特開 2024-68233 歯車加工装置

(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】P2024068233

(43)【公開日】2024-05-20

(54)【発明の名称】歯車加工装置

(51)【国際特許分類】

   B23Q 17/09 20060101AFI20240513BHJP

   B23F 5/16 20060101ALI20240513BHJP

   B23F 23/12 20060101ALI20240513BHJP

【ＦＩ】

B23Q17/09 B

B23F5/16

B23F23/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022178513

(22)【出願日】2022-11-08

(71)【出願人】

【識別番号】000001247

【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト

(74)【代理人】

【識別番号】110000648

【氏名又は名称】弁理士法人あいち国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】兼田 真照

(72)【発明者】

【氏名】石榑 祐貴

(72)【発明者】

【氏名】夏田 一樹

(72)【発明者】

【氏名】宇野 秀昭

(72)【発明者】

【氏名】米津 寿宏

(72)【発明者】

【氏名】大谷 尚

(72)【発明者】

【氏名】多田 典広

(72)【発明者】

【氏名】阿部 守年

【テーマコード（参考）】

3C025

3C029

【Ｆターム（参考）】

3C025AA11

3C029DD01

3C029DD11

(57)【要約】

【課題】外周面に複数の刃を有する歯切り工具の寿命を高精度に予測可能な歯車加工装置を提供する。
【解決手段】歯車加工装置１は、外周面に複数の刃を有する歯切り工具により工作物に歯車を創成する加工機械本体を備える。そして、加工機械本体の加工工程に対応するデータが複数連続して含まれる加工中の機械状態データを取得するデータ取得部５１と、機械状態データを加工工程に対応する所定期間で分割するデータ分割部５３と、分割データから特徴量を抽出する特徴量抽出部５４と、特徴量と歯切り工具の摩耗量又は摩耗量関係値とに基づいて摩耗量との相関性の強い成分を主成分とする主成分分析を行う主成分分析部５５と、主成分分析の結果に基づいて主成分と歯切り工具の寿命に相関する工具寿命スコアとの対応関係を記憶する対応関係記憶部５７と、歯切り工具の上記主成分と上記対応関係とから工具寿命スコアを算出する工具寿命スコア算出部５９とを備える。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外周面に複数の刃を有する歯切り工具と工作物とを同期回転させながら、上記工作物の回転軸線方向に沿って上記歯切り工具を上記工作物に対して相対移動させることにより、上記工作物に歯車を創成する加工機械本体と、
上記加工機械本体にて複数の加工工程が連続して実施された場合において、上記加工工程に対応するデータが複数連続して含まれる加工中の機械状態データを取得するデータ取得部と、
取得された上記機械状態データを上記加工工程に対応する所定期間で分割して分割データを取得するデータ分割部と、
上記分割データから特徴量を抽出する特徴量抽出部と、
上記特徴量と、上記歯切り工具の摩耗量又は該摩耗量に関係する摩耗量関係値とに基づいて、上記摩耗量との相関性の強い成分を主成分とする主成分分析を行う主成分分析部と、
上記主成分分析の結果に基づいて、上記主成分と上記歯切り工具の寿命に相関する工具寿命スコアとの対応関係を記憶する対応関係記憶部と、
上記歯切り工具における上記主成分と、上記対応関係とから上記歯切り工具の上記工具寿命スコアを算出する工具寿命スコア算出部と、を備える歯車加工装置。

【請求項2】

上記データ取得部は、上記歯切り工具を上記工作物に対する複数の加工パスが実施される場合において、上記加工工程に対応する上記加工パスに対応するデータが複数連続して含まれる加工中の上記機械状態データを取得し、
上記データ分割部は、一つの上記加工パスの期間ごとに上記機械状態データを分割し、
上記特徴量抽出部は、上記工作物ごとの上記複数の加工パスにおける同一期間の上記加工パスに基づいて上記特徴量を抽出する、請求項１に記載の歯車加工装置。

【請求項3】

上記データ取得部は、上記機械状態データとして、加工中の上記歯切り工具又は工作物の振動量、位置データ、所定位置に移動させるための動力値、上記歯切り工具における工具すくい面振れ量、再研磨回数、工具外径振れ量、再研磨後の工具諸元、工具コーティングに係る諸元の少なくとも一つを含み、
上記主成分分析部は、上記機械状態データに含まれる少なくともいずれか一つを上記主成分として上記主成分分析を行う、請求項１又は２に記載の歯車加工装置。

