JP6871675B2 - 歯車加工装置及び歯車加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、加工用工具及び加工物を同期回転させて切削加工により歯車を加工する歯車加工装置及び歯車加工方法に関する。

切削加工により内歯及び外歯を加工する有効な装置としては、例えば、特許文献１に記載の加工装置がある。この加工装置は、回転軸線回りに回転可能な加工物と、加工物の回転軸線に対して所定の角度で傾斜した回転軸線回り、すなわち交差角を有する回転軸線回りに回転可能な加工用工具、例えば複数枚の工具刃を有するカッタとを高速で同期回転させ、加工用工具を加工物の回転軸線方向に送って切削加工することにより歯を創成する加工装置である。そして、特許文献２には、内歯車加工において、加工用工具の位置や回転を決定して交差角を設定することが記載されている。

特開平１−１５９１２６号公報 特許第４４６８６３２号公報

上述の加工用工具の工具刃は、工具端面において加工される歯車と噛み合う歯の形状と同一形状に形成される。そして、加工用工具の工具刃の刃先が摩耗した場合は、摩耗した刃先を研磨して再利用する。しかし、当該研磨量が、所定量以上に及ぶと、加工用工具の工具刃の刃先形状が崩れ、加工精度が低下する問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、工具刃を工具端面に形成した加工用工具を用いて切削加工により歯車を加工する際の加工精度を長期に亘って維持できる歯車加工装置及び歯車加工方法を提供することを目的とする。

本発明の歯車加工装置は、加工物の回転軸線に対し傾斜した回転軸線を有する加工用工具を用い、前記加工用工具を前記加工物と同期回転させながら前記加工物の回転軸線方向に相対的に送り操作して歯車を切削加工する歯車加工装置である。
前記加工用工具の工具刃の工具軸線方向の端面は、すくい面であり、前記工具刃の外周面は、前逃げ面であり、前記工具刃において前記端面のみの研磨を行うことにより、前記工具刃の前記端面の研磨前における前記工具刃の端面形状と研磨後における前記工具刃の端面形状は、異なる形状であり、且つ、前記工具刃の前記端面の研磨前後における前記工具刃のねじれ角は同一である。
前記歯車加工装置は、前記加工用工具の工具刃の研磨前における前記加工物に対する前記加工用工具の相対的な位置又は姿勢である工具状態、及び、前記加工用工具の工具刃の研磨後における前記加工用工具の工具状態を記憶する工具状態記憶部と、前記加工用工具と前記加工物との歯数比に応じて同一方向に同期回転させて、前記加工物の回転軸線及び前記加工用工具の回転軸線の軸間距離を徐々に縮めて加工を行い、前記加工用工具の工具刃の研磨前は、前記工具状態記憶部に記憶された前記研磨前における前記加工用工具の工具状態で前記加工物の加工を行い、前記加工用工具の工具刃の研磨後は、前記工具状態記憶部に記憶された前記研磨後における前記加工用工具の工具状態で前記加工物の加工を行う加工制御部とを備える。
前記工具状態記憶部は、前記工具状態として、前記加工物の回転軸線に対する前記加工用工具の傾斜を表す交差角、及び、前記加工用工具の工具端面と工具軸線との交点が前記加工物の回転軸線からずれているオフセット量を記憶する。前記研磨前における前記工具状態としての前記交差角と前記研磨後における前記工具状態としての前記交差角とは、異なる角度であり、且つ、前記研磨前における前記工具状態としての前記オフセット量と前記研磨後における前記工具状態としての前記オフセット量とは、異なる。前記加工用工具の工具刃の研磨前と研磨後で前記加工物の加工を行う。

これにより、研磨前後のそれぞれにおける最適な加工用工具の工具状態を求めることができ、研磨回数が増加しても加工精度を維持できる。よって、加工用工具の長寿命化を図ることができ、高精度且つ低コストな歯車を得ることができる。

