JP3413939B2 - 研削装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作物の円筒状の外径
を研削する研削装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】円筒研削盤等の研削装置においては、図
８に示すように、主軸台と心押台のセンタ１５ａ，１６
ａにより支持した工作物Ｗに対し回転する砥石車１９を
備えた砥石台を送り込んで被研削面Waの外径を研削して
いる。砥石台の位置を、図９の図表の実線Ｇに示すよう
に、粗研削G1、精研削G2、微研削G3と順次送り速度を減
少させながら送り込むことにより、工作物Ｗの被研削面
Waの外径は、砥石台位置に換算した値で示せば、例えば
破線Ｈに示すように減少する。この種の研削装置では、
研削加工に必要な研削抵抗により工作物に撓みが生じ、
ある瞬間における前記実線Ｇと破線Ｈの位置は、この撓
みの分だけ差が生じる。

【０００３】そのため、この種の円筒研削加工において
は、高い精度を得るためにインプロセス計測装置を用い
て研削中に被研削面の外径を計測しながら加工を行い、
被研削面Waの外径が粗研削完了径に達すれば送り速度を
粗研送りから精研送りに切り替え、精研削完了径に達す
れば精研送りから微研送りに切り替え、仕上目標径Ｄに
達すれば研削加工を完了して、実線G4に示すように直ち
に砥石台を早送り後退させている。あるいは、微研削終
了後に二点鎖線G5に示すように所定時間だけ砥石台を停
止させてスパークアウトを行ってから、二点鎖線G6に示
すように砥石台を早送り後退させている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】微研削後直ちに砥石台
を早送り後退させる場合には、被研削面Waの形状は図５
に誇張して示すような渦巻面の一部となるので、被研削
面Waの真円度を所定の値に維持するためには微研削送り
速度を所定の小さい値以下にする必要があり、このため
加工時間が増大するという問題がある。スパークアウト
を行うようにすれば、微研削速度を早くしても真円度を
高めることはできるが、このためのスパークアウトは工
作物Ｗを数回転以上回転させる必要があり、この間に被
研削面Waの径は工作物Ｗの撓みのスプリングバックによ
り図９の一点鎖線H5に示すように減少し、この減少量は
スパークアウト終了時にはｅとなるので、寸法精度が低
下するという問題がある。スパークアウトを完全に行っ
た場合の被研削面Waの径は、図５に破線で示す円の径か
ら微研削終了時の工作物Ｗの撓みの２倍を引いた値とな
る。

【０００５】本発明はこのような各問題を解決して、加
工時間が少ないにもかかわらず真円度を高くし、しかも
寸法精度の低下も最小にすることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このために、本発明によ
る研削装置は、図１に示すように、モータにより回転駆
動される砥石車１９を有する砥石台１３と、前記砥石車
１９とこれにより研削される工作物Ｗが互いに接近また
は離間する方向に前記砥石台１３と工作物Ｗを相対移動
させる駆動手段１００と、前記工作物Ｗに対する前記砥
石台１３の位置を検出する位置検出手段１１０と、研削
中に前記工作物Ｗの被研削面Waの外径を計測する計測手
段１２０と、前記駆動手段１００を前記接近方向に作動
させて前記砥石車１９により前記被研削面Waの前段研削
及びこれに続く仕上げ研削を行い前記計測手段１２０に
より計測される被研削面Waの外径が仕上目標径となれば
仕上げ研削を終了する制御手段１３０を備えてなる研削
装置において、前記仕上げ研削終了時における研削抵抗
による工作物Ｗの被研削面Waにおける撓みに相当する距
離を前記砥石台１３の後退量として前記計測手段１２０
により計測された被研削面Waの外径と前記位置検出手段
１１０により検出された前記砥石台１３の位置に基づき
演算するとともに、前記砥石台１３の後退速度を、次の
式 前記後退速度＝前記後退量×前記工作物Ｗの回転速度／前記工作物の回転数 に基づき演 算する演算手段９０を備え、前記制御手段１
３０は、前記仕上げ研削終了に続く工作物数回転の間
に、前記砥石車１９による研削を行いながら前記砥石台
１３と工作物Ｗを、前記演算手段９０により求めた前記
砥石台１３の後退量だけ前記砥石台１３の後退速度で、
前記離間方向に相対的に移動させることを特徴とするも
のである。

