JP2009039797A - Grinding device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、砥石軸に取り付けられた研削砥石の外周面の研削面で被加工物を研削する研削砥石に関し、とくに、外周面に中高研削面が形成された研削砥石により、たとえば玉軸受の外輪の内周面に形成された軌道みぞなど、被加工物の円筒面状周面に形成されたみぞを研削するのに適した研削装置に関する。
BACKGROUND OF THE
玉軸受の内輪の内周面や外輪の内周面に形成された軌道みぞを仕上げ研削する研削装置として、内面研削盤が知られている。 2. Description of the Related Art An internal grinding machine is known as a grinding device for finish grinding a raceway groove formed on an inner peripheral surface of an inner ring of a ball bearing or an inner peripheral surface of an outer ring.
通常の内面研削盤では、ケーシングに回転支持された砥石軸に、外周面に研削面が形成された研削砥石が取り付けられる。内輪の内周面など、円筒面を研削する場合は、研削面は円筒面状であり、外輪の内周面などのみぞを研削する場合は、研削面は中高状である。 In a normal internal grinding machine, a grinding wheel having a grinding surface formed on its outer peripheral surface is attached to a grinding wheel shaft that is rotatably supported by a casing. When grinding a cylindrical surface such as the inner circumferential surface of the inner ring, the grinding surface is cylindrical, and when grinding a groove such as the inner circumferential surface of the outer ring, the grinding surface is medium-high.
このような従来の内面研削盤では、研削砥石が装着される砥石軸をスピンドル装置のケーシングに回転支持するための軸受として、接触型の転がり軸受が使用されていた(たとえば特許文献1、2参照)。
従来の内面研削盤では、上記のように、砥石軸の回転支持に転がり軸受が使用されているため、次のような問題があった。 In the conventional internal grinding machine, as described above, since the rolling bearing is used to support the rotation of the grindstone shaft, there are the following problems.
内面研削盤を用いて研削を行う場合、ワーク(被加工物)をチャックなどの適当な把持装置で把持した状態で回転させ、ケーシングを砥石軸の軸方向に位置決めした後、ケーシングを径方向に移動させ、砥石をワークに接触させて、被研削部を研削する。 When grinding using an internal grinder, rotate the workpiece (workpiece) while holding it with an appropriate gripping device such as a chuck, position the casing in the axial direction of the grinding wheel shaft, and then move the casing in the radial direction. The grindstone is ground by bringing the grindstone into contact with the workpiece.
その場合、ケーシングを径方向に移動させて、砥石をワークに接触させたときに、砥石に径方向の衝撃力が作用する。 In that case, when the casing is moved in the radial direction and the grindstone is brought into contact with the workpiece, an impact force in the radial direction acts on the grindstone.
また、たとえば玉軸受の外輪の内周面に形成された軌道みぞなど、被加工物の円筒面状周面に形成されたみぞを研削するときには、衝撃力の発生に加えて、次のような問題がある。 In addition, when grinding a groove formed on the cylindrical surface of the workpiece, such as a track groove formed on the inner surface of the outer ring of the ball bearing, in addition to the generation of impact force, the following There's a problem.
内面研削盤を用いて外輪の軌道みぞを仕上げ研削する場合、前工程において内周面にみぞが形成されたワーク(被加工物)を把持装置で把持した状態で回転させ、上記と同様にしてみぞを研削する。 When the outer ring raceway groove is finish-ground using an internal grinding machine, the workpiece (workpiece) with the groove formed on the inner peripheral surface in the previous process is rotated with the gripping device held in the same manner as above. Grind the groove.
このとき、前工程においてワークの内周面に形成されたみぞの軸方向の位置に誤差がなければ、衝撃力が作用するだけであるが、誤差が生じて、みぞの軸方向の位置が正しい位置から軸方向にずれていると、衝撃力の発生の他に、砥石の研削面の一部が極端に摩耗する(あるいは欠ける)、いわゆる砥石負けが発生し、砥石寿命が短くなる。 At this time, if there is no error in the axial position of the groove formed on the inner peripheral surface of the workpiece in the previous process, the impact force only acts, but the error occurs and the axial position of the groove is correct. If the position is shifted in the axial direction, in addition to the generation of impact force, a part of the grinding surface of the grindstone is extremely worn (or chipped), so-called grindstone loss occurs, and the grindstone life is shortened.
たとえば、図6(a)のように、ワーク(W)のみぞ(R)の位置が正しければ、ケーシングを径方向に移動させたときに、研削砥石(G)の研削面(S)がみぞ(R)全体にほぼ同時に接触するため、研削面(S)が局部的に摩耗する(あるいは欠ける)ことはない。これに対し、図6(b)のように、みぞ(R)の位置が軸方向に図の左側にずれていると、ケーシングを径方向に移動させたときに、最初にみぞ(R)の右側のエッジだけが砥石研削面(S)に接触して、このエッジの部分だけが研削される。このため、みぞ(R)の右側のエッジに接触する砥石研削面(S)の部分だけが局部的に摩耗する。図6(c)のように、みぞ(R)の位置が軸方向に図の右側にずれている場合も、同様に、みぞ(R)の左側のエッジに接触する砥石研削面(S)の部分だけが局部的に摩耗する(あるいは欠ける)。 For example, as shown in FIG. 6 (a), if the position of the groove (R) of the workpiece (W) is correct, the grinding surface (S) of the grinding wheel (G) will be grooved when the casing is moved in the radial direction. (R) Since the entire surface is contacted almost simultaneously, the ground surface (S) is not locally worn (or chipped). On the other hand, as shown in FIG. 6 (b), if the position of the groove (R) is shifted to the left in the figure in the axial direction, when the casing is moved in the radial direction, the groove (R) is first moved. Only the right edge contacts the grinding wheel grinding surface (S), and only this edge portion is ground. For this reason, only the portion of the grindstone grinding surface (S) that contacts the right edge of the groove (R) is locally worn. Similarly, when the position of the groove (R) is shifted in the axial direction on the right side as shown in FIG. 6 (c), the grinding wheel grinding surface (S) that contacts the left edge of the groove (R) is also the same. Only the part is worn (or chipped) locally.
外輪内周面の軌道みぞの仕上げ研削以外にも、ワークの円筒状周面(内周面または外周面)に形成されたみぞを研削する場合には、同様の問題がある。 In addition to the finish grinding of the raceway groove on the inner peripheral surface of the outer ring, there is a similar problem when the groove formed on the cylindrical peripheral surface (inner peripheral surface or outer peripheral surface) of the workpiece is ground.
この発明の目的は、上記の問題を解決し、衝撃力が緩和でき、さらに、ワークの周面に形成されたみぞを加工する場合に、みぞの軸方向の位置にずれがあっても砥石負けが発生しにくい研削装置を提供することにある。 The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, reduce the impact force, and even when the groove formed on the peripheral surface of the workpiece is machined, even if there is a deviation in the axial position of the groove, the grinding wheel loses. An object of the present invention is to provide a grinding device that is less likely to cause the occurrence of the problem.
