JP2005271158A - Centerless grinding wheel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ニードルベアリング、超硬ピン、モーターシャフト、フェルール等の丸棒状や円筒状の被加工物をセンタレス研削する際に使用されるセンタレス研削砥石に関する。 The present invention relates to a centerless grinding wheel for use in centerless grinding of round or cylindrical workpieces such as needle bearings, carbide pins, motor shafts, and ferrules.
小径の丸棒やパイプなどの外周研削に適した研削加工としてセンタレス研削がある。このセンタレス研削は図3に示すように、被加工物Wを研削する研削砥石20と、被加工物Wを挟持するかたちで研削砥石20と向き合い被加工物Wに制動力を付与する調整車21と、研削砥石20と調整車21の間に設置され被加工物Wを支持するブレード22を備えたセンタレス研削盤による研削加工であり、図中矢印で示すように研削砥石20と調整車21を同方向に回転させ、被加工物Wを反対方向に回転させて、研削砥石20で被加工物Wの外周を研削するものである。
Centerless grinding is a grinding process suitable for peripheral grinding of small diameter round bars and pipes. In this centerless grinding, as shown in FIG. 3, a
このセンタレス研削において、調整車21が研削砥石20に対してその軸線が傾斜して配置されていることから、被加工物Wがブレード22の頂面22a上を摺動しながら矢印A方向に進行する。
In this centerless grinding, the adjusting
センタレス研削においては、一つのホイール内で切込負荷を変化させることができるため、砥粒層の各部位において粗研削、仕上げ研削等の役割分担が可能となる。そのため、砥粒の粒度を段階的に変えて役割の応じた砥粒層を形成することで、被削材の送り速度を速くして加工面粗さを向上することができ、高能率、高精度、高品質な加工ができる。 In centerless grinding, since the cutting load can be changed within one wheel, roles such as rough grinding and finish grinding can be shared at each part of the abrasive layer. Therefore, by changing the grain size of the abrasive grains in stages and forming an abrasive grain layer according to the role, the feed rate of the work material can be increased and the machined surface roughness can be improved. Precision and high quality processing is possible.
加工精度や加工コストの削減に対する要求は近年厳しくなっており、これに応じて砥粒粒度のみならず、砥粒のコーティングの有無、砥粒の集中度、ボンドの種類等を変更して
ホイールが設計されている。このようにしてホイールを作製すると、組成の異なる砥粒層が隣接することとなり、砥粒層間で線熱膨張の差を生じ、加工精度が低下することが問題となっている。
In recent years, demands for reductions in processing accuracy and processing costs have become stricter, and in response to this, wheels have been changed by changing not only the abrasive grain size but also the presence or absence of abrasive coating, the concentration of abrasive grains, the type of bond, etc. Designed. When the wheel is produced in this manner, the abrasive grain layers having different compositions are adjacent to each other, causing a difference in linear thermal expansion between the abrasive grain layers, which causes a problem that processing accuracy is lowered.
この問題点について、特許文献1では、台金の材料を線熱膨張係数の小さいガラス等のビトリファイド砥石を用いることで、加工精度の安定化を図っている。しかし、研削時の直接的な熱の発生による寸法変化に対する対策ではない。
With respect to this problem,
M/C始動時、研削開始時、研削安定時におけるM/Cや研削液の温度変化のレベルは、10〜20℃程度と小さく、砥粒層厚みは3〜5mm程度であるため、線熱膨張の影響は小さいと予想される。しかし、研削点の温度は500℃〜1000℃以上と言われており、熱源近くの砥粒層の線熱膨張係数によって、ホイールの外径が研削開始時と研削安定時とで変化していることが予想される。 The level of temperature change of M / C and grinding fluid at the start of M / C, at the start of grinding, and at the time of stable grinding is as small as about 10 to 20 ° C., and the thickness of the abrasive layer is about 3 to 5 mm. The impact of expansion is expected to be small. However, the temperature of the grinding point is said to be 500 ° C. to 1000 ° C. or more, and the outer diameter of the wheel changes between the start of grinding and the grinding stability due to the linear thermal expansion coefficient of the abrasive layer near the heat source. It is expected that.
また、砥粒層の組成がホイールの各部によって異なっているため、線熱膨張係数が異なっており、各ホイールで発生する熱量も異なっているため、ホイール外径の差が生じ、砥粒層の違いによる段差がホイールにおいて生じる。
センタレスホイールの製造においては、ホイールの長さは通常50mm程度であり、それ以上の長さのホイールを製造する場合には、30〜50mmのホイールを継いで製造されている。この場合、それぞれのホイールごとに組成を変えて砥粒層が形成されているため、ホイールの継目において線熱膨張の差による段差を生じる。
Also, since the composition of the abrasive layer is different for each part of the wheel, the linear thermal expansion coefficient is different, and the amount of heat generated in each wheel is also different, resulting in a difference in wheel outer diameter, A step due to the difference occurs in the wheel.
