特開 2023-170906 複合加工機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023170906

(43)【公開日】2023-12-01

(54)【発明の名称】複合加工機

(51)【国際特許分類】

   B23F 23/12 20060101AFI20231124BHJP

   B23Q 17/24 20060101ALI20231124BHJP

【ＦＩ】

B23F23/12

B23Q17/24 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022083001

(22)【出願日】2022-05-20

(71)【出願人】

【識別番号】000005197

【氏名又は名称】株式会社不二越

(74)【代理人】

【識別番号】100120400

【弁理士】

【氏名又は名称】飛田 高介

(74)【代理人】

【識別番号】100124110

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 大介

(72)【発明者】

【氏名】林 修司

(72)【発明者】

【氏名】余湖 健志

(72)【発明者】

【氏名】木村 亮太

(72)【発明者】

【氏名】比島 拓哉

【テーマコード（参考）】

3C025

3C029

【Ｆターム（参考）】

3C025HH01

3C029AA29

3C029AA40

(57)【要約】

【課題】位相検出に用いる部品の追加を最小限にし、手作業に起因するミスを防ぎつつ、ワークおよび工具の位相を調整することが可能な歯車加工機を提供する。
【解決手段】本発明の複合加工機の構成は、固定ベッド、ワーク主軸、工具主軸、位相検出装置、および制御部を備え、ワーク主軸に装着されたワークの軸心方向をワーク軸方向とした際、位相検出装置は、台座と、台座上でワーク軸方向に移動可能なセンサユニットを備え、センサユニットは、ワーク軸方向に対して所定角度傾いた状態で取り付けられたレーザ変位センサと、レーザ変位センサの出射光の光軸を中心にレーザ変位センサを回動させるセンサ回動部を備え、制御部は、ワーク主軸に取り付けられたワークの位相、および工具主軸に取り付けられた工具の位相を、センサユニットのワーク軸方向への移動またはセンサ回動部によるレーザ変位センサの回動を用いて検出する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

固定ベッドと、
前記固定ベッド上に設置されたワーク主軸と、
前記固定ベッド上に設置された工具主軸と、
前記固定ベッド上に設置された位相検出装置と、
前記ワーク主軸、前記工具主軸および前記位相検出装置の動作を制御する制御部とを備え、
前記ワーク主軸に装着されたワークの軸心方向をワーク軸方向とした際、
前記位相検出装置は、
前記固定ベッドに固定される台座と、
前記台座上で前記ワーク軸方向に移動可能なセンサユニットとを備え、
前記センサユニットは、
前記ワーク軸方向に対して所定角度傾いた状態で取り付けられたレーザ変位センサと、
前記レーザ変位センサから出射される出射光の光軸を中心に前記レーザ変位センサを回動させるセンサ回動部とを備え、
前記制御部は、前記ワーク主軸に取り付けられたワークの位相、および前記工具主軸に取り付けられた工具の位相を、前記センサユニットの前記ワーク軸方向への移動または前記センサ回動部による前記レーザ変位センサの回動を用いて検出することを特徴とする複合加工機。

【請求項2】

前記ワーク主軸は、前記ワーク軸方向に移動自在であり、
前記ワークは外歯車または内歯車であって、前記ワーク主軸を前記ワーク軸方向に移動させることにより前記レーザ変位センサのレーザを歯面に照射させることを特徴とする請求項１に記載の複合加工機。

【請求項3】

前記工具はスカイビングカッタ、ピニオンカッタ、またはホブカッタであることを特徴とする請求項１に記載の複合加工機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、センサユニットを用いてワークおよび工具の位相を検出する複合加工機に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ＮＣ旋盤のような旋削加工が可能な装置と、スカイビング加工が可能な装置とを一体化した複合加工機が実用化されている。かかる複合加工機において熱処理後の高硬度歯車を創成加工する際には、ワークの生加工、熱処理後の熱処理歪の仕上げ加工、およびさらえ切りを行うため、ワーク歯溝と工具刃溝（カッタ刃溝）との位置合わせ、すなわち工具（カッタ）とワークとの位相合わせを行う必要がある。

