JP2005335036A - 円筒研削装置およびワ−クの外径測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 多段円筒状ワ−クの外径を１台のタッチプロ−ブを用いる寸法測定器具を用いて高精度よく測定できる円筒研削装置の提供。
【解決手段】 円筒研削装置１のフレ−ム２上に設けられた左右移動テ−ブル３上の主軸台４と心押台５よりなる保持手段に長尺状円筒ワ−クｗをその軸心が水平方向となるよう保持し、このワ−クの軸心に対し直交する前後方向に移動可能に設けられた砥石台７に取り付けられた砥石頭８の砥石軸に軸承された砥石車９によりワ−クを研削し、前記砥石頭のワ−クと対向する前側に上下方向に昇降可能に取り付けたワ−ク寸法測定器具１２のプロ−ブ１２ａがワ−クに接触し、発信したワ−ク外表面の位置信号Ｘ_ｉと、前記心押台の砥石頭と対向する後側に設けられたマスタ−ブロックＭ_１の寸法測定基準面に前記プロ−ブ１２ａを接触して発信された基準信号Ｘ_０からワ−クの測定箇所の外径Ｒ_ｉをＲ_ｉ＝２ｘ｜Ｘ_０-Ｘ_ｉ｜と算出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、長尺の円筒状ワ−ク、特に多段円筒状ワ−クを研削中にその外径を測定できる円筒研削装置および外径測定方法に関する。本発明方法によれば、円筒状ワ−クの長手方向に亘って外径を簡単なワ−ク寸法測定器具を用いて測定できる。また、多段円筒状ワ−クのチャック面から被測定端面までの長さを正確に測定できる。

円筒状ワ−クを円筒研削装置を用いてトラバ−ス研削、プランジ研削、シフトプランジ研削することが行われている。円筒状ワ−クの外径をＮＣ円筒研削装置の砥石車で高精度に研削するためには、外表面を研削された円筒状ワ−クの外径をワ−ク寸法測定器具を用いて測定し、制御装置の出力部より寸法完了信号を受け取ったら砥石車の切り込みを終了させる。かかる寸法測定器具としては、ワ−クの直径を亘る両側に接触する測定子を備えた測定フィンガ−の一対をワ−ク表面に押して接触させ、その変位を変位センサで読み取る直接定寸装置が用いられている（例えば、特許文献１、特許文献２、および特許文献３参照。）。
特開平６−７９６２２号公報 特開２００２−２８３２３０号公報 特開２００２−１２０１４７号公報

円筒状ワ−クが図４に示すように外径の定寸寸法が多段であるときはワ−クと測定フィンガ−接触間の高精度なストロ−クの位置決め精度が必要とされ、測定フィンガ−のストロ−ク量の限界と測定フィンガ−の逃げ量の制限から測定範囲、測定外径が狭範囲であることから、前記一対の測定フィンガ−を備える直接定寸装置を用いて例えば次の方法が検討されている。
１）ワ−クの多段部外径の違いにより測定フィンガ−間の距離が異なる複数の直接定寸装置を各段部毎に設置する。
２）特許文献３に開示されるように測定フィンガ−（押圧子）をワ−クの径方向に変位可能な状態で添接させ、この押圧子をワ−クに添接した状態でワ−クの径方向に前進後退可能に案内装置上を移動できる押圧手段と、ワ−クの研削添と軸線方向の略同じ外周面上でワ−クの外径を測定する直接定寸装置を設ける。
３）ワ−クの研削位置に近いワ−クを離れた上方に直接定寸装置をワ−クの軸心と平行方向に移動する案内装置に設ける。

上記１）の方法は、直接定寸装置を複数設ける必要があり、作業面積が狭くなる。２）の方法は、押圧子の測定移動ストロ−クはワ−クの研削量以上のストロ−クが必要である。また、ワ−クの保持手段への着脱時の押圧子のワ−クへの接触を避けるためワ−クの半径以上の距離の前後移動のストロ−クを有する案内装置が必要とされるため、装置の設置面積が増大する。３）の方法は、定寸装置の押圧子がワ−ク表面に接触する位置から定寸装置を設ける案内装置までの距離を大きく取る必要があり、定寸装置の移動時間内に熱変位、振動の影響を受けて測定された外径寸法精度が低下する。

本発明者は、多段円筒研削の際、段差の左右位置の検出のためにタッチプロ−ブを利用した端面位置寸法測定装置が用いられていることに着目し、このタッチプロ−ブを利用した寸法測定装置を用いてワ−クの外径を高精度で測定できる円筒研削装置を提供することを目的とした。

