JP2006088291A

JP2006088291A - 研削盤におけるクーラント供給方法および装置

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Publication number: JP2006088291A
Application number: JP2004279117A
Authority: JP
Inventors: Yasuhei Yamada; 泰平山田; Hiroshi Morita; 浩森田
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 2004-09-27
Filing date: 2004-09-27
Publication date: 2006-04-06
Anticipated expiration: 2024-09-27
Also published as: JP4374616B2

Abstract

【課題】研削点でクーラントに発生するクーラント動圧が工作物一回転中に変動しないようにクーラント流量を変化させることにより、工作物を高い形状精度に研削加工する。
【解決手段】砥石台に支承されて回転駆動される砥石車を工作物支持装置に支持されて回転駆動される工作物に向かって相対的に研削送りし、研削点にクーラントを供給しながら前記砥石車により前記工作物を研削加工する研削盤において、研削点でクーラントに発生するクーラント動圧が工作物の一回転中のいずれの回転位相においても一定圧となるように研削点に供給されるクーラント流量を工作物の回転と同期して変化させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、研削盤において砥石車が工作物を研削加工する研削点にクーラントを供給するクーラント供給方法および装置に関する。

従来、工作物を砥石車で研削加工するとき、砥石車が工作物を研削する研削点にクーラントを供給して冷却および潤滑することにより、研削熱による工作物の研削焼け、熱歪み等を防止している。特許文献１には、研削砥石３７を有する砥石台１４と、工作物１を保持して回転させる主軸台１１と、クーラントタンク７に蓄えられたクーラント６をクーラントノズル４３に供給するインバータモータ付きのポンプ４２と研削加工部に配設されたクーラントノズル４３を備えた研削盤において、ポンプ４２によるクーラント６の吐出量を、例えば、工作物１の外径値、主軸２１の回転数、砥石台１４の送り速度により決定される工作物１の単位時間当たりの加工量に応じて変化させることが記載されている。これによれば、加工量が多い粗研削時には研削点へのクーラントの供給量を多くして研削焼けを防止し、加工量が少ない精研削時には供給量を少なくして研削点でクーラントに発生するクーラント動圧を減少させて工作物の加工精度を向上させることができる。
特開２００２−５９３３５号公報（第３，４頁、図１，４）

上記従来の研削盤における研削液供給方法および装置においては、加工量に応じてクーラント量を変化させているが、研削点での工作物表面形状に基づいてクーラント量を変化させることは行っていない。工作物が非真円形状のカムである場合、一定流量のクーラントを研削点に供給しながら砥石車によりカムを研削加工すると、研削点において砥石車の研削面とカム表面とにより形成される空間の拡がり具合がカムの回転位相により変化するので、研削点でクーラントに発生するクーラント動圧がカム一回転中の各回転位相で変動する。クーラント動圧が変動すると、工作物が砥石車から逃げる逃げ量、砥石車が装着される砥石軸の撓み量などが変動してカムと砥石車との回転中心間距離が変動し、研削されたカムの形状精度が低下させる。また、工作物が真円形状であっても、工作物に穴や溝がある場合には、穴や溝によりクーラント動圧が変動するので、工作物の形状精度が低下する。クーラント動圧の変動による形状誤差を抑制するために、一律的にクーラント流量を減少すると、研削された工作物の表面品位が悪くなる。

本発明は、上記した従来の不具合を解消するためになされたもので、研削点でクーラントに発生するクーラント動圧が工作物一回転中に変動しないようにクーラント流量を変化させることにより、工作物を高い形状精度に研削加工することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明の構成上の特徴は、砥石台に支承されて回転駆動される砥石車を工作物支持装置に支持されて回転駆動される工作物に向かって相対的に研削送りし、研削点にクーラントを供給しながら前記砥石車により前記工作物を研削加工する研削盤において、前記研削点で前記クーラントに発生するクーラント動圧が前記工作物の一回転中のいずれの回転位相においても一定圧となるように前記研削点に供給されるクーラント流量を前記工作物の回転と同期して変化させることである。

