JP3574262B2 - 非真円体の研削装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カム等の非真円形状をなす被加工物を回転させながら、その外周面を回転砥石によって研削加工する非真円体の研削装置に係わり、特に被加工物を装着した主軸の回転速度を制御するための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被加工物を装着した主軸を回転させながら、その主軸と直交する方向へ回転砥石を相対移動させて、被加工物の外周を非真円形状に研削する装置としては、例えば車両用エンジンにおけるカムを研削するためのカム研削盤が知られている。
【０００３】
この種のカム研削盤においては、主軸の回転角度と回転砥石の移動位置との関係を設定したプロフィールデータが、予め数値制御装置（以下、ＮＣ装置という）に制御データとして記憶されている。そして、そのプロフィールデータに基づいて、ＮＣ装置により主軸の回転角度に応じて回転砥石の移動位置が制御されることにより、被加工物が予め設定された所定の切り込み量で研削されて、非真円体としてのカムが形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１８に示すように、被加工物Ｗａを回転砥石１２により所定の切り込み量△Ｈで研削する場合には、被加工物Ｗａ及び回転砥石１２に研削抵抗が作用する。ところが、カムは非真円形状をなしているため、被加工物Ｗａの回転に伴って、その被加工物Ｗａの曲率半径ρｉが変化する。この研削加工時における曲率半径ρｉの変化は、前記研削抵抗のうちの摩擦抵抗の変化となって表れる。そして、この曲率半径ρｉが大きい部分では摩擦抵抗が大きくなるため、被加工物Ｗａの仕上げ面に熱的損傷を与え、研削焼けや研削割れが発生して加工品位の低下を招くという問題があった。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は上記問題点を解消するためになされたものであって、その目的は、研削加工時における摩擦抵抗の増大を抑制して、加工品位の低下を防ぐことができる非真円体の研削装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明では、被加工物を装着した主軸を回転させる回転手段と、被加工物の外周面を研削する回転砥石を前記主軸に対して交差する方向へ相対移動させる移動手段とを備え、主軸を回転させながら、主軸の回転角度と回転砥石の移動位置との関係を設定した制御データに基づいて移動手段を制御して、被加工物を所定の非真円形状に研削する非真円体の研削装置において、被加工物の形状データに基づいて、被加工物角度に対する被加工物の曲率半径を算出する第１の算出手段と、非真円形状の基礎円部分に対応して予め設定された基準主軸回転速度と上記算出された曲率半径とに基づいて主軸回転角度に対する主軸回転速度を算出する第２の算出手段と、上記算出された主軸回転速度と上記制御データとに基づいて時間変化に対する回転砥石の移動位置を算出する第３の算出手段と、上記算出された移動位置に基づいて時間変化に対する回転砥石の移動加速度を算出する第４の算出手段と、上記算出された移動加速度が予め設定された規定値以内か否かを判定する判定手段と、上記判定の結果に基づいて、移動加速度に規定値を越えたものがあるときには上記基準回転速度を下げるように修正し、再び第２の算出手段ないし第４の算出手段に算出を行わせる基準主軸回転速度修正手段と、上記判定の結果に基づいて移動加速度が規定値以内のときには最新の基準主軸回転速度とこれに基づく最新の主軸回転角度に対する主軸回転速度とを主軸回転制御データとして決定する主軸回転制御データ決定手段と、研削加工時には上記決定された主軸回転制御データに基づいて上記回転手段を制御する制御手段とを備え、主軸の回転速度が被加工物の曲率半径に応じて変化するように、かつこれに伴う回転砥石の移動加速度が規定値以内になるように主軸の回転速度を設定する構成としている。
【０００９】
請求項２の発明では、請求項１において、被加工物角度に対する被加工物の曲率半径をρとし、主軸回転速度をωとしたときに、制御手段は主軸回転速度ωが１／ρに比例して変化するように回転手段を制御する構成としている。
【００１０】
請求項３の発明では、請求項１または２において、上記第２の算出手段は、第１の算出手段による算出結果から主軸回転角度に対する曲率半径を算出する手段を有する構成としている。
【００１１】
請求項４の発明では、請求項１または２において、上記第２の算出手段は、第１の算出手段による算出結果から被加工物角度に対する主軸回転速度を算出する手段を有する構成としている。
【００１２】
請求項５の発明では、請求項１ないし４のいずれかにおいて、上記基準主軸回転速度修正手段は、基準主軸回転速度の修正量を回転砥石の移動加速度の最高値と上記規定値との差に応じて算出する手段を有する構成としている。
【００１３】
請求項６の発明では、被加工物を装着した主軸を回転させる回転手段と、被加工物の外周面を研削する回転砥石を前記主軸に対して交差する方向へ相対移動させる移動手段とを備え、主軸を回転させながら、主軸の回転角度と回転砥石の移動位置との関係を設定した制御データに基づいて移動手段を制御して、被加工物を所定の非真円形状に研削する非真円体の研削装置において、被加工物の形状データに基づいて、被加工物角度に対する被加工物の曲率半径を算出する第１の算出手段と、非真円形状の基礎円部分に対応して予め設定された基準主軸回転速度と上記算出された曲率半径とに基づいて主軸回転角度に対する主軸回転速度を算出する第２の算出手段と、上記算出された主軸回転速度に基づいて主軸回転角度に対する主軸単位回転角度間の回転速度変化量を算出する回転速度変化量算出手段と、上記算出された回転速度変化量が予め設定された規定範囲内か否かを判定する判定手段と、上記判定の結果に基づいて回転速度変化量に規定範囲を越えたものがあるときには上記第２の算出手段による主軸回転速度に対して非真円形状のリフト部分における最小回転速度幅を広げるように主軸回転速度を修正する主軸回転速度修正手段と、上記修正された主軸回転角度に対する主軸回転速度と上記基準主軸回転速度とを主軸回転制御データとして決定し、もしくは上記判定の結果に基づいて回転速度変化量が規定範囲内のときには上記第２の算出手段による主軸回転角度に対する主軸回転速度と上記基準主軸回転速度とを主軸回転制御データとして決定する主軸回転制御データ決定手段と、研削加工時には上記決定された主軸回転制御データに基づいて上記回転手段を制御する制御手段とを備え、主軸の回転速度が被加工物の曲率半径に応じて変化するように、かつこれに伴う単位回転角度間の回転速度変化量が大きい部分でのデータが低くなるように主軸回転速度を設定する構成としている。
【００１４】
請求項７の発明では、請求項６において、被加工物角度に対する被加工物の曲率半径をρとし、主軸回転速度をωとしたときに、制御手段は主軸回転速度ωが１／ρに比例して変化するように回転手段を制御する構成としている。
【００１５】
請求項８の発明では、請求項６または７において、上記主軸回転速度修正手段は、リフト部分において回転速度変化量が規定範囲を越えている角度を修正開始点または修正終点として主軸回転速度を修正する構成としている。
【００１６】
【発明の作用】
従って、請求項１の発明によれば、第１の算出手段により、被加工物の曲率半径が算出される。そして、第２の算出手段により、上記算出された曲率半径に基づいて主軸の回転角度に対する主軸回転速度が算出される。すなわち、曲率半径が大きくなると、加工部分で発生する摩擦抵抗が大きくなる。従って、このような場合には、主軸の回転速度を遅くして、摩擦抵抗の増大を抑制する。一方、曲率半径が小さいと、加工部分で発生する摩擦抵抗が小さくなるので、このような場合には、主軸の回転速度を速くする。その結果、被加工物の回転に伴って曲率半径が変化したとしても、被加工物に対する熱的影響が均一化され、仕上げ面の高品位化が実現することとなる。
【００１９】
しかも、こうして得られた主軸回転速度から第３の算出手段により、時間変化に対する回転砥石の移動位置を求め、第４の算出手段により、回転砥石の移動加速度が算出され、この算出の結果、判定手段により、移動加速度が規定値を越えていた場合には、基準主軸回転速度修正手段により、主軸回転速度算出の基準となる基準主軸回転速度が修正され、第２、第３、第４の算出手段を経て、判定手段により規定値以内と判定されたときに、主軸回転制御データ決定手段により、最新の基準主軸回転速度およびこれに基づく主軸回転角度に対する主軸回転速度が主軸回転制御データとして決定される。そして、研削加工時には、この決定された主軸回転制御データに基づいて回転手段が制御される。
【００２０】
このように、主軸の回転に追従するように回転砥石の移動手段の能力を越えない範囲で主軸の回転速度を適正に設定することにより、回転手段および移動手段のスムーズな制御がなされることとなる。
【００２１】
請求項２の発明によれば、ωは１／ρに比例して変化する。言い換えれば主軸回転速度ωは、曲率半径ρが大きくなるのに従って遅くなり、曲率半径ρが小さくなるのに従って速くなる。
【００２２】
請求項３の発明によれば、第２の算出手段は、第１の算出手段による算出結果から曲率半径を主軸回転角度に対応するデータに変換したのち、このデータをもとに主軸回転角度に対する主軸回転速度を算出するため、算出が容易になされる。
【００２３】
請求項４の発明によれば、第２の算出手段は、第１の算出手段による算出結果をもとに被加工物角度に対する主軸回転速度を算出したのち、この主軸回転速度を主軸回転角度に対応するデータに変換するため、算出が容易になされる。
【００２４】
請求項５の発明によれば、基準主軸回転速度修正手段は、基準主軸回転速度の修正量を回転砥石の移動加速度の最高値と規定値との差に応じて算出し、適正な修正量が与えられるため、基準主軸回転速度の修正および回転速度の算出が短時間でなされる。
【００２５】
請求項６の発明によれば、第１の算出手段により、被加工物の曲率半径が算出される。そして、第２の算出手段により、上記算出された曲率半径に基づいて主軸の回転角度に対する主軸回転速度が算出される。すなわち、曲率半径が大きくなると、加工部分で発生する摩擦抵抗が大きくなる。従って、このような場合には、主軸の回転速度を遅くして、摩擦抵抗の増大を抑制する。一方、曲率半径が小さいと、加工部分で発生する摩擦抵抗が小さくなるので、このような場合には、主軸の回転速度を速くする。その結果、被加工物の回転に伴って曲率半径が変化したとしても、被加工物に対する熱的影響が均一化され、仕上げ面の高品位化が図られることとなる。
【００２６】
しかも、こうして得られた主軸回転速度から第３の算出手段により、主軸回転角度に対する主軸単位回転角度間の回転速度変化量が算出され、この算出の結果、判定手段により、回転速度変化量が規定範囲を越えていた場合には、主軸回転速度修正手段により、第２の算出手段で算出された主軸回転角度に対する主軸回転速度に対してリフト部分の最小回転度幅を広げるように主軸回転速度が修正され、主軸回転制御データ決定手段により、修正後の主軸回転速度と基準主軸回転速度が主軸回転制御データとして決定される。もしくは、判定手段により規定範囲内と判定されたときに、主軸回転制御データ決定手段により、第２の算出手段により算出された主軸回転角度に対する主軸回転速度と基準主軸回転速度が主軸回転制御データとして決定される。そして、研削加工時には、この決定された主軸回転制御データに基づいて回転手段が制御される。
