JP7456191B2 - 歯車加工装置及び歯車加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、歯車加工装置及び歯車加工方法に関する。

従来から、例えば、下記特許文献１に開示された歯車加工装置が知られている。この従来の歯車加工装置は、ベッドに対して移動可能に設けられる工作物保持装置と、ベッド及び工作物保持装置に対して移動可能に設けられる工具保持装置とを備える。従来の歯車加工装置においては、工具保持装置に対して、工作物保持装置が保持する工作物の形状を検出する工作物検出センサが一体的に移動可能に設けられる。又、従来の歯車加工装置においては、工作物保持装置に対して、工具保持装置が保持する加工用工具に形成された切れ刃の形状を検出する工具検出センサが一体的に移動可能に設けられる。

従来の歯車加工装置においては、工具及び工作物の装着又は交換が行われた場合、工具検出センサを検出可能な位置に配置して工具の形状を検出すると共に、工作物検出センサを検出可能な位置に配置して工作物の形状を検出する。そして、従来の歯車加工装置は、工具検出センサによって検出された工具の形状の検出結果と、工作物検出センサによって検出された工作物の形状の検出結果とに基づくことにより、工具と工作物との位相を合わせる位相合わせを行うようになっている。

特開２０１９－１１５９４８号公報

上記従来の歯車加工装置においては、工具検出センサ及び工作物検出センサを各々の検出可能な位置に配置する。これにより、上記従来の歯車加工装置においては、工具の装着又は交換が行われた場合や工作物の装着又は交換が行われた場合において、工具検出センサ及び工作物検出センサの検出結果に基づいて、工具と工作物との位相を合わせることができる。又、上記従来の歯車加工装置においては、工作物を加工することによって発生する加工熱により、工具保持装置及び工作物保持装置の間に熱変位が生じる場合がある。この場合であっても、逐次、センサを検出可能な位置に配置することにより、熱変位の影響を排除して形状を検出することができるため、上記従来の歯車加工装置においては、工具と工作物との位相を合わせることができる。

ところで、常に工具の工具位相及び工作物の歯位相を正確に検出するためには、工具検出センサと工具との相対位置及び工作物検出センサと工作物との相対位置を合わせることが好ましい。従って、上記従来の歯車加工装置においては、工具検出センサが切れ刃の形状（位相）を検出する際に工具の中心位置の割出しが必要である。更に、上記従来の歯車加工装置においては、工具の中心位置の割出に加えて、工作物検出センサが工作物の形状（位相）を検出する際に工作物の中心位置の割出しも必要である。

又、例えば、予め工具の中心位置及び工作物の中心位置を決定しておく場合であっても、工具保持装置及び工作物保持装置の間で熱変位が生じると、熱変位の影響を受けることにより予め決定した工具の中心位置及び工作物の中心位置にずれが生じてしまう。従って、予め工具の中心位置及び工作物の中心位置を決定しておく場合であっても、改めて工具の中心位置及び工作物の中心位置の割出しが必要になる。このように、工具及び工作物の各々の中心位置を割出すことは、煩雑であると共に時間を要するため、改善が望まれる。

本発明は、工作物の製造工程の簡略化が可能であり、サイクルタイムの短縮が可能な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。

（歯車加工装置）
歯車加工装置は、加工用工具と工作物とを同期回転させながら相対的に送り、工作物の周面を切削加工することにより歯を創成する歯車加工装置であって、加工用工具を回転可能に保持する工具保持装置と、工作物を回転可能に保持する工作物保持装置と、工具保持装置に設けられて、工作物保持装置が保持する工作物の歯の回転位置を検出する工作物検出センサと、工作物保持装置に設けられ、工具保持装置が保持する加工用工具に形成された工具刃の回転位置を検出する工具検出センサと、工具保持装置と工作物保持装置とを相対移動可能に位置制御する位置制御部、及び、加工用工具の工具位相、工作物の歯位相、または加工用工具の工具位相と工作物の歯位相との双方を検知する位相検知部を含む制御装置と、を備え、位相検知部は、位置制御部が工具検出センサの検出方向に対して加工用工具を含む回転主軸体が横切る方向に工具保持装置を相対移動させることにより、工具検出センサによって検出された検出結果に基づいて回転主軸体の中心位置を割出し、中心位置を用いて工具検出センサを配置する第一検出位置を決定すると共に、位置制御部による位置制御によって第一検出位置に配置された工具検出センサの検出結果に基づいて加工用工具の工具位相を検知する、又は、位相検知部は、位置制御部が工具検出センサの検出方向に対して加工用工具を含む回転主軸体が横切る方向に工具保持装置を相対移動させることにより、工具検出センサによって検出された検出結果に基づいて回転主軸体の中心位置を割出し、中心位置及び回転主軸体と工作物検出センサとの位置関係を用いて工作物検出センサを配置する第二検出位置を決定すると共に、位置制御部による位置制御によって第二検出位置に配置された工作物検出センサの検出結果に基づいて工作物の歯位相を検知する、若しくは、位相検知部は、位置制御部が工具検出センサの検出方向に対して加工用工具を含む回転主軸体が横切る方向に工具保持装置を相対移動させることにより、工具検出センサによって検出された検出結果に基づいて回転主軸体の中心位置を割出し、中心位置を用いて工具検出センサを配置する第一検出位置を決定すると共に、位置制御部による位置制御によって第一検出位置に配置された工具検出センサの検出結果に基づいて加工用工具の工具位相を検知し、さらに、中心位置及び回転主軸体と工作物検出センサとの位置関係を用いて工作物検出センサを配置する第二検出位置を決定すると共に、位置制御部による位置制御によって第二検出位置に配置された工作物検出センサの検出結果に基づいて工作物の歯位相を検知する。

（歯車加工方法）
歯車加工方法は、加工用工具を工作物と同期回転させながら相対的に送り操作することにより工作物の周面を切削加工し、周面に歯を創成する歯車加工方法であって、加工用工具を回転可能に保持する工具保持装置と、工作物を回転可能に保持する工作物保持装置と、工具保持装置に設けられて、工作物保持装置が保持する工作物の歯の回転位置を検出する工作物検出センサと、工作物保持装置に設けられ、工具保持装置が保持する加工用工具に形成された工具刃の回転位置を検出する工具検出センサと、工具保持装置と工作物保持装置とを相対移動可能に位置制御する位置制御部、及び、工具検出センサの検出結果と工作物検出センサの検出結果とに基づいて加工用工具の工具位相及び工作物の歯位相を検知する位相検知部を含む制御装置とを備える歯車加工装置に適用され、位置制御部が、工具検出センサの検出方向に対して加工用工具を含む回転主軸体が横切る方向に工具保持装置を移動させる第一工程と、位相検知部が、回転主軸体の移動に伴い、工具検出センサによって検出された回転主軸体の外周面までの距離に基づいて回転主軸体の中心位置を割出す第二工程と、位相検知部が、中心位置を用いて工具検出センサを配置する第一検出位置を決定すると共に、位置制御部による位置制御によって第一検出位置に配置された工具検出センサの検出結果に基づいて加工用工具の工具位相を検知する第三工程と、位相検知部が、中心位置及び回転主軸体と工作物検出センサとの位置関係を用いて工作物検出センサを配置する第二検出位置を決定すると共に、位置制御部による位置制御によって第二検出位置に配置された工作物検出センサの検出結果に基づいて工作物の歯位相を検知する第四工程と、を含む。

これらによれば、位相検知部は、工具検出センサによって検出された検出結果に基づいて回転主軸体の中心位置を割出すことができる。そして、位相検知部は、割出された中心位置を用いて工具検出センサの第一検出位置を決定し、加工用工具の位相を検知することができる。又、位相検知部は、割出された中心位置及び回転主軸体と工作物検出センサとの位置関係を用いて工作物検出センサの第二検出位置を決定し、工作物の位相を検知することができる。

即ち、歯車加工装置及び歯車加工方法によれば、回転主軸体の中心位置を割出すことのみで、別途、工作物の中心位置を検出することが不要になる。これにより、例えば、工具や工作物の装着又は交換の際、或いは、熱変位が生じた場合であっても、工作物の中心位置を検出する工程を省略することができる。従って、工具及び工作物の各々の中心位置を割出すような煩雑な作業が生じず、又、工作物の中心位置を割出す時間が不要となるため、加工に要するサイクルタイムを短縮することが可能となる。