【請求項4】

上記工具寿命スコアは、上記歯切り工具における摩耗限界量と、上記歯切り工具における摩耗量との比較結果に基づいて算出される、請求項１又は２に記載の歯車加工装置。

【請求項5】

上記摩耗限界量は、上記歯切り工具における再研磨回数に基づいて規定される、請求項４に記載の歯車加工装置。

【請求項6】

算出された上記工具寿命スコアに基づいて、上記歯切り工具における工具摩耗量、残加工回数、残加工時間、残研磨回数の少なくとも一つを推定する推定部を有する、請求項１又は２に記載の歯車加工装置。

【請求項7】

上記特徴量は、上記歯切り工具における工具軸方向の負荷のバラつき量と、上記歯切り工具における工具軸の振動量を周波数変換したデータを少なくとも含んでいる、請求項１又は２に記載の歯車加工装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、歯車加工装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、工具により工作物を加工する加工装置において、工具交換時期を最適化するために、加工装置の状態データを説明変数とし、工具の寿命までの残加工回数を目的変数とする学習済みモデルを用いて、工具の残加工回数を予測する構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－０７１８１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、外周面に複数の刃を有する歯切り工具により工作物に歯車を創成する歯車加工装置では、当該工具は高価であることから、工具が寿命に到達する前に工具を交換すると工具費用に大きな無駄が生じる。そのため、当該工具の寿命予測にはより高い精度が要求される。かかる観点から、特許文献１に開示の構成では、このような歯車創成用の工具の寿命予測に特化したものとはなっておらず、予測精度を一層高めるには改善の余地がある。

【0005】

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたもので、外周面に複数の刃を有する歯切り工具の寿命を高精度に予測可能な歯車加工装置を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、外周面に複数の刃を有する歯切り工具と工作物とを同期回転させながら、上記工作物の回転軸線方向に沿って上記歯切り工具を上記工作物に対して相対移動させることにより、上記工作物に歯車を創成する加工機械本体と、
上記加工機械本体にて複数の加工工程が連続して実施された場合において、上記加工工程に対応するデータが複数連続して含まれる加工中の機械状態データを取得するデータ取得部と、
取得された上記機械状態データを上記加工工程に対応する所定期間で分割して分割データを取得するデータ分割部と、
上記分割データから特徴量を抽出する特徴量抽出部と、
上記特徴量と、上記歯切り工具の摩耗量又は該摩耗量に関係する摩耗量関係値とに基づいて、上記摩耗量との相関性の強い成分を主成分とする主成分分析を行う主成分分析部と、
上記主成分分析の結果に基づいて、上記主成分と上記歯切り工具の寿命に相関する工具寿命スコアとの対応関係を記憶する対応関係記憶部と、
上記歯切り工具における上記主成分と、上記対応関係とから上記歯切り工具の上記工具寿命スコアを算出する工具寿命スコア算出部と、を備える歯車加工装置にある。

【発明の効果】

【0007】

上記歯車加工装置においては、歯車加工装置における加工中の機械状態データを取得し、加工工程に対応する所定期間で分割して分割データを作成したうえで、当該分割データから特徴量を抽出し、特徴量と歯切り工具の摩耗量又は摩耗量関係値とに基づいて摩耗量との相関性の強い主成分を分析した分析結果に基づいて、主成分と歯切り工具の寿命に相関する工具寿命スコアとの対応関係を記憶する。そして、歯切り工具における上記主成分と、上述の対応関係とから当該工具の工具寿命スコアを算出する。このように、工具寿命スコアを算出するための上記対応関係における特徴量は、機械状態データから分割された分割データから抽出されたものであるため、より高精度に歯切り工具の寿命を予測することができる。

【0008】

以上のごとく、上記態様によれば、外周面に複数の刃を有する歯切り工具の寿命を高精度に予測可能な歯車加工装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態１における、歯車加工装置の構成を示す概念図。

【図2】実施形態１における、加工する状態における工作物とギヤスカイビングカッタとを示す図であって、工作物の軸方向から見た図。

【図3】図２のIII－III線位置断面図。

【図4】実施形態１における、歯車加工装置の一部構成についての機能ブロック図。

【図5】実施形態１における、歯車加工装置のおける機械状態データの例を示す図。

【図6】実施形態１における、（ａ）特徴量の一例を示す図、（ｂ）特徴量の他の例を示す図。

【図7】実施形態１における、歯切り工具の摩耗量を示す概念図。

【図8】実施形態１における、主成分分析結果を示す概念図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

（実施形態１）
１．歯車加工装置１の構成
実施形態１の歯車加工装置１について図１を参照して説明する。歯車加工装置１は、歯切り工具Ｔと工作物Ｗとを回転させながら相対移動させることにより、歯切り工具Ｔによって工作物Ｗに歯形（歯車の歯）を創成加工する装置である。特に、本形態においては、歯車加工装置１は、工作物Ｗの内周面に内歯を創成する場合を例に挙げる。

