JP7777951B2 - Grinding device and control method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、研削装置及びその制御方法に関し、特に、ジグ研削盤等の砥石をつけた砥石回転装置を直線軸で半径方向に送ったり固定したりでき、さらにそれらの装置ごと別の回転装置で回すことで円の内面ないし外面の研削を行うことができる研削装置及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a grinding machine and its control method, and in particular to a grinding machine and its control method that can move or fix a grinding wheel rotating device with a grinding wheel attached, such as a jig grinder, in the radial direction using a linear axis, and then rotate the device itself using a separate rotating device to grind the inner or outer surface of a circle.
ジグ研削盤による加工対象物(以下、「ワーク」と称する)の研削は、例えばいわゆるシングルコラム方式の機械においては、テーブル上に載置されたワークを滑台により前後(Y軸方向)、左右(X軸方向)に移動させつつ、砥石とそれを回転させるための高周波モータが下端に取り付けられた、いわゆるクイルを上下動(Z軸方向)させることにより実現される。なお、いわゆるダブルコラム方式(門形機)のジグ研削盤の場合は、ワークはX軸方向のみに移動させ、Y軸方向については、砥石側(主軸本体)を移動させる。X軸やY軸やZ軸などという軸方向の命名は機械の製作者によって入れ替え可能であることは言うまでもない。 In a jig grinder, for example, a so-called single-column type machine grinds a workpiece (hereafter referred to as the "workpiece") by moving the workpiece placed on a table back and forth (Y-axis direction) and left and right (X-axis direction) on a slide, while moving a so-called quill, which has a grinding wheel and a high-frequency motor for rotating it attached to its bottom end, up and down (Z-axis direction). In the case of a so-called double-column type (gantry type) jig grinder, the workpiece is moved only in the X-axis direction, while the grinding wheel (spindle body) moves in the Y-axis direction. Needless to say, the names of the axes, such as X-axis, Y-axis, and Z-axis, can be interchanged depending on the machine manufacturer.
また、更に詳細には、大別して次の二通りの研削がある。一つは、主軸に対して砥石の回転軸(砥石軸)を偏心させる(切り込ませる)ことにより、砥石を砥石軸について回転させつつ主軸の連続回転により砥石を旋回させ、すなわち砥石を遊星回転させ、また同時に、クイルを上下動させることにより、砥石を螺旋状に旋回させ、内壁の均等研削による真円の穴ぐり加工を行う研削である。この場合、基本的に、砥石外径の大きさと砥石軸の偏心の程度(切り込み量(例えば最大50mm)に応じて、穴の径が決定されることとなる。他の一つは、曲率が一定でない非真円の穴ぐり加工や曲率が一定でない端部の加工を行う研削である。この場合は、いわゆるチョッピング加工を行う。詳細には、砥石軸は偏心させないか、又は主軸回転中心と砥石の外周とが一致するように砥石の半径相当分だけ砥石を上述の切り込みとは逆方向(マイナス方向)偏心させておき、まず、ワークの加工位置(研削点)までの移動は、X,Y軸送りにより行う。その後、正味切り込み加工分だけ自動で砥石を偏心させ、すなわち自動切り込みを行いつつチョッピング加工を行う。このとき、曲率が一定でないワークの加工面に砥石により切り込む際に、ワークが当接する加工点における法線が、砥石の切り込み方向と常に一致するように、主軸の角度制御(割り出し)を行う。特許文献1は、かかるジグ研削盤の主要構成を開示している。但し、特許文献1は砥石を上下させる構成は省略している。ここでは、直線の往復運動をチョッピングと呼んでいるのであって一般的なチョッピング加工で使われる往復速度の遅い・速いについて制限を設けたチョッピングという語の定義はしない。 More specifically, there are two main types of grinding: The first type involves making the axis of rotation of the grinding wheel (grinding wheel shaft) eccentric (cutting into) the spindle, causing the grinding wheel to rotate about the grinding wheel shaft while the spindle continues to rotate, i.e., planetary rotation of the grinding wheel; at the same time, the quill is moved up and down to rotate the grinding wheel in a spiral, resulting in a perfectly round hole by evenly grinding the inner wall. In this case, the diameter of the hole is basically determined according to the size of the outer diameter of the grinding wheel and the degree of eccentricity of the grinding wheel spindle (amount of cutting (maximum 50 mm, for example). The other is grinding for boring non-circular holes with an inconstant curvature or for processing end portions with an inconstant curvature. In this case, so-called chopping is performed. In detail, the grinding wheel spindle is not made eccentric, or the grinding wheel is made eccentric in the opposite direction (negative direction) to the cutting by an amount equivalent to the radius of the grinding wheel so that the center of rotation of the spindle and the outer periphery of the grinding wheel coincide, and first the workpiece is moved to the processing position (grinding point) by X and Y axis feed. Then, the amount of net cutting is automatically adjusted. The grinding wheel is eccentric, i.e., chopping is performed while automatically cutting. When cutting into the workpiece surface with an inconsistent curvature, the angle of the spindle is controlled (indexed) so that the normal at the cutting point where the workpiece contacts always coincides with the cutting direction of the grinding wheel. Patent Document 1 discloses the main configuration of such a jig grinding machine. However, Patent Document 1 omits the configuration for raising and lowering the grinding wheel. Here, chopping refers to linear reciprocating motion, and the term chopping is not defined to include restrictions on the reciprocating speed used in general chopping.
上述したジグ研削盤では、CNCの機能の選択や制御ソフトの作り方によって、例えば、オーバーライドスイッチを動作させた直後やオシレーション範囲・速度・中心位置の設定変更させた直後はその後よりも先の面に近づくことがある。そこで,チョッピングおよびオシレーション研削中におけるオーバーライドスイッチを含むオシレーション範囲・速度・中心位置の設定変更の際に一瞬だけ砥石の往復範囲の端と研削面の先の面を引き離す指令を重畳させ、しかる後にオーバーライドスイッチや前述の設定変更を適用し、往復回数とともに徐々に通常の位置に戻すことにより、往復の範囲の向こう側にある面に砥石が衝突することを防止するソフトウェアまたは機械装置の開発が望まれており、本発明者らは、かかる要望に答える研削装置やその制御方法を特願2018-160030及び特願2019-107534として出願している。 In the jig grinding machine described above, depending on the selection of CNC functions and the design of the control software, for example, the grinding wheel may approach the surface beyond the range immediately after operating the override switch or changing the settings of the oscillation range, speed, or center position. Therefore, there is a need to develop software or a mechanical device that prevents the grinding wheel from colliding with the surface beyond the range of reciprocation by superimposing a command that momentarily separates the end of the grinding wheel's reciprocation range from the surface beyond the grinding surface when changing the settings of the oscillation range, speed, or center position, including the override switch, during chopping and oscillation grinding. Then, the override switch or the aforementioned setting change is applied, gradually returning the grinding wheel to its normal position over the number of reciprocations. The inventors have filed patent applications for grinding devices and control methods that meet this need (Patent Application Nos. 2018-160030 and 2019-107534).
上述したジグ研削盤では、砥石をつけた砥石回転装置を直線軸で半径方向に送ったり固定したりできる自動切込装置を有し、さらにそれらの装置ごと別の回転装置(前述の主軸に相当する装置)で回すことで円の内面ないし外面の研削を行うことができる。また、別の回転装置に相当する装置の回転速度はオーバライドスイッチにより作業者が自由に回転速度の指令回転速度に対する倍率を変えられるものがある。
しかしながら、別の回転装置に相当する装置の回転速度を変更してしまうと遠心力などにより切込過ぎを生じる可能性があり、オーバライドスイッチ等により特に急激な変化が生じた時に、切込過ぎを感じざるを得ないことが多い。そこで、かかるオーバライド指令変更時の切込過ぎ緩和機能を有するジグ研削盤の開発が望まれるが、かかる課題を解決するための有効な提案は殆どなされていない。
The jig grinding machine described above has an automatic infeed device that can feed or fix the grinding wheel rotating device with a grinding wheel attached in the radial direction using a linear axis, and by rotating these devices together with a separate rotating device (a device equivalent to the main shaft described above), it is possible to grind the inner or outer surface of a circle.In addition, there are some machines where the rotation speed of the device equivalent to the separate rotating device can be freely changed by the operator using an override switch to multiply the rotation speed by the command rotation speed.
However, changing the rotation speed of a device that corresponds to another rotating device can cause overcutting due to centrifugal force, etc., and when a particularly sudden change occurs due to an override switch, etc., the overcutting is often felt. Therefore, the development of a jig grinder with a function to mitigate overcutting when such an override command is changed is desired, but there have been few effective proposals to solve this problem.
本発明の目的は、研削装置及びその制御方法において、オーバライド指令変更時の切込過ぎ緩和機能を実現する技術を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a technology for realizing a function to mitigate overcutting when an override command is changed in a grinding machine and its control method.
本発明者は、オーバライド指令変更時の切込過ぎ緩和機能を実現する研削装置及びその制御方法の構成について、鋭意研究した結果、オーバライドスイッチの操作時にそれをそのまま制御装置に適用するのではなく一旦 砥石回転装置を直線軸で半径方向に研削対象から遠い方向に送りオーバライドを適用させることで、このような緩和機能を実現し得ることを想到した。または、オーバライドスイッチの操作時にそれをそのまま制御装置に適用するのではなく一旦 砥石回転装置を直線軸で半径方向に研削対象から遠い方向に送りオーバライドを適用させ徐々に元の座標に戻すという操作を自動で行う機能を用意することで、同様の緩和機能を実現し得ることを想到した。さらに、外側を研削している時と内側を研削している時では逃がす方向を変えることができるようにすれば好適であることも見出した。 After extensive research into the configuration of a grinding machine and its control method that achieves an overcut mitigation function when the override command is changed, the inventors came up with the idea that such a mitigation function could be achieved by first feeding the grinding wheel rotation device on a linear axis in the radial direction away from the object to be ground and applying the override, rather than directly applying the override to the control device when the override switch is operated. Alternatively, the inventors came up with the idea that a similar mitigation function could be achieved by providing a function that automatically performs the operation of first feeding the grinding wheel rotation device on a linear axis in the radial direction away from the object to be ground and applying the override, and then gradually returning to the original coordinates, rather than directly applying the override to the control device when the override switch is operated. Furthermore, they discovered that it would be preferable to be able to change the escape direction when grinding the outside and the inside.
即ち、本発明の第一の様相によれば、砥石をつけた砥石回転装置を直線軸で半径方向に送ったり固定したりできる自動切込装置を有し、更に、前記砥石回転装置を含む前記自動切込装置全体ごと別の回転装置で回すことで円の内面ないし外面の研削を行うことができる研削装置であって、前記別の回転装置の回転速度をオーバライドスイッチで操作者が自由に変更できるように構成された研削装置において、前記オーバライドスイッチの操作時に直ちに制御装置に適用するのではなく、一旦前記自動切込装置を動作させて前記砥石回転装置を直線軸で半径方向に研削対象から遠い方向に送り、その後前記別の回転装置の回転速度のオーバライドを適用させる研削装置であって、外側を研削している時と内側を研削している時では逃がす方向を変えることを特徴とする研削装置が得られる。 That is, according to a first aspect of the present invention, there is provided a grinding apparatus which has an automatic infeed device which can feed or fix a grinding wheel rotating device equipped with a grinding wheel in the radial direction on a linear axis, and which can grind the inner or outer surface of a circle by rotating the entire automatic infeed device including the grinding wheel rotating device by a separate rotating device, and which is configured so that an operator can freely change the rotation speed of the separate rotating device with an override switch, and which does not immediately apply the override to a control device when the override switch is operated, but first operates the automatic infeed device to feed the grinding wheel rotating device in the radial direction on a linear axis in a direction away from the object to be ground, and then applies the override to the rotation speed of the separate rotating device, and which is characterized in that the escape direction is changed when grinding the outer surface and when grinding the inner surface .
また、本発明の第二の様相によれば、砥石をつけた砥石回転装置を直線軸で半径方向に送ったり固定したりできる自動切込装置を有し、更に、前記砥石回転装置を含む前記自動切込装置全体ごと別の回転装置で回すことで円の内面ないし外面の研削を行うことができる研削装置であって、前記別の回転装置の回転速度をオーバライドスイッチで操作者が自由に変更できるように構成された研削装置において、前記オーバライドスイッチの操作時に直ちに制御装置に適用するのではなく、一旦前記自動切込装置を動作させて前記砥石回転装置を直線軸で半径方向に研削対象から遠い方向に送り、その後オーバライドを適用させ時間の経過とともに徐々に元の座標に戻すという操作を自動で行う機能を有する研削装置であって、外側を研削している時と内側を研削している時では逃がす方向を変えることを特徴とする研削装置が得られる。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a grinding apparatus having an automatic infeed device that can feed or fix a grinding wheel rotating device equipped with a grinding wheel in the radial direction on a linear axis, and further capable of grinding the inner or outer surface of a circle by rotating the entire automatic infeed device including the grinding wheel rotating device by a separate rotating device, wherein the grinding apparatus is configured so that an operator can freely change the rotation speed of the separate rotating device with an override switch, and wherein when the override switch is operated, the operation is not immediately applied to a control device, but rather the automatic infeed device is first operated to feed the grinding wheel rotating device in the radial direction on the linear axis in a direction away from the object to be ground, and then an override is applied so that the grinding apparatus gradually returns to the original coordinates over time, and wherein the grinding apparatus is characterized in that the escape direction is changed when grinding the outer surface and when grinding the inner surface .
更に、本発明によれば、砥石をつけた砥石回転装置を直線軸で半径方向に送ったり固定したりできる自動切込装置を有し、さらにそれら砥石回転装置や自動切込装置を含む装置ごと別の回転装置で回すことで円の内面ないし外面の研削を行うことができる研削装置で、別の回転装置の回転速度をオーバライドスイッチで操作者が自由に変更できるように構成された研削装置で、加工中にオーバライド変化が生じた場合に速度変化が生じるか否かを判定する第1の工程と、速度変化が生じる場合は逃がし加算量を計算して逃がし加算操作を実行する第2の工程と、速度を変更し、この変更された速度で切込を行う第3の工程を有し、前記第1乃至第3の工程を、この順番で実行することを特徴とする研削装置の制御方法が得られる。 Furthermore, according to the present invention, there is provided a grinding apparatus which has an automatic cutting device which can feed or fix a grinding wheel rotating device equipped with a grinding wheel in the radial direction using a linear axis, and which can grind the inner or outer surface of a circle by rotating the entire device including the grinding wheel rotating device and the automatic cutting device using a separate rotating device, and which is configured so that an operator can freely change the rotation speed of the separate rotating device using an override switch, the grinding apparatus comprising: a first step of determining whether a speed change will occur if an override change occurs during machining; a second step of calculating an amount of allowance addition and performing an allowance addition operation if a speed change occurs; and a third step of changing the speed and performing cutting at this changed speed, wherein the first to third steps are performed in this order .
本発明によれば、研削装置及びその制御方法において、オーバライド指令変更時の切込過ぎ緩和機能を実現することができる。 According to the present invention, a grinding machine and its control method can achieve a function to mitigate overcutting when the override command is changed.
まず、本発明の理解を容易にするために、本発明が適用される研削装置について図面を参照して説明する。図1は、本発明が適用される研削装置の一例を示す斜視図、図2は、その研削装置を各軸の移動又は旋回方向と共に説明するための図であり、ヘッドに対してU軸送り装置をZ軸直線移動とZ軸周り旋回(C軸と呼称)に旋回させられる。U軸送り装置は砥石軸をU軸方向に直線移動できる。各軸は複数の平行軸を組み合わせたものでも良い。図3は、その研削装置(ジグ研削盤)におけるU軸送り装置と砥石軸周辺の拡大図、図4は、その研削装置(ジグ研削盤)における回転する砥石によるワークの加工と、U軸、Z軸それぞれの軸移動の関係を示す図である。本発明が適用される研削装置10は、図1に示すように、ベッド12上にテーブル送り装置36およびテーブル30がレール16を介してY軸方向(前後方向)へ移動可能に支持されている。コラム14はベッド12に固定されているが、送り装置36との間にはレール16に沿った方向に相対運動を与えることができる。ベッド12の後部には図示しない送り装置36移動用モータが配設され、このモータにより図示しないボールネジ等を介してテーブル送り装置36がレール16に沿って前後移動されるようになっている。コラム14にはヘッド18がW軸方向に移動可能(昇降可能)に支持され、そのヘッド18の先端には砥石軸20が設けられており、砥石軸20の先端には、砥石100(図3参照)が取付けられる。コラム14の上部には図示しないヘッド昇降用モータが配設され、このモータにより図示しないボールネジ等を介してヘッド18が昇降されるようになっている。ヘッド18の内部や後部には砥石軸回転用モータ(図5の302のうちCモータ)が配設され、このモータにより砥石軸20が回転されるようになっている。ヘッド昇降用モータには、図示しない計測手段を構成するエンコーダが付設される。このほかの砥石軸を除く直線軸および回転軸には図示しない場合にもエンコーダおよびモータを備え送り量ないし回転量が算出・制御できるようになっている。このエンコーダから出力されるデータによりヘッド18の昇降量、及び後述するワーク(図4参照)に対する切り込み量が算出される。W軸方向に平行にZ軸が設けられており、W軸のヘッドの動き、C軸回転およびU軸直線運動を妨げることなくZ軸運動を与えることができる。 First, to facilitate understanding of the present invention, a grinding machine to which the present invention is applicable will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing an example of a grinding machine to which the present invention is applicable. FIG. 2 is a diagram illustrating the grinding machine along with the movement or rotation direction of each axis. The U-axis feeder can move linearly along the Z-axis and rotate around the Z-axis (referred to as the C-axis) relative to the head. The U-axis feeder can move the grinding wheel shaft linearly in the U-axis direction. Each axis may be a combination of multiple parallel axes. FIG. 3 is an enlarged view of the U-axis feeder and the grinding wheel shaft area in the grinding machine (jig grinder). FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between the machining of the workpiece by the rotating grinding wheel in the grinding machine (jig grinder) and the axial movement of the U-axis and Z-axis. As shown in FIG. 1, the grinding machine 10 to which the present invention is applicable has a table feeder 36 and a table 30 supported on a bed 12 via rails 16 for movement in the Y-axis direction (front-to-back direction). The column 14 is fixed to the bed 12, but relative motion can be imparted between the column 14 and the feed device 36 in the direction along the rail 16. A motor for moving the feed device 36 (not shown) is disposed at the rear of the bed 12, and this motor moves the table feed device 36 back and forth along the rail 16 via a ball screw (not shown) or other means. A head 18 is supported on the column 14 so as to be movable (liftable) in the W-axis direction. A grinding wheel spindle 20 is provided at the tip of the head 18, and a grinding wheel 100 (see FIG. 3) is attached to the tip of the grinding wheel spindle 20. A head lift motor (not shown) is disposed above the column 14, and this motor lifts and lowers the head 18 via a ball screw (not shown). A grinding wheel spindle rotation motor (C motor 302 in FIG. 5) is disposed inside or at the rear of the head 18, and this motor rotates the grinding wheel spindle 20. An encoder (not shown) constituting a measuring means is attached to the head lift motor. The other linear and rotary axes, excluding the grinding wheel spindle, are equipped with encoders and motors (not shown) to calculate and control the feed or rotation amount. The data output from these encoders is used to calculate the amount of lift of the head 18 and the amount of cutting into the workpiece (see Figure 4), which will be described later. The Z-axis is provided parallel to the W-axis, allowing Z-axis movement to be imparted without interfering with the W-axis head movement, C-axis rotation, or U-axis linear movement.
先に述べた通り、ベッド12上にはレール16を介してY軸送り装置36が載っている。このY軸送り装置36はレール16の方向に沿ってY軸方向に前後直線運動できるように構成されている。このY軸送り装置36の上に更に図示しないレールを介してテーブル30が支持されている。このテーブル30はY軸送り装置36に対して左右方向(X軸方向)に直線運動できるように構成されている。その上面には図示しないワークが着脱可能に設置固定されるようになっている。当然ながらベッド12にはY軸送り装置36を移動する用のモータが配設され、このモータにより図示しないボールネジ等を介してY軸送り装置36がレール16に沿って移動されるようになっている。テーブル30についても同様に図示しないモータおよびボールネジ等を介してY軸送り装置36上を動くようになっている。そして、上記砥石軸回転用モータにより砥石軸20が回転された状態で、上記ヘッド昇降用モータによりヘッド18(砥石軸20)が下降されて、砥石軸20の先端に取り付けられた砥石100がテーブル30上のワークの面に接触させられる。テーブル30は上述の2つのモータでX-Y方向に自由に可動させられる。これにより、ワークの表面が砥石100にて研削されるようになっている。尚、研削装置10は、各種の操作用スイッチ類またはそれに類する入力機器を備え、動作中にその状態を操作者の操作で変更できるように構成され、また砥石100とワークとの接触検知手段としての図示しないAE(アコースティックエミッション)センサをワーク側に備えている。そして、AEセンサによりワークと砥石100との接触を検知したら、操作者にそれを表示するか、スキップ信号により砥石100の送りを止めることができるように構成されている。 As mentioned earlier, the Y-axis feed device 36 is mounted on the bed 12 via rails 16. This Y-axis feed device 36 is configured to be able to move linearly back and forth in the Y-axis direction along the direction of the rails 16. The table 30 is supported on the Y-axis feed device 36 via rails (not shown). This table 30 is configured to be able to move linearly left and right (X-axis direction) relative to the Y-axis feed device 36. A workpiece (not shown) is removably mounted and fixed on its upper surface. Naturally, a motor for moving the Y-axis feed device 36 is provided on the bed 12, and this motor moves the Y-axis feed device 36 along the rails 16 via a ball screw (not shown) or the like. The table 30 similarly moves on the Y-axis feed device 36 via a motor and ball screw (not shown) or the like. While the grinding wheel spindle 20 is rotated by the grinding wheel spindle rotation motor, the head 18 (grinding wheel spindle 20) is lowered by the head elevation motor, bringing the grinding wheel 100 attached to the tip of the grinding wheel spindle 20 into contact with the surface of the workpiece on the table 30. The table 30 is freely movable in the X and Y directions by the two motors mentioned above. This allows the grinding wheel 100 to grind the surface of the workpiece. The grinding device 10 is equipped with various operation switches or similar input devices, and is configured so that the operator can change their state during operation. It also has an AE (acoustic emission) sensor (not shown) on the workpiece side as a means for detecting contact between the grinding wheel 100 and the workpiece. When the AE sensor detects contact between the workpiece and the grinding wheel 100, it displays this to the operator or sends a skip signal to stop the feeding of the grinding wheel 100.
図1に示す工作機械(研削装置)10は、以上に述べたように、少なくともX-Y-Zの三軸の同時制御ができるCNC制御の工作機械(研削装置)であり、更に、砥石軸20という回転軸と軸方向が平行な駆動軸(回転軸又は直線駆動軸)を有している。即ち、工作機械(研削装置)10は、ヘッド18の下部にU軸送り装置40を有しており、このU軸送り装置40は、砥石軸20と、その上部の円盤体27を含む直線送り機構であり、砥石軸20とその上部の円盤体27を、その時のC軸の角度位置に応じて所定のストロークの範囲内で直線移動させる装置であり、この直線移動方向をU軸(方向)と定義している。即ち、図1に示す工作機械(研削装置)10では、ヘッド18は、Z軸方向に直線移動(上下移動)できる。Z軸との区別のため、W軸送り装置と呼称する。また、ヘッド18に対して、U軸送り装置40をZ軸直線移動とZ軸周り旋回(C軸と呼称する)に旋回させることができる。U軸送り装置40は、砥石軸20をU軸方向に直線移動させることができる。図2及び図3を参照して、工作機械(研削装置)10の駆動軸制御を更に具体的に述べれば、工作機械(研削装置)10では、U軸の直線送り機構はC軸の回転側に載っている。砥石軸(U軸)の送り指令によって、U軸送り装置40をU軸の方向に沿って直線移動させることができる。C軸の回転指令によって砥石軸の中心ごと回転する。更に、このC軸装置は、Z軸装置で鉛直方向に直線移動させることができる。 As described above, the machine tool (grinding device) 10 shown in Figure 1 is a CNC-controlled machine tool (grinding device) capable of simultaneous control of at least three axes: X, Y, and Z. It also has a drive axis (rotational axis or linear drive axis) whose axial direction is parallel to the rotational axis, the grinding wheel spindle 20. Specifically, the machine tool (grinding device) 10 has a U-axis feed device 40 below the head 18. This U-axis feed device 40 is a linear feed mechanism including the grinding wheel spindle 20 and the disk body 27 above it. It is a device that linearly moves the grinding wheel spindle 20 and the disk body 27 above it within a predetermined stroke range depending on the angular position of the C-axis at that time, and the direction of this linear movement is defined as the U-axis (direction). In other words, in the machine tool (grinding device) 10 shown in Figure 1, the head 18 can move linearly (up and down) in the Z-axis direction. To distinguish it from the Z-axis, this is referred to as the W-axis feed device. Furthermore, the U-axis feed device 40 can move linearly along the Z-axis and rotate around the Z-axis (referred to as the C-axis) relative to the head 18. The U-axis feed device 40 can move the grinding wheel spindle 20 linearly in the U-axis direction. To explain the drive axis control of the machine tool (grinding device) 10 more specifically with reference to Figures 2 and 3, in the machine tool (grinding device) 10, the U-axis linear feed mechanism is mounted on the rotating side of the C-axis. A feed command for the grinding wheel spindle (U-axis) can move the U-axis feed device 40 linearly along the U-axis. A rotation command for the C-axis rotates the center of the grinding wheel spindle. Furthermore, this C-axis device can move linearly in the vertical direction using the Z-axis device.
図5は、図1に示したジグ研削盤の制御系の概略を示すブロック図である。本発明に係るジグ研削盤は、制御系として、制御装置300と、入出力装置310と、各軸モータ320及びそれぞれのモータドライバ330、砥石回転モータ102Aと砥石モータインバータ102invを有している。制御装置300は、コンピュータ数値制御部(CNC)302と、プログラマブルコントローラ304と、I/O(入出力)モジュール306を有している。本発明に係るジグ研削盤の制御系には、入出力装置310として、キーボード、各種スイッチ、温度センサ等と、スキップ信号に関わるツールセッタ、AEセンサ等も有している。 Figure 5 is a block diagram showing an outline of the control system of the jig grinding machine shown in Figure 1. The jig grinding machine of the present invention has, as its control system, a control device 300, an input/output device 310, each axis motor 320 and its respective motor driver 330, a grinding wheel rotation motor 102A, and a grinding wheel motor inverter 102inv. The control device 300 has a computer numerical control (CNC) 302, a programmable controller 304, and an I/O (input/output) module 306. The control system of the jig grinding machine of the present invention also has, as input/output devices 310, a keyboard, various switches, a temperature sensor, etc., as well as a tool setter related to skip signals, an AE sensor, etc.
ここで、改めて従来例の問題点を説明しておく。図1乃至図5に示したジグ研削盤10は、特に図3に分かり易く示されるように、砥石100をつけた砥石回転装置102(砥石回転装置としては、砥石回転モータ102A、砥石モータインバータ102inv[図5参照]等を含むことは勿論であるがそのうち加工室に入れられる部分)を直線軸(U軸)で(C軸の)半径方向に送ったり固定したりできる自動切込装置104(U軸送り装置40に相当する、以下同様)ごと別の回転装置(C軸回転装置)106(C軸回転のためのCモータ、C軸モータドライブ[図5参照] 等を含むことは勿論である)で回すことで研削対象の円(厚みを考慮すれば円筒形)の内面ないし外面の研削を行うことができる研削装置である。また、別の回転装置(C軸回転装置)106に相当する装置の回転速度はオーバライドスイッチにより作業者が自由に回転速度の指令回転速度に対する倍率を変えられるものとする。しかしながら、別の回転装置(C軸回転装置)106に相当する装置の回転速度を変更してしまうと、その質量があるので遠心力などにより切込過ぎを生じる可能性がある。特に、オーバライド指令変更時のような急激な変化時に切込過ぎを感じることとなる虞れがある。 Here, we will explain the problems with the conventional example once again. The jig grinder 10 shown in Figures 1 to 5, as clearly illustrated in Figure 3 in particular, is a grinding machine that can grind the inner or outer surface of a circle (cylindrical in consideration of thickness) to be ground by rotating a grinding wheel rotation device 102 (which of course includes a grinding wheel rotation motor 102A, a grinding wheel motor inverter 102inv [see Figure 5], etc., but only the portion of this device that can be inserted into the machining chamber) with a grinding wheel 100 attached, using a separate rotation device (C-axis rotation device) 106 (which of course includes a C motor for C-axis rotation, a C-axis motor drive [see Figure 5], etc.) to freely change the rotation speed of the device corresponding to the separate rotation device (C-axis rotation device) 106 by using an override switch to freely change the magnification of the rotation speed relative to the commanded rotation speed. However, if the rotation speed of the device equivalent to the other rotating device (C-axis rotating device) 106 is changed, its mass may cause overcutting due to centrifugal force, etc. In particular, there is a risk that overcutting may be felt when there is a sudden change, such as when the override command is changed.
そこで、本発明の実施形態の研削装置及びその制御方法においては、オーバライドスイッチの操作時にそれをそのまま制御装置300(図5参照)に適用するのではなく、一旦 砥石回転装置102を直線軸(U軸)で半径方向に研削対象から遠い方向に送りオーバライドを適用させることとした。即ち、本発明の実施形態の研削装置10は、砥石100をつけた砥石回転装置102を直線軸(U軸)で半径方向に送ったり固定したりできる自動切込装置104を有し、更に、砥石回転装置102を含む自動切込装置104全体ごと別の回転装置(C軸回転装置)106で回すことで研削対象の円(厚みを考慮すれば円筒形)の内面ないし外面の研削を行うことができる研削装置であって、別の回転装置(C軸回転装置)106の回転速度をオーバライドスイッチで操作者が自由に変更できるように構成された研削装置において、オーバライドスイッチの操作時に直ちに制御装置300(図5参照)に適用するのではなく、一旦自動切込装置104を動作させて砥石回転装置102を直線軸(U軸)で半径方向に研削対象から遠い方向に送り、その後、別の回転装置(C軸回転装置)106の回転速度のオーバライドを適用させることを特徴とする。また、上記研削装置10において、オーバライドスイッチの操作時に直ちに制御装置300(図5参照)に適用するのではなく、一旦自動切込装置104を動作させて砥石回転装置102を直線軸(U軸)で半径方向に研削対象から遠い方向に送り、その後、別の回転装置(c軸回転装置)106の回転速度のオーバライドを適用させ、時間の経過とともに徐々に元の座標(CNC制御の目標座標)に戻すという操作を自動で行う機能を有するようにしても良い。 尚、上記研削装置10において、研削対象の外側(外周面加工時等)を研削している時と内側(内周面加工時等)を研削している時では、上記の逃がす方向を変えるようにしても良い。図6は、本発明の実施形態の研削装置及びその制御方法における(a)オーバライド指令、(b)自動切込位置、(c)実回転速度の関係を示すグラフである。本発明の実施形態の研削装置及びその制御方法では、図6(a)に示すように、オーバライドスイッチが操作された時点で、図6(b)に破線で示すように、直ちに(制御装置300(図5参照)に)適用するのではなく、一旦自動切込装置104による自動切込位置を半径方向に研削対象から遠い方向に送り、徐々に元の(座標の)指令位置に戻す操作とすることで、図6(c)に示すように、実回転速度もその分遅れて追いついてくるようになる。 Therefore, in the grinding apparatus and control method thereof according to an embodiment of the present invention, when the override switch is operated, instead of applying it directly to the control device 300 (see Figure 5), the grinding wheel rotation device 102 is first moved radially along the linear axis (U-axis) in a direction away from the object to be ground, and the override is applied. That is, the grinding apparatus 10 according to an embodiment of the present invention has an automatic infeed device 104 that can feed or fix a grinding wheel rotation device 102, to which a grinding wheel 100 is attached, in the radial direction on a linear axis (U-axis), and further, the entire automatic infeed device 104, including the grinding wheel rotation device 102, is rotated by a separate rotation device (C-axis rotation device) 106, thereby grinding the inner or outer surface of a circle (cylindrical when considering the thickness) to be ground. The grinding apparatus is configured so that the rotation speed of the separate rotation device (C-axis rotation device) 106 can be freely changed by an operator using an override switch, and is characterized in that, when the override switch is operated, the operation is not immediately applied to the control device 300 (see FIG. 5 ), but rather the automatic infeed device 104 is first operated to feed the grinding wheel rotation device 102 in the radial direction on the linear axis (U-axis) in a direction away from the grinding object, and then the override of the rotation speed of the separate rotation device (C-axis rotation device) 106 is applied. Furthermore, in the grinding apparatus 10, rather than immediately applying the override switch to the control device 300 (see FIG. 5), the automatic infeed device 104 may be operated to feed the grinding wheel rotating device 102 radially along the linear axis (U-axis) away from the workpiece, and then an override of the rotational speed of another rotating device (c-axis rotating device) 106 may be applied, gradually returning the grinding wheel to the original coordinates (target coordinates under CNC control) over time. In addition, in the grinding apparatus 10, the escape direction may be changed between grinding the outside of the workpiece (e.g., when machining the outer peripheral surface) and grinding the inside of the workpiece (e.g., when machining the inner peripheral surface). Figure 6 is a graph showing the relationship between (a) the override command, (b) the automatic infeed position, and (c) the actual rotational speed in a grinding apparatus and a control method thereof according to an embodiment of the present invention. In the grinding machine and control method according to an embodiment of the present invention, as shown in Figure 6(a), when the override switch is operated, instead of immediately applying the override (to the control device 300 (see Figure 5)), as shown by the dashed line in Figure 6(b), the automatic cutting position by the automatic cutting device 104 is temporarily moved radially away from the object to be ground, and then gradually returned to the original commanded position (coordinates). As a result, the actual rotational speed also catches up with a corresponding delay, as shown in Figure 6(c).
また、図7は、本実施形態の研削装置における加工プロセス開始から終了までの制御処理のフローチャートである。即ち、本実施形態の研削装置において加工プロセスが開始され(S701)、加工中にオーバライドスイッチの操作等がありオーバライド変化が生じるかチェックし(S702)、速度変化が生じるか否かを判定する(S703)。速度変化が生じる場合は(S703でYES)、その時点で残っている逃がし量に対する逃がし加算量を計算し(S704)、逃がし方向を判断し(S705)、逃がし加算操作を実行し(S706)、速度が変更される(S707)。この変更された速度で切込が行われ、砥石の回転が終了したか否かを判定し(S708)、砥石の回転が終了した場合は(S708でYES)、加工プロセスが終了する(S709)。一方、砥石の回転が終了していなければ(S708でNO)、S702に戻る。また、上述したS703の判定で速度変化が無い場合は(S703でNO)、逃がし減衰操作を実行し(S710)、S708に至る。 Figure 7 is a flowchart of the control process from start to finish in the grinding machine of this embodiment. Specifically, the grinding machine of this embodiment starts the machining process (S701), checks whether an override switch operation or other override change occurs during machining, and determines whether a speed change will occur (S703). If a speed change occurs (YES in S703), the amount of clearance added to the remaining clearance amount at that time is calculated (S704), the clearance direction is determined (S705), the clearance addition operation is performed (S706), and the speed is changed (S707). Cutting is performed at this changed speed, and it is determined whether the grinding wheel rotation has ended (S708). If the grinding wheel rotation has ended (YES in S708), the machining process ends (S709). On the other hand, if the grinding wheel rotation has not ended (NO in S708), the process returns to S702. Furthermore, if the determination in S703 above shows that there is no change in speed (NO in S703), a release damping operation is performed (S710) and the process proceeds to S708.
尚、回転速度の変化に応じた切込み過ぎ量(半径変化Δr)は、以下の数式(1)で定義するのが一般的である。なお、c(u)は定数としてもよいし、自動切込装置104の構成方法によってはU軸の座標に関する関数として定義しておくことも可能である。この場合には、一定のRとωに対してU軸座標と半径変化Δrの関係を事前に調査しておき、多項式近似やテーブルで定義して良い。
10 ジグ研削盤(研削装置)、 100 砥石、 102 砥石回転装置、104 自動切込装置、 106 別の回転装置(C軸回転装置)、300 制御装置、 W ワーク、 10 Jig grinding machine (grinding device), 100 Grinding wheel, 102 Grinding wheel rotation device, 104 Automatic cutting device, 106 Another rotation device (C-axis rotation device), 300 Control device, W Workpiece,
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