の傷が形成される。表面パターンの算出方法については、後段で詳述する。
　揺動指令生成部１７は、表面パターン算出部１６により算出された表面パターンに基づいて、傷の間隔が不等間隔となる部分を有する表面パターンとなるような揺動指令を生成する。具体的には、傷の間隔が不等間隔となる部分を有する表面パターンとなるような、揺動周波数又は揺動周波数倍率の揺動指令を生成する。より詳しくは、等間隔の傷の要因となる周波数とは異なる揺動周波数又は揺動周波数倍率の揺動指令を生成する。揺動振幅又は揺動振幅倍率については、特に制限は無く、揺動周波数又は揺動周波数倍率に応じて生成される。なお、傷の間隔が不等間隔となる部分を有する表面パターンとは、全ての傷の間隔が不等間隔である必要は無く、傷の間隔が不等間隔である部分が一部あればよいことを意味する。
　ここで、図３は、本実施形態に係る工作機械の制御装置１０による歯車加工の原理を示す図である。図３では、後述する図４と同様に、平歯車を加工する例を示している。ワークＷ１はワーク軸２によりＣ軸回転されるとともに、工具Ｔは工具軸３によりＢ軸回転され、ワークＷ１と工具ＴがＺ軸方向（図３の上下方向）に相対的に移動して研削又は切削加工が行われる。
　図３では、従来と本実施形態の歯車加工のそれぞれについて、歯筋に沿った領域の拡大図を示している。図３に示されるように従来の位置指令による歯車加工では、各パスにおけるワークＷ１と工具Ｔの接触点ＣＴの間隔、言い換えれば傷の間隔は一定であり、全て等間隔である。これに対して、本実施形態の重畳指令による歯車加工では、各パスにおけるワークＷ１と工具Ｔの接触点ＣＴの間隔、即ち傷の間隔は、不等である。
　このように傷の間隔を不等間隔とすることにより、歯車同士を噛み合わせたときに生じる騒音の周波数スペクトルのピークが低減されて分散される結果、騒音が低減される。また、揺動指令を重畳することにより傷の間隔をずらして不等間隔とするため、傷の間隔を所望の規則的な不等間隔とすることが可能である。
　また、揺動指令生成部１７は、さらに、ユーザにより入力される傷の間隔が不等間隔となる部分を有する目標表面パターンに基づいて、傷の間隔が不等間隔となる部分を有する表面パターンとなるような揺動指令を生成してもよい。これにより、ユーザの所望の不等間隔の表面パターンがより確実に得られるようになる。
　図２に戻って、表示部１８は、加工条件入力部１５により入力された加工条件、ユーザにより入力された目標表面パターンの画像、目標表面パターンのパラメータ、表面パターン算出部１６により算出された表面パターンの画像、及び重畳指令に基づいて加工されたときの表面パターンの画像のうち、少なくとも一つを表示可能とする。これにより、ユーザは表示部１８による表示によって、加工条件、不等間隔の目標表面パターン画像やパラメータ、算出される等間隔の表面パターン画像、重畳指令に基づいて加工されたときの不等間隔の表面パターン画像を、視覚的に確認可能となっている。
　次に、表面パターン算出部１６による表面パターン（傷の間隔）の算出方法と、傷の間隔を不等間隔とする方法について、図４を参照して詳しく説明する。ここで、図４は、平歯車を加工する例を示す図である。図４中、Ｆは加工方向を示しており、ワークＷ１のワーク軸方向、即ちＺ軸方向（図４の上下方向）に、ワークＷ１と工具Ｔが相対的に移動する。
　図４では、ワークＷ１のある一つの歯筋に着目した時の今回パスにおける工具接触点ＣＴを示している。この今回パスの工具接触点ＣＴと、次回パスでの工具接触点ＣＴとの間隔ｄ［ｍｍ］は、研削／切削速度Ｖ［ｍｍ／ｍｉｎ］、ワーク回転速度Ｓ［ｒｐｍ］とすると、以下の数式（１）で表される。即ち、隣接する工具接触点ＣＴ同士の間隔ｄ、言い換えれば傷の間隔ｄは、研削／切削速度Ｖとワーク回転速度Ｓとにより決定され、一定である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　そこで本実施形態では、傷の間隔ｄを不等間隔とするために、以下の数式（２）で表されるように揺動指令Ｖｏを重畳する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ここで、例えば、揺動指令Ｖｏを正弦波Ｖ（ｔ）＝Ａｓｉｎ（ωｔ）と仮定し、ワークＷが加工開始時から第ｎ回転するまでの所要時間をｔ（ｎ）とすると、傷の間隔ｄの変化量Δｄは、以下の数式（３）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　ワークＷが加工開始時から第ｎ回転するまでの所要時間ｔ（ｎ）は、ワーク回転数から求められるため、上記数式（３）から、Ａ、ωによりΔｄを制御できることが分かる。これは、揺動指令Ｖｏにより傷の間隔ｄを制御できることを意味する。傷の間隔ｄを不等間隔にするためのωは、ワーク回転数に同期しない周波数群から選択される。ワーク回転数に同期する周波数群（ワーク回転数の整数倍も含む）では、上記の数式（３）から分かるようにｃｏｓ成分が０となってΔｄが０となるため、傷の間隔ｄを不等間隔にできないからである。
