CN116348243A - 定心工具、定心装置、机床、圆形工件的定心方法、圆形工件的制造方法、环构件的制造方法、轴承的制造方法、机械的制造方法、车辆的制造方法以及程序 - Google Patents

Abstract

定心工具具有：柄部，其具有安装用的轴部；旋转构件，其旋转自如地支承于柄部，具有在柄部的轴线的正交方向上相互分离地配置的一对触头；以及位移传感器，其与柄部一体地设置，在一对触头彼此的中间位置检测在与柄部的轴线正交的方向上的位移。在使一对触头分别与配置于旋转台的圆形工件的周面抵接的同时，将圆形工件朝向旋转台的旋转中心推压而对圆形工件进行定心。

Description

定心工具、定心装置、机床、圆形工件的定心方法、圆形工件的 制造方法、环构件的制造方法、轴承的制造方法、机械的制造 方法、车辆的制造方法以及程序

技术领域

本发明涉及定心工具、定心装置、机床、圆形工件的定心方法、圆形工件的制造方法、环构件的制造方法、轴承的制造方法、机械的制造方法、车辆的制造方法以及程序。

背景技术

作为旋转台上的圆形(圆筒)工件的自动定心技术，例如有专利文献1至3所示的技术。专利文献1的定心方法是如下方法：在使台旋转的同时，利用位移传感器测定圆筒工件的侧面，利用由1个辊子构成的工具，将圆筒工件朝向旋转中心推动。若位移传感器的振动为阈值以下，则使工具退避而完成定心工序。另外，在专利文献2、3的定心装置中，利用构成为具有一对辊子的工具，推动着圆筒工件的侧面实施定心。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平1-217760号公报

专利文献2：日本特开2003-157589号公报

专利文献3：日本特许第4833696号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在上述的专利文献1的定心方法中，由于通过1点接触推动圆筒工件的外周面，因此最终工具接触的仅为圆筒工件的表面的凸部。因此，在此所说的定心是指使圆筒工件的外周面的最小外接圆中心与旋转中心一致。然而，在磨床等机床中，为了确保材料的加工余量(切削余量)，需要使工件形状的最大内接圆中心与旋转中心一致，特别是在实现高精度的加工的情况下，无法采用最小外接圆中心的定心。

另一方面，专利文献2的定心方法是将设置有1对辊子的工具推压于圆筒工件，使圆筒工件的外周仿照成为基准的转台的外周的方法，专利文献3的定心方法是持续推压工具直至圆筒工件的振动收敛为止的方式。但是，为了应对精度特别严格的精密加工等，要求实现更简单且准确的定心技术，进一步地，有时也要求在定心后考虑正圆度的合格与否判定，迫切期望进一步改良定心技术。

因此，本发明的目的在于提供一种定心工具、定心装置以及使用了该定心工具的机床、圆形工件的定心方法、圆形工件的制造方法、环构件的制造方法、轴承的制造方法、机械的制造方法、车辆的制造方法以及程序，能够实现基于能够确保圆形工件的材料的加工余量的内切圆的中心振动的定心，能够使圆形工件的偏心自动地缩小到容许范围。

用于解决课题的手段

本发明由下述结构构成。

(1)一种定心工具，其具有：

柄部，其具有安装用的轴部；

旋转构件，其旋转自如地支承于所述柄部，具有在所述柄部的轴线的正交方向上相互分离地配置的一对触头；以及

位移传感器，其与所述柄部一体地设置，在所述一对触头彼此的中间位置检测与所述轴线正交的方向上的位移，

在使所述一对触头分别与配置于旋转台的圆形工件的周面抵接的同时，将所述圆形工件朝向所述旋转台的旋转中心推压而使所述圆形工件定心。

根据该定心工具，通过使设置于旋转构件的一对触头仿照圆形工件形状，在使定心工具移动而推出圆形工件时，不会仅推压圆形工件周面的凸部。另外，通过配置于一对触头的中间位置的位移传感器，能够检测圆形工件的内切圆中心偏移，能够进行基于内切圆中心的定心。由此，与触头以1点接触于圆形工件周面的情况相比，能够进行更高精度的定心。

(2)根据(1)所述的定心工具，其中，所述一对触头是绕与所述轴线平行的轴旋转的辊子。

根据该定心工具，辊子与工件的周面滚动接触，由此能够防止对工件的周面的损伤。

(3)根据(1)或(2)所述的定心工具，其中，所述位移传感器是接触式位移传感器。

根据该定心工具，能够可靠地进行高精度的位移的检测。

(4)根据(1)至(3)中任一项所述的定心工具，其中，所述定心工具具有托架，该托架被固定于所述柄部，在所述轴线的方向上在与所述一对触头相同的高度位置支承所述位移传感器。

根据该定心工具，能够将触头的前端的位置准确地定位于一对推压构件的高度位置，能够提高圆形工件的位移的检测精度。

(5)一种定心装置，其具有：

旋转台，其配置有圆形工件；

工件驱动部，其对所述旋转台进行旋转驱动；

(1)至(4)中任一项所述的定心工具；

工具支承部，其通过所述安装用的轴部支承所述定心工具；

工具驱动部，其使支承于工具支承部的所述定心工具移动；以及

控制部，其在通过所述工具驱动部使所述一对触头与旋转的所述圆形工件的周面抵接的同时，使用从所述位移传感器输出的所述圆形工件的位移的检测信号，来控制将所述圆形工件定心到所述旋转台的旋转中心的所述定心工具的进给。

