(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
輪郭形状加工制御装置を用い、工作物主軸と工具送り軸を制御軸とし、非真円形工作物の仕上げ形状にそって工具をプロフィル創成運動させるためのプロフィルデータに基づき前記非真円形工作物を加工する場合における加工方法において、
前記非真円形工作物のプロフィルデータを前記工作物主軸と前記工具送り軸の各データに分け、それぞれのデータをフーリエ変換し、各周波数における利得と位相を算出する第１ステップと、
輪郭形状加工主軸装置の伝達関数と、工具送り装置の伝達関数から、前記各周波数における利得と位相を算出する第２ステップと、
前記工作物主軸および前記工具送り軸には、前記第１ステップから求められた前記各周波数における利得と位相に、前記第２ステップから求められた前記各周波数の利得と位相を加算する第３ステップと、
前記第３ステップにより求められた前記非真円形工作物の前記工作物主軸および前記工具送り軸の各周波数データの逆フーリエ変換を行なう第４ステップと、
前記第４ステップより得られた前記非真円形工作物の前記工作物主軸および前記工具送り軸用加工データである補正データを作成する第５ステップと、
前記補正データに基いて前記非真円形工作物の加工を行うことを特徴とする加工方法。
【請求項２】
請求項１に記載の加工方法は、前記補正データを前記輪郭形状加工制御装置に記憶する第６ステップと、
前記第６ステップで記憶された補正プロフィルデータを前記工作物主軸の回転速度およびプロフィルデータのサンプリング時間から補間する第７ステップと、
前記第７ステップから求められたプロフィルデータを位置入力指令として、位置制御を行なう第８ステップを有することを特徴とする加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加工方法、およびその加工方法が記録されたコンピュータで読み取り可能な記録媒体に係り、例えば金属からなる非真円形工作物の切削加工における加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、非真円形工作物を加工する加工誤差の補正方法およびこれを用いた加工方法としては例えば、特許公報第２５８３３４５号が知られている。しかし、前記特許公報第２５８３３４５号によれば、機械系から生じる誤差、即ち（１）砥石を移動するためのボールネジに生じるいわゆる累積リード誤差、（２）ボールネジを駆動するためのギアに生じるいわゆるバックラッシュ、（３）被研削部材を回転させるためのギアの誤差により生じる被研削部材の回転位置の誤差、（４）砥石が被研削部材に接触することによって生じる被研削部材のたわみ量、（５）夫々のモータをフィードバック制御することにより生じるモータの追従遅れ、（６）被研削部材のいわゆるセンター出しの誤差、（７）目直しや形直しにより生じる砥石の外形誤差等を全て実機で測定し、それらの誤差を理想非真円形工作物曲線データに加味し、シミュレーションを実施してその有効性を評価し、新しい輪郭形状加工データを生成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来技術ではいかにシミュレーションを実施しているとはいえ、前記（１）〜（７）の誤差要因に重み付けをし、補正を加えることはかなりの試行錯誤を要している。また、誤差要因が複雑に絡み合って、それらを一義的に工作物主軸および工具送り軸に分解することもかなりの困難を伴うもので、それらを加味すると、補正にかなりの時間を要する。そこで本発明の目的は、制御対象の伝達関数を実測と計算により、シンプルなモデルとして求め、シンプルなモデルから得られる補正値を、理想非真円形工作物曲線データに加味することによって、短時間で補正データが求められる加工方法、その加工方法が記録されたコンピュータで読み取り可能な記録媒体を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
