(57)【要約】【課題】加工用工具のすくい面における摩耗量が均一な工具設計が可能な歯車加工シミュレーション装置及び歯車加工シミュレーション装置により得られた結果を用いて作られた加工用工具を提供する。【解決手段】歯車加工シミュレーション装置１００は、外周に複数の工具刃１１を有する加工用工具１０の中心軸線Ｚｔを工作物２０の中心軸線Ｚｗに平行な軸線に対して角度（交差角θ）を有する状態とし、工作物２０の中心軸線Ｚｗ回りへの工作物２０の回転と加工用工具１０の中心軸線Ｚｔ回りへの加工用工具１０の回転とを同期させながら、加工用工具１０を工作物２０に対して工作物の２０中心軸線Ｚｗ方向に送ることで、工作物２０に歯車２１を加工する装置であって、工具刃１１に付ける刃付け角ξｃを工具刃１１のねじれ角γ１と異なる角度となるように決定する刃付け角決定部３００、を備える。【選択図】図１
2020069622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周に複数の工具刃を有する加工用工具の中心軸線を工作物の中心軸線に平行な軸線に対して角度（交差角）を有する状態とし、
前記工作物の中心軸線回りへの前記工作物の回転と前記加工用工具の中心軸線回りへの前記加工用工具の回転とを同期させながら、
前記加工用工具を前記工作物に対して前記工作物の中心軸線方向に送ることで、前記工作物に歯車を加工する歯車加工シミュレーション装置であって、
前記工具刃に付ける刃付け角を前記工具刃のねじれ角と異なる角度となるように決定する刃付け角決定部、を備える、歯車加工シミュレーション装置。
【請求項２】
前記刃付け角決定部は、前記交差角が正方向に設定される場合、前記工具刃のねじれ角に対し前記刃付け角を正方向に付け、前記交差角が負方向に設定される場合、前記工具刃のねじれ角に対し前記刃付け角を負方向に付ける、請求項１に記載の歯車加工シミュレーション装置。
【請求項３】
前記歯車加工シミュレーション装置は、
前記歯車の一つの歯溝を切削する一つの前記工具刃における端面と側面との境界線を複数の定義点Ｐ（ｋ）（ただし、ｋ＝１〜ｎ）により規定する定義点決定部と、
隣り合う２つの定義点Ｐ（ｉ），Ｐ（ｉ＋１）間の領域ΔＰ（ｉ，ｉ＋１）毎に、前記一つの工具刃の回転角及び送り量に基づいて、当該領域ΔＰ（ｉ，ｉ＋１）が切込方向へ移動する切込ベクトルＬ（ｉ）を算出する切込ベクトル算出部と、
前記切込ベクトルＬ（ｉ）に基づいて、前記領域ΔＰ（ｉ，ｉ＋１）によるすくい角α（ｉ）を前記加工用工具の工具刃特性として算出するすくい角算出部と、
を備え、
前記刃付け角決定部は、前記工具刃における左右の刃面のうち、加工終了側の前記刃面の前記すくい角α（ｉ）の負値の絶対値が小さくなるように前記刃付け角の角度を決定する、請求項１又は２に記載の歯車加工シミュレーション装置。
【請求項４】
前記歯車加工シミュレーション装置は、
前記すくい角α（ｉ）に基づいて、前記領域ΔＰ（ｉ，ｉ＋１）毎に前記領域ΔＰ（ｉ，ｉ＋１）による切削力ＦH（ｉ）を算出する切削力算出部、を備え、
前記刃付け角決定部は、前記工具刃における左右の刃面のうち、加工開始側の前記刃面に掛かる前記切削力ＦH（ｉ）が、加工終了側の前記刃面に掛かる前記切削力ＦH（ｉ）と同等又は大きくなるように前記刃付け角の角度を決定する、請求項３に記載の歯車加工シミュレーション装置。
【請求項５】
前記刃付け角決定部は、前記工具刃における左右の刃面に付ける前記刃付け角を異なる角度となるように決定する、請求項１−４の何れか一項に記載の歯車加工シミュレーション装置。
【請求項６】
請求項１−５の何れか一項に記載の歯車加工シミュレーション装置により得られた結果を用いて作られた、加工用工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車加工シミュレーション装置及び加工用工具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
歯車の加工方法としてピ二オン加工やギヤスカイビング加工がある。ピ二オン加工に用いられる加工用工具（ピ二オンカッタ）においては、工具刃が摩耗した場合、すくい面を研削して新しい工具刃を作る刃付けが行われる。この刃付けは、頻度が高まるとピ二オンカッタの形状が変化して加工精度が低下する。このため、特許文献１には、横逃げ角に応じて工具刃の刃先面を刃すじ方向に沿って所定の湾曲量で湾曲させるピ二オンカッタが記載されている。
【０００３】
また、ギヤスカイビング加工は、外周に複数の工具刃を有する加工用工具を用いて、加工用工具の中心軸線を工作物の中心軸線に平行な軸線に対して角度（交差角）を有する状態とし、工作物と加工用工具とを同期回転させながら、加工用工具を工作物の中心軸線方向に直進させて切削する方法である。ギヤスカイビング加工に用いられる加工用工具（スカイビングカッタ）においては、特許文献２には、正のすくい角及び負の逃げ角を形成し、刃先の耐摩耗性等を向上させるスカイビングカッタが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特公平６−９８５３５号公報
【特許文献２】特開２０１４−１６１９７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ギヤスカイビング加工では、詳細は後述するが、原理上、加工用工具の工具刃の端面（すくい面）の各部で切削状態が異なるため、工具刃のすくい面の各部において摩耗状態も異なる。工具刃のすくい面のすくい角を大きくすることで、すくい面における摩耗量の偏りを抑制できるが、刃先の剛性が低下する問題がある。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、加工用工具の工具刃のすくい面における摩耗量が均一な工具設計が可能な歯車加工シミュレーション装置及び歯車加工シミュレーション装置により得られた結果を用いて作られた加工用工具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】
【０００７】
本発明の歯車加工シミュレーション装置は、外周に複数の工具刃を有する加工用工具の中心軸線を工作物の中心軸線に平行な軸線に対して角度（交差角）を有する状態とし、前記工作物の中心軸線回りへの前記工作物の回転と前記加工用工具の中心軸線回りへの前記加工用工具の回転とを同期させながら、前記加工用工具を前記工作物に対して前記工作物の中心軸線方向に送ることで、前記工作物に歯車を加工する歯車加工シミュレーション装置であって、前記工具刃に付ける刃付け角を前記工具刃のねじれ角と異なる角度となるように決定する刃付け角決定部、を備える。
