JP2004130512A

JP2004130512A - 機械加工を受ける表面のパラメータの測定を機械加工と同時に行う方法

Info

Publication number: JP2004130512A
Application number: JP2003344218A
Authority: JP
Inventors: Bo Goeransson; ボー　ゲランソン
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2002-10-07
Filing date: 2003-10-02
Publication date: 2004-04-30
Also published as: SE0202965L; EP1764187A3; CN1496788A; EP1407854A3; EP1764187A2; US6905393B2; SE0202965D0; CN1225345C; SE524349C2; EP1407854A2; US20040133299A1

Abstract

【課題】　被加工物の面についてのパラメータを加工中に同時に得ることを目的とする。
【解決手段】　異なるバックオフ時間をもって二つの最初の被加工物（９）が加工され、スピンドル変位を示すセンサ信号が評価ユニット（１６）に記憶され、加工された最初の二つの被加工物について測定されそしてこの測定の結果が評価ユニットにローディングされ、最初の二つの被加工物の加工中のセンサの記憶信号が評価ユニット（１６）にて同じ被加工物の測定の結果と比較され、機械剛性の全体における撓みのセンサ信号での影響を示す伝達定数が算出され、最初の二つの被加工物の間での送り位置の差を記録し、次の被加工物（９）の研削時に得られた変位センサ信号が評価ユニットに供給されて、荷重を受けて運転中の機械の剛性系の全体の真の撓みを表わす一連のセンサ信号を与える定数をもって処理され、後続の被加工物の異なるパラメータの計算の真の撓みの信号を用いる。
【選択図】　図１

Description

　本発明は、機械加工、特に被加工物の内径についての研摩加工を受ける表面のパラメータの測定を機械加工と同時に行う方法に関する。

　被加工物における内径あるいは他の異なる面についての機械加工の工程において、良好な結果を得るためには、内径、テーパ度、真円度等のパラメータを連続的に得るべく内径が測定されなければならないということは明らかである。従来、これは試みられており、種々の測定器具が用いられてきたが、これらは、複数の研摩工程間で測定がなされる必要があった。これは、勿論、大量生産では受け入れられないような程度に、全工程時を延ばしてしまう。

　工程そして内径やテーパ度の測定を良好なものとならしめるために、砥石が内径から取り出されたときに該内径に入り込む測定フィンガが用いられてきたが、この場合においてさえ、この測定は複数の研摩工程の間に行われ、研摩サイクルを長いものとしていた。測定フィンガは真円度の測定には有効ではなく、これらの使用は、測定フィンガが測定点から測定点へ移動するときの損傷に関して許容される特別な装置を必要とするということを意味する。さらには、この公知の測定手段は分解能が低い。

　特許文献１は、工具の監視を行うために、回転するスピンドルの測定を正確に、非接触で行う装置を開示している。この装置は、少なくとも一つの変位センサを有し、該センサで、スピンドルにより支持されている工具に作用する軸方向力、半径方向力あるいはトルクにより生ずる、ハウジングに対する回転スピンドルの位置変化を測定する。工具に荷重がかからないときのスピンドルの一回転についての測定結果の信号曲線は回転スピンドルの測定面の不規則性や真円度を表わし、これは評価ユニットに記憶され、スピンドル自体の不規則性や真円度によって生ずる測定信号曲線の部分を補償するために、工具付きそしてスピンドル荷重を受けているスピンドルの一回転についての測定信号曲線から無荷重時の上記測定信号曲線の分だけ減じられ、それによって、スピンドルと工具荷重のみの出力を評価ユニットで得るようにしている。テストを繰り返し、そして回転角センサを用いることによって、スピンドルの不規則性や真円度からの影響の無い、そしてスピンドル荷重が無いときの、純粋な工具荷重を表わす曲線を評価ユニットから得ることが可能となる。
ＤＥ−Ａ１−１００２９９６５

