JP4581858B2 - Machine tool controller that reciprocates the tool in synchronization with the rotation of the spindle - Google Patents
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Description
本発明は、主軸の回転に同期させて工具を往復運動させて工作物を加工する工作機械の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a machine tool that processes a workpiece by reciprocating a tool in synchronization with rotation of a main shaft.
従来より、下記特許文献1に記載されているように、クランクピンやカムなどのように回転中心が偏心している工作物を加工する工作機械として、主軸の回転角に工具の送り位置を同期制御する工作機械が知られている。たとえば、クランクピンを砥石車により研削する研削機械においては、主軸により回転される工作物の外形に接触する砥石車の移動軌跡を主軸回転角に対して求めて、この移動軌跡を理論プロファイルデータとして、この理論プロファイルデータに従って砥石車を移動させて工作物を研削することが行われている。そして、工作物を研削した後に、工作物の外形形状を実際に測定して、主軸回転角に関する加工誤差分布を求め、この加工誤差分布に基づいて、理論プロファイルデータを補正して、この補正されたプロファイルデータに基づいて、砥石車の送り量を制御することが行われている。
Conventionally, as described in
しかしながら、加工の進行に伴い砥石車が磨耗すると砥石径が変化するので、理論プロファイルデータは再計算されるが、上記の加工誤差分布は同一種類の工作物を加工する限り一度だけ測定されるだけである。サーボモータには砥石車の位置により変化するリップルがあり、機械的摩擦が砥石車の送り軸の位置によって変化するため、砥石径が変化すると、砥石車の往復運動の範囲が変化することになるために、加工誤差分布が変化することになる。このため、上記の加工形状を測定して加工誤差分布を測定して、この加工誤差分布に基づいて、理論プロファイルデータを補正する方法では、砥石車などの工具の磨耗の進行により、工作物の仕上げ精度が低下するという問題がある。 However, as the grinding wheel wears as the machining progresses, the grinding wheel diameter changes, so the theoretical profile data is recalculated, but the above machining error distribution is only measured once as long as the same type of workpiece is machined. It is. The servo motor has a ripple that changes depending on the position of the grinding wheel, and the mechanical friction changes depending on the position of the feed shaft of the grinding wheel. Therefore, the processing error distribution changes. For this reason, in the method of measuring a machining error distribution by measuring the machining shape described above and correcting the theoretical profile data based on the machining error distribution, due to the progress of wear of a tool such as a grinding wheel, There is a problem that the finishing accuracy is lowered.
一方、砥石車の径が変化する度に、工作物の仕上げ形状を測定して加工誤差分布を測定して、理論プロファイルデータを補正するとすると、加工誤差分布の測定を頻繁に行わなければならず、製造効率上問題となる。 On the other hand, every time the grinding wheel diameter changes, if you measure the finished shape of the workpiece, measure the machining error distribution, and correct the theoretical profile data, you must frequently measure the machining error distribution. This is a problem in manufacturing efficiency.
そこで、本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、工具の磨耗量、すなわち、工具の移動範囲の位置に依存する加工誤差成分と、それに依存しない加工誤差成分とに分けて、加工誤差分布を管理することで、工具の磨耗に応じて、それに依存した加工誤差成分のみを求めて、それに応じて指令プロファイルデータを求めるようにすることで、加工精度の向上と加工効率の向上を図ることである。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and its purpose is to provide a machining error component that depends on the amount of wear of the tool, that is, the position of the moving range of the tool, and machining that does not depend on the machining error component. By managing the machining error distribution separately into error components, only the machining error component depending on it is obtained according to tool wear, and the command profile data is found accordingly. Improvement of processing and improvement of processing efficiency.
上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
請求項1の発明は、工作物を主軸を中心として回転させ、工具を主軸の回転に同期させて送り制御する工作機械の制御装置において、工具の相対的な磨耗幅として計測される磨耗量が所定値を越えるたびに、この磨耗量を初期値に初期設定し、工作物の仕上形状と工具の磨耗量に基づいて、主軸回転角に対する工具の送り量を規定する理論プロファイルデータを演算する理論プロファイルデータ演算手段と、理論プロファイルデータ演算手段により前記理論プロファイルデータが演算されるたびに、この理論プロファイルデータに基づいて空運転又はスパークアウト運転を行い、この運転時における指令値に対する工具の現実の位置の追従偏差を主軸回転角に対する第1加工誤差分布として求める第1加工誤差分布演算手段と、新たな加工条件が設定されるたびに、第1加工誤差分布に基づいて理論プロファイルデータを補正して第1補正プロファイルデータを求める第1補正プロファイルデータ演算手段と、第1補正プロファイルデータが演算されるたびに、その第1補正プロファイルデータにより工作物を加工して、その加工された工作物の形状を測定して、前第1補正プロファイルデータに対する加工誤差の主軸回転角に対する第2加工誤差分布を求める第2加工誤差分布演算手段と、第1加工誤差分布、又は、第2加工誤差分布が変化するたびに、第1加工誤差分布と第2加工誤差分布との和である全加工誤差分布に基づいて理論プロファイルデータを補正して、工作物を加工する時の主軸回転角に対する工具の送り量を規定する指令プロファイルデータを求める指令プロファイルデータ演算手段とを有し、第1加工誤差分布、及び、第2加工誤差分布が変化しない場合には、指令プロファイルデータ演算手段により既に演算されている指令プロファイルデータに基づき、また、第1加工誤差分布、又は、第2加工誤差分布が変化した場合には、指令プロファイルデータ演算手段により新たに演算された指令プロファイルデータに基づいて、工作機械を制御することを特徴とする工作機械の制御装置である。
In order to solve the above problems, the following means are effective.