歯車加工装置の全体構成を示す図である。 加工用工具（スカイビングカッタ）の構成を示す一部断面図である。 制御装置のブロック図である。 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。 歯車加工処理の中で実行される位相合わせ処理のフローチャートである。 検出位置ずれを説明するための図である。 検出位置ずれ量と検知溝検出誤差との概略的な関係を示すグラフである。 工具検出センサが工具ホルダの中心位置及び工具ホルダの検知溝を検出する状態を説明するための図である。 工具検出センサが工具ホルダの中心位置を検出する際の動作を説明するための図である。 回転主軸体が横切る方向（Ｘ軸線に平行な方向）における工具ホルダの位置と検出距離との概略的な関係を示すグラフである。 図８のＸＩ－ＸＩ断面を示し、工具ホルダに加工用工具が保持された状態で、工具検出センサを工具ホルダに対する第一検出位置に配置した状態を示す図である。 図８のＸＩ－ＸＩ断面を示し、回転主軸及び工作物検出センサを一体的に移動させる状態を示す図である。 図８のＸＩ－ＸＩ断面を示し、工作物保持装置に工作物が保持された状態で、工作物検出センサを工作物に対する第二検出位置に配置した状態を示す図である。 工作物検出センサから位相検知部に出力される出力情報の一例（電圧変化）を示す図である。

（１．適用可能な歯車加工装置）
歯車加工装置は、加工用工具及び工作物の回転速度を変動させ、且つ、加工用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刃切り工具を工作物に対して相対移動させる（送り操作する）ことにより、工作物に歯車を切削加工する。本例では、歯車加工装置は、加工用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マシニングセンタを例示することができる。尚、本例において、Ｘ軸線及びＺ軸線に平行な方向は水平方向であり、Ｙ軸線に平行な方向は鉛直方向であるとする。

（２．歯車加工装置１の構成）
図１に示すように、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、工具交換装置９０と、制御装置１００とを主に備える。ここで、本例においては、コラム２０、サドル３０及び回転主軸４０が「工具保持装置」を構成する。又、本例においては、テーブル５０、チルトテーブル６０、ターンテーブル７０及び保持器８０が「工作物保持装置」を構成する。

ベッド１０は、ほぼ矩形状に形成されており、水平方向に配置される。ベッド１０の上面には、コラム２０をＸ軸線に平行な方向即ち水平方向に駆動するための、図示省略のＸ軸ボールねじが配置される。そして、ベッド１０には、Ｘ軸ボールねじを回転駆動するＸ軸モータ１１が配置される。ここで、本例においては、Ｘ軸線に平行な方向即ち水平方向が「回転主軸体が横切る方向」になる。

コラム２０のＹ軸線に平行な側面（摺動面）２０ａには、サドル３０をＹ軸線に平行な方向即ち鉛直方向に駆動するための、図示省略のＹ軸ボールねじが配置される。そして、コラム２０には、Ｙ軸ボールねじを回転駆動するＹ軸モータ２１が配置される。

サドル３０は、後述するようにターンテーブル７０に保持された工作物Ｗの形状、具体的には、創成された歯の位相を検出する工作物検出センサ３１を一体に支持すると共に、回転主軸４０を回転可能に支持する。これにより、サドル３０が移動する際には、工作物検出センサ３１及び回転主軸４０は、回転主軸４０に対して工作物検出センサ３１が相対移動することなく、即ち、回転主軸４０とサドル３０とが一体的に、サドル３０と共に移動する。

ここで、サドル３０は、工作物検出センサ３１及び回転主軸４０を支持する。このため、サドル３０にターンテーブル７０に対する熱変位が生じた場合には、工作物検出センサ３１及び回転主軸４０はサドル３０と共にターンテーブル７０に対して熱変位する。即ち、サドル３０における工作物検出センサ３１と回転主軸４０とは相対移動不能であり、サドル３０における工作物検出センサ３１と回転主軸４０との位置関係は維持される。

工作物検出センサ３１は、本例においては、非接触式のセンサである。工作物検出センサ３１としては、例えば、渦電流センサや電磁ピックアップ、レーザセンサ等を例示することができる。本例の工作物検出センサ３１は渦電流センサを用いるものとし、工作物Ｗに形成された歯車の形状、具体的には、歯先面及び歯底面までの距離を検出する。尚、工作物検出センサ３１は、接触式のセンサ、例えば、タッチプローブセンサ等であっても良い。

工作物検出センサ３１は、検出方向がＹ軸線に平行な方向即ち鉛直方向となるように、サドル３０に支持される。そして、工作物検出センサ３１は、工作物Ｗに創成された歯の回転位置（歯位相）を検出する。又、本例の工作物検出センサ３１は、Ｚ軸線に平行な方向において伸縮可能とする伸縮機構を介して、工作物Ｗに対向するサドル３０の側面３０ａに支持される。これにより、工作物検出センサ３１は、サドル３０の移動に伴って回転主軸４０と共にＸ軸線に平行な方向及びＹ軸線に平行な方向に移動し、且つ、伸縮機構によって回転主軸４０の回転軸線Ｊに平行な方向即ちＺ軸線に平行な方向にてサドル３０側から工作物Ｗ側に向けて変位可能とされている。

尚、工作物検出センサ３１については、伸縮機構を省略して、即ち、回転主軸４０（回転主軸体）の軸線に平行な方向に伸縮不能となるように構成することも可能である。この場合、工作物検出センサ３１は、サドル３０と共にＸ軸線に平行な方向及びＹ軸線に平行な方向に移動する。

回転主軸４０は、Ｘ軸線に直交するＺ軸線に平行に配置される。回転主軸４０は、サドル３０に回転可能に支持され、コラム２０（又は、サドル３０）内に収容された主軸モータ４１により回転される。回転主軸４０は、加工用工具４２を支持する。加工用工具４２は、工具ホルダ４３に保持されて回転主軸４０の先端に装着されており、回転主軸４０の回転に伴って回転する。ここで、回転主軸４０に工具ホルダ４３が組み付けられると共に工具ホルダ４３に加工用工具が装着されることにより、「回転主軸体」が構成される。

加工用工具４２及び工具ホルダ４３は、Ｘ軸モータ１１の駆動によるコラム２０及びサドル３０の移動に伴い、ベッド１０に対してＸ軸線に平行な方向、即ち、水平方向であって、後述の工具検出センサ６４の検出方向に対して「回転主軸体が横切る方向」に移動する。又、加工用工具４２及び工具ホルダ４３は、Ｙ軸モータ２１の駆動によるコラム２０及びサドル３０の移動に伴い、Ｙ軸線に平行な方向に移動する。

本例の加工用工具４２は、スカイビングカッタであり、工作物Ｗ（具体的には、歯車）に形成される歯面の形状に基づいて設計される。加工用工具４２は、図２に示すように、工具周面に複数の工具刃４２ａを備えている。工具刃４２ａは、本例においてはインボリュート曲線形状と同一形状に形成される。

ここで、工具刃４２ａは、刃先４２ｂの回転軸線Ｊと直角な平面に対し、角度γだけ傾斜したすくい角が設けられる。又、工具刃４２ａには、工具周面側に回転軸線Ｊと平行な直線に対し、角度δだけ傾斜した前逃げ角が設けられる。更に、工具刃４２ａの刃溝４２ｃは、回転軸線Ｊと平行な直線に対し、角度βだけ傾斜したねじれ角を有する。尚、加工用工具４２としては、ねじれ角βを有しておらず、回転軸線Ｊに平行なストレートの工具刃４２ａを備えることもできる。

工具ホルダ４３は、図２に示すように、円筒状に形成されており、一端側にて回転主軸４０に相対回転不能に固定されることにより「回転主軸体」を形成し、他端側にて工具交換装置９０によって装着又は交換される加工用工具４２を相対回転不能に支持する。工具ホルダ４３の外周面には、装着又は交換される加工用工具４２の位相（回転位置）を検知するための凹状の検知溝４３ａが設けられている。尚、検知溝４３ａの数については、少なくとも１つ以上であれば良い。

又、図１に示すように、ベッド１０の上面には、テーブル５０をＺ軸線に平行な方向に駆動するための、図示省略のＺ軸ボールねじが配置される。そして、ベッド１０には、Ｚ軸ボールねじを回転駆動するＺ軸モータ１２が配置される。

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６３が設けられる。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Ａ軸線回りで回転（揺動）可能に設けられる。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。そして、チルトテーブル６０には、ターンテーブル７０がＣ軸線回りで回転可能に設けられる。尚、チルトテーブル６０は、Ｃ軸線に対して垂直である軸の旋回テーブル軸を用いても良い。

