JP2019076961A - Grinding machine and grinding method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、研削盤及び研削方法に関するものである。 The present invention relates to a grinding machine and a grinding method.
特許文献1,2には、工作物をクランプして研削加工を行う研削盤が記載されている。この研削盤は、工作物の回転軸線の偏心量等を計測し、この偏心量等に基づいて工作物の研削加工を行う。
上述の研削盤では、工作物をクランプして研削加工を行う。すなわち、工作物の両端を主軸台のセンタ及び心押台のセンタで加圧支持し、工作物の一端をチャックで把持して研削加工を行う。ところが、工作物が傾いた状態でチャックに把持されると、工作物はセンタで加圧支持されるときに曲がって変形し、工作物の回転軸線が偏心する。 In the above-mentioned grinder, a workpiece is clamped and grinding processing is performed. That is, both ends of the workpiece are pressurized and supported by the center of the spindle stock and the center of the tailstock, and one end of the workpiece is held by a chuck to perform grinding. However, when the workpiece is gripped by the chuck in an inclined state, the workpiece is bent and deformed when it is pressure-supported at the center, and the rotation axis of the workpiece is eccentric.
そして、工作物の回転軸線が偏心したまま当該工作物の研削加工を行うと、高精度に研削加工を行っても、研削加工後にセンタの加圧支持を開放したとき変形応力が開放され、工作物の回転軸線の偏心が戻るため、研削加工精度が悪化する。 Then, if the workpiece is ground while the rotational axis of the workpiece is eccentric, the deformation stress is released when the pressure support of the center is released after the grinding, even if grinding is performed with high accuracy. Since the eccentricity of the rotation axis of the object is returned, the grinding processing accuracy is deteriorated.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、研削加工精度を向上できる研削盤及び研削方法を提供することを目的とする。 This invention is made in view of such a situation, and an object of this invention is to provide the grinder and grinding method which can improve grinding processing precision.
(研削盤)
本発明の研削盤は、砥石車を回転可能に支持し、前記砥石車を回転駆動する砥石車駆動モータを有する砥石台と、工作物の一端をチャックで把持して回転可能に支持し、前記工作物を回転駆動する工作物駆動モータを有する主軸台と、前記工作物の他端をセンタで加圧支持する心押台と、前記工作物の回転軸線と交差する方向に前記工作物に対し前記砥石車を相対的に接近離間させる送り装置と、前記送り装置の送り動作を制御することで、前記砥石車で前記工作物の研削加工を行う制御装置と、を備える。
(Grinder)
The grinding machine of the present invention rotatably supports a grinding wheel, holds a grinding wheel head having a grinding wheel drive motor for rotating the grinding wheel, and holds one end of a workpiece by a chuck and rotatably supports it. A headstock having a workpiece drive motor for rotationally driving a workpiece, a tailstock for pressing and supporting the other end of the workpiece at a center, and the workpiece in a direction intersecting the rotational axis of the workpiece The grinding apparatus further includes: a feeding device relatively moving the grinding wheel closer to and away from each other; and a control device configured to grind the workpiece with the grinding wheel by controlling a feeding operation of the feeding device.
前記制御装置は、記憶装置と、前記工作物の形状を入力して前記記憶装置に記憶する入力装置と、前記工作物の形状に基づいて、前記センタの加圧支持により前記工作物の径方向に掛かる変形力、及び前記変形力による前記工作物の軸線の偏心量を求め、前記変形力と前記偏心量との相関関係を前記記憶装置に記憶する第一演算装置と、前記センタに設けられる計測装置からの計測値に基づいて、前記センタの加圧支持により現研削加工対象の前記工作物の径方向に掛かる変形力を求めて前記記憶装置に記憶し、もしくは前記現研削加工対象の工作物に設けられる計測装置からの計測値に基づいて、前記センタの加圧支持による前記現研削加工対象の工作物の径方向の移動量を求めて前記記憶装置に記憶する第二演算装置と、前記変形力と前記偏心量との相関関係を参照して、入力される前記現研削加工対象の工作物の径方向に掛かる変形力に対応する前記現研削加工対象の工作物の軸線の偏心量を求め、もしくは前記移動量を前記現研削加工対象の工作物の軸線の偏心量として求めて前記記憶装置に記憶する第三演算装置と、を備え、前記現研削加工対象の工作物の軸線の前記偏心量を加味して前記送り装置の送り動作を制御することで、前記砥石車で前記現研削加工対象の工作物の研削加工を行う。 The control device includes a storage device, an input device for inputting the shape of the workpiece and storing the shape in the storage device, and the pressure direction of the workpiece by pressure support of the center based on the shape of the workpiece. A first computing device for determining the amount of eccentricity of the axis of the workpiece due to the deformation force applied to the surface and the deformation force, and storing the correlation between the deformation force and the amount of eccentricity in the storage device; Based on the measurement value from the measuring device, the deformation force applied in the radial direction of the workpiece to be ground by the pressure support of the center is determined by pressure support of the center and stored in the storage device. A second calculation device for determining the radial movement amount of the workpiece to be ground by the pressure support of the center based on the measurement value from the measurement device provided on the object and storing the movement amount in the storage device; The deformation force and the front With reference to the correlation with the amount of eccentricity, the amount of eccentricity of the axis line of the workpiece for the current grinding process corresponding to the input deformation force applied in the radial direction of the workpiece for the current grinding processing is obtained, or And a third computing device for obtaining the movement amount as an eccentricity of the axis of the workpiece to be ground and to store it in the storage device, and adding the eccentricity of the axis of the workpiece to be ground. By controlling the feed operation of the feed device, the grinding wheel is used to grind the workpiece to be ground.