According to a first aspect of the present invention, in a control device for a machine tool that rotates a workpiece about a main shaft and controls feed of the tool in synchronization with the rotation of the main shaft, the amount of wear measured as a relative wear width of the tool is Theoretically, this wear amount is initialized to the initial value every time a predetermined value is exceeded, and the theoretical profile data that defines the feed amount of the tool relative to the spindle rotation angle is calculated based on the finished shape of the workpiece and the wear amount of the tool Each time the theoretical profile data is calculated by the profile data calculation means and the theoretical profile data calculation means, an idle operation or a spark-out operation is performed based on the theoretical profile data, and the actual tool value with respect to the command value at the time of the operation is calculated. A first machining error distribution calculating means for obtaining a position following deviation as a first machining error distribution with respect to the spindle rotation angle; Each time is set, first correction profile data calculating means for correcting the theoretical profile data based on the first processing error distribution to obtain the first correction profile data, and whenever the first correction profile data is calculated, A workpiece is machined with the first correction profile data, the shape of the machined workpiece is measured, and a second machining error distribution with respect to the spindle rotation angle of the machining error with respect to the previous first correction profile data is obtained. Each time the machining error distribution calculating means and the first machining error distribution or the second machining error distribution change, the theory is based on the total machining error distribution which is the sum of the first machining error distribution and the second machining error distribution. A command program that obtains command profile data that corrects the profile data and regulates the feed amount of the tool relative to the spindle rotation angle when machining the workpiece. File data calculation means, and when the first machining error distribution and the second machining error distribution do not change, based on the command profile data already calculated by the command profile data calculation means, Machine tool control characterized in that when the machining error distribution or the second machining error distribution changes, the machine tool is controlled based on the command profile data newly calculated by the command profile data calculation means. Device.
本発明および以下の発明において、工作物は、例えば、クランクピン、カムなど、主軸が工作物に対して偏心した位置に存在するものが対象となる。また、加工は、特に限定されないが、一般的には、主軸回転角に同期して送り量が同期制御される砥石車を用いた数値制御研削盤であるが、送り量が主軸回転角に対して同期制御されるものであれば、その他の工具を用いた工作機械にも適用可能である。要するに、本発明は、工具の送り量が主軸回転角に対して同期制御され、工具が磨耗することで、工具の移動範囲が変化するような工作機械に適用可能である。 In the present invention and the following inventions, the workpiece is, for example, a crank pin, a cam, or the like that exists at a position where the main shaft is eccentric with respect to the workpiece. In addition, the machining is not particularly limited, but in general, it is a numerically controlled grinding machine using a grinding wheel whose feed amount is synchronously controlled in synchronization with the spindle rotation angle. As long as it is controlled synchronously, it can be applied to machine tools using other tools. In short, the present invention can be applied to a machine tool in which the tool feed amount is synchronously controlled with respect to the spindle rotation angle, and the tool movement range changes as the tool wears.
全加工誤差分布は、工作物の仕上げ形状の理論形状に対する主軸回転角に関する誤差分布である。第1加工誤差分布は、実質的に無負荷状態(空運転やスパークアウト)においても、発生する誤差分布である。この第1加工誤差分布は、サーボモータのリップルや工具送り軸の機械摩擦に依存して変化するため、工具の移動範囲、すなわち、工具の磨耗量に依存して変化する誤差分布である。第2加工誤差分布は、加工負荷に応じて変化する誤差分布であり、工作物の材質(剛性)や工具の種類により変化するものであり、工具の移動範囲によっては変化しない加工誤差分布である。 The total machining error distribution is an error distribution related to the spindle rotation angle with respect to the theoretical shape of the finished shape of the workpiece. The first machining error distribution is an error distribution that occurs even in a substantially no-load state (idle operation or spark-out). Since the first machining error distribution changes depending on the ripple of the servo motor and the machine friction of the tool feed shaft, the first machining error distribution is an error distribution that changes depending on the tool movement range, that is, the wear amount of the tool. The second machining error distribution is an error distribution that varies depending on the machining load, varies depending on the material (rigidity) of the workpiece and the type of tool, and is a machining error distribution that does not vary depending on the movement range of the tool. .
本発明は、全加工誤差分布を第1加工誤差分布と第2加工誤差分布との2成分に分けたところが特徴である。そして、第1加工誤差分布を測定して、一定に保持されると仮定される第2加工誤差分布に加算して、全加工誤差分布を求めて、この全加工誤差分布に基づいて理論プロファイルデータを補正して、工具の送り量を現実に指令する指令プロファイルデータを求めるようにしたことが特徴である。このように構成することで、工具の移動範囲が変化したとしても、正確に誤差の補正が行われるので、加工精度が向上する。
なお、第1加工誤差分布は、工具の磨耗量が所定値を越える度に測定しても、所定時間間隔で測定しても、所定研削回数毎に測定しても、その測定タイミングは任意である。さらに、全加工誤差分布は、工作物の仕上げ形状を測定することで求められる。また、第1加工誤差分布は、一例としては、サーボ系の追従遅れ偏差を測定することで求められる。第2加工誤差分布は、直接的に、測定しても良いが、全加工誤差分布から第1加工誤差分布を減算して求めても良い。加工負荷が変化しない加工期間においては、加工誤差が変化するのは、第1加工誤差分布であるので、工具の磨耗量が所定値を越える毎に、第1加工誤差分布の変化量を求めて、その変化量に応じて、全加工誤差分布を補正するようにしても良い。また、その変化量に応じて、前回の指令プロファイルデータを直接補正するようにしても、理論プロファイルデータを補正された全加工誤差分布で補正することと等価であり、本請求項の範囲に含まれる。
The present invention is characterized in that the total machining error distribution is divided into two components, a first machining error distribution and a second machining error distribution. Then, the first machining error distribution is measured and added to the second machining error distribution assumed to be kept constant, thereby obtaining a total machining error distribution, and theoretical profile data based on the total machining error distribution. Is characterized in that command profile data for actually commanding the feed amount of the tool is obtained. With such a configuration, even if the movement range of the tool changes, the error is accurately corrected, so that the machining accuracy is improved.
