(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
螺旋条が刻設された研削工具を取着した工具軸と、ワークを取着したワーク軸とを同期して回転駆動させ、前記研削工具で前記ワークを研削する際に、前記工具軸の回転基準位置と、前記ワークの歯部を検出するワークセンサの検出位置との位相差である初期教示位相を求めて、前記研削工具と前記ワークとを自動的に噛合させるための歯車研削機の自動噛合方法であって、
前記ワーク軸を、前記ワークを研削する際の第１回転速度よりも低速な第２回転速度で回転させ、前記ワーク軸の回転基準位置と、前記ワークの歯部を検出するワークセンサの検出位置との位相差を検出する第１の工程と、
前記ワーク軸を、前記工具軸に同期しかつ前記第１回転速度で回転させ、前記ワーク軸の回転基準位置と、前記工具軸の回転基準位置との位相差を検出する第２の工程と、
前記第１および第２の工程で検出された各位相差から、前記工具と前記ワークとの初期教示位相を算出する第３の工程と、
を有することを特徴とする歯車研削機の自動噛合方法。
【請求項２】
請求項１記載の自動噛合方法において、
前記第１の工程における前記位相差は、前記ワーク軸の回転にともなってパルスを発生するワーク軸用エンコーダのパルス数に基づいて、前記ワーク軸の回転基準位置から前記ワークセンサの検出位置までの間において、前記ワーク軸用エンコーダから発せられるパルス数でカウントして検出し、
前記第２の工程における前記位相差は、前記ワーク軸用エンコーダのパルス数に基づいて、前記ワーク軸の回転基準位置から前記工具軸の回転基準位置までの間において、前記ワーク軸用エンコーダから発せられるパルス数でカウントして検出し、
前記第３の工程における前記初期教示位置は、前記第１の工程で検出された位相差から、前記第２の工程で検出された位相差を引き算することにより算出することを特徴とする歯車研削機の自動噛合方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の自動噛合方法において、加工されるワークを前記ワーク軸に取着し、前記第１および第２の工程を行うことにより前記各位相差を検出する第４の工程と、
前記第４の工程で検出された各位相差から、前記工具と加工される前記ワークとの位相差を算出する第５の工程と、
前記第５の工程で算出された前記位相差が、前記第３の工程で算出された前記初期教示位相と一致するように、前記ワーク軸および／または前記工具軸の位相を補正する第６の工程と、
を有することを特徴とする歯車研削機の自動噛合方法。
【請求項４】
螺旋条が刻設された研削工具を取着した工具軸と、ワークを取着したワーク軸とを同期して回転駆動させ、前記研削工具で前記ワークを研削する際に、前記工具軸の回転基準位置と、前記ワークの歯部を検出するワークセンサの検出位置との位相差である初期教示位相を求めて、前記研削工具と前記ワークとを自動的に噛合させるための歯車研削機の自動噛合装置であって、
前記自動噛合装置は、前記工具軸を、前記ワークを研削する際の第１回転速度で回転させるとともに、前記ワークを研削する際の第１回転速度よりも低速な第２回転速度で前記ワーク軸を回転させる際、前記ワーク軸の回転基準位置と、前記ワークの歯部を検出するワークセンサの検出位置との位相差を検出する第１検出器と、
前記工具軸に同期し且つ前記第１回転速度で前記ワーク軸を回転させる際、前記ワーク軸の回転基準位置と、前記工具軸の回転基準位置との位相差を検出する第２検出器と、
前記第１および第２検出器で検出された各位相差から、前記工具と前記ワークとの初期教示位相を算出する演算回路と、
