JP3782959B2 - 歯車研削機の自動噛合方法および装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、螺旋条が刻設された研削工具を取着した工具軸と、ワークを取着したワーク軸とを同期して回転駆動させ、前記研削工具で前記ワークを研削する際に、該研削工具と該ワークとを自動的に噛合させるための歯車研削機の自動噛合方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般的に、歯車研削機は、螺旋条が刻設された研削工具を取着した工具軸と、ワークを取着したワーク軸とを同期して回転駆動させることにより、前記研削工具で前記ワークである歯車の歯面を研削するように構成されている。この場合、高精度な研削処理を行うために、研削工具とワークとの位相を正確に一致させる必要がある。
【0003】
そこで、本出願人は、研削工具をワークである歯車に自動的かつ正確に噛合させることを可能にした歯車研削機における自動噛合装置を提案している(特公昭62−38089号公報)。
【0004】
この自動噛合装置では、図7に示すように、ベッド2上に切り込みテーブル4が切り込みモータ6を介して矢印A方向(切り込み方向)に進退可能に配設されている。切り込みテーブル4上には、トラバーステーブル8がトラバースモータ10を介して矢印A方向に直交する矢印B方向(トラバース方向)に進退可能に配置され、前記トラバーステーブル8上にワークWおよびワークセンサ12が配設される。ワークWは、モータ14に電磁クラッチ16を介して接続されるとともに、ワークセンサ12は、前記ワークWが回転する際にその歯数を光学的に検出して所定のパルスを発生させる。
【0005】
ベッド2上には、コラム18を介して旋回テーブル20が保持され、この旋回テーブル20は、図示しないモータにより矢印C方向に旋回するとともに、前記旋回テーブル20上にシフトテーブル22が設けられる。このシフトテーブル22は、シフト用モータ24を介して矢印D方向に移動するとともに、前記シフトテーブル22には砥石スピンドルユニット26が装着される。砥石スピンドルユニット26はモータ28を備えており、このモータ28を介して砥石30が回転駆動される。
【0006】
砥石スピンドルユニット26は、砥石30の回転を検出するための第1パルス発生器32を備える一方、トラバーステーブル8には、モータ14の回転を検出するための第2パルス発生器34が取り付けられている。
【0007】
このような構成において、まず、電磁クラッチ16を解除した状態で、切り込みモータ6が付勢されて切り込みテーブル4が前進する。その際、モータ28が滅勢されており、手動により砥石30とワークWとが噛合されて位相合わせが行われる。
【0008】
次いで、モータ28が低速で回転されるとともに、これに同期してモータ14が回転駆動されることにより、砥石30とワークWとが同期回転する。この状態で、図8に示すように、第1パルス発生器32の零点(0点)を起点として、この第1パルス発生器32のA相のパルス数をワークセンサ12からのパルス出力があるまで計数する。そして、第1パルス発生器32からのパルス計数値に基づいて、砥石30とワークWの自動位相合わせが行われている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この種の研削処理では、上記のように電磁クラッチ16を解除した状態で、切り込みモータ6が付勢されて切り込みテーブル4が前進するとともに、作業者の手動操作により砥石30とワークWとが噛合されて位相合わせが行われている。このため、砥石30とワークWとの初期位相合わせ作業が効率的かつ自動的に遂行されないという問題が指摘されている。
【0010】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な工程および構成で、研削工具の位相とワークの位相とを自動的かつ効率的に合わせることができ、歯車研削処理全体の効率化が遂行可能な歯車研削機の自動噛合方法および装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る歯車研削機の自動噛合方法および装置では、ワークを取着したワーク軸を、前記ワークを研削する際の第1回転速度よりも低速な第2回転速度で回転させることにより、前記ワーク軸の回転基準位置と、前記ワークの歯部を検出するワークセンサの検出位置との位相差が検出される。
【0012】
次いで、ワーク軸が、工具軸に同期しかつ第1回転速度で回転されることにより、前記ワーク軸の回転基準位置と、前記工具軸の回転基準位置との位相差が検出される。そして、第1および第2の工程で検出された各位相差から、研削工具とワークとの初期教示位相が算出される。
