JP2011143503A - Cylindrical grinder - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、円筒研削盤に関するものであり、詳しくは工作物の研削に伴い工作物の被加工部に生じる、円周方向に分布する理想形状に対する凹凸であるビビリの低減に関するものである。 The present invention relates to a cylindrical grinder, and more particularly, to reduction of chatter that is an unevenness with respect to an ideal shape distributed in a circumferential direction, which occurs in a workpiece portion of a workpiece as the workpiece is ground.
円筒研削盤においてはビビリと言われる加工精度不良が発生することがある。ビビリとは工作物の加工表面に生じる微小な凹凸で、工作物の1回転中に工作物と砥石研削作用面の相対位置が振動的に変動するときに生じる。砥石車の研削作用面の振れは、砥石車のアンバランスや砥石車回転軸の振動があると生じる。工作物の振動は、工作物の回転駆動部に振動を生じることや、工作物のセンター穴の真円度不良がある場合などに生じる。以上のような、砥石車の振れと工作物の振動が合成された砥石車の研削作用面と工作物の相対位置の変動によりビビリが発生する。
ビビリの特徴は、上記の発生原因から周期性を持つことであり、ほとんどの場合は砥石車の研削作用面の振れが主要因である。
In a cylindrical grinder, a processing accuracy defect called chatter may occur. Chatter is a minute unevenness generated on the machining surface of the workpiece, and occurs when the relative position of the workpiece and the grinding wheel grinding surface fluctuates in vibration during one rotation of the workpiece. The wobbling of the grinding surface of the grinding wheel occurs when the grinding wheel is unbalanced or the grinding wheel rotation shaft vibrates. The vibration of the workpiece occurs when vibration is generated in the rotational drive unit of the workpiece or when the roundness of the center hole of the workpiece is poor. As described above, chattering occurs due to a change in the relative position of the workpiece and the grinding surface of the grinding wheel in which the grinding wheel vibration and the workpiece vibration are combined.
The feature of chattering is that it has periodicity due to the above-mentioned cause of occurrence, and in most cases, the main factor is runout of the grinding surface of the grinding wheel.
従来のビビリ防止技術としては、ビビリの原因である砥石車の振動を低減するために砥石のアンバランスを自動補正する従来技術1(例えば、特許文献1参照)や、工作物の加工面を基準として工具と工作物の相対変位を補正する従来技術2(例えば、非特許文献1参照)がある。
Conventional chattering prevention techniques include the conventional technique 1 (for example, see Patent Document 1) that automatically corrects the grinding wheel unbalance in order to reduce the vibration of the grinding wheel, which is the cause of chattering, and the work surface of the workpiece. As a
砥石車にアンバランスがあり振れを発生している場合、その状態でツルーイングを行うとツルアに対してはほぼ振れの無い砥石車の研削作用面が得られる。そのためツルーイング装置を工作物と近い位置に配置することで、工作物に対する砥石車の研削作用面の振れを低減することが可能で、そのような機械構成が多い。しかし、砥石車に吸収されたクーラント液の偏在によるアンバランスのように、時間と共にアンバランス量が変動する場合は上記の構成だけでは対応ができない。この場合、特許文献1に示される従来技術1のような、砥石車のバランスを自動で補正するオートバランス装置が使用される。
When the grinding wheel is unbalanced and shakes, if the truing is performed in this state, a grinding surface of the grinding wheel that is substantially free of shake with respect to the truer can be obtained. Therefore, by arranging the truing device at a position close to the workpiece, it is possible to reduce runout of the grinding surface of the grinding wheel with respect to the workpiece, and there are many such mechanical configurations. However, if the amount of unbalance varies with time, such as unbalance due to uneven distribution of coolant liquid absorbed by the grinding wheel, it is not possible to cope with the above configuration alone. In this case, an automatic balance device that automatically corrects the balance of the grinding wheel, such as the
非特許文献1に記された旋盤加工における従来技術2の精度補正技術の概要を以下に説明する。
図12に示すように、回転する工作物Wの片側にバイト41を備え、反対側に工具保持台40と工作物Wの加工終了面の相対位置を計測する変位検出器42を備え、工具保持台40に対してバイト41を切込み方向に移動可能に保持した構造である。加工中に、変位検出器42により検出された工作物Wと工具保持台40の相対変位を打ち消すようにバイト41を切込み方向に移動させ、工作物Wと工具41の外乱による相対変位を低減することによりビビリなどの加工面の精度低下を防止する。
The outline of the accuracy correction technique of the
As shown in FIG. 12, a
特許文献1に示す従来技術では砥石車の振れを低減してビビリを防止できるが、工作物の振動に起因するビビリは防止できない。また、オートバランス装置は振動検出装置、バランス駆動装置などを、砥石軸部に組込むため砥石軸部が大型となり、高価である。さらに、オートバランス中は研削を中断しなければならず稼働率が低下する。
非特許文献1に示す従来技術では砥石車保持部と工作物の相対変位による誤差は低減できるが、砥石車の振れに起因する誤差を検出することができない。結果として、砥石車の研削作用面の振れに起因するビビリをインプロセスで低減できない。
以上の他に、工作物の加工精度を加工完了後に計測して誤差を求め、誤差分の補正を加えて再加工して精度を向上することは一般的に実施されているが、この場合計測、再加工の余分な工程が必要となり、コストと加工時間が増加する。
In the prior art shown in
In the prior art shown in
In addition to the above, it is generally practiced to improve the accuracy by measuring the machining accuracy of the workpiece after completion of machining to determine the error and reworking it after correcting the error. Therefore, an extra process of reworking is required, and cost and processing time are increased.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、インプロセスでビビリを低減する円筒研削盤を提供することを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the cylindrical grinder which reduces chatter by an in-process.
