(57)【要約】【課題】工具刃面の研削を、短い加工時間で安定して行うことのできる研削盤と、研削加工方法を提供する。【解決手段】研削盤は、砥石５を回転させ、この回転砥石を、工具刃面２に対して水平方向に往復動させながら、工具刃面２に近づくように垂直方向へ送って工具刃面を切り込む。この研削盤は、砥石５の駆動モータ６の負荷電力を監視する電力検出装置１５と、この電力検出装置から負荷電力を表すデータを受け、該データの変化から砥石と工具刃面の接触を検出して、検出前の砥石の送り速度を研削速度よりも早める制御装置１０，１６とを有する。【選択図】図２
2005186256.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥石を回転させ、この回転砥石を、工具刃面に対して水平方向に往復動させながら、工具刃面に近づくように垂直方向へ送って工具刃面を切り込む研削盤において、
砥石の駆動モータの負荷電力を監視する電力検出装置と、この電力検出装置から負荷電力を表すデータを受け、該データの変化から砥石と工具刃面の接触を検出して、検出前の砥石の送り速度を研削速度よりも早める制御装置とを有することを特徴とする研削盤。
【請求項２】
請求項１に記載の研削盤において、前記制御装置はさらに、工具刃面と接触後の前記負荷電力を監視して、負荷電力の増減に応じて砥石の研削速度を変える、研削盤。
【請求項３】
請求項２に記載の研削盤において、前記制御装置は、前記電力検出装置から負荷電力を表すアナログ値を受け、予め設定した基準値と比較して負荷電力の増減度を判定して、砥石の駆動モータの回転速度を制御する、研削盤の内蔵ＰＭＣを含む、研削盤。
【請求項４】
請求項２に記載の研削盤において、前記制御装置は、前記電力検出装置から負荷電力を表すアナログ値を受け、予め設定した基準値と比較して負荷電力の増減度を判定して、その増減度に応じた速度オーバーライド値を出力する外部ＰＬＣと、この速度オーバーライド値に基づいて砥石の駆動モータの回転速度を制御する、研削盤の内蔵ＰＭＣとを含む、研削盤。
【請求項５】
砥石を回転させ、この回転砥石を、工具刃面に対して水平方向に往復動させながら、工具刃面に近づくように垂直方向へ送って工具刃面を切り込む研削加工方法において、砥石と工具刃面の接触を検出し、検出前の砥石の送り速度を研削速度よりも早めることを特徴する研削加工方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法において、砥石と工具刃面の接触を、砥石の駆動モータの負荷電力の変化により検出する、研削加工方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法であって、さらに、工具刃面と接触後の前記負荷電力を監視して、負荷電力の増減に応じて砥石の研削速度を変える、研削加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワーク面に対して砥石を水平方向へトラバース（横移動）しながら垂直方向に切り込む研削加工に係り、特に工具刃面の研削するための研削盤と加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ワーク面を研削するには、図１に示すように、砥石１０１を、ワーク１０２の被加工面１０３に対して水平方向にトラバースさせながら垂直方向に切り込むことが行われている。
このような方法で、ブローチのような工具の刃面を研削する場合、工具の刃数の多さや全長が長いことにより、刃面を仕上げ加工するには数時間を要する。
また、工具は前加工として熱処理されるため、その変形による自身の“のび”や“そり”によって、刃面間のピッチ長さのばらつきが大きくなっている。そこで、工具を加工する直前に、刃面間のピッチ長さ計測を行って、研削開始位置(砥石の割り出し位置)を決定しておく必要がある。
【０００３】
しかし、現状の測定方法は計測精度を上げるには限界があり、実際の加工における砥石の割り出し位置は、安全をみて多めに設定されている。その結果、どの刃においても砥石割り出し位置で砥石と刃面との干渉は避けられるが、一方では、各刃に対して研削送りが始まっても、ほとんどの場合、砥石が刃面に当たらないエアカット状態が長く続くことになる。実際には、このエアカット時間が全加工サイクル時間の１／４近くに及ぶ場合もある。このように、現在の工具刃面研削加工サイクルは必ずしも効率的とはいえない。
【０００４】
また、しかる状況においても、工具の熱処理変形の度合いによっては、まれに研削開始点ですでに砥石と刃面が干渉して、砥石スピンドルアンプの過負荷異常が発生する場合がある。
さらに、工具によっては、研削時間を短縮する目的で研削速度を上げたり、１回の切り込み量を多めに設定することも行われている。このような場合、砥石軸負荷が駆動モータの許容値を超えて過負荷異常を発生することがある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、工具刃面の研削に要する加工時間を低減する研削盤と、研削加工方法を提供することを目的とする。
本発明の別の目的は、工具刃面の研削を、短い加工時間で安定して行うことのできる研削盤と、研削加工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、砥石を回転させ、この回転砥石を、工具刃面に対して水平方向に往復動させながら、工具刃面に近づくように垂直方向へ送って工具刃面を切り込む研削盤と、研削加工方法を提供する。
この研削盤は、砥石の駆動モータの負荷電力を監視する電力検出装置と、この電力検出装置から負荷電力を表すデータを受け、該データの変化から砥石と工具刃面の接触を検出して、検出前の砥石の送り速度を研削速度よりも早める制御装置とを有することを特徴とする。
また、研削加工方法は、砥石と工具刃面の接触を検出し、検出前の砥石の送り速度を研削速度よりも早めることを特徴する。
【０００７】
このような構成によると、加工サイクル中に砥石を工具刃面と接触するまで動かす時間（エアカット時間）を少なくして、総加工時間を大きく低減可能である。
また、砥石と工具刃面との接触検出を、砥石駆動モータの負荷電力を利用することにより、追加の機械ないし電気センサなどを要することなく、確実かつ安価に行うことができる。
【０００８】
上記研削盤と研削加工方法は、工具刃面と接触後も負荷電力を監視して、負荷電力の増減に応じて砥石の研削速度を変えることが好ましい。
こうすることにより、砥石と駆動モータの負荷が過大になることを防いで、安定した研削加工を実現することができる。
【０００９】
制御装置は、電力検出装置から負荷電力を表すアナログ値を受け、予め設定した基準値と比較して負荷電力の増減度を判定して、砥石の駆動モータの回転速度を制御する、研削盤の内蔵ＰＭＣを含むことが好ましい。
これに代えて、制御装置は、電力検出装置から負荷電力を表すアナログ値を受け、予め設定した基準値と比較して負荷電力の増減度を判定して、その増減度に応じた速度オーバーライド値を出力する外部ＰＬＣと、この速度オーバーライド値に基づいて砥石の駆動モータの回転速度を制御する、研削盤の内蔵ＰＭＣとを含んでいてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、円盤状の砥石を使って、被研削物である工具刃面に対して水平方向にトラバースしながら、それに垂直方向に切り込むような刃面研削加工において、加工サイクル中のエアカット時間を少なくし、総加工時間を低減して、研削加工を効率化する。
また、重研削を行う場合に、砥石負荷が上昇することによる砥石スピンドルアンプの過負荷異常の発生を押さえることができる。以上によって、加工時間が短い安定した研削サイクルを実施することが可能である。
【実施例】
【００１１】
次に、本発明による研削盤を、添付図面に示す実施例に基づいて説明する。本発明による研削加工方法も、この実施例の説明を通して一層明瞭になるであろう。
図１に示すＮＣすくい面研削盤は、実際の研削加工を行う機械装置１と、この機械装置に併設して研削加工を制御するＮＣ装置１０とを有している。
【００１２】
機械装置１は、ワークとなる工具２を固定するためのテーブル３を含み、このテーブルは、Ｘ軸モータ４の駆動によって水平方向に移動可能である。工具の加工サイクルにおいては、砥石５を工具刃面に対して位置決めした後、テーブル３が負方向（図中の水平左方向）に移動することによって、切り込みが行われる。
【００１３】
円盤形の砥石５はスピンドルモータ６のシャフトに取り付けられ、同モータを介して、砥石の研削面が仕上げ加工する刃面の角度に全体的に一致するように傾いた状態で、ラム（図示しない）に支持されている。このラムは、モータ７の駆動によりＹ軸方向（図面の平面に垂直な方向）に移動可能である。
また、砥石のスピンドルモータ６を支持するラムは、コラムユニット（図示しない）に支持されている。コラムユニットは、Ｚ軸モータ８の駆動によって上下方向に移動可能である。
【００１４】
ＮＣ装置１０は、同装置に内蔵したＮＣプログラムを行うメインユニット１１と、Ｉ／Ｏユニット１２とを含み、サーボアンプ１３，１４を介して、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の各サーボモータ６，７，８を制御する。
実際の加工に要する機械装置１のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の動きは、すべてＮＣプログラムで規定されている。このＮＣプログラムによって、先ず、図１に見られるように、砥石５が刃面に近接する位置（砥石割り出し位置）まで割り出される。次いで、Ｙ軸のトラバースを繰り返しながら、Ｘ軸による、時にはＺ軸と同時に、切り込みが行われる。指定された総切り込み量を切り込んだ後は、砥石は隣接した次の刃面に割り出されて、同じ動きを繰り返す。
【００１５】
説明した研削盤の構成は従来のものと同様でよく、本文では、これ以上の説明を省略する。
【００１６】
本例の研削盤はさらに、本発明の加工方法を実施するために、砥石負荷電力を検出する電力検出装置１５を有し、また、ＮＣ装置１０には、この検出装置が出力するアナログ値を読み込むアナログユニット１６を設けている。
電力検出装置１５は、砥石駆動のスピンドルモータ６への電力供給を制御するインバータ１７につながっていて、加工負荷によって変化するモータ６の電力をモニタして、アナログ値として出力する。さらに、そのアナログ値と設定値との比較回路を内部に設けていて、モータ負荷が設定値をオーバーした場合は外部に接点出力するようになっている。
【００１７】
工具刃面の研削加工において、砥石が刃面に近接して割り出された後、刃面に接触するまでは、研削負荷が無いので、検出電力値は比較的小さい。その後、砥石が刃面に接触すると、研削抵抗が発生してモータ電力が幾分上昇する。
上述した電力検出装置１５は、比較回路の設定値をこの近辺に設定することによって、砥石と刃面の接触タイミングで外部に接点出力することができる。
【００１８】
電力検出装置１５は電力値演算部２１、増幅器２２、比較器２３および比較値２４を含み、図３はその内部構成を示している。
電力検出装置１５は、電力値演算部２１に砥石スピンドルモータ６の３相電流Ｕ，Ｖ，Ｗを取り込んで電力値を算出し、それを増幅器２２で増幅し、アナログ信号として取り出している。その信号は、ＮＣ装置１０のアナログユニット１６に取り込まれる一方で、電力検出装置１５内の比較器２３にも導かれる。比較器２３は、信号値が設定閾値２４より大きくなると接点信号を発生し、それがスキップ信号としてＮＣ装置１０へ入力される。
【００１９】
以上のように構成した研削盤における、工具刃面の研削加工の制御法（ＮＣプログラム）は次のような設定である。
先ず、図４−１と図５−１を参照し、本発明の背景として従来の加工法を説明する。従来の研削加工サイクルでは、まず砥石が被加工刃面のごく近傍の位置まで割り出される（砥石の割り出し）。続いて、研削作動が始まり、図４−１の処理フローに従って研削盤が運転される。
【００２０】
図５−１は割り出し後の研削盤制御軸の動きを示しており、Ｘ軸が一定量切り込まれると、Ｙ軸がトラバースを行い、次いでＸ軸が再び切り込まれた後に、Ｙ軸が反対方向にトラバースされる。このＸ軸とＹ軸の動きは交互に繰り返され、所定の切込量が得られるまで続けられる。
このように、加工サイクルは、砥石が実際に刃面と接触する位置は未知であるので、砥石の割り出後は、一定の研削速度(Ｙ軸トラバース速度)で進められる。この場合、研削速度は一般に研削負荷を考慮して低速に設定されるために、実際に研削が始まる前の動き（以後、エアカット）にも余分な時間を要することとなる。
【００２１】
本発明では、前述したように砥石と刃面の接触を検出し、検出前後で異なる制御を行う。
すなわち、本発明によると、砥石の接触検出信号がＮＣ装置に入力されるまでは別に設置したエアカット速度で加工サイクルを進め、それ以降は従来の研削速度に移行する。このエアカット速度をできるだけ高速に設定することにより、エアカットによる無駄時間を抑えて、総加工時間を最小限にすることができる。
【００２２】
本実施例における制御では、図４−２の処理フローに示すように、砥石割り出しと総切込量判断のタイミングとの間に、エアカット処理（図４−２の点線枠）を挿入している。
このエアカット処理の詳細を図４−３に、また、その際の制御軸の動きを図５−２の左側に示す。エアカット時の制御軸の動きは、動きパターンが図５−１に示した従来の研削サイクルと同じであるものの、Ｙ軸のトラバースが、従来の研削送りではなく、スキップ送り（研削速度より高速なエアーカット速度による送り）である点が違っている。
【００２３】
エアカットは、砥石と刃面が接触した時点で中断する。そのため、ＮＣプログラムで、研削送り軸がスキップ送り実行中に、前述のスキップ信号の入力があると、図５−２に見られるように、残りの軸移動を中断して次ブロックの処理を実行するように設定している。
すなわち、エアカットサイクルは、スキップ送り途中で砥石と刃面が接触してスキップ信号が入力すると、残りのＹ軸トラバース移動を中断してリトラクト（逃げ移動）させる仕様である。一方、総切り込み量を研削したにも関わらずスキップ信号が出ない場合は、ギャップ異常（取り代異常）と判断して、処理を停止する。
【００２４】
リトラクトの場合、スキップ信号検出後、図５−２にみられるように、Ｙ軸はトラバース開始位置まで戻され、Ｘ軸も、現在の位置から切り込み量を差し引いた位置へ戻される。
次いで、加工サイクルは研削処理へ移り、Ｘ軸の切り込みと、研削速度によるＹ軸のトラバースを交互に繰り返す動作を、所定の総切込量が得られるまで続行する。
【００２５】
エアカット処理は、図４−４に示すように変更してもよい。図５−３は、この変更例による制御軸の動きを示している。
変更例による制御は、前述の実施例がエアカットおよび研削加工を通してＸ軸とＹ軸の動きを交互に指令するのに対して、エアカットサイクルで、Ｘ軸とＹ軸を同時に動かす設定である。このため、砥石の動きは図５−３に見られるような斜め送りとなり、エアカットは最短距離で行われ、研削加工をさらに効率アップすることができる。
【００２６】
本実施例の研削盤では、さらに、検出した砥石駆動モータの負荷電力に基づいて適応制御を行う。その適応制御について次に説明する。
図２に示したように、電力検出装置１５からのアナログ値はＮＣ装置のアナログユニット１６に取り込まれ、このデータは主にＰＭＣ（ＮＣ装置の内蔵プログラマブル・コントローラ）に読み込まれて処理される。
ＰＭＣは、負荷電力値の絶対値が許容値より高い場合、研削速度を段階的に落としていく設定である。このように研削速度を遅くすれば、砥石のワークに対する“かつぎ量”が多くなり、砥石のたわみが早い段階でとれ、結果として、砥石の負荷抵抗が小さくなる。ＰＭＣは、負荷電力値が下がってくれば、研削速度を規定の値に戻すようにプログラミングしている。
このように、砥石スピンドルモータの負荷電力が許容値を超えないように制御するため、過負荷異常の発生を抑制することができる。
【００２７】
砥石駆動モータの負荷電力に応じて研削送り速度を制御する適応制御を、更に詳細に説明する。
研削盤のＮＣ装置において、研削速度は通常、ＮＣプログラムのＦ＿コマンドで指令するが、この補助機能としてＩ／Ｏ信号による「速度オーバライド」によって実際の送り速度を任意の比率で増減することができる。この場合、実際の送り速度ｆは、プログラムで指令された速度Ｆに速度オーバライドデータＯｖｒを乗算したものとなるので、ＮＣプログラムのＦ＿指令値通りに軸を送りたい時には、速度オーバライド信号データに１００％を設定しておく必要がある。
【００２８】
速度オーバライド信号データは、通常、外部のセレクタスイッチから入力される。このセレクタスイッチは、基準の送り速度に対して人為的にそれを変更したい場合に用いるものである。適応制御の速度変更手段としてこの速度オーバライド機能を利用する場合、セレクタスイッチからのデータに、さらに適応制御分を乗じることになる。しかし、速度オーバライドにセレクタスイッチからの入力と適応制御による制御分の両方の機能を持たせることは、設計上も使用上も煩雑さを増すことになる。
【００２９】
そこで、本実施例では、速度オーバライドの補助的な機能として第2速度オーバライド機能を有するＮＣ装置を採用している。この機能を使った場合、適応制御による速度ｆは、プログラム指令の速度Ｆに、速度オーバライドデータＯｖｒと、第2速度オーバライドデータＯｖｒ２を乗算したものとなる。
このように、速度オーバライドはセレクタスイッチからの入力に限定し、第2速度オーバライドは適応制御によりＰＭＣで加減されるべき速度補正分とすれば、機能の区分を明確化することができる。
【００３０】
適応制御のためにＰＭＣに内蔵するプログラムは、次の制御をおこなうように設定している。
ＰＭＣは、砥石駆動モータの負荷電力によるアナログ値の絶対値の度合いによって制御方法を変更する。具体的には、負荷電力値が、図６に示す、あらかじめ設定した制限領域のどの部分（縦軸）に属するかによって、速度オーバライド値を決定する。
図６中の縦軸の砥石負荷電力は、電力上限と電力下限の２つの値をもとに、３つの部分（高負荷域、中負荷域、低高負荷）に区分けしている。各領域での制御アルゴリズムは次のとおりである。
【００３１】
負荷電力値が電力上限値よりも高い高負荷域になると、ＰＭＣは、その瞬間の第２速度オーバライドデータの値を９０％に落とす。ＰＭＣ処理はスキャンサイクリックなので、このような処理は一定周期ごとに繰り返される。つまり、ＰＭＣ処理は、あるスキャンで電力値をこの領域で検出すると、第２オーバラードデータを９０％に落とすのである。
たとえば、検出時点でのオーバライド値が１００％であれば、この値が９０％になる。その後、次のスキャンで電力値が再びこの領域で検出されると、やはりデータを９０％に落とす。したがって、第2オーバライドの値は、この時点で当初値の８１％になる。次のスキャンでも同じことが繰り返されれば、第2オーバライド値は７２％となる。
【００３２】
このように、電力値が高負荷域にある間、送り速度は次第に低下していく。送り速度が低下すれば、研削のかつぎ量が多くなり、ワーク面が削れて負荷電力が低下してくる。つまり、送り速度の低下に応じて、電力値も高負荷域から中負荷域へと移行していく。結果として、砥石駆動モータの過負荷状態は抑制される。
【００３３】
ＰＭＣは、負荷電力値が中負荷域にある間は、第２速度オーバライド値を一切変更しない。したがって、電力値が高負荷領域から低下してきた場合、あるいは低負荷域から上昇してきた場合、いずれも各領域での最後の第２速度オーバライド値が維持される。
【００３４】
ＰＭＣは、負荷電力値が低負荷域にある間、第２速度オーバライドを１００％に変更する。したがって、中負荷領域から低負荷域に低下した場合、速度オーバライドは１００％に回復する。これにより、研削が高負荷域の状況を過ぎて、負荷が十分軽減した後、速度は指定された値（速度オーバライド１００％の値)に復帰する。
【００３５】
このような制御の推移は図６に見られる。図６は、砥石駆動モータの負荷電力値の時系列的な変化の様子を示している。
研削送りで切り込みが進むにつれて、負荷電力値は大きくなっていく（図６のグラフの左側）。負荷電力値が高負荷域を越えてしまうと、ＰＭＣの制御が働いて負荷電力が低下する（図６の斜線部分）。その後、切り込みがピークを超えて負荷電力値が少なくなれば、速度オーバライド値は１００％に回復する。
【００３６】
なお、アナログ値として入力される砥石駆動モータの負荷電力値は、不安定な高周波成分をもつ場合がある。一般的に、これを直接フィードバック制御処理に利用すると、制御系が不安定になる。
したがって、できるだけ安定したデータを制御系に取り込むために、データの移動平均を計算することが好ましい。たとえば、移動平均のサンプリング数を１０回とすれば、現時点から過去１０回までの時系列データをストックしておいて、これを平均した値を実際の砥石負荷電力の値として使用する。これによって、高周波的な変動要素は平均化されて、安定した制御が得られる。
【００３７】
上述した研削盤は電力検出装置１５からの負荷電力アナログ値をＰＭＣで直接読み込んで制御するが、これに代えて、外部ＰＬＣ（プログラマブル・コントローラ）を利用してもよい。
そのような変更例を図７に示す。この変更例は、前述の実施例おけるアナログユニット１６に代えて、アナログ入力ユニットを付属した外部ＰＬＣ１８を備えている。その外の構成部分は前述の実施例と同様でよく、同様な部分には図２と同じ参照符号を付して説明を省略する。
【００３８】
この研削盤では、電力検出装置１５からの負荷電力のアナログ値を、いったん外部ＰＬＣへ入力する。外部ＰＬＣ１８は、入力値と、予め設定した基準値との比較判断処理を行って、速度オーバライド値を決定する。次いで、外部ＰＬＣは、その情報を速度オーバライドのビット形態で、ＮＣ装置１０のＰＭＣへＩ／Ｏで通知する。
このような構成によって、ＮＣ装置のＰＭＣプログラムの処理を軽減できる。外部ＰＬＣは、比較的安価なものを採用しても実用上問題はない。この変更は、ＮＣ装置の付属となるアナログユニットが非常に高価な場合や、ＮＣ装置の機種によってアナログユニットを装着できない場合に有効である。
【００３９】
以上、添付図面に示す実施例に基づいて本発明の研削盤と研削加工方法を説明したが、本発明はこの特定の形態のみに限定されるものでなく、添付の特許請求の範囲に定義する範囲内で、説明した形態に種々の変更を施すことができ、或いは本発明が別の形態を採り得ることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】研削加工における砥石と工具刃面との関係を説明するための概略図である。
【図２】本発明の実施例による研削盤の全体構成を示す概略図である。
【図３】図２の研削盤の電力検出装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【図４−１】従来の研削加工おける処理フローを示すブロック図である。
【図４−２】本発明の研削盤における研削処理フローを示すブロック図である。
【図４−３】図４−２中のエアカット処理を詳細に示すブロック図である。
【図４−４】図４−３のエアカット処理の変更例を示すブロック図である。
【図５−１】図４−１の従来処理フローによる研削盤の制御軸の動きパターンを示す概略図である。
【図５−２】図４−２のエアカット処理による研削盤の制御軸の動きパターンを示す概略図である。
【図５−３】図４−３のエアカット処理による研削盤の制御軸の動きパターンを示す概略図である。
【図６】図２の研削盤における研削加工の適応制御状況を示す線図である。
【図７】図２の研削盤の変更例の全体構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００４１】
２  工具
５  砥石
６  スピンドルモータ（駆動モータ）
１０  ＮＣ装置
１５  電力検出装置
１６  アナログユニット
１８  外部ＰＬＣ
【図１】
2005186256.tif 000003
【図２】
2005186256.tif 000004
【図３】
2005186256.tif 000005
【図４−１】
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【図４−２】
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【図４−３】
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【図４−４】
2005186256.tif 000009
【図５−１】
2005186256.tif 000010
【図５−２】
2005186256.tif 000011
【図５−３】
2005186256.tif 000012
【図６】
2005186256.tif 000013
【図７】
2005186256.tif 000014