特許 7456219 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】2024-03-18

(45)【発行日】2024-03-27

(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 23/12 20060101AFI20240319BHJP

   B23F 5/18 20060101ALI20240319BHJP

   B23Q 15/12 20060101ALN20240319BHJP

【ＦＩ】

B23F23/12

B23F5/18

B23Q15/12 A

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2020049691

(22)【出願日】2020-03-19

(65)【公開番号】P2021146466

(43)【公開日】2021-09-27

【審査請求日】2023-02-17

(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２０１２－０８８９６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１８１４５０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－００１３０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１３／０８８８４９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｆ ５／００、１８

Ｂ２３Ｆ ２３／００、１２

Ｂ２３Ｑ １５／１２

Ｂ２３Ｑ １７／００、０９、１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

歯切り工具と工作物との同期回転を制御すると共に、前記工作物の回転軸線方向に沿った前記歯切り工具と前記工作物との相対移動を制御する制御装置を備え、前記工作物に歯車を加工する歯車加工装置であって、
前記制御装置は、
前記工作物の加工に関して前記歯切り工具による前記工作物の加工状態を表す状態値に応じて、前記同期回転の回転速度を変動させる際の変動幅を表す回転速度変動幅、及び、前記回転速度を変動させる際の周波数を表す回転速度変動周波数の少なくとも一方を変更する変動条件変更部と、
前記変動条件変更部により変更された前記回転速度変動幅及び前記回転速度変動周波数の少なくとも一方に基づいて前記歯切り工具と前記工作物とにおける前記同期回転の回転速度を変動制御すると共に、前記同期回転の回転速度に同期するように前記歯切り工具と前記工作物との前記相対移動の送り速度を変動制御する制御部と、を備えた、歯車加工装置。

【請求項2】

歯切り工具と工作物との同期回転を制御すると共に、前記工作物の回転軸線方向に沿った前記歯切り工具と前記工作物との相対移動を制御する制御装置を備え、前記工作物に歯車を加工する歯車加工装置であって、
前記制御装置は、
前記工作物の加工に関して前記歯切り工具による前記工作物の加工状態を表す状態値に応じて、前記同期回転の回転速度を変動させる際の変動幅を表す回転速度変動幅、及び、前記回転速度を変動させる際の周波数を表す回転速度変動周波数の少なくとも一方を変更する変動条件変更部を備え、
前記変動条件変更部は、加工能率と省エネルギーとのバランスに基づき、前記回転速度変動幅及び前記回転速度変動周波数の少なくとも一方を変更するか維持するかを決定する、歯車加工装置。

【請求項3】

前記制御装置は、更に、
前記変動条件変更部により変更された前記回転速度変動幅及び前記回転速度変動周波数の少なくとも一方に基づいて前記歯切り工具と前記工作物とにおける前記同期回転の回転速度を変動制御すると共に、前記同期回転の回転速度に同期するように前記歯切り工具と前記工作物との前記相対移動の送り速度を変動制御する制御部を備えた、請求項２に記載の歯車加工装置。

【請求項4】

前記変動条件変更部は、前記回転速度変動周波数を一定とし、且つ、前記回転速度変動幅を変更する、請求項１－３のうちの何れか一項に記載の歯車加工装置。

【請求項5】

前記状態値は、前記歯切り工具による前記工作物の生産数である、請求項１－４のうちの何れか一項に記載の歯車加工装置。

【請求項6】

前記状態値は、前記工作物及び前記歯切り工具を駆動するための電流を表す電流値、前記歯切り工具による加工に伴って発生する振動、前記歯切り工具に発生した摩耗の摩耗量、及び、前記工作物の加工面における表面性状の何れかである、請求項１－４のうちの何れか一項に記載の歯車加工装置。

【請求項7】

前記状態値は、前記歯切り工具による前記工作物の生産数、前記工作物及び前記歯切り工具を駆動するための電流を表す電流値、前記歯切り工具による加工に伴って発生する振動、前記歯切り工具に発生した摩耗の摩耗量、及び、前記工作物の加工面における歯すじ誤差の何れかであり、
前記変動条件変更部は、前記状態値が大きくなることに応じて、前記回転速度変動幅及び前記回転速度変動周波数の少なくとも一方を大きな値に変更する、請求項１－４のうちの何れか一項に記載の歯車加工装置。

【請求項8】

前記制御装置は、更に、
前記状態値を取得すると共に、前記状態値が予め異なる大きさに設定された複数の基準値よりも大きいか否かを判定する状態値判定部を備え、
前記変動条件変更部は、前記状態値判定部による判定結果に応じて、前記回転速度変動幅及び前記回転速度変動周波数の少なくとも一方を段階的に変更する、請求項１－７のうちの何れか一項に記載の歯車加工装置。

【請求項9】

前記制御装置は、更に、
前記状態値を取得すると共に、前記状態値が予め設定された基準値よりも大きいか否かを判定する状態値判定部を備え、
前記変動条件変更部は、前記状態値判定部による判定結果に応じて、前記回転速度変動幅及び前記回転速度変動周波数の少なくとも一方を変更する、請求項１－７のうちの何れか一項に記載の歯車加工装置。

【請求項10】

歯切り工具と工作物とを同期回転させながら、前記工作物の回転軸線方向に沿って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加工する歯車加工方法であって、
前記工作物の加工に関して前記歯切り工具による前記工作物の加工状態を表す状態値を取得すると共に、前記状態値が予め設定された基準値よりも大きいか否かを判定し、且つ、
前記状態値が予め設定された基準値よりも大きい判定結果に応じて、前記同期回転の回転速度を変動させる際の変動幅を表す回転速度変動幅、及び、前記回転速度を変動させる際の周波数を表す回転速度変動周波数の少なくとも一方を変更し、
変更された前記回転速度変動幅及び前記回転速度変動周波数の少なくとも一方に基づいて前記歯切り工具と前記工作物とにおける前記同期回転の回転速度を変動制御すると共に、前記同期回転の回転速度に同期するように前記歯切り工具と前記工作物との前記相対移動の送り速度を変動制御する、歯車加工方法。

【請求項11】

歯切り工具と工作物とを同期回転させながら、前記工作物の回転軸線方向に沿って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加工する歯車加工方法であって、
前記工作物の加工に関して前記歯切り工具による前記工作物の加工状態を表す状態値を取得すると共に、前記状態値が予め設定された基準値よりも大きいか否かを判定し、且つ、
前記状態値が予め設定された基準値よりも大きい判定結果に応じて、前記同期回転の回転速度を変動させる際の変動幅を表す回転速度変動幅、及び、前記回転速度を変動させる際の周波数を表す回転速度変動周波数の少なくとも一方を変更し、
加工能率と省エネルギーとのバランスに基づき、前記回転速度変動幅及び前記回転速度変動周波数の少なくとも一方を変更するか維持するかを決定する、歯車加工方法。

【請求項12】

変更された前記回転速度変動幅及び前記回転速度変動周波数の少なくとも一方に基づいて前記歯切り工具と前記工作物とにおける前記同期回転の回転速度を変動制御すると共に、前記同期回転の回転速度に同期するように前記歯切り工具と前記工作物との前記相対移動の送り速度を変動制御する、請求項１１に記載の歯車加工方法。

【請求項13】

前記状態値は、前記歯切り工具による前記工作物の生産数である、請求項１０－１２のうちの何れか一項に記載の歯車加工方法。

【請求項14】

前記状態値は、前記工作物及び前記歯切り工具を駆動するための電流を表す電流値、前記歯切り工具による加工に伴って発生する振動、前記歯切り工具に発生した摩耗の摩耗量、及び、前記工作物の加工面における表面性状の何れかである、請求項１０－１２のうちの何れか一項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】

一般に、工作物を連続加工する場合、歯切り工具等に生じた工具摩耗によって加工抵抗が上昇してしまうため、びびり振動（又は、加工振動）が生じる場合がある。このようなびびり振動を抑制するために、従来から特許文献１及び特許文献２に開示された技術が知られている。

【0003】

特許文献１には、歯車加工装置に関し、工作物及び歯切り工具の何れか一方の回転速度を変動させると共に、工作物及び歯切り工具の何れか他方の回転速度を同期させる技術が開示されている。特許文献２には、工作機械に関し、びびり振動に応じて主軸の回転速度を最適な値に変化させる技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１８－６２０５６号公報

