JP2003005814A - 非真円形工作物の加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 非真円形工作物の加工方法において、元のリ
フトデータの加加速度を平滑化すると、補正リフトデー
タに誤差を含んでいた。 【解決手段】 元のリフトデータＬ１の加加速度Ｊ１の
振れが大きい部分Ｊ１Ａ〜Ｊ１Ｃのみ抽出し、その抽出
した部分Ｊ１Ａ〜Ｊ１Ｃを平滑化処理して加加速度Ｊ１
を修正する。そして、修正された加加速度よりリフトデ
ータを求め、このリフトデータに基づき非真円形工作物
を加工する。従って、加加速度Ｊ１の振れが平滑化され
るので、加工時の機械振動が抑制される。しかも、平滑
化されるのは加加速度Ｊ１の振れが大きい部分Ｊ１Ａ〜
Ｊ１Ｃのみであるので、修正前後でデータのズレが抑制
される。

Description

【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
工作物を加工するための加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、数値制御装置により工作物の回転
軸の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。

【０００３】しかし、ここで使用されるリフトデータは
工作物の仕上げ形状より決定されたものであるため、加
工時に機械振動等の原因となり加工精度に重大な影響を
与える砥石車の加速度や加加速度に関しては全く考慮さ
れていない。そのため、現状では加工後の工作物の加工
精度結果を見ながら作業者が経験的に修正したリフトデ
ータを用い、さらに加工を行ない、また、その結果を反
映していくという作業を繰返して加工が行なわれてい
た。

【０００４】しかしながら、この技術では、作業者の経
験や勘に基づいてリフトデータを設定しているので、前
記の修正の繰返しにより、サイクルタイムが伸びてしま
う問題があった。また作業者の技術レベル、経験量など
の不確定要素により工作物の加工精度、サイクルタイム
が決定されてしまう問題があった。

【０００５】このような問題を解決するため、例えば特
開平８−１２３５２５号公報に記載の技術では、低次フ
ィルタに通したリフトデータを補間手段で多点データと
し、これを高次フィルタに通すことによって、砥石車の
加速度や加加速度の振れを押さえるようなリフトデータ
を算出している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
８−１２３５２５号公報に記載された技術では、加速度
や加加速度は平滑化されるが、算出される補正リフトデ
ータは、高次フィルタを通しているため元リフトデータ
との間に誤差を含んでおり、必ずしも補償されているわ
けではない。

【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、請求項１の発明では、非真円形工作物の仕上げ形
状データに基づき工具を移動させ加工する非真円形工作
物の加工方法において、元の仕上げ形状データの加速度
または加加速度の振れが大きい部分のみを抽出し、その
抽出した部分を平滑化処理して前記加速度または前記加
加速度を修正し、その修正された加速度または加加速度
から求められる仕上げ形状データに基づき加工する。

【０００８】したがって、加速度または加加速度が平滑
化されるので、加工時の機械振動が抑制される。しか
も、平滑化処理するのは振れが大きい部分のみであるの
で、それ以外の部分では修正前後で仕上げ形状データが
ズレることはない。

【０００９】また、請求項２の発明では、前記平滑化処
理は面積配分処理である。したがって、抽出した部分と
その前後が滑らかにつながる。

【００１０】

【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、数値制御研削盤の構成を示
した模式図である。ベッド１０上には螺子送り機構を介
してサーボモータ１６により駆動されるテーブル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。

【００１１】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
により回転される。また、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１９と主軸１
３のセンタ１７とによって非真円形工作物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に嵌合し、工作物Ｗの回転位相は主軸１３の回転
位相に一致している。なお、工作物Ｗは、エンジンの動
弁機構に用いられるカムシャフトであり、以下、単にカ
ムシャフトまたはカムと称することもある。

【００１２】ベッド１０の後方には、工作物Ｗ側に向か
って進退可能な工具台２０が案内され、工具台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。この工具台２０は、図略の送り螺子を介してサ
ーボモータ２３に連結され、サーボモータ２３の正逆転
により前進後退される。

【００１３】ドライブユニット５０、５１、５２は、数
値制御装置（位置制御手段）３０から指令パルスを入力
して、それぞれサーボモータ２３、１４、１６を駆動す
る回路である。