【００２７】
このように、特に主軸回転速度の変化量の大きい部分でのデータが低くなるように主軸回転速度が修正されるため、研削加工時、主軸の回転速度がこの回転速度制御データによって制御されるとき、多少の速度の時間ずれがあったとしても異常加工は回避されることになる。
【００２８】
請求項７の発明によれば、ωは１／ρに比例して変化する。言い換えれば、主軸回転速度ωは、曲率半径ρが大きくなるのに従って遅くなり、曲率半径ρが小さくなるのに従って速くなる。
【００２９】
請求項８の発明によれば、主軸回転速度修正手段は、リフト部分において回転速度変化量が規定範囲を越えている角度を修正開始点または修正終点として主軸回転速度を修正するため、適正な角度位置でデータ修正がなされ、これにより、微小な速度変更があったとしても良好な加工がなされる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を研削盤に具体化した第１実施形態を図１〜図１２に基づいて説明する。
【００３１】
図１の一部破断側面図および図２の平面図に示すように、ワーク支持台１は基台２の一方の側部上面に移動機構（図示省略）により水平方向（図２Ｚ方向）へ移動可能に支持されている。主軸台３はワーク支持台１の上面に配設され、カムシャフトＷの一端を着脱可能に支持するための主軸４及びその主軸４を回転させるための回転手段としてのサーボモータよりなる主軸用モータ５を備えている。また、カムシャフトＷにはカム形状の複数の被加工物Ｗａが軸線方向へ所定の間隔をおいて形成され、これらの被加工物Ｗａの外周面が被研削面Ｗｂとなっている。そして、被加工物Ｗａはその被研削面Ｗｂを研削されることにより、非真円体としてのカム２３として形成される。
【００３２】
ホルダ６は主軸４との間隔を調整自在にワーク支持台１の上面に配設され、前記カムシャフトＷが主軸４とこのホルダ６との間においてＺ方向へ延びるように回転可能にかつ着脱可能に支持される。そして、カムシャフトＷは、この支持状態で主軸用モータ５の駆動に伴い所定の方向へ回転する。エンコーダ７は主軸用モータ５に取り付けられ、このエンコーダ７からの検出信号が後述するＮＣ装置１８に入力される。
【００３３】
砥石台８は前記基台２上にカムシャフトＷの軸線と直交する水平方向（図２Ｘ方向）へ移動可能に支持されている。サーボモータよりなる移動用モータ９は基台２の他方の側部に取り付けられ、この移動用モータ９によりボールスクリュー１０が回転して、砥石台８をカムシャフトＷと接近又は離間する方向へ移動させる。本実施の形態では、移動用モータ９及びボールスクリュー１０等により、移動手段が構成されている。エンコーダ１１は移動用モータ９に取り付けられ、このエンコーダ１１からの検出信号が後述するＮＣ装置１８に入力される。回転砥石１２は、その研削面がカムシャフトＷと対向するように砥石台８の一端に支軸１３により回転可能に支持されている。砥石用モータ１４は砥石台８上に配設され、この砥石用モータ１４の出力をプーリ１５、１６及びベルト１７を介して砥石１２に伝達して一方向へ回転させる。
【００３４】
第１の算出手段、第２の算出手段、第３の算出手段、第４の算出手段、判定手段、基準主軸回転速度修正手段、主軸回転制御データ決定手段および制御手段を構成するＮＣ装置１８は、装置全体の動作を制御するためのものである。このＮＣ装置１８は、各種演算処理を行うＣＰＵ（中央処理装置）１９、装置全体の動作を制御するためのプログラム等を記憶したＲＯＭ（リードオンリーメモリ）２０、及び各種情報を一時的に記憶するＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２１を有している。
【００３５】
前記ＲＡＭ２１には、加工対象となる各種の被加工物Ｗａにそれぞれ対応して、仕上げ後の最終カム形状に基づくリフトデータが予め記憶されている。図３および図４（ａ）に示すように、このリフトデータは、最終的に得られるカム２３（図３に２点鎖線で示す）の回転中心Ｏから外周面までの半径方向における長さｒ（Ａｉ）を、被加工物Ｗａの単位角度毎に設定したものである。尚、被加工物Ｗａの角度Ａｉとは、被加工物Ｗａをその半径方向に沿って延びる直線によって単位角度毎に分割したときに、各半径方向線が０度を示す所定の半径方向線に対してなす角度を表すものである。そして、ここでは、図３に示すように、カム２３の基礎円部分２３ａ（半径方向における長さｒ（Ａｉ）が一定の部分）の中間位置をＰ１としたとき、その位置Ｐ１と被加工物Ｗａの回転中心Ｏとを結ぶ半径方向線が、０度（＝角度Ａ１）を示す半径方向線として設定されている。
【００３６】
すなわち、ＮＣ装置１８は、図５のフローチャートに示すように、ステップＳ１において、ワークの種類によってリフトデータｒ（Ａｉ）を決定し、ステップＳ２において、被加工物Ｗａに対する砥石１２の切り込み量△Ｈを決定する。切り込み量△Ｈとは、被加工物Ｗａが１回転するとき、砥石１２を被加工物Ｗａの外周面からどの程度の深さまで切り込ませるかを、被加工物Ｗａの外周面に接する接線と直交する方向に長さで表したものである。
【００３７】
さらに、ステップＳ３において、砥石１２の半径Ｒが決定されると、ＮＣ装置１８は、ステップＳ４において、被加工物Ｗａが各角度Ａｉの位置において砥石１２と接触するときの主軸回転角度θ（Ａｉ）を算出して、ＲＡＭ２１に記憶する。
【００３８】
つまり、図３に示すように、被加工物Ｗａに対する砥石１２の研削点Ｑｉが被加工物Ｗａの各角度Ａｉの位置と対応しているときの主軸回転角度θ（Ａｉ）を求める。この主軸回転角度θ（Ａｉ）は、研削点Ｑｉが被加工物Ｗａ上の前記位置Ｐ１と対応しているときの角度θ（Ａ１）を０度として設定してある。
【００３９】
被加工物Ｗａに対する砥石１２の研削点Ｑｉが、被加工物Ｗａの回転中心Ｏと砥石１２の回転中心Ｐｉとを結ぶ直線上に常に位置していれば、被加工物Ｗａの角度Ａｉとそれに対応する主軸回転角度θ（Ａｉ）とは常に同一の値となる。しかし、図３に示すように、非真円形状をなす被加工物Ｗａを所定の半径Ｒを有する砥石１２で研削する場合には、前記研削点Ｑｉが両回転中心Ｏ、Ｐｉを結ぶ直線に対して上下にシフトする。従って、被加工物Ｗａの角度Ａｉとそれに対応する主軸回転角度θ（Ａｉ）とは、常に同一の値にはならない。その結果、等角度毎に設定されている被加工物Ｗａの角度Ａｉに対して、主軸回転角度θ（Ａｉ）は等角度毎の値として算出されない。
【００４０】
この関係をもとにして、ＮＣ装置１８は、ステップＳ５において、主軸４の回転角度θｉと砥石１２の移動位置すなわち砥石台８の移動位置Ｘとの関係を設定した制御データとしてのプロフィールデータＸｉを算出し、ＲＡＭ２１に記憶する。図４（ｂ）に示すように、このプロフィールデータＸｉは、主軸４が１回転する間における砥石台８のＸ方向の移動位置Ｘを、主軸４の単位回転角度毎に設定したものである。
【００４１】
つまり、図４（ａ）における主軸回転角度θ（Ａｉ）に対応するリフトデータｒ（Ａｉ）を、図４（ｂ）に示すように、等角度毎の主軸回転角度θｉに対応する被加工物Ｗａの回転中心Ｏと研削点Ｑｉとの間の距離ｒｉに変換して、この距離ｒｉと砥石半径Ｒとに基づいて、プロフィールデータＸｉを算出する。
【００４２】
また、ＮＣ装置１８は、ステップＳ６において、リフトデータｒ（Ａｉ）に基づいて、被加工物Ｗａの研削点Ｑｉにおける曲率半径ρ（Ａｉ）を、被加工物Ｗａの角度Ａｉにそれぞれ対応して算出して，ＲＡＭ２１に記憶する。つまり、図３に示すように、研削点Ｑｉが被加工物Ｗａ上の各角度Ａｉの位置と対応しているときの曲率半径ρ（Ａｉ）を求める。続いて、ＮＣ装置１８は、ステップＳ７において、ステップＳ４にて算出された関係をもとにして、曲率半径ρ（Ａｉ）を、所定の補間式を用いた補間演算（例えばスプライン補間演算）により、等角度毎の主軸回転角度θｉに対応する曲率半径ρｉに変換し、ＲＡＭ２１に記憶する。
【００４３】
図６は、主軸４の回転角度θｉと曲率半径ρｉとの関係を表わすグラフである。同図より明らかなように、主軸４の回転に伴い、被加工物Ｗａに対する砥石１２の曲率半径ρｉは大きく変化する。
【００４４】
次に、主軸回転の制御データとするべく主軸回転角度θｉに対する主軸回転速度ωｉの算出が行われる。まず、ステップＳ８において、基礎円部分２３ａの基準主軸回転速度ω０が設定される。この基準主軸回転速度ω０はカム２３の基礎円部分２３ａが砥石１２に接触している時の主軸回転速度であり、最初は予め設定されているこの基準主軸回転速度ω０が用いられる。そして、ステップＳ９において、図４（ｂ）に示すように、ＮＣ装置１８は、主軸４の回転速度ωｉが前記算出された曲率半径ρｉの値に応じて変化するように、その主軸回転速度ωｉを主軸４の単位回転角度毎に算出して、ＲＡＭ２１に記憶する。
【００４５】
具体的には、ＮＣ装置１８は、下記の式（１）を用いて主軸４の回転速度ωｉを算出する。
【００４６】
ωｉ＝Ｋ１×ω０×（ρ０／ρｉ）…（１）
ここで、ρ０はカム２３の基礎円部分２３ａにおける半径である。Ｋ１は装置固有の補正係数であり、各装置毎に予め設定されている。
【００４７】
図６および図１８に示すように、カム２３の突出部分２３ｂにおいては、前述のように曲率半径ρｉが変化する。従って、カム２３の基礎円部分２３ａが砥石１２に接触しているときの主軸回転速度ω０を基準の回転速度としたとき、主軸４の回転速度ωｉが、その基準回転速度ω０に対して前記曲率半径ρｉに反比例して変化するように、主軸回転速度ωｉを前記式（１）に従って主軸４の単位回転角度毎に算出する。言い換えれば、主軸回転速度ωｉは１／ρｉに比例して変化するように設定される。その結果、主軸回転速度ωｉは、曲率半径ρｉが大きくなるに従って小さく設定され、曲率半径ρｉが小さくなるに従って大きく設定される。
【００４８】
図７は、基準主軸回転速度ω０を例えば５５ｒｐｍに設定した場合において、上記式（１）より算出されたデータに基づいて主軸回転角度θｉと主軸回転速度ωｉの関係を表したグラフである。
【００４９】
そして、このグラフに示した主軸回転速度ωｉを研削加工時の主軸回転制御データとして用いた場合、この制御データに基づいて主軸４が回転制御され、この主軸４の回転に追従してプロフィールデータＸｉをもとにして、砥石台８が移動制御される。移動用モータ９には、通常、その性能に応じて移動加速度αの最大限を示す規定値αａが予め設定されている。この規定値αａを越えないように運転するために、算出された制御データに対し、砥石台８の移動加速度αを考慮する必要がある。
【００５０】
このためＮＣ装置は、ステップＳ１０ないしステップＳ１２によって、時間ｔの変化に対する砥石台移動加速度αの算出を行う。ステップＳ１０において、ステップＳ９で算出された主軸回転角度θｉに対する主軸回転速度ωｉとステップＳ５で算出されたプロフィールデータＸｉとに基づいて、時間ｔの変化に対する砥石台位置Ｘを算出する。図８はこの算出されたデータに基づいて時間ｔと砥石台位置Ｘの関係を表わしたグラフである。次に、ステップＳ１１において、上記砥石台位置Ｘのデータより砥石台移動速度ｖを算出する。図９はこの算出されたデータに基づいて時間ｔと砥石台移動速度ｖの関係を表わしたグラフである。さらに、ステップＳ１２において、上記砥石台移動速度ｖのデータより砥石台移動加速度αを算出する。図１０はこの算出されたデータに基づいて時間ｔと砥石台移動加速度αの変化を表わしたグラフである。
