(57)【要約】【課題】研削盤上に固定されたＡＥセンサ１６はワークｗの研削中における研削抵抗に比例した出力を発生するという知見に基づいて、ワーク研削箇所の剛性を高精度に算出できるものとする。【解決手段】ワーク支持回転手段１３、１３ａ、１４と、ワークｗに対しワーク回転半径方向へ相対変位される研削砥石１０とを備えた研削盤において、ワークｗの研削中に研削抵抗に対応した出力の得られるものとしたＡＥセンサ１６と、研削中のワーク研削箇所の撓みを実測する撓み実測手段２６Ａと、ＡＥセンサ１６の出力から検出される研削抵抗の大きさとワークｗの撓み量ΔＬとからワーク研削箇所の剛性を算出する剛性演算手段２７Ｂとを設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを支持し特定中心線回りへ回転させるワーク支持回転手段と、砥石軸回りへ回転されワークに対しワーク回転半径方向へ相対変位される研削砥石とを備えた研削盤において、ワークの研削中に研削抵抗に対応した出力を得るためのＡＥセンサと、研削中のワーク研削箇所の撓みを実測する撓み実測手段とを設けると共に、前記ＡＥセンサの出力から検出される研削抵抗の大きさと前記ワークの撓み量とから前記ワーク研削箇所の剛性を算出する剛性演算手段を設けたことを特徴とする研削盤。
【請求項２】
前記撓み実測手段が、前記ＡＥセンサの出力からワーク研削中の研削抵抗の大きさを検出する時点の砥石台のＸ軸方向の第一の座標値を検出し、一方では前記ＡＥセンサの出力の変化からワーク研削箇所の撓み量がゼロであるときの、前記研削砥石を支持した砥石台のＸ軸方向の第二の座標値を検出し、これら第一及び第二の座標値に基づいてワーク研削箇所の撓み量を実測するものとなされていることを特徴とする請求項１記載の研削盤。
【請求項３】
前記撓み実測手段が、精研の終了直前のワーク研削箇所の撓みを実測する構成であることを特徴とする請求項１又は２記載の研削盤。
【請求項４】
前記撓み実測手段が、ワーク研削箇所の径方向の熱変形量を、ワークの研削液による冷却に伴う熱変形量の変化から得られた実測データと、この実測データから得られた外挿推測データとにより決定し、この熱変形量を考慮したワーク研削箇所の厳密な撓み量を実測する構成であることを特徴とする請求項１、２又は３記載の研削盤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークを支持し特定中心線回りへ回転させるワーク支持回転手段と、砥石軸回りへ回転されワークに対しワーク回転半径方向へ相対変位される研削砥石とを備えた研削盤に関する。
【背景技術】
【０００２】
研削盤において、特許文献１に示すように、研削状況を把握するためにＡＥ（アコースティックエミッション）センサが設けられることがある。このＡＥセンサはワーク研削中の研削焼けの発生、研削砥石の目詰まりの発生や切れ味の良否などを検出するものとして使用されている。
【０００３】
また研削盤において、特許文献２に示すように、ワーク研削箇所の剛性値を入力データなどから演算する剛性演算手段が設けられることがあるが、この剛性演算手段で得られる剛性値はワーク研削箇所の実際上のそれに正確に合致するものとなり難い。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２３３３６９号公報
【特許文献２】特開平４−２２３８６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記ＡＥセンサはアコースティックエミッションシグナル（周波数が例えば１００ｋＨｚ〜１０００ｋｚ程度の超音波領域である振動波或いは音波）を検出するものとして既に公知であるが、本発明者等は研削盤上でのＡＥセンサの特性を実験により確認する過程で、研削盤のシステム系に変化がなければ、つまりワークの形状及び寸法や、加工条件に変化がなければ、研削盤上に固定されたＡＥセンサはワークの研削中における研削抵抗に比例した出力を正確に発生するという事実を知るに至ったのである。
【０００６】
本発明は、このような知見に基づいて研削中のワークの研削箇所に対応した剛性を高精度に算出させることを可能とした研削盤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】
【０００７】
本発明に係る研削盤は、請求項１に記載したように、ワークを支持し特定中心線回りへ回転させるワーク支持回転手段と、砥石軸回りへ回転されワークに対しワーク回転半径方向へ相対変位される研削砥石とを備えた研削盤において、ワークの研削中に研削抵抗に対応した出力を得るためのＡＥセンサと、研削中のワーク研削箇所の撓みを実測する撓み実測手段と設けるほか、前記ＡＥセンサの出力と前記ワークの撓みとから前記ワーク研削箇所の剛性を算出する剛性演算手段を設けたことを特徴とするものである。
【０００８】
この発明は次のように具体化するのがよい。
即ち、請求項２に記載したように、前記撓み実測手段が、前記ＡＥセンサの出力からワーク研削中の研削抵抗の大きさを検出する時点の砥石台のＸ軸方向の第一の座標値を検出し、一方では前記ＡＥセンサの出力の変化からワーク研削箇所の撓み量がゼロであるときの、前記研削砥石を支持した砥石台のＸ軸方向の第二の座標値を検出し、これら第一及び第二の座標値に基づいてワーク研削箇所の撓み量を実測するものとなされている構成とする。
【０００９】
また請求項３に記載したように、前記撓み実測手段が、精研の終了直前のワーク研削箇所の撓み量を実測する構成とする。
【００１０】
さらには請求項４に記載したように、前記撓み実測手段が、ワーク研削箇所の径方向の熱変形量を、ワークの研削液による冷却に伴う熱変形量の変化から得られた実測データと、この実測データから得られた外挿推測データとにより決定し、この熱変形量を考慮したワーク研削箇所の厳密な撓み量を実測する構成とする。
【発明の効果】
【００１１】
上記した本発明によれば、次のような効果が得られる。
即ち、請求項１記載のものによれば、ワーク研削中に研削砥石がワークを押圧する力をＡＥセンサの出力から正確に実測すると共に撓み実測手段が研削中のワーク研削箇所の撓みを実測するため、ワーク研削箇所の剛性が人手を要することなく正確に算出されるのであり、したがって、剛性を考慮した正確な研削加工が簡易な手段により労力少なく行えるものとなる。
【００１２】
請求項２に記載のものによれば、ワークの研削途中でワーク研削箇所の撓み量を人手を要することなく正確且つ迅速に実測することを可能となして、ワーク研削箇所に対応したワークの剛性を高精度に算出することができるものとなる。
【００１３】
請求項３に記載のものによれば、精研の終了直前のワーク研削箇所の剛性が算出されるため、この算出の行われたワークのスパークアウト研削において、ＡＥセンサの出力から検出される研削抵抗と、この算出された剛性とから、加工中の撓み量が正確に実測されるものとなり、研削抵抗による撓み量を考慮することにより、高精度な研削加工が行えるものであり、また同一形状及び寸法のワークを繰り返し研削する場合には最初の１本のワークについて剛性を算出し、２本目からは１本目で算出した剛性を使用して研削中の撓みを正確に検出することができるようになり、例えば、ワークの研削点の撓み量が一定値を超えないように、砥石台送り速度を制御するような研削の実行が可能となる。
【００１４】
請求項４に記載のものによれば、ワーク研削箇所の径方向の熱変形量がワークの切削液による冷却に伴う熱変形量の変化から得られた実測データと、外挿推測データとにより決定されるため、格別な手段を用いなくても、ワーク研削箇所の径方向の熱変形量を特定することができるのであり、また外挿推測データを使用するため、実測データは比較的短い期間（例えば７〜１５秒程度）に亘って取得したもので済むものとなり、ワーク研削箇所の径方向の熱変形量や厳密な撓み量が迅速に検出されて、能率的な研削が一層高精度に行えるものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に係る研削盤の実施例を図１〜図９を参照して説明する。
図１は円筒体やカムなどを研削するさいに使用される一般的なＣＮＣ研削盤を示し、１はベッド、２はベッド１上に左右方向（Ｚ軸方向）の移動自在に設けられたワーク支持テーブル、３はベッド１上に前後方向（Ｘ軸方向）の移動自在に設けられた砥石台である。
【００１６】
４はベッド１と同体部位に設けられたワーク支持テーブル２送り用のサーボモータで、ワーク支持テーブル２を図示しないネジ送り機構を介してＺ軸方向へ送り移動させるようになされている。５はベッド１と同体部位に設けられた砥石台３送り用のサーボモータで、砥石台３を図示しないネジ送り機構を介してＸ軸方向へ送り移動させるようになされている。
【００１７】
ワーク支持テーブル２上には主軸台６及び心押し台７を備えたワーク支持回転手段が形成されている。８は主軸台６上に設けられた主軸９を駆動するためのサーボモータ、１０は砥石台３上の砥石軸１１に固定された研削砥石、１２は砥石軸１１を回転させるためのモータである。主軸台６には主軸９と同心状に配置された主軸センタ１３ａ及びケレ回し１３が設けられ、また心押し台７には主軸９と同心状に配置された心押しセンタ１４が設けられる。このさい、心押し台７の代わりに右主軸台を設け、これに主軸センタ１３ａと同様の部材を主軸９と同心状の同期回転可能に設けることもできる。またワーク支持テーブル２上にはワークｗの研削中にこれの直径を測定するものとした定寸装置１５が設けられている。この定寸装置１５はワークｗの周面に当接される接触子を具備したものとなされる。
【００１８】
図２において、１６はＡＥセンサで、砥石軸１１の中心部で研削砥石１０の近傍に固定状に埋設されている。ＡＥセンサ１６の出力部は砥石軸１１の反砥石側の軸端に固定された送信部１７と電気的に結合されている。１８は送信部１７から送信された信号を非接触状態で受信する受信部で、砥石軸１１を回転自在に支持する軸受１９と同体状に固定された支持片２０に固定されている。この受信部１８は各部を制御するための数値制御装置２１と電気的に結合されている。２２は研削砥石１０の外周を覆う砥石カバーである。
【００１９】
ＡＥセンサ１６周辺の構成は図３に示すように変形することもできるのであって、この例では、ＡＥセンサ１６は砥石軸１１の砥石側の軸端に固定状に埋設され、送信部１７はＡＥセンサ１６を覆うようにＡＥセンサ１６の外側に砥石軸１１と同体状に固定され、受信部１８は砥石カバー２２に支持片２０を介して固定されている。図２中の各部に対応する箇所には同一符号が付してある。
【００２０】
上記したＣＮＣ研削盤の使用にさいしては、数値制御装置２１に組み込まれたコンピュータに自動的な研削を実行させるためのプログラムを記憶させる。そして、主軸センタ１３ａ及びケレ回し１３と心押しセンタ１４との間に、ワークｗを位置させ、これの各端部をこれら主軸センタ１３ａ及び心押しセンタ１４に固定状に把持させる。このさい、ワークｗの中心は主軸９の回転中心に合致される。この後、各部を作動状態となして、自動的な研削を開始させる。
【００２１】
この自動的な研削における各部の作動を順に説明する。
先ず、モータ１２が回転され、研削砥石１０が回転駆動される。また、必要に応じサーボモータ４が回転され、ワーク支持テーブル２がＺ軸方向へ移動される。これによりワークｗが主軸台６などと共に移動され、研削すべきワークｗはＸ軸方向上で研削砥石１０と対向した状態となされる。続いて、砥石台３はＸ軸方向の機械座標上で、図４に示すように、予めプログラムで特定されている基準位置である座標位置ｐ１に位置される。
【００２２】
この後、数値制御装置２１に組み込まれた高速前進機能部２３が次のように作動する。
即ち、研削砥石１０を前進させる前にＡＥセンサ１６を作動状態とする。このとき、研削砥石１０はワークｗに接触していないため空転していて空気を研削している状態となる。したがってＡＥセンサ１６は研削砥石１０の研削抵抗（研削抵抗と研削主分力の比は研削条件が同一であれば定数となるため、研削主分力でもよい。ここに、研削主分力とは研削点に作用する研削抵抗の分力の一つで研削点を通る砥石接線方向の力を言うものである。）が殆どゼロであることを示すゼロ出力を発し、このゼロ出力が送信部１７及び受信部１８を経て数値制御装置２１に伝達される。
【００２３】
上記ゼロ出力が数値制御装置２１により確認されたことにより、数値制御装置２１に組み込まれた砥石台送り制御手段２４が砥石台３を図４に示すようにワークｗへ近づけるべく特定速度Ｖｋで高速前進させる。この高速前進中にもＡＥセンサ１６は研削抵抗を検出するべく出力を発し続けるのであり、数値制御装置２１はこの出力を比較的短い時間間隔Δｔでサンプリングし、各サンプリング時点での研削抵抗を即時的に検出する。
【００２４】
こうして特定された研削抵抗が、予め設定された特定値を超えたとき、砥石台送り制御手段２４は研削砥石１０の切込み速度が予め決定されている粗研時の切込み速度（砥石台送り速度）Ｖｐ１に合致するように砥石台３の前進速度を低下させる。
即ち、例えば、図５Ａに示すようにプランジカット研削を実行するときは砥石台送り速度を粗送り速度に低下させるのであり、また図５Ｂに示すようにトラバースカット研削を実行するときはワーク支持テーブル２の送り方向を切り替えるときの砥石台３のＸ軸方向の送り量を粗研に対応した大きさとなすことで砥石台送り速度が粗送り速度となされる。
【００２５】
以上のような高速前進機能の作動が行われた後は、図４に示すように粗研又は中粗研を行った後、必要に応じバックオフを実行して、最後にスパークアウトを実行する。なお粗研と中粗研に分けないで中粗研の段階をも粗研として粗研時の砥石台送り速度で研削することも差し支えない。図４中、Ｖｐ１１は中粗研時の砥石台送り速度であり、Ｖｐ２は精研時の砥石台送り速度である。
【００２６】
数値制御装置２１には撓み実測手段２６及び剛性演算手段２７が組み込まれており、次にこれら手段の作動について図６及び図７を参照して説明する。
即ち、剛性演算手段２７が図６のステップ（１）に示すように、図４中の精研が終了する直前（スパークアウトが開始される直前）に、ＡＥセンサ１６の出力から研削抵抗（研削主分力）を即時的に実測する。これと同時に、撓み実測手段２６がこの時点の砥石台３のＸ軸方向の第一の座標値Ｘ１を読み込む。次に図６のステップ（２）に示すように、研削砥石１０を後退させてワークｗから離反させる。そして図６のステップ（３）に示すように再び前進させて研削砥石１０をワークｗに接触させるのであり、この接触開始点をＡＥセンサ１６の出力から検出し、この検出時点の砥石台３のＸ軸方向の第二の座標値Ｘ２を読み込む。次に図６のステップ（４）に示すように、これら座標値Ｘ１、Ｘ２の差値を演算し、この差値をワーク研削箇所の見なし撓み量ΔＬとする。そして図６のステップ（５）において、剛性演算手段２７が精研終了直前の研削抵抗を上記見なし撓み量ΔＬで除して剛性を算出する。
【００２７】
このように算出された剛性は、例えば、スパークアウト研削における研削抵抗による撓み量を特定する上で寄与するものであり、この撓み量を考慮した高精度な研削が可能となる。またスパークアウト研削において極微少の砥石台送りを実行する場合にワークｗの撓み量を一定値よりも小さく抑えるように研削する上でも寄与するのである。
【００２８】
また同一の研削盤により同一形状及び寸法のワークｗの同一箇所を研削する場合、同一研削箇所の剛性は同一であると推測されるのであり、したがって剛性の算出は最初の１本目のワークｗについてのみ実施し、２本目以降のワークｗの研削においてはこれの剛性の算出は行わず、一本目で算出された剛性を使用して実施して差し支えない。このさい、二本目以降の粗研、中粗研及び精研などの各段階において、ワークｗの撓み量を一定値よりも小さく抑えるように研削する上でも寄与する。
【００２９】
上記した剛性の算出ではワークｗの熱変形量を考慮してないが、上記の見なし撓み量ΔＬは厳密にはワークｗの実際の撓み量にワークｗの熱変形量が加わったものとなっている。この熱変形量を無視することが適当でない場合は上記の見なし撓み量ΔＬから熱変形量を減算してワークｗの実際の撓み量を算出し、先の精研終了直前の研削抵抗をこの実際の撓み量で除して厳密な剛性を算出する。
【００３０】
剛性算出時のワークｗの熱変形量は数値制御装置２１に組み込まれた熱変形量検出機能部２８により算出するのであって、該熱変形量検出機能部２８の作動について、図８及び図９を参照して説明する。
【００３１】
図８のステップ（１）に示すように、例えば図４に示すような研削条件でワークｗをスパークアウト直前まで切込み，そのときの研削抵抗（研削主分力でもよい）ｑｓを測定しておき、次に図８のステップ（２）に移行し、砥石台３を極微小量（２０μｍ程度）急速後退させて、ワークｗから研削砥石１０を離反させる。その状態でワークｗに回転を与えたまま研削液を注ぎ続ける作動を維持させる。一方では、図８のステップ（３）に示すように、砥石台３の急速後退時点から、定寸装置１５の出力する寸法信号により特定される熱変形量ｄθｗを微少時間間隔△ｔで検出する。こうして得られる熱変形量ｄθｗのデータは図９の（ａ）に示すようなものとなる。図８のステップ（４）では各検出時点ごとの熱変形量ｄθｗを任意な特定長さの判定間隔ｎ  ・△ｔで平均化することを繰り返す。そして図８のステップ（５）ではこの平均化処理が予め定めた測定時間Ｔｋまで繰り返されたかを判定し、繰り返されたときは図８のステップ（６）へ移行する。
【００３２】
図９（ａ）から判断されるように、１分程度で熱変形量ｄθｗは収束するが，研削能率の観点からは，この無駄時間を待つことはできない。そこで、図８のステップ（６）において、図９（ｂ）中のＴｋ（凡そ１０秒）の時点まで測定したデータを用いて、外挿推測データを作成する。この外挿推測データの関数は予め実験的に決定されるものである。
【００３３】
そして図８のステップ（７）では十分に収束した状態の熱変形量ｄθｋを確定するのであり、具体的には例えば外挿推測データにおいて、砥石台急速後退後の時間Ｔｓが７０秒〜８０秒経過したときの熱変形量ｄθｋを特定し、これを剛性算出時のワークｗの熱変形量とするのである。
【００３４】
この熱変形量ｄθｋを使用して算出された特定研削箇所の剛性は、システム系が変化しなければ、つまりワークの形状及び寸法と、加工条件が同一であれば変化することはない。したがって研削盤で同一の形状及び寸法のワークを順次に研削する場合には、最初の１本目のワークについてのみ剛性を算出しておけばよいのであり、２本目以降の研削にはこの剛性をそのまま使用することができる。
【００３５】
上記実施例では、スパークアウト直前で、剛性を算出する作動を行わせたが、これに限定するものではなく、例えば図４において粗研から中粗研へ移行するときに行われるバックオフ時に研撓み量を計測して剛性を算出するようにしてもよい。このように実施すれば、剛性算出のための砥石台３の後退を行う必要がなくなり、研削能率を高く維持する上で有益である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明で使用されるＣＮＣ研削盤を示す平面図である。
【図２】上記研削盤の砥石軸周辺の構造を示す断面図である。
【図３】上記砥石軸周辺の変形例を示す図である。
【図４】上記研削盤で実行される標準の研削過程を示す図である。
【図５】上記研削盤による研削過程を示しており、Ａはプランジカット研削の説明図でＢはトラバースカット研削の説明図である。
【図６】剛性を算出するときのフロー図である。
【図７】剛性を算出するときの研削砥石及びワークの位置関係を示す説明図である。
【図８】熱変形量検出機能部の作動を示すフロー図である。
【図９】熱変形量検出機能部の作動により得られるデータを示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
６ 主軸台（ワーク支持回転手段）
７ 心押し台（ワーク支持手段）
９  主軸（ワーク支持手段）
１０  研削砥石
１１  砥石軸
１３ａ  主軸センタ（ワーク支持手段）
１４  心押しセンタ（ワーク支持手段）
１６  ＡＥセンサ
２４  砥石送り制御手段
２６  撓み実測手段
２７  剛性演算手段
ｑ  研削抵抗
ｗ  ワーク
【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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【図８】
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【図９】
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