JP2001157962A - 研削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で精度良く砥石とカムシャフトと
の接触を検出して加工時間を短縮することができるよう
にする。 【解決手段】 カムシャフトＷと砥石車１２との接触が
振動センサ１２により検出される。その振動センサ１２
は、砥石車１２及びカムカムシャフトＷから離隔して配
置されている。加工時においては、ワークの回転を停止
した状態で、砥石台８をその砥石車１２がワークＷの被
研削面Ｗｂに接触するまで高速の位置決め速度で前進さ
せる。そして、砥石車１２とワークＷの被研削面Ｗｂと
の接触検出されると、位置決め速度から粗研削送り速度
となるように切り換えるとともに、ワークＷを回転させ
てワークＷの回転と砥石台８の進退移動とを同期制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、カム等
に代表される非円形ワークの加工に用いて好適な研削装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】カム研削盤のような非円形ワークの加工
を目的とした研削装置においては、位置決め，粗研削，
仕上げ，早戻しの順序に従ってワークに対して加工がな
される。具体的には、先ず、ワークの回転を停止させた
状態で、回転状態の砥石車をその研削面がワークに接触
する手前の位置まで砥石台を位置決めする。次いで、ワ
ークを回転させるとともに、砥石車がワークの輪郭の出
入りに従って往復動するようにワークの回転と砥石台の
進退移動とを同期制御する。この同期制御においては、
砥石台が位置決めが終了した位置からワークに対して予
め指定した切り込み速度にて接近移動し、研削加工が行
われる。

【０００３】砥石車を空転させながら、砥石台をワーク
に近接させて、接触させる工程は、エアーカットと称さ
れ、このエアーカットは全体的な加工時間に与える影響
が大きい。つまり、エアーカットの途中で、砥石車が高
速の位置決め速度から低速の研削送りに切り替えられる
ため、研削送りの距離が大きくなると、実際に加工しな
い研削送り時間が長くなり結果的に加工時間が長くな
る。特に、カム素材は鋳造品であることが多く、その外
周面には比較的大きな凹凸が形成されている。従って、
その凹凸を見越して、研削送りへの切り替え点を手前側
に設定すると、エアーカット時間が著しく長くなること
になる。このため、エアーカットに要する時間を短縮す
るようにした提案が各種なされている。

【０００４】すなわち、特開平７−１８６０４２号公報
には、砥石の接触検知装置が提案されている。この砥石
の接触検知装置は、静電容量測定装置により砥石とワー
クとの距離に応じた静電容量値を測定し、得られた静電
容量値により砥石とワークとの距離及び接触の有無を検
知する。

【０００５】また、特開平６−１１４６９３号公報の接
触検知装置のように砥石車に接触するセンサを設けて砥
石とワークとの接触を検出する接触検知装置も提案され
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
構成においては、砥石及びワークに対して電気的な接続
を確保する必要があるため、構成が複雑となる。しか
も、外乱要因により静電容量が変動するため、精度良く
砥石とワークとの接触を検出することができない問題点
を有する。また、後者の接触検知装置においては、セン
サが早期に摩耗して耐久性に乏しい問題点がある。

【０００７】この発明は、このような従来の技術に存在
する問題点に着目してなされたものである。その目的と
するところは、簡単な構成で確実に砥石とワークとの接
触を検出して加工時間を短縮することができる研削装置
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の発明では、非円形ワークを回転
可能に支持するワーク支持台と、そのワーク支持台に支
持されたワークに対して近接離間可能な砥石車と、前記
砥石車を備えた砥石台の研削送りを行わせる送り手段
と、前記ワーク及び砥石車から離隔した位置に配置さ
れ、ワークと砥石車との接触による状態変化を検出する
検出手段と、前記検出手段による検出結果に応じて砥石
台の研削送り速度が変更されて砥石台が位置決め速度か
ら研削送り速度に移行するように前記送り手段の動作を
制御するとともに、ワークの回転と砥石台の送り方向と
が同期するように制御する制御手段とを備えたことを要
旨とする。

【０００９】請求項２に記載の発明では、請求項１にお
いて、前記検出手段が砥石車を支持する砥石台に設けら
れていることを要旨とする。請求項３に記載の発明で
は、請求項１において、前記検出手段がワークを支持す
るワーク支持台に設けられていることを要旨とする。

【００１０】請求項４に記載の発明では、請求項１〜３
のいずれかにおいて、前記検出手段が装置の振動の変化
を直接的に検出することを要旨とする。請求項５に記載
の発明では、請求項１において、前記検出手段がワーク
を回転するモータと砥石車を回転するモータと砥石台を
移動するモータのいずれか一つのモータ電流の変化を検
出することを要旨とする。

【００１１】請求項６に記載の発明では、請求項１〜５
のいずれかにおいて、制御手段は、砥石車と研削液との
接触による状態変化を無視することを要旨とする。請求
項７に記載の発明では、請求項１〜６のいずれかにおい
て、前記制御手段は、前記検出手段による検出前におい
てワークの回転と砥石台の送り方向とが同期するように
制御することを要旨とする。

【００１２】請求項８に記載の発明では、請求項１〜７
のいずれかにおいて、前記制御手段は、前記検出手段に
よる検出前においてワークの同径部が砥石車に対向した
状態でワークが一定角度内を往復回転するように制御す
ることを要旨とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）以下、この
発明がカム研削盤に適用された第１の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００１４】図１及び図２に示すように、ワーク支持台
１は基台２の一側上面に図示しない水平方向（図中矢印
Ｚにて示す）へ移動可能に支持されている。主軸台３
は、ワーク支持台１の上面に配設され、ワークとしての
カムシャフトＷの一端を着脱可能に支持するためのため
の主軸４及び主軸４を回転させるためのサーボモータよ
りなる主軸用モータ５を備えている。ワークとしてのカ
ムシャフトＷには複数の非円形カムＷａが軸線方向へ所
定の間隔で形成され、これらカムＷａの外周面が被研削
面Ｗｂとなっている。

【００１５】心押台６は、主軸４との間隔を調整自在に
ワーク支持台１の上面に配設され、カムシャフトＷが主
軸４とこの心押台６との間においてＺ方向へ延びるよう
に回転可能にかつ着脱可能に支持される。そして、カム
シャフトＷは、この支持状態で主軸用モータ５の駆動に
伴い、所定の方向に回転される。エンコーダ７は、主軸
用モータ５に取り付けられ、このエンコーダ７において
発生した検出信号が後述する制御装置１８に供給され
る。

【００１６】砥石台８は、基台２上にカムシャフトＷの
軸線と直交する水平方向（図中矢印Ｘにて示す）へ移動
可能に支持されている。送り手段としてのサーボモータ
よりなる移動用モータ９は、基台２の側部に取り付けら
れ、この移動用モータ９によりボールスクリュー１０が
回転されて、砥石台８がカムシャフトＷと近接または離
間する方向へ移動される。エンコーダ１１は、移動用モ
ータ９に取り付けられ、このエンコーダ１１において発
生した検出信号が後述する制御装置１８に供給される。

【００１７】砥石車１２は、カムシャフトＷと対向する
ように砥石台８の一端に支軸１３により回転可能に支持
されている。砥石回転用モータ１４は、砥石台８上に配
設され、この砥石回転用モータ１４によりプーリ１５，
１６およびベルト１７を介して砥石車１２が一方向に回
転される。なお、砥石台８には、図示しない研削液の供
給機構が配設されており、カムシャフトＷの被研削面Ｗ
ｂ及び砥石車１２の研削面に対して研削液が供給され
る。

【００１８】カムシャフトＷおよび砥石車１２から離隔
するとともに、研削液がかからない位置において、砥石
台８の上面には、検出手段としての振動センサ１９が取
り付けられている。この振動センサ１９としては，砥石
車１２とカムＷａとの接触にともなうアコースティック
エミッションを砥石台８を介して検出するＡＥセンサが
用いられる。振動センサ１９からの出力信号が後述する
制御装置１８に入力される。なお、振動センサ１９を図
２において（１９）で示すように主軸台３側に取り付け
るようにしても良い。

【００１９】図３は、装置全体を制御するための制御手
段としての制御装置１８の構成を示す。なお、図３にお
いて図１、図２と対応する部分には、同一の参照符号が
付されている。図３に示すように制御装置１８は、フィ
ルタ回路２１、検出回路２２、制御部２３及び主軸用モ
ータ５、移動用モータ９、砥石回転用モータ１４に対応
して設けられた３個の駆動回路２４，２５，２６を有し
ている。

【００２０】振動センサ１９の出力信号が図示しないア
ンプにより増幅され、フィルタ回路２１に供給される。
フィルタ回路２１は、例えば、通過帯域がそれぞれ異な
る複数のバンドパスフィルタにより構成されている。図
６（ａ）は、振動センサ１９により検出された振動周波
数の推移を示す。そして、同図（ｂ）は、フィルタ回路
２１でスクリーンされた振動周波数データの推移を示
す。複数のバンドパスフィルタのそれぞれの出力が検出
回路２２に供給される。検出回路２２は、バンドパスフ
ィルタからの出力を検波し、得られた各周波数帯域の検
波出力を所定のしきい値と比較する。このことにより、
砥石車１２と研削液との接触を無視し、カムＷａと砥石
車１２との接触検出情報を生成する。検出回路２２にお
いて生成された検出情報が制御部２３に供給される。

【００２１】制御部２３は、例えば、マイクロコンピュ
ータおよびメモリ等を中心に構成されている。メモリに
は、予めカムシャフトＷのカムＷａの形状に応じた主軸
４の回転角度と回転速度との関係を規定する速度制御デ
ータ及び主軸４の回転角度と砥石台８の送り量との関係
を規定する位置制御データ等が格納されている。制御部
２３は、検出回路２２からの検出情報と、２個のエンコ
ーダ７，１１からの検出信号と、メモリに格納されてい
る制御データとに基づいて３個の駆動回路２４，２５，
２６をそれぞれに制御する制御信号を生成する。制御部
２３において生成された制御信号が駆動回路２４，２
５，２６のそれぞれに供給され、駆動回路２４，２５，
２６のそれぞれにおいてモータ駆動出力が生成される。

【００２２】駆動回路２４において生成された駆動出力
が主軸用モータ５に、駆動回路２５において生成された
駆動出力が移動用モータ９に、駆動回路２６において生
成された駆動出力が砥石回転用モータ１４に供給され
る。その結果、研削加工時には、主軸４がその回転角度
に応じた適切な速度で回転されるとともに、砥石台８が
主軸４の回転角度に応じて進退移動されて、主軸４に装
着されたカムシャフトＷのカムＷａが所定形状に研削さ
れる。

【００２３】このように構成されたカム研削盤により実
際にカムシャフトＷに対して加工を実施する場合には、
位置決め，粗研削，仕上げ，早戻しの順序で動作が実行
される。具体的には、先ず、カムシャフトＷの回転を停
止させて、砥石車１２を回転させた状態で、砥石台８を
その砥石車１２の研削面がカムシャフトＷの被研削面Ｗ
ｂに接触するまで前進させる。そして、図６に示すよう
に、エアーカットなしで、砥石車１２がカムシャフトＷ
の被研削面Ｗｂに接触すると振動周波数は急変する。そ
して、それが振動センサ１９により、アコースティック
エミッションの変化として検出されると、砥石台８の移
動が位置決め速度から粗研削送り速度となるように切り
換えられる。なお、砥石車１２と被研削面Ｗｂ上の研削
液とが接触すると、アコースティックエミッションが若
干変化するが（図６の（エアーカット）の部分）、その
変化はフィルタ回路２１のスクリーン作用により無視さ
れる。

【００２４】この切り替えと同時に、カムシャフトＷを
一方向に回転させてカムシャフトＷの回転と砥石台８の
進退移動とを同期制御する。なお、砥石車１２が被研削
面Ｗｂに向かって前進するのに先だって、研削液が図示
しないノズルからカムシャフトＷにかけられ、砥石車１
２は被研削面Ｗｂ上の研削液の膜に接触する。そして、
この接触によって発生するアコースティックエミッショ
ン状の音響が振動センサ１９により検出されるが、これ
は、フィルタ回路２１や制御部２３の作用により無視さ
れる。

【００２５】図４（ａ）〜（ｄ）は、同期制御された際
のカムＷａと、砥石車１２の位置関係を模式的に示す。
なお、図４（ａ）〜（ｄ）において、３１で示される点
がカムＷａの回転中心であり、３２で示される点が砥石
車１２の回転中心である。

【００２６】まず、図４（ａ）に示すように、カムＷａ
のベース部（回転軸３１を中心として同径となる部分）
の中央に砥石車１２が接触する。図４（ｂ）は図４
（ａ）の状態を基準にした主軸４の回転角度９０度にお
ける状態を示しており、カムＷａのベース部の一端部に
砥石車１２が接触している。図４（ｃ）は、図４（ａ）
の状態を基準にした主軸４の回転角度１８０度における
状態を示しており、カムＷａのトップ部の中央に砥石車
１２が接触している。図４（ｄ）は、図４（ａ）の状態
を基準にした主軸４の回転角度２７０度における状態を
示しており、カムＷａのベース部の他端部に砥石車１２
が接触している。

【００２７】つまり、図４（ａ）に示すように、カムＷ
ａのベース部が砥石車１２に対向している状態において
は、砥石台８は進退移動を行わず、ベース部からリフト
部に移行するタイミングで砥石台８が後退を開始する。
そして、カムＷａのトップ部の中央が砥石車１２と接触
する状態において、距離Ｌだけ後退する。この状態が研
削時における後退量最大となる位置であり、カムＷａの
トップ部の中央を境界にして砥石台８が前進を開始す
る。そして、リフト部からベース部に移行するタイミン
グで砥石台８の前進を停止する。

【００２８】図４のように、砥石車１２とカムシャフト
Ｗとが接触した時に、その接触が振動センサ１９により
検出され、カムシャフトＷの回転が開始される。このた
め、カムシャフトＷの回転と砥石台８の進退移動とを同
期制御した状態で、予め指定した粗研削送り速度にて砥
石台８を所定量送り込むことにより粗研削がなされる。
なお、粗研削送り速度にて砥石台８を所定量送り込んで
粗研削が完了すると、従来と同様に仕上げ加工に移行
し、仕上げの各工程がなされる。そして、仕上げ工程が
完了し、砥石台８が早戻し後退され、原点位置に復帰す
る。

【００２９】このように、この実施形態においては、砥
石車１２とカムシャフトＷとの接触にともなう音響変化
を捉えて、砥石台８の送り速度が制御される。従って、
送り速度の切り替えを確実に行うことができるととも
に、砥石車１２やカムシャフトＷに対して電気的な接続
を取る必要がなくて、構成が簡単である。しかも、振動
センサ１９は砥石車１２をはじめとする可動部に摺動状
態で接触しているのではないため、耐久性に優れる。

【００３０】（他の実施の形態）この発明は前記実施形
態に限定されるものではなく、以下のような態様で具体
化してもよい。これらの実施形態においても前記実施形
態と同様な作用効果を得ることができる。

【００３１】・ 第１の実施形態においては、振動セン
サ１９としてＡＥセンサを用いて砥石車１２とカムシャ
フトＷの被研削面Ｗｂとの接触を砥石台８による振動を
介して検出した。これに代えて、マイクロホンによる通
常の音響を検出するようにした音響センサを用いるよう
にすること。

【００３２】・ 第１の実施形態においては、砥石車１
２とカムシャフトＷの被研削面Ｗｂとの接触を検出した
タイミングで、位置決め速度からただちに粗研削送り速
度に切り換えるようにした。これに代えて砥石車１２と
カムシャフトＷの被研削面Ｗｂとの接触を検出したタイ
ミングから徐々に所定の速度まで減速して粗研削送り速
度に切り換えるようにすること。このように構成すれ
ば、切り込み量の多い粗研削中に速度切り替えにともな
う砥石台８の送り時間の短縮ができ、しかも加工時間が
短縮できる。

【００３３】・ 第１の実施形態においては、砥石車１
２とカムシャフトＷの被研削面Ｗｂとの接触を検出した
タイミングで、位置決め速度から粗研削送り速度に切り
換える場合について説明した。

【００３４】なお、被研削面Ｗｂ上の研削液の膜はきわ
めて厚いため、送り速度が切り替えられるタイミングは
砥石車１２が研削液に接触した時点にならないよう、実
際に砥石車１２がワークに接触した時に速度切り替えが
開始されるようにするため、研削液との接触を無視する
フィルタを設けた。

【００３５】・ 振動センサ１９の検出後に、カムシャ
フトＷの回転、砥石台８の送り等を同期制御するように
した、これに代えて、振動センサ１９の検出前に前記の
同期制御を行うように構成すること。

【００３６】・ 振動センサ１９を用いることなく、モ
ータの駆動電流を監視することで、砥石車１２とカムシ
ャフトＷの被研削面Ｗｂとの接触によるモータ負荷電流
の変化を検出するように構成すること。

【００３７】すなわち、図５に示すように、駆動回路２
６と、砥石回転用モータ１４との間に電流検出回路２７
が設けられている。電流検出回路２７は、砥石回転用モ
ータ１４に供給される駆動電流を監視する。そして、砥
石回転用モータ１４への駆動電流値と所定の値とを比較
することにより、砥石車１２とカムシャフトＷの被研削
面Ｗｂとの接触を検出して検出情報を生成する。この電
流検出回路２２において生成された検出情報が制御部２
３に入力される。

【００３８】そして砥石車１２がカムシャフトＷに接触
した際における負荷トルクの急激変動による砥石回転用
モータの駆動電流の増加が検出される。この検出に基づ
き、砥石車１２とカムシャフトＷの被研削面Ｗｂとの接
触のタイミングで位置決め速度から粗研削送り速度とな
るように切り換えるとともに、カムシャフトＷの回転と
砥石台８の進退移動とを同期制御する。

【００３９】・ 主軸用モータ５、もしくは、移動用モ
ータ９の駆動電流を監視して砥石車１２とカムシャフト
Ｗの被研削面Ｗｂとの接触を検出すること。また、複数
のモータにより駆動電流を監視するようにすること。

【００４０】・ カムＷａのベース部と砥石車１２とが
対向する状態（図４（ａ），（ｂ），（ｄ）参照）で、
カムＷａが一定角度内において正逆回転を繰り返すよう
に制御しながら砥石台８を位置決めを行うようにするこ
と。

【００４１】・ 砥石車１２とワークとの接触を検出す
るセンサとして、加速度ピックアップを用いること。従
って、この加速度ピックアップにより砥石車１２とワー
クとの接触に基づく装置振動を直接検知して前記接触を
検出できる。なお、この加速度ピックアップは、前記実
施形態と同様に、砥石車１２やワークから離隔した位置
に配置される。

【００４２】・ この発明をカム研削以外の非円形ワー
クの研削を行う工作機械、例えばクランクピン研削盤に
適用すること。なお、この明細書において非円形ワーク
とは、非研削面がワークの回転中心を中心とした円形の
領域に存在しないものを指す。クランクピン研削盤は、
クランクピンがジャーナルを中心に公転するため、これ
に該当する。

【００４３】

【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るため、次のような効果を奏する。請求項１〜４に記載
の発明によれば、ワークと砥石車との接触による状態変
化を砥石車に直接接触することなく離隔した位置で検出
する検出手段が所定位置に設けられるため、検出手段の
摩耗がなくワークと砥石車との接触を確実に検出するこ
とができ、エアーカットに要する時間を短縮し加工時間
の短縮化を図ることができる。しかも、複雑な電気配線
が不要で、構成が簡単であり、検出手段の摩耗等のおそ
れがなく、耐久性にも優れる。

【００４４】請求項５に記載の発明によれば、ワークと
砥石車との接触による負荷変動がワークを回転するモー
タと砥石車を回転するモータと砥石台を移動するモータ
のいずれか一つのモータ電流の変化により検出されるた
め、より簡単な構成でワークと砥石車との接触を確実に
検出することができる。

【００４５】請求項６に記載の発明によれば、砥石車と
研削液との接触による状態変化をが無視されるため、エ
アーカット領域を不要にして位置決め領域を大きくで
き、加工時間の短縮化を確実に達成できる。

【００４６】請求項７に記載の発明によれば、ワークと
砥石車との接触が検出される前の段階においてワークの
回転と砥石台の送り方向と送り速度とが同期するように
制御されるため、ワークのゼロからの所定回転到達時間
遅れがなく、加工時間の短縮化を図ることができる。

【００４７】請求項８に記載の発明によれば、ワークと
砥石車との接触が検出される前の段階においてワークの
同径部が砥石車に対向した状態で正逆回転を繰り返すよ
うに制御されるため、ワークに対する砥石車の接触開始
が、同径部からされることになり、カム素材表面の凸部
をすばやく検出でき、接触開始時における研削送り速度
の切換えが確実になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施形態の構成を示す一部破断側面
図。

【図２】 第１の実施形態の構成を示す平面図。

【図３】 第１の実施形態の制御装置の構成を示すブロ
ック図。

【図４】 第１の実施形態の動作説明に用いる説明図。

【図５】 他の実施形態の制御装置の構成を示すブロッ
ク図。

【図６】 （ａ）は振動センサにより検出された振動周
波数を示すグラフ、（ｂ）はフィルタによりスクリーン
された振動周波数のデータを示すグラフ。

【符号の説明】

５…主軸用モータ、８…砥石台、９…移動用モータ、１
２…砥石車、１４…砥石回転用モータ、１９…振動セン
サ、２１…フィルタ回路、２２…検出回路、２３…制御
部、２４，２５，２６…駆動回路

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C001 KA00 KB07 SB02 TA02 TA05 TB06 TB08 3C034 AA13 AA19 BB92 CA17 CA18 CA24 CA30 CB02 CB07 DD14

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非円形ワークを回転可能に支持するワー
   ク支持台と、 そのワーク支持台に支持されたワークに対して近接離間
   可能な砥石車と、 前記砥石車を備えた砥石台の研削送りを行わせる送り手
   段と、 前記ワーク及び砥石車から離隔した位置に配置され、ワ
   ークと砥石車との接触による状態変化を検出する検出手
   段と、 前記検出手段による検出結果に応じて砥石台の研削送り
   速度が変更されて砥石台が位置決め速度から研削送り速
   度に移行するように前記送り手段の動作を制御するとと
   もに、ワークの回転と砥石台の送り方向とが同期するよ
   うに制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする研
   削装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記検出手段が砥石
   車を支持する砥石台に設けられていることを特徴とした
   研削装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記検出手段がワー
   クを支持するワーク支持台に設けられていることを特徴
   とした研削装置。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかにおいて、前記
   検出手段が装置の振動の変化を直接的に検出することを
   特徴とする研削装置。
5. 【請求項５】 請求項１において、前記検出手段がワー
   クを回転するモータと砥石車を回転するモータと砥石台
   を移動するモータのいずれか一つのモータ電流の変化を
   検出することを特徴とした研削装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかにおいて、制御
   手段は、砥石車と研削液との接触による状態変化を無視
   することを特徴とした研削装置。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれかにおいて、前記
   制御手段は、前記検出手段による検出前においてワーク
   の回転と砥石台の送り方向と送り速度とが同期するよう
   に制御することを特徴とした研削装置。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれかにおいて、前記
   制御手段は、前記検出手段による検出前においてワーク
   の同径部が砥石車に対向した状態でワークが一定角度内
   を往復回転するように制御することを特徴とした研削装
   置。