JP3810640B2 - 研削盤におけるワークのクランプ方法及びその装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研削盤におけるワークのクランプ方法及びその装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来のクランクシャフト研削盤は、クランクシャフトの両端ジャーナル部を左右一対のクランプ機構のチャックによりクランプして、前記両クランプ機構をそれぞれの主軸台により同期回転する。又、クランクシャフトのピンを旋回させながら、砥石台を主軸の回転と同期するようにクランクピンの旋回軸線と直交する方向に進退動作させて、ピンを研削するようになっている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来のクランクシャフトのクランプ機構は、両サーボモータがサーボON状態でクランクシャフトの両端ジャーナル部をクランプする構造を採っている。このため、クランクシャフトに反りや曲がりといった僅かな変形がある場合、クランプ時にクランクシャフトに捩じれが発生する場合がある。この時、両サーボモータに静止トルクが発生し、そのトルクが作用した状態で同期制御されると、両サーボモータの制御動作にアンバランス影響がでるばかりでなく、サーボモータと砥石台の送り制御との同期ずれも生じて高精度の研削ができない。すなわち、前述した捻れ力が研削作業中に、相互のサーボモータの同期制御に影響を与え、クランクシャフトの回転中に僅かではあるが回転変動が生じ、クランクシャフトの加工面の精度を低下するという問題があった。
【0004】
主軸の回転角度の制御精度を0.001度以下とする研削盤において、ワークのクランプ時の僅かな捩じれによるサーボモータの静止トルクを解消しておかないと、サーボモータの同期制御にアンバランスが生じる。
【0005】
なお、クランクシャフトの加工中に加工熱が生じるので、クランクシャフトが熱膨張により変形し、この捩じれ変形が前述した静止トルクを増大する方向に作用した場合には、クランクシャフトが両端をクランプされているので回転方向に捩じれ力が増長して加わることになり、加工精度をさらに低下させる。
【0006】
クランクシャフトの両端はクランプ機構によりクランプされるが、両端部の被クランプ面の加工精度が低下していると、クランプ機構の複数のクランプ爪のクランプ状態の姿勢が変化し、クランプ力に強弱が生じる。これによって、クランプ機構が主軸の軸線を中心とする円周方向に反発力を受け、サーボモータへ静止トルクとして作用する。
【0007】
この発明は上記従来の技術に存する問題点を解消するためになされたものであって、その目的はワークの両端部をクランプした状態において、主軸のサーボモータに加わる静止トルクを解消し、加工精度を向上することができる研削盤におけるワークのクランプ方法及びその装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、請求項1に記載の発明は、ベッド上に所定の間隔をおいてサーボモータを備えた一対の主軸台を装設し、両主軸台に支持された一対の主軸に対し該主軸の回転軸線と同心にワークの両端軸部をクランプするクランプ機構を連結し、制御装置からの駆動信号により前記両サーボモータを同期回転させて両クランプ機構によりクランプされたワークを回転しつつ加工を行うようにした研削盤において、前記両サーボモータのうちいずれか一方のみがサーボON状態で両クランプ機構によりワークの両端軸部をそれぞれクランプする第1の行程と、上記第1の行程の後に前記両主軸の回転角度をそれぞれ計測し、サーボON状態側の一方の主軸の回転角度データにサーボOFF状態側の他方の主軸の回転角度データを一致させる第2の行程と、上記第2の行程の後にサーボOFF状態の他方のサーボモータをサーボON状態にして前記両サーボモータを同期回転させてワークの加工を行う第3の行程と、を含むものであることを要旨とする。
【0009】
