JP2010046762A - ねじ状砥石の位相合わせ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で、被加工歯車またはドレッサに対するねじ状砥石の位相合わせを精密に行うことができるねじ状砥石の位相合わせ装置を提供する。
【解決手段】研削時またはドレッシング時におけるねじ状砥石１４とワークＷまたはディスクドレッサ３２との噛み合いに先立って、ワークＷまたはディスクドレッサ３２に対するねじ状砥石１４の位相合わせを行うに際し、ねじ状砥石１４を回転可能に支持する砥石ヘッド１１に設けられたＡＥフルイッドセンサ４２によって、ねじ状砥石１４がワークＷまたはディスクドレッサ３２に接触したか否かを検出し、接触が検出されたときのねじ状砥石１４の位相に基づいて、当該ねじ状砥石１４を噛み合い可能な位相に位置決めする。
【選択図】図１

Description

本発明は、研削時またはドレッシング時におけるねじ状砥石と被加工歯車またはドレッサとの噛み合いに先立って、被加工歯車またはドレッサに対するねじ状砥石の位相合わせを行うねじ状砥石の位相合わせ装置に関する。

従来から、熱処理後の被加工歯車であるワークに対し、研削工具である砥石を用いて研削し、ワークの歯面を効率良く仕上げ加工するものとして、歯車研削盤が提供されている。このような歯車研削盤では、砥石とワークとを噛み合わせた状態で、これらを同期回転させてワークの研削を行うため、噛み合い精度が不十分になると、ワークの歯面に研削むらが生じたり、砥石に過大な負荷がかかり、砥石寿命が短くなったりするおそれがあった。

そこで、この種の歯車研削盤においては、砥石とワークとの噛み合いを高精度に行うために、研削時の噛み合いに先立って、砥石の切れ刃（山谷）とワークの歯溝（山谷）とが適切な位相関係になるように、両者の位相を位置決めする位相合わせを行っている。このような、砥石とワークとの位相合わせを行う位相合わせ装置は、例えば、特許文献１に開示されている。

特開平５−１３８４３８号公報

上述した従来の位相合わせ装置では、砥石をワーク上でその軸方向に滑らせて、砥石がワークのねじ溝を越えたときの接触した瞬間及び非接触となった瞬間を、ＡＥセンサにより検出し、この検出結果に基づいて求めたねじ溝の中間位置に、砥石が対向するようにワークをその軸方向に移動させることにより、砥石とワークとの位相合わせを行うようにしている。

しかしながら、このような従来の構成では、ワークに対する砥石の接触及び非接触を、ＡＥセンサにより接触時におけるワークの振動を検出することで判定しているため、砥石を機上でドレッシング可能な歯車研削盤においては、砥石とドレッサとの位相合わせを行うための別のＡＥセンサが必要となってしまう。これにより、装置の複雑化を招くおそれがある。

従って、本発明は上記課題を解決するものであって、簡素な構成で、被加工歯車またはドレッサに対するねじ状砥石の位相合わせを精密に行うことができるねじ状砥石の位相合わせ装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係るねじ状砥石の位相合わせ装置は、
研削時またはドレッシング時におけるねじ状砥石と被加工歯車またはドレッサとの噛み合いに先立って、被加工歯車または前記ドレッサに対する前記ねじ状砥石の位相合わせを行うねじ状砥石の位相合わせ装置であって、
前記ねじ状砥石を回転可能に支持する砥石ヘッドに設けられ、前記ねじ状砥石が被加工歯車または前記ドレッサに接触したか否かを検出する検出手段と、
前記検出手段が接触を検出したときの前記ねじ状砥石の位相に基づいて、前記ねじ状砥石を噛み合い可能な位相に位置決めする砥石位相制御手段とを備える
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係るねじ状砥石の位相合わせ装置は、
第１の発明に係るねじ状砥石の位相合わせ装置において、
前記検出手段は、振動や摩擦に起因して発生する前記ねじ状砥石の弾性波を前記ねじ状砥石の近傍に噴射した流体を介して検出するアコースティックエミッション方式の流体センサであって、
検出した弾性波に応じて前記ねじ状砥石が被加工歯車または前記ドレッサに接触したか否かを判定する
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係るねじ状砥石の位相合わせ装置は、
第２の発明に係るねじ状砥石の位相合わせ装置において、
前記流体センサは、前記ねじ状砥石と被加工歯車または前記ドレッサとの接触位置から前記ねじ状砥石の周方向に位相を９０°ずらした方向から流体を噴射する
ことを特徴とする。

