JP2017209771A - センタレス研削機およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】作業の安全確保および生産効率の向上の観点から、研削砥石、ブレードおよび調整砥石の位置関係を高精度で自動調節しうるセンタレス研削機およびその制御方法を提供する。
【解決手段】センタレス研削機は、調整砥石１と、研削砥石２と、調整砥石１および研削砥石２の間に配置されたブレード４と、調整砥石１およびブレード４の間隔を変化させずに調整砥石１および研削砥石２の間隔を調節する第２アクチュエータ４２と、第２アクチュエータ４２の動作を制御する制御装置２０と、を備えている。制御装置２０が、調整砥石１およびブレード４によりワークＷが支持されている状態における、外力センサ８の出力信号により表わされるブレード４に作用する外力の変化態様に応じて、第２アクチュエータ４２の動作態様を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークを、センタ支持することなく、研削砥石、調整砥石およびブレードの３部材との接触により回転可能に支持しながら研削する技術に関する。

本出願人により、加工対象であるワーク（被加工物）を変更し、その径の変化に応じて調整砥石台または研削砥石台が、自動で位置決め設定できるセンタレス研削方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第５０５７９４７号公報

しかし、作業者が研削砥石およびこれが搭載されたスライドを手作業により動かすことは安全性の観点から好ましくない。例えば、研削砥石、ブレードおよび調整砥石の位置関係、ひいては研削砥石、ブレードおよび調整砥石のそれぞれのワークに対する当接態様が適当に調節されていない初期段階において、作業者が手作業により研削砥石をその軸線回りに回転させながら、ブレードに載置されたワークに対して当該研削砥石が搭載されたスライドを前進させ、研削砥石とワークとを接触させて研削点を視認する。その上で、作業者が当該接触状態からスライドを一定量だけ後退させ、当該スライドの原位置を決定する。

また、研削砥石または調整砥石によってワークをその径方向に切り込み加工する際、通常は安全性の観点から低速度で切り込むエアカット領域が設定されているが、その分だけ生産効率が低下する。

そこで、本発明は、作業の安全確保および生産効率の向上の観点から、研削砥石、ブレードおよび調整砥石の位置関係を高精度で自動調節しうるセンタレス研削機およびその制御方法を提供することを目的とする。

本発明は、円柱状の研削砥石と、円柱状の調整砥石と、前記研削砥石および前記調整砥石の間に配置されたブレードと、前記調整砥石と前記ブレードとの間隔を調節する第１アクチュエータと、前記調整砥石と前記ブレードとの間隔を変化させずに前記研削砥石と前記調整砥石との間隔を調節する第２アクチュエータと、前記第１アクチュエータおよび前記第２アクチュエータのそれぞれの動作を制御する制御装置と、を備えているセンタレス研削機およびその制御方法に関する。

本発明のセンタレス研削機は、前記ブレードに作用する外力に応じた信号を出力する外力センサをさらに備え、前記制御装置が、前記調整砥石と前記ブレードとの間隔が調節されることにより前記ブレードの上面である傾斜面と前記調整砥石の外周面との間にワークが支えられるように前記第１アクチュエータの動作を制御し、前記ブレードの上面である傾斜面と前記調整砥石の外周面との間に前記ワークが支えられている状態から、前記研削砥石と前記調整砥石との間隔が狭められるように前記第２アクチュエータの動作を制御し、前記研削砥石と前記調整砥石との間隔が狭められていく過程で前記外力センサの出力が減少したか否かを判定し、当該判定結果が肯定的であることを要件として、前記研削砥石と前記調整砥石との間隔の変化態様を変化させるように前記第２アクチュエータの動作を制御することを特徴とする。

本発明のセンタレス研削機において、前記制御装置が、前記判定結果が肯定的であることを要件として、前記研削砥石と前記調整砥石との間隔を所定値まで広げた上で停止するように前記第２アクチュエータの動作を制御し、当該停止位置を前記研削砥石の原位置として記憶保持することが好ましい。

本発明のセンタレス研削機において、前記制御装置が、前記判定結果が肯定的であることを要件として、前記研削砥石と前記調整砥石との接近速度が低下するように前記第２アクチュエータの動作を制御することが好ましい。

本発明のセンタレス研削機において、前記ブレードの上面である傾斜面と前記調整砥石の外周面との間に前記ワークが支えられている状態で、前記外力センサの出力が増加するように前記ワークに外力を作用させる外力作用機構をさらに備えていることが好ましい。

