JP4161317B2

JP4161317B2 - 研削盤におけるワーク振れ止め部材制御用座標系の設定方法並びにこれらを実施するための研削盤

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Publication number: JP4161317B2
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Inventors: 山本　　優; 善史中野
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Description

本発明は、研削盤におけるワーク振れ止め部材制御用座標系の設定方法並びにこれらを実施するための研削盤に関するものであって、ワーク振れ止め部材を数値制御により送り変位させるものである。

研削盤によるクランクピンの研削に於いて、ワーク支持回転手段によりワークとしてのクランクシャフトをそのジャーナル中心線回りに回転させ、この回転中に研削砥石を特定方向へ送り変位させ公転するクランクピンに継続的に当接させるように実施することがある。

この研削では、一般に、ワークであるクランクシャフトの回転位相角度毎の研削抵抗や剛性の変化等に起因してクランクシャフトが撓むのであり、これがために、クランクピンの外周面の研削精度が低下することが生じる。

このような問題はクランクシャフトの研削に限られるものではないのであり、例えば、ワーク支持回転手段によりカムシャフトをカム回転中心回りへ回転させつつそのカムを研削するような場合も同様であって、カムはカムシャフトの回転位相角度毎の研削抵抗や剛性の変化等に起因して、その外周面を研削データのとおりに研削されないことが生じる。

このような実情に対処するため、特許文献１に示されるような研削盤が既に出現しているのであり、その概要は、クランクシャフトの研削中に、クランクシャフトの被研削部外周面であるクランクピン外周面に衝接してクランクシャフトが撓むのを阻止するように作用するワーク振れ止め部材を設けると共に、該ワーク振れ止め部材及びこれの駆動案内手段を、研削砥石を支持し送り移動させる砥石台上に設けた構成となされている。

特開２００２−５２４６５号公報

上記した特許文献１に示す研削盤においては、ワーク振れ止め部材及びこれの駆動案内手段が砥石台上に設けられているため、砥石台と同体状に移動される質量が大きくなって、砥石台を速く正確に送り移動させることが困難となり、これを無理に速く正確に移動させようとすると、砥石台の送り駆動機構の各部に慣性による過大な力が作用するものとなり、この結果、送り駆動手段が撓んで研削精度が低下するほか、砥石台の送り機構の構成部品が損傷したり寿命を短縮化されるのである。

またワーク振れ止め部材がワークの回転力でワークの被研削部外周面回りへ旋回運動されるため、ワーク振れ止め部材の旋回抵抗がワークに作用し、ワークが回転方向逆向きへ捩られて撓み変形し、ワークの被研削部外周面の真円度が悪化する虞がある。

またワーク振れ止め部材がベッド上で移動される砥石台上に設けられているため、ベッドに対し砥石台が遊動することによる研削誤差の上に、ワーク振れ止め部材が砥石台に対し遊動することによる研削誤差が累積されるものとなり、この結果、ワークに対するワーク振れ止め部材の位置誤差が増大されて、ワーク振れ止め部材によるワークの撓み阻止が不十分となり、ワークの研削精度が低下する虞がある。

さらにはワークが高速で回転されるとき、ワーク振れ止め部材に回転方向の逆へ向かう慣性力が発生して、ワークがワーク振れ止め部材の回転方向側の接触子のみに接触するようになり、この結果、ワークの被研削部がワーク振れ止め部材で有効に支持されず、ワークの研削精度が損なわれる虞がある。

本発明はこのような実情の下に創案されたものであり、即ち、ワークの被研削部外周面に衝接されるワーク振れ止め部材によるワークの振れ止め作用を効果的に付与して精度の高い研削を行うほか、砥石台の送り機構に大きな負荷が作用しないようにすることを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明では、断面真円形状の被研削部外周面を具備したワークを、ワーク支持回転手段により、前記被研削部外周面が左右方向の主軸回りへ公転するように送り回転させる過程で、ワーク振れ止め部材が数値制御手段により前後方向へ送り変位され前記被研削部外周面に継続的に衝接されるように作動する研削盤において、前記ワーク振れ止め部材の送り制御に使用される座標系を前記数値制御手段内に設定する際、前記ワーク支持回転手段に支持された前記ワークの前記被研削部外周面を研削砥石で研削した後に、送り方向とは異なる方向に向けられて停止した該被研削部外周面の主軸中心からの距離を定寸装置で測定し、次に前記ワークを主軸回りへ回転させて前記被研削部外周面を前記ワーク振れ止め部材の送り方向に向け、次に前記ワーク振れ止め部材を送り変位させて前記ワーク振れ止め部材を前記被研削部外周面に衝接させ、該衝接時の前記ワーク振れ止め部材の送り方向位置を求め、測定された前記主軸中心からの距離に整合するよう前記座標系の送り方向の座標値を決定する。

上記した本発明によれば、ワーク支持回転手段により支持されたクランクシャフトのクランクピンを一旦、研削砥石で研削して調整し、これにより、クランクピンの全周面を滑らかな曲面とした後、ワーク支持回転手段に支持したまま停止させて被研削部外周面の主軸中心からの距離を定寸装置で測定して得られた正確な値を用いて数値制御装置に座標設定できる。

