JPS59182003A - 異形形状形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は数置制御による異形形状の加工方法及び製置
、特にその位置決め機構のおくれυ補止を行なりたも０
に関する。

一般に、非円形断面形状の製品は、フライス盤等で加工
されているが、これらの工作機賊は加工能率の一点で旋
盤ニジかなシ劣っている。一方、ｋ盤加工は、工具台に
固足したバイトによって切削する加工法であシ、加工能
率は高いが得られる製品は円形断面を有するも■に限ら
れている。

このため、第１図に示すような比較的円形に近い断（３
）形状を有する製品、レリえはカムやスェージ加工用ロ
ール等を旋盤で能率よく加工したいという要求がある。

このためには、第２図第３図にその概念図を示すように
、旋盤の王ｌ１Ｂ１の回転に同期させてバイト２をＸ方
向に往復動させることが必要となる。ナなわち、同図（
ｂ）のように、目標とする製品の輪廓形状は、ある送シ
の位＠２においである閉曲線となる。この閉曲線を匝座
標（ｒ、θ）を用いて　ｒ　＝　ｆ（ハ）　と表わせば
、主軸１の回転角θの関数としてｒの値を与え、これを
満すようにバイト２の刃先位ｋＸを制菌しなければなら
ないこととなる。

もつとも実際には、位置決め系の原点のシフトｉＡ、Ｂ
及び正負の方向の指定によって、位置決めの指令直に　
Ｘ＝ｆ＠＋Ａ　　あるいはＸ＝Ｂ−ｆ（切　等に変換し
て開用される。

従来、こ■ようなパイ）Ｏ位置決め制御には、王として
油圧サーボ機構による倣いモデルを入力とするサーボ系
が用いられていた。しかし、この油圧ならい機構では、
主軸と同期して回転するならいモデルを油圧ブーボ除栴
の＠誠的な入力としているため、製品形状毎にならいモ
デルを装作しなければならなかった。また、カム１！Ｉ
Ｉ構を用いて主軸と工具台の位置との同期を実現したも
のもあるが、ならいモデルを柑いた場合と同様に、製品
の多様化には適さないものであった。

製品υ多様化に対応するため、製品形状を自由に変更す
るには、数組制御（ＮＯ）によって１５４台のＸ方向の
位置決め制（財）を行なえは、プログラムの変更だけに
よってこれを行なうことが出来る。

最近、このような旋盤ＯＮＯ化の卸が若干は見られるが
、これらは主軸の回転速肛が非宮に遅く、折絢旋盤を用
いながら加工能率が甑めて惑いという欠点を持つもので
あった〇 このＮＣ化は、主軸の回転角θをエンコーダ等の角度検
出に刊によって検出し、検出した００社に対して、制御
装置に■メモリに格納しであるｒ■＠ｆ（０を出力し、
これによって工具の位置決めの指令直を得るようにした
ものである。

その構成０１列を第４図に示す。主軸の回転軸１にエン
コーダを収シ付け、エンコーダ０１回転についてＮりの
パルスを出力する。一方、ＮりＯメモリに順次 ２ｎπ ｆ　（□）　　ただし　ｎ＝ｌ〜Ｎ のデータを入れておき、エンコーダからパルスを受ける
毎に順次メモリを呼び出すことをｈｂ返す。出力は移植
変換器を介して電気油圧サーボ除構等ｖ１へ台３のＸ方
向の位置決めサーボ機構の入力とする。勿論、計算速度
の早い計算除を匣用する場合には、メモリにｆ（０を格
納するかわυにθに幻してｆ（ハ）を算出するプログラ
ムによってもよい。

工具台３ｖＸ方向の位置決めサーボ賑栴としてね−切削
抵抗に打ち勝つパワーと高速応答性を必要とする。これ
には、電気油圧サーボ＠病が適しているが、筒出力ブー
ボモータ等！７）ｉｉれたサーボアクチュエータがあれ
は、これを用いることも可能である。図中４．５は電気
油圧サーボ機構を構叫するサーボ弁、ブーボシリンダ６
はコネクティングロッドを示す。