根据该定心装置，使用定心工具取得位移传感器针对圆形工件的周面的检测信号，根据该检测信号控制定心工具的进给，由此能够进行圆形工件的高精度的定心。

(6)根据(5)所述的定心装置，其中，所述控制部包含：

接触确认部，其在使所述圆形工件旋转的同时，将所述定心工具朝向所述圆形工件进给，根据所述位移传感器的输出信号来确认所述一对推压构件对所述圆形工件的接触；

目标位置决定部，其根据从所述位移传感器输出的检测信号的波形来决定所述定心工具的进给目标位置；以及

定心进给部，其在使所述定心工具移动到所述进给目标位置之后，使所述定心工具后退。

根据该定心装置，能够根据从位移传感器输出的检测信号的波形来决定定心工具的正确的进给目标位置，因此通过使定心工具移动到该进给目标位置并后退，能够完成圆形工件的高精度的定心。

(7)根据(6)所述的定心装置，其中，所述控制部还包含判定部，该判定部根据所述定心工具被配置于所述进给目标位置时从所述位移传感器输出的检测信号，判定所述圆形工件的中心与所述旋转台的旋转中心之间的中心振动是否在既定的容许范围内。

根据该定心装置，通过判定定心后的圆形工件的偏心的状态是否在既定的容许范围内，能够确认定心结果的合格与否。

(8)一种机床，所述机床包含(5)至(7)任一项所述的定心装置。

根据该机床，定心装置与机床所具有的各种机构联动，由此能够进行圆形工件的自动定心。

(9)一种圆形工件的定心方法，其包含：

接触确认工序，在使所述旋转台旋转的同时，将(1)至(4)中任一项所述的定心工具朝向所述旋转台的旋转中心进给，使所述一对推压构件与配置于所述旋转台的圆形工件的周面抵接；

目标位置决定工序，根据从所述位移传感器输出的检测信号的波形来决定所述定心工具的进给目标位置；以及

定心进给工序，在使所述定心工具移动到所述进给目标位置之后，使所述定心工具后退。

根据该圆形工件的定心方法，能够根据从位移传感器输出的检测信号的波形来决定定心工具的正确的进给目标位置，因此通过使定心工具移动到该进给目标位置并后退，能够完成圆形工件的高精度的定心。

(10)根据(9)所述的圆形工件的定心方法，其中，在所述接触确认工序与所述目标位置决定工序之间还包含粗定心工序，在所述粗定心工序中，在使所述定心工具与所述圆形工件抵接后后退既定的一定距离之后，使用在该后退后的位置从所述位移传感器输出的检测信号，求出使所述圆形工件的中心与所述旋转台的旋转中心的偏心缩小的粗进给目标位置，将所述定心工具进给到所述粗进给目标位置。

根据该圆形工件的定心方法，通过粗定心预先缩小圆形工件的偏心量，由此能够更精密地实施下一工序的定心。

(11)根据(9)或(10)所述的圆形工件的定心方法，其中，在所述目标位置决定工序中，在刚刚之前的工序之后使所述定心工具后退既定的第一距离之后，求出所述位移传感器的输出信号的振幅，将从所述定心工具后退了所述第一距离后的位置朝向所述旋转台的旋转中心延伸了第二距离的位置设为所述进给目标位置，所述第二距离是所述第一距离加上粗定心后的偏心而得到的距离。

根据该定心方法，将定心工具朝向圆形工件按压的状态下的工件位移的检测有时受到定心工具与圆形工件之间的摩擦以及工具自身的变形等的影响，位移的检测波形会变形，但通过使定心工具后退来减轻上述的影响，能够防止检测波形的变形，能够进行更准确的定心。

(12)根据(9)至(11)中任一项所述的圆形工件的定心方法，所述定心方法还包含如下判定工序：

求出所述定心工具到达所述进给目标位置时从所述位移传感器输出的检测信号的功率谱，

根据求出的所述功率谱判定在除了所述圆形工件的旋转1次分量以外是否存在超过预先确定的阈值的强度的峰，

在存在超过所述阈值的强度的峰的情况下，根据所述检测信号的波形中的表示所述圆形工件的周面的凹部的至少两点的峰的坐标之差，求出所述圆形工件的内切圆的中心振动，

在不存在超过所述阈值的强度的峰的情况下，通过FFT解析，求出所述检测信号的波形中的与所述旋转台的旋转相同的频率的振幅，将该振幅作为所述圆形工件的内切圆的中心振动，判定求出的所述中心振动是否在既定的容许范围内。

根据该圆形工件的定心方法，在检测信号的功率谱中，在旋转1次分量以外具有超过阈值的峰的情况下，根据内切圆的中心振动评价定心。另一方面，在旋转1次分量以外的分量值未超过阈值的情况下，根据基于与旋转台的旋转相同的频率的振幅求出的内切圆的中心振动来评价定心。这样，通过根据圆筒工件的正圆度分别使用不同的基准，能够进行应对广泛的正圆度的圆筒工件的偏心评价。

(13)根据(12)所述的圆形工件的定心方法，其中，在所述判定工序中，在存在超过所述阈值的强度的旋转次数分量的情况下，在所述旋转台旋转1周的期间从所述位移传感器输出的所述检测信号的波形中，根据表示所述圆形工件的周面的凹部的峰中的、与最大值的峰对应的坐标和与最小值的峰对应的坐标之差，求出与所述圆形工件的周面内切的内切圆的中心振动。