を備えることを特徴とする歯車研削機の自動噛合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、螺旋条が刻設された研削工具を取着した工具軸と、ワークを取着したワーク軸とを同期して回転駆動させ、前記研削工具で前記ワークを研削する際に、該研削工具と該ワークとを自動的に噛合させるための歯車研削機の自動噛合方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、歯車研削機は、螺旋条が刻設された研削工具を取着した工具軸と、ワークを取着したワーク軸とを同期して回転駆動させることにより、前記研削工具で前記ワークである歯車の歯面を研削するように構成されている。この場合、高精度な研削処理を行うために、研削工具とワークとの位相を正確に一致させる必要がある。
【０００３】
そこで、本出願人は、研削工具をワークである歯車に自動的かつ正確に噛合させることを可能にした歯車研削機における自動噛合装置を提案している（特公昭６２−３８０８９号公報）。
【０００４】
この自動噛合装置では、図７に示すように、ベッド２上に切り込みテーブル４が切り込みモータ６を介して矢印Ａ方向（切り込み方向）に進退可能に配設されている。切り込みテーブル４上には、トラバーステーブル８がトラバースモータ１０を介して矢印Ａ方向に直交する矢印Ｂ方向（トラバース方向）に進退可能に配置され、前記トラバーステーブル８上にワークＷおよびワークセンサ１２が配設される。ワークＷは、モータ１４に電磁クラッチ１６を介して接続されるとともに、ワークセンサ１２は、前記ワークＷが回転する際にその歯数を光学的に検出して所定のパルスを発生させる。
【０００５】
ベッド２上には、コラム１８を介して旋回テーブル２０が保持され、この旋回テーブル２０は、図示しないモータにより矢印Ｃ方向に旋回するとともに、前記旋回テーブル２０上にシフトテーブル２２が設けられる。このシフトテーブル２２は、シフト用モータ２４を介して矢印Ｄ方向に移動するとともに、前記シフトテーブル２２には砥石スピンドルユニット２６が装着される。砥石スピンドルユニット２６はモータ２８を備えており、このモータ２８を介して砥石３０が回転駆動される。
【０００６】
砥石スピンドルユニット２６は、砥石３０の回転を検出するための第１パルス発生器３２を備える一方、トラバーステーブル８には、モータ１４の回転を検出するための第２パルス発生器３４が取り付けられている。
【０００７】
このような構成において、まず、電磁クラッチ１６を解除した状態で、切り込みモータ６が付勢されて切り込みテーブル４が前進する。その際、モータ２８が滅勢されており、手動により砥石３０とワークＷとが噛合されて位相合わせが行われる。
【０００８】
次いで、モータ２８が低速で回転されるとともに、これに同期してモータ１４が回転駆動されることにより、砥石３０とワークＷとが同期回転する。この状態で、図８に示すように、第１パルス発生器３２の零点（０点）を起点として、この第１パルス発生器３２のＡ相のパルス数をワークセンサ１２からのパルス出力があるまで計数する。そして、第１パルス発生器３２からのパルス計数値に基づいて、砥石３０とワークＷの自動位相合わせが行われている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この種の研削処理では、上記のように電磁クラッチ１６を解除した状態で、切り込みモータ６が付勢されて切り込みテーブル４が前進するとともに、作業者の手動操作により砥石３０とワークＷとが噛合されて位相合わせが行われている。このため、砥石３０とワークＷとの初期位相合わせ作業が効率的かつ自動的に遂行されないという問題が指摘されている。
【００１０】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単な工程および構成で、研削工具の位相とワークの位相とを自動的かつ効率的に合わせることができ、歯車研削処理全体の効率化が遂行可能な歯車研削機の自動噛合方法および装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る歯車研削機の自動噛合方法および装置では、ワークを取着したワーク軸を、前記ワークを研削する際の第１回転速度よりも低速な第２回転速度で回転させることにより、前記ワーク軸の回転基準位置と、前記ワークの歯部を検出するワークセンサの検出位置との位相差が検出される。
