JP2000263397A - 複合研削盤 - Google Patents

複合研削盤

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JP2000263397A
JP2000263397A JP11067127A JP6712799A JP2000263397A JP 2000263397 A JP2000263397 A JP 2000263397A JP 11067127 A JP11067127 A JP 11067127A JP 6712799 A JP6712799 A JP 6712799A JP 2000263397 A JP2000263397 A JP 2000263397A
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grinding
super
work
grinding wheel
grindstone
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JP11067127A
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English (en)
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Ryohei Mukai
良平 向井
Mamoru Katsuta
守 勝田
Goro Terahara
五朗 寺原
Tomohiko Yamaguchi
知彦 山口
Shoichi Sano
昭一 佐野
Kazuo Machida
一夫 町田
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Toyoda Koki KK
Original Assignee
Toyoda Koki KK
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  • Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
  • Grinding Of Cylindrical And Plane Surfaces (AREA)
  • Grinding-Machine Dressing And Accessory Apparatuses (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転ワーク上の複数の加工個所の研削と超仕
上げを高能率かつ高精度に行えるようにすること。 【解決手段】 研削盤のベース1上において回転自在に
支持されたワークWの軸線方向及びこれを横切る方向に
一対の砥石台8、9を移動可能に設け、一方の砥石台8
には研削砥石14を取り付け、他方の砥石台9には超仕
上げ砥石9を取り付る。研削砥石14によりワークWの
各加工個所を研削すると共に研削済の各加工個所を超仕
上げ砥石15により超仕上げする。各加工個所の研削終
了時の研削砥石14の位置を記憶し、その加工個所を超
仕上げする際に超仕上げ砥石15を記憶した位置情報に
基づき研削済の加工面に精密に位置決めし、超仕上げに
おいて所定の取代を除去できるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転支持されるワ
ークの軸方向における複数の加工個所を、ワークの軸方
向及び径方向に独立して送り制御可能な一対の回転砥石
が協働して順次加工するようにした複合研削盤に関す
る。
【0002】
【従来の技術】この種の複合研削盤、とりわけクランク
シャフト加工用のそれは 、各々が回転砥石を有し回転
支持されたワークとしてのクランクシャフトの軸方向及
び径方向に独立して数値制御可能な一対の砥石台を備え
る。一対の砥石台は、数値制御装置に設定された加工プ
ログラムに従って複数の加工すべきクランクピンを分担
し、クランクピンを同時に2個所づづ能率良く研削する
ように制御される。研削加工の間、クランクシャフトは
ジャーナルの軸心を中心として回転され、クランクピン
をジャーナルの周りに周回運動する。砥石台は、クラン
クピンの周回運動における角度位置の変化に追隋して進
退されるようにその進退送りがクランクシャフトの回転
と同期される。
【0003】一般に、クランクシャフトは、研削完了個
所の面精度を向上するために、研削加工の後、ラップ加
工が施され、その後完成品として例えば自動車用内燃機
関のシリンダブロックに組み付けされる。ラップ加工
は、研削盤とは別の機械において、テープ状のサンドぺ
ーパ又はポリシングフィルムを研削加工面に磨り当てて
行われる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前述したように、従来
における研削加工とラップ加工とは異なる加工機により
行われるため、両工程間でのクランクシャフトの搬送、
ラップ機械上での位置決め等の無駄な非加工時間を費や
し、加工能率が悪い。また、ラップ加工は、サンドペー
パやポリシングフィルムの消耗が激しく、ペーパ或いは
フィルムの切断などの問題を伴い、加工方法自体が高能
率加工とは云えない。従って、本発明の主たる目的は、
従来における研削加工とラップ加工との分割工程加工に
付随する問題を解消することにある。
【0005】さらに、従来のラップ加工は、面粗さを向
上できるが、ペーパ又はフィルムとクランクピンの相対
位置を幾何学的に精密に制御せずに単にペーパ又はフィ
ルムをフローチング機構を介してクランクピンに押し付
ける機構であるので、前工程の研削加工により一旦高い
真円度及び円筒度に加工したクランクピンの幾何学的精
度を劣化してしまう問題も生じている。従って、本発明
の他の目的は、研削加工後のラップ加工による研削加工
で達成した加工個所の幾何学精度の劣化を防止すること
にある。
【0006】本発明の別の目的は、研削加工における研
削砥石と加工個所の機械的接触に起因するワークの撓
み、ワーク及び機械の振動等の悪影響が研削済加工個所
の最終仕上げ加工に波及しないようにすることにある。
本発明の付加的な目的は、相対的に大きな負荷を伴う研
