特許 7445963 歯車加工装置および歯車加工方法

(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】2024-02-29

(45)【発行日】2024-03-08

(54)【発明の名称】歯車加工装置および歯車加工方法

(51)【国際特許分類】

   B23F 5/16 20060101AFI20240301BHJP

   G05B 19/4093 20060101ALI20240301BHJP

   B23Q 15/12 20060101ALN20240301BHJP

【ＦＩ】

B23F5/16

G05B19/4093 M

B23Q15/12 A

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020019962

(22)【出願日】2020-02-07

(65)【公開番号】P2021122918

(43)【公開日】2021-08-30

【審査請求日】2023-01-19

(73)【特許権者】

【識別番号】504139662

【氏名又は名称】国立大学法人東海国立大学機構

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(72)【発明者】

【氏名】早坂 健宏

(72)【発明者】

【氏名】社本 英二

【審査官】野口 絢子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０６２０５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１３６７８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１４４５８０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｑ１５／００－１５／２８

Ｇ０５Ｂ１９／１８－１９／４１６

Ｇ０５Ｂ１９／４２－１９／４６

Ｂ２３Ｆ １／００－２３／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被削材を第１回転軸まわりに回転させる第１回転機構と、
歯切り工具を第２回転軸まわりに回転させる第２回転機構と、
被削材に対して歯切り工具を、第１回転軸に平行な方向に相対的に移動させる送り機構と、
前記第１回転機構による被削材の回転、前記第２回転機構による歯切り工具の回転、前記送り機構による歯切り工具の相対移動を制御する制御部とを備えて、スカイビング加工により被削材に歯車を創成する歯車加工装置であって、
前記制御部は、被削材の回転を加速させる加速制御と、被削材の回転を減速させる減速制御とを交互に実行するものであり、
前記制御部は、被削材の回転の加速期間中、創成中の同じ歯面を歯切り工具が切削するときの今回の切削速度と１回前の切削速度との比である速度変動比を１より小さい第２値から１より大きい第１値に変化させた後、第１値に維持し、被削材の回転の減速期間中、速度変動比を第１値から第２値に変化させた後、第２値に維持する、
ことを特徴とする歯車加工装置。

【請求項2】

第１回転軸まわりの被削材の回転を加速させる加速制御と、第１回転軸まわりの被削材の回転を減速させる減速制御とを交互に実行する第１回転制御ステップと、
歯切り工具の第２回転軸まわりの回転を制御する第２回転制御ステップと、
被削材に対する歯切り工具の、第１回転軸に平行な方向の相対的な移動を制御するステップと、を有して、スカイビング加工により被削材に歯車を創成する歯車加工方法であって、
第１回転制御ステップは、被削材の回転の加速期間中、創成中の同じ歯面を歯切り工具が切削するときの今回の切削速度と１回前の切削速度との比である速度変動比を１より小さい第２値から１より大きい第１値に変化させた後、第１値に維持し、被削材の回転の減速期間中、速度変動比を第１値から第２値に変化させた後、第２値に維持する、
ことを特徴とする歯車加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、スカイビング加工を利用して被削材に歯車を創成する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

スカイビング加工は、被削材の回転軸に対して歯切り工具の回転軸を傾斜させた状態で歯切り工具の切れ刃を被削材の径方向に切り込ませ、被削材と歯切り工具を同期回転させつつ、歯切り工具を被削材の回転軸に平行な方向に送り移動させて、被削材に歯車を創成する加工法である。スカイビング加工は、被削材および歯切り工具の回転速度を高くすることで加工能率を向上しやすく、特に内歯歯車の高能率加工に有効であることが知られている。

【0003】

スカイビング加工は、歯切り工具の送り機構を利用するため工具側の剛性が比較的低くなり、びびり振動が問題となることがある。特許文献１は、びびり振動の発生を抑制するために、工作物の回転速度を変動させる工程と、歯切り工具の回転速度を工作物の回転速度の変動に同期させながら変動させる工程とを有するスカイビング加工方法を開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【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】