本発明の歯車加工方法は、加工物の回転軸線に対し傾斜した回転軸線を有する加工用工具を用い、前記加工用工具を前記加工物と同期回転させながら前記加工物の回転軸線方向に相対的に送り操作して歯車を切削加工する歯車加工方法である。
前記加工用工具の工具刃の工具軸線方向の端面は、すくい面であり、前記工具刃の外周面は、前逃げ面であり、前記工具刃において前記端面のみの研磨を行うことにより、前記工具刃の前記端面の研磨前における前記工具刃の端面形状と研磨後における前記工具刃の端面形状は、異なる形状であり、且つ、前記工具刃の前記端面の研磨前後における前記工具刃のねじれ角は同一である。
前記歯車加工方法は、前記加工用工具と前記加工物との歯数比に応じて同一方向に同期回転させて、前記加工物の回転軸線及び前記加工用工具の回転軸線の軸間距離を徐々に縮めて加工を行い、前記加工用工具の工具刃の研磨前は、工具状態記憶部に記憶された前記研磨前における前記加工物に対する前記加工用工具の相対的な位置又は姿勢である工具状態で前記加工物の加工を行い、前記加工用工具の工具刃の研磨後は、前記工具状態記憶部に記憶された前記研磨後における前記加工用工具の工具状態で前記加工物の加工を行い、
前記加工用工具の工具刃の研磨前と研磨後で前記加工物の切削加工を行う。
前記工具状態は、前記加工物の回転軸線に対する前記加工用工具の傾斜を表す交差角、及び、前記加工用工具の工具端面と工具軸線との交点が前記加工物の回転軸線からずれているオフセット量である。前記研磨前における前記工具状態としての前記交差角と前記研磨後における前記工具状態としての前記交差角とは、異なる角度であり、且つ、前記研磨前における前記工具状態としての前記オフセット量と前記研磨後における前記工具状態としての前記オフセット量とは、異なる。

本発明の実施の形態に係る歯車加工装置の全体構成を示す斜視図である。 図１Ａの歯車加工装置の概略構成及び制御装置を示す図である。 図１Ｂの制御装置の処理を説明するためのフローチャートである。 加工用工具の概略構成を工具端面側から回転軸線方向に見た図である。 図３Ａの加工用工具の概略構成を径方向に見た一部断面図である。 図３Ｂの加工用工具の工具刃の拡大図である。 図３Ｃの工具刃のＡ−Ａ線矢視図及びＢ−Ｂ線矢視断面図である。 加工用工具の回転軸線の方向の工具位置を変更するときの加工用工具と加工物との位置関係を示す図である。 軸線方向位置を変更したときの加工状態を示す第一の図である。 軸線方向位置を変更したときの加工状態を示す第二の図である。 軸線方向位置を変更したときの加工状態を示す第三の図である。 加工物の回転軸線に対する加工用工具の回転軸線の傾斜を表す交差角を変更するときの加工用工具と加工物との位置関係を示す図である。 交差角を変更したときの加工状態を示す第一の図である。 交差角を変更したときの加工状態を示す第二の図である。 交差角を変更したときの加工状態を示す第三の図である。 加工用工具の回転軸線方向位置及び交差角を変更するときの加工用工具と加工物との位置関係を示す図である。 軸線方向位置及び交差角を変更したときの加工状態を示す第一の図である。 軸線方向位置及び交差角を変更したときの加工状態を示す第二の図である。 従来の加工用工具の研磨毎の加工状態を示す図である。 本実施形態の加工用工具の研磨毎の加工状態を示す図である。

（歯車加工装置の機械構成）
本実施形態では、歯車加工装置１の一例として、５軸マシニングセンタを例に挙げ、図１Ａ及び図１Ｂを参照して説明する。つまり、当該歯車加工装置１は、駆動軸として、相互に直交する３つの直進軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）及び２つの回転軸（Ａ軸、Ｃ軸）を有する装置である。

図１Ａ及び図１Ｂに示すように、歯車加工装置１は、ベッド１０と、コラム２０と、サドル３０と、回転主軸４０と、テーブル５０と、チルトテーブル６０と、ターンテーブル７０と、加工物保持具８０と、制御装置１００等とから構成される。なお、図示省略するが、ベッド１０と並んで既知の自動工具交換装置が設けられる。

ベッド１０は、ほぼ矩形状からなり、床上に配置される。ただし、ベッド１０の形状は矩形状に限定されるものではない。このベッド１０の上面には、コラム２０が摺動可能な一対のＸ軸ガイドレール１１ａ，１１ｂが、Ｘ軸線方向（水平方向）に延びるように、且つ、相互に平行に形成される。さらに、ベッド１０には、一対のＸ軸ガイドレール１１ａ，１１ｂの間に、コラム２０をＸ軸線方向に駆動するための、図略のＸ軸ボールねじが配置され、このＸ軸ボールねじを回転駆動するＸ軸モータ１１ｃが配置される。

