JP2949593B2 - ワークの円筒度検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 本発明は、ワークの円筒度を検出するワークの円筒度
検出装置に関し、特にワークの研削中にそのワークの円
筒度を検出する技術に関する。

《従来の技術》 例えば、円筒状のワーク内面を内面研削するにあたっ
て、その各ワーク内面にはそれぞれ前加工において生じ
た円筒度が良いもの、および悪いものがあることは避け
られず、これらの円筒度が所定の円筒度となるようにワ
ーク内面の内面研削を行なう必要がある。

ところで、ワーク内面の内面研削を行なう研削サイク
ルにおいて円筒度の悪いものにあっては、例えば第14図
（ａ）に示すような粗研A₀および精研A₁の研削サイクル
Ａを用いることにより所定の円筒度にワーク内面を仕上
げ、一方円筒度の良いものにあっては、第14図（ｂ）に
示すように上記研削サイクルＡに比して精研B₁における
切込みテーブルの速度が速い研削サイクルＢをもって、
上記円筒度の悪いものに比し短時間で所定の円筒度にワ
ーク内面を仕上げることは理論上可能である。

しかして、従来の内面研削の研削サイクルは、製品歩
留りを考慮して前加工におけるワーク内面の円筒度の良
い悪しにかかわらず、所定の円筒度に仕上げることがで
きるようにその研削サイクルを円筒度が悪い方の研削サ
イクルＡに固定して、この研削サイクルＡをもって内面
研削を行なっていた。

《発明が解決しようとする課題》 しかしながら、上記の如く研削サイクルは前加工にお
ける円筒度の悪いワークを基準にして、この研削サイク
ルＡに固定し、所定の円筒度に仕上げるように構成され
ているため、円筒度の良いワークは研削サイクルＢを用
いて短時間で所定の円筒度に仕上げることができるにも
かかわらず、悪い方の研削サイクルＡでもって仕上げら
れ、そのため無駄な時間を要し、単位時間当たりのワー
クの研削仕上がり量が少なくなるという問題点があっ
た。

また、所定の円筒度に仕上げられたワークであって
も、上記の如く固定された１つの研削サイクルＡでもっ
て仕上げられたものであるため、仕上がり後のワークに
は前加工における円筒度のバラツキが影響して、円筒度
がバラつくという問題点があった。

そこで、従来よりワークの研削中に上記円筒度を検出
し、その円筒度の良い悪しに対応する研削サイクルを用
いることにより、無駄な研削に要する時間および上記円
筒度のバラツキを可及的に減少せしめることができるよ
うな装置の開発が望まれていたが、一般的にワークの周
辺にはワーク保持機構および砥石等の部材があるため、
ワークの研削中にインプロセスゲージ等を用いて幾何学
的に上記円筒度を検出することが構造的に困難であり、
そのためワーク研削中に円筒度を検出する検出装置は従
来全くなかった。

《課題を解決するための手段》 本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであって、
その目的とするところは、ワークの研削中に円筒度を検
出し、この円筒度に応じて研削サイクルを変えることに
より、単位時間当たりのワークの研削仕上がり量を可及
的に増加せしめ、かつ、上記ワークを均一な円筒度に仕
上げることにあり、上記目的を達成するために本発明
は、第１図のクレーム対応図に示すように、下記の如く
構成されている。

すなわち、請求項１の発明によれば、ワーク４の円筒
面を研削する砥石９の研削力信号Ｓから、砥石９のオシ
レーション動作により生じる振幅Ｌを検出する振幅検出
手段ｂと、上記振幅検出手段ｂにより検出される振幅Ｌ
に応じて研削サイクルを作成するサイクル作成手段ｆと
を設け、ワーク４の研削中の円筒度の良否に応じて研削
サイクルを変えるようにする。

また、請求項２の発明によれば、振幅検出手段ｂによ
り検出される振幅Ｌとワークの円筒度θとの関係を予め
記憶した記憶手段ｃを設け、研削中の振幅Ｌからワーク
の円筒度θを換算して出力する。

