JP2917085B2 - 研削盤の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作物の前加工の状態
に応じて加工条件を変えることのできる研削盤の制御装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】研削加工を行う装置の一つに内面研削盤
がある。この内面研削盤は、図５に示すように、工作物
５１と砥石５２の両方を回転させ、工作物５１の内側
を、工作物５１の軸線方向に工作物５１の幅よりも狭い
幅の砥石５２をトラバース運動させ、かつ相対的に接近
させて、工作物５１の内面を研削加工するものである。
この内面研削盤で研削加工を行う場合には、加工の初期
段階で、図５に示すように、工作物５１の前加工の振れ
が残っている部分５３を加工する必要がある。なお、振
れとは、前加工における中心のずれや、熱処理に伴う歪
み等をいう。

【０００３】工作物の内面に振れがある場合、砥石と工
作物が断続的に接触することになるため、砥石の磨耗が
大きくなる。そこで、従来は、振れが除去されるまで、
切り込み速度を遅くして砥石の磨耗を小さくすることが
行われていた。この場合、砥石軸駆動のための電力値、
電流値あるいは軸の変位等により砥石に加わる研削力を
検出する手段を有する研削盤では、研削力の変化により
砥石と工作物の一部が接触したことを検出した時点で、
振れ取りのための遅い切り込み速度に切り換え、予め設
定した量だけ切り込んで、再び切り込み速度を速くして
加工を続けるようにしていた。

【０００４】図６は、従来の内面研削盤による研削加工
における研削力の変化（図６（ａ））と、切り込み速度
の変化（図６（ｂ））の関係を示す説明図である。図６
（ｂ）に示すように、従来は、砥石が工作物に接触する
前の（１）の領域では切り込み速度を速くし、その後、
（２）の領域で切り込み速度（ギャップ速度）を若干遅
くし、図６（ａ）に示すように、研削力が増加して砥石
と工作物の一部が接触したことが検出されると、振れ取
りのための遅い切り込み速度に切り換え、（３）の領域
で、予め設定された量５４だけ切り込みを行い、その
後、（４）の領域で粗研削を行い、（５）の領域で精研
削を行っていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来
は、前加工の振れが除去されたことを検出できないた
め、設定量５４として安全をみた量を予め設定する必要
があり、工作物の前加工の状態によっては無駄な加工時
間が発生してしまうという問題点があった。

【０００６】また、振れが除去されるに従って研削力が
大きくなるため、検出した研削力を、砥石が工作物の全
面が接触した時点における研削力と比較して、振れが除
去された時点を検出することも考えられるが、工作物の
加工幅に対して砥石幅が狭い場合には、以下の理由によ
り正確に検出することができない。すなわち、図７に示
すように、振れが除去されたことによる研削力の変化よ
りも、砥石のトラバース位置による研削力の変動の方が
大きいため、微妙な変化の検出が困難なばかりではな
く、工作物の軸線方向での振れのばらつきが存在するた
め、検出した研削力と全面が接触した時点における研削
力との単純な比較では、振れが除去された時点を正確に
検出することができない。

【０００７】そこで本発明の目的は、振れが除去された
時点を正確に検出でき、工作物の前加工の状態に応じた
加工を可能にする研削盤の制御装置を提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では、工作物に対
して砥石が周期的な運動を行う研削盤を制御する制御装
置において、砥石に加わる研削力に対応する値を検出す
る研削力検出手段と、砥石の運動の一周期分について、
研削力検出手段によって検出される値を積分する積分手
段と、この積分手段によって積分された値を設定値と比
較することによって、工作物の振れが除去されたことを
検出する振れ除去検出手段と、この振れ除去検出手段の
検出結果に基づいて砥石の動作を制御する制御手段とを
備えたものである。

【０００９】

【作用】この研削盤の制御装置では、研削力検出手段に
よって砥石に加わる研削力に対応する値を検出し、この
値を積分手段により砥石の運動の一周期分について積分
し、振れ除去検出手段によって、積分手段により積分さ
れた値を設定値と比較することから、工作物の振れが除
去されたことを検出する。このように、研削力に対応す
る値を砥石の運動の一周期分について積分した値を設定
値と比較することから、砥石の位置により変動する研削
力の影響を受けることなく、工作物の振れが除去された
ことを検出することができる。そして、振れ除去検出手
段の検出結果に基づいて、制御手段によって砥石の動作
を制御する。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の研削盤の制御装置における一
実施例について図面を参照して詳細に説明する。図１は
本発明の一実施例における研削盤の構成を示す説明図で
ある。

【００１１】研削盤は主軸台テーブル１と砥石台テーブ
ル２とを備え、主軸台テーブル１はモータ３によって軸
線方向Ｘに沿って前後動可能に、砥石台テーブル２はモ
ータ４によって軸線方向Ｚに沿って前後動可能に設けら
れている。主軸台テーブル１には円筒状の工作物５が取
り付けられ、この工作物５は図示しない支持機構により
回転可能に保持されるようになっている。一方、砥石台
テーブル２にはスピンドル取付台６を介して磁気軸受式
スピンドル７が取り付けられている。このスピンドル７
のロータ軸８の一端部には砥石９が取り付けられている
と共に、ロータ軸８の長手方向中央付近には円形状スラ
ストディスク１０が一体形成されている。

【００１２】また、ロータ軸８の外周面側には、スラス
トディスク１０を挟んで２組のラジアル磁気軸受部が設
けられている。一組のラジアル磁気軸受部は、４つのラ
ジアル電磁石１２およびラジアル方向位置センサ１３を
有している。４つのラジアル電磁石１２のうち、向かい
合う２つのラジアル電磁石１２は一対となって動作する
ように構成され、４つのラジアル方向位置センサ１３も
同様に向かい合う２つのラジアル方向位置センサ１３が
一対となって動作するように構成されている。

【００１３】また、ロータ軸８の外周面側には、ロータ
軸８を回転させるためのモータ１４が設けられている。
図２に示すように、二対のラジアル電磁石１２およびラ
ジアル方向位置センサ１３は、ロータ軸心を中心に円筒
上に９０°ずつずらして配置されている。

【００１４】一方、スラストディスク１０の周辺には、
１組のアキシャル磁気軸受部が設けられている。このア
キシャル磁気軸受部は、２つのドーナツ型のアキシャル
電磁石１５およびアキシャル方向位置センサ１６を有し
ている。２つのアキシャル電磁石１５はスラストディス
ク１０を介して互いに向かい合うように配置されている
一方、アキシャル方向位置センサ１６はロータ軸端面側
に配置されている。

【００１５】ところで、ラジアル方向位置センサ１３お
よびアキシャル方向位置センサ１６は、その各センサ検
出値を、制御装置としての制御部２０へそれぞれ出力す
るように構成されている。制御部２０は、モータ１４を
駆動するモータドライバ２１と、モータ３およびモータ
４を駆動するサーボモータドライバ２２と、ラジアル電
磁石１２およびアキシャル電磁石１５を駆動する電磁石
ドライバ２３と、サーボモータドライバ２２を制御する
研削盤ＮＣ装置２４とを備えている。

【００１６】また、制御部２０には位置検出回路２５お
よび処理回路２６が設けられている。位置検出回路２５
には各センサ１３、１６の検出値が入力され、これを基
にロータ軸両端のラジアル方向浮上位置およびアキシャ
ル方向浮上位置を求め、これを処理回路２６へ出力する
ようになっている。処理回路２６は、ロータ軸両端のラ
ジアル方向における目標位置をそれぞれ記憶していると
共に、この目標位置とロータ軸８の一端のラジアル方向
浮上位置とを比較し、その比較偏差を増幅して電磁石ド
ライバ２３へ出力するようになっている。電磁石ドライ
バ２３は比較偏差分の励磁電流をラジアル電磁石１２へ
出力するようになっている。これと同時に、処理回路２
６ではロータ軸他端のラジアル方向浮上位置についても
同様な処理を行うようになっている。

【００１７】また、処理回路２６は、ロータ軸８のアキ
シャル方向における目標位置を記憶していると共に、こ
の目標位置とアキシャル方向浮上位置とを比較し、その
比較偏差を増幅して電磁石ドライバ２３へ出力し、電磁
石ドライバ２３は比較偏差分の励磁電流をアキシャル電
磁石１５へ出力するようになっている。

【００１８】このようにして、ラジアル電磁石１２およ
びアキシャル電磁石１５が励磁されて、ロータ軸８が所
定の位置に非接触支持されるようになっている。さら
に、制御部２０には研削力検出回路２８が設けられてい
る。この研削力検出回路２８は、電磁石ドライバ２３に
よる励磁電流の変化が砥石９に加わる研削力の変化に対
応することを利用して、電磁石の励磁電流値から研削力
を検出するようになっている。

