JP2015000469A - 研削盤およびツルーイング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ツルーイング時のルーイングロールの摩耗量を正確に演算できることで、正確なツルーイングロール径を用いたツルーイングが可能な研削盤およびツルーイング方法を提供する。【解決手段】ツルーイングロール８と砥石車１１に設定切込み速度を付与して両者を回転させたときに、砥石車用砥粒に対するツルーイング用砥粒の進入角を砥粒進入角θと定義する。所定のツルーイング前のツルーイングロール８の径の値をＲｔｋ、ツルーイング後の値をＲｔｋ＋１とし、ツルーイングによる砥石車１１のツルーイング量をｔとし、ツルーイングロール摩耗係数をＫとし、ツルーイングロール８の径のツルーイング後の値Ｒｔｋ＋１を式Ｒｔｋ＋１＝Ｒｔｋ−ｔ・Ｋ・θにより演算する。所定のツルーイングの次に行われるツルーイング時には、ツルーイングロール８の径の値としてＲｔｋ＋１を用いて砥石車１１とツルーイングロール８の相対位置を決定する。【選択図】図５

Description

本発明は、研削盤の砥石車のツルーイング方法に関するものであり、詳しくはツルーイングロールの摩耗を補正したツルーイングロール径の値を用いてツルーイングロールの位置決めを行う研削盤およびツルーイング方法に関するものである。

ツルーイングを行うとツルーイングロールが摩耗して、ツルーイングロールの径が変化し結果としてツルーイング作用位置が変化する。そうすると、ツルーイング時の砥石車に対するツルーイングロールの切込み量が変化したり、砥石車のツルーイング形状に誤差を生じたりする。そのため、ツルーイングロールの径を常に正確に把握して、ツルーイングロールの切込み位置を正確に管理することが重要である。
ツルーイングロールの径を以下に示す方法で管理することが行われている。
工作物を定寸加工し、そのときの砥石車の位置を読み取ることで砥石車の半径を求め、その砥石車とツルーイングロールの双方の外周を接触させたときの砥石車とツルーイングロールの相対位置から、ツルーイングロールの径を演算する従来技術１がある（例えば、特許文献１）。
また、使用開始時に実測したツルーイングロールの径からツルーイングロールの摩耗量を差引くことで現在のツルーイングロールの径を演算する従来技術２があり、以下にその演算式を示す。
現在のツルーイングロール径＝（初期ツルーイングロール径）−（ツルーイングロール摩耗量）＝（初期ツルーイングロール径）−（ツルーイング量）×（ツルーイングロール摩耗係数）
ここで、ツルーイング量は、ツルーイングロールの径を実測した後に現在までにツルーイングにより除去した砥石車の総量である。また、ルーイングロール摩耗係数は、所定のツルーイング量Ｔのツルーイングを行った後に、その前後におけるツルーイングロール径の差ΔＲを測定し、式（ツルーイングロール摩耗係数）＝ΔＲ／Ｔにより、平均的な値が設定されている。

