JP3848117B2 - プロフィル補正方法、数値制御装置および工作機械 - Google Patents
プロフィル補正方法、数値制御装置および工作機械 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カム等の工作物の加工を効率的に精度良く行うことができるプロフィルの補正方法に関するものである。また、そのプロフィルの補正方法を実行可能な数値制御装置に関するものである。さらには、その数値制御装置を備えた工作機械に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
各種機械の高性能、高精度化等に伴い、その構成部品には厳しい精度が要求されている。例えば、自動車エンジン等のカムシャフトやクランクシャフト等は、カムやクランクピン等の各摺動面に非常に高い寸法精度、面粗度等が要求される。
このようなカム（非真円形状工作物）やクランクピン等を加工（特に、研削加工）する場合、工作物を回転させて工具（砥石等）を加工代分だけ単純に送り込むだけでは加工できない。工作物の回転角と工具の送り量とを同期制御して加工する必要がある。通常、その加工は、所定のプロフィルデータ（以降、単に「プロフィル」という。）に基づいて主軸および工具送り軸を数値制御してなされる。このように複雑な加工を行う場合、理想形状に沿った高精度な加工を行うことは容易ではなく、寸法誤差も発生し易いため、その誤差の発生を抑制するために種々の補正方法が考えられている。以下ではカムを例にとり説明する。
【０００３】
先ず、代表的な補正方法として次のものがある。カムの理想リフトデータ（仕上形状データ）から解析的に求まる理論プロフィルに基づいて、実際に加工を行う。それにより得られたカムのリフトをカム測定器等で実測して測定リフトデータを取得する。その測定リフトデータと理想リフトデータとを比較して加工誤差を求める。そして、その加工誤差を理想リフトデータまたは理論プロフィルに直接反映させて補正プロフィルを得る、といった方法である。
次に、特公平６−２２７７８号公報等に開示された別の補正方法もある。つまり、理論プロフィルに基づいてカムシャフト（工作物）を主軸に取付け研削盤（工作機械）を無負荷運転させる。そのときの主軸の回転角およびといし台軸（工具送り軸）の送り量をエンコーダ等で検出してそれらの実効値を取得する。その実効値と理論プロフィルに基づいた指令値とを比較して実効値の誤差を求める。そして、その誤差を理論プロフィルに反映させて補正プロフィルを得る、といった方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、加工精度のさらなる高精度化を図ろうとした場合、上記方法のみでは何れも不十分であり、加工誤差を補正しきれない。これは、通常、加工誤差の発生要因または発生系統が複数存在し、それぞれに応じた誤差成分（特性）が、全体の加工誤差に混在しているためと考えられる。つまり、ある特定の誤差成分のみを補正したとしても、他の系統の誤差成分が残存し、全体の加工誤差を補正しきれない。逆に単一誤差成分の過大な補正は、新たな誤差を生じさせる可能性もある。
【０００５】
例えば、加工物を測定して得られる測定リフトデータと、当初の理想リフトデータの差分から誤差リフトデータを求め、それを用いて形状情報の根本である理想リフトデータ自体を改変し、その改変後の理想リフトデータからリフト−プロフィル変換により新たな理想プロフィルを生成すると、測定リフトデータを採取した加工物の加工状態によって理想プロフィル自体が変動することになる。そして、この理想プロフィルから求められる制御系に起因する誤差成分も同様に変動することになる。ところが、本来制御系に起因する誤差成分はハード構成に固有の成分であり、経年変化等を除いては基本的に変動しない。従って、上記誤差リフトデータを用いて理想リフトデータ自体を補正する方法では、逆に、制御系に起因する誤差成分の正確な抽出を妨げる結果となる。
さらに、ある系統の誤差成分について補正強度（重み）を個々に調整して、試行錯誤を繰返し全体の加工誤差を補正しようとすると、補正の工数が著しく増大してしまう。そして、機種変更、工具交換等の度にその補正が必要となり、非常に面倒で効率が悪い。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものである。すなわち、より高精度な加工を可能とする補正プロフィルを効率的に得られるプロフィル補正方法を提供することを目的とする。また、その方法を実現する数値制御装置および工作機械を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、加工誤差を、数値制御装置から主軸や工具送り軸までの特性に起因する制御系の誤差成分と、それら以降の駆動系統や工具等の機械要素の特性に起因する機械系の誤差成分とに切り分け、各誤差成分を分離して評価することを思い付き、本発明を完成させるに至った。
（プロフィル補正方法）
すなわち、本発明のプロフィル補正方法は、研削加工対象である工作物を回転させる主軸の回転角と該回転角に応じて該工作物を加工する交換可能な工具を変位させる工具送り軸の送り量とからなるプロフィルに基づき該主軸と該工具送り軸とを数値制御して該工作物を研削加工する工作機械の数値制御装置において、
前記工作物を前記主軸に取付け実際に加工が行われない様に前記工具送り軸を該工作物の取り代分以上オフセットさせた状態で該工作物の仕上形状データから解析的に求まる理論プロフィルに基づき該主軸と前記工具送り軸とを数値制御し前記工作機械を無負荷運転して、該主軸の回転角と該工具送り軸の送り量とを実際に検出して得た実効データから実効プロフィルを生成する実効プロフィル生成ステップと、該実効プロフィルの該理論プロフィルに対する誤差である第１誤差プロフィルを生成する第１誤差プロフィル生成ステップと、該第１誤差プロフィルを用いて該理論プロフィルを補正した第１補正プロフィルを生成する第１補正プロフィル生成ステップと、該第１補正プロフィルに基づき該主軸と該工具送り軸とを数値制御して実際に加工された該工作物の形状を測定して得た測定リフトデータからリフト−プロフィル変換により測定プロフィルを生成する測定プロフィル生成ステップと、該測定プロフィルの該第１補正プロフィルに対する誤差である第２誤差プロフィルを生成する第２誤差プロフィル生成ステップと、該第２誤差プロフィルを用いて該第１補正プロフィルを補正し、または第１誤差プロフィルと第２誤差プロフィルとを用いて該理論プロフィルを補正した、第２補正プロフィルを生成する第２補正プロフィル生成ステップと、からなることを特徴とする。
【０００８】
本発明では、プロフィルに基づいて工作物を加工する際に発生する加工誤差を、前述したように、発生要因の異なる制御系の誤差成分と機械系の誤差成分とに分離して考えた。発生要因に応じて誤差成分を評価するようにしたので、一方の誤差成分に対する補正が他方の誤差成分に影響を与えることが殆どなく、各誤差成分の低減が容易で、結果的に全体の加工誤差の著しい低減が可能な補正プロフィルを得ることができた。
具体的には本発明の場合、制御系の誤差成分を第１誤差プロフィルによって評価し、機械系の誤差成分を第２誤差プロフィルによって評価することとした。第１誤差プロフィルは、実効プロフィルの理論プロフィルに対する誤差である。ここで、実効プロフィルが、理論プロフィルに基づいて工作機械を無負荷運転したときに検出される実効データから生成されたものであるから、第１誤差プロフィルは機械系の誤差成分が除外された制御系に固有のものとなる。そして、この第１誤差プロフィルによって補正された第１補正プロフィルに基づき加工した工作物は、制御系の誤差成分が実質的に除去されたものとなる。
