JP2015020222A

JP2015020222A - 研削盤およびツルーイング方法

Info

Publication number: JP2015020222A
Application number: JP2013148084A
Authority: JP
Inventors: 久修小林; Hisanobu Kobayashi
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2013-07-17
Filing date: 2013-07-17
Publication date: 2015-02-02

Abstract

【課題】ツルーイングロールと砥石車の半径、ツルーイングロールと砥石車の回転速度の他に、新たな調整項目を付加して砥粒進入角の調整を行うことで、調整の自由度を増すことができる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のツルーイング作用面８ａは、ツルーイングロール回転軸線ｍと所定の角度の交差角θで交差する母線ｋをツルーイングロール回転軸線ｍの周りに回転させた円錐の側面の一部であり、砥石車回転軸線ｎに平行な接線を有する研削作用面１１ａをツルーイングするとき、砥石車回転軸線ｎとツルーイングロール回転軸線ｍが交差角θを成すようにツルーイングロール８を配置する。ツルーイングロール８の摩耗に対するツルーイングロール８と砥石車１１の相対位置の補正は、ツルーイング作用面８ａの法線方向におけるツルーイングロール８の摩耗量により行う。【選択図】図３

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、詳しくは円盤形状のツルーイングロールを用いてツルーイング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。

砥石車のツルーイングにおいて、回転する円盤形状のツルーイングロールの外周を用いてツルーイングを行う技術（例えば、特許文献１）や、ツルーイングロールの側面を用いてツルーイングを行う技術（例えば、特許文献２）がある。

特開平９−３２３２６０号公報特開平５−３１８３１２号公報

回転する円盤形状のツルーイングロールを用いたツルーイングにおいては、ツルーイングにより成形される砥石車の表面状態は、砥粒進入角により異なることが知られている。
砥粒進入角とは、ツルーイングロールと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、砥石車用砥粒に対するツルーイング用砥粒の進入角である。
砥粒進入角は、ツルーイングロールの外周を用いる場合にはツルーイングロールと砥石車の半径、ツルーイングロールと砥石車の回転速度により決まり、ツルーイングロールの側面を用いる場合には０度である。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ツルーイングロールと砥石車の半径、ツルーイングロールと砥石車の回転速度の他に、新たな調整項目を付加して砥粒進入角の調整を行うことで、調整の自由度を増すことができる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、ツルーイングロール回転軸線の周りを回転駆動されるツルーイングロールと、砥石車回転軸線の周りを回転駆動される砥石車と、前記砥石車と前記ツルーイングロールを相対移動させる送り装置と、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、前記砥石車の研削作用面をツルーイングするように前記送り装置を制御する制御装置を備える研削盤において、前記ツルーイングロールのツルーイング作用面は、前記ツルーイングロール回転軸線と所定の角度の交差角で交差する母線を前記ツルーイングロール回転軸線の周りに回転させた円錐の側面であり、前記砥石車の前記砥石車回転軸線に平行な接線を有する前記研削作用面をツルーイングするとき、前記砥石車回転軸線と前記ツルーイングロール回転軸線が前記交差角を成すように前記ツルーイングロールを配置し、前記交差角を調整することで砥石車用砥粒に対するツルーイング用砥粒の進入角である砥粒進入角を調整し、前記制御装置は、前記ツルーイング作用面の法線方向における前記ツルーイングロールの摩耗量により、前記ツルーイングロールと前記砥石車の相対位置の補正を行うことである。

請求項２に係る発明の特徴は、砥石車回転軸線の周りを回転駆動される砥石車の研削作用面を、ツルーイングロール回転軸線の周りを回転駆動される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のツルーイング作用面は、前記ツルーイングロール回転軸線と所定の角度の交差角で交差する母線を前記ツルーイングロール回転軸線の周りに回転させた円錐の側面であり、前記砥石車の前記砥石車回転軸線に平行な接線を有する前記研削作用面をツルーイングするとき、前記砥石車回転軸線と前記ツルーイングロール回転軸線が前記交差角を成すように前記ツルーイングロールを配置し、前記交差角を調整することで砥石車用砥粒に対するツルーイング用砥粒の進入角である砥粒進入角を調整し、前記ツルーイング作用面の法線方向における前記ツルーイングロールの摩耗量により前記ツルーイングロールと前記砥石車の相対位置の補正を行うことである。

