(57)【要約】【課題】工具と加工対象物との相対位置をより高精度に評価することができる歯車加工評価方法、歯車、歯車加工管理装置及び歯車加工装置を提供する。【解決手段】加工対象物であるワークを工具であるカッタで加工し歯車を製造する歯車加工装置の加工を評価する歯車加工評価方法であって、工具と加工対象物との関係を動的解析で解析するステップと、解析した工具と加工対象物との関係の動的変化を示す画面を生成し、表示させるステップと、を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工対象物を工具で加工し歯車を製造する歯車加工装置の加工を評価する歯車加工評価方法であって、
前記工具と前記加工対象物との関係を動的解析で解析するステップと、
解析した前記工具と前記加工対象物との関係の動的変化を示す画面を生成し、表示させるステップと、を有する歯車加工評価方法。
【請求項２】
前記動的変化を示す画像は、前記工具と前記加工対象物との相対位置が時間変化する動画を含む請求項１に記載の歯車加工評価方法。
【請求項３】
前記動的変化を示す画像は、前記工具と前記加工対象物との相対位置を示す２次元画像と、前記２次元画像が表示している関係となる前記加工対象物に対する前記工具の位置を示す３次元画像と、を含む請求項１または２に記載の歯車加工評価方法。
【請求項４】
前記画面は、前記工具と前記加工対象物との距離が最小となる位置に表示された印を含む請求項１から３のいずれか一項に記載の歯車加工評価方法。
【請求項５】
前記画面は、前記工具と前記加工対象物との距離が閾値以下となる位置に表示された印を含む請求項１から４のいずれか一項に記載の歯車加工評価方法。
【請求項６】
前記工具と前記加工対象物との距離の範囲と表示方法との関係が設定されており、
前記画面は、前記工具と前記加工対象物との距離に応じて、前記工具の輪郭の表示方法が異なる請求項１から５のいずれか一項に記載の歯車加工評価方法。
【請求項７】
前記動的変化を示す画像は、前記工具と前記加工対象物との距離の最小値と前記工具の位置との関係を示すグラフの画像を含む請求項１から６のいずれか一項に記載の歯車加工評価方法。
【請求項８】
前記工具と前記加工対象物との関係を動的解析で解析するステップは、
前記歯車加工装置を複数の要素に分割し、接触する要素間を機械系運動方程式で接続した解析モデルを作成するモデル作成ステップと、
前記解析モデルの前記機械系運動方程式のパラメータを同定する同定ステップと、
運転条件を設定する条件設定ステップと、
設定した運転条件と、パラメータを同定した前記解析モデルを用いて、前記工具と前記加工対象物との位置関係の動的変化を解析する解析ステップと、を有する請求項１から７のいずれか一項に記載の歯車加工評価方法。
【請求項９】
前記解析モデルは、前記工具と前記加工対象物とが、前記要素と前記要素間を繋げる前記機械系運動方程式とを介して繋がっているモデルである請求項８に記載の歯車加工評価方法。
【請求項１０】
前記歯車加工装置は、歯車形削盤である請求項１から９のいずれか一項に記載の歯車加工評価方法。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか一項に記載の歯車加工評価方法で評価した加工条件で加工した歯車。
【請求項１２】
加工対象物を工具で加工し歯車を製造する歯車加工装置の加工を管理する歯車加工管理装置であって、
前記工具と前記加工対象物との関係を動的解析で解析し、前記解析ステップで解析した前記工具と前記加工対象物と関係の動的変化を示す画面を生成する制御部と、
前記制御部で生成した画像を表示させる表示部と、を有する歯車加工管理装置。
【請求項１３】
前記制御部は、前記歯車加工装置を複数の要素に分割し、接触する要素間を機械系運動方程式で接続した解析モデルを作成するモデル作成部と、
前記解析モデルの前記機械系運動方程式のパラメータを同定する同定部と、
運転条件を設定し、設定した運転条件と、パラメータを同定した前記解析モデルを用いて、前記工具と前記加工対象物との位置関係の動的変化を解析し、解析結果を用いて、前記工具と前記加工対象物との位置関係を評価する評価部と、を有する請求項１２に記載の歯車加工管理装置。
【請求項１４】
請求項１２または請求項１３に記載の歯車加工管理装置を備える歯車加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯車加工評価方法、歯車、歯車加工管理装置及び歯車加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
加工対象物であるワークから歯車を製造する場合、円盤状の端面を切削し歯を形成する歯車形削盤（特許文献１参照）や、形成された歯を研磨し仕上げ加工を行う装置（特許文献２、３）等の歯車加工装置が用いられる。特許文献１に記載の歯車加工装置は、工具を上下動させる機構を有し、工具を下降させる際にワークを切削し、工具を上昇させる際に工具をワークから離した状態とする。また、歯車加工装置は、工具を上昇させる際に工具をワークから離した状態とするために、工具をワークに対して逃がす回避動作機構を備え、回避動作機構で工具をワークから離している。また、工具を上昇させる際にワークを周方向に回転させることで、ワークの次の歯の部分を工具と対面させる。歯車加工装置は、上記処理を繰り返すことで、ワークに歯を形成する。
【０００３】
このような歯車加工装置は、意図していないタイミングで、例えば歯車形削盤では工具を上昇させる際に、工具とワークが接触するとワーク加工面の傷、加工精度低下、工具の破損が発生する。
【０００４】
本出願人が出願した特許文献４には、加工対象物であるワークの座標系における工具であるカッタの位置を推定し、その位置に基づいて移動時（回避時）の干渉を推定し、その結果に基づいて工具の移動経路を創成する装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−８５８２３号公報
【特許文献２】特開平２−１５２７１９号公報
【特許文献３】特開２０１３−１８０３４９号公報
【特許文献４】特開２０１３−８２７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献４に記載されている装置を用いて、工具の軌道を評価して、その評価結果に基づいて軌道を設定することで、工具と加工対象物とが加工時以外に接触することを抑制しつつ、工具を効率よく移動させることができる。
【０００７】
ここで、特許文献４に記載されている装置を用いて評価した工具とワークとの位置関係は、振動等の影響により実際の工具とワークとの位置関係との間でずれがある。このようにずれがあるため、創成する軌道は、ずれを考慮して余裕をもって生成される。工具とワークとの距離が大きくなると、工具の移動に係る時間が長くなり、ワークの加工に係る時間が長くなってしまう。または、距離を大きくして加工時間を保持したい場合、工具の移動速度および加速度が増加するため、振動の増加によりずれ、各部にかかる負荷が増加してしまう。
【０００８】
本発明は上述した課題を解決するものであり、工具と加工対象物との相対位置をより高精度に評価することができる歯車加工評価方法、歯車、歯車加工管理装置及び歯車加工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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、加工対象物を工具で加工し歯車を製造する歯車加工装置の加工を評価する歯車加工評価方法であって、前記工具と前記加工対象物との関係を動的解析で解析するステップと、解析した前記工具と前記加工対象物との関係の動的変化を示す画面を生成し、表示させるステップと、を有する。
【００１０】
ここで、前記動的変化を示す画像は、前記工具と前記加工対象物との相対位置が時間変化する動画を含むことが好ましい。
【００１１】
また、前記動的変化を示す画像は、前記工具と前記加工対象物との相対位置を示す２次元画像と、前記２次元画像が表示している関係となる前記加工対象物に対する前記工具の位置を示す３次元画像と、を含むことが好ましい。
