(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非真円工作物の形状を特定するリフトデータと砥石径に応じて、非真円工作物を保持する主軸の回転角と砥石台の位置との関係を示すプロフィルデータとを作成する非真円工作物加工データ作成装置において、プロフィルデータを記憶する記憶手段と、前記プロフィルデータ記憶手段に記憶されたプロフィルデータに基づいて前記非真円工作物の加工形状に応じた前記主軸の回転速度に対するオーバライド値を単位時間あたりの研削量が一定になるよう演算する粗加工オーバライド演算手段と、前記プロフィルデータ記憶手段に記憶されたプロフィルデータに基づいて前記オーバライド値を接点速度が一定になるように演算する仕上加工オーバライド演算手段とを備えたことを特徴とする非真円工作物加工データ作成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カム等の非真円形工作物を加工制御するためのデータ作成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、数値制御装置により主軸軸線に垂直な方向の砥石車の送りを主軸の回転に同期して制御し、カム等の非真円形工作物を研削加工する方法が知られている。非真円形工作物の加工形状は、砥石車の送りを主軸の回転に対して同期制御するために数値制御装置にプロフィルデータを付与することで得られる。このプロフィルデータは砥石車を工作物の仕上げ形状に沿って往復運動させるように、主軸の単位回転角毎の砥石車の移動量を与えるものであり、非真円形工作物のリフトデータと砥石径とから求められる。主軸回転数を決定するオーバライド値は加工結果を見ながら作業者が経験的に修正し、さらにそのオーバライド値を使用して加工を行ない、また、その結果を反映していくという作業を繰返して作業が行なわれていた。
【０００３】
しかしながら、この技術では、主軸回転数は、作業者の経験や勘に基づいて設定しているので、粗加工で前記の修正を繰返していくと、サイクルタイムが伸びてしまう問題があった。また、仕上げ加工において、主軸回転数の設定値が最適値より大きい場合には砥石台が追随できなくなって加工精度が低下するという問題があった。
【０００４】
このため、砥石台の追従可能な限界送り速度、限界加速度から主軸回転速度を決定し、加工精度を向上させるようにした技術が開発された。（特開平１０−２８３０１２号）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１０−２８３０１２号に記載された技術では、主軸回転速度自体は限界送り速度、限界加速度から自動決定されるが、依然としてオーバライド値の設定は作業者が経験や勘よって設定している。
【０００６】
このため、主軸回転速度は砥石台の送り速度、加速度は限界制限値以内に抑え込んだが、オーバライド値が適切でなく、サイクルタイム短縮を狙う粗加工において、加工速度が必要以上に低下する場合があったり、仕上げ加工で部分的に接点速度が限界値を越えて面性状が悪くなるというようなケースが発生し所望の加工精度が得られない場合があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、非真円工作物の形状を特定するリフトデータと砥石径に応じて、非真円工作物を保持する主軸の回転角と砥石台の位置との関係を示すプロフィルデータとを作成する非真円工作物加工データ作成装置において、プロフィルデータを記憶する記憶手段と、前記プロフィルデータ記憶手段に記憶されたプロフィルデータに基づいて前記非真円工作物の加工形状に応じた前記主軸の回転速度に対するオーバライド値を単位時間あたりの研削量が一定になるよう演算する粗加工オーバライド演算手段と、前記プロフィルデータ記憶手段に記憶されたプロフィルデータに基づいて前記オーバライド値を接点速度が一定になるように演算する仕上加工オーバライド演算手段とを備えたことを特徴とする
