JPH07100257B2 - 歯車加工機械 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は歯車のシェービングあるいは研削等の仕上げ加
工機械において、歯車形の工具と加工物歯車の回転数及
び位相角を制御しながらかみ合わせることにより加工す
る歯車加工機械に関する。

（従来の技術） 加工物歯車と工具の双方の片歯面同士が接触することに
より加工物歯車の歯面が研削加工されるような歯車加工
方法においては、従来から加工物歯車又は工具のどちら
か一方に駆動力を与える方法が一般に用いられてきた。
この方法は工具と加工物歯車とのかみ合いの位相同期を
考慮する必要がないため簡単な機構により歯車加工機械
を構成できた。しかし、この方法は、例えば加工物歯車
に駆動力を与えるようにした場合は工具は連れ回りの状
態となっており、この状態では加工中の工具と加工物歯
車の双方の片歯面は常に一定位相、一定圧力で接触する
ものではないので、加工後の加工物歯車の歯車面の精度
やピッチ精度が低いという問題があった。そこで、歯車
面の精度及びピッチ精度を向上させるために、例えば、
第１の方式として特公昭58−54935号公報に記載するよ
うに両者の接触圧力を一定にするように制御したり、ま
た、第２の方式として特開昭59−156613号公報に記載す
るように案内歯車対により加工物歯車と工具の位相を機
械的に一定に保つ方法がとられてきた。しかし、第１の
方式においては加工精度が前加工に倣うことによりピッ
チ誤差の向上能力が小さいという欠点があり、また、第
２の方式においては案内歯車対の摩耗により精度維持が
困難でありまた軸付歯車の加工ができないという欠点が
あり、結局、加工物歯車又は工具のどちらか一方に駆動
力を与えるこれらの方法では、加工精度の向上には限界
があった。

そこで、さらなる加工精度の向上を図るために、工具と
加工物歯車の双方に駆動力を与え、しかも駆動力として
サーボモータを用い、このサーボモータをNC制御するこ
とにより、工具と加工物歯車の加工中のかみ合いの位相
同期をとらせるという第３の方式が考えられる。この第
３の方式は、前記第１及び第２の方式と比較すると、工
具と加工物歯車の双方に駆動力を設け、しかもこれらの
駆動力をNC制御しなければならないために装置が大掛か
りになるが、加工中に接触する工具と加工物歯車の片歯
面を常に一定位相、一定圧力で接触させることが可能な
ので、加工後の加工物歯車の歯車面の精度やピッチ精度
が飛躍的に向上するという大きな利点がある。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、この第３の方式により位相制御を行って加工す
るためには、次のような問題点がある。

第６図は通常の歯車のかみ合っている様子を示す図であ
るが、歯車の軸間距離がそれぞれのピッチ円が一点で重
なる距離におかれたときに、歯は２点で接触する。イ）
しかし本発明による加工機械に適用される歯車形の工具
（１）と加工物歯車（２）のかみ合いを示す第５図示の
位置の両者のかみ合いにおいては、工具（１）と加工物
歯車（２）が常に片歯面のみで接する目的で工具（１）
の歯厚が小さくなっており、また工具の摩耗においてさ
らに歯厚が小さく変化していくのでかみ合いの初期位相
を第５図のごとくずらして制御しなければならない問題
がある。ロ）一方、実際の加工においては反対側の片歯
面も加工しなければならないので加工途中に位相を全く
反対方向へ同量だけシフトしなければならない。ハ）さ
らには、自動的に加工物歯車（２）をローディングし位
相を人出を介さずに設定するには、軸間距離及び加工物
歯車（２）と工具（１）の回転角を制御しかつ一定圧力
で両者の歯面を接触させる機構が必要となる。