削加工においてはワークの撓みを生じさせないで高能率
研削ができるようにし、一方相対的に小さな負荷を伴う
最終仕上げ加工においては研削済みの加工面が最終仕上
げ工具との接触以外に他の機械的要素との「こすり」を
生じさせずに高精度な最終仕上げ加工を可能にすること
にある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項1の複合研削盤は、回転自在に支持され
たワークの軸線方向及びこの軸線方向を横切る方向に独
立して送り制御可能な一対の砥石台を設けた形式の複合
研削盤において、一方の砥石台には研削加工用砥石を取
り付け、他方の砥石台には超仕上げ用砥石を取り付け、
ワークの軸方向の異なる加工個所を研削砥石で研削加工
した後、この研削盤上でワークの支持形態を変えないで
超仕上げ砥石により超仕上げし、研削工程とその後の超
仕上げ工程を集約したことを特徴する。
【0008】両加工を単一機械上でワーク支持装置に対
するワークの支持状態を変えずに実行することにより、
両工程間でのワークの搬送を不要とするものである。こ
の場合、超仕上げ砥石の先端加工部のワークに対する位
置を精密に送り制御可能な他方の砥石台と共に変移さ
せ、これにより研削加工で精密に仕上られた加工個所の
真円度や円筒度などの幾何学的形状を劣化せずに加工個
所の面粗さを向上する超仕上げ加工を進行できる。好適
には、研削砥石及び超仕上げ砥石は、砥石寿命の長いC
BN砥粒やダイヤモンド砥粒等を砥粒層とするものが使
用される。また、研削砥石及び超仕上げ砥石は、一対の
砥石台の隣接面部に配置することが好ましい。
【0009】請求項2に記載の発明は、ワーク上の複数
の加工個所を、先に全て研削し、その後超仕上げ砥石を
用いて超仕上げすることを特徴とする。この発明は、全
ての加工個所の超仕上げを全ての加工個所の研削後に実
行することにより、超仕上げ中に研削を並行して実行す
る場合に生じる振動とか撓みによる超仕上げへの悪影響
を排除し、また1つの加工個所の超仕上げ後に別の加工
個所を研削する場合に先に超仕上げを終えた加工個所に
生じる変形などの悪影響も排除するようにしたものであ
る。
【0010】請求項3に記載の発明は、各加工個所の研
削を完了する時点で各加工個所と研削砥石との相対位置
を記憶させるようにし、各加工個所の超仕上げを開始す
る際にこの加工個所について先に記憶した研削完了時点
での位置情報に基づいて、超仕上げ砥石をその加工個所
に対する超仕上げ加工開始位置へ精密に位置決めるよう
にしたことを特徴とする。各加工個所の研削終了時の工
具位置情報に基づいて超仕上げ砥石の超仕上げ加工開始
位置を確定し、超仕上げ砥石の研削済の加工面に対する
微小な切り込みを正確に与えるようにしている。例え
ば、クランクシャフトのように剛性が小さく回転方向に
顕著な異方性示すワークの超仕上げ砥石による超仕上げ
の場合では、正確な微小切り込みの設定が困難である
が、本発明はこの課題を解決するものである。また、こ
の解決手段により、超仕上げ時に各加工個所の研削終了
面に対し超砥石を適切な切り込み速度で接触させるのに
要する所謂空切り込み時間を短縮し、加工能率を向上す
るようにしている。
【0011】研削終了時点の砥石の位置は、典型的に
は、砥石台の送り装置を構成する位置検出手段としての
アブソリュートエンコーダの出力を抽出することにより
行えるが、砥石の先端位置を光学的或いは磁気的に検出
する手段によっても検出可能である。研削終了時の砥石
或いは砥石台の位置情報に基づく超仕上げ開始時の超砥
石の位置決め位置は、研削用砥石と超仕上げ用砥石の直
径差及びワークの径方向における機械原点、例えばワー
クの回転軸線を原点とするX座標系における研削砥石台
と超仕上げ砥石台との位置誤差等を勘案して演算され
る。この演算処理は、数値制御装置により研削終了時点
で砥石又は砥石台の位置を抽出した直後に実行してもよ
いし、超仕上げを開始する直前で実行してもよい。
【0012】ワークとの摩擦による砥石の消耗及び加工
作用面を再生するツルーイングによる砥石の消耗は、砥
石面との直接或いは間接接触による公知の検出手段によ
り可能であるが、高い検出分解能が要求される場合で
は、そのように検出された見かけ直径と実際の直径との
誤差が無視できない程度のものとなる。数値制御装置に
よる砥石の見かけ直径に起因する誤差を小さくして正確
な超仕上げ開始位置を算出する観点で云えば、長い寿命
の間砥石径の減少が小さい超砥粒砥石を使用することが
好ましい。
【0013】請求項4に記載の発明は、加工個所を研削
するときはレスト装置によりワークを研削用砥石と対抗
する方向に支持させ、一方超仕上げ砥石によりワークを
超仕上げするときにはレスト装置によりワークを支持さ
せないことを特徴とする。超仕上げ時にワークとレスト
との機械摩擦を無くすことにより、両者の摩擦が起因す
るビビリ振動を排除し、加工個所の超仕上げ面粗さの劣
化を防止する。
【0014】請求項5に記載の発明は、請求項1〜4の
何れかの発明を、C−X制御方式のクランクピン研削盤
に適用し、前記ワークをクランクシャフトとし、ワーク
支持装置にはクランクシャフトをそのジャーナル部を中
心として回転してクランクピンをジャーナルの周りに周
回運動するように支持し、研削及びその後の超仕上げの
際には、加工すべきクランクピンの周回運動位相角度に
対応して研削砥石台及び超仕上げ砥石台の進退送りを同
期制御するようにしたものである。
【0015】各クランクピンを最初研削砥石を用いて研
削し、次に超仕上げ砥石を用いて超仕上げする。研削及
び超仕上げの間、クランクシャフトの回転と各砥石台の
進退送りとを同期制御する。両加工の間を通じて、ワー
ク支持装置に対するクランクシャフトの支持を不変に維
持することにより、研削で仕上げられたクランクピンの
面に対し微小量だけ精密に切り込み可能とする。好まし
くは、全てのクランクピンを順次研削した後に、全ての
クランクピンを順次超仕上げし、また研削終了時の研削
砥石の位置を記憶しておき、この位置データに基づいて
超仕上げを開始する際に超仕上げ砥石の位置決めする。
更に好ましくは、レスト装置によりクランクシャフトの
撓みを防止した状態で取代が大きく加工条件がきつい研
削を行い、取代が小さい超仕上げはクランクシャフトと
レスト装置との機械的接触を無くした状態で行い、この
機械的接触が超仕上げ面の面粗さに悪影響しないように
する。
【0016】請求項6に記載の発明は、加工条件が厳し
い研削時には、多量のクーラントを研削砥石と加工個所
との研削点に供給し、高い面精度が要求される超仕上げ
加工時には、加工個所に少量のクーラントを供給してこ
の加工個所を冷却すると共に超仕上げ砥石に潤滑剤とし
てオイルミストを吹き付けるようにしたことを特徴とす
る。超仕上げ加工時のクーラント量を減らすことによ
り、ビビリ振動の発生を防止し、研削個所と超仕上げ砥
石間にクーラントが巻き込まれる結果として生じる動圧
の発生も防止し、超仕上げ面の一層の向上を図るように
している。好ましくは、請求項7に記載されるように、
フィルタを使用して超仕上げ加工の間加工個所を冷却す
るクーラントへの異物の混入を防止し、このクーラント
の供給量を研削加工の間前記研削点に向けて供給するク
ーラントの供給量の1/10以下とする。これにより、
前述したビビリ振動や動圧の発生をより積極的に排除す
る一方、超仕上げ面にスクラッチ傷が形成されることを
防止するものである。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図1は、本発明をクランクピン加
工用の複合研削盤に適用した実施の形態を示し、ベッド
1上にはその長手左右方向(Z軸方向)のZ軸案内レー
ル2上に研削砥石台8を載置する左側Z軸テーブル6が
送りねじ3により摺動自在に設けられ、それと同列にベ
ッド1上の長手左右方向に超仕上げ砥石台9を載置する
右側Z軸テーブル7が送りねじ4により摺動自在に設け
られている。左右のZ軸テーブル6、7には、それぞれ
研削砥石14及び超仕上げ砥石15を回転自在に支持す
る一対の研削砥石台8及び超仕上げ砥石台9が後述する
ワークWの径方向、より厳密に云えば前記Z軸方向と直
交する前後方向(X軸方向)にそれぞれの送りねじ1
2、13により摺動自在に設けられている。
【0018】前記砥石台8、9の前方で長手方向に離間
して主軸台17、心押台18が設置され、その間にワー
クであるクランクシャフトWを左右一対のセンターによ
り支持している。主軸台18にはワーク回転駆動用のC
軸サーボモータ19が設けられ、チャック20によりク
ランクシャフトWの軸端を把持して回転駆動でき、その
回転位置はモータ19の後端に設けたエンコーダ19E
により検出され、一方心押台18はそのセンターにより
クランクシャフトWの軸芯を押圧支持するように構成さ
れている。
【0019】前記各送りネジ3、4、12、13は、後
述する数値制御装置により制御されるエンコーダ付サー
ボモータにより回転駆動される。すなわち、研削砥石台
8を載置する左側Z軸テーブル6をZ軸方向に移動する
ための送りねじ3の左端部にはエンコーダ25E付きの
サーボモータ25が設けられ、超仕上げ砥石台9を載置
する右側Z軸テーブル7のための送りねじ4の右端部に
はエンコーダ26E付きのサーボモータ26が設けられ
ている。また、左右のそれぞれのZ軸テーブル6、7上
には、砥石台8、9の前後方向(X軸方向)摺動用の送
りねじ12、13の端部にエンコーダ27E、28E付
きサーボモータ27、28が設けられている。砥石台
8、9は、互いに隣接する側において、それぞれに内臓
した図略のビルトインモータにより研削砥石14及び超
仕上げ砥石15を回転駆動できるように支持している。
【0020】両砥石14、15は、円盤状基板の外周に
厚さ5〜10mm程度の超砥粒層を接着してなるもの
で、超砥粒層はダイヤモンド、好適にはCBN砥粒を例
えばビトリファイドボンドで結合してなる。研削砥石1
4の砥粒層が含むCBN砥粒の平均粒度は#80〜12
0程度、超仕上げ砥石15の砥粒層が含むCBN砥粒の
平均粒度は#400〜600程度が好ましい。
【0021】レスト装置30がワークWを挟んで砥石台
8、9と反対側のベッド1上に配置されている。レスト
装置30は、レストベース31上でZ方向にレストヘッ
ド32を割り出し移動する送りねじ33及びエンコーダ
付サーボモータ34と、レストヘッド32にX方向に案
内されたレストシュー35をワークWの径方向に進退す
るエンコーダ付サーボモータ36とにより構成される。
レストシュー35は、研削時において、例示される4気
筒用クランクシャフトの場合、中央の3つ、つまり心押
台18側から2〜4番目のジャーナルJ2、J3、J4
と対向する位置へサーボモータ34により選択的に割り
出され、この割り出し位置でサーボモータ36により前
進されてジャーナルに接触し、クランクシャフトWの撓
みを防止する。
【0022】本発明の実施例に係る複合研削盤の概略の
構成は以上のようになっており、ワークであるクランク
シャフトWを主軸台17と心押し台18との間に支持
し、研削時には左側Z軸テーブル6をサーボモータ25
により砥石14がクランクピンP1〜P4と整列する位
置に割出す。次に主軸台17のサーボモータ19を回転
しクランクシャフトWを回転させる。その際クランクシ
ャフトWはそのジャーナルの軸芯上で回転されるので、
加工箇所であるクランクピンはジャーナルの周りに周回
運動する。そして、研削砥石台8をサーボモータ27に
より前進させる。その際、加工箇所であるクランクピン
は周回運動しているので、制御手段により主軸サーボモ
ータ19の回転と同期させて砥石台8を前後動させなが
ら研削砥石14により研削加工を行う。この同期運動に
重合してサーボモータ27により切込み前進運動を与
え、徐々に最終仕上げ寸法に仕上げるように作動する。
【0023】研削砥石14により全てのクランクピンP
1〜P4を研削加工した後、左側テーブル6が左端原位
置に戻される。この原位置復帰状態では、研削砥石14
は、超仕上げ砥石15とジャーナルJ5との整列を許容
する位置で待機する。続く超仕上げ加工では、サーボモ
ータ26により右側テーブル17が割り出されて超仕上
げ砥石15がクランクピンP1〜P4と選択的に順次整
列され、サーボモータ28により砥石台9が前進され