【０００８】
本発明の歯車加工シミュレーション装置によれば、工具刃のねじれ角と異なる角度の刃付け角を工具刃に付けることができるので、工具刃の左右の刃面のうちすくい角が負値となる刃面の負値の絶対値を小さくして、左右の刃面に掛かる切削力を略同等にすることができる。これにより、すくい面における摩耗量が均一な加工用工具を設計できる。よって、歯車の歯の加工精度を長期にわたって高精度に維持でき、また、加工用工具の長寿命化を図れる。そして、本発明の加工用工具は、上記歯車加工シミュレーション装置により得られた結果を用いて作られているので、すくい面における摩耗量が均一となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態の歯車加工シミュレーション装置の機能ブロック図である。
【図２】図１のすくい角算出部の機能ブロック図（手順）である。
【図３】歯車加工の基本動作を示す斜視図である。
【図４】図３の加工用工具の部分断面模式図である。
【図５Ａ】ギヤスカイビング加工の動作を説明する図であって、工作物と加工用工具との相対位置を示し、Ｘｗ，Ｚｗ平面に投影した図（Ｙｗ方向から見た図）を示す。
【図５Ｂ】ギヤスカイビング加工の動作を説明する図であって、工作物と加工用工具との相対位置を示し、Ｘｗ，Ｙｗ平面に投影した図（Ｚｗ方向から見た図）を示す。
【図６】工具刃の歯溝に対する切削開始から切削終了までを示す図である。
【図７】工具刃のすくい面の摩耗状態を示す図である。
【図８】工具刃の歯溝に対する切削開始時のすくい角αｇ（ｉ）及び切削終了時のすくい角αｇ（ｉ）を示す図である。
【図９】図１の刃付け角決定部の処理を説明する図であって、工作物と加工用工具との相対位置を示し、Ｘｗ，Ｚｗ平面に投影した図（Ｙｗ方向から見た図）を示す。
【図１０Ａ】図１の刃付け角決定部により決定する刃付け角ξｃを示す図である。
【図１０Ｂ】図１の刃付け角決定部により決定する別例の刃付け角ξｃを示す図である。
【図１１】図１の定義点決定部における定義点を示す工具刃の斜視図である。
【図１２】切込ベクトルＬ（ｉ）、定義点間ベクトルＢ（ｉ）及び平面Ｇ（ｉ）を示す図である。
【図１３】刃面法線ベクトルＮ（ｉ）を示す図である。
【図１４】投影法線ベクトルＮｇ（ｉ）を示す図である。
【図１５】投影すくい角αｇ（ｉ）を示す図である。
【図１６】一つの歯溝における一つの工具刃の歯溝方向の１回の送り除去される部分を示す図である。
【図１７Ａ】図１６の切削における工具回転角σとすくい角αｇ（ｉ）との関係を示す図であって、工具刃の刃付け角ξｃが工具刃のねじれ角γ１と同一の場合を示す。
【図１７Ｂ】図１６の切削における工具回転角σとすくい角αｇ（ｉ）との関係を示す図であって、工具刃の刃付け角ξｃが工具刃のねじれ角γ１と異なる場合を示す。
【図１８】２次元切削モデルを示す図である。
【図１９】工作物のモデルの基準状態を示す。
【図２０】工作物のモデルと加工用工具のモデルを示す。
【図２１】ピン長さが変更された状態の工作物のモデルを示す。
【図２２】各定義点Ｐ（ｋ）による最終加工位置を示す図である。
【図２３】図１の切り取り厚さ算出部における歯溝の切り取り厚さｔｔを示す図である。
【図２４Ａ】図１６の切削におけるＸｗ軸方向の切り取り厚さｔｔを示す図であって、工具刃の刃付け角ξｃが工具刃のねじれ角γ１と同一の場合を示す。
【図２４Ｂ】図１６の切削におけるＸｗ軸方向の切り取り厚さｔｔを示す図であって、工具刃の刃付け角ξｃが工具刃のねじれ角γ１と異なる場合を示す。
【図２５】工具刃の複数回の送りによる一つの歯溝の形成工程を示す図である。
【図２６】図２５の工具刃のｎ回目の送りによる切削力ＦH（ｉ）と工具回転角σとの関係を従来と本実施形態で比較した図である。
【図２７Ａ】図１６の切削における工具回転角σと切削力ＦH（ｉ）との関係を示す図であって、工具刃の刃付け角ξｃが工具刃のねじれ角γ１と同一の場合を示す。
【図２７Ｂ】図１６の切削における工具回転角σと切削力ＦH（ｉ）との関係を示す図であって、工具刃の刃付け角ξｃが工具刃のねじれ角γ１と異なる場合を示す。
【図２８】一つの歯溝における一つの工具刃及び当該工具刃の切削時に同時に切削される他の歯溝における他の工具刃を示す図である。
【図２９】図２８の複数の工具刃の工具回転角σと切削力ＦH（ｉ）との関係を示す図である。
【図３０】図２８の複数の工具刃の工具回転角σと切削力ＦH（ｉ）及び全切削力ＦＡH（ｉ）との関係を示す図である。
【図３１】工作物に生じるトルクＴｗの算出を説明する図であって、工作物と加工用工具との相対位置を示し、Ｘｗ，Ｚｗ平面に投影した図（Ｙｗ方向から見た図）を示す。
【図３２】工作物に生じるトルクＴｗの算出を説明する図であって、工作物と加工用工具との相対位置を示し、Ｘｗ，Ｙｗ平面に投影した図（Ｚｗ方向から見た図）を示す。
【図３３】加工用工具に生じるトルクＴｔの算出を説明する図であって、工作物と加工用工具との相対位置を示し、Ｘｔ，Ｚｔ平面に投影した図（Ｙｔ方向から見た図）を示す。
【図３４】加工用工具に生じるトルクＴｔの算出を説明する図であって、工作物と加工用工具との相対位置を示し、Ｘｔ，Ｙｔ平面に投影した図（Ｚｔ方向から見た図）を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（１．歯車加工の基本動作）
本発明の歯車加工シミュレーション装置の適用対象である歯車加工の基本動作について、図３−図８を参照して説明する。ここでは、工作物２０の内周面に歯車２１を加工する場合を例に挙げる。ただし、工作物２０の外周面に歯車を加工する場合にも適用可能である。
【００１１】
工作物２０は、図３に示すように、円環状に形成され、その内周面に歯車２１が形成される。また、工作物２０は、その中心軸線Ｚｗ回りに回転可能に支持される。つまり、工作物２０は、Ｃ軸回転可能となる。図３において、歯車２１は、ねじれ角がゼロのときの加工状態を示すが、ゼロ以外のねじれ角が付いていても加工可能である。
【００１２】
加工用工具１０は、図３及び図４に示すように、外周に複数の工具刃１１を有し、加工用工具１０の中心軸線Ｚｔ回りに回転可能に支持される。つまり、加工用工具１０は、Ｕ軸回転可能となる。各工具刃１１は、突条に形成されている。各工具刃１１は、各工具刃１１の延在方向に対する側面１１ａと、延在方向の端面１１ｂ（すくい面）と、径方向外面１１ｃとを備える。
