(57)【要約】【課題】歯切り工具で工作物を加工するときの振動を高精度に解析できる簡易な構成の歯車加工装置及び歯車加工方法を提供すること。【解決手段】歯車加工装置１は、歯切り工具４２が装着される回転可能な回転主軸４０と、工作物Ｗを回転可能に支持する回転テーブル７０と、歯車加工装置１より発生する振動を検出する振動検出部９０と、振動検出部９０で検出した振動を周波数解析する振動解析部１７０と、回転主軸４０及び回転テーブル７０の空転時の振動の周波数解析結果に基づいて、歯切り工具４２による工作物Ｗの加工時の振動の周波数解析結果を評価する振動評価部１８０と、を備える。【選択図】図１
2020069621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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創成する歯車加工装置であって、
前記歯車加工装置は、
前記歯切り工具が装着される回転可能な回転主軸と、
前記工作物を回転可能に支持する回転テーブルと、
前記歯車加工装置より発生する振動を検出する振動検出部と、
前記振動検出部で検出した前記振動を周波数解析する振動解析部と、
前記回転主軸及び前記回転テーブルの空転時の前記振動の周波数解析結果に基づいて、前記歯切り工具による前記工作物の加工時の前記振動の周波数解析結果を評価する振動評価部と、
を備える、歯車加工装置。
【請求項２】
前記振動評価部は、前記回転主軸に前記歯切り工具が装着された状態及び前記回転テーブルに前記工作物が支持された状態で振動評価する、請求項１に記載の歯車加工装置。
【請求項３】
前記振動評価部は、前記加工時の前記振動の周波数解析結果及び前記空転時の前記振動の周波数解析結果に対し基準化処理を行った結果が所定の閾値を超えたとき、加工不良と評価する、請求項１又は２に記載の歯車加工装置。
【請求項４】
前記歯車加工装置は、前記歯切り工具による前記工作物の加工が行われ、外部と仕切られた加工室、を備え、
前記振動検出部は、前記加工室の外部に設けられる、請求項１−３の何れか一項に記載の歯車加工装置。
【請求項５】
前記振動検出部は、前記回転主軸を回転可能に支持するコラムの上部に設けられる、請求項４に記載の歯車加工装置。
【請求項６】
前記歯切り工具は、スカイビングカッタであり、
前記歯車加工装置は、前記工作物の回転軸線を前記歯切り工具の回転軸線に対して傾斜させた状態で、前記歯切り工具を前記工作物に対して前記工作物の回転軸線方向に相対移動させることにより、前記工作物に歯車のスカイビング加工を行う、請求項１−５の何れか一項に記載の歯車加工装置。
【請求項７】
歯切り工具を工作物と同期回転させながら、前記工作物の回転軸線方向に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創成する歯車加工方法であって、
前記歯車加工方法は、
前記歯車の加工により発生する振動を検出する振動検出工程と、
前記振動検出工程で検出した前記振動を周波数解析する振動解析工程と、
前記歯切り工具が装着される回転可能な回転主軸及び前記工作物を回転可能に支持する回転テーブルの空転時の前記振動の周波数解析結果に基づいて、前記歯切り工具による前記工作物の加工時の前記振動の周波数解析結果を評価する振動評価工程と、
を備える、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】
例えば、特許文献１には、予め測定された工作物の振動（縞模様）と、歯切り工具で工作物を加工するときの振動との相互相関関数によって振動を解析する装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−５４４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の装置では、相互相関関数によって振動を解析しており、振動センサで実測する場合と比較して精度が低下する傾向にある。よって、この振動解析を歯車加工に適用した場合、工作物の加工の良否を高精度に評価できないおそれがある。
【０００５】
本発明は、歯切り工具で工作物を加工するときの振動を高精度に解析して工作物の加工の良否を高精度に評価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】
【０００６】
本発明の歯車加工装置は、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創成する歯車加工装置であって、前記歯車加工装置は、前記歯切り工具が装着される回転可能な回転主軸と、前記工作物を回転可能に支持する回転テーブルと、前記歯車加工装置より発生する振動を検出する振動検出部と、前記振動検出部で検出した前記振動を周波数解析する振動解析部と、前記回転主軸及び前記回転テーブルの空転時の前記振動の周波数解析結果に基づいて、前記歯切り工具による前記工作物の加工時の前記振動の周波数解析結果を評価する振動評価部と、を備える。
【０００７】
本発明の歯車加工方法は、歯切り工具を工作物と同期回転させながら、前記工作物の回転軸線方向に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創成する歯車加工方法であって、前記歯車加工方法は、前記歯車の加工により発生する振動を検出する振動検出工程と、前記振動検出工程で検出した前記振動を周波数解析する振動解析工程と、前記歯切り工具が装着される回転可能な回転主軸及び前記工作物を回転可能に支持する回転テーブルの空転時の前記振動の周波数解析結果に基づいて、前記歯切り工具による前記工作物の加工時の前記振動の周波数解析結果を評価する振動評価工程と、を備える。
【０００８】
本発明の歯車加工装置及び歯車加工方法によれば、振動を実測して周波数解析しているので、当該振動を高精度に解析できる。そして、回転主軸及び回転テーブルを空転させたときの振動の周波数解析結果に基づいて、歯切り工具で工作物を加工するときの振動の周波数解析結果を振動評価するため、歯車加工全体の加工状況を把握でき、工作物の加工の良否を高精度に評価できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態における歯車加工装置の斜視図である。
【図２】歯車加工装置に用いる歯切り工具を拡大した一部断面図である。
【図３】歯車加工装置の第一実施形態における制御装置のブロック図である。
【図４】図３の制御装置により実行される振動解析及び振動評価処理（歯車加工方法）のフローチャートである。
【図５】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６】加工時の振動を周波数解析したときの加速度と周波数との関係を示すグラフである。
【図７】空転時の振動を周波数解析したときの加速度と周波数との関係を示すグラフである。