本発明の目的は、工具と加工物歯車の加工中のかみ合い
の位相同期をとらせるために工具と加工物歯車の双方を
NC制御により駆動するようにされた歯車加工機械におい
て、加工開始前の加工物歯車と工具との歯車同士のかみ
合わせ時の初期位相を、基準ピンや機械的な分割装置を
付加することなく、自動的にセットでき、所定の歯車を
加工できるような歯車加工機械を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） このため本発明は、歯車形状の工具によって直歯歯車又
ははす歯歯車の研削又はシェービング加工を行う機械で
あってかつ工具が片歯面でのみ加工物歯車に接触してか
み合いかつ回転することにより加工する歯車加工機械に
おいて、前記工具（１）を把持する工具軸（１′）及び
前記加工物歯車（２）を把持する加工物歯車軸（20）が
それぞれ第１及び第２サーボモータにより駆動されかつ
前記工具（１）及び前記加工物歯車（２）を各歯数に反
比例した回転数で回転させ両者の時々刻々のかみ合い位
相が一定になるようにパルス分配するパルス分配器
（９）を有し、前記工具（１）と前記加工歯車（２）の
初期位相合わせ時には速度指令信号を前記サーボモータ
の一方を制御する速度制御回路部へ出力する速度指令回
路（14）と、前記初期位相合わせ時にはトルク制御値を
前記速度制御回路部へ出力するトルク制御装置（17）
と、前記初期位相合わせ時には前記速度制御回路部は前
記速度指令に基づき該速度制御回路部が制御するサーボ
モータを回転させかつこの時前記パルス分配器（９）は
前記サーボモータの他方を拘束状態で停止させるべく出
力を停止し、これにより前記工具（１）と前記加工物歯
車（２）の片歯面を相互に接触させ、前記工具（１）と
前記加工物歯車（２）が前記トルク制御値で指定された
トルクで相互に圧着されつり合い停止した時この位置で
の前記工具軸（１′）及び前記加工物歯車軸（20）の回
転角を初期位相「零」とする指令をパルス分配器（９）
へ出力するイニシアライズ装置（13）と、を含むことを
特徴とする歯車加工機械とすることにより、上述した問
題点を解決した。

（作用） 工具（１）と加工物歯車（２）の初期位相合わせ時に
は、工具（１）又は加工物歯車（２）のどちらか一方を
駆動するサーボモータの速度制御回路部に対して、駆動
される工具（１）又は加工物歯車（２）のかみ合い時の
回転速度を指定する速度指令信号とトルクの上限値を指
定するトルク制御値が入力されるので、例えば、初期位
相合わせ時に加工物歯車（２）が駆動されるようにされ
ている場合は、速度指令信号で指定された回転速度で回
転された加工物歯車（２）の片歯面が、拘束して停止さ
れた状態にある工具（１）の片歯面に接触し、この後加
工物歯車（２）を駆動する第２サーボモータにかかるト
ルク値が指定されたトルク制御値に達したときに、工具
（１）と加工物歯車（２）は相互の片歯面が圧着されつ
り合い停止したものとされ、この位置での工具軸
（１′）及び加工物歯車軸（20）の回転角を初期位相
「零」とする指令がイニシアライズ装置（13）よりパル
ス分配器（９）へ出力される。

（実施例） 本発明は前述の位相制御の概念に基づき、回転制御を開
始するにあたって、仕上げ寸法が高精度に達成されるよ
うにその初期位相角を自動的に設定するためのものであ
り、その具体的実施例を以下に説明する。

第２図は本発明に基づく歯車加工機構の機構を説明する
概略立面構造図である。サーボモータ（３）（４）に直
接接続された歯車形状の工具（１）と加工物歯車（２）
は、旋回台（21）によりある交叉角を持ってかみ合って
おり、その軸間距離は、スライド駆動用サーボモータ
（22）によりボールネジを介して旋回台（21）と一体の
カッタ保持台（21′）を移動させることにより、変更可
能にされている。第３図（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は本
発明の歯車加工機械によって加工される工具（１）と加
工物歯車（２）とのかみ合いの様子を示したものであ
り、第１図はかかる加工を可能にする制御システムの構
成を示すブロック図である。