【0013】
このように、研削工具とワークとの初期教示位相を算出する際、まず、ワーク軸が、ワークセンサによりワークの歯部を正確に検出可能な低速回転である第2回転速度で回転しており、一般的なワークセンサを有効に使用することができる。次に、ワーク軸が、工具軸に同期しかつ高速回転である第1回転速度で回転される。これにより、研削時に高速回転される研削工具とワークとの初期教示位相を、自動的かつ効率的に算出することが可能になる。
【0014】
また、加工されるワークがワーク軸に取着され、上記と同様に各位相差が検出され、この各位相差から研削工具と加工される前記ワークとの位相差が算出される。そこで、この算出された位相差が、初期教示位相と一致するように、すなわち、前記算出された位相差と前記初期教示位相との差である位相修正量に対応するように、ワーク軸および/または工具軸の位相が補正された後、ワークの歯車研削処理が開始される。従って、工具軸を高速回転させることができ、加工リードタイムの短縮が容易に遂行可能になる。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の実施形態に係る歯車研削機の自動噛合方法を実施するための自動噛合装置40の概略構成図である。
【0016】
自動噛合装置40が適用される歯車研削機42は、基本的には図7に示す歯車研削機と同様に構成されており、ベッド44上には、矢印A方向(切り込み方向)および矢印B方向(トラバース方向)に進退可能な可動テーブル46が配置されている。可動テーブル46にはワーク軸モータ48が装着され、このワーク軸モータ48のワーク軸50にワークWが取り付けられる。ワーク軸モータ48の回転は、ワーク軸用エンコーダ52を介して検出されるとともに、このワーク軸用エンコーダ52は、ワーク軸50の回転基準位置であるZ相パルスとA相パルスとを出力する。
【0017】
ベッド44上に設けられた旋回コラム54には、工具軸モータ56が矢印C方向に旋回可能にかつ矢印D方向に進退自在に装着されるとともに、この工具軸モータ56の工具軸58には、研削工具60が取り付けられる。工具軸モータ56には、工具軸用エンコーダ62が連結される。ワークWの近傍には、このワークWが回転する際の歯数を、例えば、磁気的に検出して所定のパルスを発生させるワークセンサ64が配置されている。
【0018】
工具軸58が、ワークWを研削する際の回転速度(例えば、6,000rpm)で回転される際、ワーク軸50は、例えば、ワークWが平歯車で歯数が60(60T)の場合に100rpm(第1回転速度)で100%同期して回転される。自動噛合装置40は、ワーク軸50を、第2回転速度(例えば、工具軸58に対して50%同期した)50rpmで同期回転させる際、前記ワーク軸50の回転基準位置とワークセンサ64の検出位置との位相差を検出する第1検出器70と、前記ワーク軸50を前記工具軸58と100%同期して第1回転速度100rpmで回転させる際、前記ワーク軸50の回転基準位置と前記工具軸58の回転基準位置との位相差を検出する第2検出器72と、前記第1および第2検出器70、72で検出された各位相差から、研削工具60と前記ワークWとの初期教示位相を算出する演算回路74とを備える。
【0019】
第1検出器70は、ワーク軸用エンコーダ52からワーク軸50の回転基準位置であるZ相パルスが入力されるとともに、ワークセンサ64からワークセンサパルスが入力される第1フリップフロップ76と、前記第1フリップフロップ76の出力と、前記ワーク軸用エンコーダ52のA相パルスとが入力され、カウントゲートとして機能する第1アンド回路78と、前記第1アンド回路78から出力されるパルス数をカウントして位相データを演算回路74に送る第1カウンタ80とを備える。
【0020】
第2検出器72は、ワーク軸用エンコーダ52からワーク軸50の回転基準位置であるZ相パルスが入力されるとともに、工具軸用エンコーダ62から工具軸58の回転基準位置であるZ相パルスが入力される第2フリップフロップ82と、この第2フリップフロップ82の出力と、前記ワーク軸用エンコーダ52のA相パルスとが入力され、カウントゲートとして機能する第2アンド回路84と、この第2アンド回路84から出力されるパルス数をカウントして位相データを演算回路74に送る第2カウンタ86とを備える。
【0021】
演算回路74は、中央処理装置(以下、CPUという)87の機能であり、このCPU87は、アンプ88を介してワーク軸モータ48にサーボ速度指令を送るとともに、メモリ90を設けている。
【0022】
このように構成される自動噛合装置40の動作について、歯車研削機42との関連で以下に説明する。
【0023】