【0011】

本形態においては、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。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、交換可能な歯切り工具Ｔとしては、ギヤスカイビングカッタやホブカッタなどがある。ギヤスカイビングカッタに交換されることで、歯車加工装置１は、ギヤスカイビング加工により、工作物Ｗに歯形（歯車の歯）を加工する装置となる。ホブカッタに交換することで、歯車加工装置１は、ホブ加工により工作物Ｗに歯形（歯車の歯）を加工する装置となる。なお、図１においては、工具交換装置および複数の工具を収容する工具マガジンは図示しない。

【0012】

また、本形態においては、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など、他の構成を適用することもできる。

【0013】

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、歯切り工具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軸およびＹ軸と定義する。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。

【0014】

さらに、歯車加工装置１は、工作物Ｗと歯切り工具Ｔとの相対姿勢を変更するための１つの回転軸（Ｂ軸）を駆動軸として有する。本形態において、Ｂ軸は、Ｙ軸方向に平行な軸線を回転中心とする回転軸である。また、歯車加工装置１は、歯切り工具Ｔを回転するための回転軸としてのＣｔ軸、および、工作物Ｗを回転するための回転軸としてのＣｗ軸を有する。Ｃｔ軸は、Ｚ軸方向に平行な軸線を回転中心とする回転軸である。Ｃｗ軸は、Ｂ軸を基準角度とした状態において、Ｚ軸方向に平行な軸線を回転中心とする回転軸である。

【0015】

歯車加工装置１において、工作物Ｗと歯切り工具Ｔとを相対移動させる構成は、適宜選択可能である。例えば、歯車加工装置１は、Ｂ軸に代えて、Ｘ軸方向を回転中心とするＡ軸を有する構成としても良い。以下においては、歯車加工装置１は、歯切り工具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Ｂ軸に回転可能とする場合を例にあげる。

【0016】

歯車加工装置１は、加工機械本体を構成する、ベッド１０、工作物保持装置２０、工具保持装置３０、及び制御装置４０を備える。歯車加工装置１は、加工機械本体１０、２０、３０、４０に加えて、予測システム５０を備える。歯車加工装置１の加工機械本体を構成する各要素について説明する。

【0017】

ベッド１０は、設置面上に設置され、工作物保持装置２０の形状および工具保持装置３０の形状などに応じた形状に形成される。本形態においては、ベッド１０は、例えば、矩形状とする。ベッド１０の上面には、Ｘ軸方向に延在する一対のＸ軸ガイドレール１１、および、Ｚ軸方向に延在する一対のＺ軸ガイドレール１２が形成されている。

【0018】

工作物保持装置２０は、工作物Ｗをベッド１０に対して、Ｘ軸方向に直動し、Ｂ軸に回転可能とし、Ｃｗ軸に回転可能とする。工作物保持装置２０は、Ｘ軸移動テーブル２１、Ｂ軸回転テーブル２２、工作物主軸装置２３を主に備える。

【0019】

Ｘ軸移動テーブル２１は、後述のＸ軸用移動装置４１によってベッド１０のＸ軸ガイドレール１１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には後述の回転装置４４が接続されており、Ｂ軸回転テーブル２２は回転装置４４を介してＢ軸に回転可能となる。

【0020】

工作物主軸装置２３は、Ｂ軸回転テーブル２２に設けられ、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を回転可能に保持する。工作物主軸装置２３には、図示しない回転モータが収納され、工作物主軸装置２３は、回転モータの駆動により工作物ＷをＣｗ軸に回転可能とする。このようにして、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、Ｂ軸およびＣｗ軸に回転可能とする。

【0021】

詳細には、工作物主軸装置２３は、ハウジング２３ａと主軸２３ｂとを備える。工作物主軸装置２３のハウジング２３ａがＢ軸回転テーブル２２に固定され、工作物主軸装置２３の主軸２３ｂがハウジング２３ａに回転可能に支持されている。この主軸２３ｂの先端に、工作物Ｗが取り付けられている。つまり、工作物Ｗは、工作物主軸装置２３の主軸２３ｂに片持ち支持されている。

【0022】

工具保持装置３０は、コラム３１、サドル３２、工具主軸装置３３、センサ３４、３５を主に備える。コラム３１は、後述のＺ軸用移動装置４３によってベッド１０のＺ軸ガイドレール１２に案内されながらＺ軸方向へ移動する。コラム３１の上下方向に延びる面（図１の左面）には、Ｙ軸ガイドレール３１ａが形成されている。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などの駆動装置によって駆動されることにより、コラム３１のＹ軸ガイドレール３１ａに案内されながらＹ軸方向へ移動する。

【0023】

工具主軸装置３３は、サドル３２に設けられると共に、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、歯切り工具Ｔを保持する。工具主軸装置３３には、図示しない回転モータが収納され、工具主軸装置３３は、回転モータの駆動により歯切り工具ＴをＣｔ軸に回転可能とする。このようにして、工具保持装置３０は、歯切り工具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、かつ、Ｃｔ軸に回転可能に保持する。

