特許 7347028 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】2023-09-11

(45)【発行日】2023-09-20

(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 20060101AFI20230912BHJP

   G05B 19/416 20060101ALI20230912BHJP

   B23Q 15/12 20060101ALI20230912BHJP

【ＦＩ】

B23F5/16

G05B19/416 F

B23Q15/12 A

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2019158998

(22)【出願日】2019-08-30

(65)【公開番号】P2021037558

(43)【公開日】2021-03-11

【審査請求日】2022-07-14

(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】山下 友和

【審査官】増山 慎也

(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２０１６－１６３９１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１７４９３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／００８８２９８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｆ ５／１６、２２、２４

Ｂ２３Ｑ １５／１２

Ｇ０５Ｂ １９／４０４、４１６

(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、前記工作物に歯車の歯を加工する歯車加工装置であって、
前記工作物を回転可能に支持する工作物主軸と、
前記歯切り工具が装着される回転可能な工具主軸と、
前記工作物主軸及び前記工具主軸の少なくとも一方を移動可能に支持する移動体と、
前記工作物主軸の回転速度を周期的に変動させ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周期的に変動させる工具主軸回転速度制御部と、
前記歯切り工具を前記工作物の回転軸線方向に相対移動させ、前記工作物主軸及び前記工具主軸の回転速度の周期的な変動と同期した送り速度で制御を行う直動制御部と、
前記移動体の慣性力に基づいて、前記送り速度の補正量を算出する送り速度補正量算出部と、
を備える、歯車加工装置。

【請求項2】

前記送り速度の前記補正量は、前記送り速度の周期的な変動における振幅補正量を含む、請求項１に記載の歯車加工装置。

【請求項3】

前記送り速度の前記補正量は、前記送り速度の加減速に起因するオフセット時間補正量を含む、請求項１又は２に記載の歯車加工装置。

【請求項4】

前記送り速度補正量算出部は、前記送り速度の変動周波数に基づいて、前記送り速度の前記補正量を算出する、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】

前記送り速度の前記補正量は、装置固有の補正量を含む、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】

前記装置固有の補正量は、前記送り速度の変動周波数に基づいて算出される、請求項５に記載の歯車加工装置。

【請求項7】

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、前記工作物に歯車の歯を加工する歯車加工装置であって、
前記工作物を回転可能に支持する工作物主軸と、
前記歯切り工具が装着される回転可能な工具主軸と、
前記工作物主軸を直動可能に支持する第一移動体及び前記工具主軸を直動可能に支持する第二移動体と、
前記工作物主軸の回転速度を周期的に変動させ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周期的に変動させる工具主軸回転速度制御部と、
前記歯切り工具を前記工作物の回転軸線方向に相対移動させ、前記工作物主軸及び前記工具主軸の回転速度の周期的な変動と同期した送り速度で制御を行う直動制御部と、
前記第一移動体の第一慣性力と前記第二移動体の第二慣性力に基づいて、前記第一移動体の直動の補正量及び前記第二移動体の直動の補正量を算出する送り速度補正量算出部と、
を備える、歯車加工装置。

【請求項8】

前記送り速度補正量算出部は、前記第一慣性力と前記第二慣性力の差に基づいて、前記第一移動体の直動の補正量及び前記第二移動体の直動の補正量を算出する、請求項７に記載の歯車加工装置。

【請求項9】

前記歯車加工装置は、前記工作物を含む第一回転体の第一慣性モーメントと前記歯切り工具を含む第二回転体の第二慣性モーメントに基づいて、前記工作物主軸及び前記工具主軸の少なくとも一方における回転速度の補正量を算出する回転速度補正量算出部、を備える、請求項１－８の何れか一項に記載の歯車加工装置。

【請求項10】

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、前記工作物に歯車の歯を加工する歯車加工装置であって、
前記工作物を回転可能に支持する工作物主軸と、
前記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周期的に変動させ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周期的に変動させる工具主軸回転速度制御部と、
前記歯切り工具を前記工作物の回転軸線方向に相対移動させ、前記工作物主軸及び前記工具主軸の回転速度の周期的な変動と同期した送り速度で制御を行う直動制御部と、
前記工作物を含む第一回転体の第一慣性モーメントと前記歯切り工具を含む第二回転体の第二慣性モーメントに基づいて、前記工作物主軸及び前記工具主軸の少なくとも一方における回転速度の補正量を算出する回転速度補正量算出部と、
を備える、歯車加工装置。

【請求項11】

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１－１０の何れか一項に記載の歯車加工装置。

【請求項12】

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、前記工作物に歯車の歯を加工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周期的に変動させる回転速度変動工程と、
前記歯切り工具を前記工作物の回転軸線方向に相対移動させ、前記工作物主軸及び前記工具主軸の回転速度の周期的な変動と同期した送り速度で制御を行う直動制御工程と、
前記工作物主軸及び前記工具主軸の少なくとも一方を移動可能に支持する移動体の慣性力に基づいて、前記送り速度の補正量を算出する送り速度補正量算出工程と、
を備える、歯車加工方法。