上記の課題を解決するため、請求項1に係る発明の特徴は、円筒状の工作物を支持して回転駆動させる工作物支持手段と、
砥石車を支持し回転駆動させる砥石車支持手段と、
前記工作物支持手段と前記砥石車支持手段とを相対移動させ、前記砥石車で前記工作物を研削する駆動手段と、
前記工作物の研削に伴い前記工作物の被加工部に生じる円周方向に分布する理想形状に対する凹凸であるビビリの研削作用点での位相を検出する位相検出手段と、
前記工作物と前記砥石車の相対変位を、前記研削作用点での前記ビビリの位相から判定した前記工作物と前記砥石車の相対変位の位相と、逆位相に変位させる相対位置制御手段と、
を備えることである。
In order to solve the above-mentioned problem, the feature of the invention according to
A grinding wheel support means for supporting and rotating the grinding wheel;
Driving means for relatively moving the workpiece support means and the grinding wheel support means and grinding the workpiece with the grinding wheel;
Phase detection means for detecting a phase at a grinding action point of chattering that is unevenness with respect to an ideal shape distributed in a circumferential direction generated in a workpiece portion of the workpiece as the workpiece is ground;
A relative position control means for displacing the relative displacement between the workpiece and the grinding wheel from the phase of the chatter at the grinding action point and the phase of the relative displacement between the workpiece and the grinding wheel;
It is to provide.
請求項2に係る発明の特徴は、請求項1に係る発明において、前記被加工部の前記ビビリの振幅を検出するビビリ振幅検出手段を備え、前記相対位置制御手段を前記ビビリの振幅に比例した作動量で作動させることである。
A feature of the invention according to
請求項3に係る発明の特徴は、請求項2に係る発明において、前記被加工部の前記ビビリの振幅が所定の値より小さくなったときに研削を終了することである。
A feature of the invention according to
請求項4に係る発明の特徴は、請求項1〜請求項3のいずれか1項に係る発明において、前記位相検出手段を
被加工部の前記ビビリの周期を検出するビビリ周期検出手段と、
前記工作物の外周の所定の円周方向位置である測定点での前記ビビリの位相を検出する測定点位相検出手段と、
前記工作物の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記ビビリ周期検出手段により検出された前記ビビリの周期と前記測定点位相検出手段により検出されたビビリの位相と、前記回転速度検出手段にて検出された前記工作物の回転速度と、から前記工作物の前記研削作用点での前記ビビリの位相を算出するビビリ演算手段と、
で構成することである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the phase detection unit is a chatter cycle detection unit that detects the cycle of the chatter of the workpiece,
Measurement point phase detection means for detecting the phase of the chatter at a measurement point which is a predetermined circumferential position on the outer periphery of the workpiece;
Rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the workpiece;
From the chatter cycle detected by the chatter cycle detector, the chatter phase detected by the measurement point phase detector, and the rotational speed of the workpiece detected by the rotational speed detector, the workpiece A chatter calculating means for calculating a phase of the chatter at the grinding action point of the object;
It is composed of.
請求項5に係る発明の特徴は、請求項1〜請求項3のいずれか1項に係る発明において、前記位相検出手段を
前記砥石車の回転周期を検出する砥石車回転周期検出手段と、
前記工作物の外周の所定の円周方向位置である測定点での前記ビビリの位相を検出する前記測定点位相検出手段と、
前記工作物の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記砥石車回転周期検出手段により検出された前記砥石車の回転周期と、前記測定点位相検出手段により検出されたビビリの位相と、前記回転速度検出手段にて検出された前記工作物の回転速度と、から前記工作物の前記研削作用点での前記ビビリの位相を算出するビビリ演算手段と、
で構成することである。
A feature of the invention according to
The measurement point phase detection means for detecting the phase of the chatter at a measurement point which is a predetermined circumferential position on the outer periphery of the workpiece;
Rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the workpiece;
The rotation cycle of the grinding wheel detected by the grinding wheel rotation cycle detection means, the chatter phase detected by the measurement point phase detection means, and the rotation speed of the workpiece detected by the rotation speed detection means And a chatter calculating means for calculating a phase of the chatter at the grinding action point of the workpiece from
It is composed of.
請求項6に係る発明の特徴は、請求項1〜請求項3のいずれか1項に係る発明において、前記位相検出手段を
前記砥石車支持手段の振動周期を検出する砥石振動周期検出手段と、
前記工作物の外周の所定の円周方向位置である測定点での前記ビビリの位相を検出する測定点位相検出手段と、
前記工作物の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記砥石振動周期検出手段により検出された前記砥石車支持手段の振動周期と、前記測定点位相検出手段により検出されたビビリの位相と、前記回転速度検出手段にて検出された前記工作物の回転速度と、から前記工作物の前記研削作用点での前記ビビリの位相を算出するビビリ演算手段と、
で構成することである。
The invention according to
Measurement point phase detection means for detecting the phase of the chatter at a measurement point which is a predetermined circumferential position on the outer periphery of the workpiece;
Rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the workpiece;
The vibration cycle of the grinding wheel support means detected by the grinding wheel vibration period detection means, the chatter phase detected by the measurement point phase detection means, and the rotation of the workpiece detected by the rotation speed detection means A chatter calculating means for calculating the chatter phase at the grinding action point of the workpiece from the speed;
It is composed of.
請求項7に係る発明の特徴は、請求項1〜請求項3のいずれか1項に係る発明において、前記位相検出手段を前記砥石車支持手段の前記砥石車の前記工作物切込み方向の振動位相を検出する砥石振動位相検出手段で構成することである。 According to a seventh aspect of the present invention, in the invention according to any one of the first to third aspects, the phase detection means is a vibration phase of the grinding wheel in the grinding wheel of the grinding wheel of the grinding wheel support means. It is comprised with the grindstone vibration phase detection means which detects this.
