JP2003165025A - 歯車研削機の初期位相合わせ方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】簡単な工程および構成で、研削工具とワークと
の初期位相合わせを効率的かつ高精度に行うことを可能
にする。 【解決手段】初期位相合わせ装置４０は、ワーク軸５０
のサーボゲインを設定するサーボゲイン設定部９０と、
前記ワーク軸５０の回転速度を検出する速度検出部９２
と、ワークＷの歯面８２Ｒ、８２Ｌと研削工具６０の研
削面８４とが接触してワークＷの歯面８２Ｒ、８２Ｌと
研削工具６０の研削面８４とが接触して前記ワーク軸５
０が停止した際に、前記ワーク軸５０の位置データを検
出する接触位置検出部９４とを備える。

Description

【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
た研削工具でワークを研削するために、前記研削工具と
前記ワークとの初期噛合時の位相合わせを行う歯車研削
機の初期位相合わせ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】この歯車研削機における自動噛合装置で
は、図９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２
８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１０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の初
期位相合わせが行われている。

【０００９】ところで、上記の従来技術では、初期位相
合わせの状態で、砥石３０のねじ山部がワークＷの歯部
の両側の歯面の中央に正確に噛み合うことが保証されな
いという懸念がある。そこで、例えば、特開平９−１７
４３３０号公報では、上記のような初期歯合わせ処理を
行った後、砥石３０とワークＷとの最終歯合わせ処理を
行うことにより、研削に先立つ前記砥石３０と前記ワー
クＷの間の歯合わせを高精度に実現しようとする提案が
なされている。

【００１０】具体的には、ワーク側サーボ駆動装置のサ
ーボ系の位置ループゲインをワークＷの歯面の研削に適
した通常の高い値から大幅に低い値に下げた状態で、切
り込みモータ６の作用下にワークＷが切り込み方向に前
進する。その際、砥石３０のねじ山部がワークＷの歯部
の間に入るとともに、前記ねじ山部の研削面と前記歯部
の歯面との間の距離が次第に減少するような正逆両回転
方向における位置オフセット指令が与えられる。

【００１１】ここで、位置ループゲインが低い値に切り
替えられており、ねじ山部の研削面と歯部の歯面とが接
触してもこの歯面の研削が行われない。そして、サーボ
誤差検出手段は、位置ループゲインが低い値に切り替え
られたサーボ駆動装置に対応するワーク軸、または、砥
石軸の位置の位置オフセットが与えられた指令値と検出
値（実際の位置）との差（サーボ誤差）を正逆両回転方
向において検出している。

【００１２】このようにして検出された正逆両回転方向
の各サーボ誤差に基づいて、噛合位置検出手段が最適な
噛合位置を算出し、さらに、この最適な噛合位置に基づ
いて、噛合位置補正手段が噛合位置の補正を行ってい
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術では、研削に先立って各ワーク毎に、前記ワー
クと砥石との初期歯合わせ処理と、最終歯合わせ処理と
が行われている。これにより、研削前処理に相当に多く
の時間がかかってしまい、歯車研削処理の効率化が容易
に遂行されないという問題が指摘されている。

【００１４】また、上記の従来技術を初期歯合わせ処理
に、直接、採用しようとしても、異なるワーク毎に位置
オフセット指令値を変更しなければならず、作業が煩雑
化してしまう。しかも、位置ループゲインを大幅に低い
値に下げても、ワークとの接触による砥石の摩耗が発生
するおそれがある。

【００１５】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、研削工具とワークとの初
期位相合わせを良好に行うとともに、歯車研削処理全体
の効率化が遂行可能な歯車研削機の初期位相合わせ方法
および装置を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る歯車研削機
の初期位相合わせ方法および装置では、ワークが取着さ
れたワーク軸を一方向に回転させるとともに、前記ワー
ク軸の回転速度を検出する。そして、ワークの歯面が研
削工具の研削面に接触することによりワーク軸の回転が
停止したことを検出し、この検出された際の角度位置を
前記ワーク軸の一方向接触位置データとして得る。

