(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非真円形工作物を保持して回転駆動する主軸をもつ主軸台と、
該非真円形工作物を加工する工具を保持し、該主軸と交差する方向に相対的に進退可能な工具台と、
該主軸および該工具台を数値制御する制御装置と、
を有する非真円形工作物加工装置において、
前記制御装置は、前記非真円形工作物の加工を開始する準備として前記主軸および前記工具台の位置決めをするに当たり、該主軸により該非真円形工作物を回転駆動して所定の回転角度位置に位置決めする動作と並行して、前記工具が該非真円形工作物に接触しないように該工具台の進退位置を調整しつつ該工具台を所定位置に送る早送り手段をもつ、
ことを特徴とする非真円形工作物加工装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記非真円形工作物を加工するに当たり、前記主軸の回転と前記工具台の進退とをプロフィルデータに基づいて制御すると共に、
前記早送り手段は、該工具台の早送り移動量と、該主軸の早送り移動量に伴う該プロフィルデータに基づいた該工具台の移動量との合成として、該工具台の進退位置を定める、
請求項１記載の非真円形工作物加工装置。
【請求項３】
前記早送り手段は、前記工具台の後退速度がその限界値を超えると算定された場合には、前記主軸の回転速度を適正に低減させて該工具台の該後退速度を該限界値以下に設定する、
請求項２記載の非真円形工作物加工装置。
【請求項４】
前記早送り手段は、前記工具台の前進速度がその限界値を超えると算定された場合には、該工具台の該前進速度を該限界値に設定する、
請求項２記載の非真円形工作物加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＮＣ工作機械の技術分野に属し、より具体的には、カムシャフトやクランクシャフト等の非真円形工作物に研削加工または切削加工等の加工を行うＮＣ研削盤やＮＣ旋盤等の数値制御自動加工装置の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術の非真円形工作物加工装置の一例として研削盤を例に取り、研削盤における加工開始前の主軸および砥石台の位置設定について説明する。
ＮＣ研削盤の中には、工作物を保持して回転駆動する主軸の回転運動と主軸軸線に垂直な方向への砥石台の進退運動とを同期制御し、カムシャフト等の非真円形工作物の研削加工を可能としたものがある。この種の研削盤においては、非真円形工作物を主軸に取り付けて加工を開始する際や、複数の被研削個所がある非真円形工作物のうち次に研削すべき被研削個所に砥石を移動させるに際して、工具台としての砥石台と主軸との位置決めを行う必要がある。すなわち、研削加工を始める直前に位置設定して加工準備を完了させる目的で、主軸の回転角度位置（位相）の位置決めと砥石台の進退位置の位置決めとを行っておく位置決め動作が必要である。
【０００３】
この位置決め動作に当たっては、非真円形工作物の凸部と工具である砥石との干渉（接触）を避けなければならない。それゆえ、図６および図７に示すように、先ず主軸の回転角度位置を予め定められた位置に設定する位置決めが行われ、しかる後に砥石台を予め定められた加工準備完了位置にまで前進させる位置決めが行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術の研削盤では、主軸の位置決めが行われた後に砥石台の位置決めが行われるので、研削加工前の位置決め動作に時間がかかり、サイクルタイムを増大させる原因となっている。
そこで本発明は、非真円形工作物の加工前の位置決め動作が短時間で行われ、サイクルタイムが短縮される非真円形工作物加工装置を提供することを解決すべき課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、発明者は以下の手段を発明した。