【図８】基準化処理により得られる基準化スペクトルと周波数との関係を示すグラフである。
【図９】歯車加工装置の第二実施形態における制御装置のブロック図である。
【図１０】図９の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。
【図１１】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１２Ａ】工作物の回転速度と安定限界増加率との関係を示し、回転速度の変動率又は変動周波数率を異なる値に設定した５パターンの安定限界線図を示すグラフである。
【図１２Ｂ】工作物の回転速度と安定限界増加率との関係を示し、回転速度の変動率を一定としつつ、変動周波数率を異なる値に設定した３パターンの安定限界線図を示すグラフである。
【図１３】工作物の回転速度と安定限界との関係を示し、歯切り工具及び工作物の回転速度を変動させた場合と変動させていない場合との比較を示すグラフである。
【図１４Ａ】第一変形例における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１４Ｂ】第二変形例における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１４Ｃ】第三変形例における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１４Ｄ】第四変形例における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１４Ｅ】第五変形例における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１５】第四実施形態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図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜１．第一実施形態＞
（１−１．歯車加工装置の概略構成）
本発明に係る歯車加工装置及び歯車加工方法を適用した第一実施形態について、図面を参照しながら説明する。まず、第一実施形態の歯車加工装置の概略構成を図１−図３を参照して説明する。
【００１１】
図１に示すように、歯車加工装置１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軸及びＣ軸）を駆動軸として有するマシニングセンタである。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、回転テーブル７０と、保持部８０と、振動センサ９０（振動検出部）と、制御装置１００と、を主に備える。
【００１２】
ベッド１０は、床上に配置される。このベッド１０の上面には、コラム２０が設けられる。コラム２０は、ベッド１０内に収容されるＸ軸モータ２１及びＸ軸モータ２１に連結されるボールねじ２２により、Ｘ軸線方向（水平方向）へ移動可能に設けられる。さらに、コラム２０の側面には、サドル３０が設けられる。
【００１３】
サドル３０は、コラム２０内に収容されるＹ軸モータ１１（図３参照）及びＹ軸モータ１１に連結されるボールねじ（図示省略）によりＹ軸線方向（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内に収容される主軸モータ４１（図３参照）によりＺ軸線回りに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が装着され、歯切り工具４２は、回転主軸４０の回転に伴って回転する。
【００１４】
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。図２に示すように、歯切り工具４２は、外周面に複数の刃４２ａを備える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としてもよく、刃４２ａごとに異なる方向を向く面状に形成してもよい。
【００１５】
図１に戻り、説明を続ける。ベッド１０の上面には、テーブル５０が設けられる。テーブル５０は、ベッド１０内に収容されるＺ軸モータ１２（図３参照）及びＺ軸モータ１２に連結されるボールねじ（図示省略）によりＺ軸線方向（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を支持するチルトテーブル支持部６１が設けられる。そして、チルトテーブル支持部６１には、チルトテーブル６０がＡ軸線（Ｘ軸線と平行）回りに揺動可能に設けられる。
【００１６】
チルトテーブル６０の底面には、回転テーブル７０及びテーブル用モータ６２（図３参照）が設けられる。回転テーブル７０は、テーブル用モータ６２によりＡ軸線に直交するＣ軸線回りに回転可能に設けられる。回転テーブル７０には、工作物Ｗを保持する保持部８０が装着される。工作物Ｗを歯切り工具４２で加工する際には、加工点に供給されるクーラントが飛散し、また加工点から切粉が飛散するため、サドル３０及びテーブル５０の各移動範囲を覆うようにハウジング２が設けられる。すなわち、ハウジング２の内部は、外部と仕切られた加工室２ａとなる。
【００１７】
ここで、従来の歯車加工装置では、歯切り工具で工作物を加工するときに振動センサで検出した振動を周波数解析し、周波数変化量に基づいてびびり振動を判定する（例えば、特許第５６７４４９１号公報参照）。しかし、この歯車加工装置では、加工点に近い回転主軸に振動センサが設けられるため、クーラントに対する振動センサの防水対策や発熱に対する振動センサの耐熱対策、さらに振動センサの配線と切粉との接触による断線の防止対策が必要となり、装置コストが上昇する傾向にある。
【００１８】
本実施形態の振動センサ９０は、３次元加速度センサモジュールであり、コラム２０の上面（上部）に設けられ、回転主軸４０（歯切り工具４２）の回転及び回転テーブル７０（工作物Ｗ）の回転により発生する振動を検出する。振動センサ９０は、加工室２ａの外部に設けられるので、クーラントに対する防水対策や発熱に対する耐熱対策、さらに切粉との接触による断線の防止対策が不要となり、装置コストの上昇を抑制できる。
【００１９】
また、振動センサ９０は、回転主軸４０及び回転テーブル７０の各回転に伴う振動を高精度に検出する必要がある。そこで、モーダル解析を実施したところ、コラム２０の上部が他の部位、例えばコラム２０の中央部やベッド１０と比較して大きな振幅の振動ｖｃが発生し、Ｓ／Ｎが良好であるため周波数解析によるピーク値の判別が容易であることが判明した。コラム２０の上部には、コラム２０の下部に設けられるボールねじ２２の中心軸線回りの振動ｖｂが拡大されて出てくるからである。
【００２０】
（１−２．制御装置の構成）
次に、制御装置１００の構成について説明する。ここで、制御装置１００の第一の機能として、制御装置１００は、スカイビング加工により工作物Ｗに歯車を創成する。
