(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工歯車と工具を相対的に移動させ、前記被加工歯車の歯溝を1歯溝ずつ加工する歯車加工方法において、
前記歯溝の総数をｎとし、１からｎまでの昇順に連続する整数の数列を、２個以上の数を含む所望のｍ個の区間に区分し、含まれる数字の小さいものから順に第１区間、第２区間、・・第ｍ区間とし、所望の隣接する歯溝を第１歯溝と第２歯溝とし、第１歯溝から第２歯溝の方向の回転方向を第２回転方向とし、第２歯溝から第１歯溝の方向の回転方向を第１回転方向とするとき、
前記歯溝の加工する順番である歯溝加工順番を、
第１歯溝から第１回転方向の歯溝へ第１区間の奇数を昇順に割付けし、
第２歯溝から第２回転方向の歯溝へ第１区間の偶数を昇順に割付けし、
第２区間の奇数を、一方の第１区間の数の最大数を割付けた歯溝に隣接する歯溝から昇順に割付けし、
第２区間の偶数を、他方の第１区間の数の最大数を割付けた歯溝に隣接する歯溝から昇順に割付けし、
以下同様にして、同一区間の奇数と偶数を、前の区間の数の最大数を割付けた歯溝に隣接する歯溝から昇順に割付けることを第ｍ区間まで実施する、
ように前記被加工歯車に対して割付ける加工順番割付け工程と、
前記加工順番割付け工程で割付けられた順番で前記被加工歯溝を加工する歯車加工工程を備える歯車加工方法。
【請求項２】
前記第１回転方向の歯溝へは奇数のみを割付け、前記第２回転方向の歯溝へは偶数のみを割付ける請求項１に記載の歯車加工方法。
【請求項３】
被加工歯車の歯溝を1歯溝ずつ順番に割出し加工するＮＣデータを作成するＮＣデータ作成装置において、
前記被加工歯車及び工具の形状、加工条件等を示すデータを入力する入力手段と、
前記歯溝の加工する順番である歯溝加工順番を、
前記歯溝の総数をｎとし、１からｎまでの昇順に連続する整数の数列を、２個以上の数を含む所望のｍ個の区間に区分し、含まれる数字の小さいものから順に第１区間、第２区間、・・第ｍ区間とし、所望の隣接する歯溝を第１歯溝と第２歯溝とし、第１歯溝から第２歯溝の方向の回転方向を第２回転方向とし、第２歯溝から第１歯溝の方向の回転方向を第１回転方向とするとき、
第１歯溝から第１回転方向の歯溝へ前記第１区間の奇数を昇順に割付けし、
第２歯溝から第２回転方向の歯溝へ前記第１区間の偶数を昇順に割付けし、
第２区間の奇数を、一方の第１区間の数の最大数を割付けた歯溝に隣接する歯溝から昇順に割付けし、
第２区間の偶数を、他方の第１区間の数の最大数を割付けた歯溝に隣接する歯溝から昇順に割付けし、
以下同様にして、同一区間の奇数と偶数を、前の区間の数の最大数を割付けた歯溝に隣接する歯溝から昇順に割付けることを第ｍ区間まで実施する、
ことで決める加工順番演算手段と
前記加工順番演算手段により演算された前記歯溝加工順番に基づき、所定の歯溝を加工するときの前記被加工歯車の割出し角度を演算する角度演算手段と、
１個の前記歯溝を加工するための加工ＮＣデータである歯溝加工ＮＣデータを、前記被加工歯車及び前記工具の形状を示すデータに基づき作成する歯溝加工ＮＣデータ作成手段と
前記加工順番演算手段により演算された前記歯溝加工順番と、前記角度演算手段により演算された前記被加工歯車の割出し角度と、前記歯溝加工データ作成手段により作成された歯溝加工ＮＣデータに基づき前記被加工歯車を加工するＮＣデータを作成するＮＣデータ作成手段と、を備えるＮＣデータ作成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械を用いて歯車を加工する歯車加工方法及びＮＣデータ作成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
歯車のピッチ誤差は、歯車の回転作動時に振動、騒音などを発生する原因となるため所定の値以下にする必要がある。なかでも、隣接する単一ピッチ寸法の差である隣接ピッチ誤差が大きいと、歯の噛み合いが隣の歯へスムースに移行しないため過大な衝撃や騒音を発生するので、隣接ピッチ誤差を小さくすることが重要である。
