JP2013129000A - Processing method and processsing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、前加工用工具と後加工用工具との交換が可能であり、工作物の取付部に取付けた工作物に対し前加工用工具を相対移動および相対回転させることにより前加工を行い、工作物を取付部に取付けたままで工作物に対し後加工用工具を相対移動および相対回転させることにより後加工を行う加工方法および加工装置に関する。 In the present invention, the pre-processing tool and the post-processing tool can be exchanged, and the pre-processing is performed by relative movement and relative rotation of the pre-processing tool with respect to the workpiece attached to the workpiece mounting portion. The present invention relates to a processing method and a processing apparatus for performing post-processing by relatively moving and relatively rotating a post-processing tool with respect to a workpiece while the workpiece is mounted on a mounting portion.
例えば、特許文献１には、前加工としてホブにより工作物を歯切り加工し、その後に後加工としてエンドミルにより歯面の面取り加工するときの歯面の位置合わせおよび位相割出し方法が開示されている。この方法は、近接スイッチが歯車の歯先または歯溝を検出したときに、タッチセンサが歯溝上に位置されるように、近接スイッチとタッチセンサとの位置関係を予め設定する。そして、近接スイッチが歯先または歯溝を検出するまで歯車を回転させ、タッチセンサを歯溝に進入させ、タッチセンサが歯面を検出するまで歯車を回転させる。これにより、歯溝の位置調整を工作物を目視することなく容易かつ確実に行うことができる。
For example,
上述の特許文献１に記載の方法では、近接スイッチが歯先または歯溝を検出するまで歯車を回転させ、タッチセンサを歯溝に進入させ、タッチセンサが歯面を検出するまで歯車を回転させる必要があるため、前加工と後加工との位置合わせおよび位相割出しに手間が掛かっている。また、近接スイッチ、タッチセンサおよびそれらを保持するホルダ等を備える必要があり、その設置スペースが必要になると共に装置コストが嵩む傾向にある。
In the method described in
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、前加工と後加工との位置合わせおよび位相割出しを正確に且つ簡易に行うことが可能な加工方法および簡易な構成により低コスト化が可能な加工装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and is low in cost by a processing method and a simple configuration capable of accurately and simply performing alignment and phase indexing between pre-processing and post-processing. An object of the present invention is to provide a processing device that can be manufactured.
（加工方法）
（請求項１）本発明の加工方法は、工作物に対し前加工用工具を相対移動および相対回転させることにより前加工を行う前加工工程と、前記前加工用工具を後加工用工具に交換する工具交換工程と、前記前加工における前記工作物と前記前加工用工具との相対位置に基づいて、前記後加工における前記工作物と前記後加工用工具との相対位置を算出する位置演算工程と、前記後加工における前記工作物の基準位置と前記工作物の回転軸における基準位置との前記回転軸における位相ずれを算出するための前記工作物の所定位置を測定する位置測定工程と、測定した前記工作物の所定位置に基づいて、前記位相ずれを算出する位相演算工程と、算出した前記位相ずれに基づいて、前記工作物の前記後加工用工具に対する位相割出しを行う位相割出し工程と、算出した前記工作物と前記後加工用工具との相対位置に基づいて、前記工作物の取付部に前記工作物を取付けたままで前記工作物に対し前記後加工用工具を相対移動および相対回転させることにより後加工を行う後加工工程と、を備える。
(Processing method)
(Claim 1) The machining method of the present invention includes a pre-machining step of performing pre-machining by relatively moving and relatively rotating a pre-machining tool with respect to a workpiece, and replacing the pre-machining tool with a post-machining tool. And a position calculating step for calculating a relative position between the workpiece and the post-processing tool in the post-processing based on a relative position between the workpiece and the pre-processing tool in the pre-processing. A position measuring step for measuring a predetermined position of the workpiece for calculating a phase shift in the rotation axis between a reference position of the workpiece in the post-processing and a reference position of the rotation axis of the workpiece; and a measurement A phase calculating step for calculating the phase shift based on the predetermined position of the workpiece, and a phase index for performing phase indexing of the workpiece with respect to the post-processing tool based on the calculated phase shift. And relative movement of the post-processing tool with respect to the work piece while the work piece is attached to the attachment portion of the work piece based on the calculated relative position between the work piece and the post-processing tool. And a post-processing step for performing post-processing by relative rotation.
（請求項２）また、前記前加工工程は、平歯の歯切りを行い、前記位置測定工程は、前記平歯の歯厚方向の所定位置を測定し、前記位相演算工程は、測定した前記平歯の歯厚方向の所定位置に基づいて、前記平歯の歯面の基準位置と前記工作物の回転軸における基準位置との前記回転軸における位相ずれ角を算出し、前記位相割出し工程は、算出した前記位相ずれ角で前記工作物を回転し、前記後加工工程は、前記平歯の歯面に対する加工を行うとよい。 (Claim 2) In addition, the pre-processing step performs gear cutting of a flat tooth, the position measuring step measures a predetermined position in the tooth thickness direction of the flat tooth, and the phase calculation step measures the measured Based on a predetermined position in the tooth thickness direction of the flat tooth, a phase shift angle in the rotation axis between a reference position of the tooth surface of the flat tooth and a reference position in the rotation axis of the workpiece is calculated, and the phase indexing step The workpiece may be rotated at the calculated phase shift angle, and the post-processing step may perform processing on the tooth surface of the spur tooth.