係る目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、輪郭形状加工制御装置を用い、工作物主軸と工具送り軸を制御軸とし、非真円形工作物の仕上げ形状にそって工具をプロフィル創成運動させるためのプロフィルデータに基づき前記非真円形工作物を加工する場合における加工方法において、前記非真円形工作物のプロフィルデータを前記工作物主軸と前記工具送り軸の各データに分け、それぞれのデータをフーリエ変換し、各周波数における利得と位相を算出する第１ステップと、輪郭形状加工主軸装置の伝達関数と、工具送り装置の伝達関数から、前記各周波数における利得と位相を算出する第２ステップと、前記工作物主軸および前記工具送り軸には、前記第１ステップから求められた前記各周波数における利得と位相に、前記第２ステップから求められた前記各周波数の利得と位相を加算する第３ステップと、前記第３ステップにより求められた前記非真円形工作物の前記工作物主軸および前記工具送り軸の各周波数データの逆フーリエ変換を行なう第４ステップと、前記第４ステップより得られた前記非真円形工作物の前記工作物主軸および前記工具送り軸用加工データである補正データを作成する第５ステップと、前記補正データに基いて前記非真円形工作物の加工を行うことを含むことをその要旨とする。次に、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の加工方法において、前記補正データを前記輪郭形状加工制御装置に記憶する第６ステップと、前記第６ステップで記憶された補正プロフィルデータを前記工作物主軸の回転速度およびプロフィルデータのサンプリング時間から補間する第７ステップと、前記第７ステップから求められたプロフィルデータを位置入力指令として、位置制御を行なう第８ステップを有することを有することをその要旨とする。
【０００５】
【作用】
請求項１に記載の発明によれば、輪郭形状加工制御装置を用い、工作物主軸と工具送り軸を制御軸とし、非真円形工作物の仕上げ形状にそって工具をプロフィル創成運動させるためのプロフィルデータに基づき前記非真円形工作物を加工する場合における加工方法において、前記非真円形工作物のプロフィルデータを前記工作物主軸と前記工具送り軸の各データに分け、それぞれのデータをフーリエ変換し、各周波数における利得と位相を算出する第１ステップと、輪郭形状加工主軸装置の伝達関数と、工具送り装置の伝達関数から、前記各周波数における利得と位相を算出する第２ステップと、前記工作物主軸および前記工具送り軸には、前記第１ステップから求められた前記各周波数における利得と位相に、前記第２ステップから求められた前記各周波数の利得と位相を加算する第３ステップと、前記第３ステップにより求められた前記非真円形工作物の前記工作物主軸および前記工具送り軸の各周波数データの逆フーリエ変換を行なう第４ステップと、前記第４ステップより得られた前記非真円形工作物の前記工作物主軸および前記工具送り軸用加工データである補正データを作成する第５ステップと、前記補正データに基いて前記非真円形工作物の加工を行うので輪郭形状加工主軸装置の伝達特性と工具送り装置の伝達特性を加味した補正プロフィルデータが生成できる。請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の加工方法において、前記補正データを前記輪郭形状加工制御装置に記憶する第６ステップと、前記第６ステップで記憶された補正プロフィルデータを前記工作物主軸の回転速度およびプロフィルデータのサンプリング時間から補間する第７ステップと、前記第７ステップから求められたプロフィルデータを位置入力指令として、位置制御を行なう第８ステップを有することにより、請求項１の作用を実現する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をカムシャフトの研削システムに具体化した一実施形態を図面
を参照して説明する。
図１は、本実施形態の全体構成を示すブロック図である。
実施形態の加工機システム１０１は、補正データ作成装置１０２、数値制御装置１０３、加工装置１０４および工作物（ワーク）Ｗから構成されている。数値制御装置１０３は、入力された加工データに基づいて加工装置１０４を制御し、加工装置１０４により工作物Ｗの加工を行わせる。尚、数値制御装置１０３と加工装置１０４を一体化してカム研削盤を構成し、このカム研削盤により、工作物Ｗとしては例えばカムシャフトのカムを創成研削加工する。補正データ作成装置１０２は、記録媒体１０２aに記録されているプログラムに従い、カムシャフトのカムを加工するための補正データを作成するものであり、本実施形態ではパーソナルコンピュータにより具体化される。
【０００７】
図２は、本実施形態の数値制御装置のハードブロック図である。
