JPS63295178A - 研削盤の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は研削盤の制御方法に関し、特に研削面の粗さ及
び円筒度を改善するようにした方法に関するものである
。

〔従来技術〕

一般に、研削盤は、切込みモータで切込み送りされる切
込みテーブルと、切込みテーブル上に鉛直軸回りに回動
可能に設けられスイベルモータでスイベル駆動されるス
イベルテーブルと、スイベルテーブル上に設けられたワ
ーク取付の為のチャックを有する主軸及び主軸駆動モー
タと、砥石テーブルと、砥石テーブル上に設けられたホ
イールヘッドと、ホイールヘッドに取付けられた砥石と
、ホイールヘッドを駆動する砥石駆動モータと、砥石ド
レッサなどを備えている。

研削盤でワークを研削する場合、ワーク及び砥石を回転
させるとともに、砥石軸の撓み角に相当する角度だけス
イベルテーブルを回動させることによりワークの軸心と
砥石の軸心とを平行に保持した状態で切込みテーブルを
切込み送りさせながら研削する。

この研削時、実施例に係る第５図に示すように砥石３か
らワークＷに対して切込み送り力の反力として発生する
水平な法線方向の研削力Ｆ、４（以下、法線方向研削力
Ｆｓという）と主に砥石駆動モータのトルクに起因し摩
擦力を介してワークＷに伝わる接線方向の研削力ＦＴ　
　（以下、接線方向研削力Ｆｔという）とが作用し、こ
の法線方向研剛力Ｆ、と接線方向研削力ＦＴのペルトル
合力である研削力ＦがワークＷに作用する。

研削時、砥石が摩耗するためまた研削途中で何回も砥石
をドレスするため研削の進行につれて砥石の直径が減少
していくが、通常は砥石駆動モータヘ一定の電力を供給
しその回転数とトルクとを略一定に保持して研削するの
で、砥石径の減少に応じて接線方向研削力ＦＴは太き（
なり、その接線方向研削力ＦＴの増大により研削性能が
向上することから法線方向研削力ＦＮは小さくなる。

上記接線方向研削力ＦＴは研削性能を支配するものなの
で、接線方向研削力Ｆ７が大きくなると研削面の表面粗
さが大きくなる。また上記法線方向研削力ＦＭは砥石軸
の撓み角を大きく左右するものなので、法線方向研削力
Ｆ、が変動すると研削面がテーパ化して研削面の円筒度
が悪化し研削の精度が低下することになる。但し、砥石
軸は法線方向研削力Ｆ、によって切込みテーブルの送り
方向に弾性変形するのと同時に、接線方向研削力Ｆ７の
反力によっても弾性変形する。

従来より、研削面の粗さや円筒度を向上させる高程々の
研削盤の制御方法が提案されて来た。

例えば、特開昭５１−１４３９８３号公報には、砥石軸
の撓みを検出し、その撓みが一定となるように、切込み
モータを介して切込み速度を制御する技術が記載されて
いる。これは、法線方向研削力Ｆ８を一定に保持して研
削面の円筒度の精度を高めようとするものである。

また、特公昭５３−３４０３６号公報には、砥石駆動モ
ータへの供給電力を検出し、その電力が設定値となるよ
うに切込み送り速度を制御する技術が記載されている。

これは、接線方向研削力Ｆ７を一定に保持して研削面の
粗さを向上させようとするものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のように接線方向研削力Ｆ７を一定に保持して研削
する技術と、法線方向研削力Ｆ９を一定に保持して研削
する技術について実施例に係る第１０図により検討を加
えてみる。

図中、点Ｏは無負荷時の砥石中心、点０．１はワ一りの
中心、点Ｏ６は研削開始初期の砥石中心・点Ｏテは接線
研削力Ｆ７を一定に制御して研削し砥石径が小さくなっ
たときの砥石中心、点ＯＮは法線方向研削力ＦＮを一定
に制御して研削し砥石径が小さくなったときの砥石中心
である。

研削開始後、切込み送りによる法線方向研削力Ｆ、と砥
石のトルクによる接線方向研削力Ｆ丁とが作用し＼Ｆ、
とＦＴのペルトル合力である研削力Ｆが作用するので、
砥石中心は０゜となり、このときの研削点がＰ。となり
、ワークの加工半径は線分ＯｗＷｏ　となる。

