JPH05309547A - 工作機械のワーク寸法制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 研削盤や旋盤等の工作機械に適用される。運
転の立上り時の急激な温度変化にようるインプロセスゲ
ージの温度特性の変化に対して速やかな零点較正が行
え、不良品の発生が防止できるようにする。 【構成】 インプロセスゲージ２に、アフターゲージ１
０による零点補正手段２８を設けた制御形式において、
マスタワークＭＷの測定による零点較正手段３０を付加
する。マスタワークＭＷは、立上り時において、加工位
置Ｐへ定期的にマスタローディング手段１５でローディ
ングする。マスタワークＭＷには、非常に線膨張係数の
小さな材質のものを使用する。インプロセスゲージ２
は、加工中のワーク寸法を実測して工作機械の切込み深
さの制御部２５に検出信号を出力する。アフターゲージ
１０は加工済みの冷却されたワークＷの寸法を測定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ゲージマチック方式
の研削盤や旋盤等において、ワーク寸法を制御する工作
機械のワーク寸法制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】研削加工においてワーク寸法を自動制御
する方式として、ワーク研削中に研削箇所を直接にイン
プロセスゲージで実測しながら研削するゲージマチック
方式がある。この方式は、砥石スピンドルの撓みや砥石
の摩耗等による寸法誤差の問題がないため、高精度の加
工が行える。

【０００３】ゲージマチック方式の制御において、さら
にゲージの温度特性による寸法ドリフトに対処するた
め、次のフィードバック制御が行われている。すなわ
ち、ポストプロセスゲージ方式のアフターゲージを用い
て、研削加工完了後のワーク寸法を全個数自動測定し、
寸法レベルが目標範囲からずれた場合に、研削盤のイン
プロセスゲージの零点補正を行うようにしている。図７
および図８は、その具体例を示す。

【０００４】図７において、研削盤１の加工位置Ｐのワ
ークＷは、インプロセスゲージ２で研削箇所を実測しな
がら、砥石３により外径面の研削を行う。研削の完了し
たワークＷはシュート４で機外に排出し、脱磁器５で脱
磁を行った後、上下リフタ６でアフターゲージ装置７の
入口シュート８に運ばれる。入口シュート８内には、ワ
ークＷの温度変化による寸法測定誤差を少なくするため
に、ワークＷをある程度プールし、洗浄シャワー９によ
り冷却している。アフターゲージ１０では、冷却された
ワークＷの寸法が測定される。

【０００５】インプロセスゲージ２は、例えば直径計測
を行うフォークゲージ型の電気マイクロメータ等からな
り、その検出出力は、図８に示すようにゲージ制御アン
プ１１で増幅および較正されて、ＮＣ装置（図示せず）
の切込み送り制御部に入力される。ゲージ制御アンプ１
１には、零点バーニアとして、アフターゲージフィード
バックバーニア１２と、手動フィードバックバーニア１
３とが設けてある。アフターゲージ１０は、インプロセ
スゲージと同様な電気マイクロメータ等からなり、その
出力はアンプ・判定部１４で監視されて、目標範囲から
外れた値が検出されたときに修正信号ｂが出力される。
この修正信号ｂにより、インプロセスゲージ２における
アフターゲージフィードバックバーニア１２の零点補正
が行われる。

【０００６】この制御方式では、インプロセスゲージ２
の測定値（アンプ出力）が零になるまで研削を行って、
ワークＷを目標の寸法に加工する。加工の完了したワー
クＷは、アフターゲージ１０で実測して目標範囲内にあ
るか否かをチェックし、図９に示すように寸法目標範囲
Ｒからずれてきた場合に、インプロセスゲージ２の零点
補正を行う。このように補正をかけることにより、同図
に黒丸印で示すように、寸法目標範囲Ｒ内にシフトされ
ることになる。そのため、自動運転の安定した状態で、
緩やかな寸法ドリフトが生じた場合に非常に効果的な制
御となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、急激な寸法ド
リフト、例えば朝の立上り時や、工程待機後の再スター
ト時等において、インプロセスゲージ測定系の温度特性
により生じる寸法変化に対しては、フィードバックの応
答遅れにより不良品が発生することになる。すなわち、
図７からわかるように、加工の完了したワークＷは、す
ぐにアフターゲージ１０で測定されるのではなく、脱磁
器５や洗浄シャワー９を通過した後に測定される。

