JP7298131B2

JP7298131B2 - 工作機械

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Publication number: JP7298131B2
Application number: JP2018191878A
Authority: JP
Inventors: 誠一大野; 稔佐藤; 拓也中山; 鉄朗古畑
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2018-10-10
Filing date: 2018-10-10
Publication date: 2023-06-27
Anticipated expiration: 2038-10-10
Also published as: CN111014834A; CN111014834B; JP2020059088A; US11311953B2; US20200114439A1; DE102019126937A1

Description

本発明は、工作機械に関する。

特許文献１には、歯車加工に用いるねじ状工具の形状を測定する工具測定装置が開示されている。この特許文献１に記載の工具測定装置は、工具を軸心周りに回転させながら、測定子をＸ軸方向及びＹ軸方向へ移動させることにより、ねじ状工具の形状を測定する。一方、特許文献２には、スカイビング加工による歯車加工で用いる歯切り工具が開示されている。

特開平６－５５３４１号公報特開２０１８－１３４３号公報

スカイビング加工による歯車加工では、粗加工を行った工作物に対し別の機械で熱処理を行った後に工作物の仕上加工を行うハード加工（高硬度の工作物加工）、又は、シンクロナイザースリーブの部品のように複数の工具を用いて加工を行う場合において、回転主軸に装着する歯切り工具を交換した際に、回転主軸に新たに装着された歯切り工具と、歯車が形成された工作物との位相合わせを行う必要がある。また、歯切り工具と工作物との位相合わせの前段階として、新たに装着された歯切り工具の回転主軸に対する位相の割り出しを行う必要がある。

この点に関し、歯切り工具のカッタの形状を基準として回転主軸に対する歯切り工具の位相を割り出す場合には、多くの時間を要する。即ち、スカイビング加工に用いる歯切り工具のカッタの形状は、複雑であり、回転主軸に装着されたカッタの形状を把握するのに多くの労力と時間を要する。また、歯切り工具は、再研磨によりカッタのねじれ角等が変化するため、再研磨を行うたびにカッタの形状を再測定し、位相の割り出しを行う際の基準となるカッタの形状データを補正する必要がある。これに加え、スカイビング加工による歯車加工では、歯切り工具の交換頻度が高いことから、回転主軸に対する歯切り工具の位相割り出しに要する時間を短縮したいとの要請がある。

本発明は、回転主軸に対する工具の位相割り出しに要する時間の短縮を図ることができる工作機械を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、円筒状の工作物に内歯又は外歯を創成する工作機械であって、
前記工作物を回転可能に保持する工作物保持装置と、
前記工作物保持装置に対して相対移動可能に設けられたコラムと、
前記コラムに対して回転可能に設けられる回転主軸と、
前記回転主軸に保持される工具と、
前記回転主軸に対する前記工具の位相を検出する位相検出部と、
を備え、
前記工具は、
前記工作物を加工する複数のカッタを有する刃部と、
前記刃部に対して一体回転可能に設けられ、前記回転主軸に着脱可能に装着されるホルダ部と、
前記ホルダ部に形成される被検出部と、
を備え、
前記位相検出部は、
前記被検出部を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に基づき、前記回転主軸の基準位置に対する前記被検出部の位相角度を演算する演算部と、
を備え、
さらに、
前記工具の形状に関するデータを記憶する工具形状記憶部と、
前記被検出部から前記カッタの刃先までの距離を前記工具の軸方向長さとして測定し、かつ、前記刃部の外径を測定するプリセッタと、
を備え、
前記工具形状記憶部は、前記プリセッタの測定結果を記憶する、工作機械にある。
本発明の他の態様は、円筒状の工作物に内歯又は外歯を創成する工作機械であって、
前記工作物を回転可能に保持する工作物保持装置と、
前記工作物保持装置に対して相対移動可能に設けられたコラムと、
前記コラムに対して回転可能に設けられる回転主軸と、
前記回転主軸に保持される工具と、
前記回転主軸に対する前記工具の位相を検出する位相検出部と、
を備え、
前記工具は、
前記工作物を加工する複数のカッタを有する刃部と、
前記刃部に一体形成されるホルダ取付部、および、前記ホルダ取付部とは別体に設けられ前記回転主軸に着脱可能に装着される工具ホルダを備えるホルダ部と、
前記ホルダ取付部に設けられる被検出部と、
を備え、
前記位相検出部は、
前記被検出部を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に基づき、前記回転主軸の基準位置に対する前記被検出部の位相角度を演算する演算部と、
を備える、工作機械にある。
本発明の他の態様は、スカイビング加工により、円筒状の工作物に内歯又は外歯を創成する工作機械であって、
前記工作物を回転可能に保持する工作物保持装置と、
前記工作物保持装置に対して相対移動可能に設けられたコラムと、
前記コラムに対して回転可能に設けられる回転主軸と、
前記回転主軸に保持される工具と、
前記回転主軸に対する前記工具の位相を検出する位相検出部と、
前記回転主軸及び前記位相検出部に関する制御を行う制御部と、
を備え、
前記工具は、
前記工作物を加工する複数のカッタを有する刃部であって、前記カッタの端面をすくい面とする前記刃部と、
前記刃部に対して一体回転可能に設けられ、前記回転主軸に着脱可能に装着されるホルダ部と、
前記ホルダ部に形成される被検出部と、
を備え、
前記位相検出部は、
前記被検出部を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に基づき、前記回転主軸の基準位置に対する前記被検出部の位相角度を演算し、演算結果に基づいて前記工具の位相を検出する演算部と、
を備え、
前記制御部は、前記回転主軸に対する前記工具の位相を検出する際に、前記回転主軸に装着された前記工具を一方向へ回転させて前記検出部による前記被検出部の検出を行った後、前記工具を他方向へ一回転させて前記検出部による前記被検出部の検出を再度行う、工作機械にある。
本発明の他の態様は、円筒状の工作物に内歯又は外歯を創成する工作機械であって、
前記工作物を回転可能に保持する工作物保持装置と、
前記工作物保持装置に対して相対移動可能に設けられたコラムと、
前記コラムに対して回転可能に設けられる回転主軸と、
前記回転主軸に保持される工具と、
前記回転主軸に対する前記工具の位相を検出する位相検出部と、
前記回転主軸に装着された前記工具を他の前記工具に交換する工具交換装置と、
を備え、
前記工具は、
前記工作物を加工する複数のカッタを有する刃部と、
前記刃部に対して一体回転可能に設けられ、前記回転主軸に着脱可能に装着されるホルダ部と、
前記ホルダ部に形成される被検出部と、
を備え、
前記位相検出部は、
前記被検出部を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に基づき、前記回転主軸の基準位置に対する前記被検出部の位相角度を演算する演算部と、
を備え、
前記工具交換装置は、
装置本体と、
前記装置本体に回転可能に設けられた交換アームと、
前記装置本体と前記コラムとの間に設けられた開口部と、
前記開口部を開閉する扉と、
前記検出部を保持し、前記コラム側の領域と前記装置本体側の領域との間で前記被検出部を移動させる検出部用アームと、
を備える、工作機械にある。

