JP5228554B2

JP5228554B2 - 非真円箇所研削盤における工作物異常回転検出装置

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Publication number: JP5228554B2
Application number: JP2008071681A
Authority: JP
Inventors: 勝晴井上
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2008-03-19
Filing date: 2008-03-19
Publication date: 2013-07-03
Anticipated expiration: 2028-03-19
Also published as: EP2103382A2; US8142257B2; EP2103382A3; US20090239447A1; EP2103382B1; JP2009226502A

Description

本発明は、非真円箇所研削盤にて研削される、工作物の異常回転を検出するのに好適な装置に関するものである。

一般に、カム等の非真円箇所を有する工作物は数値制御可能な研削装置（数値制御研削盤）によって研削加工される。工作物を支持する主軸が主軸台に回転可能に軸承され、砥石車を回転可能に支承し主軸に対して交差する方向に移動する砥石台の移動量を主軸の回転と同期させながら制御している。そして工作物の単位角度回転当りの砥石車による非真円箇所の研削量に応じて、主軸の回転速度に対しての変化率を表すオーバーライド値を変化させたり、非真円箇所を有する工作物の研削速度が一定になるよう主軸の回転速度に対しオーバーライド値を変化させたりして、非真円箇所の研削加工を行っている。

すなわち、粗研削においては該工作物の非真円箇所の最大径部およびベース円部の加工においては研削抵抗がそれ以外の部位に比して小さい為、加工時間短縮のため主軸の回転速度を大きくして加工し、それ以外の部位では研削抵抗が大きくなるので、前記主軸の回転速度を小さくして加工することが行われている。つまり単位時間当たりの研削量を一定にする、研削能力一定制御が行われている。また仕上げ加工においては、加工精度を向上させるため、非真円箇所を有する工作物の研削速度が一定になるよう、すなわち工作物の半径Ｒに応じて主軸の回転速度を変化させて工作物の研削速度を一定に制御する、所謂、研削速度一定制御がおこなわれている。

従来の非真円箇所を有する工作物が主軸と一体回転しなくなるという工作物の異常回転を検出する工作物異常回転検出装置の例を図４に示す。工作物Ｗを支承する主軸台が装架されたテーブル１２に該工作物Ｗの外周に対向して近接スイッチ２０が設置され、工作物Ｗの非真円箇所の最大径部が近接スイッチ２０によって検出されないことにより、工作物Ｗが主軸に対して異常回転していることを検出するものである。また特許文献１に示すように、加工基準の位相ピンの折損を検知する方策として、非接触センサを用い、工作物と主軸が一体回転しなくなるという異常回転を検知するものがある。

この種の異常回転検出装置において、該最大径部が主軸回転と同期していないと判定された時、異常と判定され加工が停止され、非真円箇所を有する工作物の破損、もしくは砥石車の破損が防止される。
特開平５−１３８４２２号公報（段落〔０００４〕、〔０００５〕、図９、図１０）

しかしながら、前記の数値制御研削盤においては近年、効率化のために、主軸の回転数制御の回転速度が高速化する傾向にある。これにより近接センサが最大径部を検出する際、主軸回転速度が大きいため近接センサにて検出が困難になり検知範囲の閾値の幅、即ち、近接センサが該最大径部の検出に必要な時間ｔを確保するため、該最大径部の被検出部の弧の長さを広げて対応せざるを得なくなり検知精度が低くなってしまうという問題がある。これは図４に示すように主軸台が装架されたテーブル１２に近接センサ２０が設置されるためである。工作物Ｗを挟んで砥石車Ｇの対向側に近接センサ２０が設置され、近接センサ２０が工作物Ｗの最大径部を検出しようとした時、工作物Ｗを挟んで反対側では砥石車Ｇはベース円部を加工している。このとき主軸は回転速度の大きな領域であって、該主軸回転速度の条件の下、近接センサ２０は工作物Ｗの最大径部を検出することになる。よって主軸回転速度の大きな領域にて近接センサ２０の検知を可能ならしめるため検知範囲の閾値の幅を広げて対応せざるを得なくなり高い精度での検知を期待できない。そこで前記主軸回転制御条件においても精度高く異常回転の検出ができるシステムが望まれていた。

