JP2001269864A - 半径測定式定寸装置を備えた工作機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半径測定式定寸装置を備えた工作機械におい
て、工具による加工を中断せずに測定ヘッドによる検出
を行って、加工サイクルタイムを短縮させる。 【解決手段】 回転しているワークＷの円筒部Ｗａに向
けて工具１６を送り込んで同円筒部Ｗａを加工するとと
もに、半径測定式定寸装置Ｓの測定ヘッド３０を径方向
の一方から円筒部に当接してその径を測定する。測定ヘ
ッドは加工がなされている円筒部に常に当接されてその
径を検出し、検出された径の測定データは所定の測定時
間間隔で記憶手段に記憶され、この測定データと予め設
定された径データとを比較して工具の送り速度を制御す
る。記憶手段に蓄積された各測定データは、測定時間間
隔よりも大きい演算時間間隔ごとに平均値が演算され、
この平均値と予め設定された径データとを比較して工具
の送り速度を制御するようにしてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転しているワー
クの円筒部を加工するとともに、その円筒部に測定ヘッ
ドを当接してその径を測定する半径測定式定寸装置を備
えた工作機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の工作機械としては、例えば図７
に示すような円筒研削盤がある。この円筒研削盤は、測
定棒２の先端にＶブロック３を固定し、このＶブロック
３の間から進退自在に突出するプローブ４を設けてなる
測定ヘッド１を備えている。この円筒研削盤では、加工
中に円筒部Ｗａを研削する砥石車５のＸ方向送りを一旦
停止させ、この円筒部Ｗａに径方向の一方から測定ヘッ
ド１のＶブロック３を当接し、プローブ４の先端を弾性
的に当接させて円筒部Ｗａの径を測定している。そして
この測定データに基づいて砥石車５の送り速度を切り換
えて、粗研削、精研削、微研削を行い、所定の研削終了
径となれば研削を終了するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術の円
筒研削盤では、円筒部Ｗａの径の測定の都度、砥石車５
の送りを一旦停止させて研削を中断し、円筒部Ｗａを真
円化させてから測定ヘッド１による測定を行っているの
で、１個の工作物を研削するのに要する加工サイクルタ
イムが長くなるという問題がある。本発明はこのような
問題を解決することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】このために、本発明の請
求項１による半径測定式定寸装置を備えた工作機械は、
回転しているワークの円筒部に向けて工具を送り込んで
同円筒部を加工するとともに、円筒部に径方向の一方か
ら測定ヘッドを当接して同円筒部の径を測定する半径測
定式定寸装置を備えた工作機械において、加工がなされ
ている円筒部に常に当接されてその径を検出する測定ヘ
ッドと、この測定ヘッドにより検出された径の測定デー
タを所定の測定時間間隔で記憶手段に記憶させる測定制
御手段と、測定データと予め設定された径データとを比
較して工具の送り速度を制御する送り制御手段を備えた
ことを特徴とするものである。

【０００５】請求項１の発明は、請求項２に示すよう
に、所定の測定時間間隔よりも大きい所定の演算時間間
隔ごとに同演算時間間隔の間に記憶手段内に蓄積された
各測定データの平均値を演算する演算手段をさらに備
え、送り制御手段は演算手段による平均値と予め設定さ
れた径データとを比較して工具の送り速度を制御するよ
うにすることが好ましい。

【０００６】また請求項１または請求項２の発明は、請
求項３に示すように、工具は回転している砥石車であ
り、送り制御手段は砥石車の送り速度を、円筒部の研削
開始時期には所定の粗研削送り速度とし、測定データま
たは平均値が所定の精研削開始径に達した後は所定の精
研削送り速度とし、測定データまたは平均値が所定の微
研削開始径に達した後は所定の微研削送り速度とし、測
定データまたは平均値が所定の研削終了径に達した後は
０とし、所定時間経過後に砥石車を後退させるようにす
ることが好ましい。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下に図１〜図６にに示す実施の
形態により、本発明の説明をする。この実施の形態は、
クランク軸のクランクピン部を研削する円筒研削盤に本
発明を適用したものである。