【００２１】
具体的には、図５に示すように、制御装置１００は、チルトテーブル６０をＡ軸線回りまわりに揺動させることにより、工作物Ｗの回転軸線Ｃを、歯切り工具４２の回転軸線Ｏに対して傾斜させる。この工作物Ｗの回転軸線Ｃ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と称す。そして、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の回転軸線Ｃ方向へ送る（相対移動させる）ことにより、工作物Ｗに歯車を創成する。
【００２２】
制御装置１００は、スカイビング加工において、工作物Ｗの回転速度Ｖ１、歯切り工具４２の回転速度Ｖ２、及び歯切り工具４２の工作物Ｗに対する工作物Ｗの回転軸線（中心軸線Ｃ）方向への送り速度Ｖ４を制御する。工作物Ｗの回転速度Ｖ１は、切削速度Ｖ３と交差角δに基づいて決定され、歯切り工具４２の回転速度Ｖ２は、工作物Ｗの回転速度Ｖ１と同期させる。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。
【００２３】
すなわち、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の工具寿命等を勘案し、最適な速度に設定される。スカイビング加工においては、切削速度Ｖ３及び送り速度Ｖ４を速くするほど、加工能率が向上する一方、面性状等の品質が低下する傾向がある。
【００２４】
第一実施形態では、制御装置１００は、最適な切削速度Ｖ３及び交差角δに基づいて、基準回転速度Ｎｗを決定する。そして、工作物Ｗの回転速度Ｖ１を基準回転速度Ｎｗで一定とし、歯切り工具４２の回転速度Ｖ２を工作物Ｗの回転速度Ｖ１と同期させる。そして、最適な送り速度Ｖ４で歯切り工具４２を工作物Ｗの回転軸線Ｃ方向へ送る。
【００２５】
また、制御装置１００の第二の機能として、制御装置１００は、回転主軸４０及び回転テーブル７０の空転時の振動、及び歯切り工具４２による工作物Ｗの加工時の振動を振動センサ９０で検出して周波数解析し、空転時の振動の周波数解析結果に基づいて、加工時の振動の周波数解析結果を評価する。振動を振動センサ９０で実測して周波数解析しているので、当該振動を高精度に解析できる。そして、歯車加工装置１全体の加工状況を把握でき、工作物Ｗの加工の良否を高精度に評価できる。
【００２６】
なお、空転時の振動は、回転主軸４０に歯切り工具４２が装着された状態及び回転テーブル７０（保持部８０）に工作物Ｗが保持された状態で発生する振動である。加工時は、回転主軸４０に歯切り工具４２が装着された状態であるとともに、回転テーブル７０（保持部８０）に工作物Ｗが保持された状態であるため、振動評価の精度を高めることができるからである。
【００２７】
この振動評価は、具体的に、周波数解析結果に対し基準化処理を行ってノイズの除去を行い、回転主軸４０の異常の有無を判断する。この基準化処理とは、次式（１）で表されるびびり振動検出ロジックであり、周波数ｉにおける歯切り工具４２による工作物Ｗの加工時のパワースペクトルＸｉと、周波数ｉにおける回転主軸４０及び回転テーブル７０の空転時のパワースペクトルの平均値ａｉとの差を、周波数ｉにおける基準化した変量（基準化スペクトル）Ｄｉとして求める処理である。これにより、加工時に発生する振動の周波数ピークを際立たせることができる。なお、σｉは、周波数ｉにおける空転時のパワースペクトルの標準偏差である。
【００２８】
【数１】
2020069621.tif 000003
【００２９】
例えば、図６は、歯切り工具４２による工作物Ｗの加工時に得られた振動を解析したときの加速度Ａと周波数Ｆとの関係を示す。図７は、回転主軸４０及び回転テーブル７０の空転時に得られた振動を解析したときの加速度Ａと周波数Ｆとの関係を示す。図８は、図６の加工時に得られた振動の周波数解析結果及び図７の空転時に得られた振動の周波数解析結果に基づいて、式１から求まる基準化スペクトルＳと周波数Ｆとの関係を示す。
【００３０】
図８から明らかなように、周波数Ｆａ付近で大きな基準化スペクトルＳａを示している。つまり、周波数Ｆａ付近のびびり振動が発生していることになる。この基準化スペクトルＳの大きさは、工作物Ｗを加工したときの面粗と関係しており、基準化スペクトルＳが大きいほど、工作物Ｗを加工したときの面粗は粗くなる傾向にある。
【００３１】
そこで、面粗の上限許容値に対応する基準化スペクトルＳｔを閾値として予め設定しておく。図８の場合、得られた基準化スペクトルＳａは、閾値である基準化スペクトルＳｔを超えているため、周波数Ｆａ付近に大きなびびり振動が発生しており、工作物Ｗは加工不良であると評価する。
【００３２】
以上のように、制御装置１００は、第一の機能としてスカイビング加工により工作物Ｗに歯車を創成する制御と、第二の機能として検出した振動を周波数解析して工作物Ｗを評価する制御を行う。このため、図３に示すように、制御装置１００は、基準回転速度設定部１１０と、基準送り速度設定部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、送り速度制御部１５０と、振動解析部１７０と、振動評価部１８０と、を備える。
【００３３】
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。基準送り速度設定部１２０は、歯車加工を行う際の加工能率及び歯切り工具４２の工具寿命等を勘案して決定される基準送り速度Ｆｗを設定する。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を一定の基準回転速度Ｎｗとして維持する。
【００３４】
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を工作物Ｗの回転速度Ｖ１に同期させる。送り速度制御部１５０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を一定の基準送り速度Ｆｗとして維持しつつ、歯切り工具４２と工作物Ｗとの相対距離を調整する。
【００３５】
振動解析部１７０は、振動センサ９０で検出した振動を周波数解析する。振動評価部１８０は、回転主軸４０及び回転テーブル７０の空転時の振動の周波数解析結果に基づいて、歯切り工具４２による工作物Ｗの加工時の振動の周波数解析結果を評価する。振動評価部１８０は、空転時の振動の周波数解析結果及び加工時の振動の周波数解析結果の差に対し基準化処理を行い、基準化処理の結果から工作物Ｗの加工の良否を評価する。
【００３６】
（１−３．制御装置による振動解析及び振動評価の処理）
次に、制御装置１００による振動解析及び振動評価の処理（歯車加工方法）を説明する。なお、回転主軸４０には、歯切り工具４２が装着され、回転テーブル７０（保持部８０）には、工作物Ｗが保持され、また、工作物Ｗの回転軸線Ｃに対する歯切り工具４２の回転軸線Ｏの傾斜角度は、交差角δに設定され、歯切り工具４２は、工作物Ｗの加工開始位置に位置決めされているものとする。
