JPH06262483A - 数値制御工作機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ 工作物を支持し駆動する主軸の回転と、円周
上に切れ刃を持つ回転刃具の切込みとの同時２軸制御に
より加工する数値制御工作機械において、前記回転刃具
が工作物を加工する速度を均一にして工作物の加工形状
の精度向上を図る。 ［構成］ 工作物に対する回転刃具の加工軌跡を与える
補間点が等間隔になるように補間点を算出し、記憶する
加工軌跡指示装置と前記加工軌跡指示装置によって指示
される補間点に従って主軸の回転と回転刃具の切込み量
を同時２軸制御する主制御装置とからなる数値制御工作
機械。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＮＣ研削盤等で、工作物
の回転と砥石の切込みとの同時２軸制御によって工作物
を加工する場合に、前記工作物の加工面に対して加工速
度、詳細には単位加工長さに対する加工時間を、常に一
定にして加工する数値制御工作機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、工作物の回転と砥石の切込みとの
同時２軸制御によって工作物を加工する場合、図８に示
すような主軸の回転角と砥石の切り込み量とを決定した
プロフィールデータを作成し、このプロフィールデータ
に従って主軸の回転と砥石の切り込みを制御して加工を
行っていた。またこのとき、研削する速度はあらかじめ
設定されている研削速度になるように制御されていた。

【０００３】前記プロフィールデータの作成手段として
は、図７に示すように、まず、工作物Ｗを加工するとき
の砥石Ｇの回転軸である砥石軸１３の移動する研削軌跡
線Ｌを求める。次に、工作物Ｗの精度および研削抵抗等
を考慮してあらかじめ経験的に決定されている補間ピッ
チＲ０で、工作物の回転軸であるＣ軸（主軸）から放射
線状の補助線を等間隔に引き、研削軌跡線Ｌとの交点を
補間点（図７中Ｎ１〜Ｎ５）に決定する。そして、この
時のＣ軸の（主軸）の回転角（補間ピッチＲ０）と砥石
の切り込み（Ｘ軸）量（図７中Ｄ１〜Ｄ４）とをプロフ
ィールデータとしていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】研削加工において工作
物Ｗを加工する場合は、研削抵抗を変化させないため
に、単位時間当たりの研削量で定義される研削能率を均
一化するこが良好とされている。すなわち、研削取り代
を一定と仮定すれば、研削速度が一定になることが理想
的とされている。

【０００５】しかし、従来の技術における補間点の決定
手段において、図７に示すような平面的な加工面Ｐ等を
研削する場合、Ｃ軸の回転における補間ピッチＲ０を一
定にして補間点Ｎ１〜Ｎ５を決定すると、研削軌跡線上
Ｌに決定された補間点間の距離（区間Ｎ１−Ｎ２，区間
Ｎ２−Ｎ３，区間Ｎ３−Ｎ４）に差を生じてしまう。Ｎ
Ｃ研削盤においては、補間点間（区間Ｎ１−Ｎ２，区間
Ｎ２−Ｎ３，区間Ｎ３−Ｎ４）を研削する研削速度（詳
細には工作物の回転と砥石の切り込みとの相対的な研削
速度）を一定に制御することは可能である。しかし、Ｎ
Ｃ制御装置の演算処理時間およびフィードバック制御に
おける追従遅れ等により、実際には各補間点Ｎ１，Ｎ
２，Ｎ３，Ｎ４，Ｎ５において微小時間の停止が発生す
る。すると、同一研削軌跡線Ｌ上の距離の等しい区間に
おいても、補間点の数に差を生じると、前記微小時間の
発生する数が変化して、結果的に実際の研削時間、つま
りは研削速度に差が生じてしまう。そしてこの研削速度
の変化によって研削抵抗が変化し、工作物Ｗの不均一な
研削面の発生や形状不良の発生といった問題を発生し
た。

【０００６】そこで、本発明は上述した問題点を解決す
べく、工作物の加工面に対して均一な加工速度にて加工
する数値制御工作機械を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した問題点を解決す
るためには、図１に示すように、工作物Ｗの加工軌跡で
ある加工軌跡線上に存在し、前記工作物に対する刃具Ｇ
の相対的な移動軌跡を与える補間間隔が一定の複数の補
間点を決定する加工軌跡作成手段１を有し、前記補間点
における主軸１９と回転刃具Ｇの送り軸によって構成さ
れる系での座標を算出し記憶する加工軌跡指示装置２
と、加工軌跡指示装置２の前記補間点の座標に基づい
て、主軸１９の回転角と回転刃具Ｇの切込み量を制御す
る主制御装置３とからなるものである。

