JP2692374B2 - カム研削盤 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、内燃機関の動弁機構に用いるカム等のカ
ム面を研削するカム研削盤に関する。

従来の技術 この種のカム研削盤において、所望のカムプロフィー
ルに応じて、被加工物を装着する主軸の回転角と、被加
工物のカム面を研削する砥石車の送り量との関係を示す
制御データを予めメモリに記憶しておき、加工時に主軸
回転角を逐次検出し、前記制御データからその主軸回転
角に対する砥石車送り量を求め、砥石車送り量を制御す
ることにより、高精度のカム研削を行うことができる数
値制御式のものがある。

このような数値制御式のカム研削盤では、たとえば特
開平２−30466号公報に見られるように、砥石車をボー
ルねじにより往復移動する砥石台上に取り付け、前記制
御データに基づいてボールねじをサーボモータで回転駆
動することにより、砥石車の送り位置をフィードバック
制御する。

また、主軸の回転速度が一定であると、カム面の研削
点移動速度が主軸回転角により変動し、研削加工上好ま
しくないので、前記研削点移動速度が略一定になるよう
に主軸回転速度を制御するため、同様に主軸の回転速度
もサーボモータでフィードバック制御される。

発明が解決しようとする課題 上述のように、砥石車の送り位置や主軸の回転速度を
フィードバック制御する従来のカム研削盤では、各フィ
ードバックループにおいて個別に追従遅れが生じるた
め、その相互の追従遅れにより砥石車の送り位置と主軸
回転角の同期がずれるが、生産性を向上するため、切り
込み量を大きくしたり、加工速度を高速化すると、その
追従遅れが大きくなり、加工精度の低下を招く問題があ
った。

たとえば、第８図に示すように、砥石車の送り位置の
目標位置（指令値）が実線Ａで、追従遅れ（矢印で示
す）によりその実際の送り位置が破線Ｂであったとする
と、第９図に示すようなプロフィール誤差が生じること
になる。

なお、この追従遅れが各フィードバックループにおい
て相互に関係なく発生するのみならず、そのときの切り
込み量等の加工条件に左右されるため、予め追従遅れ量
を見越して前記制御データを補正しておくことは極めて
難しい。また、追従遅れ量を小さくすることは、サーボ
ゲインを大きくすることによりある程度まで可能である
が、サーボゲインをあまり大きくすると制御系が不安定
になり、かえって加工精度が悪化するので、限度があ
る。

課題を解決するための手段 この発明に係るカム研削盤は、上記の問題点を解決す
るために、被加工物を装着した主軸を回転させる主軸用
サーボモータと、被加工物のカム面を研削する砥石車を
前記主軸に対し交差する方向に相対移動させる砥石送り
用サーボモータと、所望するカムプロフィールに応じ予
め記憶した主軸回転角と砥石車送り量との関係を示す制
御データに基づき各加工基準時刻における主軸回転位置
の目標値および砥石車送り位置の目標値をそれぞれ設定
し、その各目標値に基づく各速度指令値で前記主軸用サ
ーボモータと前記砥石送り用サーボモータとを駆動制御
する制御装置とを備え、複数回の研削加工動作で前記カ
ム面を前記所望カムプロフィールに加工するカム研削盤
において、前記主軸回転位置および砥石車送り位置の各
目標値とそれらの各実際値との各偏差をそれぞれ求め、
その各偏差に基づき次回の研削加工動作の前記各目標値
をそれぞれ補正する学習手段と、その各補正目標値に基
づいて設定される前記各速度指令値と所定の各限界値と
比較し、少なくとも一方の前記速度指令値がその限界値
を超えた場合には前記加工基準時刻の進度を遅くする基
準時刻遅延制御手段とを前記制御装置に備えたことを特
徴とするものである。

作用 各研削加工動作において、所望するカムプロフィール
に応じ予め記憶した主軸回転角と砥石車送り量との関係
を示す制御データに基づき、各加工基準時刻（各研削加
工動作において制御の基準となる時刻）における主軸回
転位置の目標値と砥石車送り位置の目標値を設定する。
そして、その各目標値に基づいて主軸用サーボモータの
速度指令値および砥石送り用サーボモータの速度指令値
をそれぞれ設定し、各サーボモータをそれぞれ駆動制御
する。

