JP2001179621A - 移動量測定装置及び研削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 温度変化に伴うリニアスケール測定器の膨張
収縮によって発生する誤差を容易にかつ確実に除去でき
るようにする。 【解決手段】 砥石支持台８の移動によってリニアスケ
ール測定器１９から得られる移動量と、位置検出器１１
から得られる送りねじ１０の所定回転角度を示す信号と
を比較して、砥石支持台８の制御移動量の補正係数を算
出する。その補正係数を位置指令データに乗算し、それ
に基づいて砥石支持台８の移動を制御する。

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、ワークを回転し
て研削するのに好適な研削装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の研削装置においては、通常の位置
決め制御装置を備えている。そして、この位置決め制御
装置によりサーボモータの回転が制御され、サーボモー
タの回転駆動力が送りねじ等により構成される送り機構
を介して砥石支持台に伝達されて砥石車の位置決めが行
われる。

【０００３】例えば、高速・高精度に位置決めを行う制
御装置としては、特開平１０−３３３７５２号公報に示
される位置決め制御装置が知られている。この位置決め
制御装置は、砥石支持台の位置位置を高精度に測定する
測定手段としてリニアスケールを用いている。そして、
このリニアスケールより得られる砥石支持台の位置実測
結果に基づいてサーボモータの駆動制御に用いる伝達関
数を補正することにより高速移動する砥石支持台の位置
決め制御を高精度に実現する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、加工環境に
おける工作機械は、運転開始から時間の経過に伴う気温
変化や、加工熱あるいは加工熱を吸収する冷却水温もし
くは油温の変化に晒され、装置の温度が安定するまでに
数時間を要することもある。そして、その間、場合によ
っては機械温度が数十度も変化することがある。すなわ
ち、工作機械は、運転開始から装置全体が徐々に温度上
昇し、それに伴い各部の構成部材がそれぞれに膨張す
る。

【０００５】例えば、長さ１ｍの鉄は、温度が１度変化
すると、約１μｍの線膨張変化を伴う。同様に上述した
位置決め制御装置のリニアスケールも鉄に比べて約１桁
少ない線膨張係数であるが、少なからず膨張する。この
ため、リニアスケールを用いる砥石支持台の位置制御が
不正確になって加工精度も不正確となり、特に運転開始
から３０分程度の間に加工されるワークの加工精度が安
定せず、良品率が低下する問題点を有している。

【０００６】一方、砥石支持台の送りモータの回転軸に
装着されている回転角度を検出する回転検出器は、モー
タの回転角度を検出しているため、温度上昇に伴う回転
角度の膨張変化による影響を受けない。このため、回転
検出器は、回転当たりの検出が、検出誤差を生じること
なく、常に正確である。

【０００７】しかし、回転検出器は、精密リニアスケー
ルに比べて、分解能に劣り、精密な検出精度を期待でき
ない。この発明は、このような従来の技術に存在する問
題点を解決するためになされたものである。その目的と
するところは、温度変化による影響を確実に除去して、
砥石支持台の位置を常に正確に把握でき、高精度な研削
加工を行うことができるようにすることにある。

【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、送りねじの回転によ
り直線的に移動される砥石支持台の移動方向に沿うリニ
アスケール部を有し、砥石支持台の移動量をリニアスケ
ール部において測定するリニアスケール測定器と、前記
送りねじの回転による回転角度を検出する回転検出器
と、前記回転検出器における所定の回転角度に対応する
砥石支持台の移動量とリニアスケール測定器の測定値か
ら砥石支持台の移動量との誤差を算出する移動誤差算出
手段とを備えたものである。

【０００９】請求項２に記載の発明では、送りねじの回
転により直線的に移動される砥石支持台の移動方向に沿
うリニアスケール部を有し、砥石支持台の移動量をリニ
アスケール部において測定するリニアスケール測定器
と、前記送りねじの回転角度から砥石支持台の移動量を
測定する回転検出器と、前記リニアスケール測定器及び
回転検出器による各測定量を比較する比較手段と、前記
比較手段による比較結果からそれらの誤差比を算出し、
その誤差比に基づき送りねじの回転による前記回転検出
器の測定値に対応した砥石支持台の実際の移動量を算出
する算出手段とを備えたものである。