ターンテーブル７０には、工作物Ｗを相対回転不能に保持する保持器８０が組み付けられる。本例において、ターンテーブル７０及び保持器８０は「工作物主軸」を構成する。ターンテーブル７０は、工作物Ｗ及び保持器８０と共にＣ軸モータ６２により回転される。ここで、Ｃ軸モータ６２には、Ｃ軸線回りに回転角度を検出するエンコーダ６２ａが設けられている。

チルトテーブル支持部６３のＹ軸線に平行且つ回転主軸４０（加工用工具４２及び工具ホルダ４３）に対向する側面６３ａは、工具検出センサとしての工具検出センサ６４を一体に支持する。即ち、チルトテーブル支持部６３は、工具検出センサ６４を変位不能に支持すると共に、工作物Ｗを回転可能に支持するターンテーブル７０を、チルトテーブル６０を介して支持する。これにより、工作物Ｗと工具検出センサ６４とは、チルトテーブル支持部６３において、相対移動不能に支持される。

ここで、チルトテーブル支持部６３にサドル３０に対する熱変位が生じた場合には、工具検出センサ６４及びターンテーブル７０（工作物Ｗ）は、チルトテーブル支持部６３と共にサドル３０に対して熱変位する。即ち、チルトテーブル支持部６３における工具検出センサ６４とターンテーブル７０、換言すれば、ターンテーブル７０に保持器８０によって保持された工作物Ｗとの位置関係は維持される。

工具検出センサ６４は、本例においては、非接触式のセンサである。工具検出センサ６４としては、例えば、渦電流センサや電磁ピックアップ、レーザセンサ等を例示することができる。本例の工具検出センサ６４は渦電流センサを用いるものとし、工具ホルダ４３の外周面（検知溝４３ａの溝底面を含む）までの距離を検出する距離計測センサを用いる。尚、工具検出センサ６４は、接触式のセンサ、例えば、タッチプローブセンサ等であっても良い。

工具検出センサ６４は、本例においては、検出方向が工作物検出センサ３１と同一方向であるＹ軸線に平行な方向即ち鉛直方向となるようにチルトテーブル支持部６３に支持される。そして、工具検出センサ６４は、後述するように、回転主軸４０に装着された円筒状の工具ホルダ４３をＸ軸線に平行な方向即ち水平方向に移動させた状態で、工具ホルダ４３の外周面までの距離を検出する。又、工具検出センサ６４は、工具ホルダ４３を回転させた状態で、工具ホルダ４３の外周面までの距離を検出する。これにより、制御装置１００は、後述するように、工具ホルダ４３の中心位置を検知すると共に、工具ホルダ４３に予め設けられた検知溝４３ａ（図２を参照）を検出することによって加工用工具４２の位相を検知する。

ここで、工具検出センサ６４が加工用工具４２の工具刃４２ａの位相（回転位置）を検知する際には、制御装置１００がコラム２０即ちサドル３０と共に回転主軸４０をＸ軸線に平行な方向（水平方向）に移動させる。このとき、工具検出センサ６４は回転主軸４０と一体にＸ軸線に平行な方向に移動する工具ホルダ４３の外周面までの距離を検出する。

これにより、制御装置１００は、工具検出センサ６４によって検出された検出結果として、検出距離が最も短くなるＸ軸線に平行な方向の位置、即ち、円筒状の工具ホルダ４３の周方向における頂点位置を割出す。ここで、頂点位置は、Ｘ軸線に平行な方向における位置として、工具ホルダ４３の中心位置に一致する。そして、制御装置１００は、割出した中心位置（頂点位置）を第一検出位置に決定して、工具ホルダ４３の検知溝４３ａを検出する。

工具交換装置９０は、回転主軸４０に工具ホルダ４３を介して装着された加工用工具４２と、工具マガジン（図示省略）に収容された他の加工用工具４２との交換を自動で行う。尚、工具交換装置９０の構成及び作動については、周知であり、例えば、特開２０１８－１０３３３０号公報等を参照することができるため、その説明を省略する。

制御装置１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インターフェースを主要構成部品とするコンピュータ装置であり、各種プログラムを実行する。制御装置１００は、図３に示すように、工具回転制御部１０１と、工作物回転制御部１０２と、チルト制御部１０３と、位置制御部１０４と、位相検知部１０５と、記憶装置１０６とを主に備える。

工具回転制御部１０１は、エンコーダ４１ａによって検出された回転角度を用いて主軸モータ４１の駆動制御を行い、回転主軸４０と共に工具ホルダ４３及び加工用工具４２を回転させる。工作物回転制御部１０２は、エンコーダ６２ａによって検出された回転角度を用いてＣ軸モータ６２の駆動制御を行い、ターンテーブル７０と共に保持器８０に保持（固定）された工作物ＷをＣ軸線周りに回転させる。チルト制御部１０３は、Ａ軸モータ６１の駆動制御を行い、チルトテーブル６０を揺動させることにより、ターンテーブル７０及び工作物ＷをＡ軸線周りに揺動させる。

位置制御部１０４は、コラム２０即ち工作物検出センサ３１及び回転主軸４０を支持するサドル３０と、テーブル５０即ちテーブル５０に固定されたチルトテーブル支持部６３とを相対移動可能に位置制御する。位置制御部１０４は、Ｘ軸モータ１１の駆動制御を行い、コラム２０及びコラム２０に支持されたサドル３０を一体にＸ軸線に平行な方向へ移動させる。又、位置制御部１０４は、Ｙ軸モータ２１の駆動制御を行い、サドル３０をＹ軸線に平行な方向へ移動させる。

これにより、位置制御部１０４は、サドル３０に支持された回転主軸４０及び工作物検出センサ３１を一体に且つ相対変位させることなくＸ軸線に平行な方向及びＹ軸線に平行な方向に移動させる。尚、本例においては、位置制御部１０４は、工作物検出センサ３１がＺ軸線に平行な方向にて伸縮するように、サドル３０に支持された工作物検出センサ３１の伸縮機構の作動を制御する。

又、位置制御部１０４は、Ｚ軸モータ１２の駆動制御を行い、テーブル５０及びテーブル５０に支持されたチルトテーブル支持部６３を一体にＺ軸線に平行な方向へ移動させる。これにより、位置制御部１０４は、チルトテーブル支持部６３に支持された工作物Ｗ及び工具検出センサ６４を一体に且つ相対変位させることなくＺ軸線に平行な方向に移動させる。

位相検知部１０５は、工具検出センサ６４によって検出された検出結果として工具ホルダ４３までの距離に基づいて、工具ホルダ４３の中心位置（頂点位置）を割出す。そして、位相検知部１０５は、工具検出センサ６４による検出結果である中心位置を第一検出位置に決定し、工具検出センサ６４が第一検出位置にて検出した距離の変化に基づいて工具ホルダ４３の検知溝４３ａ即ち加工用工具４２の位相（回転位置）を検知する。本例において、位相検知部１０５は加工用工具４２の位相（回転位置）として、加工用工具４２の工具刃４２ａのうち、Ｙ軸線に平行な方向にて最上位となる刃先４２ｂの工具位相を検知する。

又、位相検知部１０５は、工具検出センサ６４による検出結果である工具ホルダ４３の中心位置及びサドル３０における回転主軸４０と工作物検出センサ３１との位置関係を用いて、工作物検出センサ３１が工作物Ｗの歯底面の歯位相を検知する際の第二検出位置を決定する。そして、位相検知部１０５は、加工用工具４２の工具位相と工作物Ｗの歯位相とに基づいて、加工用工具４２と工作物Ｗとの位相を合わせる。

記憶装置１０６は、工具検出センサ６４の検出結果及び工作物検出センサ３１の検出結果が記憶される。具体的に、記憶装置１０６には、位相検知部１０５により割出された中心位置に関する情報、検知された加工用工具４２の刃先４２ｂの位相に関する情報、及び、工作物Ｗに形成された歯車の歯底面の位相に関する情報が記憶される。更に、記憶装置１０６には、工作物Ｗに形成する歯車の基本情報（各種寸法や歯数等に関する情報）及び加工用工具４２の基本情報が記憶される。

（３．歯車加工処理（歯車加工方法））
次に、図４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について説明する。歯車加工処理は、歯車加工により円筒状のブランクである工作物Ｗに歯車を形成する際に実行される。

