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【発明の名称】 工作機械におけるワークのクランプ異常検出方法、及び工作機械
【発明者】 【氏名】安味 貞恒

【要約】 【課題】ワークのクランプ異常を正確に且つ簡単に検出できるクランプ異常検出方法、及び工作機械の提供。

【構成】ワーク27の両端部を一対の主軸台19,29のクランプ機構23,24でクランプし、両主軸台の主軸21,22をサーボモータ33,34により同期回転してワークを回転させながらワークを加工する工作機械におけるワークのクランプ異常検出方法であって、ワーク27の両端部を両主軸台19,20のクランプ機構23,24でクランプした後、両主軸台のサーボモータ33,34がサーボONの状態で一方の主軸台のサーボモータ34のみに微小角度αの回転指令を与え、この時に一方又は他方の主軸台のサーボモータに発生する電流又はトルクが所定値より小さい場合にクランプ異常と判定する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ワークの両端部を一対の主軸台のクランプ機構でクランプし、両主軸台の主軸をサーボモータにより同期回転してワークを回転させながらワークを加工する工作機械におけるワークのクランプ異常検出方法であって、ワークの両端部を両主軸台のクランプ機構でクランプした後、両主軸台のサーボモータがサーボONの状態で一方の主軸台のサーボモータのみに微小角度の回転指令を与え、この時に一方又は他方の主軸台のサーボモータに発生する電流又はトルクが所定値より小さい場合にクランプ異常と判定することを特徴とする工作機械におけるワークのクランプ異常検出方法。
【請求項2】
ワークの両端部を一対の主軸台のクランプ機構でクランプし、両主軸台の主軸をサーボモータにより同期回転してワークを回転させながらワークを加工する工作機械におけるワークのクランプ異常検出方法であって、両主軸台のサーボモータがサーボONの状態でワークの両端部を両主軸台のクランプ機構でクランプし、この時に一方又は他方の主軸台のサーボモータに発生する電流又はトルクが所定値以上の場合にクランプ異常と判定することを特徴とする工作機械におけるワークのクランプ異常検出方法。
【請求項3】
一対の主軸台と、両主軸台の主軸に設けたクランプ機構と、両主軸台の主軸を回転させるサーボモータと、両サーボモータの電流又はトルクを検出する検出手段と、両主軸台のクランプ機構でクランプしたワークに対して接近・離間自在に設けた加工手段と、これらを制御する制御装置とを備え、ワークの両端部を両主軸台のクランプ機構でクランプし、両主軸台の主軸をサーボモータにより同期回転してワークを回転させながらワークを加工手段により加工する工作機械において、ワークの両端部を両主軸台のクランプ機構でクランプした後、両主軸台のサーボモータがサーボONの状態で一方の主軸台のサーボモータのみに微小角度の回転指令を与え、この時に一方又は他方の主軸台のサーボモータに発生する電流又はトルクが所定値より小さい場合にクランプ異常と判定するクランプ異常検出手段を備えていることを特徴とする工作機械。
【請求項4】
一対の主軸台と、両主軸台の主軸に設けたクランプ機構と、両主軸台の主軸を回転させるサーボモータと、両サーボモータの電流又はトルクを検出する検出手段と、両主軸台のクランプ機構でクランプしたワークに対して接近・離間自在に設けた加工手段と、これらを制御する制御装置とを備え、ワークの両端部を両主軸台のクランプ機構でクランプし、両主軸台の主軸をサーボモータにより同期回転してワークを回転させながらワークを加工手段により加工する工作機械において、両主軸台のサーボモータがサーボONの状態でワークの両端部を両主軸台のクランプ機構でクランプし、この時に一方又は他方の主軸台のサーボモータに発生する電流又はトルクが所定値以上の場合にクランプ異常と判定するクランプ異常検出手段を備えていることを特徴とする工作機械。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、工作機械におけるワークのクランプ異常検出方法、及びその方法を実施する工作機械に関する。
【背景技術】
【0002】
クランクシャフトのような比較的長い軸物のワークを研削する研削盤では、特許文献1に記載されているように、左右一対の主軸台に設けたクランプ機構でワークの両端部をクランプし、一対の主軸台の主軸をサーボモータで同期回転してワークを回転させながらワークを加工している。クランプ機構は、油圧式のチャックシリンダにより駆動するチャック爪でワークを外周からチャックする油圧式チャックを用いており、このクランプ機構がワークを正常にクランプしたかどうかの確認は、チャックシリンダに供給される作動油の圧力が所定の圧力になったかどうかを圧力スイッチで検出して行っていた。
