JP3710575B2 - 研削盤の研削制御方法 - Google Patents
研削盤の研削制御方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3710575B2 JP3710575B2 JP30127196A JP30127196A JP3710575B2 JP 3710575 B2 JP3710575 B2 JP 3710575B2 JP 30127196 A JP30127196 A JP 30127196A JP 30127196 A JP30127196 A JP 30127196A JP 3710575 B2 JP3710575 B2 JP 3710575B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- grinding
- machining
- finishing
- cutting
- amount
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Automatic Control Of Machine Tools (AREA)
- Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、加工系の剛性の弱い研削盤、例えば内面研削盤や、工作物剛性,支持系剛性の弱い研削盤等において、加工力による撓みが大きくなる場合に、粗加工の後に撓みを開放するために切込を後退させる制御を行う研削盤の研削制御方法に関する。特に、多量の同じ工作物を連続して加工する場合の研削制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
研削盤では一個の工作物を加工するのに、粗加工と仕上加工を行って加工能率と加工精度を確保している。研削系の剛性の弱い、特に内面研削盤では粗加工の後に微少量の切込後退を行い、研削系の撓みを解放して仕上げ切込を行っている。このように、仕上加工の前に切り込み後退を行うことで、仕上時間が短くできる。
図9には、研削系の撓みの状態を誇張して描いてある。内面研削では、加工力によって砥石軸9aが曲がり、切込X1(t)に対して、工作物Wには撓みδに相当する切り残しが発生する。加工寸法X2(t)は切込X1(t)と研削時定数τ(sec)の関数として以下のように表現される。
dX2(t)/dt=(1/τ)・(X1(t)−X2(t)) ……▲1▼
ここで、研削時定数τは、砥石の切れ味(加工効率)、工作物材料、工作物形状等によって異なる。
【0003】
切込後退を入れて撓みを解放した場合と入れない場合との加工状態(プロセス)を、図10(A),(B)に比較して示す。
研削精度を維持するためには切込最終時点の撓みδ(t)を一定値以下にする必要がある。切込後退が無い場合には仕上加工中の撓みの回復に研削時定数の3倍程度の時間がかかる。切込後退を入れた場合には粗加工での切込を余分に取ることが可能であり、かつ仕上加工前に撓みを回復できるために、仕上加工で撓みを早く回復できる。これによって加工時間を短くすることが可能となる。
今までの研削盤では、この切込後退量の決め方に2つの代表的な方法がある。
1つは、研削実験を繰り返しながら、加工サイクルと加工精度が安定するように切込後退量を決めていく方法であり、最も一般的なものである。
2つ目は、加工力や加工動力の制御を行っている場合に、例えば動力制御で、粗加工設定動力Pr(kW)、仕上設定動力Pf(kW)の場合、
切込後退量Xbo=制御系の定数×(Pr−Pf)
として、自動的に切り込み後退を行うものである。
【0004】
ところが、これらの切込後退量では、仕上切込速度を遅くしたり、仕上設定動力を低くするとするとサイクルが不安定となり、仕上時間のばらつきが非常に大きくなる。このために、切込後退量が少なめになるように、仕上げ取代を増やして切込時間を長くしなければならない。また、CBN砥石のように、ドレッシング前後で砥石切れ味が大きく変化したり、加工取代がばらつく場合にもサイクルが不安定となる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記の現状に鑑み、これらの不安定の原因に対しても、安定した研削サイクルが実現できる切込後退量の決定方法の開発が望まれる。そこで、次のように切込後退量を決定する方法を考えた。
研削加工の基本的特性は、
工作物寸法生成速度V(t)=dX2(t)/dt であり、
研削撓み δ(t)=X1(t) −X2(t) であるので、
▲1▼式は V(t)=δ(t)/τ ……▲2▼
と変形できる。
これは、δ(t)=τ・V(t)とも解釈できるので、研削撓みは工作物寸法生成速度(これは撓みが安定している場合には切込速度dX1(t)/dtにほぼ等しい)に研削時定数を乗じたものになる。
さて、切込後退量は粗研削撓みを仕上研削撓みにするために入れるわけであるので、粗加工中において、▲2▼式の工作物寸法生成速度V(t)、あるいは切込速度dX1(t)/dtと研削時定数τが分かれば撓みδ(t)が計算可能であり、仕上加工に移行する最適な切込後退量Xboが計算できる。
【0006】
しかし、このように計算した切込後退量Xboを利用して制御するにつき、切込中に切込後退量を変更できるNC装置が無いという問題がある。NC装置は、加工開始時にパスを決めるために、速度はオーバーライド等で切り替えることが可能であるが、位置を加工中に変更できるものは無い。
そのため、粗加工中に粗加工完了後の切込後退量を変更できるNC装置の開発が必要となる。
