JP2002028860A - 研削盤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワークを高能率で研削可能な研削盤を、提供
する。 【解決手段】 砥石２は、主軸モータ３により回転す
る。この主軸モータ３は、サーボモータ５に駆動された
ボールネジ４により、ワークＷに対して近接可能であ
る。このため、砥石２は、ワークＷに対して近接可能で
ある。数値制御装置７は、電力計８により主軸モータ３
の負荷を監視しており、この負荷が小さければ砥石２が
ワークＷへ向う切り込み速度を大きくし、この負荷が大
きければ当該切り込み速度を小さくする。そして、負荷
が所定の限界値Ｄに達すると、切り込み速度は、０に設
定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワークを研削する
研削盤に関し、例えば、回転する砥石によりワーク表面
を平面状に研削する平面研削盤に、関する。

【０００２】

【従来の技術】通常の平面研削盤は、主軸モータにより
回転する砥石を、ワークに当接させることにより、この
ワーク表面を研削している。この研削盤は、砥石を高速
回転させるとともに、当該砥石を、予め定められた所定
の速度でワークへ向けて変位させて行く。この砥石をワ
ークへ向けて変位させる速度を、切り込み速度という。
この切り込み速度が大きく設定されると、ワーク及び砥
石に過大な負荷がかかってしまう。一方、この切り込み
速度が小さく設定されると、ワークの加工に時間がかか
る。即ち、ワークの加工能率が低くなってしまう。

【０００３】なお、砥石の作用面が、その全面において
ワークに対して当接している状態を、全面当たりとい
う。そして、この全面当たりの状態において、ワーク
は、最も効率よく研削される。このため、加工能率を向
上させるためには、ワークと砥石とは、できるだけ長く
全面当たりの状態に保たれることが好ましい。

【０００４】しかし、ワークの表面に凹凸がある場合に
は、砥石をワークに突き当てたとしても、全面当たりに
はならず、ワークの加工能率は、全面当たり時の加工能
率に比べて低くなる。なお、主軸モータの負荷電力は、
全面当たり時の値を１００％とした場合に、ワークの表
面に凹凸がある場合には、１００％を大きく下回る。

【０００５】また、砥石は、ワークに当接して研削を続
けることにより、その作用面において自生作用が起こ
る。即ち、作用面における砥粒が砕けたり脱落すること
により、新たに鋭利な切れ刃が生じる。なお、ワークと
砥石とが全面当たりの状態で、主軸モータの負荷電力が
１００％であっても、作用面における砥粒が脱落する際
に、主軸モータの負荷電力は、一時的に１００％を下回
る。そして、砥粒が脱落して新たな切れ刃が生じた後
に、ワークと砥石とが再び全面当たりになり、主軸モー
タの負荷電力は、１００％に復帰する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の研削盤におい
て、加工能率を向上させるためには、ワークと砥石との
全面当たり状態が、少しでも長く維持されることが望ま
しい。しかし、従来の研削盤では、切り込み速度が一定
に設定されているので、ワークと砥石とは、研削工程全
体を通じて全面当たりになっているわけではない。

【０００７】そこで、切り込み速度を調節することによ
り、高い加工能率でワークを研削する研削盤を提供する
ことを、本発明の課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による研削盤は、
上記課題を解決するために、以下のような構成を採用し
た。

【０００９】即ち、この研削盤は、ワークを固定するワ
ーク保持部と、前記ワークを研削する作用部と、前記作
用部を回転駆動する回転駆動部と、前記作用部及び前記
ワークを相対的に近接又は離反させる変位駆動部と、前
記回転駆動部にかかる負荷を計測する負荷計測部と、前
記負荷計測部において計測された負荷を監視しつつ、前
記変位駆動部を制御して、負荷が小さければ前記作用部
が前記ワークに近接する切り込み速度を大きくし、負荷
が大きければ当該切り込み速度を小さくする制御部と
を、備えたことを特徴とする。

【００１０】このように構成されると、負荷が小さい場
合には、切り込み速度が大きくなるので、負荷は次第に
増大して行く。一方、負荷が大きい場合には、切り込み
速度が小さくなる。そして、この場合には、ワークが研
削されて行くにつれて、負荷は次第に減少して行く。従
って、負荷は、常に、望ましい範囲内に保たれる。この
ため、ワークと作用部とは、全面当たりの状態を保つこ
とができる。