The first machining error distribution may be measured at any timing, whether measured every time the wear amount of the tool exceeds a predetermined value, measured at a predetermined time interval, or measured every predetermined number of times of grinding. is there. Furthermore, the total machining error distribution is obtained by measuring the finished shape of the workpiece. The first machining error distribution can be obtained by measuring the tracking delay deviation of the servo system as an example. The second machining error distribution may be measured directly, or may be obtained by subtracting the first machining error distribution from the total machining error distribution. In the machining period in which the machining load does not change, the machining error changes in the first machining error distribution. Therefore, every time the amount of tool wear exceeds a predetermined value, the amount of change in the first machining error distribution is obtained. The total machining error distribution may be corrected according to the amount of change. Further, even if the previous command profile data is corrected directly according to the amount of change, it is equivalent to correcting the theoretical profile data with the corrected total machining error distribution, and is included in the scope of this claim. It is.
第1加工誤差分布が、工具の移動範囲の位置に応じて変化する分布である。例えば、工作物の形状や材質が変化しないのであれば、加工負荷は一定と考えられるので、工具の磨耗に応じて、第1加工誤差分布のみが変化する。よって、第1加工誤差分布を測定して、その分布に応じて、指令プロファイルデータを求めることで、工具が磨耗しても、加工精度の低下が防止できる。なお、第1加工誤差分布は、工具の磨耗量が所定値を越える度に測定しても、所定時間間隔で測定しても、所定研削回数毎に測定しても、その測定タイミングは任意である。 The first machining error distribution is a distribution that changes according to the position of the tool movement range. For example, if the shape or material of the workpiece does not change, the processing load is considered to be constant, so that only the first processing error distribution changes according to the wear of the tool. Therefore, by measuring the first machining error distribution and obtaining the command profile data according to the distribution, it is possible to prevent the machining accuracy from being lowered even if the tool is worn. The first machining error distribution may be measured at any timing, whether measured every time the wear amount of the tool exceeds a predetermined value, measured at a predetermined time interval, or measured every predetermined number of times of grinding. is there.
第2加工誤差分布は、工具の移動範囲の存在位置によっては変化しない成分である。この第2加工誤差分布を第1補正プロファイルデータに基づいて加工した工作物の外形を測定することで、加工誤差を測定するようにしたことが特徴である。そして、加工負荷などの加工条件が変化しない期間では、第2加工誤差分布は、変化しないものとして、工具の磨耗量が所定値を越える度に、第1加工誤差分布を求めて、全加工誤差分布に基づいて、指令プロファイルデータを求めるようにしたことが特徴である。すなわち、指令プロファイルデータは、例えば、工具の磨耗量が所定値を越える度などの、任意のタイミングで測定される第1加工誤差分布に応じて補正されることになる。 The second machining error distribution is a component that does not change depending on the position where the tool moves. The feature is that the machining error is measured by measuring the outer shape of the workpiece machined from the second machining error distribution based on the first correction profile data. Then, in a period in which machining conditions such as machining load do not change, the second machining error distribution is assumed to be unchanged, and the first machining error distribution is obtained every time the wear amount of the tool exceeds a predetermined value, and the total machining error is obtained. The feature is that the command profile data is obtained based on the distribution. That is, the command profile data is corrected according to the first machining error distribution measured at an arbitrary timing, for example, every time the wear amount of the tool exceeds a predetermined value.
請求項2の発明は、工作物を主軸を中心として回転させ、工具を主軸の回転に同期させて送り制御する工作機械の制御装置において、工具の相対的な磨耗幅として計測される磨耗量が所定値を越えるたびに、この磨耗量を初期値に初期設定し、工作物の仕上形状と工具の磨耗量に基づいて、主軸回転角に対する工具の送り量を規定する理論プロファイルデータを演算する理論プロファイルデータ演算手段と、理論プロファイルデータ演算手段により理論プロファイルデータが演算されるたびに、この理論プロファイルデータに基づいて空運転又はスパークアウト運転を行い、この運転時における指令値に対する工具の現実の位置の追従偏差を主軸回転角に対する第1加工誤差分布として求める第1加工誤差分布演算手段と、新たな加工条件が設定されるたびに、理論プロファイルデータを用いて工作物を加工して、その加工された工作物の形状を測定して、理論プロファイルデータに対する加工誤差の主軸回転角に対する全加工誤差分布を求める全加工誤差分布演算手段と、全加工誤差分布が演算されるたびに、全加工誤差分布から第1加工誤差分布を減算した分布を第2加工誤差分布として求める第2加工誤差分布演算手段と、第1加工誤差分布、又は、第2加工誤差分布が変化するたびに、第1加工誤差分布と第2加工誤差分布との和である全加工誤差分布に基づいて理論プロファイルデータを補正して、工作物を加工する時の主軸回転角に対する工具の送り量を規定する指令プロファイルデータを求める指令プロファイルデータ演算手段とを有し、第1加工誤差分布、及び、第2加工誤差分布が変化しない場合には、指令プロファイルデータ演算手段により既に演算されている指令プロファイルデータに基づき、また、第1加工誤差分布、又は、第2加工誤差分布が変化した場合には、指令プロファイルデータ演算手段により新たに演算された指令プロファイルデータに基づいて、工作機械を制御することを特徴とする工作機械の制御装置である。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a control device for a machine tool in which a workpiece is rotated around a main shaft and a tool is fed and controlled in synchronization with the rotation of the main shaft, and the amount of wear measured as a relative wear width of the tool is Theoretically, this wear amount is initialized to the initial value every time a predetermined value is exceeded, and the theoretical profile data that defines the feed amount of the tool relative to the spindle rotation angle is calculated based on the finished shape of the workpiece and the wear amount of the tool Each time the theoretical profile data is calculated by the profile data calculating means and the theoretical profile data calculating means, the idle operation or the spark-out operation is performed based on the theoretical profile data, and the actual position of the tool with respect to the command value during this operation A first machining error distribution calculating means for obtaining the following deviation as a first machining error distribution with respect to the spindle rotation angle, and a new machining condition Each time the workpiece is machined using the theoretical profile data, the shape of the machined workpiece is measured, and the total machining error distribution for the spindle rotation angle of the machining error relative to the theoretical profile data is calculated. A machining error distribution computing means, a second machining error distribution computing means for obtaining a distribution obtained by subtracting the first machining error distribution from the total machining error distribution every time the total machining error distribution is computed, Whenever one machining error distribution or the second machining error distribution changes, the theoretical profile data is corrected based on the total machining error distribution which is the sum of the first machining error distribution and the second machining error distribution, Command profile data calculation means for obtaining command profile data that defines a feed amount of the tool with respect to the spindle rotation angle when machining an object, and a first machining error distribution, and 2 When the machining error distribution does not change, based on the command profile data already calculated by the command profile data calculation means, and when the first machining error distribution or the second machining error distribution changes, A machine tool control apparatus that controls a machine tool based on command profile data newly calculated by command profile data calculation means.