本発明の工作機械によれば、検出部は、ホルダ部に設けられた被検出部を検出する。そして、演算部は、検出部による検出結果に基づき、回転主軸の基準位置に対する被検出部の位相角度（ズレ）を演算し、工具の位相を割り出す。つまり、位相検出部は、再研磨による形状の変化がない被検出部の位置に基づいて工具の位相を割り出すので、カッタに対する再研磨を行った場合であってもカッタの形状を把握する必要がない。よって、工作機械は、回転主軸に対する工具の位相割り出しに要する時間の短縮を図ることができる。

本発明の一実施形態における工作機械の平面図である。工具の部分拡大側面図であり、刃部の一部を断面で示す。図２ＡのＩＩＢ－ＩＩＢ線における工具の断面図であり、センシング位置に配置された検出部８１を破線で示す。工具の動作を示す図である。歯車加工装置のブロック図である。工作機械の正面図である。工作機械の正面図であり、図５Ａに示す状態から、工具マガジンに収納された一の工具を工具保持部に移動させた状態が図示されている。工作機械の正面図であり、交換アームによる工具の交換動作の過程を示す。工作機械の正面図であり、回転主軸に装着された工具のホルダ取付部に対し、検出部によるセンシングを行っている状態を示す。制御部により実行されるセンシング処理を示したフローチャートである。回転主軸を一方向へ回転させながらホルダ取付部をセンシングしたときの検出結果を示すグラフである。回転主軸を一方向へ回転させながらホルダ取付部をセンシングしたときの検出結果を示すグラフである。

（１．工作機械１の概略）
以下、本発明に係る工作機械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を参照して、工作機械１の概略を説明する。図１に示すように、工作機械１は、歯車加工装置１００と、プリセッタ２００とを主に備える。

歯車加工装置１００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。なお、本実施形態では、歯車加工装置１００を用いて円筒状の工作物Ｗに内歯を創成する場合を例に挙げて説明するが、工作物Ｗに外歯を創成する場合に歯車加工装置１００を用いることも可能である。さらに、歯車加工装置１００は、例えば、シンクロナイザースリーブに設けられるスプラインを加工する際に用いることもできる。プリセッタ２００は、工作物Ｗの加工に用いる工具４０の各種寸法の測定を行う。

（２．歯車加工装置１００）
図１に示すように、工作機械１は、ベッド１０と、工作物保持装置２０と、工具保持装置３０と、工具４０とを主に備える。ベッド１０は、略矩形状に形成される。

工作物保持装置２０は、工作物Ｗを回転可能に保持する。工作物保持装置２０は、テーブル２１と、旋回テーブル２２と、回転テーブル２３とを備える。テーブル２１は、ベッド１０上に配置される。ベッド１０上には、Ｘ軸方向（図１左右方向）へ延びる一対のＸ軸ガイドレール１１が設けられ、テーブル２１は、図示しないねじ送り機構に駆動されることで、Ｘ軸方向へ往復移動する。

旋回テーブル２２は、テーブル２１に対し、Ｙ軸方向に平行なＢ軸周りに旋回可能に設けられる。回転テーブル２３は、旋回テーブル２２に対し、Ｂ軸に直交するＡ軸周りに回転可能に設けられる。回転テーブル２３には、工作物Ｗが一体回転可能に保持され、回転テーブル２３に保持された工作物Ｗは、回転テーブル２３の回転に伴ってＡ軸線周りを回転する。

