(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端を回転自在に支持された小径長尺のワークに対して、ワークを挟んで砥石に対向する位置にワークを押圧する振れ止め体を備え、ワークの回転中心軸線に沿った方向に前記振れ止め体をワークに相対的に固定した上で、前記砥石を前記回転中心軸線に沿って相対移動するトラバース研削を行う研削盤において、
前記振れ止め体をワークの外周面に前記砥石側に向けて押し当て、
研削開始指示の後、前記砥石を回転作動させてワークと前記砥石との接触／離反状態を検出しながらトラバース研削を開始し、前記ワークを研削する全長範囲の両端点に達したら所定量の切り込み送りを行った後に方向を反転して繰り返してワークと前記砥石の接触を検知しながらトラバース研削を行い、
トラバース研削を繰り返すうちにワークの撓みに起因してワークと前記砥石の接触を検知すると、この接触が継続される期間中トラバース研削し、ワークと前記砥石とが離反したと判断されたときトラバース研削を停止して前記砥石をワークに対して相対的に切り込み送りし、方向を反転させてからトラバース研削することを、以後、切り込み送りが目的位置に達するまで繰り返す移動反転制御部を備えたことを特徴とする研削盤。
【請求項２】
前記接触／離反状態は、前記砥石の支持駆動軸を回転作動させる砥石モータの電流値の変化により検出されることを特徴とする請求項１記載のトラバース円筒研削盤。
【請求項３】
前記接触／離反状態は、前記砥石によるワークの研削時に生じる研削音の変化により検出されることを特徴とする請求項１記載のトラバース円筒研削盤。
【請求項４】
前記接触／離反状態は、前記砥石の支持駆動軸を回転作動させる力の変化により検出されることを特徴とする請求項１記載のトラバース円筒研削盤。
【請求項５】
両端を回転自在に支持された小径長尺のワークに対して、ワークを挟んで砥石に対向する位置にワークを押圧する振れ止め体を備え、ワークの回転中心軸線に沿った方向に前記振れ止め体をワークに対して相対的に固定した上で、前記砥石を前記回転中心軸線に沿って相対移動するトラバース研削を行う研削盤の研削方法において、
前記振れ止め体をワークの外周面に前記砥石側に向けて押し当て、
研削開始指示の後、前記砥石を回転作動させてワークと前記砥石との接触／離反状態を検出しながらトラバース研削を開始し、前記ワークを研削する全長範囲の両端点に達したら所定量の切り込み送りを行った後に方向を反転して繰り返してワークと前記砥石の接触を検知しながらトラバース研削を行い、
トラバース研削を繰り返すうちにワークの撓みに起因してワークと前記砥石の接触を検知すると、この接触が継続される期間中トラバース研削し、ワークと前記砥石とが離反したと判断されたときトラバース研削を停止して前記砥石をワークに対して相対的に切り込み送りし、方向を反転させてからトラバース研削することを、以後、切り込み送りが目的位置に達するまで繰り返す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、研削盤及び研削方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トラバース研削は、ワーク保持部上で両端を支持され回転されるワークに対し、砥石を圧接させた状態で、砥石とワークをワークの回転中心軸線に沿って相対移動させる。特に小径長尺ワークのトラバース研削においては、砥石がワークの外周面に圧接されるため、ワークに撓みが生じる。
例えば、特許文献１には、この障害に対処するため、ワークの外周面のうち砥石の接する側とは反対の側に振れ止め体を設けた構成を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２２２９９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
