JP2015208812A - Grinding processing device and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加工時間の予測を可能とした研削加工方法及び装置に関する。 The present invention relates to a grinding method and apparatus capable of predicting a machining time.
研削加工中においては、研削抵抗により研削盤、砥石、工作物が弾性変形する。これらの弾性変形量は小さいものの、切込量に対しては数十%を占めるため、加工精度の面から無視することはできない。そのため、この弾性変形量がなくなるまで、同じところを何度も研削することにより、所望の切込量にて工作物を除去することができる。ここで、弾性変形量がなくなるまでのサイクルタイムが問題になるが、現状では現場の勘に依存している場合が多い。 During grinding, the grinding machine, grindstone, and workpiece are elastically deformed by the grinding resistance. Although these elastic deformation amounts are small, they occupy several tens of percent of the depth of cut and cannot be ignored from the viewpoint of machining accuracy. Therefore, the workpiece can be removed with a desired depth of cut by grinding the same portion many times until the elastic deformation amount disappears. Here, the cycle time until the elastic deformation amount disappears becomes a problem, but at present, it often depends on the intuition of the site.
これに対し、非特許文献1、特許文献1が存在する。
非特許文献1では、研削条件と砥石の種類とをパラメータとして入力することで、研削加工理論と経験値とから研削サイクルを計算し、その計算値を元に作業を行い、無駄な研削時間の削減を行っている。
特許文献1の「研削方法および研削盤」では、研削初期時の研削抵抗と実際に研削した量からそのシステムの剛性を求め、研削抵抗がゼロになるまでの研削時間を算出する方法を提案している。
On the other hand, Non-Patent
In
In “Grinding Method and Grinding Machine” of
非特許文献1では、研削加工理論を用いているものの、経験値に依存しているため、これまでにない新しい砥石や工作物には対応することができないという問題がある。
これに対し、特許文献1の「研削方法および研削盤」では、研削抵抗と実際に研削した量とを測定しているため、新しいどのような砥石と工作物との組み合わせに対しても対応することができる。
しかし、実際に研削した量を測定することは、特に平面研削加工においては難しいのが現状である。そのため、実用化にあたっては、実際に研削した量をどのように測定するかが課題となる。
Non-Patent
On the other hand, since the “grinding method and grinding machine” of
However, it is currently difficult to measure the actual amount of grinding, particularly in surface grinding. Therefore, in practical use, how to measure the amount actually ground becomes a problem.
解決しようとする問題点は、研削加工理論を用いた方法や装置では、経験値に依存するため、これまでにない新しい砥石や工作物には対応することができない一方、実際に研削した量を測定して加工する方法や装置では、測定に困難を伴う点である。 The problem to be solved is that methods and equipment that use grinding theory depend on experience, so it is not possible to deal with new grindstones and workpieces that have never existed, while the amount actually ground Measurement and processing methods and apparatuses are difficult to measure.
本発明の装置は、研削加工を、経験値に依存したり、実際に研削した量を測定することなく、短時間で的確に行わせることを可能とするため、砥石台に回転駆動可能に支持され工作物を研削加工する砥石と、前記砥石及び工作物間の切込及び送りを行なわせて前記研削加工を行わせる駆動部と、前記切込の切込量を設定して前記研削加工を行うように前記駆動部を制御する制御部とを備えた研削加工装置であって、前記研削加工を行う時の法線抵抗を検出する法線抵抗検出部を備え、前記制御部は、前記設定された切込量で前記研削加工を行うときに前記法線抵抗検出部により検出された法線抵抗と前記設定された切込量とに基づき前記砥石及び工作物間の接触剛性を加味して研削痕深さを算出し前記設定された切込量となるまで前記送りを複数パス繰り返すように前記駆動部を制御するとき、前記パスで検出された法線抵抗を用いてその時のパスによる研削痕深さ及び比研削抵抗を算出し、この比研削抵抗から次パスでの法線抵抗を算出し、この算出した法線抵抗から研削痕深さを算出する過程を経ることで目標の研削痕深さを算出して前記設定された切込量となるまでの前記パスの回数を求め、前記研削加工を行なわせるえたことを特徴とする。 The device of the present invention supports the grindstone table so that it can be rotated and driven accurately in a short time without depending on experience values or measuring the actual amount of grinding. A grinding wheel for grinding the workpiece, a drive unit for performing the grinding by performing cutting and feeding between the grinding wheel and the workpiece, and setting the cutting depth of the cutting to perform the grinding And a control unit that controls the drive unit so as to perform a grinding apparatus including a normal resistance detection unit that detects a normal resistance when performing the grinding process, and the control unit includes the setting In consideration of the contact rigidity between the grindstone and the workpiece based on the normal resistance detected by the normal resistance detection unit and the set cut amount when the grinding is performed with the cut amount set. Calculate the grinding mark depth and feed the feed until the set cutting depth is reached. When the drive unit is controlled to repeat several passes, the grinding trace depth and the specific grinding resistance by the current pass are calculated using the normal resistance detected in the pass, and the next grinding pass is calculated from this specific grinding resistance. The normal resistance is calculated, the target grinding mark depth is calculated through the process of calculating the grinding mark depth from the calculated normal resistance, and the path of the path until the set cutting depth is reached. The number of times is obtained and the grinding is performed.
