JP5724666B2

JP5724666B2 - 振れ精度測定方法および研削盤

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Publication number: JP5724666B2
Application number: JP2011137347A
Authority: JP
Inventors: 隼樹酒井; 昌史頼経; 眞野々山
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2011-06-21
Filing date: 2011-06-21
Publication date: 2015-05-27
Anticipated expiration: 2031-06-21
Also published as: JP2013000867A

Description

本発明は、研削加工中に工作物の加工部位の回転中心に対する振れを測定する振れ精度測定方法および研削盤に関するものである。

研削盤においては、工作物を高精度かつ高能率に研削することを目的として、工作物の加工部位の振れ精度を振れ取研削開始前に機上で測定し、そのデータに基づき振れ取り研削をする従来技術１（例えば、特許文献１参照）がある。

特開２００４−１８１５３７号公報

従来技術１では、振れ量に応じた振れ除去研削を実施できるが、振れ精度の測定中は研削を中断するため、研削終了までに時間を要する。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、振れ精度を研削中に測定できる振れ精度測定方法と、測定された振れ量に応じて振れ除去研削を実施でき、無駄な研削時間を消費しない研削盤を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の特徴は、円筒状の工作物を回転支持して加工部を研削する研削中に前記加工部の精度を測定する振れ精度測定方法において、
前記工作物の研削中の１回転の間に、前記砥石車の切込み方向における研削点と対向する前記加工部の表面の位置である表面位置と、この時作用している法線研削抵抗力を同時に測定し、
測定開始位置における前記表面位置と、前記測定開始位置から所定の角度Θ回転した位置における前記表面位置と、の差を表面変化Δｓ（Θ）とし、
前記測定開始位置における前記法線研削抵抗力と、前記測定開始位置から所定の角度Θ回転した位置における前記法線研削抵抗力と、の差を抵抗力変化ΔＲ（Θ）とし、
測定開始位置を含む前記加工部の直径である開始位置直径Ｄ_０と、測定終了位置を含む前記加工部の直径である終了位置直径Ｄ_３６０とを測定し、外径寸法変化ΔＤをΔＤ＝Ｄ_０−Ｄ_３６０で演算し、
研削時の前記加工部の剛性ｋと前記抵抗力変化ΔＲ（Θ）を用いて前記加工部のたわみ変化Δｔ（Θ）を演算し、
前記表面変化Δｓ（Θ）に対して、前記たわみ変化Δｔ（Θ）と、前記外径寸法変化ΔＤを回転角度Θに応じて按分した補正値と、を用いて補正して振れＦ（Θ）を演算し、
前記振れＦ（Θ）の最大値と最小値の差を振れ精度Ｆｍとして演算することである。

請求項２に係る発明の特徴は、円筒状の工作物を回転支持して砥石車により加工部を研削する研削盤において、
前記加工部の外径寸法を測定する工作物径測定部と、
前記砥石車の切込み方向における前記加工部の表面の位置を測定する位置測定部と、
研削中の法線抵抗力を測定する法線抵抗力測定部と、
前記工作物の研削中の１回転の間に、測定開始位置における前記位置測定部で測定された開始表面位置と、同時に前記法線抵抗力測定部により測定された開始法線研削抵抗力と、測定開始位置から所定の角度Θ回転した位置における前記位置測定部で測定されたΘ表面位置と、同時に前記法線抵抗力測定部により測定されたΘ法線研削抵抗力を用いて、
前記開始表面位置と前記Θ表面位置の差を表面変化Δｓ（Θ）とし、
前記開始法線研削抵抗力と前記Θ法線研削抵抗力の差を法線研削抵抗力変化ΔＲ（Θ）とし、
前記加工部の剛性ｋと前記法線抵抗力変化ΔＲ（Θ）を用いて前記加工部のたわみ変化Δｔ（Θ）を式Δｔ（Θ）＝ΔＲ（Θ）／ｋを用いて演算する変化演算部と、
測定開始位置を含む前記加工部の直径である開始位置直径Ｄ_０と、測定終了位置を含む前記加工部の直径である終了位置直径Ｄ_３６０との差である外径寸法変化ΔＤをΔＤ＝Ｄ_０−Ｄ_３６０で演算し、
前記回転角度Θに対応する振れＦ（Θ）を式Ｆ（Θ）＝Δｓ（Θ）＋Δｔ（Θ）＋Θ・ΔＤ／７２０を用いて演算する振れ演算部と、
前記振れＦ（Θ）の最大値と最小値の差を振れ精度として演算する振れ精度演算部と、
前記振れ精度に基づき、研削工程を変更する制御装置を備えることである。

請求項1係る発明によれば、研削中に測定した砥石車の切込み方向における加工部の表面の変位変化Δｓ（Θ）と変位変化Δｓ（Θ）測定時の法線抵抗力変化ΔＲ（Θ）と加工部の外径寸法変化ΔＤ（Θ）と、加工部の剛性ｋを用いて加工部の半径振れＦ（Θ）を演算することで、研削中に加工部の振れ精度を測定できる。

請求項２に係る発明によれば、研削中に測定した砥石車の切込み方向における加工部の表面の変位変化Δｓ（Θ）と変位変化Δｓ（Θ）測定時の法線抵抗力変化ΔＲ（Θ）と加工部の外径寸法変化ΔＤ（Θ）と、加工部の剛性ｋを用いて加工部の半径振れＦ（Θ）を演算することで、研削中に加工部の振れ精度を測定できる。この測定値を用いて研削条件の変更を行い、短時間で所望の精度の研削が可能な研削盤を実現できる。

本実施形態の研削盤の全体構成を示す概略図である。図１のＢ矢視図である。本実施形態の測定方法を示す概念図である。本実施形態の外径寸法変化の補正の概念を示すグラフである。本実施形態の研削工程を示すフローチャートである。本実施形態の振れ測定工程を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を円筒研削盤の実施例に基づき、図１〜図６を参照しつつ説明する。
図１に示すように、円筒研削盤１は、ベッド２を備え、ベッド２上にＸ軸方向に往復可能に支持され送りモータ９により駆動される砥石台３と、Ｘ軸に直交するＺ軸方向に往復可能なテーブル４を備えている。砥石台３は砥石７を回転自在に支持し、砥石車７は砥石軸回転モータ（図示省略する）により回転駆動される。テーブル４上には、工作物Ｗの一端を把持して回転自在に支持し主軸モータ（図示省略する）により回転駆動される主軸５と、工作物Ｗの他端を回転自在に支持する心押し台６を備えており、工作物Ｗは主軸５と心押し台６により支持されて、研削加工時に回転駆動される。工作物Ｗの加工部を測定する測定装置８がテーブル上に設置されている。
図２に示すように、測定装置８は、テーブルに固定されたベース８１に保持された工作物径測定装置本体８３１と工作物径測定装置本体８３１に係合する１８０度対向して配置された接触子８３２ａ、８３２ｂで構成される工作物径測定装置８３と、ベース８１に保持されたブラケット８２に固定され、非接触で工作物Ｗの表面位置を測定する静電容量型の表面位置測定装置８５を備えている。接触子８３２ａ、８３２ｂと表面位置測定装置８５は工作物Ｗの軸方向で同一位置に配置され、加工部の同一部位を測定することができる。

この研削盤１は、所定のプログラムを実行することで自動化された研削加工や計測を実行する制御装置３０を備えている。制御装置３０の機能的構成として、砥石台３の送りを制御するＸ軸制御部３１、テーブル４の送りを制御するＺ軸制御部３２、主軸５の回転を制御する主軸制御部３３、測定装置８を制御する測定装置制御部３４、各種の演算をする演算部３５などを具備している。Ｘ軸制御部３１の機能として研削時に砥石車７に作用する法線研削抵抗力を送りモータ９の電流値から測定する法線研削抵抗測定部３１１を備えている。また、演算部３５の機能として変化演算部３５１、振れ演算部３５２、振れ精度演算部３５３を備えている。

はじめに、本発明の振れ精度測定方法の概要を説明する。
通常、振れ精度の測定は、センタ穴などの回転基準を基準として測定物を回転させ、測定部表面の回転基準中心からの半径変動量である振れを１回転分測定し、振れの最大値と最小値の差を振れ精度とする。
研削中に加工部の振れ精度を測定するためには、法線研削抵抗力による加工部の回転基準からのたわみ変動の補正が必要である。さらに、研削中の加工部は渦巻状に取代が除去されるため、渦巻状の半径変動を備えており、この半径変動の補正も必要である。加工中の加工部の表面位置を1回転分測定し上記の２つの変動の補正をすることで振れ精度を測定する。

