JP4007679B2 - 内面研削装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークの内周面を研削するための内面研削装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ワークの内面研削では、図４に示すように、切り込み送り速度が大である荒研削、切り込み送り速度が小である仕上げ研削及び切り込み送り量が０であるスパークアウトの各工程が順に実行される。穴径を高精度に仕上げるためには、荒研削から仕上げ研削への切換位置ａ１、仕上げ研削からスパークアウトへの切換位置ａ２及び研削工程の終了位置ａ３を正確に設定する必要がある。
【０００３】
そのため、従来より、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、ゲージ１により直接ワーク２の穴径を測定しつつ研削加工を行うインプロセスゲージ加工が採用されている。
高精度の研削加工を行うためには、研削中のワーク２の穴径を常時測定することが好ましい。しかし、図５（Ａ）に示すように研削砥石３の先端面３ａをワーク２から突出させなければ、ワーク２の穴２ａの内周面２ｂの軸方向全体を加工することができず、また、ゲージ１の測定腕部１ａ，１ａがワーク２内に挿入されたままであると、研削砥石３が測定腕部１ａ，１ａと干渉してしまう。よって、通常、ゲージ１を研削砥石３の矢印方向の往復動と連動させることにより、研削砥石３の往復サイクルと一致する一定の時間間隔をあけて間欠的にゲージ１の測定腕部１ａ，１ａを係合させてワーク２の穴径を測定している。
【０００４】
図６は、前記のように一定の時間間隔△Ｔをあけて穴径を測定した例を示しており、測定時刻Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3・・・にゲージ１により穴径が測定されるが、各測定時刻Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3・・・の間（時間区分Ｎ1，Ｎ2，Ｎ3・・・）では、前記したようにゲージ１がワーク２から退避しており、ワーク２の穴径は測定されない。よって、前記切換位置ａ１，ａ２を正確に予測するためには、各時間区分Ｎ1，Ｎ2，Ｎ3・・・においてワーク２の穴径の変化を予測する必要がある。
【０００５】
そのため、従来は、各時間区分Ｎ1，Ｎ2，Ｎ3・・・毎に穴径の平均増加率を求め、次の時間区分では、その平均増加率と同じ平均増加率で穴径が増加するものと仮定して穴径を予測していた。
例えば、図７に示すように、時間区分Ｎ4（測定時刻Ｔ3から測定時刻Ｔ4）での穴径が、一点鎖線で示すように、その時間区分Ｎ4の直前の時間区分Ｎ3（測定時刻Ｔ2から測定時刻Ｔ3）における穴径の平均増加率ｄＲ3と同じ増加率で増加すると仮定すると、時間区分Ｎ4の開始時である測定時刻Ｔ3から時間ｔだけ経過した時点での穴径の予測（予測穴径Ｒ'）は、下記の式（１）により算出される。
【０００６】
【数３】
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来の予測方法は、研削加工を継続すると研削砥石３の切れ味が低下することを考慮していないため、穴径を高精度で予測することができない。
【０００８】
例えば、前記図７において実線で示す時間区分Ｎ4（測定時刻Ｔ3から測定時刻Ｔ4）での穴径の平均増加率ｄＲ4は、研削砥石３の切れ味の低下のために、前記測定時刻Ｔ2から測定時刻Ｔ3までの時間区分Ｎ3における穴径の平均増加率ｄＲ3よりも小さい。従って、前記測定時刻Ｔ3から時間ｔが経過した時点での予測穴径Ｒ'は、実際の穴径Ｒに対して大きな誤差δＲを有する。
【０００９】
また、研削砥石３を異種のものに交換した場合（例えば、普通砥石からＣＢＮに交換した場合）も、切れ味が大きく変化するため、前記従来の方法では高精度で穴径を予測することは困難である。
【００１０】
さらに、研削砥石３を交換しない場合でも、研削加工を繰り返すと、研削砥石の外径寸法が縮小することにより切れ味が変化するため、前記従来の方法では高精度で穴径を予測することは困難である。
【００１１】
このような切れ味の変化に起因する穴径の予測誤差が大きいと、前記した切換位置ａ１，ａ２を正確に予測することが困難であり、その結果、穴径を高精度に仕上げることが困難となる。
【００１２】
本発明は、前記従来の内面研削装置における問題を解決するためになされたものであり、ワークの穴径予測の精度を向上することにより、研削加工の精度を向上することを課題としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、第１の本発明は、ワークの穴の内周面を研削する研削砥石と、時間間隔をあけて設定された測定時刻毎に、前記ワークの穴径を間欠的に測定する穴径測定装置と、各測定時刻間の予測穴径を算出し、かつ、前記穴径測定装置が測定した実測穴径と予測穴径とに基づいて、前記研削砥石の加工条件を切り換える制御装置とを備える内面研削装置において、前記制御装置は、研削加工を実行する毎に、連続する２つの測定時刻の間の各時間区分における穴径の平均増加率を算出及び記憶し、今回の研削加工中のｉ番目の時間区分における予測穴径を、前回の研削加工中のｉ番目の時間区分における穴径の平均増加率に基づいて算出することを特徴としている。
【００１４】
具体的には、前記制御装置は下記の式に基づいて、今回の研削加工中の各時間区分における予測穴径を算出する。
【００１５】
【数４】
【００１６】