【００１２】
また、前記画面は、前記工具と前記加工対象物との距離が最小となる位置に表示された印を含むことが好ましい。
【００１３】
また、前記画面は、前記工具と前記加工対象物との距離が閾値以下となる位置に表示された印を含むことが好ましい。
【００１４】
また、前記工具と前記加工対象物との距離の範囲と表示方法との関係が設定されており、前記画面は、前記工具と前記加工対象物との距離に応じて、前記工具の輪郭の表示方法が異なることが好ましい。
【００１５】
また、前記動的変化を示す画像は、前記工具と前記加工対象物との距離の最小値と前記工具の位置との関係を示すグラフの画像を含むことが好ましい。
【００１６】
また、前記工具と前記加工対象物との関係を動的解析で解析するステップは、前記歯車加工装置を複数の要素に分割し、接触する要素間を機械系運動方程式で接続した解析モデルを作成するモデル作成ステップと、前記解析モデルの前記機械系運動方程式のパラメータを同定する同定ステップと、運転条件を設定する条件設定ステップと、設定した運転条件と、パラメータを同定した前記解析モデルを用いて、前記工具と前記加工対象物との位置関係の動的変化を解析する解析ステップと、を有することが好ましい。
【００１７】
また、前記解析モデルは、前記工具と前記加工対象物とが、前記要素と前記要素間を繋げる前記機械系運動方程式とを介して繋がっているモデルであることが好ましい。
【００１８】
また、前記歯車加工装置は、歯車形削盤であることが好ましい。
【００１９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、加工対象物を工具で加工し歯車を製造する歯車加工装置の加工を管理する歯車加工管理装置であって、前記工具と前記加工対象物との関係を動的解析で解析し、前記解析ステップで解析した前記工具と前記加工対象物との関係の動的変化を示す画面を生成する制御部と、前記制御部で生成した画像を表示させる表示部と、を有する。
【００２０】
ここで、前記制御部は、前記歯車加工装置を複数の要素に分割し、接触する要素間を機械系運動方程式で接続した解析モデルを作成するモデル作成部と、前記解析モデルの前記機械系運動方程式のパラメータを同定する同定部と、運転条件を設定し、設定した運転条件と、パラメータを同定した前記解析モデルを用いて、前記工具と前記加工対象物との位置関係の動的変化を解析し、解析結果を用いて、前記工具と前記加工対象物との位置関係を評価する評価部と、を有することが好ましい。
【００２１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、歯車加工装置であって、上記に記載の歯車加工管理装置を備える。
【００２２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、歯車であって、上記のいずれかに記載の歯車加工評価方法で評価した加工条件で加工する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、歯車となる加工対象物と工具との位置関係を動的に解析し、その動的な変化を示す画像を表示することで、加工時に発生する振動を考慮した挙動をわかりやすく視認することができる。これにより、加工対象物と工具との位置関係をより高い精度で評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本実施形態に係る歯車加工システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る歯車加工装置の概略構成を示す斜視図である。
【図３】図３は、図１に示すワーク台の概略構成を示す正面図である。
【図４】図４は、図１に示すカッタ駆動ユニットの概略構成を示す側面図である。
【図５】図５は、解析モデルの一例を示す模式図である。
【図６】図６は、歯車加工管理装置の処理動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】図７は、解析結果の一例を示すグラフである。
【図８】図８は、解析結果の一例を説明するための説明図である。
【図９Ａ】図９Ａは、評価結果を出力した画面の一例を示す説明図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、評価結果を出力した画面の一例を示す説明図である。
【図１０Ａ】図１０Ａは、評価結果を出力した画面の一例を示す説明図である。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、評価結果を出力した画面の一例を示す説明図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、評価結果を出力した画面の一例を示す説明図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、評価結果を出力した画面の一例を示す説明図である。
【図１２】図１２は、評価結果を出力した画面の一例を示す説明図である。
【図１３】図１３は、評価結果を出力した画面の一例を示す説明図である。
【図１４】図１４は、評価結果を出力した画面の一例を示す説明図である。
【図１５】図１５は、評価結果を出力した画面の一例を示す説明図である。
【図１６】図１６は、評価結果を出力した画面の一例を示す説明図である。
【図１７】図１７は、歯車加工管理装置の処理動作を説明するためのフローチャートである。
【図１８】図１８は、歯車加工装置の動作を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換または変更を行うことができる。
【００２６】
図１は、本実施形態に係る歯車加工システムの概略構成を示すブロック図である。図１に示すように歯車加工システム１は、歯車を加工する歯車加工装置１０と、歯車加工装置１０の加工動作を管理する歯車加工管理装置１００と、を有する。歯車加工システム１は、歯車加工装置１０と歯車加工管理装置１００とを一体の装置とし、同じ場所に設置してもよいし、歯車加工装置１０と歯車加工管理装置１００とを別の装置として別の場所に設置してもよい。
【００２７】
図２から図４を用いて、歯車加工装置１０について説明する。図２は、本実施形態に係る歯車加工装置の概略構成を示す斜視図である。図３は、図１に示すワーク台の概略構成を示す正面図である。図４は、図１に示すカッタ駆動ユニットの概略構成を示す側面図である。
【００２８】
歯車加工装置１０は、加工対象物であるワークの外周面に複数の歯を一定周期で形成する歯車形削盤である。なお、加工対象物であるワークは、外周面が円形となる円板形状である。つまり本実施形態は、歯車加工装置１０によってワークに外歯を形成する場合として説明する。なお、ワークの形状はこれに限定されない。
【００２９】
歯車加工装置１０は、ベッド１２と、コラム１４と、カッタヘッド１６と、Ｘ軸移動機構１８と、Ｚ軸移動機構２０と、ワーク台２２と、を有する。歯車加工装置１０は、カッタヘッド１６により保持され操作されるカッタ（工具）４２で、ワーク台２２に支持されたワーク（加工対象物）２４を加工する。本実施形態の歯車加工装置１０は、歯車加工管理装置１００により加工動作が制御されるが、歯車加工管理装置１００から送信される指示に基づいて、歯車加工装置１０の各部の動作を制御する制御装置を歯車加工管理装置１００とは別に備えていてもよい。
【００３０】
本実施形態では、水平面をＸ軸方向とＸ軸に直交するＹ軸方向を含むＸＹ平面とし、水平面に直交する方向をＺ軸方向とする。本実施形態では、Ｘ軸方向がカッタ４２でワーク２４を加工する切り込み方向となる。
【００３１】
ベッド１２は、歯車加工装置１０の土台であり、地面、基礎等の設置面に固定されている。ベッド１２には、コラム１４とワーク台２２とが設置されている。コラム１４は、ベッド１２上に設置されており、ワーク台２２が設置されている面側にカッタヘッド１６が設置されている。カッタヘッド１６は、カッタ（工具）４２を保持している。カッタヘッド１６は、矢印Ａの方向（Ｚ軸方向）、矢印Ｂの方向（所定の位置を基点とした、ＸＺ平面における回動方向）、矢印Ｃの方向（Ｚ軸周りの回転方向）にカッタ４２を移動させる機構を備えている。カッタヘッド１６の構造については、後述する。
