JP2004276144A - Grinding wheel surface shape regulating method and device, and grinder - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研削加工に用いる砥石の表面形状を調整する砥石表面形状調整方法及び装置、その砥石表面形状調整装置を組み込んだ研削盤に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、研削加工に用いる砥石の表面形状を調整する作業として、ツルーイング(形直し)とドレッシング(目直し)とが知られている。
このうち、ツルーイングとは、砥石軸に装着した砥石が、その回転時に振れを生じないようにするため、砥石の外周面が砥石軸に対して同心となるように砥石外周の砥粒や結合剤(ボンド)を削り落とす作業である。一方、ドレッシングとは、砥粒の摩耗や被加工材の目詰まり、或いはツルーイング後など、砥石の切れ味が低下した時に、その切れ味を回復させるために、結合剤や被加工材を除去して砥石の外周面に砥粒を突出させる作業である。
【0003】
これらツルーイング及びドレッシングは、いずれも一般的には、予め決められた使用時間毎(但しドレッシングの方が高頻度)に実施され、特に砥石軸に砥石を装着した時にも実施される。即ち、断面が円形の砥石を砥石軸にねじ止めした場合、これを回転させた時に生じる砥石の振れは10μm以上であり、これに対して、製品に要求される精度は数μm以下であるため、砥石軸に砥石を装着した時にもツルーイングが必要となるのである。
【0004】
ところで、一般的に行われているツルーイングやドレッシングの方法としては、図6に示すように、調整の対象となる砥石Aに、ダイヤモンド等からなるドレッサBを押し当てる機械加工的な方法が知られている。
このような機械加工的な方法では、砥石Aやその砥石Aを支持する砥石軸Cに機械的な応力が作用して、たわみや歪みが生じてしまい(図中(b)参照)、高精度に加工することができなかった。特に、近年では、製品の小型化に伴い、これを加工する砥石も小径化しているため、たわみや歪みがより生じ易くなっている。
【0005】
これに対して、レーザ光を照射することにより、非接触にてツルーイングやドレッシングを行う方法が提案されている(例えば特許文献1参照。)。
この方法では、砥石を回転させながらツルーイングやドレッシングを行い、ツルーイングの際には、砥石の外周部分に砥石の接線方向からレーザ光を照射し、一方、ドレッシングの際には、砥石の結合剤部分のみにレーザ光を選択的に照射するようにされている。
【0006】
【特許文献1】
特開2002−321155号公報(段落[0034][0053])
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、砥石を構成する砥粒の大きさは、数μm〜数十μm程度であり、このような砥粒を避けて結合剤のみにレーザを照射することは非常に困難なことであるため、ドレッシングの作業時間が増大し、その結果、加工とドレッシングとを繰り返すサイクルタイムが増大して生産性が低下するという問題があった。しかも、上記方法では、この困難な作業を砥石を回転させながら行うものであり、その実現は非常に困難であるという問題があった。
【0008】
本発明は、上記問題点を解決するために、砥石の表面形状の調整を非接触にて容易に実施できるようにすることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた第一発明の砥石表面形状調整方法では、砥石を構成する砥粒及び結合剤として、エネルギービームの照射により除去するには、砥粒の方が結合剤より高いエネルギー密度を必要とする材質のものを用いる。そして、エネルギービームの照射によって、砥粒と結合剤とをいずれも除去可能なエネルギー密度が得られる第1の設定条件と、結合剤を主として除去可能なエネルギー密度が得られる第2の設定条件とを切り替える。これにより、第1の設定条件にて、砥石の外形を、その砥石が取り付けられた回転軸に対して軸対称な形状に調整するツルーイングを行い、第2の設定条件にて、砥石の表面に砥粒を突出させるドレッシングを行う。
【0010】
つまり、本発明によれば、第2の設定条件では、結合剤のみが除去され、砥粒は除去されずに残るようなエネルギー密度にてエネルギービームが照射されるため、ドレッシングのときにも、ツルーイングのときと同様に、砥粒を避けてエネルギービームを照射する必要がなく、砥石の表面形状の調整作業を簡単かつ速やかに行うことができる。
【0011】
また、本発明によれば、被加工材の削りカスの除去に必要なエネルギー密度が、砥粒の除去に必要なエネルギー密度より小さければ、第2の設定条件を、結合剤と削りカスを主として除去可能なエネルギー密度が得られるように設定することにより、ドレッシングやツルーイングを実行するだけで、削りカスも同時に除去することができる。
【0012】
ところで、第1及び第2の設定条件を実現する具体的な方法としては、例えば、砥石の回転速度を変化(第1の設定条件では第2の設定条件より低速にする)させてもよいし、エネルギービームが照射される前記砥石上の照射地点での集光径を変化(第1の設定条件では第2の設定条件より小さくする)させてもよいし、エネルギービームの強度を変化(第1の設定条件では前記第2の設定条件より高くする)させてもよい。
【0013】
なお、ツルーイングでは、エネルギービームの照射を、砥石の表面に対する接線方向から行うことが望ましく、一方、ドレッシングでは、エネルギービームの照射を、砥石の表面に対する法線方向から行うことが望ましい。
また、エネルギービームとしては、例えば、レーザ光を用いることができる。そして、エネルギービーム(レーザ光)が照射された部分のみ、砥粒や結合剤の除去が行われ、その周囲に熱影響を及ぼさないようにするためには、大きなエネルギーを瞬時的に照射することが望ましく、そのためには、エネルギービームをパルス状に照射し、しかも、そのパルス幅を可能な限り短くすること(ピコ秒,フェムト秒オーダとする)が望ましい。また、何らかの理由でパルス幅を短くできない時には、レーザ光の波長を可能な限り短くすることが望ましい。
