JPS6019002B2 - 数値制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関のピストンのように工作物の外形形状
が工作物の藤線方向位置によって変化する非真円形工作
物の加工を制御する数値制御装置に関するもので、その
目的とするところは、工作物を所定のピッチ間隔で軸線
と直交する方向に断面した複数の断面における工作物の
外形形状を表わすデータを数値制御データとして与える
だけで工具を工作物外周面に沿って螺旋状に移動させて
工作物の加工を行えるようにし、数値制御プログラムの
作成を簡素化することにある。

また、本発明の他の目的は、数値制御データとしては、
工作物表面の半径方向の位置変化を表すデータだけを入
力すれば良いようにして、各断面における外形形状のデ
ータを細かくプログラムできるようにし、これによって
、補間処理を演算速度の早い比例分配で行なえるように
してパルス分配速度を大幅に増加させるようにすること
にある。一般に、内燃機関のピストンのように外形形状
が工作物の鞠線方向位置によって変化する非真円形工作
物を加工する場合には、第１図に示すように工具を工作
物外周面に沿って螺旋状に移動させることが加工精度の
点およびツールマークの発生を防止できる点から好まし
い。

このため従来においては、工具を螺旋状に移動させるよ
うな数値制御プログラムを作成して数値制御装置に入力
し、これによって工具を螺旋状に移動されて工作物の加
工を行うようにしていた。しかしながら、内燃機関のピ
ストン仕上形状は、一般にピストンを所定のピッチで鯛
線と直交する方向に断面した点における工作物外周面の
形状で指定されるため、従来のように工具を螺旋状に移
動させる数値制御プログラムを作成するためには、複雑
な計算を必要とし、数値制御プログラムの作成に多大の
労力と時間を必要としていた。本発明はかかる点に鑑み
てなされたもので、工作物の回転と鞠方向移動のための
パルスは特定の周期で連続的に行うとともに、工具を半
径方向に移動させるためのパルスのみを数値制御デー外
こ基ぷいて分配するようにして、各断面における工作物
外周面の半径位置データだけを細かく入力するようにす
るとともに、補間演算を比例配分で行うことにより補間
時間を短縮してパルス分配速度を増加させたことを特徴
とするものである。

以下本発明の実施例を図面に基づいて説明する。第２図
において、１０は工作機械のベッド１１上に載遣された
スライドテーブルで、このスライドテーブル１０はベッ
ド１１に形成された案内面１１ａによって左右方向（Ｚ
軸方向）に移動できるように案内され、ベッド１１の側
面に固着されたサ」ボモータ１２によって移動されるよ
うになっている。このスライドテーブル１０上には、サ
ーボモータ１３によって回転駆動される主軸１４を軸架
する主軸台１５と、心押台センタ１６を鞠架する心押台
１７とが戦遣されており、主軸１４の先端部には主軸セ
ンタ１８と位置決めピン１９とが固着されている。そし
て、この主軸センター８と心押台センタ１６とによって
、工作物Ｗが狭持され、位置決めピン１９によって主軸
１４と工作物Ｗとの位相決めが行われる。また、ベッド
１１の後方に形成された工作物軸線と直交する方向（Ｘ
軸方向）に延在する案内面１１ｂには、モ−夕２０によ
って回転駆動される砥石車を工具２１として軸架する工
具台２２が案内されており、この工具台２２はベッド１
１の後端部に固着されたサーボモータ２３によって移動
されるようになっている。

３０は本発明にかかる数値制御装置で、本実施例ではミ
ニコンピュータが使用されている。

この数値制御装置３０は、記憶装置３１内に記憶されて
いるコントロールプログラムに基づいて数値制御の動作
を行うようになっており、テープリーダにテープＴ１，
Ｔ２が趨けられると、数値制御装置３０は紙テープＴ１
，Ｔ２にパンチされた数値制御プログラムを読込んで記
憶装置３１内のプログラム記憶エリアに記憶し、この記
憶装置３１に記憶された数値制御プログラムに基づいて
数値制御を行う。また３２，３３，３４はそれぞれサー
ボモータ１２，１３，２３を駆動するドライブユニット
で、数値制御装置３０から分配パルスが送出されるとそ
れぞれのサーボモータを所定の角度だけ回転させ、スラ
イドテーブル１６と工具台２２を移動させるとともに工
作物Ｗを回転させる。なお、この工作物Ｗの回転はＣ軸
方向の運動として数値制御が行われるようになっている
。紙テープＴ１，Ｔ２によって数値制御装置３０に与え
られる数値制御デー外ま、工作物Ｗを所定のピッチ間隔
で軸線と直交する方向に断面した複数の断面における工
作物Ｗの外形形状を表わす断面データと、工具２１の切
込み指令と工作物の加工サイクルを操返えして行うため
の動作指令とがプログラムされたシーケンスデータとに
別かれており、テープＴＩによって断面データが与えら
れ、テープＴ２によってシーケンスデータが与えられる
ようになっている。

