特開 2024-171962 歯車加工機

(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】P2024171962

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】歯車加工機

(51)【国際特許分類】

   B23F 19/06 20060101AFI20241205BHJP

   B23Q 17/22 20060101ALI20241205BHJP

   G05B 19/404 20060101ALI20241205BHJP

【ＦＩ】

B23F19/06

B23Q17/22 D

G05B19/404 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023089341

(22)【出願日】2023-05-31

(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 真宣

【テーマコード（参考）】

3C025

3C029

3C269

【Ｆターム（参考）】

3C025DD10

3C025DD12

3C029AA24

3C029AA40

3C269AB06

3C269BB03

3C269EF10

3C269EF15

3C269EF22

3C269JJ09

3C269JJ20

(57)【要約】

【課題】カッタの摩耗を含む状態を考慮して高い精度でワークに歯車を加工することができる歯車加工機を提供する。
【解決手段】本発明にかかる歯車加工機１００は、カッタ１０２とワーク１０４を同期回転させて歯車を加工する歯車加工機において、カッタを駆動する工具主軸１０６と、ワークを駆動するワーク主軸１０８と、カッタの状態を検出するカッタ状態測定装置であるカメラ１１０と、工具主軸、ワーク主軸およびカッタ状態測定装置の動作を制御する制御部１１２とを備え、制御部は、カッタ状態測定装置で測定したカッタの状態に基づいてカッタの摩耗を含む状態を判定するカッタ状態判定部１２０と、カッタ状態判定部で判定したカッタの摩耗を含む状態に応じてカッタによる切込量を補正する補正部１２２とを有することを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

カッタとワークを同期回転させて歯車を加工する歯車加工機において、
前記カッタを駆動する工具主軸と、
前記ワークを駆動するワーク主軸と、
前記カッタの状態を検出するカッタ状態測定装置と、
前記工具主軸、前記ワーク主軸および前記カッタ状態測定装置の動作を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、
前記カッタ状態測定装置で測定した前記カッタの状態に基づいて該カッタの摩耗を含む状態を判定するカッタ状態判定部と、
前記カッタ状態判定部で判定した前記カッタの摩耗を含む状態に応じて該カッタによる切込量を補正する補正部とを有することを特徴とする歯車加工機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、カッタとワークを同期回転させて歯車を加工する歯車加工機に関する。

【背景技術】

【0002】

歯車加工機は、加工対象物であるワークの回転に切削工具であるカッタの回転を同期させて、カッタをワークに押し当てて切り込んでいくことにより、ワークに歯溝（歯形）などを加工する装置である。なお歯車加工機は、カッタとワークを同期回転させつつ、ワークの回転軸（ワーク主軸）に対してカッタの回転軸（工具主軸）を傾ければ、スカイビング加工を行うことができ、ワーク主軸と工具主軸を平行にすればギヤシェーパ加工を行うことができる。

【0003】

特許文献１には、被削歯車の歯厚計測装置が記載されている。この歯厚計測装置では、被削歯車（ワーク）の歯底径を非接触にて計測し、計測された歯底径と基準値とを比較し、比較差が一定範囲を逸脱する場合に歯切り加工の切込調整を行うことにより、被削歯車の歯厚を規定の歯厚値に仕上げる、としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平５－３８６２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ワークに歯車を加工する際、１つのカッタを繰り返し用いると、カッタは徐々に摩耗する。摩耗したカッタを用いて複数のワークに歯車を加工し続けると、ワークのＢＢＤ（Between Ball Diameter：ビトウィーンボール径）やＯＢＤ（Over Ball Diameter：オーバーボール径）が変化してしまう。その結果、歯車加工機において、高い精度でワークに歯車を加工することが困難となる。

【0006】

なお特許文献１の歯厚計測装置は、単に、ワークの歯底径を非接触にて計測し、計測結果に応じて切込調整を行うものに過ぎず、カッタ自体の摩耗によるＢＢＤやＯＢＤの変化を考慮した切込調整は行っていない。

【0007】

本発明は、このような課題に鑑み、カッタの摩耗を含む状態を考慮して高い精度でワークに歯車を加工することができる歯車加工機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】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明にかかる歯車加工機の代表的な構成は、カッタとワークを同期回転させて歯車を加工する歯車加工機において、カッタを駆動する工具主軸と、ワークを駆動するワーク主軸と、カッタの状態を検出するカッタ状態測定装置と、工具主軸、ワーク主軸およびカッタ状態測定装置の動作を制御する制御部とを備え、制御部は、カッタ状態測定装置で測定したカッタの状態に基づいてカッタの摩耗を含む状態を判定するカッタ状態判定部と、カッタ状態判定部で判定したカッタの摩耗を含む状態に応じてカッタによる切込量を補正する補正部とを有することを特徴とする。