工具保持装置３０は、コラム３１と、サドル３２と、回転主軸３３とを主に備える。コラム３１は、ベッド１０の上面に配置される。ベッド１０上には、Ｚ軸方向（図１上下方向）へ延びる一対のＺ軸ガイドレール１２が設けられ、コラム３１は、図示しないねじ送り機構に駆動されることで、Ｚ軸方向へ往復移動する。これにより、コラム３１は、工作物保持装置２０に対し相対移動可能に設けられる。

サドル３２は、コラム３１の側面であって、Ｚ軸方向に直交する平面に平行な一側面に配置される。このコラム３１の側面には、Ｙ軸方向（図１紙面垂直方向）へ延びる一対のＹ軸ガイドレール３４が設けられ、サドル３２は、図示しないねじ送り機構に駆動されることで、Ｙ軸方向へ往復移動する。

回転主軸３３は、コラム３１及びサドル３２に対して回転可能に設けられる。具体的に、回転主軸３３は、サドル３２に回転可能に保持され、サドル３２の内部に収容された主軸モータ（図示せず）により回転駆動される。工具４０は、回転主軸３３に対し、一体回転可能に保持される。工具４０は、コラム３１及びサドル３２の移動に伴い、ベッド１０に対してＺ軸方向及びＹ軸方向へ移動する。

図２Ａに示すように、工具４０は、工作物Ｗを加工する複数のカッタ４３を有する刃部４１と、刃部４１に対して一体回転可能に設けられるホルダ部４２とを備える。複数のカッタ４３は、工具４０の中心軸線Ｏに対してねじれ角を有する。各々のカッタ４３の径方向外面は、工具４０の中心軸線Ｏに対して逃げ角を有し、カッタ４３の端面４３ａは、工具４０の中心軸線Ｏに直交する面に対してすくい面を有する。

ホルダ部４２は、ホルダ取付部４４と、工具ホルダ４５とを備える。ホルダ取付部４４は、刃部４１に一体形成される円環状の部位である。工具ホルダ４５は、柱状の部材である。工具ホルダ４５の長手方向一方側（図２Ａ左側）は、ホルダ取付部４４に対し、一体回転可能に取り付けられ、工具ホルダ４５の長手方向他方側（図２Ａ右側）は、回転主軸３３に対し、着脱可能に装着される。これにより、工具４０は、回転主軸３３（図１参照）の回転に伴い、中心軸線Ｏ周りに回転する。

また、図２Ｂに示すように、ホルダ部４２は、被検出部４６と、２つのバランサ４７，４８とを備える。被検出部４６及び２つのバランサ４７，４８は、ホルダ取付部４４の外周面に対し、径方向内方へ向けて凹設された凹部である。

被検出部４６は、後述するように、回転主軸３３に対する工具４０の位相角度（ズレ）を検出する際の基準となる。２つのバランサ４７，４８は、工具４０の回転時にホルダ取付部４４に発生する遠心力に関して、被検出部４６に起因する遠心力のバラつきを相殺するために設けられる。具体的に、ホルダ取付部４４における２つのバランサ４７，４８の軸方向位置は、被検出部４６の軸方向位置と同等であり、ホルダ取付部４４における２つのバランサ４７，４８の周方向位置は、被検出部４６の周方向位置とは異なる。また、２つのバランサ４７，４８の径方向における寸法は、被検出部４６の径方向における寸法よりも小さい。

図３に示すように、歯車加工装置１００は、工作物Ｗの内周面に内歯を創成する際、工具４０と工作物Ｗとを同期回転させつつ、工作物Ｗの回転軸線方向（Ａ軸方向）に送りながら切削加工を行う。具体的に、歯車加工装置１００は、歯車加工を行うに際し、工作物Ｗの中心軸線（Ａ軸）が、工具４０の中心軸線（Ｏ軸）に対して、傾斜し、且つ、ねじれた状態となるように旋回テーブル２２（図１参照）を揺動させる。その後、歯車加工装置１００は、旋回テーブル２２の傾斜角度を維持した状態で、工具４０と工作物Ｗとを同期回転させながら、工具４０をＡ軸方向へ相対移動させる。このとき、工作物Ｗと工具４０との間に相対速度差が生じ、カッタ４３との接触部位において、工作物Ｗの内周面が切削される。

図１に戻り、歯車加工装置１００の説明を続ける。歯車加工装置１００は、工具マガジン５０と、工具交換装置６０とを更に備える。工具マガジン５０は、複数の工具４０を収容する。なお、図１では、図面を簡素化するため、２つの工具４０のみを図示する。ベッド１０の上面には、板状の支持板１３が固定され、その支持板１３に工具マガジン５０が回転可能に設けられる。

工具交換装置６０は、回転主軸３３に装着された工具４０と、工具マガジン５０に収容された他の工具４０との交換を行う。工具交換装置６０は、Ｘ軸方向において、工具マガジン５０と工具保持装置３０との間に配置される。

工具交換装置６０は、装置本体６１と、交換アーム６２と、アーム用モータ６３と、枠部６４と、扉６５と、移動体６６と、工具保持部６７とを主に備える。装置本体６１は、ベッド１０上に設けられる。交換アーム６２は、装置本体６１に対し、Ｚ軸に平行な軸線まわりに回転可能に設けられる。交換アーム６２の長手方向両端には、工具ホルダ４５を把持可能なフック状のホルダ把持部６２ａ（図５Ａ参照）が形成される。アーム用モータ６３は、交換アーム６２を回転させるための駆動力を付与するモータである。