一方、各加工基準時刻毎に主軸回転位置の実際値およ
び砥石車送り位置の実際値を検出し、その各実際値と前
記各目標値の各偏差をそれぞれ求め、その各偏差に基づ
いて次回の研削加工動作における前記各目標値を補正す
る。

したがって、２回目以降の研削加工動作では、前回の
研削加工動作における各偏差に基づいて前記各目標値が
補正され、その各補正目標値に基づいて前記各速度指令
値が設定され、各サーボモータがそれぞれ駆動制御され
る。

また、たとえば砥石送り用サーボモータの速度指令値
と所定の限界値（砥石車送り速度の限界速度に基づく
値）とを比較し、速度指令値が限界値を超える場合に
は、加工基準時刻の発生周期を長くしてその進度を遅く
し、速度指令値が限界値以下になるようにする。つま
り、加工基準時刻の進度が遅くなると、前記各補正目標
値の設定間隔が長くなって、位置決めに要する時間が長
くなるので、必然的に各速度指令値が小さく設定され、
砥石車送り速度がその限界速度以下になる。

実施例 第２図は、この発明に係るカム研削盤の一実施例の概
略構成を示す斜視図である。

第２図において、１はテーブル２上の主軸台３に固設
され、被加工物４を装着する主軸５を回転駆動する主軸
用サーボモータを示す。主軸用サーボモータ１にはパル
スジェネレータ６が取り付けられており、主軸用サーボ
モータ１の回転速度は、このパルスジェネレータ6,パル
スジェネレータ６の位置検出パルスが与えられるコント
ロールユニット7,コントロールユニット７から速度指令
が与えられるサーボアンプ８によって形成される閉ルー
プによってフィードバック制御される。

９は図外のベッド上に固設され、砥石台10を前記主軸
５の回転軸線に直交するＸ方向に移動するボールねじ11
を回転駆動する砥石車送り用サーボモータを示す。砥石
送り用サーボモータ９の回転位置は、この砥石送り用サ
ーボモータ９に取り付けたパルスジェネレータ12,パル
スジェネレータ12の位置検出パルスが与えられるコント
ロールユニット7,コントロールユニット７から速度指令
が与えられるサーボアンプ13によって形成される閉ルー
プによってフィードバック制御される。

砥石台10には、砥石車14とこの砥石車14を回転駆動す
るモータ50とが設けられており、コントロールユニット
７の制御により、砥石車送り用サーボモータ９の回転駆
動で砥石車14が第３図に示すように主軸５の回転に同期
してＸ方向に前後移動し、被加工物４のカム面51が研削
される。

次に、第１図のコントロールユニット７の機能ブロッ
ク図を参照し、前記各サーボモータ1,9のフィードバッ
ク制御について詳細に説明する。コントロールユニット
７は、主軸用サーボモータ制御部15,砥石送り用サーボ
モータ制御部16,基準時刻発生器17および基準時刻遅延
制御部30で概略構成されている。

主軸用サーボモータ制御部15の制御データ記憶器18に
は、予め所望のカムプロフィールに応じて、研削点移動
速度が略一定になるように主軸回転速度を制御するため
の主軸制御データが記憶されている。この主軸制御デー
タは、基準時刻発生器17で発生される各基準時刻（加工
基準時刻）における主軸回転位置の目標値（主軸回転速
度の目標値を積分した値）で記憶されている。この目標
値は、制御データ取出器19により基準時刻発生器17で発
生される基準時刻に従って読み出され、加算器20に与え
られる。

加算器20ではその読み出された目標値が後述する学習
補正値の加算により補正され、その補正目標値が減算器
21に与えられる。また、パルスジェネレータ６の位置検
出パルスが位置カウンタ22に与えられており、位置カウ
ンタ22では位置検出パルスの計数により主軸回転位置の
現在値（実際値）が求められ、その現在値が減算器21に
与えられる。

減算器21では前記補正目標値から前記現在値を減算
し、その偏差が求められる。この偏差が与えられる速度
指令設定器23では、偏差に所定のゲインを乗じてサーボ
アンプ８に出力する速度指令が設定される。この速度指
令により、サーボアンプ８で主軸用サーボモータ１に与
えられる電流値が設定され、主軸用サーボモータ１の回
転速度、すなわち主軸５の回転速度が制御される。