In the manufacture of a centerless wheel, the length of the wheel is usually about 50 mm, and when a wheel longer than that is manufactured, it is manufactured by succeeding a wheel of 30 to 50 mm. In this case, since the abrasive grain layer is formed by changing the composition for each wheel, a step due to the difference in linear thermal expansion occurs at the joint of the wheel.
このように、粒度の異なる砥粒を用いて形成された硬質砥粒層は、研削によって発生する熱によって硬質砥粒層毎に熱膨張が異なる。例えば、図4(a)に示すように、硬質砥粒層52を、それぞれのホイールの外周に設けられた52a〜52cの硬質砥粒をホイールの継目53で接するようにして長手方向に配設し、硬質砥粒層52aから硬質砥粒層52cの順に砥粒粒度を高くした場合、図4(a)において○で囲んで示す部分の拡大図である図4(b)に示すように、ホイールの継目において熱膨張差による段差が生じる。ホイールの継目にこのような段差が生じると、高精度の研削ができない。
As described above, the hard abrasive layer formed using abrasive grains having different particle sizes has a different thermal expansion for each hard abrasive layer due to heat generated by grinding. For example, as shown in FIG. 4A, the hard
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、ホイールの継目において熱膨張差による段差の発生を抑制して、高精度の研削が可能なセンタレス研削砥石を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and provides a centerless grinding wheel capable of high-precision grinding by suppressing generation of a step due to a difference in thermal expansion at a wheel joint. Objective.
以上の課題を解決するために、本発明は、被加工物を研削する研削砥石と、被加工物を挟持して前記研削砥石と向き合い被加工物に制動力を付与する調整車と、前記研削砥石と前記調整車との間に設置され被加工物を支持するブレードを備えたセンタレス研削盤による研削加工で用いられるセンタレス研削砥石であって、1つのホイール内において線熱膨張係数の異なる複数の領域からなる硬質砥粒層を有するホイールを形成し、前記ホイールの継目においては線熱膨張係数の差が5×10-6K-1以下となるようにして、複数のホイールを長手方向に順次配設したセンタレス研削砥石である。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a grinding wheel for grinding a workpiece, an adjusting wheel for sandwiching the workpiece and facing the grinding wheel to apply a braking force to the workpiece, and the grinding A centerless grinding wheel used for grinding by a centerless grinding machine provided with a blade that is installed between a grinding wheel and the adjusting wheel and supports a workpiece, and has a plurality of linear thermal expansion coefficients different in one wheel. A wheel having a hard abrasive layer composed of a region is formed, and a plurality of wheels are sequentially arranged in a longitudinal direction so that a difference in linear thermal expansion coefficient is 5 × 10 −6 K −1 or less at the joint of the wheel. A centerless grinding wheel disposed.
1つのホイール内において線熱膨張係数の異なる複数の領域からなる硬質砥粒層を一体成形してホイールを形成することによって、1つのホイール内において熱膨張差は生じるものの、連続的に形成された砥粒層内での熱膨張差であるため、被削材の引っ掛かりを生じることがない。また、ホイールの継目においては線熱膨張係数の差が5×10-6K-1以下となるようにしているため、ホイールの継目で熱膨張差による段差の発生を抑制することができる。従って、本発明の構成によって、粗研削から仕上げ研削までを1つの研削砥石で行えるとともに、ホイールの継目において段差を一定範囲内に抑えることができるために被削材の引っ掛かりを生じることがなく、加工精度を向上することができる。 By forming a wheel by integrally forming a hard abrasive grain layer composed of a plurality of regions having different linear thermal expansion coefficients in one wheel, although a difference in thermal expansion occurs in one wheel, it was formed continuously. Since it is a difference in thermal expansion in the abrasive layer, the work material is not caught. In addition, since the difference in coefficient of linear thermal expansion is 5 × 10 −6 K −1 or less at the wheel seam, it is possible to suppress the occurrence of a step due to the thermal expansion difference at the wheel seam. Therefore, according to the configuration of the present invention, it is possible to perform rough grinding to finish grinding with a single grinding wheel, and it is possible to suppress the step within a certain range at the joint of the wheel, so that the work material is not caught, Processing accuracy can be improved.