まず、ワーク軸モータ48および工具軸モータ56を同期して回転駆動する際に、ワーク軸用エンコーダ52、工具軸用エンコーダ62およびワークセンサ64からのパルス出力は、例えば、図2に示すタイムチャートとして得られる。その際、研削工具60とワークWの位相差Pは、工具軸用エンコーダ62のZ相パルスの出力位置からワークセンサ64の検出位置までの間において、ワーク軸用エンコーダ52のパルス数(A相パルス計数値)から得られる。ところが、工具軸58が高速回転を行う場合には、通常のワークセンサ64でワークWの歯部を検出することが困難なものとなる。
【0024】
そこで、本実施形態では、ワーク軸50を低速回転して前記ワーク軸50の回転基準位置とワークセンサ64の検出位置との位相差P1を検出する工程と、前記ワーク軸50を工具軸58と同期して高速回転させ、前記ワーク軸50の回転基準位置と前記工具軸58の回転基準位置との位相差P2を検出する工程とを有することによって、研削工具60とワークWの位相差Pを検出するものである(図3および図4参照)。
【0025】
さらに、本実施形態について、図5に示すフローチャートを参照しながら以下に詳細に説明する。
【0026】
まず、ワークWを研削工具60に噛み合わせた状態で、このワークWをワーク軸50にクランプする(ステップS1)。そして、可動テーブル46が切り込み方向後方に移動されてワークWが研削工具60から後退した後(ステップS2)、ステップS3に進んで、工具軸モータ56の駆動作用下に、工具軸58が高速回転速度(例えば、6,000rpm)で回転される。
【0027】
次いで、CPU87からアンプ88にサーボ速度指令が送られる。このため、ワーク軸モータ48が駆動されてワーク軸50は、工具軸58と50%同期して第1回転速度(例えば、100rpm)よりも低速な第2回転速度(例えば、50rpm)で回転駆動される(ステップS4)。この第2回転速度は、ワークセンサ64がワークWの歯部を検出可能な回転速度に設定されている。さらに、ワーク軸50が第2回転速度で工具軸58と50%同期して回転していることが確認されると(ステップS5中、YES)、ステップS6に進んで、第1カウンタ80をリセット(クリア)する。
【0028】
次に、第1検出器70では、第1フリップフロップ76にワーク軸用エンコーダ52からZ相パルスが入力されるとともに、ワークセンサ64からワークセンサパルスが入力される。このため、第1カウンタ80では、図3に示すように、ワーク軸用エンコーダ52からのZ相パルスの検出時点からワークセンサ64の検出時点までの間、前記ワーク軸用エンコーダ52から発せられるA相パルス数が位相差P1としてカウントされる。
【0029】
そこで、ステータス信号でカウントが終了したことが確認されると(ステップS7中、YES)、第1カウンタ80による位相差P1のカウント値が演算回路74に読み込まれる(ステップS8)。さらに、ワーク軸モータ48が制御され、ワーク軸50が工具軸58に100%同期して第1回転速度で回転される(ステップS9)。
【0030】
次いで、ワーク軸50が工具軸58と100%同期して回転されていることが確認されると(ステップS10中、YES)、ステップS11に進んで、第2カウンタ86をリセット(クリア)する。第2検出器72では、第2フリップフロップ82にワーク軸用エンコーダ52および工具軸用エンコーダ62からそれぞれのZ相パルスが入力される。これにより、第2カウンタ86では、図4に示すように、ワーク軸用エンコーダ52のZ相パルスの検出時点から工具軸用エンコーダ62のZ相パルスの検出時点までの間、前記ワーク軸用エンコーダ52のA相パルス数が位相差P2としてカウントされる。
【0031】
上記のステータス信号でカウントが終了すると(ステップS12中、YES)、ステップS13に進んで、第2カウンタ86による位相差P2のカウント値が演算回路74により読み込まれる。この演算回路74では、位相差P1から位相差P2を引き算することにより、研削工具60とワークWの位相差Pが得られ(ステップS14)、この位相差Pが初期教示位相データとしてメモリ90に格納される(ステップS15)。
【0032】
このように、本実施形態では、研削工具60とワークWとの初期教示位相を算出する際に、まず、ワーク軸50がワークセンサ64によりワークWの歯部を正確に検出可能な低速回転速度である第2回転速度で回転している。このため、通常のワークセンサ64を使用して、ワーク軸50の回転基準位置と前記ワークWの検出位置との位相差P1が高精度に検出される。
【0033】
次に、ワーク軸50が工具軸58に100%同期して高速回転である第1回転速度で回転されることにより、前記ワーク軸50の回転基準位置と前記工具軸58の回転基準位置との位相差P2が検出される。そして、位相差P1から位相差P2を引き算することにより、高速回転される研削工具60とワークWとの初期教示位相データ(位相差P)が自動的かつ効率的に算出される。
