JP2004268163A

JP2004268163A - 表面加工方法

Info

Publication number: JP2004268163A
Application number: JP2003058961A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Matsushita; 靖志松下; Masahiko Iiizumi; 雅彦飯泉; Kiyoshi Hasegawa; 清長谷川; Masahiro Komata; 正博小又; Takashi Ogino; 崇荻野; Tomohiro Kondo; 智浩近藤; Kazuo Takeda; 和夫武田; Takafumi Watanabe; 孝文渡辺; Yoshiyuki Senda; 義之千田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-03-05
Filing date: 2003-03-05
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】加工途中にラッピングフィルム表面の砥粒の状態にばらつきが生じても安定した表面粗さを得ることができるラッピング加工方法の提供を目的とする。
【解決手段】本発明のラッピング加工方法は、一面に砥粒が接着されたラッピングフィルムを砥粒と反対側から押付部材によりワークに押し付け（ステップＳ１、Ｓ２）、ワークに回転を与えると同時に、前記ワークに対して相対的な振動を前記ラッピングフィルムに与えて（ステップＳ３）、ワークの表面を加工する表面加工方法であって、ワークに回転動力を与える回転駆動ユニットおよびワークに相対的な振動を与えるオシレーションユニットの少なくとも一方に用いられるモータの電流を検出する工程と（ステップＳ４）、検出結果に基づいて、加工途中のラッピングフィルムの目詰まりを判断する工程（ステップＳ５）と、を有する。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークの表面加工方法に関し、特に、ラッピングフィルムを用いたワークの表面仕上げ加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種機械部品の高精度化、高能率化の要求により、加工の精密性向上の必要が高まっている。加工の精密性を向上するものとして、ラッピングフィルムによる超仕上げ加工、いわゆるラッピング加工が注目されている。
【０００３】
ラッピングフィルムを用いた超仕上げ加工は、片面に砥粒が接着されたラッピングフィルムを砥粒と反対側からシューによりワークに押し付け、ワークに回転を与えると同時に、オシレーション（振動）も与えて微細な切削を行う加工である。
【０００４】
ラッピングフィルムは、ロールテープ状に形成されており、供給リールから巻取りリールまで送り出しが可能となっている。ラッピングフィルムは、ワークの加工中には送り出されないように固定され、一つの加工が終わると所定量送り出されて次の加工に用いられている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
しかし、このようなラッピング加工では、ある１つの加工が始まると、これが完了するまではラッピングフィルムの位置は固定されたままである。これでは、加工途中にラッピングフィルムが目詰まりし、または砥粒が脱落あるいは磨耗して加工能力が低下した場合でも、そのまま加工が続行されることとなり、所望の表面粗さを得ることができない。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−２３７１１６号公報（図１、図２参照）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、加工途中にラッピングフィルム表面の砥粒の状態にばらつきが生じても安定した表面粗さを得ることができる表面加工方法の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の表面加工方法は、一面に砥粒が接着されたラッピングフィルムを砥粒と反対側から押付部材によりワークに押し付け、前記ワークに回転を与えると同時に、前記ワークに対して相対的な振動を前記ラッピングフィルムに与えて、前記ワークの表面を加工する表面加工方法であって、前記ワークに回転動力を与える回転動力供給手段および前記ワークに相対的な振動を与える振動供給手段の少なくとも一方の状態を検出する工程と、検出結果に基づいて、加工途中の前記ラッピングフィルムの目詰まりを判断する工程と、を有する。
