JP4755846B2 - Grinding method and grinding machine - Google Patents
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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。 The present invention relates to a workpiece grinding method using a grindstone and a grinding machine, and more particularly to a grinding method that suppresses chatter vibration and a grinding machine that can suppress chatter vibration.
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。 When grinding a workpiece in a grinding machine, when the grinding amount reaches a certain value, waviness is formed on the outer surface of the grinding wheel and vibration occurs between the workpiece and the grinding wheel, and the grinding wheel shaft generates significant vibration in the normal direction. There are things to do. When the vibration occurs, a chatter mark may occur on the grindstone surface of the workpiece.
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。 Generally, a grinding machine is configured so that stable driving can be performed by performing appropriate control and rotational driving. However, if grinding is started under certain processing conditions and the processing is continued, periodic clogging and waviness may occur on the outer peripheral surface of the grindstone. Here, n = f / (N / 60), where n is the number of undulations on the outer peripheral surface of the grindstone, Nrpm is the grindstone rotation speed, and fc / s is the chatter frequency. The chatter frequency f is substantially equal to the natural frequency of the grindstone / work system. Therefore, when the period of vibration due to external force is equal to the period of the natural frequency, resonance causes a larger vibration and a chatter mark is likely to occur.
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)。
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。 As described above, in the configuration in which the rotational speed of the motor is changed by inverter control, chatter vibration due to resonance can be suppressed to some extent, but the fluctuation of the rotational speed of the motor is a gentle change, and chatter vibration is reduced. Improvement is desired to prevent it more effectively.
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。 In a configuration in which grinding is performed by rotating the grindstone with inertia while the power of the motor is turned off, chatter vibration caused by electromagnetic vibration of the motor can be suppressed, but chatter vibration caused by electromagnetic vibration of the motor turns on the motor. The workpiece cannot be ground continuously, and there is a problem in improving efficiency.
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。 Further, in the configuration described in Patent Document 1, it is not concrete how to change the grinding condition after detecting chatter vibration by a vibration sensor, and further improvement is desired.
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、ビビリ振動を生じる共振現象を乱すために、振幅、周期、デューティ比がそれぞれ異なる矩形パルスを任意の時間毎に外乱的に印加して前記砥石車の回転に回転方向の振動を付与し、共振によるビビリ振動を防止してワークの研削を行うことを特徴とするものである。 The present invention has been made in view of the conventional problems as described above, and is a method for grinding a workpiece by a grinding machine, in order to disturb a resonance phenomenon that causes chatter vibration in a control motor for rotating a grinding wheel. Applying rectangular pulses with different amplitudes, periods, and duty ratios at any given time to impart vibration in the rotational direction to the rotation of the grinding wheel, preventing chatter vibration due to resonance, and grinding the workpiece It is characterized by doing.
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、ビビリ振動を生じる共振現象を乱すために、振幅、周期、デューティ比がそれぞれ異なる矩形パルスを任意の時間毎に外乱的に印加して前記砥石車の回転方向に振動を付与し、共振によるビビリ振動を防止して研削を行うことを特徴とするものである。 Also, there is provided a method for grinding a workpiece by a grinding machine, wherein control is performed to rotate the grinding wheel when chatter vibration is detected during grinding of the workpiece by rotating the grinding wheel at a predetermined rotational speed. In order to disturb the resonance phenomenon that causes chatter vibrations to the motor, a rectangular pulse with different amplitude, period, and duty ratio is applied to the motor at random intervals to give vibration in the direction of rotation of the grinding wheel. Grinding is performed while preventing chatter vibration due to the above.
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、ビビリ振動を生じる共振現象を乱すために、振幅、周期、デューティ比がそれぞれ異なる矩形パルスを任意の時間毎に外乱的に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。 A grinding machine having a control motor for rotating a grinding wheel for grinding a workpiece set on a work table, the rotational speed control means for controlling the rotational speed of the control motor, and the rotation A motor driver that rotationally drives the control motor under the control of the speed control means, and a resonance phenomenon that causes chatter vibration to the motor driver in order to suppress chatter vibration during grinding of the workpiece by the grinding wheel. In order to disturb, a pulse generation means for applying a rectangular pulse having different amplitude, period, and duty ratio to each other at an arbitrary time is provided.
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。 According to the present invention, the number of rotations of the control motor for rotating the grindstone can be changed at random, and the occurrence of resonance can always be prevented. Accordingly, the workpiece can be ground while preventing chatter vibration.
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。
Referring to FIG. 1, as conceptually and schematically, a grinding machine 1 according to an embodiment of the present invention includes a
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。
A work table 13 that supports a work W to be ground by the grinding
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。
The grinding machine 1 is provided with an
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。
In the configuration as described above, when the grinding machine 1 is driven under the control of the
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。
That is, as shown in FIG. 2, the
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。
An arithmetic expression such as an empirical expression for calculating an appropriate rotation speed of the
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。
Further, the
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。
Further, the
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。
The
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。
Further, the
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。
In the above configuration, when the
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。
As described above, when chatter vibration is detected by the chatter vibration detecting means 49, a pulse is applied from the pulse generating means 37 to the
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。
By the way, in the above description, when chatter vibration is detected by the chatter vibration detecting means 49, the case where a pulse is applied to the
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。
In this case, it is desirable not to always apply a constant pulse, but to apply a pulse in which, for example, the amplitude, period, and duty ratio are appropriately changed in accordance with the shape, size, and the like of the workpiece W and the
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。
As described above, pulses having different amplitudes, periods, and duty ratios are applied to the
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。
As can be understood from the above description, since the resonance is prevented by changing the rotation speed of the
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
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