【００１３】
ここで、本実施形態において、工具刃１１は、加工用工具１０の中心軸線Ｚｔに対してねじれ角γ１を有している。ただし、ねじれ角γ１がゼロとなるように、工具刃１１を形成してもよい。また、工具刃１１の径方向外面１１ｃは、中心軸線Ｚｔに対して傾斜している。つまり、工具刃１１の外接面は、円錐状に形成されている。工具刃１１の径方向外面１１ｃの傾斜角度ξｂは、切削における逃げ角に相当する。
【００１４】
また、工具刃１１のすくい面１１ｂは、中心軸線Ｚｔに直交する平面に対して径方向に角度ξａだけ傾斜している。工具刃１１のすくい面１１ｂの傾斜角度ξａは、切削におけるすくい角に相当する。さらに、工具刃１１のすくい面１１ｂは、中心軸線Ｚｔに直交する平面に対して周方向に角度ξｃだけ傾斜している。工具刃１１のすくい面１１ｂの傾斜角度ξｃは、刃付け角に相当する。ただし、刃付け角ξｃがゼロとなるように、工具刃１１を形成してもよい。
【００１５】
そして、図３に示すように、加工用工具１０の中心軸線Ｚｔは、工作物２０の中心軸線Ｚｗに平行な軸線に対して角度を有する状態、すなわち交差角θ（図５Ａ参照）を有する状態とされている。つまり、両者の中心軸線Ｚｔ，Ｚｗが平行ではないという意味である。交差角θは、加工用工具１０の工具刃１１のねじれ角γ１と工作物２０の歯車２１の歯のねじれ角の差で表される。
【００１６】
そして、例えば、図５Ａ及び図５Ｂに示す配置のギヤスカイビング加工では、交差角θの設定方向は、加工用工具１０の中心軸線Ｚｔから工作物２０の中心軸線Ｚｗに向かう方向が時計回りであるので正方向となる。なお、図示省略するが、反時計回りのときは負方向となる。
【００１７】
この状態で、加工用工具１０の回転と工作物２０の回転とを同期をさせながら、図３の太矢印にて示すように、加工用工具１０を工作物２０に対して加工用工具１０を工作物２０の中心軸線Ｚｗ方向に向かって直進させる。すなわち、ギヤスカイビング加工が行われる。なお、加工用工具１０をＺｗ方向に移動させてもよいし、工作物２０をＺｗ方向に移動させてもよい。
【００１８】
加工用工具１０の中心軸線Ｚｔと工作物２０の中心軸線Ｚｗとが交差角θを有する状態であるため、加工点において、加工用工具１０と工作物２０とに相対速度が生じる。そのため、工作物２０が切削される。そうすると、図３に示すように、工作物２０の内周面に歯車２１が形成される。なお、図３は、工作物２０に歯車２１を途中まで加工した状態を示しているが、上記動作を継続することにより、工作物２０の軸線方向全長に亘って、歯車２１が形成される。
【００１９】
このようなギヤスカイビング加工では、課題でも述べたように、原理上、加工用工具１０のすくい面１１ｂの各部で切削状態が異なるため、加工用工具１０のすくい面１１ｂの各部において摩耗状態も異なる。例えば、図５Ａ及び図５Ｂに示す配置のギヤスカイビング加工では、図６に示すように、加工用工具１０のすくい面１１ｂにおける工具刃１１を加工用工具１０の中心軸線方向に見たとき、左刃面（以下、リーディング刃面という）１１ｂｃから加工を開始し、途中は刃先１１ｂａで加工を行い、右刃面（以下、トレーリング刃面という）１１ｂｂで加工を終了する。
【００２０】
上述のギヤスカイビング加工を継続して行ったとき、加工用工具１０のすくい面１１ｂは、図７に示すような摩耗状態となる。すなわち、刃先１１ｂａ側の部分（一番目の濃度の網線で示す部分）が最も摩耗量が多く、トレーリング刃面１１ｂｂ側の部分（二番の濃度の網線で示す部分）が次に摩耗量が多く、リーディング刃面１１ｂｃ側の部分（三番の濃度の網線で示す部分）が最も摩耗量が少ない。
【００２１】
この理由は、図８に示すように、図示実線で示す加工開始直後では、リーディング刃面１１ｂｃのすくい角αｇ（ｉ）１は正値であり、工作物２０における切り取り厚さｔｔ１は比較的薄いが、図示一点鎖線で示す加工終了直前では、トレーリング刃面１１ｂｂのすくい角αｇ（ｉ）２は負値となり、工作物２０における切り取り厚さｔｔ２は比較的厚くなる。このため、トレーリング刃面１１ｂｂの切削力は、リーディング刃面１１ｂｃの切削力ＦH（ｉ）よりも大きくなり、トレーリング刃面１１ｂｂの方が、リーディング刃面１１ｂｃよりも摩耗量が大きくなる。
【００２２】
この課題を解決するため、詳細は後述するが、本願発明者は、工具刃１１のすくい面１１ｂの刃付け角ξｃを通常（工具刃１１の刃すじに対し直角（ねじれ角γ１と同一））と異なる角度、すなわちねじれ角γ１よりも過大（刃付け角ξｃが正の場合）もしくは過小（刃付け角ξｃが負の場合）であって、後述する交差角θの設定方向に基づいて決定する正方向又は負方向に付けることで、トレーリング刃面１１ｂｂのすくい角αｇ（ｉ）の負値の絶対値を小さくできることを見出した。
【００２３】
これにより、トレーリング刃面１１ｂｂに掛かる切削力ＦH（ｉ）は、リーディング刃面１１ｂｃに掛かる切削力ＦH（ｉ）と同等又は大きくなるので、すくい面１１ｂにおける摩耗量の均一化を図れる。また、トレーリング刃面１１ｂｂによる工作物２０における切り取り厚さｔｔ２は、リーディング刃面１１ｂｃによる工作物２０における切り取り厚さｔｔ１と略同等になる。よって、歯車２１の歯の加工精度を長期にわたって高精度に維持でき、また、加工用工具１０の長寿命化を図れる。
【００２４】
工具刃１１の刃付け角ξｃを付ける方向は、図４において、工具刃１１のすくい面１１ｂにおける中心軸線Ｚｔに直交する直線を０度として時計回りを正方向、反時計回りを負方向とする（図４では、刃付け角ξｃは、負方向に付けられている）。そして、交差角θの設定方向が正方向の場合は、工具刃１１のねじれ角γ１に対し刃付け角ξｃを正方向に付け、交差角θの設定方向が負方向の場合は、工具刃１１のねじれ角γ１に対し刃付け角ξｃを負方向に付ける。
【００２５】
（２．歯車加工装置）
本実施形態の歯車加工方法を適用する装置は、例えば、５軸マシニングセンタを適用できる。すなわち、加工用工具１０と工作物２０とを相互に直交する３軸方向に相対的に直進移動させ、加工用工具１０及び工作物２０をそれぞれ軸回りに回転させ（Ｕ軸回転、Ｃ軸回転）、かつ、加工用工具１０の中心軸線Ｚｔと工作物２０の中心軸線Ｚｗとを傾斜させることができる装置を適用する。
【００２６】
（３．歯車加工シミュレーション装置の概要）