【0005】

特許文献１に示されるように工作物の回転速度を一定の周期で反復的に変動させると、回転速度の増減が切り替わる前後で、現在の速度と１回転前の速度の比率が１に近くなる。従来より再生びびり振動を抑制する目的で、主軸回転速度を三角波の変動パターンで周期的に変動させることがあるが、本開示者が三角波の変動パターンを解析した結果、回転速度が極大値となる前後で、再生びびり振動が発生する可能性のあることを突き止めた。本開示者は、主軸回転速度の周期的な変動パターンについて研究を重ね、効果的に再生びびり振動を抑制する変動パターンを特定するに至った。

【0006】

本開示はこうした状況に鑑みてなされており、その目的とするところは、再生びびり振動を効果的に抑制する歯車創成技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本開示のある態様の歯車加工装置は、被削材を第１回転軸まわりに回転させる第１回転機構と、歯切り工具を第２回転軸まわりに回転させる第２回転機構と、被削材に対して歯切り工具を、第１回転軸に平行な方向に相対的に移動させる送り機構と、第１回転機構による被削材の回転、第２回転機構による歯切り工具の回転、送り機構による歯切り工具の相対移動を制御する制御部とを備えて、スカイビング加工により被削材に歯車を創成する。制御部は、創成中の同じ歯面を歯切り工具が切削するときの今回の切削速度と１回前の切削速度との比である速度変動比が１より大きい第１値以上となるように被削材の回転を加速させる加速制御と、速度変動比が１より小さい第２値以下となるように被削材の回転を減速させる減速制御とを交互に実行する。

【0008】

本開示の別の態様の歯車加工方法は、被削材の第１回転軸まわりの回転を制御するステップと、歯切り工具の第２回転軸まわりの回転を制御するステップと、被削材に対する歯切り工具の、第１回転軸に平行な方向の相対的な移動を制御するステップと、を有して、スカイビング加工により被削材に歯車を創成する。被削材の回転制御ステップは、創成中の同じ歯面を歯切り工具が切削するときの今回の切削速度と１回前の切削速度との比である速度変動比が１より大きい第１値以上となるように被削材の回転を加速させる加速制御と、速度変動比が１より小さい第２値以下となるように被削材の回転を減速させる減速制御とを交互に実行する。

【0009】

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本開示の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本開示の態様として有効である。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態の歯車加工装置の概略構成を示す図である。

【図2】スカイビング加工における被削材の回転を説明するための図である。

【図3】（ａ）－（ｃ）は、旋削加工において三角波の変動パターンで主軸回転速度を制御したときのシミュレーション結果を示す図である。

【図4】（ａ）－（ｃ）は、スカイビング加工において三角波の変動パターンで被削材回転速度を制御したときのシミュレーション結果を示す図である。

【図5】（ａ）－（ｃ）は、スカイビング加工において実施形態の変動パターンで被削材回転速度を制御したときのシミュレーション結果を示す図である。

【図6】（ａ）－（ｂ）は、スカイビング加工において変形例の変動パターンで被削材回転速度を制御したときのシミュレーション結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１は、実施形態の歯車加工装置１の概略構成を示す。歯車加工装置１は、スカイビング加工により被削材１０に歯車を創成する加工装置であり、ＮＣ工作機械であってよい。実施形態の歯車加工装置１は、外周面に複数の加工歯（切れ刃）を備えた歯切り工具１２を用いて、円筒形状の被削材１０の内周面に内歯歯車を創成する。歯切り工具１２における複数の加工歯の先端を円弧で結んだときの外径寸法は、被削材１０の内径寸法よりも小さく設定され、これにより歯車加工装置１は、歯切り工具１２を被削材１０の内側に挿入して、被削材１０の内周面に歯車を創成できる。なお歯車加工装置１は、スカイビング加工により被削材１０の外周面に外歯歯車を創成してもよい。

