JP2654128B2 - 円筒研削盤 - Google Patents

円筒研削盤

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【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は円筒研削盤に関し、特に、クランクピン研削
盤に適用するに好適な装置に関する。
「従来の技術」 従来の円筒研削盤では、砥石台を停止させてスパーク
アウト研削を行うことにより工作物研削面の真円度精度
の確保を図ってきた。そして、主軸の回転に同期して砥
石台の送り量を僅かに変化させるなど研削抵抗を周期的
に変化させる手段を備えた円筒研削盤はなかった。
「発明が解決しようする課題」 しかしながら、工作物の加工面は必ずしも一様な円筒
面とは限らず、円筒面に油穴等の小孔を有しているもの
がある。この種の工作物を従来の円筒研削盤で研削し、
その研削面の真円度精度を調べると、第7図に矢印で示
す様に、油穴部に2〜3μの微少なへこみが生じ、加工
精度が悪化することが多いという問題点があった。
本発明は上記の問題点を解決するためなされたもので
あり、その目的とするところは、油穴等円筒面の一部に
小孔を有する工作物であっても、油穴部にへこみを生じ
ず、高い真円度精度で研削加工することができる円筒研
削盤を提供することにある。
「課題を解決するための手段」 上記の目的を達成するため、本発明では、第1図に示
す様に、主軸1の回転位置を検出する回転位置検出手段
2と、研削抵抗を変化させる研削抵抗可変手段4と、前
記回転位置検出手段2からの信号を受けて予め設定され
た所定回転位置毎に研削抵抗を減少させるべく前記研削
抵抗可変手段を制御する同期制御手段3と、を備えるこ
とを特徴とする円筒研削盤が提供される。
ここで研削抵抗可変手段4としては、主軸回転数を変
化させる手段、砥石車の回転数を変化させる手段、砥石
台の送り量を僅かに変化させる手段、レストの送り量を
僅かに変化させる手段、砥石台又はレスト送り部の支持
台を僅かに変位させる手段、主軸軸受又は砥石軸軸受の
コンプライアンスを変化させる手段がある。
「作用」 第2図は円筒研削盤を示すモデル図である。砥石車G
及び工作物Wは完全剛体に支持されているのではなく、
有限値のコンプライアンスを有する弾性体に支持されて
いる。砥石車Gについては、砥石軸受を含めた砥石軸の
コンプライアンスCws,ボールねじのコンプライアンスC
bs,ボールねじを支承するスラストベアリングのコンプ
ライアンスCsb,フレーム等の送り支持部のコンプライア
ンスCxを総合したコンプライアンスが砥石台送り系の総
合コンプライアンスとなる。工作物Wについては、主軸
軸受を含めた主軸のコンプライアンスCwh,チャックのコ
ンプライアンスCch,工作物自体のコンプライアンスCwo
と、レストを用いる時はレストのコンプライアンスCr
総合したコンプライアンスになる。
砥石車Gと工作物Wは当接する位置で研削抵抗を受
け、それぞれの総合コンプライアンスに従って弾性変位
した状態で研削が行われる。
一方、研削抵抗の法線成分Fnは次式により与えられる
ことが知られている。
ここで、K0は工作物Wの材質により決まる定数、Bは
研削幅、vは工作物Wの周速度、Vは砥石車Gの周速
度、Sは切り込み深さ、εは工作物材質により決まる定
数、Dは砥石車Gの径、dは工作物Wの径、ωは平均砥
粒間隔である。
さて、第3図に示す様に、工作物Wの加工面に油穴6
が設けられていると、その油穴部では油穴6の径Dhだけ
研削幅Bが減少する。研削幅Bが減少すると第(1)式
に従い、研削抵抗Fnが減少する。ところが、砥石車Gと
工作物Wはそれぞれ男性的に支持されているので、それ
ぞれの変位に応じた弾性力と研削抵抗Fnとが均衡する位
置まで切り込み深さSが変化することになる。この作用
により、従来の装置では、油穴部で切り込み深さが増加
し、微少なへこみを生じていたと考えられる。