振れ止め体を目標径に到達するように所定の押圧でワークに押しつけると、ワークは砥石側へ突出するように撓む。この状態で、砥石をワークの回転中心軸線に沿って、予め決められた範囲を往復移動させるトラバース研削が行われる。このとき、研削の初期段階では砥石とワークが接触する箇所（加工部）と接触しない箇所（未加工部）が発生し、未加工部においても、加工部と同様にトラバース研削するために無駄な時間が生じる。研削が進むにつれ、ワークの撓み量は減少してゆき、目標径に達すると、振れ止め体によるワークの撓みは消失する。
本発明は、このような小径長尺ワークに対してトラバース研削をする過程で生じる無駄な時間を削減し、研削加工時間を短縮することが可能なトラバース円筒研削盤及びトラバース研削方法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】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明に係る研削盤は、両端を回転自在に支持された小径長尺のワークに対して、ワークを挟んで砥石に対向する位置にワークを押圧する振れ止め体を備え、ワークの回転中心軸線に沿った方向に前記振れ止め体をワークに相対的に固定した上で、前記砥石を前記回転中心軸線に沿って相対移動するトラバース研削を行う研削盤において、
前記振れ止め体をワークの外周面に前記砥石側に向けて押し当て、
研削開始指示の後、前記砥石を回転作動させてワークと前記砥石との接触／離反状態を検出しながらトラバース研削を開始し、前記ワークを研削する全長範囲の両端点に達したら所定量の切り込み送りを行った後に方向を反転して繰り返してワークと前記砥石の接触を検知しながらトラバース研削を行い、
トラバース研削を繰り返すうちにワークの撓みに起因してワークと前記砥石の接触を検知すると、この接触が継続される期間中トラバース研削し、ワークと前記砥石とが離反したと判断されたときトラバース研削を停止して前記砥石をワークに対して相対的に切り込み送りし、方向を反転させてからトラバース研削することを、以後、切り込み送りが目的位置に達するまで繰り返す移動反転制御部を備えたことを特徴とする
【０００６】
本発明に係る研削方法は、両端を回転自在に支持された小径長尺のワークに対して、ワークを挟んで砥石に対向する位置にワークを押圧する振れ止め体を備え、ワークの回転中心軸線に沿った方向に前記振れ止め体をワークに対して相対的に固定した上で、前記砥石を前記回転中心軸線に沿って相対移動するトラバース研削を行う研削盤の研削方法において、
前記振れ止め体をワークの外周面に前記砥石側に向けて押し当て、
研削開始指示の後、前記砥石を回転作動させてワークと前記砥石との接触／離反状態を検出しながらトラバース研削を開始し、前記ワークを研削する全長範囲の両端点に達したら所定量の切り込み送りを行った後に方向を反転して繰り返してワークと前記砥石の接触を検知しながらトラバース研削を行い、
トラバース研削を繰り返すうちにワークの撓みに起因してワークと前記砥石の接触を検知すると、この接触が継続される期間中トラバース研削し、ワークと前記砥石とが離反したと判断されたときトラバース研削を停止して前記砥石をワークに対して相対的に切り込み送りし、方向を反転させてからトラバース研削することを、以後、切り込み送りが目的位置に達するまで繰り返すことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、振れ止め体が押し付けられて撓んだ小径長尺ワークのトラバース研削において、研削開始当初は、砥石を回転させたトラバース研削を全長範囲の両端点の間で行い、ワークと砥石の接触を検知すると、全長範囲の両端点の間でのトラバース研削ではなく、接触が継続される期間中トラバース研削し、ワークと砥石とが離反したと判断されたときトラバース研削を停止して砥石をワークに対して相対的に切り込み送りすることにより、小径長尺のワークの研削加工時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１によるトラバース円筒研削盤を示す平面図である。