枠部６４は、支持板１３よりもコラム３１に近接した位置であって、Ｘ軸方向における工具マガジン５０と工具保持装置３０との間に配置される。枠部６４には、Ｘ軸方向において交換アーム６２と対向する位置に開口部６４ａが形成される。そして、この開口部６４ａは、Ｘ軸方向においてコラム３１と装置本体６１との間に設けられる。扉６５は、枠部６４に設けられ、開口部６４ａを開閉する。

また、枠部６４には、図示しないスプリングが設けられ、開口部６４ａは、スプリングの付勢力によって扉６５が巻き取られることで開放される。また、枠部６４には、扉６５に連結されたアクチュエータ（図示せず）が設けられ、開口部６４ａは、アクチュエータを駆動し、扉６５がスプリングの付勢力に反して広げられることで閉鎖される。

移動体６６は、支持板１３に対し、装置本体６１とは反対側に設けられる。また、支持板１３には、工具マガジン５０が装着される側とは反対側の面に、図示しないねじ送り機構が設けられ、移動体６６は、ねじ送り機構により、支持板１３に対してＸ軸方向へ相対移動可能に設けられる。移動体６６は、枠部６４に一体形成され、装置本体６１は、ブラケット６８を介して枠部６４に連結される。即ち、装置本体６１及び枠部６４は、移動体６６の移動に伴い、Ｘ軸方向へ一体的に移動可能に設けられる。

工具保持部６７は、装置本体６１に設けられ、装置本体６１と一体的に移動する。工具保持部６７は、回転主軸３３に装着された工具４０と交換するための１つの工具４０を保持する。なお、装置本体６１には、図示しないアクチュエータが設けられ、工具保持部６７は、アクチュエータが工具マガジン５０から取り出した工具４０を保持する。

また、工具交換装置６０は、後述する検出部８１（図５Ａ参照）を保持する検出部用アーム６９を更に備える。検出部用アーム６９は、交換アーム６２よりも装置本体６１から離れた位置でアーム用モータ６３に固定される。検出部用アーム６９は、伸縮可能であって、図示しないアクチュエータにより伸縮駆動される。

図４に示すように、歯車加工装置１００は、工具形状記憶部７０と、位相検出部８０とを更に備える。工具形状記憶部７０は、工具４０の形状に関するデータを記憶する。具体的に、工具形状記憶部７０には、プリセッタ２００により測定された工具４０の軸方向長さＨ及び刃部４１の外径Ｄの測定結果が記憶される。なお、プリセッタ２００は、工具４０の軸方向長さＨとして、刃部４１に設けられた１のカッタ４３の刃先（工具４０に軸方向における先端）から被検出部４６までの距離を測定する。また、プリセッタ２００は、工具４０のカッタ４３のねじれ角を測定してもよい。この場合、歯車加工装置１００は、工具４０を研磨するとき等の刃先位置（角度）及び研磨量によって位相角度（ズレ）を演算できる。

位相検出部８０は、回転主軸３３（図１参照）に対する工具４０の位相を検出する。位相検出部８０は、検出部８１と、演算部８２とを備える。検出部８１は、被検出部４６を検出する際に用いるセンサである。検出部８１は、検出部用アーム６９（図１参照）に保持され、歯車加工装置１００は、検出部用アーム６９を伸長させることにより、回転主軸３３に装着された工具４０のホルダ取付部４４に対し、検出部８１を近づけることができる。なお、本実施形態において、検出部８１は、非接触型渦電流センサであるが、例えば、接触型タッチプローブセンサであってもよい。

演算部８２は、検出部８１による検出結果に基づき、回転主軸３３の予め定められた基準位置に対する被検出部４６の位相角度（ズレ）を演算により求める。また、演算部８２は、工具形状記憶部７０（図１参照）に記憶されたデータに基づき、カッタ４３（図２Ａ参照）の刃先位置を演算により求める。

制御部９０は、歯車加工装置１００に関する全般的な制御を行う。制御部９０は、例えば、コラム３１及びサドル３２の位置制御や、回転主軸３３の回転制御、工具マガジン５０及び工具交換装置６０の動作に関する制御、位相検出部８０の検出部８１によるセンシングの実行動作に関する制御等を行う。

（３．工具４０の交換時における歯車加工装置１００の動作）
次に、図５Ａから図５Ｄを参照しながら、工具４０の交換を行う際の歯車加工装置１００の動作を説明する。図５Ａに示すように、工具マガジン５０には、複数のソケット５１が着脱可能に装着され、そのソケット５１に工具４０が収容されている。

制御部９０は、工具交換装置６０による工具４０の交換を開始する前に、工具マガジン５０を旋回させることにより、次に使用する工具４０を、工具保持部６７と対向する位置に配置する。工具交換装置６０は、Ｚ軸方向視において、コラム３１と干渉しない位置に配置され、交換アーム６２は、長手方向をＹ軸方向へ向けた状態で保持される。