【００５１】
そして、この砥石台移動加速度αに対しステップＳ１３において、規定値αａとの比較がなされる。図１０に示すようにカム２３の突出部分２３ｂにおける２箇所のリフト部分２３ｃ、２３ｄに対応して加速度αの特に高い部分が見られる。この点の最高値αｈが規定値αａ以内にあるか否かが判定される、図１０においては明らかに規定値αａを越えており、このような場合、ステップＳ１４において、ステップＳ８で設定された基準主軸回転速度ω０に対しその値を小さくするように修正する。修正量△ω０は予め設定された所定量ずつ行う。或いは、演算により最高値αｈと規定値αａとの差に応じた修正量△ω０を求めることも可能である。この修正によって、再びステップＳ８ないしＳ１３を繰り返す。
【００５２】
ステップＳ８では、ステップＳ１４にて修正された後の基準主軸回転速度ω０が設定され、ステップＳ９によって同様にして主軸回転速度ωｉの算出が行われる。図１１は、図７に対し基準主軸回転速度ω０を例えば４０ｒｐｍに修正したときの主軸回転角度θｉと主軸回転速度ωｉとの関係を表わしたグラフである。
【００５３】
さらに、ステップＳ１０ないしステップＳ１２によって、同様にして砥石移動加速度αの算出が行われる。その結果、時間ｔと砥石台移動加速度αとの関係を表わしたグラフが図１２である。
【００５４】
そして、ステップＳ１３にて規定値αａと比較され、図１２で明らかなように、砥石台移動加速度αの最高値αｈは規定値αａ以内に下がっており、ここで規定値αａ以内であると判定される。この判定により、ステップＳ１５において、主軸回転の制御データが決定される。すなわち、直前のステップＳ８およびステップＳ９にて設定および算出された最新の基準主軸回転速度ω０および主軸回転角度θｉに対する主軸回転速度ωｉが主軸回転制御データとして決定され、ＲＡＭ２１に記憶される。
【００５５】
すなわち、上記ステップＳ６が第１の算出手段に相当し、ステップＳ７、Ｓ８、Ｓ９が第２の算出手段に相当し、ステップＳ１０が第３の算出手段に相当し、ステップＳ１１、Ｓ１２が第４の算出手段に相当し、ステップＳ１３が判定手段に相当し、ステップＳ１４が基準主軸回転速度修正手段に相当し、そして、ステップＳ１５が主軸回転制御データ決定手段に相当している。
【００５６】
こうして設定された主軸回転制御データω０、ωｉとプロフィールデータＸｉとに基づいて、被加工物Ｗａの研削加工が行われる。
【００５７】
研削加工時、ＮＣ装置１８は前記各エンコーダ７，１１からの検出信号に基づいて、主軸４の回転角度θに対する回転速度ωを演算するとともに、砥石台８のＸ方向における移動位置Ｘ等を演算する。そして、制御手段としてのＮＣ装置１８は、これら演算結果、前記設定した主軸回転速度ωｉおよびプロフィールデータＸｉに基づき、主軸用モータ５および移動用モータ９を回転制御して、主軸４をその回転角度θｉに応じた速度で回転させるとともに、その主軸４の回転角度θｉに応じて砥石台８をＸ方向へ移動させる。また、ＮＣ装置１８は、前記ワーク支持台１のＺ方向への移動制御を行って、所定の被加工物Ｗａを砥石１２と対向配置させる。これらの結果、所定の被加工物Ｗａがリフトデータｒ（Ａｉ）に対応した非真円形状に研削されて、図３に２点鎖線で示すようなカム２３が形成される。
【００５８】
さて、上記のように構成されたカム研削盤においては、被加工物Ｗａに対応するリフトデータｒ（Ａｉ）に基づいて、被加工物角度Ａｉに対する曲率半径ρ（Ａｉ）が算出され、これより、主軸４の回転角度θｉに対する曲率半径ρｉが算出される。そして、主軸４の回転速度ωｉが前記算出された曲率半径ρｉの値に応じて変化するように、その主軸回転速度ωｉが主軸４の単位回転角度毎に設定される。そして、研削加工時には、主軸用モータ５が前記設定された主軸回転速度ωｉに基づいて主軸４の単位回転角度毎に回転制御される。
【００５９】
すなわち、カム２３は非真円形状をなしているため、被加工物Ｗａの回転に伴って、前記曲率半径ρｉ、言い換えれば加工部分で発生する摩擦抵抗が変化する。そして、曲率半径ρｉ（摩擦抵抗）が大きくなると、被加工物Ｗａに与える熱的影響が大きくなる。しかし、このような場合には、主軸４の回転速度ωｉが遅くなるように主軸用モータ５が回転制御され、加工負荷が抑制される。一方、曲率半径ρｉ（摩擦抵抗）が小さくなると、主軸４の回転速度ωｉが速くなるように主軸用モータ５が回転制御される。
【００６０】
その結果、この実施の形態では次のような効果を奏する。
【００６１】
（１）被加工物Ｗａの回転に伴って曲率半径ρｉが変化したとしても、加工部分で発生する摩擦抵抗が均一化され、研削焼けや研削割れなどの熱的損傷を与えることなく、高品位な仕上げ面を得ることが可能となる。
【００６２】
（２）前記曲率半径ρｉの変化に伴い、砥石１２に対する回転抵抗も比例して変化する。しかし、この場合も、前述のように曲率半径ρｉの変化に応じて主軸４の回転速度ωｉが変化するように主軸用モータ５が回転制御されるので、砥石１２を回転させるための砥石用モータ１４に対する負荷の変動が抑制され、砥石１２が微振動を発生することなくスムーズに回転して、高精度な加工が可能となる。
【００６３】
（３）この実施の形態では、曲率半径ρｉが主軸４の単位回転角度毎に算出されるとともに、それらに基づき、主軸４の回転速度ωｉが主軸４の単位回転角度毎に予め設定される。そして、研削加工時には、主軸用モータ５が前記設定された主軸回転速度ωｉに基づいて主軸４の単位回転角度毎に回転制御される。このように、主軸４の回転速度ωｉを研削加工前に予め設定しておくことにより、主軸用モータ５をスムーズに制御できる。また、主軸用モータ５を主軸４の単位回転角度毎に正確かつ確実に制御できる。
【００６４】
（４）さらに、上記のように算出された主軸回転速度ωｉに対し、これに追従する砥石台８の移動加速度αが算出され、この加速度αが規定値αａ以内になるように、基準主軸回転速度ω０を修正することにより、これに基づいて主軸回転角度θｉに対する主軸回転速度ωｉを修正するようにしたため、砥石台８の移動用モータに無理をかけることのない、スムーズな運転が可能となり、その結果、加工精度の向上を実現できる。
【００６５】
（第２実施形態）
次に本発明を具体化した第２実施形態を図１３および図１４に基づいて説明する。
【００６６】
この第２実施形態は、図１４のフローチャートに示すように、ステップＳ１〜ステップＳ６およびステップＳ１０〜ステップＳ１５については前記第１実施形態と同様な手順で行なわれるが、ステップＳ６とステップＳ１０との間における主軸回転角度θｉに対する主軸回転速度ωｉの算出の手順が前記第１実施形態とは異なっている。
【００６７】
すなわち、ステップＳ６までに、図１３（ａ）に示すように、被加工物Ｗａの角度Ａｉに対応してリフトデータｒ（Ａｉ）および曲率半径ρ（Ａｉ）がＲＡＭ２１に設定された後、ＮＣ装置１８は、ステップＳ８において基礎円部分２３ａの基準主軸回転速度ω０が設定されると、次にステップＳ１６において、上記基準主軸回転速度ω０に基づいて、曲率半径ρ（Ａｉ）の値に応じて変化する主軸回転速度ω（Ａｉ）を、下記の式（２）に従って求める。
【００６８】
ω（Ａｉ）＝Ｋ１×ω０×（ρ０／ρ（Ａｉ））…（２）
上記式（２）に従って算出された主軸回転速度ω（Ａｉ）は、被加工物角度Ａｉに対応しており、すなわち等角度毎ではない主軸回転角度θ（Ａｉ）に対応するものである。そのため、次に、ステップＳ９において、上記主軸回転角度θ（Ａｉ）に対応する主軸回転速度ω（Ａｉ）を、図１３（ｂ）に示すように、等角度毎の主軸回転角度θｉに対応する主軸回転速度ωｉに変換する。すなわち、主軸回転角度θ（Ａｉ）およびそれに対応する主軸回転速度ω（Ａｉ）に基づいて、所定の補間式を用いた補間演算（例えばスプライン補間演算）により、等角度毎の主軸回転角度θｉに対応する主軸回転速度ωｉを算出する。
【００６９】
この実施形態では、上記ステップＳ６が第１の算出手段に相当し、ステップＳ８、Ｓ１６，Ｓ９が第２の算出手段に相当し、ステップＳ１０が第３の算出手段に相当し、ステップＳ１１、Ｓ１２が第４の算出手段に相当し、ステップＳ１３が判定手段に相当し、ステップＳ１４が基準主軸回転速度修正手段に相当し、そしてステップＳ１５が主軸回転制御データ決定手段に相当する。
【００７０】
このようにしても、前記実施の形態と同様に、制御手段としてのＮＣ装置１８は、主軸４の回転速度ωｉが曲率半径ρｉに応じて変化するように、主軸用モータ５を主軸４の単位回転角度毎に制御できる。その他の作用効果は、前記第１実施態様と同様である。
【００７１】
（第３実施形態）
次に、本発明を具体化した第３実施形態を図１５〜図１７に基づいて説明する。
【００７２】
この第３実施形態は、図１５のフローチャートに示すように、ステップＳ１〜ステップＳ９までは前述した第１実施形態と同様であるので、その説明は省略する。第３実施形態では、ステップＳ９にて、曲率半径ρｉに応じて変化する主軸回転速度ωｉが算出された後における主軸回転制御データ決定の方法が第１実施形態と異なっている。
【００７３】
すなわち、ステップＳ９で主軸回転角度θｉに対する主軸回転速度ωｉが算出された後、ステップＳ１７において、上記算出された主軸回転速度ωｉに基づいて主軸回転角度θｉに対する主軸単位回転角度間の回転速度変化量ｄω／ｄθを算出する。図１６はステップＳ９の算出結果に基づいて主軸回転角度θｉと主軸回転速度ωｉとの関係を表わしたグラフであり、図１７はこの主軸回転速度ωｉの算出データに基づいてステップＳ１７にて算出された主軸回転角度θｉと主軸単位回転角度間の主軸回転速度変化量ｄω／ｄθとの関係を表わしたグラフである。
【００７４】
こうして主軸回転速度変化量ｄω／ｄθが算出されると、次にステップＳ１８において、この速度変化量ｄω／ｄθが規定範囲内か否かが判定される。図１７に示すようにカム２３の両リフト部分２３ｃ，２３ｄの始点付近と終点付近において特に速度変化量ｄω／ｄθが大きく変化する角度位置θａ、θｂ、θｃ、θｄがある。
【００７５】
このような速度変化量ｄω／ｄθをもつ主軸回転速度ωｉのデータを主軸回転制御データとして研削加工を行ったとき、例えば主軸４の回転に僅かでも速度の時間ずれが生じた場合すなわち角度ずれが生じた場合には、被加工物Ｗａの研削点Ｑｉに対し適応する回転速度ωｉとは全く相反した回転速度で研削が行われてしまうため、その位置で異常加工が起こる可能性がある。このような事態を防止するために、ステップＳ１８、Ｓ１９を設けている。
【００７６】
ステップＳ１８において、回転速度変化量ｄω／ｄθが規定範囲Ｅを越えているか否かが判定される。図１７においては明らかに規定範囲Ｅを越えたものがあり、このような場合、ステップＳ１９において、ステップＳ９で算出された主軸回転速度ωｉのデータに対し、主にリフト部分２３ｃ、２３ｄについて修正を行う。この修正は図１６で実線で示す算出値のうちの各最小回転速度ωＬ１、ωＬ２に合わせて同図二点鎖線で示すように角度θ方向に各最小回転速度ωＬ１、ωＬ２の幅をそれぞれ広げるようにデータ修正する。この方法は、単に予め設定された所定幅に修正してもよいが、ここでは速度変化量ｄω／ｄθが規定範囲Ｅを越えた箇所の角度位置θａ、θｂを修正の始点或いは終点に決めて最小回転速度の線を延設するように修正を行う。このように修正することにより、理論計算に基づく主軸回転速度ωｉの変化量ｄω／ｄθが大きい部分でのデータが低く設定されるので、良好な加工ができる。
