JP4940904B2

JP4940904B2 - かつぎ量計測装置

Info

Publication number: JP4940904B2
Application number: JP2006308653A
Authority: JP
Inventors: 貴司大野; 豊樹杉山
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2006-11-15
Filing date: 2006-11-15
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2026-11-15
Also published as: JP2008119803A

Description

この発明は、内面研削盤などで好適に使用されるかつぎ量計測装置に関する。

従来、内面研削盤として、内面が被研削面であるワークを保持して回転させる切込み台と、研削砥石が装着されて回転する砥石軸を有する砥石軸スピンドルと、切込み台を砥石軸スピンドルに対して移動させて砥石にワークに対する切込み動作を行わせる切込み付与手段と、切込み付与手段の切込み動作を制御する切込み動作制御手段とを備えているものが知られている（特許文献１）。
特開２００４−２６８１８３号公報

この種の内面研削盤を使用した研削加工では、適応制御（研削負荷を一定にして研削する制御）を行うなどして、加工品質の向上が図られているが、切込み付与手段によって切込み台を砥石軸スピンドルに対して相対的に移動させた場合、砥石軸が撓むことによって、切込み台の砥石軸スピンドルに対する相対移動量と実際に砥石が研削される量とが等しくならない。この砥石軸の撓みに起因する切込み台の相対移動量と実際に砥石が研削される量との差（本明細書において、「かつぎ量」と称す。）は、砥石の切れ味が「よく切れる状態」と「切れない状態」とでは異なり、ワーク加工面の品質や加工精度（寸法）がばらつく原因となっている。かつぎ量は、加工中にリアルタイムで精度よく求めることが困難であるため、研削の制御のために活用しにくいものとなっている。

図５は、研削加工中における切込み台の移動量およびインプロセスゲージが示す研削残量のそれぞれの変化の様子を示している。同図において、切込み台の移動量およびインプロセスゲージによる研削残量は、それぞれ別個に求められ、かつぎ量は、スパークアウト時における両者間のオフセット量を求めた後に求めることができる。言い換えると、研削途中のかつぎ量は、正確に求めることができないものとなっている。

この発明の目的は、かつぎ量を研削中に計測可能とし、これにより、内面研削盤等の研削装置において、かつぎ量を活用して、加工品質を向上させることができるかつぎ量計測装置を提供することにある。

この発明によるかつぎ量計測装置は、ワークを砥石軸に対して相対移動させる切込み台およびワークの研削残量を検出するインプロセスゲージを備えており、インプロセスゲージが軌道溝底面の研削残量を測定するように設置され、ワークの軌道溝が研削される研削装置で使用されて、研削装置の砥石軸の撓みによって生じるかつぎ量を求めるかつぎ量計測装置であって、切込み台の移動量を求める切込み台移動量検出手段と、インプロセスゲージの変化量を求めるインプロセスゲージ変化量検出手段と、得られた切込み台移動量およびインプロセスゲージ変化量に基づいてかつぎ量を求めるかつぎ量算出手段とを備えており、切込み台移動量およびインプロセスゲージ変化量は、インプロセスゲージによって検出されたワーク１回転に伴う変動量が加工初期段階での値に比べて所定値以上小さくなったときにゼロリセットされるようになされており、かつぎ量＝切込み台移動量−インプロセスゲージ変化量としてかつぎ量が求められており、ゼロリセットは、インプロセスゲージで検出された振幅が加工初期における最大振幅の０．９倍以上１．０倍未満の範囲内にあるときに行われることを特徴とするものである。

研削装置は、例えば、内面が被研削面であるワークを保持して回転させる切込み台と、研削砥石が装着されて回転する砥石軸を有する砥石軸スピンドルと、切込み台を砥石軸スピンドルに対して移動させて砥石にワークに対する切込み動作を行わせる切込み付与手段（切込みモータ）と、切込み付与手段の切込み動作を制御する切込み動作制御手段（コントローラ）とを備えている内面研削盤とされる。

