JPH10128643A - 加工機械主軸の状態監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超仕上装置等の加工機械主軸の回転数と変位
とを簡単な構成により監視可能とする。 【解決手段】 加工機械の主軸２の先端に測定円盤１１
を設け、この測定円盤１１の軸方向位置の変位を変位セ
ンサ１８により非接触で検出する。測定円盤１１の変位
センサ１８に対応する半径位置の円周上には変位センサ
１８による感知を不能とする複数の感知不能部を配列す
る。変位センサ１８の出力信号が閾値を超えたときにパ
ルス発生手段でパルス信号を出力し、そのパルス信号に
基づき主軸回転数算出手段３７により主軸回転数を算出
する。また、主軸回転中の変位センサ１８の出力信号に
基づき主軸変位算出手段３９により主軸２の軸方向の変
位を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、超仕上機械等の
工作機械における主軸の熱的変位等の状態変化を検出す
る工作機械主軸の状態監視装置に関し、例えば転がり軸
受の転走面の加工に用いられる超仕上機械等の状態監視
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】転がり軸受の外輪の軸受転走面を超仕上
機械で超仕上加工する場合、図５のように超仕上機械の
主軸（図示せず）の先端に設けたドライビングプレート
５３に対して、外径をシュー（図示せず）で支えた外輪
５１を、クランプロール５４によって押しつけると共
に、外輪５１の内径側の軸受転走面５１ａに押し当てた
砥石５５を主軸の軸方向に所定の角度範囲内で往復揺動
させて行う。これにより、外輪５１はその端面でのドラ
イビングプレート５３との摩擦でドライビングプレート
５３に同期して回転する。このように、外輪５１が回転
しながら、受転走面５１ａへの砥石５５の接触箇所が断
面の幅方向に移動するので、軸受転走面５１ａの全周が
加工される。内輪の場合は、図６のように内輪５２の外
径側の軸受転走面５２ａに押し当てた砥石５５を主軸の
軸方向に往復揺動させて同様に仕上加工を行う。このよ
うな超仕上加工で重要なことは、工作物（内外輪５１，
５２）の溝位置と砥石５５の揺動中心とが軸方向に合致
していることである。また、工作物の回転が低下するこ
となく加工されていることである。超仕上加工では、研
削のように工具が回転せず、揺動しか行わないので、工
作物回転数を研削に比べて早くしないと加工できない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の超仕上
機械では、クランプロール５４によって主軸の軸方向に
荷重がかかるので、主軸の軸受での発熱が大きくなり、
その熱影響によって主軸が軸方向に伸縮変化する。すな
わち、回転を行うと主軸が伸び、回転を停止すると縮
む。一方、超仕上機械では、高速回転する工作物がロー
ディング装置内で暴れてローディングミスが起こること
を防止するために、工作物の主軸への搬入，搬出時は主
軸を止めることが行われている。砥石５５の交換時にも
停止される。そのため、必然的に、主軸は頻繁に伸縮変
化を繰り返すことになり、内外輪５１，５２の軸受転走
面５１ａ，５２ａの位置と、砥石５５の揺動中心Ｏが、
主軸の軸方向において合致しなくなり、砥石５５が片当
たりとなって砥石磨耗が増大したり、内外輪５１，５２
の軸方向取代に偏りが生じて加工精度を低下させる等の
問題点が生じる。そこで、このような問題点を解消する
ために、前記回転速度を監視するセンサのほかに、主軸
の熱変位を監視する別のセンサを用意する必要があり、
監視機構が複雑になる。

【０００４】この発明は、このような課題を解消し、主
軸の回転数と変位とを簡単な構成により監視できる加工
機械主軸の状態監視装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明の加工機械主軸
の状態監視装置は、主軸の先端に設けられた測定円盤
と、この測定円盤の軸方向位置の変位を非接触で検出す
る変位センサと、前記測定円盤の前記変位センサに対応
する半径位置の円周上に配列されて前記変位センサによ
る感知を不能とする複数の感知不能部と、前記変位セン
サの出力信号が閾値を超えたときにパルス信号を出力す
るパルス発生手段と、この手段で発生したパルス信号か
ら主軸回転数を算出する主軸回転数算出手段と、主軸回
転中の前記変位センサの出力信号から主軸の軸方向の変
位を算出する主軸変位算出手段とを設けたものである。
この構成によると、同じ変位センサを用いて、主軸の回
転数と変位とを監視でき、監視機構が簡単になる。

【０００６】前記加工機械主軸の状態監視装置におい
て、前記測定円盤の前記感知不能部を切欠または穴とし
てもよい。これにより、測定円盤の構成を簡単にでき
る。また、前記主軸変位算出手段を、前記変位センサの
出力が閾値に達した後の所定の遅延時間後に所定の変位
測定時間だけ変位センサ出力を取り込むものとしても良
い。この場合、回転数が大幅に変わる場合にも、正確な
検出ができる。前記加工機械は超仕上機械であっても良
く、その場合、前記の各効果が実用上重要となる。

【０００７】

【発明の実施の形態】この発明の一実施形態を図１ない
し図４と共に説明する。図１はこの実施形態に係る加工
機械主軸の状態監視装置を示す。この状態監視装置を装
備した加工機械は、転がり軸受の内輪１の軸受転走面１
ａを超仕上加工する超仕上機械である。主軸２は主軸ケ
ース３に軸受４，５を介して回転自在に支持されてお
り、主軸モータ６の出力軸６ａに設けたプーリー７と主
軸２の後端に設けたプーリー８とに掛装した伝達ベルト
９により主軸モータ６の回転出力が主軸２に伝達され
る。主軸モータ６の回転出力は、ＮＣ装置における上位
制御部２９によって制御される主軸回転指令手段３０か
らの指令を受けるサーボコントローラ３１で制御され
る。

【０００８】主軸２の前部には中間部材１０を介して測
定円盤１１が設けられ、その前面側にはドライビングプ
レート１２が設けられている。このドライビングプレー
ト１２に対して、内径をシュー（図示せず）で支えた内
輪１が、クランプロール１３によって押しつけられる。
これにより、工作物である内輪１はその端面でのドライ
ビングプレート１２との摩擦でドライビングプレート１
２に同期して回転する。なお、軸受４，５は、予圧機構
１４の付勢で予圧される。

【０００９】主軸ケース３の前端にはセンサホルダ１５
が設けられ、このセンサホルダ１５には測定円盤１１と
対向するセンサヘッド１６が設けられる。このセンサヘ
ッド１６と、その出力信号を増幅するセンサアンプ１７
とで、測定円盤１１の軸方向（Ｚ軸方向）位置の変位を
非接触で検出する変位センサ１８が構成される。測定円
盤１１の変位センサ１８に対応する半径位置の円周上に
は、変位センサ１８による感知を不能とする感知不能部
として、図２に示すように複数の切欠１９が等間隔で配
列されている。感知不能部は、切欠１９の他に穴でもよ
く、このほか材質の違いによってセンサヘッド１６の検
出が不能となるようにした部分であってもよい。

【００１０】主軸２の前部近傍には砥石台２０が設置さ
れている。この砥石台２０は、主軸２の軸方向（Ｚ軸方
向）と平行な方向に移動自在とした軸方向スライド台２
１と、主軸２の軸方向に対して垂直な上下方向に昇降自
在となるように前記軸方向スライド台２１に設けられた
上下スライド台２２とを有する。軸方向スライド台２１
は、軸方向駆動モータ２３の回転出力をボールねじ２４
で進退動作に変換することにより軸方向に進退駆動され
る。上下スライド台２２はシリンダ２５により昇降駆動
される。上下スライド台２２には、砥石２６を取付けた
揺動スピンドル２７が、その軸を主軸２の軸方向（Ｚ軸
方向）に対して垂直な水平方向に向けて正逆回転自在に
設けられており、砥石２６は超仕上の対象物である内輪
１の軸受転走面１ａに押し当てられる。このように構成
された砥石台２０の揺動スピンドル２７が、駆動モータ
（図示せず）により所定角度範囲内で正逆に回転駆動さ
れることによって、砥石２６が揺動スピンドル２７の軸
芯を揺動中心Ｏとして揺動し、これにより内輪１の軸受
転走面１ａが超仕上加工される。軸方向駆動モータ２３
の回転出力は、上位制御部２９によって制御される砥石
軸方向送り制御手段３２からの指令を受けるコントロー
ラ３３で制御される。

【００１１】変位センサ１８の出力信号は、図３に示す
ように比較回路３４およびパルス発生回路３５からなる
パルス発生手段３６に送信される。このパルス発生手段
３６は、図４に示すように変位センサ１８の出力信号Ｓ
が閾値Ｖｒefを超えたときにパルス信号を出力する手段
であり、主軸回転数算出手段３７の一部を構成する。主
軸回転数算出手段３７は、パルス発生手段３６で発生し
たパルス信号を回転数カウンタ３８でカウントして主軸
２の回転数を算出する手段である。主軸回転数算出手段
３７で算出された主軸２の回転数はサーボコントローラ
３１に送信され、これにより主軸２の回転数が補正され
る。これにより、超仕上の対象物である内輪１は所定の
高速な回転数に維持されるので、回転速度の低下による
加工精度の低下が防止される。

【００１２】また、変位センサ１８の出力信号Ｓは、図
３に示すように主軸変位算出手段３９にも送信される。
この主軸変位算出手段３９は、主軸２が回転中に変位セ
ンサ１８の出力信号Ｓから主軸２の軸方向の変位δを算
出するものであり、図３に示すようにパルス発生回路３
５の出力信号に基づき遅延タイマ４０によりその出力信
号の立ち上がりから所定の時間だけ遅らせて、Ａ／Ｄサ
ンプリング回路４１で所定の時間幅Ｔ（図４）だけ変位
センサ１８の出力信号Ｓをサンプリングし、平均化計算
回路４２でサンプリング信号のレベルを平均化し、その
計算出力に所定の係数を乗算する変位算出回路４３によ
り主軸２の軸方向の変位δを算出する。主軸変位算出手
段３９で算出された変位δは、砥石軸方向送り制御手段
３２のオフセット補正手段４４に送信され、砥石位置オ
フセット位置の書き換えが行われる。これにより、熱影
響等により主軸２が軸方向に伸縮変位した分だけ砥石２
６の軸方向位置が補正され、内輪１の軸受転走面１ａの
軸方向位置に砥石２６の揺動中心Ｏが常に合致するの
で、超仕上加工を精度良く行うことができる。

【００１３】この状態監視装置では、１つの変位センサ
１８を、主軸２の軸方向の変位の監視と回転数の監視に
共用できるので、状態監視機構を簡単に構成でき、それ
だけコストダウンを図ることができる。なお、上記実施
形態では、転がり軸受の内輪１の軸受転走面１ａを超仕
上加工する超仕上機械に適用した場合につき説明した
が、外輪の軸受転走面の超仕上加工を行う超仕上機械
や、主軸に工作物を取付けて加工する他の工作機械に適
用しても同様の効果を上げることができる。

【００１４】

【発明の効果】この発明の加工機械主軸の状態監視装置
は、主軸の先端に設けられた測定円盤と、この測定円盤
の軸方向位置の変位を非接触で検出する変位センサと、
前記測定円盤の前記変位センサに対応する半径位置の円
周上に配列されて前記変位センサによる感知を不能とす
る複数の感知不能部と、前記変位センサの出力信号が閾
値を超えたときにパルス信号を出力するパルス発生手段
と、この手段で発生したパルス信号から主軸回転数を算
出する主軸回転数算出手段と、主軸回転中の前記変位セ
ンサの出力信号から主軸の軸方向の変位を算出する主軸
変位算出手段とを備えたため、同じ変位センサを用い
て、主軸の回転数と変位とを監視でき、監視機構が簡単
になる。この構成において、前記測定円盤の前記感知不
能部を切欠または穴とした場合は、その構成を簡単にで
きる。また、この構成において、前記主軸変位算出手段
を、前記変位センサの出力が閾値に達した後の所定の遅
延時間後に所定の変位測定時間だけ変位センサ出力を取
り込むものとした場合は、回転数が大幅に変わる場合に
も、正確な検出ができる。また、この構成において、前
記加工機械が超仕上機械である場合は、主軸変位と回転
数の安定が重要となる超仕上機械において、主軸変位と
回転数とを簡単な構成により正確に監視することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態に係る加工機械主軸の状
態監視装置の構成図である。

【図２】同状態監視装置における測定円盤の正面図であ
る。

【図３】同状態監視装置における主軸回転数算出手段お
よび主軸変位算出手段の構成の詳細を示すブロック図で
ある。

【図４】同状態監視装置における変位センサの出力信号
を示す波形図である。

【図５】転がり軸受の外輪溝の超仕上加工を示す説明図
である。

【図６】同軸受の内輪溝の超仕上加工を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

２…主軸 １１…測定円盤 １８…変位センサ １９…切欠（感知不能部） ３６…パルス発生手段 ３７…主軸回転数算出手段 ３９…主軸変位算出手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸の先端に設けられた測定円盤と、こ
   の測定円盤の軸方向位置の変位を非接触で検出する変位
   センサと、前記測定円盤の前記変位センサに対応する半
   径位置の円周上に配列されて前記変位センサによる感知
   を不能とする複数の感知不能部と、前記変位センサの出
   力信号が閾値を超えたときにパルス信号を出力するパル
   ス発生手段と、この手段で発生したパルス信号から主軸
   回転数を算出する主軸回転数算出手段と、主軸回転中の
   前記変位センサの出力信号から主軸の軸方向の変位を算
   出する主軸変位算出手段とを備えた加工機械主軸の状態
   監視装置。
2. 【請求項２】 前記測定円盤の前記感知不能部が切欠ま
   たは穴である請求項１記載の加工機械主軸の状態監視装
   置。
3. 【請求項３】 前記主軸変位算出手段は、前記変位セン
   サの出力が閾値に達した後の所定の遅延時間後に所定の
   変位測定時間だけ変位センサ出力を取り込むものとした
   請求項１または請求項２記載の加工機械主軸の状態監視
   装置。
4. 【請求項４】 加工機械が超仕上機械である請求項１な
   いし請求項３のいずれかに記載の加工機械主軸の状態監
   視装置。