特許 7318315 歯車加工装置及び歯車加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-07-24

(45)【発行日】2023-08-01

(54)【発明の名称】歯車加工装置及び歯車加工方法

(51)【国際特許分類】

   B23F 5/16 20060101AFI20230725BHJP

【ＦＩ】

B23F5/16

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019101912

(22)【出願日】2019-05-31

(65)【公開番号】P2020196057

(43)【公開日】2020-12-10

【審査請求日】2022-04-14

(73)【特許権者】

【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

(74)【代理人】

【識別番号】110000604

【氏名又は名称】弁理士法人 共立特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】蔦岡 雅人

(72)【発明者】

【氏名】大▲崎▼ 嘉太郎

(72)【発明者】

【氏名】水野 尊広

(72)【発明者】

【氏名】山下 友和

【審査官】小川 真

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０６２０５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０７９８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－００６２６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－０９１２８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｆ ５／１６－５／２７

Ｂ２３Ｆ ９／０８－９／１４

Ｂ２３Ｑ １１／００、１５／１２

Ｇ０５Ｂ １９／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

工作物と歯切り工具とを同期回転させながら、前記工作物の回転軸線方向に前記歯切り工具を前記工作物に対して相対移動させることにより、前記工作物に歯車を創成する歯車加工装置であって、
工作物を回転可能に支持する工作物主軸と、
歯切り工具が装着される回転可能な工具主軸と、
前記工作物主軸の回転速度を制御する工作物主軸回転速度制御部と、
前記工具主軸の回転速度を制御する工具主軸回転速度制御部と、
前記工作物主軸回転速度制御部及び前記工具主軸回転速度制御部の何れか一方から、前記工作物主軸及び前記工具主軸の何れか一方の回転速度を変動させる回転速度変動指令を入力し、前記回転速度変動指令に基づいて、前記工作物主軸及び前記工具主軸の何れか一方の回転方向の慣性を算出する慣性算出部と、
算出した前記慣性に基づいて、前記工作物主軸及び前記工具主軸の何れか一方の許容最大加速度を算出する許容最大加速度算出部と、
予め入力された工具諸元、歯車諸元及び加工条件から算出される推定加工抵抗を基に推定加工電流値を算出する加工電流値推定部と、
を備え、
前記許容最大加速度算出部は、算出した前記慣性及び算出した前記推定加工電流値に基づいて、前記工作物主軸及び前記工具主軸の何れか一方の許容最大加速度を算出する、歯車加工装置。

【請求項2】

前記歯車加工装置は、さらに、算出した前記許容最大加速度に基づいて、前記工作物主軸及び前記工具主軸の何れか一方の回転速度変動条件を算出する回転速度変動条件算出部を備える、請求項１に記載の歯車加工装置。

【請求項3】

前記歯車加工装置は、さらに、算出した前記回転速度変動条件の使用可能範囲内で所定の回転速度変動条件を決定し、前記工作物主軸回転速度制御部及び前記工具主軸回転速度制御部に対し、決定した前記所定の回転速度変動条件に基づいて、前記工作物主軸及び前記工具主軸の何れか一方の回転速度変動の変更指令を入力する回転速度変動条件決定部を備える、請求項２に記載の歯車加工装置。

【請求項4】

前記慣性算出部は、前記工作物主軸及び前記工具主軸の何れか一方の空転中に前記慣性の算出を行う、請求項１－３の何れか一項に記載の歯車加工装置。

【請求項5】

前記歯切り工具は、スカイビングカッタであり、
前記歯車加工装置は、前記工作物の回転軸線を前記歯切り工具の回転軸線に対して傾斜させた状態で、前記歯切り工具を前記工作物に対して前記工作物の回転軸線方向に相対移動させることにより、前記工作物に歯車のスカイビング加工を行う、請求項１－４の何れか一項に記載の歯車加工装置。

【請求項6】

工作物を回転可能に支持する工作物主軸と歯切り工具が装着される回転可能な工具主軸とを同期回転させながら、前記工作物の回転軸線方向に前記歯切り工具を前記工作物に対して相対移動させることにより、前記工作物に歯車を創成する歯車加工方法であって、
前記工作物主軸及び前記工具主軸の回転速度を変動させる回転速度変動工程と、
前記回転速度の変動中において、前記工作物主軸及び前記工具主軸の何れか一方の回転方向の慣性を算出する慣性算出工程と、
算出した前記慣性に基づいて、前記工作物主軸及び前記工具主軸の何れか一方の許容最大加速度を算出する許容最大加速度算出工程と、
予め入力された工具諸元、歯車諸元及び加工条件から算出される推定加工抵抗を基に推定加工電流値を算出する加工電流値推定工程と、
を備え、
前記許容最大加速度算出工程は、算出した前記慣性及び算出した前記推定加工電流値に基づいて、前記工作物主軸及び前記工具主軸の何れか一方の許容最大加速度を算出する、歯車加工方法。