【文献】特開２０１４－６１５６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、歯車加工装置を用いて工作物に歯車加工を施す場合、通常は、連続加工中にびびり振動が発生することを見越して、回転速度を変動させる際の変動幅及び変動周波数の何れか一方を、加工開始から余裕を持たせるように大きく設定することが行われる。これにより、ロット生産された工作物は、びびり振動に起因する表面性状の悪化が効果的に抑制された良品として生産される。

【0006】

しかしながら、工作物及び歯切り工具の何れか一方の回転速度を変動させると共に、工作物及び歯切り工具の何れか他方の回転速度を同期させるためには、電力を必要とする。この場合、回転速度を変動させる変動幅及び変動周波数を過度に大きく設定すると、特に、歯切り工具に発生する摩耗の小さい状況では無駄な消費電力量を生じさせてしまう。

【0007】

本発明は、工作物及び歯切り工具の回転速度を変動させながら同期させて歯車を加工する際における無駄な消費電力量を低減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】

（歯車加工装置）
本発明の歯車加工装置に係る第一態様は、歯切り工具と工作物との同期回転を制御すると共に、前記工作物の回転軸線方向に沿った前記歯切り工具と前記工作物との相対移動を制御する制御装置を備え、前記工作物に歯車を加工する歯車加工装置であって、
前記制御装置は、
前記工作物の加工に関して前記歯切り工具による前記工作物の加工状態を表す状態値に応じて、前記同期回転の回転速度を変動させる際の変動幅を表す回転速度変動幅、及び、前記回転速度を変動させる際の周波数を表す回転速度変動周波数の少なくとも一方を変更する変動条件変更部と、
前記変動条件変更部により変更された前記回転速度変動幅及び前記回転速度変動周波数の少なくとも一方に基づいて前記歯切り工具と前記工作物とにおける前記同期回転の回転速度を変動制御すると共に、前記同期回転の回転速度に同期するように前記歯切り工具と前記工作物との相対移動の送り速度を変動制御する制御部と、を備えた、歯車加工装置にある。
本発明の歯車加工装置に係る第二態様は、歯切り工具と工作物との同期回転を制御すると共に、前記工作物の回転軸線方向に沿った前記歯切り工具と前記工作物との相対移動を制御する制御装置を備え、前記工作物に歯車を加工する歯車加工装置であって、
前記制御装置は、
前記工作物の加工に関して前記歯切り工具による前記工作物の加工状態を表す状態値に応じて、前記同期回転の回転速度を変動させる際の変動幅を表す回転速度変動幅、及び、前記回転速度を変動させる際の周波数を表す回転速度変動周波数の少なくとも一方を変更する変動条件変更部を備え、
前記変動条件変更部は、加工能率と省エネルギーとのバランスに基づき、前記回転速度変動幅及び前記回転速度変動周波数の少なくとも一方を変更するか維持するかを決定する、歯車加工装置にある。

【0009】

（歯車加工方法）
本発明の歯車加工方法に係る第一態様は、歯切り工具と工作物とを同期回転させながら、前記工作物の回転軸線方向に沿って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加工する歯車加工方法であって、
前記工作物の加工に関して前記歯切り工具による前記工作物の加工状態を表す状態値を取得すると共に、前記状態値が予め設定された基準値よりも大きいか否かを判定し、且つ、
前記状態値が予め設定された基準値よりも大きい判定結果に応じて、前記同期回転の回転速度を変動させる際の変動幅を表す回転速度変動幅、及び、前記回転速度を変動させる際の周波数を表す回転速度変動周波数の少なくとも一方を変更し、
変更された前記回転速度変動幅及び前記回転速度変動周波数の少なくとも一方に基づいて前記歯切り工具と前記工作物とにおける前記同期回転の回転速度を変動制御すると共に、前記同期回転の回転速度に同期するように前記歯切り工具と前記工作物との相対移動の送り速度を変動制御する歯車加工方法にある。
本発明の歯車加工方法に係る第二態様は、歯切り工具と工作物とを同期回転させながら、前記工作物の回転軸線方向に沿って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加工する歯車加工方法であって、
前記工作物の加工に関して前記歯切り工具による前記工作物の加工状態を表す状態値を取得すると共に、前記状態値が予め設定された基準値よりも大きいか否かを判定し、且つ、
前記状態値が予め設定された基準値よりも大きい判定結果に応じて、前記同期回転の回転速度を変動させる際の変動幅を表す回転速度変動幅、及び、前記回転速度を変動させる際の周波数を表す回転速度変動周波数の少なくとも一方を変更し、
加工能率と省エネルギーとのバランスに基づき、前記回転速度変動幅及び前記回転速度変動周波数の少なくとも一方を変更するか維持するかを決定する、歯車加工方法にある。

【0010】

これらによれば、状態値に応じて回転速度変動幅及び回転速度変動周波数の少なくとも一方を変更することができる。これにより、状態値に応じて回転速度変動幅及び回転速度変動周波数の少なくとも一方を変更することができる歯車加工装置の消費電力量は、ロット生産において過度な回転速度変動幅及び回転速度変動周波数を一様に適用した場合の消費電力量に比べて低減することができる。従って、無駄な消費電力量を大幅に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】歯車加工装置の斜視図である。

【図2】回転主軸に固定された歯切り工具を拡大した図である。

【図3】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4】制御装置の構成を示すブロック図である。

【図5】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6】制御装置により実行される歯車加工処理プログラムのフローチャートである。

【図7】回転速度変動幅を大きな値に変更した場合の安定限界（切込量）の変化を示す図である。

【図8】回転速度変動幅を大きな値に変更した場合の消費電力量の変化を示す図である。

【図9】状態値である生産数に応じて変動条件を変更した場合の加工振動の大きさの変化を示す図である。

【図10】状態値である生産数に応じて変動条件を変更した場合の消費電力量の変化を示す図である。

【図11】第一別例に係り、回転速度変動周波数を大きな値に変更した場合の安定限界（切込量）の変化のシミュレーション結果を示す図である。

【図12】第三別例に係り、制御装置により実行される歯車加工処理プログラムのフローチャートである。

【図13】第四別例に係り、状態値である生産数に応じて変動条件を変更した場合において判定値に対する加工振動の大きさの変化を示す図である。

【図14】第四別例に係り、制御装置により実行される歯車加工処理プログラムのフローチャートである。

【図15】歯車加工装置の別例において、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。

【発明を実施するための形態】

【0012】

（１．適用可能な歯車加工装置）
歯車加工装置は、歯切り工具及び工作物の回転速度を変動させ、且つ、歯切り工具と工作物とを同期回転させながら、工作物の回転軸線方向に沿って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、工作物に歯車を加工する。本例では、歯車加工装置は、歯切り工具としてスカイビングカッタを備え、スカイビング加工によって工作物に歯車を加工する場合を例示する。この場合、歯車加工装置は、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（旋回テーブル軸）及びＣ軸（ワーク軸））を駆動軸として有する縦型又は横型マシニングセンタを例示することができる。

【0013】

（１－１．歯車加工装置１の構成）
図１に示すように（図４のブロック図も参照）、本例の歯車加工装置１は、ベッド１０と、コラム２０と、サドル３０と、回転主軸４０と、テーブル５０と、チルトテーブル６０と、ターンテーブル７０と、保持器８０と、制御装置１００とを主に備える。

【0014】

ベッド１０は、床上に配置される。ベッド１０の上面には、コラム２０及びＸ軸モータが設けられ、コラム２０は、Ｘ軸モータに駆動されることにより、Ｘ軸方向（水平方向）へ移動可能に設けられる。更に、コラム２０の側面には、サドル３０及びＹ軸モータ１１が設けられ、サドル３０は、Ｙ軸モータ１１によりＹ軸方向（鉛直方向）に移動可能に設けられる。回転主軸４０は、サドル３０内に収容された主軸モータ４１により回転可能に設けられる。回転主軸４０の先端には、歯切り工具４２が固定され、歯切り工具４２は、回転主軸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。歯切り工具４２は、外周面に複数の刃４２ａを備えた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（内側）としても良く、刃４２ａごとに異なる方向を向く面状に形成しても良い。

