JP7547821B2 - 歯車加工装置および加工条件決定装置 - Google Patents

Description

本発明は、歯車加工装置および加工条件決定装置に関するものである。

特許文献１には、ホブカッタによる歯形加工の後に、フレージングカッタにより歯形の軸方向端における角部の面取加工を行うことが記載されている。

特開２０１３－２１２５５１号公報

フレージングカッタによる面取加工は、ホブカッタを備える加工装置とは別の専用機により行うことがある。この場合、面取加工の専用機を設置しなければならず、設備コストが高騰する。さらに、ホブカッタにより歯形を加工された工作物を、ホブカッタを備える加工装置から、フレージングカッタを備える加工装置へ搬送しなければならず、全体としての加工時間が長くなる。

また、マシニングセンタ等の汎用機を用いて、ホブカッタによる歯形加工と、フレージングカッタによる面取加工とを行うことも可能である。この場合、加工装置において、ホブカッタによる歯形加工を行い、続いてホブカッタからフレージングカッタに工具交換を行い、さらに続いてフレージングカッタによる面取加工を行う。従って、工具交換を行う分、全体としての加工時間が長くなる。

本発明は、歯形加工および面取加工を行う場合において、全体の加工時間を短縮できる歯車加工装置を提供することを目的とする。また、歯車加工装置により実行される歯車加工方法における加工条件を決定する加工条件決定装置を提供することを他の目的とする。

（１．歯車加工装置）
本発明の一態様は、工作物に歯形を加工するホブカッタと、
前記ホブカッタと工作物とを同期回転させながら相対移動させる制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記工作物に対して前記ホブカッタを、前記工作物の軸方向に相対移動させつつ前記工作物の径方向へ相対移動することにより、初期の位置Ｐ１から第１目標位置である位置Ｐ２へ相対的に移動させ、前記位置Ｐ１から前記位置Ｐ２へ相対的に移動する最中に前記歯形の軸方向一方端の面取加工を行う第一面取加工制御部と、
前記歯形の軸方向一方端の面取加工に連続して、前記工作物に対して前記ホブカッタを、前記工作物の軸方向に相対移動させることにより、前記第１目標位置である前記位置Ｐ２から第２目標位置である位置Ｐ３へ相対的に移動させ、前記位置Ｐ２から前記位置Ｐ３へ相対的に移動する最中に前記歯形を加工する歯形加工制御部と、
前記歯形の加工に連続して、前記工作物に対して前記ホブカッタを、前記工作物の軸方向に相対移動させつつ前記工作物の径方向へ相対移動することにより、前記第２目標位置である前記位置Ｐ３から第３目標位置である位置Ｐ４へ相対的に移動させ、前記位置Ｐ３から前記位置Ｐ４へ相対的に移動する最中に前記歯形の軸方向他方端の面取加工を行う第二面取加工制御部と、
を備える、歯車加工装置にある。

上記歯車加工装置によれば、１つのホブカッタを用いて、面取加工および歯形加工を行っている。詳細には、ホブカッタを工作物の軸方向への１回の動作によって、軸方向一方端の面取加工、歯形の加工、軸方向他方端の面取加工を順に行うことができる。

より詳細には、軸方向一方端の面取加工は、ホブカッタを工作物の軸方向に移動させる際に、径方向の動作を付加することにより行う。当該面取加工に続いて、ホブカッタを工作物の軸方向に移動させることにより歯形の加工を行う。つまり、軸方向一方端の面取加工は、歯形が加工される前に行われる。歯形の加工に続いて、軸方向他方端の面取加工を行う。軸方向他方端の面取加工は、ホブカッタを工作物の軸方向へ移動させつつ、工作物の径方向へ移動させることにより行う。

つまり、軸方向一方端の面取加工、歯形の加工、軸方向他方端の面取加工が、ホブカッタの一連の動作によって行われる。従って、面取加工を行うために、工作物の搬送を行うことも必要なく、工具交換を行うことも必要ない。従って、歯形の加工と面取加工とによる全体の加工時間を短縮できる。

（２．加工条件決定装置）
本発明の他の態様は、ホブカッタを用いて工作物に歯形を加工する歯車加工方法における加工条件を決定する加工条件決定装置であって、
前記歯車加工方法は、
前記工作物に対して前記ホブカッタを、前記工作物の軸方向に相対移動させつつ前記工作物の径方向へ相対移動することにより、初期の位置Ｐ１から第１目標位置である位置Ｐ２へ相対的に移動させ、前記位置Ｐ１から前記位置Ｐ２へ相対的に移動する最中に前記歯形の軸方向一方端の面取加工を行う第一面取加工工程と、
前記歯形の軸方向一方端の面取加工に連続して、前記工作物に対して前記ホブカッタを、前記工作物の軸方向に相対移動させることにより、前記第１目標位置である前記位置Ｐ２から第２目標位置である位置Ｐ３へ相対的に移動させ、前記位置Ｐ２から前記位置Ｐ３へ相対的に移動する最中に前記歯形を加工する歯形加工工程と、
前記歯形の加工に連続して、前記工作物に対して前記ホブカッタを、前記工作物の軸方向に相対移動させつつ前記工作物の径方向へ相対移動することにより、前記第２目標位置である前記位置Ｐ３から第３目標位置である位置Ｐ４へ相対的に移動させ、前記位置Ｐ３から前記位置Ｐ４へ相対的に移動する最中に前記歯形の軸方向他方端の面取加工を行う第二面取加工工程と、
を備える、加工条件決定装置にある。

さらに、前記歯形の軸方向一方端の面取加工、前記歯形の加工および前記歯形の軸方向他方端の面取加工の順に行う歯車加工のシミュレーションにより前記工作物の面取形状を取得し、前記面取形状が所定許容条件を満たす前記工作物に対する前記ホブカッタの相対移動軌跡に関する１つの加工条件を決定する。