【０００９】
次に、第２誤差プロフィルは、その制御系の誤差成分が実質的に除去された第１補正プロフィルに対する測定プロフィルの誤差である。そして、測定プロフィルは、その第１補正プロフィルに基づいて実加工した工作物の測定リフトデータから生成されたものである。従って、第２誤差プロフィルは、制御系の誤差成分が除外された機械系に固有のものとなる。そして、この第２誤差プロフィルによって補正された第２補正プロフィルに基づき加工された工作物は、この機械系の誤差成分のみならず、前記制御系の誤差成分が前段階で除去されたものとなる。
こうして、本発明により得られた補正プロフィルを用いると、制御系の誤差成分および機械系の誤差成分の両方が適切に除去され、高精度な工作物を得ることができる。
【００１０】
加えて、加工誤差を発生要因ごとに分離し評価して対策することとしたため、プロフィル補正を効率的に行うことができるようになった。具体的にいうと、例えば、駆動系の経時変化、工作物の機種変更、工具交換等に伴う外乱が変化する場合、制御系の誤差成分は基本的に変化しないため、機械系の誤差成分のみに着目すれば良いことにある。つまり、上記第２誤差プロフィルのみを再生成し、第２補正プロフィルを更新すれば良く、その分、プロフィル補正が効率的に行える。
【００１１】
（数値制御装置）
本発明は、上記プロフィル補正方法に限らず、それを実現する数値制御装置としても把握できる。
すなわち、本発明は、研削加工対象である工作物を回転させる主軸の回転角と該回転角に応じて該工作物を加工する交換可能な工具を変位させる工具送り軸の送り量とからなるプロフィルに基づき該主軸と該工具送り軸とを数値制御して該工作物を研削加工する工作機械の数値制御装置において、
前記工作物を前記主軸に取付け実際に加工が行われない様に前記工具送り軸を該工作物の取り代分以上オフセットさせた状態で該工作物の仕上形状データから解析的に求まる理論プロフィルに基づき該主軸と前記工具送り軸とを数値制御し前記工作機械を無負荷運転して、該主軸の回転角と該工具送り軸の送り量とを実際に検出して得た実効データから実効プロフィルを生成する実効プロフィル生成手段と、該実効プロフィルの該理論プロフィルに対する誤差である第１誤差プロフィルを生成する第１誤差プロフィル生成手段と、該第１誤差プロフィルを用いて該理論プロフィルを補正した第１補正プロフィルを生成する第１補正プロフィル生成手段と、該第１補正プロフィルに基づき該主軸と該工具送り軸とを数値制御して実際に加工された該工作物の形状を測定して得た測定リフトデータからリフト−プロフィル変換により測定プロフィルを生成する測定プロフィル生成手段と、該測定プロフィルの該第１補正プロフィルに対する誤差である第２誤差プロフィルを生成する第２誤差プロフィル生成手段と、該第２誤差プロフィルを用いて該第１補正プロフィルを補正し、または第１誤差プロフィルと第２誤差プロフィルとを用いて該理論プロフィルを補正した、第２補正プロフィルを生成する第２補正プロフィル生成手段と、を備えることを特徴とする数値制御装置としても良い。
【００１２】
（工作機械）
さらに、本発明は、上記数値制御装置を備える工作機械としても把握できる。
すなわち、本発明は、研削加工対象である工作物を回転させる主軸と、該工作物を加工する交換可能な工具を変位させる工具送り軸と、該主軸の回転角と該回転角に応じた該工具送り軸の送り量とからなるプロフィルに基づき該主軸と該工具送り軸とを数値制御して該工作物を研削加工する数値制御装置と、を備える工作機械において、
前記数値制御装置は、前記工作物を前記主軸に取付け実際に加工が行われない様に前記工具送り軸を該工作物の取り代分以上オフセットさせた状態で該工作物の仕上形状データから解析的に求まる理論プロフィルに基づき該主軸と前記工具送り軸とを数値制御し前記工作機械を無負荷運転して、該主軸の回転角と該工具送り軸の送り量とを実際に検出して得た実効データから実効プロフィルを生成する実効プロフィル生成手段と、該実効プロフィルの該理論プロフィルに対する誤差である第１誤差プロフィルを生成する第１誤差プロフィル生成手段と、該第１誤差プロフィルを用いて該理論プロフィルを補正した第１補正プロフィルを生成する第１補正プロフィル生成手段と、該第１補正プロフィルに基づき該主軸と該工具送り軸とを数値制御して実際に加工された該工作物の形状を測定して得た測定リフトデータからリフト−プロフィル変換により測定プロフィルを生成する測定プロフィル生成手段と、該測定プロフィルの該第１補正プロフィルに対する誤差である第２誤差プロフィルを生成する第２誤差プロフィル生成手段と、該第２誤差プロフィルを用いて該第１補正プロフィルを補正し、または第１誤差プロフィルと第２誤差プロフィルとを用いて該理論プロフィルを補正した、第２補正プロフィルを生成する第２補正プロフィル生成手段と、を備えることを特徴とする工作機械としても良い。
【００１３】
（その他）
（１）上記第１誤差プロフィルまたは第２誤差プロフィルは、それぞれ第１補正プロフィルまたは第２補正プロフィルを生成するために、中間段階で使用されるプロフィルである。但し、例えば、第１補正プロフィル（ＣＰ１）を生成する場合なら、第１誤差プロフィル（ΔＰ１）を用いずに、理論プロフィル（ＴＰ）と実効プロフィル（ＥＰ）とを用いて生成することもできる。具体的な簡易式を挙げて説明すると、ΔＰ１＝ＥＰ−ＴＰとなるが、ＣＰ１＝ＴＰ−ΔＰ１＝２×ＴＰ−ＥＰとなり、単に第１補正プロフィルを生成するだけであれば、第１誤差プロフィル自体は不要となる。このような場合、第１誤差プロフィル生成手段（ステップ）が第１補正プロフィル生成手段（ステップ）に組込まれたものと考えることができ、本発明の範囲内である。
【００１４】
同様のことが、測定プロフィルと第２誤差プロフィルと第２補正プロフィルとの間に成立し、その場合も第２誤差プロフィル生成手段（ステップ）が、第２補正プロフィル生成手段（ステップ）に組込まれたものと考えれば良い。
また、第２誤差プロフィルは、第１補正プロフィルに対する測定プロフィルの誤差であるが、その生成の際に第１補正プロフィルを使用する必要は必ずしもない。なぜなら、その第１補正プロフィルの替りに、理論プロフィルと第１誤差プロフィルとを代用できるからである。
【００１５】
（２）実効データは、例えば、主軸と工具送り軸に取付けたエンコーダ等の検出機器から実効値データとして得られる。エンコーダ等の検出機器は、数値制御されるサーボモータに一般的に備えられているため、別途必要としない。一方、測定リフトデータは、第１補正プロフィルに基づいて加工されたカム等の工作物を、カム測定器等で測定して得られる。その測定リフトデータは、数値制御装置に自動的に取込まれるようにしておくと、好都合である。
【００１６】
（３）本発明の具体的な用途として、カム研削に利用すると好適である。この場合、前記工作物はカムで、前記工具送り軸はといし台軸で、前記仕上形状データおよび前記測定リフトデータは該カムのリフトデータであり、前記工作機械はカム研削盤となる。勿論、本発明は、その他の加工にも利用できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、実施形態を挙げ、本発明をより具体的に説明する。
（ハード構成）
本発明の実施形態に係る数値制御式のカム研削盤１（工作機械）の全体構成図を図１に示す。カム研削盤１は、加工装置１００と、数値制御装置２００とからなり、数値制御装置２００にはカムの測定装置３００が接続されている。また、加工装置１００は、主軸１１０と、といし台１２０（工具送り軸）とを備える。
【００１８】