請求項１の発明は、フレ−ム上に設けられた左右移動テ−ブル、該左右移動テ−ブル上に設置された主軸台と心押台よりなる保持手段であって長尺状円筒ワ−クをその軸心が水平方向となるよう保持する保持手段、この長尺状円筒ワ−クの軸心に対し直交する前後方向に移動可能に設けられた砥石台に取り付けられた砥石頭、この砥石頭に軸心が前記ワ−クの軸心と平行となるように設けられた砥石車、該砥石車の回転駆動機構、前記砥石頭のワ−クと対向する前側に上下方向に昇降可能に取り付けたスタイラス先端のプロ−ブがワ−クに接触した際に信号を出す寸法測定プロ−ブを備えたワ−ク寸法測定器具、前記心押台の砥石頭と対向する後側に設けられた寸法測定基準面となるマスタ−ブロック、および、前記寸法測定プロ−ブが発信した信号を制御装置の記録部が受け、ワ−クの軸心からスタイラスが接触した表面までの距離Ｘ_ｉとワ−クの軸心からマスタ−ブロックの寸法測定基準面までの距離Ｘ_０から長尺状円筒ワ−クの測定箇所の外径Ｒ_ｉがＲ_ｉ＝２ｘ｜Ｘ_０-Ｘ_ｉ｜と算出する演算部および出力部、とを備える円筒研削装置を提供するものである。

請求項２の発明は、前記の円筒研削装置を用い、砥石台の前後方向の移動、保持手段の左右方向の移動、およびワ−ク寸法測定器具の昇降の相対的な移動によりワ−ク寸法測定器具の寸法測定プロ−ブをワ−ク表面に接触させ、長尺状円筒ワ−クの測定箇所の外径Ｒ_ｉを測定する方法を提供するものである。

請求項３の発明は、前記円筒研削装置の主軸台の後側近傍のフレ−ム上に端面位置寸法測定基準面となる別のマスタ−ブロックが設置されている円筒研削装置を提供するものである。

左右（Ｚ軸方向）移動テ−ブル、前後方向（Ｘ軸方向）に移動可能に設けられた砥石台、およびタッチプロ−ブの上下方向（Ｙ軸方向）昇降機構の相対的な動きにより、ワ−ク寸法測定器具のスタイラス先端のプロ−ブは、ワ−ク後面に接触できる他に、心押台近傍に設けられたマスタ−ブロックＭ_１の前面に接触、および主軸台近傍に設けられたマスタ−ブロックＭ_２の側面にも接触可能に取り付けられるので、ワ−クの外径と、主軸台のチャック端面からのプロ−ブが接触している位置を制御装置で算出することができる。ワ−クの軸心をＺ軸、このＺ軸に直交する前後軸をＸ軸としてプロ−ブの接触点位置座標を（Ｘ_ｉ，Ｚ_ｉ）とし、マスタ−ブロックＭ_１の前面Ｘ軸座標をＸ、マスタ−ブロックＭ_２の側面座標をＺ_０とすると、長尺状円筒ワ−クのプロ−ブが接触しているワ−ク測定箇所の外径Ｒ_ｉは、｜Ｘ_０-Ｘ_ｉ｜の２倍と算出される。主軸台のチャック端面から長尺状円筒ワ−クのプロ−ブが接触しているワ−ク測定箇所までの距離は、｜Ｚ_０-Ｚ_ｉ｜と算出される。

以下、図を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
図１はＮＣ円筒研削装置の平面図、図２は図１においてＮＣ円筒研削装置をＩ−Ｉ線側から見た側面図、図３は図１においてＮＣ円筒研削装置をＩＩ−ＩＩ線側から見た側面図、および、図４は多段円筒状ワ−クの多段トラバ−ス研削工程におけるフロ−図である。

図１、図２および図３に示すＮＣ円筒研削装置１において、２はフレ−ム、３は該フレ−ム上に設けられた左右移動テ−ブル、４は主軸台、５は心押台で、これら主軸台と心押台とでワ−ク保持手段を形成する。この主軸台と心押台よりなる保持手段は、前記左右移動テ−ブル３上に設置され、多段円筒状ワ−ク（長尺状円筒ワ−ク）ｗはその軸心が水平方向となるようチャック４ａ，５ａで保持される。この多段円筒状ワ−クｗは主軸台４に備えられた駆動モ−タ４ｂにより軸心回りに回転される。６はドレッサである。