面取加工を行う際に、工作物に対するホブカッタの相対移動軌跡は容易に導出することができない。特に、歯車の歯およびホブカッタの刃がねじれ角を有していたり、歯車とホブカッタとを交差角を有する状態で歯形加工を行ったりする。これらを原因として、ホブカッタの相対移動軌跡と面取形状との関係を把握することが容易ではない。

さらに、面取形状の要素として、例えば、歯形の歯先において軸方向端縁と歯厚方向端縁との角部における面取角度、歯形の歯先において軸方向端縁と歯厚方向端縁との角部における軸方向面取長さ、工作物の軸方向断面における歯底と歯形の軸方向端面との角部における面取角度、工作物の軸方向断面における歯底と歯形の軸方向端面との角部における軸方向面取長さ等、種々の目標形状が存在する場合がある。

そのため、例えば、面取角度およびホブカッタの外径に基づいて、ホブカッタの相対移動軌跡を単純に導出することができない。そこで、シミュレーションを行うことにより、面取形状が所定許容条件を満たす工作物に対するホブカッタの相対移動軌跡に関する１つの加工条件を決定するようにしている。その結果、面取形状が所定許容条件を満たす加工条件を決定できる。

歯車加工装置の例を示す斜視図である。 ホブカッタにより工作物を加工している状態を示す図である。 歯車の部分斜視図である。 歯車の軸方向から見た部分図である。 図４のＶ方向から見た図、すなわち歯車の径方向外側から見た図である。 図４のVI－VI断面図、すなわち歯車の軸方向断面図である。 歯車加工装置の制御装置および駆動装置を示す機能ブロック図である。 歯車加工方法を示すフローチャートである。 歯車加工方法を示す図であって、第一面取加工を開始する状態における工作物とホブカッタの位置関係を示す図である。 歯車加工方法を示す図であって、第一面取加工を終了し且つ歯形加工を開始する状態における工作物とホブカッタの位置関係を示す図である。 歯車加工方法を示す図であって、歯形加工を終了し且つ第二面取加工を開始する状態における工作物とホブカッタの位置関係を示す図である。 歯車加工方法を示す図であって、第二面取加工を終了した状態における工作物とホブカッタの位置関係を示す図である。 加工条件決定装置の機能ブロック図を示す。 加工条件決定装置による条件決定処理を示すフローチャートである。

（１．歯車加工装置１の構成）
歯車加工装置１について、図１を参照して説明する。歯車加工装置１は、ホブカッタＴと工作物Ｗとを相対的に移動させることにより、ホブカッタＴによって工作物Ｗに歯形を創成加工する装置である。

本例では、歯車加工装置１は、汎用的な工作機械、例えば、マシニングセンタを適用する。つまり、マシニングセンタは、工具交換可能に構成されており、装着された工具に応じた加工が可能である。例えば、交換可能な工具としては、ホブカッタＴの他に、ギヤスカイビングカッタ、エンドミル、フライス工具、ドリル、旋削工具、ネジ切り工具、研削工具等である。なお、図１において、工具交換装置および工具を保管する工具マガジンは、図示しない。

また、本例では、歯車加工装置１としてのマシニングセンタは、横形マシニングセンタを基本構成とする。ただし、歯車加工装置１は、立形マシニングセンタ等、他の構成を適用できる。

図１に示すように、歯車加工装置１は、例えば、相互に直交する３つの直進軸（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸）を駆動軸として有する。ここで、ホブカッタＴの回転軸線（工具主軸の回転軸線に等しい）の方向をＺ軸方向と定義し、Ｚ軸方向に直交する２軸をＸ軸方向およびＹ軸方向と定義する。図１においては、水平方向をＸ軸方向とし、鉛直方向をＹ軸方向とする。さらに、歯車加工装置１は、ホブカッタＴと工作物Ｗとの相対姿勢を変更するための２つの回転軸（Ａ軸およびＢ軸）を駆動軸として有する。また、歯車加工装置１は、ホブカッタＴを回転するための回転軸としてのＣｔ軸を有する。

つまり、歯車加工装置１は、自由曲面を加工可能な５軸加工機（工具主軸（Ｃｔ軸）を考慮すると６軸加工機となる）である。ここで、歯車加工装置１は、Ａ軸（基準状態においてＸ軸回りの回転軸）およびＢ軸（基準状態においてＹ軸回りの回転軸）を有する構成に代えて、Ｃｗ軸（基準状態においてＺ軸回りの回転軸）およびＢ軸を有する構成としても良いし、Ａ軸およびＣｗ軸を有する構成としても良い。

歯車加工装置１において、ホブカッタＴと工作物Ｗとを相対的に移動させる構成は、適宜選択可能である。本例では、歯車加工装置１は、ホブカッタＴをＹ軸方向およびＺ軸方向に直動可能とし、工作物ＷをＸ軸方向に直動可能とし、さらに工作物ＷをＡ軸回転およびＢ軸回転可能とする。また、ホブカッタＴは、Ｃｔ軸回転可能である。

歯車加工装置１は、ベッド１０と、工作物保持装置２０と、工具保持装置３０とを備える。ベッド１０は、略矩形状等の任意の形状に形成されており、床面に設置される。工作物保持装置２０は、工作物Ｗをベッド１０に対して、Ｘ軸方向に直動可能とし、Ａ軸回転およびＢ軸回転可能とする。工作物保持装置２０は、Ｘ軸移動テーブル２１と、Ｂ軸回転テーブル２２と、工作物主軸装置２３とを主に備える。