(研削方法)
本発明の研削盤で工作物の研削加工を行う研削方法は、前記工作物の形状を入力する入力工程と、前記工作物の形状に基づいて、前記センタの加圧支持により前記工作物の径方向に掛かる変形力、及び前記変形力による前記工作物の軸線の偏心量を求め、前記変形力と前記偏心量との相関関係を求める第一演算工程と、前記センタに設けられる計測装置からの計測値に基づいて、前記センタの加圧支持により現研削加工対象の前記工作物の径方向に掛かる変形力を求め、もしくは前記現研削加工対象の工作物に設けられる計測装置からの計測値に基づいて、前記センタの加圧支持による前記現研削加工対象の工作物の径方向の移動量を求める第二演算工程と、前記変形力と前記偏心量との相関関係を参照して、入力される前記現研削加工対象の工作物の径方向に掛かる変形力に対応する前記現研削加工対象の工作物の軸線の偏心量を求め、もしくは前記移動量を前記工作物の軸線の偏心量として求める第三演算工程と、前記現研削加工対象の工作物の軸線の前記偏心量を加味して前記送り装置の送り動作を制御することで、前記砥石車で前記現研削加工対象の工作物の研削加工を行う加工工程と、を備える。
(Grinding method)
The grinding method for grinding a workpiece with the grinder according to the present invention includes the step of inputting the shape of the workpiece and the diameter of the workpiece by the pressure support of the center based on the shape of the workpiece. The first calculation process of determining the amount of eccentricity of the axis of the workpiece due to the deformation force applied in the direction and the deformation force, and determining the correlation between the deformation force and the amount of eccentricity, and the measuring device provided at the center Based on the measured value, the deformation force applied to the radial direction of the workpiece to be ground by the pressure support of the center is determined by the pressure support of the center, or to the measurement value from the measuring device provided on the workpiece to be ground by the current grinding Based on the second operation process for determining the radial movement amount of the workpiece to be ground by the pressure support of the center based on the center, and the correlation between the deformation force and the eccentricity, the second calculation step is input. Subject to grinding A third operation step of determining the eccentricity of the axis of the workpiece to be ground corresponding to the deformation force applied in the radial direction of the workpiece, or determining the movement as the eccentricity of the axis of the workpiece; A processing step of grinding the workpiece to be subjected to the current grinding process by the grinding wheel by controlling the feed operation of the feed device in consideration of the eccentricity of the axis line of the workpiece to be subjected to the current grinding process; Equipped with
本発明の研削盤及び研削方法によれば、砥石車の送り動作は、工作物の径方向に掛かる変形力から求まる工作物の軸線の偏心量に基づいて制御されるので、当該変形力により変形した工作物に対し的確な研削加工を行うことができ、研削加工精度を向上できる。 According to the grinding machine and the grinding method of the present invention, the feed operation of the grinding wheel is controlled based on the eccentricity of the axis of the workpiece obtained from the deformation force applied in the radial direction of the workpiece. It is possible to perform accurate grinding on the machined workpiece and to improve the grinding accuracy.
(1.研削盤の構成)
本実施形態の研削盤の一例として、ツインヘッド研削盤を例に挙げて図を参照して説明する。以下の説明では、図2に示すように、当該研削盤1の研削加工対象の工作物は、直列4気筒のシングルプレーンのクランクシャフトWを例に挙げ、その研削加工部位は、クランクピンP1−P4及びクランクジャーナルJ1−J5とする。
(1. Configuration of grinding machine)
A twin head grinder will be described as an example of the grinder according to the present embodiment with reference to the drawings. In the following description, as shown in FIG. 2, a workpiece to be ground by the
クランクピンP1−P4は、円筒形状のクランクジャーナルJ1−J5の中心軸線Ljから径方向にオフセットした中心軸線Lpを有する円筒形状に形成される。
図1に示すように、研削盤1は、床上にベッド11が固定され、ベッド11には、クランクシャフトWを回転可能に両端支持する主軸台12及び心押台13が取り付けられる。
The crank pins P1 to P4 are formed in a cylindrical shape having a central axis Lp radially offset from the central axis Lj of the cylindrical crank journal J1 to J5.
As shown in FIG. 1, in the
主軸台12には、マスタ主軸Cm(C軸)が回転可能に支持され、マスタ主軸Cmの先端にクランクシャフトWの一端を支持するセンタ14及び3爪のチャック15が取付けられる。マスタ主軸Cmは、進退駆動装置16によってZ軸線と平行な軸線方向に進退されるとともに、エンコーダ17aを有するマスタサーボモータ17(工作物駆動モータ)によってZ軸線と平行な軸線回りに回転駆動される。
A master spindle Cm (C-axis) is rotatably supported on the
心押台13には、マスタ主軸Cmと同軸上にスレーブ主軸Cs(C軸)が回転可能に支持され、スレーブ主軸Csの先端にクランクシャフトWの他端を支持するセンタ18が取付けられる。このセンタ18には、X軸線方向及びY軸線方向の歪(計測値)を計測する歪ゲージSG(図3参照、計測装置)が装着される。
On the tailstock 13 a slave main shaft Cs (C axis) is rotatably supported coaxially with the master main shaft Cm, and a
スレーブ主軸Csは、センタ加圧装置19によってZ軸線と平行な軸線方向に進退されるとともに、エンコーダ20aを有するスレーブサーボモータ20によってマスタ主軸Cmと同期してZ軸線と平行な軸線回りに回転駆動される。
The slave spindle Cs is advanced and retracted in the axial direction parallel to the Z axis by the center
進退駆動装置16は、マスタ移動モータ16aと、送りねじ16bと、ガイド16cと、スライダ16dと、フローティングジョイント16eを備える。マスタ移動モータ16aのモータ軸には、送りねじ16bが連結される。ガイド16cは、送りねじ16bと並列且つ平行に配置される。
The advancing and retracting
スライダ16dには、送りねじ16bが螺合されるとともに、ガイド16cが貫通される。さらに、スライダ16dには、フローティングジョイント16eを介してマスタ主軸Cmが連結される。マスタ主軸Cmは、マスタ移動モータ16aの駆動による送りねじ16bの回転で、スライダ16dがガイド16cに沿って移動することで、Z軸線と平行な軸線方向に所定量進退される。 The feed screw 16b is screwed into the slider 16d, and the guide 16c is penetrated. Furthermore, the master main axis Cm is connected to the slider 16d via the floating joint 16e. The master main spindle Cm is advanced and retracted in the axial direction parallel to the Z-axis by the movement of the slider 16d along the guide 16c by the rotation of the feed screw 16b by the driving of the master moving motor 16a.