【0034】
これにより、本実施形態では、研削時に高速回転される研削工具60とワークWとの初期教示位相データが、通常のワークセンサ64を使用して自動的かつ確実に検出される。このため、研削工具60の高速回転化を容易に図るとともに、簡単な工程および構成で、研削処理全体の効率化が遂行可能になるという効果が得られる。
【0035】
なお、図5において、工具軸58が高速回転速度(例えば、6,000rpm)で回転された状態で(ステップS3)、ワーク軸50が、前記工具軸58と50%同期して第1回転速度(例えば、100rpm)よりも低速な第2回転速度(例えば、50rpm)で回転されているが(ステップS4)、このワーク軸50を前記第2回転速度で回転させる際には、前記工具軸58を回転させなくてもよい。そして、ワーク軸50を第1回転速度で回転させる際にのみ、工具軸58を高速回転させればよい。
【0036】
次いで、上記のように研削工具60とワークWとの初期教示位相データが算出された後、前記研削工具60に加工されるワークWを自動噛合させる方法について、図6に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【0037】
まず、工具軸58が研削速度である第1回転速度で高速回転されるとともに(ステップS21)、ワークWがワーク軸50にクランプされる(ステップS22)。そして、ワーク軸50が、工具軸58と50%同期して第1回転速度よりも低速な第2回転速度で回転される(ステップS23)。さらに、図5に示すステップS5〜S8と同様に、ワーク軸50の回転基準位置とワークセンサ64の検出位置との位相差P1′が検出されて演算回路74に読み込まれる(ステップS24〜S27)。
【0038】
ステップS28では、ワーク軸50が、工具軸58と100%同期しかつ通常回転である第1回転速度で回転された状態で、図5のステップS9〜S13と同様にして前記ワーク軸50の回転基準位置と工具軸58の回転基準位置との位相差P2′が演算回路74に読み込まれる(ステップS28〜S32)。次に、ステップS33に進んで、位相差P1′から位相差P2′を引き算することにより、研削工具60とワークWとの位相差P′が算出された後、この位相差P′と初期教示位相データ(位相差P)との差Dが算出される(ステップS34)。
【0039】
そこで、ワーク軸50(または工具軸58)が、位相修正量(D値)が0になる方向に同期をずらして修正されることにより、研削工具60とワークWとの位相合わせが行われる(ステップS35)。さらに、ワークWが切り込みおよびトラバースを行うことにより、研削工具60による前記ワークWの加工サイクルが開始される(ステップS36)。
【0040】
上記の加工サイクルが終了した後、工具軸58とワーク軸50との同期が解除されて、前記ワーク軸50が停止される(ステップS37)。そして、研削後のワークWがワーク軸50から取り外される一方(ステップS38)、上記の工程が、所定の研削処理が終了するまで繰り返し行われる(ステップS39)。
【0041】
このように、本実施形態では、研削加工されるワークWがワーク軸50に取着され、初期教示位相の算出工程と同様に、このワークWと研削工具60との位相差P′が算出される。次いで、この算出された位相差P′が初期教示位相データ(位相差P)と一致するように、すなわち、位相差P′と初期教示位相データ(位相差P)との差である位相修正量(D値)が0になる方向に同期をずらして、ワーク軸50または工具軸58の位相が補正される。従って、研削時に高速回転される研削工具60に対して、加工される各ワークWの位相を正確かつ迅速に合わせることができ、加工リードタイムの短縮が容易に遂行可能になるという効果が得られる。
【0042】
【発明の効果】
本発明に係る歯車研削機の自動噛合方法および装置では、通常のワークセンサを使用して、研削時に高速回転される研削工具とワークの位相差を自動的かつ高精度に検出することができ、簡単な工程および構成で、前記研削工具と前記ワークとの初期教示位相が有効かつ効率的に算出される。
【0043】
さらに、加工されるワークと研削工具との位相差が算出された後、この算出された位相差が初期教示位相と一致するように、ワーク軸および/または工具軸の位相が補正されて、前記ワークの研削処理が開始される。これにより、工具軸を高速回転させることができ、加工リードタイムの短縮が容易に遂行可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る歯車研削機の自動噛合方法を実施するための自動噛合装置の概略構成図である。