【0014】
ところで、砥石を用いた研削加工では、被加工材や砥石にオイルが塗布される。このオイルが付着した砥石に対して、ツルーイングやドレッシングを行うと、照射されるエネルギービームによって、研削オイルが引火する危険性がある。
そこで、ドレッシング及びツルーイングの少なくとも開始前には、砥石の表面に付着した研削オイルを除去するための操作、例えば、エアブローによる研削オイルの吹き飛ばし等を行うことが望ましい。
【0015】
また、砥石に付着した研削オイルだけでなく、空気中に浮遊するオイルミストもエネルギービームによって引火する危険性がある。このため、ドレッシング及びツルーイングは、不燃性ガスで満たされた領域にて行うことが望ましい。
次に、第二発明の砥石表面形状調整装置では、回転駆動手段が、砥石が取り付けられる回転軸を駆動し、その回転軸と共に回転する砥石に、ビーム照射手段が、エネルギービームを照射する。また、切替手段は、ビーム照射手段によるエネルギービームの照射により、砥粒と結合剤とをいずれも除去可能なエネルギー密度が得られる第1の設定条件、又は結合剤を主として除去可能なエネルギー密度が得られる第2の設定条件のいずれかに設定条件を切り替える。そして、第1の設定条件にて、砥石の外形を、回転軸に対して軸対称な形状に調整するツルーイングを行い、第2の設定条件にて、砥石の表面に砥粒を突出させるドレッシングを行うように構成されている。
【0016】
つまり、本発明の装置は、第一発明の方法を実現する装置であり、その方法を実施した場合と同様の効果を得ることができる。
ところで、第1及び第2の設定条件を実現するため、回転駆動手段に、切替手段による設定条件の切替に従って回転軸の回転速度を変化(第1の設定条件では第2の設定条件より低速にする)させてもよいし、ビーム照射手段に、切替手段による設定条件の切替に従って、エネルギービームの強度を変化(第1の設定条件では第2の設定条件より高くする)させてもよい。
【0017】
また、ビーム照射手段が照射するエネルギービームを集光する集光手段を備えている場合には、この集光手段に、切替手段による設定条件の切替に従って、エネルギービームが照射される砥石上の照射地点での集光径を変化(第1の設定条件では第2の設定条件より小さくする)させてもよい。
【0018】
更に、ビーム照射手段と砥石との相対位置を変化させる位置可変手段を備えている場合には、この位置可変手段に、切替手段による設定条件の切替に従って、ビーム照射手段と砥石との相対位置を変化させてもよい。具体的には、第1の設定条件では砥石の表面に対する接線方向から前記エネルギービームが照射され、第2の設定条件では砥石の表面に対する法線方向からエネルギービームが照射されるようにする。
【0019】
この場合、位置可変手段を、回転軸を含む仮想面に対してビーム照射手段を平行移動させるように構成すると共に、ビーム照射手段から照射されるエネルギービームを、仮想面との距離だけ離れた位置にて焦点を結ぶように設定することが望ましい。
【0020】
即ち、エネルギービームが照射される砥石上の照射位置が、第2の設定条件では第1の設定条件のときよりビーム照射手段に接近したものとなり、エネルギービームの焦点がぼける(集光径が大きくなる)ことによって、単位面積当たりのエネルギー密度が低下する。つまり、ビーム照射手段と砥石との相対位置を変化させるだけで、砥石上の照射位置でのエネルギー密度を簡単に変化させることができる。
【0021】
ところで、不燃性ガスで満たされた調整室を備え、調整室内にて前記エネルギービームが砥石に照射されるように、ビーム照射手段と回転軸とを配置したり、オイル除去手段が、砥石の表面に付着した研削オイルを除去するように構成すれば、エネルギービームの照射による引火を防止でき、装置の使用時における安全性を向上させることができる。
【0022】
なお、第二発明の砥石表面形状調整装置は、砥石のツルーイングやドレッシング専用の装置として構成してもよいが、研削加工を行う研削盤に組み込んだ形で構成してもよい。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
[第1実施形態]
図1は、第1実施形態の砥石表面形状調整装置の構成を示すブロック図である。
【0024】
なお、本実施形態の砥石表面形状調整装置1は、被加工材を砥石3にて研削加工する周知の研削盤に組み込まれている。但し、研削盤には、砥石3を用いて被加工材の研削加工を行うための加工エリアと、砥石3の表面形状の調整(ツルーイングやドレッシング)を行うための調整エリアとが別々に設けられており、調整エリアには不燃性ガス(例えば、チッソ)で室内が満たされた調整室5が設置されている。
【0025】
そして、図1に示すように、砥石表面形状調整装置1は、砥石3が取り付けられる砥石軸11、及びこの砥石軸11を回転駆動する回転駆動部13を備え、加工エリア(調整室5の外)と調整エリア(調整室5の内)との間を移動可能に構成された砥石台10と、砥石台10の位置を三次元的に変位させる砥石台駆動部20と、調整室5内に設けられ、砥石3にエネルギービームとしてのレーザ光を照射するレーザ照射部30と、加工エリアに設けられ砥石3にエアーを吹き付けて、砥石3に付着した研削オイルを吹き飛ばすエアーブロワ40と、研削加工や調整(ツルーイング,ドレッシング)を実行するための各種指令や制御量等を入力するための操作部50と、操作部50からの入力に従って、装置各部を制御する制御部60とを備えている。
【0026】
但し、砥石台10及び砥石台駆動部20は、砥石表面形状調整装置1を組み込んだ研削盤が、その本来の機能を果たすために設けられているものを共用している。
このうち、レーザ照射部30は、レーザ光を発生させるレーザ発振器31,及びレーザ光を反射する反射鏡33や反射鏡33にて反射したレーザ光を集光するレンズ35を含む光学系部品からなる。