【００３２】
Ｘ軸移動機構１８は、ベッド１２とコラム１４との間に配置され、Ｘ軸方向に延在するレールと、レールに沿って移動するＸ軸移動部材と、を有する。Ｘ軸移動機構１８は、レールがベッド１２に固定され、Ｘ軸移動部材がコラム１４に固定されている。Ｘ軸移動機構１８は、レールに沿ってＸ軸移動部材をＸ軸方向に移動させることで、ベッド１２に対してコラム１４を矢印３０の方向に移動させる。Ｘ軸移動機構１８は、ベッド１２に対してコラム１４を矢印３０の方向に移動させることで、ワーク２４に対してカッタ４２を矢印３０の方向に移動させることができる。Ｘ軸移動機構１８は、Ｘ軸移動部材をＸ軸方向に移動させる機構として、種々の機構を用いることができる。例えば、Ｘ軸移動部材にボールねじを挿入し、ボールねじをモータ等で回転させる機構や、リニアモータ機構、ベルト機構等を用いることができる。
【００３３】
Ｚ軸移動機構２０は、コラム１４とサドル３８との間にカッタ駆動ユニット１６の間に配置され、Ｚ軸方向に延在するレールと、レールに沿って移動するＺ軸移動部材と、を有する。Ｚ軸移動機構２０は、レールがコラム１４に固定され、Ｚ軸移動部材がカッタ駆動ユニット１６に固定されている。Ｚ軸移動機構２０は、レールに沿ってＺ軸移動部材をＺ軸方向に移動させることで、コラム１４に対してカッタ駆動ユニット１６を矢印３２の方向に移動させる。Ｚ軸移動機構２０は、コラム１４に対してカッタ駆動ユニット１６を矢印３２の方向に移動させることで、ワーク２４に対してカッタ４２を矢印３２の方向に移動させることができる。Ｚ軸移動機構２０と、Ｚ軸移動部材をＺ軸方向に移動させる機構として、Ｘ軸移動機構１８と同様に種々の機構を用いることができる。
【００３４】
図３に示すように、歯車加工装置１０のベッド１２には、ワーク台２２が配置されている。ワーク台２２は、図２に示すように、ワークテーブル２２ａが回転自在（Ｚ軸周り）に支持さている。ワークテーブル２２ａは、ウォームホイール２２ｂ及びウォーム２２ｃを介してモータ２２ｄによって、矢印Ｄの方向（Ｚ軸周りの方向）に回転される。
【００３５】
歯車加工装置１０は、Ｘ軸移動機構１８とＺ軸移動機構２０を用いて、ワーク２４とカッタ４２との相対位置を移動させることで、加工を行う前にワーク２４とカッタ４２との相対位置を調整する。また、歯車加工装置１０は、加工時にカッタ駆動ユニット１６によりカッタ４２を矢印Ａ、矢印Ｂ、矢印Ｃの方向に移動させ、ワーク台２２でワーク２４を矢印Ｄ方向に移動させ、ワーク２４とカッタ４２との相対位置を移動させることで、ワーク２４の各位置をカッタ４２で加工する。ワーク２４とカッタ４２とをＹ軸方向に移動させる移動機構を備えていてもよい。この場合、ワーク２４とカッタ４２とをＹ軸方向に移動させる移動機構としては、ワーク台２２をベッド１２に対してＹ軸方向に移動させる機構や、カッタ駆動ユニット１６をコラム１４に対してＹ軸方向に移動させる機構を用いることができる。
【００３６】
次に、カッタ駆動ユニット１６について説明する。カッタ駆動ユニット１６は、図４に示すように、サドル３８と、カッタヘッド４０と、カッタ４２と、直動動作機構４４と、回避動作機構４６と、回転動作機構４８と、主軸５２と、減衰機構９０と、を有する。主軸５２は、Ｚ軸方向に延在する棒状の部材であり、カッタヘッドボディ４１に挿入されている。主軸５２は、ベッド１２側の端部にカッタ４２が固定され、反対側の端部に直動用軸が挿入されている。
【００３７】
サドル３８は、Ｚ軸移動機構２０を介してコラム１４に支持される部材である。サドル３８は、Ｚ軸移動機構２０により、コラム１４に対してＺ軸方向に移動される。サドル３８は、カッタヘッドボディ４１と、直動動作機構４４と、回避動作機構４６と、を支持している。
【００３８】
カッタヘッド４０は、カッタヘッドボディ４１と、回転動作機構４８のモータ７０と、を有する。モータ７０については後述する。カッタヘッドボディ４１は、主軸５２が挿入され、回避動作機構４６に連結されている。カッタヘッドボディ４１は、内部が空洞の位置によって径が変わる略円筒の形状である。カッタヘッドボディ４１は、円筒の軸がＺ軸に沿った方向に延在する形状であり、内部に主軸５２が挿入されている。カッタヘッドボディ４１は、主軸５２をＺ軸方向に移動可能、かつＺ軸周りに回転自在な状態で支持している。また、カッタヘッドボディ４１は、回転動作機構４８の動力伝達用の機構が内蔵されている。また、カッタヘッドボディ４１は、回転動作機構４８のモータ７０が固定されている。
【００３９】
カッタヘッドボディ４１は、ヘッド旋回軸５０が設けられサドル３８に設置された軸受に回動自在な状態で支持されている。これにより、カッタヘッドボディ４１は、ヘッド旋回軸５０を軸としてＹ軸周りに回動可能な状態でサドル３８の所定位置に支持される。カッタヘッドボディ４１は、ヘッド旋回軸５０から離れた位置にリリービング用軸が回動自在な状態で挿入されている。リリービング用軸は、回避動作機構４６に連結されている。ヘッド旋回軸５０とリリービング用軸と回避動作機構４６によるカッタヘッドボディ４１の移動については、後述する。
【００４０】
カッタ４２は、カッタヘッドボディ４１に挿入された主軸５２のベッド１２側の端部に固定されている。カッタ４２は、カッタ駆動ユニット１６により位置を移動され、ワーク２４に接触することで、ワーク２４を切削する。カッタ４２は、主軸５２に対して着脱可能であることが好ましい。
【００４１】
直動動作機構４４は、主軸５２を矢印Ａ方向に往復移動させることで、カッタ４２を矢印Ａ方向に往復移動させる機構である。直動動作機構４４は、モータ（主軸モータ）６０と、クランク機構６４と、連結杵６６と、球面軸受６８と、を有する。直動動作機構４４は、主軸５２の上端部は球面軸受６８を介して連結杆６６の下端に連結され、連結杆６６の上端部はクランク機構６４に支持されている。クランク機構６４は、モータ６０の駆動により回転駆動され、クランク機構６４の回転駆動により主軸５２が連結杆６６を介して上下方向（矢印Ａ方向）に往復動される。直動動作機構４４は、主軸５２を矢印Ａ方向に往復移動させることで、カッタ４２を矢印Ａ方向に往復移動させる。
【００４２】
回避動作機構４６は、カッタヘッドボディ４１を矢印Ｂ方向に回動させることで、カッタ４２を矢印Ｂ方向に移動させる機構である。回避動作機構４６は、カム機構６９を有し、主軸モータ６０の駆動力が、カム機構６９に伝達され、主軸モータ６０の駆動状態に応じて、即ち、主軸５２の上下方向の往復動の状態に応じて、カッタヘッド１８がカム機構６９を介して揺動する。回避動作機構４６は、モータ６０によりカム機構６９を作動させることで、カッタヘッドボディ４１のリリービング用軸を矢印３６の方向に往復運動させる。これにより、カッタヘッドボディ４１には、矢印３８に示す方向の力が作用し、カッタヘッドボディ４１が矢印Ｂ方向に往復移動（回動）する。回避動作機構４６は、カッタヘッドボディ４１を矢印Ｂ方向に往復移動させることで、カッタ４２を矢印Ｂ方向に往復移動させ、カッタ４２をＸ軸方向に移動させ、ワーク２４に近づけたり、離したりする。
【００４３】
回転動作機構４８は、主軸５２を矢印Ｃ方向に回動させることで、カッタ４２を矢印Ｃ方向に回動させる機構である。回転動作機構４８は、カッタヘッドボディ４１に支持されている。回転動作機構４８は、モータ７０と、駆動ギヤ７８と、従動ギヤ７９と、を有する。モータ７０は、主軸５２を矢印Ｃ方向に回動させる力を発生させる駆動源である。モータ７０は、回転軸７０が主軸５２の軸方向と同じ向きとなる方向で配置されている。モータ７０としては、双方向回転可能なサーボモータを用いることが好ましい。モータ７０は、回転軸７０が主軸５２の軸方向から離れた位置となる位置に配置されている。駆動ギヤ７８は、モータ７０の回転軸に設けられている。従動ギヤ７９は、主軸５２に設けられ、駆動ギヤ７８とかみ合っている。なお、本実施形態では、駆動ギヤ７８と従動ギヤ７９とが直接かみ合っている構造としたが、複数の中間ギヤを介してかみ合って（連結して）いてもよい。回転動作機構４８は、モータ７０により駆動ギヤ７８を回転させて、従動ギヤ７９を回動させることで、主軸５２を矢印Ｃ方向に回動させる。回転動作機構４８は、主軸５２を矢印Ｃ方向に回動させることで、カッタ４２を矢印Ｃ方向に回動させる。
