JPH04201062A - カム研削盤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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−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、主軸の回転速度か一定であると、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
相互の追従遅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か不安定に
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、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、その各平均値で次回
の研削加工動作で使用する前記制御データを補正する学
習手段を前記制御装置に設けたことを特徴とするもので
ある。

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）の冬着の平均
値を求める。

そして、その差の平均値に基づい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その補正制御データ
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〜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は図外のベツド上に固設され、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１
１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て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ては位置検出パルスの計数により主軸回転
位置の現在値か求められ、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。この偏差か与えられる速度指
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の主軸制卸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
学習補正値か加算され、前記目標値か補正される。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４
２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−夕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、という）が所定周期（各基準時刻を毎）で求めら
れる。

そして、その誤差ε、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、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Ｅ１が逐次求められる。

その平均値Ｅ、が与えられる学習補正値設定器２８では
、平均値Ｅ１に適宜な学習関数を作用させて各基準時刻
ｔにおける学習補正値が設定され、学習補正値記憶器２
９に順次記憶される。そして、次の研削加工動作時に、
学習補正値取出器３０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。

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３５の出力である砥石車送り位置の現在値
が減算器３７に与えられており、減算器３７では、その
砥石車送り位置の現在値と制御データ取出器３２から与
えられる砥石車送り位置の目標値との誤差ε、が各基準
時刻を毎に求められる。

そして、その誤差ε、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、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
Ｅ１が逐次求められる。その平均値Ｅ１か与えられる学
習補正値設定器４６では、その偏差に適宜な学習関数を
作用させて学習補正値が求められる。

その各基準時刻を毎に求められる学習補正値は、−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４７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ＢＰ、−ＢＦ、か備えられ、減算器２４．４４か
ら与えられる誤差ε１は、各研削加工動作毎に選択され
るデータバッファＢＦ、〜ＢＦ、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ＢＦ、〜ＢＦ
、の選択は、加工回数カウンタ５０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に基ついて行われる。たとえば、１回目の研削加工動
作における誤差ε、はデータバッファＢＦ、に書き込ま
れ、２回目の研削加工動作における誤差ε１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ＢＦ、−ＢＦ、の同し基準時刻ｔのエリアに書き込ま
れた各誤差ε、か誤差加算器５１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５０から与えられる加工回数１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Ｂ　Ｆ　＋、　　Ｂ　Ｆ　２．　　Ｂ　Ｆ　３からそ
れぞれ同時刻ｔの誤差ε、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
ε１の平均値Ｅ１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５３に設定された回
数ｎと、加工回数カウンタ５０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、の出力を停
止する。したがって、研削加工動作が１回行われるまで
は、平均値Ｅｌにより学習補正値が設定され、その学習
補正値に制御データの補正が行われるが、それ以降は１
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１
３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りのように
その目標位置が補正される。したがって、１回目の研削
加工動作時と同しように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２６，４．６に誤差ε１が与えられ、上述したよう
な誤差ε１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１
０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、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、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ε７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ε１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ε１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、により学
習補正値を設定しているか、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かできる。

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ト
ハック制御するようにしてもよい。

発明の効果 以上の説明で明らかなように、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砥石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
時刻の冬着の平均値を逐次求め、その各平均値に基づき
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
ることにより、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、高速加工時の加工精度を向上すること
ができる。

【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・・・パルスジニネレータ、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・・ボールねし、１
０・・・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。 第２図　ε。 」 第５図 後退 轟 砥：′ 一＝ニスＩ１ 第６図 後退 前進　　　　　　　玉軸回転角 第　′、３　図 第１４図 ブム コ　　： フ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （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、 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、その各平均値で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学習手段を前記制
   御装置に設けたことを特徴とするカム研削盤。