特開２０００−２８０１６８号公報

特許文献１では、工作物を定寸加工する必要があり、定寸装置の設置が困難な加工ではツルーイングロール径の測定ができなかった。
また、従来技術２では、ツルーイング時のルーイングロールの摩耗量は、ツルーイング量のみに比例するとして演算されている。そのため、砥石車の径の変化などのツルーイング状態の変化による微小なツルーイングロール摩耗の変動を反映することができないため、ツルーイングロール径の誤差を生じていた。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、特別な測定装置を用いることなく、ツルーイング時のルーイングロールの摩耗量を正確に演算できることで、正確なツルーイングロール径を用いたツルーイングが可能な研削盤およびツルーイング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、請求項１に係る発明の特徴は、回転駆動され、複数のツルーイング用砥粒により形成されたツルーイングロールと、複数の砥石車用砥粒により形成された砥石車と、前記ツルーイングロールと前記砥石車を相対移動させる移動手段と、前記ツルーイングロールの径の値を用いて前記砥石車と前記ツルーイングロールの相対位置を決定して、前記移動手段を制御して前記砥石車の研削作用面をツルーイングする制御装置を備える研削盤において、前記制御装置は、前記ツルーイングロールと前記砥石車に設定切込み速度を付与して両者を回転させたときに、前記砥石車用砥粒に対する前記ツルーイング用砥粒の進入角である砥粒進入角を取得する砥粒進入角取得手段と、所定のツルーイング前の前記ツルーイングロールの径であるツルーイング前ツルーイングロール径を取得するツルーイングロール径取得手段と、所定のツルーイングによる前記砥石車のツルーイング量を取得するツルーイング量取得手段と、あらかじめ設定されたツルーイング時の前記ツルーイングロールの摩耗比率であるツルーイングロール摩耗係数と、前記砥粒進入角と、前記ツルーイング量と、前記ツルーイング前ツルーイングロール径から、所定のツルーイング後の前記ツルーイングロールの径を演算するツルーイングロール径演算手段とを備え、前記所定のツルーイングの次に行われるツルーイング時には、所定のツルーイング後の前記ツルーイングロールの径を用いて前記砥石車と前記ツルーイングロールの相対位置を決定することである。

請求項２に係る発明の特徴は、複数の砥石車用砥粒により形成された砥石車の形状を、複数のツルーイング用砥粒により形成されたツルーイングロールにより形成するツルーイング方法であって、前記ツルーイングロールと前記砥石車に設定切込み速度を付与して両者を回転させたときに、前記砥石車用砥粒に対する前記ツルーイング用砥粒の進入角を砥粒進入角とし、所定のツルーイング前の前記ツルーイングロールの径をツルーイング前ツルーイングロール径とし、ツルーイングによる前記砥石車の除去量をツルーイング量とし、あらかじめ設定されたツルーイング時の前記ツルーイングロールの摩耗比率をツルーイングロール摩耗係数とし、前記ツルーイングロールのツルーイング後の径を、前記ツルーイングロール摩耗係数と、前記砥粒進入角と、前記ツルーイング量と、前記ツルーイング前ツルーイングロール径から、所定のツルーイング後の前記ツルーイングロールの径であるツルーイング後ツルーイングロール径を演算し、前記所定のツルーイングの次に行われるツルーイング時には、前記ツルーイング後ツルーイングロール径の値を用いて前記砥石車と前記ツルーイングロールの相対位置を決定することである。

請求項1に係る発明によれば、ツルーイング後のツルーイングロール径を、砥粒進入角とツルーイング量を用いて演算するツルーイングロール径演算手段を備えているので、砥粒進入角の変化に起因するツルーイングロール摩耗量の変化を補正でき、ツルーイングロール径を正確に演算可能になる。よって、ツルーイングによる砥石車の形状成形精度が良い研削盤を提供できる。

請求項２に係る発明によれば、ツルーイング後のツルーイングロール径を、砥粒進入角とツルーイング量を用いて演算するので、砥粒進入角の変化に起因するツルーイングロール摩耗量の変化を補正でき、ツルーイング径を正確に演算可能になる。よって、ツルーイングによる砥石車の形状成形精度が良いツルーイング方法を提供できる。

本実施形態の研削盤の全体構成を示す平面図である。 本実施形態のツルーイング装置の全体を示す斜視図である。 ツルーイング時の砥石車とツルーイングロールの関係を示す図である。 図６のＡ矢視図である。 砥粒進入角の概念を示す図である。 砥粒の相対運動のベクトルを示す図である。 本実施形態のツルーイング工程のフローチャート図である。