（第１手段）
本発明の第１手段は、請求項１記載の非真円形工作物加工装置である。
ここで、非真円形工作物とは、カムシャフトやクランクシャフトのように、主軸軸線を中心とした同心円とは異なる外周面の形状に加工する必要がある工作物のことである。また、非真円形工作物加工装置とは、主にＮＣ研削盤を指すが、ＮＣ旋盤などのその他のＮＣ加工装置をも含む概念である。
【０００６】
本手段は、研削盤等の非真円形工作物加工装置に装備されている各モータ等の駆動手段を数値制御する制御装置を有し、この制御装置は、数値制御プログラムとして早送り手段を持つ。早送り手段は、非真円形工作物の加工を開始する準備として主軸および工具台の位置決めをするに当たり、主軸の位置決めと工具台の位置決めとを並行して行う機能をもつ。
【０００７】
すなわち、本手段では、加工開始前に、主軸により非真円形工作物を回転駆動して所定の回転角度位置に位置決めする動作と並行して、工具が非真円形工作物に接触しないように工具台の進退位置を調整しつつ工具台が所定位置に早送りされる。それゆえ、本手段では主軸の位置決めと工具台の位置決めとが並行して行われるので、加工直前の位置決め動作に要する時間が大幅に短縮され、おおむね半減する。
【０００８】
したがって本手段によれば、非真円形工作物の加工前の位置決め動作が短時間で行われ、サイクルタイムが短縮されるという効果がある。その結果、制御装置の制御プログラムを変更するだけで、安価に非真円形工作物加工装置の生産性を向上させることができるという効果が生じる。
（第２手段）
本発明の第２手段は、請求項２記載の非真円形工作物加工装置である。
【０００９】
本手段では、制御装置は、真円形工作物を加工するに当たり、主軸の回転と工具台の進退とをプロフィルデータに基づいて制御する機能をもつ。それと共に、制御装置の早送り手段は、工具台の早送り移動量と、主軸の早送り移動量に伴うプロフィルデータに基づいた工具台の移動量との合成として、工具台の進退位置を定める機能をもつ。
【００１０】
すなわち、工具台の進退位置は、工具台の早送り移動量と、主軸の早送り移動量に伴うプロフィルデータに基づいた工具台の移動量との合成として、早送り手段により定められる。その結果、わずかな演算量で工具台の進退位置が設定されるので、リアルタイムで非真円形工作物の加工前の位置決め動作を行うことがより容易になる。
【００１１】
したがって本手段によれば、前述の第１手段の効果に加えて、リアルタイムで非真円形工作物の加工前の位置決め動作を行うことがより容易になるという効果がある。
（第３手段）
本発明の第３手段は、請求項３記載の非真円形工作物加工装置である。
【００１２】
本手段では、早送り手段は、工具台の後退速度がその限界値を超えると算定された場合には、主軸の回転速度を適正に低減させて工具台の後退速度を限界値以下に設定する作用を持つ。逆に言えば、本手段では、工具台の後退速度がその限界値を超えると算定された場合には、工具台の後退速度がその限界値以下になるように、主軸の回転速度が適正に低減される。
【００１３】
したがって本手段によれば、前述の第２手段の効果に加えて、工具台の後退速度がその限界値を超えると算定された場合にも、異常停止させることなく非真円形工作物加工装置の運転を続けることができるという効果がある。
（第４手段）
本発明の第４手段は、請求項４記載の非真円形工作物加工装置である。
【００１４】
本手段では、早送り手段は、工具台の前進速度がその限界値を超えると算定された場合には、工具台の前進速度を限界値に設定する作用を持つ。すなわち、工具台の前進速度がその限界値を超えると算定された場合には、工具台は前進速度の限界値（全速力）で前方へ送られる。