【０００７】ここで前記演算手段としては、工作物Ｗの
剛性に基づいて前記撓みに相当する距離を演算するもの
とすることが考えられる。

【０００８】

【０００９】

【作用】制御手段１３０は駆動手段１００を介して砥石
台１３と砥石車１９を互いに接近させて砥石車１９によ
り工作物Ｗの被研削面Waを仕上げ研削し、計測手段１２
０により計測される被研削面Waの外径が所定の仕上目標
径Ｄになれば仕上げ研削を終了する。また、演算手段９
０は、仕上げ研削終了時における工作物Ｗの撓みに相当
する距離を砥石台１３の後退量として計測手段１２０に
より計測された被研削面Waの外径と位置検出手段１１０
により検出された砥石台１３の位置に基づき演算すると
ともに、砥石台１３の後退速度を、次の式 前記後退速度＝前記後退量×工作物Ｗの回転速度／前記工作物の回転数 に基づき演 算する。この仕上げ研削終了に続く工作物Ｗ
数回転の間に、制御手段１３０は、演算手段９０にて求
めた前記砥石台の後退量だけ前記砥石台の後退速度で、
砥石台１３と工作物Ｗを互いに離間方向に移動させるこ
とで、スパークアウト研削をすることなく、研削精度を
良好に保った研削を実現し得る。仕上げ研削終了直後は
渦巻面の一部をなす形状であった被研削面Waは、仕上げ
研削完了から工作物１回転の間の研削により真円化さ
れ、一方、工作物Ｗ１回転後には、工作物Ｗと砥石車１
９の離間方向移動により、砥石車１９による被研削面Wa
の研削に必要な研削抵抗を与える工作物Ｗの撓みは減少
して０になるので、研削は行われなくなる。

【００１０】

【実施例】以下に図２〜図５に示す実施例により、本発
明の説明をする。図２に示すように、研削盤１０のベッ
ド１１上に左右方向（Ｚ方向）移動可能に案内支持した
工作物テーブル１２上には、主軸１５を軸承する主軸台
１４と心押台１６が左右方向に対向して同軸的に設けら
れ、工作物Ｗは主軸１５と心押台１６に設けたセンタ１
５ａ，１６ａにより両端が支持されている。主軸１５は
主軸台１４に設けたモータ１８により回転駆動され、工
作物Ｗは左端部が主軸１５から突設された回止め部材１
７に係合されて主軸１５と共に回転される。

【００１１】また、ベッド１１上には、Ｚ方向と直交す
る水平なＸ方向に移動可能に砥石台１３が案内支持さ
れ、この砥石台１３にはＣＢＮ砥石等の砥石車１９が主
軸１５と平行な砥石軸２０により軸承され、Ｖベルト回
転伝達機構２１を介してモータ２２により回転駆動され
る。ベッド１１に設けたサーボモータ２３は、数値制御
装置３０のパルス分配回路３４から分配される制御パル
スに基づいて作動する駆動回路４１により制御駆動さ
れ、図略の送りねじ装置を介して砥石台１３にＸ方向の
送りを与えるものである。エンコーダ等の位置検出器２
５はサーボモータ２３の回転角度を介して砥石台１３の
移動位置を検出し、この検出値はセンサコントローラ４
２を介して数値制御装置３０に入力される。

【００１２】工作物テーブル１２上に設置されたインプ
ロセス計測装置２４は、１対の測定子２４ａの先端部を
研削中の工作物Ｗの被研削面Waに係合してその外径寸法
を連続的に直接測定し、その測定信号（アナログ信号）
は数値制御装置３０に入力される。

【００１３】数値制御装置３０は、図２に示すように、
研削装置全体を制御し管理する中央処理装置（ＣＰＵ）
３１、メモリ３２、外部とのデータの授受を行うインタ
フェース３３、及びＣＰＵ３１からの指令に応じて駆動
パルスを分配送出するパルス分配回路３４を備えてい
る。ＣＰＵ３１には、Ａ−Ｄコンバータ３５を介して計
測装置２４が接続され、またセンサコントローラ４２が
接続されている。このセンサコントローラ４２はＣＰＵ
３１により制御され、前述の位置検出器２５が接続され
ている。更に、インタフェース３３には、制御データ等
を入力するキーボード等の入力装置４０が接続され、ま
たパルス分配回路３４には、駆動回路４１を介して前述
のサーボモータ２３が接続されている。メモリ３２に
は、工作物Ｗを加工するための加工プログラム及びその
他のデータ等が格納されている。

【００１４】本実施例と特許請求の範囲の関係におい
て、サーボモータ２３が駆動手段１００を、位置検出器
２５が位置検出手段１１０を、計測装置２４が計測手段
１２０を、ＣＰＵ３１及びパルス分配回路３４が制御手
段１３０を、ＣＰＵ３１及びメモリ３２が演算手段１４
０をそれぞれ構成している。

【００１５】次に、上記のように構成された本実施例の
動作を、図３に示すフローチャート並びに図４及び図５
の説明図により説明する。入力装置４０からの指令によ
り研削装置が作動を開始すると、図３のフローチャート
に示す加工プログラムによる研削加工が開始される。先
ず数値制御装置３０のＣＰＵ３１は、ステップ１０１の
粗研削を実施する。すなわち砥石車１９が回転し、主軸
台１４と心押台１６により支持された工作物Ｗがモータ
１８により所定の速度で回転した状態で、ＣＰＵ３１は
砥石台１３を予め設定した粗研削送り速度で前進させ、
工作物Ｗの粗研削を実施する。ＣＰＵ３１は加工プログ
ラム内の砥石台粗研削送り指令を解読してパルス分配回
路３４に指令値を与え、これによりパルス分配回路３４
から送り出されるパルス信号を駆動回路４１を介してサ
ーボモータ２３に加えることによりサーボモータ２３を
駆動して粗研削を行う。

【００１６】この場合において、砥石台１３に切込み送
りが与えられると、時々刻々変化する砥石台１３の切込
み送り位置は位置検出器２５により検出され、その検出
値はセンサコントローラ４２を経てＣＰＵ３１に入力さ
れる。計測装置２４の測定子２４ａは工作物Ｗの被研削
面Waに係合され、これにより被研削面Waの外径をインプ
ロセス計測し、その計測値はＡ−Ｄコンバータ３５によ
りデジタル信号に変換してＣＰＵ３１に入力される。図
４において実線Ａは位置検出器２５により検出された砥
石台１３の切込み送り位置を、破線Ｂは計測装置２４に
より検出された被研削面Waの直径を砥石台１３の位置に
変換したものである。

【００１７】粗研削では位置検出器２５により検出され
る砥石台１３の位置は図４の実線A1に示すように早い粗
研削切込み送り速度で減少し、砥石車１９が被研削面Wa
と当接すれば、被研削面Waは砥石車１９により研削さ
れ、計測装置２４により計測される被研削面Waの直径は
破線B1に示すように減少する。工作物Ｗと砥石車１９の
間の研削抵抗による被研削面Waにおける工作物Ｗの撓み
（工作物Ｗの支持部による撓みを含む）（以下単に工作
物Ｗの撓みという）は、実線Ａと破線Ｂの差として示さ
れている。粗研削が進行し破線B1で示す被研削面Waの径
が予め入力装置４０より入力された粗研削完了径D1に達
すれば、ＣＰＵ３１はステップ１０２において粗研削が
完了したと判断して制御動作をステップ１０４の精研削
に進める。