図３に基づき研削中の振れ精度測定について詳細を説明する。
図３（ａ）に示す測定開始位置おける、工作物Ｗの回転基準である主軸５の回転中心と心押台６のセンタ中心を結ぶ線の加工部における位置を点Ｐとする。工作物Ｗに法線研削抵抗力が作用していると、加工部の回転中心は点Ｐからたわみ量ｔ_０だけ移動した点Ｏとなる。点Ｐと表面位置測定装置８５の距離をｕとし、点Ｐと点Ｏの距離をｔ_０とし、加工部の表面と表面位置測定装置８５の距離をｓ_０すると、点Ｏからの加工部の表面半径ｒ_０はｒ_０＝ｕ−ｓ_０−ｔ_０と表される。ｕは測定装置８、主軸５、心押し台６の配置により決定される一定の値である。ｔ_０は法線研削抵抗力により生じる砥石車７の切込み方向における工作物Ｗの加工部のたわみ量であり、加工部の剛性をｋとし、法線研削抵抗力をＲ_０とするとｔ_０＝Ｒ_０／ｋで算出できる。剛性ｋはあらかじめ測定または解析により求めることができる。法線研削抵抗力Ｒは砥石台３を送る送りモータ９の電流値を法線抵抗測定部３１１において検出し法線研削抵抗力Ｒに換算することで測定する。

ここで、加工部の直径は工作物径測定装置８３により測定されるが、測定開始点Ａを含む加工部の直径Ｄ_０は図３（ｂ）に示すように点Ａが接触子８４ａの位置まで回転した時に測定される。表面位置測定装置８５と接触子８４ａの位相差がΦあるので、点Ａのｓ_０、Ｒ_０測定時から工作物Ｗが角度Φだけ回転した時の工作物径測定装置８３の測定値が点Ａを含む加工部の直径となる。測定終了点Ａ_１は点Ａと同一位相で半径が１回転の研削除去量だけ減少した点となり、Ａ_１を含む加工部の直径は測定開始から工作物が（３６０＋Φ）度回転した時に測定される。

測定開始点Ａにおける表面半径をｒ_０とし、所定の回転角度ΔΘ毎にｒ_０からｒ_ｎまで表面半径を１回転分求め、点Ａを含む加工部の直径をＤ_０とし、１回転後の測定終了点Ａ_１を含む加工部の直径をＤ_３６０とすると、図４（ａ）に示すような表面半径変動のグラフが得られる。このグラフに点Ａにおけるｒ_０の値と点Ａ_１におけるｒ_ｎの差である（Ｄ_０−Ｄ_３６０）／２を１回転中の研削除去による半径減少量と見なして回転位置に応じた補正をすると図４（ｂ）に示すグラフが得られる。具体的には、点Ａからｉ番目の回転位置Θ_ｉ（度）における補正量はΘ_ｉ・（Ｄ_０−Ｄ_３６０）／７２０となり、このときの補正表面半径ｒ_ｉはｒ_ｉ＝ｕ−ｓ_ｉ−ｔ_ｉ＋Θ_ｉ・（Ｄ_０−Ｄ_３６０）／７２０として算出できる。
ここで、点Ａの値を基準にしてｉ番目の補正表面半径の差すなわち点Ａに対するｉ番目の表面の振れＦ_ｉを計算するとＦ_ｉ＝ｓ_ｉ−ｓ_１＋ｔ_ｉ−ｔ_１−Θ_ｉ・（Ｄ_０−Ｄ_３６０）／７２０となり、ｕに無関係に振れを算出できる。工作物Ｗの１回転中のＦ_ｉの最大値と最小値の差が振れ精度Ｆｍとなる。

