JP2005169518A - 円筒研削加工方法及び円筒研削盤 - Google Patents

Abstract

【課題】 欠損部や突起部をワーク加工中に検出可能とすると共に、その欠損部または突起部を修正加工して、加工精度の高い円筒研削が行える円筒研削加工方法を提供する。
【解決手段】 回転するワークの研削部分に進退自在なワークレストを当接させて該ワークを支持し、前記ワークに対して回転砥石を所定の送り速度で送りながら切り込むと共に、そのワークの研削部分にインプロセスゲージアームを接触させて当該研削部分の直径を計測しながら該ワークを所定の直径となるように研削する円筒研削加工方法であって、回転砥石による前記ワークの研削中に生じた欠損部又は突起部を検出したときに、前記ワークレストを前記ワークから退避させる。また、ワークレストを退避させると同時に、回転砥石の送り速度を、欠損部又は突起部を検出する前の送り速度よりも遅くする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、ワークを所定の直径に研削加工する円筒研削加工方法及び円筒研削盤に関し、詳細には、欠損部や突起部が研削部分に生じたことを研削加工中に検出すると共に、その欠損部分など補正加工する技術に関する。

例えば、回転するワークに対して回転砥石を所定の送り速度で送りながら切り込むことにより、該ワークを所定の直径となるように研削する円筒研削加工において、研削加工中のワーク加工精度を測定し、その測定したデータをフィードバックするシステムとしては、インプロセスゲージによる外径計測装置が一般的である（例えば、特許文献１、２など参照）。
特開２００２−２３９８７６号公報（第３頁〜第５頁、第１図および第５図） 特開２００３−０９４２９３号公報（第３頁図および第４頁、第１図および第２図）

しかしながら、インプロセスゲージによる外径計測装置では、ワークの外径寸法、楕円精度、真円度などを測定するに過ぎないため、加工中に発生した欠損部や突起部などを検出することは不可能である。

このため、例えば自動車エンジンに使用されるクランクのピン部を円筒研削したときに、ある要因によって回転砥石およびワークの弾性変形が解放し一気にワークが削れることでワークの一部に欠損部や突起部が生じた場合、これら欠損部などを検出するには、ワーク加工後、当たり測定による目視か或いは外形形状真円度測定器による測定の何れかの手法に限られる。

特に、クランクのピン部研削は、ピン部の真円度を上げるために、仕上げの微小送りが完了するまでクランクの一部をワーク支持部材（ワークレスト）で支持するため、回転砥石の最終微小送りで一度欠損部が発生すると、欠損部が次々に飛び火し、それを修正することは不可能となる。

そこで、本発明は、欠損部や突起部をワーク加工中に検出可能とすると共に、その欠損部または突起部を修正加工して、加工精度の高い円筒研削が行える円筒研削加工方法および円筒研削盤を提供することを目的とする。

本発明は、回転するワークの研削部分に進退自在なワーク支持部材を当接させて該ワークを支持し、ワークに対して回転砥石を所定の送り速度で送りながら切り込むと共に、ワークの研削部分に直径検出部材を接触させて該研削部分の直径を計測しながらワークを所定の直径となるように研削する円筒研削加工方法である。本発明の円筒研削加工方法では、ワークを所定の直径に仕上げる最終研削加工工程において、ワーク支持部材をワークから待避させて該ワークを研削する。

本発明の円筒研削加工方法によれば、ワークを所定の直径に仕上げる最終研削加工工程において、ワーク支持部材をワークから待避させてワークを研削するので、ワーク支持部材によってワークが回転砥石側へ押し付けられることも、または、回転砥石によってワークがワーク支持部材側へ押し付けられることも無くなる。したがって、本発明によれば、ワークに欠損部や突起部を生じさせることなく、真円度の高い円筒加工を実現することができ、加工歩留まりを大幅に向上させることができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