テープＴＩによって与えられる断面データは第３図に示
すようなもので、各断面におけるバレル値と外形データ
とがプログラムされており、各断面におけるデータの区
切りには、データの区切りを識別するために２００とい
う数値データがプログラムされている。

バレル値とは第６図に示すように、基準断面Ｓとそれぞ
れの断面との間の長径寸法の偏差を表わすもので、本実
施例では、工作物Ｗの長径方向の寸法が最大となる断面
を基準断面Ｓとし、この基準断面Ｓの長径方向とそれぞ
れの断面における長径方向の工作物軸線から工作物外周
面までの寸法の偏差値がバレル値としてプログラムされ
る。また、外形データとは、工作物Ｗを所定の角度、例
えば２．９隻で区切った各角度位置における、工作物外
周面の半径方向位置をプログラムしたもので、、第７図
に示すよう１に各断面に外接する基準円Ｃと工作物外周
面との偏差値が各度位置毎にプログラムされる。内燃機
関のシリンダ等においては、長軸又は短藤を通る平面を
境にして工作物の外形形状が対象になっており、外形デ
ータとしては各断面ごとに１８０度分７２個のデー夕の
みをプログラムすればよい。本発明の数値制御装置は、
プログラムされた１８０度分のデータによって工具を螺
旋状に移動させて工作物を加工する機能を有している。
一方、テープＴ２によって謙込まれるシーケンスデー外
ま第４図に示すようなもので、粗研削を２回行った後で
精研削を１回行って加工を完了する例が示されている。

各研削工程におけるプログラムは殆んど同じで、最初に
プログラムされている×軸一方向の移動指令によって工
具２１の切込みが行われ、次にプログラムされているＭ
コードＭ６０によって工作物Ｗの研削が工具２１が螺旋
軌跡を描くようにして自動的に行われる。そして、これ
に続く×軸十万向の移動指令によって工具２１が所定量
だけ後退せしめられ、， これに続くＭコード５９によ
って工具２１がＺ軸方向原位置まで戻される。第５図は
この研削サイクルにおける工具２１の移動を示すもので
ある。なお、本実施例ではＸ軸，Ｚ軸方向の設定単位が
１パルス当り０．５山ｍとなっており、また工作物Ｗの
右端面を基準とした左端面のバレル値が２００パルス分
となっているため、第１組研、第２綱研においては５０
ｒｍの切込みが行われ、精研では・１２５山ｍの切込み
が行われる。また、プログラム中のＧコードＧＯ１，Ｇ
０２は研削モードを指定するもので糟研時においては、
工具２１のＺ軸方向の移動速度が１／２に減速されて工
具２１の描く螺旋軌跡のピッチ１／２にせしめられ、高
精度な加工が行われる。さらにＳコードＳＩ０，Ｓ５は
工作物Ｗの回転速度指令を表わし、ＳＩＯが指令される
と工作物Ｗは１仇ｐｍの速度で回転され、Ｓ５が指令さ
れると工作物Ｗはけｐｍで回転される。これらの数値制
御データがテープリーダＴＲによって謙込まれて記憶装
置３１内に記憶され、この後図略の操作パネルに設けら
れている起動スイッチが押圧されると、数値制御装置３
０は、第８図に示すプログラムを実行する。