【0003】

厳密には複合加工機ではないが、例えば特許文献１には「ホブの切削により歯車を創成する歯車加工機」が開示されている。特許文献１の歯車加工機は、「歯車の回転軸に対し線状レーザ光を略直角に歯車へ照射する投光部および歯車の歯面からの反射光を受光する受光部を有するレーザ変位センサと、レーザ変位センサを回動するセンサ回動部と、前記投光部からの出射光による歯車からの反射光を前記受光部が受光して前記投光部から歯車までの距離を計測する手段と、この手段により計測された距離によるデータを利用して得た歯面データや位相データを用いてホブ加工を行う手段と」を備えている。

【0004】

特に特許文献１の歯車加工機ではセンサ回動部は、「前記レーザ変位センサから歯車までの距離を一定に維持した状態で、前記投光部が照射するレーザ光軸と一致するセンサ回転軸により前記レーザ変位センサが回動するように支持し、予め判別している歯車の歯面の歯筋方向に対して前記レーザ変位センサが略直角となるように前記レーザ変位センサを回動する粗調を行い、前記レーザ変位センサを回動する微調整を行って歯車から反射する線状レーザ光の拡散反射光が前記受光部により最も多く受光されるように前記レーザ変位センサの位置を決定」している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第６０２９１６３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１の技術では、歯車の歯面の歯筋に対して略直角となるようにレーザ変位センサを回動させている。しかしながら、かかる構成では、ヘリカル歯車等の歯車の歯面データや位相データを取得することはできるものの、工具の位相データを取得することはできない。すると特許文献１の構成では、工具の位相データを別途取得する必要があるため、装置の部数の増加によって製造コストが増大してしまう。

【0007】

工具の位相データを取得する方法としては、予め機外で位相調整を行った工具を実機に搭載する方法が用いられることもある。しかしこのような方法の場合、予め位相を調整した工具を作業者が実機に搭載する際に手作業が介在することとなるため、取付ミス、段取りミス、取付誤差が発生してしまうおそれがある。

【0008】

本発明は、上記事情に鑑み、位相検出に用いる部品の追加を最小限にし、且つ手作業に起因するミスを防ぎつつ、ワークおよび工具の両方の位相を調整することが可能な歯車加工機およびその位相合わせ方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、本発明の複合加工機の代表的な構成は、固定ベッドと、固定ベッド上に設置されたワーク主軸と、固定ベッド上に設置された工具主軸と、固定ベッド上に設置された位相検出装置と、ワーク主軸、工具主軸および位相検出装置の動作を制御する制御部とを備え、ワーク主軸に装着されたワークの軸心方向をワーク軸方向とした際、位相検出装置は、固定ベッドに固定される台座と、台座上でワーク軸方向に移動可能なセンサユニットとを備え、センサユニットは、ワーク軸方向に対して所定角度傾いた状態で取り付けられたレーザ変位センサと、レーザ変位センサから出射される出射光の光軸を中心にレーザ変位センサを回動させるセンサ回動部とを備え、制御部は、ワーク主軸に取り付けられたワークの位相、および工具主軸に取り付けられた工具の位相を、センサユニットのワーク軸方向への移動またはセンサ回動部によるレーザ変位センサの回動を用いて検出する。

【0010】

上記ワーク主軸は、ワーク軸方向に移動自在であり、ワークは外歯車または内歯車であって、ワーク主軸をワーク軸方向に移動させることによりレーザ変位センサのレーザを歯面に照射させるとよい。また上記工具はスカイビングカッタ、ピニオンカッタ、またはホブカッタであるとよい。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、位相検出に用いる部品の追加を最小限にし、且つ手作業に起因するミスを防ぎつつ、ワークおよび工具の両方の位相を調整することが可能な歯車加工機およびその位相合わせ方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本実施形態にかかる複合加工機の構成を概略的に説明する図である。

