JP2534500B2

JP2534500B2 - 研削盤の制御方法

Info

Publication number: JP2534500B2
Application number: JP62128736A
Authority: JP
Inventors: 桂司川口; 弘道瀬尾
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1987-05-26
Filing date: 1987-05-26
Publication date: 1996-09-18
Anticipated expiration: 2011-09-18
Also published as: JPS63295177A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は研削盤の制御方法に関し，研削面の粗さ及び
円筒度を改善するようにした方法に関する。

〔従来技術〕

一般に、研削盤は、切込みモータで切込み送りされる
切込みテーブルと、切込みテーブル上に鉛直軸回りに回
動可能に設けられスイベルモータでスイベル駆動される
スイベルテーブルと、スイベルテーブル上に設けられた
ワーク取付の為のチャックを有する主軸及び主軸駆動モ
ータと、砥石テーブルと、砥石テーブル上に設けられた
ホイールヘッドと、ホイールヘッドに取付けられた砥石
と、ホイールヘッドを駆動する砥石駆動モータと、砥石
ドレッサなどを備えている。

研削盤でワークを研削する場合、ワーク及び砥石を回
転させるとともに、砥石軸の撓み角に相当する角度だけ
スイベルテーブルを回動させることによりワークの軸心
と砥石の軸心とを平行に保持した状態で切込みテーブル
を切込み送りさせながら研削する。

この研削時、実施例に係る第５図に示すように砥石３
からワークＷに対して切込み送り力の反力として発生す
る水平な法線方向の研削力F_N（以下、法線方向研削力F_N
という）と主に砥石駆動モータのトルクに起因する接線
方向の研削力F_T（以下、接線方向研削力F_Tという）とが
作用し、この法線方向研削力F_Nと接線方向研削力F_Tのベ
クトル合力である研削力ＦがワークＷに作用する。

上記接線方向研削力F_Tは、砥石の周面とワークの研削
面に作用する摩擦力を介して伝達される力であり、接線
方向研削力F_Tと法線方向研削力F_Nとの関係は第13図のよ
うになることが知られている。

研削時、砥石が摩耗するためまた研削途中で何回も砥
石をドレスするため研削の進行につれて砥石の直径が減
少していくが、通常は砥石駆動モータへ一定の電力を供
給しその回転数とトルクとを略一定に保持して研削する
ので、砥石径の減少に応じて接線方向研削力F_Tは大きく
なり、その接線方向研削力F_Tは法線方向研削力F_Nの増大
に応じて大きくなる。

上記接線方向研削力F_Tは研削性能を支配するものなの
で、接線方向研削力F_Tが大きくなると研削面の表面粗さ
が大きくなる。また上記法線方向研削力F_Nは砥石軸の撓
み角を大きく左右するものなので、法線方向研削力F_Nが
変動すると研削面がテーパ化して研削面の円筒度が悪化
し研削の精度が低下することになる。但し、砥石軸は法
線方向研削力F_Nによって切込みテーブルの送り方向に弾
性変形するのと同時に、接線方向研削力F_Tの反力によっ
ても弾性変形する。

従来より、研削面の粗さや円筒度を向上させる為種々
の研削盤の制御方法が提案されて来た。

例えば、特開昭51-143983号公報には、砥石軸の撓み
を検出し、その撓みが一定となるように、切込みモータ
を介して切込み速度を制御する技術が記載されている。
これは、法線方向研削力F_Nを一定に保持して研削面の円
筒度の精度を高めようとするものである。

また、特公昭53-34036号公報には、砥石駆動モータへ
の供給電力を検出し、その電力が設定値となるように切
込み送り速度を制御する技術が記載されている。これ
は、接線方向研削力F_Tを一定に保持して研削面の粗さを
向上させようとするものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のように接線方向研削力F_Tのみを一定に保持して
研削する技術、法線方向研削力F_Nのみを一定に保持して
研削する技術には、次のような欠点がある。