【０００９】
【発明の効果】
本発明の表面加工方法では、加工途中のラッピングフィルムの目詰まりを判断できるので、目詰まりに対応して、安定した加工を実施することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００１１】
（第１の実施の形態）
図１は本発明のラッピング加工装置の概略構成図、図２は図１に示すフィルム保持部５０のＡ−Ａ断面図である。なお、説明の便宜上、ワークの軸線方向（図１において左右方向）をＸ方向と定義し、Ｘ方向に対して直交する水平方向（図１において紙面に直交する方向）をＹ方向と定義し、Ｘ方向に対して直交する鉛直方向（図１において上下方向）をＺ方向と定義する。また、図２においては、説明の便宜のために、フィルム保持部の断面図以外に、ラッピングフィルムの送り出し機構も示している。
【００１２】
図１および図２を参照して本実施形態のラッピング加工装置１について概説すれば、非伸縮性でかつ変形可能な薄肉基材の一面に砥粒が設けられたラッピングフィルム１０と、ラッピングフィルム１０の背面側に配置されたシュー２０ａ、２０ｂ（押付け部材）と、ワークＷを回転駆動する回転駆動ユニット３０（回転動力供給手段）と、ワークＷおよびラッピングフィルム１０のうちの少なくとも一方にワークＷの軸線方向に沿うオシレーションを付与するオシレーションユニット４０（振動供給手段）と、を有し、一面に砥粒が接着されたラッピングフィルム１０を砥粒と反対側からシュー２０ａ、２０ｂによりワークＷに押し付け、ワークＷに回転を与えると同時に、ワークＷに対して相対的な振動をラッピングフィルム１０に与えて、ワークＷの表面を加工している。本実施形態のラッピング加工装置１は、円筒状の加工面を有するワークＷや、断面非真円の円弧状の加工面を有するワークＷに対してラッピング加工を施すために好適に用いられる。本実施形態では、円筒状の加工面を有するワークＷを加工する場合について説明する。
【００１３】
以下、ラッピング加工装置１について詳述する。
【００１４】
図１を参照して、上記回転駆動ユニット３０は、制御部Ｃにより制御されて回転動力を発生する主軸モータＭ１と、モータＭ１の回転動力を伝達する主軸３１と、主軸３１の先端に連結されワークＷの一端を把持するチャック３２と、ワークＷの他端を支持するセンタ３３と、を有している。ワークＷは、主軸モータＭ１の回転動力が主軸３１を介して伝達されて回転駆動される。
【００１５】
主軸３１には、加工中におけるワークＷの回転回数を検出するロータリエンコーダＳ１が取り付けられている。ロータリエンコーダＳ１の検出結果は制御部Ｃに逐次送信され、記録装置Ｒに記録される。
【００１６】
主軸３１およびセンタ３３のそれぞれは、Ｙ方向に沿ってスライド移動自在なテーブル３４、３５上に設けられ、これらテーブル３４、３５は、Ｘ方向に沿ってスライド移動自在なテーブル３６上に配置されている。ワークＷを主軸３１およびセンタ３３の間にセットしたり、ワークＷを加工位置に移動したりするために、各テーブル３４、３５、３６が移動される。
【００１７】
上記オシレーションユニット４０は、オシレーションモータＭ２と、Ｍ２の主軸４１に固定されている偏心体４２と、偏心体４２に固定されているピン４３と、ピン４３にピン連結されている連結棒４４と、偏心体４２から離れてピン４５により連結棒４４にピン連結されている受け台４６と、受け台４６が載置されている振動テーブル４７と、振動テーブル４７をＸ方向に振動可能に支持する支持台４８と、振動テーブル４７上に固定されているフィルム保持部５０と、を有してなる。
【００１８】
上記オシレーションモータＭ２には、主軸４１にロータリエンコーダＳ２が取り付けられている。ロータリエンコーダＳ２の検出結果は制御部Ｃに逐次送信され、記録装置Ｒに記録される。オシレーションモータＭ２が回転動力を供給することによって、主軸４１に固定された偏心体４２が回転し、この回転に従って偏心体４２によりピン連結されている連結棒４４が揺動し、この揺動に従って受け台４６がＸ方向にオシレーション（振動）する。オシレーションは、振動テーブル４７を介してフィルム保持部５０に伝達される。
【００１９】
上記フィルム保持部５０は、図２に示すように、ワークの両側に位置する一組のシュー２０ａ、２０ｂを保持する保持部本体５１と、保持部本体５１内の上部に配置されるガイドローラ５２と、を有してなる。
【００２０】