請求項8に係る発明の特徴は、請求項1〜請求項7のいずれか1項に係る発明において、前記相対位置制御手段を前記工作物を変位させる工作物変位手段で構成することである。
A feature of the invention according to
請求項9に係る発明の特徴は、請求項8に係る発明において、前記工作物変位手段を前記工作物の研削作用点と180度位相がずれた位置で前記工作物の被加工部に接触して押圧する工作物押付け装置で構成し、
前記工作物押付け装置を、前記研削作用点での前記ビビリの位相から判定した前記工作物と前記砥石車の相対変位の位相と逆位相に変位させるような変位量から、前記工作物押付け装置が接触する前記工作物の被加工部における前記ビビリの凹凸高さを差し引いた値で制御することである。
A feature of the invention according to
From the amount of displacement that causes the workpiece pressing device to be displaced in a phase opposite to the phase of relative displacement between the workpiece and the grinding wheel determined from the chatter phase at the grinding action point, the workpiece pressing device is It is controlling by the value which subtracted the uneven | corrugated height of the said chatter in the to-be-processed part of the said workpiece which contacts.
請求項10に係る発明の特徴は、請求項9に係る発明において、前記相対位置制御手段の駆動に圧電素子を用いることである。
A feature of the invention according to
請求項11に係る発明の特徴は、請求項4に係る発明において、前記ビビリ周期検出手段を前記被加工部の凹凸を検知する凹凸検知手段により前記凹凸の周期を検出することで構成することである。
A feature of the invention according to
請求項12に係る発明の特徴は、請求項2〜請求項6のいずれか1項に係る発明において、前記ビビリ振幅検出手段を前記被加工部の凹凸を検知する凹凸検知手段により前記凹凸の振幅を検出することで構成することである。 According to a twelfth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the second to sixth aspects, the amplitude of the unevenness is detected by the unevenness detecting means for detecting the unevenness of the processed part. It is constituted by detecting.
請求項13に係る発明の特徴は、請求項4〜請求項6のいずれか1項に係る発明において、前記測定点位相検出手段を前記被加工部の凹凸を検知する凹凸検知手段により前記凹凸の位相を検出することで構成することである。 According to a thirteenth aspect of the present invention, in the invention according to any one of the fourth to sixth aspects, the measurement point phase detection means can detect the unevenness by means of an unevenness detection means that detects the unevenness of the workpiece. It is configured by detecting the phase.
請求項14に係る発明の特徴は、請求項11〜請求項13のいずれか1項に係る発明において、前記凹凸検出手段と被加工部の下部が接触するように配置することである。
A feature of the invention according to claim 14 is that, in the invention according to any one of
請求項1に係る発明によれば、研削中の研削作用点で砥石車の研削作用面と工作物の相対変位により発生するビビリの位相を位相検出手段により検出し、相対位置制御手段でビビリの相対変位と逆の位相で砥石車と工作物とを相対運動をさせることで、ビビリの振幅を低減できる。以上の作用をインプロセスで実施できるため、ビビリ低減のための余分な工程が不要であり、加工時間の増大が防止できる。 According to the first aspect of the present invention, the phase of the chatter generated by the relative displacement between the grinding surface of the grinding wheel and the workpiece is detected by the phase detection means at the grinding action point during grinding, and the chatter is detected by the relative position control means. By causing the grinding wheel and the workpiece to move relative to each other in a phase opposite to the relative displacement, the chattering amplitude can be reduced. Since the above operation can be performed in-process, an extra step for reducing chatter is unnecessary, and an increase in processing time can be prevented.
請求項2に係る発明によれば、相対位置制御手段を現在発生中のビビリの振幅を打ち消す最適な振幅で作動させることができ、ビビリ低減効果を大きくできる。
According to the invention which concerns on
請求項3に係る発明によれば、被加工部のビビリの振幅が所定の値より小さくなったときに研削を終了することができ、所望の表面精度の工作物を最短時間で加工できる。
According to the invention which concerns on
請求項4に係る発明によれば、被加工部の実際のビビリに基づき相対位置制御手段を作動させるので、いかなる原因のビビリに対してもてビビリを低減できる。
According to the invention which concerns on
請求項5に係る発明によれば、位相検出手段の構成に必要なビビリ周期として、簡便な砥石車回転周期検出手段により検出できる砥石車の回転周期を代用するので、位相検出手段を低コストに構成できる。 According to the fifth aspect of the present invention, since the rotation cycle of the grinding wheel that can be detected by a simple grinding wheel rotation cycle detection unit is used as the chatter cycle necessary for the configuration of the phase detection unit, the phase detection unit can be reduced in cost. Can be configured.
請求項6に係る発明によれば、位相検出手段の構成に必要なビビリ周期として、簡便な砥石台振動周期検出手段により検出できる砥石台の振動周期を代用するので、位相検出手段を低コストに構成できる。 According to the sixth aspect of the present invention, since the vibration cycle of the grinding wheel platform that can be detected by a simple grinding wheel platform vibration cycle detection unit is used as the chatter cycle necessary for the configuration of the phase detection unit, the phase detection unit can be reduced in cost. Can be configured.
請求項7に係る発明によれば、位相検出手段として、簡便な砥石台振動位相検出手段を代用するので、位相検出手段を低コストに構成できる。 According to the seventh aspect of the invention, since the simple grindstone vibration phase detection means is used as the phase detection means, the phase detection means can be configured at low cost.
請求項8に係る発明によれば、砥石車に対して質量の小さい工作物を変位させることにより相対位置制御手段を構成するができ、応答性の高いビビリ低減制御ができる。このため、砥石車が高速回転する高能率研削加工においてもビビリ低減が可能である。
According to the invention which concerns on
請求項9に係る発明によれば、被加工部に相対位置制御手段を接触させて工作物を変位させるので、工作物に相対位置制御手段の接触部位を特別に設けることなく本発明を実施できる。また、砥石車法線方向の研削抵抗を支えて工作物のたわみを防止する振れ止め機能を合わせて持つことができる。 According to the ninth aspect of the present invention, the relative position control means is brought into contact with the workpiece and the work piece is displaced. Therefore, the present invention can be implemented without providing a special contact portion of the relative position control means on the work piece. . Further, it can have a steadying function for supporting the grinding resistance in the normal direction of the grinding wheel to prevent the workpiece from being bent.
請求項10に係る発明によれば、相対位置制御手段の駆動に圧電素子を用いるので、高応答で高負荷の制御ができる相対位置制御手段をコンパクトに構成できる。
According to the invention of
請求項11に係る発明によれば、被加工部の凹凸を検知する凹凸検知手段によりビビリ周期を検出するので正確なビビリ周期の検出ができ、高精度なビビリ低減制御が可能である。 According to the eleventh aspect of the present invention, since the chatter cycle is detected by the projection / depression detecting means for detecting the projection / depression of the workpiece, an accurate chatter cycle can be detected, and highly accurate chatter reduction control is possible.
請求項12に係る発明によれば、凹凸検知手段により被加工部の凹凸の振幅を検出することでビビリ振幅を正確に検出するので、最適な振幅の相対位置制御手段の作動が可能で、効果的にビビリ低減ができる。 According to the twelfth aspect of the invention, since the chatter amplitude is accurately detected by detecting the amplitude of the unevenness of the workpiece by the unevenness detecting means, it is possible to operate the relative position control means with the optimum amplitude, and the effect The chatter can be reduced.
請求項13に係る発明によれば、凹凸検知手段により被加工部のビビリ位相を正確に検出するので、位相誤差の小さい逆位相の相対位置制御手段の作動が可能で、効果的にビビリを低減ができる。 According to the thirteenth aspect of the present invention, since the chatter phase of the workpiece is accurately detected by the unevenness detecting means, it is possible to operate the relative position control means of the opposite phase with a small phase error, and effectively reduce chatter. Can do.
請求項14に係る発明によれば、前記凹凸検出手段と被加工部の下部が接触するように配置するので、工作物の自重と研削抵抗による工作物の下方向へのたわみを防止する振れ止め機能を合わせて持つことができる。 According to the invention of claim 14, since the unevenness detecting means and the lower part of the workpiece are arranged so as to be in contact with each other, the steady rest that prevents the workpiece from bending downward due to its own weight and grinding resistance. It can have both functions.
<第1の実施形態>
以下、本発明の第1の実施形態を円筒工作物を研削する円筒研削盤の実施事例に基づき、図1〜図6を参照しつつ説明する。
図2に示すように、研削盤1は、ベッド2とベッド2上にX軸方向に往復可能な砥石台3と、テーブル4を備えている。砥石台3は砥石軸8を回転自在に支持し、砥石軸8を回転させる砥石軸回転モータ(図示省略する)を備えており、砥石車7は砥石軸8に着脱自在に装着されて回転駆動される。テーブル4上には、工作物Wの一端を把持して回転自在に支持し主軸モータ(図示省略する)により回転駆動される主軸5と、工作物Wの他端を回転自在に支持する心押台6を備えており、工作物Wは主軸5と心押台6により支持されて、研削加工時に回転駆動される。
図1に示すように、テーブル4上には架台9が設置され、架台9により工作物Wの被加工部の下部に接触して被加工部の凹凸を検出する凹凸検出装置10と、被加工部外周の研削作用点と対向した位置で被加工部に接触して、工作物Wに変位を与え砥石車7と工作物Wの相対位置を制御する工作物押付け装置11が保持される。
<First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6 based on an implementation example of a cylindrical grinder for grinding a cylindrical workpiece.
As shown in FIG. 2, the grinding
As shown in FIG. 1, a
研削盤1は、所定のプログラムを実行することで自動化された研削加工を実行する制御装置30を備えている。制御装置30の機能的構成として、砥石台3の送りを制御するX軸制御手段31、主軸5の回転を制御する主軸制御手段32、研削作用点のビビリを検出する研削作用点ビビリ検出手段33、工作物押付装置11を制御する工作物押付け制御手段34などを具備している。また、主軸制御手段32の内部には主軸5の回転速度を検出する主軸回転速度検出手段321を備えている。
The grinding
図3に示すように、凹凸検出装置10は、架台9に底部を固定された圧電素子101と、圧電素子101の上部に接合され架台9に対して摺動自在に上下できるプランジャー102と、プランジャー102の先端に装着され工作物Wに接触する接触子103で構成される。圧電素子101は工作物の回転に伴うビビリの凹凸による接触力の変動に応じた電圧を発生し、電圧検出器12を介して制御装置30へ検出信号を送る。
工作物押付装置11は、架台9に一端を固定された圧電素子111と、圧電素子111の他端に接合され架台9に対して摺動自在に前後できるプランジャー112と、プランジャー112の先端に装着され工作物Wに接触する接触子113で構成される。圧電素子111は圧電素子ドライバ13を介して制御装置30により駆動される。
As shown in FIG. 3, the
The
上述のような円筒研削盤によりビビリが低減される作用を図4、5、6に基づき以下に説明する。
図4に示すように、凹凸検出装置10の接触子103は、研削作用点からの工作物回転方向への角度がα度の凹凸検出位置で、工作物Wの被加工部の下部に常に接触するように配置される。工作物押付け装置11の接触子113は、工作物回転方向で凹凸検出位置までの角度がβ度の工作物Wの研削作用点と対向する工作物押込み位置で、被加工部に常に接触するように配置される。
凹凸検出装置10は工作物回転によるビビリの凹凸変動に伴う荷重変動を圧電素子101で検出し、電圧として電圧検出器12に出力する。このとき、荷重変動はビビリの振幅に比例し凸部の頂点で最大となり凹部で最低となり、電圧出力も同様に変動する。
The action of reducing chatter by the cylindrical grinder as described above will be described below with reference to FIGS.