コラム２０の底面には、一対のＸ軸ガイド溝２１ａ，２１ｂがＸ軸線方向に延びるように、且つ、相互に平行に形成される。コラム２０がベッド１０に対してＸ軸線方向に移動可能となるように、一対のＸ軸ガイド溝２１ａ，２１ｂが一対のＸ軸ガイドレール１１ａ，１１ｂ上にボールガイド２２ａ，２２ｂを介して嵌め込まれ、コラム２０の底面がベッド１０の上面に密接される。

さらに、コラム２０のＸ軸に平行な側面（摺動面）２０ａには、サドル３０が摺動可能な一対のＹ軸ガイドレール２３ａ，２３ｂがＹ軸線方向（鉛直方向）に延びるように、且つ、相互に平行に形成される。さらに、コラム２０には、一対のＹ軸ガイドレール２３ａ，２３ｂの間に、サドル３０をＹ軸線方向に駆動するための、図略のＹ軸ボールねじが配置され、このＹ軸ボールねじを回転駆動するＹ軸モータ２３ｃが配置される。

コラム２０の摺動面２０ａに対向するサドル３０の側面３０ａには、一対のＹ軸ガイド溝３１ａ，３１ｂがＹ軸線方向に延びるように、且つ、相互に平行に形成される。サドル３０がコラム２０に対してＹ軸線方向に移動可能となるように、一対のＹ軸ガイド溝３１ａ，３１ｂが一対のＹ軸ガイドレール２３ａ，２３ｂに嵌め込まれ、サドル３０の側面３０ａがコラム２０の摺動面２０ａに密接される。

回転主軸４０は、サドル３０内に収容された主軸モータ４１により回転可能に設けられ、加工用工具４２を支持する。加工用工具４２は、工具ホルダ４３に保持されて回転主軸４０の先端に固定され、回転主軸４０の回転に伴って回転する。また、加工用工具４２は、コラム２０及びサドル３０の移動に伴ってベッド１０に対してＸ軸線方向及びＹ軸線方向に移動する。なお、加工用工具４２の詳細は後述する。

さらに、ベッド１０の上面には、テーブル５０が摺動可能な一対のＺ軸ガイドレール１２ａ，１２ｂがＸ軸線方向と直交するＺ軸線方向（水平方向）に延びるように、且つ、相互に平行に形成される。さらに、ベッド１０には、一対のＺ軸ガイドレール１２ａ，１２ｂの間に、テーブル５０をＺ軸線方向に駆動するための、図略のＺ軸ボールねじが配置され、このＺ軸ボールねじを回転駆動するＺ軸モータ１２ｃが配置される。

テーブル５０は、ベッド１０に対してＺ軸線方向に移動可能なように、一対のＺ軸ガイドレール１２ａ，１２ｂ上に設けられる。テーブル５０の上面には、チルトテーブル６０を支持するチルトテーブル支持部６３が設けられる。そして、チルトテーブル支持部６３には、チルトテーブル６０が水平方向のＡ軸回りで回転（揺動）可能に設けられる。チルトテーブル６０は、テーブル５０内に収容されたＡ軸モータ６１により回転（揺動）される。

チルトテーブル６０には、ターンテーブル７０がＡ軸に直角なＣ軸回りで回転可能に設けられる。ターンテーブル７０には、加工物Ｗを保持する加工物保持具８０が装着される。ターンテーブル７０は、加工物Ｗ及び加工物保持具８０とともにＣ軸モータ６２により回転される。

制御装置１００は、工具状態演算部１０１と、工具状態記憶部１０３と、加工制御部１０２等とを備える。ここで、工具状態演算部１０１及び加工制御部１０２は、それぞれ個別のハードウエアにより構成することもできるし、ソフトウエアによりそれぞれ実現する構成とすることもできる。

