JP2013129045A - 高周波数振動内面研削盤 - Google Patents
高周波数振動内面研削盤 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013129045A JP2013129045A JP2011281793A JP2011281793A JP2013129045A JP 2013129045 A JP2013129045 A JP 2013129045A JP 2011281793 A JP2011281793 A JP 2011281793A JP 2011281793 A JP2011281793 A JP 2011281793A JP 2013129045 A JP2013129045 A JP 2013129045A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- frequency vibration
- high frequency
- generating element
- grinding wheel
- grinding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Landscapes
- Grinding Of Cylindrical And Plane Surfaces (AREA)
- Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
Abstract
【解決手段】研削砥石3を接続して回転駆動するモータと、研削砥石をその砥石軸方向に高周波数振動させる第1の高周波数振動発生素子と、研削砥石をその研削軸と直交する方向に高周波数振動させる第2の高周波数振動発生素子と、第1の高周波数振動発生素子及び第2の高周波数振動発生素子の両振動方向と直交する方向に研削砥石を高周波数振動させる第3の高周波数振動発生素子と、第1の高周波数振動発生素子と第2の高周波数振動発生素子と第3の高周波数振動発生素子のそれぞれの振動周波数及び振幅を制御する制御部とを備えた高周波数振動ユニット4を用いて研削砥石を同時に複数方向に高周波数振動させながら工作物Wの加工孔の内面を研削する。
【選択図】図1
Description
また、研削砥石が工作物を研削したことにより発生する切屑が、研削液と混合し、集積、堆積してスラッジとなり、これが砥石を目詰まりさせることにより加工精度・研削効率を低下させていた。
これらの課題を解決するために、これまで研削砥石の周速を上げることにより研削抵抗を下げて研削加工することが行われてきた。しかしながら、研削工具をこれまで以上に高速回転させることは、研削砥石の振れ回りが大きくなって、加工精度が低下することに加え、砥石軸のベアリングの寿命が短くなってしまい、その結果、生産コストが上昇することにも繋がっていた。
h:ボディとニードルの間隙
ΔB:シート円周方向長さ
ΔP:出入口圧力差
L:シート幅
η:流体粘性係数
そのため、インジェクタの摺動内面やシート部の加工には、従来高速スピンドルを使用した小径内面研削が用いられているが、この高速スピンドルによる研削加工では、上述したごとく、研削砥石の振れ回りが大きくなることによる加工精度の低下や、砥石軸のベアリングの寿命が短くなるという問題があった。そのため、研削工具をこれまで以上に高速回転させることなく好適に研削加工することが求められている。
研削砥石を高周波数振動させることにより、研削砥石が工作物の加工孔の内面を研削して発生する切屑がより細かく寸断され、研削砥石表面に付着しづらく容易に排出されることから、研削抵抗が低下する→
小径内面研削砥石軸の研削時のたわみが小さくなる→
工作物の加工孔の内面の真直度・表面粗さが向上し、ディーゼルエンジンのインジェクタにおける燃料噴射バルブの油密を向上させることができる。
これに加えて、高周波数振動により洗浄効果が発揮され、研削砥石表面に切屑が付着することによる砥石の目詰まりを防ぐことができ、かつ研削砥石と工作物との間における研削液の供給及び排出を促すことができ、これにより一層研削抵抗が低下し、研削砥石軸のたわみが小さくなることにより、アスペクト比が高い加工孔の内面を高精度・高能率で加工することが可能となる。
さらに、研削砥石の高周波数振動を、研削軸方向とこれと直交するたわみ方向に同時に作用させることにより、加工内面には研削条痕が相互に交差して、交差角、交差ピッチの条件により規則性のある特定のパターンが得られると同時に、切り込み方向の微小深さが砥石の高周波数振動振幅に応じて均一に形成され、通常研削では成し得ない、微小凹凸が整然と配列されたマイクロテクスチャ面を創成できる。また、加工内面を研削しつつ研削砥石のたわみ振動で叩くことにより圧縮応力を生じ、これにより加工内面の耐摩耗性が向上することとなる。
そして、上述した機能を発揮させることが好適な対象としては、クリーンディーゼルエンジン部品、切削工具、成型金型、電極、医療用品等の工業製品に適用することができる。特に、インジェクタノズルのボア壁面とニードルの摺動において、ボア壁面の微細な凹部からなるテクスチャに燃料を保持させて、潤滑に必要な燃料を凹部から補充することにより摩擦を減らすことを可能とし、インジェクタにおいてノズル内部をニードルが高速で摺動したり、シート面における高精度の油密を長期に維持することを可能とするものである。