切込み付与手段は、切込み台を固定してこれに対して砥石軸スピンドルをワークの径方向にスライドさせるものであってもよく、砥石軸スピンドルを固定してこれに対して切込み台をワークの径方向にスライドさせるものであってもよい。研削は、切込み付与手段の切込み速度（例えば、切込み台のスライド速度）が切込み動作制御手段によって制御されることで行われる。

研削装置の動作は、砥石軸スピンドルのトラバース、ワークの切込み動作（研削加工）および急速後退の３工程に大別される。研削加工工程は、例えば、割出、準急、黒皮、粗、仕上およびスパークアウトからなるものとされ、この場合、かつぎ量は、黒皮（断続研削）工程途中において発生する。

インプロセスゲージは、被研削面の内径または外径を計測するもので、研削装置においては、軌道面の中心（軌道溝底面）の研削残量を測定するように設置される。加工開始時点（割出・準急工程）では、この軌道面中心は研削されないので、インプロセスゲージの計測値には、加工面の凹凸によって、ワーク１回転ごとに周期的な振幅が生じる。そして、加工が進み、砥石が軌道面中心すなわちゲージ計測点の研削を始めると、この凹凸が小さくなることから、ワークの１回転に伴う振幅が収束していく。

かつぎ量は、通常、粗加工時に１０〜２０μｍ程度の大きさとなり、インプロセスゲージのゲージ精度は、例えば１μｍ程度である。ワークの回転周波数は、通常、２０〜３０Ｈｚ程度である。

かつぎ量は、従来、かつぎ量＝切込み台移動量−インプロセスゲージ変化量−オフセット量として求められている。ここで、インプロセスゲージによる研削残量は、スパークアウト完了時点で０となるので、絶対値として求めることができるが、研削残量が０となったときの切込み台移動量は、加工ごとに異なり、基準位置に対するオフセット量が不明なため、研削途中のかつぎ量は不明となっている。この発明のかつぎ量計測装置によると、このオフセット量を演算することなく、かつぎ量発生時点で切込み台移動量およびインプロセスゲージ変化量をゼロリセットすることにより、かつぎ量のリアルタイム算出が実現される。このかつぎ量の算出は、例えば、ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）を使用して行われる。

リアルタイムにかつぎ量を計測する条件として、かつぎ量は砥石が加工面全面（例えば、軌道面を研削する場合の軌道中心）に接触した時に発生するものとする。この場合、砥石がワークの加工面全面に接触する時（砥石がインプロセスゲージ計測点に接触する時）は、インプロセスゲージの振幅が収束を開始する点と一致する。そこで、ワークの１回転ごとに起きるインプロセスゲージの振幅が収束を開始する点をインプロセスゲージ変化点とし、インプロセスゲージ変化点に達したときに、切込み台移動量とインプロセスゲージ変化量とをともにゼロリセットすることにより、切込み台移動量−インプロセスゲージ変化量によってかつぎ量を求めることができる。

ゼロリセットは、インプロセスゲージで検出された振幅が加工初期（準急工程および黒皮工程前半）における最大振幅の０．９以上１．０未満の範囲内にあるときに行われることが好ましい。かつぎ量は黒皮工程中に発生し、粗工程ではある程度の大きさに達する。したがって、黒皮工程の途中段階でゼロリセットすることが必要となる。砥石がワーク軌道面中心に接触した時に発生すると考えると、ワークの１回転ごとの振幅が収束し始めてすぐにゼロリセットすることが好ましく、閾値として、最大振幅の０．９以上１．０未満を採用することにより、実際のかつぎ量に極めて近いかつぎ量をリアルタイムで得ることができる。

得られたかつぎ量（砥石軸の撓み量に対応）は、例えば、表示装置に時系列で表示され、作業者は、このかつぎ量の値（変化）を見て、表示されたかつぎ量を砥石切れ味の把握、加工条件調整工数の削減、加工品質の目安などに活用することができ、加工寸法精度・品質ばらつきが安定する。また、リアルタイムで得られるかつぎ量は、研削力一定制御、かつぎ量一定制御などの制御のために有効なものとなる。