数値制御装置１０３は制御軸の回転を数値制御して、工作物Ｗの研削加工を制御する装置である。数値制御装置１０３は図２に示すように、ＣＮＣ装置部１５０とサーボ制御装置部１６０に大別される。数値制御装置１０３には、数値制御装置１０３にデータを入力したり、数値制御装置１０３の動作の状態をモニタする操作盤ＰＡＮＥＬ  ＰＣ１０が接続されている。ＣＮＣ装置部１５０は、図２に示すようにカム研削盤全体を制御し管理するメインＣＰＵ４０、ＲＯＭ５０、ＲＡＭ５２、電源バックアップＲＡＭ（以下ＢＲＡＭという。）６０、外部とのデータを授受する通信インターフェース２０、内部でのデータを授受するＢＵＳインターフェース３０、および内蔵のプログラマブル・ロジックコントローラ（以下ＰＬＣという。）２４を備える。サーボ制御装置部１６０は制御軸を制御するサーボＣＰＵ（図略）、ＲＯＭ（図略）、異種なＣＰＵとデータの授受を行う共有ＲＡＭ（図略）とサーボアンプ部（図略）およびサーボモータ部（図略）で構成される。サーボモータ部は加工装置１０４を駆動する。
【０００８】
次に、本発明の概念を図３および図４で説明する。
図３はカムの指令位置データ３００を入力指令Ｘin３０２として、カム研削盤３０４に入力した時の出力値Ｘout３０６の実効位置データ３０８を生成するプロセスを示している。指令位置データ３００と実効位置データ３０８からわかるように、例えば従来例に記述された（１）〜（７）の誤差に起因するカム研削盤３０４の伝達特性により、実効位置データ３０８は指令位置データ３００に対して、歪と位相の遅れが顕著に表れる。次に、図４により理想の指令位置データ３００に対して、補正位置データ４０８を生成しておく。補正位置データ４０８は制御対象のカム研削盤３０４の伝達特性を前もって加味したデータである。補正位置データ４０８を入力指令Ｘin４０２として、カム研削盤３０４に入力した時の出力値はＸout４０６となり、理想の指令位置データ３００が出力される。
【０００９】
次に、プロフィルデータについて図５で説明する。
図５の（１）は横軸に工作物Ｗを回転駆動する工作物主軸（以後Ｃ軸という。）、縦軸に工具送り軸（以後Ｘ軸という。）をとった時のカムのプロフィルデータの一例である。このＣ／Ｘ軸で生成されているプロフィルデータをＣ／ｔ軸（（１）-１）およびＸ／ｔ軸（（１）-２）のデータに変換する。（１）-１と（１）-２の関
係を見ると、時間が０〜ｔ１までＣ軸はある速度で回転する。この期間Ｘ軸は動作していない。時間がｔ１、ｔ２およびｔ３までＣ軸は少し速度を落として回転する。この期間Ｘ軸は動作し、カムを研削加工する。時間がｔ３〜ｔ４までＣ軸は少し速度を上げて回転する。この期間Ｘ軸は動作していない。
【００１０】
次に、制御対象の伝達関数を実測と計算により、シンプルなモデルとして求める方法について図６および図７で説明する。
図６は、制御対象の伝達関数を実測する計測システムを示している。計測システムは図１で記述した数値制御装置１０３、加工装置１０４および工作物Ｗに対して伝達関数測定装置１０５と数値制御装置１０３に付与されている位置検出器１０４aのデータを伝達関数測定装置１０５にフィードバックする構成で成り立っている。計測システムの機能は、まず伝達関数測定装置１０５から数値制御装置１０３に計測信号（例えばサイン波等）が出力される。数値制御装置１０３に入力された計測信号は数値制御装置１０３を経て、加工装置１０４に入力される。計測信号は加工装置１０４に付与されている位置検出器１０４aから出力され、伝達関数測定装置１０５に入力される。伝達関数測定装置１０５は計測信号と位置検出器１０４aからフィードバックされた位置信号から制御対象の伝達関数を設定された周波数まで演算し出力する。図７の破線７０２は伝達関数測定装置１０５の出力波形である。次に数値制御装置１０３と加工装置１０４を含めて事前に計算されている伝達関数のパラメータを、実測した出力波形７０２に基づいて変更しながら整合させる。この方法により、シンプルなモデルの伝達関数が求まる。図７の実線７００は整合させた出力波形を示している。
【００１１】
次に、補正データ作成装置１０２における補正データの作成手順について、図８に示すフローチャートで説明する。
補正データ作成装置１０２が起動すると、記録媒体１０２=aに記録されているプログラムに従い、コンピュータによる各種演算処理によって、以下の各ステップの処理を実行する。まず、ステップＳ８００でカムのプロフィルデータより得られたＣ軸プロフィルデータデータの補正データを作成する。次に、ステップＳ８０２に進み、同じくカムのプロフィルデータより得られたＸ軸プロフィルデータデータの補正データを作成する。次に、ステップＳ８０４に進み、ステップＳ８００で作成されたＣ軸補正データより位置指令毎の値を求め、メモリに記憶する。次に、ステップＳ８０６に進み、同じくステップＳ８０２で作成されたＸ軸補正データより位置指令毎の値を求め、メモリに記憶する。
【００１２】