本発明に係るねじ状砥石の位相合わせ装置によれば、ねじ状砥石を回転可能に支持する砥石ヘッドに設けられた検出手段によって、ねじ状砥石が被加工歯車またはドレッサに接触したか否かを検出することにより、簡素な構成で、被加工歯車またはドレッサに対するねじ状砥石の位相合わせを精密に行うことができる。

以下、本発明に係るねじ状砥石の位相合わせ装置について図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例に係るねじ状砥石の位相合わせ装置の概略構成図であって、ねじ状砥石をディスクドレッサによりドレッシングするときの様子を示した図、図２はワークをねじ状砥石により研削するときの様子を示した図、図３はＡＥフルイッドセンサの取付構造を示した図、図４は研削時におけるねじ状砥石に対するＡＥフルイッドセンサの設置位置を示した図、図５はドレッシング時におけるねじ状砥石に対するＡＥフルイッドセンサの設定位置を示した図、図６はＡＥフルイッドセンサがねじ状砥石の弾性波を検出したときの電圧の変化を示した図である。

本発明に係るねじ状砥石の位相合わせ装置が適用される歯車研削盤１は、図２に示すように、内歯車素材のワーク（被加工歯車）Ｗを樽形のねじ状砥石１４により研削するものであって、更に、図１に示すように、そのねじ状砥石１４をディスクドレッサ３２によりドレッシングするドレッシング機能を有している。

図１乃至図３に示すように、歯車研削盤１には、砥石ヘッド１１が移動可能で、且つ、旋回可能に支持されている。この砥石ヘッド１１には、スピンドル１２が回転可能に支持されており、このスピンドル１２の先端には、砥石アーバ１３が形成されている。そして、砥石アーバ１３の先端には、ねじ状砥石１４が着脱可能に取り付けられている。即ち、砥石ヘッド１１を駆動させることにより、スピンドル１２の砥石アーバ１３を介して、ねじ状砥石１４が回転駆動することになる。

砥石ヘッド１１の正面には、回転テーブル２１が回転可能に支持されており、この回転テーブル２１の上面には、図示しない取付治具を介して、ワークＷが着脱可能に取り付けられている。即ち、回転テーブル２１を駆動させることにより、ワークＷが回転駆動することになる。

回転テーブル２１の側方には、ドレッサ駆動部３１が移動可能に支持されており、このドレッサ駆動部３１には、ディスクドレッサ３２が回転可能で、且つ、着脱可能に取り付けられている。即ち、ドレッサ駆動部３１を駆動させることにより、ディスクドレッサ３２が回転駆動することになる。

砥石ヘッド１１の先端面には、アコースティックエミッション方式のＡＥ（Acoustic Emission、検出手段、流体センサ）フルイッドセンサ４２がブラケット４１を介して支持されている。このＡＥフルイッドセンサ４２は、材料中に発生した振動や摩擦等に起因する弾性波を、噴射した流体を介して検出し、これをＡＥ信号として処理するものであって、流体としてのクーラントＣを砥石アーバ１３の所定の測定位置に噴射する噴射孔４２ａと、その測定位置からクーラントＣを介して伝播された弾性波を検出する検出部４２ｂとを有している。更に、ＡＥフルイッドセンサ４２の噴射孔４２ａには、クーラントタンク４３が接続される一方、その検出部４２ｂには、ＡＥセンサアンプ４４が接続されている。

なお、図４に示すように、ＡＥフルイッドセンサ４２は、ねじ状砥石１４とワークＷとの接触位置から当該ねじ状砥石１４の周方向に位相を９０°ずらした位置に設置されており、この状態から、砥石アーバ１３の測定位置に向けて、クーラントＣを噴射するようになっている。つまり、ワークＷに対するねじ状砥石１４の位相合わせ時においては、ねじ状砥石１４とワークＷとの接触位置から当該ねじ状砥石１４の周方向に位相を９０°ずらした方向から、砥石アーバ１３の測定位置に向けて、クーラントＣを噴射するようになっている。そして、ワークＷが右ねじれまたは左ねじれかによって、ＡＥフルイッドセンサ４２の設置位置をどちらの方向にずらすかを決めておけば、ねじ状砥石１４とワークとが噛み合う際に砥石ヘッド１１（ねじ状砥石１４）が旋回して傾斜しても、ＡＥフルイッドセンサ４２がワークＷに干渉することがない。