本発明の方法は、回転駆動された砥石と工作物との間の切込及び送りにより研削加工を行う研削加工方法であって、前記切込の切込量を設定して前記研削加工を行うときに検出された法線抵抗と前記設定された切込量とに基づき前記砥石及び工作物間の接触剛性を加味して研削痕深さを算出し前記設定された切込量となるまで前記送りを複数パス繰り返すとき、前記パスで検出された法線抵抗を用いてその時のパスによる研削痕深さ及び比研削抵抗を算出し、この比研削抵抗から次パスでの法線抵抗を算出し、この算出した法線抵抗から研削痕深さを算出する過程を経ることで目標の研削痕深さを算出して前記設定された切込量となるまでの前記パスの回数を求めることを特徴とする。 The method of the present invention is a grinding method in which grinding is performed by cutting and feeding between a grindstone that is rotationally driven and a workpiece, and the grinding is performed by setting a cutting amount of the cutting. The grinding trace depth is calculated by taking into account the contact rigidity between the grindstone and the workpiece based on the detected normal resistance and the set cutting depth until the set cutting depth is reached. When repeating multiple passes, the normal resistance detected in the pass is used to calculate the grinding mark depth and specific grinding resistance of the pass at that time, and the normal resistance in the next pass is calculated from this specific grinding resistance. The target grinding trace depth is calculated through the process of calculating the grinding trace depth from the calculated normal resistance, and the number of passes until the set cutting depth is reached is obtained. And
本発明の研削加工装置は、上記構成であるから、パスで検出された法線抵抗を用いてその時のパスによる研削痕深さ及び比研削抵抗を算出することに基づきパスの回数を求めて研削加工を行わせることができ、経験値に依存することが無いため新しい砥石や工作物には対応でき、且つ研削した量の測定を不要にし、算出したパス回数により、設定された切込量となるまで容易且つ的確に研削加工を行わせることができる。 Since the grinding device of the present invention has the above-described configuration, the number of passes is calculated based on the calculation of the grinding trace depth and the specific grinding resistance by the pass at that time using the normal resistance detected by the pass. Since it can be processed and does not depend on experience values, it can handle new grinding stones and workpieces, eliminates the need to measure the amount of grinding, and sets the cut amount according to the calculated number of passes. Grinding can be performed easily and accurately until it becomes.
本発明の研削加工方法は、上記構成であるから、パスで検出された法線抵抗を用いてその時のパスによる研削痕深さ及び比研削抵抗を算出することに基づきパスの回数を求めることができ、経験値に依存することが無いと共に研削した量の測定を不要にしながら、設定された切込量となるまでのパス回数を容易且つ的確にもとめることができる。 Since the grinding method of the present invention has the above-described configuration, the number of passes can be obtained based on the calculation of the grinding trace depth and specific grinding resistance of the pass at that time using the normal resistance detected by the pass. In addition, the number of passes until reaching the set cutting depth can be easily and accurately determined without depending on the empirical value and making it unnecessary to measure the amount of grinding.
研削加工を、経験値に依存したり、実際に研削した量を測定することなく、短時間で的確に行わせることを可能にするという目的を、本発明の装置は、砥石台に回転駆動可能に支持され工作物を研削加工する砥石と、前記砥石及び工作物間の切込及び送りを行なわせて前記研削加工を行わせる駆動部と、前記切込の切込量を設定して前記研削加工を行うように前記駆動部を制御する制御部とを備えた研削加工装置であって、前記研削加工を行う時の法線抵抗を検出する法線抵抗検出部を備え、前記制御部は、前記設定された切込量で前記研削加工を行うときに前記法線抵抗検出部により検出された法線抵抗と前記設定された切込量とに基づき前記砥石及び工作物間の接触剛性を加味して研削痕深さを算出し前記設定された切込量となるまで前記送りを複数パス繰り返すように前記駆動部を制御するとき、前記パスで検出された法線抵抗を用いてその時のパスによる研削痕深さ及び比研削抵抗を算出し、この比研削抵抗から次パスでの法線抵抗を算出し、この算出した法線抵抗から研削痕深さを算出する過程を経ることで目標の研削痕深さを算出して前記設定された切込量となるまでの前記パスの回数を求め、前記研削加工を行なわせることで実現した。 The device of the present invention can be driven to rotate on the grindstone base for the purpose of enabling grinding to be performed accurately in a short time without relying on experience values or measuring the actual amount of grinding. A grindstone for grinding a workpiece supported by a grinding wheel, a drive unit for performing the grinding by performing cutting and feeding between the grindstone and the workpiece, and setting the cutting depth of the incision for the grinding A grinding device including a control unit that controls the drive unit to perform machining, and includes a normal resistance detection unit that detects a normal resistance when performing the grinding process, and the control unit includes: Based on the normal resistance detected by the normal resistance detector when the grinding is performed with the set cutting depth and the set cutting depth, the contact rigidity between the grindstone and the workpiece is taken into account. And calculate the grinding mark depth until it reaches the set depth of cut. When controlling the drive unit so as to repeat a plurality of passes, the grinding path depth and the specific grinding resistance are calculated using the normal resistance detected in the pass, and the next pass is calculated from the specific grinding resistance. The normal resistance in the above is calculated, the target grinding trace depth is calculated through the process of calculating the grinding trace depth from the calculated normal resistance, and the above-described cutting amount is reached. This was realized by obtaining the number of passes and performing the grinding process.
前記制御部は、前記研削痕深さの算出に前記砥石及び工作物間で前記研削加工時に予測される熱膨張量を加味してもよい。 The said control part may consider the thermal expansion amount estimated at the time of the said grinding process between the said grindstone and a workpiece to the calculation of the said grinding trace depth.
本発明の方法は、回転駆動された砥石と工作物との間の切込及び送りにより研削加工を行う研削加工方法であって、前記切込の切込量を設定して前記研削加工を行うときに検出された法線抵抗と前記設定された切込量とに基づき前記砥石及び工作物間の接触剛性を加味して研削痕深さを算出し前記設定された切込量となるまで前記送りを複数パス繰り返すとき、前記パスで検出された法線抵抗を用いてその時のパスによる研削痕深さ及び比研削抵抗を算出し、この比研削抵抗から次パスでの法線抵抗を算出し、この算出した法線抵抗から研削痕深さを算出する過程を経ることで目標の研削痕深さを算出して前記設定された切込量となるまでの前記パスの回数を求めることで実現した。 The method of the present invention is a grinding method in which grinding is performed by cutting and feeding between a grindstone that is rotationally driven and a workpiece, and the grinding is performed by setting a cutting amount of the cutting. The grinding trace depth is calculated by taking into account the contact rigidity between the grindstone and the workpiece based on the detected normal resistance and the set cutting depth until the set cutting depth is reached. When repeating multiple passes, the normal resistance detected in the pass is used to calculate the grinding mark depth and specific grinding resistance of the pass at that time, and the normal resistance in the next pass is calculated from this specific grinding resistance. Realized by calculating the target grinding trace depth through the process of calculating the grinding trace depth from the calculated normal resistance and determining the number of passes until the set cutting depth is reached. did.
前記研削痕深さの算出には、前記砥石及び工作物間で前記研削加工時に予測される熱膨張量を加味してもよい。
研削加工において、工作物に切残しを生じる要因として研削盤や砥石、工作物の弾性変形量、砥石の摩耗量が挙げられる。一方、工作物を設定切込量よりも多く切込む要因として工作物と砥石の熱膨張量が挙げられる。このように、研削過程においては切残しや切込みを生じる要因が多く関係していることから、設定切込量に対する研削量を定量的に予測することは困難であるのが現状である。
The calculation of the grinding mark depth may take into account the amount of thermal expansion predicted during the grinding process between the grindstone and the workpiece.
In grinding processing, factors that cause uncut parts in the workpiece include a grinding machine, a grindstone, the amount of elastic deformation of the workpiece, and the amount of wear of the grindstone. On the other hand, the amount of thermal expansion between the workpiece and the grindstone can be cited as a factor for cutting the workpiece more than the set cutting amount. Thus, in the grinding process, since there are many factors that cause uncut and cut, it is difficult to quantitatively predict the grinding amount with respect to the set cutting amount.