本研削盤１において、本振れ測定工程を用いたバックオフ研削により加工部の振れを修正する研削工程について、図５のフローチャートに基づき説明する。ここで、バックオフ研削とは研削中に砥石車７を後退させて工作物Ｗと砥石車７が離れた位置から再度前進して研削を行うことである。こうすることで、振れのある加工部の振れの大きい部分のみを選択的に研削除去し、工作物径の減少を最小として振れの補正ができる研削方法である。
はじめに、砥石車７と工作物Ｗを所定の回転速度で回転させた状態で、砥石車７を研削開始位置Ｘ＝Ｘ_０まで早送りする（Ｓ１）。所定の粗研削仕上径となるＸ＝Ｘ_０−ｆ_１まで砥石車７を送り粗研削を行う（Ｓ２）。中仕上げ研削の研削条件で工作物１回転分研削を行う。砥石車７を工作物１回転あたりの送り量であるΔｆ_２送る（Ｓ３）。図６のフローチャートに示す振れ測定工程を開始する（Ｓ４）。振れ測定工程で測定した振れ精度Ｆｍが許容値Ｃより大きいかを判定する。Ｆｍ＞Ｃならばバックオフ研削を開始するためＳ６へ移動し、Ｆｍ≦ＣならばＳ７へ移動する（Ｓ５）。砥石台３を後退させバックオフ研削開始位置のＸ＝Ｘ_０−ｆ_１−３・Δｆ_２＋Ｆｍへ位置決め後、Ｓ３へ移動する（Ｓ６）。工作物Ｗの加工部の径が仕上げ研削開始に達するまで中仕上げ研削を行う（Ｓ７）。仕上げ研削を行う（Ｓ８）。砥石台を加工開始位置のＸ＝Ｘ_０＋Ｘ_ｆへ後退させる（Ｓ９）。

次に、本研削盤１における振れ測定工程を、工作物回転の１度（ΔΘ）毎に１回転分のｉ＝０〜３６０までの３６１個の表面半径を測定する例で、図６のフローチャートに基づき図３を参照して具体的に説明する。
はじめに、工作物Ｗの加工部の剛性ｋと、図３（ｂ）に示す、表面位置測定装置８５と接触子８４ａの位相差Φを演算部３５に読込む（Ｓ１１）。演算部３５において工作物回転角度Θの値を０、データカウントｉの値を１にリセットする（Ｓ１２）。図３（ａ）に示すように、測定開始位置である点Ａの表面位置ｓ_０を表面位置測定装置８５で測定し、同時に法線研削抵抗力Ｒ_０を法線抵抗測定部３１１で測定し、演算部３５に記録する（Ｓ１３）。工作物を１度回転させる（Ｓ１４）。表面位置ｓ_ｉを表面位置測定装置８５で測定し、同時に法線研削抵抗力Ｒ_ｉを法線抵抗測定部３１１で測定し、演算部３５に記録する（Θ＝１〜Φ）(Ｓ１５)。データカウントｉの値に１を加算する。ｉ＝ｉ＋１（Ｓ１６）。ｉ≧Φ＋１（測定開始点Ａが接触子８５ａの位置に到達した）か判定する。ｉ＜Φ＋１ならＳ１４へ移動、ｉ≧Φ＋１ならＳ１８へ移動する（Ｓ１７）。図３（ｂ）に示すように、測定開始位置点Ａの工作物直径Ｄ_０を工作物径測定装置８３で測定し、演算部３５に記録する（Ｓ１８）。

工作物を１度回転させる（Ｓ１９）。表面位置ｓ_ｉを表面位置測定装置８５で測定し、同時に法線研削抵抗力Ｒ_ｉを法線抵抗測定部３１１で測定し、演算部３５に記録する（Θ＝Φ＋１〜３６０）（Ｓ２０）。データカウントｉの値に１を加算する。ｉ＝ｉ＋１（Ｓ２１）。ｉ≧３６１（測定開始点Ａが１回転した）か判定する。ｉ＜３６１ならＳ１９へ移動し、ｉ≧３６１ならＳ２３へ移動する（Ｓ２２）。抵抗力変化ΔＲ_ｉ＝Ｒ_０−Ｒ_ｉ、たわみ変化Δｔ_ｉ＝ΔＲ_ｉ／ｋ、表面変化Δｓｉ＝ｓ_０−ｓ_ｉを変化演算部３５１で演算し演算部３５に記録する（Ｓ２３）。Ｓ２３開始と同時に工作物をΦ度回転させる。ここで、Ｓ２６における演算時間はＳ２４における工作物回転時間より短い（Ｓ２４）。図３（ｄ）に示すように、測定終了位置点Ａ_１の工作物直径Ｄ_３６０を工作物径測定装置８３で測定し、演算部３５に記録する（Ｓ２５）。振れＦ_ｉを式Ｆ_ｉ＝Δｓｉ＋Δｔ_ｉ＋ｉ・（Ｄ_０−Ｄ_３６０）／７２０（ｉ＝１〜３６０について）を用いて振れ演算部３５２で演算する（Ｓ２６）。振れ精度ＦｍをＦ_１〜Ｆ_３６０の最大値と最小値の差として振れ精度演算部３５３で演算する（Ｓ２７）。Ｓ２６開始と同時に工作物を（３６０−Φ）度回転させる。ここで、Ｓ２６とＳ２７における演算時間はＳ２８における工作物回転時間より短い（Ｓ２８）。

以上のように、本発明の振れ精度測定方法を用いると、研削中に法線研削抵抗力の影響を受けることなく加工部の振れ精度が測定でき、その結果に応じて最適な振れ取り研削工程を実施できる。このため、振れ取り研削の取り代を必要最小限にでき、研削時間を短縮でき、砥石車７の消耗も削減できる。

上記事例では砥石台送りモータ９の電流値を検出して法線研削抵抗力の測定を行ったが、主軸台５と心押し台６に荷重測定センサを設置して測定してもよい。
表面位置測定装置８５を非接触型のものを用いたが、差動トランス方式などの接触式の測定機を用いてもよい。

Ｗ：工作物３：砥石台４：テーブル５：主軸６：心押し台７：砥石車８：測定装置９：砥石台送りモータ３０：制御装置３５：演算部

Claims

円筒状の工作物を回転支持して加工部を研削する研削中に前記加工部の精度を測定する振れ精度測定方法において、
前記工作物の研削中の１回転の間に、前記砥石車の切込み方向における研削点と対向する前記加工部の表面の位置である表面位置と、この時作用している法線研削抵抗力を同時に測定し、
測定開始位置における前記表面位置と、前記測定開始位置から所定の角度Θ回転した位置における前記表面位置と、の差を表面変化Δｓ（Θ）とし、
前記測定開始位置における前記法線研削抵抗力と、前記測定開始位置から所定の角度Θ回転した位置における前記法線研削抵抗力と、の差を抵抗力変化ΔＲ（Θ）とし、
測定開始位置を含む前記加工部の直径である開始位置直径Ｄ_０と、測定終了位置を含む前記加工部の直径である終了位置直径Ｄ_３６０とを測定し、外径寸法変化ΔＤをΔＤ＝Ｄ_０−Ｄ_３６０で演算し、
研削時の前記加工部の剛性ｋと前記抵抗力変化ΔＲ（Θ）を用いて前記加工部のたわみ変化Δｔ（Θ）を演算し、
前記表面変化Δｓ（Θ）に対して、前記たわみ変化Δｔ（Θ）と、前記外径寸法変化ΔＤを回転角度Θに応じて按分した補正値と、を用いて補正して振れＦ（Θ）を演算し、
前記振れＦ（Θ）の最大値と最小値の差を振れ精度Ｆｍとして演算する振れ精度測定方法。
円筒状の工作物を回転支持して砥石車により加工部を研削する研削盤において、
前記加工部の外径寸法を測定する工作物径測定部と、
前記砥石車の切込み方向における前記加工部の表面の位置を測定する位置測定部と、
研削中の法線抵抗力を測定する法線抵抗力測定部と、
前記工作物の研削中の１回転の間に、測定開始位置における前記位置測定部で測定された開始表面位置と、同時に前記法線抵抗力測定部により測定された開始法線研削抵抗力と、測定開始位置から所定の角度Θ回転した位置における前記位置測定部で測定されたΘ表面位置と、同時に前記法線抵抗力測定部により測定されたΘ法線研削抵抗力を用いて、
前記開始表面位置と前記Θ表面位置の差を表面変化Δｓ（Θ）とし、
前記開始法線研削抵抗力と前記Θ法線研削抵抗力の差を法線研削抵抗力変化ΔＲ（Θ）とし、
前記加工部の剛性ｋと前記法線抵抗力変化ΔＲ（Θ）を用いて前記加工部のたわみ変化Δｔ（Θ）を式Δｔ（Θ）＝ΔＲ（Θ）／ｋを用いて演算する変化演算部と、
測定開始位置を含む前記加工部の直径である開始位置直径Ｄ_０と、測定終了位置を含む前記加工部の直径である終了位置直径Ｄ_３６０との差である外径寸法変化ΔＤをΔＤ＝Ｄ_０−Ｄ_３６０で演算し、
前記回転角度Θに対応する振れＦ（Θ）を式Ｆ（Θ）＝Δｓ（Θ）＋Δｔ（Θ）＋Θ・ΔＤ／７２０を用いて演算する振れ演算部と、
前記振れＦ（Θ）の最大値と最小値の差を振れ精度として演算する振れ精度演算部と、
前記振れ精度に基づき、研削工程を変更する制御装置を備える研削盤。