JP2012148352A - 歯車研削盤の位相合わせ装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】歯合わせの精度が高く、かつ、自動で行える歯車研削盤の位相合わせ装置及び方法を提供する。
【解決手段】歯溝内に砥石を所定量移動し（Ｓ３）、砥石を低速で回転させながら（Ｓ４）、テーブルを時計回り方向へ回転させ（Ｓ５）、歯溝の右歯面が砥石に接触したら、そのときのテーブルの回転軸座標を右歯面の座標値として記憶し（Ｓ６）、砥石の回転を停止した場合、再び砥石を低速で回転させながら（Ｓ７）、テーブルを反時計回り方向へ回転させ（Ｓ８）、歯溝の左歯面が砥石に接触したら、そのときのテーブルの回転軸座標を左歯面の座標値として記憶し（Ｓ９）、右歯面の座標値と左歯面の座標値の中間の位置へテーブルを回転させる（Ｓ１０）。
【選択図】図２

Description

本発明は、歯車研削盤の位相合わせ装置及び方法に関する。

歯車の研削仕上げ加工は、歯車研削盤を用いて行われている。歯車研削盤を用いた歯車の研削仕上げ加工において、砥石とワークの位相合わせ（以降、歯合わせと呼ぶ。）は、加工前に行う欠かせない作業である。

ここで、図７を参照して、従来の歯車研削盤における手動歯合わせの作業手順を説明する。

（１）歯車研削盤３０のカバー３１の内側、即ち、機械内部（機内）に作業者４０が入り、機械外部（機外）の操作盤３２と接続された遠隔操作端末３３でワークＷを動かせる状態にし、砥石３４も手で回せる状態にする。
（２）予め、適当な位置にセットしたワークＷに対して、砥石３４をラジアル方向（径方向）から接近させ、砥石３４をワークＷの歯溝Ｗ１に入れる。
（３）作業者４０は、一方の手で砥石３４を回しながら、もう一方の手で遠隔操作端末３３を操作してワークＷを旋回させる。砥石３４とワークＷが接触すると「ザラザラ」という音と感触がするので、この時のテーブル（図示省略）の回転軸座標を記録する。
（４）歯溝Ｗ１の片方の歯面への接触位置が確定したら、反対の歯面についても同様の操作を行い、その中央の座標を歯合わせ位置とする。

このように、手動歯合わせの作業は、作業者４０の経験と勘に基づいて、作業者４０の手により行われていた。

特開２００３−１７５０２３号公報 特開２００３−１７５０２４号公報 特開２００３−１７５０２５号公報

図７で説明したように、従来の歯車研削盤３０においては、作業者４０が機内に侵入し、ワークＷや砥石３４等の稼動部分に接近して、手動歯合わせの作業を行うので、作業者４０に危険が伴う。例えば、作業者４０は砥石３４を手で回転させながら、手動歯合わせを行うため、手（指）をはさまれる可能性がある。又、ワークＷが大型である場合、歯車研削盤３０自体も大きくなり、作業者４０の機内への侵入は更に危険性が増す。例えば、サイズ、重量共に大きなワークＷが旋回するので、作業者４０が近づくのは危険が伴う。又、作業者４０の習熟度によって、手動歯合わせの精度が大きく変化する。プローブを用いた歯合わせ装置もあるが、点接触であるため、歯面が未加工の場合には誤差を生じてしまう。