【0016】

ベッド１０の上面には、テーブル５０及びＺ軸モータ１２が設けられる。テーブル５０は、Ｚ軸モータ１２によりＺ軸方向（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を支持する一対のチルトテーブル支持部６１が設けられる。

【0017】

チルトテーブル支持部６１には、チルトテーブル６０がＡ軸（水平方向）回りに揺動可能に設けられる。チルトテーブル６０の底面には、テーブル用モータ６２が設けられ、ターンテーブル７０は、テーブル用モータ６２によりＡ軸に直交するＣ軸回りに回転可能に設けられる。ターンテーブル７０には、工作物Ｗを保持する保持器８０が装着される。

【0018】

制御装置１００は、工作物Ｗの回転速度Ｖ１及び歯切り工具４２の回転速度Ｖ２、及び、工作物Ｗの回転軸線方向（Ｃ軸方向）に沿って歯切り工具４２を工作物Ｗに対して相対移動する送り速度Ｖ４を制御する。尚、本例では、テーブル５０がＺ軸方向へ移動可能に構成される場合を例示するが、テーブル５０の代わりにコラム２０がＺ軸方向へ移動可能に構成されていても良い。

【0019】

ここで、本例においては、図３に示すように、歯車加工装置１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、歯車加工装置１は、チルトテーブル６０をＡ軸回りに揺動させることにより、工作物Ｗの回転軸線であるＣ軸を、歯切り工具４２の回転軸線Ｏに対して傾斜させる。尚、工作物ＷのＣ軸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と称呼する。そして、歯車加工装置１は、工作物Ｗと歯切り工具４２とを同期回転させながら、歯切り工具４２を工作物Ｗの中心軸線方向へ送る（相対移動させる）ことにより、工作物Ｗに歯車を加工する。

【0020】

又、スカイビング加工において、歯切り工具４２の回転速度Ｖ２及び工作物Ｗの回転速度Ｖ１は、交差角δと切削速度Ｖ３とに基づいて決定される。そして、切削速度Ｖ３及び送り速度Ｖ４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。即ち、切削速度Ｖ３及び送り速度Ｖ４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（摩耗）等を勘案し、最適な速度に設定される。又、スカイビング加工において、切削速度Ｖ３及び送り速度Ｖ４を速くする程、加工能率が向上する一方、表面性状（歯すじ誤差）等の品質が低下する傾向がある。

【0021】

この点に関し、歯車加工装置１は、最適な切削速度Ｖ３及び交差角δに基づいて決定される工作物Ｗの回転速度Ｖ１を基準回転速度Ｎｗとする。そして、歯車加工装置１は、基準回転速度Ｎｗを基準として工作物Ｗの回転速度Ｖ１を変動させながら歯車加工を行う。これに伴い、歯車加工装置１は、歯車加工時において、歯切り工具４２の回転速度Ｖ２を変動させ、工作物Ｗの回転速度Ｖ１と同期させる。

【0022】

更に、歯車加工装置１は、最適な切削速度Ｖ３及び交差角δに基づいて決定される工作物Ｗの送り速度Ｖ４を基準送り速度Ｆｗとする。そして、歯車加工装置１は、基準送り速度Ｆｗを基準として、工作物Ｗの回転速度Ｖ１と同期するように送り速度Ｖ４を変動させる。

【0023】

（１－２．制御装置１００について）
制御装置１００は、基準回転速度設定部１１０と、変動条件設定部１２０と、工作物回転速度制御部１３０と、工具回転速度制御部１４０と、基準送り速度設定部１５０と、送り速度制御部１６０とを主として備える。

【0024】

基準回転速度設定部１１０は、切削速度Ｖ３及び交差角δに基づいて決定される基準回転速度Ｎｗを設定する。変動条件設定部１２０は、工作物Ｗの加工状態を表す状態値に応じて、工作物Ｗの回転速度Ｖ１の回転速度変動幅及び回転速度変動周波数を含む変動条件Ｎｗｊを設定する。本例においては、変動条件設定部１２０は、状態値である工作物Ｗの生産数Ｎｐに応じて、変動条件Ｎｗｊを変更することにより設定する。

【0025】

ここで、工作物Ｗの回転速度Ｖ１の回転速度変動幅は、図５に示すように、基準回転速度Ｎｗに対して変動させる変動幅を表し、工作物Ｗのびびり振動、特に、再生びびり等の発生を抑制するように設定される。又、工作物Ｗの回転速度Ｖ１の回転速度変動周波数は、回転速度を変動させる周波数を表し、歯切り工具４２の回転速度Ｖ２や、工作物Ｗの回転速度Ｖ１、工作物Ｗの切削力等に基づいたシミュレーションやハンマリング等による計測により求められる工作物Ｗの振動特性である固有振動数に基づいて設定される。尚、工作物Ｗの回転速度Ｖ１の回転速度変動周波数は、同様に計測して求められる歯車加工装置１の歯切り工具４２、回転主軸４０及び機体の振動特性である固有振動数に基づいて設定されても良い。

【0026】

即ち、回転速度変動幅及び回転速度変動周波数は、工作物Ｗの回転速度Ｖ１の変動と、歯車加工時において工作物Ｗに発生するびびり振動（再生びびり振動等）との関係を表す安定限界増加率（安定限界であって切込量に相当）に基づいて設定することができる。ここで、安定限界（安定限界増加率）が高くなるほど、工作物Ｗにびびり振動を発生させることなく、安定した歯車加工を行うことができ、その結果、切込量を大きくして加工能率を向上させることができる。尚、安定限界増加率及び安定限界の詳細については、例えば、特開２０１８－６２０５６号公報等を参照することができる。

【0027】

尚、回転速度変動周期は、回転速度変動周波数の逆数（１／回転速度変動周波数）として表すことができるため、変動条件設定部１２０は回転速度変動幅及び回転速度変動周期を含む変動条件Ｎｗｊを設定することができる。又、変動条件設定部１２０は、歯切り工具４２の回転速度Ｖ２の回転速度変動幅及び回転速度変動周波数（回転速度変動周期）を設定することも可能である。

【0028】

変動条件設定部１２０は、シミュレーション演算部１２１と、状態値判定部１２２と、変動条件変更部１２３とを備えている。シミュレーション演算部１２１は、安定限界、具体的には、安定限界増加率を演算によりシミュレーションする。

【0029】

状態値判定部１２２は、歯車加工装置１に設けられていて生産した工作物Ｗの生産数をカウントするカウンタ（図示省略）から状態値である工作物Ｗの生産数Ｎｐを取得する。そして、状態値判定部１２２は、取得した生産数Ｎｐと生産数に関して予め設定された複数の基準値Ｓｎ１，Ｓｎ２，Ｓｎ３とを比較する。尚、基準値Ｓｎ１、基準値Ｓｎ２及び基準値Ｓｎ３について、基準値Ｓｎ１は最も小さく、基準値Ｓｎ２は基準値Ｓｎ２よりも大きく、基準値Ｓｎ３は基準値Ｓｎ２よりも大きくなるように設定される。そして、状態値判定部１２２は、生産数Ｎｐと基準値Ｓｎ１，Ｓｎ２，Ｓｎ３の各々とを比較し、生産数Ｎｐが基準値Ｓｎ１，Ｓｎ２，Ｓｎ３の各々よりも大きいか否かを判定する。

【0030】

変動条件変更部１２３は、状態値判定部１２２により判定された生産数Ｎｐに応じて、段階的に変動条件Ｎｗｊを変更する。即ち、本例の変動条件変更部１２３は、状態値判定部１２２の判定に従い、状態値である生産数Ｎｐが基準値Ｓｎ１以下の場合には変動条件Ｎｗｊとして下記表１に示す第一変動条件Ｎｗｊ１を維持する。

【0031】

又、変動条件変更部１２３は、状態値判定部１２２による判定結果に応じて、生産数Ｎｐが基準値Ｓｎ１よりも大きく且つ基準値Ｓｎ２以下の場合には、第一変動条件Ｎｗｊ１から下記表１に示す第二変動条件Ｎｗｊ２に変更する。更に、変動条件変更部１２３は、状態値判定部１２２による判定結果に応じて、生産数Ｎｐが基準値Ｓｎ２よりも大きく且つ基準値Ｓｎ３以下の場合には変動条件Ｎｗｊとして第二変動条件Ｎｗｊ２から下記表１に示す第三変動条件Ｎｗｊ３に変更する。