これにより、研削砥石は加工孔の内面に対し、砥石軸方向と、これに直交するたわみ方向に高周波振動を援用して研削することで、加工内面には研削条痕が相互に交差して、交差角、交差ピッチの条件により規則性のある特定のパターンが得られ油密性能にとって重要な表面粗さと耐摩耗性を付与することができ、また加工孔の内面に形成されるテクスチャを通常研削より一層高精度なものとすることができる。
これにより、加工孔の内面に形成されるマイクロテクスチャの溝の深さを各種機能を発揮するために最適なものとして耐摩耗性を高め、高精度の油密を維持することができる。
これにより、研削砥石が工作物の加工孔の内面を研削して発生する切屑がより細かく寸断され、研削砥石表面に付着しづらく容易に排出されることから、研削抵抗が低下するとともに、砥石軸の研削時のたわみが小さくなり、加工孔の内面の真直度・表面粗さが向上する。また、研削砥石の高周波数振動を、研削軸方向とこれと直交するたわみ方向に同時に作用させることにより、微小凹凸が整然と配列されたマイクロテクスチャ面を創成できる。さらに、加工内面を研削しつつ研削砥石のたわみ振動で叩くことにより圧縮応力を生じ、これにより加工内面の耐摩耗性が向上する
これにより、研削砥石が工作物の加工孔の内面を研削して発生する切屑がより細かく寸断され、研削砥石表面に付着しづらく容易に排出されることから、研削抵抗が低下するとともに、砥石軸の研削時のたわみが小さくなり、加工孔の内面の真直度・表面粗さが向上する。また、研削砥石の高周波数振動を、研削軸と直交する2つのたわみ方向に作用させることにより、微小凹凸が整然と配列されたマイクロテクスチャ面を創成できる。さらに、加工内面を研削しつつ研削砥石のたわみ振動で叩くことにより圧縮応力を生じ、これにより加工内面の耐摩耗性が向上する
<構成>
まず図1に示すように、X−Y−Zの3軸を想定した上で、X軸は図1の左右方向となる砥石軸方向、Y軸は図1の上下方向となる主軸のスライド方向、Z軸は図1の前後の奥行き方向とする。
本発明の高周波数振動内面研削盤1は、工作物Wを着脱自在に保持し回転するチャックを備えた主軸2と、この主軸2を載置して、研削切り込みのためにY軸方向に移動させる主軸スライド21と、先端に備えた研削砥石3(砥石母材)を可聴周波数帯域以上、すなわち20kHz以上の高周波数でX,Y,Z軸方向に微小振動(振幅0.01〜100μm)させるスピンドルと、研削砥石3を回転駆動するモータ(例えばACサーボモータ)とを組み合わせてなる高周波数振動ユニット4と、この高周波数振動ユニット4を載置してX軸方向に往復動(揺動)する砥石軸スライド5と、を備えている。
また、前記高周波数振動ユニット4は、研削砥石3を回転して工作物を研削する際に、高周波数振動発生器を用いて、X,Y,Z軸方向の微振動となる高周波数振動をそれぞれオンしたり、またオフしたりすることができる構成としている。
工作物Wは、ワークストッパ23にその端面を押し当てることにより、主軸2の回転軸方向の位置決めをされるとともに、主軸2のチャック22により着脱自在に外周を保持されている。
そして、工作物Wの加工孔Waに対し、砥石軸スライド5上の高周波数振動ユニット4の高周波数振動発生器に接続されたクイル41を介して支持する研削砥石3を挿入し、この研削砥石3をモータにより回転させつつその外周面を加工孔Waの内周面及びシート面に押し当て揺動させながら研削加工する。この際に、高周波数振動発生器により研削砥石3を、X,Y,Z軸方向に高周波数振動(周波数が20kHz以上であって、本実施例にあっては例えば40kHz程度)させながら研削(高周波数振動援用研削加工と称する)することができる。
図4は、図3の工作物Wの加工孔Waとは異なる条件の高周波数振動援用研削加工により工作物の加工孔の表面を加工し、そこには図3と異なるテクスチャが創成された機能性表面が表れている。
このように、高周波数振動内面研削盤1の3軸における振動周波数と振幅、そして砥石軸スライドの往復動等を適宜設定することにより、所望するマイクロテクスチャ面を創成することが可能となる。
すなわち、従来の高周波数振動のない研削加工では、ひも状の長い切屑が多く発生していて、これが研削点から排出されづらいため研削砥石の表面に付着しやすかったのに対し、高周波数振動を伴う研削加工にあっては、切屑は小さなフレーク状となり研削点から排出されやすいため研削砥石の表面に付着しづらくなり、好適な研削加工を維持できるものである。さらに、高周波数振動による洗浄効果も発揮され、切屑が砥石表面に付着することを防ぐことができる。
このような構成からなる本発明の高周波数振動内面研削盤1による研削方法について、以下に詳述する。
まず、図2に示すごとく、回転する研削砥石3を高周波数振動発生器により図2の左右の矢印方向に高周波数振動させながら、工作物Wの加工孔Waの内面に挿入し当接させて研削する。
