JP3570051B2

JP3570051B2 - 非真円形工作物加工装置

Info

Publication number: JP3570051B2
Application number: JP34732495A
Authority: JP
Inventors: 知彦山口
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1995-12-13
Filing date: 1995-12-13
Publication date: 2004-09-29
Anticipated expiration: 2015-12-13
Also published as: JPH09160619A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カム等のように非真円形状を有する工作物の加工装置に関し、特に工作物の位相合わせを自動的に行う加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マスタレスカム研削盤では、駆動金具を用いてカムシャフトの位相と主軸台の位相とを合わせて研削する構成のものが知られている。この装置の正面図を図１０（ａ）に、その側面図を図１０（ｂ）にそれぞれ示す。
カム研削盤２００において、カムシャフト１１７の位相基準１１９と手締め式駆動金具１１５の位相とが位置合わせされている。位相基準１１９はキー、キー溝、ピン、ピン穴等から構成されている。主軸台１０１側に設けられた位相基準ボス１０７は面板１０５に設けられている。この面板１０５は、位相基準ボス１０７が主軸台１０１の後部に取り付けられたロータリエンコーダ１０３の回転基準位置と位置合わせして取り付けられている。そして駆動金具１１５を締結部１１１及び１１３を用いて位相基準ボス１０７に締結することにより、カムシャフト１１７の位相基準１１９と主軸台１０１の回転基準位置とを合わせる構成となっている。
図１０に示される構成以外では、図示しないが主軸台の面板に位相基準が設けられたコレットチャック等のクランプ装置を取り付け、このクランプ装置の位相基準と、カムシャフトに設けられた位相基準とを位相合わせする構成のものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記示される装置では、いずれの場合においても常に工作物（カムシャフト）の位相と主軸台の位相とを位相合わせをして取り付けなければならないために、工作物を主軸台へ自動取り付けする場合には、位相合わせ装置が必要となり自動化が困難である。
また工作物の種類が変更され、位相基準の位置や大きさが変化すると、それに対応した駆動金具やクランプ装置に交換する必要があるため、それら駆動金具やクランプ装置を設計、製作してそれらに交換しなければならず、生産性が低いという問題がある。
従って、本発明の目的は、上記課題に鑑み、工作物と主軸台との位相を位相基準の位置や大きさに係わらず自動的に一致させる装置を提供することである。
【０００４】
【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に記載の手段を採用することができる。この手段によると、位相基準検出手段によって非真円形工作物の位相基準の主軸回りにおける角度位置を検出する。これにより加工前に工作物の位相を自動的に割り出すことができるため、工作物を容易に装着することができる。また従来のように工作物の位相基準を加工装置に合わせるために金具等の特別な部材を必要とすることがないため、それらを設計、製作する必要がなく、より効率のよい加工を実現できる。さらに工作物の位相基準の大きさや形状の変化に対応することができるため、多品種に適用することができる。
【０００５】
また、従来の加工装置に新たに付加する手段としては、工作物の位相基準の位置を検出する第二の検出手段だけであり、第一の検出手段と演算手段は従来の加工装置を利用することができ、ハードウエアの構成が容易である。
【０００６】
更に、第二の検出手段として渦電流式のセンサを用い、工作物の１回転目のセンサの最大値または最小値から、工作物の２回転目のセンサの出力値を減算し、その値が最小または最大となるときの第一の検出手段の検出値を位相基準の角度位置とする。これにより容易に、かつ正確に位相基準の角度位置を求めることができる。
【０００７】
請求項２に記載の手段によれば、工作物を１回転させ、そのときの渦電流式のセンサの出力値が、所定の閾値に達したときの中間値を位相基準の角度位置とする。これにより位相基準の角度位置をより容易に求めることができる。