As shown in FIG. 4, the
The
ビビリを低減するには、現在の研削作用点でのビビリの位相と周期と振幅を検出する必要がある。
図5に示すように、本実施例では凹凸検出装置10による凹凸検出位置で検出した凹凸の周期と振幅を研削作用点でのビビリの周期と振幅とする。ビビリの周期Tは凹凸検出装置10が検出する電圧変動の1周期の時間(秒)として検出する。ビビリの振幅は電圧出力変動幅に比例するので、あらかじめ定められた換算比率より、電圧変動幅を振幅に換算することで検出する。
位相については凹凸検出位置での位相と周期と工作物の回転速度から以下の方式で演算する。工作物Wと砥石車7の研削作用面の相対変位により研削点で生じた工作物Wのビビリは、工作物Wの回転により工作物押込み位置を通過しさらに凹凸検出位置に到達する。 図6は、被加工部の円周面に生じたビビリの凸部を正、凹部を負として直線上に展開し、研削作用点、工作物押込み位置、凹凸検出位置の相対関係を表した図である。
図6において、研削作用点と凹凸検出位置の角度差αをビビリの周期を単位とする位相差Φ1で表し、工作物押込み位置と凹凸検出位置の角度差βをビビリの周期を単位とする位相差Φ2で表す。ビビリの周期をT(秒)、工作物の1秒当りの回転速度をN回転とすると、角度αの位相差Φ1はΦ1=2π・α/(360・N・T)と表され、角度βの位相差Φ2はΦ2=2π・β/(360・N・T)と表される。凹凸検出位置でのビビリの位相をω、振幅をaとすると、研削作用点でのビビリの位相はω−Φ1となり、工作物押込み位置でのビビリの位相はω−Φ2となる。研削作用点でのビビリの振幅変動はa・sin(ω−Φ1)で表され、工作物押込み位置ではa・sin(ω−Φ2)で表される。
In order to reduce chatter, it is necessary to detect the phase, period and amplitude of chatter at the current grinding action point.
As shown in FIG. 5, in this embodiment, the period and amplitude of the unevenness detected at the unevenness detection position by the
The phase is calculated by the following method from the phase and period at the unevenness detection position and the rotational speed of the workpiece. The chattering of the workpiece W generated at the grinding point due to the relative displacement between the grinding surface of the workpiece W and the
In FIG. 6, the angle difference α between the grinding point and the unevenness detection position is represented by a phase difference Φ1 with the chatter period as a unit, and the angle difference β between the workpiece pushing position and the unevenness detection position with the chatter period as a unit. This is represented by a phase difference Φ2. If the chatter period is T (seconds) and the rotation speed of the workpiece is N rotations, the phase difference Φ1 of the angle α is expressed as Φ1 = 2π · α / (360 · N · T), and the angle β The phase difference Φ2 is expressed as Φ2 = 2π · β / (360 · N · T). When the chatter phase at the unevenness detection position is ω and the amplitude is a, the chatter phase at the grinding action point is ω−Φ1, and the chatter phase at the workpiece pushing position is ω−Φ2. The vibration fluctuation of the chatter at the grinding action point is represented by a · sin (ω−Φ1), and is represented by a · sin (ω−Φ2) at the workpiece pushing position.
工作物押付け装置11の接触子113の工作物を砥石車7に近づける方向の作動を正とすると、ビビリを打ち消すために工作物に与える変位は、研削作用点での砥石車の研削作用面と工作物の相対変位と逆位相なので、ビビリと同位相であるa・sin(ω−Φ1)となる。しかし研削においては、砥石研削点と工作物加工点間の研削盤各部に弾性変形が生じるため工作物の押込み作動分がそのまま実研削除去深さ変動とはならず、弾性変形分だけ少ない除去深さ変動となる、その補正をするため補正係数K1を用いる。接触子113の補正作動量dはd=K1・a・sin(ω−Φ1)となる。
本実施例では研削作用点からの角度がα−βの位置で被加工部を押して工作物Wに変位を与える。この場合、被加工部が真円であれば前記の補正作動量dを工作物押付装置11の接触子113の変位として与えればよい。しかし、ビビリにより被加工部には凹凸が発生しているので、工作物押付装置11の接触子113を静止させている場合でも、工作物Wに凹凸の振幅に相当する変位が発生する。このため、工作物押込み位置のビビリの位相と逆位相の変位K1・a・sin(ω−Φ2+π)を工作物押付装置11の接触子113の作動量に加算して、被加工部のビビリの凹凸による押込み量の増減をキャンセルする必要がある。この加算は被加工部のビビリが大きいビビリ補正を開始してからα−βの角度工作物が回転するまで実施する。
If the operation of the
In the present embodiment, the workpiece W is displaced by pushing the workpiece at a position where the angle from the grinding action point is α−β. In this case, if the workpiece is a perfect circle, the correction operation amount d may be given as the displacement of the
以上より、最初に検出・演算されたΦ1、Φ2、a、ωをΦ11、Φ21、a1、ω1、とすると、1回目の補正データ式d1は補正を開始してからα−βの角度工作物が回転するまでは、d1=K1・a1・(sin(ω1−Φ11)+sin(ω1−Φ21+π))である。α−βの角度工作物が回転し、ビビリの低減された被加工面が工作物押込み位置に到達した後の補正データ式d1は、d1=K1・a1・sin(ω1−Φ11)である。以上のデータ式d1により工作物の回転位置と対応したデータを作成し、このデータに基づき工作物押付け装置11を作動させる。
From the above, assuming that Φ1, Φ2, a, and ω that are first detected and calculated are Φ1 1 , Φ2 1 , a 1 , and ω 1 , the first correction data equation d 1 is α− Until the angle workpiece of β rotates, d 1 = K1 · a 1 · (sin (ω 1 −Φ1 1 ) + sin (ω 1 −Φ2 1 + π)). rotation angle workpiece alpha-beta, the correction data type d 1 after reduced the processing surface of the chatter reaches the workpiece push-in position is, d 1 = K1 · a 1 · sin (ω 1 -Φ1 1 ). Create data corresponding with the rotational position of the workpiece by the data type d 1 above, to operate the
ビビリの低減が十分でなく2回目の補正を加える場合の補正データd2は以下のように作成する。
被加工面のビビリは初回より小さくなっているので、被加工面のビビリの影響による押込み量の増減は無視して1回目の補正データd0=K1・a1・sin(ω1−Φ11)を工作物1回転分計算する。次に1回目の補正後に検出・演算したΦ1、a、ωをΦ12、a2、ω2、としds=K1・a2・sin(ω2−Φ12)を工作物1回転分計算する。d0、dsを工作物の回転位置と対応したデータとして保存し、工作物の回転位置毎にd0とdsを加算したデータをd2とする。工作物回転位置θとω1、ω2、d1、dsの関係を図7に示す。
Correction data d 2 when the reduction of chatter adds a second compensation not sufficient to create as follows.