第1の発明による研削装置は、制御型アキシアル磁気軸受および制御型ラジアル磁気軸受によりケーシングに対し軸方向および径方向に非接触支持されて電動機により回転させられる砥石軸に、外周面に研削面が形成された研削砥石が取り付けられ、被加工物に対してケーシングを相対的に移動させることにより、被加工物の被研削部を研削する研削装置であって、ケーシングを軸方向に位置決めした後、ケーシングを径方向に移動させて、被研削部の研削を行うようになされた研削装置において、ケーシングが径方向に移動して砥石が被加工物に接触する前は、ラジアル磁気軸受の剛性値を通常の研削時の値より低い初期設定値にしておき、砥石の研削面が被加工物に接触した後は、ラジアル磁気軸受の剛性値を上記初期設定値より高い値にして研削を行うようになされていることを特徴とするものである。 A grinding apparatus according to a first aspect of the present invention includes a grinding wheel shaft that is supported by a control type axial magnetic bearing and a control type radial magnetic bearing in a noncontact manner in an axial direction and a radial direction with respect to a casing and is rotated by an electric motor. The formed grinding wheel is attached and is a grinding device for grinding a portion to be ground of the workpiece by moving the casing relative to the workpiece, and after positioning the casing in the axial direction, In a grinding device that moves the casing in the radial direction and grinds the part to be ground, before the casing moves in the radial direction and the grindstone contacts the workpiece, the rigidity value of the radial magnetic bearing is determined. The initial set value is lower than the normal grinding value, and after the grinding surface of the grinding wheel comes into contact with the workpiece, the rigidity value of the radial magnetic bearing is higher than the above initial set value. And it is characterized in that it is adapted to perform a grinding with.
研削装置には、砥石軸のラジアル方向の変位に基づいてラジアル磁気軸受を制御するラジアル磁気軸受制御手段が設けられる。ラジアル磁気軸受の剛性値は、たとえば、ラジアル磁気軸受制御手段の制御定数を変更することによって変更される。ラジアル制御手段は、通常、PID制御を行う。その場合、比例(P)動作部、積分(I)動作部および微分(D)動作部の少なくともいずれか1つの制御定数を変更することにより、ラジアル磁気軸受の剛性値が変更される。 The grinding device is provided with a radial magnetic bearing control means for controlling the radial magnetic bearing based on the radial displacement of the grindstone shaft. The rigidity value of the radial magnetic bearing is changed, for example, by changing the control constant of the radial magnetic bearing control means. The radial control means normally performs PID control. In that case, the stiffness value of the radial magnetic bearing is changed by changing at least one of the control constants of the proportional (P) operating unit, the integral (I) operating unit, and the differential (D) operating unit.
砥石の研削面が被加工物に接触したことは、たとえば、ラジアル磁気軸受の電磁石に供給する励磁電流の変化により検知される。 The contact of the grinding surface of the grindstone with the workpiece is detected, for example, by a change in excitation current supplied to the electromagnet of the radial magnetic bearing.
砥石研削面が被加工物に接触すると、砥石軸に対する切込み方向後向きの反力が大きくなり、ラジアル磁気軸受の切込み方向前側の電磁石に供給される励磁電流が大きくなる。したがって、ラジアル磁気軸受の電磁石の励磁電流により、砥石研削面が被加工物に接触したことを検知することができる。 When the grinding wheel grinding surface comes into contact with the workpiece, the reaction force backward in the cutting direction with respect to the grinding wheel shaft increases, and the excitation current supplied to the electromagnet on the front side in the cutting direction of the radial magnetic bearing increases. Therefore, it is possible to detect that the grinding wheel grinding surface is in contact with the workpiece by the exciting current of the electromagnet of the radial magnetic bearing.
ケーシングが径方向に移動して砥石が被加工物に接触する前は、ラジアル磁気軸受の剛性値を、通常の研削時の値より低い初期設定値にしておき、砥石の研削面が被加工物に接触した後は、ラジアル磁気軸受の剛性値を上記初期設定値より高い値にして研削を行うようになされているので、研削砥石は、ラジアル磁気軸受の剛性値が低い状態で被加工物に接触することになり、研削砥石が被加工物に接触したときに、研削砥石がラジアル方向に逃げることができる。このため、研削砥石が被加工物に接触するときの衝撃力が緩和される。 Before the casing moves in the radial direction and the grindstone comes into contact with the work piece, the rigidity value of the radial magnetic bearing is set to an initial setting value lower than the value during normal grinding, and the grinding surface of the grindstone is set to the work piece. After the contact, the grinding is performed with the radial magnetic bearing having a rigidity value higher than the initial setting value, so that the grinding wheel is applied to the work piece with the radial magnetic bearing having a low rigidity value. When the grinding wheel comes into contact with the workpiece, the grinding wheel can escape in the radial direction. For this reason, the impact force when a grinding wheel contacts a workpiece is relieved.
第2の発明による研削装置は、制御型アキシアル磁気軸受および制御型ラジアル磁気軸受によりケーシングに対し軸方向および径方向に非接触支持されて電動機により回転させられる砥石軸に、外周面に研削面が形成された研削砥石が取り付けられ、被加工物に対してケーシングを相対的に移動させることにより、被加工物の被研削部を研削する研削装置であって、ケーシングを軸方向に位置決めした後、ケーシングを径方向に移動させて、被研削部の研削を行うようになされた研削装置において、砥石軸のラジアル方向の変位に基づいてラジアル磁気軸受を制御する積分動作部を有するラジアル磁気軸受制御手段を備えており、ラジアル磁気軸受制御手段が、積分動作部の積分出力が所定の基準値より小さいときは、積分動作部の積分定数を通常の研削時の値より低い初期設定値にし、積分出力が上記基準値を越えたときに、積分出力に応じて積分定数を大きくするようになされていることを特徴とするものである。 A grinding device according to a second aspect of the present invention is a grinding wheel shaft that is supported in a non-contact axial and radial direction with respect to a casing by a control type axial magnetic bearing and a control type radial magnetic bearing and is rotated by an electric motor. The formed grinding wheel is attached and is a grinding device for grinding a portion to be ground of the workpiece by moving the casing relative to the workpiece, and after positioning the casing in the axial direction, Radial magnetic bearing control means having an integral operation unit for controlling a radial magnetic bearing based on a radial displacement of a grindstone shaft in a grinding apparatus configured to move a casing in a radial direction to grind a portion to be ground When the integral output of the integral operation unit is smaller than a predetermined reference value, the radial magnetic bearing control means has an integral constant of the integral operation unit. Normal to low initial set value than the value at the time of grinding, the integration output is characterized in that when exceeding the reference value, is adapted to increase the integration constant in response to the integrated output.
研削砥石が被加工物に接触する前は、砥石および砥石軸にラジアル方向の外力が作用しないので、軸受制御手段の積分動作部において、積分出力は基準値より小さく、積分定数は通常の研削時の値より低い初期設定値となっており、ラジアル方向の剛性値は通常の研削時より低い値になっている。砥石が被加工物に接触すると、砥石および砥石軸にラジアル方向の外力が作用するので、積分動作部において、積分出力が基準値より大きくなり、これにより、積分定数が初期設定値より大きくなって、ラジアル磁気軸受の剛性値が接触前の値より大きくなる。このため、第1の発明の場合と同様に、研削砥石が被加工物に接触するときの衝撃力が緩和される。 Before the grinding wheel comes into contact with the workpiece, no external force is applied in the radial direction to the grinding wheel and the wheel shaft. Therefore, the integral output is smaller than the reference value in the integral operation part of the bearing control means, and the integral constant is The initial set value is lower than the value of 1. The radial stiffness value is lower than that during normal grinding. When the grinding wheel comes into contact with the workpiece, an external force in the radial direction acts on the grinding wheel and the grinding wheel shaft. Therefore, the integral output becomes larger than the reference value in the integral operation unit, and the integral constant becomes larger than the initial setting value. The rigidity value of the radial magnetic bearing becomes larger than that before contact. For this reason, as in the case of the first invention, the impact force when the grinding wheel comes into contact with the workpiece is reduced.