【０００８】図１に示すように、円筒研削盤のベッド１
０上には、Ｘ方向に往復動可能に砥石台１１が案内支持
され、その底部に固定されたナット１３は、軸受（図示
省略）を介してベッド１０に対し回転のみ可能に支持さ
れた送りねじ１２と螺合されている。砥石台１１は送り
ねじ１２を回転駆動するＸ軸サーボモータ１４によりＸ
方向に往復移動され、その移動量はＸ軸サーボモータ１
４のエンコーダ１４ａにより検出される。砥石台１１に
は、Ｘ方向と直交する水平な回転軸線Ｏ３回りに回転自
在に砥石車（工具）１６が軸承され、砥石モータ（図示
省略）により回転駆動される。砥石車１６は、円盤状基
板の外周に厚さ５〜１０ｍｍ程度の超砥粒層を接着した
もので、超砥粒層はダイヤモンドなどの砥粒、好適には
ＣＢＮ砥粒を例えばビトリファイドボンドで結合したも
のである。

【０００９】砥石車１６と対向するベッド１０上には、
クランク軸（工作物）Ｗが支持されている。図３に示す
ように、クランク軸Ｗはその両端に位置するジャーナル
部Ｗｂの回転軸線Ｏ２が砥石車１６の回転軸線Ｏ３と平
行となるように、ベッド１０上に設けた主軸台および心
押台（何れも図示省略）により支持され、主軸台に設け
た主軸サーボモータ１５（図２参照）により回転駆動さ
れる。クランク軸Ｗの中間部に位置するクランクピン部
（円筒部）Ｗａの中心軸心Ｏ１はジャーナル部Ｗｂの回
転軸線Ｏ２に対し平行に偏心している。なお、１個のク
ランク軸Ｗに対するクランクピン部Ｗａは複数箇所であ
っても差し支えない。

【００１０】主軸サーボモータ１５を作動させれば、ク
ランク軸Ｗの回転にともないクランクピン部Ｗａはジャ
ーナル部Ｗｂの回転軸線Ｏ２を中心として周回運動し、
砥石台１１は砥石車１６の回転軸線Ｏ３とクランクピン
部Ｗａの中心軸心Ｏ１の距離が一定となるように、数値
制御装置４０のＣＰＵ４１（図２参照）により制御され
るＸ軸サーボモータ１４により、クランクピン部Ｗａの
周回運動と同期して往復動される。すなわち、図３に示
すように、クランク軸Ｗが回転軸線Ｏ２回りに回転して
クランクピン部Ｗａが実線の位置（中心軸心はＯ１）か
ら二点鎖線ＷａＡ(中心軸線はＯ１Ａ)の位置まで移動す
れば、砥石車１６は実線の位置（回転軸線はＯ３）から
二点鎖線１６ａ（回転軸線はＯ３Ａ）の位置まで移動
し、中心軸心Ｏ１と回転軸線Ｏ３の間の距離は一定であ
る。Ｘ軸サーボモータ１４は、この往復動に重合して砥
石台１１にクランク軸Ｗに向かう切込み送り（後述）を
与えて、砥石車１６によりクランクピン部Ｗａを研削す
る。

【００１１】またこの実施の形態の円筒研削盤は、図１
に示すように、クランクピン部Ｗａに対し径方向の一方
から当接される馬乗りゲージ式の測定ヘッド３０を有す
る半径測定式の定寸装置Ｓが、砥石台１１の上に設けら
れている。砥石台１１上に固定した支持台１７には、砥
石車１６の回転軸線Ｏ３と平行な軸線を有する枢支軸２
５を介して回動部材２０が支持されている。この回動部
材２０に基端部が固定されてクランク軸Ｗ側に向かって
延びる第１アーム２１の先端部には、枢支軸２５と平行
な枢支軸２６を介して、測定ヘッド３０を取り付ける第
２アーム２２の基端部が連結されている。第１アーム２
１の先端部下側には、第２アーム２２の下向きの回動を
制限する突起２４ａを設けた支持片２４が固定されてい
る。また回動部材２０の上部後側には上方に延びる操作
片２３が固定されている。