研削開始時上記法線方向研削力ＦＭで水平方向に撓んだ
砥石軸の撓み角に相当する角度だけスイベルテーブルを
介して主軸をスイベルさせることにより砥石軸軸心と主
軸軸心（ワーク軸心）とが平行となるように調整して研
削していくのが一般的である。

研削の進行につれて砥石径が小さくなり、既述の如く接
線方向研削力Ｆ７と法線方向研削力Ｆ。

の大きさが変動するが、上記前者の公報のように法線方
向研削力ＦＮが一定となるように制御する場合には、砥
石中心が００からＯＮへ移行し、研削点がＰｓとなり、
ワークの加工半径は線分０゜ＷＮとなる。この場合、法
線方向研削力Ｆ　ｓが一定に保持されるが、接線方向研
削力Ｆ７が大きくなることから砥石軸の撓み角は増大側
へ変動し、その結果研削点がＰＮとなる。そして、接線
方向研削力ＦＴが著しく増大するので、研削性能が大き
くなり研削面の粗さが悪化する。

これに対して、上記後者の公報のように、接線方向研削
力Ｆ７が一定となるように制御する場合には、砥石中心
が００からＯｌへ移行し、研削点がＰ７となり、ワーク
の加工半径は線分０８Ｗアとなる。この場合、接線方向
研削力Ｆｔ一定の制御なので、研削性能は一定に保持さ
れ研削面の粗さは小さくなる。しかし、図示のように法
線方向研削力ＦＭが小さくなり研削力Ｆが小さくなるの
で砥石軸の撓み角が小さくなって、研削面のテーパ化の
度合が大きくなり研削面の円筒度が低下し、このときの
研削点は点Ｐアとなる。

以上のように法線方向研削力ＦＨを一定に制御する場合
には、研削面の粗さが改善されず、研削面の円筒度があ
る程度改善されるのみである。また、接線方向研削力Ｆ
Ｔを一定に制御する場合には研削面の粗さが改善される
が研削面の円筒度の面で問題が残っている。

Ｃ問題点を解決するための手段〕 本発明に係る研削盤の制御方法は、研削盤で研削する際
に、研削力のうち法線方向の研削力を検出し、この法線
方向研削力が一定となるように切込み送りモータを制御
するとともに、研削力のうち接線方向の研削力を検出し
、この接線方向研削力が一定となるように砥石軸駆動上
−タを制御するものである。

Ｃ作用〕 本発明に係る研削盤の制御方法においては、法線方向研
削力を検出しそれが一定となるように切込み送りモータ
を制御するとともに、接線方向研削力を検出しそれが一
定となるように砥石駆動モータを制御するので、砥石径
の減少につれて接線方向研削力が増大しそうになっても
それが一定に維持され研削性能に変動を来たない。また
、接線方向研削力が一定に制御されていても砥石径の減
少につれて砥石の周速の減少のため研削性能が低下する
傾向になって法線方向研削力が増加しそうになるが、法
線方向研削力も一定に維持されるので砥石軸の撓み角に
変動を来たさない。

〔発明の効果〕

本発明に係る研削盤の制御方法によれば、以上説明した
ように、研削に際して研削盤の研削性能及び砥石軸の撓
み角が夫々一定に維持されるので、研削面の粗さ及び円
筒度とともに格段に改善されることになる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面に基いて説明する。

先ず、本発明を適用する研削盤１について第１図〜第３
図面の簡単な説明する。尚、第１図において−Ｘ方向を
左方、Ｘ方向を右方、−Ｙ方向を前方、Ｙ方向を後方と
定義する。

主軸４及び主軸モータ４ａを支持する切込みテーブル２
は、切込みモータ５によりベッド６上のテーブル台ＩＯ
に対して前後方向へ進退駆動されるようになっており、
主軸４及び主軸モータ４ａは切込みテーブル２上に載置
されたスイベルテーブル１１上に固定され、スイベルテ
ーブル１１は鉛直のスイベルピンｌｌａ回りに回動可能
で、上記スイベルテーブル１１を回動させるため、スイ
ベルテーブル１１の左端縁中央部には左方へ突出するア
ームｌｌｂが設けられ、アームｌｌｂのスクリュナツト
に螺合したスクリュ軸１２が前後方向に向けて配設され
、上記スクリュ軸１２は切込みテーブル２のブラケット
２ａ上に設けたスイベル駆動モータ１３により駆動され
る。

ホイールヘッド７及び砥石駆動モータ７ａを支持する砥
石テーブル８は砥石テーブル駆動モータ９によりベッド
６に対して左右方向へ進退駆動されるようになっている
。

上記主軸４のチャック４ｂにはワークＷが装着され、こ
のワークＷの内周面がホイールヘッド７の砥石軸３ａの
先端の砥石３で研削加工されるのであるが、この研削の
際には先ず砥石テーブル８を左方へ移動させて砥石３を
ワークＷの軸孔内へ挿入してから、切込みテーブル２を
前方又は後方へ移動させることにより研削することにな
る。

上記研削時、切込みモー７タ５により切込みテーブル２
を前方へ切込み送りすると、第４図・第５図に示すよう
に砥石３からワークＷに対して切込み送り力の反力とし
ての法線方向研削力ＦＭと砥石３の回転トルクに起因し
摩擦力を介して伝わる接線方向研削力Ｆアとが作用し、
上記法線方向研削力Ｆ、と接線方向研削力Ｆｔとのベク
トル合力としての研削力Ｆが作用することになる。

上記法線方向研削力ＦＭと接線方向研削力ＦＴとにより
、砥石軸３ａは第４図に示すように法線方向研削力Ｆ、
と反対方向（切込み送り方向）へ弾性変形するとともに
接線方向研削力ＦＴと反対方向へも弾性変形する。

そこで、研削開始初期にスイベル駆動モータ１３を駆動
してスイベルテーブル１１をスイベルさせ、第４図のよ
うにワークＷの軸心と砥石３の軸心とが平行になるよう
に所定のスイベル角θに調整して研削を行なう。

次に、上記研削盤ｌの制御方法について説明する。

この研削盤１の制御方法は、上記法線方向研削力Ｆ、と
接線方向研削力Ｆアとを夫々検出し、法線方向研削力Ｆ
Ｎが一定となるように切込みモータ５を制御するととも
に、接線方向研削力Ｆｔが一定となるように砥石駆動モ
ータ７ａを制御するものであり、これにより研削面の粗
さ並びに円筒度を大幅に改善しようとするものである。

上記法線方向研削力Ｆ、と接線方向研削力ＦＴとを夫々
検出するため、第６図・第７図に示すように、砥石軸３
ａの外周面の前側に近接して臨むＦ８検出用磁気センサ
１４ａ及び砥石軸３ａの外周面の下側に近接して臨むＦ
Ｔ検出用磁気センサ１４ｂとが設けられ、これら磁気セ
ンサ１４ａ・１４ｂからの検出信号はコントロールユニ
ット（図示路）へ出力されている。

上記コントロールユニットには、第８図に示す切込みモ
ータ制御系と第９図に示す砥石駆動モータ制御系とが設
けられている。

第８図の制御系は、Ｆ、検出用磁気センサ１４ａで検出
された法線方向研削力ＦＭが設定値となるように切込み
モータ５の回転速度を制御する制御系の一例を示すもの
で、法線方向研削力設定器１６と、この設定器１６の出
力信号からＦＮ検出用磁気センサ１４ａの検出信号を減
算する減算器１７と、ワークＷの材料・形状・寸法及び
砥石３の種類に応じて切込みモータ５による切込み動作
を指令する切込み操作盤１８と、切込み操作盤１８から
の指令信号及び減算器１７の出力信号を受けて切込みモ
ータ５へ駆動電力を出力する切込みモータ制御装置１９
とを備えており、法線方向研削力ＦＭの検出値が設定値
より小さいときには、減算器１７から十の信号が出力さ
れ、切込みモータ制御装置１９への入力信号が大きくな
り、切込みモータ５の回転数が増加するように制御され
るので、法線方向研削力Ｆ、が設定値に近づいてい法線
方向研削力Ｆ２の検出値が設定値より大きいときには上
記と反対に切込みモータ５の回転数が減少するように制
御されるので、法線方向研削力Ｆ、が設定値に近づいて
いく。

第９図の制御系は、ＦＴ検出用磁気センサ１４ｂで検出
された接線方向研削力Ｆアが設定値となるように砥石駆
動モータ７ａの回転速度を制御する制御系の一例を示す
もので、接線方向研削力設定器３３と、Ｆ１検出用磁気
センサ１４ｂの検出信号から設定器３３の出力信号を減
算する減算器３４と、ワークＷの材料・形状・寸法及び
砥石３の種類に応じて砥石駆動モータ７ａによる研削動
作を指令する砥石操作盤３５と、砥石操作盤３５からの
指令信号及び減算器３４の出力信号を受けて砥石駆動モ
ータ７ａへ駆動電力を出力する砥石駆動モータ制御装置
３６とを備えており、接線方向研削力Ｆアの検出値が設
定値より大きいときには、減算器３４から十の信号が出
力され、砥石駆動モータ制御装置３６への入力信号が大
きくなり、砥石駆動モータ７ａの回転数が増加するよう
に制御されるので、接線方向研削力Ｆ７が設定値に近づ
いていく。

接線方向研削力Ｆ、の検出値が設定値より小さいときに
は上記と反対に砥石駆動モータ７ａの回転数が減少する
ように制御されるので、接線方向研削力Ｆアが設定値に
近づいていく。

以上のようにして、法線方向研削力Ｆ、及び接線方向研
削力Ｆアが夫々一定（設定値）となるように制御される
ことになり、このように制御することの作用は次のよう
になる。

第１０図において、上記のように制御する場合、研削の
進行とともに砥石径が減少しても、法線方向研削力ＦＭ
及び接線方向研削力Ｆ７が夫々一定に維持されるので、
砥石中心は研削初期の砥石中心０゜から砥石径の減少分
だけ移動するのみで、研削点は点Ｐ。の位置を保持し、
ワークＷの加工半径は研削初期と同様に線分ＯｗＷｏで
ある。

第１０図から明らかなように、法線方向研削力ＦＨを一
定に制御する従来技術の加工半径Ｏ，Ｗ、及び接線方向
研削力ＦＴを一定に制御する従来技術の加工半径Ｏｗ　
Ｗｙと比較すれば、この研削制御が優れていることが判
る。

即ち、この研削制御のように、法線方向研削力Ｆ８及び
接線方向研削力Ｆ７を夫々一定に制御すれば、砥石径が
減少しても砥石軸３ａの撓み角が研削の全期間に亙って
一定に保持されることから、研削開始初期のスイベル角
の設定の誤差以外に研削面がテーパ化する原因が解消す
る。こうして、研削面の円筒度が著しく改善され、テー
パ化することが殆どない。

しかも、砥石径の減少につれて接線方向研削力ＦＴが増
加しそうになっても回転数を増加させて接線方向研削力
Ｆｔが一定となるように制御するので、砥石３の研削性
能が一定に保持され、研削面の粗さも研削開始初期と同
様に良好に保持されることになる。

そして、接線方向研削力ＦＴを一定に制御していても、
砥石径の減少に応じて砥石３の周速の減少のため研削性
能が低下し法線方向研削力ＦＨが増大する傾向になるけ
れども、法線方向研削力Ｆ、は一定に制御されるので、
法線方向研削力ＦＭの変動は起らない。

次に、上記研削盤１の制御系並びに検出系の変形例につ
いて説明する。

（１１第１１図に示すように、コントロールユニット１
５は、Ｆ８検出用磁気センサ１４ａとＦ？検出用磁気セ
ンサ１４ｂとからの検出信号を受けてそれらをＡ／Ｄ変
換するＡ／Ｄ変換器２２と、研削の諸条件を入力設定す
る操作盤２３とＡ／Ｄ変換器２２からの信号を受ける入
出力インクフェイス２４と、入出力インクフェイス２４
にデータバス等で接続されたＣＰＵ２５　　（中央演算
装Ｗ）と、ＣＰＵ２５にデータバス等で夫々接続された
ＲＯＭ２６（リード・オンリ・メモリ）及びＲＡＭ２７
（ランダム・アクセス・メモリ）とで構成され、入出力
インタフェイス２４からは主軸モータ駆動回路２８と切
込みモータ駆動回路２９とスイベル駆動モータ駆動回路
３０と砥石駆動モータ駆動回路３１と砥石テーブル駆動
モータ駆動回路３２とに夫々制御信号が出力されるよう
になっている。