根据该圆形工件的定心方法，通过求出位移传感器的检测信号所包含的内切圆的中心振动，能够进行高精度的定心的判定。

(14)一种圆形工件的制造方法，其使用了(9)至(13)中任一项所述的圆形工件的定心方法。

根据该圆形工件的制造方法，对进行了高精度的定心的圆形工件实施加工，因此能够进行高精度的制造。

(15)一种环构件的制造方法，其使用(14)中记载的圆形工件的制造方法来制造环构件。

根据该环构件的制造方法，能够进行高精度的环构件的制造。

(16)一种轴承的制造方法，其使用(14)所述的圆形工件的制造方法来制造内圈和外圈中的至少一方。

根据该轴承的制造方法，能够进行高精度的轴承的制造。

(17)一种机械的制造方法，其使用(14)所述的圆形工件的制造方法。

根据该机械的制造方法，能够进行高精度的机械的制造。

(18)一种车辆的制造方法，其使用(14)所述的圆形工件的制造方法。

根据该车辆的制造方法，能够进行高精度的车辆的制造。

(19)一种程序，其用于使计算机依次实现如下功能：在使所述旋转台旋转的同时，将权利要求1至4中的任一项所述的定心工具朝向所述旋转台的旋转中心进给，使所述一对推压构件与载置于所述旋转台的所述圆形工件的周面抵接；

使用从所述位移传感器输出的检测信号，求出用于使所述圆形工件的中心配置于所述旋转台的旋转中心的所述定心工具的进给目标位置；以及

将所述定心工具进给到所述进给目标位置，之后使所述定心工具后退。

根据该程序，能够通过计算机自动地实施定心，该定心包含定心工具与圆形工件的接触确认、定心工具的进给目标位置的计算、定心工具的进给以及后退各处理。

(20)根据(19)所述的程序，其中，用于使计算机实现如下功能：根据所述定心工具配置于所述进给目标位置时从所述位移传感器输出的检测信号，判定所述圆形工件的中心与所述旋转台的旋转中心之差是否在既定的容许范围内。

根据该程序，能够通过计算机自动地实施定心的判定处理。

发明效果

根据本发明，能够实现基于能够确保圆形工件的材料的加工余量的内切圆的中心振动的定心，能够使圆形工件的偏心自动地缩小至容许范围。

附图说明

图1是包含定心工具的定心装置的结构图。

图2中，图2的(A)是定心工具的主视图，(B)是定心工具的侧视图。

图3是概略地表示在圆形工件的定心时使定心工具与圆形工件抵接的情形的说明图。

图4是表示定心工序的过程的流程图。

图5是示意性地表示使用定心工具对圆形工件进行定心时位移传感器的输出与定心工具的进给量的时间变化的曲线图。

图6是示意性地表示图5所示的第二期间及第三期间中的位移传感器的输出的说明图。

图7是示意性地表示评价用检测信号的波形的曲线图。

图8是表示定心结果的判定过程的流程图。

图9是示意性地表示评价用检测信号的功率谱的说明图。

图10是用极坐标示意性地表示图7所示的评价用检测信号的1个周期量的位移的图表。

图11是表示通过定心装置使用圆筒状工件的内周面进行定心的情形的说明图。

图12是应用了定心装置的机床的概略结构图。

图13是应用了轴承的马达的概略结构图。

图14是圆锥滚子轴承的结构图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。

在此，作为要定心的工件，能够使用具有圆形的周面的工件，只要是圆柱形状、圆筒形状等至少一部分包含周面为截面圆形的部位的形状即可。另外，也可以是圆锥形状、圆锥台形状等。并且，本发明的定心工具不限于应用于机床的工件定心，只要是包含将轴向垂直截面具有圆形的部件定心于旋转台等转台的工序的用途，则能够没有特别限制地适当地应用。

＜定心装置的结构＞

(整体结构)

图1是包含定心工具的定心装置的结构图。

定心装置100具有：旋转台11，其配置有圆形工件W；工件驱动部13，其对旋转台11进行旋转驱动；定心工具15；工具支承部17，其支承定心工具15；工具驱动部19，其使支承于工具支承部17的定心工具15移动；以及控制部21。

旋转台11在台面上载置并临时固定圆形工件W。这里所说的临时固定是指例如通过对所配置的圆形工件W施加外力而能够在台面上对圆形工件W进行位置调整的状态，例如能够通过具有电磁卡盘或永磁卡盘等来实现。另外，在圆形工件W的重量大的情况下，也能够仅通过自重来临时固定圆形工件。

工件驱动部13接受来自控制部21的指令，驱动与旋转台11连接的马达等驱动源。由此，使临时固定于旋转台11的圆形工件W旋转。

工具支承部17将详情后述的定心工具15向与轴线LT正交的方向上移动自如地支承。工具驱动部19接受来自控制部21的指令而使工具支承部17移动，从而变更定心工具15的位置。由此，进行使定心工具15从与圆形工件W的周面相对的位置接近或远离圆形工件W的动作。

控制部21驱动工件驱动部13和工具驱动部19，控制定心工具15的进给，以将旋转的圆形工件W定心到旋转台11的旋转中心。另外，控制部21具有接触确认部23、目标位置决定部25、定心进给部27、以及判定部29，详情将在后文叙述。该控制部21由具有CPU等运算部、存储器以及保存装置等存储部、各种信号的输入输出部等的计算机装置构成。