また、粗加工中に仕上加工を予測して制御するわけであるので、制御系と機械系の遅れも大きな問題となっている。勿論、研削時定数は急激に変わることは少ないので、一個前の加工中の値を使用することも可能であるが、精度向上のためには、現在加工中の工作物についての研削時定数を求めることが望ましい。
【0007】
そこで、現在加工中の工作物の研削時定数を得るインプロセス計測法を考察する。研削加工では工具である砥粒の摩滅・脱落によって、研削効率いわゆる「砥石切れ味」が変化する。この切れ味変化によって研削時定数が変わり、研削系の制御ゲインが変わることになる。加工プロセスの制御を行う場合には、この変化を的確に捉える必要がある。
さて、研削時定数τは以下のように表される。
τ=α/〔(研削系剛性Kg)×(砥石切れ味Λ)〕
ここで α:工作物によって決まる定数
Λ=(加工能率Z(mm3 /sec))/(研削力Fn(N))
すなわち、研削時定数τは、砥石切れ味Λに反比例することになる。
同じ工作物を連続して加工する場合には、定数α,Kgは同じと考えられ、砥石切れ味Λが分かれば、研削時定数τが分かる。
【0008】
砥石切れ味Λの変化を考察する。工作物によって、基準の砥石切れ味Λ0 での研削時定数をτ0 とすると、加工中に砥石切れ味がΛaになった場合の研削時定数τtは、
τt=τ0 ×(Λa/Λ0 )
となる。
加工中の砥石切れ味の具体的な計算方法については、後に発明の実施形態の説明欄で説明する。
【0009】
切込速度V(t)の算出方法を説明する。切込速度V(t)は工作物の加工速度であり、dX2 (t)/dtであることは容易に理解できる。インプロセスゲージの有る場合にはこの寸法信号を微分することによって容易に切り込み速度を求めることができる。
インプロセスゲージが無く、動力または加工力の検出のみが行われている場合には次のように求める。すなわち、図10で撓みδ(t)は、研削動力や研削抵抗と同じであり、これが定常状態となったところでは、dX1(t)≒dX2(t)であるので、動力または加工力が定常になった事を判断してdX1(t)/dtを求めればよい。
【0010】
切込後退量の決定方法を考察する。研削時定数τと切込速度Vが検出できると、研削撓みδ(t)は、δ(t)=τ×V(t)によって計算が可能となる。この研削撓みδ(t)を切込後退量とすれば良い。
前述の課題の一つとして説明した粗加工中に粗加工完了後の切込後退量を変更できるNC装置が開発できた場合、粗加工中に、前記の研削撓みδ(t)の値を切込後退量XboとしてNCの設定値をメモリーし直す。
【0011】
しかし、この時、切込系の遅れが大きな問題となる。一般的なNC装置では、粗加工から切込後退や仕上加工に移る場合に数十msec の遅れ時間が出てしまう。これは、ばらつきは小さいが、機械系の遅れと電気制御系の遅れが合わさったものである。さらに、研削時定数の変化が加わり、仕上時間がばらつく等の研削サイクルの不安定現象が起こる。サイクルが不安定な場合は加工精度のばらつきとなるので切込速度を遅くするなどの調整を行う必要がある。
【0012】
この発明は、上記の現状に鑑み、仕上切込速度や仕上設定動力の変更等の不安定要素に対しても、安定した研削サイクルが実現できる切込後退量の設定が可能な研削盤の研削制御方法を提供することを目的とする。
この発明の他の目的は、機械系,電気制御系の応答遅れを考慮して、切込後退量が決定できて、加工能率を落とすことなく、精度の安定した加工が実現できる研削盤の研削制御方法を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
この発明の研削盤の研削制御方法は、粗研削加工の完了時に切込後退を行い、その後に仕上研削加工を行うように切込を制御する研削制御方法において、粗研削加工中に工作物と研削盤についての所定項目の計測を行いながらその計測値により前記切込後退を行うべき切込後退量を計算し、粗研削加工の完了時に前記の計算された切込後退量で切込後退を行う方法である。
このように、粗研削加工中の計測値により、粗研削加工完了時の切込後退量を計算し、切込後退を行うため、砥石切れ味の変化等に応じた最適の切込後退量とすることができる。また、仕上切込速度や仕上設定動力の変更等の不安定要素に影響されずに、最適の切込後退量とでき、安定した研削サイクルが実現できる。したがって、無駄に仕上げ取代を大きくする必要がなく、高速加工を実現することができる。
【0014】
この研削制御方法において、次のように、切込後退量の計算に用いる加工寸法の値として、インプロセスゲージで得られる工作物の加工寸法を工作物熱膨張量によって補正した実質加工寸法を用いることが望ましい。
すなわち、前記切込後退量の計算過程で、αを工作物によっ決まる定数として、次式
τ=α/〔(研削系剛性)×(砥石切れ味Λ)〕
で示される研削時定数τを用いる。
前記砥石切れ味Λは、
Λ=(加工力)/(加工能率)
で示される値であり、加工力は研削動力または研削力の値とする。加工能率は、加工寸法の単位時間当たりの変化量と加工円周長の積で示される値である。
この計算に用いる加工寸法の値として、前記の工作物熱膨張量の補正を行った実質加工寸法を用いる。
これにより、砥石切れ味Λの正確な評価が行え、正確な研削時定数が得られて、一層適切な切込後退量を計算することができる。
【0015】
また、これらの制御方法において、研削時定数τと、粗研削速度Vrと、機械の応答遅れ時間t2,t3と、仕上切込速度Vfまたは仕上研削設定動力Pfで求められる仕上加工条件とから、前記切込後退量Xboを、次式の関係で求めるようにしても良い。
Xbo=δr×exp(−t2/τ)−δf×exp(t3/τ)
=Vr×τ×exp(−t2/τ)−δf×exp(t3/τ)
