(57)【要約】【課題】 研削力を正確に検出することができる内面研削盤を提供する。【解決手段】  研削力検出手段は、第１シュー21に取り付けられた第１の力センサ31と、第１シュー21から周方向に９０°離れた位置に配された第２シュー32に取り付けられた第２の力センサ32と、第１の力センサ31の出力値および第２の力センサ32の出力値に基づいて、力センサ31,32同士が周方向に９０°離れていることに対応する１／４周期分位相をずらして出力値間の差分を取ることで研削力を求める信号処理手段とを備えている。【選択図】    図２
2010076004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークと砥石との接触位置における法線方向上に配された第１シューおよび第１シューから周方向に９０°離れた位置に配された第２シューによってワークを保持するワーク保持手段と、ワークを回転させるワーク回転手段と、研削砥石が装着される砥石軸を有するスピンドルと、ワーク保持手段およびスピンドルを相対的に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、研削力を検出する研削力検出手段と、研削力の検出値に基づいて切込み付与手段による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内面研削盤において、
研削力検出手段は、第１シューに取り付けられた第１の力センサと、第２シューに取り付けられた第２の力センサと、第１の力センサの出力値および第２の力センサの出力値に基づいて、力センサ同士が周方向に９０°離れていることに対応する１／４周期分位相をずらして出力値間の差分を取ることで研削力を求める信号処理手段とを備えていることを特徴とする内面研削盤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、転がり軸受外輪内周に軌道面を研削する際などに使用される内面研削盤に関する。
【背景技術】
【０００２】
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するワーク保持手段と、ワークを回転させるワーク回転手段と、研削砥石が装着されて回転する砥石軸を有するスピンドルと、ワーク保持手段およびスピンドルを相対的に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、研削状態を検出するセンサとを備えているものが知られている（特許文献１）。
【０００３】
研削力を検出するには、複数の力センサを使用することが一般的に行われており、その１例を図５に示す。
【０００４】
図５において、ワーク保持手段(2)は、シューベース(20)と、ワーク(W)と砥石(3)との接触位置における法線方向上に配されてシューベース(20)に取り付けられた第１シュー(21)と、第１シュー(21)から時計方向側に９０°離れた位置に配されてシューベース(20)に取り付けられた第２シュー(22)とを有し、第１シュー(21)および第２シュー(22)によってワーク(W)を保持するようになっている。
【０００５】
力センサ(51)(52)(53)は、３つ使用されており、第１シュー(21)の反時計方向側、第１シュー(21)と第２シュー(22)との間および第２シュー(22)の時計方向側にそれぞれ配置されている。
【特許文献１】特開２００６−２８１４０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この種の内面研削盤を使用した研削加工では、精度向上のため、研削力を検出して、研削力に応じた研削を行うことが好ましいが、研削力を正確に検出することは難しいものであった。
【０００７】
図５に示した内面研削盤では、研削力は、３つの力センサで測定されて、機械振動やインバータノイズの影響を除くために、ローパスフィルターの信号処理を行い高周波成分を除去するようにしている。しかしながら、この処理方法では、ワーク回転に同期して共振が発生したとき、算出した研削力にその成分が含まれることで、正しい研削力が得られない可能性があった。
【０００８】
この発明の目的は、研削力を正確に検出することができる内面研削盤を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明による内面研削盤は、ワークと砥石との接触位置における法線方向上に配された第１シューおよび第１シューから周方向に９０°離れた位置に配された第２シューによってワークを保持するワーク保持手段と、ワークを回転させるワーク回転手段と、研削砥石が装着される砥石軸を有するスピンドルと、ワーク保持手段およびスピンドルを相対的に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、研削力を検出する研削力検出手段と、研削力の検出値に基づいて切込み付与手段による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内面研削盤において、研削力検出手段は、第１シューに取り付けられた第１の力センサと、第２シューに取り付けられた第２の力センサと、第１の力センサの出力値および第２の力センサの出力値に基づいて、力センサ同士が周方向に９０°離れていることに対応する１／４周期分位相をずらして出力値間の差分を取ることで研削力を求める信号処理手段とを備えていることを特徴とするものである。
【００１０】
切込み付与手段は、ワーク保持手段を固定してこれに対してスピンドルをワークの径方向に移動させるものであってもよく、スピンドルを固定してこれに対してワーク保持手段をワークの径方向に移動させるものであってもよい。切込み付与手段は、例えば、ワーク保持台を切込みモータによってワークの径方向（切込み方向）に移動させることにより、砥石にワークに対する切込み動作を行わせるものとされる。
【００１１】
力センサは、例えば、圧電式のものとされるが、これに限定されるものではなく、力センサまたは荷重センサと称されているものを適宜使用することができる。また、力センサは、通常、３方向の成分が検出可能なものとされるが、これに限定されるものではない。
【００１２】
第１および第２シューは、ワークに径方向外方から摺接してワークを保持するもので、シューベースに取り付けられる。ワークと砥石との接触位置における法線方向上に配された第１シューは、実質的に法線方向の研削力だけを受け、第２シューは、第１シューから周方向に９０°離れているので、これに作用する法線方向の研削力は実質的に０となっている。そして、第１の力センサおよび第２の力センサがそれぞれ第１シューおよび第２シューに取り付けられることにより、第１の力センサで捉えたワーク回転同期成分は、ワーク回転の１／４周期後（または１／４周期前）に第２の力センサで捉えられることになり、これらの力センサの出力値間で差分を取ることで、回転同期成分が除去される。
【００１３】
信号処理手段は、例えば、センサ信号を取得する入力部と、回転同期成分を検出する回転同期成分検出部と、測定波形データから回転同期成分を除去する回転同期成分除去部と、回転同期成分が除去された波形データをローパスフィルタ処理する高周波ノイズ除去部と、制御手段へ算出した研削力データを送信する出力部とを備えているものとされる。
【００１４】
高周波ノイズの除去は、回転同期成分除去前に行ってもよく、回転同期成分除去後に行ってもよい。ローパスフィルタ処理は、デジタルローパスフィルタを使用して高周波ノイズ成分を除去するものとされることが好ましいが、アナログローパスフィルタを使用することもできる。
【００１５】
力センサから得られた研削力データは、好ましくは、全て研削盤内の制御手段であるコントローラ（ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントロール）、モーション・コントローラなど）に入力され、ＰＬＣ内のラダープログラムにより処理される。
【００１６】
力センサでモニタリングされる法線方向の研削力は、絶対値が１００Ｎ程度のところに、±５０Ｎ程度のノイズが含まれ、研削力の生波形を制御に利用することが難しく、ローパスフィルタを使用したノイズ除去だけでは、研削力の回転同期成分が除去できないため、研削力を使用した制御において、十分な加工精度を得ることが難しかったが、上記の力センサの配置と信号処理手段とによって、研削力の回転同期成分を除去することができ、これにより、加工精度が大幅に向上する。
【発明の効果】
【００１７】
この発明の内面研削盤によると、第１シューに取り付けられた第１の力センサと、第２シューに取り付けられた第２の力センサと、第１の力センサの出力値および第２の力センサの出力値に基づいて、力センサ同士が周方向に９０°離れていることに対応する１／４周期分位相をずらして出力値間の差分を取ることで研削力を求める信号処理手段とを備えているので、ローパスフィルタを使用したノイズ除去だけでは、除去が困難であった回転同期成分を除去することができ、こうして得られた研削力を使用した制御を行うことにより、加工精度を大幅に向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は、内面研削盤の主要部を模式的に示すもので、内面研削盤(1)は、図１に示すように、内面が被研削面（軌道溝）であるワーク(W)を回転可能に保持するワーク保持台（ワーク保持手段）(2)と、ワーク(W)を回転させるワーク回転手段（図示略）と、研削砥石(3)が装着されて回転する砥石軸(4)を有するスピンドル(5)と、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スピンドル駆動モータ（スピンドル駆動手段）(6)と、ワーク保持台(2)およびスピンドル(5)を相対的に移動させて研削砥石(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（切込み付与手段）(8)と、スピンドル(5)およびスピンドル駆動モータ(6)を支持するスピンドル台(9)と、研削砥石(3)のドレスを行うドレス用砥石(10)と、スピンドル台(9)を軸方向および軸方向に直角の方向に移動させるスピンドル台駆動モータ（スピンドル台移動手段）(11)と、切込みモータ(8)による切込み動作を制御する切込み動作制御手段(13)、スピンドル台駆動モータ(11)の移動方向および移動量を制御するスピンドル台動作制御手段(14)、ドレスが必要かどうかの判定を行うドレスタイミング判定手段(15)などを有する制御手段(12)と、ワーク(W)に作用する研削力を検出する研削力検出手段(16)とを備えている。
