JP3163792B2 - 数値制御研削盤 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作物の径が予め設定
された設定値に達した時に、砥石車の送り速度を変更す
る研削盤において、砥石車の摩耗の程度にかかわらず、
研削精度及び研削時間を低下させないようにした数値制
御研削盤に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、砥石車により工作物を研削している
際に工作物の外径を測定して、その測定値が予め記憶さ
れている設定値に達した時に、砥石車の送り速度を変更
する、即ち、粗研削、精研削、微研削等の研削モードを
変更するようにした研削盤が知られている。

【０００３】この研削盤においては、砥石車が研削送り
されている間は、工作物は砥石車からその進行方向に力
を受けて湾曲している。この湾曲量は、砥石車の研削送
り速度が速い程、工作物の剛性が低い程そして砥石車の
摩耗による切れ味が悪くなる程、大きくなる。一定の研
削速度で研削している間は、この湾曲量は一定となり、
工作物の研削速度は砥石車の送り速度に一致する。即
ち、工作物は砥石車の送り位置に対して湾曲量だけ遅れ
て研削されることになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って、外径測定装置
の出力する測定値が研削送り速度を変更するための設定
値に等しくなった時には、砥石車の現在位置は上記の湾
曲量だけすでに主軸軸線の方向に進んだ位置に達してい
る。一方、粗研削から精研削へ、又は、精研削から微研
削へと研削モードが変化する時には、研削送り速度がス
テップ変化するため、工作物が砥石車から受ける力もス
テップ変化することになる。研削速度がステップ的に低
下すると、変更後の研削モードの最初の期間において、
上記の湾曲量の一部が工作物のスプリングバック作用に
より研削されることになる。この結果、変更後の研削モ
ードにおける研削取代が上記のスプリングバック作用に
よる研削分だけ実質的に少なくなる。この結果、精度の
高い研削が不可能となる。

【０００５】このことを防止するためには、送り速度変
更点を上記の湾曲量だけ前進させれば、砥石車の速度変
更点における位置は理論上の位置とすることができ、各
研削モードにおいて予め設計された研削取代だけ研削が
行われる。

【０００６】しかしながら、湾曲量は砥石車の摩耗度が
大きくなって切れ味が劣化してくると大きくなる。する
と、砥石車のドレス直後の切れ味に基づいて、送り速度
変更点の前進量を決定すると、砥石車の摩耗程度が大き
くなるに従って、各研削モードにおける実質上の研削取
代が砥石車の摩耗により増加した湾曲量だけ減少するこ
とになり、研削精度が確保できないという問題がある。

【０００７】一方、逆に、砥石車の摩耗程度が最大とな
ったドレス直前の切れ味に基づいて、送り速度変更点の
前進量を決定すると、送り速度変更後の研削取代は、設
計値以上となるので、研削精度は確保できるが、その
分、現実の研削量が増加するため、研削時間が長くなる
という問題がある。

【０００８】本発明は、上記の課題を解決するために成
されたものであり、その目的とするところは、砥石車の
摩耗の程度にかかわず、研削時間を長期化することなく
研削精度を確保することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、工作物の径を
測定しながら砥石車で工作物を研削し、工作物の径が所
定の予め設定された設定値に達した時に、砥石車の送り
速度を変更するようにした数値制御研削盤において、砥
石車の現在位置を検出する現在位置検出手段と、研削加
工中に前記工作物の現在径を測定する測定手段と、設定
値を記憶する記憶手段と、工作物の加工中に該工作物の
湾曲量を、現在位置検出手段にて検出された砥石車の現
在位置から理論的に決定される工作物の現在径の理論値
に対する、工作物の現在径の測定値との偏差として演算
する偏差演算手段と、偏差演算手段により演算された前
記偏差に応じて、記憶手段に記憶されている設定値を変
更する修正手段とを設けたことである。

【００１０】

【作用】工作物の剛性が極めて高く研削中に工作物が湾
曲していない理想状態を仮定した場合、砥石車の現在位
置から工作物の現在径を求めることができる。そのよう
な理想状態での幾何学的関係から演算された現在径が理
論値である。又、工作物の径は、研削中、常時、測定さ
れており、その測定値の理論値に対する偏差が演算され
る。その偏差は、研削中の工作物の湾曲量を表してい
る。この偏差に応じて、砥石車の送り速度を変更するた
めの設定値が修正される。

