JP2005034963A - Grinding device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ワークの加工面を砥石により研削加工する研削装置に関するものである。 The present invention relates to a grinding apparatus for grinding a work surface of a workpiece with a grindstone.
加工面を有するワークを研削加工する場合には、砥石の砥粒面によって加工面を研削加工する研削装置が広く用いられている(例えば、特許文献1〜3参照。)。 When grinding a workpiece having a processed surface, a grinding apparatus for grinding the processed surface with an abrasive surface of a grindstone is widely used (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
一般的に、研削装置における砥石は、円盤形状をなし、回転軸方向と平行な方向の面つまり外周面に砥粒面が形成されている。そして、回転するワークの加工面に、回転する砥石の外周砥粒面を押圧して、加工面を研削加工している。 Generally, a grindstone in a grinding apparatus has a disk shape, and an abrasive grain surface is formed on a surface in a direction parallel to the rotation axis direction, that is, an outer peripheral surface. Then, the outer peripheral abrasive grain surface of the rotating grindstone is pressed against the processing surface of the rotating workpiece to grind the processing surface.
研削加工の方式には、砥石の砥粒面をワークの加工面に押付けるプランジ研削方式と、長物のワークを研削する場合のようにワークを軸線方向に移動させながら行うトラバース研削方式とがある。 There are two types of grinding methods: a plunge grinding method that presses the abrasive surface of the grindstone against the work surface of the workpiece, and a traverse grinding method that moves the workpiece in the axial direction as in the case of grinding a long workpiece. .
前記プランジ研削方式は、砥石をワークに押付けるために、砥粒面の凹凸形状がワークの加工面にそのまま転写される。このため、ワークの加工面には、ワークの軸線方向に対して直交する方向に研削スジが残り、面粗度を向上させることが難しいという問題がある。 In the plunge grinding method, in order to press the grindstone against the work, the uneven shape of the abrasive grain surface is transferred as it is onto the work surface of the work. For this reason, there is a problem in that it is difficult to improve the surface roughness because the grinding streaks remain on the work surface of the work in a direction orthogonal to the axial direction of the work.
一方、前記トラバース研削方式は、砥石とワークとが相対的に軸線方向に移動するため、プランジ研削方式に比べると面粗度を向上させることはできる。しかしながら、ワークの加工面には、ネジリード状の研削スジが残るので、面粗度の向上には限度がある。
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、面粗度のさらなる向上を図り得る研削装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the problems associated with the above-described conventional technology, and an object thereof is to provide a grinding apparatus capable of further improving the surface roughness.
本発明の目的は、下記する手段により達成される。 The object of the present invention is achieved by the following means.
本発明は、加工面を有するワークを回転駆動するワーク回転駆動手段と、
砥粒面を有する砥石を回転駆動する砥石回転駆動手段と、
前記ワークおよび前記砥石のうちの少なくとも一方に前記ワーク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手段と、を有し、
前記ワークの前記加工面および前記砥石の砥粒面を相対的にオシレーションさせながら研削加工する研削装置である。
The present invention comprises a workpiece rotation driving means for rotating a workpiece having a machining surface,
Grinding wheel rotation drive means for rotationally driving a grinding wheel having an abrasive surface;
Oscillation means for providing oscillation along the axial direction of the workpiece to at least one of the workpiece and the grindstone,
It is a grinding device that performs grinding while relatively oscillating the processing surface of the workpiece and the abrasive surface of the grindstone.
本発明に係る研削装置によれば、加工面の面粗度のさらなる向上を図ることができるという効果を奏する。 The grinding device according to the present invention produces an effect that the surface roughness of the processed surface can be further improved.