この発明のかつぎ量計測装置によると、例えば、内面研削装置で使用した場合、研削工程中の粗加工前の段階でかつぎ量がリアルタイムに求められるので、このかつぎ量を使用して、砥石切れ味の把握や制御精度の向上を図ることができる。

この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。

図１は、この発明のかつぎ量計測装置を内面研削盤に適用した実施形態を示しており、内面研削盤(1)は、内面が被研削面であるワーク(W)を保持して回転させる切込み台(2)と、研削砥石(3)が装着されて回転する砥石軸(4)を有する砥石軸スピンドル(5)と、砥石軸スピンドル(5)の砥石軸(4)をベルト(7)を介して回転させる砥石軸スピンドル駆動用モータ(6)と、切込み台(2)を砥石軸スピンドル(5)に対して相対移動させて砥石(3)にワーク(W)に対する切込み動作を行わせる切込みモータ(8)と、加工中のワーク(W)内径を測定するインプロセスゲージ(11)と、切込みモータ(8)による切込み動作を制御するコントローラ（切込み動作制御手段）(12)と、かつぎ量をリアルタイムで得るためのかつぎ量計測装置(13)とを備えている。

砥石(3)は、ハウジング内にある砥石軸(4)の部分よりも小径のクイル(4a)に取り付けられており、このクイル(4a)は、片持ち状態であることから、切込み方向に対する研削力により撓みやすいものとなっている。

かつぎ量計測装置(13)は、切込み台(2)の移動量を求める切込み台移動量検出手段(12a)と、インプロセスゲージ(11)の研削残量の変化量を求めるインプロセスゲージ変化量検出手段(11a)と、切込み台移動量およびインプロセスゲージ変化量に基づいてかつぎ量を求めるかつぎ量算出手段(13a)とを備えている。

かつぎ量算出手段(13a)においては、インプロセスゲージ(11)によって検出されたワーク(W)の１回転に伴う変動量（インプロセスゲージ(11)の計測値の振幅）が加工初期段階（準急工程および黒皮工程前半）での値に比べて所定値以上小さくなったときに、切込み台移動量およびインプロセスゲージ変化量がゼロリセットされ、この後、かつぎ量＝切込み台移動量−インプロセスゲージ変化量としてかつぎ量が求められている。

図２は、砥石(3)とワーク(W)との位置関係を示している。同図において、ワーク(W)の軌道面中心（軌道溝底面）(C)がインプロセスゲージ(11)の計測点となっている。また、砥石(3)がワーク(W)に接触し始める位置は、軌道の肩(S)であり、研削が進むに連れて、砥石(3)が軌道面中心(C)に接触（軌道溝に全面接触）する。

図３（ａ）（ｂ）は、研削加工中における切込み台(2)の移動量とインプロセスゲージ(11)が示す研削残量との変化の様子を示している。この研削加工は、割出、準急、黒皮、粗、仕上およびスパークアウト（ＳＯ）の工程を含んでいる。割出工程では、砥石(3)はワーク(W)に非接触であり、準急工程において、砥石(3)がワーク(W)の軌道の肩(S)に接触する。準急工程では、砥石(3)がワーク(W)の加工面全面に接触するまでには至らず、黒皮工程の途中において、全面接触となる。黒皮工程における砥石(3)の全面接触により、砥石軸スピンドル駆動用モータ(6)のモータ電流が増加し、これにより、切込みモータ(8)による切込みのための速度が変更される。同図において、加工の前半（割出、準急および黒皮前半）では、インプロセスゲージ(11)の振幅が大きいものとなっている。これは、軌道面中心(C)の加工がまだ行われていないためであり、加工の後半（黒皮の途中）でインプロセスゲージ(11)の振幅が徐々に小さくなっていくのは、軌道面中心(C)の加工が進んでいることを示している。黒皮工程終了（粗研削開始）時点では、このインプロセスゲージ(11)の振幅が収束している。

かつぎ量算出手段(13a)でのかつぎ量算出に際し、ゼロリセットするタイミングが重要であり、このタイミングは、インプロセスゲージの振幅が収束を開始する点（インプロセスゲージ変化点）を利用して、図４に示すようにして求められている。

図４において、まず、割出・準急工程中にあるかを判定し(S1)、割出・準急工程中にあるのであれば、インプロセスゲージ値を収集し(S2)、その最大値Ｌｍａｘおよび最小値Ｌｍｉｎを求め、これらを使用してインプロセスゲージの振幅ＬｉをＬｉ＝Ｌｍａｘ−Ｌｍｉｎとして求める(S3)。この後、黒皮工程にあるかどうかを判定し(S4)、黒皮工程にあるのであれば、上記最大値Ｌｍａｘおよび最小値Ｌｍｉｎを使用して閾値Ｌｘ＝Ｌｉ×Ｚ＝（Ｌｍａｘ−Ｌｍｉｎ）×Ｚ（Ｚは、０以上１未満の所定値）を求める(S5)。その後、インプロセスゲージ値の収集を継続し、その最大値Ｌｍａｘ’および最小値Ｌｍｉｎ’を求め、これらを使用してインプロセスゲージの振幅ＬｒをＬｒ＝Ｌｍａｘ’−Ｌｍｉｎ’として求める(S6)。ここで、この振幅Ｌｒと閾値Ｌｘとを比較し(S7)、振幅Ｌｒが閾値Ｌｘを下回れば、この時点をインプロセスゲージ変化点と判断し、切込み台移動量およびインプロセスゲージ変化量をゼロリセットする(S8)。その後は、切込み台移動量−インプロセスゲージ変化量によりかつぎ量を求めれば(S9)、これが、実際のかつぎ量に見合ったかつぎ量となる。これを研削終了まで繰り返すこと(S10)で、加工中、リアルタイムでかつぎ量を知ることができる。

なお、上記においては、内面研削盤(1)を例示したが、かつぎ量計測装置(13)は、インプロセスゲージを搭載した外面研削盤やその他の研削装置にも適用することができる。

図１は、この発明によるかつぎ量計測装置が設けられた内面研削盤の全体構成を概略的に示す図である。図２は、砥石とワークの位置関係を説明する図である。図３は、この発明によるかつぎ量計測装置によるかつぎ量演算手法を説明する図である。図４は、この発明によるかつぎ量計測装置の演算部分の構成を説明するためのフローチャートである。図５は、従来のかつぎ量演算手法を説明する図である。

符号の説明

(1) 内面研削盤
(2) 切込み台
(3) 研削砥石
(4) 砥石軸
(5) 砥石軸スピンドル
(8) 切込みモータ
(11) インプロセスゲージ
(11a) インプロセスゲージ変化量検出手段
(12a) 切込み台移動量検出手段
(13) かつぎ量計測装置
(13a) かつぎ量算出手段
(W) ワーク

Claims

ワークを砥石軸に対して相対移動させる切込み台およびワークの研削残量を検出するインプロセスゲージを備えており、インプロセスゲージが軌道溝底面の研削残量を測定するように設置され、ワークの軌道溝が研削される研削装置で使用されて、研削装置の砥石軸の撓みによって生じるかつぎ量を求めるかつぎ量計測装置であって、
切込み台の移動量を求める切込み台移動量検出手段と、インプロセスゲージの変化量を求めるインプロセスゲージ変化量検出手段と、得られた切込み台移動量およびインプロセスゲージ変化量に基づいてかつぎ量を求めるかつぎ量算出手段とを備えており、切込み台移動量およびインプロセスゲージ変化量は、インプロセスゲージによって検出されたワーク１回転に伴う変動量が加工初期段階での値に比べて所定値以上小さくなったときにゼロリセットされるようになされており、かつぎ量＝切込み台移動量−インプロセスゲージ変化量としてかつぎ量が求められており、ゼロリセットは、インプロセスゲージで検出された振幅が加工初期における最大振幅の０．９倍以上１．０倍未満の範囲内にあるときに行われることを特徴とするかつぎ量計測装置。