JP2008100318A - 軸状ワークの研削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】最適な研削条件に設定して研削部位を精度良く研削することが可能な方法を提供する。
【解決手段】軸状ワーク１を支持手段２により支持して、砥石３を回転させながら軸状ワーク１に対して相対的に送るとともに、軸状ワーク１と砥石３との接触点にクーラントＣを供給して、軸状ワーク１を研削する方法であって、支持手段２が研削時に受ける荷重をセンサ５によって測定し、この測定値に基づいて研削状態を検出する。
【選択図】図２

Description

本発明は、軸状ワークの研削方法に関し、さらに詳しくは、軸状ワークを支持手段により支持して、砥石を回転させながら前記軸状ワークに対して相対的に送るとともに、前記軸状ワークと砥石との接触点にクーラントを供給して、前記軸状ワークを研削する方法に関するものである。

所謂軸ものと呼ばれる軸状のワークとして、自動車のエンジンなどに使用されるカムシャフトのカム面を研削する場合、一般に、支持手段としてセンタによりカムシャフトの両端を保持し、研削されるカム面と砥石との接触点（研削点）にクーラントを供給した状態で、砥石を回転駆動させるとともにカム面の位相に応じて砥石を移動させるとともに、研削量に応じて砥石を軸状ワークに対して相対的に送って、カム面を研削している（例えば特許文献１を参照）。軸状ワークを適切に研削するためには、ワークおよび砥石の回転数や、相対的な送り量（加工量）、クーラントの供給量および供給圧力、クーラントを供給するためのノズル形状、供給角度、ノズルと研削点の距離など、研削条件を最適に設定する必要がある。

上記特許文献１には、クーラントを供給して回転する砥石によりワークを研削する研削方法において、前記砥石の外周近辺を横断する流体ジェットを噴出させて前記砥石の外周に沿って連れ回る空気層が遮断された状態の砥石の外周面に異なる角度で着水する複数のクーラント流を供給し、供給されたクーラントが研削点に到達できるようにしたことなどを特徴とする研削液供給方法が開示されている。

また、上記特許文献１には、クーラントを供給して回転する砥石によりワークを研削する研削装置において、前記砥石表面上における前記研削点の上流側において、砥石の外周に沿って連れ廻る空気の流れである空気層に対して該空気層の幅方向の一方の側から他方の側へ横断する流体ジェットを噴出する流体ノズルを配設し、前記流体ノズルから噴出された流体ジェットにより前記空気層を吹き飛ばして、前記連れ廻る空気層を排除遮断された遮断位置と前記研削点との間の複数の点に異なった角度でクーラントを供給する複数のノズルを備えた研削液ノズルを配設し、前記研削液ノズルから供給された複数のクーラント流を砥石の少なくとも研削加工領域まで巻きつけるようにしたことなどを特徴とする研削液供給装置が開示されている。

そして、上記特許文献１には、供給されたクーラントが確実に砥石の外周面の研削点に到達できるようにし、砥石外周面におけるクーラントの巻きつき範囲を拡げるとともに、必要なクーラント量を低減することを目的としたものであることが記載されている（０００６）。すなわち、砥石を回転させると、その外周に沿って空気層が連れ回ることとなる。この連れ回る空気層により、クーラントが砥石の外周面の研削点に到達（供給）できないので、特許文献１における従来の技術としては、連れ回る空気層を打ち破るためにクーラントを大量に供給していたため、クーラントの必要な量が多くなる。

そこで、特許文献１では、連れ回る空気層を打ち破るために、従来では大量に供給されていたクーラントの量を低減することを目的として、上述したような特徴を有する構成としたものである。

特開平２００３−２７５９５８号公報

しかしながら、上記特許文献１にあっては、例えばクーラントを供給する量や圧力など、研削条件を具体的な数値で把握することができず、人が経験と勘にたよって各研削条件を設定するしかなく、実際に各研削条件が過不足なく適切であるかどうかが明確でないという問題があった。そして、クーラントの供給量は、一般に、不足することがないように多めに設定することが慣例となっており、結局必要なクーラントの量を低減させることは困難であった。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、研削条件を設定したり、その設定のためのデータを収集し、また、研削条件をフィードバック制御するために研削状態を検知し、あるいは、研削異常の発生を検知するなど、軸状ワークの研削加工を管理するために、研削状態を正確に且つ容易に検出することができ、もって、軸状ワークの研削部位を精度良く研削することが可能な方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る方法は、軸状ワークを支持手段により支持して、砥石を回転させながら前記軸状ワークに対して相対的に送るとともに、前記軸状ワークと砥石との接触点にクーラントを供給して、前記軸状ワークを研削する方法であって、前記支持手段が研削時に受ける荷重をセンサによって測定し、この測定値に基づいて研削状態を検出することを特徴とする。

