JP3138275B2 - カム研削盤 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、内燃機関の動弁機構に用いるカム等のカ
ム面を研削するカム研削盤に関する。

従来の技術 この種のカム研削盤において、所望のカムプロフィー
ルに応じて、被加工物を装着する主軸の回転角と、被加
工物のカム面を研削する砥石車の送り量との関係を示す
制御データを予めメモリに記憶しておき、加工時に主軸
回転角を逐次検出し、前記制御データからその主軸回転
角に対する砥石車送り量を求め、砥石車送り量を制御す
ることにより、高精度のカム研削を行うことができる数
値制御式のものがある。

このような数値制御式のカム研削盤では、たとえば特
開平２−30466号公報に見られるように、砥石車をボー
ルねじにより往復移動する砥石台上に取り付け、前記制
御データに基づいてボールねじをサーボモータで回転駆
動することにより、砥石車の送りをフィードバック制御
する。

また、主軸の回転速度が一定であると、カム面の研削
点移動速度が主軸回転角により変動し、研削加工上好ま
しくないので、前記研削点移動速度が略一定になるよう
に主軸回転速度を制御するため、同様に主軸の回転もサ
ーボモータでフィードバック制御されることが多い。

発明が解決しようとする課題 上述のように、砥石車の送りや主軸の回転速度をフィ
ードバック制御する従来のカム研削盤では、各フィード
バックループにおいて個別に追従遅れが生じるため、そ
の相互の追従送れにより砥石車の送り位置と主軸回転角
の同期がずれるが、生産性を向上するため、切り込み量
を大きくしたり、加工速度を高速化すると、その追従遅
れが大きくなり、加工精度の低下を招く問題があった。

たとえば、第13図に示すように、砥石車の送り位置の
目標位置（指令値）が実線Ａで、追従遅れ（矢印で示
す）によりその実際の送り位置が破線Ｂであったとする
と、第14図に示すようなプロフィール誤差が生じること
になる。

なお、この追従遅れが各フィードバックループにおい
て相互に関係なく発生するのみならず、そのときの切り
込み量等の加工条件に左右されるため、予め追従遅れ量
を見越して前記制御データを補正しておくことは極めて
難しい。また、追従遅れ量を小さくすることは、サーボ
ゲインを大きくすることによりある程度まで可能である
が、サーボゲインをあまり大きくすると制御系が不安定
になり、かえって加工精度が悪化するので、限度があ
る。

課題を解決するための手段 この発明に係るカム研削盤は、上記の問題点を解決す
るために、被加工物を装着した主軸を回転させる主軸用
モータと、被加工物のカム面を研削する砥石車を前記主
軸に対し交差する方向に相対移動させる砥石送り用サー
ボモータと、所望するカムプロフィールに応じ予め記憶
した主軸回転角と砥石車送り量との関係を示す制御デー
タに基づき前記砥石送り用サーボモータをフィードバッ
ク制御する制御装置とを備え、複数回の研削加工動作で
前記カム面を前記所望カムプロフィールに加工するカム
研削盤において、前記制御装置に学習手段を設けてい
る。

そして、この学習手段は、各研削加工動作毎に、前記
制御データにおける砥石車送り量と実際の研削加工動作
時における砥石車送り量との差を所定時間毎に求めて逐
次記憶するとともに、すでに記憶された各研削加工動作
における同時刻の前記各差の平均値を逐次求めた上で所
定の学習補正係数を乗じて学習補正値としてその都度記
憶更新し、この学習補正値をもって次回の研削加工動作
で使用する所定時間毎の前記制御データを補正するもの
であることを特徴としている。

作用 各研削加工動作毎に、制御データにおける砥石車送り
量と実際の砥石車送り量との差を所定時間毎に求めて逐
次記憶していく。また、各研削加工動作毎に、それまで
に記憶された各研削加工動作における同じ時刻（たとえ
ば各研削加工動作開始時を基準とする時刻）の各差の平
均値を求めた上、それに所定の学習補正係数を乗じて学
習補正値として記憶更新する。そして、この学習補正値
をもって制御データにおける次回の研削加工動作の各時
刻の砥石車送り量を補正する。２回目以降の各研削加工
動作では上記の学習補正値をもって補正された制御デー
タに基づき砥石車送り用サーボモータをフィードバック
制御し、被加工物のカム面を所定量ずつ研削する研削加
工動作を繰り返し、最終的にカム面を所望のカムプロフ
ィールに加工する。

