(57)【要約】      （修正有）【課題】工作物の研削部位の正確なたわみを研削中に測定し、これと研削抵抗を用いて正確な研削位置剛性を測定できる剛性測定方法および研削盤を提供する。【解決手段】研削作用位置から回転方向に１８０度未満に位置する加工部の表面の位置である測定開始位置Ａを含む直径である開始位置直径Ｄ０を測定する。測定開始位置Ａが工作物Ｗの回転軸心Ｏに関して研削作用位置と対向する位置に到達した時に、測定開始位置Ａに対する工作物の両軸端部における回転中心を結ぶ直線の距離である表面距離Ｌと、この時作用している法線研削抵抗力Ｒを同時に測定する。開始位置直径Ｄ０を測定してから工作物Ｗが１８０度回転した時の測定開始位置Ａを含む直径である終了位置直径Ｄ２を測定する。工作物Ｗの研削作用位置における剛性である研削位置剛性ｋを式ｋ＝Ｒ／（Ｌ−（Ｄ０＋Ｄ２）／４）を用いて演算する。【選択図】図５
2013071204.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の工作物を回転支持して砥石車を前記工作物に切込む研削盤を用いて、加工部を研削しながら前記加工部の剛性を測定する剛性測定方法において、
研削作用位置から回転方向に１８０度未満に位置する前記加工部の表面の位置である測定開始位置を含む直径である開始位置直径Ｄ０を測定する開始径測定工程と、
前記測定開始位置が前記工作物の回転軸心を基準として前記研削作用位置と対向する位置に到達した時に、前記測定開始位置に対する前記工作物の両軸端部における回転中心を結ぶ直線の距離である表面距離Ｌと、この時作用している法線研削抵抗力Ｒを同時に測定する距離・抵抗測定工程と、
前記開始位置直径Ｄ０を測定してから工作物が１８０度回転した時の測定開始位置を含む直径である終了位置直径Ｄ２を測定する終了径測定工程と、
前記工作物の研削作用位置における剛性である研削位置剛性ｋを式ｋ＝Ｒ／（Ｌ−（Ｄ０＋Ｄ２）／４）を用いて演算する剛性演算工程を備える剛性測定方法。
【請求項２】
円筒状の工作物を回転支持して砥石車により加工部を研削する研削盤において、
前記加工部の外径寸法を測定する工作物径測定装置と、
前記砥石車の切込み方向における前記加工部の表面の位置を測定する位置測定装置と、
研削中の法線抵抗力を測定する法線抵抗力測定装置と、
前記工作物径測定装置により測定した研削作用位置から回転方向に１８０度未満に位置する前記加工部の測定開始位置を含む直径である開始位置直径Ｄ０と、
前記測定開始位置が前記工作物の回転軸心を基準として前記研削作用位置と対向する位置に到達した時に、前記位置測定装置により測定した前記測定開始位置の表面位置と工作物の軸端部における回転支持中心位置の距離である表面距離Ｌと、同時に前記法線抵抗力測定装置により測定したこの時作用している法線研削抵抗力Ｒと、
前記工作物径測定装置により測定した前記開始位置直径Ｄ０を測定してから工作物が１８０度回転した時の測定開始位置を含む直径である終了位置直径Ｄ２と、
式ｋ＝Ｒ／（Ｌ−（Ｄ０＋Ｄ２）／４）を用いて工作物の研削位置剛性ｋを演算する制御装置を備える研削盤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研削加工中に工作物の剛性を測定する剛性測定方法および研削盤に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
研削盤においては、工作物を高精度かつ高能率に研削することを目的として、工作物の研削抵抗によるたわみ量を考慮して砥石車の切込み速度や切込み量を制御することが行われている。このたわみ量を予測するためには工作物の研削部位の剛性と研削抵抗を測定できればよい。研削抵抗は送りモータの電流の測定や、負荷センサを備えることで容易に研削中に測定することが可能である。