このような位置決めサーボ系は、一般に、入出力、すな
わち指令呟と実際の位置との間の伝達特性は、入力なＲ
（ｓ）　、出力をＹ（８）、伝達関数Ｔ　（Ｓ）とすれ
ば Ｙ　（８）　＝　Ｔ　（ｓ）　Ｒ（ａ）　　　　　　　
　　　　・・・・・・（１）（ただしに、ａ１〜ａｆｉ
は定数であシ、一般にはに＝１である口） で表現される。

第５図は電気油圧サーボ系Ｖ）伝達特性の１しｌである
。

シ〕弐及び第５図かられかるように、一般に位置決めサ
ーボ系では、入力の周波数が高くなると位相の遅れと振
幅の減少が与られるようになる。

こ■ため、従来のように、主相υ回転角θに対して鵬に
ｆ　（＆ｌの直をサーボ系の入力とする方法では、主軸
の回転数が尚く、ｆ（ロ）がθに対して高次の高調波叫
分を含む場合には、上記の位相遅れや振幅の減少によっ
て１碗な輪廓を形成することができない。その例を第６
図（ａ）　（ｂ）に示す。入力値（目標形状）を点線で
、出力直を実線で示す。これが低速でしか主＠を回転さ
せることができなかった原因の王なものであった。

この発明は、サーボ系′７）遅れや利得の減少を補償す
ることによって高速回転下の加工を可能とする方法及び
そのための装置を得ようとするものである。

すなわち、（１）式のように Ｙ　（ｓ）　＝　Ｔ　（ｓ）　Ｒ（ｓ）で表埃されるサ
ーボ系中にテ］司−という伝達製菓を直列に加えること
によって入力出力間はＹ　（ｓ）　＝　Ｔ（ｓ）　−−
−Ｒ（ａ）　＝　Ｋ　Ｒ（ａ）　　　−＝＝　（３）Ｔ
（８） となシ、いかなる周波数酸分に対しても、位相おくれ、
振幅の変化を伴わないサーボ系を構成できることとなる
。

実際には、この”’ｉｔｓ＞υ伝達装累は制岬用計算限
内で構成され、計算機出力を Ｕ　（ｓ）　＝彌・Ｒ（８）　　　　　　・・・・・・
（４）とし、これをサーボ系の入力とすることによって
サーボ系Ｑ出力Ｙ　（ｓ）をに−Ｒ（ｓ）とすることが
出来る。こＯサーボ系のブロック図を従来のものを同図
（ａ）に、この発明のものを同図（ｂ）に示す。

変数として時間ｔをとれば、上記の餉係は、入力ｒ　（
ｔ）０代わシに （ｌ　　　　ｄ２　　　　（）ｈ ｕ（ｔ）＝ｒ（を月−ａ１６　（ｒ（’Ｊ　＋”２　ｄ
ｊ２　ｒ（ｔＪ　＋ａ６丁ｔ３　ｒ（す＋−・−・（５
）を新しい入力としてサーボ系に与えればよいことを、
を隊する。

旋盤の玉軸υ回転速度が、時間について■変動が小さい
とすＩｌｔは、 Ｏ＝　ω　ｔ とおいてもよい２〕で、 ｄ２ｒ　　　　ｄ５ｒ Ｕ（（ロ）＝ｒ（計ａ１メー十ａ　２め２〕石ｙ−＋１
１％’τβ十・・・・・・ｄｅ） ＝ｆト、。曹＋３□、２ζ＋３３謬會＋・・・・・・（
６）が得られる。

ここで、」　弗ｐ　迎且等は、形成す ｄｅ　　−ｄｅ２　　％　　　ｄ（７３べき形状ｆ（＠
が与えられているので、予めこれを求めておくことが出
来る。

実際には、（２）式は ■（ ”）＝１＋ａ、Ｓ＋ａ２１１２　　　　　’・・・・・
（７）で充分近似出来るりで、（６）式ｕ（０のｒ（＠
に対する抽止項として、ωの２次の項迄を敗れば足シ、
♂以上の高次の項を省いても実用上充分な精度を得るこ
とが出来る。もつとも、正確さを求め、高速域での精度
を装する場合は３次以上の適当な補止項までをとるのが
良い。紀６図（ｅ）　（ｄ）は２次項迄をとった場合０
例であシ、（ｄＪ！／）ように篩馳波成分を言むときは
僅かに誤差を生じるが、３次項迄をとれば、とＶ岨＆は
なくなる。