【００１１】さらに、前記制御部は、負荷が所定の限界
値以上の場合には、前記変位駆動部を制御して切り込み
速度を０にする。このように構成されると、負荷が所定
の限界値に達すると、作用部はそれ以上ワークに対して
圧接しない。このため、負荷がさらに増大するおそれが
なくなる。そして、ワークが加工されて行くにつれて、
負荷は次第に減少してゆく。

【００１２】なお、変位駆動部は、前記作用部を、前記
ワークに対して垂直な方向に、連続的に近接させてゆく
ことが可能であってもよい。さらに、上記研削盤は、立
軸平面研削盤であってもよい。また、作用部は、砥石車
であってもよく、砥粒が塗布されたベルトであってもよ
い。また、ワーク保持部は、回転する円テーブルであっ
てもよい。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態を説明する。図１は、本実施形態の研削盤の構成
図である。この研削盤は、立軸円テーブル型平面研削盤
であり、ワークＷを固定する円板状のテーブル１，砥石
２，主軸モータ３，ボールネジ４，サーボモータ５，及
びサーボアンプ６を、備えている。

【００１４】テーブル１は、その中心軸を鉛直に向けて
図示せぬベース上に回転可能に軸支持されている。そし
て、このテーブル１は、その上面にワークＷを固定した
状態で、図示せぬテーブル駆動機構に駆動されて、その
中心軸を中心として回転する。なお、このテーブル１
は、ワーク保持部に相当する。また、ワークＷは、加工
対象面となる上面が、予め、略平面状に加工されている
ものの、当該上面には微視的な凹凸が存在している。

【００１５】砥石２は、例えば、平型砥石によりなり、
その中心軸を主軸モータ３の出力軸と同軸にして、当該
出力軸に対して固定されている。この砥石２は、作用部
に相当する。主軸モータ３は、砥石２を下方へ向けると
ともにテーブル１上のワークＷに対向させるように、配
置されている。そして、この主軸モータ３は、鉛直方向
へスライド可能に、図示せぬスライドガイドに案内され
ている。なお、この主軸モータ３は、回転駆動部に相当
する。

【００１６】さらに、この主軸モータ３には、ボールネ
ジ４のメネジ部分４１が固定されている。そして、この
ボールネジ４のオネジ部分４２は、その長手方向を鉛直
に向けるとともに多数のボールを介してメネジ部分４１
と螺合している。さらに、このオネジ部分４２は、その
基端側においてサーボモータ５の出力軸に連結されてい
る。なお、主軸モータ３を案内するスライドガイド，及
び，サーボモータ５は、図示せぬ部材によって固定され
ており、ベースに対して相対移動しない。

【００１７】サーボアンプ６は、サーボモータ５に接続
されており、駆動電流を供給することによりこのサーボ
モータ５を回転させる。このサーボモータ５が回転する
と、ボールネジ４のオネジ部分４２が回転し、主軸モー
タ３を鉛直方向へ移動させる。この主軸モータ３は、サ
ーボモータ５の回転の向きに応じて、上向き又は下向き
へ移動する。これらボールネジ４，サーボモータ５，及
びサーボアンプ６は、変位駆動部に相当する。

【００１８】さらに、この研削盤は、数値制御装置７，
及び電力計８を、備えている。この電力計８は、主軸モ
ータ３に供給される電力を計測するために、設けられて
いる。なお、主軸モータ３は、三相交流モータによりな
り、図示せぬ三相交流電源とＲ線，Ｓ線，及びＴ線によ
り、夫々接続されている。なお、図１には、図示の都合
上、これらＲ線，Ｓ線，及びＴ線と主軸モータ３との接
続を模式的に示すために、当該主軸モータ３がもう１つ
破線で示されている。しかし、実際には、主軸モータ３
は、１つのみ設けられている。