請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、一定流量のクーラントを前記研削点に供給した状態で、前記工作物の各回転位相における前記クーラント動圧を測定し、この測定されたクーラント動圧の前記回転位相の変化に伴う変動を打消すように、前記クーラント流量を前記工作物の回転と同期して変化させることである。

請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、一定流量のクーラントを前記研削点に供給した場合に、前記工作物の各回転位相における前記クーラント動圧を、各回転位相における前記研削点での工作物表面形状に基づいて算出し、この算出されたクーラント動圧の回転位相の変化に伴う変動を打消すように、前記クーラント流量を前記工作物の回転と同期して変化させることである。

請求項４に係る発明の構成上の特徴は、砥石車を支承して回転駆動する砥石台と、前記工作物を支持して回転駆動する工作物支持装置と、前記砥石台および前記工作物支持装置とが載置されたベッドと、前記砥石台を前記工作物支持装置に向かって相対的に研削送りする送り装置と、前記砥石車が前記工作物を研削加工する研削点にクーラントを送出するクーラント送出装置とを備えた研削盤において、前記研削点で前記クーラントに発生する動圧が前記工作物の一回転中のいずれの回転位相においても一定圧となるように前記研削点に供給されるクーラント流量を前記工作物の回転と同期して変化させるように前記クーラント送出装置を制御する制御装置を備えたことである。

請求項５に係る発明の構成上の特徴は、請求項４において、前記クーラント送出装置は、前記砥石台に取付けられ前記研削点に向けて上方からクーラントを供給するクーラントノズルと、該クーラントノズルの出口近傍に設けられ前記クーラントノズルから送出されるクーラント流量を制御する流量制御手段を有し、前記制御装置はこの流量制御手段を前記工作物の回転と同期して制御することである。

上記のように構成した請求項１に係る発明においては、研削点でクーラントに発生するクーラント動圧が工作物一回転中のいずれの回転位相においても一定圧となるように、クーラント流量を工作物の回転と同期して変化させている。これにより、工作物一回転中におけるカムと砥石車とのクーラント動圧の変動による回転中心間距離の変動を抑制することができ、研削された工作物の形状精度を向上することができる。

請求項２に係る発明においては、一定流量のクーラントを研削点に供給した状態で、工作物の各回転位相におけるクーラント動圧を測定し、この測定されたクーラント動圧の前記回転位相の変化に伴う変動を打消ように、クーラント流量を工作物の回転と同期して変化させるので、工作物一回転中におけるカムと砥石車との回転中心間距離の変動を正確に抑制することができ、研削された工作物の形状精度を向上することができる。

上記のように構成した請求項３に係る発明においては、一定流量のクーラントを研削点に供給した場合に、工作物の各回転位相における研削点でのクーラント動圧を工作物の表面形状に基づいて算出し、この算出されたクーラント動圧の前記回転位相の変化に伴う変動を打消ように、クーラント流量を工作物の回転と同期して変化させるので、工作物一回転中におけるカムと砥石車との回転中心間距離の変動を簡単な方法で抑制することができ、研削された工作物の形状精度を向上することができる。

上記のように構成した請求項４に係る発明においては、研削点でクーラントに発生するクーラント動圧が工作物一回転中のいずれの回転位相においても一定圧となるように、クーラント供給装置はクーラント流量を工作物の回転と同期して変化させる。これにより、工作物一回転中におけるカムと砥石車との回転中心間距離の変動を抑制し、工作物を高い形状精度で研削加工できるクーラント供給装置を提供することができる。

上記のように構成した請求項５に係る発明においては、研削点に向けて上方からクーラントを供給するクーラントノズルの出口近傍にクーラント流量を制御する流量制御手段を設けたので、クーラント流量をタイムラグなく工作物の回転位相と同期して正確に制御することができる。