【０００８】

【作用】加工軌跡作成手段１を有した加工軌跡指示装置
２により、補間点間の距離を一定にする補間点が決定さ
れ、このときの主軸１９の回転角と砥石Ｇの切込み量が
記憶される。そして、加工軌跡指示装置２によって与え
られる主軸１９の回転量と砥石Ｇの切り込み量に従い主
制御装置３が数値制御工作機械を駆動して、工作物を加
工する。

【０００９】

【実施例】以下に、本発明の具体的な一実施例を図面に
基づき説明する。図２は本発明を有するＮＣ研削盤の全
体構成図である。研削盤１０において、１１はベッドで
あり、このベッド１１には砥石台１２とテーブル１６が
配設されている。砥石台１２は、ベッド１１に設けられ
たＸ軸駆動用サーボモータ１４の駆動により、Ｘ軸送り
ねじ１５による送りねじ機構を介してＸ軸方向（図面上
下方向）に往復移動するようになっている。また、砥石
台１２には図略の砥石回転用のモータによって回転する
砥石軸１３がＺ軸方向に取り付けられ、砥石軸１３には
砥石Ｇが交換可能に固定されている。

【００１０】テーブル１６は、ベッド１１に設けられた
Ｚ軸駆動用サーボモータ２２の駆動により、Ｚ軸送りね
じ２３による送りねじ機構を介してＺ軸方向（図面左右
方向）に往復移動するようになっている。テーブル１６
上には心押し台１７と主軸台１８が設けられ、これらの
間に工作物Ｗが着脱可能に保持されている。主軸台１８
にはＣ軸駆動用サーボモータ２０の駆動によって回転す
る主軸１９、および主軸１９から工作物Ｗに回転力を伝
達する駆動金具２０が設けられており、またＣ軸駆動用
サーボモータ２０には主軸１８（Ｃ軸）の回転量を検出
するためのエンコーダ２１が付設されている。

【００１１】３０は数値制御（ＮＣ）装置であり、この
数値制御装置３０には、ＣＰＵ３１ａ、インタフェース
３１およびメモリ３２が設けられている。インタフェー
ス３１には、Ｘ軸駆動装置３３、Ｚ軸駆動装置３４およ
びＣ軸駆動装置３５がそれぞれ接続されており、これに
より前記各Ｘ軸、Ｚ軸、Ｃ軸駆動用サーボモータ１４，
２０，２２をそれぞれ制御するようになっている。ま
た、インタフェース３１にはエンコーダ２１の検出値が
入力されるようになっている。そして、主軸１９（Ｃ
軸）の回転量に対して、砥石Ｇの切り込み送り（Ｘ軸）
量を制御する同時２軸制御が可能になっている。さら
に、インタフェース３１には入力装置であるキーボード
３６が接続されている。

【００１２】メモリ３２には、上述した同時２軸制御を
行うためのＮＣ動作プログラム３２ａ、プロフィールデ
ータを作成するためのプロフィールデータ作成プログラ
ム３２ｂおよび前記プロフィールデータ作成プログラム
３２ｂによって作成されたプロフィールデータ３２ｃが
記憶されている。なお、特許請求の範囲における加工軌
跡作成手段１を有する加工軌跡指示装置２および主制御
装置３は主に数値制御装置３０のコンピュータシステム
により実現されている。

【００１３】次にプロフィールデータ作成プログラムに
ついて説明する。図３はプロフィールデータ３２ｃ作成
までの流れを示したフロチャートであり、図４は工作物
Ｗの平面部分を研削する場合における、工作物Ｗを固定
したときの相対的な砥石Ｇの研削軌跡を示した図であ
る。まず、ステップ２００において後述する工作物Ｗの
加工形状パラメータおよび砥石Ｇの砥石径ｒを入力す
る。加工形状パラメメータとは、工作物Ｗを固定したと
きの座標系（ｘ−ｙ）での工作物Ｗの加工形状を決定す
るパラメータで、図４における加工面Ｐの傾きφ、研削
開始点Ｓの座標および研削終点Ｅの座標を意味する。

