JP2004142013A

JP2004142013A - 円筒研削盤における予防保全装置

Info

Publication number: JP2004142013A
Application number: JP2002309352A
Authority: JP
Inventors: Sakae Toyoda; 豊田　栄
Original assignee: KONDO KK
Current assignee: KONDO KK
Priority date: 2002-10-24
Filing date: 2002-10-24
Publication date: 2004-05-20

Abstract

【課題】１ないし数台の円筒研削盤に対しても簡単に装着して、高精度の研削加工を持続できる機械振動上の予防保全装置の提供である。
【解決手段】研削中の被加工物Ｗの研削量を測定して、仕上寸法に達したら研削終了信号を発する定寸装置Ｌを備えた円筒研削盤において、主軸５、砥石軸１５等の回転部に装着される振動センサＳと、前記定寸装置Ｌの測定アンプ３２に組み込まれて、前記振動センサＳで測定されて振動データを解析可能な振動解析手段とを備えた構成とする。
【選択図】　　　　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転部に装着された軸受等の回転部品の劣化や異常を検出して作業者に知らせたり、或いは強地震等の過大振動が発生した場合に機械を非常停止させて、作業者の安全を確保するための円筒研削盤における予防保全装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
円筒研削盤において、主軸、砥石軸等の回転部の不良は、加工不良（真円度不良、面粗度不良、寸法不良）に直結する。そこで、円筒研削盤を含めて、大規模な工場において多数の加工機械の回転部の不良を監視する装置として、「連続監視システム」と称されるものが考えられている。
【０００３】
この「連続監視システム」は、図６に示されるように、多数の機械（Ａ_１，Ａ_２・・Ａｎ　）の回転部にそれぞれ振動センサＳを装着して、各機械（Ａ_１，Ａ_２・・Ａｎ　）の振動発生の状態をそれぞれモニターＴにより監視して、その状況をパソコンＰＣで処理することにより、集中管理する方式である。この「連続監視システム」は、多数の機械を監視の対象としているため、その設置にコストがかかり、１ないし数台単位で納入する機械に対しては、コスト高となって不向きであった。
【０００４】
このため、従来においては、少数単位で納入する機械に対しては、振動解析装置を備えないで納入しているのが実情であり、その回転部の不良を監視することはできなかった。また、当然のことながら、強地震等の過大な振動が発生した場合に、この振動値から非常事態であると認識して、機械を非常停止させて安全を図るという装置も出現していなかった。
【０００５】
一方、円筒研削盤は、研削中の被加工物の研削量を測定して、仕上寸法に達したら研削終了信号を発して機械を停止させる定寸装置を備えているため、本発明者は、１ないし数台単位で納入する円筒研削盤に対しては、上記定寸装置を利用することにより、少数単位で納入する円筒研削盤に対しても、振動面での保全が可能であるとの着想を得るに至った。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、１ないし数台の円筒研削盤に対しても簡単に装着して、高精度の研削加工を持続できる機械振動上の予防保全装置の提供である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための請求項１の発明は、研削中の被加工物の研削量を測定して、仕上寸法に達したら研削終了信号を発する定寸装置を備えた円筒研削盤において、主軸、砥石軸等の回転部に装着される振動センサと、前記定寸装置の測定アンプに組み込まれて、前記振動センサで測定されて振動データを解析可能な振動解析手段とを備えることを特徴としている。