請求項2に記載の発明は、ベッド上に所定の間隔をおいてサーボモータを備えた一対の主軸台を装設し、両主軸台に支持された一対の主軸に対し該主軸の回転軸線と同心にワークの両端軸部をクランプするクランプ機構を連結し、制御装置からの駆動信号により前記両サーボモータを同期回転させて両クランプ機構によりクランプされたワークを回転しつつ加工を行うようにした研削盤において、前記両サーボモータが共にサーボON状態で両クランプ機構によりワークの両端軸部をそれぞれクランプする第1の行程と、上記第1の行程の後に両サーボモータを共にサーボOFF状態にし、前記両主軸の回転角度をそれぞれ計測し、一方の主軸の回転角度データに他方の主軸の回転角度データを一致させる第2の行程と、上記第2の行程の後にサーボOFF状態の両サーボモータを再びサーボON状態にして前記両サーボモータを同期回転させてワークの加工を行う第3の行程と、を含むものであることを要旨とする。
【0010】
請求項3に記載の発明は、ベッド上に所定の間隔をおいてサーボモータを備えた一対の主軸台を装設し、両主軸台に支持された一対の主軸に対し該主軸の回転軸線と同心にワークの両端軸部をクランプするクランプ機構を有し、前記両サーボモータを制御装置からの同期駆動信号により同期回転することにより両クランプ機構によりクランプされたワークを回転させて加工を施すようにした研削盤において、前記請求項1又は請求項2に記載の行程を遂行させる機能を前記制御装置に付与したことことを要旨とする。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、この発明をクランクシャフトの研削盤に具体化した一実施形態を図1〜図4に基づいて説明する。
【0014】
研削盤の平面を表す図2に示すようにベッド11の上面には左右一対のテーブル12,13が左右方向に互いに平行に敷設したレール14によりそれぞれ独立して同方向への往復動可能に装着されている。前記ベッド11の左右両端部にはテーブル移動用モータ15,16が配設され、送りねじ17,18により前記テーブル12,13を往復動するようになっている。
【0015】
前記テーブル12,13の上面には第1主軸台19及び第2主軸台20が装着され、それらの第1及び第2主軸21,22には第1及び第2クランプ機構23,24が装着されている。第1及び第2クランプ機構23,24に設けた第1及び第2チャック25,26は、クランクシャフト27の両端部をクランプするようになっている。
【0016】
前記クランクシャフト27は複数のジャーナル部28と各ジャーナル部28間に偏心して連結されたクランクピン部29とにより構成されている。前記ジャーナル部28のうち左右両端に位置する左端及び右端ジャーナル部28a,28bは、前記第1及び第2チャック25,26によりクランプされるようになっている。前記第1及び第2クランプ機構23,24の中心部には第1及び第2センタ31,32がその軸線方向の往復動可能に、かつ図示しない油圧機構により左端及び右端ジャーナル部28a,28b側に押圧されるようになっている。第1及び第2センタ31,32の先端部に形成した先端テーパ面31a,32aが前記左端及び右端ジャーナル部28a,28bに形成したセンタ孔28c,28dに係合されることにより、クランクシャフト27が第1及び第2主軸21,22の回転軸線O上に芯だし保持されるようになっている。
【0017】
第1及び第2主軸台19,20の基端部には第1及び第2サーボモータ33,34が取り付けられ、その回転軸が前記第1及び第2主軸21,22に連結され、第1及び第2クランプ機構23,24が同期回転されるようになっている。
【0018】
前記ベッド11の上面には砥石車35,36が砥石台によりそれぞれ左右方向及び前後方向に制御移動可能に装設され、前記クランクシャフト27のクランクピン部29を研削するようになっている。
【0019】
次に、図3に基づいて研削盤の制御装置について説明する。
制御装置41は制御部42を備え、制御部42は制御動作プログラムに基づいて各種の制御動作を行うマイクロプロセッサ43を備えている。マイクロプロセッサ43には制御動作プログラム等を予め記録した補助記憶装置44と、各種のデータを高速にアクセスするRAM45(ランダム・アクセス・メモリー)が接続されている。前記制御部42には駆動回路46を介して前記第1及び第2クランプ機構23,24、第1及び第2チャック25,26、第1及び第2サーボモータ33,34が接続されている。又、制御部42には第1及び第2サーボモータ33,34に設けたエンコーダ47,48が接続され、第1及び第2主軸21,22のそれぞれの回転角度信号をパルスデータとして制御部42にフィードバックするようになっている。