第2加工誤差分布を求める方法が請求項1の発明と異なる。本請求項では、加工形状を測定して、理論プロファイルデータに対する全加工誤差分布が測定される。第2加工誤差分布は、その全加工誤差分布から第1加工誤差分布を減算した分布として求められる。加工負荷が一定の期間においては、第2加工誤差分布が一定として、工具の磨耗量に応じて、第1加工誤差分布が測定されて、その第1加工誤差分布の反映された全加工誤差分布に応じて、指令プロファイルデータが演算されることが特徴である。 The method for obtaining the second machining error distribution is different from that of the first aspect of the invention. In this claim, the machining shape is measured, and the total machining error distribution with respect to the theoretical profile data is measured. The second machining error distribution is obtained as a distribution obtained by subtracting the first machining error distribution from the total machining error distribution. During a period when the machining load is constant, the second machining error distribution is assumed to be constant, the first machining error distribution is measured according to the amount of tool wear, and the total machining error distribution reflecting the first machining error distribution is measured. According to this, the command profile data is calculated.
請求項3の発明は、指令プロファイルデータ演算手段は、指令プロファイルデータを、追従偏差分布の前回の追従偏差分布に対する偏差分布と、工具の磨耗量に応じて変化する理論プロファイルデータの偏差とに基づいてに基づいて補正する手段であることを特徴とする工作機械の制御装置である。
すなわち、ある種類の工作物を加工する場合に、一度、全加工誤差分布を測定して、指令プロファイルデータを求めておけば、第1加工誤差分布の変化量と理論プロファイルデータの変化量だけ、前回の指令プロファイルデータを補正しても、結果的に、請求項1、2と同様な結果を得ることができる。
According to a third aspect of the present invention, the command profile data calculating means is configured to determine the command profile data based on a deviation distribution of the tracking deviation distribution with respect to the previous tracking deviation distribution and a deviation of theoretical profile data that changes in accordance with the amount of tool wear. This is a machine tool control device characterized in that it is a means for correcting based on the above.
That is, when machining a certain type of workpiece, once the total machining error distribution is measured and command profile data is obtained, only the change amount of the first machining error distribution and the change amount of the theoretical profile data are obtained. Even if the previous command profile data is corrected, as a result, the same results as in
請求項1、2の発明によると、理論プロファイルデータに基づいて空運転又はスパークアウト運転を行い、この運転時における指令値に対する工具の現実の位置の追従偏差を主軸回転角に対する第1加工誤差分布として求め、この第1加工誤差分布に基づいて、指令プロファイルデータを求めているので、工具の移動範囲の存在位置が変化しても、その変化に基づく加工誤差の補正が行われる。すなわち、サーボモータのリップルや工具の送り軸の機械的摩擦によって生じる、工具の移動範囲の存在位置に依存した送り量の誤差が補正されることになる。したがって、工具の磨耗が進行しても、精度の高い加工を行うことが可能となる。 According to the first and second aspects of the invention, idle operation or spark-out operation is performed based on the theoretical profile data, and the following deviation of the actual position of the tool with respect to the command value at the time of this operation is expressed as the first machining error distribution with respect to the spindle rotation angle Since the command profile data is obtained based on the first machining error distribution, even if the position where the tool moves is changed, the machining error is corrected based on the change. That is, an error in the feed amount depending on the position where the tool movement range exists, which is caused by the servo motor ripple and the mechanical friction of the tool feed shaft, is corrected. Therefore, even if the wear of the tool progresses, it becomes possible to perform highly accurate processing.
請求項1の発明は、第2加工誤差分布を工作物の仕上げ形状の測定から求めるものであり、請求項2の発明は、全加工誤差分布を工作物の仕上げ形状の測定から求めるものである。いずれの発明も、工具の磨耗が進行するに連れて工具の移動範囲の存在位置が変化するが、この変化に依存する第1加工誤差分布が測定されて、その第1加工誤差分布に基づいて指令プロファイルデータが補正されるので、工具の移動範囲の存在位置が変化しても、その変化に基づく加工誤差の補正が行われる。すなわち、サーボモータのリップルや工具の送り軸の機械的摩擦によって生じる、工具の移動範囲の存在位置に依存した送り量の誤差が補正されることになる。したがって、工具の磨耗が進行しても、精度の高い加工を行うことが可能となる。
In the invention of
請求項3の発明は、指令プロファイルデータを、追従偏差分布の前回の追従偏差分布に対する偏差分布と、工具の磨耗量に応じて変化する理論プロファイルデータの偏差とに基づいてに基づいて補正している。すなわち、第1加工誤差分布の差分分布だけ、前回の指令プロファイルデータを補正することになり、請求項1、2と同様に、工具の移動範囲の存在位置が変化しても、その変化に基づく加工誤差の補正が行われる。すなわち、サーボモータのリップルや工具の送り軸の機械的摩擦によって生じる、工具の移動範囲の存在位置に依存した送り量の誤差が補正されることになる。したがって、工具の磨耗が進行しても、精度の高い加工を行うことが可能となる。
The invention of
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
ただし、本発明の実施形態は、以下に示す個々の実施例に限定されるものではない。
Hereinafter, the present invention will be described based on specific examples.