【０００８】
請求項１の発明によれば、円筒研削盤に備え付けの定寸装置を構成する測定アンプは、ＣＰＵ（中央演算処理装置）を内蔵していて、振動解析手段（振動解析ソフト）のインストールが可能である。このため、円筒研削盤の回転部に装着された振動センサの検出データである振動値は、定寸装置に組み込まれた振動解析手段により解析評価されて、その評価結果が出力される。例えば、前記振動値は、振動の強さによって数段階のレベルに分けられて、そのレベルに対応する内容（例えば、許容内振動、部品交換準備が必要な振動、部品交換が必要な振動等）が定寸装置の表示画面に表示される。この結果、作業者は、その振動の強さを知った状態で加工を行えて、回転部品の損傷が検知された場合には、加工不良が発生する手前において部品交換することが可能となって、高精度の研削加工が可能となる。また、回転部に装着された回転部品の劣化や異常の内容、及びその程度を知ることができるので、部品交換の準備等を予め行える。
【０００９】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、振動解析手段により解析された振動値が、強地震発生等が原因の運転不能値を超える場合には、前記定寸装置の測定アンプから円筒研削盤を停止させる非常停止信号が発せられる構成であることを特徴としている。
【００１０】
請求項２の発明によれば、強地震等が原因で機械の継続運転が不能な強振動が発生した場合には、継続運転が危険な値を超える振動値は、振動解析手段により非常停止信号となって出力されて、機械の運転を自動停止させる。このように、強地震等の危険事態発生時に機械の運転が自動停止されるために、作業者の安全が確保される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、実施形態を挙げて、本発明について更に詳細に説明する。最初に回転部を主体にした円筒研作盤Ｋ、及びこれに装着される定寸装置Ｌの各概略について説明し、その後に、本発明に係る予防保全装置Ｎについて説明する。図１は、円筒研削盤Ｋの回転部を主体に示した概略平面図であり、図２は、一部を破断した図１のＵ矢視図であり、図３は、同じくＶ矢視図である。図１ないし図３において、ベース１の上面には、Ｚ軸往復台２がＺ軸方向にスライド可能に配設されて、前記Ｚ軸往復台２には、主軸台３と心押台４とがＺ軸方向に沿って対向配置されている。主軸台３には主軸５が、その両端部を一対の軸受Ｂ_１を介して支持されており、前記主軸５は、往復台２に搭載された主軸駆動モータＭ_１の駆動力がベルト伝動装置２５を介して伝達されて駆動回転される。また、Ｚ軸往復台２は、ベース１に設けられたＶ字状の案内溝６に案内されてＺ軸方向にスライド可能になっており、Ｚ軸往復台２の下面には、ボールナットホルダー７が一体に設けられている。ベース１におけるＺ軸ボールネジ８が配置される部分の両端部には、それぞれ軸受台１０が設けられている。Ｚ軸ボールネジ８は、その両端部が各軸受台１０に取付けられた軸受Ｂ_２で支持されて、前記ボールナットホルダー７に設けられたボールナット９と螺合されて、Ｚ軸ＡＣサーボモータＭ_２により回転制御されて、Ｚ軸往復台２は、Ｚ軸方向に沿った移動量が制御されて移動する。円筒状をした被加工物Ｗは、主軸台３及び心押台４の各センター１１，１２により両端支持された状態で、主軸駆動モータＭ_１の駆動力が主軸５及びケレー類（図示せず）を介して伝達されて、後述の研削砥石１６と同方向に低速回転される。
【００１２】