センタ加圧装置19は、スレーブ移動モータ19aと、送りねじ19bと、ガイド19cと、スライダ19dと、スプリング19eを備える。スレーブ移動モータ19aのモータ軸には、送りねじ19bが連結される。ガイド19cは、送りねじ19bと並列且つ平行に配置される。
The
スライダ19dには、送りねじ19bが螺合されるとともに、ガイド19cが貫通される。さらに、スライダ19dは、スプリング19eを介してスレーブ主軸Csを工作物W側へ押圧し、図略のストッパロッドを介して工作物Wとは反対側へスレーブ主軸Csを移動可能に連結する。
The
スレーブ主軸Csは、スレーブ移動モータ19aの駆動による送りねじ19bの回転で、スライダ19dがガイド19cに沿って移動することで、Z軸線と平行な軸線方向に所定量進退される。クランクシャフトWの両端は、チャック15で把持されるとともに、進退駆動装置16及びセンタ加圧装置19によるマスタ主軸Cm及びスレーブ主軸CsのZ軸線と平行な軸線方向の移動により、センタ14,18で挟み込まれて支持される。
The slave main shaft Cs is advanced and retracted in the axial direction parallel to the Z-axis by the movement of the slider 19d along the guide 19c by the rotation of the
そして、マスタ主軸Cmがフローティングジョイント16eによりスライダ16dに対しZ軸線と平行な軸線方向に移動しないように固定されているので、スプリング19eを圧縮するようにセンタ加圧装置19によりスレーブ主軸CsをZ軸線と平行な軸線方向に移動させることで、スプリング19eの圧縮量に応じた加圧力をクランクシャフトWに与えることができる。
Then, since the master main shaft Cm is fixed by the floating joint 16e so as not to move in the axial direction parallel to the Z axis with respect to the slider 16d, the slave main shaft Cs is Z by the
さらに、ベッド11には、エンコーダ21aを有するZ軸サーボモータ21及び送りねじ22によりZ軸方向にそれぞれ移動可能な2つのテーブル23がZ軸線と平行な軸線方向に並べて設けられる。
Further, in the
そして、各テーブル23には、エンコーダ24aを有するX軸サーボモータ24(送り装置)及び送りねじ25(送り装置)によりX軸線と平行な軸線方向(クランクシャフトWの回転軸線と交差する方向)に移動(クランクシャフトWに対し接近離間)可能な2つの砥石台26がZ軸線と平行な軸線方向に並べて設けられる。 Then, in each of the tables 23, an X-axis servomotor 24 (feed device) having an encoder 24 a and a feed screw 25 (feed device) in an axial direction parallel to the X-axis (a direction intersecting the rotation axis of the crankshaft W) Two movable grinding heads 26 capable of moving (approaching and moving away from the crankshaft W) are provided side by side in the axial direction parallel to the Z axis.
各砥石台26には、砥石車駆動モータ27により砥石車28がZ軸線と平行な軸線回りに回転可能に支持されると共に、クーラントを研削点に向かって供給するためのクーラントノズル29(図11Aに示す)が設けられる。さらに、ベッド11には、クランクシャフトW(クランクピンP1−P4、クランクジャーナルJ1−J5)の径を計測する定寸装置30が設けられる。
A grinding
さらに、研削盤1には、マスタ主軸Cm、スレーブ主軸Cs及び砥石車28を回転しかつクランクシャフトWに対する砥石車28の送り動作を制御する制御装置31が設けられる。この制御装置31の構成は、次に説明する研削方法の概要で詳述する。
Furthermore, the grinding
(2.研削方法の概要)
背景技術で述べたように、研削盤1では、クランクシャフトWをクランプして研削加工を行う。すなわち、クランクシャフトWの両端を主軸台12のセンタ14及び心押台13のセンタ18で加圧支持し、クランクシャフトWの片端をチャック15で把持して研削加工を行う。
(2. Outline of grinding method)
As described in the background art, in the grinding
ところが、クランクシャフトWが傾いた状態でチャック15に把持されると、クランクシャフトWはセンタ14,18で加圧支持されるときに曲がって変形し、クランクピンP1−P4の中心軸線やクランクジャーナルJ1−J5の回転軸線が偏心する。そして、この偏心が生じたまま研削加工を行うと、高精度に研削加工を行っても、研削加工後にセンタ14,18の加圧支持を開放したとき変形応力が開放され、上述の偏心が戻るため、研削加工精度が悪化する。
However, when the crankshaft W is held by the
そこで、本実施形態の研削盤1の制御装置31では、研削加工対象のクランクシャフトWに掛かる変形力及び当該変形力の位相に応じたクランクピンP1−P4の中心軸線やクランクジャーナルJ1−J5の回転軸線の偏心量(以下、単に「偏心量」という)及び当該偏心量の位相(変形力の位相と同等)を求め、求めた各研削加工部位P1−P4,J1−J5の偏心量を加味して各研削加工部位P1−P4,J1−J5の研削加工を行う。
Therefore, in the
(3.制御装置の構成及び動作)
次に、制御装置31の構成及び動作について図を参照して詳述する。図3に示すように、制御装置31には、入力装置32と、第一演算装置33と、第二演算装置34と、第三演算装置35と、記憶装置36とを備える。
(3. Configuration and operation of control device)
Next, the configuration and operation of the
入力装置32は、クランクシャフトWの形状を入力して記憶装置36に記憶する(図4のステップS1、入力工程)。クランクシャフトWの形状としては、例えば、クランクシャフトWの軸長、クランクピンP1−P4の軸長、軸径、偏心量、クランクジャーナルJ1−J5の軸長、軸径等がある。
The
第一演算装置33は、入力装置32から入力されるクランクシャフトWの形状及びセンタ加圧装置19から入力されるセンタ18に掛かる加圧力に基づいて、クランクシャフトWに掛かる変形力と当該変形力の位相を求め(図4のステップS2、第一演算工程)、求めた変形力及び位相に応じた各研削加工部位P1−P4,J1−J5の偏心量を既知の3次元解析により求める(図4のステップS3、第一演算工程)。
The first