【図２】上記研削盤の振れ止め体周辺を右側から見た側面視説明図である。
【図３】ワーク研削時の処理及び作動を示すフロー図である。
【図４】ワークを研削するときのワークに対する砥石の移動を示す説明図である。
【図５】上記研削盤の検出部から出力された検出波形を示す図である。
【図６】実施例２の研削盤を示す平面図である。
【図７】実施例３の研削盤によるワークに対する砥石の移動軌跡を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施の形態について次の実施例により、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は本実施例に係る研削盤１００を示す平面図である。
研削盤１００は、床面に定置される基礎台１、基礎台１の前側の上面に配設されたワーク保持部２、基礎台１の後側の上面に配設された砥石保持部３、及び制御部４を備えている。ワーク保持部２は、作業テーブル５、主軸台６、心押台７及び振れ止め体８などで形成されている。
【００１１】
作業テーブル５は案内軌道（図示せず）によりＺ軸方向の移動可能に支持され、Ｚ軸サーボモータ９によりＺ軸方向へ移動される。主軸台６は作業テーブル５の左側に設置されてあって、Ｚ軸方向の主軸６ａと、主軸６ａと同心に配設された主軸センタ６ｂを具備している。
【００１２】
心押台７は作業テーブル５の上面にＺ軸方向の位置変更可能に装設された本体部７ａ、本体部７ａにＺ軸方向の変位可能に保持された心押軸７ｂ、心押軸７ｂの先部にこれと同心に保持された心押センタ７ｃ、及び、心押軸７ｂをＺ軸方向に移動させるための操作ハンドル７ｄなどを具備している。
【００１３】
砥石保持部３は砥石台１０、砥石モータ１１、軸受部１２、支持駆動軸１３及び砥石１４を具備している。砥石台１０は基礎台１の上面に形成された図示しない案内軌道により研削方向（Ｘ軸方向）に移動可能に支持され、基礎台１に固定されたＸ軸サーボモータ１９により砥石台１０はＸ軸方向へワークＷに対して相対的に移動される。砥石モータ１１及び軸受部１２は砥石台１０に設けられている。支持駆動軸１３は軸受部１２に保持され砥石モータ１１により回転する。砥石１４は円筒状の研削面を有するもので支持駆動軸１３の左端箇所に同心状に固定されている。
【００１４】
制御部４は検出部１６、コンピュータ数値制御装置４ａ及びモータ駆動ユニット（ＭＤＵ）を備えており、コンピュータ数値制御装置４ａはワークＷを自動的にトラバース研削するための各部の作動を制御するトラバース研削制御部４ａ１として機能し、ＭＤＵはコンピュータ数値制御装置４ａから出力されるパルス信号によりＺ軸サーボモータ９及びＸ軸サーボモータ１９を動作させる。
【００１５】
移動反転制御部１５は、トラバース研削中に砥石１４とワークＷのＺ軸方向の移動反転の位置を制御する。移動反転制御部１５は、砥石モータ１１を駆動する電流の電流値を測定し、測定した検出波形を平均化してノイズ除去を行う検出部１６と、検出部１６から伝達された検出波形により砥石１４とワークＷとがワークＷの撓みに起因して離反したことを判別する判別部１７と、Ｚ軸上において砥石１４をワークＷに対して相対的に移動させるトラバース送りの方向を判別部１７の出力に対応して反転させる反転実行部１８からなっている。砥石モータ１１の電流値を測定する代わりに、ＡＥセンサを支持駆動軸１３の中心箇所に埋設させたり、砥石台１０に設置したりして、音波により研削状態を測定しても良い。この場合、ＡＥセンサの検出した弾性波に対応する検出波形を検出部１６で平均化し、判別部１７はこの平均化された検出波形の変化により、砥石１４がワークＷを殆ど研削しない或いは完全に相対的に離れたと判断されるときに、離反状態であると判別する。反転実行部１８は判別部１７により離反状態であるとの判断が伝達されることにより、ワークＷに対する砥石１４のトラバース送りの方向を逆転させる。これら判別部１７及び反転実行部１８は予め図示しない入力部から必要なプログラムを入力されたコンピュータ数値制御装置４ａにより形成されるものである。尚、砥石１４がワークＷを殆ど研削しない或いは完全に相対的に離れたと判断する際の要件として、イレギュラーな誤動作を防ぐために、離れたとの判断に時間的な要件を導入することもできる。