一方、砥石送り用サーボモータ制御部16の制御データ
記憶器38には、予め前記所望カムプロフィールに応じ
て、砥石車14のＸ方向位置（以下、砥石車送り位置とす
る）を制御するための砥石送り制御データが記憶されて
いる。

この砥石送り制御データは、第４図に示すように、基
準時刻発生器17で発生される各基準時刻における砥石車
送り位置の目標値（前記制御データ記憶器18に記憶した
同時刻における目標主軸回転位置に対応する値）で記憶
されている。なお、第４図では、カム面51のベースサー
クル部を研削するときの送り位置を「０」においてい
る。この目標値は、前述の制御データ取出器19の主軸制
御データの読み出しに同期して、制御データ取出器39に
より基準時刻発生器17で発生される基準時刻に従って読
み出され、加算器40に与えられる。

加算器40ではその読み出された前記目標値に後述する
学習補正値が加算され、前記目標値が補正される。その
補正目標値は減算器41に与えられ、パルスジェネレータ
12の位置検出パルスが与えられる位置カウンタ42の出力
である砥石車送り位置の現在値（実際値）との偏差が求
められる。

この偏差が与えられる速度指令設定器43では、偏差に
所定のゲインを乗じてサーボアンプ13に出力される速度
指令値が設定される。この速度指令により、サーボアン
プ13で砥石送り用サーボモータ９に与えられる電流値が
設定され、砥石送り用サーボモータ９の回転位置、すな
わち砥石車送り位置が制御される。

上述のように、この実施例では主軸用サーボモータ制
御部15の加算器20および砥石送り用サーボモータ制御部
16の加算器40において、各目標値に対して学習補正値を
加算し、各目標値を補正する。以下、この各目標値の補
正について説明する。

主軸用サーボモータ制御部15では、位置カウンタ22の
出力である主軸回転位置の現在値が減算器24に与えられ
ており、減算器24では、その主軸回転位置の現在値と制
御データ取出器19から与えられる主軸回転位置の目標値
との偏差が所定周期（各基準時刻毎）で求められる。そ
して、その偏差が学習補正値設定器25に与えられ、学習
補正値設定器25ではその偏差に適宜な学習関数を作用さ
せて学習補正値が求められる。

その各基準時刻毎に求められた学習補正値は、一研削
加工動作の間（主軸５が１周する間）、学習補正値記憶
器26に逐次記憶される。なお、学習補正値記憶器26で
は、一度学習補正値が記憶された後は、一研削加工動作
毎にその学習補正値に新しい学習補正値が加算される形
で、更新記憶される。そして、次の研削加工動作のとき
に、学習補正値は学習補正値取出器27により基準時刻に
応じて読み出され、加算器20に与えられる。

一方、砥石送り用サーボモータ制御部16においても、
同様に位置カウンタ42の出力である砥石車送り位置の現
在値が減算器44に与えられており、減算器44では、その
砥石車送り位置の現在値と制御データ取出器39から与え
られる砥石車送り位置の目標値との偏差が各基準時刻毎
に求められる。そして、その偏差が学習補正値設定器45
に与えられ、学習補正値設定器45ではその偏差に適宜な
学習関数を作用させて学習補正値が求められる。

その各基準時刻毎に求められる学習補正値は、一研削
加工動作の間、学習補正値記憶器46に記憶され、次の研
削加工動作に入ると、学習補正値取出器47により、基準
時刻に従って読み出され、加算器40に与えられる。この
砥石送り用サーボモータ制御部16においても、学習補正
値記憶器46では一度学習補正値が記憶された後は、一研
削加工動作毎にその学習補正値に新しい学習補正値が加
算される形で、更新記憶される。