以下、本発明の実施の形態を、ベアリング外輪の内周軌道面を研削する内面研削盤の砥石車に、円弧形状のツルーイングを実施する例に基づき説明する。
図１に示すように、内面研削盤１は、ベッド２を備え、ベッド２上には、送りモータ１２の回転によりベース４をＸ軸方向に送る送り装置３と、Ｘ軸に直交するＺ軸方向に、送りモータ１３の回転により砥石台１０を送る砥石台送り装置９を備えている。ベース４上には、工作物Ｗを回転可能に保持する主軸５と、図示しない旋回モータにより、Ｘ軸とＺ軸に直交するＢ軸回りに旋回される旋回テーブル６を備えている。旋回テーブル６上には、ツルーイングロール８を回転駆動するツルーイング装置７を備えている。砥石台１０は砥石車１１を回転自在に支持し、砥石車１１を回転させる回転モータ（図示省略する）を備えている。
以上の構成により、主軸５とツルーイング装置７は、送り装置３により砥石車１１に対してＸ軸方向に切込み送りを与えられる。また、砥石車１１は砥石台送り装置９によりＺ軸方向に送られ、工作物Ｗの内周加工面に砥石車１１が接触する研削位置と、ツルーイングロール８の外周に砥石車１１が接触するツルーイング位置に割出しされる。

図２示すように、ツルーイング装置７は、旋回テーブル６上に固定されたガイド７２によりＸ軸と平行なＵ軸方向に往復運動可能に支持されたツルーイング本体７１を備え、ツルーイング本体７１はモータ７３で回転駆動される送りねじ７４によりＵ軸方向に送られる。ここで、ツルーイングロール８は、Ｕ軸方向に送られるとき、旋回テーブル６の旋回中心Ｐ上を通過する位置に保持されている。

この内面研削盤１は、所定のプログラムを実行することで自動化された研削加工やツルーイングを実行する制御装置３０を備えている。制御装置３０の機能的構成として、送り装置３の送りを制御するＸ軸制御部３１、砥石台送り装置９の送りを制御するＺ軸制御部３２、旋回テーブル６の旋回を制御するＢ軸制御部３３、ツルーイング装置７の送りを制御するＵ軸制御部３４、砥石車１１の回転を制御する砥石軸制御部３５、ツルーイングロール８の回転を制御するツルーイングロール軸制御部３６などを具備している。また、予め設定した演算式に基づき砥粒進入角やツルーイングロール径などの演算を行う演算部３７（砥粒進入角取得手段、ツルーイングロール径取得手段）、各種プログラムやツルーイングに関する各種データなどを記録する記録部３８を備えている。

砥石車１１の回転中心を含む断面における研削作用面を、中心角αの円弧にツルーイングする方法について、図３、図４に基づき説明する。なお、ツルーイングロール８と砥石車１１の径については、直径と半径のどちらを用いてもよいが、以下の説明では、数式簡略化のため、半径を用いた例で説明する。
図３に示すツルーイング装置の側面図において、ツルーイングロール８の半径をＲｔとし、砥石車１１の半径をＲｗとし、砥石車１１のツルーイングの円弧半径をＲｓとする。また、Ｘ軸の原点位置を砥石車１１の回転中心Ｏの位置とし、Ｘ軸
(ベース４)の基準位置を旋回テーブル６の旋回中心Ｐとし、Ｘ軸の送り位置を回転中心Ｏと旋回中心Ｐ間のＸ軸方向の距離で表す。
ツルーイングロール８はＵｔ＝Ｒｔ＋Ｒｓで演算される送り位置Ｕｔに位置決めされる。次に、ベース４がＸｔ＝Ｒｗ−Ｒｓで演算されるＸｔに位置決めされ、砥石車１１とツルーイングロール８の外周が接触する。この状態で図４に示すように、旋回テーブル６の搖動運動により、ツルーイングロール８を中心角αの８’と８”の間で往復円弧運動をさせることで砥石車１１の外周に半径Ｒｓの円弧形状のツルーイングを行うことができる。

