JP6969367B2 - 歯車加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、歯車加工装置に関する。

特許文献１には、被加工歯車の仕上げ加工に用いるホブ盤が開示されている。特許文献１に記載のホブ盤は、ホブの切れ刃の位置及び被加工歯車の歯溝の位置をセンサによって検出し、ホブの切れ刃と被加工歯車の歯溝との位置合わせを行う。

特開平０８−１１８１４４号公報

特許文献１に記載の技術では、ホブによる歯車加工に用いる駆動軸に加えて、センサを移動させるための駆動軸を別個に設ける必要があり、構造が複雑になる。

本発明は、構造を簡素化できる歯車加工装置を提供することを目的とする。

本発明の歯車加工装置は、歯切り工具と工作物とを同期回転させながら、前記工作物の回転軸線方向に沿って前記歯切り工具を前記工作物に対して相対移動させることにより、前記工作物に歯車を創成する。前記歯車加工装置は、ベッドと、前記ベッドに対して移動可能に設けられ、前記工作物を回転可能に保持する工作物保持装置と、前記ベッド及び前記工作物保持装置に対して移動可能に設けられ、前記歯切り工具を回転可能に保持する工具保持装置と、前記工具保持装置に対して一体的に移動可能に設けられ、前記工作物が保持する前記工作物の形状を検出する工作物検出センサと、前記工作物保持装置に対して一体的に移動可能に設けられ、前記工具保持装置が保持する前記歯切り工具に形成された切れ刃の形状を検出する工具検出センサと、前記工作物保持装置及び前記工具保持装置に関する制御を行う制御装置と、を備える。
前記制御装置は、前記工作物保持装置及び前記工具保持装置の位置制御を行う位置制御部と、前記工作物検出センサの検出結果と前記工具検出センサの検出結果とに基づき、前記工作物の位相と前記歯切り工具の位相とのずれ量を演算する位相演算部と、を備える。前記位置制御部は、前記切れ刃の形状を検出する際に、前記切れ刃の形状を検出可能な位置へ前記工具検出センサを配置すると共に、前記工作物に形成された歯車の形状を検出する際に、前記工作物に形成された歯車の形状を検出可能な位置へ前記工作物検出センサを配置する。

本発明の歯車加工装置は、工具検出センサ及び工作物検出センサを移動させるための駆動軸を新たに追加する必要がない。即ち、歯車加工装置は、歯車加工に用いる駆動軸を利用して、工具検出センサ及び工作物検出センサを歯切り工具又は工作物に対して相対移動させることができる。よって、歯車加工装置は、構造を簡素化できる。

本発明の一実施形態における歯車加工装置の斜視図である。 歯切り工具の動作を示す図である。 制御装置のブロック図である。 制御装置により実行される歯車加工処理のフローチャートである。 歯車加工処理の中で実行される位相合わせ処理のフローチャートである。 工作物保持装置に工作物Ｗが保持された状態で、工作物Ｗに形成された歯車の形状を検出可能な位置に工作物検出センサを配置した状態を示す図である。 工具保持装置に歯切り工具が保持された状態で、歯切り工具の切れ刃の形状を検出可能な位置に工具検出センサを配置した状態を示す図である。 工具検出センサから位相演算部に出力される出力情報の一例を示す図である。 工作物検出センサから位相演算部に出力される出力情報の一例を示す図である。 第一変形例における工作物検出センサの配置態様を示す図である。 第二変形例における工具検出センサ及び工作物検出センサの配置態様を示す図である。 第三変形例における工具検出センサ及び工作物検出センサの配置態様を示す図である。

以下、本発明に係る歯車加工装置を適用した実施形態について、図面を参照しながら説明する。まず、図１から図３を参照して、本発明の一実施形態である歯車加工装置１の概略を説明する。

（１．歯車加工装置１の概略）
図１に示すように、歯車加工装置１は、相互に直交する３つの直進軸（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸）と２つの回転軸（Ａ軸及びＣ軸）を駆動軸として有するマシニングセンタである。歯車加工装置１は、ベッド１０と、工具保持装置２０と、工作物保持装置３０と、工具検出センサ４０と、工作物検出センサ５０と、制御装置１００と、を主に備える。ベッド１０は、床上に配置される。ベッド１０の上面には、Ｘ軸方向へ延びる一対のＸ軸ガイドレール１１と、Ｚ軸方向へ延びる一対のＺ軸ガイドレール１２とが設けられる。

工具保持装置２０は、コラム２１と、Ｘ軸駆動装置２２と、サドル２３と、Ｙ軸駆動装置２４と、工具主軸２５と、工具主軸モータ２６と、を備える。なお、図１では、Ｘ軸駆動装置２２、Ｙ軸駆動装置２４、及び、工具主軸モータ２６の図示が省略されている。