る。このとき、サーボモータ28は、超仕上げ開始位置
からサーボモータ19の回転に同期して正逆転駆動され
ながら砥石台9を切込み前進し、クランクピンを徐々に
最終仕上げ寸法に仕上げるように動作する。
【0024】また、図2に示すように、本実施の態様に
おける複合研削盤には、定寸装置40が研削砥石台8上
に載置されている。この定寸装置40は、研削加工中の
旋回するクランクピンPに絶えず接触しながら追従して
寸法測定を行う形式の公知の追従式定寸装置(例えば、
イタリア、マーポス社製)である。砥石台8上の支持部
材41に枢支され研削砥石14の前方に延びる第1アー
ム42の先端に第2アーム43が枢支され、更に第2ア
ーム43の先端に約直角に採寸用の測定棒44が固定さ
れている。測定棒44は、その下端に固定されてクラン
クピンPの外周に接触するVブロック45と、その中心
に進退自在に設けられたプローブ46とからなる測定ヘ
ッドを有し、この測定ヘッドはプローブ46の前進後退
を検出して電気信号として出力する構造である。Vブロ
ック45の先端にはガイド部材47が固定されており、
Vブロック45がクランクピンPに係合するためのガイ
ドの役目をしている。
【0025】砥石台8上には、第1アーム42と一体の
操作片50と当接して測定棒44を休止位置(2点鎖線
位置)と測定位置(実線位置)とに移動するためにの油
圧シリンダ51からなる作動装置が設けられている。第
1アーム42の先端部下面から前方に突出する支持片5
2の突起53は、休止位置において第2アーム43の下
面に当接してを第2アーム43を水平に保持するように
働く。2点鎖線の休止位置から、油圧シリンダ51のピ
ストン51aを戻すことにより測定棒44が徐々に降下
し、まずガイド部材47がクランクピンPに接触し、ガ
イド部材47に沿ってクランクピンPがVブロック45
に係合するようになっており、その時点では第2アーム
43は支持片52の突起53から離れて自由に回動でき
るようになっている。
【0026】次に、実施の態様の複合研削盤を制御する
制御システムについて図3を参照して説明する。本制御
システムは、数値制御装置60を備え、数値制御装置6
0は、第1CPU61及び第2CPU62、ROM6
3、RAM64ををバス65を介して相互に接続して構
成されている。第1CPU61は、インターフェース6
6を介し、駆動ユニット67のX軸サーボモータ制御回
路DUX、Z軸サーボモータ制御回路DUZ及びレスト
装置30を制御するS軸サーボモータ制御回路DUSと
T軸サーボモータ制御回路DUTに接続されている。こ
れらサーボモータ制御回路DUX、DUZ、DUS及び
DUTは、対応するサーボモータ27、25、34及び
36を駆動し、これらサーボモータのエンコーダ27
E、25E、34E及び36Eからそれぞれ帰還信号を
受けるように接続されている。
【0027】また、第2CPU62には、インターフェ
ース68を介して、駆動ユニット69のU軸、V軸及び
C軸サーボモータ制御回路DUU、DUV及DUCと接
続され、これらサーボモータ制御回路は、超仕上げ砥石
台送り用及び主軸駆動用サーボモータ28、26、及び
19を駆動し、これらサーボモータのエンコーダ28
E、26E及び19Eからそれぞれ帰還信号を受けるよ
うに接続されている。第1CPU61と第2CPU62
とは主従の関係にあり、第2CPU62は第1CPU6
1からの支配下で動作する。
【0028】上記バス65には、インターフェース71
を介して、CRT72及びテンキー73等を備えた入出
力装置74が接続されている。ROM63には、システ
ム制御プログラムなどが記億され、RAM64には加工
制御プログラムなどが記憶されている。更に数値制御装
置60の他に、バス65にはシーケンスコントローラ7
6がインターフェース77を介して接続され、研削砥石
台8に設けられた定寸装置40の測定ヘッドがA−D変
換器を含むインターフェース78を介して接続されてい
る。
【0029】次に、本発明の特徴である具体的制御方式
について、その制御ステップを示すROM63に記憶さ
れた図4のフローチャートに沿って説明する。このフロ
ーチャートによる制御を具現するシステム制御プログラ
ムは、主として第1CPU61が実行し、第2CPU6
2が担当すべき処理は、その処理の実行を第1CPU6
1が第2CPU62に対し指示するようになっている
が、以下の説明では、説明の便宜上各CPU61、62
とそれらが担当する処理との詳細な記述は省略する。
【0030】先ず、オペレータ等により入力される加工
開始命令により、加工開始条件がOKかどうかチェック
され(ステップ81)、OKのときRAM64内に形成
されるモードカウンタM及び順序カウンタNがそれぞれ
初期値”1”にセットされる(ステップ82)。 次
に、テーブル割出しが実行される(ステップ83)。R
AM64には図5に示す割り出し位置記憶テーブルIP
MTが形成され、加工モードMと加工順序Nが特定され
る場合に加工すべきクランクピン及びレスト装置30が
支持すべきジャーナルがテンキー73を用いてオペレー
タにより予め指定されている。このテーブルにおいて、
加工モード1は研削加工を、加工モード2は超仕上げ加
工を特定している。この場合、加工モード及び順序がそ
れぞれ”1”であるので、サーボモータ25が動作さ
れ、砥石14をクランクピンP2と整列する位置にテー
ブル6が割り出される。続いて、サーボモータ19が動
作され、クランクピンP2が図10の(イ)の位置とし
て示す砥石側に最も接近する水平の加工開始位置へ割り
出される(ステップ84)。
【0031】次に、加工モードMが”1”、つまり研削
加工であることが判別されて(ステップ85)、図7に
詳細図示する研削サイクルが実行される(ステップ8
6)。この研削サイクルでは、先ずレスト割り出し動作
実行され、サーボモータ34の動作により、レストヘッ
ド32が中央のジャーナルJ3と整列する位置に割り出
される(ステップ861)。続いて、図9に示す研削サ
イクルが実行される。先ず、サーボモータ27及び36
が動作され、研削砥石台8及びレストシュー35がワー
クWに向かって早送り前進される(ステップ862)。