【００１４】数値制御装置３０は、操作盤４５から加工
指令信号が付与されると、主として制御軸の回転および
砥石車Ｇの送りを数値制御して工作物Ｗを研削加工する
装置である。数値制御装置３０は、図２に示すように主
として研削盤を制御するためのメインＣＰＵ３１と、制
御プログラムを記憶したＲＯＭ３３と、入力データ等を
記憶するＲＡＭ３２とで構成されている。ＲＡＭ３２上
にはＮＣプロフィルデータＰ２を記憶する加工用ＮＣプ
ロフィルデータ領域３２１が形成されている。なお、Ｎ
ＣプロフィルデータＰ２は、後述する自動プログラミン
グ装置７０内にて作成されたプロフィルデータＰに基づ
きメインＣＰＵ３１にて生成され、主軸１３の単位回転
角毎の砥石車Ｇの移動量を与え、工作物Ｗの仕上げ形状
に沿って砥石車Ｇを往復運動させる。

【００１５】数値制御装置３０は、その他サーボモータ
２３、１４、１６の駆動系としてドライブＣＰＵ３６と
ＲＡＭ３５とパルス分配回路３７が設けられている。Ｒ
ＡＭ３５は、メインＣＰＵ３１から砥石車Ｇ、テーブル
１１、主軸１３の位置決めデータを入力する記憶装置で
ある。ドライブＣＰＵ３６は、加工に関する制御軸の送
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
出力する装置である。パルス分配回路３７は、パルス分
配の後、駆動指令パルスを各ドライブユニット５０、５
１、５２に出力する回路である。

【００１６】数値制御装置３０に接続された自動プログ
ラミング装置７０は、元（オリジナル）のリフトデータ
Ｌ１と砥石径データＲとからプロフィルデータＰ１を自
動作成し、この作成されたプロフィルデータＰ１を数値
制御装置３０へ出力する装置である。ここで、リフトデ
ータＬ１は、工作物Ｗの仕上げ形状、すなわち、エンジ
ンの動弁機構におけるバルブリフト量のデータ（点列）
である。

【００１７】自動プログラミング装置７０は、フロント
ＣＰＵ７１とＲＡＭ７２と入出力インタフェース７３と
で構成されている。フロントＣＰＵ７１には、入出力イ
ンタフェース７３を介してリフトデータＬ１と、リフト
データＬ１をもとに補正リフトデータＬ２を生成するた
めの許容誤差データＥと、砥石車Ｇの外径である砥石径
データＲとを入力するテープリーダ４２が接続されてい
る。また、フロントＣＰＵ７１には、データの表示を行
うＣＲＴ表示器４３と、データの入力を行うキーボード
４４とが接続されている。

【００１８】ＲＡＭ７２は、フロントＣＰＵ７１に接続
されており、テープリーダ４２から入力されたリフトデ
ータＬ１と許容誤差データＥと砥石径データＲとを記憶
する。つまり、ＲＡＭ７２には、複数の工作物のリフト
データＬ１を記憶するリフトデータ領域（リフトデータ
記憶手段）７２１と、補正リフトデータＬ２を生成する
際に行う最適化処理の拘束条件となる許容誤差Ｅ（後述
する）を記憶する許容誤差データ領域（許容誤差記憶手
段）７２５と、プロフィルデータＰ１を生成するときの
砥石径データＲとを記憶する砥石径データ領域７２６と
が形成されている。

【００１９】フロントＣＰＵ７１ではリフトデータ領域
７２１に記憶されたリフトデータＬ１と許容誤差データ
領域７２５に記憶された許容誤差データＥとから補正リ
フトデータＬ２が算出され、この算出された補正リフト
データＬ２はＲＡＭ７２の補正リフトデータ領域７２２
に記憶される。また、フロントＣＰＵ７１では補正リフ
トデータ領域７２２に記憶された補正リフトデータＬ２
が極座標変換され、この極座標変換された極座標リフト
データＬ３はＲＡＭ７２の極座標リフトデータ領域７２
３に記憶される。さらに、フロントＣＰＵ７１では極座
標リフトデータ領域７２３に記憶された極座標リフトデ
ータＬ３と砥石径データ領域７２６に記憶された砥石径
ＲとからプロフィルデータＰ１が作成され、この作成さ
れたプロフィルデータＰ１はＲＡＭ７２のプロフィルデ
ータ領域７２４に記憶される。