【0003】
しかし、チャック爪のスライド部への切り粉等の挟み込みがあってチャック爪の動きが悪い等、チャック爪の駆動機構に不具合があると、チャックシリンダに供給される作動油の圧力が正常であっても、チャック爪がワークを所定のクランプ力でクランプしていないことがあり、そのまま研削を開始すると研削抵抗によりチャック部でワークが滑り、研削不良が発生する。また、チャック爪に異物が付着したりチャック爪が摩滅した状態でチャックした場合にも、ワークがチャック部で滑り、研削不良が発生する。すなわち、チャックシリンダに供給される作動油の圧力を検出しただけでは、クランプ異常を検出できないことがあった。
【特許文献1】特開2002−239873号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は以上に述べた実情に鑑み、ワークのクランプ異常を正確に且つ簡単に検出できるクランプ異常検出方法、及び工作機械の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記の課題を達成するために請求項1記載の発明によるワークのクランプ異常検出方法は、ワークの両端部を一対の主軸台のクランプ機構でクランプし、両主軸台の主軸をサーボモータにより同期回転してワークを回転させながらワークを加工する工作機械におけるワークのクランプ異常検出方法であって、ワークの両端部を両主軸台のクランプ機構でクランプした後、両主軸台のサーボモータがサーボONの状態で一方の主軸台のサーボモータのみに微小角度の回転指令を与え、この時に一方又は他方の主軸台のサーボモータに発生する電流又はトルクが所定値より小さい場合にクランプ異常と判定することを特徴とする。
【0006】
請求項2記載の発明によるワークのクランプ異常検出方法は、ワークの両端部を一対の主軸台のクランプ機構でクランプし、両主軸台の主軸をサーボモータにより同期回転してワークを回転させながらワークを加工する工作機械におけるワークのクランプ異常検出方法であって、両主軸台のサーボモータがサーボONの状態でワークの両端部を両主軸台のクランプ機構でクランプし、この時に一方又は他方の主軸台のサーボモータに発生する電流又はトルクが所定値以上の場合にクランプ異常と判定することを特徴とする。
【0007】
請求項3記載の発明による工作機械は、一対の主軸台と、両主軸台の主軸に設けたクランプ機構と、両主軸台の主軸を回転させるサーボモータと、両サーボモータの電流又はトルクを検出する検出手段と、両主軸台のクランプ機構でクランプしたワークに対して接近・離間自在に設けた加工手段と、これらを制御する制御装置とを備え、ワークの両端部を両主軸台のクランプ機構でクランプし、両主軸台の主軸をサーボモータにより同期回転してワークを回転させながらワークを加工手段により加工する工作機械において、ワークの両端部を両主軸台のクランプ機構でクランプした後、両主軸台のサーボモータがサーボONの状態で一方の主軸台のサーボモータのみに微小角度の回転指令を与え、この時に一方又は他方の主軸台のサーボモータに発生する電流又はトルクが所定値より小さい場合にクランプ異常と判定するクランプ異常検出手段を備えていることを特徴とする。
【0008】
請求項4記載の発明による工作機械は、一対の主軸台と、両主軸台の主軸に設けたクランプ機構と、両主軸台の主軸を回転させるサーボモータと、両サーボモータの電流又はトルクを検出する検出手段と、両主軸台のクランプ機構でクランプしたワークに対して接近・離間自在に設けた加工手段と、これらを制御する制御装置とを備え、ワークの両端部を両主軸台のクランプ機構でクランプし、両主軸台の主軸をサーボモータにより同期回転してワークを回転させながらワークを加工手段により加工する工作機械において、両主軸台のサーボモータがサーボONの状態でワークの両端部を両主軸台のクランプ機構でクランプし、この時に一方又は他方の主軸台のサーボモータに発生する電流又はトルクが所定値以上の場合にクランプ異常と判定するクランプ異常検出手段を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
請求項1記載の発明による工作機械におけるワークのクランプ異常検出方法は、ワークの両端部を両主軸台のクランプ機構でクランプした後、両主軸台のサーボモータがサーボONの状態で一方の主軸台のサーボモータのみに微小角度の回転指令を与えることで、一方のサーボモータは微小角度だけ回転しようとし、他方のサーボモータは回転せずに現在の位置を保持しようとするため、両サーボモータに電流が流れてトルクを発生する。クランプ異常があればワークがクランプ機構のチャック部で滑り、正常にクランプしたときよりもサーボモータの電流やトルクは小さくなるため、この時に一方又は他方の主軸台のサーボモータに発生する電流又はトルクが所定値より小さい場合にクランプ異常と判定することで、クランプ異常を正確に検出できる。本発明の方法は、サーボモータの電流やトルクを検出する機能さえ有していれば、特別な装置を新たに付加することなく簡単に実施できる。
【0010】
請求項2記載の発明によるクランプ異常検出方法は、両主軸台のサーボモータがサーボONの状態でワークの両端部を両主軸台のクランプ機構でクランプし、この時に一方又は他方の主軸台のサーボモータに発生する電流又はトルクが所定値以上の場合にクランプ異常と判定するようにしたので、ワークをクランプした時点でクランプ異常を簡単に且つ正確に検出できる。
【0011】
請求項3記載の発明による工作機械は、上記請求項1記載の発明によるクランプ異常検出方法を実施して、ワークのクランプ異常を正確に且つ簡単に検出でき、クランプ異常によって発生する研削不良を未然に防止できる。
【0012】
請求項4記載の発明による工作機械は、上記請求項2記載の発明によるクランプ異常検出方法を実施して、ワークをクランプした時点でクランプ異常を簡単に且つ正確に検出でき、クランプ異常によって発生する研削不良を未然に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
以下、この発明をクランクシャフトの研削盤に具体化した一実施形態を図1〜図4に基づいて説明する。研削盤の平面を表す図2に示すように、ベッド11の上面には左右一対のテーブル12,13が左右方向に互いに平行に敷設したレール14によりそれぞれ独立して同方向への往復動可能に装着されている。前記ベッド11の左右両端部にはテーブル移動用モータ15,16が配設され、送りねじ17,18により前記テーブル12,13を往復動するようになっている。
【0014】
前記テーブル12,13の上面には第1主軸台19及び第2主軸台20が装着され、図1に示すように、それらの第1及び第2主軸21,22には第1及び第2クランプ機構23,24が装着されている。第1及び第2クランプ機構23,24には、クランクシャフト27の両端部を外周から3つのチャック爪でクランプする油圧式の第1及び第2チャック25,26を設けてある。
【0015】
前記クランクシャフト27は、複数のジャーナル部28と各ジャーナル部28間に偏心して連結された複数のクランクピン29とにより構成されている。前記ジャーナル部28のうち左右両端に位置する左端及び右端ジャーナル部28a,28bは、前記第1及び第2チャック25,26によりクランプされるようになっている。前記第1及び第2クランプ機構23,24の中心部には、第1及び第2センタ31,32がその軸線方向の往復動可能に、かつ図示しない油圧機構により左端及び右端ジャーナル部28a,28b側に押圧されるようになっている。第1及び第2センタ31,32の先端部に形成した先端テーパ面31a,32aが前記左端及び右端ジャーナル部28a,28bに形成したセンタ孔28c,28dに係合されることにより、クランクシャフト27が第1及び第2主軸21,22の回転軸線O上に芯だし保持されるようになっている。
【0016】
第1及び第2主軸台19,20の基端部には第1及び第2サーボモータ33,34が取り付けられ、その回転軸が前記第1及び第2主軸21,22に連結され、第1及び第2クランプ機構23,24が第1及び第2サーボモータ33,34により同期回転されるようになっている。
【0017】
前記ベッド11の上面には、砥石車35,36を装着した第1及び第2砥石台37,38が、それぞれ左右方向及び前後方向に制御移動可能に装設され、前記クランクシャフト27のクランクピン29を砥石車35,36により研削するようになっている。
【0018】
次に、図3に基づいて研削盤の制御装置41について説明する。制御装置41は制御部42を備え、制御部42は制御動作プログラムに基づいて各種の制御動作を行うマイクロプロセッサ43を備えている。マイクロプロセッサ43には制御動作プログラム等を予め記録した補助記憶装置44と、各種のデータを高速にアクセスするRAM45(ランダム・アクセス・メモリー)が接続されている。前記制御部42には、駆動回路46a,46b,46c,46d,46e,46fを介して、前記第1及び第2クランプ機構23,24、第1及び第2センタ31,32、第1及び第2サーボモータ33,34が接続されている。第1及び第2サーボモータ33,34の駆動回路46e,46fには、第1及び第2サーボモータ33,34に流れる電流を検出する電流検出手段49a,49bを備えており、電流検出手段49a,49bは第1及び第2サーボモータ33,34の電流をそれぞれ測定し、電流値信号を制御部42に出力する。又、制御部42には第1及び第2サーボモータ33,34に設けたエンコーダ47,48が接続され、第1及び第2主軸21,22のそれぞれの回転角度信号をパルスデータとして制御部42にフィードバックするようになっている。
【0019】
次に、上記のように構成したクランクシャフトの研削盤について、その動作を図1及び図4のフローチャートにより説明する。クランクシャフト27をクランプするには、まず、テーブル移動用モータ15,16を起動してテーブル12,13を互いに離間する方向に移動させ、第1及び第2クランプ機構23,24をローディング位置に停止する。
【0020】
次に、図示しないワーク供給機構によりクランクシャフト27を第1及び第2センタ31,32の間に投入する。テーブル移動用モータ15,16を作動しテーブル12,13を前進させ、クランクシャフト27のセンタ孔28c,28dに第1及び第2センタ31,32の先端テーパ面31a,32aを係合する。さらに、第1及び第2センタ31,32を図示しない油圧機構により前進させて、クランクシャフト27を主軸の回転軸線O上に位置決めする(ステップS1)。
次に、第1及び第2サーボモータ33,34がサーボONの状態で、第1及び第2クランプ機構23,24を作動してその第1及び第2チャック25,26によりクランクシャフト27の左端及び右端ジャーナル部28a,28bをクランプする(ステップS2)。
【0021】
次に、上記のようにクランクシャフト27の両端部を第1及び第2クランプ機構23,24によりクランプした状態で、第1サーボモータ33に流れる電流I1aと第2サーボモータ34に流れる電流I2aを電流検出手段49a,49bの信号により測定し、この電流値I1a,2aをRAM45に記憶する(ステップS3)。
【0022】
ステップS3で検出した第1サーボモータ33と第2サーボモータ34の電流値I1a2aは、クランプ状態が正常でクランクシャフト27に捩れが生じていなければ、ほとんど0になる。一方、第1及び第2チャック25,26に、チャック爪の摩滅やチャック爪の動作不良等がある場合には、クランプした時点でクランクシャフト27に捩れが生じ、第1及び第2サーボモータ33,34に静止トルクが発生し、その静止トルクに応じた電流が第1及び第2サーボモータ33,34に流れる。制御装置41は、このクランプ時の第1サーボモータ33と第2サーボモータ34の電流値I1a,2aを予め設定した所定値と比較し(ステップS4)、電流値I1a又はI2aが所定値以上の場合にはクランプ異常と判定し(ステップS5)、以後の研削動作を行わないようにしている。前記所定値は、クランクシャフト27の捩れが僅かで、そのまま研削動作を行っても支障が生じない範囲の上限付近で設定する。
【0023】
第1サーボモータ33と第2サーボモータ34の電流値I1a,2aが所定値より小さい場合は、制御装置41から第2サーボモータ34のみに微小角度αだけ回転するように指令を出力する(ステップS6)。
これにより、図1に示すように、第2サーボモータ34は微小角度αの方向に回転しようとしてトルクT2を発生させ、第1サーボモータ33は回転せずに現在の位置を保持しようとするため、第1及び第2クランプ機構23,24の第1及び第2チャック25,26によるクランクシャフト27のチャック部に滑りが無ければ、第2サーボモータ34のトルクT2がクランクシャフト27を通じて第1サーボモータ33に伝わり、第1サーボモータ33は第2サーボモータ34のトルクT2とは逆向きの反発トルクT1を発生させる。第1サーボモータ33と第2サーボモータ34には、そのトルクT1,T2に応じた電流が流れる。この時の第1サーボモータ33の電流値I1bを、電流検出手段49aの信号により測定する(ステップS7)。
【0024】
前記微小角度αをどれだけにするかは、クランクシャフト27の種類ごとに予めテストを行い、クランクシャフト27に加えられるトルクによりクランクシャフト27に悪影響を与えない範囲で、且つそのクランクシャフト27の研削時の研削抵抗によってチャック部に滑りが生じないことを確認するために必要な負荷トルクが第1及び第2サーボモータ33,34に生ずるように、微小角度αを設定する。また、そのように微小角度αを決める際に、第2サーボモータ34のみに微小角度αの回転指令を与えたときに、クランプ状態が正常であれば第1サーボモータ33にどれだけの電流が流れるかを測定し、その測定結果に基づいて後述する所定値を設定する。
【0025】
次に、第2サーボモータ34に回転指令を与える前と後での第1サーボモータ33の電流値の変化量|I1b−I1a|を求め、その値が予め設定した所定値以上かどうかでクランプ異常かどうか判断する(ステップS8)。
第1サーボモータ33の電流値の変化量|I1b−I1a|が所定値以上であれば、第1サーボモータ33に所定の反発トルクT2が生じており、チャック部に滑りが無いものと判断できるので、クランプ状態は正常と判断し、第2サーボモータ34を元の角度に戻した上で(ステップS9)、第1サーボモータ33と第2サーボモータ34を同期回転してクランクシャフト27を回転させ、クランプピン29を回転軸線Oを中心に旋回しつつ砥石車35,36によりクランプピン29を研削する(ステップS10)。
最後に、第1主軸台19及び第2主軸台20がローディング位置へ戻り、第1及び第2クランプ機構23,24のクランプ状態を解除し、第1及び第2センタ31,32を後退させてクランクシャフト27を取外す(ステップS11)。
【0026】
一方、第1サーボモータ33の電流値の変化量|I1b−I1a|が所定値よりも小さい場合は、第1サーボモータ33に所定の反発トルクT2が生じていないことになり、第1クランプ機構23又は第2クランプ機構24のチャック部に滑りが生じたものと判断できるので、クランプ異常と判断し(ステップS12)、研削動作を中止する。
【0027】
以上に述べたように本研削盤は、上記のステップS3とS4で、クランプ時にクランプ異常が生じていないかチェックすると共に、ステップS6からステップS8の一連の動作を行うことにより、第1及び第2クランプ機構23,24のクランクシャフト27のチャック部に滑りがあるかどうかをチェックして、クランプ異常を正確に検出することができる。クランプ異常を検出した場合には研削動作を中止するので、クランプ異常に起因する研削不良を未然に防止できる。また、第1及び第2サーボモータ33,34の電流値を検出する機能さえ有していれば、特別な装置を付加することなく簡単に実施できる。
【0028】
本発明は、以上に述べた実施形態に限定されない。上述の実施形態では、ステップS4とステップS7でクランプ異常を2段階に検出しているが、これらのどちらか一方のみを実施することもできる。また実施形態では、第2サーボモータ34に微小角度αの回転指令を与える前と後の第1サーボモータ33の電流値を検出し、その電流値の変化量を所定値と比較してクランプ異常を検出するようにしたが、第2サーボモータ34に微小角度αの回転指令を与える前には第1サーボモータ33の電流値の検出を行わず、第2サーボモータ34に微小角度αの回転指令を与えた後の第1サーボモータ33の電流値を所定値と比較することによりクランプ異常を検出することもできる。
また、微小角度αの回転指令を与える方のサーボモータ(第2サーボモータ34)の、回転指令を与える前と後の電流値の変化量や、回転指令を与えた後の電流値を所定値と比較することによりクランプ異常を検出することもできる。
また、サーボモータの電流値をトルク値に換算する手段を設け、制御装置では電流値から換算したトルク値に基づいてクランプ異常かどうか判断するようにすることもできる。
本発明のクランプ異常検出方法は、棒状や円筒状等の比較的長いワークを捩れなく加工するために、ワークの両端部をサーボ同期の主軸で回転駆動しながらワークを加工する全ての工作機械において有効に実施できるものであり、研削盤に限らず、例えば旋盤等で実施することもできる。クランプ機構自体の構造は任意であり、油圧式のものに限らず、電気式のものであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【図1】本発明をクランクシャフトの研削盤に具体化した一実施形態を示す要部の平面図と、そのA−A断面図、B−B断面図である。
【図2】同研削盤の平面図である。
【図3】同研削盤の制御装置を示すブロック回路図である。
【図4】同研削盤の動作を順に示すフローチャートである。
【符号の説明】
【0030】
19,20 主軸台
21,22 主軸
23,24 クランプ機構
25,26 チャック
27 クランクシャフト(ワーク)
33,34 サーボモータ
35,36 砥石車(加工手段)
41 制御装置
49a,49b 電流検出手段(検出手段)
【出願人】 【識別番号】000152675
【氏名又は名称】株式会社日平トヤマ
【出願日】 平成18年6月29日(2006.6.29)
【代理人】 【識別番号】100136331
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 陽一


【公開番号】 特開2008−6543(P2008−6543A)
【公開日】 平成20年1月17日(2008.1.17)
【出願番号】 特願2006−180084(P2006−180084)