【請求項7】

前記歯車加工方法は、さらに、算出した前記許容最大加速度に基づいて、前記工作物主軸及び前記工具主軸の何れか一方の回転速度変動条件を算出する回転速度変動条件算出工程を備える、請求項６に記載の歯車加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、歯車加工装置及び歯車加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

工作機械においては、切削工具と工作物の相対回転速度を上昇させたり、切込量を大きくすると、工作物にびびり振動が発生し易くなる。そこで、例えば、特許文献１には、工作物の動的ひずみを求め、動的ひずみの大きさに基づいて、工作物のびびり振動の判定を行って工作物の加工を行う技術が記載されている。特許文献２には、工作物の固有振動と切削工具の振動成分とが共振しない回転数で切削工具を回転させることで、工作物のびびり振動の発生を防止して工作物の加工を行う技術が記載されている。

【0003】

特許文献３には、工作物又は切削工具の回転を慣性回転にして切削工具と工作物を相対送りすることで、工作物のびびり振動の発生を防止して工作物の加工を行う技術が記載されている。特許文献４には、工作物に対する切削工具の切込深さを減少させることで、工作物のびびり振動の発生を防止して工作物の加工を行う技術が記載されている。しかし、上述の各技術は、スカイビング加工により工作物に歯車を創成する歯車加工装置（歯車加工方法）に対して適用可能か否かは不明である。

【0004】

本発明者は、スカイビング加工を行う歯車加工装置（歯車加工方法）において、工作物のびびり振動を抑制して工作物に歯車を創成する技術（特許文献５）を見い出した。すなわち、特許文献５には、工作物主軸（工作物）及び工具主軸（歯切り工具）の回転速度を変動させて同期回転させながら、工作物の回転軸線方向に歯切り工具を工作物に対して相対移動させることにより、工作物のびびり振動を抑制して工作物に歯車を創成する技術が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０００－２３７９３２号公報

【文献】特開２００９－２７４１７９号公報

【文献】特開昭６３－１２７８０１号公報

【文献】特許第５９２９０６５号公報

【文献】特開２０１８－６２０５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献５に記載の歯車加工装置（歯車加工方法）では、工作物主軸及び工具主軸の回転速度の変動条件の一つである変動振幅が大きいほど、工作物のびびり振動を抑制できる。なお、回転速度の変動条件の一つである変動周波数は、低過ぎると工作物のびびり振動の抑制効果は低下するので、一定値以上は必要である。ところが、回転速度の変動振幅が大き過ぎると、工作物主軸又は工具主軸の慣性による影響で、加速時に工作物主軸用モータ又は工具主軸用モータの電流値が定格電流値を超え、歯車加工装置が異常停止してしまうおそれがあった。

【0007】

本発明は、歯車加工装置の異常停止を防止できる歯車加工装置及び歯車加工方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様は、工作物と歯切り工具とを同期回転させながら、前記工作物の回転軸線方向に前記歯切り工具を前記工作物に対して相対移動させることにより、前記工作物に歯車を創成する歯車加工装置であって、
工作物を回転可能に支持する工作物主軸と、
歯切り工具が装着される回転可能な工具主軸と、
前記工作物主軸の回転速度を制御する工作物主軸回転速度制御部と、
前記工具主軸の回転速度を制御する工具主軸回転速度制御部と、
前記工作物主軸回転速度制御部及び前記工具主軸回転速度制御部の何れか一方から、前記工作物主軸及び前記工具主軸の何れか一方の回転速度を変動させる回転速度変動指令を入力し、前記回転速度変動指令に基づいて、前記工作物主軸及び前記工具主軸の何れか一方の回転方向の慣性を算出する慣性算出部と、
算出した前記慣性に基づいて、前記工作物主軸及び前記工具主軸の何れか一方の許容最大加速度を算出する許容最大加速度算出部と、
予め入力された工具諸元、歯車諸元及び加工条件から算出される推定加工抵抗を基に推定加工電流値を算出する加工電流値推定部と、
を備え、
前記許容最大加速度算出部は、算出した前記慣性及び算出した前記推定加工電流値に基づいて、前記工作物主軸及び前記工具主軸の何れか一方の許容最大加速度を算出する、歯車加工装置にある。