この前進送り量は、研削砥石14及びレストシュー35
がそれぞれクランクピンP2及びジャーナルJ3と若干
の隙間を有した位置で停止されるように予め設定されて
いる。本実施の形態においては、全てのジャーナルJ1
〜J5はクランクピンの加工に先立って研削砥石14に
より研削されているか、或いは本研削盤とは別の例えば
マルチホイール研削盤により研削済である。レストシュ
ー35は、さらに遅い送り速度で前進され、研削済のジ
ャーナルJ3表面に接触する位置で停止される。このよ
うな接触位置でのレストシュー35の停止は、例えば、
AEセンサー、振動センサーなどの公知の検出器を使用
し、この検出器からの信号を利用して行われる。
【0032】早送りが完了すると、研削砥石台8の粗研
削送り実行される(ステップ863)。この粗研削にお
いては、サーボモータ19とサーボモータ27が図10
に示すプロファイルデータPFD従って同期制御され
る。このプロファイルデータPFDは、クランクピンP
の加工開始位置(イ)からの回転角(Θn)に対する砥
石台8のワーク回転軸線からの位置(XΘ)を例えばワ
ーク回転角0.5度毎に定めたもので、RAM64に予
め登録されている。研削砥石台8用のサーボモータ27
は、プロファイルデータPFDに基づく進退運動に対
し、図9に示す粗研削送り、つまりクランクピンP2に
対する研削砥石14の切り込みが重合され、これにより
研削砥石14は、クランクピンP2の周回運動に伴って
進退されながら徐々に切り込み前進される。
【0033】この粗研削工程の途中において、図2に示
す定寸装置40のシリンダ51がピストンロッド51a
を後退してVヤゲン45をクランクピンP2に係合し測
定を開始する。この測定開始司令は、シーケンスコント
ローラ76からの信号により実行される。この定寸装置
の計測位置への動作は、図10の(ロ)の位置からクラ
ンクピンPが旋回下降し下降端に到達する間にVヤゲン
45をクランクピンPに追跡させるように行われる。こ
の場合、Vヤゲン45がクランクピンPにより正確に係
合できるようにするため、ワークWの回転速度を低下し
ても良い。或いは、クランクピンPを図10の(ロ)の
位相に一旦停止した状態で、Vヤゲン45の計測位置前
進動作を実行させてもよい。
【0034】このようにして、クランクピンP2の粗研
削が進められ、この間測定ヘッドは、クランクピンP2
の寸法を監視する。クランクピンP2が所定寸法まで研
削されると、研削砥石台8の切り込み前進が停止され、
クランクピンP2の周回運動に応じて砥石台8の進退運
動が継続される状態でスパークアウト(零切り込み)研
削がワークが所定回数回転する間継続され、これにより
クランクピンP2は粗研削が終了して真円にされる(ス
テップ864)。次に、精研削送りが実行され、研削砥
石台8は粗研削送り速度よりも遅い切り込み速度で切り
込み前進され、この切り込み送りがプロファイルデータ
PFDに基づく進退運動に重合され、これによりクラン
クピンP2はより遅い研削速度で仕上研削される(ステ
ップ865)。なお、研削加工におけるクランクピンP
の取代は、直径で例えば、0.6〜1.2mm程度であ
る。
【0035】クランクピンP2が所定の仕上寸法に到達
すると、最終スパークアウト研削がワークWが所定回数
回転する間実行され、クランクピンP2が所定の周回運
動位相、例えば、図10の加工開始位置(イ)に復帰す
る時の砥石台8の位置がその時点におけるエンコーダ2
7Eの出力を抽出することにより検出され、RAM64
内に形成される図6の砥石位置記憶テーブルWPMTの
加工順位N1の記憶位置に記憶される(ステップ86
6)。本発明の特徴の1つは、各クランクピンPの研削
を終了する毎に、その終了時点、つまり本実施例のよう
に最終スパークアウト状態における砥石台8の位置を記
憶し、この位置情報に基づいて後述する超仕上げ加工に
おける超仕上げ砥石15の超仕上げ加工開始位置を決定
するようにしたことにある。
【0036】最終スパークアウト研削及びその時点にお
ける砥石台8の位置記憶処理を終了すると、図2のシリ
ンダ51が逆動作されて定寸装置40が破線で示す非計
測位置へ戻される一方、砥石台8及びレスト装置30は
サーボモータ27及び36により早送り速度でワークW
から離れるように後退され、同時にサーボモータ19も
停止されてワークWの回転が停止される(ステップ86
7)。砥石台8及びレストシュー35がそれぞれ後退端
に到達すると、図4の処理に復帰し、加工順位Nが4で
あるどうか、つまり全てのクランクピンPの研削を終了
したかどうか判別される(ステップ87)。この場合、
N=1であるので、加工順位カウンタNに”1”を加算
して(ステップ88)ステップ83に復帰し、ステップ
83〜ステップ87の処理を上述したように繰り返す。
従って、加工モード1の加工順位2では、図5の割り出
し位置記憶テーブルIPMTを参照して、研削砥石14
をクランクピンP3と整列するようにサーボモータ25
によりテーブル6を割り出すことにより開始される。
【0037】この加工順位2の研削動作では、レストシ
ュー35は再度ジャーナルJ3を支持し、ステップ86
6における砥石台位置は、図6の加工順位N2用の記憶
位置にD2として記憶される。同様にして、そのレスト
シュー35がジャーナルJ2及びJ4をそれぞれ支持す
る状態で、その後クランクピンP1及びP4が順次研削
され、それぞれの研削終了時点における砥石台8の位置
が図6の砥石位置記憶テーブルWPMTにD3及びD4
として記憶される。砥石位置記憶テーブルWPMTに記
憶される砥石台8の位置D1〜D4は、その時点で研削
されているクランクピンPが図10の加工開始位置
(イ)に復帰した時のワークWの回転中心に対する砥石
14の回転中心の位置として抽出される。
【0038】最終順位N4のクランクピンP4の加工が
終了すると、サーボモータ25によりテーブル6が図1
の左端原位置まで復帰され(ステップ89)、このテー
ブル6上の研削砥石台8は砥石14をチャック20の外
周或いは主軸台17の背面と対向させる待機位置におい
て超仕上げ砥石台9による超仕上げ加工の間待機する。
次に、加工モードカウンタM及び順位カウンタNがそれ