一方、剛性の測定については、研削の有無を判定するＡＥセンサを備えた研削盤において、所定の砥石切込み位置における研削時の研削抵抗を測定し、この位置から砥石を研削が行われない最小位置まで後退させ、その後退量をこの時の工作物のたわみであるとして、先の研削抵抗とこのたわみを用いて剛性を演算により求めている（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２００８−９３７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術では、たわみの測定において研削中に砥石を後退することが必要であり、研削時間が長くなる。また、後退中にも研削が継続されるため、その研削による半径の減少分の誤差がたわみに付加される。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、研削部位の正確なたわみを研削中に測定し、これと研削抵抗を用いて正確な剛性を測定できる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】
【０００６】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の特徴は、円筒状の工作物を回転支持して砥石車を前記工作物に切込む研削盤を用いて、加工部を研削しながら前記加工部の剛性を測定する剛性測定方法において、
研削作用位置から回転方向に１８０度未満に位置する前記加工部の表面の位置である測定開始位置を含む直径である開始位置直径Ｄ０を測定する開始径測定工程と、
前記測定開始位置が前記工作物の回転軸心を基準として前記研削作用位置と対向する位置に到達した時に、前記測定開始位置に対する前記工作物の両軸端部における回転中心を結ぶ直線の距離である表面距離Ｌと、この時作用している法線研削抵抗力Ｒを同時に測定する距離・抵抗測定工程と、
前記開始位置直径Ｄ０を測定してから工作物が１８０度回転した時の測定開始位置を含む直径である終了位置直径Ｄ２を測定する終了径測定工程と、
前記工作物の研削作用位置における剛性である研削位置剛性ｋを式ｋ＝Ｒ／（Ｌ−（Ｄ０＋Ｄ２）／４）を用いて演算する剛性演算工程を備えることである。
【０００７】
請求項２に係る発明の特徴は、円筒状の工作物を回転支持して砥石車により加工部を研削する研削盤において、
前記加工部の外径寸法を測定する工作物径測定装置と、
前記砥石車の切込み方向における前記加工部の表面の位置を測定する位置測定装置と、
研削中の法線抵抗力を測定する法線抵抗力測定装置と、
前記工作物径測定装置により測定した研削作用位置から回転方向に１８０度未満に位置する前記加工部の測定開始位置を含む直径である開始位置直径Ｄ０と、
前記測定開始位置が前記工作物の回転軸心を基準として前記研削作用位置と対向する位置に到達した時に、前記位置測定装置により測定した前記測定開始位置の表面位置と工作物の軸端部における回転支持中心位置の距離である表面距離Ｌと、同時に前記法線抵抗力測定装置により測定したこの時作用している法線研削抵抗力Ｒと、
前記工作物径測定装置により測定した前記開始位置直径Ｄ０を測定してから工作物が１８０度回転した時の測定開始位置を含む直径である終了位置直径Ｄ２と、
式ｋ＝Ｒ／（Ｌ−（Ｄ０＋Ｄ２）／４）を用いて工作物の研削位置剛性ｋを演算する制御装置を備えることである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項1係る発明によれば、研削中に測定した開始位置直径Ｄ０と終了位置直径Ｄ２と、表面距離Ｌとこの時作用している法線研削抵抗力Ｒとを用いて加工部の剛性kを演算することで、研削中に加工部の剛性を短時間に測定できる。
【０００９】
請求項２に係る発明によれば、研削中に測定した開始位置直径Ｄ０と終了位置直径Ｄ２と、表面距離Ｌとこの時作用している法線研削抵抗力Ｒとを用いて加工部の剛性kを演算することで、研削中に加工部の剛性を短時間に測定可能な研削盤を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態の研削盤の全体構成を示す概略図である。
【図２】図１のＢ矢視図である。
【図３】本実施形態の測定方法を示す概念図である。
【図４】本実施形態の剛性測定工程を示すフローチャートである。
【図５】本実施形態の剛性測定工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を円筒研削盤の実施例に基づき、図１〜図５を参照しつつ説明する。
図１に示すように、円筒研削盤１は、ベッド２を備え、ベッド２上にＸ軸方向に往復可能に支持され送りモータ９により駆動される砥石台３と、Ｘ軸に直交するＺ軸方向に往復可能なテーブル４を備えている。砥石台３は砥石７を回転自在に支持し、砥石車７は砥石軸回転モータ（図示省略する）により回転駆動される。テーブル４上には、工作物Ｗの一端を把持して回転自在に支持し主軸モータ（図示省略する）により回転駆動され、主軸の回転位相を検出する位相検出器１０を備えた主軸５と、工作物Ｗの他端を回転自在に支持する心押し台６が設置されている。工作物Ｗは主軸５と心押し台６により支持されて、研削加工時に回転駆動される。工作物Ｗの加工部を測定する測定装置８がテーブル上に設置されている。
図２に示すように、測定装置８は、テーブルに固定されたベース８１に保持された工作物径測定装置本体８３１と工作物径測定装置本体８３１に係合する１８０度対向して配置された接触子８３２ａ、８３２ｂで構成される工作物径測定装置８３と、ベース８１に保持されたブラケット８２に固定され、研削作用位置に対し１８０度対抗した工作物Ｗの表面位置を非接触で測定する静電容量型の表面位置測定装置８５を備えている。接触子８３２ａ、８３２ｂと表面位置測定装置８５は工作物Ｗの軸方向で同一位置で、回転方向でΦの位相差を備えて配置され、加工部の同一部位を測定することができる。
【００１２】
この研削盤１は制御装置３０を備えており、制御装置３０の機能的構成として、砥石台３の送りを制御するＸ軸制御部３１、テーブル４の送りを制御するＺ軸制御部３２、主軸５の回転を制御する主軸制御部３３、測定装置８を制御する測定装置制御部３４、記録部３５１を内蔵し剛性の演算をする演算部３５などを具備している。Ｘ軸制御部３１の機能として研削時に砥石車７に作用する法線研削抵抗力を送りモータ９の電流値から測定する法線研削抵抗測定部３１１を備えている。
【００１３】
研削位置剛性の測定について、加工位置における工作物Ｗの軸心に垂直な断面を示す図３に基づき説明する。
図３において、工作物Ｗの回転基準である主軸５の回転中心と心押台６のセンタ中心を結ぶ線の加工位置における位置を点Ｐとする。工作物Ｗに法線研削抵抗力が作用していると、加工部の回転中心は点Ｐからたわみにより移動した点Ｏとなる。点Ｐと点Ｏを結ぶ直線上で研削作用部の反対方向に位置する加工部の表面Ａと点Ｐの距離をＬとし、点Ｏからの加工部の表面Ａまでの半径をｒ１とすると、点Ｐと点Ｏの距離（たわみ量）ｔ１はｔ１＝Ｌ−ｒ１と表される。このときに工作物に作用する法線方向の研削抵抗をＲ１とすると、工作物の研削位置における剛性ｋはｋ＝Ｒ１／ｔ１＝Ｒ１／（Ｌ−ｒ１）で算出できる。
【００１４】
ここで、現時点の研削作用位置と表面Ａを含む直径をＤ２とし、１回転前の表面Ａを含む直径をＤ０とすると、Ｄ０＝ｒ１＋ｒ０、Ｄ２＝ｒ１＋ｒ２となる。研削除去速度が一定となる定常研削状態では工作物径の減少速度は一定であり、表面Ａの研削は１／２回転前に行われているので、ｒ１はｒ０とｒ２の中間の大きさとなるため、ｒ１＝（ｒ０＋ｒ２）／２となる。以上の式からｒ１＝（Ｄ０−ｒ１＋Ｄ２−ｒ１）／２が成り立ち、これからｒ１＝（Ｄ０＋Ｄ２）／４となる。Ｄ０の測定は図３に示す位置から工作物Ｗを角度Φだけ回転を戻した過去の時点で、表面Ａが接触子８３２ｂの位置にあるときに測定される。Ｄ２の測定は図３に示す位置から工作物Ｗが角度（１８０−Φ）だけ回転した後の時点で、表面Ａが接触子８３２ａの位置にあるときに測定される。
以上より、剛性ｋはｋ＝Ｒ１／ｔ１＝Ｒ１／（Ｌ−ｒ１）＝Ｒ１／（Ｌ−（Ｄ０＋Ｄ２）／４）で算出できる。
【００１５】
点Ｐと加工部の表面Ａの距離Ｌは、点Ｐと表面位置測定装置８５の距離をｕとし、加工部の表面Ａと表面位置測定装置８５の距離をｓ１とすると、Ｌ＝ｕ−ｓ１となり、ｕは測定装置８、主軸５、心押し台６の配置により決定される一定の値である。
以上から、剛性ｋは法線研削抵抗測定部３１１により測定するＲ１、表面位置測定装置８５により測定するｓ１、工作物径測定装置８３により測定するＤ０、Ｄ２と式ｋ＝Ｒ１／（ｕ−ｓ１−（Ｄ０＋Ｄ２）／４）を用いて算出できる。
【００１６】
本研削盤１において、研削中に剛性測定する工程について、図４のフローチャートと図５に基づき説明する。
はじめに、主軸５の回転中心と心押台６のセンタ中心を結ぶ線の加工位置における位置である点Ｐと表面位置測定装置８５の距離ｕを記録部３５１に記録する（Ｓ１）。定常研削状態で、工作物径測定装置８３によりＤ０を測定し記録部３５１に記録する。図５（ａ）に示すように、測定時における接触子８３２ｂの接触する工作物の表面Ａの位置を測定開始位置とする（Ｓ２）。表面Ａが表面位置測定装置８５の位置に到達するまで主軸をΦ度回転させる（Ｓ３）。図５（ｂ）に示すように、表面Ａと表面位置測定装置８５の距離ｓ１を表面位置測定装置８５で測定し、同時に法線研削抵抗Ｒ１を法線抵抗測定部３１１で測定し、記録部３５１に記録する（Ｓ４）。表面Ａが接触子８３２ａの位置に到達するまで主軸を（１８０−Φ）度回転させる（Ｓ５）。図５（ｃ）に示すように、表面Ａが接触子８３２ａに接触する位置の工作物直径Ｄ２を測定し、記録部３５１に記録する（Ｓ６）。工作物剛性ｋを式ｋ＝Ｒ１／（ｕ−ｓ１−（Ｄ０＋Ｄ２）／４）を用いて演算部３５で演算する。
【００１７】
以上のように、本発明の剛性測定方法を用いると、研削中に工作物の研削位置における剛性の測定ができ、その剛性値を用いて研削量や研削送り速度などを設定できる。特別に剛性測定のための時間を要することがないため、研削時間を短縮できる。
【００１８】
上記事例では砥石台送りモータ９の電流値を検出して法線研削抵抗力の測定を行ったが、主軸台５と心押し台６に荷重測定センサを設置して測定してもよい。
表面位置測定装置８５を非接触型のものを用いたが、差動トランス方式などの接触式の測定機を用いてもよい。
剛性測定を研削除去速度が一定となる定常研削中に実施したが、砥石車の切込み速度が一定の状態で測定してもよい。さらに、砥石車の切込み速度が変動しても変動幅が小さい場合は剛性測定を行ってもよい。
【符号の説明】
【００１９】
Ｗ：工作物  ３：砥石台  ４：テーブル  ５：主軸  ６：心押し台  ７：砥石車  ８：測定装置  ９：砥石台送りモータ  ３０：制御装置  ３５：演算部  ８５：表面位置測定装置  ８３２ａ、８３２ｂ：接触子
【図１】
2013071204.tif 000003
【図２】
2013071204.tif 000004
【図３】
2013071204.tif 000005
【図４】
2013071204.tif 000006
【図５】
2013071204.tif 000007