Since the chatter of the work surface is smaller than the first time, the first correction data d 0 = K1 · a 1 · sin (ω 1 −Φ1 1) is ignored, ignoring the increase / decrease of the indentation amount due to the chatter effect of the work surface. ) For one rotation of the workpiece. Next, Φ1, a and ω detected and calculated after the first correction are Φ1 2 , a 2 and ω 2 , and d s = K1 · a 2 · sin (ω 2 −Φ1 2 ) is calculated for one rotation of the workpiece. To do. d 0 and d s are stored as data corresponding to the rotational position of the workpiece, and data obtained by adding d 0 and d s for each rotational position of the workpiece is defined as d 2 . The relationship between the workpiece rotation position θ and ω 1 , ω 2 , d 1 , d s is shown in FIG.
本発明のビビリ低減動作を作動させるのは、研削サイクルにおける工作物回転当りの砥石車の切込み量が小さいときが効果的で、特に砥石車の切込みが停止しているスパークアウト研削時に作動させると効果が著しい。図8のフローチャートに基づきスパークアウトサイクルにおけるビビリ低減動作を説明する。
初めに主軸回転速度を検出することにより、主軸5に保持され回転している工作物Wの回転速度を検出する(STP1)。
次に、凹凸検出装置10により工作物Wのビビリの周期T1と振幅a1を検出する(STP2)。周期T1はビビリの凹凸による電圧増減の1周期の時間とし、振幅a1は電圧変動幅と係数K2の積として算出する。係数K2は工作物回転速度や工作物の質量によりあらかじめ決定された値をデータとして入力しておく。
位相差Φ1とΦ2を、Φ11=2π・α/(360・N・T1)、Φ21=2π・β/(360・N・T1)として演算する(STP3)。
工作物押付け装置11の駆動データd1を作成する、ω1がΦ1−Φ2の間はd1=K1・a1・(sin(ω1−Φ11)+sin(ω1−Φ21+π))とし、ω1がΦ1−Φ2以降についてはd1=K1・a1・sin(ω1−Φ11)とする。ビビリの位相ω1を工作物回転角度θに換算し、d1と工作物回転角度θを対応させた駆動データ表に保存する(STP4)。ここで、スタート位置はω1=0、θ=0とする。
The chatter reduction operation of the present invention is effective when the cutting amount of the grinding wheel per work rotation in the grinding cycle is small, particularly when it is operated during spark-out grinding when the cutting of the grinding wheel is stopped. The effect is remarkable. The chatter reduction operation in the spark-out cycle will be described based on the flowchart of FIG.
First, by detecting the spindle rotational speed, the rotational speed of the workpiece W held and rotating by the
Next, detecting the period T 1 and an amplitude a 1 of chatter of the workpiece W by the unevenness detecting device 10 (STP2). Period T 1 is a time of one cycle of the voltage decrease due to the unevenness of the chatter, the amplitude a 1 is calculated as the product of the voltage fluctuation range and the coefficient K2. As the coefficient K2, a value determined in advance by the workpiece rotational speed and the workpiece mass is input as data.
The phase differences Φ1 and Φ2 are calculated as Φ1 1 = 2π · α / (360 · N · T 1 ) and Φ2 1 = 2π · β / (360 · N · T 1 ) (STP3).
Drive data d 1 of the
凹凸検出装置10により位相ω1=0を検出する(STP5)。
ω1=n・2・π(nは整数)の工作物回転位置をスタート位置として駆動データ表の工作物回転に基づいた変位d1によって工作物押付け装置11を駆動しながら、工作物を1回転させる(STP6)。
ビビリ補正開始後に工作物がα以上回転した後の、ビビリ振幅a2を検出する(STP7)。
ビビリ振幅a2が目標値以下かを判定する(STP8)。
ビビリ振幅a2が目標値より大きければ、ビビリ周期T2とビビリ振幅a2とθ=0におけるω2の位相ω20を検出する(STP9)。
位相差Φ1をΦ12=2π・α/(360・N・T2)として演算する(STP10)。
d1=K1・a1・sin(ω1−Φ11)、ds=K1・a2・sin(ω2−Φ12)とする。ビビリの位相ω1、ω2を工作物回転角度θに換算し、同一の工作物回転角度θに対応したd1とdsの値を加算し補正データd2とし、駆動データ表に保存する(STP11)。
研削点の工作物回転角度θが0の位置で2回目の補正データd2に基づいた工作物押付け装置11の駆動をスタートし、工作物を1回転させる(STP6)。
以下(STP7)、(STP8)を実行し、ビビリ振幅が目標値以下となったら砥石台3を後退させて研削を終了する(STP12)。
The
While the
After the workpiece after chatter correction start is rotated above alpha, it detects a chatter amplitude a 2 (STP7).
Determining chatter amplitude a 2 is whether the target value or less (STP8).
If chatter amplitude a 2 is larger than the target value, chatter cycle T 2 , chatter amplitude a 2 and phase ω 20 of ω 2 at θ = 0 are detected (STP 9).
The phase difference Φ1 is calculated as Φ1 2 = 2π · α / (360 · N · T 2 ) (STP10).
It is assumed that d 1 = K1 · a 1 · sin (ω 1 −Φ1 1 ) and d s = K1 · a 2 · sin (ω 2 −Φ1 2 ). The chatter phases ω 1 and ω 2 are converted into the workpiece rotation angle θ, and the values of d 1 and d s corresponding to the same workpiece rotation angle θ are added to obtain correction data d 2 and stored in the drive data table. (STP11).