保持部本体５１は、天板５３と２つの側壁５４とからなる。側壁５４には、それぞれ、窓部５５（図１参照）が形成されており、この窓部５５からラッピングフィルム１０が保持部本体５１外に出されている。また側壁５４はそれぞれ、天板５３に対してＹ方向にスライド自在であり、側壁５４のスライドによりシュー２０ａ、２０ｂがラッピングフィルム１０をワークＷに押付ける押付け圧を調整することができる。
【００２１】
上記ガイドローラ５２は、ラッピングフィルム１０をガイドすると共に、加工時にはラッピングフィルム１０が保持部本体５１とずれないようにこれを挟持することによって固定する。このようにラッピングフィルム１０が固定されているので、ワークＷの加工時にオシレーションモータＭ２を駆動してオシレーションを開始すると、ラッピングフィルム１０が保持部本体５１等と共にワークＷに対して振動する。
【００２２】
シュー２０ａ、２０ｂは、その先端部の形状から凸シューと凹シューとに分類されるが、図示する実施形態では、上記シュー２０ａ、２０ｂは保持部本体５１に固定されている凸シュー２０ａ、２０ｂである。
【００２３】
上記ラッピングフィルム１０は、種々のタイプがあるが、本実施形態では、基材が非伸縮性の高い材料、例えば、板厚が２５μｍ〜１３０μｍ程度のポリエステルなどから構成され、この基材の一面には、数μｍ〜２００μｍ程度の粒径を有する多数の砥粒（具体的には、酸化アルミニウム、シリコンカーバイド、ダイアモンドなどからなる）が接着剤により取り付けられている。基材の他面には、シュー２０ａ、２０ｂに対する滑り止めのため、ゴムあるいは合成樹脂等からなる抵抗材料（図示せず）を取り付けるバックコーティングか、場合によっては滑り止め加工が施されている。
【００２４】
図２を参照して、ラッピングフィルム１０は、供給リール６０から引き出され、シュー２０ａ、ガイドローラ５２、シュー２０ｂを通過して、巻取りリール６１に巻き取られる。巻取りリール６１にはモータＭ３が接続されており、加工停止時に該モータＭ３を作動し巻取りリール６１を回転すると、供給リール６０からラッピングフィルムが順次繰り出される。
【００２５】
図１および図２に二点鎖線で示すように、上記モータＭ１、Ｍ２、Ｍ３およびロータリエンコーダＳ１、Ｓ２はそれぞれ、制御部Ｃに接続されている。制御部Ｃは、モータＭ１、Ｍ２に流れる電流値や、ロータリエンコーダＳ１の検出結果に基づいて、ラッピング加工装置１の加工時および加工停止時の各構成の動作を制御している。
【００２６】
次に、加工時のラッピング加工装置１の各構成の作用について説明する。
【００２７】
図３は、ラッピング加工装置１の動作の流れを示すフローチャート、図４は砥粒の目詰まりの状態を示す図、図５はモータに流れる電流値の正常範囲の一例を示す図である。
【００２８】
最初に、回転駆動ユニット３０によりワークＷが回転自在に保持される（ステップＳ１）。ここで、ワークＷを保持する際には、ワークＷの長さ以上テーブル３４、３５を離して、チャック３２およびセンタ３３の間に配置し、テーブル３４、３５を近づけて、チャック３２およびセンタ３３によりワークＷを挟持する。
【００２９】
ワークＷのセットが完了したら、ワークＷとシュー２０ａ、２０ｂとの間にラッピングフィルム１０が配置され、シュー２０ａ、２０ｂによりラッピングフィルム１０の砥粒面がワークＷに押付けられる（ステップＳ２）。
【００３０】
回転駆動ユニット３０のモータＭ１が駆動されてワークＷの回転が開始され、また、オシレーションモータＭ２が駆動されてラッピングフィルム１０の振動が開始される（ステップＳ３）。これによりラッピングフィルム１０上の砥粒が作用して、ワークＷの表面が加工されていく。加工の進行につれて、ラッピングフィルム１０は、図４（Ａ）に示すような各砥粒７０が適当な隙間を置いて配置された状態から、図４（Ｂ）に示すような砥粒７０が磨耗し、切屑７１が砥粒７０間に挟まった状態に変化する。
【００３１】
そして、加工中の主軸モータＭ１またはオシレーションモータＭ２の電流値が検出され（ステップＳ４）、検出結果に基づいて、主軸モータＭ１またはオシレーションモータＭ２の電流値が所定範囲から外れたか否かが判断される（ステップＳ５）。なお、本実施形態では、オシレーションモータＭ２の電流値が検出されている。たとえば、オシレーションモータＭ２の回転数を１２０ｒｐｍ、シュー２０ａ、２０ｂによるラッピングフィルム１０の押付け圧力を０．４×１０^６Ｐａ、オシレーションの振動数を１０Ｈｚ、ラッピングフィルム１０の幅を１５μｍとして加工を実施した場合、正常に加工が行われているときのオシレーションモータＭ２に流れる電流は０．４Ａ程度である。ラッピングフィルム１０に目詰まりが生じると、砥粒７０間が詰まりラッピングフィルム１０の砥粒面とワークＷとの接触面積が大きくなるので、摩擦抵抗が小さくなり、オシレーションモータＭ２に流れる電流が１０％程度低下する。したがって、正常範囲を０．４Ａの誤差５％として予め定め、図５に示すように、０．３８Ａ〜０．４２Ａの範囲内であれば正常に加工が行われているとみなし、この範囲から外れたら異常であると判断する。