【００１９】電力計８は、三相交流電源のＲ線，Ｓ線，
及びＴ線に夫々接続されている。さらに、この電力計８
は、Ｒ線及びＴ線に対して夫々設けられた一対のＣＴ
（Current Transformer）を、有している。そして、電
力計８は、主軸モータ３へ供給される電力を計測すると
ともに、計測された電力値を、ＢＣＤ（Binary-Coded D
ecimal）形式で出力する。

【００２０】数値制御装置７は、電力計８に接続されて
おり、この電力計８から出力されたＢＣＤ形式の電力値
を取得する。そして、この数値制御装置７は、取得した
電力値を、主軸負荷に変換する。この主軸負荷とは、主
軸モータ３に供給される電力の値を、この主軸モータ３
の無負荷運転時の値が０になるようにオフセットさせた
ものである。なお、この主軸負荷は、数値制御装置７に
おいて算出されることとしてもよく、電力計８において
変換されることとしてもよい。

【００２１】さらに、この数値制御装置７は、サーボア
ンプ６に接続されており、このサーボアンプ６を制御し
て、サーボモータ５を所望の速度で回転させることがで
きる。即ち、この数値制御装置７は、主軸モータ３に連
結された砥石２を、所望の切り込み速度でワークＷへ近
接させて行くことができる。なお、数値制御装置７は制
御部に相当し、電力計８は負荷計測部に相当する。

【００２２】以下、この数値制御装置７による切り込み
速度の調節について、説明する。図２は、主軸負荷Ｐ
と、この主軸負荷Ｐに応じて設定される切り込み速度Ｖ
とのグラフである。なお、このグラフの横軸が主軸負荷
Ｐであり、縦軸が切り込み速度Ｖである。

【００２３】そして、数値制御装置７には、予め複数の
閾値Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ（Ａ＜Ｂ＜Ｃ＜Ｄ）が設定されてい
る。そして、主軸負荷は、これら各閾値Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ
により区切られる範囲により、以下のように分類されて
いる。まず、この主軸負荷Ｐの範囲は、０≦Ｐ＜ＡのＬ
レベル，Ａ≦Ｐ＜ＤのＨレベル，及びＤ≦Ｐの過剰負荷
レベルとに三分割されている。なお、主軸負荷Ｐが、閾
値Ａ以上である場合に、ワークＷと砥石２とが全面当た
りになるように、この閾値Ａが予め定められている。ま
た、主軸負荷Ｐが閾値Ｄ未満である場合に、ワークＷ及
び砥石２には過大な負荷がかからないように、この閾値
Ｄが予め定められている。

【００２４】さらに、Ｈレベルは、Ａ≦Ｐ＜ＢのＨ１レ
ベルと、Ｂ≦Ｐ＜ＣのＨ２レベルと、Ｃ≦Ｐ＜ＤのＨ３
レベルとに、三分割されている。但し、このＨレベル
は、二分割されていてもよく、四分割以上に分割されて
いてもよい。なお、閾値Ｄは、限界値に相当する。

【００２５】そして、数値制御装置７は、主軸負荷Ｐが
どのレベルにあるかに従って処理を分岐させ、切り込み
速度を設定する。なお、この切り込み速度Ｖは、後述の
如く、０，Ｖ_H3，Ｖ_H2，Ｖ_H1，又は，Ｖ_LH〜Ｖ_OLに、設
定される。但し、これらの値は、０＜Ｖ_H3＜Ｖ_H2＜Ｖ_H1
＜Ｖ_LH＜Ｖ_OLになっている。なお、従来の研削盤では、
切り込み速度が所定の標準値Ｖ₀（Ｖ_H1＜Ｖ₀＜Ｖ_OL）に
設定されていた。

【００２６】図３は、切り込み速度設定処理を示すフロ
ーチャートである。以下、この図３の各ステップ毎に、
数値制御装置７における切り込み速度設定処理を説明す
る。なお、このフローチャートは、テーブル１及び主軸
モータ３の電源が投入されて、ワークＷが定常的に回転
を開始し、かつ、砥石２が定常的に回転を開始すること
をトリガに、開始される。

【００２７】このフローチャート開始後における最初の
Ｓ１では、数値制御装置７は、主軸負荷がＬレベルであ
るか否か判別する。そして、数値制御装置７は、主軸負
荷がＬレベルであれば、切り込み速度Ｖを以下の式 Ｖ＝｛（Ｖ_LH−Ｖ_OL）／Ａ｝・Ｐ＋Ｖ_OL …（１） により、設定し（Ｓ２）、処理をＳ１へ戻す。

【００２８】一方、Ｓ１において主軸負荷がＬレベルで
ない場合には、数値制御装置７は、さらに、この主軸負
荷がＨレベルであるか否か判別する（Ｓ３）。この数値
制御装置７は、主軸負荷がＨレベルである場合に、さら
に、この主軸負荷がＨ１レベルであるか否かを判別する
（Ｓ４）。そして、数値制御装置７は、主軸負荷がＨ１
レベルであれば、切り込み速度Ｖを、Ｖ＝Ｖ_H1に設定し
（Ｓ５）、処理をＳ１へ戻す。

【００２９】この数値制御装置７は、Ｓ４において、主
軸負荷がＨ１レベルでないと判別した場合に、さらに、
この主軸負荷がＨ２レベルであるか否か判別する（Ｓ
６）。そして、数値制御装置７は、主軸負荷がＨ２レベ
ルであれば、切り込み速度Ｖを、Ｖ＝Ｖ_H2に設定し（Ｓ
７）、処理をＳ１へ戻す。一方、数値制御装置７は、主
軸負荷がＨ２レベルでなければ、この主軸負荷がＨ３レ
ベルであるとして、切り込み速度Ｖを、Ｖ＝Ｖ_H3に設定
し（Ｓ８）、処理をＳ１へ戻す。

【００３０】この数値制御装置７は、Ｓ３において、主
軸負荷がＨレベルでないと判別した場合には、この主軸
負荷が過剰負荷レベルであるとして、切り込み速度Ｖ
を、Ｖ＝０に設定し（Ｓ９）、処理をＳ１へ戻す。

【００３１】この図３のフローチャートに示されるよう
に、数値制御装置７は、主軸負荷を監視しながら、この
主軸負荷の値に応じて切り込み速度を調節している。以
下に、この切り込み速度の調節を中心に、本実施形態の
作用について説明する。

【００３２】まず、ワークＷがテーブル１上に固定され
た状態で、このテーブル１が図示せぬテーブル駆動機構
に駆動されて回転すると、ワークＷは、このテーブル１
とともに回転する。一方、初期状態において、砥石２
は、ワークＷに対して所定の間隔をあけて配置されてい
る。そして、図示せぬ三相交流電源が投入されると、主
軸モータ３は、その主軸を回転させることにより、砥石
２を回転させる。

【００３３】これらワークＷ及び砥石２が夫々定常的に
回転しはじめると、数値制御装置７は、図３のフローチ
ャートに従って切り込み速度を調節して行く。まず、砥
石２は、ワークＷに接触していない状態であるので、主
軸モータ３は、無負荷運転をしている。即ち、主軸負荷
Ｐは、Ｐ＝０である。このため、数値制御装置７は、主
軸負荷ＰがＬレベルであると判別し、切り込み速度Ｖ
を、（１）式に従って算出する（Ｓ２）。即ち、Ｐ＝０
であると、Ｖ＝Ｖ_OLと算出される。

【００３４】この値Ｖ_OLが切り込み速度Ｖとして設定さ
れると、サーボアンプ６は、サーボモータ５を制御し
て、主軸モータ３及び砥石２を、この切り込み速度Ｖ_OL
でワークＷへ向けて近接させて行く。この切り込み速度
Ｖ_OLは、標準値Ｖ₀よりも大きいので、この研削盤は、
従来の研削盤よりも早く砥石２をワークＷに当接させる
ことができる。

【００３５】この砥石２がワークＷに当接すると、主軸
モータ２にかかる負荷は大きくなる。即ち、主軸負荷Ｐ
が増大する。そして、主軸負荷ＰがＬレベル内において
増大してゆくと、切り込み速度Ｖは小さくなってゆく。
即ち、切り込み速度Ｖは、図２に示されるように、Ｖ_LH
に近づいてゆく。

【００３６】そして、この主軸負荷ＰがＨレベルになる
と、ワークＷと砥石２とは、全面当たりの状態になる。
なお、主軸負荷ＰがＬレベルの際には、切り込み速度Ｖ
は、標準値Ｖ₀よりも大きく設定されている。従って、
この研削盤は、従来の研削盤よりも早く全面当たりの状
態になる。