次に本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図１０は本発明を実施したＣＮＣ研削盤に係り、図１は全体を示す平面図、図２はワーク支持回転手段及びワークなどを示す平面図、図３はワーク振れ止め部材及びこれの駆動案内手段を示す側面図、図４はワーク振れ止め部材及びこれの駆動案内手段を示す平面図、図５は図４中の前記駆動案内手段をｘ１−ｘ１方向から見た図、図６は研削中における研削砥石の位置と研削経過時間との関係を示すグラフ、図７は研削中におけるワーク支持面、クランクピン及び研削砥石の送り変位を示す説明図、図８は研削砥石、クランクピン及びワーク振れ止め部材などの関係を示す説明図、図９はワーク振れ止め部材の変形例に係る図、図１０は心押台に代えて主軸台を設けた変形例を示す平面図である。ここに、ＣＮＣはコンピュータ数値制御を意味する。

本発明に係るＣＮＣ研削盤は、図１に示すように、床面に定置されるベッド１、該ベッド１上に左右方向（ｚ方向）の移動自在に設けられたワーク支持テーブル２、及び、ベッド１上に前後方向（ｘ方向）の移動自在に設けられた砥石台３を備えている。

ベッド１の右端にはワーク支持テーブル２送り用のサーボモータ４が設けてあり、該サーボモータ４はワーク支持テーブル２を図示しないネジ送り機構を介してｚ方向へ送り移動させるものである。ベッド１の後端中央には砥石台３送り用のサーボモータ５が設けてあり、該サーボモータ５は砥石台３を図示しないネジ送り機構を介してｘ方向へ送り移動させるものである。

そして、ワーク支持テーブル２上には主軸台６及び心押し台７を備えたワーク支持回転手段８が形成されている。主軸台６上には主軸９駆動用のサーボモータ１０が設けられ、砥石台３の砥石回転軸１１には研削砥石１２が固定されており、砥石回転軸１１にはこれを回転させるための駆動モータ１３が連動連結されている。

この際、図２にも示すように主軸台６上に主軸９と同体状に回転駆動されるチャック１４を設け、心押し台７上に主軸９と同心状に配置されたセンタ１５を設け、また砥石台３上にはクランクピンｗ１の研削中にこれの直径又は半径を測定するものとした公知の定寸装置１６を上下揺動可能且つｘ方向の移動可能に設けている。

定寸装置１６は砥石台３に左右向き軸回りの揺動可能に装設された腕部１６ａと、該腕部１６ａの先端に装着されワークｗの被研削部ｗ１外周面に接触してその直径又は半径に対応した変位を把握するものとした測定部１６ｂとを備えており、ワークｗの研削中に測定部１６ｂが常にワークｗの被研削部ｗ１外周面に接触してその径の測定を行うことができると共に該測定により得られた径情報を出力することができるほか、不使用時には腕部１６ａが上方へ揺動されて測定部１６ｂがワークｗから大きく離れるようになされている。

ワーク支持テーブル２の下側に位置したベッド１前縁の中央部には前側へ張り出した張出ベッド部１ａが形成されており、該張出ベッド部１ａは上面をワーク支持テーブル２よりも高くなされており、該張出ベッド部１ａの上面にワーク振れ止め部材１７が駆動案内手段１８を介してｘ方向の送り変位可能に装設されている。

図３〜図５に示すように、ワーク振れ止め部材１７は、研削砥石１２の送り移動軌跡の延長線上の近傍に位置されｘ方向へ向けられた起立状板部材１８と、この起立状板部材１８の前端部側面個所に縦向きとなされてボルト固定されたワーク支持部材１９と、起立状板部材１８の後端部の左右に固着されたフランジ部材２０ａ、２０ｂとからなり、ワーク支持部材１９の前端面に接触片１９ａが固定され、該接触片１９ａの前面をワーク支持面１９ｂとなされ、該ワーク支持面１９ｂがｘ方向及びｚ方向に対し垂直となされた起立状左右方向平面となされると共に、該起立状左右方向平面の縦方向長さをワークｗの上下方向移動範囲よりも大きくなされている。

駆動案内手段１８は、張出ベッド部１ａに固定される案内台２１と、これの上面でｘ方向へ案内される被案内体２２と、案内台２１と被案内体２２との間に設けられた駆動送り機構２３とからなっている。

案内台２１は下面を張出ベッド部１ａの上面に支持されると共に、下面のｚ方向個所に突条部２１ａを形成され、該突条部２１ａを張出ベッド部１ａ上面のｚ方向案内溝にｚ方向の相対変位可能に嵌合され、これら突条部２１ａとｚ方向案内溝とを介して、全体がベッド１に対して一定姿勢に保持されたままでｚ方向へ変位するように案内され、突条部２１ａがｚ方向案内溝に案内されるｚ方向範囲内の任意位置に図示しないボルト固定具を介して固定されるようになされ、また上面のｚ方向幅の中央個所には断面方形状のｘ方向直状溝２１ｂを形成され、該直状溝２１ｂの左右側面に一対の直状雌案内部材２４ａ、２４ｂをｘ方向へ向け且つ対向するように固定したものとなされている。