【００１２】測定ヘッド３０は、第２アーム２２の先端
部に直交して取り付けられて下方に延びる測定棒３１
と、その下端に固定されたＶブロック３２を備えてお
り、Ｖブロック３２の下側にＶ形に配置された１対の当
接面３２ａはクランクピン部Ｗａの外周面と同時に当接
可能である。Ｖブロック３２の両当接面３２ａの間から
下方に向かって突出するプローブ３３は進退自在であ
り、その最突出位置に弾性的に付勢されている。この測
定ヘッド３０は、各当接面３２ａをクランクピン部Ｗａ
の外周面に同時に当接させた状態で、この外周面にプロ
ーブ３３の先端を弾性的に当接させてプローブ３３の進
退量に基づき、この外周面の径を検出して電気信号とし
て出力するものである。Ｖブロック３２の前側となる一
側には、後述するように定寸装置Ｓが休止位置から測定
位置に移動する際に、Ｖブロック３２の両当接面３２ａ
がクランクピン部Ｗａと確実に係合するように案内する
ガイド部材３４が固定されている。

【００１３】また砥石台１１上に固定されて立ち上がる
支持部材１８の上部には、定寸装置Ｓを二点鎖線で示す
休止位置と、実線で示す測定位置の間で移動させる油圧
シリンダ２７が取り付けられている。Ｘ方向に沿って設
けられた油圧シリンダ２７から後方に突出するピストン
ロッド２７ａの先端は操作片２３の前面と当接可能であ
る。休止位置では油圧シリンダ２７のピストンロッド２
７ａは最突出位置にあり、操作片２３の前面に当接して
回動部材２０を時計回転方向に回動させ、定寸装置Ｓを
二点鎖線で示す休止位置とする。この状態では測定ヘッ
ド３０を取り付ける第２アーム２２は、支持片２４の突
起２４ａと当接してほゞ水平に支持される。

【００１４】測定位置では油圧シリンダ２７のピストン
ロッド２７ａは最後退位置となってその先端は操作片２
３の前面から離れ、実線に示すように第１アーム２１は
自重により反時計回転方向に回動され、第２アーム２２
は支持片２４の突起２４ａから離れ、第２アーム２２に
取り付けられれた測定ヘッド３０のＶブロック３２の両
当接面３２ａはクランクピン部Ｗａと係合して、プロー
ブ３３によりクランクピン部Ｗａの外周面の径を測定す
る。この状態でクランク軸Ｗが回転してクランクピン部
Ｗａがジャーナル部Ｗｂの回転軸線Ｏ２回りに周回運動
しても、重力により両当接面３２ａがクランクピン部Ｗ
ａの外周面に係合しているＶブロック３２は、第１およ
び第２アーム２１，２２の揺動によりクランクピン部Ｗ
ａに追随して移動してクランクピン部Ｗａとの係合が離
れることはなく、クランクピン部Ｗａの径の測定は連続
して行われる。

【００１５】次に、図２により、この円筒研削盤の作動
を制御する制御システムの説明をする。この制御システ
ムの数値制御装置４０は、中央処理装置（ＣＰＵ）４
１、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）４３および書込み可能
メモリ（ＲＡＭ）４４をバス４２を介して相互に接続し
て構成されている。ＣＰＵ４１はインターフェイス４７
を介してＸ軸サーボモータ駆動回路４８および主軸サー
ボモータ駆動回路４９に接続され、各駆動回路４８，４
９はそれぞれＸ軸サーボモータ１４および主軸サーボモ
ータ１５を駆動し、各サーボモータ１４，１５の回転は
エンコーダ１４ａ，１５ａにより検出されて各駆動回路
４８，４９にフィードバックされるようになっている。

【００１６】上述したバス４２には、インターフェイス
４６を介して、テンキー４５ａ、ＣＲＴモニタ４５ｂ、
スイッチおよびパイロットランプなどを備えた入出力装
置４５が接続され、インターフェイス５０を介して前述
した定寸装置Ｓが接続され、またインターフェイス５２
を介してシーケンスコントローラ５１が接続されてい
る。ＲＯＭ４３にはシステム制御プログラムなどが記憶
されている。ＲＡＭ４４には、前述のようにクランクピ
ン部Ｗａの周回運動と同期して砥石台１１を往復動させ
る制御プログラムなどが記憶され、また測定ヘッド３０
により検出された測定データを記憶する定寸データエリ
アおよび、測定開始径、精研削開始径、微研削開始径、
研削終了径などの設定値を記憶する領域などが設けられ
ている。シーケンスコントローラ５１は、前述した油圧
シリンダ２７を制御して、定寸装置Ｓを休止位置と測定
位置の間で移動させるものである。特許請求の範囲との
関連において、ＣＰＵ４１、ＲＯＭ４３およびＲＡＭ４
４の一部が、測定制御手段、送り制御手段、演算手段お
よび記憶手段を構成している。

【００１７】次にこの実施の形態の作動を図４〜図６に
より説明する。 数値制御装置４０のＣＰＵ４１は、図
５のフローチャートによる加工フローと、図６のフロー
チャートによるによる定寸フローとを並行して実行す
る。

【００１８】先ず図５のフローチャートにより、加工の
全体の流れを説明する。入出力装置４５から研削開始の
指令が与えられれば、ＣＰＵ４１は主軸サーボモータ１
５を作動させてクランク軸Ｗを回転させ（回転速度は例
えば３０ｒｐｍ）、Ｘ軸サーボモータ１４を作動させ
て、前述のように砥石台１１をクランクピン部Ｗａの周
回運動と同期して往復動させ、この往復動と重合して砥
石台１１にクランク軸Ｗに対する所定の切込み送り速度
（後述）を与えて（ステップ１０１）、砥石車１６によ
るクランクピン部Ｗａの研削を開始する。次いでＣＰＵ
４１は、所定時間（演算時間間隔）が経過してクランク
軸Ｗがｎ回転したか否かを判断し（ステップ１０２）、
ｎ回転するまではそのまま、またｎ回転すればクランク
軸Ｗがｎ回転したことを知らせる信号を所定のバッファ
に出力して（ステップ１０３）制御動作をステップ１０
４に進める。ＣＰＵ４１は、ステップ１０４では、定寸
フローの実行結果より与えられる測定データの平均値の
判定結果に基づき、クランク軸Ｗに対する砥石台１１の
切込み送り速度（後述）を設定し、クランクピン部Ｗａ
が所定の研削終了径となって研削を終了する（ステップ
１０５）までは以上の動作を繰り返す。

【００１９】ステップ１０１の切込み速度は、加工開始
時は早送り速度であり、砥石車１６が所定距離までクラ
ンクピン部Ｗａに接近した後は粗研削送り速度であり、
その後はステップ１０４により設定された送り速度であ
る（図４参照）。

【００２０】次に図６のフローチャートにより、定寸動
作の流れを説明する。この定寸動作は、粗研削送り状態
で砥石車１６がクランクピン部Ｗａに達して粗研削が開
始される位置を越えたところ（図４の測定開始径Ｓ０と
なった時点）から開始され、前述した演算時間間隔より
短い所定時間間隔（測定時間間隔）（例えば５ミリ秒）
毎に繰り返して実行される。ＣＰＵ４１は、先ず測定ヘ
ッド３０により検出された定寸測定データを読みとって
これをＲＡＭ４４内の定寸データバッファ（記憶手段）
に格納し（ステップ２０１）、図５のステップ１０３の
出力先のバッファにｎ回転した旨の信号が入力されてい
れば制御動作をステップ２０３に進め、いなければ図６
のフローチャートの動作を一旦終了する（ステップ２０
２）。ステップ２０３に進んだ場合は、ＣＰＵ４１はｎ
回転した旨の信号をクリヤし、定寸データバッファから
それまでに蓄積された各測定データを取り出して、その
平均値Ｄｍを演算した後、定寸データバッファ内の各測
定データをクリヤする（ステップ２０３，２０４，２０
５）。

【００２１】次いでＣＰＵ４１は、Ｄｍ≦Ｓ１ or Ｓ２
or Ｓ３であるか否かを判断し（ステップ２０６）、Ｄ
ｍ≦Ｓ１ or Ｓ２ or Ｓ３でなければ図６のフローチャ
ートの動作を一旦終了する。なおＳ１は粗研削から精研
削に切り換える際の精研削開始径であり、Ｓ２は精研削
から微研削に切り換える際の微研削開始径であり、Ｓ３
は研削終了径である（図４参照）。Ｄｍ≦Ｓ１ or Ｓ２
or Ｓ３であれば、ＣＰＵ４１はさらに平均値Ｄｍの値
に基づき、砥石台１１の切込み送り速度を次のように切
り換える。すなわち、粗研削状態においてＤｍ≦Ｓ１と
なれば切込み送り速度を粗研削送り速度から精研削送り
速度に切り換え（ステップ２１０，２１１）、精研削状
態においてＤｍ≦Ｓ２となれば切込み送り速度を精研削
送り速度から微研削送り速度に切り換え（ステップ２２
０，２２１）、微研削状態においてＤｍ≦Ｓ３となれば
切込み送り速度を０として所定時間のスパークアウト行
ってから砥石台１１を所定の後退速度で後退させる（ス
テップ２３０，２３１）。

【００２２】以上により砥石車１６は、図４に示すよう
に、加工開始時は早送り速度でクランクピン部Ｗａに接
近し、所定距離までクランクピン部Ｗａに接近すれば粗
研削送り速度となってからクランクピン部Ｗａに当接し
て粗研削を行い、測定ヘッド３０により検出されるクラ
ンクピン部Ｗａの径が減少して精研削開始径Ｓ１に達す
れば精研削送りとなって精研削を行い、引き続き検出さ
れるクランクピン部Ｗａの径がさらに減少して微研削開
始径Ｓ２に達すれば微研削送りとなって微研削を行い、
引き続き検出されるクランクピン部Ｗａの径がさらに減
少して研削終了径Ｓ３に達すれば切込み送り速度を０と
して所定時間のスパークアウト行ってから所定の後退速
度で後退して、クランク軸Ｗのクランクピン部Ｗａの研
削加工を終了する。

【００２３】上述した実施の形態では、砥石台１１の切
込み送りは研削加工の間中連続して与えられ、研削を中
断することなく測定ヘッド３０によるクランクピン部Ｗ
ａの径の検出を行っているので、１個の工作物を研削す
るのに要する加工サイクルタイムが短縮され、加工能率
は向上する。また上述した実施の形態では、クランク軸
Ｗがｎ回転する所定の期間中に定寸データバッファ内に
蓄積された各測定データの平均値を演算しているので、
個々の測定データの誤差は相殺されてなくなるので測定
結果の精度は向上し、この平均値を予め設定された各段
階の研削開始径Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３と比較して工具１６の
送り速度を制御しているので、制御の精度も向上する。

【００２４】上記実施の形態ではクランク軸のクランク
ピン部の研削する円筒研削盤に本発明を適用した場合に
つき説明したが、本発明は偏心部のない軸の円筒部を研
削する円筒研削盤にも適用できるし、また偏心している
または偏心していない円筒部を加工する円筒研削盤以外
の工作機械に適用することもできる。またこの実施の形
態では定寸装置Ｓを砥石台１１上に設けたが、砥石台１
１とは別の場所に定寸装置を設けてもよい。