【００１７】一方、ワーク軸を他方向に回転させるとと
もに、前記ワーク軸の回転速度を検出する。さらに、ワ
ークの歯面が研削工具の研削面に接触することによりワ
ーク軸の回転が停止したことを検出し、この検出された
際の角度位置を前記ワーク軸の他方向接触位置データと
して得る。

【００１８】次いで、上記のように得られた一方向接触
位置データと他方向接触位置データとに基づいて、研削
工具とワークとの噛合位置合わせデータが演算される。
このため、研削工具とワークとの初期位相合わせ処理が
効率的かつ容易に遂行され、さらに噛合位置合わせデー
タに基づいて、研削時の前記研削工具と前記ワークとの
自動噛み合わせ処理が、迅速かつ高精度に遂行される。

【００１９】また、上記の噛合位置合わせデータを使用
して、研削時のワークと研削工具との自動噛み合わせが
行われるとともに、次の研削を行う同種のワークと前記
研削工具の研削時における自動噛み合わせが行われる。
これにより、ワークの研削作業が容易かつ迅速に遂行可
能になる。

【００２０】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態に係る
歯車研削機の初期位相合わせ方法を実施するための初期
位相合わせ装置４０の概略構成図である。

【００２１】初期位相合わせ装置４０が適用される歯車
研削機４２は、基本的には図９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。

【００２２】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。

【００２３】ワークセンサ６４からのワークセンサパル
スがセンサ中心検出回路７０に入力され、このセンサ中
心検出回路７０から出力される歯中心データが、位相角
度カウンタ７２に入力される。この位相角度カウンタ７
２には、工具軸用エンコーダ６２からＺ相パルスが入力
されるとともに、ワーク軸用エンコーダ５２のＡ相パル
スが、前記位相角度カウンタ７２およびカウンタ７４に
入力される。

【００２４】カウンタ７４および位相角度カウンタ７２
から中央処理装置（以下、ＣＰＵという）７６には、カ
ウントデータおよび位相データが入力される。このＣＰ
Ｕ７６は、アンプ７８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８０を設けてい
る。

【００２５】本実施形態に係る初期位相合わせ装置４０
は、実質的にＣＰＵ７６の機能であり、ワークＷが取着
されたワーク軸５０のサーボゲインを設定するサーボゲ
イン設定部（サーボゲイン設定機構）９０と、前記ワー
ク軸５０の回転速度を検出する速度検出部（速度検出機
構）９２と、前記ワークＷの歯面８２Ｒ、８２Ｌと研削
工具６０の研削面８４とが接触して前記ワーク軸５０が
停止した際に、前記ワーク軸５０の位置データを検出す
る接触位置検出部（接触位置検出機構）９４とを備え
る。

【００２６】このように構成される初期位相合わせ装置
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。

【００２７】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。

【００２８】一方、図１に示すように、工具軸用エンコ
ーダ６２からのＺ相パルスおよびワーク軸用エンコーダ
５２からのＡ相パルスが、位相角度カウンタ７２に入力
されるとともに、ワークセンサ６４からの出力パルス
が、センサ中心検出回路７０を介して前記位相角度カウ
ンタ７２に入力される。

【００２９】ワークセンサ６４では、図３に示すように
ワークＷの歯幅を中心とする約１歯の範囲内において、
中央部が山高となる出力信号電圧を発生し、この出力信
号電圧がデジタル化される。そして、センサ中心検出回
路７０では、デジタル化されたパルス幅（Ｎ）を測定
し、この測定されたパルス幅の半分のパルス幅（Ｎ／
２）を、ワークセンサ６４による出力信号電圧を介して
立ち上がる次のパルスに同期して生成する。