第１の発明の内面研削装置では、前回の研削加工で算出した各時間区分の穴径の平均増加率に基づいて予測穴径を算出するため、穴径を高精度で予測することができる。
【００１７】
第２の発明は、ワークの穴の内周面を研削する研削砥石と、時間間隔をあけて設定された測定時刻毎に、前記ワークの穴径を間欠的に測定する穴径測定装置と、各測定時刻間の予測穴径を算出し、かつ、前記穴径測定装置が測定した実測穴径と予測穴径とに基づいて、前記研削砥石の加工条件を切り換える制御装置とを備える内面研削装置において、前記制御装置は、研削加工を実行する毎に、連続する２つの測定時刻の間の期間である各時間区分における穴径の平均増加率を算出及び記憶し、今回の研削加工におけるｉ番目の時間区分での予測穴径を、少なくとも今回の研削加工におけるｉ−１番目の時間区分での穴径の平均増加率と、今回の研削加工におけるｉ−１番目の時間区分での予測穴径の実測穴径に対する誤差とに基づいて算出することを特徴としている。
【００２０】
第２の発明の内面研削装置では、同一研削加工における前回区分での穴径の平均増加率と、同一研削加工における前回区分での予測穴径の実測穴径に対する誤差とに基づいて各時間区分での予測穴径を算出するため、穴径を高精度で予測することができる。
【００２１】
第３の発明は、ワークの穴の内周面を研削する研削砥石と、時間間隔をあけて設定された測定時刻毎に、前記ワークの穴径を間欠的に測定する穴径測定装置と、各測定時刻間の予測穴径を算出し、かつ、前記穴径測定装置が測定した実測穴径と予測穴径とに基づいて、前記研削砥石の加工条件を切り換える制御装置とを備える内面研削装置において、前記制御装置は、連続する２つの測定時刻により規定される各時間区分における穴径の平均増加率を算出及び記憶し、少なくとも今回の研削加工中のｉ番目の時間区分における予測穴径を、前回の研削加工中のｉ番目の時間区分での穴径の平均増加率、今回の研削加工におけるｉ−１番目の時間区分での穴径の平均増加率、及び今回の研削加工におけるｉ−１番目の時間区分終了時の予測穴径の実測穴径に対する誤差とに基づいて算出することを特徴としている。
【００２２】
第３の発明では、前記のように少なくとも前回の研削加工中のｉ番目の時間区分の穴径の平均増加率、今回の研削加工におけるｉ−１番目の時間区分での穴径の平均増加率、及び今回の研削加工におけるｉ−１番目の時間区分終了時の予測穴径の実測穴径に対する誤差とに基づいて算出するため、高精度で穴径を予測することができ。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に従って説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の内面研削装置の概略平面図である。この内面研削装置は、大略、ベッド１０上に、主軸台１２と砥石台１３とを設けたものである。
【００２４】
主軸台１２は、ベッド１０上に固定した主軸下部台１４と、この主軸下部台１４に載置されてＸ軸方向（図１において上下方向）に移動可能な主軸テーブル１５と、この主軸テーブル１５に載置されて水平面内で旋回可能な主軸部１６とからなる。
【００２５】
前記主軸テーブル１５は、主軸下部台１４に設けた切込みサーボモータ１７の駆動によりＸ軸方向の所定位置に位置決めされる。前記主軸部１６は、主軸テーブル１５に支軸１８を中心として回動自在に設けられている。主軸部１６の回動位置は、主軸スイベル用サーボモータ１９の駆動により調整可能となっており、これによってワーク２の研削砥石３に対する角度を調節できるようになっている。主軸部１６に取り付けられたチャック２０には、円筒状のワーク２が保持されている。そして、図示しないモータを駆動すると、ワーク２がチャック２０と共に回転するようになっている。
【００２６】
前記チャック２０内には、本発明の穴径測定装置であるゲージ１が収容されている。このゲージ１は、Ｚ軸方向（図１において左右方向）に移動可能であり、スプリング３０によりゲージホルダ２９を介して測定腕部１ａ，１ｂがワーク２の穴２ａの内周面２ｂと係合する方向に付勢されている。ゲージホルダ２９には前記スプリング３０の付勢力に抗してゲージ１を後退させるためのレバー３１が取り付けられている。
【００２７】
砥石台１３は、砥石台本体２１と、この砥石台本体２１上をＺ軸方向（図１において左右方向）に往復移動可能に設けた砥石テーブル２２と、この砥石テーブル２２に固定したホイールヘッド２３とからなる。
【００２８】
前記砥石テーブル２２は、テーブル駆動サーボモータ２４を駆動することにより、砥石台本体２１上でＺ軸方向の所定位置に位置決めされるようになっている。前記ホイールヘッド２３から延びる回転軸２５の先端には研削砥石３が固定されている。そして、ホイールヘッド２３に内蔵された図示しないモータを駆動すると、このモータに連結された回転軸２５と共に研削砥石３が回転し、ワーク２の穴２ａの内周面２ｂを研削できるようになっている。
また、砥石テーブル２２の側方の、前記レバー３１とＺ軸方向に対向する位置には、プッシュアーム３２が固定されており、砥石テーブル２２が前進すると、プッシュアーム３２がレバー３１と当接し、スプリング３０の付勢力に抗してゲージ１を後退させ、測定腕部１ａ，１ａとワーク２の内周面２ｂとの係合を解除するようになっている。
【００２９】
制御装置２８は、演算処理部２８ａと記憶部２８ｂを備えている。
制御装置２８には、前記ゲージ１から測定した穴径を示す信号が入力される。また、制御装置２８には、砥石テーブル２２の位置を検出する位置検出センサ（図示せず）等の各種のセンサより信号が入力される。