請求項1に係る発明によれば、交差角を調整することでツルーイング時の砥粒進入角を調整でき、さらに、砥石車回転軸線とツルーイングロール回転軸線が、この交差角と同じ角度を成すように配置することでツルーイング作用面の法線方向におけるツルーイングロールの摩耗量により、ツルーイングロールと砥石車の相対位置の補正を正確に行うことができる研削盤を提供できる。

請求項２に係る発明によれば、交差角を調整することでツルーイング時の砥粒進入角を調整でき、さらに、砥石車回転軸線とツルーイングロール回転軸線が、この交差角と同じ角度を成すように配置することでツルーイング作用面の法線方向におけるツルーイングロールの摩耗量により、ツルーイングロールと砥石車の相対位置の補正を正確に行うことができる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。砥粒進入角の概念を示す図である。交差角と曲率半径の倍率との関係を示す図である。ツルーイング時のツルーイングロールの送り軸の関係をす図である。砥石車の円弧状研削作用面のツルーイング動作を示す図である。

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に示すように、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７３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ベース７２を備え、モータ７５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。ツルーイングベース７２上にはツルーイング軸本体７１がＵ軸送り方向と所定の角度を成して固定されている。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。

図３にツルーイングロール８と砥石車１１の詳細を示す。
ツルーイングロール８は自らの回転軸線ｍに対して交差角θで交差する母線ｋを側面とする円錐の側面の一部をツルーイング作用面８ａとして備えている。砥石車１１は自らの回転軸線ｎを含む断面において外周が半径ｒの円弧形状の研削作用面１１ａを備えている。
図３はツルーイング開始時の位置を示しており、ツルーイング作用面８ａと研削作用面１１ａは点Ｔで接触している。点Ｔは砥石車１１の回転軸線ｎと平行な接線を有する研削作用面上の点である。この時のツルーイングロール８の回転軸線ｍと砥石車１１の回転軸線ｎは交差角θと同じ角度で交差するように配置され、点Ｔから回転軸線ｍまでの距離はＲｔであり、点Ｔから回転軸線ｎまでの距離はＲｗである。また、研削作用面１１ａの円弧半径ｒの中心は旋回テーブル６の旋回中心Ｐと一致するように位置決めされており、Ｕ軸送り方向と砥石車１１の回転軸線ｎは直交している。

ここで、砥粒進入角について説明する。
図４は、ツルーイングロールの外周を用いて砥石車１１をツルーイングする従来のツルーイング時における、ツルーイングロール８０と砥石車１１の関係を示しており、ツルーイングロール８０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８０の周速度より大きい。ツルーイングロール８０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８０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ｊとしたとき、ｊとベクトルＶｗの成す角度α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。
砥粒進入角αが大きいほど、砥石車用砥粒とツルーイング用砥粒の押し込み方向に大きな圧縮力が発生し、砥石車用砥粒とツルーイング用砥粒の破砕が大きくなる。結果として、砥粒進入角αが大きいほど砥石車１１の切れ味が向上したり、ツルーイングロール８０の摩耗量が大きくなったりする。このため、適正な砥粒進入角を設定することが重要である。
砥粒進入角α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４に示すように接触開始点Ｓおける速度ベクトルＶｔ、Ｖｗの成す角度であり、γが大きいほどαも大きくなる。

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８０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８０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８０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。

本実施例においては、ツルーイングロール８のツルーイング作用面が円錐面であるため、式（２）において、図３における点ＴのＲｔの値を用いることはできない。ツルーイングロール８の点Ｔにおける法線方向の半径を用いる必要がある。すなわち、点Ｔを含み砥石車１１の回転軸線ｎに直交する断面におけるツルーイング作用面８ａの点Ｔでの曲率半径Ｒｔｊを用いた式（３）によりγを演算する。

円錐面の断面形状は、交差角θの大きさにより楕円、法物線、双曲線のいずれかとなる。点Ｔにおける、ツルーイングロール８の回転軸線ｍから点Ｔまでの距離Ｒｔに対する曲率半径Ｒｔｊの倍率と交差角θとの関係を求めると、図５に示すようになり、常にＲｔｊ＞Ｒｔとなる。
交差角θが４０度を超えるとＲｔｊのＲｔに対する倍率は大きくなり、Ｒｔの小さなツルーイングロール８を用いても交差角θを大きくすることで、Ｒｔの大きなツルーイングロール８を用いたのと同様な効果を得ることができる。同じＲｔであっても交差角θを大きくすることで砥粒進入角αを大きできる。