When the workpiece rotation angle θ at the grinding point is 0, the driving of the
Thereafter, (STP7) and (STP8) are executed, and when the chatter amplitude becomes equal to or smaller than the target value, the grindstone table 3 is moved backward to finish grinding (STP12).
<第2の実施形態>
第1の実施形態ではビビリ周期を被加工部のビビリの凹凸の1周期を検出することで検出したが、ビビリ発生の大部分の原因は砥石車7の研削作用面の回転に伴う変位の変動なので、砥石回転周期をビビリ周期としてビビリの位相を算出してもよい。
図9に示すように、本実施例では凹凸検出装置10による凹凸検出位置で検出した凹凸の振幅を研削作用点でのビビリの振幅とする。ビビリの周期Tとして砥石車回転速度検出手段35にて砥石車7が1回転する時間(秒)を検出する。なお、砥石車回転速度検出手段35としては、砥石軸に回転速度センサを取り付けることにより実現することができるし、実測値によらず砥石軸回転モータへの指令値を用いることも可能である。
研削作用点での位相は、凹凸検出位置でのビビリの位相と砥石車7の回転周期と工作物の回転速度を用いて、第1の実施形態と同様に演算する。
ビビリ低減動作についても第1の実施形態と同様に実施する。
<Second Embodiment>
In the first embodiment, the chatter cycle is detected by detecting one cycle of the chatter unevenness of the workpiece, but most of the chattering is caused by a change in displacement due to rotation of the grinding surface of the
As shown in FIG. 9, in this embodiment, the amplitude of the unevenness detected at the unevenness detection position by the
The phase at the grinding action point is calculated in the same manner as in the first embodiment, using the chatter phase at the unevenness detection position, the rotation cycle of the
The chatter reduction operation is also performed in the same manner as in the first embodiment.
<第3の実施形態>
砥石車7の研削作用面の回転に伴う半径位置が変動する場合は砥石台3を振動させるので、その振動周期をビビリ周期としてビビリの位相を算出してもよい。
図10に示すように、本実施例では凹凸検出装置10による凹凸検出位置で検出した凹凸の振幅を研削作用点でのビビリの振幅とする。ビビリの周期Tとして砥石台振動周期検出手段36にて砥石台3の砥石車7の切込み方向の振動の周期(秒)を検出する。なお、砥石台振動周期検出手段36としては、砥石台3に振動センサを取り付けることにより実現することができる。
研削作用点での位相は、凹凸検出位置でのビビリの位相と砥石台3の振動周期と工作物の回転速度を用いて、第1の実施形態と同様に演算する。
ビビリ低減動作についても第1の実施形態と同様に実施する。
<Third Embodiment>
Since the
As shown in FIG. 10, in this embodiment, the amplitude of the unevenness detected at the unevenness detection position by the
The phase at the grinding action point is calculated in the same manner as in the first embodiment, using the chattering phase at the unevenness detection position, the vibration cycle of the grinding wheel table 3, and the rotational speed of the workpiece.
The chatter reduction operation is also performed in the same manner as in the first embodiment.
<第4の実施形態>
図11に示すように、本実施例では凹凸検出装置10による凹凸検出位置で検出した凹凸の振幅を研削作用点でのビビリの振幅とする。ビビリの周期Tとして砥石台振動周期検出手段36にて砥石台3の砥石車7の切込み方向の振動の周期(秒)を検出する。ビビリの研削作用点での位相は、砥石台振動位相検出手段37にて砥石台3の砥石車7の切込み方向の振動の砥石台後退方向を正とした位相で検出する。なお、砥石台振動位相検出手段37としては、砥石台3に振動センサを取り付けることにより実現することができ、砥石台振動周期検出手段36の振動センサと兼ねることも可能である。
ビビリ低減動作についても第1の実施形態と同様に実施する。
<Fourth Embodiment>
As shown in FIG. 11, in this embodiment, the amplitude of the unevenness detected at the unevenness detection position by the
The chatter reduction operation is also performed in the same manner as in the first embodiment.
<第1〜第4の実施形態の変形態様>
第1〜第4の実施形態では工作物Wの被加工部を押すことで工作物を変位させたが、工作物を保持する主軸台と心押し台に変位手段を備えても良い、この場合の補正変位dはd=K1・a・sin(ω−Φ1)とする。
第1〜第4の実施形態ではビビリの振幅aを圧電素子101の電圧変動で検出したが、変位計で被加工部の半径変動を検出してビビリ振幅aとしてもよい。
第1〜第4の実施形態では工作物Wと砥石車7の相対位置の制御に工作物Wを変位させたが、砥石車を変位させてもよい。砥石車を変位させるには、例えば、砥石車の静圧軸受けの砥石切込み方向の静圧ポケット部の圧力を変動させることで可能である。
<Modification of First to Fourth Embodiments>
In the first to fourth embodiments, the workpiece is displaced by pushing the workpiece of the workpiece W. However, in this case, the headstock and the tailstock that hold the workpiece may be provided with a displacement means. The corrected displacement d is d = K1 · a · sin (ω−Φ1).