本発明では、支持手段が研削時に受ける荷重をセンサによって測定する。このとき、センサによる測定値は研削条件によって変化する。そのため、支持手段が研削時に受ける荷重を測定することで、その測定値から研削状態を正確に検出することができる。その結果、ワークおよび砥石の回転数や、相対送り量（加工量）、クーラントの供給量および供給圧力、クーラントを供給するためのノズル形状、供給角度、ノズルと研削点の距離など、研削条件を最適に設定したり、その設定のためのデータを収集し、また、研削状態に応じて研削条件をフィードバック制御するために研削状態を検知し、あるいは、研削異常の発生を検知するなど、軸状ワークの研削加工を精度良く管理することが可能な方法を提供することができる。

（発明の態様）
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。請求可能発明は、少なくとも、請求の範囲に記載された発明である「本発明」ないし「本願発明」を含むが、本願発明の下位概念発明や、本願発明の上位概念あるいは別概念の発明を含むこともある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の各項において、（１）項が請求項１に相当する。

（１） 軸状ワークを支持手段により支持して、砥石を回転させながら前記軸状ワークに対して相対的に送るとともに、前記軸状ワークと砥石との接触点にクーラントを供給して、前記軸状ワークを研削する方法であって、
前記支持手段が研削時に受ける荷重をセンサによって測定し、この測定値に基づいて研削状態を検出することを特徴とする軸状ワークの研削方法。

本項に記載の発明は、軸状ワークを支持する支持手段にセンサを設けて、このセンサから出力される信号により研削時の支持手段が受ける荷重を測定する。センサによる測定値は研削条件によって変化する。そのため、支持手段が研削時に受ける荷重を測定することで、その測定値から研削状態を正確に検出することができる。

（２） 支持手段が軸状ワークの端面を支持するセンタであり、前記センサがセンタの受ける荷重を測定する歪ゲージであることを特徴とする（１）に記載の軸状ワークの研削方法。

本項に記載の発明は、軸状ワークの端面を支持するセンタに歪ゲージを使用することにより、センタが受ける荷重を容易に測定して、その測定値に基づいて研削状態を正確に検出することが可能な方法を提供することができる。

（３） 歪ゲージを少なくとも一対で、互いの位相がセンタの中心に対して９０度で配置することを特徴とする（２）に記載の軸状ワークの研削方法。

本項に記載の発明は、歪ゲージを少なくとも一対で、互いの位相がセンタの中心に対して９０度で配置することにより、研削時の支持手段が受ける各方向への荷重を容易に測定して、その測定値から研削状態をより正確に検出することが可能な方法を提供することができる。

（４） 予め研削条件を変化させて、各研削条件における研削時の支持手段が受ける荷重を測定して、各測定値と研削条件とを関連付けることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の軸状ワークの研削方法。

本項に記載の発明は、予め研削条件を変化させて、各研削条件における研削時の支持手段が受ける荷重を測定し、各測定値と研削条件とを関連付けて研削状態のデータを収集することにより、測定値から研削状態を正確に検出することが可能な方法を提供することができる。

（５） 測定値と研削条件との関連付けから、適切な研削状態となるような研削条件を設定することを特徴とする（４）に記載の軸状ワークの研削方法。

本項に記載の発明は、適切な研削状態となるような研削条件を設定することにより、軸状ワークの研削部位を精度良く研削することが可能な方法を提供することができる。

（６） 適切な研削条件に基づいて測定される荷重に所定のしきい値を予め設定し、該設定されたしきい値と測定値とを比較して、測定値が設定されたしきい値を超えた場合に、異常発生を検知することを特徴とする（５）に記載の軸状ワークの研削方法。

本項に記載の発明は、適切な研削条件に基づいて測定される荷重に所定のしきい値を予め設定し、この設定されたしきい値と測定値とを比較することにより、研削状態の異常発生を正確に検知することが可能な方法を提供することができる。

（７） 支持手段が受ける荷重の測定値をフィードバックして、研削条件を制御することを特徴とする（５）に記載の軸状ワークの研削方法。

本項に記載の発明は、支持手段が受ける荷重の測定値をフィードバックして、研削条件を制御することにより、常に適切な研削状態で軸状ワークを安定して研削することが可能な方法を提供することができる。