［円筒研削盤の構成］
図１は円筒研削盤の全体構成を示す斜視図、図２は円筒研削盤の制御ブロック図、図３はクランクシャフトの一例を示す平面図である。

本実施の形態の円筒研削盤は、図１及び図２に示すように、ワーク１をクランプして回転させるワーク回転手段と、進退自在なワーク支持部材であるワークレスト２を当接させて該ワーク１を支持するワーク支持手段と、回転するワーク１に対して回転砥石３を所定の送り速度で送りながら切り込むことにより該ワーク１を所定の直径となるように研削する研削加工送り手段と、ワーク１の研削部分に直径検出部材であるインプロセスゲージアーム４を接触させて当該研削部分の直径を計測する直径計測手段と、回転砥石３によるワーク１の研削中に生じた欠損部又は突起部を検出する非円筒部検出手段と、非円筒部検出手段によってワーク１に欠損部又は突起部が検出されたときに、ワークレスト２をワーク１から退避させるようにワーク支持手段に指令する制御手段である制御部５とを備えている。

ワーク１には、例えば図３に示すように、自動車エンジンに使用されるクランクシャフトが使用される。本実施の形態の円筒研削盤により加工される研削部分は、ピストンが取り付けられるクランクシャフトのピン部６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄである。ワーク１は、図１中矢印Ｄで示す方向にスライド自在とされた可動テーブル１６によって、所定量送られるようになっている。

ワーク回転手段は、図１に示すように、ワーク１の両側に設けられた第１のワーク回転駆動部７と第２のワーク回転駆動部８とからなる。第１のワーク回転駆動部７及び第２のワーク回転駆動部８は、何れもワーク１の端部１ａ、１ｂをそれぞれクランプするワーククランプ（ワークチャック）９、１０と、ワーク回転駆動モータ１１によって回転する回転駆動軸１２とを有している。この回転駆動軸１２は、第１のワーク回転駆動部７と第２のワーク回転駆動部８との間に亘って設けられ、それぞれのワーククランプ９、１０を同期して回転させることによって前記ワーク１を回転させる。

ワーク支持手段は、図１及び図２に示すように、回転砥石３と相対向する反対側から当該回転砥石３を支えるワークレスト２と、このワークレスト２を該ワーク１に対して進退自在とするワークレスト駆動部（図示は省略する）とを有している。ワークレスト２は、ワーク１を支持する前進位置（図２の実線位置）と、ワーク１から離れた後退（退避）位置（図２の二点鎖線位置）との間を可動自在とされる。

研削加工送り手段は、回転するワーク１に対して回転砥石３を所定の送り速度で送る回転砥石送り機構部１３からなる。この回転砥石送り機構部１３は、図２に示すように、砥石台１８に取り付けられた回転砥石３を、砥石送り用サーボモータ１９の駆動によって回転するボールねじ２０により、前記ワーク１に対して近接離反する方向（Ｃ方向）に移動自在とする。また、この回転砥石送り機構部１３による回転砥石３の送り速度は、砥石送り用サーボモータ１９によって自由に調整可能とされ、任意の速度とすることができる。

回転砥石３は、図１に示すように、砥石駆動用モータ１４の回転をベルトカバー１５内に収納したプーリー・ベルト（図示は省略する）に伝達し、このプーリー・ベルトによって同図中矢印Ｂで示す方向に回転するように構成されている。

直径計測手段は、図２に示すように、一対のインプロセスゲージアーム４を有したインプロスゲージ１７からなる。インプロスゲージ１７は、一対のインプロセスゲージアーム４をワーク１の研削部分を挟み込んで接触させることにより、当該研削部分の直径を計測する。

非円筒部検出手段は、回転砥石３によるワーク１の研削中に生じた欠損部又は突起部を検出する。この非円筒部検出手段は、図２に示すように、インプロセスゲージアーム４の振幅を増幅するインプロセスゲージアンプ２１と、その振幅を変換して予め定めた振幅の閾値を検出する閾値検出部２２とからなる。閾値は、ピン部６ａの切削加工時にインプロセスゲージアーム４が振れた振幅のうち、ピン部６ａの真円度が製品として満足し得る範囲であるか否かで決められる。つまり、ピン部６ａの真円度が満足し得る程度であるときの最大限許されるインプロセスゲージアーム４による振幅値の上下限値を閾値とする。

制御部５は、図２に示すように、閾値検出部２２が閾値を超えたことを検出したときに、前記ワークレスト２をワーク１から退避させるように前記ワークレスト駆動部に指令を出す。閾値検出部２２が閾値を超えたことを検出した場合は、研削中の研削部分に何らかの原因で欠損部（切り欠き）又は突起部が出来たと判断できる。