主軸１１０は、カムＣ（工作物）を駆動回転することができ、サーボモータからなる主軸モータ１１１と、それに駆動制御電流を出力する制御回路からなるサーボドライブ１１２と、主軸モータ１１１の軸回転量を検出するエンコーダ１１３とで構成される。主軸モータ１１１とエンコーダ１１３とはサーボドライブ１１２に接続され、サーボドライブ１１２は数値制御装置２００にインターフェイスおよび通信ケーブルを介して接続されている。サーボドライブ１１２は、数値制御装置２００から入力された指令位置情報に基づいて主軸モータ１１１の回転角を制御すると共に、エンコーダ１１３から入力された実効位置情報を数値制御装置２００に帰還情報として出力（フィードバック）する。
【００１９】
といし台１２０は、といしＧ（工具）を回転させつつ移動させることができ、サーボモータからなるといし台モータ１２１と、それに駆動制御電流を出力する制御回路からなるサーボドライブ１２２と、といし台モータ１２１の軸回転量を検出するエンコーダ１２３とからなる。といし台モータ１２１とエンコーダ１２３とはサーボドライブ１２２に接続され、サーボドライブ１２２は数値制御装置２００にインターフェイスおよび通信ケーブルを介して接続されている。サーボドライブ１２２は、数値制御装置２００から入力された指令位置情報に基づいてといし台モータ１２１の送り量を制御すると共に、エンコーダ１２３から入力された実効位置情報を数値制御装置２００に帰還情報として出力（フィードバック）する。
【００２０】
数値制御装置２００は、コンピュータとしての基本構成を備え、演算装置であるＣＰＵ２１０、起動や各種処理プログラムを記憶したＲＯＭ２２０、読み込まれたデータやプログラムを一時的に記憶するＲＡＭ（記憶手段）２３０、加工装置１００に接続されるインターフェイス（Ｉ／Ｆ）２４０、操作盤等の入力装置４１０とモニター等の出力装置４２０とに接続されるインターフェイス（Ｉ／Ｆ）２５０を備える。なお、後述の理想リフトデータは、入力装置４１０から入力される。このうち、ＣＰＵ２１０、ＲＯＭ２２０およびＲＡＭ２３０によって本発明の各種生成手段が達成され、また、各種生成ステップが実行、処理される。
【００２１】
（リフトおよびプロフィル）
本実施形態のプロフィル補正に必要となる各種データは、ＲＡＭの各領域に格納される、この様子を図２に模式的に示す。以下、その各種データについて説明する。
【００２２】
（ａ）理想リフトは、加工対象であるカムＣの最終的な幾何学的形状を表すデータであり、本発明の仕上形状データに相当する。具体的には、カムＣの回転角度と、その回転角度に対応したタペットのリフト量とで表される。
この理想リフトは、カムシャフトの設計段階で決定されるものであり、その設計データは、外部から数値制御装置２００へ別途取込まれる。
なお、偏心カム等の演算によって形状の求まるカムの場合は、ベース部半径、偏心量等のパラメータでカムリフト（仕上形状データ）を表す場合もある。
【００２３】
（ｂ）測定リフトは、加工後のカムＣを測定装置３００で測定して得られるリフトデータであり、本発明の測定リフトデータに相当する。
【００２４】
（ｃ）理論プロフィルは、カムＣ１回転分の上記理想リフトを、主軸１１０の回転角（例：０．５°間隔、７２０点）に対応したといし台１２０の位置情報（送り量）に、幾何学的（解析的）に変換したデータである。
【００２５】
（ｄ）実効プロフィルは、カム研削盤１を上記理論プロフィルに基づいて無負荷運転したときに、エンコーダ１１３、１２３とから得られた実効位置データ（実効データ）をプロフィルに変換したデータである。
【００２６】
（ｅ）測定プロフィルは、カムＣ１回転分の上記測定リフト（測定リフトデータ）を、主軸１１０の回転角（例：０．５°間隔、７２０点）に対応したといし台１２０の位置情報（送り量）に幾何学的（解析的）に変換したデータである。
【００２７】
（ｆ）誤差プロフィル１は、上記実効プロフィルから理論プロフィルを差引いて得られるプロフィルである（ｄ−ｃ）。本発明の第１誤差プロフィルに相当し、制御系の誤差成分を指標するものである。
【００２８】
（ｇ）誤差プロフィル２は、上記測定プロフィルから、後述の補正プロフィル１を差引いて得られるプロフィルである（ｅ−ｈ）。本発明の第２誤差プロフィルに相当し、加工装置１００の駆動系、工具Ｇ等を要因とする機械系の誤差成分を指標するものである。
【００２９】
（ｈ）補正プロフィル１は、上記理論プロフィルから上記誤差プロフィル１を差引いて得られるプロフィルである（ｃ−ｆ）。本発明の第１補正プロフィルに相当し、制御系を要因とする誤差成分を補正するためのものである。
【００３０】
（ｉ）補正プロフィル２は、上記理論プロフィルから上記誤差プロフィル１および誤差プロフィル２を差引いて得られるプロフィルである（ｃ−ｆ−ｇ）。本発明の第２補正プロフィルに相当し、機械系を要因とする誤差成分を補正するためのものである。
【００３１】
（ｊ）指令位置は、数値制御装置２００からサーボドライブ１１２、１２２に出力される主軸１１０およびといし台１２０の位置データ（指令値）である。その位置データは、補正プロフィル１または補正プロフィル２を補間処理して生成され、一定周期(例：１ｍｓ)毎に更新される。なお、補間処理とは、一定周期毎に主軸１１０等の変位量を演算し、指令値を更新する処理である。
【００３２】
（ｋ）実効位置は、エンコーダ１１３、１２３から得られた主軸１１０およびといし台１２０の実際に有効な位置データ（実効値）であり、サーボドライブ１１２、１２２を介して数値制御装置２００に出力されたものである。そのデータは、指令位置データと同様に、一定周期(例：１ｍｓ)毎に更新される。
【００３３】
（プロフィルの生成）
次に、各種プロフィルの生成過程を図３〜５の工程図を用いて説明する。
（１）誤差プロフィル１の生成
図３に示めすように、ステップ３１で、ＲＡＭに格納されてる理想リフトデータを読込む。ステップ３２で、カムＣの回転角およびその回転角毎のリフト量からなる理想リフトデータを、主軸１１０の回転角およびその回転角毎のといし台１２０の送り量とからなる理論プロフィルデータに、所定のリフト−プロフィル変換式により変換し、ＲＡＭに書き込む（理論プロフィル生成ステップ）。
【００３４】
ステップ３３で、その理論プロフィルをＲＡＭから読込み、それに基づいた指令位置情報を数値制御装置２００からサーボドライブ１１２、１２２に出力する。そして、ステップ３４で、取付けられたカムＣに対して、といしＧを研削代分以上オフセットさせて両者が接触しないようにした状態で、加工装置１００は、上記指令位置情報に基づいて数値制御装置２００により数値制御され、無負荷運転される。ステップ３５で、数値制御装置２００は、その無負荷運転によりエンコーダ１１３、１２３から得られた実効位置情報をサーボドライブ１１２、１２２を介して取得し、ＲＡＭに書き込む。ステップ３６で、その実効位置情報に基づいて、実効プロフィルを生成しＲＡＭに書き込む。これらのステップ３３〜３６が、本発明でいう実効プロフィル生成ステップに相当し、それらの各データを格納したＲＡＭ２３０と各処理プログラムを格納したＲＯＭ２２０と演算装置であるＣＰＵ２１０によって、実効プロフィル生成手段が構成される。
【００３５】
ステップ３７で、ＲＡＭから理論プロフィルを読出し、ステップ３８で、その理論プロフィルと上記実効プロフィルとを用いて式（１）の演算を行い、誤差プロフィル１を生成しＲＡＭに書き込む。
（誤差プロフィル１）＝（実効プロフィル）−（理論プロフィル） （１）これらのステップ３７、３８が、本発明の第１誤差プロフィル生成ステップに相当し、第１誤差プロフィル生成手段は、前述したのと同様に、ＣＰＵ２１０、ＲＯＭ２２０およびＲＡＭ２３０とで構成される。
【００３６】
（誤差プロフィル２の生成）