　なお、上記の説明ではＺ軸方向の揺動を例に挙げて説明したが、その他の軸方向の揺動も同様に説明できる。
　次に、位置速度制御部１４により、ワークＷと工具Ｔの相対的な揺動の方向が、歯筋（歯面）に沿った方向（Ｚ軸方向）となるように複数の軸を同期制御する構成について、図５を参照して詳しく説明する。ここで、図５は、はすば歯車を加工する例を示す図である。
　図５では、ワークＷ２のある一つの歯筋に着目した時の今回パスにおける工具接触点ＣＴを示している。図５に示されるように、ワークＷ２の歯筋は、ワーク回転軸（Ｚ軸方向）に対して傾斜している。このようなはすば歯車（ヘリカルギア）を加工するためには、工具ＴをＺ軸方向だけではなく、Ｙ軸方向にも動作させる必要がある。即ち、Ｚ軸方向だけを揺動させると加工形状が崩れるため、それを防ぐために複数軸を揺動させる必要がある。従って、このようなはすば歯車を加工する場合には、位置速度制御部１４により、複数の軸を同期制御して揺動させるのが好ましい。
　次に、本実施形態の工作機械の制御装置１０による処理の手順について、図６を参照して説明する。ここで、図６は、本実施形態の工作機械の制御装置１０による処理の手順を示すフローチャートである。
　先ず、ステップＳ１では、ユーザが加工条件入力部１５により加工条件を入力する。入力後、ステップＳ２に移る。
　ステップＳ２では、ステップＳ１で入力された加工条件に基づいて、表面パターン算出部１６により、加工表面に生じる傷の間隔に基づいて規定される表面パターンを算出する。具体的には、上述の数式（１）により、傷の間隔が算出される。算出後、ステップＳ３に移る。
　ステップＳ３では、ステップＳ２で算出された表面パターンに基づいて、揺動指令を生成する。具体的には、上述の数式（２）及び（３）により、所望の表面パターン（傷の間隔）となるような揺動指令Ｖｏを生成する。生成後、ステップＳ４に移る。
　ステップＳ４では、ステップＳ３で生成された揺動指令を位置指令又は位置偏差に重畳することにより、重畳指令を生成する。生成後、ステップＳ５に移る。
　ステップＳ５では、ステップＳ４で生成された重畳指令に基づいて、モータ３０を位置速度制御し、本処理を終了する。
　本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
　本実施形態では、ワークＷの緒元、工具Ｔの諸元、送り速度、主軸回転数及び歯数のうち少なくとも一つを含む加工条件を入力可能な加工条件入力部１５と、加工条件入力部１５により入力された加工条件に基づいて、加工表面に生じる傷の間隔に基づいて規定される表面パターンを算出する表面パターン算出部１６と、表面パターン算出部１６により算出された表面パターンに基づいて、傷の間隔が不等間隔となる部分を有する表面パターンとなるような揺動指令を生成する揺動指令生成部１７と、揺動指令生成部１７により生成された揺動指令に基づいて、ワークＷと工具Ｔを相対的に揺動させて加工する位置速度制御部１４と、を設けた。
　これにより、加工表面に生じる傷の間隔を不等間隔とすることができるため、歯車同士を噛み合わせたときに生じる騒音の周波数スペクトルのピークを低減できて分散できる結果、周期的な音の発生を抑制でき、騒音を低減できる。また、揺動指令を重畳することにより傷の間隔をずらして不等間隔とすることができるため、傷の間隔を所望の規則的な不等間隔とすることができるうえ、再現性良く所望の加工品質を得ることができる。
　また本実施形態では、揺動指令を、ワークＷと工具Ｔを相対的に移動させる移動指令又は位置偏差に重畳する加算器１３を設けた。
　これにより、上述の効果をより確実に得ることができる。
　また本実施形態では、さらに、ユーザにより入力される傷の間隔が不等間隔となる部分を有する目標表面パターンに基づいて、傷の間隔が不等間隔となる部分を有する表面パターンとなるような揺動指令を生成する構成とした。
　これにより、歯車を噛み合わせたときの騒音を確実に低減できるとともに、ユーザが所望の加工品質が得られる。
　また本実施形態では、揺動指令を重畳する軸を、送り軸、工具回転軸及びワーク回転軸のうち少なくとも一つの軸とする構成とした。