（請求項３）また、前記前加工工程は、はす歯の歯切りを行い、前記位置測定工程は、前記はす歯の歯幅方向の所定位置を測定すると共に、前記はす歯の歯厚方向の所定位置を測定し、前記位相演算工程は、測定した前記はす歯の歯幅方向の所定位置と前記工作物の回転軸における基準位置との前記回転軸における第１の位相ずれ角を算出すると共に、測定した前記はす歯の歯厚方向の所定位置に基づいて、前記はす歯の歯面の基準位置と前記工作物の回転軸における基準位置との前記回転軸における第２の位相ずれ角を算出し、前記位相割出し工程は、算出した前記第１および第２の位相ずれ角で前記工作物を回転し、前記後加工工程は、前記はす歯の歯面に対する加工を行うとよい。 (Claim 3) Further, the pre-processing step performs cutting of a helical tooth, and the position measuring step measures a predetermined position in the tooth width direction of the helical tooth, and the tooth of the helical tooth A predetermined position in the thickness direction is measured, and the phase calculating step includes a first phase shift angle on the rotation axis between the measured predetermined position in the tooth width direction of the helical tooth and a reference position on the rotation axis of the workpiece. And a second position on the rotation axis between the reference position of the tooth surface of the helical tooth and the reference position on the rotation axis of the workpiece based on the measured predetermined position in the thickness direction of the helical tooth. The phase indexing step calculates the phase shift angle, the phase indexing step rotates the workpiece with the calculated first and second phase shift angles, and the post-processing step includes processing the tooth surface of the helical tooth. It is good to do.
（請求項４）また、前記位相演算工程および前記位相割出し工程を繰り返すことにより、前記第１の位相ずれ角を０にするとよい。 (Claim 4) The first phase shift angle may be set to 0 by repeating the phase calculation step and the phase indexing step.
（加工装置）
（請求項５）本発明の加工装置は、前加工用工具と後加工用工具との交換が可能であり、工作物の取付部に取付けた前記工作物に対し前記前加工用工具を相対移動および相対回転させることにより前加工を行い、前記工作物を前記取付部に取付けたままで前記工作物に対し前記後加工用工具を相対移動および相対回転させることにより後加工を行う加工装置であって、前記工作物に接触して信号を出力するタッチセンサ手段と、前記前加工および前記後加工に必要な情報を記憶する記憶手段と、前記記憶手段から読出した前記前加工における前記工作物と前記前加工用工具との相対位置に基づいて、前記後加工における前記工作物と前記後加工用工具との相対位置を算出して前記記憶手段に記憶する位置演算手段と、前記後加工における前記工作物の基準位置と前記工作物の回転軸における基準位置との前記回転軸における位相ずれを算出するための前記工作物の所定位置を、前記タッチセンサ手段から入力する前記信号に基づいて測定して前記記憶手段に記憶する位置測定手段と、前記記憶手段から読出した前記工作物の所定位置に基づいて、前記位相ずれを算出して前記記憶手段に記憶する位相演算手段と、前記前加工を行い、前記記憶手段から読出した前記位相ずれに基づいて、前記工作物の前記後加工用工具に対する位相割出しを行い、前記記憶手段から読出した前記工作物と前記後加工用工具との相対位置に基づいて前記後加工を行う加工制御手段と、を備える。
(Processing equipment)
(Claim 5) The machining apparatus according to the present invention is capable of exchanging a pre-machining tool and a post-machining tool, and relatively moving the pre-machining tool with respect to the work piece attached to the attachment portion of the work piece. And a processing device for performing post-processing by performing pre-processing by rotating relative to the workpiece and performing relative processing and rotating the post-processing tool relative to the workpiece while the workpiece is mounted on the mounting portion. Touch sensor means for outputting a signal in contact with the workpiece; storage means for storing information necessary for the pre-processing and the post-processing; the workpiece in the pre-processing read from the storage means; Based on the relative position with the pre-processing tool, the position calculating means for calculating the relative position between the workpiece and the post-processing tool in the post-processing and storing it in the storage means; A predetermined position of the workpiece for calculating a phase shift in the rotation axis between a reference position of the crop and a reference position in the rotation axis of the workpiece is measured based on the signal input from the touch sensor means. Based on a position measuring means stored in the storage means, a phase calculation means for calculating the phase shift based on a predetermined position of the workpiece read from the storage means and storing it in the storage means, and performing the pre-processing Then, based on the phase shift read from the storage means, the phase of the workpiece is indexed with respect to the post-processing tool, and the relative position between the workpiece read from the storage means and the post-processing tool is determined. Processing control means for performing the post-processing on the basis thereof.
（請求項１）本発明によると、工作物を取付部に取付けたままで前加工および後加工を行うので、前加工の位置情報に基づいて、後加工の位置情報を算出することができる。また、前加工後の工作物の所定位置を測定することにより、前加工に対する後加工の位相ずれを算出することができる。これにより、前加工と後加工との位置合わせおよび位相割出しを正確に且つ簡易に行うことが可能となる。よって、前加工と後加工との位置ずれが発生しないため、加工精度を向上させることができる。さらに、前加工と後加工との間で工作物を脱着する必要がないため、後加工のための段取り時間を短縮させることができる。 (Claim 1) According to the present invention, since the pre-processing and post-processing are performed with the workpiece attached to the attachment portion, the post-processing position information can be calculated based on the pre-processing position information. Moreover, the phase shift of the post-processing with respect to the pre-processing can be calculated by measuring the predetermined position of the workpiece after the pre-processing. This makes it possible to accurately and easily perform alignment and phase indexing between pre-processing and post-processing. Therefore, since the position shift between the pre-processing and the post-processing does not occur, the processing accuracy can be improved. Furthermore, since it is not necessary to detach the workpiece between pre-processing and post-processing, the setup time for post-processing can be shortened.