本発明は上記課題に鑑みなされたもので、歯合わせの精度が高く、かつ、自動で行える歯車研削盤の位相合わせ装置及び方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る歯車研削盤の位相合わせ装置は、
切削加工された歯車が設置されるテーブルと、
前記歯車を前記テーブルと共に回転させる第１のモータと、
前記歯車の１つの歯溝の断面形状と同等の断面形状を有する砥石と、
前記砥石を回転させる第２のモータと、
前記砥石を前記第２のモータと共に前記歯車の径方向に移動させる移動機構と、
前記第１のモータ、前記第２のモータ及び前記移動機構を監視すると共に制御を行う制御装置とを有し、前記歯車を前記砥石で研削加工する前に前記歯車と前記砥石との位相合わせを行う歯車研削盤の位相合わせ装置において、
前記制御手段は、
前記移動機構により前記砥石の先端を前記歯溝内に進入させる第１の手順と、
前記第２のモータにより前記砥石を研削時より低い回転数で回転させながら、前記第１のモータにより前記テーブルを時計回り方向へ回転させ、前記歯溝の右歯面が前記砥石に接触したら、当該時点での前記テーブルの回転軸座標を前記右歯面の座標値として記憶する第２の手順と、
前記第２のモータにより前記砥石を研削時より低い回転数で回転させながら、前記第１のモータにより前記テーブルを反時計回り方向へ回転させ、前記歯溝の左歯面が前記砥石に接触したら、当該時点での前記テーブルの回転軸座標を前記左歯面の座標値として記憶する第３の手順と、
前記右歯面の座標値と前記左歯面の座標値の中間座標を求め、当該中間座標を位相合わせの座標として、前記第１のモータにより前記テーブルを回転させる第４の手順とを有し、
前記第１の手順から前記第４の手順を順次実施すること、又は、前記第２の手順と前記第３の手順のみを入れ換えて前記第１の手順から前記第４の手順を順次実施することを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る歯車研削盤の位相合わせ装置は、
上記第１の発明に記載の歯車研削盤の位相合わせ装置において、
前記制御手段は、
前記第２のモータのトルクが増加した場合、前記第２のモータの回転数が減少した場合、前記第２のモータの回転軸の位置偏差が増加した場合のいずれか１つをもって、前記歯溝の歯面が前記砥石に接触したと判断することを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る歯車研削盤の位相合わせ装置は、
上記第１又は第２の発明に記載の歯車研削盤の位相合わせ装置において、
前記制御手段は、
前記移動機構により前記砥石の先端を予め規定した所定量ずつ進入させると共に、前記砥石の先端が前記歯溝の歯元に到達するまで、前記所定量進入する度に、前記第１の手順から前記第４の手順までを繰り返すことを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係る歯車研削盤の位相合わせ方法は、
切削加工された歯車が設置されるテーブルと、
前記歯車を前記テーブルと共に回転させる第１のモータと、
前記歯車の１つの歯溝の断面形状と同等の断面形状を有する砥石と、
前記砥石を回転させる第２のモータと、
前記砥石を前記第２のモータと共に前記歯車の径方向に移動させる移動機構とを有する歯車研削盤において、
前記歯車を前記砥石で研削加工する前に前記歯車と前記砥石との位相合わせを行う位相合わせ方法であって、
前記移動機構により前記砥石の先端を前記歯溝内に進入させる第１の手順と、
前記第２のモータにより前記砥石を研削時より低い回転数で回転させながら、前記第１のモータにより前記テーブルを時計回り方向へ回転させ、前記歯溝の右歯面が前記砥石に接触したら、当該時点での前記テーブルの回転軸座標を前記右歯面の座標値として記憶する第２の手順と、
前記第２のモータにより前記砥石を研削時より低い回転数で回転させながら、前記第１のモータにより前記テーブルを反時計回り方向へ回転させ、前記歯溝の左歯面が前記砥石に接触したら、当該時点での前記テーブルの回転軸座標を前記左歯面の座標値として記憶する第３の手順と、
前記右歯面の座標値と前記左歯面の座標値の中間座標を求め、当該中間座標を位相合わせの座標として、前記第１のモータにより前記テーブルを回転させる第４の手順とを有し、
前記第１の手順から前記第４の手順を順次実施すること、又は、前記第２の手順と前記第３の手順のみを入れ換えて前記第１の手順から前記第４の手順を順次実施することを特徴とする。

上記課題を解決する第５の発明に係る歯車研削盤の位相合わせ方法は、
上記第４の発明に記載の歯車研削盤の位相合わせ方法において、
前記第２のモータのトルクが増加した場合、前記第２のモータの回転数が減少した場合、前記第２のモータの回転軸の位置偏差が増加した場合のいずれか１つをもって、前記歯溝の歯面が前記砥石に接触したと判断することを特徴とする。

