JP2011104675A - 研削盤および研削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの撓み量による影響を考慮して、高精度な研削を行うことができる研削盤および研削方法を提供する。
【解決手段】ワークＷに砥石４３を押圧してワークＷを撓ませながらワークＷを研削する研削盤であって、ワークＷと砥石４３との接触範囲におけるワークＷの撓み量の差ΔX_f(t)を算出し、算出された撓み量の差ΔX_f(t)が所定閾値ΔXth以上となった場合に、砥石４３のワークＷに対する相対的な送り速度を変更する。
【選択図】図７

Description

本発明は、研削盤および研削方法に関するものである。

従来、筒状ワークの外周面を径方向に切り込む研削盤として、特開平７−２１４４６６号公報（特許文献１）に記載されたものがある。当該研削盤は、加工の際に、砥石台を一定の送り速度で前進させている。

特開平７−２１４４６６号公報

ところで、軸状のワークの両端を主軸センタと心押センタにより支持し、砥石車を軸状のワークの外周面に押圧して研削する場合には、ワークの軸方向位置によって撓み量が異なる。より高精度化が求められる近年、砥石車によってワークの軸方向位置における外径を同一に仕上げようとしても、軸方向位置によって撓み量が異なることによって、テーパ状に研削されてしまうという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ワークの撓み量による影響を考慮して、高精度な研削を行うことができる研削盤および研削方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、
ワークに砥石を押圧して前記ワークを撓ませながら前記ワークを研削する研削盤であって、
前記ワークと前記砥石との接触範囲における前記ワークの撓み量の差を算出する撓み量差算出手段と、
前記撓み量差算出手段により算出された前記撓み量の差が所定閾値以上となった場合に、前記砥石の前記ワークに対する相対的な送り速度を変更する制御手段と、
を備えることである。

請求項２に係る発明は、
前記制御手段は、前記撓み量の差が前記所定閾値以上となった場合に、前記撓み量の差が前記所定閾値に達した時点における前記砥石の切込量と同一以下の前記砥石の切込量となるように前記ワークと前記砥石の相対位置を制御することである。

請求項３に係る発明は、
前記研削盤は、前記ワークの研削径を測定する定寸装置を備え、
前記制御手段は、前記定寸装置により測定される前記ワークの研削径に基づいて、前記撓み量の差が前記所定閾値に達した時点における前記砥石の切込量と同一以下の前記砥石の切込量となるように、前記ワークと前記砥石の相対位置を制御することである。

請求項４に係る発明は、
前記制御手段は、前記撓み量の差が前記所定閾値以上となった場合に、前記撓み量の差が前記所定閾値に達した時点における研削抵抗と同一以下の研削抵抗となるように前記ワークと前記砥石の相対位置を制御することである。

請求項５に係る発明は、
前記研削盤は、前記研削抵抗を検出する抵抗検出センサを備え、
前記制御手段は、前記抵抗検出センサにより検出される前記研削抵抗に基づいて、前記撓み量の差が前記所定閾値に達した時点における研削抵抗と同一以下の研削抵抗となるように、前記研削抵抗によるフィードバック制御を行うことによって、前記ワークと前記砥石の相対位置を制御することである。

請求項６に係る発明は、
前記制御手段は、前記撓み量の差が前記所定閾値以上となった場合に、前記撓み量の差が前記所定閾値に達した時点における前記相対的な送り速度以下の前記相対的な送り速度となるように、前記ワークと前記砥石の相対位置を制御することである。

請求項７に係る発明は、
前記制御手段は、研削抵抗の増加に伴って前記ワークの撓み量が増加している際に、前記ワークの撓み量の差が前記所定閾値以上となったか否かを判定することを特徴とする研削盤。

請求項８に係る発明は、
前記制御手段は、前記砥石の前記接触範囲の幅方向両端の撓み量の差が前記所定閾値以上となった場合に、前記相対的な送り速度を変更することである。

請求項９に係る発明は、
前記撓み量差算出手段は、前記砥石の前記接触範囲の幅方向両端の撓み量の差、および、前記砥石の前記接触範囲の幅方向中央の撓み量と前記砥石の前記接触範囲の端部の撓み量との差を算出し、
前記制御手段は、算出された前記撓み量の差のうちの最大値が、前記所定閾値以上となった場合に、前記相対的な送り速度を変更することである。

請求項１０に係る発明は、
ワークに砥石を押圧して前記ワークを撓ませながら前記ワークを研削する方法であって、
前記ワークと前記砥石との接触範囲における前記ワークの撓み量の差が所定閾値以上となった場合に、前記砥石の前記ワークに対する相対的な送り速度を変更することである。

請求項１に係る発明によれば、ワークと砥石との接触範囲におけるワークの撓み量の差が所定閾値以上となった場合に、送り速度を変更するようにしている。これにより、ワークのうち砥石との接触範囲においては、撓み量の差が所定閾値以下となるような研削が可能となる。つまり、ワークのうち砥石との接触範囲における撓み量の差が所定閾値以下とすることにより、ワークの研削部位の精度を一定以上に確保することができる。従って、撓み量の差に起因するテーパ誤差が生じることを抑制できる。

請求項２に係る発明によれば、砥石の切込量を、撓み量の差が所定閾値に達した時点における砥石の切込量以下となるようにしている。ここで、撓み量の差が所定閾値に達した時点における砥石の切込量以下であれば、撓み量の差が所定閾値を超えないようにすることができる。これにより、確実に高精度な研削を実現できる。
請求項３に係る発明によれば、ワークの研削径を把握できることで、砥石の切込量を監視しながら砥石の相対的な位置を制御できる。

請求項４に係る発明によれば、研削抵抗を、撓み量の差が所定閾値に達した時点における研削抵抗以下となるようにしている。ここで、撓み量の差が所定閾値に達した時点における研削抵抗以下であれば、撓み量の差が所定閾値を超えないようにすることができる。これにより、確実に高精度な研削を実現できる。
請求項５に係る発明によれば、研削抵抗を検出しながら、研削抵抗によるフィードバック制御を行うことで、確実に、所定の研削抵抗以下となるように砥石の相対的な位置を制御できる。なお、抵抗検出センサとしては、例えば、ワークを支持する主軸に設けられる力センサ、砥石の移動を駆動するモータ電流を検出するセンサなどが適用される。

請求項６に係る発明によれば、砥石の相対的な送り速度を、撓み量の差が所定閾値に達した時点における送り速度以下となるようにしている。ここで、撓み量の差が所定閾値に達した時点における送り速度以下であれば、撓み量の差が所定閾値を超えないようにすることができる。これにより、確実に高精度な研削を実現できる。

請求項７に係る発明によれば、撓み量の差が所定閾値以上となったか否かを確実に判定することができる。なお、ワークの撓み量が増加している際とは、砥石により研削を開始した直後が該当する。いわゆる非定常状態または過渡状態といわれる。

請求項８に係る発明によれば、砥石の接触範囲の幅方向両端の撓み量の差を判定対象としている。これにより、撓み量の差を容易に算出することができる。請求項９に係る発明によれば、砥石の接触範囲の幅方向両端の撓み量の差に加えて、砥石の接触範囲の幅方向中央の撓み量と端部の撓み量との差を考慮して、最大値を所定閾値との判定対象としている。これにより、より高精度にかつ比較的容易に、撓み量の差を算出することができる。なお、砥石の接触範囲の幅方向中央の撓み量と端部の撓み量とは、幅方向中央の撓み量と幅方向の一端部の撓み量との差、および、幅方向中央部の撓み量と幅方向の他端部の撓み量の差を含む意味である。

請求項１０に係る発明によれば、研削方法を対象としており、請求項１の研削盤に係る発明の効果と同様の効果を奏する。また、当該研削方法に係る発明については、研削盤に係る発明の他の特徴部分について同様に適用することができる。この場合の効果はそれぞれの特徴における効果と同様の効果となる。

工作機械の平面図である。 制御装置の機能ブロック図である。 経過時間に対する砥石台位置を示す図である。 ワークの撓み量を示す図である。 研削抵抗に対するワークの撓み量および撓み量差の関係を示す図である。 粗研削における制御装置による処理のフローチャートである。 （ａ）図６のステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４となる場合における、経過時間に対する砥石台位置、研削抵抗および撓み量差の関係を示す図である。（ｂ）図６のステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６となる場合における、経過時間に対する砥石台位置、研削抵抗および撓み量差の関係を示す図である。 ワークと砥石車との位置関係を示す図である。

以下、本発明の研削盤および研削方法を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態の研削盤の一例として、砥石台トラバース型円筒研削盤を例に挙げて説明する。そして、当該研削盤の研削対象ワークＷは、軸状ワークを例に挙げる。

当該研削盤について、図１を参照して説明する。図１に示すように、研削盤１は、ベッド１０と、主軸台２０と、心押台３０と、砥石支持装置４０と、力センサ５０と、定寸装置６０と、制御装置７０とから構成される。

ベッド１０は、ほぼ矩形状からなり、床上に配置される。ただし、ベッド１０の形状は矩形状に限定されるものではない。このベッド１０の上面には、一対の砥石台用ガイドレール１１ａ、１１ｂが、図１の左右方向（Ｚ軸方向）に延びるように、且つ、相互に平行に形成されている。一対の砥石台用ガイドレール１１ａ、１１ｂは、砥石支持装置４０を構成する砥石台トラバースベース４１が摺動可能なレールである。さらに、ベッド１０には、一対の砥石台用ガイドレール１１ａ、１１ｂの間に、砥石台トラバースベース４１を図１の左右方向に駆動するための、砥石台用Ｚ軸ボールねじ１１ｃが配置され、この砥石台用Ｚ軸ボールねじ１１ｃを回転駆動する砥石台用Ｚ軸モータ１１ｄが配置されている。

主軸台２０は、主軸台本体２１と、主軸２２と、主軸モータ２３と、主軸センタ２４とを備えている。主軸台本体２１は、ベッド１０の上面のうち、図１の左下側に固定されている。ただし、主軸台本体２１は、ベッド１０に対するＺ軸方向位置を僅かに調整することが可能である。この主軸台本体２１の内部には、主軸２２が軸周り（図１のＺ軸周り）に回転可能に挿通支持されている。この主軸２２の図１の左端には、主軸モータ２３が設けられ、主軸２２は、主軸モータ２３により主軸台本体２１に対して回転駆動される。この主軸モータ２３はエンコーダを有しており、エンコーダにより主軸モータ２３の回転角を検出することができる。また、主軸２２の右端に、軸状のワークＷの軸方向一端を支持する主軸センタ２４が取り付けられている。

心押台３０は、心押台本体３１と、心押センタ３２とを備えている。心押台本体３１は、ベッド１０の上面のうち、図１の右下側に固定されている。ただし、心押台本体３１は、ベッド１０に対するＺ軸方向位置を僅かに調整することが可能である。この心押台本体３１は、図１の左右方向に貫通する穴が形成されている。この心押台本体３１の貫通孔に、心押センタ３２が回転可能に挿通支持されている。この心押センタ３２の回転軸は、主軸２２の回転軸と同軸上に位置している。そして、この心押センタ３２は、ワークＷの軸方向他端を支持する。つまり、心押センタ３２は、主軸センタ２４に対向するように配置されている。そして、主軸センタ２４と心押センタ３２とにより、ワークＷの両端を回転可能に支持している。さらに、心押センタ３２は、心押台本体３１の右端面からの突出量を変更可能である。つまり、ワークＷの位置に応じて、心押センタ３２の突出量を調整することができる。このように、ワークＷは、主軸センタ２４および心押センタ３２により、主軸軸周り（Ｚ軸周り）に回転可能に保持されている。

砥石支持装置４０は、砥石台トラバースベース４１と、砥石台４２と、砥石車４３（本発明の「砥石」に相当）と、砥石回転用モータ４４とを備えている。砥石台トラバースベース４１は、矩形の平板状に形成されており、ベッド１０の上面のうち、一対の砥石台用ガイドレール１１ａ、１１ｂ上を摺動可能に配置されている。砥石台トラバースベース４１は、砥石台用Ｚ軸ボールねじ１１ｃのナット部材に連結されており、砥石台用Ｚ軸モータ１１ｄの駆動により一対の砥石台用ガイドレール１１ａ、１１ｂに沿って移動する。この砥石台用Ｚ軸モータ１１ｄはエンコーダを有しており、エンコーダにより砥石台用Ｚ軸モータ１１ｄの回転角を検出することができる。

この砥石台トラバースベース４１の上面には、砥石台４２が摺動可能な一対のＸ軸ガイドレール４１ａ、４１ｂが、図１の上下方向（Ｘ軸方向）に延びるように、且つ、相互に平行に形成されている。さらに、砥石台トラバースベース４１には、一対のＸ軸ガイドレール４１ａ、４１ｂの間に、砥石台４２を図１の上下方向に駆動するための、Ｘ軸ボールねじ４１ｃが配置され、このＸ軸ボールねじ４１ｃを回転駆動するＸ軸モータ４１ｄが配置されている。このＸ軸モータ４１ｄはエンコーダを有しており、エンコーダによりＸ軸モータ４１ｄの回転角を検出することができる。

砥石台４２は、砥石台トラバースベース４１の上面のうち、一対のＸ軸ガイドレール４１ａ、４１ｂ上を摺動可能に配置されている。そして、砥石台４２は、Ｘ軸ボールねじ４１ｃのナット部材に連結されており、Ｘ軸モータ４１ｄの駆動により一対のＸ軸ガイドレール４１ａ，４１ｂに沿って移動する。つまり、砥石台４２は、ベッド１０、主軸台２０および心押台３０に対して、Ｘ軸方向（プランジ送り方向）およびＺ軸方向（トラバース送り方向）に相対移動可能となる。

そして、この砥石台４２のうち図１の下側部分には、図１の左右方向に貫通する穴が形成されている。この砥石台４２の貫通孔に、砥石車回転軸部材（図示せず）が、砥石中心軸周り（Ｚ軸周り）に回転可能に支持されている。この砥石車回転軸部材の一端（図１の左端）に、円盤状の砥石車４３が同軸的に取り付けられている。つまり、砥石車４３は、砥石台４２に対して、片持ち支持されている。具体的には、砥石車４３の図１の右端側を砥石台４２に支持され、砥石車４３の図１の左端側は自由端となる。この砥石車４３の回転軸は、主軸２２の回転軸に平行に設けられている。また、砥石台４２の上面には、砥石回転用モータ４４が固定されている。そして、砥石車回転軸部材の他端（図１の右端）と砥石回転用モータ４４の回転軸とにプーリが懸架されることで、砥石回転用モータ４４の駆動により、砥石車４３が砥石軸周りに回転する。

力センサ５０（本発明の「抵抗検出センサ」に相当）は、主軸２２に設けられ、主軸２２に加わるＸ軸方向成分の力を計測している。つまり、この力センサ５０は、砥石車４３によりワークＷが研削されることにより生じる研削抵抗を検出している。ここでは、砥石車４３をワークＷに対してＸ方向のみに移動させながら研削するため、力センサ５０は、Ｘ軸方向成分の力を計測するのみとしている。この力センサ５０により計測される信号は、制御装置７０へ出力される。
定寸装置６０は、研削部位におけるワークＷの外径を計測している。この定寸装置６０により計測される信号は、制御装置７０へ出力される。

制御装置７０（本発明の「撓み量差算出手段」「制御手段」に相当）は、各モータを制御して、ワークＷを主軸周りに回転させ、砥石車４３を回転させ、且つ、ワークＷに対する砥石車４３のＺ軸方向およびＸ軸方向の相対的な位置を変更することにより、ワークＷの外周面の研削を行う。

この制御装置７０について図２を参照して詳細に説明する。ここで、本発明の特徴部分は、砥石台４２のＸ軸方向の移動についてである。そこで、ここでは、制御装置７０を構成する各部のうち、特に、砥石台４２のＸ軸方向の制御に関する部分のみについて説明するものとする。図２に示すように、制御装置７０のうち砥石台４２のＸ軸方向の制御に関する部分は、モータ制御部７１と、撓み量差算出部７２と、補正部７３とを備える。

モータ制御部７１は、ＮＣデータを入力し、当該ＮＣデータのうち砥石台４２のＸ軸位置指令値に基づいて、Ｘ軸モータ４１ｄを制御する。つまり、モータ制御部７１は、ＮＣデータのＸ軸指令位置に砥石台４２が位置するように、位置制御されている。この位置指令値について、図３を参照して説明する。図３に示すように、まず、時刻t1〜t2の間において粗研削を行う。粗研削終了時点t2における研削径は、D1となる。そして、時刻t2〜t3の間において、粗研削よりも高い研削精度を得ることができる精研削を行う。精研削終了時点t3における研削径は、D2となる。時刻t3〜t4の間において、精研削よりも高い研削精度を得ることができる微研削を行う。そして、微研削終了時点t4において、最終仕上径D3となるようにしている。ここで、ＮＣデータにおいて、砥石車４３のＸ軸方向の送り速度は、図３より明らかなように、粗研削、精研削、微研削の順に遅くなるように設定されている。さらに、粗研削、精研削および微研削のそれぞれにおける砥石車４３のＸ軸方向の送り速度は、一定となるように設定されている。

撓み量差算出部７２は、力センサ５０により検出される研削抵抗F(t)に基づいて、撓み量差ΔX_f(t)を算出する。撓み量差ΔX_f(t)の算出の詳細は後述する。
補正部７３は、撓み量差算出部７２により算出されたたわみ量差ΔX_f(t)、および、定寸装置６０により測定されるワークＷの研削部位の外径を入力する。そして、補正部７３は、これらの情報に基づいてＮＣデータを補正すべきか否かを判定し、補正すべきと判定された場合にはＮＣデータを補正する。つまり、補正部７３によりＮＣデータが補正された場合には、モータ制御部７１は、補正されたＮＣデータに基づいてＸ軸モータ４１ｄを制御する。