制御装置２８は、前記入力信号に基づいて演算処理を実行し、その結果に基づいて、前記切込みサーボモータ１７、主軸スイベル用サーボモータ１９、テーブル駆動サーボモータ２４等を駆動制御する信号を出力する。
【００３０】
次に、前記構成からなる内面研削装置の内面研削加工等の動作について説明する。
なお、この内面研削加工では前記図４に示した荒研削、仕上げ研削、及びスパークアウトの各工程を順に実行する。
研削砥石３がワーク２の穴２ａの内周面２ｂに当接した状態で、ワーク２及び回転軸２５が回転し、穴２ａの内周面が研削される。切り込み送り量は、前記切り込みサーボモータ１７を駆動して主軸台１５を移動させることにより調節する。
【００３１】
また、研削加工中は、前記テーブル駆動サーボモータ２４により砥石台２２がＺ軸方向に一定の時間間隔△Ｔで往復移動するが、ゲージ１もこの砥石台２２の往復移動と連動して砥石台２２と同じ時間間隔△ＴでＺ軸方向に往復移動する。従って、前記図５（Ａ）に示すように、研削砥石３がワーク２から突出しているときは、ゲージ１はワーク２から退避しており、測定腕部１ａ，１ａは、ワーク２の穴２ａから離れている。しかし、図５（Ｂ）に示すように、研削砥石３が後退すると、ゲージ１が前進して測定腕部１ａ，１ａがワーク２の穴２ａ内に挿入され、穴径が測定される。このような動作により、前記一定の時間感覚△Ｔで前記ケージ１による穴径の測定が行われる。
【００３２】
第１実施形態では、１回試験的にワーク２を研削加工し、その際に収集した学習データを２回目の研削加工時に利用する。また、３回目以降の研削加工時にはその直前の研削加工時の学習データを利用して研削加工を行う。
【００３３】
まず、１回目の試験的な研削時には、前記図６に示すように、各測定時刻Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3・・・Ｔi，・・・毎にゲージ１が測定した実測穴径Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3・・・Ｒi，・・・から制御装置２８の演算処理部２８ａが２つの連続する測定時刻間（時間区分Ｎ1，Ｎ2，Ｎ3・・・Ｎi，・・・）における穴径の平均増加率ｄＲ1，ｄＲ2，ｄＲ3・・・ｄＲi，・・・を算出する。
この平均増加率ｄＲiは下記の式（２）に基づいて算出される。
【００３４】
【数６】
【００３５】
演算処理部２８ａが算出した穴径の平均増加率ｄＲiは、記憶部２８ｂに記憶される。
次に、２回目の研削加工では、各時間区分Ｎ1，Ｎ2，Ｎ3，・・・Ｎi，・・・毎に、前記１回目の試験的研削加工で算出した平均増加率ｄＲ1，ｄＲ2，ｄＲ3，・・・・ｄＲi，・・・を利用して穴径の予測を行う。また、２回目の研削加工でも、各時間区分Ｎ1，Ｎ2，Ｎ3・・・Ｎi，・・・毎に、穴径の平均増加率ｄＲ1，ｄＲ2，ｄＲ3，・・・ｄＲi，・・・を算出して記憶部２８ｂに記憶する。３回目以降の研削加工では、同様に、１回前の研削加工（前回の研削加工）における各時間区分Ｎ1，Ｎ2，Ｎ3・・・Ｎi，・・・毎の平均増加率ｄＲ1，ｄＲ2，ｄＲ3，・・・・ｄＲi，・・・を利用して穴径の予測を行うと共に、各時間区分Ｎ1，Ｎ2，Ｎ3・・・Ｎi，・・・毎に、新たに穴径の平均増加率ｄＲ1，ｄＲ2，ｄＲ3，・・・ｄＲi・・・を算出及び記憶する。
【００３６】
具体的には、演算処理部２８ａは、ｊ回目の研削加工におけるｉ番目の時間区分Ｎiの開始（測定時刻Ｔi-1）から時間ｔが経過した時点での予測穴径Ｒ'j,iを下記の式（３）に基づいて算出している。
【００３７】
【数７】
【００３８】
式（３）において、ｄＲj-1,iはｊ−１回目の研削加工（前回の研削加工）におけるｉ番目の時間区分Ｎiにおける穴径の平均増加率、Ｒj,i-1はｊ回目の研削加工（今回の研削加工）における測定時刻Ｔi-1（時間区分Ｎiの開始時）における実測穴径である。
【００３９】
例えば、図２に示すように、３回目の研削加工における４番目の時間区分Ｎ4（測定時刻Ｔ3から測定時刻Ｔ4）開始から時間ｔ経過後の予測穴径Ｒ'3,4は、２回目の研削加工における４番目の時間区分Ｎ4での穴径の平均増加率ｄＲ2,4を利用して下記の式（４）により算出される。
【００４０】
【数８】
【００４１】
このように前回の研削加工時のデータから算出した穴径の平均増加率ｄＲj-1,iを穴径の予測に使用すれば、破線で示すように今回の研削加工における直前の時間区分における穴径の平均増加率ｄＲj,i-1を使用して穴径を予測した場合と比較して、実際の穴径Ｒj,iに対する誤差δＲが小さくなる。よって、高精度でワーク２の穴径を予測することが可能となる。
【００４２】
制御装置２８は、実測穴径Ｒj,i又は予測穴径Ｒ'j,iが所定の値となったときに、前記切り込みサーボモータ１７を制御して切り込み送り速度を変更し、荒研削から仕上げ研削への切換（図４の切換位置ａ１）、仕上げ研削からスパークアウトへの切換（図４の切換位置ａ２）を実行する。本実施形態では、前記のように高精度でワーク２の穴径を予測することができるため、切換位置ａ１，ａ２を高精度で設定し、穴径を高精度で仕上げることができる。
【００４３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
この第２実施形態では、主軸台１２と砥石台１３等の構造は、前記した第１実施形態と同様であり、制御装置２８の機能のみが異なる。
【００４４】
第２実施形態の制御装置２８は、各時間区分における穴径の平均増加率を演算処理部２８ａが算出して記憶部２８ｂに記憶させる点では第１実施形態と同様であるが、各時間区分での予測穴径を、同一研削加工における直前の時間区分（前回の時間区分）での穴径の平均増加率と、同一研削加工における直前の時間区分での予測穴径の実測穴径に対する誤差とに基づいて算出している。
