JP6201565B2

JP6201565B2 - 歯車製造方法

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Publication number: JP6201565B2
Application number: JP2013197181A
Authority: JP
Inventors: 信明栗田; 好友中原
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
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Filing date: 2013-09-24
Publication date: 2017-09-27
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Description

本発明は、歯車製造方法に関し、詳しくは、スカイビング加工における歯車の加工精度を向上させる技術に関する。

特許文献１には、リング状のワークを回転させ、このワークと同期回転するスカイビング加工用カッター（文献ではピニオンカッター）を、ワークに形成する歯の歯すじ方向に送ることにより歯切りする加工形態が示されている。

この特許文献１にも記載されるように、このようにワークとスカイビング加工用カッターとを同期回転させて加工を行うものでは、高速での加工が実現する。

特開２０１２‐４５６８７号公報

小島昌一，西嶋小巳雄著、「内歯平歯車スカイビングに関する研究」、日本機械学会論文集（Ｃ編）、一般社団法人日本機械学会、１９７３年８月２５日、第３９巻第３２４号頁２５８０−２５８６

スカイビング加工とは、非特許文献１の「内歯平歯車スカイビングに関する研究（第１報，カッタ歯形について）」小島昌一，西嶋小巳雄日本機械学会論文集（Ｃ編）第３９巻第３２４号頁２５８０−２５８６に示されるように、「すべり」を利用して切削を実現する加工法である。

この論文に示されるように、スカイビング加工では、切削によりワークに形成される歯の歯溝に対して、ピニオンカッターの刃部が噛み合うようにワークとカッターとを同期回転することにより、ワークに形成される歯の歯すじ方向にピニオンカッターの刃部が相対移動する「すべり」を利用して切削を実現しており、高速での加工を可能する。

しかし、スカイビング加工では、カッターによる切削の終了近くで振動が発生することがある。このように振動が発生した場合には、カッターとワークとの位置関係が乱れるため、ワークの歯面が過剰に切削され、その振動が発生した加工領域の歯溝の幅も拡大する現象を招くものであった。

スカイビング加工ではワークの回転軸芯と、カッターの回転軸芯とが食い違い軸上に配置される。従って、スカイビング加工に用いられるピニオンカッターを構成する複数の刃部の刃面のうち、回転下流側（先行する側）をリーディング側と称し、回転上流側をトレーリング側と称すると、切削終了時には、刃部のリーディング側が先にワークから抜け出し、トレーリング側が後に抜け出す。

このような切削形態では切削を開始した後に切削が継続する状況で刃面のリーディング側とトレーリング側とには等しく負荷が作用するため、カッターには安定的に負荷が作用し、振動は生じ難い。しかしながら、切削領域の終端近くで刃部のリーディング側がワークから抜け出したタイミングで、リーディング側とトレーリング側とに作用する負荷が不均等になり、振動を招くことが考えられる。

また、カッターは駆動軸の軸端に対して片持ち状に支持され、振動を招きやすい構造であるため、振動を助長していることも考えられる。この不都合を解消するために、ピニオンカッターの駆動軸の大径化を図ることも考えられるが、カッターの駆動軸は、他の治具類との干渉を避ける観点から大径化を図ることが困難であり改善の余地がある。

本発明の目的は、スカイビング加工により歯車を製造する場合に振動を抑制して加工精度を向上させる製造方法を構成する点にある。

本発明の特徴は、ワーク軸芯を中心にして回転自在に支持されるワークと、カッター軸芯を中心にして回転自在に支持される歯車状のカッターとを、食い違い軸上に配置して各々を同期回転し、設定された切削深さで前記カッターと前記ワークとを前記ワークの軸芯方向に相対移動させることでスカイビング加工を行う場合に、
前記ワーク又は前記カッターの振動が伝えられる振動センサで検知される加工時の振動の振幅値が設定値以上に達した場合に、切削深さを補正する方向に前記カッターと前記ワークとの相対位置関係を補正する位置補正、又は、前記ワークに形成される歯部を構成する一対の歯面の不均一な切削を補正する方向に前記カッターと前記ワークとの相対位相を補正する位相補正の少なくとも何れか一方の補正が行われ、
前記ワークを前記カッターで切削した場合に前記振動センサで検知される振動の最大振幅値と、この振動時における加工により前記ワークに形成される歯の一対の歯面各々の最大切削量における切削誤差値とを記憶しておき、
前記振動センサが検知する振幅値と前記最大振幅値とに基づいて振幅比を求め、この振幅比と前記切削誤差値とに基づいて補正量演算部が補正量を求め、この補正量に基づき前記位置補正と前記位相補正との少なくとも何れか一方が行われる点にある。

この構成によると、カッターによるワークの切削時に振動センサで設定値以上の振幅の振動を検知した場合には、切削深さを浅くする方向にカッターとワークとの相対位置関係を補正する位置補正、又は、ワークに形成される歯部を構成する一対の歯面の不均一な切削を補正する方向にカッターとワークとの相対位相を補正する位相補正の少なくとも何れか一方の補正が行われる。

位置補正により切削深さを浅くする方向にカッターとワークとの相対位置関係が補正された場合には、カッターに作用する負荷を軽減して振動を抑制すると同時に、振動に伴う過剰な切削を抑制する。