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係る研削装置10を示す概略構成図、図2は、研削装置10の要部を示す図、図3(A)は、砥石31の粒径および平均砥粒間隔Lの一例を示す図表、図3(B)は、砥石31の平均砥粒間隔Lの説明に供する図、図3(C)は、本実施形態での研削加工を示す概念図、図3(D)は、対比例に係るプランジ研削方式での研削加工を示す概念図である。また、図4は、研削加工されるワークWとしてのクランクシャフト50の一例を示す図である。なお、説明の便宜上、クランクシャフト50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。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a
図1および図2を参照して本実施形態の研削装置10について概説すれば、加工面51を有するワークWを回転駆動するワーク回転駆動ユニット20(ワーク回転駆動手段20に相当する)と、砥粒面32を有する砥石31を回転駆動する砥石回転駆動ユニット30(砥石回転駆動手段30に相当する)と、ワークWおよび砥石31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(オシレーション手段40に相当する)と、を有している。そして、ワークWの加工面51および砥石31の砥粒面32を相対的にオシレーションさせながら、研削加工を実施している。
The
本実施形態におけるワークWは、加工面51における軸線方向に沿う少なくとも一の端部に、径方向外方に向けて突出する突出部が含まれている。この種のワークWとして、図4に示すように、クランクシャフト50を挙げることができ、クランクシャフト50におけるジャーナル部52やピン部53の外周面が、研削加工を施す加工面51となる。また、径方向外方に向けて突出するフランジ部54が突出部に相当する。
The workpiece W in the present embodiment includes a protruding portion that protrudes radially outward at at least one end portion along the axial direction of the processed
以下、研削装置10について詳述する。
Hereinafter, the
図1を参照して、前記ワーク回転駆動ユニット20は、主軸21を回転自在に支持するヘッドストック22と、主軸21の先端に連結されクランクシャフト50の一端を把持するチャック23と、主軸21にベルト24を介して接続される主軸モータM1と、クランクシャフト50の他端を支持するセンタ25を備えるテールストック26と、を有している。クランクシャフト50は、主軸モータM1の回転動がベルト24および主軸21を介して伝達されて回転駆動される。ヘッドストック22およびテールストック26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27、28上に設けられ、これらテーブル27、28は、X方向に沿ってスライド移動自在なテーブル29上に配置されている。クランクシャフト50をヘッドストック22とテールストック26との間にセットしたり、クランクシャフト50を加工位置に移動したりするために、各テーブル27、28、29が移動される。
Referring to FIG. 1, the work
図2を参照して、前記砥石31は、円盤形状を有し、外周面に砥粒面32が形成されている。砥粒は、例えば、酸化アルミニウム、シリコンカーバイト、ダイアモンドなどが挙げられる。砥粒の粒径は、加工面51に要求される表面性状(面粗度)などに応じて適宜選択される。例えば、図3(A)に示すように、粒度#140(平均粒径107μm)〜粒度#60(平均粒径252μm)の砥石31が使用される。なお、図3(A)は、使用する砥石31の一例を例示したにすぎず、本発明で使用する砥石31を限定するものではない。
Referring to FIG. 2, the