【0009】

本発明の他の態様は、工作物を回転可能に支持する工作物主軸と歯切り工具が装着される回転可能な工具主軸とを同期回転させながら、前記工作物の回転軸線方向に前記歯切り工具を前記工作物に対して相対移動させることにより、前記工作物に歯車を創成する歯車加工方法であって、
前記工作物主軸及び前記工具主軸の回転速度を変動させる回転速度変動工程と、
前記回転速度の変動中において、前記工作物主軸及び前記工具主軸の何れか一方の回転方向の慣性を算出する慣性算出工程と、
算出した前記慣性に基づいて、前記工作物主軸及び前記工具主軸の何れか一方の許容最大加速度を算出する許容最大加速度算出工程と、
予め入力された工具諸元、歯車諸元及び加工条件から算出される推定加工抵抗を基に推定加工電流値を算出する加工電流値推定工程と、
を備え、
前記許容最大加速度算出工程は、算出した前記慣性及び算出した前記推定加工電流値に基づいて、前記工作物主軸及び前記工具主軸の何れか一方の許容最大加速度を算出する、歯車加工方法にある。

【0010】

本発明の歯車加工装置及び歯車加工方法によれば、工作物主軸又は工具主軸の回転速度の限界加速度を見極めているので、従来のように工作物主軸又は工具主軸の慣性による影響で歯車加工装置が異常停止してしまうことを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態における歯車加工装置の斜視図である。

【図2】第一実施形態においてスカイビング加工を行う際の歯切り工具を拡大した一部断面図である。

【図3】歯車加工装置の制御装置のブロック図である。

【図4】制御装置により実行される歯車加工処理のフローチャートである。

【図5】第一実施形態においてスカイビング加工を行う際の歯切り工具と工作物との動作を示す図である。

【図6A】制御装置で制御される工作物主軸の回転速度を正弦波で変動させるときのグラフである。

【図6B】制御装置で制御される工作物主軸の回転速度を正弦波で変動させるときの工作物主軸用モータの電流値の変動を示すグラフである。

【図7】制御装置で算出される工作物主軸の回転速度変動条件（回転速度変動振幅と回転速度変動周波数との関係）を示すグラフである。

【図8A】第一変形例における歯切り工具及び工作物の回転速度の変動を示すグラフである。

【図8B】第二変形例における歯切り工具及び工作物の回転速度の変動を示すグラフである。

【図8C】第三変形例における歯切り工具及び工作物の回転速度の変動を示すグラフである。

【図9】第二実施形態においてホブ加工を行う際の歯切り工具と工作物との動作を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

＜１．第一実施形態＞
（１－１．歯車加工装置の概略構成）
本発明に係る第一実施形態の歯車加工装置の概略構成について図１を参照して説明する。図１に示すように、歯車加工装置１は、相互に直交する３つの直進軸（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸）と２つの回転軸（Ａ軸及びＣ軸）を駆動軸として有するマシニングセンタである。歯車加工装置１は、ベッド１０と、コラム２０と、サドル３０と、工具主軸４０と、テーブル５０と、チルトテーブル６０と、工作物主軸７０と、制御装置１００と、を主に備える。

【0013】

ベッド１０は、床上に配置される。このベッド１０の上面には、コラム２０が設けられる。コラム２０は、ベッド１０内に収容されるＸ軸モータ２１及びＸ軸モータ２１に連結されるボールねじ２２により、Ｘ軸線方向（水平方向）へ移動可能に設けられる。さらに、コラム２０の側面には、サドル３０が設けられる。

【0014】

サドル３０は、コラム２０内に収容されるＹ軸モータ１１（図３参照）及びＹ軸モータ１１に連結されるボールねじ（図示省略）によりＹ軸線方向（鉛直方向）に移動可能に設けられる。工具主軸４０は、サドル３０内に収容される工具主軸用モータ４１（図３参照）によりＺ軸線回りに回転可能に設けられる。工具主軸４０の先端には、歯切り工具４２が装着され、歯切り工具４２は、工具主軸４０の回転に伴って回転する。

【0015】

ここで、図２を参照しながら、歯切り工具４２について説明する。図２に示すように、歯切り工具４２は、外周面に複数の刃４２ａを備えるスカイビングカッタであり、各々の刃４２ａの端面は、すくい角γを有するすくい面を構成する。各々の刃４２ａのすくい面は、歯切り工具４２の中心軸線を中心としたテーパ状としてもよく、刃４２ａごとに異なる方向を向く面状に形成してもよい。

