(57)【要約】【課題】研削砥石から被加工物に作用する研削圧を適当に制御しうる研削装置等を提供する。【解決手段】略円筒状のワークＷがワーク台４に固定される。砥石１がｙ軸方向に動かされてワークＷの内側に挿入され、かつ、砥石１がその軸線周りに回転され、その状態で砥石１がｘ軸方向に並進してワークＷの内周面に当接される。これにより、ワークＷの内周面が研削加工されていく。この際、制御装置２０が、研削圧センサＳの出力信号（当該出力信号により表される研削圧）Ｆmeasの目標研削圧Ｆ0に対する偏差ｅが０に近づくように並進駆動機構２２の動作（切り込み速度）が制御される。【選択図】図１
2018111151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研削砥石と、前記研削砥石を軸線回りに回転させる回転駆動機構と、前記研削砥石および被加工物を当該研削砥石の軸線に対して垂直な方向について相対的に並進させる並進駆動機構と、前記研削砥石の外側面により前記被加工物を研削加工するように前記回転駆動機構および前記並進駆動機構のそれぞれの動作を制御する制御装置と、を備えている研削装置であって、
前記研削砥石およびワークの間で作用する力を研削圧として検知する研削圧センサを備え、
前記制御装置が、前記研削圧センサにより検知された研削圧と目標研削圧との偏差に基づき、前記偏差が０に近づくように、前記並進駆動機構の動作を制御することで一定圧研削を行うことを特徴とする研削装置。
【請求項２】
研削砥石と、前記研削砥石を軸線回りに回転させる回転駆動機構と、前記研削砥石および被加工物を当該研削砥石の軸線に対して垂直な方向について相対的に並進させる並進駆動機構と、を備えている研削装置を用いて、前記回転駆動機構および前記並進駆動機構のそれぞれの動作を制御することにより前記研削砥石の外側面により前記被加工物を研削加工する研削方法であって、
前記研削砥石およびワークの間で作用する力を研削圧として検知する工程と、
検知された前記研削圧と目標研削圧との偏差に基づき、砥石の切れ味が変化しても制御誤差を抑制しながら前記偏差が０への収束速度を維持する前記並進駆動機構の動作を制御する工程と、を含んでいることを特徴とする研削方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研削装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
略円柱状の研削砥石を、略円筒状の被加工物（ワーク）の内側面に当接させた状態で、軸線回りに回転させ、かつ、当該軸線に対して垂直な方向に並進させることにより、当該被加工物を内側面から研削する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−０５８４８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、研削砥石を被加工物に対して押し当てる圧力（研削圧）が不適切である場合、所望の態様で当該被加工物を加工することが困難となる。また、研削砥石の切れ味には、本来的な個体差のほか、使用状況の相違などの後天的な個体差があり、さらには研削加工を繰り返すことでも常に変化し、砥石径が小さい場合にはその変化率は大きい。加えて、研削圧が同じであっても研削砥石の切れ味の差によっても加工態様の制御が困難になる。例えば、切れ味の良い研削砥石を用いても、研削圧が低すぎると、加工時間が長くなってしまう可能性がある。一方、研削圧が高すぎると、砥石軸がたわみ、研削面が所望の幾何学的精度と異なる可能性がある。
【０００５】
そこで、本発明は、砥石切れ味を砥石切り込み送りに対する実研削速度へのゲイン（感度）と捉えて砥石から被加工物に作用する研削圧を適当に与え、かつ、加工圧を一定に安定した研削サイクルを長期的に高精度・高能率を維持する制御をしうる研削装置等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の研削装置は、研削砥石と、前記研削砥石を軸線回りに回転させる回転駆動機構と、前記研削砥石および被加工物を当該研削砥石の軸線に対して垂直な方向について相対的に並進させる並進駆動機構と、前記研削砥石の外側面により前記被加工物を研削加工するように前記回転駆動機構および前記並進駆動機構のそれぞれの動作を制御する制御装置と、を備えている研削装置であって、前記研削砥石およびワークの間で作用する力を研削圧として検知する研削圧センサを備え、前記制御装置が、前記研削圧センサにより検知された研削圧と目標研削圧との偏差に基づき、前記偏差が０に近づくように、前記並進駆動機構の動作を制御することで一定圧研削を行うことを特徴とする。
【０００７】
本発明の研削方法は、研削砥石と、前記研削砥石を軸線回りに回転させる回転駆動機構と、前記研削砥石および被加工物を当該研削砥石の軸線に対して垂直な方向について相対的に並進させる並進駆動機構と、を備えている研削装置を用いて、前記回転駆動機構および前記並進駆動機構のそれぞれの動作を制御することにより前記研削砥石の外側面により前記被加工物を研削加工する研削方法であって、前記研削砥石およびワークの間で作用する力を研削圧として検知する工程と、検知された前記研削圧と目標研削圧との偏差に基づき、砥石の切れ味が変化しても制御誤差を抑制しながら前記偏差が０への収束速度を維持する前記並進駆動機構の動作を制御する工程と、を含んでいることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の研削装置および研削方法によれば、研削圧を目標研削圧に近づけるように並進駆動機構の動作（例えば、並進量、並進速度および並進加速度のうち少なくとも1つ）が適当に制御されうる。特に研削砥石が小径の場合は、砥石の切れ味の変化が速く、また加工圧の変化による砥石軸のたわみも大きくなることから、より有効に作用する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態としての研削装置の構成説明図。
【図２】研削装置の制御ブロックに関する説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（構成）
図１に示されている本発明の一実施形態としての研削装置は、略円柱状の研削砥石１と、回転駆動機構２１と、回転駆動機構２１を支持する砥石台１２と、並進駆動機構２２と、略円筒状のワークＷ（被加工物）を支持するワーク台４と、副回転駆動機構４１と、制御装置２０と、を備えている。研削砥石１の近傍には、その外周面をドレッシングする研削砥石ドレッシング装置が設けられていてもよい。
【００１１】
回転駆動機構２１は、電動モータにより構成され、例えばその出力軸に取り付けられているスピンドルを介して研削砥石１を支持し、かつ、研削砥石１をｙ軸方向に平行な軸線回りに回転させる。並進駆動機構２２は、砥石台１２を研削砥石１の軸線方向に沿ってｘ軸方向およびｙ軸方向に並進させることにより、ワークＷに対して研削砥石１を相対的に並進させる。副回転駆動機構４１は、電動モータにより構成され、ワーク台４を通じてワークＷをｙ軸方向に平行な軸線回りに回転させる。なお、砥石台１２が固定され、ワーク台４が並進駆動機構２２によりｘ軸方向およびｙ軸方向のそれぞれに駆動されてもよい。砥石台１２が並進駆動機構２２（第1並進駆動機構）によりｘ軸方向およびｙ軸方向のうち一の方向に駆動され、砥石台１２が並進駆動機構２２（第２並進駆動機構）によりｘ軸方向およびｙ軸方向のうち他の方向に駆動されてもよい。
【００１２】
砥石台１２には、研削圧センサSが設けられている。研削圧センサSは、例えばひずみゲージにより構成され、研削砥石1からワークＷに対して作用する力、または、研削砥石１がワークＷから受ける応力に応じた信号を出力する。研削圧センサＳは、砥石台１２に設けられていてもよい。
【００１３】
制御装置２０は、コンピュータ（ＣＰＵ（演算処理装置）、ＲＯＭまたはＲＡＭなどのメモリ（記憶装置）および入出力Ｉ／Ｆ回路等により構成されている。）により構成されている。制御装置２０は、回転駆動機構２１および並進駆動機構２２のそれぞれの動作を制御する。
【００１４】
（機能）
略円筒状のワークＷがワーク台４に固定される。制御装置２０により、並進駆動機構２２の動作が制御されることにより、砥石１がｙ軸方向に動かされてワークＷの内側に挿入される。制御装置２０により、回転駆動機構２１の動作が制御されることにより、砥石１がその軸線周りに回転される。その状態で制御装置２０により、並進駆動機構２２の動作が制御されることにより、砥石１がｘ軸方向に並進してワークＷの内周面に当接される。これにより、ワークＷの内周面が研削加工されていく。
【００１５】