砥石31は、粒度および砥粒集中度によって、砥粒33の平均砥粒間隔L(図3(B)参照)が異なってくる。図3(A)に示される範囲の砥石31では、平均砥粒間隔Lは、107μm(粒度#140(平均粒径107μm)、砥粒集中度が200のとき)〜1008μm(粒度#60(平均粒径252μm)、砥粒集中度が50のとき)である。なお、「砥粒集中度が200のとき」とは、砥粒33を最大限にいれて、砥粒33同士がくっついた状態を指しており、実際の砥石31は、砥粒率を50%(砥粒集中度が100)程度にしたものが多い。また、平均砥粒間隔Lは計算上の値であり、実際の砥粒間隔Lには多少のばらつきがある。
The
図2を参照して、前記砥石回転駆動ユニット30は、砥石31の回転軸34上に連結されるスピンドル35と、当該スピンドル35を回転する砥石用モータM2と、を有している。スピンドル35は、クランクシャフト50の軸線Oと平行に配置されている。砥石回転駆動ユニット30は、X方向およびY方向に沿ってスライド移動自在な図示しない砥石テーブル上に配置され、また、Z方向に沿ってスピンドルの位置が調整自在となっている。砥石テーブルをX方向およびY方向に調節移動し、Z方向にスピンドルの位置を調整することにより、砥石31の位置が調整される。
Referring to FIG. 2, the grindstone
図1を参照して、前記オシレーションユニット40は、テーブル29の端面に当接する偏心回転体41と、偏心回転体41を回転駆動するオシレーション用モータM3と、を有している。オシレーションユニット40には、テーブル29の端面と偏心回転体41とを常時当接させるためにテーブル29を偏心回転体41に向けて押圧する弾発力を付勢するバネなどの弾性手段42が設けられている。オシレーションの振幅は、オシレーション用モータM3の軸心に対する偏心回転体41の偏心量に基づいて定まる。例えば、偏心量を約0.5mmに設定すると、オシレーションの振幅は約1mmとなり、偏心量を約1mmに設定すると、オシレーションの振幅は約2mmとなる。偏心回転体41の偏心量は、例えば調整プレート(図示せず)の挿入枚数を変えるなどの公知の手段により調整自在となっている。
Referring to FIG. 1, the
オシレーションユニット40が付与するオシレーションの幅つまり振幅は、使用する砥石31の平均砥粒間隔L以上であることが好ましい。オシレーションの幅を砥石31の平均砥粒間隔L以上に設定すれば、砥粒面32の凹凸形状が加工面51に転写されると加工面51に残存することになる凸部分55(図3(D)参照)を、個々の砥粒33の相対的な動きによって除去することができるからである。図3(A)に示した範囲の砥石31では、実際の平均砥粒間隔Lに多少のばらつきがあることを考慮しても、オシレーションの幅を1mm(1000μm)以上に設定すれば、個々の砥粒33の相対的な動きによって、加工面51に残存することになる凸部分55を除去することが可能となる。
It is preferable that the oscillation width, that is, the amplitude provided by the
さらに、オシレーションユニット40が付与するオシレーションの単位時間当たりのサイクル数つまりオシレーション速度は、ワーク形状、ベースとなる研削条件(ワーク回転速度や砥石回転速度)、要求される面粗度などによって決められるため、一義的に決まるものではないが、100〜900サイクル/分の間で選定するのが現実的であり、かつ、この範囲であれば十分な効果を得ることができる。
Furthermore, the number of cycles per unit time of the oscillation given by the
コントローラ60は、各モータM1、M2、M3の作動を制御する。主軸モータM1の回転速度を変えることにより、ワーク回転速度Vwが所望の速度に設定され、砥石用モータM2の回転速度を変えることにより、砥石回転速度Vgが所望の速度に設定され、オシレーション用モータM3の回転速度を変えることにより、オシレーション速度Voが所望の速度に設定される。また、コントローラ60は、砥石テーブル、テーブル27、28、29、スピンドル35の位置を移動するための図示しないモータ群の作動も制御する。
The
次に、本実施形態の作用を説明する。 Next, the operation of this embodiment will be described.
まず、ヘッドストック22とテールストック26との間にクランクシャフト50を支持する。ジャーナル部52またはピン部53の加工面51に砥粒面32が接触するように、砥石回転駆動ユニット30を移動する。
First, the
オシレーションユニット40のオシレーション用モータM3によりクランクシャフト50に軸方向に沿うオシレーションを付与しつつ、ワーク回転駆動ユニット20の主軸モータM1によりクランクシャフト50を軸中心で回転し、砥石回転駆動ユニット30の砥石用モータM2により砥石31を回転する。
While the oscillation motor M3 of the
付与するオシレーションの振幅は、砥石31の平均砥粒間隔Lよりも大きい、例えば、1mm(1000μm)に設定する。また、オシレーション速度Voは、100〜900サイクル/分に設定する。
The amplitude of the oscillation to be applied is set to be larger than the average abrasive grain interval L of the
そして、回転するとともにオシレーションが付与されたクランクシャフト50に、回転する砥石31を押圧すると、加工面51および砥粒面32が相対的にオシレーションしながら、加工面51が砥粒面32により研削加工される。
Then, when the
クランクシャフト50が有する複数のジャーナル部52またはピン部53に対する研削加工が完了すると、砥石回転駆動ユニット30を後退移動し、クランクシャフト50を取り出し可能な状態とする。クランクシャフト50を取り出した後、他のクランクシャフト50をセットすれば、同様の研削加工を開始することができる。
When the grinding process for the plurality of
図3(D)に示すように、プランジ研削方式で研削加工を施す対比例にあっては、砥粒面の凹凸形状がワークWの加工面56にそのまま転写され、加工面56に凸部分55が残存することになる。このため、加工面56には、ワークWの軸線方向に対して直交する方向に研削スジが残り、面粗度を向上させることが難しい。面粗度を高めるために平均粒径が小さい砥粒を用いることが考えられるが、この場合には、砥石の目詰まりが発生し易く、切れ味の低下や研削焼けを招く虞がある。
As shown in FIG. 3 (D), when the grinding is performed by the plunge grinding method, the uneven shape of the abrasive grain surface is directly transferred to the processed
これに対して本実施形態の研削装置10にあっては、図3(C)に矢印で示されるように、クランクシャフト50に軸方向に沿うオシレーションを付与してあるため、ワークWに対する砥粒33の軌跡が図中左右方向に相対的にずれることになる。この砥粒33の相対的な動きにより、砥粒面32の形状が転写されると加工面51に残存することになる凸部分55が除去される。しかも、研削加工に伴って形成される研削スジは、トラバース研削方式の場合のようなネジリード状とはならず、個々の砥粒33によって描かれるウェーブ状の研削スジが相互に重なってクロスハッチ状となる。これらの結果、ジャーナル部52やピン部53などの加工面51の面粗度が著しく向上することになる。
On the other hand, in the grinding
クランクシャフト50のジャーナル部52やピン部53の両側には、フランジ部54などが存在している。このフランジ部54は、ワークWをトラバースしたときに、砥石31と衝突する障害物となる。このため、トラバース研削方式を実施できず、従来では、プランジ研削せざるを得ず、面粗度の向上が阻害されていた。このような場合でも、本実施形態の研削装置10にあっては、クランクシャフト50に軸方向に沿うオシレーションを付与してあるため、トラバース研削方式を実施できない場合であっても、ジャーナル部52やピン部53の面粗度の向上を容易に図ることが可能となる。
On both sides of the
さらに、オシレーションの振幅は、砥石31の平均砥粒間隔L以上の、例えば、1mm(1000μm)としたため、前記凸部分55が確実に除去される。しかも、クロスハッチ状の研削スジがより細かなものとなる。したがって、加工面51は、より細かな表面粗さに形成される。
Furthermore, since the oscillation amplitude is set to, for example, 1 mm (1000 μm) which is equal to or greater than the average abrasive grain interval L of the
なお、研削加工において研削スジをクロスハッチ状とするためには、砥粒33を加工面51を斜めに走らせ、斜めの研削条痕を付けることが必要である。そのためには、砥粒33がある程度の時間継続して加工面51に接触し、切り屑の長さが約0.5〜3mmになることが必要である。一般的な研削条件の場合には、切り屑長さは上記の長さとなるが、砥粒切込量が極端に浅かったり、ワークWの周速度が極端に遅かったりあるいは極端に速かったりすると、切り屑長さは上記の長さとならない。
In addition, in order to make a grinding stripe into a cross hatch shape in the grinding process, it is necessary to run the
研削時におけるワークWの周速度は、砥石31の周速度の1/50〜1/200、一般的には、1(ワークW)/100(砥石31)程度の周速度比に設定されている。例えば、砥石31の周速度が3000m/分の場合には、ワークWの周速度は30m/分に設定される。