ただし、 仕上切込速度Vfを設定する場合: δf=Vf×τ
仕上研削動力Pfを設定する場合: δf=δr×Pf/Pr
t2:粗研削後に切込後退に移るまでの遅れ時間
t3:切込後退の後、仕上研削が開始されるまでの遅れ時間
δr:粗研削終了時の撓み(=Vr×τ)
δf:仕上時の撓み
Pr:粗加工設定動力
この研削制御方法は、粗加工中に仕上げ加工を予測して切込後退量Xboの制御を行う方法であるため、制御系と機械系の応答遅れが大きな問題となるが、上記の関係式で示すように、各遅れ時間を考慮して切込後退量Xboを定めることにより、一層適正な切込後退量Xboの設定が行える。したがって、加工能率を落とすことなく、精度の安定した加工が実現できる。
【0018】
【発明の実施の形態】
この発明の一実施形態を図1ないし図7と共に説明する。図1は、この研削盤の研削制御方法を適用する研削装置の平面図であり、研削盤1と制御盤2とを備える。研削盤1は内面研削盤からなり、主軸台3を搭載した進退台4が、主軸5と直交する切込方向(X軸方向)に進退自在なように、ベッド6上に設置されている。主軸台3は、進退台4と共に切込駆動モータ7で進退駆動される。砥石台8は、砥石9を回転させる砥石駆動モータ10を搭載したものであり、主軸台3の所定の加工位置に対応して、主軸3の軸方向(Z軸方向)に進退自在にベッド6上に設置され、砥石台駆動モータ11により進退駆動される。主軸台3を設置した進退台4上には、ドレス装置12と、工作物Wの内径計測用のインプロセスゲージ13が、そのゲージ挿脱装置14を介して設置されている。
【0019】
工作物Wは、玉軸受等の転がり軸受の外輪であり、図7と共に前述した工作物下面および側面のシュー15a,15bからなる回転支持台15上に回転自在に支持され、主軸5の先端の電磁石を有するドライビングプレート16に吸着されて主軸5と共に回転駆動される。また、加工位置の主軸5に対して、新たな工作物Wの供給および加工済み工作物Wの排出をするワーク供給排出装置17が設けられている。砥石9は、工作物W内に位置し、回転しながら工作物水平方向に切り込みを行う。この工作物Wの加工寸法を、工作物W内のゲージコンタクト13aで捉え、インプロセスゲージ13で計測する。加工力(研削力)は、砥石駆動モータ10(図1,図2)の研削動力計34や、砥石軸9aの撓みセンサ19で計測される。
【0020】
制御盤2は、研削盤1の全体を制御するものであり、制御盤2の中の切込制御を行う研削制御装置部分を、図2に概念図で示す。この研削制御装置は、コンピュータ式のNC装置からなる切込制御装置21と、この切込制御装置21の上位制御手段となる別のコンピュータからなる測定・制御装置22とで構成される。
【0021】
この研削制御装置につき、概要を説明した後、個々の構成要素の説明をする。この研削制御装置は、図5,図6に加工プロセスを示すように、粗研削加工の後、切込後退を行って仕上げ研削加工を行うものであり、適切な切込後退量Xboを粗研削加工中に演算する切込後退演算手段29を測定・制御装置22に備える。また、切込後退の高速応答を実現するために、切込制御装置21には粗研削加工中に切込後退量の外部入力を監視して設定切込後退量を書き換える切込後退量書換手段24が設けてある。測定・制御装置22には、さらに、加工精度の確保を図りながら仕上げ加工時間を目標時間内に納める高速加工化の手段として、仕上加工動力制御手段30と、時間ずれ量対応取代変更手段32と、粗加工切込停止判定手段31を設けてある。仕上加工動力制御手段30は、図6に直線部分Pt4で示すように、仕上げ加工時の動力P(t)を直線的に低下させる手段である。時間ずれ量対応取代変更手段32は、仕上加工時間の目標値と実際の仕上加工時間とのずれ量に応じて、粗研削の完了判定を行う仕上取代g1の設定値を変更させる手段である。粗加工切込停止判定手段31は、加工寸法が前記設定値である完了判定仕上取代g1になると、粗加工停止信号s1を切込制御装置21に出力する手段である。
【0022】
これら切込後退演算手段29および仕上加工動力制御手段30は、後に説明するように、演算式中に砥石切れ味Λや研削時定数τを用いるものであり、切込後退演算手段29は、予演算部29a,切込後退量演算部29b,およびデータベース部29cを有する。予演算部29aには砥石切れ味Λの演算部29aaと、研削時定数τおよび切込速度の演算部29abが含まれる。仕上加工動力制御手段30および時間ずれ量対応取代変更手段32は、切込後退演算手段29における予演算部29aおよびデータベース29cを共有し、あるいは独自にこれら砥石切れ味Λおよび研削時定数τを演算する手段およびデータベースを有するものとされる。
【0023】
NC装置からなる切込制御装置21は、切込制御手段23および切込後退量書換手段24を備える。切込制御手段23は、粗研削加工の完了時に設定切込後退量だけ切込後退を行い、その後に仕上研削加工を行うように切込を数値制御する手段であり、粗加工制御部25,切込後退制御部26,および仕上加工制御部27で構成される。各制御部25,26,27は、各々加工プログラムの位置指令および速度指令に従って、粗加工サイクル,切込後退サイクル,および仕上加工サイクルにおける切込の制御を行うものであり、速度オーバライドは可能とされている。各制御部25,26,27の切込指令の出力は、サーボコントローラ28を介して切込駆動モータ7に与えられる。
切込後退量書換手段24は、粗研削加工中に切込後退量の外部入力を監視して外部入力値が変更される度にその外部入力値に前記切込制御手段の設定切込後退量を書き換える手段であり、図3に示すように、粗加工制御部25における制御サイクル中に組み込まれている。
