JPS603943B2

JPS603943B2 - 研削加工される工作物の回転異常検出装置

Info

Publication number: JPS603943B2
Application number: JP51021592A
Authority: JP
Inventors: 建彦吉田; 功桜井
Original assignee: NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1976-02-27
Filing date: 1976-02-27
Publication date: 1985-01-31
Also published as: JPS52103783A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は軸受等の円筒状の被工作物を研削加工する際
の被工作物の回転異常を検出す装置に関するものである
。

一般に、円筒形状の被工作物を研削加工するのは次の様
にして行なわれる。

即ち、第１図または第２図に示すように、被工作物１を
外周上一定の間隔のシュー２，３の上にのせ、被工作物
背面のパッキングプレート４に対し、磁気ないし油圧等
適当な方法で、この被工作物１を押しつけ、パッキング
プレート４を回転して被工作物１をシュー２，３に押し
当てながら回転させ、被工作物の外周面又は内周面を回
転砥石５で研削加工をしている。ところが、パッキング
プレート４が被工作物を回転させる駆動トルクに比し、
研削砥石が工作物に与える研削力が大きすぎると、次の
ような二種の異常現象が生じることがある。

まず、第一の現象として、被工作物が定常速度より早く
回り始め、最終的には被工作物の周速は砥石周速まで上
昇することがある。また、第二の現象として、逆に被工
作物の回転速度が定常速度より遅くなり始め、最終的に
は、被工作物は回転が止まることがある。上記、第一の
現象が生じると、被工作物の取代がとれないため寸法は
揃わず、又、表面は荒れ、他方砥石の方は摩耗が大きく
表面が荒れ、更にシューも大きく摩耗する。また、上記
第二の現象が生じると、被工作物円周上一箇所のみ、砥
石曲率そのままの形で加工され、被工作物円周全体は加
工されない。上記第一・第二の現象が生じると、被工作
物が不良品となるが、この現象が生じているか否かは加
工後の被工作物外観をみるまではわからない。

良品を得るためには研削加工中、被工作物の回転異常が
生じているか杏かを検出し、回転異常が生じそうになっ
たら切込みを停止して、被工作物が不良品となることを
避けたり「或いは根本的に研削条件を変更して、次の被
工作物以降は回転異常が決して生じないようにさせる必
要がある。その為には、研削中、被工作物の回転数が定
常回転に比し異常に大きくなったり異常に小さくなった
りしているか否かを検出する必要がある。これを検出す
るには、一般に回転物体の回転数を測る方法として光電
式回転計やストロボなどがあるが、研削時に潤滑用クー
ラントをかけることが多いので技術的には不可能に近く
、更に一個一個の被工作物について測定することはまず
できない。

又、上記第一・第二の現象が生じても被工作物を駆動す
るスピンドルの回転速度はほとんど変らないので、容易
に測り易いスピンドル回転速度をもってしては、被工作
物回転速度を知ることはできない。また、マグネットチ
ャックを用いて被工作物を回転駆動させるものに使用さ
せる回転異常検出装置としては、特公昭４９−１２２３
２号公報に、被工作物とシュー間で磁界を切ることによ
って発生する起電力を、被工作物に摺動するように設け
られた刷子で検出することによって、回転数を測定する
ものが提案されている。しかし、この方法でも刷子の接
触抵抗むら、被工作物の加工状態による磁束分布の変化
などによって、十分な測定精度を得ることができず、実
際に現場作業に於いて実施するには種々の困難があった
。そこで、本発明は、上記欠点に鑑み、これを改良・除
去した。

即ち、本発明は被工作物の回転数と、被工作物を駆動す
るスピンドル駆動用電動機の消費動力との相関関係に着
目し、被工作物回転機構の電動機の消費電力を測定する
ことにより被工作物の回転異常を検出するものである。
以下、本発明を図面について詳細に説明すると次の通り
である。

本発明を実施するための具体的な構成の概略を第１図に
示す。

この例は被工作物１を磁力でパッキングプレート４に吸
着させる、マグネット・チャック方式の場合である。７
はスピンドルであって、回転軸６を介してパッキングプ
レート４に連結されている。

８は磁気コイルであって、回転軸６、パッキングプレー
ト４、被工作物１、シュー２，３、スピンドル７から、
その磁気回路が構成され、被工作物１をパッキングプレ
ート４に吸着させている。

また、スピンドル７には、プーリー９、ベルト１０、プ
ーリー１１を介して電動機１２から回転動力が与えられ
ている。つまり、電動機１２によって回転軸６が回転す
ると、パッキングプレート４に吸着された被工作物１が
回転するものである。そして、この電動機１２は電源１
３に接続されるが、この途中に電力計１４を挿入してあ
る。この電力計１４で測定される電力の値は検出回路（
シュミット回路）１５に入力されるようになっている。
この電力計１４と検出器１５を挿入することによって被
工作物の回転数の変動を動力の変動として捕え、上限値
及び下限値を設定した検出器１５で検出するものである
。また、第２図に示すのは被工作物１をパッキングプレ
ート４に押え着けるのに前記マグネットチャック方式に
代えて、油圧、空気圧、バネ圧等によって押え板１６で
被工作物１を神圧する場合である。このような装置にお
いて、電動機１２で消費される動力を電力計１４で測定
すると第６図の様になる。即ち、回転しない時を○レベ
ルとすると、電動機１２のみを無負荷で回転させた時の
電力はＰ，となる。又、ベルト１０を介してスピンドル
７も同時に回転させると、電力はＰ２となる。また、被
工作物１をシュー２，３上に載せ「且つ被工作物１をパ
ッキングプレート４に押圧させながら回転させると、被
工作物１は定常速度で回り、この時の消費電力はＰ３と
なる。ここで、Ｐ３とＰ２の差（Ｐ３一Ｐ２）は、被工
作物１とシュー２及びシュー３の間の摩擦力Ａｏと、被
工作物１とパッキングプレート４の間の摩擦力Ｂｏに打
ち勝って、パッキングプレート４が被工作物１を回転さ
せるために要するものである。次に、実際に回転研削す
る際の電動機の消費電力を調べるために、この研削部で
力がかかる状態を説明する。

まず、被工作物１がシュー２およびシュー３に押しつけ
られる力は、次の３つから合成される。

その１つは第３図に示すように被工作物１がパッキング
プレート４に対して偏芯している為に生じる偏芯力（糠
芯量によって大きさが異なる）であり、また他の１つは
被工作物の重量によって生ずる力である。（但し、被工
作物の軸を鉛直方向にした場合には発生しない）更に、
最後の１つは彼工作物１をパッキングプレート４に磁気
で押し付けている場合に、磁束が被工作物１がシュ−２
およびシュー３に流れることによって生じる、被工作物
１とシュー２およびシュー３間の相互間の磁気吸引力で
ある。そして、この３つの力から合成される被工作物１
とシュー２およびシュ−３の摩擦力Ａｏは夫々の工作時
において一定不変である。また、回転砥石５を当てない
状態では、被工作物外径をＲ，、内蓬Ｒ２とすると、パ
ッキングプレート４が被工作物１を回そうとする摩擦ト
ルクＢＯＸＲ三号三は摩擦力Ａ。

が被工作物１を止める作用として働くトルクＡｏ×Ｒ，
に等しい。即ち、Ａ。ＸＲＩ＝ＢＯＸＲＩ蓑Ｒ２であり
、この時、被工作物１は常に一定速度で回転している。
なお、被工作物１が回転砥石で、研削加工されていない
状態ではパッキングプレート４が被工作物１に伝え得る
最大摩擦力Ｂｍａｘに比し、＆はずっと小さい。

即ち、Ｂｏ＜Ｂｍａｘである。次に研削加工する場合の
力のかかり方を説明する。第４図は外面研削用砥石５で
被工作物１外周を加工する場合を、第５図は内面研削用
砥石５′で被工作物１内周を、研削加工する場合を示す
。夫々の砥石５，５′は回転しながら被工作物１に切込
むものである。即ち、研削が始まると、外周研削加工点
は切込方向に法線研削力Ｆｎ，と、外周の接線方向に接
線研削力Ｆｔ，が発生する。

また、内周研削加工点には切込方向に法線研削力Ｆ山と
内周の接線方向に接線研削力Ｆらが発生する。そして、
これら接線研削力ＦＬ，Ｆｔ２は被工作物を回そうとす
る回転トルクＴとなる。即ち、砥石６，５′の研削力に
よる回転トルクＴは外面研削の場合・…・・・・・Ｔ＝
Ｒ．・Ｆら内面研削の場合・・・・・・・・・Ｔ＝Ｒ２
・Ｆらとなる。

また、これら砥石５，６′の研削力による力、即ち、Ｆ
ｎ，，Ｆｔ，，Ｆｎ２，Ｆｔ２により、被工作物１とシ
ュー２，３との摩擦力は増加する。この砥石５，５′の
研削力による摩擦力の増加量をＣとすると、被工作物１
とシユー２，３との総摩擦力は、前述の摩擦力Ａｏと合
わせて、（Ａｏ＋Ｃ）となる。摩擦力Ａｏは前述の様に
一定不変であるが、砥石の研削力による摩擦力Ｃは研削
条件によって変化し、結局総摩擦力（Ａｏ＋Ｃ）はパッ
キングプレート４と被工作物１のとりうる摩擦力Ｂｏか
らＢｍａｘの間まで変化する。即ち、研削時パッキング
プレートと被工作物間の摩擦力Ｂが故くＢ＜Ｂｍａｘの
段階では被工作物１を回そうとするトルクと止めようと
するトルクが釣合つており、被工作物１は異常なまでに
早い速度、又は異常なまでに小さい速度で回ることはな
い。また研削力が十分小さい段階ではＢ＜軌となり、電
動機１２から伝達される動力Ｐ４は、被工作物１が砥石
から受ける回転トルクによって、通常、砥石を当てない
時に必要とする動力Ｐ３よりやや小さい。ところが、第
７図で示すように、回転砥石５，５′により与えられる
トルクＴが摩擦力Ｃより早い速度で大きくなって行くと
、前記第一の現象が発生する。つまり、被工作物１はパ
ッキングプレート４より早く回り出すため、パッキング
プレート４が被工作物１に伝える摩擦力Ｂはブレーキと
して働き、パッキングプレート４が逆に被工作物１によ
って回されそうになるので、電動機１２の消費電力はＰ
４より下り始める。つまり、砥石の研削力による回転ト
ルクＴが、被工作物１とシュー２及びシュー３間の総摩
擦力（Ａｏ＋Ｃ）Ｒ，と、パッキングプレート４による
ブレーキ力Ｂｍａ××（Ｒ三芳生）との和より大きくな
った瞬間、即ち「Ｔ＞（Ａ。十Ｃ）Ｒ・十Ｂｍ柵（主な
主）となったと時、被工作物１は砥石５，５′の周速で
回転し始め、電動機１２の消費電力はＰ５まで下がるわ
けである。

また、摩擦力Ｃが砥石の研削力による回転トルクＴより
早い速度で大きくなって行くと、前記第二の現象が発生
する。

即ち、砥石による回転トルクＴに摩擦力Ｃが打ち勝つた
め、パッキングプレート４が被工作物に伝達する摩擦ト
ルク（Ａｏ＋Ｃ）は大きくなって行き、電動機１２で消
費される動力はＰ４より次第に上昇し始め、被工作物１
は次第に回転が低下する。そして、被工作物１のシュー
２，３との総摩擦力（Ａｏ十Ｃ）Ｒ，が、砥石の研削力
によるトルクＴと、パッキングプレート４からの最大回
転トルクＢｍ級くＲ三号三）の和より大きくなった瞬間
、即ち、（Ａ。

十Ｃ）Ｒ・＞Ｔ＋Ｒｍ欲（三青主）になった時、被工作
物１は回転を止めこの時、電動機１２の消費電力は最大
限のＰ６まで上昇する。

そして、実際の試験結果においても上記理論通りに、電
動機１２の消費電力の上昇・下降に応じて、被工作物１
の回転速度は下降・上昇することが確認されている。つ
まり、本発明は「電動機１２の消費電力を検出器１５を
用いて、その異常上昇および異常下降を検出することに
よって、被工作物１の異常回転を検出するものである。

実際には、第７図に示す働力Ｐ５よりやや大きい値Ｐ５
′およびＰ６よりやや４・ごい値Ｐ６′に、検出器１５
の上限レベル及び下限レベルをセットしておき、電力計
１４で測定した動力がＰ５′，Ｐ６′に到達するのを検
出する。そして、この検出器１５の検出出力によって、
砥石５の切込みを短時間停止させるか、または切込速度
を低下させるようにする。或は次の被工作物１を加工す
る前に、全面的に研削条件を変更する等の措置により被
工作物１の回転異常を回避できる。以上説明したように
、本発明は、シュ・一上に回転可能な状態で摺嬢支持さ
れた円筒形状の被工作物を研削加工する回転砥石と、マ
グネットチャック方式又はプレッシャプレート方式で被
工作物に鞠方向から両接触し、その接触面の摩擦により
回転力を被工作物に付与するパッキングプレートを備え
るスピンドルと、該スピンドルをベルト等を介して回転
駆動する電動機と、回転砥石の接線方向研削力の増加に
よる被工作物回転トルクの増加割合とと回転砥石の接線
方向研削力及び法線方向研削力の増加によって生じるシ
ュー及び被工作物間の摩擦力の増加割合との相対差によ
って変動する上記電動機の消費電力を計測する電力計と
、該電力計の計測値が所定の上限レベル又は下限レベル
を超えたときに被工作物の回転異常の検出出力を発生す
る検出器とを具備したことを特徴とする研削加工される
被工作物の回転異常検出装置を提供したから、被工作物
の回転異常を迅速且つ正確に検出できる。その結果、被
工作物の不良品化、及び砥石及びシュ−の異常に大きい
摩耗を回避することができる。又、加工終了時まで回転
異常が起っている場合は勿論、加工途中のみ回転異常が
起っているような場合の砥石及びシューの異常損耗摩耗
をも回避することができる。即ち、被加工物の全数検査
装置としての利用も可能で、更に被工作物を直接に測定
の対象とするものでないから、工作条件に左右されず現
場の作業に於いて容易に実施でき、適用範囲が広い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施するための概略構成図、第２図は
回転研削装置の部分図であって、被工作物をパッキング
プレートに押圧される別の構成を示す図、第３図は被工
作物とパッキングプレートとが偏心して取り付けられた
状態を示す図、第４図は円筒状工作物の外周を、第５図
はその内周を、夫々砥石で研削する場合の力関係を示す
図、第６図は異なる負荷に対する電動機の消費電力を表
わす図、第７図は研削中、被工作物に異常回転が発生し
た際の電動機の消費電力の変化を示す図である。１…・・・被工作物、２，３・・・・・・シュー、４・
・・・・・パッキングプレート、５…・・・回転砥石、
１２…・・・電動機、１３…・・・電源、１４・・・・
・・電力計、１５…・・・検出器（シュミット回路）。第１図第２図第３図第４図第５図第６図第７図

Claims

【特許請求の範囲】

１シユー上に回転可能な状態で摺接支持された円筒形
状の被工作物を研削加工する回転砥石と、マグネツトチ
ヤツク方式又はプレツシヤプレート方式で被工作物に軸
方向から面接触し、その接触面の摩擦により回転力を被
工作物に付与するバツキングプレートを備えるスピンド
ルと、該スピンドルをベルト等を介して回転駆動する電
動機と、回転砥石の接線方向研削力の増加による被工作
物回転トルクの増加割合と回転砥石の接線方向研削力及
び法線方向研削力の増加によつて生じるシユー及び被工
作物間の摩擦力との増加割合の相対差によつて変動する
上記電動機の消費電力を計測する電力計と、該電力計の
計測値が所定の上限レベル又は下限レベルを超えたとき
に被工作物回転異常の検出出力を発生する検出器とを具
備したことを特徴とする研削加工される被工作物の回転
異常検出装置。