JP7559686B2 - 歯車加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、歯車加工装置に関する。

特許文献１には、歯車加工装置において、歯切り工具により工作物に歯車の歯を加工する前に、工作物に予め形成された歯の位相と歯切り工具の刃の位相とを演算することが記載されている。特許文献２には、歯車加工装置において、センサにより歯切り工具の軸部に設けられた凹部の位相を検出し、凹部の位相に基づいて工具の位相割り出しを行うことが記載されている。

特開２０１９－１１５９４８号公報 特開２０２０－５９０８８号公報

ところで、歯車加工装置の構造体に熱変位が生じた場合に、歯切り工具と工作物との位置が基準からずれてしまい、工作物に歯車の歯を高精度に加工することができなくなる。従って、歯切り工具と工作物との熱変位後の相対的な位置を把握することが重要である。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、歯車加工装置の構造体に熱変位が生じた場合であっても、高精度に歯車加工を行うことができる歯車加工装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、
周方向に複数の工具刃を有する刃部、および、前記刃部に一体に設けられ円筒外周面を有する軸部を備える歯切り工具と、
前記歯切り工具を回転可能に保持する工具主軸装置と、
前記歯切り工具により加工される工作物を回転可能に保持する工作物主軸装置と、
前記工具主軸装置と前記工作物主軸装置とを相対的に移動する移動装置と、
前記工作物主軸装置に設けられ、前記歯切り工具との距離を検出可能なセンサと、
前記工作物に歯車の歯を加工するために、前記工具主軸装置と前記工作物主軸装置とを同期して回転制御しながら前記移動装置を制御する制御装置と、
を備え、
前記歯切り工具は、前記軸部の前記円筒外周面の径が異なる複数の種類を適用され、
前記制御装置は、
前記センサの検出結果に基づいて、前記工作物主軸装置に対する前記歯切り工具の中心軸の熱変位後の位置座標を演算する工具座標演算部と、
前記工具座標演算部により演算された前記位置座標に基づいて、前記工具主軸装置と前記工作物主軸装置とを同期して回転制御しながら前記工作物を加工するために前記移動装置を制御する加工制御部と、
を備え、
前記工具座標演算部は、
前記センサを前記歯切り工具の前記軸部の前記円筒外周面に対向させた状態において、前記歯切り工具の中心軸に直交する方向であり、かつ、前記センサの距離検出方向に直交する方向に、前記センサと前記歯切り工具とを相対的に移動させる移動処理を実行し、
前記センサと前記歯切り工具とを相対的に移動させているときに前記センサにより検出される前記歯切り工具の前記円筒外周面までの離間距離に基づいて、前記歯切り工具の中心軸の熱変位後の前記位置座標を演算する演算処理を実行し、
前記移動処理は、
前記工具主軸装置に装着されている前記歯切り工具の前記円筒外周面の径が大きいほど、前記センサと前記歯切り工具とを相対的に低速で移動させ、
前記工具主軸装置に装着されている前記歯切り工具の前記円筒外周面の径が小さいほど、前記センサと前記歯切り工具とを相対的に高速で移動させる、歯車加工装置にある。

本発明の他の態様は、
周方向に複数の工具刃を有する刃部、および、前記刃部に一体に設けられ円筒外周面を有する軸部を備える歯切り工具と、
前記歯切り工具を回転可能に保持する工具主軸装置と、
前記歯切り工具により加工される工作物を回転可能に保持する工作物主軸装置と、
前記工具主軸装置と前記工作物主軸装置とを相対的に移動する移動装置と、
前記工作物主軸装置に設けられ、前記歯切り工具との距離を検出可能なセンサと、
前記工作物に歯車の歯を加工するために、前記工具主軸装置と前記工作物主軸装置とを同期して回転制御しながら前記移動装置を制御する制御装置と、
を備え、
前記歯切り工具は、前記軸部の前記円筒外周面の径が異なる複数の種類を適用され、
前記制御装置は、
前記センサの検出結果に基づいて、前記工作物主軸装置に対する前記歯切り工具の中心軸の熱変位後の位置座標を演算する工具座標演算部と、
前記工具座標演算部により演算された前記位置座標に基づいて、前記工作物を加工するために前記工具主軸装置と前記工作物主軸装置とを同期して回転制御しながら前記移動装置を制御する加工制御部と、
を備え、
前記工具座標演算部は、
前記センサを前記歯切り工具の前記軸部の前記円筒外周面に対向させた状態において、前記歯切り工具の中心軸に直交する方向であり、かつ、前記センサの距離検出方向に直交する方向に、前記センサと前記歯切り工具とを相対的に移動させる移動処理を実行し、
前記センサと前記歯切り工具とを相対的に移動させているときに前記センサにより検出される前記歯切り工具の前記円筒外周面までの離間距離に基づいて、前記歯切り工具の中心軸の熱変位後の前記位置座標を演算する演算処理を実行し、
前記工具座標演算部は、
前記センサと前記歯切り工具とを相対的に移動させる際に、前記工具主軸装置に装着されている前記歯切り工具の前記円筒外周面の径が大きいほど、前記センサのアンプ回路の感度を高くし、
前記センサと前記歯切り工具とを相対的に移動させる際に、前記工具主軸装置に装着されている前記歯切り工具の前記円筒外周面の径が小さいほど、前記センサの前記アンプ回路の感度を低くする、歯車加工装置にある。

本発明の一態様である歯車加工装置によれば、センサは、歯切り工具の軸部との距離を検出している。そして、センサは、工作物主軸装置に設けられている。従って、センサは、工作物主軸装置に対する歯切り工具の軸部の相対的な位置を検出していることになる。

ここで、歯車加工装置の構造体に熱変位が生じた場合において、工作物に歯車の歯を高精度に加工するためには、工作物と歯切り工具との相対的な熱変位後の位置を把握することが重要である。上記のように、センサは、歯切り工具を直接検出しており、かつ、工作物主軸装置に設けられている。従って、センサは、工作物と歯切り工具との相対的な熱変位後の位置を直接検出していることに相当する。つまり、センサの検出結果を用いることにより、熱変位が生じた場合であっても、工作物と歯切り工具との相対的な熱変位後の位置を把握することにより、高精度に工作物に歯車の歯を加工することができる。

さらに、センサは、歯切り工具の軸部における円筒外周面との離間距離を検出しており、制御装置の工具座標演算部が、センサの検出結果に基づいて、工作物主軸装置に対する歯切り工具の中心軸の熱変位後の位置座標を演算している。ここで、センサによる歯切り工具の軸部の円筒外周面との離間距離の検出は、センサと歯切り工具とを相対的に移動させながら行う。そして、相対的な移動方向は、センサを歯切り工具の軸部の円筒外周面に対向させた状態において、歯切り工具の中心軸に直交する方向であり、かつ、センサの距離検出方向に直交する方向である。

従って、センサによる検出値は、歯切り工具の軸部の円筒外周面における径方向断面の円弧状となる。そして、センサによる検出値が最も小さくなるときが、センサは、センサの検出部と歯切り工具の中心軸とを通る円筒外周面上の位置を検出している状態となる。このようにして検出されるセンサの検出結果を用いることで、歯切り工具の中心軸の熱変位後の位置座標を得ることができる。

センサの検出値は、上述したように、歯切り工具の軸部の円筒外周面における径方向断面の円弧状に変化する。つまり、歯切り工具の軸部の円筒外周面の径によって、センサの検出値の変化率（相対移動方向の位置における検出値の微分値）が異なる。円筒外周面の径が大きいほど、検出値の変化率が小さくなり、円筒外周面の径が小さいほど、検出値の変化率が大きくなる。

そこで、制御装置の工具座標演算部の移動処理は、工具主軸装置に装着されている歯切り工具の円筒外周面の径が大きいほど、センサと歯切り工具とを相対的に低速で移動させる。一方、移動処理は、工具主軸装置に装着されている歯切り工具の円筒外周面の径が小さいほど、センサと歯切り工具とを相対的に高速で移動させている。

換言すると、以下のようになる。移動処理は、円筒外周面の径が第一径の歯切り工具が工具主軸装置に装着されている場合には、センサと歯切り工具との相対速度を第一速度とする。一方、移動処理は、円筒外周面の径が第一径よりも小さな第二径の歯切り工具が工具主軸装置に装着されている場合には、センサと歯切り工具との相対速度を第一速度より高速の第二速度とする。

