JP3807704B2 - 砥石修正装置を備えた研削盤 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一端に砥石車を保持した砥石軸を回転可能に軸承する砥石台と、前記砥石車の外周に接触して形状修正を行う砥石修正装置を備えた研削盤の技術分野に関する。
【０００２】
【従来技術】
一般に、砥石台の砥石軸が停止状態から回転されると、発熱によって熱膨張が発生し、この熱膨張によって砥石軸が熱変位して砥石車の位置が変化することが知られている。
また、砥石軸は軸の径方向の熱膨張が円周の全てにおいて、均一でなく、温度の上昇に比例して軸の曲がりが大きくなることが観測されている。この曲がりが大きくなると、砥石軸の回転中心と砥石の中心にずれが生じ、砥石が偏心回転して工作物の加工精度を悪くする問題があった。
特に、砥石軸に直接モータのロータを固定するビルトインタイプのモータにおいては、前記ロータで発生する熱が直接砥石軸に伝わるため、他の外部にモータを配置した砥石台と比較して砥石軸の温度が高くなり、この温度上昇に比例して砥石の中心と砥石軸の回転中心のずれが大きくなる。
このため、従来では、実際に加工する温度に砥石軸の温度が到達したときに、砥石軸の回転中心と砥石の中心が一致するようにして熱変位の影響による加工精度の低下を防止していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
研削盤はある程度連続して加工を行うと、砥石の摩耗が生じて砥石の研削面が荒れ、工作物の加工精度を低下させる。
この研削面の荒れによる工作物の加工精度の低下を防止するため、従来では所定回数、もしくは所定個数の工作物を加工したところで加工を中断し、研削面を修正する修正動作（ツルーイング）を行っていた。
通常、研削面の修正動作には数分以上の時間を要しているが、研削面の修正動作時と連続加工時とでは、砥石軸に加わる負荷が異なり、連続加工時と比較して修正動作時の方が砥石軸に加わる負荷が小さくなる。
この砥石軸に加わる負荷が小さくなることにより、砥石修正時は連続加工時と比較して砥石軸の発熱量が小さくなり、砥石修正中に砥石軸の温度が低下してしまう。
このため、連続加工時と砥石修正時で砥石軸の曲がりに差が生じ、砥石軸の回転中心と砥石中心とにずれが発生し、このような砥石軸の回転中心と砥石中心とがずれた状態で砥石修正を行うと、連続加工時の温度まで砥石軸が上昇したときに砥石に振れが発生して工作物の加工精度に影響が出る問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の目的は、上述した砥石修正を行っても連続加工時に砥石軸と砥石中心のずれを発生させないようにすることである。
この目的を達成するために本発明は、砥石軸の非研削時の温度が研削時の温度と等しくなるように温度制御する軸温度制御手段と、前記非研削時に前記砥石修正装置による砥石修正を実行する砥石修正実行手段を備えたものである。
さらに、本発明は、軸温度制御手段として非研削時の砥石軸に前記研削時と等しい負荷を加える負荷付与手段を備えたものである。
さらに、本発明は、負荷付与手段として砥石車に研削液を吹き付ける研削液供給手段を備えたものである。
さらに、砥石軸駆動モータに電流制限を掛けたものである。
なお、本発明における非研削時とは砥石軸が回転した状態で、工作物の研削を行っていないときである。
【０００５】
【発明の実施の形態および実施例】
本発明の第1の実施例について説明する。図１は、研削盤の平面図であり、１０は床面に設置されたベッドである。このベッド１０の上には砥石台１１と工作物テーブル４１が配置されている。
砥石台１１はベッド１０に対して一対の案内レール１２を介して摺動可能に設けられている。この一対のＸ軸案内レール１２の中央には、Ｘ軸案内レール１２と平行に送りネジ１３がベッド１０に対して回転可能に取り付けられ、砥石台１１の下面に固定された図略のナットを介して砥石台１１と連結されている。