本発明によると、粗研削から仕上げ研削までを1つの研削砥石で行えるとともに、ホイールの継目において段差が生じないために被削材の引っ掛かりを生じることがなく、加工精度を向上することができる。 According to the present invention, it is possible to perform rough grinding to finish grinding with one grinding wheel, and since no step is generated at the joint of the wheel, the work material is not caught and the processing accuracy can be improved.
図1(a)は本発明の実施形態に係る研削砥石の構成を示す。被加工物Wは研削砥石20と調整車21との間に挟まれて研削される。
Fig.1 (a) shows the structure of the grinding wheel which concerns on embodiment of this invention. The workpiece W is sandwiched between the grinding
本実施形態の研削砥石20は、本体1の外周端に硬質砥粒層2を形成したものである。硬質砥粒層2は加工条件や被研削材の材質等に応じて、ダイヤモンド、cBN等を用いて形成される。硬質砥粒層2はそれぞれのホイールの外周に設けられた2a〜2dの硬質砥粒層を、ホイールの継目3で接するようにして長手方向に配設したものである。
The grinding
図1(b)に、硬質砥粒層2の詳細を示す。本発明においては、線熱膨張係数の異なる複数の領域からなる硬質砥粒層2を有するホイールを形成し、ホイールの継目3においては線熱膨張係数の差が5×10-6K-1以下となるようにして、複数のホイールを長手方向に順次配設して硬質砥粒層2の線熱膨張係数を段階的に変化させている。
例えば、硬質砥粒層2の線熱膨張係数については次のようになっている。硬質砥粒層ごとの線熱膨張係数は、硬質砥粒層2aでは全ての領域において同一である。硬質砥粒層2bのうち、継目3を挟んで硬質砥粒層2aと接する領域2b1の線熱膨張係数は、硬質砥粒層2aの線熱膨張係数との差が5×10-6K-1以下となるように設定されている。
このように、継目3を挟んで隣接する硬質砥粒層の線熱膨張係数の差を5×10-6K-1以下とすることは、例えば、以下の方法によって可能である。
The details of the hard abrasive layer 2 are shown in FIG. In the present invention, a wheel having a hard abrasive grain layer 2 composed of a plurality of regions having different linear thermal expansion coefficients is formed, and the difference in linear thermal expansion coefficient is 5 × 10 −6 K −1 or less at the
For example, the linear thermal expansion coefficient of the hard abrasive layer 2 is as follows. The linear thermal expansion coefficient for each hard abrasive layer is the same in all regions in the hard
Thus, the difference in the linear thermal expansion coefficient between the hard abrasive layers adjacent to each other with the
粒度の異なる砥粒を用いて硬質砥粒層を形成する場合の一例として、砥粒層Aを粒度#1000のcBNで形成し、砥粒層Bを粒度#1500のcBNで形成すると、粒度#1500のcBN砥粒で金属被覆がなされたものは現在のところ存在しないため、砥粒層Aと砥粒層Bとでは、通常5×10-6K-1以上の線熱膨張係数差を生じる。砥粒層Aと砥粒層Bの組成の詳細の一例を表1に示す。
これに対し、表1の砥粒層Cのように、Ni粉末を添加して充填材の配合割合を調整することで、砥粒層Aと砥粒層Cの線熱膨張係数差が5×10-6K-1以下の小さな値となるように調整することができる。
As an example of forming a hard abrasive layer using abrasive grains having different particle sizes, when the abrasive layer A is formed with cBN having a particle size # 1000 and the abrasive layer B is formed with cBN having a particle size # 1500, the particle size # There is currently no 1500 cBN abrasive coated metal, so the abrasive layer A and the abrasive layer B usually produce a linear thermal expansion coefficient difference of 5 × 10 −6 K −1 or more. . An example of the details of the composition of the abrasive grain layer A and the abrasive grain layer B is shown in Table 1.
On the other hand, as in the abrasive layer C in Table 1, the difference in linear thermal expansion coefficient between the abrasive layer A and the abrasive layer C is 5 × by adding Ni powder and adjusting the blending ratio of the filler. It can be adjusted to be a small value of 10 −6 K −1 or less.
また、上記の方法の他にも、Ni粉末の替りに、SiC、Al2O3などの一般砥粒や、銅などの金属、螢石、氷晶石、ガラス等の金属化合物、金属酸化物等を、目標とする研削性能を考慮してボンドに添加することによって、線熱膨張係数を調整することができる。 In addition to the above methods, instead of Ni powder, general abrasive grains such as SiC and Al 2 O 3 , metals such as copper, metal compounds such as meteorite, cryolite and glass, metal oxides Etc. can be added to the bond in consideration of the target grinding performance to adjust the linear thermal expansion coefficient.