歯車形状の工具（１）を把持する工具軸（１′）は第１
サーボモータ（３）によって回転され、その回転はパル
スエンコーダ（11）によって第１サーボモータ（３）を
制御する第１速度制御回路部（５）及び第１サーボモー
タ位置制御回路（７）にそれぞれ帰還され、そして工具
（１）とかみ合い可能にされた加工物歯車（２）を把持
する加工物歯車軸（20）は第２サーボモータ（４）によ
って回転され、その回転はパルスエンコーダ（12）によ
って第２サーボモータ（４）を制御する第２速度制御回
路部（６）及び第２サーボモータ位置制御回路（８）に
それぞれ帰還され、工具（１）と加工物歯車（２）との
位相角が常に一定に保たれるように制御するパルス分配
器（９）と協働して位相角制御装置を形成する。第２速
度制御回路部（６）にはスイッチ（16）を介してトルク
制御装置（17）からのトルク制御値を入力可能にされて
いる。また、第２速度制御回路部（６）には別のスイッ
チ（15）を介して速度指令回路（14）から出力された速
度指令信号を第２サーボモータ位置制御回路（８）の入
力信号に対して選択的にパイパスして入力できるように
されている。さらに、このトルク制御値と速度指令信号
が第２速度制御回路（６）に入力された時、工具（１）
を制御する第１サーボモータ（３）は回転しないように
されている。したがって、工具（１）と加工物歯車
（２）とのかみ合わせ時の初期位相をセットする場合、
スイッチ（15）（16）を作動させて、速度指令回路（1
4）が出力する速度指令信号、及びトルク制御装置（1
7）が出力するトルク制御値を第２速度制御回路部
（６）に入力させることにより、加工物歯車（２）を制
御する第２サーボモータ（４）が作動される。これによ
り、加工物歯車（２）は速度指令信号で指定される回転
速度で回転され、この加工物歯車（２）の回転により加
工物歯車（２）の片歯面が停止中の工具（１）の片歯面
に接触し、工具（１）と加工物歯車（２）がトルク制御
値で指定されるトルクで圧着しかつその位置でつりあり
停止し、イニシアライズ装置（13）はこのつりあい停止
した位置での工具軸（１′）及び加工物歯車軸（20）の
回転角を初期位相「零」とする指令をパルス分配器
（９）へ出力するようにされている。パルス分配器
（９）はイニシアライズ装置（13）からの指令を受けて
工具軸（１′）及び加工物歯車軸（20）の回転角を初期
位相「零」にオフセットする。しかる後、パルス分配器
（９）は、加工中の工具（１）及び加工物歯車（２）の
時々刻々のかみ合い位相が一定になるように、工具
（１）及び加工物歯車（２）の各歯数に反比例した回転
数を第１及び第２サーボモータ位置制御回路（７）
（８）に対して出力するように動作する。

作動においては、まず工具（１）と加工物歯車（２）と
を軸間距離を若干あけて歯をかみ合わせた後（第３図
（ａ））、一方のスライド駆動用サーボモータ（22）を
動かしてピッチ円が重なる程度に工具軸（１′）と加工
物歯車軸（20）を近づける（第３図（ｂ））。ここで第
１図における制御ループは、一方は第１サーボモータ位
置制御回路（７）から第１速度制御回路部（５）へ指令
される位置制御ループを形成しているが、他方はスイッ
チ（15）により第２サーボモータ位置制御回路（８）が
切り離され、速度指令回路（14）より指令される速度指
令信号が第２速度制御回路部（６）に直接入力され速度
制御ループを形成する。このとき同時に第２速度制御回
路部（６）の電流制御入力に対して、トルク制御装置
（17）からスイッチ（16）を介して予め設定されたトル
ク制御値が指令される。もちろんこのとき位置指令分配
制御部であるパルス分配器（９）からの出力はなく、従
って第１サーボモータ（３）はサーボロック状態、すな
わち工具軸（１′）に外部から回転力が加えられてもサ
ーボモータ（３）は拘束（ロック）して停止された状態
となる。結果として第２サーボモータ（４）は回転し工
具（１）と加工物歯車（２）の片歯面がトルク制御値で
指定されるトルクに圧着されつり合い停止する。ここで
第２サーボモータ（４）の回転角はエンコーダ（12）に
より発生されるパルス列が第２サーボモータ位置制御回
路（８）に入力され計数されるので、常に現在の工具軸
（１′）と加工物歯車軸（20）の回転角は読みとれる。
従ってこの状態の工具軸（１′）及び加工物歯車軸（2
0）の位相角を零にするようにイニシャライズ装置（1
3）により指令をオフセットし、その後スイッチ（15）
（16）を切換え、第２速度制御回路部（６）と第２サー
ボモータ位置制御回路（８）とを連結して位置制御ルー
プをつくり、予めプログラムされた工具（１）と加工物
歯車（２）の歯数に応じた位置と速度の指令がパルス分
配器（９）から与えられ回転する（第３図（ｃ））。こ
の状態では工具（１）と加工物歯車（２）のかみ合い位
相は常に一定であり、そのまま軸間距離を近づけるよう
にスライド駆動用サーボモータ（22）を動かし、切り込
み送りを行って所定の寸法の歯車を得ることができる
（第３図（ｄ））。第４図に本発明の実施例歯車加工機
械の加工サイクルダイヤグラムを示す。