【００７７】
ステップＳ２０において、上記修正された主軸回転角度θｉに対する主軸回転速度ωｉと上記基準主軸回転速度ω０とを主軸回転制御データとして決定し、もしくはステップＳ１８での判定の結果、回転速度変化量ｄω／ｄθが規定範囲Ｅ以内のときには上記ステップＳ９で算出された主軸回転角度θｉに対する主軸回転速度ωｉと上記基準主軸回転速度ωｉとを主軸回転制御データとして決定し、ＲＡＭ２１に記憶する。
【００７８】
すなわち、上記ステップＳ６が第１の算出手段に相当し、ステップＳ７、Ｓ８、Ｓ９が第３の算出手段に相当し、ステップＳ１７が回転速度変化量算出手段に相当し、ステップＳ１８が判定手段に相当し、ステップＳ１９が主軸回転速度修正手段に相当し、そしてステップＳ２０が主軸回転制御データ決定手段に相当する。
【００７９】
そして、研削加工時には、制御手段としてのＮＣ装置１８により、上記設定された主軸回転制御データω０、ωｉとプロフィールデータＸｉに基づいて主軸用モータ５および砥石台８の移動用モータ９が制御される。
【００８０】
このように、主軸４の回転速度ωｉが被加工物Ｗａと砥石１２との曲率半径ρｉに応じて変化するように、かつこれに伴う単位回転角度間の回転速度変化量ｄω／ｄθが大きい部分でのデータが低くなるように主軸回転速度ωｉが設定される。
【００８１】
その結果、この実施の形態では次のような効果を奏する。
【００８２】
（１）被加工物Ｗａの回転に伴って曲率半径ρｉが変化したとしても、加工部分で発生する摩擦抵抗が均一化され、研削焼けや研削割れなどの熱的損傷をあたえることなく、高品位な仕上げ面を得ることができる。
【００８３】
（２）前記曲率半径ρｉの変化に伴い、砥石１２に対する回転抵抗も比例して変化する。しかし、この場合も、前述のように曲率半径ρｉの変化に応じて主軸４の回転速度ωｉが変化するように主軸用モータ５が回転制御されるので、砥石１２を回転させるための砥石用モータ１４に対する負荷の変動が抑制され、砥石１２が微振動を発生することなくスムーズに回転して、高精度な加工が可能となる。
【００８４】
（３）この実施の形態では、曲率半径ρｉが主軸４の単位回転角度毎に算出されるとともに、それらに基づき、主軸４の回転速度ρｉが主軸４の単位回転角度毎に予め設定される。そして、研削加工時には、主軸用モータ５が前記設定された主軸回転速度ωｉに基づき主軸４の単位回転角度毎に回転制御される。このように、主軸４の回転速度ωｉを研削加工前に予め設定しておくことにより、主軸用モータ５をスムーズに制御できる。また、主軸用モータ５を主軸４の単位回転角度毎に正確かつ確実に制御できる。
【００８５】
（４）この実施形態で設定された回転制御データω０、ωｉに基づいて主軸回転が制御されるとき、多少の速度の時間ずれがあったとしても、異常加工を回避することができ、円滑かつ良好な研削加工を行うことができる。
【００８６】
（５）また、リフト部分２３ｃ、２３ｄにおいて回転速度変化量ｄω／ｄθが規定範囲Ｅを越えている角度位置を修正開始点または修正終点として主軸回転速度ωｉを修正することにより、適正な角度位置でデータ修正が行え、これにより、微小な速度変更があっても良好な加工が行える。
【００８７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、次のような優れた効果を奏する。
【００８８】
請求項１の発明によれば、主軸の回転速度が、被加工物の曲率半径に応じて変化するように、回転手段が制御されるので、研削加工時における摩擦抵抗の増大を制御して、加工品位の低下を防ぐことができるという優れた効果を奏する。また、回転手段をスムーズに制御できるとともに、主軸の単位回転角度毎に正確かつ確実に制御できる。
【００９１】
しかも、主軸の回転に追従するように回転砥石の移動手段の能力を越えない範囲で主軸の回転速度を適正に設定することにより、回転手段および移動手段をスムーズに制御できる。
【００９２】
請求項２の発明によれば、主軸回転速度ωを、曲率半径ρが大きくなるのに従って遅くでき、曲率半径ρが小さくなるのに従って速くできる。
【００９３】
請求項３の発明によれば、曲率半径を主軸回転角度に対応するデータに変換したのち、このデータをもとに主軸回転角度に対する主軸回転速度を算出するため、算出を容易に行うことができる。
【００９４】
請求項４の発明によれば、被加工物角度に対する主軸回転速度を算出したのち、この主軸回転速度を主軸回転角度に対応するデータに変換するため、算出を容易に行うことができる。
【００９５】
請求項５の発明によれば、基準主軸回転速度の修正量を回転砥石の移動加速度の最高値と規定値との差に応じて算出し、適正な修正量が与えられるため、基準回転速度の修正および回転速度の算出が短時間でできる。
【００９６】
請求項６の発明によれば、主軸の回転速度が、被加工物の曲率半径に応じて変化するように、回転手段が制御されるので、研削加工時における摩擦抵抗の増大を抑制して、加工品位の低下を防ぐことができるという優れた効果を奏する。また、回転手段をスムーズに制御できるとともに、主軸の単位回転角度毎に正確かつ確実に制御できる。
【００９７】
しかも、特に回転速度の急激に変化する角度にあるリフト部分に対し最小回転速度が与えられる角度幅を広げるように主軸回転速度を修正を行うため、主軸の回転速度がこの回転速度制御データによって制御されるときには、多少の速度の時間ずれがあったとしても異常加工が生じるのを防ぐことができる。
【００９８】
請求項７の発明によれば、主軸回転速度ωを、曲率半径ρが大きくなるのに従って遅くでき、曲率半径ρが小さくなるのに従って速くできる。
【００９９】
請求項８の発明によれば、主軸回転速度修正手段は、リフト部分において回転速度変化量が規定範囲を越えている角度を修正開始点または修正終点として主軸回転速度を修正するため、適正な角度位置でデータ修正を行うことができ、これにより、微小な速度変更があったとしても良好な加工を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関わる非真円体の研削装置の一実施形態を示す本発明を具体化した研削盤の一部を破断した側面図である。
【図２】図１に示した研削盤の平面図である。
【図３】被加工物Ｗａに対する研削状態を説明するための概略図である。
【図４】第１実施形態を示し、（ａ）は被加工物Ｗａの角度Ａｉに対応するリフトデータｒ（Ａｉ），曲率半径ρ（Ａｉ）および主軸回転角度θ（Ａｉ）を示す説明図、（ｂ）は等角度毎の主軸回転角度θｉに対応する距離ｒｉ，プロフィールデータＸｉ，曲率半径ρｉおよび主軸回転速度θｉを示す説明図である。
【図５】主軸回転制御データ決定までの手順を示す第１実施形態のフローチャートである。
【図６】主軸回転角度θｉと曲率半径ρｉとの関係を示すグラフである。
【図７】主軸回転角度θｉと曲率半径ρｉに対応した主軸回転速度ωｉとの関係を示すグラフである。
【図８】時間ｔと砥石台位置Ｘとの関係を示すグラフである。
【図９】時間ｔと砥石台移動速度ｖとの関係を示すグラフである。
【図１０】時間ｔと砥石台移動加速度αとの関係を示すグラフである。
【図１１】修正後の主軸回転角度θｉと主軸回転速度ωｉとの関係を示すグラフである。
【図１２】修正後の主軸回転速度ωｉに基づく時間ｔと砥石台移動加速度αとの関係を示すグラフである。
【図１３】第２実施形態を示し、（ａ）は被加工物Ｗａの角度Ａｉに対応するリフトデータｒ（Ａｉ），曲率半径ρ（Ａｉ），主軸回転速度ω（Ａｉ）および主軸回転角度θ（Ａｉ）を示す説明図、（ｂ）は等角度毎の主軸回転角度θｉに対応する距離ｒｉ，プロフィールデータＸｉおよび主軸回転速度ωｉを示す説明図である。
【図１４】主軸回転制御データ決定までの手順を示す第２実施形態のフローチャートである。
【図１５】主軸回転制御データ決定までの手順を示す第３実施形態のフローチャートである。
【図１６】第３実施形態を説明するための主軸回転角度θｉと曲率半径ρｉに対応した主軸回転速度ωｉとの関係を示すグラフである。
【図１７】第３実施形態を説明するための主軸回転角度θｉと主軸単位回転角度間の主軸回転速度変化量ｄω／ｄθとの関係を示すグラフである。
【図１８】被加工物Ｗａに対する研削状態を説明するための概略図である。
【符号の説明】
４ 主軸
５ 主軸用モータ（回転手段）
８ 砥石台
９ 移動用モータ（移動手段）
１０ ボールスクリュー（移動手段）
１２ 回転砥石
１４ 砥石用モータ
１８ 第１の算出手段，第２の算出手段，第３の算出手段，第４の算出手段，判定手段，回転速度修正手段，主軸回転制御データ決定手段および制御手段等を含むＮＣ装置
２３ カム
Ｗａ 被加工物
Ｏ 回転中心
θｉ 主軸回転角度
ρｉ 曲率半径
Ｑｉ 研削点
ｒｉ 回転中心と研削点との間の距離
ω０ 基準主軸回転速度
ωｉ 主軸回転速度
ｘ 砥石台移動位置
α 砥石台移動加速度
αａ 規定値
△ω０ 修正量
ｄω／ｄθ 主軸回転速度変化量
Ｅ 規定範囲
【発明の属する技術分野】
本発明は、カム等の非真円形状をなす被加工物を回転させながら、その外周面を回転砥石によって研削加工する非真円体の研削装置に係わり、特に被加工物を装着した主軸の回転速度を制御するための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被加工物を装着した主軸を回転させながら、その主軸と直交する方向へ回転砥石を相対移動させて、被加工物の外周を非真円形状に研削する装置としては、例えば車両用エンジンにおけるカムを研削するためのカム研削盤が知られている。
【０００３】
この種のカム研削盤においては、主軸の回転角度と回転砥石の移動位置との関係を設定したプロフィールデータが、予め数値制御装置（以下、ＮＣ装置という）に制御データとして記憶されている。そして、そのプロフィールデータに基づいて、ＮＣ装置により主軸の回転角度に応じて回転砥石の移動位置が制御されることにより、被加工物が予め設定された所定の切り込み量で研削されて、非真円体としてのカムが形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１８に示すように、被加工物Ｗａを回転砥石１２により所定の切り込み量△Ｈで研削する場合には、被加工物Ｗａ及び回転砥石１２に研削抵抗が作用する。ところが、カムは非真円形状をなしているため、被加工物Ｗａの回転に伴って、その被加工物Ｗａの曲率半径ρｉが変化する。この研削加工時における曲率半径ρｉの変化は、前記研削抵抗のうちの摩擦抵抗の変化となって表れる。そして、この曲率半径ρｉが大きい部分では摩擦抵抗が大きくなるため、被加工物Ｗａの仕上げ面に熱的損傷を与え、研削焼けや研削割れが発生して加工品位の低下を招くという問題があった。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は上記問題点を解消するためになされたものであって、その目的は、研削加工時における摩擦抵抗の増大を抑制して、加工品位の低下を防ぐことができる非真円体の研削装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明では、被加工物を装着した主軸を回転させる回転手段と、被加工物の外周面を研削する回転砥石を前記主軸に対して交差する方向へ相対移動させる移動手段とを備え、主軸を回転させながら、主軸の回転角度と回転砥石の移動位置との関係を設定した制御データに基づいて移動手段を制御して、被加工物を所定の非真円形状に研削する非真円体の研削装置において、被加工物の形状データに基づいて、被加工物角度に対する被加工物の曲率半径を算出する第１の算出手段と、非真円形状の基礎円部分に対応して予め設定された基準主軸回転速度と上記算出された曲率半径とに基づいて主軸回転角度に対する主軸回転速度を算出する第２の算出手段と、上記算出された主軸回転速度と上記制御データとに基づいて時間変化に対する回転砥石の移動位置を算出する第３の算出手段と、上記算出された移動位置に基づいて時間変化に対する回転砥石の移動加速度を算出する第４の算出手段と、上記算出された移動加速度が予め設定された規定値以内か否かを判定する判定手段と、上記判定の結果に基づいて、移動加速度に規定値を越えたものがあるときには上記基準回転速度を下げるように修正し、再び第２の算出手段ないし第４の算出手段に算出を行わせる基準主軸回転速度修正手段と、上記判定の結果に基づいて移動加速度が規定値以内のときには最新の基準主軸回転速度とこれに基づく最新の主軸回転角度に対する主軸回転速度とを主軸回転制御データとして決定する主軸回転制御データ決定手段と、研削加工時には上記決定された主軸回転制御データに基づいて上記回転手段を制御する制御手段とを備え、主軸の回転速度が被加工物の曲率半径に応じて変化するように、かつこれに伴う回転砥石の移動加速度が規定値以内になるように主軸の回転速度を設定する構成としている。