【００１４】ステップ２０１にて、上記加工形状パラメ
ータおよび砥石径ｒより砥石軸１３の移動する軌跡であ
る研削軌跡線Ｌの方程式、研削始点Ｓにおける砥石軸１
３の始点ｓの座標および研削終点Ｅにおける砥石軸１３
の終点ｅの座標を算出する。ここで、研削始点Ｓにおけ
る砥石軸１３の始点ｓとは加工面Ｐの研削始点Ｓから伸
ばした垂線が研削軌跡線Ｌと交差した位置であり、また
研削終点Ｅにおける砥石軸１３の終点ｅとは加工面Ｐの
研削終点Ｅから伸ばした垂線が研削軌跡線Ｌと交差した
位置である。

【００１５】ステップ２０２において、研削軌跡線Ｌ上
に決定する補間点の間隔である補間間隔Ｋをキーボード
３６より入力する。なお、入力される補間間隔Ｋの値
は、工作物Ｗの加工精度等によって経験的に得られてい
る値を入力するものとする。ステップ２０３において、
加工軌跡線Ｌを補間間隔Ｋにて始点ｓから終点ｅまで分
割して補間点Ｍ２，Ｍ３を決定し、前記補間点Ｍ２，Ｍ
３の座標を算出する。ただし、始点ｓは補間点Ｍ１と
し、終点ｅは補間点Ｍ４とする。また、終点ｅの一つ手
前の補間点（図４においては補間点Ｍ３）と終点ｅとの
間隔は補間間隔Ｋの長さの関係上、必ずしも補間間隔Ｋ
にならないことがある。

【００１６】ステップ２０４にて、各補間点Ｍ１，Ｍ
２，Ｍ３，Ｍ４における座標を、主軸の回転角（図４中
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３）と砥石Ｇの切込み量（図４中Ｈ１，
Ｈ２，Ｈ３）とに変換して、図５に示すプロフィールデ
ータ３２ｃを作成してプロフィールデータ作成プログラ
ム３２ｂを終了する。なお、上述したステップ２０２お
いて補間間隔Ｋは、経験によってあらかじめ得られてい
る経験値を手動で入力しているが、以下に示す手段を用
いれば自動決定も可能である。すなわち、図６に示すよ
うなデシジョンテーブルをあらかじめ作成しメモリ３２
に記憶させておく。前記デシジョンテーブルとは、研削
軌跡線ＬとＣ軸から伸ばした補助線とが交差するときの
角度である交差角（図４中の角度Ｕ参照）の範囲を決定
した交差角範囲および前記交差角範囲内において使用す
る補間距離を決定したもので、各値については経験的に
得られた値で設定されている。

【００１７】まず、研削軌跡線Ｌ上の始点ｓから終点ｅ
の間でとりうる前記交差角度のうち最小の値である最小
交差角度を算出する。本実施例においては、始点ｓにお
ける交差角（図４中角度Ｕ）が最小交差角である。そし
て、メモリ３２に記憶されている前記デシジョンテーブ
ルより前記最小交差角に対する補間距離を求め、この値
を補間間隔Ｋに決定する。上述した手段をプロフィール
作成プログラム３２ｂに付加しておけば、補間間隔Ｋの
自動設定も可能である。

【００１８】次に、上述した構成のＮＣ研削盤の作用を
説明する。以下の主軸１９の回転と砥石Ｇの切込みとの
駆動については、上述したプロフィールデータ３２ｃに
従って駆動されているものとする。また、本実施例のプ
ロフィールデータ３２ｃにはテーブル１６のＺ軸方向の
駆動に関するデータは記載されていないが、実際にはＺ
軸方向のデータも有しているものとする。

【００１９】まず、Ｚ軸駆動用サーボモータ２２を駆動
して、テーブル１６をＺ軸方向に移動し、工作物Ｗの加
工する面に砥石Ｇを対向させる。続いて、Ｘ軸駆動用サ
ーボモータ１４の駆動により工作物をＣ軸を中心として
回転させるとともに、図略の砥石回転用モータの駆動に
よって砥石Ｇを回転させつつ、Ｘ軸駆動用サーボモータ
１４の駆動によって砥石台１２および砥石ＧをＣ軸と直
交するＸ軸方向に移動させ、工作物Ｗに対して砥石Ｇが
相対的に研削軌跡線Ｌ上を移動するよう研削移動する。
この時の研削速度（詳細には工作物Ｗと砥石Ｇの相対速
度）はあらかじめ設定されている速度Ｆで移動するよう
になっている。