また、硬質砥粒層2cのうち、継目3を挟んで硬質砥粒層2bと接する領域2c1の線熱膨張係数は、領域2b2の線熱膨張係数との差が5×10-6K-1以下となるように設定されている。硬質砥粒層2dでは全ての領域において線熱膨張係数が、領域2c2の線熱膨張係数との差が5×10-6K-1以下となるように設定されている。
なお、上記の研削砥石20においては、硬質砥粒層2aから硬質砥粒層2dの順に砥粒粒度を変えて砥粒の平均粒径を小さくしていることは、従来のものと同様である。
Further, in the hard
In the grinding
ホイールの継目3において段差を生じないためには、継目3を挟んで隣接する2つの硬質砥粒層の組成を同等にするのが最も良い。本発明の実施の形態では、ホイールの継目3において、被削材の引っ掛かりを抑制するために許容できる段差の大きさを検討した結果、継目3を挟んで隣接する2つの硬質砥粒層の線熱膨張係数の差を5×10-6K-1以下としている。その理由について、以下に説明する。
レジンボンドホイールにおいては、硬質砥粒層の線熱膨張係数は通常3×10-6〜25×10-6K-1の範囲に設定されている。例えば、線熱膨張係数が5×10-6K-1の硬質砥粒層(砥粒層A)と、線熱膨張係数が10×10-6K-1の硬質砥粒層(砥粒層B)とを継目3を挟んで隣接させ、硬質砥粒層の厚みを0.1mmとしてホイールを形成する。
研削ポイントからの距離が0.1mmであり、その研削ポイントでの温度が500℃以上であると想定すると、硬質砥粒層の温度が100℃変化したときに、砥粒層Aの厚みは0.05μm膨張し、砥粒層Bの厚みは0.10μm膨張する。その結果、砥粒層Aと砥粒層Bとの間に、0.05μmの段差を生じる。
In order not to cause a step in the
In the resin bond wheel, the linear thermal expansion coefficient of the hard abrasive layer is usually set in the range of 3 × 10 −6 to 25 × 10 −6 K −1 . For example, a hard abrasive layer (abrasive layer A) having a linear thermal expansion coefficient of 5 × 10 −6 K −1 and a hard abrasive layer (abrasive layer) having a linear thermal expansion coefficient of 10 × 10 −6 K −1 B) are adjacent to each other with the
Assuming that the distance from the grinding point is 0.1 mm and the temperature at the grinding point is 500 ° C. or higher, the thickness of the abrasive layer A is 0 when the temperature of the hard abrasive layer changes by 100 ° C. .05 μm and the thickness of the abrasive layer B expands by 0.10 μm. As a result, a step of 0.05 μm is generated between the abrasive layer A and the abrasive layer B.
一方、入口側から出口側へ順に砥粒の粒度を、例えば、#270,#600、#1500とし、それぞれの硬質砥粒層の長さを50mmとしたときに、センタレス研削における切り込み量は、それぞれの硬質砥粒層において3μm程度であり、砥粒層の長さ当たりにすると、0.06μm/mmとなる。センタレス研削における実際の使用状況を考えると、砥粒層の長さ当たりの切り込み量と同程度の大きさを超える段差が、ホイールの継目において生じると、ホイールの継目における被削材の引っ掛かりが顕著となり、加工精度が低下する。このような事情から、継目3を挟んで隣接する2つの硬質砥粒層の線熱膨張係数の差を5×10-6K-1以下とすることで、段差の大きさを小さくして、ホイールの継目における被削材の引っ掛かりの発生を抑制している。 On the other hand, the grain size of the abrasive grains in order from the inlet side to the outlet side is, for example, # 270, # 600, # 1500, and when the length of each hard abrasive grain layer is 50 mm, the cutting amount in centerless grinding is Each hard abrasive layer has a thickness of about 3 μm, which is 0.06 μm / mm per length of the abrasive layer. Considering the actual usage situation in centerless grinding, if a step exceeding the same depth as the cutting amount per length of the abrasive layer occurs at the wheel seam, the catch of the work material at the wheel seam is remarkable. As a result, the processing accuracy decreases. For this reason, the difference in linear thermal expansion coefficient between two hard abrasive grain layers adjacent to each other with the joint 3 being 5 × 10 −6 K −1 or less can reduce the size of the step, Occurrence of catching of the work material at the joint of the wheel is suppressed.