前記本発明に係る円筒研削盤では、主軸の回転に同期
し、油穴6による研削幅の減少に対応して研削抵抗が減
少される。このため、研削幅の変化に対応して研削抵抗
が制御され研削されるから、切り込み深さが変化しな
い。
研削抵抗可変手段として主軸回転数又は砥石回転数を
変化させるものは、(1)式に示される研削幅Bの変化
が研削抵抗Fnに及ぼす影響を回転数の変化により相殺
し、研削抵抗を一定に制御する。
砥石台若しくはレストの送り量を変化させるもの又は
砥石台若しくはレスト送り部の支持台を変位させるもの
は、弾性変位量を変化させて弾性力を変化し均衡する研
削抵抗Fnを研削幅Bに対応した値に制御する。
主軸軸受又は砥石軸受のコンプライアンスを変化させ
るものは、弾性力を変化させて均衡する研削抵抗Fnを研
削幅Bに対応した値に制御する。
「実施例」 本発明の実施例について図面を参照し説明する。
第4図は本発明に係る円筒研削盤を示す構成図であ
る。この研削円筒盤はエンジンのクランク軸を加工する
ためのピン研削盤であり、第5図に示す様なクランク軸
500のピン部501〜504を研削仕上げ加工するのに用いら
れる。各ピン部501〜504には油穴6が設けられている。
研削盤のベッド10の前方にはテーブル11が左右方向
(Z軸方向)に摺動可能に設けられ、ベッド10の側面に
取付けられたサーボモータ12により送りねじ13を介して
移動される。テーブル11上には左右に一対の主軸台14,1
5が配設されている。各主軸台14,15には、偏心チャック
装置16,17を備えた主軸18,19が軸架され、それぞれサー
ボモータからなる主軸モータ20,21により回転駆動され
る。各主軸モータ20,21には回転エンコーダ22,23が取付
けられ、主軸18,19の回転位置を検出する。工作物Wで
あるエンジンのクランク軸は、軸端のジャーナル部505,
506を左右の主軸18,19の偏心チャック16,17に把持さ
れ、研削加工するピン部501を回転中心にして回転駆動
される。右側の主軸モータ21は左側の主軸モータ20の回
転に追従して、あたかも一つの軸の如く回転駆動され
る。
一方、ベッド10の後方には砥石台25が主軸18の回転軸
線と直交する方向(X軸方向)に移動できるように案内
され、ベッド10後面に固着されたサーボモータ26により
送りねじ27を介して移動されるようになっている。砥石
台25には砥石車Gが主軸18の軸線と並行に軸架されてお
り、砥石駆動用モータ28によって回転駆動される。
また、ベッド10前方の砥石車Gと対向する位置には、
レスト装置30が設けられている。レスト装置30の接触子
31は砥石車Gに向かう方向(I軸方向)に移動できるよ
うにされ、サーボモータ32により前進後退されるように
なっている。レスト装置30の接触子31は工作物Wの研削
面に押し当てられ、工作物の振れを止める。
各軸サーボモータ12,26,32及び左右の主軸モータ20,2
1は、各サーボモータ駆動回路41〜45に接続されてお
り、数値制御装置(NC装置)50からの指令パルスの数に
応じて回転される。
数値制御装置50は、研削盤を制御するためのメインCP
U51,制御プログラムを記憶したROM52,NCデータ等を記憶
するRAM53を備え、テープリーダ61,CRTディスプレイ6
2、キーボード63、操作盤64からの信号がインターフェ
ース54を介して入力される。また、メインCPU51には主
軸18,19の回転位置を検出する回転エンコーダ22,23から
の信号がインターフェース55を介して入力される。数値
制御装置50はメインCPU51の他に、サーボ制御用のドラ
イブCPU56を備え、ドライブCPU56のRAM57を介してメイ
ンCPU51と接続されている。ドライブCPU56はパルス分配
回路58を介して各サーボモータ駆動回路41〜45に指令パ
ルスを出力する。
本実施例では、研削抵抗可変手段として、研削中に砥
石台25の送りを僅かに後退させることが行われる。この