Ｘ軸移動テーブル２１は、ベッド１０に対してＸ軸方向に移動可能に設けられる。具体的には、ベッド１０には、Ｘ軸方向（図１の前後方向）へ延びる一対のＸ軸ガイドレールが設けられ、Ｘ軸移動テーブル２１は、図示しないリニアモータまたはボールねじ機構等の駆動装置によって駆動されることにより、一対のＸ軸ガイドレールに案内されながらＸ軸方向へ移動する。

Ｂ軸回転テーブル２２は、Ｘ軸移動テーブル２１の上面に設置され、Ｘ軸移動テーブル２１と一体的にＸ軸方向へ移動する。また、Ｂ軸回転テーブル２２は、Ｘ軸移動テーブル２１に対し、Ｂ軸回転可能に設けられる。Ｂ軸回転テーブル２２には、図示しない回転モータが収納され、Ｂ軸回転テーブル２２は、回転モータに駆動されることでＢ軸回転可能となる。

工作物主軸装置２３は、Ｂ軸回転テーブル２２に設置され、Ｂ軸回転テーブル２２と一体的にＢ軸回転する。工作物主軸装置２３は、工作物ＷをＡ軸回転可能に支持する。本例では、工作物主軸装置２３は、工作物Ｗを片持ち支持する。工作物主軸装置２３は、工作物Ｗを回転させる回転モータ（図示せず）を備える。以上の構成により、工作物保持装置２０は、工作物Ｗを、ベッド１０に対して、Ｘ軸方向へ移動可能とし、且つ、Ａ軸回転およびＢ軸回転可能とする。

工具保持装置３０は、コラム３１と、サドル３２と、工具主軸装置３３とを主に備える。コラム３１は、ベッド１０に対してＺ軸方向に移動可能に設けられる。具体的には、ベッド１０には、Ｚ軸方向（図１の左右方向）へ延びる一対のＺ軸ガイドレールが設けられ、コラム３１は、図示しないリニアモータまたはボールねじ機構等の駆動装置によって駆動されることにより、一対のＺ軸ガイドレールに案内されながらＺ軸方向へ移動する。

サドル３２は、コラム３１における工作物Ｗ側の側面（図１の左側面）であって、Ｚ軸方向に直交する平面に平行な側面に配置される。このコラム３１の側面には、Ｙ軸方向（図１の上下方向）へ延びる一対のＹ軸ガイドレールが設けられ、サドル３２は、図示しないリニアモータまたはボールねじ機構等の駆動装置に駆動されることで、Ｙ軸方向へ移動する。

工具主軸装置３３は、サドル３２に設置されると共に、サドル３２と一体的にＹ軸方向へ移動する。工具主軸装置３３は、ホブカッタＴをＣｔ軸回転可能に支持する。本例では、工具主軸装置３３は、ホブカッタＴを片持ち支持する。ただし、工具主軸装置３３は、ホブカッタＴを両持ち支持する構成を採用することも可能である。工具主軸装置３３は、ホブカッタＴを回転させる回転モータ（図示せず）を備える。このように、工具保持装置３０は、ホブカッタＴを、ベッド１０に対して、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動可能とし、且つ、Ｃｔ軸回転可能に保持する。

（２．ホブカッタＴによる加工状態の説明）
ホブカッタＴにより、工作物Ｗに歯形を創成加工する際の状態について、図２を参照して説明する。例えば、ホブカッタＴは、図２に示すように、基端側（図２の右側）の装着部が工具主軸装置３３に装着されることによって、片持ち支持される。また、ホブカッタＴは、先端側（自由端側）の外周面に複数の刃部を備えている。複数の刃部は、螺旋状に断続的に配列されている。ホブカッタＴの複数の刃部は、複数の周回分配列されている。つまり、ホブカッタＴは、軸方向において、複数の刃列を有している。図２には、ホブカッタＴの刃列数が５～６列である場合を図示する。

歯形加工において、ホブカッタＴの中心軸線と工作物Ｗの中心軸線とは、交差角を有している。交差角とは、加工点を通る工作物Ｗの中心軸線に平行な軸線と、加工点を通るホブカッタＴの中心軸線に平行な軸線とのなす角度である。本例において、交差角は、９０°を例示するが、９０°以外の角度とすることもできる。そして、ホブカッタＴをその中心軸線回りに回転させ、工作物Ｗをその中心軸線回りに同期回転させながら、ホブカッタＴを工作物Ｗの中心軸方向に相対移動させる。

本例では、ホブカッタＴは、工作物Ｗの上端を加工位置としている。つまり、ホブカッタＴをＹ軸方向に位置決めした状態で、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に、ホブカッタＴと工作物Ｗとを相対移動させることにより、上記動作を実現している。ただし、加工位置は、工作物Ｗの上端に限定されるものではなく、工作物Ｗの周方向の他の位置とすることもできる。

（３．歯車Ｇの設計形状）
工作物Ｗの加工目標形状である歯車Ｇの設計形状、すなわち加工後における歯車Ｇの理想形状について、図３－図６を参照して説明する。ここでは、歯車Ｇは、外歯車を例にあげて説明するが、内歯車を適用することもできる。また、本例では、説明を容易にするために、歯車Ｇは、ねじれ角を有しない歯車について説明するが、ねじれ角を有する歯車とすることもできる。

歯車Ｇは、周方向に凹凸の歯形、すなわち複数の凸歯を備える。歯車Ｇは、凸歯の先端面である歯先５０を有する。周方向に隣り合う凸歯の間には、歯溝を有する。歯溝は、歯底６１、一方の噛み合い面である歯面７１、他方の噛み合い面である歯面８１により構成される。歯面７１，８１は、例えば、インボリュート曲線により形成される。また、歯車Ｇは、軸方向一方の端面９１、軸方向他方の端面９２を有する。