まず、ステップ１０で記憶装贋３１の所定のエリアに記
憶されたシーケンスデータを講出し、これに続くステッ
プ１１〜１４でプログラムされているコードを判別する
。プログラムされているコードがＸコードである場合に
はステップ１５へ移行して、Ｘコードに続いてプログラ
ムされている数のパルスをドライブユニット３２に送出
し、工具２１を所定量だけ正確にＸ軸方向に移動させる
。また、読出されたコードがＧコードある場合には、ス
テップ１６と１８によってコードがＧＯＩであるかＧ０
２かを判別してステップ１７または１９で粗研フラッグ
または糟研フラッグをセットし、読出されたコードがＳ
コードある場合には、ステップ２０移行してパルス分配
の基準軸であるＣ軸へ分配するパルスの周期をＳコード
に続く指令値から演算して所定のエリアに記憶する。一
方、諸出されたコードがＭコードである場合にはステッ
プ２１〜２３によってＭコードが何であるかを判別し、
種々の補助機能を行う。本実施例に関連するのは、Ｍ０
２とＭ５９とＭ６０だけであるため他のＭコードは省略
してある。今、読出されたコードがＭ０２であれば、こ
れはプログラムの終りを示すので、シーケンスデータの
議出しを停止して数値制御の動作を停止し、Ｍ５９であ
れば、ステップ２４へ移行して工具２１をＺ軸方向の原
位置に戻すべく、現在位置のカゥンタ等の内容からドラ
イブユニット３４に所定数のパルスを送出する。また、
読出されたＭコードがＭ６０である場合には第９図に示
す研削サブルーチンＣＧＲにジャンプして、工作物Ｗの
研削加工を行う。研削サブルーチンＣＧＲの内ステップ
３１〜３６は、記憶装置３１に記憶されている断面デー
タから、工作物Ｗが単位角度である２．５度だけ回転す
る間の工具２１のＸ軸方向の移動量を演算するルーチン
で、工作物Ｗが２．５度回転する度に実行される。

ステップ３０は、加工点の現在位置を検出する角度カゥ
ンタＡＣ、Ｚ軸カゥンタＺＣ、×軸カウンタＸＣを初期
化するステップで、角度カウンタＡＣとＺ軸カウンタＺ
Ｃをリセットするとともに、×軸カウンタＸＣへ現在値
として、左端面のバレル量ＢＩに工作物Ｗの原定角度位
置の半径デー夕×１を加算した値をブリセットする。ス
テップ３１になると、角度カゥンタＡＣから角度位置デ
ータｉを読出すとともに、Ｚ軸カウンタＺＣからＺ軸位
置データｚを謙出し、ステップ３２でｉが７２以上かど
うかによって、加工点が断面デ−夕のプログラムされて
いる領域であるかどうかを判別し、もしｉが７２以上あ
ればステップ３３で角度位置の座標変換を行って、記憶
装置３１に記憶されている１８０度分の断面データで３
６０度の領域におけるパルス分配が行えるようにしてい
る。

本実施例においては短軸を通る線に対して線対象である
ため、１４４−ｉの演算で座標変換を行うことができる
。ステップ３４ではＺ軸カウンタＺＣの計数値ｚによっ
て加工点が、どの断面とどの断面との間に位置するかを
判別する。

これはＺ軸カウンタＺＣの計数値ｚを断面のピッチ０．
５６４側で割ることによって判別してもよいし、工作物
Ｗの回転数と、工作物Ｗが１回転する間のＺ軸方向への
移動量とから判別するようにしてもよい。そして、ステ
ップ３５になると、工具２１の両側に位置する断面の次
の角度位置における偏差値のデータが断面データから読
出される。例えば第１１図に示すように、工具２１の加
工位置が第ｎ断面と第ｎ＋１断面の間に位置し、その角
度位置がｊ＝４（１０度）であるものとすれば、記憶装
置３１に記憶されている第ｎ断面と第ｎ十１断面の×５
の値が読出される。ステップ３６は謙出されたデータか
ら×鞠方向への移動量を演算するステップで、第１０図
に示す演算サブルーチンによって移動量が演算される。