【0027】
そして、レーザ発振器31は、パルス幅がフェムト秒オーダのレーザ光を連続的に発生させるフェムト秒レーザからなり、制御部60からの指令に従って、レーザ光の発生期間をオンオフ制御すると共に、レーザ光の強度を任意に設定できるように構成されている。
【0028】
また、砥石台10を構成する回転駆動部13は、制御部60からの指令に従って、砥石軸11の回転をオンオフ制御すると共に、その回転数を任意に設定できるように構成されている。
また、砥石台駆動部20は、制御部60からの指令に従って、砥石台10を調整室5の外部又は内部に移動させると共に、調整室5の外部(加工エリア)では被加工材に対する砥石3の位置を、調整室5の内部(調整エリア)ではレーザ照射部30からのレーザ光に対する砥石の位置を、三次元的に変化させることが可能なように構成されている。
【0029】
更に、エアーブロワ40は、制御部60からの指令に従って、エアーの発生をオンオフ制御するように構成されている。
ここで、砥石軸11に取り付けられる砥石3は、ダイヤモンドやボラゾン(CBN)等からなる硬質で微細な砥粒(本実施形態では砥粒径が約30μm)を、ビトリファイド,メタルボンド,レジンボンド等からなるボンド(結合剤)にて一体化した周知のものである。
【0030】
但し、図2に示すように、ボンドは、その除去に必要な単位面積当たりのエネルギー(エネルギー密度)が、被加工材(例えばSCM:クロムモリブデン鋼)と同程度のものを用い、また、砥粒は、ボンドや被加工材と比較して、その除去に必要な単位面積当たりのエネルギーが十分に高いもの、換言すれば、レーザ光に対する除去性が十分に低いものが用いられる。
【0031】
このように構成された砥石表面形状調整装置1では、操作部50から被加工材の研削加工を行うことを示す操作が入力されると、制御部60は、砥石台駆動部20に指令を出して、砥石台10を調整室5の外部にある加工エリアに移動させる。
【0032】
また、操作部50から砥石3の表面形状の調整(ツルーイング又はドレッシング)を行うことを示す操作が入力されると、制御部60は、砥石台駆動部20に指令を出して、砥石台10を調整室5の内部にある調整エリアに移動させる。
なお、研削加工時には、被加工材の加工面に研削オイルが塗布されるため、研削加工の終了時には、砥石3の表面にも研削オイルが付着した状態となる。このため、制御部60は、砥石3の表面形状の調整のために、砥石台10を加工エリアから調整エリアに移動させる前には、エアーブロワ40を作動させて、砥石3の表面に付着した研削オイルを吹き飛ばすオイル除去作業を実行する。但し、砥石軸11に砥石3を取り付けた直後に行う調整作業の際には、砥石3に研削オイルが付着していないため、このオイル除去作業を省略してもよい。
【0033】
次に、調整室5の内部で行う調整作業(ツルーイング及びドレッシング)について説明する。
この調整作業において、制御部60は、まず、砥石台駆動部20に指令を出すことにより、図3に示すように、砥石台10の位置を、その砥石軸11に取り付けられた砥石3の接線方向からレーザ光が照射され、しかも、砥石3上におけるレーザ光の照射位置が、レンズ35により集光されたレーザ光の集光径が最も小さくなる位置(レンズの焦点位置)となるように位置決めする。
【0034】
その後、制御部60は、回転駆動部13,砥石台駆動部20,レーザ発振器31に指令を出すことにより、砥石軸11を一定速度で回転させ、レーザ発振器31に一定強度のレーザ光を発生させると共に、砥石台10を砥石軸11の軸方向に、砥石3の外縁に沿って一定速度で移動させる。
【0035】
但し、レーザ発振器31は、ツルーイングとドレッシングとで同じ強度のレーザ光を発生させる。また、回転駆動部13は、ツルーイングでは、砥粒3aの除去に必要なエネルギー密度(図2中のしきい値E1より高)が得られるような回転速度(ドレッシング時より小)となり、一方、ドレッシングでは、ボンド3bと被加工材の削りカスが主として除去されるようなエネルギー密度(図2中のしきい値E2〜E3の間)が得られるような回転速度(ツルーイング時より大)となるように砥石軸11の回転速度を制御する。更に、砥石台駆動部20は、レーザ光の照射位置を、ドレッシングの時にはツルーイングの時よりも、砥粒の突き出し量だけ砥石軸11の中心側に移動させる。
【0036】
以上説明したように、本実施形態の砥石表面形状調整装置1においては、ドレッシングとツルーイングとでは、砥石3に照射するレーザ光の単位面積当たりのエネルギを変化させ、ツルーイングでは、砥粒3aが除去されずに残るようなエネルギ密度となるようにされている。
【0037】
従って、本実施形態の砥石表面形状調整装置1によれば、ツルーイング時に、砥粒3aを避けてレーザ光を照射する必要がなく、砥石3の表面形状の調整作業を簡単かつ速やかに行うことができる。
また、本実施形態では、ボンドとして、その除去に必要なエネルギー密度が被加工材と同程度のもの用いているため、ドレッシングやツルーイングを実施するだけで、被加工材の削りカスも同時に除去することができる。
【0038】
更に、本実施形態では、砥石3に照射されるエネルギ密度を、砥石3(砥石軸11)の回転速度を変化させることで変化させているため、微少な調整が可能であり、しかも、フェムト秒レーザを用いてレーザ光を発生させ、レーザ光の照射位置の周囲に熱影響を及ぼすことのないようにされているため、砥粒3aやボンド3bの除去を精度よく行うことができる。その結果、砥粒の突き出し量の調整、ひいては砥石3による研削加工の結果として得られる加工面粗さの調整を精度よく行うことができる。
【0039】
また、本実施形態では、不燃性ガスで満たされた調整室5の内部で調整作業を行うだけでなく、砥石3(砥石台10)を調整室5に移動させる前には、エアーブロワ40により、砥石3に付着した研削オイルを除去するようにされているため、レーザ光によって研削オイルやオイルミストが引火することを確実に防止でき、レーザ光を用いた調整作業の安全性を向上させることができる。