【００１８】ステップ１０４において、ＣＰＵ３１は砥
石台１３を粗研削送り速度より遅い精研削送り速度で前
進させて、粗研削の場合と同様工作物Ｗの精研削を実施
し、位置検出器２５により検出される砥石台１３の切込
み送り位置は実線A2に示すように減少し、計測装置２４
により検出される被研削面Waの外径は破線B2に示すよう
に減少し、これらの検出値はＣＰＵ３１に入力される。
精研削が進行し破線B2で示す被研削面Waの径が予め入力
装置４０より入力された精研削完了径D2に達すれば、Ｃ
ＰＵ３１はステップ１０５において精研削が完了したと
判断して制御動作をステップ１０６の微研削に進める。
この精研削の間に、研削抵抗による工作物Ｗの撓みは、
実線A2と破線B2の差で示すように、次第に減少して一定
値に収束する。

【００１９】ステップ１０６において、ＣＰＵ３１は砥
石台１３を実線A3で示すように精研削送り速度より遅い
微研削送り速度で前進させて、前述と同様工作物Ｗの微
研削を実施する。これにより計測装置２４により計測さ
れた被研削面Waの径は破線B3で示すように減少し、予め
入力された仕上目標径Ｄに達すれば、ＣＰＵ３１はステ
ップ１０７において微研削が完了したと判断して制御動
作をステップ１０８の後退量演算に進める。この微研削
の間に、研削抵抗による工作物Ｗの撓みは、実線A3と破
線B3の差で示すように、次第に減少して精研削の場合よ
りも小さい一定値に収束する。

【００２０】ステップ１０８において、ＣＰＵ３１は次
式１により、微研削終了時における研削抵抗による工作
物Ｗの撓みに相当する後退量を演算する。 後退量＝工作物径−砥石台位置より求められる被研削面径 ・・・１ ＝（Ｄ／２）−Ｈ 但し、上式の工作物径及び砥石台位置は、微研削終了時
においてそれぞれ計測装置２４及び位置検出器２５によ
り検出された工作物Ｗの径及び砥石台１３の位置であ
り、熱変位等による誤差は除かれているものとする。な
お、ここでいう砥石台位置より求められる径は、図５で
示す工作物Ｗの回転中心Ｏから砥石車１９の先端位置ま
での距離Ｈである。

【００２１】続くステップ１０９において、ＣＰＵ３１
は次式２により、工作物Ｗ１回転の間に上述の後退量だ
け砥石台１３を後退させる後退速度を演算する。 後退速度＝後退量×工作物Ｗの回転速度 ・・・２ なおこの式２は、工作物Ｗが１回転する間に後退量分だ
け砥石台１３を後退させているが、これは１回転でなく
例えば０．５回転、２回転のような数回転させてもよ
い。この場合、式２は次式２ａのように変形される。 後退速度＝後退量×工作物Ｗの回転速度／回転数 ・・・２ａ 但し、この回転数を多くすれば真円度はよくなるが寸法
精度は悪くなり、サイクルタイムも延びることになる。
また１回転以下になれば真円度は悪くなってしまう。こ
のため実験的には、１回転で後退させることが真円度、
寸法精度、サイクルタイムから望ましい値となってい
る。

【００２２】次いでＣＰＵ３１は、続くステップ１１０
において、工作物Ｗが上述の回転速度で１回転する間に
前述の撓み量だけ移動するよう、砥石台１３を上述の後
退速度で低速後退させ（図４の実線A4参照）て仕上目標
径Ｄに対応する位置まで戻し、その間は砥石車１９によ
る研削を引き続き行う。続くステップ１１１で、ＣＰＵ
３１は砥石台１３を早送り後退させ（図４の実線A5参
照）て、図３のフローチャートに示す加工プログラムを
終了する。

