JP4822956B2

JP4822956B2 - 工作機械におけるワークのクランプ異常検出方法、及び工作機械

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Publication number: JP4822956B2
Application number: JP2006180084A
Authority: JP
Inventors: 貞恒安味
Original assignee: Komatsu NTC Ltd
Current assignee: Komatsu NTC Ltd
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2026-06-29
Also published as: DE102007029892A1; US20080042682A1; DE102007029892B4; US7461439B2; JP2008006543A

Description

本発明は、工作機械におけるワークのクランプ異常検出方法、及びその方法を実施する工作機械に関する。

クランクシャフトのような比較的長い軸物のワークを研削する研削盤では、特許文献１に記載されているように、左右一対の主軸台に設けたクランプ機構でワークの両端部をクランプし、一対の主軸台の主軸をサーボモータで同期回転してワークを回転させながらワークを加工している。クランプ機構は、油圧式のチャックシリンダにより駆動するチャック爪でワークを外周からチャックする油圧式チャックを用いており、このクランプ機構がワークを正常にクランプしたかどうかの確認は、チャックシリンダに供給される作動油の圧力が所定の圧力になったかどうかを圧力スイッチで検出して行っていた。

しかし、チャック爪のスライド部への切り粉等の挟み込みがあってチャック爪の動きが悪い等、チャック爪の駆動機構に不具合があると、チャックシリンダに供給される作動油の圧力が正常であっても、チャック爪がワークを所定のクランプ力でクランプしていないことがあり、そのまま研削を開始すると研削抵抗によりチャック部でワークが滑り、研削不良が発生する。また、チャック爪に異物が付着したりチャック爪が摩滅した状態でチャックした場合にも、ワークがチャック部で滑り、研削不良が発生する。すなわち、チャックシリンダに供給される作動油の圧力を検出しただけでは、クランプ異常を検出できないことがあった。
特開２００２−２３９８７３号公報

本発明は以上に述べた実情に鑑み、ワークのクランプ異常を正確に且つ簡単に検出できるクランプ異常検出方法、及び工作機械の提供を目的とする。

上記の課題を達成するために請求項１記載の発明によるワークのクランプ異常検出方法は、ワークの両端部を一対の主軸台のクランプ機構でクランプし、両主軸台の主軸をサーボモータにより同期回転してワークを回転させながらワークを加工する工作機械におけるワークのクランプ異常検出方法であって、ワークの両端部を両主軸台のクランプ機構でクランプした後、両主軸台のサーボモータがサーボＯＮの状態で一方の主軸台のサーボモータのみに微小角度の回転指令を与え、この時に一方又は他方の主軸台のサーボモータに発生する電流又はトルクが所定値より小さい場合にクランプ異常と判定することを特徴とする。

請求項２記載の発明によるワークのクランプ異常検出方法は、ワークの両端部を一対の主軸台のクランプ機構でクランプし、両主軸台の主軸をサーボモータにより同期回転してワークを回転させながらワークを加工する工作機械におけるワークのクランプ異常検出方法であって、両主軸台のサーボモータがサーボＯＮの状態でワークの両端部を両主軸台のクランプ機構でクランプし、この時に一方又は他方の主軸台のサーボモータに発生する電流又はトルクが所定値以上の場合にクランプ異常と判定することを特徴とする。

請求項３記載の発明による工作機械は、一対の主軸台と、両主軸台の主軸に設けたクランプ機構と、両主軸台の主軸を回転させるサーボモータと、両サーボモータの電流又はトルクを検出する検出手段と、両主軸台のクランプ機構でクランプしたワークに対して接近・離間自在に設けた加工手段と、これらを制御する制御装置とを備え、ワークの両端部を両主軸台のクランプ機構でクランプし、両主軸台の主軸をサーボモータにより同期回転してワークを回転させながらワークを加工手段により加工する工作機械において、ワークの両端部を両主軸台のクランプ機構でクランプした後、両主軸台のサーボモータがサーボＯＮの状態で一方の主軸台のサーボモータのみに微小角度の回転指令を与え、この時に一方又は他方の主軸台のサーボモータに発生する電流又はトルクが所定値より小さい場合にクランプ異常と判定するクランプ異常検出手段を備えていることを特徴とする。

