JP2588839Y2 - 球研磨機の加工速度制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この考案は、球研磨機において加
工中の球体寸法を自動的に測定してその加工速度（時間
当りの研削量）を制御する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】軸受等に用いられる鋼球は、線材から球
形に型打ちし、フラッシングでバリ取り行い、その後に
所定の外径に球研磨機で研磨される。従来、このような
球研磨機における加工速度の管理は、人による定期的な
圧力および砥石回転速度の調整に頼っていた。改善策と
して、主軸（砥石）駆動用電動機の駆動電流を検出し
て、これを反比例の信号に変換し、電磁比例圧力調整弁
を操作する方法や、予め加工時間を数段階に分割して各
段階に圧力設定をする方法が採られている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】前記ように加工速度管
理および加工寸法管理を人作業で行う方法では、加工に
要する時間や、加工後の品質に個人差が出ることにな
り、加工時間が安定せず、加工品質が安定しない。前記
の主軸駆動電流を検出して圧力制御を行う方法や、加工
段階毎に圧力設定する方法による場合は、人作業に頼る
場合に比べて加工時間の安定性が改善されるが、より一
層の安定が要望される。

【０００４】この考案の目的は、加工時間と加工品質の
安定性向上が図れる球研磨機の加工速度制御装置を提供
することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この考案の構成を実施例
に対応する図１と共に説明する。球研磨機（１）は、２
枚の工具板（２），（３）間に素材となる球体（ａ）を
挟み、両工具板（２），（３）間に軸方向圧力を加えな
がら回転駆動を与えることにより球体（ａ）を研磨する
ものである。この球研磨機（１）において、研削開始か
ら終了までを多段階に区分した各加工段階における加工
完了寸法を設定した段階別加工完了寸法設定手段（３
５）と、前記各加工段階の予定加工時間を設定した段階
別加工時間設定手段（３６）と、球体の現状寸法，段階
別の加工完了寸法，および段階別の予定加工時間から各
加工段階の目標加工速度を演算する目標加工速度演算手
段（４２）と、加工速度の制御につき圧力優先制御と回
転速度制御との何れの制御を採用するかを各加工段階毎
に設定した圧力・回転速度優先設定手段（３８）とを設
ける。また、加工中の球体（ａ）の寸法を自動測定する
球径測定器（１３）を設け、かつその測定値から得られ
る実加工速度と前記目標加工速度との比較結果により工
具板（２），（３）間の軸方向圧力または回転数の変更
指令を出力する加工速度変更指令手段（４３）を設け
る。さらに、球径測定器（１３）の測定値と加工完了寸
法の設定値とを比較して加工を停止させる完了判定手段
（３６）を設ける。 加工速度変更指令手段（４３）は、
前記圧力・回転速度優先設定手段（３８）の設定に従
い、前記加工段階のうちの粗加工段階では、前記軸方向
圧力の変更指令を行ってこの圧力変更だけでは加工速度
を目標加工速度まで増減させることができない場合に前
記回転数の変更指令を出す圧力優先制御を行い、仕上げ
加工段階では圧力変更を行わずに回転数の変更指令のみ
を出力する回転速度制御を行うものとする。

【０００６】

【作用】目標加工速度は、球体（ａ）の現状寸法に応じ
て適宜の値に設定される。例えば、現状寸法が大きいと
きは加工速度を早く、小さいときは遅く設定し、加工時
間が一定になるようにする。研磨途中において、球研磨
機（１）内の球体（ａ）は球径測定器（１３）で取り出
されてその寸法が測定される。加工速度変更指令手段
（４３）は、測定寸法から得られる実加工速度と目標加
工速度とを比較し、比較結果に応じて工具板（２），
（３）の軸方向圧力または回転数の変更指令を出力す
る。すなわち、実加工速度が目標加工速度よりも低いと
きは、圧力増または回転数増とし、高いときは圧力減ま
たは回転数減とする。同じ場合は現在の圧力および回転
数を維持する。球径測定器（１３）による測定値が加工
完了寸法の設定値と一致すると、加工を停止させる。こ
のように、加工中の球体の寸法を実測して加工速度へフ
ィードバックするため、加工時間が安定する。また、球
径測定器（１３）で実測した寸法を加工完了寸法と比較
して自動停止させるので、加工完了品質が安定する。

【０００７】

【実施例】この考案の一実施例を図１ないし図７に基づ
いて説明する。球研磨機１は、工具板である案内円板２
と回転砥石３との間で球体ａを研磨するものであり、案
内円板２は油圧シリンダ４の伸縮により軸方向移動可能
にフレーム４に設置されている。回転砥石３は主軸６に
固定され、主軸用電動機７の駆動により回転駆動され
る。球体ａは軸受用の鋼球等となる素材である。案内円
板２および回転砥石３は、対向面に断面半円状の案内溝
が同心円状に一定間隔で多数本形成され、両溝間に球体
ａを挟み込む。