またこのとき、交換アーム６２及び検出部用アーム６９は、枠部６４よりも工具マガジン５０側に配置され、開口部６４ａは、扉６５により閉鎖される。このように、歯車加工装置１００は、歯車加工時において、コラム３１側の領域である加工領域と、工具マガジン５０側の領域である非加工領域とを扉６５により区画する。よって、歯車加工装置１００は、回転主軸３３に装着された工具４０に付着する切粉やクーラント等が、開口部６４ａを通過して工具マガジン５０側へ飛散することを防止できるので、工具マガジン５０に収容された工具４０や検出部８１に切粉やクーラント等が付着することを防止できる。

図５Ｂに示すように、工具保持部６７と対向する位置に割出された工具４０及びソケット５１は、図示しないアクチュエータにより、工具保持部６７に移送される。そして、工具保持部６７に移送された工具４０は、交換アーム６２により把持可能な位置に配置される。

制御部９０は、工具４０の交換を開始する前に、コラム３１をテーブル２１から離間する方向（図１左方向）へ後退させ、工具交換装置６０と干渉しない位置にコラム３１を配置する。制御部９０は、コラム３１が工具交換装置６０との干渉を回避可能な位置まで後退したところで、装置本体６１を加工領域側（図１右側）へ移動させる。また、制御部９０は、回転主軸３３の回転を停止すると共にサドル３２を移動させ、回転主軸３３に装着された工具４０を、交換アーム６２により把持可能な位置に配置する。

図５Ｃに示すように、装置本体６１は、回転主軸３３に装着された工具４０の中心軸線Ｏから交換アーム６２の回転軸線までの距離が、工具保持部６７に保持された工具４０の中心軸線Ｏから交換アーム６２の回転軸線までの距離が等しくなる位置まで移動したところで停止する。そして、制御部９０は、扉６５を開放し、図５Ｃに示す反時計回り方向へ交換アーム６２を９０度回転させる。

その後、交換アーム６２は、回転主軸３３に装着された工具４０と工具保持部６７に保持された工具４０との双方を把持し、各々の工具４０，４０を回転主軸３３及び工具保持部６７のそれぞれから取り外す。続いて、交換アーム６２は、図５Ｃの反時計回り方向へ回転し、工具保持部６７から取り外した工具４０を回転主軸３３に対する装着位置へ、回転主軸３３から取り外した工具４０を工具保持部６７に対する収容位置へ、それぞれ移動させる。そして、交換アーム６２は、各々の工具４０，４０を回転主軸３３及び工具保持部６７に装着した後、図５Ｃに示す時計回り方向へ交換アーム６２を９０度回転する。

図５Ｄに示すように、制御部９０は、交換アーム６２による工具４０の交換動作が終了した後、検出部用アーム６９を伸長する。そして、制御部９０は、回転主軸３３に装着された工具４０のホルダ取付部４４をセンシング可能な位置にセンシング位置に検出部８１を配置する。その後、制御部９０は、回転主軸３３を駆動して工具４０を回転させながら、検出部８１によるセンシングを行う。

これに伴い、演算部８２は、検出部８１による検出結果に基づいて被検出部４６の位置を特定する。続けて、演算部８２は、回転主軸３３の基準位置に対する被検出部４６の位相角度（ズレ）を演算により求める。また、演算部８２は、工具形状記憶部７０に記憶された工具４０の形状に関するデータに基づき、回転主軸３３に装着された工具４０のカッタ４３の刃先位置を演算により求める。

制御部９０は、検出部８１によるセンシングが終了すると、検出部用アーム６９をセンシング位置から退避させる。また、制御部９０は、装置本体６１を非加工領域側（図１左側）へ移動させ、扉６５により開口部６４ａを閉鎖する。そして、制御部９０は、Ｚ軸方向視においてコラム３１と干渉しない位置まで工具交換装置６０が移動したところで、コラム３１を前進させてテーブル２１に近づけ、切削加工を開始する。

（４．位相検出処理）
次に、図６から図７Ｂを参照しながら、位相検出部８０による被検出部４６の位相検出処理について、例を挙げながら説明する。まず、図６に示すフローチャートを参照しながら、制御部９０により実行されるセンシング処理について説明する。センシング処理は、回転主軸３３に工具４０を装着した後に実行される処理であり、検出部８１によるホルダ取付部４４の外周面をセンシングし、被検出部４６の位置を検出する。

図６に示すように、センシング処理において、制御部９０は、最初に、検出部用アーム６９を伸長させることにより、ホルダ取付部４４の外周面をセンシング可能なセンシング位置に検出部８１を配置する（Ｓ１）。

次に、制御部９０は、回転主軸３３を一定速度で一方向へ一回転させながら、検出部８１によるセンシングを行う（Ｓ２）。続いて、制御部９０は、回転主軸３３を他方向（Ｓ２の処理とは反対方向）へ回転主軸３３を一定速度で一回転させながら、検出部８１によるセンシングを行う（Ｓ３）。その後、制御部９０は、検出部用アーム６９を収縮させることにより、検出部８１をセンシング位置から退避させて非加工領域に配置し（Ｓ４）、本処理を終了する。このように、制御部９０は、センシング処理において、工具４０を両方向に回転させながら検出部８１によるセンシングを行う。

続いて、図７Ａ及び図７Ｂを参照しながら、演算部８２による演算処理について説明する。図７Ａは、センシング処理の中で実行されるＳ２に処理において、回転主軸３３を一方向へ回転させながら検出部８１によるセンシングを行った際の検出結果を示すグラフである。図７Ｂは、センシング処理の中で実行されるＳ３の処理において、回転主軸３３を他方向へ回転させながら検出部８１によるセンシングを行った際の検出結果を示す。

回転主軸３３を回転させながらセンシングを行う際、被検出部４６及び２つバランサ４７，４８が形成されていない部位において、ホルダ取付部４４と検出部８１との距離は、ほぼ一定となる。よって、ホルダ取付部４４の被検出部４６及び２つバランサ４７，４８が形成されていない部位をセンシングしている間、検出部８１のセンサ出力値は、ほぼ一定となる。

これに対し、検出部８１によるセンシング位置が、ホルダ取付部４４の被検出部４６及びバランサ４７，４８が形成されていない部位から、ホルダ取付部４４の被検出部４６及び２つバランサ４７，４８が形成されている部位へ移行すると、検出部８１のセンサ出力値が低下する。そして、演算部８２は、検出部８１による検出結果において、工具４０を一回転させながらセンシングを行う間に、センサ出力値が低下した期間が３回（Ｐ，Ｑ，Ｒ）あることを特定できる。つまり、演算部８２は、センサ出力値が低下したときに検出部８１がセンシングを行っていた位置に、ホルダ取付部４４の被検出部４６又はバランサ４７，４８が存在することを特定できる。

これに加え、被検出部４６は、２つのバランサ４７，４８と比べて、周方向における幅寸法が大きい。よって、演算部８２は、検出部８１からの信号出力がなくなった３回の期間のうち、センサ出力値が低下していた期間が最も長い期間（Ｐ）においてセンシングを行っていた位置に、被検出部４６が存在することを特定できる。また、２つのバランサ４７，４８のうち、一方のバランサ４７は、他方のバランサ４８よりも周方向における幅寸法が大きい。よって、演算部８２は、２つのバランサ４７，４８の各々が形成されている位置を特定できる。

なお、被検出部４６の底面及び一方のバランサ４７の底面は、工具４０を回転させながら検出部８１によるホルダ取付部４４の外周面をセンシングする際に、検出部８１による測定可能範囲から外れた位置を通過する。よって、被検出部４６及び一方のバランサ４７をセンシングしたとき、検出部８１によるセンサ出力がなくなる。これに対し、他方のバランサ４８の底面は、検出部８１による測定可能範囲を通過する。よって、他方のバランサ４８をセンシングしたとき、センサ出力値の低下は確認できるものの、センサ出力値が０とはならない。よって、演算部８２は、センサ出力値の有無に基づいて、他のバランサ４８の位置を特定することもできる。

ここで、回転主軸３３を速く回転させた場合に、検出部８１からの信号出力に基づいて把握される被検出部４６の位置と、実際の被検出部４６の位置との誤差が生じる場合がある。そこで、演算部８２は、一方向へ回転主軸３３を一回転させながら検出部８１によるセンシングを行って特定した被検出部４６の第一中心位置Ａ１と、他方向へ回転主軸３３を一回転させながら検出部８１によるセンシングを行って特定した被検出部４６の第二中心位置Ａ２とを演算により求める。その後、演算部８２は、第一中心位置Ａ１と第二中心位置Ａ２との中間位置Ａ（Ａ＝（Ａ１＋Ａ２）／２）を演算により求め、求めた位置を被検出部４６の位置とする。これにより、位相検出部８０は、被検出部４６の位置を正確に検出することができる。

以上説明したように、位相検出部８０は、工具４０の位相を割り出す際に、ホルダ取付部４４に設けられた被検出部４６を検出部８１により検出する。そして、演算部８２は、検出部８１による検出結果に基づき、回転主軸３３の基準位置に対する被検出部４６の位相角度（ズレ）を演算し、工具４０の位相を割り出す。つまり、位相検出部８０は、再研磨による形状の変化がない被検出部４６の位置に基づいて工具４０の位相を割り出すので、カッタ４３に対する再研磨を行った場合であってもカッタ４３の形状を把握する必要がない。よって、工作機械１は、回転主軸３３に対する工具４０の位相割り出しに要する時間の短縮を図ることができる。

また、被検出部４６は、ホルダ取付部４４の外周面に対し、径方向内方へ凹設された凹部である。これにより、演算部８２は、検出部８１による検出結果においてセンサ出力値の変化を容易に把握できるので、被検出部４６の位置を確実に特定できる。

さらに、工作機械１は、工具４０の軸方向長さＨ及び刃部４１の外径Ｄをプリセッタ２００で測定するので、カッタ４３に対する再研磨を行った場合であっても、工具４０の軸方向長さＨ及び刃部４１の外径Ｄを正確に測定できる。その一方で、工作機械１は、プリセッタ２００を用いてカッタ４３の形状を測定する代わりに、位相検出部８０を用いて回転主軸３３の基準位置に対する被検出部４６の位相角度（ズレ）を演算により求める。この場合、工作機械１は、プリセッタ２００等によりカッタ４３の刃先位置を特定し、特定したカッタ４３の刃先位置に基づいて工具４０の位相を割り出す場合と比べて、回転主軸３３に対する工具４０の位相割り出しに要する時間の短縮を図ることができる。

