JP2818784B2 - 砥石の管理装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は砥石の管理装置に関するものである。

［従来の技術］ 一般に、研削盤の砥石に摩耗や目づまり、目こぼれ
（以下、まとめて摩耗という）が生じたときには、ワー
クの加工面に悪影響を与える。従来、作業者は工具の摩
耗を加工後のワークに基いて判断しており、ワーク加工
面の荒れや研削焼けが生じたとき、或いは研削時の切り
込み量に対して実際のワークの寸法変化が少ないとき等
に砥石が摩耗したと判断し、ドレッシングを実施したり
砥石を交換したりしている。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、上記したような方法を実行するには相当の
熟練を要するばかりでなく、ワーク加工面に悪影響を与
える程度に砥石の摩耗が進行しないと摩耗を判断するこ
とができない。このため作業者がその状態を把握して対
処するときには、すでに摩耗の進行した砥石でかなりの
量の研削を行なってしまっているという問題がある。

以上の問題は無人自動加工の場合に特に顕著に生じ、
加工工程が自動化されているにもかかわらず砥石の摩耗
を自動的に管理することができないのが現状である。こ
のため完全な自動化、無人化を達成するためのインプロ
セス測定の開発が要望されている。

この発明の目的は、使用者に熟練を要求することなく
砥石の摩耗を早期に検出でき、不良な砥石で研削を行な
うことを未然に防ぐとともに、無人自動加工のためのイ
ンプロセス測定にも対応することができる砥石の摩耗検
出装置と砥石の管理装置とを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ この発明は、ワークの加工に伴って研削盤の各部に発
生する振動の内、研削抵抗の主分力に沿う方向の振動を
検出する第一の振動検出手段と、同じく、ワークの加工
に伴って研削盤の各部に発生する振動の内、研削抵抗の
背分力に沿う方向の振動を検出する第二の振動検出手段
と、前記第一及び第二の振動検出手段が示す振動の量に
基いて研削盤の砥石の摩耗量を判定する第一の判定手段
と、前記第一の振動検出手段及び／又は第二の振動検出
手段が示す振動の量に基いて、研削盤の砥石のバランス
状態を判定する第二の判定手段と、前記第一の判定手段
が判定した砥石の摩耗量と、第二の判定手段が判定した
砥石のバランス状態とを表示する表示手段とを備えた砥
石の管理装置をその要旨とするものである。

［作用］ この発明においては、砥石が摩耗して切れ味が鈍る
と、研削抵抗の主分力が減少し背分力が増加する。加工
に伴って研削盤の各部に発生する振動の内、主分力の減
少に伴ってこの力に沿う方向の振動量が減少し、背分力
の増加に伴ってこの力に沿う方向の振動量が増加する。
それぞれの方向の振動量は第一及び第二の振動検出手段
にて検出され、検出された振動量に基づいて第一の判定
手段が砥石の摩耗量を判定する。加えて、第二の判定手
段が第一及び第二の振動検出手段からのそれぞれの検出
信号の内、少なくとも一方の検出信号が示す振動の量に
基いて砥石のバランス状態を判定し、この判定値を表示
手段が表示する。また、表示手段は前記第一の判定手段
が判定した砥石の摩耗量も表示する。使用者は表示手段
によって今現在の砥石の摩耗量とバランス状態とを容易
に把握することができる。

［実施例］ 以下、第一実施例として、砥石の摩耗量を表示する摩
耗表示装置を第１〜５図に従って説明する。

第1,2図に示すように、研削盤の主軸ヘッド１の右側
面には第一の振動検出手段としての左右方向加速度ピッ
クアップ２が取着され、同ピックアップ２はその方向特
性により、矢印で示すように主軸ヘッド１の左右方向の
振動のみを検出するようになっている。また、主軸ヘッ
ド１の上側面には第二の振動検出手段としての上下方向
加速度ピックアップ３が取着され、同ピックアップ３は
その方向特性により、矢印で示すように主軸ヘッド１の
上下方向の振動のみを検出するようになっている。砥石
4aの装着された主軸４を駆動するためのモータ５には回
転数センサ６が内装され、モータ５の回転を検出するよ
うになっている。