７は砥石台でフレ−ム上を前後方向（Ｘ軸方向）に進退する。８は砥石頭で砥石台７上に搭載される。９は砥石車で砥石頭８の砥石軸１０に軸承され図示されていない駆動モ−タにより回転駆動される。１１はワ−クの軸心、１２はタッチプロ−ブ１２ａを備えたワ−ク寸法測定器具で、スタイラス１２ｂ先端にはプロ−ブ１２ａが設けられ、ワ−クｗに接触した際に位置信号を出す。このワ−ク寸法測定器具１２のスタイラス先端のタッチプロ−ブ１２ａは昇降機構１３により上下方向（Ｙ軸方向）に昇降可能となっており、タッチプロ−ブを備えたスライド部材１３ｂが図示されていないモ−タの駆動を受けてガイド部１３ａ内を上下に移動する。タッチプロ−ブの昇降機構１３は、長尺状円筒ワ−クｗの後面と対向する心押台５の前側に取り付けられる。

砥石頭８と対向する前記心押台５後側には寸法測定基準面となるマスタ−ブロックＭ_１が、主軸台４の後側近傍のフレ−ム上に寸法測定基準面と異なる別のマスタ−ブロックＭ_２が設置されている。スタイラス１２ｂの長手方向の微妙な傾きによる寸法誤差が生じるのを防ぐためこれらマスタ−ブロックＭ_１，Ｍ_２が使用される。すなわち、図４に示すように、多段円筒状ワ−クｗがシフトプランジ研削されている場合、タッチプロ−ブ１２ａがワ−クｗに接触し信号を出す。ワ−クへのタッチプロ−ブ１２ａの接触前、または後に（通常は精密仕上研削を行う前）、タッチプロ−ブ１２ａを寸法測定基準面となるマスタ−ブロックの基準面に接触させ、寸法測定プロ−ブが発信した信号を制御装置の記録部に受信させ、ワ−クの軸心からタッチプロ−ブが接触した表面までの距離Ｘ_ｉとワ−クの軸心からマスタ−ブロックの寸法測定基準面までの距離Ｘ_０から長尺状円筒ワ−クの測定箇所の外径Ｒ_ｉがＲ_ｉ＝２ｘ｜Ｘ_０-Ｘ_ｉ｜と演算部が算出し、比較部に出力し、記憶部に記憶されていた外径値とこの値Ｒ_ｉを比較し、両者の値が一致すれば研削加工を停止させる信号をモ−タ制御部に出力する。

同様に、ワ−クの軸心をＺ軸、このＺ軸に直交する前後軸をＸ軸としてタッチプロ−ブの接触点位置座標を（Ｘ_ｉ，Ｚ_ｉ）とし、マスタ−ブロックＭ_１の前面Ｘ軸座標をＸ、マスタ−ブロックＭ_２の側面座標をＺ_０とすると、長尺状円筒ワ−クのタッチプロ−ブが接触しているワ−ク測定箇所の主軸台のチャック端面から多段円筒状ワ−クのタッチプロ−ブが接触しているワ−ク測定箇所までの距離を演算部が｜Ｚ_０-Ｚ_ｉ｜と算出する。ここにおいて、ワ−クの長い軸心１１はＺ軸と一致する。

本発明の円筒研削装置１を用いて多段円筒状ワ−クｗを研削するには、円筒状ワ−クを主軸台４と心押台５のチャック間に保持し、操作盤よりＮＣ制御装置の記録部に加工する多段状円筒ワ−クの各ワ−ク端部位置Ｚ_ｉとワ−ク外径ｒ_ｉのデ−タを記録部に入力し、表示器に表示された加工ソフトより、多段状ワ−クの仕上げ研磨ソフトを選択する。ついで、左右テ−ブル3を左方向へ移動し、砥石台７の前方移動と、ワ−ク寸法測定器具１２を昇降器具１３で上昇させてプロ−ブ１２ａをマスタ−ブロックＭ₁の後側面に接触させ、マスタ−ブロックＭ₁の後面座標Ｘ_０を制御装置の記録部に出力する。

ついで、砥石台７の後方移動と、左右テ−ブル３の右方向への移動と、ワ−ク寸法測定器具１２を昇降器具１３で下降させてプロ−ブ１２ａをマスタ−ブロックＭ_２の側面に接触させ、マスタ−ブロックＭ_２の側面座標Ｚ_０を制御装置の記録部に出力する。

続いて、ワ−ク寸法測定器具１２を昇降器具１３で上昇させた後、左右テ−ブル３を左方向へ移動させ、砥石台７を前方移動させ、ワ−クの各々端部にプロ−ブ１２ａを接触させ、接触個所の位置座標（Ｘ_ｉ，Ｚ_ｉ）を制御装置の記録部に出力する。制御装置の記憶部に記録された加工プログラミングソフトに従い指示された各ワ−ク端部位置Ｚ_ｉとワ−ク外径ｒ_ｉのデ−タと、プロ−ブ１２ａより送信され、演算部で算出された端部位置｜Ｚ_０-Ｚ_ｉ｜と、その段部での外径２ｘ｜Ｘ_０-Ｘ_ｉ｜の値を比較し、各段部での仕上げ研削される量が２ｘ｜Ｘ_０-Ｘ_ｉ｜−ｒ_ｉと算出され、記録部に出力される。