【0020】
次に、前記のように構成したクランクシャフトの研削盤について、その動作を図1及び図4のフローチャートにより説明する。
クランクシャフト27をクランプするには、まず、テーブル移動用モータ15,16を起動してテーブル12,13を互いに離間する方向に移動させ、第1及び第2クランプ機構23,24をローディング位置に停止する。
【0021】
次に、図示しないワーク供給機構によりクランクシャフト27を第1及び第2センタ31,32の間に投入する。テーブル移動用モータ15,16を作動しテーブル12,13を前進させクランクシャフト27を軸心に合わせるための第1及び第2センタ31,32によりクランクシャフト27のセンタ孔28c,28dに先端テーパ面31a,32aを係合する。さらに、第1及び第2センタ31,32を図示しない油圧機構により前進させてクランクシャフト27を主軸の回転軸線O上に位置決めする。(ステップS1)
次に、第1及び第2クランプ機構23,24を作動してその第1及び第2チャック25,26によりクランクシャフト27の左端及び右端ジャーナル部28a,28bをクランプする。(ステップS2)
次に、制御装置41から第2サーボモータ34にサーボOFF信号を出力し、第2サーボモータ34のサーボON状態を解除する。(ステップS3)
その後、第2主軸22の回転角度θ2をエンコーダ48からの信号により測定し、この回転角度θ2をRAM45に記録する。(ステップS4)
このとき、両回転角度θ1、θ2の差が所定値以上あるか否かが判断される(ステップS5)。ステップS5でNOと判断された場合には、第2主軸22の回転角度θ2を第1主軸21の回転角度θ1に合わせる。(ステップS6
【0022】
制御部42から第2サーボモータ34にサーボON信号を出力し、第2サーボモータ34をサーボON状態にする。(ステップS7)
次いで、第1及び第2サーボモータ33,34を回転起動してクランクシャフト27を回転させ、クランクピン部29を回転軸線Oを中心に旋回しつつ砥石車35,36によりクランクピン部29を研磨する。(ステップS8)
クランクシャフト27の研削作業が終了した後、第1主軸台19及び第2主軸台20がローディング位置へ戻りローディング装置にワークを受け渡して第1及び第2クランプ機構23,24のクランプ状態が解除され、第2主軸22の回転角度θ1を先のクランプ時に記憶した角度に戻す。(ステップS9)
次に、第1及び第2センタ31,32を後退させクランクシャフト27を取り外す。
【0023】
以上のようにしてクランクシャフト27のクランクピン部29の研削作業が行われる。
一方、前記ステップS5で、YESと判断された場合にはクランプ異常があったものとして研削動作が中止される。(ステップS10)
次に、前記のように構成した研削盤についてその効果を構成とともに記載する。
【0024】
(1)一方の第2サーボモータ34のサーボON状態を解除した状態で、第1及び第2クランプ機構23,24の第1及び第2チャック25,26によってクランクシャフト27の左端及び右端ジャーナル部28a,28bをクランプした後、第1及び第2主軸21,22の回転角度θ1,θ2の計測を行い、第1主軸21の回転角度θ1に第2主軸22の回転角度θ2を一致させ、その後、第2サーボモータ34のサーボONを行うようにした。このため、第1及び第2主軸21,22のそれぞれの間に静止トルクが生じるのを解消して、クランクシャフト27の第1及び第2サーボモータ33,34による同期回転を円滑に行い、クランクシャフト27の振動を抑制し、研削加工精度を向上することができる。
【0025】
(2)第2主軸21,22の回転角度θ1,θ2の検出をエンコーダで行い、制御装置41の同期回転に用いる回転角度データを一致させるようにした。このため、特別の装置を付加する必要がなく、装置を安価に提供することができる。
【0026】
なお、前記実施形態は以下のように変更することもできる。
○ 前記両サーボモータ33,34が共にサーボON状態で両クランプ機構23,24によりワークの両端軸部をそれぞれクランプする。次に、両サーボモータ33,34を共にサーボOFF状態にする。さらに、両サーボモータ33,34を再びサーボON状態にする。この行程の後に前記両サーボモータの同期回転制御に用いる回転角度データを補正する。この補正は、一方の主軸の回転角度データに他方の主軸の回転角度データを一致するように位置合せするものである。