【００３７】
制御装置１００は、回転テーブル７０を回転させて工作物Ｗの回転速度Ｖ１を基準回転速度Ｎｗで一定に維持するとともに、回転主軸４０を回転させて歯切り工具４２の回転速度Ｖ２を工作物Ｗの回転速度Ｖ１に同期させる（図４のステップＳ１）。そして、振動センサ９０で回転主軸４０及び回転テーブル７０の空転時の振動を検出し、検出した空転時の振動を周波数解析する（図４のステップＳ２、振動検出工程、振動解析工程）。
【００３８】
次に、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を維持したままで、テーブル５０及びサドル３０を移動して歯切り工具４２を工作物Ｗの回転軸線Ｃ方向へ送って工作物Ｗに歯車を創成する（図４のステップＳ３）。そして、振動センサ９０で歯切り工具４２による工作物Ｗの加工時の振動を検出し、検出した加工時の振動を周波数解析する（図４のステップＳ４、振動検出工程、振動解析工程）。
【００３９】
次に、制御装置１００は、歯切り工具４２による工作物Ｗの加工時に得られた振動の周波数解析結果及び回転主軸４０及び回転テーブル７０の空転時に得られた振動の周波数解析結果の差に対し基準化処理を行う（図４のステップＳ５、振動評価工程）。そして、基準化処理により得られる基準化スペクトルが所定の閾値を超えているか否かを判断する（図４のステップＳ６、振動評価工程）。
【００４０】
基準化スペクトルが所定の閾値を超えていない場合は、工作物Ｗは加工良と評価し（図４のステップＳ７、振動評価工程）、基準化スペクトルが所定の閾値を超えている場合は、工作物Ｗは加工不良と評価する（図４のステップＳ８、振動評価工程）。そして、次の工作物Ｗの有無を判断し（図４のステップＳ９）、次の工作物Ｗが有るときは、ステップＳ１に戻って上述の処理を繰り返し、次の工作物Ｗが無いときは、全ての処理を終了する。
【００４１】
＜２．第二実施形態＞
（２−１．歯車加工装置の概略構成）
本発明に係る歯車加工装置及び歯車加工方法を適用した第二実施形態について、図面を参照しながら説明する。この第二実施形態の歯車加工装置１の概略構成は、制御装置２００（図９参照）の構成を除いて第一実施形態の歯車加工装置１の概略構成と同一構成であるため、歯車加工装置１の概略構成の詳細な説明は省略し、制御装置２００の構成及び制御装置２００による振動解析及び振動評価の処理について説明する。
【００４２】
（２−２．制御装置の構成及び制御装置による振動解析及び振動評価の処理）
第一実施形態の制御装置１００では、工作物Ｗの回転速度Ｖ１を一定の基準回転速度Ｎｗに維持して歯車加工を行っているが、第二実施形態の制御装置２００では、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、制御装置２００は、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。
【００４３】
さらに、制御装置２００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。この制御によれば、歯切り工具４２が工作物Ｗに接触する周期が不規則となるため、歯切り工具４２及び工作物Ｗの回転速度が変動せずに一定である場合と比べて、工作物Ｗに発生するびびり振動の増幅が抑制される。
【００４４】
次に、図３に対応させて示す図９を参照して、制御装置２００について詳細に説明する。なお、図３の制御装置１００の構成部と同一構成部は同一番号を付す。制御装置２００は、基準回転速度設定部１１０と、基準送り速度設定部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、送り速度制御部１５０と、増減率設定部２６０と、振動解析部１７０と、振動評価部１８０と、を備える。
【００４５】
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。送り速度制御部１５０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。
【００４６】
増減率設定部２６０は、工作物Ｗの回転速度Ｖ１の速度増減率及び周波数増減率を設定する。工作物Ｗの回転速度Ｖ１の速度増減率は、後述する振動解析及び振動評価の処理に基づいて、工作物Ｗのびびり振動等の発生を抑制可能な増減率に設定される。また、工作物Ｗの回転速度Ｖ１の周波数増減率は、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の固有振動数に基づいて設定される。
【００４７】
上述のように、工作物回転速度制御部１３０及び工具回転速度制御部１４０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を変動させているため、振動評価部１８０は、当該変動範囲内で複数の工作物Ｗの回転速度Ｖ１及び歯切り工具４２の回転速度Ｖ２を予め選択しておく。そして、振動評価部１８０は、選択した複数の工作物Ｗの回転速度Ｖ１及び歯切り工具４２の回転速度Ｖ２のそれぞれにおいて、回転主軸４０及び回転テーブル７０の空転時の振動の周波数解析結果を求める。
【００４８】
そして、振動評価部１８０は、各周波数解析結果に基づいて、変動する歯切り工具４２による工作物Ｗの加工時の振動の周波数解析結果を評価する。そして、振動評価部１８０は、空転時の振動の各周波数解析結果及び加工時の振動の周波数解析結果の差に対し基準化処理を行い、基準化処理の結果から工作物Ｗの加工の良否を評価する。そして、この評価結果に基づいて、増減率設定部２６０には、工作物Ｗのびびり振動等の発生を抑制可能な工作物Ｗの回転速度Ｖ１の増減率が設定される。
【００４９】
（２−３．制御装置による歯車加工処理）
次に、図１０及び図１１を参照して、制御装置２００により実行される歯車加工処理について説明する。なお、歯車加工処理を実行するにあたり、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１２０には基準送り速度Ｆｗが、それぞれ設定される。また、増減率設定部２６０には、工作物Ｗの回転速度Ｖ１の速度増減率及び周波数増減率が設定される。
【００５０】
歯車加工処理は、工作物回転速度制御部１３０による制御に基づき、工作物Ｗの回転速度Ｖ１を設定する（図１０のステップＳ１１）。具体的には、工作物回転速度制御部１３０は、図１１に太線で示されるように、基準回転速度Ｎｗと速度増減率及び周波数増減率の値とに基づき、工作物Ｗの回転速度Ｖ１を一定の周期で反復的に増減する。
【００５１】
なお、工作物Ｗの回転速度Ｖ１の速度上側値及び速度下側値は、基準回転速度Ｎｗに速度増減率を乗じた値となる。例えば、基準回転速度Ｎｗを１０００ｍｉｎ-1、速度増減率を±１５％に設定した場合に、速度上側値は、１１５０ｍｉｎ-1となり、速度下側値は、８５０ｍｉｎ-1となる。