以下、本発明に係る研削盤におけるクーラント供給方法および装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１において、数値制御カム研削盤１１のベッド１２上にはテーブル１３が摺動可能に載置され、ボールネジ１４を介してサーボモータ１５によりＺ軸方向に移動される。テーブル１３上には主軸台１６が固定され、主軸台１６には工作物Ｗの一端をチャック１７により把持する主軸１８が回転可能に軸承され、サーボモータ１９により回転駆動されて工作物ＷをＺ軸と平行なＣ軸回りに回転させる。テーブル１３上には、主軸台１６に対向して心押台２０が位置調整可能に固定され、この心押台２０に主軸１８と同軸線上に摺動可能に嵌合されたラム２１の先端に嵌着されたセンタ２２が工作物Ｗの他端に穿設されたセンタ穴に嵌合して工作物Ｗの他端を支持している。テーブル１３、主軸台１６およびサーボモータ１９等によって、工作物Ｗを水平なＸ‐Ｚ平面内でＣ軸回りに回転駆動可能に支持する工作物支持装置２３が構成されている。

ベッド１２上には砥石台テーブル２４がＺ軸と直交するＸ軸方向に摺動可能に装架され、ボールネジ２５を介してサーボモータ２６によりＺ軸方向に移動される。砥石台テーブル２４には砥石台２７が取付けられ、砥石台２７に砥石軸２８がＸ‐Ｚ平面内でＺ軸と平行に軸承され、ビルトインモータ２９により回転駆動される。砥石軸２８には、ＣＢＮ砥粒をビトリファイドボンドで結合した砥粒層がコア外周面に貼付けされた砥石車Ｇが装着されている。

砥石車Ｇが工作物Ｗを研削加工する研削点Ｐにクーラントを供給するクーラント送出装置３０は、クーラントノズル３１、ポンプ３２、モータ３３、流量制御弁３４、クーラント貯留槽３５等で構成され、モータ３３により駆動されるポンプ３２から吐出されたクーラントは流量制御手段である流量制御弁３４により流量制御され、砥石車Ｇの上方で砥石ガード３６に取り付けられたクーラントノズル３１から研削点に供給されて加工部を冷却および潤滑する。研削点に供給されたクーラントは、ベッド１１下方に流れ、図略のマグネットセパレータ等により切粉が分離された後に、再びクーラント貯留槽３５へ戻される。

流量制御弁３４は、可変絞り弁３７がポンプ３２とクーラントノズル３１との間にクーラントノズル３１の近傍で接続され、可変絞り弁３７前後の圧力が圧縮スプリング３８で付勢されるスプール弁３９の両端面に作用されている。可変絞り弁３７前後の圧力差に基づいてスプール弁３９に作用する力が圧縮スプリング３８のバネ力と釣合うように、スプール弁３９が移動してバイパスポート４０を開閉するので、余剰クーラントはバイパス路４１を通ってクーラント貯留槽３５に還流される。可変絞り弁３７前後の圧力差は圧縮スプリング３８のバネ力により略一定圧Ｐに維持されるので、可変絞り弁３７を通ってクーラントノズル３１から研削点に供給されるクーラント量Ｑは、一定圧Ｐを可変絞り弁３７の絞り抵抗Ｒで除した値に比例する。可変絞り弁３７は弁体がサーボモータ４２により移動されることにより弁孔の開度、延いては絞り抵抗Ｒを変化され、流量制御弁３４は可変絞り弁３７の開度をサーボモータ４２により制御することによりクーラント流量Ｑを制御することができる。

数値制御装置４３には、サーボモータ１９，２６を同時２軸制御して回転させ、主軸１８のＸ‐Ｚ平面内でのＣ軸回りの回転位相に応じて砥石台テーブル２４をＸ方向に進退移動させ、工作物Ｗと砥石車Ｇとの間でカムプロフィル創成運動を行わせるカムプロフィル創生ＮＣデータが記憶されている。さらに、数値制御装置４３には、カムプロフィル創成運動に重畳して砥石台テーブル２４を工作物支持装置２３に向かってＸ軸方向にプランジ研削送りし、研削点Ａにクーラントを供給しながら砥石車Ｇによって工作物ＷにカムＣを研削加工するプランジ研削送りプログラムが記憶されている。