【請求項13】

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、前記工作物に歯車の歯を加工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周期的に変動させる回転速度変動工程と、
前記歯切り工具を前記工作物の回転軸線方向に相対移動させ、前記工作物主軸及び前記工具主軸の回転速度の周期的な変動と同期した送り速度で制御を行う直動制御工程と、
前記工作物主軸を直動可能に支持する第一移動体の第一慣性力及び前記工具主軸を直動可能に支持する第二移動体の第二慣性力に基づいて、前記第一移動体の直動の補正量及び前記第二移動体の直動の補正量を算出する送り速度補正量算出工程と、
を備える、歯車加工方法。

【請求項14】

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、前記工作物に歯車の歯を加工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周期的に変動させる回転速度変動工程と、
前記歯切り工具を前記工作物の回転軸線方向に相対移動させ、前記工作物主軸及び前記工具主軸の回転速度の周期的な変動と同期した送り速度で制御を行う直動制御工程と、
前記工作物を含む第一回転体の第一慣性モーメントと前記歯切り工具を含む第二回転体の第二慣性モーメントに基づいて、前記工作物主軸及び前記工具主軸の少なくとも一方における回転速度の補正量を算出する回転速度補正量算出工程と、
を備える、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加工する歯車加工装置（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加工する技術（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加工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】

上述の歯車加工装置では、工作物主軸及び工具主軸の回転速度のみを変動させるため、歯切り工具の切れ刃の実切込深さ（切削長さ）が変動する。すなわち、図１９に示すように、切れ刃の軌跡を円（中心Ｏ）に近似した場合の直径（切れ刃軌跡直径）をＲ、切れ刃の切込量をａとしたとき、次式（１）に示すように、刃当たり送り量Ｌｚは、歯切り工具の工作物に対する工作物の回転軸線方向への送り速度Ｖｔ－ｗ（以下単に、送り速度Ｖｔ－ｗという）及び平均工作物主軸回転速度Ｓｗａで表される。なお、刃当たり送り量Ｌｚとは、工作物の１回転毎の工作物に対する歯切り工具の接近量である。そして、次式（２）に示すように、実切込深さｈｔは、刃当たり送り量Ｌｚ、切込量ａ及び切れ刃軌跡直径Ｒで表される。

【0007】

【数1】

【0008】

【数2】

【0009】

式（２）における√（ａ／Ｒ・（１－ａ／Ｒ））は一定のため（速度変動に影響しないため）、実切込深さｈｔは、刃当たり送り量Ｌｚに比例する。つまり、送り速度Ｖｔ－ｗを一定のまま、図２０に示すように、工作物主軸回転速度Ｓｗを変動させると、図２１及び図２２に示すように、工作物主軸回転速度Ｓｗの変動振幅に反比例して、刃当たり送り量Ｌｚは変動することになり、実切込深さｈｔも変動する。このため、工具寿命は、工作物主軸及び工具主軸の回転速度が一定の場合と比較して短くなる傾向にある。

【0010】

本発明は、工具寿命を向上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】

【0011】

本発明の第一の態様は、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、前記工作物に歯車の歯を加工する歯車加工装置であって、
前記工作物を回転可能に支持する工作物主軸と、
前記歯切り工具が装着される回転可能な工具主軸と、
前記工作物主軸及び前記工具主軸の少なくとも一方を移動可能に支持する移動体と、
前記工作物主軸の回転速度を周期的に変動させ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周期的に変動させる工具主軸回転速度制御部と、
前記歯切り工具を前記工作物の回転軸線方向に相対移動させ、前記工作物主軸及び前記工具主軸の回転速度の周期的な変動と同期した送り速度で制御を行う直動制御部と、
前記移動体の慣性力に基づいて、前記送り速度の補正量を算出する送り速度補正量算出部と、
を備える、歯車加工装置にある。
本発明の第二の態様は、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、前記工作物に歯車の歯を加工する歯車加工装置であって、
前記工作物を回転可能に支持する工作物主軸と、
前記歯切り工具が装着される回転可能な工具主軸と、
前記工作物主軸を直動可能に支持する第一移動体及び前記工具主軸を直動可能に支持する第二移動体と、
前記工作物主軸の回転速度を周期的に変動させ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周期的に変動させる工具主軸回転速度制御部と、
前記歯切り工具を前記工作物の回転軸線方向に相対移動させ、前記工作物主軸及び前記工具主軸の回転速度の周期的な変動と同期した送り速度で制御を行う直動制御部と、
前記第一移動体の第一慣性力と前記第二移動体の第二慣性力に基づいて、前記第一移動体の直動の補正量及び前記第二移動体の直動の補正量を算出する送り速度補正量算出部と、
を備える、歯車加工装置にある。
本発明の第三の態様は、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、前記工作物に歯車の歯を加工する歯車加工装置であって、
前記工作物を回転可能に支持する工作物主軸と、
前記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周期的に変動させ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周期的に変動させる工具主軸回転速度制御部と、
前記歯切り工具を前記工作物の回転軸線方向に相対移動させ、前記工作物主軸及び前記工具主軸の回転速度の周期的な変動と同期した送り速度で制御を行う直動制御部と、
前記工作物を含む第一回転体の第一慣性モーメントと前記歯切り工具を含む第二回転体の第二慣性モーメントに基づいて、前記工作物主軸及び前記工具主軸の少なくとも一方における回転速度の補正量を算出する回転速度補正量算出部と、
を備える、歯車加工装置にある。

