JP2002254308A - 研削盤の砥石半径演算方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 専用の測定装置を使用することなく砥石半径
を高精度に測定することができる研削盤の砥石半径演算
方法を提供する。 【解決手段】 砥石１８の回転中心Ｐとピン部１４ａの
中心Ｏｐとの中心間距離Ｒｇｐｃを砥石１８の暫定半径
Ｒｇｃにピン部の研削目標半径Ｒｐｃを加算して記録媒
体に記録する。クランクシャフト１４の旋回中心Ｏと砥
石の回転中心Ｐとの間の距離、つまり加工データＸを求
める演算式を予め記録媒体に記録する。この演算式を用
いた研削作業プログラムによりピン部１４ａの研削作業
を数値制御により行い、仕上げ研削時にピン部の直径を
定寸装置２９により測定し、その直径からピン部の実測
半径Ｒｐｘを演算する。前記中心間距離Ｒｇｐｃからピ
ン部１４ａの実測半径Ｒｐｘを減算して実際の砥石半径
Ｒｇｘを演算する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、研削盤の砥石半径
演算方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】クランクシャフトは円柱状をなす複数の
ピン部と、ピン部を連結するジャーナル部とにより構成
されている。主軸台の主軸により旋回されるピン部に対
し前後動する砥石台に支持された回転砥石を接触してピ
ン部を研削するように構成した研削盤においては、砥石
を交換するときやツルーイング等の修正を施した場合に
は、砥石半径を測定する。そして、測定された砥石半径
に基づいて砥石台の位置を数値制御するための加工デー
タの演算式における砥石半径の数値を変更し、新たな演
算式に基づいて砥石台の前後動を数値制御することによ
りピン部の研削を高精度で行うようにしていた。

【０００３】砥石半径の測定方法として、砥石の回転を
停止した状態でタッチプローブを砥石に接触させて砥石
半径を直接測定する方法と、特開２０００−９４３２２
号公報に開示されたタッチプローブ装置を用いて砥石半
径を間接的に測定する方法がある。後者の測定方法は、
先ず、砥石台に取り付けられたタッチプローブを主軸台
に固定された基準ブロックに当接させ、砥石の回転軸線
と主軸の回転軸線との位置関係を精密に求める。次に、
回転中の砥石を転写棒に接触させて転写棒をわずかに研
削することにより砥石半径を転写棒に転写する。研削さ
れた転写棒の先端の位置をタッチプローブで計測して回
転中の砥石半径を計測する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前者の砥石
半径を直接測定する方法は、専用の測定装置が必要にな
るので、コストの低減を図ることができないという問題
がある。又、実際にワークを研削中における砥石の回転
中の遠心力が作用した状態で測定しないので、砥石が遠
心力により膨張し、その影響により砥石半径の測定精度
を向上することができないという問題もある。

【０００５】後者の砥石半径の間接測定方法は、回転中
の砥石により転写棒を僅かに研削するので、砥石の遠心
力を反映するので測定精度をある程度向上することがで
きる。しかし、転写棒やタッチプローブ等の測定装置が
必要となり、又、転写棒が磨耗する等、コストの低減を
図ることが難しいという問題がある。又、機体の温度上
昇によりタッチプローブの位置（測定点）が変位した状
態で砥石半径を測定することになるので、結局測定精度
を向上することができないという問題がある。

【０００６】本発明は、上記の従来技術に存する問題点
を解消するためになされたものであって、専用の測定装
置を使用することなく砥石半径を高精度に測定すること
ができる研削盤の砥石半径演算方法を提供することにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１に記載の発明は、主軸台の主軸により旋
回されるワークの円柱状の被研削部に対し前後動する砥
石台に支持された回転砥石を接触して被研削部を研削す
るように構成した研削盤において、前記ワークの旋回中
心と被研削部の中心との距離を旋回半径、被研削部の目
標半径、砥石の回転中心、砥石の暫定半径、前記旋回中
心及び回転中心を結ぶ直線に対する被研削部の中心の旋
回角とし、前記砥石の回転中心と被研削部の中心との中
心間距離を前記砥石の暫定半径に前記目標半径を加算し
て記録媒体に予め記録する行程と、ワークの旋回中心と
砥石の回転中心との間の距離、つまり加工データを演算
するための演算式を、前記旋回半径、中心間距離及び旋
回角を含むように作成して予め記録媒体に記録する行程
と、前記演算式を用いた研削作業プログラムにより被研
削部の研削作業を数値制御により行い、仕上げ研削時に
被研削部の直径を定寸装置により測定し、その直径から
被研削部の実測半径を演算する行程と、前記中心間距離
から被研削部の実測半径を減算して実際の砥石半径を演
算する行程とを含むことを要旨とする。

【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１におい
て、被研削部の切込み代とすると、前記加工データを求
める演算式は、 Ｘ＝Ｌ・ｃｏｓθ＋√〔２−Ｌ２・ｓｉｎ２θ〕＋Δｘ 又は Ｘ＝Ｌ・ｃｏｓθ＋√〔（Ｒｇｐｃ＋Δｘ）２−Ｌ２・
ｓｉｎ２θ〕 であることを要旨とする。

【０００９】請求項３に記載の発明は、請求項１又は２
において、被研削部の実測半径Ｒｐｘを演算する行程
は、被研削部の直径寸法を複数回サンプリングし、サン
プリングデータから半径寸法を計算し、これらの半径寸
法を最小二乗法により演算してその誤差範囲が予め設定
された目標範囲になった場合に最終の半径寸法とする行
程を含むことを要旨とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した研削盤
の砥石半径演算方法の一実施形態を図１〜図４に従って
説明する。

【００１１】図２は研削盤の右側面を表し、ベッド１１
には一対の主軸台１２が紙面直交方向に所定の間隔をお
いて設けられ、両主軸台１２の主軸１２ａにはクランプ
機構１３がそれぞれ装着されている。このクランプ機構
１３によりクランプされるワークとしてのクランクシャ
フト１４は、複数のピン部１４ａと各ピン部を変心位置
で連結する複数のジャーナル部１４ｂとにより構成され
ている。前記クランプ機構１３によりクランクシャフト
１４の両端のジャーナル部１４ｂをクランプするように
なっている。

【００１２】ベッド１１に敷設された案内レール１６に
は砥石台１７が前後方向（図２の左右方向）の往復動可
能に装着され、この砥石台１７には砥石１８がモータ１
９によって回転可能に装着されている。ベッド１１の上
部にはリニアモータ２０が固定され、このリニアモータ
２０によってボールねじ（図示略）が回動されると、ボ
ールナット（図示略）を介して砥石台１７が前後動され
る。

【００１３】図３に示す研削盤を制御する制御装置２２
は、制御部２３を備えている。この制御部２３には駆動
回路２４，２５，２６を介して前記各モータ１５，１９
及び２０が接続されている。

【００１４】前記制御部２３にはサーボモータ１５に設
けられたエンコーダ２７と、リニアモータ２０に設けら
れた位置検出器２８とが接続されている。一方のエンコ
ーダ２７からの信号は主軸１２ａの回転角、従ってピン
部１４ａの旋回角θに比例するパルスを発生する。他方
の位置検出器２８からの信号は砥石台１７の移動量に比
例するパルスを発生する。前記砥石台１７には定寸装置
２９が装着され、クランクシャフト１４のピン部１４ａ
の仕上げ形状、つまりピン部１４ａの直径寸法をその円
周方向に段階的に測定するようになっている。

【００１５】制御部２３は予め設定された研削作業プロ
グラムに基づいて各種の判定、演算処理等を行うための
マイクロプロセッサ３０、予め設定された研削作業プロ
グラムや固定の数値データ等の補助記憶装置３１及び新
たに検出された数値データ等を書き込み・読み出し可能
なランダム・アクセス・メモリー（ＲＡＭ３２）を備え
ている。

【００１６】なお、前記制御部２３には図示しないが、
各種のデータや研削作業プログラムを入力するキーボー
ド及びマウスが接続され、入力データ等を表示するディ
スプレイが接続されている。

【００１７】次に、前記のように構成した研削盤を用い
て、砥石半径を演算する方法を説明する。最初に、この
砥石半径の演算方法に必要となる各種の要素を図１の線
図に基づいて説明する。

【００１８】符号中、Ｏは主軸１２ａの回転中心であっ
てピン部１４ａの旋回中心でもある。Ｐは砥石１８の回
転中心、Ｏｐはピン部１４ａの中心、Ｘは前記両中心
Ｏ，Ｐの距離をそれぞれ表す。この距離Ｘは後述するよ
うに加工データの演算式を用いて演算され、このデータ
に基づいてリニアモータ２０を数値制御して砥石１８を
前後動させる。

【００１９】又、Ｌは前記両中心Ｏ，Ｏｐの直線距離で
あって、ピン部１４ａの旋回半径を表す。さらに、Ｒｐ
ｃはピン部１４ａの仕上げ（研削終了）時における目標
半径、Ｒｇｃは砥石１８の暫定半径、Ｒｇｐｃは、両中
心Ｐ，Ｏｐの直線上の中心間距離をそれぞれ表す。この
中心間距離Ｒｇｐｃは砥石の暫定半径Ｒｇｃにピン部の
目標半径Ｒｐｃを加算したものと等しい。

【００２０】Ｒｇｐｃ＝Ｒｇｃ＋Ｒｐｃ ピン部１４ａの研削途中において定寸装置２９により測
定される直径を２で除算した値が実測半径Ｒｐｘとな
る。

【００２１】θは前記ピン部１４ａの旋回中心Ｏと砥石
１８の回転中心Ｐを結ぶ直線ＯＰに対するピン部１４ａ
の中心Ｏｐの旋回角を表す。Δｘはピン部１４ａの外周
面の研削作業時の切込み代を表す。

【００２２】ここで、上述した各種の要素に基づいて制
御装置２２における演算式や各種データ等の入力設定動
作について説明する。前記ピン部１４ａの旋回半径Ｌ及
びピン部１４ａの目標半径Ｒｐｃは、一定の数値である
ため共に測定値としてではなく定数として予め記録媒体
（ＲＡＭ３２）に記録される。

【００２３】前記ピン部１４ａの旋回角θはサーボモー
タ１５のエンコーダ２７から制御部２３に入力されるも
のである。前記ピン部１４ａは旋回角θの変動を伴って
旋回されながら砥石１８により研削されるので、旋回角
θの変動に応じて、砥石台１７の前後動をリニアモータ
２０の数値制御により制御して前記両中心Ｏ，Ｐの距離
Ｘを制御する。この距離Ｘの演算式は次のようにして予
め補助記憶装置３１に設定される。すなわち、ピン部１
４ａの目標半径Ｒｐｃに砥石の暫定半径Ｒｇｃを加算し
た両中心Ｏｐ，Ｐの中心間距離Ｒｇｐｃと、旋回半径Ｌ
及び旋回角θの各要素に基づいて、前記距離Ｘのうち研
削終了状態における距離Ｘｏ、つまり仕上げデータＸｏ
の演算式（１）が設定される。

【００２４】 Ｘｏ＝Ｌ・ｃｏｓθ＋√〔（Ｒｇｐｃ）²−Ｌ²・ｓｉｎ²θ〕・・・（１） 次に、ピン部１４ａを実際に研削する際の切込み代Δｘ
を加味した加工データＸの演算式（２）が設定される。

【００２５】 Ｘ＝Ｌ・ｃｏｓθ＋√〔（Ｒｇｐｃ）²−Ｌ²・ｓｉｎ²θ〕＋Δｘ・・・（２ ） なお、上記の切込み代Δｘは最終仕上げで零になるが、
旋回角θの増加に伴い漸減し、最初は０．２〜０．８ｍ
ｍに設定される。前記演算式（２）による砥石台１７の
往復ストローク量は２０〜１００ｍｍに設定される。