さらに、歯車Ｇは、歯形の軸方向一方端に、面取（６２，７２，８２）が形成されている。詳細には、歯車Ｇは、歯底６１と軸方向一方の端面９１との角部に形成される面取６２、一方の歯面７１と端面９１との角部に形成される面取７２、他方の歯面８１と端面９１との角部に形成される面取８２を有する。

さらに、歯車Ｇは、歯形の軸方向他方端に、面取（６３，７３，８３）が形成されている。詳細には、歯車Ｇは、歯底６１と軸方向他方の端面９２との角部に形成される面取６３、一方の歯面７１と端面９２との角部に形成される面取７３、他方の歯面８１と端面９２との角部に形成される面取８３を有する。

図５および図６に示すように、面取形状の要素としては、軸方向一方において、歯先面取角度θｔ１、歯先面取長さＣｔ１、歯底面取角度θｂ１、歯底面取長さＣｂ１を含む。さらに、面取形状の要素としては、軸方向他方において、歯先面取角度θｔ２、歯先面取長さＣｔ２、歯底面取角度θｂ２、歯底面取長さＣｂ２を含む。

歯先面取角度θｔ１は、歯形の歯先５０において軸方向一方の端縁と歯厚方向端縁（歯すじ方向に延びる縁線）との角部における面取角度である。歯先面取長さＣｔ１は、歯形の歯先５０において軸方向一方の端縁と歯厚方向端縁との角部における軸方向面取長さである。歯底面取角度θｂ１は、歯車Ｇ（工作物Ｗ）の軸方向断面において、歯底６１と軸方向一方の端面９１との角部における面取角度である。歯底面取長さＣｂ１は、歯車Ｇ（工作物Ｗ）の軸方向断面において、歯底６１と軸方向一方の端面９１との角部における軸方向面取長さである。ここで、歯先面取長さＣｔ１および歯底面取長さＣｂ１は、歯幅Ｌに対して非常に小さい。

歯先面取角度θｔ２は、歯形の歯先５０において軸方向他方の端縁と歯厚方向端縁との角部における面取角度である。歯先面取長さＣｔ２は、歯形の歯先５０において軸方向他方の端縁と歯厚方向端縁との角部における軸方向面取長さである。歯底面取角度θｂ２は、歯車Ｇ（工作物Ｗ）の軸方向断面において、歯底６１と軸方向他方の端面９２との角部における面取角度である。歯底面取長さＣｂ１は、歯車Ｇ（工作物Ｗ）の軸方向断面において、歯底６１と軸方向他方の端面９２との角部における軸方向面取長さである。ここで、歯先面取長さＣｔ１および歯底面取長さＣｂ１は、歯幅Ｌに対して非常に小さい。

さらに、面取形状のそれぞれの要素について、所定許容条件が設定されている。つまり、加工後の工作物Ｗにおいて面取形状のそれぞれの要素が、それぞれの所定許容条件を満たす場合には、当該工作物Ｗは、良品であることになる。つまり、加工条件は、当該面取形状のそれぞれの要素の所定許容条件を満たすように決定される。

（４．歯車加工装置１の制御装置１００の構成）
歯車加工装置１の制御装置１００の構成について、図７を参照して説明する。制御装置１００は、図１に示す歯車加工装置１の一部を構成し、図１に示す歯車加工装置１における駆動装置１１０（モータ等）を制御する。つまり、制御装置１００は、ホブカッタＴと工作物Ｗとを同期回転させながら相対移動させることで、工作物Ｗに歯形を加工する。

制御装置１００は、ＣＮＣ（Computerized Numerical Control）装置、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等により構成される。従って、制御装置１００は、ＣＰＵ等の演算処理装置、メモリ等の記憶装置、外部機器との通信するインターフェース等を備える。

また、図７に示すように、制御装置１００は、機能構成として、第一面取加工制御部１０１、歯形加工制御部１０２、第二面取加工制御部１０３を備える。第一面取加工制御部１０１は、歯形の軸方向一方端の面取（６２，７２，８２）の加工を行うように、駆動装置１１０を制御する。第一面取加工制御部１０１は、後述する第一面取加工工程を実行するための制御プログラムを実行することにより、駆動装置１１０を制御する。

歯形加工制御部１０２は、歯形（６１，７１，８１）の加工を行うように、駆動装置１１０を制御する。歯形加工制御部１０２は、後述する歯形加工工程を実行するための制御プログラムを実行することにより、駆動装置１１０を制御する。第二面取加工制御部１０３は、歯形の軸方向他方端に面取（６３，７３，８３）の加工を行うように、駆動装置１１０を制御する。第二面取加工制御部１０３は、後述する第二面取加工工程を実行するための制御プログラムを実行することにより、駆動装置１１０を制御する。

（５．歯車加工方法）
歯車加工方法について、図８－図１２を参照して説明する。歯車加工方法は、制御装置１００の各制御部１０１，１０２，１０３によって実行される。歯車加工方法は、第一面取加工制御部１０１により実行される第一面取加工工程（ステップＳ１）、歯形加工制御部１０２により実行される歯形加工工程（ステップＳ２）、第二面取加工制御部１０３により実行される第二面取加工工程（ステップＳ３）を順に行う。

ここで、以下において、工作物Ｗは中心軸線回りに回転するのみで、ホブカッタＴが回転しながら移動する場合を例にあげて説明する。ただし、工作物ＷとホブカッタＴとは相対移動すれば良いため、ホブカッタＴを回転のみとし、工作物Ｗを回転しながら移動させても良いし、両者を移動させても良い。

第一面取加工工程Ｓ１においては、図９に示すように、ホブカッタＴの中心軸線上の基準位置を位置Ｐ１に位置決めする。従って、第一面取加工工程Ｓ１では、位置Ｐ１が開始位置となる。ここで、交差角が９０°の場合には、ホブカッタＴの中心軸線が位置Ｐ１に位置する。ただし、交差角が９０°ではない場合には、ホブカッタＴの中心軸線の全てが位置Ｐ１に位置することはない。そこで、ホブカッタＴの中心線上の基準位置を定義し、当該基準位置が位置Ｐ１に位置する状態を、第一面取加工工程Ｓ１の開始状態とする。