次に、基準時刻遅延制御部30について説明する。基準
時刻制御部30は、発振器31,パルス遮断器32,限界速度設
定器33および速度比較器34で構成されている。発振器31
では所定周期でパルスａ（第７図（４）参照）が発生さ
れ、そのパルスａがパルス遮断器32に与えられる。パル
ス遮断器32では、速度比較器34から与えられるパルス遮
断信号ｂ（第７図（５）参照）がオフであると、パルス
ａが基準時刻発生器17に与えれないように遮断される。
パルス遮断器32で遮断されなかったパルスｃ（第７図
（６）参照）が基準時刻発生器17に与えられ、基準時刻
発生器17ではパルスｃが与えられる毎に基準時刻が発生
される。したがって、パルスａが遮断されると、時刻発
生間隔が長くなり、基準時刻の進度が遅くなる。

限界速度設定器33には、砥石送り用サーボモータ９の
容量等により定まる限界速度が設定され、その限界速度
が速度比較器34に与えられる。速度比較器34では、その
限界速度と、速度指令設定器43から出力される速度指令
値とが比較され、速度指令値が限界速度以下の場合に
は、その出力信号であるパルス遮断信号ｂはオンにな
り、速度指令値が限界速度以上の場合にはパルス遮断信
号ｃはオフになる。

次に、この実施例の学習補正動作を具体的に説明す
る。まず、前述の速度指令値が限界速度以上にならない
通常の学習補正動作について説明する。

たとえば１回目の研削加工動作で学習補正が行われな
いとき、第８図に示すように、主軸回転位置（第８図で
は角度で示す）に対する砥石車送り位置の目標位置が実
線Ａで、追従遅れ（矢印で示す）によりその実際位置が
破線Ｂであったとする。そうすると、学習補正が行われ
る２回目の研削加工動作では、第５図に示すように、実
線Ｃで示す２回目の研削加工動作における目標位置に対
して前記追従遅れで生じた目標位置と実際位置の偏差に
基づく学習補正値により破線Ｄのようにその目標位置が
補正される。すなわち、１回目の研削加工動作時と同じ
ように２回目の研削加工動作時で追従遅れが生じたとす
ると、２回目の研削加工動作のときは上記学習補正によ
り、主軸回転位置に対する砥石車送り位置の実際位置が
ほぼその目標位置に一致するようになる。

したがって、この実施例では、切り込み量を大きくし
たり、加工速度を高速化してもプロフィール誤差が大き
くならないので、加工精度を低下させることなくカム研
削を行うことができ、生産性を向上させることができ
る。

次に、前述の速度指令値が限界速度以上になったとき
の学習補正動作について説明する。たとえば、切り込み
量が大き過ぎるなど、研削条件が適切でないような場
合、砥石車送り位置の目標値と実際値の偏差が所定以上
大きくなることがあり、このような場合、砥石車送り速
度がその限界速度を超える事態が生じ、加工精度が大き
く低下することになる。たとえば、基準時刻が遅延制御
されない場合を仮定して、上述のような学習補正で設定
された砥石車送り位置の目標値が第６図（１）の破線で
示すようになり、その砥石車送り位置の目標値によって
砥石車送り速度の目標値が第６図（２）の破線で示すよ
うに、一時的にその限界速度以上になったとする。そう
すると、砥石車送り速度の実際値はその限界速度以上に
ならず、第６図（２）の実線で示すようになる。その結
果、砥石車送り位置の目標値と実際値の偏差が前回の加
工動作時の偏差よりさらに大きくなり、次回の加工動作
における砥石車送り位置は第６図（１）の１点鎖線で示
すようになる。したがって、その次回の加工動作におけ
る砥石車送り速度の目標値が第６図（２）に示すように
なるが、その実際値が前回の実際値と同じで限界値以上
にならず、砥石車送り位置の偏差はまたさらに大きくな
る。このように砥石車送り速度がその限界速度を超えて
いるのに基準時刻が等時間隔で発生されていると、学習
補正動作が発散し、その結果、加工精度を大きく低下さ
せる事態を招くことになる。