【００１２】
次いで、ワーク軸が、工具軸に同期しかつ第１回転速度で回転されることにより、前記ワーク軸の回転基準位置と、前記工具軸の回転基準位置との位相差が検出される。そして、第１および第２の工程で検出された各位相差から、研削工具とワークとの初期教示位相が算出される。
【００１３】
このように、研削工具とワークとの初期教示位相を算出する際、まず、ワーク軸が、ワークセンサによりワークの歯部を正確に検出可能な低速回転である第２回転速度で回転しており、一般的なワークセンサを有効に使用することができる。次に、ワーク軸が、工具軸に同期しかつ高速回転である第１回転速度で回転される。これにより、研削時に高速回転される研削工具とワークとの初期教示位相を、自動的かつ効率的に算出することが可能になる。
【００１４】
また、加工されるワークがワーク軸に取着され、上記と同様に各位相差が検出され、この各位相差から研削工具と加工される前記ワークとの位相差が算出される。そこで、この算出された位相差が、初期教示位相と一致するように、すなわち、前記算出された位相差と前記初期教示位相との差である位相修正量に対応するように、ワーク軸および／または工具軸の位相が補正された後、ワークの歯車研削処理が開始される。従って、工具軸を高速回転させることができ、加工リードタイムの短縮が容易に遂行可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態に係る歯車研削機の自動噛合方法を実施するための自動噛合装置４０の概略構成図である。
【００１６】
自動噛合装置４０が適用される歯車研削機４２は、基本的には図７に示す歯車研削機と同様に構成されており、ベッド４４上には、矢印Ａ方向（切り込み方向）および矢印Ｂ方向（トラバース方向）に進退可能な可動テーブル４６が配置されている。可動テーブル４６にはワーク軸モータ４８が装着され、このワーク軸モータ４８のワーク軸５０にワークＷが取り付けられる。ワーク軸モータ４８の回転は、ワーク軸用エンコーダ５２を介して検出されるとともに、このワーク軸用エンコーダ５２は、ワーク軸５０の回転基準位置であるＺ相パルスとＡ相パルスとを出力する。
【００１７】
ベッド４４上に設けられた旋回コラム５４には、工具軸モータ５６が矢印Ｃ方向に旋回可能にかつ矢印Ｄ方向に進退自在に装着されるとともに、この工具軸モータ５６の工具軸５８には、研削工具６０が取り付けられる。工具軸モータ５６には、工具軸用エンコーダ６２が連結される。ワークＷの近傍には、このワークＷが回転する際の歯数を、例えば、磁気的に検出して所定のパルスを発生させるワークセンサ６４が配置されている。
【００１８】
工具軸５８が、ワークＷを研削する際の回転速度（例えば、６，０００ｒｐｍ）で回転される際、ワーク軸５０は、例えば、ワークＷが平歯車で歯数が６０（６０Ｔ）の場合に１００ｒｐｍ（第１回転速度）で１００％同期して回転される。自動噛合装置４０は、ワーク軸５０を、第２回転速度（例えば、工具軸５８に対して５０％同期した）５０ｒｐｍで同期回転させる際、前記ワーク軸５０の回転基準位置とワークセンサ６４の検出位置との位相差を検出する第１検出器７０と、前記ワーク軸５０を前記工具軸５８と１００％同期して第１回転速度１００ｒｐｍで回転させる際、前記ワーク軸５０の回転基準位置と前記工具軸５８の回転基準位置との位相差を検出する第２検出器７２と、前記第１および第２検出器７０、７２で検出された各位相差から、研削工具６０と前記ワークＷとの初期教示位相を算出する演算回路７４とを備える。
【００１９】
第１検出器７０は、ワーク軸用エンコーダ５２からワーク軸５０の回転基準位置であるＺ相パルスが入力されるとともに、ワークセンサ６４からワークセンサパルスが入力される第１フリップフロップ７６と、前記第１フリップフロップ７６の出力と、前記ワーク軸用エンコーダ５２のＡ相パルスとが入力され、カウントゲートとして機能する第１アンド回路７８と、前記第１アンド回路７８から出力されるパルス数をカウントして位相データを演算回路７４に送る第１カウンタ８０とを備える。