　本発明の目的は、被加工物の加工面、例えば、内面研摩中での内径、テーパ度そして真円度等のパラメータの測定を加工と同時に可能とする方法を提供することにある。

　この目的は、
　少なくとも一つの軸受によりハウジング内で回転自在に支持されていて工具を支持しているスピンドルを有し、加工中に工具スピンドル又はワークヘッドスピンドルに生ずる変位を測定するための変位センサ手段が設けられている機械を用いた表面研削加工中に、被加工物の表面の異なる複数のパラメータを決める方法において、
　バックオフ時間にて異なるレベルの二組の信号を生ずるような異なるバックオフ時間をもって二つの最初の被加工物が加工され、これによって、スピンドル変位を示すセンサ信号が評価ユニットに記憶され、
　このように加工された最初の二つの被加工物について測定されそしてこの測定の結果が評価ユニットにローディングされ、
　最初の二つの被加工物の加工中にスピンドルに生じた変位を示すセンサの記憶信号が評価ユニットにて同じ被加工物についての測定の結果と比較され、機械剛性の全体における撓みのセンサ信号での影響を示す伝達定数が算出され、
　最初の二つの被加工物の間での送り位置の差を記録し、
　これによって、次の被加工物の研削時に得られた変位センサ信号が評価ユニットに供給されて、荷重を受けて運転中の機械の剛性系の全体の真の撓みを表わす一連のセンサ信号を与えるための定数をもって処理され、
　ひき続き、後続の被加工物の異なるパラメータの計算のためのこの真の撓みの信号を用いる、
ことにより達成される。

　本発明によると、実時間で、加工と同時に、被加工物についての瞬時のパラメータの表示（好ましくはダイヤグラム形式）を明瞭に行うことができ、したがって、加工中に、被加工物の公差と品質についての考察が可能となる。

　以下、添付図面に示された加工スピンドルの非限定的実施形態にもとづき、本発明をさらに詳細に説明する。

　図１は、電動モータ２等の駆動手段によって回転駆動を受け、第一軸受３と第二軸受４により回転自在に支持されている機械加工用のスピンドル１の概要を示している。軸受３，４そしてモータ２はハウジング５内に収められており、該ハウジング５の開孔から上記スピンドル１の自由端６が突出し、該自由端には工具７、この場合砥石が取りつけられている。図示の例では、該砥石は、環状の被加工物９の内径８に当接しながら、図示しない駆動モータとチャック装置とにより回転駆動を受けている。被加工物９の回転軸線１０とスピンドル１そしてその自由端６の回転軸線１１との間にはオフセットＯがある。被加工物はマイクロセントリック原理によっても回転できる。

　工具７に近い方の軸受４に隣接して、ハウジング５内には、少なくとも一つの変位センサ１３のためのリテーナ１２が設けられており、該センサ１３は符号１６で示される評価ユニットにケーブル１６で接続されている。

　図２は被加工物９のＡ−Ａ線断面を示しているが、その内径８は真円度そして凹凸に関して誇張して図示されている。図に見られるように、工具すなわち砥石９の面は被加工物９の内径８の内面と接触しており、被加工物の軸線１０と工具の軸線１１は互いにオフセットされている。

　図３には、半径方向でのスピンドルの変位を検知するための四つのセンサ１３と、軸方向でのスピンドルの変位を検知するための二つのセンサ１５とを支持するリテーナ１２の側面図が示されている。これらのセンサの数と形式は重要ではないが、同じ形式のセンサが互いに均等に分布して配置されていることが好ましい。さらには、すべてのセンサは、温度差、ドリフトそして電気的あるいは磁気的外乱を補償するように、差動式に接続されていることが好ましい。

