JP3215772B2 - 非真円形工作物の加工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は非真円形工作物の加工方
法に関するものであり、特にプロフィールデータに基づ
いて工具を駆動して加工を行う非真円形工作物の加工方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】非真円形工作物例えばカムを加工する場
合、そのプロフィールデータに基づいて工具を駆動して
加工を行う。その加工に当たってはプロフィールデータ
を種々変換等して使用する。その場合にデータ自身がス
ムーズさに欠ける場合には機械振動等の原因となり、高
精度な加工を行うことができず高精度加工の位置指令と
しては問題がある。そこで一般にはプロフィールデータ
をスムージングして用いる必要がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述のように非真円形
工作物例えばカムを加工する場合、そのプロフィールデ
ータをスムージングして高精度な加工を行うようにして
いるがそのスムージングを行う際には高次のフィルタを
かけるとデータがなまりすぎて誤差が多くなり、逆に低
次のフィルタでは不連続要素がなくならないという不具
合があった。

【０００４】本発明は以上の従来技術における問題に鑑
みてなされたものであって、プロフィールデータを適正
にスムージングして機械振動の発生を防止して高精度な
加工を行うことができる非真円形工作物の加工方法を提
供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成する本
発明の非真円形工作物の加工方法は非真円形工作物をプ
ロフィールデータに基づいて工具を駆動して加工する非
真円形工作物の加工方法において、プロフィールデータ
を低次フィルタに通し、低次フィルタに通した後のプロ
フィールデータを補間手段で多点プロフィールデータと
し、その多点プロフィールデータを高次フィルタに通し
て得られたプロフィールデータに基づいて工具を駆動す
ることを特徴とする。

【０００６】ここに言う非真円形加工物には例えばカム
がある。またプロフィールデータは通常非真円形加工物
例えばカムの中心角に対応する位置の中心からの高さと
して表現され、さらにこれを変換して非真円形加工物例
えばカムを加工する際の工具の移動距離（逃げ量）とし
て表現される。工具は非真円形加工物がカムである場合
には研削砥石が用いられる。前期プロフィールデータ
は、当初、非真円形加工物例えばカムの中心角１゜毎に
対応する位置の中心からの高さとして例えば３６０点の
少ない点数のデータとして提示される。しかしながらこ
の３６０点の少ない点数のデータでは実際の非真円形加
工物例えばカムの加工を行うことはできないので、この
３６０点のデータは補間手段により多点プロフィールデ
ータに変換され、それにより非真円形加工物に対する加
工機の加工位置が設定される。この補間手段としては例
えば公知のスプライン補間やラグランジェ補間、ニュー
トン補間やエルミート補間がある。

【０００７】スプライン補間は各２点の間を３次の多項
式で補間するものであって各区間によって異なる３次式
が用いられ、それは元の点において入力データと同じス
ロープを持つものが選ばれる。ラグランジェ補間はｎ＋
１個の点（ｘ₀，ｙ₀）（ｘ₁，ｙ₁）（ｘ₂，ｙ₂）
（ｘ₃，ｙ₃）・・・，（ｘ_n，ｙ_n）を通るｎ次多項式を
ラグランジェ補間多項式として作成し、このラグランジ
ェ補間多項式を用いる補間法である。さて本発明ではプ
ロフィールデータを補間手段により多点プロフィールデ
ータに変換する前にプロフィールデータを低次フィルタ
に通すことにより補間式で発生する不連続性の補間誤差
がなくなり、滑らかなプロフィールデータが得られ、補
間手段により得られた多点プロフィールデータが高次フ
ィルタに通される。本発明ではフィルタの次数は提示さ
れたプロフィールデータを時間関数に順次置き換える方
式をとっている。そのようにすることによって本発明に
よれば最初から高次フィルタをかけることによってプロ
フィールデータがなまりすぎて誤差が多くなることを防
止することができると同時に、低次フィルタだけではな
くすることができないプロフィールデータの加速度成分
の不連続要素までなくすることができ、プロフィールデ
ータに基づく加工を高精度にかつ機械振動等の発生を防
止して円滑に行うことができる。

【０００８】ここに言うフィルタとは各種雑音の混入し
た信号から雑音を除去して平滑化する処理であり、例え
ばＦＩＲデジタルフィルタがある。このＦＩＲデジタル
フィルタは、そのインパルス応答が有限時間長で表され
るものであり、それがフィルタの係数となる。フィルタ
は必要に応じて低次から高次まで適宜設定することがで
きる。したがって本発明では例えばこのＦＩＲデジタル
フィルタを低次に設定してその低次に設定したＦＩＲデ
ジタルフィルタを使用した補間手段により多点プロフィ
ールデータに変換する前の少ない点数のプロフィールデ
ータが処理される。その後高次に設定されたＦＩＲデジ
タルフィルタによって補間手段により得られた多点プロ
フィールデータが処理される。