《作用》 本発明によれば、第２図に示す内面研削の場合を例に
して説明すると、研削するワークの円筒面８（内面研削
の場合、内面）の円筒度θ（θ＝θ_１＜θ_２＜θ_３）が
異なるワークd₁,d₂,d₃があって、これらのワークをオシ
レーション動作する砥石でもって内面研削を行なうと、
その砥石に生じた研削力（研削力信号Ｓ）はオシレーシ
ョン動作に伴い円筒度θの大きさに応じた振幅Ｌを有す
るようになる。研削力信号Ｓの振幅Ｌと研削中のワーク
の円筒度θとの関係は、第３図に示すように線形の関係
となるので、研削力信号Ｓの振幅Ｌの大きさに応じて研
削サイクルを変え、振幅Ｌが大きい場合は円筒度改善工
程時間の長い研削サイクルを、小さい場合は円筒度改善
工程時間の短い研削サイクルを作成して研削加工し、円
筒度の悪いワークは時間を掛けて円筒度を改善し、円筒
度の良いワークは短時間で仕上がる。

《実施例》 次に、本発明に係るワークの円筒度検出装置を内面研
削盤に適用した一実施例について、第４図ないし第13図
を用いて詳細に説明する。

本装置を取り付けた内面研削盤は第４図に示す如く、
Ｘ軸方向へ上下移動可能な切込み用テーブル１とＺ軸方
向へ往復移動可能な砥石台テーブル２とを備えており、
上記切込み用テーブル１はサーボモータ３および図示し
ないボールネジ機構を介して駆動されるとともに、上記
切込み用テーブル１の上面側には、図示しないワーク保
持機構を介して回転，保持せしめた円筒状のワーク４を
配置するように構成されている。

一方、上記砥石台テーブル２はサーボモータ５および
ボールネジ機構６を介して駆動されるとともに、上記砥
石台テーブル２の上面側にはスピンドル本体７が載置さ
れ、そのスピンドル本体７のスピンドル８先端部には砥
石９が取り付けられており、この砥石９は上記砥石台テ
ーブル２を往復移動せしめることにより、上記ワーク４
の内面（円筒面）をオシレーション動作して内面研削を
行なうように構成されている。

また、上記スピンドル本体７のスピンドル８は一般的
構造の磁気軸受でもって軸支するように構成されてお
り、そのため上記の如く内面研削を行なう砥石９に生じ
る砥石の法線方向あるいは接線方向における研削力の変
化と、上記磁気軸受の電磁石に与える励磁電流の変化と
が等しいことを利用することで、それらの研削力は励磁
電流をもってアナログ値の研削力信号Ｓとなり、スピン
ドル本体７は上記研削力信号Ｓを数値制御部10へ出力す
るように構成されている。

すなわち、上記の如く砥石９をオシレーション動作さ
せてワーク４内面の内面研削を行なうと、上記研削力信
号Ｓは第５図に示すように粗研C₀および精研C₁におい
て、上記オシレーション動作と同期して生じる振幅を有
する研削力信号S₀,S₁となるとともに、その振幅は第３
図に示すように上記ワーク内面の円筒度と線形の関係と
なる。

次に、上記数値制御部10において、円筒度の測定を行
なう部分の構成について説明すると、その数値制御部10
にはバンドパスフィルタ11およびA/D変換器12,振幅測定
部13よりなる振幅検出部14が設けられており、この振幅
検出部14は、上記振幅を有するアナログ値の研削力信号
Ｓが上記バンドパスフィルタ11を介し、A/D変換器12で
もってデジタル値の研削力信号に変換され、このデジタ
ル値の研削力信号Ｓから上記振幅測定部13において研削
力信号Ｓの振幅Ｌを測定し、その振幅Ｌを円筒度検出部
15へ出力するように構成されている。

また、ROM16は予め第３図に示すような研削力信号Ｓ
の振幅Ｌとワークの円筒度θとの関係を記憶しており、
上記円筒度検出部15は上記ROM16内に記憶された振幅と
ワークの円筒度との関係より、上記振幅測定部13から出
力された振幅Ｌに対応する円筒度θを求めるように構成
されている。