【0012】

本発明の第四の態様は、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、前記工作物に歯車の歯を加工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周期的に変動させる回転速度変動工程と、
前記歯切り工具を前記工作物の回転軸線方向に相対移動させ、前記工作物主軸及び前記工具主軸の回転速度の周期的な変動と同期した送り速度で制御を行う直動制御工程と、
前記工作物主軸及び前記工具主軸の少なくとも一方を移動可能に支持する移動体の慣性力に基づいて、前記送り速度の補正量を算出する送り速度補正量算出工程と、
を備える、歯車加工方法にある。
本発明の第五の態様は、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、前記工作物に歯車の歯を加工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周期的に変動させる回転速度変動工程と、
前記歯切り工具を前記工作物の回転軸線方向に相対移動させ、前記工作物主軸及び前記工具主軸の回転速度の周期的な変動と同期した送り速度で制御を行う直動制御工程と、
前記工作物主軸を直動可能に支持する第一移動体の第一慣性力及び前記工具主軸を直動可能に支持する第二移動体の第二慣性力に基づいて、前記第一移動体の直動の補正量及び前記第二移動体の直動の補正量を算出する送り速度補正量算出工程と、
を備える、歯車加工方法にある。
本発明の第六の態様は、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、前記工作物に歯車の歯を加工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周期的に変動させる回転速度変動工程と、
前記歯切り工具を前記工作物の回転軸線方向に相対移動させ、前記工作物主軸及び前記工具主軸の回転速度の周期的な変動と同期した送り速度で制御を行う直動制御工程と、
前記工作物を含む第一回転体の第一慣性モーメントと前記歯切り工具を含む第二回転体の第二慣性モーメントに基づいて、前記工作物主軸及び前記工具主軸の少なくとも一方における回転速度の補正量を算出する回転速度補正量算出工程と、
を備える、歯車加工方法にある。

【0013】

本発明の上記態様によれば、工作物主軸の回転速度を工具主軸の回転速度と同期させて変動させているとともに、送り速度を工具主軸の回転速度と同期させて変動させている。これにより、歯切り工具の切れ刃の実切込深さを一定にすることができ、歯切り工具の長寿命化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【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】図１の歯車加工装置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】歯車加工装置の第一実施形態の制御装置のブロック図である。

【図4】図３の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】歯車加工装置の第二実施形態の制御装置のブロック図である。

【図6】図５の制御装置により実行される歯車加工処理の後半のフローチャートである。

【図7】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8A】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8B】制御装置で制御される工具主軸の回転速度を工作物主軸の回転速度と同期させるときのグラフである。

【図9】工具主軸を回転させるときの工具主軸回転速度の安定判別を説明するための図である。

【図10】工作物主軸と工具主軸の回転速度同期誤差の変動を示すグラフである。

【図11】歯車の歯の歯すじに発生するうねりと歯すじ誤差を示す図である。

【図12】工作物主軸の回転速度の第一、第二、第三の補正量を説明するためのグラフである。

【図13】第一、第二の補正量で補正後の工作物主軸と工具主軸の回転速度同期誤差の変動を示すグラフである。

【図14】第一、第二の補正量で補正後の歯車の歯の歯すじに発生するうねりと歯すじ誤差を示す図である。

【図15】第一、第二、第三の補正量で補正後の工作物主軸と工具主軸の回転速度同期誤差の変動を示すグラフである。

【図16】第一、第二、第三の補正量で補正後の歯車の歯の歯すじに発生するうねりと歯すじ誤差を示す図である。

【図17】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。

【図18】歯切り工具及び工作物の回転速度の別例の変動を示すグラフである。

【図19】歯切り工具で工作物を加工する際の切れ刃の軌跡を示す図である。

【図20】工作物主軸の回転速度の変動を示すグラフである。

【図21】歯切り工具の工作物に対する工作物の回転軸線方向への送り速度を一定で、工作物主軸の回転速度を変動させたときの刃当たり送り量の変動を示すグラフである。

【図22】歯切り工具の工作物に対する工作物の回転軸線方向への送り速度を一定で、工作物主軸の回転速度を変動させたときの実切込深さの変動を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

＜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。

【0016】

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。

【0017】

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内に収容されるエンコーダ（図示省略）を有す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（スカイビングカッタ）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。

【0018】

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、外周面に複数の切れ刃４２ａを備えるスカイビングカッタであり、各々の切れ刃４２ａの端面は、すくい角γを有するすくい面を構成する。各々の切れ刃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、切れ刃４２ａごとに異なる方向を向く面状に形成してもよい。

【0019】

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。

【0020】

チルトテーブル６０の底面には、工作物主軸７０及びエンコーダ（図示省略）を有する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。

【0021】

（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に歯車を加工する。具体的には、図７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。

【0022】

そして、制御装置１００は、工具主軸４０（歯切り工具４２）の回転速度Ｓｔ、工作物主軸７０（工作物Ｗ）の回転速度Ｓｗを制御する。さらに、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、すなわち本例ではＺ軸線方向のテーブル５０（工作物Ｗ）の送り速度Ｖｚ（以下単に、Ｚ軸送り速度Ｖｚという）及びＹ軸線方向のサドル３０（歯切り工具４２）の送り速度Ｖｙ（以下単に、Ｙ軸送り速度Ｖｙという）を合成した送り速度Ｖｚ＋ｙ（以下単に、送り速度Ｖｚ＋ｙという）を制御する。