図４に示すように、ステップ４１でＲＡＭから理論プロフィルを読出す。ステップ４２で上記誤差プロフィル１を読出す。ステップ４３で、その理論プロフィルと誤差プロフィル１とを用いて式（２）の演算を行い、補正プロフィル１を生成してＲＡＭに書き込む。
（補正プロフィル１）＝（理論プロフィル）−（誤差プロフィル１） （２）
これらのステップ４１〜４３が、本発明の第１補正プロフィル生成ステップに相当し、第１補正プロフィル生成手段は、前述したのと同様に、ＣＰＵ２１０、ＲＯＭ２２０およびＲＡＭ２３０とで構成される。
【００３７】
次に、ステップ４４で、数値制御装置２００は、その補正プロフィル１に基づいた指令位置情報をサーボドライブ１１２、１２２に出力する。そして、ステップ４５で、カムＣを主軸１１０に取付けた加工装置１００は、上記指令位置情報に基づいて数値制御され実研削を行う。
ステップ４６で、その実研削により得られたカムＣを、測定装置３００を用いて測定する。この測定装置３００は数値制御装置２００に接続されており、所定角度毎のリフトデータ（測定リフト）が数値制御装置２００に自動的に取込まれるようになっている。ステップ４７で、その測定リフトデータに基づいて測定プロフィルを生成しＲＡＭに書き込む。
これらのステップ４６、４７が、本発明の測定プロフィル生成ステップに相当し、測定プロフィル生成手段は、前述したのと同様に、ＣＰＵ２１０、ＲＯＭ２２０およびＲＡＭ２３０とで構成される。
【００３８】
ステップ４８で、ＲＡＭから補正プロフィル１を読込む。ステップ４９で、その補正プロフィル１と上記測定プロフィルとを用いて式（３）の演算を行い、誤差プロフィル２を生成してＲＡＭに書き込む。
（誤差プロフィル２）＝（測定プロフィル）−（補正プロフィル１） （３）
これらのステップ４８、４９が、本発明の第２誤差プロフィル生成ステップに相当し、第２誤差プロフィル生成手段は、前述したのと同様に、ＣＰＵ２１０、ＲＯＭ２２０およびＲＡＭ２３０とで構成される。
【００３９】
（補正プロフィル２の生成）
図５に示すように、ステップ５１でＲＡＭから理論プロフィルを読出す。ステップ５２で誤差プロフィル１を読出し、ステップ５３で誤差プロフィル２を読出す。そして、ステップ５４で、その理論プロフィルと誤差プロフィル１および誤差プロフィル２とを用いて式（４）の演算を行い、補正プロフィル２を生成してＲＡＭに書き込む。
【００４０】
これらのステップ５１〜５４が、本発明の第２補正プロフィル生成ステップに相当し、第２補正プロフィル生成手段は、前述したのと同様に、ＣＰＵ２１０、ＲＯＭ２２０およびＲＡＭ２３０とで構成される。
こうして、制御系および機械系の両誤差情報を反映させた補正プロフィル２が得られる。数値制御装置２００は、ステップ５５で、その最終的な補正プロフィル２に基づいた指令位置情報をサーボドライブ１１２、１２２に出力する。そして、ステップ５６で、カムＣを主軸１１０に取付けた加工装置１００はその指令位置情報に基づいて数値制御され、本来の実研削を行う。
【００４１】
上述したプロフィル補正は、工作物の機種ごとに行えばよく、同機種である限り、補正プロフィル２に基づいて加工すれば足る。但し、工作物が同機種であっても、といし等の工具を交換する場合、別途、プロフィル補正を行う必要がある。もっともその場合でも、本発明によれば、誤差プロフィル２およびそれを用いた補正プロフィル２を更新するのみで足る。
【００４２】
また、上記実施形態では、プロフィル補正を１回行うことを前提に説明したが、複数回繰返しても良い。これにより、さらに高精度な補正が可能となる。その場合、全工程を通して複数回行い、複数の補正プロフィル２を平均化して最終的な補正プロフィルを決定しても良いし、誤差プロフィル１の生成工程や誤差プロフィル２の生成工程等を個別に複数回行って、各種プロフィル毎に平均化したものを使用するようにしても良い。
【００４３】
【発明の効果】
本発明では、プロフィルに基づいて工作物を加工する際に発生する加工誤差を、発生要因の異なる制御系の誤差成分と機械系の誤差成分とに分離し、前者を第１誤差プロフィルにより評価し、後者を第２誤差プロフィルにより評価した。このように、加工誤差をそれぞれの発生要因に応じて個別に評価したため、各誤差成分をより確実に低減できるようになり、従来以上に高精度な加工を可能とする補正プロフィルが得られた。
また、誤差成分を切り分けることで、各誤差成分を別個に取扱うことが可能となり、プロフィルの補正作業を効率的に進めることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるカム研削盤の全体構成図である。
【図２】その実施形態の数値制御装置でプロフィル補正を行う場合に、ＲＡＭの各領域に格納されるデータを示す模式図である。
【図３】そのプロフィル補正における誤差プロフィル１の生成過程を示す工程図である。
【図４】そのプロフィル補正における誤差プロフィル２の生成過程を示す工程図である。
【図５】そのプロフィル補正における補正プロフィル２の生成過程を示す工程図である。
【符号の説明】
１ カム研削盤（工作機械）
１００ 加工装置
１１０ 主軸
１２０ といし台（工具送り軸）
２００ 数値制御装置
３００ 測定装置
Ｃ カム（工作物）
Ｇ といし（工具）
【発明の属する技術分野】
本発明は、カム等の工作物の加工を効率的に精度良く行うことができるプロフィルの補正方法に関するものである。また、そのプロフィルの補正方法を実行可能な数値制御装置に関するものである。さらには、その数値制御装置を備えた工作機械に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
各種機械の高性能、高精度化等に伴い、その構成部品には厳しい精度が要求されている。例えば、自動車エンジン等のカムシャフトやクランクシャフト等は、カムやクランクピン等の各摺動面に非常に高い寸法精度、面粗度等が要求される。
このようなカム（非真円形状工作物）やクランクピン等を加工（特に、研削加工）する場合、工作物を回転させて工具（砥石等）を加工代分だけ単純に送り込むだけでは加工できない。工作物の回転角と工具の送り量とを同期制御して加工する必要がある。通常、その加工は、所定のプロフィルデータ（以降、単に「プロフィル」という。）に基づいて主軸および工具送り軸を数値制御してなされる。このように複雑な加工を行う場合、理想形状に沿った高精度な加工を行うことは容易ではなく、寸法誤差も発生し易いため、その誤差の発生を抑制するために種々の補正方法が考えられている。以下ではカムを例にとり説明する。
【０００３】
先ず、代表的な補正方法として次のものがある。カムの理想リフトデータ（仕上形状データ）から解析的に求まる理論プロフィルに基づいて、実際に加工を行う。それにより得られたカムのリフトをカム測定器等で実測して測定リフトデータを取得する。その測定リフトデータと理想リフトデータとを比較して加工誤差を求める。そして、その加工誤差を理想リフトデータまたは理論プロフィルに直接反映させて補正プロフィルを得る、といった方法である。
次に、特公平６−２２７７８号公報等に開示された別の補正方法もある。つまり、理論プロフィルに基づいてカムシャフト（工作物）を主軸に取付け研削盤（工作機械）を無負荷運転させる。そのときの主軸の回転角およびといし台軸（工具送り軸）の送り量をエンコーダ等で検出してそれらの実効値を取得する。その実効値と理論プロフィルに基づいた指令値とを比較して実効値の誤差を求める。そして、その誤差を理論プロフィルに反映させて補正プロフィルを得る、といった方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、加工精度のさらなる高精度化を図ろうとした場合、上記方法のみでは何れも不十分であり、加工誤差を補正しきれない。これは、通常、加工誤差の発生要因または発生系統が複数存在し、それぞれに応じた誤差成分（特性）が、全体の加工誤差に混在しているためと考えられる。つまり、ある特定の誤差成分のみを補正したとしても、他の系統の誤差成分が残存し、全体の加工誤差を補正しきれない。逆に単一誤差成分の過大な補正は、新たな誤差を生じさせる可能性もある。