請求項４記載の発明による工作機械は、一対の主軸台と、両主軸台の主軸に設けたクランプ機構と、両主軸台の主軸を回転させるサーボモータと、両サーボモータの電流又はトルクを検出する検出手段と、両主軸台のクランプ機構でクランプしたワークに対して接近・離間自在に設けた加工手段と、これらを制御する制御装置とを備え、ワークの両端部を両主軸台のクランプ機構でクランプし、両主軸台の主軸をサーボモータにより同期回転してワークを回転させながらワークを加工手段により加工する工作機械において、両主軸台のサーボモータがサーボＯＮの状態でワークの両端部を両主軸台のクランプ機構でクランプし、この時に一方又は他方の主軸台のサーボモータに発生する電流又はトルクが所定値以上の場合にクランプ異常と判定するクランプ異常検出手段を備えていることを特徴とする。

請求項１記載の発明による工作機械におけるワークのクランプ異常検出方法は、ワークの両端部を両主軸台のクランプ機構でクランプした後、両主軸台のサーボモータがサーボＯＮの状態で一方の主軸台のサーボモータのみに微小角度の回転指令を与えることで、一方のサーボモータは微小角度だけ回転しようとし、他方のサーボモータは回転せずに現在の位置を保持しようとするため、両サーボモータに電流が流れてトルクを発生する。クランプ異常があればワークがクランプ機構のチャック部で滑り、正常にクランプしたときよりもサーボモータの電流やトルクは小さくなるため、この時に一方又は他方の主軸台のサーボモータに発生する電流又はトルクが所定値より小さい場合にクランプ異常と判定することで、クランプ異常を正確に検出できる。本発明の方法は、サーボモータの電流やトルクを検出する機能さえ有していれば、特別な装置を新たに付加することなく簡単に実施できる。

請求項２記載の発明によるクランプ異常検出方法は、両主軸台のサーボモータがサーボＯＮの状態でワークの両端部を両主軸台のクランプ機構でクランプし、この時に一方又は他方の主軸台のサーボモータに発生する電流又はトルクが所定値以上の場合にクランプ異常と判定するようにしたので、ワークをクランプした時点でクランプ異常を簡単に且つ正確に検出できる。

請求項３記載の発明による工作機械は、上記請求項１記載の発明によるクランプ異常検出方法を実施して、ワークのクランプ異常を正確に且つ簡単に検出でき、クランプ異常によって発生する研削不良を未然に防止できる。

請求項４記載の発明による工作機械は、上記請求項２記載の発明によるクランプ異常検出方法を実施して、ワークをクランプした時点でクランプ異常を簡単に且つ正確に検出でき、クランプ異常によって発生する研削不良を未然に防止できる。

以下、この発明をクランクシャフトの研削盤に具体化した一実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。研削盤の平面を表す図２に示すように、ベッド１１の上面には左右一対のテーブル１２，１３が左右方向に互いに平行に敷設したレール１４によりそれぞれ独立して同方向への往復動可能に装着されている。前記ベッド１１の左右両端部にはテーブル移動用モータ１５，１６が配設され、送りねじ１７，１８により前記テーブル１２，１３を往復動するようになっている。

前記テーブル１２，１３の上面には第１主軸台１９及び第２主軸台２０が装着され、図１に示すように、それらの第１及び第２主軸２１，２２には第１及び第２クランプ機構２３，２４が装着されている。第１及び第２クランプ機構２３，２４には、クランクシャフト２７の両端部を外周から３つのチャック爪でクランプする油圧式の第１及び第２チャック２５，２６を設けてある。

前記クランクシャフト２７は、複数のジャーナル部２８と各ジャーナル部２８間に偏心して連結された複数のクランクピン２９とにより構成されている。前記ジャーナル部２８のうち左右両端に位置する左端及び右端ジャーナル部２８ａ，２８ｂは、前記第１及び第２チャック２５，２６によりクランプされるようになっている。前記第１及び第２クランプ機構２３，２４の中心部には、第１及び第２センタ３１，３２がその軸線方向の往復動可能に、かつ図示しない油圧機構により左端及び右端ジャーナル部２８ａ，２８ｂ側に押圧されるようになっている。第１及び第２センタ３１，３２の先端部に形成した先端テーパ面３１ａ，３２ａが前記左端及び右端ジャーナル部２８ａ，２８ｂに形成したセンタ孔２８ｃ，２８ｄに係合されることにより、クランクシャフト２７が第１及び第２主軸２１，２２の回転軸線Ｏ上に芯だし保持されるようになっている。

第１及び第２主軸台１９，２０の基端部には第１及び第２サーボモータ３３，３４が取り付けられ、その回転軸が前記第１及び第２主軸２１，２２に連結され、第１及び第２クランプ機構２３，２４が第１及び第２サーボモータ３３，３４により同期回転されるようになっている。