実施例 第３図は、この発明に係るカム研削盤の一実施例の概
略構成を示す斜視図である。

第３図において、１はテーブル２上の主軸台３に固設
され、被加工物４を装着する主軸５を回転駆動する主軸
用サーボモータを示す。主軸用サーボモータ１にはパル
スジェネレータ６が取り付けられており、主軸用サーボ
モータ１の回転速度は、このパルスジェネレータ6,パル
スジェネレータ６の位置検出パルスが与えられるコント
ロールユニット7,コントロールユニット７から速度指令
が与えられるサーボアンプ８によって形成される閉ルー
プによってフィードバック制御される。

９は図外のベッド上に固設され、砥石台10を前記主軸
５の回転軸線に直交するＸ方向に移動するボールねじ11
を回転駆動する砥石車送り用サーボモータを示す。砥石
送り用サーボモータ９の回転位置は、この砥石送り用サ
ーボモータ９に取り付けたパルスジェネレータ12,パル
スジェネレータ12の位置検出パルスが与えられるコント
ロールユニット7,コントロールユニット７から速度指令
が与えられるサーボアンプ13によって形成される閉ルー
プによってフィードバック制御される。

砥石台10には、砥石車14とこの砥石車14を回転駆動す
るモータ50とが設けられており、コントロールユニット
７の制御により、砥石車送り用サーボモータ９の回転駆
動で砥石車14が第４図に示すように主軸５の回転に同期
してＸ方向に前後移動し、被加工物４のカム面51が研削
される。

次に、第１図のコントロールユニット７の機能ブロッ
ク図を参照し、前記各サーボモータ1,9のフィードバッ
ク制御について詳細に説明する。コントロールユニット
７は、主軸用サーボモータ制御部15,砥石送り用サーボ
モータ制御部16および基準時刻発生器17で概略構成され
ている。

主軸用サーボモータ制御部15の制御データ記憶器18に
は、予め所望のカムプロフィールに応じて、研削点移動
速度が略一定になるように主軸回転速度を制御するため
の主軸制御データが記憶されている。この主軸制御デー
タは、基準時刻発生器17で発生される各基準時刻ｔ（各
研削加工動作における制御の基準となる、たとえば1ms
毎の時刻）における主軸回転位置の目標値（主軸回転速
度の目標値を積分した値）で記憶されている。この目標
値は、制御データ取出器19により基準時刻発生器17で発
生される基準時刻ｔに従って周期的に（たとえば1ms
毎）読み出され、加算器20に与えられる。

加算器20ではその読み出された目標値が後述する学習
補正値の加算により補正され、その補正目標値が減算器
21に与えられる。また、パルスジェネレータ６の位置検
出パルスが位置カウンタ22に与えられており、位置カウ
ンタ22では位置検出パルスの計数により主軸回転位置の
現在値が求められ、その現在値が減算器21に与えられ
る。

減算器21では前記補正目標値から前記現在値を減算
し、その偏差が求められる。この偏差が与えられる速度
指令設定器23では、偏差に所定のゲインを乗じてサーボ
アンプ８に出力する速度指令が設定される。この速度指
令により、サーボアンプ８で主軸用サーボモータ１に与
えられる電流値が設定され、主軸用サーボモータ１の回
転速度、すなわち主軸５の回転速度が制御される。

一方、砥石送り用サーボモータ制御部16の制御データ
記憶器38には、予め前記所望カムプロフィールに応じ
て、砥石車14のＸ方向位置（以下、砥石車送り位置とす
る）を制御するための砥石送り制御データが記憶されて
いる。