（発明の効果） 本発明によれば、工具と加工物歯車の加工中のかみ合い
の位相同期をとらせるために工具と化合物歯車の双方を
NC制御により駆動するようにされた歯車加工機械におい
て、工具と加工物歯車との歯車同士のかみ合わせ時の初
期位相を自動的にセットできるようにしたので、工具の
摩耗により工具の歯厚が小さく変化していく場合でも、
常に加工中の工具と加工物歯車の位相同期を最適な状態
に設定できるようになり、これにより加工精度のばらつ
きを小さく押さえることができるようになる。また、加
工物歯車の一方の片歯面を加工したのち反対側の片歯面
を加工するような場合でも、反対側の片歯面を加工する
前に再度かみ合わせ時の初期位相をセットするようにす
れば、従来のように加工途中に位相を反対方向へ同量だ
けシフトする必要はなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づく実施例歯車加工機械の制御シス
テムの構成を示すブロック図、第２図は本発明に基づく
実施例歯車加工機械の概略立面構造図、第３図（ａ）
（ｂ）（ｃ）（ｄ）及び第５図は同歯車加工機械によっ
て加工される工具と加工物歯車とのかみ合い状態を示す
説明図、第４図は同歯車加工機械の加工サイクルダイヤ
グラムを示し、第６図は通常の歯車加工における第５図
と同様な説明図である。 （１）……工具 （１′）……工具軸 （２）……加工物歯車 （３）（４）……サーボモータ （５）（６）……速度制御回路部 （７）（８）……サーボモータ位置制御回路 （９）……パルス分配器（位相角制御装置） （13）……イニシャライズ装置 （14）……速度指令回路 （15）（16）……スイッチ（切換装置） （17）……トルク制御装置 （20）……加工物歯車軸

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】歯車形状の工具によって直歯歯車又ははす
   歯歯車の研削又はシェービング加工を行う機械であって
   かつ工具が片歯面でのみ加工物歯車に接触してかみ合い
   かつ回転することにより加工する歯車加工機械におい
   て、前記工具（１）を把持する工具軸（１′）及び前記
   加工物歯車（２）を把持する加工物歯車軸（20）がそれ
   ぞれ第１及び第２サーボモータにより駆動されかつ前記
   工具（１）及び前記加工物歯車（２）を各歯数に反比例
   した回転数で回転させ両者の時々刻々のかみ合い位相が
   一定になるようにパルス分配するパルス分配器（９）を
   有し、前記工具（１）と前記加工歯車（２）の初期位相
   合わせ時には速度指令信号を前記サーボモータの一方を
   制御する速度制御回路部へ出力する速度指令回路（14）
   と、前記初期位相合わせ時にはトルク制御値を前記速度
   制御回路部へ出力するトルク制御装置（17）と、前記初
   期位相合わせ時には前記速度制御回路部は前記速度指令
   に基づき該速度制御回路部が制御するサーボモータを回
   転させかつこの時前記パルス分配器（９）は前記サーボ
   モータの他方を拘束状態で停止させるべく出力を停止
   し、これにより前記工具（１）と前記加工物歯車（２）
   の片歯面を相互に接触させ、前記工具（１）と前記加工
   物歯車（２）が前記トルク制御値で指定されたトルクで
   相互に圧着されつり合い停止した時この位置での前記工
   具軸（１′）及び前記加工物歯車軸（20）の回転角を初
   期位相「零」とする指令をパルス分配器（９）へ出力す
   るイニシアライズ装置（13）と、を含むことを特徴とす
   る歯車加工機械。