However, the embodiments of the present invention are not limited to the following examples.
図1は、本実施例の研削盤100のハードウェア構成図である。本実施例においては、鉛直方向上向きをy軸方向の正の向きとする右手系の直交座標系を用いている。従って、XZ平面は水平面となっている。X軸の原点は、主軸軸線にとられている。
水平な床面上に設置された研削盤100のベッド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。
FIG. 1 is a hardware configuration diagram of a grinding
On the
モータ24、28の回転量は各々エンコーダ22、26により検出される。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、工作物Wが主軸中心を回転軸(C軸)として回転自在に取付けられている。主軸31は、モータ28の駆動によりチャック32を介して工作物Wを回転させる。
The rotation amounts of the
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の側面には砥石車44が設けられており、モータ50の駆動によりこの砥石車44の周囲一周に渡って配設された砥石46(工具)が回転する。またベッド36上には、砥石車44に対向して定寸装置70が設けられている。定寸装置70はX軸方向に移動し、工作物Wの円筒部分の外径等の測定に用いられる。
On the
数値制御装置10は、メモリ1(記憶手段)と、CPU2(演算手段)と、インタフェース(I/F)3、4とから構成されている。I/F3は、キーボードやディスプレイ等から成る入出力装置12とCPU2とのデータの送受信を仲介する。
I/F3は、PLC14、アンプ16、砥石台移動モータ駆動回路18、テーブル移動モータ駆動回路19、及び主軸モータ駆動回路20とのデータの送受信を仲介する。プログラマブルロジックコントローラ(PLC)14は、定寸装置70の制御を行う。アンプ16は、定寸装置70の出力を増幅し、A/D変換する。
The numerical controller 10 includes a memory 1 (storage means), a CPU 2 (calculation means), and interfaces (I / F) 3 and 4. The I /
The I /
砥石台移動モータ駆動回路18、テーブル移動モータ駆動回路19、及び主軸モータ駆動回路20は、各々X軸、Z軸、C軸(回転軸)の各駆動信号を増幅、或いは、サーボ制御する。これらの駆動回路は、CPUを内蔵したサーボ制御装置により構成しても良い。
The wheel head moving
この様に研削盤100を構成し、C軸(主軸)周りの回転運動と、C軸に対して垂直なX軸方向の砥石台の平行移動運動とを正確に同期させることにより、偏心した円筒ピン(工作物W)の偏心円筒研削加工を行う。
In this way, the grinding
次に、数値制御装置10のCPU2の処理手順について図2を参照して説明する。
ステップ100において、理論プロファイルデータが演算される。これは、回転中心が偏心した位置にある仕上げ形状の工作物を主軸の回りに回転させた時に、砥石46がこの工作物と接触するようにした砥石46の位置座標Xを主軸回転角θを変数として求めることにより得られる。以下、主軸回転角θと、この時の砥石46のX座標との関係A(θ)を理論プロファイルデータという。ただし、X座標の負の方向を切り込み方向とし、X座標が正方向に大きい程、工作物の研削点における径が大きくなる。
Next, the processing procedure of the
In
次に、ステップ102において、この理論プロファイルデータA(θ)に従って、砥石46を空運転させる。次に、ステップ104において、エンコーダ52の出力から砥石46の現実の位置Xと、エンコーダ26の出力から主軸回転角θとの関係(以下、この関係をB(θ)で示す)を得る。次に、ステップ106において、現実の位置B(θ)の理論プロファイルデータA(θ)に対する偏差Δ1(θ)が、Δ1(θ)=B(θ)−A(θ)により演算される。次に、ステップ108において、第1補正プロファイルデータC(θ)が、C(θ)=A(θ)−Δ1(θ)により、演算される。すなわち、現実の砥石車の位置B(θ)が理論位置よりも大きい場合には、工作物の径が大きくなるので、その誤差分Δ1(θ)だけ、理論値A(θ)を減算補正して、第1補正プロファイルデータを求めることが必要となる。この時の補正の関係を図3に示す。
Next, in
次に、ステップ110において、その第1補正プロファイルデータC(θ)により、工作物が加工される。次に、ステップ112において、加工された工作物の外形が測定されて、その外形形状が入力される。そして、理論プロファイルデータを求める場合と同様にして、幾何学的な考察から、その外形形状と接触する砥石46のX座標を主軸回転角θに関して求めることで、その外形形状に対応した砥石46のX座標に変換した実プロファイルデータD(θ)が求められる。
Next, in
次に、ステップ114において、第1補正プロファイルデータC(θ)に対する実プロファイルデータD(θ)の偏差である第2加工誤差分布Δ2(θ)が、Δ2(θ)=D(θ)−C(θ)により求められる。次に、ステップ116において、全加工誤差分布Δ(θ)がΔ1(θ)+Δ2(θ)により演算される。次に、ステップ118において、指令プロファイルデータE(θ)が、A(θ)−Δ(θ)により求められる。すなわち、全加工誤差分布Δ(θ)が大きいことは、現実の砥石46の位置は、理論形状を得る砥石46の位置よりもX軸の正方向に進んでいることを意味している。したがって、その全加工誤差分布Δ(θ)だけ、理論プロファイルデータA(θ)を減算補正して、指令プロファイルデータE(θ)を求め、その指令プロファイルデータE(θ)で加工することで、現実の砥石46の現実の位置を理論プロファイルデータA(θ)で与えられる位置にする必要がある。この時の各量の関係を図3に示す。
Next, in
次に、ステップ120において、この指令プロファイルデータE(θ)を用いて、実際に、砥石46のX座標を主軸回転角θに対して同期制御しながら、工作物を加工する。次に、ステップ122において、砥石磨耗量hが所定値Thを超えたか否かが判定される。砥石磨耗量hは、砥石46の先端位置を実際に測定することにより、磨耗量hを得ることができる。砥石磨耗量hが所定値Thを超えた場合には、ステップ124において、砥石磨耗量hを0に初期設定した後、砥石径が変化したので、その砥石径と工作物の仕上げ形状とから、ステップ100と同様にして、理論プロファイルデータA(θ)が計算される。次に、ステップ126において、ステップ102と同様にして、その理論プロファイルデータA(θ)に基づいて、砥石46の送り量が同期制御される。次に、ステップ128において、ステップ104と同様にして、エンコーダ52、26から、現実の位置Xと主軸回転角θを入力して、それらの関係B(θ)が求められる。次に、ステップ130において、ステップ106と同様にして、第1加工誤差分布Δ1(θ)がB(θ)−A(θ)により求められる。