【0012】

スカイビング加工では、被削材１０の回転軸線である第１回転軸Ｏgを、歯切り工具１２の回転軸線である第２回転軸Ｏtに対して傾斜させる。第１回転軸Ｏgの軸線方向と第２回転軸Ｏtの軸線方向のなす角度を、傾斜角Σ(rad)と呼ぶ。歯車加工装置１は、第１回転機構２０、第２回転機構２２、送り機構２４および制御部３０を備え、被削材１０と歯切り工具１２とを同期回転させながら、歯切り工具１２を第１回転軸Ｏgに平行な方向に送ることで、被削材１０の内周面に歯車を創成する。

【0013】

第１回転機構２０は、被削材１０を第１回転軸Ｏｇまわりに回転させる機構であり、被削材１０を固定する第１主軸と、第１主軸を第１回転軸Ｏｇまわりに回転する第１主軸モータを有する。第２回転機構２２は、歯切り工具１２を第２回転軸Ｏｔまわりに回転させる機構であり、歯切り工具１２を固定する第２主軸と、第２主軸を第２回転軸Ｏｔまわりに回転する第２主軸モータを有する。

【0014】

送り機構２４は、被削材１０に対して歯切り工具１２を、第１回転軸Ｏｇに平行な方向に相対的に移動させる機構であり、歯切り工具１２を固定した第２主軸を、第１回転軸Ｏｇに平行な方向に動かす変位機構と、変位機構を駆動する駆動モータを有する。なお変位機構は、被削材１０を固定した第１主軸を、第１回転軸Ｏｇに平行な方向に動かしてもよい。

【0015】

加工する内歯歯車の噛合歯は、第１回転軸Ｏｇに対してねじれ角βｇ(rad)でねじれたねじれ歯であってよいが、ねじれ角βｇ＝０(rad)の第１回転軸Ｏｇに平行な平行歯であってもよい。同様に、歯切り工具１２の外周面に設けられた加工歯は、第２回転軸Ｏｔに対してねじれ角βｔ(rad)でねじれたねじれ歯であってもよいが、ねじれ角βｔ＝０(rad)の第２回転軸Ｏｔに平行な平行歯であってもよい。スカイビング加工において、傾斜角Σと各ねじれ角との関係は、以下の式で表現される。
Σ＝｜βｇ－βｔ｜

【0016】

以下、スカイビング加工の速度パラメータ、具体的には被削材１０の回転速度ωｇ(rad/s)、歯切り工具１２の回転速度ωｔ(rad/s)、歯切り工具１２の送り量ｆｔ(mm/rev)の関係について説明する。なお歯切り工具１２の送り速度Ｆｔは、（ｆｔ×ωｔ／２π）（mm/s）であり、歯切り工具１２の送り量ｆｔ(mm/rev)は一定値をとってよい。ここで被削材１０に創成する内歯歯車の歯数をｎｇ、歯切り工具１２の加工歯の歯数をｎｔとする。

【0017】

歯切り工具１２の回転周期は、

【数1】

歯切り工具１２が１回転する間に被削材１０が回転する角度は、

【数2】

である。

【0018】

次に、歯切り工具１２が１回転する間の被削材１０と歯切り工具１２の噛み合いを考える。歯切り工具１２は、歯数ｎｔだけ回転し、Ｚ軸方向にｆｔ(mm)移動するので、被削材１０が回転する角度は、

【数3】

と表現できる。ここでｒｇ(mm)は、創成する内歯歯車のピッチ円半径である。
（１）と（２）は等しいため、

【数4】

と、（３）の関係が導出される。

【0019】

制御部３０は、第１回転機構２０による被削材１０の回転、第２回転機構２２による歯切り工具１２の回転、送り機構２４による歯切り工具１２の相対移動を制御する。スカイビング加工を実施するために、制御部３０は、（３）の関係を維持するように、被削材１０の回転速度ωｇ、歯切り工具１２の回転速度ωｔ、歯切り工具１２の送り量ｆｔを設定して、各モータへの供給電力を調整し、第１回転機構２０、第２回転機構２２、送り機構２４の動きを制御する。

【0020】

図２は、スカイビング加工における被削材１０と歯切り工具１２の位置関係を模式的に示す。以下、被削材１０に創成する１つの歯面を工具切れ刃（加工歯）が切削するときの、被削材１０の回転角度について説明する。