【００４５】
具体的には、演算処理部２８ａは、ｊ回目の研削加工におけるｉ番目の時間区分Ｎiの開始（測定時刻Ｔi-1）から時間ｔが経過した時点での予測穴径Ｒ'j,iを下記の式（５）に基づいて算出している。
【００４６】
【数９】
【００４７】
この式（５）において、ｄＲj,i-1は、ｊ回目の研削加工におけるｉ−１番目の時間区分Ｎi-1における穴径の平均増加率、Ｒj,i-1はｊ回目の研削加工におけるｉ番目の時間区分Ｎiの開始時（測定時刻Ｔi-1）の実測穴径、δＲj,i-1はｊ回目の研削加工におけるｉ−１番目の時間区分の終了時（測定時刻Ｔi-1）における予測穴径Ｒ'j,iのｉ−１番目の時間区分の終了時の実測穴径Ｒj,i-1に対する誤差、△Ｔは時間間隔である。
【００４８】
この式（５）は、ｉ番目の時間区分Ｎi終了時における予測穴径Ｒ'j,iの実測穴径Ｒj,iに対する誤差は、ｉ−１番目の時間区分Ｎi-1終了時の誤差と等しいと仮定して、穴径を予測するものである。
【００４９】
例えば、図３に示すように、３回目の研削加工における４番目の時間区分Ｎ4開始から時間ｔ経過後の予測穴径Ｒ'3,4は、３回目の研削加工における３番目の時間区分Ｎ3における穴径の平均増加率ｄＲ3,3、４番目の時間区分Ｎ4開始時（測定時刻Ｔ3）の実測穴径Ｒ3,3、３番目の時間区分Ｎ3終了時の予測穴径の実測穴径に対する誤差δＲ3，3から下記の式（６）により計算される。
【００５０】
【数１０】
【００５１】
このように、第２実施形態では、同一研削加工時の前回時間区分での穴径の平均増加率を、前回時間区分での予測穴径の実測穴径に対する誤差と、前回及び前々回区分での穴径の平均増加率とに基づいて補正したものを使用して穴径を予測している。よって、前回の時間区分Ｔi-1における穴径の平均増加率ｄＲj,i-1のみから穴径を予測した場合と比較して、実際の穴径に対する誤差が小さくなる。そして、このように高精度で穴径を予測することができるため、切換位置ａ１，ａ２を高精度で設定し、穴径を高精度で仕上げることができる。
【００５２】
本発明は、前記実施形態に限定されず、種々の変更が可能である。
例えば、第１実施形態と第２実施形態を組み合わせてもよい。すなわち、制御装置は、今回の研削加工中のｉ番目の時間区分における予測穴径を、前回の研削加工中のｉ番目の時間区分の穴径の平均増加率、今回の研削加工におけるｉ−１番目の時間区分での穴径の平均増加率、及び今回の研削加工におけるｉ−１番目の時間区分終了時の予測穴径の実測穴径に対する誤差とに基づいて算出するものであってもよい。この場合も、高精度で穴径を予測することにより、穴径を高精度で仕上げることが可能となる。
【００５３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明では、前回の研削工程時の各時間区分における穴径の平均増加率や、同一研削加工における前回時間区分での穴径の平均増加率、及び同一研削加工における前回時間区分での予測穴径の実測穴径に対する誤差に基づいて穴径を予測している。よって、本発明の内面研削装置であれば、高精度で穴径を予測することが可能であるため、高精度で研削砥石の加工条件を切換えて、穴径を高精度で仕上げることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態の内面研削装置を示す概略構成図である。
【図２】 第１実施形態における穴径の予測方法を説明するためのグラフである。
【図３】 第２実施形態における穴径の予測方法を説明するためのグラフである。
【図４】 内面研削加工の工程を説明するためのグラフである。
【図５】 （Ａ）及び（Ｂ）はインプロセスゲージ加工を説明するための概略図である。
【図６】 インプロセスゲージ加工における穴径の測定を説明するためのグラフである。
【図７】 従来の穴径の予測方法を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
１ ゲージ（穴径測定装置）
１ａ 測定腕部
２ ワーク
３ 研削砥石
１０ ベッド
１２ 主軸台
１３ 砥石台
１５ 主軸テーブル
２０ チャック
２８ 制御装置
２８ａ 演算処理部
２８ｂ 記憶部
Ｔi 測定時刻
Ｎi 時間区分
Ｒj,i 実測穴径
Ｒ'j,i 予測穴径
ｄＲj,i 平均増加率
δＲj,i 誤差
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークの内周面を研削するための内面研削装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ワークの内面研削では、図４に示すように、切り込み送り速度が大である荒研削、切り込み送り速度が小である仕上げ研削及び切り込み送り量が０であるスパークアウトの各工程が順に実行される。穴径を高精度に仕上げるためには、荒研削から仕上げ研削への切換位置ａ１、仕上げ研削からスパークアウトへの切換位置ａ２及び研削工程の終了位置ａ３を正確に設定する必要がある。
【０００３】
そのため、従来より、図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、ゲージ１により直接ワーク２の穴径を測定しつつ研削加工を行うインプロセスゲージ加工が採用されている。