工具状態演算部１０１は、詳細は後述するが、摩耗した加工用工具４２の工具刃４２ａ（図３Ａ等参照）の研磨状態に基づいて、加工物Ｗに対する加工用工具４２の相対的な位置又は姿勢である工具状態を演算する。すなわち、工具状態演算部１０１は、工具刃４２ａの研磨前の工具状態、研磨の都度に研磨後の工具状態をそれぞれ演算する。
工具状態記憶部１０３は、工具状態演算部１０１により演算された工具状態を記憶する。すなわち、工具状態記憶部１０３は、工具状態演算部１０１により演算された、研磨前の加工用工具４２の工具状態、及び、研磨の都度に研磨後の加工用工具４２の工具状態をそれぞれ記憶する。

加工制御部１０２は、主軸モータ４１を制御して、加工用工具４２を回転させ、Ｘ軸モータ１１ｃ、Ｚ軸モータ１２ｃ、Ｙ軸モータ２３ｃ、Ａ軸モータ６１及びＣ軸モータ６２を制御して、加工物Ｗと加工用工具４２とをＸ軸線方向、Ｚ軸線方向、Ｙ軸線方向、Ａ軸回り及びＣ軸回りに相対移動することにより、加工物Ｗの切削加工を行う。すなわち、加工制御部１０２は、円筒状の加工物Ｗの外周面にはすば歯車を加工する場合、工具状態記憶部１０３に記憶された加工用工具４２の工具状態を保ったまま、加工用工具４２と加工物Ｗとを歯数比に応じて同一方向に同期回転させる。そして、加工用工具４２を加工物Ｗの回転軸線Ｃ（図４Ａ等に示すＬｗ）方向に送りつつ、当該回転軸線Ｃ方向の送りにつれてはすば歯車のねじれ角に応じて回転させつつ、加工物Ｗの回転軸線Ｌｗ及び加工用工具４２の工具端面４２Ａの回転軸線Ｌ（図４Ａ等参照、以下、工具軸線Ｌという）の軸間距離を徐々に縮めて加工物Ｗの加工をそれぞれ行う。この加工物Ｗの切削加工は、加工用工具４２の工具刃４２ａの研磨前は、工具状態記憶部１０３に記憶された研磨前における加工物Ｗに対する加工用工具４２の工具状態で行い、加工用工具４２の工具刃４２ａの研磨後は、工具状態記憶部１０３に記憶された研磨後における加工用工具４２の工具状態で行う。なお、円筒状の加工物Ｗの内周面にはすば歯車を加工する場合も同様である。

（加工用工具）
上述の歯車加工装置１では、加工用工具４２と加工物Ｗとを高速で同期回転させ、加工用工具４２を加工物Ｗの回転軸線方向に送って切削加工することにより歯を創成する。図３Ａに示すように、加工用工具４２を工具端面４２Ａ側から工具軸線Ｌ方向に見たときの工具刃４２ａの形状は、加工される歯車と噛み合う歯の形状、本例ではインボリュート曲線形状と同一形状に形成される。そして、図３Ｂに示すように、加工用工具４２の工具刃４２ａには、工具端面４２Ａ側に工具軸線Ｌと直角な平面に対し角度α傾斜したすくい角が設けられ、工具周面４２Ｂ側に工具軸線Ｌと平行な直線に対し角度β傾斜した前逃げ角が設けられる。さらに、図３Ｃに示すように、工具刃４２ａの側面側に工具軸線Ｌと平行な直線に対し角度γ傾斜した側逃げ角が設けられる。つまり、工具刃４２ａの歯幅は、加工用工具４２の基端側ほど小さい。

すなわち、図３Ｄに示すように、加工用工具４２の工具刃４２ａを工具端面４２Ａ側から工具軸線Ｌ方向に見た図示実線で示す工具端面形状（図３ＣのＡ−Ａ線矢視形状）は、加工用工具４２の工具刃４２ａを例えば工具端面４２Ａから工具軸線Ｌ方向にｈの位置での工具軸線Ｌ方向に直角な方向の図示一点鎖線で示す断面形状（図３ＣのＢ−Ｂ線矢視形状）と比較すると、インボリュート曲線形状及び歯丈Ｈは一定となるように形成され、刃先幅Ｗｅａ，Ｗｅｂ及び刃底幅Ｗｂａ，Ｗｂｂは変化するように形成される。