図８に示すように、歯車の歯溝を1歯溝ずつ順番に加工した場合には、１番目に加工した歯溝１ｃと最後の１６番目に加工した歯溝１６ｃが隣接する。工具７は加工量に応じて摩耗するから、工具の磨耗量だけ歯溝が徐々に狭く加工される。図９に示すように、歯溝１ｃの加工終了時から歯溝１６ｃの加工終了時までの工具の半径摩耗量をｕとすると、歯面ａ方向の歯溝１ｃと歯溝１６ｃの間の単一ピッチＰｒ１６は、歯溝１ｃと歯溝２ｃの間の単一ピッチＰｒ１や歯溝１５ｃと歯溝１６ｃの間の単一ピッチＰｒ１５よりｕだけ大きくなり、歯面ｂ方向では単一ピッチＰｒ１６´がｕだけ小さくなる。すなわち隣接ピッチ誤差が大きくなる。この工具の磨耗に起因する隣接ピッチ誤差を低減するため、工具の切込量を工具の磨耗に応じて変えることでピッチ誤差を低減する従来技術がある。（特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２８０１１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術ではあらかじめ工具の磨耗量を予測し、その値に対応して加工量の増加に合わせて工具の切込量を補正する必要がある。工具の磨耗量は加工条件や工作物の材質により異なり、正確な磨耗量を予測するには事前にテスト加工をする必要があり、工数を要している。また、加工数が少ない場合はテスト加工を省略して、標準化されたデータから磨耗量を予測するがその精度は悪くなる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、工具磨耗に応じて切込み量の補正をすることなく隣接ピッチ誤差の小さな歯車加工ができる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】
【０００５】
上記の課題を解決するための請求項１に係る発明の特徴は、被加工歯車と工具を相対的に移動させ前記被加工歯車の歯溝を1歯溝ずつ加工する歯車加工方法において、
前記歯溝の総数をｎとし、１からｎまでの昇順に連続する整数の数列を、２個以上の数を含む所望のｍ個の区間に区分し、含まれる数字の小さいものから順に第１区間、第２区間、・・第ｍ区間とし、所望の隣接する歯溝を第１歯溝と第２歯溝とし、第１歯溝から第２歯溝の方向の回転方向を第２回転方向とし、第２歯溝から第１歯溝の方向の回転方向を第１回転方向とするとき、
前記歯溝の加工する順番である歯溝加工順番を、
第１歯溝から第１回転方向の歯溝へ第１区間の奇数を昇順に割付け、
第２歯溝から第２回転方向の歯溝へ第１区間の偶数を昇順に割付け、
第２区間の奇数を、一方の第１区間の数の最大数を割付けた歯溝に隣接する歯溝から昇順に割付け、
第２区間の偶数を、他方の第１区間の数の最大数を割付けた歯溝に隣接する歯溝から昇順に割付け、
以下同様にして、同一区間の奇数と偶数を、前の区間の数の最大数を割付けた歯溝に隣接する歯溝から昇順に割付けることを第ｍ区間まで実施する、
ように前記被加工歯車に対して割付ける加工順番割付け工程と、
前記加工順番割付け工程で割付けられた順番で前記被加工歯溝を加工する歯車加工工程を備えることである。
【０００６】
本請求項の歯車加工方法によれば、隣接する歯溝の加工順番が３以上離れないため、加工に伴う工具摩耗に起因する隣接ピッチ誤差が少ない。
【０００７】
請求項２に係る発明の特徴は、請求項１に係る発明において、前記第１回転方向の歯溝へは奇数のみを割付け、前記第２回転方向の歯溝へは偶数のみを割付けることである。
【０００８】
本請求項の歯車加工方法によれば、隣接する歯溝の加工順番が２以上離れないため、加工に伴う工具摩耗に起因する隣接ピッチ誤差が少ない。
【０００９】
請求項３に係る発明の特徴は、被加工歯車の歯溝を1歯溝ずつ順番に割出し加工するＮＣデータを作成するＮＣデータ作成装置において、
前記被加工歯車及び工具の形状、加工条件等を示すデータを入力する入力手段と、
前記歯溝の加工する順番である歯溝加工順番を、
前記歯溝の総数をｎとし、１からｎまでの昇順に連続する整数の数列を、２個以上の数を含む所望のｍ個の区間に区分し、含まれる数字の小さいものから順に第１区間、第２区間、・・第ｍ区間とし、所望の隣接する歯溝を第１歯溝と第２歯溝とし、第１歯溝から第２歯溝の方向の回転方向を第２回転方向とし、第２歯溝から第１歯溝の方向の回転方向を第１回転方向とするとき、