次に、撓み量差算出部７２にて算出されるワークＷの撓み量差ΔX_f(t)について、図４および図５を参照して説明する。図４に示すように、ワークＷの外周面に砥石車４３を押圧してワークＷを研削することにより、ワークＷには研削抵抗F(t)が発生する。そして、ワークＷは、主軸センタ２４と心押センタ３２とにより両端支持されている。つまり、図４の撓み量曲線として示すように、ワークＷの中心軸に撓みが生じる。ここで、研削抵抗F(t)は、ワークＷの外周面のうち砥石車４３の幅方向中央にかけられるものとする。

また、砥石車４３の幅はｂとする。また、ワークＷと砥石車４３の接触範囲のうち、砥石車４３の幅方向中央をP_Cとし、砥石車４３の幅方向左端をP_Lとし、砥石車４３の幅方向右端をP_Rとする。また、ワークＷの軸方向長さをＬとし、ワークＷの左端から砥石車４３の幅方向中央P_Cまでの長さをL₁とし、ワークＷの右端から砥石車４３の幅方向中央P_Cまでの長さをL₂とする。

このとき、砥石車４３の幅方向左端P_LにおけるワークＷの撓み量X_{f_left}(t)は、式（１）のように表される。砥石車４３の幅方向中央P_CにおけるワークＷの撓み量X_{f_center}(t)は、式（２）のように表される。砥石車４３の幅方向右端P_RにおけるワークＷの撓み量X_{f_right}(t)は、式（３）のように表される。つまり、研削抵抗F(t)が分かれば、ワークＷの撓み量X_{f_left}(t)，X_{f_center}(t)，X_{f_right}(t)を求めることができる。

式（１）〜（３）および図４から分かるように、L₁≠L₂の場合には、砥石車４３の幅方向左端P_LにおけるワークＷの撓み量X_{f_left}(t)と、砥石車４３の幅方向中央P_CにおけるワークＷの撓み量X_{f_center}(t)と、砥石車４３の幅方向右端P_RにおけるワークＷの撓み量X_{f_right}(t)とは異なる。従って、ワークＷの砥石車４３の接触範囲において撓み量が異なることに起因して、ワークＷはテーパ状に研削されるおそれがある。

ここで、式（１）〜（３）より、ワークＷの撓み量X_{f_left}(t)，X_{f_center}(t)，X_{f_right}(t)は何れも研削抵抗F(t)の関数となっている。そこで、ワークＷの撓み量X_f(t)と研削抵抗F(t)との関係について図５を参照して説明する。図５の黒菱形印にて、ワークＷの撓み量X_{f_left}(t)を示し、白四角印にて、ワークＷの撓み量X_{f_right}(t)を示す。これらから明らかなように、研削抵抗F(t)が増加すると、ほぼ比例して、ワークＷの撓み量X_{f_left}(t)， X_{f_right}(t)は増加している。

そして、図４および式（１）〜（３）を用いて説明したが、図５からも明らかなように、L₁≠L₂の場合には、ワークＷの撓み量X_{f_left}(t)， X_{f_right}(t)は異なる。従って、砥石車４３の幅方向左端P_LにおけるワークＷの撓み量X_{f_left}(t)と、砥石車４３の幅方向右端P_RにおけるワークＷの撓み量X_{f_right}(t)との差ΔX_f(t)が発生する。ここで、図５において、当該両端の撓み量の差ΔX_f(t)を白丸印にて示す。また、図５より、両端の撓み量の差ΔX_f(t)は、研削抵抗F(t)が増加するにつれて、比例して増加していることが分かる。つまり、研削抵抗F(t)が大きいほど、ワークＷに生じるテーパ誤差が大きくなることになる。

ここで、本実施形態において、ワークＷの撓み量差ΔX_f(t)は、簡易的に以下のようにしている。第一の撓み量差ΔX_f1(t)を、砥石車４３の幅方向右端P_RにおけるワークＷの撓み量X_{f_right}(t)と、砥石車４３の幅方向左端P_LにおけるワークＷの撓み量X_{f_left}(t)との差とする。第二の撓み量差ΔX_f2(t)を、砥石車４３の幅方向右端P_RにおけるワークＷの撓み量X_{f_right}(t)と、砥石車４３の幅方向中央P_CにおけるワークＷの撓み量X_{f_center}(t)との差とする。第三の撓み量差ΔX_f3(t)を、砥石車４３の幅方向左端P_LにおけるワークＷの撓み量X_{f_left}(t)と、砥石車４３の幅方向中央P_CにおけるワークＷの撓み量X_{f_center}(t)との差とする。つまり、これら第一〜第三の撓み量差ΔX_f1(t)，ΔX_f2(t)，ΔX_f3(t)は、式（４）により表される。

そして、このように得られた第一の撓み量差ΔX_f1(t)、第二の撓み量差ΔX_f2(t)、および、第三の撓み量差ΔX_f3(t)の最大値を、ワークＷの撓み量差ΔX_f(t)とする。この他に、精度は落ちるがより簡易的に、両端の撓み量差、すなわち、第一の撓み量差ΔX_f1(t)をワークＷの撓み量差ΔX_f(t)とすることもできる。

次に、制御装置７０による粗研削（図２のt1〜t2）を行う場合における処理について図６を参照して説明する。まず、ＮＣデータに基づいて粗研削が開始される（Ｓ１）。続いて、撓み量差算出部７２にて撓み量差ΔX_f(t)を算出する（Ｓ２）。この算出処理は、上述したとおりである。つまり、研削抵抗F(t)に基づいて、ワークＷの撓み量X_{f_left}(t)，X_{f_center}(t)，X_{f_right}(t)を算出し、これらの差分の最大値としての撓み量差ΔX_f(t)を算出する。

続いて、補正部７３にて、撓み量差算出部７２にて算出された撓み量差ΔX_f(t)が予め設定された閾値ΔXth以上となったか否かを判定する（Ｓ３）。そして、撓み量差ΔX_f(t)が予め設定された閾値ΔXth以上でない場合には（Ｓ３：Ｎ）、定寸装置６０により測定されるワークＷの研削径D(t)が粗研削終了径D1に達したか否かを判定する（Ｓ４）。そして、まだ現在のワークＷの研削径D(t)が、粗研削終了径D1に達していなければ（Ｓ４：Ｎ）、粗研削を継続して行い、ステップＳ２に戻り、処理を繰り返す。一方、現在のワークＷの研削径D(t)が、粗研削終了径D1に達した場合には（Ｓ４：Ｙ）、粗研削を終了する。

つまり、撓み量差ΔX_f(t)が予め設定された閾値ΔXth以上とならなければ、ＮＣデータによりＸ軸モータ４１ｄが制御される。この場合の経過時間に対する砥石台４２のＸ軸方向位置、研削抵抗F(t)、および、撓み量差ΔX_f(t)について、図７（ａ）を参照して説明する。ここで、図７（ａ）において、横軸のt1およびt2は、図２に対応している。

図７（ａ）に示すように、粗研削が開始されてから（時刻t1）、徐々に研削抵抗F(t)が増加していく。ここで、研削抵抗F(t)が増加している間を、非定常状態、または過渡状態という。そして、図５を用いて説明したように、研削抵抗F(t)が増加すればするほど、ワークＷの撓み量X_{f_left}(t)，X_{f_center}(t)，X_{f_right}(t)が増加していく。そうすると、図７（ａ）に示すように、撓み量差ΔX_f(t)も増加していく。この間、図６のステップＳ３にて、撓み量差ΔX_f(t)が予め設定された閾値ΔXth以上であるか否かを判定し続ける。

さらに粗研削を継続して行っていると、そのうち、研削抵抗F(t)が一定となる、いわゆる定常状態に達する。定常状態においては、ワークＷの撓み量X_{f_left}(t)，X_{f_center}(t)，X_{f_right}(t)が一定となる。つまり、撓み量差ΔX_f(t)も一定となる。そうすると、算出される撓み量差ΔX_f(t)は、予め設定された閾値ΔXth以上となることはない。従って、初期の予定通りのＮＣデータの指令に従って、Ｘ軸モータ４１ｄが制御される。つまり、砥石台４２のＸ軸方向の送り速度は、一定の状態を維持し続ける。

ここで、図６のフローチャートに戻り説明を繰り返す。上記には、ステップＳ３において、算出された撓み量差ΔX_f(t)が予め設定された閾値ΔXth以上でない場合（Ｓ３：Ｎ）について説明した。一方、ステップＳ３にて、算出された撓み量差ΔX_f(t)が予め設定された閾値ΔXth以上になった場合には（Ｓ３：Ｙ）、その時点から定常制御が開始される（Ｓ５）。そして、定寸装置６０により測定されるワークＷの研削径D(t)が粗研削終了径D1に達したか否かを判定する（Ｓ６）。そして、まだ現在のワークＷの研削径D(t)が、粗研削終了径D1に達していなければ（Ｓ６：Ｎ）、定常制御による粗研削を継続して行う。一方、現在のワークＷの研削径D(t)が、粗研削終了径D1に達した場合には（Ｓ６：Ｙ）、粗研削を終了する。

次に、図６のステップＳ５の定常制御について、図７（ｂ）および図８を参照して説明する。図７（ｂ）に示すように、粗研削が開始されてから（時刻t1）、徐々に研削抵抗F(t)が増加していく。そして、図５を用いて説明したように、研削抵抗F(t)が増加すればするほど、ワークＷの撓み量X_{f_left}(t)，X_{f_center}(t)，X_{f_right}(t)が増加していく。そうすると、図７（ｂ）に示すように、撓み量差ΔX_f(t)も増加していく。この間、図６のステップＳ３にて、撓み量差ΔX_f(t)が予め設定された閾値ΔXth以上であるか否かを判定し続ける。

そして、時刻taにて、撓み量差ΔX_f(t)が予め設定された閾値ΔXth以上になったとする。そうすると、その後は、研削抵抗F(t)が、撓み量差ΔX_f(t)が予め設定された閾値ΔXthに達した時点taにおける研削抵抗F(ta)で一定となるように制御される。そうすると、時刻ta以降において、砥石台４２のＸ軸方向の送り速度は、時刻t1から時刻taまでの送り速度に比べて遅くなる。つまり、図７（ｂ）において、砥石台４２のＸ軸方向位置の傾きが緩やかになるように変化する。その結果、時刻ta以降は、撓み量差ΔX_f(t)が予め設定された閾値ΔXthを超えることがなく、ワークＷに生じるテーパ誤差は、所定の範囲内に収めることができる。つまり、高い研削精度を得ることができる。

ここで、上述したように、定常制御において研削抵抗F(t)が、撓み量差ΔX_f(t)が予め設定された閾値ΔXthに達した時点taにおける研削抵抗F(ta)で一定となるように制御される。この制御方法について、詳細に説明する。

粗研削を行っている場合には、ワークＷと砥石車４３の位置は、図８に示すようになる。ここで、ある時刻tにおける砥石台位置X_ref(t)は、式（５）のように表される。また、時刻t＋Tにおける砥石台位置X_ref(t)は、式（６）のように表される。そして、式（５）（６）の両辺の差をとると、式（７）のように表される。なお、式（７）における第二段と第三段は、フックの法則に基づくものである。

ここで、上述したように、図７（ｂ）の時刻taの後には、研削抵抗F(t)が一定となるようにする。そうすると、時刻tにおける研削抵抗F(t)と時刻t+Tにおける研削抵抗F(t＋T)が一致することになる。つまり、式（８）のように表される。また、切込量−ε(t)も一定となるようにするため、時刻tにおける切込量−ε(t)と時刻t+Tにおける切込量−ε(t＋T)が一致することになる。つまり、式（９）のように表される。

式（８）（９）の関係を、式（７）に代入すると、式（１０）のように表される。つまり、時刻ta以降における単位時間当たりの砥石台４２のＸ軸方向の移動量は、時刻tにおける切込量−Δε(t)となる。

そして、切込量−Δε(t)は、図８より、定寸装置６０によりワークＷの研削径D(t)を把握できれば、算出することができる。つまり、時刻ta以降において、定寸装置により測定されたワークＷの研削径D(t)に基づいて、切込量−Δε(t)が一定となるように制御される。このような制御を、図６のステップS５における定常制御と称している。

＜他の実施形態＞
上記実施形態においては、定常制御において、定寸装置６０により測定されるワークＷの研削径D(t)に基づいて、切込量−Δε(t)が一定となるようにした。ここで、図７（ｂ）に示したように、時刻ta以降は、研削抵抗F(t)が一定となるようにしている。つまり、力センサ５０により検出される研削抵抗F(t)が一定となるように、研削抵抗に基づくフィードバック制御を行うようにしてもよい。この場合も、上記と同様の効果を奏する。

また、上記においては、時刻ta以降において、研削抵抗F(t)が一定となるようにしたが、研削抵抗F(t)が、時刻taにおける研削抵抗F(ta)以下となるようにしてもよい。これにより、研削精度は高くできる。ただし、研削抵抗F(t)を小さくしすぎると、研削時間が長くなるため、研削抵抗F(t)を一定とするのが最適である。

また時刻ta以降において、単に砥石台４２のＸ軸方向の送り速度を所定値毎に遅くなるように変更してもよい。この場合も、十分な効果を発揮できる。例えば、速度オーバーライドなどを適用する。

また、上記実施形態においては、研削抵抗F(t)を検出するセンサとして力センサ５０を用いた。この他に、研削抵抗F(t)を検出するセンサとして、例えば、砥石台４２のＸ軸方向の移動を駆動するＸ軸モータ４１ｄのモータ電流を検出するセンサが適用される。このＸ軸モータ４１ｄは、上記実施形態においては、Ｘ軸ボールねじ４１ｃを回転駆動するモータとして説明した。

この他に、Ｘ軸モータ４１ｄをリニアモータに置き換えて、当該Ｘ軸モータ４１ｄのモータ電流を検出するようにしてもよい。特に、モータ電流を用いる場合には、リニアモータとする方がより高精度に研削抵抗F(t)を検出することができる。また、研削抵抗F(t)を検出するセンサとして、上記の他に、砥石回転用モータ４４の動力を検出するセンサを適用して、当該動力から研削抵抗F(t)を算出することもできる。

１：研削盤
１０：ベッド、 ２０：主軸台、 ２１：主軸台本体
２２：主軸、 ２３：主軸モータ、 ２４：主軸センタ
３０：心押台、 ３１：心押台本体、 ３２：心押センタ
４０：砥石支持装置、 ４１：砥石台トラバースベース、 ４１ｄ：Ｘ軸モータ
４２：砥石台、 ４３：砥石車、 ４４：砥石回転用モータ
５０：力センサ、 ６０：定寸装置
７０：制御装置、 ７１：モータ制御部、 ７２：撓み量差算出部、 ７３：補正部

Claims (10)

1. ワークに砥石を押圧して前記ワークを撓ませながら前記ワークを研削する研削盤であって、
   前記ワークと前記砥石との接触範囲における前記ワークの撓み量の差を算出する撓み量差算出手段と、
   前記撓み量差算出手段により算出された前記撓み量の差が所定閾値以上となった場合に、前記砥石の前記ワークに対する相対的な送り速度を変更する制御手段と、
   を備えることを特徴とする研削盤。
2. 請求項１において、
   前記制御手段は、前記撓み量の差が前記所定閾値以上となった場合に、前記撓み量の差が前記所定閾値に達した時点における前記砥石の切込量と同一以下の前記砥石の切込量となるように前記ワークと前記砥石の相対位置を制御することを特徴とする研削盤。
3. 請求項２において、
   前記研削盤は、前記ワークの研削径を測定する定寸装置を備え、
   前記制御手段は、前記定寸装置により測定される前記ワークの研削径に基づいて、前記撓み量の差が前記所定閾値に達した時点における前記砥石の切込量と同一以下の前記砥石の切込量となるように、前記ワークと前記砥石の相対位置を制御することを特徴とする研削盤。
4. 請求項１において、
   前記制御手段は、前記撓み量の差が前記所定閾値以上となった場合に、前記撓み量の差が前記所定閾値に達した時点における研削抵抗と同一以下の研削抵抗となるように前記ワークと前記砥石の相対位置を制御することを特徴とする研削盤。
5. 請求項４において、
   前記研削盤は、前記研削抵抗を検出する抵抗検出センサを備え、
   前記制御手段は、前記抵抗検出センサにより検出される前記研削抵抗に基づいて、前記撓み量の差が前記所定閾値に達した時点における研削抵抗と同一以下の研削抵抗となるように、前記研削抵抗によるフィードバック制御を行うことによって、前記ワークと前記砥石の相対位置を制御することを特徴とする研削盤。
6. 請求項１において、
   前記制御手段は、前記撓み量の差が前記所定閾値以上となった場合に、前記撓み量の差が前記所定閾値に達した時点における前記相対的な送り速度以下の前記相対的な送り速度となるように、前記ワークと前記砥石の相対位置を制御することを特徴とする研削盤。
7. 請求項１〜６の何れか一項において、
   前記制御手段は、研削抵抗の増加に伴って前記ワークの撓み量が増加している際に、前記ワークの撓み量の差が前記所定閾値以上となったか否かを判定することを特徴とする研削盤。
8. 請求項１〜７の何れか一項において、
   前記制御手段は、前記砥石の前記接触範囲の幅方向両端の撓み量の差が前記所定閾値以上となった場合に、前記相対的な送り速度を変更することを特徴とする研削盤。
9. 請求項１〜７の何れか一項において、
   前記撓み量差算出手段は、前記砥石の前記接触範囲の幅方向両端の撓み量の差、および、前記砥石の前記接触範囲の幅方向中央の撓み量と前記砥石の前記接触範囲の端部の撓み量との差を算出し、
   前記制御手段は、算出された前記撓み量の差のうちの最大値が、前記所定閾値以上となった場合に、前記相対的な送り速度を変更することを特徴とする研削盤。
10. ワークに砥石を押圧して前記ワークを撓ませながら前記ワークを研削する方法であって、
    前記ワークと前記砥石との接触範囲における前記ワークの撓み量の差が所定閾値以上となった場合に、前記砥石の前記ワークに対する相対的な送り速度を変更することを特徴とする研削方法。
    

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