以上のように、砥石車１１のツルーイングの円弧の半径ＲｓはＲｓ＝Ｕｔ−Ｒｔで決まり、半径Ｒｓを所望の精度にするためには、ツルーイングロール８の半径Ｒｔの誤差を所定の値以下とする必要がある。
ツルーイングロール８はツルーイングを行うとわずかに摩耗して、半径Ｒｔが徐々に減少する。この摩耗量を正確に予測できれば、所定の時点で実測したツルーイングロール８の半径Ｒｔを基準として、予測されるツルーイングによる摩耗量を減算することで、所望の時点の半径Ｒｔを演算できる。
従来は、ツルーイングによる摩耗量はツルーイング時の砥石車１１の除去量であるツルーイング量に比例するものとして、演算により求めていた。

本実施例は、ツルーイングロール８の摩耗量が、ツルーイング時のツルーイング量のみならず、砥粒進入角によっても異なることを見出したので、砥粒進入角の影響も加味したツルーイングロール摩耗係数Ｋと砥粒進入角を用いて所望の時点のツルーイングロール８の半径Ｒｔを演算するものである。

ここで、砥粒進入角について説明する。
図５は、ツルーイング時のツルーイングロール８と砥石車１１の関係を示しており、ツルーイングロール８と砥石車１１は互いにつれ回りする方向に回転し、砥石車１１の周速度がツルーイングロール８の周速度より大きい。ツルーイングロール８と砥石車１１が接触を開始する点Ｓを接触開始点Ｓとし、接触開始点Ｓにおける、ツルーイングロール８の周速度のベクトルをＶｔとし、砥石車１１の周速度のベクトルをＶｗとする。両ベクトルの先端を結ぶ直線をｍとしたとき、ｍとベクトルＶｗの成す角度θを砥粒進入角と称し、砥石車用砥粒に対するツルーイング用砥粒の切込み特性を示す指標として用いられる。

図６に、砥粒進入角θと、砥石車用砥粒とツルーイング用砥粒の相対速度との関係を示す。ベクトルＶｗからベクトルＶｔを引いたベクトルであるベクトル（Ｖｗ−Ｖｔ）の方向は、直線ｍの方向である。ベクトル（Ｖｗ−Ｖｔ）を、砥石車用砥粒にツルーイング用砥粒が押し込まれる方向のベクトルＶｈと、互いに滑る方向のベクトルＶｓに分解すると、
砥粒進入角θが大きいほど、ベクトルＶｈの比率が大きくなる。ベクトルＶｈが大きくなると押し込み方向に大きな圧縮力が発生し、ツルーイング用砥粒が破砕して摩耗しやすくなる。結果として、砥粒進入角θが大きいほどツルーイングロール８の摩耗量が大きくなる。砥粒進入角θは、式（１）により定義されることが知られており、式（１）において、Vtはツルーイング用砥粒の速度ベクトルの大きさであり、Vwは砥石車用砥粒の速度ベクトルの大きさであり、γは図５に示すように接触開始点Ｓおける速度ベクトルＶｔ、Ｖｗの成す角度である。

また、速度ベクトルＶｔ、Ｖｗの成す角度γは、ツルーイングロール８と砥石車１１の中心間距離Ｌ、砥石車１１の半径Ｒｗ、ツルーイングロール８の半径Ｒｔの幾何学的な関係から式（２）で求めることができる。ここで、ツルーイング時のツルーイングロール８の砥石車１１に対する切込みをｔとすると、Ｌは式Ｌ＝Ｒｗ＋Ｒｔ−ｔにより演算できる。

ツルーイング方法について説明する。
予め、ツルーイングに関する各種データである、ツルーイングロール８の半径Ｒｔの初期値、砥石車１１の半径Ｒｗの初期値、ツルーイングロール摩耗係数Ｋの値、1回のツルーイング当りの切込み量に相当するツルーイング量ｔ、ツルーイングロール８の回転速度ｎｔ、砥石車１１の回転速度ｎｗ、ツルーイングの円弧形状の中心角の角度α、ツルーイング円弧の半径Ｒｓなどを記録部３８に入力しておく。
ここで、半径Ｒｔ、Ｒｗの初期値は初めてツルーイングをする時に実測した値とする。ツルーイングロール摩耗係数Ｋは、ツルーイングした時の、ツルーイング量ｔと砥粒進入角θの積当りのツルーイングロールの半径摩耗量（ツルーイング前後の半径差）ΔＲｔであり、式Ｋ＝ΔＲｔ／（ｔ・θ）を用いて演算する。予備実験により砥粒進入角θの異なるツルーイング条件で複数回ツルーイングしてＫを算出し、その平均値を用いる。

