JPH09295264A

JPH09295264A - 工作機械

Info

Publication number: JPH09295264A
Application number: JP8131384A
Authority: JP
Inventors: Takao Yoneda; 孝夫米田; Yukio Otsu; 征雄大津; Moriaki Sakakura; 守昭坂倉; Go Abeta; 郷阿部田
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1996-04-26
Filing date: 1996-04-26
Publication date: 1997-11-18

Abstract

(57)【要約】【課題】回転検出用の装置を付加することなく、工作
物の異常回転を検出できる工作機械を提供する。【解決手段】工作物を固定している主軸の回転数から
基準となる回転周期を演算する（Ｓ１２）。そして、工
作物径を測定し（Ｓ１４）、工作物径が減少から増加に
転じたかを判断する（Ｓ１８）。工作物径が減少から増
加に転じた際には（Ｓ１８がＹｅｓ）、保持されてデー
タから工作物の回転周期（振れ周期）を演算する（Ｓ２
０）。即ち、振れの極小値と極小値との間隔に基づき工
作物の回転周期を求める。この後、該振れ周期と基準の
回転周期とを比較し、この差が許容値を越える場合には
（Ｓ２２がＹｅｓ）、異常と判断して、異常回転を通知
する（Ｓ２４）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作物の異常回転
を検出する機能を備えた工作機械に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】研削盤等の工作機械においては、工作物
は、主軸台と心押台との間に保持され、主軸に設けられ
た駆動金具或いはチャックによって主軸と共に回動す
る。そして、該工作物は、一般的に該主軸より高速で回
動される砥石によって研削される。ここで、チャックに
よる把持が適切でない場合、或いは、チャックと工作物
との間に削り屑や油等を噛み込みスリップが生じたと
き、更には、駆動金具と工作物とを連結するピンが破損
した際には、主軸の回転に対して工作物の回転が遅れ、
工作物が停止し、工作物と砥石との間の抵抗が増大して
砥石を破損することがあり、また、工作物が砥石に連れ
回りされて主軸より高速で回転し、砥石や工作物を破損
することがある。

【０００３】このような異常状態を検出するための工作
物異常回転検出装置が、例えば、実公昭４７−１１２６
９号、或いは、実公昭４８−４５１７４号で本出願人に
よって提案されている。実公昭４７−１１２６９号で
は、主軸の回転周期を検出する近接スイッチと工作物の
回転周期を検出する近接スイッチとを備え、両近接スイ
ッチによって工作物の異常回転を検出できるように構成
されている。また、実公昭４８−４５１７４号では、円
筒形の工作物に対応するため、工作物と一体的に回転す
る心押台センタにカム形状のドクを設ける技術が開示さ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記実公昭４７−１１
２６９号の技術では、主軸の回転周期と工作物の回転周
期とをそれぞれ検出するための近接スイッチが必要とな
る。特に、工作物の回転周期を検出する近接スイッチ
は、その設置場所に制約がある。また、工作物がカムシ
ャフト等であれば、近接スイッチによって回転周期を検
出できるが、円筒状の工作物は検出できない。

【０００５】他方、実公昭４８−４５１７４号では、円
筒形の工作物に対応し得るが、心押台センタにドクを設
ける必要があると共に、工作物と心押台センタとの間で
滑りが生じ、工作物の回転を正確に検出できなくなる恐
れがある。

【０００６】本発明は、上述した課題を解決するために
なされたものであり、その目的とするところは、回転検
出用の装置を付加することなく、工作物の異常回転を検
出できる工作機械を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１の工作機械では、工作物を保持し、回転速
度指令に基づいて回動させる主軸と、工作物を研削する
砥石を回動し、該工作物に向けて該砥石を移動させる砥
石移動装置と、工作物の径を測定する径測定装置と、を
有する工作機械であって、前記主軸の回転速度指令値に
基づいて、前記主軸の回転速度に対応する基準値を演算
する基準値演算手段と、前記径測定装置の測定値に基づ
いて、実際の工作物の回転速度に対応する値を演算する
測定値演算手段と、前記基準値演算手段にて演算された
基準値と、前記測定値演算手段にて演算された回転速度
対応値とを比較して工作物の異常回転を判定する判定手
段と、を有することを技術的特徴とする。

【０００８】また、請求項２の工作機械では、請求項１
において、前記基準値演算手段によって演算される基準
値は、主軸の回転周期であり、前記測定値演算手段によ
って演算される回転速度対応値は、工作物の振れ周期で
あることを技術的特徴とする。

【０００９】また、請求項３の工作機械では、請求項１
において、前記基準値演算手段によって演算される基準
値は、主軸の回転周波数であり、前記測定値演算手段
が、工作物径のデータを高速フーリエ変換して得られた
周波数に基づき回転速度対応値を演算することを技術的
特徴とする。

【００１０】更に、請求項４の工作機械では、工作物を
保持し回動させる主軸と、工作物を研削する砥石を回動
し、該工作物に向けて該砥石を移動させる砥石移動装置
と、工作物の径を測定する径測定装置と、を有する工作
機械であって、前記径測定装置の測定値に基づいて、実
際の工作物の回転速度に対応する値を演算する測定値演
算手段と、前記測定値演算手段にて演算された回転速度
対応値の変化量を監視して工作物の異常回転を判定する
判定手段と、を備えることを技術的特徴とする。

【００１１】また、請求項５の工作機械では、請求項４
において、前記測定値演算手段によって演算される回転
速度対応値は、工作物の振れ周期であることを技術的特
徴とする。