【００１６】
図２は振れ止め体８の周辺を右側から見た側面視説明図である。振れ止め体８は作業テーブル５に固定された本体部８ａ、本体部８ａにＸ軸方向の摺動変位可能に保持された押圧部８ｂ、押圧部８ｂを弾力で砥石保持部３側へ押圧する圧縮バネ８ｃ、圧縮バネ８ｃの弾力を変更操作するための第１操作部８ｄ１、及び、砥石保持部３側へ向かう押圧部８ｂの変位の限界位置を調整するための第２操作部８ｄ２を具備している。なお、本実施例ではワークＷの外周面を支持する支持部８ｅが第３操作部８ｄ３による高さ変更可能に付加されている。本実施例の研削盤１００は、作業テーブル５が主軸台６、心押台７及び振れ止め体８を搭載した状態で、砥石１４に対してＺ軸サーボモータ９によりＺ軸方向に移動している。このタイプは、作業テーブルをトラバースするタイプの研削盤として知られているが、他方、砥石をトラバースするタイプの研削盤も存在している。砥石をトラバースするタイプの研削盤では、砥石保持部をＺ軸方向に移動させる機構を有しており、砥石保持部をＺ軸方向に移動させ、なおかつＸ軸サーボモータ１９によりＸ軸方向に移動させる。本発明は、そのようなタイプの研削盤に適用しても良いことは明らかである。
【００１７】
次に円筒外周面を有するワークＷをトラバース研削する場合における制御部４の処理について説明する。図３は制御部４の処理フロー図であり、図４は研削盤１００でワークＷを研削するときのワークＷに対する砥石１４の移動を示す説明図である。図５には砥石モータ１１の電流値（検出波形Ｌ１）、これを検出部１６により平均化した検出波形Ｌ２が示されている。各検出波形Ｌ１、Ｌ２において横軸はワークＷのＺ軸方向の位置を表し、縦軸は信号レベル（電流値）を表している。判別部１７は、この検出波形Ｌ２において、信号レベルが所定の閾値を超えている範囲を砥石１４がワークを研削している状態の範囲内（図中、ｔ１の範囲）であると判断し、信号レベルが所定の閾値以下の信号レベルの場合を砥石１４がワークから離れている／或いは実質的に研削が行われていない状態を離反している状態の範囲内（図中、ｔ２の範囲）であると判断し、範囲ｔ１から範囲ｔ２に信号レベルが変化した位置ｔ３を、砥石１４とワークＷとが実質的に離反状態となった位置であると判別する。
【００１８】
まず、研削盤１００には、砥石１４の切り込み送りとトラバース送りとが交互に繰り返される間欠トラバース研削により研削加工を行わせるための準備を行う。
コンピュータ数値制御装置４ａの図示しない入力部から図示しない記憶部に、間欠トラバース研削のために必要な研削加工用のプログラムや各種のデータ、及び、移動反転制御部１５を作動させるために必要なプログラムやデータを入力して記憶させる。作業者は、ワークＷの両端を主軸センタ６ｂ及び心押センタ７ｃに支持させ、主軸６ａの回転をワークＷに伝達するための回転伝達具ａ１を装着する。そして、振れ止め体８の第１及び第２操作部８ｄ１、８ｄ２を操作し、押圧部８ｂの先端面をワークＷの外周面に適当な押圧で圧接する。この際、作業テーブル５上における振れ止め体８のＺ軸方向の位置はワークＷのＺ軸方向研削領域ｂ１のＺ軸方向長さの中央に位置させるのがよい。しかし、これに限定するものではない。
【００１９】
また押圧部８ｂをワークＷに圧接させることにより、ワークＷは図４に示すように後側ｃ１へ向け凸状に撓むが、このときの撓みはワークＷの研削取り代（図２中の符号ｄ１で示す大きさ）を越えるものであってはならない。また押圧部８ｂはワークＷに対する押圧の大きさの大小に拘わらず、研削終了時のワークＷの仮想外周面（図２中に仮想線で示す円ｅ１であって主軸台６と同心のもの）の内方にまで到達するものであってはならない。研削盤１００に対して、振れ止め体８の第２操作部８ｄ２は、砥石保持部３側へ向かう押圧部８ｂの変位の限界位置を設定する。
【００２０】
研削開始が指示されると、研削盤１００はトラバース研削のために必要な作動を開始する。すなわち、後退位置に位置した砥石１４が待機位置に移動され、図４に示すように、その左端面１４ａが研削領域ｂ１の左側の端点ｂ０１に正対し、かつＸ方向に所定距離だけ離れたトラバース研削開始位置に移動される。
【００２１】
ステップＳ１において、トラバース研削を行う。まず、砥石１４はトラバース研削開始位置から右方へ向けて予め入力されたデータによる送り速度で移動される。砥石１４は非研削状態での移動中であっても、回転作動しているため砥石モータ１１の電流値は比較的小さいレベルで検出され、その出力を検出波形Ｌ１として検出部１６に伝達する。
【００２２】
砥石１４はＺ軸方向研削領域ｂ１の全長範囲間でＺ軸方向に移動し、研削領域ｂ１のｂ０２に到達したら(ステップＳ３)、予め入力されたデータの大きさだけＸ軸方向の切り込み送りが実行され送り方向を反転する（ステップＳ４）。砥石１４がＸ軸方向で目的位置に達していなければ（ステップＳ５）、端点ｂ０１に向けて移動する（ステップＳ１）。これを繰り返して往復移動する。
【００２３】
往復移動を繰り返すうち、砥石１４は研削範囲の左側端点ｂ０１から右側端点ｂ０２へ移動される途中でワークＷと接触したとすると、これを判別部１７（ステップＳ２の処理）が検出する。以後、この接触が継続される期間中、ワークＷの外周面を研削する。ワークＷは振れ止め体８の押圧により既述したように砥石１４側へ向け凸状に撓んでいるため、砥石１４がワークＷのＺ軸方向研削領域ｂ１の右側の端点ｂ０２に到達する前にワークＷから離れるか或いは単に接触はしているが研削が実質行われない状態となる。このことは、検出波形Ｌ１を検出波形Ｌ２に平均化して、図５（１）の右図の検出波形Ｌ２のように研削状態である範囲ｔ１から離反状態である範囲ｔ２に移るように変化することで検出される。判別部１７は、ステップＳ６において、範囲ｔ１から範囲ｔ２に変化した位置ｔ３においてワークＷに対し砥石１４が離反したことを検出し、この位置ｔ３を表す信号を反転実行部１８に伝達する。
【００２４】
ステップＳ４において、反転実行部１８は図４中に符号ｆ１で示すように、位置ｔ３にある砥石１４を予め定められた大きさだけＸ軸方向へ切り込み送りさせ、ワークＷに対する砥石１４の相対的なＺ軸上の移動方向を逆転させる。尚、このとき反転実行部１８は、Ｘ軸方向へ切り込み送りする前に、若干、Ｚ方向のトラバースを進めておいてから、Ｘ軸方向へ切り込み送りしても良い。次にステップＳ５に移行し、砥石１４がＸ軸方向の目的位置に到達したか否かが判断され、否であればステップＳ１に戻り、トラバース研削の作動が続行される。
【００２５】
上記の処理に従って、砥石１４がワークＷに対し相対的な往復移動を繰り返す過程において、検出波形Ｌ１と検出波形Ｌ２は、研削が進むにつれ、図５（１）から図５（４）に示すように変化する。すなわち、砥石１４の切り込み送りの総量が大きくなるほどワークＷの撓み形状との関係からワーク研削状態の範囲ｔ１が長くなる。そして砥石１４がＸ軸方向の目的位置に到達すると、図５（４）に示すように、軸方向研削領域ｂ１の全領域において、離反状態ｔ２となり、ワークＷの研削は終了する。
【００２６】
図３のフローにおいて、ステップＳ２とステップＳ６を除去したフローがトラバース研削制御部４ａ１（図１）に対応する。移動反転制御部１５は、ステップＳ２とステップＳ６に対応している。トラバース研削制御部４ａ１だけで処理を行えば、研削盤１００は、研削領域ｂ１である端点ｂ０１とｂ０２を往復して研削することになる。これに対して、移動反転制御部１５（又はステップＳ２とステップＳ６）を有することで、砥石１４がワークＷを有効に研削しない状態でトラバースする動きを削減し、研削加工時間を短縮することができる。
【００２７】
上記のような砥石１４とワークＷの相対変位による研削加工によれば砥石１４とワークＷの非接触状態による無駄な砥石１４の移動である空研削が回避され、効率的な研削が行われるようになる。本実施例では、砥石１４とワークＷとの接触状態の判別は砥石モータ１１の電流値を検出することにより行ったが、砥石１４の支持駆動軸１３を回転作動させる力の変化を力センサで検出することによって、接触状態の判別を行っても良い。或いは、撮像装置などの光学的センサにより、砥石１４とワークＷとの接触／離反を光学的な処理により求めても良い。
【実施例２】
【００２８】
次に実施例２について説明する。図６は実施例２に係る研削盤１０１である。実施例１では振れ止め体８を１個設けたが、実施例２ではそれを複数、設けている。この場合、先の実施例１の場合と同様に、全ての振れ止め体８の押圧によるワークＷの撓みがワークＷの研削取り代ｄ１（図２参照）を越えないようにする。振れ止め体８の数は奇数とするのが好く、これにより砥石１４に向けて１つの山を持った凸状の体勢にワークＷを維持することが容易になる。
【００２９】
実施例２ではワークＷのＺ軸方向研削領域ｂ１のＺ軸方向全長を４分割し、各分割位置ｇ１、ｇ２、ｇ３に振れ止め体８を位置させている。しかし、これに限定するものではない。このような状態とした変形例研削盤１０１によりワークＷを研削する場合の処理及び作動のフローは図３に示すものと変わりない。この場合も、ワークＷの撓みは振れ止め体８の押圧により図６に点線ｈ１で示すように砥石１４側へ凸状となるように調整される。
【実施例３】
【００３０】
図７は、実施例３による、研削範囲が複数存在する円筒状ワークＷに対する砥石１４の移動軌跡を示す説明図である。実施例１との変更点は、研削範囲以外の箇所においては、砥石１４が一旦待避動作をし、その後研削時よりも高速に次の研削範囲に移動し、復帰するように制御されている点である。
【００３１】
まず砥石１４は、研削範囲ｂ１０において、符号ｉ３で示すように研削を行う。端点ｂ１２に到ると、符号ｉ１０で示すように砥石は待避される。待避された砥石１４は研削範囲ｂ２０に向けて符号ｉ１で示すように高速に移動する。研削範囲ｂ２０の端点ｂ２１に到ると、砥石１４は符号ｉ２０で示すように復帰し研削（符号ｉ２）を始める。砥石１４がワークＷから離反したことを検出すると、砥石１４をＸ軸方向に所定量前進させ、トラバース研削の方向を反転して、研削範囲ｂ２０の研削を行う。
【００３２】
研削範囲ｂ２０の端点ｂ２１に到ると、砥石は待避される。待避された砥石１４は研削範囲ｂ１０に向けて符号ｉ１で示すように高速に移動する。砥石１４は研削範囲ｂ１０の端点ｂ１２に復帰し、研削範囲ｂ１０の研削を行う。そして、砥石１４が研削範囲ｂ１０、研削範囲ｂ２０のＸ軸方向目標位置に到達したらワークＷの研削を終了する。
【００３３】
上記実施例においては、円筒形のワークＷを例として示したが、円錐台のワークＷでも同様である。振れ止め体８において、砥石保持部３側へ向かう押圧部８ｂの変位の限界位置を設定しているため、ワークＷが目標の形状に達していない限りにおいては、円筒形であっても円錐台であっても撓んでいる状態であり、ワークＷが目標の形状に達した段階で、撓みが消失し、砥石１４は研削を行わない状態になるからである。
【符号の説明】
【００３４】
Ｗ  ワーク
１００  研削盤
１  基礎台
２  ワーク保持部
３  砥石保持部
４  制御部
５  作業テーブル
６  主軸台
７  心押台
８  振れ止め体
９  Ｚ軸サーボモータ
１０  砥石台
１４  砥石
１５  移動反転制御部
１９  Ｘ軸サーボモータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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