（８） 軸状ワークがカムを有しており、該カムのカム面を研削する場合において、軸状ワークのカムの軸方向の位置とカムの軸周りの位相と対応させて、研削時の支持手段が受ける荷重を測定することを特徴とする（１）〜（７）のいずれかに記載の軸状ワークの研削方法。

本項に記載の発明は、軸状ワークの軸方向の位置と軸周りの位相に応じてカム面を適切に研削することが可能な方法を提供することができる。

（９） 軸状ワークが複数のカムを有しており、各カムの軸方向の位置と各カムの軸周りの位相と対応させて、研削時の支持手段が受ける荷重を測定することを特徴とする（８）に記載の軸状ワークの研削方法。

本項に記載の発明では、軸状ワークが複数のカムを有している場合であっても、軸状ワークの各カムの軸方向の位置と軸周りの位相に応じて各カム面を適切に研削することが可能な方法を提供することができる。

本発明の実施の一形態を、軸状のワークとして、自動車のエンジンなどに使用される複数のカム部を有する中空のカムシャフトの各カム部のカム面を研削する場合により、図１〜４に基づいて詳細に説明する。なお、同一符号は、同様または相当する部分を示すものとする。
本発明の軸状ワークの研削方法は、概略、軸状ワーク１を支持手段２により支持して、砥石３を回転させながら軸状ワーク１に対して相対的に送るとともに、軸状ワーク１と砥石３との接触点にクーラントＣを供給して、軸状ワーク１を研削するものであって、支持手段２にセンサ５を設けて、このセンサ５によって支持手段２が研削時に受ける荷重を測定し、この測定値に基づいて研削状態を検出して、軸状ワーク１の研削加工を管理するものである。

この実施の形態における研削装置（研削盤）は、図１および図２に示すように、軸状ワーク１を回転可能に支持する支持手段２と、砥石３を保持するとともに回転駆動する砥石台３０と、この砥石台３０を軸状ワークであるカムシャフト１のカム面１ａの位相に応じて進退移動させるスライド機構（図１の矢印Ｐを参照）と、カム面１ａと砥石３との接触点（すなわち研削点）にクーラントＣを供給するノズル６と、を備えており、支持手段２は、カムシャフト１の一端を保持し回転駆動する主軸台２０と、カムシャフト１の他端を保持するためのセンタ７を有する心押し台２５と、を備えている。

主軸台２０は、カムシャフト１の一端を保持するチャック２１と、チャック２１を回転駆動するモータ２２とを備えている。心押し台２５にはラム２６が保持されており、ラム２６にセンタ７が回転可能に保持されている。支持手段２は、任意のカム面１ａを砥石３と対応させて研削することができるように、カムシャフト１の軸方向と平行なＺ方向（図２）に移動可能なテーブル上に配設されている。

センタ７は、図３に示すように、心押し台２５のラム２６に保持される基軸部７０と、カムシャフト１の他端の開口に当接される先端部７１と、基軸部７０と先端部７１とを結合するボルト７２と、基軸部７０と先端部７１との間に保持されるスリーブ７３とを備えてなり、スリーブ７３に荷重測定用のセンサ５が取りつけられている。先端部７１のカムシャフト１と接する表面にはダイヤモンド層７１ａが形成されており、その内部には超硬合金層７１ｂが形成されている。荷重測定用のセンサ５には、歪ゲージが少なくとも２箇所以上の対で設けられている。互いの歪ゲージは、カムシャフト１を支持しているセンタ７に掛かるＸ方向とＹ方向（図１）の荷重を検出できるように、センタ７の中心から見て９０°の位相で配置されている。なお、図１に示されたＸ方向とＹ方向は、それぞれ水平方向と垂直方向に限定されることはなく、任意の方向とすることができる。

以上のように構成された研削盤では、カムシャフト１のカム面１ａを研削するにあたり、カムシャフト１の一端を主軸台２０のチャック２１により保持するとともに、他端の開口に心押し台２５のセンタ７の先端部７１を押しつけて保持する。そして、主軸台２０の主軸をモータ２２により回転駆動してカムシャフト１を軸周りに回転させ、その研削するカム面１ａの軸周りの位相に応じて砥石台３０をカムシャフト１の径方向に移動させながら、回転駆動される砥石３をカム面１ａに所定の力、所定の切り込み量で接触させて研削を行うとともに、この接触点にクーラントＣをノズル６から供給する。