【０００９】
請求項２の発明では、請求項１において、被加工物角度に対する被加工物の曲率半径をρとし、主軸回転速度をωとしたときに、制御手段は主軸回転速度ωが１／ρに比例して変化するように回転手段を制御する構成としている。
【００１０】
請求項３の発明では、請求項１または２において、上記第２の算出手段は、第１の算出手段による算出結果から主軸回転角度に対する曲率半径を算出する手段を有する構成としている。
【００１１】
請求項４の発明では、請求項１または２において、上記第２の算出手段は、第１の算出手段による算出結果から被加工物角度に対する主軸回転速度を算出する手段を有する構成としている。
【００１２】
請求項５の発明では、請求項１ないし４のいずれかにおいて、上記基準主軸回転速度修正手段は、基準主軸回転速度の修正量を回転砥石の移動加速度の最高値と上記規定値との差に応じて算出する手段を有する構成としている。
【００１３】
請求項６の発明では、被加工物を装着した主軸を回転させる回転手段と、被加工物の外周面を研削する回転砥石を前記主軸に対して交差する方向へ相対移動させる移動手段とを備え、主軸を回転させながら、主軸の回転角度と回転砥石の移動位置との関係を設定した制御データに基づいて移動手段を制御して、被加工物を所定の非真円形状に研削する非真円体の研削装置において、被加工物の形状データに基づいて、被加工物角度に対する被加工物の曲率半径を算出する第１の算出手段と、非真円形状の基礎円部分に対応して予め設定された基準主軸回転速度と上記算出された曲率半径とに基づいて主軸回転角度に対する主軸回転速度を算出する第２の算出手段と、上記算出された主軸回転速度に基づいて主軸回転角度に対する主軸単位回転角度間の回転速度変化量を算出する回転速度変化量算出手段と、上記算出された回転速度変化量が予め設定された規定範囲内か否かを判定する判定手段と、上記判定の結果に基づいて回転速度変化量に規定範囲を越えたものがあるときには上記第２の算出手段による主軸回転速度に対して非真円形状のリフト部分における最小回転速度幅を広げるように主軸回転速度を修正する主軸回転速度修正手段と、上記修正された主軸回転角度に対する主軸回転速度と上記基準主軸回転速度とを主軸回転制御データとして決定し、もしくは上記判定の結果に基づいて回転速度変化量が規定範囲内のときには上記第２の算出手段による主軸回転角度に対する主軸回転速度と上記基準主軸回転速度とを主軸回転制御データとして決定する主軸回転制御データ決定手段と、研削加工時には上記決定された主軸回転制御データに基づいて上記回転手段を制御する制御手段とを備え、主軸の回転速度が被加工物の曲率半径に応じて変化するように、かつこれに伴う単位回転角度間の回転速度変化量が大きい部分でのデータが低くなるように主軸回転速度を設定する構成としている。
【００１４】
請求項７の発明では、請求項６において、被加工物角度に対する被加工物の曲率半径をρとし、主軸回転速度をωとしたときに、制御手段は主軸回転速度ωが１／ρに比例して変化するように回転手段を制御する構成としている。
【００１５】
請求項８の発明では、請求項６または７において、上記主軸回転速度修正手段は、リフト部分において回転速度変化量が規定範囲を越えている角度を修正開始点または修正終点として主軸回転速度を修正する構成としている。
【００１６】
【発明の作用】
従って、請求項１の発明によれば、第１の算出手段により、被加工物の曲率半径が算出される。そして、第２の算出手段により、上記算出された曲率半径に基づいて主軸の回転角度に対する主軸回転速度が算出される。すなわち、曲率半径が大きくなると、加工部分で発生する摩擦抵抗が大きくなる。従って、このような場合には、主軸の回転速度を遅くして、摩擦抵抗の増大を抑制する。一方、曲率半径が小さいと、加工部分で発生する摩擦抵抗が小さくなるので、このような場合には、主軸の回転速度を速くする。その結果、被加工物の回転に伴って曲率半径が変化したとしても、被加工物に対する熱的影響が均一化され、仕上げ面の高品位化が実現することとなる。
【００１９】
しかも、こうして得られた主軸回転速度から第３の算出手段により、時間変化に対する回転砥石の移動位置を求め、第４の算出手段により、回転砥石の移動加速度が算出され、この算出の結果、判定手段により、移動加速度が規定値を越えていた場合には、基準主軸回転速度修正手段により、主軸回転速度算出の基準となる基準主軸回転速度が修正され、第２、第３、第４の算出手段を経て、判定手段により規定値以内と判定されたときに、主軸回転制御データ決定手段により、最新の基準主軸回転速度およびこれに基づく主軸回転角度に対する主軸回転速度が主軸回転制御データとして決定される。そして、研削加工時には、この決定された主軸回転制御データに基づいて回転手段が制御される。
【００２０】
このように、主軸の回転に追従するように回転砥石の移動手段の能力を越えない範囲で主軸の回転速度を適正に設定することにより、回転手段および移動手段のスムーズな制御がなされることとなる。
【００２１】
請求項２の発明によれば、ωは１／ρに比例して変化する。言い換えれば主軸回転速度ωは、曲率半径ρが大きくなるのに従って遅くなり、曲率半径ρが小さくなるのに従って速くなる。
【００２２】
請求項３の発明によれば、第２の算出手段は、第１の算出手段による算出結果から曲率半径を主軸回転角度に対応するデータに変換したのち、このデータをもとに主軸回転角度に対する主軸回転速度を算出するため、算出が容易になされる。
【００２３】
請求項４の発明によれば、第２の算出手段は、第１の算出手段による算出結果をもとに被加工物角度に対する主軸回転速度を算出したのち、この主軸回転速度を主軸回転角度に対応するデータに変換するため、算出が容易になされる。
【００２４】
請求項５の発明によれば、基準主軸回転速度修正手段は、基準主軸回転速度の修正量を回転砥石の移動加速度の最高値と規定値との差に応じて算出し、適正な修正量が与えられるため、基準主軸回転速度の修正および回転速度の算出が短時間でなされる。
【００２５】
請求項６の発明によれば、第１の算出手段により、被加工物の曲率半径が算出される。そして、第２の算出手段により、上記算出された曲率半径に基づいて主軸の回転角度に対する主軸回転速度が算出される。すなわち、曲率半径が大きくなると、加工部分で発生する摩擦抵抗が大きくなる。従って、このような場合には、主軸の回転速度を遅くして、摩擦抵抗の増大を抑制する。一方、曲率半径が小さいと、加工部分で発生する摩擦抵抗が小さくなるので、このような場合には、主軸の回転速度を速くする。その結果、被加工物の回転に伴って曲率半径が変化したとしても、被加工物に対する熱的影響が均一化され、仕上げ面の高品位化が図られることとなる。
【００２６】
しかも、こうして得られた主軸回転速度から第３の算出手段により、主軸回転角度に対する主軸単位回転角度間の回転速度変化量が算出され、この算出の結果、判定手段により、回転速度変化量が規定範囲を越えていた場合には、主軸回転速度修正手段により、第２の算出手段で算出された主軸回転角度に対する主軸回転速度に対してリフト部分の最小回転度幅を広げるように主軸回転速度が修正され、主軸回転制御データ決定手段により、修正後の主軸回転速度と基準主軸回転速度が主軸回転制御データとして決定される。もしくは、判定手段により規定範囲内と判定されたときに、主軸回転制御データ決定手段により、第２の算出手段により算出された主軸回転角度に対する主軸回転速度と基準主軸回転速度が主軸回転制御データとして決定される。そして、研削加工時には、この決定された主軸回転制御データに基づいて回転手段が制御される。
【００２７】
このように、特に主軸回転速度の変化量の大きい部分でのデータが低くなるように主軸回転速度が修正されるため、研削加工時、主軸の回転速度がこの回転速度制御データによって制御されるとき、多少の速度の時間ずれがあったとしても異常加工は回避されることになる。
【００２８】
請求項７の発明によれば、ωは１／ρに比例して変化する。言い換えれば、主軸回転速度ωは、曲率半径ρが大きくなるのに従って遅くなり、曲率半径ρが小さくなるのに従って速くなる。
【００２９】
請求項８の発明によれば、主軸回転速度修正手段は、リフト部分において回転速度変化量が規定範囲を越えている角度を修正開始点または修正終点として主軸回転速度を修正するため、適正な角度位置でデータ修正がなされ、これにより、微小な速度変更があったとしても良好な加工がなされる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を研削盤に具体化した第１実施形態を図１〜図１２に基づいて説明する。
【００３１】
図１の一部破断側面図および図２の平面図に示すように、ワーク支持台１は基台２の一方の側部上面に移動機構（図示省略）により水平方向（図２Ｚ方向）へ移動可能に支持されている。主軸台３はワーク支持台１の上面に配設され、カムシャフトＷの一端を着脱可能に支持するための主軸４及びその主軸４を回転させるための回転手段としてのサーボモータよりなる主軸用モータ５を備えている。また、カムシャフトＷにはカム形状の複数の被加工物Ｗａが軸線方向へ所定の間隔をおいて形成され、これらの被加工物Ｗａの外周面が被研削面Ｗｂとなっている。そして、被加工物Ｗａはその被研削面Ｗｂを研削されることにより、非真円体としてのカム２３として形成される。
【００３２】
ホルダ６は主軸４との間隔を調整自在にワーク支持台１の上面に配設され、前記カムシャフトＷが主軸４とこのホルダ６との間においてＺ方向へ延びるように回転可能にかつ着脱可能に支持される。そして、カムシャフトＷは、この支持状態で主軸用モータ５の駆動に伴い所定の方向へ回転する。エンコーダ７は主軸用モータ５に取り付けられ、このエンコーダ７からの検出信号が後述するＮＣ装置１８に入力される。
【００３３】