【0024】
図3は、図2の研削制御装置における切込後退の制御に関連する部分を示した概念構成図である。同図に示すように、切込後退量書換手段24は、外部入力である切込後退量Xboを読み込むステップS1と、読み込んだ切込後退量Xboの値に切込後退制御部26の切込後退量設定値を書き換えるステップS2と、粗加工の完了信号が得られるまで前記読み込みステップS1に戻る判定ステップS3とで構成される。I/O装置35は、計測・測定装置22から排出される切込後退量Xboを常に読み込み、切込後退量書換手段24に転送する。
【0025】
計測・測定装置22における切込後退量演算手段29の予演算部29aは、研削盤1の所定のモニタリング項目の計測値と、データベース29cの記憶データとから、後に示す計算式によって砥石切れ味(加工効率)Λ,研削時定数τ、および砥石速度を計算する手段である。切込後退量演算部29bは、予演算部29aで計算された研削時定数τおよび切削速度と、データベース29cの記憶データとから、後に示す計算式に従って切込後退量Xboを計算し、切込制御装置21に排出する手段である。データベース29cは、各演算部29a,29bでの演算に必要なデータ、例えば基準砥石切れ味での研削時定数τ0や、機械の応答遅れ時間、仕上げ加工条件(設定切込速度や動力等)を記憶した手段からなる。
【0026】
上記構成による加工プロセスにつき、切込後退を主に図5に従って説明する。
切込X1(t)が開始されると工作物の加工が開始され、工作物寸法g(t)は徐々に変化していく。この時、研削撓みδ(t)=X1(t)−g(t)であり、撓みδ(t)も徐々に大きくなり、やがて一定値に収束する。
このようにして、工作物寸法が完了判定仕上取代g1になったことをインプロセスゲージ13で検出すると、測定・制御装置(図2,図3)22は切込を切込後退に移るように切込制御装置21に指令する。しかし、切込速度が切り替わるまでには、粗研削で加工している時間t1、および切込後退に移るまで停止する時間t2が遅れる。切込後退を行って仕上切込を開始するまでの間にも時間t3の遅れがある。勿論、研削終了時にもインプロセスゲージ13が完了寸法g0を検出して切込を終了するまでt5の時間遅れがあり、仕上がり寸法gaは完了寸法g0とは異なったものとなる。これらの遅れ時間t1〜t3は機械によって一定であり、既知の値として計算に使用できる。
【0027】
さて、粗研削速度Vr、仕上研削速度Vf(これは、研削サイクルの設計値である)、粗研削終了時の撓みδr、仕上時の撓みδf(これも、研削サイクルの設計値)とすると、
時間t1での研削取代r1と撓み量δrは、
r1=Vr×t1
δr=Vr×τ
時間t2での取代r2と撓み量δ2は、
r2=Vr×τ×(1−exp(−t2/τ))
δ2=δr×exp(−t2/τ)
時間t3での取代r3と撓み量δ3は、
δ3=(δr×exp(−t2/τ)−Xbo)×exp(−t3/τ)=δf
r3=δ2−δ3−Xbo
∴ Xbo=δr×exp(−t2/τ)−δf×exp(t3/τ)
=Vr×τ×exp(−t2/τ)−δf×exp(t3/τ)
となる。
δfは仕上加工条件によって決まるものであり、例えば、
※仕上切込速度Vfを設定する場合: δf=Vf×τ
※仕上研削動力Pfを設定する場合: δf=δr×Pf/Pr
等で計算できる。
【0028】
このようにして、粗加工中に切込後退量Xboの計算が可能であり、NC切込制御装置21の切込後退量Xboを切込後退の直前に切り替えて最適な切込サイクルを構築することができる。
なお、ユーザマクロ等を使用して、NC装置からなる切込制御装置21で実行させる加工プログラムとして前記切込後退量Xboの計算および設定を行うこともできるが、その場合、切込応答の遅れ時間と、そのばらつきが大きくなり、多量の工作物を連続加工する場合には好ましくない。
高速応答を実現するには、NC装置からなる切込制御装置21において、加工プログラムを実行するための数値制御システムに前記の切込後退量Xboの計算および設定方法を組み込むことが好ましいが、その場合、NC装置が汎用性のないものとなり、非常に高価なものとなる。
これに対して、この発明では、NC切込制御装置21と独立して、加工条件の計算は別置きのコンピュータ装置からなる計測・制御装置22で行い、NC切込制御装置21は粗研削加工の切込を行っている間に、常に切込後退量の外部入力を監視し、設定切込後退量を書き換えるものとしたため、高速応答を実現しながら、NC切込制御装置21を汎用性の高いものとできる。
【0029】
つぎに、仕上研削プロセスの制御につき説明する。この仕上加工の研削制御方法は、取代変化や砥石の切れ味(加工効率)の変化が有っても、研削加工時間を目標値に制御し、かつ、加工精度を安定させるために加工抵抗制御等を行う方法である。
まず、一般の仕上げ加工の問題点を説明し、その後にこの実施形態の仕上げ研削加工制御方法を説明する。
【0030】
図5において、前記のように切込後退を行った後、残りの取代Xf(=g3)は、
Xf=g1−r1−r2−r3である。
この時に、μm単位では有るが、切込後退量のばらつきやインプロセスゲージ13の測定誤差等がある。誤差が5μm程度で有っても、仕上切込速度が5μm/sec ならば1秒の加工時間のばらつきが生じてしまう。これでは、加工現場の管理が困難であり加工条件の標準化が困難である。切込の遅れが大きく、仕上取代g1の値を小さくすると仕上加工ができないことも起こりうる。
今までの研削作業では、このような不具合に対して、仕上取代を大きくして仕上切込速度を早めに設定してきた。
