JP7160644B2 - Control method of internal grinder - Google Patents
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Description
本発明は、内面研削盤の制御方法に関し、特にその砥石の破壊を防止する技術に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a control method for an internal grinder, and more particularly to a technique for preventing breakage of the grindstone.
内面研削盤で使用する砥石軸は、その外径がワークの加工内径よりも小さくなければ、ワーク内面の研削加工を行うことはできない。また、高精度かつ高効率に研削加工するためには、高回転速度が必要である。 The inner surface of the workpiece cannot be ground unless the outer diameter of the grindstone spindle used in the internal grinder is smaller than the inner diameter of the workpiece to be processed. In addition, a high rotation speed is required for highly accurate and highly efficient grinding.
例えば、特許文献1のように、砥石径に合わせて回転速度を容易に変更することができるようにした内面研削盤が知られている。
For example, as disclosed in
一方、砥石には、安全周速度が定められており、それ以上の周速度で砥石を回転させると、砥石の破損等の問題が発生する。 On the other hand, the grindstone has a set safe peripheral speed, and if the grindstone is rotated at a peripheral speed higher than that, problems such as breakage of the grindstone will occur.
そこで、従来は、内面研削盤を操作するオペレータが、使用する砥石の外径、長さ及びクイルの外径、長さを入力している。例えば、直径20mmで安全周速度60m/secの砥石を使用する場合、最高回転数57,300rpm以下で使用する必要がある。 Therefore, conventionally, an operator who operates an internal grinder inputs the outer diameter and length of the grindstone to be used and the outer diameter and length of the quill. For example, when using a grindstone with a diameter of 20 mm and a safe peripheral speed of 60 m/sec, it is necessary to use it at a maximum rotation speed of 57,300 rpm or less.
しかし、ワークの変更などで、直径50mmで安全周速度60m/secの砥石に変更したが、NC装置の砥石形状の入力情報を変更し忘れたまま内面研削盤を稼働させると、最大回転数となったときには、この砥石の外径が2.5倍となっていることから、砥石は、安全周速度の2.5倍の150m/sec(540km/h)の周速度で回転し、異常振動等が発生して機械破損等につながるおそれがある。 However, due to changes in the workpiece, etc., the grindstone was changed to a grindstone with a diameter of 50mm and a safe peripheral speed of 60m/sec. Since the outer diameter of the grindstone is 2.5 times the outer diameter of the grindstone, the grindstone rotates at a peripheral speed of 150 m/sec (540 km/h), which is 2.5 times the safe peripheral speed, and abnormal vibration occurs. etc. may occur, leading to machine damage, etc.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、砥石径を変更したときに周速度超過により砥石が破損するのを確実に防止することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such a point, and its object is to reliably prevent the grinding wheel from being damaged due to excessive peripheral speed when the grinding wheel diameter is changed.
上記の目的を達成するために、この発明では、入力された砥石径等の情報が正しいかどうかを判断し、入力情報が誤っている場合には、内面研削盤を自動で停止するようにした。 In order to achieve the above object, in this invention, it is determined whether or not the information such as the diameter of the grinding wheel that has been input is correct, and if the input information is incorrect, the internal grinder is automatically stopped. .
具体的には、第1の発明では、砥石と、該砥石が取り付けられるクイルと、該クイルが連結される砥石軸と、該砥石軸を回転させる電動モータと、該電動モータに電力を供給し、出力を検出可能なインバータとを備えた内面研削盤を制御する方法を対象とし、
上記内面研削盤の制御方法は、
砥石径、砥石長、クイル径及びクイル長を入力する入力工程と、
上記入力された砥石径、砥石長、クイル径及びクイル長から砥石イナーシャ及びクイルイナーシャを計算するイナーシャ計算工程と、
固有値である砥石軸イナーシャを加えた総イナーシャから定格回転速度の所定割合の回
転速度まで加速又は減速する場合の基準時間を計算する基準時間計算工程と、
上記基準時間まで加速、一定速度回転又は減速を行う加減速工程と、
上記基準時間におけるインバータの出力を検出するインバータ出力検出工程と、
上記インバータ出力検出工程において検出された値が、上記入力された砥石径、砥石長、クイル径及びクイル長の砥石を使用した際に想定されるインバータの出力に対して所定値以上大きい場合には、内面研削盤を自動的に停止させる自動停止工程とを含む構成とする。
Specifically, in the first invention, a grindstone, a quill to which the grindstone is attached, a grindstone shaft to which the quill is connected, an electric motor for rotating the grindstone shaft, and electric power is supplied to the electric motor. , a method for controlling an internal grinder comprising an inverter capable of detecting an output,
The control method of the internal grinding machine is
an input step of inputting a grindstone diameter, grindstone length, quill diameter and quill length;
an inertia calculation step of calculating the grinding wheel inertia and the quill inertia from the input grinding wheel diameter, grinding wheel length, quill diameter and quill length;
a reference time calculation step of calculating a reference time when accelerating or decelerating from the total inertia obtained by adding the grinding wheel shaft inertia, which is an eigenvalue, to a rotation speed of a predetermined ratio of the rated rotation speed;
an acceleration/deceleration step of accelerating, rotating at a constant speed, or decelerating until the reference time;
an inverter output detection step of detecting the output of the inverter at the reference time;
If the value detected in the inverter output detection step is larger than the output of the inverter assumed when using the grindstone having the input grindstone diameter, grindstone length, quill diameter and quill length, by a predetermined value or more. and an automatic stop step for automatically stopping the internal grinder.
ここで、イナーシャとは、慣性力のことである。上記の構成によると、砥石径などの入力値を誤った場合に、定格回転数に到る前に内面研削盤を自動で停止させ、砥石が安全周速度よりも高速で回転するのを確実に防止して砥石の破損等による問題を未然に防ぐことができる。また、内面研削盤自体の改造は必要ではなく、制御ソフトの変更により対応できるので、既存機にも容易に適用できる。 Here, inertia means inertial force. According to the above configuration, if the input value such as the grinding wheel diameter is incorrect, the internal grinder is automatically stopped before reaching the rated rotation speed, ensuring that the grinding wheel rotates at a speed higher than the safe peripheral speed. It is possible to prevent problems due to breakage of the grindstone and the like. In addition, there is no need to modify the internal grinder itself, and it can be handled by changing the control software, so it can be easily applied to existing machines.
以上説明したように、本発明によれば、砥石径を変更したときに周速度超過により砥石が破損するのを確実に防止することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to reliably prevent the grindstone from being damaged due to excessive peripheral speed when the grindstone diameter is changed.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本実施形態に係る内面研削盤は、詳しくは図示しないが、円柱状の砥石と、この砥石が取り付けられるクイルと、このクイルが連結される砥石軸と、この砥石軸を回転させる電動モータと、この電動モータに電力を供給し、出力を検出可能なインバータとを備えている。 Although not shown in detail, the internal grinder according to the present embodiment includes a cylindrical grindstone, a quill to which the grindstone is attached, a grindstone shaft to which the quill is connected, an electric motor for rotating the grindstone shaft, An inverter that supplies electric power to the electric motor and whose output can be detected is provided.
次いで、本実施形態に係る内面研削盤の制御方法について説明する。 Next, a control method for the internal grinder according to this embodiment will be described.
まず、入力工程において、砥石径、砥石長、クイル径及びクイル長等の必要なデータを内面研削盤の入力装置(図示省略)を用いてインプットする。 First, in the input step, necessary data such as grindstone diameter, grindstone length, quill diameter and quill length are input using an input device (not shown) of the internal grinder.
次いで、イナーシャ計算工程において、砥石径、砥石長、クイル径、クイル長からそれぞれのイナーシャ(慣性力)を内面研削盤のCPU等が計算する。以下の計算は、このCPU等が行う。砥石軸イナーシャJ3は、固定値であるので、予め入力するか、上記CPU等が計算しておくとよい。 Next, in the inertia calculation step, the CPU or the like of the internal grinder calculates the inertia (inertial force) from the grindstone diameter, grindstone length, quill diameter, and quill length. The following calculations are performed by this CPU or the like. Since the grindstone shaft inertia J3 is a fixed value, it may be input in advance or calculated by the CPU or the like.
次いで、基準時間計算工程において、砥石軸のイナーシャを加えた総イナーシャから、最大出力となる定格の所定割合(本実施形態では20%)の回転速度まで、加速又は減速する場合の基準時間を計算する。所定割合は特に限定されず、30%等でもよい。 Next, in the reference time calculation step, the reference time for accelerating or decelerating from the total inertia including the inertia of the grinding wheel shaft to the rotational speed of a predetermined percentage (20% in this embodiment) of the rated maximum output is calculated. do. The predetermined ratio is not particularly limited, and may be 30% or the like.
具体的には、砥石イナーシャをJ1、クイルイナーシャをJ2、砥石軸イナーシャをJ3、定格トルクをTm、負荷トルクをTl、回転速度をNとすると、基準時間は、加速時と減速時とでそれぞれ、
加速時間=(J1+J2+J3)/(Tm-Tl)×2π(N-0)/60……(1)
減速時間=(J1+J2+J3)/(-Tm-Tl)×2π(0-N)/60…(2)
となる。
Specifically, if the grindstone inertia is J1, the quill inertia is J2, the grindstone shaft inertia is J3, the rated torque is Tm, the load torque is Tl, and the rotation speed is N, the reference time is set during acceleration and deceleration, respectively. ,
Acceleration time=(J1+J2+J3)/(Tm-Tl)×2π(N-0)/60 (1)
Deceleration time=(J1+J2+J3)/(-Tm-Tl)×2π(0-N)/60 (2)
becomes.
次いで、加減速工程において、計算した時間で、定格回転速度の20%の回転数まで、インバータから電流を送って電動モータを回転させ、加速、一定速度回転、減速を行う。 Next, in the acceleration/deceleration process, current is sent from the inverter to rotate the electric motor up to 20% of the rated rotation speed in the calculated time, and acceleration, constant speed rotation, and deceleration are performed.
次いで、インバータ出力検出工程において、上記基準時間におけるインバータの出力を検出する。 Next, in the inverter output detection step, the output of the inverter at the reference time is detected.
次いで、自動停止工程において、検出された出力値が、通常のインバータの出力に対して所定値以上大きい場合には、内面研削盤を自動的に停止させる。このとき、砥石入力に間違いがあることを、アラームとして発信しオペレータに注意を促すようにしてもよい。 Next, in the automatic stop process, the internal grinder is automatically stopped when the detected output value is larger than the output of the normal inverter by a predetermined value or more. At this time, an alarm may be sent to warn the operator that there is an error in the whetstone input.
一方、検出された出力値が、通常のインバータの出力に対して所定値よりも小さい場合には、予め設定した通常の加速時間で使用回転数まで加速させ、研削加工を開始する。 On the other hand, when the detected output value is smaller than the predetermined value with respect to the normal output of the inverter, the grinding process is started by accelerating to the operating rotation speed in the normal acceleration time set in advance.
-シミュレーション例-
次いで、具体的にシミュレーションした例として、回転数が40,000回転/分、出力5.5kWでの場合について、図1及び図2(a)、(b)を用いて説明する。
-Simulation example-
Next, as a specific simulation example, a case where the rotation speed is 40,000 rpm and the output is 5.5 kW will be described with reference to FIGS. 1 and 2(a) and (b).
まず、入力値として、図2(a)に記載しているような砥石径、砥石長、比重等の値を入力する。 First, as input values, values such as the grindstone diameter, grindstone length, specific gravity, etc., as shown in FIG. 2(a) are input.
次いで、総イナーシャとして、上記入力値に対して、砥石軸イナーシャJ1、クイルイナーシャJ2が計算される。砥石軸イナーシャJ3は上述したように固定値である。 Next, as the total inertia, the grindstone shaft inertia J1 and the quill inertia J2 are calculated with respect to the above input values. The grindstone shaft inertia J3 is a fixed value as described above.
基準時間として、図1(a)に示すように、通常の正しい砥石径50mmのものであれば、定格回転速度の20%である8,000回転/分までの加速時間は、約4秒である。 As a reference time, as shown in FIG. 1(a), if the normal grinding wheel diameter is 50 mm, the acceleration time to 8,000 rpm, which is 20% of the rated rotation speed, takes about 4 seconds. be.
一方、砥石を間違えて、砥石径80mmのものを使用した砥石間違い運転時を想定すると、同じ出力の場合8,000回転/分に到達するまで約12秒もかかる。すなわち、本来、8,000回転/分に到達しなければならない4秒のときには、2,660回転/分までしか到達していないことが分かり、誤った砥石を使用していることが分かる。 On the other hand, assuming that the wrong grindstone is used and a grindstone with a diameter of 80 mm is used, it takes about 12 seconds to reach 8,000 rpm with the same output. In other words, it can be seen that the rotation reaches only 2,660 rotations/minute in 4 seconds when the rotation should reach 8,000 rotations/minute, indicating that the wrong grindstone is being used.
図1(b)の出力で比較すると、加速時間が4秒において正しい砥石径だと、80000回転/分到達時の出力は、計算通りの1.1kWであるのが、誤った砥石径のものであれば、3.31kWという大きな出力が必要になってしまう。このため、この加速時間4秒において、インバータ出力が正常の1.1kWではなく、3.31kWという大きな値であることを検出することにより、通常運転時に比べて砥石径が大きな誤った砥石を使用していることが分かる。 Comparing the outputs in FIG. 1(b), if the acceleration time is 4 seconds and the correct wheel diameter is reached, the output at 80,000 rpm is 1.1 kW as calculated, whereas the wrong wheel diameter. In that case, a large output of 3.31 kW would be required. For this reason, at this acceleration time of 4 seconds, by detecting that the inverter output is a large value of 3.31 kW instead of the normal 1.1 kW, the wrong grinding wheel with a larger diameter than during normal operation is used. I know you are.
このシミュレーション結果から、正常な加速時間4秒のときの予想されるインバータ出力よりも大きな過負荷状態であるときに、砥石径などのインプットの誤りを検知することができる。この検知結果を利用し、例えば、所定値を1kWとし、正常の1.1kWよりも0.1kW以上大きいときには、異常運転と判断し、内面研削盤を自動停止したり、オペレータに通知したりすることで、定格回転数に到る前に内面研削盤を自動で停止させ、未然に事故を確実に防ぐことができる。 From this simulation result, it is possible to detect an error in the input such as the grindstone diameter when the inverter output is larger than the expected inverter output when the normal acceleration time is 4 seconds. Using this detection result, for example, the predetermined value is 1 kW, and when it is 0.1 kW or more larger than the normal 1.1 kW, it is determined that the operation is abnormal, and the internal grinder is automatically stopped or the operator is notified. By doing so, the internal grinder can be automatically stopped before reaching the rated rotation speed, and an accident can be reliably prevented.
図2(a)は、正しい砥石径の砥石を最大周速度60m/secまで加速させたときの加速時間の計算結果を示す。砥石外径、内径、長さ、比重を入力することで、重量とイナーシャJ1が計算される。 FIG. 2(a) shows the calculation result of the acceleration time when the grindstone having the correct grindstone diameter is accelerated to the maximum peripheral speed of 60 m/sec. By inputting the grindstone outer diameter, inner diameter, length, and specific gravity, the weight and inertia J1 are calculated.
次ぎに、クイルの外径、内径、長さ、比重を入力することで、重量とイナーシャJ2が計算される。J3は、固定値である。 Next, the weight and inertia J2 are calculated by inputting the outer diameter, inner diameter, length, and specific gravity of the quill. J3 is a fixed value.
砥石軸の最大出力、最大回転数は固定値であり、砥石周速度を入力すると、使用回転数(22,918回転/分)、出力(3.151kW)が計算され、加速時間(11.445sec)が計算される。 The maximum output and maximum rotation speed of the grinding wheel spindle are fixed values. When the peripheral speed of the grinding wheel is entered, the rotation speed used (22,918 rpm) and the output (3.151 kW) are calculated, and the acceleration time (11.445 sec. ) is calculated.
図2(b)は、誤った砥石の計算例を示す。砥石の外径を直径80mmとした場合の加速時間は、21.522secで正しい砥石径に対して約2倍の加速時間がかかり、回転数も14,324回転/分と約2/3となる。このため、誤った砥石径を入力した場合、加速時間、出力、回転数とも大きく異なり、砥石の破損等の事故につながることが分かる。 FIG. 2(b) shows an example of incorrect grinding wheel calculation. When the outer diameter of the grindstone is 80 mm, the acceleration time is 21.522 sec, which is about twice as long as the correct grindstone diameter. . For this reason, if an incorrect grinding wheel diameter is entered, the acceleration time, output, and rotation speed also differ greatly, leading to accidents such as damage to the grinding wheel.
このように、内面研削盤に対して大きな改造をせずに、制御ソフト上で、計算式と加減側時間変更を追加することにより、内面研削盤を安全に使用できる。このため、既存の内面研削盤に対しても制御ソフトの変更だけで安全性を向上させることができる。 In this way, the internal grinder can be used safely by adding the calculation formula and the adjustment side time change on the control software without making any major modifications to the internal grinder. Therefore, the safety of an existing internal grinder can be improved by simply changing the control software.
したがって、本実施形態に係る内面研削盤の制御方法によると、制御ソフトの変更だけで内面研削盤を改造することなく、砥石径を変更したときに周速度超過により砥石が破損するのを確実に防止することができる。 Therefore, according to the control method of the internal grinding machine according to the present embodiment, it is possible to reliably prevent the grinding wheel from being damaged due to excessive peripheral speed when the grinding wheel diameter is changed without modifying the internal grinding machine only by changing the control software. can be prevented.
なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。 The above embodiments are essentially preferable examples, and are not intended to limit the scope of the present invention, its applications, or uses.
Claims (1)
砥石径、砥石長、クイル径及びクイル長を入力する入力工程と、
上記入力された砥石径、砥石長、クイル径及びクイル長から砥石イナーシャ及びクイルイナーシャを計算するイナーシャ計算工程と、
固有値である砥石軸イナーシャを加えた総イナーシャから定格回転速度の所定割合の回転速度まで加速又は減速する場合の基準時間を計算する基準時間計算工程と、
上記基準時間まで加速、一定速度回転又は減速を行う加減速工程と、
上記基準時間におけるインバータの出力を検出するインバータ出力検出工程と、
上記インバータ出力検出工程において検出された値が、上記入力された砥石径、砥石長、クイル径及びクイル長の砥石を使用した際に想定されるインバータの出力に対して所定値以上大きい場合には、内面研削盤を自動的に停止させる自動停止工程とを含むことを特徴とする内面研削盤の制御方法。 A grinding wheel, a quill to which the grinding wheel is attached, a grinding wheel shaft to which the quill is connected, an electric motor that rotates the grinding wheel shaft, and an inverter that supplies power to the electric motor and can detect the output. A method for controlling an internal grinder comprising:
an input step of inputting a grindstone diameter, grindstone length, quill diameter and quill length;
an inertia calculation step of calculating the grinding wheel inertia and the quill inertia from the input grinding wheel diameter, grinding wheel length, quill diameter and quill length;
a reference time calculation step of calculating a reference time when accelerating or decelerating from the total inertia obtained by adding the grinding wheel shaft inertia, which is an eigenvalue, to a rotation speed of a predetermined ratio of the rated rotation speed;
an acceleration/deceleration step of accelerating, rotating at a constant speed, or decelerating until the reference time;
an inverter output detection step of detecting the output of the inverter at the reference time;
If the value detected in the inverter output detection step is larger than the output of the inverter assumed when using the grindstone having the input grindstone diameter, grindstone length, quill diameter and quill length, by a predetermined value or more. and an automatic stop step of automatically stopping the internal grinder.
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