【００４４】
回転動作機構４８は、モータ７０により、歯車素材に対する同期回転と歯車素材のねじれ角に応じた回転とが同時に合成されて行なわれるようになっている。モータ７０による主軸５２の複合回転は制御装置によって制御されている。制御装置では、複合回転時の主軸５２の回転軌跡が演算されてモータ７０に駆動指令が出力される。
【００４５】
歯車加工装置１０は、以上のような構成であり、Ｘ軸移動機構１８と、Ｚ軸移動機構２０で、ワーク２４とカッタ４２の相対位置を移動させ、カッタ４２をワーク２４の外周面に近接させる。その後、歯車加工装置１０は、直動動作機構４４によるカッタ４２の矢印Ａ方向の移動と、回避動作機構４６によるカッタ４２の矢印Ｂ方向の移動と、回転動作機構４８によるカッタ４２の矢印Ｃ方向の移動と、ワーク台２２によるワーク２４の矢印Ｄ方向の移動とを連動させることで、カッタ４２によりワーク２４を加工し、ワーク２４の外周面に歯を形成する。
【００４６】
具体的には、歯車加工装置１０は、回避動作機構４６によって、Ｘ方向においてカッタ４２をワーク２４に近づけた状態で、直動動作機構４４によりカッタ４２を下降させることで、ワーク２４とカッタ４２とが重なる領域のワーク２４をカッタ４２で切削する。次に、歯車加工装置１０は、回避動作機構４６によって、Ｘ方向においてカッタ４２をワーク２４から離した状態（リリービングした状態）で、直動動作機構４４によりカッタ４２を上昇させることで、カッタ４２がワーク２４と接触することを抑制しつつ、カッタ４２をワーク２４よりも鉛直方向上側に移動させる。歯車加工装置１０は、カッタ４２をワーク２４よりも鉛直方向上側に移動させたら、ワーク台２２でワーク２４を回転させ、ワーク２４の次の歯を形成する部分をカッタ４２と対面する位置に移動させる。歯車加工装置１０は、このような動作を繰り返すことで、ワーク２４の外周面に歯を形成する。また、歯車加工装置１０は、Ｘ軸移動機構１８で、ワーク２４が一周するごとにまたは一定の速度で、カッタ４２をワーク２４に近づく方向に移動させることで、カッタ４２でワーク２４と切削する位置をワーク２４の回転中心側に徐々に近づける。
【００４７】
また、歯車加工装置１０は、直動動作機構４４によりカッタ４２を下降させる際に、回転動作機構４８で、カッタ４２を回転させることで、歯の溝の方向をＺ軸に対して傾けることができる。これにより、はす歯歯車、ねじ歯車等のヘリカルギヤを製造することもできる。また、歯車加工装置１０は、回転動作機構４８で回転させかつワーク台２２でワーク２４を回転させた状態で上記加工を行ってもよい。
【００４８】
次に、図１に戻り、歯車加工管理装置１００について説明する。図１に示すように、歯車加工管理装置１００は、表示部１１１と、入力部１１２と、通信部１１３と、媒体読取部１１４と、制御部１１５と、記憶部１１６とを備える。
【００４９】
表示部１１１は、液晶ディスプレイ（ＬＥＤ）や有機ＥＬディスプレイ（ＯＥＬＤ）等の表示装置を有し、制御部１１５から送信される制御信号に基づいて、文字や図形等の各種情報を表示する。入力部１１２は、キーボード等の入力装置を有し、利用者が入力装置に対して行う操作に対応する信号を制御部１１５へ出力する。通信部１１３は、所定の通信プロトコルに基づいて、他の装置との間での情報の送受信を制御する。通信部１１３は、無線、有線の各種通信方法で他の装置との間で通信を行う。歯車加工管理装置１００は、通信部１１３により歯車加工装置１０と情報の送受信を行ってもよい。媒体読取部１１４は、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、メモリカード等の記憶媒体からプログラムやデータを読み取る。
【００５０】
制御部１１５は、演算手段であるＣＰＵ（Central  Processing  Unit）１５１と、記憶手段であるメモリ１５２とを備え、これらのハードウェア資源を用いてプログラムを実行することによって各種の機能を実現する。具体的には、制御部１１５は、記憶部１１６に記憶されているプログラムを読み出してメモリ１５２に展開し、メモリ１５２に展開されたプログラムに含まれる命令をＣＰＵ１５１に実行させる。そして、制御部１１５は、ＣＰＵ１５１による命令の実行結果に応じて、メモリ１５２および記憶部１１６に対してデータの読み書きを行ったり、通信部１１３等の動作を制御したりする。
【００５１】
記憶部１１６は、磁気記憶装置や半導体記憶装置等の不揮発性を有する記憶装置からなり、各種のプログラムおよびデータを記憶する。記憶部１１６に記憶されるデータには、構成情報１６０と、制御因子情報１６１と、評価量情報１６２と、表示画像データベース１６３と、が含まれる。記憶部１１６に記憶されるプログラムには、歯車加工制御プログラム１７０が含まれる。また、歯車加工制御プログラム１７０には、歯車加工評価プログラム１７１が含まれる。
【００５２】
なお、図１において記憶部１１６が記憶していることとしたプログラムおよびデータの全体または一部は、媒体読取部１１４が読み取り可能な記憶媒体に記憶されていてもよい。また、図１において記憶部１１６が記憶していることとしたプログラムおよびデータの全体または一部は、通信部１１３による通信によって他の装置から取得されてもよい。
【００５３】
構成情報１６０は、歯車加工装置１０の構成、各部の形状、性能等の情報を保持する。具体的には、構成情報１６０は、カッタ４２の種類、大きさ、形状のデータ、ワーク２４の種類、大きさ、形状のデータ、ワークから形成する歯車の種類、大きさ、形状のデータ、直動動作機構４４、回避動作機構４６、回転動作機構４８、ワーク台２２により、移動可能な範囲、移動速度、調整できるパラメータの情報等を保持している。構成情報１６０は、１つの歯車加工装置１０の情報のみを保持していてもよいし、複数の歯車加工装置１０の情報を保持していてもよい。
【００５４】
制御因子情報１６１は、歯車加工装置１０の運転条件の中で、制御可能な情報が含まれている。制御因子としては、上下ストローク速度、周送り速度、リリービング量、ワーク固定オフセット量、切込み量等が含まれる。上下ストローク速度は、直動動作機構４４でカッタ４２を移動させる速度である。つまり矢印Ａの移動速度である。周送り速度は、ワーク台２２によりワーク２４を回転させる速度である。リリービング量は、回避動作機構４６でカッタ４２を移動させる量（距離）である。つまり、矢印Ｂ方向でカッタ４２が移動する量である。ワーク固定オフセット量は、加工開始時においてワーク２４の回転中心とカッタ４２の中心とを結んだ距離のうち、ワーク２４とカッタ４２とが接触した状態のワーク２４の回転中心とカッタ４２の中心との距離よりも離れている分の距離である。切込み量は、加工前のワーク２４の輪郭と、加工時のカッタ４２の輪郭との距離である。つまり加工時にカッタ４２がワーク２４と重なり、ワーク２４から削り取る部分の距離である。
【００５５】
評価量情報１６２は、歯車加工装置１０による加工を評価する指標の情報である。評価量としては、加工時間、クリアランス、干渉量等が含まれる。加工時間は、加工に係る時間である。加工時間は、短いほど評価が高くなる。クリアランスは、直動動作機構４４でカッタ４２を上昇させている時（以下カッタ４２の移動時ともいう。）、つまり、カッタ４２でワーク２４を切削していないときのカッタ４２とワーク２４との距離である。クリアランスは大きいほど評価が高くなる。干渉量は、クリアランスと同じであり、カッタ４２の移動時のカッタ４２とワーク２４との距離である。干渉量は、クリアランスとは逆に０に近いほど評価が高くなる。また、評価量としては、カッタ４２の移動時の干渉の有無も用いることができる。
【００５６】
表示画像データベース１６３は、歯車加工評価プログラム１７１で評価した結果に基づいて作成する画面に用いる画像のテンプレートを含む。テンプレートとしては、グラフのデータや、評価結果に基づいて動作を作成するためのデータ等が含まれる。