【図2】ワーク軸用エンコーダ、工具軸用エンコーダおよびワークセンサにより位相を検出するタイムチャートである。
【図3】ワーク軸の回転基準位置とワークセンサの検出位置との位相差を検出するタイムチャートである。
【図4】前記ワーク軸の回転基準位置と工具軸の回転基準位置との位相差を検出するタイムチャートである。
【図5】初期教示位相データを算出する際のフローチャートである。
【図6】加工されるワークと工具とを自動噛合させる際のフローチャートである。
【図7】従来技術に係る歯車研削機の斜視説明図である。
【図8】従来技術に係る歯車研削機の自動噛合方法のタイムチャートである。
【符号の説明】
40…自動噛合装置 42…歯車研削機
48…ワーク軸モータ 50…ワーク軸
52…ワーク軸用エンコーダ 56…工具軸モータ
58…工具軸 60…研削工具
62…工具軸用エンコーダ 64…ワークセンサ
70、72…検出器 74…演算回路
76、82…フリップフロップ 78、84…アンド回路
80、86…カウンタ 88…アンプ
90…メモリ
Claims (4)
- 螺旋条が刻設された研削工具を取着した工具軸と、ワークを取着したワーク軸とを同期して回転駆動させ、前記研削工具で前記ワークを研削する際に、前記工具軸の回転基準位置と、前記ワークの歯部を検出するワークセンサの検出位置との位相差である初期教示位相を求めて、前記研削工具と前記ワークとを自動的に噛合させるための歯車研削機の自動噛合方法であって、
前記ワーク軸を、前記ワークを研削する際の第1回転速度よりも低速な第2回転速度で回転させ、前記ワーク軸の回転基準位置と、前記ワークの歯部を検出するワークセンサの検出位置との位相差を検出する第1の工程と、
前記ワーク軸を、前記工具軸に同期しかつ前記第1回転速度で回転させ、前記ワーク軸の回転基準位置と、前記工具軸の回転基準位置との位相差を検出する第2の工程と、
前記第1および第2の工程で検出された各位相差から、前記工具と前記ワークとの初期教示位相を算出する第3の工程と、
を有することを特徴とする歯車研削機の自動噛合方法。 - 請求項1記載の自動噛合方法において、
前記第1の工程における前記位相差は、前記ワーク軸の回転にともなってパルスを発生するワーク軸用エンコーダのパルス数に基づいて、前記ワーク軸の回転基準位置から前記ワークセンサの検出位置までの間において、前記ワーク軸用エンコーダから発せられるパルス数でカウントして検出し、
前記第2の工程における前記位相差は、前記ワーク軸用エンコーダのパルス数に基づいて、前記ワーク軸の回転基準位置から前記工具軸の回転基準位置までの間において、前記ワーク軸用エンコーダから発せられるパルス数でカウントして検出し、
前記第3の工程における前記初期教示位置は、前記第1の工程で検出された位相差から、前記第2の工程で検出された位相差を引き算することにより算出することを特徴とする歯車研削機の自動噛合方法。 - 請求項1又は2記載の自動噛合方法において、加工されるワークを前記ワーク軸に取着し、前記第1および第2の工程を行うことにより前記各位相差を検出する第4の工程と、
前記第4の工程で検出された各位相差から、前記工具と加工される前記ワークとの位相差を算出する第5の工程と、
前記第5の工程で算出された前記位相差が、前記第3の工程で算出された前記初期教示位相と一致するように、前記ワーク軸および/または前記工具軸の位相を補正する第6の工程と、
を有することを特徴とする歯車研削機の自動噛合方法。 - 螺旋条が刻設された研削工具を取着した工具軸と、ワークを取着したワーク軸とを同期して回転駆動させ、前記研削工具で前記ワークを研削する際に、前記工具軸の回転基準位置と、前記ワークの歯部を検出するワークセンサの検出位置との位相差である初期教示位相を求めて、前記研削工具と前記ワークとを自動的に噛合させるための歯車研削機の自動噛合装置であって、
前記自動噛合装置は、前記工具軸を、前記ワークを研削する際の第1回転速度で回転させるとともに、前記ワークを研削する際の第1回転速度よりも低速な第2回転速度で前記ワーク軸を回転させる際、前記ワーク軸の回転基準位置と、前記ワークの歯部を検出するワークセンサの検出位置との位相差を検出する第1検出器と、
前記工具軸に同期し且つ前記第1回転速度で前記ワーク軸を回転させる際、前記ワーク軸の回転基準位置と、前記工具軸の回転基準位置との位相差を検出する第2検出器と、
前記第1および第2検出器で検出された各位相差から、前記工具と前記ワークとの初期教示位相を算出する演算回路と、
を備えることを特徴とする歯車研削機の自動噛合装置。
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