【0023】

また、切削速度Ｓｔ－ｗ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Ｓｔ－ｗ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Ｓｔ－ｗ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。

【0024】

ここで、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗ（平均工作物主軸回転速度Ｓｗａ）及び工具主軸４０の回転速度Ｓｔ（平均工作物主軸回転速度Ｓｔａ）を正弦波で変動させる制御を行うことで、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。このため、工作物主軸７０及び工具主軸４０の回転速度Ｓｗ，Ｓｔ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。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。

【0025】

しかし、解決課題で述べたように、工作物主軸７０及び工具主軸４０の回転速度Ｓｗ，Ｓｔのみを変動させた場合、歯切り工具４２の切れ刃４２ａの実切込深さ（切削長さ）が変動し、工具寿命は工作物主軸７０及び工具主軸４０の回転速度Ｓｗ，Ｓｔが一定の場合と比較して短くなる傾向にある。そこで、本例の制御装置１００は、工具主軸４０の回転速度Ｓｔを変動させるとともに、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗを工具主軸４０の回転速度Ｓｔと同期させる。そして、送り速度Ｖｚ＋ｙを工具主軸４０の回転速度Ｓｔと同期させて、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、歯切り工具４２の切れ刃４２ａの実切込深さが一定になるようにしている。

【0026】

工具主軸４０の回転速度Ｓｔは、次式（３）で表される。なお、式（３）におけるＳｔａは、工具主軸４０の平均回転速度（平均工具主軸回転速度）、Ａｔは、工具主軸４０の変動振幅、ｆｈは、回転変動の変動周波数、ｔは、時間である。工作物主軸７０の回転速度Ｓｗは、次式（４）で表される。なお、式（４）におけるＳｗａは、工作物主軸７０の平均回転速度（平均工作物主軸回転速度）である。

【0027】

【数3】

【0028】

【数4】

【0029】

また、Ｚ軸送り速度Ｖｚは、次式（５）で表される。なお、式（５）におけるＶｚａは、平均Ｚ軸送り速度である。Ｙ軸送り速度Ｖｙは、次式（６）で表される。なお、式（６）におけるＶｙａは、平均Ｙ軸送り速度である。

【0030】

【数5】

【0031】

【数6】

【0032】

この制御装置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、Ｙ軸送り速度制御部１４０（直動制御部）と、Ｚ軸送り速度制御部１５０（直動制御部）を備える。

【0033】

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Ｓｔを変動させる。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、工具主軸４０の回転速度Ｓｔに同期させて工作物主軸７０の回転速度Ｓｗを変動させる。Ｙ軸送り速度制御部１４０及びＺ軸送り速度制御部１５０は、Ｙ軸モータ１１及びＺ軸モータ１２をそれぞれ駆動制御し、工具主軸４０の回転速度Ｓｔに同期させて送り速度Ｖｚ＋ｙ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。

【0034】

上述の第一の実施形態の制御装置１００を備える歯車加工装置１によれば、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗを工具主軸４０の回転速度Ｓｔと同期させて変動させているとともに、送り速度Ｖｚ＋ｙを工具主軸４０の回転速度Ｓｔと同期させて変動させている。これにより、歯切り工具４２の切れ刃４２ａの実切込深さを一定にすることができ、歯切り工具４２の長寿命化を図ることができる。

【0035】

（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。

【0036】

工具主軸回転速度制御部１２０は、工具主軸４０の回転速度Ｓｔを正弦波で変動させて工具主軸４０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、工具主軸４０の回転速度Ｓｔが、安定しているか否か判別する（図４のステップＳ２）。この処理は、図９に示すように、工具主軸４０の平均工具主軸回転速度Ｓｗａが、目標中心速度の±２０％内に入っている場合に安定と判別する。

【0037】

工具主軸回転速度制御部１２０は、工具主軸４０の回転速度Ｓｔが安定したら、工作物主軸回転速度制御部１１０に同期回転指令を入力する。工作物主軸回転速度制御部１１０は、工具主軸回転速度制御部１２０により設定された工具主軸４０の回転速度Ｓｔに同期するように、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗを設定して工作物主軸７０を回転させる（図４のステップＳ３、回転速度変動工程）。そして、Ｙ軸送り速度制御部１４０及びＺ軸送り速度制御部１５０は、送り速度Ｖｚ＋ｙが工具主軸４０の回転速度Ｓｔの変動周波数と同期するように、Ｚ軸送り速度Ｖｚ及びＹ軸送り速度Ｖｙをそれぞれ設定してＺ軸及びＹ軸を送る（図４のステップＳ４、直動制御工程）。

【0038】

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に歯面形状を加工する（図４のステップＳ５）。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Ｓ６）、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Ｓ７）。そして、次の工作物Ｗの歯車加工が有るときは、ステップＳ５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。

【0039】

＜２．第二実施形態＞
（２－１．歯車加工装置の概略構成）
本発明に係る第二実施形態の歯車加工装置の概略構成は、図１に示す第一実施形態の歯車加工装置の概略構成と同一であるので、詳細な説明は省略する。