送りネジ１３の一端には、砥石台移動モータ１４が結合され、この砥石台移動モータ１４が回転することにより、送りネジ１３が回転されて砥石台１１が移動する。また、砥石台移動モータ１４にはエンコーダ１５が取り付けられ、砥石台移動モータ１４の回転数を検出している。
【０００６】
砥石台１１上には砥石軸頭１６が設けられ、この砥石軸頭１６には図２に示すように、一端に砥石１７を保持した砥石軸１８が回転可能に軸承されている。
砥石軸頭１６内には砥石軸１８を回転駆動するための砥石軸駆動モータ１９が配置されている。
砥石軸１８の外周円筒面のほぼ中央には、砥石軸駆動モータ１９を構成するロータ２０が固定され、このロータ２０と対向してステータ２１が砥石軸頭１６に固定されている。
ロータ２０の両側には、砥石軸１８を静圧支持する一対の静圧軸受１８ａが形成されている。この静圧軸受１８ａは砥石軸１８を回転可能に静圧支持している。
ステータ２１の外周、砥石軸との間には螺旋状の溝２２が形成されている。この螺旋状の溝２２はステータ２１を冷却するための冷却液が供給される溝であり、溝２２の両端が後述する冷却液タンク２３に接続されている。
また、砥石１７の外側には負荷ノズル２４が設けられている。この負荷ノズル２４からはクーラントが吐出され、砥石１７に対して回転抵抗を与える。
【０００７】
一方、砥石台１１の前方には、前記Ｘ軸案内レール１２と直交する方向に伸びる一対のＺ軸案内レール２５が形成されている。この一対のＺ軸案内レール２５の中央には、Ｚ軸案内レール２５と平行に送りネジ２６がベッド１０に対して回転可能に取り付けられ、工作物テーブル４１の下面に固定された図略のナットを介して工作物テーブル４１と連結されている。
送りネジ２６の一端には、テーブル移動モータ２７が結合され、このテーブル移動モータ２７が回転することにより、送りネジ２６が回転されて工作物テーブル４１が移動する。また、テーブル移動モータ２７にはエンコーダ２８が取り付けられ、テーブル移動モータ２７の回転数を検出している。
工作物テーブル４１上には主軸台２９と心押台３０が対向配置されている。この主軸台２９と心押台３０には、それぞれ主軸３１と心押軸３２が回転可能に軸承されている。主軸３１の先端には、図略のチャックを介して工作物Ｗが把持されている。また、心押軸３２の先端にはセンタ３３が固着されており、このセンタ３３によって工作物Ｗが支持されている。
【０００８】
主軸台２９の側面には砥石修正装置３４が配置されている。この砥石修正装置３４は、主軸台２９の側面に固定されたツルア本体３５と、ツルア本体３５に回転可能に軸承されたツルア軸３６と、回転式のロータリツルア３７と、ツルア軸３６の一端に固定され、回転式のロータリツルア３７及びツルア軸３６を回転駆動するツルアモータ３８から構成されている。
前記砥石台移動モータ１４及びテーブル移動モータ２７は、砥石台移動モータ駆動回路３９及びテーブル移動モータ制御回路４０を介して数値制御装置５０に接続されている。この数値制御装置５０は主にメモリ５１、ＣＰＵ５２及びインタフェース５３から構成され、メモリ５１には加工を行うための加工プログラムや砥石修正プログラム等が記憶されている。ＣＰＵ５２はメモリ５１に記憶されている加工プログラムを実行し、インタフェース５３を介して砥石台移動モータ駆動回路３８及びテーブル移動モータ制御回路３９に対して移動指令を出力するとともに、後述するシーケンスコントローラ５４との間でオン・オフ指令の入出力を行う。
【０００９】
前記砥石台移動モータ駆動回路３８は数値制御装置５０からの数値制御指令に基き、砥石台移動モータ１４を直接制御する回路であって、エンコーダ１５と数値制御装置５０からの数値制御指令との偏差をとって砥石台移動モータ１４の回転量を制御する。また、テーブル移動モータ制御回路３９も砥石台移動モータ駆動回路３８と同様に、数値制御装置５０からの数値制御指令に基きエンコーダ１５と数値制御装置５０からの数値制御指令との偏差をとって砥石台移動モータ１４の回転量を制御する。