なお、プリセッタ２００は、被検出部４６からカッタ４３の刃先までの距離を、工具４０の軸方向長さＨとして測定することにより、工具４０の軸方向長さＨを正確に測定できる。

また、工具ホルダ４５、刃部４１に一体形成されるホルダ取付部４４とは別体に設けられる。よって、工具４０は、ホルダ取付部４４から工具ホルダ４５を取り外した状態でプリセッタ２００による測定を行うことにより、測定対象物を小型にできる分、プリセッタ２００による測定を効率よく行うことができる。

（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、本実施形態では、被検出部４６が、ホルダ取付部４４の外周面に対し、径方向内方へ向けて凹設された凹部である場合について説明したが、被検出部４６は、ホルダ取付部４４の外周面に対し、径方向外方へ向けて突出する凸部であってもよい。この場合においても、演算部８２は、検出部８１による検出結果においてセンサ出力値の変化を容易に把握できるので、被検出部４６の位置を確実に特定できる。

また、上記実施形態では、被検出部４６がホルダ取付部４４の外周面に形成される場合について説明したが、被検出部４６は、工具ホルダ４５の外周面に形成されていてもよい。また、上記実施形態において、工具ホルダ４５は、刃部４１及びホルダ取付部４４とは別体に設けられ、ホルダ取付部４４に対して着脱可能に装着される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、工具ホルダ４５は、ホルダ取付部４４に一体形成されていてもよい。

上記実施形態では、検出部８１が、工具交換装置６０の装置本体６１に設けられた検出部用アーム６９に保持される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、検出部８１は、工具保持装置３０のコラム３１やサドル３２等に固定されていてもよい。検出部８１は、コラム３１と一体移動可能となるので、歯車加工装置１００は、回転主軸３３に新たな工具４０を装着した後、コラム３１を工具交換位置から加工位置へ移動させながら、検出部８１によるホルダ取付部４４のセンシングを行うことができる。よって、歯車加工装置１００は、工具４０の交換が完了してから工作物Ｗに対する加工を開始するまでに要する時間の短縮を図ることができる。

上記実施形態では、被検出部４６が、２つのバランサ４７，４８よりも周方向における幅寸法が大きくなるように形成される場合について説明したが、被検出部４６は、少なくともバランサと異なる形状であって、演算部８２が、検出部８１による検出結果に基づいて被検出部４６の位置を特定できるものであればよい。例えば、被検出部４６は、バランサよりも周方向における幅寸法が小さくなるように形成されていてもよく、被検出部４６の深さ寸法がバランサの深さ寸法とは異なるように形成されていてもよい。

上記実施形態において、バランサ４７，４８がホルダ取付部４４に形成される場合について説明したが、バランサ４７，４８は、省略してもよい。この場合、工具４０は、ホルダ部４２の形状を簡素化できる。なおこの場合、制御部９０は、回転主軸３３を回転させながらホルダ取付部４４のセンシングを行う際、回転主軸３３を必ずしも一回転させる必要はない。つまり、センシングを行うホルダ取付部４４に形成される凹部が１つである場合において、制御部９０は、回転主軸３３を一方向へ回転させる際に、凹部の位置を特定できた時点（センサ出力値の低下等を確認できた時点）で、回転主軸３３の一方向への回転を停止してもよい。これにより、制御部９０は、回転主軸３３に対する工具４０の位相角度検出に要する時間を短縮できる。

上記実施形態では、演算部８２は、工具４０を一方向へ回転させながら検出部８１によるセンシングを行った検出結果と、工具４０を他方向へ回転させながら検出部８１によるセンシングを行った検出結果とに基づき、被検出部４６の位置を特定する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。即ち、演算部８２は、工具４０を一方向又は他方向へ回転させながらセンシングを行った検出結果のみに基づき、被検出部４６の位置を特定してもよい。これにより、制御部９０は、回転主軸３３に対する工具４０の位相角度検出に要する時間を短縮できる。

１：工作機械、２０：工作物保持装置、３０：工具保持装置、３１：コラム、３３：回転主軸、４０：工具、４１：刃部、４２：ホルダ部、４３：カッタ、４４：ホルダ取付部、４５：工具ホルダ、４６：被検出部、６０：工具交換装置、６１：装置本体、６２：交換アーム、６４ａ：開口部、６５：扉、６９：検出部用アーム、７０：工具形状記憶部、８０：位相検出部、８１：検出部、８２：演算部、９０：制御部、１００：歯車加工装置、２００：プリセッタ、Ｄ：刃部の外径、Ｈ工具の軸方向長さ、Ｏ：工作物の中心軸線、Ｗ：工作物

