(57)【要約】【課題】  プランジ研削のように、研削によりワーク径が変化する場合に、研削力によるワークの撓みを精度よく補正して常に高精度なワーク外周面の研削ができる研削装置を提供する。【解決手段】  丸棒状ワーク１に対する研削力に対抗して該ワーク１を支持する支持部材３を備え、研削力による該ワーク１の撓み量と、研削によるワーク径の変化に基づいて、該ワーク１の軸心位置を一定に保持するように前記支持部材３の支持位置移動手段５を制御する制御手段９を備えた。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
丸棒状ワークに対する研削力に対抗して該ワークを支持する支持部材を備え、研削力による該ワークの撓み量と、研削によるワーク径の変化に基づいて、該ワークの軸心位置を一定に保持するように前記支持部材の支持位置移動手段を制御する制御手段を備えたことを特徴とする研削装置。
【請求項２】
丸棒状のワークを研削する砥石と、該砥石の押圧力に対抗してワークを所定の原点位置で支持する支持部材と、前記砥石の押圧力による該支持部材の変位を検出する変位センサーと、前記支持部材を移動させる支持位置移動手段と、前記変位センサーの出力に応じて前記支持部材を前記原点に戻すように前記支持位置移動手段を駆動制御する制御装置とを備えた研削装置であって、
前記ワークの径を測定するワーク径測定手段を備え、前記制御手段は、該ワーク径測定手段の出力に応じて前記原点位置を変更することを特徴とする請求項１に記載の研削装置。
【請求項３】
前記支持部材は、ワークの砥石押圧面と反対側の側面の上下２位置で、それぞれ１個又は横に近接する２個の球体の一部からなる支持突起を支持板から突出させて形成したことを特徴とする請求項２に記載の検索装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、丸棒状のワークの側面を砥石等で研削する研削装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種軸材として用いる丸棒状ワークを砥石で研削する研削装置において、砥石をワークの軸方向に移動させながらワーク表面を研削するトラバース研削と、砥石を軸方向の一定位置に保持してワークの径方向に研削するプランジ研削と、ワークに対し斜め方向から研削するアンギュラー研削が行われる。このような研削装置のトラバース研削において、ワークに対し砥石を押し付けて研削する研削力によりワークが撓んだときにこれを補正して常に撓みのない状態で高精度の表面研削を行うことを図ったトラバース研削盤が開発されている（特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１に記載の研削盤は、長尺丸棒状のワークを両端で回転自在に支持し、回転する砥石をワークの外周面に押し付けた状態で砥石に対してワークを相対的に軸線方向へ平行移動させてトラバース研削を行うトラバース円筒研削盤において、前記ワークの外周面における前記砥石にワークを挟んで対向する部位にワークの径方向へ変位可能な状態で添接させた押圧子と、この押圧子をワーク側へ押圧する押圧手段と、研削力でワークが撓むことにより変位した前記押圧子の変位量を検出する変位量検出手段と、この検出手段の検出結果に基づいて前記押圧手段を駆動する制御手段とを備え、前記制御手段は、研削中の押圧子の変位量が所定値以下となるように前記押圧手段をフィードバック制御する構成を採っている。
【０００４】
このような構成により、ワークが砥石の押圧力により撓んだときに、このワークを砥石と反対側の背面で支持する支持部材である押圧子が押されて後方に変位し、この変位量に応じて押圧手段によりワークを元の位置まで押し返すため、常に撓みのない状態で高精度なトラバース研削が可能になる。
【０００５】
しかしながら、この特許文献１の研削盤は、ワークの軸線方向に沿って径が一定となるトラバース研削では高精度な研削ができるが、プランジ研削のように、研削により径が変化すると、ワークの撓みを補正するように押圧子を元の位置まで押し返しても、元の位置そのものが研削により変わっているため、高精度な研削ができない。
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−００１６５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来技術を考慮したものであって、プランジ研削のように、研削によりワーク径が変化する場合に、研削力によるワークの撓みを精度よく補正して常に高精度なワーク外周面の研削ができる研削装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、請求項１の発明では、丸棒状ワークに対する研削力に対抗して該ワークを支持する支持部材を備え、研削力による該ワークの撓み量と、研削によるワーク径の変化に基づいて、該ワークの軸心位置を一定に保持するように前記支持部材の支持位置移動手段を制御する制御手段を備えたことを特徴とする研削装置を提供する。
【０００９】
請求項２の発明では、丸棒状のワークを研削する砥石と、該砥石の押圧力に対抗してワークを所定の原点位置で支持する支持部材と、前記砥石の押圧力による該支持部材の変位を検出する変位センサーと、前記支持部材を移動させる支持位置移動手段と、前記変位センサーの出力に応じて前記支持部材を前記原点に戻すように前記支持位置移動手段を駆動制御する制御装置とを備えた研削装置であって、前記ワークの径を測定するワーク径測定手段を備え、前記制御手段は、該ワーク径測定手段の出力に応じて前記原点位置を変更することを特徴としている。
【００１０】
請求項３の発明では、前記支持部材は、ワークの砥石押圧面と反対側の側面の上下２位置で、それぞれ１個又は横に近接する２個の球体の一部からなる支持突起を支持板から突出させて形成したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の発明によれば、支持部材により、ワークへの砥石等からの研削力に対抗してワークがバックアップされ、この研削力によるワークの撓み量が補正されるとともに、研削によりワーク径が変化すると、そのワーク径変化に基づいてワークの軸心位置が一定になるようにワークをバックアップする支持部材の位置が移動されるため、ワーク径が研削により変化する場合であっても、ワークは支持部材により適正な位置でバックアップ支持され、常に撓みのない状態で、高精度な研削が可能になる。これにより、剛性が低く撓みやすいワークであっても、高負荷での研削が可能になり、研削時間を短縮して生産性を高めることができる。
【００１２】
請求項２の発明によれば、砥石による研削の場合、ワークを最初にセットした状態でワークに研削力がかかっていない状態でワークに接する支持部材の位置を原点として、砥石からの研削力によりワークが撓んで支持部材が押されて変位したときに、この変位量に応じて支持部材を原点位置まで押し返す場合、研削によりワーク径が変化していても、このワーク径を測定してワーク径に対応して原点位置を補正するため、常にワークの軸心が一定位置に保持され、この軸心が一定位置のワークを支持部材がバックアップするため、常に撓みのない状態で高精度な研削ができる。
【００１３】
請求項３の発明によれば、水平配置した丸棒状ワークの背面側をバックアップする支持部材の支持点が、半球状等の球の一部により、ワーク側面の上下２位置で、それぞれ１点又は２点でワークに接触して支持することにより、十分かつ確実にスペース的に効率よくワークを支持できる。このとき、ワークの回転方向に応じて力がかかる方向の上側の位置又は下側の位置では、横に近接する２点（上下合計３点）で支持することにより、ワークをさらに確実に支持するとともに、力の分散によりワーク表面への圧痕のおそれを十分なくすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、本発明の基本原理説明図であり、（Ａ）は基本構成図、（Ｂ）は動作図である。
（Ａ）に示すように、長尺丸棒状のワーク１（断面で示す）は、回転しながら砥石２により押し付けられ研削力Ｆにより外周面がプランジ研削される。この砥石２による研削面と反対側の背面で研削力Ｆに対抗して支持部材３がワーク１をバックアップして支持する。支持部材３は、支持台４上に固定され、移動手段（請求項２）である油圧シリンダ５により、ワーク１が研削力Ｆにより後方に撓んだときに、矢印Ｒのように、適正な位置に押し戻される。支持部材３の背面にアクチュエータ６を介して変位センサー（例えば電気マイクロメータ）７が配設される。
【００１５】
研削中のワーク１の外径は、ワーク径測定装置８により検出される。ワーク径測定装置８は、例えば定寸装置であり、目標とする研削寸法に対する研削残り代を検出する。これにより、研削中のワークの径が常に測定可能になる。
ワーク径測定装置８からの出力信号は、変位センサー７からの出力信号とともに制御装置９に入力される。制御装置９は、ワーク径の測定結果及び撓み量の検出結果に基づき、ワーク１の軸心位置が一定となるように、サーボ駆動装置（例えば油圧サーボバルブ）１０を介して油圧シリンダ５を駆動し支持部材３を移動させる。
【００１６】
上記構成の動作を（Ｂ）に示す。砥石による研削（ステップＢ１）が開始されると、ワーク１が研削力により撓む（ステップＢ２）。これとともに、ワーク１が研削されて径が小さくなる（ステップＢ３）。ワークの撓みにより支持部材３が押されて後方に変位する。この支持部材３の変位量が変位センサー（電気マイクロメータ）７で検出される（ステップＢ４）。また、ワーク径の変化は、ワーク径測定装置８により検出される（ステップＢ５）。支持位置変位量の検出データとワーク径変化の測定データは制御装置９に入力され、ワーク１の軸心位置が一定になるように、支持部材３の位置を移動するための移動量が演算される（ステップＢ６）。
【００１７】
支持部材３の移動量の演算例として、最初にワーク１をセットした研削前の状態で支持部材３がワーク背面に接触した位置を原点として保存する。研削が開始されると、研削力によりワークが撓み支持部材３が押されて原点位置から後方に変位する。この変位量に対応して油圧シリンダ５を駆動し、支持部材３を原点まで押し戻して撓みをなくすように補正する。このとき、研削によりワーク径が小さくなっているので、無負荷状態でワークに接触する支持部材３の原点位置が変化している。そこで、ワーク径に対応して支持部材３の原点位置を変更する。この変更された原点位置に支持部材３を押し戻すように支持部材３の移動量を演算する。
【００１８】
このように演算された移動量に基づいて油圧シリンダ５を駆動し（ステップＢ７）、バックアップ支持位置を移動させてワーク１の軸心を一定位置に保持する（ステップＢ８）。
【００１９】
図２は、本発明のワークのバックアップ支持位置の説明図である。（Ａ）は撓み補正時、（Ｂ）はワーク径補正時の支持位置の移動状態を示す。また、（Ｃ）及び（Ｄ）は、支持部材の形状例を示す。
（Ａ）に示すように、砥石２は矢印Ａ方向に回転しながら矢印Ｂ方向に回転するワーク１に押し付けられて研削力Ｆを付与しながらワーク１をプランジ研削する。ワーク１は長尺丸棒状であって、その両端が回転可能に支持されている。したがって、中間部のプランジ研削により、ワーク１が撓み、支持部材３を押圧して撓み量分だけ最初の原点位置から後方（図の右側）に変位させる（矢印Ｔ）。この原点からの変位量Ｔに対応して矢印Ｒ１のように支持部材３を押し戻すことにより最初の原点位置に戻り、撓みが補正される。
【００２０】
支持部材３は、支持板３ａから球体の一部を突出させた例えば半球体の支持突起３ｂからなり、支持突起３ｂは、ワーク１の背面の上下２位置でこのワーク１に接触する。この支持突起３ｂは、（Ｃ）に示すように、上下それぞれ１点ずつ設けてもよいし、又は（Ｄ）に示すように、ワーク１のＢ方向回転により大きな圧接力を受ける下側の位置の支持突起３ｂを横に近接した２点に設けてもよい。
【００２１】
（Ｂ）はワーク径の補正時の支持位置の移動状態を示す。プランジ研削により、ワーク１の外周面が研削されワーク径が小さくなる。このワーク径の変化量Ｄに対応してワーク背面側をバックアップ支持する支持部材３の位置を矢印Ｒ２のように移動させる。これにより支持部材３の原点位置が変わる。
【００２２】
本発明は、（Ａ）の撓み補正のための支持部材の移動量Ｒ１と、（Ｂ）のワーク径補正のための移動量Ｒ２を組合せて、Ｒ１＋Ｒ２の移動量だけ支持部材３を移動させて、常にワーク１の軸心位置を一定に保持して撓みをなくし、高精度のプランジ研削を実現したものである。
【００２３】
図３は、本発明の実施例の全体側面図、図４はその平面図である。
この研削装置１１は、長尺丸棒状のワーク１２を研削する砥石１３と、ワーク１２をバックアップして支持する支持部材１４と、支持部材１４の変位量を検出するための後述の変位センサーを駆動するアクチュエータ１５と、前記支持部材１４及びアクチュエータ１５を支持する支持台１６と、この支持台１６の変位量を検出する電気マイクロメータからなる変位センサー１７と、支持台１６をワーク１２の軸心と直角方向（図１の左右方向）に押圧してスライドさせる油圧シリンダ装置１８と、該油圧シリンダ装置１８及び他の油圧装置に油圧を分配する油圧ターミナル１９と、ワーク１２の外径を検出するための定寸装置２０（図４）と、前記支持台１６、変位センサー１７及び油圧シリンダ装置１８を搭載するサブプレート２１と、カバー部材２２と、前記サブプレート２１、油圧ターミナル１９及びカバー部材２２を固定する取付台２３とにより構成される。図４の２５はドレッサである。取付台２３は、テーブル２４（図３）を跨いで設置される。このテーブル２４にワーク１２の両端を回転可能に支持するワーク支持台（不図示）が固定される。取付台２３には油圧シリンダ装置１８の動作範囲の両端位置を検出するための２つの近接スイッチ２６（一方のみ図示）が備わる。
【００２４】
図５はアクチュエータ１５の単品図であり、（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）はそれぞれ、正面図、平面図及び側面図である。
このアクチュエータ１５は、ロードセル２７と、このロードセル２７を１〜２ｍｍ程度のストロークで移動させる油圧シリンダ装置２８とにより構成される。油圧シリンダ装置２８には、ホースアダプタ２９を介して油圧ホース（不図示）から油圧が供給される。後端部のストッパ３０（Ｂ図）に変位センサー１７（図３）が当接してこのアクチュエータ１５の前後方向の変位が検出される。
【００２５】
ロードセル２７は、研削の前段階の段取りプロセスで、ワーク１２（図３）に対し支持部材１４（図３）を初期状態の原点位置にセットするときに、支持部材１４をワーク１２に徐々に近づけ、ワークに接した位置を荷重の立上り変位として検出するためのものである。このように支持部材の原点位置をロードセル２７により検出して設定することにより、容易に高精度で原点位置を設定できる。なお、支持部材をワークに近づける場合、最初は支持台１６（図３）全体を油圧シリンダ装置１８（図３）で大きく移動させ、接近したらアクチュエータ１５の油圧シリンダ装置２８（図５）で微動させて、支持部材１４の支持突起３ｂ（図２、図６）がワークに接触した位置をロードセル２７で検出する。
【００２６】
図６は支持部材の構成を示す図であり、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は正面図である。
支持部材１４は、軸３１から垂下された振り子式であり、支持板３ａの正面の上下２位置に半球状の支持突起３ｂが備わる（図２（Ｃ）（Ｄ）参照）。
【００２７】
図７は測定機構部の組立図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
支持台１６上のアクチュエータ１５の後端部ストッパ３０に変位センサー１７の検出子（例えば電気マイクロメータの端部）１７ａが当接する。これにより、前述の振り子式支持部材１４が後方に押圧されてその分アクチュエータ１５が後方に移動したときに、その変位量を検出する。
【００２８】
図８は定寸装置の構成図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。
この定寸装置２０は、ワーク１２の上下端部間を挟んでワーク径の変化を検出する２本の検出アーム３３を有し、油圧シリンダ装置３２により、矢印Ｘのように、移動可能である。３４は近接スイッチである。検出アーム３３は、研削により形成すべき目標とするワーク径に対し、現時点でどれだけの研削代が残っているかを検出するものであり、この検出データから現時点でのワーク径が計測される。この検出アーム３３は、移動方向（Ｘ方向）に対し傾斜している。このように、検出アーム３３を定寸装置２０の移動方向に対し傾斜させ、さらに前述の図４に示したように、定寸装置自体をワークの軸方向に対し傾斜して配設することにより、定寸装置２０をアクチュエータ１５や変位センサー１７に極力近づけて設置スペースを大きくすることなくコンパクトに配設し、かつ、研削位置において、検出アーム３３の検出端部と定寸装置２０との間のオフセットを極力小さくして検出精度を高めることができる。
【００２９】
図９は、本発明に係る研削装置の油圧回路図である。
アクチュエータ１５（図５）の油圧シリンダ装置２８には、油圧ターミナル１９及びサーボバルブ３５を通して第１油圧ユニット３９から油圧が供給される。支持台１６（図３）を移動させる油圧シリンダ装置１８には、サーボバルブ３６及び油圧ターミナル１９を通して第２油圧ユニット４０から油圧が供給される。定寸装置２０の油圧シリンダ装置３２には、サーボバルブ３７及び油圧ターミナル１９を通して第２油圧ユニット４０から油圧が供給される。テーブルやドレッサその他を駆動する他の油圧シリンダに対してサーボバルブ３８を通して第２油圧ユニット４０から油圧が供給される。
【００３０】
図１０は、本発明に係る研削装置の電気回路図である。
定寸装置２０の測定信号は、アンプ４２で増幅されフィルタ４３を介して制御ボックス４４のサブコントローラ４５に入力される。定寸装置２０の油圧シリンダ装置３２の近接スイッチ３４は、制御盤４１に接続される。
【００３１】
ロードセル２７の出力信号は、デジタルインジケータ４６に入力され表示される。ロードセル２７の背面に配設され、その変位を検出する検出子１７ａの出力信号は、電気マイクロメータで構成される変位センサー１７に入力される。変位センサー１７の出力は、サブコントローラ４５に入力され、さらに定寸装置２０からの出力信号とともに、サーボコントローラ４７に入力される。変位センサー１７及びサーボコントローラ４７には、制御盤４１から電源が供給される。
【００３２】
サーボコントローラ４７からの油圧サーボ用の出力線がサーボバルブ３６に接続され、油圧シリンダ装置１８を駆動する。油圧シリンダ装置１８の動作範囲を定める近接スイッチ２６は、制御盤４１に接続される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の基本原理説明図。
【図２】本発明のワークのバックアップ支持位置の説明図。
【図３】本発明の実施例の全体側面図。
【図４】図３の実施例の平面図。
【図５】アクチュエータの構成説明図。
【図６】支持部材の構成説明図。
【図７】測定機構部の組立図。
【図８】定寸装置の構成図。
【図９】本発明の研削装置の油圧回路図。
【図１０】本発明の研削装置の電気回路図。
【符号の説明】
【００３４】
１：ワーク、２：砥石、３：支持部材、３ａ：支持板、３ｂ：支持突起、
４：支持台、５：油圧シリンダ、６：アクチュエータ、７：変位センサー、
８：ワーク径測定装置、９：制御装置、１０：サーボ駆動装置、１１：研削装置、
１２：ワーク、１３：砥石、１４：支持部材、１５：アクチュエータ、
１６：支持台、１７：変位センサー、１８：油圧シリンダ装置、
１９：油圧ターミナル、２０：定寸装置、２１：サブプレート、
２２：カバー部材、２３：取付台、２４：テーブル、２５：ドレッサ、
２６：近接スイッチ、２７：ロードセル、２８：油圧シリンダ装置、
２９：ホースアダプタ、３０：ストッパ、３１：軸、３２：油圧シリンダ装置、
３３：検出アーム、３４：近接スイッチ、３５〜３８：サーボバルブ、
３９：第１油圧ユニット、４０：第２油圧ユニット、４１：制御盤、
４２：アンプ、４３：フィルタ、４４：制御ボックス、４５：サブコントローラ、
４６：デジタルインジケータ、４７：サーボコントローラ。
【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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【図１０】
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