【0016】

図１に示すように、ベッド１０の上面には、テーブル５０が設けられる。テーブル５０は、ベッド１０内に収容されるＺ軸モータ１２（図３参照）及びＺ軸モータ１２に連結されるボールねじ（図示省略）によりＺ軸線方向（水平方向）に移動可能に設けられる。テーブル５０の上面には、チルトテーブル６０を支持するチルトテーブル支持部６１が設けられる。そして、チルトテーブル支持部６１には、チルトテーブル６０がＡ軸線（Ｘ軸線と平行）回りに揺動可能に設けられる。

【0017】

チルトテーブル６０の底面には、工作物主軸７０及び工作物主軸用モータ７１が設けられる。工作物主軸７０は、工作物主軸用モータ７１によりＡ軸線に直交するＣ軸線回りに回転可能に設けられる。工作物主軸７０の先端には、工作物Ｗが保持され、工作物Ｗは、工作物主軸７０の回転に伴って回転する。

【0018】

（１－２．制御装置の構成）
制御装置１００は、スカイビング加工により工作物Ｗに歯車を創成する。具体的には、図５に示すように、制御装置１００は、チルトテーブル６０をＡ軸線回りに揺動させることにより、工作物Ｗの回転軸線Ｃを、歯切り工具４２の回転軸線Ｏに対して傾斜させる。この工作物Ｗの回転軸線Ｃに対する歯切り工具４２の回転軸線Ｏの傾斜角度を交差角δと称す。

【0019】

そして、制御装置１００は、工作物主軸７０（工作物Ｗ）の回転速度Ｖ１、工具主軸４０（歯切り工具４２）の回転速度Ｖ２、及び歯切り工具４２の工作物Ｗに対する工作物Ｗの回転軸線（中心軸線Ｃ）方向への送り速度Ｖ４を制御する。工具主軸４０の回転速度Ｖ２は、工作物主軸７０の回転速度Ｖ１と同期させる。

【0020】

また、切削速度Ｖ３は、歯車加工に要する加工時間（サイクルタイム）、歯切り工具４２の諸元、工作物Ｗの材質、及び工作物Ｗに形成する歯車のねじれ角等に基づいて設定される。すなわち、切削速度Ｖ３は、歯車加工を行う際の加工能率及び歯切り工具４２の工具寿命等を勘案し、最適な速度に設定される。スカイビング加工においては、切削速度Ｖ３を速くするほど、加工能率が向上する一方、面性状等の品質が低下する傾向がある。

【0021】

本例では、制御装置１００は、工作物主軸７０の回転速度Ｖ１を例えば図６Ａに示す正弦波で変動させる。これに伴い、工具主軸４０の回転速度Ｖ２を変動させ、工作物主軸７０の回転速度Ｖ１と同期させる。そして、工作物主軸７０の回転速度Ｖ１と同期するように送り速度Ｖ４を変動させて歯切り工具４２を工作物Ｗの回転軸線Ｃ方向へ送ることで歯車加工を行う。この制御によれば、歯切り工具４２が工作物Ｗに接触する周期が不規則となるため、工作物主軸７０及び工具主軸４０の回転速度が変動せずに一定である場合と比べて、工作物Ｗに発生するびびり振動の増幅が抑制される。

【0022】

しかし、解決課題でも述べたように、図６Ａに示す工作物主軸７０の中心回転速度Ｖ１ｏを基準とする回転速度変動振幅Ｓが大き過ぎると、工作物主軸７０の慣性による影響で、図６Ｂに示すように、加速時に工作物主軸用モータ７１の電流値Ｉが定格電流値Ｉｍａｘ，－Ｉｍａｘを超え、歯車加工装置１が異常停止してしまうおそれがあった。そこで、制御装置１００は、最適な回転速度変動条件を求めて歯車加工に反映するようにしている。

【0023】

次に、制御装置１００の具体的構成について説明する。図３に示すように、制御装置１００は、工作物主軸回転速度制御部１１０と、工具主軸回転速度制御部１２０と、送り速度制御部１３０を備える。さらに、制御装置１００は、慣性算出部１４０と、許容最大加速度算出部１５０と、回転速度変動条件算出部１６０と、回転速度変動条件決定部１７０と、加工電流値推定部１８０を備える。