【００５７】
歯車加工制御プログラム１７０は、歯車の加工を制御するための機能を提供する。歯車加工制御プログラム１７０は、歯車加工評価プログラム１７１と、条件調整部１７２と、条件選定部１７４と、運転制御部１７６と、を有する。なお、歯車加工制御プログラム１７０は、歯車加工評価プログラム１７１と、条件調整部１７２と、条件選定部１７４と、運転制御部１７６と、を別々のプログラムとしてもよいし、１つのプログラムとしてもよい。
【００５８】
歯車加工評価プログラム１７１は、歯車加工装置１０による加工を評価するための機能を提供する。歯車加工評価プログラム１７１は、モデル作成部１７１ａと、パラメータ同定部１７１ｂと、評価部１７１ｃと、画面生成部１７１ｄと、を含む。歯車加工評価プログラム１７１は、ＭＢＤ（Multi-Body-Dynamics、多体動力学、機構解析）を用い、歯車加工装置１０を動的に解析して、評価する。これにより、歯車加工評価プログラム１７１は、回避動作機構４６でカッタ４２をワーク２４から離す位置に移動させている状態でのカッタ４２とワーク２４との関係、つまり、リリービング干渉計算時に動力学を考慮した評価を行うことができ、実運転実施前に、工具の振動等を予測した状態で、カッタ４２の挙動を評価することができる。
【００５９】
モデル作成部１７１ａは、歯車加工装置１０を解析するための解析モデルを作成する機能を提供する。解析モデルは、ＭＢＤの解析に用いるモデルであり、動力学を考慮したモデルである。モデル作成部１７１ａは、歯車加工装置１０を複数の要素に分割する。次に、モデル作成部１７１ａは、分割した要素間の関係で、接触している要素の間は、機械系運動方程式で接続する。具体的には、要素と要素との間にばねます系の境界条件を与え、装置全体の境界条件(部品の変形、ガタ、油膜などの反力要素)を模擬した解析モデルを構築する。
【００６０】
図５は、解析モデルの一例を示す模式図である。モデル作成部１７１ａは、例えば、図５に示す解析モデル２１０を作成する。解析モデル２１０は、カッタ（工具）４２とワーク（加工対象物）２４とが要素と要素間を繋げる機械系運動方程式とを介して繋がっているモデルである。解析モデル２１０は、設置面要素２１１と、ベッド要素２１２と、コラム要素２１４と、ワーク台要素２２２と、ワーク要素２２４と、サドル要素２４０と、カッタヘッドボディ要素２４１と、工具要素２４２と、附属品要素２７０と、ばね要素２８０、２８２、２８４、２８６、２８８、２９０、２９２、２９４と、を含む。解析モデル２１０は、歯車加工装置１０をベッド要素２１２と、コラム要素２１４と、ワーク台要素２２２と、ワーク要素２２４と、サドル要素２４０と、カッタヘッドボディ要素２４１と、工具要素２４２と、附属品要素２７０と、に分割し、それぞれの要素をばね要素２８０、２８２、２８４、２８６、２８８、２９０、２９２、２９４とで接続している。ばね要素２８０、２８２、２８４、２８６、２８８、２９０、２９２、２９４は、２つの要素の間の境界条件であり、機械系運動方程式が割り当てられる。また、解析モデルでは、ばね要素としたが、弾性だけではなく減衰（ダンパ）も含むようにしてもよい。解析モデル２１０の附属品要素２７０は、カッタヘッドボディ４１に接続されている部材であり、本実施形態では回転動作機構４８のモータ７０を含む。また、解析モデル２１０は、ベッド１２が設置される設置面の要素も設置面要素２１１としてモデルに含む。
【００６１】
解析モデル２１０は、設置面要素２１１とベッド要素２１２とがばね要素２８０で接続され、ベッド要素２１２とコラム要素２１４とがばね要素２８２で接続され、コラム要素２１４とサドル要素２４０とがばね要素２８４で接続され、サドル要素２４０とカッタヘッドボディ要素２４１とがばね要素２８６で接続され、カッタヘッドボディ要素２４１と附属品要素２７０とがばね要素２８８で接続され、カッタヘッドボディ要素２４１と、工具要素２４２とがばね要素２９０で接続され、ベッド要素２１２とワーク台要素２２２とがばね要素２９２で接続され、ワーク台要素２２２とワーク要素２２４とがばね要素２９４で接続されている。したがって、解析モデル２１０は、ワーク要素２２４と工具要素２４２とが、ばね要素２９２、ワーク台要素２２２、ばね要素２９２、ベッド要素２１２、ばね要素２８２、コラム要素２１４、ばね要素２８４、サドル要素２４０、ばね要素２８６、カッタヘッドボディ要素２４１、ばね要素２９０を介して繋がっている。モデル作成部１７１ａは、構成情報１６０に記憶された情報や媒体読取部１１４で読み取った情報、入力部１１２から入力された指示に基づいて、図５に示すような解析モデル２１０を作成する。モデル作成部１７１ａは、例えば図面データ等や材料の情報等に基づいてモデルを作成する。
【００６２】
パラメータ同定部１７１ｂは、モデル作成部１７１ａで作成した解析モデルのパラメータを同定する。具体的には、各要素間の運動方程式（境界条件）の係数を同定する機能を提供する。パラメータ同定部１７１ｂは、解析モデル２１０を所定の運転条件で運転した条件で解析を行い、解析した結果と、所定の運転条件で運転した実際の結果とを比較し、解析した結果と運転した実際の結果とが一致するように、パラメータを調整した繰り返し計算を行うことで、パラメータを同定する。パラメータ同定部１７１ｂは、解析により、要素間の相対位置や加速度、各要素の振動周波数、動剛性の少なくとも１つを算出し、算出した結果を実際の結果と比較する。
【００６３】
評価部１７１ｃは、パラメータ同定部１７１ｂでパラメータを同定した解析モデル２１０に対して運転条件、具体的には上述した制御因子を含む設定可能な各部の動作条件、加工条件を設定し、ＭＢＤ（Multi-Body-Dynamics、多体動力学、機構解析）による解析を実行し、各要素の挙動、特にワーク要素２２４と工具要素２４２の挙動を算出する機能を提供する。評価部１７１ｃは、解析した結果を評価量情報１６２に設定されている評価量に基づいて評価する。
【００６４】
画面生成部１７１ｄは、評価部１７１ｃで評価した結果と表示画像データベース１６３のデータに基づいて、カッタ（工具）とワーク（加工対象物）との関係の動的変化を示す画面を生成する。画面生成部１７１ｄは、生成した画面を表示部１１１に送る。画面生成部１７１ｄは、生成した画面を表示部１１１以外に送って、他の表示装置に表示させるようにしてもよい。例えば、画面生成部１７１ｄは、生成した画面を通信部１１３に送って他の機器の表示装置に表示させてもよい。
【００６５】
条件調整部１７２は、上述した運転条件を調整する機能を提供する。例えば、条件調整部１７２は、制御因子を設定された範囲で変更し、変更した運転条件を評価部１７１ｃに入力し、変更した運転条件における評価量を算出させる。条件調整部１７２は、各種運転条件を調整し、評価部１７１ｃによる評価を実行させる処理を繰り返し行い、複数の運転条件についての評価を実行する。
【００６６】
条件選定部１７４は、条件調整部１７２で実行された各種運転条件の評価結果に基づいて、歯車加工装置１０で実行させる運転条件を選定する機能を提供する。条件選定部１７４は、評価量の最も高い運転条件や、設定された条件を満たす運転条件を、歯車加工装置１０で実行させる運転条件を選定する。選定する基準は、評価量情報１６２に記憶させたり、入力部１１２により入力すればよい。
【００６７】
運転制御部１７６は、設定された運転条件に基づいて、歯車加工装置１０による加工動作を制御する。運転制御部１７６は、歯車加工装置１０に運転条件のみを送って、運転を制御してもよいし、歯車加工装置１０の各部に各種制御信号を出力し、運転を制御してもよい。
【００６８】
次に、図６を参照しながら、歯車加工管理装置１００が実行する歯車加工評価処理の処理手順の一例について説明する。図６は、歯車加工管理装置の処理動作を説明するためのフローチャートである。図６に示す処理手順は、制御部１１５が歯車加工評価プログラム１７１を実行することによって実現される。
【００６９】