また、図５に示すように、ディスクドレッサ３２に対するねじ状砥石１２の位相合わせ時においては、ＡＥフルイッドセンサ４２は、ねじ状砥石１４とディスクドレッサ３２との接触位置から当該ねじ状砥石１４の周方向に位相を９０°ずらした方向から、砥石アーバ１３の測定位置に向けて、クーラントＣを噴射するようになっている。

そして、クーラントタンク４３からＡＥフルイッドセンサ４２に供給されるクーラントＣは、例えば、研削油であって、そのクーラント圧及び噴射流量は、ＡＥフルイッドセンサ４２と測定位置との間の距離に応じて調整可能となっている。

即ち、ＡＥフルイッドセンサ４２においては、クーラントタンク４３から供給されたクーラントＣを、噴射孔４２ａから砥石アーバ１３の測定位置に噴射することにより、発生したねじ状砥石１４の弾性波を、クーラントＣを介して検出部４２ｂにより検出した後、この検出した弾性波をＡＥ信号としてＡＥセンサアンプ４４に入力するようになっている。そして、図６に示すように、ＡＥセンサアンプ４４においては、入力されたＡＥ信号を電圧Ｖに変換し、これを随時表示するようになっている。

また、歯車研削盤１には、ＮＣ装置（砥石位相制御手段）５０が設けられている。このＮＣ装置５０は、例えば、砥石ヘッド１１、回転テーブル２１、ドレッサ駆動部３１、ＡＥセンサアンプ４４等に接続されており、入力されたワーク諸元や加工条件に基づいて、ねじ状砥石１４によるワークＷの研削や、ディスクドレッサ３２によるねじ状砥石１４のドレッシングの制御を行うと共に、これらの研削時やドレッシング時における噛み合い（歯合わせ）に先立って、ＡＥフルイッドセンサ４４により検出された弾性波の大きさに基づいて、ねじ状砥石１４とワークＷまたはディスクドレッサ３２との接触及び非接触を判定し、ねじ状砥石１４の位相調整を行うようになっている。

従って、ワークＷをねじ状砥石１４により研削する場合には、先ず、図２に示すように、回転テーブル２１に取り付けられたワークＷ側に、ねじ状砥石１４を移動させる。次いで、ねじ状砥石１４とワークＷとを噛み合わせる前に、ねじ状砥石１４の刃先とワークＷの歯先とが干渉しないように、これらの位相合わせを大まかに行う（粗位相合わせ）ことが望ましい。そして、このような粗位相合わせ状態で、ねじ状砥石１４とワークＷとを同期回転させると共に、ＡＥフルイッドセンサ４２の噴射孔４２ａから砥石アーバ１３の測定位置に向けてクーラントＣを噴射し、その検出部４２ｂによりねじ状砥石１４の弾性波の検出を開始する。

このように、ＡＥフルイッドセンサ４２による弾性波の検出が開始されると、図６に示すように、ＡＥセンサアンプ４４においては、入力されたそのＡＥ信号を電圧Ｖに変換し、時間の経過と共にその変化を表示することになる。なお、ＡＥフルイッドセンサ４２による弾性波の検出が開始されると同時に、電圧Ｖはねじ状砥石１４の非接触時における最大電圧Ｖｆと測定されると共に、この電圧Ｖｆよりも大きな値の閾値Ｖｏが自動設定されるようになっている。この閾値Ｖｏは、後述するねじ状砥石１４の接触判定を行うときに使用されるものである。

次いで、ワークＷの回転速度（回転数）だけを上げることにより、ねじ状砥石１４とワークＷとの同期回転をずらし、ワークＷの一方の歯面をねじ状砥石１４の一方の刃面に接触させる。これにより、接触により発生したねじ状砥石１４の弾性波が砥石アーバ１３に伝達されることになり、この砥石アーバ１３に伝達された弾性波は、クーラントＣを介してＡＥフルイッドセンサ４２により検出される。このとき、図６に示すように、ＡＥセンサアンプ４４においては、入力されたＡＥ信号に応じて電圧Ｖの波形が変化することになり、この電圧Ｖ（Ｖｆ）が予め設定された閾値Ｖｏを超えると、ＮＣ装置５０によりワークＷがねじ状砥石１４に接触したと判定され、このときのねじ状砥石１４の位相が記憶される。

また、ワークＷの回転速度（回転数）だけを下げることにより、ねじ状砥石１４とワークＷとの同期回転をずらし、ワークＷの他方の歯面をねじ状砥石１４の他方の刃面に接触させる。これにより、接触により発生したねじ状砥石１４の弾性波が砥石アーバ１３に伝達されることになり、この砥石アーバ１３に伝達された弾性波は、クーラントＣを介してＡＥフルイッドセンサ４２により検出される。このとき、図６に示すように、ＡＥセンサアンプ４４においては、入力されたＡＥ信号に応じて電圧Ｖの波形が変化することになり、この電圧Ｖ（Ｖｆ）が予め設定された閾値Ｖｏを超えると、ＮＣ装置５０によりワークＷがねじ状砥石１４に接触したと判定され、このときのねじ状砥石１４の位相が記憶される。

そして、ＮＣ装置５０によって、記憶された２つのねじ状砥石１４の位相から、その中間の位相である中間位相が求められた後、ねじ状砥石１４の位相をその中間位相に位置決めさせることにより、位相合わせが精密に行われる（精密位相合わせ）。次いで、このような精密位相合わせ状態で、ねじ状砥石１４をワークＷに噛み合わせ、これらを同期回転させることにより、ねじ状砥石１４の刃面によりワークＷの歯面が研削されることになる。

ここで、ねじ状砥石１４を用いて所定数量のワークＷを研削すると、その刃面が磨耗して切れ味が低下するため、定期的にディスクドレッサ３２によりねじ状砥石１４のドレッシングを行う。

そこで、ねじ状砥石１４をディスクドレッサ３２によりドレッシングする場合には、先ず、図１に示すように、ねじ状砥石１４をディスクドレッサ３２側に移動させた後、これらを噛み合わせる前に、ねじ状砥石１４の刃先とディスクドレッサ３２の刃先とが干渉しないように、これらの位相合わせを大まかに行う（粗位相合わせ）ことが望ましい。次いで、このような粗位相合わせ状態で、ねじ状砥石１４の回転を停止したまま、ディスクドレッサ３２を回転させると共に、ＡＥフルイッドセンサ４２の噴射孔４２ａから砥石アーバ１３の測定位置に向けてクーラントＣを噴射し、その検出部４２ｂによりねじ状砥石１４の弾性波の検出を開始する。

このように、ＡＥフルイッドセンサ４２による弾性波の検出が開始されると、図６に示すように、ＡＥセンサアンプ４４においては、入力されたそのＡＥ信号を電圧Ｖに変換し、時間の経過と共にその変化を表示することになる。なお、ＡＥフルイッドセンサ４２による弾性波の検出が開始されると同時に、電圧Ｖはねじ状砥石１４の非接触時における最大電圧Ｖｆと測定されると共に、この電圧Ｖｆよりも大きな値の閾値Ｖｏが自動設定されるようになっている。この閾値Ｖｏは、後述するねじ状砥石１４の接触判定を行うときに使用されるものである。

そして、ねじ状砥石１４を正転させて、その一方の刃面をディスクドレッサ３２の一方の刃面に接触させる。これにより、接触により発生したねじ状砥石１４の弾性波が砥石アーバ１３に伝達されることになり、この砥石アーバ１３に伝達された弾性波は、クーラントＣを介してＡＥフルイッドセンサ４２により検出される。このとき、図６に示すように、ＡＥセンサアンプ４４においては、入力されたＡＥ信号に応じて電圧Ｖの波形が変化することになり、この電圧Ｖが予め設定された閾値Ｖｏを超えると、ＮＣ装置５０によりねじ状砥石１４がディスクドレッサ３２に接触したと判定され、このときのねじ状砥石１４の位相が記憶される。

次いで、ねじ状砥石１４を逆転させて、その他方の刃面をディスクドレッサ３２の他方の刃面に接触させる。これにより、接触により発生したねじ状砥石１４の弾性波が砥石アーバ１３に伝達されることになり、この砥石アーバ１３に伝達された弾性波は、クーラントＣを介してＡＥフルイッドセンサ４２により検出される。このとき、図６に示すように、ＡＥセンサアンプ４４においては、入力されたＡＥ信号に応じて電圧Ｖの波形が変化することになり、この電圧Ｖが予め設定された閾値Ｖｏを超えると、ＮＣ装置５０によりねじ状砥石１４がディスクドレッサ３２に接触したと判定され、このときのねじ状砥石１４の位相が記憶される。

