JP3543459B2 - 工作物加工用数値制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、選択された範囲において、リフトデータをスムージングして平滑化した補正リフトデータをプロフィールデータに変換して工作物の加工制御を行う工作物加工用数値制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の工作物加工用数値制御装置（特開平１−２０６４０６）は、フラットタペットによるリフトデータを極座標によるリフトデータに変換した後、工作物の仕上げ形状の許容誤差内に入るようにリフトデータ全体をスムージングして平滑化した補正リフトデータを生成し、プロフィールデータに変換するものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の工作物加工用数値制御装置は、図９の（Ａ）に示すリフトデータが工作物の仕上げ形状の許容誤差内に入るようにスムージングして平滑化するものであるため、カム研削において面性状が向上するという利点を有する反面、図９の（Ｂ）に示すようにリフト全体に亘り形状誤差が生ずるという問題があるとともに、演算に長時間を要するという問題があった。
【０００４】
そこで本発明者らは、形状誤差を減少させるべく選択された範囲のリフトデータをスムージングして平滑化した補正リフトデータをプロフィールデータに変換するという本発明の技術的思想に着眼し、更に研究開発を重ねた結果、形状誤差を減少させてカム研削における面性状を向上するとともに、演算時間を短縮するという目的を達成する本発明に到達した。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明（請求項１に記載の第１発明）の工作物加工用数値制御装置は、
工作物の形状を特定するリフトデータに基づき変換された主軸の回転角と工具送り軸の位置との関係を示すプロフィールデータに応じて工作物の加工を制御する数値制御装置において、
前記リフトデータの補正を行う範囲を選択する範囲選択手段と、
前記リフトデータの許容誤差を記憶する記憶手段と、
選択された前記範囲において前記リフトデータが前記許容誤差内に入るようにスムージングして平滑化するスムージング演算手段と、
スムージングされた補正リフトデータをプロフィールデータに変換するプロフィールデータ変換手段と、
変換された前記プロフィールデータに基づいて前記主軸の回転角と前記工具送り軸の位置とを数値制御する位置制御手段と
から成るものである。
【０００６】
本発明（請求項２に記載の第２発明）の工作物加工用数値制御装置は、
工作物の形状を特定するリフトデータに基づき変換された主軸の回転角と工具送り軸の位置との関係を示すプロフィールデータに応じて工作物の加工を制御する数値制御装置において、
前記リフトデータの補正を行う範囲を選択する範囲選択手段と、
前記リフトデータの許容誤差を記憶する記憶手段と、
前記リフトデータ全体をスムージングして平滑化する第１のスムージング演算手段と、
前記第１のスムージング演算手段によりスムージングされたリフトデータに基づき、選択された前記範囲において前記スムージングされたリフトデータが前記許容誤差内に入るようにスムージングして平滑化する第２のスムージング演算手段と、
前記第２のスムージング演算手段によりスムージングされた補正リフトデータをプロフィールデータに変換するプロフィールデータ変換手段と、
変換された前記プロフィールデータに基づいて前記主軸の回転角と前記工具送り軸の位置とを数値制御する位置制御手段と
から成るものである。
【０００７】
（作用）
上記構成より成る第１発明の工作物加工用数値制御装置は、前記範囲選択手段によって選択された前記範囲において、前記記憶手段に記憶されている前記許容誤差に基づき、前記スムージング演算手段により前記許容誤差以内に入るようにリフトデータをスムージングして平滑化し、前記プロフィールデータ変換手段によりスムージングされた補正リフトデータをプロフィールデータに変換し、前記位置制御手段により前記主軸の回転角と前記工具送り軸の位置とを数値制御するものである。
【０００８】
上記構成より成る第２発明の工作物加工用数値制御装置は、前記記憶手段に記憶されている前記許容誤差に基づき、前記第１のスムージング演算手段によりリフトデータ全体をスムージングして平滑化し、更に、前記第２のスムージング演算手段により前記スムージングされたリフトデータの中で、選択された範囲のリフトデータをスムージングして平滑化し、前記許容誤差内に入るように補正リフトデータを求める。前記プロフィールデータ変換手段により前記スムージングされた補正リフトデータをプロフィールデータに変換し、前記位置制御手段により前記主軸の回転角と前記工具送り軸の位置とを数値制御するものである。
【０００９】
【発明の効果】
上記作用を奏する第１発明の工作物加工用数値制御装置は、選択された前記範囲のみ、前記スムージング演算手段によりリフトデータをスムージングするので、形状誤差を減少して面性状を向上するとともに、演算時間を短縮するという効果を奏する。
【００１０】
上記作用を奏する第２発明の工作物加工用数値制御装置は、第１のスムージング演算手段によりリフトデータ全体をスムージングして平滑化し、更に第２のスムージング演算手段により選択された範囲についてスムージングするので、形状誤差を減少して面性状を向上するという効果を奏する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態につき、図面を用いて説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
第１実施形態の工作物加工用数値制御装置は、図１ないし図２に示すように一例として非真円形工作物Ｗの形状を特定するリフトデータと砥石径に応じて、主軸の回転角θと工具送り軸の位置Ｘとの関係を示すプロフィールデータに変換し、前記プロフィールデータに応じて前記非真円形工作物Ｗの加工を制御する数値制御装置において、前記リフトデータ、前記工作物の仕上げ形状の許容誤差、平滑化および補正用データ他を記憶する記憶手段１と、前記リフトデータの補正を行う範囲を選択する後述する範囲選択手段と、選択された範囲の前記リフトデータを前記許容誤差内に入るようにスムージングして平滑化する後述するスムージング演算手段と、前記スムージングされた補正リフトデータをプロフィールデータに変換する後述するプロフィールデータ変換手段と、前記変換されたプロフィールデータに基づいて前記主軸の回転角θと前記工具送り軸の位置Ｘとを数値制御する数値制御装置５とから成る。
【００１３】
数値制御装置５によって制御される数値制御研削盤７は、図２に示されるようにベッド７０上に螺子送り機構を介してサーボモータ７１Ｍにより駆動され、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テーブル７１と、このテーブル７１上に配設された主軸台７２Ｄに軸架されサーボモータ７２Ｍにより回転される主軸７２と、前記テーブル７１の右端に配設されセンタ７３Ｃと前記主軸７２のセンタ７２Ｃとの間にカムシャフトから成る工作物Ｗを挟持する心押台７３と、前記ベッド７０の後方において工作物Ｗに対して進退可能に配設され、送り螺子を介してサーボモータ７４Ｍにより制御される工具台７４Ｄ上に載置されたモータ７４Ｎにより回転駆動される砥石車７４とから成る。
【００１４】
ドライブユニット８１、８２、８３は、図１および図２に示すように数値制御装置５から指令パルスを入力して、前記数値制御研削盤７のサーボモータ７１Ｍ、７２Ｍ、７４Ｍを駆動する回路である。
【００１５】
数値制御装置５は、図１および図２に示すように主として制御軸を数値制御して、工作物Ｗの研削加工を制御する装置であり、数値制御研削盤７を制御するためのメインＣＰＵ５０と、制御プログラムを記憶したＲＯＭ５１と、入力データ等を記憶する第１のＲＡＭ５２と、前記サーボモータ７１Ｍ、７２Ｍ、７４Ｍの駆動系を制御するドライブＣＰＵ５３と、前記メインＣＰＵ５０により演算された砥石車７４、テーブル７１、主軸７２の位置決めデータをドライブＣＰＵ５３に受け渡すために各種データを一時的に記憶する第２のＲＡＭ５４と、パルス分配器５５とから成る。
【００１６】
ドライブＣＰＵ５３は、加工に関する制御軸の送りに関し、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定周期に出力する装置であり、この補間点の位置決めデータに基づいてパルス分配器５５は各ドライブユニット８１、８２、８３にパルス分配を行う。
【００１７】
前記自動プログラミング装置６は、リフトデータと砥石径からプロフィールデータを自動作成する装置で、ＲＡＭ６１には複数の工作物のリフトデータを記憶するリフトデータ領域６１１と、リフトデータを極座標変換し記憶する極座標リフトデータ領域６１２と、予め入力され設定された工作物の仕上げ形状の許容誤差を記憶する許容誤差データ領域６１３と、極座標リフトデータを許容誤差内においてスムージングされ平滑化された補正リフトデータを記憶するスムージングデータ領域６１４と、前記スムージングされたリフトデータに基づき生成されるプロフィールデータが記憶されるプロフィールデータ領域６１５と、前記プロフィールデータを生成するときの砥石径を記憶する砥石径データ領域６１６とが形成されている。
【００１８】
フロントＣＰＵ６０には、入出力インタフェースを介してリフトデータ等を入力するテープリーダ６３と、データの表示を行うＣＲＴ表示装置６４と、データの入力を行うキーボード６５とが接続されている。
【００１９】
上記構成より成る第１実施形態の工作物加工用数値制御装置は、入力モードに設定されると、フロントＣＰＵ６０は入出力インタフェース６２を介して、テープリーダ６３から加工に必要なリフトデータを読み込みＲＡＭ６１のリフトデータ領域６１１に記憶される。
【００２０】
次にプロフィールデータ作成モードに設定されると、フロントＣＰＵ６０が図３に示すプログラムを実行する。
ステップ１００において、リフトデータ領域６１１に記憶されているリフトデータは極座標リフトデータに変換され、そのデータは極座標リフトデータ領域６１２に記憶されると共に、ＣＲＴ表示装置６４に図４に示すように極座標リフトデータがグラフィック表示される。この極座標リフトデータは、カムの外形線上の点列を中心角θと動径の長さｒ（θ）で特定したデータである。
【００２１】
次に前述した範囲選択手段としてのステップ１１０に移行し、キーボード６５によって前記ステップ１００で求めた極座標リフトデータの中で形状誤差を減少させるための補正を行う範囲をキーボード６５または図略のマウス等を操作して、図３の点線で示すように選択する。このステップ１１０の処理が終了すると、ＣＲＴ表示装置６４に選択した範囲の極座標リフトデータが図５の点線Ａに示すように表示される。
前述したスムージング演算手段としてのステップ１２０において、前記ステップ１１０で選択された範囲のみスムージングを行う処理が実行される。はじめに前記ステップ１１０で選択された範囲の極座標リフトデータを何点でスムージングの処理を行うか、すなわち、スムージングのなめらかさを決定する点数を入力する。この点数の入力が終了すると、許容誤差データ領域６１３に記憶された許容誤差を読み出し、前記ステップ１１０で選択された範囲の極座標リフトデータが許容誤差内に入るようにスムージング演算して平滑化する。
このスムージング演算についてさらに詳述すると、残差平方和にウエイト付けを行い、補正量の変化をおさえるもので、角度ｘｉ、リフトｙｉ、許容誤差ｅｉ、ウエイトをｗｉとすると残差平方和Ｑは数１で示される。
【数１】

但しｎは前記ステップ１２０で入力したスムージングのなめらかさを決定する点数、ｍは補正多項式の次数、ａｊは補正多項式の係数で、予め設定された値であり、ｅｉは許容誤差で許容誤差データ領域６１３に記憶された作業者が任意に設定する値である。
数１をａｋで偏微分すると数２となり、ｄＱ／ｄａｋ＝０を解いて極値を求める。
【数２】

数３、数４を解いてａｊ・ｃｊ＝０、１、・・・・・ｍを求める。
【数３】

【数４】

但しウエイトｗｉは、例えば下記のようにして決める。なおウエイトは、中心が最大で端点が１の単調な関数である。
数５の補正開始点でｓ＝ｎ、次の点でｓ＝ｎ−１、・・・・・ｓ＝１となるまで減少させる。ｓ＝１となったら通常のウエイトの無い補正を行う。また終了点では逆の操作を行う。
【数５】

上記残差平方和に基づく極座標リフトデータの補正が終了すると、ＣＲＴ表示装置６４に選択した範囲のみについて、スムージングした極座標リフトデータが図５の実線Ｂに示すように表示される。この表示の後、この部分的にスムージングした補正極座標リフトデータを前記ＲＡＭ６１のスムージングデータ領域６１４に記憶される。
前述したプロフィールデータ変換手段としてのステップ１４０において、ＲＡＭ６１のスムージングデータ領域６１４の補正極座標リフトデータを読み出し、部分的にスムージングされた補正極座標リフトデータと前記砥石径データ領域６１７に記憶されている砥石径とから主軸の回転各θと砥石車７４の先端研削位置を表すプロフィールデータを演算し、このプロフィールデータをプロフィールデータ領域６１５に記憶される。このプロフィールデータは、カムの実際の加工時にフロントＣＰＵ６０を介してＲＡＭ５２のＮＣプロフィールデータ領域へ転送される。
【００２２】
作業者が操作盤５９より加工開始を指示すると、プロフィールデータ領域６１５に記憶されたプロフィールデータがＣＰＵ６０を介してＲＡＭ５２のＮＣプロフィールデータ領域へ転送される。するとメインＣＰＵ５０は、ＮＣプロフィールデータ領域５２１に記憶されているＮＣプロフィールデータに従って加工指令を出力することにより、カム研削が実行される。
【００２３】
上記作用を奏する第１実施形態の工作物加工用数値制御装置は、部分的にスムージング演算を行うことによって、リフトデータの形状誤差を減少させることにより、カム研削における面性状を向上するとともに、カムの動作特性から要求されるカム形状を実現するという効果を奏する。
【００２４】
また第１実施形態の工作物加工用数値制御装置は、前記極座標リフトデータ中で補正が必要な範囲のみを選択してスムージングできるので、演算時間を短縮するという効果を奏する。
【００２５】
（第２実施形態）
第２実施形態の工作物加工用数値制御装置は、ハードの基本的構成は前記第１実施形態と同様であるが、極座標リフトデータを部分的にスムージングする前に、極座標リフトデータ全体をスムージングする点が相違点であり、以下相違点を中心に説明する。
【００２６】
図６に示すようにステップ２００において、前記第１実施態様で用いた図１に示されるリフトデータ領域６１１に記憶されているリフトデータは極座標リフトデータに変換され、そのデータは極座標リフトデータ領域６１２に記憶される。極座標リフトデータは、カムの外形線上の点列を中心角θと動径の長さｒ（θ）で特定したデータである。
【００２７】
ステップ２１０において、ステップで求めた極座標リフトデータ全体をスムージングして平滑化するため、回帰多項式を用いて処理を行う。この詳細は図７に示すようにステップ２１１においてカムの外形線上の点列を特定した極座標リフトデータから、その点列を最も近似した滑らかな曲線の方程式が回帰多項式により求められる。即ち動作特性上の要請から与えられるリフトデータを極座標変換して得られるデコボコの点列を滑らかに近似した曲線が求められたことになる。
【００２８】
次にステップ２１２に移行し、回帰多項式により求められた曲線と前記点列の極座標リフトデータとの各点における偏差が演算され、その偏差が許容誤差データ領域６１３に記憶されている許容誤差内に在るか否かが判定され、偏差が許容誤差内に存在しない場合には、ステップ２１３に移行し、回帰多項式がさらに高次化され、ステップ２１１へ戻り、許容誤差内になるまでより高次の回帰多項式により曲線が繰り返し演算される。このステップ２１１で許容誤差内と判定されると次に図６に示すステップ２２０に移行し、求められた回帰多項式から各回転角毎に動径の長さが演算されることにより平滑化された極座標リフトデータが生成され、ＲＡＭ６１内の平滑データ領域６１７に記憶される。
【００２９】
次のステップ２３０〜２６０の処理は前述した第１実施形態の図３に示すステップ１１０〜１４０と同様であるので、説明は省略する。
【００３０】
スムージングによる極座標リフトデータが生成され、上述と同様にＲＡＭ６１内のスムージング領域６１４内に記憶される。
次にステップ２５０に移行し、砥石径データ領域６１６に記憶されている砥石径と前記ステップ２４０で求めたスムージングされた極座標リフトデータとからプロフィールデータが演算され、カムの実際の加工時にフロントＣＰＵ６０を介してＲＡＭ５２のプロフィールデータ領域６１５へ転送される。
【００３１】
そして、加工指令信号が操作盤５９から付与されると、メインＣＰＵ５０は、ＮＣプロフィールデータ領域５２１に記憶されているＮＣプロフィールデータに従って加工指令を出力することにより、カム研削が実行される。
【００３２】
上記作用を奏する第２実施形態の工作物加工用数値制御装置は、極座標リフトデータ全体をスムージングし平滑化した後、選択された範囲についてスムージング演算を行い形状誤差を減少させるので、カムの動作特性から要求されるカム形状を実現するという効果を奏する。
【００３３】
また第２実施形態の工作物加工用数値制御装置は、残差平方和に基づき形状誤差を減少させるので、形状誤差を有効且つ理想的に減少させることができるという効果を奏する。
【００３４】
（第３実施形態）
第３実施形態の工作物加工用数値制御装置は、ハード構成および基本的ソフト構成は第２実施形態と同様であるが、スムージング演算を第２実施形態の残差平方和に基づき行う代わりに図８に示すように入力リフトデータに対し、平滑化されたリフトデータの偏差が大きいときは、数６に示すようにスムージング開始点より徐々に平滑化されたリフトに近づくようにスムージング補正するものである。
【数６】

ここでｙｉは入力リフトデータ点列、ｙ′ｉは平滑化されたリフトデータ点列、ｙ″ｉは本第３実施形態のスムージング補正されたリフトデータ点列であり、ｔはｉ／ｎ、ｉは０（補正開始点）、１、２、３・・・に、ｎはスムージング点数、である。
【００３５】
上記構成より成る第３実施形態の工作物加工用数値制御装置は、入力されたリフトデータ点列ｙｉの線と平滑化されたリフトデータ点列ｙ′ｉの線との距離を接近区間に含まれる点数ｎで分割し、開始点から終了点まで分割長さの０倍、１倍、・・・ｎ倍まで徐々に接近させるので、前記第２実施形態と同様に形状誤差を減少させることができるとともに、カムの動作特性から要求されるカム形状を実現することができるという効果を奏する。
なお、この各実施形態においては、極座標リフトデータに補正を行っているが、極座標リフトデータに変換する前のリフトデータに補正を行っても良い。
【００３６】
上述の実施形態は、説明のために例示したもので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記載から当業者が認識することができる本発明の技術的思想に反しない限り、変更および付加が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】本第１実施形態装置に係る数値制御研削盤の全体の関係を示す構成図である。
【図３】本第１実施形態の演算処理手順を示すフローチャート図である。
【図４】本第１実施形態装置における極座標リフトデータの補正を行う範囲の選択を説明する図である。
【図５】本第１実施形態装置におけるスムージング演算を説明する図である。
【図６】本発明の第２実施形態の演算処理手順を示すフローチャート図である。
【図７】本第２実施形態の平滑演算手段を示すフローチャート図である。
【図８】本発明の第３実施形態のスムージングの考え方を示す線図である。
【図９】従来装置により平滑化されたリフトデータおよびその形状誤差を示す線図である。
【符号の説明】
１ 記憶手段
５ 数値制御装置
６ 自動プログラミング装置
７ 数値制御研削盤
６１ ＲＡＭ
６５ ＣＲＴ表示装置
７０ ベッド
７１ テーブル
７２Ｄ 主軸台
７３ 心押台
７４Ｄ 工具台
Ｗ 工作物

Claims (2)

1. 工作物の形状を特定するリフトデータに基づき変換された主軸の回転角と工具送り軸の位置との関係を示すプロフィールデータに応じて工作物の加工を制御する数値制御装置において、
   前記リフトデータの補正を行う範囲を選択する範囲選択手段と、
   前記リフトデータの許容誤差を記憶する記憶手段と、
   選択された前記範囲において前記リフトデータが前記許容誤差内に入るようにスムージングして平滑化するスムージング演算手段と、
   スムージングされた補正リフトデータをプロフィールデータに変換するプロフィールデータ変換手段と、
   変換された前記プロフィールデータに基づいて前記主軸の回転角と前記工具送り軸の位置とを数値制御する位置制御手段と
   から成ることを特徴とする工作物加工用数値制御装置。
2. 工作物の形状を特定するリフトデータに基づき変換された主軸の回転角と工具送り軸の位置との関係を示すプロフィールデータに応じて工作物の加工を制御する数値制御装置において、
   前記リフトデータの補正を行う範囲を選択する範囲選択手段と、
   前記リフトデータの許容誤差を記憶する記憶手段と、
   前記リフトデータ全体をスムージングして平滑化する第１のスムージング演算手段と、
   前記第１のスムージング演算手段によりスムージングされたリフトデータに基づき、選択された前記範囲において前記スムージングされたリフトデータが前記許容誤差内に入るようにスムージングして平滑化する第２のスムージング演算手段と、
   前記第２のスムージング演算手段によりスムージングされた補正リフトデータをプロフィールデータに変換するプロフィールデータ変換手段と、
   変換された前記プロフィールデータに基づいて前記主軸の回転角と前記工具送り軸の位置とを数値制御する位置制御手段と
   から成ることを特徴とする工作物加工用数値制御装置。

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