【0021】

歯切り工具１２は回転速度ωｔで回転しながら、ｆｔ(mm/rev)の送り量で、被削材１０の第１回転軸Ｏｇに平行な方向に送られる。このため現在切削されている歯面は、被削材１０の一回転前に比べて、（ｆｔ×ｎｇ）／（ｎｔ×ｔａｎΣ）(mm)だけ位置として先行する。なお角度としては、（ｆｔ×ｎｇ）／（ｒｇ×ｎｔ×ｔａｎΣ）(rad)だけ先行する。このことは、被削材１０が（２π－（ｆｔ×ｎｇ）／（ｒｇ×ｎｔ×ｔａｎΣ））(rad)回転すると、被削材１０の同じ位置の歯面が再び切削されることを意味する。つまり被削材１０の１つの歯面は、被削材１０が（２π－（ｆｔ×ｎｇ）／（ｒｇ×ｎｔ×ｔａｎΣ））(rad)回転する度に切削される。

【0022】

スカイビング加工では、同じ歯面を切削するときに、再生びびり振動が発生する可能性がある。そこで以下において、スカイビング加工における再生びびり振動の発生を抑制する被削材１０の回転速度について説明する。

【0023】

従来より、再生びびり振動の発生を抑制するために、主軸回転速度を変動させる技術が利用されている。再生びびり振動の成長を抑制する主軸回転速度の変動パターンとしては、たとえば三角波や正弦波の変動パターンが知られている。本開示者は、現在の切削速度と１回転前の切削速度の比に着目して、三角波の変動パターンによるびびり振動抑制効果をシミュレーションにより検証した。

【0024】

図３は、三角波の変動パターンで主軸回転速度を変動させたときにびびり振動が発生する様子をシミュレーションした結果を示す。このシミュレーションでは、スカイビング加工ではなく、主軸に取り付けた被削材を切削工具の刃先で旋削加工する単純な加工モデルを利用している。以下、旋削加工において被削材の同じ回転位置における現在の切削速度と１回転前の切削速度との比を「速度変動比」と呼ぶ。

【0025】

図３（ａ）は、旋削加工における主軸回転速度の三角波の変動パターンを示す。この変動パターンの周期は２秒であり、極小値を１４００ｒｐｍ、極大値を２６００ｒｐｍとする範囲内で一定加速度、一定減速度で速度を変化させる。極小値から極大値までの加速期間と、極大値から極小値までの減速期間とは等しく、それぞれ１秒である。

【0026】

図３（ｂ）は、速度変動比の推移パターンを示す。上記したように、旋削加工における速度変動比は、以下の式で導出される。
速度変動比＝（現在の切削速度／１回転前の切削速度）
図３（ａ）に示す変動パターンにおいて、主軸回転の加速期間中、速度変動比は１を超えた状態で、徐々に減少し、主軸回転の減速期間中、速度変動比は１を下回った状態で、徐々に減少する特性を示す。

【0027】

図３（ｃ）は、びびり振動の加速度の変化を示す。このシミュレーション結果では、時間Ｔａから時間Ｔｂの直前まで、びびり振動の加速度が増加し、びびり振動が成長することが示される。時間Ｔｂで、びびり振動の加速度は下がり始め、このことは時間Ｔｂで、びびり振動の抑制効果が得られ始めたことを示す。本開示者は、図３（ｂ）に示す速度変動比の推移パターンと照合し、時間Ｔａから時間Ｔｂの間の期間Ｉa-bでびびり振動加速度が増加した要因が速度変動比の値と相関のあることを突き止めた。

【0028】

図３（ｂ）において、時間Ｔａにおける速度変動比はＴｈａ（＞１）であり、時間Ｔｂにおける速度変動比はＴｈｂ（＜１）である。時間Ｔａでびびり振動の加速度が増加し始め、時間Ｔｂでびびり振動の加速度が減少し始めたことから、Ｔｈｂ以上であって且つＴｈａ以下の速度変動比は、再生びびり振動の成長を抑制できていない。本開示者がＴｈａとＴｈｂの関係を調べたところ、ＴｈａとＴｈｂは概ね逆数の関係にあることが判明した。