制御部１１５は、解析モデルを作成する（ステップＳ１２）。解析モデルは、上述したように、図面情報（ＣＡＤデータ等）に基づいて、要素を抽出し、図面データ等と材料の情報等に基づいて、各要素の重心や慣性モーメントを算出する。また、図面データ等と材料の情報等に基づいて要素間を繋げる要素、つまり運動方程式のパラメータを算出する。具体的には、形状、材料、要素間の境界条件の情報を用い材料力学やトライボロジーに基づいて計算したり、ＦＥＭ（Finite  Element  Method、有限要素法）を用いた解析から剛性を求めたりして、パラメータを設定する。また、制御部１１５は、実測データを用いて算出した結果を用いてパラメータを設定してもよい。
【００７０】
制御部１１５は、解析モデルを作成したら、作成した解析モデルのパラメータを同定する（ステップＳ１４）。具体的には、実測したデータと、実測データと同じ運転条件で解析した結果とを比較して、両者が一致するようにパラメータを調整する。
【００７１】
制御部１１５は、パラメータを同定したら、解析したい運転条件を設定し（ステップＳ１６）、運転条件に基づいて振動解析を実行する（ステップＳ１８）。なお、本実施形態では、振動解析としたが動的解析であればよい。制御部１１５は、解析を行うことで、対象の運転条件における歯車加工装置１０の動的挙動を解析する。制御部１１５は、解析を実行したら、解析結果を評価し（ステップＳ２０）、評価結果を出力する（ステップＳ２２）。制御部１１５は、解析結果をそのまま評価結果として出力してもよいし、加工した結果を評価結果として出力してもよい。制御部１１５は、評価結果を出力したら、出力した評価結果を表示部１１１に表示させる（ステップＳ２４）。制御部１１５は、評価結果に基づいた画像を作成し、作成した画像を含む画面を表示部１１１に表示させる。
【００７２】
制御部１１５は、歯車加工装置１０の動的解析を実行することで、リリービング時のカッタとワークとの相対位置の動的変化（Ｚ軸方向の位置による変化）を解析し、評価することができる。
【００７３】
図７は、解析結果の一例を示すグラフである。図８は、解析結果の一例を説明するための説明図である。図７は、解析結果のリリービング時におけるカッタ上下位置と、最小クリアランスとの関係を示すグラフである。図８は、解析結果のリリービング時におけるワークの輪郭とカッタの輪郭との関係の遷移を示している。制御部１１５は、上述したような動的解析を行うことで、図７に示すように、カッタの上下位置によって、つまり、カッタの移動時における位置によって、最小クリアランス、つまりカッタとワークとの距離が最も小さい位置が変化することを考慮した解析を行うことができる。また、制御部１１５は、上述したような動的解析を行うことで、図８に示すように、位置に応じて、ワークの輪郭３０２とカッタの輪郭３０４との位置関係が変化することを考慮した解析を行うことができる。ここで、図８は、ステップＳ１０２、ステップＳ１０４、ステップＳ１０６、ステップＳ１０８、ステップＳ１１０までがカッタでワークを切削している間のワークの輪郭３０２とカッタの輪郭３０４との位置関係を示しており、ステップＳ１１２、ステップＳ１１４、ステップＳ１１６、ステップＳ１１８は、リリービングしている間のワークの輪郭３０２とカッタの輪郭３０４との位置関係を示している。
【００７４】
制御部１１５は、動的解析を行い、カッタとワークとの相対位置が変化する状態も含めて解析できることで、評価結果として動的変化を画面に出力することができる。具体的には、図７に示すようなカッタとワークとの距離の最小値と工具の位置との関係を示すグラフの画像を含む画面を表示部１１１に表示させることができる。最小クリアランスの動的変化を示すことで、カッタとワークの相対位置をよりわかりやすく表示させることができる。
【００７５】
制御部１１５は、動的解析を行い、カッタとワークとの相対位置が変化する状態も含めて解析できることで、図８に示すようにステップＳ１０２からステップＳ１１８の画像を順次表示する動画、つまり、カッタとワークとの相対位置が時間変化する動画を含む画面を表示部１１１に表示させることもできる。より具体的には、ｘｙ平面（直動移動機構によってカッタが移動される方向に直交する面）におけるワークの輪郭とカッタの輪郭との画像を、直動移動機構によるカッタの移動に即した順序で切り換えることで生成される動画として表示させてもよい。
【００７６】
また、制御部１１５は、カッタとワークとの相対位置を示す２次元画像と、２次元画像が表示している関係となるワークに対するカッタの位置を示す３次元画像と、を含む画像を表示させてもよい。カッタとワークとの相対位置を示す２次元画像とは、ｘｙ平面（直動移動機構によってカッタが移動される方向に直交する面）におけるワークの輪郭とカッタの輪郭との画像である。動画で表示させることで、カッタとワークの相対位置をよりわかりやすく表示させることができる。
【００７７】
図９Ａは、評価結果を出力した画面の一例を示す説明図である。図９Ｂは、評価結果を出力した画面の一例を示す説明図である。図１０Ａは、評価結果を出力した画面の一例を示す説明図である。図１０Ｂは、評価結果を出力した画面の一例を示す説明図である。図１１Ａは、評価結果を出力した画面の一例を示す説明図である。図１１Ｂは、評価結果を出力した画面の一例を示す説明図である。図９Ａ、図１０Ａ、図１１Ａは、図７と同様に解析結果のリリービング時におけるカッタ上下位置と、最小クリアランスとの関係を示すグラフである。図９Ａ、図１０Ａ、図１１Ａは、カッタ上下位置おいて、現在表示させている画像の位置を示している。図９Ｂ、図１０Ｂ、図１１Ｂは、それぞれ図９Ａ、図１０Ａ、図１１Ａに対応する位置（時点）で表示させる画面の一例を示している。
【００７８】
図９Ｂに示す画面３３０ａは、図９Ａに示す位置Ｐ１におけるカッタとワークとの相対位置を示している。画面３３０ａは、ワークの形状を３次元で表示させ、カッタの位置を太線３４０ａで示した画像３３２ａと、そのカッタの位置におけるワークの輪郭３５０ａとカッタの輪郭３５２ａとを示した画像３３４ａを表示させている。画面３３０ａは、ワークのＸＹ平面における輪郭線（表示させているカッタが移動することで加工された後の輪郭線）をＺ軸の各位置において表示させることでワークの形状を３次元で表示させている。また、画像３３２ａと画像３３４ａには、最小クリアランスの位置（カッタとワークの距離が最小となる位置）に丸３４２ａ、３５６ａが表示されている。なお、本実施形態では、丸としたが表示させる印は何でもよく、四角でもバツでもよい。丸を表示させることで、最小クリアランスの位置を簡単に把握することができる。
【００７９】
図１０Ｂに示す画面３３０ｂは、図１０Ａに示す位置Ｐ２におけるカッタとワークとの相対位置を示している。画面３３０ｂは、ワークの形状を３次元で表示させ、カッタの位置を太線３４０ｂで示した画像３３２ｂと、そのカッタの位置におけるワークの輪郭３５０ｂとカッタの輪郭３５２ｂとを示した画像３３４ｂを表示させている。また、画像３３２ｂと画像３３４ｂには、最小クリアランスの位置に丸３４２ｂ、３５６ｂが表示されている。
【００８０】
図１１Ｂに示す画面３３０ｃは、図１１Ａに示す位置Ｐ３におけるカッタとワークとの相対位置を示している。画面３３０ｃは、ワークの形状を３次元で表示させ、カッタの位置を太線３４０ｃで示した画像３３２ｃと、そのカッタの位置におけるワークの輪郭３５０ｃとカッタの輪郭３５２ｃとを示した画像３３４ｃを表示させている。また、画像３３２ｃと画像３３４ｃには、最小クリアランスの位置（カッタとワークの距離が最小となる位置）に丸３４２ｃ、３５６ｃが表示されている。
【００８１】
カッタとワークとの相対位置を示す２次元画像と、２次元画像が表示している関係となるワークに対するカッタの位置を示す３次元画像と、を含む画像を表示させることで、カッタとワークの相対位置をよりわかりやすく表示させることができる。
【００８２】