【００３０】従って、生成されたパルス幅（Ｎ／２）の
パルスの終了エッジが、ワークＷの歯部の中心位置に対
応している。このため、デジタル化されたパルス幅に対
応してワーク軸用エンコーダ５２のパルス数をカウント
し、このカウント値の半分のパルス幅を生成することに
より、ワークＷの歯中心が検出される。

【００３１】そこで、本実施形態に係る初期位相合わせ
方法について、図４に示すフローチャートおよび図５を
参照しながら、以下に詳細に説明する。

【００３２】まず、サーボゲイン設定部９０では、必要
に応じてワーク軸５０のサーボゲインが、ワークＷの歯
面８２Ｒ、８２Ｌの研削に適した大きな値に対して相当
に小さな値、すなわち、研削工具６０と前記歯面８２
Ｒ、８２Ｌの接触時の負荷を低減する値に設定される
（ステップＳ１）。次いで、研削工具６０とワークＷと
は、図６に示すように、それぞれの歯先と歯底が対向す
るように配置される。そして、ＣＰＵ７６からアンプ７
８にサーボ速度指令が送られる。

【００３３】このため、ワーク軸モータ４８が駆動され
て、ワーク軸５０と一体的にワークＷが、図７中、矢印
Ｃ１方向（正転方向）に回転を開始する（ステップＳ
２）。その際、ワーク軸５０の回転速度は、速度検出部
９２を介して検出されており、図５に示すように、この
ワーク軸５０の回転速度が所定の正転速度に至ると、こ
の正転速度で等速回転される。

【００３４】そこで、ワーク軸５０が正転方向に回転し
てワークＷの歯面８２Ｒが研削工具６０の研削面８４に
接触を開始すると（図７参照）、ワーク軸５０のサーボ
ゲインが相当に小さな値に設定されているため、ワーク
Ｗの歯面８２Ｒの研削が行われず、前記ワーク軸５０の
回転速度が低下していく（図５参照）。

【００３５】そして、ワークＷの歯面８２Ｒが、研削工
具６０の研削面８４に接触して保持されることにより、
ワーク軸５０の回転速度が０となり（ステップＳ３中、
ＹＥＳ）、前記ワーク軸５０の正転方向への回転が停止
される（ステップＳ４）。

【００３６】ここで、ＣＰＵ７６では、接触位置検出部
９４が位相角度カウンタ７２から入力される位相データ
を介してワーク軸５０の角度位置を検出し、この検出さ
れた角度位置を前記ワーク軸５０の一方向接触位置デー
タとしてメモリ８０に記憶する（ステップＳ５）。

【００３７】次いで、ＣＰＵ７６からワーク軸５０に逆
転方向にサーボ速度指令が与えられ、前記ワーク軸５０
が、図８中、矢印Ｃ２方向（逆転方向）に回転を開始す
る（ステップＳ６）。このため、ワークＷの歯面８２Ｒ
が研削工具６０の研削面８４から離間した後、前記ワー
クＷの歯面８２Ｌが前記研削工具６０の研削面８４に接
触を開始するまで、ワーク軸５０が一定の逆転速度で回
転する（図５参照）。

【００３８】歯面８２Ｌが研削面８４に接触を開始した
後にワーク軸５０の回転速度が減少し、このワーク軸５
０の回転速度が０となった際（ステップＳ７中、ＹＥ
Ｓ）、該ワーク軸５０の逆転方向への回転が停止される
（ステップＳ８）。接触位置検出部９４では、ワーク軸
５０の停止角度位置を検出し、この検出された角度位置
が前記ワーク軸５０の他方向接触位置データとして得ら
れ、この他方向接触位置データがメモリ８０に記憶され
る（ステップＳ９）。

【００３９】ＣＰＵ７６では、メモリ８０に記憶されて
いるワーク軸５０の一方向接触位置データと他方向接触
位置データとに基づいて、研削工具６０とワークＷとの
噛合位置合わせデータ、すなわち、噛合中心位置データ
が演算される（ステップＳ１０）。