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。図１は、数値制御研削盤１の構成を示した模式図である。ベッド１０上には、テーブル１１が主軸軸線に平行なＺ軸方向に摺動可能に配設されている。このテーブル１１は、サーボモータ８と送りねじ９とを介して駆動される。テーブル１１上には主軸１３を軸架した主軸台１２が配設され、その主軸１３はサーボモータ１４により回転駆動される。又、テーブル１１上の右端には心押台１５が載置され、心押台１５のセンタ１６と主軸１３のセンタ１７とによってカムシャフトからなる工作物Ｗが挟持されている。工作物Ｗは、主軸１３に突設された位置決めピン１８に嵌合され、工作物Ｗの回転位相は主軸１３の回転位相に一致させている。ベッド１０の後方には、工作物Ｗ側に向かって進退可能な砥石台２０が案内され、砥石台２０にはモータ２１によって回転駆動される砥石車Ｇが支承されている。この砥石台２０は、下部に取付けられたリニヤモータ２３によってＺ軸と直交するＸ軸方向に前進後退される。
【０００９】
砥石台２０の側面には砥石台２０の位置を検出するリニヤエンコーダ２２が設けられている。
サーボモータ８、１４、リニヤモータ２３はそれぞれサーボアンプ５１、５２、５３を介して制御装置３０に接続され、さらにサーボアンプ５１、５３にはロータリエンコーダ５４、５５が接続され、サーボアンプ５２にはリニヤエンコーダ２２に接続されている。
【００１０】
サーボアンプ５１、５２、５３は、数値制御装置３０から位置指令信号を入力して、サーボモータ８、１４及びリニヤモータ２３を駆動する回路である。ロータリエンコーダ５４及びリニヤエンコーダ２２の出力は各サーボアンプ５１、５２に帰還され、速度と位置のフィードバッグ制御が行われる。
【００１１】
数値制御装置３０は、主に数値制御装置（ＣＮＣ装置）３１、プログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）３２、サーボ制御装置３３及びイーサネット通信インタフェース３４とから構成され、それぞれバスライン２５、バスインタフェース２６を介して接続される。
ＣＮＣ装置３１は後述する操作盤４５からの指令により、主として主軸１３の回転及び砥石車Ｇの送り制御及び工作物Ｗの加工に必要なプロフィルデータや主軸１３のオーバライドの演算を行なう装置である。
【００１２】
図２に示すようにＣＮＣ装置３１は、ＣＰＵ３５と、制御プログラムを記憶したＲＯＭ３６と、入力データ等を記憶するＲＡＭ３７とで構成されている。ＲＡＭ３７上には、図３に示すように工作物Ｗのリフトデータを記憶するリフトデータ領域３２１と、プロフィルデータを生成するときの砥石車Ｇの直径や機械個有の定数等を記憶する機械データ領域３２２と、リフトデータと砥石車Ｇの直径とから演算されるプロフィルデータを記憶するプロフィルデータ領域３２３と、主軸回転数に対する粗加工時のオーバライド値データを記憶する粗加工オーバライド値データ領域３２４と、仕上加工時のオーバライド値データを記憶する仕上加工オーバライド値データ領域３２５、及び工作物Ｗを加工するためのＮＣ及び工作物Ｗを加工するためのＮＣプログラムを記憶するＮＣプログラム領域３２６が形成されている。
【００１３】
ＰＬＣ３２は砥石車Ｇを回転するモータ２１の回転・停止や、研削液を供給するポンプの駆動・停止などのオン・オフ制御を実行する。また、サーボ制御装置３３は、砥石車Ｇ、主軸１３の位置決めデータ及び主軸１３の回転数(rpm) に対するオーバライド値をＣＮＣ装置３１から入力し、主軸１３の回転角度位置、主軸１３の回転数に対するオーバライド値を考慮して、加工に関する砥石台２０の送りに関してスローアップ、スローダウン、目標点の補間等の演算を行い、補間点の位置決めデータを一定周期でサーボアンプ５１、５２、５３に出力する装置である。
