(57)【要約】【課題】  ホブ盤において、加工中に円筒歯車材に生じる切削抵抗の大きさ及び方向を測定する。【解決手段】  ホブ盤主軸２の回転ベース６に三成分動力計７を固定し、クランプ８によって円筒歯車材Ｗを三成分動力計７に装着する。回転ベース６に検出子１２を取付け、回転位置センサ１３によってホブ盤主軸２の回転位置を検出する。ホブ盤主軸２によって円筒歯車材Ｗを回転させ、ホブカッター主軸３によってホブ１９を回転させながら送り、円筒歯車材Ｗとホブ１９との相対運動によって、所定の歯車を創成する。加工中に三成分動力計７によって円筒歯車材Ｗに作用する荷重を直接測定する。測定された荷重と回転位置センサ１３によって検出したホブ盤主軸２の回転位置に基づいて、演算装置１７によって円筒歯車材Ｗに生じる切削抵抗の大きさ及び方向を演算する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを回転させる第１主軸及びツールを回転させる第２主軸を備え、前記ワークと前記ツールとの相対運動によって前記ワークを加工する回転式加工機械の加工負荷を測定するための方法であって、前記第１主軸に固定されて加工中に前記ワークに作用する荷重を測定する三成分動力計及び前記第１主軸の回転位置を検出する回転位置検出手段を設け、前記三成分動力計によって測定した荷重及び前記回転位置検出手段によって検出した回転位置に基づいて、前記ワークに作用する荷重を測定することを特徴とする回転式加工機械の加工負荷測定方法。
【請求項２】
前記ワークは歯車材であり、前記ツールはホブであることを特徴とする請求項１に記載の回転式加工機械の加工負荷測定方法。
【請求項３】
ワークを回転させる第１主軸及びツールを回転させる第２主軸を備え、前記ワークと前記ツールとの相対運動によって前記ワークを加工する回転式加工機械の加工負荷を測定するための装置であって、前記第１主軸に固定されて加工中に前記ワークに作用する荷重を測定する三成分動力計及び前記第１主軸の回転位置を検出する検出手段を備え、前記三成分動力計によって測定した荷重及び前記回転位置検出手段によって検出した回転位置に基づいて、前記ワークに作用する荷重を測定することを特徴とする回転式加工機械の加工負荷測定装置。
【請求項４】
前記ワークは歯車材であり、前記ツールはホブであることを特徴とする請求項３に記載の回転式加工機械の加工負荷測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークとツールとの相対運動によってワークを加工するホブ盤等の回転式加工機械において、切削抵抗等の加工負荷の大きさ及び方向を測定するための回転式加工機械の加工負荷測定方法及び測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば歯車を創成するホブ盤において、加工の際に生じる切削抵抗を測定することにより、切削条件、モータ容量、治具剛性、ホブカッター形状等の設定を調整して最適化することが可能となり、加工精度及び加工効率の向上を図ることができる。そこで、例えば特許文献１に記載された回転式加工機では、回転テーブル上に三成分動力計を固定し、この三成分動力計を介してワークを保持することにより、三成分動力計によって加工中のワークに作用する荷重を直接測定し、測定された負荷に基づいて、加工条件を調整するようにしている。
【特許文献１】特開平７−８０７５５号公報
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１に記載されたものでは、加工中にワークに作用する力の大きさを測定することはできるが、三成分動力計が回転テーブルと共に回転するため、加工中に回転テーブルの主軸に作用する力の方向を測定することはできない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記の点に鑑みて成されたものであり、加工中にワークを回転させる主軸に作用する荷重の大きさ及び方向を測定することができる回転式加工機械の加工負荷測定方法及び測定装置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に、請求項１の発明に係る回転式加工機械の加工負荷測定方法は、ワークを回転させる第１主軸及びツールを回転させる第２主軸を備え、前記ワークと前記ツールとの相対運動によって前記ワークを加工する回転式加工機械の加工負荷を測定するための方法であって、前記第１主軸に固定されて加工中に前記ワークに作用する荷重を測定する三成分動力計及び前記第１主軸の回転位置を検出する回転位置検出手段を設け、前記三成分動力計によって測定した荷重及び前記回転位置検出手段によって検出した回転位置に基づいて、前記ワークに作用する荷重を測定することを特徴とする。