そして、図１０に示すように、工作物Ｗに対してホブカッタＴの中心軸線上の基準位置を位置Ｐ２へ向かって直線移動させる。従って、第一面取加工工程Ｓ１では、位置Ｐ２が終了位置となる。つまり、ホブカッタＴは、工作物Ｗに対して、同期回転しながら、工作物Ｗの軸方向に移動しつつ、工作物Ｗの径方向（本例では径方向外側）へ移動する。この動作によって、図１０に示すように、面取（６２，７２，８２）が加工される。

ここで、位置Ｐ１と位置Ｐ２とを結ぶ直線移動軌跡と、工作物Ｗの中心軸線に平行な線とは、なす鋭角φ１（第一角度）を有する。つまり、工作物Ｗに対するホブカッタＴの相対移動方向は、工作物Ｗの中心軸線に対して所定の第一角度φ１を有する。また、位置Ｐ２は、工作物Ｗの軸方向一方の端面９１から、工作物Ｗの軸方向にＬ１（第一離間距離）だけ離れている。第一角度φ１および第一離間距離Ｌ１は、後述する加工条件決定装置１２０により決定される。ここで、第一角度φ１は、軸方向一方における歯先面取角度θｔ１、歯底面取角度θｂ１とは異なる角度になる。

なお、本例においては、歯車Ｇは外歯車を例にあげている。従って、第一面取加工工程Ｓ１では、ホブカッタＴを工作物Ｗの軸方向に移動させつつ、工作物Ｗの径方向外側へ移動させた。仮に、歯車Ｇが内歯車の場合には、第一面取加工工程Ｓ１では、ホブカッタＴを工作物Ｗの軸方向に移動させつつ、工作物Ｗの径方向内側へ移動させることになる。

歯形加工工程Ｓ２は、第一面取加工工程Ｓ１に連続して行われる。従って、歯形加工工程Ｓ２では、図１０に示すように、位置Ｐ２が開始位置となる。そして、図１１に示すように、工作物Ｗに対してホブカッタＴの中心軸線上の基準位置を位置Ｐ３へ向かって直線移動させる。従って、歯形加工工程Ｓ２では、位置Ｐ３が終了位置となる。つまり、ホブカッタＴは、工作物Ｗに対して、同期回転しながら、工作物Ｗの軸方向に移動する。この動作によって、図１１に示すように、歯形（６１，７１，８１）が加工される。この歯形加工工程Ｓ２の動作は、ホブカッタＴによる公知の歯形加工である。

ここで、位置Ｐ３は、工作物Ｗの軸方向他方の端面９２から、工作物Ｗの軸方向にＬ２（第二離間距離）だけ離れている。第二離間距離Ｌ２は、後述する加工条件決定装置１２０により決定される。

第二面取加工工程Ｓ３は、歯形加工工程Ｓ２に連続して行われる。従って、第二面取加工工程Ｓ３では、位置Ｐ３が開始位置となる。そして、図１２に示すように、工作物Ｗに対してホブカッタＴの中心軸線上の基準位置を位置Ｐ４へ向かって直線移動させる。従って、第二面取加工工程Ｓ３では、位置Ｐ４が終了位置となる。つまり、ホブカッタＴは、工作物Ｗに対して、同期回転しながら、工作物Ｗの軸方向に移動しつつ、工作物Ｗの径方向（本例では径方向内側）へ移動する。この動作によって、図１２に示すように、面取（６３，７３，８３）が加工される。

ここで、位置Ｐ３と位置Ｐ４とを結ぶ直線移動軌跡と、工作物Ｗの中心軸線に平行な線とは、なす鋭角φ２（第二角度）を有する。つまり、工作物Ｗに対するホブカッタＴの相対移動方向は、工作物Ｗの中心軸線に対して所定の第二角度φ２を有する。第二角度φ２は、後述する加工条件決定装置１２０により決定される。ここで、第二角度φ２は、軸方向他方における歯先面取角度θｔ２、歯底面取角度θｂ２とは異なる角度になる。

なお、本例においては、歯車Ｇは外歯車を例にあげている。従って、第二面取加工工程Ｓ３では、ホブカッタＴを工作物Ｗの軸方向に移動させつつ、工作物Ｗの径方向内側へ移動させた。仮に、歯車Ｇが内歯車の場合には、第二面取加工工程Ｓ３では、ホブカッタＴを工作物Ｗの軸方向に移動させつつ、工作物Ｗの径方向外側へ移動させることになる。

（６．歯車加工装置１による歯車加工方法の効果）
歯車加工装置１は、１つのホブカッタＴを用いて、面取加工と歯形加工とを行っている。詳細には、ホブカッタＴを工作物Ｗの軸方向への１回の動作によって、軸方向一方端の面取加工、歯形の加工、軸方向他方端の面取加工を順に行うことができる。

より詳細には、第一面取加工制御部１０１によって、軸方向一方端の面取（６２，７２，８２）の加工は、ホブカッタＴを工作物Ｗの軸方向に移動させる際に、径方向の動作を付加することにより行う。面取（６２，７２，８２）の加工に続いて、歯形加工制御部１０２によって、ホブカッタＴを工作物Ｗの軸方向に移動させることにより歯形（６１，７１，８１）の加工を行う。つまり、軸方向一方端の面取（６２，７２，８２）の加工は、歯形（６１，７１，８１）が加工される前に行われる。歯形（６１，７１，８１）の加工に続いて、第二面取加工制御部１０３によって、軸方向他方端の面取（６３，７３，８３）の加工を行う。軸方向他方端の面取（６３，７３，８３）の加工は、ホブカッタＴを工作物Ｗの軸方向へ移動させつつ、工作物Ｗの径方向へ移動させることにより行う。

つまり、軸方向一方端の面取（６２，７２、８２）の加工、歯形（６１，７１，８１）の加工、軸方向他方端の面取（６３，７３，８３）の加工が、ホブカッタＴの一連の動作によって行われる。従って、面取加工を行うために、工作物Ｗの搬送を行うことも必要なく、工具交換を行うことも必要ない。従って、歯形（６１，７１，８１）の加工と面取（６２，７２，８２，６３，７３，８３）の加工とによる全体の加工時間を短縮できる。

（７．加工条件決定装置１２０の構成）
歯車加工方法を実現するためには、軸方向一方端における面取（６２，７２，８２）および軸方向他方における面取（６３，７３，８３）を加工するための加工条件を決定する必要がある。この加工条件を決定するための加工条件決定装置１２０について、図１３を参照して説明する。加工条件決定装置１２０は、面取形状のシミュレーションを行うことで、加工条件の要素として、第一角度φ１、第二角度φ２、第一離間距離Ｌ１、および、第二離間距離Ｌ２を決定する（図９参照）。

まず、面取形状のシミュレーションにより加工条件を決定する目的について説明する。上述したような面取加工を行う場合において、工作物Ｗに対するホブカッタＴの相対移動軌跡は容易に導出することができない。特に、歯車Ｇの歯およびホブカッタＴの刃がねじれ角を有していたり、歯車ＧとホブカッタＴとを交差角を有する状態で歯形加工を行ったりする。これらを原因として、ホブカッタＴの相対移動軌跡と面取形状との関係を把握することが容易ではない。

さらに、面取形状の要素として、例えば、歯形の歯先５０において軸方向端縁と歯厚方向端縁との角部における面取角度θｔ１，θｔ２、歯形の歯先５０において軸方向端縁と歯厚方向端縁との角部における軸方向面取長さＣｔ１，Ｃｔ２、工作物Ｗの軸方向断面における歯底６１と歯形の軸方向端面９１，９２との角部における面取角度θｂ１，θｂ２、工作物Ｗの軸方向断面における歯底６１と歯形の軸方向端面９１，９２との角部における軸方向面取長さＣｂ１，Ｃｂ２等、種々の目標形状が存在する。

そのため、例えば、面取角度θｔ１，θｔ２，θｂ１，θｂ２およびホブカッタＴの外径に基づいて、ホブカッタＴの相対移動軌跡を単純に導出することができない。そこで、面取形状のシミュレーションを行うことにより、面取形状が所定許容条件を満たす工作物Ｗに対するホブカッタＴの相対移動軌跡に関する１つの加工条件を決定するようにしている。その結果、面取形状が所定許容条件を満たす加工条件を決定できる。

加工条件決定装置１２０は、図１に示す歯車加工装置１の一部を構成するようにしても良いし、歯車加工装置１とは別の装置として設置しても良い。歯車加工装置１の一部を構成する場合として、加工条件決定装置１２０は、歯車加工装置１の機械構成と一体的に配置しても良いし、歯車加工装置１の機械構成とは別場所に設置されネットワークを構成するようにしても良い。加工条件決定装置１２０は、歯車加工装置１の制御装置１００を構成するＣＮＣ装置を利用する場合には、制御装置１００の組込みシステムとして構成することが好適である。また、加工条件決定装置１２０は、ＣＰＵ等の演算処理装置、メモリ等の記憶装置、外部機器との通信するインターフェース等を備える。さらに、加工条件決定装置１２０は、入力機器や表示機器を備えるようにしても良い。

図１３に示すように、加工条件決定装置１２０は、機能構成として、パラメータ取得部１２１、シミュレーション処理部１２２、判定部１２３、パラメータ変更部１２４を備える。

パラメータ取得部１２１は、加工条件の要素のパラメータとして、第一角度φ１、第二角度φ２、第一離間距離Ｌ１、および、第二離間距離Ｌ２を取得する。パラメータ取得部１２１は、例えば、各パラメータの初期値のみを取得しても良いし、各パラメータについて複数個の値を取得しても良い。

シミュレーション処理部１２２は、パラメータ取得部１２１により取得された１つのパラメータを用いて、上述した歯車加工方法のシミュレーションを行う。そうすると、シミュレーション処理部１２２は、加工後の工作物Ｗの形状、特に面取形状を取得できる。具体的には、面取形状の要素として、面取角度θｔ１，θｔ２，θｂ１，θｂ２および面取長さＣｔ１，Ｃｔ２，Ｃｂ１，Ｃｂ２を取得できる。

判定部１２３は、シミュレーション処理部１２２により得られた加工後の工作物Ｗの面取形状が所定許容条件を満たすか否かの判定を行う。具体的には、判定部１２３は、面取形状の各要素について、それぞれの所定許容条件を満たすか否かの判定を行う。

パラメータ変更部１２４は、判定部１２３の判定結果に基づいて、所定許容条件を満たさなかった場合に、シミュレーション処理部１２２にて行うシミュレーションのパラメータを変更する。パラメータ取得部１２１が初期値のみを取得する場合には、パラメータ変更部１２４は、当該初期値に対して適宜の変更を加えることによって、パラメータの値を変更し、変更したパラメータの値を用いてシミュレーション処理部１２２にシミュレーションを行わせる。パラメータ取得部１２１が複数個の値を取得する場合には、パラメータ変更部１２４は、シミュレーション処理部１２２に、他のパラメータの値を用いてシミュレーションを行わせる。

上記のように、シミュレーション処理部１２２が複数種の加工条件について面取形状のシミュレーションを行うことにより、判定部１２３は、面取形状が所定許容条件を満たす１つの加工条件を決定できる。

そして、加工条件決定装置１２０により決定された加工条件は、制御装置１００における制御に用いられる。具体的には、第一面取加工制御部１０１が、決定された加工条件の要素として、第一角度φ１および第一離間距離Ｌ１に基づいて、駆動装置１１０を制御する。また、歯形加工制御部１０２が、決定された加工条件の要素として、第一離間距離Ｌ１および第二離間距離Ｌ２に基づいて、駆動装置１１０を制御する。また、第二面取加工制御部１０３が、決定された加工条件の要素として、第二角度φ２および第二離間距離Ｌ２に基づいて、駆動装置１１０を制御する。

（８．条件決定処理の例）
加工条件決定装置１２０による条件決定処理の例について、図１４を参照して説明する。本例では、パラメータ取得部１２１がパラメータの初期値を取得する場合とする。

まず、パラメータ取得部１２１により、第一面取加工工程Ｓ１の加工条件の要素として、第一角度φ１および第一離間距離Ｌ１の初期値を取得する（ステップＳ１１）。続いて、シミュレーション処理部１２２によりシミュレーションを行う（ステップＳ１２）。続いて、判定部１２３により、軸方向一方における面取（６２，７２，８２）の形状（θｔ１，θｂ１，Ｃｔ１，Ｃｂ１）の判定を行う（ステップＳ１３）。続いて、判定の結果、所定許容条件を満たさない場合には（ステップＳ１４：Ｎｏ）、パラメータ変更部１２４により、パラメータφ１，Ｌ１の値を変更する（ステップＳ１５）。そして、再び、ステップＳ１２に戻り、シミュレーションが行われる。

従って、軸方向一方における面取（６２，７２，８２）の形状（θｔ１，θｂ１，Ｃｔ１，Ｃｂ１）が所定許容条件を満たすまで、異なるパラメータの値についてシミュレーションが繰り返される。そして、所定許容条件を満たす場合には（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、所定許容条件を満たすφ１，Ｌ１の値を、加工条件の要素として決定する（ステップＳ１６）。

続いて、パラメータ取得部１２１により、第二面取加工工程Ｓ３の加工条件の要素として、第二角度φ２および第二離間距離Ｌ２の初期値を取得する（ステップＳ１７）。続いて、シミュレーション処理部１２２によりシミュレーションを行う（ステップＳ１８）。続いて、判定部１２３により、軸方向他方における面取（６３，７３，８３）の形状（θｔ２，θｂ２，Ｃｔ２，Ｃｂ２）の判定を行う（ステップＳ１９）。続いて、判定の結果、所定許容条件を満たさない場合には（ステップＳ２０：Ｎｏ）、パラメータ変更部１２４により、パラメータφ２，Ｌ２の値を変更する（ステップＳ２１）。そして、再び、ステップＳ１８に戻り、シミュレーションが行われる。

従って、軸方向他方における面取（６３，７３，８３）の形状（θｔ２，θｂ２，Ｃｔ２，Ｃｂ２）が所定許容条件を満たすまで、異なるパラメータの値についてシミュレーションが繰り返される。そして、所定許容条件を満たす場合には（Ｓ２０：Ｙｅｓ）、所定許容条件を満たすφ２，Ｌ２の値を、加工条件の要素として決定する（ステップＳ２２）。

このようにして、加工条件を決定できる。なお、上記の条件決定処理では、第一角度φ１および第一離間距離Ｌ１の決定と、第二角度φ２および第二離間距離Ｌ２の決定とを、別工程にて行った。この他に、全ての加工条件の要素（φ１，φ２，Ｌ１，Ｌ２）について、一度に、シミュレーションおよび判定を行うようにしても良い。

１：歯車加工装置、 Ｔ：ホブカッタ、 Ｗ：工作物、 ５０：歯先、 ６１：歯底（歯形）、 ７１，８１：歯面（歯形）、 ６２，７２，８２：軸方向一方端の面取、 ６３，７３，８３：軸方向他方端の面取、 ９１，９２：軸方向端面、 １００：制御装置、 １０１：第一面取加工制御部、 １０２：歯形加工制御部、 １０３：第二面取加工制御部、 １２０：加工条件決定装置、 １２１：パラメータ取得部、 １２２：シミュレーション処理部、 １２３：判定部、 １２４：パラメータ変更部、 Ｇ：歯車、 Ｌ１：第一離間距離（第一面取加工工程の終了位置）、 Ｌ２：第二離間距離（第二面取加工工程の開始位置）、 φ１：第一角度、 φ２：第二角度、 θｂ１：歯底面取角度、 θｂ２：歯底面取角度、 θｔ１：歯先面取角度、 θｔ２：歯先面取角度

Claims (8)

1. 工作物に歯形を加工するホブカッタと、
   前記ホブカッタと工作物とを同期回転させながら相対移動させる制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記工作物に対して前記ホブカッタを、前記工作物の軸方向に相対移動させつつ前記工作物の径方向へ相対移動することにより、初期の位置Ｐ１から第１目標位置である位置Ｐ２へ相対的に移動させ、前記位置Ｐ１から前記位置Ｐ２へ相対的に移動する最中に前記歯形の軸方向一方端の面取加工を行う第一面取加工制御部と、
   前記歯形の軸方向一方端の面取加工に連続して、前記工作物に対して前記ホブカッタを、前記工作物の軸方向に相対移動させることにより、前記第１目標位置である前記位置Ｐ２から第２目標位置である位置Ｐ３へ相対的に移動させ、前記位置Ｐ２から前記位置Ｐ３へ相対的に移動する最中に前記歯形を加工する歯形加工制御部と、
   前記歯形の加工に連続して、前記工作物に対して前記ホブカッタを、前記工作物の軸方向に相対移動させつつ前記工作物の径方向へ相対移動することにより、前記第２目標位置である前記位置Ｐ３から第３目標位置である位置Ｐ４へ相対的に移動させ、前記位置Ｐ３から前記位置Ｐ４へ相対的に移動する最中に前記歯形の軸方向他方端の面取加工を行う第二面取加工制御部と、
   を備える、歯車加工装置。
2. 前記第一面取加工制御部は、前記位置Ｐ１から前記位置Ｐ２へ相対的に移動する最中に、前記工作物の軸方向一方端の端面にて面取加工を開始し、かつ、前記工作物の軸方向一方端の端面から距離を有する位置にて面取加工を終了するように構成され、
   前記第二面取加工制御部は、前記位置Ｐ３から前記位置Ｐ４へ相対的に移動する最中に、前記工作物の軸方向他方端の端面から距離を有する位置にて面取加工を開始し、前記工作物の軸方向他方端の端面にて面取加工を終了するように構成されている、請求項１に記載の歯車加工装置。
3. 前記第一面取加工制御部は、前記工作物に対する前記ホブカッタの相対移動方向が前記工作物の中心軸線に対して所定の第一角度となるように制御し、
   前記第二面取加工制御部は、前記工作物に対する前記ホブカッタの相対移動方向が前記工作物の中心軸線に対して所定の第二角度となるように制御し、
   前記第一角度は、前記歯形の軸方向一方端の面取角度とは異なる角度に設定され、
   前記第二角度は、前記歯形の軸方向他方端の面取角度とは異なる角度に設定される、請求項１または２に記載の歯車加工装置。
4. 前記歯車加工装置は、さらに、
   前記歯形の軸方向一方端の面取加工、前記歯形の加工および前記歯形の軸方向他方端の面取加工の順に行う歯車加工のシミュレーションにより前記工作物の面取形状を取得し、前記面取形状が所定許容条件を満たす前記工作物に対する前記ホブカッタの相対移動軌跡に関する１つの加工条件を決定する加工条件決定装置を備え、
   前記第一面取加工制御部および前記第二面取加工制御部は、前記加工条件決定装置により決定された前記加工条件に基づいて制御する、請求項１～３のいずれか１項に記載の歯車加工装置。
5. 前記第一面取加工制御部における前記加工条件は、前記工作物に対する前記ホブカッタの相対移動方向を表す第一角度、および、前記第一角度への相対移動の終了位置を含み、
   前記第二面取加工制御部における前記加工条件は、前記工作物に対する前記ホブカッタの相対移動方向を表す第二角度、および、前記第二角度への相対移動の開始位置を含む、請求項４に記載の歯車加工装置。
6. 前記面取形状の要素は、
   前記歯形の歯先において軸方向端縁と歯厚方向端縁との角部における面取角度、
   前記歯形の歯先において軸方向端縁と歯厚方向端縁との角部における軸方向面取長さ、
   前記工作物の軸方向断面における歯底と前記歯形の軸方向端面との角部における面取角度、
   前記工作物の軸方向断面における歯底と前記歯形の軸方向端面との角部における軸方向面取長さ、
   の少なくとも２つを含む、請求項４または５に記載の歯車加工装置。
7. ホブカッタを用いて工作物に歯形を加工する歯車加工方法における加工条件を決定する加工条件決定装置であって、
   前記歯車加工方法は、
   前記工作物に対して前記ホブカッタを、前記工作物の軸方向に相対移動させつつ前記工作物の径方向へ相対移動することにより、初期の位置Ｐ１から第１目標位置である位置Ｐ２へ相対的に移動させ、前記位置Ｐ１から前記位置Ｐ２へ相対的に移動する最中に前記歯形の軸方向一方端の面取加工を行う第一面取加工工程と、
   前記歯形の軸方向一方端の面取加工に連続して、前記工作物に対して前記ホブカッタを、前記工作物の軸方向に相対移動させることにより、前記第１目標位置である前記位置Ｐ２から第２目標位置である位置Ｐ３へ相対的に移動させ、前記位置Ｐ２から前記位置Ｐ３へ相対的に移動する最中に前記歯形を加工する歯形加工工程と、
   前記歯形の加工に連続して、前記工作物に対して前記ホブカッタを、前記工作物の軸方向に相対移動させつつ前記工作物の径方向へ相対移動することにより、前記第２目標位置である前記位置Ｐ３から第３目標位置である位置Ｐ４へ相対的に移動させ、前記位置Ｐ３から前記位置Ｐ４へ相対的に移動する最中に前記歯形の軸方向他方端の面取加工を行う第二面取加工工程と、
   を備え、
   前記歯形の軸方向一方端の面取加工、前記歯形の加工および前記歯形の軸方向他方端の面取加工の順に行う歯車加工のシミュレーションにより前記工作物の面取形状を取得し、前記面取形状が所定許容条件を満たす前記工作物に対する前記ホブカッタの相対移動軌跡に関する１つの加工条件を決定する、加工条件決定装置。
8. 前記面取形状の要素は、
   前記歯形の歯先において軸方向端縁と歯厚方向端縁との角部における面取角度、
   前記歯形の歯先において軸方向端縁と歯厚方向端縁との角部における軸方向面取長さ、
   前記工作物の軸方向断面における歯底と前記歯形の軸方向端面との角部における面取角度、
   前記工作物の軸方向断面における歯底と前記歯形の軸方向端面との角部における軸方向面取長さ、
   の少なくとも２つを含み、
   前記面取形状の要素としての前記歯先における面取角度、前記歯先における軸方向面取長さ、前記歯底における面取角度、前記歯底における軸方向面取長さの少なくとも２つが前記所定許容条件を満たす前記加工条件を決定する、請求項７に記載の加工条件決定装置。

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