JP2023005591A - 研削盤 - Google Patents
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Abstract
【課題】工作物が砥石車に連れ回り回転していることを判定することができる研削盤を提供する。【解決手段】研削盤1を構成する制御装置70または駆動回路35は、検出器34により検出された主軸32の実回転角度と主軸用モータ33への指令値から求められた主軸32の理想回転角度との差を用い、差が所定閾値Thを超えた場合、または、差の変動幅が所定幅ΔAを超えた場合に、工作物Wが砥石車Tに連れ回り回転したと判定する。【選択図】図1
Description
本発明は、研削盤に関する。
特許文献1,2には、砥石車により工作物の外周面を研削する研削盤が記載されている。研削盤において、工作物は、主軸装置の回転駆動力が伝達されることにより回転する。そして、工作物は、砥石車による研削抵抗に抗して、主軸装置の回転駆動力により回転することで、砥石車により研削される。
また、特許文献1,2には、主軸装置の回転駆動力を工作物に伝達する機構として、主軸装置の軸線から偏心した位置に設けられた回し部材(偏心駆動金具や偏心駆動ピンなどとも称する)が用いられている。回し部材は、主軸装置の回転により、主軸装置の軸線から偏心した位置で公転する。また、回し部材は、工作物に取り付けられたケレ、または、クランクシャフトのカウンタウエイト部などの工作物の非真円部分に回転方向一方に係合することで、工作物を主軸装置の軸線回りに回転させることができる。
回し部材は、工作物の搬入出の際に工作物と干渉しないように、軸方向に進退動作が可能な構成を採用することがある。このような構成において、回し部材が軸方向に前進する機構に異常が発生し、回し部材が適切に前進動作できない状態となると、主軸装置の回転駆動力が工作物に適切に伝達されない状態となり得る。
主軸装置の回転駆動力が工作物に適切に伝達されない状態となった場合、工作物は砥石車の回転により砥石車に連れ回り回転する状態となり得る。そして、工作物が砥石車に連れ回り回転する状態となった後に、回し部材が前進動作して工作物に係合する状態となることがある。
しかし、工作物が砥石車に連れ回り回転する状態となってしまうと、その間、砥石車により工作物が適切に研削されなくなり、例えば、真円度や円筒度などについて所望の形状精度を得ることができない。
また、上記のように回し部材の前進する機構に異常が発生した場合の他にも、主軸装置の回転駆動力が工作物に適切に伝達されない状態になることがある。このような場合には、上記のように、工作物が砥石車に連れ回り回転することがある。工作物が砥石車に連れ回り回転することがあれば、上記のように、真円度や円筒度などについての所望の形状精度を得ることができない。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、工作物が砥石車に連れ回り回転していることを判定することができる研削盤を提供しようとするものである。
本発明の一態様は、
工作物を支持し、前記工作物を回転駆動する主軸装置と、
前記工作物の外周面を研削する砥石車を備え、前記砥石車を回転駆動する砥石台と、
前記工作物と前記砥石車とを相対的に接近および離間させる移動装置と、
前記主軸装置、前記砥石台および前記移動装置を制御する制御装置と、
を備え、
前記主軸装置は、
主軸ハウジングと、
前記主軸ハウジングに回転可能に支持された主軸と、
前記主軸を回転駆動する主軸用モータと、
前記主軸の回転角度を検出する検出器と、
前記制御装置の指令値および前記検出器により検出された前記主軸の回転角度に基づいて前記主軸用モータを駆動する駆動回路と、
を備え、
前記制御装置または前記駆動回路は、
前記検出器により検出された前記主軸の実回転角度と前記主軸用モータへの指令値から求められた前記主軸の理想回転角度との差を用い、前記差が所定閾値を超えた場合、または、前記差の変動幅が所定幅を超えた場合に、前記工作物が前記砥石車に連れ回り回転したと判定する、研削盤にある。
工作物を支持し、前記工作物を回転駆動する主軸装置と、
前記工作物の外周面を研削する砥石車を備え、前記砥石車を回転駆動する砥石台と、
前記工作物と前記砥石車とを相対的に接近および離間させる移動装置と、
前記主軸装置、前記砥石台および前記移動装置を制御する制御装置と、
を備え、
前記主軸装置は、
主軸ハウジングと、
前記主軸ハウジングに回転可能に支持された主軸と、
前記主軸を回転駆動する主軸用モータと、
前記主軸の回転角度を検出する検出器と、
前記制御装置の指令値および前記検出器により検出された前記主軸の回転角度に基づいて前記主軸用モータを駆動する駆動回路と、
を備え、
前記制御装置または前記駆動回路は、
前記検出器により検出された前記主軸の実回転角度と前記主軸用モータへの指令値から求められた前記主軸の理想回転角度との差を用い、前記差が所定閾値を超えた場合、または、前記差の変動幅が所定幅を超えた場合に、前記工作物が前記砥石車に連れ回り回転したと判定する、研削盤にある。