【0024】

工作物主軸回転速度制御部１１０は、工作物主軸用モータ７１を駆動制御し、工作物主軸７０の回転速度Ｖ１を変動させる。工具主軸回転速度制御部１２０は、工具主軸用モータ４１を駆動制御し、工具主軸４０の回転速度Ｖ２を変動させると共に、工具主軸４０の回転速度Ｖ２を工作物主軸７０の回転速度Ｖ１に同期させる。送り速度制御部１３０は、Ｙ軸モータ１１及びＺ軸モータ１２を駆動制御し、工作物主軸７０の回転速度Ｖ１に同期させて送り速度Ｖ４を変動させつつ、歯切り工具４２と工作物Ｗとの相対距離を調整する。

【0025】

慣性算出部１４０は、工作物主軸回転速度制御部１１０から工作物主軸７０の回転速度Ｖ１を変動させる指令を入力し、当該回転速度変動指令に基づいて、工作物主軸７０の回転方向の慣性を算出する。慣性算出部１４０には、複数の変化させた回転速度変動指令が入力されるので、慣性算出部１４０は、回転速度変動指令の入力毎に工作物主軸７０の回転方向の慣性を算出する。回転速度変動指令を変化させて複数入力する理由は、後述する工作物主軸７０の回転速度変動条件を求めるためである。

【0026】

具体的には、慣性算出部１４０は、工作物主軸７０の回転速度Ｖ１が正弦波で変動して工作物主軸７０が空転しているときの工作物主軸用モータ７１に供給する電流値Ｉを工作物主軸回転速度制御部１１０から入力し、次式（１）で表される工作物主軸用モータ７１のトルクＴを算出する。なお、式（１）におけるＫは、工作物主軸用モータ７１固有の換算係数である。

【0027】

そして、工作物主軸用モータ７１の回転位置情報を工作物主軸用モータ７１のエンコーダから入力し、当該回転位置情報を２階微分して工作物主軸用モータ７１の回転加速度αを算出し、次式（２）で表される工作物主軸７０の慣性ｍｉを算出する。上述のように、工作物主軸７０の慣性ｍｉは、複数算出される。

【0028】

【数1】

【0029】

【数2】

【0030】

加工電流値推定部１８０は、予め入力された工具諸元、歯車諸元及び加工条件から算出される推定加工抵抗を基に、工作物主軸用モータ７１の推定加工電流値を算出する。具体的には、加工電流値推定部１８０は、歯切り工具４２で工作物Ｗを加工するときに切り取られる断面積と比切削抵抗から推定加工抵抗を算出する。切り取られる断面積は、工作物Ｗに創成される歯の歯形状と、歯切り工具４２の切込深さと、歯切り工具４２の刃数と工作物Ｗに創成される歯数の比から求められる。比切削抵抗は実測値から求められる。そして、推定加工電流値Ｉｃは、一般的な方法で推定加工抵抗を換算することで求められる。

【0031】

許容最大加速度算出部１５０は、慣性算出部１４０で算出した工作物主軸７０の慣性、加工電流値推定部１８０で算出した推定加工電流値及び工作物主軸用モータ７１の定格電流値Ｉｍａｘ，－Ｉｍａｘに基づいて、工作物主軸７０の許容最大加速度を算出する。許容最大加速度算出部１５０には、複数の慣性が順次入力されるので、許容最大加速度算出部１５０は、慣性の入力毎に工作物主軸７０の許容最大加速度を算出する。これにより、工作物主軸７０の回転速度の限界加速度を見極めているので、従来のように工作物主軸７０の慣性による影響で歯車加工装置１が異常停止してしまうことを防止できる。

【0032】

具体的には、許容最大加速度算出部１５０は、工作物主軸用モータ７１の定格電流値Ｉｍａｘを工作物主軸回転速度制御部１１０から入力し、次式（３）で表される工作物主軸用モータ７１の最大トルクＴｍａｘを算出する。そして、慣性算出部１４０から工作物主軸７０の慣性ｍｉを入力し、次式（４）で表される工作物主軸用モータ７１の許容最大加速度αｍａｘを算出する。上述のように、工作物主軸用モータ７１の許容最大加速度αｍａｘは、複数算出される。