　センサは、通常、非接触式のものが用いられる。

　すべてのセンサ１３，１５はケーブル１４によって評価ユニット１６に接続されている。

　図４は、リテーナ１２に支持された、半径方向変位の測定用のセンサ１３と軸方向変位の測定用のセンサ１５とを通るように図３で異なる位置を通るＢ−Ｃ線断面を示す。

　本発明の基本的考え方は、機械加工を受ける加工対象物について直径、真円度、テーパ度等のパラメータを、被加工物にいかなる測定器具をも用いることなく、機械の運転中にリアルタイムで同時に決めるということである。これは、スピンドルに一体的に組まれた高分解能な変位センサ１３，１５を用いることで可能となり、これにより、スピンドル（軸体）の変位が研摩工程中に測れる。被加工物に対する砥石の接触から測定変位信号への変位、位置そして角度の伝達関数を定めることにより、被加工物に対する砥石の位置そして変位角を算出できる。これらの伝達関数は、軸体そしてクイルの撓みに依存し、又、軸受の変位に加えて機械、ワークヘッド、スピンドル、スライド等の変位にも依存する。伝達関数におけるパラメータはシステムについて計算され、そして／又は、較正される。この関数は研摩サイクルの終わりに生ずる小さな変位については、通常、純粋な線形である。測定された変位信号と研摩力との間の関係は、計算そして／あるいはテストによって推算できる。この情報は、送り速度を最適化するために、そして砥石が常時良好に研摩しているかを見きわめるために用いることができる。被加工物の回転角についてのワークヘッドスピンドルの振れと真の変位とをプロットすることにより、内径の真円度のダイアグラムを実時間で得る。被加工物の速度は、例えば、タコメータ（図示せず）によってワークヘッドスピンドルで直接測ることも、センサ信号の周波数解析によって間接的に測ることもできる。上記内径は、真の変位とスピンドルの送り位置から算出できる。テーパ度は砥石の変位角から定められる。二方向での測定により、送り力に対する研削力が得られる。高分解能のセンサを用いると、供給空気の終わりをも検知できる。ここで、変位センサは音響センサ等の他のシステムで置き換えることもできる。

　本発明は、少なくとも一つの軸受４によりハウジング５内で回転自在に支持されて工具７を支持しているスピンドル１，６を有し、加工中にスピンドルに生ずる変位を測定するための変位センサ手段１３，１５がハウジング内に設けられている機械を用いた表面研削加工中に、被加工物９の表面の異なる複数のパラメータを決める方法であって、バックオフ時間にて異なるレベルの二組の信号を生ずるような異なるバックオフ時間をもって二つの最初の被加工物９が加工され、これによって、スピンドル変位を示すセンサ信号が評価ユニット１６に記憶され、このように加工された二つの被加工物について測定され、そしてこの測定の結果が評価ユニットにローディングされ、二つの被加工物の加工中にスピンドルに生じた変位を示すセンサの記憶信号が評価ユニットにて同じ被加工物についての測定の結果と比較され、（機械接触から、スピンドル、機械そして被加工物を経て機械接触へ戻る）機械剛性系の全体における撓みのセンサ信号での影響を示す伝達定数が算出され、これによって、次の被加工物９の研削時に得られた変位センサ信号が評価ユニットに供給されて、荷重を受け運転中の機械の剛性系の全体の真の撓みを表わす一連のセンサ信号を与えるための定数をもって処理され、ひき続き、後続の被加工物の異なるパラメータの計算のためのこの真の撓みの信号を用いることを特徴としている。

　真の全体撓みの定数は、早期に加工が停止していて未だ非真円性が大きく残っている一つの被加工物から算出することもできる。被加工物と回転角に対して、バックオフ前にプロットされた最後の回転についての記録信号と、測定された被加工物との組み合わせが伝達関数を与える。

　真の撓み信号と記録された送り位置をベースとして、これらの値から、基準としての最初の被加工物で、加工された内径を算出できる。被加工物の回転角を測定あるいは計算することによって、被加工物の回転角に対して全体の真の撓みをプロットして、加工中の被加工物の真円度について実時間でのダイヤグラムを同時に得ることができる。

　砥石スピンドルでの変位を測定することに代えて、センサはワークヘッドスピンドル、あるいは基準面に設けられることもでき、同じパラメータが算出できる。

　被加工物９の回転角は、ワークヘッドスピンドルや被加工物でのタコメータ等の角位置測定器により測定できると共に、繰り返してセンサ信号を得られる期間を設定するための信号処理によっても算出できる。

　軸方向で砥石と同じような長さをもつ内径については、この内径のテーパ度は撓み角についての伝達関数とセンサ信号から直接に計算できる。

　工具７を軸方向に送りそして互いに軸方向に離れた二つの位置で内径を測定することにより、長い内径についても、加工面のテーパ度を決定できる。

　センサのリテーナは完全にスピンドルハウジング５内にあり、測定には困難ではあるが、センサはすべてハウジングとそのシールにより良好に保護される。

　以上述べられた方法によると、実時間で、加工と同時に、被加工物についての瞬時のパラメータの表示（好ましくはダイヤグラム形式）を明瞭に行うことができ、したがって、加工中に、被加工物の公差と品質についての考察が可能となる。又、研削力を検知し、その結果、砥石についてのドレッシング間隔を最適に定めることができる。

　この発明は、以上のように図示そして説明された形態には限定されず、特許請求の範囲を逸脱することなく種々変形することが可能である。

本発明にもとづく、研摩加工と測定とを同時に行う研摩スピンドルの概要を示す断面図である。図１におけるＡ−Ａ線断面図である。図１装置に用いられている、一連のセンサを支持するリテーナの側面図である。図３のＢ−Ｃ線断面図である。