具体的には、クランクシャフトWは、図6Aに示すように、センタ14,18で支持され、図6Bに示すように、チャック15で把持されると、クランクシャフトWの回転軸線Lwと交差する方向に曲がって変形する。なお、クランクピンP1−P4は、図示省略している。
Specifically, as shown in FIG. 6A, the crankshaft W is supported by the
そして、図7に示すように、変形前の図示二点鎖線で示すクランクピンPb1の中心Opb1に対し、変形後の図示実線で示すクランクピンPa1の中心Opa1の偏心量dは、センタ18に掛かる加圧力に基づいて求めたクランクシャフトWに掛かる変形力Fと当該変形力Fの位相φに応じて3次元解析により求めることができる。なお、他のクランクピンP2−P4の偏心量やクランクジャーナルJ1−J5の偏心量も同様に求めることができる。
Then, as shown in FIG. 7, the eccentricity d of the center Opa1 of the crank pin Pa1 shown by the solid line after the deformation is applied to the
そして、第一演算装置33は、変形力と偏心量のテーブルを作成し(図4のステップS4、第一演算工程)、テーブルを元にスプライン曲線で成る関係式(相関関係)を作成して記憶装置36に記憶する(図4のステップS5、第一演算工程)。
Then, the
具体的には、図8に示すように、変形力F及び位相φを変化させたときの各研削加工部位P1−P4,J1−J5の偏心量を対応させたテーブル(相関関係)を作成する。そして、図9に示すように、横軸を変形力F、縦軸を偏心量dとしたグラフを作成してスプライン曲線で成る関係式(相関関係)を各研削加工部位P1−P4,J1−J5について導く。 Specifically, as shown in FIG. 8, a table (correlation) is created in which the amounts of eccentricity of the ground parts P1-P4 and J1-J5 are made to correspond when the deformation force F and the phase φ are changed. . Then, as shown in FIG. 9, a graph is created with the horizontal axis representing the deformation force F and the vertical axis representing the eccentricity d, and the relational expression (correlation) consisting of spline curves is calculated for each grinding site P1-P4, J1-. Lead about J5.
第二演算装置34は、歪ゲージSGから入力されるセンタ18の歪に基づいて、研削加工対象のクランクシャフトWに掛かる変形力と当該変形力の位相を求めて記憶装置36に記憶する(図4のステップS6、第二演算工程)。
The second
具体的には、図10に示すように、センタ18のX軸線方向の歪及びY軸線方向の歪とセンタ18の剛性からX軸線方向の変形力Fx及びY軸線方向の変形力Fyを求め、X軸線方向の変形力FxとY軸線方向の変形力Fyを合成して研削加工対象のクランクシャフトWに掛かる変形力Fと当該変形力Fの位相φを求める。
Specifically, as shown in FIG. 10, the deformation force Fx in the X axis direction and the deformation force Fy in the Y axis direction are determined from the strain in the X axis direction of the
第三演算装置35は、第一演算装置33で求めた変形力と偏心量の関係式と、第二演算装置34で求めた変形力に基づいて、各研削加工部位P1−P4,J1−J5の偏心量を求めて記憶装置36に記憶する(図4のステップS7、第三演算工程)。
The third
具体的には、記憶装置36から第二演算装置34で求めた研削加工対象のクランクシャフトWに掛かる変形力Fを読み込み、この変形力Fを記憶装置36に記憶されている第一演算装置33で求めた各研削加工部位P1−P4,J1−J5の変形力Fと偏心量dの関係式に代入することで、各研削加工部位P1−P4,J1−J5の偏心量dを求める。
Specifically, the deformation force F applied to the crankshaft W to be ground, which is obtained by the
制御装置31は、記憶装置36から第三演算装置35で求めた各研削加工部位P1−P4,J1−J5の偏心量を加味して砥石車28の送り動作を制御することで、砥石車28で各研削加工部位P1−P4,J1−J5の研削加工を行う(図4のステップS8)。
The
ここで、クランクシャフトWの研削加工におけるクランクピンP1と砥石車28との位置について図11A−図11Dを参照して説明する。ただし、図11A−図11Dにおいては、クランクシャフトWは変形していないものとして図示する。また、図11A−図11Dにおいては、クランクジャーナルJ3は、図示省略する。
Here, the positions of the crank pin P1 and the
以下の説明では、図示左方向を砥石車28の前進送り方向、図示右方向を砥石車28の後退送り方向と称する。また、クランクジャーナルJ3の回転位相α(以下、クランクジャーナルJ3の位相αと称する)とは、クランクジャーナルJ3の回転中心Oj3と砥石車28の回転中心Ogを結ぶ直線に対し、クランクジャーナルJ3の回転中心Oj3とクランクピンP1の中心Op1を結ぶ直線が成す角度をいう。
In the following description, the illustrated left direction is referred to as the forward feed direction of the
図11Aに示すように、クランクジャーナルJ3の位相αが0°のときは、クランクピンP1の中心Op1は、クランクジャーナルJ3の回転中心Oj3と砥石車28の回転中心Ogを結ぶ直線上の位置にあり、砥石車28の回転中心Ogは、後退送り方向に最も後退した位置にある。
As shown in FIG. 11A, when the phase α of the crank journal J3 is 0 °, the center Op1 of the crankpin P1 is at a position on a straight line connecting the rotation center Oj3 of the crank journal J3 and the rotation center Og of the
すなわち、クランクピンP1と砥石車28との研削点Qは、クランクピンP1の中心Op1とクランクジャーナルJ3の回転中心Oj3と砥石車28の回転中心Ogを結ぶ直線上に位置する。クーラントノズル29から供給されるクーラントは、砥石車28の上側から研削点Qに向かって供給される。
