WO2011010528A1 - 工作物のスリップ防止方法および装置 - Google Patents
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Definitions
- Patent Document 2 and Patent Document 3 described above are for detecting the slipping result, and since the workpiece has already caused abnormal rotation at the time of detection, the workpiece has slipped. There was a need for something that could be detected in advance before doing this.
- the present invention has been made to solve the above-described conventional problems and to satisfy the above-mentioned demands, and can prevent the workpiece from slipping by changing the grinding conditions before the workpiece slips.
- An object of the present invention is to provide a slip prevention method and apparatus for a workpiece.
- the feature of the invention according to claim 1 is that a master spindle provided with a center for supporting one end of a workpiece, a slave spindle provided with a center for supporting the other end of the workpiece, the master spindle and the slave spindle A master servo motor and a slave servo motor that rotate synchronously, and pressurizing at least one of the center provided on the master spindle and the center provided on the slave spindle against the other, Grinding is performed in a grinding machine that generates frictional force between the center and synchronously rotationally drives both ends of the workpiece, and in that state, inserts a grindstone into the workpiece and performs grinding.
- the workpiece and the center are rotated by rotating at least one of the master main shaft and the slave main shaft by the servo motor. That is, the limit current value to slip is detected.
- the invention according to claim 3 is characterized in that, in claim 1, in the slip detection cycle, the master spindle and the slave spindle are reversely rotated by the master servo motor and the slave servo motor, thereby The limit current value at which the center slips is detected.
- the grinding condition is controlled by slowing a cutting speed of the grinding wheel base or controlling a pressing force of the center. Is to change.
- the center pressurizing device according to the fourth aspect further includes a center pressurizing device that automatically controls the pressing force of the center according to grinding resistance generated during rough grinding, fine grinding, and fine grinding. That is.
- the invention according to claim 6 is characterized in that, in claim 5, the center pressurizing device is configured to change the center pressing force stepwise for each of the rough grinding, fine grinding and fine grinding. That is.
- the center pressurizing device is configured to change the center pressing force steplessly as the rough grinding, fine grinding, and fine grinding progress. It is that you are.
- the center pressurizing device is configured to change the center pressing force in a curved shape as the rough grinding, fine grinding, and fine grinding progress. It is that you are.
- a feature of the invention according to claim 10 is that, in any one of claims 1 to 4, when the grinding condition is changed, the grinding data of the next workpiece is corrected to the changed grinding condition. It is that.
- a slip detection cycle for detecting a limit current value of the servo motor at which the workpiece and the center slip is executed.
- the slip threshold set based on the limit current value is reached, the grinding condition is changed to prevent the workpiece and the center from slipping. It is possible to realize a safe grinding process that does not occur.
- the frictional resistance that generates the slip on the machine is measured before grinding, enabling high-precision measurement and slipping between the workpiece and the center. Can be surely prevented.
- the center pressurizing device is configured to change the center pressing force stepwise for each of rough grinding, fine grinding, and fine grinding, rough grinding, fine grinding.
- the center pressing force can be controlled according to the grinding resistance generated during fine grinding, and deformation of the workpiece can be suppressed to a minimum while preventing the workpiece from slipping.
- the center pressurizing device is configured to change the center pressing force steplessly with the progress of rough grinding, fine grinding, and fine grinding. As the diameter of the object decreases, the center pressing force can be reduced.
- the center pressurizing device is configured to change the center pressing force in a curved shape as the grinding steps of rough grinding, fine grinding, and fine grinding progress.
- the precision grinding and fine grinding progress it is possible to control the center pressing force corresponding to the grinding resistance that is actually generated, and it is possible to control to the minimum center pressing force that does not cause slip and deformation of the workpiece. .
- the grinding data of the next workpiece is corrected to the changed grinding condition.
- the value can be kept below the slip threshold.
- FIG. 1 is an overall view of a grinding machine suitable for implementing the present invention. It is the schematic which shows a center pressurization apparatus. It is a flowchart which shows the step of a slip detection cycle. It is a figure which shows the rotation state of the master main axis
- a table 11 is guided and supported on a bed 10 of a grinding machine by a Z-axis servo motor 12 so as to be movable in the Z-axis direction (left-right direction in FIG. 1).
- a headstock 13 that rotatably supports the master spindle Cm is installed, and a center 14 that supports one end of the workpiece W is attached to the tip of the master spindle Cm.
- the master main shaft Cm is advanced and retracted by a predetermined amount in the axial direction by the advance / retreat drive device 15 and is rotationally driven by the master servo motor 16.
- a grindstone table 23 is guided and supported by an X-axis servomotor 24 so as to be movable in the X-axis direction (vertical direction in FIG. 1) perpendicular to the Z-axis direction.
- a grinding wheel 25 is supported on the grinding wheel base 23 via a grinding wheel shaft 26 that can rotate about an axis parallel to the Z-axis direction, and is rotationally driven by a grinding wheel shaft driving motor (not shown).
- the tailstock 17 supports a tailstock ram 31 that rotatably supports the slave main shaft Cs via a bearing 30 so as to be slidable in the axial direction of the slave main shaft Cs.
- a motor shaft 21a of the slave servo motor 21 is connected to the rear end of the slave main shaft Cs, and the slave main shaft Cs is rotationally driven by the slave servo motor 21 in synchronization with the master main shaft Cm.
- a connecting plate 32 is fixed to the rear end of the centering ram 31, and the connecting plate 32 has a spring receiving portion 32 a extending in the radial direction of the tailstock ram 31.
- a ball screw shaft 33 is arranged in parallel to the tailstock ram 31 with a predetermined distance in the radial direction from the tailstock ram 31, and the ball screw shaft 33 is an axis parallel to the tailstock ram 31. It is supported so that only rotation is possible.
- a ball nut 34 is screwed onto the ball screw shaft 33, and the ball nut 34 is supported on the tailstock 17 so as to be slidable only in the axial direction.
- the ball nut 34 is provided with a spring receiving portion 34 a opposite to the spring receiving portion 32 a extended from the connecting plate 32, extending in the radial direction of the ball screw shaft 33.
- a pressure spring 35 is interposed between the ball nut 34 and each spring receiving portion 34 a of the connecting plate 32, and the tailstock ram 31 is advanced toward the center 14 by the spring force of the pressure spring 35. It is energizing in the direction to do.
- One end of the ball screw shaft 33 is connected to the motor shaft 20a of the servo motor 20 for controlling the center pressurizing force.
- the ball nut 34 is moved in the axial direction of the ball screw shaft 33, that is, The pressure spring 35 is moved in the direction of compressing or moving away from the pressure spring 35, whereby the spring force of the pressure spring 35 is changed.
- the center pressurizing device 37 is constituted by the servo motor 20 for controlling the center pressurizing force, the ball screw shaft 33, the ball nut 34, the pressurizing spring 35, and the like.
- the tailstock ram 31 and the ball nut 34 are relatively moved by a predetermined amount in the axial direction of the tailstock ram 31 within a range that does not hinder the expansion and contraction action of the pressure spring 35.
- the tailstock ram 31 can be retracted by retraction of the ball nut 34.
- FIG. 2 in FIG. 2 shows an eddy current sensor 41 for confirming the pushing amount of the pressure spring 35 by the ball nut 34, and this eddy current sensor 41 is fixed to the connecting plate 32 via a mounting bracket 42.
- the eddy current sensor 41 measures the distance from the iron plate member 43 fixed to the ball nut 34 so that it can be confirmed that the pressure spring 35 is compressed to the target compression amount.
- the numerical controller 50 for controlling the grinding machine is mainly composed of a central processing unit (CPU) 51, a memory 52 for storing various control values and programs, and interfaces 53 and 54. Yes.
- the memory 52 stores a control parameter input from the input / output device 55 and an NC program for executing grinding.
- the memory 52 stores a slip threshold A2 calculated based on a limit current value (limit C-axis current value) A1 for preventing the workpiece W from slipping, as well as rough grinding,
- a correspondence table between the center pressure and the rotation amount of the servo motor 20 corresponding to each grinding step of fine grinding and fine grinding is stored for each type of workpiece W.
- Such a correspondence table includes, for example, a center pressing force corresponding to a grinding resistance generated during rough grinding processing (fine grinding processing, fine grinding processing) of a certain workpiece W, and a pressurization necessary to generate the center pressing force.
- the relationship between the spring force of the spring 35, that is, the amount of rotation of the servo motor 20, is converted into data.
- Various data are input to the numerical control device 50 via the input / output device 55.
- the input device 55 includes a keyboard for inputting data and a display device for displaying data. I have.
- the numerical controller 50 controls an X-axis drive unit 56 that gives a drive signal commanded to the X-axis servomotor 24 that moves the grinding wheel base 23 in the X-axis direction, and is attached to the X-axis servomotor 24.
- the encoder (not shown) is configured to send the rotational position of the X-axis servo motor 24, that is, the position of the grindstone table 23 to the numerical controller 50.
- the numerical controller 50 controls the X-axis drive unit 57 that gives a drive signal to the Z-axis servomotor 12 that moves the table 11 in the Z-axis direction, and is attached to the Z-axis servomotor 12.
- An encoder (not shown) is configured to send the rotational position of the Z-axis servomotor 12, that is, the position of the table 11 to the numerical controller 50.
- the numerical controller 50 drives the Z-axis and X-axis servomotors 12 and 24 according to the deviation between the target position command of the NC program stored in the memory 52 and the current position signal from the encoder, respectively.
- the grinding wheel base 23 is positioned and controlled to the target position.
- the numerical control device 50 controls the pressurizing control unit 58 that gives a command signal to the servomotor 20 for controlling the center pressurizing force, and performs synchronous rotation control of the master servomotor 16 and the slave servomotor 21.
- the rotation control device 59 is configured to be controlled.
- the workpiece W is carried between the centers 14 and 18 (step S11), and the center 18 provided on the slave spindle Cs is transferred to the center 14 provided on the master spindle Cm by the center pressurizing device 37.
- the workpiece W is clamped to the centers 14 and 18 with normal pressure by advancing (step S12) and pressurizing.
- the master spindle Cm and the slave spindle Cs are rotated in the opposite direction by the ⁇ angle by the master servo motor 16 and the slave servo motor 21 (step S13).
- the C-axis current values (load current values) of the master servo motor 16 and the slave servo motor 21 until the master spindle Cm and the slave spindle Cs rotate by the angle ⁇ are, as shown in FIG. It becomes the maximum immediately before the slip occurs between 14 and 18, and after the slip, the waveform decreases due to the dynamic friction resistance load. Therefore, the maximum current value immediately before the occurrence of slip between the workpiece W and the centers 14 and 18 is detected as the limit C-axis current value A1 (step S14), and is taken in and stored in the numerical controller 50. In this case, when the maximum load current values of the master servo motor 16 and the slave servo motor 21 are different, the smaller load current value is stored as the limit C-axis current value A1. Step S14 described above constitutes a means for detecting the limit current value.
- the centers 14 and 18 are moved backward (step S15), and in this state, the master spindle Cm and the slave spindle Cs are rotated in the opposite direction by the angle ⁇ by the master servo motor 16 and the slave servo motor 21, thereby The spindle Cm and the slave spindle Cs are returned to the first absolute origin (step S16).
- the slip threshold A2 is calculated based on the limit C-axis current value A1 (step S17), and the numerical controller 50 slips are stored in the memory 52 to complete the slip detection cycle. As shown in FIG. 6, the slip threshold A2 is obtained by multiplying the limit C-axis current value A1 by a safety factor.
- Step S17 described above constitutes a calculation means for calculating the slip threshold A2
- the memory 52 described above constitutes a storage means for storing the slip threshold A2.
- the load current value of the master servo motor 16 or the slave servo motor 21 becomes the limit C described above. If the shaft current value A1 is reached, it may be considered that slip occurs at the left or right center 14 or 18.
- the limit C-axis current value A1 is multiplied by a safety factor to obtain a slip threshold A2 as a safe range in which slip does not occur, and is stored in the memory 52 of the numerical controller 50.
- the load current value of the master servo motor 16 or the slave servo motor 21 is constantly monitored, and when the load current value exceeds the slip threshold A2, the feed rate of the grindstone table 23 is decreased to perform grinding. Reduce resistance. This makes it possible to realize a safe grinding process that does not cause slip.
- the servomotor 20 for center pressure control is driven and the ball screw shaft 33 is rotated. Due to the rotation of the ball screw shaft 33, the ball nut 34 is moved in the axial direction of the ball screw shaft 33, and the pressure spring 35 is compressed. By the compression of the pressure spring 35, the tailstock ram 18 is advanced, the center 18 of the slave spindle Cs supported by the tailstock ram 18 is engaged with the center hole of the workpiece W, and the workpiece W is moved to the master spindle Cm. Press toward.
- the pressurizing spring 35 is compressed by the rotation of the servo motor 20 and the center pressurizing force is compressed. Is increased.
- the compression amount of the pressure spring 35 is controlled by the rotation amount of the servo motor 20 for controlling the center pressure, and the center pressure is set to a predetermined value.
- the compression amount of the pressure spring 35 in other words, the relative positional relationship between the tailstock ram 18 and the nut member 34, and the distance from the iron plate member 42 fixed to the nut member 34 by the eddy current sensor 41 are measured. Can be detected. Therefore, for example, when the pressure spring 35 is not compressed to a predetermined compression amount due to an abnormality in the center hole of the workpiece W, this can be detected based on the output of the vortex center 41, A signal can be sent out.
- the master servo motor 16 is started and the master spindle Cm is driven to rotate, and the slave spindle Cs is driven to rotate in synchronization with the master spindle Cm by the slave servo motor 21, and is provided on the master spindle Cm and the slave spindle Cs.
- the workpiece W is rotationally driven by the frictional engagement action between the centers 14 and 18 and the center hole of the workpiece W.
- the grinding wheel base 23 is sequentially advanced in the X-axis direction at a rapid feed speed, a rough grinding feed speed, a fine grinding feed speed, and a fine grinding feed speed, and a grinding cycle for grinding the workpiece W by the grinding wheel 25 is executed ( Step 100 of FIG.
- step 102 it is determined whether or not the grinding cycle has ended. If the grinding cycle has not ended (N), in either of the next step 104, one of the master servo motor 16 and the slave servo motor 21. It is determined whether one of the load current values (C-axis current value) has exceeded the slip threshold A2. When the C-axis current value does not exceed the slip threshold A2 (N), the grinding cycle is continued, but when the C-axis current value exceeds the slip threshold A2 (Y), in step 106, The override function is controlled to reduce the X-axis feed speed of the grindstone table 23.
- C-axis current value load current values
- Step 106 described above constitutes grinding condition changing means for changing the grinding conditions in the claims.
- the rough grinding feed speed is initially set.
- the predetermined feed rate is changed to a feed rate reduced by a certain percentage. That is, as shown in FIG. 6, slipping of the workpiece W can be prevented in advance by changing the grinding conditions so as to shift from the grinding cycle of S1 to the grinding cycle of S2.
- step 108 If it is determined in step 102 described above that the grinding cycle has been completed (Y), it is determined in step 108 whether or not it is necessary to change the grinding cycle data. That is, when the grinding conditions are changed, if the grinding cycle data is not changed from S1 to S2 in FIG. 6, there is a high possibility that the slip threshold A2 will be exceeded in the grinding of the next workpiece W. In such a case, it is determined that the grinding cycle data needs to be changed (Y), and in the next step 110, the grinding cycle data is changed, and the program is returned. By such processing, the slip threshold A2 is not exceeded in the grinding of the next workpiece W.
- control may be performed so as to increase the center pressing force.
- the center pressure control will be described later.
- the fine precision set at the beginning is set in the fine grinding process after the coarse grinding process or in the fine grinding process.
- Fine grinding or fine grinding is performed at a grinding feed rate or a fine grinding feed rate. If a situation occurs in which the C-axis current value exceeds the slip threshold A2 during the fine grinding or fine grinding, an override is applied to the fine grinding feed speed or the fine grinding feed speed in the same manner as described above. Then, the feed speed may be lowered.
- the next workpiece W may be ground using the original grinding cycle data. It can. Then, when a situation occurs in which the C-axis current value exceeds the slip threshold A2 due to grinding, the grinding conditions may be changed each time.
- the above-described slip detection cycle is executed only when the first workpiece is ground, or once a day, once a week. As such, it may be executed periodically.
- the simple cycle shown in FIG. 8 may be executed, or both the simple cycle shown in FIG. 8 and the slip detection cycle shown in FIG. 7 may be executed. Good. The safety degree can be improved by adding the simple cycle of FIG.
- the workpiece W is carried between the centers 14 and 18 (step 200), and the center 18 provided on the slave spindle Cs is replaced with the center pressurizing device 37.
- the master spindle Cm and the slave spindle Cs are rotated by the ⁇ angle in the reverse direction by the master servo motor 16 and the slave servo motor 21 (step 204).
- step 206 either of the master servomotor 16 or the slave servomotor 21 is selected. It is determined whether one of them has reached a specified current value (for example, the above-described slip threshold A2). If the specified current value has been reached, the center hole of the workpiece W and the centers 14 and 18 are engaged with each other with sufficient frictional force, so that the process proceeds to the grinding cycle as OK (step 208).
- a specified current value for example, the above-described slip threshold A2
- the workpiece W and the center 14, 18 may be caused by a foreign object caught between the workpiece W and the centers 14 and 18, abnormalities in the workpiece W, abnormalities in the centers 14 and 18, etc. 18 is slipping before it reaches a predetermined current value, so that it is abnormally stopped as NG (step 210).
- the specified current value can also be set based on experiments or the like in advance.
- the slip detection cycle for detecting the limit C-axis current value A1 at which the workpiece W and the centers 14 and 18 slip is executed.
- the load current value (C-axis current value) of the motor 16 and the slave servomotor 21 reaches the slip threshold A2 set based on the limit C-axis current value A1
- the feed rate of the grindstone base 23 is decreased.
- the grinding conditions are changed by increasing the center pressing force. This makes it possible to realize a safe grinding process that does not cause the workpiece W to slip.
- the frictional resistance that generates slip is measured using the actual workpiece W before grinding on the machine, enabling highly accurate measurement. As a result, slippage between the workpiece W and the centers 14 and 18 can be reliably prevented.
- the slip threshold A2 is reached. If it reaches, since it is assumed that sufficient frictional resistance is acting, a simple cycle that shifts to the grinding cycle as OK is executed, so the master spindle Cm and the slave until the workpiece W and the centers 14 and 18 slip. There is no need to rotate the spindle Cs, and the slip detection cycle can be executed in a short time.
- the center pressurizing device 37 is provided on the tailstock 17 side and the center 18 provided on the slave spindle Cs is pressurized against the center 14 provided on the master spindle Cm.
- the center pressurizing device 37 may be provided on the headstock 12 side, and the center 14 provided on the master spindle Cm may be pressurized against the center 18 provided on the slave spindle Cs. Both the center 14 provided on the main spindle Cm and the center 18 provided on the slave main spindle Cs may be pressurized by the center pressurizing device 37.
- the amount of compression of the pressure spring 35 is controlled by the amount of rotation of the servo motor 37 for controlling the center pressing force.
- the center pressing force is, as shown in FIG. 9, the center pressing force corresponding to the grinding resistance generated during rough grinding.
- the pressure is set to F1.
- the servo motor 20 for controlling the center pressing force is rotationally controlled by the pressing force control unit 58. As shown in FIG. 9, the center pressing force is reduced to the grinding resistance generated during fine grinding.
- the pressure is reduced to the corresponding center pressure F2.
- the workpiece W is precisely ground by the grinding wheel 24.
- the fine grinding can be executed with high accuracy without bending the workpiece W.
- the feed speed of the grindstone base 23 is converted into fine grinding feed.
- the servo motor 20 for controlling the center pressing force is rotationally controlled by the pressing force control unit 58 based on a command from the numerical controller 50, and as shown in FIG. 9, the center pressing force is slightly generated during the fine grinding process.
- the center pressure F3 is further reduced according to the grinding resistance. In this state, the workpiece W is finely ground by the grinding wheel 24. After the fine grinding process is completed, the grindstone table 23 is stopped for a certain period of time, and the workpiece W is sparked out.
- the grindstone table 23 is quickly returned to the original position, and the grinding cycle of the workpiece W is completed. Thereafter, the servo motor 20 for controlling the center pressing force is driven in the opposite direction, the tailstock ram 31 is retracted to the original position, and the workpiece W is carried out between the centers 14 and 18.
- FIG. 10 shows that the center pressing force is gradually reduced to a continuous straight line as the process shifts from rough grinding to fine grinding. That is, as the rough grinding process, the fine grinding process, and the fine grinding process proceed, the center pressing force control servo motor 20 is continuously controlled at a constant speed. According to this, since the grinding resistance changes as the diameter of the workpiece W decreases even during rough grinding (fine grinding, fine grinding), the center pressure is continuously applied in response to the change. Can be controlled.
- FIG. 11 shows that the center pressing force is gradually decreased along a curved line approximated to a quadratic curve as the process shifts from rough grinding to fine grinding. That is, as the rough grinding process, the fine grinding process and the fine grinding process progress, the servo motor 20 for controlling the center pressing force is continuously controlled while changing the speed. This is because, as shown in the frame of the figure, the grinding resistance during rough grinding, fine grinding and fine grinding does not change proportionally, but changes in a quadratic curve. It is possible to control the center pressing force that matches the actual situation.
- FIG. 12 to FIG. 15 show still another modified example, which is intended to be applied to a grinding machine provided with a steady rest device 60 for preventing the workpiece W from shaking.
- the steady rest device 60 is installed on the bed 11 opposite to the grinding wheel platform 17 with the workpiece W interposed therebetween, and supports the workpiece W from the lateral direction facing the grinding wheel 25, for example, as shown in FIG.
- a lateral shoe 61, an upper shoe 62 for supporting the workpiece W from above, and a lower shoe 63 for suppressing the workpiece W from swinging upward are provided.
- the steady rest device 60 is inserted into the workpiece W, so that the workpiece W is generated between the steady shoe and the workpiece W in addition to the grinding resistance.
- a frictional resistance is added, and it is necessary to increase the center pressing force by this frictional resistance.
- the memory 52 (see FIG. 1) of the numerical controller 50 corresponds to the frictional resistance generated between the shoes 61, 62, 63 and the workpiece W by inserting the steady rest device 60. The increase in the center pressing force is stored for each fine grinding and fine grinding.
- the center pressing force during the fine grinding process is generated during the fine grinding process.
- the center pressure F2 corresponding to the grinding resistance and the center pressure f2 corresponding to the frictional resistance generated by the steady rest device 60 are added together.
- the center pressure in the fine grinding process is the same as that in the fine grinding process.
- the center pressing force F3 corresponding to the generated grinding resistance and the center pressing force f3 corresponding to the frictional resistance generated by the steady rest device 60 are summed.
- the center pressure is changed stepwise, steplessly, or changed in a curved line according to the grinding resistance generated during rough grinding, fine grinding, and fine grinding. Therefore, during rough grinding with a large grinding resistance, the center pressure can be increased to prevent the workpiece W from slipping, and during fine grinding and fine grinding, the center force can be increased according to the decrease in grinding resistance. By reducing the pressure, deformation of the workpiece W can be suppressed to the minimum, and highly accurate grinding can be realized.
- the center resistance is increased according to the increase in the frictional resistance by the steadying device 60. Since the pressure is increased, it is possible to ensure that no slip is generated between the workpiece W and the centers 14 and 18 even though the frictional resistance is increased by inserting the steady rest device 60.
- the pressing force of the centers 14 and 18 is controlled by the spring force of the pressurizing spring 35.
- the center pressing force is not necessarily controlled by the spring force.
- it may be performed by air pressure or hydraulic pressure by an air cylinder or a hydraulic cylinder.
- slip threshold value in the simple cycle of the slip detection cycle is set to the same value as the slip threshold value A2 of the slip detection cycle shown in FIG.
- the slip threshold value in the simple cycle does not have to be the same as the slip threshold value A2 in the slip detection cycle, and may be set to another value.
- the work slip prevention method and apparatus according to the present invention are suitable for use in a grinding machine that pressurizes the center and synchronously rotationally drives both ends of the work W by the frictional force of the centers 14 and 18 to perform grinding. .
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Abstract
工作物Wの一端を支持するセンタ(14)を設けたマスタ主軸Cmおよび工作物の他端を支持するセンタ(18)を設けたスレーブ主軸Csを同期して回転駆動するマスタサーボモータ(16)およびスレーブサーボモータ(21)を備え、研削を実行する前に、工作物とセンタとがスリップするサーボモータの限界電流値A1を検出するスリップ検出サイクルを実行し、研削実行時に、サーボモータの電流値が、限界電流値に基づいて設定されたスリップしきい値A2に達した際に、研削条件を変更して工作物とセンタとがスリップすることを未然に防止するようにした。
Description
本発明は、工作物の両端をセンタの摩擦力により同期回転駆動して工作物を研削する研削盤における工作物のスリップ防止方法および装置に関するものである。
センタによって両端支持される工作物に対し、センタの加圧力を大きくすることにより、センタの摩擦力によって工作物の両端を同期回転駆動し、工作物を研削加工する研削盤として、例えば、特許文献1に記載されたものが知られている。かかる構成の研削盤においては、工作物の端部をチャックしたり、駆動金具を取付けたりする必要がないので、例えば、円筒状の工作物をつかみ変えることなくその全長にわたって研削が可能になるとともに、形状の異なる各種工作物に応じた駆動金具等を不要にでき、多種類の工作物をセンタの加圧力制御のみによって回転駆動できる特徴がある。
ところが、センタの摩擦力のみによって工作物を駆動するものであるので、研削抵抗によって工作物がスリップしないような摩擦力を得るためには、センタの加圧力を十分大きく設定する必要がある。反面、センタの加圧力を大きくしすぎると、工作物が撓んで研削精度の低下を招くため、センタの加圧力をむやみに大きくすることができない技術的制約がある。従って、センタ加圧力の設定によっては、研削抵抗がセンタの摩擦抵抗を上回り、センタと工作物の間でスリップが発生し、工作物が加工不良となる場合がある。
従来、工作物のスリップを検出するものとして、例えば、特許文献2および特許文献3に記載されているものが知られている。
特許文献2および特許文献3に記載のものは、工作物の非円形部あるいはローリングセンタに取付けた非円形部材を利用して、工作物の異常な回転を検出するものであるため、カムシャフトやクランクシャフトのような非円形部を有する工作物においては、異常回転検出が可能であるが、非円形部を持たない円筒状の工作物においては、特許文献3に記載されているような特殊センタ等を設けなければ異常回転を検出することができない問題がある。
しかも、上記した特許文献2および特許文献3に記載のものは、スリップした結果を検出するものであり、検出した時点で既に工作物が異常回転を生じている状態であるため、工作物がスリップする前に事前に検出できるものが要望されていた。
本発明は、上記した従来の問題点を解決するとともに、上記した要望を満たすためになされたもので、工作物がスリップする前に研削条件を変更して、工作物のスリップを未然に防止できる工作物のスリップ防止方法および装置を提供することを目的とするものである。
請求項1に係る発明の特徴は、工作物の一端を支持するセンタを設けたマスタ主軸と、前記工作物の他端を支持するセンタを設けたスレーブ主軸と、前記マスタ主軸および前記スレーブ主軸を同期して回転駆動するマスタサーボモータおよびスレーブサーボモータを備え、前記マスタ主軸に設けた前記センタおよび前記スレーブ主軸に設けた前記センタの少なくとも一方を他方に対して加圧することにより、前記工作物と前記センタとの間に摩擦力を発生させて前記工作物の両端を同期回転駆動し、その状態で、前記工作物に対して砥石台を切込んで研削を実行する研削盤において、研削を実行する前に、前記工作物と前記センタとがスリップする前記サーボモータの限界電流値を検出するスリップ検出サイクルを実行し、研削実行時に、前記サーボモータの電流値が、前記限界電流値に基づいて設定されたスリップしきい値に達した際に、研削条件を変更して前記工作物と前記センタとがスリップすることを未然に防止するようにしたことである。
請求項2に係る発明の特徴は、請求項1において、前記スリップ検出サイクルは、前記マスタ主軸および前記スレーブ主軸の少なくとも一方を、前記サーボモータによって回転させることによって、前記工作物と前記センタとがスリップする限界電流値を検出するようにしたことである。
請求項3に係る発明の特徴は、請求項1において、前記スリップ検出サイクルは、前記マスタ主軸と前記スレーブ主軸を、前記マスタサーボモータと前記スレーブサーボモータによって逆回転させることによって、前記工作物と前記センタとがスリップする限界電流値を検出するようにしたことである。
請求項4に係る発明の特徴は、請求項1ないし請求項3のいずれか1項において、前記研削条件を、前記砥石台の切込み速度を遅くするか、前記センタの加圧力を制御することによって変更することである。
請求項5に係る発明の特徴は、請求項4において、粗研削、精研削、微研削時に発生する研削抵抗に応じて、前記センタの加圧力を自動的に制御するセンタ加圧装置を備えたことである。
請求項6に係る発明の特徴は、請求項5において、前記センタ加圧装置は、前記粗研削、精研削、微研削毎に、前記センタ加圧力を階段状に変化させるように構成されていることである。
請求項7に係る発明の特徴は、請求項6において、前記センタ加圧装置は、前記粗研削、精研削、微研削の進行につれて、前記センタ加圧力を無段階に変化させるように構成されていることである。
請求項8に係る発明の特徴は、請求項5において、前記センタ加圧装置は、前記粗研削、精研削、微研削の進行につれて、前記センタ加圧力を曲線状に変化させるように構成されていることである。
請求項9に係る発明の特徴は、請求項5ないし請求項8のいずれか1項において、前記研削盤は、工作物を振れ止めする振れ止め装置を備え、前記センタ加圧装置は、前記振れ止め装置を研削中の工作物に挿入した際に、前記センタ加圧力を高めるように構成されていることである。
請求項10に係る発明の特徴は、請求項1ないし請求項4のいずれか1項において、前記研削条件を変更した場合は、次の工作物の研削データを変更した研削条件に修正するようにしたことである。
請求項11に係る発明の特徴は、工作物の一端を支持するセンタを設けたマスタ主軸と、前記工作物の他端を支持するセンタを設けたスレーブ主軸と、前記マスタ主軸および前記スレーブ主軸を同期して回転駆動するマスタサーボモータおよびスレーブサーボモータを備え、前記マスタ主軸に設けた前記センタおよび前記スレーブ主軸に設けた前記センタの少なくとも一方を他方に対して加圧することにより、前記工作物と前記センタとの間に摩擦力を発生させて前記工作物の両端を同期回転駆動し、その状態で、前記工作物に対して砥石台を切込んで研削を実行する研削盤において、予め規定の電流値を設定し、繰り返しの生産サイクルにおいては、前記マスタ主軸および前記スレーブ主軸との間に前記工作物を支持した状態で、前記マスタ主軸および前記スレーブ主軸の少なくとも一方を、前記サーボモータによって回転させた際に、前記規定の電流値まで達すれば研削サイクルに移行する簡易サイクルを実行することである。
請求項12に係る発明の特徴は、工作物の一端を支持するセンタを設けたマスタ主軸と、前記工作物の他端を支持するセンタを設けたスレーブ主軸と、前記マスタ主軸および前記スレーブ主軸を同期して回転駆動するマスタサーボモータおよびスレーブサーボモータを備え、前記マスタ主軸に設けた前記センタに対して前記スレーブ主軸に設けた前記センタを加圧することにより、前記工作物と前記センタとの間に摩擦力を発生させて前記工作物の両端を同期回転駆動し、その状態で、前記工作物に対して砥石台を切込んで研削を実行する研削盤において、研削を実行する前に、前記工作物と前記センタとがスリップする前記サーボモータの限界電流値を検出する検出手段と、該限界電流値に基づいてスリップしきい値を演算する演算手段と、該演算手段によって演算されたスリップしきい値を記憶する記憶手段と、研削実行時に、前記サーボモータの電流値が、前記スリップしきい値に達した際に、前記工作物と前記センタとがスリップしないように研削条件を変更する研削条件変更手段とを備えたことである。
請求項1に係る発明によれば、研削を実行する前に、工作物とセンタとがスリップするサーボモータの限界電流値を検出するスリップ検出サイクルを実行し、研削実行時に、サーボモータの電流値が、限界電流値に基づいて設定されたスリップしきい値に達した際に、研削条件を変更して工作物とセンタとがスリップすることを未然に防止するようにしたので、工作物をスリップさせない安全な研削加工を実現することができる。しかも、計算でスリップしない条件を算出するのではなく、機上で研削前にスリップを発生する摩擦抵抗を計測するようにしたので、精度の高い計測を可能にでき、工作物とセンタとのスリップを確実に防止することができるようになる。
請求項2に係る発明によれば、スリップ検出サイクルは、マスタ主軸およびスレーブ主軸の少なくとも一方を、サーボモータによって回転させることによって、工作物とセンタとがスリップする限界電流値を検出するようにしたので、実加工に近い条件でスリップを発生する摩擦抵抗を計測することができる。
請求項3に係る発明によれば、スリップ検出サイクルは、マスタ主軸とスレーブ主軸を、マスタサーボモータとスレーブサーボモータによって逆回転させることによって、工作物とセンタとがスリップする限界電流値を検出するようにしたので、マスタサーボモータおよびスレーブサーボモータのいずれか小さいほうの電流値を上限値とすることができる。
請求項4に係る発明によれば、研削条件を、砥石台の切込み速度を遅くするか、センタの加圧力を制御することによって変更するようにしたので、サーボモータの電流値が、限界電流値に基づいて設定されたスリップしきい値に達した後は、研削条件の変更によってサーボモータの電流値を低減させることができ、工作物とセンタとのスリップを確実に防止することができる。
請求項5に係る発明によれば、粗研削、精研削、微研削時に発生する研削抵抗に応じて、センタ加圧力を自動的に制御するセンタ加圧装置を備えているので、研削抵抗が大きな粗研削時には、センタ加圧力を大きくして工作物のスリップを防止し、精研削および微研削時には、研削抵抗の減少に応じてセンタ加圧力を減少させることで、工作物のスリップを防止しながら、工作物の変形を最小に抑制して、精度の高い研削加工を実現することができる。
請求項6に係る発明によれば、センタ加圧装置は、粗研削、精研削、微研削毎に、センタ加圧力を階段状に変化させるように構成されているので、粗研削、精研削、微研削時に発生する研削抵抗に応じてセンタ加圧力を制御することができ、工作物のスリップを防止しながら、工作物の変形を最小に抑制することができる。
請求項7に係る発明によれば、センタ加圧装置は、粗研削、精研削、微研削の進行につれて、センタ加圧力を無段階に変化させるように構成されているので、各研削ステップによる工作物の径の減少につれて、センタ加圧力を減少させることができる。
請求項8に係る発明によれば、センタ加圧装置は、粗研削、精研削、微研削の研削ステップの進行につれて、センタ加圧力を曲線状に変化させるように構成されているので、粗研削、精研削および微研削の進行につれて実際に発生する研削抵抗に見合ったセンタ加圧力に制御することが可能となり、工作物のスリップおよび変形を起こさない最小限のセンタ加圧力に制御することができる。
請求項9に係る発明によれば、研削盤は、工作物を振れ止めする振れ止め装置を備え、センタ加圧装置は、振れ止め装置を研削中の工作物に挿入した際に、センタ加圧力を高めるように構成されているので、振れ止め装置の挿入によって摩擦抵抗が増大するのも係わらず、工作物とセンタとの間でスリップを発生させないようにすることができる。
請求項10に係る発明によれば、研削条件を変更した場合は、次の工作物の研削データを、変更した研削条件に修正するようにしたので、次回の研削加工においては、サーボモータの電流値を、スリップしきい値以下に保つことができる。
請求項11に係る発明によれば、予め規定の電流値を設定し、繰り返しの生産サイクルにおいては、マスタ主軸およびスレーブ主軸との間に工作物を支持した状態で、マスタ主軸およびスレーブ主軸の少なくとも一方を、サーボモータによって回転させた際に、規定の電流値まで達すれば研削サイクルに移行する簡易サイクルを実行するようにしたので、繰り返しの生産サイクルにおいては、簡易サイクルを短時間で実行することができるとともに、安全度を向上することができる。
請求項12に係る発明によれば、研削を実行する前に、工作物とセンタとがスリップするサーボモータの限界電流値を検出する検出手段と、限界電流値に基づいてスリップしきい値を演算する演算手段と、演算手段によって演算されたスリップしきい値を記憶する記憶手段と、研削実行時に、サーボモータの電流値が、スリップしきい値に達した際に、工作物とセンタとがスリップしないように研削条件を変更する研削条件変更手段とを備えているので、予め検出したデータに基づいて、研削時における工作物とセンタとのスリップを確実に防止することが可能な研削盤を具現化することができる。
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1に示すように、研削盤のベッド10上には、テーブル11がZ軸サーボモータ12によってZ軸方向(図1の左右方向)に移動可能に案内支持されている。テーブル11上には、マスタ主軸Cmを回転可能に軸承した主軸台13が設置され、マスタ主軸Cmの先端に工作物Wの一端を支持するセンタ14が取付けられている。マスタ主軸Cmは、進退駆動装置15によって軸線方向に所定量進退されるようになっているとともに、マスタサーボモータ16によって回転駆動されるようになっている。
テーブル11上には、主軸台13と対向する位置に心押台17が設置されており、この心押台17にマスタ主軸Cmと同軸上にスレーブ主軸Csが回転可能に軸承され、スレーブ主軸Csの先端に工作物Wの他端を支持するセンタ18が取付けられている。スレーブ主軸Csは、センタ加圧制御用のサーボモータ20によって軸線方向に進退されるようになっているとともに、スレーブサーボモータ21によってマスタ主軸Cmと同期して回転駆動されるようになっている。
また、ベッド10上のテーブル11の後方位置には、砥石台23がX軸サーボモータ24によってZ軸方向と直交するX軸方向(図1の上下方向)に移動可能に案内支持されている。砥石台23には、砥石車25がZ軸方向と平行な軸線の回りに回転可能な砥石軸26を介して軸承され、図略の砥石軸駆動モータによって回転駆動されるようになっている。
次に、センタ14、18の加圧力を制御する構成を図2に基づいて説明する。心押台17には、スレーブ主軸Csをベアリング30を介して回転可能に支持した心押ラム31が、スレーブ主軸Csの軸線方向に摺動可能に支持されている。スレーブ主軸Csの後端には、スレーブサーボモータ21のモータシャフト21aが連結され、スレーブ主軸Csはスレーブサーボモータ21によってマスタ主軸Cmと同期して回転駆動されるようになっている。
心押ラム31の後端には連結板32が固定されており、この連結板32は心押ラム31の径方向に伸延するスプリング受け部32aを有している。心押台17には、心押ラム31と径方向に所定の間隔を有してボールねじ軸33が心押ラム31と平行に配置され、ボールねじ軸33は心押ラム31と平行な軸線の回りに回転のみ可能に支持されている。ボールねじ軸33には、ボールナット34が螺合され、ボールナット34は心押台17に軸線方向に摺動のみ可能に支持されている。ボールナット34には、連結板32より伸延されたスプリング受け部32aに対向するスプリング受け部34aがボールねじ軸33の径方向に伸延して設けられている。
ボールナット34と連結板32の各スプリング受け部34a、32aの間には、加圧スプリング35が介挿され、この加圧スプリング35のばね力によって、心押ラム31をセンタ14に向かって前進する方向に付勢している。ボールねじ軸33の一端には、センタ加圧力制御用のサーボモータ20のモータシャフト20aが連結され、このサーボモータ20を回転制御することによって、ボールナット34がボールねじ軸33の軸線方向、すなわち、加圧スプリング35を圧縮する方向あるいは加圧スプリング35より離れる方向に移動され、これによって、加圧スプリング35のばね力が変化される。
上記したセンタ加圧力制御用のサーボモータ20、ボールねじ軸33、ボールナット34および加圧スプリング35等によって、センタ加圧装置37を構成している。
なお、図2では図示を省略してあるが、心押ラム31とボールナット34は、加圧スプリング35の伸縮作用を妨げない範囲内で、心押ラム31の軸線方向に所定量だけ相対移動可能に連係され、これにより、ボールナット34の後退によって心押ラム31を後退できるようにしてある。
図2中の41は、ボールナット34による加圧スプリング35の押込み量を確認する渦電流センサを示し、この渦電流センサ41は取付けブラケット42を介して連結板32に固定されている。渦電流センサ41は、ボールナット34に固定された鉄板部材43との距離を測定し、加圧スプリング35が目標とする圧縮量に圧縮されていることを確認できるようにしている。
研削盤を制御する数値制御装置50は、図1に示すように、中央処理装置(CPU)51と、種々の制御値およびプログラムを記憶するメモリ52と、インターフェィス53、54から主に構成されている。メモリ52には、入出力装置55から入力された制御パラメータと研削加工を実行するためのNCプログラムがそれぞれ記憶されている。また、メモリ52には、工作物Wのスリップを防止するための限界電流値(限界C軸電流値)A1に基づいて演算されたスリップしきい値A2が記憶されているとともに、粗研削加工、精研削加工および微研削加工の各研削ステップに応じたセンタ加圧力とサーボモータ20の回転量との対応関係テーブルが、工作物Wの種類毎に記憶されている。かかる対応関係テーブルは、例えば、ある工作物Wの粗研削加工(精研削加工、微研削加工)時に発生する研削抵抗に応じたセンタ加圧力と、当該センタ加圧力を発生させるに必要な加圧スプリング35のばね力、すなわち、サーボモータ20の回転量との関係をデータ化したものである。数値制御装置50には、入出力装置55を介して種々のデータが入力されるようになっており、入力装置55は、データの入力等を行うためのキーボード、データの表示を行う表示装置を備えている。
数値制御装置50は、砥石台23をX軸方向へ移動させるX軸サーボモータ24に指令された駆動信号を与えるX軸駆動ユニット56を制御するようになっており、X軸サーボモータ24に取付けられた図略のエンコーダがX軸サーボモータ24の回転位置、すなわち、砥石台23の位置を数値制御装置50へ送出するように構成されている。また、数値制御装置50は、テーブル11をZ軸方向へ移動させるZ軸サーボモータ12に駆動信号を与えるX軸駆動ユニット57を制御するようになっており、Z軸サーボモータ12に取付けられた図略のエンコーダがZ軸サーボモータ12の回転位置、すなわち、テーブル11の位置を数値制御装置50へ送出するように構成されている。
そして、数値制御装置50は、メモリ52に記憶されたNCプログラムの目標位置指令とエンコーダからの現在位置信号との偏差により、Z軸およびX軸サーボモータ12、24をそれぞれ駆動し、テーブル11および砥石台23をそれぞれ目標位置に位置決め制御するようになっている。
また、数値制御装置50は、センタ加圧力制御用のサーボモータ20に指令された駆動信号を与える加圧力制御ユニット58を制御するとともに、マスタサーボモータ16とスレーブサーボモータ21を同期回転制御する同期回転制御装置59を制御するように構成されている。
次に、工作物Wとセンタ14、18とがスリップするマスタサーボモータ16およびスレーブサーボモータ21の限界C軸電流値A1を検出するスリップ検出サイクルを、図3の流れ図に基づいて説明する。
研削サイクルを実行する前に、工作物Wを両センタ14、18間に搬入(ステップS11)し、スレーブ主軸Csに設けたセンタ18をセンタ加圧装置37によってマスタ主軸Cmに設けたセンタ14に対して前進(ステップS12)させて加圧することにより、工作物Wを両センタ14、18に正規加圧力でクランプする。しかる後、図4に示すように、マスタ主軸Cmおよびスレーブ主軸Csをマスタサーボモータ16およびスレーブサーボモータ21によって逆方向にθ角度だけ回転(ステップS13)させる。
このとき、工作物Wと両センタ14、18間には、センタ加圧力による摩擦抵抗によってマスタ主軸Cmおよびスレーブ主軸Csの回転を妨げる摩擦トルクが発生する。これに対して、マスタ主軸Cmおよびスレーブ主軸Csは、目標角度まで回転しようとし、工作物Wと両センタ14、18間に作用する摩擦トルクに打ち勝つトルクを発生させるため、マスタサーボモータ16およびスレーブサーボモータ21には次第に大きな負荷電流が流れる。そして、マスタ主軸Cmおよびスレーブ主軸Csからのトルク(C軸トルク)が、工作物Wと両センタ14、18間の摩擦トルクより大きくなった時点で、左右どちらかのセンタ14,18でスリップが発生し、スリップが発生すると工作物Wと両センタ14、18間の摩擦トルクが動摩擦抵抗に変化するため、マスタサーボモータ16およびスレーブサーボモータ21の負荷電流が低下する。
従って、マスタ主軸Cmおよびスレーブ主軸Csが角度θ回転するまでのマスタサーボモータ16およびスレーブサーボモータ21のC軸電流値(負荷電流値)は、図5に示すように、工作物Wと両センタ14、18間でスリップが発生する直前に最大となり、スリップ後は動摩擦抵抗負荷によって低下する波形となる。そこで、工作物Wと両センタ14、18間でスリップが発生する直前の最大の電流値を限界C軸電流値A1として検出(ステップS14)して数値制御装置50に取り込み、記憶する。この場合、マスタサーボモータ16とスレーブサーボモータ21の負荷電流値の最大値が異なる場合には、小さいほうの負荷電流値を限界C軸電流値A1として記憶する。上記したステップS14は、限界電流値を検出する手段を構成している。
続いて、両センタ14、18を後退(ステップS15)させ、その状態で、マスタ主軸Cmおよびスレーブ主軸Csをマスタサーボモータ16およびスレーブサーボモータ21によって角度θだけ前記と逆方向に回転させ、マスタ主軸Cmおよびスレーブ主軸Csを最初の絶対原点に復帰(ステップS16)させ、最後に、上記した限界C軸電流値A1に基づいてスリップしきい値A2を演算(ステップS17)して、数値制御装置50のメモリ52に記憶し、スリップ検出サイクルを完了する。かかるスリップしきい値A2は、図6に示すように、限界C軸電流値A1に安全率を掛けて求めたもので、このスリップしきい値A2以内に制御すれば、スリップを起こさない安全域であることを示している。上記したステップS17は、スリップしきい値A2を演算する演算手段を構成しており、また、上記したメモリ52は、スリップしきい値A2を記憶する記憶手段を構成している。
実研削加工中においても、研削抵抗によって工作物Wにマスタ主軸Cmおよびスレーブ主軸Csに対する逆向きのトルクがかかった場合、マスタサーボモータ16あるいはスレーブサーボモータ21の負荷電流値が、上記した限界C軸電流値A1に達すれば左右どちらかのセンタ14、18でスリップが発生すると考えてよい。
そこで、図6に示すように、限界C軸電流値A1に安全率を乗算して、スリップを起こさない安全域としてのスリップしきい値A2を求め、数値制御装置50のメモリ52に記憶し、研削加工中にマスタサーボモータ16あるいはスレーブサーボモータ21の負荷電流値を常時監視し、負荷電流値がスリップしきい値A2を超えた場合に、砥石台23の送り速度を遅くするなどして研削抵抗を低下させる。これによって、スリップの発生しない安全な研削加工を実現できるようになる。
次に上記した実施の形態における工作物のスリップ防止方法について、図6のサイクル線図および図7のフローチャートを参照して説明する。
テーブル13上の主軸台21と心押台22との間に工作物Wが搬入されると、センタ加圧力制御用のサーボモータ20が駆動され、ボールねじ軸33が回転される。ボールねじ軸33の回転により、ボールナット34がボールねじ軸33の軸線方向に移動され、加圧スプリング35が圧縮される。かかる加圧スプリング35の圧縮により、心押ラム18が前進され、心押ラム18に軸承されたスレーブ主軸Csのセンタ18が工作物Wのセンタ穴に係合し、工作物Wをマスタ主軸Cmに向かって押圧する。工作物Wの一端のセンタ穴がマスタ主軸Cmのセンタ14に係合すると、心押ラム18の前進運動が停止され、さらにサーボモータ20の回転によって、加圧スプリング35が圧縮されてセンタ加圧力が増大される。加圧スプリング35の圧縮量は、センタ加圧力制御用のサーボモータ20の回転量によって制御され、センタ加圧力は予め定められた値に設定される。
なお、加圧スプリング35の圧縮量、換言すれば、心押ラム18とナット部材34との相対位置関係を、渦電流センサ41によってナット部材34に固定された鉄板部材42との距離を測定することによって検出することができる。従って、例えば、工作物Wのセンタ穴の異常などによって、加圧スプリング35が所定の圧縮量に圧縮されていない場合には、これを渦流センタ41の出力に基づいて検出することができ、異常信号を送出することができる。
続いて、マスタサーボモータ16が起動されてマスタ主軸Cmが回転駆動されるとともに、スレーブ主軸Csがスレーブサーボモータ21によってマスタ主軸Cmと同期して回転駆動され、マスタ主軸Cmおよびスレーブ主軸Csに設けられた各センタ14、18と工作物Wのセンタ穴との摩擦係合作用によって工作物Wが回転駆動される。同時に、砥石台23がX軸方向に早送り速度、粗研削送り速度、精研削送り速度および微研削送り速度で順次前進され、砥石車25によって工作物Wを研削加工する研削サイクルが実行される(図7のステップ100)。
次いで、ステップ102において、研削サイクルが終了したか否かが判断され、研削サイクルが終了していない場合(N)には、次のステップ104において、マスタサーボモータ16およびスレーブサーボモータ21のいずれか一方の負荷電流値(C軸電流値)が、スリップしきい値A2を越えたか否かが判断される。 C軸電流値がスリップしきい値A2を越えていない場合(N)には、研削サイクルが続行されるが、C軸電流値がスリップしきい値A2を越える(Y)と、ステップ106において、オーバライド機能によって砥石台23のX軸送り速度を低減するように制御される。このようなX軸送り速度の低減によって、工作物Wの研削加工時に作用する研削抵抗が低下されるため、C軸電流値がそれ以上大きくなるのを抑制できるようになる。上記したステップ106は、請求項における研削条件を変更する研削条件変更手段を構成している。
例えば、図6の研削サイクル線図に示すように、工作物Wを粗研削加工している途中で、C軸電流値がスリップしきい値A2を越えた場合には、粗研削送り速度が当初の所定の送り速度から一定割合低減した送り速度に変化される。すなわち、図6に示すように、S1の研削サイクルからS2の研削サイクルに移行させるように研削条件を変更することで、工作物Wのスリップを未然に防止することができる。
上記したステップ102において、研削サイクルが終了したと判断された場合(Y)には、ステップ108において、研削サイクルデータの変更が必要か否か判断される。すなわち、研削条件を変更した場合には、研削サイクルデータを図6のS1からS2に変更しないと、次の工作物Wの研削加工においてもスリップしきい値A2を越える可能性が高くなるため、このような場合には、研削サイクルデータの変更が必要であると判断(Y)し、次のステップ110において、研削サイクルデータを変更し、プログラムがリターンされる。このような処理によって、次の工作物Wの研削加工においてスリップしきい値A2を越えることがないようにする。
なお、研削条件の変更としては、砥石台23の送り速度を遅くする他に、センタ加圧力を増加させるように制御してもよい。センタ加圧力制御については後述する。
また、粗研削加工において砥石台23の粗研削送り速度にオーバライドをかけて、粗研削送り速度を変更した場合でも、粗研削加工後の精研削加工時あるいは微研削加工時には、最初に設定した精研削送り速度あるいは微研削送り速度で精研削あるいは微研削が行われる。そして、この精研削時あるいは微研削時に、C軸電流値がスリップしきい値A2を越える事態が発生した場合には、上記したと同様にして、精研削送り速度あるいは微研削送り速度にオーバライドをかけて、送り速度を低下させるようにすればよい。
一方、C軸電流値がスリップしきい値A2を越えたことに基づいて、研削条件を変更した場合にも、次の工作物Wの研削加工を元の研削サイクルデータを使用して行うこともできる。そして、研削加工によって、C軸電流値がスリップしきい値A2を越える事態が発生した場合には、その都度研削条件を変更するようにしてもよい。
ところで、同一工作物を繰り返し研削加工するような生産ラインにおいては、工作物Wを研削加工する度に、上記のようなスリップ検出サイクルを繰り返すと研削効率の低下を招く。このため、同一工作物を繰り返し研削加工するような生産ラインにおいては、初品の工作物を研削加工する場合にだけ上記したスリップ検出サイクルを実行するか、あるいは一日一回、週一回というように、定期的に実行するようにしてもよい。
さらに、同一工作物を繰り返し研削加工する場合には、図8に示す簡易サイクルを実行するようにしてもよく、あるいは図8の簡易サイクルと図7のスリップ検出サイクルの両方を行うようにしてもよい。図8の簡易サイクルを付け加えることにより、安全度を向上することができる。
簡易サイクルは、図8に示すように、研削を実行する前に、工作物Wを両センタ14、18間に搬入し(ステップ200)、スレーブ主軸Csに設けたセンタ18をセンタ加圧装置37によってマスタ主軸Cmに設けたセンタ14に対して前進させて(ステップ202)、センタ14、18を加圧することにより、工作物Wを両センタ14、18に正規加圧力でクランプする。しかる後、マスタ主軸Cmおよびスレーブ主軸Csをマスタサーボモータ16およびスレーブサーボモータ21によって逆方向にθ角度だけ回転させる(ステップ204)。
ここまでは、上記したスリップ検出サイクルと同じであるが、簡易サイクルにおいては、マスタ主軸Cmおよびスレーブ主軸Csを逆方向に回転した後、ステップ206において、マスタサーボモータ16およびスレーブサーボモータ21のいずれか一方が、規定の電流値(例えば、上記したスリップしきい値A2)に達したか否かを判定する。規定の電流値に達していれば、工作物Wのセンタ穴とセンタ14、18とは十分な摩擦力で係合されていることになるので、OKとして研削サイクルへ移行する(ステップ208)。規定の電流値に達しない場合には、工作物Wとセンタ14、18との間への異物のかみこみ、工作物Wの異常、センタ14、18の異常等によって、工作物Wとセンタ14、18とが所定の電流値に達する前にスリップしていることになるので、NGとして異常停止する(ステップ210)。
このような簡易サイクルによれば、工作物Wとセンタ14、18とがスリップするまでマスタ主軸Cmおよびスレーブ主軸Csをθ角度回転させる必要がなく、しかも、スリップ検出サイクルのステップ図で述べたセンタ14、18を後退させて、マスタ主軸Cmおよびスレーブ主軸Csをθ角度回転戻しする必要がないので、簡易サイクルを短時間で実行することができる。
また、規定の電流値は、上記したスリップ検出サイクルによって検出した限界電流値A1に基づいて設定する他に、予め実験等に基づいて設定することもできる。
上記した実施の形態によれば、研削を実行する前に、工作物Wとセンタ14、18とがスリップする限界C軸電流値A1を検出するスリップ検出サイクルを実行し、研削実行時に、マスタサーボモータ16およびスレーブサーボモータ21の負荷電流値(C軸電流値)が、限界C軸電流値A1に基づいて設定されたスリップしきい値A2に達した際に、砥石台23の送り速度を遅くしたり、あるいはセンタ加圧力を増大するなどして研削条件を変更するようにしている。これによって、工作物Wをスリップさせない安全な研削加工を実現することができる。
しかも、計算でスリップしない条件を算出するのではなく、機上で研削前に、実際の工作物Wを用いてスリップを発生する摩擦抵抗を計測するようにしたので、精度の高い計測を可能にでき、工作物Wとセンタ14、18とのスリップを確実に防止することができるようになる。
また、上記した実施の形態によれば、繰り返しの生産サイクルにおいては、マスタ主軸Cmとスレーブ主軸Csを、マスタサーボモータ16とスレーブサーボモータ21によって逆回転させた際に、スリップしきい値A2まで達すれば、十分な摩擦抵抗が作用しているものとして、OKとして研削サイクルに移行する簡易サイクルを実行するようにしたので、工作物Wとセンタ14、18とがスリップするまでマスタ主軸Cmおよびスレーブ主軸Csを回転させる必要がなく、スリップ検出サイクルを短時間で実行することができる。
上記した実施の形態においては、スリップ検出サイクル時および簡易サイクル時に、マスタ主軸Cmおよびスレーブ主軸Csをマスタサーボモータ16およびスレーブサーボモータ21によって逆方向にθ角度だけ回転させる例について述べたが、マスタサーボモータ16およびスレーブサーボモータ21の一方を固定した状態で、他方のみ一方向に所定角度回転させるようにして、限界C軸電流値A1を求めるようにしてもよい。
上記した実施の形態においては、センタ加圧装置37を心押台17側に設けて、スレーブ主軸Csに設けたセンタ18をマスタ主軸Cmに設けたセンタ14に対して加圧するようにした例について述べたが、センタ加圧装置37を主軸台12側に設けて、マスタ主軸Cmに設けたセンタ14をスレーブ主軸Csに設けたセンタ18に対して加圧するようにしてもよく、あるいはまた、マスタ主軸Cmに設けたセンタ14およびスレーブ主軸Csに設けたセンタ18の双方をセンタ加圧装置37によって加圧するようにしてもよい。
次にセンタ加圧力制御について説明する。加圧スプリング35の圧縮量は、センタ加圧力制御用のサーボモータ37の回転量によって制御され、センタ加圧力は、図9に示すように、粗研削加工時に発生する研削抵抗に応じたセンタ加圧力F1に設定される。砥石台23が粗研削送り速度にて予め定められた位置まで前進したことが図略のエンコーダからのフィードバック信号によって検出されると、砥石台23の送り速度が精研削送りに変換されるとともに、数値制御装置50からの指令に基づいてセンタ加圧力制御用のサーボモータ20が加圧力制御ユニット58によって回転制御され、図9に示すように、センタ加圧力が精研削加工時に発生する研削抵抗に応じたセンタ加圧力F2まで減少される。この状態で、工作物Wは砥石車24によって精研削加工される。かかる精研削加工時においては、工作物Wに作用する研削抵抗に応じてセンタ加圧力が減少されているため、工作物Wを撓ませることなく精研削加工を高精度に実行することができる。
さらに、砥石台23が精研削送り速度にて予め定められた位置まで前進したことが図略のエンコーダからのフィードバック信号によって検出されると、砥石台23の送り速度が微研削送りに変換されるとともに、数値制御装置50からの指令に基づいてセンタ加圧力制御用のサーボモータ20が加圧力制御ユニット58によって回転制御され、図9に示すように、センタ加圧力が微研削加工時に発生する僅かな研削抵抗に応じたセンタ加圧力F3までさらに減少される。この状態で、工作物Wは砥石車24によって微研削加工される。微研削加工終了後、砥石台23は一定時間停止されて、工作物Wのスパークアウトが行われ、その後、砥石台23は早送りで原位置まで戻され、工作物Wの研削サイクルが完了する。その後、センタ加圧力制御用のサーボモータ20が前記と逆方向に駆動され、心押ラム31が原位置まで後退されて、工作物Wが両センタ14、18間より搬出される。
次に、上記した実施の形態の変形例について説明する。図10は、粗研削から微研削に移行するにつれて、センタ加圧力を連続した直線状に漸減させるようにしたものである。すなわち、粗研削加工、精研削加工および微研削加工の進行につれて、センタ加圧力制御用のサーボモータ20を一定の速度で連続的に制御するものである。これによれば、粗研削加工(精研削加工、微研削加工)の間においても、工作物Wの径の減少につれて研削抵抗が変化するため、その変化に対応してセンタ加圧力を連続的に制御することができる。
また、図11は、粗研削から微研削に移行するにつれて、センタ加圧力を二次曲線に近似した曲線状に沿って漸減させるようにしたものである。すなわち、粗研削加工、精研削加工および微研削加工の進行につれて、センタ加圧力制御用のサーボモータ20を速度を変化させながら連続的に制御するものである。これは、同図の枠内に示すように、粗研削時、精研削時および微研削時における研削抵抗が比例的に変化するのではなく、二次曲線的に変化するものであるため、より実状に合ったセンタ加圧力に制御することができる。
図12~図15は、さらに別の変形例を示すもので、工作物Wの振れを防止する振れ止め装置60を備えた研削盤に適用しようとするものである。振れ止め装置60は、工作物Wを挟んで砥石台17と反対側のベッド11上に設置され、例えば、図12に示すように、工作物Wを砥石車25に対向する横方向から支持する横シュー61と、工作物Wを上方向から支持する上シュー62と、工作物Wを上方へ振れるのを抑制する下シュー63を備えている。
振れ止め装置60を備えた研削盤においては、工作物Wに振れ止め装置60を挿入することによって、工作物Wには研削抵抗とは別に、振れ止めシューと工作物Wとの間に発生する摩擦抵抗が加わり、この摩擦抵抗分だけセンタ加圧力を増大する必要がある。このために、数値制御装置50のメモリ52(図1参照)には、振れ止め装置60を挿入したことによって各シュー61、62、63と工作物Wとの間に発生する摩擦抵抗に応じたセンタ加圧力の増大分が、精研削加工および微研削加工毎に記憶されている。
従って、例えば、図13に示すように、粗研削加工と精研削加工との間に振れ止め装置60を挿入する研削盤においては、精研削加工時おけるセンタ加圧力を、精研削加工時に発生する研削抵抗に応じたセンタ加圧力F2と、振れ止め装置60によって発生する摩擦抵抗に応じたセンタ加圧力f2とを合算した値とし、同じく、微研削加工時おけるセンタ加圧力を、微研削加工時に発生する研削抵抗に応じたセンタ加圧力F3と、振れ止め装置60によって発生する摩擦抵抗に応じたセンタ加圧力f3とを合算した値とするようにしている。
また、図14に示すように、センタ加圧力を図10に示したように連続した直線状に漸減させるものにおいては、工作物Wに振れ止め装置60を挿入した粗研削時および精研削時には、その直線を平行移動させるようにセンタ加圧力を振れ止め装置60による摩擦抵抗分だけ増大させるようにしている。さらに、図15に示すように、センタ加圧力を図11に示したように曲線状に漸減させるものにおいては、工作物Wに振れ止め装置60を挿入した粗研削時および精研削時には、その曲線を平行移動させるようにセンタ加圧力を振れ止め装置60による摩擦抵抗分だけ増大させるようにしている。
上記した実施の形態によれば、粗研削、精研削、微研削時に発生する研削抵抗に応じて、センタ加圧力を階段状に変化させたり、無段階に変化させたり、あるいは、曲線状に変化させるようにしたので、研削抵抗が大きな粗研削時には、センタ加圧力を大きくして工作物Wのスリップを防止することができるとともに、精研削および微研削時には、研削抵抗の減少に応じてセンタ加圧力を減少させて工作物Wの変形を最小に抑制することができ、精度の高い研削加工を実現することができる。
また、上記した実施の形態によれば、工作物Wを振れ止めする振れ止め装置60を研削中の工作物Wに挿入した際に、振れ止め装置60による摩擦抵抗の増大に応じて、センタ加圧力を高めるようにしたので、振れ止め装置60の挿入によって摩擦抵抗が増大するにも係わらず、工作物Wとセンタ14、18との間でスリップを確実に発生させないようにすることができる。
また、上記した実施の形態においては、加圧スプリング35のばね力によって、センタ14、18の加圧力を制御するようにしたが、センタ加圧力の制御は、必ずしもスプリング力でなくてもよく、例えば、エアシリンダあるいは油圧シリンダによるエア圧あるいは油圧力によって行うようにしてもよい。
さらに、上記した実施の形態においては、スリップ検出サイクルの簡易サイクル時におけるスリップしきい値を、図3に示したスリップ検出サイクルのスリップしきい値A2と同じ値に設定した例について述べたが、簡易サイクル時におけるスリップしきい値は、スリップ検出サイクルのスリップしきい値A2と同じである必要はなく、別の値に定めるようにしてもよい。
以上、本発明を実施の形態に即して説明したが、本発明は実施の形態で述べた構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の形態を採り得るものである。
本発明に係る工作物のスリップ防止方法および装置は、センタを加圧して工作物Wの両端をセンタ14、18の摩擦力により同期回転駆動し、研削を行う研削盤に用いるのに適している。
11…テーブル、12…主軸台、Cm…マスタ主軸、14…センタ、
16…マスタサーボモータ、17…心押台、Cs…スレーブ主軸、
18…センタ、20…センタ加圧力制御用サーボモータ、
21…スレーブサーボモータ、 23…砥石台、31…心押ラム、
35…加圧スプリング、37…センタ加圧装置、 50…数値制御装置、
60…振れ止め装置、W…工作物、A1…限界電流値、
A2…スリップしきい値。
16…マスタサーボモータ、17…心押台、Cs…スレーブ主軸、
18…センタ、20…センタ加圧力制御用サーボモータ、
21…スレーブサーボモータ、 23…砥石台、31…心押ラム、
35…加圧スプリング、37…センタ加圧装置、 50…数値制御装置、
60…振れ止め装置、W…工作物、A1…限界電流値、
A2…スリップしきい値。
Claims (12)
- 工作物の一端を支持するセンタを設けたマスタ主軸と、前記工作物の他端を支持するセンタを設けたスレーブ主軸と、前記マスタ主軸および前記スレーブ主軸を同期して回転駆動するマスタサーボモータおよびスレーブサーボモータを備え、前記マスタ主軸に設けた前記センタおよび前記スレーブ主軸に設けた前記センタの少なくとも一方を他方に対して加圧することにより、前記工作物と前記センタとの間に摩擦力を発生させて前記工作物の両端を同期回転駆動し、その状態で、前記工作物に対して砥石台を切込んで研削を実行する研削盤において、
研削を実行する前に、前記工作物と前記センタとがスリップする前記サーボモータの限界電流値を検出するスリップ検出サイクルを実行し、
研削実行時に、前記サーボモータの電流値が、前記限界電流値に基づいて演算されたスリップしきい値に達した際に、研削条件を変更して前記工作物と前記センタとがスリップすることを未然に防止するようにしたことを特徴とする研削盤における工作物のスリップ防止方法。 - 請求項1において、前記スリップ検出サイクルは、前記マスタ主軸および前記スレーブ主軸の少なくとも一方を、前記サーボモータによって回転させることによって、前記工作物と前記センタとがスリップする前記限界電流値を検出するようにしたことを特徴とする研削盤における工作物のスリップ防止方法。
- 請求項1において、前記スリップ検出サイクルは、前記マスタ主軸と前記スレーブ主軸を、前記マスタサーボモータと前記スレーブサーボモータによって逆回転させることによって、前記工作物と前記センタとがスリップする前記限界電流値を検出するようにしたことを特徴とする研削盤における工作物のスリップ防止方法。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか1項において、前記研削条件を、前記砥石台の切込み速度を遅くするか、前記センタの加圧力を制御することによって変更することを特徴とする研削盤における工作物のスリップ防止方法。
- 請求項4において、前記センタの加圧力を自動的に制御するセンタ加圧装置を備えたことを特徴とする研削盤における工作物のスリップ防止方法。
- 請求項5において、前記センタ加圧装置は、粗研削、精研削、微研削毎に、前記センタ加圧力を階段状に変化させるように構成されていることを特徴とする研削盤における工作物のスリップ防止方法。
- 請求項5において、前記センタ加圧装置は、前記粗研削、精研削、微研削の進行につれて、前記センタ加圧力を無段階に変化させるように構成されていることを特徴とする研削盤における工作物のスリップ防止方法。
- 請求項5において、前記センタ加圧装置は、前記粗研削、精研削、微研削の進行につれて、前記センタ加圧力を曲線状に変化させるように構成されていることを特徴とする研削盤における工作物のスリップ防止方法。
- 請求項5ないし請求項8のいずれか1項において、前記研削盤は、工作物を振れ止めする振れ止め装置を備え、前記センタ加圧装置は、前記振れ止め装置を研削中の工作物に挿入した際に、前記センタ加圧力を高めるように構成されていることを特徴とする研削盤における工作物のスリップ防止方法。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか1項において、前記研削条件を変更した場合は、次の工作物の研削データを変更した研削条件に修正するようにしたことを特徴とする研削盤における工作物のスリップ防止方法。
- 工作物の一端を支持するセンタを設けたマスタ主軸と、前記工作物の他端を支持するセンタを設けたスレーブ主軸と、前記マスタ主軸および前記スレーブ主軸を同期して回転駆動するマスタサーボモータおよびスレーブサーボモータを備え、前記マスタ主軸に設けた前記センタおよび前記スレーブ主軸に設けた前記センタの少なくとも一方を他方に対して加圧することにより、前記工作物と前記センタとの間に摩擦力を発生させて前記工作物の両端を同期回転駆動し、その状態で、前記工作物に対して砥石台を切込んで研削を実行する研削盤において、
予め規定の電流値を設定し、
繰り返しの生産サイクルにおいては、前記マスタ主軸および前記スレーブ主軸との間に前記工作物を支持した状態で、前記マスタ主軸および前記スレーブ主軸の少なくとも一方を、前記サーボモータによって回転させた際に、前記規定の電流値まで達すれば研削サイクルに移行する簡易サイクルを実行することを特徴とする研削盤における工作物のスリップ防止方法。 - 工作物の一端を支持するセンタを設けたマスタ主軸と、前記工作物の他端を支持するセンタを設けたスレーブ主軸と、前記マスタ主軸および前記スレーブ主軸を同期して回転駆動するマスタサーボモータおよびスレーブサーボモータを備え、前記マスタ主軸に設けた前記センタに対して前記スレーブ主軸に設けた前記センタを加圧することにより、前記工作物と前記センタとの間に摩擦力を発生させて前記工作物の両端を同期回転駆動し、その状態で、前記工作物に対して砥石台を切込んで研削を実行する研削盤において、
研削を実行する前に、前記工作物と前記センタとがスリップする前記サーボモータの限界電流値を検出する検出手段と、
該限界電流値に基づいてスリップしきい値を演算する演算手段と、
該演算手段によって演算されたスリップしきい値を記憶する記憶手段と、
研削実行時に、前記サーボモータの電流値が、前記スリップしきい値に達した際に、前記工作物と前記センタとがスリップしないように研削条件を変更する研削条件変更手段とを備えたことを特徴とする研削盤における工作物のスリップ防止装置。
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