Next, in
次に、ステップ132において、工作物の剛性などの加工条件が変化したか否かが判定され、加工条件が変化していなければ、ステップ134において、全加工誤差分布Δ(θ)が第1加工誤差分布Δ1(θ)と第2加工誤差分布Δ2(θ)との和により求められる。この時、第2加工誤差分布Δ2(θ)は、変化していないとして、前回までに用いられている値がそのまま用いられる。次に、ステップ136において、ステップ118と同様にして、指令プロファイルデータE(θ)がA(θ)−Δ(θ)により演算される。
Next, in
次に、ステップ138に移行して、全加工が終了したか否かが判定され、全加工が終了した場合には、本プログラムは終了される。また、全加工が終了していない場合には、ステップ120に戻り、今、求められた指令プロファイルデータE(θ)に基づいて、工作物の加工が実行される。そして、ステップ122以下が繰り返し実行されることになる。 Next, the process proceeds to step 138, where it is determined whether or not all machining has been completed. If all machining has been completed, this program is terminated. If all machining has not been completed, the process returns to step 120, and machining of the workpiece is executed based on the command profile data E (θ) thus obtained. Step 122 and the subsequent steps are repeatedly executed.
このステップ120〜138の繰り返し処理により、砥石磨耗量hが所定値Thを越える毎に、理論プロファイルデータA(θ)が演算し直されると共に、空運転により砥石車の現実の位置を示すプロファイルデータB(θ)がエンコーダ52、26から測定されて、全加工誤差分布Δ(θ)が演算されて、指令プロファイルデータE(θ)が演算され、この指令プロファイルデータE(θ)に基づく、加工が実行される。したがって、砥石車の磨耗により、砥石車の往復移動する範囲のX軸上の存在位置が変化しても、この変化に基づく加工誤差分布Δ1(θ)が補正された結果である指令プロファイルデータE(θ)に基づく加工が実施されることになり、工作物の仕上げ形状からこの誤差成分が除去されることになり、加工精度が向上する。
By repeating the
一方、ステップ132において、加工条件が変化したと判定された場合には、第2加工誤差分布Δ2(θ)も変化することを意味しているので、ステップ108から処理が繰り返される。すなわち、第2加工誤差分布Δ2(θ)が測定されて、この第2加工誤差分布Δ2(θ)も考慮して、理論プロファイルデータA(θ)を補正した指令プロファイルデータE(θ)が演算され、これに基づいて、工作物が加工されることになる。したがって、工作物の剛性などが変化して加工条件が変化した場合であっても、それに基づく加工誤差分布が補償された加工が実行される。
On the other hand, if it is determined in
なお、上記のステップ124で、砥石磨耗量が所定値を超えた場合に、理論プロファイルデータA(θ)を演算して、第1加工誤差分布Δ1(θ)を求めているが、理論プロファイルデータA(θ)の演算は、砥石磨耗量がこの所低値よりももっと小さい値を超えた時に行っても良い。この場合に、指令プロファイルデータE(θ)は、A(θ)−Δ(θ)で演算することになる。ただし、全加工誤差分布Δ(θ)は、変化していないものとして演算されることになる。
In
ステップ102、126では、理論プロファイルデータA(θ)で砥石を空運転して、現実のプロファイルデータB(θ)を取得しているが、工作物の仕上げ加工時のスパークアウト時にエンコーダ52、26からX座標と主軸回転角θとを取得して、B(θ)を得るようにしても良い。
In
本実施例でのCPU2の処理手順を図4−Aに示す。実施例1と異なる点は、第2加工誤差分布Δ2(θ)と全加工誤差分布Δ(θ)の求め方である。ステップ200〜206は、図2−Aのステップ100〜106と同一である。ステップ208では、理論プロファイルデータA(θ)により、工作物を現実に加工して、ステップ210において、加工された工作物の形状が入力されて、対応する実プロファイルデータF(θ)が演算される。この演算は、図2−Aのステップ112の演算方法と同一である。次に、ステップ212において、全加工誤差分布Δ(θ)がF(θ)−A(θ)で演算される。すなわち、工作物の外形を測定して得られた実プロファイルデータF(θ)の理論プロファイルデータA(θ)に対する偏差が、全加工誤差分布Δ(θ)を与えることになる。次に、ステップ214において、第2加工誤差分布Δ2(θ)が、Δ(θ)−Δ1(θ)により演算される。このようにして、第1加工誤差分布Δ1(θ)と、第2加工誤差分布Δ2(θ)とを求めても良い。
The processing procedure of the
第1加工誤差分布Δ1(θ)と、第2加工誤差分布Δ2(θ)とが求められた後の処理ステップ218〜238は、図2−Bのステップ118〜138と全く同一である。このようにして指令プロファイルデータを得ることができる。
Processing steps 218 to 238 after the first machining error distribution Δ1 (θ) and the second machining error distribution Δ2 (θ) are obtained are exactly the same as
実施例1又は実施例2の方法により、全加工誤差分布Δ(θ)が求められて、指令プロファイルデータE(θ)が求められる。ステップ118、ステップ218までは、実施例1又は実施例2と同様に実行される。そして、砥石の磨耗量hが所定値Thを超えた時には、実施例1および実施例2と同様にして、第1加工誤差分布Δ1(θ)が求められる。そして、この新たに求められた第1加工誤差分布Δ1new (θ)の前回求められた第1加工誤差分布Δ1old (θ)に対する偏差δ1(θ)が演算される。そして、今回の指令プロファイルデータEnew (θ)を、指令プロファイルデータEold (θ)+δA(θ)−δ1(θ)により求める。ただし、δA(θ)=Anew (θ)−Aold (θ)であり、Anew (θ)は今回の理論プロファイルデータであり、Aold (θ)は前回の理論プロファイルデータである。また、指令プロファイルデータEold (θ)は前回の指令プロファイルデータである。
The total machining error distribution Δ (θ) is obtained by the method of the first embodiment or the second embodiment, and the command profile data E (θ) is obtained.