本発明は上記した従来の不具合を解消するためになされたもので、現状の研削条件および近接センサの使用を維持しつつ、精度高く工作物の異常回転を検知できる工作物異常回転検出装置を提供せんとするものである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、非真円箇所を有する工作物を支持する主軸が回転駆動可能に軸承されて基台に装架された主軸台と、主軸に設けられ該主軸と工作物とを回転位相を合せて連結する連結部材と、砥石車を回転駆動可能に支承し主軸の回転軸線と交差する方向に進退移動可能に基台に装架された砥石台と、非真円箇所の仕上形状に沿ったプロフィルデータに基づいて主軸の回転と砥石台の進退移動とを関連付けて行わせるとともに、研削条件に沿って主軸の回転速度を変化せる制御装置と、を備えた非真円箇所研削盤において、前記主軸が前記制御装置により低回転速度で回転制御される低速回転位相範囲内の域に回転されているときに、センサが、前記工作物の前記非真円箇所の最大径部と対向して該最大径部が検出位相区間に回転していることを検出するように配置され、前記主軸が前記検出位相区間に回転されているときに、前記センサが検出位相区間に最大径部を検出しない場合に異常と判定する異常判定手段を備えたことである。

請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記制御装置は、工作物の単位角度回転当りの前記砥石車による前記非真円箇所の研削量に応じて前記主軸の回転速度を変化せる制御を備えたことである。

請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において前記制御装置は、前記砥石車による前記非真円箇所を有する工作物の研削速度を一定にするため、前記主軸の回転速度を変化せる制御を備えたことである。

請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項３において、前記センサは、前記砥石台に配置されていることである。

請求項５に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至請求項４において、前記工作物はエンジンのカムシャフトであり、前記非真円箇所はカムであり、前記センサは、前記砥石車によって研削中のカムの上方に対向配置されていることである。

請求項１に係る発明によれば、工作物異常回転検出装置は、主軸が研削条件に沿って主軸の回転速度を変化せる制御装置により低回転速度で回転制御される低速回転位相範囲内に回転されているときに、センサが、非真円箇所の最大径部と対向して最大径部が検出位相区間に回転していることを検出するよう配置される。よって高い精度にてセンサが最大径部を検出でき、誤差なく異常判定ができる。

請求項２に係る発明によれば、工作物異常回転検出装置は、工作物の単位角度回転当りの砥石車による非真円箇所の研削量に応じて主軸が制御装置により低回転速度で回転制御される低速回転位相範囲内に回転されているときに、センサが、非真円箇所の最大径部と対向して最大径部が検出位相区間に回転していることを検出するよう配置される。よって高い精度にてセンサが最大径部を検出でき、誤差なく異常判定ができる。

請求項３に係る発明によれば、工作物異常回転検出装置は、工作物の研削速度を一定にするために主軸が制御装置により低回転速度で回転制御される低速回転位相範囲内に回転されているときに、センサが、非真円箇所の最大径部と対向して最大径部が検出位相区間に回転していることを検出するよう配置される。よって高い精度にてセンサが最大径部を検出でき、誤差なく異常判定ができる。

請求項４に係る発明によれば、工作物異常回転検出装置では、センサが砥石台に配置される。これにより、常に加工される非真円工作物をセンサが直接測定することができる。また、主軸が制御装置により低回転速度で回転制御される低速回転位相範囲内に回転されているときに、センサは、非真円工作物の非真円箇所の最大径部と対向して最大径部が検出位相区間に回転していることを検出することができる。これによって、ばらつきが小さく、高い精度にて最大径部を検出でき、誤差なく異常判定ができる。