【0029】

主軸回転速度の極大値付近と極小値付近とを比較すると、再生びびり振動は、主軸回転速度の極大値付近で発生しているが、主軸回転速度の極小値付近ではほとんど発生していない。これは、再生びびり振動の成長には、びびり振動の加速度が増加し始めてから、ある程度の時間が必要であるところ、主軸回転速度の極小値付近では、速度変動比がＴｈｂ以上であって且つＴｈａ以下となる期間が短いために、再生びびり振動が発生しないことが考察される。

【0030】

一方で、主軸回転速度の極大値付近では、図３（ｃ）に示す振動加速度から、速度変動比がＴｈｂ以上であって且つＴｈａ以下となる期間Ｉa-bが、再生びびり振動を成長させるのに十分な長さであったことが推測される。以上のシミュレーション結果により、図３（ａ）に示す三角波の変動パターンで主軸回転速度を制御すると、極大値付近で速度変動比が１近傍となる期間Ｉa-bが長くなるために、再生びびり振動の発生を抑制できないことが明らかとなった。

【0031】

以下、旋削加工におけるシミュレーション結果をふまえ、スカイビング加工において再生びびり振動の発生を抑制する変動パターンについて説明する。旋削加工では、被削材の同じ回転位置を繰り返し切削するときに再生びびり振動が発生するが、スカイビング加工では、同じ歯筋を繰り返し切削するときに再生びびり振動が発生する。そこで実施形態のスカイビング加工においては、同じ歯面における今回の切削速度と、前回の切削速度の比を「速度変動比」と定義する。なお図２に関して説明したように、創成される歯面は、被削材１０が（２π－（ｆｔ×ｎｇ）／（ｒｇ×ｎｔ×ｔａｎΣ））(rad)回転するごとに歯切り工具１２により切削される。そのため、スカイビング加工における「速度変動比」は、あるタイミングの被削材１０の回転速度と、そのときの角度位置から（２π－（ｆｔ×ｎｇ）／（ｒｇ×ｎｔ×ｔａｎΣ））(rad)だけ前の角度位置にあったときの被削材１０の回転速度の比となる。

【0032】

以下、スカイビング加工において速度変動比を改良した被削材回転速度の変動パターンを示す。なお図４は、比較目的で、三角波の変動パターンによるシミュレーション結果を示し、図５は、改良した変動パターンによるシミュレーション結果を示す。両者の変動パターンは、周期を１秒に揃えている。

【0033】

図４（ａ）は、被削材回転速度の三角波の変動パターンを示す。この変動パターンは、極小値から極大値までの加速期間と、極大値から極小値までの減速期間とを等しくしている。

【0034】

図４（ｂ）は、速度変動比の推移パターンを示し、図４（ｃ）は、びびり振動の加速度の変化を示す。上記したようにスカイビング加工において「速度変動比」は、創成中の同じ歯面を歯切り工具１２が切削するときの今回の切削速度と１回前（前回）の切削速度の比として定義される。被削材回転速度の極大値付近において、速度変動比がＴｈ＿ｈ（＞１）を下回ったタイミングで、びびり振動の加速度が増加し始め、速度変動比がＴｈ＿ｌ（＜１）を下回ったタイミングで、びびり振動が収束し始める。図４（ｃ）には、速度変動比がＴｈ＿ｈ（＞１）となるタイミングから、速度変動比がＴｈ＿ｌ（＜１）となるタイミングの間の期間Ｉh-lで、びびり振動が成長している様子が示される。

【0035】

図５（ａ）は、実施形態の被削材回転速度の変動パターンを示す。実施形態の被削材回転速度の変動パターンは、極小値から極大値までの加速期間の長さと、極大値から極小値までの減速期間の長さとが等しい波形パターンをもつ。この変動パターンは、加速期間および減速期間をそれぞれ０．５秒とし、加速期間と減速期間とを交互に繰り返す。

【0036】

図５（ｂ）は、実施形態の変動パターンにおける速度変動比の推移パターンを示す。制御部３０は、速度変動比が１より大きい第１値（Ｖ１）となるように被削材１０の回転を加速させる加速制御と、速度変動比が１より小さい第２値（Ｖ２）となるように被削材１０の回転を減速させる減速制御とを交互に実行する機能をもつ。

【0037】

制御部３０は、被削材１０の回転の加速期間中の少なくとも一部で、速度変動比をＶ１に維持し、被削材１０の回転の減速期間中の少なくとも一部で、速度変動比をＶ２に維持する。実施形態の制御部３０は、被削材１０の回転の加速期間中、速度変動比をＶ２からＶ１に変化させた後、Ｖ１に維持し、被削材１０の回転の減速期間中、速度変動比をＶ１からＶ２に変化させた後、Ｖ２に維持する。加速期間中、速度変動比をＶ２からＶ１に変化させる時間と、Ｖ１に維持する時間の比は、１／７以下であることが好ましい。同様に、減速期間中、速度変動比をＶ１からＶ２に変化させる時間と、Ｖ２に維持する時間の比は、１／７以下であることが好ましい。制御部３０は、加速期間と減速期間の長さを等しくし且つ連続的なプロファイルとするために、Ｖ１とＶ２の乗算値が１となるようにＶ１、Ｖ２を設定してよい。たとえばＶ１を１．０３と設定すると、Ｖ２を１／１．０３と設定して、Ｖ２をＶ１の逆数としてよい。

【0038】

図５（ｂ）において、びびり振動は、Ｔｈ＿ｌ以上であって且つＴｈ＿ｈ以下の速度変動比において生じうる。閾値であるＴｈ＿ｌ、Ｔｈ＿ｈは、シミュレーションにより算出されてよく、また実験により導出されてもよい。なお図３（ａ）～（ｃ）に示すシミュレーション結果を参照すると、びびり振動の抑制効果が得られ始める時間Ｔｂを導出することで、そのときの速度変動比Ｔｈｂ（Ｔｈ＿ｌ）を一意に導出できる、また上記したように、Ｔｈａ（Ｔｈ＿ｈ）と、Ｔｈｂ（Ｔｈ＿ｌ）とが概ね逆数の関係にあることから、Ｔｈｂ（Ｔｈ＿ｌ）が求まれば、Ｔｈａ（Ｔｈ＿ｈ）も求まる。このように閾値であるＴｈ＿ｌ、Ｔｈ＿ｈは、シミュレーション結果から導出できる。制御部３０は、加速制御における第１値（Ｖ１）を閾値Ｔｈ＿ｈより高く設定し、減速制御における第２値（Ｖ２）を閾値Ｔｈ＿ｌよりも低く設定する。

【0039】

図５（ａ）に示す変動パターンにおいても、速度変動比がＴｈ＿ｌ以上であって且つＴｈ＿ｈ以下となる期間は、被削材１０の回転速度の極大値および極小値の付近で発生する。しかしながら制御部３０が、被削材１０の回転の加速度を連続的に増加させて速度変動比を第１値（Ｖ１）とする加速制御と、被削材１０の回転の減速度を連続的に減少させて速度変動比を第２値（Ｖ２）とする減速制御とを交互に切り替えて実行することで、速度変動比がＴｈ＿ｌ以上であって且つＴｈ＿ｈ以下となる期間は、非常に短くできる。三角波の変動パターンにおける期間Ｉh-l（図４（ｂ）参照）と比較すると、その違いは明らかである。

【0040】

なお制御部３０は、加速制御と減速制御とを交互に切り替えて実行して、速度変動比がＴｈ＿ｌ以上であって且つＴｈ＿ｈ以下となる期間を、びびり振動が成長できない程度に短くできればよい。たとえば電源電圧の変動等によって、加速期間中に速度変動比が瞬間的にＶ１未満となったり、減速期間中に速度変動比が瞬間的にＶ２を超えたとしても、加速期間中に速度変動比Ｖ１を維持するように加速制御し、減速期間中に速度変動比Ｖ２を維持するように減速制御する歯車加工装置１は、本開示の技術的範囲に含まれる。