【００１４】
操作盤４５は、各種データ等を表示する表示装置４６とデータ入力を行なうスイッチ群４７を備えるとともに、表示装置４６がタッチパネルになっており、表示装置４６に表示されたデータに対して作業者が指等でタッチすることでデータ入力が可能となる。
以上のような構成で、次にオーバライド値の決定するためのＣＮＣ装置３１の動作について以下に説明する。操作盤４５の操作により、データ演算モードに設定されると、ＣＮＣ装置３１は、リフトデータ領域３２３のリフトデータと機械データ領域３２２の現在の砥石径に基づいて主軸１３の回転角θ毎の砥石台２０の位置Ｘ（θ）を演算してプロフィルデータを作成し、プロフィルデータ領域３２３に記憶する。
【００１５】
次に、数値制御研削盤１が粗加工に使用するオーバライド値データの作成について、図４のフローチャートを用いてＣＰＵ３５の動作を以下に説明する。
まず、ステップ１００にて、プロフィルデータ領域３２３よりプロフィルデータが読み込まれる。
次にステップ１０２にて所定時間内における研削能率を示す研削除去率の制限値Ｐmaxを設定する。この研削除去率の制限値Pmaxは砥石車Gの性能、工作物Wの材質等などから作業者が任意に決定して制御盤４５から入力する。
【００１６】
次にステップ１０４にてプロフィルデータＸ（θ）を用いて工作物Ｗにカム創成運動をさせて切り込み量ｔを与えたときの所定角度毎の（実施例では0.5度）区間ｉにおける研削量Ｑiを求める。ここで、研削量Ｑiは図６に示すように、切込量ｔを与えたときの回転角θ毎の工作物Ｗと砥石車Ｇの接線円弧Ｈ（θ）を区間ｉについて累積（積分）することで求められる。なお、切込量ｔはＮＣプログラム領域３２６に記憶されたＮＣプログラムより求めることができる。また、各符号に付属する記号ｉは工作物1周分の区間を表わすための変数であり、例えば所定角度が0.5度毎であれば、0から720の間の変数となる。
【００１７】
次に、ステップ１０６にて研削除去率Ｐｉを求める。この研削除去率Ｐｉは、時間Ｔｉ内で研削できる研削量を示すもので次式で表わされる。
【数１】
Ｐｉ＝Ｑｉ／Ｔｉ              −（１）
ここで時間Ｔｉは初期値Ｔｂとして工作物Ｗのベース円を研削する場合とき、主軸１３が回転数Ｎｂ[rpm]で回転させ、区間ｉを研削するのに要する時間を任意に設定するものとし、機械性能や砥石の材質等から作業者が経験的に決定しても、また、数値制御研削盤１の砥石台２０の性能などから特開平１０−２８３０１２号に記載された技術のように、砥石台の追従可能な限界送り速度、限界加速度から回転数Ｎｂを決定してもよい。
【００１８】
なお、初期値Ｔｂは、主軸回転数Ｎｂより次式より求められる。
【数２】
Ｔｂ＝所定角度ｉ／角速度
＝ｉ／（（２π／６０）Ｎｂ）              −（２）
但し、ｉ［度］×π／１８０［rad］とする。
次にステップ１０８にて研削除去率Ｐｉがステップ１０２において入力した制限値Ｐｍａｘと等しいか否かが判断され、制限値Ｐｍａｘと等しくない場合はステップ１１０に進み、制限値Ｐｍａｘと等しいときはステップ１１８に進む。
【００１９】
ステップ１１０に進むと研削除去率Ｐｉが制限値Ｐｍａｘより大きいか否かが判定され、制限値Ｐｍａｘより大きい場合はステップ１１４に進み、制限値Ｐｍａｘより小さいときはステップ１１６に進む。
ステップ１１４に進むと、時間Ｔｉに所定の微小時間αを加算し、ステップ１０６に戻って再び研削除去率Ｐｉを演算する。また、ステップ１１６に進むと時間Ｔｉから微小時間αを減算し、ステップ１０６に戻って再び研削除去率Ｐｉを演算する。