請求項２の発明に係る回転式加工機械の加工負荷測定方法は、上記請求項１の構成において、前記ワークは歯車材であり、前記ツールはホブであることを特徴とする。
請求項３の発明に係る回転式加工機械の加工負荷測定装置は、ワークを回転させる第１主軸及びツールを回転させる第２主軸を備え、前記ワークと前記ツールとの相対運動によって前記ワークを加工する回転式加工機械の加工負荷を測定するための装置であって、前記第１主軸に固定されて加工中に前記ワークに作用する荷重を測定する三成分動力計及び前記第１主軸の回転位置を検出する検出手段を備え、前記三成分動力計によって測定した荷重及び前記回転位置検出手段によって検出した回転位置に基づいて、前記ワークに作用する荷重を測定することを特徴とする。
請求項４の発明に係る回転式加工機械の加工負荷測定装置は、上記請求項３の構成において、前記ワークは歯車材であり、前記ツールはホブであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係る回転式加工機械の加工負荷測定方法及び測定装置によれば、三成分動力計によって、加工中のワークに作用する荷重を直接測定することができ、また、三成分動力計によって測定した荷重及び回転位置検出手段が検出した第１主軸の回転位置に基づいて、ワークに作用する荷重のを大きさ及び方向を測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明を歯車のホブ切りを行うためのホブ盤に適用した場合について、図１乃至図９を参照して説明する。図１乃至図５に示すように、本実施形態に係るホブ盤１（回転式加工機械）は、ワークである円筒歯車材Ｗをクランプして回転させるホブ盤主軸２（第１主軸）と、回転する円筒歯車材Ｗをホブ切りするためのホブカッター主軸３（第２主軸）とを備えている。
【０００８】
ホブ盤主軸２は、ホブ盤テーブル４上でホブ盤センタ軸５を中心軸として回転する回転ベース６に三成分動力計７が固定され、三成分動力計７には、一対のクランプ８の下端部が取付けられており、クランプ８の上端部は、ホブ盤センタ軸５に固定された主軸受治具９に対して、ベアリング１０によって回転可能に支持されている。そして、一対のクランプ８で円筒歯車材Ｗを挟持してナット１１の締付けによって固定し、これにより、円筒歯車材Ｗが三成分動力計７を介してホブ盤主軸２に保持される。回転ベース６は、モータ及び減速機によって所定の速度で回転させることができる。
【０００９】
三成分動力計７は、圧電素子等を利用した変換器であり、ホブ盤主軸２の回転軸に沿ったｚ方向及びこれに垂直な平面上で互いに直交するｘ方向、ｙ方向の直交三成分の力を同時に測定することができ、測定された力に応じた電気信号を出力するものである。ここで、三成分動力計７は、回転ベース６に固定されており、ホブ盤主軸２と共にｚ軸回りに回転するので、直交座標系ｘｙｚは、回転座標系である。
【００１０】
回転テーブル４には、その外周部に径方向外側に向って突出する検出子１２が取付けられている。また、ホブ盤１の固定部分には、検出子１２に対向する部位に回転位置センサ１３（回転位置検出手段）が設けられている。回転位置センサ１３は、検出子１２の近接を検知する近接センサであり、回転ベース６の回転による検出子１２の近接を検知することにより、回転ベース６の回転位置を検出することができる。ここで、検出子１２が回転位置センサ１３に対向する回転位置に回転ベース６があるとき、上述のｘ、ｙ、ｚ軸と一致するＸ、Ｙ、Ｚ軸を有する直交座標系ＸＹＺを固定座標系とする（図２参照）。
【００１１】
三成分動力計７の出力信号は、アンプ１４によって増幅されて、リード線１５及びスリップリング１６を介して、ホブ盤１の固定部分に設けられた演算装置１７に入力される。また、回転位置センサ１１３の出力信号は、リード線１８を介して演算装置１７に入力される。演算装置１７は、三成分動力計７及び回転位置センサ１３の出力信号を所定の論理規則に従って演算処理して、必要なデータを得るものである。
【００１２】
ホブカッター主軸３は、ホブ盤主軸２に保持された円筒歯車材Ｗに対して、所定の角度で対向配置されるホブ１９を保持して、歯車機構又は数値制御等によってホブ盤主軸２の回転テーブル４に対して一定の関係で回転し、所定の方向に送られて、円筒歯車材Ｗとホブ１９との相対運動によって、所定の歯車を創生する。図示の例では、ホブ１９は、図１中、図４及び図５中に太矢印で示されるように、時計方向に回転しながら上方へ送られてクライムカットを行う。なお、図２、図３及び図５中、符号Ｍはホブ盤１の作業者を示す。
【００１３】
以上のように構成した本実施形態の作用について次に説明する。