【０００８】案内円板２には、図２のように周方向の一
部に切欠８が設けられ、切欠８に一端を臨ませたインシ
ュート１０およびアウトシュート１１の他端を、回転ホ
ッパ９の出口部および入口部に配置してある。回転ホッ
パ９の球体ａは、インシュート１０→盤内（回転砥石３
と案内円板２との間）→アウトシュート１１→回転ホッ
パ９へと循環する。このアウトシュート１１の出口部に
自動球径測定器１３が設けてある。

【０００９】自動球径測定器１３は、回転ホッパ９の周
壁に測定器基台１４が取付けられており、球体取出装置
１５，インデックス板１６，および計測センサ１７を有
している。球体取出装置１５は、アウトシュート１１か
ら回転ホッパ９へ球体ａが落下する箇所へ溝形の球体掬
い１９をリフトシリンダ１８で降ろし、球体ａを一列の
並び状態に掬い上げるものである。リフトシリンダ１８
の上昇部で球体ａは中継シュート２０からインデックス
板１６の孔１６ａ内に入り、インデックス板１６の回転
によりその下側のガイド台２１上を転がって測定位置ま
で導かれる。インデックス板１６は割出モータ２２で駆
動される。

【００１０】測定位置において、球体ａは平行板ばね２
３を介して計測センサ１７を押し付けることにより球径
が測定される（図３）。測定の完了した球体ａは、イン
デックス板１６によりガイド台２１のアウトホール２４
に送られて、落下排出され、回転ホッパ９に戻る。

【００１１】制御系を説明する。主軸用電動機７は交流
モータからなり、制御盤３０に付設された周波数変換装
置３１による電源周波数の制御によって速度制御され
る。油圧シリンダ４は、油圧発生装置３２の電磁比例圧
力調整弁４４を介して油圧供給されるものであり、この
弁４４により自由に圧力調整が可能である。

【００１２】制御盤３０はプログラマブルコントローラ
３３を備えており、その機能手段としてこの加工速度制
御装置を構成する次の各手段３４〜４３が構成される。
各手段３４〜４３の構成については、後に各流れ図（図
４〜図６）等と共に補足説明するが、概略構成をここで
説明する。

【００１３】全体制御手段３４は、後に図４と共に説明
するメインプログラムとその実行手段とからなる。段階
別加工完了寸法設定手段３５は、研削開始から終了まで
を多段階に区分した各加工段階（図７参照）における加
工完了寸法を設定する記憶手段である。段階別加工時間
設定手段３６は、前記各加工段階の予定加工時間を設定
する記憶手段である。圧力・回転速度優先設定手段３８
は、加工速度の制御につき圧力優先制御（図５）と回転
速度制御（図６）との何れの制御を採用するかを各加工
段階毎に設定したフラグである。

【００１４】平均値演算手段４０は、自動球径測定器１
３から出力される各回の複数個の測定データの平均値を
演算し、前回平均値および今回平均値を記憶する手段で
ある。完了判定手段３９は、平均値演算手段４０で得ら
れる測定値が各段階の加工完了寸法に一致したことを検
出して次の加工段階への移行を行わせる手段であり、最
終加工段階においては一致検出により加工を停止させ
る。

【００１５】実加工速度演算手段４１は、平均値演算手
段４０で得た前回平均値と今回平均値との差を前回と今
回の時間間隔で除して単位時間当たり（この実施例では
測定時間間隔当たり）の実研削量を演算する手段であ
る。目標加工速度演算手段４２は、球体ａの現状寸法，
段階別の加工完了寸法，および段階別の予定加工時間か
ら各加工段階の目標加工速度を演算する手段であり、こ
の実施例では測定時間間隔当たりの目標研削量を演算す
るものとしてある。加工速度変更指令手段４３は、設定
加工速度と実加工速度とを比較して比較結果に応じた出
力を電磁比例圧力調整弁４４または周波数変換装置３１
に送る手段である。

【００１６】つぎに、上記構成の動作を説明する。回転
ホッパ９の球体ａは、前記のようにインシュート１２か
ら回転砥石３と案内円板２の間に供給され、研削後にア
ウトシュート１１から回転ホッパ９に戻る。この動作の
繰り返しにより球体ａの研削が行われる。アウトシュー
ト１１から戻る一部の球体ａは、一定の測定間隔で自動
球径測定器１３により球径が測定され、回転ホッパ９に
戻される。１回の測定時には、例えば１２個の球体ａが
測定され、その平均値が測定値とされる。