このとき、カム面１ａに対して砥石３が所定の切り込み量で押し当てられ研削加工されるのであるが、センタ７に設けられたセンサ５の歪ゲージから出力される信号により、カムシャフト１を支持しているセンタ７に掛かるＸ方向およびＹ方向の荷重信号が出力されて、その荷重信号から測定値が演算により得られることとなる。

ここで、カムシャフト１および砥石３の回転数や、その相対送り量（加工量）、クーラントＣの供給量および供給圧力、クーラントＣを供給するためのノズル６の形状、供給角度、ノズル６と研削点の距離など、研削条件を最適に設定する必要がある。そこで、通常のカムシャフト１のカム面１ａを研削する前に、研削条件をそれぞれ変化させて、そのときに荷重測定用のセンサ５の各歪ゲージにより検出されるＸ方向とＹ方向の荷重のデータを予め求めておき、各荷重データと変化させた各研削条件とをそれぞれ関連付けておく。これにより、センタ７に掛かる荷重が適切な研削状態となるような値に各研削条件を設定することにより、軸状ワークの研削部位、すなわちこの実施の形態ではカムシャフト１のカム面１ａを精度良く研削することができる。

また、先に求められた荷重データから、適切な研削条件のときに測定される荷重の測定値の許容範囲（しきい値）を予め設定しておき、図４に示すように、研削加工を行うとともにそのときに支持手段２が受ける荷重を測定し（Ｓ１）、その荷重の測定値をしきい値と比較して、測定値が設定されたしきい値の範囲にあるかを判定し（Ｓ２）、測定値が設定されたしきい値の範囲にある場合（ＹＥＳの場合）には、研削加工が終了したかを判定し（Ｓ３）、研削加工が終了していない場合（ＮＯの場合）には上記工程を繰返し行い、研削加工が終了した場合（ＹＥＳの場合）には、研削加工を終了する。一方、Ｓ２において、測定値が設定されたしきい値の範囲にない場合（ＮＯの場合）に、研削加工に異常が発生したものとして警報を発するなどして（Ｓ４）研削加工を停止する。

さらに、先に求められた荷重の測定データから、適切な研削条件のときの荷重の測定値を設定しておき、通常のカムシャフトの研削時の測定値から研削状態を把握し、その測定値が設定された適切な研削条件のときの荷重の測定値となるように、たとえば、クーラントの供給圧力や供給流量、ノズルの形状や向きなど、各研削条件をフィードバック制御することもできる。

そして、カムシャフト１がその軸方向に複数のカム部を有する場合には、研削するカム面１ａの軸方向の位置とそのカム面１ａの軸周りの位相に応じて、各研削条件と対応した測定値のデータをそれぞれ予め収集しておき、各カム面１ａの研削加工時にセンタ７に掛かる荷重を測定し、研削するカム面１ａの軸方向の位置とそのカム面１ａの軸周りの位相に応じた測定値のデータに基づいて、それぞれ上述したような研削加工の管理に使用することができる。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されることはない。研削加工時に荷重を受ける支持手段２としては、心押し台２５に保持されたセンタ７以外に、カムシャフト１などの軸状ワークの中間部分を支持するレストにも適用することができる。また、本発明は、軸状ワークとしてカムシャフトのカム面を研削する場合に限定されることなく、カムシャフトのカムとカムの間のジャーナル部分を研削する場合など、他の形状の軸状ワークを研削する場合にも適用することができる。さらに、センタレス研削加工盤において軸状ワーク１の砥石３と反対側に配置される調整車の回転軸にかかる荷重を測定してもよい。

本発明の方法に使用される研削盤の概略を説明するために示した側面図である。 軸状ワークを支持する支持手段を説明するために概略で示した正面図である。 軸状ワークを支持するためのセンタの実施の一形態を示す断面図である。 本発明により測定された荷重に基づいてワークが正常に研削されたか異常の発生があるかを判定する場合を説明するために示したフローチャートである。

符号の説明

１：カムシャフト（軸状ワーク）、 ２：支持手段、 ３：砥石、 ５：荷重測定用のセンサ、 ７：センタ

Claims (1)

1. 軸状ワークを支持手段により支持して、砥石を回転させながら前記軸状ワークに対して相対的に送るとともに、前記軸状ワークと砥石との接触点にクーラントを供給して、前記軸状ワークを研削する方法であって、
   前記支持手段が研削時に受ける荷重をセンサによって測定し、この測定値に基づいて研削状態を検出することを特徴とする軸状ワークの研削方法。
   

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