この演算サブルーチンの最初のステップ、ステップ４５
では謙出されたデータＸｉ，ｎ、Ｘｉ，ｎ＋１にそれぞ
れの断面のバレル値Ｂｎ，Ｂｎ＋１を加算し、第１２図
に示すように、基準断面の長径部寸法ｒｏを基準にした
２断面の工作物外周面位置Ｘ１ｎ，Ｘ１ｎ＋１を演算す
る。そして、ステップ４６でＸ１ｎ十１一×１ｎの演算
を行い両断面位置における半径方向位置の偏差値ｍを求
める。さらに、ステップ４７になると、現在行われてい
るサイクルが精研削であるかどうかをフラッグの状態で
判別し、糟研削でなければステップ４８の演算式で次の
角度位置における加工点の第ｎ断面を基準としたｚ軸方
向位置ｄを演算し、糟研削であればｚ軸方向への移動速
度が１／２となるため、ステップ４９の式でｚ軸方向位
置ｄを演算する。そうして、ステップ５０で第ｎ断面を
基準とした加工点の半径方向位置偏差１を比例配分によ
って演算し、ステップ５１でＸ１ｎから偏差値１を演算
して、次の角度位置における加工点の基準断面の長径部
寸法ｒｏｌこ対する偏差ＸＩを演算する。この後ステッ
プ５２で、偏差ＸＩからＸ軸カウンタＸＣの現在値ｘを
演算すれば、工作物Ｗが次の角度位置に位置するまでに
移動すべき×軸万向への工具移動△ｘが求まる。ステッ
プ５３ではこのようにして演算された移動量△×をパル
スＰｘに変換し、元のルーチンへ戻る。九のルーチンへ
戻ると、ステップ３７で渚研であるかどうか判別し、精
研でない場合すなわち粗研の場合にはステップ３８〜４
０のパルス分配ルーチンへ移行し、糟研である場合には
ステップ４１〜４３のパルス分配ルーチンへ移行する。

粗研のときに実行されるルーチンのステップ３８では、
Ｃ軸へ２５０個のパルス、Ｚ軸へ４個のパルス、Ｘ軸へ
Ｐｘ個のパルスを分配するために、各鰍毎に設けられた
図略の移動量指令レジスタにそれぞれの値をブリセット
し、ステップ３９で３軸同時分配を行う。この同時３軸
のパルス分配は、Ｃ軸に第８図のステップ２０で演算さ
れた周期で２５の固のパルスを出力するとともに、Ｚ軸
と×軸にｃ軸パルスと同期して所定の間隔で４個とＰｘ
個のパルスを出力することによって行われる。そして、
ステップ４０になると、角度カウンタＡＣへ１を加算す
るとともにＺ軸カウンタＺＣとＸ軸カウンタＸＣのそれ
ぞれ４とＰｘを加算して加工点の現在位置を修正する。
一方、糟研時に実行されるパルス分配ルーチンでは、Ｚ
軸方向への分配パルスの数が２個と粗研時の半分のパル
スがＺ軸へ分配され、×軸へは第１０図のステップ４７
で演算されたｄに基づいて計算されたＸ軸方向へのパル
ス数ｐｘに応じた数のパルスが分配される。

したがって、精研時には工作物１回転当りのＺ軸移動量
が粗研時に比べて半分となって、工具２１が描く螺旋状
軌跡のピッチが密となり、工作物Ｗの面積度が向上する
。このようにして、工作物Ｗが単位角度回転するのに必
要なパルス分配が完了すると、ステップ４４で、Ｚ軸カ
ウンタＺＣの計数値等によって終点であるかどうかが判
別され、終点でない場合にはステップＢＩへ戻ってカウ
ンタ３１〜４３までのルーチンを再び実行し、終点にな
れば第８図のステップ１０へ戻って次のシーケンスデー
タに基づいて数値制御を行う。以上のような制御を行う
ことにより，、工具２１は工作物Ｗの表面を螺旋軌跡を
描いて移動し、高精度な加工が行われる。

なお、上記実施例においては、各断面における工作物の
外形形状を表わすのに、各断面のバレル値と、各角度位
置における外接円と工作物外周面との距離間隔で表わす
ようにしていたが、データの桁数が増加してもよい場合
には、各断面の各角度位置における工作物外周面の位置
を工作物軸心からの距離で表わすようにしてもよい。