第1および第2の発明において、たとえば、研削砥石の研削面が、中高研削面であり、被加工物の被研削部が、被加工物の円筒面状周面に形成されたみぞである。 In the first and second inventions, for example, the grinding surface of the grinding wheel is a medium-high grinding surface, and the portion to be ground of the workpiece is a groove formed on the cylindrical peripheral surface of the workpiece.
研削砥石の中高研削面の断面形状および被加工物のみぞの断面形状は、全体として曲線状である。 The cross-sectional shape of the medium-high grinding surface of the grinding wheel and the cross-sectional shape of the groove of the workpiece are curved as a whole.
研削砥石の研削面および被加工物のみぞの断面形状について、断面とは、研削砥石すなわち砥石軸の軸線およびみぞが形成された円筒面状周面の軸線を通る平面における断面(縦断面)をいう。みぞの研削を行う際、砥石軸の軸線とみぞが形成された被加工物の円筒面状周面の軸線とは、互いに平行になる。 Regarding the cross-sectional shape of the grinding surface of the grinding wheel and the groove of the workpiece, the cross-section is a cross-section (longitudinal section) in a plane passing through the axis of the grinding wheel, that is, the axis of the grinding wheel axis and the axis of the cylindrical surface circumferential surface where the groove is formed. Say. When grinding the groove, the axis of the grindstone axis and the axis of the cylindrical surface of the workpiece on which the groove is formed are parallel to each other.
図6(a)のように、前加工によりみぞ(R)が正しい位置に形成されていて、みぞ(R)と研削砥石(G)の軸方向の位置が一致している場合は、ケーシングを径方向に移動させて、砥石(G)をワーク(W)に接近させたときに、砥石研削面(S)がみぞ(R)全体にほぼ同時に接触する。そして、砥石研削面(S)がみぞ(R)全体に接触した後に、ラジアル磁気軸受の剛性値が初期設定値より高い値にされる。ケーシングを径方向に移動させたときに、砥石研削面(S)がみぞ(G)全体にほぼ同時に接触し、しかも、このときのラジアル磁気軸受の剛性値は通常の研削時の値より低く、研削砥石がラジアル方向に逃げることができるため、衝撃が緩和され、研削面(S)が局部的に摩耗する(あるいは欠ける)ことはない。 As shown in Fig. 6 (a), if the groove (R) is formed at the correct position by pre-processing, and the groove (R) and the grinding wheel (G) are aligned in the axial direction, the casing is removed. When the grindstone (G) is moved close to the workpiece (W) by moving in the radial direction, the grindstone grinding surface (S) contacts the entire groove (R) almost simultaneously. Then, after the grinding wheel grinding surface (S) contacts the entire groove (R), the rigidity value of the radial magnetic bearing is made higher than the initial setting value. When the casing is moved in the radial direction, the grindstone grinding surface (S) contacts the entire groove (G) almost simultaneously, and the rigidity value of the radial magnetic bearing at this time is lower than the value during normal grinding, Since the grinding wheel can escape in the radial direction, the impact is alleviated and the ground surface (S) is not locally worn (or chipped).
図6(b)のように、前加工によるみぞ(R)の位置が軸方向に図の左側にずれている場合は、ケーシングを径方向に移動させて、砥石(G)をワーク(W)に接近させたときに、最初にみぞ(R)の右側のエッジだけが砥石研削面(S)に接触するが、このときのラジアル磁気軸受の剛性値は通常の研削時の値より低く、研削砥石がラジアル方向に逃げることができるため、衝撃が緩和され、研削面(S)が局部的に摩耗する(あるいは欠ける)ことはない。 As shown in FIG. 6B, when the position of the groove (R) by the pre-processing is shifted to the left in the drawing in the axial direction, the casing is moved in the radial direction, and the grindstone (G) is moved to the workpiece (W). At first, only the right edge of the groove (R) comes into contact with the grinding wheel surface (S), but the rigidity value of the radial magnetic bearing at this time is lower than the normal grinding value, Since the grindstone can escape in the radial direction, the impact is alleviated and the ground surface (S) is not locally worn (or chipped).
図6(c)のように、前加工によるみぞの位置が軸方向に図の右側にずれてい
る場合も同様である。
The same applies to the case where the position of the groove by pre-processing is shifted to the right side of the drawing in the axial direction as shown in FIG.
ラジアル磁気軸受は、通常、2組設けられる。その場合、第1の発明における剛性値の変更および第2の発明における積分定数の変更は、2組のラジアル磁気軸受について行うようにしてもよいし、いずれか1組のラジアル磁気軸受についてのみ行うようにしてもよい。たとえば、研削砥石に近い方のラジアル磁気軸受時についてのみ、剛性値の変更および積分定数の変更を行うようにしてもよい。 Two sets of radial magnetic bearings are usually provided. In that case, the change of the stiffness value in the first invention and the change of the integral constant in the second invention may be performed for two sets of radial magnetic bearings, or only for one set of radial magnetic bearings. You may do it. For example, the stiffness value and the integration constant may be changed only when the radial magnetic bearing is closer to the grinding wheel.
ラジアル磁気軸受は、互いに直交する2つのラジアル方向の制御軸を有し、好ましくは、一方の制御軸が切込み方向(研削時のケーシングの移動方向)に一致させられる。その場合、剛性値の変更および積分定数の変更は、切込み方向と一致する制御軸についてのみ行えばよい。 The radial magnetic bearing has two radial control shafts that are orthogonal to each other, and preferably one of the control shafts is aligned with the cutting direction (the moving direction of the casing during grinding). In that case, the change of the stiffness value and the change of the integral constant need only be performed for the control axis that matches the cutting direction.
第1および第2の発明の研削装置によれば、上記のように、研削砥石が被加工物に接触するときの衝撃力を緩和することができる。 According to the grinding devices of the first and second inventions, as described above, the impact force when the grinding wheel comes into contact with the workpiece can be reduced.
第3の発明によれば、上記のように、研削砥石が被加工物のみぞの部分に接触するときの衝撃力が緩和することができ、しかも、みぞの軸方向の位置にずれがあっても、砥石負けが発生しにくく、砥石の局部的な摩耗の発生を防止することができる。 According to the third invention, as described above, the impact force when the grinding wheel comes into contact with the groove portion of the workpiece can be alleviated, and the axial position of the groove is shifted. However, it is difficult for the whetstone to be lost, and the local wear of the whetstone can be prevented.
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は研削装置の主要部である磁気軸受スピンドルユニットの部分を示す平面図、図2はその拡大断面図、図3は図2のIII−III線の断面図、図4はスピンドルユニットの電気的構成の主要部を示すブロック図である。図1および図2の紙面表側が上、紙面裏側が下、同図の上側が奥側、下側が前側、同図の左側が砥石側、右側が反砥石側である。また、図3の上下が上下、右側が奥側、左側が前側である。 1 is a plan view showing a part of a magnetic bearing spindle unit which is a main part of the grinding apparatus, FIG. 2 is an enlarged sectional view thereof, FIG. 3 is a sectional view taken along line III-III in FIG. 2, and FIG. It is a block diagram which shows the principal part of a typical structure. 1 and 2 are the upper side, the lower side is the lower side, the upper side is the back side, the lower side is the front side, the left side is the grindstone side, and the right side is the anti-whetstone side. Also, in FIG. 3, the top and bottom are the top and bottom, the right side is the back side, and the left side is the front side.