そして、ＮＣ装置５０によって、記憶された２つのねじ状砥石１４の位相から、その中間の位相である中間位相が求められた後、ねじ状砥石１４の位相をその中間位相に位置決めさせることにより、位相合わせが精密に行われる（精密位相合わせ）。次いで、このような精密位相合わせ状態で、ねじ状砥石１４をディスクドレッサ３２に噛み合わせ、ディスクドレッサ３２を回転させることにより、ディスクドレッサ３２の刃面によりねじ状砥石１４の刃面がドレッシングされることになる。

なお、本実施例においては、内歯車素材のワークＷを採用したが、外歯車素材のワークを採用しても構わない。また、ねじ状砥石１４とワークＷまたはディスクドレッサ３２との接触判定に用いられる電圧の閾値を、共通の閾値Ｖｏとしたが、それぞれ異なった値の閾値を用いても良く、これら閾値は各材質や加工条件等に応じて設定することも可能である。

従って、本発明に係るねじ状砥石の位相合わせ装置によれば、研削時またはドレッシング時におけるねじ状砥石１４とワークＷまたはディスクドレッサ３２との噛み合いに先立って、ワークＷまたはディスクドレッサ３２に対するねじ状砥石１４の位相合わせを行うに際し、ねじ状砥石１４を回転可能に支持する砥石ヘッド１１に設けられたＡＥフルイッドセンサ４２によって、ねじ状砥石１４がワークＷまたはディスクドレッサ３２に接触したか否かを検出し、接触が検出されたときのねじ状砥石１４の位相に基づいて、当該ねじ状砥石１４を噛み合い可能な位相に位置決めするようにした。これにより、簡素な構成で、ワークＷまたはディスクドレッサ３２に対するねじ状砥石１４の位相合わせを精密に行うことができる。

本発明は、非加工時間の短縮化を図る歯車研削盤に適用可能である。

本発明の一実施例に係るねじ状砥石の位相合わせ装置の概略構成図であって、ねじ状砥石をディスクドレッサによりドレッシングするときの様子を示した図である。 ワークをねじ状砥石により研削するときの様子を示した図である。 ＡＥフルイッドセンサの取付構造を示した図である。 研削時におけるねじ状砥石に対するＡＥフルイッドセンサの設置位置を示した図である。 ドレッシング時におけるねじ状砥石に対するＡＥフルイッドセンサの設定位置を示した図である。 ＡＥフルイッドセンサがねじ状砥石の弾性波を検出したときの電圧の変化を示した図である。

符号の説明

１ 歯車研削盤
１１ 砥石ヘッド
１２ スピンドル
１３ 砥石アーバ
１４ ねじ状砥石
２１ 回転テーブル
３１ ドレッサ駆動部
３２ ディスクドレッサ
４１ ブラケット
４２ ＡＥフルイッドセンサ
４２ａ 噴射孔
４２ｂ 検出部
４３ クーラントタンク
４４ ＡＥセンサアンプ
５０ ＮＣ装置
Ｗ ワーク
Ｃ クーラント
Ｖ 測定電圧
Ｖｏ 電圧閾値
Ｖｆ 非接触時における最大電圧

Claims (3)

1. 研削時またはドレッシング時におけるねじ状砥石と被加工歯車またはドレッサとの噛み合いに先立って、被加工歯車または前記ドレッサに対する前記ねじ状砥石の位相合わせを行うねじ状砥石の位相合わせ装置であって、
   前記ねじ状砥石を回転可能に支持する砥石ヘッドに設けられ、前記ねじ状砥石が被加工歯車または前記ドレッサに接触したか否かを検出する検出手段と、
   前記検出手段が接触を検出したときの前記ねじ状砥石の位相に基づいて、前記ねじ状砥石を噛み合い可能な位相に位置決めする砥石位相制御手段とを備える
   ことを特徴とするねじ状砥石の位相合わせ装置。
2. 請求項１に記載のねじ状砥石の位相合わせ装置において、
   前記検出手段は、振動や摩擦に起因して発生する前記ねじ状砥石の弾性波を前記ねじ状砥石の近傍に噴射した流体を介して検出するアコースティックエミッション方式の流体センサであって、
   検出した弾性波に応じて前記ねじ状砥石が被加工歯車または前記ドレッサに接触したか否かを判定する
   ことを特徴とするねじ状砥石の位相合わせ装置。
3. 請求項２に記載のねじ状砥石の位相合わせ装置において、
   前記流体センサは、前記ねじ状砥石と被加工歯車または前記ドレッサとの接触位置から前記ねじ状砥石の周方向に位相を９０°ずらした方向から流体を噴射する
   ことを特徴とするねじ状砥石の位相合わせ装置。

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