【0024】

詳細には、工具主軸装置３３は、ハウジング３３ａと主軸３３ｂとを備える。工具主軸装置３３のハウジングがサドル３２に固定され、工具主軸装置３３の主軸３３ｂがハウジング３３ａに回転可能に支持されている。この主軸３３ｂの先端に、歯切り工具Ｔが取り付けられている。つまり、歯切り工具Ｔは、工具主軸装置３３の主軸３３ｂに片持ち支持されている。

【0025】

センサ３４は、工作物主軸装置２３のハウジング２３ａに設けられる。本実施形態１では、センサ３４は、加速度センサからなり、工作物主軸装置２３の振動を検出するように構成されている。センサ３５は、工具主軸装置３３のハウジング３３ａに設けられる。本実施形態１では、センサ３５は加速度センサからなり、工具主軸装置３３の振動を検出するように構成されている。センサ３５は、サドル３２に設けても良い。

【0026】

Ｘ軸用移動装置４１は、ベッド１０に対してＸ軸移動テーブル２１をＸ軸方向に移動するための駆動装置である。Ｙ軸用移動装置４２は、コラム３１に対してサドル３２をＹ軸方向に移動するための駆動装置である。また、Ｚ軸用移動装置４３は、ベッド１０に対してコラム３１をＺ軸方向に移動するための駆動装置である。本形態においては、各軸用移動装置４１～４３は、リニアモータまたはボールねじ機構などの駆動機構により構成される。回転装置４４は、工作物Ｗと歯切り工具Ｔとの姿勢を変更するための移動装置である。本形態においては、回転装置４４は、Ｘ軸移動テーブル２１に対してＢ軸回転テーブル２２をＢ軸に回転するための回転モータを含む。

【0027】

制御装置４０は、演算処理装置（プロセッサ）および記憶装置を備えており、加工プログラムを実行することにより、各駆動装置を制御する。つまり、制御装置４０は、歯切り工具Ｔの回転、工作物Ｗの回転、工作物Ｗと歯切り工具Ｔとの相対的な移動を制御する。そして、制御装置４０は、工作物Ｗに歯車の歯を加工するために、工作物主軸装置２３と工具主軸装置３３とを同期して回転制御しながら、各駆動装置を制御する。

【0028】

詳細には、制御装置４０は、歯切り工具Ｔの回転軸線Ｃｔを、工作物Ｗの回転軸線Ｃｗに平行な軸線に対して図示しない軸交差角を有する状態とする。本形態においては、制御装置４０がＢ軸回転テーブル２２を回転することにより、工作物Ｗと歯切り工具Ｔとが軸交差角を有する状態に位置決めする。そして、制御装置４０は、工作物Ｗと歯切り工具Ｔとを同期回転させながら、工作物Ｗに対して歯切り工具Ｔを工作物Ｗの軸方向に相対移動させることにより、工作物Ｗの内周面に内歯を創成する。

【0029】

２．歯切り工具ＴとしてのギヤスカイビングカッタＴａの構成
歯切り工具ＴとしてのギヤスカイビングカッタＴａの構成について図２、図３を参照して説明する。ギヤスカイビングカッタＴａは、工作物Ｗの内周面に内歯を創成するための工具である。ギヤスカイビングカッタＴａは、工具主軸装置３３の主軸３３ｂ（図１に示す）に装着され、主軸３３ｂと一体的に回転する。ギヤスカイビングカッタＴａは、複数の切刃Ｔ１と、主軸装着部Ｔ２とを備える。ギヤスカイビングカッタＴａは、主軸装着部Ｔ２を介して主軸３３ｂに接続される。

【0030】

複数の切刃Ｔ１は、ギヤスカイビングカッタＴａの外周面（歯切り工具Ｔの外周面に相当）に形成されており、工作物Ｗの内周面を加工するための刃である。複数の切刃Ｔ１は、ギヤスカイビングカッタＴａの周方向に配列されている。本形態においては、複数の切刃Ｔ１は、周方向に等間隔に形成されている場合を例に挙げるが、欠刃を設けることにより不等間隔に形成されるようにしても良い。本実施形態１では、切刃Ｔ１は合計２１個備えられる。

【0031】

複数の切刃Ｔ１は、ギヤスカイビングカッタＴａの回転軸線Ｃｔに対して、正または負のねじれ角を有するように形成される場合、平行に形成される場合（ねじれ角ゼロの場合）がある。切刃Ｔ１のねじれ角は、工作物Ｗの内歯のねじれ角、加工条件のうち工作物Ｗの回転軸線ＣｗとギヤスカイビングカッタＴａの回転軸線Ｃｔとの軸交差角などによって決定される。

【0032】

複数の切刃Ｔ１のそれぞれは、ギヤスカイビングカッタＴａの軸方向端面をすくい面Ｔ１ａとし、ギヤスカイビングカッタＴａの外周面を前逃げ面Ｔ１ｂとし、ギヤスカイビングカッタＴａの周方向に法線を有する面を側逃げ面Ｔ１ｃとする。本形態においては、切刃Ｔ１のすくい面Ｔ１ａは、正のすくい角を有するように形成されているが、任意のすくい角を有するように設定可能である。

【0033】

切刃Ｔ１の前逃げ面Ｔ１ｂは、ギヤスカイビングカッタＴａの回転軸線Ｃｔに対して傾斜するように、すなわち円錐面上に位置するように形成されている。つまり、切刃Ｔ１の前逃げ面Ｔ１ｂは、正の前逃げ角を有する。ただし、切刃Ｔ１の前逃げ面Ｔ１ｂは、ギヤスカイビングカッタＴａの回転軸線Ｃｔに平行に、すなわち円筒面上に位置するように形成しても良い。つまり、複数の切刃Ｔ１の外接面は、円錐面に形成されるようにしても良いし、円筒面に形成されるようにしても良い。切刃Ｔ１の側逃げ面Ｔ１ｃは、切刃Ｔ１の歯すじ方向に対して傾斜するように形成されている。つまり、切刃Ｔ１の側逃げ面Ｔ１ｃは、正の側逃げ角を有する。

【0034】

以下において、ギヤスカイビングカッタＴａの軸方向において、切刃Ｔ１のすくい面Ｔ１ａの側（図２の左側）を前方とし、切刃Ｔ１のすくい面Ｔ１ａの裏面側（図２の右側）を後方とする。

【0035】

３．ギヤスカイビング加工
歯切り工具ＴとしてギヤスカイビングカッタＴａを適用した場合に、ギヤスカイビングカッタＴａにより工作物Ｗの内周面に内歯を創成するギヤスカイビング加工について、図２及び図３を参照して説明する。制御装置４０の制御により、図２に示すように、ギヤスカイビングカッタＴａの回転軸線Ｃｔと、工作物Ｗの回転軸線Ｃｗとが、軸交差角を有する状態とする。さらに、制御装置４０の制御により、工作物ＷとギヤスカイビングカッタＴａとを同期回転させながら、工作物Ｗに対してギヤスカイビングカッタＴａを工作物Ｗの軸方向に相対移動させる。このようにして、工作物Ｗの内周面に内歯が創成される。

【0036】

４．予測システム５０の構成
図１に示すように、歯車加工装置１は、加工機械本体１０、２０、３０、４０に加えて、予測システム５０を備える。予測システム５０について図４を参照して説明する。予測システム５０は、歯切り工具Ｔの寿命予測を行う。特に、本形態においては、予測システム５０は、歯切り工具ＴとしてのギヤスカイビングカッタＴａの寿命予測を行う。

【0037】

予測システム５０は、図４に示すように、データ取得部５１、データ記憶部５２、データ分割部５３、特徴量抽出部５４、主成分分析部５５、対応関係作成部５６、対応関係記憶部５７、予測用データ取得部５８、工具寿命スコア算出部５９、推定部６０を備える。

【0038】

データ取得部５１は、歯車加工装置１の加工機械本体１０、２０、３０、４０における加工中の機械状態データを取得する。機械状態データは、加工中の上記歯切り工具又は工作物の振動量、位置データ、所定位置に移動させるための移動装置４１～４４の動力値、歯切り工具Ｔにおける工具すくい面振れ量、再研磨回数、外径振れ量、再研磨後の工具諸元、工具コーティングに係る諸元の少なくとも一つを含む。

【0039】

加工中の上記歯切り工具又は工作物の振動量は、工作物主軸装置２３や工具主軸装置３３に設けられたセンサ３４、３５により取得できる。加工中の歯切り工具Ｔ又は工作物Ｗの位置データは工作物主軸装置２３や工具主軸装置３３における各軸の位置データとすることができる。加工中の上記歯切り工具Ｔ又は工作物Ｗを所定位置に移動させるための動力値は、工作物主軸装置２３や工具主軸装置３３における各軸用の移動装置（図示せず）における電流値とすることができる。

【0040】

また、工具すくい面振れ量は、歯切り工具Ｔの回転中におけるすくい面Ｔ１ａ（図３参照）の振れ量をさす。工具外径振れ量は歯切り工具Ｔの回転中における歯切り工具Ｔの最外径位置の振れ量をさす。再研磨回数は、歯切り工具Ｔの交換タイミングに到達した歯切り工具Ｔを研磨して再使用可能な状態にした回数をさす。再研磨後の工具諸元は、再研磨後における歯切り工具Ｔの外径、すくい面Ｔ１ａの大きさ、刃付け角度など、歯切り工具Ｔにおける各種機械データをさす。工具コーティングに係る諸元は歯切り工具Ｔに設けられたコーティングの厚さなどの値をさす。