【００１０】請求項３に記載の発明では、ワークを回転
可能に支持するワーク支持機構と、前記ワーク支持機構
に支持されたワークの回転軸に対して直交する方向に直
線的に接近離間可能な砥石車を回転可能に支持した砥石
支持台とを備え、砥石支持台の移動により砥石車が回転
されてワークに対して研削加工を施すようにした研削装
置において、前記砥石支持台に付設され、砥石支持台の
直線移動量をリニアスケール部において測定するリニア
スケール測定器と、送りねじの回転により砥石支持台の
移動を駆動するモータに連結され、モータの回転にとも
ない回転角度を検出する回転検出器と、前記回転検出器
の所定の回転角度に対応した砥石支持台の移動量を測定
するリニアスケール測定器の測定値から、送りねじの回
転角度に対する砥石支持台の移動誤差を算出する算出手
段と、その移動誤差に基づき送りねじの回転角度に対応
した砥石支持台の移動量が修正されるように前記モータ
の動作を制御する制御手段と備えたものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明がカム研削盤に適
用された一実施形態について図面を参照して説明する。

【００１２】図１及び図２に示すように、ワーク支持台
１は基台２の一側上面に図中矢印Ｚにて示す水平方向へ
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、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。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の上面に配設されている。

【００１３】そして、ワーク回転軸としてのカムシャフ
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
びるように支持される。カムシャフトＷには、被加工物
としての複数のカム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。ワーク支持台１，主軸台３及び心押台６等により
ワーク支持機構が構成されている。

【００１４】回転検出器としての位置検出器７は、主軸
用モータ５に取り付けられ、この位置検出器７において
発生した回転検出パルス、すなわち回転角度信号が図３
に示す制御装置１８に供給される。この位置検出器７
は、主軸用モータ５の回転角度を検出する。そして、位
置検出器７により検出された主軸用モータ５の回転は、
制御装置１８を介した閉ループによって位置決め制御さ
れる。

【００１５】砥石支持台８は、基台２上にカムシャフト
Ｗの軸線方向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。サーボモータよりな
る移動用モータ９は、基台２に取り付けられ、この移動
用モータ９により送りねじ１０が回転されて、砥石支持
台８がカムシャフトＷと近接または離間する前記矢印Ｘ
方向へ、すなわちカムシャフトＷの延長方向を直交する
方向へ移動される。

【００１６】砥石車１２は、カムシャフトＷと対向する
ように砥石支持台８の一端に支軸１３により回転可能に
支持され、この砥石車１２によりカムＷａの被研削面Ｗ
ｂが研削される。砥石回転用モータ１４は、砥石支持台
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、砥石支持台８には、図示しな
い加工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Ｗｂ及び砥石車１２の研削面に対して研削液
が供給される。

【００１７】一方、砥石支持台８の移動位置を検出する
ための回転検出器としての位置検出器１１は、移動用モ
ータ９に取り付けられ、この位置検出器１１において発
生した移動用モータ９及び送りねじ１０の回転角度を示
す回転検出パルス信号が前記制御装置１８に供給され
る。また、砥石支持台８には、リニアスケール１９ａに
より砥石支持台８の移動位置を測定するリニアスケール
測定器１９が取り付けられている。リニアスケール測定
器１９は、砥石支持台８の移動方向、すなわちＸ矢印方
向に延びるリニアスケール部１９ａを有する。そのリニ
アスケール１９ａで測定された砥石支持台８のＸ矢印方
向に沿う直線的な実移動量、すなわちカムシャフトＷに
対する実際の接近離間移動量を直接測定し、その値を示
す位置検出情報を生成する。このリニアスケール測定器
１９において生成された位置検出情報も制御装置１８に
供給される。

【００１８】そして、移動用モータ９の回転は、制御装
置１８、移動用モータ９の回転角度を検出する位置検出
器１１及び砥石支持台の位置を検出するリニアスケール
測定器１９で形成されるループによって位置決め制御さ
れる。

【００１９】図３（ａ）は、この一実施形態の電気的な
構成を示す。なお、図１及び図２と同一の部材には、同
一の参照符号が付されている。制御手段、算出手段及び
比較手段としての制御装置１８は、マイクロコンピュー
タ及び図３（ｂ）に示すメモリ２３ａを中心に構成され
た制御部２３と、主軸用モータ５、移動用モータ９、砥
石回転用モータ１４のそれぞれ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】制御部２３のメモリ２３ａには、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
回転角度と砥石支持台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、リニ
アスケール測定器１９からの位置検出情報と、２個の位
置検出器７，１１からの回転検出情報と、メモリ２３ａ
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に対してそれぞれに制御信号を出力
する。この制御信号に基づき、各駆動回路２４，２５，
２６は各モータ５，９，１４を動作させる。

【００２１】従って、制御部２３によりカム研削盤全体
の動作が集中管理される。その結果、主軸４が回転さ
れ、それにともないカムシャフトＷが一方向に回転され
る。これとともに、砥石支持台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。

【００２２】図４は、上述した位置検出器１１，リニア
スケール測定器１９，制御部２３，駆動回路２５，移動
用モータ９等によって形成される制御系を等化的に示し
ている。この図４において、第１減算器３３のプラス側
入力端子には、制御部２３で生成された砥石支持台８の
位置情報が供給される。この位置情報は、砥石支持台８
の移動位置を示す。第１減算器３３のマイナス側入力端
子には、リニアスケール測定器１９からの測定出力が供
給される。第１減算器３３の出力が変換器３４を介して
別の第２減算器３５のプラス側入力端子に供給される。
この変換器３４は、位置信号に時間的要素を加えて速度
信号に変換する。

【００２３】第２減算器３５のマイナス側入力端子に
は、移動用モータ９及び送りねじ１０の回転角度に応じ
た位置検出器１１の出力信号が供給される。第２減算器
３５の出力が変換器３６を介して位置信号として増幅器
３８を介して移動用モータ９に供給され、移動用モータ
９の回転量が制御され、すなわち砥石支持台８の移動量
が制御される。

【００２４】なお、増幅器３８は、移動用モータ９の回
転速度を調整するものである。さて、制御部２３におい
て、カムＷａのプロファイルデータが所定の記憶領域か
ら選択され、そのプロファイルデータに基づいて、カム
Ｗａの回転角度に対応した砥石支持台８の移動のための
目標位置データが算出される。その目標位置データによ
り移動用モータ９を駆動回路２５を介して制御する。

【００２５】次に、カムシャフトＷの加工過程における
砥石支持台８の実移動量をリニアスケール測定器１９の
位置検出情報のデータをサンプリングする。そして、検
出された位置情報を制御部２３内のメモリ２３ａに記憶
する。

【００２６】このように、制御部２３が動作することに
より、位置決め制御の対象である砥石支持台８の移動位
置が位置検出器１１により移動用モータ９の回転角度と
して検出される。そして、砥石支持台８の移動位置及び
移動速度の位置決め制御がなされるとともに、移動用モ
ータ９及び送りねじ１０の回転角度に対応した移動位置
データがリニアスケール測定器１９により検出される。

【００２７】そして、制御部２３において、メモリに記
憶された位置情報に基づいて所定手順でリニアスケール
測定器１９の測定結果に対する誤差補正がなされる。具
体的には、加工開始に先立って、砥石支持台８を原点位
置から所定位置に移動させ、その時の移動量を位置検出
器１１の回転角度信号として得る。これと同時に、その
位置検出器１１からの回転角度信号と対応して、リニア
スケール測定器１９から位置検出情報から得る。そし
て、位置検出器１１から得られたカウント値をＬｒと
し、リニアスケール測定器１９から得られた移動量をＬ
ｌとすると、それらが制御部２３の比較部２３ｂにおい
て比較されて、砥石支持台８の移動誤差を示す補正係数
がＬｌ／Ｌｒとして算出される。

【００２８】この補正係数が制御部２３からの位置指令
に乗算されて第１減算器３３に供給される。つまり、リ
ニアスケール測定器１９のリニアスケール部１９ａが温
度変化により伸縮されている場合、リニアスケール測定
器１９の測定結果は実際に移動した距離に対して誤差が
生じる。このような場合、加工点における位置検出器１
１から得られる誤差を含んだ移動量をＬｏとし、実際の
移動量をＬｎとすると、実際の移動量Ｌｎは下記（１）
式により得られ、この補正後の位置指令が次回の研削位
置制御としての砥石台移動用モータ９の制御位置データ
に用いられる。

【００２９】 Ｌｎ＝Ｌｏ・（Ｌｌ／Ｌｒ）・・・・・・（１） この場合、装置温度の高低に関わらず、位置検出器１１
から得られる回転角度のカウント値Ｌｒが一定である。
従って、リニアスケール測定器１９が熱により膨張した
り、逆に収縮したりした場合には、補正係数がそれに応
じて変化することになる。このため、この補正係数を用
いれば、リニアスケール測定器１９が変形しても砥石支
持台８の位置決めを正確に行うことができる。

【００３０】なお、上述した補正係数算出のための砥石
支持台８のＸ方向への位置決め移動は、実際の運用にお
いては、研削加工のサイクルタイムを短くするために、
実加工にともなう砥石支持台８の位置決めに並行して補
正係数の算出がなされる。具体的には、加工中における
サイクル開始原位置からカムＷａに対する中間位置まで
の位置決めの中で、位置検出器１１から得られた移動量
Ｌｒと、リニアスケール測定器１９から得られた移動量
Ｌｌとにより、補正係数（Ｌｌ／Ｌｒ）が算出される。
そして、得られた補正係数を用いて砥石支持台８の全て
の位置制御にともなう位置情報を補正し、加工開始位置
からの研削位置座標に反映させる。また、この補正係数
の算出は、カムシャフトＷの研削対象となる一つのカム
Ｗａの加工毎に逐次なされ、補正係数が更新される。こ
のことにより、新たな補正係数を使用して誤差補正処理
が行われ、温度変化によって発生したリニアスケールの
膨張収縮による誤差が除去される。

【００３１】以上述べたように、この実施形態は以下に
示す効果がある。 ・ 砥石支持台８を移動させる送りねじ１０の回転によ
る回転角度信号を位置検出器１１により確保し、制御部
２３がその位置検出器１１における所定の回転角度に対
応するリニアスケール測定器１９の測定値から砥石支持
台８の移動誤差を算出するするようにした。すなわち、
リニアスケール測定器１９の膨張収縮に関わらず、位置
検出器１１の測定値が一定であるため、その値と、膨張
伸縮により変化したリニアスケール測定器１９の測定値
とから補正係数を算出した。そして、その補正係数をリ
ニアスケール測定器１９のカウント値に乗算して砥石支
持台８の移動量を求めた。このため、リニアスケール測
定器１９のカウント値をその膨張伸縮度合いに応じて補
正することができ、分解能に優れたリニアスケール測定
器１９の測定値を用いて砥石支持台８の移動を正確に制
御することができる。従って、高精度の切削加工を実現
できる。

【００３２】・ 以上に述べたように、リニアスケール
測定器１９の温度変化量に応じて誤差修正が行われるた
め、温度センサ等の別途の検出手段が不要である。ま
た、リニアスケールの温度変化による影響の対策をした
構成が簡単である。

【００３３】なお、この発明は以下のような態様で具体
化することも可能である。 ・ 上述した実施形態においては、カム研削盤にこの発
明を適用した場合について説明したが、他のクランクピ
ン研削盤や、位置決め制御装置を有する加工機械に対し
て適用すること。この場合も、前記実施形態と同様な効
果を得ることができる。

