JP2949596B2 - 研削盤の切込み制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 この発明は、砥石の摩耗量に応じて補正された比例ゲ
インを用いて研削盤における切込み速度を制御する技術
に関する。

《従来の技術》 一般に、例えば内面研削盤は、前後移動可能な切込台
上にワーク保持機構を介して円筒状ワークを回転保持し
ており、この円筒状ワークは上記切込台を切込み送りさ
せることにより、そのワーク内面の研削位置にある砥石
でもって内面研削されるとともに、上記円筒状ワークの
内面寸法はインプロセスゲージを用いて測定され、その
測定寸法が所定の寸法と等しくなると、上記切込台を後
退させるように構成されている。

また、上記のような内面研削盤にあっては、例えば砥
石が取り付けられた砥石軸のモータにおける電流値や電
力値を用いて、砥石にかかる研削力を研削力信号として
出力し、この研削力信号とあらかじめ設定した研削力目
標値とから研削力偏差を求め、その研削力偏差に所定の
比例ゲインを乗算することにより上記切込台の送り速度
を比例制御していた。

しかして、上記のような円筒状ワーク内面を１回ドレ
ッシングした砥石でもって、途中ドレッシングを行なう
ことなく、複数個にわたり連続的に研削すると、ワーク
の研削個数が増すに従い砥石が摩耗して砥石径が変化す
るとともに、その砥石の研削性能が砥粒の脱落、破砕等
に起因して変化することは避けられず、その結果、上記
のような研削力偏差に単純に比例する比例制御によった
のでは、砥石径や砥石の研削性能の変化によって、研削
力が研削力目標値に到達しないうちにワークが目標寸法
に達してしまうということが起こる。

研削力が研削力目標値に到達しないでワークが目標寸
法に達してしまうということは、砥石の切れ味がよくな
っていて（研削加工過程での砥石の砥粒の適度の脱落
は、ドレッシング直後よりも砥石の研削性能を向上す
る）、より速い切り込み送り速度で研削できる研削性能
になっているのに、それよりも遅い切り込み送り速度で
研削して研削効率を悪くし、研削時間を不必要に長くし
たり、また、特に、内面研削のように、研削力による砥
石軸の傾きを予め考慮して砥石軸線をその分わずかに傾
けて研削する場合、目標値に達していない研削力により
ワークの軸線と砥石の軸線との傾きが微妙に変化するの
で、ワークの研削仕上がり面の円筒度を悪くしたりする
のである。

そこで、あらかじめ研削加工を行うことにより使用す
る砥石の研削性能が変化する割合を事前に予想し、その
予想した割合を定数に用いて上記比例制御における比例
ゲインを補正するように構成されていた。

《発明が解決しようとする課題》 しかしながら、このような従来の内面研削盤にあって
は、あらかじめ研削加工を行うことにより事前に予測し
た砥石の研削性能が変化する割合を定数に用いて、比例
制御における比例ゲインを補正するように構成されてい
るため、その定数は固定されており、一方例えば砥石品
質のばらつき、あるいは砥石をドレスした際に生じるド
レスのばらつきにより、各砥石の研削性能が各々異なっ
てくることは避けられない。

ところが、従来の内面研削盤にあっては上記のように
単に固定された一つの定数でもって上記比例ゲインを補
正するのみであるため、各砥石の研削性能に適合した適
切な補正を行うことができず、従って各砥石に生ずる品
質のばらつき、あるいはドレスのばらつきを十分に吸収
することが不可能であり、その結果研削された円筒状ワ
ークの円筒度にばらつきが生ずるという問題があった。

《課題を解決するための手段》 この発明は上述の事情に鑑みてなされたもので、その
目的とすることろは、砥石が摩耗して変化する研削性能
に応じて比例制御における比例ゲインを補正し、研削性
能に応じて研削時間を短縮しながら、ワークの仕上がり
状態を良好に維持することにあり、上記目的を達成する
ために本発明は下記の如く構成されている。

すなわち、第１図のクレーム対応図に示すように、研
削用砥石10のドレッシング後に、研削力目標値に対する
研削力の偏差と比例ゲインK_Pとの積を基に砥石10に対す
るワークＷの相対的切込み送り速度を比例制御して、研
削力が目標値になるように制御しながら、複数個のワー
クＷを順次連続的に同一寸法に研削加工する研削盤にお
いて、上記砥石10における所定の砥石径を基準とし、こ
の砥石10でもって上記ワークＷを上記寸法に研削加工し
た後あるいは研削途中の砥石径10と上記基準の砥石径と
の差分から上記砥石10の摩耗量P₂を求める摩耗量演算手
段ｄと、上記摩耗量演算手段ｄからの砥石10の摩耗量P₂
に基づいて上記比例ゲインK_Pの補正値を算出する比例ゲ
イン補正値演算手段ｅとを具備し、研削による砥石10の
摩耗量に応じて切込み送り速度を変えて速やかに研削力
を研削力目標値に到達するようにしたものである。

