JP4201970B2 - 非真円工作物加工データ作成装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、カム等の非真円形工作物を加工制御するためのデータ作成装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、数値制御装置により主軸軸線に垂直な方向の砥石車の送りを主軸の回転に同期して制御し、カム等の非真円形工作物を研削加工する方法が知られている。非真円形工作物の加工形状は、砥石車の送りを主軸の回転に対して同期制御するために数値制御装置にプロフィルデータを付与することで得られる。このプロフィルデータは砥石車を工作物の仕上げ形状に沿って往復運動させるように、主軸の単位回転角毎の砥石車の移動量を与えるものであり、非真円形工作物のリフトデータと砥石径とから求められる。主軸回転数を決定するオーバライド値は加工結果を見ながら作業者が経験的に修正し、さらにそのオーバライド値を使用して加工を行ない、また、その結果を反映していくという作業を繰返して作業が行なわれていた。
【0003】
しかしながら、この技術では、主軸回転数は、作業者の経験や勘に基づいて設定しているので、粗加工で前記の修正を繰返していくと、サイクルタイムが伸びてしまう問題があった。また、仕上げ加工において、主軸回転数の設定値が最適値より大きい場合には砥石台が追随できなくなって加工精度が低下するという問題があった。
【0004】
このため、砥石台の追従可能な限界送り速度、限界加速度から主軸回転速度を決定し、加工精度を向上させるようにした技術が開発された。(特開平10−283012号)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平10−283012号に記載された技術では、主軸回転速度自体は限界送り速度、限界加速度から自動決定されるが、依然としてオーバライド値の設定は作業者が経験や勘よって設定している。
【0006】
このため、主軸回転速度は砥石台の送り速度、加速度は限界制限値以内に抑え込んだが、オーバライド値が適切でなく、サイクルタイム短縮を狙う粗加工において、加工速度が必要以上に低下する場合があったり、仕上げ加工で部分的に接点速度が限界値を越えて面性状が悪くなるというようなケースが発生し所望の加工精度が得られない場合があった。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は、非真円工作物の形状を特定するリフトデータと砥石径に応じて、非真円工作物を保持する主軸の回転角と砥石台の位置との関係を示すプロフィルデータとを作成する非真円工作物加工データ作成装置において、プロフィルデータを記憶する記憶手段と、前記プロフィルデータ記憶手段に記憶されたプロフィルデータに基づいて前記非真円工作物の加工形状に応じた前記主軸の回転速度に対するオーバライド値を単位時間あたりの研削量が一定になるよう演算する粗加工オーバライド演算手段と、前記プロフィルデータ記憶手段に記憶されたプロフィルデータに基づいて前記オーバライド値を接点速度が一定になるように演算する仕上加工オーバライド演算手段とを備えたことを特徴とする
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。図1は、数値制御研削盤1の構成を示した模式図である。ベッド10上には、テーブル11が主軸軸線に平行なZ軸方向に摺動可能に配設されている。このテーブル11は、サーボモータ8と送りねじ9とを介して駆動される。テーブル11上には主軸13を軸架した主軸台12が配設され、その主軸13はサーボモータ14により回転駆動される。又、テーブル11上の右端には心押台15が載置され、心押台15のセンタ16と主軸13のセンタ17とによってカムシャフトからなる工作物Wが挟持されている。工作物Wは、主軸13に突設された位置決めピン18に嵌合され、工作物Wの回転位相は主軸13の回転位相に一致させている。ベッド10の後方には、工作物W側に向かって進退可能な砥石台20が案内され、砥石台20にはモータ21によって回転駆動される砥石車Gが支承されている。この砥石台20は、下部に取付けられたリニヤモータ23によってZ軸と直交するX軸方向に前進後退される。
【0009】
砥石台20の側面には砥石台20の位置を検出するリニヤエンコーダ22が設けられている。
サーボモータ8、14、リニヤモータ23はそれぞれサーボアンプ51、52、53を介して制御装置30に接続され、さらにサーボアンプ51、53にはロータリエンコーダ54、55が接続され、サーボアンプ52にはリニヤエンコーダ22に接続されている。
【0010】