請求項５に係る発明によれば、工作物異常回転検出装置は、主軸が制御装置により低回転速度で回転制御される低速回転位相範囲内に回転されているときに、センサが、研削加工されているカムシャフトのカムの上方にて最大径部が検出位相区間に回転していることを検出することができる。よって自動車用カムシャフトのカムは多数あり、位相がそれぞれ異なるにも拘わらず、常に主軸が制御装置により低回転速度で回転制御される低速回転位相範囲内に回転されているときに、センサが、非真円工作物の非真円箇所の最大径部と対向して最大径部が検出位相区間に回転していることを検出することができる。これにより、研削加工中のカムシャフトのカムの最大径部を直接に、確実に検出することが可能になり、誤差なく異常判定ができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は図１に示すように、数値制御研削盤２の基台１０上には、螺子送り機構を介してサーボモータ１１により駆動されるテーブル１２が主軸軸線に平行なＺ軸方向に摺動可能に配設されている。さらに、テーブル１２には、主軸１３を軸承した主軸台１４が装架され、その主軸１３は主軸用サーボモータ１５によって回転される。また、テーブル１２上には、主軸１３の図１において右側に心押台１６が載置され、心押台１６のセンタ１７ａと、主軸１３のセンタ１７ｂとによって非真円箇所を有する工作物Ｗが挟持される。工作物Ｗは、例えば、位相が異なる、吸気ポート用または排気ポート用カムを気筒数分だけ多数有する自動車エンジン用のカムシャフトであり、主軸１３に回転方向の位相を合わせて連結されている。

加えて、基台１０の後方には、工作物Ｗに対して進退移動可能な砥石台１９が案内され、この砥石台１９は、砥石台用サーボモータ２１と送り螺子を介して連結され、サーボモータ２１の正逆転によりＺ軸と直角なＸ軸方向に前進及び後退することができる。また砥石台１９にはモータＭによって回転駆動される砥石軸２９が軸承され砥石軸２９に砥石車Ｇが固定されている。

さらに、数値制御研削盤２には、図１に示すように、主軸１３の回転速度及び砥石台１９の進退運動を制御するために、操作盤２３を有する数値制御装置２２が各軸（Ｘ軸、Ｃ軸、Ｚ軸）の運動を制御するドライブユニットＤＵを介して接続されている。ここで、数値制御装置２２は、操作盤２３から入力された加工指令信号に基づいて主軸１３の回転及び砥石台１９の送り量等を制御して工作物を研削加工するための装置である。数値制御装置２２は、図２に示すように、主軸１３の回転運動等を制御するメインＣＰＵ２４、制御用プログラムＣＰを予め記憶したＲＯＭ２５、及び入力されたデータ等を一時的に記憶するＲＡＭ２６とから主に構成されている。ここで、ＲＡＭ２６には、工作物を指定形状に沿って研削加工するためのプロフィルデータＰＤが記憶されており、プロフィルデータＰＤは、主軸１３の回転位相角度毎に砥石台１９にＸ軸方向移動量を与えるとともに、主軸１３の回転速度ＶＲ１を指示して創成運動を行わせるものである。なお、プロフィルデータＰＤには研削中に砥石車Ｇを工作物Ｗに対して切込み前進させるための切込量が重畳されている。

加えて、数値制御装置２２は、各サーボモータ１１，１５，２１を駆動するためのドライブＣＰＵ３６とドライブ用ＲＡＭ３７とを備えている。そして、ドライブ用ＲＡＭ３７は、メインＣＰＵ２４から砥石台１９、テーブル１２、及び主軸１３の各位置をそれぞれ示す位置データが指示されると、その情報を記憶し、ドライブＣＰＵ３６に送る。そして、ドライブＣＰＵ３６は、加工に関する制御軸（Ｃ軸、Ｘ軸、Ｚ軸）の送り量をスローアップ、スローダウン、及び目標点の補間等の演算を行い、補間点の位置決めデータを一定周期で出力し、さらに、パルス分配の後、駆動指令パルスをそれぞれのドライブユニットＤＵに出力する装置である。