砥石台８は前記基台２上にカムシャフトＷの軸線と直交する水平方向（図２Ｘ方向）へ移動可能に支持されている。サーボモータよりなる移動用モータ９は基台２の他方の側部に取り付けられ、この移動用モータ９によりボールスクリュー１０が回転して、砥石台８をカムシャフトＷと接近又は離間する方向へ移動させる。本実施の形態では、移動用モータ９及びボールスクリュー１０等により、移動手段が構成されている。エンコーダ１１は移動用モータ９に取り付けられ、このエンコーダ１１からの検出信号が後述するＮＣ装置１８に入力される。回転砥石１２は、その研削面がカムシャフトＷと対向するように砥石台８の一端に支軸１３により回転可能に支持されている。砥石用モータ１４は砥石台８上に配設され、この砥石用モータ１４の出力をプーリ１５、１６及びベルト１７を介して砥石１２に伝達して一方向へ回転させる。
【００３４】
第１の算出手段、第２の算出手段、第３の算出手段、第４の算出手段、判定手段、基準主軸回転速度修正手段、主軸回転制御データ決定手段および制御手段を構成するＮＣ装置１８は、装置全体の動作を制御するためのものである。このＮＣ装置１８は、各種演算処理を行うＣＰＵ（中央処理装置）１９、装置全体の動作を制御するためのプログラム等を記憶したＲＯＭ（リードオンリーメモリ）２０、及び各種情報を一時的に記憶するＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２１を有している。
【００３５】
前記ＲＡＭ２１には、加工対象となる各種の被加工物Ｗａにそれぞれ対応して、仕上げ後の最終カム形状に基づくリフトデータが予め記憶されている。図３および図４（ａ）に示すように、このリフトデータは、最終的に得られるカム２３（図３に２点鎖線で示す）の回転中心Ｏから外周面までの半径方向における長さｒ（Ａｉ）を、被加工物Ｗａの単位角度毎に設定したものである。尚、被加工物Ｗａの角度Ａｉとは、被加工物Ｗａをその半径方向に沿って延びる直線によって単位角度毎に分割したときに、各半径方向線が０度を示す所定の半径方向線に対してなす角度を表すものである。そして、ここでは、図３に示すように、カム２３の基礎円部分２３ａ（半径方向における長さｒ（Ａｉ）が一定の部分）の中間位置をＰ１としたとき、その位置Ｐ１と被加工物Ｗａの回転中心Ｏとを結ぶ半径方向線が、０度（＝角度Ａ１）を示す半径方向線として設定されている。
【００３６】
すなわち、ＮＣ装置１８は、図５のフローチャートに示すように、ステップＳ１において、ワークの種類によってリフトデータｒ（Ａｉ）を決定し、ステップＳ２において、被加工物Ｗａに対する砥石１２の切り込み量△Ｈを決定する。切り込み量△Ｈとは、被加工物Ｗａが１回転するとき、砥石１２を被加工物Ｗａの外周面からどの程度の深さまで切り込ませるかを、被加工物Ｗａの外周面に接する接線と直交する方向に長さで表したものである。
【００３７】
さらに、ステップＳ３において、砥石１２の半径Ｒが決定されると、ＮＣ装置１８は、ステップＳ４において、被加工物Ｗａが各角度Ａｉの位置において砥石１２と接触するときの主軸回転角度θ（Ａｉ）を算出して、ＲＡＭ２１に記憶する。
【００３８】
つまり、図３に示すように、被加工物Ｗａに対する砥石１２の研削点Ｑｉが被加工物Ｗａの各角度Ａｉの位置と対応しているときの主軸回転角度θ（Ａｉ）を求める。この主軸回転角度θ（Ａｉ）は、研削点Ｑｉが被加工物Ｗａ上の前記位置Ｐ１と対応しているときの角度θ（Ａ１）を０度として設定してある。
【００３９】
被加工物Ｗａに対する砥石１２の研削点Ｑｉが、被加工物Ｗａの回転中心Ｏと砥石１２の回転中心Ｐｉとを結ぶ直線上に常に位置していれば、被加工物Ｗａの角度Ａｉとそれに対応する主軸回転角度θ（Ａｉ）とは常に同一の値となる。しかし、図３に示すように、非真円形状をなす被加工物Ｗａを所定の半径Ｒを有する砥石１２で研削する場合には、前記研削点Ｑｉが両回転中心Ｏ、Ｐｉを結ぶ直線に対して上下にシフトする。従って、被加工物Ｗａの角度Ａｉとそれに対応する主軸回転角度θ（Ａｉ）とは、常に同一の値にはならない。その結果、等角度毎に設定されている被加工物Ｗａの角度Ａｉに対して、主軸回転角度θ（Ａｉ）は等角度毎の値として算出されない。
【００４０】
この関係をもとにして、ＮＣ装置１８は、ステップＳ５において、主軸４の回転角度θｉと砥石１２の移動位置すなわち砥石台８の移動位置Ｘとの関係を設定した制御データとしてのプロフィールデータＸｉを算出し、ＲＡＭ２１に記憶する。図４（ｂ）に示すように、このプロフィールデータＸｉは、主軸４が１回転する間における砥石台８のＸ方向の移動位置Ｘを、主軸４の単位回転角度毎に設定したものである。
【００４１】
つまり、図４（ａ）における主軸回転角度θ（Ａｉ）に対応するリフトデータｒ（Ａｉ）を、図４（ｂ）に示すように、等角度毎の主軸回転角度θｉに対応する被加工物Ｗａの回転中心Ｏと研削点Ｑｉとの間の距離ｒｉに変換して、この距離ｒｉと砥石半径Ｒとに基づいて、プロフィールデータＸｉを算出する。
【００４２】
また、ＮＣ装置１８は、ステップＳ６において、リフトデータｒ（Ａｉ）に基づいて、被加工物Ｗａの研削点Ｑｉにおける曲率半径ρ（Ａｉ）を、被加工物Ｗａの角度Ａｉにそれぞれ対応して算出して，ＲＡＭ２１に記憶する。つまり、図３に示すように、研削点Ｑｉが被加工物Ｗａ上の各角度Ａｉの位置と対応しているときの曲率半径ρ（Ａｉ）を求める。続いて、ＮＣ装置１８は、ステップＳ７において、ステップＳ４にて算出された関係をもとにして、曲率半径ρ（Ａｉ）を、所定の補間式を用いた補間演算（例えばスプライン補間演算）により、等角度毎の主軸回転角度θｉに対応する曲率半径ρｉに変換し、ＲＡＭ２１に記憶する。
【００４３】
図６は、主軸４の回転角度θｉと曲率半径ρｉとの関係を表わすグラフである。同図より明らかなように、主軸４の回転に伴い、被加工物Ｗａに対する砥石１２の曲率半径ρｉは大きく変化する。
【００４４】
次に、主軸回転の制御データとするべく主軸回転角度θｉに対する主軸回転速度ωｉの算出が行われる。まず、ステップＳ８において、基礎円部分２３ａの基準主軸回転速度ω０が設定される。この基準主軸回転速度ω０はカム２３の基礎円部分２３ａが砥石１２に接触している時の主軸回転速度であり、最初は予め設定されているこの基準主軸回転速度ω０が用いられる。そして、ステップＳ９において、図４（ｂ）に示すように、ＮＣ装置１８は、主軸４の回転速度ωｉが前記算出された曲率半径ρｉの値に応じて変化するように、その主軸回転速度ωｉを主軸４の単位回転角度毎に算出して、ＲＡＭ２１に記憶する。
【００４５】
具体的には、ＮＣ装置１８は、下記の式（１）を用いて主軸４の回転速度ωｉを算出する。
【００４６】
ωｉ＝Ｋ１×ω０×（ρ０／ρｉ）…（１）
ここで、ρ０はカム２３の基礎円部分２３ａにおける半径である。Ｋ１は装置固有の補正係数であり、各装置毎に予め設定されている。
【００４７】
図６および図１８に示すように、カム２３の突出部分２３ｂにおいては、前述のように曲率半径ρｉが変化する。従って、カム２３の基礎円部分２３ａが砥石１２に接触しているときの主軸回転速度ω０を基準の回転速度としたとき、主軸４の回転速度ωｉが、その基準回転速度ω０に対して前記曲率半径ρｉに反比例して変化するように、主軸回転速度ωｉを前記式（１）に従って主軸４の単位回転角度毎に算出する。言い換えれば、主軸回転速度ωｉは１／ρｉに比例して変化するように設定される。その結果、主軸回転速度ωｉは、曲率半径ρｉが大きくなるに従って小さく設定され、曲率半径ρｉが小さくなるに従って大きく設定される。
【００４８】
図７は、基準主軸回転速度ω０を例えば５５ｒｐｍに設定した場合において、上記式（１）より算出されたデータに基づいて主軸回転角度θｉと主軸回転速度ωｉの関係を表したグラフである。
【００４９】
そして、このグラフに示した主軸回転速度ωｉを研削加工時の主軸回転制御データとして用いた場合、この制御データに基づいて主軸４が回転制御され、この主軸４の回転に追従してプロフィールデータＸｉをもとにして、砥石台８が移動制御される。移動用モータ９には、通常、その性能に応じて移動加速度αの最大限を示す規定値αａが予め設定されている。この規定値αａを越えないように運転するために、算出された制御データに対し、砥石台８の移動加速度αを考慮する必要がある。
【００５０】
このためＮＣ装置は、ステップＳ１０ないしステップＳ１２によって、時間ｔの変化に対する砥石台移動加速度αの算出を行う。ステップＳ１０において、ステップＳ９で算出された主軸回転角度θｉに対する主軸回転速度ωｉとステップＳ５で算出されたプロフィールデータＸｉとに基づいて、時間ｔの変化に対する砥石台位置Ｘを算出する。図８はこの算出されたデータに基づいて時間ｔと砥石台位置Ｘの関係を表わしたグラフである。次に、ステップＳ１１において、上記砥石台位置Ｘのデータより砥石台移動速度ｖを算出する。図９はこの算出されたデータに基づいて時間ｔと砥石台移動速度ｖの関係を表わしたグラフである。さらに、ステップＳ１２において、上記砥石台移動速度ｖのデータより砥石台移動加速度αを算出する。図１０はこの算出されたデータに基づいて時間ｔと砥石台移動加速度αの変化を表わしたグラフである。
【００５１】
そして、この砥石台移動加速度αに対しステップＳ１３において、規定値αａとの比較がなされる。図１０に示すようにカム２３の突出部分２３ｂにおける２箇所のリフト部分２３ｃ、２３ｄに対応して加速度αの特に高い部分が見られる。この点の最高値αｈが規定値αａ以内にあるか否かが判定される、図１０においては明らかに規定値αａを越えており、このような場合、ステップＳ１４において、ステップＳ８で設定された基準主軸回転速度ω０に対しその値を小さくするように修正する。修正量△ω０は予め設定された所定量ずつ行う。或いは、演算により最高値αｈと規定値αａとの差に応じた修正量△ω０を求めることも可能である。この修正によって、再びステップＳ８ないしＳ１３を繰り返す。
【００５２】
ステップＳ８では、ステップＳ１４にて修正された後の基準主軸回転速度ω０が設定され、ステップＳ９によって同様にして主軸回転速度ωｉの算出が行われる。図１１は、図７に対し基準主軸回転速度ω０を例えば４０ｒｐｍに修正したときの主軸回転角度θｉと主軸回転速度ωｉとの関係を表わしたグラフである。
【００５３】
さらに、ステップＳ１０ないしステップＳ１２によって、同様にして砥石移動加速度αの算出が行われる。その結果、時間ｔと砥石台移動加速度αとの関係を表わしたグラフが図１２である。
【００５４】
そして、ステップＳ１３にて規定値αａと比較され、図１２で明らかなように、砥石台移動加速度αの最高値αｈは規定値αａ以内に下がっており、ここで規定値αａ以内であると判定される。この判定により、ステップＳ１５において、主軸回転の制御データが決定される。すなわち、直前のステップＳ８およびステップＳ９にて設定および算出された最新の基準主軸回転速度ω０および主軸回転角度θｉに対する主軸回転速度ωｉが主軸回転制御データとして決定され、ＲＡＭ２１に記憶される。
【００５５】
すなわち、上記ステップＳ６が第１の算出手段に相当し、ステップＳ７、Ｓ８、Ｓ９が第２の算出手段に相当し、ステップＳ１０が第３の算出手段に相当し、ステップＳ１１、Ｓ１２が第４の算出手段に相当し、ステップＳ１３が判定手段に相当し、ステップＳ１４が基準主軸回転速度修正手段に相当し、そして、ステップＳ１５が主軸回転制御データ決定手段に相当している。
【００５６】
こうして設定された主軸回転制御データω０、ωｉとプロフィールデータＸｉとに基づいて、被加工物Ｗａの研削加工が行われる。
【００５７】