本発明の制御方法は、円柱状の研削砥石と、円柱状の調整砥石と、前記研削砥石および前記調整砥石の間に配置されたブレードと、を備えているセンタレス研削機の制御方法であって、前記調整砥石と前記ブレードとの間隔を調節することにより、前記ブレードの上面である傾斜面と前記調整砥石の外周面との間にワークを支える工程と、前記ブレードの上面である傾斜面と前記調整砥石の外周面との間に前記ワークが支えられている状態から、前記調整砥石と前記ブレードとの間隔を変化させずに前記研削砥石と前記調整砥石との間隔を狭める工程と、前記研削砥石と前記調整砥石との間隔が狭められていく過程で前記ブレードに作用する外力を測定する工程と、前記外力が減少したか否かを判定する工程と、当該判定結果が肯定的であることを要件として、前記研削砥石と前記調整砥石との間隔の変化態様を変化させる工程と、を含んでいることを特徴とする。

本発明のセンタレス研削機およびその制御方法によれば、ワークがブレードに当接している状態で、ブレードに作用する外力（または外力センサの出力信号）の変化態様に応じてアクチュエータの動作が制御される。ワークと、研削砥石または研削砥石および調整砥石との当接態様に応じてブレードに作用する外力が変化することに鑑みて、研削砥石、ブレードおよび調整砥石の位置関係が高精度で自動調節されうる。これにより、作業者が工具に接触することなく作業の安全性が確保できる。また、研削砥石または調整砥石によってワークをその径方向に切り込み加工する際、エアカット領域の少なくとも一部を割愛できるため、当該ワークから製品の生産効率の向上が図られる。

本発明の一実施形態としてのセンタレス研削機の構成説明図。 本発明の一実施形態としてのセンタレス研削機の制御方法に関する説明図。 ブレードに作用する外力の時間変化態様に関する説明図。

（センタレス研削機の構成）
図１に示されている本発明の一実施形態としてのセンタレス研削機は、調整砥石１と、研削砥石２と、ブレード４と、制御装置２０と、第１アクチュエータ４１と、第２アクチュエータ４２と、第３アクチュエータ４３と、を備えている。

調整砥石１は、略円柱状であり、調整砥石駆動機構によって軸線Ｏ１（Ｚ軸に平行な軸線）回りに回転可能に支持されている。調整砥石駆動機構は、調整砥石スライダ１１によって水平方向（±Ｘ方向（必要に応じてさらに±Ｚ方向））または水平面に対して傾斜した面に沿って往復動可能に支持されている。調整砥石スライダ１１は第１アクチュエータ４１によって駆動される。調整砥石スライダ１１は基台１０を介してベッドに搭載されている。なお、調整砥石スライダ１１はベッドに直接的に搭載されていてもよい。調整砥石１の近傍には、その外周面をドレッシングする調整砥石ドレッシング装置が設けられていてもよい。

研削砥石２は、略円柱状であり、調整砥石１の外周面に対してその外周面を対向させるように配置され、研削砥石駆動機構により軸線Ｏ２（Ｚ軸に平行な軸線）回りに回転可能に支持されている。研削砥石駆動機構は、ベッドに搭載されている研削砥石スライダ１２によって例えば水平方向（±Ｘ方向（必要に応じてさらに±Ｚ方向））または水平面に対して傾斜した面に沿って往復動可能に支持されている。研削砥石スライダ１２は第２アクチュエータ４２によって駆動される。研削砥石２の近傍には、その外周面をドレッシングする研削砥石ドレッシング装置が設けられていてもよい。

調整砥石１および研削砥石２の間にワークＷを供給することによって、ワークＷと、調整砥石１、研削砥石２およびブレード４のそれぞれとの三接点が適当に位置決めされ、調整砥石１または研削砥石２をワークＷの径方向に切り込むことで所望の研削結果が実現される。Ｘ−Ｙ平面における調整砥石１の中心（軸線Ｏ１）および研削砥石２の中心（軸線Ｏ２）を結ぶ線分ＬはＸ軸に平行であり、ワークＷの中心Ｏｗは当該線分Ｌの上方に位置する。

ブレード４は、調整砥石１および研削砥石２の間に配置されている。ブレード４は、ベッドの上に搭載されているワークレスト６に対して固定されている。ブレード４の上方には、第３アクチュエータ４３により昇降駆動され、ワークＷを上方から押さえる上部押さえ板５が設けられている。ワークレスト６には、ブレード４に作用する外力（またはワークレスト６のひずみ量）に応じた信号を出力する外力センサ８が設けられている。外力センサ８は、例えばひずみゲージにより構成されている。

ワークＷの質量が小さい場合、外力センサ８の出力信号により表わされるブレード４に作用する外力が基準値未満または過小となり、当該外力の減少を正確に検知することが困難になる可能性がある。上部押さえ板５およびこれを駆動する第３アクチュエータ４３は、外力センサ８の出力信号により表わされるブレード４に作用する外力が、基準値以上になるようにワークＷに外力を作用させる「外力作用機構」を構成する。この外力作用機構により、前記のような事態が確実に回避され、研削砥石２とワークＷとの接触により、ワークＷが受ける上向の力、すなわち外力の減少が確実に検知されうる。例えば、図３に示されているように、当該外力Ｆは研削砥石２とワークＷとの接触時刻ｔ＝ｔ１までは略一定であるものの、当該時刻ｔ＝ｔ１の後で減少したという変化態様が検知される。

なお、ワークＷの質量が十分大きい場合、上部押さえ板５をワークＷに当接させる必要はなく、上部押さえ板５およびこれを駆動するアクチュエータが省略されてもよい。上部押さえ板５の駆動方向は、上下方向（鉛直方向）のみならず、前記のように外力作用機構として機能しうる限りは鉛直方向に対して傾斜していてもよく、駆動軌道形状が直線状でなく曲線状であってもよい。

制御装置２０は、コンピュータ（ＣＰＵ（演算処理装置）、ＲＯＭまたはＲＡＭなどのメモリ（記憶装置）および入出力Ｉ／Ｆ回路等により構成されている。）により構成されている。制御装置２０は、調整砥石駆動機構および研削砥石駆動機構のほか、第１アクチュエータ４１、第２アクチュエータ４２および第３アクチュエータ４３の動作を制御する。

（センタレス研削機の制御方法（研削砥石の原位置設定））
第１アクチュエータ４１の動作が制御されることにより、調整砥石スライダ１１およびこれに搭載されている調整砥石１が＋Ｘ方向または−Ｘ方向に動かされ、調整砥石１とブレード４とのＸ方向の間隔がワークＷの径に応じて調整される（図２／ＳＴＥＰ０２）。この際、調整砥石１は、その回転が停止された状態に維持されている。当該間隔の調整後、第１アクチュエータ４１の動作が停止される。調整砥石１の外周面とブレード４の傾斜面（上面）との間にワークＷが供給されることにより、ワークＷがブレード４の傾斜面と、調整砥石１の外周面とのそれぞれにより支持される（図２／ＳＴＥＰ０４）。

この際、第３アクチュエータ４３の動作が制御されることにより、上部押さえ板５を下降駆動し、上部押さえ板５にワークＷを下方に押圧させる。ワークＷに作用する重力および調整砥石１からの押圧力の合力が外力としてブレード４の傾斜面に作用し、ブレード４を支持しているワークレスト６がひずみ変形し、当該ひずみ量に応じた信号が当該外力に応じた信号として外力センサ８から出力される。この段階では、外力センサ８の出力信号はほぼ一定である。

外力センサ８の出力信号により表わされるブレード４に作用する外力が基準値以上であるか否かが判定され、当該判定結果が否定的である場合、上部押さえ板５を下降駆動し、当該外力が基準値以上になるように第３アクチュエータ４３および上部押さえ板５によりワークＷが下方に押圧されてもよい。

ブレード４の傾斜面に沿ってその上端から所定の位置（例えば傾斜面の全長の１／３の位置）で、ブレード４とワークＷとを当接させるように、調整砥石１のＸ方向の位置が微調整されてもよい。

この状態で、制御装置２０が第２アクチュエータ４２の動作を制御することにより、研削砥石スライダ１２およびこれに搭載されている研削砥石２をベッドに対して相対的に＋Ｘ方向に前進駆動させる（図２／ＳＴＥＰ０６）。この際、上記のように第１アクチュエータ４１の動作が停止されているため、調整砥石１およびブレード４がベッドに対して固定されている。すなわち、調整砥石１およびブレード４の間隔を変化させずに、調整砥石１および研削砥石２の間隔が狭められるように第２アクチュエータ４２の動作が制御される。また、調整砥石１に加えて研削砥石２は、その回転が停止された状態に維持されている。