《作用》 この発明は、第２図に示すように、ワークの研削によ
る砥石の摩耗量に応じて、摩耗量が大きければその分比
例ゲインを大きく補正して切り込み送り速度を大きくす
ることにより、所望の研削力（研削力目標値）に速やか
に到達できるようにしたもので、本発明によれば、摩耗
量演算手段ｄにおいて砥石10の摩耗量P₂を求め、補正値
演算手段ｅにおいて上記摩耗量P₂に基づき制御手段ｃに
おける比例ゲインK_Pを補正するように作用する。

《実施例の説明》 以下、本発明に係る研削装置を内面研削盤に適応した
一実施例について第３図及び第４図を用いて詳細に説明
する。

すなわち、上記内面研削盤は第３図に示す如くＸ軸方
向へ前後移動可能な切込台１とＺ軸方向へ往復移動可能
な砥石台２とを備えており、上記切込台１はサーボモー
タ３及び図示しないボールネジ機構を介して駆動され、
一方上記砥石台２はサーボモータ４及びボールネジ機構
５を介して駆動されるように構成されている。

また、上記切込台１の上面側には図示しないワーク保
持機構を介して回転保持せしめた円筒状ワークＷが配設
されているとともに、そのワークＷ内面の寸法を測定す
る一般的構造のインプロセスゲージ６が設けられてお
り、このインプロセスゲージ６を介して測定された寸法
は寸法検出器７へ出力され、この寸法検出器７によれば
上記測定された寸法が所定の寸法と等しくなると寸法完
了点信号Ｓを後述する数値制御部12内の摩耗量演算部へ
出力するように構成されている。

さらに、上記砥石台２の上面側には砥石軸８を有する
砥石スピンドルユニット９が載置され、その砥石軸８の
先端部には砥石10が取り付けられており、この砥石10に
よれば上記砥石台２を移動せしめた研削位置Ａにおい
て、上記ワークＷの内面を研削するように構成されてい
る。

また、上記砥石スピンドルユニット９の砥石軸８は一
般的構造の磁気軸受でもって軸支したもので、これによ
り上記のように内面研削を行なう砥石10において、その
砥石10にかかる研削力の変化と、上記磁気軸受の電磁石
を励磁する励磁電流の変化とが等しいことを利用するこ
とで、上記砥石10にかかる研削力はその励磁電力をもっ
てアナログ値の研削力信号F₁として検出され、上記砥石
スピンドルユニット９はその研削力信号F₁を後述する数
値制御部12内のA/D変換器13へ出力するように構成され
ている。

ドレッサー11は上記砥石10の一端面を移動せしめたド
レス位置Ｂにおいて、上記砥石10をドレスするものであ
る。

次に、上記内面研削盤の数値制御部12の構成について
説明すると、これは上記A/D変換器13を介して出力され
るデジタル値の研削力信号F₂と研削力目標値F₀とから比
較器19において研削力偏差αを演算するとともに、その
研削力偏差αに比例ゲインK_Pを乗算して、フィードバッ
ク制御系に関する切込台速度V₁を求める一方、上記研削
力目標値F₀にフィードフォワードゲインK_Fを乗算して、
フィードフォワード制御系に関する切込台速度V₀を求め
る。

そして、加算器14において上記フィードバック制御系
に関する切込台速度V₁と上記フィードフォワード制御系
に関する切込台速度V₀とを加算して切込台速度指令値Ｖ
を演算し、この切込台速度指令値Ｖは軸コントローラ15
へ出力されるように構成されている。

また、軸コントローラ15は上記切込台速度指令値Ｖに
基づいてサーボドライバ16及びサーボモータ３を介し切
込台１を移動せしめるとともに、上記切込台１の位置を
サーボモータ３及びサーボドライバ16を介して読み込
み、その読み込んだ位置のうち研削終了点における切込
台の位置P₁を摩耗量演算部17へ出力するように構成され
ている。

摩耗量演算部17は、上記ドレッサー11でもってドレス
した砥石10を用いて、１個目のワークを所定の寸法に内
面研削した後の砥石径を基準とし、その砥石でもって２
個目以上のワークを上記と同様な所定の寸法に研削加工
した後の砥石径と上記基準の砥石径との差分から上記砥
石の摩耗量P₂を求めるもので、この砥石の摩耗量P₂は上
記１個目のワーク及び２個目以上のワークを研削終了後
において、上記軸コントローラ15から出力される切込台
の位置P₁の変化量より求められ、補正値演算部18へ出力
されるように構成されている。