また、仕上加工終了時にも切込の遅れがあるので、加工抵抗が大きかったり、工作物加工速度が早かったりすると、加工精度が劣化してしまう。今までは、加工精度を維持するために切込を停止していわゆるスパークアウト研削を行っているが、これでは余分な加工時間がかかってしまう。
【0031】
そこで、この実施形態では、切込後退の後の残り取代を計測して加工時間が一定になるように、かつ工作物精度を向上させるように、仕上加工終了時の加工抵抗を低い値にする制御を行う。すなわち、この実施形態では、仕上切込の開始前に工作物仕上研削残り取代を計測し、最適な仕上切込パターンを決定して切込を行う。
前述の問題点で明らかになったように、現在の研削盤では仕上加工開始時には仕上取代のばらつきは必然的に起こるものであり、仕上加工取代は多めに設定せざるを得ない。この多めの加工取代を最短時間で取り去り、かつ仕上加工終了時に加工精度を向上させるために加工抵抗を限りなく零に近い状態にする必要がある。そこで加工状態を図6のように設定した。
【0032】
図6に示すように、粗加工の動力Pr、切込速度Vr(=dX2(t)/dt)、で粗加工を行っていくと、インプロセスゲージ信号g(t)=g1で粗加工を終了し、切込後退から仕上切込へとサイクルを切り替えるように制御される。前記g(t)=g1のゲージ信号が出ても、遅れ時間t1,t2,t3があり、すぐには仕上加工に変わらない。また計測や制御のばらつきがあり、仕上取代g3にはばらつきがでてしまう。仕上取代g3が加工寸法g0以下となって仕上加工が入らないことが無いような状態も生じる。
そこで、仕上加工は、仕上加工の開始時の加工動力Phから仕上加工最終時点での加工動力Pl まで、加工動力が一直線に下がるように切込を制御する。
【0033】
仕上研削で加工動力(切削力)をPhからPl に一直線に低下させる切込は、研削系の基本特性方程式
dX2(t)/dt=(X1(t)−X2(t))/τ
また、
dP(t) /dt=(Ph−Pl )/t4=一定 とすれば、
d2 X2(t)/d2 t=k×(Ph−Pl )/t4
これらを、初期条件t=0で、X1(0)=Xr dX2(t)/dt=Vr
として解くと、
となる。即ち切込は2次曲線となることがわかる。
【0034】
また、切込後退量Xboは、前記のように
Xbo=δr×exp(−t2/τ)−δf×exp(t3/τ)
=Vr×τ×exp(−t2/τ)−δf×exp(t3/τ)
粗研削完了寸法g1は
Ph+Pl
g1=Vr×t1+(Vr−Vf)×τ−Xbo+─────×t4
2・k
となる。
【0035】
この実施形態では、切込後退を行った後の加工寸法g3の値をインプロセスゲージ13で計測し、仕上切込を次式のように制御することによって、安定した精度と加工サイクルを実現するものである。
このような切込を行うことによって、仕上加工終了時の加工抵抗が低い状態で安定する。なお、砥石の切れ味(加工効率)Λが徐々に変化すると上式kの値が変化してくるので加工時間が徐々に変化してくる。これを防止するためには、砥石切れ味Λが悪くなったときにはkの値を大きく、良くなったときにはkの値を小さく変えれば良い。砥石切れ味Λは、後に説明するように、粗研削加工中に精度良く行えるので、前記のようなkの値の変更は容易に行える。
【0036】
このように、加工寸法g3の値を計測して、加工動力(切削力)をPhからPl に一直線に低下させる切込の制御を行う手段が、図2の測定・制御装置22における仕上加工動力制御手段30である。この手段30による仕上加工速度の指令s2は、切込制御装置21の仕上加工制御部27に、速度オーバライドの指令として与えられる。
【0037】
この実施形態では、さらに、仕上時間を狙いの時間に制御することも可能としている。これは、上記粗研削完了寸法g1にオフセットを与えることによって容易に実現出来る。
これは、粗研削中にインプロセスゲージ13で得られる加工寸法の測定値g(t)に対して、粗研削の完了判定を行う仕上研削取代の設定値g1を、仕上加工時間の目標値Tsec と実際の仕上加工時間Taとのずれ量Δに応じた所定の計算値で変更する。例えば、仕上加工時間の目標値Tsec に対して実際の仕上加工時間Taが遅い場合、そのずれ量(差分)△sec に比例する量を設定値g1から減じる。
詳しくは、次式
により計算されるg1の値に設定する。
定数αの値は、ハンチングを防止するために1以下の値に設定する。差分Δは、1個前の工作物の仕上加工時間、または所定個数前までの工作物の平均仕上加工時等の所定の統計的計算値とする。
【0038】
図2の時間ずれ量対応取代変更手段32は、前記仕上加工時間の目標値Tsec と実際の仕上加工時間Taとのずれ量Δを測定して、上記の式に従い、粗加工切込停止判定手段31の設定値g1を変更する手段である。粗加工切込停止判定手段31は、粗研削中にインプロセスゲージ13で得られる加工寸法の測定値g(t)を監視し、設定値g1に達すると粗加工停止信号を切込制御装置21の仕上加工制御部27に送る手段である。
【0039】
つぎに、砥石切れ味Λの評価方法を説明する。砥石切れ味Λは、
Λ=(加工力)/(加工能率)
として定められる加工効率のことであり、研削時定数τの計算等に必要となる。
しかし、従来の砥石切れ味Λの評価方法では、研削途中で精度良く砥石切れ味Λを求めることが難しい。そこで、この実施形態では、次のように砥石切れ味Λの評価方法を案出して採用した。
まず、従来の砥石切れ味Λの評価方法の問題点を説明し、つぎにこの実施形態で採用する砥石切れ味評価方法を説明する。
【0040】