詳細な図示は省略したが、スピンドルユニット(1)は、砥石側・反砥石側方向駆動装置(2)により砥石側・反砥石側方向に、奥前方向駆動装置(3)により奥前方向に別個に移動させられ、所望の位置に位置決めされる。スピンドルユニット(1)の砥石側・反砥石側方向および奥前方向の移動および位置決めは、たとえば、図示しない公知の数値制御装置により制御される。 Although detailed illustration is omitted, the spindle unit (1) is moved in the direction of the grindstone / anti-whetstone by the grindstone-side / anti-whetstone-side direction drive device (2), and in the back-and-front direction by the back-front direction drive device (3). It is moved separately and positioned at the desired position. The movement and positioning of the spindle unit (1) in the direction of the grinding wheel side, the anti-grinding stone side, and the depth direction are controlled by, for example, a known numerical control device (not shown).
スピンドルユニット(1)は、水平なケーシング(4)の内側で水平な砥石軸(5)が回転する横型のものであり、砥石軸(5)の向きが砥石側・反砥石側方向となるように配置されている。 The spindle unit (1) is a horizontal type in which the horizontal grindstone shaft (5) rotates inside the horizontal casing (4) so that the direction of the grindstone shaft (5) is in the direction of the grindstone or anti-whetstone. Is arranged.
砥石軸(5)の軸方向(アキシアル方向)すなわち砥石側・反砥石側方向の制御軸(アキシアル制御軸)をZ軸、Z軸と直交するとともに互いに直交する2つの径方向(ラジアル方向)の制御軸(ラジアル制御軸)のうち、奥前方向の制御軸をX軸、上下方向の制御軸をY軸とする。また、Z軸の正側を砥石側、X軸の正側を奥側、Y軸の正側を上側とする。 The axial direction (axial direction) of the grinding wheel axis (5), that is, the control axis (axial control axis) in the direction of the grinding wheel side / anti-grinding stone side is Z axis, two radial directions (radial directions) perpendicular to the Z axis and perpendicular to each other. Of the control axes (radial control axes), the control axis in the depth direction is the X axis, and the control axis in the vertical direction is the Y axis. The positive side of the Z axis is the grindstone side, the positive side of the X axis is the back side, and the positive side of the Y axis is the upper side.
スピンドルユニット(1)には、砥石軸(5)を軸方向に非接触支持する1組の制御型アキシアル磁気軸受(6)、砥石軸(5)を径方向に非接触支持する砥石側・反砥石側2組の制御型ラジアル磁気軸受(7)(8)、砥石軸(5)の軸方向および径方向の変位を検出するための変位検出部(9)、砥石軸(5)を高速回転させるためのビルトイン型電動機(10)、砥石軸(5)の回転数を検出するための回転センサ(11)、ならびに砥石軸(5)の軸方向および径方向の可動範囲を規制して砥石軸(5)を磁気軸受(6)(7)(8)で支持していないときに砥石軸(5)を機械的に支持する砥石側・反砥石側2組のタッチダウン用の保護軸受(12)(13)が設けられている。 The spindle unit (1) has a set of control-type axial magnetic bearings (6) that support the grinding wheel shaft (5) in a non-contact manner in the axial direction, and a grinding wheel side / reverse support that supports the grinding wheel shaft (5) in a non-contact manner in the radial direction. Two sets of control-type radial magnetic bearings (7) and (8) on the wheel side, a displacement detector (9) for detecting axial and radial displacement of the wheel shaft (5), and high-speed rotation of the wheel shaft (5) Built-in type electric motor (10), a rotation sensor (11) for detecting the rotation speed of the grindstone shaft (5), and a grinding wheel shaft by restricting the axial and radial movable ranges of the grindstone shaft (5) (5) Magnetic bearings (6) (7) (8) When the wheel shaft (5) is mechanically supported when it is not supported by the bearings (2) ) (13).
スピンドルユニット(1)には、磁気軸受(6)(7)(8)および電動機(10)を制御するためのコントローラ(14)がケーブルを介して電気的に接続されており、スピンドルユニット(1)とコントローラ(14)により、ケーシング(4)に対して砥石軸(5)を非接触支持して回転させる磁気軸受装置が構成されている。 A controller (14) for controlling the magnetic bearings (6) (7) (8) and the electric motor (10) is electrically connected to the spindle unit (1) via a cable. ) And the controller (14) constitute a magnetic bearing device that supports and rotates the grindstone shaft (5) in a non-contact manner with respect to the casing (4).
コントローラ(14)には、センサ回路(15)(16)、電磁石駆動回路(17)、インバータ(18)およびDSPボード(19)が設けられ、DSPボード(19)には、ソフトウェアプログラムが可能なディジタル処理手段としてのDSP(20)、ROM(21)、不揮発性メモリとしてのRAM(22)、AD変換器(23)(24)およびDA変換器(25)(26)が設けられている。 The controller (14) is provided with a sensor circuit (15) (16), an electromagnet drive circuit (17), an inverter (18), and a DSP board (19), and the DSP board (19) can have a software program. A DSP (20) as a digital processing means, a ROM (21), a RAM (22) as a nonvolatile memory, AD converters (23) and (24), and DA converters (25) and (26) are provided.
変位検出部(9)は、砥石軸(5)の軸方向の変位を検出するための1個のアキシアル変位センサ(27)、および砥石軸(5)の径方向の変位を検出するための前後2組のラジアル変位センサユニット(28)(29)を備えている。 The displacement detector (9) includes one axial displacement sensor (27) for detecting the axial displacement of the grindstone shaft (5) and the front and rear for detecting the radial displacement of the grindstone shaft (5). Two sets of radial displacement sensor units (28) and (29) are provided.
アキシアル磁気軸受(6)は、砥石軸(5)の中間部に一体に形成されたフランジ部(5a)をZ軸方向の両側から挟むように配置された砥石側・反砥石側1対のアキシアル電磁石(30a)(30b)を備えている。アキシアル磁気軸受は、符号(30)で総称する。 The axial magnetic bearing (6) is a pair of axial wheels on the grinding wheel side and anti-whetstone side that are arranged so that the flange (5a) formed integrally with the intermediate part of the grinding wheel shaft (5) is sandwiched from both sides in the Z-axis direction. Electromagnets (30a) and (30b) are provided. Axial magnetic bearings are collectively referred to by reference numeral (30).
アキシアル変位センサ(27)は、砥石軸(5)の反砥石側端面にZ軸方向の後側から対向するように配置され、該端面との距離(空隙)に比例する距離信号を出力する。 The axial displacement sensor (27) is disposed so as to face the end surface on the side opposite to the grindstone of the grindstone shaft (5) from the rear side in the Z-axis direction, and outputs a distance signal proportional to the distance (gap) from the end surface.
砥石側のラジアル磁気軸受(7)はアキシアル磁気軸受(6)の砥石側の接近した位置に、反砥石側のラジアル磁気軸受(8)はアキシアル磁気軸受(6)の反砥石側の離れた位置に配置されている。砥石側のラジアル磁気軸受(7)は、砥石軸(5)をX軸方向の両側から挟むように配置された奥前1対のラジアル電磁石(31a)(31b)、および砥石軸(5)をY軸方向の両側から挟むように配置された上下1対のラジアル電磁石(31c)(31d)を備えている。これらのラジアル電磁石は、符号(31)で総称する。同様に、反砥石側のラジアル磁気軸受(8)も、2対のラジアル電磁石(32a)(32b)(32c)(32d)を備えている。これらのラジアル電磁石も、符号(32)で総称する。 The radial magnetic bearing (7) on the grinding wheel side is closer to the grinding wheel side of the axial magnetic bearing (6), and the radial magnetic bearing (8) on the anti-grinding wheel side is farther away from the anti-whetstone side of the axial magnetic bearing (6). Is arranged. The radial magnetic bearing (7) on the grindstone side includes a pair of front radial electromagnets (31a) (31b) and a grindstone shaft (5) arranged so as to sandwich the grindstone shaft (5) from both sides in the X-axis direction. A pair of upper and lower radial electromagnets (31c) (31d) are provided so as to be sandwiched from both sides in the Y-axis direction. These radial electromagnets are collectively referred to by reference numeral (31). Similarly, the radial magnetic bearing (8) on the anti-whetstone side also includes two pairs of radial electromagnets (32a) (32b) (32c) (32d). These radial electromagnets are also collectively referred to by reference numeral (32).
砥石側のラジアル変位センサユニット(28)は、砥石側のラジアル磁気軸受(7)のすぐ砥石側に配置されており、X軸方向の電磁石(31a)(31b)の近傍においてX軸方向の両側から砥石軸(5)を挟むように配置された奥前1対のラジアル変位センサ(33a)(33b)、およびY軸方向の電磁石(31c)(31d)の近傍においてY軸方向の両側から砥石軸(5)を挟むように配置された上下1対のラジアル変位センサ(33c)(33d)を備えている。これらのラジアル変位センサは、符号(33)で総称する。反砥石側のラジアル変位センサユニット(29)は、反砥石側のラジアル磁気軸受(8)のすぐ反砥石側に配置されており、同様に、2対のラジアル変位センサ(34a)(34b)(34c)(34d)を備えている。これらのラジアル変位センサも、符号(34)で総称する。各ラジアル変位センサ(33)(34)は、砥石軸(5)の外周面との距離に比例する距離信号を出力する。 The radial displacement sensor unit (28) on the grindstone side is disposed immediately on the grindstone side of the radial magnetic bearing (7) on the grindstone side, and on both sides in the X axis direction in the vicinity of the electromagnets (31a) and (31b) in the X axis direction. A pair of front radial displacement sensors (33a) and (33b) arranged so as to sandwich the grindstone shaft (5) from the front, and the grindstone from both sides in the Y-axis direction in the vicinity of the Y-axis direction electromagnets (31c) and (31d) A pair of upper and lower radial displacement sensors (33c) and (33d) are provided so as to sandwich the shaft (5). These radial displacement sensors are collectively referred to by reference numeral (33). The radial displacement sensor unit (29) on the anti-grinding wheel side is arranged immediately on the anti-grinding stone side of the radial magnetic bearing (8) on the anti-grinding stone side. Similarly, two pairs of radial displacement sensors (34a) (34b) ( 34c) (34d). These radial displacement sensors are also collectively referred to by reference numeral (34). Each radial displacement sensor (33) (34) outputs a distance signal proportional to the distance from the outer peripheral surface of the grindstone shaft (5).
電動機(10)は、アキシアル磁気軸受(6)と反砥石側のラジアル磁気軸受(8)との間に配置されており、ケーシング(4)側のステータ(10a)と、砥石軸(5)側のロータ(10b)とから構成されている。 The electric motor (10) is disposed between the axial magnetic bearing (6) and the radial magnetic bearing (8) on the anti-grinding stone side, the stator (10a) on the casing (4) side, and the grinding wheel shaft (5) side. Rotor (10b).
電磁石(30)(31)(32)、変位センサ(27)(33)(34)および電動機(10)のステータ(10a)は、ケーシング(4)に固定されている。 The electromagnets (30), (31), (32), the displacement sensors (27), (33), (34), and the stator (10a) of the electric motor (10) are fixed to the casing (4).
保護軸受(12)(13)はアンギュラ玉軸受などの転がり軸受よりなり、各保護軸受(12)(13)の外輪がケーシング(4)に固定され、内輪が砥石軸(5)の周囲に所定の隙間をあけて配置されている。2組の保護軸受(12)(13)はいずれも径方向の支持が可能なものであり、少なくとも1組は軸方向の支持も可能なものである。 The protective bearings (12) and (13) are rolling bearings such as angular ball bearings, the outer ring of each protective bearing (12) and (13) is fixed to the casing (4), and the inner ring is fixed around the grindstone shaft (5). It is arranged with a gap. Both of the two sets of protective bearings (12) and (13) can be supported in the radial direction, and at least one set can also be supported in the axial direction.
センサ回路(15)は、変位検出部(9)の各変位センサ(27)(33)(34)を駆動し、各変位センサの出力信号をAD変換器(23)を介してDSP(20)に出力する。 The sensor circuit (15) drives each displacement sensor (27), (33), (34) of the displacement detector (9), and outputs the output signal of each displacement sensor to the DSP (20) via the AD converter (23). Output to.
センサ回路(16)は、回転センサ(11)を駆動し、回転センサ(11)の出力を砥石軸(5)の回転数に対応する回転数信号に変換し、これをAD変換器(24)を介してDSP(20)に出力する。 The sensor circuit (16) drives the rotation sensor (11), converts the output of the rotation sensor (11) into a rotation speed signal corresponding to the rotation speed of the grindstone shaft (5), and converts this to an AD converter (24) To the DSP (20).
DSP(20)は、AD変換器(23)を介して入力する各変位センサ(27)(33)(34)の出力信号に基づいて、各磁気軸受(6)(7)(8)の各電磁石(30)(31)(32)に対する制御電流値を求め、一定の定常電流値に制御電流値を加えた励磁電流信号をDA変換器(25)を介して電磁石駆動回路(17)に出力する。そして、駆動回路(17)は、DSP(20)からの励磁電流信号に基づいて励磁電流を対応する磁気軸受(6)(7)(8)の電磁石(30)(31)(32)に供給し、これにより、砥石軸(5)が所定の浮上目標位置に非接触支持される。DSP(20)は、また、回転センサ(11)からの回転数信号に基づいて、電動機(10)に対する回転数指令信号をDA変換器(26)を介してインバータ(18)に出力し、インバータ(18)は、この信号に基づいて、電動機(10)の回転数を制御する。そして、その結果、砥石軸(5)が、磁気軸受(6)(7)(8)により目標位置に非接触支持された状態で、電動機(10)により高速回転させられる。 The DSP (20) is connected to each of the magnetic bearings (6), (7), (8) based on the output signals of the displacement sensors (27), (33), (34) input via the AD converter (23). Obtains the control current value for the electromagnets (30), (31), and (32), and outputs the excitation current signal obtained by adding the control current value to the constant steady-state current value to the electromagnet drive circuit (17) via the DA converter (25) To do. The drive circuit (17) supplies the excitation current to the corresponding electromagnets (30), (31), and (32) of the magnetic bearings (6), (7), and (8) based on the excitation current signal from the DSP (20). Thus, the grindstone shaft (5) is supported in a non-contact manner at a predetermined floating target position. The DSP (20) also outputs a rotation speed command signal for the electric motor (10) to the inverter (18) via the DA converter (26) based on the rotation speed signal from the rotation sensor (11). (18) controls the rotational speed of the electric motor (10) based on this signal. As a result, the grindstone shaft (5) is rotated at high speed by the electric motor (10) while being supported in a non-contact manner at the target position by the magnetic bearings (6), (7) and (8).
上記のスピンドルユニットでは、砥石側・反砥石側の各ラジアル磁気軸受(7)(8)において、X軸方向の1対の電磁石(31a)(31b)(32a)(32b)について、剛性値を制御できるようになっている。 In the above spindle unit, the rigidity value of the pair of electromagnets (31a) (31b) (32a) (32b) in the X-axis direction in each of the radial magnetic bearings (7) and (8) on the grinding wheel side and anti-grinding stone side is set. It can be controlled.
図5は、コントローラ(14)の構成のうち、砥石側のラジアル磁気軸受(7)におけるX軸方向の1対の電磁石(31a)(31b)の制御に関する部分だけを示したものであり、DSP(20)については、ラジアル磁気軸受制御手段のうちの上記1対の電磁石(31a)(31b)の制御に関する部分だけを機能ブロックで表わしている。次に、図5を参照して、コントローラ(14)による上記1対の電磁石(31a)(31b)の制御について説明する。 FIG. 5 shows only the part related to the control of the pair of electromagnets (31a) and (31b) in the X-axis direction in the radial magnetic bearing (7) on the grindstone side in the configuration of the controller (14). For (20), only the part related to the control of the pair of electromagnets (31a) and (31b) in the radial magnetic bearing control means is represented by a functional block. Next, the control of the pair of electromagnets (31a) and (31b) by the controller (14) will be described with reference to FIG.
まず、センサ回路(15)は、砥石側のラジアル磁気軸受(7)におけるX軸方向の1対のラジアル変位センサ(33a)(33b)のうちの一方の出力信号から他方の出力信号を減算することにより、砥石側のラジアル磁気軸受(7)の部分における砥石軸(5)X軸方向の目標位置(=0)に対する変位を求め、この変位に比例した変位信号ΔXを出力する。センサ回路(15)からの変位信号ΔXは、AD変換器(23)によりディジタル値(ディジタル変位信号)ΔXに変換されて、DSP(19)に入力する。DSP(19)は、後述するように、ディジタル変位信号ΔXに基づいて、1対のラジアル電磁石(31a)(31b)にそれぞれ対応する制御信号としての1対の励磁電流信号Ia、IbをDA変換器(25)に出力する。第1の励磁電流信号IaはDA変換器(25)によりアナログ信号に変換された後、電磁石駆動回路(17)の第1の電流増幅器により増幅され、第1の励磁電流Iaとして一方の電磁石(33a)に供給される。第2の励磁電流信号IbはDA変換器(25)によりアナログ信号に変換された後、電磁石駆動回路(17)の第2の電流増幅器により増幅され、第2の励磁電流Ibとして他方の電磁石(33b)に供給される。 First, the sensor circuit (15) subtracts the other output signal from one output signal of the pair of radial displacement sensors (33a) (33b) in the X-axis direction in the radial magnetic bearing (7) on the grindstone side. Thus, the displacement of the radial magnetic bearing (7) on the grinding wheel side with respect to the target position (= 0) in the grinding wheel shaft (5) X-axis direction is obtained, and a displacement signal ΔX proportional to this displacement is output. The displacement signal ΔX from the sensor circuit (15) is converted into a digital value (digital displacement signal) ΔX by the AD converter (23) and input to the DSP (19). As will be described later, the DSP (19) DA converts a pair of excitation current signals Ia and Ib as control signals respectively corresponding to the pair of radial electromagnets (31a) and (31b) based on the digital displacement signal ΔX. Output to the device (25). The first excitation current signal Ia is converted into an analog signal by the DA converter (25), then amplified by the first current amplifier of the electromagnet drive circuit (17), and is used as one electromagnet (first magnetizing current Ia). 33a). The second excitation current signal Ib is converted into an analog signal by the DA converter (25), then amplified by the second current amplifier of the electromagnet drive circuit (17), and the other excitation magnet I ( 33b).
DSP(19)は、機能的には、制御電流演算部(35)および励磁電流生成部(36)を備えている。制御電流演算部(35)は、AD変換器(23)からの変位信号ΔXに基づいて、PID演算により、電磁石(31a)(31b)に対する制御電流値Icを演算するものであり、比例動作部(37)、積分動作部(38)、微分動作部(39)、積分定数変更部(40)および加算部(41)より構成されている。比例動作部(37)は、比例定数を用い、変位信号ΔXに基づいて制御電流値Icの比例成分Icpを演算する。積分動作部(38)は、積分定数を用い、変位信号ΔXに基づいて制御電流値Icの積分成分Iciを演算する。微分動作部(39)は、微分定数を用い、変位信号ΔXに基づいて制御電流値Icの積分成分Icdを演算する。加算部(41)は、上記の比例成分Icp、積分成分Iciおよび微分成分Icdを加算することによって制御電流値Icを求め、これを励磁電流生成部(36)に出力する。励磁電流生成部(36)は、一定のバイアス電流値Ioに制御電流値Icを加算し、その結果得られた値(Io+Ic)を第1の励磁電流信号IaとしてDA変換器(25)に出力するとともに、バイアス電流値Ioから制御電流値Icを減算し、その結果得られた値(Io−Ic)を第2の励磁電流信号IbとしてDA変換器(25)に出力する。 The DSP (19) functionally includes a control current calculator (35) and an excitation current generator (36). The control current calculation unit (35) calculates a control current value Ic for the electromagnets (31a) and (31b) by PID calculation based on the displacement signal ΔX from the AD converter (23). (37), an integration operation unit (38), a differentiation operation unit (39), an integration constant changing unit (40), and an addition unit (41). The proportional operation unit (37) uses a proportional constant and calculates a proportional component Icp of the control current value Ic based on the displacement signal ΔX. The integration operation unit (38) uses the integration constant and calculates the integration component Ici of the control current value Ic based on the displacement signal ΔX. The differential operation unit (39) calculates an integral component Icd of the control current value Ic based on the displacement signal ΔX using a differential constant. The adder (41) obtains a control current value Ic by adding the proportional component Icp, integral component Ici, and differential component Icd, and outputs this to the exciting current generator (36). The excitation current generator (36) adds the control current value Ic to the constant bias current value Io, and outputs the resulting value (Io + Ic) to the DA converter (25) as the first excitation current signal Ia. At the same time, the control current value Ic is subtracted from the bias current value Io, and the resulting value (Io-Ic) is output to the DA converter (25) as the second excitation current signal Ib.
積分定数変更部(40)は、積分動作部(38)の積分出力Iciに基づいて積分動作部(38)における積分定数を制御するものである。この例では、積分出力Iciが所定の基準値より小さいときは、積分定数を通常の研削時より低い初期設定値にし、積分出力Iciが上記基準値を越えたときに、積分出力Iciに応じて積分定数を大きくするようになっている。 The integration constant changing unit (40) controls the integration constant in the integration operation unit (38) based on the integration output Ici of the integration operation unit (38). In this example, when the integral output Ici is smaller than a predetermined reference value, the integral constant is set to an initial set value lower than that during normal grinding, and when the integral output Ici exceeds the reference value, the integral output Ici depends on the integral output Ici. The integration constant is increased.
反砥石側のラジアル磁気軸受(8)におけるX軸方向の1対の電磁石(32a)(32b)の制御に関する部分の構成も、図5の場合と同様である。 The configuration of the portion related to the control of the pair of electromagnets (32a) and (32b) in the X-axis direction in the radial magnetic bearing (8) on the anti-grinding stone side is the same as in the case of FIG.
各ラジアル磁気軸受(7)(8)におけるY軸方向の1対の電磁石(31c)(31d)(32c)(32d)およびアキシアル磁気軸受(6)の1対の電磁石(30a)(30b)の制御に関する部分の構成は、図5と同じもの、または図5から積分定数変更部(40)を除いたものと同様である。 A pair of electromagnets (31c) (31d) (32c) (32d) in the Y-axis direction in each radial magnetic bearing (7) (8) and a pair of electromagnets (30a) (30b) in the axial magnetic bearing (6) The configuration relating to the control is the same as that shown in FIG. 5 or the same as that shown in FIG. 5 except that the integral constant changing unit (40) is removed.
砥石軸(5)の砥石側部分はケーシング(4)から砥石側に突出し、その先端部に研削砥石(G)が固定されるようになっている。 The grindstone side portion of the grindstone shaft (5) protrudes from the casing (4) to the grindstone side, and the grindstone (G) is fixed to the tip portion thereof.
玉軸受の外輪内周面の軌道みぞなど、ワーク(W)の内周面に形成されたみぞ(R)を研削する場合、砥石軸(5)には、外周面に断面が曲線の中高研削面(S)が形成された研削砥石(G)が取り付けられる。 When grinding the groove (R) formed on the inner peripheral surface of the workpiece (W), such as the raceway groove on the inner peripheral surface of the outer ring of the ball bearing, the grinding wheel shaft (5) has a medium-high grinding with a curved cross section on the outer peripheral surface. A grinding wheel (G) on which the surface (S) is formed is attached.
上記の研削装置によって、図1のようなワーク(W)の内周面に形成されたみぞ(R)を研削する場合、ケーシング(4)をZ軸方向に移動させて、砥石研削面(S)がみぞ(R)に対向する位置に位置決めし、その後、ケーシング(4)を所定の切込み速度でもってX軸正方向(切込み方向)に移動させる。 When the groove (R) formed on the inner peripheral surface of the workpiece (W) as shown in FIG. 1 is ground by the above-described grinding apparatus, the casing (4) is moved in the Z-axis direction, and the grinding wheel grinding surface (S ) Is positioned at a position facing the groove (R), and then the casing (4) is moved in the X-axis positive direction (cutting direction) at a predetermined cutting speed.
研削砥石(G)がワーク(W)に接触する前は、砥石(G)および砥石軸(5)にX軸方向の外力が作用しないので、コントローラ(14)の積分動作部(38)において、積分出力Iciは基準値より小さく、積分定数は通常の研削時の値より低い初期設定値となっており、X軸方向の剛性値は通常の研削時より低い値になっている。砥石(G)がワーク(W)に接触すると、砥石(G)および砥石軸(5)にX軸方向の外力が作用するので、積分動作部(38)において、積分出力Iciが基準値より大きくなり、これにより、積分定数が初期設定値より大きくなって、ラジアル磁気軸受(7)(8)のX軸方向の剛性値が接触前の値より大きくなる。このため、研削砥石(G)は、ラジアル磁気軸受(7)(8)のX軸方向の剛性値が低い状態でワーク(W)に接触することになり、研削砥石(G)がワーク(W)に接触したときに、研削砥石(G)がX軸方向に逃げることができる。このため、研削砥石(G)がワーク(W)に接触するときの衝撃力が緩和される。 Before the grinding wheel (G) comes into contact with the workpiece (W), the external force in the X-axis direction does not act on the grinding wheel (G) and the grinding wheel shaft (5). Therefore, in the integral operation unit (38) of the controller (14), The integral output Ici is smaller than the reference value, the integral constant is an initial set value lower than the value during normal grinding, and the stiffness value in the X-axis direction is lower than that during normal grinding. When the grindstone (G) contacts the workpiece (W), an external force in the X-axis direction acts on the grindstone (G) and the grindstone shaft (5). Therefore, the integral output Ici is larger than the reference value in the integral operation unit (38). Thus, the integral constant becomes larger than the initial set value, and the stiffness value in the X-axis direction of the radial magnetic bearings (7) and (8) becomes larger than the value before contact. For this reason, the grinding wheel (G) comes into contact with the workpiece (W) with the rigidity value in the X-axis direction of the radial magnetic bearings (7) and (8) being low, and the grinding wheel (G) is in contact with the workpiece (W ), The grinding wheel (G) can escape in the X-axis direction. For this reason, the impact force when the grinding wheel (G) contacts the workpiece (W) is reduced.
図6(a)のように、前加工によりみぞ(R)が正しい位置に形成されていて、みぞ(R)と研削砥石(G)の軸方向の位置が一致している場合は、ケーシングを径方向に移動させて、砥石(G)をワーク(W)に接近させたときに、砥石研削面(S)がみぞ(R)全体にほぼ同時に接触する。そして、砥石研削面(S)がみぞ(R)全体に接触した後に、ラジアル磁気軸受の剛性値が初期設定値より高い値にされる。ケーシングを径方向に移動させたときに、砥石研削面(S)がみぞ(R)全体にほぼ同時に接触し、しかも、このときのラジアル磁気軸受の剛性値は通常の研削時の値より低く、砥石(G)がX軸方向下側に逃げることができるため、衝撃が緩和され、研削面(S)が局部的に摩耗する(あるいは欠ける)ことはない。 As shown in Fig. 6 (a), if the groove (R) is formed at the correct position by pre-processing, and the groove (R) and the grinding wheel (G) are aligned in the axial direction, the casing is removed. When the grindstone (G) is moved close to the workpiece (W) by moving in the radial direction, the grindstone grinding surface (S) contacts the entire groove (R) almost simultaneously. Then, after the grinding wheel grinding surface (S) contacts the entire groove (R), the rigidity value of the radial magnetic bearing is set to a value higher than the initial set value. When the casing is moved in the radial direction, the grinding wheel grinding surface (S) contacts the entire groove (R) almost simultaneously, and the rigidity value of the radial magnetic bearing at this time is lower than the value during normal grinding, Since the grindstone (G) can escape downward in the X-axis direction, the impact is alleviated and the ground surface (S) is not locally worn (or chipped).
図6(b)のように、前加工によるみぞ(R)の位置が軸方向に図の左側にずれている場合は、ケーシングを径方向に移動させて、砥石(G)をワーク(W)に接近させたときに、最初にみぞ(R)の右側のエッジだけが砥石研削面(S)に接触するが、このときのラジアル磁気軸受の剛性値は通常の研削時の値より低く、砥石(G)がX軸方向下側に逃げることができるため、衝撃が緩和され、研削面(S)が局部的に摩耗する(あるいは欠ける)ことはない。 As shown in FIG. 6B, when the position of the groove (R) by the pre-processing is shifted to the left in the drawing in the axial direction, the casing is moved in the radial direction, and the grindstone (G) is moved to the workpiece (W). At first, only the right edge of the groove (R) contacts the grinding wheel grinding surface (S), but the rigidity value of the radial magnetic bearing at this time is lower than the value during normal grinding, and the grinding wheel Since (G) can escape downward in the X-axis direction, the impact is alleviated and the ground surface (S) is not locally worn (or chipped).
図6(c)のように、前加工によるみぞの位置が軸方向に図の右側にずれている場合も同様である。 The same applies to the case where the position of the groove by the pre-processing is shifted to the right side of the drawing in the axial direction as shown in FIG. 6 (c).