図２に示すようにクーラント４４を研削点Ａに供給しながら砥石車Ｇにより非真円形状のカムＣを研削加工する場合、図３に示すように研削点Ａにおけるカム表面Ｃｓの曲率半径Ｅがカムの回転位相θによって変化し、この曲率半径Ｅの変化より、研削点Ａでクーラントに発生するクーラント動圧ＰがカムＣの一回転中の各回転位相θによって変動する。カムＣの回転位相θの変化に伴って生じるクーラント動圧Ｐの変動は、測定によって求めることができる。即ち、心押台２０のセンタ２２に力検出センサを埋設し、砥石車Ｇを仕上り形状に研削されたカムＣに極めて接近させて工作物Ｗと砥石車Ｇとの間でカムプロフィル創成運動を行わせた状態で、研削点Ａに一定流量Ｑｃのクーラントを供給することにより、カムＣの各回転位相θにおけるクーラント動圧Ｐを力センサの出力として測定することができる。このようにして測定したカムＣの各回転位相θにおけるクーラント動圧Ｐｖは図４のようになった。センタ２２に埋設した力センサに替えて、砥石軸２８を回転駆動するビルトインモータ２９の動力を測定することにより、各回転位相θにおけるクーラント動圧Ｐｖを測定することもできる。

また、クーラント動圧Ｐは、研削点Ａに供給されるクーラント流量Ｑ、砥石車Ｇの曲率半径および研削点Ａにおけるカム面Ｃｓの曲率半径Ｅとカム幅の増減に連れて増減し、実験により係数を設定することにより演算で求めることができる。クーラント流量を一定Ｑｃにした状態で、カムＣの各回転位相θにおけるクーラント動圧Ｐを、各回転位相θにおける研削点Ａでのカム表面Ｃｓの曲率半径Ｅとカム幅および砥石車Ｇの曲率半径に基づいて算出し、横軸に回転位相θ、縦軸にクーラント動圧Ｐをとってグラフに示すと図４のＰｖと略同様になった。

このように、クーラント動圧Ｐが変動すると、工作物Ｗが砥石車Ｇから逃げる逃げ量、砥石車Ｇが装着される砥石軸２８の撓み量などが変動してカムＣと砥石車Ｇとの回転中心間距離が変動し、研削されたカムＣの形状精度が低下する。従って、カムＣの回転位相θの変化に伴ってクーラント動圧Ｐが変動しないようにすると、形状精度のよいカムＣを研削加工することができる。そこで、図５に示すように一定流量Ｑｃのクーラント３３を研削点Ａに供給したときに、カムＣの回転位相θの変化に伴って生じるクーラント動圧Ｐの変動Ｐｖを打消すように、研削点Ａに供給されるクーラント流量Ｑを工作物Ｗの回転に同期してＱｖのように変化させると、クーラント動圧Ｐはクーラント流量Ｑと略比例するので、研削点Ａに生じるクーランド動圧Ｐは略一定圧Ｐｃとなる。

カムＣの回転位相θの変化に伴って変化するクーラント流量Ｑｖを求める一例を図５に基づいて説明する。研削焼け、熱歪み等が発生しない最少の一定流量Ｑｃのクーラント３３を研削点Ａに供給したときに、カムＣの回転位相θの変化に伴って生じるクーラント動圧Ｐｖを測定する。このクーラント動圧Ｐｖを上下反転することにより、回転位相の変化に伴って変化するクーラント流量Ｑｖを求め、このクーラント流量Ｑｖの最小値が最少の一定流量Ｑｃと一致するようにクーラント流量Ｑｖを上方に平行移動する。このようにして求めたクーラント流量ＱｖをカムＣの回転に同期して研削点Ａに供給すると、クーランド動圧Ｐは、最少の一定流量Ｑｃのクーラントを供給したときに発生するクーラント動圧Ｐｖの最大値と等しい略一定圧Ｐｃとなる。

数値制御装置４３には、研削点Ａに生じるクーランド動圧Ｐが略一定圧となるように、前述のように各回転位相で変化するクーラント流量Ｑｖがカムの種類毎に記憶されている。このクーラント流量Ｑｖは各種類のカムに適した流量となっているが、必要に応じてオーバライドをかけることによりクーランド動圧Ｐを略一定圧Ｐｃに維持して全体のクーラント流量を増減することができる。数値制御装置４３には、カムプロフィル創成運動に重畳してサーボモータ４２をサーボモータ１９に関連付けして回転させ、流量制御弁３４の可変絞り弁３７の絞り抵抗Ｒを主軸１８の回転位相θと同期して制御することにより、研削点Ａでクーラント３３に発生するクーラント動圧Ｐが工作物Ｗの一回転中のいずれの回転位相においても一定圧となるように研削点Ａに供給されるクーラント流量Ｑを工作物Ｗの回転位相θと同期して変化させるクーラント供給プログラムが記憶されている。

次に、上記実施の形態の作動について説明する。工作物Ｗを主軸１８のチャック１７に回転方向の位相決めを行って把持し後端部を心押台２０のセンタ２２で挟持して起動釦を押すと、数値制御装置４３は研削プログラムを実行する。サーボモータ１５が数値制御装置４３からの指令により回転駆動され、テーブル１３がボールネジ１４を介してＺ軸方向に移動され、砥石車Ｇが工作物Ｗのカム部と対向する研削開始位置に割出される。

次にサーボモータ１９，２６がカムプロフィル創生ＮＣデータにより同時２軸制御されて回転され、主軸１８のＸ‐Ｚ平面内でのＣ軸回りの回転位相に応じて砥石台テーブル２４がＸ方向に進退移動され、工作物Ｗと砥石車Ｇとの間でカムプロフィル創成運動が行われる。これと同時に、主軸１８の回転に連動してサーボモータ２６が回転され、砥石台テーブル２４が工作物支持装置２３に向かって粗研削送り速度で粗研削完了位置までＸ方向に前進され、プロフィル創成運動に重畳して砥石車Ｇが工作物Ｗのカム部に向かってＸ軸方向にプランジ粗研削送りされる。粗研削送り中は、数値制御装置４３からの指令により流量制御弁３４の可変絞り弁３７はサーボモータ４２よって開かれた状態に維持され、多量のクーラントが研削点Ａに供給される。

砥石台テーブル２４が粗研削完了位置まで粗研削送り速度で前進されプランジ粗研削が完了すると、砥石車Ｇがプロフィル創成運動に重畳して工作物Ｗに向かって精研削送り速度で精研削完了位置までＸ軸方向にプランジ精研削送りされ、砥石車ＧがカムＣをプランジ精研削する。精研削完了位置で砥石台テーブル２４が一時停止され、カムＣは砥石車Ｇによりスパークアウト研削される。

プランジ精研削およびスパークアウト研削中、数値制御装置４３はクーラント供給プログラムを実行し、サーボモータ４２をサーボモータ１９に関連付けして回転させる。これにより流量制御弁３４の可変絞り弁３７の開度がサーボモータ４２により変化され、可変絞り弁３７の絞り抵抗Ｒが主軸１８の回転と同期して制御され、研削点Ａでクーラントに発生するクーラント動圧Ｐが工作物Ｗの一回転中のいずれの回転位相においても一定圧となるように研削点Ａに供給されるクーラント流量Ｑが工作物Ｗの回転位相θと同期して変化される。

スパークアウト研削が完了すると、プロフィル創成運動に重畳して砥石車Ｇが工作物Ｗから後退端までＸ軸方向に後退され、砥石車ＧがカムＣから開離される。

上記実施の形態では、クーラント送出装置３０をクーラントノズル３１、ポンプ３２、モータ３３、流量制御弁３４、クーラント貯留槽３５等で構成しているが、クーラント送出装置をクーラントノズル、ポンプ、インバータモータ、クーラント貯留槽等で構成し、インバータモータによりポンプ回転数を工作物の回転と同期して変化させることにより、研削点に供給されるクーラント流量を工作物の回転と同期して変化させるようにしてもよい。