【図2】図１に示すワークまたは工具とセンサユニットとの位置関係を説明する図である。

【図3】図１に示すワークの位相検出方法を説明するフローチャートである。

【図4】図２（ｃ）に示すスカイビングカッタの位相検出方法を説明するフローチャートである。

【図5】図２（ｄ）に示すホブカッタの位相検出方法を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0014】

（複合加工機１００）
図１は、本実施形態にかかる複合加工機１００の構成を概略的に説明する図である。本実施形態の複合加工機１００は、ワーク２００と工具３００とを同期回転させて歯車を加工する機能を有している。図１に示すように本実施形態の複合加工機１００は、固定ベッド１１０と、固定ベッド１１０上に設置されたワーク主軸１２０、工具主軸１３０、位相検出装置１４０と、制御部１９０とを有する。

【0015】

ワーク主軸１２０は、ワーク２００が交換可能に取り付けられ、取り付けられたワーク２００をワーク軸Ｃを中心に回転させる。本実施形態の複合加工機１００のワーク主軸１２０は、ワーク主軸１２０に装着されたワーク軸Ｃの軸心方向であるワーク軸方向Ｚ（後述するＺ軸方向と同じ方向）に移動可能である。

【0016】

具体的には、ワーク主軸１２０はテーブル１２２を介して固定ベッド１１０上に配置されていて、テーブル１２２にはＺ軸駆動ネジ１２４が挿通されている。Ｚ軸駆動ネジ１２４には、これを回転させるための駆動源であるＺ軸駆動モータ１２６が接続されている。これにより、Ｚ軸駆動モータ１２６を駆動することによってＺ軸駆動ネジ１２４が回転し、テーブル１２２上のワーク主軸１２０がＺ軸方向（すなわちワーク軸方向Ｚ）に移動可能となる。

【0017】

工具主軸１３０は、工具３００が交換可能に取り付けられ、取り付けられた工具３００を工具軸Ｂを中心に回転させる。また工具主軸１３０は、Ｘ軸方向（工具軸Ｃに対して水平方向に離接する方向：図中前後方向）およびＹ軸方向（工具軸Ｃに対して鉛直方向に離接する方向：図中上下方向）に移動可能であり、且つＡ方向（ワーク軸Ｃと平行な鉛直平面内での回転）に旋回可能である。

【0018】

制御部１９０は、ワーク主軸１２０、工具主軸１３０および位相検出装置１４０の動作を制御する。また後述するように本実施形態の複合加工機１００では制御部１９０は、ワーク主軸１２０に取り付けられたワーク２００の位相、および工具主軸１３０に取り付けられた工具３００の位相を位相検出装置１４０によって検出する。具体的には制御部１９０は、後述するセンサユニット１５０のワーク軸方向Ｚへの移動またはセンサ回動部１５４によるレーザ変位センサ１５２の回動を用いて、ワーク２００の位相および工具３００の位相を検出する。

【0019】

位相検出装置１４０は、固定ベッド１１０に固定される台座１４２、台座１４２上に配置されるレール１４４およびセンサユニット１５０を含んで構成される。センサユニット１５０は、台座上に配置されたレール１４４に沿って図１に示す矢印Ｓ方向に往復移動することにより、測定位置および退避位置に移動可能である。尚、Ｓ方向は、上述したワーク軸方向Ｚと同じ方向である。また、測定位置とは、ワーク２００または工具３００にレーザーを照射可能な位置である。退避位置とは、ワーク２００を工具３００によって加工する際に作業の邪魔にならず、またクーラントや切屑を浴びない位置である。

【0020】

図２は、図１に示すワーク２００または工具３００とセンサユニット１５０との位置関係を説明する図である。図２（ａ）は、図１に示すワーク２００としての外歯車２００ａの位相を検出する場合を例示している。図２（ｂ）は、図１に示すワーク２００としての内歯車２００ｂの位相を検出する場合を例示している。