上記ＲＯＭ２６には操作盤２３からの設定信号に基いて
各モータ４ａ・５・７ａ・９・１３を制御する制御プロ
グラム及びＦＭ検出用磁気センサ１４ａ及びＦＴ検出用
磁気センサ１４ｂからの検出信号を読込んで前記同様法
線方向研削力ＦＭが設定値となるように切込みモータ５
を制御するとともに、接線方向研削力Ｆアが設定値とな
るように砥石駆動モータ７ａを制御する制御プログラム
などが予め入力格納されている。

その制御ルーチンは極めて簡単なものなので詳しい説明
は省略する。

（２）前記磁気センサ１４ａ・１４ｂに代えて、電気マ
イクロメータ、空気マイクロメータ、光学的測微器など
各種の検出装置を用いることが出来る。

加えて、法線方向研削力Ｆ、４検出手段として、例えば
第１２図や第１３図のように構成してもよい。

即ち、第１２図のものは、切込みモータ５の回転数信号
（これは回転数センサで検出される）とインプロセスゲ
ージ３２で計測した研削内周面の直径信号とに基いて砥
石軸３ａの撓み量を求め、その撓み量から法線方向研削
力ＦＭを求めるようにしである。また第１３図のものは
、１対のインプロセスゲージ３２によりワークＷの研削
内周面の軸方向２個所の直径を検出し、その直径の差か
ら砥石軸３ａの撓み角を求め、その撓み角から法線方向
研削力ＦＭを求めるようにしである。尚、図中符号１５
Ｂは第１０図のものと同様のコントロールユニットであ
る。

一方、接線方向研削力Ｆアは、砥石駆動モータ７ａへ供
給される電力の電圧をポテンシャルトランスフォーマ−
でまた電流をカレントトランスフォーマ−で夫々検出す
るとともに砥石駆動モータ７ａの回転数を回転数センサ
などで求め、上記検出電圧と検出電流と検出回転数とに
基いて接線方向研削力Ｆアを求めるようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例に係るもので、第１図は研削盤の
平面図、第２図は同正面図、第３図は同側面図、第４図
は砥石軸の撓み角とスイベル角とを示す横断平面図、第
５図は砥石からワークに作用する法線方向研削力と接線
方向研削力と研削力とを示す説明図、第６図はＦ０検出
用磁気センサとＦ７検出用磁気センサとを示す要部縦断
面図、第７図は同じく要部平面図、第８図は切込みモー
タの為の制御系の構成図、第９図は砥石駆動モータの為
の制御系の構成図、第１０図は従来技術を含めて各制御
方式で制御するときの加工半径の説明図、第１１図は研
削盤全体の制御系の一例の構成図、第１２図・第１３図
は夫々法線方向研削力検出手段の一例を示す構成図であ
る。 １・・研削盤、　３・・砥石、　５・・切込みモータ、
　７ａ・・砥石駆動モータ、　Ｆ、　　・・法線方向研
削力、　Ｆア　・・接線方向研削力、　Ｆ・・研削力、
　　１４ａ・・Ｆ、検出用磁気センサ、１４ｂ・・Ｆ７
検出用磁気センサ、　　１５・・コントロールユニット
、　１６・・法線方向研削力設定器、　　１７・・減算
器、　１９・・切込みモータ制御装置、　２９・・切込
みモータ駆動回路、３１・・砥石駆動モータ駆動回路、
　３３・・接線方向研削力設定器、　　３４・・減算器
、３６・・砥石駆動モータ制御装置。 特　許　出　願　人　　マツダ株式会社第１図 第２図 第４図 第５図 ｊ 第７図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）研削盤で研削する際に、研削力のうち法線方向の
   研削力を検出し、この法線方向研削力が一定となるよう
   に切込み送りモータを制御するとともに、研削力のうち
   接線方向の研削力を検出し、この接線方向研削力が一定
   となるように砥石軸駆動モータを制御することを特徴と
   する研削盤の制御方法。