在此，如图1所示，在以下的说明中，将作为旋转台11的轴线方向的铅垂方向称为Z方向，将使定心工具15朝向圆形工件W移动的进给方向称为X方向，将与X方向及Z方向正交的方向称为Y方向。另外，将接近圆形工件W的进给称为前进(+X方向)，将远离圆形工件W的进给称为后退(-X方向)。

(定心工具)

图2的(A)是定心工具15的主视图，(B)是定心工具15的侧视图。

定心工具15包含：具有安装用的轴部31的柄部33；具有一对辊子35A、35B的旋转构件37；托架39；以及位移传感器41。

旋转构件37借助于未图示的轴承等旋转(在R方向上)自如地支承于柄部33。在柄部33的轴线LT的正交方向(XY面内的方向)上相互分离地配置有一对辊子35A、35B。辊子35A、35B距轴线LT等距离地配置，以能够绕与轴线LT平行的轴RT旋转的方式支承于旋转构件37。辊子35A、35B是与圆形工件W抵接的触头，辊子35A与辊子35B之间的间隔Lr能够根据成为测定对象的工件的尺寸而适当地调整。柄部33、旋转构件37、一对辊子35A、35B具有抵抗将定心工具15推压向后述的圆形工件时的外力的刚性。

触头并不限于与圆形工件W滚动接触的上述的辊子35A、35B，也可以是在表面具有截面圆弧状的曲面的部件、圆柱体、圆筒体、球体。接触面的材质除了金属、陶瓷、树脂等以外，还可以适当变更为在金属或陶瓷的表面涂覆树脂而成的材质等，优选能够防止对工件造成损伤的材质。

托架39是从一端部39a延伸至另一端部39b的构件，一端部39a被固定于柄部33，在另一端部39b设有位移传感器41。托架39在轴线LT的方向(Z方向)上，在与一对辊子35A、35B相同的高度位置，且在一对辊子35A、35B彼此的中间位置，支承位移传感器41能够进行前后方向(箭头ΔL)上的位置调整。即，位移传感器41经由托架39而与柄部33一体地被支承，并设置为不随着图1所示的旋转构件37向R方向的旋转而旋转。

位移传感器41与轴线LT正交地配置，在定心动作执行时检测圆形工件W的周面的位移。作为该位移传感器41，除了前端的主轴41a进行直动的电测微计等接触式位移传感器之外，还能够使用激光式传感器、超声波传感器或涡电流式传感器等非接触式位移传感器。

图3是概略地表示在圆形工件W的定心时使定心工具15与圆形工件W抵接的情形的说明图。

定心工具15被安装于图1所示的工具支承部17，通过工具驱动部19的驱动，定心工具15如箭头K1所示那样朝向圆形工件W移动。如图3所示，当辊子35A、35B与圆形工件W的外周面抵接时，旋转自如的旋转构件37进行旋转。由此，位移传感器41的主轴41a沿着圆形工件W的外周面的法线方向配置。

<定心过程>

对使用上述结构的定心装置100对圆形工件W进行定心的过程进行说明。

图4是表示定心工序的过程的流程图。

图5是示意性地表示使用定心工具15对圆形工件W进行定心时位移传感器的输出与定心工具15的进给量的时间变化的曲线图。这里的位移传感器的输出表示为圆形工件W的测定位置，但该输出是与实际的输出信号不同的说明用的信号。

在本定心方法中，实施以下详细说明的接触确认工序、粗定心工序、目标位置决定工序以及定心进给工序。以下，依次说明各工序。

(接触确认工序)

如图1所示，将圆形工件W配置于旋转台11(S1)。在该状态下，圆形工件W的中心与旋转台11的旋转中心不一致。

控制部21通过工件驱动部13对旋转台11进行旋转驱动，使圆形工件W旋转(S2)。然后，控制部21向工具驱动部19输出使定心工具15接近圆形工件W的指令。工具驱动部19接受来自控制部21的指令，将定心工具15以等速向圆形工件W进给(S3)。

此时，如图5中作为第一期间(St1)所示，由于圆形工件W从旋转台11的旋转中心偏心，因此来自位移传感器41的检测信号成为具有根据该圆形工件W的偏心而反复增减的周期性的波形。在该状态下，在定心工具15与圆形工件W接触之前，能够通过计算来预测来自位移传感器41的检测信号的波形。然后，当定心工具15的一对辊子35A、35B与圆形工件W的外周面抵接时，检测信号的波形紊乱，实测值与基于预测的计算值产生差异。控制部21的接触确认部23预测并求出这样的来自位移传感器41的检测信号的波形，检测该预测到的波形成为与实测值不同的波形，来判断一对辊子35A、35B与圆形工件W接触(S4)。

(粗定心工序)

接着，控制部21如第二期间(St2)所示，在使定心工具15与圆形工件抵接后，使定心工具15向与定心工具15的进给方向相反的方向后退一定距离。然后，使用在该后退位置从位移传感器41输出的检测信号，求出不会过度推压圆形工件W的程度的定心工具15的粗进给目标位置(S5)。这里的粗进给目标位置是指位移传感器41的检测信号的振幅中心与在振幅的最大值附近且比振幅的最大值靠近前侧的点对应的进给位置。即，是使圆形工件W的中心与旋转台11的旋转中心的偏心缩小、并且圆形工件W的中心不超过旋转台11的旋转中心的进给位置。

控制部21将定心工具15进给至所求出的粗进给目标位置，使圆形工件W的偏心大体减少(S6)。

(目标位置决定工序)