【0041】

データ取得部５１で取得される加工中の機械状態データは、所定の加工工程のデータが複数回連続した状態で取得される。所定の加工工程は、例えば、１回の加工パスとする。本実施形態１においては、複数の工作物Ｗが連続して加工される場合とする。従って、データ取得部５１で取得される加工中の機械状態データは、各工作物Ｗを加工したときのデータが連続したデータとなる。

【0042】

さらに、本実施形態１においては、一つの工作物Ｗが複数の加工パスにより加工される場合とする。１回の加工パスは、歯切り工具Ｔを工作物Ｗの軸方向への移動において、移動開始位置から移動終了位置までの移動経路である。従って、一つの工作物Ｗが複数の加工パスにより加工されるため、データ取得部５１が取得する一つの工作物Ｗの加工中の機械状態データは、各加工パスのデータが連続したデータとなる。

【0043】

複数の加工パスは、例えば、荒加工に相当する第１パス、仕上げ加工に相当する第２パスを含んでいてもよいし、荒加工又は仕上げ加工を複数の加工パスで構成してもよい。本実施形態１では、図５（ａ）～（ｄ）に示すように、機械状態データは、荒加工に相当する第１パスの機械状態データと仕上げ加工に相当する第２パスの機械状態データとを連続状態で含んでいる。なお、本実施形態１では、４種の歯切り工具Ｔについて機械状態データを取得した。

【0044】

本実施形態１においては、所定の加工工程を１回の加工パスとする場合には、データ取得部５１で取得される加工中の機械状態データは、第１の工作物Ｗの第１パスのデータ、第１の工作物Ｗの第２パスのデータ、第２の工作物Ｗの第１パスのデータ、第２の工作物Ｗの第２パスのデータ、・・・が連続したデータとなる。これに代えて、所定の加工工程を一つの工作物Ｗの加工としてもよい。

【0045】

データ分割部５３は、機械状態データを、所定の加工工程に対応する所定期間に分割する。本実施形態１では、所定の加工工程を、１回の加工パスとする。従って、データ分割部５３は、複数の加工パスでのデータが連続された機械状態データを取得し、機械状態データを加工パスごとに分割した分割データを取得する。なお、これに替えて、データ分割部５３は、工作物単位で分割して分割データを取得することとしてもよい。

【0046】

特徴量抽出部５４は、分割データから特徴量を抽出する。特徴量は、分割データから算出された所定の統計量とすることができ、例えば、分割データの平均値、標準偏差、分散、ＲＭＳ（二乗平均）、ピーク値などとすることができる。また、特徴量は、工作物ごとの複数の加工パスにおける同一期間の加工パスを収集して上記特徴量を抽出することができる。本実施形態１では、４個の歯切り工具Ｔにおける特徴量として、図６（ａ）に示す第１パスにおけるＺ軸電流ＲＭＳ値、図６（ｂ）に示す第１パスにおける主軸振動ＦＦＴピーク値を例示できる。図６（ａ）に示す第１パスにおけるＺ軸電流ＲＭＳ値は、歯切り工具Ｔにおける工具軸方向Ｚの負荷のバラつき量を示している。また、図６（ｂ）に示す第１パスにおける主軸振動ＦＦＴピーク値は、工具軸Ｃｔの振動量を周波数変換したデータである。

【0047】

図４に示す主成分分析部５５は、特徴量と、歯切り工具Ｔの摩耗量又は該摩耗量に関係する摩耗量関係値とに基づいて、摩耗量との相関性の強い主成分を分析する。歯切り工具Ｔの摩耗量は、使用済みの歯切り工具Ｔを測定して取得した実測値とすることができる。また、摩耗量に関係する摩耗量関係値として、予め作成した理論モデルや理論式に基づいて算出した値を用いることができる。主成分分析部５５による主成分分析を行うことにより、取得された特徴量の次元数を削減することができる。

【0048】

図４に示す対応関係作成部５６は、主成分分析の結果に基づいて、上記主成分と歯切り工具Ｔの寿命に相関する工具寿命スコアとの対応関係を作成する。工具寿命スコアは、例えば、摩耗量、加工回数、加工時間などとすることができる。例えば、本実施形態１では、対応関係作成部５６は、主成分分析（一元化）の結果として、図８に示す加工回数と工具の予測寿命値との対応関係を作成する。作成された対応関係は、対応関係記憶部５７に記憶される。

【0049】

図４に示す予測用データ取得部５８は、寿命予測を行う対象となる歯切り工具Ｔにおける主成分を取得する。予測用データ取得部５８において取得される主成分は、寿命予測を行う対象となる歯切り工具Ｔにおいて上述の主成分分析部５５で取得される主成分と同様とすることができる。

【0050】

図４に示す工具寿命スコア算出部５９は、歯切り工具Ｔについて取得された主成分と、上記対応関係とから寿命予測の対象である歯切り工具Ｔの工具寿命スコアを算出する。また、工具寿命スコアは、歯切り工具における摩耗限界量と、歯切り工具Ｔにおける摩耗量との比較結果に基づいて算出することができる。そして、摩耗限界量は、歯切り工具Ｔにおける再研磨回数に基づいて規定することができる。例えば、摩耗限界量は、再研磨許容範囲内の厚さから当該再研磨により取り除かれた厚さを差し引いた値とすることができる。

【0051】

推定部６０は、工具寿命スコア算出部５９により算出された工具寿命スコアに基づいて、歯切り工具Ｔにおける工具摩耗量、残加工回数、残加工時間、残研磨回数の少なくとも一つを推定する。本実施形態１では、推定部６０は、図８に示す対応関係において、工具寿命スコアとしての予測寿命値と閾値Ｌとの差分に基づいて残加工回数Ｎ１～Ｎ３として推定する。また、残摩耗量Ｐ１～Ｐ３を推定することもできる。推定結果は表示部６１に表示される。

【0052】

５．歯切り工具Ｔの寿命予測
歯車加工装置１における、歯切り工具Ｔの寿命予測について以下に述べる。まず、データ取得部５１により、歯車加工装置１の加工中の機械状態データを取得する。本実施形態１では、例えば、図５（ａ）～（ｄ）に示すように、Ｚ軸電流値、Ｃｗ軸電流値、Ｃｔ軸電流値、主軸振動を取得する。Ｚ軸電流値はＺ軸用移動装置４３における駆動電流の値である。Ｃｗ軸電流値は、工作物主軸装置２３に備えられた工作物ＷをＣｗ軸中心に回転させるためのモータの駆動電流の値である。Ｃｔ軸電流値は工具主軸装置３３に備えられた歯切り工具ＴをＣｔ軸中心に回転させるためのモータの駆動電流の値である。主軸振動は、センサ３５における振動センサの出力のＦＦＴ値である。なお、本実施形態１では、データ取得部５１は工具諸元入力部３６を介して歯切り工具Ｔの工具諸元も取得する。また、本実施形態１では言及しないが、データ取得部５１はセンサ３４により検出された工作物主軸装置２３の振動を取得することとしてもよい。取得された各種データはデータ記憶部５２に記憶される。

【0053】

次に、データ分割部５３により、機械状態データを所定期間で分割する。本実施形態１では、例えば、図５（ａ）～（ｄ）に示すように、第１パスと第２パスに分割した分割データを所得する。その後、特徴量抽出部５４により、分割データから特徴量を抽出する。本実施形態１では、特徴量は、例えば、図６（ａ）に示す第１パスのＺ軸電流ＲＭＳ値や、図６（ｂ）に示す第２パスの主軸振動ＦＦＴのピーク値である。なお、本実施形態１では、４種の歯切り工具Ｔ（第１～第４工具）について特徴量を抽出した。

【0054】

次いで、主成分分析部５５により、特徴量と歯切り工具Ｔの摩耗量又は該摩耗量に関係する摩耗量関係値とに基づいて、摩耗量との相関性の強い成分を主成分とする主成分分析を行う。本実施形態１において、歯切り工具Ｔの摩耗量は、図７に示すように、歯切り工具Ｔに備えられた２１個の切刃Ｔ１の各摩耗量を測定した実測値として取得することができる。そして、対応関係作成部５６により、主成分分析の結果に基づいて、上記主成分と歯切り工具Ｔの寿命に相関する工具寿命スコアとの対応関係を作成する。本実施形態１では、主成分分析部５５による主成分分析の結果は、例えば、図８に示すように、予測寿命値と加工回数との対応関係として表される。作成された対応関係は対応関係記憶部５７に記憶される。

【0055】

そして、寿命予測の対象である歯切り工具Ｔについて上述のデータ取得部５１、データ分割部５３、特徴量抽出部５４及び主成分分析部５５を介して取得された主成分を予測用データ取得部５８が取得し、当該主成分と、対応関係記憶部５７に記憶された対応関係とから寿命予測の対象である歯切り工具Ｔの工具寿命スコアを算出する。本実施形態１では、歯切り工具Ｔの工具寿命スコアは、図８に示すように加工回数に応じた予測寿命値として算出される。