研削開始時上記法線方向研削力F_Nで水平方向に撓んだ
砥石軸の撓み角に相当とする角度だけスイベルテーブル
を介して主軸をスイベルさせることにより砥石軸軸心と
主軸中心（ワーク軸心）とが平行となるように調整して
研削していくのが一般的である。そして、研削の進行に
つれて砥石径が小さくなると、接線方向研削力F_Tと法線
方向研削力F_Nが変動する。

上記前者の公報のように法線方向研削力F_Nのみを一定
に制御する場合には、砥石径が小さくなると接線方向研
削力F_Tが大きくなるので、研削性能（切れ味）が高まり
研削面の粗さが悪化する。しかも、接線方向研削力F_Tの
増大により砥石軸の鉛直方向への撓み角が増加するの
で、法線方向研削力F_Nを一定にして円筒度を高める作用
が部分的に減殺されてしまう。

これに対して、上記後者の公報のように、接線方向研
削力F_Tのみを一定に制御する場合には、研削性能は一定
に保持され研削面の粗さは小さくなる。しかし、砥石軸
の鉛直方向への撓み角を一定に保持できるものの、砥石
径が小さくなると、法線方向研削力F_Nが小さくなるの
で、砥石軸の水平方向の撓み角が小さくなって、研削面
のテーパ化の度合いが大きくなり円筒度が低下する。

以上のように、法線方向研削力F_Nのみを一定に制御す
る場合には、研削面の粗さが改善されず、研削面の円筒
度がある程度改善されるだけである。接線方向研削力F_T
を一定に制御する場合には、研削面の粗さが改善される
が、研削面の円筒度が低下してしまう。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る研削盤の制御方法は、円筒研削盤の砥石
軸と円筒状ワークの軸心とを水平方向に相対移動させて
砥石をワークの表面に接触させた状態でワークを研削す
る際に、研削力のうちの接線方向の研削力を検出し、こ
の接線方向研削力が一定となるように切込みモータと砥
石回転駆動モータとの少なくとも一方を制御するととも
に、研削力のうちの法線方向の研削力を検出し、この法
線方向研削力に基づいて、水平面内における砥石軸に対
するワークの軸心の角度が一定となるようにスイベル駆
動モータを制御することを特徴とするものである。

〔作用〕

本発明に係る研削盤の制御方法においては、接線方向
研削力が一定となるように制御するので、砥石の研削性
能が一定に保持され、研削面の粗さが低下することがな
い。

既述のごとく、接線方向研削力は砥石の周面とワーク
の研削面の間に作用する摩擦力を介して砥石からワーク
に伝達される力であり、この接線方向研削力は、法線方
向研削力が増大するのに応じて増大することから、切込
みモータを介して切込み速度を制御することにより接線
方向研削力を一定に制御することが可能である。

また、砥石駆動モータを制御することにより接線方向
研削力を一定に制御することは勿論可能である。

一方、砥石軸の撓み角は接線方向研削力と法線方向研
削力に依存しているが、円筒研削盤の砥石軸と円筒状ワ
ークの軸心とを水平方向に相対移動させて砥石をワーク
の表面に接触させた状態でワークを研削する関係上、上
記のように接線方向研削力を一定に制御するので、砥石
軸の鉛直方向への撓み角は一定に保持される。そして、
法線方向研削力を検出し、その法線方向研削力に基づい
て、水平面内における砥石軸に対するワークの軸心の角
度が一定となるようにスイベル駆動モータを制御するの
で、３次元的に鉛直方向にも水平方向にも、砥石軸に対
するワークの軸心の角度を一定に保持して研削すること
になる。

それ故、ワークの軸心に対する砥石軸の角度の変動に
起因する研削精度の低下を最小限に抑えることが可能に
なり、ワークの内周面又は外周面を高精度の円筒面や円
錐面や円錐台面に加工することができる。

〔発明の効果〕

本発明に係る研削盤の制御方法によれば、以上説明し
たように、接線方向研削力が一定となるように切込みモ
ータと砥石回転駆動モータとの少なくとも一方を制御す
ることにより、研削面の表面粗さを向上させることがで
きる。

そして、接線方向研削力が一定となるように制御しな
がら、検出した法線方向研削力に基づいて、水平面内に
おける砥石軸に対するワークの軸心の角度が一定となる
ようにスイベル駆動モータを制御することにより、３次
元的に鉛直方向にも水平方向にも、砥石軸に対するワー
クの軸心の角度を一定に保持して研削することができる
ようになる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面に基いて説明す
る。

先ず、本発明を適用する研削盤１について第１図〜第
３図により簡単に説明する。尚、第１図において−Ｘ方
向を左方、Ｘ方向を右方、−Ｙ方向を前方、Ｙ方向を後
方と定義する。

主軸４及び主軸モータ4aを支持する切込みテーブル２
は、切込みモータ５によりベッド６上のテーブル台10に
対して前後方向へ進退駆動されるようになっており、主
軸４及び主軸モータ4aは切込みテーブル２上に載置され
たスイベルテーブル11上に固定され、スイベルテーブル
11は鉛直のスイベルピン11a回りに回動可能で、上記ス
イベルテーブル11を回動するため、スイベルテーブル11
の左端縁中央部には左方へ突出するアーム11bが設けら
れ、アーム11bのスクリュナットに螺合したスクリュ軸1
2が前後方向に向けて配設され、上記スクリュ軸12は切
込みテーブル２のブラケット2a上に設けたスイベル駆動
モータ13により駆動される。

ホイールヘッド７及び砥石駆動モータ7aを支持する砥
石テーブル８は砥石テーブル駆動モータ９によりベッド
６に対して左右方向へ進退駆動されるようになってい
る。

上記主軸４のチャック4bにはワークＷが装着され、こ
のワークＷの内周面がホイールヘッド７の砥石軸3aの先
端の砥石３で研削加工されるのであるが、この研削の際
には先ず砥石テーブル８を左方へ移動させて砥石３をワ
ークＷの軸孔内へ挿入してから、切込みテーブル２を前
方又は後方へ移動させることにより研削することにな
る。

上記研削時、切込みモータ５により切込みテーブル２
を前方へ切込み送りすると、第４図・第５図に示すよう
に砥石３からワークＷに対して切込み送り力の反力とし
ての法線方向研削力F_Nと砥石３の回転トルクに起因する
接線方向研削力F_Tとが作用し、上記法線方向研削力F_Nと
接線方向研削力F_Tとのベクトル合力としての研削力Ｆが
作用することになる。

上記法線方向研削力F_Nと接線方向研削力F_Tとにより、
砥石軸3aは第４図に示すように法線方向研削力F_Nと反対
方向（切込み送り方向）へ弾性変形するとともに接線方
向研削力F_Tと反対方向へも弾性変形する。

そこで、研削開始初期にスイベル駆動モータ13を駆動
してスイベルテーブル11をスイベルさせ、第４図のよう
にワークＷの軸心と砥石３の軸心とが平行になるように
スイベル角θを調整して研削を行なう。

次に、上記研削盤１の制御方法について説明する。

この研削盤１の制御方法は、上記法線方向研削力F_Nと
接線方向研削力F_Tとを夫々検出し、接線方向研削力F_Tが
一定となるように切込みモータ５を制御するとともに、
法線方向研削力F_Nに応じてスイベル駆動モータ13を制御
するものであり、これにより研削面の表面粗さを改善し
つつ研削面の円筒度を向上させようとするものである。

上記法線方向研削力F_Nと接線方向研削力F_Tとを夫々検
出するため、第６図・第７図に示すように、砥石軸3aの
外周面の前側に近接して臨むF_N検出用磁気センサ14a及
び砥石軸3aの外周面の下側に近接して臨むF_T検出用磁気
センサ14bとが設けられ、これら磁気センサ14a・14bか
らの検出信号はコントロールユニット（図示略）へ出力
される。