【0032】

【表1】

【0033】

本例の第一変動条件Ｎｗｊ１は、回転速度変動幅が５％に設定され、且つ、回転速度変動周波数が１Ｈｚに設定される変動条件Ｎｗｊである。又、本例の第二変動条件Ｎｗｊ２は、回転速度変動幅が１０％に設定され、且つ、回転速度変動周波数が１Ｈｚに設定される変動条件Ｎｗｊである。更に、本例の第三変動条件Ｎｗｊ３は、回転速度変動幅が１５％に設定され、且つ、回転速度変動周波数が１Ｈｚに設定される変動条件Ｎｗｊである。即ち、本例の第一変動条件Ｎｗｊ１～第三変動条件Ｎｗｊ３は、回転速度変動周波数が１Ｈｚで一定とされ、回転速度変動幅のみが変更される。

【0034】

工作物回転速度制御部１３０は、テーブル用モータ６２を駆動制御し、工作物Ｗの回転速度Ｖ１を変動させる。工具回転速度制御部１４０は、主軸モータ４１を駆動制御し、歯切り工具４２の回転速度Ｖ２を変動させると共に、歯切り工具４２の回転速度Ｖ２を工作物Ｗの回転速度Ｖ１に同期させる。

【0035】

基準送り速度設定部１５０は、切削速度Ｖ３及び交差角δに基づいて決定される基準送り速度Ｆｗを設定する。送り速度制御部１６０は、Ｙ軸モータ１１及びＺ軸モータ１２を駆動制御し、送り速度Ｖ４と工作物Ｗの回転速度Ｖ１とが同期するように送り速度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。

【0036】

（２．歯車加工処理（歯車加工方法））
次に、図６に示すフローチャートを用いて、制御装置１００により実行される歯車加工処理プログラムについて説明する。尚、歯車加工処理プログラムを実行するに当たり、基準回転速度設定部１１０には基準回転速度Ｎｗが、基準送り速度設定部１５０には基準送り速度Ｆｗが、それぞれ設定される。

【0037】

図６に示すように、歯車加工処理プログラムは、ステップＳ１０にて実行が開始される。そして、続くステップＳ１１にて、変動条件設定部１２０のシミュレーション演算部１２１は、工作物Ｗの回転速度Ｖ１を変動させる変動条件Ｎｗｊを設定するために、シミュレーションを実行して安定限界を演算する。

【0038】

即ち、シミュレーション演算部１２１は、基準回転速度設定部１１０から基準回転速度Ｎｗを取得する。そして、シミュレーション演算部１２１は、予め記憶している周知のシミュレーションプログラムを実行することにより、工作物Ｗの固有振動数を算出すると共に、回転速度変動幅及び回転速度変動周波数を各々変化させた場合の安定限界増加率（即ち、安定限界）を演算する。シミュレーション演算部１２１が安定限界を演算すると、ステップＳ１２に進む。

【0039】

ここで、変動条件設定部１２０は、演算された安定限界に基づき、工作物Ｗに歯車を加工する際の第一変動条件Ｎｗｊ１～第三変動条件Ｎｗｊ３を決定する。この場合、変動条件設定部１２０は、変動条件Ｎｗｊを決定する場合、電流制限値を満たすように変更する。ここで、電流制限値は、回転速度の変動を実現するために必要な電流及び加工時に必要な電流を合わせた値であり、回転速度変動幅と回転速度変動周波数に依存して決定される値である。

【0040】

ステップＳ１２においては、変動条件変更部１２３は、工作物Ｗの生産数Ｎｐが基準値Ｓｎ１以下のときの変動条件Ｎｗｊとして、第一変動条件Ｎｗｊ１を設定する。即ち、本例においては、変動条件変更部１２３は、変動条件Ｎｗｊとして、表１に示したように、回転速度変動幅が５％であり、回転速度変動周波数が１Ｈｚである第一変動条件Ｎｗｊ１を設定する。そして、変動条件設定部１２０（変動条件変更部１２３）は、変動条件Ｎｗｊを第一変動条件Ｎｗｊ１に設定すると、ステップＳ１３に進む。

【0041】

ステップＳ１３においては、状態値判定部１２２は、歯車加工装置１による工作物Ｗの状態値である生産数Ｎｐを、工作物Ｗが交換されるごとに「１」だけ加算する。ここで、生産数Ｎｐは、歯車加工処理プログラムの実行開始時におけるリセット処理により初期値が「０」に設定される。尚、生産数Ｎｐについては、図示を省略するカウンタから取得することも可能である。

【0042】

ステップＳ１４においては、状態値判定部１２２は、前記ステップＳ１３にて「１」だけ加算された生産数Ｎｐが基準値Ｓｎ１以下であるか否かを判定する。即ち、状態値判定部１２２は、生産数Ｎｐが基準値Ｓｎ１以下であれば「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１８に進む。この場合、歯車加工装置１は、第一変動条件Ｎｗｊ１に従って工作物Ｗの回転速度Ｖ１を変動させて工作物Ｗの歯車加工を行う。一方、状態値判定部１２２は、生産数Ｎｐが基準値Ｓｎ１よりも大きければ「Ｎｏ」と判定してステップＳ１５に進む。

【0043】

ステップＳ１５においては、状態値判定部１２２は、生産数Ｎｐが基準値Ｓｎ１よりも大きく且つ生産数Ｎｐが基準値Ｓｎ２以下であるか否かを判定する。即ち、状態値判定部１２２は、生産数Ｎｐが基準値Ｓｎ１よりも大きく且つ基準値Ｓｎ２以下であれば「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ１６に進む。一方、状態値判定部１２２は、生産数Ｎｐが基準値Ｓｎ２よりも大きければ「Ｎｏ」と判定してステップＳ１７に進む。

【0044】

本例のステップＳ１６においては、変動条件変更部１２３は、生産数Ｎｐが基準値Ｓｎ１よりも大きく且つ基準値Ｓｎ２以下の場合、変動条件Ｎｗｊを第一変動条件Ｎｗｊ１から第二変動条件Ｎｗｊ２に変更する。即ち、本例においては、変動条件変更部１２３は、変動条件Ｎｗｊとして、表１に示したように、回転速度変動幅が１０％であり、回転速度変動周波数が１Ｈｚである第二変動条件Ｎｗｊ２を変更する。変動条件設定部１２０（変動条件変更部１２３）は、変動条件Ｎｗｊを第二変動条件Ｎｗｊ２に変更すると、ステップＳ１８に進む。

【0045】

本例のステップＳ１７は、変動条件変更部１２３は、生産数Ｎｐが基準値Ｓｎ２よりも大きく且つ基準値Ｓｎ３以下の場合に実行される。具体的に、ステップＳ１７においては、変動条件変更部１２３は、変動条件Ｎｗｊを第二変動条件Ｎｗｊ２から第三変動条件Ｎｗｊ３に変更する。即ち、本例においては、変動条件変更部１２３は、変動条件Ｎｗｊとして、表１に示したように、回転速度変動幅が１５％であり、回転速度変動周波数が１Ｈｚである第三変動条件Ｎｗｊ３を変更する。変動条件設定部１２０（変動条件変更部１２３）は、変動条件Ｎｗｊを第三変動条件Ｎｗｊ３に変更すると、ステップＳ１８に進む。

【0046】

ところで、安定限界（切込量）は、図７に示すように、回転速度の変動がない場合に比べて回転速度の変動が有る場合に大きくなり、更には、回転速度変動幅が大きくなるにつれて大きくなる関係を有する。従って、加工能率の観点では、回転速度を変動させた方が良く、更には、回転速度変動幅が大きい方が良い。

【0047】

一方、回転している歯切り工具４２の回転速度を変動させる場合には、歯切り工具４２を変動させることなく回転させるための電力に加えて変動を生じさせるだけの電力を余分に消費する。このため、図８に示すように、歯切り工具４２が工作物Ｗを加工する際の電力消費量について、回転速度の変動がない場合に比べて回転速度の変動が有る場合には消費電力量が大きくなり、更には、回転速度変動幅が大きくなるにつれて消費電力量が大きくなる。従って、省エネルギーの観点では、回転速度を変動させない方が良く、変動させる場合には回転速度変動幅が小さい方が良い。