【００２３】ステップ１０７の微研削が終了した時点で
は、図５に示すように、工作物Ｗの被研削面Waは渦巻面
の一部をなす形状であり、この被研削面Waの部分は砥石
車１９との間に作用する研削抵抗により砥石車１９から
離れる方向に撓んでおり、その撓み量は前述の後退量に
等しい。従って、ステップ１１０における砥石台１３の
後退を伴う１回転終了後には工作物Ｗの撓みは０とな
り、砥石車１９は図５の破線で示す円に接した位置とな
る。そして、この１回転の間に破線の円の外側の部分が
研削されて被研削面Waは破線の円で示す形状に真円化さ
れ、その後の研削は行われない。従って微研削送りを大
きくしても真円度が低下することはなく、またこの真円
化により計測装置２４により検出される被研削面Waの径
は図４のｃで示す分だけ減少するが、スパークアウトを
行う従来技術の場合と異なり、工作物Ｗの撓みのスプリ
ングバックによる径の減少はない。従って、寸法精度の
低下は真円化のために必要な最低限であり、スパークア
ウトを行う従来技術に比して小となる。なお、この径の
減少値ｃは微研削の際の工作物Ｗ１回転当たりの切込み
送り量と同じであるので、その分だけ仕上目標径Ｄを大
きく設定することにより寸法精度の低下を少なくするこ
とができる。

【００２４】上記実施例では、図４の実線A4で示す砥石
台１３の低速後退の際の後退速度を演算するための後退
量（＝微研削終了時における研削抵抗による工作物Ｗの
撓み）を、微研削終了時に計測装置２４及び位置検出器
２５によりそれぞれ検出した工作物Ｗの径及び砥石台１
３の位置に基づいて演算している。これに対し、図６に
示す変形実施例のフローチャートでは、ステップ１０２
の粗研削完了に続くステップ１０３で、次式３によりこ
の後退量を演算している。 後退量＝（工作物径−砥石台位置より求められる径） ×微研削速度／粗研削速度 ・・・３ 但し、上式３の工作物径及び砥石台位置は、粗研削終了
時においてそれぞれ計測装置２４及び位置検出器２５に
より検出された工作物Ｗの径及び砥石台１３の位置であ
る。

【００２５】上式３の括弧内は粗研削終了時における工
作物Ｗの撓みである。一方、同一回転速度の砥石車１９
により連続して研削を行う場合は、時間間隔が短かく従
って砥石車１９の切れ味の変化が小さい限り、収束した
状態における研削抵抗による工作物の撓みは研削速度
（砥石車の切込み送り速度）に比例するので、次の関係
がある。 微研削速度／粗研削速度＝微研削時の撓み量／粗研削時
の撓み量 従って、上式３による後退量は、前式１による後退量と
実質的に同一となる。

【００２６】この図６の変形実施例は、上述のようにス
テップ１０８を削除し、その代わりステップ１０３で上
述のようにして後退量を演算する以外は、図２〜図５に
示す前記実施例と同じであり、同様の作用効果が得られ
る。この変形実施例における後退速度の演算は、ステッ
プ１０９の位置に限らず、ステップ１０３とステップ１
１０の間の任意の時点で行えばよい。この変形実施例で
は、前記実施例に比して後退速度の演算に時間的余裕が
あるので、ステップ１１０の作動に遅れが生じるおそれ
がなくなる。なお、この変形実施例ではステップ１０２
とステップ１０４の間で後退量の演算をしているが、ス
テップ１０５とステップ１０６の間で、精研削終了時の
工作物径及び砥石台位置並びに微研削速度及び精研削速
度に基づいて後退量の演算をするようにしてもよい。

【００２７】図７のフローチャートに示す変形実施例で
は、上記各実施例のように加工の都度後退量を演算する
代わりに、予め各工作物の工作物情報（形状、材質等）
に基づき工作物の剛性を求め、その値と加工情報を用い
て、次式４により微研削終了時における研削抵抗による
工作物Ｗの撓みに相当する後退量を算出してメモリ３２
に記憶させておく。 後退量＝ｋ×微研削速度／工作物の剛性 ・・・４ 但し、ｋは実験的に求めた係数 この図７の変形実施例は、ステップ１００を加え、ステ
ップ１０８を削除した以外は、図２〜図５に示す前記実
施例と同じである。ＣＰＵ３１は先ずステップ１００で
メモリ３２に記憶された該当する工作物の後退量を読み
込み、前記各実施例と同様、ステップ１０１〜１０７で
粗研削、精研削及び微研削を行い、ステップ１０９，１
１０で後退速度演算及び砥石台低速後退を行って加工を
行う。これにより前記各実施例と同様の作用効果が得ら
れる。この変形実施例の場合も後退速度の演算は、ステ
ップ１００とステップ１１０の間の任意の時点で行えば
よい。あるいは加工情報に基づき予め後退速度まで算出
してメモリ３２に記憶させ、これをステップ１００で読
み込み、ステップ１０９の演算を省略してもよい。前記
変形実施例と同様、この変形実施例でも、後退速度の演
算に時間的余裕があるので、ステップ１１０の作動に遅
れが生じるおそれがなくなる。