本発明の実施形態に係る歯車加工シミュレーション装置１００の概要について説明する。歯車加工シミュレーション装置１００は、歯車加工装置の制御装置に内蔵されていてもよい。また、歯車加工シミュレーション装置１００は、ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｌｏｇｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）やＣＮＣ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）装置などの組み込みシステムとすることもでき、パーソナルコンピュータやサーバなどとすることもできる。
【００２７】
ここで、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、ギヤスカイビング加工においては、工作物２０と加工用工具１０とを同期回転（Ｕ軸回転、Ｃ軸回転）させながら、加工用工具１０を工作物２０の中心軸線Ｚｗ方向に送るが、このときの工作物２０の回転角ηと加工用工具１０（工具刃１１）の回転角σ（以下、「工具回転角σ」という）は、次式（１）の関係がある。なお、Ｎｗは歯車２１の歯数、Ｎｔは工具刃１１の刃数、δは補正角である。
【００２８】
【数１】
2020069622.tif 000003
【００２９】
そして、ギヤスカイビング加工は、加工用工具１０の外周に形成される工具刃１１のうち複数の工具刃１１が同時に工作物２０の内周面に形成される歯車２１の歯溝２２（図３参照）のうち複数の歯溝２２の切削に関与するが、各工具刃１１及び各歯溝２２はどれも幾何学的には同じ切削状態になる。
【００３０】
そこで、本実施形態の歯車加工シミュレーション装置１００は、一つの歯溝２２における一つの工具刃１１の回転に着目し、加工用工具１０を微小角度で回転、すなわち、式（１）の工具回転角σを微増させて解析している。さらに、一つの歯溝２２における一つの工具刃１１の送りに着目すると、一つの工具刃１１の切削開始から切削終了までの範囲が明確となる。すなわち、図６に示すように、工具刃１１は、工具回転角σｓで歯溝２２の切削を開始し、工具回転角σｅで歯溝２２の切削を終了する。
【００３１】
これにより、一つの工具刃１１の切削状態を従来よりも短時間で詳細に解析できる。そして、加工用工具１０の適正な設計に必要な工具刃特性、すなわち、工具刃１１のすくい角、同時に切削に関与する工具刃１１による切削力、工作物２０又は加工用工具１０に生じるトルクを容易に算出できる。
【００３２】
上述したように、加工用工具１０の工具刃１１の形状は非常に複雑である。そこで、詳細は後述するが、図１１に示すように、工具刃１１における端面１１ｂと側面１１ａとの境界線を複数の領域ΔＰ（ｉ，ｉ＋１）に分割する。そうすることで、領域ΔＰ（ｉ，ｉ＋１）毎に、２次元化処理ができる。
【００３３】
つまり、領域ΔＰ（ｉ，ｉ＋１）毎に、２次元切削モデルを用いて、すくい角α（ｉ）を算出し、切り取り厚さｔｔを算出し、また、切削力ＦH（ｉ）を算出する。そして、算出した切削力ＦH（ｉ）を用いて、工作物２０に生じるトルクＴｗ又は加工用工具１０に生じるトルクＴｔを算出する。以下に、詳細に説明する。
【００３４】
（４．歯車加工シミュレーション装置の詳細）
歯車加工シミュレーション装置１００について説明する。図１に示すように、歯車加工シミュレーション装置１００は、刃付け角決定部３００、定義点決定部１１０、交点算出部１４０及び工具刃特性算出部２００を備える。そして、工具刃特性算出部２００は、切込ベクトル算出部１２０、すくい角算出部１３０、除去長さ算出部１５０、最終加工位置抽出部１６０、切削力算出部１７０、トルク算出部１８０及び切り取り厚さ算出部１９０を備える。
【００３５】
ここで、歯車加工シミュレーション装置１００の説明を行うにあたって、（ａ）刃付け角決定処理に関する説明、（ｂ）すくい角算出処理に関する説明、（ｃ）２次元切削モデルについての説明、（ｄ）切込量算出処理に関する説明、（ｅ）切り取り厚さ算出処理に関する説明、（ｆ）切削力及びトルクの算出処理に関する説明の順に説明する。
【００３６】
（ａ：刃付け角決定処理）
刃付け角決定処理については、図１における刃付け角決定部３００についての説明となる。刃付け角決定処理について、図９、図１０Ａ及び図１０Ｂを参照して説明する。
【００３７】
刃付け角決定部３００は、交差角θによって加工用工具１０の回転方向を決定する。具体的には、図９に示すように、交差角θの設定方向が正方向であるので、加工用工具１０を後方（図９の下方）から見たときの加工用工具１０の回転方向を、時計回りに決定する。
【００３８】
そして、刃付け角決定部３００は、決定した加工用工具１０の回転方向に基づいて、工具刃１１におけるリーディング刃面１１ｂｃ及びトレーリング刃面１１ｂｂを決定する。具体的には、加工用工具１０の回転方向が時計回りであるので、図１０Ａに示すように、工具刃１１におけるリーディング刃面１１ｂｃ及びトレーリング刃面１１ｂｂを決定する。
【００３９】
そして、刃付け角決定部３００は、リーディング刃面１１ｂｃ及びトレーリング刃面１１ｂｂに基づいて、刃付け角ξｃを付ける方向を決定し、工具刃１１のねじれ角γ１と異なる角度、例えば１度から１０度の範囲で過大もしくは過小に設定した刃付け角ξｃを決定する。
【００４０】
具体的には、図１０Ａに示すように、工具刃１１のねじれ角γ１に対し刃付け角ξｃを正方向に付けることを決定し、１度から１０度の範囲で過大に設定した刃付け角ξｃを決定する。なお、一つの工具刃１１に対し一つの刃付け角ξｃを付けるようにしたが、図１０Ｂに示すように、一つの工具刃１１の刃幅方向中央を基準に、左右で刃付け角ξｃｌ，ξｃｒを変えてもよい。
【００４１】
そして、決定した刃付け角ξｃを有する加工用工具１０に基づいて、後述する処理によりすくい角算出部１３０でリーディング刃面１１ｂｃ及びトレーリング刃面１１ｂｂの各すくい角α（ｉ）を求めて刃付け角決定部３００にフィードバックする。
【００４２】
そして、刃付け角決定部３００は、トレーリング刃面１１ｂｂのすくい角αｇ（ｉ）の負値の絶対値が小さくなるまで刃付け角決定処理を繰り返す。なお、刃付け角ξｃは、０度であれば加工用工具１０の製造コストを低減できるため、可能であれば、刃付け角ξｃが０度となる工具刃１１のねじれ角γ１を設定するとよい。
【００４３】
（ｂ：すくい角算出処理）
すくい角算出処理については、図１における定義点決定部１１０，切込ベクトル算出部１２０，すくい角算出部１３０についての説明となる。