【0048】

そこで、変動条件変更部１２３は、加工能率と省エネルギーとのバランスに基づき、変動条件Ｎｗｊを維持又は変更する。即ち、生産数Ｎｐが基準値Ｓｎ１以下の場合には、未だ歯切り工具４２に摩耗等が生じておらずその結果切込量を大きくすることができる。このため、変動条件変更部１２３は、生産数Ｎｐが基準値Ｓｎ１以下の場合には、加工能率が十分確保されているため、回転速度変動幅が小さく省エネルギーの達成に有効な第一変動条件Ｎｗｊ１を維持する。

【0049】

又、基準値Ｓｎ１よりも大きく且つ基準値Ｓｎ２以下の場合には、歯切り工具４２に未だ大きな摩耗等が生じておらず切込量を比較的大きくすることができる。このため、変動条件変更部１２３は、生産数Ｎｐが基準値Ｓｎ１よりも大きく且つ基準値Ｓｎ２以下の場合には、加工能率の確保と省エネルギーの達成とに有効な第二変動条件Ｎｗｊ２に変更する。

【0050】

更に、基準値Ｓｎ２よりも大きく且つ基準値Ｓｎ３以下の場合には、歯切り工具４２に摩耗等が生じて大きな切込量を維持することが難しくなる。このため、変動条件変更部１２３は、生産数Ｎｐが基準値Ｓｎ２よりも大きく且つ基準値Ｓｎ３以下の場合には、省エネルギーの効果が低減されるものの加工能率を確保できる第三変動条件Ｎｗｊ３に変更する。

【0051】

ステップＳ１８において、制御装置１００は、工作物Ｗを切削加工する。具体的に、工作物回転速度制御部１３０は、前記ステップＳ１２、Ｓ１６又はＳ１７にて決定された変動条件Ｎｗｊ（最適加工条件）に従い、工作物Ｗの回転速度Ｖ１を制御して変動させる。これにより、工作物回転速度制御部１３０は、図５にて太線で示すように、工作物Ｗの回転速度Ｖ１を、回転速度変動幅（速度上限値及び速度下限値）及び回転速度変動周波数で反復的に増減させる。

【0052】

又、工具回転速度制御部１４０は、工作物Ｗに形成される歯車と歯切り工具４２との歯数比と、工作物回転速度制御部１３０により設定された工作物Ｗの回転速度Ｖ１等とに基づき、歯切り工具４２の回転速度Ｖ２と工作物Ｗの回転速度Ｖ１とが同期するように、歯切り工具４２の回転速度Ｖ２を設定する。

【0053】

例えば、基準回転速度Ｎｗが１０００ｍｉｎ^－１、回転速度変動幅が±１５％であり、工作物Ｗに形成される歯車と歯切り工具４２との歯数比が３：１であるとする。この場合、工具回転速度制御部１４０は、２５５０ｍｉｎ^－１～３４５０ｍｉｎ^－１の範囲で歯切り工具４２の回転速度Ｖ２を周期的に変動させる。加えて、工具回転速度制御部１４０は、歯切り工具４２の回転速度Ｖ２の回転速度変動周波数が工作物Ｗの回転速度Ｖ１の回転速度変動周波数と同一となるように、歯切り工具４２の回転速度Ｖ２を反復的に増減させる。

【0054】

これにより、歯切り工具４２の回転速度Ｖ２は、工作物Ｗの回転速度Ｖ１と同期しながら周期的に増減する。そして、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に歯面形状を切削加工する。

【0055】

更に、送り速度制御部１６０は、基準送り速度設定部１５０に設定された基準送り速度Ｆｗと工作物Ｗの回転速度Ｖ１の回転速度変動周波数とに基づき、送り速度Ｖ４が工作物Ｗの回転速度Ｖ１の回転速度変動周波数と同期するように、送り速度Ｖ４を変動させる。これにより、送り速度Ｖ４は、一定の周期で反復的に増減する。

【0056】

このように、工作物回転速度制御部１３０は、工作物Ｗの回転速度Ｖ１を高速で反復的に増減させると共に、工具回転速度制御部１４０は、歯切り工具４２の回転速度Ｖ２を、工作物Ｗの回転速度Ｖ１に同期させる。又、送り速度制御部１６０は、工作物Ｗの回転速度Ｖ１の回転速度変動周波数と同期するように、送り速度Ｖ４を変動させる。そして、歯車加工装置１は、工作物Ｗに歯車を加工する。

【0057】

これにより、歯車加工装置１は、工作物Ｗに対する歯車加工において、生産数Ｎｐに応じて、工作物Ｗに発生するびびり振動を抑制しつつ、工作物Ｗに対する歯切り工具４２の安定限界、換言すれば、切込量を大きく設定することができる。従って、歯車加工装置１は、工作物Ｗに形成された加工面の表面性状の向上と加工能率の向上との両立を図ることができ、更には、省エネルギー化を図ることができる。

【0058】

ここで、工作物Ｗを含む第一回転体（工作物Ｗ、保持器８０及びターンテーブル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及び回転主軸４０の回転部分）の質量とは同一ではない。そのため、第一回転体の回転速度Ｖ１及び第二回転体の回転速度Ｖ１が同期して変動する場合、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相違に起因して、工作物Ｗと歯切り工具４２の回転位相の同期誤差が発生する場合がある。

【0059】

同期誤差が発生した場合、加工される工作物Ｗに歯すじ誤差のうねりが発生し、歯車加工精度が悪化する虞がある。そこで、制御装置１００は、変動条件Ｎｗｊに従って、工作物Ｗの回転速度Ｖ１及び歯切り工具４２の回転速度Ｖ２を制御する場合、第一回転体の第一慣性モーメントと第二慣性モーメントとに基づいて、回転速度Ｖ１の補正量を算出する。

【0060】

具体的には、制御装置１００は、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、歯切り工具４２即ち回転主軸４０の回転速度Ｖ２の回転速度変動幅Ａｔ及び回転速度変動周波数ｆｈに基づいて、下記式１で表される工作物Ｗの回転速度変動幅の補正量ΔＡｗを求める。ここで、下記式１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、予め記憶されている。尚、同様な変数を、三角関数を用いた式によって補正量ΔＡｗを求めることも可能である。

【数1】

【0061】

再び図６に戻り、変動条件設定部１２０は、歯車加工装置１が前記ステップＳ１２、Ｓ１６又はＳ１７にて決定された変動条件Ｎｗｊ（第一変動条件Ｎｗｊ１～第三変動条件Ｎｗｊ３のうちの何れか）に従って工作物Ｗに歯車を加工している場合、歯車加工処理プログラムのステップＳ１９のステップ処理を実行する。これにより、変動条件設定部１２０は、工作物Ｗに発生する再生びびり振動の増幅が抑制されているか否かを判定する。

【0062】

即ち、変動条件設定部１２０は、工作物Ｗに発生する再生びびり振動の増幅が抑制されていれば、ステップＳ１９にて「Ｙｅｓ」と判定することによってそのまま加工を継続し、ステップＳ２１に進む。一方、変動条件設定部１２０は、工作物Ｗに発生する再生びびり振動の増幅が抑制されていなければ、ステップＳ１９にて「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ２０に進む。ステップＳ２０においては、変動条件設定部１２０は、切削抵抗を低下させることによって再生びびり振動を低減するために、切込量を調整して下げる（小さくする）。そして、変動条件設定部１２０は、切込量を調整して下げた状態で、再び前記ステップＳ１８及びステップＳ１９のステップ処理を実行して工作物Ｗに歯車を加工する。

【0063】

尚、変動条件設定部１２０は、ステップＳ１９にて「Ｎｏ」と判定した場合、例えば、制御装置１００に設けられた図示省略の記憶装置（図示を省略するデータベース）に前記ステップＳ１２、Ｓ１６又はＳ１７にて決定された変動条件Ｎｗｊ（第一変動条件Ｎｗｊ１～第三変動Ｎｗｊ３のうちの何れか）及び再生びびり振動の大きさ等を記憶する。そして、変動条件設定部１２０は、記憶装置（データベース）に記憶された情報を、前記ステップＳ１１にてシミュレーション演算部１２１が行うシミュレーションにおいて利用できるようにする。これにより、シミュレーション演算部１２１が行う安定限界増加率（安定限界）のシミュレーションの精度を向上させることができる。