【0040】

（２－２．制御装置の構成）
第一の実施形態の制御装置１００は、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗを工具主軸４０の回転速度Ｓｔに同期させて変動させている。さらに、送り速度Ｖｚ＋ｙを工具主軸４０の回転速度Ｓｔに同期させて変動させている。しかし、工作物Ｗを含む第一回転体（工作物Ｗ及び工作物主軸７０の回転部分）の質量と歯切り工具４２を含む第二回転体（歯切り工具４２及び工具主軸４０の回転部分）の質量とは、同一ではない。そのため、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗ及び工具主軸４０の回転速度Ｓｔが変動したとき、第一回転体の第一慣性モーメントと第二回転体の第二慣性モーメントとが異なる。そして、第一、第二回転体の第一、第二慣性モーメントの相違に起因して、図１０に示すように、工作物主軸７０と工具主軸４０の回転位相の同期誤差Δθが発生する。この回転位相の同期誤差Δθは次式（７）で表される。なお、式中のθｗは、工作物主軸回転位相、θｔは、工具主軸回転位相、Ｚｔは、歯切り工具４２の工具刃数、Ｚｗは、工作物Ｗに加工する歯車の歯数である。その結果、図１１に示すように、加工される歯車の歯Ｇの歯すじＧｚに歯すじ誤差εのうねりが発生し、歯車加工精度が悪化するおそれがあった。

【0041】

【数7】

【0042】

また、送り速度Ｖｚ＋ｙと工具主軸４０の回転速度Ｓｔとの間にも同期誤差が発生する場合があり、この点でも歯車加工精度が悪化するおそれがあった。工作物主軸７０と工具主軸４０の回転位相の同期誤差Δθが発生する理由としては、工作物Ｗを含む第一回転体（工作物Ｗ及び工作物主軸７０の回転部分）の質量と歯切り工具４２を含む第二回転体（歯切り工具４２及び工具主軸４０の回転部分）の質量とは、同一ではない。そのため、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗ及び工具主軸４０の回転速度Ｓｔが変動したとき、第一回転体の第一慣性モーメントと第二回転体の第二慣性モーメントとが異なるからである。

【0043】

また、送り速度Ｖｚ＋ｙと工具主軸４０の回転速度Ｓｔとの間に同期誤差が発生する理由としては、工作物Ｗを含む第一移動体（工作物Ｗ、工作物主軸７０及びテーブル５０等）の質量と歯切り工具４２を含む第二移動体（歯切り工具４２、工具主軸４０及びサドル３０等）の質量とは、同一ではない。そのため、送り速度Ｖｚ＋ｙ及び工具主軸４０の回転速度Ｓｔが変動したとき、第一移動体の第一慣性力と第二移動体の第二慣性力とが異なるからである。

【0044】

そこで、第二の実施形態の制御装置１０１は、第一回転体の第一慣性モーメントと第二回転体の第二慣性モーメントに基づいて、工作物主軸７０における回転速度Ｓｗの補正量を算出するようにしている。さらに、第一移動体の第一慣性力と第二移動体の第二慣性力に基づいて、送り速度Ｖｚ＋ｙ、本例では、Ｙ軸送り速度Ｖｙの補正量及びＺ軸送り速度Ｖｚの補正量を算出するようにしている。

【0045】

この制御装置１０１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１０１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、回転速度補正量算出部１３０と、Ｙ軸送り速度制御部１４０（直動制御部）と、Ｚ軸送り速度制御部１５０（直動制御部）と、送り速度補正量算出部１６０を備える。

【0046】

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Ｓｔ（式（３）参照）を変動させる。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Ｓｗ（式（４）参照）を工具主軸４０の回転速度Ｓｔに同期させて変動させる。

【0047】

Ｙ軸送り速度制御部１４０及びＺ軸送り速度制御部１５０は、Ｙ軸モータ１１及びＺ軸モータ１２をそれぞれ駆動制御し、送り速度Ｖｚ＋ｙ（（式（５）、（６）参照））を工具主軸４０の回転速度Ｓｔに同期させて変動させつつ、歯切り工具４２と工作物Ｗとの相対距離を調整する。

【0048】

回転速度補正量算出部１３０は、工作物Ｗを含む第一回転体の第一慣性モーメントと歯切り工具４２を含む第二回転体の第二慣性モーメントに基づいて、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗの補正量を算出する。つまり、回転速度補正量算出部１３０は、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗの補正量に含まれる第一の補正量として、先ず、図１２に示すように、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗの図示破線で示す周期的な変動における振幅を微調整するための振幅補正量ΔＡｗ－ｔを算出する。この補正を行うことで、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗは、図示一点鎖線で示す周期的な変動になる。

【0049】

具体的には、回転速度補正量算出部１３０は、回転速度補正量算出部１３０に予め記憶されている第一回転体の第一慣性モーメントと第二回転体の第二慣性モーメントとの差Ｉｗ－ｔ、工具主軸４０の回転速度Ｓｔの変動振幅Ａｔ及び変動周波数ｆｈに基づいて、次式（８）で表される工作物主軸７０の変動振幅の振幅補正量ΔＡｗ－ｔを求める。なお、式中のＣｗｔは、歯切り工具４２基準の工作物Ｗに関する定数であり、回転速度補正量算出部１３０に予め記憶されている。また、同様な変数を三角関数に用いた式にて振幅補正量ΔＡｗ－ｔを求めることもできる。