つまり、円筒外周面の径が大きい場合には、センサの検出部と円筒外周面との距離の変化が小さくなるとしても、低速で移動させているため、センサによる検出値が最も小さくなるときを高精度に取得することができる。一方、円筒外周面の径が小さい場合には、センサの検出部と円筒外周面との距離の変化が大きいため、高速で移動させたとしても、センサによる検出値が最も小さくなるときを高精度に取得することができる。

このように、円筒外周面の径に応じて移動速度を変化させることで、高精度に、歯切り工具の中心軸の熱変位後の位置座標を得ることができる。その結果、高精度に工作物に歯車の歯を加工することができる。

仮に、円筒外周面の径に関わらず移動速度を低速にする場合には、高精度に、歯切り工具の中心軸の熱変位後の位置座標を得ることができる。しかし、常に移動速度を低速にすると、処理時間が長くなってしまう。そこで、常に低速にするのではなく、上記のように、円筒外周面の径が小さい場合には、移動速度を高速にしている。これにより、位置座標を得るために要する時間の短縮を図ることができる。

本発明の他の態様における歯車加工装置によれば、制御装置の工具座標演算部が、センサと歯切り工具とを相対的に移動させる際に、工具主軸装置に装着されている歯切り工具の円筒外周面の径が大きいほど、センサのアンプ回路の感度を高くする。一方、工具主軸装置に装着されている歯切り工具の円筒外周面の径が小さいほど、センサのアンプ回路の感度を低くしている。

換言すると、以下のようになる。工具座標演算部は、円筒外周面の径が第一径の歯切り工具が工具主軸装置に装着されている場合には、センサのアンプ回路の感度を第一感度とする。一方、工具座標演算部は、円筒外周面の径が第一径よりも小さな第二径の歯切り工具が工具主軸装置に装着されている場合には、センサのアンプ回路の感度を、第一感度よりも低い第二感度とする。

そして、センサの検出値は、上述したように、歯切り工具の軸部の円筒外周面における径方向断面の円弧状に変化する。つまり、歯切り工具の軸部の円筒外周面の径によって、センサの検出値の変化率（相対移動方向の位置における検出値の微分値）が異なる。円筒外周面の径が大きいほど、検出値の変化率が小さくなり、円筒外周面の径が小さいほど、検出値の変化率が大きくなる。

円筒外周面の径が大きい場合には、センサの検出部と円筒外周面との距離の変化が小さくなるとしても、アンプ回路の感度を高くしているため、センサによる検出値が最も小さくなるときを高精度に取得することができる。一方、円筒外周面の径が小さい場合には、センサの検出部と円筒外周面との距離の変化が大きいため、アンプ回路の感度を低くしたとしても、センサによる検出値が最も小さくなるときを高精度に取得することができる。

このように、円筒外周面の径に応じてアンプ回路の感度を変化させることで、高精度に、歯切り工具の中心軸の熱変位後の位置座標を得ることができる。その結果、高精度に工作物に歯車の歯を加工することができる。

仮に、円筒外周面の径に関わらず感度を高くする場合には、円筒外周面の径が小さい場合において、センサの距離検出方向に直交する方向に、センサと歯切り工具とを相対的に移動させるときに、距離が短いときの移動範囲が短くなってしまい、距離が短いところの位置が把握しづらくなってしまう。つまり、円筒外周面の径が小さい場合に感度を高くしてしまうと、歯切り工具の中心軸の熱変位後の位置座標を高精度に得ることができないおそれがある。そこで、常に感度を高くするのではなく、上記のように、円筒外周面の径が小さい場合には、感度を低くしている。

歯車加工装置の一例を示す図である。 Ｘ－Ｚ平面において工作物の回転軸線に直交する方向から、工作物および工具を見た図である。工具を示す破線は、工作物に歯車加工を施した後の位置を示す。 Ｙ方向から、工作物および工具を見た図である。工具を示す破線は、工作物に歯車加工を施した後の位置を示す。 歯車加工装置の一部構成についての機能ブロック図である。 制御装置による処理を示すフローチャートである。 制御装置の工具座標演算部による処理を示すフローチャートである。 工具座標演算処理における移動処理を説明する図であって、（ａ）は軸部の径が小さなギヤスカイビングカッタを対象とし、（ｂ）は軸部の径が大きなギヤスカイビングカッタを対象とする。各図（ａ）（ｂ）における右欄には、熱変位がゼロの場合におけるセンサとギヤスカイビングカッタとの相対位置を示す。 Ｘ軸方向への移動処理により検出された検出値であって、Ｘ軸位置に対するセンサの検出値を示すグラフであって、（ａ）は軸部の径が小さなギヤスカイビングカッタを対象とし、（ｂ）は軸部の径が大きなギヤスカイビングカッタを対象とする。 Ｘ軸方向への移動処理により検出された検出値であって、検出時間に対するセンサの検出値を示すグラフであって、（ａ）は軸部の径が小さなギヤスカイビングカッタを対象とし、（ｂ）は軸部の径が大きなギヤスカイビングカッタを対象とする。 工具座標演算処理における異常判定処理における上限値および下限値を示すグラフである。 制御装置の工具位相演算部による処理を示すフローチャートである。 工具位相演算処理を説明する図である。

（１．歯車加工装置１の構成）
歯車加工装置１について図１を参照して説明する。歯車加工装置１は、歯切り工具としての工作物ＷとギヤスカイビングカッタＴとを回転させながら相対移動させることにより、ギヤスカイビングカッタＴによって工作物Ｗに歯形（歯車の歯）を創成加工する装置である。

本形態においては、歯車加工装置１は、汎用的な工作機械、例えば、マシニングセンタを適用する。マシニングセンタは、工具交換可能に構成されており、装着された工具に応じた加工が可能である。例えば、交換可能な歯切り工具としては、ギヤスカイビングカッタＴの他に、ホブカッタ、シェーパカッタなどである。ホブカッタやシェーパカッタに交換することで、歯車加工装置１は、ホブ加工やシェーパ加工により工作物Ｗに歯形（歯車の歯）を加工する装置となる。

また、歯切り工具以外の交換可能な工具としては、例えば、エンドミル、フライス工具、ドリル、旋削工具、ねじ切り工具、研削工具などである。なお、図１においては、工具交換装置および工具を保管する工具マガジンは図示しない。

また、本形態においては、歯車加工装置１としてのマシニングセンタは、横形マシニングセンタを基本構成とする。ただし、歯車加工装置１は、立形マシニングセンタなど、他の構成を適用することもできる。

図１に示すように、歯車加工装置１は、例えば、相互に直交する３つの直進軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）を駆動軸として有する。ここで、ギヤスカイビングカッタＴの回転軸線（工具主軸の回転軸線に等しい）の方向をＺ軸方向と定義し、Ｚ軸方向に直交する２軸をＸ軸およびＹ軸と定義する。図１においては、水平方向をＸ軸方向とし、鉛直方向をＹ軸方向とする。

さらに、歯車加工装置１は、工作物ＷとギヤスカイビングカッタＴとの相対姿勢を変更するための１つの回転軸（Ｂ軸）を駆動軸として有する。本形態において、Ｂ軸は、Ｙ軸方向を回転中心とする回転軸である。また、歯車加工装置１は、ギヤスカイビングカッタＴを回転するための回転軸としてのＣｔ軸、および、工作物Ｗを回転するための回転軸としてのＣｗ軸を有する。

歯車加工装置１において、工作物ＷとギヤスカイビングカッタＴとを相対移動させる構成は、適宜選択可能である。例えば、歯車加工装置１は、Ｂ軸に代えて、Ｘ軸方向を回転中心とするＡ軸を有する構成としても良い。以下においては、歯車加工装置１は、ギヤスカイビングカッタＴをＹ軸方向およびＺ軸方向に直動可能とし、工作物ＷをＸ軸方向に直動可能とし、さらに工作物ＷをＢ軸に回転可能とする場合を例にあげる。

歯車加工装置１は、ベッド１０、工作物保持装置２０、工具保持装置３０、センサ４０および制御装置５０を備える。ベッド１０は、設置面上に設置され、工作物保持装置２０の形状および工具保持装置３０の形状などに応じた形状に形成される。本形態においては、ベッド１０は、例えば、矩形状とする。ベッド１０の上面には、Ｘ軸方向に延在する一対のＸ軸ガイドレール１１、および、Ｚ軸方向に延在する一対のＺ軸ガイドレール１２が形成されている。

工作物保持装置２０は、工作物Ｗをベッド１０に対して、Ｘ軸方向に直動し、Ｂ軸に回転可能とし、Ｃｗ軸に回転可能とする。工作物保持装置２０は、Ｘ軸移動テーブル２１、Ｂ軸回転テーブル２２、工作物主軸装置２３を主に備える。

Ｘ軸移動テーブル２１は、図示しないリニアモータまたはボールねじ機構などの駆動装置によって駆動されることにより、ベッド１０のＸ軸ガイドレール１１に案内されながらＸ軸方向へ移動する。Ｂ軸回転テーブル２２は、Ｘ軸移動テーブル２１の上面に設置され、Ｘ軸移動テーブル２１と一体的にＸ軸方向へ移動する。また、Ｂ軸回転テーブル２２は、Ｘ軸移動テーブル２１に対してＢ軸に回転可能に設けられる。Ｂ軸回転テーブル２２には、図示しない回転モータが収納され、Ｂ軸回転テーブル２２は、回転モータを駆動することでＢ軸に回転可能となる。

工作物主軸装置２３は、Ｂ軸回転テーブル２２に設けられ、Ｂ軸回転テーブル２２と一体的にＢ軸回転する。工作物主軸装置２３は、工作物Ｗを回転可能に保持する。工作物主軸装置２３には、図示しない回転モータが収納され、工作物主軸装置２３は、回転モータの駆動により工作物ＷをＣｗ軸に回転可能とする。このようにして、工作物保持装置２０は、工作物Ｗを、ベッド１０に対して、Ｘ軸方向へ移動可能とし、Ｂ軸に回転およびＣｗ軸に回転可能とする。

詳細には、工作物主軸装置２３は、ハウジング２３ａと主軸２３ｂとを備える。工作物主軸装置２３のハウジング２３ａがＢ軸回転テーブル２２に固定され、工作物主軸装置２３の主軸２３ｂがハウジング２３ａに回転可能に支持されている。この主軸２３ｂの先端に、工作物Ｗが取り付けられている。つまり、工作物Ｗは、工作物主軸装置２３の主軸２３ｂに片持ち支持されている。

工具保持装置３０は、コラム３１、サドル３２、工具主軸装置３３を主に備える。コラム３１は、図示しないリニアモータまたはボールねじ機構などの駆動装置によって駆動されることにより、ベッド１０のＺ軸ガイドレール１２に案内されながらＺ軸方向へ移動する。コラム３１の上下方向に延びる面（図１の左面）には、Ｙ軸ガイドレール３１ａが形成されている。サドル３２は、図示しないリニアモータまたはボールねじ機構などの駆動装置によって駆動されることにより、コラム３１のＹ軸ガイドレール３１ａに案内されながらＹ軸方向へ移動する。

工具主軸装置３３は、サドル３２に設けられると共に、サドル３２と一体的にＹ軸方向へ移動する。工具主軸装置３３は、ギヤスカイビングカッタＴを保持する。工具主軸装置３３には、図示しない回転モータが収納され、工具主軸装置３３は、回転モータの駆動によりギヤスカイビングカッタＴをＣｔ軸に回転可能とする。このようにして、工具保持装置３０は、ギヤスカイビングカッタＴを、ベッド１０に対して、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に移動可能とし、かつ、Ｃｔ軸に回転可能に保持する。

詳細には、工具主軸装置３３は、ハウジングと主軸とを備える。工具主軸装置３３のハウジングがサドル３２に固定され、工具主軸装置３３の主軸がハウジングに回転可能に支持されている。この主軸の先端に、ギヤスカイビングカッタＴが取り付けられている。つまり、ギヤスカイビングカッタＴは、工具主軸装置３３の主軸に片持ち支持されている。

センサ４０は、工作物主軸装置２３のハウジング２３ａに設けられている。センサ４０は、ギヤスカイビングカッタＴとの距離を検出可能なセンサである。センサ４０は、例えば、渦電流やレーザなどによる非接触の距離センサを適用するのが好適である。センサ４０は、工作物主軸装置２３のハウジング２３ａに設けられるため、工作物主軸装置２３のハウジング２３ａと一体に移動する。工作物主軸装置２３のハウジング２３ａは、ハウジング２３ａを構成する主とした部材、当該主とした部材に取り付けられた部材などを含む。また、センサ４０は、検出部を進退可能に設けられるようにしても良い。

制御装置５０は、演算処理装置（プロセッサ）および記憶装置を備えており、加工プログラムを実行することにより、各駆動装置を制御する。つまり、制御装置５０は、ギヤスカイビングカッタＴの回転、工作物Ｗの回転、工作物ＷとギヤスカイビングカッタＴとの相対的な移動を制御する。そして、制御装置５０は、工作物Ｗに歯車の歯を加工するために、工作物主軸装置２３と工具主軸装置３３とを同期して回転制御しながら、各駆動装置を制御する。

（２．ギヤスカイビングカッタＴの構成）
ギヤスカイビングカッタＴの構成について図２および図３を参照して説明する。ギヤスカイビングカッタＴは、刃部Ｔａおよび軸部Ｔｂを備える。

刃部Ｔａは、周方向に複数の工具刃を有する。刃部Ｔａにおける複数の工具刃は、軸方向端面がすくい面を構成し、工具刃の径方向外面が逃げ面を構成する。本形態においては、刃部Ｔａの外接面、すなわち逃げ面である工具刃の径方向外面を接続した面は、円錐面を構成する。ただし、刃部Ｔａの外接面は、円筒面をなすように構成することもできる。

軸部Ｔｂは、刃部Ｔａにおけるすくい面の背面側に一体に設けられ、刃部Ｔａと同軸上に設けられている。軸部Ｔｂは、円筒外周面Ｔｂ１を有する。円筒外周面Ｔｂ１の中心軸が、刃部Ｔａの中心軸と同軸である。軸部Ｔｂは、さらに、周方向の一部に円筒外周面Ｔｂ１に対して凹状に形成された位相基準要素Ｔｂ２を有する。なお、位相基準要素Ｔｂ２は、凹状に代えて、凸状に形成されるようにしても良い。

本形態においては、歯車加工装置１は、複数の種類のギヤスカイビングカッタＴを適用可能である。詳細には、歯車加工装置１が適用可能なギヤスカイビングカッタＴは、軸部Ｔｂの円筒外周面Ｔｂ１の径が異なる複数の種類を適用される。つまり、円筒外周面Ｔｂ１の径が異なるギヤスカイビングカッタＴが、工具主軸装置３３に交換可能に装着される。

（３．ギヤスカイビング加工の説明）
ギヤスカイビングカッタＴにより、工作物Ｗに歯形（歯車の歯）を創成加工する際の状態について、図２および図３を参照して説明する。

ギヤスカイビング加工は、図３に示すように、ギヤスカイビングカッタＴの回転軸線Ａｔを工作物Ｗの回転軸線Ａｗに平行な軸線に対して交差角θを有する状態にする。また、図２に示すように、ギヤスカイビングカッタＴの回転軸線Ａｔと工作物Ｗの回転軸線Ａｗは、Ｘ－Ｚ平面に対して平行である。図２に示すように、ギヤスカイビングカッタＴの回転軸線Ａｔと工作物Ｗの回転軸線Ａｗの中心間距離、すなわちＹ軸方向の距離をＤａとする。

工作物Ｗを回転軸線Ａｗ回り（Ｃｗ軸）に回転し、かつ、ギヤスカイビングカッタＴを回転軸線Ａｔ回り（Ｃｔ軸）に回転する。工作物Ｗの回転とギヤスカイビングカッタＴの回転とを同期させながら、ギヤスカイビングカッタＴを工作物Ｗに対して工作物Ｗの回転軸線Ａｗの方向に相対移動させることで、工作物Ｗに歯形が創成加工される。ギヤスカイビング加工においては、工作物Ｗが１回転する間に、工作物Ｗの各歯溝の部分が、ギヤスカイビングカッタＴによって１回だけ加工される。