ここで、制御部１１５は、表示部１１１に図９Ａと図９Ｂの両方、図１０Ｂと図１０Ｂ、図１１Ａと図１１Ｂの両方を表示させてもよい。この場合、図９Ａ、図１０Ａ、図１１Ａに示す画像には、表示させている位置を示すバー３１７ａ、３１７ｂ、３１７ｃと、その位置における最小クリアランスの位置を示す印３１８ａ、３１８ｂ、３１８ｃを表示させることが好ましい。なお、図９Ａ、図１０Ａ、図１１Ａは、最小クリアランスを表示するグラフであるので、最小クリアランスの位置を示す印３１８ａ、３１８ｂ、３１８ｃは、グラフの線とバー３１７ａ、３１７ｂ、３１７ｃとの交点となる。また、制御部１１５は、表示部１１１に画像３３２ａ、３３２ｂ、３３２ｃのみを表示させてもよい。制御部１１５は、表示部１１１に画像３３２ａ、３３２ｂ、３３２ｃと図９Ａ、図１０Ａ、図１１Ａに示す画像とを表示させてもよい。また、制御部１１５は、表示部１１１に表示させる画面を図９Ｂ、図１０Ｂ、図１１Ｂの順で切り換え、動画として表示させてもよい。なお、この場合、図９Ｂ、図１０Ｂ、図１１Ｂとの間のそれぞれの位置の間に対応する画面を表示させることで、なめらかな動画として表示させることができる。
【００８３】
歯車加工管理装置１００は、歯車加工装置１０から動的解析が可能な解析モデルを作成し、解析モデルに基づいて動的解析を行うことで、カッタの振動等の動的要素を考慮した解析を行うことができる。歯車加工管理装置１００は、カッタの振動等の動的要素を考慮した解析結果に基づいて、カッタとワークとの動的変化を示す画面を生成し、表示部１１１に表示させることで、カッタとワークとの相対位置をわかりやすく示すことができる。カッタとワークとの動的変化を示す画面としては、上述した各種画面がある。歯車加工管理装置１００は、カッタとワークとの相対位置の動的変化をわかりやすく示すことで、歯車加工装置１０による加工をより高い精度で評価することができる。
【００８４】
また、歯車加工管理装置１００は、歯車加工装置１０から動的解析が可能な解析モデルを作成し、解析モデルに基づいて動的解析を行うことで、カッタの振動等の動的要素を考慮することができ、カッタとワークの挙動をより高い精度、つまり実際の挙動に近い結果で算出することができる。これにより、歯車加工管理装置１００は、回避動作機構４６によるカッタのリリービング動作時に生じるカッタの振動を評価することができ、リリービング動作時のカッタとワークとの相対位置をより高い精度で算出することができる。特に本実施形態の歯車加工装置１０のようにカッタ４２が設置されているカッタヘッドボディに附属品要素２７０、具体的には、カッタヘッドボディのヘッド旋回軸５０周りの重量バランスを不均一にする要素があり、予期せぬ振動等が発生する場合であっても、カッタとワークとの相対位置をより高い精度で算出することができる。以上より、歯車加工管理装置１００は、歯車加工装置１０による加工をより高い精度、つまりより正確に評価することができる。
【００８５】
上記実施形態では、最小クリアランスの位置に印を表示させたが、印を表示させる位置はこれに限定されない。制御部１１５は、閾値を設定しておき、カッタとワークとの距離が閾値以下となる位置に印を表示させるようにしてもよい。
【００８６】
図１２は、評価結果を出力した画面の一例を示す説明図である。図１２に示す画面は、ワークの輪郭３７０とカッタの輪郭３７２と、ワークとカッタとの距離が閾値以下となる３つの点にそれぞれ印３７４、３７６、３７８を表示している。印３７４、３７６、３７８は、閾値以下となる領域の中で最小クリアランスとなる位置に表示させている。印は、閾値以下となる領域の全域を囲むように表示させてもよい。このように、カッタとワークとの距離が閾値以下となる部分を表示することで、カッタとワークの相対位置をわかりやすく表示することができ、最小クリアランス以外に検討が必要な部分を認識しやすくすることができる。
【００８７】
また、カッタとワークとの距離の範囲と表示方法との関係を設定し、カッタとワークとの距離に応じて、カッタの輪郭の表示方法を異なる表示としてもよい。
【００８８】
図１３は、評価結果を出力した画面の一例を示す説明図である。図１３に示す画面は、ワークの輪郭３７０とカッタの輪郭３７２ａとを２次元表示させている画像である。図１３に示す画面は、距離の範囲として、Ｃａ未満、Ｃａ以上Ｃｂ未満（なおＣａ＜Ｃｂ）、Ｃｂ以上の３段階で範囲が設定され、それぞれの表示方法が設定されている。図１３に示す画面が、上記設定に基づいて、カッタとワークとの距離がＣａ未満の部分に線３９０が表示され、カッタとワークとの距離がＣａ以上Ｃｂ未満の部分に線３９２が表示され、カッタとワークとの距離がＣｂ以上の部分に線３９４が表示されている。このように、カッタとワークとの距離に応じて表示を切り換えることでも、カッタとワークの相対位置をわかりやすく表示することができる。
【００８９】
また、上記実施形態は、ワークに形成する歯をＺ軸と並行な歯としたがこれに限定されない。ワークに形成する歯がＺ軸に対して傾斜したヘリカルギヤとする場合も同様である。図１４から図１６は、それぞれ評価結果を出力した画面の一例を示す説明図である。ここで、図１４に示す画像３６０は、ワークのＸＹ平面における輪郭線３６２をＺ軸の各位置において表示させることでワークの形状を３次元で表示させている。図１５は、カッタの中心とワークの中心とのＹＺ平面上での相対位置の軌跡を示し、図１６は、カッタの中心とワークの中心とのＸＺ平面上での相対位置の軌跡を示している。図１４から図１６に示すようにカッタとワークを移動させる場合も、上記と同様にカッタとワークとの関係の動的変化を示す画面を表示させることで、カッタとワークとの関係をわかりやすく表示させることができ、歯車加工装置１０による加工をより高い精度評価することができる。
【００９０】
次に、図１７を参照しながら、歯車加工管理装置１００が実行する歯車加工制御処理の処理手順について説明する。図１７は、歯車加工管理装置の処理動作を説明するためのフローチャートである。図１７に示す処理手順は、制御部１１５が歯車加工制御プログラム１７０を実行することによって実現される。
【００９１】
制御部１１５は、解析モデルを作成する（ステップＳ１２）。解析モデルは、上述したように、ＣＡＤデータに基づいて、要素を抽出し、ＣＡＤデータ等と材料の情報等に基づいて、各要素の重心や慣性モーメントを算出する。また、ＣＡＤデータ等と材料の情報等に基づいて要素間を繋げる要素、つまり運動方程式のパラメータを算出する。具体的には、形状、材料の情報を用い材料力学に基づいて計算したり、ＦＥＭ（Finite  Element  Method、有限要素法）を用いた解析から剛性を求めたりして、パラメータを設定する。また、制御部１１５は、実測データを用いて算出した結果を用いてパラメータを設定してもよい。
【００９２】
制御部１１５は、解析モデルを作成したら、作成した解析モデルのパラメータを同定する（ステップＳ１４）。具体的には、実測したデータと、実測データと同じ運転条件で解析した結果とを比較して、両者が一致するようにパラメータを調整する。
【００９３】
制御部１１５は、パラメータを同定したら、解析したい運転条件を設定し（ステップＳ１６）、運転条件に基づいて振動解析を実行する（ステップＳ１８）。なお、本実施形態では、振動解析としたが動的解析であればよい。制御部１１５は、解析を行うことで、対象の運転条件における歯車加工装置１０の動的挙動を解析する。制御部１１５は、解析を実行したら、解析結果を評価する（ステップＳ２０）。
【００９４】
制御部１１５は、解析結果を評価したら、干渉があるか、つまりリリービング時にカッタがワークに接触しているかを判定する（ステップＳ３０）。制御部１１５は、干渉がある（ステップＳ３０でＹｅｓ）つまりリリービング時にカッタがワークに接触していると判定した場合、ステップＳ３６に進む。制御部１１５は、干渉がない（ステップＳ３０でＮｏ）つまりリリービング時にカッタがワークに接触していないと判定した場合、評価量が改善しているかを判定する（ステップＳ３２）。評価量が改善しているかは、評価量情報１６２に設定されている基準に基づいて判定する。例えば、加工時間が短くなっている場合、評価量を高いと判定するような基準を用いる。
【００９５】
制御部１１５は、評価量が改善していない（ステップＳ３２でＮｏ）と判定した場合、ステップＳ３６に進む。制御部１１５は、評価量が改善している（ステップＳ３２でＹｅｓ）と判定した場合、解析した運転条件を選定した運転条件に設定し（ステップＳ３４）、ステップＳ３６に進む。