第１歯溝から第１回転方向の歯溝へ前記第１区間の奇数を昇順に割付けし、
第２歯溝から第２回転方向の歯溝へ前記第１区間の偶数を昇順に割付けし、
第２区間の奇数を、一方の第１区間の数の最大数を割付けた歯溝に隣接する歯溝から昇順に割付けし、
第２区間の偶数を、他方の第１区間の数の最大数を割付けた歯溝に隣接する歯溝から昇順に割付けし、
以下同様にして、同一区間の奇数と偶数を、前の区間の数の最大数を割付けた歯溝に隣接する歯溝から昇順に割付けることを第ｍ区間まで実施する、
ことで決める加工順番演算手段と
前記加工順番演算手段により演算された前記歯溝加工順番に基づき、所定の歯溝を加工するときの前記被加工歯車の割出し角度を演算する角度演算手段と、
１個の前記歯溝を加工するための加工ＮＣデータである歯溝加工ＮＣデータを、前記被加工歯車及び前記工具の形状に基づき作成する歯溝加工ＮＣデータ作成手段と
前記加工順番演算手段により演算された前記歯溝加工順番と、前記角度演算手段により演算された前記被加工歯車の割出し角度と、前記歯溝加工データ作成手段により作成された歯溝加工ＮＣデータに基づき前記被加工歯車を加工するＮＣデータを作成するＮＣデータ作成手段と、を備えることである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項1および請求項２に係る発明によれば、隣接する歯溝の加工順番が３以上離れることがないため、隣接する歯溝間の工具磨耗の差が２溝の加工による工具磨耗の差より大きくなることがない。このため、工具磨耗に起因する隣接ピッチ誤差が小さな歯車を加工できる。
【００１１】
請求項３に係る発明によれば、隣接する歯溝の加工順番が３以上離れることがないため、隣接する歯溝間の工具磨耗の差が２溝の加工による工具磨耗の差より大きくなることがない。このため、工具磨耗に起因する隣接ピッチ誤差が小さな歯車の加工が可能な歯車加工ＮＣデータを作成できるＮＣデータ作成装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態における工作機械を示す全体図である。
【図２】本発明の実施形態におけるＮＣデータ作成装置を示すブロック図である。
【図３】本発明の歯車加工方法の工程を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態における歯溝の加工順番と割出し角度の演算を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態における歯溝の加工順番を示す図である。
【図６】本発明の変形態様における歯溝の加工順番と割出し角度の演算を示すフローチャートである。
【図７】本発明の変形態様における歯溝の加工順番を示す図である。
【図８】従来の歯溝の加工順番を示す図である。
【図９】工具摩耗と隣接ピッチ誤差の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１に示すように、工作機械１は、ベッド２を備え、ベッド２上にＸ軸方向に往復可能なテーブル３と、Ｘ軸に直交するＺ軸方向に往復可能なコラム４を備えている。コラム４は、主軸台５をＹ軸方向に往復可能に支持しており、Ｙ軸はＸ軸、Ｚ軸に直交している。主軸台５は、主軸回転モータ（図示省略する）により回転駆動される主軸６を備え、主軸６の先端に工具７を保持している。テーブル３上には、割出し装置１０を備え、割出し装置１０の上端部には、Ｙ軸に平行な軸（Ｂ軸）の周りに回転自在に支持された割出し板１１を備えている。割出し板１１は被加工歯車Ｗの下端を把持する把持部（図示省略する）を備え、割出しモータ（図示省略する）により所望の回転角度に割出すことができる。
【００１４】
制御装置３０は、内部にＮＣデータ記憶部３０１、テーブル３の送りを制御するＸ軸制御部３０２、主軸台５の送りを制御するＹ軸制御部３０３、コラム４の送りを制御するＺ軸制御部３０４、割出し装置７の割出し板８の回転を制御するＢ軸制御部３０５、工具の回転を制御する主軸制御部３０６を備えており、入力されるＮＣデータに基づき、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｂ軸、主軸を制御する。