That is, the grinding point Q of the crank pin P1 and the
図11Bに示すように、クランクジャーナルJ3の位相αが90°のときは、クランクピンP1の中心Op1は、クランクジャーナルJ3の回転中心Oj3に対して最上方に偏心した位置にあり、砥石車28の回転中心Ogは、クランクジャーナルJ3の位相αが0°のときの位置から前進送り方向に前進した位置にある。 As shown in FIG. 11B, when the phase α of the crank journal J3 is 90 °, the center Op1 of the crank pin P1 is eccentrically positioned uppermost with respect to the rotation center Oj3 of the crank journal J3. The rotation center Og of the crank journal J3 is a position advanced in the forward feed direction from the position when the phase α of the crank journal J3 is 0 °.
図11Cに示すように、クランクジャーナルJ3の位相αが180°のときは、クランクピンP1の中心Op1は、クランクジャーナルJ3の回転中心Oj2と砥石車28の回転中心Ogを結ぶ直線の延長線上の位置にあり、砥石車28の回転中心Ogは、クランクジャーナルJ3の位相αが90°のときの位置から前進送り方向に最も前進した位置にある。
As shown in FIG. 11C, when the phase α of the crank journal J3 is 180 °, the center Op1 of the crankpin P1 is on the extension of a straight line connecting the rotation center Oj2 of the crank journal J3 and the rotation center Og of the
図11Dに示すように、クランクジャーナルJ3の位相αが270°のときは、クランクピンP1の中心Op1は、クランクジャーナルJ3の回転中心Oj3に対して最下方に偏心した位置にあり、砥石車28の回転中心Ogは、クランクジャーナルJ3の位相αが180°のときの位置から後退送り方向に後退した位置にある。クランクピンP1の研削加工においては、図6A−図6Dの動作が繰り返される。他のクランクピンP2−P4も同様である。 As shown in FIG. 11D, when the phase α of the crank journal J3 is 270 °, the center Op1 of the crank pin P1 is at the lowermost eccentric position with respect to the rotation center Oj3 of the crank journal J3. The rotation center Og of the crank journal J3 is located at a position retracted in the reverse feed direction from the position when the phase α of the crank journal J3 is 180 °. In the grinding process of the crank pin P1, the operations of FIGS. 6A to 6D are repeated. The other crank pins P2-P4 are similar.
ただし、本実施形態の研削盤1では、クランクシャフトWは変形するので、クランクピンP1の研削加工においては、クランクピンP1の偏心量を加味して砥石車28の送り動作を制御する必要がある。なお、他のクランクピンP2−P4やクランクジャーナルJ1−J5に対しても同様に研削加工可能である。
However, in the grinding
(4.砥石車の送り動作)
次に、砥石車28の送り動作の制御について図を参照して説明する。図12に示すように、この研削加工制御では、クランクジャーナルJ3の位相αに応じて、砥石車28の送り位置、すなわちクランクジャーナルJ3の回転中心Oj3と砥石車28の回転中心Ogとの距離Xを変動させる必要がある。
(4. Grinding wheel feed operation)
Next, control of the feed operation of the
なお、砥石車28の半径をR、図示実線で示す研削加工前のクランクピンPa1の半径をrとする。また、クランクジャーナルJ3の回転中心Oj3と図示一点鎖線で示す研削加工後のクランクピンP1の中心Op1との距離をS、クランクジャーナルJ3の回転中心Oj3と研削加工前のクランクピンPa1の中心Opa1との距離をS1とする。
The radius of the
また、クランクジャーナルJ3の回転中心Oj3と砥石車28の回転中心Ogとを結ぶ直線M1に対し、クランクジャーナルJ3の回転中心Oj3と研削加工前のクランクピンPa1の中心Opa1とを結ぶ直線M2が成す角度をα1とする。また、直線M1に対し、砥石車28の回転中心Ogと研削加工前のクランクピンPa1の中心Opa1とを結ぶ直線M3が成す角度をβ1とする。
Further, a straight line M2 connecting the rotation center Oj3 of the crank journal J3 and the center Opa1 of the crank pin Pa1 before grinding is formed on the straight line M1 connecting the rotation center Oj3 of the crank journal J3 and the rotation center Og of the
そして、研削加工前のクランクピンPa1の中心Opa1は、研削加工後のクランクピンP1の中心Op1に対し偏心量d分ずれ、かつ、クランクジャーナルJ3の回転中心Oj3と研削加工後のクランクピンP1の中心Op1とを結ぶ直線M4に対し位相φ分ずれているとする。 The center Opa1 of the crank pin Pa1 before grinding is offset by an eccentricity d with respect to the center Op1 of the crank pin P1 after grinding, and the rotation center Oj3 of the crank journal J3 and the crank pin P1 after grinding It is assumed that a phase φ is deviated with respect to a straight line M4 connecting the center Op1.
