CN110576369B

CN110576369B - 磨削装置

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Publication number: CN110576369B
Application number: CN201910423092.7A
Authority: CN
Inventors: 小林久修; 近藤隆; 金箱孝则
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2018-05-21
Filing date: 2019-05-21
Publication date: 2022-08-09
Anticipated expiration: 2039-05-21
Also published as: JP7052555B2; JP2019202359A; CN110576369A; DE102019113042A1

Abstract

磨削装置(1)具有在水平滑动面(42h)配置多个静压腔(42p)，从泵(50)向各静压腔(42p)供给流体而滑动支承砂轮座(42)的静压支承构造，磨削装置(1)具备：对砂轮(43)的上下方向的振动量进行测定的浮起传感器35以及砂轮轴传感器(36)；改变从泵(50)向各静压腔(42p)供给的流体的流量的电磁可变节流阀(60)；以及以减少由浮起传感器(35)以及砂轮轴传感器(36)测定的砂轮(43)的上下方向振动量的方式，控制电磁可变节流阀(60)来调整向各静压腔(42p)供给的流体的流量的控制部(30)。

Description

磨削装置

技术领域

本发明涉及磨削装置。

背景技术

一般在用于磨削加工的砂轮中存在质量的不平衡。因此，公知有在利用磨削装置使砂轮高速旋转的情况下，由于由砂轮的质量不平衡引起的振动，加工品质恶化，或装置产生故障。因此，以往为了获得砂轮的平衡，测定砂轮的不平衡的方向以及大小，基于该测定结果，对砂轮适当地附加重物。

并且，提出了在砂轮的内部安装具备重物和使该重物移动的马达等移动机构的自动平衡器从而获得平衡的装置。例如参照日本特开2003-103459号公报。在重物安装于上述砂轮的方法中，除了需要平衡测定用的测定器之外，而且为了高精度地取得平衡还需要很多的经验，所以存在难以自动化这样的问题，但在使用了自动平衡器的装置中，能够自动地抑制不平衡振动。

然而，在使用了上述自动平衡器的现有技术中，是将自动平衡器安装在砂轮轴的构造，需要确保安装位置，或重量变大，所以存在妨碍砂轮轴的小型化/轻量化这样的问题。并且，在由自动平衡器进行的平衡修正中，还存在无法抑制修正质量的定位分辨率以下的振动这样的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以利用了静压支承构造的简单的构成而能够抑制振动的磨削装置。

本发明的一实施方式的磨削装置具备：

主轴箱，其旋转驱动工件；

固定体，其具有引导面；

砂轮座，其旋转驱动砂轮并且具有与上述引导面对置的滑动面；

流体供给部，其向上述引导面与上述滑动面之间供给流体；以及

驱动部，其使经由上述流体被上述固定体支承为能够滑动的上述砂轮座、相对于上述主轴箱沿着引导方向而相对移动。

上述磨削装置分别使上述工件和上述砂轮旋转并且使上述砂轮相对于上述工件相对移动，由此磨削上述工件。

构成了在上述滑动面配置多个静压腔，从上述流体供给部向上述各静压腔供给上述流体并滑动支承上述砂轮座的静压支承构造。

上述磨削装置还具备：

振动量传感器，其对上述砂轮的上下方向的振动量进行测定；

流量可变部，其改变从上述流体供给部向上述各静压腔供给的上述流体的流量；以及

控制部，其以减少由上述振动量传感器测定的上述砂轮的上下方向振动量的方式，控制上述流量可变部来调整向上述各静压腔供给的上述流体的流量。

根据该结构，在滑动面配置多个静压腔，从流体供给部向各静压腔供给流体并滑动支承砂轮座的静压支承构造中，控制部控制流量可变部来调整向各静压腔供给的流体的流量，由此能够减少由振动量传感器测定的砂轮的上下方向振动量。因此，能够以利用了静压支承构造的简单的构成来抑制振动抑制。特别是，与使用了自动平衡器的以往构成比较，能够实现装置的小型化/轻量化。

附图说明

本发明的前述和其他特征和优点将从以下参照附图的实施方式的描述中变得清楚，附图中相同标号用来表示相同元件，附图中：

图1是实施方式的磨削装置的俯视图。

图2是表示实施方式的磨削装置的静压支承构造的局部剖面侧视图。

图3是示意性表示实施方式的静压腔与电磁可变节流阀的配置的砂轮座的俯视图。

图4是表示实施方式的电磁可变节流阀以及砂轮座的静压腔周边的剖视图。

图5是表示实施方式的磨削装置的动作的流程的流程图。

图6是用于说明砂轮的不平衡相位以及不平衡量的说明图。

图7是表示浮起量的变动以及流量调整模式的一个例子的说明图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明将本发明具体化了的磨削装置的实施方式。

如图1所示，本实施方式磨削装置1是具备床身10、工作台11、主轴箱13、尾架17、控制部30、砂轮支承装置40、以及泵50等而构成的圆筒磨床。

工作台11以通过Z轴伺服马达12能够在Z轴方向(图1的左右方向)移动的方式被引导支承在床身10上。在工作台11上设置以能够旋转的方式轴支承主动轴(master shaft)Cm的主轴箱13，在主动轴Cm的前端安装支承工件W的一端的中央部14。主动轴Cm利用进退驱动装置15在轴线方向进退规定量，并且被主伺服马达16旋转驱动。

并且，在工作台11上在与主轴箱13对置的位置设置尾架17。该尾架17以能够在与主动轴Cm同轴上旋转的方式轴支承从属主轴(slave shaft)Cs，在从属主轴Cs的前端设置支承工件W的另一端的中央部18。从属主轴Cs利用中央部加压控制用的伺服马达19而在轴线方向进退，并且利用从属伺服马达20而与主动轴Cm同步地被旋转驱动。

另外，在床身10上的工作台11的后方位置设置有砂轮支承装置40。砂轮支承装置40具备基座41、砂轮座42、圆板状的砂轮43以及砂轮旋转用马达44等。基座41被形成为矩形的平板状，被配置于床身10的上表面。

在该基座41的上表面以沿X轴方向延伸的方式、且相互平行地配置固定有砂轮座42能够滑动的一对X轴导轨41a。在本说明书中，在需要区别一对X轴导轨41a的各个的情况下，以将与砂轮43接近的一侧设为第一列X轴导轨41a-1、将远离的一侧设为第二列X轴导轨41a-2的方式标注分支序号。第一列X轴导轨41a-1具有沿水平方向延伸的成为上表面的第一水平引导面41h-1、和沿铅垂方向延伸的成为内侧面的第一铅垂引导面41v-1。同样，第二列X轴导轨41a-2具有沿水平方向延伸的成为上表面的第二水平引导面41h-2、和沿铅垂方向延伸的成为内侧面的第二铅垂引导面41v-2。另外，在第一水平引导面41h-1与第二水平引导面41h-2不需要区分两者的情况下，省略分支序号而记载为水平引导面41h。同样，第一铅垂引导面41v-1与第二铅垂引导面41v-2也省略分支序号而记载为铅垂引导面41v。

并且，在基座41的上表面的一对X轴导轨41a间配置有永久磁铁板单元22b。由该永久磁铁板单元22b、和被安装于砂轮座42下表面的电磁线圈单元22a构成线性马达22。砂轮座42以通过线性马达22的驱动，能够沿着一对X轴导轨41a并在与Z轴方向正交的X轴方向(图1的上下方向)移动的方式而被引导支承。线性马达22基于由未图示的读取头读取的线性标尺的位置信息而被控制动作。

该砂轮座42以能够绕Z轴旋转的方式支承砂轮轴45。而且，在该砂轮轴45的一端同轴地安装有圆板状的砂轮43。在砂轮座42与砂轮轴45同轴地固定有砂轮旋转用马达44。砂轮43被砂轮旋转用马达44旋转驱动。另外，在砂轮座42与砂轮轴45对置地设置有砂轮轴传感器36。砂轮轴传感器36是公知的距离传感器，作为测定砂轮轴45的位移的位移传感器而发挥功能。并且，能够在砂轮座42与砂轮轴45同轴地设置能够对砂轮轴45的旋转角进行绝对值检测的相位传感器37，作为相位传感器37例如能够使用作为非接触的光学式编码器、电位计。

如图1、图2所示，静压支承构造A具备控制部30、具有作为固定体的基座41以及作为移动体的砂轮座42的砂轮支承装置40、作为流体供给部的泵50、将流体的流路控制为固定的开口面积的固定节流阀69以及作为流量可变部的电磁可变节流阀60而构成，是使砂轮座42经由作为流体的润滑油能够滑动地支承于基座41的机构。

如图2、图3所示，砂轮座42具有：分别与被设置于基座41上表面的一对X轴导轨41a的上表面亦即第一、第二水平引导面41h-1、41h-2对置的第一、第二水平滑动面42h-1、42h-2；分别与一对X轴导轨41a的内侧面亦即第一、第二铅垂引导面41v-1、41v-2对置的第一、第二铅垂滑动面42v-1、42v-2。在各滑动面42h-1、42h-2、42v-1、42v-2且在X轴方向的两端附近分别各一个地形成有凹状的静压腔42p，在各静压腔42p的凹状底部设置有流体的流出口42o。流出口42o与流体通路连通，使从固定节流阀69或者电磁可变节流阀60供给的流体流出到静压腔42p内。

另外，在被配置于水平滑动面42h的静压腔42p-1、42p-3、42p-5、42p-7的附近分别设置有浮起传感器35。浮起传感器35是公知的距离传感器，作为测定水平滑动面42h与水平引导面41h之间的距离L，换言之，水平滑动面42h的从水平引导面41h的浮起量L的位移的位移传感器发挥功能。另外，在需要区别各静压腔42p的情况下，如静压腔42p-1～42p-8那样赋予分支序号。

形成到达静压腔42p的流体的通路的流路53在泵50与静压腔42p之间连通。流路53由通向泵50的共用流路53a、和从共用流路53向每个静压腔42p分支并通向各静压腔42p的分支流路53b、53c、53d、53e、53f、53g、53h、53i构成。在到达被配置于水平滑动面42h的静压腔42p-1、42p-3、42p-5、42p-7的分支流路53b、53f、53e、53i的中途分别夹装有电磁可变节流阀60。另外，在到达被配置于铅垂滑动面42v的静压腔42p-2、42p-4、42p-6、42p-8的分支流路53c、53g、53d、53h的中途分别夹装有固定节流阀69。

电磁可变节流阀60与控制部30电连接，成为通过控制部30控制节流的开度D的可变节流。电磁可变节流阀60根据控制部30的指令改变节流的开度D，从而能够改变向各静压腔42p供给的供给流量。而且，使向各静压腔42p-1、42p-3、42p-5、42p-7供给的供给流量变化，由此水平引导面41h与水平滑动面42h之间的间隙的大小例如能够在1μm～30μm之间变化。

如图4所示，电磁可变节流阀60是在外壳68内具有流路61、流入口61a、61b、流出口62、隔膜63、流体供给室64a、流体存积室64b、阀座65、音圈马达70而构成的隔膜式可变节流装置。

在外壳68的下部中央形成成为阀座65的突起部，在阀座65的周围形成有以圆环状凹设的流体供给室64a。在该阀座65形成有与静压腔42p连通的流路67。在外壳68的上部与流体供给室64a对置地形成有流体存积室64b。在流体供给室64a以及流体存积室64b形成有分别与流路61连通的流入口61a、61b。流体供给室64a以及流体存积室64b被填充从流入口61a、61b供给的流体，与被供给的流体的压力相同。

对于隔膜63而言，外周部被把持在流体供给室64a与流体存积室64b之间并对流体供给室64a与流体存积室64b之间进行分隔，并且图2的下方向的面与阀座65隔开规定的间隙而被对置地配置。隔膜63是由钢材等构成的弹性部件，由隔膜63与阀座65形成的间隙成为节流的开度D。流体供给室64a的流体以开度D节流而向静压腔42p流出。隔膜63能够从节流的最小开度DL变形到最大开度DH，将从最小开度DL到最大开度DH的中间位置作为无负荷状态下的初始位置。

音圈马达70由被外壳68的上侧部分支承的定子81、相对于定子81能够在图4的上下方向移动的可动件82构成。音圈马达70被隔着隔膜63而与阀座65相反的一侧的外壳68的上侧部分的电磁可变节流阀60主体支承。

定子81由圆板状的磁轭基部76、在磁轭基部76的外周部被设置为圆筒状的外部磁轭75、在磁轭基部76的中心部被设置为圆筒状的中心磁轭77构成。该磁轭基部76、外部磁轭75、中心磁轭77由软磁性材料构成，构成为使磁通很好地通过。

在外部磁轭75的内周侧固定有环状的永久磁铁79。该永久磁铁79将内周侧作为N极、外周侧作为S极而被磁化。此外，该永久磁铁79的N极和S极也可相反。

可动件82由成为圆筒状的线圈骨架73、和被卷绕在线圈骨架73的外周的音圈71构成。音圈71被配置于中心磁轭77的外周，中心磁轭77与线圈骨架73之间具有间隙，中心磁轭77与音圈71之间成为非接触。

在线圈骨架73的端部安装有圆板状的线圈盖72。在线圈盖72在轴向上形成有多个贯通孔74。另外，线圈盖72经由柱状的连结部件80与隔膜63连结。线圈骨架73由软磁性材料构成，容易使磁通过。

在线圈盖72安装有编码器壳体25的盖部。在编码器壳体25的盖部的内侧固定有编码器标尺28。

从永久磁铁79的内侧的N极发出的磁通通过音圈71并通过线圈骨架73、滑动导轨、中心磁轭77，经由磁轭基部76和外部磁轭75而返回永久磁铁79的外侧的S极。

在该磁路中，若在音圈71中流动电流，则在音圈71在图4的上下方向的任意的一个方向产生推力。另外，流动与上述反向的电流，由此在图4的上下方向的任意的另一个方向产生推力。

根据这样的结构，可动件82被在上下方向驱动，与可动件82连结的隔膜63在上下方向位移。由音圈马达70进行的隔膜63的驱动是平缓的，在隔膜63的变形时很难产生机械振动。

而且，基于来自控制部30的指令向音圈马达70施加电流，由此控制隔膜63的位置，从节流的最小开度DL到最大开度DH之间变化。在滑动支承装置A中，被泵50加压了的流体通过被设置于分支流路53b～53i的中途的固定节流阀69或者电磁可变节流阀60而被减压，并向静压腔42p供给流体。通过向静压腔42p供给的流体，在引导面41v、41h与滑动面42v、42h之间形成规定的厚度的流体膜，支承滑动面42v、42h。在流体膜被动态地形成后，重复向排水管排出，由此被维持。

接下来，参照图5的流程图来说明由控制部30执行的磨削装置1的控制处理的流程。如图5所示，控制部30在步骤1(以下，简称为S1。其它步骤也同样。)中，进行运转准备开始处理。接着，在S2中判定是否是运转准备结束。在不是运转准备结束的情况下(S2：否)，重复S2。在运转准备结束的情况下(S2：是)，在S3中进行传感器检测。

具体而言，在S3的传感器检测中，利用由非接触式的光学式旋转式编码器等构成的相位传感器37检测砂轮轴45的旋转相位。另外，利用被设置于静压腔42p-1、42p-3、42p-5、42p-7附近的距离传感器亦即浮起传感器35检测各部的水平滑动面42h的从水平引导面42v的位移(浮起量的变化)。并且，利用与砂轮轴45对置地设置的距离传感器亦即砂轮轴传感器36检测砂轮轴45的位移。

接着，在S4中进行不平衡相位以及不平衡量的计算。即，基于相位传感器37的检测结果和砂轮轴传感器36的检测结果，计算砂轮的不平衡相位以及不平衡量。这里，参照图6来说明不平衡相位以及不平衡量。砂轮轴45因砂轮43的质量不平衡而在旋转中产生不平衡。图6的图表示出了将由相位传感器37检测的砂轮轴45的相位作为横轴，将由砂轮轴传感器36测定的砂轮43的上下方向位移作为纵轴的情况。砂轮轴传感器36的输出根据0°～360°的相位而在最大与最小之间位移。不平衡相位θ是砂轮轴传感器36的输出表示最大值时的相位，将输出的最大与最小的差Δ称为不平衡量。

接下来，在S5中判定不平衡量Δ是否是允许范围内。即判定不平衡量Δ是否在以砂轮轴传感器36的输出的目标值为中心的允许范围的上限与下限的范围内。不是允许范围内的情况下(S6)，在S6中进行流量调整模式的更新。

在S6的流量调整模式的更新中，关于静压腔42p-1、42p-3、42p-5、42p-7的各个，基于浮起传感器35的检测结果来更新应抵消浮起量的位移的、在不平衡相位θ°中使流量减少规定量且在不平衡相位θ+180°中增大规定量的流量调整模式从而控制电磁可变节流阀60。

这里，参照图7来说明由静压腔42p的流量调整进行的抑制振动的一个例子。图7中的上图表将浮起传感器35的输出作为纵轴且将砂轮轴45的相位作为横轴，用细实线表示流量调整前的传感器输出，用粗实线表示流量调整后的传感器输出。另一方面，图7中的下图表将从电磁可变节流阀60向静压腔42p供给的流体的流量作为纵轴且将砂轮轴45的相位作为横轴，用细实线表示调整前的流量，用粗实线表示调整后的流量、即流量调整模式。

如图7的下图表中用细实线表示的那样，在流量调整前朝向静压腔42p的流量是恒定时，如上图表中细实线所示，浮起传感器35的输出较大地变动，增大时超过允许范围上限，减少时低于允许范围下限。针对这样的初始状态，通过电磁可变节流阀60的控制，基于图7的下图表中由粗实线表示的流量调整模式，在浮起传感器35的输出增大的时刻减少流量，在输出减少的时刻增加流量。由此，如图7的上图表中由粗实线表示的那样，浮起传感器35的输出变动缩小而收敛在允许范围的上限与下限的范围内。即砂轮43的振动被抑制。

然后，返回S3，再次进行S3的传感器检测和S4的不平衡相位以及不平衡量计算，在不平衡量Δ不是允许范围内的情况下(S5：否)，再次在S6中进行流量调整模式的更新。例如，改变流量调整模式的流量的增减量，或使相位偏移规定角度。

在S5中不平衡量Δ是允许范围内的情况下(S5：是)，在S7中进行流量调整模式的决定。即，将当前的流量调整模式的内容决定为在接下来被执行的加工动作中实施的流量调整模式的内容。

接下来，在S8中判定是否是加工开始。在加工开始的情况下(S8：是)，即指示加工开始的按钮操作被进行了的情况下，在S9中执行工件的加工。在S9中，基于在S7中已被决定的流量调整模式控制各电磁可变节流阀60并且执行工件W的加工。若工件W的加工结束，则返回S3。因此，在到下一次的工件加工之前的空闲时间，实施S3的传感器检测～S7的流量调整的确定。

另一方面，在不是加工开始的情况下(S8：否)，在S10中判定紧急停止操作被进行了与否的情况。在紧急停止操作未被进行的情况下(S10：否)，返回S8。在紧急停止操作被进行了的情况下(S10：是)，在S11中进行紧急停止动作，结束本程序。

根据磨削装置1，在水平滑动面42h配置多个静压腔42p，从泵50向各静压腔42p供给流体而滑动支承砂轮座42的静压支承构造A中，控制部30控制作为流量可变部的电磁可变节流阀60来调整针对各静压腔42p的流体的流量，由此使由作为振动量传感器的浮起传感器35以及砂轮轴传感器36测定的砂轮的上下方向振动量减少。因此，起到能够以利用了静压支承构造A的简单的构成来抑制振动这样的效果。特别是，与使用了自动平衡器的以往构成相比，起到能够实现装置的小型化/轻量化这样的效果。

另外，具备检测砂轮43的相位的相位传感器37，控制部30基于相位传感器37的输出和位移传感器亦即浮起传感器35以及砂轮轴传感器36的输出，执行计算砂轮43的不平衡相位θ°以及不平衡量Δ的作为不平衡计算部的S6的处理，基于不平衡相位θ°以及不平衡量Δ和砂轮43的相位，控制电磁可变节流阀60。因此，能够以抵消由砂轮43的质量不平衡引起的振动的方式，控制电磁可变节流阀60来调整针对各静压腔42p的流体的流量。

另外，作为测定砂轮43的位移的位移传感器，设置对支承砂轮43的砂轮轴45的上下方向位移进行测定的砂轮轴传感器36，所以使用在作为不平衡产生的原因的砂轮43的附近直接测定了振动的结果，能够通过流量调整实现振动的抑制。并且，设置被设置于各静压腔42p-1、42p-3、42p-5、42p-7的附近并对水平滑动面42h的从水平引导面41h浮起的浮起量的位移进行测定的浮起传感器35，所以使用在作为流量调整的对象的各静压腔42p的附近测定了振动的结果，能够选择性地控制与各静压腔42p对应的电磁可变节流阀60从而有效地抑制振动。

另外，控制部30在针对工件W的加工动作的开始前，决定各电磁可变节流阀60的针对各静压腔42p的流量调整模式(S7)，基于该流量调整模式来控制各电磁可变节流阀60并且进行加工动作(S9)。因此，能够在利用磨削装置1的加工间隔的时间来决定用于抑制振动的流量调整模式的基础上，抑制振动并且执行加工动作。

本发明并不限于上述实施方式，在不脱离本发明的宗旨的范围内能够实施各种改变。

上述实施方式的静压腔42p以及电磁可变节流阀60的个数、配置只是一个例子，能够改变为任意个数、配置来进行实施。

另外，在上述实施方式中，作为测定砂轮43的上下方向位移的位移传感器，虽示出了设置浮起传感器35和砂轮轴传感器36双方的例子，但并不限于此，也可是任一方。另外，也可代替测定砂轮43的上下方向位移的位移传感器，设为使用加速度传感器的构成。在加速度传感器中对输出进行两次积分，由此能够计算距离。总而言之，只要是作为能够测定砂轮43的上下方向振动量的振动量传感器发挥功能的部件即可。

Claims

1.一种磨削装置，其特征在于，包含：

主轴箱，其旋转驱动工件；

固定体，其具有引导面；

驱动部，其使经由上述流体被上述固定体支承为能够滑动的上述砂轮座相对于上述主轴箱沿着引导方向相对移动；

上述磨削装置分别使上述工件和上述砂轮旋转并且使上述砂轮相对于上述工件相对移动，由此磨削上述工件，

构成在上述引导面以及上述滑动面的至少一方配置多个静压腔，从上述流体供给部向上述各静压腔供给上述流体而滑动支承上述砂轮座的静压支承构造，

上述磨削装置还具备：

流量可变部，其改变从上述流体供给部向上述各静压腔供给的上述流体的流量；

控制部，其以减少由上述振动量传感器测定的上述砂轮的上下方向振动量的方式，控制上述流量可变部来调整向上述各静压腔供给的上述流体的流量；以及

检测上述砂轮的相位的相位传感器，

上述控制部具有基于上述相位传感器的输出和上述振动量传感器的输出，计算上述砂轮的不平衡相位以及不平衡量的不平衡计算部，上述控制部基于由上述不平衡计算部计算出的上述不平衡相位以及上述不平衡量和上述砂轮的相位，控制上述流量可变部。

2.根据权利要求1所述的磨削装置，其中，

上述振动量传感器是对上述砂轮的上下方向的位移进行测定的位移传感器。

3.根据权利要求2所述的磨削装置，其中，

上述位移传感器包含：对支承上述砂轮的砂轮轴的上下方向位移进行测定的砂轮轴传感器，以及被设置于上述各静压腔的附近并对上述滑动面的距上述引导面的上下方向位移进行测定的浮起传感器的至少一方。

4.根据权利要求2所述的磨削装置，其中，

上述位移传感器包含：对支承上述砂轮的砂轮轴的上下方向位移进行测定的砂轮轴传感器，以及被设置于上述各静压腔的附近并对上述滑动面的距上述引导面的上下方向位移进行测定的浮起传感器双方。

5.根据权利要求1所述的磨削装置，其中，

上述流量可变部是被安装在从上述流体供给部到上述各静压腔为止的上述流体的流路上，且被构成为能够改变阀的开度的电磁可变节流阀。

6.根据权利要求5所述的磨削装置，其中，

上述控制部有选择地控制与上述各静压腔对应的上述电磁可变节流阀。

7.根据权利要求1所述的磨削装置，其中，

上述控制部在针对工件的加工动作开始前，决定上述流量可变部针对上述各静压腔的流量调整模式，基于该流量调整模式来控制上述流量可变部并进行上述加工动作。