【００２０】次に、数値制御研削盤の作用について、図
３のフローチャートに基づき説明する。

【００２１】本装置がデータ入力モードに設定される
と、ステップ０００にて、フロントＣＰＵ７１は入出力
インタフェース７３を介して、テープリーダ４２から加
工に必要な全てのリフトデータＬ１を読み込み、ＲＡＭ
７２のリフトデータ領域７２１に転送する。リフトデー
タＬ１は、エンジンの動弁機構としてのカムが回転する
とき、そのカムに当接するバルブの移動量（リフト量）
で表される。また、フロントＣＰＵ７１は入出力インタ
フェース７３を介して、テープリーダ４２から許容誤差
データＥ及び砥石径データＲとを読み込み、それぞれＲ
ＡＭ７２の許容誤差データ領域７２５及び砥石径データ
領域７２６に転送する。

【００２２】数値制御研削盤がプロフィルデータ作成モ
ードに設定されると、フロントＣＰＵ７１は、ステップ
００２〜００６のプログラムを実行し、プロフィルデー
タＰ１を作成する。まず、ステップ００２にて、リフト
データ領域７２１に記憶されたリフトデータＬ１と許容
誤差データ領域７２５に記憶された許容誤差データＥと
から補正リフトデータＬ２を算出し、補正リフトデータ
Ｌ２を補正リフトデータ領域７２２に記憶する。

【００２３】次に、ステップ００４にて、補正リフトデ
ータ領域７２２に記憶されている補正リフトデータＬ２
を極座標データＬ３に変換し、極座標データＬ３を極座
標リフトデータ領域７２３に記憶する。この極座標リフ
トデータＬ３は、カムの外形線上の点、すなわち工作物
Ｗの研削点（加工位置）がその中心角と動径の長さとで
特定されたデータであり、所定回転角度（例えば０．５
度）毎の点列で表される。

【００２４】続いて、ステップ００６にて、砥石径デー
タ領域７２６に記憶されている砥石径Ｒと極座標リフト
データ領域７２３に記憶されている極座標リフトデータ
Ｌ３とからプロフィルデータＰ１を生成し、プロフィル
データＰ１をプロフィルデータ領域７２４に記憶する。

【００２５】工作物Ｗの加工時には、ステップ００８〜
０１０のプログラムを実行する。ステップ００８にて、
プロフィルデータ領域７２４に記憶されたプロフィルデ
ータＰ１は、フロントＣＰＵ７１を介してメインＣＰＵ
３１へ転送されてＮＣプロフィルデータＰ２に変換され
る。ＮＣプロフィルデータＰ２は、ＲＡＭ３２のＮＣプ
ロフィルデータ領域３２１に記憶される。

【００２６】加工指令信号が操作盤４５から付与される
と、ステップ０１０にて、メインＣＰＵ３１はＮＣプロ
フィルデータ領域３２１に記憶されているＮＣプロフィ
ルデータＰ２に従って加工指令を出力し、工作物Ｗの研
削が実行される。

【００２７】ここで、ステップ００２にて求められる補
正リフトデータＬ２の取得方法を図４に示すフローチャ
ートをもとに説明する。

【００２８】まず、ステップ１００にて、リフトデータ
領域７２１に記憶されているリフトデータＬ１（元デー
タ）を読み込み、ステップ１０２にて、リフトデータ領
域７２１に記憶されているリフトデータＬ１からリフト
値の移動速度Ｖ１、加速度Ａ１及び加加速度Ｊ１を算出
する。ここで速度Ｖ１は、リフトデータＬ１を回転角θ
で微分したものであり、同様に速度Ｖ１を回転角θで微
分したものが加速度Ａ１、加速度Ａ１を回転角θで微分
したものが加加速度Ｊ１である。図７に回転角θに対す
るリフトデータＬ１（図７（ａ））、速度Ｖ１（図７
（ｂ））、加速度Ａ１（図７（ｃ））及び加加速度Ｊ１
（図７（ｄ））を示す。なお、リフトデータＬ１、速度
Ｖ１、加速度Ａ１及び加加速度Ｊ１は点列で表される。