以上のように設定した場合、次式(1)の関係が導かれる。式(1)において、S,d,α,φは既知の値であるので、式(2)で表されるS1・sinα1を求めることができる。よって、S1・sinα1,r,Rが既知の値であるので、Xは、次式(3)で求めることができる。そして、αとXの関係を示すテーブルを作成し、このテーブルに従って砥石車28の送り動作を制御する。
When set as described above, the relationship of the following equation (1) is derived. Since S, d, α, and φ are known values in the equation (1), S1 · sin α1 represented by the equation (2) can be obtained. Therefore, since S1 · sin α1, r and R are known values, X can be obtained by the following equation (3). Then, a table indicating the relationship between α and X is created, and the feed operation of the
(5.研削加工の詳細動作)
次に、研削加工(加工工程)の詳細動作を図を参照して説明する。ここで、研削盤1は、クランクシャフトWの切削加工を、2つの砥石車28により、先ず、クランクピンP1及びクランクジャーナルJ3、次に、クランクピンP2及びクランクジャーナルJ4、次に、クランクピンP3及びクランクジャーナルJ5を行い、次に、1つの砥石車28により、クランクピンP4、次に、クランクジャーナルJ2、最後に、クランクジャーナルJ1を行う。
(5. Detailed operation of grinding process)
Next, the detailed operation of the grinding process (machining process) will be described with reference to the drawings. Here, the grinding
制御装置31は、マスタ主軸Cm(センタ14)及びスレーブ主軸Cs(センタ18)を互いに接近する方向に前進させてクランクシャフトWを加圧支持する(図5のステップS11)。そして、制御装置31は、チャック15でクランクシャフトWを把持し、マスタサーボモータ17、スレーブサーボモータ20及び砥石車駆動モータ27の各動作を制御して、クランクシャフトW及び砥石車28を回転開始する(図5のステップS12)。
The
制御装置31は、X軸サーボモータ25の動作を制御して、クランクシャフトWに対して砥石車28をX軸方向に粗研削送り速度で前進送りして空研を開始する(図5のステップS13)。この間に、制御装置31は、研削加工対象のクランクシャフトWに該当するクランクジャーナルJ3の位相αと砥石車28の送り位置Xの関係を示すテーブルを読み込む(図5のステップS14)。
The
制御装置31は、図略の接触検知センサ(AEセンサ)で砥石車28が発生するAE波を検出し、クランクピンPa1と接触したか否かを判断する(図5のステップS15)。そして、制御装置31は、砥石車28がクランクピンPa1と接触したと判断したら、読み込んだテーブルに従って砥石車28の送り動作を制御して粗研削加工を行い(図5のステップS16)、続いて仕上げ研削加工を行い(図5のステップS17)、さらにスパークアウトを行う(図5のステップS18)。
The
制御装置31は、スパークアウトが完了したら、X軸サーボモータ25の動作を制御して、クランクシャフトWに対して砥石車28をX軸方向に後退送りを開始する(図5のステップS19)。そして、制御装置31は、マスタサーボモータ17、スレーブサーボモータ20及び砥石車駆動モータ27の各動作を制御して、クランクシャフトW及び砥石車28を回転停止する(図5のステップS20)。
When the spark out is completed, the
そして、制御装置31は、チャック15を把持解除し、マスタ主軸Cm(センタ14)及びスレーブ主軸Cs(センタ18)を互いに離間する方向に後退させてクランクシャフトWを取り外す(図5のステップS21)。そして、次の研削加工対象のクランクシャフトWの有無を確認し(図5のステップS22)、次の研削加工対象のクランクシャフトWが有る場合は、ステップS11に戻って上述の処理を繰り返し、次の研削加工対象のクランクシャフトWが無い場合は、全ての処理を終了する。
Then, the
本実施形態の研削盤1によれば、砥石車28の送り動作は、クランクシャフトWに掛かる径方向の変形力F及び当該変形力Fの位相φから求まるクランクピンP1−P4やクランクジャーナルJ1−J5の軸線の偏心量dに基づいて制御されるので、変形力Fにより変形したクランクシャフトWのクランクピンP1−P4やクランクジャーナルJ1−J5に対し的確な研削加工を行うことができ、研削加工精度を向上できる。
According to the grinding
(6.別例の制御装置の構成及び動作)
次に、別例の制御装置は、図3に示す制御装置31と同一構成であるが、第二演算装置34及び第三演算装置35の機能が異なる。すなわち、センサ18に装着される歪ゲージSGの代わりに、図13に示す渦電流式の距離センサDS(計測装置)及び距離センサDSを移動させる油圧シリンダOS(計測装置)が現研削加工対象のクランクシャフトWに配置される。
(6. Configuration and operation of another control device)
Next, although the control device of another example has the same configuration as the
この距離センサDSは、現研削加工対象のクランクシャフトWのクランクピンP1−P4やクランクシャフトJ1−J5のうち、計測対象として選択した1つのクランクピン又はクランクシャフトに配置され、当該計測対象のX軸線方向の移動量(計測値)及びY軸線方向の移動量(計測値)を計測する。第二演算装置34は、距離センサDSから入力される計測対象のX軸線方向の移動量及びY軸線方向の移動量に基づいて、計測対象の偏心量を求めて記憶装置36に記憶する。
The distance sensor DS is disposed on one crank pin or crankshaft selected as an object to be measured among the crank pins P1-P4 and crankshafts J1-J5 of the crankshaft W currently to be ground, and the distance X The amount of movement in the axial direction (measurement value) and the amount of movement in the Y axis direction (measurement value) are measured. The second
具体的には、図13に示すように、図示一点鎖線で示す変形前のクランクシャフトWの例えばクランクピンPb1のX軸線方向の位置及びY軸線方向の位置を0点として、図示二点鎖線で示す変形後のクランクピンPa1のX軸線方向の移動量x2及びY軸線方向の移動量y2を計測する。そして、図示実線で示す研削加工後のクランクピンP1のX軸線方向の移動量x1及びY軸線方向の移動量y1を計測し、クランクピンP1の偏心量d及び位相φを次式(4)及び(5)で求める。 Specifically, as shown in FIG. 13, with the position of the crank pin Pb1 in the X-axis direction and the position in the Y-axis direction of the crankshaft W before deformation shown by the one-dot chain line in the figure as zero, The amount of movement x2 in the X-axis direction and the amount of movement y2 in the Y-axis direction of the crankpin Pa1 after deformation are measured. Then, the amount of movement x1 in the X-axis direction and the amount of movement y1 in the Y-axis direction of the crankpin P1 after grinding shown in solid line are measured, and the eccentricity d and phase φ of the crankpin P1 are expressed by It asks by (5).