このように硬質砥粒層2bと硬質砥粒層2cは、線熱膨張係数の異なる複数の領域からなる硬質砥粒層を一体成形したものであり、1つの硬質砥粒層2内においては熱膨張差を生じるものの、連続的な砥粒層内での熱膨張差であるため、被削材の引っ掛かりを生じることがない。
また、ホイールの継目3においては隣接する硬質砥粒層2の線熱膨張係数の差が5×10-6K-1以下となるように設定されているため、ホイールの継目3で熱膨張差による段差を一定範囲内に抑えることができる。
As described above, the hard
Further, since the difference in the linear thermal expansion coefficient between the adjacent hard abrasive layers 2 is set to 5 × 10 −6 K −1 or less at the
ホイールの継目3において段差を一定範囲内に抑えることができることにより、段差によって被研削材が引っ掛かることがなくなり、被研削材の面精度が低下することがなく、加工精度が向上する。
Since the step can be suppressed within a certain range at the
なお、上記の実施形態は本発明の研削砥石の一例を示すものであり、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、研削砥石の全体形状、硬質砥粒層の形状、個数などは適宜変更することができる。 In addition, said embodiment shows an example of the grinding wheel of this invention, and this invention is not limited to said embodiment, The whole shape of a grinding stone, the shape of a hard abrasive grain layer, the number, etc. Can be appropriately changed.
以下に、試験結果を示す。
図2に、試験に使用したホイールの構成を示す。図2(a)は、従来品であり、ホイールの継目3を挟んで、硬質砥粒層2aの線熱膨張係数を5×10-6K-1、硬質砥粒層2bの線熱膨張係数を10×10-6K-1、硬質砥粒層2cの線熱膨張係数を20×10-6K-1としている。
The test results are shown below.
FIG. 2 shows the configuration of the wheel used in the test. FIG. 2 (a) is a conventional product, and the linear thermal expansion coefficient of the hard
発明品1は、図2(b)に示す構成の砥粒層を有し、硬質砥粒層2a1の線熱膨張係数を5×10-6K-1、硬質砥粒層2a2の線熱膨張係数を10×10-6K-1、継目3を挟んで形成されている硬質砥粒層2b1の線熱膨張係数を10×10-6K-1、硬質砥粒層2b2の線熱膨張係数を20×10-6K-1としている。
発明品2は、図2(b)に示す構成の砥粒層を有し、硬質砥粒層2a1の線熱膨張係数を5×10-6K-1、硬質砥粒層2a2の線熱膨張係数を10×10-6K-1、継目3を挟んで形成されている硬質砥粒層2b1の線熱膨張係数を15×10-6K-1、硬質砥粒層2b2の線熱膨張係数を20×10-6K-1としている。
比較品は、図2(b)に示す構成の砥粒層を有し、硬質砥粒層2a1の線熱膨張係数を5×10-6K-1、硬質砥粒層2a2の線熱膨張係数を10×10-6K-1、継目3を挟んで形成されている硬質砥粒層2b1の線熱膨張係数を18×10-6K-1、硬質砥粒層2b2の線熱膨張係数を20×10-6K-1としている。
Invention 2 has an abrasive grain layer having the structure shown in FIG. 2 (b), the hard
The comparative product has an abrasive layer having the configuration shown in FIG. 2B, the linear thermal expansion coefficient of the hard
試験条件を以下に示す。
M/C センタレス研削盤
ホイール寸法 400D×150T
被削材 SUJ−2、径3×長さ10
送り速度 8m/min
取り代 40μm(片側20μm)
Test conditions are shown below.
M / C Centerless grinding machine Wheel size 400 D × 150 T
Work material SUJ-2, Diameter 3 x Length 10
Feeding speed 8m / min
Stock removal 40μm (20μm on one side)
図2(c)に試験結果を示す。
被削材の面粗さがRa0.1μmとなるまでの加工時間(ドレスインターバル)は、従来品において80時間、発明品1において200時間、発明品3において170時間、比較品において100時間であった。この結果から、ホイールの継目における硬質砥粒層の線熱膨張係数の差を5×10-6K-1以内とすることにより、ドレスインターバルが改善していることがわかる。
FIG. 2 (c) shows the test results.
The processing time (dressing interval) until the surface roughness of the work material becomes Ra 0.1 μm is 80 hours for the conventional product, 200 hours for the
本発明は、丸棒状や円筒状の被加工物をセンタレス研削する際に使用されるセンタレス研削砥石として利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as a centerless grinding wheel used when centerless grinding a round bar-like or cylindrical workpiece.
1 本体
2 硬質砥粒層
2a〜2d 硬質砥粒層
3 継目
20 研削砥石
21 調整車
22 ブレード
W 被加工物
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