（４．歯車加工装置１の機能ブロック構成）
次に、歯車加工装置１の一部構成における機能について図４を参照して説明する。図４に示すように、歯車加工装置１は、工作物ＷとギヤスカイビングカッタＴとを、Ｘ軸方向に相対的に移動させるＸ軸移動装置６１、Ｙ軸方向に相対的に移動させるＹ軸移動装置６２、および、Ｚ軸方向に相対的に移動させるＺ軸移動装置６３を備える。

本形態においては、Ｘ軸移動装置６１は、ベッド１０に対してＸ軸移動テーブル２１をＸ軸方向に移動するためのリニアモータまたはボールねじ機構などの駆動装置である。Ｙ軸移動装置６２は、コラム３１に対してサドル３２をＹ軸方向に移動するためのリニアモータまたはボールねじ機構などの駆動装置である。Ｚ軸移動装置６３は、ベッド１０に対してコラム３１をＺ軸方向に移動するためのリニアモータまたはボールねじ機構などの駆動装置である。

さらに、図４に示すように、歯車加工装置１は、工作物主軸装置２３、工具主軸装置３３、および、回転装置６４を備える。工作物主軸装置２３は、上述したように、工作物保持装置２０を構成し、工作物ＷをＣｗ軸回りに回転可能に保持する。工具主軸装置３３は、上述したように、工具保持装置３０を構成し、ギヤスカイビングカッタＴをＣｔ軸回りに回転可能に保持する。回転装置６４は、工作物ＷとギヤスカイビングカッタＴとの姿勢を変更するための移動装置である。本形態においては、回転装置６４は、Ｘ軸移動テーブル２１に対してＢ軸回転テーブル２２をＢ軸に回転するための回転モータを含む。

センサ４０は、ギヤスカイビングカッタＴとの距離を検出する。詳細には、センサ４０は、図２および図３に示すギヤスカイビングカッタＴの軸部Ｔｂにおける円筒外周面Ｔｂ１または位相基準要素Ｔｂ２との距離を検出する。センサ４０は、図４に示すように、検出部４１と、アンプ回路４２とを備える。検出部４１は、検出距離に対応する電流や電圧などの物理量を出力し、アンプ回路４２は、検出部４１が出力する物理量を増幅して制御装置５０へ出力する。アンプ回路４２は、設定された感度に応じた分解能による処理が行われる。

制御装置５０は、工具座標演算部５１、工具位相演算部５２および加工制御部５３を備える。工具座標演算部５１は、センサ４０のアンプ回路４２により増幅された物理量を、センサ４０の検出結果として入力する。詳細には、工具座標演算部５１は、センサ４０の検出結果として、センサ４０により検出されたギヤスカイビングカッタＴの軸部Ｔｂの円筒外周面との距離を入力する。工具座標演算部５１は、センサ４０の検出結果に基づいて、工作物主軸装置２３に対するギヤスカイビングカッタＴの中心軸の位置座標を演算する。特に、工具座標演算部５１は、ギヤスカイビングカッタＴの中心軸の熱変位後の位置座標を演算する。

工具位相演算部５２は、工具交換が実行された場合に、工具主軸装置３３に装着された状態のギヤスカイビングカッタＴの位相を演算する。詳細には、工具位相演算部５２は、センサ４０のアンプ回路４２により増幅された物理量を、センサ４０の検出結果として入力する。詳細には、工具位相演算部５２は、センサ４０の検出結果として、センサ４０により検出されたギヤスカイビングカッタＴの軸部Ｔｂの位相基準要素Ｔｂ２との距離を入力する。さらに、工具位相演算部５２は、工具主軸装置３３を構成する回転角度検出器により検出された工具主軸の回転角（ギヤスカイビングカッタＴの回転角に相当する）を入力する。

工具位相演算部５２は、センサ４０の検出結果および工具主軸の回転角に基づいて、ギヤスカイビングカッタＴの刃部Ｔａにおける基準位相として、軸部Ｔｂの位相基準要素Ｔｂ２の位相を演算する。つまり、工具位相演算部５２は、ギヤスカイビングカッタＴの刃部Ｔａの基準となる工具刃の周方向位置を取得する。

加工制御部５３は、加工プログラムおよびセンサ４０による検出結果に基づいて制御指令値を生成する。制御装置５０は、移動装置としてのＸ軸移動装置６１、Ｙ軸移動装置６２およびＺ軸移動装置６３を制御し、さらに、工作物主軸装置２３、工具主軸装置３３および回転装置６４を制御する。

特に、加工制御部５３は、工具座標演算部５１により演算された位置座標および工具位相演算部５２により演算されたギヤスカイビングカッタＴの基準位相に基づいて、工作物主軸装置２３と工具主軸装置３３とを同期して回転制御しながら、工作物Ｗを加工するために移動装置としてのＸ軸移動装置６１、Ｙ軸移動装置６２およびＺ軸移動装置６３を制御し、さらに、工作物主軸装置２３、工具主軸装置３３および回転装置６４を制御する。

歯車加工装置１は、さらに、操作盤７０を備える。操作盤７０には、表示画面および各種の機械式ボタンなどが設けられている。表示画面には、例えば、タッチ式操作ボタンが表示され、かつ、加工プログラム、工作物Ｗの情報、歯車加工装置１の各機器の状態などが表示される。操作盤７０は、少なくとも、運転準備ボタン７１および加工プログラム起動ボタン７２を備える。運転準備ボタン７１および加工プログラム起動ボタン７２などは、機械式ボタンとしても良いし、表示画面に表示されるタッチ式操作ボタンとしても良い。

運転準備ボタン７１が押下またはタッチされると、制御装置５０が、歯車加工装置１の各機器に対して、加工プログラムを実行可能な状態とする。例えば、クーラントポンプや潤滑油ポンプが動作したり、エア供給するためのバルブが駆動したりする。運転準備ボタン７１が押下またはタッチされることで、歯車加工装置１の一部機器が動作開始することで、歯車加工装置１が徐々に温まっていく。

加工プログラム起動ボタン７２が押下またはタッチされると、制御装置５０が、加工プログラムを実行する。つまり、加工プログラム起動ボタン７２が押下またはタッチされることで、加工が開始される。

（５．制御装置５０の処理）
制御装置５０の処理（制御方法）について、図５を参照して説明する。以下に説明する制御装置５０の処理は、特に、熱変位が生じた場合の補正値の演算処理、および、工具交換を実施した場合の工具位相演算処理を中心に説明する。

歯車加工装置１は、ベッド１０、コラム３１、サドル３２、工作物主軸装置２３のハウジングなど、熱変位を生じる構造体により構成されている。従って、環境温度、ポンプやモータなどの駆動装置の発熱、クーラントや潤滑油などの流体温度の影響により、構造体には熱変位が生じる。

歯車加工装置１は、運転準備ボタン７１が押下またはタッチされることで、ポンプなどの一部の駆動装置が作動することで、歯車加工装置１の構造体の温度が上昇する。さらに、歯車加工装置１は、加工プログラム起動ボタン７２が押下またはタッチされることで、工作物Ｗが加工され、各駆動装置の熱や構造体の移動に伴う熱が生じる。その結果、歯車加工装置１の構造体の温度が上昇する。

運転準備ボタン７１が押下またはタッチされることで、歯車加工装置１が運転準備動作を開始する。そして、歯車加工装置１の構造体の熱変位に伴う工作物ＷとギヤスカイビングカッタＴとの熱変位は、運転準備の開始後において、徐々に大きくなる状態となる。つまり、歯車加工装置１は、運転準備動作開始後に熱的非定常状態となる。

そして、運転準備動作開始から一定時間を経過することにより、歯車加工装置１の構造体の熱変位が一定の状態となり、工作物ＷとギヤスカイビングカッタＴとの熱変位も一定の状態となる。つまり、歯車加工装置１は、運転準備動作開始から一定時間を経過すると、熱的定常状態となる。

そして、工作物ＷとギヤスカイビングカッタＴとの熱変位を補正して、工作物Ｗの加工を行うことにより、工作物Ｗに所望の歯車の歯を加工することができる。従って、熱変位の補正値を把握することは、高精度な加工を行うためには重要である。

また、工具交換を実施すると、工具主軸装置３３に装着されたギヤスカイビングカッタＴの正確な位相は、明らかではない。ギヤスカイビング加工を実施するためには、工具主軸装置３３に装着された状態のギヤスカイビングカッタＴの正確な位相を把握する必要がある。

以下に、制御装置５０の処理について説明する。制御装置５０は、工具座標演算処理を実施する（工具座標演算工程ＳＴ１）。工具座標演算処理は、工具座標演算部５１により行われる。つまり、工具座標演算処理は、センサ４０の検出結果に基づいて、工作物主軸装置２３に対するギヤスカイビングカッタＴの中心軸の位置座標を演算する。熱変位が生じている場合には、工具座標演算処理は、工作物主軸装置２３に対するギヤスカイビングカッタＴの中心軸の熱変位後の位置座標を演算することになる。

続いて、制御装置５０は、熱変位補正値の取得の要否を判定する（要否判定工程ＳＴ２）。熱変位補正値の取得は、例えば、工作物Ｗの連続加工を開始する前、および、連続加工を行っている最中の任意のタイミングに行う。任意のタイミングに行う場合には、熱的非定常状態においては取得間隔を短くすることで、高精度な工作物Ｗの加工が可能となる。

続いて、制御装置５０は、熱変位補正値の取得を行うと判定された場合には（ＳＴ３：Ｙｅｓ）、工具座標演算処理により取得されたギヤスカイビングカッタＴの中心軸の熱変位後の位置座標を用いて、工作物Ｗの加工の際の補正値をセットする（補正値セット工程ＳＴ４）。一方、制御装置５０は、熱変位補正値の取得を行わないと判定された場合には（ＳＴ３：Ｎｏ）、熱変位補正値のセット（ＳＴ４）を実施しない。

続いて、制御装置５０は、工具交換を実施したか否かを判定し（工具交換判定工程ＳＴ５）、工具交換を実施した場合には（ＳＴ５：Ｙｅｓ）、工具位相演算処理を実施する（工具位相演算工程ＳＴ６）。工具位相演算処理は、工具位相演算部５２により行われる。工具位相演算処理は、センサ４０の検出結果、および、工具主軸装置３３に設けられた回転角度検出器により検出された回転主軸の回転角に基づいて、工具主軸装置３３に装着された状態のギヤスカイビングカッタＴの刃部Ｔａにおける基準位相を演算する。一方、制御装置５０は、工具交換を実施していない場合には（ＳＴ５：Ｎｏ）、工具位相演算処理（ＳＴ６）を実施しない。

続いて、制御装置５０は、加工制御部５３により、ギヤスカイビングカッタＴにより工作物Ｗの加工を行う（加工工程ＳＴ７）。加工制御部５３は、熱変位補正値がセットされている場合には、当該熱変位補正値を考慮して工作物Ｗに加工が施される。また、加工制御部５３は、工具交換後に取得されたギヤスカイビングカッタＴの刃部Ｔａにおける基準位相に基づいて、工作物Ｗの加工が行われる。

なお、詳細な説明は省略するが、仮に工作物Ｗに歯車が予め形成されている場合には、工作物主軸装置２３に装着された状態の工作物Ｗの位相を取得する必要がある。

（６．工具座標演算処理）
次に、制御装置５０の処理における工具座標演算処理、すなわち工具座標演算部５１による処理（工具座標演算方法）について、図６～図１０を参照して詳細に説明する。

工具座標演算部５１は、センサ４０とギヤスカイビングカッタＴとを相対的に移動させる移動処理を実行する（移動工程ＳＴ１１）。移動処理において、ギヤスカイビングカッタＴの軸部Ｔｂの円筒外周面Ｔｂ１の径に応じて移動速度を変化させる。ここで、円筒外周面Ｔｂ１の径は、制御装置５０に、ギヤスカイビングカッタＴの種類毎に記憶されている。制御装置５０は、工具主軸装置３３に装着されたギヤスカイビングカッタＴに対応付けられて記憶された円筒外周面Ｔｂ１の径を取得し、取得した円筒外周面Ｔｂ１の径に応じた移動速度を決定している。

移動処理の詳細について、図７を参照する。図７の（ａ）には、円筒外周面Ｔｂ１の径が小さなギヤスカイビングカッタＴが工具主軸装置３３に装着されている場合を示す。センサ４０とギヤスカイビングカッタＴの軸部Ｔｂの円筒外周面Ｔｂ１に対向させた状態とする。本形態においては、センサ４０の検出部４１と円筒外周面Ｔｂ１とをＹ軸方向に対向させた状態とする。ギヤスカイビングカッタＴの軸部Ｔｂには、円筒外周面Ｔｂ１の他に、位相基準要素Ｔｂ２が設けられている。つまり、位相基準要素Ｔｂ２が、センサ４０の検出部４１に対向しない位置となるように、工具主軸装置３３が回転位置決めされている。

そして、センサ４０とギヤスカイビングカッタＴとを相対的に移動させる。本形態においては、Ｘ軸方向に相対的に移動させる。つまり、移動方向は、ギヤスカイビングカッタＴの中心軸に直交する方向であり、かつ、センサ４０の距離検出方向に直交する方向である。図７の（ａ）において、左右方向に移動させることになる。そして、この場合の移動速度は、Ｖａとする。

図７の（ｂ）には、円筒外周面Ｔｂ１の径が大きなギヤスカイビングカッタＴが工具主軸装置３３に装着されている場合を示す。この場合も同様に、センサ４０とギヤスカイビングカッタＴの軸部Ｔｂの円筒外周面Ｔｂ１に対向させた状態とする。本形態においては、センサ４０の検出部４１と円筒外周面Ｔｂ１とをＹ軸方向に対向させた状態とする。そして、センサ４０とギヤスカイビングカッタＴとを相対的に移動させる。本形態においては、Ｘ軸方向に相対的に移動させる。そして、この場合の移動速度は、Ｖｂとする。

ここで、図７の（ａ）の左欄に示す円筒外周面Ｔｂ１の径が小さい場合の移動速度Ｖａは、図７の（ｂ）の左欄に示す円筒外周面Ｔｂ１の径が大きい場合の移動速度Ｖｂよりも大きい。つまり、工具座標演算部５１は、移動処理において、工具主軸装置３３に装着されているギヤスカイビングカッタＴの円筒外周面Ｔｂ１の径が大きいほど、センサ４０とギヤスカイビングカッタＴとを相対的に低速で移動させる。一方、工具座標演算部５１は、工具主軸装置３３に装着されているギヤスカイビングカッタＴの円筒外周面Ｔｂ１の径が小さいほど、センサ４０とギヤスカイビングカッタＴとを相対的に高速で移動させる。

換言すると、以下のようになる。移動処理は、円筒外周面Ｔｂ１の径が第一径であるギヤスカイビングカッタＴが工具主軸装置３３に装着されている場合には、センサ４０とギヤスカイビングカッタＴとの相対速度を第一速度とする。一方、移動処理は、円筒外周面Ｔｂ１の径が第一径よりも小さな第二径であるギヤスカイビングカッタＴが工具主軸装置３３に装着されている場合には、センサ４０とギヤスカイビングカッタＴとの相対速度を第一速度より高速の第二速度とする。つまり、移動速度Ｖａ，Ｖｂは、円筒外周面Ｔｂ１の径に対して、単調減少する関係であれば良く、例えば、負の線形の関係としても良いし、非線形の関係としても良い。

続いて、工具座標演算部５１は、ギヤスカイビングカッタＴの中心軸の熱変位後の位置座標を演算する演算処理を実行する（演算工程ＳＴ１２）。ここで、図７の（ａ）（ｂ）の左欄に示すように、ギヤスカイビングカッタＴをＸ軸方向に移動させているときに、センサ４０は、センサ４０の検出部４１から円筒外周面Ｔｂ１までのＹ軸方向の離間距離を検出する。

そこで、工具座標演算部５１は、演算処理として、まず、ギヤスカイビングカッタＴをＸ軸方向に移動させているときに、センサ４０により検出された円筒外周面Ｔｂ１までのＹ軸方向の離間距離を取得する。図７の（ａ）の左欄においてセンサ４０により検出される離間距離は、図８の（ａ）に示すようになる。図８の（ａ）にて、各検出点（サンプリング点）を黒丸にて示している。図８の（ａ）は、横軸をＸ軸位置としているため、黒丸を接続した二点鎖線が、小径の円筒外周面Ｔｂ１の形状に相当する。

図７の（ｂ）の左欄においてセンサ４０により検出される離間距離は、図８の（ｂ）に示すようになる。図８の（ｂ）にて、各検出点（サンプリング点）を黒丸にて示している。図８の（ｂ）は、横軸をＸ軸位置としているため、黒丸を接続した二点鎖線が、大径の円筒外周面Ｔｂ１の形状に相当する。

上述したように、図７の（ａ）に示す小径の円筒外周面Ｔｂ１における移動速度Ｖａは、図７の（ｂ）に示す大径の円筒外周面Ｔｂ１における移動速度Ｖｂよりも大きい。従って、図８の（ａ）（ｂ）を比較すると、図８の（ａ）に示す小径の円筒外周面Ｔｂ１における検出点の距離間隔（サンプリング距離間隔）は、図８の（ｂ）に示す大径の円筒外周面Ｔｂ１における検出点の距離間隔よりも広くなっている。

図９の（ａ）には、円筒外周面Ｔｂ１の径が小さい場合において、横軸を時間とし、縦軸をセンサ４０の検出値としており、各検出点（サンプリング点）を黒丸にて示している。図９の（ｂ）には、円筒外周面Ｔｂ１の径が大きい場合において、横軸を時間とし、縦軸をセンサ４０の検出値としており、各検出点（サンプリング点）を黒丸にて示している。図９の（ａ）（ｂ）において、黒丸を接続した線を二点鎖線にて示す。そして、図９の（ａ）（ｂ）の黒丸は、サンプリング時刻ｔ１～ｔ１３におけるセンサ４０の検出値を示す。

つまり、円筒外周面Ｔｂ１が小径の場合と大径の場合とを比較すると、図９の（ａ）（ｂ）に示すように、サンプリング時間間隔は同一としているが、図８の（ａ）（ｂ）に示すように、移動速度Ｖａ、Ｖｂが異なるため、Ｘ軸方向におけるサンプリング距離間隔が異なる。

続いて、図８の（ａ）（ｂ）に示すように、工具座標演算部５１は、演算処理として、センサ４０により検出された離間距離に基づいて、離間距離が最小となるＸ軸位置座標Ｘａ，Ｘｂを演算する。つまり、工具座標演算部５１は、センサ４０により検出された離間距離に基づいて、センサ４０とギヤスカイビングカッタＴとの相対移動方向（Ｘ軸方向）におけるギヤスカイビングカッタＴの中心軸の熱変位後の位置座標Ｘａ，Ｘｂを演算する。

さらに、図７の（ａ）（ｂ）の左欄に示すように、工具座標演算部５１は、演算処理として、センサ４０により検出された離間距離に基づいて、離間距離の最小値Ｙａ，Ｙｂを演算する。ここで、円筒外周面Ｔｂ１の径は既知である。従って、工具座標演算部５１は、センサ４０により検出された離間距離に基づいて、ギヤスカイビングカッタＴの中心軸に直交する方向であり、かつ、センサ４０とギヤスカイビングカッタＴとの相対移動方向に直交する方向（Ｙ軸方向）におけるギヤスカイビングカッタＴの中心軸の熱変位後の位置座標Ｙａ１，Ｙｂ１を演算することに相当する。

ここで、図７の（ａ）の右欄における熱変位がゼロである場合には、センサ４０により検出される離間距離の最小値は、基準値Ｙａ０である。つまり、図７の（ａ）の左欄においてセンサ４０により検出される離間距離Ｙａと、基準値Ｙａ０との差ΔＹａが、Ｙ軸方向の熱変位量となる。

図７の（ｂ）の右欄における熱変位がゼロである場合には、センサ４０により検出される離間距離の最小値は、基準値Ｙｂ０である。つまり、図７の（ｂ）の左欄においてセンサ４０により検出される離間距離Ｙｂと、基準値Ｙｂ０との差ΔＹｂが、Ｙ軸方向の熱変位量となる。このＹ軸方向の熱変位量が、Ｙ軸方向の熱変位補正値となる。

また、図８の（ａ）（ｂ）に示すセンサ４０により検出される離間距離が最小となるギヤスカイビングカッタＴの中心軸のＸ軸位置座標Ｘａ，Ｘｂと、熱変位のないときのＸ軸方向の基準Ｘ０との差ΔＸａ，ΔＸｂ（図示せず）が、Ｘ軸方向の熱変位量となる。このＸ軸方向の熱変位量が、Ｘ軸方向の熱変位補正値となる。

続いて、工具座標演算部５１は、熱変位量の大きさ、上限値Ｔｈｕおよび下限値Ｔｈｄに基づいて異常判定処理を実行する（異常判定工程ＳＴ１３）。異常判定処理は、図１０に示すように、センサ４０により検出される離間距離が最小となるときのギヤスカイビングカッタＴの中心軸のＹ軸位置と、熱変位のないときのＹ軸方向の基準との差ΔＹａ，ΔＹｂが、上限値Ｔｈｕを上回った場合、または、下限値Ｔｈｄを下回った場合に、異常と判定する。

ここで、上述したように、歯車加工装置１は、運転準備動作開始後において熱的非定常状態となり、運転準備動作開始から一定時間を経過すると熱的定常状態となる。図１０に示すように、熱変位量ΔＹａ，ΔＹｂは、熱的非定常状態のときには、徐々に上昇しており、熱的定常状態とのときには、ほぼ一定となる。

そこで、異常判定のための上限値Ｔｈｕおよび下限値Ｔｈｄも、熱的非定常状態において、時間経過に応じて大きくなるように設定されている。一方、上限値Ｔｈｕおよび下限値Ｔｈｄは、熱的定常状態においては、時間経過に関わりなく一定値に設定されている。

続いて、工具座標演算部５１は、異常判定処理の結果が異常でない場合には（ＳＴ１４：Ｎｏ）、工具座標演算処理を終了する。一方、工具座標演算部５１は、異常判定処理の結果が異常である場合には（ＳＴ１４：Ｙｅｓ）、異常時処理を実行する（異常時処理工程ＳＴ１５）。異常時処理は、例えば、加工プログラムの動作を停止する処理、作業者や管理者へ通報する処理、管理装置へ異常情報を通信する処理などである。異常時処理が実行された場合には、工具座標演算処理自体が終了することなく、図５に示す制御処理の次の処理が実行されず、制御処理自体が停止する。

（７．工具位相演算処理）
次に、制御装置５０の処理における工具位相演算処理、すなわち工具位相演算部５２による処理（工具位相演算方法）について、図１１～図１２を参照して詳細に説明する。

工具位相演算部５２は、位相演算のために、センサ４０とギヤスカイビングカッタＴとを位置決めする（位置決め工程ＳＴ２１）。この位置決めは、上述した工具座標演算処理において、ギヤスカイビングカッタＴの軸部Ｔｂの円筒外周面Ｔｂ１とセンサ４０の検出部４１との離間距離が最小となる位置に位置決めする。

続いて、工具位相演算部５２は、位置決めされた状態でギヤスカイビングカッタＴを回転させる（回転工程ＳＴ２２）。そうすると、図１２に示すように、ギヤスカイビングカッタＴの軸部Ｔｂの位相基準要素Ｔｂ２が、センサ４０の検出部４１に対向する位置を通過する。このとき、センサ４０は、ギヤスカイビングカッタＴの軸部Ｔｂの円筒外周面Ｔｂ１までの離間距離および位相基準要素Ｔｂ２までの離間距離を検出する。そして、工具位相演算部５２は、センサ４０により検出された離間距離を取得する。さらに、工具位相演算部５２は、工具主軸装置３３に設けられた回転角度検出器により検出された工具主軸の回転角を取得する。

続いて、工具位相演算部５２は、センサ４０により検出された離間距離および工具主軸の回転角に基づいて、位相基準要素Ｔｂ２の位相を演算する演算処理を実行する（演算工程ＳＴ２３）。ここで、位相基準要素Ｔｂ２は、刃部Ｔａの所定の工具刃の位相に対応した位置に位置する。従って、工具位相演算部５２の演算処理においては、ギヤスカイビングカッタＴの刃部Ｔａにおける基準位相が演算されることとなる。そして、工具位相演算部５２による処理を終了する。

（８．効果）
上述した歯車加工装置１によれば、センサ４０は、ギヤスカイビングカッタＴの軸部Ｔｂとの距離を検出している。そして、センサ４０は、工作物主軸装置２３に設けられている。従って、センサ４０は、工作物主軸装置２３に対するギヤスカイビングカッタＴの軸部Ｔｂの相対的な位置を検出している。

ここで、歯車加工装置１の構造体に熱変位が生じた場合において、工作物Ｗに歯車の歯を高精度に加工するためには、工作物ＷとギヤスカイビングカッタＴとの相対的な熱変位後の位置を把握することが重要である。そして、センサ４０は、ギヤスカイビングカッタＴを直接検出しており、かつ、工作物主軸装置２３に設けられている。従って、センサ４０は、工作物ＷとギヤスカイビングカッタＴとの相対的な熱変位後の位置を直接検出していることに相当する。つまり、センサ４０の検出結果を用いることにより、熱変位が生じた場合であっても、工作物ＷとギヤスカイビングカッタＴとの相対的な熱変位後の位置を把握することにより、高精度に工作物Ｗに歯車の歯を加工することができる。

さらに、センサ４０は、ギヤスカイビングカッタＴの軸部Ｔｂにおける円筒外周面Ｔｂ１との離間距離を検出しており、制御装置５０の工具座標演算部５１が、センサ４０の検出結果に基づいて、工作物主軸装置２３に対するギヤスカイビングカッタＴの中心軸の熱変位後の位置座標を演算している。ここで、センサ４０によるギヤスカイビングカッタＴの軸部Ｔｂの円筒外周面Ｔｂ１との離間距離の検出は、センサ４０とギヤスカイビングカッタＴとを相対的に移動させながら行う。そして、相対的な移動方向は、センサ４０をギヤスカイビングカッタＴの軸部Ｔｂの円筒外周面Ｔｂ１に対向させた状態において、ギヤスカイビングカッタＴの中心軸に直交する方向であり、かつ、センサ４０の距離検出方向に直交する方向である。

従って、センサ４０による検出値は、ギヤスカイビングカッタＴの軸部Ｔｂの円筒外周面Ｔｂ１における径方向断面の円弧状となる。そして、センサ４０による検出値が最も小さくなるときが、センサ４０は、センサ４０の検出部４１とギヤスカイビングカッタＴの中心軸とを通る円筒外周面Ｔｂ１上の位置を検出している状態となる。このようにして検出されるセンサ４０の検出結果を用いることで、ギヤスカイビングカッタＴの中心軸の熱変位後の位置座標を得ることができる。

センサ４０の検出値は、上述したように、ギヤスカイビングカッタＴの軸部Ｔｂの円筒外周面Ｔｂ１における径方向断面の円弧状に変化する。つまり、ギヤスカイビングカッタＴの軸部Ｔｂの円筒外周面Ｔｂ１の径によって、センサ４０の検出値の変化率（相対移動方向の位置における検出値の微分値）が異なる。円筒外周面Ｔｂ１の径が大きいほど、検出値の変化率が小さくなり、円筒外周面Ｔｂ１の径が小さいほど、検出値の変化率が大きくなる。

そこで、制御装置５０の工具座標演算部５１の移動処理は、工具主軸装置３３に装着されているギヤスカイビングカッタＴの円筒外周面Ｔｂ１の径が大きいほど、センサ４０とギヤスカイビングカッタＴとを相対的に低速で移動させる。一方、移動処理は、工具主軸装置３３に装着されているギヤスカイビングカッタＴの円筒外周面Ｔｂ１の径が小さいほど、センサ４０とギヤスカイビングカッタＴとを相対的に高速で移動させている。

換言すると、以下のようになる。移動処理は、円筒外周面Ｔｂ１の径が第一径であるギヤスカイビングカッタＴが工具主軸装置３３に装着されている場合には、センサ４０とギヤスカイビングカッタＴとの相対速度を第一速度とする。一方、移動処理は、円筒外周面Ｔｂ１の径が第一径よりも小さな第二径であるギヤスカイビングカッタＴが工具主軸装置３３に装着されている場合には、センサ４０とギヤスカイビングカッタＴとの相対速度を第一速度より高速の第二速度とする。

つまり、円筒外周面Ｔｂ１の径が大きい場合には、センサ４０の検出部４１と円筒外周面Ｔｂ１との距離の変化が小さくなるとしても、低速で移動させているため、センサ４０による検出値が最も小さくなるときを高精度に取得することができる。一方、円筒外周面Ｔｂ１の径が小さい場合には、センサ４０の検出部４１と円筒外周面Ｔｂ１との距離の変化が大きいため、高速で移動させたとしても、センサ４０による検出値が最も小さくなるときを高精度に取得することができる。

このように、円筒外周面Ｔｂ１の径に応じて移動速度を変化させることで、高精度に、ギヤスカイビングカッタＴの中心軸の熱変位後の位置座標を得ることができる。その結果、高精度に工作物Ｗに歯車の歯を加工することができる。

仮に、円筒外周面Ｔｂ１の径に関わらず移動速度を低速にする場合には、高精度に、ギヤスカイビングカッタＴの中心軸の熱変位後の位置座標を得ることができる。しかし、常に移動速度を低速にすると、処理時間が長くなってしまう。そこで、常に低速にするのではなく、上記のように、円筒外周面Ｔｂ１の径が小さい場合には、移動速度を高速にしている。これにより、位置座標を得るために要する時間の短縮を図ることができる。

（９．変形例）
上記においては、円筒外周面Ｔｂ１の径に応じて、センサ４０とギヤスカイビングカッタＴとの相対的な移動速度を変化させることとした。この他に、工具座標演算部５１は、演算処理（ＳＴ１２）において、センサ４０とギヤスカイビングカッタＴとを相対的に移動させる際に、工具主軸装置３３に装着されているギヤスカイビングカッタＴの円筒外周面Ｔｂ１の径が大きいほど、センサ４０のアンプ回路４２の感度を高くする。一方、工具主軸装置３３に装着されているギヤスカイビングカッタＴの円筒外周面Ｔｂ１の径が小さいほど、センサ４０のアンプ回路４２の感度を低くする。

換言すると、以下のようになる。工具座標演算部５１は、円筒外周面Ｔｂ１の径が第一径のギヤスカイビングカッタＴが工具主軸装置３３に装着されている場合には、センサ４０のアンプ回路４２の感度を第一感度とする。一方、工具座標演算部５１は、円筒外周面Ｔｂ１の径が第一径よりも小さな第二径のギヤスカイビングカッタＴが工具主軸装置３３に装着されている場合には、センサ４０のアンプ回路４２の感度を、第一感度よりも低い第二感度とする。つまり、アンプ回路４２の感度は、円筒外周面Ｔｂ１の径に対して、単調増加する関係であれば良く、例えば、正の線形の関係としても良いし、非線形の関係としても良い。

この場合、工具座標演算部５１は、センサ４０とギヤスカイビングカッタＴとを相対的に移動させる際に、ギヤスカイビングカッタＴの軸部Ｔｂの円筒外周面Ｔｂ１の径に関わらず、センサ４０とギヤスカイビングカッタＴとの相対的な移動速度を一定とする。

ここで、円筒外周面Ｔｂ１の径が大きい場合には、センサ４０の検出部４１と円筒外周面Ｔｂ１との距離の変化が小さくなるとしても、アンプ回路４２の感度を高くしているため、センサ４０による検出値が最も小さくなるときを高精度に取得することができる。一方、円筒外周面Ｔｂ１の径が小さい場合には、センサ４０の検出部４１と円筒外周面Ｔｂ１との距離の変化が大きいため、アンプ回路４２の感度を低くしたとしても、センサ４０による検出値が最も小さくなるときを高精度に取得することができる。

このように、円筒外周面Ｔｂ１の径に応じてアンプ回路４２の感度を変化させることで、高精度に、ギヤスカイビングカッタＴの中心軸の熱変位後の位置座標を得ることができる。その結果、高精度に工作物Ｗに歯車の歯を加工することができる。

仮に、円筒外周面Ｔｂ１の径に関わらず感度を高くする場合には、円筒外周面Ｔｂ１の径が小さい場合において、センサ４０の距離検出方向に直交する方向に、センサ４０とギヤスカイビングカッタＴとを相対的に移動させるときに、距離が短いときの移動範囲が短くなってしまい、距離が短いところの位置が把握しづらくなってしまう。つまり、円筒外周面Ｔｂ１の径が小さい場合に感度を高くしてしまうと、ギヤスカイビングカッタＴの中心軸の熱変位後の位置座標を高精度に得ることができないおそれがある。そこで、常に感度を高くするのではなく、上記のように、円筒外周面Ｔｂ１の径が小さい場合には、感度を低くしている。

１ 歯車加工装置
２３ 工作物主軸装置
３３ 工具主軸装置
４０ センサ
４１ 検出部
４２ アンプ回路
５０ 制御装置
５１ 工具座標演算部
５２ 工具位相演算部
５３ 加工制御部
６１～６４ 移動装置
Ｔ 歯切り工具
Ｔａ 刃部
Ｔｂ 軸部
Ｔｂ１ 円筒外周面
Ｔｂ２ 位相基準要素
Ｗ 工作物

Claims (9)

1. 周方向に複数の工具刃を有する刃部、および、前記刃部に一体に設けられ円筒外周面を有する軸部を備える歯切り工具と、
   前記歯切り工具を回転可能に保持する工具主軸装置と、
   前記歯切り工具により加工される工作物を回転可能に保持する工作物主軸装置と、
   前記工具主軸装置と前記工作物主軸装置とを相対的に移動する移動装置と、
   前記工作物主軸装置に設けられ、前記歯切り工具との距離を検出可能なセンサと、
   前記工作物に歯車の歯を加工するために、前記工具主軸装置と前記工作物主軸装置とを同期して回転制御しながら前記移動装置を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記歯切り工具は、前記軸部の前記円筒外周面の径が異なる複数の種類を適用され、
   前記制御装置は、
   前記センサの検出結果に基づいて、前記工作物主軸装置に対する前記歯切り工具の中心軸の熱変位後の位置座標を演算する工具座標演算部と、
   前記工具座標演算部により演算された前記位置座標に基づいて、前記工具主軸装置と前記工作物主軸装置とを同期して回転制御しながら前記工作物を加工するために前記移動装置を制御する加工制御部と、
   を備え、
   前記工具座標演算部は、
   前記センサを前記歯切り工具の前記軸部の前記円筒外周面に対向させた状態において、前記歯切り工具の中心軸に直交する方向であり、かつ、前記センサの距離検出方向に直交する方向に、前記センサと前記歯切り工具とを相対的に移動させる移動処理を実行し、
   前記センサと前記歯切り工具とを相対的に移動させているときに前記センサにより検出される前記歯切り工具の前記円筒外周面までの離間距離に基づいて、前記歯切り工具の中心軸の熱変位後の前記位置座標を演算する演算処理を実行し、
   前記移動処理は、
   前記工具主軸装置に装着されている前記歯切り工具の前記円筒外周面の径が大きいほど、前記センサと前記歯切り工具とを相対的に低速で移動させ、
   前記工具主軸装置に装着されている前記歯切り工具の前記円筒外周面の径が小さいほど、前記センサと前記歯切り工具とを相対的に高速で移動させる、歯車加工装置。
2. 前記演算処理は、前記センサと前記歯切り工具とを相対的に移動させているときに前記センサにより検出される前記歯切り工具の前記円筒外周面までの離間距離に基づいて、前記センサと前記歯切り工具との相対移動方向における前記歯切り工具の中心軸の熱変位後の前記位置座標を演算する、請求項１に記載の歯車加工装置。
3. 前記演算処理は、前記センサと前記歯切り工具とを相対的に移動させているときに前記センサにより検出される前記歯切り工具の前記円筒外周面までの離間距離に基づいて、前記歯切り工具の中心軸に直交する方向であり、かつ、前記センサと前記歯切り工具との相対移動方向に直交する方向における前記歯切り工具の中心軸の熱変位後の前記位置座標を演算する、請求項１または２に記載の歯車加工装置。
4. 前記制御装置は、さらに、前記センサにより検出される熱変位後の前記位置座標と熱変位のないときの基準との差が、上限値を上回った場合、または、下限値を下回った場合に異常と判定する異常判定処理を実行し、
   前記上限値または前記下限値は、
   前記歯車加工装置の運転準備動作開始後の熱的非定常状態において、時間経過に応じて大きくなるように設定され、
   前記熱的非定常状態の後における熱的定常状態において、時間経過に関わりなく一定値に設定される、請求項１～３のいずれか１項に記載の歯車加工装置。
5. 前記制御装置は、さらに、前記センサの検出結果に基づいて、前記歯切り工具の前記刃部における基準位相を演算する工具位相演算部を備え、
   前記加工制御部は、前記工具座標演算部により演算された前記位置座標および前記工具位相演算部により演算された前記基準位相に基づいて、前記工作物を加工するために前記移動装置、前記工具主軸装置および前記工作物主軸装置を制御する、請求項１～４のいずれか１項に記載の歯車加工装置。
6. 前記軸部は、前記円筒外周面、および、周方向の一部に前記円筒外周面に対して凹状または凸状に形成された位相基準要素を備え、
   前記工具座標演算部による前記演算処理は、前記センサにより検出される前記軸部の前記円筒外周面までの離間距離に基づいて、前記歯切り工具の中心軸の熱変位後の前記位置座標を演算し、
   前記工具位相演算部は、前記センサにより検出される前記軸部の前記位相基準要素までの離間距離に基づいて、前記歯切り工具の前記基準位相を演算する、請求項５に記載の歯車加工装置。
7. 周方向に複数の工具刃を有する刃部、および、前記刃部に一体に設けられ円筒外周面を有する軸部を備える歯切り工具と、
   前記歯切り工具を回転可能に保持する工具主軸装置と、
   前記歯切り工具により加工される工作物を回転可能に保持する工作物主軸装置と、
   前記工具主軸装置と前記工作物主軸装置とを相対的に移動する移動装置と、
   前記工作物主軸装置に設けられ、前記歯切り工具との距離を検出可能なセンサと、
   前記工作物に歯車の歯を加工するために、前記工具主軸装置と前記工作物主軸装置とを同期して回転制御しながら前記移動装置を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記歯切り工具は、前記軸部の前記円筒外周面の径が異なる複数の種類を適用され、
   前記制御装置は、
   前記センサの検出結果に基づいて、前記工作物主軸装置に対する前記歯切り工具の中心軸の熱変位後の位置座標を演算する工具座標演算部と、
   前記工具座標演算部により演算された前記位置座標に基づいて、前記工作物を加工するために前記工具主軸装置と前記工作物主軸装置とを同期して回転制御しながら前記移動装置を制御する加工制御部と、
   を備え、
   前記工具座標演算部は、
   前記センサを前記歯切り工具の前記軸部の前記円筒外周面に対向させた状態において、前記歯切り工具の中心軸に直交する方向であり、かつ、前記センサの距離検出方向に直交する方向に、前記センサと前記歯切り工具とを相対的に移動させる移動処理を実行し、
   前記センサと前記歯切り工具とを相対的に移動させているときに前記センサにより検出される前記歯切り工具の前記円筒外周面までの離間距離に基づいて、前記歯切り工具の中心軸の熱変位後の前記位置座標を演算する演算処理を実行し、
   前記工具座標演算部は、
   前記センサと前記歯切り工具とを相対的に移動させる際に、前記工具主軸装置に装着されている前記歯切り工具の前記円筒外周面の径が大きいほど、前記センサのアンプ回路の感度を高くし、
   前記センサと前記歯切り工具とを相対的に移動させる際に、前記工具主軸装置に装着されている前記歯切り工具の前記円筒外周面の径が小さいほど、前記センサの前記アンプ回路の感度を低くする、歯車加工装置。
8. 前記工具座標演算部は、前記センサと前記歯切り工具とを相対的に移動させる際に、前記歯切り工具の前記円筒外周面の径に関わらず、前記センサと前記歯切り工具との相対的な移動速度を一定とする、請求項７に記載の歯車加工装置。
9. 前記歯切り工具は、軸方向端面をすくい面とし、かつ、径方向外面を逃げ面とする複数の前記工具刃を有するギヤスカイビングカッタである、請求項１～８のいずれか１項に記載の歯車加工装置。

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