【００２８】また、研削加工を行うときに研削条件（砥
石台送り速度、送り量等）を演算にて自動決定するよう
な研削盤においては、工作物の剛性を用いることがあ
り、このような研削盤においては後退量を求めるためだ
けに剛性が用いられず、効果がある。

【００２９】なお、上記各実施例と特許請求の範囲の関
係において、粗研削及び精研削が前段研削に相当し、微
研削が仕上げ研削に相当する。

【００３０】

【発明の効果】上述のように、本発明によれば、仕上げ
研削完了から工作物１回転の間に被研削面の真円化がな
されるので、仕上げ研削送り速度を高めて加工時間を減
少させても被研削面の真円度が低下することはなく、し
かも仕上げ研削完了から工作物Ｗ１回転後には研削は行
われないので寸法精度の低下も最小となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による研削装置の構成を示す図であ
る。

【図２】 本発明による研削装置の一実施例の全体構成
を示す図である。

【図３】 図２に示す一実施例の加工プログラムを示す
フローチャートである。

【図４】 図２に示す一実施例の作動の説明図である。

【図５】 図２に示す一実施例の仕上研削完了時点にお
ける被研削面及びその近傍を示す説明図である。

【図６】 図３に示す加工プログラムの変形例のフロー
チャートである。

【図７】 図３に示す加工プログラムの更に異なる変形
例のフローチャートである。

【図８】 本発明が対象とする研削装置の一例の主要部
を示す図である。

【図９】 従来の研削装置の作動の説明図である。

【符号の説明】

１３…砥石台、１９…砥石車、９０…演算手段、１００
…駆動手段、１１０…位置検出手段、１２０…計測手
段、１３０…制御手段、Ｗ…工作物、Wa…被研削面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B24B 5/04 B24B 49/02 B24B 49/10

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータにより回転駆動される砥石車を有
   する砥石台と、 前記砥石車とこれにより研削される工作物が互いに接近
   または離間する方向に前記砥石台と工作物を相対移動さ
   せる駆動手段と、 前記工作物に対する前記砥石台の位置を検出する位置検
   出手段と、 研削中に工作物の被研削面の外径を計測する計測手段
   と、 前記駆動手段を前記接近方向に作動させて前記砥石車に
   より前記被研削面の前段研削及びこれに続く仕上げ研削
   を行い前記計測手段により計測される被研削面の外径が
   仕上目標径となれば仕上げ研削を終了する制御手段を備
   えてなる研削装置において、 前記仕上げ研削終了時における研削抵抗による工作物の
   被研削面における撓みに相当する距離を前記砥石台の後
   退量として前記計測手段により計測された被研削面の外
   径と前記位置検出手段により検出された前記砥石台の位
   置に基づき演算するとともに、前記砥石台の後退速度
   を、次の式 前記後退速度＝前記後退量×前記工作物の回転速度／前記工作物の回転数 に基づき演 算する演算手段を備え、 前記制御手段は、前記仕上げ研削終了に続く工作物数回
   転の間に、前記砥石車による研削を行いながら前記砥石
   台と工作物を、前記演算手段により求めた前記砥石台の
   後退量だけ前記砥石台の後退速度で、前記離間方向に相
   対的に移動させることを特徴とする研削装置。
2. 【請求項２】 前記演算手段が工作物の剛性に基づいて
   前記撓みに相当する距離を演算するものであることを特
   徴とする請求項１記載の研削装置。