【０００５】
例えば、加工物を測定して得られる測定リフトデータと、当初の理想リフトデータの差分から誤差リフトデータを求め、それを用いて形状情報の根本である理想リフトデータ自体を改変し、その改変後の理想リフトデータからリフト−プロフィル変換により新たな理想プロフィルを生成すると、測定リフトデータを採取した加工物の加工状態によって理想プロフィル自体が変動することになる。そして、この理想プロフィルから求められる制御系に起因する誤差成分も同様に変動することになる。ところが、本来制御系に起因する誤差成分はハード構成に固有の成分であり、経年変化等を除いては基本的に変動しない。従って、上記誤差リフトデータを用いて理想リフトデータ自体を補正する方法では、逆に、制御系に起因する誤差成分の正確な抽出を妨げる結果となる。
さらに、ある系統の誤差成分について補正強度（重み）を個々に調整して、試行錯誤を繰返し全体の加工誤差を補正しようとすると、補正の工数が著しく増大してしまう。そして、機種変更、工具交換等の度にその補正が必要となり、非常に面倒で効率が悪い。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものである。すなわち、より高精度な加工を可能とする補正プロフィルを効率的に得られるプロフィル補正方法を提供することを目的とする。また、その方法を実現する数値制御装置および工作機械を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、加工誤差を、数値制御装置から主軸や工具送り軸までの特性に起因する制御系の誤差成分と、それら以降の駆動系統や工具等の機械要素の特性に起因する機械系の誤差成分とに切り分け、各誤差成分を分離して評価することを思い付き、本発明を完成させるに至った。
（プロフィル補正方法）
すなわち、本発明のプロフィル補正方法は、研削加工対象である工作物を回転させる主軸の回転角と該回転角に応じて該工作物を加工する交換可能な工具を変位させる工具送り軸の送り量とからなるプロフィルに基づき該主軸と該工具送り軸とを数値制御して該工作物を研削加工する工作機械の数値制御装置において、
前記工作物を前記主軸に取付け実際に加工が行われない様に前記工具送り軸を該工作物の取り代分以上オフセットさせた状態で該工作物の仕上形状データから解析的に求まる理論プロフィルに基づき該主軸と前記工具送り軸とを数値制御し前記工作機械を無負荷運転して、該主軸の回転角と該工具送り軸の送り量とを実際に検出して得た実効データから実効プロフィルを生成する実効プロフィル生成ステップと、該実効プロフィルの該理論プロフィルに対する誤差である第１誤差プロフィルを生成する第１誤差プロフィル生成ステップと、該第１誤差プロフィルを用いて該理論プロフィルを補正した第１補正プロフィルを生成する第１補正プロフィル生成ステップと、該第１補正プロフィルに基づき該主軸と該工具送り軸とを数値制御して実際に加工された該工作物の形状を測定して得た測定リフトデータからリフト−プロフィル変換により測定プロフィルを生成する測定プロフィル生成ステップと、該測定プロフィルの該第１補正プロフィルに対する誤差である第２誤差プロフィルを生成する第２誤差プロフィル生成ステップと、該第２誤差プロフィルを用いて該第１補正プロフィルを補正し、または第１誤差プロフィルと第２誤差プロフィルとを用いて該理論プロフィルを補正した、第２補正プロフィルを生成する第２補正プロフィル生成ステップと、からなることを特徴とする。
【０００８】
本発明では、プロフィルに基づいて工作物を加工する際に発生する加工誤差を、前述したように、発生要因の異なる制御系の誤差成分と機械系の誤差成分とに分離して考えた。発生要因に応じて誤差成分を評価するようにしたので、一方の誤差成分に対する補正が他方の誤差成分に影響を与えることが殆どなく、各誤差成分の低減が容易で、結果的に全体の加工誤差の著しい低減が可能な補正プロフィルを得ることができた。
具体的には本発明の場合、制御系の誤差成分を第１誤差プロフィルによって評価し、機械系の誤差成分を第２誤差プロフィルによって評価することとした。第１誤差プロフィルは、実効プロフィルの理論プロフィルに対する誤差である。ここで、実効プロフィルが、理論プロフィルに基づいて工作機械を無負荷運転したときに検出される実効データから生成されたものであるから、第１誤差プロフィルは機械系の誤差成分が除外された制御系に固有のものとなる。そして、この第１誤差プロフィルによって補正された第１補正プロフィルに基づき加工した工作物は、制御系の誤差成分が実質的に除去されたものとなる。
【０００９】
次に、第２誤差プロフィルは、その制御系の誤差成分が実質的に除去された第１補正プロフィルに対する測定プロフィルの誤差である。そして、測定プロフィルは、その第１補正プロフィルに基づいて実加工した工作物の測定リフトデータから生成されたものである。従って、第２誤差プロフィルは、制御系の誤差成分が除外された機械系に固有のものとなる。そして、この第２誤差プロフィルによって補正された第２補正プロフィルに基づき加工された工作物は、この機械系の誤差成分のみならず、前記制御系の誤差成分が前段階で除去されたものとなる。
こうして、本発明により得られた補正プロフィルを用いると、制御系の誤差成分および機械系の誤差成分の両方が適切に除去され、高精度な工作物を得ることができる。
【００１０】
加えて、加工誤差を発生要因ごとに分離し評価して対策することとしたため、プロフィル補正を効率的に行うことができるようになった。具体的にいうと、例えば、駆動系の経時変化、工作物の機種変更、工具交換等に伴う外乱が変化する場合、制御系の誤差成分は基本的に変化しないため、機械系の誤差成分のみに着目すれば良いことにある。つまり、上記第２誤差プロフィルのみを再生成し、第２補正プロフィルを更新すれば良く、その分、プロフィル補正が効率的に行える。
【００１１】
（数値制御装置）
本発明は、上記プロフィル補正方法に限らず、それを実現する数値制御装置としても把握できる。
すなわち、本発明は、研削加工対象である工作物を回転させる主軸の回転角と該回転角に応じて該工作物を加工する交換可能な工具を変位させる工具送り軸の送り量とからなるプロフィルに基づき該主軸と該工具送り軸とを数値制御して該工作物を研削加工する工作機械の数値制御装置において、
前記工作物を前記主軸に取付け実際に加工が行われない様に前記工具送り軸を該工作物の取り代分以上オフセットさせた状態で該工作物の仕上形状データから解析的に求まる理論プロフィルに基づき該主軸と前記工具送り軸とを数値制御し前記工作機械を無負荷運転して、該主軸の回転角と該工具送り軸の送り量とを実際に検出して得た実効データから実効プロフィルを生成する実効プロフィル生成手段と、該実効プロフィルの該理論プロフィルに対する誤差である第１誤差プロフィルを生成する第１誤差プロフィル生成手段と、該第１誤差プロフィルを用いて該理論プロフィルを補正した第１補正プロフィルを生成する第１補正プロフィル生成手段と、該第１補正プロフィルに基づき該主軸と該工具送り軸とを数値制御して実際に加工された該工作物の形状を測定して得た測定リフトデータからリフト−プロフィル変換により測定プロフィルを生成する測定プロフィル生成手段と、該測定プロフィルの該第１補正プロフィルに対する誤差である第２誤差プロフィルを生成する第２誤差プロフィル生成手段と、該第２誤差プロフィルを用いて該第１補正プロフィルを補正し、または第１誤差プロフィルと第２誤差プロフィルとを用いて該理論プロフィルを補正した、第２補正プロフィルを生成する第２補正プロフィル生成手段と、を備えることを特徴とする数値制御装置としても良い。