上記課題を解決する第６の発明に係る歯車研削盤の位相合わせ方法は、
上記第４又は第５の発明に記載の歯車研削盤の位相合わせ方法において、
前記移動機構により前記砥石の先端を予め規定した所定量ずつ進入させると共に、前記砥石の先端が前記歯溝の歯元に到達するまで、前記所定量進入する度に、前記第１の手順から前記第４の手順までを繰り返すことを特徴とする。

第１、第４の発明によれば、歯合わせの精度が高く、かつ、自動で行える歯車研削盤の位相合わせ装置及び方法を提供することができる。

第２、第５の発明によれば、歯溝の歯面が砥石に接触した時点を正確に判断することができると共に、砥石を回転する第２のモータ側で判断しているので、歯溝の歯面が砥石に接触した時点を安定して検出することができる。

第３、第６の発明によれば、砥石の先端が歯溝の歯元に到達するまで、第１の手順から第４の手順までを繰り返し実施するので、位相合わせの座標とする中間座標をより精度良く求めることができる。

本発明に係る歯車研削盤の位相合わせ装置の実施形態の一例を示す概略構成図である。 図１に示した歯車研削盤の位相合わせ装置における位相合わせ方法を説明するフローチャートである。 図２に示した位相合わせ方法の作業手順を説明する図である。 図３に示した手順の次の手順を説明する図である。 図４に示した手順の次の手順を説明する図である。 図５に示した手順の次の手順を説明する図である。 従来の歯車研削盤における手動歯合わせの作業手順を説明する図である。

本発明に係る歯車研削盤の位相合わせ装置及び方法の実施形態について、図１〜図６を参照して説明を行う。

（実施例１）
図１は、本実施例の歯車研削盤の位相合わせ装置を説明する概略構成図である。
本実施例の歯車研削盤１０は、ベッド（図示省略）の上面に回転可能に設けられ、加工対象のワークＷ（切削加工された歯車）が設置されるテーブル１１と、ワークＷをテーブル１１と共に回転させるモータ１２と、ワークＷを研削する砥石１３と、砥石１３を回転させるモータ１４と、砥石１３をモータ１４と共にワークＷのラジアル方向（径方向）に移動させる移動機構１５と、モータ１２、１４、移動機構１５を制御する制御装置１６とを有する。砥石１３は円盤状であり、その断面形状は、ワークＷの１つの歯溝の断面形状と同等である。又、制御装置１６には、遠隔操作端末１７が接続されており、この遠隔操作端末１７も使用して、後述する歯合わせを実施する。つまり、制御装置１６は、本来、ワークＷの研削加工を実施するものであるが、本実施例の位相合わせ装置としても機能する。

又、モータ１２、１４には、各々、パルス発生器（図示省略）が設けられており、制御装置１６は、各々のパルス数をカウントすることにより、例えば、モータ１２であれば、テーブル１１の回転軸座標を、モータ１４であれば、砥石１３の回転数を検出可能である。又、制御装置１６は、各々のモータ１２、１４に流れる電流値に基づいて、各モータ１２、１４のトルクを検出することができ、例えば、砥石１３がワークＷに接触する際に変化するモータ１４のトルクの増減も検出可能な構成となっている。又、移動機構１５には、テーブル１１の中心からの位置を測定するためのエンコーダ（図示省略）が設けられており、制御装置１６は、エンコーダで測定した位置に基づいて、砥石１３の切り込み方向の移動量を制御している。

上記構成を有する歯車研削盤１０において、ワークＷを砥石１３で研削加工する前に、ワークＷと砥石１３との歯合わせを行う必要がある。そこで、本実施例の歯合わせ方法を、図１と共に、図２に示すフローチャート、図３〜図６に示す手順図を参照して説明を行う。

（ステップＳ１）
図３に示すように、作業者２０が目視しながら、ワークＷの歯溝Ｗ１に砥石１３が進入可能な大まかな位置を割り出し、遠隔操作端末１７を使用して、その位置にテーブル１１を回転移動する。本実施例においては、この手順のみが手動（半手動）となる。そして、この後は、遠隔操作端末１７を用いて、制御装置１６へ歯合わせスタート指令を送ることにより、制御装置１６により、以降の手順が自動的に実施される。