第三演算装置35は、第一演算装置33で求めた変形力と偏心量のテーブル、及び第二演算装置34で求めた計測対象の偏心量に基づいて、計測対象以外の他のクランクピンP1−P4やクランクシャフトJ1−J5の偏心量を求めて記憶装置36に記憶する。
The third
具体的には、第二演算装置34で求めたクランクピンP1の偏心量d及び位相φを、第一演算装置33で求めた変形力Fと偏心量dのテーブルに当て嵌めることで、クランクピンP1以外のクランクピンP2−P4やジャーナルピンJ1−J5の偏心量dを求める。そして、以降の処理は、前述した制御装置31と同様である。
Specifically, the eccentricity d and the phase φ of the crankpin P1 determined by the second
(7.その他)
上述した実施形態では、工作物として直列4気筒のシングルプレーンのクランクシャフトWを例に説明したが、ダブルプレーンのクランクシャフトや直列6気筒のクランクシャフト等、もしくはクランクシャフトW以外の円筒状のシャフトやカムシャフト等にも適用可能である。
(7. Other)
In the embodiment described above, the crankshaft W of a single plane in series 4 cylinders is described as an example of a workpiece, but a double plane crankshaft, a crankshaft in series 6 cylinders, etc., or a cylindrical shaft other than the crankshaft W The invention is also applicable to a cam shaft and the like.
また、研削盤1として、マスタ主軸Cmにチャック15を備える構成としたが、スレーブ主軸Csにもチャックを備える研削盤でもよい。また、3爪のチャック15を備える構成としたが、フローティングチャックを備える研削盤でもよい。また、マスタ主軸Cm及びスレーブ主軸Csが回転駆動する構成としたが、マスタ主軸Cmのみが回転駆動する研削盤でもよい。また、シングルヘッド研削盤でもよい。
Further, although the grinding
1:研削盤、 12:主軸台、 13:心押台、 14,18:センタ、 15:チャック、 17:マスタサーボモータ(工作物駆動モータ)、 19:センタ加圧装置、 24:X軸サーボモータ(送り装置)、 25:送りねじ(送り装置)、 26:砥石台、 27:砥石車駆動モータ、 28:砥石車、 31:制御装置、 32:入力装置、 33:第一演算装置、 34:第二演算装置、 35:第三演算装置、 36:記憶装置、 W:クランクシャフト、 P1−P4:クランクピン、 J1−J5:クランクジャーナル、 SG:歪ゲージ(計測装置)、 DS:距離センサ(計測装置) 1: Grinding machine, 12: Headstock, 13: Endstock, 14, 18: Center, 15: Chuck, 17: Master servomotor (workpiece drive motor), 19: Center pressure device, 24: X axis servo Motor (feeder), 25: Feed screw (feeder), 26: Wheel head, 27: Wheel drive motor, 28: Wheel, 31: Controller, 32: Input device, 33: First arithmetic unit, 34 : Second computing device 35: Third computing device 36: Storage device W: Crankshaft P1-P4: Crank pin J1-J5: Crank journal SG: Strain gauge (measuring device) DS: Distance sensor (Measurement device)
Claims (5)
工作物の一端をチャックで把持して回転可能に支持し、前記工作物を回転駆動する工作物駆動モータを有する主軸台と、
前記工作物の他端をセンタで加圧支持する心押台と、
前記工作物の回転軸線と交差する方向に前記工作物に対し前記砥石車を相対的に接近離間させる送り装置と、
前記送り装置の送り動作を制御することで、前記砥石車で前記工作物の研削加工を行う制御装置と、
を備える研削盤であって、
前記制御装置は、
記憶装置と、
前記工作物の形状を入力して前記記憶装置に記憶する入力装置と、
前記工作物の形状に基づいて、前記センタの加圧支持により前記工作物の径方向に掛かる変形力、及び前記変形力による前記工作物の軸線の偏心量を求め、前記変形力と前記偏心量との相関関係を前記記憶装置に記憶する第一演算装置と、
前記センタに設けられる計測装置からの計測値に基づいて、前記センタの加圧支持により現研削加工対象の前記工作物の径方向に掛かる変形力を求めて前記記憶装置に記憶し、もしくは前記現研削加工対象の工作物に設けられる計測装置からの計測値に基づいて、前記センタの加圧支持による前記現研削加工対象の工作物の径方向の移動量を求めて前記記憶装置に記憶する第二演算装置と、
前記変形力と前記偏心量との相関関係を参照して、入力される前記現研削加工対象の工作物の径方向に掛かる変形力に対応する前記現研削加工対象の工作物の軸線の偏心量を求め、もしくは前記移動量を前記現研削加工対象の工作物の軸線の偏心量として求めて前記記憶装置に記憶する第三演算装置と、を備え、
前記現研削加工対象の工作物の軸線の前記偏心量を加味して前記送り装置の送り動作を制御することで、前記砥石車で前記現研削加工対象の工作物の研削加工を行う、研削盤。 A grinding wheel head rotatably supporting a grinding wheel and having a grinding wheel drive motor for rotationally driving the grinding wheel;
A headstock having a workpiece drive motor that holds one end of a workpiece by a chuck and rotatably supports it, and rotationally drives the workpiece;
A tailstock for pressing and supporting the other end of the workpiece at a center;
A feeding device for relatively moving the grinding wheel closer to or away from the workpiece in a direction intersecting the rotation axis of the workpiece;
A control device for grinding the workpiece with the grinding wheel by controlling the feeding operation of the feeding device;
A grinding machine comprising
The controller is
Storage device,
An input device for inputting the shape of the workpiece and storing it in the storage device;
Based on the shape of the workpiece, the deformation force applied in the radial direction of the workpiece by the pressure support of the center and the eccentricity of the axis of the workpiece due to the deformation force are determined, and the deformation force and the eccentricity A first computing device that stores the correlation with the above in the storage device;
Based on the measurement value from the measuring device provided in the center, the deformation force applied in the radial direction of the workpiece to be ground by the pressure support of the center is determined by the pressure support of the center and stored in the storage device or The radial movement amount of the workpiece to be ground processed by the pressure support of the center is determined based on the measurement value from the measuring device provided on the workpiece to be ground and stored in the storage device. Two arithmetic units,