【0021】

図２（ｃ）は、図１に示す工具３００としてのスカイビングカッタ３００ａの位相を検出する場合を例示している。図２（ｄ）は、図１に示す工具３００としてのホブカッタ３００ｂの位相を検出する場合を例示している。なお図２（ａ）－（ｄ）では、上段は、図１に示すセンサユニット１５０を上方から観察した平面図を例示していて、下段は、図１に示すセンサユニット１５０を側方から観察した側面図を例示している。

【0022】

図１に示すようにセンサユニット１５０は、レーザ変位センサ１５２およびセンサ回動部１５４を備える。図２（ａ）－（ｄ）に示すようにレーザ変位センサ１５２は、ワーク軸Ｃ方向に対して所定角度θ傾いた状態で取り付けられていて、ワークが外歯であっても内歯であっても歯面にレーザを照射可能になっている。

【0023】

センサ回動部１５４は、レーザ変位センサ１５２から出射される出射光の光軸Ｏを中心にレーザ変位センサ１５２を回動させることができ、ワークまたは工具の歯筋方向に応じてレーザ変位センサ１５２を回動させる。レーザ変位センサ１５２は工具主軸１３０を位置調整することによって工具３００にレーザを照射可能であり、またワーク主軸１２０を位置調整することによってワーク２００にレーザを照射可能である。

【0024】

（複合加工機１００における位相検出動作）
以下、フローチャートを参照して本実施形態の複合加工機１００におけるワーク２００または工具３００の位相検出動作について説明する。

【0025】

（ワーク２００の位相検出方法）
図３は、図１に示すワーク２００の位相検出方法を説明するフローチャートである。ワーク２００の位相を検出する際にはまず制御部１９０は、予め取得してあるワーク諸元（２方向歯溝位置、歯幅、歯数、歯溝ねじれ角等）に基づき、ワーク主軸１２０の初期位置およびレーザ変位センサ１５２の回動位相の初期位置を計算する（Ｓ４０２）。

【0026】

詳細にはステップＳ４０２ではワーク２００が外歯車２００ａまたは内歯車２００ｂであるか、すなわちワーク２００の種類も参照してワーク主軸１２０の初期位置を計算する。ワーク２００が外歯車２００ａの場合には、図２（ａ）に示すようにワーク２００の外周面２０２ａである歯面にレーザ変位センサ１５２のレーザが照射されるようにワーク主軸１２０の初期位置を設定する。ワーク２００が内歯車２００ｂの場合には、図２（ｂ）に示すようにワーク２００の内周面２０２ｂである歯面にレーザ変位センサ１５２のレーザが照射されるようにワーク主軸１２０の初期位置を設定する。

【0027】

続いて制御部１９０は、ステップＳ４０２において計算した初期位置に基づいて、ワーク主軸１２０をＺ軸上で移動させて位置決めを行う（ステップＳ４０４）。このとき本実施形態の複合加工機１００では、レーザ変位センサ１５２は、ワーク軸Ｃ方向に対して所定角度傾いた状態で取り付けられている。これにより、ワークが外歯車２００ａまたは内歯車２００ｂのいずれの場合であってもワーク主軸１２０を位置決めの際にＺ軸方向に移動させることで、レーザ変位センサ１５２のレーザをワーク２００の歯面に照射することが可能となる。

【0028】

それと並行して、制御部１９０は、レーザ変位センサ１５２の回動位相の位置決めを行う（ステップＳ４０６）。詳細には、レーザ変位センサ１５２は光を照射する投光部と反射光を検出する受光部を結ぶ直線と、歯筋方向が平行であることが好ましい。そこで制御部１９０は、ワーク２００の歯筋の方向に応じてレーザ変位センサ１５２の方向を決定し、センサ回動部１５４を制御してレーザ変位センサ１５２を出射光の光軸Ｏを中心に回動させ、レーザ変位センサ１５２を回動位置Ｐ１に位置決めする。