前記両加速度ピックアップ2,3及び回転数センサ６が
接続された表示盤７にはLEDにて構成された表示部7aが
設けられ、同表示部7aの下側には摩耗量を測定すべき砥
石7aの種類を指定するため砥石指定ダイヤル８、電源ス
イッチ９、及び砥石4aがワークＷを研削している研削時
を指示するための測定指示ボタン14が設けられている。

第３図に示すように、前記表示盤７に内装された判定
手段としての中央演算処理装置（以下、CPUという）10
には前記回転数センサ６が接続され、両加速度ピックア
ップ2,3がバンドパスフィルタ11を介して接続されてい
る。また、CPU10には表示部駆動回路15を介して前記表
示盤７の表示部7aが接続されるとともに、砥石指定ダイ
ヤル８及び測定指示ボタン14が接続され、ランダムアク
セスメモリ（以下、RAMという）12、並びにリードオン
リメモリ13（以下、ROMという）13が接続されている。R
OM13には研削時における主軸ヘッド１の振動に基いて砥
石4aの摩耗量を判定するためのプログラムが記憶されて
おり、CPU10はこのプログラムに従って摩耗量を判定す
るようになっている。なお、前記RAM12はCPU10が行なう
処理のデータを一時的に記憶するようになっている。

次に、上記のように構成された砥石の摩耗表示装置の
作用を述べるが、その前に研削に伴って発生する研削抵
抗が砥石4aの振動にどのような影響を及ぼすかを説明す
る。

第４図に示すように、砥石4aを時計方向に回転させて
ワークＷを研削しているとき、研削抵抗の主分力F1が砥
石4aを左右へ移動させるように働くとともに、同じく研
削抵抗の背分力F2が砥石4aを上方へ移動させるように働
く。

一般に研削抵抗の主分力F1と背分力F2との比率は1:1.
5〜1:2.5程度の値を示し、この値は砥石4aの摩耗の進行
に伴って変化する。すなわち、ある切込み量の研削を実
行して背分力F2が生じた時には、この時点の砥石4aの摩
耗量に応じた主分力F1が発生する。例えば、第５図に破
線で示すように、未使用の砥石4aの場合には切れ味が良
いため、背分力F2に対する主分力F1の割合が大きい。そ
して、摩耗に伴って切れ味が悪くなると主分力F1が減少
するとともに背分力F2が増加し、第５図にハッチングで
示す摩耗限度に至る。

一方、砥石4aによるワークＷの研削は、その表層にあ
る無数の砥粒がそれぞれ切れ刃の作用をなし、ワークＷ
の加工面を無数の切りくずとして削りとることによって
なされる。そして、各砥粒がワークＷを削る際には不特
定な方向性を有する振動が砥石4aとワークＷに生じる。

そして、砥石4aとワークＷに発生する様々な方向の振
動の内、主分力F1に沿う方向の振動量はこの主分力F1に
従って増減し、背分力F2に沿う方向の振動量はこの背分
力F2に従って増減する。従って、上記したように砥石4a
が摩耗すると、背分力F2の増加に伴ってこの方向の振動
量が大きくなり、主分力F1の減少に伴ってその方向の振
動量が小さくなり、両方向の振動量の比率が変化する。

そこで、上記のような現象が生じることを前提とし
て、この摩耗表示装置にて砥石4aの摩耗を測定する場合
について説明する。

まず、摩耗量を測定する砥石4aの種類を前記表示盤７
の砥石指定ダイヤル８にて指定し、この砥石4aを使用し
所定材質のワークＷに対して所定の切り込み量、ワーク
送り速度、砥石回転数にて研削を開始するとともに、表
示盤７の電源スイッチ９を操作して作動させる。そし
て、ワークＷの往復動に伴い同ワークＷが砥石4aに削ら
れている研削時に前記測定指示ボタン14を押圧する。

すると、前記左右方向加速度ピックアップ２は研削時
における主軸ヘッド１の左右方向の振動、すなわち砥石
4aの左右方向の振動を検出し、一方、上下方向加速度ピ
ックアップ３は主軸ヘッド１の上下方向の振動、すなわ
ち砥石4aの上下方向の振動を検出する。そして、前記CP
U10は回転数検出センサ６が検出した砥石4aの回転数を
中心周波数とするようにバンドパスフィルタ11を制御す
るとともに、同フィルタ11を介して前記両加速度ピック
アップ2,3からの検出信号を入力し、それぞれの加速度
ピックアップ2,3が示す振動量の比率を求める。前述し
たように、主分力F1方向の振動量と背分力F2方向の振動
量との比率が砥石4aの摩耗に伴って変化すため、左右及
び上下方向加速度ピックアップ2,3が示すそれぞれの振
動量の比率も砥石4aの摩耗に伴って変化すると見做すこ
とができる。

