JPH07100761A - 研削装置 - Google Patents

研削装置

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JPH07100761A
JPH07100761A JP5245023A JP24502393A JPH07100761A JP H07100761 A JPH07100761 A JP H07100761A JP 5245023 A JP5245023 A JP 5245023A JP 24502393 A JP24502393 A JP 24502393A JP H07100761 A JPH07100761 A JP H07100761A
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diameter
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wheel
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浩明 浅野
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Takao Yoneda
孝夫 米田
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Toyoda Koki KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 研削装置において、被研削面の真円度や面粗
度等を低下させることなく、砥石車の切れ味の変化によ
る加工サイクルタイムのばらつきを減少させる。 【構成】 演算手段140は被研削面Waの仕上目標径と
微研削量と切込み送り量とに基づき前段研削完了径を演
算する。制御手段130は、先ず被研削面Waの外径が前
記前段研削完了径になるまで砥石車19により被研削面
Waを研削し、砥石台を所定の後退位置となるまで後退さ
せてから微研削速度で前進させて砥石車により被研削面
を研削し、被研削面の外径が仕上目標径に達すれば砥石
台を後退させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、工作物の円筒状の外径
を研削する研削装置に関する。
【0002】
【従来の技術】円筒研削盤等の研削装置においては、図
6に示すように、主軸台と心押台のセンタ15a,16
aにより支持した工作物Wに対し回転する砥石車19を
有する砥石台を送り込んで被研削面の外径を研削してい
る。砥石台の位置を、図7の図表の線Gに示すように、
粗研削G1、精研削G2、微研削G3と順次送り速度を減少さ
せながら送り込むことにより、工作物Wの被研削面Waの
外径は、砥石台位置に換算した値で示せば、例えば線H
に示すように減少する。この種の円筒研削加工において
は、高い精度を得るためにインプロセス定寸装置24を
用いて研削中に被研削面の外径を計測しながら加工を行
い、被研削面Waの外径が粗研削完了径d1に達すれば送り
速度を粗研送りから精研送りに切り替え、精研削完了径
d2に達すれば精研送りから微研送りに切り替え、仕上目
標径Dに達すれば研削加工を完了して、砥石台を後退さ
せている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この種の研削装置で
は、研削加工に必要な研削抵抗により工作物及びその支
持部の撓み(研削残量)が生じ、この研削残量は図7の
線Iに示すように、各研削工程毎に時間の進行につれて
或る値に集束するが、微研削後の被研削面の面粗度や真
円度などの仕上げ状態を所定の値に保つためには、微研
削終了時には研削残量が充分に集束した値になっていな
ければならない。一方、砥石車の切れ味は通常はツルー
イング直後に高く工作物の加工本数の増大につれて次第
に低下し、これに伴い1本の工作物を加工するためのサ
イクルタイムは変化するので、サイクルタイムにばらつ
きを生じる。連続した加工ラインで工作物を加工する場
合には、一部の加工ステーションにこのようなばらつき
があると、加工ライン全体のネックとなって加工ライン
の能率を低下させるので好ましくない。
【0004】このサイクルタイムのばらつきは、送り速
度が小さい微研削(及び精研削)におけるばらつきが大
きな比重を占めるので、粗研削完了径及び精研削完了径
を仕上目標径に近づけて精研削及び微研削の時間を短縮
することにより減少させることができる。しかしそのよ
うにすると微研削の間に研削残量が充分に集束しなくな
るので、被研削面の面粗度や真円度が低下する。本発明
は、このような各問題を解決することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】このために、本発明によ
る研削装置は、図1に示すように、モータにより回転駆
動される砥石車19を有する砥石台13と、前記砥石車
19とこれにより研削される工作物Wが互いに接近離間
する方向に前記砥石台13と工作物Wを相対移動させる
駆動手段100と、前記工作物Wに対する前記砥石台1
3の位置を検出する位置検出手段110と、研削中に工
作物Wの被研削面Waの外径を計測する定寸手段120を
備え、前段研削に引き続いて微研削を行って前記被研削
面Waを仕上目標径とする研削装置において、前記被研削
面Waの仕上目標径と同被研削面の仕上げに必要な微研削
量と工作物1回転当たりの前記砥石車19の切込み送り
量とに基づき前段研削完了径を演算する演算手段140
と、前記駆動手段100を作動させて先ず前記定寸手段
120により計測される被研削面Waの外径が前記演算手
段140により演算された前段研削完了径になるまで前
記砥石台13を前進させて前記砥石車19により被研削
面Waを研削し、次いで前記位置検出手段110により検
出される位置が所定の後退位置となるまで前記砥石台1
3を後退させ、次いで前記定寸手段120により計測さ
れる被研削面Waの外径が前記仕上目標径に達するまで前
記砥石台13を所定の微研削速度で前進させる制御手段
130を備えたことを特徴とするものである。
【0006】
【作用】制御手段130は駆動手段100を介して砥石
台13を前進させて砥石車19により工作物Wの被研削
面Waを前段研削し、定寸手段120により計測される被
研削面Waの外径が演算手段140により演算される前段
研削完了径になれば前段研削を終了して砥石台13を後
退させる。この後退の際に位置検出手段110により検
出される砥石台13の位置が所定の後退位置に達すれ
ば、制御手段130は砥石台13を所定の微研削速度で
再び前進させて被研削面Waの微研削を開始する。そして
定寸手段120により計測される被研削面Waの外径が仕
上目標径に達すれば、制御手段130は砥石台13を後
退させて研削を終了する。
【0007】
【発明の効果】このような本発明によれば、送り速度が
小さい微研削の際の研削量は被研削面の最終仕上げに必
要な微研削量と工作物1回転当たりの砥石車の切込み送
り量に関連する量のみであるので、従来に比して微研削
量及び微研削に要する時間は減少し、従って砥石車の切
れ味の変化による研削時間のばらつきの絶対値も減少す
る。微研削量の減少の分だけ前段研削量は増大するが、
前段研削における送り速度は大であるので前段研削時間
の増大は僅かであり、従って砥石車の切れ味の変化によ
る研削時間全体のばらつきの増大も僅かである。従っ
て、1本の工作物を加工するためのサイクルタイムが減
少すると共にサイクルタイムのばらつきは減少する。し
かも微研削終了時には研削残量は充分に集束しているの
で、被研削面の面粗度及び真円度などの仕上げ状態は所
望のものが得られる。
【0008】
【実施例】以下に図2〜図5に示す実施例により、本発
明の説明をする。図2に示すように、研削盤10のベッ
ド11上に左右方向(Z方向)移動可能に案内支持した
工作物テーブル12上には、主軸15を軸承する主軸台
14と心押台16が左右方向に対向して同軸的に設けら
れ、工作物Wは主軸15と心押台16に設けたセンタ1
5a,16aにより両端が支持されている。主軸15は
主軸台14に設けたモータ18により回転駆動され、工
作物Wは左端部が主軸15から突設された回止め部材1
7に係合されて主軸15と共に回転される。
【0009】また、ベッド11上には、Z方向と直交す
る水平なX方向に移動可能に砥石台13が案内支持さ
れ、この砥石台13にはCBN砥石等の砥石車19が主
軸15と平行な砥石軸20により軸承され、Vベルト回
転伝達機構21を介してモータ22により回転駆動され
る。ベッド11に設けたサーボモータ23は、数値制御
装置30のパルス分配回路34から分配される制御パル
スに基づいて作動する駆動回路41により制御駆動さ
れ、図略の送りねじ装置を介して砥石台13にX方向の
送りを与えるものである。エンコーダ等の位置検出器2
5はサーボモータ23の回転角度を介して砥石台13の
移動位置を検出し、この検出値はセンサコントローラ4
2を介して数値制御装置30に入力される。
【0010】工作物テーブル12上に設置されたインプ
ロセス定寸装置24は、1対の測定子34aの先端部を
研削中の工作物Wの被研削面Waに係合してその外径寸法
を連続的に直接測定し、その測定信号(アナログ信号)
は数値制御装置30に入力される。
【0011】数値制御装置30は、図2に示すように、
研削装置全体を制御し管理する中央処理装置(CPU)
31、メモリ32、外部とのデータの授受を行うインタ
フェース33、及びCPU31からの指令に応じて駆動
パルスを分配送出するパルス分配回路34を備えてい
る。CPU31には、A−Dコンバータ35を介して定
寸装置24が接続され、またセンサコントローラ42が
接続されている。このセンサコントローラ42はCPU
31により制御され、前述の位置検出器25が接続され
ている。更に、インタフェース33には、制御データ等
を入力するキーボード等の入力装置40が接続され、ま
たパルス分配回路34には、駆動回路41を介して前述
のサーボモータ23が接続されている。メモリ32に
は、工作物Wを加工するための加工プログラム及びその
他のデータ等が格納されている。
【0012】本実施例と請求項の関係において、サーボ
モータ23が駆動手段100を、位置検出器25が位置
検出手段110を、定寸装置24が定寸手段120を、
CPU31及びパルス分配回路34が制御手段130
を、CPU31及びメモリ32が第1〜第3演算手段1
40,150,160をそれぞれ構成している。
【0013】次に、上記のように構成された本実施例の
動作を、図3に示すフローチャート並びに図4及び図5
に示す説明図により説明する。入力装置40からの指令
により研削装置が作動を開始すると、図3に示す加工プ
ログラムによる研削加工が開始される。先ず数値制御装
置30のCPU31は、粗研削に先だつステップ10に
おいて、次の数式1により粗研削完了径D1を演算する。
【0014】
【数1】D1=D+U1+U2・N2+U2+U3・N3 (=D2+U1+U2・N2) 但し D:仕上目標径 U1,U2,U3:それぞれ粗研削、精研削及び微研削時にお
ける、工作物W1回転当たりの砥石車19の切込み送り
量(=各研削時における研削速度/工作物Wの回転速
度) N2,N3:それぞれ精研削及び微研削時における、所定の
仕上げ状態の被研削面Waを作るのに必要な回転数 D2:精研削完了径(後述の数式6参照) ここで、D、各研削時における研削速度、各研削時にお
ける工作物Wの回転速度、N2、N3は、入力装置40から
メモリ32に格納されるデータであり、これらのデータ
によってU1,U2,U3が算出される。このU1、U2及びU3は
直径に換算した値とする。
【0015】CPU31は以上のように粗研削完了径D1
を演算してから、ステップ11の粗研削を実施する。す
なわち砥石車19が回転し、主軸台14と心押台16に
より支持された工作物Wがモータ18により所定の速度
で回転した状態で、CPU31は砥石台13を予め設定
した粗研削送り速度で前進させ、工作物Wの粗研削を実
施する。CPU31は加工プログラム内の砥石台粗研削
送り指令を解読してパルス分配回路34に指令値を与
え、これによりパルス分配回路34から送り出されるパ
ルス信号を駆動回路41を介してサーボモータ23に加
えることによりサーボモータ23を駆動して粗研削を行
う。
【0016】この場合において、砥石台13に切込み送
りが与えられると、時々刻々変化する砥石台13の切込
み送り位置は位置検出器25により検出され、その検出
値はセンサコントローラ42を経てCPU31に入力さ
れる。定寸装置24の測定子34aは工作物Wの被研削
面Waに係合され、これにより被研削面Waの外径をインプ
ロセス計測し、その計測値はA−Dコンバータ35によ
りデジタル信号に変換してCPU31に入力される。粗
研削が進行し定寸装置24により計測された被研削面Wa
の径が演算された粗研削完了径D1に達すれば、CPU3
1はステップ12において粗研削が完了したと判断して
制御動作をステップ13に進めて、その時点における研
削残量Z1(実測値)を取り出す。この研削残量Z1は、粗
研削完了時点における定寸装置24により測定された被
研削面Waの径と位置検出器25により検出された砥石台
13の位置(被研削面Waの径に換算した値)の差として
取り出される。
【0017】続くステップ14において、CPU31は
粗研削後の後退位置F2を演算し、この後退位置F2まで砥
石台13を後退させる。この後退位置F2は次のようにし
て演算する。同一工作物Wの研削中または連続した2個
の工作物Wの研削であって、砥石車19の切れ味があま
り変化していない場合には、研削残量は工作物1回転当
たりの砥石車19の切込み送り量に比例するので次の数
式2が得られる。
【0018】
【数2】 (Z1−α)/U1=(Z2−α)/U2=(Z3−α)/U3 但し Z1,Z2,Z3:それぞれ粗研削、精研削及び微研削
終了時における研削残量(直径に換算) α:工作物Wと砥石車19の間の熱変位及び砥石車19
の摩耗による誤差(直径に換算) 引き続き行う精研削終了時の研削残量の予測値をY2、前
回の加工の際に取り出した微研削終了時の研削残量をX3
(後述のステップ22参照)とすれば、数式2は次の数
式3に変換される。
【0019】
【数3】 (Z1−α)/U1=(Y2−α)/U2=(X3−α)/U3 この数式3から熱変位等による誤差αを消去して精研削
終了時の研削残量の予測値Y2を求めれば、次の数式4の
ようになる。
【0020】
【数4】Y2={Z1・U2+(X3・U1−Z1・U3)(U1−U2)/
(U1−U3)}/U1 粗研削後の砥石台13の後退位置F2は、この予測値Y2を
使用して次の数式5により演算される。
【0021】
【数5】F2=E2−(Y2+α)/2 但し E2:粗研削完了時点における定寸装置24により
計測された被研削面Waの径に対応する砥石台13の位置 CPU31は、ステップ14でこのようにして精研削終
了時の研削残量の予測値Y2に基づき後退位置F2を演算し
て、この後退位置F2まで砥石台13を後退させる。なお
上記演算では各研削残量Z1,X3及び予測値Y2は熱変位等
による誤差αを含まないものを用いてこの誤差αを差し
引いたが、各研削残量Z1,X3及び予測値Y2としてこの誤
差αを差し引いたものを使用すれば、予測値Y2は Z1・U2
/U1となり、後退位置F2は E2−Y2/2 となる。
【0022】以上のステップ10〜14における作動状
態を図4により説明すれば、次の通りである。図におい
て実線Aは位置検出器25により検出された砥石台13
の切込み送り位置を、破線Bは定寸装置24により検出
された被研削面Waの直径を砥石台13の位置に変換した
ものである。粗研削では位置検出器25により検出され
る砥石台13の位置は線A1に示すように早い切込み送り
速度で減少し、被研削面Waは砥石車19により研削がさ
れて、定寸装置24により計測される被研削面Waの直径
は線B1に示すように減少する。この間に研削抵抗による
工作物W及びその支持部の撓みによる研削残量は線C1に
示すように急激に増大する。被研削面Waの径がステップ
10で演算された粗研削完了径D1に達すれば、砥石台1
3の位置は線A2に示すように後退位置F2まで後退し、研
削残量は線C2に示すように急激に減少して精研削終了時
の研削残量の予測値Y2になる。この結果、精研削に必要
な撓みが工作物Wに加えられており、砥石台13を精研
削送りすると、工作物Wの径が直ちに減少する。
【0023】ステップ11及び12の粗研削が完了した
時点では、定寸装置24による被研削面Waの計測値はD1
(=D+U1+U2・N2+U2+U3・N3=D2+U1+U2・N2)であ
るが、被研削面Waの形状は図5に誇張して示すような渦
巻線の一部である。この状態では、工作物Wの回転軸線
Oと砥石車19の研削点の距離は(D2+U2・N2)/2であ
り、この状態のまま工作物Wを回転させて破線で示す真
円とした場合の工作物Wの直径は D2+U2・N2 である。
渦巻状の被研削面Waを破線で示す真円とする場合の被研
削面Waからの切込み量は、円周方向において連続的に減
少する値となるが、その平均値は図示の実施例では工作
物1回転当たりの砥石車19の切込み送り量U2の半分と
なる。粗研削完了時における被研削面Waの径D1は、精研
削完了径D2に渦巻線形状を真円化するために必要な切込
み量U1と精研削時に被研削面Waを作るのに必要な研削量
U2・N2を加えた値であり、精研削のために必要な研削量
の最低値である。なお数式1の粗研削完了径D1は一般的
には D2+U2・N2 に渦巻線形状を真円化するための平均
切込み量×2を加えた値であり、この平均切込み量は切
込み送り量U2の丁度半分にする必要はなく、約半分ある
いは半分より大きい値としてもよい。
【0024】図3のフローチャートの説明の続きに戻
り、CPU31はステップ15において次の数式6によ
り精研削完了径D2を演算する。
【0025】
【数6】D2=D+U2+U3・N3 但し D,U2,U3,N3は前述の通りである。
【0026】精研削完了径D2の演算の後、CPU31は
後退位置F2から砥石台13を前進させてステップ16の
精研削を実施する。精研削が進行して定寸装置24によ
り計測された被研削面Waの径がステップ15で演算した
精研削完了径D2に達すれば、CPU31はステップ17
において精研削が完了したと判断して制御動作をステッ
プ18に進め、前述と同様にしてその時点における研削
残量Z2(実測値)を取り出す。
【0027】続くステップ19において、CPU31は
精研削後の後退位置F3を演算し、この後退位置F3まで砥
石台13を後退させる。前述の粗研削後の後退位置F2の
場合と同様にして、先ず次の数式7が得られる。
【0028】
【数7】 (Z1−α)/U1=(Z2−α)/U2=(Y3−α)/U3 この数式3から熱変位等による誤差αを消去して微研削
終了時の研削残量の予測値Y3を求めれば、次の数式8の
ようになる。
【0029】
【数8】Y3={Z1・U3+(Z2・U1−Z1・U2)(U1−U3)/
(U1−U2)}/U1 精研削後の砥石台13の後退位置F3は、この予測値Y3を
使用して次の数式9により演算される。
【0030】
【数9】F3=E3−(Y3+α)/2 但し E3:精研削完了時点における定寸装置24により
計測された被研削面Waの径に対応する砥石台13の位置 CPU31は、ステップ19でこのようにして精研削終
了後の砥石台13の後退位置F3を演算して、この後退位
置F3まで砥石台13を後退させる。なおこの場合も各研
削残量Z1,Z2及び予測値Y3として熱変位等による誤差α
を差し引いたものを使用すれば、予測値Y2=Z1・U3/U1
となり、後退位置F3=E3−Y3/2 となる。
【0031】以上のステップ15〜19における作動状
態を図4により説明すれば、次の通りである。精研削で
は位置検出器25により検出される砥石台13の位置は
後退位置F2から線A3に示すように低い切込み送り速度で
減少し、被研削面Waは砥石車19により研削がされて、
定寸装置24により計測される被研削面Waの直径は線B3
に示すように減少する。前述のように精研削時の研削量
は必要な最低値であり従って被研削面Waの径がステップ
15で演算された精研削完了径D2に達するまでの精研削
時間は短いが、精研削開始時の研削残量は精研削終了時
の研削残量の予測値Y2であるので、図4の線C3に示すよ
うに、研削残量はこの短い精研削時間の間にほゞ一定値
に集束する。被研削面Waの径が精研削完了径D2に達すれ
ば、砥石台13の位置は線A4に示すように後退位置F3ま
で後退し、研削残量は線C4に示すように急激に減少して
微研削終了時の研削残量の予測値Y3になる。この結果、
微研削に必要な撓みが工作物Wに加えられており、砥石
台13を微研削送りすると、工作物Wの径が直ちに減少
する。
【0032】ステップ16及び17の精研削が完了した
時点では、定寸装置24による被研削面Waの計測値はD2
(=D+U2+U3・N3)であり、被研削面Waの形状は図5
に準じた渦巻線の一部である。精研削完了時における被
研削面Waの径は、仕上目標径Dに渦巻線形状を真円化す
るために必要な切込み量U2と微研削時に被研削面Waを作
るのに必要な研削量U3・N3を加えた値であるから、微研
削のために必要な研削量の最低値である。
【0033】図3のフローチャートの説明の続きに戻
り、CPU31はステップ19に引き続き、後退位置F3
から砥石台13を前進させてステップ20の微研削を実
施する。微研削では砥石台13の位置は後退位置F3から
線A5に示すように低い切込み送り速度で減少し、定寸装
置24により計測された被研削面Waの径は線B5に示すよ
うに減少する。微研削が進行し被研削面Waの径が仕上目
標径Dに達すれば、CPU31はステップ21において
微研削が完了したと判断して制御動作をステップ22に
進め、次回の加工に使用するために、その時点における
研削残量Z3(実測値)を取り出す。次いでCPU31は
ステップ23において、砥石台13を後退させて(図4
の線A6参照)図3のフローチャートに示す加工プログラ
ムを終了する。前述のように微研削削時の研削量は必要
な最低値であり従って被研削面Waの径が仕上目標径Dに
達するまでの微研削時間は短いが、微研削開始時の研削
残量は微研削終了時の研削残量の予測値Y3であるので、
図3の線C5に示すように、研削残量はこの短い微研削時
間の間にほゞ一定値に集束する。
【0034】なお上記実施例では、精研削及び微研削に
おける研削残量は線C3,C5に示すように増大傾向にある
が、粗研削及び精研削後の後退量の決め方により変化す
るものである。この後退量を大きめに設定すれば研削開
始時の研削残量の予測値が小さくなるので研削残量は増
大傾向になり、小さめに設定すれば研削残量は減少傾向
になる。
【0035】以上に述べた実施例によれば、精研削及び
微研削の際の研削量はそれぞれその時の研削状態に応じ
た必要な最低限の値であるので、従来に比して精研削及
び微研削に要する時間は減少し、従って砥石車19の切
れ味の変化による研削時間のばらつきの絶対値も減少す
る。精研削及び微研削量の減少の分だけ粗研削量は増大
するが、粗研削における送り速度は大であるので粗研削
時間の増大は僅かであり、従って砥石車の切れ味の変化
による研削時間全体のばらつきの増大も僅かである。従
って、1本の工作物を加工するためのサイクルタイムが
減少すると共にサイクルタイムのばらつきは減少する。
しかも微研削終了時には研削残量は所定の値に充分集束
しているので、被研削面の面粗度及び真円度などの仕上
げ状態は所望のものが得られる。
【0036】なお上記実施例では、最終仕上げである微
研削の前に行う前段研削を粗研削と精研削の2つに分け
て行ったが、研削条件によっては精研削を省略して本発
明を実施してもよい。
【0037】また上記実施例では、粗研削完了時点にお
ける定寸装置24により計測された被研削面Waの径に相
当する砥石台13の位置から精研削終了時の研削残量の
予想値を引くことによって砥石台13の後退位置を求め
たが、他の実施例として、粗研削終了時点における定寸
装置24により計測された被研削面Waの径に相当する砥
石台13の位置を砥石台13の後退位置としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による研削装置の構成を示す図であ
る。
【図2】 本発明による研削装置の一実施例の全体構成
を示す図である。
【図3】 図2に示す実施例の加工プログラムを示すフ
ローチャートである。
【図4】 図2に示す実施例の作動の説明図である。
【図5】 図2に示す実施例の仕上研削完了時点におけ
る被研削面及びその近傍を示す説明図である。
【図6】 本発明が対象とする研削装置の一例の主要部
を示す図である。
【図7】 従来の研削装置の一例の作動の説明図であ
る。
【符号の説明】
13…砥石台、19…砥石車、100…駆動手段、11
0…位置検出手段、120…定寸手段、130…制御手
段、140…演算手段、W…工作物、Wa…被研削面。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 モータにより回転駆動される砥石車を有
    する砥石台と、前記砥石車とこれにより研削される工作
    物が互いに接近離間する方向に前記砥石台と工作物を相
    対移動させる駆動手段と、前記工作物に対する前記砥石
    台の位置を検出する位置検出手段と、研削中に工作物の
    被研削面の外径を計測する定寸手段を備え、前段研削に
    引き続いて微研削を行って前記被研削面を仕上目標径と
    する研削装置において、前記被研削面の仕上目標径と同
    被研削面の仕上げに必要な微研削量と工作物1回転当た
    りの前記砥石車の切込み送り量とに基づき前段研削完了
    径を演算する演算手段と、前記駆動手段を作動させて先
    ず前記定寸手段により計測される被研削面の外径が前記
    演算手段により演算された前段研削完了径になるまで前
    記砥石台を前進させて前記砥石車により被研削面を研削
    し、次いで前記位置検出手段により検出される位置が所
    定の後退位置となるまで前記砥石台を後退させ、次いで
    前記定寸手段により計測される被研削面の外径が前記仕
    上目標径に達するまで前記砥石台を所定の微研削速度で
    前進させる制御手段を備えたことを特徴とする研削装
    置。
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