【0033】

【数3】

【0034】

【数4】

【0035】

回転速度変動条件算出部１６０は、許容最大加速度算出部１５０で算出した許容最大加速度αｍａｘに基づいて、工作物主軸７０の回転速度変動条件を算出する。具体的には、回転速度変動条件算出部１６０には、複数の許容最大加速度αｍａｘが順次入力されるので、回転速度変動条件算出部１６０は、複数の許容最大加速度αｍａｘに基づいて、工作物主軸７０の回転速度変動条件、すなわち図７に示すように、回転速度変動振幅Ｓ（％）と回転速度変動周波数Ｆ（Ｈｚ）との次式（５）で表される反比例の関係を算出する。なお、回転速度変動振幅Ｓ（％）は、回転速度変動周波数Ｆ（Ｈｚ）が高まるにつれて０％に漸近する。なお、式（５）におけるＫｉは、工作物主軸用モータ７１の加工電流値に関する定数である。

【0036】

【数5】

【0037】

回転速度変動条件決定部１７０は、回転速度変動条件算出部１６０で算出した回転速度変動振幅Ｓ（％）と回転速度変動周波数Ｆ（Ｈｚ）との関係のうち、使用可能範囲内で所定の回転速度変動条件を決定する。使用可能範囲内とは、高能率加工、すなわち加工抵抗が高い場合は、図７のクロス線部であり、低能率加工、すなわち加工抵抗が低い場合は、図７のクロス線部を含む斜線部である。そして、工作物主軸回転速度制御部１１０に対し、決定した所定の回転速度変動条件に基づいて、工作物主軸７０の回転速度変動の変更指令を入力する。

【0038】

上述の歯車加工装置１によれば、工作物主軸７０の回転速度変動条件の使用可能範囲が明確化できるので、この使用可能範囲内で最適な工作物主軸７０の回転速度変動条件を決定して歯車加工できる。よって、従来のように工作物主軸７０の慣性による影響で歯車加工装置１が異常停止してしまうことを防止でき、歯車加工の生産性を高めることができる。

【0039】

（１－３．制御装置による歯車加工処理）
次に、制御装置１００により実行される歯車加工処理（歯車加工方法）について図を参照して説明する。なお、歯車加工処理を実行するにあたり、工作物主軸７０には、工作物Ｗが保持され、工具主軸４０には、歯切り工具４２が装着されているものとする。また、工作物Ｗの回転軸線Ｃに対する歯切り工具４２の回転軸線Ｏの傾斜角度は、交差角δに設定され、歯切り工具４２は、工作物Ｗの加工開始位置に位置決めされているものとする。

【0040】

工作物主軸回転速度制御部１１０は、工作物主軸７０の回転速度Ｖ１を正弦波で変動させて工作物主軸７０を空転させる（図４のステップＳ１、回転速度変動工程）。そして、慣性算出部１４０は、工作物主軸７０の空転中に工作物主軸７０の慣性を算出する（図４のステップＳ２、慣性算出工程）。加工電流値推定部１８０は、予め入力された工具諸元、歯車諸元及び加工条件から算出される推定加工抵抗を基に、工作物主軸用モータ７１の推定加工電流値を算出する（図４のステップＳ３、加工電流値推定工程）。許容最大加速度算出部１５０は、慣性算出部１４０で算出した工作物主軸７０の慣性、加工電流値推定部１８０で算出した推定加工電流値及び工作物主軸用モータ７１の定格電流値Ｉｍａｘ，－Ｉｍａｘに基づいて、工作物主軸７０の許容最大加速度を算出する（図４のステップＳ４、許容最大加速度算出工程）。

【0041】

回転速度変動条件算出部１６０は、所定数の工作物主軸７０の許容最大加速度が算出されたか否かを判断し（図４のステップＳ５）、所定数の工作物主軸７０の許容最大加速度が算出されていないときはステップＳ１に戻って上述の処理を繰り返す。一方、所定数の工作物主軸７０の許容最大加速度が算出されたときは、許容最大加速度算出部１５０で算出した許容最大加速度αｍａｘに基づいて、工作物主軸７０の回転速度変動条件を算出する（図４のステップＳ６、回転速度変動条件算出工程）。

【0042】

回転速度変動条件決定部１７０は、回転速度変動条件算出部１６０で算出した変動振幅（％）と変動周波数（Ｈｚ）との関係のうち、使用可能範囲内（図７のクロス線部又はクロス線部を含む斜線部）で所定の回転速度変動条件を決定する（図４のステップＳ７）。そして、工作物主軸回転速度制御部１１０に対し、決定した所定の回転速度変動条件に基づいて、工作物主軸７０の回転速度変動の変更指令を入力する（図４のステップＳ８）。なお、同一形状の歯車を複数加工する場合、工作物主軸７０の回転速度変動の変更指令の入力は、加工開始直前に一回のみ行えばよい。