【0064】

ステップＳ２１においては、状態値判定部１２２は、生産数Ｎｐが基準値Ｓｎ３よりも大きいか否かを判定する。即ち、状態値判定部１２２は、生産数Ｎｐが基準値Ｓｎ３以下であれば「Ｎｏ」と判定し、上述した前記ステップＳ１３以降の各ステップ処理を実行する。一方、状態値判定部１２２は、生産数Ｎｐが基準値Ｓｎ３よりも大きければ、ステップＳ２１にて「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ２２に進む。そして、変動条件設定部１２０は、ステップＳ２２にて切削の完了に伴って歯車加工処理プログラムの実行を終了する。

【0065】

（３．本例の効果）
上述した説明からも理解できるように、歯車加工装置１によれば、状態値である生産数Ｎｐに応じて、変動条件Ｎｗｊを第一変動条件Ｎｗｊ１～第三変動条件Ｎｗｊ３のうちの何れかに段階的に変更することができる。これにより、生産数Ｎｐに応じて変動条件Ｎｗｊを変更することができる歯車加工装置１の消費電力量は、ロット生産において過度な変動条件Ｎｗｊ（第三変動条件Ｎｗｊ３）を変更することなく一様に適用した場合の消費電力量に比べて低減することができる。又、生産数Ｎｐに応じて変動条件Ｎｗｊを変更することにより、歯切り工具４２に大きな摩耗が生じた場合であってもびびり振動（加工振動）を抑制することができ、その結果、表面性状の良好な工作物を生産することができる。

【0066】

例えば、図９にて破線により示す（三角印も含む）ように、加工開始時から第三変動条件Ｎｗｊ３に固定した場合、常にびびり振動の発生が抑制されるため、不良を生じさせることなく正常な工作物Ｗを生産することが可能である。しかしながら、この場合、図１０にて破線により示す（三角印も含む）ように、常に消費電力量が大きい状態で工作物Ｗの加工を行うことになる。尚、図９において示す太線は、びびり振動（加工振動）に関し、工作物Ｗの良否判定を行うための管理値を示す。

【0067】

これに対し、特に加工開始時においては、歯切り工具４２の刃４２ａに摩耗等が生じておらず、びびり振動が発生しにくい。従って、図９にて実線により示す（丸印も含む）ように、生産数Ｎｐが基準値Ｓｎ１以下の加工初期においては、回転速度変動幅の小さい第一変動条件Ｎｗｊ１により工作物Ｗを加工する。これにより、図１０にて実線により示す（丸印も含む）示すように、第三変動条件Ｎｗｊ３により工作物Ｗを加工する場合に比べて消費電力量を大きく低減することができる。

【0068】

又、生産数Ｎｐが増えてくると、歯切り工具４２の刃４２ａに摩耗等が生じ始め、びびり振動が発生し始める。従って、図９に示すように、生産数Ｎｐが基準値Ｓｎ１よりも大きく且つ基準値Ｓｎ２以下の加工中期においては、回転速度変動幅が第一変動条件Ｎｗｊ１よりも大きい第二変動条件Ｎｗｊ２により工作物Ｗを加工する。これにより、図１０に示すように、第三変動条件Ｎｗｊ３により工作物Ｗを加工する場合に比べて消費電力量を低減することができる。

【0069】

そして、生産数Ｎｐが更に増えて多くなると、歯切り工具４２の刃４２ａに摩耗等が生じ、びびり振動が発生する。従って、図９に示すように、生産数Ｎｐが基準値Ｓｎ２よりも大きく且つ基準値Ｓｎ３以下の加工末期においては、回転速度変動幅が第二変動条件Ｎｗｊ２よりも大きい第三変動条件Ｎｗｊ３により工作物Ｗを加工する。これにより、図１０に示すように、加工末期においては消費電力量が大きくなる。しかしながら、加工初期及び加工中期では消費電力量を低減することができているため、加工末期を含めたトータルの消費電力量は、加工初期から加工末期まで工作物Ｗを第三変動条件Ｎｗｊ３に従って加工する場合に比べて、低減することができる。

【0070】

（４．第一別例）
上述した本例においては、変動条件変更部１２３は、表１に示すように、第一変動条件Ｎｗｊ１～第三変動条件Ｎｗｊ３に応じて回転速度変動幅を変更するようにした。これに代えて、下記表２に示すように、変動条件変更部１２３は、回転速度変動周波数（回転速度変動周期）を変更することも可能である。

【0071】

【表2】

【0072】

ここで、第四変動条件Ｎｗｊ４は、上述した本例の第一変動条件Ｎｗｊ１と同様に、回転速度変動幅が５％に設定され、且つ、回転速度変動周波数が１Ｈｚに設定される変動条件Ｎｗｊである。又、第五変動条件Ｎｗｊ５は、回転速度変動幅が５％に設定され、且つ、回転速度変動周波数が２Ｈｚに設定される変動条件Ｎｗｊである。更に、第六変動条件Ｎｗｊ６は、回転速度変動幅が５％に設定され、且つ、回転速度変動周波数が３Ｈｚに設定される変動条件Ｎｗｊである。即ち、第一別例における第四変動条件Ｎｗｊ４～第六変動条件Ｎｗｊ６は、回転速度変動幅が５％で変更されず回転速度変動周波数のみが変更される。

【0073】

ここで、図１１に示すように、推定安定限界（切込量）は、回転速度の周波数変動がない場合に比べて回転速度の周波数変動が有る場合に大きくなり、更には、回転速度変動周波数が大きくなるにつれて大きくなる関係を有すると推定される。そして、この第一別例においても、上述した本例と同様に、図６に示したフローチャートに示した歯車加工処理プログラムを実行することにより、生産数Ｎｐに応じて変動条件Ｎｗｊを適宜変更することができる。従って、上述した本例と同様の効果が期待できる。

【0074】

（５．第二別例）
上述した本例においては、変動条件変更部１２３は、回転速度変動幅のみを変更するように、変動条件Ｎｗｊを第一変動条件Ｎｗｊ１～第三変動条件Ｎｗｊ３の何れかに変更するようにした。又、上述した第一別例においては、変動条件変更部１２３は、回転速度変動周波数（回転速度変動周期）のみを変更するように、変動条件Ｎｗｊを第四変動条件Ｎｗｊ４～第六変動条件Ｎｗｊ６に変更するようにした。しかしながら、変動条件Ｎｗｊの変更に関しては、回転速度変動幅のみを変更すること、又は、回転速度変動周波数（回転速度変動周期）のみを変更することに限られない。

【0075】

即ち、変動条件変更部１２３は、状態値に応じて、回転速度変動幅及び回転速度変動周波数の両方を同時に変更することも可能である。このように、回転速度変動幅及び回転速度変動周波数の両方を同時に変更する場合には、変動条件Ｎｗｊをよりきめ細かく設定することが可能となる。その結果、加工能率を確保しつつ、省エネルギーを達成することができる。

【0076】

（６．第三別例）
上述した本例、第一別例及び第二別例においては、工作物Ｗの加工開始時から第一変動条件Ｎｗｊ１（第四変動条件Ｎｗｊ４）に従って回転速度変動幅及び回転速度変動周波数の少なくとも一つを変動するようにした。ここで、加工開始時においては、加工に伴うびびり振動が発生する可能性は、生産数Ｎｐが増大した場合に比べて極めて小さくなる。このため、上述した本例の場合を例示した下記表３に示すように、生産数Ｎｐが基準値Ｓｎ０となるまでの間は、回転速度変動幅を変動させず、且つ、回転速度変動周波数も変動させない初期条件を適用することも可能である。尚、基準値Ｓｎ０は基準値Ｓｎ１よりも小さくなるように設定される。

【0077】

【表3】

【0078】

この第三別例における歯車加工処理プログラムは、図１２にフローチャートを示すように、変更される。具体的に、第三別例における歯車加工プログラムにおいては、図６に示した歯車加工処理プログラムにおける前記ステップＳ１２がステップＳ３０に変更されると共に、ステップＳ３１及びステップＳ３２が追加される。