上記コントロールユニットには、第８図のスイベル駆
動モータ制御系と第９図の切込みモータ制御系とが設け
られている。

上記スイベル駆動モータ制御系には、F_N検出用磁気セ
ンサ14aからの検出信号を受けて、その検出信号から砥
石軸の撓み角を演算する砥石軸撓み角演算器16と、スイ
ベル操作盤17と、スイベル操作盤17からの出力信号及び
砥石軸撓み角演算器16からの出力信号を受けてスイベル
駆動モータ13を制御するスイベル駆動モータ制御装置18
とが設けられている。

スイベル駆動モータ制御装置18は、研削開始後にスイ
ベル操作盤17から入力設定されたスイベルテーブル11の
スイベル角θ（例えば、Ｘ軸の方向を基準方向としてそ
の基準方向から傾いた角度）を初期値として順次更新し
つつ現在のスイベル角を記憶しており、スイベル角が砥
石軸撓み角演算器16から入力された砥石軸3aの撓み角に
等しくなるようにスイベル駆動モータ13を制御する。

一方、切込みモータ制御系には、接線方向研削力F_Tを
設定する為の接線方向研削力設定器19と、この接線方向
研削力設定器19の出力信号からF_T検出用磁気センサ14b
の出力信号を減算する減算器20と、切込み操作盤21と、
切込み操作盤21からの出力信号と減算器20からの出力信
号を受けて接線方向研削力F_Tが設定値となるように切込
みモータ５を制御する切込みモータ制御装置33とが設け
られている。上記切込み操作盤21は、ワークＷの材質・
形状・寸法及び砥石３の種類に応じた切込み速度などを
入力設定するためのものである。

上記磁気センサ14bで検出された接線方向研削力F_Tが
設定値より小さいときには、減算器20から＋の信号が出
力され、切込みモータ制御装置33ではその信号に応じて
切込みモータ５の回転速度を増加させる。このように切
込み送りの速度が増大させると、法線方向研削力F_Nが大
きくなり、接線方向研削力F_Tが増加する（第13図参
照）。接線方向研削力F_Tが設定値よりも大きいときに
は、上記と反対に切込み速度を減少させるような制御が
行なわれる。

上記のように、研削性能を左右する接線方向研削力F_T
が一定となるように制御するので、研削の進行につれて
砥石径が減少しても研削面の表面粗さが悪化することな
く良好に維持されるだけでなく、砥石軸3aの接線方向研
削力F_Tと反対方向への撓み角が変動することがない。

そして、磁気センサ14aで検出れた法線方向研削力F_N
に応じてスイベル角を制御し、スイベル角つまりワーク
Ｗの回転軸の水平面での方向を砥石軸3aの撓み角に等し
くなるように制御すると、常にワークＷの回転軸と砥石
軸3aとが平行に維持され、研削面がテーパ化することが
なく、研削面の円筒度が大幅に向上することになる。

尚、上記実施例では、接線方向研削力F_Tが設定値とな
るように切込みモータ５を制御するようにしたが、切込
みモータ５に代えて砥石駆動モータ7aを制御してもよい
ことは言うまでもない。

また、上記スイベルテーブル11、スクリュシャフト12
及びスイベル駆動モータ13などからなるスイベル機構を
砥石テーブル８上に設け、ホイールヘッド７の回転軸の
方向（つまり砥石軸3aの方向）を水平面内で調節自在に
構成し、検出された法線方向研削力F_Nに応じてホイール
ヘッド７側のスイベル角を制御してもよい。