また、位相補正によりワークに形成される歯部を構成する一対の歯面の不均一な切削を補正する方向にカッターとワークとの相対位相が補正された場合には、一対の歯面のうちの一方が過剰に切削される現象を抑制できる。尚、歯部の一対の歯面が不均一に切削される現象は、ワークとカッターとが強く接触することが原因として考えられ、補正により強く接触する状態を解消して振動の抑制も可能となる。

このように、振動センサで検知される振動の振幅値が設定値以上に達した場合に、２種の補正の一方又は双方を行うことにより、スカイビング加工により歯車を製造する場合の振動を抑制して加工精度を向上させ、高精度で歯車を製造し得る製造方法が構成されたのである。

また、この特徴によると、振動センサで検知した振動の振幅値が設定値以上に達した場合には、この振幅値と、予めメモリ等に記憶した最大振幅値及び切削誤差値と、に基づき補正量演算部が補正量を求め位置補正と位相補正との少なくとも何れか一方の補正が行われる。この補正では、振動センサで検知した振動の振幅値を補正の補正量に反映することが可能となり、適正な補正を実現する。

本発明の特徴は、ワーク軸芯を中心にして回転自在に支持されるワークと、カッター軸芯を中心にして回転自在に支持される歯車状のカッターとを、食い違い軸上に配置して各々を同期回転し、設定された切削深さで前記カッターと前記ワークとを前記ワークの軸芯方向に相対移動させることでスカイビング加工を行う場合に、
前記ワーク又は前記カッターの振動が伝えられる振動センサで検知される加工時の振動の振幅値が設定値以上に達した場合に、切削深さを補正する方向に前記カッターと前記ワークとの相対位置関係を補正する位置補正、又は、前記ワークに形成される歯部を構成する一対の歯面の不均一な切削を補正する方向に前記カッターと前記ワークとの相対位相を補正する位相補正の少なくとも何れか一方の補正が行われ、
前記ワークを前記カッターで切削した場合に前記振動センサで検知される振動の最大振幅値と、この振動時における加工により前記ワークに形成される歯の一対の歯面各々の最大切削量における切削誤差値とを求め、前記振動センサでの検知が予測される予測振幅値と前記最大振幅値とに基づいて複数の振幅比を求め、これらの振幅比と前記切削誤差値とに基づき、前記振動センサで検知される振幅値に対する補正量を補正量参照テーブルに記憶しておき、
前記振動センサが検知する振幅値に基づいて補正量読出部が前記補正量参照テーブルから補正量を読み出し、この補正量に基づき前記位置補正と前記位相補正との少なくとも何れか一方が行われる点にある。

また、この特徴によると、振動センサで検知した振動の振幅値が設定値以上に達した場合には、この振幅値と、補正量参照テーブルから補正量読出部が補正値を読み出し、位置補正と位相補正との何れか少なくとも何れか一方の補正が行われる。この補正では、振動センサで検知した振動の振幅値を補正の補正量に反映し、演算を行わずに済むため、演算に要する時間を無くし振幅値に対応した迅速な補正を可能にする。

本発明は、前記振動センサで検知される振幅値が予め設定された限界値以上に達した場合には、異常を報知しても良い。

カッターが破損した場合や、カッターによる切削能力が大きく低下した場合には、加工時に大きい振幅の振動を招くものである。この現象を利用して、カッターが破損した場合や、カッターによる切削能力が大きく低下した場合の振幅値を限界値に設定することにより、適正な加工が不能に陥った場合には、異常報知作動が行われる。これにより、作業者に対して異常な状況にあることを報知し、必要な対応を可能にする。

本発明は、前記振動センサで検知される振幅値が予め設定された基準値以上に達した場合には、前記カッターの交換を促す交換報知が行われても良い。

カッターによる切削能力が低下した場合には、適正なカッターを用いた場合と比較して、加工時の振動が増大するものである。この現象を利用して、カッターの切削能力が低下した場合の振幅値を基準値に設定することにより、カッターの切削能力が低下した場合には交換報知作動が行われる。これにより、作業者に対してカッターの交換を必要とする状況にあることを報知し、必要な対応を可能にする。

スカイビング加工装置の構成を示す図である。ワークとカッターとの位置関係を示す断面図である。カッターによるカッターの切削加工を模式的に示す図である。歯車加工制御のフローチャートである。補正作動ルーチンのフローチャートである。切削加工時の振動の最大振幅を示す図である。切削加工時に振動が発生した場合の切削誤差を示す図である。別実施形態（ａ）のスカイビング加工装置の構成を示す図である。別実施形態（ａ）の補正作動ルーチンのフローチャートである。別実施形態（ｂ）のスカイビング加工装置の構成を示す図である。別実施形態（ｂ）の補正作動ルーチンのフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔スカイビング加工装置〕
図１〜図３に示すように、本発明の歯車製造方法を実現するスカイビング加工装置が構成されている。このスカイビング加工装置は、ワーク軸芯Ｔを中心に回転自在にリング状のワーク１を支持するテーブル２と、カッター軸芯Ｓを中心にシャフトホルダー１１により回転自在に支持されるピニオン型のカッター１０とを備えている。