制御装置または駆動回路は、主軸の実回転角度と主軸の理想回転角度との差を用いて、当該差が所定閾値を超えた場合、または、当該差の変動幅が所定幅を超えた場合に、工作物が砥石車に連れ回り回転したと判定する。ここで、工作物が砥石車に連れ回り回転せずに、工作物が砥石車により正常に研削されている状態においては、主軸と工作物とは、一体的に回転する状態となる。例えば、主軸が一定回転となるように制御されている場合には、主軸の実回転角度は主軸の理想回転角度にほぼ一致するため、実回転角度と理想回転角度との差は、非常に小さな値(ほぼゼロ)となる。
一方、工作物が砥石車に連れ回り回転している状態においては、主軸と工作物とが一体的に回転していない状態となる。このとき、主軸の回転と工作物の回転とは異なる状態となる。そして、工作物が一時的に砥石車に連れ回り回転した後に、工作物が主軸と一体的に回転する状態になると、工作物の回転が主軸に逆伝達されることにより、主軸は、正常な場合に対して回転状態が異なる状態となる。
そのため、主軸の実回転角度が、主軸の理想回転角度からずれた角度となる。主軸の実回転角度が主軸の理想回転角度から大きくずれれば、主軸の実回転角度と主軸の理想回転角度との差が所定閾値を超える状態となる。このような状態になれば、工作物が砥石車に連れ回り回転したと判定される。
また、工作物が砥石車に連れ回り回転している状態において、工作物の回転が主軸に逆伝達されるような場合には、主軸の実回転角度が、主軸の理想回転角度からずれた角度となる。主軸の実回転角度が主軸の理想回転角度から大きくずれれば、主軸の実回転角度と主軸の理想回転角度との差が所定閾値を超える状態となる。このような状態になれば、工作物が砥石車に連れ回り回転したと判定される。
また、所定閾値を用いた判定に代えて、次のようにすることができる。上述したように、工作物が一時的に砥石車に連れ回り回転した後に、工作物が主軸と一体的に回転する状態になると、工作物の回転が主軸に逆伝達されることにより、主軸は正常な場合に対して回転状態が異なる状態となる。このとき、主軸の実回転角度と主軸の理想回転角度との差は、正常な場合に比べて大きく変動する状態となる。そのため、主軸の実回転角度と主軸の理想回転角度との差の変動幅が所定幅を超える状態となる。このような状態においても、工作物が砥石車に連れ回り回転したと判定される。
工作物が砥石車に連れ回り回転している状態において、工作物の回転が主軸に逆伝達されるような場合には、主軸の実回転角度と主軸の理想回転角度との差は、正常な場合に比べて大きく変動する状態となる。そのため、主軸の実回転角度と主軸の理想回転角度との差の変動幅が所定幅を超える状態となる。このような状態においても、工作物が砥石車に連れ回り回転したと判定される。
従って、主軸の実回転角度と主軸の理想回転角度とを用いることで、工作物が砥石車に連れ回り回転していることを判定することができるため、工作物の形状精度が悪化することを抑制でき、不良品の発生を抑制できる。
(1.研削盤1の構成)
研削盤1の構成について図1を参照して説明する。研削盤1は、工作物Wを回転させ、砥石車Tを回転させ、かつ、砥石車Tを工作物Wに対して工作物Wの軸線に交差する方向に相対的に接近させることにより、工作物Wの外周面を研削する。
研削盤1の構成について図1を参照して説明する。研削盤1は、工作物Wを回転させ、砥石車Tを回転させ、かつ、砥石車Tを工作物Wに対して工作物Wの軸線に交差する方向に相対的に接近させることにより、工作物Wの外周面を研削する。
研削盤1は、テーブルトラバース型の研削盤、砥石台トラバース型の研削盤などを適用可能である。また、研削盤1は、円筒研削盤、カム研削盤等を適用可能である。以下においては、研削盤1は、テーブルトラバース型の円筒研削盤を例にあげる。つまり、当該研削盤1は、工作物Wを工作物Wの軸線方向に移動させ、かつ、砥石車Tを工作物Wの軸線に交差する方向に移動させる構成である。
研削盤1は、ベッド10、テーブル20、主軸装置30、心押装置40、砥石台50、定寸装置60、制御装置70を備える。ベッド10は、設置面上に設置されている。ベッド10は、X軸方向の正面側(図1の下側)の幅(Z軸方向長さ)が長く形成されており、X軸方向の背面側(図1の上側)の幅が短く形成されている。
ベッド10は、X軸方向の正面側の上面に、Z軸方向に延在するZ軸案内面11を備える。さらに、ベッド10には、Z軸案内面11に沿って駆動するZ軸駆動機構12を備える。本形態では、Z軸駆動機構12は、ボールねじ機構12aとZ軸用モータ12bとを備える場合を例にあげる。ボールねじ機構12aが、Z軸案内面11に平行に延在し、Z軸用モータ12bが、ボールねじ機構12aを駆動する。
Z軸駆動機構12を駆動するために、Z軸用駆動回路12cおよびZ軸用検出器12dが設けられる。Z軸用駆動回路12cは、アンプ回路を含み、Z軸用モータ12bを駆動する。Z軸用検出器12dは、本形態においては、例えば、エンコーダなどの角度検出器であって、Z軸用モータ12bの回転軸の角度を検出する。なお、Z軸駆動機構12は、上記のボールねじ機構12aを備える構成に代えて、リニアモータなどを適用することもできる。