具体的なツルーイング工程について図７のフローチャートに基づき説明する。
ここで、ツルーイング前の、ツルーイングロール８の半径をＲｔ_ｋ、砥石車１１の半径をＲｗ_ｋとし、ツルーイング後の、ツルーイングロール８の半径をＲｔ_ｋ＋１、砥石車１１の半径をＲｗ_ｋ＋１と称する。
砥石車１１の周速度Ｖｗ、ツルーイングロール８の周速度Ｖｔ、角度γ、ツルーイングロール８と砥石車１１の中心間距離Ｌを演算し記録部３８に入力する。演算式はＶｗ＝２・Ｒｗ_ｋ・ｎｗ、Ｖｔ＝２・Ｒｔ_ｋ・ｎｔ、Ｌ＝Ｒｗ_ｋ＋Ｒｔ_ｋ−ｔと、γについては式（２）を用いる（Ｓ１）。砥粒進入角θを式（１）により演算し記録部３８に入力する（Ｓ２）。ツルーイングロール８を回転させる（Ｓ３）。Ｕ軸を駆動して、ツルーイングロール８をツルーイング開始位置Ｕｔへ位置決めする。ここで、Ｕｔは式Ｕｔ＝Ｒｔ_ｋ＋Ｒｓで演算される（Ｓ４）。Ｚ軸を駆動して、砥石車１１をツルーイングロール８と対向するツルーイング開始位置Ｚｔへ位置決めする（Ｓ５）。Ｘ軸を駆動して、ベース４の旋回中心Ｐをツルーイング開始位置Ｘｔへ位置決めする。ここで、Ｘｔは式Ｘｔ＝Ｒｗ_ｋ−Ｒｓで演算される（Ｓ６）。Ｂ軸を駆動して、ツルーイングロール８を左回りにα／２旋回させる。この操作によりツルーイングロール８は図４に示す８’の位置に位置決めされる（Ｓ７）。ベース４をツルーイング量ｔだけステップ送りで前進させ、ツルーイングロール８を砥石車１１に切込む（Ｓ８）。Ｂ軸を駆動して、ツルーイングロール８を右回りにα旋回させる。この操作によりツルーイングロール８は、砥石車１１の研削作用面をＸ軸方向でｔだけ除去し図４に示す８”の位置に位置決めされる（Ｓ９）。ベース４を後退させ、旋回中心Ｐをツルーイング開始位置Ｘｔへ位置決めする（Ｓ１０）。Ｂ軸を駆動して、ツルーイングロール８を左回りにα／２旋回させる。この操作により、ツルーイングロール８は図７に示す８の位置に位置決めされ、その回転軸と砥石車１１の回転軸が平行になる（Ｓ１１）。ツルーイングロール８の半径Ｒｔの値を式Ｒｔ_ｋ＋１＝Ｒｔ_ｋ−Ｋ・ｔ・θを用いて演算部３７により演算し、記録部３８のＲｔの値をＲｔ_ｋ＋１に書き換える（Ｓ１２）。
砥石車１１の半径Ｒｗの値を式Ｒｗ_ｋ＋１＝Ｒｗ_ｋ−ｔ・（１−Ｋ・θ）を用いて演算部３７により演算し、記録部３８のＲｗの値をＲｗ_ｋ＋１に書き換える（Ｓ１３）。

以上のようなツルーイング方法によれば、ツルーイング毎に、そのツルーイングにおける砥粒進入角θを演算して、その砥粒進入角θとツルーイング量ｔに対応するツルーイングロール８の摩耗量を差引いて、ツルーイング後のツルーイングロール８の半径Ｒｔを演算するので、正確なツルーイングロール８の半径Ｒｔを常に認識できる。よって、ツルーイングによる砥石車の形状成形精度が良い研削盤を提供できる。

なお、本実施例ではツルーイング量ｔとして砥石車１１に対する半径切込み量ｔを用いたが、砥石車１１のツルーイング除去量Ｍを用いてもよい。この場合、除去量Ｍは式Ｍ＝ｔ・２・Ｒｗにより演算する。こうすることで、砥石車１１の径Ｒｗの変化によるツルーイング除去量Ｍの変化を反映した、ツルーイングロール８の摩耗を演算でき、ツルーイングロール８の径の精度がより高くなる。

Ｋ：ツルーイングロール摩耗係数 Ｗ：工作物 θ：砥粒進入角 ３：送り装置 ４：ベース ６：旋回テーブル ７：ツルーイング装置 ８：ツルーイングロール ９：砥石台送り装置 １０：砥石台 １１：砥石車 ３０：制御装置 ３１：Ｘ軸制御部 ３２：Ｚ軸制御部 ３３：Ｂ軸制御部 ３４：Ｕ軸制御部 ３６：ツルーイングロール制御部 ３７：演算部 ３８：記録部

Claims (2)

1. 回転駆動され、複数のツルーイング用砥粒により形成されたツルーイングロールと、
   複数の砥石車用砥粒により形成された砥石車と、
   前記ツルーイングロールと前記砥石車を相対移動させる移動手段と、
   前記ツルーイングロールの径の値を用いて前記砥石車と前記ツルーイングロールの相対位置を決定して、前記移動手段を制御して前記砥石車の研削作用面をツルーイングする制御装置を備える研削盤において、
   前記制御装置は、
   前記ツルーイングロールと前記砥石車に設定切込み速度を付与して両者を回転させたときに、前記砥石車用砥粒に対する前記ツルーイング用砥粒の進入角である砥粒進入角を取得する砥粒進入角取得手段と、
   所定のツルーイング前の前記ツルーイングロールの径であるツルーイング前ツルーイングロール径を取得するツルーイングロール径取得手段と、
   所定のツルーイングによる前記砥石車のツルーイング量を取得するツルーイング量取得手段と、
   あらかじめ設定されたツルーイング時の前記ツルーイングロールの摩耗比率であるツルーイングロール摩耗係数と、前記砥粒進入角と、前記ツルーイング量と、前記ツルーイング前ツルーイングロール径から、所定のツルーイング後の前記ツルーイングロールの径を演算するツルーイングロール径演算手段とを備え、
   前記所定のツルーイングの次に行われるツルーイング時には、所定のツルーイング後の前記ツルーイングロールの径を用いて前記砥石車と前記ツルーイングロールの相対位置を決定する研削盤。
2. 複数の砥石車用砥粒により形成された砥石車の形状を、複数のツルーイング用砥粒により形成されたツルーイングロールにより形成するツルーイング方法であって、
   前記ツルーイングロールと前記砥石車に設定切込み速度を付与して両者を回転させたときに、前記砥石車用砥粒に対する前記ツルーイング用砥粒の進入角を砥粒進入角とし、
   所定のツルーイング前の前記ツルーイングロールの径をツルーイング前ツルーイングロール径とし、ツルーイングによる前記砥石車の除去量をツルーイング量とし、
   あらかじめ設定されたツルーイング時の前記ツルーイングロールの摩耗比率をツルーイングロール摩耗係数とし、
   前記ツルーイングロールのツルーイング後の径を、前記ツルーイングロール摩耗係数と、前記砥粒進入角と、前記ツルーイング量と、前記ツルーイング前ツルーイングロール径から、所定のツルーイング後の前記ツルーイングロールの径であるツルーイング後ツルーイングロール径を演算し、
   前記所定のツルーイングの次に行われるツルーイング時には、前記ツルーイング後ツルーイングロール径の値を用いて前記砥石車と前記ツルーイングロールの相対位置を決定するツルーイング方法。

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