【００２０】
第２検出器７２は、ワーク軸用エンコーダ５２からワーク軸５０の回転基準位置であるＺ相パルスが入力されるとともに、工具軸用エンコーダ６２から工具軸５８の回転基準位置であるＺ相パルスが入力される第２フリップフロップ８２と、この第２フリップフロップ８２の出力と、前記ワーク軸用エンコーダ５２のＡ相パルスとが入力され、カウントゲートとして機能する第２アンド回路８４と、この第２アンド回路８４から出力されるパルス数をカウントして位相データを演算回路７４に送る第２カウンタ８６とを備える。
【００２１】
演算回路７４は、中央処理装置（以下、ＣＰＵという）８７の機能であり、このＣＰＵ８７は、アンプ８８を介してワーク軸モータ４８にサーボ速度指令を送るとともに、メモリ９０を設けている。
【００２２】
このように構成される自動噛合装置４０の動作について、歯車研削機４２との関連で以下に説明する。
【００２３】
まず、ワーク軸モータ４８および工具軸モータ５６を同期して回転駆動する際に、ワーク軸用エンコーダ５２、工具軸用エンコーダ６２およびワークセンサ６４からのパルス出力は、例えば、図２に示すタイムチャートとして得られる。その際、研削工具６０とワークＷの位相差Ｐは、工具軸用エンコーダ６２のＺ相パルスの出力位置からワークセンサ６４の検出位置までの間において、ワーク軸用エンコーダ５２のパルス数（Ａ相パルス計数値）から得られる。ところが、工具軸５８が高速回転を行う場合には、通常のワークセンサ６４でワークＷの歯部を検出することが困難なものとなる。
【００２４】
そこで、本実施形態では、ワーク軸５０を低速回転して前記ワーク軸５０の回転基準位置とワークセンサ６４の検出位置との位相差Ｐ１を検出する工程と、前記ワーク軸５０を工具軸５８と同期して高速回転させ、前記ワーク軸５０の回転基準位置と前記工具軸５８の回転基準位置との位相差Ｐ２を検出する工程とを有することによって、研削工具６０とワークＷの位相差Ｐを検出するものである（図３および図４参照）。
【００２５】
さらに、本実施形態について、図５に示すフローチャートを参照しながら以下に詳細に説明する。
【００２６】
まず、ワークＷを研削工具６０に噛み合わせた状態で、このワークＷをワーク軸５０にクランプする（ステップＳ１）。そして、可動テーブル４６が切り込み方向後方に移動されてワークＷが研削工具６０から後退した後（ステップＳ２）、ステップＳ３に進んで、工具軸モータ５６の駆動作用下に、工具軸５８が高速回転速度（例えば、６，０００ｒｐｍ）で回転される。
【００２７】
次いで、ＣＰＵ８７からアンプ８８にサーボ速度指令が送られる。このため、ワーク軸モータ４８が駆動されてワーク軸５０は、工具軸５８と５０％同期して第１回転速度（例えば、１００ｒｐｍ）よりも低速な第２回転速度（例えば、５０ｒｐｍ）で回転駆動される（ステップＳ４）。この第２回転速度は、ワークセンサ６４がワークＷの歯部を検出可能な回転速度に設定されている。さらに、ワーク軸５０が第２回転速度で工具軸５８と５０％同期して回転していることが確認されると（ステップＳ５中、ＹＥＳ）、ステップＳ６に進んで、第１カウンタ８０をリセット（クリア）する。
【００２８】
次に、第１検出器７０では、第１フリップフロップ７６にワーク軸用エンコーダ５２からＺ相パルスが入力されるとともに、ワークセンサ６４からワークセンサパルスが入力される。このため、第１カウンタ８０では、図３に示すように、ワーク軸用エンコーダ５２からのＺ相パルスの検出時点からワークセンサ６４の検出時点までの間、前記ワーク軸用エンコーダ５２から発せられるＡ相パルス数が位相差Ｐ１としてカウントされる。
【００２９】
そこで、ステータス信号でカウントが終了したことが確認されると（ステップＳ７中、ＹＥＳ）、第１カウンタ８０による位相差Ｐ１のカウント値が演算回路７４に読み込まれる（ステップＳ８）。さらに、ワーク軸モータ４８が制御され、ワーク軸５０が工具軸５８に１００％同期して第１回転速度で回転される（ステップＳ９）。
【００３０】
次いで、ワーク軸５０が工具軸５８と１００％同期して回転されていることが確認されると（ステップＳ１０中、ＹＥＳ）、ステップＳ１１に進んで、第２カウンタ８６をリセット（クリア）する。第２検出器７２では、第２フリップフロップ８２にワーク軸用エンコーダ５２および工具軸用エンコーダ６２からそれぞれのＺ相パルスが入力される。これにより、第２カウンタ８６では、図４に示すように、ワーク軸用エンコーダ５２のＺ相パルスの検出時点から工具軸用エンコーダ６２のＺ相パルスの検出時点までの間、前記ワーク軸用エンコーダ５２のＡ相パルス数が位相差Ｐ２としてカウントされる。
【００３１】
上記のステータス信号でカウントが終了すると（ステップＳ１２中、ＹＥＳ）、ステップＳ１３に進んで、第２カウンタ８６による位相差Ｐ２のカウント値が演算回路７４により読み込まれる。この演算回路７４では、位相差Ｐ１から位相差Ｐ２を引き算することにより、研削工具６０とワークＷの位相差Ｐが得られ（ステップＳ１４）、この位相差Ｐが初期教示位相データとしてメモリ９０に格納される（ステップＳ１５）。
【００３２】
このように、本実施形態では、研削工具６０とワークＷとの初期教示位相を算出する際に、まず、ワーク軸５０がワークセンサ６４によりワークＷの歯部を正確に検出可能な低速回転速度である第２回転速度で回転している。このため、通常のワークセンサ６４を使用して、ワーク軸５０の回転基準位置と前記ワークＷの検出位置との位相差Ｐ１が高精度に検出される。
【００３３】
次に、ワーク軸５０が工具軸５８に１００％同期して高速回転である第１回転速度で回転されることにより、前記ワーク軸５０の回転基準位置と前記工具軸５８の回転基準位置との位相差Ｐ２が検出される。そして、位相差Ｐ１から位相差Ｐ２を引き算することにより、高速回転される研削工具６０とワークＷとの初期教示位相データ（位相差Ｐ）が自動的かつ効率的に算出される。
【００３４】
これにより、本実施形態では、研削時に高速回転される研削工具６０とワークＷとの初期教示位相データが、通常のワークセンサ６４を使用して自動的かつ確実に検出される。このため、研削工具６０の高速回転化を容易に図るとともに、簡単な工程および構成で、研削処理全体の効率化が遂行可能になるという効果が得られる。
【００３５】
なお、図５において、工具軸５８が高速回転速度（例えば、６，０００ｒｐｍ）で回転された状態で（ステップＳ３）、ワーク軸５０が、前記工具軸５８と５０％同期して第１回転速度（例えば、１００ｒｐｍ）よりも低速な第２回転速度（例えば、５０ｒｐｍ）で回転されているが（ステップＳ４）、このワーク軸５０を前記第２回転速度で回転させる際には、前記工具軸５８を回転させなくてもよい。そして、ワーク軸５０を第１回転速度で回転させる際にのみ、工具軸５８を高速回転させればよい。
【００３６】
次いで、上記のように研削工具６０とワークＷとの初期教示位相データが算出された後、前記研削工具６０に加工されるワークＷを自動噛合させる方法について、図６に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００３７】
まず、工具軸５８が研削速度である第１回転速度で高速回転されるとともに（ステップＳ２１）、ワークＷがワーク軸５０にクランプされる（ステップＳ２２）。そして、ワーク軸５０が、工具軸５８と５０％同期して第１回転速度よりも低速な第２回転速度で回転される（ステップＳ２３）。さらに、図５に示すステップＳ５〜Ｓ８と同様に、ワーク軸５０の回転基準位置とワークセンサ６４の検出位置との位相差Ｐ１′が検出されて演算回路７４に読み込まれる（ステップＳ２４〜Ｓ２７）。
【００３８】
ステップＳ２８では、ワーク軸５０が、工具軸５８と１００％同期しかつ通常回転である第１回転速度で回転された状態で、図５のステップＳ９〜Ｓ１３と同様にして前記ワーク軸５０の回転基準位置と工具軸５８の回転基準位置との位相差Ｐ２′が演算回路７４に読み込まれる（ステップＳ２８〜Ｓ３２）。次に、ステップＳ３３に進んで、位相差Ｐ１′から位相差Ｐ２′を引き算することにより、研削工具６０とワークＷとの位相差Ｐ′が算出された後、この位相差Ｐ′と初期教示位相データ（位相差Ｐ）との差Ｄが算出される（ステップＳ３４）。
