JP2009184063A - 研削盤および研削加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】研削加工を高精度に保ち、且つ、研削効率の向上を可能とする研削盤を提供する。
【解決手段】本発明の研削盤１は、本体部２と、被研削部の寸法を計測し定寸信号を発生する定寸装置３と、本体部２が熱的に安定しているか否かを判定する熱的安定判定部４と、制御部５とを備える。制御部５は、熱的安定判定部４が安定でないと判定した場合には、加工条件が第一加工プログラムに基づき決定され且つ定寸信号を受信したときに変更される直接定寸モードで本体部２を制御し、熱的安定判定部４が安定と判定した場合には、加工条件が定寸信号によらず第二加工プログラムに基づき決定且つ変更される間接定寸モードで本体部２を制御することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作物を研削加工する研削盤に関するものである。

研削盤は、工作物を研削加工するにあたり、工作物の寸法（外径）の変化に合わせて加工条件を変更する。一般に、研削盤は、工作物の寸法が最終寸法（加工径）に近づくほど加工速度が遅くなるように加工条件を変更する。つまり、最終寸法に近づくほど丁寧な研削加工が行われるように制御されている。加工条件は、例えば、砥石の送り量や、主軸（工作物）の回転数である。

このような加工条件の制御は、加工プログラム（ＮＣプログラム）で予め設定されている。加工プログラムにのみ従って加工条件を制御する場合、指令値における砥石の座標位置等から工作物寸法が推測できるため（間接的な寸法）、プログラムされたタイミングで加工条件が変更された。これによれば、研削加工の自動化および高速加工が可能となるが、実際の工作物寸法（直接的な寸法）を計測していないため、完成精度の向上が困難であった。特に、機械の熱膨張が寸法誤差の原因となる。

ここで、例えば特開昭５９−３０６６６号公報（特許文献１）に記載の研削盤では、加工条件の変更のタイミングを、工作物の寸法を計測する定寸装置からの信号を受信したときとしている。これにより、実際の工作物の寸法に基づいた制御が可能となるため、熱膨張による誤差発生を防ぎ、高精度な研削加工を実現できる。
特開昭５９−３０６６６号公報

しかしながら、定寸装置を用いると、例えば主軸の回転数は、ある値を上限に制限されてしまう。すなわち、定寸装置は、工作物に当接（係合）して寸法を計測するため、主軸の回転数を大きくすると、当接部分にずれ等が生じ、正確な計測ができなくなってしまう。正確な計測を可能にするには、加工条件を制限する必要がある。

一般に、研削加工において、厚く研削すると研削焼けが生じやすいため、より薄く研削されることが好ましい。研削加工のスピードは、砥石の送り速度に影響されるが、砥石の送り速度のみを大きくすると厚く研削されてしまう。つまり、研削加工を高速化するためには、主軸の回転数を大きくして薄く研削できるようにし、それに伴って砥石の送り速度を大きくする必要がある。

しかし、上記のような定寸信号を用いた制御では、主軸の回転数に上限があり、その結果、研削焼け防止の観点から、砥石の送り量も大きくすることができなかった。つまり、研削スピードを向上させることが困難であった。このように、定寸信号により加工条件を変更する方法では、１つの工作物に対する研削加工時間を短縮することが困難であり、結果として、研削効率の向上（総サイクルタイムを短縮すること）が困難であった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、研削加工を高精度に保ち、且つ、研削効率の向上を可能とする研削盤および研削加工方法を提供することを目的とする。

本発明は、本体部と、定寸装置と、熱的安定判定部と、制御部とを備えることを特徴とする。本体部は、工作物を支持して回転駆動する主軸と、主軸を軸支する主軸台と、回転駆動する砥石車を支持し主軸台に対して主軸の回転軸線と平行なＺ軸方向およびＺ軸方向と直交するＸ軸方向に相対移動可能な砥石台とを有する。

定寸装置は、砥石車により研削加工される工作物の被研削部に当接して被研削部の寸法を計測する計測部と、計測部が計測した被研削部の寸法が予め設定された既定寸法になると定寸信号を発生する発生部とを有する。

熱的安定判定部は、本体部が熱的に安定しているか否かを判定する。機械の熱膨張は、機械起動後から発生し、膨張の度合いを徐々に小さくしながら、やがて上限値となる。熱的な安定とは、膨張が上限値となった状態か、あるいは膨張の度合いが非常に小さい状態をいう。

制御部は、それぞれ加工条件が設定された第一加工プログラムおよび第二加工プログラムを記憶し、熱的安定判定部が安定でないと判定した場合には、直接定寸モードで本体部を制御し、前記熱的安定判定部が安定と判定した場合には、間接定寸モードで本体部を制御する。加工プログラムは、例えば、数値制御（ＮＣ）プログラムである。

直接定寸モードは、加工条件が、第一加工プログラムに基づき決定され且つ定寸信号を受信したときに変更されるモードである。つまり、直接定寸モードでは、実際の被研削部の寸法に従って加工条件が変更される。