【００３２】
加工途中にオシレーションモータＭ２の電流値が所定範囲外となった場合（ステップＳ５：ＹＥＳ）、目詰まり等の異常が生じているので、一旦加工が中断され（ステップＳ６）、ラッピングフィルム１０に押付けられているシュー２０ａ、２０ｂが解放される（ステップＳ７）。
【００３３】
ここで、ラッピングフィルム１０の同じ目詰まり箇所で加工を続行したのでは所望の加工が行えないので、他の個所で加工が実施されるようにラッピングフィルム１０が送り出される（ステップＳ８）。
【００３４】
送り出し以前、すなわち、加工停止以前には、ラッピングフィルム１０により正常に加工が行われているので、送り出し以後に再度通常の全加工時間で加工をすれば、送り出し以前の分だけ余分に加工が行われることとなり、所望の表面粗さが得られない。加工時間は制御部Ｃにより記録装置Ｒに記録されているので、この記録に基づいて、全加工時間から加工停止以前の加工時間が減算されて、所望の表面粗さを得るために必要な残りの加工時間が算出され（ステップＳ９）、ステップＳ２に戻り加工が再開される。
【００３５】
オシレーションモータＭ２の電流値が所定範囲内である場合（ステップＳ５：ＮＯ）、所定の加工時間が経過したか否か、すなわち加工時間の累積が所定の加工時間に達したか否かが判断される（ステップＳ１０）。所定の加工時間が経過していない場合（ステップＳ１０：ＮＯ）には、ステップＳ５に戻ってそのまま加工を続行する。一方、所定の加工時間が経過した場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）には、シュー２０ａ、２０ｂの押付けを解放し、加工終了とする（ステップＳ１１）。
【００３６】
次に、上記ステップＳ８におけるラッピングフィルム１０の送り出しについて具体的に説明する。
【００３７】
図６は、ラッピングフィルムの送り出しを示す概念図である。
【００３８】
図２に示すようにラッピングフィルム１０がシュー２０ａ、２０ｂの順に送り出される場合、ラッピングフィルム１０の一部分は最初にシュー２０ａにより使用済みとなる。したがって、図６（Ａ）に示すように、シュー２０ａにより使用済みとなって目詰まりが生じた箇所が不連続に発生した状態で、シュー２０ｂの位置に送り出されていく。なお、シュー２０ａで使用された箇所を１回目使用済み箇所、シュー２０ｂで使用される箇所を２回目使用箇所という。
【００３９】
ラッピングフィルム１０の送り出しにより、図６（Ｂ）に示すように２回目使用箇所が１回目使用済みの箇所と重なる場合、加工を開始すると、１回目使用箇所の目詰まりによりオシレーションモータＭ２の電流値が上記所定範囲外となるので、すぐに加工が停止されて、ラッピングフィルム１０が送り出される。ラッピングフィルム１０の送り出し後は、図６（Ｃ）に示すように、１回目使用済み箇所でない新しい箇所が加工に使用されるので、オシレーションモータＭ２の電流値は正常範囲内となり、加工が続行される。
【００４０】
なお、図６に示す例では、ラッピングフィルム１０の砥粒面が１度だけ使用される場合について説明したが、本発明は、複数回使用されることを前提とする加工にも適用することができる。
【００４１】
以上のように、本実施形態では、ラッピングフィルム１０の目詰まりをオシレーションモータＭ２の電流値が予め定めた電流値の範囲から外れたことにより判断し、目詰まりが判断されると加工途中でも一旦加工を停止してラッピングフィルム１０を送り出すので、途中の目詰まりに対応して、安定した加工を実施することができる。
【００４２】
また、加工時間を計測しており、加工停止時には残りの加工時間を算出しているので、加工停止に関わらず同じ加工時間を確保することができ、安定した加工を実施することができる。
【００４３】
なお、上記実施の形態では、オシレーションモータＭ２の電流を検出して、電流値が所定範囲外かどうかを判断していたが、これに限定されない。ラッピングフィルム１０に目詰まりが生じると摩擦抵抗が減少し、主軸モータＭ１に流れる電流値も減少するので、オシレーションモータＭ２と同様に主軸モータＭ１の電流値に基づいて目詰まりか否かを判断するようにしてもよい。また、オシレーションモータＭ２および主軸モータＭ１の両者の電流値を検出するようにしてもよい。