【００２６】前述した演算式（２）により求められた加
工データＸに基づいて、砥石台１７のリニアモータ２０
を数値制御してピン部１４ａの研削が行われる。次に、
研削盤によるピン部１４ａの仕上げ研削時に、実際の砥
石半径Ｒｇｘを高精度で演算する方法を図４のフローチ
ャートを中心に説明する。

【００２７】最初に、ステップＳ１で、加工データＸの
読み込みが行われるとともに、サーボモータ１５が起動
されてクランクシャフト１４のピン部１４ａが旋回さ
れ、モータ１９が起動されて砥石１８が回転される。

【００２８】ステップＳ２で、リニアモータ２０が起動
されて砥石台とともに砥石１８がピン部１４ａの加工開
始位置へ移動される。そして、ステップＳ３でピン部１
４ａの粗研削が行われる。又、ステップＳ４で中仕上げ
１の研削が行われ、次にステップＳ５で通常の研削作業
のためのピン部１４ａの直径の測定が行われる。次に、
ステップＳ６でピン部１４ａの中仕上げ２及びステップ
Ｓ７で仕上げ研削が行われる。

【００２９】その後、ステップＳ８で、砥石１８がドレ
ス時期に達したか否かが判断される。このステップＳ８
では、前述したステップＳ５でのピン部の直径の測定値
が仕上げ研削を終えても許容値を超えると予測される場
合にはＹＥＳと判断される。又、ピン部１４ａの面粗度
が設定値を超えると予測される場合にもＹＥＳと判断さ
れる。例えばＣＢＮ（六方晶窒化ほう素）砥石の場合に
は磨耗が非常に少ないので、ドレス頻度は一日に一回程
度である。

【００３０】ステップＳ８でＹＥＳと判断された場合に
は、ピン部１４ａの直径のサンプリングが行われる。す
なわち、ステップＳ９で定寸装置２９により研削中のピ
ン部１４ａの直径が測定され、この測定データは旋回角
θと対応して例えば旋回角θが９０°〜１８０°の間
で、１００点程度の任意の旋回角θｍ毎にサンプリング
される。

【００３１】次に、ピン部１４ａの仕上げ研削が行われ
て、前記演算式（２）の切込み代Δｘが零になって、ス
テップＳ１０でスパークアウトになった後、ピン部１４
ａの研削が完了する。（ステップＳ１１）なお、ステッ
プＳ８でＮＯと判断された場合には、ステップＳ１０に
進む。

【００３２】さらに、ステップＳ１２で、最終のピン部
１４ａの研削か否かが判断され、ＹＥＳの場合には、ス
テップＳ１３で砥石１８が原位置に復帰され、ステップ
Ｓ１４で砥石半径Ｒｇｘが演算される。なおステップＳ
１２でＮＯと判断された場合には、ステップＳ２へ戻
る。

【００３３】ここで、前記ステップＳ１４での砥石半径
Ｒｇｘの演算について説明する。ステップＳ９で得られ
たピン部１４ａの直径の多数のサンプリングデータから
マイクロプロセッサ３０によりピン部１４ａの実測半径
Ｒｐｘが演算される。これらの実測半径Ｒｐｘの誤差が
最小二乗法により目標範囲になったときに最終の実測半
径Ｒｐｘとして決定される。

【００３４】砥石半径Ｒｇｘは、中心間距離Ｒｇｐｃか
ら実際のピン部の半径Ｒｐｘが減算されることにより求
められる。 Ｒｇｘ＝Ｒｇｐｃ−Ｒｐｘ さらに、新たに設定された前記砥石半径Ｒｇｘから前記
演算式（２）を補正して次の演算式（３）を設定する。

【００３５】 Ｘ＝Ｌ・ｃｏｓθ＋√〔（Ｒｇｘ＋Ｒｐｃ）²−Ｌ²・ｓｉｎ²θ〕＋Δｘ・・ ・（３） そして、演算式（３）に基づいて次回のピン部１４ａの
研削作業を高精度に行うことができる。

【００３６】上記実施形態の研削盤の砥石半径演算方法
によれば、以下のような特徴を得ることができる。 （１）前述の実施形態では、演算式（２）に基づいてピ
ン部１４ａの研削を行い、砥石がドレス時期になった時
点でピン部１４ａの実測半径Ｒｐｘを求め、この実測半
径Ｒｐｘと中心間距離Ｒｇｐｃにより実際の砥石半径Ｒ
ｇｘを次の式により演算する。

【００３７】Ｒｇｘ＝Ｒｇｐｃ−Ｒｐｘ このようにして得られた砥石半径Ｒｇｘを、ドレス後の
次のピン部の研削作業に活用してピン部の研削精度を向
上することができる。

【００３８】ここで、実際の砥石半径Ｒｇｘが高精度に
演算される理由を以下に説明する。前記両中心Ｏｐ，Ｐ
の中心間距離Ｒｇｐｃは前述した（Ｒｇｐｃ＝Ｒｇｃ＋
Ｒｐｃ）式から明らかなように砥石の暫定半径Ｒｇｃと
ピン部１４ａの目標半径Ｒｐｃが分かっておれば、正確
に求められる。しかし、実際の砥石半径Ｒｇｘは、前述
したように精度良く測定することが困難であるため、初
期段階で近似値として適当な寸法、例えば砥石の暫定半
径Ｒｇｃ＝２５０．０００ｍｍに設定される。ピン部１
４ａの目標半径Ｒｐｃは、例えば２０．０００ｍｍに設
定される。従って、前記中心間距離Ｒｇｐｃは実際には
誤差を含んでいるが所定値として設定することができ
る。

【００３９】 Ｒｇｐｃ＝Ｒｇｃ＋Ｒｐｃ＝２７０．０００ｍｍ 一方、前記演算式（２）に関する各要素の制御精度、定
寸装置２９の検出精度は以下の通りである。

【００４０】（ａ）主軸による旋回角θの追従誤差ε１
＝±０．００１° （ｂ）砥石台１７の移動制御誤差ε２＝±０．００１ｍ
ｍ （ｃ）定寸装置２９によるピン部１４ａの半径Ｒｐｘの
測定誤差ε３＝±０．００１ｍｍ 従って、前記演算式（２）において、例えば中心間距離
Ｒｇｐｃ＝２７０．０００ｍｍ、旋回半径Ｌ＝３０．０
００ｍｍとして実際にピン部の仕上げ研削を行った場
合、前記中心間距離Ｒｇｐｃに発生する実際の寸法誤差
ε４もε４＝±０．００１ｍｍに管理することができ
る。

【００４１】この結果、前記中心間距離Ｒｇｐｃを微小
誤差を含んだ実際の中心間距離Ｒｇｐｃとして把握する
ことができ、この中心間距離Ｒｇｐｃからピン部１４ａ
の実測半径Ｒｐｘを減算することにより専用の測定装置
を使用することなく実際の砥石半径Ｒｇｘを高精度に演
算することができる。

【００４２】（２） 前記実施形態では、ピン部１４ａ
の実測半径Ｒｐｘを複数回サンプリングして、その誤差
が最小二乗法により目標範囲になったときに実測半径Ｒ
ｐｘを決定するようにしたので、実測半径の測定精度を
向上し、結果的に砥石半径Ｒｇｘを高精度に演算するこ
とができる。

【００４３】実験の結果、砥石半径が２５０ｍｍの場
合、その平均実測値と本発明の方法で算出した砥石半径
Ｒｇｘの値の差は±０．０１ｍｍで一致することが分か
った。ピン部１４ａの半径Ｒｐｘを測定する定寸装置２
９と、演算式（２）に用いられる制御データのみで、回
転砥石の実際の半径Ｒｇｘを±０．０１ｍｍという高精
度で演算することができる。

【００４４】なお、上記実施形態は以下のように変更し
てもよい。 ○ 演算式Ｘを以下のようにしてもよい。 Ｘ＝Ｌ・ｃｏｓθ＋√〔（Ｒｇｐｃ＋Δｘ）²−Ｌ²・ｓ
ｉｎ²θ〕 ○ ワークとしてクランクシャフト１４以外に円柱状の
カム部を有するカムシャフトに具体化したり、その他円
柱状部を旋回させて研削する各種の部品の研削方法に具
体化したりしてもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上、詳述したように、請求項１〜３記
載の発明は、専用の測定装置を使用することなく砥石半
径を高精度に測定することができ、ひいてはワークの研
削制度を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明を具体化した一実施形態を示す研削
盤の旋回するピン部の研削方法を示す線図。

【図２】 研削盤の右側面図。

【図３】 研削盤の制御装置を示すブロック回路図。

【図４】 研削方法を説明するフローチャート。

【符号の説明】

θ…旋回角、Ｌ…旋回半径、Ｏ…旋回中心、Ｐ…回転中
心、Ｑ…中間研削点、Ｘ…加工データ、Ｏｐ…中心、Ｑ
ｏ…研削開始点、Ｒｇｃ…暫定半径、Ｒｇｘ…砥石半
径、Ｒｐｃ…目標半径、Ｒｐｘ…実測半径、Ｒｇｐｃ…
中心間距離、１４ａ…被研削部としてのピン部、２９…
定寸装置。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸台の主軸により旋回されるワークの
   円柱状の被研削部（１４ａ）に対し前後動する砥石台に
   支持された回転砥石を接触して被研削部を研削するよう
   に構成した研削盤において、 前記ワークの旋回中心（Ｏ）と被研削部の中心（Ｏｐ）
   との距離を旋回半径（Ｌ）、被研削部の目標半径（Ｒｐ
   ｃ）、砥石の回転中心（Ｐ）、砥石の暫定半径（Ｒｇ
   ｃ）、前記旋回中心（Ｏ）及び回転中心（Ｐ）を結ぶ直
   線に対する被研削部の中心（Ｏｐ）の旋回角（θ）と
   し、 前記砥石の回転中心（Ｐ）と被研削部の中心（Ｏｐ）と
   の中心間距離（Ｒｇｐｃ）を前記砥石の暫定半径（Ｒｇ
   ｃ）に前記目標半径（Ｒｐｃ）を加算して記録媒体に予
   め記録する行程と、 ワークの旋回中心（Ｏ）と砥石の回転中心（Ｐ）との間
   の距離、つまり加工データ（Ｘ）を演算するための演算
   式を、前記旋回半径（Ｌ）、中心間距離（Ｒｇｐｃ）及
   び旋回角（θ）を含むように作成して予め記録媒体に記
   録する行程と、 前記演算式を用いた研削作業プログラムにより被研削部
   （１４ａ）の研削作業を数値制御により行い、仕上げ研
   削時に被研削部（１４ａ）の直径を定寸装置（２９）に
   より測定し、その直径から被研削部の実測半径（Ｒｐ
   ｘ）を演算する行程と、 前記中心間距離（Ｒｇｐｃ）から被研削部（１４ａ）の
   実測半径（Ｒｐｘ）を減算して実際の砥石半径（Ｒｇ
   ｘ）を演算する行程とを含む研削盤の砥石半径演算方
   法。
2. 【請求項２】 請求項１において、被研削部の切込み代
   （Δｘ）とすると、前記加工データ（Ｘ）を求める演算
   式は、 Ｘ＝Ｌ・ｃｏｓθ＋√〔（Ｒｇｐｃ）²−Ｌ²・ｓｉｎ²
   θ〕＋Δｘ 又は Ｘ＝Ｌ・ｃｏｓθ＋√〔（Ｒｇｐｃ＋Δｘ）²−Ｌ²・ｓ
   ｉｎ²θ〕 である研削盤の砥石半径演算方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において、被研削部の実
   測半径Ｒｐｘを演算する行程は、被研削部の直径寸法を
   複数回サンプリングし、サンプリングデータから半径寸
   法を計算し、これらの半径寸法を最小二乗法により演算
   してその誤差範囲が予め設定された目標範囲になった場
   合に最終の半径寸法とする行程を含む研削盤の砥石半径
   演算方法。