上記実施形態では、カムを研削する場合について説明したが、カム以外の非円形状の工作物を研削する場合、および円筒面に穴や溝がある工作物を研削する場合も同様に、工作物の回転位相の変化に伴って変化するクーラント流量Ｑｖを求め、このクーラント流量Ｑｖを工作物の回転に同期して研削点に供給することにより、クーラント動圧を工作物一回転中のいずれの回転位相においても略一定圧にすることができる。

本実施の形態に係るクーラント供給装置を備えたカム研削盤の平面図。砥石車、カムおよびクーラントノズルの関係を示す側面図。研削点におけるカム表面の曲率半径がカムの回転位相によって変化する状態を示す図。クーラント流量が一定の場合に工作物の各回転位相で研削点に生じるクーラント動圧を示す図。クーラント流量が一定の場合にカムの各回転位相で研削点に生じるクーラント動圧を打ち消す各回転位相でのクーラント流量を示す図。

符号の説明

１１…カム研削盤、１２…ベッド、１５，１９，２６，４２…サーボモータ、１８…主軸、２３…工作物支持装置、２９…砥石台、３０…クーラント供給装置、３１…クーラントノズル、３２…ポンプ、３３…モータ、３４…流量制御弁、４５…数値制御装置。Ｇ…砥石車、Ｗ…工作物、Ｃ…カム。

Claims

砥石台に支承されて回転駆動される砥石車を工作物支持装置に支持されて回転駆動される工作物に向かって相対的に研削送りし、研削点にクーラントを供給しながら前記砥石車により前記工作物を研削加工する研削盤において、前記研削点で前記クーラントに発生するクーラント動圧が前記工作物の一回転中のいずれの回転位相においても一定圧となるように前記研削点に供給されるクーラント流量を前記工作物の回転と同期して変化させることを特徴とする研削盤におけるクーラント供給方法。
請求項１において、一定流量のクーラントを前記研削点に供給した状態で、前記工作物の各回転位相における前記クーラント動圧を測定し、この測定されたクーラント動圧の前記回転位相の変化に伴う変動を打消すように、前記クーラント流量を前記工作物の回転と同期して変化させることを特徴とする研削盤におけるクーラント供給方法。
請求項１において、一定流量のクーラントを前記研削点に供給した場合に、前記工作物の各回転位相における前記クーラント動圧を、各回転位相における前記研削点での工作物表面形状に基づいて算出し、この算出されたクーラント動圧の回転位相の変化に伴う変動を打消すように、前記クーラント流量を前記工作物の回転と同期して変化させることを特徴とする研削盤におけるクーラント供給方法。
砥石車を支承して回転駆動する砥石台と、前記工作物を支持して回転駆動する工作物支持装置と、前記砥石台および前記工作物支持装置とが載置されたベッドと、前記砥石台を前記工作物支持装置に向かって相対的に研削送りする送り装置と、前記砥石車が前記工作物を研削加工する研削点にクーラントを送出するクーラント送出装置とを備えた研削盤において、前記研削点で前記クーラントに発生する動圧が前記工作物の一回転中のいずれの回転位相においても一定圧となるように前記研削点に供給されるクーラント流量を前記工作物の回転と同期して変化させるように前記クーラント送出装置を制御する制御装置を備えたことを特徴とする研削盤におけるクーラント供給装置。
請求項４において、前記クーラント送出装置は、前記砥石台に取付けられ前記研削点に向けて上方からクーラントを供給するクーラントノズルと、該クーラントノズルの近傍に設けられ前記クーラントノズルから送出されるクーラント流量を制御する流量制御手段を有し、前記制御装置はこの流量制御手段を前記工作物の回転と同期して制御することを特徴とする研削盤におけるクーラント供給装置。