【0027】
この方法は、両サーボモータが一時サーボOFF状態となるので、両サーボモータの静止トルクを共に解消でき、両主軸の回転角度データの補正を精度良く行うことができる。
【0030】
○第2サーボモータ34のサーボOFFした後、第2主軸22の回転角度の変位角に合せて第1クランプ機構23側の第1主軸21の回転角度を一致させるようにしてもよい。
【0032】
【発明の効果】
以上、詳述したように、請求項1〜記載の発明は、ワークの両端部をクランプ機構のチャックによりそれぞれクランプしたときに生じるサーボモータ側の静止トルクを解除して、ワークの回転を円滑に行いワークの加工精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明をクランクシャフトの研削盤に具体化した一実施形態を示す要部の平面図。
【図2】 研削盤の平面図。
【図3】 制御装置を示すブロック回路図。
【図4】 ワークのクランプ方法を説明するフローチャート。
【符号の説明】
O…回転軸線、19,20…主軸台、21,22…主軸、23,24…クランプ機構、27…ワーク、28a,28b…端軸部、33,34…サーボモータ、41…制御装置。

Claims (3)

  1. ベッド(11)上に所定の間隔をおいてサーボモータ(33,34)を備えた一対の主軸台(19,20)を装設し、両主軸台に支持された一対の主軸(21,22)に対し該主軸の回転軸線(O)と同心にワーク(27)の両端軸部(28a,28b)をクランプするクランプ機構(23,24)を連結し、制御装置(41)からの駆動信号により前記両サーボモータを同期回転させて両クランプ機構によりクランプされたワークを回転しつつ加工を行うようにした研削盤において、
    前記両サーボモータ(33,34)のうちいずれか一方のみがサーボON状態で両クランプ機構(23,24)によりワークの両端軸部をそれぞれクランプする第1の行程と、
    上記第1の行程の後に前記両主軸(21,22)の回転角度をそれぞれ計測し、サーボON状態側の一方の主軸の回転角度データにサーボOFF状態側の他方の主軸の回転角度データを一致させる第2の行程と、
    上記第2の行程の後にサーボOFF状態の他方のサーボモータをサーボON状態にして前記両サーボモータを同期回転させてワークの加工を行う第3の行程と
    含むものである研削盤におけるワークのクランプ方法。
  2. ベッド(11)上に所定の間隔をおいてサーボモータ(33,34)を備えた一対の主軸台(19,20)を装設し、両主軸台に支持された一対の主軸(21,22)に対し該主軸の回転軸線(O)と同心にワーク(27)の両端軸部(28a,28b)をクランプするクランプ機構(23,24)を連結し、制御装置(41)からの駆動信号により前記両サーボモータを同期回転させて両クランプ機構によりクランプされたワークを回転しつつ加工を行うようにした研削盤において、
    前記両サーボモータ(33,34)が共にサーボON状態で両クランプ機構(23,24)によりワークの両端軸部をそれぞれクランプする第1の行程と、
    上記第1の行程の後に両サーボモータ(33,34)を共にサーボOFF状態にし、前記両主軸(21,22)の回転角度をそれぞれ計測し、一方の主軸の回転角度データに他方の主軸の回転角度データを一致させる第2の行程と、
    上記第2の行程の後にサーボOFF状態の両サーボモータ(33,34)を再びサーボON状態にして前記両サーボモータを同期回転させてワークの加工を行う第3の行程と、
    を含むものである研削盤におけるワークのクランプ方法。
  3. ベッド上に所定の間隔をおいてサーボモータを備えた一対の主軸台を装設し、両主軸台に支持された一対の主軸に対し該主軸の回転軸線と同心にワークの両端軸部をクランプするクランプ機構を有し、前記両サーボモータを制御装置からの同期駆動信号により同期回転することにより両クランプ機構によりクランプされたワークを回転させて加工を施すようにした研削盤において、 前記請求項1又は請求項2に記載の行程を遂行させる機能を前記制御装置に付与したことを特徴とする研削盤におけるワークのクランプ装置。
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