すなわち、
Enew (θ)=Anew (θ)−Δnew (θ)
Eold (θ)=Aold (θ)−Δold (θ)
よって、
Enew (θ)−Eold (θ)=Anew (θ)−Aold (θ)−{Δnew (θ)−Δold (θ)}
Δ2(θ)は変化しないから、
Δnew (θ)−Δold (θ)=Δ1new (θ)−Δ1old (θ)=δ1(θ)
である。
よって、
Enew (θ)−Eold (θ)=δA(θ)−δ1(θ)
となり、
Enew (θ)=Eold (θ)+δA(θ)−δ1(θ)
で演算される。
That is,
E new (θ) = A new (θ) −Δ new (θ)
E old (θ) = A old (θ) −Δ old (θ)
Therefore,
E new (θ) −E old (θ) = A new (θ) −A old (θ) − {Δ new (θ) −Δ old (θ)}
Since Δ2 (θ) does not change,
Δ new (θ) −Δ old (θ) = Δ 1 new (θ) −Δ 1 old (θ) = δ 1 (θ)
It is.
Therefore,
E new (θ) −E old (θ) = δA (θ) −δ1 (θ)
And
E new (θ) = E old (θ) + δA (θ) −δ1 (θ)
Calculated with
よって、実施例3のようにしても、指令プロファイルデータE(θ)を求めることができる。 Therefore, the command profile data E (θ) can be obtained also in the third embodiment.
請求項3の理論プロファイルデータ演算手段は、CPU2、メモリ1と、上記ステップ100、124の処理機能により実現される。第1加工誤差分布演算手段は、CPU2、メモリ1と、上記ステップ102、104、106、126、128、130の処理機能により実現される。また、第1補正プロファイルデータ演算手段は、CPU2、メモリ1と、上記ステップ108の機能処理により実現される。請求項4の第2加工誤差分布演算手段は、CPU2、メモリ1と、上記ステップ110、112、114の処理機能により実現される。また、請求項4の指令プロファイルデータ演算手段は、CPU2、メモリ1と、上記ステップ116、118、134、136の処理機能により実現される。
The theoretical profile data calculation means of
また、請求項5の全加工誤差分布演算手段は、CPU2、メモリ1と、上記ステップ208、210、212の処理機能により実現される。また、請求項5の第2加工誤差分布演算手段は、CPU2、メモリ1と、上記ステップ214の処理機能により実現される。また、請求項5の指令プロファイルデータ演算手段は、CPU2、メモリ1と、上記ステップ218、234、236の処理機能により実現される。
The total machining error distribution calculating means of claim 5 is realized by the
また、請求項3の指令プロファイルデータ演算手段は、上記の実施例1〜3における指令プロファイルデータの演算機能により実現される。ただし、請求項3では、第1加工誤差分布を求めて、この第1加工誤差分布に基づいて指令指令プロファイルデータを演算することが特徴であるので、実施例1〜3以外の方法をも含むものである。
The command profile data calculation means of
また、方法発明は、上記の実施例の装置により、実現されるものである。 The method invention is realized by the apparatus of the above-described embodiment.
本発明は、クランクピンやカムなどの回転軸が偏心した位置にある工作物を加工する装置に有効である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is effective for an apparatus for machining a workpiece having a rotational axis such as a crank pin or a cam that is eccentric.
10…数値制御装置
44…砥石車
46…砥石
28、54…モータ
26、52…エンコーダ
31…主軸
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ...
Claims (3)
前記工具の相対的な磨耗幅として計測される磨耗量が所定値を越えるたびに、この磨耗量を初期値に初期設定し、工作物の仕上形状と工具の磨耗量に基づいて、主軸回転角に対する工具の送り量を規定する理論プロファイルデータを演算する理論プロファイルデータ演算手段と、
前記理論プロファイルデータ演算手段により前記理論プロファイルデータが演算されるたびに、この理論プロファイルデータに基づいて空運転又はスパークアウト運転を行い、この運転時における指令値に対する工具の現実の位置の追従偏差を主軸回転角に対する第1加工誤差分布として求める第1加工誤差分布演算手段と、
新たな加工条件が設定されるたびに、前記第1加工誤差分布に基づいて前記理論プロファイルデータを補正して第1補正プロファイルデータを求める第1補正プロファイルデータ演算手段と、
前記第1補正プロファイルデータが演算されるたびに、その第1補正プロファイルデータにより工作物を加工して、その加工された工作物の形状を測定して、前記第1補正プロファイルデータに対する加工誤差の主軸回転角に対する第2加工誤差分布を求める第2加工誤差分布演算手段と、
前記第1加工誤差分布、又は、前記第2加工誤差分布が変化するたびに、前記第1加工誤差分布と前記第2加工誤差分布との和である全加工誤差分布に基づいて前記理論プロファイルデータを補正して、前記工作物を加工する時の主軸回転角に対する工具の送り量を規定する指令プロファイルデータを求める指令プロファイルデータ演算手段と
を有し、
前記第1加工誤差分布、及び、前記第2加工誤差分布が変化しない場合には、前記指令プロファイルデータ演算手段により既に演算されている指令プロファイルデータに基づき、また、前記第1加工誤差分布、又は、前記第2加工誤差分布が変化した場合には、前記指令プロファイルデータ演算手段により新たに演算された指令プロファイルデータに基づいて、工作機械を制御することを特徴とする工作機械の制御装置。 In a machine tool control device that rotates a workpiece around a spindle and feeds a tool in synchronization with the rotation of the spindle,
Each time the amount of wear measured as the relative wear width of the tool exceeds a predetermined value, this wear amount is initialized to an initial value, and the spindle rotation angle is determined based on the finished shape of the workpiece and the wear amount of the tool. Theoretical profile data calculation means for calculating theoretical profile data that defines the feed amount of the tool with respect to
Each time the theoretical profile data is calculated by the theoretical profile data calculating means, idle operation or spark-out operation is performed based on the theoretical profile data, and the tracking deviation of the actual position of the tool with respect to the command value at the time of this operation is calculated. A first machining error distribution calculating means for obtaining a first machining error distribution with respect to the spindle rotation angle;
First correction profile data calculating means for correcting the theoretical profile data based on the first processing error distribution to obtain first correction profile data each time a new processing condition is set;
Each time the first correction profile data is calculated, a workpiece is machined with the first correction profile data, the shape of the machined workpiece is measured, and a machining error relative to the first correction profile data is measured. A second machining error distribution calculating means for obtaining a second machining error distribution with respect to the spindle rotation angle;
Each time the first machining error distribution or the second machining error distribution changes, the theoretical profile data is based on the total machining error distribution that is the sum of the first machining error distribution and the second machining error distribution. And command profile data calculation means for obtaining command profile data that defines the feed amount of the tool with respect to the spindle rotation angle when machining the workpiece,
When the first machining error distribution and the second machining error distribution do not change, based on the command profile data already calculated by the command profile data calculation means, the first machining error distribution, or When the second machining error distribution changes, the machine tool control device controls the machine tool based on the command profile data newly calculated by the command profile data calculation means.
前記工具の相対的な磨耗幅として計測される磨耗量が所定値を越えるたびに、この磨耗量を初期値に初期設定し、工作物の仕上形状と工具の磨耗量に基づいて、主軸回転角に対する工具の送り量を規定する理論プロファイルデータを演算する理論プロファイルデータ演算手段と、
前記理論プロファイルデータ演算手段により前記理論プロファイルデータが演算されるたびに、この理論プロファイルデータに基づいて空運転又はスパークアウト運転を行い、この運転時における指令値に対する工具の現実の位置の追従偏差を主軸回転角に対する第1加工誤差分布として求める第1加工誤差分布演算手段と、
新たな加工条件が設定されるたびに、前記理論プロファイルデータを用いて工作物を加工して、その加工された工作物の形状を測定して、前記理論プロファイルデータに対する加工誤差の主軸回転角に対する全加工誤差分布を求める全加工誤差分布演算手段と、
前記全加工誤差分布が演算されるたびに、前記全加工誤差分布から前記第1加工誤差分布を減算した分布を第2加工誤差分布として求める第2加工誤差分布演算手段と、
前記第1加工誤差分布、又は、前記第2加工誤差分布が変化するたびに、前記第1加工誤差分布と前記第2加工誤差分布との和である全加工誤差分布に基づいて前記理論プロファイルデータを補正して、前記工作物を加工する時の主軸回転角に対する工具の送り量を規定する指令プロファイルデータを求める指令プロファイルデータ演算手段と
を有し、
前記第1加工誤差分布、及び、前記第2加工誤差分布が変化しない場合には、前記指令プロファイルデータ演算手段により既に演算されている指令プロファイルデータに基づき、また、前記第1加工誤差分布、又は、前記第2加工誤差分布が変化した場合には、前記指令プロファイルデータ演算手段により新たに演算された指令プロファイルデータに基づいて、工作機械を制御することを特徴とする工作機械の制御装置。 In a machine tool control device that rotates a workpiece around a spindle and feeds a tool in synchronization with the rotation of the spindle,
Each time the amount of wear measured as the relative wear width of the tool exceeds a predetermined value, this wear amount is initialized to an initial value, and the spindle rotation angle is determined based on the finished shape of the workpiece and the wear amount of the tool. Theoretical profile data calculation means for calculating theoretical profile data that defines the feed amount of the tool with respect to
Each time the theoretical profile data is calculated by the theoretical profile data calculating means, idle operation or spark-out operation is performed based on the theoretical profile data, and the tracking deviation of the actual position of the tool with respect to the command value at the time of this operation is calculated. A first machining error distribution calculating means for obtaining a first machining error distribution with respect to the spindle rotation angle;
Each time a new machining condition is set, the workpiece is machined using the theoretical profile data, the shape of the machined workpiece is measured, and the machining error relative to the theoretical profile data with respect to the spindle rotation angle is measured. A total machining error distribution calculating means for obtaining a total machining error distribution;
A second machining error distribution calculating means for obtaining a distribution obtained by subtracting the first machining error distribution from the total machining error distribution every time the total machining error distribution is calculated;
Each time the first machining error distribution or the second machining error distribution changes, the theoretical profile data is based on the total machining error distribution that is the sum of the first machining error distribution and the second machining error distribution. And command profile data calculation means for obtaining command profile data that defines the feed amount of the tool with respect to the spindle rotation angle when machining the workpiece,
When the first machining error distribution and the second machining error distribution do not change, based on the command profile data already calculated by the command profile data calculation means, the first machining error distribution, or When the second machining error distribution changes, the machine tool control device controls the machine tool based on the command profile data newly calculated by the command profile data calculation means.
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