この際、制御装置２０に対して、研削圧センサＳの出力信号（当該出力信号により表される研削圧）Ｆmeasが入力される。制御装置２０を構成する記憶装置に記憶保持されている目標研削圧Ｆ0が読み出される。
【００１６】
並進駆動機構２２のｘ軸方向の並進速度指令値である今回の切り込み速度Ｖcomが制御装置２０により算定される。例えば、今回の切り込み速度Ｖcom（ｋ）が、前回の切り込み速度Ｖcom（ｋ−１）と、目標研削圧Ｆ0に対する今回研削圧Ｆmeas（ｋ）（実測値）の偏差ｅ（ｋ）＝Ｆ0−Ｆmeas（ｋ）に基づき、関係式（０２）にしたがって制御装置２０により算定される。「ｋ」は制御装置２０の制御サイクル（またはクロック速度）を表わす指数であり、「今回」および「前回」とは今回および前回の制御サイクルにおける値であることを表わす。
【００１７】
Ｖcom (ｋ)＝Ｖcom (ｋ−１)＋Ｋ1{ｅ(ｋ)−ｅ(ｋ−１)}＋Ｋ2ｅ(ｋ)  ‥（０２）。
【００１８】
今回切り込み速度Ｖ（ｋ）が、制御装置２０から並進駆動機構２２に対して指令値として出力される。当該指令値に応じて、並進駆動機構２２のｘ軸方向の並進速度が制御される。これにより、研削圧Ｆmeasを目標研削圧Ｆ0に近づけることができる。
【００１９】
さらに、関係式（０２）にしたがって行われる目標研削圧Ｆ0での研削加工サイクル中の単位圧力あたりの切込速度の平均値を直近の研削サイクルの単位圧力あたりの切込速度の平均値と比較し、補正をくわえることで、砥石の切れ味の変化に対応してより偏差eの０への収束速度を高める。
【００２０】
今回の研削サイクルの切り込み速度Ｖcom のある一定のサンプリング平均値をＶ（ｋ）av として、砥石の切れ味を研削率ηk＝Ｖ（ｋ）av／Ｆ0とし、直前の研削サイクルの砥石の切れ味を研削率ηk-1＝Ｖ（ｋ−１）av／Ｆ0と表わす。そこから補正係数Ｃ（ｋ）＝ηk-1／ηk を導きだし、サイクル毎、または、補正係数Ｃ（ｋ）がある閾値を超えた次の研削サイクルから関係式（０２）の各ゲインＫ1およびＫ２の値を補正する。
【００２１】
（本発明の他の実施形態）
並進駆動機構２２のｘ軸方向の並進速度指令値である今回の切り込み速度Ｖcomが、例えば、図２に示されている制御ブロック図にしたがって実行されてもよい。この場合、制御装置２０は、加算要素２０２、加算要素２０４、第１の１次遅れ要素２１０、第１ゲイン積算要素２１２、第２ゲイン積算要素２１４、加算要素２１６、加算要素２１８、第２の１次遅れ応答要素２２０、研削率算出要素２２８および第３の１次遅れ要素２３０を備えている。
【００２２】
加算要素２０２は、目標研削圧Ｆ0と研削圧Ｆmeasとの偏差ｅ＝Ｆ0−Ｆmeasを算出する。加算要素２０４は、研削圧偏差ｅと第１の１次遅れ要素２１０の出力との和を算出する。第１の１次遅れ要素２１０は、研削圧偏差ｅの第１時定数Ｔ1に応じた１次遅れ成分を出力する。第１ゲイン積算要素２１２は、加算要素２０４の出力に対してゲイン係数Ｋ1を乗じる。第２ゲイン積算要素２１４は、研削圧偏差ｅに対してゲイン係数Ｋ2を乗じる。加算要素２１６は、第１ゲイン積算要素２１２および第２ゲイン積算要素２１４のそれぞれの出力の和を出力する。加算要素２１８は、加算要素２１６の出力と第２の１次遅れ要素２２０の出力との和を切り込み速度指令値Ｖcomとして算出する。第２の１次遅れ要素２２０は、指令値Ｖcomの第２時定数Ｔ2に応じた１次遅れ成分を出力する。研削率算出要素２２８は、今回の研削率ηk＝Ｖ（ｋ）av／Ｆ0を算出する。第３の１次遅れ要素２３０は、今回の研削率ηkの第３時定数Ｔ3に応じた１次遅れ成分を出力する。第１ゲイン係数Ｋ1および第２ゲイン係数Ｋ2が、第３の１次遅れ要素２３０の出力に応じて、偏差ｅの０への収束速度が向上するように適応的に変更される。
【００２３】
第１時定数Ｔ1、第２時定数Ｔ2および第３時定数Ｔ3のそれぞれは同一であっても異なっていてもよい。第１ゲイン係数Ｋ1および第２ゲイン係数Ｋ2に加えてまたは代えて第１時定数Ｔ1、第２時定数Ｔ2および第３時定数Ｔ3ののうち少なくとも１つが、偏差ｅの０への収束速度が向上するように適応的に変更されてもよい。
【符号の説明】
【００２４】
１‥研削砥石、１２‥砥石台、２０‥制御装置、２１‥回転駆動機構、２２‥並進駆動機構、Ｓ‥研削圧センサ、Ｗ‥ワーク。
【図１】
2018111151.tif 000003
【図２】
2018111151.tif 000004