【００２５】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、加工がなされ
ている円筒部に常に当接された測定ヘッドにより検出さ
れた測定データを所定の測定時間間隔で記憶手段に記憶
させ、この測定データと予め設定された径データとを比
較して工具の送り速度を制御しており、円筒部の径の測
定の都度、工具の送り一旦停止させて加工を中断する必
要はないので、１個の工作物を加工するのに要する加工
サイクルタイムが短縮され、加工能率を向上させること
ができる。

【００２６】請求項２の発明によれば、所定の演算時間
間隔の間に記憶手段内に蓄積された各測定データの平均
値を演算し、これを予め設定された径データと比較して
工具の送り速度を制御しているが、各測定データを平均
化することにより個々の測定データの誤差は相殺されて
なくなるので測定結果の精度は向上する。従って請求項
１の発明の各効果に加えて、工具の送り速度の制御の精
度を向上させることができる。

【００２７】また請求項３の発明によれば、粗研削送り
速度による粗研削、精研削送り速度による精研削および
微研削送り速度による微研削を行う円筒研削盤におい
て、請求項１および請求項２と同様な効果を得ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による半径測定式定寸装置を備えた工
作機械を円筒研削盤に適用した一実施形態の要部の構造
を示す側面図である。

【図２】 図１に示す実施形態の制御システムを示すブ
ロック図である。

【図３】 図１に示す実施形態の加工部分の詳細図であ
る。

【図４】 図１に示す実施の形態の作動を説明するタイ
ムチャートである。

【図５】 図１に示す実施の形態の加工の全体の流れを
示すフローチャートである。

【図６】 図１に示す実施の形態の定寸動作の流れを示
すフローチャートである。

【図７】 従来技術による半径測定式定寸装置を備えた
工作機械の一例の要部を示す図である。

【符号の説明】

１６…工具（砥石車）、３０…測定ヘッド、Ｓ…定寸装
置、Ｓ１…精研削開始径、Ｓ２…微研削開始径、Ｓ３…
研削終了径、Ｗ…工作物（クランク軸）、Ｗａ…円筒部
（クランクピン部）。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転しているワークの円筒部に向けて工
   具を送り込んで同円筒部を加工するとともに、前記円筒
   部に径方向の一方から測定ヘッドを当接して同円筒部の
   径を測定する半径測定式定寸装置を備えた工作機械にお
   いて、加工がなされている前記円筒部に常に当接されて
   その径を検出する前記測定ヘッドと、この測定ヘッドに
   より検出された前記径の測定データを所定の測定時間間
   隔で記憶手段に記憶させる測定制御手段と、前記測定デ
   ータと予め設定された径データとを比較して前記工具の
   送り速度を制御する送り制御手段を備えたことを特徴と
   する半径測定式定寸装置を備えた工作機械。
2. 【請求項２】 前記所定の測定時間間隔よりも大きい所
   定の演算時間間隔ごとに同演算時間間隔の間に前記記憶
   手段内に蓄積された前記各測定データの平均値を演算す
   る演算手段をさらに備え、前記送り制御手段は前記演算
   手段による前記平均値と予め設定された前記径データと
   を比較して前記工具の送り速度を制御することを特徴と
   する請求項１に記載の半径測定式定寸装置を備えた工作
   機械。
3. 【請求項３】 前記工具は回転している砥石車であり、
   前記送り制御手段は前記砥石車の送り速度を、前記円筒
   部の研削開始時期には所定の粗研削送り速度とし、前記
   測定データまたは平均値が所定の精研削開始径に達した
   後は所定の精研削送り速度とし、前記測定データまたは
   平均値が所定の微研削開始径に達した後は所定の微研削
   送り速度とし、前記測定データまたは平均値が所定の研
   削終了径に達した後は０とし、それより所定時間経過後
   に前記砥石車を後退させることを特徴とする請求項１ま
   たは請求項２に記載の半径測定式定寸装置を備えた工作
   機械。