被案内体２２は高さの大きい前部方形部２２Ａと高さの低い後部方形部２２Ｂとを備え、前部方形部２２Ａの前面にワーク振れ止め部材１７のフランジ部材２０ａ、２０ｂがボルトを介して固定されると共に、前部方形部２２Ａと後部方形部２２Ｂの下面が単一平面状となされいて、該下面のｚ方向幅の中央個所に断面方形状のｘ方向突条部２２ａを形成され、該ｘ方向突条２２ａの左右側面に一対の直状雄案内部材２５ａ、２５ｂをｘ方向へ向けて位置され且つ前記一対の直状雌案内部材２４ａ、２４ｂにｘ方向の相対変位可能に嵌合されるように固定されたものとなされている。

駆動送り機構２３は案内台２１の後端近傍から起立させた後側起立支持部２６に固定された駆動手段２７としてのサーボモータと、案内台２１から起立させた前側起立支持部２８に形成されたスラスト軸受部２９と、該スラスト軸受部２９に回転のみ自在に支承された送り雄ねじ部材３０と、被案内体２２に固定され送り雄ねじ部材３０を螺入された鍔付ナット体３１からなっている。

この際、後側起立支持部２６はサーボモータ２７を固定するための透孔２６ａを形成されると共に下部に被案内体２２の後部方形部２２Ｂがｘ方向へ移動するための方形状の切欠２６ｂを形成されており、また前側起立支持部２８は左右方向の前面壁部２８ａとこれの左右側に位置された前後方向の側面壁部２８ｂ、２８ｃとからなり、前面壁部２８ａにはスラスト軸受部２９を形成するための透孔２８ｄを形成されると共に、前面壁部２８ａの下端部には被案内体２２の後部方形部２２Ｂがｘ方向へ移動するための方形状の切欠２８ｅを形成されている。サーボモータ２７の出力軸２７ａはカップリング３２を介して送り雄ねじ部材３０の後端に結合されており、またスラスト軸受部２９は一対の転がり軸受３３、３４とこれらを内包し前側起立支持部２８に固定された鍔付筒部材３５とを備え、送り雄ねじ部材３０に形成されたカラー部３０ａと、送り雄ねじ部材３０に螺着されたナット部材３６と、鍔付筒部材３５に形成された段差部と、鍔付筒部材３５に螺着されたナット部材３７とで送り雄ねじ部材３０に作用するスラスト力を支持するものとなされている。鍔付ナット体３１は被案内体２２の前側方形部２２Ａに形成されたｘ方向孔に嵌合状に固定されている。サーボモータ２７はこれの出力軸２７ａが回転することで送り雄ねじ部材３０のねじ送り作用で鍔付ナット体３１にｘ方向の送り力を付与し、該送り力で被案内体２２及びワーク振れ止め部材１７をｘ方向へ送り変位させるものである。

ベッド１の近傍には各部を制御するためのコンピュータ数値制御装置３８が設けてあり、該コンピュータ数値制御装置３８は必要な情報を入力するための入力部３８ａを備えており、また前記定寸装置１６の出力した径情報を入力される。

コンピュータ数値制御装置３８内にはサーボモータ４、５、１０、２７を制御するための座標系を設定する必要がある。
このため、コンピュータ数値制御装置３８内には、サーボモータ２７の負荷トルクが特定値以上に上がったことを検出してトリガー信号を発するトリガー信号発出手段３９と、前記トリガー信号を入力されることによりサーボモータ２７の送り作動を停止させる送り自動停止手段４０と、サーボモータ２７の送り作動が停止されたことに関連して作動する座標系設定手段４１とが設けられている。

この際、３つのサーボモータ３、４、１０を制御するための第１座標系は、例えば、主軸９と研削砥石１２の回転中心との相対位置を測定するなどして従来同様に設定される。

一方、サーボモータ２７を制御するための第２座標系は別途に設定されるのであり、該第２座標系の設定は適宜に行って差し支えないものであるが、好ましい設定方法として、例えば次の（ａ）〜（ｃ）に示す３通りの方法がある。なお、これらの各方法は、コンピュータ数値制御装置３８に必要なプログラムを予め入力することにより適宜に自動化させることができる。