（請求項２）前加工工程において平歯の歯切りを行う場合には、平歯の歯厚方向の所定位置を測定し、該所定位置に基づいて平歯の歯面の基準位置と工作物の回転軸における基準位置との回転軸における位相ずれ角を算出するようにしている。これにより、前加工と後加工との位置合わせおよび位相割出しを正確に且つ簡易に行うことが可能となり、後加工工程において平歯の歯面に対する加工を行う場合には、平歯の歯面を後加工用工具により高精度に加工することが可能となる。 (Claim 2) When cutting a flat tooth in the pre-machining step, a predetermined position in the tooth thickness direction of the flat tooth is measured, and the reference position of the tooth surface of the flat tooth and the workpiece are determined based on the predetermined position. The phase shift angle on the rotation axis with respect to the reference position on the rotation axis is calculated. This makes it possible to accurately and easily perform positioning and phase indexing between the pre-processing and post-processing, and when performing processing on the tooth surface of the flat tooth in the post-processing step, Can be processed with high accuracy by a post-processing tool.
（請求項３）前加工工程においてはす歯の歯切りを行う場合には、はす歯の歯幅方向の所定位置およびはす歯の歯厚方向の所定位置を測定し、歯幅方向の所定位置と工作物の回転軸における基準位置との回転軸における第１の位相ずれ角を算出すると共に、歯厚方向の所定位置に基づいてはす歯の歯面の基準位置と工作物の回転軸における基準位置との回転軸における第２の位相ずれ角を算出するようにしている。これにより、前加工と後加工との位置合わせおよび位相割出しを正確に且つ簡易に行うことが可能となり、後加工工程においてはす歯の歯面に対する加工を行う場合には、はす歯の歯面を後加工用工具により高精度に加工することが可能となる。 (Claim 3) When cutting a tooth in the pre-processing step, a predetermined position in the tooth width direction of the helical tooth and a predetermined position in the tooth thickness direction of the helical tooth are measured, and the tooth width direction is measured. The first phase shift angle on the rotation axis between the predetermined position and the reference position on the rotation axis of the workpiece is calculated, and the reference position of the tooth surface of the helical tooth based on the predetermined position in the tooth thickness direction and the rotation of the workpiece The second phase shift angle on the rotation axis with respect to the reference position on the axis is calculated. This makes it possible to accurately and easily perform positioning and phase indexing between pre-processing and post-processing, and when processing the tooth surface of a tooth in the post-processing step, The tooth surface can be processed with high accuracy by a post-processing tool.
（請求項４）はす歯の歯幅方向の所定位置を測定し、歯幅方向の所定位置に基づいてはす歯の歯面と後加工用工具による加工基準点との第１の位相ずれ角を算出する工程を繰り返して第１の位相ずれ角を０にしている。これにより、歯面が例えばインボリュート曲線の曲面に形成されている場合であっても、前加工と後加工との位置合わせおよび位相割出しを正確に且つ簡易に行うことが可能となる。 (Claim 4) A predetermined position in the tooth width direction of the helical tooth is measured, and the first phase shift between the tooth surface of the helical tooth and the processing reference point by the post-processing tool based on the predetermined position in the tooth width direction. The first phase shift angle is set to 0 by repeating the step of calculating the angle. As a result, even when the tooth surface is formed in, for example, a curved surface of an involute curve, it is possible to accurately and easily perform alignment and phase indexing between the pre-processing and the post-processing.
（請求項５）本発明の加工装置によれば、上述した加工方法における効果と同様の効果を奏する。特に、従来のような近接スイッチが不要となり、簡易な構成により低コスト化が可能となる。 (Claim 5) According to the processing apparatus of the present invention, the same effects as those in the above-described processing method can be obtained. In particular, a conventional proximity switch is not required, and the cost can be reduced with a simple configuration.