ため、メインCPU51のRAM53には通常のNCデータ領域531
の他に、砥石台25の後退を開始する主軸18,19の回転位
置を与える同期回転位置データが記憶される領域532
と、砥石台25を後退させる送り量ΔXと主軸回転角θと
の関係を与える同期制御データが記憶される領域533と
が設けられている。これらのデータはキーボード63から
設定される。
同期回転位置データ532は、工作物Wであるクランク
軸の位相基準位置から油穴の縁までの回転角θにより
設定される。同期制御データは、たとえば砥石台25の後
退量ΔXを次式で与えることにより設定される。
ΔX=Asin(π・θ・R/dh) (但し、0<θ<d/R) ……(2) ここで、Aは定数、θは同期回転位置θからの主軸
18の回転角、Rは工作物Wピン部501の半径、dhは油穴
の直径である。
このように算出された後退量ΔXを、通常のNCデータ
による送り量Xに重ね合わせてX軸サーボモータ26を制
御することにより、(1)式に示される研削抵抗Fnを研
削幅Bに対応した値に制御し、油穴部分のへこみを減少
させる。
第6図は、このようにして加工されたピン部501の真
円度を示すデータであり、第7図にみられるような油穴
等のへこみが殆ど解消できることを示している。
以上述べた実施例ではX軸サーボモータ26を制御し砥
石台25の送り量Xを僅かに変化させることとしたが、I
軸サーボモータ32を制御しレスト30の送り量を僅かに変
化させ、接触子31の押し付け力を変化させるようにして
も同様の効果が得られる。
また、主軸18,19の回転速度を主軸18,19の回転位置に
同期して油穴部において僅かに減速するようにすること
も可能であり、逆に、砥石車Gの回転速度を僅かに増速
することも可能ではある。しかし、砥石車Gの回転駆動
系は慣性が極めて大きいので得策ではない。
また、送り系のサーボモータ26,32を制御するのでは
なく、砥石台25又はレスト装置30の支持台に圧電素子等
によるアクチュエータを取付け、支持台全体を微少量だ
け変位させるようにすることも可能である。
さらに、主軸18,19又は砥石車Gの軸受に静圧軸受を
用い、その軸受に供給する圧力油の流量を電磁制御弁で
制御する構成とし、主軸18,19の回転位置に同期して流
量を制御し、静圧軸受のポケット内の圧力を制御し、軸
受のコンプライアンスを変化させるようにすることもで
きる。
「発明の効果」 本発明は、以上示したように構成されているので、工
作物に設けられた油穴部に生ずるへこみが減少され、研
削加工の真円度精度が向上するという優れた効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の構成を明示する図、第2図は円筒研削
盤の弾性変位を示すモデル図、第3図は工作物の加工面
を示す斜視図、第4図はピン研削盤の構成を示す平面
図、第5図は工作物を示す正面図、第6図は本実施例に
よる真円度精度を示す図であり、第7図は従来の装置に
おける真円度精度を示す図である。 18,19……主軸、20,21……回転エンコーダ(回転位置検
出手段)、W……工作物、G……砥石車、25……砥石
台、26……X軸サーボモータ、30……レスト装置、50…
…数値制御装置、51……メインCPU、53……RAM、532…
…同期回転位置データ領域、533……同期制御データ領
域。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】主軸の回転位置を検出する回転位置検出手
    段と、研削抵抗を変化させる研削抵抗可変手段と、前記
    回転位置検出手段からの信号を受けて予め設定された所
    定回転位置毎に研削抵抗を減少させるべく前記研削抵抗
    可変手段を制御する同期制御手段と、を備えることを特
    徴とする円筒研削盤。
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