【0041】

図５（ｃ）は、びびり振動の加速度の変化を示す。実施形態の変動パターンのシミュレーション結果によると、びびり振動の発生を効果的に抑制できることが示される。なお制御部３０が図５（ａ）に示す回転速度ωｇで被削材１０を回転させることを説明したが、スカイビング加工を実現するために、歯切り工具１２の回転速度ωｔ、歯切り工具１２の送り量ｆｔは、回転速度ωｇとともに（３）の関係を満たすように設定される必要がある。

【0042】

以上のように歯車加工装置１では、制御部３０が、被削材１０の回転の加速制御および減速制御を交互に切り替えて実行することで、再生びびり振動の発生を抑制する。これにより工具損耗の抑制や、仕上げ面が常に残る場合に仕上げ精度の優れた加工を実現できる。本開示者は、様々なシミュレーションを行うことで、比較的周期の長い変動パターン、たとえば１秒以上の周期をもつ変動パターンにおいて、特に再生びびり振動の発生の抑制効果が高いことを見いだした。

【0043】

以上、本開示を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。実施形態では、加速期間と減速期間の長さを等しく設定したが、加速期間と減速期間の長さは異なっていてもよい。

【0044】

実施形態では、制御部３０が、第１値（Ｖ１）の速度変動比で被削材１０の回転を加速させる加速制御と、第２値（Ｖ２）の速度変動比で被削材１０の回転を減速させる減速制御とを交互に実行した。変形例では、制御部３０が、速度変動比が第１値（Ｖ１）以上となるように被削材１０の回転を加速させる加速制御と、速度変動比が第２値（Ｖ２）以下となるように被削材１０の回転を減速させる減速制御とを交互に実行してもよい。被削材１０の回転速度の加速制御中は、歯面を切削する現在の速度が１回前の速度のＶ１倍以上となるため、再生びびり振動の発生を抑制でき、また減速制御中も、歯面を切削する現在の速度が１回前の速度のＶ２倍以下となるため、再生びびり振動の発生を抑制できる。速度変動比がＴｈ＿ｌ以上であって且つＴｈ＿ｈ以下となる期間を短くできるのであれば、速度変動比をＶ１以上とする加速制御と、速度変動比をＶ２以下とする減速制御との間に、他の制御が存在してもよい。

【0045】

図６（ａ）は、変形例の被削材１０の回転速度の変動パターンを示す。変形例の被削材１０の回転速度の変動パターンは、極小値から極大値までの加速期間の長さと、極大値から極小値までの減速期間の長さとが等しい波形パターンをもつ。この変動パターンは、加速期間および減速期間をそれぞれ１秒とし、加速期間と減速期間とを交互に繰り返す。実施形態と同様に、変形例においても制御部３０は、被削材１０の回転の加速期間の後半の平均加速度を、前半の平均加速度よりも大きくする加速制御を実行し、被削材１０の回転の減速期間の前半の平均減速度を、後半の平均減速度よりも大きくする減速制御を実行する。ここで前半、後半は、期間をちょうど半分に区切ったときの前の期間、後ろの期間を意味する。

【0046】

図６（ａ）に示すように、制御部３０は、加速期間中、時間Ｔｃで、被削材１０の回転の加速度を増加している。また制御部３０は、減速期間中、時間Ｔｄで、被削材１０の回転の減速度を減少させている。したがって加速期間中、後半の平均加速度は前半の平均加速度よりも大きくなり、減速期間中、前半の平均減速度は後半の平均減速度よりも大きくなる。

【0047】

本開示者は、図３（ａ）に示す三角波の変動パターンで被削材１０の回転速度を制御すると、極大値付近で速度変動比が１近傍となる期間Ｉa-bが長くなるために、再生びびり振動の発生を抑制できないことを知見として得た。この知見から、被削材１０の回転の加速期間の後半の平均加速度を、前半の平均加速度よりも大きくし、被削材１０の回転の減速期間の前半の平均減速度を、後半の平均減速度よりも大きくすることで、極大値付近で速度変動比が１近傍となる期間を短くできることを見いだした。