（１．加工装置の機械構成）
加工装置１の一例として、５軸マシニングセンタを例に挙げ、図１および図２を参照して説明する。つまり、当該加工装置１は駆動軸として、相互に直交する３つの直進軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）および２つの回転軸（Ａ軸、Ｃ軸）を有する加工装置である。
(1. Machine configuration of processing equipment)
As an example of the
図１および図２に示すように、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、タッチセンサ８０と、制御装置９０とから構成される。なお、図示省略するが、ベッド１０と並んで既知の自動工具交換装置が設けられている。この自動工具交換装置は、例えば、加工装置１において前加工および後加工が行われる場合、前加工後に前加工用の工具を後加工用の工具に自動的に交換する装置である。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
ベッド１０は、ほぼ矩形状からなり、床上に配置される。ただし、ベッド１０の形状は矩形状に限定されるものではない。このベッド１０の上面には、コラム２０が摺動可能な一対のＸ軸ガイドレール１１ａ，１１ｂが、Ｘ軸方向（水平方向）に延びるように、且つ、相互に平行に形成されている。さらに、ベッド１０には、一対のＸ軸ガイドレール１１ａ，１１ｂの間に、コラム２０をＸ軸方向に駆動するための、図略のＸ軸ボールねじが配置され、このＸ軸ボールねじを回転駆動するＸ軸モータ１１ｃが配置されている。
The
コラム２０の底面には、一対のＸ軸ガイド溝２１ａ，２１ｂがＸ軸方向に延びるように、且つ、相互に平行に形成されている。コラム２０は、ベッド１０に対してＸ軸方向に移動可能なように、一対のＸ軸ガイド溝２１ａ，２１ｂが一対のＸ軸ガイドレール１１ａ，１１ｂ上にボールガイド２２ａ，２２ｂを介して嵌め込まれ、コラム２０の底面がベッド１０の上面に密接されている。
A pair of
さらに、コラム２０のＸ軸に平行な側面（摺動面）２０ａには、サドル３０が摺動可能な一対のＹ軸ガイドレール２３ａ，２３ｂがＹ軸方向（鉛直方向）に延びるように、且つ、相互に平行に形成されている。さらに、コラム２０には、一対のＹ軸ガイドレール２３ａ，２３ｂの間に、サドル３０をＹ軸方向に駆動するための、図略のＹ軸ボールねじが配置され、このＹ軸ボールねじを回転駆動するＹ軸モータ２３ｃが配置されている。
Further, on a side surface (sliding surface) 20a parallel to the X axis of the
コラム２０の摺動面２０ａに対向するサドル３０の側面３０ａには、一対のＹ軸ガイド溝３１ａ，３１ｂがＹ軸方向に延びるように、且つ、相互に平行に形成されている。サドル３０は、コラム２０に対してＹ軸方向に移動可能なように、一対のＹ軸ガイド溝３１ａ，３１ｂが一対のＹ軸ガイドレール２３ａ，２３ｂに嵌め込まれ、サドル３０の側面３０ａがコラム２０の摺動面２０ａに密接されている。
A pair of Y-
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、工具４２を支持している。工具４２は、回転主軸４０の先端に固定され、回転主軸４０の回転に伴って回転する。また、工具４２は、コラム２０およびサドル３０の移動に伴ってベッド１０に対してＸ軸方向およびＹ軸方向に移動する。なお、工具４２としては、例えば、ホブ、エンドミル、ドリル、タップ等である。
The
さらに、ベッド１０の上面には、テーブル５０が摺動可能な一対のＺ軸ガイドレール１２ａ，１２ｂがＸ軸方向と直交するＺ軸方向（水平方向）に延びるように、且つ、相互に平行に形成されている。さらに、ベッド１０には、一対のＺ軸ガイドレール１２ａ，１２ｂの間に、テーブル５０をＺ軸方向に駆動するための、図略のＺ軸ボールねじが配置され、このＺ軸ボールねじを回転駆動するＺ軸モータ１２ｃが配置されている。
Further, on the upper surface of the
テーブル５０は、ベッド１０に対してＺ軸方向に移動可能なように、一対のＺ軸ガイドレール１２ａ，１２ｂ上に設けられている。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６３が設けられている。そして、チルトテーブル支持部６３には、チルトテーブル６０が水平方向のＡ軸回りで回転（揺動）可能に設けられている。チルトテーブル６０は、テーブル５０内に収容されたＡ軸モータ６１により回転（揺動）される。
The table 50 is provided on the pair of Z-axis guide rails 12 a and 12 b so as to be movable in the Z-axis direction with respect to the
チルトテーブル６０には、ターンテーブル７０がＡ軸に直角なＣ軸回りで回転可能に設けられている。ターンテーブル７０には、工作物Ｗがチャッキングされる。ターンテーブル７０は、工作物ＷとともにＣ軸モータ６２により回転される。
The tilt table 60 is provided with a
タッチセンサ８０は、サドル３０の前面に設けられ、サドル３０の移動に伴って移動可能となっている。タッチセンサ８０には、下方向（Ｙ軸方向）に延びるプローブ８１が設けられている。プローブ８１が工作物Ｗ等に接触することにより、接触信号を制御装置９０に出力するようになっている。
The
制御装置９０は、主軸モータ４１を制御して、工具４２を回転させ、Ｘ軸モータ１１ｃ、Ｚ軸モータ１２ｃ、Ｙ軸モータ２３ｃ、Ａ軸モータ６１およびＣ軸モータ６２を制御して、工作物Ｗと工具４２とをＸ軸方向、Ｚ軸方向、Ｙ軸方向、Ａ軸回りおよびＣ軸回りに相対移動することにより、工作物Ｗの前加工および後加工を行う。例えば、前加工として前加工用の工具４２であるホブにより工作物Ｗの歯切り加工を行い、その後に後加工として後加工用の工具４２であるエンドミルにより歯面の面取り加工を行う。この制御装置９０は、前加工と後加工との間において後述する方法により歯面の位置合わせおよび位相割出しを正確に且つ簡易行うことができる。よって、前加工と後加工との位置ずれが発生しないため、加工精度を向上させることができる。さらに、前加工と後加工との間で工作物Ｗを脱着する必要がなく、後加工のための段取り時間を短縮させることができる。
The control device 90 controls the spindle motor 41, rotates the
（２．制御装置の構成）
図２に示すように、制御装置９０は、Ｘ軸駆動制御部９１と、Ｙ軸駆動制御部９２と、Ｚ軸駆動制御部９３と、Ａ軸駆動制御部９４と、Ｃ軸駆動制御部９５と、主軸駆動制御部９６と、位置演算部９７と、位置測定部９８と、位相演算部９９と、記憶部１００と、加工制御部１０１とを備えて構成される。ここで、各部９１〜１０１は、それぞれ個別のハードウエアによる構成することもできるし、ソフトウエアによりそれぞれ実現する構成とすることもできる。
(2. Configuration of control device)