また、ベッド10は、X軸方向の背面側の上面に、Z軸方向に交差する方向に延在する案内面13を備える。本形態においては、案内面13は、Z軸に直交するX軸方向に延在するX軸案内面である。さらに、ベッド10には、X軸案内面13に沿って駆動するX軸駆動機構14を備える。本形態では、X軸駆動機構14は、ボールねじ機構14aとX軸用モータ14bとを備える場合を例にあげる。ボールねじ機構14aが、X軸案内面13に平行に延在し、X軸用モータ14bが、ボールねじ機構14aを駆動する。
X軸駆動機構14を駆動するために、X軸用駆動回路14cおよびX軸用検出器14dが設けられる。X軸用駆動回路14cは、アンプ回路を含み、X軸用モータ14bを駆動する。X軸用検出器14dは、本形態においては、例えば、エンコーダなどの角度検出器であって、X軸用モータ14bの回転軸の角度を検出する。なお、X軸駆動機構14は、上記のボールねじ機構14aを備える構成に代えて、リニアモータなどを適用することもできる。
テーブル20は、長尺状に形成されており、ベッド10のZ軸案内面11にZ軸方向(水平左右方向)に移動可能に支持されている。また、テーブル20は、Z軸ボールねじ機構12aのボールねじナットに固定されており、Z軸用モータ12bの回転駆動によってZ軸方向に移動する。
主軸装置30は、工作物Wを支持し、工作物Wを回転駆動する。主軸装置30は、テーブル20上のZ軸方向の一端側に配置されている。主軸装置30は、主軸ハウジング31と、主軸32、主軸用モータ33と、主軸用検出器34と、主軸用駆動回路35と、センタ部材36と、駆動力伝達機構37とを備える。
主軸ハウジング31は、テーブル20上に固定されている。主軸32は、主軸ハウジング31に軸受を介して回転可能に支持される。主軸用モータ33は、主軸32を回転駆動する。主軸用検出器34および主軸用駆動回路35は、主軸用モータ33を駆動するために設けられている。主軸用検出器34は、本形態においては、例えば、エンコーダなどの角度検出器であって、主軸用モータ33の回転軸の角度を検出する。主軸用駆動回路35は、アンプ回路を含み、主軸用モータ33を駆動する。
センタ部材36は、工作物Wの軸方向一端の端面を支持する。センタ部材36は、主軸ハウジング31に固定されて回転不能となるように設けられるようにしても良いし、主軸32に固定されて主軸ハウジング31に対して回転可能に設けられるようにしても良い。
駆動力伝達機構37は、主軸32の端面に設けられており、主軸32の回転駆動力を工作物Wに伝達することで工作物Wを回転させる。駆動力伝達機構37は、例えば、主軸32の軸線から偏心した位置に設けられた回し部材である。つまり、駆動力伝達機構37としての回し部材は、主軸32の軸方向端面から、主軸32の軸方向に延在する偏心駆動ピンである。当該回し部材は、主軸32が回転することにより、主軸32の軸線回りに公転する。
本形態においては、駆動力伝達機構37としての回し部材は、工作物Wに取り付けられたケレWaに対して回転方向一方に係合することで、工作物Wを主軸32の軸線回りに回転させる。なお、駆動力伝達機構37としての回し部材は、クランクシャフトのカウンタウエイト部やカムシャフトのカム部などの工作物Wの非真円部分に対して回転方向一方に係合することで、工作物Wを主軸32の軸線回りに回転させることもできる。
ここで、本形態において、駆動力伝達機構37としての回し部材は、主軸32の軸線方向に進退可能に設けられている。例えば、工作物Wの搬入出の際に工作物Wと干渉しないように、回し部材に進退可能な機構が設けられる。工作物Wの搬入出の際に回し部材を退避させ、工作物Wに係合する際に回し部材を前進させる。
回し部材の進退機構に、例えば、スプリング37aなどが設けられており、回し部材は、スプリング37aの付勢力によって前進する。仮に、回し部材が主軸32に対して引っ掛かると、回し部材が完全に前進した状態とならない場合がある。このような場合には、回し部材がケレなどとの係合が解除された状態となる。
心押装置40は、テーブル20上のZ軸方向の他端側に配置されている。心押装置40は、センタ部材41を備える。センタ部材41は、工作物Wの軸方向他端の端面を支持する。センタ部材41は、回転不能に設けられるようにしても良いし、回転可能に設けられるようにしても良い。
砥石台50は、砥石車Tを備え、砥石車Tを回転駆動する。砥石台50は、砥石車Tの他に、砥石台本体51、砥石軸52、砥石車用モータ53、砥石車用駆動回路54を備える。
砥石車Tは、円盤状に形成されている。砥石車Tは、工作物Wの外周面を研削するために用いられる。砥石車Tは、複数の砥粒を結合材により固定されて構成されている。砥粒には、アルミナや炭化ケイ素などのセラミックス質の材料などにより形成される一般砥粒、ダイヤモンドやCBNなどの超砥粒などが適用される。