（ステップＳ２）
移動機構１５のエンコーダを用いて、砥石１３の先端が歯元Ｗ２の位置を越えたかどうか確認をする。最初のステップＳ２の場合、砥石１３の先端が歯元Ｗ２の位置を越えることはないので、ステップＳ３へ進むことになるが、ステップＳ２〜Ｓ１０の手順は、砥石１３の先端が歯元Ｗ２の位置に到達するまで繰り返し実施され、砥石１３の先端が歯元Ｗ２の位置に到達すると終了となる。なお、歯元Ｗ２は、ワークＷの大きさにもよるが、歯底Ｗ３より２〜１０ｍｍ手前に設定される。

（ステップＳ３）
移動機構１５を用いて、砥石１３を予め規定した所定量Ｓだけ切り込み方向（ワークＷのラジアル方向）に移動させる。最初のステップＳ３の場合、例えば、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、歯先Ｗ４より内側に砥石１３の先端が配置されることになる。

（ステップＳ４）
そして、モータ１４により砥石１３を研削時より低い低速の回転数（例えば、１０〜１００ｒｐｍ）で回転させる。なお、研削時において、砥石１３の回転数は１０００ｒｐｍ以上である。

（ステップＳ５）
砥石１３を低速で回転させた状態で、モータ１２によりテーブル１１を時計回り方向へゆっくり回転移動する。この場合、図４（ａ）に示すように、テーブル１１と共にワークＷも時計回り方向へゆっくり回転移動し、ワークＷの右歯面Ｗ５が砥石１３に接触することになる。

（ステップＳ６）
ワークＷが砥石１３に接触したら、テーブル１１の回転軸座標を記憶する。具体的には、モータ１４のトルクの制限値を予め規定しておき、モータ１４のトルクが規定した制限値を越えたら、ワークＷが砥石１３に接触したと判断し、このときのテーブル１１の回転軸座標を記憶する。これにより、歯溝Ｗ１の右歯面Ｗ５の座標値が測定される。なお、砥石１３の破損を防止するため、ワークＷと砥石１３との接触時に、テーブル１１の回転（モータ１２の回転）を停止してもよい。又、接触時の回転軸座標の記憶後、直ちに、逆方向（反時計回り方向）へテーブル１１を回転移動させてもよい。加えて、歯底Ｗ３近くで接触した場合には、ワークＷの削りすぎの発生を防止するため、砥石１３の回転（モータ１４の回転）も停止することが望ましい。一方、歯先Ｗ４近くで接触した場合には、削りすぎの可能性が小さいので、必ずしも、砥石１３の回転を停止する必要は無い。

（ステップＳ７）
砥石１３の回転を停止した場合、再び、モータ１４により砥石１３を低速の回転数（例えば、１０〜１００ｒｐｍ）で回転させる。

（ステップＳ８）
砥石１３を低速で回転させた状態で、モータ１２によりテーブル１１を反時計回り方向へゆっくり回転移動する。この場合、図４（ｂ）に示すように、テーブル１１と共にワークＷも反時計回り方向へゆっくり回転移動し、ワークＷの左歯面Ｗ６が砥石１３に接触することになる。

（ステップＳ９）
ワークＷが砥石１３に接触したら、テーブル１１の回転軸座標を記憶する。具体的には、モータ１４のトルクが規定した制限値を越えたら、ワークＷが砥石１３に接触したと判断し、このときのテーブル１１の回転軸座標を記憶する。これにより、歯溝Ｗ１の左歯面Ｗ６の座標値が測定される。このときも、テーブル１１の回転を停止したり、接触時の回転軸座標の記憶後、直ちに、逆方向（時計回り方向）へテーブル１１を回転移動させたりしてもよい。加えて、砥石１３の回転を停止してもよい。

ステップＳ７〜Ｓ９に示すように、ワークＷの左歯面Ｗ６についても、ステップＳ４〜Ｓ６と同様の手順を実施する。当然、ステップＳ４〜Ｓ６とステップＳ７〜Ｓ９とを入れ換えて、ステップＳ７〜Ｓ９を実施した後、ステップＳ４〜Ｓ６を実施してもよい。