コラム２１は、一対のＸ軸ガイドレール１１に案内されながらＸ軸方向へ移動可能に設けられる。Ｘ軸駆動装置２２は、ベッド１０に対し、コラム２１をＸ軸方向へ送るねじ送り装置である。また、コラム２１の側面には、Ｙ軸方向に沿って延びる一対のＹ軸ガイドレール２７が設けられ、サドル２３は、コラム２１に対し、一対のＹ軸ガイドレール２７に案内されながらＹ軸方向へ移動可能に設けられる。Ｙ軸駆動装置２４は、サドル２３をＹ軸方向へ送るねじ送り装置である。

工具主軸２５は、サドル２３に対し、Ｚ軸方向に平行なＯ軸まわりに回転可能に支持される。工具主軸２５の先端には、工作物Ｗの加工に用いる歯切り工具６０が着脱可能に装着される。歯切り工具６０は、工具保持装置２０に対してＺ軸に平行な回転軸線Ｏ周りに回転可能に保持される。そして、歯切り工具６０は、コラム２１の移動に伴ってＸ軸方向へ移動し、サドル２３の移動に伴ってＹ軸方向へ移動する。工具主軸モータ２６は、工具主軸２５を回転させるための駆動力を付与するモータであり、サドル２３の内部に収容される。そして、工具主軸モータ２６には、歯切り工具６０の回転角度を検出する際に用いるエンコーダ２６ａ（図３参照）が取り付けられている。

ここで、図２を参照しながら、歯切り工具６０について説明する。図２に示すように、歯切り工具６０は、外周面に複数の切れ刃６１を備えたスカイビングカッタであり、各々の切れ刃６１の端面は、すくい角を有するすくい面を構成する。歯車加工装置１は、歯切り工具６０と工作物Ｗとを同期回転させながら、工作物Ｗの回転軸線であるＣ軸方向に沿って歯切り工具６０を工作物Ｗに対して相対移動させることにより、工作物Ｗに歯車を創成する。

図１に戻り、説明を続ける。工作物保持装置３０は、送り台３１と、Ｚ軸駆動装置３２と、チルト装置３３と、工作物回転装置３４とを備える。なお、図１では、Ｚ軸駆動装置３２の図示が省略されている。送り台３１は、ベッド１０に対し、一対のＺ軸ガイドレール１２に案内されながらＺ軸方向へ移動可能に設けられる。Ｚ軸駆動装置３２は、送り台３１をＺ軸方向へ送るねじ送り装置である。

チルト装置３３は、一対のテーブル支持部３５と、チルトテーブル３６と、Ａ軸モータ３７と、を主に備える。一対のテーブル支持部３５は、送り台３１の上面に設置され、チルトテーブル３６は、一対のテーブル支持部３５に対し、Ｘ軸に平行なＡ軸まわりに揺動可能に支持される。Ａ軸モータ３７は、チルトテーブル３６をＡ軸まわりに揺動させるための駆動力を付与するモータであり、テーブル支持部３５の内部に収容される。

工作物回転装置３４は、回転テーブル３８と、Ｃ軸モータ３９（図３参照）と、を備える。回転テーブル３８は、チルトテーブル３６の底面に対し、Ａ軸に直交するＣ軸まわりに回転可能に設置される。そして、回転テーブル３８には、工作物Ｗを固定する保持部３８ａが設けられる。Ｃ軸モータ３９は、回転テーブル３８を回転させるための駆動力を付与するモータであり、チルトテーブル３６の下面に設けられる。また、Ｃ軸モータ３９には、工作物Ｗの回転角度を検出する際に用いるエンコーダ３９ａが取り付けられている。

工具検出センサ４０は、工具保持装置２０に保持された歯切り工具６０の位相を検出する際に用いる非接触式のセンサである。工具検出センサ４０は、工作物回転装置３４からＣ軸方向へ延びるブラケット４１に固定され、工作物保持装置３０に対して一体的に移動可能に設けられる。即ち、歯車加工装置１は、工作物保持装置３０をＺ軸方向へ移動させることにより、工具検出センサ４０をＺ軸方向へ移動させることができる。そして、ブラケット４１に固定された工具検出センサ４０は、回転テーブル３８に保持された工作物Ｗよりも、Ｃ軸から径方向に離れた位置に配置される。

工作物検出センサ５０は、工作物保持装置３０に保持された工作物Ｗの位相を検出する際に用いる非接触式のセンサである。工作物検出センサ５０は、サドル２３から歯切り工具６０の回転軸線Ｏ方向へ延びるブラケット５１に固定され、工具保持装置２０に対して一体的に移動可能に設けられる。即ち、歯車加工装置１は、工具保持装置２０をＸ軸方向又はＹ軸方向へ移動させることにより、工具検出センサ４０をＸ軸方向又はＹ軸方向へ移動させることができる。そして、ブラケット５１に固定された工作物検出センサ５０は、工具主軸２５に装着された歯切り工具６０よりも、歯切り工具６０の回転軸線Ｏから径方向へ離れた位置に配置される。

