JP2020023034A - 位相割出し方法及び研削加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】研削盤においてピンやキー等の位相基準や位相決め用のタッチセンサ等を用いることなく、短時間で高精度にワークの位相を割出すことができる位相割出し方法及び研削加工方法を提供する。【解決手段】研削盤１は、任意の回転位置で停止したワークＷの被加工部である偏心部Ｗａに対し、砥石台１６を接近する方向へ相対移動させて砥石車１７を偏心部Ｗａへ接触させ、接触検知時の主軸１ａの回転位相と砥石台１６の送り位置とを取得し、これらに基づいてワークＷの加工基準位相を演算することができる。【選択図】図６

Description

本発明は、位相割出し方法及び研削加工方法に関する。

従来、ワークとしてのクランクシャフトを、ジャーナル中心と一致する主軸の回転軸心回りに回転させ、回転位相に応じて砥石車をワークに対する切り込み方向に相対移動させて、回転軸心から偏心したクランクピンを研削する研削盤が用いられている。

この種の公知の研削盤では、ワークにピンやキー等の位相基準を設け、ワークの位相基準と主軸の位相とを合わせて研削する構成のものが知られている。しかしながら、ワークに位相基準を設ける場合、位相基準の位置や大きさが変化すると、それに対応した駆動金具やクランプ装置に交換する必要があるため、それら駆動金具やクランプ装置を設計、製作してそれらに交換しなければならず、生産性が低いという問題がある。

一方、上述した問題を解決する技術として、従来、タッチセンサを用いて、ワークを一方の方向に回転させ、センサの出力があったときの検出値と、ワークを他方の方向に回転させてセンサの出力があったときの検出値との中間値を位相基準の角度位置とする研削盤が提案されている（例えば、特許文献１等参照。）。このような研削盤では、ワークと主軸との位相を位相基準の位置や大きさに係わらず自動的に一致させることができる。

特開平９−１６０６１９号公報

しかしながら、上述した従来技術では、位相決め用にタッチセンサを設けることで構成が複雑で高価になると共に、加工動作開始前にタッチセンサを用いて実行される位相検知動作に時間がかかるという問題がある。

本発明は、研削盤においてピンやキー等の位相基準や位相決め用のタッチセンサ等を用いることなく、短時間で高精度にワークの位相を割出すことができる位相割出し方法及び研削加工方法を提供することを目的とする。

本発明に係る位相割出し方法は、回転軸心に対し偏心した被加工部を有するワークを主軸で回転させながら、砥石台を前記回転軸心との交差方向に相対移動させ、砥石車を前記被加工部に接触させて研削加工する研削盤において、前記ワークの位相を割出す方法である。

そして、位相割出し方法は、前記ワークを前記主軸に取付ける取付け工程と、前記ワークが取付けられた前記主軸を所定角度回転させて前記被加工部を任意の回転位置で停止させる位相決め工程と、前記砥石車を回転させながら、前記砥石台を前記被加工部と離間する所定位置から前記被加工部へ接近する方向に相対移動させる砥石台送り工程と、前記任意の回転位置で停止する前記被加工部に対し前記砥石車が接触したことを検知する接触検知工程と、前記接触検知工程における接触検知時の前記主軸の回転位相を取得する主軸位相取得工程と、前記接触検知工程における接触検知時の前記砥石台の送り位置を取得する送り位置取得工程と、前記主軸位相取得工程で取得した前記主軸の回転位相及び前記送り位置取得工程で取得した前記砥石台の送り位置に基づいて、前記ワークの加工基準位相を演算する演算工程とを備える。

この方法によれば、任意の回転位置で停止したワークの被加工部に対し、砥石台を接近する方向へ相対移動させて砥石車を被加工部へ接触させ、接触検知時の主軸の回転位相と砥石台の送り位置とを取得し、これらに基づいてワークの加工基準位相を演算することができる。よって、研削盤においてピンやキー等の位相基準や位相決め用のタッチセンサ等を用いることなく、短時間で高精度にワークの位相を割出すことができるという効果を奏する。

本発明に係る研削加工方法は、位相割出し方法を実施した後、前記加工基準位相を基準として前記主軸の回転に同期して前記砥石台を相対移動させ、前記砥石車により前記被加工部を研削する研削工程を備える。

この方法によれば、ワークの位相割出しに引き続いて、研削工程を実行することができるため、位相割出しから研削加工完了までの全体時間の短縮化を図ることができるという効果を奏する。

第１実施形態に係る研削盤の全体構成を示す平面図である。 第１実施形態に係るＣＮＣ装置を示すブロック図である。 第１実施形態に係る位相の割出し及び研削加工の流れを示すフローチャートである。 第１実施形態に係る接触検知工程の流れを示すフローチャートである。 第１実施形態に係る研削準備及び研削工程の流れを示すフローチャートである。 第１実施形態において主軸を所定角度回転させて位相決めしたワークの偏心部に砥石車が接近して接触する様子を模式的に示す説明図である。 第２実施形態における位相の割出し及び研削加工の流れを示すフローチャートの前半部分である。 第２実施形態における位相の割出し及び研削加工の流れを示すフローチャートの後半部分である。 第２実施形態における接触検知工程の流れを示すフローチャートである。 第２実施形態においてワークを２箇所の回転位置で位相決めして偏心部に砥石車を接触させる様子を模式的に示す説明図である。 偏心部が領域III〜IV内で停止した例を示す説明図である。 偏心部が領域III〜IV内で停止した状態でワークを１８０°回転させて領域I〜II内で停止させる様子を模式的に示す説明図である。 α１が正、α２が負となる場合におけるワーク回転の流れ及び１、２回目の接触検知位置の例を示す説明図である。 α１が負、α２が正となる場合におけるワーク回転の流れ及び１、２回目の接触検知位置の例を示す説明図である。

以下、本発明の位相割出し方法及び研削加工方法を実施する研削盤の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。