このような加工用工具４２の設計は、以下の手順で行われる。先ず、加工される歯車の歯の捩れ角と、加工する加工用工具４２の工具刃４２ａの捩れ角との差で表される交差角、すなわち加工物Ｗの回転軸線Ｌｗに対する加工用工具４２の工具軸線Ｌの傾斜を表す交差角（以下、加工用工具４２の交差角という）を決定する。そして、工具刃４２ａの刃数及び加工用工具４２の直径を決定する。最後に、工具刃４２ａの前逃げ角β及び側逃げ角γを決定する。

このような加工用工具４２の工具刃４２ａの刃先が摩耗した場合は、摩耗した刃先４２ａを研磨して再利用する。しかし、加工用工具４２は前逃げ角βを有することにより、研磨前における加工用工具４２の工具刃４２ａの端面形状は、研磨後における加工用工具４２の工具刃４２ａの端面形状と異なる形状となる。すなわち、加工用工具４２の工具刃４２ａは、図３Ｄに示すように、加工用工具４２の工具刃４２ａの研磨量が所定量ｈに達すると、加工用工具４２の工具刃４２ａの刃先幅Ｗｅｂが研磨前の刃先幅Ｗｅａと比べて大きくなるため、加工物Ｗの加工精度が低下する。

そこで、制御装置１００は、加工用工具４２の工具刃４２ａの研磨状態に応じた加工用工具４２の工具状態で加工物Ｗの加工を行う。具体的な工具状態の変更方法としては、加工用工具４２の回転軸線Ｌの方向の工具位置（以下、加工用工具４２の軸線方向位置という）の変更、加工用工具４２の工具軸線Ｌ回りの方向の工具位置（以下、加工用工具４２の軸線回り方向位置という）の変更、加工用工具４２の交差角の変更、もしくはこれらの組み合わせがある。これにより、加工物Ｗは、高精度に加工される。

加工用工具４２の軸線方向位置の変更として、例えば、図４Ａに示すように、加工用工具４２の工具端面４２Ａと工具軸線Ｌとの交点Ｐが、加工物Ｗの回転軸線Ｌｗ上に位置する場合（オフセット量０）、加工用工具４２の工具軸線Ｌ方向に距離＋ｄだけオフセットした場合（オフセット量＋ｄ）、及び加工用工具４２の工具軸線Ｌ方向に距離−ｄだけオフセットした場合（オフセット量−ｄ）で加工物Ｗを加工した。その結果、加工物Ｗの加工状態は、図４Ｂ、図４Ｃ、図４Ｄに示すようになった。なお、図中、太い実線Ｅは、設計上の歯車の歯ｇのインボリュート曲線を直線に変換して表したもので、ドット部分Ｄは、加工物Ｗの切削除去部分を表す。

図４Ｂに示すように、オフセット量０では、加工された歯車の歯は、設計上のインボリュート曲線に近い形状で加工される。一方、図４Ｃに示すように、オフセット量＋ｄでは、加工された歯車の歯は、設計上のインボリュート曲線に対し、図示右方向（点線矢印方向）、すなわち時計回りのピッチ円方向にずれた形状で加工され、図４Ｄに示すように、オフセット量−ｄでは、加工された歯車の歯は、設計上のインボリュート曲線に対し、図示左方向（点線矢印方向）、すなわち反時計回りのピッチ円方向にずれた形状で加工される。よって、歯車の歯の形状は、加工用工具４２の工具軸線Ｌ方向位置を変更することにより、ピッチ円方向にずらすことができる。

また、加工用工具４２の交差角の変更として、例えば、図５Ａに示すように、角度θａ、θｂ、θｃで加工物Ｗを加工した。なお、各角度の大小関係は、θａ＞θｂ＞θｃである。その結果、加工物Ｗの加工状態は、図５Ｂ、図５Ｃ、図５Ｄに示すようになった。

図５Ｂに示すように、交差角θａでは、加工された歯車の歯は、設計上のインボリュート曲線に近い形状で加工される。一方、図５Ｃに示すように、交差角θｂでは、加工された歯車の歯は、設計上のインボリュート曲線に対し、歯先の幅がピッチ円方向（実線矢印方向）に狭まり、歯元の幅がピッチ円方向（実線矢印方向）に拡がった形状で加工され、図５Ｄに示すように、交差角θｃでは、加工された歯車の歯は、設計上のインボリュート曲線に対し、歯先の幅がピッチ円方向（実線矢印方向）にさらに狭まり、歯元の幅がピッチ円方向（実線矢印方向）にさらに拡がった形状で加工される。よって、歯車の歯の形状は、加工用工具４２の交差角を変更することにより、歯先のピッチ円方向の幅及び歯元のピッチ円方向の幅を変更できる。