【００１７】研削の開始から終了までは多段階に区分さ
れる。この実施例では図７のように５段階に区分され、
各段階の加工が、図４にメインプログラムを示すように
順次実行される。第１段階（Ｓ１）は初期加工、第２段
階（Ｓ２）は粗加工、第３段階（Ｓ３）は冷却期間、第
４段階（Ｓ４）は仕上げ加工、第５段階（Ｓ５）はスパ
ークアウトである。この第２段階の加工（Ｓ２）に図５
の圧力制御優先の加工速度制御が、第４段階の加工（Ｓ
４）に図６の回転数制御による加工速度制御が各々行わ
れるのが一般的であるが、状況により制御方式が選択さ
れる。なお、第２，第４段階の加工完了寸法（図７のＤ
２，ＤＥ等）および第２，第４各段階の予定加工時間
（Ｔ２，ＴＥ等）は加工の開始前に予めプログラマブル
コントローラ３３に入力設定しておく。

【００１８】図７において、段階１の初期加工では、前
工程における仕上がり寸法のばらつきを無くすための研
削が一定時間行われる。例えば、回転ホッパ９が２回転
する間だけ加工が行われる。回転ホッパ９の１回転の時
間は、球体ａの寸法やホッパ容量によっても異なる。

【００１９】段階２の粗加工では、所定時間の無測定の
加工の後、図５に示す加工速度制御が行われる。すなわ
ち、粗加工の開始時点では前加工の段階の寸法ばらつき
が残っているため、このばらつきを除くために、例えば
回転ホッパ９が一定回転数回転する間だけ無測定の研削
が行われる（これにより１皮剥けた状態になる。）。こ
の後、自動球径測定器１３による第１回の測定が行わ
れ、図５の加工速度制御が開始される。

【００２０】同図の制御では、ステップＱ１からＱ９に
進みＱ１に戻るループの制御動作が、測定時間間隔（測
定周期）毎に繰り返される。測定の間隔は、この実施例
では回転ホッパ９の１回転毎としてある。図５の各繰り
返し過程では、まず加工寸法および加工時間の設定が行
われる（Ｑ１）。加工寸法の設定は、予め入力設定され
た第２段階の加工完了寸法設定値Ｄ２と、自動球径測定
器１３の測定値から得られた現状寸法との差が設定され
る。加工時間の設定は、加工開始から現在（各繰り返し
過程の開始時）までに要した時間を第２段階の予定加工
完了時間Ｔ２から引いた値が設定される。つぎに、これ
ら加工寸法設定値および加工時間設定値から単位時間当
たりの目標研削量が演算され、かつ測定時間間隔ｔ当た
りの目標研削量が演算されて設定される（Ｑ２）。ステ
ップＱ３では、予め設定された盤内の油圧シリンダ４の
標準圧力、および主軸用電動機７の駆動用の標準周波数
の値が所定の作業用記憶エリアに転送設定され、その設
定値で加工が行われる。

【００２１】なお、図５では図示を省略したが、第１回
目の測定の後、第２回目の測定までの間は、次のステッ
プＱ４に進ことなく、標準圧力，標準周波数で加工を行
ってステップＱ１に戻り、第３回目の測定の後にステッ
プＱ３からＱ４に進む。

【００２２】ステップＱ４では、自動球径測定器１３で
複数個ずつ測定される前回の測定平均値と今回の測定平
均値との差を取り、時間当たりの実研削量（実加工速
度）を演算する。この例では、測定時間間隔ｔ当たりの
研削量を演算している。この実加工速度と目標加工速度
とを比較し（Ｑ５）、実加工速度が目標加工速度よりも
遅い場合は加圧指令が出され（Ｑ６）、速い場合は減圧
指令が出される（Ｑ８）。同じ場合は現状圧力を維持す
る（Ｑ７）。前記の圧力の変更指令（Ｑ６，Ｑ８）によ
り、電磁比例圧力調整弁４４の制御電流が制御され、油
圧シリンダ４による案内円板２の加圧力の増減が行われ
る。増減幅は、例えば上限から下限までを１０等分した
ものを１単位とし、加工速度差の大きさに応じて１単位
の倍数で前記の増減指令が行われる。