研削加工時、ＮＣ装置１８は前記各エンコーダ７，１１からの検出信号に基づいて、主軸４の回転角度θに対する回転速度ωを演算するとともに、砥石台８のＸ方向における移動位置Ｘ等を演算する。そして、制御手段としてのＮＣ装置１８は、これら演算結果、前記設定した主軸回転速度ωｉおよびプロフィールデータＸｉに基づき、主軸用モータ５および移動用モータ９を回転制御して、主軸４をその回転角度θｉに応じた速度で回転させるとともに、その主軸４の回転角度θｉに応じて砥石台８をＸ方向へ移動させる。また、ＮＣ装置１８は、前記ワーク支持台１のＺ方向への移動制御を行って、所定の被加工物Ｗａを砥石１２と対向配置させる。これらの結果、所定の被加工物Ｗａがリフトデータｒ（Ａｉ）に対応した非真円形状に研削されて、図３に２点鎖線で示すようなカム２３が形成される。
【００５８】
さて、上記のように構成されたカム研削盤においては、被加工物Ｗａに対応するリフトデータｒ（Ａｉ）に基づいて、被加工物角度Ａｉに対する曲率半径ρ（Ａｉ）が算出され、これより、主軸４の回転角度θｉに対する曲率半径ρｉが算出される。そして、主軸４の回転速度ωｉが前記算出された曲率半径ρｉの値に応じて変化するように、その主軸回転速度ωｉが主軸４の単位回転角度毎に設定される。そして、研削加工時には、主軸用モータ５が前記設定された主軸回転速度ωｉに基づいて主軸４の単位回転角度毎に回転制御される。
【００５９】
すなわち、カム２３は非真円形状をなしているため、被加工物Ｗａの回転に伴って、前記曲率半径ρｉ、言い換えれば加工部分で発生する摩擦抵抗が変化する。そして、曲率半径ρｉ（摩擦抵抗）が大きくなると、被加工物Ｗａに与える熱的影響が大きくなる。しかし、このような場合には、主軸４の回転速度ωｉが遅くなるように主軸用モータ５が回転制御され、加工負荷が抑制される。一方、曲率半径ρｉ（摩擦抵抗）が小さくなると、主軸４の回転速度ωｉが速くなるように主軸用モータ５が回転制御される。
【００６０】
その結果、この実施の形態では次のような効果を奏する。
【００６１】
（１）被加工物Ｗａの回転に伴って曲率半径ρｉが変化したとしても、加工部分で発生する摩擦抵抗が均一化され、研削焼けや研削割れなどの熱的損傷を与えることなく、高品位な仕上げ面を得ることが可能となる。
【００６２】
（２）前記曲率半径ρｉの変化に伴い、砥石１２に対する回転抵抗も比例して変化する。しかし、この場合も、前述のように曲率半径ρｉの変化に応じて主軸４の回転速度ωｉが変化するように主軸用モータ５が回転制御されるので、砥石１２を回転させるための砥石用モータ１４に対する負荷の変動が抑制され、砥石１２が微振動を発生することなくスムーズに回転して、高精度な加工が可能となる。
【００６３】
（３）この実施の形態では、曲率半径ρｉが主軸４の単位回転角度毎に算出されるとともに、それらに基づき、主軸４の回転速度ωｉが主軸４の単位回転角度毎に予め設定される。そして、研削加工時には、主軸用モータ５が前記設定された主軸回転速度ωｉに基づいて主軸４の単位回転角度毎に回転制御される。このように、主軸４の回転速度ωｉを研削加工前に予め設定しておくことにより、主軸用モータ５をスムーズに制御できる。また、主軸用モータ５を主軸４の単位回転角度毎に正確かつ確実に制御できる。
【００６４】
（４）さらに、上記のように算出された主軸回転速度ωｉに対し、これに追従する砥石台８の移動加速度αが算出され、この加速度αが規定値αａ以内になるように、基準主軸回転速度ω０を修正することにより、これに基づいて主軸回転角度θｉに対する主軸回転速度ωｉを修正するようにしたため、砥石台８の移動用モータに無理をかけることのない、スムーズな運転が可能となり、その結果、加工精度の向上を実現できる。
【００６５】
（第２実施形態）
次に本発明を具体化した第２実施形態を図１３および図１４に基づいて説明する。
【００６６】
この第２実施形態は、図１４のフローチャートに示すように、ステップＳ１〜ステップＳ６およびステップＳ１０〜ステップＳ１５については前記第１実施形態と同様な手順で行なわれるが、ステップＳ６とステップＳ１０との間における主軸回転角度θｉに対する主軸回転速度ωｉの算出の手順が前記第１実施形態とは異なっている。
【００６７】
すなわち、ステップＳ６までに、図１３（ａ）に示すように、被加工物Ｗａの角度Ａｉに対応してリフトデータｒ（Ａｉ）および曲率半径ρ（Ａｉ）がＲＡＭ２１に設定された後、ＮＣ装置１８は、ステップＳ８において基礎円部分２３ａの基準主軸回転速度ω０が設定されると、次にステップＳ１６において、上記基準主軸回転速度ω０に基づいて、曲率半径ρ（Ａｉ）の値に応じて変化する主軸回転速度ω（Ａｉ）を、下記の式（２）に従って求める。
【００６８】
ω（Ａｉ）＝Ｋ１×ω０×（ρ０／ρ（Ａｉ））…（２）
上記式（２）に従って算出された主軸回転速度ω（Ａｉ）は、被加工物角度Ａｉに対応しており、すなわち等角度毎ではない主軸回転角度θ（Ａｉ）に対応するものである。そのため、次に、ステップＳ９において、上記主軸回転角度θ（Ａｉ）に対応する主軸回転速度ω（Ａｉ）を、図１３（ｂ）に示すように、等角度毎の主軸回転角度θｉに対応する主軸回転速度ωｉに変換する。すなわち、主軸回転角度θ（Ａｉ）およびそれに対応する主軸回転速度ω（Ａｉ）に基づいて、所定の補間式を用いた補間演算（例えばスプライン補間演算）により、等角度毎の主軸回転角度θｉに対応する主軸回転速度ωｉを算出する。
【００６９】
この実施形態では、上記ステップＳ６が第１の算出手段に相当し、ステップＳ８、Ｓ１６，Ｓ９が第２の算出手段に相当し、ステップＳ１０が第３の算出手段に相当し、ステップＳ１１、Ｓ１２が第４の算出手段に相当し、ステップＳ１３が判定手段に相当し、ステップＳ１４が基準主軸回転速度修正手段に相当し、そしてステップＳ１５が主軸回転制御データ決定手段に相当する。
【００７０】
このようにしても、前記実施の形態と同様に、制御手段としてのＮＣ装置１８は、主軸４の回転速度ωｉが曲率半径ρｉに応じて変化するように、主軸用モータ５を主軸４の単位回転角度毎に制御できる。その他の作用効果は、前記第１実施態様と同様である。
【００７１】
（第３実施形態）
次に、本発明を具体化した第３実施形態を図１５〜図１７に基づいて説明する。
【００７２】
この第３実施形態は、図１５のフローチャートに示すように、ステップＳ１〜ステップＳ９までは前述した第１実施形態と同様であるので、その説明は省略する。第３実施形態では、ステップＳ９にて、曲率半径ρｉに応じて変化する主軸回転速度ωｉが算出された後における主軸回転制御データ決定の方法が第１実施形態と異なっている。
【００７３】
すなわち、ステップＳ９で主軸回転角度θｉに対する主軸回転速度ωｉが算出された後、ステップＳ１７において、上記算出された主軸回転速度ωｉに基づいて主軸回転角度θｉに対する主軸単位回転角度間の回転速度変化量ｄω／ｄθを算出する。図１６はステップＳ９の算出結果に基づいて主軸回転角度θｉと主軸回転速度ωｉとの関係を表わしたグラフであり、図１７はこの主軸回転速度ωｉの算出データに基づいてステップＳ１７にて算出された主軸回転角度θｉと主軸単位回転角度間の主軸回転速度変化量ｄω／ｄθとの関係を表わしたグラフである。
【００７４】
こうして主軸回転速度変化量ｄω／ｄθが算出されると、次にステップＳ１８において、この速度変化量ｄω／ｄθが規定範囲内か否かが判定される。図１７に示すようにカム２３の両リフト部分２３ｃ，２３ｄの始点付近と終点付近において特に速度変化量ｄω／ｄθが大きく変化する角度位置θａ、θｂ、θｃ、θｄがある。
【００７５】
このような速度変化量ｄω／ｄθをもつ主軸回転速度ωｉのデータを主軸回転制御データとして研削加工を行ったとき、例えば主軸４の回転に僅かでも速度の時間ずれが生じた場合すなわち角度ずれが生じた場合には、被加工物Ｗａの研削点Ｑｉに対し適応する回転速度ωｉとは全く相反した回転速度で研削が行われてしまうため、その位置で異常加工が起こる可能性がある。このような事態を防止するために、ステップＳ１８、Ｓ１９を設けている。
【００７６】
ステップＳ１８において、回転速度変化量ｄω／ｄθが規定範囲Ｅを越えているか否かが判定される。図１７においては明らかに規定範囲Ｅを越えたものがあり、このような場合、ステップＳ１９において、ステップＳ９で算出された主軸回転速度ωｉのデータに対し、主にリフト部分２３ｃ、２３ｄについて修正を行う。この修正は図１６で実線で示す算出値のうちの各最小回転速度ωＬ１、ωＬ２に合わせて同図二点鎖線で示すように角度θ方向に各最小回転速度ωＬ１、ωＬ２の幅をそれぞれ広げるようにデータ修正する。この方法は、単に予め設定された所定幅に修正してもよいが、ここでは速度変化量ｄω／ｄθが規定範囲Ｅを越えた箇所の角度位置θａ、θｂを修正の始点或いは終点に決めて最小回転速度の線を延設するように修正を行う。このように修正することにより、理論計算に基づく主軸回転速度ωｉの変化量ｄω／ｄθが大きい部分でのデータが低く設定されるので、良好な加工ができる。
【００７７】
ステップＳ２０において、上記修正された主軸回転角度θｉに対する主軸回転速度ωｉと上記基準主軸回転速度ω０とを主軸回転制御データとして決定し、もしくはステップＳ１８での判定の結果、回転速度変化量ｄω／ｄθが規定範囲Ｅ以内のときには上記ステップＳ９で算出された主軸回転角度θｉに対する主軸回転速度ωｉと上記基準主軸回転速度ωｉとを主軸回転制御データとして決定し、ＲＡＭ２１に記憶する。
【００７８】
すなわち、上記ステップＳ６が第１の算出手段に相当し、ステップＳ７、Ｓ８、Ｓ９が第３の算出手段に相当し、ステップＳ１７が回転速度変化量算出手段に相当し、ステップＳ１８が判定手段に相当し、ステップＳ１９が主軸回転速度修正手段に相当し、そしてステップＳ２０が主軸回転制御データ決定手段に相当する。
【００７９】
そして、研削加工時には、制御手段としてのＮＣ装置１８により、上記設定された主軸回転制御データω０、ωｉとプロフィールデータＸｉに基づいて主軸用モータ５および砥石台８の移動用モータ９が制御される。
【００８０】
このように、主軸４の回転速度ωｉが被加工物Ｗａと砥石１２との曲率半径ρｉに応じて変化するように、かつこれに伴う単位回転角度間の回転速度変化量ｄω／ｄθが大きい部分でのデータが低くなるように主軸回転速度ωｉが設定される。
【００８１】
その結果、この実施の形態では次のような効果を奏する。
【００８２】
（１）被加工物Ｗａの回転に伴って曲率半径ρｉが変化したとしても、加工部分で発生する摩擦抵抗が均一化され、研削焼けや研削割れなどの熱的損傷をあたえることなく、高品位な仕上げ面を得ることができる。
【００８３】
（２）前記曲率半径ρｉの変化に伴い、砥石１２に対する回転抵抗も比例して変化する。しかし、この場合も、前述のように曲率半径ρｉの変化に応じて主軸４の回転速度ωｉが変化するように主軸用モータ５が回転制御されるので、砥石１２を回転させるための砥石用モータ１４に対する負荷の変動が抑制され、砥石１２が微振動を発生することなくスムーズに回転して、高精度な加工が可能となる。
【００８４】
（３）この実施の形態では、曲率半径ρｉが主軸４の単位回転角度毎に算出されるとともに、それらに基づき、主軸４の回転速度ρｉが主軸４の単位回転角度毎に予め設定される。そして、研削加工時には、主軸用モータ５が前記設定された主軸回転速度ωｉに基づき主軸４の単位回転角度毎に回転制御される。このように、主軸４の回転速度ωｉを研削加工前に予め設定しておくことにより、主軸用モータ５をスムーズに制御できる。また、主軸用モータ５を主軸４の単位回転角度毎に正確かつ確実に制御できる。
【００８５】