【００２０】
以後、研削除去率Ｐｉが制限値Ｐｍａｘと等しくなるまでステップ１０６からステップ１１６を繰り返し、時間Ｔｉを伸縮する。
一方、ステップ１１８に進むと、区間ｉのオーバライド値ＯＶｉ［％］を次式によって求める。
【数３】
ＯＶｉ＝１００×Ｔｂ／Ｔｉ              −（３）
ここで、Ｔｂは時間Ｔｉの初期値である。
【００２１】
この後、区間ｉのオーバライド値ＯＶｉを粗加工オーバライド値データ領域３２４に記憶し、ステップ１２０において工作物Ｗの1周分にあたる全区間のオーバライド値ＯＶｉが求められたか否かを判定する。全区間のオーバライド値ＯＶｉが求められていなければ次の区間ｉ+1に移行し、ステップ１０４からステップ１１８を繰り返して全区間（工作物1回転分）についてオーバライド値ＯＶｉが求められる。
【００２２】
これによって図５（ａ）に示されるような研削除去率Ｐｉを一定にしたオーバライド値が求められる。なお、この図５（ａ）において０度〜９０度付近、２７０度から３６０度付近が工作物Ｗのベース円部分に相当し、１８０度付近が工作物Ｗのカムトップ部分に相当する。
次に数値制御研削盤１０が仕上加工に使用するオーバライド値データの作成について、図７のフローチャートを用いてＣＰＵの動作を以下に説明する。
まず、ステップ２５０にて、プロフィルデータ領域７２４よりプロフィルデータX(θ) が読み込まれる。
【００２３】
次にステップ２５２にて研削速度の制限値Ｋmaxを設定する。この研削速度の制限値Ｋmaxは工作物Ｗのベース円部分が所望の仕上げ精度研削可能な速度を作業者の経験もしくは過去の実験データに基づいて任意に決定して制御盤４５から入力するかもしくは予めＲＡＭに入力しておく。
次にステップ２５４にて所定角度（実施例では0.5度）区間ｉ分の工作物Ｗ表面上の接点移動距離Ｌｉ、即ち、図８に示すように、工作物Ｗの所定角度分の円周長さに相当するが、区間ｉを微小角度（0.5度程度）とすれば区間ｉと区間ｉ-1の直線距離に置き換えることができる。
【００２４】
次に、ステップ２５６にて接点移動速度Ｋｉを求める。この接点移動速度Ｋｉは、時間Ｔｉ内で研削できる研削速度を示すもので次式で表わされる。
【数４】
Ｋｉ＝Ｌｉ／Ｔｉ              −（４）
ここで時間Ｔｉは初期値Ｔｂとして工作物Ｗのベース円を研削する場合とき、主軸１３が回転数Ｎｂ[rpm]で回転させ、区間ｉを研削するのに要する時間を任意に設定するものとし、機械性能や砥石の材質等から作業者が経験的に決定される。
なお、初期値Ｔｂは、主軸回転数Ｎｂより（２）式より求められる。
【００２５】
次にステップ２５８にて接点移動速度Ｋｉがステップ２５２において入力した制限値Ｋｍａｘと等しいか否かが判断され、制限値Ｋｍａｘと等しくない場合はステップ２６０に進み、制限値Ｋｍａｘと等しいときはステップ２６８に進む。ステップ２６０に進むと接点移動速度Ｋｉが制限値Ｋｍａｘより大きいか否かが判定され、制限値Ｋｍａｘより大きい場合はステップ２６４に進み、制限値Ｋｍａｘより小さいときはステップ２６６に進む。
【００２６】
ステップ２６４に進むと、時間Ｔｉに所定の微小時間αを加算し、ステップ２５６に戻って再び接点移動速度Ｋｉを演算する。また、ステップ２６６に進むと時間Ｔｉから微小時間αを減算し、ステップ２５６に戻って再び接点移動速度Ｋｉを演算する。
以後、接点移動速度Ｋｉが制限値Ｐｍａｘと等しくなるまでステップ２５６からステップ２６６を繰り返し、時間Ｔｉを伸縮する。
【００２７】
一方、ステップ２６８に進むと、区間ｉのオーバライド値ＯＶｉ［％］を（３）式によって求め、仕上加工オーバライド値データ領域３２５に記憶し、ステップ２７０において工作物ｗの1周分にあたる全区間のオーバライド値ＯＶｉが求められたか否かを判定する。全区間のオーバライド値ＯＶｉが求められていなければ次の区間ｉ+1に移行し、ステップ２５４からステップ２７０を繰り返して全区間（工作物1回転分）についてオーバライド値ＯＶｉが求められる。