【００５２】
そして、工作物Ｗの回転速度Ｖ１は、各変動周期において、速度上側値以下の回転速度と速度下側値以上の回転速度との間で周期的に変動する。つまり、工作物Ｗの回転速度Ｖ１は、少なくとも３００ｍｉｎ-1の速度変動幅を有し、少なくとも８５０ｍｉｎ-1〜１１５０ｍｉｎ-1の範囲で周期的に増減する。なお、図１１に示すグラフの変動振幅は、工作物Ｗの回転速度Ｖ１の速度変動幅に相当する。
【００５３】
さらに、工作物Ｗの回転速度Ｖ１の変動周波数は、工作物Ｗの基準回転速度Ｎｗの値に工作物Ｗの回転速度Ｖ１の周波数増減率の値を乗じた値となる。例えば、基準回転速度Ｎｗが１２００ｍｉｎ-1（２０Ｈｚ）、工作物Ｗの回転速度Ｖ１の周波数増減率が５％であれば、変動周波数（Ｈｚ）は、２０Ｈｚ×５％＝１Ｈｚとなる。
【００５４】
歯車加工処理は、工具回転速度制御部１４０による制御に基づき、歯切り工具４２の回転速度Ｖ２を設定する（図１０のステップＳ１２）。具体的には、工具回転速度制御部１４０は、工作物Ｗに形成す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。
【００５５】
例えば、基準回転速度Ｎｗが１０００ｍｉｎ-1、速度増減率が±１５％であり、工作物Ｗに形成される歯車と歯切り工具４２との歯数比の比が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。
【００５６】
この場合、工具回転速度制御部１４０は、歯切り工具４２の回転速度Ｖ２の変動周波数が１Ｈｚとなるように（工作物Ｗの回転速度Ｖ１の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。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。
【００５７】
歯車加工処理は、送り速度制御部１５０による制御に基づき、送り速度を設定する（図１０のステップＳ１３）。具体的には、送り速度制御部１５０は、基準送り速度Ｆｗと工作物Ｗの回転速度Ｖ１の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。以上の処理により、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に歯面形状を創成する。
【００５８】
この歯車加工処理によれば、歯切り工具４２，２４２により工作物Ｗに歯車を形成する際に、歯切り工具４２，２４２が工作物Ｗを切削する切削力（切削断面積）が不均一となる。これにより、歯切り工具４２，２４２及び工作物Ｗの回転速度Ｖ１が変動せずに一定である場合と比べて、工作物Ｗに発生するびびり振動の増幅が抑制される。その結果、工作物Ｗに発生するびびり振動の発生を抑制しつつ、工作物Ｗに対する歯切り工具４２の切込量を大きく設定することができる。よって、工作物Ｗに形成された加工面の面性状の向上と加工能率の向上との両立を図れる。
【００５９】
（２−４．工作物の回転速度の変動と工作物に発生するびびり振動との関係）
図１２Ａ及び図１２Ｂを参照しながら、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との関係について説明する。図１２Ａ及び図１２Ｂは、所定の速度増減率及び所定の変動周波数率で歯車加工を行う場合における工作物Ｗの回転速度Ｖ１（基準回転速度Ｎｗ）と歯切り工具４２による切込量の増加率（安定限界増加率）との関係を示すグラフである。
【００６０】
図１２Ａ及び図１２Ｂにおいて、横軸は、工作物Ｗの回転速度Ｖ１（基準回転速度Ｎｗ）を、縦軸は、基準回転速度Ｎｗを維持したまま回転速度Ｖ１を変動させずに歯車加工を行った場合と比較したときの安定限界増加率を、それぞれ示している。また、このグラフに示す安定限界増加率は、工作物Ｗの回転数、歯切り工具４２の回転数、工作物Ｗの切削力（抵抗）等に基づくシミュレーションやハンマリング等により算出した工作物Ｗの固有振動数に基づいて求められる。
【００６１】
図１２Ａ及び図１２Ｂに示すグラフは、所定の基準回転速度Ｎｗで回転する工作物Ｗに対する切込量（安定限界）が、線図Ａ〜Ｈで示す切込量の値よりも小さく設定されていれば、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ることを示す。また、図１２Ａ及び図１２Ｂに示すグラフでは、安定限界増加率が高くなるほど加工能率が向上することを示す。
【００６２】
図１２Ａに示す線図Ａは、基準回転速度Ｎｗに対する工作物Ｗの回転速度Ｖ１の速度増減率を±５％、回転速度の変動周波数率を２０％としたときの安定限界増加率を示す。線図Ｂは、基準回転速度Ｎｗに対する工作物Ｗの回転速度Ｖ１の速度増減率を±１０％、回転速度Ｖ１の変動周波数率を１０％としたときの安定限界増加率を示す。
【００６３】
線図Ｃは、基準回転速度Ｎｗに対する工作物Ｗの回転速度Ｖ１の速度増減率を±１０％、回転速度Ｖ１の変動周波数率を２０％としたときの安定限界増加率を示す。線図Ｂ及び線図Ｃは、線図Ａと比べて、安定限界増加率が高いことから、工作物Ｗの回転速度Ｖ１の速度増減率が±１０％の場合には、工作物Ｗの回転速度Ｖ１の速度増減率が±５％である場合と比べて、安定限界増加率が高くなると考えられる。
【００６４】
線図Ｄは、基準回転速度Ｎｗに対する工作物Ｗの回転速度Ｖ１の速度増減率を±１５％、回転速度Ｖ１の変動周波数率を１０％としたときの安定限界増加率を示す。線図Ｅは、基準回転速度Ｎｗに対する工作物Ｗの回転速度Ｖ１の速度増減率を±１５％、回転速度Ｖ１の変動周波数率を３０％としたときの安定限界増加率を示す。線図Ｄ及び線図Ｅは、線図Ｂ及び線図Ｃと比べて、安定限界増加率が高いことから、工作物Ｗの回転速度Ｖ１の速度増減率が±１５％の場合には、工作物Ｗの回転速度Ｖ１の速度増減率が±１０％である場合と比べて、安定限界増加率が高くなると考えられる。
【００６５】
図１２Ｂに示す線図Ｆは、基準回転速度Ｎｗに対する工作物Ｗの回転速度Ｖ１の速度増減率を±２０％、回転速度Ｖ１の変動周波数率を１％としたときの安定限界増加率を示す。線図Ｇは、基準回転速度Ｎｗに対する工作物Ｗの回転速度Ｖ１の速度増減率を±２０％、回転速度Ｖ１の変動周波数率を５％としたときの安定限界増加率を示す。線図Ｈは、基準回転速度Ｎｗに対する工作物Ｗの回転速度Ｖ１の速度増減率を±２０％、回転速度Ｖ１の変動周波数率を２０％としたときの安定限界増加率を示す。
【００６６】
線図Ｇ及び線図Ｈは、線図Ｆと比べて、安定限界増加率がマイナスとなる工作物Ｗの回転速度Ｖ１の範囲が小さい。これにより、工作物Ｗの回転速度Ｖ１の変動周波数率が５％以上である場合には、工作物Ｗの回転速度Ｖ１の変動周波数率が１％である場合と比べて、びびり振動の発生が抑制されると考えられる。
【００６７】