ぞれ”2”及び”1”にセットされ(ステップ90)、
これによりステップ83〜85に続いて、ステップ91
〜94が順次実行され、研削加工済の全てのクランクピ
ンPが順次超仕上げ加工される。
【0039】この超仕上げ加工モードM2では、図5の
割り出し位置記憶テーブルIPMTを参照して、超仕上
げ砥石15を研削加工モードM1のときと同様にクラン
クピンP2、P3、P1及びP4と順次整列するよう
に、サーボモータ26によりテーブル7が割り出され
る。このように、割り出し位置記憶テーブルIPMTに
各加工モードM1、M2毎に任意に加工順位を設定でき
るようにし、ワークWの特性に応じて複数の加工個所の
加工順序を任意に設定できるようにしており、本実施の
形態はこの点も特徴の1つとしている。各加工順位にお
ける超仕上げサイクルの実行に先立って、超仕上げされ
るクランクピンPはサーボモータ19により図10の加
工開始位置(イ)に割り出され(ステップ84)、その
後超仕上げ砥石15の超仕上げ開始位置が演算される
(ステップ91)。この超仕上げ開始位置の演算は、砥
石位置記憶テーブルWPMTに記憶された研削終了時の
砥石台位置データD1〜D4の加工順位が対応するもの
と、RAM64に記憶された研削砥石14及び超仕上げ
砥石15の直径情報や砥石台8と砥石台9との間の送り
位置誤差等に基づいて行われる。この送り位置誤差は、
同一のクランクピン(又は、マスター)に対し研削砥石
14と超仕上げ砥石15を選択的に軽く接触させた場合
における両砥石台8、9の位置誤差から砥石14と15
の径差を差し引いた誤差として予め求められる。必要が
あれば、両砥石台の送りピッチエラー特性や熱変移特性
が上記演算に加味されることは云うまでもない。
【0040】ステップ92において図9に示す超仕上げ
サイクルが実行されるとき、サーボモータ28により砥
石台9が整列されたクランクピンPに対して早送り前進
され(ステップ921)、その後超仕上げ位置割り出し
が行われる(ステップ922)。この超仕上げ割り出し
前進端は、ステップ91で演算された位置、つまり、そ
のクランクピンPの前加工である研削を終了する時の砥
石台8のスパークアウト研削位置に基づいて決定される
ので、この割り出し前進端位置では超仕上げ砥石15は
そのクランクピンPの研削仕上げ面に切り込み零の状態
で軽く接触するようになる。この結果、その後の切り込
み前進(ステップ923)においては、プロファイルデ
ータPFDに従ってワークWの回転と超仕上げ砥石台9
との進退運動が同期制御される状態で、超仕上げ砥石1
5は予め設定された超仕上げ取代だけ徐々に確実に切り
込まれ、クランクピンPの超仕上げ径は、図2の定寸装
置40を使用せずとも、予定された所望の寸法に加工さ
れる。
【0041】このように、本発明の基本的な特徴は、単
一の研削盤上で同一のワーク支持状態を保持してクラン
クピンのような加工個所の研削と超仕上げを順次実施
し、これにより工程集約の結果としての加工時間の短縮
のみならず高い加工精度を達成できる点にある。特に、
超仕上げ砥石15とワークWの相対位置が精密に制御可
能であるので、研削により達成された加工個所の幾何学
精度が劣化されない点にある。本発明の他の基本的な特
徴として、全ての加工個所が研削加工された後に超仕上
げ加工を施すようにしたので、超仕上げ加工面が劣化さ
れない。また、本発明の他の特徴の1つとして、超仕上
げ加工においては、ワークWとレスト装置30との機械
的係合を排除し、このような機械的係合が起因する悪影
響が超仕上げ面へ波及しないようにした点にあり、さら
に本発明の特徴の1つとして、超仕上げ加工において
は、クランクピンPを非インプロセス計測制御下で加工
することにより、定寸装置40のVヤゲン45やプロー
ブ46との接触マークが超仕上げ面に付くことを回避で
き、それにも関わらずクランクピンを所望の超仕上げ寸
法に加工できる点にある。
【0042】各クランクピンPの超仕上げ加工は、例え
ば、直径で5μm〜0.02mmの取代を除去した後、
スパークアウト仕上げに移行し、切り込み量ゼロの状態
でクランクピンPが数回回転され(ステップ924)、
その後超仕上げ砥石台9はサーボモータ28により早送
り速度で後退される(ステップ925)。砥石台9が早
送り後退すると、全てのクランクピンの超仕上げが完了
したか否か判別され(ステップ93)、未完了のとき加
工順位カウンタNに1を加算して(ステップ88)再び
ステップ83に進む。これにより、超仕上げ砥石15は
次のクランクピン、例えば、P3と整列するように割り
出され(ステップ83)、ステップ84、91及び92
が順次実行され、クランクピンP3が超仕上げされる。
そして、ステップ93おいて、全てのクランクピンP1
〜P4の超仕上げ完了が判別されると、超仕上げ砥石台
9は、図1に示す右端原位置に復帰され(ステップ9
4)、待機する。
【0043】図11は、本実施の形態の複合研削盤に装
備されるクーラント供給システムを示す。このシステム
は、例えば水溶性冷却液を供給するクーラント供給装置
CSと、エアー供給装置ASと、油粒子供給装置OSと
を含む。エアー供給装置ASは、工場エアー供給システ
ムを代用しても良い。クーラント供給システムCSは、
更に、研削砥石台8に支持され研削点に向けて吐出口を
開口するクーラントノズル100と、超仕上げ砥石台9
に支持され超仕上げ加工中のクランクピンPに向けて吐
出口を開口する冷却クーラントノズル101と、同じく
超仕上げ砥石台9に支持されオイルミストを超仕上げ砥
石15の超仕上げ点の上流の面に向けて吐出するオイル
ミストノズル102とを含む。オイルミストノズル10
2内の吐出口の近辺には油粒子供給用の細管103が進
出している。
【0044】大容量ポンプPLは、クーラントノズル1
00へ毎分40〜50リットルの冷却液を供給し、ノズ
ル100から研削点に多量の冷却液を吐出して、厳しい
条件下で加工されるクランクピンP(例えば、ピン幅2
0mm)の発熱を抑制する。小容量ポンプPSは、小容
量の冷却液をフイルタFLTを介してノズル101に供
給し、同ノズル101からノズル幅10mm当たり毎分
0.1〜0.3リットル程度の冷却液をクランクピンP