したがって本手段によれば、前述の第２手段の効果に加えて、工具台の前進速度がその限界値を超えると算定された場合にも、異常停止させることなく非真円形工作物加工装置の運転を続けることができるという効果がある。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の非真円形工作物加工装置の実施の形態については、当業者に実施可能な理解が得られるよう、以下の実施例で明確かつ十分に説明する。
［実施例１］
（実施例１の構成）
本発明の実施例１の非真円形工作物加工装置としては、図１に示すように、研削盤を例にとって説明する。すなわち、本実施例の研削盤は、非真円形工作物Ｗを保持して回転駆動する主軸２５をもつ主軸台２４と、主軸２５に平行な砥石軸周りに研削加工用工具としての砥石４２を軸支して回転駆動し主軸２４と直交する方向に相対的に進退可能な工具台としての砥石台４と、主軸２４および砥石台４を数値制御する制御装置８とを有する。
【００１６】
主軸台２４および心押台２３は、主軸テーブル２に互いに対向して搭載されており、主軸２５と心押台２３との間に非真円形工作物Ｗを挟持する主軸台２４は、主軸テーブル２に固定装備されている。非真円形工作物Ｗの主軸２５側の端部と主軸２５の間には、主軸２５の回転角度位置（位相）と非真円形工作物Ｗの回転角度位置を一致させるための基準ピン２５１が固定されている。
【００１７】
主軸テーブル２は、ベッド１に形成されたガイドレール１３に沿ってＺ軸方向に移動可能であり、Ｚ軸モータ１５に回転駆動されるボールねじ１４によって移動させられる。それゆえ、主軸２５は砥石台４に対してＺ軸方向に移動可能である。
ここで、主軸台２４の主軸に沿った平行移動を示す軸をＺ軸と称する。また、主軸２５の回転軸をＣ軸と称し、Ｃ軸は主軸２５周りの回転運動を示す軸である。なお、主軸台２４の砥石台４側の側面には、モータにより回転駆動される円盤状の切刃をもったツルア２６が固定装備されている。
【００１８】
一方、砥石台４は、工具としての回転する円盤状の砥石４２とその砥石軸４３と、両者４２，４３を回転駆動する砥石モータ４６とを備えており、ベッド１に形成されたガイドレール１７に沿ってＸ軸方向に移動可能である。ここで、Ｘ軸とは主軸２５に直交して主軸２５の方向を向いた軸であり、砥石台４の平行移動を示す。砥石台４は、Ｘ軸モータ１９に回転駆動されるボールねじ１８によってＸ軸方向に送られる。それゆえ、砥石台４は主軸２５に対してＸ軸方向に移動可能である。
【００１９】
以上の主軸台２４、主軸２５および砥石台４等は、全て制御装置８によって、予め定められた制御プログラムに従い精密かつ迅速に数値制御される。制御装置８は、非真円形工作物Ｗの加工を開始する準備として主軸２５および砥石台４の位置決めをするに当たり、主軸２５により非真円形工作物Ｗを回転駆動して所定の回転角度位置に位置決めする動作と並行して、砥石４２が非真円形工作物Ｗに接触しないように砥石台４の進退位置を調整しつつ砥石台４を所定位置に送る早送り手段をもつ。
【００２０】
この早送り手段は、主軸２５の回転角度位置に同期した進退位置と、非真円形工作物Ｗの回転角度位置に同期した進退位置との合成として、砥石台４の進退位置を定める機能をもつ。なお、この早送り手段は、数値制御プログラム（ＮＣプログラム）として制御装置８に格納されている。
（実施例１の作用）
本実施例の研削盤は、以上のように構成されているので、以下のような作用効果を発揮する。本実施例の研削盤の作用については、非真円形工作物Ｗとしてカムシャフトのカム研削を行う場合を例として取り上げて説明する。
【００２１】
制御装置８によって実行されるＮＣプログラムは、図２に示すように、非真円形工作物Ｗに適合した研削モードを宣言する第一行と、Ｘ軸およびＣ軸の加工開始位置および移動速度を設定する第二行と、研削加工の条件を設定する第三行とを含む。
すなわち、先ず第一行Ｎ００１が実行されると、コードＧ１０１が読み込まれて制御装置８はカムモードに設定され、非真円形工作物であるカムシャフトのカムを研削加工するプロフィルデータＰ１２３４を読みに行くように制御装置８が設定される。