【０００８】したがって、研削の完了したワークＷが実
際にアフターゲージ１０で測定されるのは、５〜６サイ
クル後となり、このためアフターゲージ１０による測定
寸法が目標範囲外となり、インプロセスゲージ２にフィ
ードバックを行っても、既に研削加工が完了してシュー
ト４，８内に滞留している５〜６個のワークＷに対して
は、修正が不能で不良品となる。図９で説明すると、矢
印ＦＢで示すときにフィードバックを行っても、その前
に加工された数個のワークＷ（範囲Ｌのもの）は不良品
となり、廃棄されることになる。

【０００９】この発明の目的は、運転の立上り時の急激
な温度変化によるインプロセスゲージの温度特性の変化
に対して速やかな零点較正が行え、不良品の発生が防止
できる工作機械のワーク寸法制御装置を提供することで
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明の構成を、実施
例に対応する図１と共に説明する。このワーク寸法制御
装置は、インプロセスゲージ（２）およびアフターゲー
ジ（１０）を併用した制御形式において、マスタワーク
（ＭＷ）を加工位置へ定期的にローディングするマスタ
ローディング手段（１５）と、マスタワーク（ＭＷ）の
インプロセスゲージ（２）による測定結果によりインプ
ロセスゲージ（２）の零点較正を行うマスタ較正手段
（３０）を設けたものである。マスタワーク（ＭＷ）に
は、非常に線膨張係数の小さな材質のものを使用するこ
とが好ましい。アフターゲージ（１０）は、加工済みの
ワーク寸法を測定するものである。インプロセスゲージ
（２）は、加工中のワーク寸法を測定して工作機械の切
込み深さの制御部（２５）に検出信号を出力するもので
あり、アフターゲージ（１０）の測定結果に応じて零点
補正を行うフィードバック補正手段（２８）を備える。

【００１１】

【作用】工作機械による加工は、インプロセスゲージ
（２）の測定値が零となるまで行い、これによってワー
ク（Ｗ）を目標寸法に加工する。マスタワーク（ＭＷ）
のローディングは、運転の立上り時に頻繁に、例えば１
個のワーク（Ｗ）の加工完了毎に行い、インプロセスゲ
ージ（２）の零点較正を行う。これにより、立上り時の
急激な温度特性変化に対して、速やかな零点較正が可能
になり、不良品の発生を少なくすることができる。

【００１２】一方、このように零点較正されたインプロ
セスゲージ（２）で加工時の寸法制御を行い、ゲージ零
点で加工を完了しても、クーラント温度等の上昇と共に
ワーク温度も上昇するため、冷却後のワーク寸法は変化
することになる。このような緩やかな寸法変化のドリフ
トは、アフターゲージ（１０）の寸法測定結果をフィー
ドバックして零点補正することにより防止される。

【００１３】

【実施例】この発明の一実施例を図１ないし図３に基づ
いて説明する。図２はこのワーク寸法制御装置を応用し
た工作機械である研削盤および周辺装置の概略正面図で
ある。同図において、図７の例と対応する部分は、同一
符号を付してその説明を省略する。

【００１４】このワーク寸法制御装置は、マスタワーク
ＭＷを加工位置Ｐへ定期的にローディングするローディ
ング装置１５が設けてある。ローディング装置１５は、
アンローディング手段を兼用し、かつ非使用時にマスタ
ワークＭＷを機内に常置する保管部を有するものであ
る。マスタワークＭＷは、非常に線膨張係数が小さな材
質（例えばセラミック，インバー等）により、目標の研
削後寸法に精度良く形成されたものであり、ワークＷの
研削面以外と対応する部分は、ワークＷと異なる形状で
あっても良い。ワークＷは、例えば転がり軸受の外輪と
なるリング状品からなり、砥石３は溝加工を行うもので
ある。加工位置Ｐは、回転する砥石３で加工するときに
ワークＷを保持しておく位置であり、この例では主軸ス
ピンドルのチャック（図示せず）により把持される位置
となる。

【００１６】研削盤１には、図７の例では説明を省略し
たが、素材ワークの供給シュート１６が設けてあり、ま
た排出用のシュート４およびアフターゲージ装置７の入
口シュート８には、ワークＷの１個分離用の可動ストッ
パ１７，１８が設けてある。１９は、測定済みワークの
排出シュートである。研削盤１の加工位置Ｐの近傍に
は、図３（Ｂ）のようにワークＷおよび砥石３にクーラ
ントを吐出するクーラントノズル２０が設けてある。吐
出クーラントは、回収してノズル２０から再度吐出され
る。

【００１７】図３（Ａ）は、インプロセスゲージ２の一
例を示す。このインプロセスゲージ２は、直径測定が可
能な二つの測定端子２１，２１を有するフォークゲージ
形式の電気マイクロメータである。各測定端子２１，２
１はフィラーと呼ばれ、各々フィンガ２２に取付けられ
ている。図２のアフターゲージ１０にも、インプロセス
ゲージ２と同様なものが使用される。なお、各ゲージ
２，１０には、図４に示すように測定端子２１が１つの
半径ゲージを用いても良い。また、図５のようにリング
状ワークＷ′の内面研削を行う場合は、インプロセスゲ
ージ２およびアフターゲージ１０として、フォークゲー
ジ形式のものの他に、図６に示すようなプラグゲージ形
式のものが使用できる。

【００１８】図１は制御系の概念図である。砥石３は、
砥石台２３に搭載されてモータ（図示せず）駆動され、
砥石台２３はサーボモータ２４により切り込み方向の進
退駆動が行われる。サーボモータ２４は、ＮＣ装置の切
込み送り制御部２５で制御される。マスタローディング
手段１５は、ＮＣ装置におけるプログラマブルコントロ
ーラ部等に設けられたマスタ測定サイクル制御手段２６
の指令ａにより、ローディング動作およびアンローディ
ング動作を行う。

【００１９】インプロセスゲージ２のゲージ制御アンプ
２７には、各々零点バーニア等からなるアフターゲージ
フィードバック補正手段２８，手動フィードバック補正
手段２９，およびマスタ較正手段３０を前段から後段へ
順次設けてある。インプロセスゲージ２の測定部におけ
る差動トランス（図示せず）の出力は、これら各手段２
８〜３０を介してＮＣ切込み送り制御部２５に出力され
る。

【００２０】アフターゲージフィードバック補正手段２
８は、アフターゲージ１０のアンプ・判定部１４から出
力される修正信号ｂによって零点補正する手段である。
前記アンプ・判定部１４は、アフターゲージ１０の出力
を増幅および補正すると共に、測定値が寸法目標範囲内
にあるか否かを監視し、目標範囲から外れていた場合に
修正信号ｂを出力する手段である。修正信号ｂの出力
は、１個の外れ検出によって行っても良く、また複数個
の連続した外れ検出等によって行うようにしても良い。

【００２１】手動フィードバック補正手段２９は、操作
釦（図示せず）等を手動で操作することにより零点補正
する手段である。マスタワーク較正手段３０は、マスタ
測定サイクル制御手段２６のマスタワーク測定指令ａが
入力された場合に、測定値の出力値が零となるように零
点較正を行う手段である。

【００２２】つぎに、上記構成の動作を説明する。研削
盤１では、ワークＷの研削部である外径をインプロセス
ゲージ２で実測しながら研削加工し、インプロセスゲー
ジ２のゲージ制御アンプ２７から出力される測定値が零
になると、ＮＣ切込み送り制御手段２５は砥石台２３の
送りを止め、研削を完了する。研削の完了したワークＷ
は、図２の脱磁器５および洗浄シャワー９を経てアフタ
ーゲージ１０に全数送り込み、ワーク外径を実測する。

【００２３】研削盤１の運転の開始時における一定期間
においては、ワークＷが例えば１〜３個研削される毎
に、マスタローディング手段１５により、常置部のマス
タワークＭＷを素材ワークの代わりに加工位置にローデ
ィングする。この加工位置のマスタワークＭＷを、通常
のワークＷと同様にインプロセスゲージ２で測定する。
このときに、ゲージ制御アンプ２７の測定値出力が零で
ないときは、零となるようにマスタ較正手段３０を零点
較正する。

【００２４】このように、頻繁にマスタワークＭＷの測
定および零点較正を行うことにより、立上り時のインプ
ロセスゲージ２の急激な温度特性変化に対して、速やか
な零点較正が可能となり、急激な寸法ドリフトによる不
良品の発生を少なくすることができる。研削盤１の運転
が立上り時の急激な温度変化期間を過ぎて、安定な運転
状態に入ると、マスタワークＭＷの測定は止め、加工の
能率向上を図る。

【００２５】一方、このように零点較正されたインプロ
セスゲージ２で加工時の寸法制御を行い、ゲージ零点で
加工を完了しても、クーラントの温度上昇と共に加工済
みワークＷの温度も上昇するため、冷却後のワーク寸法
は変化することになる。このような緩やかな寸法変化の
ドリフトは、アフターゲージ１０の寸法測定結果をフィ
ードバックして零点補正することにより防止される。ア
フターゲージ１０では、洗浄シャワー９で冷却された状
態で寸法測定が行われる。アフターゲージ１０の測定値
は、前記のようにアンプ・判定部１４で目標範囲内であ
るか否かが監視され、目標範囲から外れた場合に、アフ
ターゲージフィードバック補正手段２８の零点補正が行
われる。

【００２６】なお、前記実施例は研削盤に適用した場合
につき説明したが、この発明は旋盤等、工作機械一般に
適用することができる。

【００２７】

【発明の効果】この発明の工作機械のワーク寸法制御装
置は、従来のアフターゲージによるフィードバック方式
に、インプロセスゲージのマスタワーク測定による較正
機能を付加したため、インプロセスゲージの測定系の温
度特性による立上り時の急激な寸法変化に対して、頻繁
な零点較正を行って不良品の発生を防止することができ
る。また、クーラントの温度上昇等に伴いワーク温度が
上昇することによって生じる緩やかな寸法変化のドリフ
トも、従来と同様に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例にかかるワーク寸法制御装
置の制御系を示す概念図である。

【図２】同ワーク寸法制御装置を装備した研削盤および
周辺装置の概略正面図である。

【図３】（Ａ）はそのインプロセスゲージの側面図、
（Ｂ）は加工点付近を示す拡大正面図である。

【図４】この発明の他の実施例におけるインプロセスゲ
ージを示す説明図である。

【図５】（Ａ）は、さらに他の実施例におけるインプロ
セスゲージと砥石との関係を示す斜視図、（Ｂ）はその
インプロセスゲージの拡大斜視図である。

【図６】さらに他の実施例におけるアフターゲージの断
面図である。

【図７】従来の研削盤および周辺装置の概略正面図であ
る。

【図８】そのワーク寸法制御装置の概念図である。

【図９】同ワーク寸法制御装置におけるアフターゲージ
の測定結果の説明図である。

【符号の説明】

１…研削盤、２…インプロセスゲージ、３…砥石、４…
シュート、５…脱磁器、９…洗浄シャワー、１０…イン
プロセスゲージ、１５…マスタローディング手段、２７
…ゲージ制御アンプ、２８…アフターゲージフィードバ
ック補正手段、３０…マスタ較正手段、ＭＷ…マスタワ
ーク、Ｗ…ワーク

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加工中のワーク寸法を測定して工作機械
   の切込み深さの制御部に検出信号を出力するインプロセ
   スゲージと、マスタワークを加工位置へローディングす
   るマスタローディング手段と、マスタワークの前記イン
   プロセスゲージによる測定結果により前記インプロセス
   ゲージの零点較正を行うマスタ較正手段と、加工済みの
   ワーク寸法を測定するアフターゲージと、このアフター
   ゲージの測定結果に応じて前記インプロセスゲージの零
   点補正を行うフィードバック補正手段とを備えた工作機
   械のワーク寸法制御装置。