【0040】
なお、本実施形態では、レーザ光の強度を一定とし、砥石軸11の回転速度を変化させることで、砥石3に照射されるエネルギー密度を変化させているが、逆に、砥石軸11の回転速度を一定とし、レーザ光の強度を変化させるように構成してもよい。
[第2実施形態]
次に第2実施形態について説明する。
【0041】
本実施形態の砥石表面形状調整装置1は、第1実施形態のものとは、砥石3の表面形状の調整時に制御部60が実行する制御の内容が一部異なるだけであるため、この制御部60が実行する制御についてのみ説明する。
まず、ツルーイングは、第1実施形態のときと全く同様に実行される。即ち、制御部60は、砥石台駆動部20に指令を出すことにより、図4(a)に示すように、砥石台10の位置を、その砥石軸11に取り付けられた砥石3の接線方向からレーザ光が照射され、しかも、砥石3上におけるレーザ光の照射位置が、レンズ35により集光されたレーザ光の集光径が最も小さくなる位置(レンズの焦点位置)となるように位置決めする。
【0042】
その後、制御部60は、回転駆動部13,砥石台駆動部20,レーザ発振器31に指令を出すことにより、砥石軸11を一定速度で回転させ、レーザ発振器31に一定強度のレーザ光を発生させると共に、砥石台10を砥石軸11の軸方向に、砥石3の外縁に沿って移動させる。
【0043】
一方、ドレッシングでは、制御部60は、砥石台駆動部20に指令を出すことにより、図4(b)に示すように、砥石台10の位置を、その砥石軸11に取り付けられた砥石3の表面の法線方向からレーザ光が照射される位置に位置決めする。このとき、砥石軸11の中心線を含む仮想面からレンズ35までの距離Dがツルーイング時と同じに保たれるように、砥石台10の位置は仮想面に対して平行移動させる。
【0044】
つまり、ドレッシング時には、砥石3上のレーザ光の照射位置におけるレーザ光の集光径は、ツルーイング時より大きなものとなり、レーザ光が同じ強度であれば、砥石3に照射される単位面積当たりのエネルギーがツルーイング時より減少するようにされている。
【0045】
その後、制御部60は、回転駆動部13,砥石台駆動部20,レーザ発振器31に指令を出すことにより、砥石軸11を一定速度で回転させ、レーザ発振器31に一定強度のレーザ光を発生させると共に、砥石台10を砥石軸11の軸方向に沿って一定速度で移動させる。
【0046】
但し、レーザ発振器31は、ツルーイングとドレッシングとで同じ強度のレーザ光を発生させ、また、回転駆動部13も、ツルーイングとドレッシングとで同じ回転速度で砥石軸11を駆動するように設定される。また、そのレーザ光の強度や砥石軸11の回転速度は、レーダ光の照射位置の移動によって、ツルーイングの時には、エネルギー密度がE1より高くなり、ドレッシングの時には、エネルギー密度がE2〜E3の間となるように設定される(図2参照)。
【0047】
以上説明したように、本実施形態の砥石表面形状調整装置1では、砥石3上でのレーザ光の照射位置を変化させて、その照射位置でのレーザ光の集光径を変化させることで、砥石に照射されるエネルギ密度を変化させている以外は、第1実施形態と全く同様に構成されている。
【0048】
従って、本実施形態の砥石表面形状調整装置1によれば、第1実施形態の場合と同様の効果を得ることができるだけでなく、回転駆動部13は砥石軸11を常に一定の回転速度で駆動すればよいため、装置構成や制御を簡略化できる。
ところで、本実施形態では、レーザ光の照射位置を変化させることで、照射位置でのレーザ光の集光径を変化させているが、図5に示すように、照射位置を一定とし、仮想面とレンズ35との距離Dを変化させることで、集光径を変化させるように構成してもよい。また、照射位置と距離Dとをいずれも変化させることで、集光径を変化させるように構成してもよい。
【0049】
そして、距離Dを変化させる方法としては、砥石台駆動部20により砥石台10をレンズ35に接近させてもよいし、レンズ35の位置を移動させる機構を追加して、レンズ35を仮想面に接近させるようにしてもよい。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。
【0050】
例えば、上記実施形態では、砥石軸11の回転速度、レーザ発振器31が発生させるレーザ光の強度、砥石3上でのレーザ光の集光径のいずれかを変化させることにより、砥石3に照射されるエネルギー密度を変化させているが、これらの任意の組み合わせにより、エネルギー密度を変化させるように構成してもよい。
【0051】
また、レーザ光の照射方向は、砥石3の表面の接線方向や法線方向に限るものではなく、どの方向から照射してもよい。
更に、上記実施形態では、レーザ発振器31として、フェムト秒レーザが用いられているが、これに限るものではなく、必要なエネルギーが得られるのであればピコ秒レーザや、発生させるレーザ光の波長が短い(エネルギーの大きい)THGレーザ等を用いてもよい。
【0052】
また、上記実施形態では、加工エリアと調整エリアとの間(調整室5の内外)の砥石台10の移動を、砥石台駆動部20に行わせているが、この移動を手動で行い、研削加工時及び調整時の精密な位置の制御のみを、砥石台駆動部20に行わせるように構成してもよい。
【0053】
また更に、上記実施形態では、砥石表面形状調整装置1を、研削盤に組み込んでいるが、これを研削盤から独立した単独の装置として構成してもよい。
また更に、ツルーイング作業とドレッシング作業の間には、研削加工を含んでも良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態の砥石表面形状調整装置の構成を示すブロック図である。
【図2】砥粒,ボンド,被加工材のレーザに対する除去性を示すグラフである。
【図3】第1実施形態における制御方法を示す説明図である。
【図4】第2実施形態における制御方法を示す説明図である。
【図5】第2実施形態の変形例における制御方法を示す説明図である。