【００１５】
ＮＣデータ作成装置５０は図２に示すように、内部にデータ入力部５０１（入力手段）、加工順番演算部５０２（加工順番演算手段）、角度演算部５０３（角度演算手段）、歯溝加工ＮＣデータ作成部５０４（歯溝加工ＮＣデータ作成手段）、歯車加工ＮＣデータ作成部５０５（ＮＣデータ作成手段）を備えており、入力されたデータに基づき所定のプログラムを起動することで所定のＮＣデータを作成する。
【００１６】
本事例の歯車加工工程について図３のフローチャートに基づき説明する。
はじめに、あらかじめＮＣデータ作成装置５０により作成された歯車加工ＮＣデータを読み込むことで、歯溝加工ＮＣデータと加工順番別割出し角度データ（詳細は後述する）を機械制御装置３０のＮＣデータ記憶部３０１へ記録する（Ｓ１）。被加工歯車Ｗを搬入する。このとき、所望の歯溝が割出し装置１０の回転基準位置と一致するように被加工歯車Ｗを割出し板１１で把持することにより、Ｘ軸方向において回転基準位置と工具７は対向する位置に位置決めされる（Ｓ２）。主軸６を駆動して工具７を回転させる（Ｓ３）。機械制御装置３０内に備えた、歯溝の加工数をカウントするカウンターＱ１の値を１とする（Ｓ４）。割出し装置１０を駆動して、Ｑ１番目に加工する歯溝の割出し角度ΘＱ１に被加工歯車Ｗを割出す（Ｓ５）。歯溝加工ＮＣデータの工具パスの指示に従い、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸を移動させることで、工具７を歯溝の輪郭に沿って相対的に移動させることにより１個の歯溝の加工を実施する（Ｓ６）。カウンターＱ１の値に１を加算する（Ｓ７）。全ての歯溝の加工が終了したか判定する。カウンターＱ１の値が歯溝の総数であるｎより大きいか判定する。Ｑ１＞ｎならばステップＳ９へ移動、そうでないならステップＳ５へ移動し、次の歯溝の加工を繰り返す（Ｓ８）。Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｂ軸を移動させて、あらかじめ定められた加工源位置に復帰する（Ｓ９）。工具７の回転を停止させる（Ｓ１０）。被加工歯車Ｗを搬出する（Ｓ１１）。
【００１７】
１個の歯溝を加工する歯溝加工ＮＣデータは、被加工歯車Ｗのモジュールや歯幅等で規定される歯溝の加工形状と工具７の形状から決まる加工パスを用いて、従来から実施されている通常の方法で歯溝加工ＮＣデータ作成部５０４において作成される。
【００１８】
次に、加工順番割付け工程として、ＮＣデータ作成装置５０により実施される、加工順番別割出し角度データを演算する工程を説明する。加工順番別割出し角度データは被加工歯車Ｗの歯溝の加工順番と各歯溝の加工時の割出し角度を示すデータである。ここでは、時計回り（第１回転方向）に奇数の加工順番を配置し、反時計回り（第２回転方向）に偶数の加工順番を配置する事例で、図４のフローチャートに基づき説明する。
【００１９】
はじめに、被加工歯車Ｗの歯数（歯溝の数と同じ）ｎの値をデータ入力部５０１で読み込む（Ｓ２１）。歯溝番号ｋｇ毎の割出し角度Θｋｇを演算する。ここで、歯溝番号は添え字ｇをそなえ、図５に示す１ｇから反時計回りで１６ｇまで付与された番号である。歯溝１ｇの割出し角度を０として、反時計回りに角度を増大させる。１歯溝毎の増加角度は、歯溝数をｎとすると３６０／ｎ度となるので、歯溝ｋｇの割出し角度Θｋｇは、Θｋｇ＝（ｋｇ−１）・３６０／ｎで演算できる。（Ｓ２２）。各歯溝に奇数番の歯溝加工順番を割付ける。加工順番の数には添え字ｃを付け、図５に示すように、奇数の順番を１ｇ歯溝（第１歯溝）から時計回り方向（第１回転方向）へ隣接する歯溝に対して昇順に割付ける。（Ｓ２３）。偶数の順番を、２ｇ歯溝（第２歯溝）から反時計回り方向（第２回転方向）へ隣接する歯溝に対して昇順に割付ける（Ｓ２４）。歯溝の加工順番に対して、歯溝番号と割出し角度を対応付ける。ステップＳ２２で演算された歯溝番号に対する割出し角度と、ステップＳ２３、ステップＳ２４で割付けられた歯溝番号に対する加工順番を統合して、所定の加工順番に対して、対応する歯溝番号と、割出し角度を割付けることで加工順番別割出し角度データを作成する（Ｓ３１）。
【００２０】