符号の説明

　１，６　スピンドル
　５　ハウジング
　７　工具
　９　被加工物
　１０　ワークヘッドスピンドル
　１３，１５　変位センサ手段
　１６　評価ユニット

Claims

　少なくとも一つの軸受（４）によりハウジング（５）内で回転自在に支持されていて工具（７）を支持しているスピンドル（１，６）を有し、加工中に工具スピンドル又はワークヘッドスピンドルに生ずる変位を測定するための変位センサ手段（１３，１５）が設けられている機械を用いた表面研削加工中に、被加工物（９）の表面の異なる複数のパラメータを決める方法において、
　バックオフ時間にて異なるレベルの二組の信号を生ずるような異なるバックオフ時間をもって二つの最初の被加工物（９）が加工され、これによって、スピンドル変位を示すセンサ信号が評価ユニット（１６）に記憶され、
　このように加工された最初の二つの被加工物について測定されそしてこの測定の結果が評価ユニットにローディングされ、
　最初の二つの被加工物の加工中にスピンドルに生じた変位を示すセンサの記憶信号が評価ユニット（１６）にて同じ被加工物についての測定の結果と比較され、機械剛性の全体における撓みのセンサ信号での影響を示す伝達定数が算出され、
　最初の二つの被加工物の間での送り位置の差を記録し、
　これによって、次の被加工物（９）の研削時に得られた変位センサ信号が評価ユニットに供給されて、荷重を受けて運転中の機械の剛性系の全体の真の撓みを表わす一連のセンサ信号を与えるための定数をもって処理され、
　ひき続き、後続の被加工物の異なるパラメータの計算のためのこの真の撓みの信号を用いる、
ことを特徴とする方法。
　少なくとも一つの軸受（４）によりハウジング（５）内で回転自在に支持されていて工具（７）を支持しているスピンドル（１，６）を有し、加工中に工具スピンドル又はワークヘッドスピンドルに生ずる変位を測定するための変位センサ手段（１３，１５）がハウジング内に設けられている機械を用いた表面研削加工中に、被加工物９の表面の異なる複数のパラメータを決める方法において、
　最初の被加工物（９）が加工され、被真円性が未だ大きく残っているときに加工を停止し、
　被加工物と回転角に対して、バックオフ前にプロットされた最後の回転についての記録信号と、測定された被加工物との組み合わせで得られた、スピンドルの撓みを表わすセンサ信号を評価ユニット（１６）で記憶し、最初の被加工物の加工中にスピンドルに生じた変位を示すセンサの記憶信号が評価ユニット（１６）にて同じ被加工物についての測定の結果と比較され、機械剛性の全体における撓みのセンサ信号での影響を示す伝達定数が算出され、
　最初の二つの被加工物の間での送り位置の差を記録し、
　これによって、次の被加工物（９）の研削時に変位センサ信号が評価ユニットに供給されて、荷重を受けて運転中の機械の剛性系の全体の真の撓みを表わす一連のセンサ信号を与えるための定数をもって処理され、
　ひき続き、後続の被加工物の異なるパラメータの計算のためのこの真の撓みの信号を用いる、
ことを特徴とする方法。
　最初の被加工物又は基準加工物にて、記憶された送り位置と、この記録された送り位置から計算された加工内径と、全体の真の撓みの信号とを用いることとする請求項１又は請求項２に記載の方法。
　被加工物の回転角を測定あるいは計算することによって、被加工物の回転角に対して全体の真の撓みをプロットして、加工中の被加工物の真円度について実時間のダイヤグラムを同時に得ることとする請求項３に記載の方法。
　タコメータ等の角位置検知器を用いて被加工物（９）の回転角を測定することとする請求項４に記載の方法。　
　繰り返して得られる期間を設定するための信号処理によってワークヘッドスピンドル（１０）の回転角を算出することとする請求項４に記載の方法。
　工具（７）を軸方向に送り、加工面のテーパ度の決定のために、互いに軸方向で離れた二つの位置で内径を求める測定を実行することとする請求項３ないし請求項６のうちの一つに記載の方法。
　内径が砥石の長さとはほぼ同じであり、センサ信号に対する撓み角の伝達関数から直接、内径のテーパ度を算出することとする請求項３ないし請求項６のうちの一つに記載の方法。