JP2692375B2 - 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研削加工動作における主軸回転位置
および砥石車送り位置の各目標値を設定し、その各目標
値に基づいて前記主軸用サーボモータと前記砥石送り用
サーボモータとをフィードバック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、前記各
目標値とそれらの各実際値と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、研削加工動作途中での停止指令あるいはその停止か
らの再始動指令により研削加工動作が過渡状態にある
間、前記学習手段の目標値補正動作を停止させる学習停
止手段とを前記制御装置に設けたことを特徴とするもの
である。

作用 学習手段は、主軸回転位置のフィードバックループに
おいて検出される主軸回転位置の目標値と実際値の偏差
に基づいて補正値を設定し、その補正値で次回の研削加
工動作における砥石車送り位置の目標値を補正する。ま
た、砥石車送り位置のフィードバックループにおいて検
出される砥石車送り位置の目標値と実際値の偏差に基づ
いて補正値を設定し、その補正値で次回の研削加工動作
における砥石車送り位置の目標値を補正する。ただし、
研削加工動作途中で停止指令があり、加工速度が通常速
度から減速され、加工動作が完全に停止されるまでの過
渡期間の間、または再始動指令によりその加工途中停止
状態から加工速度が通常速度に加速される過渡期間の間
は、学習手段による目標値の補正動作を停止する。

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および加減速制御部3
0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（たと
えば1ms毎の時刻）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周期的に（たとえば
1ms毎）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周
期的に読み出され、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、その偏差が開閉器25を介して学習補正値設定器26
に与えられ、学習補正値設定器26で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27に逐次記憶される。そして、次の研削加工動作のと
きに、学習補正値取出器28により基準時刻に応じて読み
出され、開閉器29を介して加算器20に与えられる。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。

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、その偏差が開閉器45を介して学
習補正値設定器46に与えられ、学習補正値設定器46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47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48により、基準
時刻に従って開閉器49を介して加算器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、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。

加減速制御部30は、緊急停止／始動スイッチ31（第２
図では図示を省略している）の操作による停止指令およ
び再始動指令により、上述の各開閉器25,29,45,49およ
び基準時刻発生器17を制御する。緊急停止／始動スイッ
チ31は、研削加工動作途中に何らかの理由で加工動作を
緊急停止させるとき停止指令を出力し、またはその停止
状態から加工動作を再開させるとき再始動指令を出力す
る。加減速制御部30は、停止指令が与えられると、各開
閉器25,29,45,49を「開」にするとともに、加工速度が
通常速度から減速されていき所定期間で加工動作が停止
されるように、基準時刻発生器17に対して基準時刻の発
生周期を徐々に長くし最終的に時刻発生を停止する指令
を与える。また、再始動指令が与えられたときは、停止
状態から加速され加工速度が所定期間で通常速度に復帰
するように、基準時刻発生器17に対して基準時刻の発生
を開始させた後その発生周期を徐々に短くし通常周期に
する制御指令を与えるとともに、前記所定期間後に各開
閉器25,29,45,49を「閉」にする。各開閉器25,29,45,49
が「開」になると、加算器20,40での学習補正値による
各目標値の補正および学習補正値記憶器27,47の学習補
正値の更新記憶が停止される。

以上の構成では、次のように学習補正動作が行われ
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。したがって、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。

このような学習補正動作を行うため、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、第６図および第７図を参照し、緊急停止／始動
スイッチ31の操作による緊急停止時および再始動時の動
作について説明する。

緊急停止／始動スイッチ31の操作により、研削加工動
作途中で停止指令が与えられると、上述のように基準時
刻の発生周期が徐々に大きくなっていくため、第６図に
示すように砥石車14の送り速度（実線で示す）が低下し
ていくとともに、それに同期して主軸５の回転速度が低
下していき、最終的に加工動作が停止される。この過渡
期間の間、その速度低下で追従遅れ量が前回の研削加工
動作で生じた追従遅れ量より小さくなるため、学習補正
を行うと補正量が大き過ぎ、プロフィール誤差が小さく
ならない。しかし、この実施例では過渡期間の間、開閉
器29,49を「開」にして学習補正を停止するのでプロフ
ィール誤差を小さく抑えることができる。

また、その過渡期間の間、学習補正値の更新記憶が行
われると、上述の理由により補正量が小さく設定される
ため、次回の研削加工動作では補正量が小さ過ぎ、プロ
フィール誤差が大きくなる。しかし、この実施例では過
渡期間の間、開閉器25,45を「開」にし、学習補正値の
更新を停止するため、次回の研削加工動作では、前記過
渡期間に対応する期間の間だけ、前々回の学習補正値で
目標値が補正されることになり、プロフィール誤差が大
きくならない。

一方、緊急停止／始動スイッチ31の操作により、再始
動停止指令が与えられた場合は、基準時刻の発生が開始
され、その周期が徐々に小さくなっていくため、第７図
に示すように砥石車14の送り速度（実線で示す）が上昇
していくとともに、それに同期して主軸５の回転速度が
上昇していき、最終的に通常の加工速度に復帰する。こ
の過渡期間の間も、追従遅れ量が前回の研削加工動作で
生じた追従遅れ量より小さくなるため、学習補正を行う
と補正量が大き過ぎ、プロフィール誤差が小さくならな
いが、停止時と同様にその過渡期間の間、開閉器29,49
を「開」にして学習補正を停止するのでプロフィール誤
差を小さく抑えることができる。

また、その過渡期間の間、停止時と同様に過渡期間の
間、開閉器25,45を「開」にし、学習補正値の更新を停
止するため、次回の研削加工動作では、前記過渡期間に
対応する間だけ、前々回の学習補正値で目標値が補正さ
れることになり、プロフィール誤差が大きくならない。

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、研削加工動作
途中での停止指令あるいはその停止からの再始動指令に
より研削加工動作が過渡状態にある間は、各目標値の補
正動作を停止させるので、各目標値の不正補正が防止さ
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図は加工動作途中停止時の基準時刻と砥石車送り速
度の関係を示すグラフ、第７図は加工動作途中での再始
動時の基準時刻と砥石車送り速度の関係を示すグラフ、
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、25,29,45,49
…開閉器、26,46…学習補正値設定器、27,47…学習補正
値記憶器、28,48…学習補正値取出器、30…加減速制御
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研削加工動作における主軸回転位
   置および砥石車送り位置の各目標値を設定し、その各目
   標値に基づいて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フィードバック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、 前記各目標値とそれらの各実際値と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、研削加工動作途中での停止指令あるいはその
   停止からの再始動指令により研削加工動作が過渡状態に
   ある間、前記学習手段の目標値補正動作を停止させる学
   習停止手段とを前記制御装置に設けたことを特徴とする
   カム研削盤。