【００２９】次に、ステップ１０４にて、図７（ｄ）に
示す加加速度Ｊ１の振れが大きい部分（異常部分）Ｊ１
Ａ〜Ｊ１Ｃを抽出し、ステップ１０６にて、ステップ１
０４にて抽出した異常部分Ｊ１Ａ〜Ｊ１Ｃに対して平滑
化処理を行う。

【００３０】平滑化処理は、図５に示すフローチャート
に従って行われる。まず、ステップ２００にて、処理対
象点分布状態から公知の手法（例えば最小自乗法）で近
似曲線を求め、ステップ２０２にて、上記近似曲線との
差をならす。なお、ここでは平滑化の一手法として、図
５に示す面積配分処理を行う。面積配分処理は、処理前
後において正負を考慮した面積成分に変化がないように
補正するもので、抽出した部分の大きな振れが正負の面
積成分を相殺することによりならされる。

【００３１】図６は、図７（ｄ）に示す加加速度Ｊ１の
異常部分Ｊ１Ａにおける面積配分処理前後のデータの変
化を示した具体例であり、ステップ２００にて求めた近
似曲線を横軸としている。また、図６において、点列で
表される加加速度Ｊ１は、上記近似曲線（横軸）からの
ズレをそれぞれプロットした点であり、この点をステッ
プ状につないで示している。図６（ａ）は面積配分処理
前の加加速度Ｊ１の異常部分Ｊ１Ａである。加加速度Ｊ
１は、異常部分Ｊ１Ａ内で、図６（ｂ）に示すように面
積配分処理される。図６（ｂ）に示す斜線部分は、面積
配分処理により相殺される部分である。したがって、加
加速度Ｊ１は、面積配分処理により、異常部分Ｊ１Ａ
が、図６（ａ）に示す凹凸の激しい状態から、図６
（ｃ）に示すように平滑化された状態となる。したがっ
て、加加速度Ｊ１は、異常部分Ｊ１Ａ〜Ｊ１Ｃとその前
後部分が滑らかにつながり修正される（修正加加速度Ｊ
４）。これを回転角θで順次積分することにより、修正
加速度Ａ４、修正速度Ｖ４及び修正リフトデータＪ４を
得る。

【００３２】ここで、ステップ１０６において、面積配
分処理するのは異常部分Ｊ１Ａ〜Ｊ１Ｃのみであるた
め、修正データのそれ以外の部分における元データから
のズレはない。また、面積配分処理により、補正処理区
間端点におけるズレを小さくすることができ、異常部分
Ｊ１Ａ〜Ｊ１Ｃとその前後部分とが滑らかにつながる。
このため、次ステップ（最適化処理）における最適解の
取得が容易になる。

【００３３】次に、ステップ１０８にて、最適化処理を
行い、許容誤差内で平滑化された補正リフトデータＬ２
を演算する。最適化処理とは、「シンプレックス法」等
の「複数の拘束条件の元で、ある値を最適な値とする演
算処理」である。具体的には、補正（最適化処理）前後
の「リフトデータＬ４，Ｌ２の差」、「速度Ｖ４，Ｖ２
の差」、「加速度Ａ４，Ａ２の最大最小差」、「加加速
度Ｊ４，Ｊ２の最大最小差」等に要求加工条件にあった
許容誤差Ｅ（拘束条件）を与え、リフトデータＬ４を補
正した補正リフトデータＬ２（最適解）を得る。この補
正した補正リフトデータＬ２は補正リフトデータ領域７
２２に記憶される。なお、許容誤差Ｅは、許容誤差デー
タ領域７２５から読み込む。

【００３４】図８は最適化処理により得られた補正リフ
トデータＬ２（図８（ａ））、補正速度Ｖ２（図８
（ｂ））、補正加速度Ａ２（図８（ｃ））及び補正加加
速度Ｊ２（図８（ｄ））である。図６に示す元のデータ
に比較して、リフトデータＬ２及び速度Ｖ２に大きな変
化は無く、加速度Ａ２及び加加速度Ｊ２の振れが小さく
なっていることが分かる。