調整砥石１および研削砥石２の間隔が狭められる過程で、外力センサ８の出力信号により表わされるブレード４に作用する外力が減少または第１閾値を超えて減少したか否かが判定される（図２／ＳＴＥＰ０８）。外力センサ８の出力信号により表わされるブレード４に作用する外力が減少（または第１閾値を超えて減少）したことは、研削砥石２がワークＷの外周面に接触したことにより、ワークＷが上昇してワークＷからブレード４に作用する力が減少したことを意味する。当該判定結果が否定的である場合（図２／ＳＴＥＰ０８‥ＮＯ）、研削砥石２を継続的に＋Ｘ方向に前進駆動させる（図２／ＳＴＥＰ０６）。

その一方、当該判定結果が肯定的である場合（図２／ＳＴＥＰ０８‥ＹＥＳ）、研削砥石２を−Ｘ方向に後退駆動させる（図２／ＳＴＥＰ１０）。すなわち、調整砥石１および研削砥石２の間隔が拡げられるように第２アクチュエータ４２の動作が制御される。調整砥石１および研削砥石２の間隔が拡げられる過程で、研削砥石２の離間距離または後退量が所定値（例えば５０［μｍ］）に達したか否かが判定される（図２／ＳＴＥＰ１２）。研削砥石２の位置は、例えば第２アクチュエータ４２の動作量に応じた信号を出力する位置センサを用いて測定される。

当該判定結果が否定的である場合（図２／ＳＴＥＰ１２‥ＮＯ）、研削砥石２を継続的に−Ｘ方向に後退駆動させる（図２／ＳＴＥＰ１０）。

そして、当該判定結果が肯定的である場合（図２／ＳＴＥＰ１２‥ＹＥＳ）、第２アクチュエータ４２の動作を停止させることにより、研削砥石スライダ１２およびこれに搭載されている研削砥石２を停止させる（図２／ＳＴＥＰ１４）。この停止位置が研削砥石２の原位置として、制御装置２０を構成する記憶装置に記憶保持される。

（センタレス研削機の制御方法（ワークの研削））
ワークＷが調整砥石１およびブレード４により支持されている一方、研削砥石２から離間している状態から（図１参照）、制御装置２０が第２アクチュエータ４２の動作を制御することにより、研削砥石２を＋Ｘ方向に基準速度で前進駆動する。すなわち、調整砥石１および研削砥石２の相対的な接近速度が基準速度に制御される。これにより、調整砥石１および研削砥石２の間隔、ひいては研削砥石２およびワークＷの間隔が徐々に狭められる。この過程で、外力センサ８の出力信号により表わされるブレード４に作用する外力が減少または第２閾値を超えて減少したか否かが判定される。

当該判定結果が否定的である場合、研削砥石２を継続的に＋Ｘ方向に基準速度で前進駆動させる。その一方、当該判定結果が肯定的である場合、制御装置２０が第２アクチュエータ４２の動作を制御することにより、研削砥石２の前進駆動速度を減少させる。すなわち、調整砥石１および研削砥石２の相対的な接近速度が基準速度から減速される。これにより、研削砥石２がワークＷに当接したことを契機として研削砥石２の前進速度が減速されるので、研削砥石２がワークＷから離間している段階で研削砥石２の前進速度が減速される場合（エアカット領域が大きい場合）と比較して、ワークＷの研削加工に要する時間の短縮が図られる。

調整砥石１が軸線Ｏ１回りに時計回りに回転し、かつ、研削砥石２が軸線Ｏ２回りに時計回りに回転するように、調整砥石駆動機構および研削砥石駆動機構のそれぞれの動作が制御される。この過程で、ワークＷが軸線Ｏｗ回りに反時計回りに回転しながら、前記のようにワークＷとの当接を契機として減速された研削砥石２により外周から研削加工または切り込み加工される。

（本発明の他の実施形態）
前記実施形態では、ブレード４がワークレスト６および基台１０を介してベッドに対して固定された状態で、基台１０に搭載されている調整砥石スライダ１１が第１アクチュエータ４１により駆動されることにより、調整砥石１およびブレード４のＸ方向の間隔が調節されたが、他の実施形態として、調整砥石スライダ１１の基台１０またはベッドに対する駆動に代えて（この場合、調整砥石スライダ１１が、調整砥石台として基台１０またはベッドに対して固定される。）または加えて、ブレード４が調整砥石１とは別個に基台１０またはベッドに対して駆動されることにより、調整砥石１およびブレード４のＸ方向の間隔が調節されてもよい。

前記実施形態では、研削砥石スライダ１２が第２アクチュエータ４２により駆動されることにより、調整砥石１およびブレード４の間隔が変化しないように、調整砥石１および研削砥石２の間隔が調節されたが、他の実施形態として、研削砥石スライダ１２のベッドに対する駆動に代えて（この場合、研削砥石スライダ１２が、研削砥石台としてベッドに対して固定される。）または加えて、基台１０が下部スライダとしてベッドに対して駆動されることにより、調整砥石１および研削砥石２のＸ方向の間隔が調節されてもよい。

１‥調整砥石１‥研削砥石、４‥ブレード、５‥上部押え板（外力作用機構）、６‥ワークレスト、８‥外力センサ、１０‥基台、１１‥調整砥石スライダ、１２‥研削砥石スライダ、２０‥制御装置、４１‥第１アクチュエータ、４２‥第２アクチュエータ、４３‥第３アクチュエータ（外力作用機構）、Ｗ‥ワーク。

Claims (5)

1. 円柱状の研削砥石と、円柱状の調整砥石と、前記研削砥石および前記調整砥石の間に配置されたブレードと、前記調整砥石と前記ブレードとの間隔を調節する第１アクチュエータと、前記調整砥石と前記ブレードとの間隔を変化させずに前記研削砥石と前記調整砥石との間隔を調節する第２アクチュエータと、前記第１アクチュエータおよび前記第２アクチュエータのそれぞれの動作を制御する制御装置と、を備えているセンタレス研削機であって、
   前記ブレードに作用する外力に応じた信号を出力する外力センサをさらに備え、
   前記制御装置が、前記調整砥石と前記ブレードとの間隔が調節されることにより前記ブレードの上面である傾斜面と前記調整砥石の外周面との間にワークが支えられるように前記第１アクチュエータの動作を制御し、
   前記ブレードの上面である傾斜面と前記調整砥石の外周面との間に前記ワークが支えられている状態から、前記研削砥石と前記調整砥石との間隔が狭められるように前記第２アクチュエータの動作を制御し、
   前記研削砥石と前記調整砥石との間隔が狭められていく過程で前記外力センサの出力が減少したか否かを判定し、当該判定結果が肯定的であることを要件として、前記研削砥石と前記調整砥石との間隔の変化態様を変化させるように前記第２アクチュエータの動作を制御することを特徴とするセンタレス研削機。
2. 請求項１記載のセンタレス研削機において、
   前記制御装置が、前記判定結果が肯定的であることを要件として、前記研削砥石と前記調整砥石との間隔を所定値まで広げた上で停止するように前記第２アクチュエータの動作を制御し、当該停止位置を前記研削砥石の原位置として記憶保持することを特徴とするセンタレス研削機。
3. 請求項１または２記載のセンタレス研削機において、
   前記制御装置が、前記判定結果が肯定的であることを要件として、前記研削砥石と前記調整砥石との接近速度が低下するように前記第２アクチュエータの動作を制御することを特徴とするセンタレス研削機。
4. 請求項１〜３のうちいずれか１つに記載のセンタレス研削機において、
   前記ブレードの上面である傾斜面と前記調整砥石の外周面との間に前記ワークが支えられている状態で、前記外力センサの出力が増加するように前記ワークに外力を作用させる外力作用機構をさらに備えていることを特徴とするセンタレス研削機。
5. 円柱状の研削砥石と、円柱状の調整砥石と、前記研削砥石および前記調整砥石の間に配置されたブレードと、を備えているセンタレス研削機の制御方法であって、
   前記調整砥石と前記ブレードとの間隔を調節することにより、前記ブレードの上面である傾斜面と前記調整砥石の外周面との間にワークを支える工程と、
   前記ブレードの上面である傾斜面と前記調整砥石の外周面との間に前記ワークが支えられている状態から、前記調整砥石と前記ブレードとの間隔を変化させずに前記研削砥石と前記調整砥石との間隔を狭める工程と、
   前記研削砥石と前記調整砥石との間隔が狭められていく過程で前記ブレードに作用する外力を測定する工程と、
   前記外力が減少したか否かを判定する工程と、
   当該判定結果が肯定的であることを要件として、前記研削砥石と前記調整砥石との間隔の変化態様を変化させる工程と、を含んでいることを特徴とするセンタレス研削機の制御方法。