この高周波数振動援用研削加工を行うことで、研削砥石による研削抵抗が低下し高精度・高能率で研削加工を行うことができ、これによりこれまで以上にアスペクト比が高い加工孔の内面の加工が可能となり、加工能率を向上させることができる。また、これまで以上に微細な砥粒の研削砥石を用いても加工能率を低下させることなく、工作物を高精度な表面粗さに仕上げることができる。
そして、高周波数振動内面研削盤1の3軸における振動周波数と振幅、そして砥石軸スライドの往復動等を適宜設定することにより、工作物Wの加工孔Waの内面に所望するマイクロテクスチャ面を創成することできる。
図6(a)は、粗さ曲線を表し、図6(b)は負荷曲線、図6(c)は粗さ曲線における算術平均粗さRaと、十点平均粗さRz、そして負荷曲線におけるカットレベルの10%ごとの負荷長さ率tpを表している。
表面粗さについては、評価方法としては各種存在するが、インジェクタの内面加工における耐摩耗性や摺動性の評価としては、一般にアボットの負荷曲線による負荷長さ率tpが広く用いられている。
同様に、図7(a)は、粗さ曲線を表し、図7(b)は負荷曲線、図7(c)は粗さ曲線における算術平均粗さRaと、十点平均粗さRz、そして負荷曲線におけるカットレベル10%(最大高さRyに対する比)ごとの負荷長さ率tpを表している。
高周波振動あり:82.81%
高周波振動なし:75.95%
と、明らかに高周波振動ありの方が、負荷長さ率が高い値を示している。
これは、研削表面が長時間の摺動によって摩耗して、カットレベル50%まで削れたときに、高周波振動を援用して研削した表面の有効面積の方が広く、この状態からは表面の摩耗が進行しづらくなって長寿命となることを示している。上述したカットレベル50%以外のカットレベルにおいても、同様に高周波振動ありの方が負荷長さ率が高い傾向を示している。
すなわち、上述した図1、図2に示す実施形態の高周波数振動内面研削盤のスピンドルの3方向の振動を2方向の振動にした構成であって、スピンドルの高周波数振動の方向性以外の構成については同様である。
そして、このような構成とした場合でも、砥石軸方向とたわみ振動又はたわみ振動により、研削抵抗の低下、加工面の真直度・表面粗さの向上による油密の向上、研削砥石軸のたわみ減少、加工内面の耐摩耗性の向上などが一定程度見込まれるものである。
2…主軸
21…主軸スライド
22…チャック
23…ワークストッパ
3…研削砥石
4…高周波数振動ユニット
41…クイル
5…砥石軸スライド
W…工作物
Wa…加工孔
A…油溜まり面積
Claims (5)
- 研削砥石を接続して回転駆動するモータと、前記研削砥石をその砥石軸方向に高周波数振動させる第1の高周波数振動発生素子と、前記研削砥石をその研削軸と直交する方向に高周波数振動させる第2の高周波数振動発生素子と、前記第1の高周波数振動発生素子及び第2の高周波数振動発生素子の両振動方向と直交する方向に前記研削砥石を高周波数振動させる第3の高周波数振動発生素子と、前記第1の高周波数振動発生素子と第2の高周波数振動発生素子と第3の高周波数振動発生素子のそれぞれの振動周波数及び振幅を制御する制御部とを備えた複数軸高周波数振動ユニットを用いて前記研削砥石を同時に複数方向に高周波数振動させながら工作物の加工孔の内面を研削することを特徴とする高周波数振動内面研削盤。
- 第1の高周波数振動発生素子と第2の高周波数振動発生素子と第3の高周波数振動発生素子の各振動周波数は可聴周波数帯域以上とすることを特徴とする請求項1記載の高周波数振動内面研削盤。
- 第1の高周波数振動発生素子と第2の高周波数振動発生素子と第3の高周波数振動発生素子の各振幅は0.01〜100μmとすることを特徴とする請求項1又は2記載の高周波数振動内面研削盤。
- 研削砥石を接続して回転駆動するモータと、前記研削砥石をその砥石軸方向に高周波数振動させる第1の高周波数振動発生素子と、前記研削砥石をその研削軸と直交する方向に高周波数振動させる第2の高周波数振動発生素子と、前記第1の高周波数振動発生素子と第2の高周波数振動発生素子のそれぞれの振動周波数及び振幅を制御する制御部とを備えた複数軸高周波数振動ユニットを用いて前記研削砥石を同時に複数方向に高周波数振動させながら工作物の加工孔の内面を研削することを特徴とする高周波数振動内面研削盤。
- 研削砥石を接続して回転駆動するモータと、前記研削砥石をその砥石軸と直交する方向に高周波数振動させる第1の高周波数振動発生素子と、前記砥石軸方向及び前記第1の高周波数振動発生素子の振動方向の両方と直交する方向に高周波数振動させる第2の高周波数振動発生素子と、前記第1の高周波数振動発生素子と第2の高周波数振動発生素子のそれぞれの振動周波数及び振幅を制御する制御部とを備えた複数軸高周波数振動ユニットを用いて前記研削砥石を同時に複数方向に高周波数振動させながら工作物の加工孔の内面を研削することを特徴とする高周波数振動内面研削盤。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011281793A JP5903689B2 (ja) | 2011-12-22 | 2011-12-22 | 高周波数振動内面研削盤 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011281793A JP5903689B2 (ja) | 2011-12-22 | 2011-12-22 | 高周波数振動内面研削盤 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013129045A true JP2013129045A (ja) | 2013-07-04 |