【００１１】

【発明の効果】上記のように、本発明は、砥石車の現在
位置から演算された工作物の現在径の理論値に対する、
工作物の現在径の測定値の偏差を演算し、その偏差に応
じて、送り速度を変更するための設定値を変更するよう
にしたものである。従って、送り速度の変更のための設
定値が工作物の湾曲量に応じて増加修正されるため、砥
石車の摩耗量、工作物の剛性に拘わらず、各研削モード
における実質的な研削取代を一定の設計値とすることが
できる。よって、研削時間を長期化することなく所定の
研削精度を確保することができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説
明する。図１において、１０は研削盤のベッドで、この
ベッド１０上にはテーブル１１が摺動可能に配設されて
いる。テーブル１１上には主軸１３を軸架した主軸台１
２が配設され、その主軸１３はサーボモータ１４により
回転される。又、テーブル１１上の右端には心押台１５
が載置され、心押台１５のセンタ１６と主軸１３のセン
タ１７とによって工作物Ｗが挾持されている。工作物Ｗ
は主軸１３に突設された位置決めピン１８に嵌合し、工
作物Ｗの回転位相は主軸１３の回転位相に一致してい
る。

【００１３】ベッド１０の後方には工作物Ｗ側に向かっ
て進退可能な砥石台２０が案内され、砥石台２０にはモ
ータ２１によって回転駆動される砥石車Ｇが支承されて
いる。この砥石台２０は、図略の送り螺子を介してサー
ボモータ２３に連結され、サーボモータ２３の正逆転に
より前進後退される。

【００１４】一方、ベッド１０の前方には、工作物Ｗの
径を測定する外径測定装置５０が配設されている。外径
測定装置５０は主として、図２に示すようにオフセット
間隔の調整が可能な一対の接触子５１と差動トランス５
２と増幅器５３とから構成されている。一対の接触子５
１のＵ，Ｖ軸方向の慴動位置決めは外径測定装置５０に
より行われる。そして、工作物Ｗの径の測定時には一対
の接触子５１の間隔は工作物Ｗの径の変動に伴って変化
し、その測定値は外径測定装置５０の増幅器５３を介し
て数値制御装置３０に出力される。この出力値は、設定
されたオフセット間隔に対する一対の接触子５１の間隔
の変移を表している。

【００１５】ドライブユニット４０，４１，４５は数値
制御装置３０から指令パルスを入力して、それぞれサー
ボモータ２３，１４，外径測定装置５０の図示しないサ
ーボモータを駆動する回路である。又、サーボモータ２
３、１４には、それぞれ、速度を検出するタコジェネレ
ータ６３、６１、位置を検出するパルスエンコーダ６
２、６０が付加されており、それらの信号は、それぞ
れ、ドライブユニット４０、４１に帰還している。ドラ
イブユニット４０、４１はパルスエンコーダ６２、６０
の出力により砥石車Ｇの現在位置と工作物Ｗの現在回転
角を記憶しており、それらの現在位置及び現在回転角は
数値制御装置３０により読み取ることが可能である。数
値制御装置３０は主として、サーボモータ１４，２３を
同期制御し、工作物Ｗの研削加工を制御する装置であ
る。その数値制御装置３０には、加工サイクルデータ等
を入力するテープリーダ４２と制御データ等の入力を行
う操作盤を兼ねたキーボード４３と各種の情報を表示す
るＣＲＴ表示装置４４が接続されている。

【００１６】図２は、数値制御装置３０の電気的構成を
示したブロックダイヤグラムである。数値制御装置３０
は研削盤を制御するためのメインＣＰＵ３１と制御プロ
グラムを記憶したＲＯＭ３２と各種データを記憶するＲ
ＡＭ３３と入出力インタフェース３４とデータ入力手段
を達成するＡ／Ｄコンバータ３８とから主として構成さ
れている。

【００１７】メインＣＰＵ３１にはＡ／Ｄコンバータ３
８が接続されており、そのＡ／Ｄコンバータ３８にて外
径測定装置５０から出力されるアナログ信号をディジタ
ル値に変換した工作物Ｗの現在径の測定値がメインＣＰ
Ｕ３１に入力される。又、メインＣＰＵ３１からは速度
切換信号等がＩ／Ｏポートを介してシーケンスコントロ
ーラ３９に入力されている。