砥石台50は、例えば矩形状に形成されており、ベッド10のX軸案内面13にX軸方向(水平前後方向)に移動可能に支持されている。また、砥石台50は、X軸ボールねじ機構14aのボールねじナットに固定されており、X軸用モータ14bの回転駆動によってX軸方向に移動する。
砥石軸52は、砥石台本体51に軸受を介して回転可能に支持される。砥石軸52の先端に、砥石車Tが固定されており、砥石軸52の回転によって砥石車Tを回転させる。砥石車用モータ53は、砥石軸52を回転駆動する。例えば、砥石車用モータ53は、ベルトを介して砥石軸52に回転駆動力を伝達する。ただし、砥石車用モータ53は、砥石軸52と同軸に配置しても良い。一般に、砥石車用モータ53の駆動による砥石車Tの回転速度は、主軸用モータ33の駆動による工作物Wの回転速度に比べて高速である。
砥石車用駆動回路54は、砥石車用モータ53を駆動するために設けられている。砥石車用駆動回路54は、アンプ回路を含み、砥石車用モータ53を駆動する。
定寸装置60は、ベッド10の上面に設けられ、工作物Wの外径寸法を計測する。定寸装置60は、例えば、工作物Wの外周面に接触可能な一対の接触子を備えており、工作物Wへの接触部位における外径寸法を計測する。
制御装置70は、加工制御を実行するCNC装置である。つまり、制御装置70は、加工プログラムおよび定寸装置60による計測結果に基づいて、移動装置としてのZ軸駆動機構12およびX軸駆動機構14を駆動して、テーブル20および砥石台50の位置制御を行う。つまり、制御装置70は、テーブル20および砥石台50などの位置制御を行うことで、工作物Wと砥石車Tとを相対的に接近および離間させる。さらに、制御装置70は、主軸装置30および砥石台50の制御を行う。つまり、制御装置70は、主軸32の回転制御および砥石車Tの回転制御を行う。
(2.研削盤1の機能ブロック構成)
次に、研削盤1の一部構成における機能について図2を参照して説明する。制御装置70は、加工プログラムおよび定寸装置60による計測結果に基づいて制御指令値を生成する。制御装置70は、各駆動回路12c,14c,35,54に制御指令値を出力し、各駆動回路12c,14c,35,54は、制御指令値に基づいて各モータ12b,14b,33,53を駆動する。また、各駆動回路12c,14c,35,54は、各検出器12d,14d,34による検出結果を取得し、制御指令値に加えて当該検出結果に基づいて各モータ12b,14b,33,53を駆動する。
次に、研削盤1の一部構成における機能について図2を参照して説明する。制御装置70は、加工プログラムおよび定寸装置60による計測結果に基づいて制御指令値を生成する。制御装置70は、各駆動回路12c,14c,35,54に制御指令値を出力し、各駆動回路12c,14c,35,54は、制御指令値に基づいて各モータ12b,14b,33,53を駆動する。また、各駆動回路12c,14c,35,54は、各検出器12d,14d,34による検出結果を取得し、制御指令値に加えて当該検出結果に基づいて各モータ12b,14b,33,53を駆動する。
(3.工作物Wと砥石車Tの回転状態)
工作物Wと砥石車Tの回転状態について図3を参照して説明する。図3の(A)に示すように、正常研削時には、工作物Wと砥石車Tとは同一方向に回転する。つまり、研削箇所において、工作物Wの回転方向の接線ベクトルと砥石車Tの回転方向の接線ベクトルとは、反対方向となる。また、砥石車Tの回転速度は、工作物Wの回転速度に比べて高速である。
工作物Wと砥石車Tの回転状態について図3を参照して説明する。図3の(A)に示すように、正常研削時には、工作物Wと砥石車Tとは同一方向に回転する。つまり、研削箇所において、工作物Wの回転方向の接線ベクトルと砥石車Tの回転方向の接線ベクトルとは、反対方向となる。また、砥石車Tの回転速度は、工作物Wの回転速度に比べて高速である。
ここで、図3の(B)に示すように、主軸32の回転駆動力が工作物Wに十分に伝達されず、工作物Wと砥石車Tとの研削抵抗によって、工作物Wが砥石車Tに連れ回り回転する場合がある。この場合、研削箇所において、工作物Wの回転方向の接線ベクトルと砥石車Tの回転方向の接線ベクトルとは、同一方向となる。そして、工作物Wと砥石車Tとは反対方向に回転する状態となる。
このような工作物Wの連れ回り回転が生じる場合は、例えば、駆動力伝達機構37の異常時がある。駆動力伝達機構37としての回し部材が主軸32との引っ掛かりなどによって完全に前進した状態とならない場合に起こり得る。回し部材が一時的に前進しない状態となると、工作物Wが連れ回り回転する状態となる。
また、回し部材のような駆動力伝達機構37を用いない場合において、例えば、センタ部材36と工作物Wとの摩擦力により、主軸32の回転駆動力が工作物Wに伝達される場合がある。この場合、研削抵抗が非常に大きい場合に、工作物Wが、主軸32の回転駆動力によって回転するのではなく、砥石車Tに連れ回り回転することがある。