次に、Ｃ軸補正データ作成手順のフローチャートを図９に、Ｘ軸補正データ作成手順のフローチャートを図１０に示す。但し、Ｃ軸もＸ軸も補正データ作成手順は同じため、図９のＣ軸補正データ作成手順のフローチャートのみ動作を説明する。
まず、ステップＳ９００では、カムのＣ軸プロフィルデータの分割数Mcをメモリより読み込む。分割数Mcは加工装置１０４で加工された工作物Ｗの加工誤差データが仕様を満たす様に決定される。次に、ステップＳ９０２に進み、カムのＣ軸プロフィルデータデータがフーリエ変換される。この変換により、カムのＣ軸プロフィルデータデータが直流成分、基本波成分〜第ｆｎ高調波成分に分けられ、それぞれの成分での利得Ｇｗと位相Ｐｗが求められる。次に、ステップＳ９０４に進み、カムのＣ軸プロフィルデータデータの各周波数における利得Ｇｗ
（ｆ（Ｎ））と位相Ｐｗ（ｆ（Ｎ））をメモリに記憶する。次に、ステップＳ９０６に進み、作成する補正データが何番目の高調波かを示すカウンター値を１に初期設定する。次に、ステップＳ９０８に進み、カウンター値が分割数Mc／２を越えたか、越えていないかを判断する。
【００１３】
カウンター値が分割数Mc／２以下の時（ＮＯ）は、次に、ステップＳ９１０に進み、カム研削盤の工作物主軸装置の伝達関数から、周波数ｆ（Ｎ）における利得Ｇｍ（ｆ（Ｎ））と位相Ｐｍ（ｆ（Ｎ））を算出する。次に、ステップＳ９１２に進み、カムのＣ軸プロフィルデータの利得Ｇｗ（ｆ（Ｎ））にカム研削盤の工作物主軸装置の利得Ｇｍ（ｆ（Ｎ））を加算し、メモリに記憶する。次に、ステップＳ９１４に進み、カムのＣ軸プロフィルデータの位相Ｐｗ（ｆ（Ｎ））にカム研削盤の工作物主軸装置の位相Ｐｍ（ｆ（Ｎ））を加算し、メモリに記憶する。次に、ステップＳ９１６に進み、カウンターを１インクリメントする。次に、ステップＳ９０８に戻り、カウンター値が分割数Mc／２を越えたか判断する。カウンター値が分割数Mc／２を越えた時（ＹＥＳ）は、次に、ステップＳ９２０に進み、メモリに記憶した全利得値、全位相値を用いて、逆フーリエ変換を実行する。次に、同じステップでカムのＸ軸プロフィルデータの補正をおこない、図８のステップＳ８０４およびステップＳ８０６を実行し、カムの全プロフィルデータの加工用補正データが生成される。
【００１４】
次に、加工方法手順のフローチャートを図１１に示す。
まず、ステップＳ９８０で補正データ作成装置１０２により補正されたプロフィルデータをメモリに記憶する。次に、ステップＳ９８２に進み、加工が完了したかを判断する。加工が完了していない時（ＮＯ）はステップＳ９８４に進み、補正プロフィルデータを工作物主軸の回転速度およびプロフィルデータのサンプリング時間から補間する。次に、ステップ９８６に進み、補間されたプロフィルデータを位置入力指令として位置制御を行なう。次に、ステップ９８８に進み、次の工作物主軸補正プロフィルデータを読み込む。次に、再びステップ９８２へ戻り加工が完了した時（ＹＥＳ）はプログラムエンドとなる。
【００１５】
尚、上記実施例において、
輪郭形状加工制御装置を用い、工作物主軸と工具送り軸を制御軸とし、非真円形工作物の仕上げ形状にそって工具をプロフィル創成運動させるためのプロフィルデータに基づき前記非真円形工作物を加工する場合における加工方法において、前記非真円形工作物のプロフィルデータを前記工作物主軸と前記工具送り軸の各データに分け、それぞれのデータをフーリエ変換し、各周波数における利得と位相を算出する第１ステップは、補正データ作成装置１０２で構成され（以下、構成は全て補正データ作成装置１０２に含まれるので記述を略する。）、この機能は図９のフローチャートのステップＳ９０２および図１０のフローチャートのステップＳ９５２で達成される。次に、輪郭形状加工主軸装置の伝達関数と、工具送り軸装置の伝達関数から、前記各周波数における利得と位相を算出する第２ステップの機能は、図９のフローチャートのステップＳ９１０および図１０のフローチャートのステップＳ９６０で達成される。次に、前記工作物主軸および前記工具送り軸には、前記第１ステップから求められた前記各周波数における利得と位相に、前記第２ステップから求められた前記各周波数の利得と位相を加算する第３ステップの機能は、図９のフローチャートのステップＳ９１２とステップＳ９１４および図１０のフローチャートのステップＳ９６２とステップＳ９６４で達成される。次に、前記第３ステップにより求められた前記非真円形工作物の前記工作物主軸および前記工具送り軸の各周波数データの逆フーリエ変換を行う第４ステップの機能は、図９のフローチャートのステップＳ９２０および図１０のフローチャートのステップＳ９７０で達成される。次に、前記第４ステップより得られた前記非真円形工作物の前記工作物主軸および前記工具送り軸用加工データである補正データを作成する第５ステップの機能は、図８のフローチャートのステップＳ８０４とステップＳ８０６で達成される。次に、前記補正データに基づいて前記非真円形工作物の加工を行う加工方法は、図２のＣＮＣ装置部１５０内のメインＣＰＵ４０、ＲＯＭ５０、ＲＡＭ５２、ＢＲＡＭ６０で構成され、その機能はＲＯＭ５０に搭載されるプログラムで達成される。