このスカイビング加工装置では、ワーク軸芯Ｔとカッター軸芯Ｓとが食い違い軸芯上に配置されている。また、テーブル２は切削作動機構Ｍに支持され、この切削作動機構Ｍの作動と、ワーク１の回転と、カッター１０の回転とを制御する制御ユニットＤを備えている。

テーブル２は、加工対象となるワーク１を固定する複数のチャック３を有し、シフトフレーム５に対してワーク軸芯Ｔを中心にして回転自在に支持され、テーブルモータ２Ｍにより回転駆動される。

カッター１０は、複数の刃部１０Ａを有したヘリカルギヤ型に構成され、カッターモータ１０Ｍにより回転駆動される。また、テーブルモータ２Ｍとカッターモータ１０Ｍとにステッピングモータ等の同期モータが採用されている。

切削作動機構Ｍは、シフトフレーム５と、スライドフレーム６と、シフトモータ５Ｍと、第１スライドモータ６Ｍａと、第２スライドモータ６Ｍｂとを備えている。シフトフレーム５は、スライドフレーム６に対してワーク軸芯Ｔに沿う方向に移動自在に支持され、スライドフレーム６は、ワーク軸芯Ｔに対して直交する姿勢の仮想平面上の２方向に移動自在にとなるように、スカイビング加工装置のフレームに支持されている。

シフトモータ５Ｍは、シフトフレーム５をワーク軸芯Ｔに沿う方向に往復移動させ、第１スライドモータ６Ｍａと第２スライドモータ６Ｍｂとは、スライドフレーム６をワーク軸芯Ｔと直交する姿勢の仮想平面上において、夫々直交する方向に独立して往復移動させる。

前述したようにワーク軸芯Ｔとカッター軸芯Ｓとが食い違い軸芯上に配置することにより、ワーク軸芯Ｔが、ワーク１に形成される歯車の歯すじ方向（ワーク軸芯Ｔと平行する方向）と平行し、この歯すじ方向にカッター１０の刃部１０Ａの歯すじ方向が平行する位置関係に配置されている。このような配置から、シフトモータ５Ｍの駆動によりカッター１０の刃部１０Ａに対し、ワーク１をワーク軸芯Ｔの方向に相対移動させることが可能となる。また、第１スライドモータ６Ｍａと第２スライドモータ６Ｍｂとの独立した駆動によりカッター１０に対しワーク軸芯Ｔに直交する方向でのワーク１の相対的な位置関係を任意に決めることが可能となる。尚、この位置関係の設定により、カッター１０の刃部１０Ａによる切削深さの設定や、カッター１０の刃部１０Ａをワーク１から離間させる作動が実現する。

切削作動機構Ｍでは、シフトモータ５Ｍによるシフト作動と、第１スライドモータ６Ｍａ及び第２スライドモータ６Ｍｂによるセッティング作動とは、ネジ送り型を想定しているが、ラックギヤとピニオンギヤとの組み合わせた構成で良く、タイミングベルトを用い、このタイミングベルトの作動を直接的に伝える構成でも良い。

また、切削作動機構Ｍは、前述した構成に限るものではなく、例えば、多関節ロボットアームと同様に複数のアームを備えて構成しても良い。また、スカイビング加工装置として、テーブル２を位置固定状態で回転させ、カッター１０をワーク１に対し、このワーク１のワーク軸芯Ｔの方向に相対移動させるように、例えば、カッター１０を多関節ロボットアーム等に支持する構成を採用しても良い。

また、このスカイビング加工装置では、ワーク軸芯Ｔとカッター軸芯Ｓとの食い違い姿勢を決めるための相対角度設定部を備えても良い。この相対角度設定部は手動操作型であって良く、電動モータを用いた駆動操作型であっても良い。

〔加工の概要〕
このスカイビング加工装置では、制御ユニットＤが、カッター１０による切削深さを設定し、この位置関係において、カッターモータ１０Ｍとテーブルモータ２Ｍとを所定の角速度比で同期駆動し、ワーク１をシフトさせる制御により切削を実現する。

具体的には、ワーク１を主回転方向Ｒｔに回転させ、カッター１０を副回転方向Ｒｓに回転させることにより、ワーク１とカッター１０との接触部位では等速で同期回転させる。このように同期駆動する状態ではカッター１０の刃部１０Ａの速度ベクトル（図３のＳ１の方向）と、ワーク１の速度ベクトル（同じくＲ１の方向）とが異なる。この速度ベクトルの差分によってワーク１とカッター１０との間で歯すじ方向に「すべり速度」が発生する。このスカイビング加工装置では、この「すべり速度」を利用して切削を行いながら、ワーク１をワーク軸芯Ｔに沿う方向に移動させることにより、ワーク１の歯すじ方向の全領域の切削を実現している。

この切削加工では、ワーク１の内周に対して内歯平歯車を形成するものであるが、内歯はすば歯車を形成するように加工形態を設定しても良い。尚、はすば歯車を加工する場合には、カッター１０をワーク１と同期回転させつつ、カッター１０とワーク１との相対位相を徐々にずらす差動を与えながらカッター１０をワーク１の軸芯に沿う方向に移動させることになる。

