(57)【要約】【課題】測定分解能が比較的に低い変位センサを用いて歯車の位相を高精度に測定し、スピンドルに保持された工作物の歪みなどの形状や偏芯状態を判別する方法を提供する。【解決手段】本発明の歯車部品の位相検出方法は、スピンドルを備えるＮＣ工作機械を用いた歯車部品の位相検出方法において、第一信号検出手段から出力される第一信号および第二信号検出手段から出力される第二信号の各信号に基づいて波形を取得する第一工程と、第一工程の後に波形を信号処理装置により分割することで歯車部品の位相を検出する第二工程と、を有して、第一信号検出手段を歯車部品の歯先の位相を検出する第１センサとして、第二信号検出手段を歯車部品の歯面を検出する第２センサとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピンドルを備えるＮＣ工作機械を用いた歯車部品の位相検出方法において、
前記ＮＣ工作機械に設置された第一信号検出手段から出力される第一信号および
前記ＮＣ工作機械に設置された第二信号検出手段から出力される第二信号の各信号に基づいて波形を取得する第一工程と、
前記第一工程の後に、前記波形を信号処理装置により分割することで前記歯車部品の位相を検出する第二工程と、を有しており、
前記第一信号検出手段は前記歯車部品の歯先の位相を検出する第１センサであり、
前記第二信号検出手段は前記歯車部品の歯面の位相を検出する第２センサである
ことを特徴とする歯車部品の位相検出方法。
【請求項２】
前記第１センサから出力される信号に基づいて取得される波形が正弦波形である場合に、前記第２センサはその信号から取得される波形が余弦波形となる位置に設置されていることを特徴とする請求項１に記載の歯車部品の位相検出方法。
【請求項３】
スピンドルを備えるＮＣ工作機械を用いた歯車部品の位相検出方法において、
前記ＮＣ工作機械に設置された第一信号検出手段から出力される第一信号および
前記ＮＣ工作機械に設置された第二信号検出手段から出力される第二信号
の各信号に基づいて波形を取得する第一工程と、
前記第一工程の後に、前記波形を信号処理装置により分割することで
前記歯車部品の位相を検出する第二工程と、を有しており、
前記第一信号検出手段は前記歯車部品の歯先の位相を検出する非接触式センサであり、
前記第二信号検出手段は前記スピンドルに内蔵されたエンコーダである
ことを特徴とする歯車部品の位相検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スカイビング加工、特に焼入処理後の歯車部品に対してスカイビング加工（ハードスカイビング加工）を行う際に歯車部品の位相（歯先と歯底）を検出する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来よりスカイビング加工による歯車加工の工程では、まず素材（ワーク）の内周面または外周面を旋削加工した後にスカイビングカッタにより内歯車または外歯車の加工を行う（歯切工程）。歯切工程を行ったワークで歯面に強度を求める場合には、熱処理（焼入処理）を行ない、さらに歯面の強度に加えて良好な歯車精度が要求される場合に、ワークの表層部（黒皮）に対して再度スカイビングカッタによる加工を行う（歯面仕上工程）。
【０００３】
そのため、焼入処理後のスカイビングカッタによる再度の加工は、焼入処理によりその表面硬さが上昇したワークに対する加工であることから「ハードスカイビング加工」とも呼ばれる。
【０００４】
つまり、前述の歯切工程ではワークに対して歯面の加工を行い、歯面仕上工程（ハードスカイビング加工）ではワークの歯先（山）と歯底（谷）を正確に検出して、スカイビングカッタの山とワークの谷の位相をあわせて所定の切込み量を与えることで仕上げ加工を行なう必要がある。
【０００５】
ワークの山や谷を正確に検出する理由は、歯面仕上工程（ハードスカイビング加工）においてワークの歯面の黒皮を正確に除去するためである。ワークの山や谷が正確に検出できなければ、ワークとスカイビングカッタの山や谷の位相が一致しない。この結果、スカイビングカッタとワークが噛み合わず過干渉によりスカイビングカッタが破損してしまう恐れがある。また、ワークの山や谷を正確に検出することで、ワークの黒皮は除去せずに本来必要である部分を削り落とすことで不良品の発生を防ぐ。
【０００６】
そのため、実際のワークの歯面の位相検出時には非接触変位センサ等を用いて歯車形状の凹凸までの距離を測定して、一定の閾値以上の変位が得られた位相にてスピンドル付属のエンコーダの角度を順次記録することで歯車の位相の検出を行なう方法がある。
【０００７】