【0079】

この場合、変動条件変更部１２３は、ステップＳ３０にて、工作物Ｗの生産数Ｎｐが基準値Ｓｎ０未満のときの変動条件Ｎｗｊとして、初期条件を設定する。即ち、第三別例においては、変動条件変更部１２３は、変動条件Ｎｗｊとして、表３に示したように、回転速度変動幅及び回転速度変動周波数を変動させない初期条件を設定する。そして、変動条件設定部１２０（変動条件変更部１２３）は、変動条件Ｎｗｊを初期条件に設定すると、ステップＳ３１に進む。

【0080】

ステップＳ３１においては、状態値判定部１２２は、歯車加工装置１による工作物Ｗの状態値である生産数Ｎｐを取得して、生産数Ｎｐが基準値Ｓｎ０よりも大きいか否かを判定する。即ち、状態値判定部１２２は、生産数Ｎｐが基準値Ｓｎ０よりも大きければ、「Ｙｅｓ」と判定して前記ステップＳ１４に進む。一方、状態値判定部１２２は、生産数Ｎｐが基準値Ｓｎ０以下であれば「Ｎｏ」と判定して前記ステップＳ１８に進む。この場合、歯車加工装置１は、初期条件に従って、即ち、工作物Ｗの回転速度Ｖ１の回転速度変動幅及び回転速度変動周波数を変動させることなく工作物Ｗの歯車加工を行う。

【0081】

そして、変動条件変更部１２３は、状態値判定部１２２による前記ステップＳ１４の判定処理により、生産数Ｎｐが基準値Ｓｎ１以下の場合（生産数Ｎｐが基準値Ｓｎ０よりも大きく且つ基準値Ｓｎ１以下の場合）に、ステップＳ３２のステップ処理を実行する。即ち、ステップＳ３２においては、変動条件変更部１２３は、変動条件Ｎｗｊを初期条件から第一変動条件Ｎｗｊ１（第四変動条件Ｎｗｊ４）に変更する。そして、変動条件設定部１２０（変動条件変更部１２３）は、変動条件Ｎｗｊを初期条件から第一変動条件Ｎｗｊ１（第四変動条件Ｎｗｊ４）に変更すると、ステップＳ１８に進む。

【0082】

これにより、第三別例においては、変動条件変更部１２３は、生産数Ｎｐが基準値Ｓｎ０よりも大きくなると、変動条件Ｎｗｊを第一変動条件Ｎｗｊ１（第四変動条件Ｎｗｊ４）に変更する。従って、上述したように、何ら変動させない初期条件における消費電力量は、第一変動条件Ｎｗｊ１（第四変動条件Ｎｗｊ４）における消費電力量よりも少ないため、より省エネルギーを達成することが可能となる。

【0083】

（７．第四別例）
上述した本例及び第一別例～第三別例においては、状態値である生産数Ｎｐを判定することにより、変動条件変更部１２３が判定された生産数Ｎｐに応じて変動条件Ｎｗｊを第一変動条件Ｎｗｊ１～第三変動条件Ｎｗｊ３（又は／及び第四変動条件Ｎｗｊ４～第六変動条件Ｎｗｊ６）の何れかに変更するようにした。ここで、状態値は、工作物Ｗの加工に関して歯切り工具４２による工作物Ｗの加工状態を表すものであるため、電流値（摩耗量）、振動、歯すじ誤差（表面性状）を用いることができる。

【0084】

電流値は、歯切り工具４２の回転駆動及び送り駆動に必要な電流の大きさを表し、例えば、主軸モータ４１やテーブル用モータ６２等に設けられた電流センサ（図示省略）によって検出可能な状態値である。電流値は、生産数Ｎｐの増大に伴って歯切り工具４２の刃４２ａの摩耗量が大きくなり、その結果、加工抵抗が増大した場合に増大する。即ち、電流値は、検出可能な状態値であって、歯切り工具４２の刃４２ａの摩耗量及び歯切り工具４２による加工時に生じる加工抵抗の変化を反映することができる。

【0085】

振動は、例えば、回転主軸４０やベッド１０等に配置された加速度センサ（図示省略）によって検出可能な状態値である。特に、びびり振動が有するびびり振動周波数に一致する場合、びびり振動の発生に伴って回転主軸４０やベッド１０等に発生する振動を検出することにより、びびり振動の発生を直接的に検出することができる。ここで、加速度センサを用いて振動を検出することに代えて、例えば、加工領域に配置したマイクロフォンを用いて音を検出することも可能である。即ち、マイクロフォンがびびり振動のびびり振動周波数を有する音を検出することにより、びびり振動の発生を直接的に検出することができる。

【0086】

歯すじ誤差は、歯切り工具４２によって形成された工作物Ｗの歯の表面性状を表し、例えば、形状測定機や粗さ計（共に図示省略）等によって検出可能な状態値である。歯すじ誤差は、生産数Ｎｐの増大に伴って歯切り工具４２の刃４２ａの摩耗量が大きくなった場合、増大する。即ち、歯すじ誤差は、検出可能な状態値であって、歯切り工具４２の刃４２ａの摩耗量の変化を反映することができる。

【0087】

そして、第四別例においては、状態値判定部１２２は、上述した電流値（歯切り工具４２の摩耗量や加工抵抗）、振動（音）の周波数、歯すじ誤差（工作物Ｗの表面性状）の何れかを状態値Ｋとして取得し、状態値Ｋについて、予め設定された判定値Ｈと比較する。そして、図１３に示すように、状態値Ｋ（図１３においては加工振動の大きさ）が長破線により示す判定値Ｈを超えるごとに、変動条件変更部１２３は、変動条件Ｎｗｊを第一変動条件Ｎｗｊ１～第三変動Ｎｗｊ３（又は／及び第四変動条件Ｎｗｊ４～第六変動条件Ｎｗｊ６）の何れかに維持又は変更する。

【0088】

この第四別例における歯車加工処理プログラムは、図１４にフローチャートを示すように、図６に示したフローチャートから変更される。具体的に、第四別例における歯車加工プログラムにおいては、図６に示した歯車加工処理プログラムにおける前記ステップＳ１４及び前記ステップＳ１５が省略されると共に前記ステップＳ１３及び前記ステップＳ２１がそれぞれステップＳ４０及びステップＳ４４に変更され、更に、ステップＳ４１、ステップＳ４２及びステップＳ４３が追加される。

【0089】

この場合、状態値判定部１２２は、前記ステップＳ１２にて変動条件変更部１２３によって変動条件Ｎｗｊが第一変動条件Ｎｗｊ１（第四変動条件Ｎｗｊ４）に設定されると、ステップＳ４０にて上述したセンサ、例えば、加速度センサから取得した振動（加工振動）を表す状態値Ｋを取得する。そして、状態値判定部１２２は、続くステップＳ４１のステップ処理を実行する。

【0090】

ステップＳ４１においては、状態値判定部１２２は、前記ステップＳ４０にて取得した状態値Ｋが判定値Ｈよりも大きいか否かを判定する。即ち、状態値判定部１２２は、状態値Ｋが判定値Ｈよりも大きければ、「Ｙｅｓ」と判定してステップＳ４２に進む。一方、状態値判定部１２２は、前記ステップＳ４１において、状態値Ｋが判定値Ｈ以下であれば、「Ｎｏ」と判定して前記ステップＳ１８に進む。この場合、歯車加工装置１は、第一変動条件Ｎｗｊ１（第四変動条件Ｎｗｊ４）に従って工作物Ｗの回転速度Ｖ１を変動させて工作物Ｗの歯車加工を行う。

【0091】

ステップＳ４２においては、状態値判定部１２２は、状態値Ｋが判定値Ｈを超えた回数を表すカウント値Ａを「１」だけ加算する。尚、カウント値Ａの初期値は、歯車加工処理プログラムの実行開始時のリセット処理により、「０」に設定されている。そして、状態値判定部１２２は、カウント値Ａを「１」だけ加算すると、ステップＳ４３に進む。

【0092】

ステップＳ４３においては、状態値判定部１２２は、前記ステップＳ４２にて「１」だけ加算したカウント値Ａが「１」であるか否かを判定する。即ち、状態値判定部１２２は、カウント値Ａが「１」であれば「Ｙｅｓ」と判定し、前記ステップＳ１６に進む。これにより、変動条件変更部１２３は、変動条件Ｎｗｊを第一変動条件Ｎｗｊ１（第四変動条件Ｎｗｊ４）から第二変動条件Ｎｗｊ２（第五変動条件Ｎｗｊ５）に変更する。