（ａ）第１の設定方法
先ず、ワーク支持回転手段８にマスターバーのような外径既知部材を支持させる。このとき主軸９の回転中心と外径既知部材の中心は合致される。次にワーク振れ止め部材１７をサーボモータ２７でｘ方向へ送り変位させ、ワーク振れ止め部材１７を外径既知部材の外周面に衝接させる。これに関連してサーボモータ２７の駆動トルクが増大するが、該増大に関連してワーク振れ止め部材１７を停止させる。具体的には、トリガー信号発出手段３９及び送り自動停止手段４０がワーク振れ止め部材１７の送り変位を自動的に停止させる。任意時点のワーク振れ止め部材１７のワーク支持面１９ｂについてのｘ方向上の位置はサーボモータ２７に連動される図示しないエンコーダの検出信号により、コンピュータ数値制御装置３８内において仮の原点を有するｘ方向座標上の座標値として把握される。次に、座標系設定手段４１が、前記衝接に起因したサーボモータ２７の駆動トルク増大の発生したときのワーク振れ止め部材１７の位置に対応するコンピュータ数値制御装置３８内のｘ方向上の座標値を前記外径既知部材の径長と整合させるように、即ち前記外径既知部材の半径値或いは直径値と合致するように第２座標系の原点位置を決定するのであり、具体的には座標系設定手段４１が自動的に実施する。
この際、トリガー信号発出手段３９は、サーボモータ２７の駆動トルクを検出するものとしたファイントルクセンシング手段を使用したものでよいのであり、また座標系設定のための処理はコンピュータ数値制御装置３８の既存の機能を利用することにより格別なハード機構を付加することなく行わせることができる。

（ｂ）第２の設定方法
この方法はワーク支持回転手段８に支持されたワークｗの被研削部ｗ１外周面が主軸９回りへ公転するように送り回転されつつ真円形状に研削される場合において実施されるものである。先ずワーク支持回転手段８に未研削のワークｗを支持させて、これの被研削部ｗ１外周面を研削砥石１２で研削する。この際、ワークｗの被研削部は主軸９回りへ公転変位され、研削後の被研削部ｗ１外周面はｘ方向の中心を有し、断面を真円形状となされ、主軸９に対し偏心した状態となされる。ワークｗの被研削部を適当量だけ研削した後、前記被研削部ｗ１外周面のワーク振れ止め部材送り方向（ｘ方向）とは異なる特定方向（好ましくはｘ方向及びｚ方向に垂直なｙ方向）の径長（直径又は半径）を定寸装置１６で測定する。次に前記ワークｗを主軸９回りへさらに回転させて前記定寸装置１６で測定された径をワーク振れ止め部材１７の送り方向（ｘ方向）へ向けさせた後、ワーク振れ止め部材１７を送り変位させ、ワーク振れ止め部材１７を前記被研削部ｗ１外周面に衝接させる。以後は第１の設定方法に準じるのであり、即ち、該衝接に関連してサーボモータ２７の駆動トルクが増大するが、該増大に関連してワーク振れ止め部材１７の送り変位を停止させる。次に前記衝接に関連したサーボモータ２７の駆動トルク増大の生じたときのワーク振れ止め部材１７の位置に対応するコンピュータ数値制御装置３８内のｘ方向上の座標値が前記定寸装置１６で測定された径長に整合するように第２座標系の原点位置を決定するのであり、これは先と同様に座標設定手段４１が自動的に実施する。

（ｃ）第３の設定方法
この方法は、第２の設定方法と同様に、ワーク支持回転手段８に支持されたワークｗの被研削部ｗ１外周面が主軸９回りへ公転するように送り回転されつつ真円形状に研削される場合において実施されるものである。先ずワーク支持回転手段８にワークｗを支持させてこれの被研削部ｗ１外周面を研削砥石１２で研削する。この際、ワークｗの被研削部ｗ１は主軸９回りへ公転変位され、研削後の被研削部ｗ１外周面はｘ方向の中心を有し、断面を真円形状となされ、主軸９に対し偏心した状態となされる。ワークｗの被研削部ｗ１を適当量だけ研削した後、前記被研削部ｗ１外周面のワーク振れ止め部材送り方向（ｘ方向）とは異なる特定方向（好ましくは前記ｙ方向）の径長を定寸装置１６で測定する。次に前記被研削部ｗ１外周面を主軸９回りへ回転させて前記被研削部ｗ１外周面の中心を主軸９中心よりも前記ワーク振れ止め部材１７から離れる側へ位置させ、次に前記被研削部ｗ１外周面を主軸９回りへ送り変位させて、ワーク振れ止め部材１７を前記被研削部ｗ１外周面で後退側（反研削砥石１２側）へ押し変位させるのであり、該押し変位は定寸装置１６で測定された径長（直径又は半径）がワーク振れ止め部材１７の送り方向（ｘ方向）へ向いたときに停止させる。次に、このように停止されたワーク振れ止め部材１７の位置に対応するコンピュータ数値制御装置３８内のｘ方向上の座標値が定寸装置１６で測定された径長に整合するように第２座標系の原点位置を決定するのであり、これは先と同様に座標設定手段４１が自動的に実施する。

次に上記したＣＮＣ研削盤によりワークｗであるクランクシャフトの被研削部（クランクピン）ｗ１を研削する場合の使用例及び作動について説明する。
コンピュータ数値制御装置３８に自動的な研削を実行させるためのプログラムを記憶させる。そして、主軸台６のチャック１４と芯押し台７のセンタ１５との間に、クランクシャフトｗを配置し、クランクシャフトｗの各端部をこれらチャック１４とセンタ１５に保持させる。この際、クランクシャフトｗのジャーナルｗ２中心は主軸９の回転中心に合致される。

この後、入力部３８ａから研削開始指令を入力するのであり、これにより自動的な研削が以下のように実行される。
即ち、先ず、駆動モータ１３が回転されて、研削砥石１２が回転駆動される。また必要に応じサーボモータ４が回転され、ワーク支持テーブル２がｚ方向へ移動される。該移動によりワークｗが主軸台６などと共に移動され、図１に示すように、研削すべきクランクピンｗ１はｘ方向上で研削砥石１２と対向した状態となされる。続いて必要に応じサーボモータ５が回転され、研削砥石１２はコンピュータ数値制御装置３８内に特定された前記第１座標系上の、予め記憶させたプログラム上で決定されている図６中の座標値ｐ１に対応したｘ方向上の位置へ移動される。

次にサーボモータ５が比較的大きな速度で回転されることにより、砥石台３が急速に前進側（主軸９回転中心側）へ移動され、砥石台３は前記第１座標系上で予めプログラムで決定されている図６中の座標値ｐ２に対応するｘ方向上位置に移動される。

この後、サーボモータ５及びサーボモータ１０が予め入力されたプログラムに従って互いに関連した速度で制御回転されるのであり、これにより研削砥石１２及びワーク振れ止め部材１７は図７に示すように、クランクアームｗ３の回転軌跡ｍの直径をストロークとしてワークｗの送り回転に追従してｘ方向へ往復変位され、この変位中に、サーボモータ５が研削砥石１２を予め定めた切込条件でｘ方向のクランクピンｗ１中心側へ送り変位させると共に、サーボモータ２７がワーク振れ止め部材１７を研削砥石１２の粗研切込条件に従いつつｘ方向のクランクピンｗ１中心側へ送り変位させる。

これにより、研削砥石１２はワークｗの被研削部であるクランクピンｗ１が主軸９回りへ公転変位される過程で該クランクピンｗ１を切り込むのであり、一方、この研削中、ワーク振れ止め部材１７は主軸９回りへ公転変位されるクランクピンｗ１の被研削部ｗ１外周面に常に当接してこれを支持する。この際、研削砥石１２とクランクピンｗ１との接触個所に発生する研削抵抗がクランクピンｗ１を略々ワーク振れ止め部材１７側のｘ方向へ押してクランクシャフトｗを撓み変形させようとするが、ワーク振れ止め部材１７がクランクピンｗ１外周面を支持して、クランクシャフトｗの撓みを効果的に阻止する。したがって、クランクピンｗ１の一回転当たりの研削砥石１２の切込量を比較的大きくした状態で研削しても、クランクピンｗ１は撓み変位の規制された状態の下で精度良く研削されるのである。

該研削におけるクランクピンｗ１の一回転当たりの研削砥石１２の切込量は研削が進行する段階に従って、即ち図６に示す粗研切込の行われる第１段階、中粗研切込の行われる第２段階、精研切込の行われる第３段階の順に小さくなすのがよい。しかし、これに限定するものではない。
この際、第１段階の開始点は研削砥石１２が図６中の座標値ｐ２に対応するｘ方向上位置に達したときであり、第２段階の開始点ｐ３はクランクピンｗ１の径長が図６中の座標値ｐ３に対応する特定径長となったことを定寸装置１６が検出したときであり、第３段階の開始点は、クランクピンｗ１の径長が前記特定径長よりも小さい特定径長、即ち図６中の座標値ｐ４に対応する径長になったことを定寸装置１６が検出したときである。

そして、クランクピンｗ１の径長が図６中の座標値ｐ５に対応する寸法になったことを定寸装置１６が検出したときは、第３段階が終了され、スパークアウトが実施される。該スパークアウトは、第３段階の主軸９によるクランクピンｗ１の送り変位を続行させたまま、研削砥石１２の切込送りが停止された状態を言うものであり、該スパークアウト中には研削砥石１２が機械構成部材などに残存する弾性力でクランクピンａに押圧された状態となり、クランクピンｗ１は極めて少ない切込で研削される。該スパークアウトは、ワークｗが予めプログラムで定められている複数回だけ回転される期間中、継続されるもので、少なくともワークｗの一回転以上の期間に亘って継続されると、研削中のクランクピンｗ１の全周面は切込による段差の殆ど存在しない滑らかな曲面となる。

上記スパークアウトが開始されると、クランクピンｗ１の公転変位に対応したワーク振れ止め部材１７のｘ方向送り変位は継続されるものの、研削砥石１２の切込送りに対応したワーク振れ止め部材１７のｘ方向送りは停止されるのであり、したがって、該スパークアウトによるクランクピンｗ１の最終的な研削が行われると、ワーク振れ止め部材１７はクランプピンｗ１から離れた状態となり、ワーク振れ止め部材１７とクランクピンｗ１との接触による傷発生が回避される。該スパークアウトが終了した後、研削砥石１２及びワーク振れ止め部材１７はワークｗから離反され元位置に復帰される。

この作動例では、ワーク振れ止め部材を送り制御するためのｘ方向の第２座標系の設定は外径既知部材を使用した前記（ａ）の方法で既に設定されているものとして説明したのであるが、第１段階が開始される前に未だ第２座標系が設定されていないときは、第１段階の初期において前記（ｂ）や（ｃ）の座標系設定方法を実施すればよい。

次にクランクピンｗ１の外周面に接触したワーク振れ止め部材１７のｘ方向上の位置や、クランクピンｗ１の外周面に接触した研削砥石１２のｘ方向上の位置について、及び、ワーク振れ止め部材１７の外周面とクランクピンｗ１の外周面との接触点と、研削砥石１２とクランクピンｗ１の外周面との接触点との関係について図８を参照して説明する。

図８中、Ｏ１は主軸９回転中心（クランクシャフトｗの回転中心）、Ｏ２は研削砥石１２の形状中心でしかも回転中心、Ｏ３はクランクピンｗ１の中心、Ｌ１は主軸９の回転中心を通るｘ方向線、Ｌ２は主軸９の回転中心を通りｘ方向線と直交したｙ方向線、Ｌ３は研削砥石１２の回転中心Ｏ２を通るｘ方向線、Ｒは研削砥石１２の半径、Ｐ１はクランクピンｗ１と研削砥石１２との接触点、Ｐ２はクランクピンｗ１とワーク振れ止め部材１７との接触点、ｒ１は接触点ｐ１でのクランクピンｗ１の半径、ｒ２は接触点ｐ２でのクランクピンｗ１の半径、Ｃはワークｗの主軸９回りの回転角度（位相角度）、ｊは主軸９回転中心と研削砥石１２の回転中心とのｙ方向上の距離、ｅはクランクピンｗ１中心の回転半径、Ｘ１は主軸９回転中心と研削砥石１２の回転中心との間の距離、Ｘ２は主軸９回転中心とワーク振れ止め部材１７のワーク支持面１９ｂとの間の距離、Ｑはｘ方向線Ｌ３とｙ方向線Ｌ２との交点である。

いま、ワークｗは任意な位相角度Ｃに位置し、研削砥石１２は該位相角度Ｃに対応した接触点Ｐ１でクランクピンｗ１の被研削部ｗ１外周面に接触している。
この状態の下でクランクピンｗ１の被研削部ｗ１外周面に接触したワーク振れ止め部材１７の位置を示す距離Ｘ２は、現在のワークの位相角度Ｃ、クランクピンｗ１の回転半径長ｅ、及び、現在の接触点Ｐ２のクランクピンｗ１の半径長ｒ２に基づいてコンピュータ数値制御装置３８により演算される。ここに、現在のワークｗの位相角度Ｃは主軸９の送り回転量を検出することにより特定され、またクランクピンｗ２の回転半径長ｅは予めコンピュータ数値制御装置３８に記憶された加工情報から特定されるのであり、また現在の接触点Ｐ２のクランクピンｗ１の半径長ｒ２は予めコンピュータ数値制御装置３８に記憶された加工情報から特定されるもので、これについては後述する。コンピュータ数値制御装置３８は主軸９が現在の位相角度Ｃに達すると同時に、ワーク支持面１９ａを上記のように特定された距離Ｘ２に対応する位置に送り変位させる。

またクランクピンｗ１の外周面に接触した研削砥石１２のｘ方向上の位置を示す距離Ｘ１は、現在のワークｗの位相角度Ｃ、クランクピンｗ１中心の回転半径長ｅ、研削砥石１２の半径長Ｒ、主軸９回転中心Ｏ１と研削砥石１２の回転中心Ｏ２とのｙ方向上の距離ｊに基づいてコンピュータ数値制御装置３８により演算される。ここに、現在の研削砥石１２の半径長Ｒとしては公知の技術により研削途中で測定した研削砥石１２の測定情報のうちの最新のものが使用されるのであり、また主軸９回転中心Ｏ１と研削砥石１２の回転中心Ｏ２とのｙ方向上の距離ｊは研削砥石１２の送り制御用の前記第２座標系を設定する際に特定される。そしてコンピュータ数値制御装置３８は主軸９が現在の位相角度Ｃに達すると同時に、研削砥石１２を上記のように特定された距離Ｘ１に対応する位置に送り変位させる。

上記した現在の接触点Ｐ２のクランクピンｗ１の半径長ｒ２についての情報を演算により特定するには、ワーク振れ止め部材１７とクランクピンｗ１の被研削部ｗ１外周面との接触点Ｐ２と、研削砥石１２とクランクピンｗ１の被研削部ｗ１外周面との接触点Ｐ１との関係を把握することが必要となるのであり、該関係について次に説明する。

即ち、現在の接触点Ｐ１がワーク振れ止め部材１２に接触することになるタイミングは研削砥石１２とクランクピンｗ１の被研削部ｗ１外周面とが接触点Ｐ１で接触した時点からワークｗの位相角度Ｃが１８０度に角度α１（∠Ｏ３・Ｏ２・Ｑ）を加算した大きさの角度α２だけ進んだ時点となる。したがってワーク振れ止め部材１７のワーク支持面１９ａが無理なく正確にクランクピンｗ１の外周面に接触するには、ワーク振れ止め部材１７のワーク支持面１９ａの位置を示すＸ２を算出する際の、現在のクランクピンｗ１の半径長ｒ２は、現在の位相角度Ｃから角度α２だけさかのぼったときの過去位相角度における、研削砥石１２とクランクピンｗ１の被研削部ｗ１外周面との接触点Ｐ１についての、クランクピンｗ１の半径長ｒ１が使用されなければならないのであり、該半径長ｒ１は予めコンピュータ数値制御装置３８に記憶された加工情報から前記過去位相角度、即ち現在の位相角度Ｃから角度α２を減じた大きさの位相角度に対応するものとして特定されるのである。

コンピュータ数値制御装置３８は、上記したように、ワーク振れ止め部材１７のｘ方向上の位置を示す上記距離Ｘ２に対応した座標値や、研削砥石１２のｘ方向上の位置を示す上記距離Ｘ１に対応した座標値を演算により特定し、ワーク振れ止め部材１７及び研削砥石１２をこれらの座標値に対応する位置に移動させるように制御する。従って、ワーク支持面１９ｂはクランクピンの研削中、研削砥石１２の切込送りにより接触点Ｐ１で研削されて小さくなっている被研削部ｗ１外周面に継続して正確に接触することができるのであり、この結果、クランクピンｗ１は研削砥石１２とワーク支持面１９ａとで的確に挟み付けられ、ワーク支持面１９ａで研削砥石１２による研削力を支持され、クランクシャフトｗの撓み変形の規制された状態の下で研削される。この際、研削砥石１２の切込送りは切込量を連続して増大されるものであっても、或いはクランクピンｗ１の一回転ごとに段階的に増大されるものであってもよい。

次に上記実施例の変形例について説明する。
上記実施例ではワークｗの被研削部ｗ１が公転変位されるものについて説明したが、ワークｗが主軸９回りへ送り回転される非真円形状のカムなどであっても差し支えないのであり、カムの研削中、カムを研削砥石１２とワーク支持面１９ａで挟み付けた状態で研削することができ、同様な利益が得られる。

また上記実施例ではワーク支持面１９ｂが起立状左右方向平面となされているが、これに限定するものではなく任意な面形状となして差し支えないのであり、例えば図９に示すように、ワークｗに対し凹み形状となされ研削砥石１２の回転中心Ｏ２の高さ近傍の左右方向線を曲率中心Ｏ４とした起立状左右方向円弧平面となしてもよいのであり、このようにすれば研削砥石１２の研削力の研削砥石１２半径方向成分を、ワーク支持面１９ｂである起立状左右方向円弧平面の支持範囲の任意な微少支持個所でこれの法線方向に近い状態で受け止めて効果的に支持することができるのであり、またワークｗに対し凸形状となされ研削砥石１２の回転中心Ｏ２の高さ近傍の左右方向線を曲率中心とした起立状左右方向円弧平面となしてもよいのであり、このようにすればワークｗの被研削部ｗ１が凹み形状であってもこれを研削することができる。

またワーク振れ止め部材１７を支持する際、張出ベッド部１ａに代えて、ワーク支持テーブル８と同体状個所に、ワーク振れ止め部材１７を支持するための張出支持部を形成することも差し支えないのであり、この場合はワーク振れ止め部材１７をサーボモータなどでｚ方向の位置変更可能になすのがよい。

さらには図１０に示すように心押台７に代えて、主軸台６と同様な別の主軸台６Ａを設け、２つの主軸台６、６Ａ上の主軸９、９に固定されたチャック１４、１４でワークｗの両端部を把持させることも可能である。これによれば、ワークｗの主軸９回転中心回りの捩りによる撓み変形が減少され研削精度が向上する。
なお、図９及び図１０において既述した個所には同一符号が付してある。

本発明に係る研削盤の全体を示す平面図である。前記研削盤のワーク支持回転手段及びワークなどを示す平面図である。前記研削盤のワーク振れ止め部材及びこれの駆動案内手段を示す平面図である。前記研削盤のワーク振れ止め部材及びこれの駆動案内手段を示す側面図である。図４中の駆動案内手段をｘ１−ｘ１方向から見た図である。前記研削盤上での研削中における研削砥石の位置と研削経過時間との関係を示すグラフである。前記研削盤上での研削中におけるワーク支持面、クランクピン及び研削砥石の送り変位を示す説明図である。前記研削盤における研削砥石、クランクピン及びワーク振れ止め部材などの関係を示す説明図である。前記研削盤におけるワーク振れ止め部材の変形例に係る図である。前記研削盤における心押台に代えて主軸台を設けた変形例を示す平面図である。

符号の説明

１ベッド
２ワーク支持テーブル
８ワーク支持回転手段
９主軸
１１砥石回転軸
１２研削砥石
１６定寸装置
１７ワーク振れ止め部材
１９ａワーク支持面
２７駆動手段（サーボモータ）
３９トリガー信号発出手段
４０送り自動停止手段
４１座標系設定手段
Ｏ１主軸中心
Ｏ３被研削部外周面の中心
ｒ被研削部外周面の径
ｗワーク（クランクシャフト）
ｗ１被研削部（クランクピン）
ｘ前後方向
ｚ左右方向

Claims

クランクシャフトをワーク支持回転手段により支持して、クランクピンの被研削部外周面が左右方向の主軸回りへ公転するように送り回転させる過程で、ワーク振れ止め部材が数値制御手段により前後方向へ送り変位され前記被研削部外周面に継続的に衝接されるように作動する研削盤において、前記ワーク振れ止め部材の送り制御に使用される座標系を前記数値制御手段内に設定する際、前記ワーク支持回転手段に支持されたクランクシャフトの前記被研削部外周面を研削砥石で研削した後に、送り方向とは異なる方向にクランクピンが向けられて停止した該被研削部外周面の主軸中心からの距離を定寸装置で測定し、次に前記クランクシャフトを主軸回りへ回転させて前記被研削部外周面を前記ワーク振れ止め部材の送り方向に向け、次に前記ワーク振れ止め部材を送り変位させて前記ワーク振れ止め部材を前記被研削部外周面に衝接させ、該衝接時の前記ワーク振れ止め部材の送り方向位置を求め、測定された前記主軸中心からの距離に整合するよう前記座標系の送り方向の座標値を決定することを特徴とする研削盤におけるワーク振れ止め部材制御用座標系の設定方法。
前記ワーク振れ止め部材のワーク支持面を、起立状左右方向平面とするか、或いは、クランクピンに対し凹み形状となされ且つ前記研削砥石の回転中心の高さ近傍の左右方向線を曲率中心とした起立状左右方向円弧平面とすることを特徴とする請求項１記載の研削盤におけるワーク振れ止め部材制御用座標系の設定方法。
前記ワーク振れ止め部材のワーク支持面を、クランクピンに対し凹み形状となされ且つ前記研削砥石の回転中心の高さ近傍の左右方向線を曲率中心となされ且つ曲率半径を前記研削砥石の半径と前記クランクピンの直径とを加算した長さに略合致された起立状左右方向円弧平面とすることを特徴とする請求項１記載の研削盤におけるワーク振れ止め部材制御用座標系の設定方法。
前記ワーク支持回転手段を前記ベッド上で左右方向へ送り移動されるワーク支持テーブルと同体状に形成し、また前記ワーク振れ止め部材を前後方向へ送り変位させるものとした駆動手段を前記ベッドと同体状に設けることを特徴とする請求項１〜3の何れかに記載の研削盤におけるワーク振れ止め部材制御用座標系の設定方法。
クランクシャフトをワーク支持回転手段により支持して、クランクピンの被研削部外周面が左右方向の主軸回りへ公転するように送り回転させる過程で、ワーク振れ止め部材が数値制御手段により前後方向へ送り変位され前記被研削部外周面に継続的に衝接されるように作動する研削盤において、前記ワーク振れ止め部材の送り制御に使用される座標系を前記数値制御手段内に設定する際、前記ワーク支持回転手段に支持されたクランクシャフトの前記被研削部外周面を研削砥石で研削した後に、送り方向とは異なる方向にクランクピンが向けられて停止した該被研削部外周面の主軸中心からの距離を定寸装置で測定し、次に前記被研削部外周面を主軸回りへ回転させて前記被研削部外周面の中心を主軸中心よりも前記ワーク振れ止め部材から離れる側へ位置させ、次に前記被研削部外周面を前記主軸回りへ送り変位させて、前記ワーク振れ止め部材を前記被研削部外周面で反研削砥石側へ押し変位させ、該押し変位は前記定寸装置で測定された該被研削部外周面がワーク振れ止め部材の送り方向へ向いたときに停止させ、このときの前記ワーク振れ止め部材の送り方向位置を求め、測定された前記主軸中心からの距離に整合するよう前記座標系の送り方向の座標値を決定することを特徴とする研削盤におけるワーク振れ止め部材制御用座標系の設定方法。
前記ワーク振れ止め部材のワーク支持面を、起立状左右方向平面とするか、或いは、クランクピンに対し凹み形状となされ且つ前記研削砥石の回転中心の高さ近傍の左右方向線を曲率中心とした起立状左右方向円弧平面とすることを特徴とする請求項１記載の研削盤におけるワーク振れ止め部材制御用座標系の設定方法。
前記ワーク振れ止め部材のワーク支持面を、クランクピンに対し凹み形状となされ且つ前記研削砥石の回転中心の高さ近傍の左右方向線を曲率中心となされ且つ曲率半径を前記研削砥石の半径と前記クランクピンの直径とを加算した長さに略合致された起立状左右方向円弧平面とすることを特徴とする請求項１記載の研削盤におけるワーク振れ止め部材制御用座標系の設定方法。
前記ワーク支持回転手段を前記ベッド上で左右方向へ送り移動されるワーク支持テーブルと同体状に形成し、また前記ワーク振れ止め部材を前後方向へ送り変位させるものとした駆動手段を前記ベッドと同体状に設けることを特徴とする請求項５〜７の何れかに記載の研削盤におけるワーク振れ止め部材制御用座標系の設定方法。