JPH065858U - 球研磨機の加工速度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加工時間と加工品質の安定を図る。 【構成】 球研磨機１は、回転砥石３と案内円板２の間
に素材となる球体ａを挟み、軸方向圧力を加えながら回
転させて研磨するものである。この球研磨機１におい
て、加工開始から完了までを複数段階に区分した各段階
の加工完了寸法の設定手段３５を設ける。また、単位時
間当たりの研削量である加工速度の目標値を球体ａの現
状寸法に応じて設定する加工速度設定手段３７を設け、
かつ加工中の球体ａの寸法を測定する自動球径測定器１
３を設ける。その測定値から演算される実加工速度と前
記目標加工速度とを比較し、比較結果によって軸方向圧
力または回転数の変更指令を出力する加工速度変更指令
手段４３を設ける。さらに、自動球径測定器１３の測定
値と加工完了寸法の設定値とを比較して一致時にその段
階の加工を停止させる完了判定手段３９を設ける。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、球研磨機において加工中の球体寸法を自動的に測定してその加工 速度（時間当りの研削量）を制御する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

軸受等に用いられる鋼球は、線材から球形に型打ちし、フラッシングでバリ取 り行い、その後に所定の外径に球研磨機で研磨される。 従来、このような球研磨機における加工速度の管理は、人による定期的な圧力 および砥石回転速度の調整に頼っていた。改善策として、主軸（砥石）駆動用電 動機の駆動電流を検出して、これを反比例の信号に変換し、電磁比例圧力調整弁 を操作する方法や、予め加工時間を数段階に分割して各段階に圧力設定をする方 法が採られている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

前記ように加工速度管理および加工寸法管理を人作業で行う方法では、加工に 要する時間や、加工後の品質に個人差が出ることになり、加工時間が安定せず、 加工品質が安定しない。前記の主軸駆動電流を検出して圧力制御を行う方法や、 加工段階毎に圧力設定する方法による場合は、人作業に頼る場合に比べて加工時 間の安定性が改善されるが、より一層の安定が要望される。

【０００４】 この考案の目的は、加工時間と加工品質の安定性向上が図れる球研磨機の加工 速度制御装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

この考案の構成を実施例に対応する図１と共に説明する。球研磨機（１）は、 ２枚の工具板（２），（３）間に素材となる球体（ａ）を挟み、両工具板（２） ，（３）間に軸方向圧力を加えながら回転駆動を与えることにより球体（ａ）を 研磨するものである。 この球研磨機（１）において、加工完了寸法の設定手段（３５）と、単位時間 当たりの研削量である加工速度の目標値を球体（ａ）の現状寸法に応じて設定す る加工速度設定手段（３７）を設ける。また、加工中の球体（ａ）の寸法を自動 測定する球径測定器（１３）を設け、かつその測定値から得られる実加工速度と 前記目標加工速度との比較結果により工具板（２），（３）間の軸方向圧力また は回転数の変更指令を出力する加工速度変更指令手段（４３）を設ける。さらに 、球径測定器（１３）の測定値と加工完了寸法の設定値とを比較して加工を停止 させる完了判定手段（３９）を設ける。

【０００６】

【作用】

目標加工速度は、球体（ａ）の現状寸法に応じて適宜の値に設定される。例え ば、現状寸法が大きいときは加工速度を早く、小さいときは遅く設定し、加工時 間が一定になるようにする。 研磨途中において、球研磨機（１）内の球体（ａ）は球径測定器（１３）で取 り出されてその寸法が測定される。加工速度変更指令手段（４３）は、測定寸法 から得られる実加工速度と目標加工速度とを比較し、比較結果に応じて工具板（ ２），（３）の軸方向圧力または回転数の変更指令を出力する。すなわち、実加 工速度が目標加工速度よりも低いときは、圧力増または回転数増とし、高いとき は圧力減または回転数減とする。同じ場合は現在の圧力および回転数を維持する 。球径測定器（１３）による測定値が加工完了寸法の設定値と一致すると、加工 を停止させる。 このように、加工中の球体の寸法を実測して加工速度へフィードバックするた め、加工時間が安定する。また、球径測定器（１３）で実測した寸法を加工完了 寸法と比較して自動停止させるので、加工完了品質が安定する。

【０００７】

【実施例】

この考案の一実施例を図１ないし図７に基づいて説明する。 球研磨機１は、工具板である案内円板２と回転砥石３との間で球体ａを研磨す るものであり、案内円板２は油圧シリンダ４の伸縮により軸方向移動可能にフレ ーム４に設置されている。回転砥石３は主軸６に固定され、主軸用電動機７の駆 動により回転駆動される。球体ａは軸受用の鋼球等となる素材である。案内円板 ２および回転砥石３は、対向面に断面半円状の案内溝が同心円状に一定間隔で多 数本形成され、両溝間に球体ａを挟み込む。

【０００８】 案内円板２には、図２のように周方向の一部に切欠８が設けられ、切欠８に一 端を臨ませたインシュート１０およびアウトシュート１１の他端を、回転ホッパ ９の出口部および入口部に配置してある。回転ホッパ９の球体ａは、インシュー ト１０→盤内（回転砥石３と案内円板２との間）→アウトシュート１１→回転ホ ッパ９へと循環する。このアウトシュート１１の出口部に自動球径測定器１３が 設けてある。

【０００９】 自動球径測定器１３は、回転ホッパ９の周壁に測定器基台１４が取付けられて おり、球体取出装置１５，インデックス板１６，および計測センサ１７を有して いる。球体取出装置１５は、アウトシュート１１から回転ホッパ９へ球体ａが落 下する箇所へ溝形の球体掬い１９をリフトシリンダ１８で降ろし、球体ａを一列 の並び状態に掬い上げるものである。リフトシリンダ１８の上昇部で球体ａは中 継シュート２０からインデックス板１６の孔１６ａ内に入り、インデックス板１ ６の回転によりその下側のガイド台２１上を転がって測定位置まで導かれる。イ ンデックス板１６は割出モータ２２で駆動される。

【００１０】 測定位置において、球体ａは平行板ばね２３を介して計測センサ１７を押し付 けることにより球径が測定される（図３）。測定の完了した球体ａは、インデッ クス板１６によりガイド台２１のアウトホール２４に送られて、落下排出され、 回転ホッパ９に戻る。

【００１１】 制御系を説明する。主軸用電動機７は交流モータからなり、制御盤３０に付設 された周波数変換装置３１による電源周波数の制御によって速度制御される。油 圧シリンダ４は、油圧発生装置３２の電磁比例圧力調整弁４４を介して油圧供給 されるものであり、この弁４４により自由に圧力調整が可能である。

【００１２】 制御盤３０はプログラマブルコントローラ３３を備えており、その機能手段と してこの加工速度制御装置を構成する次の各手段３４〜４３が構成される。各手 段３４〜４３の構成については、後に各流れ図（図４〜図６）等と共に補足説明 するが、概略構成をここで説明する。

【００１３】 全体制御手段３４は、後に図４と共に説明するメインプログラムとその実行手 段とからなる。段階別加工完了寸法設定手段３５は、研削開始から終了までを多 段階に区分した各加工段階（図７参照）における加工完了寸法を設定する記憶手 段である。段階別加工時間設定手段３６は、前記各加工段階の予定加工時間を設 定する記憶手段である。圧力・回転速度優先設定手段３８は、加工速度の制御に つき圧力優先制御（図５）と回転速度制御（図６）との何れの制御を採用するか を各加工段階毎に設定したフラグである。

【００１４】 平均値演算手段４０は、自動球径測定器１３から出力される各回の複数個の測 定データの平均値を演算し、前回平均値および今回平均値を記憶する手段である 。完了判定手段３９は、平均値演算手段４０で得られる測定値が各段階の加工完 了寸法に一致したことを検出して次の加工段階への移行を行わせる手段であり、 最終加工段階においては一致検出により加工を停止させる。

【００１５】 実加工速度演算手段４３は、平均値演算手段４０で得た前回平均値と今回平均 値との差を前回と今回の時間間隔で除して単位時間当たり（この実施例では測定 時間間隔当たり）の実研削量を演算する手段である。 目標加工速度演算手段４２は、球体ａの現状寸法，段階別の加工完了寸法，お よび段階別の予定加工時間から各加工段階の目標加工速度を演算する手段であり 、この実施例では測定時間間隔当たりの目標研削量を演算するものとしてある。 加工速度変更指令手段４３は、設定加工速度と実加工速度とを比較して比較結 果に応じた出力を電磁比例圧力調整弁４４または周波数変換装置３１に送る手段 である。

【００１６】 つぎに、上記構成の動作を説明する。回転ホッパ９の球体ａは、前記のように インシュート１２から回転砥石３と案内円板２の間に供給され、研削後にアウト シュート１１から回転ホッパ９に戻る。この動作の繰り返しにより球体ａの研削 が行われる。アウトシュート１１から戻る一部の球体ａは、一定の測定間隔で自 動球径測定器１３により球径が測定され、回転ホッパ９に戻される。１回の測定 時には、例えば１２個の球体ａが測定され、その平均値が測定値とされる。

【００１７】 研削の開始から終了までは多段階に区分される。この実施例では図７のように ５段階に区分され、各段階の加工が、図４にメインプログラムを示すように順次 実行される。第１段階（Ｓ１）は初期加工、第２段階（Ｓ２）は粗加工、第３段 階（Ｓ３）は冷却期間、第４段階（Ｓ４）は仕上げ加工、第５段階（Ｓ５）はス パークアウトである。この第２段階の加工（Ｓ２）に図５の圧力制御優先の加工 速度制御が、第４段階の加工（Ｓ４）に図６の回転数制御による加工速度制御が 各々行われるのが一般的であるが、状況により制御方式が選択される。なお、第 ２，第４段階の加工完了寸法（図７のＤ２，ＤＥ等）および第２，第４各段階の 予定加工時間（Ｔ２，ＴＥ等）は加工の開始前に予めプログラマブルコントロー ラ３３に入力設定しておく。

【００１８】 図７において、段階１の初期加工では、前工程における仕上がり寸法のばらつ きを無くすための研削が一定時間行われる。例えば、回転ホッパ９が２回転する 間だけ加工が行われる。回転ホッパ９の１回転の時間は、球体ａの寸法やホッパ 容量によっても異なる。

【００１９】 段階２の粗加工では、所定時間の無測定の加工の後、図５に示す加工速度制御 が行われる。すなわち、粗加工の開始時点では前加工の段階の寸法ばらつきが残 っているため、このばらつきを除くために、例えば回転ホッパ９が一定回転数回 転する間だけ無測定の研削が行われる（これにより１皮剥けた状態になる。）。 この後、自動球径測定器１３による第１回の測定が行われ、図５の加工速度制御 が開始される。

【００２０】 同図の制御では、ステップＱ１からＱ９に進みＱ１に戻るループの制御動作が 、測定時間間隔（測定周期）毎に繰り返される。測定の間隔は、この実施例では 回転ホッパ９の１回転毎としてある。図５の各繰り返し過程では、まず加工寸法 および加工時間の設定が行われる（Ｑ１）。加工寸法の設定は、予め入力設定さ れた第２段階の加工完了寸法設定値Ｄ２と、自動球径測定器１３の測定値から得 られた現状寸法との差が設定される。加工時間の設定は、加工開始から現在（各 繰り返し過程の開始時）までに要した時間を第２段階の予定加工完了時間Ｔ２か ら引いた値が設定される。つぎに、これら加工寸法設定値および加工時間設定値 から単位時間当たりの目標研削量が演算され、かつ測定時間間隔ｔ当たりの目標 研削量が演算されて設定される（Ｑ２）。ステップＱ３では、予め設定された盤 内の油圧シリンダ４の標準圧力、および主軸用電動機７の駆動用の標準周波数の 値が所定の作業用記憶エリアに転送設定され、その設定値で加工が行われる。

【００２１】 なお、図５では図示を省略したが、第１回目の測定の後、第２回目の測定まで の間は、次のステップＱ４に進ことなく、標準圧力，標準周波数で加工を行って ステップＱ１に戻り、第３回目の測定の後にステップＱ３からＱ４に進む。

【００２２】 ステップＱ４では、自動球径測定器１３で複数個ずつ測定される前回の測定平 均値と今回の測定平均値との差を取り、時間当たりの実研削量（実加工速度）を 演算する。この例では、測定時間間隔ｔ当たりの研削量を演算している。 この実加工速度と目標加工速度とを比較し（Ｑ５）、実加工速度が目標加工速 度よりも遅い場合は加圧指令が出され（Ｑ６）、速い場合は減圧指令が出される （Ｑ８）。同じ場合は現状圧力を維持する（Ｑ７）。前記の圧力の変更指令（Ｑ ６，Ｑ８）により、電磁比例圧力調整弁４４の制御電流が制御され、油圧シリン ダ４による案内円板２の加圧力の増減が行われる。増減幅は、例えば上限から下 限までを１０等分したものを１単位とし、加工速度差の大きさに応じて１単位の 倍数で前記の増減指令が行われる。

【００２３】 圧力変更だけで加工速度を目標値まで増減させることができない場合は、周波 数変換装置３１に対して周波数増（Ｑ１１）または周波数減（Ｑ１３）の指令を 出す。周波数変更でも対応できない場合は、アラームとする。周波数変更による 加工速度の変更は、次のように行われる。すなわち、電源周波数が下がると、回 転砥石３の回転速度が下がるが、回転ホッパ９から回転砥石３へ流入する球体ａ の流入量は一定であるため、回転砥石３内における球体ａの間隔が詰まり球体ａ の１個当たりの荷重が減少する。そのため、圧力を下げたのと同じ効果となり、 加工速度が落ちる。

【００２４】 加工圧力および砥石回転速度には共に一定の許容範囲があり、また加工速度へ の効き方も異なる。そのため、この実施例では両方を使い分けている。すなわち 、粗加工のように研削取代が多い場合は、図５のように圧力調整を優先して加工 速度の調整幅を大きくし、仕上げ加工では図６のステップＲ６，Ｒ８に示すよう に砥石回転速度による加工速度の制御だけとして高品質の加工を図っている。

【００２５】 図５のステップＱ９では、今回の測定平均値と第２段階の加工完了寸法設定値 Ｄ２とを比較し、設定値に達していなければステップＱ１に戻って加工を続行す る。この場合に、繰り返し過程では前記の今回測定平均値を現状寸法として入力 し、かつ１ループに要する加工時間（回転ホッパ９の１回転の時間）を予定加工 時間から減算して単位時間当たりの目標研削量を設定し直す（Ｑ１，Ｑ２）。標 準圧力および標準周波数は、前記のステップＱ６，Ｑ８，Ｑ１１，Ｑ１３の処理 を行った場合には、その値に更新される。このようにして加工が続けられ、前回 と同様に目標加工速度と実加工速度とを比較して加工速度の増減が行われる（Ｑ ５〜Ｑ８）。この後、今回測定平均値が第２段階の加工完了寸法設定値Ｄ２と一 致すると、次の第３加工段階（図４のステップＳ３）へ移行する。

【００２６】 第３段階は球体ａの冷却期間であり、加圧力を最低にして設定速度で回転砥石 ３を一定期間回転させる。すなわち、第２段階が強加工のために球体ａは発熱し ており、このままで次の仕上げ加工に入ると、熱膨張のために寸法誤差が生じ、 制御上で問題が発生する。そのため、前記のように加圧力を最低として冷却期間 を設ける。なお、球体ａが回転砥石３の中を通過する時間は、回転ホッパ９内で 待機状態にある期間よりもはるかに短い。そのため、連続加工である関係から、 加工状態の異なる球体ａが混在することになるが、加工段階３はこの差を縮める 役目も果たす。

【００２７】 第４段階の仕上げ加工に入ると、図６の流れ図の制御が行われる。同図の制御 は、実加工速度と目標加工速度とが異なる場合に、周波数制御を行って加工速度 を調整するようにしている（Ｒ６，Ｒ８）。目標加工速度は、仕上げ加工に応じ た値に設定される。その他の動作は図５の制御と同様である。測定平均値が最終 段階の加工完了寸法ＤＥに一致すると（Ｒ９）と、第５加工段階のスパークアウ トに移行した後、研削を停止する。なお、各段階の加工の停止は、寸法一致の判 断の後、回転ホッパ９が１回転したことを検出したときに行われる。

【００２８】 第５加工段階は、第３段階と同様に加圧力を最低にして寸法を揃える加工であ る。大きい寸法の球体ａのみが研削され、小さい径の球体ａは加工されないため 、ばらつき範囲内で球体ａの寸法が揃えられる。第５加工段階で研削される取代 は経験的に想定できるので、最終過去完了寸法ＤＥを第４段階で設定することで 、ロット間でも実際の最終加工完了寸法が統一される。

【００２９】 この加工速度制御装置によると、このように自動球径測定器１３を設け、加工 中の球体ａの寸法を実測して加工速度へフィードバックするため、加工時間が安 定する。 この場合に、加工ロット間で研削取代に差があっても、目標加工速度を球体ａ の現状寸法に応じてその段階の加工完了寸法と標準加工時間とから設定するよう にしたため、加工時間を同じにすることができる。すなわち、図７に第１回目の ロットを白丸印で、第２回目のロット黒丸印で、第３回目のロットを×印で各々 示すように、各加工ロットの加工前の寸法に差があっても、予定加工完了時間Ｔ ２で加工が完了するように目標加工速度が設定される。この目標加工速度で加工 されるように、前記の加工速度のフィードバックが行われ、正確に予定加工完了 時間Ｔ２で加工が完了する。しかも、この実施例では加工の進行に伴い、現状加 工寸法に応じて目標加工速度を常に更新するようにしたので、より一層正確に予 定加工時間でその段階の加工を完了させることができる。

【００３０】 また、この加工速度制御装置では、自動球径測定器１３で実測した寸法を設定 加工完了寸法と比較して自動停止させるので、加工完了品質が安定する。さらに 、この実施例では加工段階を多段階に区分し、中間の第２段階においてもその段 階の加工完了寸法になったことを自動検出して加工停止するため、次の加工段階 へ流れる球体ａの寸法がロット間でばらつかず、これにより最終製品の球体ａの 寸法品質がより一層向上する。しかも、第３および第５加工段階において、加圧 力を最低にしてバラツキを小さくする工程を設けているため、最終製品の寸法品 質がさらに向上する。さらに、球径の自動計測を行い、速度制御および停止制御 を自動的に行うようにしたため、作業者の負担軽減、すなわち工数削減となる。

【００３１】 なお、前記実施例では、加工の進行に伴い、現状加工寸法に応じて目標加工速 度を常に更新するようにしたが、一度設定した目標加工速度をその加工段階の終 了まで一定値のまま維持するようにしても良い。 また、前記実施例では多数段の加工段階に区分したが、この考案は加工開始か ら終了までを１段階とする場合にも適用することができる。

【００３２】

【考案の効果】

この考案の加工速度制御装置は、自動球径測定器を設け、加工中の球体の寸法 を実測して加工速度へフィードバックするため、加工時間が安定する。この場合 に、加工ロット間で研削取代に差があっても、目標加工速度を球体の現状寸法に 応じて適宜の値に設定することにより、加工時間を同じにすることができる。ま た、球径測定器で実測した寸法を加工完了寸法と比較して自動停止させるので、 加工完了品質が安定する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の一実施例を適用する球研磨機の平面
図と制御系の概念構成のブロック図とを示す説明図であ
る。

【図２】その球研磨機の斜視図である。

【図３】同球研磨機における自動球径測定器の部分拡大
断面図である。

【図４】その加工速度制御装置のメインプログラムの流
れ図である。

【図５】同加工速度制御装置の圧力優先の加工速度制御
動作を示す流れ図である。

【図６】同加工速度制御装置の回転数制御による加工速
度制御動作を示す流れ図である。

【図７】同加工速度制御装置による制御動作の加工時間
と寸法との関係を示す説明図である。

【符号の説明】

１…球研磨機、２…案内円板、３…回転砥石、４…油圧
シリンダ、７…主軸用電動機、９…回転ホッパ、１３…
自動球径測定器、３０…制御盤、３１…周波数変換装
置、３３…プログラマブルコントローラ、３５…段階別
加工完了寸法設定手段、３６…段階別加工時間設定手
段、３７…加工速度設定手段、４１…実加工速度演算手
段、４２…目標加工速度演算手段、４３…加工速度変更
指令手段、４４…電磁比例圧力調整弁

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２枚の工具板間に素材となる球体を挟
   み、両工具板間に軸方向圧力を加えながら回転駆動を与
   えて研磨する球研磨機において、加工完了寸法の設定手
   段と、単位時間当たりの研削量である加工速度の目標値
   を球体の現状寸法に応じて設定する加工速度設定手段
   と、加工中の球体の寸法を自動測定する球径測定器と、
   この球径測定器の測定値から得られる実加工速度と前記
   目標加工速度とを比較しその比較結果に応じて前記工具
   板の軸方向圧力または回転数の変更指令を出力する加工
   速度変更指令手段と、前記球径測定器の測定値と加工完
   了寸法の設定値とを比較して加工を停止させる完了判定
   手段とを備えた球研磨機の加工速度制御装置。