【００２３】圧力変更だけで加工速度を目標値まで増減
させることができない場合は、周波数変換装置３１に対
して周波数増（Ｑ１１）または周波数減（Ｑ１３）の指
令を出す。周波数変更でも対応できない場合は、アラー
ムとする。周波数変更による加工速度の変更は、次のよ
うに行われる。すなわち、電源周波数が下がると、回転
砥石３の回転速度が下がるが、回転ホッパ９から回転砥
石３へ流入する球体ａの流入量は一定であるため、回転
砥石３内における球体ａの間隔が詰まり球体ａの１個当
たりの荷重が減少する。そのため、圧力を下げたのと同
じ効果となり、加工速度が落ちる。

【００２４】加工圧力および砥石回転速度には共に一定
の許容範囲があり、また加工速度への効き方も異なる。
そのため、この実施例では両方を使い分けている。すな
わち、粗加工のように研削取代が多い場合は、図５のよ
うに圧力調整を優先して加工速度の調整幅を大きくし、
仕上げ加工では図６のステップＲ６，Ｒ８に示すように
砥石回転速度による加工速度の制御だけとして高品質の
加工を図っている。

【００２５】図５のステップＱ９では、今回の測定平均
値と第２段階の加工完了寸法設定値Ｄ２とを比較し、設
定値に達していなければステップＱ１に戻って加工を続
行する。この場合に、繰り返し過程では前記の今回測定
平均値を現状寸法として入力し、かつ１ループに要する
加工時間（回転ホッパ９の１回転の時間）を予定加工時
間から減算して単位時間当たりの目標研削量を設定し直
す（Ｑ１，Ｑ２）。標準圧力および標準周波数は、前記
のステップＱ６，Ｑ８，Ｑ１１，Ｑ１３の処理を行った
場合には、その値に更新される。このようにして加工が
続けられ、前回と同様に目標加工速度と実加工速度とを
比較して加工速度の増減が行われる（Ｑ５〜Ｑ８）。こ
の後、今回測定平均値が第２段階の加工完了寸法設定値
Ｄ２と一致すると、次の第３加工段階（図４のステップ
Ｓ３）へ移行する。

【００２６】第３段階は球体ａの冷却期間であり、加圧
力を最低にして設定速度で回転砥石３を一定期間回転さ
せる。すなわち、第２段階が強加工のために球体ａは発
熱しており、このままで次の仕上げ加工に入ると、熱膨
張のために寸法誤差が生じ、制御上で問題が発生する。
そのため、前記のように加圧力を最低として冷却期間を
設ける。なお、球体ａが回転砥石３の中を通過する時間
は、回転ホッパ９内で待機状態にある期間よりもはるか
に短い。そのため、連続加工である関係から、加工状態
の異なる球体ａが混在することになるが、加工段階３は
この差を縮める役目も果たす。

【００２７】第４段階の仕上げ加工に入ると、図６の流
れ図の制御が行われる。同図の制御は、実加工速度と目
標加工速度とが異なる場合に、周波数制御を行って加工
速度を調整するようにしている（Ｒ６，Ｒ８）。目標加
工速度は、仕上げ加工に応じた値に設定される。その他
の動作は図５の制御と同様である。測定平均値が最終段
階の加工完了寸法ＤＥに一致すると（Ｒ９）と、第５加
工段階のスパークアウトに移行した後、研削を停止す
る。なお、各段階の加工の停止は、寸法一致の判断の
後、回転ホッパ９が１回転したことを検出したときに行
われる。

【００２８】第５加工段階は、第３段階と同様に加圧力
を最低にして寸法を揃える加工である。大きい寸法の球
体ａのみが研削され、小さい径の球体ａは加工されない
ため、ばらつき範囲内で球体ａの寸法が揃えられる。第
５加工段階で研削される取代は経験的に想定できるの
で、最終過去完了寸法ＤＥを第４段階で設定すること
で、ロット間でも実際の最終加工完了寸法が統一され
る。

【００２９】この加工速度制御装置によると、このよう
に自動球径測定器１３を設け、加工中の球体ａの寸法を
実測して加工速度へフィードバックするため、加工時間
が安定する。この場合に、加工ロット間で研削取代に差
があっても、目標加工速度を球体ａの現状寸法に応じて
その段階の加工完了寸法と標準加工時間とから設定する
ようにしたため、加工時間を同じにすることができる。
すなわち、図７に第１回目のロットを白丸印で、第２回
目のロット黒丸印で、第３回目のロットを×印で各々示
すように、各加工ロットの加工前の寸法に差があって
も、予定加工完了時間Ｔ２で加工が完了するように目標
加工速度が設定される。この目標加工速度で加工される
ように、前記の加工速度のフィードバックが行われ、正
確に予定加工完了時間Ｔ２で加工が完了する。しかも、
この実施例では加工の進行に伴い、現状加工寸法に応じ
て目標加工速度を常に更新するようにしたので、より一
層正確に予定加工時間でその段階の加工を完了させるこ
とができる。