【００２８】
これによって図５（ｂ）に示されるような接点速度Ｋｉを一定にしたオーバライド値が求められる。
【００２９】
この後、加工指令信号が操作盤４５から付与されると、ＣＰＵ３５はプロフィルデータ領域３２１に記憶されているプロフィルデータと、粗加工オーバライド値データ領域３２２及び仕上加工オーバライド値データ領域３２３に記憶されている粗加工オーバライド値と仕上加工オーバライド値に従って加工指令を出力することによりカムの研削が実行される。
【００３０】
以上のように、主軸１３のオーバライド値ＯＶｉを粗加工ではサイクルタイム（研削時間）を短縮するために研削除去率を一定するオーバライド値を求め、仕上げ加工では加工精度（特に面性状）を向上させるために接点速度（研削速度）を一定にするオーバライド値を求めるようにしたので、加工時間の短縮と加工精度向上の両立が可能となった。
【００３１】
なお、上記実施例ではCNC装置３１を非真円工作物加工データ作成装置として用いたが、これに限られるものでなく、ＣＮＣ装置３１の代わりに汎用コンピュータを持ちいて粗加工及び仕上加工のオーバライド値を求めるようにしてもよい。
【００３２】
なお、本発明の粗加工オーバライド演算手段は上記実施例の図４に示すフローチャートと、この図４のフローチャートを実行するＣＮＣ装置３１に相当する。また、仕上加工オーバライド演算手段は図７のフローチャートとこれを実行するＣＮＣ装置３１に相当する。さらに、プロフィルデータ記憶手段はＲＡＭ３７に相当する。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明は主軸のオーバライド値を粗加工ではサイクルタイム（研削時間）を短縮するために単位時間当たりの研削量（研削除去率）を一定するオーバライド値を求め、仕上げ加工では加工精度（特に面性状）を向上させるために接点速度（研削速度）を一定にするオーバライド値を求めるようにしたので、加工時間の短縮と加工精度向上の両立できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の具体的実施例に関わる数値制御研削盤の概観図を示した図である。
【図２】本発明の具体的実施例に関わる制御装置の電気的構成を示した図である。
【図３】本発明の具体的実施例に関わる数値制御装置のRAMのデータ構成を示す模式図である。
【図４】本発明の具体的実施例に関わる数値制御装置による粗加工オーバライドの演算手順を示したフローチャートである。
【図５】本発明の具体的実施例に関わる粗加工オーバライド値と仕上げ加工オーバライド値を示すグラフ図である。
【図６】単位時間当たりの工作物Wの砥石による研削量を説明する図である。
【図７】本発明の具体的実施例に関わる数値制御装置による仕上げ加工オーバライドの演算手順を示したフローチャートである。
【図８】工作物と砥石の加工時おける接点移動量を説明するための図である。
【符号の説明】
１    数値制御研削盤
１１  テーブル
１３  主軸
２０  砥石台
３０  制御装置
３１  数値制御装置（ＣＮＣ装置）
３７  ＲＡＭ
Ｇ    砥石
Ｗ    工作物
【図１】
0004201970.tif 000002
【図２】
0004201970.tif 000003
【図３】
0004201970.tif 000004
【図４】
0004201970.tif 000005
【図５】
0004201970.tif 000006
【図６】
0004201970.tif 000007
【図７】
0004201970.tif 000008
【図８】
0004201970.tif 000009