次に、上記の如く構成されたワークの円筒度検出装置
の動作について、第４図および第５図を用いて説明す
る。

すなわち、この装置によれば、まずモータ５を駆動し
て砥石台テーブル２を往復移動させ、これによりワーク
４内面に挿入された砥石９がオシレーション動作して、
第５図に示すようにワーク４内面の粗研C₀および精研C₁
を行なうと同時に、上記砥石９に生じた法線方向の研削
力あるいは接線方向の研削力を振幅Ｌを有する研削力信
号Ｓ（法線方向の研削力信号S₀および接線方向の研削力
信号S₁）として、スピンドル本体７から数値制御部10へ
出力する。

その後、数値制御部10において、振幅Ｌを有する研削
力信号Ｓはバンドパスフィルタ11およびA/D変換器12,振
幅測定部13を介して、その振幅Ｌが測定された後、円筒
度検出部15において上記振幅Ｌに対応するワーク４内面
の円筒度θが、粗研または精研を行なう内面研削中に、
上記ROM（記憶手段）16により換算して出力される。

次に、検出したワーク素材の円筒度に応じた研削サイ
クルの作成について、第３図ないし第12図を用いて説明
する。

第４図における17は、振幅設定値で、この振幅設定値
は、この内面研削盤によって研削されるワークの基準円
筒度、すなわち、第３図に示すワークの円筒度と研削力
信号の振幅との関係から、研削サイクルを変更する基準
とする基準円筒度に対応する振幅を設定したものであ
り、上記振幅設定値17は比較部18へ出力され、比較部18
は上記振幅設定値17とワークの内面研削中における研削
力信号Ｓの振動Ｌとが入力されるとともに、両者を比較
し、その比較結果すなわちワーク内面が上記基準円筒度
内にあるか否かをサイクル設定部19へ出力し、サイクル
設定部19は上記比較結果に基づいて、ワーク内面が上記
基準円筒度をなすように研削サイクルを作成する。すな
わち、本装置は、上記振幅検出部14により検出される振
幅Ｌに応じて研削サイクルを作成するように構成され、
後に詳細に説明するように、ワーク４の研削中の円筒度
の良否に応じて研削サイクルを変えるようになってい
る。

また、制御信号発生回路20は上記研削サイクルに基づ
いて切込み用テーブル１を駆動するための制御信号を軸
コントローラー部21へ出力し、軸コントローラー部21
は、切込み用テーブルのサーボドライバ22を制御してサ
ーボモータ３を駆動し、上記切込み用テーブル１が切込
み動作をするように構成されている。

次に、上記の如く構成されたワークの円筒度検出装置
の動作について、第６図および第７図を用いて説明す
る。

第６図に示すものは、上記サイクル設定部19において
精研速度を補正する研削サイクルを作成することで、ワ
ーク内面が所定の円筒度をなすようにしたものであり、
これは第７図に示すフローチャートに基づいて実行され
る。

すなわち、上記フローチャートによれば、粗研および
精研における研削力信号の振幅をW₁，および振幅設定値
をW₀，精研速度の初期値をS₀，精研速度の補正に用いる
補正定数をK₀と定め粗研を行なう（ステップ100）。

そして、粗研が終了する直前における研削力信号の振
幅W₁から振幅設定値W₀を減算して、その減算結果と０と
を比較し（ステップ101）、その比較結果が０より大き
い場合（YES）、すなわち粗研が終了する直前の円筒度
が上記振幅設定値W₀に対応する円筒度より悪い場合、精
研の速度を遅くして所定の円筒度となるようにするた
め、上記精研速度Ｓを式（１）より求め、 Ｓ＝S₀−K₀（W₁−W₀） …（１） これによって第６図点線で示すような研削サイクルが
作成され（ステップ102）、次にその研削サイクルに示
された精研速度に基づいて、切込み用テーブルのサーボ
モータ回転数が演算され（ステップ103）、サーボモー
タを駆動して精研が行なわれる。

一方、上記ステップ101において比較結果が０より小
さい場合（NO）、すなわち精研が終了する直前の円筒度
が上記振幅設定値W₀に対応する円筒度より良い場合、精
研速度Ｓはその初期値S₀をもって、第６図実線で示すよ
うな研削サイクルをなして上記ステップ103の処理が行
なわれる。