図３に示すように、制御装置１００は、工具回転制御部１１０と、工作物回転制御部１２０と、チルト制御部１３０と、位置制御部１４０と、位相演算部１５０と、記憶装置１６０とを備える。

工具回転制御部１１０は、工具主軸モータ２６の駆動制御を行い、工具主軸２５に装着された歯切り工具６０を回転させる。工作物回転制御部１２０は、Ｃ軸モータ３９の駆動制御を行い、回転テーブル３８に固定された工作物ＷをＣ軸まわりに回転させる。チルト制御部１３０は、Ａ軸モータ３７の駆動制御を行い、チルトテーブル３６を揺動させることにより、回転テーブル３８に固定された工作物ＷをＡ軸まわりに揺動させる。

位置制御部１４０は、工具保持装置２０及び工作物保持装置３０の位置制御を行う。具体的に、位置制御部１４０は、Ｘ軸駆動装置２２の駆動制御を行い、コラム２１をＸ軸方向へ移動させると共に、Ｙ軸駆動装置２４の駆動制御を行い、サドル２３をＹ軸方向へ移動させる。これにより、工具保持装置２０に保持された歯切り工具６０、及び、工具保持装置２０に対して一体的に移動可能に設けられた工作物検出センサ５０は、工作物保持装置３０に保持された工作物Ｗに対し、Ｘ軸方向及びＹ軸方向へ相対移動する。また、位置制御部１４０は、Ｚ軸駆動装置３２の駆動制御を行い、送り台３１をＺ軸方向へ移動させる。これにより、工作物保持装置３０に保持された工作物Ｗ、及び、工作物保持装置３０に対して一体的に移動可能に設けられた工具検出センサ４０は、工具保持装置２０に保持された歯切り工具６０に対し、Ｚ軸方向へ相対移動する。

位相演算部１５０は、工具保持装置２０に保持された歯切り工具６０の位相と工作物保持装置３０に保持された工作物Ｗの位相とのずれ量を演算する。具体的に、位相演算部１５０は、工具検出センサ４０から出力された出力値としての出力電圧情報と、Ａ軸モータ３７に取り付けられたエンコーダ２６ａから得られる歯切り工具６０の回転角度情報とに基づき、歯切り工具６０に形成された切れ刃６１の刃先の位相を演算する。同様に、位相演算部１５０は、工作物検出センサ５０から出力された出力値としての出力電圧情報と、Ｃ軸モータ３９に取り付けられたエンコーダ３９ａから得られる工作物Ｗの回転角度情報とに基づき、工作物Ｗに形成された歯車の歯底面の位相を演算する。そして、位相演算部１５０は、演算により把握した切れ刃６１の刃先の位相と歯車の歯底面の位相とに基づき、歯切り工具６０の位相と工作物Ｗの位相とのずれ量を演算する。

記憶装置１６０には、工作物検出センサ５０の検出結果及び工具検出センサ４０の検出結果が記憶される。具体的に、記憶装置１６０には、位相演算部１５０による演算で得られた歯切り工具６０に形成された切れ刃６１の刃先の位相に関する情報、及び、工作物Ｗに形成された歯車の歯底面の位相に関する情報が記憶される。さらに、記憶装置１６０には、工作物Ｗに形成する歯車の基本情報（各種寸法や歯数等に関する情報）及び歯切り工具６０の基本情報が記憶される。

（２．歯車加工処理）
次に、図４に示すフローチャートを参照して、制御装置１００により実行される歯車加工処理について説明する。歯車加工処理は、円筒状のブランクである工作物Ｗに歯車加工を行う際に実行される。

図４に示すように、歯車加工処理は、最初に、荒加工処理として、工作物保持装置３０に装着した円筒状の工作物Ｗに対する歯車加工を行い、工作物Ｗに歯車を形成する（Ｓ１）。次に、歯車加工処理は、焼入れ処理として、荒加工処理により歯車が形成された工作物Ｗの焼入れを行う（Ｓ２）。続いて、歯車加工処理は、焼入れ後の工作物Ｗが工作物保持装置３０に再装着された際に、位相合わせ処理として、工作物保持装置３０に装着された工作物Ｗに形成された歯車と、工具保持装置２０に装着されている歯切り工具６０との位相合わせを行う（Ｓ３）。そして、Ｓ３の処理が終了すると、歯車加工処理は、仕上加工処理として、工作物Ｗに対する歯車の仕上加工を行う（Ｓ４）。

ここで、歯車加工を行った工作物Ｗに焼入れを行うと、工作物Ｗにひずみが発生する。そこで、焼入れ後の工作物Ｗに対する歯車加工を再度行い、歯車の精度を向上させることが一般に行われている。この場合に、歯車加工装置１は、工作物保持装置３０に保持された工作物Ｗの位相を把握した上で、工作物Ｗと歯切り工具６０との位相合わせを行う必要がある。他にも、ホブカッタ等を用いて荒加工された工作物Ｗに対し、歯切り工具６０を用いた仕上加工を行う場合など、既に歯車が形成された工作物Ｗに歯車加工を行う際に、歯車加工装置１は、工作物保持装置３０に装着した工作物Ｗの位相を把握し、工作物Ｗと歯切り工具６０との位相合わせを行う必要がある。

