JP2002254303A

JP2002254303A - 加工装置

Info

Publication number: JP2002254303A
Application number: JP2001048951A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Shinno; 康生新野; Yuji Oba; 裕司大場; Norihisa Sugiura; 功久杉浦
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 2001-02-23
Filing date: 2001-02-23
Publication date: 2002-09-10

Abstract

(57)【要約】【課題】砥石台の駆動にリニアモータを用いた場合
でも、砥石回転時に生じる振動を効率よく抑制すること
ができる加工装置を提供することを目的とする。【解決手段】工作物１を加工する前に、研削砥石３７
を回転させて、振動検出器１０１で砥石台１４の振動を
検出する。振動抑制制御装置１５０は、検出された振動
に基づいて抑制振動の成分を決定し、砥石台１４の振動
成分を打ち消すように可動マス１１０を砥石台１４の送
り方向に駆動する。これを繰り返し、砥石台１４の振動
の振幅が基準振幅以下になる抑制振動の成分を決定す
る。そして、工作物１を加工する研削工程で、決定され
た抑制振動の成分に基づいて振動抑制装置１００で抑制
振動を起こす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工具の回転に伴い
工具台の送り方向に生じる振動を抑制できるようにした
加工装置に関し、好適には、リニアモータにより駆動さ
れる工具台の振動を抑制できるようにした、加工装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】工作物を加工工具で機械加工する加工装
置としては、旋盤、フライス盤等の切削加工機や、研削
盤、ホーニング盤等の研削加工機が知られている。例え
ば、研削盤は、一般に研削砥石を用いて工作物を研削加
工するものであり、工作物の研削箇所の加工形状や加工
部位、要求される仕上り精度等に応じて、円筒研削盤、
平面研削盤、カム研削盤、ジグ研削盤等が用いられる。
このような加工装置において、砥石が工作物に切り込む
方向に砥石台を駆動するモータとして、リニアモータが
用いられる場合がある。リニアモータで砥石台を駆動す
ることにより、位置決め動作における高い応答性が実現
され、複雑な形状の工作物を容易にかつ正確に研削する
ことができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような加工装置で
は、砥石の重心のアンバランスにより、砥石回転時に周
期的な振動が発生する。砥石台を駆動するモータとして
リニアモータを用いた場合には、例えば、回転型サーボ
モータで送り軸（ボールネジ等）を回転させ、ナットを
介して砥石台を駆動する場合と比較して、砥石台の送り
方向に周波数の高い振動が発生する。これは、リニアモ
ータは、電磁石である１次側部材と磁石板である２次側
部材が、磁気吸引力によってのみ結合され、回転型サー
ボモータにより回転されるボールネジとナットのように
機械的な直接的結合が無いことに起因している。そこ
で、本発明は、砥石台の駆動にリニアモータを用いた場
合に特に好適であり、このような場合でも、砥石回転時
に生じる振動を効率よく抑制することができる加工装置
を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの
加工装置である。請求項１に記載の加工装置では、振動
抑制装置の駆動手段は、振動検出器で検出された砥石台
の振動成分を打ち消すように砥石台の送り方向に可動マ
スを駆動する。これにより、砥石台の駆動にリニアモー
タを用いた場合のみならず、サーボモータにより回転さ
れるボールネジを用いる機構の場合でも、砥石回転時に
砥石台の送り方向に生じる振動を効率よく抑制すること
ができる。また、本発明の第２発明は、請求項２に記載
されたとおりの加工装置である。請求項２に記載の加工
装置では、砥石台の送り装置及び可動マスを振動させる
駆動手段は、いずれもリニアモータから成る。砥石台の
送り装置としてリニアモータを用いることにより砥石回
転時に顕著に生じる振動を一層効率よく抑制することが
できる。また、本発明の第３発明は、請求項３に記載さ
れたとおりの加工装置である。請求項３に記載の加工装
置では、砥石台の送り装置はリニアモータで構成し可動
マスを振動させる駆動手段は圧電型アクチュエータと弾
性体とで構成する。これにより、砥石回転時に生じる振
動を第２発明とほぼ同様に一層効率よく抑制することが
できる。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の第１の実施の形態
の構成を図１〜図４に基づいて説明する。第１の実施の
形態では、コンピュータ数値制御装置（ＣＮＣ）付きカ
ム研削盤で研削加工を行う加工装置について説明する。
図１は、被加工物であるカム（以下、「工作物１」とい
う）を研削加工するカム研削盤２の平面図を示したもの
である。図２は、図１のＡ矢視方向から見た工作物１の
研削加工状態を示す部分断面側面図である。

【０００６】カム研削盤２の図略のＣＮＣにより制御さ
れる研削盤本体３は、主軸台１１と芯押し台１２を搭載
するテーブル１３と、研削砥石３７を有する砥石台１４
を備えている。テーブル１３と砥石台１４は、ベッド１
５に搭載されている。テーブル１３は、ベッド１５の上
をＸ軸方向に移動可能に設けられている。ベッド１５の
左側部には、Ｘ軸サーボモータ１６が取付けられてい
る。Ｘ軸サーボモータ１６には、モータの回転状態を検
出するＸ軸エンコーダ１７が設けられている。Ｘ軸サー
ボモータ１６の回転軸は、Ｘ軸ボールネジ１８と結合さ
れている。また、テーブル１３には、Ｘ軸送りナット
（図示省略）が取付けられている。Ｘ軸ボールネジ１８
は、Ｘ軸送りナットに係合されている。このため、Ｘ軸
サーボモータ１６が回転すると、テーブル１３はベッド
１５に対してＸ軸方向に移動する。テーブル１３の位置
は、Ｘ軸エンコーダ１７によって検出される。

【０００７】また、主軸台１１と芯押し台１２が、テー
ブル１３に固定されている。工作物１は、工作物１の外
周にリング状の加工冶具（ケレー）を予めはめておき、
工作物１の両端部１ａ、１ｂのセンタ穴を、主軸台１１
の主軸２１と芯押し台のセンタ２２で挟む形態で支持さ
れる。主軸２１を駆動する主軸サーボモータ２３には、
主軸サーボモータ２３の回転状態を検出する主軸エンコ
ーダ２４が設けられている。主軸２１の中心から偏心し
た位置に取付いている突起（図示省略）は、主軸２１の
回転に伴って主軸２１の中心の周囲を回転するようにな
っている。そして、この突起の回転を加工冶具に伝達す
ることで、工作物１が回転できるようになっている。

【０００８】また、図１に示すように、定寸装置２６
が、テーブル１３に隣接した位置でベッド１５の上面に
取付けられている。定寸装置２６は、上下方向に２本の
測定用の触子を有する測定部を備えている。工作物１が
カムである場合、これらの触子を、所定角度位置に割り
出し停止した工作物１の外周部に接触させることによっ
て、工作物１の外径寸法を計測することができる。

【０００９】次に、砥石台１４は、ベッド１５の上を一
対の第１ガイド１５ｃと１つの第２ガイド１５ｄに案内
されて水平のＹ軸方向に移動可能に設けられている。図
１、図３で示すように、砥石台１４下方のベッド１５に
は、断面略Ｌ字型の溝１５ｂが、Ｙ軸方向に平行に２箇
所形成されている。２箇所の溝１５ｂの間には、第２ガ
イド１５ｄが溝１５ｂから突出する形状で形成されてい
る。第２ガイド１５ｄの上面、砥石台１４側にはＹ軸駆
動用リニアモータの２次側である磁石板１５ａが固定し
て設けられている。また、砥石台１４の下部には、前記
溝１５ｂに嵌入可能な形状の略Ｌ字型の脚部１４ｂが、
Ｙ軸方向に平行に２箇所形成されている。脚部１４ｂの
間にはＹ軸駆動用リニアモータの１次側である電磁石１
４ａが砥石台１４に固定して設けられている。また、第
１ガイド１５ｃの上下面に接する砥石台１４の被ガイド
面及び第２ガイド１５ｄの左右側面に接する砥石台１４
の被ガイド面には、図２に示すように、公知の静圧軸受
ポケット１５ｅが複数箇所に形成され、砥石台１４はこ
れら静圧軸受ポケット１５ｅ内に発生される圧油の静圧
力により、円滑に案内されている。ベッド１５の溝１５
ｂに砥石台１４の脚部１４ｂを嵌入した構成と、磁石板
１５ａと電磁石１４ａとで構成されるＹ軸駆動用リニア
モータにより砥石台１４は、ベッド１５の上をスライド
移動可能になっている。なお、電磁石１４ａと磁石板１
５ａを用いて構成されるＹ軸駆動リニアモータ自体のそ
れ以上の構成については、本発明の要旨ではないので、
詳細な説明は省略する。

【００１０】次に、ビルトイン式の砥石モータ３６が、
砥石台１４に内蔵されている。砥石モータ３６の回転軸
は、砥石軸（図示していない）と連結されている。研削
砥石３７は、円盤形状に形成されており砥石軸に締結さ
れている。研削砥石３７は、Ｙ軸駆動リニアモータによ
り砥石台１４とともにＹ軸方向に移動して工作物１に接
触して、工作物１を加工可能な構成となっている。ま
た、研削砥石３７の外周には、研削砥石３７の工作物１
に接触する部分が切りかかれたカバー３８が設けられて
いる。

【００１１】そして、図１、図２に示すように、砥石台
１４のＹ軸方向において工作物１と反対側の後部には、
振動抑制装置１００が搭載されている。振動抑制装置１
００のＹ軸方向において砥石台１４と反対側の端面に
は、砥石台１４の振動を検出する振動検出器１０１が設
けられている。振動検出器１０１の信号線は、振動抑制
制御装置１５０に接続されていて、砥石台１４の振動デ
ータを送信する。振動抑制制御装置１５０は、砥石台１
４の振動データに基づいて抑制振動成分を決定して、振
動抑制装置１００で砥石台１４の振動を相殺する所定の
振動を起こす。図３、図４に示すように、抑制振動装置
１００は内部に可動マス１１０を備えている。可動マス
１１０は、Ｙ軸方向と平行な両側面に４箇所のベアリン
グブロック１２１ａが固着されている。ベアリングブロ
ック１２１ａは、振動抑制装置１００のハウジング１１
０ａの内側面に固着された左右一対のリニアガイド１２
１ｂに案内されている。ベアリングブロック１２１ａ及
びリニアガイド１２１ｂは、可動マス１１０の重心を含
む水平面内に配置されている。可動マス１１０の下面に
は、抑制振動リニアモータの１次側である電磁石１２０
が固着されている。また、抑制振動リニアモータの２次
側である磁石板１３０が、電磁石１２０と対向して、ハ
ウジング１１０ａの内面の下部中央にＹ軸方向に形成さ
れた取付部１１０ｂ上に固定して設けられている。電磁
石１２０と磁石板１３０の作用とにより可動マス１１０
は、振動抑制装置１００の内部でリニアガイド１２１ｂ
に案内されてＹ軸方向に所定の長さだけスライド振動可
能になっている。なお、電磁石１２０と磁石板１３０を
用いて構成される抑制振動リニアモータ自体のそれ以上
の構成については、本発明の要旨ではないので、詳細な
説明は省略する。

【００１２】次に、カム研削盤２の動作の説明を図６、
図７に基づいて説明する。カム研削盤２は、研削砥石３
７が回転することにより、図６のＡに示すようなＹ軸方
向の振動が砥石台１４に発生する。図６では、横軸が時
間軸であり、縦軸が振動の振幅である。ことに、砥石台
１４を駆動するＹ軸モータがリニアモータ（電磁石１４
ａ、磁石板１５ａを有する）である場合には、ボールネ
ジとナットのようなＹ軸方向での機械的結合が無いた
め、周波数の高い振動が起こり易い。振動検出器１０１
は、この振動を検出して、振動抑制制御装置１５０に砥
石台１４の振動データを送信する。振動抑制制御装置１
５０は、砥石台１４の振動データに基づいて砥石台１４
の振動の成分、例えば、周期、振幅、位相を分析する。
そして、図６のＢに示すような振動抑制装置１００の抑
制振動の成分を決定する。例えば、同じ周期、同じ振
幅、逆位相とする。振動抑制制御装置１５０は、決定し
た抑制振動の成分に基づいて、振動抑制装置１００の抑
制振動リニアモータ（電磁石１２０、磁石板１３０を有
する）を駆動して、可動マス１１０をＹ軸方向にスライ
ド移動させ、抑制振動を起こす。抑制振動を起こして補
正した後の砥石台１４の振動の例を図６のＣに示す。研
削の工程では、まず、砥石台１４を移動させ、研削砥石
３７を回転させて、抑制振動により砥石台１４の振動が
しきい値以下になる抑制振動成分を決定してから、研削
の工程に移行する。

【００１３】図７は、第１の実施の形態の動作を示すフ
ローチャート図である。この動作の処理は、カム研削盤
２の制御装置（図示していない）から独立した、振動抑
制制御装置１５０のＣＰＵ（図示していない）で行われ
る。まず、ステップＳ１０で、研削砥石３７を回転させ
て砥石台１４の振動成分（周期、振幅、位相等）を分析
して、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、ス
テップＳ１０で分析した振動の振幅を基準振幅と比較す
る。ここで、基準振幅とは、正常に研削工程を行うこと
ができる砥石台１４の振動のしきい値である。振幅が基
準振幅よりも小さければ、研削砥石３７の回転を停止さ
せて処理を終了する。振幅が基準振幅よりも大きけれ
ば、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、抑制
振動成分を決定する。抑制振動は、砥石台１４の振動と
同じ周期、同じ振幅、逆位相とする。そこで、例えば、
砥石台１４の振動の振幅をＨ、振動部（砥石台１４と振
動抑制装置１００）の総質量をＭ、可動マス１１０の質
量をｍとすると、抑制振動の振幅＝Ｈ×Ｍ／ｍとする。そして、ステップＳ１６に進む。ステップＳ１
６では、抑制振動を開始するタイミングを決定する。そ
して、ステップＳ１８に進む。ステップＳ１８では、決
定した抑制振動成分と開始のタイミングで抑制振動装置
を駆動して、ステップＳ１０に戻る。このようにして、
砥石台１４の振動の振幅が基準振幅以下になるように抑
制振動成分を決定する。

【００１４】実際の研削を行う場合には、工作物１を加
工する前に、図７の処理を実行する。つまり、研削砥石
３７を回転させて抑制振動により砥石台１４の振動が基
準値以下になる抑制振動成分を決定してから研削を行
う。しかしながら、工程の途中で砥石台１４の振動成分
が変化することもある。そこで、研削工程中にも、振動
抑制制御装置１５０が図７の処理を実行できるようにし
てもよい。実行する時期は、工作物１を実際に研削して
いない時が望ましい。砥石台１４の振動成分が変化する
と、それまでの抑制振動では振動を抑制することができ
なくなり、振動が大きくなる。すると、振動抑制制御装
置１５０は、図７のステップＳ１２において振幅が基準
振幅よりも大きいと判断するため、振動抑制成分を決め
直して、抑制振動の成分を補正する。そして、研削工程
を続行する。すなわち、この場合、砥石台１４の振動の
変化に追随することができる。上記の動作は、カム研削
盤２の制御装置（図示していない）が行ってもよい。こ
の場合、振動抑制制御装置１５０は省略することができ
る。

【００１５】次に、本発明の第２の実施の形態の構成と
動作を図５に基づいて説明する。図５は、第１の実施の
形態の図４に相当する概略図である。第２の実施の形態
では、振動抑制装置１００の駆動手段が、圧電型アクチ
ュエータ１６０と弾性体１６１により構成されている。
（請求項３に相当する。）振動抑制装置１００内部では、可動マス１１０と砥石台
１４の間に、例えば、ピエゾアクチュエータのような、
圧電型アクチュエータ１６０が設けられている。また、
可動マス１１０の圧電型アクチュエータ１６０と反対側
の端面と振動抑制装置１００のハウジング１００ａの後
壁内面の間には、弾性体１６１（例えば、ばね）が設け
られている。その他の構成は、第１の実施の形態と同様
である。振動抑制制御装置１５０で抑制振動の成分が決
定されたら、その振幅、周波数、位相の抑制振動を発生
させるために、圧電型アクチュエータ１６０に抑制振動
の成分に応じた電圧を印加する。圧電型アクチュエータ
１６０は、電圧値に応じて、Ｙ軸方向の長さが変化す
る。これにより、圧電型アクチュエータ１６０と弾性体
１６１の弾性力で、可動マス１１０が抑制振動する。そ
の他の動作は、第１の実施の形態と同様である。

【００１６】本発明の構成及び動作は、第１及び第２の
実施の形態で示す図面やフローチャート図に限定される
ものではない。可動マス１１０の駆動手段は、第１及び
第２の実施の形態以外の手段でもよい。本発明は、カム
研削板以外の種々の加工装置、例えば、回転工具を備え
たスライド可能な工具台を持つ形式のものに適用するこ
とができる。Ｙ軸駆動用モータは、例えば、ボールネジ
を回転する回転型サーボモータのような他種のモータで
もよい。

【００１７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜３に記
載の加工装置によれば、砥石回転時に生じる振動を効率
よく抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の平面図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態を図１のＡ矢視方向
から見た部分断面側面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ矢視線に沿って破断して示す振動
抑制装置１００の断面図である。

【図４】図２のＣ−Ｃ矢視線に沿って破断して示す振動
抑制装置１００の水平断面図である。

【図５】第２の実施の形態における振動抑制装置１００
の水平断面図である。

【図６】第１の実施の形態の動作における振動特性を示
す振動波形チャートである。

【図７】第１の実施の形態の動作を説明するフローチャ
ート図である。

【符号の説明】

１工作物２カム研削盤１４砥石台１４ａ電磁石（Ｙ軸駆動用リニアモータ１次側）１５ａ磁石板（Ｙ軸駆動用リニアモータ２次側）１６Ｘ軸サーボモータ１７Ｘ軸エンコーダ２３主軸サーボモータ２４主軸エンコーダ３６砥石モータ３７研削砥石１００振動抑制装置１０１振動検出器１１０可動マス１２０電磁石（抑制振動リニアモータ１次側）１３０磁石板（抑制振動リニアモータ２次側）１５０振動抑制制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者杉浦功久愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地豊田工機株式会社内Ｆターム(参考） 3C034 AA07 BB92 CA12 CA24 DD20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基台上にスライド移動可能に設けられ
た砥石台と、砥石台に回転可能に設けられた砥石と、砥
石台を進退送りする砥石台送り装置とを備えた加工装置
であって、砥石台の振動を検出する振動検出器及び砥石台の振動を
抑制する振動抑制装置を備え、この振動抑制装置は、可動マスと、可動マスを駆動する
駆動手段を有し、駆動手段は、振動検出器で検出された
振動成分を打ち消すように可動マスを駆動することを特
徴とする、加工装置。
【請求項２】請求項１に記載の加工装置であって、前記砥石台送り装置及び駆動手段は、いずれもリニアモ
ータから成ることを特徴とする、加工装置。
【請求項３】請求項１に記載の加工装置であって、前記砥石台送り装置はリニアモータから成り、駆動手段
は圧電型アクチュエータと弾性体とから成ることを特徴
とする、加工装置。