【００１２】
（工作機械）
さらに、本発明は、上記数値制御装置を備える工作機械としても把握できる。
すなわち、本発明は、研削加工対象である工作物を回転させる主軸と、該工作物を加工する交換可能な工具を変位させる工具送り軸と、該主軸の回転角と該回転角に応じた該工具送り軸の送り量とからなるプロフィルに基づき該主軸と該工具送り軸とを数値制御して該工作物を研削加工する数値制御装置と、を備える工作機械において、
前記数値制御装置は、前記工作物を前記主軸に取付け実際に加工が行われない様に前記工具送り軸を該工作物の取り代分以上オフセットさせた状態で該工作物の仕上形状データから解析的に求まる理論プロフィルに基づき該主軸と前記工具送り軸とを数値制御し前記工作機械を無負荷運転して、該主軸の回転角と該工具送り軸の送り量とを実際に検出して得た実効データから実効プロフィルを生成する実効プロフィル生成手段と、該実効プロフィルの該理論プロフィルに対する誤差である第１誤差プロフィルを生成する第１誤差プロフィル生成手段と、該第１誤差プロフィルを用いて該理論プロフィルを補正した第１補正プロフィルを生成する第１補正プロフィル生成手段と、該第１補正プロフィルに基づき該主軸と該工具送り軸とを数値制御して実際に加工された該工作物の形状を測定して得た測定リフトデータからリフト−プロフィル変換により測定プロフィルを生成する測定プロフィル生成手段と、該測定プロフィルの該第１補正プロフィルに対する誤差である第２誤差プロフィルを生成する第２誤差プロフィル生成手段と、該第２誤差プロフィルを用いて該第１補正プロフィルを補正し、または第１誤差プロフィルと第２誤差プロフィルとを用いて該理論プロフィルを補正した、第２補正プロフィルを生成する第２補正プロフィル生成手段と、を備えることを特徴とする工作機械としても良い。
【００１３】
（その他）
（１）上記第１誤差プロフィルまたは第２誤差プロフィルは、それぞれ第１補正プロフィルまたは第２補正プロフィルを生成するために、中間段階で使用されるプロフィルである。但し、例えば、第１補正プロフィル（ＣＰ１）を生成する場合なら、第１誤差プロフィル（ΔＰ１）を用いずに、理論プロフィル（ＴＰ）と実効プロフィル（ＥＰ）とを用いて生成することもできる。具体的な簡易式を挙げて説明すると、ΔＰ１＝ＥＰ−ＴＰとなるが、ＣＰ１＝ＴＰ−ΔＰ１＝２×ＴＰ−ＥＰとなり、単に第１補正プロフィルを生成するだけであれば、第１誤差プロフィル自体は不要となる。このような場合、第１誤差プロフィル生成手段（ステップ）が第１補正プロフィル生成手段（ステップ）に組込まれたものと考えることができ、本発明の範囲内である。
【００１４】
同様のことが、測定プロフィルと第２誤差プロフィルと第２補正プロフィルとの間に成立し、その場合も第２誤差プロフィル生成手段（ステップ）が、第２補正プロフィル生成手段（ステップ）に組込まれたものと考えれば良い。
また、第２誤差プロフィルは、第１補正プロフィルに対する測定プロフィルの誤差であるが、その生成の際に第１補正プロフィルを使用する必要は必ずしもない。なぜなら、その第１補正プロフィルの替りに、理論プロフィルと第１誤差プロフィルとを代用できるからである。
【００１５】
（２）実効データは、例えば、主軸と工具送り軸に取付けたエンコーダ等の検出機器から実効値データとして得られる。エンコーダ等の検出機器は、数値制御されるサーボモータに一般的に備えられているため、別途必要としない。一方、測定リフトデータは、第１補正プロフィルに基づいて加工されたカム等の工作物を、カム測定器等で測定して得られる。その測定リフトデータは、数値制御装置に自動的に取込まれるようにしておくと、好都合である。
【００１６】
（３）本発明の具体的な用途として、カム研削に利用すると好適である。この場合、前記工作物はカムで、前記工具送り軸はといし台軸で、前記仕上形状データおよび前記測定リフトデータは該カムのリフトデータであり、前記工作機械はカム研削盤となる。勿論、本発明は、その他の加工にも利用できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、実施形態を挙げ、本発明をより具体的に説明する。
（ハード構成）
本発明の実施形態に係る数値制御式のカム研削盤１（工作機械）の全体構成図を図１に示す。カム研削盤１は、加工装置１００と、数値制御装置２００とからなり、数値制御装置２００にはカムの測定装置３００が接続されている。また、加工装置１００は、主軸１１０と、といし台１２０（工具送り軸）とを備える。
【００１８】
主軸１１０は、カムＣ（工作物）を駆動回転することができ、サーボモータからなる主軸モータ１１１と、それに駆動制御電流を出力する制御回路からなるサーボドライブ１１２と、主軸モータ１１１の軸回転量を検出するエンコーダ１１３とで構成される。主軸モータ１１１とエンコーダ１１３とはサーボドライブ１１２に接続され、サーボドライブ１１２は数値制御装置２００にインターフェイスおよび通信ケーブルを介して接続されている。サーボドライブ１１２は、数値制御装置２００から入力された指令位置情報に基づいて主軸モータ１１１の回転角を制御すると共に、エンコーダ１１３から入力された実効位置情報を数値制御装置２００に帰還情報として出力（フィードバック）する。
【００１９】
といし台１２０は、といしＧ（工具）を回転させつつ移動させることができ、サーボモータからなるといし台モータ１２１と、それに駆動制御電流を出力する制御回路からなるサーボドライブ１２２と、といし台モータ１２１の軸回転量を検出するエンコーダ１２３とからなる。といし台モータ１２１とエンコーダ１２３とはサーボドライブ１２２に接続され、サーボドライブ１２２は数値制御装置２００にインターフェイスおよび通信ケーブルを介して接続されている。サーボドライブ１２２は、数値制御装置２００から入力された指令位置情報に基づいてといし台モータ１２１の送り量を制御すると共に、エンコーダ１２３から入力された実効位置情報を数値制御装置２００に帰還情報として出力（フィードバック）する。
【００２０】
数値制御装置２００は、コンピュータとしての基本構成を備え、演算装置であるＣＰＵ２１０、起動や各種処理プログラムを記憶したＲＯＭ２２０、読み込まれたデータやプログラムを一時的に記憶するＲＡＭ（記憶手段）２３０、加工装置１００に接続されるインターフェイス（Ｉ／Ｆ）２４０、操作盤等の入力装置４１０とモニター等の出力装置４２０とに接続されるインターフェイス（Ｉ／Ｆ）２５０を備える。なお、後述の理想リフトデータは、入力装置４１０から入力される。このうち、ＣＰＵ２１０、ＲＯＭ２２０およびＲＡＭ２３０によって本発明の各種生成手段が達成され、また、各種生成ステップが実行、処理される。
【００２１】
（リフトおよびプロフィル）
本実施形態のプロフィル補正に必要となる各種データは、ＲＡＭの各領域に格納される、この様子を図２に模式的に示す。以下、その各種データについて説明する。
【００２２】
（ａ）理想リフトは、加工対象であるカムＣの最終的な幾何学的形状を表すデータであり、本発明の仕上形状データに相当する。具体的には、カムＣの回転角度と、その回転角度に対応したタペットのリフト量とで表される。
この理想リフトは、カムシャフトの設計段階で決定されるものであり、その設計データは、外部から数値制御装置２００へ別途取込まれる。
なお、偏心カム等の演算によって形状の求まるカムの場合は、ベース部半径、偏心量等のパラメータでカムリフト（仕上形状データ）を表す場合もある。