【００１９】また、制御部２０には、振れ量検出部３０
が設けられている。この振れ量検出部３０は、研削力検
出回路２８によって検出された研削力の変化より砥石９
が工作物５に接触したことを検出する接触検出回路３１
と、研削力検出回路２８によって検出された研削力を砥
石９のトラバース運動の一往復分について積分する積分
回路３２と、この積分回路３２の積分値を設定値と比較
する振れ除去検出手段としての比較回路３３とを有して
いる。接触検出回路３１は接触を検出すると、速度切り
換え信号３４を研削盤ＮＣ装置２４へ送出するようにな
っている。また、研削盤ＮＣ装置２４は、砥石９が後退
端に達したことを示す位置信号３５を積分回路３２へ送
り、積分回路３２はこの位置信号３５によりリセットさ
れるようになっている。また、積分回路３２は、接触検
出回路３１から速度切り換え信号３４と同時に出力され
るリセット信号３６によってもリセットされるようにな
っている。比較回路３３は、積分回路３２の積分値が設
定値を越えた場合に、振れ量分の研削が終了したとし
て、速度切り換え信号３７を研削盤ＮＣ装置２４へ送出
するようになっている。研削盤ＮＣ装置２４は、振れ量
検出部３０からの速度切り換え信号３４、３７に応じて
切り込み速度を切り換えるようになっている。

【００２０】次に、図３を参照して本実施例における制
御部２０の動作の概要について説明する。図３（ａ）は
振れ除去前における研削力の変化を示し、図３（ｂ）は
振れ除去後における研削力の変化を示している。これら
の図に示すように、振れが除去されると研削力は大きく
なる。また、砥石９のトラバース位置によって研削力が
周期的に変動する。ここで、砥石９が後退端に達した時
刻をｔ₁ 、ｔ₂ 、…とする。図３（ｂ）に示すように、
振れ除去後においても研削力はトラバース位置に応じて
変動するため、検出した研削力を単に設定値と比較する
だけでは、振れが除去された時点を正確に検出すること
ができない。

【００２１】そこで、本実施例では、砥石９のトラバー
ス運動の一周期分について研削力を積分し、この積分値
（図中の斜線部分）を設定値と比較することによって、
振れが除去されたことを検出するようにしている。これ
により、砥石９の位置により変動する研削力の影響を受
けることなく、振れが除去された時点を正確に検出する
ことができる。

【００２２】次に、図４のフローチャートを参照して本
実施例における制御部２０の動作について説明する。制
御部２０は、まず、接触検出のための設定値および振れ
量検出のための設定値を設定する（ステップ１０１）。
これらの設定値は、例えば、一種類の製品につき一回、
実際に工作物を加工してみて測定して決定する。

【００２３】その後、ロータ軸８を磁気浮上させ、モー
タ１４によって回転させると共に、研削盤ＮＣ装置２
４、サーボモータドライバ２２およびモータ４によって
砥石台テーブル２を軸線方向Ｙに沿って前後動させる。
また、研削盤ＮＣ装置２４、サーボモータドライバ２２
およびモータ３によって、主軸台テーブル１を軸線方向
Ｘに沿って、予め設定された所定の切り込み速度（ギャ
ップ速度）で移動させる。

【００２４】次に、接触検出回路３１によって砥石９が
ワーク５に接触したことを検出するのを待ち（ステップ
１０２）、接触が検出されると（ステップ１０２；
Ｙ）、接触検出回路３１より速度切り換え信号３４が研
削盤ＮＣ装置２４へ送出される（ステップ１０３）。こ
の速度切り換え信号３４に応じて、研削盤ＮＣ装置２４
は切り込み速度を所定の振れ取り速度に切り換える。こ
の振れ取り速度とは、図６（ｂ）における（３）の領域
における遅い切り込み速度である。速度切り換え信号３
４の送出と同時にリセット信号３６によって積分回路３
２がリセットされる（ステップ１０４）。

【００２５】次に、積分回路３２によって、研削力検出
回路２８によって検出された研削力を積分し、比較回路
３３によって、振れ量を検出したか否か、すなわち積分
値が振れ量設定値を越えたか否かを判断する（ステップ
１０５）。越えていない場合（ステップ１０５；Ｎ）
は、研削盤ＮＣ装置２４によって砥石９が後退端に達し
たことが検出されたか否かを判断する（ステップ１０
６）。後退端に達したことが検出されない場合（ステッ
プ１０６；Ｎ）は、研削力の積分と、振れ量を検出した
か否かの判断（ステップ１０５）を続ける。後退端に達
したことが検出された場合（ステップ１０６；Ｙ）は積
分回路３２をリセットする（ステップ１０４）。