【0048】

図６（ｂ）は、変形例の被削材１０の回転速度の変動パターンにおける速度変動比の推移パターンを示す。制御部３０が、図６（ａ）に示すように加速制御と減速制御とを交互に実行することで、被削材１０の回転速度の極大値付近で速度変動比が１近傍となる期間を非常に短くできている。このように変形例では、制御部３０が、被削材１０の回転の加速期間中、被削材１０の回転の加速度を１回以上、段階的に増加させ続ける加速制御と、被削材１０の回転の減速期間中、被削材１０の回転の減速度を１回以上、段階的に減少させ続ける減速制御とを交互に実行することで、びびり振動の発生を効果的に抑制する。ここで加速度を段階的に増加させることは、加速度一定の期間の後、より高い加速度に変更すること、つまりは加速度を間欠的に増加させることを意味する。また減速度を段階的に減少させることは、減速度一定の期間の後、より低い減速度に変更すること、つまりは減速度を間欠的に減少させることを意味する。

【0049】

本開示の態様の概要は、次の通りである。
本開示のある態様の歯車加工装置は、被削材を第１回転軸まわりに回転させる第１回転機構と、歯切り工具を第２回転軸まわりに回転させる第２回転機構と、被削材に対して歯切り工具を、第１回転軸に平行な方向に相対的に移動させる送り機構と、第１回転機構による被削材の回転、第２回転機構による歯切り工具の回転、送り機構による歯切り工具の相対移動を制御する制御部とを備えて、スカイビング加工により被削材に歯車を創成する。制御部は、創成中の同じ歯面を歯切り工具が切削するときの今回の切削速度と１回前の切削速度との比である速度変動比が１より大きい第１値以上となるように被削材の回転を加速させる加速制御と、速度変動比が１より小さい第２値以下となるように被削材の回転を減速させる減速制御とを交互に実行する。

【0050】

この態様によると、制御部が速度変動比にもとづいて被削材の回転を制御することで、スカイビング加工における再生びびり振動の発生を効果的に抑制できる。制御部は、被削材の回転の加速期間の後半の平均加速度を、前半の平均加速度よりも大きくする加速制御を実行し、被削材の回転の減速期間の前半の平均減速度を、後半の平均減速度よりも大きくする減速制御を実行してよい。

【0051】

制御部は、被削材の回転の加速期間中の少なくとも一部で、速度変動比を第１値に維持し、被削材の回転の減速期間中の少なくとも一部で、速度変動比を第２値に維持してよい。制御部は、被削材の回転の加速期間中、速度変動比を第２値から第１値に変化させた後、第１値に維持し、被削材の回転の減速期間中、速度変動比を第１値から第２値に変化させた後、第２値に維持してよい。

【0052】

制御部は、被削材の回転の加速度を連続的に増加させる加速制御と、被削材の回転の減速度を連続的に減少させる減速制御とを交互に実行してよい。また制御部は、被削材の回転の加速期間中、被削材の回転の加速度を１回以上、段階的に増加させる加速制御と、被削材の回転の減速期間中、被削材の回転の減速度を１回以上、段階的に減少させる減速制御とを交互に実行してよい。

【0053】

本開示の別の態様の歯車加工方法は、被削材の第１回転軸まわりの回転を制御するステップと、歯切り工具の第２回転軸まわりの回転を制御するステップと、被削材に対する歯切り工具の、第１回転軸に平行な方向の相対的な移動を制御するステップと、を有して、スカイビング加工により被削材に歯車を創成する。被削材の回転制御ステップは、創成中の同じ歯面を歯切り工具が切削するときの今回の切削速度と１回前の切削速度との比である速度変動比が１より大きい第１値以上となるように被削材の回転を加速させる加速制御と、速度変動比が１より小さい第２値以下となるように被削材の回転を減速させる減速制御とを交互に実行する。

【0054】

以上、本開示を実施形態をもとに説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

【符号の説明】

【0055】

１・・・歯車加工装置、１０・・・被削材、１２・・・歯切り工具、２０・・・第１回転機構、２２・・・第２回転機構、２４・・・送り機構、３０・・・制御部、Ｏｇ・・・第１回転軸、Ｏｔ・・・第２回転軸。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】