間接定寸モードは、加工条件が、定寸信号によらず第二加工プログラムに基づき決定且つ変更されるモードである。つまり、間接定寸モードでは、定寸信号ではなく第二加工プログラムに基づいて加工条件が変更される。加工プログラムでは、加工条件に基づく砥石の座標（指令値）等から間接的に被研削部の寸法が計算でき、その寸法に基づいて加工条件の変更ポイント（後述する変更座標等）が設定されている。

制御部は、間接定寸モードにおいて、定寸信号を無視あるいは停止して、第二加工プログラムに従って加工条件を決定変更する。つまり、間接定寸モードでは、定寸信号によって加工条件を変更しないため、定寸装置による加工条件の制限を取り除くことができる。第二加工プログラムに設定される加工条件は、定寸装置による制限がなく、高速化した加工条件とすることができる。加工条件によって研削速度は決定される。

本発明の研削盤によれば、直接定寸モードにおいて熱膨張による誤差発生を防ぎ、間接定寸モードにおいて研削加工の高速化を可能としている。つまり、本発明の研削盤は、研削加工を高精度に保ち、且つ、研削効率の向上を可能とする。

上記のように、加工条件によって研削速度は決定される。従って、第二加工プログラムに設定された加工条件のうち少なくとも１つは、当該対応する第一加工プログラムに設定された加工条件よりも、研削速度が速いことが好ましい。例えば、第二加工プログラムに設定された「粗研削の加工条件」は、第一加工プログラムに設定された「粗研削の加工条件（すなわち、対応する加工条件）」よりも、研削速度が速いことが好ましい。これにより、研削加工の高速化を実現することができる。

ここで、定寸装置は、工作物の被研削部の寸法が予め設定された最終寸法となったときに最終定寸信号を発生し、制御部は、最終定寸信号を受信したときに、研削加工中の工作物の研削加工を終了させることが好ましい。これにより、工作物の完成度を高度に維持することができる。

ここで、本発明において、第二加工プログラムには、加工条件と、変更座標と、が設定されており、制御部は、熱的安定判定部が安定と判定したとき以降に直接定寸モードで受信した定寸信号に基づいて、第二加工プログラムの変更座標を修正するようにしてもよい。そして、上記のように、変更座標を修正後、直接定寸モードから間接定寸モードに切り替わる。変更座標とは、加工条件が変更される砥石台の主軸台に対する相対位置である。例えば、設定された変更座標が（Ｘ、Ｚ）であれば、砥石台が座標（Ｘ、Ｚ）に位置したときに加工条件が変更される。これによれば、第二加工プログラムの変更座標を、熱的安定時に実際に工作物が既定寸法となる上記相対位置に修正することができる。

例えば、磨耗等により砥石車の径が変化していた場合、設定された変更座標と、工作物が実際に既定寸法になる座標とにずれが生じる虞がある。しかし、本発明によれば、第二加工プログラムの変更座標は、熱的安定時に直接定寸モードで受信した定寸信号に基づいて修正されるため、加工条件の変更がより実際の寸法（既定寸法）に即したものとなる。従って、間接定寸モードに切り替わった後も、加工精度は維持される。

ところで、本発明における熱的安定判定部は、以下に例示するように熱的安定を判定することができる。

熱的安定判定部は、研削盤の起動後に研削加工された工作物の数に基づいて、本体部が熱的に安定しているか否かを判定してもよい。予め実測等により、起動後、いくつ工作物を加工すれば熱的に安定するかを測定し、これ（工作物の数）を判定の閾値として設定する。これにより、容易に判定することができる。

また、熱的安定判定部は、研削盤が起動してからの経過時間に基づいて、本体部が熱的に安定しているか否かを判定してもよい。予め実測等により、起動から熱的に安定するまでにかかる時間を測定し、これ（経過時間）を判定の閾値として設定する。これにより、容易に判定することができる。

また、熱的安定判定部は、温度センサの測定値に基づいて、本体部が熱的に安定しているか否かを判定してもよい。このとき、研削盤は、本体部の温度を測定する温度センサを備えている。例えば、温度センサにより本体部の構造物や潤滑油などの温度を測定し、その測定値が所定値（熱的安定とする温度）に達したとき、安定と判定する。これにより、より正確に判定することができる。

また、熱的安定判定部は、定寸信号を受信した時に、定寸装置に予め設定された既定寸法と第一加工プログラムに基づき算出される被研削部の寸法との差が、許容値以下であれば、本体部が熱的に安定していると判定するようにしてもよい。上述のように、加工プログラムに基づけば、現在の砥石の座標や半径がわかり、被研削部の寸法は算出することができる。従って、熱的安定判定部は、加工プログラムに基づく間接的な寸法と、定寸装置に基づく直接的な寸法との差がないもしくは小さければ、熱膨張がないものとして「熱的安定」と判定できる。

また、上記のような間接的な寸法と直接的な寸法の差が、所定回数連続して許容値以下であれば、本体部が熱的に安定していると判定するようにしてもよい。これによれば、より高精度に熱的安定を判定できる。

また、熱的安定判定部は、複数の工作物を連続して研削加工する際、定寸信号を受信したときの第一加工プログラムに基づき算出される被研削部の寸法が、所定回数連続して一定であれば、本体部が熱的に安定していると判定するようにしてもよい。換言すると、間接的な寸法と直接的な寸法の差が、連続して一定であれば、当該差が許容値以下であるか否かにかかわらず「熱的安定」と判定する。差が一定であれば、熱膨張が起きていないことがわかる。以上、例示したように熱的安定を判定できる。

ここで、制御部は、間接定寸モードの際、研削加工が停止してからの経過時間が所定時間を超えた場合、熱的安定判定部をリセットし、直接定寸モードに切り替えることが好ましい。これにより、停止により機械が冷めて再び熱膨張する状態となっても、間接定寸モードから直接定寸モードに切り替わるため、加工精度を維持することができる。

また、制御部は、間接定寸モードの際、定寸信号を受信したときに、定寸装置に予め設定された既定寸法と第二加工プログラムに基づき算出される被研削部の寸法との差が、異常許容値を超えた場合、直接定寸モードへの切り替えまたは研削加工の停止を実行することが好ましい。つまり、間接定寸モードにおいて、定寸信号は、加工条件変更に関わらないが、異常検知手段として用いられる。

間接定寸モードでは、例えば、定寸装置による上限を超えた加工条件で研削加工が行われる。従って、定寸信号が正確でない可能性もある。しかし、正確でない部分を考慮して異常許容値を設定することで、間接定寸モードで寸法が大きくずれている場合を検知することができる。そして、異常を検知した場合に、直接定寸モードに切り替えるか、または研削加工を停止することで、異常な工作物の製造継続を防ぐことができる。

また、本発明の研削盤では、工作物がクランクシャフトで、被研削部がクランクピンであるとき、さらに効果を発揮する。クランクシャフトのクランクピンを研削加工する際、クランクピンは回転中心（ジャーナル部）から偏心しているため、定寸装置にはリンク機構を用いる必要がある。そのため、定寸装置のリンク機構によって、主軸の回転数を大きくできず、高速化にさらなる制限がかかる。その結果、定寸装置を使用しながらでは、高速化がより困難であった。しかし、本発明の研削盤を用いれば、上記機能を有するため、定寸装置にリンク機構が必要な工作物の研削加工に、非常に効果的である。

ところで、本発明は、工作物の研削加工方法として把握することができる。すなわち、本発明の研削加工方法は、本体部と定寸装置とを備えた研削盤により工作物を研削加工する研削加工方法であって、本体部が熱的に安定するまでは定寸信号に基づいて加工条件を変更し、本体部が熱的に安定した後は定寸信号によらず加工条件を変更することを特徴とする。この方法によれば、熱的安定前であっても高精度な研削加工が可能であり、熱的安定後は、定寸装置による加工条件の制限が解除され、高速化が可能となる。つまり、上記同様、高精度且つ効率的な研削加工が可能となる。熱的安定の判定には、上記熱的安定判定部を用いてもよい。

本発明の研削盤および研削加工方法によれば、研削加工を高精度に保ち、且つ、研削効率の向上を可能とする。

次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。

＜第一実施形態＞
第一実施形態の研削盤１について、図１〜５を参照して説明する。図１は、研削盤１の構成を示す図である。図２は、工作物Ｗの被研削部Ｗ１の寸法を示す図である。図３は、研削開始後における被研削部Ｗ１の最終寸法からの距離と時間の関係を示す図であり、（ａ）が直接定寸モードでの制御、（ｂ）が間接定寸モードでの制御である。図４は、第一実施形態における一被研削部Ｗ１の処理フローを示す図である。

研削盤１は、図１に示すように、本体部２と、定寸装置３と、熱的安定判定部４と、制御部５とを備えている。なお、熱的安定判定部４と制御部５は、数値制御装置１１１内に配置されている。

本体部２は、ベッド２０上に、テーブル２１と、主軸台６０と、心押し台６３と、砥石台７０とを備えている。ベッド２０は、サーボモータ２２、２３を有している。テーブル２１は、ベッド２０上で、サーボモータ２２によってＺ軸方向に駆動される。Ｚ軸方向は、後述する主軸６１の回転軸線と平行な方向である。

主軸台６０は、テーブル２１上に設置され、サーボモータ６２により回転駆動する主軸６１を軸支している。工作物Ｗは、主軸６１と心押し台６３とによって中心支持され、主軸６１およびサーボモータ６２によって回転する。

砥石台７０は、サーボモータ２３によってＸ軸方向に駆動される。Ｘ軸方向は、ベッド２０上でＺ軸方向に直交する方向である。砥石台７０は、主軸台６０がＺ軸方向に移動可能であるため、主軸台６０に対してＸ軸方向およびＺ軸方向に相対移動可能となっている。砥石台７０は、砥石駆動モータ７２により回転駆動する砥石車７１を支持している。

定寸装置３は、工作物Ｗの被研削部Ｗ１に当接して被研削部Ｗ１の寸法を計測する計測部３１と、計測部３１が計測した被研削部Ｗ１の寸法が予め設定された既定寸法になると定寸信号を発生する発生部３２とを有している。計測部３１は、被研削部Ｗ１に当接する一対の接触子を有し、接触子の基準位置に対する偏位を電気信号に変換する。計測部３１は、制御部５で制御されたシリンダ等により、待機位置と測定位置との間を移動できるように構成されている。測定位置は、被研削部Ｗ１の寸法を測定する位置であり、待機位置とは接触子を被研削部Ｗ１の外周部から離間させ、Ｘ軸方向に工作物Ｗから遠ざかる方向に移動させた位置である。発生部３２は、制御部５に接続されている。既定寸法および定寸信号については後述する。

熱的安定判定部４は、制御部５に接続されている。熱的安定判定部４は、本体部２が起動してからの研削加工本数（工作物Ｗの数）を監視している。そして、研削加工本数が予め設定された閾値Ｎ本以上となれば、熱的に安定したと判定する。閾値は、本体部２の構成や、研削加工条件によって異なるが、実測等により予め求めることができる。本実施形態では、起動後に本体部２が安定するまでの時間を計測し、その間に研削加工する本数を閾値としている。熱的安定判定部４の判定結果は、制御部５に送信される。なお、熱的安定判定部４は、制御部５の一機能として制御部５内に配置されてもよい。

制御部５は、各サーボモータ２２、２３、６２に指令し、主に、被研削部位置（Ｚ座標）、砥石送り速度（Ｘ座標）、および、主軸６１の回転数を制御する。制御部５は、加工条件が設定された第一ＮＣプログラムおよび第二ＮＣプログラムを記憶している。制御部５は、熱的安定判定部４の判定結果に応じて制御モードを切り替える。この制御モードは、直接定寸モードと間接定寸モードであり、詳細については後述する。

ここで、既定寸法と定寸信号について図２を参照して説明する。図２に示す被研削部Ｗ１の寸法（Ｒｒｓ、Ｒｆｓ、Ｒｍｓ）は、最終寸法Ｒｅを基準として研削速度をそれぞれ切り替える位置を示したものである。本実施形態において、Ｒｒｓは粗研削送り開始位置、Ｒｆｓは精研削送り開始位置、Ｒｍｓは微研削送り開始位置をそれぞれ表している。定寸信号は、ＲｆｓおよびＲｍｓを既定寸法とし、Ｒｅを最終寸法として発生するように設定されている。

すなわち、定寸装置３は、既定寸法Ｒｆｓのとき定寸信号ＡＳ１を、既定寸法Ｒｍｓのとき定寸信号ＡＳ２をそれぞれ発生する。そして、最終寸法Ｒｅとなったとき、最終定寸信号ＡＳ３を発生する。

ここで、制御部５について図３および図４を参照してさらに説明する。制御部５は、被研削部Ｗ１の寸法に応じて加工条件を変更する。まず、早送りにより砥石車７１を工作物Ｗに接近させる。続いて、粗研削、精研削、微研削の順に研削加工を行い、被研削部Ｗ１が最終寸法Ｒｅとなったところで早戻しにより砥石車７１と工作物Ｗとを離間させる。各工程において、加工条件が異なっている。加工条件とは、具体的に、砥石送り速度および主軸６１の回転数で決定される研削速度Ｆである。

制御部５には、これら加工条件のもととなるＮＣデータが設定された第一ＮＣプログラムおよび第二ＮＣプログラムが記憶されている。図示しないエンコーダやリニアスケールなどにより砥石台７０および主軸台６０の位置（座標（Ｘ、Ｚ））が計測され、座標と砥石車７１の径から被研削部Ｗ１の寸法を算出できる。つまり、ＮＣプログラムに基づいて被研削部Ｗ１の寸法が算出できる。そして、第二ＮＣプログラムには、加工条件を変更する砥石台７０の位置である変更座標（Ｘ、Ｚ）が予め設定されている。

制御部５は、熱的安定判定部４が安定でないと判定した場合には直接定寸モードで本体部２を制御し、熱的安定判定部４が安定と判定した場合には間接定寸モードで本体部２を制御する。

図３（ａ）に示すように、直接定寸モードは、第一ＮＣプログラムに従って制御するモードであって、粗研削から精研削（Ｐ２）、および、精研削から微研削（Ｐ３）への加工条件の変更を、定寸信号を受信したときに行うよう設定されたモードである。

図３（ａ）に示すように、制御部５は、第一ＮＣプログラムに従って、まず砥石台７０を早送りし、第一ＮＣプログラムに基づく被研削部Ｗ１の寸法がＲｒｓとなったところ（Ｐ１）で、加工条件を早送り速度Ｆｖから粗研削速度Ｆｒ１に変更する。続いて、定寸信号ＡＳ１を受信したとき（Ｐ２）、加工条件を粗研削速度Ｆｒ１から精研削速度Ｆｆ１に変更する。続いて、定寸信号ＡＳ２を受信したとき（Ｐ３）、加工条件を精研削速度Ｆｆ１から微研削速度Ｆｍに変更する。そして、最終定寸信号ＡＳ３を受信したとき（Ｐ４）、微研削を終了し、早戻しする。なお、Ｐ１における加工条件の変更は、第一ＮＣプログラムに設定された変更座標に基づいて行われる。

一方、間接定寸モードは、第二ＮＣプログラムに基づいて制御するモードであって、定寸信号ＡＳ１、ＡＳ２によらず、第二ＮＣプログラムに従って加工条件を変更するモードである。つまり、定寸信号ＡＳ１、ＡＳ２を無視して、設定されたプログラム（加工条件や変更座標）通りに研削加工を行う。図３（ｂ）に示すように、第二ＮＣプログラムに基づいて、早送り速度Ｆｖから粗研削速度Ｆｒ２、粗研削速度Ｆｒ２から精研削速度Ｆｆ２、精研削速度Ｆｆ２から微研削速度Ｆｍへと加工条件が変更される。そして、最終定寸信号ＡＳ３を受信したとき、微研削を終了し、早戻しする。

図３に示すように、粗研削速度および精研削速度は、直接定寸モード（第一ＮＣプログラム）と間接定寸モード（第二ＮＣプログラム）とで異なっている。間接定寸モードでは、定寸信号の受信の有無に関わらず、研削加工を行えるので、高速化した加工条件を用いることができる。従って、粗研削速度および精研削速度はそれぞれ、Ｆｒ１＜Ｆｒ２、Ｆｆ１＜Ｆｆ２の関係に設定されている。微研削については、ＡＳ３の受信、および、被研削部Ｗ１の完成度を維持するため、両モードで同速度としている。図３から明らかなように、間接定寸モードのほうが直接定寸モードよりも高速化されている。

制御部５の一被研削部に対する処理フローは、図４に示すようになる。まず、研削加工開始前に、熱的安定判定部４が起動後の研削加工本数とＮ本とを比較し、制御部５に判定結果を送信する。そして、研削加工本数がＮ本未満であれば、安定でないと判定し（Ｙｅｓ）、制御部５は、直接定寸モードで本体部２を制御する。一方、研削加工本数がＮ本以上であれば、安定と判定し（Ｎｏ）、間接定寸モードに切り替えて制御する。つまり、起動後の研削加工本数が０〜（Ｎ−１）本のとき直接定寸モードで制御し、Ｎ本以上のとき間接定寸モードで制御する。

なお、制御部５は、間接定寸モードの際、研削加工が停止してからの経過時間が所定時間（例えば３０分）を超えた場合、熱的安定判定部４をリセットし、直接定寸モードに切り替える。これにより、停止により機械が冷めて再び熱膨張する状態となっても、間接定寸モードから直接定寸モードに切り替わるため、加工精度を維持することができる。

以上、第一実施形態の研削盤１によれば、直接定寸モードで熱膨張による誤差を防止し、間接定寸モードにより高速化を実現する。すなわち、研削盤１は、研削加工を高精度に維持した上、研削効率を向上させることが可能である。

なお、間接定寸モードにおいて、精研削から微研削への加工条件変更を定寸信号ＡＳ２の受信により行うようにしてもよい。これにより、仕上げをより精度よく行うことができる。また、粗研削終了後、一定時間、研削送りを停止し、その後、精研削を行うようにしてもよい。これにより、粗研削による被研削部Ｗ１のたわみをリセットすることができ、より精度が向上する。

また、工作物Ｗの研削加工本数ではなく、被研削部の研削加工数を閾値とすることもできる。つまり、１本の工作物Ｗにおいても、被研削部が複数ある場合があり（Ｗ１、Ｗ２、・・・）、この被研削部の研削加工数でも安定か否かを判定できる。この場合、１本の工作物Ｗを研削加工中であっても、被研削部が例えばＷ１からＷ２へ変わるときに、閾値と比較し、そこで間接定寸モードに切り替えることができる。つまり、より効率的にモード変更でき、研削加工の高速化が可能である。

また、第二ＮＣプログラムに設定されている変更座標は、熱的に安定した状態で受信した直接定寸モードにおける定寸信号に基づいて修正されてもよい。定寸信号を受信したときの砥石台７０等の座標（Ｘ、Ｚ）は、エンコーダ等により検出される。

本実施形態の場合、例えば、研削加工本数がＮ本目では直接定寸モードを維持し、Ｎ本目加工中に受信する定寸信号ＡＳ１（またはＡＳ２）に基づいて第二ＮＣプログラムの変更座標を修正し、Ｎ＋１本目から間接定寸モードとする。変更座標は、定寸信号を受信したときの座標（実測値）に修正される。これによれば、間接定寸モードに切り替わった後も、加工精度は維持される。

＜第二実施形態＞
第二実施形態の研削盤１０について図５を参照して説明する。図５は、研削盤１０の構成を示す図である。研削盤１０は、研削盤１に比べて、温度センサ８が加わり、熱的安定判定部４の判定方法が異なっている。

温度センサ８は、図５に示すように、ベッド２０に設置されている。温度センサ８は、砥石台７０で用いられる潤滑油の温度を計測している。潤滑油の温度は、砥石台７０および砥石車７１の温度を反映しており、測定値からそれらの温度が推測される。温度センサ８は、熱的安定判定部４および制御部５に接続されており、計測した測定値を熱的安定判定部４および制御部５に送信する。

熱的安定判定部４は、温度センサ８および制御部５に接続されている。熱的安定判定部４は、温度センサ８が計測した測定値を受信している。熱的安定判定部４には、本体部２が熱的に安定する温度（以下、温度閾値という）が予め記憶されている。そして、熱的安定判定部４は、受信した測定値が温度閾値以上となれば、熱的に安定したと判定する。熱的安定判定部４の判定結果は、制御部５に送信される。なお、熱的安定判定部４は、制御部５の一機能として制御部５内に配置されてもよい。

制御部５は、熱的安定判定部４の判定結果を常時受信し、安定と判定した場合、現在実施中の研削工程から次の研削工程への加工条件変更を間接定寸モードで行う。そして、以後は、第一実施形態同様に、間接定寸モードで本体部２を制御する。

これによれば、実際の機械温度に基づきモードを切り替えるため、より高精度である。また、リアルタイムにモードを切り替えることができ、高効率となる。なお、温度センサ８は、研削盤に一般に設置されているものを利用してもよい。

また、熱的安定判定部４は、起動後の経過時間を監視し、予め設定した時間閾値を超えたときに安定と判定するようにしてもよい。上記同様、経過時間が時間閾値を超えたときに、現在実施中の研削工程から次の研削工程への加工条件変更を間接定寸モードで行う。従って、上記同様、効率的なモード変換が可能となる。

また、第一実施形態に記載したように、第二ＮＣプログラムの変更座標を修正するようにしてもよい。上記のように、温度や経過時間により安定を判定する場合、例えば、安定と判定したときから次の定寸信号ＡＳ１（またはＡＳ２）を受信するまでは直接定寸モードを維持し、そこで受信した定寸信号に基づいて第二ＮＣプログラムの変更座標を修正する。その後、直接定寸モードから間接定寸モードに切り替わる。これにより、間接定寸モードに切り替わった後も、加工精度は維持される。

＜第三実施形態＞
第三実施形態の研削盤は、第一実施形態に比べて、熱的安定判定部４の判定方法が異なっている。熱的安定判定部４は、定寸信号ＡＳ１を受信したときの「既定寸法Ｒｆｓ」と「第一ＮＣプログラムに基づき算出される被研削部Ｗ１の寸法」との差を監視している。つまり、実測値と推測値の差を検出している。そして、熱的安定判定部４は、上記の差が許容値以下となれば、安定と判定する。許容値は、実測等により予め設定されている。

図６は、第三実施形態における一被研削部の処理フローを示す図である。制御部５は、まず、研削開始後（粗研削前）、前回の判定結果が安定であるか否かをチェックする（Ｓ６０１）。前回安定でない場合（Ｓ６０１：Ｎｏ）、直接定寸モードで粗研削を行う（Ｓ６０２）。

一方、前回安定の場合（Ｓ６０１：Ｙｅｓ）、間接定寸モードで粗研削を行う（Ｓ６０３）。その後は、間接定寸モードが維持される。つまり、定寸信号ＡＳ１によらず第二ＮＣプログラムに従って、粗研削から精研削に変更する（Ｓ６０６）。そして、定寸信号ＡＳ２によらず第二ＮＣプログラムに従って、精研削から微研削に変更する（Ｓ６０７）。なお、微研削は、最終定寸信号ＡＳ３の受信により終了し、早戻しする。

前回安定でない場合（Ｓ６０１：Ｎｏ）、直接定寸モードで粗研削を行い、定寸信号ＡＳ１を受信したときに粗研削を停止し、上記の差を比較する（Ｓ６０４）。そして、安定でない場合（Ｓ６０４：Ｎｏ）、直接定寸モードが維持される。つまり、第一ＮＣプログラムに従って精研削を行い（Ｓ６０５）、ＡＳ２を受信したとき、精研削から微研削に変更する。

また、今回安定と判定された場合（Ｓ６０４：Ｙｅｓ）、直接定寸モードから間接定寸モードに切り替わる。つまり、第二ＮＣプログラムに従って、精研削を行い（Ｓ６０６）、ＡＳ２の受信によらず精研削から微研削に変更する（Ｓ６０７）。これにより、より効率的な研削加工が可能となる。

なお、熱的安定判定部４は、定寸信号ＡＳ１を受信したときの上記差が、所定回数（例えば１０回）連続して許容値以下であれば、安定と判定するようにしてもよい。これにより、より高精度な判定を行うことができる。

また、熱的安定判定部４は、上記差が所定回数（例えば１０回）連続して一定であれば、安定と判定するようにしてもよい。つまり、差が継続して一定であれば、差が許容値を超えていても熱的に安定している（熱膨張はない）と判定できる。これによっても同様の効果を得ることができる。このとき、上記差を自動補正するようにしてもよい。つまり、第二ＮＣプログラムの変更座標を実測値に修正するようにしてもよい。

上記のように、実測値と推測値との差を基に安定を判定する場合は、例えば、安定と判定したときに受信した定寸信号ＡＳ１（またはＡＳ２）に基づいて、変更座標を修正する。第三実施形態では、例えば、図６のＳ６０４でＹｅｓとなった場合、当該Ｙｅｓとなった定寸信号ＡＳ１に基づいて、第二ＮＣプログラムに設定された「粗研削から精研削への変更座標」を修正する。これにより、間接定寸モードに切り替わった後も、加工精度は維持される。なお、第一および第二実施形態に記載したように、安定と判定した次の定寸信号を受信するまで直接定寸モードを維持し、そこで受信した定寸信号に基づいて修正してもよい。

以上のように、第二ＮＣプログラムの変更座標は、「熱的安定判定部４が安定と判定したとき以降に直接定寸モードで受信した定寸信号」に基づいて修正されてもよい。なお、定寸信号ＡＳ２を受信したときの「既定寸法Ｒｍｓ」と「第一ＮＣプログラムに基づき算出される被研削部Ｗ１の寸法」との差を比較するようにしてもよい。

＜その他＞
上記した実施形態において、図７に示すように、工作物Ｗがクランクシャフト９で、被研削部Ｗ１がそのクランクピン９１である場合、より大きな効果を得ることができる。クランクピン９１は回転中心（ジャーナル部Ｊ）から偏心している。従って、定寸装置３の計測部３１には、クランクピン９１に追従できるリンク機構（図示せず）が必要となる。リンク機構を用いると、接触子とクランクピン９１の良好な接触を維持するために、主軸６１の回転数に大幅な制限がかかってしまう。つまり、研削加工の高速化がより困難となる。しかし、本実施形態の研削盤を用いれば、間接定寸モードで高速化するため、全体の加工効率を向上できる。

また、上記した実施形態において、間接定寸モード時の定寸装置３を異常検知手段として用いるようにしてもよい。つまり、制御部５は、間接定寸モードの際、定寸信号（ＡＳ１、ＡＳ２）を受信したときの「既定寸法（Ｒｆｓ、Ｒｍｓ）」と「第二ＮＣプログラムに基づき算出される被研削部Ｗ１の寸法」との差が、異常許容値を超えた場合、直接定寸モードへの切り替えまたは研削加工の停止を実行する。

間接定寸モードでは、定寸装置３による上限を超えた加工条件（Ｆｒ２、Ｆｆ２）で研削加工が行われる。従って、定寸信号（ＡＳ１、ＡＳ２）が正確でない可能性もある。しかし、正確でない部分を考慮して大きな値とした異常許容値を設定することで、間接定寸モードで寸法が大きくずれている場合を検知することができる。そして、異常を検知した場合に、直接定寸モードに切り替えるか、または研削加工を停止することで、異常な工作物の製造継続を防ぐことができる。

研削盤１の構成を示す図である。 工作物Ｗの被研削部Ｗ１の寸法を示す図である。 研削開始後における被研削部Ｗ１の最終寸法からの距離と時間の関係を示す図であり、（ａ）が直接定寸モードでの制御、（ｂ）が間接定寸モードでの制御である。 第一実施形態における一被研削部Ｗ１の処理フローを示す図である。 研削盤１０の構成を示す図である。 第三実施形態における一被研削部Ｗ１の処理フローを示す図である。 クランクシャフト９を示す図である。

符号の説明

１、１０：研削盤、
２０：ベッド、 ２１：テーブル、 ２２、２３：サーボモータ、
３：定寸装置、 ３１：計測部、 ３２：発生部、
４：熱的安定判定部、 ５：制御部、
６０：主軸台、 ６１：主軸、 ６２：サーボモータ、 ６３：心押し台、
７０：砥石台、 ７１：砥石車、 ７２：砥石駆動モータ、
８：温度センサ、 ９：クランクシャフト、 ９１：クランクピン、
Ｗ：工作物、 Ｗ１：被研削部

Claims (14)

1. 工作物を支持して回転駆動する主軸と、前記主軸を軸支する主軸台と、回転駆動する砥石車を支持し前記主軸台に対して前記主軸の回転軸線と平行なＺ軸方向および前記Ｚ軸方向と直交するＸ軸方向に相対移動可能な砥石台と、を有する本体部と、
   前記砥石車により研削加工される前記工作物の被研削部に当接して前記被研削部の寸法を計測する計測部と、前記計測部が計測した前記被研削部の寸法が予め設定された既定寸法になると定寸信号を発生する発生部とを有する定寸装置と、
   前記本体部が熱的に安定しているか否かを判定する熱的安定判定部と、
   それぞれ加工条件が設定された第一加工プログラムおよび第二加工プログラムを記憶し、前記熱的安定判定部が安定でないと判定した場合には、加工条件が前記第一加工プログラムに基づき決定され且つ前記定寸信号を受信したときに変更される直接定寸モードで前記本体部を制御し、前記熱的安定判定部が安定と判定した場合には、加工条件が前記定寸信号によらず前記第二加工プログラムに基づき決定且つ変更される間接定寸モードで前記本体部を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする研削盤。
2. 前記第二加工プログラムに設定された加工条件のうち少なくとも１つは、対応する前記第一加工プログラムに設定された加工条件よりも、研削速度が速い請求項１に記載の研削盤。
3. 前記定寸装置は、前記工作物の被研削部の寸法が予め設定された最終寸法となったときに最終定寸信号を発生し、
   前記制御部は、前記最終定寸信号を受信したときに、研削加工中の前記工作物の研削加工を終了させる請求項１または２に記載の研削盤。
4. 前記第二加工プログラムには、加工条件と、加工条件が変更される前記砥石台の前記主軸台に対する相対位置である変更座標と、が設定されており、
   前記制御部は、前記熱的安定判定部が安定と判定したとき以降に前記直接定寸モードで受信した前記定寸信号に基づいて、前記第二加工プログラムの前記変更座標を修正する請求項１〜３の何れか一項に記載の研削盤。
5. 前記熱的安定判定部は、前記研削盤の起動後に研削加工された前記工作物の数に基づいて、前記本体部が熱的に安定しているか否かを判定する請求項１〜４の何れか一項に記載の研削盤。
6. 前記熱的安定判定部は、前記研削盤が起動してからの経過時間に基づいて、前記本体部が熱的に安定しているか否かを判定する請求項１〜４の何れか一項に記載の研削盤。
7. 前記本体部の温度を測定する温度センサをさらに備え、
   前記熱的安定判定部は、前記温度センサの測定値に基づいて、前記本体部が熱的に安定しているか否かを判定する請求項１〜４の何れか一項に記載の研削盤。
8. 前記熱的安定判定部は、前記定寸信号を受信したときに、前記定寸装置に予め設定された前記既定寸法と前記第一加工プログラムに基づき算出される前記被研削部の寸法との差が、許容値以下であれば、前記本体部が熱的に安定していると判定する請求項１〜４の何れか一項に記載の研削盤。
9. 前記熱的安定判定部は、複数の前記工作物を連続して研削加工する際、前記定寸信号を受信したときに、前記定寸装置に予め設定された前記既定寸法と前記第一加工プログラムに基づき算出される前記被研削部の寸法との差が、所定回数連続して許容値以下であれば、前記本体部が熱的に安定していると判定する請求項１〜４の何れか一項に記載の研削盤。
10. 前記熱的安定判定部は、複数の前記工作物を連続して研削加工する際、前記定寸信号を受信したときの前記第一加工プログラムに基づき算出される前記被研削部の寸法が、所定回数連続して一定であれば、前記本体部が熱的に安定していると判定する請求項１〜４の何れか一項に記載の研削盤。
11. 前記制御部は、前記間接定寸モードの際、研削加工が停止してからの経過時間が所定時間を超えた場合、前記熱的安定判定部をリセットし、前記直接定寸モードに切り替える請求項１〜１０の何れか一項に記載の研削盤。
12. 前記制御部は、前記間接定寸モードの際、前記定寸信号を受信した時に、前記定寸装置に予め設定された前記既定寸法と前記第二加工プログラムに基づき算出される前記被研削部の寸法との差が、異常許容値を超えた場合、前記直接定寸モードへの切り替えまたは研削加工の停止を実行する請求項１〜１１の何れか一項に記載の研削盤。
13. 前記工作物は、クランクシャフトであり、
    前記被研削部は、クランクピンである請求項１〜１２の何れか一項に記載の研削盤。
14. 工作物を支持して回転駆動する主軸と、前記主軸を軸支する主軸台と、回転駆動する砥石車を支持し前記主軸台に対して前記主軸の回転軸線と平行なＺ軸方向および前記Ｚ軸方向と直交するＸ軸方向に相対移動可能な砥石台と、を有する本体部と、
    前記砥石車により研削加工される前記工作物の被研削部に当接して前記被研削部の寸法を計測する計測部と、前記計測部が計測した前記被研削部の寸法が予め設定された既定寸法になると定寸信号を発生する発生部とを有する定寸装置と、
    を備えた研削盤により前記工作物を研削加工する研削加工方法であって、
    前記本体部が熱的に安定するまでは前記定寸信号に基づいて加工条件を変更し、前記本体部が熱的に安定した後は前記定寸信号によらず加工条件を変更することを特徴とする研削加工方法。

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