【0009】

上記構成では、ワークに歯車を加工する際、カッタの状態（特にカッタの稜線）を測定してカッタの摩耗を含む状態を判定し、カッタの摩耗を含む状態に応じてカッタによる切込量を補正している。なおカッタの摩耗を含む状態とは、カッタの摩耗、微小チッピング、カッタ製作精度によるズレなどである。このため上記構成によれば、カッタの摩耗を含む状態を考慮して高い精度でワークに歯車を加工することができる。

【0010】

なお「カッタの状態」とは、カッタ状態測定装置に対応する。例えばカッタ状態測定装置がマイクロスコープなどのカメラである場合は、カッタの状態とはカッタの輪郭形状である。この場合、カッタ状態判定部は画像解析によってカッタの輪郭抽出を行う。またカッタ状態測定装置が渦流センサである場合には、カッタの状態とはカッタの位相に対する刃先の近接・離隔（カッタを回転させたときの刃先の始まりと終わり）の点列データとなる。この場合、カッタ状態判定部は刃先の幅が広がった場合に摩耗したと判定する。さらにカッタ状態判定部は、カッタの設計値（理論値）である設計歯形形状点列データに基づいてカッタの未使用の状態と現在の状態とを比較して摩耗を含む状態を判定してもよいし、同じく設計歯形形状点列データに基づいてカッタの加工前後の状態を比較して摩耗を含む状態を判定してもよい。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、カッタの摩耗を含む状態を考慮して高い精度でワークに歯車を加工することができる歯車加工機を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施形態における歯車加工機の全体構成図である。

【図2】図１の歯車加工機で加工されるワークを説明する図である。

【図3】図１の歯車加工機の動作を示すフローチャートである。

【図4】図１のカッタの摩耗を含む状態に起因するワークのＢＢＤの変化量を説明する図である。

【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、本明細書および図面において、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】

図１は、本発明の実施形態における歯車加工機１００の全体構成図である。歯車加工機１００は、切削工具であるカッタ１０２と加工対象物であるワーク１０４を回転同期させて、カッタ１０２をワーク１０４に押し当てて切り込んでいくことにより、ワーク１０４に歯車を加工する装置である。なお図中のワーク１０４は内歯車である（図２（ａ）参照）。

【0015】

歯車加工機１００は、工具主軸１０６と、ワーク主軸１０８と、カメラ１１０と、制御部１１２とを備える。工具主軸１０６は、カッタ１０２を交換可能に取り付けていて、カッタ１０２を駆動する。ワーク主軸１０８は、ワーク１０４を交換可能に取り付けていて、ワーク１０４を駆動する。

【0016】

カメラ１１０は、例えばマイクロスコープであり、カッタ１０２の状態を検出するカッタ状態測定装置として機能する。カメラ１１０は、加工前にＡＴＣ（オートツールチェンジャー）室などでカッタ１０２の状態を検出する。

【0017】

ただしカッタ状態測定装置は、カメラ１１０に限らず、渦流センサであってもよい。カッタ状態測定装置がカメラ１１０である場合は、カッタ１０２の状態とは、カッタの輪郭形状である。またカッタ状態測定装置が渦流センサである場合には、カッタ１０２の状態とは、カッタ１０２の位相に対する刃先の近接・離隔（カッタを回転させたときの刃先の始まりと終わり）の点列データとなる。

【0018】

制御部１１２は、工具制御部１１４と、ワーク制御部１１６と、カッタ状態測定部１１８と、カッタ状態判定部１２０と、補正部１２２とを有する。制御部１１２は、例えば工具主軸１０６、ワーク主軸１０８およびカメラ１１０の動作や、その他のモータを駆動制御する。

【0019】

歯車加工機１００は、制御部１１２が工具主軸１０６とワーク主軸１０８を同期回転させながらカッタ１０２とワーク１０４とを相対的に移動させることによって加工を行う。また歯車加工機１００は、カッタ１０２とワーク１０４の回転軸を平行にすればギヤシェーパ加工を行うことができ、カッタ１０２の回転軸をワーク１０４の回転軸に対して傾ければスカイビング加工を行うことができる。

【0020】

制御部１１２の工具制御部１１４は、工具主軸１０６のサーボモータの回転制御や、ワーク１０４に対する送りの制御を行う。ワーク制御部１１６は、ワーク主軸１０８の回転制御や、カッタ１０２とワーク１０４の離接方向の移動（軸間距離の変更）を行う。カッタ状態測定部１１８は、カメラ１１０を制御し、カッタ１０２の状態を測定する。