図7に示すように、工作物Wの加工寸法を、工作物W内のゲージコンタクト13aで捉え、インプロセスゲージ13で計測するときに、砥石9の加工位置(加工点)とインプロセスゲージ13による測定点は一致しておらず、工作物Wの熱膨張によってインプロセスゲージ13の計測値には誤差が生じる。このため、次の問題が生じる。
図8に加工プロセスを示すように、切込Xによって粗加工が開始されると、加工力Pが上昇し、加工寸法(観測値)gが変化していく。加工力Pは粗加工終了時にはほぼ一定値になるが、研削摩擦熱が工作物に流入して、加工寸法は実際より余分に加工されているように成ってしまう。観測できる加工寸法はgであるが、工作物熱膨張σ(同図に縦軸を拡大して表示)を含んだ寸法が計測されるために、実際の加工寸法はg−σ(点線で表示)のようになっている。
工作物Wの熱膨張量σは、加工力に比べて時間遅れが大きく、同図に示されるように仕上げ加工中に膨張収縮が大きく起こる。例えば、油性クーラントでは10μm以上、水溶性クーラントでも5μm程度の熱膨張が起こっている。
【0041】
加工力は、研削動力や研削抵抗を計測することによって得られるが、加工能率Zを計算するには、工作物加工直径Dとすると、一般には
Z=π×D×(dg/dt) mm3/ (mm・sec)
とされ、工作物熱膨張の影響が無視される。そのため、正確な砥石切れ味評価がなされない。特に、粗加工完了前から仕上げ加工中には工作物Wの膨張収縮が大きく、砥石切れ味(加工効率)の計算値は不正確の程度が著しくなっている。
砥石切れ味の誤差は、低速加工の場合には大きな問題とはならないが、例えば軸受軌道輪等のように、多量の工作物を高速加工し、かつ厳しい精度上の要求を満足するためには、正確な砥石切れ味の算出が必要となる。特に、高速加工のために前記のように切込後退量の制御や、仕上加工時等の切込速度の変更等の制御を行う場合に、正確な砥石切れ味が得られなければ、安定した制御が不可能となる。
【0042】
そこで、この実施形態では、次のように砥石切れ味Λを定めることとした。
図4は、図2の砥石切れ味演算部29aaの詳細を示し、この演算部29aaは、次のように、熱膨張補正を行った正確な砥石切れ味Λが演算されるものとしてある。すなわち、砥石切れ味Λは、
Λ=(加工力)/(加工能率)
として計算し、加工力は研削動力または研削力の値とする。加工能率は、加工寸法の単位時間当たりの変化量と加工円周長の積で示される値である。この場合に、前記加工寸法の値として、インプロセスゲージ13で得られる工作物の加工寸法を工作物熱膨張量によって補正した工作物実質加工寸法を用い、かつ前記工作物熱膨張量は研削動力から計算するものとする。また、工作物熱膨張量は、工作物に対して流入する熱量と流出する熱量とから計算するものとする。
これによれば、加工中の工作物熱膨張量をリアルタイムに精度良く算出可能であり、インプロセスゲージ信号を補正して、実際の加工能率を求めることができる。その詳細を説明する。
【0043】
研削加工中の工作物温度θ(t)は以下の式で表される。
dθ(t)/dt=α・P(t)−β・θ(t)
ここで、α : 熱流入定数
β : 熱流出定数
P(t): 研削動力
θ(t): 工作物温度
加工中に、研削動力を計測して上式で工作物温度θ(t)を計算できる。
この工作物温度から、工作物熱膨張δ(t)は
δ(t)=(工作物熱膨張係数)×加工直径×θ(t)
によって求めることができるので、加工中の実質寸法 g(t)realは、加工中のインプロセスゲージによる工作物寸法g(t)からδ(t)を減じて求められる。
g(t)real= g(t)−δ(t)
加工能率Zは
Z=π×D×(dg(t)real/dt)
で求まるので、砥石切れ味(加工効率)Aは研削動力の関数としては、
A=P(t)/Z
となる。法線方向研削力Fnについては、
A=Fn/Z
である。
このように工作物熱膨張を補正することによって、砥石切れ味(加工効率)Λの評価は正確なものとなり、加工プロセスの評価や制御のパラメータとして有効なものとなる。
なお、研削中の研削動力と熱流入定数及び熱流出定数から工作物の熱膨張量を演算する方法については、本出願人が提案した自動定寸研削加工におけるゲージ零点補正方法(特願平3−219728)に記載されている。
【0044】
【発明の効果】
この発明の研削盤の研削制御方法は、粗研削加工中の計測値により、粗研削加工完了時の切込後退量を計算し、切込後退を行うため、砥石切れ味の変化、あるいは仕上切込速度や仕上設定動力の変更等の不安定要素に対しても、安定した研削サイクルが実現可能な最適の切込後退量の設定が行える。
また、機械系,電気制御系の応答遅れを考慮して、切込後退量が決定できて、加工能率を落とすことなく、精度の安定した加工が実現できる。
この発明の請求項2記載の研削制御方法は、切込後退量の計算に用いる砥石切れ味算出のための加工寸法の値として、インプロセスゲージで得られる工作物の加工寸法を工作物熱膨張量によって補正した工作物実質加工寸法を用いるため、正確な砥石切れ味が算出できて、一層適正な切込後退量の設定が行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態にかかる研削盤の研削制御方法および装置を適用する研削装置の平面図である。
【図2】同研削盤制御装置の概念構成の説明図である。
【図3】同研削盤制御装置の切込後退の制御に関連する部分を示す概念構成の説明図である。
【図4】同研削盤制御装置の砥石切れ味(加工効率)を計算する部分の概念構成の説明図である。
【図5】切込後退を含む加工プロセスの説明図である。
【図6】仕上研削の加工プロセスを示す説明図である。
【図7】砥石とインプロセスゲージとの関係を示す正面図および断面図である。
