JPH0683417A - 非真円形工作物加工用数値制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】非真円形工作物の加工において、工作物及び工
具の振動を除去して、工作物の加工精度を向上させるこ
と。 【構成】プロフィルデータから工具送り軸座標の時間に
対する工具送り軸時間関数(c) と主軸座標の時間に関す
る主軸時間関数(h) とを求め、工具送り軸時間関数をフ
ーリエ変換して周波数関数(c) を求め、周波数関数に対
して機械の固有振動周波数を含む所定周波数帯域の成分
を低減させた補正周波数関数(e) を求め、補正周波数関
数を逆フーリエ変換して補正送り軸時間関数(f) を求
め、主軸時間関数(h) 及び補正工具送り軸時間関数(b)
に応じて主軸及び工具送り軸を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カム等の非真円形工作
物（以下、単に「工作物」ともいう。）を加工制御する
数値制御装置に関する。特に、主軸回転に同期した工具
の進退運動に基づく振動による加工精度の低下を防止し
た装置に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、数値制御装置により主軸軸線に垂直
な方向の砥石車の送りを主軸回転に同期して制御し、カ
ム等の工作物を研削加工する方法が知られている。砥石
車の送りを同期制御するには数値制御装置にプロフィル
データを付与することが必要である。このプロフィルデ
ータは砥石車を工作物の仕上げ形状に沿って往復運動、
すなわちプロフィル創成運動させるように、主軸の単位
回転角毎の砥石車の移動量を与えるものである。

【０００３】一方、工作物を研削加工するためには、プ
ロフィルデータの他に砥石車の送り、切り込み、後退等
の加工サイクルを制御するための加工サイクルデータが
必要である。工作物は、この加工サイクルデータとプロ
フィルデータに基づき主軸の回転と砥石車の送りとが数
値制御されて加工される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、工具が砥石
車のような重量物の場合には、工具を主軸回転に同期し
て進退運動させるために、研削盤に振動を生じる。この
振動の周波数が研削盤の固有振動周波数に一致すると共
振を生じ、工作物や砥石車が振動して加工精度を低下さ
せるという問題がある。

【０００５】本発明は、上記の問題点を解決するために
成されたものであり、その目的とするところは、非真円
形工作物の加工において、工作物及び工具の振動を除去
して、工作物の加工精度を向上させることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めの発明の構成は、主軸座標と工具送り軸座標との関係
を規定したプロフィルデータに基づき非真円形工作物の
加工を制御する数値制御装置において、プロフィルデー
タから工具送り軸座標の時間に関する工具送り軸時間関
数と主軸座標の時間に関する主軸時間関数とを求める分
解手段と、工具送り軸時間関数をフーリエ変換して周波
数関数を求めるフーリエ変換手段と、周波数関数に対し
て機械の固有振動周波数を含む所定周波数帯域の成分を
低減させた補正周波数関数を求めるフィルタ手段と、補
正周波数関数を逆フーリエ変換して補正送り軸時間関数
を求めるフーリエ逆変換手段と、主軸時間関数及び補正
工具送り軸時間関数に応じて主軸及び工具送り軸を制御
する軸制御手段とを設けたことである。

【０００７】

【作用】主軸座標と工具送り軸座標との関係を規定した
プロフィルデータは、それぞれ、時間関数の工具送り軸
時間関数と主軸時間関数とに分解される。このうち、工
具送り軸時間関数はフーリエ変換により周波数関数に変
換される。この周波数関数に対して機械の固有振動周波
数を含む所定帯域の周波数成分を低減させて補正周波数
関数が求められる。この補正周波数関数がフーリエ逆変
換されて補正送り軸時間関数が求められる。この補正送
り軸時間関数と主軸時間関数とにより工具送り軸と主軸
が制御されて非真円形工作物の加工が行われる。

【０００８】

【発明の効果】本発明では、工具送り軸時間関数におい
て、機械の固有振動周波数を含む所定周波数帯域の周波
数成分が低減される。従って、主軸回転に同期した工具
送り軸の進退運動による機械の固有振動が抑制され、こ
の結果、工作物の加工精度が向上する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。図１は数値制御研削盤を示した構成図である。
１０は数値制御研削盤のベッドで、このベッド１０上に
はテーブル１１が主軸軸線に平行なＺ軸方向に摺動可能
に配設されている。テーブル１１上には主軸１３を軸架
した主軸台１２が配設され、その主軸１３はサーボモー
タ１４により回転される。また、テーブル１１上、右端
には心押台１５が載置され、心押台１５のセンタ１６と
主軸１３のセンタ１７とによってカムから成る工作物Ｗ
が挾持されている。工作物Ｗは主軸１３に突設された位
置決めピン１８に嵌合し、工作物Ｗの回転位相は主軸１
３の回転位相に一致している。

【００１０】ベッド１０の後方には工具送り軸（Ｘ軸）
に沿って進退可能な工具台２０が案内され、工具台２０
にはモータ２１によって回転駆動される砥石車Ｇが支承
されている。この工具台２０は、図略の送り螺子を介し
てサーボモータ２３に連結され、サーボモータ２３の正
逆転により前進後退される。

【００１１】ドライブユニット４０、４１は数値制御装
置３０から指令パルスを入力して、それぞれサーボモー
タ２３、１４を駆動する回路である。それぞれのサーボ
モータ２３、１４にはパルスジェネレータ５２、５０と
速度ジェネレータ５３、５１が結合されており、それら
の出力は各ドライブユニット４０、４１に帰還され速度
と位置のフィードバック制御が行われている。

【００１２】数値制御装置３０は主としてサーボモータ
２３、１４の回転を数値制御して、工作物Ｗの研削加工
を制御する装置である。その数値制御装置３０には、プ
ロフィルデータ、加工サイクルデータ等を入力するテー
プリーダ４２と制御データ等の入力を行うキーボード４
３と各種の情報を表示するＣＲＴ表示装置４４が接続さ
れている。

【００１３】数値制御装置３０は図２に示すように、研
削盤を制御するためのメインＣＰＵ３１と制御プログラ
ムを記憶したＲＯＭ３３と入力データ等を記憶するＲＡ
Ｍ３２と入出力インタフェース３４とで主として構成さ
れている。ＲＡＭ３２上にはＮＣデータを記憶するＮＣ
データ領域３２１と工作物Ｗの仕上げ形状から決定され
るプロフィルデータを記憶するプロフィルデータ領域３
２２とプロフィルデータを分解して得られた主軸時間関
数及び工具送り軸時間関数を記憶する時間関数領域３２
３と工具送り軸関数をフーリエ変換して得られる周波数
関数を記憶する周波数関数領域３２４とその周波数関数
に対してフィルタ処理を施して得られた補正周波数関数
を記憶する補正周波数関数領域３２５と補正周波数関数
をフーリエ逆変換して得られる補正工具送り軸時間関数
を記憶する補正工具送り軸時間関数記憶領域３２６と周
波数関数に対してフィルタ処理を行うためのフィルタ関
数を記憶するフィルタ関数記憶領域３２７とが形成され
ている。

【００１４】数値制御装置３０はその他サーボモータ２
３、１４の駆動系として、ドライブＣＰＵ３６とＲＡＭ
３５とパルス分配回路３７が設けられている。ＲＡＭ３
５はメインＣＰＵ３１から砥石車Ｇの位置決めデータを
入力する記憶装置である。ドライブＣＰＵ３６は主軸１
３と工具送り軸を数値制御して、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
データを定周期で出力する装置であり、パルス分配回路
３７はパルス分配ののち、移動指令パルスを各ドライブ
ユニット４０、４１に出力する回路である。

【００１５】次に、本装置の作動についてＣＰＵ３１に
よる処理手順を示した図３のフローチャート及びその処
理手順を模式的に示した図４に従って説明する。ステッ
プ１００において、ＲＡＭ３２のプロフィルデータ領域
３２２からプロフィルデータX=R(C)が読み出され、その
プロフィルデータは主軸時間関数C(t)と工具送り軸時間
関数X(t)とに分解される。プロフィルデータは主軸座標
（回転角）C と工具送り軸座標X との対応関係を定めた
データである。例えば、主軸座標( 回転角) ０．５度毎
に工具送り軸座標が与えられている。

【００１６】プロフィルデータX=R(C)は連続線で表す
と、図４（ａ）に示すグラフとなる。このプロフィルデ
ータによる形状と指令された回転速度とから主軸座標と
回転速度との関係が図４（ｇ）に示すように求められ
る。例えば、図４（ａ）に示すグラフにおいて、主軸座
標C に対する工具送り座標X の変化率の大きな領域で
は、主軸の回転速度が低く、その他の領域では指令速度
とするような主軸座標に対する主軸速度の関係を規定し
た主軸の速度特定が得られる。次に、主軸の速度特性か
ら、図４（ｈ）に示すように、主軸座標の時間に関する
関数、即ち、主軸時間関数C(t)が演算される。そして、
図４（ａ）に示すプロフィルデータと図４（ｈ）に示す
主軸時間関数C(t)とから、工具送り軸座標の時間に関す
る関数、即ち、図４（ｂ）に示すような工具送り軸時間
関数X(t)が演算される。上記の演算において、プロフィ
ルデータは離散的に与えられているので、必要なデータ
は補間演算により求められる。