【0050】

【数8】

【0051】

さらに、回転速度補正量算出部１３０は、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗの補正量に含まれる第二の補正量として、図１２に示すように、第一回転体における加減速タイミングの微小な時間ずれ、つまり、第一回転体における加減速に起因するオフセット時間補正量Ｐｗを算出する。この補正を行うことで、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗは、図示二点鎖線で示す周期的な変動になる。

【0052】

具体的には、回転速度補正量算出部１３０は、回転速度補正量算出部１３０に予め記憶されている第一回転体の第一慣性モーメントと第二回転体の第二慣性モーメントとの差Ｉｗ－ｔ、工具主軸４０の回転速度Ｓｔの変動周波数ｆｈに基づいて、次式（９）で表される第一回転体における加減速に起因するオフセット時間補正量Ｐｗを求める。なお、式中のＣｗは、第二回転体基準の第一回転体に関する定数であり、回転速度補正量算出部１３０に予め記憶されている。また、同様な変数を三角関数に用いた式にてオフセット時間補正量Ｐｗを求めることもできる。

【0053】

【数9】

【0054】

ここで、上述の工作物主軸７０の変動振幅の振幅補正量ΔＡｗ－ｔ及び第一回転体における加減速に起因するオフセット時間補正量Ｐｗで工作物主軸７０の変動振幅を補正すると、図１３に示すように、工作物主軸７０と工具主軸４０の回転位相の同期誤差Δθは、図１０に示す補正前の回転位相の同期誤差Δθよりも改善される。しかし、図１４に示すように、歯車の歯Ｇの歯すじＧｚに歯すじ誤差εｃのうねりは、図１１に示す補正前の歯すじ誤差εのうねりより多少改善される程度（εｃ＜ε）で、歯すじ誤差のうねりの許容範囲内に入っていない。

【0055】

そこで、さらに、回転速度補正量算出部１３０は、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗの補正量に含まれる第三の補正量として、図１２に示すように、第一回転体における時間的な極僅かな誤差、つまり、第一回転体における回転速度制御周期より短い時間の装置固有のオフセット時間補正量ΔＰｗを算出する。

【0056】

この装置固有のオフセット時間補正量は、例えばエンコーダの測定タイミングのずれを補正するものであり、工具主軸回転速度制御部１２０及び工作物主軸回転制御部１１０の制御周期によるが、一般的に制御指令は、回転速度制御部同等の時間補正はできない。このため、回転速度指令値の回転位相値に時間補正相当の補正を行うようにする。この補正を行うことで、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗは、図示実線で示す周期的な変動になる。

【0057】

具体的には、回転速度補正量算出部１３０は、回転速度補正量算出部１３０に予め記憶されている工作物主軸７０の極僅かな時間ずれΔＴｗ及び工具主軸４０の回転速度Ｓｔの変動周波数ｆｈに基づいて、次式（１０）で表される第一回転体における回転速度制御周期より短い時間の装置固有のオフセット時間補正量ΔＰｗを求める。

【0058】

【数10】

【0059】

上述の第一回転体における回転速度制御周期より短い時間の装置固有のオフセット時間補正量ΔＰｗで工作物主軸７０の変動振幅を補正すると、図１５に示すように、工作物主軸７０と工具主軸４０の回転位相の同期誤差Δθは、図１３に示す振幅補正量ΔＡｗ－ｔ及びオフセット時間補正量Ｐｗで補正したときの回転位相の同期誤差Δθと比較して僅かに大きくなるが、図１６に示すように、歯車の歯Ｇの歯すじＧｚに歯すじ誤差εｃｃのうねりは、図１４に示す振幅補正量ΔＡｗ－ｔ及びオフセット時間補正量Ｐｗで補正したときの歯すじ誤差εｃのうねりよりも小さくなって（εｃｃ＜εｃ）、許容範囲内に入るようになる。

【0060】

送り速度補正量算出部１６０は、上述の回転速度補正量算出部１３０と同様な処理を行う。つまり、送り速度補正量算出部１６０は、工作物Ｗを含む第一移動体の第一慣性力の代替値に当たるＺ軸モータ１２に連結されたボールネジのＺ軸慣性モーメントと歯切り工具４２を含む第二移動体の第二慣性力の代替値に当たるＹ軸モータ１１に連結されたボールネジのＹ軸慣性モーメントに基づいて、Ｚ軸の送り速度Ｖｚの補正量及びＹ軸の送り速度Ｖｙの補正量を算出する。つまり、送り速度補正量算出部１６０は、Ｚ軸の送り速度Ｖｚの補正量に含まれるものとして、先ず、Ｚ軸の送り速度Ｖｚの周期的な変動における振幅を微調整する振幅補正量を算出する。

【0061】

具体的には、送り速度補正量算出部１６０は、送り速度補正量算出部１６０に予め記憶されているＺ軸慣性モーメントとＹ軸慣性モーメントとの差Ｉｚ－ｙ、平均Ｚ軸送り速度Ｓｚａ、工具主軸４０の回転速度Ｓｔの変動振幅Ａｔ（＝Ａｙ：Ｙ軸の変動振幅）及び変動周波数ｆｈに基づいて、次式（１１）で表されるＺ軸の変動振幅の振幅補正量ΔＡｚ－ｙを求める。なお、式中のＣｚｔは、歯切り工具４２基準のＺ軸に関する定数であり、送り速度補正量算出部１６０に予め記憶されている。また、同様な変数を三角関数に用いた式にて振幅補正量ΔＡｚ－ｙを求めることもできる。