（１．第１実施形態）
（１−１．研削盤１の全体構成）
第１実施形態の研削盤１の構成について、図１を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係る研削盤１の全体構成を示す平面図である。研削盤１は、ワークＷを加工するための研削盤である。ワークＷは、軸状部材であって、被加工部である偏心部Ｗａを有する。偏心部Ｗａは、ワークＷの回転軸線に対して偏心した軸線を中心とした部位である。特に、偏心部Ｗａは、円筒状外周面を有し、偏心部Ｗａの中心軸線が、ワークＷの回転軸線に対して偏心している。

本実施形態においては、ワークＷとして、クランクシャフトを例に挙げる。ただし、ワークＷは、クランクシャフトに限られるものではない。クランクシャフトであるワークＷは、偏心部Ｗａとしてクランクピンを備える。図１においては、例えば、クランクシャフト（ワークＷ）は、被加工部である４個のクランクピン（偏心部Ｗａ）を備える。クランクシャフトの回転軸線は、クランクジャーナルの中心軸線に一致する。研削盤１は、ワークＷを回転軸線であるＣ軸回りに回転しながら、偏心部Ｗａであるクランクピンの外周面を研削加工する。

研削盤１は、砥石台トラバース型を例示する。ただし、研削盤１は、テーブルトラバース型を適用することもできる。研削盤１は、円板状の砥石車１７を１個だけ備える構成を例示するが、２個の砥石車１７を備える構成を適用することもできる。

研削盤１は、ベッド１１、主軸台１２、チャック１３、心押台１４、トラバースベース１５、砥石台１６、砥石車１７、駆動部２０、及び、ＣＮＣ装置３０を備えて構成される。

ベッド１１は、設置面上に載置されている。ベッド１１の上面には、Ｚ軸方向に延びるガイドレール１１ａが形成されている。ベッド１１の上面には、Ｚ軸方向に平行な方向に延びるボールねじ１１ｂ、及び、ボールねじ１１ｂを回転駆動するＺ軸送り用モータ１１ｃが設けられている。

主軸台１２は、ワークＷを回転可能に支持する支持装置として機能する。主軸台１２は、は、ベッド１１の上面において、Ｘ軸方向の手前側且つＺ軸方向の一端側（前端側）に設けられている。主軸台１２は、Ｃ軸回りに回転可能な主軸１２ａ、主軸１２ａを回転駆動する主軸モータ１２ｂ、及び主軸モータ１２ｂの回転位相を検出する主軸エンコーダ１２ｃを備える。主軸１２ａは、ワークＷの一端の中心を支持する。

チャック１３及び主軸センタ１２ｄは、主軸１２ａの端面に設けられており、主軸モータ１２ｂによって回転駆動される。チャック１３は、ワークＷの一端の外周面を把持する。主軸センタ１２ｄは、ワークＷの一端の中心を支持する。つまり、チャック１３及び主軸センタ１２ｄは、主軸１２ａと共に、ワークＷを回転可能に支持した状態で回転する。

心押台１４は、ベッド１１の上面において、主軸台１２に対してＺ軸方向に対向する位置、すなわち、Ｘ軸方向の手前側（図１の下側）且つＺ軸方向の他端側（図１の左側）に設けられている。心押台１４は、ワークＷの他端の中心を支持する心押センタ１４ａを備える。なお、心押センタ１４ａは、ワークＷと共に回転するように設けられてもよいし、回転せずにワークＷに対して滑るように設けられてもよい。

トラバースベース１５は、ガイドレール１１ａ上にＺ軸方向に移動可能に設けられる。トラバースベース１５は、ボールねじ１１ｂのナットに固定されており、Ｚ軸送り用モータ１１ｃの駆動によりＺ軸方向に移動する。トラバースベース１５の上面には、Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向に延びるガイドレール１５ａが形成されている。トラバースベース１５の上面には、Ｘ軸方向に平行な方向に延びるボールねじ１５ｂ、ボールねじ１５ｂを回転駆動するＸ軸送り用モータ１５ｃ、及びＸ軸送り用モータ１５ｃの回転位相を検出するＸ軸エンコーダ１５ｄを備える。また、トラバースベース１５は、Ｘ軸方向のボールねじ１５ｂ及びＸ軸送り用モータ１５ｃによる駆動に換えて、リニアモータによる駆動としてもよい。

砥石台１６は、トラバースベース１５のガイドレール１５ａ上に、ワークＷに対する砥石車１７の切り込み方向であるＸ軸方向に直線移動可能に設けられる。砥石台１６は、Ｘ軸送り用モータ１５ｃの回転駆動によりＸ軸方向に移動する。砥石台１６は、工具としての円板状の砥石車１７を、Ｚ軸回りに回転可能に支持する。砥石台１６は、砥石車１７における研削部位を露出させつつ、他の部位を被覆するカバー１６ａを備える。さらに、砥石台１６は、砥石車１７を回転駆動する砥石回転用モータ１６ｂ、及びＡＥセンサ１６ｃを備える。ＡＥセンサ１６ｃは、ワークＷと砥石車１７との接触によって発生するＡＥ（Acoustic Emission）波を検出し、検出信号をＣＮＣ装置３０に出力する。

駆動部２０は、ＣＮＣ装置３０からの制御指令に基づいて、上述した各モータを駆動する駆動回路であり、砥石回転用モータ駆動回路２１と、Ｘ軸送り用モータ駆動回路２２と、Ｚ軸送り用モータ駆動回路２３と、主軸モータ駆動回路２４とを備える。

砥石回転用モータ駆動回路２１は、砥石回転用モータ１６ｂを回転駆動し、砥石車１７を回転させる。Ｘ軸送り用モータ駆動回路２２は、Ｘ軸送り用モータ１５ｃを回転駆動し、砥石台１６を砥石車１７のワークＷに対する切り込み方向であるＸ軸方向に移動させる。Ｚ軸送り用モータ駆動回路２３は、Ｚ軸送り用モータ１１ｃを回転駆動し、トラバースベース１５をＺ軸方向に移動させる。主軸モータ駆動回路２４は、主軸モータ１２ｂを回転駆動し、主軸１２ａと共にワークＷをＣ軸回りに回転させる。