第８図に示すものは、上記サイクル設定部19において
粗研から精研へ至る過程で切込み用テーブルを精研の位
置まで戻すリトラクション量を補正する研削サイクルを
作成することで、ワーク内面が所定の円筒度をなすよう
にしたものであり、これは第９図に示すフローチャート
に基づいて実行される。

すなわち、上記フローチャートによれば、粗研および
精研における研削力信号の振幅をW₁，および振幅設定値
をW₀，リトラクション量の初期値をR₀，上記リトラクシ
ョン量を補正する補正定数をK₀と定め、粗研を行なう
（ステップ100）。

そして、粗研が終了する直前における上記研削力信号
の振幅W₁から振幅の設定値W₀を減算して、その減算結果
と０とを比較し（ステップ101）、その比較結果が０よ
り大きい場合上記と同様に円筒度は悪いので（YES）、
切込み用テーブルのリトラクション量を多くして所定の
円筒度となるようにするため、上記リトラクション量Ｒ
を式（２）より求め、 Ｒ＝R₀＋K₀（W₁−W₀） …（２） これにより第８図点線で示すような研削サイクルが作
成され（ステップ102）、次にその研削サイクルに示さ
れたリトラクション量Ｒに基づいて、切込み用テーブル
のサーボモータ位置が演算され（ステップ103）、その
演算されたサーボモータ位置から精研を行なう。

一方、上記ステップ101において比較結果が０より小
さい場合上記と同様に円筒度は良いので（NO）、リトラ
クション量Ｒはその初期値R₀をもって第８図実線で示す
ような研削サイクルをなして上記ステップ103の処理が
行なわれる。

第10図に示すものは、上記研削サイクル設定部19にお
いて、粗研の終了後にスパークアウトを入れる研削サイ
クルを作成することにより、ワーク内面が所定の円筒度
をなすようにしたものであり、これは第11図に示すフロ
ーチャートに基づいて実行される。

すなわち、上記フローチャートによれば、研削力信号
の振幅をW₁，振幅設定値をW₀，上記スパークアウトの時
間に関する補正定数をK₀と定め、粗研を行なう（ステッ
プ100）。そして、粗研が終了する直前における上記研
削力信号の振幅W₁から振幅の設定値W₀を減算して、その
減算結果と０とを比較し（ステップ102）、その比較結
果が０より大きい場合上記と同様に円筒度は悪いので
（YES）、粗研の終了後にスパークアウトを入れて所定
の円筒度となるようにするため、そのスパークアウトの
時間T₁を式（３）より求め、 T₁＝K₀（W₁−W₀） …（３） これによって第10図点線で示すような研削サイクルが
作成され（ステップ102）、次にその研削サイクルに示
された精研速度に基づいて、粗研の終了後に上記時間T₁
分のスパークアウトを行ない（ステップ103）、その後
精研が行なわれる（ステップ104）。

一方、上記ステップ101において、比較結果が０より
小さい場合ワークの円筒度は良いので（NO）、ステップ
104の処理が行なわれる。

第12図に示すものは、上記研削サイクル設定部19にお
いて精研の終了後にワーク内面が所定の円筒度をなすよ
うにスパークアウトを入れる研削サイクルを作成するも
のであり、これは第13図に示すフローチャートに基づい
て実行される。

すなわち、上記フローチャートによれば、研削力信号
の振幅をW₁，精研における振幅の設定値をW₀と定め（ス
テップ100）、ワーク内面の粗研および精研を行ない
（ステップ101）、精研が終了したか否かを判断し（ス
テップ102）、精研が終了していない場合は上記ステッ
プ101に戻り精研を行なう。

一方、精研が終了した場合（YES）、上記研削力信号
の振幅W₁から振幅の設定値W₀を減算して、その減算結果
と０とを比較し（ステップ103）、その比較結果が０よ
り小さい場合上記と同様に円筒度は良いので（NO）、切
込み用テーブルを後退させる。また、上記ステップ103
において比較結果が０より大きい場合、上記と同様に円
筒度は悪いので（YES）、切込み用テーブルを停止させ
てスパークアウトを行なうとともに（ステップ105）、
上記ステップ103へ戻り再度比較を行ない、その比較結
果が０より小さくなると切込み用テーブルを後退させ
る。

したがって、上述の実施例によれば、ワーク内面の粗
研および精研を行なうと同時に、出力される研削力信号
の振幅を振幅検出部で検出した後、ROM内に記憶された
上記振幅とワークの円筒度との関係から、上記検出され
た振幅に対応する円筒度を求めることにより、ワークの
円筒度を検出するため、ワークの円筒度は研削力信号か
ら電気的に検出されるので、ワークの粗研および精研中
にワークの円筒度を検出する装置を提供できる。

また、振幅設定値と上記振幅検出部で検出された振幅
とを比較し、その比較結果に基づいて、上記検出された
振幅に対応するワークの円筒度が上記振幅設定値に対応
する所定の円筒度をなすように研削サイクルを作成し、
この研削サイクルを基にワークの内面研削を行なうた
め、円筒度が異なるワークであっても、その円筒度に応
じた研削サイクルで上記振幅設定値に対応する所定の円
筒度に仕上げられるので、円筒度のバラツキが可及的に
減少するとともに、上記研削サイクルによれば研削時間
は円筒度に応じた無駄のない時間となり、単位時間当た
りのワークの仕上がり量を増加せしめることができる。

なお、本実施例にあっては磁気軸受の励磁電流をもっ
て研削力信号として出力するものであり、その励磁電流
に代えてロードセルを用いて研削力信号を出力してもよ
く、あるいは誘導トランスを用いて砥石軸の変位量を非
接触で検出し、その変位量から研削力を検出することに
より研削力信号を出力してもよい。

また、本実施例はワークの内面を研削する内面研削盤
について説明したが、ワークの外面を研削するものであ
ってもよい。

《発明の効果》 本発明に係るワークの円筒度検出装置は、上記の如
く、ワークの円筒面を研削する砥石の研削力信号から、
砥石のオシレーション動作により生じる振幅を検出し、
この検出された振幅に応じて研削サイクルを作成するよ
う構成したため、研削加工前の円筒度が異なるワークで
あってもその円筒度に応じた研削サイクルで仕上げられ
るので、円筒度のバラツキが可及的に減少するととも
に、研削時間は円筒度に応じた無駄のない時間となり、
単位時間当たりのワークの仕上がり量を増加せしめるこ
とができる等の効果がある。

更に、振幅検出手段により検出される振幅から、記憶
手段を介して円筒度に換算して、研削中のワークの円筒
度を出力するようにすれば、加工前のワークの円筒度の
バラツキや研削仕上げ後のワークの円筒度をインプロセ
スで把握でき、検査工程を省くこともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はクレーム対応図、第２図および第３図は本発明
の概念を説明する説明図、第４図は本装置を装着した内
面研削盤のブロック図、第５図は精研および粗研におけ
る砥石の法線方向および接線方向の研削力信号を説明す
る説明図、第６図は精研速度の補正を説明する説明図、
第７図は第６図の動作を説明するフローチャート、第８
図はリトラクション量の補正を説明する説明図、第９図
は第８図の動作を説明する説明図、第10図は粗研終了後
のスパークアウトの時間を説明する説明図、第11図は第
10図の動作を説明する説明図、第12図は精研終了後のス
パークアウトの時間を説明する説明図、第13図は第12図
の動作を説明する説明図、第14図は従来の研削サイクル
を説明する説明図である。 ４……ワーク ９……砥石 14……振幅検出部 15……円筒度検出部 16……ROM 17……振幅設定値 18……比較部 19……サイクル設定部 Ｌ……振幅 Ｓ……研削力信号 θ……円筒度

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワークの円筒面を研削する砥石の研削力信
   号から、砥石のオシレーション動作により生じる振幅を
   検出する振幅検出手段と、 上記振幅検出手段により検出される振幅に応じて研削サ
   イクルを作成するサイクル作成手段とを設け、 ワークの研削中の円筒度の良否に応じて研削サイクルを
   変えるようにしたことを特徴とするワークの円筒度検出
   装置。
2. 【請求項２】上記振幅検出手段により検出される振幅と
   ワークの円筒度との関係を予め記憶した記憶手段を設
   け、研削中の振幅からワークの円筒度を換算して出力す
   るようにした請求項１記載のワークの円筒度検出装置。