【００４４】
定義点決定部１１０は、図１１に示すように、各工具刃１１における端面１１ｂと側面１１ａとの境界線を複数の定義点Ｐ（ｋ）により規定する。つまり、複数の定義点Ｐ（ｋ）（ただし、ｋ＝１〜ｎ、ｎは自然数）を直線にてつなぐことにより、工具刃１１における当該境界線の近似形状となる。図１１においては、１３個の定義点Ｐ（１）〜Ｐ（１３）を示しているが、定義点Ｐ（ｋ）の数は、自由に設定できる。
【００４５】
ここで、工具刃１１に関して、後の処理にて用いる用語について、図１１を参照して説明する。隣り合う２つの定義点Ｐ（ｉ），Ｐ（ｉ＋１）間の領域を定義点間領域ΔＰ（ｉ，ｉ＋１）と称する。例えば、定義点Ｐ（１）とＰ（２）との間の領域は、ΔＰ（１，２）となる。また、隣り合う２つの定義点Ｐ（ｉ），Ｐ（ｉ＋１）の中点を、Ｐｃ（ｉ，ｉ＋１）と称する。例えば、定義点Ｐ（１）とＰ（２）との中点は、Ｐｃ（１，２）となる。
【００４６】
切込ベクトル算出部１２０は、定義点間領域ΔＰ（ｉ，ｉ＋１）毎に、加工用工具１０が回転角σ１からσ２まで回転する間に、当該定義点間領域ΔＰ（ｉ，ｉ＋１）が切込方向へ移動する切込ベクトルＬ（ｉ）を算出する。ただし、定義点間領域ΔＰ（ｉ，ｉ＋１）の全体が移動する方向は、容易に算出できない。
【００４７】
そこで、図１２に示すように、隣り合う２つの定義点Ｐ（ｉ），Ｐ（ｉ＋１）の中点Ｐｃ（ｉ，ｉ＋１）が切込方向へ移動するベクトルＬｃ（ｉ）を、切込ベクトルＬ（ｉ）として算出する。このように、中点Ｐｃ（ｉ，ｉ＋１）を用いることで、容易にかつ確実に当該点の移動するベクトルを算出できる。
【００４８】
すくい角算出部１３０は、切込ベクトルＬ（ｉ）に基づいて、すくい角α（ｉ）を算出する。すくい角α（ｉ）は、各定義点間領域ΔＰ（ｉ，ｉ＋１）により工作物２０を切削する場合のすくい角である。ここで、すくい角算出部１３０によるすくい角α（ｉ）の算出は、図２に示すような手順により行われる。
【００４９】
以下に、すくい角α（ｉ）の算出について、図２、図１２〜図１５を参照して説明する。まず、図２に示すように、定義点間ベクトルＢ（ｉ）を算出する（図２の符号１３１）。定義点間ベクトルＢ（ｉ）とは、図１２に示すように、隣り合う２つの定義点Ｐ（ｉ），Ｐ（ｉ＋１）を結ぶベクトルである。ここで、中点Ｐｃ（ｉ，ｉ＋１）は、定義点間ベクトルＢ（ｉ）の中間位置に位置する。
【００５０】
続いて、切込ベクトル算出部１２０により算出された切込ベクトルＬ（ｉ）と、定義点間ベクトルＢ（ｉ）とに基づいて、切込ベクトルＬ（ｉ）を含み、かつ、定義点間ベクトルＢ（ｉ）に直交する平面Ｇ（ｉ）を算出する（図２の符号１３２）。平面Ｇ（ｉ）は、図１２に示す通りである。
【００５１】
ここで、平面Ｇ（ｉ）を定義するために、平面定義用の法線ベクトルＣ（ｉ）を用いる。つまり、平面定義用の法線ベクトルＣ（ｉ）は、中点Ｐｃ（ｉ，ｉ＋１）を通り、切込ベクトルＬ（ｉ）及び定義点間ベクトルＢ（ｉ）に直交するベクトルである。従って、平面Ｇ（ｉ）は、中点Ｐｃ（ｉ，ｉ＋１）を通り、切込ベクトルＬ（ｉ）と平面定義用の法線ベクトルＣ（ｉ）とを含む平面として定義できる。
【００５２】
この平面Ｇ（ｉ）を算出する目的は、上述したように２次元切削モデルを用いるためである。つまり、２次元切削モデルを平面Ｇ（ｉ）において適用することにより、当該平面Ｇ（ｉ）における切削力ＦH（ｉ）を算出する。
【００５３】
続いて、中点Ｐｃ（ｉ，ｉ＋１）における工具刃１１の法線ベクトルＮ（ｉ）（以下、「刃面法線ベクトル」と称する）を算出する（図２の符号１３３）。ここで、刃面法線ベクトルＮ（ｉ）は、隣り合う２つの定義点Ｐ（ｉ），Ｐ（ｉ＋１）を把握しただけでは、得ることができない。そこで、図１３に示すように、当該定義点Ｐ（ｉ），Ｐ（ｉ＋１）を含む隣り合う３つ以上の定義点Ｐ（ｋ）を用いる。ここでは、３つの定義点Ｐ（ｉ−１），Ｐ（ｉ），Ｐ（ｉ＋１）を用いる。
【００５４】
図１３に示すように、３つの定義点Ｐ（ｉ−１），Ｐ（ｉ），Ｐ（ｉ＋１）を通る平面Ｑ（ｉ）が決定される。そして、平面Ｑ（ｉ）上において、中点Ｐｃ（ｉ，ｉ＋１）を通り、定義点間ベクトルＢ（ｉ）に直交するベクトルを、刃面法線ベクトルＮ（ｉ）とする。
【００５５】
続いて、平面Ｇ（ｉ）及び刃面法線ベクトルＮ（ｉ）を算出した後には、刃面法線ベクトルＮ（ｉ）を平面Ｇ（ｉ）に投影した投影法線ベクトルＮｇ（ｉ）を算出する（図２の符号１３４）。
【００５６】
ここで、図１４に示すように、平面Ｇ（ｉ）と平面Ｑ（ｉ）とは、同一平面とは限らない。そのため、刃面法線ベクトルＮ（ｉ）は、平面Ｑ（ｉ）上に位置するが、平面Ｇ（ｉ）に位置するとは限らない。そこで、上記の通り、刃面法線ベクトルＮ（ｉ）を平面Ｇ（ｉ）上に投影することにより、平面Ｇ（ｉ）上に位置する投影法線ベクトルＮｇ（ｉ）を得る。
【００５７】
続いて、平面Ｇ（ｉ）において、投影法線ベクトルＮｇ（ｉ）と切込ベクトルＬ（ｉ）とのなす角度である投影すくい角αｇ（ｉ）を算出する（図２の符号１３５）。投影すくい角αｇ（ｉ）は、図１５に示す通りである。ここで、投影すくい角αｇ（ｉ）は、平面Ｇ（ｉ）上において算出しているため、実際のすくい角α（ｉ）とは異なる。
【００５８】
ただし、平面Ｇ（ｉ）における２次元切削モデルを用いるために、投影すくい角αｇ（ｉ）をすくい角α（ｉ）として推定することとする。このように、すくい角算出部１３０は、すくい角α（ｉ）（＝投影すくい角αｇ（ｉ））を算出する。
【００５９】
ここで、図１６に示すように、一つの歯溝２２における一つの工具刃１１の歯溝方向（図示矢印方向）の１回の送りでは、例えば図示網線で示す部分２３が除去される。すなわち、工具刃１１は、送りが進むにつれて回転するが、工具回転角σがσｓで切削開始位置（図示二点鎖線で示す位置）に位置し、工具回転角σがσａ、σｂ、σｃのときは、除去部分２３と図示一点鎖線が重なる部分に位置し、工具回転角σがσｅで切削終了位置（図示二点鎖線で示す位置）に位置する。
【００６０】
すくい角αｇ（ｉ）は、一つの歯溝２２における一つの工具刃１１の切削開始から切削終了までの範囲で求められる。例えば、図１７Ａに示すように、工具回転角σに対するすくい角αｇ（ｉ）は、切削開始（工具回転角σｓ）から切削終了（工具回転角σｅ）までの範囲で、工具刃１１の左刃面（図示破線、図１１の定義点Ｐ（１）−Ｐ（４））、工具刃１１の刃先（図示実線、図１１の定義点Ｐ（５）−Ｐ（９））、工具刃１１の右刃面（図示一点鎖線、図１１の定義点Ｐ（１０）−Ｐ（１３））の部分別に求めることができる。