（１−２．ＣＮＣ装置３０の構成）
次に、ＣＮＣ装置３０の構成について、図２を参照しつつ説明する。図２は、第１実施形態に係るＣＮＣ装置３０を示すブロック図である。ＣＮＣ装置３０は、駆動部２０へ制御指令を行うコンピュータ数値制御装置であって、図２に示すように、ＮＣプログラム記憶部３１と、データ記憶部３３と、プロフィール演算部３４と、制御部３５とを備えて構成される。

ＮＣプログラム記憶部３１は、ＮＣプログラムを記憶する記憶領域であって、ワークＷを加工するためのＮＣプログラムを外部から入力して登録、すなわち記憶する。ＮＣプログラムは、一文字のアルファベットと、それに続く数字とからなるコードを含むものであり、主軸の移動や座標系の設定などを処理するためのＧコードがコードの一つとして含まれる。Ｇコードには、早送りを示すコードＧ００、加工送りを示すコードＧ０１や、プロフィール演算を示すＧ１０６等が含まれる。データ記憶部３３は、加工制御に用いる各種のデータを記憶する記憶領域である。

プロフィール演算部３４は、ＮＣプログラムに基づき、プロフィールデータを演算する。プロフィールデータは、ワークＷの回転軸心Ｗｃの回転位相θ（例えば、１度毎の角度位置）と、各回転位相に対応する砥石車１７の移動位置（回転軸心Ｗｃと砥石軸心Ｔｃとの心間距離ｘ）とを定義する点群データである。

ＮＣプログラムに基づき、砥石回転用モータ駆動回路２１により砥石回転用モータ１６ｂを回転駆動して砥石車１７を回転させる。主軸モータ駆動回路２４により主軸モータ１２ｂを回転駆動して主軸１２ａと共にワークＷをＣ軸回りに回転させる。Ｚ軸送り用モータ駆動回路２３によりＺ軸送り用モータ１１ｃを回転駆動してトラバースベース１５をＺ軸方向に移動させ、砥石車１７を偏心部Ｗａであるクランクピンに対向させる。そして、制御部３５は、プロフィールデータに基づいて駆動部２０の各駆動回路を制御する。ワークＷの回転軸心である主軸１２ａの回転位相に応じて、Ｘ軸送り用モータ駆動回路２２によりＸ軸送り用モータ１５ｃを回転駆動して砥石台１６をＸ軸方向へ移動させる。そして、回転する砥石車１７により偏心部Ｗａであるクランクピンの研削加工が行われる。

（１−３．位相割出し及び研削加工の流れ）
次に、位相割出し及び研削加工の流れについて、図３〜図５のフローチャートに沿って、適宜、図６〜図８の各説明図を参照しつつ説明する。本実施形態ではクランクピンである偏心部Ｗａが予め所定の概略方向を向くようにワークＷを主軸１２ａに取付けて位相割出し及び研削加工を行う。図３は、制御部３５において実行されるワークの割出し及び研削加工の流れを示すフローチャートである。図４は、接触検知工程の流れを示すフローチャートである。図５は、研削準備及び研削工程の流れを示すフローチャートである。図６は、回転軸心Ｗｃを中心に回転する偏心部Ｗａに砥石車１７が接近して接触する様子を模式的に示す説明図である。

まず、ステップ１（以下、Ｓ１と略記する。他のステップも同様。）の取付け工程において、ワークＷを主軸１２ａに取付ける。すなわち、ワークＷの軸線方向における第１端において、クランクジャーナルの中心を主軸台１２の主軸センタ１２ｄに支持させ且つチャック１３により外周面を把持させる。また、ワークＷの第２端において、クランクジャーナルの中心を心押台１４の心押センタ１４ａに支持させる。ここで、Ｓ１の取付け工程では、偏心部Ｗａ（クランクピン）が予め定められた方向を向くようにワークＷを取付ける。例えば、偏心部Ｗａが下向きとなるようにワークＷを取付けてもよい。この場合、偏心部Ｗａを、回転軸心Ｗｃを中心として正確に時計６時方向へ向ける必要は無く、概ね時計６時前後を向く下向きに取付ければよい。

次に、Ｓ２の位相決め工程において、ワークＷが取付けられた主軸１２ａをＣ軸回りに所定角度だけ回転させ、任意の回転位置で停止させて位相決めを行う。すなわち、制御部３５は、主軸モータ駆動回路２４を制御して主軸モータ１２ｂを回転駆動させ、図６に示すように、主軸１２ａと共に回転軸心Ｗｃを中心としてワークＷを反時計回りに所定角度だけ回転させ、任意の回転位置で停止させる。例えば、Ｓ１の取付け工程で主軸１２ａにワークＷを偏心部Ｗａが下向きとなる姿勢で取付けた場合、Ｓ２の位相決め工程において、反時計回りに１３５°だけ回転させて停止させる。これにより、回転軸心Ｗｃを中心として時計回りに時計１２時〜３時を領域Ｉ、３時〜６時を領域II、６時〜９時を領域III、９時〜１２時を領域VIと定義したとき、偏心部Ｗａは、図６に示すように領域Ｉ内で位相決めされる。

次に、Ｓ３の砥石台送り工程において、砥石車１７を所定の回転数で回転させると共に、砥石台１６をワークＷに近接する方向へ、粗加工時の移動速度で移動させる。すなわち、制御部３５は、砥石回転用モータ駆動回路２１を制御して砥石回転用モータ１６ｂを所定の回転数で回転駆動し、砥石車１７を回転させる。また、制御部３５は、Ｘ軸送り用モータ駆動回路２２を制御してＸ軸送り用モータ１５ｃを粗加工時の回転速度で回転駆動し、砥石台１６をＸ軸方向にワークＷ近接側へ粗加工時の移動速度で移動させる。例えば、砥石台１６の移動速度は、１５［ｍｍ／ｍｉｎ］程度とすることができる。