【０００９】

【実施例】以下に本発明の非真円形工作物の加工方法の
一実施例を説明する。図１は本発明の一実施例の非真円
形工作物の加工方法を適用するカム研削盤の概略構成を
示す。砥石１によって研削される被加工物２は割出しテ
ーブル３上に設けられた主軸台４及び心押台５の両セン
タ６ａ，６ｂ間で支持されており、被加工物２はドライ
ブピン７（コレットチェック方式でも可）を介して主軸
用モータとしての主軸回転用サーボモータ８で回転駆動
される。主軸回転用サーボモータ８の回転速度はそのモ
ータドライバ９のパルス信号によってプログラムされた
回転速度で回転し、更にその回転速度はパルスジェネレ
ータ１０の位置検出パルスによって監視されており、制
御装置すなわちＮＣ装置１１から与えられた指令値通り
被加工物２が回転駆動されるようにフィードバック制御
されている。また、砥石１は砥石回転用駆動モータ１２
によって回転駆動され、かかる砥石１を取り付けた砥石
台１３は工具送り用サーボモータとしての砥石台前後進
用サーボモータ１４によって前記被加工物２回転軸線に
直交するＸ方向に進退動する。砥石台前後進用サーボモ
ータ１４の回転速度は、前記主軸回転用サーボモータ８
と同様に、パルスジェネレータ１５によってモータドラ
イバ１６を介してＮＣ装置１１から与えられた指令値通
り被加工物２に対して前後進するようにフィードバック
制御されている。更に、前記割出しテーブル３は、被加
工物２の研削箇所（例えばａ，ｂ，ｃ・・・・・）を砥
石１に対向させるため、図面の左右方向（Ｚ方向）に割
出しできるように、ベッド１７上に移動可能に設けられ
ており、テーブル割出し用サーボモータ１８の回転速度
は、前記主軸回転用サーボモータ８と同様に、パルスジ
ェネレータ１９によってモータドライバ２０を介してＮ
Ｃ装置１１から与えられた指令値通り被加工物２の研削
箇所が砥石１に対向するようにフィードバック制御され
ている。

【００１０】以上のカム研削盤の砥石１を取り付けた砥
石台１３を工具送り用サーボモータとしての砥石台前後
進用サーボモータ１４によって前記被加工物２回転軸線
に直交するＸ方向に進退動させるにあたって砥石台前後
進用サーボモータ１４の回転速度をパルスジェネレータ
１５によってモータドライバ１６を介してＮＣ装置１１
から与えられた指令値通り被加工物２に対して前後進す
るようにフィードバック制御させるためにＮＣ装置１１
内でプロフィールデータを図２に示すプロセスで処理し
た。

【００１１】図２に示すようにまず 予め提示された例えば３６０点プロフィールデータ
を低次フィルタにより平滑化処理し、その後 低次フィルタにより平滑化した３６０点プロフィー
ルデータを補間手段によってラグランジェ補間して３６
００点プロフィールデータとする。次いで 補間後の３６００点プロフィールデータを高次フィ
ルタにより平滑化処理し、その後 高次フィルタにより平滑化した３６００点プロフィ
ールデータをＮＣ装置１１に設定した。

【００１２】以上のプロセスでのプロフィールデータの
変換状況を図３に示す。図３において１度間隔データと
は３６０点プロフィールデータであり、点数の粗いデー
タである。また０．１度間隔データとは３６００点プロ
フィールデータであり、細かいデータである。図３にお
いて （Ａ）：３６０点プロフィールデータの状況を分析した
もの （Ｂ）：３６０点プロフィールデータに低次フィルタを
かけて状況を分析したもの （Ｃ）：Ｂのプロフィールデータを３６００点プロフィ
ールデータに補間して状況を分析したもの （Ｄ）：３６００点プロフィールデータに高次フィルタ
をかけたものである。

【００１３】また図３においてＬｆｔはデータそのもの
（当初提示されたカムプロフィールデータ）であって、
例えばカム研削盤のユーザーがカムのプロフィールデー
タとして提示してきたものを、砥石の移動距離（逃げ
量）として変換したものである。また図３においてＶｅ
ｌはＬｆｔを微分したものであって砥石の移動速度を示
す。さらに図３においてＡｃｃはＶｅｌを微分したもの
であって砥石の移動加速度を示す。また図３においてＪ
ｒｋはＡｃｃを微分したものであって砥石の躍動を示す
ものである。図３（Ａ）のＡｃｃ及びＪｒｋに示される
ように当初提示された３６０点プロフィールデータには
不連続成分２１、２２・・・・等が含まれる。

【００１４】そこでこの図３（Ａ）の当初提示された３
６０点プロフィールデータを低次フィルタによって平滑
化処理して図３（Ｂ）のデータを得る。図３（Ｂ）のＡ
ｃｃ及びＪｒｋに示されるように当初提示された３６０
点プロフィールデータに含まれた不連続成分２１、２２
・・・・等はこの低次フィルタによって平滑化処理して
得られた図３（Ｂ）のデータでは取り除かれている。次
に低次フィルタによって平滑化処理して得られた図３
（Ｂ）のデータをラグランジェ補間することによって図
３（Ｃ）に示される３６００点プロフィールデータとす
る。図３（Ｃ）のＡｃｃ及びＪｒｋに示されるようにこ
のラグランジェ補間後の図３（Ｃ）に示される３６００
点プロフィールデータにはさらに不連続成分２３、２４
・・・・等が含まれる。そこでこの図３（Ｃ）のラグラ
ンジェ補間後の３６００点プロフィールデータを高次フ
ィルタによって平滑化処理して図３（Ｄ）のデータを得
る。図３（Ｄ）のＡｃｃ及びＪｒｋに示されるように図
３（Ｃ）に示される３６００点プロフィールデータに含
まれた不連続成分２３、２４・・・・等はこの高次フィ
ルタによって平滑化処理して得られた図３（Ｄ）のデー
タでは取り除かれている。

【００１５】図４に以上の実施例に対する比較例とし
て、いろいろ次数の違うＦＩＲフィルタで、Ｌｆｔデー
タをなまらせた結果のデータ構造を示す。図４において （Ａ）：何次をもフィルタをかけずに３６０点カムプロ
フィールデータをラグランジェ補間して３６００点プロ
フィールデータとした状況を示す。 （Ｂ）：３６００点プロフィールデータに４次のフィル
タをかけた出力データを示すものである。 （Ｃ）：３６００点プロフィールデータに８次のフィル
タをかけた出力データを示すものである。 （Ｄ）：３６００点プロフィールデータに１６次のフィ
ルタをかけた出力データを示すものである。

【００１６】図４（Ａ）〜図４（Ｄ）に示されるよう
に、図４（Ａ）のＡｃｃ、Ｊｒｋで認められるヒゲ（不
連続成分）２５、２６、２７、２８・・・・は図４
（Ｄ）に示す１６次のフィルタをかけた出力データでよ
うやく取り除かれており、高い次数のフィルタをかけな
ければヒゲを取り除くことができないことがわかる。さ
らに図５には以上の実施例に対する比較例として、次数
の違うフィルタをかけたときに生じるプロフィール誤差
の違いを示す。図５（Ａ）は３６０点プロフィールデー
タを２次ＦＩＲフィルタにより平滑化した加速度データ
と同じく３６０点プロフィールデータを４次ＦＩＲフィ
ルタにより平滑化した加速度データとを比較して示す。
また図５（Ｂ）は３６００点プロフィールデータを１０
次ＦＩＲフィルタにより平滑化した加速度データと同じ
く３６００点プロフィールデータを１４次ＦＩＲフィル
タにより平滑化した加速度データとさらに同じく３６０
０点プロフィールデータを１６次ＦＩＲフィルタにより
平滑化した加速度データとを比較して示す。図５（Ａ）
及び図５（Ｂ）に示されるようにＦＩＲフィルタの次数
が高い方が誤差が増大する。

【００１７】従って以上の図４及び図５に示す比較例か
らＦＩＲフィルタの次数が高くなければ不連続成分を取
り除くことができず、しかしＦＩＲフィルタの次数が高
くなると誤差が増大するという問題が存在することがわ
かる。しかし図３に示した本発明の実施例では３６０点
の少ない点数のプロフィールデータを低次のＦＩＲフィ
ルタで平滑化し、得られたデータを３６００点の多点の
プロフィールデータにして高次のＦＩＲフィルタで平滑
化したので、誤差を最小限にしてかつ不連続成分を取り
除くことができる。

【００１８】

【発明の効果】以上のように本発明の非真円形工作物の
加工方法によれば、プロフィールデータを低次フィルタ
に通し、低次フィルタに通した後のプロフィールデータ
を補間手段で多点プロフィールデータとし、その多点プ
ロフィールデータを高次フィルタに通して得られたプロ
フィールデータに基づいて工具を駆動するようにしたの
で、プロフィールデータの加速度成分や躍動成分での不
連続要素も消すことができて振動要素が生ずることがな
く、このデータを使用した指令で非真円形工作物の加工
に当たって工具を位置決めすることにより、不連続要素
に起因する機械振動が発生することを防止することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明が適用される工具としてのカム研削盤
の概略構成を示す図である。

【図２】 本発明の非真円形工作物の加工方法の一実施
例のプロセスを示す説明図である。

【図３】 図２に示す実施例のプロセスでのプロフィー
ルデータの変換状況を示す説明図である。

【図４】 次数の違うＦＩＲフィルタでＬｆｔデータを
なまらせた結果のデータ構造を示す説明図である。

【図５】 次数の違うフィルタをかけたときに生じるプ
ロフィール誤差の違いを示す説明図である。

【符号の説明】

２・・・被加工物（カム）、１・・・工具（砥石）、８
・・・主軸用モータ、１４・・・工具送り用サーボモー
タ、１３・・・砥石台、１１・・・制御装置（ＮＣ装
置）、２１，２２，２３，２４・・・不連続成分（ヒ
ゲ）。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非真円形工作物をプロフィールデータに
   基づいて工具を駆動して加工する非真円形工作物の加工
   方法において、プロフィールデータを低次フィルタに通
   し、低次フィルタに通した後のプロフィールデータを補
   間手段で多点プロフィールデータとし、その多点プロフ
   ィールデータを高次フィルタに通して得られたプロフィ
   ールデータに基づいて工具を駆動することを特徴とする
   非真円形工作物の加工方法。