高精度の研削加工を行うためには、研削中のワーク２の穴径を常時測定することが好ましい。しかし、図５（Ａ）に示すように研削砥石３の先端面３ａをワーク２から突出させなければ、ワーク２の穴２ａの内周面２ｂの軸方向全体を加工することができず、また、ゲージ１の測定腕部１ａ，１ａがワーク２内に挿入されたままであると、研削砥石３が測定腕部１ａ，１ａと干渉してしまう。よって、通常、ゲージ１を研削砥石３の矢印方向の往復動と連動させることにより、研削砥石３の往復サイクルと一致する一定の時間間隔をあけて間欠的にゲージ１の測定腕部１ａ，１ａを係合させてワーク２の穴径を測定している。
【０００４】
図６は、前記のように一定の時間間隔△Ｔをあけて穴径を測定した例を示しており、測定時刻Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3・・・にゲージ１により穴径が測定されるが、各測定時刻Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3・・・の間（時間区分Ｎ1，Ｎ2，Ｎ3・・・）では、前記したようにゲージ１がワーク２から退避しており、ワーク２の穴径は測定されない。よって、前記切換位置ａ１，ａ２を正確に予測するためには、各時間区分Ｎ1，Ｎ2，Ｎ3・・・においてワーク２の穴径の変化を予測する必要がある。
【０００５】
そのため、従来は、各時間区分Ｎ1，Ｎ2，Ｎ3・・・毎に穴径の平均増加率を求め、次の時間区分では、その平均増加率と同じ平均増加率で穴径が増加するものと仮定して穴径を予測していた。
例えば、図７に示すように、時間区分Ｎ4（測定時刻Ｔ3から測定時刻Ｔ4）での穴径が、一点鎖線で示すように、その時間区分Ｎ4の直前の時間区分Ｎ3（測定時刻Ｔ2から測定時刻Ｔ3）における穴径の平均増加率ｄＲ3と同じ増加率で増加すると仮定すると、時間区分Ｎ4の開始時である測定時刻Ｔ3から時間ｔだけ経過した時点での穴径の予測（予測穴径Ｒ'）は、下記の式（１）により算出される。
【０００６】
【数３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来の予測方法は、研削加工を継続すると研削砥石３の切れ味が低下することを考慮していないため、穴径を高精度で予測することができない。
【０００８】
例えば、前記図７において実線で示す時間区分Ｎ4（測定時刻Ｔ3から測定時刻Ｔ4）での穴径の平均増加率ｄＲ4は、研削砥石３の切れ味の低下のために、前記測定時刻Ｔ2から測定時刻Ｔ3までの時間区分Ｎ3における穴径の平均増加率ｄＲ3よりも小さい。従って、前記測定時刻Ｔ3から時間ｔが経過した時点での予測穴径Ｒ'は、実際の穴径Ｒに対して大きな誤差δＲを有する。
【０００９】
また、研削砥石３を異種のものに交換した場合（例えば、普通砥石からＣＢＮに交換した場合）も、切れ味が大きく変化するため、前記従来の方法では高精度で穴径を予測することは困難である。
【００１０】
さらに、研削砥石３を交換しない場合でも、研削加工を繰り返すと、研削砥石の外径寸法が縮小することにより切れ味が変化するため、前記従来の方法では高精度で穴径を予測することは困難である。
【００１１】
このような切れ味の変化に起因する穴径の予測誤差が大きいと、前記した切換位置ａ１，ａ２を正確に予測することが困難であり、その結果、穴径を高精度に仕上げることが困難となる。
【００１２】
本発明は、前記従来の内面研削装置における問題を解決するためになされたものであり、ワークの穴径予測の精度を向上することにより、研削加工の精度を向上することを課題としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、第１の本発明は、ワークの穴の内周面を研削する研削砥石と、時間間隔をあけて設定された測定時刻毎に、前記ワークの穴径を間欠的に測定する穴径測定装置と、各測定時刻間の予測穴径を算出し、かつ、前記穴径測定装置が測定した実測穴径と予測穴径とに基づいて、前記研削砥石の加工条件を切り換える制御装置とを備える内面研削装置において、前記制御装置は、研削加工を実行する毎に、連続する２つの測定時刻の間の各時間区分における穴径の平均増加率を算出及び記憶し、今回の研削加工中のｉ番目の時間区分における予測穴径を、前回の研削加工中のｉ番目の時間区分における穴径の平均増加率に基づいて算出することを特徴としている。
【００１４】
具体的には、前記制御装置は下記の式に基づいて、今回の研削加工中の各時間区分における予測穴径を算出する。
【００１５】
【数４】
第１の発明の内面研削装置では、前回の研削加工で算出した各時間区分の穴径の平均増加率に基づいて予測穴径を算出するため、穴径を高精度で予測することができる。
【００１７】
第２の発明は、ワークの穴の内周面を研削する研削砥石と、時間間隔をあけて設定された測定時刻毎に、前記ワークの穴径を間欠的に測定する穴径測定装置と、各測定時刻間の予測穴径を算出し、かつ、前記穴径測定装置が測定した実測穴径と予測穴径とに基づいて、前記研削砥石の加工条件を切り換える制御装置とを備える内面研削装置において、前記制御装置は、研削加工を実行する毎に、連続する２つの測定時刻の間の期間である各時間区分における穴径の平均増加率を算出及び記憶し、今回の研削加工におけるｉ番目の時間区分での予測穴径を、少なくとも今回の研削加工におけるｉ−１番目の時間区分での穴径の平均増加率と、今回の研削加工におけるｉ−１番目の時間区分での予測穴径の実測穴径に対する誤差とに基づいて算出することを特徴としている。
【００２０】
第２の発明の内面研削装置では、同一研削加工における前回区分での穴径の平均増加率と、同一研削加工における前回区分での予測穴径の実測穴径に対する誤差とに基づいて各時間区分での予測穴径を算出するため、穴径を高精度で予測することができる。