前記ベッド１１の上面には、砥石車３５，３６を装着した第１及び第２砥石台３７，３８が、それぞれ左右方向及び前後方向に制御移動可能に装設され、前記クランクシャフト２７のクランクピン２９を砥石車３５，３６により研削するようになっている。

次に、図３に基づいて研削盤の制御装置４１について説明する。制御装置４１は制御部４２を備え、制御部４２は制御動作プログラムに基づいて各種の制御動作を行うマイクロプロセッサ４３を備えている。マイクロプロセッサ４３には制御動作プログラム等を予め記録した補助記憶装置４４と、各種のデータを高速にアクセスするＲＡＭ４５（ランダム・アクセス・メモリー）が接続されている。前記制御部４２には、駆動回路４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ，４６ｅ，４６ｆを介して、前記第１及び第２クランプ機構２３，２４、第１及び第２センタ３１，３２、第１及び第２サーボモータ３３，３４が接続されている。第１及び第２サーボモータ３３，３４の駆動回路４６ｅ，４６ｆには、第１及び第２サーボモータ３３，３４に流れる電流を検出する電流検出手段４９ａ，４９ｂを備えており、電流検出手段４９ａ，４９ｂは第１及び第２サーボモータ３３，３４の電流をそれぞれ測定し、電流値信号を制御部４２に出力する。又、制御部４２には第１及び第２サーボモータ３３，３４に設けたエンコーダ４７，４８が接続され、第１及び第２主軸２１，２２のそれぞれの回転角度信号をパルスデータとして制御部４２にフィードバックするようになっている。

次に、上記のように構成したクランクシャフトの研削盤について、その動作を図１及び図４のフローチャートにより説明する。クランクシャフト２７をクランプするには、まず、テーブル移動用モータ１５，１６を起動してテーブル１２，１３を互いに離間する方向に移動させ、第１及び第２クランプ機構２３，２４をローディング位置に停止する。

次に、図示しないワーク供給機構によりクランクシャフト２７を第１及び第２センタ３１，３２の間に投入する。テーブル移動用モータ１５，１６を作動しテーブル１２，１３を前進させ、クランクシャフト２７のセンタ孔２８ｃ，２８ｄに第１及び第２センタ３１，３２の先端テーパ面３１ａ，３２ａを係合する。さらに、第１及び第２センタ３１，３２を図示しない油圧機構により前進させて、クランクシャフト２７を主軸の回転軸線Ｏ上に位置決めする（ステップＳ１）。
次に、第１及び第２サーボモータ３３，３４がサーボＯＮの状態で、第１及び第２クランプ機構２３，２４を作動してその第１及び第２チャック２５，２６によりクランクシャフト２７の左端及び右端ジャーナル部２８ａ，２８ｂをクランプする（ステップＳ２）。

次に、上記のようにクランクシャフト２７の両端部を第１及び第２クランプ機構２３，２４によりクランプした状態で、第１サーボモータ３３に流れる電流Ｉ_１ａと第２サーボモータ３４に流れる電流Ｉ_２ａを電流検出手段４９ａ，４９ｂの信号により測定し、この電流値Ｉ_１ａ，Ｉ_２ａをＲＡＭ４５に記憶する（ステップＳ３）。

ステップＳ３で検出した第１サーボモータ３３と第２サーボモータ３４の電流値Ｉ_１ａ，Ｉ_２ａは、クランプ状態が正常でクランクシャフト２７に捩れが生じていなければ、ほとんど０になる。一方、第１及び第２チャック２５，２６に、チャック爪の摩滅やチャック爪の動作不良等がある場合には、クランプした時点でクランクシャフト２７に捩れが生じ、第１及び第２サーボモータ３３，３４に静止トルクが発生し、その静止トルクに応じた電流が第１及び第２サーボモータ３３，３４に流れる。制御装置４１は、このクランプ時の第１サーボモータ３３と第２サーボモータ３４の電流値Ｉ_１ａ，Ｉ_２ａを予め設定した所定値と比較し(ステップＳ４)、電流値Ｉ_１ａ又はＩ_２ａが所定値以上の場合にはクランプ異常と判定し（ステップＳ５）、以後の研削動作を行わないようにしている。前記所定値は、クランクシャフト２７の捩れが僅かで、そのまま研削動作を行っても支障が生じない範囲の上限付近で設定する。

第１サーボモータ３３と第２サーボモータ３４の電流値Ｉ_１ａ，Ｉ_２ａが所定値より小さい場合は、制御装置４１から第２サーボモータ３４のみに微小角度αだけ回転するように指令を出力する（ステップＳ６）。
これにより、図１に示すように、第２サーボモータ３４は微小角度αの方向に回転しようとしてトルクＴ２を発生させ、第１サーボモータ３３は回転せずに現在の位置を保持しようとするため、第１及び第２クランプ機構２３，２４の第１及び第２チャック２５，２６によるクランクシャフト２７のチャック部に滑りが無ければ、第２サーボモータ３４のトルクＴ２がクランクシャフト２７を通じて第１サーボモータ３３に伝わり、第１サーボモータ３３は第２サーボモータ３４のトルクＴ２とは逆向きの反発トルクＴ１を発生させる。第１サーボモータ３３と第２サーボモータ３４には、そのトルクＴ１，Ｔ２に応じた電流が流れる。この時の第１サーボモータ３３の電流値Ｉ_１ｂを、電流検出手段４９ａの信号により測定する（ステップＳ７）。

前記微小角度αをどれだけにするかは、クランクシャフト２７の種類ごとに予めテストを行い、クランクシャフト２７に加えられるトルクによりクランクシャフト２７に悪影響を与えない範囲で、且つそのクランクシャフト２７の研削時の研削抵抗によってチャック部に滑りが生じないことを確認するために必要な負荷トルクが第１及び第２サーボモータ３３，３４に生ずるように、微小角度αを設定する。また、そのように微小角度αを決める際に、第２サーボモータ３４のみに微小角度αの回転指令を与えたときに、クランプ状態が正常であれば第１サーボモータ３３にどれだけの電流が流れるかを測定し、その測定結果に基づいて後述する所定値を設定する。

次に、第２サーボモータ３４に回転指令を与える前と後での第１サーボモータ３３の電流値の変化量｜Ｉ_１ｂ−Ｉ_１ａ｜を求め、その値が予め設定した所定値以上かどうかでクランプ異常かどうか判断する（ステップＳ８）。
第１サーボモータ３３の電流値の変化量｜Ｉ_１ｂ−Ｉ_１ａ｜が所定値以上であれば、第１サーボモータ３３に所定の反発トルクＴ２が生じており、チャック部に滑りが無いものと判断できるので、クランプ状態は正常と判断し、第２サーボモータ３４を元の角度に戻した上で（ステップＳ９）、第１サーボモータ３３と第２サーボモータ３４を同期回転してクランクシャフト２７を回転させ、クランプピン２９を回転軸線Ｏを中心に旋回しつつ砥石車３５，３６によりクランプピン２９を研削する（ステップＳ１０）。
最後に、第１主軸台１９及び第２主軸台２０がローディング位置へ戻り、第１及び第２クランプ機構２３，２４のクランプ状態を解除し、第１及び第２センタ３１，３２を後退させてクランクシャフト２７を取外す（ステップＳ１１）。

一方、第１サーボモータ３３の電流値の変化量｜Ｉ_１ｂ−Ｉ_１ａ｜が所定値よりも小さい場合は、第１サーボモータ３３に所定の反発トルクＴ２が生じていないことになり、第１クランプ機構２３又は第２クランプ機構２４のチャック部に滑りが生じたものと判断できるので、クランプ異常と判断し（ステップＳ１２）、研削動作を中止する。

以上に述べたように本研削盤は、上記のステップＳ３とＳ４で、クランプ時にクランプ異常が生じていないかチェックすると共に、ステップＳ６からステップＳ８の一連の動作を行うことにより、第１及び第２クランプ機構２３，２４のクランクシャフト２７のチャック部に滑りがあるかどうかをチェックして、クランプ異常を正確に検出することができる。クランプ異常を検出した場合には研削動作を中止するので、クランプ異常に起因する研削不良を未然に防止できる。また、第１及び第２サーボモータ３３，３４の電流値を検出する機能さえ有していれば、特別な装置を付加することなく簡単に実施できる。