また、加工用工具４２の軸線方向位置、及び加工用工具４２の交差角の変更として、例えば、図６Ａに示すように、加工用工具４２の工具端面４２Ａと工具軸線Ｌとの交点Ｐが、加工物Ｗの回転軸線Ｌｗ上に位置し（オフセット量０）、且つ交差角θａの場合、及び加工用工具４２の工具軸線Ｌ方向に距離＋ｄだけオフセットし（オフセット量＋ｄ）、且つ交差角θｂの場合で加工物Ｗを加工した。その結果、加工物Ｗの加工状態は、図６Ｂ、図６Ｃに示すようになった。

図６Ｂに示すように、オフセット量０且つ交差角θａでは、加工された歯車の歯は、設計上のインボリュート曲線に近い形状で加工される。一方、図６Ｃに示すように、オフセット量＋ｄ且つ交差角θｂでは、加工された歯車の歯は、設計上のインボリュート曲線に対し、図示右方向（点線矢印方向）、すなわち時計回りのピッチ円方向にずれ、且つ歯先の幅がピッチ円方向（実線矢印方向）に狭まり、歯元の幅がピッチ円方向（実線矢印方向）に拡がった形状で加工される。よって、歯車の歯の形状は、加工用工具４２の軸線方向位置、及び加工用工具４２の交差角を変更することにより、ピッチ円方向にずらし、歯先の周方向の幅及び歯元のピッチ円方向の幅を変更できる。

（制御装置の工具状態演算部による処理）
次に、工具刃４２ａを研磨したとき、最適な加工用工具４２の工具状態として交差角を求めるときの制御装置１００のシミュレーション処理について、図２を参照して説明する。このシミュレーションは、公知の歯車の創成理論に基づいて、工具刃４２ａの軌跡を演算している。すなわち、このシミュレーションは、加工物Ｗの回転軸線Ｌｗに対し傾斜した工具軸線Ｌを有する加工用工具４２を用い、加工用工具４２を加工物Ｗと同期回転させながら加工物Ｗの回転軸線Ｌｗ方向に相対的に送り操作して歯車の歯を加工する動作に相当する。

制御装置１００の工具状態演算部１０１は、研磨後であるか否かを判断する（図２のステップＳ１）。研磨後でなければ、工具状態演算部１０１は、予め設計して記憶している研磨前の加工用工具４２の形状を読み出す（図２のステップＳ２）。一方、研磨後であれば、工具状態演算部１０１は、研磨後の加工用工具４２の形状を研磨設定量に合わせて算出する（図２のステップＳ３）。

そして、工具状態演算部１０１は、研磨状態に応じて、加工用工具４２の交差角を含む工具状態を読み出す（図２のステップＳ４）。ここで読み出される工具状態は、研磨前においては、予め記憶している交差角を含む工具状態とし、研磨後においては、例えば、当該研磨直前に選択されていた交差角を含む工具状態とする。そして、工具状態演算部１０１は、シミュレーション回数ｎとして１回目であることを記憶し（図２のステップＳ５）、読み出された加工用工具４２の工具状態を加工用工具４２の初期の工具状態として設定する（図２のステップＳ６）。

そして、工具状態演算部１０１は、研磨前又は研磨後の加工用工具４２の形状に基づいて、加工物Ｗを加工するときの工具軌跡を算出し（図２のステップＳ７）、加工後の歯車の歯の形状を算出する（図２のステップＳ８）。そして、工具状態演算部１０１は、算出した加工後の歯車の歯の形状と、設計上の歯車の歯の形状とを比較し、形状誤差を算出して記憶し（図２のステップＳ９）、シミュレーション回数ｎに１を加算する（図２のステップＳ１０）。