【００２１】
第３の発明は、ワークの穴の内周面を研削する研削砥石と、時間間隔をあけて設定された測定時刻毎に、前記ワークの穴径を間欠的に測定する穴径測定装置と、各測定時刻間の予測穴径を算出し、かつ、前記穴径測定装置が測定した実測穴径と予測穴径とに基づいて、前記研削砥石の加工条件を切り換える制御装置とを備える内面研削装置において、前記制御装置は、連続する２つの測定時刻により規定される各時間区分における穴径の平均増加率を算出及び記憶し、少なくとも今回の研削加工中のｉ番目の時間区分における予測穴径を、前回の研削加工中のｉ番目の時間区分での穴径の平均増加率、今回の研削加工におけるｉ−１番目の時間区分での穴径の平均増加率、及び今回の研削加工におけるｉ−１番目の時間区分終了時の予測穴径の実測穴径に対する誤差とに基づいて算出することを特徴としている。
【００２２】
第３の発明では、前記のように少なくとも前回の研削加工中のｉ番目の時間区分の穴径の平均増加率、今回の研削加工におけるｉ−１番目の時間区分での穴径の平均増加率、及び今回の研削加工におけるｉ−１番目の時間区分終了時の予測穴径の実測穴径に対する誤差とに基づいて算出するため、高精度で穴径を予測することができ。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に従って説明する。
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の内面研削装置の概略平面図である。この内面研削装置は、大略、ベッド１０上に、主軸台１２と砥石台１３とを設けたものである。
【００２４】
主軸台１２は、ベッド１０上に固定した主軸下部台１４と、この主軸下部台１４に載置されてＸ軸方向（図１において上下方向）に移動可能な主軸テーブル１５と、この主軸テーブル１５に載置されて水平面内で旋回可能な主軸部１６とからなる。
【００２５】
前記主軸テーブル１５は、主軸下部台１４に設けた切込みサーボモータ１７の駆動によりＸ軸方向の所定位置に位置決めされる。前記主軸部１６は、主軸テーブル１５に支軸１８を中心として回動自在に設けられている。主軸部１６の回動位置は、主軸スイベル用サーボモータ１９の駆動により調整可能となっており、これによってワーク２の研削砥石３に対する角度を調節できるようになっている。主軸部１６に取り付けられたチャック２０には、円筒状のワーク２が保持されている。そして、図示しないモータを駆動すると、ワーク２がチャック２０と共に回転するようになっている。
【００２６】
前記チャック２０内には、本発明の穴径測定装置であるゲージ１が収容されている。このゲージ１は、Ｚ軸方向（図１において左右方向）に移動可能であり、スプリング３０によりゲージホルダ２９を介して測定腕部１ａ，１ｂがワーク２の穴２ａの内周面２ｂと係合する方向に付勢されている。ゲージホルダ２９には前記スプリング３０の付勢力に抗してゲージ１を後退させるためのレバー３１が取り付けられている。
【００２７】
砥石台１３は、砥石台本体２１と、この砥石台本体２１上をＺ軸方向（図１において左右方向）に往復移動可能に設けた砥石テーブル２２と、この砥石テーブル２２に固定したホイールヘッド２３とからなる。
【００２８】
前記砥石テーブル２２は、テーブル駆動サーボモータ２４を駆動することにより、砥石台本体２１上でＺ軸方向の所定位置に位置決めされるようになっている。前記ホイールヘッド２３から延びる回転軸２５の先端には研削砥石３が固定されている。そして、ホイールヘッド２３に内蔵された図示しないモータを駆動すると、このモータに連結された回転軸２５と共に研削砥石３が回転し、ワーク２の穴２ａの内周面２ｂを研削できるようになっている。
また、砥石テーブル２２の側方の、前記レバー３１とＺ軸方向に対向する位置には、プッシュアーム３２が固定されており、砥石テーブル２２が前進すると、プッシュアーム３２がレバー３１と当接し、スプリング３０の付勢力に抗してゲージ１を後退させ、測定腕部１ａ，１ａとワーク２の内周面２ｂとの係合を解除するようになっている。
【００２９】
制御装置２８は、演算処理部２８ａと記憶部２８ｂを備えている。
制御装置２８には、前記ゲージ１から測定した穴径を示す信号が入力される。また、制御装置２８には、砥石テーブル２２の位置を検出する位置検出センサ（図示せず）等の各種のセンサより信号が入力される。
制御装置２８は、前記入力信号に基づいて演算処理を実行し、その結果に基づいて、前記切込みサーボモータ１７、主軸スイベル用サーボモータ１９、テーブル駆動サーボモータ２４等を駆動制御する信号を出力する。
【００３０】
次に、前記構成からなる内面研削装置の内面研削加工等の動作について説明する。
なお、この内面研削加工では前記図４に示した荒研削、仕上げ研削、及びスパークアウトの各工程を順に実行する。
研削砥石３がワーク２の穴２ａの内周面２ｂに当接した状態で、ワーク２及び回転軸２５が回転し、穴２ａの内周面が研削される。切り込み送り量は、前記切り込みサーボモータ１７を駆動して主軸台１５を移動させることにより調節する。
【００３１】
また、研削加工中は、前記テーブル駆動サーボモータ２４により砥石台２２がＺ軸方向に一定の時間間隔△Ｔで往復移動するが、ゲージ１もこの砥石台２２の往復移動と連動して砥石台２２と同じ時間間隔△ＴでＺ軸方向に往復移動する。従って、前記図５（Ａ）に示すように、研削砥石３がワーク２から突出しているときは、ゲージ１はワーク２から退避しており、測定腕部１ａ，１ａは、ワーク２の穴２ａから離れている。しかし、図５（Ｂ）に示すように、研削砥石３が後退すると、ゲージ１が前進して測定腕部１ａ，１ａがワーク２の穴２ａ内に挿入され、穴径が測定される。このような動作により、前記一定の時間感覚△Ｔで前記ケージ１による穴径の測定が行われる。