次に工作物異常回転検出装置について説明する。図２に示すように工作物異常回転検出装置は近接センサ２０と異常判定手段と加工停止手段とを備えており、該近接センサ２０には光、磁界等を媒介とした非接触式の近接センサが用いられ、数値制御装置２２に電気的に接続されている。図１に示すように、近接センサ２０はＸ方向に進退可能な砥石台１９に、取付けねじにて固定されたブラケット３１を介して固定され、主軸が制御装置により低回転速度で回転制御される低速回転位相範囲内に回転されているときに、工作物Ｗの上方に非真円箇所の最大径部と対向して該最大径部が検出位相区間に回転していることを検出するように配置されている（図３）。近接センサ２０は、その測定部に対し所定の距離よりも近い位置にある場合にＯＮ信号を出力し、それ以外の場合にはＯＦＦ信号を出力する。また、最大径部が検出位相区間に回転しているときに、近接センサ２０が最大径部を検出せずＯＦＦ信号が数値制御装置２２に入力された場合には、異常判定手段にて異常回転と判定され加工停止手段に信号が送られ、主軸１３の回転及び砥石台１９の移動が停止される。検出位相区間の長さは主軸１３が低速回転されている状態で近接センサ２０が工作物Ｗの最大径部を検出することができる長さに設定される。

次に工作物異常回転検出装置の作動を図７に示す異常回転の検出プログラムのフローチャートに基づいて説明する。まず数値制御研削盤２が起動されると主軸用サーボモータ１５が回転され、主軸１３の回転に連動して砥石台１９が進退移動され、工作物Ｗが砥石車Ｇにより非真円形状に研削加工される。このとき数値制御装置２２は一定時間間隔で異常検出プログラムを実行し、ステップ１で近接センサ２０の検出信号が取込まれる。

次にＣＰＵは主軸１３が低速回転位相範囲内に設定された検出位相区間に位置するか否かの判断行なう（ステップＳ２）。主軸１３の回転が検出位相区間であると判断されると、近接センサ２０から取得された検出信号がＯＮか否か判定される（ステップＳ３）。ここで、信号がONであった場合は、異常回転ではない、との判定をされ加工は継続される。しかし信号がＯＦＦであった場合は、異常回転である、との判定をされ、加工停止の指令信号が送出され（ステップＳ４）、各サーボモータ１１，１５，２１等が停止される。

上記実施の形態によれば、工作物Ｗが自動車エンジン用カムシャフトでは吸気ポート用または排気ポート用カムが気筒数分だけ多数設けられ、それぞれ位相も異なっているにも拘わらず、近接センサ２０が、砥石台１９と連動しているため、常に研削加工中のカムの外周に対向し、加工中のカムの上方で対向することができる。よって主軸が制御装置により低回転速度で回転制御される低速回転位相範囲内に回転されているときに、カムの最大径部が検出位相区間に位置するか否かを直接にかつ確実に検出し、異常回転の判定を正確に行なうことができる。

なお、上記実施の形態においては、研削の制御方法が、工作物の単位角度回転当りの砥石車による非真円箇所の研削量に応じて主軸の回転に対するオーバーライド値を変化せる制御、所謂、研削能率一定制御を行う制御装置を備えた非真円箇所研削盤について述べた。しかし研削能率一定制御に限らず、主に加工精度の向上目的で実施される、所謂、研削速度一定制御、すなわち工作物の半径Ｒの大きさに応じて、例えば半径Ｒが大きくなれば、主軸の回転に対するオーバーライド値は小さくして工作物の研削速度を一定にするという制御等、主軸の回転速度を変化せる制御を行う制御装置を備えた非真円箇所研削盤についても、本発明は適用可能である。

上記実施の形態においては、近接センサ２０は図３中の近接センサ２０ａに示すように、工作物Ｗの上方に設置されている。しかし図６のグラフに示すように、主軸が制御装置により低オーバーライド値で回転制御される低速回転位相範囲内に回転されている条件は、１箇所だけでなく、楕円部Ｚ２〜Ｚ４のように他にもある。この場合、同様に工作物Ｗの非真円箇所の最大径部と対向して該最大径部が検出位相区間に回転していることを検出するよう近接センサ２０を配置してもよい（図３、近接センサ２０ｂ参照）。

また上記実施の形態においては、近接センサ２０は砥石台１９に直接設置することとしたが、設置場所としては、砥石台１９の動きに連動して移動する部材に間接的に設置されてもよく、上記実施の形態と同様の効果を得られる。

さらに、上記実施の形態においては、近接センサ２０は砥石台１９に設けられているが、別の実施形態として、近接センサを基台１０に設けても良い。このとき基台１０に配置される近接センサは、砥石車によって加工される工作物の非真円箇所に対向して配置され、該近接センサは、主軸が制御装置により低回転速度で回転制御される低速回転位相範囲内の域に回転されているときに、非真円箇所の最大径部と対向して該最大径部が検出位相区間に回転していることを検出するように配置される。これにより、常に砥石車によって研削される工作物の最大径部を直接測定することができ上記実施の形態と同様の効果を得られる。

本実施形態の工作物異常回転検出装置に利用される数値制御研削盤の構成を模式的に示す説明図。数値制御研削盤と接続した数値制御装置の機能的構成を示すブロック図。本実施形態の工作物異常回転検出装置に利用される近接センサの配置を示す図。従来の実施形態の工作物異常回転検出装置に利用される近接センサの配置を示す図。本実施形態の数値制御研削盤の主軸回転制御における主軸回転オーバーライド値と主軸回転位相の関係を示すグラフ１。本実施形態の数値制御研削盤の主軸回転制御における主軸回転オーバーライド値と主軸回転位相の関係を示すグラフ２。本実施形態における異常判定手段のフローチャート。

符号の説明

２・・・数値制御研削盤，１０・・・基台，１１・・・サーボモータ，１２・・・テーブル，１３・・・主軸，１４・・・主軸台，１５・・・サーボモータ１６・・・心押台，１７ａ、１７ｂ・・・センタ，１９・・・砥石台，２０・・・近接センサ，２１・・・サーボモータ，２９・・・砥石軸，３１・・・ブラケット，ＰＤ・・・プロフィルデータ（加工形状データ），Ｇ・・・砥石車、ＶＲ１・・・回転速度，Ｗ・・・工作物、Ｍ・・・モータ

Claims

非真円箇所を有する工作物を支持する主軸が回転駆動可能に軸承され基台に装架された主軸台と、前記主軸に設けられ前記主軸と前記工作物とを回転位相を合せて連結する連結部材と、砥石車を回転駆動可能に支承し前記主軸の回転軸線と交差する方向に進退移動可能に基台に装架された砥石台と、前記非真円箇所の仕上形状に沿ったプロフィルデータに基づいて前記主軸の回転と前記砥石台の進退移動とを関連付けて行わせるとともに、研削条件に沿って前記主軸の回転速度を変化せる制御装置と、を備えた非真円箇所研削盤において、
前記主軸が前記制御装置により低回転速度で回転制御される低速回転位相範囲内の域に回転されているときに、センサが、前記工作物の前記非真円箇所の最大径部と対向して該最大径部が検出位相区間に回転していることを検出するように配置され、
前記主軸が前記検出位相区間に回転されているときに、前記センサが前記最大径部を検出しない場合に異常と判定する異常判定手段を備えることを特徴とする非真円箇所研削盤における工作物異常回転検出装置。
請求項１において、前記制御装置は、工作物の単位角度回転当りの前記砥石車による前記非真円箇所の研削量に応じて前記主軸の回転速度を変化せる制御を備えたことを特徴とする非真円箇所研削盤における工作物異常回転検出装置。
請求項１において、前記制御装置は、前記砥石車による前記非真円箇所を有する工作物の研削速度を一定にするため、前記主軸の回転速度を変化せる制御を備えたことを特徴とする非真円箇所研削盤における工作物異常回転検出装置。
請求項１乃至請求項３において、前記センサは、前記砥石台に配置されていることを特徴とする非真円箇所研削盤における工作物異常回転検出装置。
請求項１乃至請求項４において、前記工作物はエンジンのカムシャフトであり、前記非真円箇所はカムであり、前記センサは、前記砥石車によって研削中のカムの上方に対向配置されていることを特徴とする非真円箇所研削盤における工作物異常回転検出装置。