歯車加工処理は、ステップＳ１において、荒加工処理として、保持器８０により保持された円筒状の工作物Ｗに対する歯車加工を行い、工作物Ｗに歯車を形成する。続くステップＳ２において、歯車加工処理は、焼入れ処理として、荒加工処理により歯車が形成された工作物Ｗの焼入れを行う。

歯車加工処理は、ステップＳ３において、焼入れ後の工作物Ｗが保持器８０に再度保持された際、又は、工具交換装置９０によって加工用工具４２が装着又は交換された際に、位相合わせ処理を行う。本例における位相合わせ処理は、後に詳述するように、工具ホルダ４３に装着された加工用工具４２の工具位相（回転位置）を検知すると共に、保持器８０に保持された工作物Ｗに形成された歯の歯位相（回転位置）を検知する。そして、位相合わせ処理においては、検知した加工用工具４２の工具位相（回転位置）と工作物Ｗの歯の歯位相（回転位置）を合わせる位相合わせを行う。

位相合わせ処理において位相合わせが行われると、歯車加工処理は、ステップＳ４にて仕上加工処理を行う。仕上加工処理は、工作物Ｗに対する歯車の仕上加工を行う。ここで、歯車加工を行った工作物Ｗに焼入れを行うと、工作物Ｗにひずみが発生する。そこで、焼入れ後の工作物Ｗに対する歯車加工を再度行い、歯車の精度を向上させることが一般に行われている。この場合に、歯車加工装置１は、保持器８０に保持された工作物Ｗの歯位相を把握した上で、工作物Ｗと加工用工具４２の位相合わせを行う必要がある。

他にも、例えば、ホブカッタ等を用いて荒加工された工作物Ｗに対し、加工用工具４２を用いた仕上加工を行う場合等、既に歯車が形成された工作物Ｗに歯車加工を行う場合がある。この場合にも、歯車加工装置１は、工具ホルダ４３に装着された加工用工具４２の工具位相と保持器８０に保持（固定）された工作物Ｗの歯位相とを把握し、工作物Ｗと加工用工具４２との位相合わせを行う必要がある。更に、加工用工具４２は、スカイビングカッタであり、例えば、ホブカッタ等に比べて工具寿命が相対的に短く加工用工具４２の交換頻度が高くなる。その結果、歯車加工装置１は、工具ホルダ４３に保持された加工用工具４２の工具位相の把握が必要となる頻度も高くなる。

この点に関し、歯車加工装置１は、工作物検出センサ３１と工具ホルダ４３が固定された回転主軸４０とが相対変位することなくサドル３０に設けられ、工具検出センサ６４と工作物Ｗを保持するターンテーブル７０等とが相対変位することなくチルトテーブル支持部６３に設けられる。即ち、歯車加工装置１においては、工作物検出センサ３１と工具ホルダ４３との相対位置が一定に維持されると共に、工具検出センサ６４と工作物Ｗとの相対位置が一定に維持される。

本例の歯車加工装置１は、先ず、工具検出センサ６４を工具ホルダ４３の中心位置即ち第一検出位置に配置して距離を検出する。これにより、歯車加工装置１は、加工用工具４２の工具位相（回転位置）を検知する。そして、歯車加工装置１は、工作物検出センサ３１が工作物Ｗの歯位相（回転位置）を検知するための第二検出位置に向けて、サドル３０をＸ軸線に平行な方向及びＹ軸線に平行な方向にて所定距離だけ移動させる。ここで、工作物検出センサ３１と回転主軸４０とは相対変位することなくサドル３０に支持されている。このため、回転主軸４０と工作物検出センサ３１との位置関係に基づいてサドル３０を各々の方向にて所定距離だけ移動させることで、工作物検出センサ３１を第二検出位置に配置することができる。その結果、工作物Ｗの歯位相（回転位置）の検出及び工作物Ｗと加工用工具４２との位相合わせに要する時間を短縮することができる。

尚、図４に示すフローチャートにおいて、歯車加工処理は、ステップＳ２の焼入れ処理の後であってステップＳ４の仕上加工処理の前となるステップＳ４の位相合わせ処理を実行する。しかし、位相合わせ処理については、ステップＳ１の荒加工処理及びステップＳ４の仕上加工処理の中でも実行することができる。例えば、ステップＳ１の荒加工処理又はステップＳ４の仕上加工処理において加工用工具４２に破損等が発生し、加工用工具４２の交換が行われた場合に、歯車加工処理では、位相合わせ処理を実行することによって、加工用工具４２と工作物Ｗとの位相合わせを行うことができる。

（４．加工用工具４２及び工作物Ｗの位相合わせの詳細（歯車加工方法））
次に、図５に示すフローチャートを参照しながら、歯車加工処理（歯車加工方法）の中で前記ステップＳ３にて実行される位相合わせ処理を具体的に説明する。前記ステップＳ３にて実行される位置検知処理においては、制御装置１００（具体的には、ＣＰＵ。以下同じ）は、先ずステップＳ１１にて、工具交換装置９０による加工用工具４２の装着又は交換が行われたか否かを判定する。この場合、制御装置１００は、工具交換装置９０の交換制御部（図示省略）と通信することにより、加工用工具４２の装着又は交換が行われたか否かを把握することができる。

そして、制御装置１００は、工具交換装置９０による加工用工具４２の装着又は交換が行われていなければ、ステップＳ１１にて「Ｎｏ」と判定してステップＳ１８の処理を実行する。一方、制御装置１００は、工具交換装置９０による加工用工具４２の装着又は交換が行われていれば、ステップＳ１１にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ１２の処理を実行する。

ステップＳ１２においては、制御装置１００の位置制御部１０４は、Ｘ軸モータ１１、Ｙ軸モータ２１及びＺ軸モータ１２の駆動制御を行うことにより、回転主軸４０の先端に固定された工具ホルダ４３を、予め設定された原位置（例えば、図１に示すように熱変位等の影響を受ける前の回転軸線Ｊの位置等）に配置する。そして、制御装置１００は、工具ホルダ４３を原位置に配置すると、ステップＳ１３に進む。

（４－１．中心位置の割出し及び第一検出位置の決定）
ステップＳ１３及びステップＳ１４においては、制御装置１００の位相検知部１０５は、加工用工具４２の位相、換言すれば、加工用工具４２の刃先４２ｂ（又は、刃溝４２ｃ）の回転位置を検出するための第一検出位置を決定する。本例においては、第一検出位置を決定するにあたり、工具ホルダ４３の中心位置を割出す。以下、この中心位置の割出しを具体的に説明する。

上述したように、歯車加工装置１においては、サドル３０に回転主軸４０（工具ホルダ４３及び加工用工具４２を含む）と工作物検出センサ３１とが相対移動不能に支持され、チルトテーブル支持部６３に工具検出センサ６４と工作物Ｗとが相対移動不能に支持される。具体的に、歯車加工装置１においては、工具検出センサ６４は工具ホルダ４３及び加工用工具４２と対向するチルトテーブル支持部６３の側面６３ａに固定されており、工作物検出センサ３１は工作物Ｗと対向するサドル３０の側面３０ａに固定されている。

位相検知部１０５が加工用工具４２の工具位相（回転位置）を検知する場合、工具検出センサ６４によって検出された工具ホルダ４３までの距離の変化に基づくことにより、検知溝４３ａの回転方向における位置を検知する。この場合、図６に示すように、Ｘ軸線に平行な方向において、工具検出センサ６４と工具ホルダ４３との相対位置が異なると、図７に示すように、検知溝４３ａの検出精度が悪化する。

例えば、工作物Ｗの加工開始時において、図６にて実線により示すように、工具検出センサ６４と工具ホルダ４３とがＹ軸線に平行な方向にて直列に配置された状態、より詳しくは、工具検出センサ６４の中心軸線上に工具ホルダ４３の中心位置Ｑが存在する状態のときの工具ホルダ４３の位置を第一検出位置とする。この場合、この第一検出位置にて工具検出センサ６４が工具ホルダ４３までの距離を検出することにより、図７に示すように、検出位置ずれ量Ｌ１が「０」となる。その結果、図７に示すように、検知溝４３ａを検出する際に、検知溝４３ａが回転方向にずれて検出される検知溝検出誤差θも「０」となる。

ところで、工作物Ｗを連続して加工すると、例えば、加工に伴う加工熱の影響を受けて、サドル３０（コラム２０）はチルトテーブル支持部６３に対して熱変位する場合がある。この場合、加工開始時の第一検出位置となるようにサドル３０のＸ軸方向の位置を制御しても、サドル３０（コラム２０）に発生した熱変位の影響により、図６にて破線により示すように、工具検出センサ６４の中心軸線に対して工具ホルダ４３（回転主軸４０）の中心位置Ｑが相対的にずれてしまう。