［円筒研削加工方法］
次に、前記した円筒研削盤を使用してクランクシャフトのピン部６ａを研削する方法について説明する。

図４は本発明方法によりピン部を円筒研削する工程を順次示すフローチャート、図５は砥石切り込み、インプロセスゲージ径データ及びインプロセスゲージ振幅と時間との関係をそれぞれ示す図、図６は研削部分に欠損部が生じたときの図、図７は欠損部が出来ることによって突起部が生じたときの図、図８は突起部によってさらに欠損部が生じたときの図、図９はワークレストを退避させて欠損部及び突起部を修正研削するときの図である。

先ず、砥石駆動用モータ１４を駆動させて回転砥石３を回転させることにより図４のフローチャートを開始する。次に、ステップＳ１の工程において、クランクシャフトであるワーク１を円筒研削盤に投入させる。次いで、ステップＳ２の工程において、ワーク１の両端１ａ、１ｂをそれぞれのワーククランプ９、１０でクランプさせ、当該ワーク１を固定させる。

次に、ステップＳ３の工程において、ワーク回転駆動モータ１１を回転させることによって、前記ワーク１を回転させる。次に、ステップＳ４の工程において、ワークレスト２をワーク１に対して前進させ、図２に示すように、当該ワークレスト２をピン部６ａに接触させる。ワークレスト２は、回転砥石３とは反対側からピン部６ａを支えるように当接する。このワークレスト２のワーク１に対する当接により、回転するワーク１の回転ぶれを抑えることができる。

次に、ステップＳ５の工程において、砥石送り用サーボモータ１９を駆動して回転砥石３をワーク１に対して近接する方向に前進させる。そして、この回転砥石３を所定の送り速度（ファーストフィード）で送りながらワーク１のピン部６ａを研削する第１送り加工を行う。ファーストフィードでは、図５（ａ）に示すように、回転砥石３の送り速度を早くしてピン部６ａを荒削りする。

次に、ステップＳ６の工程において、インプロセスゲージ１７を駆動しインプロセスゲージアーム４を、図２に示すように、ピン部６ａを挟み込むようにして接触させる。そして、ステップＳ７の工程において、このインプロセスゲージ１７によって、回転砥石３によるピン部６ａの研削部分の直径を計測する。次いで、インプロセスゲージ１７によって第１送り加工で設定しておいた直径となったことを検知したら、図４のフローチャートをステップＳ８の工程に進める。

ステップＳ８の工程では、図５（ａ）に示すように、回転砥石３の送り速度をファーストフィードよりも遅らせた送り速度（ミディアムフィード）で加工を行う第２送り加工とする。この第２送り加工では、同様にインプロセスゲージ１７によって回転砥石３によるピン部６ａの研削部分の直径を計測する。そして、同じくインプロセスゲージ１７によって第２送り加工で設定しておいた直径となったことを検知したら、図４のフローチャートをステップＳ９の工程に進める。

ステップＳ９の工程では、図５（ａ）に示すように、回転砥石３の送り速度をミディアムフィードよりもさらに遅らせた速度（マイクロフィード）で加工を行う第３送り加工とする。この第３送り加工では、やはりインプロセスゲージ１７によって回転砥石３によるピン部６ａの研削部分の直径を計測する。

また、次のステップＳ１０の工程では、ピン部６ａの研削部分に切り欠きが形成される欠損部又は突起部が形成された否かを検知する欠円検知モードに入る。この欠円検知モードは、インプロセスゲージ１７による径のデータ（図５（ｂ）参照）に変換する前のインプロセスゲージアーム４が振動する振幅の生データに閾値を設定し（図５（ｃ）参照）、このインプロセスゲージアーム４の振幅をモニターする。

例えば、図６に示すように、ピン部６ａに欠損部２４が発生したとすると、その欠損部２４がインプロセスゲージアーム４を通過するときに閾値を超えた振幅が、前記した閾値検出部２２に検出される。この閾値を超えた振幅が検出された場合、研削部分に欠損部２４が形成されたと判断する。なお、欠損部２４の深さＬは、例えば３〜５μｍ程度である。また、この欠損部２４がワークレスト２を通過すると、図７の二点鎖線で示す状態から実線で示す状態のようにワーク１全体がワークレスト２側に押される。このため、ピン部６ａの研削部分には、図７に示すように、突起部２３が形成される。