これに加え、歯切り工具６０は、スカイビングカッタであり、ホブカッタ等と比べて工具寿命が短く、歯切り工具６０の交換頻度が高い。その結果、歯車加工装置１は、工具保持装置２０に保持された歯切り工具６０の位相の把握が必要となる頻度も高くなる。

この点に関し、歯車加工装置１は、工作物Ｗの形状を検出する際に用いる工作物検出センサ５０が工具保持装置２０に設けられ、歯切り工具６０に形成された切れ刃６１の形状を検出する際に用いる工具検出センサ４０が工作物保持装置３０に設けられている。よって、歯車加工装置１は、工具保持装置２０及び工作物保持装置３０を相対移動させることで、工作物検出センサ５０及び工具検出センサ４０を移動させることができ、工作物Ｗと歯切り工具６０との位相合わせに要する時間の短縮を図ることができる。

なお、図４に示すフローチャートにおいて、歯車加工処理は、焼入れ処理（Ｓ２）の後であって、仕上加工処理（Ｓ４）の前に位相合わせ処理（Ｓ３）を実行しているが、位相合わせ処理（Ｓ３）は、荒加工処理（Ｓ１）及び仕上加工処理（Ｓ４）の中でも実行される。つまり、荒加工処理（Ｓ１）又は仕上加工処理（Ｓ４）の実行中に歯切り工具６０に破損等が発生し、歯切り工具６０の交換が行われた場合に、歯車加工処理は、位相合わせ処理（Ｓ３）を実行し、歯切り工具６０と工作物Ｗとの位相合わせを行う。

（３．工作物Ｗと歯切り工具６０との位相合わせ）
次に、図５に示すフローチャートを参照しながら、歯車加工処理の中で実行される位相合わせ処理（Ｓ３）について、具体例を挙げながら説明する。図５に示すように、位相合わせ処理（Ｓ３）は、最初に、歯切り工具６０の装着・交換が実行されたか否かの判定を行う（Ｓ１１）。そして、歯切り工具６０の装着・交換が実行されていなければ（Ｓ１１：Ｎｏ）、位相合わせ処理（Ｓ３）は、Ｓ１５の処理へ移行する。一方、位相合わせ処理（Ｓ３）は、歯切り工具６０の装着・交換が実行された場合に（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、歯切り工具６０の形状を検出可能な位置に工具検出センサ４０を配置する（Ｓ１２）。

このＳ１２の処理では、図６Ａに示すように、チルト制御部１３０は、工作物Ｗの回転軸線であるＣ軸と歯切り工具６０の回転軸線Ｏとが平行となるように、チルトテーブル３６を揺動させる。そして、位置制御部１４０は、工作物保持装置３０に固定された工具検出センサ４０が歯切り工具６０に形成された切れ刃６１の形状を検出可能な位置に配置されるように、工具保持装置２０及び工作物保持装置３０を相対移動させる。

Ｓ１２の処理後、制御装置１００は、工具検出センサ４０によるセンシングを実行する（Ｓ１３）。そして、Ｓ１３の処理後、位相演算部１５０は、工具検出センサ４０による検出結果を記憶装置１６０に記憶し、位相合わせ処理（Ｓ３）は、Ｓ１５の処理へ移行する。

なお、Ｓ１３の処理において、工具検出センサ４０によるセンシングは、歯切り工具６０に形成された切れ刃６１が、工具検出センサ４０の検出位置を通過するように歯切り工具６０を回転軸線Ｏ周りに回転させながら行う。このとき、工具回転制御部１１０は、歯切り工具６０を３６０度回転させる必要はなく、工具検出センサ４０の検出位置を、歯切り工具６０に形成された切れ刃６１のうち少なくとも１刃分が通過するために必要な回転量だけ、歯切り工具６０を回転させればよい。

Ｓ１５の処理において、位相合わせ処理（Ｓ３）は、工作物Ｗの装着・交換が実行されたか否かの判定を行う（Ｓ１５）。そして、工作物Ｗの装着・交換が実行されていなければ（Ｓ１５：Ｎｏ）、位相合わせ処理（Ｓ３）は、Ｓ１９の処理へ移行する。一方、位相合わせ処理（Ｓ３）は、工作物Ｗの装着・交換が実行された場合に（Ｓ１５：Ｙｅｓ）、工作物Ｗに形成された歯車の形状を検出可能な位置に工作物検出センサ５０を配置する（Ｓ１６）。