As shown in FIG. 2, the control device 90 includes an X-axis drive control unit 91, a Y-axis drive control unit 92, a Z-axis drive control unit 93, an A-axis drive control unit 94, and a C-axis drive control unit 95. A spindle
Ｘ軸駆動制御部９１は、Ｘ軸モータ１１ｃと接続され、コラム２０をサドル３０と共にＸ軸方向に駆動制御する。Ｙ軸駆動制御部９２は、Ｙ軸モータ２３ｃと接続され、サドル３０を回転主軸４０およびタッチセンサ８０と共にＹ軸方向に駆動制御する。Ｚ軸駆動制御部９３は、Ｚ軸モータ１２ｃと接続され、テーブル５０をＺ軸方向に駆動制御する。Ａ軸駆動制御部９４は、Ａ軸モータ６１と接続され、チルトテーブル６０をＡ軸回りで回転（揺動）させる。Ｃ軸駆動制御部９５は、Ｃ軸モータ６２と接続され、ターンテーブル７０をＣ軸回りで回転させる。主軸駆動制御部９６は、主軸モータ４１と接続され、回転主軸４０を回転させる。
The X-axis drive control unit 91 is connected to the
位置演算部９７は、前加工における工作物Ｗと前加工用の工具４２との相対位置に基づいて、後加工における工作物Ｗと後加工用の工具４２との相対位置を算出する。位置測定部９８は、詳細は後述するが、図６（Ｂ）に示すように、後加工における工作物Ｗの基準位置Ｍ２と工作物Ｗの回転軸（Ｃ軸）における基準位置ＢａとのＣ軸における位相ずれ（第１位相ずれ角α＋第２位相ずれ角β）を算出するため、工作物Ｗの所定位置を測定する。位相演算部９９は、測定した工作物Ｗの所定位置に基づいて、上記Ｃ軸における位相ずれを算出する。記憶部１００には、例えば、前加工における工作物Ｗと前加工用の工具４２との相対位置等の前加工および後加工に必要な情報が記憶されている。加工制御部１０１は、工作物Ｗに対し前加工用の工具４２を相対移動および相対回転させることにより前加工を行い、また上記Ｃ軸における位相ずれに基づいて、工作物Ｗの後加工用の工具４２に対する位相割出しを行い、また算出した工作物Ｗと後加工用の工具４２との相対位置に基づいて、工作物Ｗに対し後加工用の工具４２を相対移動および相対回転させることにより後加工を行うよう、Ｘ軸駆動制御部９１、Ｙ軸駆動制御部９２、Ｚ軸駆動制御部９３、Ａ軸駆動制御部９４、およびＣ軸駆動制御部９５を制御する。
The
（３．制御装置による加工制御動作）
次に、前加工として前加工用の工具４２であるホブにより工作物Ｗに対しはす歯の歯切り加工を行い、その後に後加工として後加工用の工具４２であるエンドミルによりはす歯の歯面の面取り加工を行う場合の制御装置９０による加工制御動作について、図３のフローチャートを参照して説明する。図４（Ａ）に示すように、前加工としてＣ軸を鉛直状態からＡ軸回りではす歯のヘリカル角度で設定される所定角度θ傾けた状態に回転し、Ｃ軸を割出しつつ、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸を同時制御することによってホブ４２ａにより工作物Ｗに対しはす歯の歯切り加工を行う（ステップＳ１）。歯切り加工が完了したら、図４（Ｂ）に示すように、Ｃ軸を所定角度θ傾けた状態からＡ軸回りで所定角度−θ戻して鉛直に向ける。そして、後加工としてはす歯の歯面の面取り加工を行うためのエンドミル４２ｂに工具交換する（ステップＳ２）。
(3. Machining control operation by the control device)
Next, as a pre-processing, hobbing is performed on the workpiece W by a hob which is a
ここで、工作物Ｗに対しはす歯の歯切り加工を行い、その後に工作物Ｗを着脱することなくワンチャックではす歯の歯面の面取り加工を高精度に行うには、歯部の位置座標を正確に求める必要がある。そこで、面取り加工の基準位置（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸，Ａ軸の各座標）および面取り加工の基準位相（面取り加工の基準位置のＣ軸の座標）を求める。面取り加工の基準位置（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸，Ａ軸の各座標）は、歯切り加工で用いた座標を変換することにより求めることができる。しかし、面取り加工の基準位相（面取り加工の基準位置のＣ軸の座標）は、歯切り加工で用いた座標からは分からないため、工作物Ｗをタッチセンサ８０により測定することにより求める。
Here, in order to perform chamfering of the tooth surface of the tooth with a single chuck without performing removal of the workpiece W and then removing the workpiece W with high accuracy, It is necessary to obtain the position coordinates accurately. Therefore, a reference position for chamfering (X-axis, Y-axis, Z-axis, and A-axis coordinates) and a reference phase for chamfering (the C-axis coordinates of the reference position for chamfering) are obtained. The reference position for chamfering (X-axis, Y-axis, Z-axis, and A-axis coordinates) can be obtained by converting the coordinates used in gear cutting. However, since the reference phase of the chamfering process (the C-axis coordinate of the reference position of the chamfering process) is not known from the coordinates used in the gear cutting process, it is obtained by measuring the workpiece W with the
先ず、面取り加工の基準位置（Ｘ軸，Ｙ軸，Ｚ軸，Ａ軸の各座標）を求める。具体的には、図４（Ａ）に示す予め記憶されている歯切り加工における工作物Ｗの回転軸（Ｃ軸）における基準位置Ｂｇ（ｘｇ，ｙｇ，ｚｇ）、角度θおよび回転中心Ｔ（ｘｔ，ｙｔ，ｚｔ）に基づいて、図４（Ｂ）に示す面取り加工における工作物Ｗの回転軸（Ｃ軸）における基準位置Ｂａ（ｘａ，ｙａ，ｚａ）を次式（１）により算出する（ステップＳ３）。ここで、〔Ｍ〕は、三角関数等の回転マトリックスを表す。