【００２３】
（ｂ）測定リフトは、加工後のカムＣを測定装置３００で測定して得られるリフトデータであり、本発明の測定リフトデータに相当する。
【００２４】
（ｃ）理論プロフィルは、カムＣ１回転分の上記理想リフトを、主軸１１０の回転角（例：０．５°間隔、７２０点）に対応したといし台１２０の位置情報（送り量）に、幾何学的（解析的）に変換したデータである。
【００２５】
（ｄ）実効プロフィルは、カム研削盤１を上記理論プロフィルに基づいて無負荷運転したときに、エンコーダ１１３、１２３とから得られた実効位置データ（実効データ）をプロフィルに変換したデータである。
【００２６】
（ｅ）測定プロフィルは、カムＣ１回転分の上記測定リフト（測定リフトデータ）を、主軸１１０の回転角（例：０．５°間隔、７２０点）に対応したといし台１２０の位置情報（送り量）に幾何学的（解析的）に変換したデータである。
【００２７】
（ｆ）誤差プロフィル１は、上記実効プロフィルから理論プロフィルを差引いて得られるプロフィルである（ｄ−ｃ）。本発明の第１誤差プロフィルに相当し、制御系の誤差成分を指標するものである。
【００２８】
（ｇ）誤差プロフィル２は、上記測定プロフィルから、後述の補正プロフィル１を差引いて得られるプロフィルである（ｅ−ｈ）。本発明の第２誤差プロフィルに相当し、加工装置１００の駆動系、工具Ｇ等を要因とする機械系の誤差成分を指標するものである。
【００２９】
（ｈ）補正プロフィル１は、上記理論プロフィルから上記誤差プロフィル１を差引いて得られるプロフィルである（ｃ−ｆ）。本発明の第１補正プロフィルに相当し、制御系を要因とする誤差成分を補正するためのものである。
【００３０】
（ｉ）補正プロフィル２は、上記理論プロフィルから上記誤差プロフィル１および誤差プロフィル２を差引いて得られるプロフィルである（ｃ−ｆ−ｇ）。本発明の第２補正プロフィルに相当し、機械系を要因とする誤差成分を補正するためのものである。
【００３１】
（ｊ）指令位置は、数値制御装置２００からサーボドライブ１１２、１２２に出力される主軸１１０およびといし台１２０の位置データ（指令値）である。その位置データは、補正プロフィル１または補正プロフィル２を補間処理して生成され、一定周期(例：１ｍｓ)毎に更新される。なお、補間処理とは、一定周期毎に主軸１１０等の変位量を演算し、指令値を更新する処理である。
【００３２】
（ｋ）実効位置は、エンコーダ１１３、１２３から得られた主軸１１０およびといし台１２０の実際に有効な位置データ（実効値）であり、サーボドライブ１１２、１２２を介して数値制御装置２００に出力されたものである。そのデータは、指令位置データと同様に、一定周期(例：１ｍｓ)毎に更新される。
【００３３】
（プロフィルの生成）
次に、各種プロフィルの生成過程を図３〜５の工程図を用いて説明する。
（１）誤差プロフィル１の生成
図３に示めすように、ステップ３１で、ＲＡＭに格納されてる理想リフトデータを読込む。ステップ３２で、カムＣの回転角およびその回転角毎のリフト量からなる理想リフトデータを、主軸１１０の回転角およびその回転角毎のといし台１２０の送り量とからなる理論プロフィルデータに、所定のリフト−プロフィル変換式により変換し、ＲＡＭに書き込む（理論プロフィル生成ステップ）。
【００３４】
ステップ３３で、その理論プロフィルをＲＡＭから読込み、それに基づいた指令位置情報を数値制御装置２００からサーボドライブ１１２、１２２に出力する。そして、ステップ３４で、取付けられたカムＣに対して、といしＧを研削代分以上オフセットさせて両者が接触しないようにした状態で、加工装置１００は、上記指令位置情報に基づいて数値制御装置２００により数値制御され、無負荷運転される。ステップ３５で、数値制御装置２００は、その無負荷運転によりエンコーダ１１３、１２３から得られた実効位置情報をサーボドライブ１１２、１２２を介して取得し、ＲＡＭに書き込む。ステップ３６で、その実効位置情報に基づいて、実効プロフィルを生成しＲＡＭに書き込む。これらのステップ３３〜３６が、本発明でいう実効プロフィル生成ステップに相当し、それらの各データを格納したＲＡＭ２３０と各処理プログラムを格納したＲＯＭ２２０と演算装置であるＣＰＵ２１０によって、実効プロフィル生成手段が構成される。
【００３５】
ステップ３７で、ＲＡＭから理論プロフィルを読出し、ステップ３８で、その理論プロフィルと上記実効プロフィルとを用いて式（１）の演算を行い、誤差プロフィル１を生成しＲＡＭに書き込む。
（誤差プロフィル１）＝（実効プロフィル）−（理論プロフィル） （１）これらのステップ３７、３８が、本発明の第１誤差プロフィル生成ステップに相当し、第１誤差プロフィル生成手段は、前述したのと同様に、ＣＰＵ２１０、ＲＯＭ２２０およびＲＡＭ２３０とで構成される。
【００３６】
（誤差プロフィル２の生成）
図４に示すように、ステップ４１でＲＡＭから理論プロフィルを読出す。ステップ４２で上記誤差プロフィル１を読出す。ステップ４３で、その理論プロフィルと誤差プロフィル１とを用いて式（２）の演算を行い、補正プロフィル１を生成してＲＡＭに書き込む。
（補正プロフィル１）＝（理論プロフィル）−（誤差プロフィル１） （２）
これらのステップ４１〜４３が、本発明の第１補正プロフィル生成ステップに相当し、第１補正プロフィル生成手段は、前述したのと同様に、ＣＰＵ２１０、ＲＯＭ２２０およびＲＡＭ２３０とで構成される。
【００３７】
次に、ステップ４４で、数値制御装置２００は、その補正プロフィル１に基づいた指令位置情報をサーボドライブ１１２、１２２に出力する。そして、ステップ４５で、カムＣを主軸１１０に取付けた加工装置１００は、上記指令位置情報に基づいて数値制御され実研削を行う。
ステップ４６で、その実研削により得られたカムＣを、測定装置３００を用いて測定する。この測定装置３００は数値制御装置２００に接続されており、所定角度毎のリフトデータ（測定リフト）が数値制御装置２００に自動的に取込まれるようになっている。ステップ４７で、その測定リフトデータに基づいて測定プロフィルを生成しＲＡＭに書き込む。
これらのステップ４６、４７が、本発明の測定プロフィル生成ステップに相当し、測定プロフィル生成手段は、前述したのと同様に、ＣＰＵ２１０、ＲＯＭ２２０およびＲＡＭ２３０とで構成される。
【００３８】
ステップ４８で、ＲＡＭから補正プロフィル１を読込む。ステップ４９で、その補正プロフィル１と上記測定プロフィルとを用いて式（３）の演算を行い、誤差プロフィル２を生成してＲＡＭに書き込む。
（誤差プロフィル２）＝（測定プロフィル）−（補正プロフィル１） （３）
これらのステップ４８、４９が、本発明の第２誤差プロフィル生成ステップに相当し、第２誤差プロフィル生成手段は、前述したのと同様に、ＣＰＵ２１０、ＲＯＭ２２０およびＲＡＭ２３０とで構成される。
【００３９】
（補正プロフィル２の生成）
図５に示すように、ステップ５１でＲＡＭから理論プロフィルを読出す。ステップ５２で誤差プロフィル１を読出し、ステップ５３で誤差プロフィル２を読出す。そして、ステップ５４で、その理論プロフィルと誤差プロフィル１および誤差プロフィル２とを用いて式（４）の演算を行い、補正プロフィル２を生成してＲＡＭに書き込む。
これらのステップ５１〜５４が、本発明の第２補正プロフィル生成ステップに相当し、第２補正プロフィル生成手段は、前述したのと同様に、ＣＰＵ２１０、ＲＯＭ２２０およびＲＡＭ２３０とで構成される。
こうして、制御系および機械系の両誤差情報を反映させた補正プロフィル２が得られる。数値制御装置２００は、ステップ５５で、その最終的な補正プロフィル２に基づいた指令位置情報をサーボドライブ１１２、１２２に出力する。そして、ステップ５６で、カムＣを主軸１１０に取付けた加工装置１００はその指令位置情報に基づいて数値制御され、本来の実研削を行う。