ここで、工作物Wが砥石車Tに連れ回り回転するのは、工作物Wおよび砥石車Tの相互押圧力が大きい場合である。粗研においては、砥石車Tの送り速度が大きい。そのため、粗研において工作物Wが研削されない状態になると、工作物Wおよび砥石車Tの相互押圧力が大きくなる。そして、工作物Wおよび砥石車Tの相互押圧力が大きくなると、両者の摩擦力が大きくなり、さらに、砥石車Tの砥粒の引っ掛かり力が大きくなる。従って、精研や微研の時に比べて、粗研の時に、工作物Wが砥石車Tに連れ回り回転する可能性が高くなる。
(4.連れ回り回転に関する第一の判定処理)
図3の(B)に示すように工作物Wが砥石車Tに連れ回り回転しているか否かを判定する第一の判定処理について、図4を参照して説明する。第一の判定処理は、制御装置70および主軸用駆動回路35が行う処理である。図4において、制御装置70の内部に示すブロックである判定70aと閾値設定70bと判定後処理70cは、制御装置70内のプログラムにより実行される機能を意味する。主軸用駆動回路35の内部に示す機能要素は、形成された回路により実行される機能を意味する。
図3の(B)に示すように工作物Wが砥石車Tに連れ回り回転しているか否かを判定する第一の判定処理について、図4を参照して説明する。第一の判定処理は、制御装置70および主軸用駆動回路35が行う処理である。図4において、制御装置70の内部に示すブロックである判定70aと閾値設定70bと判定後処理70cは、制御装置70内のプログラムにより実行される機能を意味する。主軸用駆動回路35の内部に示す機能要素は、形成された回路により実行される機能を意味する。
図4に示すように、制御装置70が、主軸用駆動回路35に主軸用モータ33を回転駆動するための速度指令値を出力し、さらに、速度指令値を積分することにより得られる位置指令値を出力する。
主軸用駆動回路35は、制御装置70から取得した速度指令値および位置指令値、ならびに、主軸用検出器34により検出された主軸32の実回転角度を取得し、速度指令値、位置指令値および実回転角度に基づいて主軸用モータ33の駆動を行う。この機能は、連れ回り回転とは無関係の基本的な処理となる。
詳細には、主軸用駆動回路35の位置カウンタ35fが、主軸用検出器34により検出された主軸32の実回転角度を取得し、実回転角度の位置を表すカウント値を得る。そして、主軸用駆動回路35の位置偏差生成部35aが、制御装置70から取得した位置指令値と、位置カウンタ35fの出力値との差である位置偏差を生成する。位置偏差は、制御装置70から取得した位置指令値と、主軸用検出器34により検出された主軸32の回転角度との差に相当する。
主軸用駆動回路35の位置制御処理部35bが、入力した位置偏差に位置ループゲインを乗算した出力値を生成する。また、位置速度変換部35eが、位置カウンタ35fの出力値を速度値に変換する。
続いて、主軸用駆動回路35の速度偏差生成部35cが、制御装置70から出力される速度制御値、位置制御処理部35bの出力値、および、位置速度変換部35eによる出力値に基づいて、速度偏差を生成する。主軸用駆動回路35の速度制御処理部35dが、入力した速度偏差に速度ループゲインを乗算することにより、主軸用モータ33の駆動信号を出力する。
ここで、制御装置70が出力する位置指令値は、速度指令値から求められた主軸32の理想回転角度に相当する。理想回転角度は、例えば、速度指令値を逐次積分することによって生成されるようにすれば良い。主軸用駆動回路35は、速度制御がメインであり、位置制御は補助的に行っている。補助的に行うために、位置制御処理部35bで大きく増幅しない。あるいは、位置制御を補助的に行わないよう位置制御処理部35bは無くても良い。
一方、主軸用駆動回路35は、上述したように、主軸用検出器34により検出された主軸32の実回転角度を取得する。ここで、主軸用検出器34の分解能は、主軸用検出器34としてエンコーダを用いるため、十分に高い。従って、主軸32が高速回転したとしても、主軸用駆動回路35が取得する主軸32の実回転角度を取得することができる。
続いて、主軸用駆動回路35は、主軸32の理想回転角度と主軸32の実回転角度との差を生成する。本形態においては、上述したように、位置偏差生成部35aが、制御装置70から出力される位置指令値と、主軸用検出器34により検出された主軸32の実回転角度から実回転角度の位置を表すカウント値との位置偏差を生成している。この位置偏差が、主軸32の理想回転角度と主軸32の実回転角度との差となる。
そして、主軸用駆動回路35は、生成した差(位置偏差)を、制御装置70へ出力する。ここで、制御装置70において、工作物Wが砥石車Tに連れ回り回転しているか否かを判定するための所定閾値Thが予め設定されている。制御装置70は、主軸用駆動回路35から取得した差(位置偏差)と予め設定されている所定閾値Thとに基づいて、工作物Wが砥石車Tに連れ回り回転しているか否かを判定する。続いて、制御装置70は、連れ回り回転したと判定された場合に、判定後処理を実施する。判定後処理は、例えば、主軸装置30の駆動の停止、研削の停止、警告の出力、作業者や管理者への通知などである。
(5.連れ回り回転の判定方法)