次に、面取り加工の基準位相（面取り加工の基準位置のＣ軸の座標）を求める。具体的には、図５（Ａ）に示すように、工作物Ｗの歯面Ｇにおける歯厚方向および歯幅方向の中央の点をＭ１、該歯面Ｇと工作物Ｗの上端面Ｓｕとの境界線における歯幅方向の中央の点を面取り加工における工作物Ｗの基準位置Ｍ２としたとき、先ず、図６（Ａ）に示すように、工作物Ｗの点Ｍ１と工作物Ｗの回転軸（Ｃ軸）における基準位置ＢａとのＣ軸における位相ずれを第１位相ずれ角度αとして求め、次に、図６（Ｂ）に示すように、面取り加工における工作物Ｗの基準位置Ｍ２と工作物Ｗの点Ｍ１とのＣ軸における位相ずれを第２位相ずれ角度βとして求める。そして、工作物Ｗを第１位相ずれ角度αおよび第２位相ずれ角度βの和の角度で回転することにより、面取り加工の基準位相（面取り加工の基準位置のＣ軸の座標）を求める。 Next, a reference phase for chamfering (coordinates of the C-axis of the reference position for chamfering) is obtained. Specifically, as shown in FIG. 5A, the center point in the tooth thickness direction and the tooth width direction on the tooth surface G of the workpiece W is M1, the tooth surface G and the upper end surface Su of the workpiece W, When the center point in the tooth width direction at the boundary line is the reference position M2 of the workpiece W in the chamfering process, first, as shown in FIG. 6A, the point M1 of the workpiece W and the rotation of the workpiece W The phase shift in the C axis with respect to the reference position Ba on the axis (C axis) is obtained as a first phase shift angle α, and then, as shown in FIG. 6B, the reference position M2 of the workpiece W in the chamfering process and A phase shift in the C axis with respect to the point M1 of the workpiece W is obtained as a second phase shift angle β. Then, by rotating the workpiece W by the sum of the first phase shift angle α and the second phase shift angle β, the reference phase of the chamfering process (the C-axis coordinate of the reference position of the chamfering process) is obtained.
そこで、先ず、図５（Ｂ）に示すように、点Ｍ１を通るＹ軸方向の直線Ｖと工作物Ｗの上端面Ｓｕおよび下端面Ｓｄとの交点Ｑ１，Ｑ２にタッチセンサ８０のプローブ８１を接触させ、交点Ｑ１，Ｑ２のＹ軸座標位置ｙｑ１、ｙｑ２を求める。そして、次式（２）により点Ｍ１のＹ軸座標位置ｙｍ１を求め、点Ｍ１と工作物Ｗの上端面Ｓｕとの距離Ｌを算出する。
ｙｍ１＝ｙｑ１−Ｌ・・・（２）
（なお、Ｌ＝（ｙｑ１−ｙｑ２）／２）
Therefore, first, as shown in FIG. 5B, the
ym1 = yq1-L (2)
(L = (yq1-yq2) / 2)
次に、図５（Ｃ）に示すように、点Ｍ１を通るＺ軸方向の直線Ｈと歯面Ｇの両側縁との交点Ｑ３，Ｑ４にタッチセンサ８０のプローブ８１を接触させ、交点Ｑ３，Ｑ４のＺ軸座標位置ｚｑ３、ｚｑ４を求める。そして、図６（Ａ）に示すように、工作物Ｗの半径をｄとしたとき、次式（３）により点Ｍ１での第１位相ずれ角度αを算出する（ステップＳ４）。
α＝ｓｉｎ−１（ｚｑ３＋ｚｑ４）／２ｄ・・・（３）
Next, as shown in FIG. 5C, the
α = sin −1 (zq3 + zq4) / 2d (3)
ここで、交点Ｑ３，Ｑ４のＸ軸座標位置は、歯面Ｇがインボリュート曲線の曲面に形成されているため正確には等しくなく、式（３）により算出した第１位相ずれ角度αは仮の値である。そこで、Ｃ軸を第１位相ずれ角度αだけ回転させたら（ステップＳ５）、第１位相ずれ角度αが０になったか否かを判断し（ステップＳ６）、第１位相ずれ角度αが０になっていないときは、ステップＳ３に戻って第１位相ずれ角度αを再度算出し、Ｃ軸を第１位相ずれ角度αだけ再度回転させるという処理を繰り返すことで第１位相ずれ角度αを０に収束させる。 Here, the X-axis coordinate positions of the intersection points Q3 and Q4 are not exactly equal because the tooth surface G is formed on the curved surface of the involute curve, and the first phase shift angle α calculated by the equation (3) is temporary. Value. Therefore, when the C-axis is rotated by the first phase shift angle α (step S5), it is determined whether or not the first phase shift angle α has become 0 (step S6), and the first phase shift angle α has become 0. If not, the process returns to step S3 to recalculate the first phase shift angle α, and repeat the process of rotating the C axis again by the first phase shift angle α to set the first phase shift angle α to zero. Converge.
ステップＳ６において、第１位相ずれ角度αが０になったときは、図６（Ｂ）に示すように、ステップＳ４で求めた点Ｍ１と工作物Ｗの上端面Ｓｕとの距離Ｌを用いて、第２の位相ずれ角度βを次式（４）により算出する（ステップＳ７）。なお、Ｐは、はす歯のヘリカル角度、Ｔは、歯数、Ｑは、モジュールである。
β＝Ｌ・ｓｉｎＰ／πＴＱ・・・（４）
When the first phase shift angle α becomes 0 in step S6, the distance L between the point M1 obtained in step S4 and the upper end surface Su of the workpiece W is used as shown in FIG. The second phase shift angle β is calculated by the following equation (4) (step S7). Here, P is a helical angle of a helical tooth, T is the number of teeth, and Q is a module.
