JPH04201058A - 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、砥石車をポ
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
相互の追従遅れにより砥石車の送り位置と主軸回転角の
同期がすれるが、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１４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１５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求
め、この差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学習手段と、予めこの学習手段の
制御データ補正動作によりプロフィール誤差が最小にな
る研削加工動作回数を検出しておき、研削加工動作がそ
の回数になると前記制御データ補正動作を終了させる学
習回数制御手段と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 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
との差を求め、その差に基づいて制御データにおける次
回の研削加工動作の砥石車送り量を補正し、次回の研削
加工動作ではその補正制御データに基つき砥石車送り用
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、研削
加工動作回数が予め検出しておいた制御データ補正動作
によりプロフィール誤差が最小になる研削加工動作回数
になると、学習手段による制御データ補正動作を終了す
る。そして、それ以降の研削加工動作では、たとえば最
終回の前記制御データ補正動作による補正量で制御デー
タにおける次回の研削加工動作の砥石車送り量を補正し
、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
ずつ研削していき、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２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２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ｈ７．　　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３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゜基準時刻発
生器１７および学習回数制御部４０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（
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の回転速度か制御される。

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２４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４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
た同時刻における目標主軸回転位置に対応する値）で記
憶されでいる。なお、第４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
２５により基準時刻発生器１７で発生される基準時刻に
従って周期的に読み出され、加算器２６に与えられる。

加算器２６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２７に与えられ、パルスジェネレー
タ１２の位置検出パルスか与えられる位置カウンタ２８
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２９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２６において、各目標値に対して学習値
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３０に与え
られており、減算器３０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
の目標値との偏差か所定周期（各基準時刻毎）で求めら
れる。そして、その偏差が学習補正値設定器３１に与え
られ、学習補正値設定器３１で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。

その各基準時刻毎に求められた学習補正値は、−研削加
工動作の間（主軸５が１周する間）、後述する学習回数
制御部４０により開閉制御される開閉器３８を介して学
習補正値記憶器３２に記憶される。そして、次の研削加
工動作のときに、学習補正値取出器３３により基準時刻
に応じて読み出され、加算器２０に与えられる。−度学
習補正値が記憶された後は、−研削加工動作毎にその学
習補正値に新しい学習補正値が加算される形で、開閉器
３８が「閉」の間、更新記憶される。

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２８の出力である砥石車送り位置の現在値
が減算器３４に与えられており、減算器３４では、その
砥石車送り位置の現在値と制御データ取出器２５から与
えられる砥石車送り位置の目標値との偏差か各基準時刻
毎に求められる。

そして、その偏差が学習補正値設定器３５に与えられ、
学習補正値設定器３５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。

その各基準時刻毎に求められる学習補正値は、−研削加
工動作の間、後述する学習回数制御部４０により開閉制
御される開閉器３９を介して学習補正値記憶器３６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
３７により、基準時刻に従って加算器２６に与えられる
。この砥石送り用サーボモータ制御部１６においても、
−度学習補正値が記憶された後は、−研削加工動作毎に
その学習補正値に新しい学習補正値が加算される形で、
開閉器３９が「閉」の間、更新記憶される。

以上の構成では、次のように学習補正動作が行われる。

たとえば１回目の研削加工動作で学習補正を行わないと
き、第１４図に示すように、主軸回転位置（第１４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５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。したかって、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
時で追従遅れが生したとすると、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。

次に、前記開閉器３８．３９の開閉制御を行う学習回数
制御部４０について説明する。この学習回数制御部４０
の１周時刻設定器４１には、主軸５が１回転する時刻（
１周時刻）が予めに設定されており、加工動作時にその
１周時刻と、基準時刻発生器１７が発生する基準時刻と
が時刻比較器４２で比較される。時刻比較器４２ではそ
の両時刻が一致する度に、すなわち主軸５が１回転して
研削加工動作が１回行われる度に加工回数カウンタ４３
にカウント信号が出力される。加工回数カウンタ４３で
はそのカウント信号により研削加工動作回数が計数され
、回数比較器４４に出力される。

一方、学習回数設定器４５には、後述するように予め上
述の学習補正動作を行う回数（学習回数）が設定されお
り、回数比較器４４ではその学習回数と前記研削加工動
作回数とが比較され、両者が一致すると、開閉器３８．
３９を「開」にする信号が出力される。

このように、学習回数制御部４０は、研削加工動作回数
が学習回数設定器４５に予め記憶した学習回数に達する
と、各開閉器３８．３９を「開」にし、各学習補正値記
憶器３２．３６の学習補正値を更新する動作を終了させ
る。したがって、それ以降の研削加工動作では、学習補
正動作終了前に各学習補正値記憶器３２．３６にそれぞ
れ記憶された学習補正値が読み出され、各加算器２０゜
２６に与えられることにより、各制御データ記憶器１８
．２４から読み出される各目標値の補正が行われる。

次に上述の学習回数の設定について説明する。

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か生じうる。このプロフィール
誤差を生じさせる外乱は次のように学習補正動作に影響
を与える。

たとえば、第６図に示すように、カム面５１のベースサ
ークル部を研削中の時刻ｔにおいて外乱が生じ、砥石車
送り位置が変動したとすると、第７図に示すようにプロ
フィール誤差が生じる。そうすると、学習補正動作によ
り、次の研削加工動作における砥石車送り位置の補正目
標値はその誤差を打ち消すように第８図に示すように設
定される。

そして、その次の研削加工動作では前記外乱が生じなか
ったとすると、第９図に示すように砥石車送り位置が制
御されることになる。その結果、プロフィール誤差は第
１０図に示すようになる。

そうすると、その誤差により前回設定された学習補正値
がさらに補正され（加算される）、その次の研削加工動
作では第１１図に示すように砥石車送り位置の補正目標
値が設定されることになる。

つまり、１度だけ外乱が生じ、その後の研削加工動作で
その外乱が生じないような場合には、学習補正動作を繰
り返し行うことにより、かえってプロフィール誤差が大
きくなる。

上述したように、プロフィール誤差は、この外乱による
誤差と、追従遅れによる定常誤差とを加算したものと考
えられるが、これらの誤差と研削加工動作回数（上述の
学習補正動作を伴う）との関係を示すと第１３図のよう
になる。つまり、学習補正動作を行うと、研削加工動作
が繰り返されるに従って、定常誤差は小さくなっていく
が、逆に外乱による誤差は大きくなっていく。したがっ
て、プロフィール誤差はある研削加工動作回数のときに
最小になる。

これを本発明者の実験結果で具体的に示しておくと、第
１２図のようになる。第１２図（２）〜（７）は、所望
のカムプロフィールが第１２図（１）に示すようであっ
た場合の各研削加工動作時のプロフィール誤差を示めす
。第１２図（２）は１回目の研削加工動作時のプロフィ
ール誤差、第１２図（３）は２回目の研削加工動作時の
プロフィール誤差、第１２図（４）は３回目の研削加工
動作時のプロフィール誤差、第１２図（５）は５回目の
研削加工動作時のプロフィール誤差、第１２図（６）は
９回目の研削加工動作時のプロフィール誤差、第１２図
（７）は１７回目の研削加工動作時のプロフィール誤差
をそれぞれ示す。この図に示すように実験結果では、研
削加工動作が繰り返されるにつれ９回目の研削加工動作
まではプロフィール誤差が小さくなっていくが、１７回
目の研削加工動作時にはプロフィール誤差が再び大きく
なっている。

このようにして、プロフィール誤差が最小になる研削加
工動作回数、すなわち学習回数を予め検出しておき、前
記学習回数設定器４５に設定する。

そうすると、その設定回数以降の研削加工動作では外乱
が生じても無視されるため、プロフィール誤差は大きく
ならなくなる。

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か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動作
を、プロフィール誤差が最小になるまで行うので、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図はその一実施例の
全体構成を簡略的に示す斜視図、第３図はカム面と砥石
車を拡大して示す説明図、第４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５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６図〜第１１図は外乱による砥石車送り位置の実際位
置、プロフィール誤差および砥石車送り位置の目標位置
の変化を示すグラフ、第１２図は学習補正動作によるプ
ロフィール誤差の変化を示す実験データを示すグラフ、
第１３図は研削加工動作回数とプロフィール誤差の関係
を示すグラフ、第１４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１５図は
第１４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・
・・ｉ＄ＩＬ　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
ルねし、１０・・砥石台、１４・・・砥石車、２０．３
４・加算器、３０．３４・・・減算器、３１．３５・・
・学習補正値設定器、３２．３６・・・学習補正値記憶
器、３３゜３７・・・学習補正値取出器、３８．３９・
・・開閉器、４０・・・学習回数制御部、５ト力ム面。 第４図 変進 砥１ Ｔ；′ 叉Ｉ 第　５　図 後退 第６図 砥轟 ｏＱ　　　　　基準時刻 １１７図 ？ 第８図 砥 Ｏｔ　　　　　基準時刻 第９図 舐 第１θ図 ブＴ 畏１ 第１１図 第　１２　　図 ７＋ か ７３二回転角 第　邦　図 誤差量ｌＩＸ 岱１ 第　１５　　図 ブム ロ フ μ　′　　　　　　　　　刀ム回転角

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、 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求め、この差に基
   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
   正する学習手段と、予めこの学習手段の制御データ補正
   動作によりプロフィール誤差が最小になる研削加工動作
   回数を検出しておき、研削加工動作がその回数になると
   前記制御データ補正動作を終了させる学習回数制御手段
   とを前記制御装置に設けたことを特徴とするカム研削盤
   。