サーボアンプ51、52、53は、数値制御装置30から位置指令信号を入力して、サーボモータ8、14及びリニヤモータ23を駆動する回路である。ロータリエンコーダ54及びリニヤエンコーダ22の出力は各サーボアンプ51、52に帰還され、速度と位置のフィードバッグ制御が行われる。
【0011】
数値制御装置30は、主に数値制御装置(CNC装置)31、プログラマブルコントローラ(PLC)32、サーボ制御装置33及びイーサネット通信インタフェース34とから構成され、それぞれバスライン25、バスインタフェース26を介して接続される。
CNC装置31は後述する操作盤45からの指令により、主として主軸13の回転及び砥石車Gの送り制御及び工作物Wの加工に必要なプロフィルデータや主軸13のオーバライドの演算を行なう装置である。
【0012】
図2に示すようにCNC装置31は、CPU35と、制御プログラムを記憶したROM36と、入力データ等を記憶するRAM37とで構成されている。RAM37上には、図3に示すように工作物Wのリフトデータを記憶するリフトデータ領域321と、プロフィルデータを生成するときの砥石車Gの直径や機械個有の定数等を記憶する機械データ領域322と、リフトデータと砥石車Gの直径とから演算されるプロフィルデータを記憶するプロフィルデータ領域323と、主軸回転数に対する粗加工時のオーバライド値データを記憶する粗加工オーバライド値データ領域324と、仕上加工時のオーバライド値データを記憶する仕上加工オーバライド値データ領域325、及び工作物Wを加工するためのNC及び工作物Wを加工するためのNCプログラムを記憶するNCプログラム領域326が形成されている。
【0013】
PLC32は砥石車Gを回転するモータ21の回転・停止や、研削液を供給するポンプの駆動・停止などのオン・オフ制御を実行する。また、サーボ制御装置33は、砥石車G、主軸13の位置決めデータ及び主軸13の回転数(rpm) に対するオーバライド値をCNC装置31から入力し、主軸13の回転角度位置、主軸13の回転数に対するオーバライド値を考慮して、加工に関する砥石台20の送りに関してスローアップ、スローダウン、目標点の補間等の演算を行い、補間点の位置決めデータを一定周期でサーボアンプ51、52、53に出力する装置である。
【0014】
操作盤45は、各種データ等を表示する表示装置46とデータ入力を行なうスイッチ群47を備えるとともに、表示装置46がタッチパネルになっており、表示装置46に表示されたデータに対して作業者が指等でタッチすることでデータ入力が可能となる。
以上のような構成で、次にオーバライド値の決定するためのCNC装置31の動作について以下に説明する。操作盤45の操作により、データ演算モードに設定されると、CNC装置31は、リフトデータ領域323のリフトデータと機械データ領域322の現在の砥石径に基づいて主軸13の回転角θ毎の砥石台20の位置X(θ)を演算してプロフィルデータを作成し、プロフィルデータ領域323に記憶する。
【0015】
次に、数値制御研削盤1が粗加工に使用するオーバライド値データの作成について、図4のフローチャートを用いてCPU35の動作を以下に説明する。
まず、ステップ100にて、プロフィルデータ領域323よりプロフィルデータが読み込まれる。
次にステップ102にて所定時間内における研削能率を示す研削除去率の制限値Pmaxを設定する。この研削除去率の制限値Pmaxは砥石車Gの性能、工作物Wの材質等などから作業者が任意に決定して制御盤45から入力する。
【0016】
次にステップ104にてプロフィルデータX(θ)を用いて工作物Wにカム創成運動をさせて切り込み量tを与えたときの所定角度毎の(実施例では0.5度)区間iにおける研削量Qiを求める。ここで、研削量Qiは図6に示すように、切込量tを与えたときの回転角θ毎の工作物Wと砥石車Gの接線円弧H(θ)を区間iについて累積(積分)することで求められる。なお、切込量tはNCプログラム領域326に記憶されたNCプログラムより求めることができる。また、各符号に付属する記号iは工作物1周分の区間を表わすための変数であり、例えば所定角度が0.5度毎であれば、0から720の間の変数となる。
【0017】
次に、ステップ106にて研削除去率Piを求める。この研削除去率Piは、時間Ti内で研削できる研削量を示すもので次式で表わされる。
【数1】
Pi=Qi/Ti −(1)
ここで時間Tiは初期値Tbとして工作物Wのベース円を研削する場合とき、主軸13が回転数Nb[rpm]で回転させ、区間iを研削するのに要する時間を任意に設定するものとし、機械性能や砥石の材質等から作業者が経験的に決定しても、また、数値制御研削盤1の砥石台20の性能などから特開平10−283012号に記載された技術のように、砥石台の追従可能な限界送り速度、限界加速度から回転数Nbを決定してもよい。
【0018】
なお、初期値Tbは、主軸回転数Nbより次式より求められる。
【数2】
Tb=所定角度i/角速度
=i/((2π/60)Nb) −(2)
但し、i[度]×π/180[rad]とする。
次にステップ108にて研削除去率Piがステップ102において入力した制限値Pmaxと等しいか否かが判断され、制限値Pmaxと等しくない場合はステップ110に進み、制限値Pmaxと等しいときはステップ118に進む。
【0019】
ステップ110に進むと研削除去率Piが制限値Pmaxより大きいか否かが判定され、制限値Pmaxより大きい場合はステップ114に進み、制限値Pmaxより小さいときはステップ116に進む。
ステップ114に進むと、時間Tiに所定の微小時間αを加算し、ステップ106に戻って再び研削除去率Piを演算する。また、ステップ116に進むと時間Tiから微小時間αを減算し、ステップ106に戻って再び研削除去率Piを演算する。
【0020】
以後、研削除去率Piが制限値Pmaxと等しくなるまでステップ106からステップ116を繰り返し、時間Tiを伸縮する。
一方、ステップ118に進むと、区間iのオーバライド値OVi[%]を次式によって求める。
【数3】
OVi=100×Tb/Ti −(3)
ここで、Tbは時間Tiの初期値である。
【0021】
この後、区間iのオーバライド値OViを粗加工オーバライド値データ領域324に記憶し、ステップ120において工作物Wの1周分にあたる全区間のオーバライド値OViが求められたか否かを判定する。全区間のオーバライド値OViが求められていなければ次の区間i+1に移行し、ステップ104からステップ118を繰り返して全区間(工作物1回転分)についてオーバライド値OViが求められる。
【0022】
これによって図5(a)に示されるような研削除去率Piを一定にしたオーバライド値が求められる。なお、この図5(a)において0度〜90度付近、270度から360度付近が工作物Wのベース円部分に相当し、180度付近が工作物Wのカムトップ部分に相当する。
次に数値制御研削盤10が仕上加工に使用するオーバライド値データの作成について、図7のフローチャートを用いてCPUの動作を以下に説明する。
まず、ステップ250にて、プロフィルデータ領域724よりプロフィルデータX(θ) が読み込まれる。
【0023】
次にステップ252にて研削速度の制限値Kmaxを設定する。この研削速度の制限値Kmaxは工作物Wのベース円部分が所望の仕上げ精度研削可能な速度を作業者の経験もしくは過去の実験データに基づいて任意に決定して制御盤45から入力するかもしくは予めRAMに入力しておく。
次にステップ254にて所定角度(実施例では0.5度)区間i分の工作物W表面上の接点移動距離Li、即ち、図8に示すように、工作物Wの所定角度分の円周長さに相当するが、区間iを微小角度(0.5度程度)とすれば区間iと区間i-1の直線距離に置き換えることができる。
【0024】
次に、ステップ256にて接点移動速度Kiを求める。この接点移動速度Kiは、時間Ti内で研削できる研削速度を示すもので次式で表わされる。
【数4】
Ki=Li/Ti −(4)
ここで時間Tiは初期値Tbとして工作物Wのベース円を研削する場合とき、主軸13が回転数Nb[rpm]で回転させ、区間iを研削するのに要する時間を任意に設定するものとし、機械性能や砥石の材質等から作業者が経験的に決定される。
なお、初期値Tbは、主軸回転数Nbより(2)式より求められる。
【0025】
次にステップ258にて接点移動速度Kiがステップ252において入力した制限値Kmaxと等しいか否かが判断され、制限値Kmaxと等しくない場合はステップ260に進み、制限値Kmaxと等しいときはステップ268に進む。ステップ260に進むと接点移動速度Kiが制限値Kmaxより大きいか否かが判定され、制限値Kmaxより大きい場合はステップ264に進み、制限値Kmaxより小さいときはステップ266に進む。
【0026】
ステップ264に進むと、時間Tiに所定の微小時間αを加算し、ステップ256に戻って再び接点移動速度Kiを演算する。また、ステップ266に進むと時間Tiから微小時間αを減算し、ステップ256に戻って再び接点移動速度Kiを演算する。
以後、接点移動速度Kiが制限値Pmaxと等しくなるまでステップ256からステップ266を繰り返し、時間Tiを伸縮する。
【0027】
一方、ステップ268に進むと、区間iのオーバライド値OVi[%]を(3)式によって求め、仕上加工オーバライド値データ領域325に記憶し、ステップ270において工作物wの1周分にあたる全区間のオーバライド値OViが求められたか否かを判定する。全区間のオーバライド値OViが求められていなければ次の区間i+1に移行し、ステップ254からステップ270を繰り返して全区間(工作物1回転分)についてオーバライド値OViが求められる。