前記シーケンスコントローラ５４はポンプユニット５５、ツルアモータ３８及び後述する温度センサ６５に接続されている。ポンプユニット５５は、図２に示すように負荷ノズル２４にクーラントを供給するクーラント供給系統５６と、溝２２に冷却液を循環させる冷却系統６０から構成される。クーラント供給系統５６は、クーラントタンク５７とクーラントポンプ５８と、このクーラントポンプ５８を回転駆動するクーラントポンプモータ５９とからなり、シーケンスコントローラ５４からクーラントポンプモータ５９にオン・オフ指令を出力することによって回転駆動される。なお、ここでいうクーラントは、通常研削加工時に用いられる研削液が好ましいしいが、特にその種類については限定しない。
【００１０】
冷却系統６０は、クーラント供給系統５６と同様に、冷却液タンク２３と冷却液ポンプ６１と、この冷却液ポンプ６１を回転駆動するポンプモータ６２とを備え、これら冷却液タンク６０冷却液ポンプ６１及び冷却液ポンプモータ６２の他に、冷却装置６３が設けられている。冷却装置６３は冷却液を冷却する装置であり、シーケンスコントローラ５４からのオン・オフ信号によって制御される。また、シーケンスコントローラ５４には操作盤６４が接続され、この操作盤６４には起動スイッチ６４ａ、停止スイッチ６４ｂをはじめとする各種スイッチや表示ランプ等が設けられている。
前記シーケンスコントローラ５４には図３に示されるような、シーケンス回路がプログラムとして記憶されている。このシーケンス回路のプログラムは、主に数値制御装置５０への加工プログラム及び砥石修正プログラムの起動指令、ポンプモータ５９、６２の制御、砥石軸駆動モータの制御を行う。図３はシーケンスコントローラ５４に記憶されたシーケンスプログラムをラダー回路図で示したもので、図３において起動スイッチは操作盤６４の起動スイッチ６４aであり、停止スイッチは操作盤６４の停止スイッチ６４ｂである。また、M01、M02はシーケンスコントローラ内部に想定された仮想(内部)スイッチである。
【００１１】
前記温度センサ６５は、砥石駆動モータ１９のステータ２１に内蔵され、ステータ２１の温度を検出し、シーケンスコントローラ５４との間の信号線上に設けられた演算回路６６を介してシーケンスコントローラ５４に接続されている。演算回路６６はアナログ比較演算回路（コンパレータ）であり、温度センサ６５から出力されたステータ２１の温度に応じた電圧信号を入力し、この電圧信号と前記冷却装置６３及びポンプモータを作動させるために任意に設定された電圧とを比較する。この結果、演算回路６６は、温度センサの電圧信号が任意に設定された電圧より高くなったとき、即ちステータ２１の温度が上昇したときシーケンスコントローラ５４にオン信号を出力し、温度センサ６５の電圧信号が任意に設定された電圧より低くなったときシーケンスコントローラ５４にオフ信号を出力する。
また、本実施例に関わる研削盤は、図略の工作物交換装置により工作物Ｗの搬出搬入が自動的に行われる。
【００１２】
以上のような構成で、図３に示すシーケンスコントローラ５４のラダー回路図及び図４に示す数値制御装置５０の動作フローチャートを用いて動作について説明する。
作業者により操作盤６４の起動スイッチ６４ａが押されると、図３の第1ブロック（NO.１を付す、以下、第2ブロックにはNO.２を付し、第３ブロックにはNO.３を付し、第４ブロックにNO.４を、第５ブロックにNO.５を、第6ブロックにNO.６を付す。）に記載された起動スイッチがオンとなる。この起動スイッチがオンとなると内部スイッチMO1がオンとなり、この内部スイッチMO１がオンに応答して砥石軸駆動モータ１９が回転を開始する。
【００１３】