このＳ１６の処理では、図６Ｂに示すように、チルト制御部１３０は、工作物Ｗの回転軸線であるＣ軸と歯切り工具６０の回転軸線Ｏとが平行となるように、チルトテーブル３６を揺動させる。そして、位置制御部１４０は、工具保持装置２０に固定された工作物検出センサ５０が工作物Ｗに形成された歯車の形状を検出可能な位置に配置されるように、工具保持装置２０及び工作物保持装置３０を相対移動させる。Ｓ１６の処理後、制御装置１００は、工作物検出センサ５０によるセンシングを実行し（Ｓ１７）、工作物検出センサ５０による検出結果を記憶装置１６０に記憶する（Ｓ１８）。Ｓ１８の処理後、位相合わせ処理（Ｓ３）は、Ｓ１９の処理へ移行する。

なお、Ｓ１７の処理において、工作物検出センサ５０によるセンシングは、工作物Ｗに形成された歯車の歯が、工作物検出センサ５０の検出位置を通過するように工作物ＷをＣ軸周りに回転させながら行う。このとき、工作物回転制御部１２０は、工作物Ｗを３６０度回転させる必要はなく、工作物検出センサ５０の検出位置を、工作物Ｗに形成された歯車のうち少なくとも１歯分が通過するのに必要な回転量だけ、工作物Ｗを回転させればよい。

位相合わせ処理（Ｓ３）は、記憶装置１６０に記憶された工具検出センサ４０による検出結果と工作物検出センサ５０による検出結果とに基づき、工作物Ｗの位相と歯切り工具６０の位相とのずれ量を演算する（Ｓ１９）。そして、位相合わせ処理（Ｓ３）は、Ｓ１９の処理で得られたずれ量に基づき、工作物Ｗと歯切り工具６０との位相合わせを行い、本処理を終了する。

ここで、図７Ａ及び図７Ａを参照して、位相演算部１５０による工作物Ｗの位相及び歯切り工具６０の位相の演算の一例を説明する。なお、工作物検出センサ５０及び工具検出センサ４０として用いる非接触式のセンサとしては、渦電流センサや電磁ピックアップ等が例示され、本実施形態で用いる工作物検出センサ５０及び工具検出センサ４０は、何れも渦電流センサである。

位相演算部１５０は、歯切り工具６０の位相を把握するに際し、工具検出センサ４０から得られる出力電圧情報と、工具主軸モータ２６に取り付けられたエンコーダ２６ａから得られる歯切り工具６０の回転角度情報とに基づき、歯切り工具６０の位相を演算する。

図７Ａに示すように、工具検出センサ４０から出力される電圧は、歯切り工具６０の回転角度の変化に伴って周期的に上下するサイン波形をとる。位相演算部１５０は、電圧の最大値と最小値との中間値を第一閾値Ｔｈ１とし、電圧が第一閾値Ｔｈ１を跨いで上回ったときの歯切り工具６０の回転角度θ１１、及び、電圧が第一閾値Ｔｈ１を跨いで下回ったときの工作物Ｗの回転角度θ１２を抽出する。そして、位相演算部１５０は、回転角度θ１１と回転角度θ１２との中間値となる回転角度θ１を演算により求める。

この回転角度θ１は、工具検出センサ４０の検出位置と歯切り工具６０の切れ刃６１の刃先の中心位置とが一致したときの歯切り工具６０の回転角度とみなすことができる。位相演算部１５０は、演算結果と記憶装置１６０に記憶された歯切り工具６０の基本情報とに基づき、切れ刃６１の刃先の中心位置の位相を演算により求める。そして、位相演算部１５０は、演算により得られた切れ刃６１の刃先の中心位置の位相に関する情報を、工具検出センサ４０の検出結果として記憶装置１６０に記憶する。

位相演算部１５０は、工作物Ｗの位相を把握するに際し、工作物検出センサ５０から得られる出力電圧情報と、Ｃ軸モータ３９に取り付けられたエンコーダ３９ａから得られる工作物Ｗの回転角度情報とに基づき、工作物Ｗの位相を演算する。

図７Ｂに示すように、工作物検出センサ５０から出力される電圧の変化は、工作物Ｗの回転角度の変化に伴って周期的に上下するサイン波形をとる。位相演算部１５０は、電圧の最大値と最小値との中間値を第二閾値Ｔｈ２とし、電圧が第二閾値Ｔｈ２を跨いで下回ったときの工作物Ｗの回転角度θ２１、及び、電圧が第二閾値Ｔｈ２を跨いで上回ったときの工作物Ｗの回転角度θ２２を抽出する。そして、位相演算部１５０は、回転角度θ２と回転角度θ２２との中間値となる回転角度θ２を演算する。

この回転角度θ２は、工作物検出センサ５０の検出位置と歯車の歯底面の中心位置とが一致したときの工作物Ｗの回転角度とみなすことができる。位相演算部１５０は、演算結果と、記憶装置１６０に記憶された歯車の基本情報に基づいて、歯底面の中心位置の位相を演算により求める。そして、位相演算部１５０は、演算により得られた歯底面の中心位置の位相に関する情報を、工作物検出センサ５０の検出結果として記憶装置１６０に記憶する。

なお、歯車加工装置１は、工作物Ｗに形成された歯車のうち複数の歯に対し、工作物検出センサ５０によるセンシングを行い、演算によって複数箇所の歯底面の位相を求めることにより、工作物Ｗの位相の検出精度を高めることができる。同じように、歯車加工装置１は、歯切り工具６０に形成された複数の切れ刃６１に対して工具検出センサ４０によるセンシングを行い、演算によって複数箇所の切れ刃６１の刃先の位相を求めることで、歯切り工具６０の位相の検出精度を高めることができる。

そして、位相演算部１５０は、記憶装置１６０に記憶された情報、即ち、工作物検出センサ５０の検出結果と工具検出センサ４０の検出結果とに基づいて、工作物Ｗの位相と歯切り工具６０の位相とのずれ量を演算により求める。そして、工具回転制御部１１０及び工作物回転制御部１２０は、演算により得られたずれ量に基づき、工作物Ｗの位相と歯切り工具６０の位相とが一致するように、工作物Ｗ及び歯切り工具６０の回転角度を調整する。

以上説明したように、歯車加工装置１は、工具検出センサ４０が工作物保持装置３０に対して一体的に移動可能に設けられる。よって、歯車加工装置１は、工具保持装置２０及び工作物保持装置３０を相対移動させることにより、切れ刃６１の形状を検出可能な位置に工具検出センサ４０を配置できる。また、歯車加工装置１は、工作物検出センサ５０が工具保持装置２０に対して一体的に移動可能に設けられる。よって、歯車加工装置１は、工具保持装置２０及び工作物保持装置３０を相対移動させることにより、工作物Ｗに形成された歯車の形状を検出可能な位置に工作物検出センサ５０を配置できる。

これにより、歯車加工装置１は、工具保持装置２０に保持された歯切り工具６０の位相、及び、工作物保持装置３０に保持された工作物Ｗの位相を効率よく把握することができる。その結果、歯車加工装置１は、工作物Ｗと歯切り工具６０との位相合わせを行うにあたり、工作物Ｗの位相と歯切り工具６０の位相とのずれ量を演算するのに要する時間の短縮を図ることができる。

特に、歯車加工装置１を用いてギヤスカイビング加工を行う際、工作物Ｗに対して歯切り工具６０が接する加工点と工作物Ｗの回転軸線とを含む平面に直交する方向から見た歯切り工具６０の回転軸線及び工作物Ｗの回転軸線は、互いに垂直でも平行でもない。つまり、ギヤスカイビング加工は、歯切り工具６０の回転軸線及び工作物Ｗの回転軸線をねじれた状態で配置し、歯切り工具６０と工作物Ｗとを同期させながら高速回転することにより、効率の高い歯車加工を行うことが可能となる。これに加え、歯車加工装置１は、工作物Ｗと歯切り工具６０との位相合わせを効率的に行うことができるので、サイクルタイムの短縮を図ることができる。

また、ギヤスカイビング加工を行うにあたり、歯すじ精度（歯形精度）を高精度に保つためには、歯切り工具６０の回転方向位置（刃の位置）と工作物Ｗの回転方向位置（歯の位置）との位相を合わせる必要がある。この点に関し、歯車加工装置１は、位相合わせを効率よく行いつつ、歯切り工具６０の回転方向位置（刃の位置）と工作物Ｗの回転方向位置（歯の位置）との位相を高精度に合わせることができる。

さらに、歯車加工装置１は、工具検出センサ４０及び工作物検出センサ５０を移動させるための駆動軸を新たに追加する必要がない。即ち、歯車加工装置１は、歯車加工に用いる直進軸（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸）を利用して、工具検出センサ４０及び工作物検出センサ５０を歯切り工具６０又は工作物Ｗに対して相対移動させることができるので、歯車加工装置１の構造を簡素化できる。

また、位相演算部１５０は、工具検出センサ４０及び工作物検出センサ５０による検出結果を記憶装置１６０に記憶する。従って、歯車加工装置１は、工作物Ｗ及び歯切り工具６０の何れか一方のみを交換した場合に、交換していない他方の位相については、記憶装置１６０に記憶された情報を用いることができる。即ち、歯車加工装置１は、工作物Ｗ及び歯切り工具６０の何れか一方のみを交換した場合に、交換した一方の位相のみをセンシングすればよく、交換していない他方の位相のセンシングを不要とすることができる。よって、歯車加工装置１は、工作物Ｗと歯切り工具６０との位相合わせに要する時間を短縮できる。