β = L · sinP / πTQ (4)
そして、Ｃ軸を第２位相ずれ角度βだけ回転させる（ステップＳ８）。以上により、面取り加工の基準位相（面取り加工の基準位置のＣ軸の座標）が求まるでの、エンドミル４２ｂにより歯面Ｇの面取りを正確に加工することができる（ステップＳ９）。そして、面取りの後加工が終了したら（ステップＳ１０）、全ての処理を終了する。
Then, the C axis is rotated by the second phase shift angle β (step S8). As described above, the chamfering of the tooth surface G can be accurately processed by the
（４．加工方法による効果）
工作物Ｗをターンテーブル７０に取付けたままで、前加工としてはす歯の歯切り加工および後加工としてはす歯の歯面Ｇの面取り加工を行うので、前加工の位置情報に基づいて、後加工の位置情報を算出することができる。また、前加工後の工作物Ｗの所定位置を測定することにより、前加工に対する後加工の位相ずれを算出することができる。よって、歯面Ｇの位置合わせおよび位相割出しを正確に且つ簡易行うことができ、前加工と後加工との位置ずれが発生しないため、加工精度を向上させることができる。さらに、前加工と後加工との間で工作物Ｗを脱着する必要がなく、後加工のための段取り時間を短縮させることができる。
(4. Effects of processing methods)
Since the workpiece W is attached to the
（５．変形態様）
なお、上述した実施形態では、前加工としてホブ４２ａにより工作物Ｗをはす歯の歯切り加工を行う場合を説明したが、前加工としてホブ４２ａにより工作物Ｗを平歯の歯切り加工を行う場合には、歯が傾斜していないため第２位相ずれ角度βの演算は不要である。よって、第１位相ずれ角度αのみにより、前加工と後加工との位置合わせを正確に且つ簡易に行うことができる。
(5. Modifications)
In the above-described embodiment, the case where the hobbing of the workpiece W is performed by the
また、後加工として歯面の面取り加工を行う場合を説明したが、歯面のバリ取り加工や歯と歯の間の穴あけ加工等であっても高精度に加工を行うことができる。また、荒歯切り、バリ取り、仕上げ歯切りの順で工具交換しながら１チャック加工を行うことにより、２次バリのない良好な仕上げ面を得ることができる。 Moreover, although the case where the chamfering process of the tooth surface is performed as the post-processing has been described, the process can be performed with high accuracy even by the deburring process of the tooth surface or the drilling process between the teeth. In addition, a good finished surface free from secondary burrs can be obtained by performing one chuck processing while changing tools in the order of rough cutting, deburring, and finishing cutting.
また、５軸マシニングセンタである加工装置１は、工作物ＷをＡ軸旋回可能とするものとした。これに対して、５軸マシニングセンタは、縦形マシニングセンタとして、工具４２をＡ軸旋回可能とする構成としてもよい。
In addition, the
１：加工装置
１０：ベッド、 １１ａ，１１ｂ：Ｘ軸ガイドレール、 １１ｃ：Ｘ軸モータ
１２ａ，１２ｂ：Ｚ軸ガイドレール、 １２ｃ：Ｚ軸モータ
２０：コラム、 ２１ａ，２１ｂ：Ｘ軸ガイド溝、 ２２ａ，２２ｂ：ボールガイド
２３ａ，２３ｂ：Ｙ軸ガイドレール、 ２３ｃ：Ｙ軸モータ
３０：サドル、 ３１ａ，３１ｂ：Ｙ軸ガイド溝
４０：回転主軸、 ４１：主軸モータ、 ４２：工具
５０：テーブル
６０：チルトテーブル、 ６１：Ａ軸モータ、 ６２：Ｃ軸モータ
７０：ターンテーブル
８０：タッチセンサ、 ８１：プローブ
９０：制御装置
９１：Ｘ軸駆動制御部、 ９２：Ｙ軸駆動制御部、 ９３：Ｚ軸駆動制御部
９４：Ａ軸駆動制御部、 ９５：Ｃ軸駆動制御部、 ９６：主軸駆動制御部
９７：位置演算部、 ９８：位置測定部、 ９９：位相演算部
１００：記憶部、 １０１：加工制御部、Ｗ：工作物
1: Processing device 10: Bed, 11a, 11b: X-axis guide rail, 11c:
Claims (5)
前記前加工用工具を後加工用工具に交換する工具交換工程と、
前記前加工における前記工作物と前記前加工用工具との相対位置に基づいて、前記後加工における前記工作物と前記後加工用工具との相対位置を算出する位置演算工程と、
前記後加工における前記工作物の基準位置と前記工作物の回転軸における基準位置との前記回転軸における位相ずれを算出するための前記工作物の所定位置を測定する位置測定工程と、
測定した前記工作物の所定位置に基づいて、前記位相ずれを算出する位相演算工程と、
算出した前記位相ずれに基づいて、前記工作物の前記後加工用工具に対する位相割出しを行う位相割出し工程と、
算出した前記工作物と前記後加工用工具との相対位置に基づいて、前記工作物の取付部に前記工作物を取付けたままで前記工作物に対し前記後加工用工具を相対移動および相対回転させることにより後加工を行う後加工工程と、を備える加工方法。 A pre-processing step of performing pre-processing by relatively moving and rotating the pre-processing tool relative to the workpiece;
A tool changing step for replacing the pre-processing tool with a post-processing tool;
A position calculating step of calculating a relative position between the workpiece and the post-processing tool in the post-processing based on a relative position between the workpiece and the pre-processing tool in the pre-processing;
A position measuring step for measuring a predetermined position of the workpiece for calculating a phase shift in the rotation axis between a reference position of the workpiece in the post-processing and a reference position in the rotation axis of the workpiece;
A phase calculation step for calculating the phase shift based on the measured predetermined position of the workpiece;
Based on the calculated phase shift, a phase indexing step for performing phase indexing on the post-processing tool of the workpiece;
Based on the calculated relative position between the workpiece and the post-processing tool, the post-processing tool is relatively moved and rotated relative to the workpiece while the workpiece is mounted on the workpiece mounting portion. And a post-processing step of performing post-processing.