図１３は、回転速度Ｖ１を変動させずに歯車加工を行う場合の安定限界と、回転速度Ｖ１の速度増減率を±１５％、且つ、回転速度Ｖ１の変動周波数率を５％に設定した場合の安定限界とを比較したグラフである。図１３に示すように、例えば、基準回転速度が１２００ｍｉｎ-1であるとき、工作物Ｗの回転速度Ｖ１を変動させた場合には、回転速度Ｖ１を変動させない場合と比べて、安定限界増加率を約２倍上昇させることができる。
【００６８】
なお、歯車加工装置１による歯車加工では、工作物Ｗの回転速度Ｖ１と安定限界との関係に基づき、工作物Ｗに応じた基準回転速度Ｎｗを基準回転速度設定部１１０に設定する。そして、工作物回転速度制御部１３０は、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に同期させながら増減させる。この場合、制御装置２００は、歯切り工具４２の基準回転速度Ｎｗを設定する場合と比べて、歯切り工具４２と工作物Ｗとの歯数比を考慮することが不要である分、基準回転速度Ｎｗの設定を容易に行うことができる。
【００６９】
また、工作物回転速度制御部１３０は、各変動周期において、工作物Ｗの回転速度Ｖ１の速度上側値が１０％以上、好ましくは１５％以上に到達し、且つ、工作物Ｗの回転速度Ｖ１の速度下側値が−１０％以下、好ましくは−１５％以下に到達するように、工作物Ｗの回転速度Ｖ１の速度増減率を設定する。
【００７０】
これに加え、工作物回転速度制御部１３０は、工作物Ｗの回転速度Ｖ１の変動周波数率を５％以上に設定し、各変動周期において、速度上側値以下の回転速度Ｖ１と速度下側値以上の回転速度Ｖ１との間で、工作物Ｗの回転速度Ｖ１を増減させる。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、安定限界を効果的に増加させることができる。
【００７１】
ここで、歯切り工具４２の送り速度を一定にした状態で、工作物Ｗの回転速度Ｖ１及び歯切り工具４２の回転速度Ｖ２を変動させると、工作物Ｗに形成された加工面にうねり等が発生しやすく、加工面の面性状が低下する。これに対し、送り速度制御部１５０は、１つの工作物Ｗを加工するサイクルタイムにより設定される基準送り速度Ｆｗに対し、送り速度Ｖ４を増減させる。そして、送り速度制御部１５０は、送り速度Ｖ４の増減周期を工作物Ｗの回転速度Ｖ１の変動周波数に同期させる。
【００７２】
これにより、歯切り工具４２により工作物Ｗに形成される歯面は、送り速度Ｖ４を変動させずに工作物Ｗの回転速度Ｖ１及び歯切り工具４２の回転速度Ｖ２を増減させる場合と比べて、歯面の面性状を向上させることができる。また、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おいて、工作物Ｗに形成された加工面の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。
【００７３】
なお、工作物Ｗを保持する保持部８０や回転テーブル７０、チルトテーブル６０は、歯切り工具４２と比べて保持剛性が低く、びびり振動が発生しやすい。この点に関し、歯車加工装置１では、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に同期させながら増減させる。これにより、歯車加工装置１は、歯切り工具４２を高速回転させつつ、工作物Ｗに発生するびびり振動の発生を効果的に抑制できる。
【００７４】
また、工作物Ｗがはすば歯車である場合、工作物Ｗの回転速度Ｖ１及び歯切り工具４２の回転速度Ｖ２は、工作物Ｗの歯すじ方向に合わせてずらすことにより歯車を形成（創成）することができる。このとき、工作物Ｗの回転速度Ｖ１の変動範囲（変動周波数や速度変動幅）は、工作物Ｗであるはすば歯車の歯すじ方向に合わせて調整される。
【００７５】
（２−５：第二実施形態の変形例）
ここで、第二実施形態の変形例を説明する。上記実施形態において、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る場合について説明した。これに対し、工作物回転速度制御部１３０は、工作物Ｗの回転速度Ｖ１を直線的に加速又は減速させてもよい。
【００７６】
例えば、工作物回転速度制御部１３０は、図１４Ａに示す第一変形例のように、工作物Ｗの回転速度Ｖ１を一定の加速度で加速させてもよい。同様に、工作物回転速度制御部１３０は、図１４Ｂに示す第二変形例のように、工作物の回転速度Ｖ１を一定の減速度で減速させてもよい。
【００７７】
これらの場合において、基準回転速度設定部１１０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き、最適な切削速度を算出する。そして、基準回転速度設定部１１０は、算出した切削速度から導出される工作物Ｗの回転速度Ｖ１を基準回転速度Ｎｗに設定する。
【００７８】
さらに、工作物回転速度制御部１３０は、工具寿命の観点から許容される切削速度の範囲を算出し、許容される工作物Ｗの回転速度Ｖ１である上限値及び下限値である限界速度上限値及び限界速度下限値を算出する。そして、工作物回転速度制御部１３０は、回転速度Ｖ１の限界速度上限値及び限界速度下限値と加工時間とに基づき、歯車加工時の回転速度Ｖ１が限界速度上限値及び限界速度下限値を超えないように、回転速度Ｖ１の加速度又は減速度、及び、歯車加工の開始時及び終了時における回転速度Ｖ１を設定する。
【００７９】
この場合においても、歯車加工装置１は、歯車加工時において、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。よって、歯車加工装置１は、工作物Ｗに形成された加工面の面性状の向上と加工能率の向上との両立を図れる。
【００８０】
また、工作物回転速度制御部１３０は、一定の加速度又は減速度で工作物Ｗの回転速度Ｖ１を変動させる。この場合、加速度又は減速度を変えながら工作物Ｗの回転速度Ｖ１を変動させる場合と比べて、工作物Ｗの回転速度Ｖ１と歯切り工具４２の回転速度Ｖ２との同期誤差を抑制できる。さらに、歯車加工を開始してから終了するまでの間、工作物Ｗの回転速度Ｖ１を変動させるので、再生びびり振動の増幅を効果的に抑制できる。
【００８１】
またこの場合に、工作物回転速度制御部１３０は、工作物Ｗの回転速度Ｖ１を反復的に増減させる場合と比べて、回転速度Ｖ１を緩やかに変動させることができる。よって、工作物Ｗの回転速度Ｖ１と、歯切り工具４２の回転速度Ｖ２及び送り速度Ｖ４との同期誤差を抑制できる。その結果、工具回転速度制御部１４０による歯切り工具４２の回転速度Ｖ２の同期制御、及び、送り速度制御部１５０による送り速度Ｖ４の同期制御を簡素化できる。
【００８２】
さらに、工作物回転速度制御部１３０は、図１４Ｃに示す第三変形例のように、工作物Ｗの回転速度Ｖ１を一定の加速度で加速させた後、回転速度Ｖ１が限界速度上限値に到達した場合に、回転速度Ｖ１を一定にしてもよい。同様に、工作物回転速度制御部１３０は、図１４Ｄに示す第四変形例のように、工作物Ｗの回転速度Ｖ１を一定の減速度で減速させた後、回転速度Ｖ１が限界速度下限値に到達した場合に、回転速度Ｖ１を一定にしてもよい。