【０００８】
請求項３に記載の手段によれば、タッチ式のセンサを用いて、工作物を一方の方向に回転させ、センサの出力があったときの第一の検出手段の検出値と、工作物を他方の方向に回転させてセンサの出力があったときの第二の検出手段の検出値との中間値を位相基準の角度位置とする。これにより、請求項１と同等の効果を得ることができる。
【０００９】
請求項４に記載の手段によれば、工作物に位相基準として凹部状または凸部状の位相基準部位を設けることにより、位相基準の角度位置をより確実に求めることができる。
【００１０】
請求項５に記載の手段によれば、補正手段により位相基準の角度位置に基づいて加工データの位相または第一の検出手段による検出値を補正する。これにより工作物を精度よく加工することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（第一実施例）
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、本発明に係わる第一実施例の構成を示した模式図である。床面上に設置されたベッド３６上にはモータ２４の駆動によりＺ軸方向に移動するテーブル４０が設けられている。このテーブル４０には主軸３１を有する主軸台３０と、センタ３８を有する心押台４２とが設けられており、心押台４２のセンタ３８と主軸３１の先端に設けられたチャック３２とにより、カムシャフト３４（工作物に相当）が主軸中心を回転軸（以下、Ｃ軸と記す）として回転自在に取付けられている。
このカムシャフト３４は、心押台４２側の軸端の軸心とは偏心した位置に、軸線方向に突出した位相基準ピン４４（位相基準部位に相当）を有している。また主軸３１は、モータ２８の駆動によりチャック３２を介してカムシャフト３４を回転させる。このモータ２８の回転量は、エンコーダ２６（第一の検出手段に相当）により検出される。
ベッド３６上には、モータ５４の駆動によりＸ軸方向に移動する砥石台４８が設けられている。モータ５４の回転量はエンコーダ５２により検出される。砥石台４８の左側面（Ｚ軸（−）側の側面）には砥石４６（工具に相当）が設けられ、モータ５０の駆動により回転する。また砥石台４８上には、渦電流方式の位置センサ５８（第一のセンサに相当）が取付けられたシリンダ５６が設けられており、シリンダ５６の作用により位置センサ５８はＸ軸方向に移動する。
【００１２】
数値制御装置１０は、メモリ１と、ＣＰＵ２（演算手段に相当）と、インタフェース（Ｉ／Ｆ）３〜５とから構成されている。Ｉ／Ｆ３は、シリンダ５６の制御を行うプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）１４からのデータを入出力し、Ｉ／Ｆ４は、キーボードやディスプレイ等から成る入出力装置１２からのデータを入出力する。またＩ／Ｆ５は、Ｘ軸、Ｃ軸、Ｚ軸のそれぞれの方向への駆動信号を増幅するためのドライブユニット１８、２０、２２に対して駆動信号を出力したり、位置センサ５８の出力を増幅するアンプ１６からの検出信号やエンコーダ２６、５２の検出信号などを入力する。そしてメモリ１は各種データを記憶し、ＣＰＵ２はアンプ１６を介して入力された位置センサ５８の検出信号やエンコーダ２６、５２の検出信号を入力し、メモリ１に記憶されたデータを用いて種々の演算処理を行い、モータ２４、２８、５４への駆動信号やシリンダ５６への制御信号を出力する。このようにしてカム研削装置１００（非真円形工作物加工装置に相当）が構成されている。
【００１３】
次にカム研削装置１００の作用について図２を用いて説明する。
図２はカム研削装置１００の位置センサ５８周辺の拡大図である。まずローダ等を用いてカムシャフト３４を搬入する。このとき位相基準ピン４４が心押台４２側に位置するように搬入する。
そしてカムシャフト３４の右端をセンタ３８で係止し、左端をチャック３２で締結する。この後、工作物の種類が判別され、工作物の種類に応じた位相基準検出用のプログラム及び加工プログラムがメモリ１から読み出される。
【００１４】
続いて位相基準検出用のプログラムの作動により、モータ２４（図１参照）を制御して、位置センサ５８をカムシャフト３４の位相基準ピン４４に位置合わせし、シリンダ５６の制御により位置センサ５８を主軸中心に近づくＸ軸（−）方向に移動させる。そして工作物の種類によって位置センサ５８の基準位置が異なるため、位置センサ５８が最適な位置に来るようにモータ５４（図１参照）を制御して砥石台４８をＸ軸（−）方向に移動させ所定の位置に設定する。