【００１８】ＲＡＭ３３内にはＮＣデータ領域３３１、
設定値メモリ領域３３２、初期値メモリ領域３３３、現
在位置レジスタ３３４とが形成されている。ＮＣデータ
領域３３１はＮＣデータを記憶する領域であり、設定値
メモリ領域３３２は工作物Ｗの現在径の測定値が設定値
を越えた時に研削速度を切換えるための設定値を各速度
切換点毎に記憶する領域であり、初期値メモリ領域３３
３は設定値の初期値、即ち、工作物Ｗの湾曲量が零の場
合における各速度切換点の理論値を記憶する領域であ
り、現在位置レジスタ３３４は砥石車の研削点の現在位
置を記憶する領域である。

【００１９】数値制御装置３０にはその他サーボモータ
１４，２３の駆動系として、ドライブＣＰＵ３６とＲＡ
Ｍ３５とパルス分配回路３７が設けられている。ＲＡＭ
３５はメインＣＰＵ３１から砥石車Ｇの位置決めデータ
を入力する記憶装置である。ドライブＣＰＵ３６は砥石
車Ｇの送りに関しスローアップ、スローダウン、目標点
の補間等の演算を行い補間点の位置決めデータを定周期
で出力する装置である。パルス分配回路３７は移動指令
パルスを出力する回路である。

【００２０】又、ドライブＣＰＵ３６はドライブユニッ
ト４０、４１から、それぞれ、現在位置及び現在回転角
を読取り、ＲＡＭ３５に記憶する。そして、メインＣＰ
Ｕ３１によりＲＡＭ３５に記憶された砥石車Ｇの中心位
置の現在位置は読み取られ、その値はその時の砥石車Ｇ
の半径を用いて砥石車Ｇの研削点における現在位置に変
換されて、ＲＡＭ３３の現在位置レジスタ３３４に記憶
される。そして、メインＣＰＵ３１は、任意時刻で現在
位置レジスタ３３４の値を参照することにより、その時
の砥石車Ｇの研削点の現在位置を知ることができる。
尚、砥石車Ｇの研削点の現在位置を以下、単に、砥石車
Ｇの現在位置という。

【００２１】次に、本装置の作動を説明する。図３、図
４は数値制御装置３０のＣＰＵ３１による処理手順を示
したフローチャートである。ステップ１００において、
粗研削、精研削、微研削等の研削モードに対応した番号
を記憶する変数ｎが初期値の０に設定される。次に、ス
テップ１０２において、ＲＡＭ３３におけるＮＣデータ
領域３３１からＮＣデータが１ステップ読取られ、ステ
ップ１０４において、そのＮＣデータがＧ０１コード、
即ち、研削送りコードか否かが判定される。Ｇ０１コー
ドと判定されると、ステップ１０６において、変数ｎが
１だけ更新され、変数ｎは粗研削モードであることを示
す１に設定される。

【００２２】次に、ステップ１０８において、Ｇ０１コ
ードで指令された速度で、砥石車Ｇの単位量の研削送り
制御が実行される。次に、ステップ１１０において、外
径測定装置５０から工作物Ｗの現在径の測定値Ｒ_m が読
取られる。次に、ステップ１１２において、速度切換後
（研削モード切換後）所定時間経過したか否かが判定さ
れ、所定時間経過した場合には、ステップ１１４におい
て、設定値Ｓ(n) の補正演算が後述する手順で実行され
る。所定時間が経過しない場合には、次のステップ１１
４の設定値の補正演算は実行されない。ここで、研削モ
ードが変化してから所定時間後に設定値の補正演算を行
うのは、工作物Ｗの湾曲量が一定量に安定するのを待つ
ためである。

【００２３】ステップ１１４における設定値Ｓ(n) の補
正演算は、図４に示す手順で実行される。ステップ２０
０において、ＲＡＭ３３の現在位置レジスタ３３４から
砥石車の現在位置が読取られ、その値が工作物Ｗの現在
径の理論値Ｒ_t とされる。即ち、図５に示すように、砥
石車の現在位置は主軸軸線（Ｚ軸）から砥石車の送り軸
（Ｘ軸）方向に測定した研削点の位置である。従って、
工作物Ｗの中心線は湾曲がない理想状態で主軸軸線（Ｚ
軸）に一致するので、この砥石車の現在位置が工作物Ｗ
の現在径の理論値Ｒ_t となる。即ち、工作物Ｗの剛性が
高くて、湾曲していないなら、工作物Ｗの現在の径はこ
の理論値Ｒ_t に等しくなる。