【００４０】サーボゲイン設定部９０では、サーボゲイ
ン設定が解除されることにより、ワーク軸５０のサーボ
ゲインが、ワークＷの歯面８２Ｒ、８２Ｌの研削に適し
た大きな値に設定される（ステップＳ１１）。これによ
り、研削工具６０とワークＷとの初期位相合わせ処理が
終了する。

【００４１】次に、上記の噛合位置合わせデータを使用
して、研削工具６０とワークＷとの自動噛み合わせを行
い、前記ワークＷの歯面８２Ｒ、８２Ｌの研削処理が遂
行される。さらに、噛合位置合わせデータを使用して、
次の研削を行う同種のワークＷと研削工具６０との研削
時における自動噛み合わせが行われる。

【００４２】この場合、本実施形態では、ワーク軸５０
を正転方向（図７中、矢印Ｃ１方向）に回転させるとと
もに、このワーク軸５０の回転速度が速度検出部９２に
より検出されている。そして、ワークＷの歯面８２Ｒが
研削工具６０の研削面８４に接触することにより、速度
検出部９２では、ワーク軸５０の回転速度の変化が検出
される。さらに、ワーク軸５０の回転速度が０となって
前記ワーク軸５０が停止したことを検出し、この検出さ
れた際の角度位置からワーク軸５０の一方向接触位置デ
ータが得られる。

【００４３】次いで、ワーク軸５０を逆転方向（図８
中、矢印Ｃ２方向）に回転させるとともに、このワーク
軸５０の回転速度が検出される。そして、ワークＷの歯
面８２Ｌが研削工具６０の研削面８４に接触することに
より、前記ワーク軸５０の回転速度が０となると、この
ワーク軸５０が停止されて該ワーク軸５０の停止角度位
置が検出される。この検出された角度位置に基づいて、
ワーク軸５０の他方向接触位置データが得られる。

【００４４】次に、ワーク軸５０の一方向接触位置デー
タおよび他方向接触位置データから研削工具６０とワー
クＷとの噛合位置合わせデータ、すなわち、両接触位置
データの中間位置データが得られる。このため、研削工
具６０とワークＷとの初期位相合わせ処理が、自動的か
つ高精度に遂行されるという効果が得られる。

【００４５】しかも、上記の初期位相合わせ処理が行わ
れた後、ワークＷの歯面８２Ｒ、８２Ｌの研削処理が開
始されるため、従来のように初期歯合わせ処理が施され
た後に、最終歯合わせ処理を行う必要がない。これによ
り、研削前処理を短時間で確実に行うことが可能にな
り、歯車研削処理全体の効率化が確実に遂行されるとい
う利点がある。

【００４６】さらに、上記の噛合位置合わせデータを使
用して、研削時のワークＷと研削工具６０との自動噛み
合わせが行われるとともに、次の研削を行う同種のワー
クＷと研削工具６０との研削時における自動噛み合わせ
が行われる。このため、ワークＷと研削工具６０との噛
み合わせ処理を、前記ワークＷの回転速度や種類等に影
響されずに精度よくかつ効率的に行うことができ、該ワ
ークＷの研削作業全体の効率化が容易に図られるという
効果がある。

【００４７】

【発明の効果】本発明に係る歯車研削機の初期位相合わ
せ方法および装置では、ワーク軸を両方向に回転させる
とともに、前記ワーク軸の回転速度を検出する。そし
て、ワークの歯面が研削工具の研削面に接触することに
よりワーク軸の回転が停止したことを検出し、この検出
された際の角度位置を前記ワーク軸の両方向接触位置デ
ータとして得た後、該両方向接触位置データに基づいて
前記研削工具と前記ワークとの噛合位置合わせデータが
演算される。