この砥石送り制御データは、第５図に示すように、基
準時刻発生器17で発生される各基準時刻ｔにおける砥石
車送り位置の目標値（前記制御データ記憶器18に記憶し
た同基準時刻ｔにおける目標主軸回転位置に対応する
値）で記憶されている。なお、第５図では、カム面51の
ベースサークル部を研削するときの送り位置を「０」に
おいている。この目標値は、前述の制御データ取出器19
の主軸制御データの読み出しに同期して、制御データ取
出器39により基準時刻発生器17で発生される基準時刻ｔ
に従って周期的に読み出され、加算器40に与えられる。

加算器40ではその読み出された前記目標値に後述する
学習補正値が加算され、前記目標値が補正される。その
補正目標値は、減算器41に与えられ、パルスジェネレー
タ12の位置検出パルスが与えられる位置カウンタ42の出
力である砥石車送り位置の現在値との偏差が求められ
る。

この偏差が与えられる速度指令設定器43では、偏差に
所定のゲインを乗じてサーボアンプ13に出力される速度
指令が設定される。この速度指令により、サーボアンプ
13で砥石送り用サーボモータ９に与えられる電流値が設
定され、砥石送り用サーボモータ９の回転位置、すなわ
ち砥石車送り位置が制御される。

上述のように、この実施例では主軸用サーボモータ制
御部15の加算器20および砥石送り用サーボモータ制御部
16の加算器40において、各目標値に対して学習補正値を
加算し、各目標値を補正する。以下、この各目標値の補
正について説明する。

主軸用サーボモータ制御部15では、位置カウンタ22の
出力である主軸回転位置の現在値が減算器24に与えられ
ており、減算器24では、その主軸回転位置の現在値と制
御データ取出器19から与えられる主軸回転位置の目標値
との偏差、つまり位置決め誤差（以下、単に誤差ε_ｔと
いう）が所定周期（各基準時刻ｔ毎）で求められる。

そして、その誤差ε_ｔが誤差平均処理器25に与えられ
る。誤差平均処理器25では、後述するように、与えられ
る誤差ε_ｔが逐次記憶されるとともに、記憶された各研
削加工動作における同じ基準時刻ｔの前記各差の平均値
E_tが逐次求められる。

その平均値E_tが与えられる学習補正値設定器26では、
平均値E_tに例えば1.0未満の適宜な学習補正係数を乗じ
ることにより各基準時刻ｔにおける学習補正値が設定さ
れ、その値が学習補正値記憶器27に順次記憶される。そ
して、この学習補正値は、次の研削加工動作時に学習補
正値取出器28により基準時刻ｔに応じて読み出され、前
記加算器20に与えられる。なお、上記学習補正値設定器
26にて平均値E_tに適宜な学習補正係数を乗じて学習補正
値としているのは、平均値E_tをもとに制御データが一気
に補正されてしまうことがないように、最終的に加算器
20に加えられることになる補正値を加減するためであ
る。

砥石送り用サーボモータ制御部16においても、同様に
位置カウンタ42の出力である砥石車送り位置の現在地が
減算器41に与えられており、減算器41では、その砥石車
送り位置の現在値と制御データ取出器38から与えられる
砥石車送り位置の目標値との誤差ε_ｔが各基準時刻ｔ毎
に求められる。

そして、その誤差ε_ｔが誤差平均処理器45に与えられ
る。誤差平均処理器45では、後述するように、与えられ
る誤差ε_ｔを逐次記憶するとともに、記憶された各研削
加工動作における同じ基準時刻ｔの前記各差の平均値E_t
が逐次求められる。その平均値E_tが与えられる学習補正
値設定器46では、先に述べた学習補正値設定器26と同様
に、その平均値E_tに例えば1.0未満の適宜な学習補正係
数を乗じることにより各基準時刻ｔにおける学習補正値
が求められる。

その各基準時刻ｔ毎に求められる学習補正値は、一研
削加工動作の間、学習補正値記憶器47に記憶され、次の
研削加工動作に入ると、学習補正値取出器48により、基
準時刻ｔに従って加算器40に与えられる。

