CN103962957A - 测定方法以及磨床 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测定方法以及磨床。在以规定的工序时间（t₀）重复的主工序内以规定的测定时间（t₁）起动定尺寸装置（10）而进行测定的测定方法中，记录定尺寸装置起动后的测定值的漂移即起动漂移与停止定尺寸装置并经过规定的时间后起动定尺寸装置进行测定的漂移的每次所经过的时间的变动即停止漂移。决定如下的测定漂移区间，即、起动漂移的测定时间内的漂移的最小值及最大值与从停止漂移的工序时间（t₀）减去测定时间所得的时间（t₂）内的漂移的最小值以及最大值相同，并且最大值与最小值之差在所希望的值（E）以内的区间。对定尺寸装置进行与从起动漂移的起动开始至测定漂移区间的开始时刻相当的时间（t_D）的暖机运转之后开始主工序。

Description

测定方法以及磨床

本申请主张于2013年1月30日提出的日本专利申请第2013-015276号的优先权，并在此引用包括说明书、附图和说明书摘要的全部内容。

技术领域

本发明涉及测定方法以及磨床。

背景技术

在磨削加工中，为获得所希望的直径尺寸，在磨削中利用定尺寸装置（sizing device）对被加工部的直径进行测定，若达到目标尺寸则停止加工。为保证定尺寸装置的测定精度为高精度，需要在由向定尺寸装置通电产生的发热造成的起动时的测定值的变动（漂移）稳定之后再开始测定，因此起动时需要长的暖机运转时间。为降低热的影响并缩短暖机运转时间，使用了差动变压器的定尺寸装置是用特殊材质来制作构成差动变压器的线圈和部件的定尺寸装置。例如，参照日本特开平9－113203号公报。

即便用特殊材质来制作定尺寸装置，也很难完全地不受热的影响，而且，定尺寸装置的成本变高。

发明内容

本发明的目的之一在于提供即便使用通常的测定装置也能够不进行暖机运转或以短的暖机运转时间获得所希望的测定精度的测定方法以及磨床。

作为本发明的一种实施方式的测定方法在以规定的长度的工序时间重复的主工序内使用测定装置来测定物理量，在该测定方法中，以比上述工序时间短的测定时间起动上述测定装置来测定上述物理量。

上述实施方式的测定方法中，若将上述工序时间设为t₀，将上述测定时间设为t₁，将在上述工序中停止上述测定装置的时间亦即停止时间设为t₂，则这些时间范围的关系用下面的式子来表示，t₀＝t₁＋t₂，若将在利用上述测定装置来测定出上述物理量时的测定值的时间序列的变动量设为漂移，将上述测定装置起动后的测定值的时间变动设为起动漂移，将上述测定装置停止后的测定值的时间变动设为停止漂移，则上述测定方法基于表示上述测定装置的起动漂移特性的图表a、表示上述测定装置的停止漂移特性的图表b以及规定的允许测定误差E并具有如下工序：根据上述图表a决定在上述测定时间t₁的范围内起动漂移成为上述允许测定误差E以下的区间的工序、根据上述图表b决定在上述停止时间t₂的范围内停止漂移成为上述允许测定误差E以下的区间的工序、以及以使由t₁＋t₂所表示的工序时间t₀成为规定的值方式，调整上述测定装置从起动到测定开始的暖机时间t_D。

根据上述实施方式的测定方法，能够缩小测定装置的起动时间在主工序的工序时间中所占的比例，所以能够提供一种测定装置的漂移小的测定方法。

而且，即便缩短测定装置的暖机时间，也能够将漂移控制在所希望的值以内而以很高的精度进行测定。

本发明的一种实施方式的磨床具有:砂轮、相对于工件切入进给上述砂轮的切入进给装置、测定工件尺寸的定尺寸装置、以及控制装置，上述控制装置在对上述定尺寸装置进行规定的暖机时间的暖机运转后，重复执行具备规定的磨削工序时间的磨削工序，在上述磨削工序中，在使用上述切入进给的进给速度不同的多个切入工序中、利用以副测定时间起动的上述定尺寸装置在规定的时刻对该工序的上述工件的加工尺寸进行测定而得到的测定值、与在上述规定的时刻的上述切入进给装置的切入进给位置、以及该切入工序的磨削条件进行运算而得到的、切入进给位置结束该切入工序，在最终的切入工序中，控制上述切入进给装置与上述定尺寸装置，以使得利用以最终测定时间起动的上述定尺寸装置测定的测定值达到所希望的值时结束切入进给。上述磨床使用上述方式的测定方法来测定工件尺寸。

根据上述实施方式的磨床，即便缩短定尺寸装置的暖机时间，也能够以所希望的值以内的尺寸精度对工件进行磨削。

附图说明

通过以下参照附图对本发明的实施方式示例进行的详细描述，本发明的上述及其他特征和优点会变得更加清楚，其中，相同的附图标记表示相同的要素：

图1是表示本实施方式的磨床的整体结构的俯视图。

图2是表示测定装置的漂移的图表。

图3是表示起动测定装置后停止时的漂移的变化的图表。

图4是表示第1实施方式的漂移的变化的图表。

图5是表示第2实施方式的起动时间与停止时间的关系的图。

图6是表示第2实施方式的漂移的变动的图表。

图7是表示第3实施方式的修正值的求法的图。

图8是表示第4实施方式的磨削工序的图。

图9是表示第4实施方式的磨削工序的流程图。

图10是表示本实施方式的变形实施方式的控制的框图。

具体实施方式

首先，对与一般的测定装置的起动时的测定精度相关的特性进行说明。

若测定装置被起动，则向测定装置的各构成部进行通电，由于电阻的发热而导致各构成部的温度上升。伴随着各构成部的温度上升，测定装置的输出特性会发生变化。结果是测定装置起动后随着经过一段时间会发生测定值变动的现象起，该变动量一般被称作漂移。

以在磨床中利用测定装置亦即定尺寸装置对工件直径进行测定为例对本发明的实施方式进行说明。

如图1所示，磨床1具备床身2，床身2上具备能够沿X轴向往复运动的砂轮座3（切入进给装置）以及能够沿与X轴正交的Z轴向往复运动的工作台4。砂轮座3将砂轮7支承为旋转自如，并具备使砂轮7旋转的砂轮轴马达（省略图示）。

工作台4上具备把持工件W的一端且将其支承为旋转自如并被主轴马达（省略图示）旋转驱动的主轴5以及将工件W的另一端支承为旋转自如的尾座6，工件W被主轴5与尾座6支承，磨削加工时被旋转驱动。在工作台4上的隔着工件而与砂轮7对置的位置处设置有测定工件W的直径的定尺寸装置10。

磨床1具备控制装置30。控制装置30作为功能性构成部具备：控制砂轮座3的进给的X轴控制部301、控制工作台4的进给的Z轴控制部302、控制砂轮7的旋转的砂轮控制部303、控制主轴的旋转的主轴控制部304、控制定尺寸装置10的定尺寸装置控制部305、记录程序、数据的记录部306以及进行各种运算的运算部307等。

图2表示使用定尺寸装置10对工件W的相同位置的直径以恒定时间连续地进行测定时的漂移特性。定尺寸装置10按照每个测定取样周期连续地对不变化的相同尺寸进行测量，本来应该是恒定值（根据用于求漂移特性的图从测定值中减去直径，其值是零），但实际由于受漂移的影响而呈曲线状变化。曲线a被称作起动漂移，其是将起动定尺寸装置10而通电之后的测定值的变动按时间序列表示的漂移。起动漂移随时间变大。起动漂移的增加比例随经过的时间而变小，若测定值经过恒定的时间则饱和为几乎恒定的值。测定值处于饱和了的状态而停止定尺寸装置10，若改变经过的时间而重复经过规定的时间之后短时间起动定尺寸装置10来进行测定，则能够获得图2的曲线b所示的停止漂移。停止漂移是将曲线a的上下反转而成的曲线形状。

若将定尺寸装置10起动规定的时间之后停止，则图3所示，示出了定尺寸装置10的测定值以在定尺寸装置10的起动中根据曲线a增大、停止后根据曲线b减小的方式变动的漂移特性。

以下对第1实施方式进行说明。在第1实施方式的测定方法中，定尺寸装置10不进行暖机运转，在以主工序的继续时间亦即时间t₀的周期中重复的主工序的重复中，在各主工序中以测定时间t₁来起动定尺寸装置10并进行测定。

这种情况的定尺寸装置10的漂移特性如图4所示。若在最初的主工序中起动定尺寸装置10开始测定，则根据图2的曲线a所示的起动漂移特性，测定值增大，并且经过时间t₁后达到漂移Da1。接下来，在规定时间t₂（＝t₀－t₁）内停止定尺寸装置10。定尺寸装置10的停止漂移特性遵循图2的曲线b。

参照图2的曲线b，将与纵轴表示的漂移达到Da1点对应的横轴经过的时间作为起始点的曲线b成为停止漂移特性。漂移如从上述起始点开始到经过时间t2时刻为止的区间的曲线即曲线b1所示地减小。漂移的减小量是Db1。

在下一个主工序中，若在t1的期间起动定尺寸装置10，则图2的曲线a的漂移将对应于Da1－Db1所经过的时间作为起始点，漂移根据曲线a2增大且其增大量为Da2。接下来，若在t2的期间停止定尺寸装置10，则图2的曲线b的漂移将对应于Da1＋Da2－Db1所经过的时间作为起始点，漂移根据曲线b2减小且其减小量为Db2。

由于曲线a是增加比例随着时间的经过而逐渐减小的曲线，所以Da1＞Da2。由于曲线b是减小比例随着时间的经过而逐渐减小的曲线，所以Db1＜Db2。

图4是表示重复主工序两次时的漂移特性的变化。从图2中可知“Da1的绝对值”＞“Db1的绝对值”。若主工序重复n次，则曲线an的漂移Dan的绝对值与曲线bn的漂移Dbn的绝对值几乎相等，所以存在漂移在恒定的范围内变动的n。此时漂移的累积值Dm为Dm＝Da1＋Da2＋…＋Dan－Db1－Db2－…－Db（n－1）。对Dm的值而言，从Da1至Dan的累积值小，从Db1至Db（n－1）的累积值大。若缩短定尺寸装置10的测定时间t1、延长停止时间t2，则Da1的绝对值变小，Db1的绝对值变大。其结果是漂移的累积值Dm变小。此时的定尺寸装置10的测定误差在漂移的累积值Dm以下，所以只要设定测定时间t1与停止时间t2使得Dm的值在测定的误差允许范围以内，则在直至n次的测量内，即便不对定尺寸装置10进行暖机运转也能够以规定的精度进行测定。

以下对第2实施方式进行说明。这是按照规定的时间进行定尺寸装置10的暖机运转，在以时间t₀的周期重复的主工序中，以测定时间t₁起动定尺寸装置10并进行测定的测定方法。

根据图5、图6对暖机运转的时间设定的考虑方法进行说明。图5是在相同图表上重叠表示曲线a、曲线b的图，其中曲线a是用实线表示起动漂移的曲线、曲线b是用虚线表示停止漂移的曲线。将主工序的工序时间设为t₀，将定尺寸装置10的测定时间设为t₁，将定尺寸装置10的停止时间设为t₂（＝t₀－t₁），将定尺寸装置10允许的最大的漂移设为允许测定误差E。

首先，漂移的变动决定成为允许测定误差E的范围。

具体而言，在图5中设定两条间隔与允许测定误差E的宽度相等的水平的平行线。将该平行线与曲线a相交的2点之间的时间设为测定时间t₁。将该平行线与曲线b相交的2点之间的时间设为停止时间t₂。调整两条水平线的上下位置以使测定时间t₁与停止时间t₂相加所得到的值和工序时间t₀相等。此外，在两条水平线跨过通过曲线a与曲线b的交点的直线L的情况下，求出1组测定时间t₁与停止时间t₂。在两条水平线未跨过直线L的情况下，求出2组测定时间t₁与停止时间t₂。在两条水平线位于比直线L靠近下方的情况下，测定时间t₁比停止时间t₂短。在两条水平线位于比直线L靠近上方的情况下，测定时间t₁比停止时间t₂长。

在两条水平线位于比直线L靠近下方的情况下，判定测定时间t₁是否比实际需要的测定时间长，若长则采用该测定时间t₁与停止时间t₂的组合。若位于比直线L靠近下方的区间的测定时间t₁比实际需要的测定时间短，则采用在两条水平线位于比直线L靠近上方的情况下的起动时间t₁与停止时间t₂的组合。

暖机运转时间t_D是从曲线a的原点至测定时间t₁开始的时间。

进行以上的时间设定时的漂移的变动如图6所示。将暖机运转时间t_D的长度调整为初始条件，从而能够将用起动时间t₁与停止时间t₂的和表示的工序时间t₀设定为所希望的时间范围内。此外，所谓的调整暖机运转时间t_D的长度具有与在图5中调整两条水平线的上下位置相同的意思。根据本实施方式，能够不像第1实施例那样将测量次数限定为n次以下，而是以希望的精度进行测定。

以下对第3实施方式进行说明。这种测定方法是在以时间t₀为周期的工序时间内重复的主工序中，定尺寸装置10不进行暖机运转，在漂移增大的初始的主工序中，相对于实测值修正通过运算求出的主工序的各个预测漂移，以此来确保测定精度。

若设定定尺寸装置10的主工序时间t₀与测定时间t₁，则停止时间t₂（＝t₀－t₁）也被确定。

预测漂移能够用以下的方法预先求得。若测定时间t₁与停止时间t₂被确定，则使用起动漂移的曲线a与停止漂移的曲线b，就能够得到图7所示的时间序列的漂移变动曲线。在图7中，在起动定尺寸装置10并在经过时间t_s后的P点实施测定的情况下，最初的主工序的预测漂移为Dp₁。第二次主工序的预测漂移为Dp₂。同样地，求出以后的主工序的测定时的预测漂移，直至主工序中的漂移的增加量与减少量相等的第n次主工序为止。将从Dp₁至Dp_n的预测漂移的值作为相对于各顺序的主工序的预测漂移的值而记录至记录部306。

在实际的主工序中，起动定尺寸装置10之后，经过时间t_s后实施测定，在此，将利用上述预测漂移加以修正所得的值作为修正后的测定值，上述预测漂移与符合所得到的实测值的主工序的顺序对应且被记录于记录部306。

根据该测定方法，即便不进行暖机运转也能够得到正确的测定值。

以下对第4实施方式进行说明。这是以磨削工序时间的周期在重复的磨削工序中将定尺寸装置10起动多次副测定时间来进行测定的方法。

图8是以时间序列表示磨削工序的X轴位置（砂轮7的切入位置）的周期线图。磨削工序是由按进给速度的大小顺序依次称作粗磨削工序、精磨削工序以及超精磨削工序的切入工序、和停止用于提高圆度精度的切入而进行磨削的无火花磨削工序构成的。各工序的切换时刻根据工件W的磨削直径进行判断。砂轮7的切入位置亦即X轴位置的值不被用于各工序的切换时刻的判断是因为：由于磨床1的各部的热位移或砂轮7的快钝的变动，所以即便在相同的砂轮切入位置，工件W的磨削直径也会不同。

以往，总是预先起动定尺寸装置10来测定工件直径，在达到规定的工件直径时，改变进给速度来切换工序。由于连续地起动定尺寸装置10，所以一直进行暖机运转直至磨床起动初始的漂移恒定为止。

在本实施方式中，为缩短磨削工序中的定尺寸装置10的起动时间，在粗磨削工序与精磨削工序中，以短的副测定时间起动定尺寸装置来测定工件直径，根据该测定值来决定向下一步工序的切换的位置。

预先将粗磨削时的副测定时间t₁a、精磨削时的副测定时间t₁s、超精磨削时的副测定时间t₁b以及其他的各种磨削数据记录到记录部306中。此外，以后将超精磨削时的副测定时间t₁b称作最终测定时间t₁b。合计的测定时间t₁可以通过式子t₁＝t₁a＋t₁s＋t₁b求得。将使用该测定时间t₁并通过第2实施方式中示出的方法求出的暖机时间t_D也记录到记录部306中。

接下来，在起动磨床1时，使砂轮7旋转，并在将定尺寸装置10的暖机运转实施了时间t_D后执行磨削工序。

以下根据图9的流程图对磨削工序进行详细的说明。

将工件W搬入磨床1内，并使主轴5旋转（S1）。以快速进给使砂轮座3前进直至使砂轮7接近工件W为止（S2）。将定尺寸装置10插入工件W的测定部（S3）。以粗磨削进给速度切入砂轮座3直至达到图8的X轴位置的X1为止（S4）。起动定尺寸装置10并在测定工件直径Dwa后停止定尺寸装置10。将此时的副测定时间设为t₁a（S5）。利用运算部307通过式Xa＝（Dwar（粗磨理论直径）－Dwa（实测直径））／2＋Xar（理论粗磨结束位置）来运算粗磨削结束位置Xa，并将该值记录到记录部306中（S6）。以粗磨削进给速度切入砂轮座3直至到达Xa位置（S7）。以精磨削进给速度切入砂轮座3直至到达X轴位置的X2（S8）。起动定尺寸装置10并在测定工件直径Dws后停止定尺寸装置10。将此时的副测定时间设为t₁s（S9）。利用运算部307通过式Xs＝（Dwsr（精研理论径）－Dws（实测径））／2＋Xsr（理论粗研结束位置）运算精磨削结束位置Xs，并将该值记录到记录部306中（S10）。以精磨削进给速度切入砂轮座3直至到达Xs位置为止（S11）。以超精磨削进给速度开始切入砂轮座3，并且，起动定尺寸装置10连续地测定工件直径。工件直径的测定值达到完成品尺寸（Dwe）时，停止砂轮座3的超精磨削进给（S12）。起动定尺寸装置10之后，若时间经过最终测定时间t₁b则将其停止，并且，进行规定时间的无火花磨削（S13）。以快速进给使砂轮座3后退，并且，使定尺寸装置10后退（S14）。停止主轴5，并将工件W搬出（S15）。

若利用上述的方法切换磨削加工时的进给速度，则能够缩短磨削工序中起动定尺寸装置10的时间亦即测定时间。定尺寸装置10的测定时间在磨削工序中所占的比率越小，越能够缩短暖机时间，所以若使用本实施方式的磨削工序，则可以提供即便暖机运转时间短也能够以所希望的精度进行测定的磨床。

在上述的例子中，对定尺寸装置10整体进行起动/停止，但如图10所示，在使用差动变压器101的定尺寸装置10中，也可以利用施加控制部102仅对漂移大的差动变压器101进行起动/停止。

在磨削工序中，示出了通过运算来求粗磨削工序的结束位置与精磨削的结束位置的例子，但也可以在预测规定的磨削工序结束的时刻前后的时间段起动定尺寸装置，并在工件直径的实测值与理论值一致时结束磨削工序。

Claims (9)

1.一种测定方法，其特征在于，

是在以规定长度的工序时间重复的主工序内，使用测定装置来测定物理量的测定方法，以比所述工序时间短的测定时间起动所述测定装置来测定所述物理量。

2.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，

若将所述工序时间设为t₀，将所述测定时间设为t₁，将在所述工序中使所述测定装置停止的时间亦即停止时间设为t₂，则这些时间范围的关系用下面的式子来表示，

t₀＝t₁＋t₂

若将在利用所述测定装置来测定出所述物理量时的测定值的时间序列的变动量设为漂移，将所述测定装置起动后的测定值的时间变动设为起动漂移，将所述测定装置停止后的测定值的时间变动设为停止漂移，

则所述测定方法基于表示所述测定装置的起动漂移特性的图表a、表示所述测定装置的停止漂移特性的图表b以及规定的允许测定误差E并具有如下工序：

根据所述图表a决定在所述测定时间t₁的范围内起动漂移成为所述允许测定误差E以下的区间的工序、

根据所述图表b决定在所述停止时间t₂的范围内停止漂移成为所述允许测定误差E以下的区间的工序、以及

以使由t₁＋t₂所表示的工序时间t₀成为规定的值的方式，调整所述测定装置从起动到测定开始的暖机时间t_D。

3.根据权利要求1所述的测定方法，其特征在于，

若将所述工序时间设为t₀，将所述测定时间设为t₁，将在所述工序中使所述测定装置停止的时间亦即停止时间设为t₂，则这些时间范围的关系用以下的式子来表示，

t₀＝t₁＋t₂

若将利用所述测定装置测定出所述物理量时的测定值的时间序列的变动量设为漂移，将所述测定装置起动后的测定值的时间变动设为起动漂移，将所述测定装置停止后的测定值的时间变动设为停止漂移，

则在所述测定方法中，使用总漂移特性来预测各个主工序的每一个的漂移值，并将预测出的漂移值作为修正值来修正实测定值，该总漂移特性是将使表示所述测定装置的起动漂移特性的图表a与表示所述测定装置的停止漂移特性的图表b组合而构成的与一个周期的所述主工序对应的漂移特性，以与多次主工序对应的方式进行多次组合而构成的。

4.根据权利要求2所述的测定方法，其特征在于，

在所述主工序内只以副测定时间多次起动所述测定装置，所述测定时间是多个所述副测定时间总和的时间。

5.根据权利要求3所述的测定方法，其特征在于，

在所述主工序内只以副测定时间多次起动所述测定装置，所述测定时间是多个所述副测定时间总和的时间。

6.根据权利要求4所述的测定方法，其特征在于，

所述主工序是磨削加工工序，所述测定装置是定尺寸装置，所述物理量是工件尺寸。

7.根据权利要求5所述的测定方法，其特征在于，

所述主工序是磨削加工工序，所述测定装置是定尺寸装置，所述物理量是工件尺寸。

8.一种磨床，其特征在于，具有：

砂轮；

将所述砂轮相对于工件切入进给的切入进给装置；

测定工件尺寸的定尺寸装置；以及

控制装置，其中，

所述控制装置在对所述定尺寸装置进行规定的暖机时间的暖机运转后，重复执行具备规定的磨削工序时间的磨削工序，其中，

在所述磨削工序中，在使用所述切入进给的进给速度不同的多个切入工序中、利用以副测定时间起动的所述定尺寸装置在规定的时刻对该工序的所述工件的加工尺寸进行测定而得到的测定值、与在所述规定的时刻的所述切入进给装置的切入进给位置、以及该切入工序的磨削条件进行运算而得到的、切入进给位置结束该切入工序，

在最终的切入工序中，控制所述切入进给装置与所述定尺寸装置，以使得利用以最终测定时间起动的所述定尺寸装置测定的测定值达到所希望的值时结束切入进给，其中，

所述磨床使用权利要求6所述的测定方法来测定工件尺寸。

9.一种磨床，其特征在于，具有：

砂轮；

将所述砂轮相对于工件切入进给的切入进给装置；

测定工件尺寸的定尺寸装置；以及

控制装置，其中，

所述控制装置在对所述定尺寸装置进行规定的暖机时间的暖机运转后，重复执行具备规定的磨削工序时间的磨削工序，其中，

在所述磨削工序中，在使用所述切入进给的进给速度不同的多个切入工序中的、利用以副测定时间起动的所述定尺寸装置在规定的时刻对该工序的所述工件的加工尺寸进行测定而得到的测定值、与在所述规定的时刻的所述切入进给装置的切入进给位置、以及该切入工序的磨削条件进行运算而得到的、切入进给位置结束该切入工序，

在最终的切入工序中，控制所述切入进给装置与所述定尺寸装置，以使得利用以最终测定时间起动的所述定尺寸装置测定的测定值达到所希望的值时结束切入进给，其中，

所述磨床使用权利要求7所述的测定方法来测定工件尺寸。