【００４８】このため、研削工具とワークとの初期位相
合わせ処理が、自動的かつ高精度に遂行されるととも
に、初期歯合わせ処理の後に、最終歯合わせ処理を行う
必要がなく、研削前処理に要する時間を大幅に短縮する
ことができる。しかも、噛合位置合わせデータを利用し
て、研削時のワークと研削工具との自動噛み合わせ処理
と、次に研削を行う同種のワーク研削時の自重噛み合わ
せ処理とを行うことが可能になり、歯車研削処理全体の
効率化が容易に遂行可能となる。

【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初期位相
合わせ方法を実施するための初期位相合わせ装置の概略
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る位相検出のタイムチャートであ
る。

【図３】ワークセンサからの出力に基づいて歯中心を検
出するタイムチャートである。

【図４】前記初期位相合わせ方法を説明するフローチャ
ートである。

【図５】ワーク軸を正転および逆転させる際の回転速度
変化の説明図である。

【図６】研削工具とワークとを互いに接触することなく
配置した状態の一部拡大説明図である。

【図７】前記ワークを正転方向に回転させる際の一部拡
大説明図である。

【図８】前記ワークを逆転方向に回転させる際の一部拡
大説明図である。

【図９】従来技術に係る歯車研削機の斜視説明図であ
る。

【図１０】従来技術に係る歯車研削機の初期位相合わせ
方法のタイムチャートである。

【符号の説明】

４０…初期位相合わせ装置 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 ７６…ＣＰＵ ８２Ｒ、８２Ｌ…
歯面 ８４…研削面 ９０…サーボゲイ
ン設定部 ９２…速度検出部 ９４…接触位置検
出部 Ｗ…ワーク

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】螺旋条が刻設された研削工具でワークを研
   削するために、前記研削工具と前記ワークとの初期噛合
   時の位相合わせを行う歯車研削機の初期位相合わせ方法
   であって、 前記ワーク軸を一方向に回転させるとともに、該ワーク
   軸の回転速度を検出する工程と、 前記ワークの歯面が前記研削工具の研削面に接触するこ
   とにより前記ワーク軸の回転が停止したことを検出し、
   該検出された際の角度位置を該ワーク軸の一方向接触位
   置データとして得る工程と、 前記ワーク軸を他方向に回転させるとともに、該ワーク
   軸の回転速度を検出する工程と、 前記ワークの歯面が前記研削工具の研削面に接触するこ
   とにより前記ワーク軸の回転が停止したことを検出し、
   該検出された際の角度位置を該ワーク軸の他方向接触位
   置データとして得る工程と、 前記一方向接触位置データと前記他方向接触位置データ
   とに基づいて、前記研削工具と前記ワークとの噛合位置
   合わせデータを演算する工程と、 を有することを特徴とする歯車研削機の初期位相合わせ
   方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の初期位相合わせ方法におい
   て、前記噛合位置合わせデータを使用して、研削時の前
   記ワークと前記研削工具との自動噛み合わせを行うこと
   を特徴とする歯車研削機の初期位相合わせ方法。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の初期位相合わせ方
   法において、前記噛合位置合わせデータを使用して、次
   の研削を行う同種のワークと前記研削工具との研削時に
   おける自動噛み合わせを行うことを特徴とする歯車研削
   機の初期位相合わせ方法。
4. 【請求項４】螺旋条が刻設された研削工具でワークを研
   削するために、前記研削工具と前記ワークとの初期噛合
   時の位相合わせを行う歯車研削機の初期位相合わせ装置
   であって、 前記ワークが取着されたワーク軸のサーボゲインを設定
   するサーボゲイン設定機構と、 前記ワーク軸の回転速度を検出する速度検出機構と、 前記ワークの歯面と前記研削工具の研削面とが接触して
   前記ワーク軸の回転が停止した際に、前記ワーク軸の接
   触位置データを検出する接触位置検出機構と、 を備えることを特徴とする歯車研削機の初期位相合わせ
   装置。