【００３２】
第１実施形態では、１回試験的にワーク２を研削加工し、その際に収集した学習データを２回目の研削加工時に利用する。また、３回目以降の研削加工時にはその直前の研削加工時の学習データを利用して研削加工を行う。
【００３３】
まず、１回目の試験的な研削時には、前記図６に示すように、各測定時刻Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3・・・Ｔi，・・・毎にゲージ１が測定した実測穴径Ｒ1，Ｒ2，Ｒ3・・・Ｒi，・・・から制御装置２８の演算処理部２８ａが２つの連続する測定時刻間（時間区分Ｎ1，Ｎ2，Ｎ3・・・Ｎi，・・・）における穴径の平均増加率ｄＲ1，ｄＲ2，ｄＲ3・・・ｄＲi，・・・を算出する。
この平均増加率ｄＲiは下記の式（２）に基づいて算出される。
【００３４】
【数６】
演算処理部２８ａが算出した穴径の平均増加率ｄＲiは、記憶部２８ｂに記憶される。
次に、２回目の研削加工では、各時間区分Ｎ1，Ｎ2，Ｎ3，・・・Ｎi，・・・毎に、前記１回目の試験的研削加工で算出した平均増加率ｄＲ1，ｄＲ2，ｄＲ3，・・・・ｄＲi，・・・を利用して穴径の予測を行う。また、２回目の研削加工でも、各時間区分Ｎ1，Ｎ2，Ｎ3・・・Ｎi，・・・毎に、穴径の平均増加率ｄＲ1，ｄＲ2，ｄＲ3，・・・ｄＲi，・・・を算出して記憶部２８ｂに記憶する。３回目以降の研削加工では、同様に、１回前の研削加工（前回の研削加工）における各時間区分Ｎ1，Ｎ2，Ｎ3・・・Ｎi，・・・毎の平均増加率ｄＲ1，ｄＲ2，ｄＲ3，・・・・ｄＲi，・・・を利用して穴径の予測を行うと共に、各時間区分Ｎ1，Ｎ2，Ｎ3・・・Ｎi，・・・毎に、新たに穴径の平均増加率ｄＲ1，ｄＲ2，ｄＲ3，・・・ｄＲi・・・を算出及び記憶する。
【００３６】
具体的には、演算処理部２８ａは、ｊ回目の研削加工におけるｉ番目の時間区分Ｎiの開始（測定時刻Ｔi-1）から時間ｔが経過した時点での予測穴径Ｒ'j,iを下記の式（３）に基づいて算出している。
【００３７】
【数７】
式（３）において、ｄＲj-1,iはｊ−１回目の研削加工（前回の研削加工）におけるｉ番目の時間区分Ｎiにおける穴径の平均増加率、Ｒj,i-1はｊ回目の研削加工（今回の研削加工）における測定時刻Ｔi-1（時間区分Ｎiの開始時）における実測穴径である。
【００３９】
例えば、図２に示すように、３回目の研削加工における４番目の時間区分Ｎ4（測定時刻Ｔ3から測定時刻Ｔ4）開始から時間ｔ経過後の予測穴径Ｒ'3,4は、２回目の研削加工における４番目の時間区分Ｎ4での穴径の平均増加率ｄＲ2,4を利用して下記の式（４）により算出される。
【００４０】
【数８】
このように前回の研削加工時のデータから算出した穴径の平均増加率ｄＲj-1,iを穴径の予測に使用すれば、破線で示すように今回の研削加工における直前の時間区分における穴径の平均増加率ｄＲj,i-1を使用して穴径を予測した場合と比較して、実際の穴径Ｒj,iに対する誤差δＲが小さくなる。よって、高精度でワーク２の穴径を予測することが可能となる。
【００４２】
制御装置２８は、実測穴径Ｒj,i又は予測穴径Ｒ'j,iが所定の値となったときに、前記切り込みサーボモータ１７を制御して切り込み送り速度を変更し、荒研削から仕上げ研削への切換（図４の切換位置ａ１）、仕上げ研削からスパークアウトへの切換（図４の切換位置ａ２）を実行する。本実施形態では、前記のように高精度でワーク２の穴径を予測することができるため、切換位置ａ１，ａ２を高精度で設定し、穴径を高精度で仕上げることができる。
【００４３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
この第２実施形態では、主軸台１２と砥石台１３等の構造は、前記した第１実施形態と同様であり、制御装置２８の機能のみが異なる。
【００４４】
第２実施形態の制御装置２８は、各時間区分における穴径の平均増加率を演算処理部２８ａが算出して記憶部２８ｂに記憶させる点では第１実施形態と同様であるが、各時間区分での予測穴径を、同一研削加工における直前の時間区分（前回の時間区分）での穴径の平均増加率と、同一研削加工における直前の時間区分での予測穴径の実測穴径に対する誤差とに基づいて算出している。
【００４５】
具体的には、演算処理部２８ａは、ｊ回目の研削加工におけるｉ番目の時間区分Ｎiの開始（測定時刻Ｔi-1）から時間ｔが経過した時点での予測穴径Ｒ'j,iを下記の式（５）に基づいて算出している。
【００４６】
【数９】
この式（５）において、ｄＲj,i-1は、ｊ回目の研削加工におけるｉ−１番目の時間区分Ｎi-1における穴径の平均増加率、Ｒj,i-1はｊ回目の研削加工におけるｉ番目の時間区分Ｎiの開始時（測定時刻Ｔi-1）の実測穴径、δＲj,i-1はｊ回目の研削加工におけるｉ−１番目の時間区分の終了時（測定時刻Ｔi-1）における予測穴径Ｒ'j,iのｉ−１番目の時間区分の終了時の実測穴径Ｒj,i-1に対する誤差、△Ｔは時間間隔である。
【００４８】
この式（５）は、ｉ番目の時間区分Ｎi終了時における予測穴径Ｒ'j,iの実測穴径Ｒj,iに対する誤差は、ｉ−１番目の時間区分Ｎi-1終了時の誤差と等しいと仮定して、穴径を予測するものである。
【００４９】
例えば、図３に示すように、３回目の研削加工における４番目の時間区分Ｎ4開始から時間ｔ経過後の予測穴径Ｒ'3,4は、３回目の研削加工における３番目の時間区分Ｎ3における穴径の平均増加率ｄＲ3,3、４番目の時間区分Ｎ4開始時（測定時刻Ｔ3）の実測穴径Ｒ3,3、３番目の時間区分Ｎ3終了時の予測穴径の実測穴径に対する誤差δＲ3，3から下記の式（６）により計算される。