【0043】

工作物主軸回転速度制御部１１０は、入力した工作物主軸７０の回転速度変動の変更指令に基づいて、工作物主軸７０の回転速度Ｖ１を設定する（図４のステップＳ９）。さらに、工具主軸回転速度制御部１２０は、工作物主軸回転速度制御部１１０により設定された工作物主軸７０の回転速度Ｖ１に同期するように、工具主軸４０の回転速度Ｖ２を設定する（図４のステップＳ１０）。そして、送り速度制御部１３０は、送り速度Ｖ４が工作物主軸７０の回転速度Ｖ１の変動周波数と同期するように、送り速度Ｖ４を設定する（図４のステップＳ１１）。

【0044】

以上の処理により、歯切り工具４２は、工作物Ｗに噛合しながら、工作物Ｗに連続的な歯車加工を行い、工作物Ｗに歯面形状を創成する（図４のステップＳ１２）。そして、一の工作物Ｗの歯車加工が完了したか否かを判断し（図４のステップＳ１３）、一の工作物Ｗの歯車加工が完了したら、次の工作物Ｗの歯車加工の有無を確認する（図４のステップＳ１４）。そして、次の工作物Ｗの歯車加工が有るときは、ステップＳ１２に戻って上述の処理を繰り返し、次の工作物Ｗの歯車加工が無いときは、全ての処理を終了する。

【0045】

この歯車加工処理によれば、工作物主軸７０の回転速度変動条件の使用可能範囲が明確化できるので、この使用可能範囲内で最適な工作物主軸７０の回転速度変動条件を決定して歯車加工できる。よって、従来のように工作物主軸７０の慣性による影響で歯車加工装置１が異常停止してしまうことを防止でき、歯車加工の生産性を高めることができる。

【0046】

そして、工作物主軸７０の回転速度を変動させているので、工作物Ｗに発生するびびり振動の増幅が抑制される。その結果、工作物Ｗに対する歯切り工具４２の切込量を大きく設定することができる。よって、工作物Ｗに形成された加工面の面性状の向上と加工能率の向上との両立を図れる。

【0047】

（１－４．第一実施形態の変形例）
上記第一実施形態の実施例においては、工作物主軸７０の回転速度Ｖ１を正弦波で変動させる場合について説明したが、図８Ａに示す第一変形例のように、工作物主軸７０の回転速度Ｖ１を三角波で変動させてもよい。この場合、工作物主軸回転速度制御部１１０は、上述の正弦波と同様に、回転速度変動条件算出部１６０で算出した変動振幅（％）と変動周波数（Ｈｚ）との関係のうち、使用可能範囲内で決定された所定の回転速度変動条件で工作物主軸７０の回転速度Ｖ１を制御する。同様に、工作物主軸７０の回転速度Ｖ１を放物線が波状に変化するように変動させてもよい。

【0048】

また、工作物主軸７０の回転速度Ｖ１を直線的に加速又は減速させてもよい。例えば、工作物主軸回転速度制御部１１０は、図８Ｂに示す第二変形例のように、工作物主軸７０の回転速度Ｖ１を一定の加速度で加速させてもよい。同様に、工作物主軸回転速度制御部１１０は、図８Ｃに示す第三変形例のように、工作物主軸７０の回転速度Ｖ１を一定の減速度で減速させてもよい。

【0049】

この場合、工作物主軸回転速度制御部１１０は、工作物主軸７０の回転速度変動条件として、許容される工作物主軸７０の回転速度Ｖ１である上限値及び下限値である限界速度上限値及び限界速度下限値、並びに回転速度Ｖ１の加速度又は減速度（直線の傾き）を算出する。そして、工作物主軸回転速度制御部１１０は、回転速度Ｖ１の限界速度上限値及び限界速度下限値、並びに回転速度Ｖ１の加速度又は減速度（直線の傾き）と加工時間とに基づき、歯車加工時の回転速度Ｖ１が限界速度上限値及び限界速度下限値を超えないように、歯車加工の開始時及び終了時における回転速度Ｖ１を設定する。

【0050】

以上のように、各変形例において、工作物主軸７０の回転速度変動条件の使用可能範囲が明確化できるので、この使用可能範囲内で最適な工作物主軸７０の回転速度変動条件を決定して歯車加工できる。よって、従来のように工作物主軸７０の慣性による影響で歯車加工装置１が異常停止してしまうことを防止でき、歯車加工の生産性を高めることができる。そして、歯車加工時において、歯切り工具４２を高速回転させつつ、工作物Ｗに発生する再生びびり振動の増幅を抑制できるので、工作物Ｗに形成された加工面の面性状の向上と加工能率の向上との両立を図れる。