【００４１】
上述したプロフィル補正は、工作物の機種ごとに行えばよく、同機種である限り、補正プロフィル２に基づいて加工すれば足る。但し、工作物が同機種であっても、といし等の工具を交換する場合、別途、プロフィル補正を行う必要がある。もっともその場合でも、本発明によれば、誤差プロフィル２およびそれを用いた補正プロフィル２を更新するのみで足る。
【００４２】
また、上記実施形態では、プロフィル補正を１回行うことを前提に説明したが、複数回繰返しても良い。これにより、さらに高精度な補正が可能となる。その場合、全工程を通して複数回行い、複数の補正プロフィル２を平均化して最終的な補正プロフィルを決定しても良いし、誤差プロフィル１の生成工程や誤差プロフィル２の生成工程等を個別に複数回行って、各種プロフィル毎に平均化したものを使用するようにしても良い。
【００４３】
【発明の効果】
本発明では、プロフィルに基づいて工作物を加工する際に発生する加工誤差を、発生要因の異なる制御系の誤差成分と機械系の誤差成分とに分離し、前者を第１誤差プロフィルにより評価し、後者を第２誤差プロフィルにより評価した。このように、加工誤差をそれぞれの発生要因に応じて個別に評価したため、各誤差成分をより確実に低減できるようになり、従来以上に高精度な加工を可能とする補正プロフィルが得られた。
また、誤差成分を切り分けることで、各誤差成分を別個に取扱うことが可能となり、プロフィルの補正作業を効率的に進めることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるカム研削盤の全体構成図である。
【図２】その実施形態の数値制御装置でプロフィル補正を行う場合に、ＲＡＭの各領域に格納されるデータを示す模式図である。
【図３】そのプロフィル補正における誤差プロフィル１の生成過程を示す工程図である。
【図４】そのプロフィル補正における誤差プロフィル２の生成過程を示す工程図である。
【図５】そのプロフィル補正における補正プロフィル２の生成過程を示す工程図である。
【符号の説明】
１ カム研削盤（工作機械）
１００ 加工装置
１１０ 主軸
１２０ といし台（工具送り軸）
２００ 数値制御装置
３００ 測定装置
Ｃ カム（工作物）
Ｇ といし（工具）
Claims (4)
- 研削加工対象である工作物を回転させる主軸の回転角と該回転角に応じて該工作物を加工する交換可能な工具を変位させる工具送り軸の送り量とからなるプロフィルに基づき該主軸と該工具送り軸とを数値制御して該工作物を研削加工する工作機械の数値制御装置において、
前記工作物を前記主軸に取付け実際に加工が行われない様に前記工具送り軸を該工作物の取り代分以上オフセットさせた状態で該工作物の仕上形状データから解析的に求まる理論プロフィルに基づき該主軸と前記工具送り軸とを数値制御し前記工作機械を無負荷運転して、該主軸の回転角と該工具送り軸の送り量とを実際に検出して得た実効データから実効プロフィルを生成する実効プロフィル生成ステップと、
該実効プロフィルの該理論プロフィルに対する誤差である第１誤差プロフィルを生成する第１誤差プロフィル生成ステップと、
該第１誤差プロフィルを用いて該理論プロフィルを補正した第１補正プロフィルを生成する第１補正プロフィル生成ステップと、
該第１補正プロフィルに基づき該主軸と該工具送り軸とを数値制御して実際に加工された該工作物の形状を測定して得た測定リフトデータからリフト−プロフィル変換により測定プロフィルを生成する測定プロフィル生成ステップと、
該測定プロフィルの該第１補正プロフィルに対する誤差である第２誤差プロフィルを生成する第２誤差プロフィル生成ステップと、
該第２誤差プロフィルを用いて該第１補正プロフィルを補正しまたは該第１誤差プロフィルと該第２誤差プロフィルとを用いて該理論プロフィルを補正した、第２補正プロフィルを生成する第２補正プロフィル生成ステップと、
からなることを特徴とするプロフィル補正方法。 - 前記工作物はカムであり、前記工具送り軸はといし台軸であり、
前記仕上形状データおよび前記測定リフトデータは該カムのリフトデータであり、前記工作機械はカム研削盤である請求項１記載のプロフィル補正方法。 - 研削加工対象である工作物を回転させる主軸の回転角と該回転角に応じて該工作物を加工する交換可能な工具を変位させる工具送り軸の送り量とからなるプロフィルに基づき該主軸と該工具送り軸とを数値制御して該工作物を研削加工する工作機械の数値制御装置において、
前記工作物を前記主軸に取付け実際に加工が行われない様に前記工具送り軸を該工作物の取り代分以上オフセットさせた状態で該工作物の仕上形状データから解析的に求まる理論プロフィルに基づき該主軸と前記工具送り軸とを数値制御し前記工作機械を無負荷運転して、該主軸の回転角と該工具送り軸の送り量とを実際に検出して得た実効データから実効プロフィルを生成する実効プロフィル生成手段と、
該実効プロフィルの該理論プロフィルに対する誤差である第１誤差プロフィルを生成する第１誤差プロフィル生成手段と、
該第１誤差プロフィルを用いて該理論プロフィルを補正した第１補正プロフィルを生成する第１補正プロフィル生成手段と、
該第１補正プロフィルに基づき該主軸と該工具送り軸とを数値制御して実際に加工された該工作物の形状を測定して得た測定リフトデータからリフト−プロフィル変換により測定プロフィルを生成する測定プロフィル生成手段と、
該測定プロフィルの該第１補正プロフィルに対する誤差である第２誤差プロフィルを生成する第２誤差プロフィル生成手段と、
該第２誤差プロフィルを用いて該第１補正プロフィルを補正しまたは該第１誤差プロフィルと該第２誤差プロフィルとを用いて該理論プロフィルを補正した、第２補正プロフィルを生成する第２補正プロフィル生成手段と、
を備えることを特徴とする数値制御装置。 - 研削加工対象である工作物を回転させる主軸と、
該工作物を加工する交換可能な工具を変位させる工具送り軸と、
該主軸の回転角と該回転角に応じた該工具送り軸の送り量とからなるプロフィルに基づき該主軸と該工具送り軸とを数値制御して該工作物を研削加工する数値制御装置とを備える工作機械において、
前記数値制御装置は、前記工作物を前記主軸に取付け実際に加工が行われない様に前記工具送り軸を該工作物の取り代分以上オフセットさせた状態で該工作物の仕上形状データから解析的に求まる理論プロフィルに基づき該主軸と前記工具送り軸とを数値制御し前記工作機械を無負荷運転して、該主軸の回転角と該工具送り軸の送り量とを実際に検出して得た実効データから実効プロフィルを生成する実効プロフィル生成手段と、
該実効プロフィルの該理論プロフィルに対する誤差である第１誤差プロフィルを生成する第１誤差プロフィル生成手段と、
該第１誤差プロフィルを用いて該理論プロフィルを補正した第１補正プロフィルを生成する第１補正プロフィル生成手段と、
該第１補正プロフィルに基づき該主軸と該工具送り軸とを数値制御して実際に加工された該工作物の形状を測定して得た測定リフトデータからリフト−プロフィル変換により測定プロフィルを生成する測定プロフィル生成手段と、
該測定プロフィルの該第１補正プロフィルに対する誤差である第２誤差プロフィルを生成する第２誤差プロフィル生成手段と、
該第２誤差プロフィルを用いて該第１補正プロフィルを補正しまたは該第１誤差プロフィルと該第２誤差プロフィルとを用いて該理論プロフィルを補正した、第２補正プロフィルを生成する第２補正プロフィル生成手段と、
を備えることを特徴とする工作機械。
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