次に第２図を参照し、上述の誤差平均処理器25,45の
構成および動作について詳細に説明する。

誤差平均処理器25,45にはそれぞれ複数のデータバッ
ファBF₁〜BF_nが備えられ、減算器24,44から与えられる
誤差ε_ｔは、各研削加工動作毎に選択されるデータバッ
ファBF₁〜BF_nの基準時刻ｔに対応したエリアに書き込ま
れる。データバッファBF₁〜BF_nの選択は、加工回数カウ
ンタ60が基準時刻ｔに基づき計数する研削加工動作回数
（以下、加工回数とする）ｉに基づいて行われる。たと
えば、１回目の研削加工動作における誤差ε_ｔはデータ
バッファBF₁に書き込まれ、２回目の研削加工動作にお
ける誤差ε_ｔはデータバッファBF₂に書き込まれる。そ
して、各データバッファBF₁〜BF_nの同じ基準時刻ｔのエ
リアに書き込まれた各誤差ε_ｔが誤差加算器61に読み出
されて、加算される。その加算値は除算器52に与えら
れ、加工回数カウンタ60から与えられる加工回数ｉで除
算される。たとえば、３回目の研削加工動作時には、デ
ータバッファBF₁,BF₂,BF₃からそれぞれ同時刻ｔの誤差
ε_ｔが読み出され、その加算値「３」で除算される。そ
して、この除算値、すなわち誤差ε_ｔの平均値E_tが開閉
器53を介して学習補正値設定器26,46に与えられる。開
閉器53は、回数比較器54において、平均処理回数設定器
55に設定された回数ｎと、加工回数カウンタ60から与え
られる加工回数ｉが一致すると、「開」になり、平均値
E_tの出力を停止する。したがって、研削加工動作がｉ回
行われるまでは、平均値E_tにより学習補正値が設定さ
れ、その学習補正値をもって制御データの補正が行われ
るが、それ以降はｉ回目の研削加工動作時に設定された
学習補正値で制御データの補正が行われることになる。

次に、この実施例の効果について述べる。たとえば１
回目の研削加工動作では学習補正が行われないので、第
13図に示すように、主軸回転位置（第13図では角度で示
す）に対する砥石車送り位置の目標位置が実線Ａで、追
従遅れ（矢印で示す）によりその実際位置が破線Ｂであ
ったとすると、学習補正が行われる２回目の研削加工動
作では、第６図に示すように、実線Ｃで示す２回目の研
削加工動作における目標位置に対して破線Ｄのようにそ
の目標位置が補正される。したがって、１回目の研削加
工動作時と同じように２回目の研削加工動作時で追従遅
れが生じたとすると、２回目の研削加工動作のときは学
習補正により、主軸回転位置に対する砥石車送り位置の
実際位置がほぼその目標位置に一致するようになる。

上述の学習補正動作の説明では、プロフィール誤差の
発生原因として、定常誤差を発生させる追従遅れのみを
想定していたが、実際には振動などの外乱によっても少
なからずプロフィール誤差が生じうる。

ここで、まず各減算器24,44から直接学習補正値設定
器26,46に誤差ε_ｔが与えられ、上述したような誤差ε
_ｔの平均化を行わない場合について説明する。たとえ
ば、研削加工動作毎に、第７図に示すように定常誤差に
より各基準時刻ｔで誤差が同じように生じたときは、第
８図に示すように各基準時刻ｔに対して学習補正値が設
定され、プロフィール誤差が発生しない。しかし、第９
図に示すように外乱により誤差が生じると、第10図に示
すように定常誤差にその外乱による誤差が加算される形
で誤差ε_ｔが検出されるため、第11図に示すように学習
補正値が設定され、次の研削加工動作時にその外乱が発
生しないと第12図に示すような誤差ε_ｔが生じ、つまり
それがそのままプロフィール誤差となって現れることに
なる。