次に、上記研削盤１の制御系並びに検出系の変形例に
ついて説明する。

（１）第10図に示すように、コントロールユニット15
は、F_N検出用磁気センサ14aとF_T検出用磁気センサ14bと
からの検出信号を受けてそれらをA/D変換するA/D変換器
22と、研削の諸条件を入力設定する操作盤23とA/D変換
器22からの信号を受ける入出力インタフェイス24と、入
出力インタフェイス24にデータバス等で接続されたCPU2
5（中央演算装置）と、CPU25にデータバス等で夫々接続
されたROM26（リード・オンリ・メモリ）及びRAM27（ラ
ンダム・アクセス・メモリ）とで構成され、入出力イン
タフェイス24からは主軸モータ駆動回路28と切込みモー
タ駆動回路29とスイベル駆動モータ駆動回路30と砥石駆
動モータ駆動回路31と砥石テーブル駆動モータ駆動回路
32とに夫々制御信号が出力されるようになっている。

上記ROM26には操作盤23からの設定信号に基いて各モ
ータ4a・５・7a・９・13を制御する制御プログラム及び
F_N検出用磁気センサ14a及びF_T検出用磁気センサ14bから
の検出信号を読込んで前記同様接線方向研削力F_Tが設定
値となるように、切込みモータ５又は砥石駆動モータ7a
を制御する制御プログラム及び検出された法線方向研削
力F_Nに応じてワークの回転軸と砥石軸3aとが平行になる
ようにスイベル駆動モータ13を制御する制御プログラム
などが予め入力格納されている。

尚、接線方向研削力F_Tが一定となるように、切込みモ
ータ５及び砥石駆動モータ7aの両方を制御してもよい。

（２）前記磁気センサ14a・14bに代えて、電気マイクロ
メータ、空気マイクロメータ、光学的測微器など各種の
検出装置を用いることが出来る。

加えて、法線方向研削力F_N検出手段として、例えば第
11図や第12図のように構成してもよい。

即ち、第11図のものは、切込みモータ５の回転数信号
とインプロセスゲージ32で計測した研削内周面の直径信
号とに基いて砥石軸3aの撓み量を求め、その撓み量から
法線方向研削力F_Nを求めるようにしてある。また第12図
のものは、１対のインプロセスゲージ32によりワークＷ
の研削内周面の軸方向２個所の直径を検出し、その直径
の差から砥石軸3aの撓み角を求め、その撓み角から法線
研削力F_Nを求めるようにしてある。尚、図中符号15Bは
第10図のものと同様のコントロールユニットである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例に係るもので、第１図は研削盤の
平面図、第２図は同正面図、第３図は同側面図、第４図
は砥石軸の撓み角とスイベル角とを示す横断平面図、第
５図は砥石からワークに作用する法線方向研削力と接線
方向研削力と研削力とを示す説明図、第６図はF_N検出用
磁気センサとF_T検出用磁気センサとを示す要部縦断面
図、第７図は同じく要部平面図、第８図はスイベル駆動
モータの為の制御系の構成図、第９図は切込みモータの
為の制御系の構成図、第10図は研削盤全体の制御系の一
例の構成図、第11図・第12図は夫々法線方向研削力検出
手段の一例を示す構成図、第13図は法線方向研削力と接
線方向研削力との関係を示す線図である。１……研削盤、３……砥石、５……切込みモータ、F_N…
…法線方向研削力、F_T……接線方向研削力、Ｆ……研削
力、14a……F_N検出用磁気センサ、14b……F_T検出用磁気
センサ、15・15B……コントロールユニット、16……砥
石軸撓み角演算器、18……スイベル駆動モータ制御装
置、19……接線方向研削力設定器、32……インプロセス
ゲージ、33……切込みモータ制御装置、Ｗ……ワーク。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒研削盤の砥石軸と円筒状ワークの軸心
とを水平方向に相対移動させて砥石をワークの表面に接
触させた状態でワークを研削する際に、研削力のうちの接線方向の研削力を検出し、この接線方
向研削力が一定となるように切込みモータと砥石回転駆
動モータとの少なくとも一方を制御するとともに、研削力のうちの法線方向の研削力を検出し、この法線方
向研削力に基づいて、水平面内における砥石軸に対する
ワークの軸心の角度が一定となるようにスイベル駆動モ
ータを制御することを特徴とする研削盤の制御方法。