图6是示意性地表示图5所示的第二期间(St2)及第三期间(St3)中的位移传感器41的输出的说明图。

在第二期间(St2)被进给到了粗进给目标位置的定心工具15的来自位移传感器41的检测信号成为反复增减的波形的上凸的峰塌陷的形式。图6所示的实线是模拟来自位移传感器41的检测信号的波形的图，虚线是使定心工具15后退一定距离时得到的来自位移传感器41的检测信号的波形(成为正弦波)向后退前的位置滑动移动来进行表示的图。另外，在此所示的检测信号是与实测值不同的用于说明的信号。

比较实线和虚线可知，实线所示的检测信号的波形成为虚线所示的正弦波的上凸的峰塌陷的波形，振幅减小了S。其原因在于，在将一对辊子35A、35B推压至圆形工件W的状况下，因圆形工件W与旋转台11的设置面之间的摩擦、以及定心工具15的柄部33的轴刚性等引起了定心工具15挠曲。

根据这样的上凸的峰塌陷的波形，难以准确地求出在粗定心中因定心工具15的推压量不足所产生的偏心δ。因此，控制部21的目标位置决定部25考虑该定心工具15的挠曲量，为了设定定心工具15的准确的进给，而求出峰的破坏较少的大致正弦波的检测信号。具体而言，控制部21如第三期间(St3)所示，使定心工具15后退一定距离(第一距离LB)。在该后退后的位置，是不产生圆形工件W与定心工具15的接触压力的状态，来自位移传感器41的检测信号成为塌陷少的大致正弦波的信号。

目标位置决定部25根据在使定心工具15后退后的位置得到的检测信号，解析求出在粗定心后残留的偏心δ(S7)。该偏心δ的计算方法的详细内容在后面叙述。然后，将定心工具15从在刚刚之前的工序后后退了第一距离LB的位置前进了第二距离LF(＝LB+δ)的位置、即朝向旋转台11的旋转中心延伸了第二距离LF的位置决定为精密进给目标位置(S8)，其中，所述第二距离是第一距离LB与粗定心后的偏心δ相加而得到的距离。

(定心进给工序)

控制部21的定心进给部27使定心工具15前进至所决定的精密进给目标位置(S9)。于是，如图5的第四期间(St4)所示，随着定心工具15的进给，来自位移传感器41的检测信号的振幅逐渐减小。然后，当定心工具15到达精密进给目标位置时，检测信号的振幅变得足够小，收敛于大致恒定值。此时的定心工具15成为精密地向旋转台11的旋转轴进行了定心的状态。

接着，定心进给部27使配置于精密进给目标位置的定心工具15稍微后退，一边确认不会产生检测信号的振幅的增加，一边进一步继续后退(S10)。此时的定心工具15的后退优选以反复进行移动和停止的方式阶段性地实施。即，最初停留在微小的后退，逐渐增加后退距离，由此，即使在过度推压定心工具15而使圆形工件W从旋转台11的旋转中心偏心的情况下，也能够利用定心工具15的辊子35A、35B将该偏心推回。由此，能够将圆形工件W定位于精密的定心位置。

在此，控制部21将定心工具15配置于进给目标位置时从位移传感器41输出的检测信号存储为用于进行定心结果的合格与否判定的评价用检测信号。

在实施了以上的接触确认工序、粗定心工序、目标位置决定工序、定心进给工序之后，控制部21使定心工具15如第五期间(St5)那样进一步后退，完成定心工序。需要说明的是，对于上述的粗定心工序，也可以根据条件而省略。

＜定心结果的判定＞

上述的圆形工件的定心工序优选包含在圆形工件W的定心完成后进行定心结果的好坏判定的判定工序。通过设置判定工序，能够定量地评价定心结果，能够有助于下一工序中的加工、处理的高精度化。在该判定工序中求出的偏心与上述求出粗定心后的偏心δ的处理相同，在此进行详细说明。

(判定工序)

在判定工序中，使用定心工具15被配置于精密进给目标位置时检测出的评价用检测信号。

图7是示意性地表示评价用检测信号的波形的曲线图。

评价用检测信号表示由位移传感器41测定出的圆形工件W的外周面的形状，成为以旋转台11的1圈为1周期T的重复波形。另外，图7也表示说明用的信号，不是实测的信号。

图8是表示定心结果的判定过程的流程图。

图1所示的控制部21的判定部29将评价用检测信号取入存储器(S21)，对评价用检测信号进行频率解析(S22)。具体而言，通过傅里叶变换求出外周面的形状的频率不同的振幅分量的强度。例如，对于评价用检测信号，通过FFT(fast Fourier transform)求出频谱，根据表示该频谱的强度分布的功率谱，求出外周面的形状的旋转n次分量的强度。

图9是示意性地表示评价用检测信号的功率谱的说明图。

一般而言，表示圆形工件的外周面的形状的评价用检测信号中，外周面越接近正圆，则如图9的实线所示，功率谱的旋转1次分量越高，其他旋转次数分量越低。但是，实际上，如图9的虚线所示，存在如下情况：圆形工件的外周面的形状混合存在椭圆(旋转1次分量)、三角形(旋转3次分量)、四边形(旋转4次分量)等多边形分量，在功率谱中产生旋转n次分量(n为整数)的峰。