【００３４】・ １回の研削が終了するごとに、その研
削の制御に用いられた位置情報、すなわち制御部２３の
メモリ内に蓄積された位置検出器１１及びリニアスケー
ル測定器１９の位置情報を研削の結果得られた位置情報
に新たに書き換えること。そして、次回の研削に際し
て、この書き換えられた位置情報に対して補正係数（Ｌ
ｌ／Ｌｒ）よる補正を加え、この補正されたデータに基
づいて砥石支持台８の新たな位置情報を生成し、それに
基づいて砥石支持台８の位置制御を行うこと。

【００３５】

【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１〜３に記載
の発明によれば、送りねじの所定回転角度に応じた回転
検出器から回転角度信号に対して、リニアスケール測定
器から得られる測定値に基づき補正するため、リニアス
ケール測定器に膨張収縮が生じても、そのリニアスケー
ル測定器からの測定値に基づいて砥石支持台の移動を制
御できる。このため、砥石支持台の位置決めを高精度に
行うことができ、高精度加工を実現できるとともに、良
品率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態の構成を示す一部破断側面図。

【図２】一実施形態の構成を示す平面図。

【図３】（ａ）は一実施形態の電気的な構成を示すブロ
ック図、（ｂ）は制御部内のメモリを示すブロック図。

【図４】一実施形態の制御系を示す回路図。

【符号の説明】

５…主軸用モータ、８…砥石支持台、９…移動用モー
タ、１１…回転検出器としての位置検出器、１２…砥石
車、１４…砥石回転用モータ、１９…リニアスケール測
定器、２３…算出手段，比較手段及び制御手段としての
制御部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 送りねじの回転により直線的に移動され
   る砥石支持台の移動方向に沿うリニアスケール部を有
   し、砥石支持台の移動量をリニアスケール部において測
   定するリニアスケール測定器と、 前記送りねじの回転による回転角度を検出する回転検出
   器と、 前記回転検出器における所定の回転角度に対応する砥石
   支持台の移動量とリニアスケール測定器の測定値から砥
   石支持台の移動量誤差を算出する移動誤差算出手段とを
   備えたことを特徴とする移動量測定装置。
2. 【請求項２】 送りねじの回転により直線的に移動され
   る砥石支持台の移動方向に沿うリニアスケール部を有
   し、砥石支持台の移動量をリニアスケール部において測
   定するリニアスケール測定器と、 前記送りねじの回転角度から砥石支持台の移動量を測定
   する回転検出器と、 前記リニアスケール測定器及び回転検出器による各測定
   量を比較する比較手段と、 前記比較手段による比較結果からそれらの誤差比を算出
   し、その誤差比に基づき送りねじの回転による前記回転
   検出器の測定値に対応した砥石支持台の実際の移動量を
   算出する算出手段とを備えたことを特徴とする砥石支持
   台の移動量測定装置。
3. 【請求項３】 ワークを回転可能に支持するワーク支持
   機構と、 前記ワーク支持機構に支持されたワークの回転軸に対し
   て直交する方向に直線的に接近離間可能な砥石車を回転
   可能に支持した砥石支持台とを備え、 砥石支持台の移動により砥石車が回転されてワークに対
   して研削加工を施すようにした研削装置において、 前記砥石支持台に付設され、砥石支持台の直線移動量を
   ベッド部に設けられたスケールを測定するリニアスケー
   ル測定器と、 送りねじの回転により砥石支持台の移動を駆動するモー
   タに連結され、モータの回転にともない回転角度信号を
   検出する回転検出器と、 前記回転検出器の所定の回転角度に対応した砥石支持台
   の移動量を測定するリニアスケール測定器の測定値か
   ら、送りねじの回転角度に対する砥石支持台の移動誤差
   を算出する算出手段と、 その移動誤差に基づき送りねじの回転角度に対応した砥
   石支持台の移動量が修正されるように前記モータの動作
   を制御する制御手段と備えたことを特徴とする研削装
   置。