上記の例では、積分出力Iciが所定の基準値より小さいときは、積分定数を通常の研削時より低い初期設定値にし、積分出力Iciが上記基準値を越えたときに、積分出力Iciに応じて積分定数を大きくするようになっているが、ケーシング(4)がX軸方向に移動して砥石(G)がワーク(W)に接触する前は、ラジアル磁気軸受(7)(8)のX軸方向の剛性値を、通常の研削時の値より低い初期設定値にしておき、砥石(G)の研削面(S)がワーク(W)に接触した後は、ラジアル磁気軸受(7)(8)のX軸方向の剛性値を上記初期設定値より高い値にして研削を行うようにしてもよい。 In the above example, when the integral output Ici is smaller than the predetermined reference value, the integral constant is set to an initial set value lower than that during normal grinding, and when the integral output Ici exceeds the reference value, the integral output Ici depends on the integral output Ici. However, before the casing (4) moves in the X-axis direction and the grindstone (G) contacts the workpiece (W), the radial magnetic bearings (7) (8) After setting the stiffness value in the X-axis direction to an initial set value lower than the normal grinding value, after the grinding surface (S) of the grinding wheel (G) contacts the workpiece (W), the radial magnetic bearing (7) Grinding may be performed by setting the rigidity value in the X-axis direction of (8) to a value higher than the initial setting value.
その場合、ラジアル磁気軸受(7)(8)のX軸方向の剛性値は、たとえば、X軸方向の電磁石(31a)(31b)(32a)(32b)の制御を行うラジアル磁気軸受制御手段の比例動作部、積分動作部および微分動作部の少なくともいずれか1つの制御定数を変更することにより変更される。例えば、積分動作部の積分定数を変更することにより、X軸方向の剛性値が変更される。 In that case, the rigidity value in the X-axis direction of the radial magnetic bearings (7) and (8) is, for example, that of the radial magnetic bearing control means for controlling the electromagnets (31a) (31b) (32a) (32b) in the X-axis direction. It is changed by changing at least one control constant of the proportional operation unit, the integration operation unit, and the differentiation operation unit. For example, the stiffness value in the X-axis direction is changed by changing the integration constant of the integration operation unit.
砥石(G)の研削面(S)がワーク(W)に接触したことは、たとえば、ラジアル磁気軸受(7)(8)のX軸方向の電磁石(31a)(31b)(32a)(32b)に供給する励磁電流の変化により検知される。 The fact that the grinding surface (S) of the grindstone (G) is in contact with the workpiece (W) is, for example, an electromagnet (31a) (31b) (32a) (32b) in the X-axis direction of the radial magnetic bearing (7) (8). It is detected by a change in the excitation current supplied to.
砥石研削面(S)がワーク(W)に接触すると、砥石軸(5)に対する切込み方向後向き(X軸方向負側向き)すなわち下向きの反力が大きくなり、ラジアル磁気軸受(7)(8)の切込み方向前側(X軸方向正側)すなわち上側の電磁石(31a)(32a)に供給される励磁電流が大きくなる。したがって、ラジアル磁気軸受(7)(8)のX軸方向の電磁石(31a)(31b)(32a)(32b)の励磁電流により、砥石研削面(S)がワーク(W)に接触したことを検知することができる。
When the grinding wheel grinding surface (S) comes in contact with the workpiece (W), the reaction force toward the grinding wheel shaft (5) in the cutting direction backward (in the negative direction of the X axis), that is, downward, increases, and the radial magnetic bearing (7) (8) The exciting current supplied to the front side in the cutting direction (positive side in the X-axis direction), that is, the
上記の例では、砥石側・反砥石側の2組のラジアル磁気軸受(7)(8)の両方について、X軸方向の剛性値の変更を行っているが、いずれか一方、好ましくは、砥石(G)に近い砥石側のラジアル磁気軸受(7)についてのみ、X軸方向の剛性値の変更を行うようにしてもよい。Y軸方向の剛性値もX軸に連動させてもかまわない。 In the above example, the stiffness value in the X-axis direction is changed for both of the two sets of radial magnetic bearings (7) and (8) on the grinding wheel side and the anti-grinding stone side. Only for the radial magnetic bearing (7) on the grindstone side close to (G), the stiffness value in the X-axis direction may be changed. The stiffness value in the Y-axis direction may be linked to the X-axis.
上記の研削装置は、ワークの外周面に形成されたみぞを研削することもできる。また、外周面に円筒面状の研削面が形成された研削砥石を用いて、ワークの内周面、外周面、その他の面を研削することもできる。 The above grinding apparatus can also grind the grooves formed on the outer peripheral surface of the workpiece. Moreover, the inner peripheral surface, outer peripheral surface, and other surfaces of the workpiece can be ground using a grinding wheel having a cylindrical grinding surface formed on the outer peripheral surface.
研削装置およびそれを構成する磁気軸受装置の全体構成あるいは各部の構成は、上記実施形態のものに限らず、適宜変更可能である。 The overall configuration or the configuration of each part of the grinding device and the magnetic bearing device that constitutes the grinding device is not limited to that of the above embodiment, and can be changed as appropriate.
(4) ケーシング
(5) 砥石軸
(6) アキシアル磁気軸受
(7)(8) ラジアル磁気軸受
(10) 電動機
(19) DSP
(G) 研削砥石
(S) 研削面
(W) ワーク
(R) みぞ
(4) Casing
(5) Wheel axis
(6) Axial magnetic bearing
(7) (8) Radial magnetic bearing
(10) Electric motor
(19) DSP
(G) Grinding wheel
(S) Grinding surface
(W) Workpiece
(R) Groove
Claims (3)
ケーシングが径方向に移動して砥石が被加工物に接触する前は、ラジアル磁気軸受の剛性値を通常の研削時の値より低い初期設定値にしておき、砥石の研削面が被加工物に接触した後は、ラジアル磁気軸受の剛性値を上記初期設定値より高い値にして研削を行うようになされていることを特徴とする研削装置。 A grinding wheel with a grinding surface formed on the outer peripheral surface is attached to a grinding wheel shaft that is supported in a non-contact axial and radial direction with respect to the casing by a control type axial magnetic bearing and a control type radial magnetic bearing and is rotated by an electric motor. A grinding device for grinding a portion to be ground of a workpiece by moving the casing relative to the workpiece, and after positioning the casing in the axial direction, the casing is moved in the radial direction, In a grinding device designed to grind the part to be ground,
Before the casing moves in the radial direction and the grindstone contacts the workpiece, the rigidity value of the radial magnetic bearing is set to an initial setting value lower than the value during normal grinding, and the grinding surface of the grindstone is applied to the workpiece. After the contact, the grinding apparatus is characterized in that grinding is performed with a rigidity value of the radial magnetic bearing higher than the initial set value.
砥石軸のラジアル方向の変位に基づいてラジアル磁気軸受を制御する積分動作部を有するラジアル磁気軸受制御手段を備えており、ラジアル磁気軸受制御手段が、積分動作部の積分出力が所定の基準値より小さいときは、積分動作部の積分定数を通常の研削時の値より低い初期設定値にし、積分出力が上記基準値を越えたときに、積分出力に応じて積分定数を大きくするようになされていることを特徴とする研削装置。 A grinding wheel with a grinding surface formed on the outer peripheral surface is attached to a grinding wheel shaft that is supported in a non-contact axial and radial direction with respect to the casing by a control type axial magnetic bearing and a control type radial magnetic bearing and is rotated by an electric motor. A grinding device for grinding a portion to be ground of a workpiece by moving the casing relative to the workpiece, and after positioning the casing in the axial direction, the casing is moved in the radial direction, In a grinding device designed to grind the part to be ground,
Radial magnetic bearing control means having an integral operation unit for controlling the radial magnetic bearing based on the radial displacement of the grinding wheel shaft is provided, and the integral output of the integral operation unit is greater than a predetermined reference value. When the value is small, the integral constant of the integral operation unit is set to an initial set value lower than the value during normal grinding, and when the integral output exceeds the reference value, the integral constant is increased according to the integral output. A grinding apparatus characterized by comprising:
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