なお、砥石4aの回転数はワークＷとの接触離間に伴う
負荷の変動によって変化するが、前記CPU10がこの変化
に応じてバンドパスフィルタ11を制御するため、左右及
び上下方向加速度ピックアップ2,3が検出したあらゆる
周波数の振動の内、砥石4aの回転数を中心とする所定幅
の周波数の振動のみが常にCPU10に入力されることとな
る。

前記ROM13には砥石指定ダイヤル８にて選択し得るそ
れぞれの砥石4aについて、未使用時と摩耗限界時とに上
記した振動量の比率がどのような値になるかが記憶され
ており、CPU10は求めた比率がROM13に記憶された未使用
時の比率と摩耗限界時の比率との間のどの位置にあるか
を、未使用時の比率を100％とし摩耗限界時の比率を０
％とした割合で示し、前記表示盤７の表示部7aに表示さ
せる。例えば、摩耗限界に近い砥石であれば０％近くの
値が表示され、使用者は砥石を交換したり所定のドレッ
シング操作を行なったりすることとなる。

なお、上記したようにワークＷの材質、切り込み量、
ワーク送り速度、砥石回転数を所定の値に設定するの
は、これらの要素が主分力F1と背分力F2との比率に影響
を与え判定結果に誤差が生じてしまうためであり、測定
する砥石4aの種類に応じてROM13に記憶されたそれぞれ
の振動量の比率を使い分けているのも、それぞれの砥石
4aによってこの比率が相違するためである。

このように本実施例の砥石の摩耗検出装置によれば、
砥石4aの摩耗量を数値として表示するため、熟練者でな
くても容易に摩耗の判断ができる上に、主分力F1と背分
力F2との比率が砥石4aの摩耗に従って鋭敏に変動するた
め、正確かつ早期に砥石の摩耗状態を把握することがで
きる。従って、砥石4aが摩耗したのに気付くのが遅れ、
摩耗の進行した砥石4aでワークＷを研削し続けてしまう
ことがない。

加えて、本実施例の摩耗表示装置においては、左右及
び上下方向加速度ピックアップ2,3が検出したあらゆる
周波数の振動の内、砥石4aの回転数を中心とする所定幅
の周波数の振動のみに基いて砥石4aの摩耗量を判定する
ようになっている。一般に、砥石4aの摩耗によって生じ
る振動は砥石4aの回転数に同期した周波数成分のものが
多いことが確認されており、このような振動のみに基い
て砥石4aの摩耗量を判定する本実施例の摩耗表示測定は
他の要因で発生する振動により誤差を生じることがな
く、バンドパスフィルタ11を用いない場合と比較してよ
り正確な摩耗量を表示することができる。

なお、本実施例は摩耗検出装置を砥石4aの摩耗量を表
示する表示装置として具体化したが、摩耗検出装置はこ
れに限定されることはなく、例えば、NC研削盤における
砥石4aの摩耗量を判定する摩耗検出装置として具体化
し、同装置の判定値に基いてNC研削盤側が自動的に所定
の処理、例えば、ブザーにて管理者に報知したり、自動
的にドレッシング工程を実行したりするようにしてもよ
い。このように構成すれば自動的に砥石4aの摩耗状態を
管理することができ、完全な無人自動加工を達成するこ
とができる。

また、本実施例の摩耗表示装置においては、摩耗量の
判定値をより正確にすべく、バンドパスフィルタ11を経
て得られた砥石4aの摩耗による振動のみに基いてその摩
耗量を判定したが、このバンドパスフィルタ11は必ずし
も用いる必要はなく、同フィルタ11を用いない場合でも
実用上充分に正確な判定値を得ることができる。

さらに、本実施例の摩耗表示装置においては、測定指
示ボタン14の押圧によってCPU10が研削時と空走時との
判別を行なうようにしたが、例えば、研削盤のテーブル
の往復動ストロークを設定するための通常のリミットス
イッチの他に、移動中のワークが砥石に接触する位置
と、同じくワークが砥石ワークの往復動に伴って同ワー
クが砥石から離間する位置とを検出するためのリミット
スイッチを設け、このリミットスイッチのオンオフに基
いて研削時を判定するようにしてもよい。