以上のようにして、歯数ｎが１６である歯車に加工順番を割付けると、図５に示すように奇数の加工順番である１ｃから１５ｃが歯溝1ｇから時計回りで昇順に歯溝１０ｇまで割付けられ、偶数の加工順番である２ｃから１６ｃが歯溝２ｇから反時計回りで昇順に歯溝９ｇまで割付けられる。この場合の、隣接する歯溝の加工順番の差は２以内となる。
【００２１】
歯車Ｗの割出し精度の影響を除いた場合、上記の順番で歯溝を加工すると、全ての隣接する歯溝の単一ピッチの差は２個の歯溝の加工による工具の半径摩耗量以下となる。
すなわち、本発明によれば、隣接ピッチ誤差が２個の歯溝の加工による工具の半径摩耗量以下となる歯車加工方法を実現できる。
【００２２】
＜本実施形態の変形態様＞
上記の溝加工順番は全ての奇数の加工順番を昇順に隣接し、全ての偶数の加工順番を昇順に隣接させたが、奇数番と偶数番を交互に隣接するように配置してもよい。このような加工順番を決める演算工程を図６のフローチャートに基づき説明する。
【００２３】
はじめに、被加工歯車Ｗの歯数ｎの値と区分数ｍの値をデータ入力部５０１で読み込む（Ｓ５１）。歯溝番号ｋｇ毎の割出し角度Θｋｇを演算する。ここで、歯溝番号は図７に示す１ｇから反時計回りで１６ｇまで付与された番号であり、歯溝１ｇの割出し角度を０として、反時計回りに角度を増大させる。１歯溝毎の増加角度は、歯数をｎとすると３６０／ｎ度となるので、歯溝ｋｇの割出し角度Θｋｇは、Θｋｇ＝（ｋｇ−１）・３６０／ｎで演算できる。（Ｓ５２）。１からｎまでの整数列をｍ個に区分けする。１からｍ−１までの区分の１区分に含まれる数の個数はｎ／ｍの整数部であるＳとし、ｍ個目の区分の個数をｎ−Ｓ・ｍ個とする（Ｓ５３）。
【００２４】
歯溝に奇数番の歯溝加工順番を割付ける。第１の区分の奇数を歯溝１ｇから時計回り方向へ隣接する歯溝に対して昇順に割付ける（Ｓ５４）。第１の区分の偶数を歯溝２ｇから反時計回り方向へ隣接する歯溝に対して昇順に割付ける（Ｓ５５）。区分番号を示すカウンターＱ２の値を２とする（Ｓ５６）。割付が終了したか判定する。Ｑ２＞ｍならばステップＳ６０へ移動し、そうでなければステップＳ５８へ移動する（Ｓ５７）。第Ｑ２区分の奇数を、第（Ｑ２−１）区分の偶数の最大数が割付けられた歯溝に隣接する歯溝から昇順に割付け、第Ｑ２区分の偶数を、第（Ｑ２−１）区分の奇数の最大数が割付けられた歯溝に隣接する歯溝から昇順に割付ける（Ｓ５８）。カウンターＱ２の値に１を加算する。Ｑ２＝Ｑ２＋１を実行する（Ｓ５９）。歯溝の加工順番に対して、歯溝番号と割出し角度を対応付ける。ステップＳ５２で演算された歯溝番号に対する割出し角度と、ステップＳ５３からステップＳ５９で割付けられた歯溝番号に対する加工順番を統合して、所定の加工順番に対応する歯溝番号と割出し角度を割付ける（Ｓ６０）。
【００２５】
ここで、歯数n＝１６、区分数ｍ＝３の場合の、数列の区分と加工順番の割付け例を図７に示す。数列の区分は図７の下部に示すように３区分に区分され、隣接する歯溝の加工順番の差は３以内となる。この場合、隣接する歯溝の加工順番の差は、全ての奇数の加工順番を昇順に隣接し、全ての偶数の加工順番を昇順に隣接させた場合より大きいが、各歯溝の割差しに必要な割出し装置１０の回転角度の総計は小さくなり、加工に要する時間が短縮できる。
【００２６】
上記の実施形態では、奇数の順番を時計回りに昇順となるように配置したが、反時計回りに昇順としてもよい。
また、加工方法としては、工具として砥石を用いる研削加工など、歯溝の加工により工具の摩耗が発生する加工方法の全てに適用できる。
【符号の説明】
【００２７】
１：工作機械  ２：ベッド  ３：テーブル  ４：コラム  ５：主軸台  ６：主軸  ７：工具  １０：割出し装置  １１：割出し板  Ｗ：被加工歯車  ３０：機械制御装置  ５０：ＮＣデータ作成装置  ５０１：データ入力部  ５０２：加工順番演算部  ５０３：角度演算部  ５０４：歯溝加工ＮＣデータ作成部  ５０５：歯車加工ＮＣデータ作成部
【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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