特に、本発明のスカイビング加工装置では、カッター１０のシャフトを回転自在に支持するシャフトホルダー１１に振動センサ１５を備えている。制御ユニットＤは、振動センサ１５で検知される振動の振幅値が設定値以上に達した場合に、切削深さを補正する方向にカッター１０とワーク１との相対位置関係を補正する位置補正作動を行う、又は、歯車の一対の歯面のうちの一方の過切削を少なくする方向にカッター１０とワーク１との相対位相を補正する位相補正作動の何れか少なくとも一方の補正作動を行う。尚、切削深さを補正する方向とは、基本的に切削深さを浅くする方向である。しかしながら、振動が設定された切削深さを振幅中心とせず、切削深さを浅くする特性である場合には、切削深さを深くする方向への補正も想定される。

振動センサ１５は、ワーク１を支持するシフトフレーム５に備えても良く、このシフトフレーム５と、前述したシャフトホルダー１１とに備えても良い。尚、複数の振動センサ１５を備えた場合には、夫々の振動センサ１５の検知信号の平均値を用いることや、複数の検知信号に重み付けを行って用いても良い。

〔制御ユニット〕
制御ユニットＤは、マイクロプロセッサやＤＳＰを備え、スカイビング加工を実現するソフトウエアがセットされている。このソフトウエアとして、相対位置設定部３１と、同期回転制御部３２と、シフト作動制御部３３と、振幅判定部３４と、制御選択部３５と、補正制御部３６と、報知制御部３７とを備えている。また、この制御ユニットＤは、液晶式等のモニタ１６とスピーカ１７とに対して情報を出力できるように構成されている。

制御ユニットＤは、テーブルモータ２Ｍと、カッターモータ１０Ｍと、シフトモータ５Ｍと、第１スライドモータ６Ｍａと、第２スライドモータ６Ｍｂとの駆動回路に制御信号を出力すると共に、モニタ１６と、スピーカ１７とに制御信号を出力する出力インタフェースを備えている。また、制御ユニットＤは、振動センサ１５の検知信号と、切削作動機構Ｍの各部に備えたセンサの検知信号とを取り込む入力インタフェースを備えている。

尚、相対位置設定部３１と、同期回転制御部３２と、シフト作動制御部３３と、振幅判定部３４と、制御選択部３５と、補正制御部３６と、報知制御部３７とはロジック等のハードウエアで構成して良く、ロジック等のハードウエアとソフトウエアとの組み合わせにより構成しても良い。

相対位置設定部３１は、第１スライドモータ６Ｍａと第２スライドモータ６Ｍｂとの一方、又は、双方を制御することによりワーク１を、ワーク軸芯Ｔと直交する方向に移動させてカッター１０との相対的な位置関係を設定する。この相対的な位置関係の設定によりカッター１０によるワーク１の切削深さの補正（後述する位置補正作動）が実現する。

同期回転制御部３２は、ワーク１の内周とカッター１０の外周との接触部が等しい周速度で回転するように所定の角速度比によってテーブルモータ２Ｍとカッターモータ１０Ｍとを同期駆動する。この同期回転制御部３２は、ワーク１とカッター１０との回転位相の補正（後述する位相補正作動）が実現する。

シフト作動制御部３３は、シフトモータ５Ｍを制御することにより、テーブル２と一体的にワーク１をワーク軸芯Ｔに沿う方向に移動させる制御を行う、

振幅判定部３４は、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）の機能を有し、振動センサ１５で検知した振動波形を分析し、切削に伴う振動の振幅を判定する。

制御選択部３５は、限界値と、基準値と、設定値とが閾値として予め設定され、これらの閾値と、振幅判定部３４で判定された振動の振幅値とを比較する。そして、この比較の結果に基づいて対応する制御を可能にする。

補正制御部３６は、振幅判定部３４で判定された振動の振幅値に基づいてワーク１とカッター１０との相対的な位置関係を変更する補正制御を行う。また、この補正制御部３６には、補正量演算部３６Ａを備えている。

補正量演算部３６Ａは、振動センサ１５で検知される加工時の振動の振幅値が、振幅判定部３４により設定値以上に達したと判定された場合に、位置補正作動と位相補正作動のための補正量を演算する。この位置補正作動では、振幅値に対応して切削深さを浅くする方向にカッター１０とワーク１との相対位置関係を補正する補正量が演算される。また、位相補正作動では、振幅値に対応して過切削を少なくする方向にカッター１０とワーク１との相対位相を補正する補正量が演算される。

報知制御部３７は、振動センサ１５で検知される加工時の振動の振幅値に基づいて異常報知作動と、交換報知作動とを行うものである。そして、これらの作動に対応した情報をモニタ１６とスピーカ１７とに出力する。

〔切削加工時の振動〕
カッター１０によりワーク１を切削加工する時には、切削領域の終端で振動が発生することがある。この振動の原因は、カッター１０の端部がワーク１を抜け出す場合にカッター１０の刃部に作用する負荷がアンバランスになることが原因として考えられている。

つまり、スカイビング加工ではワーク１のワーク軸芯Ｔと、カッター１０のカッター軸芯Ｓとが食い違い軸上に配置される。従って、カッター１０を構成する複数の刃部１０Ａの刃面のうち、回転下流側（先行する側）をリーディング側と称し、回転上流側をトレーリング側と称すると、切削終了時には、刃部のリーディング側が先にワークから抜け出し、トレーリング側が後に抜け出す。