次に、Ｓ４の接触検知工程において、砥石車１７とワークＷとの接触検知を行う。図６は、任意の回転位置で停止したワークＷに向かって接近移動する砥石車１７が、偏心部Ｗａと接触する時の様子を表している。砥石車１７が偏心部Ｗａと接触する時、図６に示すように、偏心部Ｗａの中心Ｗａｃ、回転軸心Ｗｃ、及び砥石軸心Ｔｃの３点を頂点とする三角形が形成される。

ここで、Ｓ４の接触検知工程の具体的な内容について、図４のフローチャートを参照しつつ説明する。まず、Ｓ１１において、砥石台１６の内部に収容されたＡＥセンサ１６ｃの出力に基づいて、接触波形が検知されたか否かを判定する。Ｓ１１で接触波形が検知されなかった場合（Ｓ１１：Ｎｏ）、Ｓ１１を繰り返す。

Ｓ１１で接触波形が検知された場合（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、Ｓ１２において、砥石台１６の送り動作を停止する。すなわち、制御部３５は、Ｘ軸送り用モータ駆動回路２２を制御してＸ軸送り用モータ１５ｃの回転駆動を停止する。

続いて、Ｓ１３において、接触波形の開始時を接触検知時Ｔｄとして決定する。Ｓ１３終了後、図３のフローチャートの処理へ戻り、Ｓ５へ進む。

Ｓ５の主軸位相取得工程において、接触検知時ＴｄにおけるＣ軸回転座標を主軸エンコーダ１２ｃの出力から読み取り、偏心部Ｗａの停止した回転位置における主軸１２ａの回転位相としてデータ記憶部３３に記憶する。

また、Ｓ６の送り位置取得工程において、接触検知時Ｔｄにおける砥石台１６の送り位置をＸ軸エンコーダ１５ｄの出力から読み取り、偏心部Ｗａの停止した回転位置における砥石台１６の送り位置Ｘ１としてデータ記憶部３３に記憶する。尚、送り位置Ｘ１は、回転軸心Ｗｃと砥石軸心Ｔｃとの心間距離である。

次に、Ｓ７の演算工程において、Ｓ６の送り位置取得工程で取得した砥石台１６の送り位置Ｘ１を用いて、偏心部Ｗａの停止した回転位置における絶対回転位相α１を演算する。偏心部Ｗａの絶対回転位相α１は、回転軸心Ｗｃを中心として時計３時の位置を基準（０°）とし、反時計回り方向を正とする回転位相である。以下、α１の演算方法について、図６を参照しつつ数式を用いて説明する。Ｓは偏心部Ｗａの回転軸心Ｗｃを中心とする回転半径（Ｗｃ〜Ｗａｃの距離）、ｒは偏心部Ｗａ（クランクピン）の半径、Ｒは砥石車１７の半径であり、いずれも既知数である。β１は、線分Ｗｃ−Ｔｃと線分Ｗａｃ−Ｔｃとのなす角である。図６において、ワークＷの偏心部Ｗａが任意の回転位置に停止した状態で、砥石車１７が偏心部Ｗａに接触したとき、幾何学的に以下の式１〜式３が成立する。

Ｓ＊ｓｉｎα１＝（ｒ＋Ｒ）ｓｉｎβ１・・・式１
Ｘ１＝Ｓ＊ｃｏｓα１＋（ｒ＋Ｒ）ｃｏｓβ１・・・式２
ｓｉｎ^２β１＋ｃｏｓ^２β１＝１・・・式３
ここで、式３に式１と式２を代入してβ１を消去することにより、Ｓ，ｒ，Ｒ，Ｘ１，α１を用いた式４が得られる。
〔Ｓ／（ｒ＋Ｒ）＊ｓｉｎα１〕^２＋〔Ｘ１−Ｓｃｏｓα１〕^２／（ｒ＋Ｒ）^２＝１・・・式４

上記の式４へ、既知数Ｓ，ｒ，Ｒ、及びＳ６送り位置取得工程で取得されたＸ１を代入することにより、偏心部Ｗａの絶対回転位相α１を求めることができる。尚、式４を満たすα１の値は、正の場合と負の場合とが存在するが、偏心部Ｗａが領域Ｉ内であることが予め判明している場合は正の値、領域ＩＩ内であることが判明している場合は負の値を、それぞれα１の解として確定する。例えば、図６の例では、偏心部Ｗａが領域Ｉ内であることが確定している場合は正の値をα１の解として確定する。

一方、偏心部Ｗａの停止した回転位置における主軸エンコーダ１２ｃの値をλ１、時計３時の位置における主軸エンコーダ１２ｃの値をλとしたとき、α１との関係を以下の式で表すことができる。
α１＝λ１−λ → λ＝λ１−α１・・・式１１

式１１から明らかなように、λは、主軸エンコーダ１２ｃの値である主軸１２ａの回転位相λ１と偏心部Ｗａの絶対回転位相との位相差を表している。Ｓ７演算工程では、式１１で求めた位相差λをワークＷの加工基準位相として設定し、データ記憶部３３に記憶する。そして、ワークＷの加工基準位相を基準として、主軸１２ａの回転位相に同期させて砥石台１６の送り位置を制御することで、砥石車１７で偏心部Ｗａを研削加工することが可能となる。以上で、ワークＷの位相割出し処理が終了する。

次に、Ｓ２２において、主軸１２ａを加工時の回転速度で連続回転させる。すなわち、制御部３５は、主軸モータ駆動回路２４を制御して、主軸モータ１２ｂの回転速度を加工時の回転数で回転させる。例えば、主軸１２ａを、粗加工時の回転数５０〜７０［ｒｐｍ］で回転させる。

次に、Ｓ２３において、砥石台１６をバックオフ位置からＳ６で設定した基準位置の近傍、つまり砥石車１７が偏心部Ｗａと近接する位置まで早送りで前進移動させる動作を行う。続いて、Ｓ２４において、砥石台１６の送りを加工時の送り速度へ減速すると共に、主軸回転位相に同期させて研削送り動作を行う。これにより、偏心部Ｗａの研削加工が行われる。