【0029】

ワーク主軸１２０およびレーザ変位センサ１５２の位置決めを行ったら（ステップＳ４０４およびステップＳ４０６）、制御部１９０は、ワーク主軸１２０を回転させながらワーク２００（外歯車２００ａまたは内歯車２００ｂ）の歯面にレーザ変位センサ１５２のレーザを照射する（ステップＳ４０８）。

【0030】

制御部１９０は、ステップＳ４０８のレーザ照射によってワーク２００の位相が検出されたか否かを判断する（ステップＳ４１０）。ワーク２００の位相が検出されなかった場合（ステップＳ４１０のＮＯ）、制御部１９０は、例えばワーク主軸１２０に所定のワーク２００が取り付けられていない等の異常を検出する（ステップＳ４１６）。

【0031】

ワーク２００の位相が検出されたら（ステップＳ４１０のＹＥＳ）、制御部１９０は、ワーク主軸１２０の回転を停止する（ステップＳ４１２）。そして制御部１９０は、検出されたワーク２００の位相に基づいてワーク主軸１２０の補正回転角を計算する（ステップＳ４１４）。

【0032】

（工具３００（スカイビングカッタ３００ａ）の位相検出方法）
図４は、図２（ｃ）に示すスカイビングカッタ３００ａの位相検出方法を説明するフローチャートである。なお、先に説明した位相検出方法と共通する処理においては同一の符号を付すことにより説明を省略する。また図３を用いて説明するスカイビングカッタ３００ａの位相検出方法は、ピニオンカッタ（不図示）の位相検出方法としても利用することができる。

【0033】

工具３００の位相を検出する際にはまず制御部１９０は、予め取得してある工具諸元（Ｙ軸方向刃溝位置、刃幅、刃数、食い付き角等）に基づき、工具主軸１３０の初期位置およびレーザ変位センサ１５２の回動位相の初期位置を計算する（ステップＳ５０２）。スカイビングカッタ３００ａは、工具主軸１３０の工具軸Ｂを中心とする歯車状に刃が形成されている（ワーク２００の歯筋方向とは直交方向である）。このため制御部１９０は、レーザ変位センサ１５２を、回動位置Ｐ１とは直交する回動位置Ｐ２に設定する。

【0034】

続いて制御部１９０は、Ｓ５０２において計算した初期位置に基づいて、工具主軸１３０の位置決め（ステップＳ５０４）、およびレーザ変位センサ１５２の回動位相の位置決めを行う（ステップＳ５０６）。このとき制御部１９０は、センサ回動部１５４を制御し、出射光の光軸Ｏを中心にレーザ変位センサ１５２を回動させて回動位置Ｐ２に位置決めする。

【0035】

工具主軸１３０およびレーザ変位センサ１５２の位置決めを行ったら（ステップＳ５０４およびステップＳ５０６）、制御部１９０は、工具主軸１３０を回転させながら工具３００にレーザ変位センサ１５２のレーザを照射する（ステップＳ５０８）。そして制御部１９０は、レーザ照射によって工具３００の位相が検出されたか否かを判断する（ステップＳ５１０）。

【0036】

工具３００の位相が検出されなかった場合（ステップＳ５１０のＮＯ）、制御部１９０は、例えば工具主軸１３０に所定の工具が取り付けられていない等の異常を検出する（ステップＳ４１６）。工具３００の位相が検出されたら（Ｓ５１０のＹＥＳ）、制御部１９０は、工具主軸１３０の回転を停止する（ステップＳ５１２）。そして制御部１９０は、検出された工具３００の位相に基づいて工具主軸１３０の補正回転角を計算する（ステップＳ５１４）。