（ステップＳ１０）
ステップＳ６で測定した右歯面Ｗ５の座標値とステップＳ９で測定した左歯面Ｗ６の座標値とから、それらの中央の位置となる中間座標Ｃｐを求め、図５に示すように、中間座標Ｃｐ上に砥石１３の中心線が位置するように、モータ１２によりテーブル１１を回転移動する。この中間座標Ｃｐが歯合わせ座標となる。

最初のステップＳ１０の場合、砥石１３と右歯面Ｗ５との接触、砥石１３と左歯面Ｗ６との接触は、点接触に近いので、中間座標Ｃｐの精度が不十分である場合がある。そのため、ステップＳ２〜Ｓ１０の手順を繰り返し実施し、図６に示すように、予め設定した歯元Ｗ２の位置に砥石１３の先端が到達したら、一連の手順を終了する。このように、ステップＳ２〜Ｓ１０の手順を繰り返し行うことにより、砥石１３と右歯面Ｗ５との接触、砥石１３と左歯面Ｗ６との接触が、線接触に近くなり、中間座標Ｃｐの精度を向上させること、即ち、歯合わせの精度を向上させることができる。

特に、成形研削の場合、ワークＷの歯溝Ｗ１の形状と砥石１３の形状が類似しており、研削加工時はワークＷの歯溝Ｗ１と砥石１３とは線接触するので、歯底Ｗ３に接近すればするほど、砥石１３と右歯面Ｗ５との接触、砥石１３と左歯面Ｗ６との接触が、線接触に近くなっていき、歯合わせの精度を向上させることができる。

このようにして、作業者２０の勘と経験に頼らずに、歯合わせの精度を向上させることができ、その精度は、熟練の作業者２０による手動歯合わせと同等以上の歯合わせ精度となる。又、作業時間の短縮を図ることができ、作業者２０が砥石１３やワークＷに触れることなく作業できるので、安全に実施可能となる。

又、特許文献１〜３においては、歯合わせにワーク軸のトルク変動を検知しているので、トルク変動の検知に難があるが、本実施例では、砥石軸（砥石１３を駆動するモータ１４）のトルク変動を検知しており、更に、砥石軸を低速回転させてワークＷと接触させているので、ワークＷと砥石１３と接触を安定して検知できるという利点がある。

なお、本実施例では、砥石１３を駆動するモータ１４のトルクの制限値を予め規定しておき、モータ１４のトルクが規定した制限値を越えたら、ワークＷが砥石１３に接触したと判断しているが、これに代えて、例えば、モータ１４の回転数に制限値を設け、その制限値より回転数が減少したら、ワークＷが砥石１３に接触したと判断してもよいし、モータ１４の回転軸の位置偏差に制限値を設け、その位置偏差が制限値を越えて増加したら、ワークＷが砥石１３に接触したと判断してもよい。

本発明は、歯車研削盤の位相合わせに適用するものであり、特に、成形研削の場合に好適である。

１０ 歯車研削盤
１１ テーブル
１２、１４ モータ
１３ 砥石
１５ 移動機構
１６ 制御装置
Ｗ ワーク

Claims (6)