このような切削形態では、切削を開始した後に切削が継続する状況で刃面のリーディング側とトレーリング側とには等しく負荷が作用するため、カッターには安定的に負荷が作用し、振動を招くことがない。しかしながら、切削領域の終端近くで刃部のリーディング側がワークから抜け出したタイミングで、リーディング側とトレーリング側とに作用する負荷が不均等になり、振動を招くことが考えられている。

この切削時の振動をグラフ化すると、図６に示すようになり、カッター１０が切削終端領域に達することにより振動の振幅が拡大する。同図では最大の振幅を最大振幅値Ａとして示している。

また、切削を行うことによりワーク１には、歯先１Ｔと、歯面１Ｆと、歯溝１Ｂとが形成されることになり、振動を招いた場合には、カッター１０による切削が過剰に行われるため、図７に示すように、歯面１Ｆが過切削により大きく切削され、歯溝１Ｂの幅が拡大する。また、歯溝１Ｂは、切削誤差値Ｐ又は切削誤差値Ｐ’だけ拡大する。特に、切削誤差値Ｐと切削誤差値Ｐ’とは異なる値をとることが多い。

このように歯車の歯面１Ｆが過剰に切削された場合には、歯車の品質を低下させるものであった。本発明のスカイビング加工装置では、このような振動に対応して切削工程における制御において補正作動を行うことにより歯車の品質の低下を抑制し、高品質の歯車を作り出すように以下に説明する制御作動が実行される。

〔制御作動〕
図４のフローチャートに示すように歯車加工制御では、制御ユニットＤがワーク１とカッター１０とを初期位置にセットし、ワーク１とカッター１０とを同期回転させながら、カッター１０に対するワーク１のシフト作動を開始する（＃１０１、＃１０２ステップ）。

この制御では、相対位置設定部３１が、切削作動機構Ｍの第１スライドモータ６Ｍａと、第２スライドモータ６Ｍｂとを制御することにより、スライドフレーム６とシフトフレーム５とを一体的に作動させ、カッター１０に対してワーク１が初期位置にセットされる。また、このセットの場合にカッター１０による切削深さが所定の値に決められる。

この後に、同期回転制御部３２がワーク１とカッター１０とを同期回転させる。この後に、シフト作動制御部３３が、シフトモータ５Ｍの制御によりシフトフレーム５をシフト作動させ、ワーク１とカッター１０とをワーク１の歯すじ方向に作動させることにより切削工程での切削が開始される。

この切削工程では、ワーク１は主回転方向Ｒｔに回転し、カッター１０は副回転方向Ｒｓに回転する。このようにワーク１が主回転方向Ｒｔに回転し、カッター１０が副回転方向Ｒｓに同期回転することにより、ワーク１とカッター１０との接触部において、両者の軸が食い違っていることに起因して「すべり（すべり速度）」が発生する。この「すべり」を利用しながらカッター１０がワーク１の歯すじ方向（ワーク軸芯Ｔの方向）にシフト作動することによりワーク１の切削が行われる。

このような切削工程において、振動センサ１５の検知信号を取得する（＃１０３ステップ）。このように取得した検知振動から振幅判定部３４が振幅値を判定し、この振幅値と、限界値と、基準値と、設定値とが比較される。この比較により、振幅値が限界値を超えている場合には切削不能であることが報知される（＃１０４、＃１０５ステップ）。また、この比較により、振幅値が基準値以上である場合には、カッター１０が交換時期にあることを報知する（＃１０６、＃１０７ステップ）。更に、この比較により振幅値が設定値以上である場合には、補正作動が行われる（＃１０８、＃２００ステップ）。

この制御では、カッター１０による切削が不能な状況に陥った場合に振動センサ１５で検知される最も大きい振幅値が、限界値として設定されている。従って、切削工程の何れの領域であっても、振動センサ１５の検知信号から振幅判定部３４が判定した振幅値が、限界値以上であることを制御選択部３５が判定した場合には、報知制御部３７が、異常報知作動としてモニタ１６に対して異常発生により停止することを示すメッセージを表示し、スピーカ１７に対して異常発生を認識させる音声（人の言葉の音声でも良い）を出力する。

このように振幅値が限界値以上である場合には、カッター１０が異常状態にある等、切削不能であるため、ワーク１とカッター１０とを離間させた後に、ワーク１とカッター１０との回転を停止する制御が行われる（＃１１１ステップ）。

また、この制御では設定値として、カッター１０の刃部１０Ａが良好な状態で切削を行った場合の振動の振幅と比較して、大きい値となる振幅値が設定されている。この設定値は、基準値より小さい値として設定されている。

従って、切削工程の何れの領域であっても、振動センサ１５の検知信号から振幅判定部３４が判定した振幅値が、基準値以上であることを制御選択部３５が判定した場合には、報知制御部３７が、交換時期報知作動として、モニタ１６に対して、カッター１０の切削能力が低下し交換時期であることを示すメッセージを表示し、スピーカ１７に対してカッター１０の交換を促す音声（人の言葉の音声でも良い）を出力する。

そして、振幅値が、切削工程の終端領域で設定値以上であることを制御選択部３５が判定した場合には、補正制御部３６による補正制御（＃２００ステップ）に移行する。この補正制御はサブルーチンとしてセットされており、制御形態は後述する。