【００２２】
次に第二行Ｎ００２が実行されると、コードＧ００が読み込まれて制御装置８は早送りモードに設定され、Ｘ軸およびＣ軸の送り条件が読み込まれ、主に同送り条件に基づいて砥石台４および主軸２５が送られる。送り条件は、待機位置である初期位置から研削加工を開始する準備位置である加工開始位置まで砥石台４および主軸２５を送る送り速度および加工開始位置で定義されている。
【００２３】
この場合の送り条件は、Ｘ軸の送り速度が基本的には５０００で送り位置−３０にまで砥石台４が送られ、Ｃ軸の回転数は５０で０°の位置にまで送られるように設定されている。この早送りモードでのＸ軸およびＣ軸の送りについては、本発明の要部であるので、後ほど図４および図５を参照しつつ、より詳しく説明する。
【００２４】
最後に第三行Ｎ００３が実行されると、コードＧ０１が読み込まれてカムの研削加工が行われる。この際の研削加工条件は、Ｘ軸の初期切り込み量が０．１で主軸一回転当たりの切り込み量が０．１であり、主軸一回転当たりの研削速度が０．１で主軸回転数が２０である。
以上の動作について、ＮＣプログラムの制御ロジックを示す図３のフローチャートを参照つつ、以下に説明する。
【００２５】
先ず、処理ステップＳ１００で前述のＮＣプログラムの第一行が読み込まれ、コードはＧ１０１に設定される。すると、ステップＳ１０２，Ｓ１０４，Ｓ１０５，Ｓ１０６，Ｓ１１０を素通りした上で、制御ロジックは判断ステップＳ１２０に至る。判断ステップＳ１２０では読み込まれているコードがＧ１０１であるから制御ロジックは処理ステップＳ１２１に進み、処理ステップＳ１２１で制御装置８はカムモードに設定される。しかる後、制御ロジックは残りの判断ステップを素通りしてスタートに戻る。
【００２６】
次に、処理ステップＳ１００でＮＣプログラムの第二行が読み込まれ、コードはＧ００に設定される。すると、ステップＳ１０２，Ｓ１０４を素通りした上で、制御ロジックは判断ステップＳ１０５に至る。判断ステップＳ１０５では、読み込まれているコードがＧ００であるから制御ロジックは処理ステップＳ２に進み、処理ステップＳ２で制御装置８は早送りモードに設定される。
【００２７】
ここで、制御装置８はカムモードかつ早送りモードに設定されている。それゆえ、判断ステップＳ１３２，Ｓ１３４を素通りしたうえで、判断ステップＳ１３５でカムモードかつ早送りモードであると判定され、制御ロジックは処理ステップＳ１に至る。処理ステップＳ１では、早送りパルス分配が行われ、主軸２５および砥石台４が後述の位置決めロジックに従って並行して早送りされて、初期位置から加工開始位置へと速やかに移動する。この移動が完了すると、制御ロジックは再びスタートに戻る。
【００２８】
最後に、処理ステップＳ１００でＮＣプログラムの第三行が読み込まれ、コードはＧ０１に設定される。すると、判断ステップＳ１０２，Ｓ１０４，Ｓ１０５を素通りした上で、制御ロジックは判断ステップＳ１０６に至る。判断ステップＳ１０６では、読み込まれているコードがＧ０１であるから、制御ロジックは処理ステップＳ１０８に進み、処理ステップＳ１０８で制御装置８は研削送りモードに設定される。
【００２９】
ここで、制御装置８はカムモードかつ研削送りモードに設定されている。それゆえ、判断ステップＳ１１０，Ｓ１２０，Ｓ１３２を素通りしたうえで、判断ステップＳ１３４でカムモードかつ研削送りモードであると判定され、制御ロジックは処理ステップＳ１４０に至る。処理ステップＳ１４０では、カム創成パルス分配が行われ、主軸２５および砥石台４が前述の研削加工条件に従って同期して送られて、カムの研削が行われる。
【００３０】
カムの研削加工が終了すると、制御ロジックはまたスタートに戻る。そして、前述の図２では省略されている第四行以下のＮＣプログラムに従い、処理ステップＳ１４４でカムの仕上げ加工であるスパークアウト加工が行われる。