【図6】機械加工的な砥石表面形状の調整方法の問題点を示す説明図である。
【符号の説明】
1…砥石表面形状調整装置、3…砥石、3a…砥粒、3b…ボンド、5…調整室、10…砥石台、11…砥石軸、13…回転駆動部、20…砥石台駆動部、30…レーザ照射部、31…レーザ発振器、33…反射鏡、35…レンズ、40…エアーブロワ、50…操作部、60…制御部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a grindstone surface shape adjusting method and apparatus for adjusting the grindstone surface shape used for grinding, and a grinder incorporating the grindstone surface shape adjusting apparatus.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, truing (reshaping) and dressing (retouching) are known as operations for adjusting the surface shape of a grindstone used for grinding.
Among them, truing means that the grindstone mounted on the grindstone shaft does not wobble during rotation, so that the grindstone outer periphery and concentricity with the grindstone shaft are concentric with the grindstone and binder on the grindstone periphery. This is the work of scraping off (bond). On the other hand, dressing refers to the removal of the binder and work material when the sharpness of the grindstone has deteriorated, such as after abrasive wear, clogging of the work material, or after truing, by removing the binder or work material. This is an operation of causing abrasive grains to protrude from the outer peripheral surface of the steel sheet.
[0003]
These truing and dressing are generally carried out at every predetermined use time (however, dressing is more frequent), and particularly when the grindstone is mounted on the grindstone shaft. That is, when a grindstone having a circular cross section is screwed to the grindstone shaft, the wobble of the grindstone generated when the grindstone is rotated is 10 μm or more, whereas the accuracy required for the product is several μm or less. Also, truing is necessary when a grindstone is mounted on the grindstone shaft.
[0004]
By the way, as a truing or dressing method generally performed, as shown in FIG. 6, a machining method is known in which a dresser B made of diamond or the like is pressed against a grindstone A to be adjusted. ing.
In such a machining method, mechanical stress acts on the grindstone A and the grindstone shaft C that supports the grindstone A to cause deflection and distortion (see (b) in the figure), and high accuracy. Could not be processed. In particular, in recent years, with the downsizing of products, the grindstones that process them have also become smaller in diameter, so that deflection and distortion are more likely to occur.
[0005]
On the other hand, a method of performing truing or dressing in a non-contact manner by irradiating a laser beam has been proposed (for example, see Patent Document 1).