前記前加工工程は、平歯の歯切りを行い、
前記位置測定工程は、前記平歯の歯厚方向の所定位置を測定し、
前記位相演算工程は、測定した前記平歯の歯厚方向の所定位置に基づいて、前記平歯の歯面の基準位置と前記工作物の回転軸における基準位置との前記回転軸における位相ずれ角を算出し、
前記位相割出し工程は、算出した前記位相ずれ角で前記工作物を回転し、
前記後加工工程は、前記平歯の歯面に対する加工を行う加工方法。 In claim 1,
In the pre-processing step, flat teeth are cut,
The position measuring step measures a predetermined position in the tooth thickness direction of the spur tooth,
The phase calculation step is based on a measured predetermined position in the tooth thickness direction of the flat tooth, and a phase shift angle in the rotation axis between a reference position of the tooth surface of the flat tooth and a reference position in the rotation axis of the workpiece. To calculate
The phase indexing step rotates the workpiece at the calculated phase shift angle,
The post-processing step is a processing method for performing processing on the tooth surface of the spur tooth.
前記前加工工程は、はす歯の歯切りを行い、
前記位置測定工程は、前記はす歯の歯幅方向の所定位置を測定すると共に、前記はす歯の歯厚方向の所定位置を測定し、
前記位相演算工程は、測定した前記はす歯の歯幅方向の所定位置と前記工作物の回転軸における基準位置との前記回転軸における第１の位相ずれ角を算出すると共に、測定した前記はす歯の歯厚方向の所定位置に基づいて、前記はす歯の歯面の基準位置と前記工作物の回転軸における基準位置との前記回転軸における第２の位相ずれ角を算出し、
前記位相割出し工程は、算出した前記第１および第２の位相ずれ角で前記工作物を回転し、
前記後加工工程は、前記はす歯の歯面に対する加工を行う加工方法。 In claim 1,
In the pre-processing step, the tooth is cut out,
The position measuring step measures a predetermined position in the tooth width direction of the helical tooth and measures a predetermined position in the tooth thickness direction of the helical tooth,
The phase calculation step calculates a first phase shift angle in the rotation axis between a predetermined position in the tooth width direction of the measured helical tooth and a reference position in the rotation axis of the workpiece, and the measured Based on a predetermined position in the tooth thickness direction of the tooth, a second phase shift angle in the rotation axis between a reference position of the tooth surface of the helical tooth and a reference position in the rotation axis of the workpiece is calculated,
The phase indexing step rotates the workpiece with the calculated first and second phase shift angles,
The post-processing step is a processing method for performing processing on the tooth surface of the helical tooth.
前記位相演算工程および前記位相割出し工程を繰り返すことにより、前記第１の位相ずれ角を０にする加工方法。 In claim 3,
A processing method for setting the first phase shift angle to 0 by repeating the phase calculation step and the phase indexing step.
前記工作物に接触して信号を出力するタッチセンサ手段と、
前記前加工および前記後加工に必要な情報を記憶する記憶手段と、
前記記憶手段から読出した前記前加工における前記工作物と前記前加工用工具との相対位置に基づいて、前記後加工における前記工作物と前記後加工用工具との相対位置を算出して前記記憶手段に記憶する位置演算手段と、
前記後加工における前記工作物の基準位置と前記工作物の回転軸における基準位置との前記回転軸における位相ずれを算出するための前記工作物の所定位置を、前記タッチセンサ手段から入力する前記信号に基づいて測定して前記記憶手段に記憶する位置測定手段と、
前記記憶手段から読出した前記工作物の所定位置に基づいて、前記位相ずれを算出して前記記憶手段に記憶する位相演算手段と、
前記前加工を行い、前記記憶手段から読出した前記位相ずれに基づいて、前記工作物の前記後加工用工具に対する位相割出しを行い、前記記憶手段から読出した前記工作物と前記後加工用工具との相対位置に基づいて前記後加工を行う加工制御手段と、を備える加工装置。 The pre-processing tool and the post-processing tool can be exchanged, and the pre-processing is performed by relative movement and relative rotation of the pre-processing tool with respect to the workpiece attached to the workpiece mounting portion. A processing device for performing post-processing by relatively moving and relatively rotating the post-processing tool with respect to the workpiece while the workpiece is mounted on the mounting portion,
Touch sensor means for outputting a signal in contact with the workpiece;
Storage means for storing information necessary for the pre-processing and the post-processing;
Based on the relative position between the workpiece and the pre-processing tool in the pre-processing read out from the storage means, the relative position between the workpiece and the post-processing tool in the post-processing is calculated and stored. Position calculating means for storing in the means;
The signal inputted from the touch sensor means, a predetermined position of the workpiece for calculating a phase shift in the rotation axis between a reference position of the workpiece in the post-processing and a reference position of the rotation axis of the workpiece. A position measuring means for measuring and storing in the storage means based on
Phase calculating means for calculating the phase shift based on a predetermined position of the workpiece read from the storage means and storing the phase shift in the storage means;
Based on the phase shift read out from the storage means after performing the pre-processing, the workpiece is indexed with respect to the post-processing tool, and the workpiece and the post-processing tool read out from the storage means And a processing control means for performing the post-processing based on the relative position to the processing device.
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