【００４４】
また、上記実施形態では、加工時間を計測しておき、加工停止後は、算出した残り加工時間だけ加工を行っていたが、これに限定されない。加工時のワークＷの回転数を計測しておき、加工停止時には、予め決められている所定の回転数から停止前までの回転数を減算し、再開後は、加工のためにワークＷを残り回転数だけ回転させるようにしてもよい。同様に、ラッピングフィルム１０の相対的なオシレーション数を検出しておき、再開後に残りオシレーション数だけ振動させるようにしてもよい。
【００４５】
また、オシレーションモータＭ２および主軸モータＭ１の電流値ではなく、トルクを検出することによって目詰まりか否かを判断してもよい。この場合、ロータリエンコーダＳ１、Ｓ２の代わりにトルク検出器を用いて、トルクを検出する。
【００４６】
ワークＷとして図１、図２に示すように断面円弧状の加工面を有するものを例示して説明してきたが、本発明は、これだけでなく、断面非真円の円弧状の加工面を有するワーク、例えばカムシャフトのカムロブ部等の加工面にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のラッピング加工装置の概略構成図である。
【図２】図１に示すフィルム保持部のＡ−Ａ断面図である。
【図３】ラッピング加工装置の動作の流れを示すフローチャートである。
【図４】砥粒の目詰まりの状態を示す図である。
【図５】モータに流れる電流値の正常範囲の一例を示す図である。
【図６】ラッピングフィルムの送り出しを示す概念図である。
【符号の説明】
１…ラッピング加工装置、
１０…ラッピングフィルム、
２０ａ、２０ｂ…シュー、
３０…回転駆動ユニット、
４０…オシレーションユニット、
５０…フィルム保持部、
６０…供給リール、
６１…巻取りリール、
７０…砥粒、
７１…切屑、
Ｃ…制御部、
Ｍ１…主軸モータ、
Ｍ２…オシレーションモータ、
Ｒ…記録装置、
Ｓ１、Ｓ２…ロータリエンコーダ、
Ｗ…ワーク。

Claims

一面に砥粒が接着されたラッピングフィルムを砥粒と反対側から押付部材によりワークに押し付け、前記ワークに回転を与えると同時に、前記ワークに対して相対的な振動を前記ラッピングフィルムに与えて、前記ワークの表面を加工する表面加工方法であって、
前記ワークに回転動力を与える回転動力供給手段および前記ワークに相対的な振動を与える振動供給手段の少なくとも一方の状態を検出する工程と、
検出結果に基づいて、加工途中の前記ラッピングフィルムの目詰まりを判断する工程と、
を有する表面加工方法。
前記回転動力供給手段および前記振動供給手段の少なくとも一方の状態を検出する工程では、前記回転動力供給手段および前記振動供給手段に用いられるモータの少なくとも一方に流れる電流を検出し、
目詰まりを判断する工程では、電流値が所定範囲から外れた場合に目詰まりであると判断することを特徴とする請求項１に記載の表面加工方法。
前記回転動力供給手段および前記振動供給手段の少なくとも一方の状態を検出する工程では、前記回転動力供給手段および前記振動供給手段に用いられるモータの少なくとも一方のトルクを検出し、
目詰まりを判断する工程では、トルク値が所定範囲から外れた場合に目詰まりであると判断することを特徴とする請求項１に記載の表面加工方法。
前記ラッピングフィルムは、ロールテープ状に形成されており、前記ワークを加工していない状態において、位置の送り出しまたは巻き戻しが可能であり、
目詰まりを判断する工程において前記ラッピングフィルムの目詰まりを検知した場合、加工を停止して、目詰まりしていない位置で前記ワークの加工が行えるように前記ラッピングフィルムを送り出しまたは巻き戻す工程をさらに含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の表面加工方法。
目詰まりを判断する工程において前記ラッピングフィルムの目詰まりを検知した場合、目詰まりするまでの加工時間に基づいて、加工再開後の加工時間を決定する工程をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の表面加工方法。
目詰まりを判断する工程において前記ラッピングフィルムの目詰まりを検知した場合、目詰まりするまでの前記ワークの回転数に基づいて、加工再開後の前記ワークの回転数を決定する工程をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の表面加工方法。