【0062】

【数11】

【0063】

さらに、送り速度補正量算出部１６０は、Ｚ軸の送り速度Ｖｚの補正量に含まれるものとして、第一移動体における加減速タイミングの微小な時間ずれ、つまり、第一移動体における加減速に起因するオフセット時間補正量を算出する。このオフセット時間補正量は、加工前の工具主軸４０の空転及びＺ軸の空送りの状態のときに、同期変動指令による工具主軸４０の回転位相とＺ軸の位置をそれぞれ測定し、工具主軸４０の回転位相に対するＺ軸の時間ずれ（最大工具主軸回転速度、最小工具主軸回転速度、平均工具主軸回転速度に至るタイミング）に相当する。

【0064】

具体的には、送り速度補正量算出部１６０は、送り速度補正量算出部１６０に予め記憶されているＺ軸慣性モーメントと第二回転体の第二慣性モーメントとの差Ｉｚ－ｔ、Ｚ軸の平均Ｚ軸送り速度Ｓｚａ及び工具主軸４０の回転速度Ｓｔの変動周波数ｆｈに基づいて、次式（１２）で表される第一移動体における加減速に起因するオフセット時間補正量Ｐｚを求める。なお、式中のＣｚは、第一移動体に関する定数であり、送り速度補正量算出部１６０に予め記憶されている。また、同様な変数を三角関数に用いた式にてオフセット時間補正量Ｐｚを求めることもできる。

【0065】

【数12】

【0066】

さらに、送り速度補正量算出部１６０は、Ｚ軸の送り速度Ｖｚの補正量に含まれるものとして、第一移動体における時間的な極僅かな誤差、つまり、第一移動体における送り速度制御周期より短い時間の装置固有のオフセット時間補正量を算出する。この装置固有のオフセット時間補正量は、工具主軸回転速度制御部１２０及び工作物主軸回転制御部１１０の制御周期によるが、一般的に制御指令は、回転速度制御部同等の時間補正はできない。このため、送り速度指令値に時間補正相当の補正を行うようにする。

【0067】

具体的には、送り速度補正量算出部１６０は、送り速度補正量算出部１６０に予め記憶されているＺ軸の極僅かな時間ずれΔＴｚ及び工具主軸４０の回転速度Ｓｔの変動周波数ｆｈに基づいて、次式（１３）で表される第一移動体における送り速度制御周期より短い時間の装置固有のオフセット時間補正量ΔＰｚを求める。

【0068】

【数13】

【0069】

また、送り速度補正量算出部１６０は、Ｙ軸の送り速度Ｖｙの補正量に含まれるものとして、第二移動体における加減速タイミングの微小な時間ずれ、つまり、第二移動体における加減速に起因するオフセット時間補正量を算出する。

【0070】

具体的には、送り速度補正量算出部１６０は、送り速度補正量算出部１６０に予め記憶されているＹ軸慣性モーメントと第二回転体の第二慣性モーメントとの差Ｉｙ－ｔ、Ｙ軸の平均Ｙ軸送り速度Ｓｙａ及び工具主軸４０の回転速度Ｓｔの変動周波数ｆｈに基づいて、次式（１４）で表される第二移動体における加減速に起因するオフセット時間補正量Ｐｙを求める。なお、式中のＣｙは、第二移動体に関する定数であり、送り速度補正量算出部１６０に予め記憶されている。また、同様な変数を三角関数に用いた式にてオフセット時間補正量Ｐｙを求めることもできる。

【0071】

【数14】

【0072】

さらに、送り速度補正量算出部１６０は、Ｙ軸の送り速度Ｖｙの補正量に含まれるものとして、第二移動体における時間的な極僅かな誤差、つまり、第二移動体における送り速度制御周期より短い時間の装置固有のオフセット時間補正量を算出する。この装置固有のオフセット時間補正量は、具主軸回転速度制御部１２０及び工作物主軸回転制御部１１０の制御周期によるが、一般的に制御指令は、回転速度制御部同等の時間補正はできない。このため、送り速度指令値に時間補正相当の補正を行うようにする。

【0073】

具体的には、送り速度補正量算出部１６０は、送り速度補正量算出部１６０に予め記憶されているＹ軸の極僅かな時間ずれΔＴｙ及び工具主軸４０の回転速度Ｓｔの変動周波数ｆｈに基づいて、次式（１５）で表される第一移動体における送り速度制御周期より短い時間の装置固有のオフセット時間補正量ΔＰｙを求める。

【0074】

【数15】

【0075】

上述の第二の実施形態の制御装置１０１を備える歯車加工装置１によれば、第一の実施形態の効果に加え、加工される歯車の歯Ｇの歯すじＧｚのうねりをさらに抑制できるので、歯車加工において加工する歯車の加工精度を大幅に高めることができる。そして、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗを工具主軸４０の回転速度Ｓｔと同期させて変動させているとともに、送り速度Ｖｚ＋ｙを工具主軸４０の回転速度Ｓｔと同期させて変動させている。これにより、歯切り工具４２の切れ刃４２ａの実切込深さを一定にすることができ、歯切り工具４２の長寿命化を図ることができる。