加工プログラミングソフトに基づき、砥石台７の前後移動と、左右テ−ブル３の左右方向への移動の相対的な移動によりワ−クｗを砥石車で仕上げ研削するとともに、ワ−ク寸法測定器具１２の昇降によるプロ−ブワ−ク後面またはマスタ−ブロックＭ₁，Ｍ_２の基準面への接触により出力される信号により制御装置で算出される各端部位置におけるワ−クの外径Ｒ_ｉを各端部位置と目標とする外径ｒ_ｉと比較し、両者の差の値が設定の許容範囲内にある場合は次の段部へとシフトし、研削を続行していく（図４参照）。両者の差の値が設定の許容範囲内に達していない場合は砥石車による補正研削代を研削し、再度、測定を実施する。

各段部への仕上げ研削が終了したら、モ−タ制御部より研削終了の信号が円筒研削装置のサ−ボモ−タに発信され、砥石車は、待機位置へと戻され、主軸台の駆動モ−タの稼動は停止され、ワ−クの回転は終了される。

スタイラスの先端にプロ−ブ１２ａを備える寸法測定器具１２は、マ−ポス(Marposs)社、または、レニ−ショウ(Renishaw)社より入手できる。

本発明の円筒研削装置１は、プロ−ブ１２ａを備える寸法測定器具１２を用いて円筒状ワ−クの外径を測定することができる。

本発明のＮＣ円筒研削装置の平面図である。 図１においてＮＣ円筒研削装置をＩ−Ｉ線側から見た側面図である。 図１においてＮＣ円筒研削装置をＩＩ−ＩＩ線側から見た側面図である。 多段円筒状ワ−クのトラバ−ス研削工程におけるフロ−図である。

符号の説明

１ ＮＣ円筒研削装置
ｗ 多段円筒状ワ−ク
Ｍ_１ マスタ−ブロック
Ｍ_２ マスタ−ブロック
２ フレ−ム
３ 左右移動テ−ブル
４ 主軸台
５ 心押台
６ ドレッサ
７ 砥石台
８ 砥石頭
９ 砥石車
１０ 砥石軸
１１ ワ−クの軸心
１２ ワ−ク寸法測定器具
１２ａ タッチプロ−ブ
１２ｂ スタイラス
１３ 昇降機構

Claims (3)

1. フレ−ム上に設けられた左右移動テ−ブル、該左右移動テ−ブル上に設置された主軸台と心押台よりなる保持手段であって長尺状円筒ワ−クをその軸心が水平方向となるよう保持する保持手段、この長尺状円筒ワ−クの軸心に対し直交する前後方向に移動可能に設けられた砥石台に取り付けられた砥石頭、この砥石頭に軸心が前記ワ−クの軸心と平行となるように設けられた砥石車、該砥石車の回転駆動機構、前記砥石頭のワ−クと対向する前側に上下方向に昇降可能に取り付けたスタイラス先端の寸法測定プロ−ブがワ−クに接触した際に信号を出す寸法測定プロ−ブを備えたワ−ク寸法測定器具、前記心押台の砥石頭と対向する後側に設けられた寸法測定基準面となるマスタ−ブロック、および、前記寸法測定プロ−ブが発信した信号を制御装置の記録部が受け、ワ−クの軸心から寸法測定プロ−ブが接触した表面までの距離Ｘ_ｉとワ−クの軸心からマスタ−ブロックの寸法測定基準面までの距離Ｘ_０から長尺状円筒ワ−クの測定箇所の外径Ｒ_ｉがＲ_ｉ＝２ｘ｜Ｘ_０-Ｘ_ｉ｜と算出する演算部および出力部、とを備える円筒研削装置。
2. 請求項１に記載の円筒研削装置を用い、砥石台の前後方向の移動、保持手段の左右方向の移動、およびワ−ク寸法測定器具の昇降の相対的な移動によりワ−ク寸法測定器具の寸法測定プロ−ブをワ−ク表面に接触させ、長尺状円筒ワ−クの測定箇所の外径Ｒ_ｉを測定する方法。
3. 主軸台の後側近傍のフレ−ム上に端面位置寸法測定基準面となる別のマスタ−ブロックが設置されていることを特徴とする、請求項１に記載の円筒研削装置。

Images