【００３０】また、この加工速度制御装置では、自動球
径測定器１３で実測した寸法を設定加工完了寸法と比較
して自動停止させるので、加工完了品質が安定する。さ
らに、この実施例では加工段階を多段階に区分し、中間
の第２段階においてもその段階の加工完了寸法になった
ことを自動検出して加工停止するため、次の加工段階へ
流れる球体ａの寸法がロット間でばらつかず、これによ
り最終製品の球体ａの寸法品質がより一層向上する。し
かも、第３および第５加工段階において、加圧力を最低
にしてバラツキを小さくする工程を設けているため、最
終製品の寸法品質がさらに向上する。さらに、球径の自
動計測を行い、速度制御および停止制御を自動的に行う
ようにしたため、作業者の負担軽減、すなわち工数削減
となる。

【００３１】なお、前記実施例では、加工の進行に伴
い、現状加工寸法に応じて目標加工速度を常に更新する
ようにしたが、一度設定した目標加工速度をその加工段
階の終了まで一定値のまま維持するようにしても良い。
また、前記実施例では多数段の加工段階に区分したが、
この考案は加工開始から終了までを１段階とする場合に
も適用することができる。

【００３２】

【考案の効果】この考案の加工速度制御装置は、自動球
径測定器を設け、加工中の球体の寸法を実測して加工速
度へフィードバックするため、加工時間が安定する。こ
の場合に、加工ロット間で研削取代に差があっても、目
標加工速度を球体の現状寸法に応じて適宜の値に設定す
ることにより、加工時間を同じにすることができる。ま
た、球径測定器で実測した寸法を加工完了寸法と比較し
て自動停止させるので、加工完了品質が安定する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の一実施例を適用する球研磨機の平面
図と制御系の概念構成のブロック図とを示す説明図であ
る。

【図２】その球研磨機の斜視図である。

【図３】同球研磨機における自動球径測定器の部分拡大
断面図である。

【図４】その加工速度制御装置のメインプログラムの流
れ図である。

【図５】同加工速度制御装置の圧力優先の加工速度制御
動作を示す流れ図である。

【図６】同加工速度制御装置の回転数制御による加工速
度制御動作を示す流れ図である。

【図７】同加工速度制御装置による制御動作の加工時間
と寸法との関係を示す説明図である。

【符号の説明】

１…球研磨機、２…案内円板、３…回転砥石、４…油圧
シリンダ、７…主軸用電動機、９…回転ホッパ、１３…
自動球径測定器、３０…制御盤、３１…周波数変換装
置、３３…プログラマブルコントローラ、３５…段階別
加工完了寸法設定手段、３６…段階別加工時間設定手
段、３７…加工速度設定手段、４１…実加工速度演算手
段、４２…目標加工速度演算手段、４３…加工速度変更
指令手段、４４…電磁比例圧力調整弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B24B 49/04 B24B 11/06

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２枚の工具板間に素材となる球体を挟
   み、両工具板間に軸方向圧力を加えながら回転駆動を与
   えて研磨する球研磨機において、研削開始から終了まで
   を多段階に区分した各加工段階における加工完了寸法を
   設定した段階別加工完了寸法設定手段と、前記各加工段
   階の予定加工時間を設定した段階別加工時間設定手段
   と、球体の現状寸法，段階別の加工完了寸法，および段
   階別の予定加工時間から各加工段階の目標加工速度を演
   算する目標加工速度演算手段と、加工速度の制御につき
   圧力優先制御と回転速度制御との何れの制御を採用する
   かを各加工段階毎に設定した圧力・回転速度優先設定手
   段と、加工中の球体の寸法を自動測定する球径測定器
   と、この球径測定器の測定値から得られる実加工速度と
   前記目標加工速度とを比較しその比較結果に応じて前記
   工具板の軸方向圧力または回転数の変更指令を出力する
   加工速度変更指令手段と、前記球径測定器の測定値と加
   工完了寸法の設定値とを比較して加工を停止させる完了
   判定手段とを備え、加工速度変更指令手段は、前記圧力
   ・回転速度優先設定手段の設定に従い、前記加工段階の
   うちの粗加工段階では、前記軸方向圧力の変更指令を行
   ってこの圧力変更だけでは加工速度を目標加工速度まで
   増減させることができない場合に前記回転数の変更指令
   を出す圧力優先制御を行い、仕上げ加工段階では圧力変
   更を行わずに回転数の変更指令のみを出力する回転速度
   制御を行うものとした球研磨機の加工速度制御装置。