【００３５】このように、平滑化処理するのは振れの大
きい異常部分Ｊ１Ａ〜Ｊ１Ｃのみであるため、それ以外
の部分では元データからのズレはない。しかも、平滑化
処理として面積配分処理を採用したので、異常部分Ｊ１
Ａ〜Ｊ１Ｃとその前後部分とが滑らかにつながる。した
がって、その後の最適化処理における最適解の取得が容
易になり、補正リフトデータＬ２は、元のリフトデータ
Ｌ１との誤差が許容範囲Ｅ内で、補正リフトデータＬ２
の加速度Ａ２及び加加速度Ｊ２の平滑度をより高めるこ
とができる。これにより、作業者が異常点Ｊ１Ａ〜Ｊ１
Ｃの補正をしなくてもよくなり、操作性及び作業性が向
上する。

【００３６】なお、上記実施形態では、リフトデータの
加加速度成分において面積配分処理を行ったが、加速度
成分において面積配分処理を行ってもよい。また、この
処理を他のデータ（例えば極座標リフトデータやプロフ
ィルデータ）において行ってもよい。また、上記実施形
態では、数値制御研削盤内に設けられた自動プログラミ
ング装置によりプロフィルデータを生成する構成とした
が、外部のパーソナルコンピュータ等や数値制御装置そ
のものを用いてプロフィルデータを生成する構成として
もよい。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明は、加加速度または
加速度の振れの大きい部分のみ平滑化処理するようにし
たので、仕上げ形状のデータ修正時の元データからの誤
差は極小である。また、平滑化処理として面積配分処理
を採用したので、振れの大きい部分とその前後部分とが
滑らかにつながる。したがって、修正後のデータ誤差な
どから生じる加工位置のズレをなくすとともに、機械振
動などにつながる加加速度や加速度の異常個所をなくし
加工精度の向上を可能にする。これらのことより、作業
者の経験に依存した補正処理および設定作業が不要とな
り、操作性及び作業効率が向上し加工時間短縮が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の具体的な実施例に係わる自動プログラ
ミング装置７０及び数値制御装置３０を備えた数値制御
研削盤の構成を示した模式図。

【図２】本発明の具体的な実施例に係わる自動プログラ
ミング装置７０及び数値制御装置３０の電気的構成を示
したブロックダイヤグラム。

【図３】本発明の具体的な実施例に係わる自動プログラ
ミング装置７０のフロントＣＰＵ７１および数値制御装
置３０のメインＣＰＵ３１の処理手順を示したフローチ
ャート。

【図４】本発明の具体的な実施例に係わる自動プログラ
ミング装置７０のフロントＣＰＵ７１の処理手順を示し
たフローチャート。

【図５】本発明の具体的な実施例に係わる自動プログラ
ミング装置７０のフロントＣＰＵ７１において行われる
平滑化処理を示したフローチャート。

【図６】本発明の具体的な実施例に係わる自動プログラ
ミング装置７０のフロントＣＰＵ７１において行われる
面積配分処理過程におけるデータ変化を示した模式図。

【図７】本発明の具体的な実施例に係わる元データを示
したグラフ。

【図８】本発明の具体的な実施例に係わる補正後のデー
タを示したグラフ。

【符号の説明】

１０ ベッド １１ テーブル １３ 主軸 １４、１６、２３ サーボモータ １５ 心押台 ２０ 工具台 ３０ 数値制御装置 ７０ 自動プログラミング装置 Ｇ 砥石車 Ｗ 工作物

フロントページの続き (72)発明者 大石 重雄 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内 Ｆターム(参考） 3C001 KA02 KA07 KB07 TA04 TB08 TC01 3C049 AA03 AB01 CA01 CA03 5H269 AB07 BB03 CC01 DD01 EE01 HH03 QC01 QD03

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】非真円形工作物の仕上げ形状データに基づ
   き工具を移動させ加工する非真円形工作物の加工方法に
   おいて、元の仕上げ形状データの加速度または加加速度
   の振れが大きい部分のみを抽出し、その抽出した部分を
   平滑化処理して前記加速度または前記加加速度を修正
   し、その修正された加速度または加加速度から求められ
   る仕上げ形状データに基づき加工することを特徴とする
   非真円形工作物の加工方法。
2. 【請求項２】前記平滑化処理は面積配分処理であること
   を特徴とする請求項１に記載の非真円形工作物の加工方
   法。