換言すれば、加工開始時と同じＸ軸方向の位置に工具ホルダ４３（回転主軸４０）を配置しても、第一検出位置は、チルトテーブル支持部６３に対してサドル３０（コラム２０）が熱変位することによって生じた検出位置ずれ量Ｌ１だけずれる。この場合、工具検出センサ６４が検出した工具ホルダ４３までの距離に基づくと、図６に示すように、位相検知部１０５は、回転方向にて回転角度θだけずれた位置にて検知溝４３ａを検出することになる。そして、図７に示すように、検出位置ずれ量Ｌ１が大きくなる程、検知溝検出誤差θが大きくなる。

ここで、検知溝検出誤差θは、図６に示すように、工具ホルダ４３の半径を「Ｒ」、工具ホルダ４３と工具検出センサ６４との距離を「Ｌ２」とした場合、下記式１により表すことができる。

このため、本例の歯車加工装置１においては、図６にて実線により示すように、工具検出センサ６４の中心軸線上に工具ホルダ４３（又は、回転主軸４０）の中心位置Ｑが存在するときの工具検出センサ６４（又は、工具ホルダ４３及び回転主軸４０）の位置を第一検出位置とする。そして、位相検知部１０５が工具ホルダ４３の検知溝４３ａを検出する際には、工具ホルダ４３の中心位置Ｑが工具検出センサ６４の中心軸線上に配置された状態にする。

これにより、工具検出センサ６４と工具ホルダ４３との相対位置を常に一定にすることができる。その結果、位相検知部１０５が検知溝４３ａを検出する際の検知溝検出誤差θをほぼ「０」まで小さくすることができる。

そこで、ステップＳ１３において、位相検知部１０５は、工具ホルダ４３の中心位置Ｑを検出するために、位置制御部１０４と協働して、本例ではコラム２０をＸ軸線方向に移動させる。具体的にステップＳ１３の処理を説明すると、例えば、図１に示した状態（原位置）にある歯車加工装置１について、図８に示すように、先ず、Ｙ軸モータ２１の駆動制御を行い、サドル３０をＹ軸線に平行な方向にてベッド１０に向けて移動（図８においては降下）させる。続いて、位置制御部１０４は、Ｚ軸モータ１２の駆動制御を行い、テーブル５０即ちチルトテーブル支持部６３をＺ軸線に平行な方向にてコラム２０に向けて移動させる。

本例の工具検出センサ６４は、距離検出方向がＹ軸線に平行な方向即ち鉛直方向にてベッド１０に向けた方向（図８において下方）となるように、チルトテーブル支持部６３にステーを介して固定されている。このため、位置制御部１０４は、Ｙ軸モータ２１及びＺ軸モータ１２の駆動制御を行うことにより、回転主軸４０の先端に固定された工具ホルダ４３が工具検出センサ６４の距離検出方向に存在するように、サドル３０及びテーブル５０を相対移動させる。

続いて、位置制御部１０４は、Ｘ軸モータ１１の駆動制御を行い、コラム２０をＸ軸線に平行な方向、即ち、水平方向であって工具検出センサ６４の検出方向を「回転主軸体が横切る方向」にて直線移動させる（第一工程）。これにより、回転主軸４０の先端に固定された工具ホルダ４３は、図９に示すように、工具検出センサ６４に対してＸ軸線に平行な方向即ち水平方向にて直線移動する。尚、Ｘ軸線に平行な方向は、工具検出センサ６４が検出するＹ軸線に平行な方向の距離に対して、重力や熱変位の影響を受けにくい方向である。そして、制御装置１００は、コラム２０をＸ軸線に平行な方向に移動させると、ステップＳ１４の処理を実行する。

ステップＳ１４においては、位相検知部１０５は、工具ホルダ４３の中心位置を割出すと共に、第一検出位置を決定する。前記ステップＳ１３の処理によってＸ軸線に平行な方向に直線移動している工具ホルダ４３までの距離を工具検出センサ６４が検出した場合、検出された検出距離Ｄは、図１０に示すように、下に凸となる放物線状に変化する。即ち、工具ホルダ４３のＸ軸線方向の位置Ｐが順次変化することに伴い、工具ホルダ４３の中心位置Ｑが工具検出センサ６４に近づくにつれて検出距離Ｄは徐々に小さくなり、工具ホルダ４３の中心位置Ｑが工具検出センサ６４から離れるにつれて検出距離Ｄは徐々に大きくなる。このことに基づき、位相検知部１０５は、検出距離Ｄが最小となるＸ軸線方向の中間位置Ｐ３を工具ホルダ４３の中心位置Ｑとして割出す（第二工程）。

ここで、中心位置Ｑの割出しについては、図１０に示すように、位相検知部１０５は、検出距離Ｄが所定の閾値Ｄ１を跨いで下回る位置Ｐ１と、検出距離Ｄが所定の閾値Ｄ１を跨いで上回る位置Ｐ２を算出する。そして、位相検知部１０５は、例えば、位置Ｐ１と位置Ｐ２との中間位置Ｐ３を算出し、中間位置Ｐ３に対応するＸ軸線方向の位置Ｐ（図１０においては「０」）を、Ｘ軸線に平行な方向における中心位置Ｑとして割出す。尚、工具検出センサ６４においては、例えば、工具ホルダ４３の直径よりも小さい距離の測定精度が低下する場合がある。これに対して、位置Ｐ１と位置Ｐ２との中間位置Ｐ３を算出するようにすることにより、中心位置Ｑを正確に算出して割出すことができる。

そして、位相検知部１０５は、割出した中心位置Ｑを、工具検出センサ６４が工具ホルダ４３の検知溝４３ａ（即ち、加工用工具４２の工具位相）を検出する際の第一検出位置に決定する（第三工程）。このように、ステップＳ１４にて位相検知部１０５が工具ホルダ４３の中心位置Ｑの割出し、第一検出位置を決定する（第三工程）と、制御装置１００はステップＳ１５に進む。

再び、図５のフローチャートに戻り、制御装置１００（位置制御部１０４）は、ステップＳ１５において、前記ステップＳ１４にて設定した第一検出位置（割出した中心位置Ｑ）に工具ホルダ４３を配置する（第三工程）。即ち、位置制御部１０４は、図１１に示すように、Ｘ軸モータ１１の駆動制御を行い、工具ホルダ４３のＸ軸線方向の位置が前記ステップＳ１４にて設定した第一検出位置（中心位置Ｑ）に対応する位置Ｐ３と一致するように、コラム２０をＸ軸線に平行な方向にて移動させる。制御装置１００は、工具ホルダ４３を第一検出位置に配置すると、ステップＳ１６を実行する。

ステップＳ１６においては、制御装置１００（位相検知部１０５）は、刃先４２ｂの工具位相を検知する（第三工程）。この場合、位相検知部１０５は、工具回転制御部１０１と協働することによって工具位相を検知する。

位相検知部１０５は、第一検出位置に配置された状態の工具検出センサ６４によって検出される検出距離Ｄが検知溝４３ａの溝深さに相当する距離だけ変化したことに基づいて、検知溝４３ａを検知することができる。そして、工具ホルダ４３の検知溝４３ａと加工用工具４２の刃先４２ｂとの予め定められた位置関係に基づいて、位相検知部１０５は、刃先４２ｂの工具位相を検知することができる。

このため、工具回転制御部１０１は、図１１に示すように、工具検出センサ６４が工具ホルダ４３に対して第一検出位置に配置された状態で、主軸モータ４１の駆動制御を行い、回転主軸４０を一方向に低速で回転させる。これにより、回転主軸４０の先端に固定された工具ホルダ４３及び加工用工具４２も、一方向に低速で回転する。工具検出センサ６４は、このように回転する工具ホルダ４３との検出距離Ｄを検出する。

そして、位相検知部１０５は、工具検出センサ６４によって検出された検出距離Ｄが検知溝４３ａの溝深さ分だけ変化した回転位置に検知溝４３ａが存在することを検知する。これにより、位相検知部１０５は、検知溝４３ａに対応付けられた加工用工具４２の刃先４２ｂの工具位相を検知する。