（４）この実施形態で設定された回転制御データω０、ωｉに基づいて主軸回転が制御されるとき、多少の速度の時間ずれがあったとしても、異常加工を回避することができ、円滑かつ良好な研削加工を行うことができる。
【００８６】
（５）また、リフト部分２３ｃ、２３ｄにおいて回転速度変化量ｄω／ｄθが規定範囲Ｅを越えている角度位置を修正開始点または修正終点として主軸回転速度ωｉを修正することにより、適正な角度位置でデータ修正が行え、これにより、微小な速度変更があっても良好な加工が行える。
【００８７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、次のような優れた効果を奏する。
【００８８】
請求項１の発明によれば、主軸の回転速度が、被加工物の曲率半径に応じて変化するように、回転手段が制御されるので、研削加工時における摩擦抵抗の増大を制御して、加工品位の低下を防ぐことができるという優れた効果を奏する。また、回転手段をスムーズに制御できるとともに、主軸の単位回転角度毎に正確かつ確実に制御できる。
【００９１】
しかも、主軸の回転に追従するように回転砥石の移動手段の能力を越えない範囲で主軸の回転速度を適正に設定することにより、回転手段および移動手段をスムーズに制御できる。
【００９２】
請求項２の発明によれば、主軸回転速度ωを、曲率半径ρが大きくなるのに従って遅くでき、曲率半径ρが小さくなるのに従って速くできる。
【００９３】
請求項３の発明によれば、曲率半径を主軸回転角度に対応するデータに変換したのち、このデータをもとに主軸回転角度に対する主軸回転速度を算出するため、算出を容易に行うことができる。
【００９４】
請求項４の発明によれば、被加工物角度に対する主軸回転速度を算出したのち、この主軸回転速度を主軸回転角度に対応するデータに変換するため、算出を容易に行うことができる。
【００９５】
請求項５の発明によれば、基準主軸回転速度の修正量を回転砥石の移動加速度の最高値と規定値との差に応じて算出し、適正な修正量が与えられるため、基準回転速度の修正および回転速度の算出が短時間でできる。
【００９６】
請求項６の発明によれば、主軸の回転速度が、被加工物の曲率半径に応じて変化するように、回転手段が制御されるので、研削加工時における摩擦抵抗の増大を抑制して、加工品位の低下を防ぐことができるという優れた効果を奏する。また、回転手段をスムーズに制御できるとともに、主軸の単位回転角度毎に正確かつ確実に制御できる。
【００９７】
しかも、特に回転速度の急激に変化する角度にあるリフト部分に対し最小回転速度が与えられる角度幅を広げるように主軸回転速度を修正を行うため、主軸の回転速度がこの回転速度制御データによって制御されるときには、多少の速度の時間ずれがあったとしても異常加工が生じるのを防ぐことができる。
【００９８】
請求項７の発明によれば、主軸回転速度ωを、曲率半径ρが大きくなるのに従って遅くでき、曲率半径ρが小さくなるのに従って速くできる。
【００９９】
請求項８の発明によれば、主軸回転速度修正手段は、リフト部分において回転速度変化量が規定範囲を越えている角度を修正開始点または修正終点として主軸回転速度を修正するため、適正な角度位置でデータ修正を行うことができ、これにより、微小な速度変更があったとしても良好な加工を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関わる非真円体の研削装置の一実施形態を示す本発明を具体化した研削盤の一部を破断した側面図である。
【図２】図１に示した研削盤の平面図である。
【図３】被加工物Ｗａに対する研削状態を説明するための概略図である。
【図４】第１実施形態を示し、（ａ）は被加工物Ｗａの角度Ａｉに対応するリフトデータｒ（Ａｉ），曲率半径ρ（Ａｉ）および主軸回転角度θ（Ａｉ）を示す説明図、（ｂ）は等角度毎の主軸回転角度θｉに対応する距離ｒｉ，プロフィールデータＸｉ，曲率半径ρｉおよび主軸回転速度θｉを示す説明図である。
【図５】主軸回転制御データ決定までの手順を示す第１実施形態のフローチャートである。
【図６】主軸回転角度θｉと曲率半径ρｉとの関係を示すグラフである。
【図７】主軸回転角度θｉと曲率半径ρｉに対応した主軸回転速度ωｉとの関係を示すグラフである。
【図８】時間ｔと砥石台位置Ｘとの関係を示すグラフである。
【図９】時間ｔと砥石台移動速度ｖとの関係を示すグラフである。
【図１０】時間ｔと砥石台移動加速度αとの関係を示すグラフである。
【図１１】修正後の主軸回転角度θｉと主軸回転速度ωｉとの関係を示すグラフである。
【図１２】修正後の主軸回転速度ωｉに基づく時間ｔと砥石台移動加速度αとの関係を示すグラフである。
【図１３】第２実施形態を示し、（ａ）は被加工物Ｗａの角度Ａｉに対応するリフトデータｒ（Ａｉ），曲率半径ρ（Ａｉ），主軸回転速度ω（Ａｉ）および主軸回転角度θ（Ａｉ）を示す説明図、（ｂ）は等角度毎の主軸回転角度θｉに対応する距離ｒｉ，プロフィールデータＸｉおよび主軸回転速度ωｉを示す説明図である。
【図１４】主軸回転制御データ決定までの手順を示す第２実施形態のフローチャートである。
【図１５】主軸回転制御データ決定までの手順を示す第３実施形態のフローチャートである。
【図１６】第３実施形態を説明するための主軸回転角度θｉと曲率半径ρｉに対応した主軸回転速度ωｉとの関係を示すグラフである。
【図１７】第３実施形態を説明するための主軸回転角度θｉと主軸単位回転角度間の主軸回転速度変化量ｄω／ｄθとの関係を示すグラフである。
【図１８】被加工物Ｗａに対する研削状態を説明するための概略図である。
【符号の説明】
４ 主軸
５ 主軸用モータ（回転手段）
８ 砥石台
９ 移動用モータ（移動手段）
１０ ボールスクリュー（移動手段）
１２ 回転砥石
１４ 砥石用モータ
１８ 第１の算出手段，第２の算出手段，第３の算出手段，第４の算出手段，判定手段，回転速度修正手段，主軸回転制御データ決定手段および制御手段等を含むＮＣ装置
２３ カム
Ｗａ 被加工物
Ｏ 回転中心
θｉ 主軸回転角度
ρｉ 曲率半径
Ｑｉ 研削点
ｒｉ 回転中心と研削点との間の距離
ω０ 基準主軸回転速度
ωｉ 主軸回転速度
ｘ 砥石台移動位置
α 砥石台移動加速度
αａ 規定値
△ω０ 修正量
ｄω／ｄθ 主軸回転速度変化量
Ｅ 規定範囲
Claims (8)
- 被加工物を装着した主軸を回転させる回転手段と、被加工物の外周面を研削する回転砥石を前記主軸に対して交差する方向へ相対移動させる移動手段とを備え、主軸を回転させながら、主軸の回転角度と回転砥石の移動位置との関係を設定した制御データに基づいて移動手段を制御して、被加工物を所定の非真円形状に研削する非真円体の研削装置において、
被加工物の形状データに基づいて、被加工物角度に対する被加工物の曲率半径を算出する第１の算出手段と、
非真円形状の基礎円部分に対応して予め設定された基準主軸回転速度と上記算出された曲率半径とに基づいて主軸回転角度に対する主軸回転速度を算出する第２の算出手段と、
上記算出された主軸回転速度と上記制御データとに基づいて時間変化に対する回転砥石の移動位置を算出する第３の算出手段と、
上記算出された移動位置に基づいて時間変化に対する回転砥石の移動加速度を算出する第４の算出手段と、
上記算出された移動加速度が予め設定された規定値以内か否かを判定する判定手段と、
上記判定の結果に基づいて、移動加速度に規定値を越えたものがあるときには上記基準回転速度を下げるように修正し、再び第２の算出手段ないし第４の算出手段に算出を行わせる基準主軸回転速度修正手段と、
上記判定の結果に基づいて、移動加速度が規定値以内のときには最新の基準主軸回転速度とこれに基づく最新の主軸回転角度に対する主軸回転速度とを主軸回転制御データとして決定する主軸回転制御データ決定手段と、
研削加工時には上記決定された主軸回転制御データに基づいて上記回転手段を制御する制御手段と
を備え、主軸の回転速度が被加工物の曲率半径に応じて変化するように、かつこれに伴う回転砥石の移動加速度が規定値以内になるように主軸の回転速度を設定することを特徴とする非真円体の研削装置。 - 被加工物角度に対する被加工物の曲率半径をρとし、主軸回転速度をωとしたときに、制御手段は主軸回転速度ωが１／ρに比例して変化するように回転手段を制御する請求項１に記載の非真円体の研削装置。
- 上記第２の算出手段は、第１の算出手段による算出結果から主軸回転角度に対する曲率半径を算出する手段を有する請求項１または２に記載の非真円体の研削装置。
- 上記第２の算出手段は、第１の算出手段による算出結果から被加工物角度に対する主軸回転速度を算出する手段を有する請求項１または２に記載の非真円体の研削装置。
- 上記基準主軸回転速度修正手段は、基準主軸回転速度の修正量を回転砥石の移動加速度の最高値と上記規定値との差に応じて算出する手段を有する請求項１ないし４のいずれかに記載の非真円体の研削装置。
- 被加工物を装着した主軸を回転させる回転手段と、被加工物の外周面を研削する回転砥石を前記主軸に対して交差する方向へ相対移動させる移動手段とを備え、主軸を回転させながら、主軸の回転角度と回転砥石の移動位置との関係を設定した制御データに基づいて移動手段を制御して、被加工物を所定の非真円形状に研削する非真円体の研削装置において、
被加工物の形状データに基づいて、被加工物角度に対する被加工物の曲率半径を算出する第１の算出手段と、
非真円形状の基礎円部分に対応して予め設定された基準主軸回転速度と上記算出された曲率半径とに基づいて主軸回転角度に対する主軸回転速度を算出する第２の算出手段と、
上記算出された主軸回転速度に基づいて主軸回転角度に対する主軸単位回転角度間の回転速度変化量を算出する回転速度変化量算出手段と、
上記算出された回転速度変化量が予め設定された規定範囲内か否かを判定する判定手段と、
上記判定の結果に基づいて、回転速度変化量に規定範囲を越えたものがあるときには上記第２の算出手段による主軸回転速度に対して非真円形状のリフト部分における最小回転速度幅を広げるように主軸回転速度を修正する主軸回転速度修正手段と、
上記修正された主軸回転角度に対する主軸回転速度と上記基準主軸回転速度とを主軸回転制御データとして決定し、もしくは上記判定の結果に基づいて回転速度変化量が規定範囲内のときには上記第２の算出手段による主軸回転角度に対する主軸回転速度と上記基準主軸回転速度とを主軸回転制御データとして決定する主軸回転制御データ決定手段と、
研削加工時には上記決定された主軸回転制御データに基づいて上記回転手段を制御する制御手段と
を備え、主軸の回転速度が被加工物の曲率半径に応じて変化するように、かつこれに伴う単位回転角度間の回転速度変化量が大きい部分でのデータが低くなるように主軸回転速度を設定することを特徴とする非真円体の研削装置。 - 被加工物角度に対する被加工物の曲率半径をρとし、主軸回転速度をωとしたときに、制御手段は主軸回転速度ωが１／ρに比例して変化するように回転手段を制御する請求項６に記載の非真円体の研削装置
- 上記主軸回転速度修正手段は、リフト部分において回転速度変化量が規定範囲を越えている角度を修正開始点または修正終点として主軸回転速度を修正する請求項６または７に記載の非真円体の研削装置。
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-
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