以上のような、円錐のツルーイング作用面８ａの場合、ツルーイングロール８と砥石車１１の位置決めは、ツルーイングロール８のツルーイング作用面８ａのＵ軸方向（法線方向）の寸法により行われる。例えば図６に示すように、点ＴからＵ軸方向へ延長した線とツルーイングロール８の回転軸線ｍの交点を基準点Ｏとした場合は、基準点Ｏと点Ｔの距離をツルーイングロール８の基準径Ｒｔｋとし、この基準径Ｒｔｋの値を用いてツルーイングロール８と砥石車１１のＵ軸方向の位置決めを行う。ツルーイングロール８の摩耗については、Ｕ軸方向の摩耗量を差引いて基準径Ｒｔｋの補正を行う。

砥石車１１の回転中心を含む断面における研削作用面１１ａを、中心角βの円弧にツルーイングする方法について、図６、図７に基づき説明する。
図６において、ツルーイングロール８の基準径をＲｔｋ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ｒとする。また、Ｘ軸の原点位置を砥石車１１の回転軸線n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軸線n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＝Ｒｔｋ＋ｒ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−ｒ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７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β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ｒの円弧形状のツルーイングを行うことができる。

以上のようなツルーイングロール８を用いたツルーイング方法によれば、砥粒進入角αを調整する項目として、交差角θを追加することができ、砥粒進入角αの調整の自由度が増す。また、ツルーイングロール８の回転軸線からの半径より接触点Ｔにおける曲率半径が大きくなり、その倍率は交差角θが大きいほど大きくなる。このため、同じ砥粒進入角であっても交差角θを大きくしてツルーイングロール径を小型化することもできる。
また、ツルーイング作用面８ａのＵ軸方向（法線方向）の基準径Ｒｔｋの値を用いてツルーイングロール８と砥石車１１のＵ軸方向の位置決めを行うので、ツルーイング作用面８ａの法線方向の摩耗量を用いて正確にＵ軸方向の位置補正ができる。

Ｗ：工作物 θ：交差角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

ツルーイングロール回転軸線の周りを回転駆動されるツルーイングロールと、
砥石車回転軸線の周りを回転駆動される砥石車と、
前記砥石車と前記ツルーイングロールを相対移動させる送り装置と、
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、前記砥石車の研削作用面をツルーイングするように前記送り装置を制御する制御装置を備える研削盤において、
前記ツルーイングロールのツルーイング作用面は、前記ツルーイングロール回転軸線と所定の角度の交差角で交差する母線を前記ツルーイングロール回転軸線の周りに回転させた円錐の側面であり、
前記砥石車の前記砥石車回転軸線に平行な接線を有する前記研削作用面をツルーイングするとき、前記砥石車回転軸線と前記ツルーイングロール回転軸線が前記交差角と同じ角度を成すように前記ツルーイングロールを配置し、
前記交差角を調整することで、砥石車用砥粒に対するツルーイング用砥粒の進入角である砥粒進入角を調整し、
前記制御装置は、前記ツルーイング作用面の法線方向における前記ツルーイングロールの摩耗量により、前記ツルーイングロールと前記砥石車の相対位置の補正を行う研削盤。
砥石車回転軸線の周りを回転駆動される砥石車の研削作用面を、ツルーイングロール回転軸線の周りを回転駆動される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のツルーイング作用面は、前記ツルーイングロール回転軸線と所定の角度の交差角で交差する母線を前記ツルーイングロール回転軸線の周りに回転させた円錐の側面であり、
前記砥石車の前記砥石車回転軸線に平行な接線を有する前記研削作用面をツルーイングするとき、前記砥石車回転軸線と前記ツルーイングロール回転軸線が前記交差角と同じ角度を成すように前記ツルーイングロールを配置し、
前記交差角を調整することで、砥石車用砥粒に対するツルーイング用砥粒の進入角である砥粒進入角を調整し、
前記ツルーイング作用面の法線方向における前記ツルーイングロールの摩耗量により前記ツルーイングロールと前記砥石車の相対位置の補正を行うツルーイング方法。