次に、切削加工が継続する場合にはワーク１とカッター１０とのシフト方向での相対位置関係を取得し、相対位置から切削を完了するまで継続し、切削が完了した場合には、切削作動を終了する（＃１０９〜＃１１１ステップ）。

この切削作動の終了時には、ワーク１とカッター１０との回転を停止し、ワーク１のシフト作動を停止する。また、＃１０５ステップで切削不能であることが判定され、これに関連する報知が行われた場合や、カッター１０が交換時期にあることが判定され、これに関連する報知が行われた場合には、報知内容を継続的にモニタ１６に報知する制御が行われる。

〔補正作動〕
図５にフローチャートに示すように、補正作動では、演算データとして、最大振幅値Ａと、切削誤差値Ｐ，Ｐ’とをセットするとともに、振動センサ１５からの検知信号に基づき振幅判定部３４で判定した振幅値Ｘをセットし、補正制御部３６が補正量ｆ(ｘ)を演算し、補正が実行される（＃２０１〜＃２０３ステップ）。

最大振幅値Ａと、切削誤差値Ｐ，Ｐ’とは、〔切削加工時の振動〕の項で先に説明したものと同じ値であり、制御ユニットＤの不揮発性メモリ等に記憶されている。最大振幅値Ａは試験的な切削を行い、この切削時に振動センサ１５により計測した値である。切削誤差値Ｐ，Ｐ’は、この試験的な切削により加工されたワーク１の歯溝１Ｂの誤差を計測した値である。また、振幅値Ｘは振動センサ１５の検知信号から振幅判定部３４が判定した値である。

補正量ｆ(ｘ)の演算は、フローチャートの＃２０２ステップに示される演算式に基づいて行われる。この演算では、切削誤差値Ｐ，Ｐ’の平均値を求め、振幅値Ｘと最大振幅値Ａとから振幅比を求める。そして、切削誤差値Ｐ，Ｐ’の平均値と、振幅比と、定数Ｃとを乗ずる演算が行われる。定数Ｃは、適正な補正量を得るためにセットされた任意の値である。

このように振幅値Ｘに基づくフィードバック制御により演算が行われるため、振幅値Ｘの変化に対応して補正量ｆ(ｘ)が変化する。補正の実行では、カッター１０による切削深さを浅くする方向に変位させるように、カッター１０からワーク１を離間させる方向にワーク１を移動させる作動が行われる。

これにより、ワーク１とカッター１０とが強く接触する状態を解消して振動が抑制されると同時に、過剰な切削も低減される。尚、この作動では、第１スライドモータ６Ｍａと第２スライドモータ６Ｍｂとの少なくとも一方が駆動される。

次に、位相補正の必要がある場合には、セットされている演算データと、振動センサ１５からの振幅判定部３４で判定した振幅値Ｘとに基づき、補正量ｇ(ｘ)を演算し、補正が実行される（＃２０４〜＃２０６ステップ）。

この制御では、切削誤差値Ｐと切削誤差値Ｐ’とに差があることを前提として行われるものであり、過切削を少なくする方向にカッター１０とワーク１との相対位相を補正する補正作動が行われる。

この制御では、位相補正の要否の判定は、予め取得している切削誤差値Ｐと切削誤差値Ｐ’との差の絶対値が所定の値以上である場合に行われる。また、このような制御形態に代えて、ワーク１とカッター１０との接触部位で接線方向への振動を振動センサ１５で検知できるように構成し、この振動センサ１５の検知の結果に基づいて位相が進む方向への振幅と、位相が遅れる方向への振幅との何れの振幅が大きいかを判定し、この判定結果に基づき補正の可否の判定を行っても良い。

補正量ｇ(ｘ)の演算は、フローチャートの＃２０５ステップに示される演算式に基づき行われる。この演算では、切削誤差値Ｐ，Ｐ’の絶対値を、ワーク１の歯数等の補正係数で除した値に２πを乗じ、振幅値Ｘと最大振幅値Ａとから求めた振幅比を乗ずる処理が行われる。

このように演算した補正量ｇ(ｘ)は、ワーク１の周方向での補正量（位相角）であり、位相を進める方向と遅らせる方向とのうち、予め設定された一方に位相を変化させる位相補正が行われる。

この位相補正では、カッター１０の角速度を維持した状態で、ワーク１の回転位相を調整するものであるが、これとは逆にワーク１の回転速度を維持した状態でカッター１０の回転位相を調整するように制御形態を設定しても良い。

尚、図５に示すフローチャートに示す補正作動では、位置補正作動を行い、必要に応じて位相補正を行う制御形態を示しているが、これに代えて、位置補正作動のみ、あるいは、位相補正作動のみを行うように制御形態を設定して良い。また、位相補正制御を行い、必要に応じて位置補正制御を行うように制御形態を設定しても良い。

〔実施形態の効果〕
このように、本発明の歯車製造方法では、スカイビング加工によ
りワーク１と、カッター１０とを同期回転させ、ワーク１とカッター１０との相対的なシフト作動により「すべり」を利用して切削するため、効率的な切削を実現する。