An offset amount of the axis line of the workpiece of the current grinding object corresponding to the deformation force applied in the radial direction of the workpiece of the current grinding object input with reference to the correlation between the deformation force and the eccentricity amount And a third arithmetic unit for storing the movement amount as an eccentricity amount of the axis line of the workpiece to be ground and to store the movement amount in the storage device,
A grinding machine which grinds the workpiece of the current grinding object by the grinding wheel by controlling the feed operation of the feeding device in consideration of the eccentricity of the axis line of the workpiece of the current grinding object. .
前記研削盤は、
砥石車を回転可能に支持し、前記砥石車を回転駆動する砥石車駆動モータを有する砥石台と、
工作物の一端をチャックで把持して回転可能に支持し、前記工作物を回転駆動する工作物駆動モータを有する主軸台と、
前記工作物の他端をセンタで加圧支持する心押台と、
前記工作物の回転軸線と交差する方向に前記工作物に対し前記砥石車を相対的に接近離間させる送り装置と、
前記送り装置の送り動作を制御することで、前記砥石車で前記工作物の研削加工を行う制御装置と、
を備え、
前記研削方法は、
前記工作物の形状を入力する入力工程と、
前記工作物の形状に基づいて、前記センタの加圧支持により前記工作物の径方向に掛かる変形力、及び前記変形力による前記工作物の軸線の偏心量を求め、前記変形力と前記偏心量との相関関係を求める第一演算工程と、
前記センタに設けられる計測装置からの計測値に基づいて、前記センタの加圧支持により現研削加工対象の前記工作物の径方向に掛かる変形力を求め、もしくは前記現研削加工対象の工作物に設けられる計測装置からの計測値に基づいて、前記センタの加圧支持による前記現研削加工対象の工作物の径方向の移動量を求める第二演算工程と、
前記変形力と前記偏心量との相関関係を参照して、入力される前記現研削加工対象の工作物の径方向に掛かる変形力に対応する前記現研削加工対象の工作物の軸線の偏心量を求め、もしくは前記移動量を前記工作物の軸線の偏心量として求める第三演算工程と、
前記現研削加工対象の工作物の軸線の前記偏心量を加味して前記送り装置の送り動作を制御することで、前記砥石車で前記現研削加工対象の工作物の研削加工を行う加工工程と、
を備える研削方法。 A grinding method for grinding a workpiece with a grinder
The grinder is
A grinding wheel head rotatably supporting a grinding wheel and having a grinding wheel drive motor for rotationally driving the grinding wheel;
A headstock having a workpiece drive motor that holds one end of a workpiece by a chuck and rotatably supports it, and rotationally drives the workpiece;
A tailstock for pressing and supporting the other end of the workpiece at a center;
A feeding device for relatively moving the grinding wheel closer to or away from the workpiece in a direction intersecting the rotation axis of the workpiece;
A control device for grinding the workpiece with the grinding wheel by controlling the feeding operation of the feeding device;
Equipped with
The grinding method is
An input step of inputting the shape of the workpiece;
Based on the shape of the workpiece, the deformation force applied in the radial direction of the workpiece by the pressure support of the center and the eccentricity of the axis of the workpiece due to the deformation force are determined, and the deformation force and the eccentricity The first operation process for determining the correlation with
Based on the measurement value from the measuring device provided in the center, the deformation force applied in the radial direction of the workpiece to be ground by the pressure support of the center is determined by the pressure support of the center, or to the workpiece to be ground by grinding A second operation step of obtaining a radial movement amount of the workpiece to be ground by the pressure support of the center based on the measurement value from the provided measuring device;
An offset amount of the axis line of the workpiece of the current grinding object corresponding to the deformation force applied in the radial direction of the workpiece of the current grinding object input with reference to the correlation between the deformation force and the eccentricity amount A third operation step of determining the movement amount as an eccentricity amount of the axial line of the workpiece, or
A processing step of grinding the workpiece to be ground by the grinding wheel by controlling the feed operation of the feed device in consideration of the eccentricity of the axis line of the workpiece to be ground by grinding; ,
Grinding method comprising:
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- 2017-10-20 JP JP2017203129A patent/JP7135289B2/en active Active
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