次に、第二実施例として、砥石4aの摩耗量とバランス
状態とをそれぞれ表示する砥石の管理装置を第6,7図に
従って説明する。なお、この砥石の管理装置は前記第一
実施例の摩耗表示装置に対して、砥石4aのアンバランス
状態を判定して表示する機能を付加したものであるた
め、この付加した箇所を重点的に説明する。

第６図に示すように、研削盤のモータ５には第一実施
例の回転数センサ６に代えて原点検出センサ21が内装さ
れ、同センサ21はモータ５とともに砥石4aが１回転する
間に原点検出信号を１回出力するようになっている。表
示盤７には多数のLEDが環状に列設された位置表示部22
が設けられ、この位置表示部22の中央には前記第一実施
例と同様に数値を表示するための数値表示部23が設けら
れている。また、両表示部22,23の下側には前記第一実
施例と同様の砥石指定ダイヤル８、電源スイッチ９、及
び測定指示ボタン14が設けられている。なお、本実施例
の砥石の管理装置においては、前記位置表示部22と数値
表示部23とによって表示手段が構成されている。

第７図に示すように、前記原点検出センサ21は第一及
び第二の判定手段としてのCPU10に接続されており、こ
のCPU10には表示部駆動回路15を介して前記位置表示部2
2と数値表示部23とが接続されている。また、ROM13には
砥石4aの摩耗量を判定するためのプログラムの他に、砥
石4aのアンバランス状態を判定するためのプログラムが
記憶され、CPU10はこれらのプログラムに従って摩耗量
やアンバランス状態を判定するようになっている。

また、CPU10は原点検出センサ21からの原点検出信号
のパルス周期に基き砥石4aの回転数を算出してバンドパ
スフィルタ11を制御し、このバンドパスフィルタ11を介
して左右方向及び上下方向加速度ピックアップ2,3から
の検出信号を入力するとともに、この検出信号と前記原
点検出センサ21からの原点検出信号に基いて上記した判
定動作を行なうようになっている。

さらに、CPU10は摩耗量表示モードとバランス状態表
示モードとの２種類のモードに切り換え得るようになっ
ており、前記測定指示ボタン14を押圧操作しない限り、
バランス状態表示モードを維持するようになっている。
そして、測定指示ボタン14を押圧操作すると、CPU10は
摩耗量表示モードに切り換え動作するとともに、内蔵さ
れたタイマ10aがカウント動作を開始し、所定時間経過
後に自動的にバランス状態表示モードに復帰するように
なっている。

次に、この砥石の管理装置を使用する場合について説
明する。

砥石4aの摩耗量を測定するためワーク研削時に測定指
示ボタン14を押圧操作すると、CPU10は摩耗量表示モー
ドに切り換え動作し、第一実施例と同様に、バンドパス
フィルタ11を介して左右方向及び上下方向加速度ピック
アップ2,3からの検出信号を入力し、それぞれの信号が
示す振動量の比率を求める。さらに、CPU10はこの比率
がROM13に記憶された未使用時と摩耗限界時の比率の間
のどの位置にあたるかを、未使用時の比率を100％とし
摩耗限界時の比率を０％とした割合で示し、前記表示盤
７の数値表示部23に表示させる。そして、前述したよう
にCPUU10は所定時間経過後にバランス状態表示モードに
切り換え動作をし、数値表示部23の表示を停止させる。
使用者はこの数値表示部23の表示に基いてドレッシング
作業等が必要か否かを判断することになる。

次に、CPU10が摩耗量表示モードにあるとき、すなわ
ち前記測定指示ボタン124を押圧操作してから所定時間
が経過するまで以外のときには、CPU14は前記バンドパ
スフィルタ11を介して入力される上下方向加速度ピック
アップ３からの検出信号と、原点検出センサ21からの検
出信号とに基いて砥石4aのアンバランス量とそれが発生
する位相とを判定する。このアンバランス量とは砥石4a
に発生する振動の大きさであり、位相とは砥石4aの重い
箇所を示す位相である。なお、砥石4aのアンバランス量
とそれが発生する位相とをまとめて砥石4aのバランス状
態という。