JP5903689B2 JP5903689B2 (ja) | 2016-04-13 |
Family
ID=48907059
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011281793A Active JP5903689B2 (ja) | 2011-12-22 | 2011-12-22 | 高周波数振動内面研削盤 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5903689B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104907898A (zh) * | 2015-06-04 | 2015-09-16 | 诸暨市佳尔达机械有限公司 | 一种内磨装置 |
CN106239273A (zh) * | 2016-08-23 | 2016-12-21 | 山东大学 | 一种切向自激振动辅助干磨削系统及方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62140702A (ja) * | 1985-12-16 | 1987-06-24 | Junichiro Kumabe | 精密重畳振動穴加工方法 |
JPS6362661A (ja) * | 1986-09-04 | 1988-03-18 | Junichiro Kumabe | 超音波振動と低周波振動を重畳させた砥石車による精密仕上加工方法 |
JPS63114855A (ja) * | 1986-10-31 | 1988-05-19 | Hitachi Ltd | 垂直及び水平振動の加工軸を有する超音波加工機 |
JPS63260752A (ja) * | 1987-04-16 | 1988-10-27 | Makino Milling Mach Co Ltd | 自動研摩機械 |
-
2011
- 2011-12-22 JP JP2011281793A patent/JP5903689B2/ja active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62140702A (ja) * | 1985-12-16 | 1987-06-24 | Junichiro Kumabe | 精密重畳振動穴加工方法 |
JPS6362661A (ja) * | 1986-09-04 | 1988-03-18 | Junichiro Kumabe | 超音波振動と低周波振動を重畳させた砥石車による精密仕上加工方法 |
JPS63114855A (ja) * | 1986-10-31 | 1988-05-19 | Hitachi Ltd | 垂直及び水平振動の加工軸を有する超音波加工機 |
JPS63260752A (ja) * | 1987-04-16 | 1988-10-27 | Makino Milling Mach Co Ltd | 自動研摩機械 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104907898A (zh) * | 2015-06-04 | 2015-09-16 | 诸暨市佳尔达机械有限公司 | 一种内磨装置 |
CN104907898B (zh) * | 2015-06-04 | 2017-05-24 | 诸暨市佳尔达机械有限公司 | 一种内磨装置 |
CN106239273A (zh) * | 2016-08-23 | 2016-12-21 | 山东大学 | 一种切向自激振动辅助干磨削系统及方法 |
CN106239273B (zh) * | 2016-08-23 | 2018-01-23 | 山东大学 | 一种切向自激振动辅助干磨削系统及方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5903689B2 (ja) | 2016-04-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Bhaduri et al. | A study on ultrasonic assisted creep feed grinding of nickel based superalloys | |
Bhaduri et al. | Ultrasonic assisted creep feed grinding of Inconel 718 | |
Tamizharasan et al. | Analysis of tool wear and surface finish in hard turning | |