尚、工具位相の検知に際しては、回転主軸４０即ち工具ホルダ４３を複数回に亘って回転させる必要はなく、少なくとも１回転させるだけでも良い。又、より検知精度を向上させるために、先ず一方向に回転主軸４０を回転させた後、他方向に回転主軸４０を回転させるようにしても良い。これにより、工具検出センサ６４によって検出される検出距離Ｄの変化即ち検知溝４３ａをより確実に検知することができ、その結果、工具位相の検知精度を向上させることができる。

前記ステップＳ１６にて工具位相を検知すると、制御装置１００は、ステップＳ１７の処理を実行する。即ち、ステップＳ１７においては、制御装置１００は、検知した工具位相を表す工具位相情報、例えば、エンコーダ４１ａによって検出された回転主軸４０の回転位置を表す回転位置情報を記憶装置１０６に記憶する。そして、制御装置１００は、ステップＳ１７にて工具位相情報を記憶装置１０６に記憶すると、ステップＳ１８の処理を実行する。

ステップＳ１８においては、制御装置１００は、工作物Ｗの装着又は交換が行われたか否かの判定を実行する。即ち、制御装置１００は、工作物Ｗの装着又は交換が行われていなければ、ステップＳ１８にて「Ｎｏ」と判定し、ステップＳ２３の処理を実行する。一方、制御装置１００は、工作物Ｗの装着又は交換が行われていれば、ステップＳ１８にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップＳ１９の処理を実行する。

ステップＳ１９においては、制御装置１００のチルト制御部１０３は、チルト制御部１０３は、Ａ軸モータ６１の駆動制御を行い、図１１に示すように、工作物Ｗの回転軸線であるＣ軸と加工用工具４２（回転主軸４０）の回転軸線Ｊとが平行になるように、チルトテーブル６０を揺動させる。そして、制御装置１００は、チルトテーブル６０を揺動させると、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０においては、制御装置１００の位相検知部１０５は、サドル３０における工作物検出センサ３１と回転主軸４０との位置関係と、前記ステップＳ１４にて割出した工具ホルダ４３の中心位置Ｑとに基づいて、工作物検出センサ３１の第二検出位置を決定する（第四工程）。そして、制御装置１００の位置制御部１０４は、工作物検出センサ３１を第二検出位置に配置する（第四工程）。

具体的に、位置制御部１０４は、図１１に示すように工具ホルダ４３（回転主軸４０）を第一検出位置に配置しているコラム２０を、図１２に示すように、工作物検出センサ３１が工作物Ｗの歯位相を検出する第二検出位置に向けて移動させる。即ち、位置制御部１０４は、Ｘ軸モータ１１の駆動制御を行い、コラム２０（サドル３０及び工作物検出センサ３１）をＸ軸線に平行な方向に移動させる。又、位置制御部１０４は、Ｙ軸モータ２１の駆動制御を行い、コラム２０（サドル３０及び工作物検出センサ３１）をＹ軸線に平行な方向に移動させる。これにより、位置制御部１０４は、最終的に、図１３に示すように、工作物検出センサ３１を第二検出位置に配置する。

ここで、回転主軸４０と工作物検出センサ３１とは、サドル３０に対して相対移動不能に支持されている。又、上述したように、第一検出位置は、工具ホルダ４３をＸ軸線に平行な方向に直線移動させることによって割出された中心位置Ｑに基づいて決定される。これにより、第一検出位置は、サドル３０（コラム２０）とチルトテーブル支持部６３との各々の熱変位の影響を排除して決定されている。

即ち、サドル３０に対してチルトテーブル支持部６３が熱変位した場合であっても、第一検出位置はチルトテーブル支持部６３の熱変位を排除して決定されている。ここで、サドル３０は、図１１に示すように、工具検出センサ６４が第一検出位置に対応するように配置され、且つ、回転主軸４０と工作物検出センサ３１の相対移動不能に支持している。

このサドル３０を、図１３に示すように、工作物検出センサ３１の第二検出位置に対応するように移動させた場合には、回転主軸４０と工作物検出センサ３１との位置関係が維持されているため、熱変位の有無に拘わらず、工作物Ｗと工作物検出センサ３１との位置関係を不変にすることができる。即ち、歯車加工装置１においては、工作物Ｗの歯位相を検知する際には、中心位置Ｑを基準にすると共に回転主軸４０と工作物検出センサ３１との位置関係に基づいて、サドル３０をＸ軸線に平行な方向に予め設定された距離だけ移動させると共にＹ軸線に平行な方向に予め設定された距離だけ移動させる。

これにより、工作物検出センサ３１の工作物Ｗに対する相対位置を同一にする第二検出位置に移動させることができる。その結果、歯車加工装置１においては、工作物Ｗの中心位置を割出すことなく歯位相（回転位置）を検知することができる。

再び、図５のフローチャートに戻り、ステップＳ２１においては、制御装置１００の位相検知部１０５は、工作物Ｗの歯位相（回転位置）を検知する（第四工程）。この場合、位相検知部１０５は、工作物回転制御部１０２と協働することによって工作物Ｗの歯位相（回転位置）を検知する。

工作物回転制御部１０２は、図１３に示すように、例えば、位置制御部１０４の駆動制御によって工作物検出センサ３１が伸縮機構によって第二検出位置に配置された状態で、Ｃ軸モータ６２の駆動制御を行い、工作物Ｗを一方向に低速で回転させる。そして、工作物検出センサ３１は、本例においては工作物Ｗの歯底面に対応する信号（例えば、電圧等）を出力する。

これにより、位相検知部１０５は、工作物検出センサ３１によって出力された信号と、エンコーダ６２ａから得られる工作物Ｗの回転角度情報とに基づき、工作物Ｗの歯位相を検知する。そして、制御装置１００は、工作物Ｗの歯位相を検知すると、ステップＳ２２の処理を実行する。

ステップＳ２２においては、位相検知部１０５は、工作物Ｗの歯位相を把握するに際し、工作物検出センサ３１から得られる出力電圧情報と、Ｃ軸モータ６２に設けられたエンコーダ６２ａから得られる工作物Ｗの回転角度情報とに基づき、工作物Ｗの歯位相を演算する。

図１４に示すように、工作物検出センサ３１から出力される電圧の変化は、工作物Ｗの回転角度の変化に伴って周期的に上下するサイン波形となる。位相検知部１０５は、電圧の最大値と最小値との中間値を第二閾値Ｔｈ１とし、電圧が第二閾値Ｔｈ１を跨いで下回ったときの工作物Ｗの回転角度θ１１、及び、電圧が第二閾値Ｔｈ１を跨いで上回ったときの工作物Ｗの回転角度θ１２を抽出する。そして、位相検知部１０５は、回転角度θ１１と回転角度θ１２との中間値となる回転角度θ１を演算する。

この回転角度θ１は、工作物検出センサ３１の第二検出位置と工作物Ｗの歯車の歯底面の中心位置とが一致したときの工作物Ｗの回転角度とみなすことができる。位相検知部１０５は、演算結果と記憶装置１０６に記憶された歯車の基本情報とに基づいて、歯底面の中心位置の歯位相を演算により求める。位相検知部１０５は、演算により得られた歯底面の中心位置の歯位相に関する情報を、工作物検出センサ３１の検出結果として記憶装置１０６に記憶する。そして、制御装置１００は、検知した工作物Ｗの歯位相（回転位置）を表す歯位相情報を記憶装置１０６に記憶すると、ステップＳ２３の処理を実行する。

尚、歯位相の検知に際しては、工作物Ｗを複数回に亘って回転させる必要はなく、少なくとも１回転、或いは、３６０度未満の回転角度だけ回転させるようにしても良い。又、より検知精度を向上させるために、先ず一方向に工作物Ｗを回転させた後、他方向に工作物Ｗを回転させるようにしても良い。

ステップＳ２３においては、制御装置１００の位相検知部１０５は、記憶装置１０６に記憶された工具検出センサ６４による検出結果と工作物検出センサ３１による検出結果とに基づき、工作物Ｗの歯位相と加工用工具４２の工具位相のずれ量を演算する。そして、位相検知部１０５は、工具回転制御部１０１及び工作物回転制御部１０２と協働して、演算したずれ量に基づき、工作物Ｗと加工用工具４２との位相合わせを行う。