補正値演算部18は、第２図に示す比例定数k_p及び摩耗
定数k_oを備えている。上記比例定数k_pは、砥石の摩耗量
P₂に関係なく研削力偏差αに単純に比例したフィードバ
ック系切込み速度を得るための定数、摩耗定数k_oは、砥
石の摩耗量P₂にも比例したフィードバック系切込み速度
を得るための定数である。上記摩耗量演算部17から出力
される砥石10の摩耗量P₂に上記摩耗定数k₀を乗算して、
比例ゲイン補正値k₁を求め、この比例ゲイン補正値k₁と
上記比例定数k_pとを加算して上記数値制御部12内の比例
ゲインK_pを演算する。したがって、その比例ゲインK_pは
砥石の摩耗量に基づく比例ゲイン補正値K₁をもって補正
されるように構成されている。

次に、上記内面研削盤の動作について、第４図に示す
フローチャートを用い、まずドレス終了後の砥石でもっ
て１個目のワークを研削する場合、すなわちワーク研削
終了数Ｎをカウントするドレススキップカウンタにおい
て、その研削終了数Ｎが０の場合から説明する。

上記フローチャートによれば、研削力信号値F₂を読み
込み（ステップ100）、次に砥石台２が研削位置Ａにあ
るか否かにより、ワークＷが研削中であるか否かを判断
した結果（ステップ101）、その判断結果が研削中でな
い場合（NO）は再度ステップ100に戻り研削力信号値F₂
を読み込む。一方、上記判断結果が研削中である場合
（YES）、ドレススキップカウンタより研削終了数Ｎ
（＝０）を読み込み（ステップ102）、その後上記研削
終了数Ｎ（＝０）と１とを比較した結果（ステップ10
3）、その研削終了数Ｎ（＝０）は１よりも小さいので
（YES）比例ゲイン補正値k₁を０に設定し（ステップ10
4）、寸法検出器からの出力を読み込み（ステップ10
5）、その出力に寸法完了点信号Ｓが出力されているか
否かを判断する（ステップ106）。

そして、上記判断結果において寸法完了点信号Ｓが出
力されていないと判断した場合（NO）、研削力目標値F₀
を設定し（ステップ107）、その研削力目標値F₀から上
記研削力信号値F₂を減算し、かつ減算結果（F₀−F₂）と
０とを比較した結果（ステップ108）、その比較結果が
０より小さい場合（NO）、すなわち上記研削力目標値F₀
の方が研削力信号値F₂より小さい場合、研削力が既に研
削力目標値に達していて、これ以上切り込み送り速度を
特別に上げる必要がなくなっているので、フィードバッ
ク制御系における切込台速度V₁を０に設定する（ステッ
プ109）。

一方、上記比較結果が０より大きい場合（YES）、す
なわち上記研削力目標値F₀の方が研削力信号値F₂より大
きい場合、上記フィードバック制御系における切込台速
度V₁を演算するため、比例定数k_pを設定し（ステップ11
0）この比例定数k_pと上記ステップ104において設定した
比例ゲイン補正値（k₁＝０）とを加算して比例ゲインK_p
を求めるとともに、式（１）を用いてフィードバック制
御系における切込台速度V₁を設定する（ステップ11
1）。

V₁＝（F₀−F₂）×（k_p＋k₁） …（１） （ただしk_p＋k₁＝K_p） 次に、上記研削力目標値F₀にフィードフォワード定数
K_Fを乗算してフィードフォワード制御系における切込台
速度V₀を求め（ステップ112）、その後上記ステップ10
9,あるいはステップ110において設定されたフィードバ
ック制御系における切込台速度V₁と上記フィードフォワ
ード制御系における切込台速度V₀とを加算して、切込台
速度指令値Ｖを演算し、（ステップ113）、この切込台
速度指令値Ｖに基づいて切込台１を切込み送りさせると
ともに（ステップ114）、上記ステップ100へ戻り上記の
如き一連の処理動作を再度行なう。

ところで、上記のような一連の処理動作（ステップ10
0ないしステップ114）を行う途中で、ステップ106にお
ける判断結果において寸法完了点信号Ｓが出力されたと
判断した場合（YES）、切込台位置P₁を読み込み（ステ
ップ115）、切込台後退用の速度指令値を設定し（ステ
ップ116）、その切込台を後退せしめる。一方、上記ド
レススキップカウンタの研削終了数Ｎ（＝０）をカウン
トしてＮ＝１とし（ステップ117）、その後Ｎ＝１であ
るか否かの判断を行ない（ステップ118）、上記の如く
Ｎ＝１であるので（YES）、上記切込台位置P₁を切込台
基準位置P₀に置き換え、その切込台基準位置P₀を一時記
憶して（ステップ119）、ドレス終了後の砥石でもって
１個目のワークを研削する動作が終了する。