WO2002006007A1 (en) | Micro-burnishing apparatus using ultrasonic vibration | |
Kitzig-Frank et al. | Material removal mechanism in ultrasonic-assisted grinding of Al 2 O 3 by single-grain scratch test | |
Chen et al. | Development of a grinding–drilling technique for holing optical grade glass | |
BŠhre et al. | Analysis of the differences between force control and feed control strategies during the honing of bores | |
JP5903689B2 (ja) | 高周波数振動内面研削盤 | |
JP5646251B2 (ja) | 内径面加工用ツールおよび内径面加工装置 | |
EP1700670A2 (en) | Super-abrasive machining tool and method of use | |
JP5300939B2 (ja) | 仕上加工用工具を用いた加工方法 | |
Fujimoto et al. | Surface topography of mini-size diamond wheel in ultrasonic assisted grinding (UAG) | |
Tawakoli et al. | Dressing of grinding wheels | |
JP5827031B2 (ja) | 高周波数振動・電解ハイブリッド内面研削盤及びその研削方法 | |
JP2006026778A (ja) | 摺動面形成方法および摺動部材における摺動面形状 | |
JP7113456B2 (ja) | 研削装置及び研削方法 | |
JP5352892B2 (ja) | 研削方法及び研削加工装置 | |
JP6647664B1 (ja) | バニシング加工装置およびバニシング加工方法 | |
Li et al. | Theoretical investigation of vertical elliptic vibration-assisted grinding (EVAG) technology | |
JP2016130581A (ja) | 摺動部品及びその製造方法 | |
Aguirre et al. | Assessment of advanced process configurations for improving workpiece surface finish in point grinding | |
Feng et al. | Polishing investigation on zirconia ceramics using magnetic compound fluid slurry | |
Spur et al. | Ultrasonic machining of ceramics | |
Tawakoli et al. | Dressing of CBN grinding wheels with ultrasonic assistance | |
Tawakoli et al. | Ultrasonic assisted dressing of CBN grinding wheels with form rollers |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20141002 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20141202 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150612 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150617 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150811 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20151111 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20151130 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160107 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160205 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5903689 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |