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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schleifvorrichtung
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Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
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Im Allgemeinen haben zum Schleifen verwendete Schleifräder eine Massenunwucht. Daher tritt, wenn ein derartiges Schleifrad mit einer hohen Drehzahl in einer Schleifvorrichtung gedreht wird, eine Schwingung aufgrund der Massenunwucht des Schleifrades auf, was zu einer Verschlechterung bei der Bearbeitungsqualität oder zu einem Vorrichtungsfehler führt. Somit wird bei einem Verfahren des Standes der Technik die Richtung und die Größe der Massenunwucht eines Schleifrades gemessen, und in geeigneter Weise wird ein Gewicht an dem Schleifrad auf der Basis der Messergebnisse so angebracht, dass das Schleifrad ausgewuchtet wird.
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Es ist außerdem eine Vorrichtung vorgeschlagen worden, die ein Schleifrad auswuchtet, indem ein automatischer Auswuchter mit einem Gewicht im Inneren des Schleifrades und einem Bewegungsmechanismus wie beispielsweise ein Motor zum Bewegen des Gewichtes angebracht werden. Siehe beispielsweise die veröffentlichte japanische Patentanmeldung
JP 2003-103459 A . Das vorstehend erläuterte Verfahren, das ein Gewicht an einem Schleifrad anbringt, macht eine Messvorrichtung für ein Messen der Unwucht erforderlich und macht außerdem viel Erfahrung zum genauen Auswuchten des Schleifrades erforderlich, was den automatischen Vorgang schwierig gestaltet. Im Gegensatz dazu kann die Vorrichtung, die einen automatischen Auswuchter anwendet, eine Unwuchtschwingung automatisch reduzieren.
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Jedoch wird gemäß diesem Stand der Technik, der den automatischen Auswuchter anwendet, der automatische Auswuchter an der Schleifradspindel angebracht. Daher muss der Befestigungsraum sichergestellt werden, und das Gewicht nimmt zu. Dadurch wird eine Verringerung der Größe und des Gewichts der Schleifradspindel verhindert. Außerdem ist es bei der Auswuchtkorrektur unter Verwendung eines automatischen Auswuchters nicht möglich, eine Schwingung bei einem Niveau jenseits der Positionierauflösung einer Korrekturmasse zu reduzieren.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schleifvorrichtung zu schaffen, die dazu in der Lage ist, mit einem einfachen Aufbau unter Verwendung einer hydrostatischen Stützstruktur eine Schwingung zu reduzieren.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Schleifvorrichtung geschaffen worden, die Folgendes aufweist:
- einen Spindelstock, der ein Werkstück dreht;
- einen fixierten Körper, der eine Führungsfläche aufweist;
- einen Radspindelstock, der ein Schleifrad dreht und eine Gleitfläche hat, die der Führungsfläche zugewandt ist;
- eine Fluidliefereinheit, die ein Fluid zwischen der Führungsfläche und der Gleitfläche liefert;
- eine Antriebseinheit, die den Radspindelstock, der in Bezug auf den fixierten Körper über das Fluid gestützt ist, relativ zu dem Spindelstock in einer Führungsrichtung bewegt.
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Die Schleifvorrichtung schleift das Werkstück, indem bewirkt wird, dass das Schleifrad sich relativ zu dem Werkstück bewegt, während das Werkstück und das Schleifrad individuell gedreht werden.
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Eine Vielzahl an hydrostatischen Taschen sind an zumindest entweder der Führungsfläche und/oder der Gleitfläche so angeordnet, dass eine hydrostatische Stützstruktur ausgebildet ist, die gleitfähig den Radspindelstock stützt, indem das Fluid von der Fluidliefereinheit zu den hydrostatischen Taschen geliefert wird.
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Die Schleifvorrichtung weist des weiteren Folgendes auf:
- einen Schwingungsbetragsensor, der einen vertikalen Schwingungsbetrag des Schleifrades misst;
- eine variable Strömungsrateneinheit, die eine Strömungsrate des Fluides ändert, das von der Fluidliefereinheit zu den hydrostatischen Taschen geliefert wird; und
- eine Steuereinheit, die die variable Strömungsrateneinheit so steuert, dass die Strömungsrate des Fluides zu den hydrostatischen Taschen so eingestellt wird, dass der vertikale Schwingungsbetrag des Schleifrades, der durch den Schwingungsbetragsensor gemessen wird, reduziert wird.
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Gemäß diesem Aufbau steuert in der hydrostatischen Stützstruktur, die die Vielzahl an hydrostatischen Taschen an der Gleitfläche hat und gleitfähig den Radspindelstock durch Liefern von Fluid von der Fluidliefereinheit zu den jeweiligen hydrostatischen Taschen stützt, die Steuereinheit die variable Strömungsrateneinheit zum Einstellen der Strömungsrate des Fluides zu den hydrostatischen Taschen, wodurch der Vertikalschwingungsbetrag des Schleifrades reduziert wird, der durch den Schwingungsbetragsensor gemessen wird. Demgemäß kann eine Schwingung mit einer einfachen Struktur unter Verwendung der hydrostatischen Stützstruktur reduziert werden. Insbesondere kann im Vergleich zu dem Aufbau des Standes der Technik, der die automatischen Auswuchter anwendet, die Größe und das Gewicht der Vorrichtung verringert werden.
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Figurenliste
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Die vorstehend dargelegten und weiteren Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich hervor, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen.
- 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Schleifvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
- 2 zeigt eine ausschnittartige Querschnittsseitenansicht einer hydrostatischen Stützstruktur der Schleifvorrichtung des Ausführungsbeispiels.
- 3 zeigt eine Draufsicht auf einen Radspindelstock, wobei schematisch der Aufbau von hydrostatischen Taschen und variablen Solenoiddrosselventilen gezeigt ist.
- 4 zeigt eine Querschnittsansicht der variablen Solenoiddrosselventile und des Bereiches um die hydrostatische Tasche des Radspindelstocks des Ausführungsbeispiels.
- 5 zeigt ein Flussdiagramm des Betriebsablaufs bei der Schleifvorrichtung des Ausführungsbeispiels.
- 6 zeigt eine erläuternde Darstellung zur Erläuterung der Unwuchtphase und des Unwuchtbetrages eines Schleifrades.
- 7 zeigt eine erläuternde Darstellung eines Schwankungsbeispiels des nach oben gerichteten Versatzes und eines Strömungsrateneinstellmusters.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Nachstehend ist eine Schleifvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Wie dies in 1 gezeigt ist, ist eine Schleifvorrichtung 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel eine externe zylindrische Schleifmaschine mit einem Bett 10, einem Tisch 11, einem Spindelstock (Kopfstock) 13, einem Reitstock 17, einer Steuereinheit 30, einer Schleifradstützvorrichtung 40 und einer Pumpe 50.
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Der Tisch 11 wird durch einen Z-Achsen-Servomotor 12 angetrieben und ist so gestützt, dass er in einer Richtung einer Achse Z (seitliche Richtung in 1) auf dem Bett 10 beweglich geführt wird. Der Spindelstock 13 stützt drehbar eine Hauptspindel (Masterspindel) Cm und ist auf dem Tisch 11 angeordnet. Eine Mitte 14 zum Stützen von einem Ende eines Werkstücks W ist an einem distalen Ende der Hauptspindel Cm angebracht. Die Hauptspindel Cm wird in der axialen Richtung um einen vorbestimmten Betrag durch eine Vorwärtsbewegungs-/Zurückversetz-Antriebsvorrichtung 50 vorwärtsbewegt und zurückversetzt und wird durch einen Masterservomotor 16 gedreht.
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Der Reitstock 17 ist an einer Position angeordnet, die dem Spindelstock 13 auf dem Tisch 11 zugewandt ist. Eine Nebenspindel Cs ist an dem Reitstock 17 so drehbar gestützt, dass sie mit der Hautspindel Cm koaxial ist. Eine Mitte 18 zum Stützen des anderen Endes des Werkstücks W ist an einem distalen Ende der Nebenspindel Cs angeordnet. Die Nebenspindel Cs wird in der axialen Richtung durch einen Servomotor 19 für eine Mittendrücksteuerung (Center Pressing) vorwärtsbewegt und zurückversetzt, und wird synchron zu der Hauptspindel Cm durch einen Nebenservomotor 20 gedreht.
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Die Schleifradstützvorrichtung 40 ist an der Rückseite des Tisches 11 auf dem Bett 10 angeordnet. Die Schleifradstützvorrichtung 40 hat eine Basis 41, einen Radspindelstock 42, ein scheibenförmiges Schleifrad 43 und einen Schleifraddrehmotor 44. Die Basis 41 ist in einer rechtwinkligen flachen Plattenform ausgebildet und ist auf der oberen Fläche des Bettes 10 angeordnet.
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Ein Paar an X-Achsen-Führungsschienen 41a, an denen der Radspindelstock 42 gleitfähig ist, sind parallel zueinander so angeordnet und fixiert, dass sie sich in einer Richtung der Achse X auf der oberen Fläche der Basis 41 erstrecken. In der nachfolgenden Beschreibung sind die als Paar vorgesehenen X-Achsen-Führungsschienen 41a durch Zusatznummern bezeichnet, um sie voneinander zu unterscheiden. Genauer gesagt ist die eine X-Achsen-Führungsschiene, die näher zu dem Schleifrad 43 ist, als eine erste X-Achsen-Führungsschiene 41a-1 bezeichnet und jene, die weiter entfernt ist, ist als eine zweite X-Achsen-Führungsschiene 41a-2 bezeichnet. Die erste X-Achsen-Führungsschiene 41a-1 hat eine erste horizontale Führungsfläche 41h-1, die eine obere Fläche definiert, die sich in der horizontalen Richtung erstreckt, und eine erste vertikale Führungsfläche 41v-1, die eine Innenseitenfläche definiert, die sich in der vertikalen Richtung erstreckt. In ähnlicher Weise hat die zweite X-Achsen-Führungsschiene 41a-2 eine zweite horizontale Führungsfläche 41h-2, die eine obere Fläche definiert, die sich in der horizontalen Richtung erstreckt, und eine zweite vertikale Führungsfläche 41v-2, die eine Innenseitenfläche definiert, die sich in der vertikalen Richtung erstreckt. Die erste horizontale Führungsfläche 41h-1 und die zweite horizontale Führungsfläche 41h-2 können als horizontale Führungsflächen 41h ohne Zusatznummern bezeichnet sein, wenn sie voneinander nicht unterschieden werden. In ähnlicher Weise können die erste vertikale Führungsfläche 41v-1 und die zweite vertikale Führungsfläche 41v-2 als vertikale Führungsflächen 41v ohne Zusatzzahlen bezeichnet sein, wenn sie voneinander nicht unterschieden werden.
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Eine Dauermagnetplatteneinheit 22b ist zwischen dem Paar an X-Achsen-Führungsschienen 41a auf der oberen Fläche der Basis 41 angeordnet. Die Dauermagnetplatteneinheit 22b und eine elektromagnetische Spuleneinheit 22a, die an der unteren Fläche des Radspindelstocks 42 angebracht ist, bilden einen Linearmotor 22. Der Radspindelstock 42 wird durch den Linearmotor 22 angetrieben und ist so gestützt, dass er entlang des Paares der X-Achsen-Führungsschienen 41a in der Richtung der Achse X (vertikale Richtung in 1) senkrecht zu der Richtung der Achse Z beweglich geführt wird. Der Betrieb des Linearmotors 22 wird auf der Basis einer Positionsinformation gesteuert, die durch einen linearen Maßstab (lineare Skala) mit einem (nicht gezeigten) Lesekopf gelesen wird.
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Eine Schleifradspindel 45 ist auf dem Radspindelstock 42 so gestützt, dass sie um die Achse Z drehbar ist. Das scheibenförmige Schleifrad 43 ist an einem Ende der Schleifradspindel 45 koaxial befestigt. Der Schleifraddrehmotor 44 ist an dem Radspindelstock 42 so fixiert, dass er mit der Schleifradspindel 45 koaxial ist. Das Schleifrad 43 wird durch den Schleifraddrehmotor 44 gedreht. Ein Schleifradspindelsensor 36 ist an dem Radspindelstock 42 so angeordnet, dass er der Schleifradspindel 45 zugewandt ist. Der Schleifradspindelsensor 36 ist ein bekannter Abstandssensor und dient als ein Versatzsensor, der den Versatz (Verschiebung) der Schleifradspindel 45 misst. Ein Phasensensor 37, der den Absolutwert eines Drehwinkels der Schleifradspindel 45 erfassen kann, kann an dem Radspindelstock 42 so vorgesehen sein, dass er koaxial mit der Schleifradspindel 45 ist. Der Phasensensor 37 kann beispielsweise eine kontaktfreie optische Kodiereinrichtung oder ein Potentiometer sein.
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Wie dies in den 1 und 2 gezeigt ist, hat eine hydrostatische Stützstruktur A die Steuereinheit 30, die Schleifradstützvorrichtung 40 mit der Basis 41 als einen fixierten Körper und dem Radspindelstock 42 als ein Bewegungskörper, die Pumpe 50 als eine Fluidliefereinheit, fixierte Drosselventile 69, die einen Strömungspfad eines Fluides zu einem fixierten Öffnungsbereich schmal gestalten (einengen), und variable Solenoiddrosselventile 60 als variable Strömungsrateneinheiten. Die hydrostatische Stützstruktur A ist ein Mechanismus, der den Radspindelstock 42 in Bezug auf die Basis 41 über Schmieröl als ein Fluid gleitfähig stützt.
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Wie dies in den 2 und 3 gezeigt ist, hat der Radspindelstock 42 eine erste und eine zweite horizontale Gleitfläche 42h-1 und 42h-2, die jeweils der ersten und zweiten horizontalen Führungsfläche 41h-1 und 41h-2 zugewandt sind, die die oberen Flächen des Paares der X-Achsen-Führungsschienen 41a definieren, die an der oberen Fläche der Basis 41 angeordnet sind, und eine erste und eine zweite vertikale Gleitfläche 42v-1 und 41v-2, die jeweils der ersten und zweiten vertikalen Führungsfläche 41v-1 und 41v-2 zugewandt sind, die die Innenseitenflächen des Paares der X-Achsen-Führungsschienen 41a definieren. Hydrostatische Taschen 42p, die jeweils eine vertiefte Form haben, sind ausgebildet, und zwar eine in der Nähe von jedem der entgegengesetzten Enden von jeder der Gleitflächen 42h-1, 42h-2, 42v-1 und 42v-2 in der Richtung der Achse X. Jede hydrostatische Tasche 42p hat eine Auslassöffnung 42o für Fluid an ihrem mit einer Vertiefung versehenen Boden. Jede Auslassöffnung 42o steht mit einem Fluidkanal so in Kommunikation, dass von dem fixierten Drosselventil 69 oder dem variablen Solenoiddrosselventil 60 geliefertes Fluid zu der entsprechenden hydrostatischen Tasche 42p herausströmt.
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Aufwärtsversatzsensoren 35 sind in der Nähe der jeweiligen hydrostatischen Taschen 42p-1, 42p-3, 42p-5 und 42p-7 in der horizontalen Gleitfläche 42h angeordnet. Jeder Aufwärtsversatzsensor 35 ist ein bekannter Abstandssensor und dient als ein Versatzsensor (Verschiebungssensor), der einen Abstand L zwischen der horizontalen Gleitfläche 42h und der horizontalen Führungsfläche 41h misst, d.h., eine Änderung im aufwärts gerichteten Versatz (aufwärts gerichtete Verschiebung) L der horizontalen Gleitfläche 42h von der horizontalen Führungsfläche 41h. Die hydrostatischen Taschen 42p sind mit Zusatzzahlen bezeichnet wie beispielsweise hydrostatische Taschen 42p-1 bis 42p-8, um sie voneinander zu unterscheiden.
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Ein Strömungspfad 53, der einen Fluidkanal ausbildet und zu den hydrostatischen Taschen 42p führt, ermöglicht eine Kommunikation zwischen der Pumpe 50 und den hydrostatischen Taschen 42p. Der Strömungspfad 53 umfasst einen gemeinsamen Strömungspfad 53a, der mit der Pumpe 50 in Kommunikation steht, und Verzweigungsströmungspfade 53b, 53c, 53d, 53e, 53f, 53g, 53h und 53i, die von dem gemeinsamen Strömungspfad 53a für die jeweiligen hydrostatischen Taschen 42p abzweigen und mit den jeweiligen hydrostatischen Taschen 42p in Kommunikation stehen. Die variablen Solenoiddrosselventile 60 sind in der Mitte des Weges der jeweiligen Verzweigungsströmungspfade 53b, 53f, 53e und 53i angeordnet, die zu den jeweiligen hydrostatischen Taschen 42p-1, 42p-3, 42p-5 und 42p-7 in der horizontalen Gleitfläche 42h führen. Die fixierten Drosselventile 69 sind in der Mitte des Weges der jeweiligen Verzweigungsströmungspfade 53c, 53g, 53d und 53h angeordnet, die zu den jeweiligen hydrostatischen Taschen 42p-2, 42p-4 und 42p-6 bis 42p-8 in der vertikalen Gleitfläche 42v führen.
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Die variablen Solenoiddrosselventile 60 sind mit der Steuereinheit 30 elektrisch verbunden und sind variable Drosseln, von denen die Drosselöffnungen D durch die Steuereinheit 30 gesteuert werden. Die variablen Solenoiddrosselventile 60 ändern die Drosselöffnungen D gemäß einem Befehl von der Steuereinheit 30 zum Ändern der Lieferströmungsraten zu den jeweiligen hydrostatischen Taschen 42p. Indem die Lieferströmungsraten zu den jeweiligen hydrostatischen Taschen 42p-1, 42p-3, 42p-5 und 42p-7 geändert werden, kann der Zwischenraum zwischen der horizontalen Führungsfläche 41h und der horizontalen Gleitfläche 42a in einem Bereich von beispielsweise einem 1 µm bis 30 µm geändert werden.
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Wie dies in 4 gezeigt ist, ist jedes variable Solenoiddrosselventil 60 eine variable Drosselvorrichtung der Membranart, die in einem Gehäuse 68 einen Strömungspfad 61, Einlassöffnungen 61a und 61b, eine Auslassöffnung 62, eine Membran 63, eine Fluidlieferkammer 64a, eine Fluidspeicherkammer 64b, einen Ventilsitz 65 und einen Schwingspulenmotor 70 (voice control motor) hat.
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Ein Vorsprung, der als der Ventilsitz 65 dient, ist an der unteren Mitte des Gehäuses 68 ausgebildet, und die Fluidlieferkammer 64a, die eine ringartige vertiefte Form hat, ist um den Ventilsitz 65 herum ausgebildet. Ein Strömungspfad 67, der mit den hydrostatischen Taschen 42p in Kommunikation steht, ist in dem Ventilsitz 65 ausgebildet. Die Fluidspeicherkammer 64b ist an dem oberen Abschnitt des Gehäuses 68 so ausgebildet, dass sie der Fluidlieferkammer 64a zugewandt ist. Die Fluidlieferkammer 64a und die Fluidspeicherkammer 64b haben jeweils die Einlassöffnungen 61a und 61b, die mit dem Strömungspfad 61 in Kommunikation stehen. Die Fluidlieferkammer 64a und die Fluidspeicherkammer 64b sind mit Fluid gefüllt, das von den jeweiligen Einlassöffnungen 61a und 61b geliefert wird, und sie werden bei einem Druck gehalten, der gleich dem Druck des gelieferten Fluides ist.
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Die Membran 63 wird an ihrem Außenumfang zwischen der Fluidlieferkammer 64a und der Fluidspeicherkammer 64b so gehalten, dass sie zwischen der Fluidlieferkammer 64a und der Fluidspeicherkammer 64b trennt, und sie hat eine untere Fläche, d.h., eine untere Seite (sh. 4), die dem Ventilsitz 65 bei einem dazwischen ausgebildeten vorbestimmten Zwischenraum zugewandt ist. Die Membran 63 ist ein elastisches Element, das aus Stahl oder einem äquivalenten Material hergestellt ist, und der zwischen der Membran 63 und dem Ventilsitz 65 definierte Zwischenraum ist die Drosselöffnung D. Ein Fluid von der Fluidlieferkammer 64a wird im Hinblick auf die Menge durch die Drosselöffnung D reguliert und strömt zu der hydrostatischen Tasche 42p heraus. Die Membran 63 kann sich verformen, um die Drosselöffnung D von einer minimalen Öffnung DL zu einer maximalen Öffnung DH zu ändern, und ihre Anfangsposition in einem unbelasteten Zustand ist auf die Zwischenposition zwischen der minimalen Öffnung DL und der maximalen Öffnung DH festgelegt.
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Der Schwingspulenmotor 70 hat einen Stator 81, der an dem oberen Abschnitt des Gehäuses 68 gestützt ist, und eine Bewegungseinrichtung 82, die relativ zu dem Stator 81 in der vertikalen Richtung von 4 bewegbar ist. Der Schwingspulenmotor 70 ist an dem Hauptkörper des variablen Solenoiddrosselventils 60 an dem oberen Abschnitt des Gehäuses 68 an der Seite gestützt, die zu dem Ventilsitz 65 in Bezug auf die Membran 63 entgegengesetzt ist.
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Der Stator 81 hat eine scheibenförmige Jochbasis 76, ein zylindrisches Außenjoch 75, das sich von dem Außenumfang der Jochbasis 76 erstreckt, und ein zylindrisches Mittenjoch 77, das an der Mitte der Jochbasis 76 angeordnet ist. Die Jochbasis 76, das Außenjoch 75 und das Mittenjoch 77 sind aus einem weichen magnetischen Material hergestellt und ermöglichen ein leichtes Hindurchtreten eines magnetischen Flusses.
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Ein ringartiger Dauermagnet 79 ist an der Innenumfangsseite des Außenjoches 75 fixiert. Der Dauermagnet 79 hat eine Innenumfangsseite, die zu einem Nordpol magnetisiert ist, und eine Außenumfangsseite, die zu einem Südpol magnetisiert ist. Es ist hierbei zu beachten, dass der Nordpol und der Südpol des Dauermagneten 79 umgekehrt werden können.
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Die Bewegungseinrichtung 82 hat einen zylindrischen Spulenkörper 73 und eine Schwingspule (voice coil) 71, die um den Außenumfang des Spulenkörpers 73 gewickelt ist. Die Schwingspule 71 ist um den Außenumfang des Mittenjochs 77 herum angeordnet. Das Mittenjoch 77 und der Spulenkörper 73 sind mit einem Zwischenraum zwischen ihnen so angeordnet, dass das Mittenjoch 77 und die Schwingspule 71 miteinander außer Kontakt sind.
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Eine scheibenförmige Spulenabdeckung 72 ist an einem Ende des Spulenkörpers 73 angebracht. Die Spulenabdeckung 72 hat eine Vielzahl an Durchgangslöchern 74, die sich in der axialen Richtung erstrecken. Die Spulenabdeckung 72 ist mit der Membran 63 über ein säulenförmiges Kupplungselement 80 gekuppelt. Der Spulenkörper 73 ist aus einem weichen magnetischen Material hergestellt, um ein leichtes Passieren eines magnetischen Flusses zu ermöglichen.
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Ein Deckel eines Kodiereinrichtungsgehäuses 25 ist an der Spulenabdeckung 72 angebracht. Eine Kodiereinrichtungsskala 28 ist an der Innenseite des Deckels des Kodiereinrichtungsgehäuses 25 fixiert.
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Der von dem Nordpol an der Innenseite des Dauermagneten 79 ausgegebene Magnetfluss tritt durch die Schwingspule 71, tritt dann durch den Spulenkörper 73, eine Gleitführung und das Mittenjoch 77 und kehrt zu dem Südpol an der Außenseite des Dauermagneten 79 über die Jochbasis 76 und das Außenjoch 75 zurück.
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Wenn in dieser magnetischen Schaltung eine elektrische Stromstärke auf die Schwingspule 71 aufgebracht wird, wird eine Axialkraft in entweder der nach oben oder nach unten weisenden Richtung in 4 in der Schwingspule 71 erzeugt. Wenn eine elektrische Stromstärke in der entgegengesetzten Richtung aufgebracht wird, wird eine Axialkraft in der anderen Richtung der nach oben und nach unten weisenden Richtung in 4 erzeugt.
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Bei diesem Aufbau wird die Bewegungseinrichtung 82 in der vertikalen Richtung angetrieben, so dass die mit der Bewegungseinrichtung 82 gekuppelte Membran 63 in der vertikalen Richtung versetzt (verschoben) wird. Die Membran 63 wird durch den Schwingspulenmotor 70 sanft (gleichmäßig) angetrieben, was es wenig wahrscheinlich gestaltet, dass eine mechanische Schwingung verursacht wird, wenn sich die Membran 63 verformt.
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Wenn eine elektrische Stromstärke auf den Schwingspulenmotor 70 im Ansprechen auf einen Befehl von der Steuereinheit 30 aufgebracht wird, wird die Position der Membran 63 so gesteuert, dass die Drosselöffnung D von der minimalen Öffnung DL zu der maximalen Öffnung DH geändert wird. In der hydrostatischen Stützstruktur A wird der Druck des durch die Pumpe 50 mit Druck beaufschlagten Fluides durch die fixierten Drosselventile 69 und die variablen Solenoiddrosselventile 60 reduziert, die in der Mitte des Weges der Verzweigungsströmungspfade 53b bis 53i angeordnet sind, und das Fluid wird zu den hydrostatischen Taschen 42p geliefert. Das zu den hydrostatischen Taschen 42p gelieferte Fluid bildet einen Fluidfilm mit einer vorbestimmten Dicke zwischen den Führungsflächen 41v und 41h und den Gleitflächen 42v und 42h, um die Gleitflächen 42v und 42h zu stützen. Der Fluidfilm wird dynamisch ausgebildet und wird dann zu einem Ablauf abgegeben. Dieser Prozess wird wiederholt, so dass ein Fluidfilm beibehalten bleibt.
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Nachstehend ist der Ablauf des Steuerprozesses, der durch die Steuereinheit 30 bei der Schleifvorrichtung 1 ausgeführt wird, unter Bezugnahme auf das Flussdiagramm von 5 beschrieben. Wie dies in 5 gezeigt ist, führt die Steuereinheit 30 einen Betriebsvorbereitungsstartprozess bei Schritt 1 (nachstehend als S1 abgekürzt, das gleiche gilt für die anderen Schritte) aus. Anschließend bestimmt die Steuereinheit 30 bei S2, ob die Betriebsvorbereitung vollendet ist. Wenn die Betriebsvorbereitung nicht vollendet ist (S2: Nein), wird S2 wiederholt. Wenn die Betriebsvorbereitung vollendet ist (S2: Ja), führt die Steuereinheit 30 die Erfassung mit den Sensoren bei S3 aus.
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Genauer gesagt erfasst bei der Erfassung mit den Sensoren bei S3 der Phasensensor 37 mit der kontaktfreien optischen Drehkodiereinrichtung eine Drehphase der Schleifradspindel 45. Jeder der Aufwärtsversatzsensoren 35, die als Abstandssensoren in der Nähe der hydrostatischen Taschen 42p-1, 42p-3, 42p-5 und 42p-7 vorgesehen sind, erfasst einen Versatz (eine Änderung bei der nach oben gerichteten Verschiebung) der horizontalen Gleitfläche 42h von der horizontalen Führungsfläche 41h. Außerdem erfasst der Schleifradspindelsensor 36, der der Schleifradspindel 45 zugewandt ist und als ein Abstandssensor dient, eine Verschiebung (Versatz) der Schleifradspindel 45.
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Anschließend berechnet die Steuereinheit 30 eine Unwuchtphase und einen Unwuchtbetrag bei S4. Das heißt, die Steuereinheit 30 berechnet die Unwuchtphase und den Unwuchtbetrag des Schleifrades 43 auf der Basis des Erfassungsergebnisses des Phasensensors 37 und des Erfassungsergebnisses des Schleifradspindelsensors 36. Nachstehend ist die Unwuchtphase und ist der Unwuchtbetrag unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. Die Schleifradspindel 45 dreht sich aus dem Gleichgewicht heraus aufgrund der Massenunwucht des Schleifrades 43. In der graphischen Darstellung von 6 repräsentiert die horizontale Achse die Phase des Schleifrades 45, die durch den Phasensensor 37 erfasst wird, und die vertikale Achse repräsentiert den vertikalen Versatz des Schleifrades 43, der durch den Schleifradspindelsensor 36 gemessen wird. Das Abgabesignal des Schleifradspindelsensors 36 variiert zwischen dem maximalen Wert und dem minimalen Wert gemäß der Phase, die von 0° bis 360° reicht. Eine Unwuchtphase θ ist die Phase, die den maximalen Wert des Abgabesignals des Schleifradspindelsensors 36 entspricht. Eine Differenz Δ zwischen dem maximalen Wert und dem minimalen Wert des Abgabesignals wird als ein Unwuchtbetrag bezeichnet.
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Dann bestimmt bei S5 die Steuereinheit 30, ob der Unwuchtbetrag Δ in einem zulässigen Bereich ist. Das heißt, die Steuereinheit 30 bestimmt, ob der Unwuchtbetrag Δ in dem Bereich zwischen dem oberen Grenzwert und dem unteren Grenzwert des zulässigen Bereiches ist, der bei einem Sollwert des Abgabesignals des Schleifradspindelsensors 36 gemittelt ist. Wenn der Unwuchtbetrag Δ nicht in dem zulässigen Bereich ist (S5: Nein), bringt die Steuereinheit 30 ein Strömungsrateneinstellmuster in S6 auf einen neuesten Stand (Update).
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Beim Update des Strömungsrateneinstellmusters in S6 bringt die Steuereinheit 30 das Strömungsratenmuster für jede der hydrostatischen Taschen 42p-1, 42p-3, 42p-5 und 42p-7 derart auf den neuesten Stand (Update), dass die Strömungsrate um eine vorbestimmte Rate bei der Unwuchtphase θ° reduziert wird und um eine vorbestimmte Rate bei der Unwuchtphase θ + 180° verringert wird, um so eine Änderung bei nach oben gerichtetem Versatz aufzuheben, und zwar auf der Basis des Erfassungsergebnisses des Aufwärtsversatzsensors 35, und sie steuert das entsprechende variable Solenoiddrosselventil 60.
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Nachstehend ist ein Beispiel zum Verringern der Schwingung durch ein Einstellen der Strömungsrate der hydrostatischen Tasche 42p unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. In der oberen graphischen Darstellung von 7 repräsentiert die vertikale Achse das Abgabesignal des Aufwärtsversatzsensors 35; repräsentiert die horizontale Achse die Phase der Schleifradspindel 45; repräsentiert die dünne durchgehende Linie das Sensorabgabesignal vor der Einstellung der Strömungsrate; und repräsentiert die dicke durchgehende Linie das Sensorabgabesignal nach der Einstellung der Strömungsrate. In der unteren graphischen Darstellung in 7 repräsentiert die vertikale Achse die Strömungsrate des Fluides, das von dem variablen Solenoiddrosselventil 60 zu der hydrostatischen Tasche 42p geliefert wird; repräsentiert die horizontale Achse die Phase der Schleifradspindel 45; repräsentiert die dünne durchgehende Linie die Strömungsrate vor der Einstellung der Strömungsrate; und repräsentiert die dicke durchgehende Linie die Strömungsrate nach der Einstellung, d.h., das Strömungsrateneinstellmuster.
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Wenn die Strömungsrate zu der hydrostatischen Tasche 42p vor der Strömungsrateneinstellung konstant ist, wie dies durch die dünne durchgehende Linie in der unteren graphischen Darstellung von 7 gezeigt ist, schwankt das Abgabesignal des Aufwärtsversatzsensors 35 in starkem Maße, wie dies durch die dünne durchgehende Linie in der oberen graphischen Darstellung gezeigt ist. Genauer gesagt nimmt das Abgabesignal so zu, dass es den oberen Grenzwert des zulässigen Bereiches überschreitet, und nimmt so ab, dass es bis unterhalb des unteren Grenzwertes des zulässigen Bereiches abfällt. Im Ansprechen auf einen derartigen Anfangszustand steuert die Steuereinheit 30 das variable Solenoiddrosselventil 60 so, dass die Strömungsrate reduziert wird, wenn das Abgabesignal des Aufwärtsversatzsensors 35 zunimmt, und die Strömungsrate wird bei Abnahme des Abgabesignals auf der Basis des Strömungsrateneinstellmusters erhöht, das durch die dicke durchgehende Linie in der unteren graphischen Darstellung von 7 gezeigt ist. Somit wird, wie dies durch die dicke durchgehende Linie in der oberen graphischen Darstellung von 7 gezeigt ist, die Schwankung des Abgabesignals des Aufwärtsversatzsensors 35 so reduziert, dass das Abgabesignal in dem Bereich zwischen dem oberen Grenzwert und dem unteren Grenzwert des zulässigen Bereiches schwankt. Das heißt, die Schwingung des Schleifrades 43 wird reduziert.
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Dann kehrt der Prozess zu S3 zurück. Die Steuereinheit 30 führt erneut eine Erfassung mit den Sensoren bei S3 aus, und berechnet die Unwuchtphase und den Unwuchtbetrag bei S4. Wenn der Unwuchtbetrag Δ nicht in dem zulässigen Bereich ist (S5: Nein), führt die Steuereinheit 30 erneut ein Update des Strömungsrateneinstellmusters bei S6 durch. Beispielsweise ändert die Steuereinheit 30 den Betrag, um den die Strömungsrate bei dem Strömungsrateneinstellmuster erhöht oder reduziert wird, und verschiebt die Phase um einen vorbestimmten Winkel.
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Wenn der Unwuchtbetrag Δ in dem zulässigen Bereich in S5 ist (S5: Ja), bestimmt die Steuereinheit 30 das Strömungsrateneinstellmuster bei S7. Das heißt, die Steuereinheit 30 bestimmt den Inhalt des gegenwärtigen Strömungsrateneinstellmusters als den Inhalt des Strömungsrateneinstellmusters für den nächsten auszuführenden Bearbeitungsvorgang.
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Anschließend bestimmt die Steuereinheit 30 bei S8, ob das Bearbeiten gestartet werden soll. Wenn das Bearbeiten gestartet werden soll (S8: Ja), d.h., wenn eine Taste betätigt wird, um einen Befehl zum Starten des Bearbeitens auszugeben, wird das Bearbeiten bei dem Werkstück W in S9 ausgeführt. Bei S9 wird das Bearbeiten bei dem Werkstück W ausgeführt, während jedes variable Solenoiddrosselventil 60 auf der Basis des bei S7 bestimmten Strömungsratenmusters gesteuert wird. Wenn das Bearbeiten des Werkstücks W vollendet ist, kehrt der Prozess zu S3 zurück. Somit werden die Betriebsvorgänge von dem Erfassen mit den Sensoren bei S3 bis zu dem Bestimmen der Strömungsrateneinstellung bei S7 während der zur Verfügung stehenden Zeit vor dem Bearbeiten des nächsten Werkstückes ausgeführt.
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Wenn andererseits das Bearbeiten nicht gestartet werden soll (S8: Nein), bestimmt die Steuereinheit 30 bei S10, ob ein Notfallstopp angefordert wird. Wenn ein Notfallstopp nicht angefordert wird (S10: Nein), kehrt der Prozess zu S8 zurück. Wenn ein Notfallstopp angefordert wird (S10: Ja), wird ein Notfallstopp bei S11 ausgeführt, und dann endet diese Routine.
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Gemäß der Schleifvorrichtung 1 steuert in der hydrostatischen Stützstruktur A, die die Vielzahl an hydrostatischen Taschen 42p in der horizontalen Gleitfläche 42h hat und die gleitfähig den Radspindelstock 42 stützt durch Liefern eines Fluides von der Pumpe 50 zu den jeweiligen hydrostatischen Taschen 42p, die Steuereinheit 30 die variablen Solenoiddrosselventile 60, die als variable Strömungsrateneinheiten dienen, um die Strömungsraten des Fluides zu den jeweiligen hydrostatischen Taschen 42p einzustellen, wodurch der vertikale Schwingungsbetrag des Schleifrades 43 reduziert wird, der durch die Aufwärtsversatzsensoren 35 und den Schleifradspindelsensor 36 gemessen wird, die als Schwingungsbetragsensoren dienen. Demgemäß kann eine Schwingung mit einem einfachen Aufbau unter Verwendung der hydrostatischen Stützstruktur A reduziert werden. Insbesondere kann im Vergleich zu dem Aufbau des Standes der Technik, der einen automatischen Auswuchter anwendet, die Größe und das Gewicht der Vorrichtung verringert werden.
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Des Weiteren ist der Phasensensor 37 vorgesehen, der die Phase des Schleifrades 43 erfasst. Die Steuereinheit 30 führt den Betrieb bei S4 als die Unwuchtberechnungseinheit aus, die die Unwuchtphase θ° und den Unwuchtbetrag Δ des Schleifrades 43 auf der Basis des Abgabesignals des Phasensensors 37 und der Abgabesignale der Aufwärtsversatzsensoren 35 und des Schleifradspindelsensors 36 berechnet, die als die Versatzsensoren dienen. Die Steuereinheit 30 steuert außerdem die variablen Solenoiddrosselventile 60 auf der Basis der Unwuchtphase θ°, des Unwuchtbetrages Δ und der Phase des Schleifrades 43. Demgemäß können die Strömungsraten des Fluides zu den jeweiligen hydrostatischen Taschen 42p eingestellt werden, indem die variablen Solenoiddrosselventile 60 so gesteuert werden, dass die Schwingung aufgehoben wird, die durch die Massenunwucht des Schleifrades 43 bewirkt wird.
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Der Schleifradspindelsensor 36, der den vertikalen Versatz der Schleifradspindel 45 misst, die das Schleifrad 43 stützt, ist als ein Versatzsensor vorgesehen, der den Versatz des Schleifrades 43 misst. Daher kann die Schwingung reduziert werden, indem die Strömungsrate eingestellt wird auf der Basis des Ergebnisses einer direkten Messung der Schwingung in der Nähe des Schleifrades 43, die die Unwucht bewirkt. Des Weiteren sind die Aufwärtsversatzsensoren 35 vorgesehen, die in der Nähe der jeweiligen hydrostatischen Taschen 42p-1, 42p-3, 42p-5 und 42p-7 angeordnet sind und eine Änderung bei dem nach oben gerichteten Versatz der horizontalen Gleitfläche 42h von der horizontalen Führungsfläche 41h messen. Daher können die variablen Solenoiddrosselventile 60 entsprechend den hydrostatischen Taschen 42p auf der Basis des Ergebnisses des direkten Messens der Schwingung in der Nähe der hydrostatischen Taschen 42p wahlweise gesteuert werden, für die die Strömungsraten eingestellt werden, und die Schwingung kann effektiv reduziert werden.
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Die Steuereinheit 30 bestimmt das Strömungsrateneinstellmuster für jedes variable Solenoiddrosselventil 60 für die entsprechende hydrostatische Tasche 42p (sh. S7) vor dem Starten eines Bearbeitungsvorgangs für das Werkstück W, und sie führt den Bearbeitungsvorgang aus, während das variable Solenoiddrosselventil 60 auf der Basis des Strömungsrateneinstellmusters gesteuert wird (S9). Demgemäß ist es möglich, das Strömungsrateneinstellmuster für das Verringern der Schwingung zu bestimmen, indem die Intervallzeit zwischen den Bearbeitungsvorgängen in der Schleifvorrichtung 1 genutzt wird und dann ein Bearbeitungsvorgang ausgeführt wird, während die Schwingung reduziert wird.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebe Ausführungsbeispiel beschränkt, und Variationen und Abwandlungen können ohne Abweichen vom Umfang der vorliegenden Erfindung gemacht werden.
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Die Anzahl und die Anordnung der hydrostatischen Taschen 42p und der variablen Solenoiddrosselventile 60 im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel sind lediglich beispielartig und können wunschgemäß geändert werden.
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Im vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel sind zwei Arten an Sensoren, d.h., der Aufwärtsversatzsensor 35 und der Schleifradspindelsensor 36, als Versatzsensoren vorgesehen, um den vertikalen Versatz des Schleifrades 43 zu messen. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, und lediglich eine der beiden Arten an Sensoren kann vorgesehen sein. Alternativ kann ein Beschleunigungssensor anstelle des Versatzsensors zum Messen des vertikalen Versatzes des Schleifrades 43 angewendet werden. Der Beschleunigungssensor kann den Abstand berechnen, indem das Abgabesignal zweimal integriert wird. Das heißt, ein beliebiger Sensor kann angewendet werden, der als ein Schwingungsbetragsensor dient und der dazu in der Lage ist, den vertikalen Schwingungsbetrag des Schleifrades zu messen.
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In der Schleifvorrichtung 1 sind eine Vielzahl an hydrostatischen Taschen 42p in der horizontalen Gleitfläche 42h so angeordnet, dass sie eine hydrostatische Stützstruktur ausbilden, die gleitfähig den Radspindelstock 42 stützt, indem ein Fluid zu den jeweiligen hydrostatischen Taschen 42p von der Pumpe 50 geliefert wird. Die Schleifvorrichtung 1 hat Aufwärtsversatzsensoren 35 und den Schleifradspindelsensor 36, die einen Vertikalschwingungsbetrag des Schleifrades 43 messen, das variable Solenoiddrosselventil 60, das eine Strömungsrate eines Fluides ändert, das von der Pumpe 50 zu den hydrostatischen Taschen 42p geliefert wird, und die Steuereinheit 30, die das variable Solenoiddrosselventil 60 so steuert, dass die Strömungsrate des Fluides zu den hydrostatischen Taschen 42p so eingestellt wird, dass der Vertikalschwingungsbetrag des Schleifrades 43 reduziert wird, der durch die Aufwärtsversatzsensoren 35 und den Schleifradspindelsensor 36 gemessen wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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