そして、工具状態演算部１０１は、シミュレーション回数ｎが予め設定した回数ｎｎに達したか否かを判断し（図２のステップＳ１１）、シミュレーション回数ｎが設定回数ｎｎに達していないときは、加工用工具４２の交差角を変更し（図２のステップＳ１２）、ステップＳ７に戻って上述の処理を繰り返す。一方、工具状態演算部１０１は、シミュレーション回数ｎが設定回数ｎｎに達したときは、記憶した形状誤差のうち最小の誤差となる交差角を選択する（図２のステップＳ１３）。以上の処理により、工具刃４２ａを研磨前又は研磨後のそれぞれの最適な加工用工具４２の交差角を含む工具状態を求めることができる。そして、工具状態演算部１０１は、加工用工具４２の工具状態を工具状態記憶部１０３に記憶する。

なお、ステップＳ１２においては、加工用工具４２の交差角を変更する代わりに、加工用工具４２の軸線方向位置を変更し、もしくは加工用工具４２の軸線回り方向位置を変更し、又は、交差角、軸線方向位置、軸線回り方向位置の任意の組み合わせを変更するようにしてもよい。また、上述の処理では、複数回のシミュレーションを行って最小の誤差となる交差角を選択するようにしたが、予め許容形状誤差を設定しておき、ステップＳ９において算出した形状誤差が許容形状誤差以下となったときの交差角を選択してもよい。

（シミュレーション処理による効果）
上述のシミュレーション処理は、工具刃４２ａを研磨する度に行う。これにより、研磨毎の最適な加工用工具４２の工具状態を求めることができ、研磨回数が増加しても加工精度を維持できる。例えば、図７Ａ、図７Ｂは、図５と同様に、図中の太い実線Ｅは、設計上の歯車の歯ｇのインボリュート曲線を直線に変換して表したもので、ドット部分Ｄは、加工物Ｗの切削除去部分を表す。図７Ａに示すように、従来は、研磨回数が４回までは、加工後の歯車の歯ｇの形状は、設計上の歯車の歯の形状に対し形状誤差は許容範囲内であるため、加工用工具４２の使用は可能である。そして、研磨回数が５回以上になると、加工後の歯車ｇの歯の形状は、設計上の歯車の歯の形状に対し形状誤差が許容範囲を超えるので、加工用工具４２の使用は不可となる。しかし、図７Ｂに示すように、本実施形態では、研磨回数が６回になっても、加工後の歯車ｇの歯の形状は、設計上の歯車の歯の形状に対し形状誤差は許容範囲内であるため、加工用工具４２の使用は可能であり、加工用工具４２の長寿命化を図ることができる。よって、高精度且つ低コストな歯車を得ることができる。

また、工具状態演算部１０１は、工具状態として、加工用工具４２の回転軸線Ｌ方向位置、加工用工具４２の回転軸線Ｌ回り方向位置、及び加工用工具４２の交差角の少なくとも一つ、又はこれらの組み合わせを演算するので、高精度な歯車を得ることができる。また、工具状態演算部１０１は、工具状態をシミュレーションによって演算するので、実加工は不要であり、低コストな歯車を得ることができる。

（その他）
上述した実施形態では、加工用工具４２として、捩れ角の無い工具を例に説明したが、捩れ角を有する工具であっても同様に適用可能である。また、５軸マシニングセンタである歯車加工装置１は、加工物ＷをＡ軸旋回可能とするものとした。これに対して、５軸マシニングセンタは、縦形マシニングセンタとして、加工用工具４２をＡ軸旋回可能とする構成としてもよい。また、本発明をマシニングセンタに適用する場合を説明したが、歯車加工の専用機に対しても同様に適用可能である。

１：歯車加工装置、 ４２：加工用工具、 ４２ａ：工具刃、 １００：制御装置、 １０１：工具状態演算部、 １０２：加工制御部、 １０３：工具状態記憶部、 Ｗ：加工物

Claims (5)