【００９６】
制御部１１５は、ステップＳ３０でＹｅｓと判定した場合、ステップＳ３２でＮｏと判定した場合、ステップＳ３４の処理を実行した場合、解析終了かを判定する（ステップＳ３６）。制御部１１５は、収束条件を満した場合や、解析対象の運転条件を全て解析した場合、解析終了と判定する。制御部１１５は、解析終了ではない（ステップＳ３６でＮｏ）と判定した場合、ステップＳ１６に戻り、解析していない運転条件を設定し、ステップＳ１８からステップＳ３６の処理を行う。ここで、制御部１１５は、制御因子の運転条件を変更する。例えば、制御部１１５は、リリービング量を少なくした運転条件とする。また、制御部１１５は、干渉があると判定した場合リリービング量を大きくした運転条件とする。
【００９７】
制御部１１５は、解析終了（ステップＳ３６でＹｅｓ）と判定した場合、選定した運転条件の評価結果（カッタとワークとの関係の動的変化を示す画面）を表示部１１１に表示し（ステップＳ３７）、選定した運転条件に基づいて歯車加工装置１０を検証運転する（ステップＳ３８）。つまり実際に加工を行う。なお、制御部１１５は、運転条件の評価結果を表示部１１１に表示した後、次の工程に進むかユーザに判断させるようにしてもよい。制御部１１５は、検証運転した結果、干渉があるかを判定する（ステップＳ４０）。つまりワークとカッタが接触したかを判定する。
【００９８】
制御部１１５は、干渉あり（ステップＳ４０でＹｅｓ）と判定した場合、ステップＳ１６に戻り、運転条件の選定処理を再度実行する。制御部１１５は、干渉なし（ステップＳ４０でＮｏ）と判定した場合、選定した運転条件に基づいて歯車加工装置１０を稼働させる（ステップＳ４２）。つまり、設定した運転条件で歯車の製造を開始する。
【００９９】
歯車加工管理装置１００は、運転条件を変更して動的解析を繰り返し、運転条件を選定することで、より適切な運転条件を選定する場合も選定した運転条件に基づいた評価結果をカッタとワークとの関係の動的変化を示す画面として表示させることで、カッタとワークとの関係をわかりやすく表示させることができる。
【０１００】
歯車加工管理装置１００は、運転条件を変更して動的解析を繰り返し、運転条件を選定することで、より適切な運転条件を選定することができる。具体的には、工具の動的振動を考慮できることで、リリービング時のカッタとワークの干渉を回避しつつ、加工時間を短くすることができる。これにより、製造した歯車の歩留まりを高くしつつ、カッタの消耗を抑制でき、かつ、生産効率も向上させることができる。
【０１０１】
制御部１１５は、運転条件としては、上述した制御因子を全て調整してもよいが、リリービング量、上下ストローク速度のみを調整するようにしてもよい。リリービング量、上下ストローク速度を調整することで動的な挙動をより的確に調整することができる。また、リリービング量を適切な量とすることで、カッタの回避に係る時間を少なくしつつ、カッタとワークが干渉することを抑制することができる。つまり、解析の精度が高くなることで、解析と実際の運転のずれが小さくなるため、解析結果の最小クリアランスが小さい運転条件を採用することができる。これにより、加工時間をより短くすることができる。
【０１０２】
また、歯車加工管理装置１００は、カッタに加工されるワークとワークを加工するカッタの歯に加え、当該部分に隣接する部分も解析し、評価することが好ましい。つまり、ワークの複数の歯とそれに対応するカッタの部分を解析し、評価結果を表示する画面に含めることが好ましい。これにより、ワークとカッタとが接触する可能性をより低減することができる。
【０１０３】
図１８は、歯車加工装置の動作を説明するための説明図である。上記実施形態では、ワークに外歯を形成する場合としたが、歯車加工装置は、内歯を歯切り可能となっている。歯車加工管理装置１００は、歯車加工装置１０が図１８に示すように、内歯が形成されたワーク４２４をカッタ４４２で加工する場合も同様に解析を行うことができる。また、ワーク４２４から内歯歯車を加工する場合、カッタ４４２に矢印４７０に示すような振動が生じると、加工を行っている歯４５０に隣接する歯４５２が、ワーク４２４に接触する場合がある。歯車加工管理装置１００は、上述したように、カッタに加工されるワークとワークを加工するカッタの歯に加え、当該部分に隣接する部分も解析することで、高い精度でワークとカッタとの接触を予測することができ、加工時に接触が生じることをより確実に抑制することができる。
【０１０４】
また、ワークとカッタの関係の解析の精度が高くなるため、本実施形態のように解析モデルをカッタとワークとが、要素と要素間を繋げる機械系運動方程式を介して繋がっているモデルであることが好ましいが、これに限定されない。解析モデルを要素と要素間を繋げる機械系運動方程式を介して繋がっているモデルとし、動的解析を行うことで、振動等を評価できるため、静的解析を行う場合よりもワークとカッタの関係の解析の精度を高くすることができる。
【０１０５】
また、上記実施形態では、リリービング時のカッタとワークとの位置関係に基づいて評価を行い、評価結果をカッタとワークとの関係の動的変化を示す画面として表示させたがこれに限定されない。歯車加工管理装置１００は、リリービング時以外、例えば、カッタによりワークを加工する加工時の挙動を評価し、評価結果をカッタとワークとの関係の動的変化を示す画面として表示させてもよい。カッタによりワークを加工する加工時でも動的解析を行うことで、より高い精度でカッタとワークとの関係を評価することができる。また、上記実施形態では、歯車加工装置をギヤシェーパとして説明したが、他の歯車加工装置も同様に評価することができ、評価結果を工具と加工対象物との関係の動的変化を示す画面として表示させ、運転条件を選定し、動作を制御することができる。
【符号の説明】
【０１０６】
１０  歯車加工装置
１２  ベッド
１４  コラム
１６  カッタヘッド
１８  Ｘ軸移動機構
２０  Ｚ軸移動機構
２２  ワーク台
２４  ワーク
３０、３２  矢印
３８  サドル
４０  カッタヘッド
４１  カッタヘッドボディ
４２  カッタ（工具）
４４  直動動作機構
４６  回避動作機構
４８  回転動作機構
５０  ヘッド旋回軸
５２  主軸
６０、７０  モータ
７８  駆動ギヤ
７９  従動ギヤ
１００  歯車加工管理装置
１１１  表示部
１１２  入力部
１１３  通信部
１１４  媒体読取部
１１５  制御部
１１６  記憶部
１５１  ＣＰＵ
１５２  メモリ
１６０  構成情報
１６１  制御因子情報
１６２  評価量情報
１６３  表示画像データベース
１７０  歯車加工制御プログラム
１７１  歯車加工評価プログラム
１７１ａ  モデル作成部  
１７１ｂ  パラメータ同定部
１７１ｃ  評価部
１７１ｄ  画面生成部
１７２  条件調整部
１７４  条件選定部
１７６  運転制御部
２１０  解析モデル
２１１  設置面要素
２１２  ベッド要素
２１４  コラム要素
２２２  ワーク台要素
２２４  ワーク要素
２４０  サドル要素
２４１  カッタヘッドボディ要素
２４２  工具要素
２７０  附属品要素
２８０、２８２、２８４、２８６、２８８、２９０、２９２、２９４  ばね要素
３０２、３０４  輪郭
４４２  カッタ
４２４  ワーク
４５０、４５２  歯
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ  矢印
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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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１７】
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【図１８】
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