次にモータ２８を駆動させて主軸３１を１回転させ、位置センサ５８の出力値を検出する。そして、位置センサ５８の出力値が最大となったときのエンコーダ２６の検出値を読み取ることにより、位相基準ピン４４の角度位置を自動的に検出することができる。
【００１５】
主軸３１が１回転する間のセンシングでは、位相基準ピン４４の角度位置を正確に検出できない場合は、以下に示す方法をとることもできる。
モータ２８を駆動させて主軸３１を１回転させ、位置センサ５８の出力値の最大値とそのときのエンコーダ２６の検出値、即ち主軸３１の角度位置をアンプ１６を介して数値制御装置１０のメモリ１（図１参照）に記憶する。このときの位置センサ５８の出力を模式的に図３（ａ）に示す。ここで縦軸は位置センサ５８の出力を示し、横軸は主軸３１の位相角を示している。
【００１６】
図３（ａ）に示されるように位置センサ５８の出力の最大値はＶ_ｍａｘであるためこの場合には最大値Ｖ_ｍａｘをメモリ１に記憶する。さらに主軸３１を低速で１回転させて位置センサ５８の出力を記憶し、この値を先にメモリ１に記憶された位置センサ５８の出力最大値Ｖ_ｍａｘから減算する。このときＶ_ｍａｘから２回目に取得した位置センサ５８の出力値を減算した値を縦軸にとり、横軸に主軸３１の位相角をとれば、図３（ｂ）に示されるようなグラフが得られる。その減算結果が最小となる主軸３１の角度位置θ_０を位相基準とする。このような方法により位相基準ピン４４の角度位置θ_０、即ちエンコーダ２６による検出座標系における位相基準ピン４４の角度を正確に検出することができる。
【００１７】
続いてこの角度位置θ_０を用いて主軸３１の位相を設定する。例えば、図８（ａ）に示されるようにプロファイルデータと主軸３１の位相θ（ｄｅｇ）との関係が０．５（ｄｅｇ）間隔に設定されているとする。尚、図中のＮＯ．は加工ポイントを示し、予めＺ軸方向の座標が対応付けられている。そして位相基準ピン４４の位置からαｄｅｇの位置が位相θの基準（０．０ｄｅｇ）であるとする。
このようなプロファイルデータを設定した後に、上記に示される方法にて位相基準θ_０を検出すれば、検出座標系での任意の位相は、図８（ｂ）に示されるように（θ_０＋α＋θ）（ｄｅｇ）となる。このように図８（ａ）中の位相θをそれぞれ補正する。
位相θの補正の後に、シリンダ５６により位置センサ５８を、モータ５４により砥石台４８をＸ軸（＋）方向に移動させ、カムシャフト３４の加工に影響のない位置に配置する。そしてカムシャフト３４の最初の研削箇所が砥石４６のＺ座標と一致するようにモータ２８を制御してテーブル４０の位置を設定した後に、モータ５０を駆動させて砥石４６を回転させ、補正されたプロファイルデータを用いてカムシャフト３４の加工を開始する。そしてその位置の加工が終了したら、次の加工ポイントに移動してその位置の加工を行い、全ての加工を終了するまで行う。
上記に示される工程の流れを、位置センサ５８の位置設定から示せば図９のようになる。
【００１８】
このように本実施例によれば、カムシャフト３４に位相基準ピン４４を設け、位置センサ５８を用いて自動的にカムシャフト３４の位相基準を検出することができ、カムシャフト３４の装着作業を自動化することができる。
また、カムシャフト３４の形状や大きさが変化し、位相基準の位置が変化しても従来のように駆動金具を取り替える必要がないため、段取時間が短縮し、生産性が向上すると共に、工作物の種類に対応した駆動金具を設計、製作する必要がないため、低コスト化を実現できる。
さらに位置センサ５８は非接触にて位相基準を検出するため、位相基準となる位相基準ピン４４にキズがついたり、接触によって磨耗することがなく、定期交換部品を必要とせず、長期に渡って安定した精度を確保することができる。
尚、上記実施例では、位相基準θ_０を用いてプロファイルデータを補正する構成としたが、エンコーダ２６の検出値を補正する構成としてもよい。
【００１９】
本実施例ではカムシャフト３４の位相基準部位として位相基準ピン４４を設けたが、位相基準部位の形状はこれに限定されるものではない。例えば、図４（ａ）に示されるようにカムシャフト３４に位相基準ピン穴６０を設け、位置センサ５８をカムシャフト３４の右側面（心押台４２側の側面）に配する構成としてもよい。また図４（ｂ）に示されるようにカムシャフト３４に位相基準キー溝６１を設けた構成としてもよい。さらには図示しないがカムシャフト３４に位相基準部位としてキーを設けた構成でもよい。図４に示されるようにカムシャフト３４に位相基準ピン穴６０や位相基準キー溝６１などの凹部が設けられた場合には、位置センサ５８の出力はその部位にて最小値をとるために、位相基準を求めるためにはこの最小値を用いればよい。