上す己の原理に基づ（Ｎ　Ｃ７Ｊ１．ｌニジステムｖ１
　ｆｉｌを第８図に示し、同図（ａ）はそυ概侠摘成を
示すブロック図、（ｂ）は慣号処理（Ｕ（ハ）算出手Ｉ
Ｈのブロック図である。

ｆ（（ロ）・４”　１”の１直は、主軸１の１回転中ｄ
６−　　ｄθ２ に発生するパルス数Ｎに応じて　θ＝　　９．ｒｕｒ（
たたしｎ＝ｌ〜Ｎ）に対してｉｔ算し、予め、計算眠の
メモリに夫々格納し２ておく。Ｎ■餠は細氷される精度
に依るが、一般に５００〜６０００程度でよい。

主軸に取シ付けたエンコーダυ周期あるいは周波数から
、主軸の回転速度がを険出し、デジタル化して計算阪に
入力する。勿論、この主軸の回転速度のは、主＠ＩＩ　
１にタコジェネレータを付りて求め、或は生軸躯駒用モ
ータの回転数から求める得、６丘の方法で求め人力して
もよいことは云う艦もない。

王４ＩｉＩＩ■回転に伴い、エンコーダυパルス毎にＪ
ＩＭ−１次、ｆ（ロ）、ｆ′（（ロ）、ｆ“（（ロ）を
よめ出し、ｆ′（ハ）、ｆ餉については先に入力したω
及びカ２と■槓を求めて加算する偵簾によってｘ（ｉ＜
＝、ｏ−Ｎ）に対する　Ｕ（に）−ｕ　（ｋｔ−６）（
ΔＵ−−乙シフの１直を算出へ し、これをＬ′／Ａコンバータにょシアナログｆｉｋと
して位置決めす、−ボ系■入力とする。

精度を向上させるために３次Ｖ）項をとる場合は、メモ
リを増し、第８図（ｂ）にさらにｆ“′、（０の直を同
様に格納し、これと卯５との核を加えてＵ（θの値とす
ればよい。

第１図（１−）　Ｄように２方向による断面形状の変化
のない場合は、上記θに＝Ｎ　　をに−Ｏと等しいと置
き、Ｋ＝Ｎ　に達すれば、またに＝１　　からＩＶＡ次
メセメモリ−シ返し胱夕出ぜばよく、送シ方向Ｚの直に
対してｆ（０を変化させれば第１図（ａ）に示すような
３次元形状を旋盤で加工することが出来る。

この発明は上記のように、サーボ系の伝達関数によって
生じる加工精度の低下を、逆の伝達特性を有する要素を
挿入することによって、例えは旋盤の王ｌ１Ｉ１１７）
回転速度が１０〜１１０００ｒｐ程度においても殆んど
位相、振幅■ずれのない形状を形成できるものである。

そして、被加工物の回転数が電まっている場合には、油
止された入力Ｕ（ロ）Ｑ直をあらかじめ計舞、シておき
、その値ｕ（０をメモリーに格納することによって１ｌ
ＩＩＩＪ肌系す病暇を簡嘔にすることが出来る。

また、計算陳の演算速度が早ければ、ｆ’（６！ｌ、ｆ
”（０のｒｌＩｌをＯＮ　　ＴＩＭＥで計算して制御す
ることが出来ることは云うまでもない。

そして、この方法は、加工力によって旋盤０回転数が変
動しても、刻々０回転数の饋に基づき、入力を油止する
ことが出来るので、加工力の変動による加工精度へＯ影
響を減する効果がある等、多くの顕著な効果を奏する。