【図8】熱膨張を示す研削加工の加工プロセスの説明図である。
【図9】研削加工における撓みを強調して示す説明図である。
【図10】切込後退の有無を比較して示す研削加工の加工プロセスの説明図である。
【符号の説明】
1…研削盤 29aa…砥石切れ味演算部
2…制御盤 30…仕上加工動力制御手段
5…主軸 31…粗加工切込停止判定手段
7…切込駆動モータ 32…時間ずれ量対応取代変更手段
9…砥石 W…工作物
10…砥石駆動モータ X…切込
13…インプロセスゲージ Xbo…切込後退量
21…切込制御装置 Z…加工能率
22…測定・制御装置 Λ…砥石切れ味(加工効率)
23…切込制御手段 τ…研削時定数
24…切込後退量書換手段
29…切込後退量演算手段
Claims (2)
- 粗研削加工の完了時に切込後退を行い、その後に仕上研削加工を行うように切込を制御する研削盤の研削制御方法において、粗研削加工中に工作物と研削盤についての所定項目の計測を行いながらその計測値により前記切込後退を行うべき切込後退量を計算し、粗研削加工の完了時に前記の計算された切込後退量で切込後退を行い、
前記切込後退量の計算過程で、αを工作物によって決まる定数として、次式
τ=α/〔(研削系剛性)×(砥石切れ味Λ)〕
で示される研削時定数τを用い、
前記切れ味Λは、
Λ=(加工力)/(加工能率)
で示される値であって、前記加工力は研削動力または研削力の値とし、前記加工能率は、加工寸法の単位時間当たりの変化量と加工円周長の積で示される値であって、
研削時定数τと、粗研削速度Vrと、機械の応答遅れ時間t2,t3と、仕上切込速度Vfまたは仕上研削設定動力Pfで求められる仕上加工条件とから、前記切込後退量Xboを、次式の関係で求める研削盤の研削制御方法。
Xbo=δr×exp(−t2/τ)−δf×exp(t3/τ)
=Vr×τ×exp(−t2/τ)−δf×exp(t3/τ)
ただし、 仕上切込速度Vfを設定する場合: δf=Vf×τ
仕上研削動力Pfを設定する場合: δf=δr×Pf/Pr
t2:粗研削後に切込後退に移るまでの遅れ時間
t3:切込後退の後、仕上研削が開始されるまでの遅れ時間
δr:粗研削終了時の撓み(=Vr×τ)
δf:仕上研削開始時の撓み
Pr:粗加工設定動力 - 前記加工寸法の値として、インプロセスゲージで得られる工作物の加工寸法を工作物熱膨張量によって補正した実質加工寸法を用いる請求項1記載の研削盤の研削制御方法。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30127196A JP3710575B2 (ja) | 1996-10-25 | 1996-10-25 | 研削盤の研削制御方法 |
US08/936,814 US6113461A (en) | 1996-09-30 | 1997-09-24 | Grinding method utilizing grinding sharpness of grinding element |
DE19743139A DE19743139B4 (de) | 1996-09-30 | 1997-09-30 | Vorrichtung zum Durchführen eines Schleifvorganges und Verfahren dazu |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP30127196A JP3710575B2 (ja) | 1996-10-25 | 1996-10-25 | 研削盤の研削制御方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10128661A JPH10128661A (ja) | 1998-05-19 |
JP3710575B2 true JP3710575B2 (ja) | 2005-10-26 |
Family
ID=17894817
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP30127196A Expired - Lifetime JP3710575B2 (ja) | 1996-09-30 | 1996-10-25 | 研削盤の研削制御方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3710575B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1296179C (zh) * | 2004-05-22 | 2007-01-24 | 宁波摩士集团股份有限公司 | 磨床进给参数检测与分析*** |
JP5857692B2 (ja) * | 2011-12-05 | 2016-02-10 | 株式会社ジェイテクト | 研削方法および研削盤 |
JP5935568B2 (ja) * | 2012-07-24 | 2016-06-15 | 株式会社ジェイテクト | 研削盤および研削方法 |
JP6186739B2 (ja) * | 2013-02-15 | 2017-08-30 | 株式会社ジェイテクト | 研削盤および研削方法 |
JP6102502B2 (ja) * | 2013-05-21 | 2017-03-29 | 株式会社ジェイテクト | 研削盤および研削方法 |
CN105058238B (zh) * | 2015-07-24 | 2017-07-04 | 天通吉成机器技术有限公司 | 一种用于周边磨床加工刀片的在线测量*** |