【0021】

カッタ状態判定部１２０は、カッタ状態測定部１１８で測定したカッタ１０２の状態に基づいてカッタ１０２の摩耗を含む状態を判定する。具体的にはカッタ状態判定部１２０は、カメラ１１０が検出したカッタ１０２の輪郭形状に基づいて、画像解析によってカッタ１０２の輪郭抽出を行う。またカッタ状態測定装置が渦流センサであれば、カッタ状態判定部１２０は、カッタ１０２の位相に対する刃先の近接・離隔の点列データに基づいて、カッタ１０２の刃先の幅が広がった場合に摩耗したと判定する。さらにカッタ状態判定部１２０は、カッタ１０２の設計値（理論値）である設計歯形形状点列データに基づいてカッタ１０２の未使用の状態と現在の状態とを比較して摩耗を含む状態を判定してもよいし、同じく設計歯形形状点列データに基づいてカッタ１０２の加工前後の状態を比較して摩耗を含む状態を判定してもよい。

【0022】

補正部１２２は、カッタ状態判定部１２０で判定したカッタ１０２の摩耗を含む状態に応じてカッタ１０２による切込量を補正する。そして工具制御部１１４は、補正された切込量に応じてカッタ１０２をワーク１０４に押し当てるように工具主軸１０６を制御する。

【0023】

図２は、図１の歯車加工機１００で加工されるワーク１０４、１２４を説明する図である。図２（ａ）に示すワーク１０４は、内歯車である。ワーク１０４のＢＢＤ（Between Ball Diameter：ビトウィーンボール径）とは、内歯車の対角線上の２つの歯溝１０４ａ、１０４ｂにそれぞれ挿入された２つの測定ボール１２６ａ、１２６ｂ間の距離である。

【0024】

図２（ｂ）に示すワーク１２４は、外歯車である。ワーク１２４のＯＢＤ（Over Ball Diameter：オーバーボール径）とは、外歯車の対角線上の２つの歯溝１２４ａ、１２４ｂにそれぞれ挿入された２つの測定ボール１２６ａ、１２６ｂ間の距離である。

【0025】

ここでワーク１０４、１２４に歯車を加工する際、１つのカッタ１０２を繰り返し用いると、カッタ１０２は徐々に摩耗などで変化する。摩耗などで変化したカッタ１０２を用いてワーク１０４、１２４に歯車を加工し続けると、ワーク１０４のＢＢＤが変化したり（図４参照）、ワーク１２４のＯＢＤが変化したりして、高い精度で歯車を加工することが困難となる。そこで歯車加工機１００では、カッタ１０２の摩耗を含む状態を考慮して高い精度で歯車を加工する構成を採用した。

【0026】

図３は、図１の歯車加工機１００の動作を示すフローチャートである。まず歯車加工機１００では、歯車の加工前にＡＴＣ室でカメラ１１０によってカッタ１０２の状態を検出する（ステップＳ１００）。そしてステップＳ１００において、カッタ状態測定部１１８は、カメラ１１０が取得したデータからカッタ１０２の輪郭形状を測定する。

【0027】

つぎにカッタ状態判定部１２０は、測定されたカッタ１０２の輪郭形状に基づいて画像解析によってカッタ１０２の輪郭抽出を行い、カッタ１０２の摩耗を含む状態を判定する（ステップＳ１０２）。さらにカッタ状態判定部１２０は、カッタ１０２の摩耗を含む状態に起因するワーク１０４のＢＢＤへの影響が許容範囲か否かを判定する（ステップＳ１０４）。

【0028】

ステップＳ１０４においてカッタ状態判定部１２０は、カッタ１０２の摩耗を含む状態に起因するワーク１０４のＢＢＤへの影響（ＢＢＤの変化量）が例えば誤差範囲内であったり、補正部１２２によるカッタ１０２の切込量の補正の最小単位より小さかったりした場合に許容範囲内とする。

【0029】

図４は、図１のカッタ１０２の摩耗を含む状態に起因するワーク１０４のＢＢＤの変化量を説明する図である。図中では、内歯車であるワーク１０４の歯溝１０４ａ（図２（ａ）参照）を示している。

【0030】

歯溝１０４ａにおいて、実線で示す歯面１２８ａは、例えば１個目のワーク１０４を加工したのみで未だ摩耗していない、設計値通りの理論形状を有するカッタ１０２によって形成されたものである。また歯溝１０４ａに挿入された測定ボール１２６ａは、直径０．５６ｍｍである。さらに歯の傾きである圧力角は１９°となっている。