また、切削加工時の振動の振幅が設定値以上に達した場合には、振幅値に対応するフィードバック制御により切削深さを補正する方向（基本的には浅くする方向）にカッター１０とワーク１との相対位置関係を補正する補正作動を行う。これにより、振動の振幅を抑制すると共に、ワーク１に形成される歯車の歯面１Ｆが過剰に切削される不都合を解消して歯溝１Ｂの幅を必要とする値に設定して歯車を高品質に仕上げることを可能にしている。

また、切削加工時の振動の振幅が設定値以上に達し、歯車の一対の歯面１Ｆのうちの一方だけが過剰に切削される現象を招く状況でも、切削時の相対位相を補正することにより、偏りのない切削を行い、歯車を高品質に仕上げることが可能となる。

特に、位置補正作動では、歯車の歯溝１Ｂが浅くなる切削形態となるが、歯底部は歯車の噛み合いに関与しない領域であるため、歯車の性能を低下させることはない。

また、カッター１０の刃部１０Ａが破損した場合のように、振動センサ１５で検知される振動の振幅が限界値以上に達した場合には、異常報知作動としてモニタ１６に対して異常発生により停止することを示すメッセージを表示し、スピーカ１７に対して異常発生を認識させる音声を出力する。これに続いて、カッター１０からワーク１を離間させた状態に移行して夫々の回転を停止させるので、作業者に対して異常の発生を確実に認識させ、無駄な加工を行わずに済む。

また、カッター１０の刃部１０Ａが磨耗し切削能力が低下した場合のように、振動センサ１５の検知信号から振幅判定部３４が判定した振幅値が、基準値以上に達した場合には、交換時期報知作動として、モニタ１６に対して、カッター１０の切削能力が低下し交換時期であることを示すメッセージを表示し、スピーカ１７に対してカッター１０の交換を促す音声を出力する。これにより、作業者に対してカッター１０の交換を促し、作業能率を低下させず、高品質の歯車の製造が実現する。

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い。

（ａ）前述した実施形態の補正制御部３６の補正量演算部３６Ａに代えて、図８に示すように、補正量参照テーブル３６Ｂと補正量読出部３６Ｃとを備えて補正制御部３６を構成しても良い。この構成では、振動センサ１５からの振幅値に基づいて補正量参照テーブル３６Ｂから補正量読出部３６Ｃが補正量を読み出し、補正作動が行われる。

具体的には、最大振幅値Ａと、切削誤差値Ｐ，Ｐ’とを求め、切削工程において振動センサ１５が検知する可能性がある複数の予測振幅値と最大振幅値Ａとに基づき図５の＃２０２ステップと同様の演算により複数の振幅比を求めておく。また、これら振幅比と切削誤差値Ｐ，Ｐ’とに基づき、振動センサ１５で検知される振幅値Ｘに対する位置補正作動の補正量（図５の＃２０２ステップの補正量ｆ（ｘ）と同様）と、位相補正作動の補正量とを演算により求め、テーブル化して不揮発性メモリ等で成る補正量参照テーブル３６Ｂに記憶しておく。

そして、切削工程において、振動センサ１５が検知する振幅値が設定値以上に達し、補正作動（＃２００ステップ）を実行する場合には、図９のフローチャートに従う制御が行われる。この補正作動ルーチンでは、振動センサ１５からの検知信号に基づき振幅判定部３４で判定した振幅値Ｘをセットし、補正量読出部３６Ｃが補正量参照テーブル３６Ｂから位置補正作動の補正量を読み出し、この補正量に基づいて位置補正作動が行われる（＃２０１〜＃２０３ステップ）。

次に、位相補正の必要がある場合には、振幅値Ｘに基づいて補正量読出部３６Ｃが補正量参照テーブル３６Ｂから位相補正作動の補正量を読み出し、この補正量に基づいて位相補正作動が行われる（＃２０４〜＃２０６ステップ）。

この別実施形態（ａ）の制御はフィードバック制御の範疇に含まれるものであるが、演算を行う必要がないため、迅速な作動を行い、制御遅れを招くことなく高精度の作動により高品質の歯車を得ることが可能となる。

尚、図９に示すフローチャートに示す補正作動では、位置補正作動を行い、必要に応じて位相補正を行う制御形態を示しているが、これに代えて、位置補正作動のみ、あるいは、位相補正作動のみを行うように制御形態を設定して良い。また、位相補正制御を行い、必要に応じて位置補正制御を行うように制御形態を設定しても良い。

（ｂ）図１０に示すように、実施形態の振動センサ１５を用いずに、切削工程においてワーク１とカッター１０との相対的な位置関係に基づき補正作動を行うように構成しても良い。

つまり、前述した振動センサ１５を備えず、補正制御部３６に対して補正量設定テーブル３６Ｄと補正量取得部３６Ｅとを備えることになる。この構成では、シフト作動に連係して補正量設定テーブル３６Ｄから補正量取得部３６Ｅが補正量を読み出し、補正作動が行われる。

具体的には、シフト量に対する補正量をテーブル化して不揮発性メモリ等で成る補正量設定テーブル３６Ｄに対して位置補正作動の補正量と、位相補正作動の補正量とを記憶する。

そして、切削工程では、図１１のフローチャートに示すように、ワーク１のシフト量からワーク１に対するカッター１０切削位置を取得し、この切削位置に基づき補正量設定テーブル３６Ｄから補正量取得部３６Ｅが位置補正作動の補正量を読み出し、この補正量に基づいて位置補正作動が行われる（＃２０１〜＃２０３ステップ）。