【0028】
これによって図5(b)に示されるような接点速度Kiを一定にしたオーバライド値が求められる。
【0029】
この後、加工指令信号が操作盤45から付与されると、CPU35はプロフィルデータ領域321に記憶されているプロフィルデータと、粗加工オーバライド値データ領域322及び仕上加工オーバライド値データ領域323に記憶されている粗加工オーバライド値と仕上加工オーバライド値に従って加工指令を出力することによりカムの研削が実行される。
【0030】
以上のように、主軸13のオーバライド値OViを粗加工ではサイクルタイム(研削時間)を短縮するために研削除去率を一定するオーバライド値を求め、仕上げ加工では加工精度(特に面性状)を向上させるために接点速度(研削速度)を一定にするオーバライド値を求めるようにしたので、加工時間の短縮と加工精度向上の両立が可能となった。
【0031】
なお、上記実施例ではCNC装置31を非真円工作物加工データ作成装置として用いたが、これに限られるものでなく、CNC装置31の代わりに汎用コンピュータを持ちいて粗加工及び仕上加工のオーバライド値を求めるようにしてもよい。
【0032】
なお、本発明の粗加工オーバライド演算手段は上記実施例の図4に示すフローチャートと、この図4のフローチャートを実行するCNC装置31に相当する。また、仕上加工オーバライド演算手段は図7のフローチャートとこれを実行するCNC装置31に相当する。さらに、プロフィルデータ記憶手段はRAM37に相当する。
【0033】
【発明の効果】
以上のように、本発明は主軸のオーバライド値を粗加工ではサイクルタイム(研削時間)を短縮するために単位時間当たりの研削量(研削除去率)を一定するオーバライド値を求め、仕上げ加工では加工精度(特に面性状)を向上させるために接点速度(研削速度)を一定にするオーバライド値を求めるようにしたので、加工時間の短縮と加工精度向上の両立できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の具体的実施例に関わる数値制御研削盤の概観図を示した図である。
【図2】本発明の具体的実施例に関わる制御装置の電気的構成を示した図である。
【図3】本発明の具体的実施例に関わる数値制御装置のRAMのデータ構成を示す模式図である。
【図4】本発明の具体的実施例に関わる数値制御装置による粗加工オーバライドの演算手順を示したフローチャートである。
【図5】本発明の具体的実施例に関わる粗加工オーバライド値と仕上げ加工オーバライド値を示すグラフ図である。
【図6】単位時間当たりの工作物Wの砥石による研削量を説明する図である。
【図7】本発明の具体的実施例に関わる数値制御装置による仕上げ加工オーバライドの演算手順を示したフローチャートである。
【図8】工作物と砥石の加工時おける接点移動量を説明するための図である。
【符号の説明】
1 数値制御研削盤
11 テーブル
13 主軸
20 砥石台
30 制御装置
31 数値制御装置(CNC装置)
37 RAM
G 砥石
W 工作物
Claims (1)
- 非真円工作物の形状を特定するリフトデータと砥石径に応じて、非真円工作物を保持する主軸の回転角と砥石台の位置との関係を示すプロフィルデータとを作成する非真円工作物加工データ作成装置において、プロフィルデータを記憶する記憶手段と、前記プロフィルデータ記憶手段に記憶されたプロフィルデータに基づいて前記非真円工作物の加工形状に応じた前記主軸の回転速度に対するオーバライド値を単位時間あたりの研削量が一定になるよう演算する粗加工オーバライド演算手段と、前記プロフィルデータ記憶手段に記憶されたプロフィルデータに基づいて前記オーバライド値を接点速度が一定になるように演算する仕上加工オーバライド演算手段とを備えたことを特徴とする非真円工作物加工データ作成装置。
Priority Applications (1)
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JP2000329720A JP4201970B2 (ja) | 2000-10-27 | 2000-10-27 | 非真円工作物加工データ作成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP4201970B2 true JP4201970B2 (ja) | 2008-12-24 |
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