(57)【要約】【課題】 研削力を正確にかつ保全の妨げにならないように検出することにより、一定研削力制御による高精度研削を可能とした内面研削盤を提供する。【解決手段】  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。研削力検出手段は、ホイールヘッド5を支持するホイールヘッド支持テーブル13に設けられてこれに作用する力を測定する力センサ17と、力センサ17で得られた研削力測定データから振動成分をフィルタ処理により除去して研削力を求める研削力演算手段とを備えている。切込み動作制御手段は、振動成分が除去された研削力に基づいて一定の研削力となるように切込み付与手段8を制御する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内面が被研削面であるワークを保持して回転させるワーク保持手段と、研削砥石が装着されて回転する砥石軸を有するホイールヘッドと、ワーク保持手段およびホイールヘッド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を備えている内面研削盤において、
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おり、研削力検出手段は、ホイールヘッドを支持するホイールヘッド支持部材に設けられて同部材に作用する力を測定する少なくとも１つの力センサと、力センサで得られた研削力測定データから振動成分をフィルタ処理により除去して研削力を求める研削力演算手段とを備えており、切込み動作制御手段は、振動成分が除去された研削力に基づいて一定の研削力となるように切込み付与手段を制御することを特徴とする内面研削盤。
【請求項２】
ホイールヘッド支持部材は、方形板状の取付け部を有しており、取付け部は、その４隅において固定台に支持されており、力センサは、４隅のうちの少なくとも１カ所に設けられている請求項１の内面研削盤。
【請求項３】
研削力検出手段は、ホイールヘッド支持部材に設けられて同部材に作用する振動を測定する振動センサをさらに備えており、振動センサで得られた出力波形は、ＦＦＴ解析によってその振動周波数成分が求められ、力センサで得られた研削力生データからデジタル信号処理により振動周波数成分がカットされている請求項１または２の内面研削盤。
【請求項４】
研削力検出手段は、力センサで得られた研削力測定データから振動成分を除去するローパスフィルタをさらに備えており、ローパスフィルタのカットオフ周波数が２００Ｈｚ以下とされている請求項１または２の内面研削盤。
【請求項５】
力センサで測定する研削力が法線方向の研削力とされている請求項１から４までのいずれか１項の内面研削盤。
【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して回転させるワーク保持手段と、研削砥石が装着されて回転する砥石軸を有するホイールヘッドと、ワーク保持手段およびホイールヘッド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を備えているものが知られている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００４−２６８１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この種の内面研削盤を使用した研削加工では、ホイールヘッドの駆動モータの電力をモニタして、定電力で研削する制御を行うことが一般的である。しかしながら、この定電力研削は、電力の応答性が悪いことから、高精度研削が要求される場合には、十分な精度が得られないという問題があった。そこで、精度向上のためには、研削力を検出し、一定の研削力で研削することが好ましいが、研削力を正確に検出できかつ保全の妨げにならないような研削力検出手段を得ることは難しいものであった。
【０００４】
この発明の目的は、研削力を正確にかつ保全の妨げにならないように検出することにより、一定研削力制御による高精度研削を可能とした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】
【０００５】
この発明による内面研削盤は、内面が被研削面であるワークを保持して回転させるワーク保持手段と、研削砥石が装着されて回転する砥石軸を有するホイールヘッドと、ワーク保持手段およびホイールヘッド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を備えている内面研削盤において、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おり、研削力検出手段は、ホイールヘッドを支持するホイールヘッド支持部材に設けられて同部材に作用する力を測定する少なくとも１つの力センサと、力センサで得られた研削力測定データから振動成分をフィルタ処理により除去して研削力を求める研削力演算手段とを備えており、切込み動作制御手段は、振動成分が除去された研削力に基づいて一定の研削力となるように切込み付与手段を制御することを特徴とするものである。
【０００６】
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ホイールヘッドをワークの径方向に移動させるものであってもよく、ホイールヘッド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。
【０００７】
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。力センサは、３方向（少なくともホイールヘッドの軸に直交する２方向）の成分が検出可能なものとされることが好ましい。
【０００８】
フィルタ処理は、例えば、振動センサで振動成分を計測し、研削力の計測データから振動センサで得られた振動成分を除去するものとされることがあり、また、アナログローパスフィルタまたはデジタルローパスフィルタを使用して振動成分を除去するものとされることがある。
【０００９】
研削力は、ワークに径方向外方から摺接するシューが取り付けられているシュー支持部材に力センサを設けることによっても測定することができるが、ホイールヘッドを支持するホイールヘッド支持部材に力センサを設けることにより、保全時に邪魔にならないようにすることができる。
【００１０】
力センサをホイールヘッド支持部材に設けるに際しては、ホイールヘッド支持部材は、方形板状の取付け部を有しており、取付け部は、その４隅において固定台に支持されており、力センサは、４隅のうちの少なくとも１カ所に設けられているものとされる。
【００１１】
力センサは、複数配置して、その平均値を使用することが好ましい。この場合、４隅の全てに設けられてもよいが、４隅のうちの２カ所に設けられているようにしてもよい。固定台は、研削盤のベッドまたはベッドに固定されるテーブルを意味する。
【００１２】
振動センサは、振動を検知して振動の大きさ（強さ）に対応する電気的信号を出力するもので、振動センサと称されるものの他、加速度センサ、ＡＥセンサなども使用することができる。振動センサの数は限定されるものではないが、１つあればよい。
【００１３】
力センサおよび振動センサから得られた信号（研削力データ、振動成分）は、好ましくは、全て研削盤内のコントローラ（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。
【００１４】
フィルタ処理を含む研削力検出手段は、ホイールヘッド支持部材に設けられて同部材に作用する振動を測定する振動センサをさらに備えており、振動センサで得られた出力波形は、ＦＦＴ解析によってその振動周波数成分が求められ、力センサで得られた研削力生データからデジタル信号処理により振動周波数成分がカットされていることがあり（振動センサ有り）、研削力検出手段は、力センサで得られた研削力測定データから振動成分を除去するローパスフィルタをさらに備えており、ローパスフィルタのカットオフ周波数が２００Ｈｚ以下とされていることがある（振動センサ無し）。
【００１５】
振動センサ有りの研削力検出手段は、例えば、振動センサの出力をＦＦＴ処理するＦＦＴ演算部と、ＦＦＴ演算部の解析結果に基づいて振動周波数成分を求めフィルタ（デジタルフィルタ）の係数を設定するカットフィルタ演算部とをさらに備えているものとされ、振動センサで得られた出力波形は、ＦＦＴ解析によってその振動周波数成分が求められ、力センサで得られた研削力生データからデジタル信号処理により振動周波数成分がカットされていることがある。
【００１６】
振動センサ無しの研削力検出手段のローパスフィルタは、抵抗とコンデンサとからなるアナログローパスフィルタでもよく、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）等のデジタル処理回路に設けられたデジタルローパスフィルタでもよい。ローパスフィルタは、略２５０Ｈｚ以上の高域ノイズ成分を除去できるように、そのカットオフ周波数が、例えば、１００Ｈｚとされることが好ましい。すなわち、ノイズ成分として寄与が大きいのは、砥石軸を支持する転がり軸受の固有振動成分およびホイールヘッドの回転成分（１次および２次）であり、このうち、最も周波数が低いのが転がり軸受の固有振動成分（２５０Ｈｚ程度）となっている。そこで、ローパスフィルタは、転がり軸受の固有振動成分を除去可能なものとすることが好ましく、例えば、そのカットオフ周波数を２００Ｈｚ以下とすることにより、転がり軸受の固有振動成分およびホイールヘッドの回転同期成分が除去される。
【００１７】
力センサで測定する研削力は、法線方向の研削力とされていることが好ましい。
【００１８】
力センサでモニタリングされる研削力は、法線方向の研削力Ｆｎおよび／または接線方向の研削力Ｆｔとされるが、実際の研削においては、法線方向の研削力Ｆｎは、絶対値が１００Ｎ程度のところに、±５０Ｎ程度のノイズが含まれ、研削生波形から加工状態を推定することが難しいが、ローパスフィルタを使用してノイズを除去すれば、研削力波形のセンシングに適したものとなる。これに対し、接線方向の研削力Ｆｔについては、アンプ出力値が飽和して、測定することができない可能性があり、両方向の力を使用して制御するよりも、法線方向の研削力Ｆｎのみを使用して制御する方が好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
この発明の内面研削盤によると、力センサがホイールヘッドを支持するホイールヘッド支持部材に設けられているので、保全性もよくかつ力センサで得られる研削力も正確なものとなる。そして、力センサで得られた生データに含まれる振動に伴うノイズ成分は、フィルタ処理により除去されるので、得られた研削力は正確でかつノイズを含まないものとなっており、この研削力を使用して一定の研削力となる制御が行われることにより、高精度研削が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。
【００２１】
この発明による内面研削盤(1)は、図１に示すように、内面が被研削面であるワーク(W)を保持して回転させるワーク保持台（ワーク保持手段）(2)と、研削砥石(3)が装着されて回転する砥石軸(4)を有するホイールヘッド(5)と、ホイールヘッド(5)の砥石軸(4)をベルト(7)を介して回転させるホイールヘッド駆動用モータ（ホイールヘッド駆動手段）(6)と、ワーク保持台(2)およびホイールヘッド(5)を相対的に移動させて砥石(3)にワーク(W)に対する切込み動作を行わせる切込み付与手段(8)と、ホイールヘッド(5)を支持するホイールヘッド支持テーブル（ホイールヘッド支持部材）(13)と、研削力を検出する研削力検出手段（図３参照）(21)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（図３参照）(31)とを備えている。
【００２２】
ホイールヘッド(5)の砥石軸(4)およびホイールヘッド駆動手段(6)の回転軸には、それぞれプーリ(9)(10)が設けられており、ホイールヘッド駆動用モータ(6)の回転（例えば、３０００ｒｐｍ）が異なる径のプーリ(9)(10)を介して研削砥石(3)に伝達されることにより、研削砥石(3)は高速（例えば、３００００ｒｐｍ）で回転させられる。
【００２３】
切込み付与手段(8)は、ワーク保持台(2)を砥石軸(4)の軸方向と直交する方向に移動させるボールねじ式の切込みモータとされている。
【００２４】
図２に示すように、ホイールヘッド(5)は、砥石軸(4)を１対の転がり軸受(12)を介して回転自在に支持する円筒状ハウジング(11)を有しており、砥石(3)は、ハウジング(11)内にある砥石軸(4)の部分よりも小径のクイル(4a)に取り付けられている。各転がり軸受(12)は、ハウジング(11)内周に固定された外輪(12a)、砥石軸(4)外周に固定された内輪(12b)、および両輪(12a)(12b)間に配された玉(12c)を有している。
【００２５】
ホイールヘッド支持テーブル(13)は、ホイールヘッド(5)のハウジング(11)の下半部に嵌められている略半円筒状の支持部(14)と、固定台(16)に固定されている方形板状の取付け部(15)とを有している。取付け部(15)は、その４隅においてねじ等により固定台(16)に取り付けられており、４隅の４カ所すべてに、テーブル(13)に作用する力を測定する力センサ(17)がそれぞれ設けられている。また、テーブル(13)の取付け部(15)には、さらに、テーブル(13)に作用する振動の大きさを測定する振動センサ(18)が設けられている。
【００２６】
各力センサ(17)は、それぞれテーブル(13)に平行な方向の力（法線方向の力）Ｆｎおよび垂直な方向の力（接線方向の力）Ｆｔの両方を検出することができる。
【００２７】
研削力検出手段(21)は、図３に示すように、複数の力センサ(17)および１つの振動センサ(18)と、力センサ(17)で検出され力センサ用アンプ(19)で増幅された平行方向力Ｆｎおよび垂直方向力Ｆｔをそれぞれ平均するＦｎ平均値演算部(22)およびＦｔ平均値演算部(23)と、振動センサ(18)で検出され振動センサ用アンプ(20)で増幅された振動成分をＦＦＴ処理するＦＦＴ演算部(24)と、ＦＦＴ演算部(24)の解析結果に基づいて振動周波数成分を求めフィルタ（デジタルフィルタ）の係数を設定するカットフィルタ演算部(25)と、Ｆｎ平均値演算部(22)およびＦｔ平均値演算部(23)で得られた研削力データからカットフィルタ演算部(25)で得られた振動周波数成分をフィルタ処理により除去してフィルタ済み研削力を求めるカットフィルタ処理部（研削力演算手段）(26)とを備えている。
【００２８】
切込み動作制御手段(31)は、研削力検出手段(21)のカットフィルタ処理部(26)で得られたフィルタ済み平行方向力Ｆｎ(27)およびフィルタ済み垂直方向力Ｆｔ(28)に基づいて一定の研削力で研削するように切込みモータ(8)のサーボアンプ(34)に力制御信号(33)を出力する適応制御部(32)を備えている。
【００２９】
上記において、各力センサ(17)から出力される研削力のデータは、図４（ａ）に示すような波形であり、振動成分がノイズとして乗っている。したがって、カットフィルタ処理部(26)に入力される平均値についても、このノイズが含まれている。一方、振動センサ(18)の出力は、ＦＦＴ演算部(24)におけるＦＦＴ解析の結果、図４（ｂ）に示すような周波数スペクトルを示し、これがカットフィルタ演算部(25)でデジタル信号処理された後にカットフィルタ処理部(26)に入力される。カットフィルタ処理部(26)において振動成分が除去されたフィルタ済みの研削力は、図４（ｃ）に示すように、ノイズを含まないものとなっており、このフィルタ済み研削力を使用して、研削力一定の力制御による切込みモータ(8)の適応制御が出力行われる。
【００３０】
なお、上記実施形態では、振動センサ(18)の出力を使用してフィルタ処理を行っているが、振動センサ(18)、振動センサ用アンプ(20)、ＦＦＴ演算部(24)およびカットフィルタ演算部(25)を省略するとともに、カットフィルタ処理部(26)をローパスフィルタからなるものとしてもよい。この場合のローパスフィルタは、転がり軸受(12)の固有振動成分を除去可能なものとされ、そのカットオフ周波数は、例えば、１００Ｈｚとされる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【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、同縦断面図である。
【図３】図３は、この発明による内面研削盤の制御部の構成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制御部に入力されるデータおよび出力されるデータを説明する図である。
【符号の説明】
【００３２】
(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)     ホイールヘッド
(8)     切込み付与手段
(13)    ホイールヘッド支持テーブル（ホイールヘッド支持部材）
(17)    力センサ
(18)    振動センサ
(21)    研削力検出手段
(31)    コントローラ（切込み動作制御手段）
(W)     ワーク
【図１】
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【図２】
2007190638.tif 000004
【図３】
2007190638.tif 000005
【図４】
2007190638.tif 000006