次に、補正データを前記輪郭形状加工制御装置に記憶する第６ステップは、図２のメインＣＰＵ４０とＲＯＭ５０およびＢＲＡＭ６０のプロフィルデータ領域６０bで構成され、その機能は図１１のフローチャートのステップＳ９８０で達成される。次に、第６ステップで記憶された補正プロフィルデータを前記工作物主軸の回転速度およびプロフィルデータのサンプリング時間から補間する第７ステップは、図２のメインＣＰＵ４０とＲＯＭ５０およびＢＲＡＭ６０のプロフィルデータ領域６０bで構成され、その機能は図１１のフローチャートのステップＳ９８４で達成される。次に、第７ステップから求められたプロフィルデータを位置入力指令として、位置制御を行なう第８ステップは、図２のメインＣＰＵ４０とＲＯＭ５０およびサーボ制御部１６０で構成され、その機能は図１１のフローチャートのステップＳ９８６で達成される。
次に、請求項１または請求項２に記載の加工方法をコンピュータシステムに実行させるためのプログラムが記録されたコンピュータで読み取り可能な記録媒体は、図１の補正データ作成装置１０２の記録媒体１０２aと図２のＲＯＭ５０で構成される。
【００１６】
なお、上記実施形態はカムシャフトの研削システムに適用したものであるが、本発明はこれに限らず、同様の構成をとるクランクシャフトの研削システムなど、工作物を回転させて研削する加工機全般に適用することができる。
また、上記実施形態は補正データ作成装置を外部機器である、パーソナルコンピュータに搭載したが、この機能を数値制御装置１０３に搭載しても良い。
また、上記実施形態は数値制御装置１０３と加工装置１０４よりなる制御対象の伝達関数を実測と計算により、シンプルなモデルとして求めたが、伝達関数を実測のみ、または計算のみで求めても良い。
また、上記実施形態は補正データをＣ軸及びＸ軸のカムプロフィルデータについて求めたが、Ｘ軸のみに上記手段を実施し、Ｃ軸は位相のみオフセット値を与えても良い。
【００１７】
【発明の効果】
制御対象の伝達関数を実測と計算によりシンプルなモデルとして求め、シンプルなモデルから得られる利得減衰および位相遅れを、理想非真円形工作物曲線データに加味し補正データを生成するようにしたので、短時間で誤差の少ない加工データが求められる。
【００１８】
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の全体構成を示すブロック図。
【図２】本実施形態の数値制御装置のハードブロック図。
【図３】本発明の一実施例における概念図。
【図４】本発明の一実施例における概念図。
【図５】本発明の一実施例におけるカムのプロフィルデータの一例。
【図６】本発明の一実施例における制御対象の伝達関数を実測する計測システム図。
【図７】本発明の一実施例における伝達関数測定装置の出力波形。
【図８】本発明の一実施例における補正データ作成手順のフローチャート図。
【図９】本発明の一実施例におけるＣ軸補正データ作成のフローチャート図。
【図１０】本発明の一実施例におけるＸ軸補正データ作成のフローチャート図。
【図１１】本発明の一実施例における加工方法手順のフローチャート図。
【符号の説明】
１０１…  加工機システム
１０２…  補正データ作成装置
１０２a…  記録媒体
１０３…  数値制御装置
１０４…  加工装置
１０４a…位置検出器
Ｗ  …  工作物（ワーク）
１０５…  伝達関数測定装置
１５０…  ＣＮＣ装置部
１６０…  サーボ制御装置部
３０４…  カム研削盤
【図１】
0003735733.tif 000002
【図２】
0003735733.tif 000003
【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】
0003735733.tif 000008
【図８】
0003735733.tif 000009
【図９】
0003735733.tif 000010
【図１０】
0003735733.tif 000011
【図１１】
0003735733.tif 000012