【００２０】実際の研削加工においては、従来技術で説
明したように各補間点間（区間Ｍ１−Ｍ２，区間Ｍ２−
Ｍ３，区間Ｍ４−Ｍ５）を速度Ｆで研削移動することは
可能であるが、ＮＣ制御装置の演算処理時間およびフィ
ードバック制御における追従遅れ等により、実際には各
補間点Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４において微小時間の停止
が発生する。しかし、本実施例のプロフィールデータ３
２ｃは、各補間点の間隔を補間間隔Ｋで等しくするよう
に設定されているために、単位長さ当たりに発生する前
記微小時間が一定になり、同一研削軌跡線Ｌ上を均一な
時間、すなわち均一な研削速度で研削を行うようになっ
ている。

【００２１】以上に述べたように本実施例においては、
Ｃ軸の補間ピッチを可変として補間点間の距離である補
間間隔Ｋを等しくしたプロフィールデータ３２ｃを作成
できので、工作物の研削加工面に対して均一な研削速度
で研削ができるため、研削能率が一定となり、このため
研削抵抗による工作物Ｗおよび砥石Ｇの変形量が均一化
して工作物の形状精度が向上する効果がある。また、加
工面Ｐに対して補間点が均一化するために、補間点の過
密化によって発生していた研削加工時間の遅延も解消で
きるといった利点もある。

【００２２】なお、本実施例においては、工作物Ｗに平
面を形成する場合のプロフィールデータ３２ｃの作成に
ついて述べてきたが、後述する曲面についても同様にプ
ロフィールデータの作成が可能である。つまり、補間間
隔Ｋを一定にするためには、研削軌跡線Ｌ上での長さを
算出できることが必要であり、すなわち研削軌跡線Ｌの
数式化が必要である。研削軌跡線Ｌは加工面Ｐ上を直径
ｒ（砥石径）の円が移動したときの包絡線で算出が可能
であるので、加工面Ｐが関数で与えられる曲面について
は本実施例同様のプロフィールデータ３２ｃの作成が可
能である。なお、上述した包絡線の算出法は数学的に確
立されているので記載を略する。ちなみに、本実施例の
ようにある直線上を移動する円の包絡線は直線である。

【００２３】

【発明の効果】以上に述べたように本発明は、補間点間
の距離を一定にする加工軌跡を作成し、この加工軌跡に
従って加工することで、工作物の加工面に対し、均一な
加工速度で加工ができる。これにより、加工能率が一定
となり、加工によって生じる抵抗による工作物および刃
具の変形量が均一化され、工作物の形状精度が向上する
といった効果がある。また、補間点間の距離が一定とな
り補間点距離の過密によって発生する加工時間の遅延も
解消できるといった利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のクレーム対応図である。

【図２】本実施例に置けるＮＣ研削盤の全体構成図であ
る。

【図３】本実施例のプロフィール作成手順を示したフロ
チャートである。

【図４】本実施例における補間点を示した図である。

【図５】本実施例のプロフィールデータを示した図であ
る。

【図６】本実施例のデシジョンテーブルを示した図であ
る。

【図７】従来技術における補間点を示した図である。

【図８】従来技術のプロフィールデータを示した図であ
る。

【符号の説明】

１０ 研削盤 １１ ベッド １４ Ｘ軸駆動用サーボモータ ２０ Ｃ軸駆動用サーボモータ ３０ 数値制御装置 Ｇ 砥石 Ｗ 工作物 Ｐ 加工面 Ｌ 研削軌跡線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作物を支持し駆動する主軸の回転と、
   円周上に切れ刃を有し回転しながら加工を行う回転刃具
   の切込みとの同時２軸制御によって前記工作物を加工す
   る数値制御工作機械において、前記工作物に対する前記
   回転刃具の加工軌跡である加工軌跡線上に存在し、前記
   工作物に対する前記回転刃具の相対的な移動軌跡を与え
   る補間間隔が一定の複数の補間点を決定する加工軌跡作
   成手段を有し、前記補間点における前記主軸と前記回転
   刃具の送り軸によって構成される系での座標を算出し記
   憶する加工軌跡指示装置と、前記加工軌跡指示装置の前
   記補間点の座標に基づいて、前記主軸の回転角と前記回
   転刃具の切込み量を制御する主制御装置とを備えたこと
   を特徴とする数値制御工作機械。