【0037】

（工具３００（ホブカッタ３００ｂ）の位相検出方法）
図５は、図２（ｄ）に示すホブカッタ３００ｂの位相検出方法を説明するフローチャートである。ホブカッタ３００ｂの位相を検出する際においても、まず制御部１９０は、予め取得してある工具諸元（Ｙ軸方向刃溝位置、刃幅、条数、刃数、進み角、刃溝ネジレ角等）に基づき、工具主軸１３０の初期位置およびレーザ変位センサ１５２の回動位相の初期位置を計算する（ステップＳ５０２）。ホブカッタ３００ｂでは、工具主軸１３０の軸方向（Ｙ軸方向）と交差する方向に沿って螺旋状に刃が形成されている。

【0038】

ホブカッタ３００ｂの位相検出では、まずはＢ軸回転させてホブカッタ３００ｂの刃のすくい面を検出する。このためステップＳ５０６におけるレーザ変位センサ１５２の回動位相の位置決めでは、制御部１９０は、センサ回動部１５４を制御し、レーザ変位センサ１５２を回動位置Ｐ２に設定する（レーザ変位センサ１５２の出射光とホブカッタ３００ｂの刃筋方向を平行とする）。

【0039】

制御部１９０は、Ｂ軸を回転させながらレーザ照射を行う（ステップＳ５０８）によってホブカッタ３００ｂの刃のすくい面を検出したか否かを判断する（ステップＳ６１０）。すくい面が検出されなかった場合（ステップＳ６１０のＮＯ）、制御部１９０は異常を検出する（ステップＳ４１６）。すくい面が検出されたら（ステップＳ６１０のＹＥＳ）、制御部１９０は、レーザ変位センサ１５２のレーザがすくい面から外れた位置、具体的には「すくい面から逃げ面側に外れた位置」において工具主軸１３０の回転を停止する（ステップＳ６１２）。

【0040】

次に制御部１９０は、センサ回動部１５４を制御し、レーザ変位センサ１５２を回動位置Ｐ１に回動させる（ステップＳ６１３）。そして制御部は、工具主軸１３０をＹ軸方向に移動させながら、レーザ変位センサ１５２のレーザを照射する（ステップＳ６１４）。すると相対的にみれば、レーザが工具３００（ホブカッタ３００ｂ）のＹ軸方向に沿ってスキャンすることと同じになる。このとき、ホブカッタ３００ｂがねじれ刃溝式の場合、常に隣り合う刃溝の逃げ面とレーザ変位センサ１５２との距離が一定に照射されるように工具主軸１３０も同期回転させる。工具３００の位相が検出されたら（ステップＳ５１０のＹＥＳ）、制御部１９０は工具主軸１３０の移動を停止する。（ステップＳ６１６）。

【0041】

上記説明したように本実施形態の複合加工機１００によれば、複数の種類のワーク２００の位相および複数の種類の工具３００の位相を１つのセンサユニット１５０で検出することができる。したがって、位相検出に用いる部品の追加を最小限に留めることができ、装置コストの増大を抑制しつつ、上述した効果を得ることができる。またワーク２００および工具３００の位相を検出する際にて手作業が発生しないため、手作業に起因するミスを防ぐことが可能である。

【0042】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は斯かる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【産業上の利用可能性】

【0043】

本発明は、センサユニットを用いてワークおよび工具の位相を検出する複合加工機として利用することができる。

【符号の説明】

【0044】

Ｐ１…回動位置、１００…複合加工機、１１０…固定ベッド、１２０…ワーク主軸、１２２…テーブル、１２４…Ｚ軸駆動ネジ、１２６…Ｚ軸駆動モータ、１３０…工具主軸、１４０…位相検出装置、１４２…台座、１４４…レール、１５０…センサユニット、１５２…レーザ変位センサ、１５４…センサ回動部、１９０…制御部、２００…ワーク、２００ａ…外歯車、２００ｂ…内歯車、２０２ａ…外周面、２０２ｂ…内周面、３００…工具、３００ａ…スカイビングカッタ、３００ｂ…ホブカッタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】