このようにカムシャフト３４に位相基準部位として凹部または凸部が形成されてその位置を位置センサ５８により検出する構成であればよく、本発明は位相基準部位の形状を限定するものではない。
【００２０】
（第二実施例）
次に本発明に係わる第二実施例について以下に説明する。上記の第一実施例では、カムシャフト３４に位相基準として位相基準ピン４４を設けた構成としたが、本実施例の特徴はカムシャフト３４に位相基準となる部位を特別に設けずに、その外形形状から位相基準を求める点である。
工作物が例えばカムシャフトの場合のように、カムのトップ部の位置を位相基準にすれば、その外形形状から渦電流式のセンサを用いて位相基準を割り出すことが可能である。図５は外形形状から位相基準を求める方法を模式的に示した図であり、縦軸にセンサの出力電圧をとり、横軸にカムの位相角をとっている。カムは偏心しているために、センサを固定してカムを回転させるとそのトップ部の出力値が最も大きくなる。このセンサ出力の最大値が明白に認識できる場合には、そのときの位相角を位相基準とすればよい。
センサ出力の最大値が明白に認識できない場合には、図５に示されるように基準出力値（閾値に相当）を設定し、センサの出力値が増加し、基準出力値に達したときの位相角と、センサの出力値が減少し、再び基準出力値に達したときの位相角を読み取り、その中間の値を位相基準とする。このように特別に位相基準となる部位を設けずに、工作物の外形形状から位相基準を検出することも可能である。
【００２１】
（第三実施例）
続いて本発明に係わる第三実施例について説明する。上記の第一及び第二実施例ではカムシャフト３４の加工について説明したが、本実施例の特徴はクランクシャフトの加工に適用した点である。
図６はクランクシャフト３７の加工に本発明を適用した場合のクランクシャフト３７周辺の模式図を示したものであり、他の構成は図１と同様である。クランクシャフト３７のクランクピン３７ｂを加工するためには、クランクシャフト３７のジャーナル３７ａを中心としたの回転角度と、砥石４６が設けられている砥石台４８のＸ座標の２軸をＮＣ制御する必要がある。従ってクランクピン３７ｂの加工前にその位相を割り出すことが必須条件となる。
そこで、位置センサ５８をクランクシャフト３７の右端に設けられた位相基準ピン４７に近接配置させ、前述の第一実施例に示された方法で位相基準ピン４７の位相を検知する。或いは、位置センサ５８をクランクピン３７ｂに近接配置させ、クランクピン３７ｂを位相基準として上記第二実施例に示された方法にてクランクピン３７ｂの位相を検出する。このようにしてクランクピン３７ｂの位相を容易に割り出すことができ、その加工を行うことができる。
尚、本実施例ではクランクシャフト３７のクランクピン３７ｂの加工について説明したが、非真円形の形状を有する工作物であればよく、本発明はその適用対象を限定するものではない。
【００２２】
（第四実施例）
続いて本発明に係わる第四実施例について説明する。上記の第一及び第二実施例では検出手段として渦電流式のセンサを用いる構成としたが、本実施例の特徴は検出手段としてタッチセンサを用いた点である。
図７は、タッチセンサ５９（第二のセンサに相当）を用いた位相基準の検出方法を示した説明図である。非真円形の工作物３５には所定の位置に位相基準ピン４５が設けられている。ここでタッチセンサ５９は位相基準ピン４５と接触することのできる位置に配置されている。そして工作物３５を軸中心３５ａを回転中心にして図中時計回りに回転させ、位相基準ピン４５がタッチセンサ５９と接触した時点で工作物３５の回転を停止させ、そのときの工作物３５の位相角を読み取る。この後、工作物３５を図中反時計回りに回転させ、同様に位相基準ピン４５がタッチセンサ５９と接触した時点で工作物３５の回転を停止させ、このときの工作物３５の位相角を読み取る。そしてこれら２つの位相角の中間を位相基準とする。
このようにタッチセンサ５９を用いても非真円形の工作物３５の位相基準を求めることができ、第一実施例と同等の効果を得ることができる。
【００２３】
【発明の効果】
上記に示されるように本発明によれば、自動的に工作物の位相基準を検出できるため、工作物の装着を容易に行うことができる。また工作物の位相合わせのために駆動金具等の特別な治工具を必要とすることないため、治工具の設計、製作をする必要がなく、低コストな加工装置とすることができる。さらに工作物の形状や大きさの変化に対応することができ、適用範囲が広い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる第一実施例の構成を示した模式図。
【図２】本発明に係わる第一実施例のセンサ周辺を示した模式的拡大図。