In this method, truing or dressing is performed while rotating the grindstone, and when truing, the outer peripheral portion of the grindstone is irradiated with laser light from the tangential direction of the grindstone, while the binder portion of the grindstone is used during dressing. Only the laser beam is selectively irradiated to the laser beam.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2002-321155 A (paragraphs [0034] [0053])
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the size of the abrasive grains constituting the grindstone is about several μm to several tens of μm, and it is very difficult to irradiate only the binder with the laser avoiding such abrasive grains. There has been a problem that the dressing work time is increased, and as a result, the cycle time for repeating the processing and dressing is increased and the productivity is lowered. In addition, the above-described method has a problem that this difficult operation is performed while rotating the grindstone, which is very difficult to realize.
[0008]
In order to solve the above problems, an object of the present invention is to enable easy adjustment of the surface shape of a grindstone without contact.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In the method for adjusting the surface shape of the grindstone of the first invention made to achieve the above object, the abrasive grains are higher than the binder in order to remove the abrasive grains and the binder constituting the grindstone by irradiation with an energy beam. Use a material that requires energy density. And the 1st setting condition from which the energy density which can remove both an abrasive grain and a binder is obtained by irradiation of an energy beam, and the 2nd setting condition from which the energy density which can mainly remove a binder is obtained Switch. Accordingly, truing is performed to adjust the outer shape of the grindstone to an axisymmetric shape with respect to the rotation axis to which the grindstone is attached under the first setting condition, and on the surface of the grindstone under the second setting condition. Dressing with abrasive grains is performed.
[0010]
In other words, according to the present invention, in the second setting condition, only the binder is removed, and the energy beam is irradiated at such an energy density that the abrasive grains remain without being removed. As in the case of truing, it is not necessary to irradiate the energy beam while avoiding abrasive grains, and the surface shape of the grindstone can be adjusted easily and quickly.
[0011]
Further, according to the present invention, if the energy density necessary for removing the scraps of the workpiece is smaller than the energy density necessary for removing the abrasive grains, the second setting condition is set mainly on the binder and the scraps. By setting so as to obtain a removable energy density, it is possible to remove shavings at the same time only by performing dressing or truing.
[0012]
By the way, as a specific method for realizing the first and second setting conditions, for example, the rotational speed of the grindstone may be changed (the first setting condition is lower than the second setting condition). The condensing diameter at the irradiation point on the grindstone irradiated with the energy beam may be changed (smaller than the second setting condition in the first setting condition), or the intensity of the energy beam may be changed (first The first setting condition may be higher than the second setting condition).
[0013]
In truing, it is desirable to irradiate the energy beam from the tangential direction with respect to the surface of the grindstone, while in dressing, it is desirable to irradiate the energy beam from the normal direction to the surface of the grindstone.
Moreover, as an energy beam, a laser beam can be used, for example. Then, only the part irradiated with the energy beam (laser light) is used to remove the abrasive grains and the binder, and in order not to affect the surrounding area, a large amount of energy is instantaneously irradiated. For this purpose, it is desirable to irradiate the energy beam in pulses and to make the pulse width as short as possible (on the order of picoseconds and femtoseconds). When the pulse width cannot be shortened for some reason, it is desirable to shorten the wavelength of the laser light as much as possible.
[0014]
By the way, in grinding using a grindstone, oil is applied to a workpiece or a grindstone. If truing or dressing is performed on the grindstone to which this oil has adhered, there is a risk that the grinding oil will be ignited by the irradiated energy beam.
Therefore, it is desirable to perform an operation for removing the grinding oil adhering to the surface of the grindstone, for example, blowing off the grinding oil by air blow, at least before starting dressing and truing.
[0015]
Further, not only the grinding oil adhering to the grindstone but also oil mist floating in the air may be ignited by the energy beam. For this reason, it is desirable to perform dressing and truing in an area filled with nonflammable gas.
Next, in the grindstone surface shape adjusting device of the second invention, the rotation driving means drives a rotating shaft to which the grindstone is attached, and the beam irradiating means irradiates an energy beam onto the grindstone rotating together with the rotating shaft. In addition, the switching means has a first setting condition for obtaining an energy density capable of removing both the abrasive grains and the binder by the energy beam irradiation by the beam irradiation means, or an energy density capable of mainly removing the binder. The setting condition is switched to one of the obtained second setting conditions. Then, under the first setting condition, truing is performed to adjust the outer shape of the grindstone to an axisymmetric shape with respect to the rotation axis, and under the second setting condition, dressing for causing abrasive grains to protrude on the surface of the grindstone is performed. Configured to do.
[0016]
That is, the apparatus of the present invention is an apparatus that realizes the method of the first invention, and can obtain the same effects as when the method is performed.
By the way, in order to realize the first and second setting conditions, the rotation speed of the rotating shaft is changed in the rotation driving means according to the switching of the setting conditions by the switching means (the first setting condition is lower than the second setting condition). The intensity of the energy beam may be changed (in the first setting condition, higher than the second setting condition) in accordance with the switching of the setting condition by the switching means.
[0017]
Further, in the case where the beam irradiation means is provided with a condensing means for condensing the energy beam to be irradiated, irradiation on the grindstone to which the energy beam is irradiated according to the setting condition switching by the switching means is provided in the condensing means. You may change the condensing diameter in a point (it makes it smaller than 2nd setting conditions in 1st setting conditions).
[0018]
Further, when a position variable means for changing the relative position between the beam irradiation means and the grindstone is provided, the relative position between the beam irradiation means and the grindstone is set in the position variable means according to the switching of the setting conditions by the switching means. It may be changed. Specifically, the energy beam is irradiated from the tangential direction with respect to the surface of the grindstone under the first setting condition, and the energy beam is irradiated from the direction normal to the surface of the grindstone under the second setting condition.
[0019]
In this case, the position variable unit is configured to translate the beam irradiation unit with respect to the virtual plane including the rotation axis, and the energy beam irradiated from the beam irradiation unit is separated by a distance from the virtual plane. It is desirable to set the focus at
[0020]
That is, the irradiation position on the grindstone to which the energy beam is irradiated becomes closer to the beam irradiation means in the second setting condition than in the first setting condition, and the energy beam is defocused (the condensing diameter is increased). This reduces the energy density per unit area. That is, the energy density at the irradiation position on the grindstone can be easily changed simply by changing the relative position between the beam irradiation means and the grindstone.
[0021]
By the way, an adjustment chamber filled with a non-combustible gas is provided, and the beam irradiation means and the rotation shaft are arranged so that the energy beam is irradiated onto the grindstone in the adjustment chamber, or the oil removal means is disposed on the surface of the grindstone. If it is configured to remove the grinding oil adhering to the surface, ignition by irradiation with an energy beam can be prevented, and safety during use of the apparatus can be improved.
[0022]
The grindstone surface shape adjusting device of the second invention may be configured as a grindstone truing or dressing dedicated device, but may also be configured in a form incorporated in a grinding machine for grinding.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the grindstone surface shape adjusting device of the first embodiment.
[0024]
The grindstone surface
[0025]
As shown in FIG. 1, the grindstone surface
[0026]
However, the
Among these, the
[0027]
The
[0028]
In addition, the
Further, the
[0029]
Further, the
Here, the
[0030]
However, as shown in FIG. 2, the bond used has an energy (energy density) per unit area required for the removal thereof that is comparable to that of the workpiece (for example, SCM: chrome molybdenum steel), and is used for polishing. As for the grains, those having sufficiently high energy per unit area required for removal compared to the bond or workpiece, in other words, those having sufficiently low removability with respect to laser light are used.
[0031]
In the grindstone surface
[0032]
In addition, when an operation indicating that the surface shape of the
In addition, since grinding oil is apply | coated to the processed surface of a workpiece at the time of a grinding process, it will be in the state which the grinding oil adhered to the surface of the
[0033]
Next, adjustment work (truing and dressing) performed inside the adjustment chamber 5 will be described.
In this adjustment operation, the
[0034]
Thereafter, the
[0035]
However, the
[0036]
As described above, in the grindstone surface
[0037]
Therefore, according to the grindstone surface
Moreover, in this embodiment, since the energy density required for the removal is the same as that of the work material as the bond, the shavings of the work material are also removed at the same time only by performing dressing and truing. be able to.
[0038]
Furthermore, in this embodiment, since the energy density irradiated to the
[0039]
Further, in the present embodiment, not only adjustment work is performed inside the adjustment chamber 5 filled with nonflammable gas, but also before the grindstone 3 (grinding stone base 10) is moved to the adjustment chamber 5, the
[0040]
In the present embodiment, the energy density applied to the
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment will be described.
[0041]
The grindstone surface
First, truing is executed in exactly the same way as in the first embodiment. That is, the
[0042]
Thereafter, the
[0043]
On the other hand, in the dressing, the
[0044]
That is, at the time of dressing, the condensing diameter of the laser beam at the laser beam irradiation position on the
[0045]
Thereafter, the
[0046]
However, the
[0047]
As described above, in the grindstone surface
[0048]
Therefore, according to the grindstone surface
By the way, in this embodiment, the condensing diameter of the laser light at the irradiation position is changed by changing the irradiation position of the laser light. However, as shown in FIG. The condensing diameter may be changed by changing the distance D between the
[0049]
As a method of changing the distance D, the
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it is possible to implement in various aspects.
[0050]
For example, in the above embodiment, the
[0051]
The irradiation direction of the laser light is not limited to the tangential direction or normal direction of the surface of the
Further, in the above embodiment, a femtosecond laser is used as the
[0052]
Moreover, in the said embodiment, although the grindstone
[0053]
Furthermore, in the said embodiment, although the grindstone surface
Furthermore, grinding may be included between the truing operation and the dressing operation.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a grindstone surface shape adjusting device according to an embodiment.
FIG. 2 is a graph showing the removability of abrasive grains, bonds, and workpieces to a laser.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a control method in the first embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a control method in the second embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a control method in a modification of the second embodiment.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a problem of a method for adjusting a machined grindstone surface shape.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (18)
前記砥石を構成する砥粒及び結合剤として、前記エネルギービームの照射により除去するには、前記砥粒の方が前記結合剤より高いエネルギー密度を必要とする材質のものを用い、
前記エネルギービームの照射によって、前記砥粒と前記結合剤とをいずれも除去可能なエネルギー密度が得られる第1の設定条件と、前記結合剤を主として除去可能なエネルギー密度が得られる第2の設定条件とを切り替えることにより、
前記第1の設定条件にて、前記砥石の外形を、該砥石が取り付けられた回転軸に対して軸対称な形状に調整するツルーイングを行い、前記第2の設定条件にて、前記砥石の表面に砥粒を突出させるドレッシングを行うことを特徴とする砥石表面形状調整方法。A grindstone surface shape adjusting method for adjusting the surface shape of a grindstone formed by fixing abrasive grains with a binder by irradiating an energy beam,
In order to remove the abrasive grains and the binder constituting the grindstone by irradiation with the energy beam, the abrasive grains are made of a material that requires a higher energy density than the binder,
First setting condition for obtaining an energy density capable of removing both the abrasive grains and the binder by irradiation of the energy beam, and a second setting for obtaining an energy density capable of mainly removing the binder. By switching between conditions
Under the first setting condition, truing is performed to adjust the outer shape of the grindstone to an axisymmetric shape with respect to the rotation axis to which the grindstone is attached, and under the second setting condition, the surface of the grindstone A method for adjusting the surface shape of a grindstone, characterized in that dressing for causing abrasive grains to protrude is performed.
前記砥石が取り付けられる回転軸と、
該回転軸を駆動する回転駆動手段と、
前記砥石にエネルギービームを照射するビーム照射手段と、
該ビーム照射手段によるエネルギービームの照射により、前記砥粒と前記結合剤とをいずれも除去可能なエネルギー密度が得られる第1の設定条件、又は前記結合剤を主として除去可能なエネルギー密度が得られる第2の設定条件のいずれかに設定条件を切り替える切替手段と、
を備え、前記第1の設定条件にて、前記砥石の外形を、前記回転軸に対して軸対称な形状に調整するツルーイングを行い、前記第2の設定条件にて、前記砥石の表面に砥粒を突出させるドレッシングを行うことを特徴とする砥石表面形状調整装置。A grindstone surface shape adjusting device that adjusts the surface shape of a grindstone formed by fixing abrasive grains with a binder by irradiating an energy beam,
A rotating shaft to which the grindstone is attached;
A rotation driving means for driving the rotation shaft;
Beam irradiation means for irradiating the grinding wheel with an energy beam;
Irradiation of the energy beam by the beam irradiating means provides a first setting condition for obtaining an energy density capable of removing both the abrasive grains and the binder, or an energy density capable of mainly removing the binder. Switching means for switching the setting condition to one of the second setting conditions;
Truing to adjust the outer shape of the grindstone to an axisymmetric shape with respect to the rotation axis under the first setting condition, and grind the surface of the grindstone under the second setting condition. A grindstone surface shape adjusting device characterized by performing dressing for protruding grains.
該集光手段は、前記切替手段による設定条件の切替に従って、前記エネルギービームが照射される前記砥石上の照射地点での集光径を、前記第1の設定条件では前記第2の設定条件より小さくすることを特徴とする請求項10〜12のいずれかに記載の砥石表面形状調整装置。Condensing means for condensing the energy beam irradiated by the beam irradiation means,
In accordance with the switching of the setting conditions by the switching means, the condensing means determines the condensing diameter at the irradiation point on the grindstone irradiated with the energy beam from the second setting conditions in the first setting conditions. The grindstone surface shape adjusting device according to claim 10, wherein the grindstone surface shape adjusting device is made smaller.
該位置可変手段は、前記切替手段による設定条件の切替に従って、前記第1の設定条件では前記砥石の表面に対する接線方向から前記エネルギービームが照射され、前記第2の設定条件では前記砥石の表面に対する法線方向から前記エネルギービームが照射されるように前記相対位置を変化させることを特徴とする請求項10〜13のいずれかに記載の砥石表面形状調整装置。A position variable means for changing a relative position between the beam irradiation means and the grindstone;
The position variable means is irradiated with the energy beam from a tangential direction with respect to the surface of the grindstone under the first setting condition according to switching of the setting conditions by the switching means, and with respect to the surface of the grindstone under the second setting condition. The grindstone surface shape adjusting device according to claim 10, wherein the relative position is changed so that the energy beam is irradiated from a normal direction.
前記ビーム照射手段が照射するエネルギービームは、前記仮想面との距離だけ離れた位置にて焦点を結ぶように設定されていることを特徴とする請求項14に記載の砥石表面形状調整装置。The position variable means translates the beam irradiation means with respect to a virtual plane including the rotation axis,
15. The grindstone surface shape adjusting device according to claim 14, wherein the energy beam irradiated by the beam irradiating means is set to focus at a position separated from the virtual plane by a distance.
前記ビーム照射手段と前記回転軸とは、前記調整室内にて前記エネルギービームが前記砥石に照射されるように配置されていることを特徴とする請求項10〜15のいずれかに記載の砥石表面形状調整装置。It has a regulation chamber filled with incombustible gas,
The grindstone surface according to any one of claims 10 to 15, wherein the beam irradiation means and the rotation shaft are arranged so that the energy beam is irradiated onto the grindstone in the adjustment chamber. Shape adjustment device.
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