　これにより、送り軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸と、工具回転軸であるＢ軸、及びワーク回転軸であるＣ軸の計５軸の中から選択される少なくとも一つの軸に対して揺動指令を重畳することにより、工具傾斜軸であるＡ軸に対して揺動指令を重畳する場合のようにワークＷと工具Ｔの溝同士の噛み合わせ自体が変わってしまうのを回避できる。
　また本実施形態では、ワークＷと工具Ｔの相対的な揺動の方向が歯筋に沿った方向となるように複数の軸を同期させて制御する構成とした。
　これにより、例えば歯筋がワーク回転軸（Ｚ軸方向）に対して傾斜しているはすば歯車を加工する場合に、Ｚ軸方向だけではなくＹ軸方向にも揺動動作させることにより、Ｚ軸方向だけを揺動させると加工形状が崩れるのを防止できる。
　また本実施形態では、位置偏差に基づいて重畳指令の補正量を算出し、算出された補正量を重畳指令に加算することにより重畳指令を補正する学習制御部をさらに設ける構成とした。
　これにより、周期的な揺動指令に対する追従性が向上する結果、上述の効果がより確実に発揮されるとともに、加工品質をより向上できる。
　また本実施形態では、加工条件入力部１５により入力された加工条件、ユーザにより入力された目標表面パターンの画像、目標表面パターンのパラメータ、表面パターン算出部１６により算出された表面パターンの画像、及び重畳指令に基づいて加工されたときの表面パターンの画像のうち少なくとも一つを表示可能な表示部１８をさらに設ける構成とした。
　これにより、ユーザは表示部１８による表示によって、加工条件、不等間隔の目標表面パターン画像やパラメータ、算出される等間隔の表面パターン画像、重畳指令に基づいて加工されたときの不等間隔の表面パターン画像を、視覚的に確認することができる。
　なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。
　１　歯車加工機（工作機械）
　２　ワーク軸
　３　工具軸
　１０　工作機械の制御装置
　１１　加算器
　１２　積算器
　１３　加算器
　１４　位置速度制御部（制御部）
　１５　加工条件入力部
　１６　表面パターン算出部
　１７　揺動指令生成部
　１８　表示部
　３０　モータ
　ＣＴ　工具接触点
　Ｔ　工具
　Ｗ　ワーク

Claims (7)

  1. 　少なくとも一つの歯表面を有するワークを加工する工作機械の制御装置であって、
    　前記ワークの緒元、工具の諸元、送り速度、主軸回転数及び歯数のうち少なくとも一つを含む加工条件を入力可能な加工条件入力部と、
    　前記加工条件入力部により入力された加工条件に基づいて、加工表面に生じる傷の間隔に基づいて規定される表面パターンを算出する表面パターン算出部と、
    　前記表面パターン算出部により算出された表面パターンに基づいて、前記傷の間隔が不等間隔となる部分を有する表面パターンとなるような揺動指令を生成する揺動指令生成部と、
    　前記揺動指令生成部により生成された揺動指令に基づいて、前記ワークと前記工具を相対的に揺動させて加工する制御部と、を備える、工作機械の制御装置。
  2. 　前記揺動指令を、前記ワークと前記工具を相対的に移動させる移動指令又は位置偏差に重畳して重畳指令を生成する加算器をさらに備える、請求項１に記載の工作機械の制御装置。
  3. 　位置偏差に基づいて前記重畳指令の補正量を算出し、算出された補正量を前記重畳指令に加算することにより前記重畳指令を補正する学習制御部をさらに備える、請求項２に記載の工作機械の制御装置。
  4. 　前記揺動指令を重畳する軸は、送り軸、工具回転軸及びワーク回転軸のうち少なくとも一つの軸である、請求項２又は３に記載の工作機械の制御装置。
  5. 　前記加工条件入力部により入力された加工条件、ユーザにより入力された目標表面パターンの画像、前記目標表面パターンのパラメータ、前記表面パターン算出部により算出された表面パターンの画像、及び前記重畳指令に基づいて加工されたときの表面パターンの画像のうち少なくとも一つを表示可能な表示部をさらに備える、請求項２から４のいずれかに記載の工作機械の制御装置。
  6. 　前記揺動指令生成部は、さらに、ユーザにより入力される前記傷の間隔が不等間隔となる部分を有する目標表面パターンに基づいて、前記傷の間隔が不等間隔となる部分を有する表面パターンとなるような揺動指令を生成する、請求項１から５のいずれかに記載の工作機械の制御装置。
  7. 　前記制御部は、前記ワークと前記工具の相対的な揺動の方向が歯筋に沿った方向となるように複数の軸を同期させて制御する、請求項１から６のいずれかに記載の工作機械の制御装置。
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