以上の制御ロジックのうち、ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ１０５，Ｓ１３５以外のステップは、特許第２６１１１２３号公報に開示されており、ステップ番号も共通している。それゆえ、より詳しく図３に示した制御ロジックを知りたい方は、同公報を参照されたい。
【００３１】
さて、前述の処理ステップＳ１で実行される早送りパルス分配は、図４に示す位置決めロジックに従って行われる。
すなわち、先ず処理ステップＳ１０では、前述のＮＣプログラム（図２参照）の第二行（Ｇ００コード）で設定されたＣ軸の送り条件が呼び出される。そして、図５の上半部に示すように、Ｃ軸を加工開始位置に一定の速度で送るための単位時間（補間周期）当たりのＣ軸の移動量が算出される。そのうえで、ＮＣプログラムの第一行（Ｇ１０１コード）で宣言されたプロフィルデータＰ１２３４に基づいて、図５の下半部の細い曲線に示すように、Ｃ軸の回転に同期したＸ軸の単位時間当たりの移動量が算出される。つまり、前述のカムのプロフィルデータに基づいて、主軸２５の回転に同期した砥石台４の単位時間当たりの移動量が演算される。
【００３２】
次に処理ステップＳ１１（図４参照）では、同じくＮＣプログラムの第二行で指定された送り位置および送り速度に基づいて、Ｘ軸を指定された加工開始位置に移動させる単位時間（補間周期）当たりの移動量（送り速度）が算出される。すなわち、図５の下半部の細い直線に示すように、初期位置から一定の速度で加工開始位置へと移動する砥石台４の単位時間当たりの移動量が演算される。
【００３３】
そして処理ステップＳ１２（図４参照）では、ステップＳ１０で算出されたＸ軸の単位時間当たりの移動量に、ステップＳ１１で算出されたＸ軸の単位時間当たりの移動量が加算される。その結果、図５の下半部の太線に示すように、実際に砥石台４を送るべきＸ軸の単位時間当たりの移動量が合成される。この移動量を合成移動量と称することにする。
【００３４】
ここで判断ステップＳ１３によって、Ｘ軸の合成移動量がＸ軸の単位時間当たりの移動量の限界値ＶＸMAX を超えていないかが判定される。Ｘ軸の合成移動量が限界値ＶＸMAX を超えてしまった場合には、位置決めロジックは異常処理を行う処理ステップＳ１５に進み、制御装置８は、前述のコードＧ００で指令した送り速度が大きすぎる旨をＣＲＴ表示で操作員に報知して、主軸２５および砥石台４の送りを停止させる。逆に、Ｘ軸の合成移動量が限界値ＶＸMAX を超えていない場合が正常であって、この場合には位置決めロジックは次の処理ステップＳ１４に進む。
【００３５】
次の処理ステップＳ１４では、前述のＣ軸の単位時間当たりの移動量とＸ軸の合成移動量とに基づいて、サーボモータである主軸モータおよびＸ軸モータ１９（図１参照）へパルス出力が送られる。その結果、再び図５の上下のグラフの太線に示すように、主軸２５の回転と砥石台４の送りとが並行して速やかに行われる。
【００３６】
最後の判断ステップＳ１６では、ワンサイクル毎に主軸２５および砥石台４が加工開始位置への移動を完了したか否かが判定され、完了したと判定されるまで前述のステップＳ１０〜Ｓ１４が繰り返される。その結果、主軸２５の回転角度位置と砥石台４の送り位置は加工開始位置に達して止まり、しかる後、研削加工が行われる。
【００３７】
（実施例１の効果）
以上の機能を発揮する早送り手段を制御装置８は制御ロジックとして内蔵しているので、本実施例の研削盤によれば、以下のような効果が発揮される。
すなわち、研削加工開始前に、主軸２５により非真円形工作物Ｗを回転駆動して加工開始位置に位置決めする動作と並行して、砥石４２が非真円形工作物Ｗに接触しないように砥石台４の進退位置を調整しつつ砥石台４が加工開始位置に早送りされる。それゆえ、主軸２５の位置決めと砥石台４の位置決めとが並行して行われるので、加工直前の位置決め動作に要する時間が大幅に短縮され、おおむね半減する。この効果は、本実施例の位置決め動作を示す図５と従来技術の位置決め動作を示す図７とを比較すれば、明らかである。
【００３８】
したがって、本実施例の研削盤によれば、非真円形工作物Ｗの加工前の位置決め動作が短時間で行われ、サイクルタイムが短縮されるという効果がある。その結果、制御装置８の制御プログラムを変更するだけで、安価に研削盤の生産性を向上させることができるという効果が生じる。
（実施例１の変形態様１）
本実施例の変形態様１として、再び図４に示す異常処理ステップＳ１５の内容を改め、Ｃ軸およびＸ軸を停止させることなく研削盤の運転を続けることが可能な制御装置８を持った研削盤の実施が可能である。
【００３９】
本変形態様では、判断ステップＳ１３で砥石台４の後退速度がその限界値ＶＸMAX を超えると判定された場合には、処理ステップＳ１５で主軸２５の回転速度が適正に低減されて砥石台４の後退速度が限界値以下に設定される。逆に言えば、砥石台４の後退速度がその限界値を超えると判定された場合には、砥石台４の後退速度がその限界値以下になるように、主軸２５の回転速度が適正に低減される。
【００４０】
したがって本変形態様によれば、砥石台４の後退速度がその限界値を超えると判定された場合にも、異常停止させることなく研削盤の運転を続けることができるという効果がある。
また、本変形態様では逆に、判断ステップＳ１３で砥石台４の前進速度がその限界値ＶＸMAX を超えると判定された場合には、処理ステップＳ１５で砥石台４の前進速度は限界値に設定される。すなわち、砥石台４の前進速度がその限界値を超えると判定された場合には、砥石台４は前進速度の限界値（全速力）で前方へ送られる。
【００４１】
したがって本変形態様によればさらに、砥石台４の前進速度がその限界値を超えると判定された場合にも、異常停止させることなく研削盤の運転を続けることができるという効果がある。
［実施例２］
（実施例２の構成および作用効果）
本発明の実施例２の非真円形工作物加工装置は、実施例１またはその変形態様１の研削盤をＮＣ旋盤に置き換えたものである。すなわち、本実施例のＮＣ旋盤は、砥石台４の代わりに、工具としてのバイトを保持する工具台がＸ軸方向に進退可能に取り付けられており、その他の部分はほぼ実施例１またはその変形態様１と同様の構成をしている。また、制御装置８も実施例１またはその変形態様１とほぼ同様の制御ロジックをもつ。
【００４２】
したがって、本実施例のＮＣ旋盤によれば、実施例１またはその変形態様１と同様の効果が得られる。
（実施例２の変形態様）
実施例２のＮＣ旋盤に代わって、バイトの代わりに他の工具を保持した工具台が進退可能に装備されている他のＮＣ加工装置であっても、本発明の各実施例と同様の作用効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例１としての研削盤の構成を示す平面図
【図２】  実施例１の研削盤のＮＣプログラムリスト
【図３】  実施例１の研削盤の制御ロジックを示すフローチャート
【図４】  実施例１の研削盤の位置決めロジックを示すフローチャート
【図５】  実施例１の研削盤の位置決め動作を示すタイムチャート
【図６】  従来技術による研削盤の位置決め動作を示す模式図
【図７】  従来技術による研削盤の位置決め動作を示すタイムチャート
【符号の説明】
１：ベッド
１３：ガイドレール    １４：ボールねじ    １５：Ｚ軸モータ
１７：ガイドレール    １８：ボールねじ    １９：Ｘ軸モータ
２：主軸テーブル
２３：心押台
２４：主軸台    ２５：主軸    ２５１：基準ピン    ２６：ツルア
４：砥石台
４２：砥石    ４３：砥石軸    ４６：砥石モータ
８：制御装置
【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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