1. 加工物の回転軸線に対し傾斜した回転軸線を有する加工用工具を用い、前記加工用工具を前記加工物と同期回転させながら前記加工物の回転軸線方向に相対的に送り操作して歯車を切削加工する歯車加工装置であって、
   前記加工用工具の工具刃の工具軸線方向の端面は、すくい面であり、前記工具刃の外周面は、前逃げ面であり、
   前記工具刃において前記端面のみの研磨を行うことにより、前記工具刃の前記端面の研磨前における前記工具刃の端面形状と研磨後における前記工具刃の端面形状は、異なる形状であり、且つ、前記工具刃の前記端面の研磨前後における前記工具刃のねじれ角は同一であり、
   前記歯車加工装置は、
   前記加工用工具の工具刃の研磨前における前記加工物に対する前記加工用工具の相対的な位置又は姿勢である工具状態、及び、前記加工用工具の工具刃の研磨後における前記加工用工具の工具状態を記憶する工具状態記憶部と、
   前記加工用工具と前記加工物との歯数比に応じて同一方向に同期回転させて、前記加工物の回転軸線及び前記加工用工具の回転軸線の軸間距離を徐々に縮めて加工を行い、前記加工用工具の工具刃の研磨前は、前記工具状態記憶部に記憶された前記研磨前における前記加工用工具の工具状態で前記加工物の加工を行い、前記加工用工具の工具刃の研磨後は、前記工具状態記憶部に記憶された前記研磨後における前記加工用工具の工具状態で前記加工物の加工を行う加工制御部と、
   を備え、
   前記工具状態記憶部は、前記工具状態として、前記加工物の回転軸線に対する前記加工用工具の傾斜を表す交差角、及び、前記加工用工具の工具端面と工具軸線との交点が前記加工物の回転軸線からずれているオフセット量を記憶し、
   前記研磨前における前記工具状態としての前記交差角と前記研磨後における前記工具状態としての前記交差角とは、異なる角度であり、且つ、前記研磨前における前記工具状態としての前記オフセット量と前記研磨後における前記工具状態としての前記オフセット量とは、異なり、
   前記加工用工具の工具刃の研磨前と研磨後で前記加工物の加工を行う、歯車加工装置。
2. 前記工具状態記憶部は、前記工具状態をシミュレーションによって演算した結果に基づいて得られる前記工具状態を記憶する、請求項１に記載の歯車加工装置。
3. 前記工具刃の前記前逃げ面は、前記工具軸線と平行な直線に対し所定角度傾斜した前逃げ角を有し、
   前記工具刃が前記前逃げ角を有することにより、研磨前後における前記工具刃の端面形状は、異なる形状となる、請求項１または２に記載の歯車加工装置。
4. 前記加工用工具の工具刃は、インボリュート歯形を有する、請求項３に記載の歯車加工装置。
5. 加工物の回転軸線に対し傾斜した回転軸線を有する加工用工具を用い、前記加工用工具を前記加工物と同期回転させながら前記加工物の回転軸線方向に相対的に送り操作して歯車を切削加工する歯車加工方法であって、
   前記加工用工具の工具刃の工具軸線方向の端面は、すくい面であり、前記工具刃の外周面は、前逃げ面であり、
   前記工具刃において前記端面のみの研磨を行うことにより、前記工具刃の前記端面の研磨前における前記工具刃の端面形状と研磨後における前記工具刃の端面形状は、異なる形状であり、且つ、前記工具刃の前記端面の研磨前後における前記工具刃のねじれ角は同一であり、
   前記歯車加工方法は、
   前記加工用工具と前記加工物との歯数比に応じて同一方向に同期回転させて、前記加工物の回転軸線及び前記加工用工具の回転軸線の軸間距離を徐々に縮めて加工を行い、
   前記加工用工具の工具刃の研磨前は、工具状態記憶部に記憶された前記研磨前における前記加工物に対する前記加工用工具の相対的な位置又は姿勢である工具状態で前記加工物の加工を行い、
   前記加工用工具の工具刃の研磨後は、前記工具状態記憶部に記憶された前記研磨後における前記加工用工具の工具状態で前記加工物の加工を行い、
   前記加工用工具の工具刃の研磨前と研磨後で前記加工物の切削加工を行い、
   前記工具状態は、前記加工物の回転軸線に対する前記加工用工具の傾斜を表す交差角、及び、前記加工用工具の工具端面と工具軸線との交点が前記加工物の回転軸線からずれているオフセット量であり、
   前記研磨前における前記工具状態としての前記交差角と前記研磨後における前記工具状態としての前記交差角とは、異なる角度であり、且つ、前記研磨前における前記工具状態としての前記オフセット量と前記研磨後における前記工具状態としての前記オフセット量とは、異なる、歯車加工方法。

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