JPH042389B2

JPH042389B2 -

Info

Publication number: JPH042389B2
Application number: JP60033132A
Authority: JP
Priority date: 1985-02-21
Filing date: 1985-02-21
Publication date: 1992-01-17
Also published as: JPS61192443A

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 発明の目的［産業上の利用分野］この発明は円筒研削加工、特に円筒トラバース
方式の研削加工に用いるアクテイブダンパに関す
るものである。

細長い円筒形のワークを機械工作する場合のび
びり振動等を防止し、もつてミクロンオーダーの
高精度の工作を可能とするものであつて、タービ
ン、ジヤイロの軸などの軸一般、その他、宇宙航
空機器などの精密機器の製作等に利用され得るも
のである。

［従来の技術］従来よりタービンやジヤイロの軸のような、ミ
クロンオーダーの精度を要求される細長い円筒形
のワークを作る場合には、円筒トラバース方式と
いう機械研削の方式がとられている。この方式で
は、所定の細長い円筒形に予め成形されたワーク
の表面に、砥石による研削加工を施し、目的の精
度を得ている。

即ち、第９図にその原理を示すように、円筒形
のワーク１００を、その中心軸の両端において回
転可能に支持し、このワーク１００の外周面に、
高速で回転する円盤型の砥石車１０２の外周面を
押し当てて研削する。ワーク１００と砥石車１０
２との中心軸は互いに平行であり、ワーク１００
と砥石車１０２とは、それぞれ、その中心軸の回
りに異なる回転速度で回転駆動されており、かつ
ワーク１００は、支持部材１０３につながるテー
ブル（図示せず）ごと、ワーク１００の回転中心
に平行に例えば方向１０４に沿つて移動し、その
結果砥石車１０２は相対的に方向１０４の逆方向
１０５にワーク１００上をトラバースしつつ研削
するものである。ここで第１０図に示すように砥
石車１０２とワーク１００の間には研削抵抗と呼
ばれる力が作用する。この力はワークの法線方向
（Ｘ方向）と接線方向（Ｕ方向）とに分けること
ができるが、ワーク１００が細長いため、研削盤
等の工作機械系の剛性に比して、ワーク１００の
剛性が非常に小さくなり、従つて上記研削抵抗や
外部からの強制力が原因となつて、ワーク１００
には振動が発生しやすく、この振動が高精度或い
は高能率な加工を困難にするという問題がある。

従来、このような細長いものの研削時にワーク
の不要な動きを防止する手段としては、レスト１
０６が用いられている。

レスト１０６には自動式、手動式、固定式等の
ものがあるが、ワーク１００を支持したテーブル
の面に固定される一種の押さえ部材であつて、そ
の先端部であるシユー１０７は摩耗しにくい素材
で構成され、シユー１０７でワークに直接接触し
て支持することによりワークを押え、その不要な
動きを防止しようとするものである。

［発明が解決しようとする問題点］しかるに従来のレストは、シユーの接触位置を
ネジで固定したり、或いはバネでただ単に押し返
しているというものであり、ワークの静的変位は
防止できても、振動という、動的な変位には対応
できない。しかもトラバース研削の場合はワーク
上で砥石の削り位置が変化し振動の周波数が変動
するため、周波数に追従してこの振動を制御・防
止することは更に困難であり、しかもこれら従来
のレストは、ワークを載せているテーブルの面に
固定して使用するためワークのある特定の点しか
押えることができず、従つてトラバース研削の場
合は何個かのレストを重複して使用しなくてはな
らず、かつ面倒な熟練的はノウハウを要するとい
う問題があつた。また、ワークに接触しているレ
ストのシューがワークをきづつけるという問題が
あつた。

この発明は上記の如き事情に鑑みてなされたも
のであつて、円筒トラバース方式の研削時等の、
刻々変化するワークの振動をインプロセスで検出
し、速度比例形の減衰力を電磁力によつて非接触
でワークに加えて、研削系の制振を行うことがで
き、従つて、熟練者を要さず、一般の作業者にも
高精度、高能率な工作が可能なアクテイブダンパ
を提供することを目的としている。

(ロ) 発明の構成［問題を解決するための手段］この目的に対応して、この発明の非接触式アク
テイブダンパは、磁性材製の円筒研削ワークの振
動を検出する振動検出装置と、前記振動検出装置
からの信号を処理する処理制御装置と、砥石台に
取付けられていて前記円筒研削ワークの側面に非
接触で対向して位置する電磁力ヘツドを有し研削
砥石とともに移動可能な電磁ダンパ部と、前記電
磁力ヘツドの駆動回路を備え、前記駆動回路は前
記円筒研削ワークの変位信号を微分する微分回路
と、DCバイアス信号を前記微分回路の出力信号
に入力する加算回路と、前記加算回路の出力を前
記電磁力ヘツドの電磁マグネツトに入力するパワ
ーアンプとを有し、前記振動検出装置によつて検
出された前記円筒研削ワークの振動速度を前記処
理制御装置で導出し、前記振動速度に相関した法
線研削抵抗と接線研削抵抗との合力と逆向きの電
磁力を前記電磁力ヘツドによつて前記円筒研削ワ
ークに作用させるように構成したことを特徴とし
ている。

以下、この発明の詳細を、一実施例を示す図面
について説明する。

第１図、第２図、第３図及び第４図において、
１は円筒研削盤であり、磁性材製のワーク２を砥
石車３によつて研削するものである。砥石車３は
砥石台５に回転可能に支持されており、かつワー
ク２に離接する前後の移動とワーク２の軸方向に
沿つた横方向の移動が可能である。

４はこの発明に係るダンパである。ダンパ４は
電磁ダンパ部２０、振動検出装置３０及び処理制
御装置２５を備えている。電磁ダンパ部２０は砥
石台５に取り付けられていて砥石台５とともに移
動可能である。

電磁ダンパ部２０は支持脚６と、センタコア７
を備え、センタコア７の両端にアーム８ａ，８ｂ
を接続した電磁ヘツド９で構成されている。セン
タコア７は鉄心１１に電磁コイル１２が巻回され
て構成されており、また、アーム８ａ，８ｂは鉄
心１１の両端に接続していてワーク２に向う方向
に延出して平面視において砥石車３の両側に位置
している。アーム８ａ，８ｂは鉄心１１との磁気
的な接続状態を保つたまま、調整ねじ１３を操作
することによつて調整ねじ１３の軸方向に直線変
位することができる。またアーム８ａ，８ｂはそ
れぞれ関節１４によつて連結する基部１５と先端
部１６とからなつており、先端部１６は関節１４
において基部１５に対して回転変位することが可
能である。これらの直線変位や回転変位によりア
ーム８ａ，８ｂの先端部１６はワーク２に対して
位置決めされる。

また、必要に応じてアーム８ａ，８ｂの基部１
５を軸２２に関して回転するように構成してもよ
い。それぞれのアーム８ａ，８ｂの先端部１６は
ワーク２の側面とわずかな隙間を保つて非接触で
対向する。

このような構成の電磁ダンパ部２０において
は、電磁コイル１２に通電すると、アーム８ａ、
先端部１６ａ、ワーク２、先端部１６ｂ、アーム
８ｂ、鉄心１１の間に磁束が形成され、ワーク２
が先端部１６ａ，１６ｂに吸引される。この吸引
力がこの発明において、ワーク２の振動を減衰さ
せるためにワーク２に加えられる外力である。こ
の外力は法線研削抵抗と接線研削抵抗との合力と
逆向きに加えられる。

この電磁コイル１２に通電される電流は第４図
に示すように、振動検出装置３０からの信号にも
とづいて、処理制御装置２５によつて制御され
る。

振動検出装置３０は心押台センタ３１に取り付
けられた歪ゲージ３２を備えている。

処理制御装置２５はダンピング制御系２７及び
コンプライアンス補正制御系２８を備えている。
ダンピング制御系２７は心押台センタ３１に取付
けられた歪ゲージ３２、歪ゲージ３２の出力を受
けるストレーンアンプ３３、ストレーンアンプ３
３からの出力信号を処理する信号調整回路３４及
び信号調整回路３４からの信号を受けて電流を増
幅するパワーアンプ３５を備えている。信号調整
回路３４はフイルター３６、微分回路３７、微分
回路３８及び加算回路４１を備えている。

また、コンプライアンス補正制御系２８はスケ
ールヘツド４２、カウンター４３、ADコンバー
タ４５を備えており、ADコンバータ４５はコン
ピユータ４６のGP−IBインターフエース４７に
接続している。また、コンピユータ46はGP−IB
インターフエース４７、DAコンバータ４８を介
して加算回路４１に直流電圧を出力する。

［作用］以上のように構成されたダンパ４の作用は次の
通りである。

すなわち、円筒研削の場合に、ワーク２は砥石
車３と接触して変動研削力Fgを受ける。

この場合のワーク系運動方程式（ワークは弾性
はり部材）は、Ｅを弾性係数、Ｉを断面２次モー
メント、ｙをたわみ、ｘを中心軸上の座標、ｔを
時間、ρを密度、Ａを断面積、C₀を減衰係数、
Fgを変動研削力、Ｆを外力とすると EI（∂⁴ｙ／∂x⁴）＋C₀（∂y／δt）＋ρA（∂²ｙ／∂t²）＝Fg＋Ｆ (1) （砥石台系の特性は省略）外力ＦにＦ＝−Ｃ（∂y／∂t）（Ｃ＞０） (2) を加えると EI（∂⁴ｙ／∂x⁴）＋（C₀＋Ｃ）（∂y／∂t）＋ρA（∂²ｙ／∂t²）＝Fg (3) つまり減衰項の係数が（C₀＋Ｃ）となつてワ
ーク系の減衰が大きくなる。

びびりに最も影響の深い、１次固有振動数だけ
に注目すると、Fg＝eⁱ〓^tの場合、ワークのたわみ
ｙ（ｘ，ｔ）は定常振動を仮定すると、近似的に
次のように求められる。

ｙ（ｘ，ｔ）＝｛A₁sinλ₁ｘ＋A₂cosλ₁ｘ＋A₃sinhλ₁ｘ＋A₄coshλ₁ｘ｝eⁱ〓^t+〓 …(4) ここにλ₁は１次の固有値、A₁〜A₄は定数であ
る。

歪ゲージ３２からの出力はワークの心押台側端
部のたわみに比例するため、ワーク任意点の振幅
は、式(4)より求めることができる。

従つて歪ゲージ３２からの出力を微分すると、
それは速度に比例するものと考えられる。

以上がこの発明で採用するダンピング方式の制
御理論である。

そこでまず、歪ゲージ３２でワークの心押台側
端部のたわみを検出する。歪ゲージ３２で検出さ
れた変位信号はストレーンアンプ３３で増幅され
のち、フイルター３６で二次振動モード以上の周
波数域がカツトされ、一次振動モード域の振動成
分だけが取り出される。次にフイルター３６から
出力された信号は微分回路３７で微分されて振動
の速度比例形の信号となり、さらに微分回路３８
で微分されて電磁ダンパ部２０の電磁コイル１２
のインダクタンス負荷を補償するための調整が行
われる。ついで振動の調整された信号は加算回路
４１に入力される。

加算回路４１には、振動成分の２倍の周波数を
もつ電磁力成分を除去するためと、さらに、ワー
ク２の円筒度を確保するためにワーク２に対する
砥石車３の切込み量がどの位置でも一定（ワーク
の静的コンプライアンスが長手方向で一定）にな
るような力を電磁ダンパ部２０に発生させるため
に、DCバイアス信号がDAコンバータ４８から
入力される。加算回路４１はDCバイアス信号と
調整された振動信号を加え合わせパワーアンプ入
力に付加する。

第５図に示すように、先端部１６ａ，１６ｂの
断面積をS₁、ワークの断面積をS₂、電磁ヘツドと
ワーク間のギヤツプをδ、電磁ヘツド９の比透磁
率をμ₁、ワークの比透磁率をμ₂、電磁コイルの巻
数をｎ、電磁ヘツドの磁束の通路長をl₁、ワーク
の磁束通路長をl₂、電磁コイルに通電される電流
をＩ、そのうち、AC成分をI₁、DC成分をI₀、真
空の透磁率をμ₀とすると電磁力ＦはＦ＝〔（１／S₁）｛１−（１／μ₂）｝ ×（nI）²〕／〔（１／μ₀） ×｛（l₁／（μ₁S₁））＋(2δ/S₁)＋(l₂/(μ₂S₂))｝²〕 ≡α（I₁sinωt＋I₀）² ＝α（I₁ ²sin²ωt ＋2I₁I₀sinωt＋I₀ ²）＝α〔（I₁ ²／２） −｛（I₁ ²／２）cos2ωt｝＋（2I₁I₀sinωt）＋I₀ ²〕 …(5) 研削点＝でのたわみをワークに生じさせ
るためのには、 _s＝／〔（１／６）｛（１−²−²）＋（（／₂）−（／₁））＋（／₁）｝〕 …(6) なる力F_sが必要である。ここに _s＝（F_sl²）／（EI）、＝ａ／ｌ、＝ｙ／ｌ、 _i＝（k_il³）／（EI）（ｉ＝１，２）＝１−でｌはワーク全長、k₁、k₂はそれぞ
れ主軸台センタ、心押台センタのバネ定数であ
る。

したがつて式(5)より _s∝I_b ²∝V_b ² なる関係があるから V_b∝α√ である。そこでこのV_bをDCバイアス信号として
パワーアンプ入力に付加する。このV_bはスケー
ルヘツド４２からの研削位置信号をカウンタ４３
で計算し、ADコンバータ４５を介してコンピユ
ータ４６で演算され、DAコンバータ４８を介し
て加算回路４１に入力される。

第６図は本発明のアクテイブダンパのワーク振
動抑制効果を示すものでワークの長さ 490mm 加振及び制振位置ワークの中央加振力 5N パワーアンプ入力 DCバイアス 0.5V ギヤツプ１mm としたとき、パワーアンプのゲインを上げて行く
と振動の振幅がしだいに低下していくことが判
る。

第７図はワークの振動のベクトル線図であり、
本発明のダンパを使用した場合はびびりの発生が
小さいことがわかる。

第８図は実際の研削における歪ゲージの出力を
示したもので、第８図ａはダンパなしの場合、第
８図ｂ本発明のダンパを使用したものであるが、
本発明のダンパを使用した場合は良好な減衰効果
を発揮することがわかる。

(ハ) 発明の効果このようにこの発明のアクテイブダンパはイン
プロセスで振動を検出し、それに相応する減衰力
を工作物系に与えて、ワークの振動を減衰させる
ので研削加工に熟練を要さずに、一般の作業者に
も高精度、高能率な工作が可能であり、また特に
重要なこととして、この発明のアクテイブダンパ
はワークに対して非接触で振動減衰力を与えるの
で、ワークの研削面に損傷を与えることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は電磁ダンパ部の平面図、第２図は電磁
ダンパ部の正面図、第３図は電磁ダンパ部の側面
図、第４図はアクテイブダンパの構成説明図、第
５図は電磁ヘツドとワークの電磁関係を示す説明
図、第６図はワークの振動の特性変化を示すグラ
フ、第７図はワーク振動のベクトル線図、第８図
は円筒研削におけるワークの振動の時間変化を示
すグラフ、第９図は従来の円筒研削盤を示す平面
説明図、及び第１０図はワークに作用する研削抵
抗を示す説明図である。１……円筒研削盤、２……ワーク、３……砥石
車、４……ダンパ、５……砥石台、６……支持
脚、７……センタコア、８ａ，８ｂ……アーム、
９……電磁ヘツド、１１……鉄心、１２……電磁
コイル、１３……調整ねじ、１４……関節、１６
ａ，１６ｂ……先端部、２０……電磁ダンパ部、
２２……軸、２５……処理制御装置、２７……ダ
ンピング制御系、２８……コンプライアンス補正
制御系、３０……振動検出装置、３１……心押台
センタ、３２……歪ゲージ、３３……ストレーン
アンプ、３４……信号調整回路、３５……パワー
アンプ、３６……フイルター、３７……微分回
路、３８……微分回路、４１……加算回路、４２
……スケールヘツド、４３……カウンタ、４５…
…ADコンバータ、４６……コンピユータ、４７
……GP−IBインターフエイス、４８……DAコ
ンバータ。

Claims

【特許請求の範囲】

１磁性材製の円筒研削ワークの振動を検出する
振動検出装置と、前記振動検出装置からの信号を
処理する処理制御装置と、砥石台に取付けられて
いて前記円筒研削ワークの側面に非接触で対向し
て位置する電磁力ヘツドを有し研削砥石とともに
移動可能な電磁ダンパ部と、前記電磁力ヘツドの
駆動回路を備え、前記駆動回路は前記円筒研削ワ
ークの変位信号を微分する微分回路と、DCバイ
アス信号を前記微分回路の出力信号に入力する加
算回路と、前記加算回路の出力を前記電磁力ヘツ
ドの電磁マグネツトに入力するパワーアンプとを
有し、前記振動検出装置によつて検出された前記
円筒研削ワークの振動速度を前記処理制御装置で
導出し、前記振動速度に相関した法線研削抵抗と
接線研削抵抗との合力と逆向きの電磁力を前記電
磁力ヘツドによつて前記円筒研削ワークに作用さ
せるように構成したことを特徴とする非接触式ア
クテイブダンパ。