【００８３】
これらの場合、工作物回転速度制御部１３０は、第一変形例及び第二変形例と同様に、一定の加速度又は減速度で工作物Ｗの回転速度Ｖ１を変動させる。よって、工作物Ｗの回転速度Ｖ１と歯切り工具４２の回転速度Ｖ２の回転速度Ｖ２との同期誤差を抑制できる。
【００８４】
また、工作物Ｗの回転速度Ｖ１を反復的に増減させる場合と比べて、回転速度Ｖ１を緩やかに変動させることができるので、工作物Ｗの回転速度Ｖ１と、歯切り工具４２の回転速度Ｖ２及び送り速度Ｖ４との同期誤差を抑制できる。よって、工具回転速度制御部１４０による歯切り工具４２の回転速度Ｖ２の同期制御、及び、送り速度制御部１５０による送り速度Ｖ４の同期制御を簡素化できる。
【００８５】
これに加え、第三変形例及び第四変形例では、回転速度Ｖ１が限界速度（限界速度上限値又は限界速度下限値）に到達した場合に、回転速度Ｖ１を一定にすることにより、歯切り工具４２の工具寿命の低下を抑制できる。またその結果、加工時間が長い場合であっても、回転速度Ｖ１を最適な加速度又は減速度で変動させることができる。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面性状の向上と加工能率の向上との両立を図れる。また、第三変形例の場合は、回転速度Ｖ１が限界速度上限値に到達した場合に、回転速度Ｖ１を限界速度上限値に設定した状態で歯車加工を行うので、歯車加工に要する時間の短縮を図れる。
【００８６】
なお、第三変形例及び第四変形例では、工作物回転速度制御部１３０が、歯車加工の開始時から回転速度Ｖ１を変動させ、回転速度Ｖ１が限界速度に到達した場合に、回転速度Ｖ１を一定の速度とする場合について説明したが、これに限られるものではない。すなわち、工作物回転速度制御部１３０は、歯車加工の開始時の回転速度Ｖ１を一定としつつ、所定時間経過後に回転速度Ｖ１の変動を開始してもよい。
【００８７】
これにより、例えば、歯車加工を開始してから所定時間経過後に回転速度Ｖ１を一定の減速度で減速させる場合に、歯車加工装置１は、回転速度Ｖ１が低速となる時間が長くなることを回避できるので、歯車加工に要する時間が長くなることを抑制できる。
【００８８】
また、図１４Ｅに示す第五変形例のように、工作物回転速度制御部１３０は、回転速度Ｖ１が限界速度上限値に到達した場合に、回転速度Ｖ１を一定の減速度で減速させ、回転速度Ｖ１が限界速度下限値に到達した場合に、回転速度Ｖ１を一定の加速度で加速させてもよい。
【００８９】
この場合、回転速度Ｖ１を反復して増減させる場合であっても、加速度又は減速度を変化させながら工作物Ｗの回転速度Ｖ１を変動させる場合と比べて、工作物Ｗの回転速度Ｖ１と歯切り工具４２の回転速度Ｖ２との同期誤差を抑制できる。さらにこの場合、加工を開始してから終了するまでの間、工作物Ｗの回転速度Ｖ１を変動させるので、再生びびり振動の増幅を効果的に抑制できる。
【００９０】
なお、第五変形例では、第二実施形態で説明した歯車加工処理（図１０参照）と比べて、回転速度Ｖ１の変動周期をはるかに長くすることにより、回転速度Ｖ１を緩やかに変動させることができる。さらにこの場合、回転速度Ｖ１の加速から減速、又は、減速から加速への切り替え回数を少なくできる。よって、工作物Ｗの回転速度Ｖ１と歯切り工具４２の回転速度Ｖ２との同期誤差を抑制できる。
【００９１】
以上のように、第一変形例から第五変形例において、工作物回転速度制御部１３０は、少なくとも一時的に、工作物Ｗの回転速度Ｖ１を一定の加速度又は減速度で変動させる。これに伴い、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に同期させながら一定の加速度又は減速度で変動させる。よって、歯車加工時において、歯切り工具４２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ので、工作物Ｗに形成された加工面の面性状の向上と加工能率の向上との両立を図れる。
【００９２】
また、第一変形例から第五変形例では、工作物Ｗの回転速度Ｖ１を一定の加速度又は減速度で変動させることにより、工具回転速度制御部１４０による歯切り工具４２の回転速度Ｖ２の同期制御、及び、送り速度制御部１５０による送り速度Ｖ４の同期制御を簡素化できる。その結果、工作物Ｗの回転速度Ｖ１と、歯切り工具４２の回転速度Ｖ２及び送り速度Ｖ４との同期誤差を抑制できる。
【００９３】
さらに、基準回転速度設定部１１０は、工作物Ｗの材質及び歯切り工具４２の諸元に基づいて基準回転速度Ｎｗを設定し、工作物回転速度制御部１３０は、その基準回転速度Ｎｗを基準として、前記工作物の回転速度を一定の加速度又は減速度で変動させる。これにより、歯切り工具４２の工具寿命の低下を抑制できる。
【００９４】
また、工作物回転速度制御部１３０は、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に同期させながら一定の加速度又は減速度で変動させる。この場合、歯切り工具４２の基準回転速度Ｎｗを設定する場合と比べて、歯切り工具４２と工作物Ｗとの歯数比を考慮することが不要である分、基準回転速度Ｎｗの設定を容易に行うことができる。
【００９５】
＜３．第三実施形態＞
（３−１．制御装置による振動解析及び振動評価の処理）
本発明に係る歯車加工装置及び歯車加工方法を適用した第三実施形態について説明する。この第三実施形態の歯車加工装置１の概略構成及び制御装置２００の構成は、第二実施形態の歯車加工装置１の概略構成及び制御装置２００の構成と同一構成であるため、詳細な説明は省略し、振動解析及び振動評価の処理について説明する。
【００９６】
第二の実施形態の制御装置２００では、工作物回転速度制御部１３０及び工具回転速度制御部１４０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を変動させているため、振動評価部１８０は、当該変動範囲内で予め選択した複数の工作物Ｗの回転速度Ｖ１及び歯切り工具４２の回転速度Ｖ２を用いて処理を行っている。しかし、第三の実施形態では、振動評価部１８０は、加工時と同様に工作物Ｗの回転速度Ｖ１及び歯切り工具４２の回転速度Ｖ２を変動させて回転主軸４０及び回転テーブル７０の空転時の振動の周波数解析結果を求める。
【００９７】
そして、振動評価部１８０は、当該周波数解析結果に基づいて、変動する歯切り工具４２による工作物Ｗの加工時の振動の周波数解析結果を振動評価する。そして、振動評価部１８０は、空転時の振動の各周波数解析結果と加工時の振動の周波数解析結果の基準化処理を行い、基準化処理の結果から工作物Ｗの加工の良否を評価する。そして、この評価結果に基づいて、増減率設定部２６０には、工作物Ｗのびびり振動等の発生を抑制可能な工作物Ｗの回転速度Ｖ１の増減率が設定される。