次に、ドレス終了後の砥石でもって２個目のワークを
研削する場合、すなわちドレススキップカウンタにおい
てワークの研削終了数がＮ＝１の場合について説明す
る。

これは、上記と同様にステップ100ないしステップ114
の順に一連の処理動作を行う途中で、ステップ106にお
ける判断結果において寸法完了点信号Ｓが出力されたと
判断した場合（YES）、切込台位置P₁を読み込み（ステ
ップ115）、切込台後退用の速度指令値を設定し（ステ
ップ116）、その切込台を後退せしめる。

一方、ドレススキップカウンタの研削終了数Ｎ（＝
１）をカウントしてＮ＝２とし（ステップ117）、その
後Ｎ＝１であるか否かの判断を行ない（ステップ11
8）、上記の如くＮ＝２であるので（NO）、上記切込台
位置P₁から上記切込台基準位置P₀を減算することによ
り、摩耗した砥石における半径分の摩耗量が求められ、
この半径分の摩耗量を２倍して砥石の摩耗量P₂を演算し
た後（ステップ120）、その砥石の摩耗量P₂に摩耗定数k
₀を乗算して比例ゲイン補正値k₁を求め（ステップ12
1）、またこの比例ゲイン補正値k₁は３個目のワークを
研削する場合、上記ステップ111において比例定数k_pに
加算されて比例ゲインK_pをなすように動作する。

したがって、本実施例によれば上記の如く砥石の摩耗
量を求め、その摩耗量に摩耗定数を乗算した比例ゲイン
補正値と比例定数とを加算し、これにより比例ゲインを
演算するように構成したため、砥石の摩耗量により変化
する砥石の研削性能に適合した適切な比例ゲインの補正
を行なうことができる。

なお、本実施例によれば研削力は砥石軸を支持する磁
気軸受の励磁電流から検出されるものであるが、これに
代えて砥石軸をベアリング軸受で支持して、その軸受外
論にロードセル等を配設することにより研削力を検出し
てもよく、あるいは砥石軸回転用のモータにおける電流
値や電力値から研削力を検出してもよい。

また、本実施例にあっては砥石に対してワークを切込
み送りさせ、その送り速度を制御するものであるが、こ
れに代えてワークに対して砥石を切込み送りさせてもよ
く、またワークと砥石の双方を切込み送りさせてもよ
い。

さらに、本実施例によれば研削終了点における切込台
の位置を検出するものであるが、この研削終了点に代え
て任意に決めた研削途中の研削点における切込台の位置
であってもよい。

また、本実施例にあっては内面研削盤について説明し
たが、これに代えて本発明に係る研削装置を円筒研削盤
に適用してもよいことは勿論である。

《発明の効果》 この発明に係る研削装置は、上記の如く摩耗量演算手
段において砥石の摩耗量を求め、比例ゲイン補正値演算
手段において上記摩耗量に基づき制御手段における比例
ゲインを補正するように構成したため、摩耗量により変
化する砥石の研削性能に適合した比例ゲインを用いて切
込送りの速度を比例制御して、砥石に生ずる品質のばら
つきあるいはドレスのばらつきを十分に吸収しながら、
速やかに研削力目標値に到達でき、砥石の研削性能を十
分に発揮して研削時間を短縮し、また、ワーク研削加工
面の円筒度をばらつきなく研削することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はクレーム対応図，第２図は砥石摩耗量と比例ゲ
インとの関係を説明する説明図、第３図は本発明を適用
した内面研削盤のブロック図、第４図は第３図に示す内
面研削盤の動作を示すフローチャートである。 10……砥石 12……数値制御部 17……摩耗量演算部 18……補正値演算部 F₁,F₂……研削力信号 K_p……比例ゲイン k₁……比例ゲイン補正値 P₂……摩耗量 Ｗ……ワーク

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】研削用砥石のドレッシング後に、研削力目
   標値に対する研削力の偏差と比例ゲインとの積を基に砥
   石に対するワークの相対的切込み送り速度を比例制御し
   て、研削力が目標値になるように制御しながら、複数個
   のワークを順次連続的に同一寸法に研削加工する研削盤
   において、 上記砥石における所定の砥石径を基準とし、この砥石で
   もって上記ワークを上記寸法に研削加工した後あるいは
   研削途中の砥石径と上記基準の砥石径との差分から上記
   砥石の摩耗量を求める摩耗量演算手段と、 上記摩耗量演算手段からの砥石の摩耗量に基づいて上記
   比例ゲインの補正値を算出する比例ゲイン補正値演算手
   段とを具備し、 研削による砥石の摩耗量に応じて切込み送り速度を変え
   て速やかに研削力を研削力目標値に到達するようにした
   ことを特徴とする研削盤の切込み制御装置。