【００１７】次に、ステップ１０２において、工具送り
軸時間関数X(t)は高速フーリエ変換(FFT) により周波数
関数F(ω) に変換される。周波数関数F(ω) は図４
（ｃ）に示すようになる。この周波数関数F(ω) はＲＡ
Ｍ３２の周波数関数領域３２４に記憶される。

【００１８】次に、ステップ１０４において、周波数関
数F(ω) に対してフィルタ処理F(ω) ×A(ω) が施され
る。このフィルタ関数A(ω) は、予めＲＡＭ３２のフィ
ルタ関数領域３２７に記憶されており、図４（ｄ）に示
すように、機械の固有振動周波数を含む周波数帯域Ｄの
利得が他の領域の利得よも数％低下した関数である。具
体例で言えば、機械の固有振動周波数は１００Hz、周波
数帯域Ｄの幅は３０Hz、周波数帯域Ｄでの利得は０．９
５、他の領域の利得は１である。フィルタ処理後の補正
周波数関数M(ω)=F(ω) ×A(ω) は図４（ｅ）に示すよ
うに、周波数関数F(ω) に対して周波数帯域Ｄにおいて
一定の減衰が見られる。この補正周波数関数M(ω) は、
ＲＡＭ３２の補正周波数関数領域３２５に記憶される。
なお、この周波数帯域Ｄでの減衰は加工精度にほとんど
影響を与えるものではない。

【００１９】次に、ステップ１０６において、補正周波
数関数M(ω) は、高速フーリエ逆変換により図４（ｆ）
に示すような補正工具送り軸時間関数S(t)が演算され
る。この補正工具送り軸時間関数S(t)は、ＲＡＭ３２の
補正工具送り軸時間関数領域３２６に記憶される。

【００２０】次に、ステップ１０８において、補正工具
送り軸時間関数S(t)及び主軸時間関数C(t)は、時間領域
で平滑化される。そして、ステップ１１０において、平
滑化された補正工具送り軸時間関数S(t)及び主軸時間関
数C(t)は、定周期でサンプリングされ、パルス数で表し
た工具送り軸及び主軸の移動量に変換された後、パルス
分配される。

【００２１】このように、補正工具送り軸時間関数S(t)
においては、機械の固有振動周波数を含む帯域の周波数
成分が抑制されている。この結果、この補正工具送り軸
時間関数S(t)に従って工具送り軸を制御した場合には、
機械の振動が抑制される。従って、工作物や工具の振動
が抑制されるため、工作物の加工精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかる数値制御装置により制
御される数値制御研削盤の構成図。

【図２】数値制御装置の電気的構成を示したブロックダ
イヤグラム。

【図３】数値制御装置のＣＰＵの処理手順を示したフロ
ーチャート。

【図４】数値制御装置の処理手順を模式的に示した説明
図。

【図５】本発明の構成を示すブロック図。

【符号の説明】

１０…ベッド １１…テーブル １３…主軸 １４、２３…サーボモータ（軸制御手段） １５…心押台 ２０…工具台 ３０…数値制御装置 ３１…ＣＰＵ（分解手段、フーリエ変換手段、フィルタ
手段、フーリエ逆変換手段、軸制御手段） Ｇ…砥石車 Ｗ…工作物 ステップ１００…分解手段 ステップ１０２…フーリエ変換手段 ステップ１０４…フィルタ手段 ステップ１０６…フーリエ逆変換手段 ステップ１１０…軸制御手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸座標と工具送り軸座標との関係を規
   定したプロフィルデータに基づき非真円形工作物の加工
   を制御する数値制御装置において、 前記プロフィルデータから工具送り軸座標の時間に関す
   る工具送り軸時間関数と主軸座標の時間に関する主軸時
   間関数とを求める分解手段と、 前記工具送り軸時間関数をフーリエ変換して周波数関数
   を求めるフーリエ変換手段と、 前記周波数関数に対して機械の固有振動周波数を含む所
   定の周波数帯域の成分を低減させた補正周波数関数を求
   めるフィルタ手段と、 前記補正周波数関数を逆フーリエ変換して補正送り軸時
   間関数を求めるフーリエ逆変換手段と、 前記主軸時間関数及び前記補正工具送り軸時間関数に応
   じて前記主軸及び前記工具送り軸を制御する軸制御手段
   とを有する非真円形工作物加工用数値制御装置