これに対し、この実施例では砥石車送り速度がその限
界速度を超えると、基準時刻の進度を遅くするので、そ
のような事態が生じない。たとえば、砥石車送り速度の
目標値（破線で示す）が第７図（２）に示すように時刻
ｔでその限界速度に達すると、速度比較器34で速度指令
設定器43から出力される速度指令値が限界速度に達す
る。そうすると、第７図（５）に示すようにその速度指
令値が限界速度以下になるまで、速度比較器34の出力で
あるパルス遮断信号ｂがオフになり、その結果、第７図
（６）に示すようにパルス遮断器32から出力されるパル
スｃの周期が長くなる。すなわち、基準時刻の進度が遅
くなる。したがって、砥石車送り速度の目標値が小さく
なるとともに、第７図（３）に示すように主軸回転速度
（目標値と実際値）が低下する。砥石車送り速度の目標
値がその限界速度を超えようとすると、上述の動作が繰
り返され、砥石車送り位置の目標値とその実際値は、第
７図（１）に示すようにほぼ一致するようになる。した
がって、学習補正動作が発散せず、加工精度の低下が防
止される。

なお、この実施例では砥石車送り位置制御における速
度指令値をその限界速度と比較するだけで、基準時刻の
遅延制御を行っている。これは、実際的に主軸回転速度
がその限界速度を超えることがないためであり、その可
能性がある場合には、主軸回転位置制御における速度指
令値をその限界速度と比較することも同時に行い、その
どちらか一方で速度指令値が限界速度を越えたとき、基
準時刻の進度を遅らせればよい。

発明の効果 以上の説明で明らかなように、この発明に係るカム研
削盤によれば、主軸回転位置および砥石車送り位置の各
目標値と各実際値の各偏差に応じて次回の研削加工動作
の前記各目標値をそれぞれ補正するので、高速加工時の
加工精度を向上することができる。また、主軸回転速度
指令値および砥石車送り速度指令値が所定の各限界値を
超えた場合には加工基準時刻の進度を遅くするので、そ
の場合の加工精度の低下が防止される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例におけるコントロールユニ
ットの機能を示すブロック図、第２図はその一実施例の
全体構成を簡略的に示す斜視図、第３図はカム面と砥石
車を拡大して示す説明図、第４図は砥石車送り位置と基
準時刻との関係を示すグラフ、第５図は学習補正した場
合の砥石車送り位置と主軸回転角の関係を示すグラフ、
第６図は砥石車送り速度が限界速度を超えた場合の補正
目標値の変化を説明するための図、第７図は基準時刻の
遅延制御を説明するための図、第８図は学習補正しない
場合の砥石車送り位置と主軸回転角の関係を示すグラ
フ、第９図は第８図に関連してプロフィール誤差を示す
グラフである。 １…主軸用サーボモータ、４…被加工物、５…主軸、6,
12…パルスジェネレータ、７…コントロールユニット、
8,13…サーボアンプ、９…砥石送り用サーボモータ、11
…ボールねじ、10…砥石台、14…砥石車、17…基準時刻
発生器、20,40…加算器、24,44…減算器、25,45…学習
補正値設定器、26,46…学習補正値記憶器、27,47…学習
補正値取出器、28,48…乗算器、30…基準時刻遅延制御
部、51…カム面。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被加工物を装着した主軸を回転させる主軸
   用サーボモータと、被加工物のカム面を研削する砥石車
   を前記主軸に対し交差する方向に相対移動させる砥石送
   り用サーボモータと、所望するカムプロフィールに応じ
   予め記憶した主軸回転角と砥石車送り量との関係を示す
   制御データに基づき各加工基準時刻における主軸回転位
   置の目標値および砥石車送り位置の目標値をそれぞれ設
   定し、その各目標値に基づく各速度指令値で前記主軸用
   サーボモータと前記砥石送り用サーボモータとを駆動制
   御する制御装置とを備え、複数回の研削加工動作で前記
   カム面を前記所望カムプロフィールに加工するカム研削
   盤において、 前記主軸回転位置および砥石車送り位置の各目標値とそ
   れらの各実際値との各偏差をそれぞれ求め、その各偏差
   に基づき次回の研削加工動作の前記各目標値をそれぞれ
   補正する学習手段と、その各補正目標値に基づいて設定
   される前記各速度指令値と所定の各限界値とを比較し、
   少なくとも一方の前記速度指令値がその限界値を超えた
   場合には前記加工基準時刻の進度を遅くする基準時刻遅
   延制御手段とを前記制御装置に備えたことを特徴とする
   カム研削盤。