【0031】

また図中の点線で示す歯面１２８ｂは、例えば２０個目のワーク１０４を加工することで摩耗したカッタ１０２によって形成されたものである。この歯面１２８ａと歯面１２８ｂとを比較すると、図示のように、ワーク１０４の歯面方向の断面変化量が８μｍとなっている。つまり、カッタ１０２の稜線が８μｍ摩耗すると、カッタ１０２によるワーク１０４の歯面方向の切込量が８μｍ不足するため、その分だけ、ワーク１０４の歯面方向の断面が片側で８μｍ大きくなる。

【0032】

さらにワークの断面が８μｍ大きくなることで、測定ボール１２６ａの位置が歯溝１０４ａの歯底から遠ざかるように移動し（図中、点線）、その移動量が２５μｍとなっている。ワーク１０４のＢＢＤは、図２（ａ）に示す２つの測定ボール１２６ａ、１２６ｂ間の距離である。このため、ワーク１０４のＢＢＤは、測定ボール１２６ａの移動量の２倍となる。したがってカッタ１０２の稜線が８μｍ摩耗すると、ワーク１０４のＢＢＤが５０μｍ変化する（小さくなる）ことがわかる。またカッタ１０２が摩耗しても、圧力角は一定である。

【0033】

なお図示は省略するが、カッタ１０２の摩耗を含む状態に起因するワーク１２４のＯＢＤの変化も、カッタ１０２の摩耗を含む状態に起因するワーク１０４のＢＢＤの変化と同様な関係となる。ただしカッタ１０２の稜線が８μｍ摩耗すると、ワーク１２４のＯＢＤは、５０μｍ大きくなる。

【0034】

このようなワーク１０４のＢＢＤやワーク１２４のＯＢＤの変化量は、以下の式（１）で示される。なお式（１）の「カッタ稜線の変化量」とは、カッタ稜線の摩耗量を含めた変化量である。
ＢＢＤ・ＯＢＤの変化量＝２×カッタ稜線の変化量／ｓｉｎ（圧力角） （１）

【0035】

図３のステップＳ１０４において、カッタ１０２の摩耗を含む状態に起因するワーク１０４のＢＢＤの変化量が許容範囲でなければ（Ｎｏ）、補正部１２２は、カッタ１０２の切込量を補正する（ステップＳ１０６）。

【0036】

そして工具制御部１１４は、工具主軸１０６を制御して、補正された切込量に応じてカッタ１０２をワーク１０４に押し当てて加工を行う（ステップＳ１０８）。一方ステップＳ１０４において、カッタ１０２の摩耗を含む状態に起因するワーク１０４のＢＢＤの変化量が許容範囲である場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ１０８に進み、加工を行う。

【0037】

なお歯車加工機１００で外歯車のワーク１２４を加工する場合には、カッタ状態判定部１２０は、ステップＳ１０４においてカッタ１０２の摩耗を含む状態に起因するワーク１２４のＯＢＤへの影響が許容範囲か否かを判定すればよい。

【0038】

このように歯車加工機１００では、ワーク１０４、１２４に歯車を加工する際、カッタ１０２の状態を測定してカッタ１０２の摩耗を含む状態を判定し、カッタ１０２の摩耗を含む状態に応じてカッタ１０２による切込量を補正している。すなわち、従来技術のようにワーク１０４、１２４の状態を計測して切込量補正を行うのではなく、カッタ１０２の状態を測定して切込量補正を行っている。したがって歯車加工機１００によれば、カッタ１０２の摩耗を含む状態を考慮して高い精度でワーク１０４、１２４に歯車を加工することができる。

【0039】

また歯車加工機１００では、カッタ１０２の状態を検出しているため、カッタ１０２の寿命管理を行うことができ、さらに、カッタ１０２が突発的に損傷した場合にはカッタ１０２を交換すれば不良品が発生することも防止できる。

【0040】

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、本発明はか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】

【0041】

本発明は、カッタとワークを同期回転させて歯車を加工する歯車加工機として利用することができる。

【符号の説明】

【0042】

１００…歯車加工機、１０２…カッタ、１０４、１２４…ワーク、１０４ａ、１０４ｂ、１２４ａ、１２４ｂ…ワークの歯溝、１０６…工具主軸、１０８…ワーク主軸、１１０…カメラ、１１２…制御部、１１４…工具制御部、１１６…ワーク制御部、１１８…カッタ状態測定部、１２０…カッタ状態判定部、１２２…補正部、１２６ａ、１２６ｂ…測定ボール、１２８ａ、１２８ｂ…ワークの歯面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】