【0056】

推定部６０により、工具寿命スコアとしての予測寿命値と摩耗量限界である閾値Ｌとの比較結果から、例えば、工具摩耗量、残加工回数、残加工時間を推定し、推定結果を表示部６１に表示する。本実施形態１では、図８に示すように、閾値Ｌに到達していない第１～第３工具では残加工回数はＰ１～Ｐ３と推定される。一方、閾値Ｌに到達している第４工具では残加工回数は推定されない。

【0057】

６．作用効果
以下、本実施形態１の歯車加工装置１における作用効果について述べる。歯車加工装置１では、歯車加工装置１における加工中の機械状態データを取得し、加工工程に対応する所定期間で分割して分割データを作成したうえで、当該分割データから特徴量を抽出し、特徴量と歯切り工具Ｔの摩耗量又は摩耗量関係値とに基づいて摩耗量との相関性の強い主成分を分析した分析結果に基づいて、主成分と歯切り工具Ｔの寿命に相関する工具寿命スコアとの対応関係を記憶する。そして、歯切り工具Ｔにおける上記主成分と、上述の対応関係とから当該工具Ｔの工具寿命スコアを算出する。このように、工具寿命スコアを算出するための上記対応関係における特徴量は、機械状態データから分割された分割データから抽出されたものであるため、より高精度に歯切り工具Ｔの寿命を予測することができる。

【0058】

本実施形態１では、データ取得部５１は、歯切り工具Ｔを工作物Ｗに対する複数の加工パスが実施される場合において、加工工程に対応する加工パスに対応するデータが複数連続して含まれる加工中の上記機械状態データを取得する。そして、データ分割部５３は、一つの加工パスの期間ごとに機械状態データを分割し、特徴量抽出部５４は、工作物Ｗごとの複数の加工パスにおける同一期間の加工パスに基づいて特徴量を抽出する。これにより、歯切り工具Ｔの寿命の予測精度を一層向上することができる。

【0059】

また、本実施形態１では、データ取得部５１は、機械状態データとして、加工中の歯切り工具Ｔ又は工作物Ｗの振動量、位置データ、所定位置に移動させるための動力値、上記歯切り工具における工具すくい面振れ量、再研磨回数、工具外径振れ量、再研磨後の工具諸元、工具コーティングに係る諸元の少なくとも一つを含む。そして、主成分分析部５５は、上記機械状態データに含まれる少なくともいずれか一つを上記主成分として主成分分析を行う。これにより、歯切り工具Ｔの寿命の予測精度を一層向上することができる。

【0060】

また、本実施形態１では、工具寿命スコアは、歯切り工具Ｔにおける摩耗限界量と、歯切り工具Ｔにおける摩耗量との比較結果に基づいて算出される。これにより、歯切り工具Ｔの寿命の予測精度を一層向上することができる。

【0061】

また、本実施形態１では、上記摩耗限界量は、上記歯切り工具における再研磨回数に基づいて規定される。これにより、歯切り工具Ｔの摩耗限界量を最適化でき、歯切り工具Ｔの寿命の予測精度を一層向上することができる。

【0062】

また、本実施形態１では、算出された工具寿命スコアに基づいて、歯切り工具Ｔにおける工具摩耗量、残加工回数、残加工時間、残研磨回数の少なくとも一つを推定する推定部６０を有する。これにより、歯切り工具Ｔにおける工具摩耗量、残加工回数、残加工時間、残研磨回数の少なくとも一つを高精度に推定することができる。

【0063】

また、本実施形態１では、特徴量は、歯切り工具Ｔにおける工具軸方向の負荷のバラつき量と、工具軸Ｃｔの振動量を周波数変換したデータを少なくとも含んでいる。これにより、歯切り工具Ｔの寿命の予測精度を一層向上することができる。

【0064】

なお、本実施形態１における歯切り工具Ｔの摩耗量に基づいて、歯車加工装置１における加工品質の異常検知や、当該歯車加工装置１における劣化予測を行うことができる。また、歯切り工具Ｔの摩耗量に応じて良品工具の条件解析を行って工具品質の向上を図ることもできる。

【0065】

以上のごとく、上記態様によれば、外周面に複数の刃を有する歯切り工具Ｔの寿命を高精度に予測可能な歯車加工装置１を提供することができる。

【0066】

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。

【符号の説明】

【0067】

１ 歯車加工装置
２３ 工作物主軸装置
３３ 工具主軸装置
３４、３５ センサ
５０ 予測システム
５１ データ取得部
５２ データ記憶部
５３ データ分割部
５４ 特徴量抽出部
５５ 主成分分析部
５７ 対応関係記憶部
５９ 工具寿命スコア算出部
６０ 推定部
６１ 表示部
Ｔ 歯切り工具
Ｗ 工作物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】