【００５０】
【数１０】
このように、第２実施形態では、同一研削加工時の前回時間区分での穴径の平均増加率を、前回時間区分での予測穴径の実測穴径に対する誤差と、前回及び前々回区分での穴径の平均増加率とに基づいて補正したものを使用して穴径を予測している。よって、前回の時間区分Ｔi-1における穴径の平均増加率ｄＲj,i-1のみから穴径を予測した場合と比較して、実際の穴径に対する誤差が小さくなる。そして、このように高精度で穴径を予測することができるため、切換位置ａ１，ａ２を高精度で設定し、穴径を高精度で仕上げることができる。
【００５２】
本発明は、前記実施形態に限定されず、種々の変更が可能である。
例えば、第１実施形態と第２実施形態を組み合わせてもよい。すなわち、制御装置は、今回の研削加工中のｉ番目の時間区分における予測穴径を、前回の研削加工中のｉ番目の時間区分の穴径の平均増加率、今回の研削加工におけるｉ−１番目の時間区分での穴径の平均増加率、及び今回の研削加工におけるｉ−１番目の時間区分終了時の予測穴径の実測穴径に対する誤差とに基づいて算出するものであってもよい。この場合も、高精度で穴径を予測することにより、穴径を高精度で仕上げることが可能となる。
【００５３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明では、前回の研削工程時の各時間区分における穴径の平均増加率や、同一研削加工における前回時間区分での穴径の平均増加率、及び同一研削加工における前回時間区分での予測穴径の実測穴径に対する誤差に基づいて穴径を予測している。よって、本発明の内面研削装置であれば、高精度で穴径を予測することが可能であるため、高精度で研削砥石の加工条件を切換えて、穴径を高精度で仕上げることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施形態の内面研削装置を示す概略構成図である。
【図２】 第１実施形態における穴径の予測方法を説明するためのグラフである。
【図３】 第２実施形態における穴径の予測方法を説明するためのグラフである。
【図４】 内面研削加工の工程を説明するためのグラフである。
【図５】 （Ａ）及び（Ｂ）はインプロセスゲージ加工を説明するための概略図である。
【図６】 インプロセスゲージ加工における穴径の測定を説明するためのグラフである。
【図７】 従来の穴径の予測方法を説明するためのグラフである。
【符号の説明】
１ ゲージ（穴径測定装置）
１ａ 測定腕部
２ ワーク
３ 研削砥石
１０ ベッド
１２ 主軸台
１３ 砥石台
１５ 主軸テーブル
２０ チャック
２８ 制御装置
２８ａ 演算処理部
２８ｂ 記憶部
Ｔi 測定時刻
Ｎi 時間区分
Ｒj,i 実測穴径
Ｒ'j,i 予測穴径
ｄＲj,i 平均増加率
δＲj,i 誤差
Claims (4)
- ワークの穴の内周面を研削する研削砥石と、
時間間隔をあけて設定された測定時刻毎に、前記ワークの穴径を間欠的に測定する穴径測定装置と、
各測定時刻間の予測穴径を算出し、かつ、前記穴径測定装置が測定した実測穴径と予測穴径とに基づいて、前記研削砥石の加工条件を切り換える制御装置と
を備える内面研削装置において、
前記制御装置は、研削加工を実行する毎に、連続する２つの測定時刻の間の各時間区分における穴径の平均増加率を算出及び記憶し、
今回の研削加工中のｉ番目の時間区分における予測穴径を、前回の研削加工中のｉ番目の時間区分における穴径の平均増加率に基づいて算出することを特徴とする内面研削装置。 - 前記制御装置は下記の式に基づいて、今回の研削加工中の各時間区分における予測穴径を算出することを特徴とする請求項１に記載の内面研削装置。
- ワークの穴の内周面を研削する研削砥石と、
時間間隔をあけて設定された測定時刻毎に、前記ワークの穴径を間欠的に測定する穴径測定装置と、
各測定時刻間の予測穴径を算出し、かつ、前記穴径測定装置が測定した実測穴径と予測穴径とに基づいて、前記研削砥石の加工条件を切り換える制御装置と
を備える内面研削装置において、
前記制御装置は、研削加工を実行する毎に、連続する２つの測定時刻の間の各時間区分における穴径の平均増加率を算出及び記憶し、
今回の研削加工におけるｉ番目の時間区分での予測穴径を、少なくとも今回の研削加工におけるｉ−１番目の時間区分での穴径の平均増加率と、今回の研削加工におけるｉ−１番目の時間区分での予測穴径の実測穴径に対する誤差とに基づいて算出することを特徴とする内面研削装置。 - ワークの穴の内周面を研削する研削砥石と、
時間間隔をあけて設定された測定時刻毎に、前記ワークの穴径を間欠的に測定する穴径測定装置と、
各測定時刻間の予測穴径を算出し、かつ、前記穴径測定装置が測定した実測穴径と予測穴径とに基づいて、前記研削砥石の加工条件を切り換える制御装置とを備える内面研削装置において、
前記制御装置は、連続する２つの測定時刻の間の各時間区分における穴径の平均増加率を算出及び記憶し、
今回の研削加工中のｉ番目の時間区分における予測穴径を、少なくとも前回の研削加工中のｉ番目の時間区分での穴径の平均増加率、今回の研削加工におけるｉ−１番目の時間区分での穴径の平均増加率、及び今回の研削加工におけるｉ−１番目の時間区分終了時の予測穴径の実測穴径に対する誤差とに基づいて算出することを特徴とする内面研削装置。
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