CN115647937B (zh) * | 2022-08-10 | 2024-04-09 | 昆山市恒达精密机械工业有限公司 | 一种提高产品研磨质量的控制方法及*** |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2574674B2 (ja) * | 1987-01-13 | 1997-01-22 | トーヨーエイテック株式会社 | 研削盤の切込装置 |
JPH06320419A (ja) * | 1993-05-19 | 1994-11-22 | Ntn Corp | 研削加工におけるワークの寸法制御方法および装置 |
JPH0839427A (ja) * | 1994-07-22 | 1996-02-13 | Toyoda Mach Works Ltd | 研削装置 |
-
1996
- 1996-10-25 JP JP30127196A patent/JP3710575B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH10128661A (ja) | 1998-05-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2637488B2 (ja) | 数値制御研削盤 | |
JP3467807B2 (ja) | 研削装置 | |
JP7305945B2 (ja) | 工作機械 | |
JP4733947B2 (ja) | 予切削した歯を有する被加工物を歯車仕上げ加工機上で位置合わせする方法及び装置 | |
JP3710575B2 (ja) | 研削盤の研削制御方法 | |
JPH10118926A (ja) | 研削盤の研削制御方法 | |
JP2012168742A (ja) | 砥石摩耗補正機能を備えるマシニングセンタ | |
JPH08168957A (ja) | 研削装置 | |
JP3344064B2 (ja) | 研削装置 | |
JP2021074841A (ja) | 加工品質予測システム | |
JP3627225B2 (ja) | 砥石車のツルーイング装置 | |
JPH10118924A (ja) | 研削盤の研削制御方法 | |
JP2940435B2 (ja) | 研削におけるリトラクション量調整法 | |
JPH0839427A (ja) | 研削装置 | |
JP7271983B2 (ja) | 熱変位量推定装置および研削盤 | |
JPS6017660B2 (ja) | 砥石摩耗補正装置を有する研削盤 | |
WO2023047437A1 (ja) | 加工推定装置 | |
JP2000108031A (ja) | 砥石修正装置を備えた研削盤 | |
JP4581647B2 (ja) | ツルーイング方法および研削盤 | |
JPH09314439A (ja) | 研削加工方法 | |
WO2024075303A1 (ja) | 工作物質量決定装置、加工推定装置及び加工システム | |
JP3413938B2 (ja) | 研削装置 | |
JP3104357B2 (ja) | 内面研削におけるリトラクション量調整方法 | |
JP3143656B2 (ja) | 研削装置 | |
JP6903876B2 (ja) | 研削装置及び研削方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040607 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040921 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20041122 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050322 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050523 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050809 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050810 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080819 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090819 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090819 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100819 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110819 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110819 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120819 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120819 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130819 Year of fee payment: 8 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |