JP2006315108A - 研削方法及び研削盤 - Google Patents

Abstract

【課題】ビビリ振動を防止することのできる研削方法及び研削盤を提供する。
【解決手段】研削盤１の砥石車９を回転する制御モータ７にパルスを印加して砥石車９の回転に回転方向の振動を付与してワークの研削を行うものであり、砥石車９を所定の回転数で回転してワークＷの研削を行っている最中にビビリ振動を検出したとき、砥石車９を回転するための制御モータ７にパルスを印加して砥石車９の回転方向に振動を付与するものである。研削盤は、制御モータ７の回転速度を制御する回転速度制御手段３３と、制御モータ７を回転駆動するモータドライバ３５と、砥石車９によるワークの研削時におけるビビリ振動を抑制するために、モータドライバ３５に対してパルスを印加するためのパルス発生手段３７と、砥石車９のビビリ振動を検出するためのビビリ振動検出手段４９を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、砥石によるワークの研削方法及び研削盤に係り、さらに詳細には、ビビリ振動を抑制しての研削方法及びビビリ振動を抑制することのできる研削盤に関する。

研削盤においてワークの研削を行うとき、研削量がある値に達すると、砥石外周面にうねりが形成されて、ワークと砥石間で振動が発生し、砥石軸は法線方向に著しい振動を発生することがある。上記振動が発生すると、ワークの砥石仕上面にビビリマークが生じることがある。

一般に、研削盤においては適正な制御、回転駆動を行うことにより安定した駆動が行われ得るように構成されている。しかし、ある加工条件で研削加工を開始し、加工を継続すると砥石外周面に周期的な目詰まり、うねりが発生することがある。ここで、砥石外周面のうねりの山数をｎ，砥石回転数をＮrpm，ビビリ振動数をｆc/s とすると、ｎ＝ｆ／（Ｎ／６０）で与えられる。上記ビビリ振動数ｆは、砥石・ワーク系の固有振動数にほぼ等しいものである。したがって、外力による振動の周期と上記固有振動数の周期とが等しいときには共振により、より大きな振動となりビビリマークを生じ易いものである。

そこで、ビビリ振動を抑制するために、インバーター制御によりモータの回転数を適宜に変動することや、モータの電磁振動に起因するビビリ振動を抑制するために、モータの電源をＯＦＦにして慣性によって砥石を回転して研削を行うことも提案されている。さらには、振動センサによってビビリ振動を検出したときに、研削条件を変更してビビリ振動を抑制することも提案されている（特許文献１参照）。
特開平９−１１０８４号公報

前述したように、インバーター制御によってモータの回転数を変動する構成においては、共振によるビビリ振動の発生をある程度抑制することができるものの、モータの回転数の変動はなだらかな変化であり、ビビリ振動をより効果的に防止するにはより改善が望まれている。

モータの電源をＯＦＦにして慣性により砥石を回転して研削を行う構成においては、モータの電磁振動によるビビリ振動を抑制することができるものの、モータの電磁振動に起因するビビリ振動はモータをＯＮにし、継続してワークの研削を行うことができず、能率向上を図る上において問題がある。

また、前記特許文献１に記載の構成は、振動センサによってビビリ振動を検出した後、研削条件をどのように変更するのかは具体性に欠けるもので、さらなる改善が望まれている。

本発明は、前述したごとき従来の問題に鑑みてなされたもので、研削盤によるワークの研削方法であって、砥石車を回転するための制御モータにパルスを印加して前記砥石車の回転に回転方向の振動を付与してワークの研削を行うことを特徴とするものである。

また、研削盤によるワークの研削方法であって、砥石車を所定の回転数で回転してワークの研削を行っている最中にビビリ振動を検出したとき、前記砥石車を回転するための制御モータにパルスを印加して前記砥石車の回転方向に振動を付与することを特徴とするものである。

また、ワークテーブル上にセットしたワークの研削を行う砥石車を回転するための制御モータを備えた研削盤であって、前記制御モータの回転速度を制御するための回転速度制御手段と、この回転速度制御手段の制御の下に前記制御モータを回転駆動するモータドライバと、前記砥石車によるワークの研削時におけるビビリ振動を抑制するために、前記モータドライバに対してパルスを印加するためのパルス発生手段とを備えていることを特徴とするものである。

また、前記研削盤において、前記砥石車のビビリ振動を検出するためのビビリ振動検出手段を備えていることを特徴とするものである。

また、前記研削盤において、前記ビビリ振動検出手段によってビビリ振動を検出したときに、前記パルス発生手段から前記モータドライバに対してパルスを印加する構成であることを特徴とするものである。

本発明によれば、砥石を回転するための制御モータの回転数をアットランダムに変更することができ、常に共振の発生を防止することができる。したがって、ビビリ振動の発生を防止してワークの研削加工を行うことができるものである。

図１を参照するに、概念的、概略的に示すように、本発明の実施形態に係る研削盤１は、機台３を備えており、この機台３上には砥石台５がＸ軸方向へ往復動可能に装着されている。この砥石台５には例えばサーボモータ等のごとき制御モータ７が装着してあり、この制御モータ７の出力軸には砥石車９が取付けてある。さらに前記制御モータ７には前記砥石車９のビビリ振動を検出するための振動センサ１１が備えられている。この振動センサ１１は、前記特許文献１に記載の振動センサと同様のものであって、加速度センサよりなるものであり、公知であるから詳細な説明は省略する。

前記機台３に近接した位置には、前記砥石車９によって研削加工されるワークＷを支持するワークテーブル１３がＺ軸方向へ移動自在に備えられている。このワークテーブル１３上には、ワークＷの一端側を支持してワークＷを回転するための加工物ヘッド１５が備えられていると共に、ワークＷの他端側を回転自在に支持する心押台１７が備えられている。

また、前記研削盤１には、砥石台５をＸ軸方向に移動するためのＸ軸サーボモータ１９が備えられていると共に、前記ワークテーブル１３をＺ軸方向へ移動するためのＺ軸サーボモータ２１が備えられている。さらに、研削盤１には、研削盤１の全体の動作を制御するためのＣＮＣ装置のごとき制御装置２３が備えられている。

上記のごとき構成において、前記制御装置２３の制御の下に研削盤１を駆動して、砥石車９によりワークＷの研削加工を行うと、ビビリ振動を生じてワークＷの仕上面にビビリマークを生じることがある。そこで、本実施形態においては、上記ビビリ振動を防止するために、次のごとき構成を採用している。

すなわち、前記制御装置２３には、図２に示すように、入力手段２５から入力された研削加工条件、例えばワークＷの材質，径や砥石車９の材質，径，種類及びワークＷに対する切込み深さ，研削速度などの諸条件により砥石車９の適正回転速度を演算する回転速度演算手段２７が備えられている。なお、砥石車９の適正回転速度を求める構成としては、ワークＷの材質等に対応して各種砥石車９の回転速度を予め定めたデータテーブル２９を作成し、このデータテーブル２９から砥石車９の適正回転速度を求める構成としてある。

なお、砥石車９の適正回転速度を演算するための実験式等の演算式をメモリ３１に予め格納しておき、この演算式に必要なデータを入力手段２５から入力して砥石車９の回転速度を求める構成とすることも可能である。

さらに前記制御装置２３には、前記回転速度演算手段２７の演算結果に基いて前記制御モータ７の回転速度を制御するための回転速度制御手段３３が備えられている。この回転速度制御手段３３の制御の下にモータドライバ３５を介して前記制御モータ７の回転速度を制御するように構成してある。

また、前記制御装置２３には、例えば矩形パルスのごとく立上り，立下りが急峻なパルスを発生するためのパルス発生手段３７が備えられていると共に、上記パルス発生手段３７が発生するパルスの条件を調整するパルス条件調整手段３９が備えられている。このパルス条件調整手段３９は、前記パルス発生手段３７から発生するパルス波形の振幅を調整する振幅調整手段４１，周期を調整する周期調整手段４３及びデューティ比を調整するデューティ比調整手段４５を備えている。

前記振幅調整手段４１には、複数種の振幅が予め格納してあり、周期調整手段４３には複数種の周期が格納されている。さらに前記デューティ比調整手段４５には複数種のデューティ比が予め格納してある。そして、前記振幅調整手段４１から選択された振幅と、周期調整手段４３から選択された周期と、デューティ比調整手段４５から選択されたデューティ比との組合せを所定時間或は任意の時間毎に切換えるための切換手段４７が備えられている。

さらに、前記制御装置２３にはビビリ振動検出手段４９が備えられている。このビビリ振動検出手段４９は、前記特許文献１に記載の電荷−電圧変換器，増幅アンプ，周波数解析演算器，二次変換器，周波数設定器，しきい値設定器及びビビリ判定器のそれぞれに相当する構成を備えるものであって、振動センサ１１によって振動によってビビリ振動を判定する機能を有するものである。すなわち、ビビリ振動検出手段４９は、前記特許文献１に記載の構成と同一の構成を採用可能なものであり、周知であるから、ビビリ振動検出手段４９についての詳細な説明は省略する。

上記構成において、制御装置２３の制御の下に制御モータ７をワークＷの研削加工に適正な回転速度で駆動し、砥石車９によってワークＷの研削を行うと、共振によりビビリ振動を生じることがある。ワークＷの研削加工時における振動は振動センサ１１によって常に検出しており、振動の大きさが予め設定したしきい値より大きくなると、ビビリ振動検出手段４９によってビビリ振動が検出される。

上述のように、ビビリ振動検出手段４９によってビビリ振動が検出されると、パルス発生手段３７からパルスがモータドライバ３５に印加される。したがって、所定の回転速度でもって回転されている制御モータ７の回転速度は、印加されたパルスによって急激に加速又は減速されることとなる。よって、前記ビビリ振動を生じた共振現象が乱されることとなり、ビビリ振動が抑制されるものである。

ところで、上記説明では、ビビリ振動検出手段４９によってビビリ振動を検出したときに、パルス発生手段３７からモータドライバ３５に外乱的にパルスを印加する場合について説明したが、制御モータ７を回転駆動してワークＷの研削加工を開始する初期から、パルス発生手段３７からモータドライバ３５にパルスを印加することも可能である。

この場合、常に一定のパルスを印加するのではなく、ワークＷや砥石車９の形状、寸法等に対応して、例えば振幅，周期，デューティ比を適宜に変更したパルスを印加することが望ましい。このようにすることにより、共振によるビビリ振動を効果的に防止することができる。この場合、振幅調整手段４１に格納されている複数の振幅から任意に選択した振幅と、周期調整手段４３に格納されている複数の周期から任意に選択した周期と、デューティ比調整手段４５に格納されている複数のデューティ比から任意に選択されたデューティ比とを組合せることによって生成されたパルスをパルス発生手段３７から出力してある時間印加した後、切換手段４７によって前記振幅，周期，デューティ比の組合せを変更し、この変更したパルスを再びパルス発生手段３７から出力してモータドライバに印加することができる。

上述のように、回転速度制御手段３３の制御の下にモータドライバ３５を介して回転駆動されている制御モータ７に対し、振幅，周期，デューティ比がそれぞれ異なるパルスをモータドライバ３５に印加することにより、共振を生じることが阻害され、共振によるビビリ振動が効果的に防止されるものである。なお、振幅，周期，デューティ比の３種類をその都度変えることが望ましい。しかし、必ずしも３種類を変更する必要はなく、要するに共振によるビビリ振動を防止することができればよいので、前記３種類のうち１種類のみを変更することによって共振を阻害してもよいものである。

以上のごとき説明より理解されるように、砥石車９を回転する制御モータ７の回転速度を変動して共振を防止するものであるから、共振によるビビリ振動を防止でき、ビビリマークを生じることのない高精度の研削加工を行うことができるものである。

本発明の実施形態に係る研削盤の概念的，概略的な説明図である。 上記研削盤における制御装置の構成を示す機能ブロック図である。

符号の説明

１ 研削盤
７ 制御モータ
９ 砥石車
１１ 振動センサ
１３ ワークテーブル
２３ 制御装置
２７ 回転速度演算手段
２９ データテーブル
３３ 回転速度制御手段
３５ モータドライバ
３７ パルス発生手段
３９ パルス条件調整手段
４１ 振幅調整手段
４３ 周期調整手段
４５ デューティ比調整手段
４７ 切換手段
４９ ビビリ振動検出手段

Claims (5)

1. 研削盤によるワークの研削方法であって、砥石車を回転するための制御モータにパルスを印加して前記砥石車の回転に回転方向の振動を付与してワークの研削を行うことを特徴とする研削方法。
2. 研削盤によるワークの研削方法であって、砥石車を所定の回転数で回転してワークの研削を行っている最中にビビリ振動を検出したとき、前記砥石車を回転するための制御モータにパルスを印加して前記砥石車の回転方向に振動を付与することを特徴とする研削方法。
3. ワークテーブル上にセットしたワークの研削を行う砥石車を回転するための制御モータを備えた研削盤であって、前記制御モータの回転速度を制御するための回転速度制御手段と、この回転速度制御手段の制御の下に前記制御モータを回転駆動するモータドライバと、前記砥石車によるワークの研削時におけるビビリ振動を抑制するために、前記モータドライバに対してパルスを印加するためのパルス発生手段とを備えていることを特徴とする研削盤。
4. 請求項３に記載の研削盤において、前記砥石車のビビリ振動を検出するためのビビリ振動検出手段を備えていることを特徴とする研削盤。
5. 請求項４に記載の研削盤において、前記ビビリ振動検出手段によってビビリ振動を検出したときに、前記パルス発生手段から前記モータドライバに対してパルスを印加する構成であることを特徴とする研削盤。

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