なお、この発明は、上記実施例のように直線連動によっ
て位置決めを付うサーボ鵬碑だけでなく、唸９図υよう
に、片持ち式の腕７をシリンダー８によって振って研削
砥石のような工具９の位置決めをするサーボ限栴にも１
芭用することが出来る。

また、旋盤による内外周面や端面！７）　７ｊｌ工Ｖ曲
に円筒研削盤による内外周面や端面の加工や、円板上へ
の描画除構等にも広く利用出来、工具も飼えはレーザー
等、任意のものでよい。従って被加工物も金属に限らず
、木材、グラスチック、セラミック、粘土等、各種の桐
材が加工可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による加工形状の１例を示す斜視図、
第２図、第３図はこの発明の制−法の１列を示す概念図
、第４図は従来■ＮＣ旋盤の制御回路のブロック図、第
５図はその制御特性園、第６図は制御％性による制御誤
差の１列の説明図、第７図はそのサーボ系のブロック図
、第８図はこの発明′ＤＮＣ旋盤Ｏ匍ｊ師回路υブロッ
ク図、第９図は同じく剋削制鐸Ｑ実施的の構成図 １：旋盤主軸　２：バイト　３：工具台４：サーボ弁　
５．８ニジリンダ　６：コネクティングロツド　７：ア
ーム　９：研削砥石特許出願人　　新技術開発！％業団 田願人代理人　弁理士　佐　　藤　　文　　男第　　　
】　　　；ヅ１ 第　　２　　図 第　　３　　　閃 第　　　５　　　図 刀１ｒａｄ／ｓｌ 第　　　６　　　図 ＋ａ＋　　　　　　１ｌ）１ １ｃ１　　　　　　＋ｄｌ 第　　　７　　　図 Ｔ（ｓ） Ｌ　　　　　　　　　　　　　＋　　　　　　　　Ｊ第
　　　８　　　１ｉＸｌ　　　ｆｂｌパルヌ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）回転する物体、数置制御によシ該物体の回転中心か
   らＯ距離を制御され、該物体上に予め指定された閉曲線
   を形成する可動部を有する装置において、上記回転体の
   回転角を検出する装置、該検出装置からの出力に応じて
   上記指定された閉曲線を形成する可動部０泣置を指定す
   る信号を出力する演算装置、該演算装置からの出力に応
   じて上記可動部の位置を制御する制御機構からなるサー
   ボ−榊を付し、該サーボ機構の伝達関数と逆の伝達特性
   を有する要素が該サーボｍ構中に直列に組へ込まれ、該
   要素によって変換された出力信号が上記可動部の位置制
   −陵構に入力されることを％敵とする異形形状形成装置 ２）上記医′Ｊ！装置及びサーボ圏構Ｑ逆伝達特性を有
   する要素は数値制御用υコンビュータテあり、上記の変
   換された信号が該コンピュータから出力されることを特
   徴とする特許鎮求範囲第１項の異形形状形成装置 ３）予め指定された閉曲線形状を戎わす関数に基づき、
   そ■導関数を予めｉｔ算し上記コンピュータの記憶装置
   に格納しておくことを特徴とする特許請求の範囲第２項
   の異形形状形成装置 ４）数置制御によシ、ワークの回転中心からのバイトの
   距離が制御される異彩形状加工旋盤および研削盤であっ
   て、ワークＶ）１回転毎にＮヶのパルスを発生する回転
   角検出装置、加工される形状によシ、各上記υパルス発
   ゛生角変毎のバイトの位置、及び上記加工される形状を
   示す関数の１医、２次等の導関数の直を予め格納した各
   Ｎヶずつからなるメモリーを内紙するコンピュータ、及
   び該コンビニーり■出力によｐバイトおよび研削工具Ｏ
   位置１を制御する制御機構からなシ、上記回転角検出装
   置からのパルス毎に順次上記υメモリーがらバイトの位
   置、及び導関数を読り出し、サーボ系の伝達特性と逆特
   性によって変換されたバイト位ｆｉｔ、　ｍ号を上記バ
   イト位置制御装置に出力することを％微とする異形形状
   加工旋盤、研削盤