（１−４．まとめ）
上述したように、本実施形態の位相割出し方法によれば、任意の回転位置で停止したワークＷの被加工部である偏心部Ｗａに対し、砥石台１６を接近する方向へ相対移動させて砥石車１７を偏心部Ｗａへ接触させ、接触検知時の主軸１ａの回転位相と砥石台１６の送り位置とを取得し、これらに基づいてワークＷの加工基準位相を演算することができる。よって、研削盤１においてピンやキー等の位相基準や位相決め用のタッチセンサ等を用いることなく、短時間で高精度にワークＷの位相を割出すことができるという効果を奏する。また、ワークＷの位相割出しに引き続いて、Ｓ２４で研削工程を実行することができるため、位相割出しから研削加工完了までの全体時間の短縮化を図ることができるという効果を奏する。

また、Ｓ７の演算工程は、偏心部Ｗａの任意の回転位置で停止した状態で形成される、回転軸心Ｗｃ、砥石車１７を軸支する砥石軸心Ｔｃ、及び偏心部Ｗａの中心Ｗａｃの３点を頂点とする三角形に基づいて、偏心部Ｗａの絶対回転位相α１を幾何学的に演算し、主軸１２ａの回転位相λ１と偏心部Ｗａの絶対回転位相α１とからワークＷの加工基準位相λを演算する。よって、幾何学的演算によってワークＷの加工基準位相を正確に求めることができる。

また、接触検知工程（Ｓ４）は、砥石車１７に生じる振動の検知に基づいて接触検知を行うので、接触検知用のデバイスを別途設けることなく、砥石台１６に既存のＡＥセンサ１６ｃの出力を利用して接触検知を行うことができる。

また、砥石台送り工程（Ｓ３）は、砥石台１６を粗加工時の移動速度で相対移動させるので、Ｓ４の接触検知工程に要する時間の短縮化を図ることができる。

続いて、Ｓ７の研削準備及び研削工程を実施する。研削準備及び研削工程の内容について、図５のフローチャートを参照しつつ説明する。まず、Ｓ２１でバックオフ動作を行う。バックオフ動作は、砥石台１６を、Ｓ４の接触検知工程で送り動作を停止した位置から砥石車１７が偏心部Ｗａから離間する所定のバックオフ位置まで後退移動させる動作である。

（２．第２実施形態）
（２−１．位相割出し及び研削加工の流れ）
上述した第１実施形態では、クランクピンである偏心部Ｗａが予め所定の概略方向を向くようにワークＷを主軸１２ａに取付けて位相割出し及び研削加工を行う例を示した。これに対し、第２実施形態は、主軸１２ａに取付けられるワークＷの姿勢が不定、すなわち、偏心部Ｗａの概略方向が不明である場合に位相割出し及び研削加工を行う例を示すものである。

より具体的には、第１実施形態は、被加工部である偏心部Ｗａの１箇所の回転位置に対して、位相決め工程（Ｓ２）、砥石台送り工程（Ｓ３）、接触検知工程（Ｓ４）、主軸位相取得工程（Ｓ５）、及び送り位置取得工程（Ｓ６）を実施し、演算工程（Ｓ７）では１箇所の回転位置について取得された主軸回転位相及び砥石台送り位置に基づいてワークＷの加工基準位相を演算することとしたが、第２実施形態は、偏心部Ｗａを２箇所で位相決めして砥石車１７の接触検知を行い、２箇所の回転位置について取得された主軸回転位相及び砥石台送り位置に基づいてワークＷの加工基準位相を演算するものである。尚、第２実施形態において、研削盤１の全体構成及びＣＮＣ装置３０の構成は、第１実施形態と同一であるので詳細な説明を省略する。また、同一の構成には同一の符号を付し、それらについての詳細な説明を省略する。

本実施形態における位相割出し及び研削加工の流れについて、図７〜図９のフローチャートに沿って、図１０〜図１４を適宜参照しつつ説明する。図１０は、第２実施形態においてワークを２箇所の回転位置で位相決めして偏心部に砥石車を接触させる様子を模式的に示す説明図である。まず、Ｓ３１の取付け工程において、ワークＷを主軸１２ａに取付ける（Ｓ１取付け工程と同様）。このとき、主軸１２ａに取付けられたワークＷの姿勢は不定、すなわち、偏心部Ｗａの概略方向は不明である。次に、Ｓ３２の第１位相決め工程において、ワークＷが取付けられた主軸１２ａをＣ軸回りに所定角度だけ回転させ、１箇所目の回転位置で停止させ、ワークＷを位相決めする（Ｓ２位相決め工程と同様）。例えば、Ｓ３２の第１位相決め工程において、反時計回りに３０°だけ回転させて停止するようにしてもよい。次に、Ｓ３３の第１砥石台送り工程において、砥石車１７を所定の回転数で回転させると共に、砥石台１６をワークＷに近接する方向へ、粗加工時の移動速度で移動させる（Ｓ３砥石台送り工程と同様）。

次に、Ｓ３４の第１接触検知工程において、砥石車１７とワークＷとの接触検知を行う。すなわち、図９に示す接触検知工程を実行する。まず、Ｓ５１において、接触波形が検知された否かを判定する。Ｓ５１で接触波形が検知されなかった場合（Ｓ５１：Ｎｏ）、Ｓ５４において、砥石台１６の送り位置を示すＸ軸エンコーダ１５ｄの出力Ｘ１が定数ＸＣ以上か否かを判定する。Ｘ１がＸＣ以上の場合（Ｘ１≧ＸＣ、Ｓ５４：Ｙｅｓ）、Ｓ５１へ戻る。定数ＸＣは、偏心部中心Ｗａｃが領域Ｉ〜IIと領域III〜IVとの境界上、すなわち、時計１２時又は６時の位置にあるときに砥石車１７が偏心部Ｗａに接触した状態における心間距離Ｘ１の値である。定数ＸＣは、上記状態における角度β１をβＣと表すとき、ＸＣ＝（Ｒ＋ｒ）ｃｏｓβＣと表すことができる。

Ｘ１がＸＣよりも小さい場合（Ｘ１＜ＸＣ、Ｓ５４：Ｎｏ）、偏心部Ｗａが領域III又はIV内で停止したと判定する。図１１は、偏心部が領域III〜IV内で停止した例を示す説明図である。偏心部Ｗａが領域III又はIV内で停止したと判定された場合、Ｓ５５において、砥石台１６のバックオフ動作を実行する。すなわち、砥石台１６を所定のバックオフ位置まで後退移動させる。次に、Ｓ５６において、主軸１２ａを反時計回りに１８０°だけ回転させて領域I又はII内で停止させる。すなわち、制御部３５は、主軸モータ駆動回路２４を制御して主軸モータ１２ｂを回転駆動させ、主軸１２ａと共に回転軸心Ｗｃを中心としてワークＷを反時計回りに１８０°度だけ回転させ、停止させる。図１２は、偏心部が領域III〜IV内で停止した状態でワークを１８０°回転させて領域I〜II内で停止させる様子を模式的に示す説明図である。図１２に示すように、偏心部Ｗａが領域III又はIV内にある状態で１８０°だけ回転させることで、偏心部Ｗａは必ず領域I又はII内で停止することになる。Ｓ５６の後、Ｓ３３へ戻り、再び、第１砥石台送り工程を実行する。

Ｓ５１で接触波形が検知された場合（Ｓ５１：Ｙｅｓ）、Ｓ１２において、砥石台１６の送り動作を停止する。すなわち、制御部３５は、Ｘ軸送り用モータ駆動回路２２を制御してＸ軸送り用モータ１５ｃの回転駆動を停止する。

続いて、Ｓ５３において、接触波形の開始時を接触検知時Ｔｄとして決定する。Ｓ５３終了後、図７のフローチャートの処理へ戻り、Ｓ３５へ進む。

続いて、Ｓ３５の第１主軸位相取得工程において、接触検知時ＴｄにおけるＣ軸回転座標を主軸エンコーダ１２ｃの出力から読み取り、偏心部Ｗａの停止した回転位置における主軸１２ａの回転位相としてデータ記憶部３３に記憶する（Ｓ５主軸位相取得工程と同様）。また、Ｓ３６の第１送り位置取得工程において、接触検知時Ｔｄにおける砥石台１６の送り位置をＸ軸エンコーダ１５ｄの出力から読み取り、偏心部Ｗａの停止した回転位置における砥石台１６の送り位置Ｘ１としてデータ記憶部３３に記憶する（Ｓ６送り位置取得工程と同様）。次に、Ｓ３７において、バックオフ動作を実行する。すなわち、砥石台１６を、砥石車１７がワークＷから離間する所定のバックオフ位置まで後退移動させる。

次に、Ｓ３８の第２位相決め工程において、ワークＷが取付けられた主軸１２ａをＣ軸回りに所定角度だけ回転させ、２箇所目の回転位置で停止させる。例えば、Ｓ３２の第１位相決め工程において反時計回りに３０°だけ回転させて１箇所目の回転位置で停止させた場合、Ｓ３８の第２位相決め工程において反時計回りに９０°だけ回転させて２箇所目の回転位置で停止させてもよい。次に、Ｓ３９の第２砥石台送り工程において、砥石車１７を所定の回転数で回転させると共に、砥石台１６をワークＷに近接する方向へ、粗加工時の移動速度で移動させる。

次に、Ｓ４０の第２接触検知工程において、砥石車１７とワークＷとの接触検知を行う。すなわち、図９に示す接触検知工程を実行する。接触検知工程の内容は、Ｓ５６の後、Ｓ３９へ戻る点のみが第１接触検知工程と異なり、他は同様であるので、説明を省略する。次に、Ｓ４１の第２主軸位相取得工程において、接触検知時ＴｄにおけるＣ軸回転座標を主軸エンコーダ１２ｃの出力から読み取り、偏心部Ｗａの２箇所目の停止した回転位置における主軸１２ａの回転位相としてデータ記憶部３３に記憶する。また、Ｓ４２の第２送り位置取得工程において、接触検知時Ｔｄにおける砥石台１６の送り位置をＸ軸エンコーダ１５ｄの出力から読み取り、偏心部Ｗａの２箇所目の停止した回転位置における砥石台１６の送り位置Ｘ２としてデータ記憶部３３に記憶する。尚、送り位置Ｘ２は、偏心部Ｗａの２箇所目の停止した回転位置における回転軸心Ｗｃと砥石軸心Ｔｃとの心間距離である。

次に、Ｓ４３の演算工程において、Ｓ３６の第１送り位置取得工程で取得した偏心部Ｗａの１箇所目の回転位置における砥石台１６の送り位置Ｘ１及びＳ４２の第２送り位置取得工程で取得した偏心部Ｗａの２箇所目の回転位置における砥石台１６の送り位置Ｘ２を用いて、偏心部Ｗａの停止した回転位置における絶対回転位相α１、α２を演算する。以下、α１、α２の演算方法について、図１０を参照しつつ数式を用いて説明する。Ｓは偏心部Ｗａの回転軸心Ｗｃを中心とする回転半径（Ｗｃ〜Ｗａｃの距離）、ｒは偏心部Ｗａ（クランクピン）の半径、Ｒは砥石車１７の半径である。β１は、偏心部Ｗａが１箇所目の回転位置に停止したときの線分Ｗｃ−Ｔｃと線分Ｗａｃ−Ｔｃとのなす角である。β２は、偏心部Ｗａが２箇所目の回転位置に停止したときの線分Ｗｃ−Ｔｃと線分Ｗａｃ−Ｔｃとのなす角である。

Ｓ＊ｓｉｎα１＝（ｒ＋Ｒ）ｓｉｎβ１・・・・・・式１
Ｘ１＝Ｓ＊ｃｏｓα１＋（ｒ＋Ｒ）ｃｏｓβ１・・・・式２
ｓｉｎ^２α１＋ｃｏｓ^２α１＝１・・・・・・・・式３