また、この突起部２３がワークレスト２を通過すると、図８の二点鎖線で示す状態から実線で示すようにワーク１が回転砥石３側に押される。この結果、ピン部６ａの研削部分には、図８に示すように、新たな欠損部２４が発生する。この突起部２３の形成と欠損部２４の発生による連鎖は、マイクロフィードが終了するまで起こる。例えば、マイクロフィードによる第３送り加工時には、研削による取りしろが１０μｍ、送りが３μｍ／秒、ワーク回転数が６０〜１００ｒｐｍ／毎分程度の場合、欠損部２４が２箇所、突起部２３が１箇所できる。

ステップＳ１１の工程では、閾値検出部２２によって検出した振幅値が設定した閾値の範囲内にあるか否かを判断する。この判断工程で、検出された振幅値が閾値の範囲内に入っていれば、図４の工程を次のステップＳ１２の工程に進める。ステップＳ１２の工程では、回転砥石３の送りを停止させた状態で回転砥石３によってピン部６ａを研削し（マイクロドゥエル）、所定の直径となるまで研削を行う仕上げ加工（最終研削加工工程）である第４送り加工を行う。

この第４送り加工において、ピン部６ａが所定の設定径に仕上がったら、ステップＳ１３の工程でワークレスト２を後退させる。次に、ステップＳ１４の工程では、インプロセスゲージアーム４をワーク１から後退させる。これで、ピン部６ａの加工が終了する。なお、一番目のピン部６ａの研削が終了したら可動テーブル１６を移動させてワーク１を送り、次に加工すべきピン部６ｂを研削加工位置に移動させる。

一方、ステップＳ１１の工程において、閾値検出部２２によって検出した振幅値が設定した閾値の範囲を超えていた場合は、図４のフローチャートをステップＳ１５の工程に移行させる。ステップＳ１５の工程では、ワークレスト２をワーク１から離間する方向に後退（退避）させる。この時点では、既にピン部６ａには、欠損部２４又は突起部２３が形成されてしまっているが、新たな欠損部２４又は突起部２３の発生は抑制できる。

次に、この図４のフローチャートをステップＳ１６の工程に進める。ステップＳ１６の工程では、例えば回転砥石３をマイクロフィードよりもさらに遅くした砥石送り速度（第二マイクロフィード）で加工を行う第５送り加工を行う。第５送り加工では、ワークレスト２がワーク１から退避した位置にあるため、ワークレスト２によってワーク１が回転砥石３側へ押されることも無く、また、ワーク１が回転砥石３によってワークレスト２側に押されることも無い。したがって、発生した欠損部２４又は突起部２３は、図９の二点鎖線で示すように、回転砥石３によって削られる。

この第二マイクロフィードによる第５送り加工を終了した後、この図４のフローチャートをステップＳ１７の工程に進める。ステップＳ１７の工程では、マイクロドゥエルによる第４送り加工を行う。そして、ピン部６ａの直径が所定の値になると、次のステップＳ１８の工程でインプロセスゲージアーム４をワーク１から後退させる。これで、欠損部２４又は突起部２３が無く真円度の高い高精度なピン部６ａを加工することができ、この図４のフローチャートは終了となる。

［本実施の形態による効果］
本実施の形態によれば、ワーク１を所定の直径に仕上げる最終研削加工工程において、ワークレスト２をワーク１から退避させて該ワーク１を研削しているので、回転砥石３によってワーク１がワークレスト２側へ押圧付勢されることがないため、研削部分に欠損部２４又は突起部２３が形成されることを防止できる。

また、本実施の形態によれば、回転砥石３によるワーク１の研削中に生じた欠損部２４又は突起部２３を検出したときに、ワークレスト２をワーク１から退避させるので、さらなる欠損部２４又は突起部２３の発生を防止することができる。

また、本実施の形態によれば、ワークレスト２をワーク１から退避させると同時に、回転砥石３の送り速度を欠損部２４又は突起部２３を検出する前の送り速度よりも遅くしているので、発生した欠損部２４又は突起部２３を研削して補正修正することができる。

また、本実施の形態によれば、インプロセスゲージアーム４による振幅値に閾値を設定し、その閾値を超えたときを、ワーク１の研削中に生じた欠損部２４又は突起部２３であると判定しているので、ワーク加工中でも欠損部２４又は突起部２３を目視によることなく検出することができる。

［その他の実施形態］
以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、本発明は、上述の実施の形態に制限されることなく種々の変更が可能である。

例えば、前述の実施の形態では、ワークレスト２をワーク１から退避させると同時に、回転砥石３の送り速度を、欠損部２４又は突起部２３を検出する前の送り速度よりも遅くしたが、速くするようにしても同様の効果が得られる。

円筒研削盤の全体構成を示す斜視図である。 円筒研削盤の制御ブロック図である。 クランクシャフトの一例を示す平面図である。 本発明方法によりピン部を円筒研削する工程を順次示すフローチャートである。 砥石切り込み、インプロセスゲージ径データ及びインプロセスゲージ振幅と時間との関係をそれぞれ示す図である。 研削部分に欠損部が生じたときの図である。 欠損部が出来ることによって突起部が生じたときの図である。 突起部によってさらに欠損部が生じたときの図である。 ワークレストを退避させて欠損部及び突起部を修正研削するときの図である。

符号の説明

１…ワーク（被加工物）
２…ワークレスト（ワーク支持部材）
３…回転砥石
４…インプロセスゲージアーム
５…制御部（制御手段）
６ａ〜６ｄ…ピン部（研削部分）
７…第１のワーク回転駆動部（ワーク回転手段）
８…第２のワーク回転駆動部（ワーク回転手段）
１３…回転砥石送り機構部（研削加工送り手段）
２１…インプロセスゲージアンプ（非円筒部検出手段）
２２…閾値検出部（非円筒部検出手段）
２３…突起部
２４…欠損部

Claims (6)

1. 回転するワークの研削部分に進退自在なワーク支持部材を当接させて該ワークを支持し、前記ワークに対して回転砥石を所定の送り速度で送りながら切り込むと共に、そのワークの研削部分に直径検出部材を接触させて当該研削部分の直径を計測しながら該ワークを所定の直径となるように研削する円筒研削加工方法であって、
   前記ワークを所定の直径に仕上げる最終研削加工工程において、前記ワーク支持部材を前記ワークから待避させて該ワークを研削する
   ことを特徴とする円筒研削加工方法。
2. 回転するワークの研削部分に進退自在なワーク支持部材を当接させて該ワークを支持し、前記ワークに対して回転砥石を所定の送り速度で送りながら切り込むと共に、そのワークの研削部分に直径検出部材を接触させて当該研削部分の直径を計測しながら該ワークを所定の直径となるように研削する円筒研削加工方法であって、
   前記回転砥石による前記ワークの研削中に生じた欠損部又は突起部を検出したときに、前記ワーク支持部材を前記ワークから退避させる
   ことを特徴とする円筒研削加工方法。
3. 請求項２に記載の円筒研削加工方法であって、
   前記ワーク支持部材を前記ワークから退避させると同時に、前記回転砥石の送り速度を、前記欠損部又は突起部を検出する前の送り速度よりも遅く又は速くする
   ことを特徴とする円筒研削加工方法。
4. 請求項２または請求項３に記載の円筒研削加工方法であって、
   前記直径検出部材が前記研削部分に接触することによって振動する振幅値に閾値を設定し、その閾値を超えたときを、前記ワークの研削中に生じた欠損部又は突起部であると判定する
   ことを特徴とする円筒研削加工方法。
5. ワークをクランプして回転させるワーク回転手段と、
   前記ワーク回転手段によって回転される前記ワークの研削部分に、進退自在なワーク支持部材を当接させて該ワークを支持するワーク支持手段と、
   回転する前記ワークに対して回転砥石を所定の送り速度で送りながら切り込むことにより該ワークを所定の直径となるように研削する研削加工送り手段と、
   前記ワークの研削部分に直径検出部材を接触させて当該研削部分の直径を計測する直径計測手段と、
   前記回転砥石による前記ワークの研削中に生じた欠損部又は突起部を検出する非円筒部検出手段と、
   前記非円筒部検出手段によって前記ワークに欠損部又は突起部が検出されたときに、前記ワーク支持部材を前記ワークから退避させるように前記ワーク支持手段に指令する制御手段とを備えた
   ことを特徴とする円筒研削盤。
6. 請求項５に記載の円筒研削盤であって、
   前記制御手段は、前記ワーク支持部材を前記ワークから退避させると同時に、前記回転砥石の送り速度を、前記欠損部又は突起部を検出する前の速度よりも遅く又は速くなるように、前記研削加工送り手段に指令する
   ことを特徴とする円筒研削盤。

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