The peripheral speed of the workpiece W during grinding is set to a peripheral speed ratio of about 1/50 to 1/200 of the peripheral speed of the
このような研削条件で研削条痕が斜めになるように、ワークWおよび砥石31をワークWの軸線方向に相対的にオシレーションさせることになる。研削スジの傾斜角を大きくするためには、オシレーションの単位時間当たりのサイクル数つまりオシレーション速度Voは速い方がよく、前述した100〜900サイクル/分の間で選定する必要がある。単位時間あたりの加工面51に対する作用砥粒数を増大させて研削加工時間を短縮する観点からも、オシレーション速度Voは速い方がよい。
Under such grinding conditions, the workpiece W and the
また、オシレーション速度Voが同じであれば、研削スジの傾斜角を大きくするためには、オシレーションの振幅は可能な限り大きい方がよい。オシレーションの振幅に上限はないものの、ワークWまたは砥石31を軸方向に高速で、かつ、大きくオシレーションさせようとすると、オシレーション用の設備が大掛かりなものとなり、設備費の高騰を招いてしまう。したがって、オシレーションの振幅としては、約1mm〜2mm以下に設定するのが現実的である。
Further, if the oscillation speed Vo is the same, the oscillation amplitude should be as large as possible in order to increase the inclination angle of the grinding stripe. Although there is no upper limit to the oscillation amplitude, if the workpiece W or the
振幅約1mm〜2mm、100〜900サイクル/分のオシレーションを付加するオシレーションユニット40は機械加工装置などに広く適用されており、この技術を用いれば、設備費の高騰を招くことがない。
The
以上説明したように、上述した実施形態の研削装置10によれば、加工面51を有するワークWを回転駆動するワーク回転駆動ユニット20と、砥粒面32を有する砥石31を回転駆動する砥石回転駆動ユニット30と、ワークWに当該ワーク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と、を有し、ワークWの加工面51および砥石31の砥粒面32を相対的にオシレーションさせながら研削加工するので、砥粒33の相対的な動きにより、砥粒面32形状が転写されると加工面51に残存することになる凸部分55が除去され、しかも、研削加工に伴って形成される研削スジは、個々の砥粒33によって描かれる研削スジが相互に重なってクロスハッチ状となる。これらの結果、加工面51の面粗度のさらなる向上を図ることが可能となる。
As described above, according to the grinding
また、オシレーションユニット40が付与するワークWの軸線方向に沿うオシレーションの幅は、砥石31の平均砥粒間隔L以上であるので、前記凸部分55が確実に除去され、しかも、クロスハッチ状の研削スジがより細かなものとなる。したがって、加工面51をより細かな表面粗さに形成することが可能となる。
Moreover, since the width of the oscillation along the axial direction of the workpiece W provided by the
また、オシレーションユニット40が付与するワークWの軸線方向に沿うオシレーションの単位時間当たりのサイクル数は、100〜900サイクル/分であるので、オシレーションユニット40に関する設備費の高騰を招くことがない。
Further, since the number of cycles per unit time of the oscillation along the axial direction of the workpiece W provided by the
また、ワークWは、加工面51における軸線方向に沿う少なくとも一の端部に、径方向外方に向けて突出する突出部が含まれており、当該突出部に砥石31が衝突するためにトラバース研削方式を実施できない場合であっても、加工面51の面粗度の向上を図ることが可能となる。
In addition, the workpiece W includes a protruding portion that protrudes outward in the radial direction at at least one end portion along the axial direction of the
また、ワークWの加工面51は、クランクシャフト50のジャーナル部52やピン部53である。これら加工面51の両側に径方向外方に向けて突出するフランジ部54などが含まれており、当該フランジ部54などに砥石31が衝突するためにトラバース研削方式を実施できない場合であっても、ジャーナル部52やピン部53の面粗度の向上を容易に図ることが可能となる。
Further, the
(改変例)
ワークWおよびその加工面51は、クランクシャフト50のジャーナル部52やピン部53のように断面真円の円筒外周面に限定されるものではない。本発明は、例えば、カムシャフトのカムロブ部のように断面非真円の円弧状の加工面や、円筒体の内周加工面を研削加工する研削装置にも適用できることはいうまでもない。
(Modification example)
The workpiece W and its processed
外周面に砥粒面32を有する砥石31を例示したが、回転軸に直交する方向の面に砥粒面を形成した砥石を用いることもできる。
Although the