【００２０】
ワーク(W)の加工に際しては、スピンドル台駆動モータ(11)によってスピンドル台(9)がワーク保持台(2)方向に移動させられることで、ワーク(W)内に研削砥石(3)が挿入され、この後、切込みモータ(8)によってワーク保持台(2)が砥石軸(4)の軸方向と直交する切込み方向に移動させられることで、ワーク(W)の研削が行われる。ドレスが必要となった場合には、スピンドル台駆動モータ(11)によってスピンドル台(9)がドレス用砥石(10)方向に移動させられ、ドレス用砥石(10)によってスピンドル(5)に取り付けられた研削砥石(3)のドレスが行われる。
【００２１】
切込み動作制御手段(13)による制御、スピンドル台動作制御手段(14)による制御およびドレスタイミング判定手段(15)による判定には、研削力検出手段(16)で得られる研削加工中における研削力が使用されている。
【００２２】
研削力検出手段(16)は、図２に示す２つの力センサ(31)(32)と、図３に示す信号処理手段(41)とを有している。
【００２３】
図２において、ワーク保持手段(2)は、シューベース(20)と、ワーク(W)と砥石(3)との接触位置における法線方向上に配されてシューベース(20)に取り付けられた第１シュー(21)と、第１シュー(21)から時計方向側に９０°離れた位置に配されてシューベース(20)に取り付けられた第２シュー(22)とを有し、ワーク(W)に径方向外方から摺接する第１シュー(21)および第２シュー(22)によってワーク(W)を保持するようになっている。
【００２４】
研削力検出手段(16)は、第１シュー(21)に取り付けられた第１の力センサ(31)と、第２シュー(22)に取り付けられた第２の力センサ(32)とを有している。第１シュー(21)と第２シュー(22)との位置関係に伴い、第２の力センサ(32)は、第１の力センサ(31)から時計方向側に９０°離れた位置に配されている。
【００２５】
図３において、信号処理手段(41)は、センサ信号を取得する入力部(42)と、回転同期成分を検出する回転同期成分検出部(43)と、測定波形データから回転同期成分を除去する回転同期成分除去部(44)と、回転同期成分が除去された波形データをローパスフィルタ処理する高周波ノイズ除去部(45)と、制御手段(12)へ算出した研削力データを送信する出力部(46)とを備えている。
【００２６】
第１の力センサ(31)の出力＝法線方向の研削力Ｆには、例えば、図４（ａ）に示すように、機械振動、インバータノイズ、ワーク回転同期成分などによるノイズ成分が含まれている。第２の力センサ(32)の出力には、法線方向の研削力は含まれていないが、同様のノイズ成分が含まれている。ノイズ成分のうちのワーク回転同期成分については、ある瞬間に第１の力センサ(31)に含まれている分が、ワーク(W)が９０°回転した後に、第２の力センサ(32)に含まれることとなり、時間にすると、第１の力センサ(31)で捉えたワーク回転同期成分は、ワーク回転の１／４周期後に第２の力センサ(32)で捉えられる。回転同期成分検出部(43)においては、この同期成分が求められ、回転同期成分除去部(44)において、力センサ(31)(32)の出力値間で１／４周期のずれを考慮して差分が取られる。これにより、研削力に含まれる回転同期成分が除去される。そして、ワーク回転同期成分以外のノイズ成分である機械振動およびインバータノイズなどは、高周波ノイズ除去部(45)におけるローパスフィルタ処理によって除去される。
【００２７】
こうして得られた研削力は、図４（ｂ）に示すように、ノイズ成分が除去されており、これを制御手段(12)に入力して、切込み動作などを制御することにより寸法誤差が２μｍあったものが１μｍ程度に低減（５０％低減）し、加工精度が大幅に向上する。研削力は、ドレスが必要かどうかの判定を行うためにも使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、この発明による内面研削盤の全体構成を概略的に示す斜視図である。
【図２】図２は、この発明による内面研削盤における力センサの取付け位置を示す正面図である。
【図３】図３は、この発明による内面研削盤の研削力検出手段の信号処理手段を示すブロック図である。
【図４】図４は、この発明による内面研削盤の研削力検出手段で得られる研削力データの図で、（ａ）は処理前、（ｂ）は処理後のものである。
【図５】図５は、従来の内面研削盤における力センサの取付け位置を示す正面図である。
【符号の説明】
【００２９】
(1)     内面研削盤
(2)     ワーク保持台（ワーク保持手段）
(3)     研削砥石
(4)     砥石軸
(5)     スピンドル
(8)     切込み付与手段
(13)    切込み動作制御手段
(16)    研削力検出手段
(21)    第１シュー
(22)    第２シュー
(31)    第１の力センサ
(32)    第２の力センサ
(41)    信号処理手段
(W)     ワーク
【図１】
2010076004.tif 000003
【図２】
2010076004.tif 000004
【図３】
2010076004.tif 000005
【図４】
2010076004.tif 000006
【図５】
2010076004.tif 000007