例えば、特許文献１ではスカイビング加工中に発生する振動をセンサなどで検知して、スカイビングカッタのワークに対する加工負荷を減らす動作をさせる方法が開示されている。具体的には、スカイビング加工中に発生した振動が所定の閾値を越えると、加工負荷を逃がす動作、すなわちスカイビングカッタのワークに対する切り込み深さを変化させることで加工負荷を減らす。
【０００８】
また、特許文献２では歯切工具とワークとの歯面の位相を合わせる（位相ずれを防止する）ために歯切工具またはワークのいずれかの制御モータへの指令を適切に行う方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１５−６２９６７号公報
【特許文献２】特開２００５−２３１０１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかし、特許文献１および２で開示された方法は、工作物である歯車の位相を高精度に検出しようとすると、分解能の高いセンサを用いる必要がある。そのため、分解能の高いセンサは一般的にセンサと歯車の測定（検出）位置との距離を短くする必要がある。この結果、モジュールの大きな歯車の位相を検出する場合には、歯丈の一部のみの検出となり、閾（しきい）値の設定を誤ると工作物の位相が検出できないいう問題があった。
【００１１】
また、工作物はチャックを用いてスピンドルに取付けられている。そして、焼入れ後の工作物は焼入れ前の工作物に比べて歪みが生じているので、変位センサを使った測定では歪み量を含んだ測定をおこなうことになる。そのため、検出できる距離が比較的に短い高精度な非接触センサを用いて、歯車の位相を検出すると検出距離の範囲外になる場合や非接触センサと工作物が干渉する恐れがあった。
【００１２】
さらに、工作物の中心とスピンドルの回転中心が一致しない偏芯状態が発生していると、工作物の中心とスピンドルの回転中心との偏心量によっては変位センサと工作物が干渉する恐れもあった。
【００１３】
これらの問題から、歯車の位相を検出する場合には分解能が比較的に低く検出範囲の広い変位センサを使用せざる得ない状態になり、歯車の位相を検出する分解能が低いことから正確な位相検出が行えないという問題が発生していた。
【００１４】
この結果、歯車の位相を検出する精度が低くなることから、焼入処理した後の歯切加工、いわゆるハードスカイビング加工では工作物である歯車の歯面の削り代（切削量）を大きく設定する必要があった。
【００１５】
このことからスカイビングカッタの歯車に対する切り込み量を大きく設定することでスカイビングカッタの加工負荷が増大して、結果的に歯車の加工時間が長くなる問題や歯切工具の早期摩耗になるといった問題になった。
【００１６】
そこで、本発明ではこれらの問題を解決するために測定分解能が比較的に低い変位センサを用いて歯車の位相を高精度に測定し、スピンドルに保持された工作物の歪みなどの形状や偏芯状態を判別する方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前述した課題を解決するために、本発明はスピンドルを備えるＮＣ工作機械を用いた歯車部品の位相検出方法において、ＮＣ工作機械に設置される第一信号検出手段から出力される第一信号およびＮＣ工作機械に設置される第二信号検出手段から出力される第二信号の各信号に基づいて波形を取得する第一工程と、この第一工程の後に、波形を信号処理装置により分割することで歯車部品の位相を検出する第二工程と、から構成されている。そして、この第一信号検出手段を歯車部品の歯先の位相を検出する第１センサとして、第二信号検出手段を歯車部品の歯面の位相を検出する第２センサとする。
【００１８】
また、この第１センサから出力される信号に基づいて取得される波形が正弦波形である場合には、第２センサはこの信号から取得される波形が余弦波形となる位置に設置することもできる。
【００１９】
もしくは、スピンドルを備えるＮＣ工作機械を用いた歯車部品の位相検出方法において、ＮＣ工作機械に設置される第一信号検出手段から出力される第一信号およびＮＣ工作機械に設置される第二信号検出手段から出力される第二信号の各信号に基づいて波形を取得する第一工程と、この第一工程の後に波形を信号処理装置により分割することで歯車部品の位相を検出する第二工程と、から構成する。そして、第一信号検出手段を歯車部品の歯先の位相を検出する非接触式センサとして、第二信号検出手段をスピンドルに内蔵したエンコーダとすることもできる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の歯車部品の位相検出方法により、２つの信号検出手段から出力される各信号に基づいて波形を取得し、これらの波形を信号処理装置により分割することで歯車部品の位相を検出することで、測定分解能が低い変位センサを用いても歯車の位相を高精度に測定することができて、なおかつスピンドルに保持された工作物の歪みなどの形状や偏芯状態も判別できるいう効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態である歯車部品の位相検出位置および位相検出手順を説明する  図である。
【図２】本発明の別形態の歯車部品の位相検出位置および位相検出手順を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図１は、歯車部品の位相検出位置および位相検出手順を説明する図である。本実施の形態では、第一信号検出手段として歯車部品の歯先の位相を検出する変位センサＡ（第１センサ）を、第二信号検出手段として歯車部品の歯面を検出する変位センサＢ（第２センサ）をそれぞれ用いた場合について説明する。まず、ＮＣ工作機械に取り付けた内歯車部品の内側に第１センサおよび第２センサを図１に示すように配置する。このとき、第１センサおよび第２センサは歯車部品の歯先部分に対向して配置する。
【００２３】
次に、歯車部品を回転させることで第１センサおよび第２センサはそれぞれ歯車部品の山部分と谷部分をセンサ面からの距離として検出し、第１センサからは第一信号が、第２センサからは第二信号がそれぞれ出力される。このようにして検出する歯面からの距離に関するデータは、横軸を時間として、縦軸を検出した（歯面からセンサまでの）距離とすると、波形Ａ（正弦波）および波形Ｂ（余弦波）がモニタに表示される。
【００２４】
つまり、第１センサにより検出されたデータで正弦波が得られた場合には、第２センサにより検出されたデータでは正弦波から９０度分位相がずれた余弦波が得られることになる。これらの互いに位相がずれた２つの波形を利用して新たな波形を得ることができる（第一工程）。この第一工程で得られた新たな波形を信号処理装置等の機器で内挿法により分割する。
【００２５】
次に、歯車部品を加工するＮＣ工作機械のスピンドルに付属のエンコーダを用いて、エンコーダの原点位置（加工開始時の位置）に対する位相を算出（検出）する（第二工程）。そして、第一工程によって得られた新たな波形から算出された歯車部品の位相と加工開始時にエンコーダにより検出した位相との差（位相差）を算出し、歯車部品があるべき位置までスピンドルを位相差分だけ回転させる。
【００２６】
上述した実施形態とは異なる別の実施形態についても図面を用いて説明する。別形態の歯車部品の位相検出位置および位相検出手順の説明を図２に示す。本実施形態では、歯車部品の歯面を検出するセンサを１個のみとして、２個目のセンサの代替手段としてスピンドルに内蔵されたエンコーダを利用して歯車部品の歯面を検出する手順について説明する。
【００２７】
図２に示すように非接触式センサを歯車部品の歯先の位相が検出できる位置に配置する。次に、歯車部品を回転させて非接触式センサで歯車部品の山部分または谷部分をセンサ面からの距離として検出し、非接触式センサからは第一信号としてそれぞれ出力される。また、スピンドル内蔵のエンコーダにより、この第一信号に９０度の位相分を付加したものを第二信号として出力する。
【００２８】
これら２つの信号から検出された歯面からの距離に関するデータは、前述した手順と同様に
横軸を時間として、縦軸を検出した（歯面からセンサまでの）距離とすると、正弦波および余弦波がモニタに表示される。これらの互いに位相がずれた２つの波形を利用して新たな波形を得ることができる（第一工程）。この第一工程で得られた新たな波形を信号処理装置等の機器で内挿法により分割する。
【００２９】
次に、前述した手順と同様に歯車部品を加工するＮＣ工作機械のスピンドルに内蔵されたエンコーダを用いて、エンコーダの原点位置（加工開始時の位置）に対する位相を算出（検出）する（第二工程）。そして、第一工程によって得られた新たな波形から算出された歯車部品の位相と加工開始時にエンコーダにより検出した位相との差（位相差）を算出し、歯車部品があるべき位置までスピンドルを位相差分だけ回転させる。
【００３０】
この実施形態は前述した実施形態に比べて、歯車部品の位相を検出するセンサが１個のみであり、センサ取り付け時に設置箇所が限定されない点で有効である。また、２個のセンサを使用して検出する場合に比べて歯車の大きさやモジュールによって各センサの配置を考慮する必要がない点でも歯車の位相を簡易に検出することができる。
【図１】
2019042898.tif 000003
【図２】
2019042898.tif 000004