に向けて吐出し、冷却する。超仕上げ時にクランクピン
Pに向けて供給する冷却液の供給量は、研削時に研削点
に向けて供給する冷却液の供給量の1/10以下であ
る。フィルタFLTは、目の細かいものが使用され、超
仕上げ面にスクラッチ傷が生じるのを防止する機能を持
つ。このフィルタFLTとしては、例えば20μm以上
の異物を通さない濾過能力或いはこれ以上の濾過能力の
ものが使用される。
【0045】エアー供給装置ASは、4気圧の空気をノ
ズル102へ供給し、油粒子供給装置OSは、図12に
示すように、毎秒1〜数滴の例えば植物油を細管103
から滴下するように供給する。これにより、ミスト用ノ
ズル102からは、空気がノズル幅10mm当たり毎分
100リットルの容量で、この空気によりミスト化され
た植物油がノズル幅10mm当たり毎時10cc(毎分
0.6cc)程度の容量で超仕上げ砥石15に向けて吐
出される。尚、図中104は、冷却液を回収するベッド
1上の回収面又は断熱材を介してベッド1上に設けた回
収パンを示す。
【0046】上述した研削加工においては、砥石台8が
後退位置からクランクピンPに対し前進されている間中
ポンプPLが作動され、超仕上げ加工においては、砥石
台9が後退位置からワークWに対し前進されている間中
ポンプPS、エアー供給装置AS及び植物油供給装置O
Sが作動される。超仕上げ加工では、少量の冷却液がク
ランクピンPに向けて供給する一方、微量の植物油を含
むミストを超仕上げ砥石15に吹き付けるようにしたの
で、超仕上げ時には、クランクピンPと超仕上げ砥石1
5との接触面間に動圧が殆ど発生せず、超仕上げ加工面
の面精度向上及び幾何学精度の劣化防止が図られる。
【0047】(その他の実施の態様)前述した実施の態
様は、クランクピン研削盤に適用したものであるが、本
発明は、クランクピン研削盤に限らず、同一のワーク上
で軸方向に存在する複数の加工個所を研削加工及び超仕
上げ加工することが必要な研削盤、例えば、一般的な多
段円筒研削盤、カムシャフト研削盤或いはクランクシャ
フトのジャーナル研削盤等にも適用可能である。また、
上述した実施の態様は、クランクピンの研削加工及び超
仕上げ加工を工程集約した態様として説明したが、これ
にジャーナルJ1〜J5の研削加工及び超仕上げ加工を
も集約してもよい。この場合、第1工程としてジャーナ
ルJ1〜J5及びクランクピンP1〜P4を研削砥石1
4により順次研削し、第2工程としてジャーナルJ1〜
J5及びクランクピンP1〜P4を超仕上げ砥石15に
より順次超仕上げするものである。クランクピンP1〜
P4の研削及び超仕上げは、上述したように実行される
が、ジャーナルJ1〜J5の研削及び超仕上げは、次の
ように実行可能である。
【0048】即ち、最初、第1工程において、ジャーナ
ルJ1〜J5がクランクピンP1〜P4よりも先に研削
される。このジャーナル研削においては、研削砥石14
をジャーナルJ1〜J5に選択的に整列させ、その後、
研削砥石14を例えば図9の研削サイクルに従って前進
させることにより行われる。この研削サイクルの間、ワ
ークWの回転と研削砥石14の前進運動との同期制御は
不要である。この研削動作中、図2の定寸装置を用い
て、加工中のジャーナル径を測定し、研削砥石14の前
進動作がインプロセス制御される。砥石14が後退され
る時、砥石台8の位置を記憶する。この位置データは、
第2工程においてジャーナルJ1〜J5を超仕上げ加工
する場合に、ジャーナルJと超仕上げ砥石15の相対位
置を決めるために使用する。ジャーナルJ1〜J5の加
工においては、レスト装置30は、研削加工のときのみ
使用し、超仕上げ加工では使用しないようにすることが
望ましい。
【0049】
【発明の効果】以上詳述したように、請求項1の発明
は、研削砥石及び超仕上げ砥石を有する一対の砥石台を
設け、研削砥石台を送り制御してワーク上の複数の加工
個所を研削加工し、超仕上げ砥石台を送り制御して研削
加工済の前記加工個所を超仕上げ加工するようにしたの
で、工程集約が図れる他、超仕上げ加工精度も向上する
ことができる実用上の顕著な効果が奏せられる。また、
請求項2の発明は、全ての加工個所を研削した後に、全
ての加工個所を超仕上げするようにしたので、加工条件
の厳しい研削加工時の振動等の悪影響により超仕上げ面
の面精度が劣化されることを防止できる効果が達成され
る。請求項3の発明は、各加工個所の研削加工の最終段
階における研削砥石の位置を記憶し、この記憶位置デー
タに基づいて超仕上げ加工における加工開始位置を決め
るようにしたので、研削済みの各加工個所に対し所定の
超仕上げ切り込みを正確に与えることができる効果が達
成される。
【0050】請求項4の発明は、レスト装置によるワー
クの支持を研削加工のときのみ行い、超仕上げ加工のと
きは行わないようにしたので、レスト装置とワークの機
械的摩擦が起因する超仕上げ面の精度低下を排除し得る
効果が達成される。さらに、請求項5の発明は、ワーク
をクランクシャフトとし、ワークの回転と研削砥石及び
超仕上げ砥石の進退運動とを同期させてクランクピンを
研削加工及び超仕上げ加工するようにしたので、回転位
置においてその剛性が大きく異なるクランクシャフトの
クランクピンを高能率・高精度に研削加工及び超仕上げ
加工することができる。
【0051】請求項6の発明は、超仕上げ加工時には超
仕上げ砥石面をオイルミストで潤滑すると共に加工個所
を少量の冷却液で冷却するようにしたので、ビビリ振動
や動圧の発生を防止でき、超仕上げ面の幾何学的精度及
び面精度が共に向上される。請求項7のように、超仕上
げ時に加工個所に向けて供給する冷却液の量を減らしか
つこの冷却への異物の混入をフィルタの使用により阻止
するとき、超仕上げ面の面精度を一層向上できる効果が
達成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による複合研削盤の実施の態様であるク
ランクピン研削盤の平面図。
【図2】前記クランクピン研削盤に使用される定寸装置
を示す側面図。
【図3】前記クランクピン研削盤の制御システムを示す
ブロック図。
【図4】前記クランクピン研削盤の数値制御装置が実行
するシステム制御プログラムのフローチャート。
【図5】前記数値制御装置のRAMに形成される割り出
し位置記憶テーブルを示す説明図。
【図6】前記数値制御装置のRAMに形成される砥石位
置記憶テーブルを示す説明図。
【図7】図4のフローチャートの一部を詳細に示すフロ
ーチャート。
【図8】図4のフローチャートの他の一部を詳細に示す
フローチャート。
【図9】研削サイクルと超仕上げサイクルを関連して示
すサイクル線図。
【図10】クランクピンの旋回位相と研削砥石又は超仕
上げ砥石の送り位置とプロファイルデータとの関係を示
す説明図。
【図11】前記クランクピン研削盤に装備されるクーラ
ント供給システムの説明図。
【図12】前記クーラント供給システムにおけるミスト
ノズルの機能説明図。
【符号の説明】
1:ベッド、 W:クランクシャフト(ワーク)、 1
7:主軸台、 8、9:砥石台、 14:研削砥石、
15:超仕上げ砥石、 60:数値制御装置、WPM
T:砥石位置記憶テーブル、 30:レスト装置、 1
00:クーラントノズル、 101:冷却ノズル、 1
02:ミストノズル、 FLT:フィルタ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 知彦 愛知県刈谷市朝日町1丁目1番地 豊田工 機株式会社内 (72)発明者 佐野 昭一 愛知県刈谷市朝日町1丁目1番地 豊田工 機株式会社内 (72)発明者 町田 一夫 愛知県刈谷市朝日町1丁目1番地 豊田工 機株式会社内 Fターム(参考) 3C034 AA13 AA19 CA11 CA27 CB01 CB15 DD20 3C043 AC21 AC25 CC03 CC12 DD06 3C047 FF09 GG13 GG17

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 軸方向に配置された複数の加工個所を有
    するワークをベッド上で回転自在に支持するワーク支持
    装置と、前記ベッド上で同一経路上をワークの軸線方向
    に移動可能に案内されると共に前記ワーク軸線を横切る
    方向に前記ワークに対し進退可能な一対の砥石台と、こ
    れら砥石台にそれぞれ回転可能に支持された一対の砥石
    と、数値制御装置により制御され前記一対の砥石台の各
    々を独立して前記軸線方向及びこれを横切る方向に送り
    制御可能な送り装置とからなる研削盤において、前記砥
    石台の一方に支持される砥石は前記ワークの加工個所を
    研削する研削砥石とし、他方の砥石台に支持される砥石
    は前記一方の砥石台の研削砥石により研削されたワーク
    の加工個所を超仕上げする超仕上げ砥石としたことを特
    徴とする複合研削盤。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の複合研削盤において、
    前記数値制御装置は、加工すべき全ての加工個所を前記
    研削砥石により順次研削加工した後、研削済の全ての加
    工個所を超仕上げ砥石により順次超仕上げするように前
    記一対の砥石台を送り制御する送り装置を制御するよう
    にプログラムされていることを特徴とする複合研削盤。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2に記載の複合研削盤にお
    いて、前記数値制御装置は、各加工個所の研削を完了す
    る毎に完了時における前記研削砥石の位置を記憶する位
    置記憶手段と、各加工個所の超仕上げ加工を開始する際
    にこの加工個所について前記位置記憶手段に記憶された
    位置情報に基づいて超仕上げ砥石の先端をその加工個所
    の研削完了面に位置決めするように前記他方の砥石台の
    送り装置を制御する制御手段とを備えたことを特徴とす
    る複合研削盤。
  4. 【請求項4】 請求項1、2又は3に記載の複合研削盤
    において、前記ワークを前記砥石と反対側から支持する
    レスト装置を更に含み、前記数値制御装置は、前記研削
    砥石により前記加工個所を研削する際には前記レスト装
    置により前記ワークを支持させるが前記超仕上げ砥石に
    より前記ワークを超仕上げする際には前記レスト装置に
    より前記ワークを支持しないようにプログラムされてい
    ることを特徴とする複合研削盤。
  5. 【請求項5】 請求項1〜4の何れか1に記載の複合研
    削盤において、前記ワークは加工すべき複数のクランク
    ピンを軸線方向に離間して有するクランクシャフトであ
    り、前記ワーク支持装置は前記クランクシャフトをその
    ジャーナル部を中心として回転して前記クランクピンを
    ジャーナルの周りに周回運動するように回転する支持駆
    動装置を備え、前記前記クランクピンの研削及びその後
    の超仕上げの際には、前記一方及び他方の砥石台の送り
    装置のサーボモータと前記ワーク支持装置のサーボモー
    タを同期制御するようにプログラムされていることを特
    徴とする複合研削盤。
  6. 【請求項6】 請求項1〜5の何れか1に記載の複合研
    削盤において、研削加工の間前記研削砥石と前記加工個
    所の研削点に向けて多量のクーラントを供給する第1の
    供給手段と、超仕上げ加工の間前記加工個所にこれを冷
    却するための少量のクーラントを供給すると共に前記超
    仕上げ砥石に潤滑剤としてオイルミストを吹き付ける第
    2の供給手段を設けたことを特徴とする複合研削盤。
  7. 【請求項7】 請求項6に記載の複合研削盤において、
    超仕上げ加工の間前記加工個所を冷却するクーラントへ
    の異物の混入を防止するフィルタを設けると共に、超仕
    上げ加工の間前記加工個所を冷却するクーラントの供給
    量を研削加工の間前記研削点に向けて供給するクーラン
    トの供給量の1/10以下としたことを特徴とする複合
    研削盤。
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