【００２４】次に、ステップ２０２において、工作物Ｗ
の現在径の測定値Ｒ_m の理論値Ｒ_tに対する偏差Δが演
算される。この偏差Δは図５に示すように、工作物Ｗの
湾曲量を示している。そして、次のステップ２０４にお
いて、設定値Ｓ(n) がその初期値Ｓ₀(n)＋偏差Δにより
求められ、その値はＲＡＭ３３の設定値メモリ領域３３
２に記憶される。尚、設定値は粗研削モードの終了点を
与えるＳ(1) 、精研削モードの終了点を与えるＳ(2) 、
微研削モードの終了点を与えるＳ(3) の３つの値が存在
する。又、初期値Ｓ₀(1)、Ｓ₀(2)、Ｓ₀(3)は、図６に示
すように、工作物Ｗの湾曲が存在しない理想状態におけ
る速度切換点の理論値を意味し、これらの値は、予め、
ＲＡＭ３３の初期値メモリ領域３３３に記憶されてい
る。

【００２５】次に、図３のステップ１１６において、工
作物Ｗの現在径の測定値Ｒ_m が設定値メモリ領域３３２
に記憶されている粗研削モードの設定値Ｓ(1) 以下か否
かが判定される。ステップ１１６の条件が満たされない
場合には、工作物の粗研削は未だ速度切換点まで進行し
ていないことを意味するので、ステップ１０８に戻り、
所定量の研削送りが実行される。ステップ１０８〜１１
６が繰り返し実行されることで、工作物Ｗの粗研削が続
行される。

【００２６】ステップ１１６で、Ｒ_m ≦Ｓ(n) が満たさ
れると、粗研削モードの終了を意味する。この状態の
時、ステップ１１４において、設定値の補正演算が既に
実行されているので、設定値Ｓ(1) はその理論値Ｓ₀(1)
に対して粗研削モードにおける工作物Ｗの湾曲量Δだけ
大きくなっている。よって、測定値が設定値に等しくな
った状態では、砥石車Ｇの現在位置は設定値Ｓ(1) の理
論値、即ち、初期値Ｓ₀(1)に等しくなっている。

【００２７】ステップ１１６で、Ｒ_m ≦Ｓ(n) が満たさ
れると、粗研削モードの終了であるので、ステップ１０
２に戻り、次のＮＣデータがＮＣデータ領域３３１から
読み取られ、ステップ１０６で、変数ｎは精研削モード
を示す２に設定される。そして、ステップ１０８〜１１
６が上記の説明のように繰り返し実行されることで、次
の精研削送り速度による研削が実行される。そして、精
研削が安定した後、工作物の湾曲量Δだけ初期値( 理論
値) Ｓ₀(2)が補正されて補正された設定値Ｓ(2) が演算
される。この補正された設定値Ｓ(2) に基づいて、図６
に示すように、精研削モードの終了が判定される。同様
にして、微研削が実行される。

【００２８】このようにして、研削サイクルが終了する
と、ステップ１０４で、読込ＮＣデータは、Ｇ０１コー
ドでないと判定され、ステップ１１８でＮＣデータの最
終か否かが判定される。そして、ＮＣデータの最終であ
れば、ステップ１２０において、砥石車Ｇのドレス間に
研削された工作物Ｗの本数を示す変数ｍが１だけ更新さ
れる。次に、ステップ１２２において、変数ｍが所定値
ｆ以上か否かが判定され、所定値以上の場合には、ステ
ップ１２４において、砥石車Ｇのドレスが実行される。
そして、ステップ１２６において、ＲＡＭ３３のステッ
プ３３２に記憶されている各設定値Ｓ(n) は各初期値(
理論値) Ｓ₀(n)に変更される。

【００２９】このように、本実施例では、各研削モード
の終了点を示す設定値Ｓ(n) をそのモードでの研削が実
行されている時に測定された偏差Δ（湾曲量）だけ理論
値Ｓ₀(n)に対して補正している。よって、このような設
定値Ｓ(n) の変更により、各研削モードにおける理論的
な研削代が常に確保されるので、研削速度を低下させる
ことなく当初の研削精度を得ることができる。