1. 切削加工された歯車が設置されるテーブルと、
   前記歯車を前記テーブルと共に回転させる第１のモータと、
   前記歯車の１つの歯溝の断面形状と同等の断面形状を有する砥石と、
   前記砥石を回転させる第２のモータと、
   前記砥石を前記第２のモータと共に前記歯車の径方向に移動させる移動機構と、
   前記第１のモータ、前記第２のモータ及び前記移動機構を監視すると共に制御を行う制御装置とを有し、前記歯車を前記砥石で研削加工する前に前記歯車と前記砥石との位相合わせを行う歯車研削盤の位相合わせ装置において、
   前記制御手段は、
   前記移動機構により前記砥石の先端を前記歯溝内に進入させる第１の手順と、
   前記第２のモータにより前記砥石を研削時より低い回転数で回転させながら、前記第１のモータにより前記テーブルを時計回り方向へ回転させ、前記歯溝の右歯面が前記砥石に接触したら、当該時点での前記テーブルの回転軸座標を前記右歯面の座標値として記憶する第２の手順と、
   前記第２のモータにより前記砥石を研削時より低い回転数で回転させながら、前記第１のモータにより前記テーブルを反時計回り方向へ回転させ、前記歯溝の左歯面が前記砥石に接触したら、当該時点での前記テーブルの回転軸座標を前記左歯面の座標値として記憶する第３の手順と、
   前記右歯面の座標値と前記左歯面の座標値の中間座標を求め、当該中間座標を位相合わせの座標として、前記第１のモータにより前記テーブルを回転させる第４の手順とを有し、
   前記第１の手順から前記第４の手順を順次実施すること、又は、前記第２の手順と前記第３の手順のみを入れ換えて前記第１の手順から前記第４の手順を順次実施することを特徴とする歯車研削盤の位相合わせ装置。
2. 請求項１に記載の歯車研削盤の位相合わせ装置において、
   前記制御手段は、
   前記第２のモータのトルクが増加した場合、前記第２のモータの回転数が減少した場合、前記第２のモータの回転軸の位置偏差が増加した場合のいずれか１つをもって、前記歯溝の歯面が前記砥石に接触したと判断することを特徴とする歯車研削盤の位相合わせ装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の歯車研削盤の位相合わせ装置において、
   前記制御手段は、
   前記移動機構により前記砥石の先端を予め規定した所定量ずつ進入させると共に、前記砥石の先端が前記歯溝の歯元に到達するまで、前記所定量進入する度に、前記第１の手順から前記第４の手順までを繰り返すことを特徴とする歯車研削盤の位相合わせ装置。
4. 切削加工された歯車が設置されるテーブルと、
   前記歯車を前記テーブルと共に回転させる第１のモータと、
   前記歯車の１つの歯溝の断面形状と同等の断面形状を有する砥石と、
   前記砥石を回転させる第２のモータと、
   前記砥石を前記第２のモータと共に前記歯車の径方向に移動させる移動機構とを有する歯車研削盤において、
   前記歯車を前記砥石で研削加工する前に前記歯車と前記砥石との位相合わせを行う位相合わせ方法であって、
   前記移動機構により前記砥石の先端を前記歯溝内に進入させる第１の手順と、
   前記第２のモータにより前記砥石を研削時より低い回転数で回転させながら、前記第１のモータにより前記テーブルを時計回り方向へ回転させ、前記歯溝の右歯面が前記砥石に接触したら、当該時点での前記テーブルの回転軸座標を前記右歯面の座標値として記憶する第２の手順と、
   前記第２のモータにより前記砥石を研削時より低い回転数で回転させながら、前記第１のモータにより前記テーブルを反時計回り方向へ回転させ、前記歯溝の左歯面が前記砥石に接触したら、当該時点での前記テーブルの回転軸座標を前記左歯面の座標値として記憶する第３の手順と、
   前記右歯面の座標値と前記左歯面の座標値の中間座標を求め、当該中間座標を位相合わせの座標として、前記第１のモータにより前記テーブルを回転させる第４の手順とを有し、
   前記第１の手順から前記第４の手順を順次実施すること、又は、前記第２の手順と前記第３の手順のみを入れ換えて前記第１の手順から前記第４の手順を順次実施することを特徴とする歯車研削盤の位相合わせ方法。
5. 請求項４に記載の歯車研削盤の位相合わせ方法において、
   前記第２のモータのトルクが増加した場合、前記第２のモータの回転数が減少した場合、前記第２のモータの回転軸の位置偏差が増加した場合のいずれか１つをもって、前記歯溝の歯面が前記砥石に接触したと判断することを特徴とする歯車研削盤の位相合わせ方法。
6. 請求項４又は請求項５に記載の歯車研削盤の位相合わせ方法において、
   前記移動機構により前記砥石の先端を予め規定した所定量ずつ進入させると共に、前記砥石の先端が前記歯溝の歯元に到達するまで、前記所定量進入する度に、前記第１の手順から前記第４の手順までを繰り返すことを特徴とする歯車研削盤の位相合わせ方法。

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