位相検知部１０５は、記憶装置１０６に記憶された情報、即ち、工作物検出センサ３１の検出結果と工具検出センサ６４の検出結果とに基づいて、工作物Ｗの歯位相と加工用工具４２の工具位相とのずれ量を演算により求める。そして、工具回転制御部１０１及び工作物回転制御部１０２は、演算により得られたずれ量に基づき、工作物Ｗの歯位相と加工用工具４２の工具位相とが一致するように、工作物Ｗ及び加工用工具４２の回転角度を調整する。制御装置１００は、工作物Ｗ及び加工用工具４２の回転角度の調整、即ち、位相合わせによる加工初期位置の調整が終了すると、図４に示す歯車加工処理に戻る。

以上の説明からも理解できるように、歯車加工装置１によれば、位相検知部１０５は、工具検出センサとしての工具検出センサ６４によって検出された回転主軸体を構成する工具ホルダ４３の中心位置Ｑ（図１０の位置Ｐ１と位置Ｐ２との中間位置Ｐ３）を割出す。そして、位相検知部１０５は、工具ホルダ４３の中心位置Ｑ（中間位置Ｐ３）を算出して割出すことのみにより、工具ホルダ４３の中心位置Ｑ（中間位置Ｐ３）を用いて工具検出センサ６４の第一検出位置及び工作物検出センサ３１の第二検出位置を決定することができる。

即ち、工具ホルダ４３の中心位置Ｑ（中間位置Ｐ３）を割出すことのみで、別途、工作物Ｗの中心位置を検出することが不要になる。これにより、例えば、加工用工具４２や工作物Ｗの装着又は交換の際、或いは、熱変位が生じた場合であっても、工作物Ｗの中心位置を検出する工程を省略することができる。従って、加工用工具４２及び工作物Ｗの各々の中心位置を割出すような煩雑な作業が生じず、又、工作物Ｗの中心位置を割出す時間が不要となるため、加工に要するサイクルタイムを短縮することが可能となる。

（５．その他）
上述した本例においては、歯車加工装置１の回転主軸４０（加工用工具４２及び工具ホルダ４３を含む回転主軸体）を、Ｚ軸線に平行な方向に延びる回転軸線Ｊに直角なＸ軸線に平行な方向、即ち、水平方向であって「回転主軸体が横切る方向」に移動させるようにした。しかし、「回転主軸体が横切る方向」であれば、回転主軸４０（加工用工具４２及び工具ホルダ４３を含む）を移動させる方向としてはＸ軸線に平行な方向に限られない。例えばＹ軸線に平行な方向即ち鉛直方向や、Ｚ軸線に平行な方向、或いは、回転軸線Ｊに対して斜めとなる方向にて回転主軸４０（加工用工具４２及び工具ホルダ４３を含む）を移動させることも可能である。

これらの場合においても、工具検出センサ６４によって検出される検出距離Ｄに基づいて工具ホルダ４３（回転主軸４０）の中心位置を割出すことができる。従って、上述した本例と同様の効果が期待できる。尚、特に、回転主軸４０（加工用工具４２及び工具ホルダ４３を含む）をＹ軸線に平行な方向即ち鉛直方向に移動させる場合には、中心位置のずれを生じさせる要因として、熱変位の影響に加えて重力の影響も加わる。

従って、この場合には、例えば、演算により、重力の影響による中心位置のずれを補正するようにすると良い。ここで、重力の影響を補正する場合には、例えば、鉛直方向が検出方向である工具検出センサ６４の検出結果と、水平方向が検出方向である工具検出センサ６４の検出結果とを用いて、中心位置を割出すことも可能である。これにより、中心位置の割出しをより高精度に行うことが可能となる。

又、上述した本例においては、位相検知部１０５は、割出した工具ホルダ４３の中心位置Ｑと一致するように第一検出位置を決定した。これに代えて、必要に応じ、割出した工具ホルダ４３の中心位置Ｑに基づいて、中心位置Ｑとは異なる第一検出位置を決定するようにしても良い。この場合においても、工具ホルダ４３の中心位置Ｑに基づくことにより、例えば、熱変位の影響を排除して第一検出位置を決定することができる。

又、上述した本例においては、歯車加工装置１のコラム２０（サドル３０）がＸ軸線に平行な方向へ移動すると共にＹ軸線に平行な方向へ移動し、テーブル５０（チルトテーブル支持部６３）がＺ軸線に平行な方向へ移動するようにした。これに代えて、例えば、テーブル５０をベッド１０に対して交代移動不能に固定し、コラム２０（サドル３０）がＸ軸線に平行な方向、Ｙ軸線に平行な方向及びＺ軸線に平行な方向へ移動するように構成することも可能である。

このように歯車加工装置１を構成した場合であっても、上述した本例と同様に、サドル３０即ち工作物検出センサ３１及び回転主軸４０（加工用工具４２と工具ホルダ４３とを含む）とチルトテーブル支持部６３即ち工具検出センサ６４及び工作物Ｗとの相対位置を変更することが可能である。従って、この場合においても、上述した本例と同様の効果が得られる。

又、上述した本例においては、工具検出センサ６４が、Ｘ軸線に平行な方向、即ち、「回転主軸体が横切る方向」に移動している工具ホルダ４３の外周面まで距離を検出することにより、工具ホルダ４３の中心位置Ｑを割出すようにした。これに代えて、工具検出センサ６４が、Ｘ軸線に平行な方向、即ち、「回転主軸体が横切る方向」に移動している回転主軸４０の外周面まで距離を検出することにより、回転主軸４０の中心位置を割出すことも可能である。或いは、工具検出センサ６４がＸ軸線に平行な方向、即ち、「回転主軸体が横切る方向」に移動している加工用工具４２の外周面まで距離を検出することにより、加工用工具４２の刃先４２ｂの工具位相を直接割出すことも可能である。このように、回転主軸４０の中心位置や、加工用工具４２の工具位相を割出す場合においても、上述した本例と同様の効果が得られる。

又、上述した本例においては、工具検出センサとしての工具検出センサ６４が回転主軸体までの距離を検出し、工作物検出センサ３１が工作物Ｗまでの距離を検出するようにした。工具検出センサ及び工作物検出センサが検出する物理量としては距離に限定されるものではなく、例えば、工具検出センサ及び工作物検出センサが電磁的な物理量の強弱や接触子の直接的な変位を検出しても良い。

又、上述した本例においては、歯車加工装置１が工具交換装置９０を備え、工作物Ｗに対する加工内容に応じて加工用工具４２を自動的に交換することが可能となるようにした。しかしながら、必ずしも歯車加工装置１が工具交換装置９０を備えている必要はなく、工具交換装置９０を省略して歯車加工装置１を構成することも可能である。

このように、工具交換装置９０を省略した場合であっても、例えば、加工用工具４２の摩耗や破損が生じた場合には加工用工具４２が手動で交換される。そして、加工用工具４２が手動によって交換された場合にも、上述したように、工具ホルダ４３の中心位置Ｑが割出されることにより、本例と同様の効果が得られる。

又、上述した本例においては、歯車加工装置１のサドル３０に工作物検出センサ３１のみが固定される場合を例示した。しかしながら、サドル３０に工作物検出センサ３１以外であり、且つ、工作物Ｗの加工状態を検出する他のセンサを設けることが可能であることは言うまでもない。この場合においても、工具検出センサ６４による検出結果を他のセンサの検出位置の決定に用いることにより、別途、他のセンサの検出位置を決定するために工作物Ｗの工作物の中心位置を割出す必要がない。従って、この場合においても、上述した本例と同様の効果が得られる。

更に、上述した本例においては、加工用工具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、加工用工具がホブカッタである場合には、歯車加工装置は、ホブ加工により歯車加工を行うことが可能である。

この場合、歯車加工装置においては、ホブカッタの回転軸線と工作物の回転軸線とが交差（例えば、直交）するように、ホブカッタ及び工作物が配置される。歯車加工装置は、歯車加工時において、工作物及びホブカッタを各々回転させながら、ホブカッタを回転軸線方向へ送る（相対移動させる）ことにより、工作物に歯車を加工する。

そして、歯車加工装置は、加工用工具の交換時において、上述した本例と同様に、ホブカッタの工具位相を検知すると共に工作物の歯位相を検知し、工作物とホブカッタとの位相を合わせる。これにより、歯車加工装置は、ホブカッタを用いたホブ加工により歯車加工を行う場合において、例えば、ホブカッタや工作物の装着又は交換の際、或いは、熱変位が生じた場合であっても、工作物の中心位置を検出する工程を省略することができる。従って、この場合においても、上述した本例と同様に、ホブカッタ及び工作物の各々の中心位置を割出すような煩雑な作業が生じず、又、工作物の中心位置を割出す時間が不要となるため、加工に要するサイクルタイムを短縮することが可能となる。