【００９８】
＜４．第四実施形態＞
次に、図１５を参照して、第四実施形態について説明する。第一から第三実施形態において、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、第四実施形態では、歯切り工具２４２がホブカッタであり、歯車加工装置１が、ホブ加工による歯車加工を行う場合を説明する。なお、上記した第一実施形態と同一の部品には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００９９】
図１５に示すように、歯切り工具２４２は、ホブカッタである。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。なお、図１５には、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。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４２をそれぞれ回転させながら、歯切り工具４２を工作物Ｗの中心軸線であるＺ軸方向へ送る（相対移動させる）ことにより、工作物Ｗに歯車を創成する。
【０１００】
このとき、歯車加工装置１は、歯車加工時において、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、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。これにより、歯車加工装置１は、歯切り工具４２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ので、工作物Ｗに形成された加工面の面性状の向上と加工能率の向上との両立を図れる。
【０１０１】
そして、第二の実施形態と同様に、工作物回転速度制御部１３０及び工具回転速度制御部１４０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を変動させているため、振動評価部１８０は、当該変動範囲内で予め選択した複数の工作物Ｗの回転速度Ｖ１及び歯切り工具４２の回転速度Ｖ２を用いて処理を行う。また、第三の実施形態と同様に、振動評価部１８０は、加工時と同様に工作物Ｗの回転速度Ｖ１及び歯切り工具４２の回転速度Ｖ２を変動させて回転主軸４０及び回転テーブル７０の空転時の振動の周波数解析結果を求める。
【０１０２】
そして、振動評価部１８０は、当該周波数解析結果に基づいて、変動する歯切り工具４２による工作物Ｗの加工時の振動の周波数解析結果を振動評価する。そして、振動評価部１８０は、空転時の振動の各周波数解析結果と加工時の振動の周波数解析結果の基準化処理を行い、基準化処理の結果から工作物Ｗの加工の良否を評価する。そして、この評価結果に基づいて、増減率設定部２６０には、工作物Ｗのびびり振動等の発生を抑制可能な工作物Ｗの回転速度Ｖ１の増減率が設定される。
【０１０３】
＜５．その他＞
上記各実施形態では、歯車加工装置１は、コラム２０がＸ軸線方向へ移動可能な構成を説明したが、コラム２０の代わりにテーブル５０がＸ軸線方向へ移動可能に構成されてもよい。また、テーブル５０がＺ軸線方向へ移動可能な構成を説明したが、テーブル５０の代わりにコラム２０がＺ軸線方向へ移動可能に構成されていてもよい。また、歯車加工装置１として横型のマシニングセンタについて説明したが、縦型のマシニングセンタにも本発明は適用可能である。また、歯車加工装置１によるスカイビング加工に本発明を適用する場合について説明したが、工作機械全般に本発明を適用可能である。
【０１０４】
上記第二、第三実施形態において、工作物回転速度制御部１３０は、工作物Ｗの回転速度Ｖ１を一定の周波数で増減させる場合を例に挙げて説明したが、少なくとも工作物Ｗの回転速度Ｖ１を反復的に増減させればよく、必ずしも一定の周波数で増減させなくてもよい。また、工作物回転速度制御部１３０は、工作物Ｗの回転速度Ｖ１の変動周波数を不規則に変えてもよい。さらに、上記各実施形態では、各変動周期における工作物Ｗの回転速度Ｖ１の周波数が、変動周波数と一致する場合について説明したが、これに限られるものではなく、各変動周期における工作物Ｗの回転速度Ｖ１が、変動周波数以上の周波数で増減するように設定されていればよい。
【０１０５】
上記第二、第三実施形態では、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に同期させながら増減させ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、工具回転速度制御部１４０が歯切り工具４２の回転速度Ｖ２を反復的に増減させ、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に同期させながら増減させてもよい。また、工具回転速度制御部１４０は、歯切り工具４２の回転速度Ｖ２の変動周波数を不規則に変えてもよい。
【０１０６】
上記第二、第三実施形態では、送り速度制御部１５０が、送り速度Ｖ４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。しかしながら、送り速度制御部１５０は、必ずしも送り速度Ｖ４を変動させる必要はない。すなわち、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（再生型など）の増幅を抑制できる。また、送り速度制御部１５０は、送り速度Ｖ４を不規則に変動させてもよい。
【０１０７】
なお、歯車加工装置１は、工作物Ｗの回転軸線又は歯切り工具４２の回転軸線の何れかに直交する駆動軸を追加して設けることにより、工作物Ｗの回転軸線と歯切り工具４２の回転軸線との相対角度を調整可能な構成としてもよい。さらに、歯車加工装置１は、加工工程（粗加工工程、仕上げ加工工程等）に合わせて歯切り工具４２を交換するための工具交換装置を備えていてもよい。
【符号の説明】
【０１０８】
１：歯車加工装置、  ２０：コラム、  ４０：回転主軸、  ４２：歯切り工具、  ７０：回転テーブル、  ９０：振動センサ（振動検出部）、  １００，２００：制御装置、  １７０：振動解析部、  １８０：振動評価部、  Ｗ：工作物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１４Ｃ】
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【図１４Ｄ】
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【図１４Ｅ】
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【図１５】
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