砥石軸駆動モータ１９が回転を開始すると、温度センサ６５で検出される温度によってクーラントポンプモータ５９及び冷却ポンプモータ６２が起動する。すなわち、起動を開始した直後は温度センサ６５で検出される温度が設定温度より低く、シーケンスコントローラ５４に演算回路６６から信号が入力されないため、図３の第３ブロックNO.３の条件（センサ信号がオフで、内部スイッチMO1がオンの場合）が満足され、クーラントポンプモータ５９が起動され、負荷ノズル２４から砥石１７に向かってクーラントが吐出される。これによって砥石軸駆動モータ１９に負荷が加わり、砥石軸駆動モータ１９の温度上昇が促進され、設定温度までの砥石軸１８の温度上昇時間が従来と比較して短縮される。なお、この時に負荷ノズル２４から吐出されるクーラントにより砥石軸駆動モータ１９に加わる負荷は、砥石１７が工作物Ｗを研削するときの研削抵抗による負荷と同等になるように、流量及び流速が設定されている。
【００１４】
砥石軸駆動モータ１９の温度が上昇し、温度センサ６５で検出される温度が設定温度より高くなると、シーケンスコントローラ５４に演算回路６６から信号が入力されるため、図３の第３ブロックNO.３の条件が不満足となり、第４ブロックNO.４の条件（センサ信号がオフで、内部スイッチMO１がオンで、且つ砥石軸駆動モータ１９がオンの場合）が満足され、クーラントポンプモータ５９が停止して冷却ポンプモータ６２が起動される。これによって砥石軸駆動モータ１９に加わっていた負荷が軽減され、且つ砥石軸駆動モータ１９が冷却されて砥石軸１８の温度が上昇しすぎないようになされ、温度センサ６５に設定された設定温度より少し高い程度の温度で安定する。なお、この設定温度付近において砥石軸１８の回転中心と砥石１７の中心が一致し、砥石１７の回転振れが最小になるように砥石１７及び砥石軸１８は組み付け調整されている。
【００１５】
このように砥石軸１８の温度が設定温度以上になると、図３の第５ブロックの条件（センサ信号がオンで、且つ内部スイッチMO1がオンの場合）が満足され、数値制御装置５０に対して加工指令が出力される。
この加工指令が出力されると、数値制御装置５０は図４に示すプログラムを実行する。このプログラムは、工作物Ｗを連続研削と砥石の修正を行うもので、シーケンスコントローラからの加工指令が入力されると、ステップ１００において砥石台１１及び工作物テーブル４１を相対的に移動させて工作物Ｗの研削加工が開始される。研削加工が開始されると砥石１７には工作物Ｗを研削によって発生する研削抵抗が加わり、この研削抵抗のため砥石軸駆動モータ１９には、砥石１７に回転速度が変化しないようにするため、研削抵抗に応じた電力が増加し、砥石軸駆動モータの発熱量が増加する。しかし、このとき砥石軸駆動モータ１９は冷却液によって冷却されていることから、砥石軸１８の温度上昇はなく、温度センサ６５の設定温度より少し高い程度の温度から変化せずに推移する。なお、このステップ１００において行われる研削加工は、工作物１個についての研削加工であり、この研削加工に使用される研削サイクルは従来から行われている粗研、微研、精研、スパークアウト等の工程の組み合わせによって構成されるものである。
【００１６】
ステップ１００で工作物Ｗの研削加工が終了すると、ステップ１０２に進んで加工本数を示す変数Ｎに１を加算してステップ１０４に進む。ステップ１０４に進むと変数Ｎが砥石修正本数に到達したか否かが判定される。この砥石修正本数は予めメモリ５１に設定されている。判定の結果、砥石修正本数に到達している場合にはステップ１０６に進み、砥石修正本数に到達していない場合にはステップ１０８に進む。ステップ１０６に進行すると、数値制御装置５０はシーケンスコントローラ５４に対して砥石修正実行の信号を出力する。この時、数値制御装置から砥石修正実行信号を受信したシーケンスコントローラ５４は、図３における第６ブロックNO.６の条件（砥石軸駆動モータ１９が回転しており、砥石修正実行信号が入力された場合）が満足されて内部スイッチM02がオンとなる。この内部スイッチM02がオンすると、図３の第３ブロックNO.３の条件（内部スイッチM01及びM02がともにオンの場合）が満足されて再びクーラントポンプモータ５９が起動され負荷ノズル２４からクーラントが吐出されるとともに、第７ブロックNO.７の条件（内部スイッチM02がオンの場合）が満足されツルアモータ３８が起動されてロータリツルア３７が回転される。
【００１７】
ステップ１０６が完了すると、ステップ１１０において砥石修正の動作を開始する。この砥石修正動作は砥石台１１と工作物テーブル４１を相対移動させて砥石１７をロータリツルア３７に接触させ、砥石１７の表面を修正する従来から行われている砥石修正の方法である。
このステップ１１０の砥石修正が完了すると、ステップ１１２に移行して加工本数を示す変数Ｎを零に初期化する。そして、ステップ１１４に移行して砥石修正実行信号をオフする。このステップ１１４の砥石修正実行信号のオフによって、前記図３における第６ブロックNO.６の条件、第３ブロックNO.３の条件、及び第７ブロックNO.７の条件が連鎖的に不満足になり、クーラントポンプモータ５９、ツルアモータ３８が停止される。
この後、ステップ１１４からステップ１０８に移行し、図略の工作物交換装置によって工作物Ｗの交換が行われた後、ステップ１１６に進む。ステップ１１６では、シーケンスコントローラ５４の操作盤６４の停止スイッチ６４ｂが操作され、内部スイッチM01がオフでないか判定し、内部スイッチM01がオフならば、図４のフローチャートによる処理が終了し、オフになっていないならば、ステップ１００に戻って次の工作物Ｗの加工を開始する。
【００１８】
また、上述した研削サイクルの粗研、精研等において、著しく研削抵抗の差が大きく砥石軸駆動モータ１９に加わる負荷が異なるとき、研削加工中であっても砥石軸１８の温度が安定しないことがある。この場合は砥石軸駆動モータに電流制限をかけることにより、研削加工時に負荷変動があっても電流が一定となるようになる。この結果、研削加工時に負荷変動があっても砥石軸１８の温度を一定にすることができる。
なお、この砥石軸駆動モータ１８への電流制限は研削加工時の粗研、精研等において、研削抵抗の変動が著しく大きく、砥石軸１８の熱膨張に影響を与える場合にのみに実行すればよく、必ずしも実行しなければならない必須の構成ではない。
【００１９】
次に本発明の第２の実施例について、図５を用いて説明する。この第２の実施例は第１の実施例と比較して温度センサ６５が無く、この温度センサ６５の代わりに図５に示すとおりシーケンスプログラム中にタイマＴが設定されている。
タイマＴは、砥石軸駆動モータが起動してから研削加工時の温度と同等の温度になるまでの時間が設定されている。図6に示すように、砥石軸駆動モータ１９は所定の負荷を加えた状態で連続的に回転させると、ある一定の温度まで上昇して飽和する。このことを利用して研削加工時と同等の負荷を負荷ノズル２４で与えた状態で研削加工時の砥石軸温度まで上昇するのに十分な時間を設定することにより、暖気運転から研削加工に移行することができる。なお、この時の冷却ポンプモータ６２は、タイマＴがタイムアップした時点で砥石軸の回転が停止するまで常時回転させることになる。
このように、第１、第２実施例における研削盤は砥石１７が研削加工を行っていないときは、負荷ノズル２４によって砥石１７にクーラントをかけることにより、砥石軸駆動モータ１９に研削加工時と同等の負荷が作用するようにし、砥石軸１８が回転している間は、砥石軸の温度が常に一定になるようにしている。
この結果、砥石軸１８の熱膨張による曲がりを研削加工時及び砥石修正中の非研削加工時に関わりなく、砥石の回転中は常に一定することができるので、砥石修正を研削加工時と同等の曲がりで実行できる。
従って、砥石修正をおこなっても砥石１７の中心と砥石軸１８の回転中心とにずれが生じることがなく、高精度な研削加工を継続して行える。
【００２０】