１…歯車加工装置、１０…ベッド、１１…Ｘ軸モータ、１２…Ｚ軸モータ、２０…コラム（工具保持装置）、２０ａ…側面（摺動面）、２１…Ｙ軸モータ、３０…サドル（工具保持装置）、３０ａ…側面、３１…工作物検出センサ、４０…回転主軸（回転主軸体）、４１…主軸モータ、４１ａ…エンコーダ、４２…加工用工具（回転主軸体）、４２ａ…工具刃、４２ｂ…刃先、４２ｃ…刃溝、４３…工具ホルダ（回転主軸体）、４３ａ…検知溝、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、６２ａ…エンコーダ、６３…チルトテーブル支持部（工作物支持装置）、６３ａ…側面、６４…工具検出センサ、７０…ターンテーブル（工作物支持装置）、８０…保持器（工作物支持装置）、９０…工具交換装置、１００…制御装置、１０１…工具回転制御部、１０２…工作物回転制御部、１０３…チルト制御部、１０４…位置制御部、１０５…位相検知部、１０６…記憶装置、Ｗ…工作物、Ｌ１…検出位置ずれ量、Ｌ２…工具ホルダと工具検出センサとの距離、θ…検知溝検出誤差、Ｄ…検出距離、Ｄ１…閾値、Ｐ３…中間位置、Ｑ…中心位置

Claims (10)

1. 加工用工具と工作物とを同期回転させながら相対的に送り、前記工作物の周面を切削加工することにより歯を創成する歯車加工装置であって、
   前記加工用工具を回転可能に保持する工具保持装置と、
   前記工作物を回転可能に保持する工作物保持装置と、
   前記工具保持装置に設けられて、前記工作物保持装置が保持する前記工作物の歯の回転位置を検出する工作物検出センサと、
   前記工作物保持装置に設けられ、前記工具保持装置が保持する前記加工用工具に形成された工具刃の回転位置を検出する工具検出センサと、
   前記工具保持装置と前記工作物保持装置とを相対移動可能に位置制御する位置制御部、及び、前記加工用工具の工具位相、前記工作物の歯位相、または前記加工用工具の工具位相と前記工作物の歯位相との双方を検知する位相検知部を含む制御装置と、
   を備え、
   前記位相検知部は、
   前記位置制御部が前記工具検出センサの検出方向に対して前記加工用工具を含む回転主軸体が横切る方向に前記工具保持装置を相対移動させることにより、前記工具検出センサによって検出された検出結果に基づいて前記回転主軸体の中心位置を割出し、
   前記中心位置を用いて前記工具検出センサを配置する第一検出位置を決定すると共に、前記位置制御部による前記位置制御によって前記第一検出位置に配置された前記工具検出センサの検出結果に基づいて前記加工用工具の工具位相を検知する、又は、
   前記位相検知部は、
   前記位置制御部が前記工具検出センサの検出方向に対して前記加工用工具を含む回転主軸体が横切る方向に前記工具保持装置を相対移動させることにより、前記工具検出センサによって検出された検出結果に基づいて前記回転主軸体の中心位置を割出し、
   前記中心位置及び前記回転主軸体と前記工作物検出センサとの位置関係を用いて前記工作物検出センサを配置する第二検出位置を決定すると共に、前記位置制御部による前記位置制御によって前記第二検出位置に配置された前記工作物検出センサの検出結果に基づいて前記工作物の歯位相を検知する、若しくは、
   前記位相検知部は、
   前記位置制御部が前記工具検出センサの検出方向に対して前記加工用工具を含む回転主軸体が横切る方向に前記工具保持装置を相対移動させることにより、前記工具検出センサによって検出された検出結果に基づいて前記回転主軸体の中心位置を割出し、
   前記中心位置を用いて前記工具検出センサを配置する第一検出位置を決定すると共に、前記位置制御部による前記位置制御によって前記第一検出位置に配置された前記工具検出センサの検出結果に基づいて前記加工用工具の工具位相を検知し、さらに、
   前記中心位置及び前記回転主軸体と前記工作物検出センサとの位置関係を用いて前記工作物検出センサを配置する第二検出位置を決定すると共に、前記位置制御部による前記位置制御によって前記第二検出位置に配置された前記工作物検出センサの検出結果に基づいて前記工作物の歯位相を検知する、
   歯車加工装置。
2. 前記工具検出センサが前記工具刃の回転位置を検出する検出方向と、前記工作物検出センサが前記歯の回転位置を検出する検出方向とは、同一方向である、請求項１に記載の歯車加工装置。
3. 前記工具検出センサが前記工具刃の回転位置を検出する検出方向と、前記工作物検出センサが前記歯の回転位置を検出する検出方向とは、前記工具検出センサの検出方向に対して前記回転主軸体が横切る方向に対して直交する方向である、請求項２に記載の歯車加工装置。
4. 前記位相検知部は、前記工具保持装置及び前記工作物保持装置の間で生じる熱変位の影響を受けた前記中心位置を割出す、請求項１－３のうちの何れか一項に記載の歯車加工装置。
5. 前記位相検知部は、前記工具検出センサの検出方向に対して前記回転主軸体が横切る方向に生じた前記熱変位の影響を受けた前記中心位置を割出す、請求項４に記載の歯車加工装置。
6. 前記工具保持装置及び前記工作物保持装置を支持するベッドが水平方向に配置されると共に、前記工具検出センサの検出方向が鉛直方向となるように前記工具検出センサが前記工作物保持装置に支持される場合において、
   前記位相検知部は、前記水平方向に生じた前記熱変位に基づいて前記中心位置を割出す、請求項５に記載の歯車加工装置。
7. 前記工具検出センサは、前記工作物に対して相対移動不能に支持され、
   前記工作物検出センサは、前記回転主軸体に対して相対移動不能に支持される、請求項１－６のうちの何れか一項に記載の歯車加工装置。
8. 前記工具検出センサは、前記工具刃の回転位置を前記回転主軸体までの距離に基づいて検出するものであり、
   前記工作物検出センサは、前記歯の回転位置を前記工作物までの距離に基づいて検出するものである、請求項１－７のうちの何れか一項に記載の歯車加工装置。
9. 前記工作物検出センサは、前記工具保持装置に一体に移動可能に設けられると共に、前記回転主軸体の軸線に平行な方向にて前記工作物保持装置が保持する前記工作物に向けて変位可能に設けられる、請求項１－８のうちの何れか一項に記載の歯車加工装置。
10. 加工用工具を工作物と同期回転させながら相対的に送り操作することにより前記工作物の周面を切削加工し、前記周面に歯を創成する歯車加工方法であって、
    前記加工用工具を回転可能に保持する工具保持装置と、
    前記工作物を回転可能に保持する工作物保持装置と、
    前記工具保持装置に設けられて、前記工作物保持装置が保持する前記工作物の歯の回転位置を検出する工作物検出センサと、
    前記工作物保持装置に設けられ、前記工具保持装置が保持する前記加工用工具に形成された工具刃の回転位置を検出する工具検出センサと、
    前記工具保持装置と前記工作物保持装置とを相対移動可能に位置制御する位置制御部、及び、前記工具検出センサの検出結果と前記工作物検出センサの検出結果とに基づいて前記加工用工具の工具位相及び前記工作物の歯位相を検知する位相検知部を含む制御装置とを備える歯車加工装置に適用され、
    前記位置制御部が、前記工具検出センサの検出方向に対して前記加工用工具を含む回転主軸体が横切る方向に前記工具保持装置を移動させる第一工程と、
    前記位相検知部が、前記回転主軸体の移動に伴い、前記工具検出センサによって検出された前記回転主軸体の外周面までの距離に基づいて前記回転主軸体の中心位置を割出す第二工程と、
    前記位相検知部が、前記中心位置を用いて前記工具検出センサを配置する第一検出位置を決定すると共に、前記位置制御部による前記位置制御によって前記第一検出位置に配置された前記工具検出センサの検出結果に基づいて前記加工用工具の工具位相を検知する第三工程と、
    前記位相検知部が、前記中心位置及び前記回転主軸体と前記工作物検出センサとの位置関係を用いて前記工作物検出センサを配置する第二検出位置を決定すると共に、前記位置制御部による前記位置制御によって前記第二検出位置に配置された前記工作物検出センサの検出結果に基づいて前記工作物の歯位相を検知する第四工程と、
    を含む、歯車加工方法。

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