位相補正の必要がある場合には、ワーク１のシフト量からワーク１に対するカッター１０切削位置を取得し、この切削位置に基づき補正量設定テーブル３６Ｄから補正量取得部３６Ｅが位相補正作動の補正量を読み出し、この補正量に基づいて位相補正作動が行われる（＃２０４〜＃２０６ステップ）。

この位置補正作動における補正量と、位相補正作動における補正量は、振動センサ１５を用い、実施形態で説明した演算により先に求めた値であるが、制御形態において実施形態と異なるところは、振幅値に基づくものではなく、シフト量に基づいて補正量が読み出される点にある。

この別実施形態（ｂ）のように処理形態を設定することにより、振動センサ１５を必要とせずコストの低減が可能になり、しかも、演算を行う必要がないため、迅速な作動を行い、制御遅れを招くことなく高精度の作動により高品質の歯車を得ることが可能となる。

尚、図１１に示すフローチャートに示す補正作動では、位置補正作動を行い、必要に応じて位相補正を行う制御形態を示しているが、これに代えて、位置補正作動のみ、あるいは、位相補正作動のみを行うように制御形態を設定して良い。また、位相補正制御を行い、必要に応じて位置補正制御を行うように制御形態を設定しても良い。

（ｃ）振動センサとして、レーザ光源と受光素子とを有し、レーザ光源が照射された対象から反射光を受光素子で受け、この受光素子において振動を検知する構成のものを用いても良い。また、振動センサとして加速度センサを用いることも可能であり、振動センサ１５を、ワーク１が支持される部材に備えても良い。

本発明は、スカイビング加工による歯車製造方法に利用することができる。

１ワーク
１０カッター
１５振動センサ
３６補正制御部
３６Ａ補正量演算部
３６Ｂ補正量参照テーブル
３６Ｃ補正量読出部
３６Ｄ補正量設定テーブル
３７報知制御部
Ａ最大振幅値
Ｄ制御ユニット
Ｐ，Ｐ’ 切削誤差値
Ｓカッター軸芯
Ｔワーク軸芯・ワークの軸芯

Claims

ワーク軸芯を中心にして回転自在に支持されるワークと、カッター軸芯を中心にして回転自在に支持される歯車状のカッターとを、食い違い軸上に配置して各々を同期回転し、設定された切削深さで前記カッターと前記ワークとを前記ワークの軸芯方向に相対移動させることでスカイビング加工を行う場合に、
前記ワーク又は前記カッターの振動が伝えられる振動センサで検知される加工時の振動の振幅値が設定値以上に達した場合に、切削深さを補正する方向に前記カッターと前記ワークとの相対位置関係を補正する位置補正、又は、前記ワークに形成される歯部を構成する一対の歯面の不均一な切削を補正する方向に前記カッターと前記ワークとの相対位相を補正する位相補正の少なくとも何れか一方の補正が行われ、
前記ワークを前記カッターで切削した場合に前記振動センサで検知される振動の最大振幅値と、この振動時における加工により前記ワークに形成される歯の一対の歯面各々の最大切削量における切削誤差値とを記憶しておき、
前記振動センサが検知する振幅値と前記最大振幅値とに基づいて振幅比を求め、この振幅比と前記切削誤差値とに基づいて補正量演算部が補正量を求め、この補正量に基づき前記位置補正と前記位相補正との少なくとも何れか一方が行われる歯車製造方法。
ワーク軸芯を中心にして回転自在に支持されるワークと、カッター軸芯を中心にして回転自在に支持される歯車状のカッターとを、食い違い軸上に配置して各々を同期回転し、設定された切削深さで前記カッターと前記ワークとを前記ワークの軸芯方向に相対移動させることでスカイビング加工を行う場合に、
前記ワーク又は前記カッターの振動が伝えられる振動センサで検知される加工時の振動の振幅値が設定値以上に達した場合に、切削深さを補正する方向に前記カッターと前記ワークとの相対位置関係を補正する位置補正、又は、前記ワークに形成される歯部を構成する一対の歯面の不均一な切削を補正する方向に前記カッターと前記ワークとの相対位相を補正する位相補正の少なくとも何れか一方の補正が行われ、
前記ワークを前記カッターで切削した場合に前記振動センサで検知される振動の最大振幅値と、この振動時における加工により前記ワークに形成される歯の一対の歯面各々の最大切削量における切削誤差値とを求め、前記振動センサでの検知が予測される予測振幅値と前記最大振幅値とに基づいて複数の振幅比を求め、これらの振幅比と前記切削誤差値とに基づき、前記振動センサで検知される振幅値に対する補正量を補正量参照テーブルに記憶しておき、
前記振動センサが検知する振幅値に基づいて補正量読出部が前記補正量参照テーブルから補正量を読み出し、この補正量に基づき前記位置補正と前記位相補正との少なくとも何れか一方が行われる歯車製造方法。
前記振動センサで検知される振幅値が予め設定された限界値以上に達した場合には、異常を報知する請求項１又は２に記載の歯車製造方法。
前記振動センサで検知される振幅値が予め設定された基準値以上に達した場合には、前記カッターの交換を促す交換報知が行われる請求項１〜３のいずれか一項に記載の歯車製造方法。