これに対して、上述のように、各研削加工動作毎に、
各誤差平均処理器25,45で誤差ε_ｔの平均化を行うと、
外乱による誤差が零に近付き、定常誤差だけを検出する
ことができるようになる。したがって、誤差ε_ｔの平均
化を行わない場合よりプロフィール誤差を小さく抑える
ことができる。なお、この実施例では、上述のように研
削加工動作回数が所定回数ｎに達すると、誤差ε_ｔの平
均化を停止し、それ以降は最終回の平均化で求めた平均
値E_tにより学習補正値を設定しているが、これは研削加
工動作回数が多くなるに従い、平均化処理時間が長くな
り、所定の制御周期内で処理することが難しくなるため
である。したがって、前記所定回数ｎはその制御周期に
応じて設定される。

以上のように、この実施例では上述のような学習補正
動作を行うため、切り込み量を大きくしたり、加工速度
を高速化してもプロフィール誤差が大きくならないの
で、加工精度を低下させることなくカム研削を行うこと
ができ、生産性を向上させることができる。

なお、上述の実施例では主軸５の回転速度をフィード
バック制御しているが、この発明では主軸５をモータで
一定速度で回転駆動し、砥石車14の送りのみをフィード
バック制御するようにしてもよい。

発明の効果 以上の説明から明らかなようにこの発明に係るカム研
削盤によれば、制御データにおける砥石車送り量と実際
の研削加工時における研削車送り量との差を求めて逐次
記憶しつつ、すでに記憶された各研削加工動作における
同時刻の各差の平均値を逐次求めた上で所定の学習補正
係数を乗じて学習補正値とし、この学習補正値に基づき
次回の研削加工動作で使用する前記制御データを補正す
ることから、加工速度を速くしてもプロフィール誤差が
大きくならず、特に高速加工時の加工精度が大幅に向上
する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例におけるコントロールユニ
ットの機能を示すブロック図、第２図はそのコントロー
ルユニットの誤差処理器の機能を示す説明図、第３図は
一実施例の全体構成を簡略的に示す斜視図、第４図はカ
ム面と砥石車を拡大して示す説明図、第５図は砥石車送
り位置と基準時刻との関係を示すグラフ、第６図は学習
補正した場合の砥石車送り位置と主軸回転角の関係を示
すグラフ、第７図〜第12図は外乱による誤差を説明する
ためのグラフ、第13図は学習補正しない場合の砥石車送
り位置と主軸回転角の関係を示すグラフ、第14図は第13
図に関連してプロフィール誤差を示すグラフである。 １……主軸用サーボモータ、４……被加工物、５……主
軸、6,12……パルスジェネレータ、７……コントロール
ユニット、8,13……サーボアンプ、９……砥石送り用サ
ーボモータ、11……ボールねじ、10……砥石台、14……
砥石車、17……基準時刻発生器、20,40……加算器、24,
44……減算器、25,45……誤差平均処理器、26,46……学
習補正値設定器、27,47……学習補正値記憶器、28,48…
…学習補正値取出器、51……カム面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B24B 19/12

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被加工物を装着した主軸を回転させる主軸
   用モータと、被加工物のカム面を研削する砥石車を前記
   主軸に対し交差する方向に相対移動させる砥石送り用サ
   ーボモータと、所望するカムプロフィールに応じ予め記
   憶した主軸回転角と砥石車送り量との関係を示す制御デ
   ータに基づき前記砥石送り用サーボモータをフィードバ
   ック制御する制御装置とを備え、複数回の研削加工動作
   で前記カム面を前記所望カムプロフィールに加工するカ
   ム研削盤において、 前記制御装置に学習手段を設けてなり、 この学習手段は、 各研削加工動作毎に、前記制御データにおける砥石車送
   り量と実際の研削加工動作時における砥石車送り量との
   差を所定時間毎に求めて逐次記憶するとともに、 すでに記憶された各研削加工動作における同時刻の前記
   各差の平均値を逐次求めた上で所定の学習補正係数を乗
   じて学習補正値としてその都度記憶更新し、 この学習補正値をもって次回の研削加工動作で使用する
   所定時間毎の前記制御データを補正するものであること
   を特徴とするカム研削盤。