【００３０】又、本実施例では、工作物Ｗの加工中にそ
の工作物に対する速度変更点を修正するようにしている
が、工作物Ｗの各速度変更点において偏差Δを演算して
設定値Ｓ(n) を変更して、その値を次の工作物Ｗの研削
における速度変更点の設定値Ｓ(n) としても良い。さら
に、粗研削当初、即ち、砥石車Ｇが工作物Ｗに接触して
研削が開始される時、上記の偏差Δ（測定値Ｒ_m −理論
値Ｒ_t ）は、時間と共に増加して粗研削速度で決定され
る一定値に飽和する。この偏差Δの立ち上がりの傾斜は
その一定値に比例するから、偏差Δの立ち上がりの傾斜
を測定して、その傾斜から一定値を予測しても良い。
尚、上記実施例ではこの一定値を測定していることにな
る。

【００３１】上記実施例では、初期値メモリ領域３３３
に工作物Ｗの湾曲量が零の場合における各速度切換点の
理論値を記憶していたが、他の実施例として、この初期
値メモリ領域３３３に設定値の初期値としてドレス完了
後の１本目における各速度切換点の実測値を初期値とし
て記憶させ、図４のフローチャートの代わりに図７に示
すフローチャートを実行してもよい。

【００３２】以下、図７のフローチャートについて説明
する。ステップ２１０においてＲＡＭ３３の現在位置レ
ジスタ３３４から砥石車の現在位置が読取られ、その値
が工作物Ｗの現在径の理論値Ｒ_t とされる。次にステッ
プ２１２において、工作物Ｗの現在径の測定値Ｒ_m の理
論値Ｒ_t に対する偏差Δが演算される。そして、次のス
テップ２１４において、研削車Ｇのドレス間に研削され
た工作物Ｗの本数を示す変数ｍが零、即ちドレス直後で
あるか否かを判定し、変数ｍが零であればステップ２１
６で設定値Ｓ(n) がその初期値Ｓ₀(n)とされ、ＲＡＭ３
３の設定メモリ領域３３２に記憶される。次にステップ
２１８に進み偏差Δを砥石車Ｇの切れ味が一番良いとき
の工作物Ｗの湾曲量を基準湾曲量Ｚ(n) として記憶して
おく。そして、ステップ２１４で変数ｍが零以外と判定
された場合にステップ２２０で現在、研削加工中の工作
物Ｗの偏差Δから基準湾曲量Ｚ(n) を減算して偏差Δと
し、ステップ２２２で設定値Ｓ(n) を求めることで、砥
石車Ｇの切れ味が悪くなった分だけ速度切換点を変更す
るようにすれば、工作物の切れ味に応じて速度切換点を
変更できることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の具体的な実施例に係る数値制御研削盤
の構成図。

【図２】数値制御研削盤の数値制御装置の構成図。

【図３】数値制御装置のＣＰＵによる処理手順を示した
フローチャート。

【図４】数値制御装置のＣＰＵによる処理手順を示した
フローチャート。

【図５】測定値と理論値と偏差との関係を示した説明
図。

【図６】各研削モードにおける工作物の径の測定値と理
論値との関係から設定値を補正する方法を説明した説明
図。

【図７】他の実施例における数値制御装置ＣＰＵによる
処理手順を示したフローチャート。

【符号の説明】

Ｗ…工作物 Ｇ…砥石車 ３０…数値制御装置 ３３…ＲＡＭ ５０…外径測定装置（測定手段） ３３２…設定値メモリ領域（記憶手段） ３３３…初期値メモリ領域（記憶手段） ３３４…現在位置レジスタ ステップ２００〜２０２…偏差演算手段 ステップ２０４…修正手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−55093（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−145188（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−312063（ＪＰ，Ａ) 実開 昭52−21083（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭49−6423（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23Q 15/00 - 15/28 B24B 41/00 - 51/00 G05B 19/18 - 19/46

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作物の径を測定しながら砥石車で工作
   物を研削し、前記工作物の径が所定の予め設定された設
   定値に達した時に、前記砥石車の送り速度を変更するよ
   うにした数値制御研削盤において、 前記砥石車の現在位置を検出する現在位置検出手段と、 研削加工中に前記工作物の現在径を測定する測定手段
   と、 前記設定値を記憶する記憶手段と、前記工作物の加工中に該工作物の湾曲量を、 前記現在位
   置検出手段にて検出された前記砥石車の前記現在位置か
   ら理論的に決定される前記工作物の現在径の理論値に対
   する、前記工作物の前記現在径の前記測定値との偏差と
   して演算する偏差演算手段と、 前記偏差演算手段により演算された前記偏差に応じて、
   前記記憶手段に記憶されている前記設定値を変更する修
   正手段とを有する数値制御研削盤。