上記の第一の判定処理においては、制御装置70が、主軸32の実回転角度と主軸32の理想回転角度との差に基づいて、工作物Wが砥石車Tに連れ回り回転しているか否かの判定を行う。以下に、連れ回り回転の判定方法について、図4~図6を参照して説明する。
上記の第一の判定処理においては、制御装置70が、主軸32の実回転角度と主軸32の理想回転角度との差に基づいて、工作物Wが砥石車Tに連れ回り回転しているか否かの判定を行う。以下に、連れ回り回転の判定方法について、図4~図6を参照して説明する。
まず、図5を参照して、正常研削時について説明する。図5の(A)は、正常研削時における定寸装置60の出力値の時間変化(挙動)を示す。図5の(B)は、正常研削時における砥石車用モータ53の動力の時間変化(挙動)を示す。図5の(C)は、正常研削時における主軸32の実回転角度と主軸32の理想回転角度との差の時間変化(挙動)を示す。
図5の(A)(B)(C)において、時刻t1~t6は、次のとおりである。時刻t1は、砥石車Tを工作物Wに向けて早送り動作による接近開始時である。時刻t2は、工作物Wの粗研開始時である。時刻t3は、粗研から精研(第一次仕上げ加工)への切り替わり時である。時刻t4は、精研から微研(第二次仕上げ加工)への切り替わり時である。時刻t5は、微研からスパークアウトへの切り替わり時である。時刻t6は、スパークアウトの終了時、すなわち研削終了時である。主軸32の回転速度、砥石車Tの回転速度は、粗研、精研、微研、スパークアウト共に同じである。砥石車Tの工作物Wに対するX軸方向の切込み速度は、粗研、精研、微研の順に低下する。スパークアウト時の砥石車Tの工作物Wに対するX軸方向の切込み速度は、ゼロである。
ここで、定寸装置60による計測は、時刻t2の粗研開始時から、時刻t6の研削終了時まで行う。また、主軸32の実回転角度と主軸32の理想回転角度との差の生成処理は、粗研のときのみ実施する。
図5の(A)(B)に示すように、時刻t2に粗研が開始される(粗研送り動作が開始される)と、初期においては、クーラント動圧がかかることで砥石車用モータ53の動力が増加する。続いて、工作物Wが撓み変形することで、砥石車用モータ53の動力がさらに増加する。この間、工作物Wはまだ研削されていない。
続いて、工作物Wの研削が開始されると、定寸装置60の値(定寸値)が減少し始める。そして、時刻t3に粗研を終了する。粗研の間(t2~t3)、図5の(C)に示すように、工作物Wが砥石車Tに連れ回り回転していない状態であれば、主軸32の実回転角度と主軸32の理想回転角度との差は、ほぼゼロとなる。詳細には、当該差は、上限の所定閾値Thより小さく、下限の所定閾値-Thより大きい。つまり、当該差は、所定閾値Thの絶対値を超えない。さらに、当該差の変動幅は、所定幅ΔAよりも小さい。
このような現象となる理由は、次のとおりである。工作物Wが砥石車Tに連れ回り回転せずに、工作物Wが砥石車Tにより正常に研削されている状態においては、主軸32と工作物Wとは、一体的に回転する状態となる。さらに、主軸32は、一定回転となるように一定速度制御が行われている。従って、主軸32の実回転角度は、主軸32の理想回転角度にほぼ一致する状態となり、実回転角度と理想回転角度との差は、非常に小さな値(ほぼゼロ)となる。
続いて、時刻t3にて精研が開始されると、砥石車用モータ53の動力が小さくなり、さらに、時刻t4にて微研が開始されると、当該動力がさらに小さくなり、時刻t6においてスパークアウトが終了するときには当該動力がほぼゼロとなる。そして、定寸装置60の値(定寸値)は、粗研、精研、微研、スパークアウトの順に工程が進むに従って、目標寸法に近づいて行く。
次に、粗研の途中において、工作物Wが砥石車Tに連れ回り回転する状態が発生する場合について、図6を参照して説明する。上述したように、工作物Wが砥石車Tに連れ回り回転するのは、粗研時である可能性が高い。以下には、粗研時に連れ回り回転する場合について説明する。
図6において、時刻t2aの時に、例えば、駆動力伝達機構37としての回し部材と主軸32とが引っ掛かることにより、回し部材が前進動作できずに、工作物Wが砥石車Tに連れ回り回転し始めるものとする。
時刻t1からt2aまでは、図5に示すように、正常研削時と同一の挙動となる。時刻t2aにて工作物Wが連れ回り回転し始めると、工作物Wは砥石車Tとの相対回転が生じないため、基本的には研削されない。ただし、理想状態とは異なる相対回転が生じる場合には、工作物Wの一部が局所的に研削される。従って、図6の(A)に示すように、定寸装置60の値(定寸値)は、時刻t2a以降において、図5の(A)に示すような変化とは異なり、乱れた変化をする。
図6の(B)に示すように、工作物Wの研削が基本的には行われないため、砥石車用モータ53の動力は、急減する。そして、工作物Wと砥石車Tとの相対回転の程度に応じて、僅かに変動することがある。