砥石31を砥石用モータM2により直接回転駆動する形態の砥石回転駆動ユニット30を示したが、砥石31の回転軸34と砥石用モータM2とをベルトを介して接続する形態でもよい。
Although the grindstone
図示例のオシレーションユニット40ではテーブル29にオシレーションを付与してワークWにオシレーションを付与しているが、ワークWを支持する主軸21にオシレーションを付与してもよい。また、ワークWにオシレーションを付与する場合に限られず、砥石31にオシレーションを付与したり、ワークWおよび砥石31の両者にオシレーションを付与したりしてもよい。オシレーションを発生させる機構も偏心回転体41を用いたものに限定されず、例えば、超音波加振機を用いてもよい。
In the illustrated
オシレーションの幅は、使用する砥石31の平均砥粒間隔Lとの関連において定めることができ、常に1mm(1000μm)以上に設定しなければならないものではない。例えば、図3(A)に例示した粒度#140(平均粒径107μm)、砥粒集中度が100の砥石31を使用する場合にあっては、オシレーションの幅を214μm以上に設定すればよい。さらに、図3(A)に例示した砥石31以外の砥石を使用する場合には、当該使用する砥石の平均砥粒間隔L以上にオシレーションの幅を設定すればよい。
The width of the oscillation can be determined in relation to the average abrasive grain interval L of the
トランスバース研削方式に、オシレーションをさらに付加することも可能である。 Oscillation can be further added to the transverse grinding method.
なお、慣習的に、「研削」という用語は荒加工を、「研磨」という用語は仕上げ加工を指しているが、本発明に係る研削装置10は、砥石31の粒度を選択することにより、荒加工および仕上げ加工のいずれにも適用可能である。この点で、本明細書における「研削」という用語は、荒加工のみならず、仕上げ加工を慣習的に指す「研磨」をも含む概念と理解されなければならない。
Conventionally, the term “grinding” refers to roughing, and the term “polishing” refers to finishing. However, the grinding
研削装置は、ワークの加工面を砥石により研削加工する用途に適用できる。 The grinding apparatus can be applied to a purpose of grinding a work surface of a workpiece with a grindstone.
10 研削装置、
20 ワーク回転駆動ユニット(ワーク回転駆動手段)、
21 主軸、
30 砥石回転駆動ユニット(砥石回転駆動手段)、
31 砥石、
32 砥粒面、
40 オシレーションユニット(オシレーション手段)、
41 偏心回転体、
50 クランクシャフト、
51 加工面、
52 ジャーナル部、
53 ピン部、
54 フランジ部(突出部)、
L 平均砥粒間隔、
M1 主軸モータ、
M2 砥石用モータ、
M3 オシレーション用モータ、
W ワーク。
10 grinding equipment,
20 Work rotation drive unit (work rotation drive means),
21 spindle,
30 grinding wheel rotation drive unit (grinding wheel rotation drive means),
31 Whetstone,
32 Abrasive surface,
40 Oscillation unit (oscillation means),
41 Eccentric rotating body,
50 crankshaft,
51 machined surface,
52 Journal part,
53 pin part,
54 Flange (projection),
L Average abrasive spacing,
M1 spindle motor,
M2 grinding wheel motor,
M3 oscillation motor,
W Work.
Claims (5)
砥粒面を有する砥石を回転駆動する砥石回転駆動手段と、
前記ワークおよび前記砥石のうちの少なくとも一方に前記ワーク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手段と、を有し、
前記ワークの前記加工面および前記砥石の砥粒面を相対的にオシレーションさせながら研削加工する研削装置。 A workpiece rotation driving means for rotating and driving a workpiece having a machining surface;
Grinding wheel rotation drive means for rotationally driving a grinding wheel having an abrasive surface;
Oscillation means for providing oscillation along the axial direction of the workpiece to at least one of the workpiece and the grindstone,
A grinding apparatus that performs grinding while relatively oscillating the processed surface of the workpiece and the abrasive surface of the grindstone.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20061003 |