式３に式１と式２を代入すれば、Ｓ，ｒ，Ｒ，Ｘ１，α１を使った式４で表される。
〔Ｓ／（ｒ＋Ｒ）＊ｓｉｎα１〕^２＋〔Ｘ１−Ｓｃｏｓα１〕^２／（ｒ＋Ｒ）^２＝１・・・・式４
Ｓ＊ｓｉｎα２＝（ｒ＋Ｒ）ｓｉｎβ２・・・・・・式５
Ｘ２＝Ｓ＊ｃｏｓα２＋（ｒ＋Ｒ）ｃｏｓβ２・・・・式６
ｓｉｎ^２α２＋ｃｏｓ^２α２＝１・・・・・・・・式７

式６に式４と式５を代入すれば、Ｓ，ｒ，Ｒ，Ｘ２，α２を使った式８で表される。
〔Ｓ／（ｒ＋Ｒ）＊ｓｉｎα２〕^２＋〔Ｘ１−Ｓｃｏｓα２〕^２／（ｒ＋Ｒ）^２＝１・・・式８
Ｘ１，Ｘ２の値は既知であり、Ｓ，ｒ，Ｒのいずれかの値が未知の場合、式４を式８で除算すると、α１とα２との関係を表す式９が導き出される。

ｓｉｎ^２α１／ｓｉｎ^２α２＋〔Ｘ１−Ｓｃｏｓα１〕^２／〔Ｘ１−Ｓｃｏｓα２〕^２＝１・・・式９
α１位相からα２位相までθだけ回転させたことは確定しているが、α１とα２が不明である。そこで、式１０でα１の適当な値を選ぶことにより、α２が求まる。
θ＝α１＋α２・・・式１０
θ＝α２―α１・・・式１０
ｓｉｎ（α１−α２）＝ｓｉｎα１＊ｃｏｓα２−ｃｏｓα１＊ｓｉｎα２・・・式１１
ｃｏｓ（α１−α２）＝ｃｏｓα１＊ｃｏｓα２＋ｓｉｎα１＊ｓｉｎα２・・・式１２

式１１あるいは式１２が成り立つまで、α１の適当な値を選ぶ作業を繰り返す。式１１あるいは式１２が成り立つα１とα２を、式９に適用すると、Ｓの値が未知であっても求まる。

式１１あるいは式１２が成り立つα１とα２を、式４および式８に適用すると、ｒ，Ｒのいずれか一方の値が既知であれば、他方が求まる。

つまり、Ｓの値が未知であり、ｒ，Ｒのいずれかの値が未知であっても、２つの位相、すなわち停止した２箇所の回転位置で偏心部Ｗａと砥石車１７とを接触させてＸ１，Ｘ２を取得すれば、α１、α２の値が求まる。

そして、α１、α２が正の値であるか、負の値であるかは、第２接触検知工程において確定する。すなわち、Ｓ４０の第２接触検知工程においてＳ５４でＹｅｓとなってＳ５５へ進むのは、偏心部Ｗａの１回目接触検知時の位置が領域Ｉ内の場合であるため、α１は正の値となる。また、２回目接触検知時の位置は、Ｓ５６で反時計回りに１８０°回転して領域ＩＩ内となるため、α２は負の値となる。図１３は、α１が正、α２が負となる場合におけるワークＷの回転の流れと１回目及び２回目の接触検知位置とを示す説明図である。

一方、Ｓ４０の第２接触検知工程においてＳ５５へ進むことなくＳ５１で接触波形が検知されるのは（Ｓ５１：Ｙｅｓ）、偏心部Ｗａの１回目接触検知時の位置が領域ＩＩ内の場合であるため、α１は負の値となる。また、２回目接触検知時の位置は、反時計回りに９０°回転して領域Ｉ内となるため、α２は正の値となる。図１４は、α１が負、α２が正となる場合におけるワークＷの回転の流れと１回目及び２回目の接触検知位置とを示す説明図である。

（２−２．まとめ）
上述したように、本実施形態の位相割出し方法によれば、被加工部である偏心部Ｗａの異なる２箇所の停止した回転位置に対して、第１、第２位相決め工程（Ｓ３２、Ｓ３８）、第１、第２砥石台送り工程（Ｓ３３、Ｓ３９）、第１、第２接触検知工程（Ｓ３４、Ｓ４０）、第１、第２主軸位相取得工程（Ｓ３５、Ｓ４１）、及び第１、第２送り位置取得工程（Ｓ３６、Ｓ４２）を実施する。そして、演算工程（Ｓ４３）は、２箇所の回転位置についてそれぞれ取得された主軸１２ａの回転位相及び砥石台１６の送り位置に基づいて、ワークＷの加工基準位相を演算するので、ワークＷ各部の寸法の一部が未知であっても、ワークＷの加工基準位相を演算によって求めることができる。

（３．その他の変形例）
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々に変更を施すことが可能である。上記実施形態では、本発明をクランクシャフトのクランクピンを研削加工する研削盤に適用した例を示したが、これには限られない。例えば、カムシャフトを研削するカム研削盤にも適用可能である。要するに、本発明は、回転軸心から偏心した偏心部を有するワークを研削する研削盤に適用することができる。

また、上述した実施形態では、砥石台１６に設けられて砥石車１７に生じる振動を検知するＡＥセンサ１６ｃの出力に基づいて、砥石車１７とワークＷとの接触を検知する例を示したがこれには限られない。主軸台１２に設けられた主軸１２ａに生じる振動を検知するセンサの出力に基づいて、砥石車１７とワークＷとの接触を検知するようにしてもよい。また、ＡＥセンサに限らず、砥石車１７とワークＷとの接触によって生じる振動を如何なるセンサで検出するようにしてもよい。

或いは、砥石車１７又は主軸１２ａに生じる振動の検知に変えて、砥石車１７又は主軸１２ａにかかる負荷の検出により、接触検知を行うようにしてもよい。例えば、砥石車１７にかかる負荷の検出は、砥石回転用モータ１６ｂへ実際に供給されている電流を検出することで行うようにしてもよい。同様に、主軸１２ａにかかる負荷の検出は、主軸モータ１２ｂへ実際に供給されている電流を検出することで行うようにしてもよい。