【００３９】
そこで、ワーク軸５０（または工具軸５８）が、位相修正量（Ｄ値）が０になる方向に同期をずらして修正されることにより、研削工具６０とワークＷとの位相合わせが行われる（ステップＳ３５）。さらに、ワークＷが切り込みおよびトラバースを行うことにより、研削工具６０による前記ワークＷの加工サイクルが開始される（ステップＳ３６）。
【００４０】
上記の加工サイクルが終了した後、工具軸５８とワーク軸５０との同期が解除されて、前記ワーク軸５０が停止される（ステップＳ３７）。そして、研削後のワークＷがワーク軸５０から取り外される一方（ステップＳ３８）、上記の工程が、所定の研削処理が終了するまで繰り返し行われる（ステップＳ３９）。
【００４１】
このように、本実施形態では、研削加工されるワークＷがワーク軸５０に取着され、初期教示位相の算出工程と同様に、このワークＷと研削工具６０との位相差Ｐ′が算出される。次いで、この算出された位相差Ｐ′が初期教示位相データ（位相差Ｐ）と一致するように、すなわち、位相差Ｐ′と初期教示位相データ（位相差Ｐ）との差である位相修正量（Ｄ値）が０になる方向に同期をずらして、ワーク軸５０または工具軸５８の位相が補正される。従って、研削時に高速回転される研削工具６０に対して、加工される各ワークＷの位相を正確かつ迅速に合わせることができ、加工リードタイムの短縮が容易に遂行可能になるという効果が得られる。
【００４２】
【発明の効果】
本発明に係る歯車研削機の自動噛合方法および装置では、通常のワークセンサを使用して、研削時に高速回転される研削工具とワークの位相差を自動的かつ高精度に検出することができ、簡単な工程および構成で、前記研削工具と前記ワークとの初期教示位相が有効かつ効率的に算出される。
【００４３】
さらに、加工されるワークと研削工具との位相差が算出された後、この算出された位相差が初期教示位相と一致するように、ワーク軸および／または工具軸の位相が補正されて、前記ワークの研削処理が開始される。これにより、工具軸を高速回転させることができ、加工リードタイムの短縮が容易に遂行可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る歯車研削機の自動噛合方法を実施するための自動噛合装置の概略構成図である。
【図２】ワーク軸用エンコーダ、工具軸用エンコーダおよびワークセンサにより位相を検出するタイムチャートである。
【図３】ワーク軸の回転基準位置とワークセンサの検出位置との位相差を検出するタイムチャートである。
【図４】前記ワーク軸の回転基準位置と工具軸の回転基準位置との位相差を検出するタイムチャートである。
【図５】初期教示位相データを算出する際のフローチャートである。
【図６】加工されるワークと工具とを自動噛合させる際のフローチャートである。
【図７】従来技術に係る歯車研削機の斜視説明図である。
【図８】従来技術に係る歯車研削機の自動噛合方法のタイムチャートである。
【符号の説明】
４０…自動噛合装置                ４２…歯車研削機
４８…ワーク軸モータ              ５０…ワーク軸
５２…ワーク軸用エンコーダ        ５６…工具軸モータ
５８…工具軸                      ６０…研削工具
６２…工具軸用エンコーダ          ６４…ワークセンサ
７０、７２…検出器                ７４…演算回路
７６、８２…フリップフロップ      ７８、８４…アンド回路
８０、８６…カウンタ              ８８…アンプ
９０…メモリ
【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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