また、上記実施例では、負荷ノズル２４によって砥石１７にクーラントをかけることにより、研削加工時の負荷と同等の負荷を砥石軸駆動モータ１８に加えるようにしていたが、本願発明はこれに限られるものでない。砥石軸１７に負荷が加えられるような手段であればよく、例えば図６に示すように、砥石軸１８に円盤１を取り付け、この円盤１に、固定部に取り付けたブレーキシュ２を押し付けることで負荷を与えたり、パウダーブレーキを用いたりしてもよい。
冷却系統５７についても、砥石軸駆動モータ１９のステータ２１を冷却するようにするのではなく、砥石軸１８の内部に直接冷却液を流して冷却するようにしてもよい。
さらに、負荷ノズルを廃止し、冷却系統５７に温度制御された冷却液を供給し、研削時加工時と非研削加工時の砥石軸１８の温度が一定になるように制御してもよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように、本発明は非研削加工時と研削加工時で砥石軸の温度が同等になるように、砥石軸の温度を制御したので、砥石が回転している間は、砥石軸の熱膨張による曲がりを常に一定にできる。これにより、砥石修正を研削加工時と同等の砥石軸の曲がりで実行でき、砥石修正をおこなっても砥石の中心と砥石軸の回転中心とにずれが生じることがなく、高精度な研削加工を継続して行える。
また、非研削加工時に砥石軸駆動モータに負荷をかけることにより、非研削加工時の砥石軸の温度を研削加工時の温度と同等となるように制御できるので、比較的簡単な制御で温度制御できる。
さらに、クーラントを砥石にかけることにより、非研削時に砥石軸に負荷をかけるようにすれば、簡単な構成で、研削加工時と非研削加工時で温度を一定にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した研削盤の全体図である。
【図２】砥石台の構成及びポンプユニットの構成を示す図である。
【図３】第1の実施例におけるシーケンスコントローラのシーケンスプログラムを示す図である。
【図４】数値制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】第２の実施例におけるシーケンスコントローラのシーケンスプログラムを示す図である。
【図６】他の負荷付与手段を示す図である。
【符号の説明】
１０ ベッド
１１ 砥石台
１４ 砥石台移動モータ
１６ 砥石軸頭
１７ 砥石
１８ 砥石軸
１９ 砥石軸駆動モータ
２０ ロータ
２１ ステータ
２２ 溝
２３ 冷却液タンク
２４ 負荷ノズル
２７ テーブル移動モータ
２９ 主軸台
３０ 心押台
３１ 主軸
３２ 心押軸
３４ 砥石修正装置
４１ 工作物テーブル
５０ 数値制御装置
５４ シーケンスコントローラ
５５ ポンプユニット
６３ 冷却装置
６４ 操作盤
６５ 温度センサ

Claims (4)

1. 一端に砥石車を保持した砥石軸を回転可能に軸承する砥石台と、前記砥石軸を回転駆動する前記砥石軸の外周に取り付けられたビルトイン砥石軸駆動モータと、前記砥石車の外周に接触して形状修正を行う砥石修正装置を備えた研削盤において、前記砥石軸の非研削時の温度が研削時の温度と等しくなるように温度制御する軸温度制御手段と、前記軸温度制御手段で温度制御された非研削時に前記砥石修正装置による砥石修正を実行する砥石修正実行手段を備えたことを特徴とする砥石修正装置を備えた研削盤。
2. 前記軸温度制御手段が前記砥石軸に前記研削時と等しい負荷を加える負荷付与手段であることを特徴とする請求項１に記載の砥石修正装置を備えた研削盤。
3. 前記負荷付与手段が前記砥石車にクーラントを吹き付けるクーラント供給手段であることを特徴とする請求項２記載の砥石修正装置を備えた研削盤。
4. 前記ビルトイン砥石軸駆動モータに所定値以上の電流が流れないように電流制限をかけたことを特徴とする請求項１から３のいづれか１つに記載の砥石修正装置を備えた研削盤。

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