ホブ盤主軸２のクランプ８によって円筒歯車材Ｗを保持して回転させ、ホブカッター主軸３によってホブ１９を回転させながら送ることにより、円筒歯車材Ｗとホブ１９との相対運動によって所定の歯車を創成する。このとき、加工中の円筒歯車材Ｗに作用するｘ、ｙ、ｚ方向の荷重（切削抵抗）を三成分動力計７によって直接測定することができ、また、検出子１２及び回転位置センサ１３によって、回転ベース６の回転位置を検出することができる。加工中のｘ、ｙ、ｚ方向の切削抵抗及び回転ベース６の回転位置（回転位置センサの出力）を図７に示し、更に、図７の横軸（時間軸）を拡大したグラフ図を図８に示す。
【００１４】
図７及び図８から分るように、三成分動力計７は、回転ベース７と共にｚ軸回りに回転しているので、ｘ方向及びｙ方向の切削抵抗は、互いに９０°位相が異なるほぼ正弦曲線で表され（図８参照）、また、ｚ方向の切削抵抗は、ホブ１９の時計方向の回転によって常に正の値となっている。そして、回転位置センサ１３によって、三成分動力計７が固定された回転ベース６の回転位置を検出することができるので、演算装置１７によって三成分動力計７の出力信号を回転位置センサ１３の回転位置信号に基づいて演算処理することにより、三成分動力計７によって測定した回転座標系ｘｙｚにおけるｘ、ｙ、ｚ方向の切削抵抗をホブ盤１の固定座標系ＸＹＺに変換することができる。
【００１５】
図８に示すｘ方向及びｙ方向の切削抵抗を固定座標系ＸＹＺのＸ方向及びＹ方向に変換したグラフ図を図９に示す。なお、回転座標系ｘｙｚのｚ軸は回転軸であるから、固定座標系ＸＹＺのＺ方向の切削抵抗は座標系ｘｙｚのｚ方向の切削抵抗と一致する。このようにして演算した時間Ｔ＝１、２、３、４、５、６における固定座標ＸＹＺ上の切削抵抗を図６に示す。固定座標ＸＹＺ上の切削抵抗を表す力のベクトルは、図６に示す１つの象限にあることがわかる。
【００１６】
このようにして、三成分動力計７によって、加工中に円筒歯車材Ｗに作用する回転座標系ｘｙｚ上の切削抵抗を直接測定することができ、更に、回転位置センサ１３の回転位置信号に基づいて、回転座標系ｘｙｚ上の切削抵抗を固定座標系ＸＹＺ上の切削抵抗に変換して、その方向及び大きさを確認することができる。これにより、切削抵抗に基づいて、ホブ盤１のワーククランプ治具の剛性、ホブ１９の切れ刃形状、ホブ盤主軸２及びホブカッター主軸３のモータ容量等の最適化が可能となり、加工精度及び加工効率を向上させることが可能となる。また、加工数毎の切削抵抗を比較することにより、ホブ１９の寿命の評価が可能となる。さらに、切削抵抗をフィードバックして切削条件を調整することにより、切削条件の最適制御を行うことも可能である。
【００１７】
なお、上記実施形態では、一例として本発明を円筒歯車材のホブ切りに適用した場合について説明してが、本発明は、これに限らず、ワーク及びツールが回転し、これらの相対運動によって所定形状を創成する機械加工に対して適用することができ、例えば、ハイポイドギヤの等高歯歯切り等に適用することもできる。更に、切削加工に限らず研削加工にも同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係るホブ盤の概略構成を示す作業者側から見た正面の縦断面図である。
【図２】図１に示すホブ盤において、ホブ盤主軸の回転テーブル上の回転座標系ｘｙｚとホブ盤上の固定座標系ＸＹＺとの回転位置を示す平面図である。
【図３】図１に示すホブ盤において、固定座標系ＸＹＺのＸ−Ｙ平面上の切削抵抗の方向を示す平面図である。
【図４】図１に示すホブ盤において、固定座標系ＸＹＺのＸ−Ｚ平面上の切削抵抗の方向を示す作業者側から見た正面図である。
【図５】図１に示すホブ盤において、固定座標系ＸＹＺのＹ−Ｚ平面上の切削抵抗の方向を示す側面図である。
【図６】図１に示すホブ盤において、時間Ｔ＝１〜６で固定座標系ＸＹＺ上に生じる切削抵抗の方向と大きさを示す作業者の反対側から見た図である。
【図７】回転座標系ｘｙｚ上のｘ、ｙ、ｚ方向の切削抵抗及回転テーブルの回転位置を示すグラフ図である。
【図８】図７のグラフ図の時間軸を拡大して示すグラフ図である。
【図９】図８に示す回転座標系ｘｙｚ上のｘ方向及びｙ方向の切削抵抗を変換した固定座標系ＸＹＺ上のＸ方向及びＹ方向の切削抵抗を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００１９】
１  ホブ盤（回転式加工機械）、２  ホブ盤主軸（第１主軸）、３  ホブカッター主軸（第２主軸）、７  三成分動力計、１３  回転位置センサ（回転位置検出手段）、１９  ホブ（ツール）、Ｗ  円筒歯車材（ワーク）
【図１】
2006142460.tif 000003
【図２】
2006142460.tif 000004
【図３】
2006142460.tif 000005
【図４】
2006142460.tif 000006
【図５】
2006142460.tif 000007
【図６】
2006142460.tif 000008
【図７】
2006142460.tif 000009
【図８】
2006142460.tif 000010
【図９】
2006142460.tif 000011