また、ベース１の上面におけるＺ軸往復台２の側方には、Ｚ軸方向と直交するＸ軸方向に沿って砥石台１３が往復移動可能に配設されている。この砥石台１３の砥石軸支持ハウジング１４には、砥石軸１５がＺ軸方向に沿って配置されて、その両端部が一対の軸受Ｂ_３で支持され、砥石軸１５における砥石台１３から突出した部分に研削砥石１６が取付けられている。砥石台１３には、砥石軸駆動モータＭ_３が搭載され、その駆動力は、ベルト伝動装置１７を介して砥石軸１５に伝達される。また、砥石台１３の下面には、ボールナットホルダー１８が一体に設けられて、ベース１におけるＸ軸ボールネジ１９が配置される部分の両端部には、それぞれ軸受台２１が設けられている。Ｘ軸ボールネジ１９は、その両端部が各軸受台２１に取付けられた軸受Ｂ_４で支持されて、前記ボールナットホルダー１８に設けられたボールナット２２と螺合されて、Ｘ軸ＡＣサーボモータＭ_４によって制御回転される。このように、砥石台１３は、Ｘ軸ＡＣサーボモータＭ_４によってＸ軸方向の移動量が制御されて移動して、被加工物Ｗに対して切込みを与える。なお、上記した各軸受Ｂ_１〜Ｂ_４は、いずれもラジアル及びスラストの双方の荷重を支持可能な構造のものである。
【００１３】
そして、被加工物Ｗは、主軸台３及び心押台４の各センター１１，１２により両端支持された状態で、主軸５の駆動回転より低速で研削砥石１６と同方向に回転する。このように、被加工物Ｗは、所定方向に低速で回転した状態で、Ｚ軸往復台２は、Ｚ軸ＡＣサーボモータＭ_２により制御されて、被加工物Ｗの長さよりも長いストロークでもってＺ軸方向に往復移動する。これにより被加工物Ｗは、上記ストロークでもってＺ軸方向に往復移動する。一方、Ｘ軸ＡＣサーボモータＭ_４により砥石台１３は、被加工物Ｗが半往復する毎に、これに近接するＸ軸方向に移動して、被加工物Ｗに対して切込みを与えられて、被加工物Ｗは、研削砥石１６により所定量ずつ切削される。そして、この切込み量は、後述の定寸装置Ｌによって制御される。
【００１４】
次に、図４の原理図を参照して、上記した定寸装置Ｌについて説明する。この定寸装置Ｌは、「インプロセスゲージ」と称されていて、研削中の被加工物Ｗの外径を直接に測定して、その測定値が予め設定された仕上寸法に達したら、加工終了信号を発するものであって、前記Ｚ軸往復台２に装着される測定ヘッド３１と、加工データの入力設定、及び諸信号の出力を行う測定アンプ３２とで構成される。測定ヘッド３１は、被加工物Ｗの外径を測定する一対の測定子３３を備えていて、被加工物Ｗの軸心と直交するＺ軸方向に沿って前記被加工物Ｗに対して進退可能に配設され、直線駆動手段であるエアシリンダ３４によって進退動する。また、測定アンプ３２は、円筒研削盤Ｋの制御部２３に対して「インプット・アウトプット接続」されていて、予め設定された加工データの入力、及び表示部３５に表示される加工状態、円筒研削盤Ｋに対する加工終了信号等の諸信号の出力を行い、ＣＰＵ（中央演算処理装置）を内蔵している。
【００１５】
そして、主軸５の回転開始後において、測定ヘッド３１を前進させて、被加工物Ｗの外径測定を開始する。円筒研削における一般の加工工程は、研削砥石１６の切込み量の大きな粗研、これの小さな精研、及び研削砥石１６を停止させて、その切込み量を零とするスパークアウトとがあり、測定アンプ３２には、その加工目的に応じて、精研及びスパークアウトをそれぞれ開始させる各信号点を入力して設定してある。具体的には、被加工物Ｗの外径を（Ｄｍｍ）に仕上げる場合には、その素材の外径は、〔（Ｄ＋α）ｍｍ〕となっていて、例えば、被加工物Ｗの外径が（Ｄｍｍ＋３５μｍ）に達したら粗研から精研に切り換えるための精研信号を発し、更に、素材の外径が（Ｄｍｍ＋５μｍ）に達したらスパークアウト信号が発せられるように設定しておく。
【００１６】
これにより、素材の外径が（Ｄｍｍ＋３５μｍ）に達して、精研信号が発せられるまでは、研削砥石１６の切込み量を大きくして高速加工が行われ、精研信号が発せられることにより、研削砥石１６の切込み量が小さくなって低速加工が行われる。更に、素材の外径が（Ｄｍｍ＋５μｍ）に達してスパークアウト信号が発せられると、研削砥石１６の切込みが停止した状態で研削が続行され、その後に、素材の外径が（Ｄｍｍ）に達すると、円筒研削盤Ｋに対して加工終了信号が発せられて、砥石台１３が被加工物Ｗに対して後退した後に、主軸５の駆動モータＭ_１が停止する。
【００１７】
このように、円筒研削盤Ｋにより被加工物Ｗの研削加工を行う場合に、その回転部において振動が発生される。ここで、回転部とは、主軸５、Ｚ軸ボールネジ８、砥石軸１５及びＸ軸ボールネジ１９であり、いずれもその両端部は、一対の軸受Ｂ_１〜Ｂ_４で支持されている。回転部の不良の典型は、軸受Ｂ_１〜Ｂ_４の磨耗、劣化等であって、この不良によって、被加工物Ｗは、真円度不良、面粗度不良、寸法不良等の加工不良が発生し易くなる。そして、回転部の不良は、まず振動となって現れる。
【００１８】
そこで、本発明は、上記回転部に装着される振動センサＳと、前記定寸装置Ｌを構成する測定アンプ３２に組み込まれて、前記振動センサＳで測定された振動データを解析可能な振動解析ソフトとによって、円筒研削盤Ｋの予防保全装置Ｎを構成した。
【００１９】
そして、円筒研削盤Ｋの回転部における振動センサＳの取付部位としては、主軸５に関しては、主軸台３の表面における主軸５の両端の軸受Ｂ_１の部分（Ｐ_１）である。また、Ｚ軸ボールネジ８に関しては、その両端の軸受Ｂ_２を組み込んでいる各軸受台１０の表面部分（Ｐ_２）、及び前記Ｚ軸ボールネジ８と螺合するボールナット９が組み込まれたボールナットホルダー７の表面部分（Ｐ_３）である。また、砥石軸１５に関しては、砥石軸支持ハウジング１４の表面における砥石軸１５の両端の軸受Ｂ_３の部分（Ｐ_４）である。更に、Ｘ軸ボールネジ１９に関しては、その両端の軸受Ｂ_４を組み込んでいる各軸受台２１の表面部分（Ｐ_５）、及び前記Ｘ軸ボールネジ１９と螺合するボールナット２２が組み込まれたボールナットホルダー１８の表面部分（Ｐ_６）である。振動センサＳは、振動の変位、速度、又は加速度のいずれかを検出して、その値により振動の大きさ（強さ）を検出するものであって、振動の簡易診断には、振動の速度又は加速度を測定するのがよいとされている。振動センサＳにより検出された振動データは、定寸装置Ｌの測定アンプ３２に入力される（図４参照）。
【００２０】
一方、定寸装置Ｌの測定アンプ３２には、前記回転部に取付けた振動センサＳにより検出された振動データを解析するための振動解析ソフトが組み込まれて（インストールされて）いると共に、ユーザーの選択により、その振動の大きさ（強さ）に比例する複数の振動レベルの各接点が予め設定されて入力されている。即ち、図５に示される例では、振動レベルは、４段階に分けられている。レベル１，２は、いずれも「許容範囲」の振動であって、両レベル１，２の差異は、レベル１は、レベル２よりも振動が小さいために、「部品交換準備」の必要はないが、レベル２では、その必要がある点であり、いずれも測定アンプ３２の表示部３５にその旨の出力表示がなされて、機械の運転は続行される。また、レベル３は、「部品交換」を必要とする振動の大きさであって、測定アンプ３２の表示部３５にその旨の出力表示がなされて、機械の運転は続行される。更に、レベル４は、強地震発生時等の場合であって、非常停止信号が出力されて、この信号が円筒研削盤Ｋの制御部２３に入力されて、機械の運転は非常停止されると共に、測定アンプ３２の表示部３５にその旨の出力表示がなされる。なお、振動解析ソフトに対する各振動レベルの設定は、ユーザー毎に、或いは被加工物毎に、いずれも最適値を選択して設定可能である。
【００２１】
このように、振動センサＳが取付けられた回転部位における振動のレベルは、測定アンプ３２の表示部３５、及び機械の表示画面に常に表示され、現実には、主軸５の軸受Ｂ_１と砥石軸１５の軸受Ｂ_３の損傷が原因で、振動が発生する頻度が最も多い。よって、作業者は、軸受Ｂ_１〜Ｂ_４等の回転部品が劣化したり、損傷が発生した場合には、その旨が予め検知できるため、加工不良が発生する前に不良部品の交換を行えて、高精度の研削加工を持続できる。また、振動レベルが高い場合には、その振動レベルに対応した不良内容が表示されるため、部品交換の準備等を予め行える。また、強地震等が原因で機械の継続運転が困難又は不能な強振動が発生した場合には、振動解析ソフトから非常停止信号となって出力されて、機械の制御部２３に入力されるため、機械の運転が自動停止される。このように、強地震等の危険事態発生時に機械の運転が自動停止されるために、作業者の安全が確保される。
【００２２】
また、上記実施形態の円筒研削盤Ｋは、円筒状をした被加工物Ｗの外周を研削するものであって、これに装着される定寸装置Ｌは、研削中において被加工物Ｗの外径を、測定ヘッド３１の一対の測定子３３により直接に測定する構成である。これに対して、被加工物の内周を研削する円筒研削盤に装着される定寸装置には、「一点測定方式」と称して、被加工物の加工中において、その内周面の一点のみを測定して内径を測定するものであり、この形式の定寸装置に振動解析ソフトを組み込めば、上記した外周研削の場合と同様にして、加工中の振動状態を知った上で、加工を行える。
【００２３】
【発明の効果】
本発明に係る予防保全装置は、円筒研削盤による研削加工には必ず使用される定寸装置に振動解析手段を組み込んで、この振動解析手段により、機械の振動発生部位に装着した振動センサの振動データを解析して、回転部品の不良を予め知ったり、或いは強地震等の発生時において、非常停止信号を出力して、機械を自動停止させる構成であるため、１ないし数台の単位で納入する円筒研削盤に対しても簡単に、しかも安価に組み込むことができる。
【００２４】
また、本発明に係る予防保全装置を円筒研削盤に組み込むことにより、回転部の損傷、又は劣化の状態が定寸装置の測定アンプに画面表示されるため、作業者又は機械保全担当者は、部品交換の準備（交換日程）の計画を立てることができ、加工不良を発生することなく、高精度の研削加工を持続できる。特に、最近のように機械の輸出が多い場合には、諸外国における機械の保全がメーカーとして最大の課題となっているが、このような状態において、機械保全は、現地の保全担当者の責任においてできるので、メーカー側の出動機会が減少する。
【００２５】
更に、強地震等により過大振動が生じた場合には、振動解析手段により非常停止信号が出力されて機械の制御部に入力されることにより、機械が非常停止されるので、作業者は、安心して研削加工を行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】円筒研削盤Ｋの回転部を主体に示した概略平面図である。
【図２】一部を破断した図１のＵ矢視図である。
【図３】同じく一部を破断した図１のＶ矢視図である。
【図４】本発明に係る予防保全装置Ｎが組み込まれた定寸装置Ｌの原理図である。
【図５】振動レベルと出力表示の関係を示す図である。
【図６】「連続監視システム」の概念図である。
【符号の説明】
Ｂ_１〜Ｂ_４：軸受
Ｋ：円筒研削盤
Ｌ：定寸装置
Ｎ：予防保全装置
Ｐ_１〜Ｐ_６：振動センサの取付部位
Ｓ：振動センサ
Ｗ：被加工物
５：主軸（回転部）
８：Ｚ軸ボールネジ（回転部）
１５：砥石軸（回転部）
１９：Ｘ軸ボールネジ（回転部）

Claims

研削中の被加工物の研削量を測定して、仕上寸法に達したら研削終了信号を発する定寸装置を備えた円筒研削盤において、
主軸、砥石軸等の回転部に装着される振動センサと、前記定寸装置の測定アンプに組み込まれて、前記振動センサで測定されて振動データを解析可能な振動解析手段とを備えることを特徴とする円筒研削盤における予防保全装置。
振動解析手段により解析された振動値が、強地震発生時を含む過大値の場合には、前記定寸装置の測定アンプから円筒研削盤を停止させる非常停止信号が発せられる構成であることを特徴とする円筒研削盤における予防保全装置。