【００２６】一方、積分値が振れ量設定値を越えて振れ
量が検出された場合（ステップ１０５；Ｙ）は、比較回
路３３より速度切り換え信号３７が研削盤ＮＣ装置２４
へ送出され（ステップ１０７）、振れ量検出部３０は動
作を終了する。この速度切り換え信号３７に応じて、研
削盤ＮＣ装置２４は切り込み速度を振れ取り速度から粗
研削速度（図６における（４）の領域の速度）へ切り換
えて加工を続ける。その後、研削盤ＮＣ装置２４は切り
込み速度を精研削速度（図６における（５）の領域の速
度）に切り換え、所定量だけ研削して加工を終了する。

【００２７】以上説明したように本実施例によれば、砥
石９のトラバース運動の一周期分について研削力を積分
し、この積分値を設定値と比較することによって、振れ
が除去されたことを検出するようにしている。従って、
砥石９の位置により変動する研削力の影響を受けること
なく、振れが除去された時点を正確に検出することがで
き、異常な工作物が混入しても砥石の無駄な磨耗を防止
することができる。また、工作物の前加工の状態に応じ
て最適な切り込み速度のプロフィールを設定できるの
で、加工時間を短縮することが可能となる。

【００２８】なお、本発明は上記実施例に限定されず、
例えば研削力の値を検出する場合、実施例のようにロー
タ軸８を支持する磁気軸受の励磁電流から検出するもの
に限らず、例えばロータ軸８を球軸受で支持して、その
軸受外輪にロードセル等を配設することによって研削力
を検出するようにしても良い。また、ロータ軸８の回転
用のモータ１４における電流値や電力値から研削力を検
出するようにしても良い。

【００２９】また、振れが除去されたことを検出する場
合、砥石９のトラバース運動の一周期分の研削力の積分
値から研削力の平均値を求め、この平均値と所定の設定
値とを比較して振れが除去されたことを検出するように
しても良い。また、本発明は、内面研削盤に限らず、工
作物の加工幅よりも砥石幅が狭く、砥石が工作物に介し
て周期的な運動を行う平面研削や円筒外周研削を行う研
削盤にも適用することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、砥
石の研削力に対応する値を、砥石の運動の一周期分につ
いて積分し、この積分値を設定値と比較することによっ
て、工作物の振れが除去されたことを検出するようにし
たので、砥石の位置により変動する研削力の影響を受け
ることなく、振れが除去された時点を正確に検出でき、
工作物の前加工の状態に応じた加工が可能になるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における研削盤の構成を示す
説明図である。

【図２】図１の研削盤におけるラジアル電磁石およびラ
ジアル方向位置センサの配置を示す説明図である。

【図３】本発明の一実施例の動作の概要を説明するため
の説明図である。

【図４】本発明の一実施例の動作を示すフローチャート
である。

【図５】内面研削盤における工作物と砥石を示す説明図
である。

【図６】従来の内面研削盤による研削加工における研削
力の変化と、切り込み速度の変化の関係を示す説明図で
ある。

【図７】従来の内面研削盤による研削加工における研削
力の変化を示す特性図である。

【符号の説明】

５ 工作物 ８ ロータ軸 ９ 砥石 １２ ラジアル電磁石 １５ アキシャル電磁石 ２０ 制御部 ２３ 電磁石ドライバ ２４ 研削盤ＮＣ装置 ２８ 研削力検出回路 ３０ 振れ量検出部 ３１ 接触検出回路 ３２ 積分回路 ３３ 比較回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−75855（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−189447（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−135143（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−138499（ＪＰ，Ａ) 特公 昭60−20146（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平２−16611（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B24B 49/16 B23Q 15/12 B23Q 15/013 B24B 49/10 B23Q 17/09

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作物に対して砥石が周期的な運動を行
   う研削盤を制御する制御装置において、 砥石に加わる研削力に対応する値を検出する研削力検出
   手段と、 砥石の運動の一周期分について、前記研削力検出手段に
   よって検出される値を積分する積分手段と、 この積分手段によって積分された値を設定値と比較する
   ことによって、工作物の振れが除去されたことを検出す
   る振れ除去検出手段と、 この振れ除去検出手段の検出結果に基づいて砥石の動作
   を制御する制御手段とを具備することを特徴とする研削
   盤の制御装置。