また、歯車加工装置１は、工作物検出センサ５０及び工具検出センサ４０として、非接触式のセンサを用いる。この点に関し、工作物検出センサ５０又は工具検出センサ４０として接触式のセンサを用いた場合、工作物検出センサ５０又は工具検出センサ４０は、接触子以外の部位が工作物Ｗ及び歯切り工具６０に接触することを回避しつつ、接触子を工作物Ｗ及び歯切り工具６０に接触させる必要がある。そのため、工作物検出センサ５０又は工具検出センサ４０は、移動速度を低速にする必要がある。これに対し、歯車加工装置１は、工作物検出センサ５０及び工具検出センサ４０が接触式のセンサである場合と比べて、工作物検出センサ５０及び工具検出センサ４０の移動速度を高速にできる分、工作物Ｗ及び歯切り工具６０の形状を検出するのに要する時間の短縮を図ることができる。

また、工作物検出センサ５０は、工具保持装置２０から延びるブラケット５１に対し、歯切り工具６０よりも歯切り工具６０の回転軸線Ｏから径方向に離れた位置で固定されている。同様に、工具検出センサ４０は、工作物保持装置３０から延びるブラケット４１に対し、工作物Ｗよりも工作物Ｗの回転軸線であるＣ軸から径方向に離れた位置で固定される。これにより、歯車加工装置１は、歯車加工時に飛散する切粉等が付着しにくい位置に、工作物検出センサ５０及び工具検出センサ４０を配置できる。よって、歯車加工装置１は、切粉等が付着することに起因する工作物検出センサ５０及び工具検出センサ４０の検出精度の低下を抑制できる。

なお、歯車加工装置１は、工作物検出センサ５０及び工具検出センサ４０の各々に付着した切粉等を吹き飛ばすためのエアを供給するエア供給装置を設けてもよい。この場合、エア供給装置は、工作物検出センサ５０及び工具検出センサ４０によるセンシングを行う直前にエアを工作物検出センサ５０及び工具検出センサ４０に向けて吹き付けることで、切粉等が付着することに起因する工作物検出センサ５０及び工具検出センサ４０の検出精度の低下を防止できる。

（４．工具検出センサ４０又は工作物検出センサ５０の配置態様に関する変形例）
次に、図８Ａから図８Ｃを参照しながら、工具検出センサ４０又は工作物検出センサ５０の配置態様に関する変形例を説明する。

例えば、図８Ａに示す第一変形例のように、工作物検出センサ５０は、工具保持装置２０に対し、歯切り工具６０の代わりに着脱可能に装着される態様であってもよい。この第一変形例において、歯車加工装置１は、歯車加工時に歯切り工具６０を工具主軸２５に装着し、工作物検出センサ５０を図略の工具マガジンに収容する。これに対し、歯車加工装置１は、工作物Ｗのセンシングを行う際、歯切り工具６０を工具主軸２５から一旦取り外して工具マガジンに収容し、工具マガジンに収容されていた工作物検出センサ５０を工具主軸２５に装着する。これにより、歯車加工装置１は、歯切り工具６０による歯車加工時に発生する切粉等が工作物検出センサ５０に飛散することを防止できるので、切粉等が付着することに起因する工作物検出センサ５０の検出精度の低下を回避できる。

また、図８Ｂに示す第二変形例のように、工具検出センサ４０は、工作物保持装置３０に対し、Ｃ軸に直交する軸線まわりに回転可能に設けられていてもよい。同様に、工作物検出センサ５０は、工具保持装置２０に対し、歯切り工具６０の回転軸線Ｏに直交する軸線まわりに回転可能に設けられていてもよい。この場合、工具検出センサ４０及び工作物検出センサ５０は、センシング時に歯切り工具６０又は工作物Ｗに向けるセンサ部を、歯車加工時に歯切り工具６０又は工作物Ｗとは反対側へ向けることにより、切粉等がセンサ部に付着することを回避できる。

また、上記実施形態では、歯車加工装置１が、工作物Ｗの回転軸線方向（Ｃ軸方向）から見た歯車の形状を検出可能な位置に工作物検出センサ５０を配置する場合を例に挙げて説明したが、工作物Ｗの径方向外側から見た歯車の形状を検出可能な位置に工作物検出センサ５０を配置してもよい。同様に、本実施形態では、歯車加工装置１が、歯切り工具６０の回転軸線Ｏ方向から見た切れ刃６１の形状を検出可能な位置に工具検出センサ４０を配置する場合を例に挙げて説明したが、歯切り工具６０の径方向外側から見た切れ刃６１の形状を検出可能な位置に工具検出センサ４０を配置してもよい。

例えば、図８Ｃに示す第三変形例のように、工具検出センサ４０は、センサ部を工作物Ｗの反対側（図８Ｃに示す例では、紙面手前側）へ向けた状態でブラケット４１に固定されてもよい。同様に、工作物検出センサ５０は、センサ部を歯切り工具６０の反対側（図８に示す例では、紙面奥側）へ向けた状態でブラケット５１に固定されてもよい。この場合、歯車加工装置１は、工具検出センサ４０及び工作物検出センサ５０を工作物Ｗ又は歯切り工具６０の径方向外側に配置することを可能としつつ、工具検出センサ４０及び工作物検出センサ５０のセンサ部に切粉等が付着することを回避できる。またこの場合、工具検出センサ４０及び工作物検出センサ５０は、センサ部に切粉等が飛散することを防止するための遮蔽板をセンサ部の周囲に設けてもよい。