また、上記実施形態では、Ｓ７の研削準備及び研削工程において、Ｓ２１のバックオフ工程及びＳ２３の早送り工程を実施する例を示したが、これらの工程を省略し、接触検知時の砥石台１６の送り位置から引き続いて研削工程Ｓ２４を実施するようにしてもよい。

また、上記第２実施形態では、被加工部である偏心部Ｗａの異なる２箇所の停止した回転位置に対して、砥石車１７による接触検知を行い、主軸１２ａの回転位相及び砥石台１６の送り位置を取得してワークＷの加工基準位相を演算する例を示したが、３箇所以上の複数箇所の停止した回転位置に対して、砥石車１７による接触検知を行い、主軸１２ａの回転位相及び砥石台１６の送り位置を取得してワークＷの加工基準位相を演算するようにしてもよい。

また、上記第２実施形態では、主軸１２ａに取付けられるワークＷの姿勢が不定、すなわち、偏心部Ｗａの概略方向が不明である場合に２箇所で位相決めして砥石車１７の接触検知を行う例を示したが、第１実施形態のように偏心部Ｗａが予め所定の概略方向を向くようにワークＷを主軸１２ａに取付けた場合において、２箇所で位相決めして砥石車１７の接触検知を行い位相割出し及び研削加工を行うようにしてもよい。このよう複数個所で接触検知すれば、偏心部Ｗａの径が均一でない場合等にも、高精度に位相割り出しを行うことができる。

Ｗ…ワーク、Ｗｃ…回転軸心、Ｗａ…偏心部（被加工部）、１…研削盤、１２ａ…主軸、１６…砥石台、１７…砥石車、３５…制御部、Ｓ１…取付け工程、Ｓ２…位相決め工程、Ｓ３…砥石台送り工程、Ｓ４…接触検知工程、Ｓ５…主軸位相取得工程、Ｓ６…送り位置取得工程、Ｓ７…演算工程、Ｓ２１…バックオフ工程、Ｓ２３…早送り工程、Ｓ２４…研削工程、Ｓ３２…第１位相決め工程、Ｓ３３…第１砥石台送り工程、Ｓ３４…第１接触検知工程、Ｓ３５…第１主軸位相取得工程、Ｓ３６…第１送り位置取得工程、Ｓ３８…第２位相決め工程、Ｓ３９…第２砥石台送り工程、Ｓ４０…第２接触検知工程、Ｓ４１…第２主軸位相取得工程、Ｓ４２…第２送り位置取得工程、Ｓ４３…演算工程。

Claims (8)

1. 回転軸心に対し偏心した被加工部を有するワークを主軸で回転させながら、砥石台を前記回転軸心との交差方向に相対移動させ、砥石車を前記被加工部に接触させて研削加工する研削盤において、前記ワークの位相を割出す方法であって、
   前記ワークを前記主軸に取付ける取付け工程と、
   前記ワークが取付けられた前記主軸を所定角度回転させて前記被加工部を任意の回転位置で停止させる位相決め工程と、
   前記砥石車を回転させながら、前記砥石台を前記被加工部と離間する所定位置から前記被加工部へ接近する方向に相対移動させる砥石台送り工程と、
   前記任意の回転位置で停止する前記被加工部に対し前記砥石車が接触したことを検知する接触検知工程と、
   前記接触検知工程における接触検知時の前記主軸の回転位相を取得する主軸位相取得工程と、
   前記接触検知工程における接触検知時の前記砥石台の送り位置を取得する送り位置取得工程と、
   前記主軸位相取得工程で取得した前記主軸の回転位相及び前記送り位置取得工程で取得した前記砥石台の送り位置に基づいて、前記ワークの加工基準位相を演算する演算工程と、を備える位相割出し方法。
2. 前記被加工部の異なる複数の回転位置に対して、前記位相決め工程、前記砥石台送り工程、前記接触検知工程、前記主軸位相取得工程、及び前記送り位置取得工程を、それぞれ実施し、
   前記演算工程は、前記複数の回転位置についてそれぞれ取得された前記主軸の回転位相及び前記砥石台の送り位置に基づいて、前記ワークの加工基準位相を演算する、請求項１に記載の位相割出し方法。
3. 前記演算工程は、前記被加工部の前記任意の回転位置で停止した状態で形成される、前記回転軸心、前記砥石車を軸支する砥石軸心、及び前記被加工部の中心の３点を頂点とする三角形に基づいて、前記被加工部の絶対回転位相を幾何学的に演算し、前記主軸の回転位相と前記被加工部の絶対回転位相とから前記ワークの加工基準位相を演算する、請求項１又は２に記載の位相割出し方法。
4. 前記接触検知工程における前記砥石台の所定距離の相対移動において前記被加工部との接触が検知されなかった場合、
   前記被加工部から離間する所定のバックオフ位置まで前記砥石台を相対的に後退移動させる工程と、
   前記ワークが取付けられた前記主軸を所定角度回転させて前記被加工部を任意の回転位相で停止させる工程と、を実施し、
   その後、再度、前記砥石台送り工程と前記接触検知工程とを実施する請求項１乃至３の何れか一項に記載の位相割出し方法。
5. 前記接触検知工程は、前記砥石車又は前記主軸に生じる振動の検知に基づいて接触検知を行う、請求項１乃至４の何れか一項に記載の位相割出し方法。
6. 前記接触検知工程は、前記砥石車又は前記主軸にかかる負荷の検知に基づいて接触検知を行う、請求項１乃至４の何れか一項に記載の位相割出し方法。
7. 請求項１乃至６の何れか一項に記載の位相割出し方法を実施した後、前記加工基準位相を基準として前記主軸の回転に同期して前記砥石台を相対移動させ、前記砥石車により前記被加工部を研削する研削工程を備える、研削加工方法。
8. 前記研削工程を実施する前に、
   前記砥石台を前記砥石車が前記被加工部から離間する所定のバックオフ位置まで相対的に後退移動させるバックオフ工程と、
   前記所定位置から前記砥石車が前記被加工部と近接する位置まで前記砥石台を早送りで相対的に前進移動させる早送り工程と、を実施する、請求項７に記載の研削加工方法。

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