例如，当圆形工件的外周面的形状偏离正圆而接近椭圆形状时，在功率谱的旋转2次分量(椭圆分量)出现峰。另外，若接近三角形，则在旋转3次分量(三角形分量)出现峰，若接近四边形，则在旋转4次分量(四边形分量)出现峰。并且，外周面的形状越接近n边形，则旋转n次分量的峰强度越高。

因此，判定评价用检测信号的功率谱在旋转的1次分量以外是否存在超过预先确定的阈值的强度大的峰(S23)，在超过阈值的情况下，根据评价用检测信号计算圆形工件W的外周面的内切圆的中心振动(S24)。另外，在阈值以下的情况下，由于是接近大致圆形的状态，所以通过FFT解析，计算出测定波形中的与旋转台的旋转相同的频率的振幅(S25)。

在此，对圆形工件W的内切圆的中心振动的计算过程进行说明。

图10是用极坐标示意性地表示图7所示的评价用检测信号的1周期量(T)的位移的图表。图10也表示作为说明用的位移，与实测值不同。

评价用检测信号表示由旋转台11的旋转引起的位移传感器41与圆形工件W的外周面之间的距离的变化，圆形工件W越接近位移传感器41，评价用检测信号越大。即，评价用检测信号的波形中，在图7中下凸的峰P1、P2、P3是形成于圆形工件W的外周面的向径向内侧凹陷的凹部，上凸的峰P4、P5、P6是形成于圆形工件W的外周面的向径向外侧突起的凸部。

即，在旋转台11旋转1周的期间从位移传感器41输出的检测信号的波形(图7)中，求出位移传感器41接近圆形工件W后离开而生成的、与向径向内侧凹陷的凹部的底部对应的峰P1、P2、P3。然后，求出这些峰P1、P2、P3中与成为最大值的峰P1对应的坐标Xmax和与成为最小值的峰P3对应的坐标Xmin之差ΔX(＝Xmax—Xmin)。

该差ΔX是与图10中用虚线表示的、内切于峰P1、P3的内切圆的中心Ow和旋转台11的旋转中心Ot之差对应的指标，将其作为内切圆的中心振动。

控制部21判定这样求出的中心振动是否在既定的容许范围内(S26)，如果在容许范围内，则视为定心结果良好(S27：定心合格判定)，如果中心振动在容许范围外，则视为定心结果不良(S28：定心不良判定)，结束定心，进行作业者的呼叫。在任一情况下，都将所求出的中心振动作为定心结果的定量评价值而作为有助于下一工序的信息保存于存储器等中，并能够根据需要进行提示。以上，结束定心结果的判定。

根据上述定心方法，能够不受将定心工具推压于圆形工件时产生的定心工具的挠曲的影响地实现高精度的定心。并且，由于能够将圆形工件的形状的内切圆的中心定心到旋转台的旋转中心，因此在将定心工具应用于机床的情况下，能够可靠地确保利用机床对圆形工件进行加工时的材料的加工余量。由此，能够实现高精度的圆形工件的加工。并且，通过定量地判定所求出的内切圆的中心振动是否在容许范围内，能够准确地进行定心结果的好坏判定。另外，通过频率解析求出圆形工件的形状的椭圆分量或多边形分量的强度，在求出的强度超过预先确定的阈值的情况下和在阈值以下的情况下，通过进行单独的定量评价，能够灵活地应对广泛的正圆度的工件，能够分别提示适当的正圆度的定量评价结果。

＜使用了圆筒状工件的内周面的定心＞

此外，在本定心装置100的结构中，作为圆形工件W而使用了圆柱状的工件，但也可以是圆筒状的工件，无论哪种形状都能够与圆柱状的工件同样地进行定心。另外，在圆筒状的工件的情况下，除了外周面以外，还能够使用内周面进行定心。

图11是表示通过定心装置100使用圆筒状工件Wa的内周面进行定心的情形的说明图。

在该情况下，将定心装置100的一对辊子35A、35B插入圆筒状工件Wa的内周部，并向-X方向进给。由此，使一对辊子35A、35B与圆筒状工件Wa的内周面抵接，并且主轴41a也被推压于圆筒状工件Wa的内周面。

通过从该状态将定心装置100如上述那样沿箭头K2方向进行进给，能够实施圆筒状工件Wa的定心和定心结果的判定。

＜在NC磨床中的应用＞

接着，对将定心装置100应用于机床的例子进行说明。

图12是应用了定心装置100的机床的概略结构图。

机床200具有至少1个加工轴51、配置圆形工件Wb的主轴53、以及驱动加工轴51和主轴53的NC控制器55。圆形工件Wb通过主轴53所具有的磁性卡盘57而固定于主轴53。NC控制器55与定心装置100的控制部21连接，从控制部21向NC控制器55输入与位移传感器41的检测信号对应的信号。该NC控制器55作为定心装置100的上述工具驱动部19和工件驱动部13(参照图1)发挥功能，控制主轴53的旋转和加工轴51的移动(进给)。

作为这样的机床200，例如可举出磨床、铣床或车床等各种机床。无论在哪种情况下，都能够使用机床自身所具有的加工轴51来实施圆形工件Wb的定心，无需使工序繁杂而能够提高作业效率。因此，能够实现生产节拍时间的缩短，提高生产率。

另外，在定心装置100中，通过在柄部33设置安装用的轴部31，能够将定心装置100与刀具同样地简单地插装至机床的加工轴51。因此，不需要如以往那样将用于圆形工件Wb的定心的装置设置于主轴53周边来使圆形工件Wb进行定心动作等繁杂的手续。因此，能够顺利地进行如下等处理：例如在未图示的刀具更换器中存放定心装置100，在必要的时机将定心装置100插装在加工轴51上，实施圆形工件Wb的定心。

然后，使NC控制器55存储执行控制部21的定心动作过程的程序，使NC控制器55执行该程序，由此能够自动地进行上述定心。另外，在进行尺寸、形状不同的其他圆形工件的定心的情况下，在执行所存储的程序时，通过适当地输入工件形状的参数，能够简单地进行换产调整。

＜其他应用例＞

以上说明的定心装置100例如能够应用于环构件、轴承的内圈(内圈和外圈中的至少一方)、外圈等圆形工件的制造工序中的定心处理。并且，不限于此，也能够应用于搭载有上述轴承的机械、车辆的制造工序、制造方法。

具体而言，能够应用于以下情形：对具有旋转部的机械、各种制造装置、例如滚珠丝杠装置等丝杠装置以及致动器(直动引导轴承与滚珠丝杠的组合、XY工作台等)等直动装置的旋转支承部、转向柱、万向接头、中间齿轮、齿轮齿条、电动动力转向装置以及蜗杆减速器等转向装置的旋转支承部以及汽车、摩托车、铁路等车辆的旋转支承部等环状的工件进行定心。这样的定心方法能够适当地用于各种环构件、轴承、机械、车辆等的制造工序，能够提高生产率和产品品质。

上述的轴承例如能够应用于图13所示的支承马达61的旋转轴63的轴承300A、300B等。

该马达61是无刷马达，具有圆筒形的中央壳体65和封闭该中央壳体65的一个开口端部的大致圆板状的前壳体67。在中央壳体65的内侧，沿着其轴心，经由配置于前壳体67以及中央壳体65底部的轴承300A、300B，支承有旋转自如的旋转轴63。在旋转轴63的周围设置有马达驱动用的转子69，在中央壳体65的内周面固定有定子71。

上述结构的马达61通常搭载于机械、车辆，对由轴承300A、300B支承的旋转轴63进行旋转驱动。

另外，作为能够应用于使用了上述定心装置100的生产的轴承，例如能够列举图14所示那样的圆锥滚子轴承310。图14所例示的圆锥滚子轴承310是具有内圈311、外圈313、多个滚动体(圆锥滚子315)以及保持圆锥滚子315的保持器317的径向圆锥滚子轴承，但不限于此，也可以是其他方式的圆锥滚子轴承。另外，滚动体可以是圆柱状，也可以是球状。即，只要工件的外周形状或内周形状为圆形即可，不限于滚动轴承，也能够应用于滑动轴承等圆形工件的生产。关于这些轴承，例如若为大型的轴承，则被用于支承风力发电机、钢铁轧机及CT扫描装置等各种装置中的旋转部的轴承，使用上述定心装置100的生产特别适合于工件的外径或内径为100mm以上且600mm以下的轴承。另外，也能够实现上述定心装置100的小型化或大型化，也能够应用于其他尺寸的圆形工件。

这样，本发明并不限定于上述的实施方式，将实施方式的各结构相互组合、本领域技术人员基于说明书的记载以及公知技术进行变更、应用也是本发明所预定的，都包含在要求保护的范围内。例如，位移传感器的种类不限。另外，也可以安装位移传感器以外的传感器(检测单元、检测构件)。

另外，本申请以2020年10月21日申请的日本专利申请(日本特愿2020-176855)为基础，其内容在本申请中作为参照而引用。

符号说明

11 旋转台

13 工件驱动部

15 定心工具

17 工具支承部

19 工具驱动部

21 控制部

23 接触确认部

25 目标位置决定部

27 定心进给部

29 判定部

31 安装用的轴部

33 柄部

35A、35B 辊子(触头)

37 旋转构件

39 托架

39a 一端部

39b 另一端部

41 位移传感器

41a 主轴

51 加工轴

53 主轴

55 NC控制器

57 磁性卡盘

61 马达

63 旋转轴

65 中央壳体

67 前壳体

69 转子

71 定子

100 定心装置

200 机床

300A、300B 轴承

310 圆锥滚子轴承

W、Wb 圆形工件

Wa 圆筒状工件。

Claims (20)

1.一种定心工具，其特征在于，具有：

柄部，其具有安装用的轴部；

旋转构件，其旋转自如地支承于所述柄部，具有在所述柄部的轴线的正交方向上相互分离地配置的一对触头；以及

位移传感器，其与所述柄部一体地设置，在所述一对触头彼此的中间位置检测与所述轴线正交的方向上的位移，

在使所述一对触头分别与配置于旋转台的圆形工件的周面抵接的同时，将所述圆形工件朝向所述旋转台的旋转中心推压而使所述圆形工件定心。

2.根据权利要求1所述的定心工具，其特征在于，

所述一对触头是绕与所述轴线平行的轴旋转的辊子。

3.根据权利要求1或2所述的定心工具，其特征在于，

所述位移传感器是接触式位移传感器。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的定心工具，其特征在于，

所述定心工具具有托架，该托架被固定于所述柄部，在所述轴线的方向上在与所述一对触头相同的高度位置支承所述位移传感器。

5.一种定心装置，其特征在于，具有：

旋转台，其配置有圆形工件；

工件驱动部，其对所述旋转台进行旋转驱动；

权利要求1至4中任一项所述的定心工具；

工具支承部，其通过所述安装用的轴部支承所述定心工具；

工具驱动部，其使支承于工具支承部的所述定心工具移动；以及

控制部，其在通过所述工具驱动部使所述一对触头与旋转的所述圆形工件的周面抵接的同时，使用从所述位移传感器输出的所述圆形工件的位移的检测信号，来控制将所述圆形工件定心到所述旋转台的旋转中心的所述定心工具的进给。