また、各角度位置における工作物外周面の半径位置のデ
ータの変化をとらえまえて、変化分を数値制御デー夕と
して数値制御装置に読込ませるようにし、数値制御装置
の内部で変化分のデータから各角度位置のおける半径位
置データを演算するようにしてもよい。以上述べたよう
に、本発明においては、工作物の回転と軸方向移動のた
めの分配データを発生する第１のデータ生成手段と、複
数の断面毎入力された半径方向位置データに基づいて中
間位置における工具位置を比例配分によって演算する演
算手段と、この演算手段による演算結果に基づいて工具
を半径方向に移動させるための分配データを生成する第
２のデータ生成手段とを設けた構成であるので、数値制
御データとしては工作物外周面の半径方向位置を表すデ
ータだけで良く、この絹果、半径方向位置データを細か
く入力することが可能となって演算速度の速い比例配分
によって分配データを求めることができ、パルス分配速
度を大幅に増加させて加工時間を短縮できる利点がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は工具が描く螺旋状軌跡を示す図、第２図は研削
盤に本発明にかかる数値制御装置を接続した状態を示す
研削盤の概略平面図にブロック図を付加した図、第３図
および第４図は数値制御データを記録したプログラムシ
ートを示し、第３図は断面データの記録されたプログラ
ムシートの図で第４図はシーケンスデータの記録された
プログラムシートの図、第５図はシーケンスデータに基
づく工具の移動軌跡を示す図、第６図および第７図は断
面データの求め方を説明するための図、第８図〜第１０
図は数値制御装置の動作を示すフローチャートで、第８
図は命令を解読するルーチンを示すフローチャート、第
９図は研削ルーチンを示すフローチャート、第１０図は
演算サブルーチンを示すフローチャート、第１１図は工
具の移動軌跡を示す図、第１２図は工具移動量の求め方
を説明するための図である。 １０……スライドテーブル、１１……ベッド、１２，１
３，２３……サーボモータ、１５……主軸台、１７・・
・・・・′０押台、２１・・・・・・工具、２２・・・
・・・工具台、３０・・・・・・数値制御装置、３１・
・・・・・記憶装置、３２〜３４……ドライブユニット
、３１〜３３・・・・・・座標変換を行うステップ、３
４〜３６・・・…×藤移動量を演算するステップ、ＢＩ
〜Ｂｎ・・・…バレル値、ＴＲ…・・・テープリーダ、
Ｗ……工作物、ＸＩ〜７２・・・・・・半径位置データ
。 ガー図 オと図 オ３図 ガ４図 ブタ図 矛５図 ガ７図 矛・ａ図 オタ図 オの図 ガ７丁図 ガ，２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関のピストンのように外形形状が軸線方向位
   置によつて変化する非真円形工作物の加工を制御する数
   値制御装置であつて、工作物を所定にピツチ間隔で軸線
   と直交する方向に断面した複数の断面における工作物の
   外形形状を所定単位角度で区切られた複数の角度位置に
   おける工作物外周面の半径方向位置で表した数値データ
   を読込むデータ読込手段と、工作物を所定の速度で回転
   させるとともに工作物の回転と同期して工具を工作物軸
   線方向に所定の速度で移動させるための分配データを発
   生する第１のデータ生成手段と、工作物の角度位置およ
   び工具の工作物軸線方向の位置を検出して工具の両側に
   位置する断面における次の角度位置の半径方向位置デー
   タを前記数置データから選択するデータ選択手段と、こ
   のデータ選択手段によつて選択されたデータと次の角度
   位置における工具の軸線方向位置とから次の角度位置に
   おける工具加工面の半径方向位置を比例配分によつて演
   算する演算手段と、この演算手段によつて演算された次
   の角度位置における半径方向位置と現在の角度位置にお
   ける半径方向位置との偏差分を工具を半径方向に移動さ
   せるための分配データとして生成する第２のデータ生成
   手段とによつて構成されることを特徴とする数値制御装
   置。 ２ 前記数値制御データは前記断面における工作物の外
   形形状の内、前記断面の長軸またはおよび短軸を通る平
   面によつて区切られた複数の領域の内の特定の一つの領
   域内の外形形状のみが数値制御データとしてプログラム
   されており、前記データ生成手段は、前記位置検出手段
   によつて検出された工作物の角度位置により工具が前記
   特定の領域に位置しているかどうかを判別する領域判別
   手段と、工具が前記特定の領域にはい場合には工作物の
   角度位置を前記領域内に対応する角度位置に変換して数
   値制御データの選択を行わせる角度変換手段とを有して
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の数値
   制御装置。