さらに、CPU10は判定した砥石4aのアンバランス量を
前記数値表示部23に表示させるとともに、同じく判定し
た位相に対応する位置表示部22のLEDを点灯させる。そ
して、使用者は両表示部22,23の表示に基いて、例え
ば、図示しない砥石フランジに設けられたバランスピー
スの位置を変更したりして、砥石4aのアンバランスを解
消することになる。

このように本実施例の砥石の管理装置は、前記第一実
施例と同様に測定対象となる砥石4aの摩耗状態を正確、
かつ早期に把握することができるばかりでなく、そのバ
ランス状態も容易に把握することができる。砥石4aに生
じる一般的なトラブルとしては上記した摩耗とアンバラ
ンスとが大半を占めるため、この砥石の管理装置によれ
ば砥石4aを総合的に管理し、そのトラブルを未然に防ぐ
ことができる。

なお、本実施例の砥石の管理装置においては、上下方
向加速度ピックアップ３からの検出信号に基いて砥石4a
のバランス状態を判定したが、その代わりに左右方向加
速度ピックアップ２からの検出信号に基いてバランス状
態を判定したり、両加速度ピックアップ2,3からのそれ
ぞれの検出信号に基いて、砥石4aのバランス状態を判定
したりしてもよい。

また、前記第一実施例の摩耗表示装置及び第二実施例
の砥石の管理装置においては、主軸ヘッド１に取着した
加速度ピックアップ2,3が示す砥石4aの振動に基いてそ
の摩耗を判定したが、例えば、テーブルにその左右及び
上下方向の振動をそれぞれ検出するように左右及び上下
方向加速度ピックアップ2,3を取着し、それぞれの加速
度ピックアップが示す振動量の比率に基いて砥石4aの摩
耗量を判定するようにしてもよい。この場合においても
加工時にテーブルに発生する振動の内、主分力F1方向の
振動は主分力F1に従って増減し、背分力F2方向の振動は
背分力F2に従って増減するため、この両方向の振動量の
比率に基いて摩耗量を判定することができる。

［発明の効果］ 以上詳述したように、この発明の砥石の管理装置によ
れば、使用者に熟練を要求することなく砥石の摩耗を早
期に検出でき、不良な砥石で研削を行なうことを未然に
防ぐとともに、無人自動加工のためのインプロセス測定
に対応することができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図から第５図は第一実施例を示し、第１図は摩耗表
示装置を研削盤に接続した状態を示す正面図、第２図は
加速度ピックアップが取着された主軸ヘッドを示す部分
側面図、第３図は電気的構成を示すブロック図、第４図
は砥石とワークとの間に生じる主分力と背分力とを示す
説明図、第５図は砥石の摩耗に伴う主分力と背分力との
変化を示す説明図、第６図と第７図は第二実施例を示
し、第６図は管理装置を研削盤に接続した状態を示す正
面図、第７図は電気的構成を示すブロック図である。 ２は第一の振動検出手段としての左右方向加速度ピック
アップ、３は第二の振動検出手段としての上下方向加速
度ピックアップ、4aは砥石、10は第一及び第二の判定手
段としてのCPU、22は表示手段としての位置表示部、23
は表示手段としての数値表示部、Ｗはワーク、F1は主分
力、F2は背分力である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B24B 49/18 B24B 45/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワーク（Ｗ）の加工に伴って研削盤の各部
   （4a）に発生する振動の内、研削抵抗の主分力（F1）に
   沿う方向の振動を検出する第一の振動検出手段（２）
   と、 同じく、ワーク（Ｗ）の加工に伴って研削盤の各部（4
   a）に発生する振動の内、研削抵抗の背分力（F2）に沿
   う方向の振動を検出する第二の振動検出手段（３）と、 前記第一及び第二の振動検出手段（2,3）が示す振動の
   量に基いて研削盤の砥石（4a）の摩耗量を判定する第一
   の判定手段（10）と、 前記第一の振動検出手段（２）及び／又は第二の振動検
   出手段（３）が示す振動の量に基いて、研削盤の砥石
   （4a）のバランス状態を判定する第二の判定手段（10）
   と、 前記第一の判定手段が判定した砥石（4a）の摩耗量と、
   第二の判定手段が判定した砥石（4a）のバランス状態と
   を表示する表示手段（22,23）と を備えた砥石の管理装置。