6.根据权利要求5所述的定心装置，其特征在于，

所述控制部包含：

接触确认部，其在使所述圆形工件旋转的同时，将所述定心工具朝向所述圆形工件进给，根据所述位移传感器的输出信号来确认所述一对推压构件对所述圆形工件的接触；

目标位置决定部，其根据从所述位移传感器输出的检测信号的波形来决定所述定心工具的进给目标位置；以及

定心进给部，其在使所述定心工具移动到所述进给目标位置之后，使所述定心工具后退。

7.根据权利要求6所述的定心装置，其特征在于，

所述控制部还包含判定部，该判定部根据所述定心工具被配置于所述进给目标位置时从所述位移传感器输出的检测信号，判定所述圆形工件的中心与所述旋转台的旋转中心之间的中心振动是否在既定的容许范围内。

8.一种机床，其特征在于，包含：

权利要求5～7中任一项所述的定心装置。

9.一种圆形工件的定心方法，其特征在于，包含：

接触确认工序，在使所述旋转台旋转的同时，将权利要求1～4中任一项所述的定心工具朝向所述旋转台的旋转中心进给，使所述一对推压构件与配置于所述旋转台的圆形工件的周面抵接；

目标位置决定工序，根据从所述位移传感器输出的检测信号的波形来决定所述定心工具的进给目标位置；以及

定心进给工序，在使所述定心工具移动到所述进给目标位置之后，使所述定心工具后退。

10.根据权利要求9所述的圆形工件的定心方法，其特征在于，

在所述接触确认工序与所述目标位置决定工序之间还包含粗定心工序，在所述粗定心工序中，在使所述定心工具与所述圆形工件抵接后后退既定的一定距离之后，使用在该后退后的位置从所述位移传感器输出的检测信号，求出使所述圆形工件的中心与所述旋转台的旋转中心的偏心缩小的粗进给目标位置，将所述定心工具进给到所述粗进给目标位置。

11.根据权利要求9或10所述的圆形工件的定心方法，其特征在于，

在所述目标位置决定工序中，在刚刚之前的工序之后使所述定心工具后退既定的第一距离之后，求出所述位移传感器的输出信号的振幅，将从所述定心工具后退了所述第一距离后的位置朝向所述旋转台的旋转中心延伸了第二距离的位置设为所述进给目标位置，所述第二距离是所述第一距离加上粗定心后的偏心而得到的距离。

12.根据权利要求9～11中任一项所述的圆形工件的定心方法，其特征在于，

所述定心方法还包含如下判定工序：

求出所述定心工具到达所述进给目标位置时从所述位移传感器输出的检测信号的功率谱，

根据求出的所述功率谱判定在所述圆形工件的旋转1次分量以外是否存在超过预先确定的阈值的强度的峰，

在存在超过所述阈值的强度的峰的情况下，根据所述检测信号的波形中的表示所述圆形工件的周面的凹部的至少两点的峰的坐标之差，求出所述圆形工件的内切圆的中心振动，

在不存在超过所述阈值的强度的峰的情况下，通过FFT解析，求出所述检测信号的波形中的与所述旋转台的旋转相同的频率的振幅，将该振幅作为所述圆形工件的内切圆的中心振动，判定求出的所述中心振动是否在既定的容许范围内。

13.根据权利要求12所述的圆形工件的定心方法，其特征在于，

在所述判定工序中，在存在超过所述阈值的强度的旋转次数分量的情况下，在所述旋转台旋转1周的期间从所述位移传感器输出的所述检测信号的波形中，根据表示所述圆形工件的周面的凹部的峰中的、与最大值的峰对应的坐标和与最小值峰对应的坐标之差，求出与所述圆形工件的周面内切的内切圆的中心振动。

14.一种圆形工件的制造方法，其特征在于，

使用了权利要求9～13中任一项所述的圆形工件的定心方法。

15.一种环构件的制造方法，其特征在于，

使用权利要求14所述的圆形工件的制造方法来制造环构件。

16.一种轴承的制造方法，其特征在于，

使用权利要求14所述的圆形工件的制造方法来制造内圈和外圈中的至少一方。

17.一种机械的制造方法，其特征在于，

使用权利要求14所述的圆形工件的制造方法。

18.一种车辆的制造方法，其特征在于，

使用权利要求14所述的圆形工件的制造方法。

19.一种程序，其特征在于，

用于使计算机依次实现如下功能：

在使所述旋转台旋转的同时，将权利要求1至4中的任一项所述的定心工具朝向所述旋转台的旋转中心进给，使所述一对推压构件与载置于所述旋转台的所述圆形工件的周面抵接；

使用从所述位移传感器输出的检测信号，求出用于使所述圆形工件的中心配置于所述旋转台的旋转中心的所述定心工具的进给目标位置；以及

将所述定心工具进给到所述进给目标位置，之后使所述定心工具后退。

20.根据权利要求19所述的程序，其特征在于，

用于使计算机实现如下功能：根据所述定心工具配置于所述进给目标位置时从所述位移传感器输出的检测信号，判定所述圆形工件的中心与所述旋转台的旋转中心之差是否在既定的容许范围内。

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