【0093】

一方、状態値判定部１２２は、状態値Ｋが判定値Ｈを２回超えた場合（図１３を参照）であって、カウント値Ａが「１」ではない、即ち、カウント値Ａが「２」であれば、ステップＳ４３にて「Ｎｏ」と判定し、前記ステップＳ１７に進む。これにより、変動条件変更部１２３は、変動条件Ｎｗｊを第二変動条件Ｎｗｊ２（第五変動条件Ｎｗｊ５）から第三変動条件Ｎｗｊ３（第六変動条件Ｎｗｊ６）に変更する。

【0094】

そして、第四別例においては、前記ステップＳ１９における判定処理により「Ｙｅｓ」と判定されると、状態値判定部１２２は、ステップＳ４４にてカウント値Ａが「３」であるか否かを判定する。即ち、状態値判定部１２２は、状態値Ｋが判定値Ｈを未だ超えていない、状態値Ｋが判定値Ｈを１回超えた（カウント値Ａが「１」）、或いは、状態値Ｋが判定値Ｈを２回超えた（カウント値Ａが「２」）の場合、「Ｎｏ」と判定して前記ステップＳ４０に戻る。そして、変動条件設定部１２０は、前記ステップＳ４０以降の各ステップ処理を実行する。

【0095】

一方、状態値判定部１２２は、状態値Ｋが判定値Ｈを３回超えた場合（図１３を参照）であって、カウント値Ａが「３」であれば「Ｎｏ」と判定し、前記ステップＳ２２に進む。そして、変動条件設定部１２０は歯車加工処理プログラムの実行を終了する。従って、この第四別例においても、上述した本例及び第一別例～第三別例と同等の効果が得られる。

【0096】

（８．第五別例）
上述した本例及び第一別例～第四別例においては、変動条件変更部１２３は、状態値判定部１２２の判定結果に基づき、段階的に変動条件Ｎｗｊ（第一変動条件Ｎｗｊ１～第三変動条件Ｎｗｊ３、及び／又は、第四変動条件Ｎｗｊ４～第六変動条件Ｎｗｊ６）を変更するようにした。これに代えて、変動条件変更部１２３は、生産数Ｎｐ（状態値）及び状態値Ｋに応じて、連続的に変動条件Ｎｗｊ即ち回転速度変動幅及び回転速度変動周波数（回転速度変動周期）の少なくとも一方を変更することも可能である。

【0097】

このように、回転速度変動幅及び回転速度変動周波数（回転速度変動周期）の少なくとも一方を連続的に変更する場合には、変動条件Ｎｗｊをよりきめ細かく設定することが可能となる。その結果、加工能率を確保しつつ、省エネルギーを達成することができる。

【0098】

（９．歯車加工装置１の別例）
上述した本例及び第一別例～第四別例においては、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、歯切り工具４２がホブカッタである場合には、歯車加工装置１は、ホブ加工により歯車加工を行うことが可能である。

【0099】

この場合、図１５に示すように、歯車加工装置１は、ホブカッタの歯切り工具２４２を備える。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。尚、図１５においては、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。

【0100】

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を各々回転させながら、歯切り工具２４２を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。このとき、歯車加工装置１は、歯車加工時において、例えば、上述した本例と同様に、工作物回転速度制御部１３０による制御に基づいて工作物Ｗの回転速度Ｖ１を変動させる。又、歯車加工装置１は、歯車加工時において、例えば、上述した本例と同様に、工具回転速度制御部１４０による制御に基づいて、歯切り工具２４２の回転速度Ｖ２を工作物Ｗの回転速度Ｖ１に同期させる。

【0101】

これにより、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。従って、歯車加工装置１は、工作物Ｗに形成された加工面の表面性状の向上と加工能率の向上との両立を図ることができる。

【0102】

（１０．その他）
上述した本例及び第一別例～第四別例においては、シミュレーション演算部１２１が安定限界をシミュレーション演算するようにした。これに代えて、安定限界については、機械学習による学習結果を用いて生成することができる。この場合、変動条件設定部１２０は、例えば、訓練データセットとして回転速度変動幅及び回転速度変動周波数を用いると共に教師データとして安定限界を用いて学習することにより学習済みモデルを生成する。これにより、変動条件設定部１２０は、生成された学習済みモデルを用いて、適切な変動条件Ｎｗｊ、即ち、第一変動条件Ｎｗｊ１～第三変動条件Ｎｗｊ３、又は、第四変動条件Ｎｗｊ４～第六変動条件Ｎｗｊ６を決定することができる。

【0103】

又、上述した本例及び第一別例～第四別例においては、変動条件変更部１２３は、変動条件Ｎｗｊを、第一変動条件Ｎｗｊ１～第三変動条件Ｎｗｊ３の何れか、又は、第四変動条件Ｎｗｊ４～第六変動条件Ｎｗｊ６の何れかに変更するようにした。変動条件Ｎｗｊの変更可能な数については、３つに限定されるものではなく、２つ又は４つ以上に変更することも勿論可能である。

【0104】

又、上述した本例及び第一別例～第五別例においては、工作物Ｗの回転速度Ｖ１の変動周波数が、変動条件Ｎｗｊの回転速度変動周波数（又は、回転速度変動周期）と一致する場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、工作物Ｗの回転速度Ｖ１が、回転速度変動周波数（又は、回転速度変動周期）以上、又は、以下の変動周波数で増減するように設定されていれば良い。

【0105】

又、上述した本例及び第一別例～第五別例においては、工作物回転速度制御部１３０が工作物Ｗの回転速度Ｖ１を反復的に増減させ、工具回転速度制御部１４０が、歯切り工具４２の回転速度Ｖ２を、工作物Ｗの回転速度Ｖ１に同期させながら変動させる場合について説明した。しかし、これに限られるものではなく、工具回転速度制御部１４０が歯切り工具４２の回転速度Ｖ２を変更された変動条件Ｎｗｊに従って反復的に増減させ、工作物回転速度制御部１３０が、工作物Ｗの回転速度Ｖ１を、歯切り工具４２の回転速度Ｖ２に同期させながら変動させても良い。

【0106】

更に、上述した本例及び第一別例～第五別例においては、送り速度制御部１６０が、工作物Ｗの回転速度Ｖ１と同期するように送り速度Ｖ４を変動させる場合について説明した。しかし、送り速度制御部１６０は、必ずしも送り速度Ｖ４を変動させる必要はない。即ち、歯車加工装置１は、少なくとも工作物Ｗの回転速度Ｖ１と歯切り工具４２の回転速度Ｖ２とが同期するように工作物Ｗの回転速度Ｖ１及び歯切り工具４２の回転速度Ｖ２を変動させることにより、工作物Ｗに発生するびびり振動（再生びびり等）の増幅を抑制できる。又、送り速度制御部１６０は、送り速度Ｖ４を不規則に変動させても良い。

【符号の説明】

【0107】

１…歯車加工装置、１０…ベッド、１１…Ｙ軸モータ、１２…Ｚ軸モータ、２０…コラム、３０…サドル、４０…回転主軸、４１…主軸モータ、４２…歯切り工具、４２ａ…刃、５０…テーブル、６０…チルトテーブル、６１…チルトテーブル支持部、６２…テーブル用モータ、７０…ターンテーブル、８０…保持器、１００…制御装置、１１０…基準回転速度設定部、１２０…変動条件設定部、１２１…シミュレーション演算部、１２２…状態値判定部、１２３…変動条件変更部、１３０…工作物回転速度制御部、１４０…工具回転速度制御部、１５０…基準送り速度設定部、１６０…送り速度制御部、２４２…歯切り工具、Ｆｗ…基準送り速度、Ｎｗ…基準回転速度、Ｎｗｊ，Ｎｗｊ１，Ｎｗｊ２，Ｎｗｊ３，Ｎｗｊ４，Ｎｗｊ５，Ｎｗｊ６…変動条件、Ｎｐ…生産数（状態値）、Ｋ…状態値、Ｏ…回転軸線、Ｖ１…工作物の回転速度、Ｖ２…歯切り工具の回転速度、Ｖ３…切削速度、Ｖ４…送り速度、Ｗ…工作物、γ…すくい角、δ…交差角

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】