そして、工作物Wが連れ回り回転する状態となった後に、回し部材と主軸32との引っ掛かりが解除されて、回し部材が前進動作して工作物Wに係合する状態となることがある。そうすると、主軸32には、回し部材を介して、連れ回り回転していた工作物Wの回転が逆伝達される。具体的には、工作物Wが砥石車Tに連れ回り回転の後に、回し部材が工作物Wに係合する際に、工作物Wと回し部材とが衝突することがある。当該衝突によって、工作物Wの回転が回し部材に逆伝達され、回し部材から主軸32に逆伝達される。
従って、主軸32の実回転角度が、主軸32の理想回転角度からずれた角度となる。特に、図6の(C)に示すように、主軸32の実回転角度と主軸32の理想回転角度との差は、時刻t2a以降、大きく変動する。特に、図3の(A)(B)に示したように、連れ回り回転においては、工作物Wが正常時に対して逆回転となる。この場合、工作物Wと回し部材との衝突力が大きくなるため、変動も大きくなる。
主軸32の実回転角度が主軸32の理想回転角度から大きくずれれば、図6の(C)に示すように、主軸32の実回転角度と主軸32の理想回転角度との差が上限の所定閾値Thを超える状態となる。また、当該差が、下限の所定閾値-Thを超える(下回る)場合もある。このような状態になれば、工作物Wが砥石車Tに連れ回り回転したと判定される。
また、当該差が所定閾値Thを超えたか否かにより判定する場合の他に、次のように行うこともできる。上述したように、主軸32は、工作物Wの連れ回り回転の影響を受けると共に、主軸用モータ33の回転駆動によって駆動される。この場合の主軸32の実回転角度と主軸32の理想回転角度との差は、正常な場合に比べて大きく変動する状態となる。そのため、当該差の変動幅が、所定幅ΔAを超える状態となる。このような状態においても、工作物Wが砥石車Tに連れ回り回転したと判定できる。
また、上述したように、回し部材のような駆動力伝達機構37を用いない場合において、研削抵抗が非常に大きい場合に、工作物Wが、主軸32の回転駆動力によって回転するのではなく、砥石車Tに連れ回り回転することがある。工作物Wが砥石車Tに連れ回り回転している状態において、工作物Wの回転が主軸32に逆伝達される場合がある。この場合にも、上記同様に、主軸32の実回転角度が、主軸32の理想回転角度からずれた角度となる。そして、所定閾値Th、または、所定幅ΔAを用いて判定することで、工作物Wが砥石車Tに連れ回り回転したと判定できる。
主軸用モータ33は、正常時のように、主軸32を、回転方向一方(図3の(A))へ一定回転させようとする。一方、工作物Wが砥石車Tに連れ回り回転するため、センタ部材36と工作物Wとの摩擦力によって、主軸32が、連れ回り回転している工作物Wの回転方向(図3の(B))に回転しようとする。従って、主軸32の実回転角度は、主軸用モータ33による回転駆動力と工作物Wからの回転駆動力とによって、図6の(C)に示すように、大きく変動する状態となる。
この場合においても、制御装置70は、主軸32の実回転角度と主軸32の理想回転角度との差が、所定閾値Th(または-Th)を超える場合、または、当該差の変動幅が所定幅ΔAを超える場合には、工作物Wが砥石車Tに連れ回り回転したと判定することができる。なお、所定閾値Thのみによる判定を行っても良いし、所定幅ΔAのみによる判定を行っても良いし、両者による判定を行っても良い。
(6.連れ回り回転に関する第二の判定処理)
図3の(B)に示すように工作物Wが砥石車Tに連れ回り回転しているか否かを判定する第二の判定処理について、図7を参照して説明する。第二の判定処理は、第一の判定処理と同様に、制御装置70および主軸用駆動回路35が行う処理である。図7において、制御装置70の内部に示すブロックは、制御装置7内のプログラムにより実行される機能を意味する。主軸用駆動回路35の内部に示すブロックである判定35gと閾値設定35hは、主軸用駆動回路35内のプログラムにより実行される機能を意味する。主軸用駆動回路35の内部に示す機能要素は、形成された回路により実行される機能を意味する。
図3の(B)に示すように工作物Wが砥石車Tに連れ回り回転しているか否かを判定する第二の判定処理について、図7を参照して説明する。第二の判定処理は、第一の判定処理と同様に、制御装置70および主軸用駆動回路35が行う処理である。図7において、制御装置70の内部に示すブロックは、制御装置7内のプログラムにより実行される機能を意味する。主軸用駆動回路35の内部に示すブロックである判定35gと閾値設定35hは、主軸用駆動回路35内のプログラムにより実行される機能を意味する。主軸用駆動回路35の内部に示す機能要素は、形成された回路により実行される機能を意味する。
第二の判定処理は、第一の判定処理に対して、主軸用駆動回路35が連れ回りの判定を行う点が異なる。以下、両者の相違点に関連する部分のみについて説明する。第二の判定処理において、主軸用駆動回路35の位置偏差生成部35aが、主軸32の理想回転角度と主軸32の実回転角度との差(位置偏差)を生成する。主軸用駆動回路35の判定35gにおいては、生成した当該差(位置偏差)に基づいて、工作物Wが砥石車Tに連れ回り回転しているか否かが判定される。
そして、主軸用駆動回路35の判定35gによる連れ回り回転しているか否かの判定結果は、制御装置70へ出力される。制御装置70は、主軸用駆動回路35から取得した判定結果に基づいて、連れ回り回転したとの判定結果である場合に、判定後処理を実施する。判定後処理は、例えば、主軸装置30の駆動の停止、研削の停止、警告の出力、作業者や管理者への通知などである。
1 研削盤
12 Z軸駆動機構(移動装置)
14 X軸駆動機構(移動装置)
30 主軸装置
31 主軸ハウジング
32 主軸
33 主軸用モータ
34 主軸用検出器
35 主軸用駆動回路
50 砥石台
70 制御装置
Th 所定閾値
T 砥石車
W 工作物
ΔA 所定幅
12 Z軸駆動機構(移動装置)
14 X軸駆動機構(移動装置)
30 主軸装置
31 主軸ハウジング
32 主軸
33 主軸用モータ
34 主軸用検出器
35 主軸用駆動回路
50 砥石台
70 制御装置
Th 所定閾値
T 砥石車
W 工作物
ΔA 所定幅
Claims (7)
- 工作物を支持し、前記工作物を回転駆動する主軸装置と、
前記工作物の外周面を研削する砥石車を備え、前記砥石車を回転駆動する砥石台と、
前記工作物と前記砥石車とを相対的に接近および離間させる移動装置と、
前記主軸装置、前記砥石台および前記移動装置を制御する制御装置と、
を備え、
前記主軸装置は、
主軸ハウジングと、
前記主軸ハウジングに回転可能に支持された主軸と、
前記主軸を回転駆動する主軸用モータと、
前記主軸の回転角度を検出する検出器と、
前記制御装置の指令値および前記検出器により検出された前記主軸の回転角度に基づいて前記主軸用モータを駆動する駆動回路と、
を備え、
前記制御装置または前記駆動回路は、
前記検出器により検出された前記主軸の実回転角度と前記主軸用モータへの指令値から求められた前記主軸の理想回転角度との差を用い、前記差が所定閾値を超えた場合、または、前記差の変動幅が所定幅を超えた場合に、前記工作物が前記砥石車に連れ回り回転したと判定する、研削盤。 - 前記工作物が前記砥石車に連れ回り回転することによって、前記工作物の回転が前記主軸に逆伝達されることで、前記主軸の実回転角度が、前記主軸の理想回転角度からずれた角度となる、請求項1に記載の研削盤。
- 前記駆動回路は、前記差を生成すると共に、生成した前記差を前記制御装置へ出力し、
前記制御装置は、前記駆動回路から取得した前記差に基づいて前記工作物が前記砥石車に連れ回り回転しているか否か判定する、請求項1または2に記載の研削盤。 - 前記駆動回路は、前記差を生成し、前記差に基づいて前記工作物が前記砥石車に連れ回り回転しているか否かを判定し、判定結果を前記制御装置へ出力し、
前記制御装置は、前記駆動回路から前記判定結果を取得する、請求項1または2に記載の研削盤。 - 前記制御装置は、前記工作物が前記砥石車に連れ回り回転したと判定された場合に、前記主軸装置の駆動を停止する、請求項1~4のいずれか1項に記載の研削盤。
- 前記制御装置または前記駆動回路は、粗研時の前記差に基づいて前記工作物が前記砥石車に連れ回り回転しているか否かを判定する、請求項1~5のいずれか1項に記載の研削盤。
- 正常研削時における前記工作物の回転方向は、前記工作物が前記砥石車に連れ回り回転する際の前記工作物の回転方向に対して反対方向である、請求項1~6のいずれか1項に記載の研削盤。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021107603A JP2023005591A (ja) | 2021-06-29 | 2021-06-29 | 研削盤 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2021107603A JP2023005591A (ja) | 2021-06-29 | 2021-06-29 | 研削盤 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2023005591A true JP2023005591A (ja) | 2023-01-18 |
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Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2021107603A Pending JP2023005591A (ja) | 2021-06-29 | 2021-06-29 | 研削盤 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2023005591A (ja) |
-
2021
- 2021-06-29 JP JP2021107603A patent/JP2023005591A/ja active Pending
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