【0076】

（２－３．制御装置による歯車加工処理）
次に、制御装置１０１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。

【0077】

工具主軸回転速度制御部１２０は、工具主軸４０の回転速度Ｓｔを正弦波で変動させて工具主軸４０を空転させる（図６のステップＳ１１、回転速度変動工程）。そして、工具主軸４０の回転速度Ｓｔが、安定しているか否か判別する（図６のステップＳ１２）。この処理は、図９に示すように、工具主軸４０の平均工具主軸回転速度Ｓｔａが、目標中心速度の±２０％内に入っている場合に安定と判別する。

【0078】

工具主軸回転速度制御部１２０は、工具主軸４０の回転速度Ｓｔが安定したら、工作物主軸回転速度制御部１１０に同期回転指令を入力する。工作物主軸回転速度制御部１１０は、工具主軸回転速度制御部１２０により設定された工具主軸４０の回転速度Ｓｔに同期するように、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗを設定して工作物主軸７０を空転させる（図６のステップＳ１３、回転速度変動工程）。そして、Ｙ軸送り速度制御部１４０及びＺ軸送り速度制御部１５０は、送り速度Ｖｚ＋ｙが工具主軸４０の回転速度Ｓｔの変動周波数と同期するように、Ｚ軸送り速度Ｖｚ及びＹ軸送り速度Ｖｙをそれぞれ設定してＺ軸及びＹ軸を空送りする（図６のステップＳ１４、直動制御工程）。

【0079】

そして、回転速度補正量算出部１３０は、工作物主軸７０の回転速度補正量を算出する（図６のステップＳ１５）。送り速度補正量算出部１６０は、Ｚ軸の送り速度補正量及びＹ軸の送り速度補正量をそれぞれ算出する（図６のステップＳ１６、送り速度補正量算出工程）。そして、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Ｓｗを次式（１６）に示すように工作物主軸７０の回転速度補正量で補正する（図６のステップＳ１７）。Ｚ軸送り速度制御部１５０及びＹ軸送り速度制御部１４０は、Ｚ軸送り速度Ｖｚ及びＹ軸送り速度Ｖｙを次式（１７）及び次式（１８）に示すようにＺ軸の送り速度補正量及びＹ軸の送り速度補正量でそれぞれ補正する（図６のステップＳ１８）。

【0080】

【数16】

【0081】

【数17】

【0082】

【数18】

【0083】

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に歯面形状を加工する（図６のステップＳ１９）。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６のステップＳ２０）、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６のステップＳ２１）。そして、次の工作物Ｗの歯車加工が有るときは、ステップＳ１９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。また、第二実施形態では、ＡｚをＡｙ（＝Ａｔ）基準で補正したが、Ａｚ，Ａｙ各々をＡｔ基準で補正することもできる。

【0084】

＜３．第三実施形態＞
次に、図１７を参照して、第三実施形態について説明する。第一、第二実施形態において、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、第三実施形態では、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。

【0085】

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１７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２４２をそれぞれ回転させながら、歯切り工具２４２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に歯車を加工する。

【0086】

この歯車加工においても、第一の実施形態の効果に加え、加工される歯車の歯Ｇの歯すじＧｚのうねりをさらに抑制できるので、歯車加工において加工する歯車の加工精度を大幅に高めることができる。そして、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗを工具主軸４０の回転速度Ｓｔと同期させて変動させているとともに、送り速度Ｖｚ＋ｙを工具主軸４０の回転速度Ｓｔと同期させて変動させている。これにより、歯切り工具４２の切れ刃４２ａの実切込深さを一定にすることができ、歯切り工具４２の長寿命化を図ることができる。

【0087】

＜４．その他＞
上記各実施形態では、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗを正弦波で変動させる場合について説明したが、図１８に示すように、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗを三角波で変動させてもよい。同様に、工作物主軸７０の回転速度Ｓｗを放物線が波状に変化するように変動させてもよい。

【0088】

また、上記各実施形態では、工作物主軸７０の回転速度補正量を算出する構成としたが、工具主軸４０の回転速度補正量を算出する構成としてもよい。また、工作物主軸７０及び工具主軸４０の両方の回転速度補正量を算出する構成としてもよい。この場合、工作物主軸７０の回転速度補正量と工具主軸４０の回転速度補正量を、５０％対５０％の比率で求め、あるいは、工作物Ｗに加工する歯車の歯数と歯切り工具４２の刃数の比率で求める。

【0089】

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。

【0090】

また、上記各実施形態では、回転２軸（工具主軸４０、工作物主軸７０）及び直動２軸（Ｚ軸、Ｙ軸）で加工可能なマシニングセンタにおいて各軸を補正する場合を説明したが、回転２軸（工具主軸４０、工作物主軸７０）及び直動１軸（例えばＺ軸）や、回転２軸（工具主軸４０、工作物主軸７０）及び直動３軸（Ｚ軸、Ｙ軸、Ｘ軸）で加工可能なマシニングセンタにおいて各軸を補正する場合も適用可能である。そして、歯車加工のみならず、バリアブルレシオラックや歯のクラウニングの加工にも適用可能である。

【符号の説明】

【0091】

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：回転速度補正量算出部、 １４０：Ｙ軸送り速度制御部、 １５０：Ｚ軸送り速度制御部、 １６０：送り速度補正量算出部、 Ｗ：工作物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】