【００６１】
すくい角αｇ（ｉ）を表す各線分は、工具刃１１の中点Ｐｃ（ｉ，ｉ＋１）における値の集合である。なお、工具回転角σが０のときは、工具刃１１が歯溝２２の歯溝方向中央に達したときである（以下の図においても同様）。ここで、前述したように、工具刃１１のすくい面１１ｂの刃付け角ξｃをねじれ角γ１と異なる角度で付けることで、トレーリング刃面１１ｂｂのすくい角αｇ（ｉ）の負値の絶対値を小さくできる。
【００６２】
図１７Ａは、工具刃１１のすくい面１１ｂの刃付け角ξｃをねじれ角γ１と同一の角度で付けた場合を示す。図１７Ａから明らかなように、トレーリング刃面１１ｂｂのすくい角αｇ（ｉ）は、リーディング刃面１１ｂｃのすくい角αｇ（ｉ）よりも負値に偏っている。
【００６３】
一方、図１７Ｂは、工具刃１１のすくい面１１ｂの刃付け角ξｃをねじれ角γ１より過大に付けた場合を示す。図１７Ｂから明らかなように、トレーリング刃面１１ｂｂのすくい角αｇ（ｉ）は、図１７Ａと比較して負値の部分が正値の方へシフトしており、トレーリング刃面１１ｂｂのすくい角α（ｉ）の負値の絶対値が小さくなっている。
【００６４】
（ｃ：２次元切削モデル）
次に、２次元切削モデルについて、図１８を参照して説明する。図１８は、上述した平面Ｇ（ｉ）における切削モデルを示す。図１８において、加工用工具１０の工具刃１１によって、工作物２０が切削される。
【００６５】
ここで、平面Ｇ（ｉ）において、工具刃１１のすくい面は端面１１ｂであり、逃げ面は側面１１ａ又は径方向外面１１ｃである。そして、すくい角はαｇ（ｉ）である。また、切込量はｄ１（ｉ）であり、せん断角はφ（ｉ）である。このとき、工具刃１１による切込ベクトルはＬ（ｉ）であり、工具刃１１の法線ベクトルはＮｇ（ｉ）である。そして、工具刃１１の当該部位における切削力ＦH（ｉ）は、切込ベクトルＬ（ｉ）の逆向きとなる。
【００６６】
このとき、当該部位における切削力ＦH（ｉ）は、式（２）のように表される。式（２）において、τ0は、平均せん断応力であり、予め対象材料などに基づいて得る。ｂ（ｉ）は、隣り合う２つの定義点Ｐ（ｉ）、Ｐ（ｉ＋１）間の距離である。ｄ１（ｉ）は、定義点間領域ΔＰ（ｉ，ｉ＋１）による切込量の平均である。
【００６７】
つまり、切込量ｄ１（ｉ）は、定義点Ｐ（ｉ）による切込量（径方向深さに相当）と、定義点Ｐ（ｉ＋１）による切込量との平均に相当する。φ（ｉ）は、せん断角であり、公知の技術情報から得ることからできる。αｇ（ｉ）は、上述した投影すくい角である。βは、摩擦角であり、経験により決定される。
【００６８】
【数２】
2020069622.tif 000004
【００６９】
つまり、上記したように、平面Ｇ（ｉ）におけるすくい角αｇ（ｉ）を算出することにより、２次元切削モデルを適用できることが分かる。
【００７０】
（ｄ：切込量算出処理）
上記２次元切削モデルにおいて、切込量ｄ１（ｉ）を得ることができれば、切削力ＦH（ｉ）を得ることができる。直前における工作物２０の形状と、今回切削する際の工作物２０の形状とが分かれば、両者の差分により切込量ｄ１（ｉ）を得ることができる。以下に、図１９〜図２２を参照して、詳細に説明する。
【００７１】
ここで、切込量算出処理については、図１における交点算出部１４０、除去長さ算出部１５０、最終加工位置抽出部１６０についての説明となる。
【００７２】
交点算出部１４０は、工具回転角σがσ１からσ２に微増したとき、工具回転角σ２における工作物２０の形状を算出する。ここで、工作物２０の形状を、図１９に示すように、基準平面上に指定長さのピン２６を指定間隔毎に立てて、その先端に三角パッチ２７を作成することにより表す。ただし、これでは、工作物２０が平面形状となるため、基準平面を内側に折り曲げるようにすることで、工作物２０の形状を定義する。
【００７３】
続いて、図２０に示すように、工具刃１１が工作物２０に対して相対移動する場合を考える。ここで、工具刃１１の形状についてもモデル化する必要がある。そこで、工具刃１１の表面を三角パッチで表した工具包絡面により定義する。そして、工具刃１１を相対移動することにより、工作物２０を表す各ピン２６と工具刃１１を表す工具包絡面との交点を算出する。
【００７４】
そして、交点算出部１４０にて交点がある場合には、除去長さ算出部１５０が、図２１に示すように、工作物２０を表す各ピン２６の長さを変更する。つまり、工具回転角σがσ１からσ２に微増したときの工具刃１１による切削により、工作物２０の一部が切削され、切削後の形状として記憶しておく。このとき、除去長さ算出部１５０は、各ピン２６の除去長さを記憶しておく。このピン２６の除去長さが、工具回転角σがσ１からσ２に微増したときの切込量に相当する。
【００７５】
最終加工位置抽出部１６０は、工具回転角σがσ１からσ２に微増する間において、工具刃１１を表す各定義点Ｐ（ｋ）による最終加工位置を抽出する。ここで、図２２には、それぞれの定義点Ｐ（ｋ）が、工具回転角σがσ１からσ２に微増する間に移動した点をプロットしている。そして、白抜き丸印は、各定義点Ｐ（ｋ）による最終加工位置を示し、黒丸印は、各定義点Ｐ（ｋ）による最終加工位置以外における位置を示す。
【００７６】
つまり、各定義点Ｐ（ｋ）による最終加工位置とは、工具回転角σ２における各定義点Ｐ（ｋ）の位置に相当する。これらの位置が分かれば、当該最終加工位置と、直前の工作物２０の形状とから、各定義点Ｐ（ｋ）における切込量を算出できる。つまり、工具回転角σがσ１からσ２に微増する間に、工作物２０の形状変化を把握できる。
【００７７】
そして、２次元切削モデルにおける切込量ｄ１（ｉ）は、定義点Ｐ（ｉ）による切込量（径方向深さに相当）と、定義点Ｐ（ｉ＋１）による切込量との平均に相当する。つまり、各定義点Ｐ（ｋ）における切込量を得ることができるので、中点Ｐｃ（ｉ，ｉ＋１）における切込量ｄ１（ｉ）を算出することができる。
【００７８】
このように、最終加工位置抽出部１６０は、各定義点Ｐ（ｋ）による最終加工位置を算出するとともに、各定義点Ｐ（ｋ）における切込量を算出し、さらに中点Ｐｃ（ｉ，ｉ＋１）における切込量ｄ１（ｉ）を算出する。交点算出部１４０は、一つの工具刃１１による一つの歯溝２２の切削開始から切削終了までの範囲で工作物２０を表す各ピン２６と工具刃１１を表す工具包絡面との交点を算出する。
【００７９】
そして、一つの工具刃１１による一つの歯溝２２の切削開始から切削終了までを繰り返し実行する度に、工作物２０の形状を更新して工作物２０を表す各ピン２６と工具刃１１を表す工具包絡面との交点を算出する。
【００８０】
（ｅ：切り取り厚さ算出処理）
次に、切込量ｄ１（ｉ）を用いて、切り取り厚さの算出について説明する。図１における切り取り厚さ算出部１９０は、図２３に示すように、最終加工位置抽出部１６０で算出した最終加工位置、すなわち工具回転角σがσ２のときの工作物２０の歯溝２２の形状（図示実線で示す）と、工具回転角σがσ１のときの工作物２０の歯溝２２の形状（図示破線で示す）とから、歯溝２２を形成する歯側面２２ａの法線方向の厚みｔｔを切り取り厚さとして算出する。
【００８１】
切り取り厚さｔｔは、一つの歯溝２２における一つの工具刃１１の切削開始から切削終了までの範囲で求められる。例えば、図１６に示す除去部分２３における切り取り厚さｔｔは、図２４Ａに示すように、Ｘｗ軸を横軸に取ったとき、切削開始（工具回転角σｓ）から工具回転角σａ、σｂ、σｃを経て切削終了（工具回転角σｅ）までの範囲で、工具刃１１の左刃面（定義点Ｐ（１）−Ｐ（４））、工具刃１１の刃先（定義点Ｐ（５）−Ｐ（９））、工具刃１１の右刃面（定義点Ｐ（１０）−Ｐ（１３））の部分別に求めることができる。
【００８２】
切り取り厚さｔｔを表す各領域は、工具刃１１の中点Ｐ（ｉ，ｉ＋１）における値の集合である。これにより、工具刃１１のどの部位が摩耗するかを把握できるため、加工用工具１０の寿命を推定することができる。図２４Ａは、工具刃１１のすくい面１１ｂの刃付け角ξｃをねじれ角γ１と同一の角度で付けた場合の切り取り厚さｔｔを示す。図２４Ａから明らかなように、トレーリング刃面１１ｂｂの切り取り厚さｔｔは、リーディング刃面１１ｂｃの切り取り厚さｔｔよりも厚くなっている。
【００８３】
一方、図２４Ｂは、工具刃１１のすくい面１１ｂの刃付け角ξｃをねじれ角γ１より過大に付けた場合の切り取り厚さｔｔを示す。図２４Ｂから明らかなように、トレーリング刃面１１ｂｂの切り取り厚さｔｔは、リーディング刃面１１ｂｃの切り取り厚さｔｔと略同一となっている。
【００８４】
（ｆ：切削力及びトルクの算出処理）
次に、２次元切削モデルを用いて、各領域ΔＰ（ｉ，ｉ＋１）による切削力ＦH（ｉ）の算出、トルクの算出について説明する。
【００８５】
図１における切削力算出部１７０は、図１８にて示した２次元切削モデルを用いて、各領域ΔＰ（ｉ，ｉ＋１）による切削力ＦH（ｉ）を算出する。この切削力ＦH（ｉ）は、上述した式（２）により導き出すことができる。
【００８６】
ここで、図２５に示すように、一つの歯溝２２の形成工程は、工具刃１１の１回目の送りによる切込から始まって、最終的にｎ回目の送りによる切込で終了する。従来は、図２６の破線で示すように、ｎ回目の送りのときの工具回転角σに対する切削力ＦH（ｉ）は、ｎ−１回目の送りのときの工具回転角σに対する切削力ＦH（ｉ）を加味して算出していたため、過大な値を示していた。しかし、本実施形態では、図２６の実線で示すように、ｎ回目の送りのときの工具回転角σに対する切削力ＦH（ｉ）のみを算出しているので、適正な値を示している。
【００８７】
切削力ＦH（ｉ）は、一つの歯溝２２における一つの工具刃１１の切削開始から切削終了までの範囲で求められる。例えば、図１６に示す除去部分２３における工具回転角σに対する切削力ＦH（ｉ）は、図２７Ａに示すように、切削開始（工具回転角σｓ）から工具回転角σａ、σｂ、σｃを経て切削終了（工具回転角σｅ）までの範囲で、工具刃１１の左刃面（定義点Ｐ（１）−Ｐ（４））、工具刃１１の刃先（定義点Ｐ（５）−Ｐ（９））、工具刃１１の右刃面（定義点Ｐ（１０）−Ｐ（１３））の部分別、及び全刃面で求めることができる。
【００８８】
このように、各領域ΔＰ（ｉ，ｉ＋１）による切削力ＦH（ｉ）を用いることにより、工具刃１１のどの部位にどれだけの切削力ＦH（ｉ）が作用しているかを把握することができる。その結果、例えば切込量、送り速度などの加工条件の決定に利用することができる。また、工具刃１１のどの部位が摩耗するかを把握できるため、加工用工具１０の寿命を推定することもできる。
【００８９】
図２７Ａは、工具刃１１のすくい面１１ｂの刃付け角ξｃをねじれ角γ１と同一の角度で付けた場合の切削力ＦH（ｉ）を示す。図２７Ａから明らかなように、トレーリング刃面１１ｂｂの切削力ＦH（ｉ）は、リーディング刃面１１ｂｃの切削力ＦH（ｉ）よりも全体的に小さくなっている。
【００９０】
一方、図２７Ｂは、工具刃１１のすくい面１１ｂの刃付け角ξｃをねじれ角γ１より過大に付けた場合の切削力ＦH（ｉ）を示す。図２７Ｂから明らかなように、リーディング刃面１１ｂｃの切削力ＦH（ｉ）は、トレーリング刃面１１ｂｂの切削力ＦH（ｉ）と同等以上となっている。
【００９１】
続いて、図１におけるトルク算出部１８０は、切削力算出部１７０で算出した一つの歯溝２２における一つの工具刃１１の切削力ＦH（ｉ）を基準として、その切削時に同時に切削される他の歯溝２２における他の工具刃１１の切削力ＦH（ｉ）を算出する。例えば、本例では、図２８に示すように、同時に互いに隣接する４つの工具刃１１ｐ，１１ｑ，１１ｒ，１１ｓ（１ピッチずつずれた工具刃１１ｐ，１１ｑ，１１ｒ，１１ｓ）が切削に関与するとする。
【００９２】
そして、図２９に示すように、切削力算出部１７０が、基準となる工具刃１１ｐの工具回転角σに対する切削力ＦH（ｉ）を算出した場合、トルク算出部１８０は、他の工具刃１１ｑ，１１ｒ，１１ｓの切削力ＦH（ｉ）は、基準となる切削力ＦH（ｉ）を１ピッチずつずらすことで算出する。
【００９３】
そして、図３０に示すように、トルク算出部１８０は、４つの切削力ＦH（ｉ）を工具回転角σにおいて加算することで、全切削力ＦＡH（ｉ）を算出する。（図２９は、歯溝の形成工程の送り回数が少ない始めの加工で歯溝が浅く切削力の変化が図２７Ａより少ない。）
【００９４】
トルク算出部１８０は、各領域ΔＰ（ｉ，ｉ＋１）による全切削力ＦＡH（ｉ）と、各領域ΔＰ（ｉ，ｉ＋１）における切込ベクトルＬ（ｉ）とに基づいて、工作物２０に生じるトルクＴｗ又は加工用工具１０に生じるトルクＴｔを算出する。
【００９５】
まず、工作物２０に生じるトルクＴｗの算出について、図３１及び図３２を参照して説明する。図３１及び図３２に示すように、工作物２０に生じるトルクＴｗは、工作物２０の中心軸線Ｚｗに対する接線方向の全切削力と、当該全切削力が生じる加工点と中心軸線Ｚｗとの距離とにより算出することができる。
【００９６】
そこで、各領域ΔＰ（ｉ，ｉ＋１）による全切削力ＦＡH（ｉ）を、Ｘｗ，Ｙｗ，Ｚｗの３方向に分割する。まず、全切削力ＦＡH（ｉ）は、各軸方向に分割した場合には、式（３）のように表される。
【００９７】
【数３】
2020069622.tif 000005
【００９８】
ここで、単位ベクトルを式（４）のように定義する。
【００９９】
【数４】
2020069622.tif 000006
【０１００】
そうすると、全切削力の各成分ベクトルＦＡｘw（ｉ），ＦＡｙw（ｉ），ＦＡｚw（ｉ）は、式（５）のように表される。また、全切削力の各成分ベクトルＦＡｘw（ｉ），ＦＡｙw（ｉ），ＦＡｚw（ｉ）は、図２７及び図２８に示す。
【０１０１】
【数５】
2020069622.tif 000007
【０１０２】
全切削力の各成分ベクトルＦＡｘw（ｉ），ＦＡｙw（ｉ），ＦＡｚw（ｉ）を用いて、工作物２０の中心軸線Ｚｗを基準とした場合の接線力ＦＡTw（ｉ）を、式（６）に従って算出する。
【０１０３】
【数６】
2020069622.tif 000008
【０１０４】
各領域ΔＰ（ｉ，ｉ＋１）における接線力ＦＡTw（ｉ）と、当該領域ΔＰ（ｉ，ｉ＋１）の中点Ｐｃ（ｉ，ｉ＋１）の中心軸線Ｚｗからの距離ｒw（ｉ）とに基づいて、式（７）に従って、工作物２０に生じるトルクＴｗを算出できる。
【０１０５】
【数７】
2020069622.tif 000009
【０１０６】
次に、加工用工具１０に生じるトルクＴｔの算出について、図３３及び図３４を参照して説明する。図３３及び図３４に示すように、加工用工具１０に生じるトルクＴｔは、加工用工具１０の中心軸線Ｚｔに対する接線方向の全切削力と、当該全切削力が生じる加工点と中心軸線Ｚｔとの距離とにより算出することができる。
【０１０７】
そこで、各領域ΔＰ（ｉ，ｉ＋１）による全切削力ＦＡH（ｉ）を、Ｘｔ，Ｙｔ，Ｚｔの３方向に分割する。まず、全切削力ＦＡH（ｉ）は、各軸方向に分割した場合には、式（８）のように表される。
【０１０８】
【数８】
2020069622.tif 000010
【０１０９】
全切削力の各成分ベクトルＦＡｘt（ｉ），ＦＡｙt（ｉ），ＦＡｚt（ｉ）は、式（９）のように表される。また、全切削力の各成分ベクトルＦＡｘt（ｉ），ＦＡｙt（ｉ），ＦＡｚt（ｉ）は、図３３及び図３４に示す。
【０１１０】
【数９】
2020069622.tif 000011
【０１１１】
全切削力の各成分ベクトルＦＡｘt（ｉ），ＦＡｙt（ｉ），ＦＡｚt（ｉ）を用いて、加工用工具１０の中心軸線Ｚｔを基準とした場合の接線力ＦＡTt（ｉ）を、式（１０）に従って算出する。
【０１１２】
【数１０】
2020069622.tif 000012
【０１１３】
各領域ΔＰ（ｉ，ｉ＋１）における接線力ＦTt（ｉ）と、当該領域ΔＰ（ｉ，ｉ＋１）の中点Ｐｃ（ｉ，ｉ＋１）の中心軸線Ｚｔからの距離ｒt（ｉ）とに基づいて、式（１１）に従って、加工用工具１０に生じるトルクＴｔを算出できる。
【０１１４】
【数１１】
2020069622.tif 000013
【０１１５】
これにより、例えば、工作物２０を回転駆動するためのモータや、加工用工具１０を回転駆動するためのモータの選定に用いることができる。また、新規にモータを選定する場合の他に、既に存在するモータを用いる場合がある。
【０１１６】
例えば既存の機械を利用する場合などが該当する。このような場合には、上記本実施形態を適用することにより、加工用工具１０及び工作物２０を回転駆動するモータの回転速度や、工作物２０や加工用工具１０をモータにより相対的に送り駆動する送り速度を適切に設定することに利用できる。
【０１１７】
ギヤスカイビング加工は、加工用工具１０の回転軸線と工作物２０の回転軸線が垂直でなく、加工用工具１０と工作物２０との回転を同期させながら加工することで、各工具刃１１は、図６に示すように切削開始から切削終了までの間で状態（除去状態、すくい角、切り取り厚さ、切削力など）が変化するので（図１６，１７Ａ，１７Ｂ，２４Ａ，２４Ｂ，２７Ａ，２７Ｂ参照）、この状態を把握して、この状態を小さくしたり、大きくしたりするように工具設計することで、切削抵抗を低くしたり、工具寿命などを向上することができる。
【０１１８】
また、形成工程における送り回数によっても各工具刃１１の状態（除去状態、すくい角、切り取り厚さ、切削力など）が変化するので、この状態を把握して、この状態を小さくしたり、大きくしたりするように工具設計することで、切削抵抗を低くしたり、工具寿命などを向上することができる。
【０１１９】
さらに、加工用工具１０の複数の工具刃１１の状態（除去状態、すくい角、切り取り厚さ、切削力など）を把握して、加工用工具１０の複数の工具刃１１の状態を小さくしたり、大きくしたりするように工具設計することで、加工用工具１０の全体的な切削抵抗を低くしたり、工具寿命などを向上することができる。つまり、歯車加工シミュレーション装置１００より得られた結果（設定値、決定値、算出値など）を加工用工具１０の設計や製造での設計値や製造上の値に用いることで、切削抵抗が低い、また工具寿命などが向上したギヤスカイビングカッタ（ピニオンカッタ）などを作ることができる。
【符号の説明】
【０１２０】
１０：加工用工具、  １１：工具刃、  １１ａ：工具刃の側面、  １１ｂ：工具刃の端面、  １１ｂｂ：右刃面（トレーリング刃面）、  １１ｂｃ：左刃面（リーディング刃面）、  ２０：工作物、  ２１：工作物に形成される歯車、  １００：歯車加工シミュレーション装置、  １１０：定義点決定部、  １２０：切込ベクトル算出部、  １３０：すくい角算出部、  １４０：交点算出部、  １５０：除去長さ算出部、  １６０：最終加工位置抽出部、  １７０：切削力算出部、  １８０：トルク算出部、  １９０：切り取り厚さ算出部、  ２００：工具刃特性算出部、  ３００：刃付け角決定部、  θ：交差角、  γ１：ねじれ角、  ξｃ：刃付け角、  αｇ（ｉ）：（投影）すくい角、  ＦH（ｉ）：切削力、  ＦＡH（ｉ）：全切削力、  Ｔｔ：加工用工具に生じるトルク、  Ｔｗ：工作物に生じるトルク、  ｔｔ：切り取り厚さ、  Ｐ（ｋ），Ｐ（ｉ），Ｐ（ｉ＋１）：定義点、  ΔＰ（ｉ，ｉ＋１）：定義点間領域、  ｄ１（ｉ）：切込量、  Ｌ（ｉ）：切込ベクトル
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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