（５．その他）
以上、上記実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変形改良が可能であることは容易に推察できるものである。例えば、上記実施形態では、工作物検出センサ５０及び工具検出センサ４０として非接触式のセンサを用いる場合を例に挙げて説明したが、接触式のセンサを工作物検出センサ５０及び工具検出センサ４０として用いてもよい。

１：歯車加工装置、 １０：ベッド、 ２０：工具保持装置、 ３０：工作物保持装置、 ４０：工具検出センサ、 ５０：工作物検出センサ、 ６０：歯切り工具、 ６１：切れ刃、 １００：制御装置、 １４０：位置制御部、 １５０：位相演算部、 Ｏ：歯切り工具の回転軸線、 Ｔｈ１：第一閾値（工具検出用閾値）、 Ｔｈ２：第二閾値（工作物検出用閾値）、 Ｗ：工作物

Claims (6)

1. 歯切り工具と工作物とを同期回転させながら、前記工作物の回転軸線方向に沿って前記歯切り工具を前記工作物に対して相対移動させることにより、前記工作物に歯車を創成する歯車加工装置であって、
   前記歯車加工装置は、
   ベッドと、
   前記ベッドに対して移動可能に設けられ、前記工作物を回転可能に保持する工作物保持装置と、
   前記ベッド及び前記工作物保持装置に対して移動可能に設けられ、前記歯切り工具を回転可能に保持する工具保持装置と、
   前記工具保持装置に対して一体的に移動可能に設けられ、前記工作物が保持する前記工作物の形状を検出する工作物検出センサと、
   前記工作物保持装置に対して一体的に移動可能に設けられ、前記工具保持装置が保持する前記歯切り工具に形成された切れ刃の形状を検出する工具検出センサと、
   前記工作物保持装置及び前記工具保持装置に関する制御を行う制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記工作物保持装置及び前記工具保持装置の位置制御を行う位置制御部と、
   前記工作物検出センサの検出結果と前記工具検出センサの検出結果とに基づき、前記工作物の位相と前記歯切り工具の位相とのずれ量を演算する位相演算部と、
   を備え、
   前記位置制御部は、前記切れ刃の形状を検出する際に、前記切れ刃の形状を検出可能な位置へ前記工具検出センサを配置すると共に、前記工作物に形成された歯車の形状を検出する際に、前記工作物に形成された歯車の形状を検出可能な位置へ前記工作物検出センサを配置する、歯車加工装置。
2. 前記工作物検出センサ及び前記工具検出センサは、非接触式のセンサである、請求項１に記載の歯車加工装置。
3. 前記工作物検出センサ及び前記工具検出センサは、渦電流センサ又は電磁ピックアップであり、
   前記位相演算部は、前記工作物検出センサの出力値が所定の工作物検出用閾値を跨いだときの前記工作物の回転角度情報に基づいて演算される前記工作物の位相と、前記工具検出センサの出力値が所定の工具検出用閾値を跨いだときの前記歯切り工具の回転角度情報に基づいて演算される前記歯切り工具の位相とのずれ量を演算する、請求項２に記載の歯車加工装置。
4. 前記位相演算部は、
   前記工作物検出センサの出力値が前記所定の工作物検出用閾値を跨いで下回ったときの前記工作物の回転角度情報と、その後に前記工作物検出センサの出力値が前記所定の工作物検出用閾値を跨いで上回ったときの前記工作物の回転角度情報とに基づき、前記工作物に形成された歯車の歯底面の位相を演算し、
   前記工具検出センサの出力値が前記所定の工具検出用閾値を跨いで上回ったときの前記歯切り工具の回転角度情報と、その後に前記工具検出センサの出力値が前記所定の工具検出用閾値を跨いで下回ったときの前記歯切り工具の回転角度情報とに基づき、前記歯切り工具に形成された前記切れ刃の刃先の位相を演算する、請求項３に記載の歯車加工装置。
5. 前記工作物検出センサは、前記工具保持装置から延びるブラケットに対し、前記歯切り工具よりも前記歯切り工具の回転軸線から径方向に離れた位置で固定され、
   前記工具検出センサは、前記工作物保持装置から延びるブラケットに対し、前記工作物
   よりも前記工作物の回転軸線から径方向に離れた位置で固定される、請求項１−４の何れか一項に記載の歯車加工装置。
6. 前記工作物検出センサは、前記工具保持装置に対し、前記歯切り工具の代わりに着脱可能に装着され、
   前記工具検出センサは、前記工作物保持装置から延びるブラケットに対し、前記工作物よりも前記工作物の回転軸線から径方向に離れた位置で固定される、請求項１−４の何れか一項に記載の歯車加工装置。

Images