Claims

円筒状の工作物に内歯又は外歯を創成する工作機械であって、
前記工作物を回転可能に保持する工作物保持装置と、
前記工作物保持装置に対して相対移動可能に設けられたコラムと、
前記コラムに対して回転可能に設けられる回転主軸と、
前記回転主軸に保持される工具と、
前記回転主軸に対する前記工具の位相を検出する位相検出部と、
を備え、
前記工具は、
前記工作物を加工する複数のカッタを有する刃部と、
前記刃部に対して一体回転可能に設けられ、前記回転主軸に着脱可能に装着されるホルダ部と、
前記ホルダ部に形成される被検出部と、
を備え、
前記位相検出部は、
前記被検出部を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に基づき、前記回転主軸の基準位置に対する前記被検出部の位相角度を演算する演算部と、
を備え、
さらに、
前記工具の形状に関するデータを記憶する工具形状記憶部と、
前記被検出部から前記カッタの刃先までの距離を前記工具の軸方向長さとして測定し、かつ、前記刃部の外径を測定するプリセッタと、
を備え、
前記工具形状記憶部は、前記プリセッタの測定結果を記憶する、工作機械。
円筒状の工作物に内歯又は外歯を創成する工作機械であって、
前記工作物を回転可能に保持する工作物保持装置と、
前記工作物保持装置に対して相対移動可能に設けられたコラムと、
前記コラムに対して回転可能に設けられる回転主軸と、
前記回転主軸に保持される工具と、
前記回転主軸に対する前記工具の位相を検出する位相検出部と、
を備え、
前記工具は、
前記工作物を加工する複数のカッタを有する刃部と、
前記刃部に一体形成されるホルダ取付部、および、前記ホルダ取付部とは別体に設けられ前記回転主軸に着脱可能に装着される工具ホルダを備えるホルダ部と、
前記ホルダ取付部に設けられる被検出部と、
を備え、
前記位相検出部は、
前記被検出部を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に基づき、前記回転主軸の基準位置に対する前記被検出部の位相角度を演算する演算部と、
を備える、工作機械。
スカイビング加工により、円筒状の工作物に内歯又は外歯を創成する工作機械であって、
前記工作物を回転可能に保持する工作物保持装置と、
前記工作物保持装置に対して相対移動可能に設けられたコラムと、
前記コラムに対して回転可能に設けられる回転主軸と、
前記回転主軸に保持される工具と、
前記回転主軸に対する前記工具の位相を検出する位相検出部と、
前記回転主軸及び前記位相検出部に関する制御を行う制御部と、
を備え、
前記工具は、
前記工作物を加工する複数のカッタを有する刃部であって、前記カッタの端面をすくい面とする前記刃部と、
前記刃部に対して一体回転可能に設けられ、前記回転主軸に着脱可能に装着されるホルダ部と、
前記ホルダ部に形成される被検出部と、
を備え、
前記位相検出部は、
前記被検出部を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に基づき、前記回転主軸の基準位置に対する前記被検出部の位相角度を演算し、演算結果に基づいて前記工具の位相を検出する演算部と、
を備え、
前記制御部は、前記回転主軸に対する前記工具の位相を検出する際に、前記回転主軸に装着された前記工具を一方向へ回転させて前記検出部による前記被検出部の検出を行った後、前記工具を他方向へ一回転させて前記検出部による前記被検出部の検出を再度行う、工作機械。
円筒状の工作物に内歯又は外歯を創成する工作機械であって、
前記工作物を回転可能に保持する工作物保持装置と、
前記工作物保持装置に対して相対移動可能に設けられたコラムと、
前記コラムに対して回転可能に設けられる回転主軸と、
前記回転主軸に保持される工具と、
前記回転主軸に対する前記工具の位相を検出する位相検出部と、
前記回転主軸に装着された前記工具を他の前記工具に交換する工具交換装置と、
を備え、
前記工具は、
前記工作物を加工する複数のカッタを有する刃部と、
前記刃部に対して一体回転可能に設けられ、前記回転主軸に着脱可能に装着されるホルダ部と、
前記ホルダ部に形成される被検出部と、
を備え、
前記位相検出部は、
前記被検出部を検出する検出部と、
前記検出部による検出結果に基づき、前記回転主軸の基準位置に対する前記被検出部の位相角度を演算する演算部と、
を備え、
前記工具交換装置は、
装置本体と、
前記装置本体に回転可能に設けられた交換アームと、
前記装置本体と前記コラムとの間に設けられた開口部と、
前記開口部を開閉する扉と、
前記検出部を保持し、前記コラム側の領域と前記装置本体側の領域との間で前記被検出部を移動させる検出部用アームと、
を備える、工作機械。
さらに、前記工具の形状に関するデータを記憶する工具形状記憶部を備え、
前記演算部は、
前記検出部による検出結果に基づき、前記回転主軸の基準位置に対する前記被検出部の位相角度を演算し、
前記位相角度および前記工具形状記憶部に記憶されたデータに基づいて、前記カッタの刃先位相を演算により求める、請求項３に記載の工作機械。
前記被検出部は、前記ホルダ部の外周面に対し、径方向内方へ向けて凹設された凹部である、請求項１～５の何れか１項に記載の工作機械。
前記被検出部は、前記ホルダ部の外周面に対し、径方向外方へ突出する凸部である、請求項１～５の何れか１項に記載の工作機械。
前記工作機械は、前記回転主軸に装着された前記工具を他の前記工具に交換する工具交換装置を備え、
前記工具交換装置は、
装置本体と、
前記装置本体に回転可能に設けられた交換アームと、
前記装置本体と前記コラムとの間に設けられた開口部と、
前記開口部を開閉する扉と、
前記検出部を保持し、前記コラム側の領域と前記装置本体側の領域との間で前記被検出部を移動させる検出部用アームと、
を備える、請求項１～３，６～７の何れか一項に記載の工作機械。
前記検出部は、前記コラムに設けられる、請求項１～３，６～７の何れか一項に記載の工作機械。