【図３】本発明に係わる第一実施例の主軸の位相基準の算出方法を示した模式図。
【図４】カムシャフトに位相基準としてのピン穴、キー溝を設けた構成を示した模式図。
【図５】本発明に係わる第二実施例の位相基準算出方法を示した説明図。
【図６】本発明に係わる第三実施例の構成を示した説明図。
【図７】本発明に係わる第四実施例の構成を示した説明図。
【図８】位相とプロファイルデータとの関係を示した説明図（ａ）及び検出座標系における任意の位相を示した説明図（ｂ）。
【図９】位相基準を割り出しカムシャフトの加工を行うまでの工程の流れを示したフローチャート。
【図１０】従来の非真円形工作物加工装置の構造を示した模式図。
【符号の説明】
１０数値制御装置
３０主軸台
３１主軸
３４カムシャフト
４２心押台
４４位相基準ピン
４６砥石
５８位置センサ
１００カム研削装置

Claims

工作物をその主軸の回りに回転させ、前記主軸の回転に同期して連動する工具を用い、前記工作物を所定の非真円形形状に加工する加工装置において、
前記主軸回りにおける前記工作物の位相の基準となる位相基準の角度位置を検出する位相基準検出手段を備え、
前記位相基準検出手段は、
前記工作物の前記主軸回りにおける回転角を検出する第一の検出手段と、
前記工作物の前記位相基準の位置を検出する第二の検出手段と、
前記工作物の前記位相基準の前記角度位置を算出する演算手段とから成り、
前記第二の検出手段は、前記工作物と近接して設けられた、非接触で前記工作物との距離に応じた電気信号を出力する第一のセンサから構成され、
前記演算手段は、前記工作物を所定の回転速度で１回転させたときの前記第一のセンサからの検出信号の最大値または最小値と、前記回転速度より小さい回転速度で前記工作物を１回転させたときの前記第一のセンサからの検出信号との差が最小または最大となるときの前記第一の検出手段からの検出信号を前記角度位置とすること
を特徴とする非真円形工作物加工装置。
工作物をその主軸の回りに回転させ、前記主軸の回転に同期して連動する工具を用い、前記工作物を所定の非真円形形状に加工する加工装置において、
前記主軸回りにおける前記工作物の位相の基準となる位相基準の角度位置を検出する位相基準検出手段を備え、
前記位相基準検出手段は、
前記工作物の前記主軸回りにおける回転角を検出する第一の検出手段と、
前記工作物の前記位相基準の位置を検出する第二の検出手段と、
前記工作物の前記位相基準の前記角度位置を算出する演算手段とから成り、
前記第二の検出手段は、前記工作物と近接して設けられた、非接触で前記工作物との距離に応じた電気信号を出力する第一のセンサから構成され、
前記演算手段は、前記工作物を所定の回転速度で１回転させたときの前記第一のセンサからの検出信号が増加して所定の閾値に達したときの前記第一の検出手段からの検出信号と、前記第一のセンサからの検出信号が減少して前記所定の閾値に達したときの前記第一の検出手段からの検出信号の中間の値を前記角度位置とすること
を特徴とする非真円形工作物加工装置。
工作物をその主軸の回りに回転させ、前記主軸の回転に同期して連動する工具を用い、前記工作物を所定の非真円形形状に加工する加工装置において、
前記主軸回りにおける前記工作物の位相の基準となる位相基準の角度位置を検出する位相基準検出手段を備え、
前記位相基準検出手段は、
前記工作物の前記主軸回りにおける回転角を検出する第一の検出手段と、
前記工作物の前記位相基準の位置を検出する第二の検出手段と、
前記工作物の前記位相基準の前記角度位置を算出する演算手段とから成り、
前記第二の検出手段は、前記工作物との接触時に電気信号を出力する第二のセンサから構成され、
前記演算手段は、前記工作物を前記主軸回りに一方の方向に回転させたときに前記第二のセンサから検出信号があったときの前記第一の検出手段からの検出信号と、前記工作物を前記主軸回りに他方の方向に回転させたときに前記第二のセンサから検出信号があったときの前記第一の検出手段からの検出信号との中間の値を前記角度位置とすること
を特徴とする非真円形工作物加工装置。
前記工作物は前記位相基準として凹部状または凸部状の位相基準部位が設けられたこと
を特徴とする請求項１又は２に記載の非真円形工作物加工装置。
所定の位相に対応した加工データを有し、検出された前記位相基準の前記角度位置に基づいて前記加工データの前記位相または前記第一の検出手段による検出値を補正する補正手段を備えたこと
を特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の非真円形工作物加工装置。