【００１２】請求項６の工作機械では、工作物を保持し
回動させる主軸と、工作物を研削する砥石を回動するモ
ータと、該モータに供給される電力を測定する電力測定
装置と、該工作物に向けて該砥石を移動させる砥石移動
装置と、工作物の径を測定する径測定装置と、を有する
工作機械であって、前記電力測定装置にて測定された前
記モータの電力と、前記径測定装置にて測定された工作
物径の変化速度の比から、実際の工作物の回転速度に対
応する値を演算する測定値演算手段と、前記測定値演算
手段にて演算された回転速度対応値の変化量を監視して
工作物の異常回転を判定する判定手段と、を備えること
を技術的特徴とする。

【００１３】請求項７の工作機械では、工作物を保持し
回動させる主軸と、該工作物に向けて砥石を移動させる
砥石移動装置と、該砥石の位置を測定する位置測定装置
と、工作物の径を測定する径測定装置と、を有する工作
機械であって、前記位置測定装置にて測定された前記砥
石の位置と、前記径測定装置にて計測された工作物径か
ら、工作物の撓み量を演算する撓み量演算手段と、前記
撓み量演算手段にて演算された撓み量の変化速度を監視
して工作物の異常回転を判定する判定手段と、を備える
ことを技術的特徴とする。

【００１４】請求項８の工作機械では、工作物を保持し
回動させる主軸と、該工作物に向けて砥石を移動させる
砥石移動装置と、該砥石の位置を測定する位置測定装置
と、工作物の径を測定する径測定装置と、を有する工作
機械であって、前記位置測定装置にて測定された前記砥
石の位置と、前記径測定装置にて計測された工作物径か
ら、工作物の撓み量を演算する撓み量演算手段と、現在
の撓み量から一定時間後の予測撓み量を演算する撓み量
予測手段と、前記撓み量演算手段にて演算された撓み量
と、前記撓み量予測手段にて予測された予測撓み量とを
比較して工作物の異常回転を判定する判定手段と、を備
えることを技術的特徴とする。

【００１５】また、請求項９の工作機械では、請求項８
において、前記撓み量予測手段は、現在の撓み量から一
定時間後の予測撓み量を演算するための定数を含んだ近
似式を用い、前記撓み量演算手段にて演算された撓み量
に基づいて、該近似式の定数を決定して、一定時間後の
予測撓み量を演算することを技術的特徴とする。

【００１６】

【作用】請求項１の工作機械では、基準値演算手段が、
主軸の回転速度指令値に基づいて、主軸の回転速度に対
応する基準値を演算し、測定値演算手段が、径測定装置
の測定値に基づいて、実際の工作物の回転速度に対応す
る値を演算する。そして、判定手段が、基準値演算手段
にて演算された基準値と、測定値演算手段にて演算され
た回転速度対応値とを比較し、基準値と回転速度対応値
の差が許容値を越えたときには、工作物の異常回転と判
定する。

【００１７】径測定装置は研削盤に備えられている定寸
装置を用いればよい。このため、工作機械に新たに異常
回転検出用の装置を付加することなく、工作物の異常回
転を検出することができる。

【００１８】請求項２の工作機械では、測定値演算手段
が、回転速度対応値として工作物の振れ周期を演算す
る。ここで、工作物の振れ周期は径測定装置を用いて簡
単に求め得るため、演算に時間がかからない。

【００１９】請求項３の工作物では、基準値演算手段
が、基準値として主軸の回転周波数を演算し、測定値演
算手段が、工作物径のデータを高速フーリエ変換して得
られた周波数に基づき回転速度対応値を演算する。この
ため、径測定装置の出力にノイズ（例えば、工作物や径
測定装置のフィーラに切り粉が付着）があっても、高速
フーリエ変換によってピークが明確となるため、正確な
周波数（回転速度対応値）を演算できる。

【００２０】請求項４の工作機械では、測定値演算手段
が、径測定装置の測定値に基づいて、実際の工作物の回
転速度に対応する値を演算する。そして、判定手段が、
測定値演算手段にて演算された回転速度対応値の変化量
を監視して工作物の異常回転を判定する。ここで、基準
値と測定値とを比較する場合には、工作物が正常に回転
している状態であっても基準値と測定値とには、誤差が
あるため、その誤差を加味した許容値を設定しなければ
ならない。これに対して、請求項４の工作機械では、演
算により求めた回転速度対応値、すなわち測定値の変化
量に基づき、異常回転を判定するため、基準値と測定値
とを比較する場合に必要となる誤差の考慮が不要とな
り、許容値を小さくすることができるので、僅かな回転
異常であっても検出することができる。

【００２１】また、工作機械に新たに異常回転検出用の
装置を付加することなく、工作物の異常回転を検出する
ことができる。

【００２２】請求項５の工作機械では、測定値演算手段
が、回転速度対応値として工作物の振れ周期を演算す
る。ここで、工作物の振れ周期は径測定装置を用いて簡
単に求め得るため、演算に時間がかからない。

【００２３】請求項６の工作機械では、測定値演算手段
が、電力測定装置にて測定されたモータの電力と、径測
定装置にて測定された工作物径の変化速度の比から、実
際の工作物の回転速度に対応する値を演算する。そし
て、判定手段が、測定値演算手段にて演算された回転速
度対応値の変化量を監視して工作物の異常回転を判定す
る。請求項６の工作機械では、工作物径の変化速度とモ
ータの電力との比を演算することにより、研削開始直後
の工作物の逃げと工作物の異常回転とを区別することが
できる。

【００２４】請求項６の工作機械では、演算により求め
た回転速度対応値の変化量に基づき、異常回転を判定す
るため、基準値と測定値とを比較する場合に必要となる
誤差の考慮が不要となり、許容値を小さくすることがで
きるので、僅かな回転異常であっても検出することがで
きる。また、工作機械に新たに異常回転検出用の装置を
付加することなく、工作物の異常回転を検出することが
できる。

【００２５】請求項７の工作機械では、撓み量演算手段
が、位置測定装置にて測定された砥石の位置と、径測定
装置にて計測された工作物径から、工作物の撓み量を演
算する。そして、判定手段が、撓み量演算手段にて演算
された撓み量の変化速度を監視して工作物の異常回転を
判定する。ここで、撓み量を求めることは簡単であり、
変化速度はこの撓み量を単に微分するだけで求め得るの
で、演算に時間がかからない。

【００２６】請求項７の工作機械では、演算により求め
た回転速度対応値の変化量に基づき、異常回転を判定す
るため、基準値と測定値とを比較する場合に必要となる
誤差の考慮が不要となり、許容値を小さくすることがで
きるので、僅かな回転異常であっても検出することがで
きる。また、工作機械に新たに異常回転検出用の装置を
付加することなく、工作物の異常回転を検出することが
できる。

【００２７】請求項８の工作機械では、撓み量演算手段
が、位置測定装置にて測定された砥石の位置と、径測定
装置にて計測された工作物径から、工作物の撓み量を演
算し、撓み量予測手段が、現在の撓み量から一定時間後
の予測撓み量を演算する。そして、判定手段が、撓み量
演算手段にて演算された撓み量と、撓み量予測手段にて
予測された予測撓み量とを比較して工作物の異常回転を
判定する。

【００２８】請求項８の工作機械では、演算により求め
た予測撓み量に基づき、異常回転を判定するため、基準
値と測定値とを比較する場合に必要となる誤差の考慮が
不要となり、許容値を小さくすることができるので、僅
かな回転異常であっても検出することができる。また、
工作機械に新たに異常回転検出用の装置を付加すること
なく、工作物の異常回転を検出することができる。

【００２９】請求項９の工作機械では、撓み量予測手段
は、現在の撓み量から一定時間後の予測撓み量を演算す
るための定数を含んだ近似式を用い、撓み量演算手段に
て演算された撓み量に基づいて、該近似式の定数を決定
して、一定時間後の予測撓み量を演算する。即ち、実際
の撓み量に基づいて近似式における定数を決定するの
で、近似式の精度が向上し、これにより、許容値を小さ
くすることが可能となり、異常回転の検出精度が向上す
る。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施態
様について図を参照して説明する。図１は、本発明の１
実施態様に係る工作機械を具現化した円筒研削盤１０の
平面図である。図１において、ベッド１２の上にテーブ
ル１４が水平方向に移動可能に案内支持されている。テ
ーブル１４の上には主軸台１６と心押台１８とが対向し
て配置され、主軸台１６の一端には主軸１６ａと、工作
物Ｗの一端を把持するチャック１６ｂとが設けられ、心
押台１８には工作物Ｗの他端をセンタ支持するセンタ１
８ａが設けられている。ワーク回転軸がテーブル１４の
移動方向と平行になるように、主軸台１６と心押台１８
とによって工作物Ｗの両端が支持され、また、工作物Ｗ
は上記主軸台１６の主軸サーボモータ４２によって回転
駆動されるようになっている。また、このテーブル１４
には、工作物Ｗの直径を測定するための定寸装置５０が
配設されている。

【００３１】一方、ベッド１２の上に、砥石台２０が、
テーブル１４の移動方向と直交する水平方向に案内支持
され、この砥石台２０に砥石車２２がテーブル１４の移
動方向と平行な軸線回りに回転可能に支持されている。
この砥石車２２は、砥石駆動モータ２４によってプーリ
２６、ベルト２８、プーリ３０を介して高速で回転駆動
されるようになっている。

【００３２】次に、該円筒研削盤１０を制御する数値制
御装置１００の構成について説明する。数値制御装置１
００は、装置全体を管理する中央制御装置（ＣＰＵ）１
０２と、種々の制御値及びプログラムを保持するＲＡＭ
１２０、ＲＯＭ１２２と、インターフェィス１０４、１
０６と、Ａ／Ｄコンバータ１０８と、から主として成
る。このＲＡＭ１２０には、加工プログラムエリア１２
０ａと、工作物の回転数の基準値を演算するための基準
値演算プログラムエリア１２０ｂと、工作物の回転数の
測定値（回転速度対応値）を演算するための測定値演算
プログラムエリア１２０ｃと、基準値と測定値とを比
較、或いは、測定値の変化に基づき工作物の回転異常を
判断するための判定プログラムエリア１２０ｄと、測定
値及び演算値を保持するためのバッファリングエリア１
２０ｅとが形成されている。この数値制御装置１００に
は、入力装置１１０を介して種々のデータが入力され、
また、出力装置１１２を介して種々のデータを出力し得
るように構成されている。該入力装置１１０は、データ
の入力等を行うためのキーボード、データの表示を行う
ＣＲＴ等の表示装置が備えられている。また、ＣＰＵ１
０２には、定寸装置５０からのアナログ信号がＡ／Ｄコ
ンバータ１０８にてデェジタル値に変換されて入力され
るようになっている。更に、該ＣＰＵ１０２には、主軸
１６ａを駆動する主軸サーボモータ４２の回転数が、主
軸エンコーダ４４からインターフェィス１０６を介して
入力されるように構成されている。

【００３３】数値制御装置１００は、ボールネジ（図示
せず）により砥石台２０をテーブル１４の移動方向と直
交する水平方向へ送るための第１サーボモータ８２へ、
第１モータ駆動回路（ＤＵＺ）９０を介して駆動信号を
与える。この第１サーボモータ８２に取り付けられた第
１エンコーダ８４は、第１サーボモータ８２の回転位
置、即ち、砥石台２０の位置を、第１モータ駆動回路９
０及び数値制御装置１００側へ送出するように構成され
ている。他方、数値制御装置１００は、ボールネジ（図
示せず）によりテーブル１４を水平方向に送るための第
２サーボモータ９２へ、第２モータ駆動回路（ＤＵＸ）
８０を介して駆動信号を与える。この第２サーボモータ
９２に取り付けられた第２エンコーダ９４は、テーブル
１４の位置を、第２モータ駆動回路８０及び数値制御装
置１００へ送出するように構成されている。

【００３４】引き続き、第１実施態様に係る工作機械の
工作物の異常回転検出動作について、図２のフローチャ
ート及び図８のグラフを参照して説明する。まず、ＣＰ
Ｕ１０２は、主軸１６ａを駆動する主軸サーボモータ４
２を駆動する際に与える回転速度指令値、或いは、主軸
エンコーダ４４から入力された主軸サーボモータ４２の
回転数から基準となる回転周期を演算する（Ｓ１２）。
そして、定寸装置５０によって工作物径を測定し（Ｓ１
４）、測定した値をＲＡＭ１２０のバッファリングエリ
ア１２０ｅに保存する（Ｓ１６）。

【００３５】次に、バッファのデータ（工作物径）が減
少から増加に転じたかを判断する（Ｓ１８）。バッファ
のデータが減少から増加に転じるまでは（Ｓ１８がＮ
ｏ）、ステップ２８の判断を経て、ステップ１４に戻
り、工作物径のバッファリングを続ける（Ｓ１４、Ｓ１
６）。他方、バッファのデータが減少から増加に転じた
際には（Ｓ１８がＹｅｓ）、バッファリングエリア１２
０ｅに保持されたデータから工作物の回転（振れ）周期
を演算する（Ｓ２０）。

【００３６】即ち、主軸の中心と工作物の中心とは僅か
にずれており、工作物は、該主軸の中心に対して振れな
がら回転している。このため、図８（Ａ）に示すよう
に、工作物の径は、波打ちながら減少している。従っ
て、バッファのデータが減少から増加に転じたタイミン
グ（極小値１）と、次に減少から増加に転じたタイミン
グ（極小値２）との間の時間（振れ周期）を求めること
により、工作物の回転周期を算出する。ここで、図中に
示す極小か否かの判断は、上述したように工作物径の測
定値データを順次バッファリングエリア１２０ｅに保存
し、測定値データが減少から増加に転じたときを極小値
と判断している。

【００３７】上記ステップ２０にて工作物の回転周期
（振れ周期）を演算した後、該振れ周期と前記ステップ
１２で演算した基準の回転周期とを比較し、基準の回転
周期から振れ周期を引いた値が、許容値を越えるかを判
断する（Ｓ２２）。ここでは、許容値として１０％を設
定してある場合には、基準の回転周期よりも振れ周期が
１０％以上長いとき、あるいは１０％以上短いとき、例
えば、図８（Ｂ）に示すように主軸と工作物との間に滑
りが生じ、振れ周期にズレが生じている際には（Ｓ２２
がＹｅｓ）、図示しない警告灯を点灯して異常回転を通
知すると共に（Ｓ２４）、円筒研削盤１０を非常停止し
て（Ｓ２６）、砥石車２２及び工作物Ｗの破損を防ぐ。

【００３８】他方、基準の回転周期から振れ周期を引い
た値が、許容値未満の時には（Ｓ２２がＮｏ）、ステッ
プ２８に移行して、加工が完了したかを判断し、加工が
完了するまでは（Ｓ２８がＮｏ）、ステップ１４に戻
り、工作物の回転周期の監視を続ける。

【００３９】この第１実施態様では、円筒研削盤１０に
新たに異常回転検出用の装置を付加することなく、図２
に示す処理内容のプログラムを加えるだけで工作物の異
常回転を検出することができる。また、振れ周期は、簡
単に求め得るため計算に時間がかからない利点がある。

【００４０】次に、本発明の第２実施態様の円筒研削盤
による、異常回転検出処理について、当該処理を示す図
３のフローチャートを参照して説明する。なお、ここ
で、第２実施態様の円筒研削盤及び数値制御装置の構成
は、図１を参照して上述した第１実施態様と同様である
ため説明を省略する。

【００４１】まず、ＣＰＵ１０２は、定寸装置５０によ
って工作物径を測定し（Ｓ３４）、測定した値をＲＡＭ
１２０のバッファリングエリア１２０ｅに保存する（Ｓ
４６）。次に、バッファのデータが減少から増加に転じ
たかを判断する（Ｓ３８）。バッファのデータが減少か
ら増加に転じるまでは（Ｓ３８がＮｏ）、ステップ４８
の判断を経て、ステップ３４に戻り、工作物径のバッフ
ァリングを続ける（Ｓ３４、Ｓ３６）。他方、工作物径
が減少から増加に転じた際には（Ｓ３８がＹｅｓ）、バ
ッファリングエリア１２０ｅに保持されてデータから第
１実施態様と同様に工作物の回転（振れ）周期を演算す
る（Ｓ４０）。

【００４２】そして、この振れ周期をバッファリングエ
リア１２０ｅに保存した後（Ｓ４１）、該振れ周期と、
以前にバッファリングエリア１２０ｅに保持した振れ周
期とを比較し、バッファリングした振れ周期から今回の
振れ周期を引いた値が、許容値を越えるか判断する（Ｓ
４２）。ここで、図８（Ｂ）に示すように主軸と工作物
との間に滑りが生じ、バッファリングしてある振れ周期
よりも今回の振れ周期が、許容値を越えて長いとき、あ
るいは短いときには（Ｓ４２がＹｅｓ）、図示しない警
告灯を点灯して異常回転を通知すると共に（Ｓ４４）、
円筒研削盤１０を非常停止して（Ｓ４６）、砥石車２２
及び工作物Ｗの破損を防ぐ。

【００４３】なお、上記ステップ４２で基準としたバッ
ファリングされている回転周期は、前回演算された周期
でもよいし、また、加工開始からバッファリングされて
いる回転周期の平均値であっても良い。

【００４４】上述した第１実施態様では、基準値と測定
値とを比較しているため、工作物が正常に回転している
状態であっても基準値と測定値との間には、誤差があ
り、その誤差を加味した許容値を設定しなければならな
い。これに対して、第２実施態様では、演算により求め
た振れ周期に基づき、異常回転を判定するため、基準値
と測定値とを比較する場合に必要となる誤差の考慮が不
要となり、許容値を小さくすることができるので、僅か
な回転異常であっても検出することができる。

【００４５】次に、本発明の第３実施態様の円筒研削盤
による、異常回転検出処理について、当該処理を示す図
４のフローチャートを参照して説明する。まず、ＣＰＵ
１０２は、主軸１６ａを駆動する主軸サーボモータ４２
を駆動する際に与える回転速度指令値、或いは、主軸エ
ンコーダ４４から入力された主軸サーボモータ４２の回
転数から基準となる周波数を演算する（Ｓ５２）。そし
て、定寸装置５０によって工作物径を測定し（Ｓ５
４）、測定した値をＲＡＭ１２０のバッファリングエリ
ア１２０ｅに保存する（Ｓ５６）。

【００４６】次に、バッファリングされたデータを高速
フーリエ変換（ＦＦＴ）し、図９に示すようにピークと
なる周波数を演算する。そして、上記ステップ５２に求
めた基準周波数と、高速フーリエ変換により求めた周波
数のピークとを比較し（Ｓ６２）、その差が図９に示す
ように許容値を越える場合には（Ｓ６２がＹｅｓ）、異
常回転を通知すると共に（Ｓ６４）、円筒研削盤１０を
非常停止する（Ｓ６６）。

【００４７】この第３実施態様においては、工作物径の
データを高速フーリエ変換して得られた周波数に基づき
回転周波数を演算する。このため、定寸装置５０の出力
にノイズ（例えば、工作物Ｗや定寸装置５０のフィーラ
に切り粉が付着）があっても、高速フーリエ変換によっ
てピークが明確となるため、正確に周波数を演算でき
る。

【００４８】次に、本発明の第４実施態様の円筒研削盤
による異常回転検出処理について説明する。なお、この
第４実施態様では、砥石車２２を回動する砥石駆動モー
タ２４の消費電力に基づき、数値制御装置１００が、工
作物の回転異常を検出するため、消費電力の検出装置が
砥石駆動モータ２４に取り付けられ、該検出装置から砥
石駆動モータ２４の消費電力が数値制御装置１００へ出
力されるように構成されているが、この構成の図示は省
略する。

【００４９】即ち、この第４実施態様では、正常時に
は、工作物径と砥石軸（砥石駆動モータ２４）の消費電
力との比が一定となることに基づき、この比が許容値を
越えて変化した際に、異常回転と判断する。

【００５０】ここで、工作物径と砥石軸の消費電力との
比が一定となる理由について説明する。工作物の研削を
開始する際に、まず、図１に示す砥石台２０を工作物Ｗ
側に送り、砥石車２２を工作物Ｗへ押し当てる。ここ
で、砥石車２２が当たった直後は、工作物Ｗは、砥石車
２２の反対方向に撓み（逃げ）、撓みの量が増大してい
く。この撓みの量が増大している時点、即ち、砥石車２
２が逃げている最中は、工作物Ｗはあまり削られておら
ず、工作物径は僅かづつ減少して行く。ここで、工作物
Ｗの剛性等により決定される撓みの最大値に近づくと、
即ち、工作物Ｗがこれ以上逃げられなくなると、砥石車
２２によって大幅に削られ始め、工作物径は急速に減少
する。即ち、工作物径の減少速度と撓み量とは比例す
る。

【００５１】他方、この撓み量は、砥石車２２を回転さ
せる際の抵抗となるため、該撓み量と砥石軸（砥石駆動
モータ２４）の消費電力とは比例する。従って、工作物
径と砥石軸の消費電力との比は一定となる。

【００５２】次に、第４実施態様の円筒研削盤による、
異常回転検出処理について、当該処理を示す図５のフロ
ーチャートを参照して説明する。ＣＰＵ１０２は、定寸
装置５０によって工作物Ｗの径を測定する（Ｓ７４）。
次に、砥石軸（砥石駆動モータ２４）の消費電力を測定
する（Ｓ７６）。そして、工作物径の変化速度と消費電
力との比を演算し（Ｓ７８）、この演算値をバッファリ
ングエリア１２０ｅに保存する（Ｓ８０）。その後、該
バッファリングエリア１２０ｅに保存されていた以前の
比と、今回求めた比とを比較し、その差が許容値を越え
るかを判断する（Ｓ８２）。ここで、この差が許容値を
越える場合には（Ｓ８２がＹｅｓ）、図示しない警告灯
を点灯して異常回転を通知すると共に（Ｓ８４）、円筒
研削盤１０を非常停止し（Ｓ８６）、砥石車２２及び工
作物Ｗの破損を防ぐ。

【００５３】研削を開始して所定時間を経過した後は、
異常回転が発生すると、砥石車２２に対して抵抗となる
ため、砥石軸（砥石駆動モータ２４）の消費電力が増大
して、この消費電力の増大に基づき異常回転を検出でき
る。しかしながら、上述したように、研削開始直後は、
砥石車２２に押圧されて工作物が逃げるため、砥石軸
（砥石駆動モータ２４）の消費電力のみに基づいて、異
常回転を検出することは困難である。これに対して、第
４実施態様においては、工作物径の変化速度と消費電力
との比を演算しているため、研削開始直後においても工
作物の逃げと異常回転との区別が可能となる。

【００５４】上述した第１実施態様では、基準値と測定
値とを比較しているため、工作物が正常に回転している
状態であっても基準値と測定値との間には、誤差があ
り、その誤差を加味した許容値を設定しなければならな
い。これに対して、第４実施態様では、演算により求め
た比率に基づき、異常回転を判定するため、基準値と測
定値とを比較する場合に必要となる誤差の考慮が不要と
なり、許容値を小さくすることができるので、僅かな回
転異常であっても検出することができる。

【００５５】次に、本発明の第５実施態様の円筒研削盤
による異常回転検出処理について説明する。この第５実
施態様では、正常時には、撓み量の変化速度が常に減少
して行くことに基づき、変化速度が増大した際には、異
常回転と判断する。

【００５６】ここで、撓み量の変化速度が常に減少する
理由について、図１０のグラフを参照して説明する。こ
のグラフでは、縦軸に歪み量が、横軸に時間が取られて
いる。ここでは、横軸に示すように、研削開始から所定
時間を経過するまでは、相対的に早い一定速度で、図１
に示す砥石台２０を工作物Ｗ側へ送り、工作物Ｗを早い
ペースで研削していく（粗研削）。次に、中間速度で、
砥石台２０を工作物Ｗ側に送り、工作物Ｗを研削してい
く（精研削）。最後に、相対的に低い一定速度で、砥石
台２０を工作物Ｗ側に送り、工作物Ｗをゆっくり研削し
て行く（微研削）。即ち、砥石台２０の送り速度を３段
階に分けて下げて行くことにより、研削時間を短縮する
と共に、加工終了時の精度を向上させている。

【００５７】ここで、粗研削、精研削、微研削のそれぞ
れにおいて、一定速度で砥石台２０を工作物Ｗ側へ送
る。例えば、粗研削の砥石台送り速度にて研削を開始す
る際に、上述したように砥石車２２が当たった直後は、
工作物Ｗは、砥石車２２の反対方向に撓み（逃げ）、撓
みの量は、相対的に高い速度で増大するが、工作物Ｗは
固有の剛性を有するため、撓み量の変化速度は減少して
行く。この撓みの量の増大速度が相対的に高い時点、即
ち、砥石車２２が逃げている最中は、工作物Ｗは効率的
には削られておらず、工作物径は大きく減少していかな
い。

【００５８】ここで、工作物Ｗの剛性等により決定され
る撓みの最大値に近づき、撓みの量の増大速度が相対的
に低くなると、砥石車２２によって効率的に削られ、工
作物径の減少量は増大する。即ち、一定速度で砥石台２
０を工作物Ｗ側へ送り、工作物Ｗが正常に回転し、研削
が適切に行われている際には、撓みの量の増大速度また
は減少速度は常に減少している。この現象は、粗研削時
に限らず、精研削或いは微研削時においても同じであ
る。

【００５９】撓みの量の増大速度が常に減少してことを
数式を用いて示す。一般に、工作物径ｄｗ（ｔ）と撓み
量ｄｒ（ｔ）との間には、次の数１が成り立つことが知
られている（なお、次式中のｄｗ^*は、工作物径ｄｗを
時間微分したことを示している）。

【数１】ｄｗ^*（ｔ）＝Ｋｄｒ（ｔ）（工作物の径は、減少するので左辺は負、撓み量は正な
ので定数Ｋは負）ここで、砥石車２２が工作物Ｗを切り込んでいる場合に
は、砥石位置ｄｘ（ｔ）と、切り込み速度Ｖとにより、
撓み量と工作物径との間には次の数２が成り立つ。

【数２】ｄｗ（ｔ）＝ｄｘ（０）＋Ｖｔ＋ｄｒ（ｔ）次に、上記数２を用い、微分方程式を解くと次の数３と
なる。

【数３】ｄｒ（ｔ）＝（ｄｒ（０）−Ｖ／Ｋ）× exp
（Ｋｔ）＋Ｖ／Ｋこの数３を微分すると、次の数４となる。

【数４】ｄｒ^*（ｔ）＝Ｋ（ｄｒ（０）−Ｖ／Ｋ）× e
xp（Ｋｔ）ここで、Ｋ（ｄｒ（０）−Ｖ／Ｋ）は定数、Ｋ＜０であ
るから、 exp（Ｋｔ）は単純減少となる。よって、撓み
量の変化速度の大きさ｜ｄｒ^*｜は減少する。

【００６０】次に、第５実施態様の円筒研削盤による、
異常回転検出処理について、当該処理を示す図６のフロ
ーチャートを参照して説明する。ＣＰＵ１０２は、定寸
装置５０によって工作物Ｗの径を測定する（Ｓ９０）。
次に、砥石台２０を送る第１サーボモータ８２に取り付
けられた第１エンコーダ８４から、砥石台２０の位置を
測定する（Ｓ９１）。そして、砥石台２０の位置から工
作物径を減算して撓み量を求め、求めた撓み量を微分す
ることにより、撓み量の変化速度を演算する（Ｓ９
２）。その後、撓み量の変化速度が、許容値以上増加し
たかを判断する（Ｓ９３）。ここで、この変化速度の増
加が許容値を越える場合には（Ｓ９３がＹｅｓ）、例え
ば、図１０に示すように、工作物と主軸との間に滑りが
発生して、変化速度が増大しているときには、異常回転
を通知すると共に（Ｓ９４）、円筒研削盤１０を非常停
止する（Ｓ９６）。

【００６１】上述したように、工作物径と砥石台２０の
位置から撓み量を求めることは簡単な減算であり、その
変化速度は単に撓み量を微分するのみで求め得るため、
演算が容易である利点がある。また、この第５実施態様
では、演算により求めた比率に基づき、異常回転を判定
するため、基準値と測定値とを比較する場合に必要とな
る誤差の考慮が不要となり、許容値を小さくすることが
できるので、僅かな回転異常であっても検出することが
できる。

【００６２】次に、本発明の第６実施態様の円筒研削盤
による異常回転検出処理について説明する。この第６実
施態様では、撓み量を予測し、予測した撓み量と測定し
た撓み量（実測値）との差が大きいときに、異常回転と
判断する。

【００６３】この撓み量を予測するための演算について
以下説明する。工作物径ｄｗと撓み量ｄｒとから、一定
時間後の撓み量を計算する近似式が次の数５で表され
る。

【数５】ｄｒ（ｔ＋Δｔ）＝ｄｒ（ｔ）＋ｂ× exp（ｃ×ｔ）ここで、ｄｔ（ｔ）は時間ｔにおける撓み量、また、Δ
ｔはサンプリング時間、ｂ、ｃは定数である。

【００６４】この数５の導き方について述べる。第５実
施態様にて前述したように、工作物径ｄｗ（ｔ）と撓み
量ｄｒ（ｔ）との間には、次の数６が成り立つ（Ｋは定
数）。

【数６】ｄｗ^*（ｔ）＝Ｋｄｒ（ｔ）ここで、砥石車２２が工作物Ｗを切り込んでいる場合に
は、砥石位置ｄｘ（ｔ）と、切り込み速度Ｖとにより、
撓み量と工作物径との間には次の数７が成り立つ。

【数７】ｄｗ（ｔ）＝ｄｘ（０）＋Ｖｔ＋ｄｒ（ｔ）次に、上記数７を用い、微分方程式を解くと、次の数８
となる。

【数８】ｄｒ（ｔ）＝（ｄｒ（０）−Ｖ／Ｋ）× exp（Ｋｔ）＋Ｖ／Ｋ＝Ｋ₁ exp（Ｋｔ）＋Ｋ₂ サンプリング時間毎の変化は、次の数９で表される。

【数９】ｄｒ（ｔ＋Δｔ）−ｄｒ（ｔ）＝Ｋ₁〔 exp｛Ｋ（ｔ＋Δｔ）｝− exp（Ｋｔ）〕＝Ｋ₁× exp（Ｋｔ）×｛ exp（ＫΔｔ）−１｝＝ｂ× exp（ｃｔ）

【００６５】この第６実施態様においては、先ず、数５
に示す近似式の定数ｂ、ｃを求め、この近似式から予測
撓み量を演算する。この定数ｂ、ｃは、工作物及び切削
条件等により異なった値となるため、第６実施態様で
は、研削毎に、或いは、工作物、切削条件が変わる度に
定数ｂ、ｃを求める。

【００６６】次に、第６実施態様の円筒研削盤による、
異常回転検出処理について、当該処理を示す図７のフロ
ーチャートを参照して説明する。ＣＰＵ１０２は、定寸
装置５０によって工作物Ｗの径を測定する（Ｓ１０
２）。次に、砥石台２０を送る第１サーボモータ８２に
取り付けられた第１エンコーダ８４から、砥石台２０の
位置を測定する（Ｓ１０４）。そして、砥石台２０の位
置から工作物径を減算して撓み量を求める（Ｓ１０
６）。その後、数５に示す近似式の定数ｂ、ｃを決定し
たかを判断する（Ｓ１０８）。ここで、定数ｂ、ｃが未
決定のときには（Ｓ１０８がＮｏ）、ステップ１１０、
１１２、１１４の処理により定数ｂ、ｃを決定する。

【００６７】先ず、ステップ１０６にて演算した撓み量
を、バッファリングエリア１２０ｅに保持し（Ｓ１１
０）、そして、上記数５に示す近似式の定数ｂ、ｃを決
定できるだけのデータ（撓み量）が保持できたかを判断
し（Ｓ１１２）、データ（撓み量）が溜まるまでは（Ｓ
１１２がＮｏ）、ステップ１２６を経てステップ１０２
に戻り、撓み量のデータを収集する。そして、定数ｂ、
ｃを決定できるだけのデータ（撓み量）を保持すると
（Ｓ１１２がＹｅｓ）、ステップ１１４に進み、図５の
式に測定した撓み量を代入した連立方程式を解いて、定
数ｂ、ｃを決定する。

【００６８】定数ｂ、ｃの決定により、上記ステップ１
０８の判断がＹｅｓとなり、ステップ１１６にて、数５
に示す近似式を用いて、次回サンプリングの際の撓み量
を予測（演算）する。そして、予測した撓み量をバッフ
ァリングエリア１２０ｅに保存する（Ｓ１１８）。その
後、上記ステップ１１６にて今回演算した撓み量と前回
予測した撓み量とを比較し、この差が許容値を越えるか
を判断する（Ｓ１２０）。ここで、この差が許容値を越
える場合には（Ｓ１２０がＹｅｓ）、異常回転を通知す
ると共に（Ｓ１２２）、円筒研削盤１０を非常停止する
（Ｓ１２４）。

【００６９】この第６実施態様においては、現在の撓み
量から一定時間後の予測撓み量を演算するため、定数を
含んだ数５の近似式を用い、演算された撓み量に基づい
て、該近似式の定数を決定して、一定時間後の予測撓み
量を演算する。即ち、実際の撓み量に基づいて近似式に
おける定数を決定するので、近似式の精度が向上し、こ
れにより、許容値を小さくすることが可能となり、異常
回転の検出精度が向上する。

【００７０】以上述べた実施態様の説明においては、主
軸へチャックによって工作物を固定する例を挙げたが、
本発明は、駆動金具を用いて工作物を回転する研削盤に
も適用可能である。更に、研削盤以外にも、工作物を回
転しながら加工する種々の工作機械に用いることができ
る。

【００７１】

【効果】以上記述したように本発明においては、工作機
械に新たに異常回転検出用の装置を付加することなく、
工作物の異常回転を検出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る円筒研削盤の平面図
である。

【図２】第１実施態様に係る円筒研削盤による工作物異
常回転検出の処理を示すフローチャートである。

【図３】第２実施態様に係る円筒研削盤による工作物異
常回転検出の処理を示すフローチャートである。

【図４】第３実施態様に係る円筒研削盤による工作物異
常回転検出の処理を示すフローチャートである。

【図５】第４実施態様に係る円筒研削盤による工作物異
常回転検出の処理を示すフローチャートである。

【図６】第５実施態様に係る円筒研削盤による工作物異
常回転検出の処理を示すフローチャートである。

【図７】第６実施態様に係る円筒研削盤による工作物異
常回転検出の処理を示すフローチャートである。

【図８】工作物径と振れ周期との関係を示すグラフであ
り、図８（Ａ）は滑りの無いときを、図８（Ｂ）は滑り
の有るときを示している。

【図９】工作物径を高速フーリエ変換した際のグラフで
ある。

【図１０】撓み量と時間との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１０円筒研削盤１４テーブル２０砥石台２２砥石車５０定寸装置１００数値制御装置１０２ＣＰＵ１２０ＲＡＭ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者阿部田郷愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地豊田工機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】工作物を保持し、回転速度指令に基づい
て回動させる主軸と、工作物を研削する砥石を回動し、該工作物に向けて該砥
石を移動させる砥石移動装置と、工作物の径を測定する径測定装置と、を有する工作機械
であって、前記主軸の回転速度指令値に基づいて、前記主軸の回転
速度に対応する基準値を演算する基準値演算手段と、前記径測定装置の測定値に基づいて、実際の工作物の回
転速度に対応する値を演算する測定値演算手段と、前記基準値演算手段にて演算された基準値と、前記測定
値演算手段にて演算された回転速度対応値とを比較して
工作物の異常回転を判定する判定手段と、を有すること
を特徴とする工作機械。
【請求項２】前記基準値演算手段によって演算される
基準値は、主軸の回転周期であり、前記測定値演算手段によって演算される回転速度対応値
は、工作物の振れ周期であることを特徴とする請求項１
の工作機械。
【請求項３】前記基準値演算手段によって演算される
基準値は、主軸の回転周波数であり、前記測定値演算手段が、工作物径のデータを高速フーリ
エ変換して得られた周波数に基づき回転速度対応値を演
算することを特徴とする請求項１の工作機械。
【請求項４】工作物を保持し回動させる主軸と、工作物を研削する砥石を回動し、該工作物に向けて該砥
石を移動させる砥石移動装置と、工作物の径を測定する径測定装置と、を有する工作機械
であって、前記径測定装置の測定値に基づいて、実際の工作物の回
転速度に対応する値を演算する測定値演算手段と、前記測定値演算手段にて演算された回転速度対応値の変
化量を監視して工作物の異常回転を判定する判定手段
と、を備えることを特徴とする工作機械。
【請求項５】前記測定値演算手段によって演算される
回転速度対応値は、工作物の振れ周期であることを特徴
とする請求項４の工作機械。
【請求項６】工作物を保持し回動させる主軸と、工作物を研削する砥石を回動するモータと、該モータに供給される電力を測定する電力測定装置と、該工作物に向けて該砥石を移動させる砥石移動装置と、工作物の径を測定する径測定装置と、を有する工作機械
であって、前記電力測定装置にて測定された前記モータの電力と、
前記径測定装置にて測定された工作物径の変化速度の比
から、実際の工作物の回転速度に対応する値を演算する
測定値演算手段と、前記測定値演算手段にて演算された回転速度対応値の変
化量を監視して工作物の異常回転を判定する判定手段
と、を備えることを特徴とする工作機械。
【請求項７】工作物を保持し回動させる主軸と、該工作物に向けて砥石を移動させる砥石移動装置と、該砥石の位置を測定する位置測定装置と、工作物の径を測定する径測定装置と、を有する工作機械
であって、前記位置測定装置にて測定された前記砥石の位置と、前
記径測定装置にて計測された工作物径から、工作物の撓
み量を演算する撓み量演算手段と、前記撓み量演算手段にて演算された撓み量の変化速度を
監視して工作物の異常回転を判定する判定手段と、を備
えることを特徴とする工作機械。
【請求項８】工作物を保持し回動させる主軸と、該工作物に向けて砥石を移動させる砥石移動装置と、該砥石の位置を測定する位置測定装置と、工作物の径を測定する径測定装置と、を有する工作機械
であって、前記位置測定装置にて測定された前記砥石の位置と、前
記径測定装置にて計測された工作物径から、工作物の撓
み量を演算する撓み量演算手段と、現在の撓み量から一定時間後の予測撓み量を演算する撓
み量予測手段と、前記撓み量演算手段にて演算された撓み量と、前記撓み
量予測手段にて予測された予測撓み量とを比較して工作
物の異常回転を判定する判定手段と、を備えることを特
徴とする工作機械。
【請求項９】前記撓み量予測手段は、現在の撓み量か
ら一定時間後の予測撓み量を演算するための定数を含ん
だ近似式を用い、前記撓み量演算手段にて演算された撓
み量に基づいて、該近似式の定数を決定して、一定時間
後の予測撓み量を演算することを特徴とする請求項８の
工作機械。