【００３７】この主軸負荷ＰがＨレベルにある場合に、
数値制御装置７は、３段階の速度設定を行う。即ち、こ
の数値制御装置７は、主軸負荷ＰがＨ１レベルにあると
きには、切り込み速度ＶをＶ_H1に設定し（Ｓ５）、主軸
負荷ＰがＨ２レベルにあるときには、切り込み速度Ｖを
Ｖ_H2設定し（Ｓ７）、主軸負荷ＰがＨ３レベルにあると
きには、切り込み速度ＶをＶ_H3に設定する（Ｓ８）。こ
の主軸負荷ＰがＨレベルにある場合には、ワークＷと砥
石２とは、全面当たりの状態になっており、最も高能率
で研削が行われる。

【００３８】なお、ワークＷに部分的な凹凸があると
き，及び，砥石２の砥粒が脱落するときには、一時的に
主軸負荷ＰがＬレベルになることがある。すると、数値
制御装置７は、切り込み速度Ｖを増加させる。従って、
ワークＷと砥粒２とは、全面当たりの状態を保つことが
できる。

【００３９】また、主軸負荷ＰがＨレベルを超えると、
数値制御装置７は、切り込み速度Ｖを、０に設定する。
即ち、砥石２は、ワークＷに近接しない状態で回転す
る。従って、主軸負荷Ｐがさらに増大するおそれはな
い。そして、ワークＷが砥石２に研削されて行くにつれ
て、主軸負荷Ｐは低下してゆき、Ｈレベルに復帰する。
従って、ワークＷ及び砥石２には、過大な負荷がかかる
おそれはない。

【００４０】そして、砥石２が所定の位置に達すると、
数値制御装置７は、図示せぬセンサによってその旨を検
知し、研削を終了する。上述のように、本実施形態の研
削盤によると、ワークＷと砥石２とは、全面当たりの状
態を保つことができる。従って、この研削盤は、ワーク
Ｗや砥石２を破損させることなく、従来の研削盤よりも
短時間で研削を完了することができる。

【００４１】

【発明の効果】以上のように構成された本発明の研削盤
によると、切り込み速度を調節することにより、回転駆
動部における負荷は、常に、所定の範囲内に保たれる。
このため、作用部は、ワークに対して常に正常な状態で
当接し、このワークを研削することができる。従って、
ワークは、破損するおそれなく、高能率で研削される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態による研削盤の構成図

【図２】 主軸負荷及び切り込み速度のグラフ

【図３】 切り込み速度設定処理を示すフローチャート

【符号の説明】

１ テーブル ２ 砥石 ３ 主軸モータ ４ ボールネジ ５ サーボモータ ６ サーボアンプ ７ 数値制御装置 ８ 電力計 Ｗ ワーク

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワークを固定するワーク保持部と、 前記ワークを研削する作用部と、 前記作用部を回転駆動する回転駆動部と、 前記作用部及び前記ワークを相対的に近接又は離反させ
   る変位駆動部と、 前記回転駆動部にかかる負荷を計測する負荷計測部と、 前記負荷計測部において計測された負荷を監視しつつ、
   前記変位駆動部を制御して、負荷が小さければ前記作用
   部が前記ワークに近接する切り込み速度を大きくし、負
   荷が大きければ当該切り込み速度を小さくする制御部と
   を備えたことを特徴とする研削盤。
2. 【請求項２】前記制御部は、負荷が所定の限界値以上の
   場合には、前記変位駆動部を制御して切り込み速度を０
   にすることを特徴とする請求項１記載の研削盤。
3. 【請求項３】前記回転駆動部は、モータであり、 前記負荷計測部は、前記モータに供給される電力を計測
   する電力計であることを特徴とする請求項１又は２記載
   の研削盤。
4. 【請求項４】前記変位駆動部は、前記作用部を、前記ワ
   ークに対して垂直な方向に、連続的に近接させてゆくこ
   とができることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに
   記載の研削盤。
5. 【請求項５】前記研削盤は、立軸平面研削盤であること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の研削盤。