本発明は、以上に述べた実施形態に限定されない。上述の実施形態では、ステップＳ４とステップＳ７でクランプ異常を２段階に検出しているが、これらのどちらか一方のみを実施することもできる。また実施形態では、第２サーボモータ３４に微小角度αの回転指令を与える前と後の第１サーボモータ３３の電流値を検出し、その電流値の変化量を所定値と比較してクランプ異常を検出するようにしたが、第２サーボモータ３４に微小角度αの回転指令を与える前には第１サーボモータ３３の電流値の検出を行わず、第２サーボモータ３４に微小角度αの回転指令を与えた後の第１サーボモータ３３の電流値を所定値と比較することによりクランプ異常を検出することもできる。
また、微小角度αの回転指令を与える方のサーボモータ（第２サーボモータ３４）の、回転指令を与える前と後の電流値の変化量や、回転指令を与えた後の電流値を所定値と比較することによりクランプ異常を検出することもできる。
また、サーボモータの電流値をトルク値に換算する手段を設け、制御装置では電流値から換算したトルク値に基づいてクランプ異常かどうか判断するようにすることもできる。
本発明のクランプ異常検出方法は、棒状や円筒状等の比較的長いワークを捩れなく加工するために、ワークの両端部をサーボ同期の主軸で回転駆動しながらワークを加工する全ての工作機械において有効に実施できるものであり、研削盤に限らず、例えば旋盤等で実施することもできる。クランプ機構自体の構造は任意であり、油圧式のものに限らず、電気式のものであってもよい。

本発明をクランクシャフトの研削盤に具体化した一実施形態を示す要部の平面図と、そのＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図である。同研削盤の平面図である。同研削盤の制御装置を示すブロック回路図である。同研削盤の動作を順に示すフローチャートである。

符号の説明

１９，２０主軸台
２１，２２主軸
２３，２４クランプ機構
２５，２６チャック
２７クランクシャフト（ワーク）
３３，３４サーボモータ
３５，３６砥石車（加工手段）
４１制御装置
４９ａ，４９ｂ電流検出手段（検出手段）

Claims

ワークの両端部を一対の主軸台のクランプ機構でクランプし、両主軸台の主軸をサーボモータにより同期回転してワークを回転させながらワークを加工する工作機械におけるワークのクランプ異常検出方法であって、ワークの両端部を両主軸台のクランプ機構でクランプした後、両主軸台のサーボモータがサーボＯＮの状態で一方の主軸台のサーボモータのみに微小角度の回転指令を与え、この時に一方又は他方の主軸台のサーボモータに発生する電流又はトルクが所定値より小さい場合にクランプ異常と判定することを特徴とする工作機械におけるワークのクランプ異常検出方法。
ワークの両端部を一対の主軸台のクランプ機構でクランプし、両主軸台の主軸をサーボモータにより同期回転してワークを回転させながらワークを加工する工作機械におけるワークのクランプ異常検出方法であって、両主軸台のサーボモータがサーボＯＮの状態でワークの両端部を両主軸台のクランプ機構でクランプし、この時に一方又は他方の主軸台のサーボモータに発生する電流又はトルクが所定値以上の場合にクランプ異常と判定することを特徴とする工作機械におけるワークのクランプ異常検出方法。
一対の主軸台と、両主軸台の主軸に設けたクランプ機構と、両主軸台の主軸を回転させるサーボモータと、両サーボモータの電流又はトルクを検出する検出手段と、両主軸台のクランプ機構でクランプしたワークに対して接近・離間自在に設けた加工手段と、これらを制御する制御装置とを備え、ワークの両端部を両主軸台のクランプ機構でクランプし、両主軸台の主軸をサーボモータにより同期回転してワークを回転させながらワークを加工手段により加工する工作機械において、ワークの両端部を両主軸台のクランプ機構でクランプした後、両主軸台のサーボモータがサーボＯＮの状態で一方の主軸台のサーボモータのみに微小角度の回転指令を与え、この時に一方又は他方の主軸台のサーボモータに発生する電流又はトルクが所定値より小さい場合にクランプ異常と判定するクランプ異常検出手段を備えていることを特徴とする工作機械。
一対の主軸台と、両主軸台の主軸に設けたクランプ機構と、両主軸台の主軸を回転させるサーボモータと、両サーボモータの電流又はトルクを検出する検出手段と、両主軸台のクランプ機構でクランプしたワークに対して接近・離間自在に設けた加工手段と、これらを制御する制御装置とを備え、ワークの両端部を両主軸台のクランプ機構でクランプし、両主軸台の主軸をサーボモータにより同期回転してワークを回転させながらワークを加工手段により加工する工作機械において、両主軸台のサーボモータがサーボＯＮの状態でワークの両端部を両主軸台のクランプ機構でクランプし、この時に一方又は他方の主軸台のサーボモータに発生する電流又はトルクが所定値以上の場合にクランプ異常と判定するクランプ異常検出手段を備えていることを特徴とする工作機械。