【0051】

また、各変形例では、工作物主軸７０の回転速度Ｖ１を一定の加速度又は減速度で変動させることにより、工具主軸回転速度制御部１２０による工具主軸４０の回転速度Ｖ２の同期制御、及び、送り速度制御部１３０による送り速度Ｖ４の同期制御を簡素化できる。その結果、工作物主軸７０の回転速度Ｖ１と、工具主軸４０の回転速度Ｖ２及び送り速度Ｖ４との同期誤差を抑制できる。

【0052】

＜２．第二実施形態＞
次に、図９を参照して、第二実施形態について説明する。第一実施形態において、歯切り工具４２がスカイビングカッタであり、歯車加工装置１は、スカイビング加工による歯車加工を行う場合について説明した。これに対し、第二実施形態では、歯切り工具２４２がホブカッタであり、歯車加工装置１が、ホブ加工による歯車加工を行う場合を説明する。なお、上記した第一実施形態と同一の部品には同一の符号を付し、その説明を省略する。

【0053】

歯車加工装置１は、歯切り工具２４２の回転軸線Ｏと工作物Ｗの回転軸線であるＣ軸とが交差するように、歯切り工具２４２及び工作物Ｗを配置する。なお、図９には、歯切り工具２４２の回転軸線Ｏと工作物Ｗの回転軸線であるＣ軸とが直交するように、歯切り工具２４２及び工作物Ｗが配置されている。そして、歯車加工装置１は、歯車加工時において、工作物Ｗ及び歯切り工具４２をそれぞれ回転させながら、歯切り工具４２を工作物Ｗの中心軸線であるＺ軸方向へ送る（相対移動させる）ことにより、工作物Ｗに歯車を創成する。

【0054】

この歯車加工においても、工作物主軸７０の回転速度変動条件の使用可能範囲が明確化できるので、この使用可能範囲内で最適な工作物主軸７０の回転速度変動条件を決定して歯車加工できる。よって、従来のように工作物主軸７０の慣性による影響で歯車加工装置１が異常停止してしまうことを防止でき、歯車加工の生産性を高めることができる。そして、歯車加工装置１は、歯切り工具２４２を高速回転させつつ、工作物Ｗに発生する再生びびり振動の増幅を抑制できるので、工作物Ｗに形成された加工面の面性状の向上と加工能率の向上との両立を図れる。

【0055】

＜３．その他＞
上記各実施形態においては、歯車加工前に工作物主軸７０の回転速度変動条件を算出する構成としたが、歯車加工途中、すなわち荒加工と仕上げ加工の途中で、工作物主軸７０の回転速度変動条件を算出する構成としてもよい。これにより、荒加工で重量変化が生じた工作物Ｗに対して工作物Ｗに発生する再生びびり振動の増幅を抑制できるので、工作物Ｗに形成された加工面の面性状のさらなる向上を図れる。なお、歯車加工前及び歯車加工途中で、工作物主軸７０の回転速度変動条件を算出する構成としてもよい。また、工作物主軸７０の回転速度変動条件を算出する構成としたが、工具主軸４０の回転速度変動条件を算出する構成としてもよい。

【0056】

また、上記各実施形態では、歯車加工装置１は、コラム２０がＸ軸線方向へ移動可能な構成を説明したが、コラム２０の代わりにテーブル５０がＸ軸線方向へ移動可能に構成されてもよい。また、テーブル５０がＺ軸線方向へ移動可能な構成を説明したが、テーブル５０の代わりにコラム２０がＺ軸線方向へ移動可能に構成されていてもよい。また、歯車加工装置１として横型のマシニングセンタについて説明したが、縦型のマシニングセンタにも本発明は適用可能である。また、工作機械全般に本発明を適用可能である。

【符号の説明】

【0057】

１：歯車加工装置、 ４０：工具主軸、 ４１：工具主軸用モータ、 ４２：歯切り工具、 ７０：工作物主軸、 ７１：工作物主軸用モータ、 １００：制御装置、 １１０：工作物主軸回転速度制御部、 １２０：工具主軸回転速度制御部、 １３０：送り速度制御部、 １４０：慣性算出部、 １５０：許容最大加速度算出部、 １６０：回転速度変動条件算出部、 １７０：回転速度変動条件決定部、 １８０：加工電流値推定部、 Ｗ：工作物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図9】