In the first to fourth embodiments, the chatter amplitude a is detected by the voltage fluctuation of the
In the first to fourth embodiments, the workpiece W is displaced to control the relative position between the workpiece W and the
1:円筒研削盤 3:砥石台 W:工作物 5:主軸 6:心押台 7:砥石車 8:砥石軸 10:凹凸検出装置 11:工作物押付け装置 111:圧電素子 33:研削作用点ビビリ検出手段 35:砥石車回転速度検出手段 36:砥石台振動周期検出手段 37:砥石台振動位相検出手段 321:主軸速度検出手段 1: Cylindrical grinding machine 3: Grinding wheel base W: Work piece 5: Main shaft 6: Tailstock 7: Grinding wheel 8: Grinding wheel shaft 10: Concavity and convexity detection device 11: Workpiece pressing device 111: Piezoelectric element 33: Grinding action point chatter Detection means 35: Grinding wheel rotational speed detection means 36: Wheel head vibration period detection means 37: Wheel head vibration phase detection means 321: Spindle speed detection means
Claims (14)
砥石車を支持し回転駆動させる砥石車支持手段と、
前記工作物支持手段と前記砥石車支持手段とを相対移動させ、前記砥石車で前記工作物を研削する駆動手段と、
前記工作物の研削に伴い前記工作物の被加工部に生じる円周方向に分布する理想形状に対する凹凸であるビビリの研削作用点での位相を検出する位相検出手段と、
前記工作物と前記砥石車の相対変位を、前記研削作用点での前記ビビリの位相から判定した前記工作物と前記砥石車の相対変位の位相と、逆位相に変位させる相対位置制御手段と、
を備える円筒研削盤。 A workpiece support means for supporting and rotating the cylindrical workpiece;
A grinding wheel support means for supporting and rotating the grinding wheel;
Driving means for relatively moving the workpiece support means and the grinding wheel support means and grinding the workpiece with the grinding wheel;
Phase detection means for detecting a phase at a grinding action point of chattering that is unevenness with respect to an ideal shape distributed in a circumferential direction generated in a workpiece portion of the workpiece as the workpiece is ground;
A relative position control means for displacing the relative displacement between the workpiece and the grinding wheel from the phase of the chatter at the grinding action point and the phase of the relative displacement between the workpiece and the grinding wheel;
A cylindrical grinding machine.
被加工部の前記ビビリの周期を検出するビビリ周期検出手段と、
前記工作物の外周の所定の円周方向位置である測定点での前記ビビリの位相を検出する測定点位相検出手段と、
前記工作物の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記ビビリ周期検出手段により検出された前記ビビリの周期と前記測定点位相検出手段により検出されたビビリの位相と、前記回転速度検出手段にて検出された前記工作物の回転速度と、から前記工作物の前記研削作用点での前記ビビリの位相を算出するビビリ演算手段と、
で構成する請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の円筒研削盤。 The chatter cycle detection unit that detects the chatter cycle of the workpiece, the phase detection unit;
Measurement point phase detection means for detecting the phase of the chatter at a measurement point which is a predetermined circumferential position on the outer periphery of the workpiece;
Rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the workpiece;
From the chatter cycle detected by the chatter cycle detector, the chatter phase detected by the measurement point phase detector, and the rotational speed of the workpiece detected by the rotational speed detector, the workpiece A chatter calculating means for calculating a phase of the chatter at the grinding action point of the object;
The cylindrical grinding machine of any one of Claims 1-3 comprised by these.
前記砥石車の回転周期を検出する砥石車回転周期検出手段と、
前記工作物の外周の所定の円周方向位置である測定点での前記ビビリの位相を検出する前記測定点位相検出手段と、
前記工作物の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記砥石車回転周期検出手段により検出された前記砥石車の回転周期と、前記測定点位相検出手段により検出されたビビリの位相と、前記回転速度検出手段にて検出された前記工作物の回転速度と、から前記工作物の前記研削作用点での前記ビビリの位相を算出するビビリ演算手段と、
で構成する請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の円筒研削盤。 Grinding wheel rotation period detection means for detecting the rotation period of the grinding wheel;
The measurement point phase detection means for detecting the phase of the chatter at a measurement point which is a predetermined circumferential position on the outer periphery of the workpiece;
Rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the workpiece;
The rotation cycle of the grinding wheel detected by the grinding wheel rotation cycle detection means, the chatter phase detected by the measurement point phase detection means, and the rotation speed of the workpiece detected by the rotation speed detection means And a chatter calculating means for calculating a phase of the chatter at the grinding action point of the workpiece from
The cylindrical grinding machine of any one of Claims 1-3 comprised by these.
前記砥石車支持手段の振動周期を検出する砥石振動周期検出手段と、
前記工作物の外周の所定の円周方向位置である測定点での前記ビビリの位相を検出する測定点位相検出手段と、
前記工作物の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記砥石振動周期検出手段により検出された前記砥石車支持手段の振動周期と、前記測定点位相検出手段により検出されたビビリの位相と、前記回転速度検出手段にて検出された前記工作物の回転速度と、から前記工作物の前記研削作用点での前記ビビリの位相を算出するビビリ演算手段と、
で構成する、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の円筒研削盤。 Grinding wheel vibration period detecting means for detecting the vibration period of the grinding wheel support means, the phase detection means,
Measurement point phase detection means for detecting the phase of the chatter at a measurement point which is a predetermined circumferential position on the outer periphery of the workpiece;
Rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the workpiece;
The vibration cycle of the grinding wheel support means detected by the grinding wheel vibration period detection means, the chatter phase detected by the measurement point phase detection means, and the rotation of the workpiece detected by the rotation speed detection means A chatter calculating means for calculating the chatter phase at the grinding action point of the workpiece from the speed;
The cylindrical grinding machine of any one of Claims 1-3 comprised by these.
前記工作物押付け装置を、前記研削作用点での前記ビビリの位相から判定した前記工作物と前記砥石車の相対変位の位相と逆位相に変位させるような変位量から、前記工作物押付け装置が接触する前記工作物の被加工部における前記ビビリの凹凸高さを差し引いた値で制御する、請求項8記載の円筒研削盤。 The workpiece displacing means comprises a workpiece pressing device that contacts and presses the workpiece to be processed at a position 180 degrees out of phase with the grinding point of the workpiece;
From the amount of displacement that causes the workpiece pressing device to be displaced in a phase opposite to the phase of relative displacement between the workpiece and the grinding wheel determined from the chatter phase at the grinding action point, the workpiece pressing device is The cylindrical grinding machine according to claim 8, wherein the cylindrical grinder is controlled by a value obtained by subtracting the uneven height of the chattering in a workpiece portion of the workpiece to be contacted.
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