ここで、上記に挙げた切残しや切込みを生じる要因のうち主なものが、研削盤と砥石の弾性変形量と工作物の熱膨張量である。その他の要因に関しては、主要因と比較して影響が小さいため、主要因との関係則で求めても差し支えないと考えられる。そこで研削盤の弾性変形量に関しては、研削盤の剛性と研削抵抗から算出することができる。また、工作物の熱膨張量に関しては他の研究から算出することができる。 Here, the main factors that cause the uncut and cut as described above are the elastic deformation amount of the grinder and the grindstone and the thermal expansion amount of the workpiece. Other factors have a smaller impact than the main factors, so it may be possible to obtain them using the relational rules with the main factors. Therefore, the elastic deformation amount of the grinding machine can be calculated from the rigidity and grinding resistance of the grinding machine. The amount of thermal expansion of the workpiece can be calculated from other studies.
一方、砥石の弾性変形量に関しては砥石と工作物との接触剛性から算出することができる。これまで、この砥石の接触剛性に関しては、砥石が静止しているときに測定した値が用いられてきた。しかし、発明者らがこの静止時の接触剛性を基に工作物の切残し量を算出しても、実験結果とは一致しなかった。そのため、これがこれまで研削量を予測することができなかった要因の一つであると考えた。
そこで発明者らは、これまでに研削時における砥石の接触剛性を理論的に算出する研究を行ってきており、研削時の接触剛性は静止時に測定した接触剛性と比較して高いことがわかった。さらに、求めた接触剛性を用いて平面研削時における1パス研削での研削量を算出できるようになった。またこの理論接触剛性を算出するに当たっては、先に挙げた切残しや切込みを生じる要因を考慮する必要があり、その際に提案したものが研削過程モデルである。すなわち、この理論接触剛性や研削過程モデルを用いることにより、研削時における研削量の算出や、設定切込量に至る研削時間や研削回数、スパークアウト時間などを予測することが可能になると考えた。
On the other hand, the elastic deformation amount of the grindstone can be calculated from the contact rigidity between the grindstone and the workpiece. Until now, the value measured when the grindstone is stationary has been used for the contact rigidity of the grindstone. However, even if the inventors calculated the uncut amount of the workpiece based on the contact rigidity at rest, the experimental results did not match. Therefore, we thought that this was one of the factors that could not predict the grinding amount until now.
Therefore, the inventors have been conducting research to theoretically calculate the contact stiffness of the grinding wheel during grinding, and found that the contact stiffness during grinding is higher than the contact stiffness measured at rest. . In addition, it is now possible to calculate the amount of grinding in 1-pass grinding during surface grinding using the calculated contact stiffness. In calculating this theoretical contact stiffness, it is necessary to consider the factors that cause the uncut and cut as mentioned above, and what was proposed at that time is a grinding process model. In other words, by using this theoretical contact stiffness and grinding process model, we thought that it would be possible to calculate the grinding amount during grinding, and predict the grinding time, number of grinding times, spark out time, etc. to reach the set depth of cut. .
そこで、研削時の切残しや切込みを生じる要因を加味した研削過程モデルを用いて研削量を算出し、さらに研削時間を予測することを目的としている。これをシステム化し研削盤に搭載できれば、最適研削時間を研削盤自らが算出し研削が行える高付加価値な研削盤の開発につなげることができる。
実際に研削した量を測定することは難しいため、これを測定するのではなく、理論的に算出する方法を提案している。実際に研削した量は、設定した切込量から研削盤や砥石、工作物の弾性変形量との差から求められる。
そこで、研削盤や砥石の剛性を予め測定しておき、研削時の研削抵抗のみを測定することで、この剛性と抵抗とから、それぞれの弾性変形量を求めることが可能となる。
Therefore, the purpose is to calculate the grinding amount using a grinding process model that takes into account the factors that cause uncutting and incision during grinding, and to predict the grinding time. If this can be systematized and mounted on a grinding machine, it will be possible to develop a high-value-added grinding machine that can calculate the optimum grinding time and grind itself.
Since it is difficult to measure the actual amount of grinding, a method of theoretical calculation is proposed rather than measurement. The actual amount of grinding can be obtained from the set amount of cut and the difference from the amount of elastic deformation of the grinding machine, grindstone, and workpiece.
Therefore, by measuring the rigidity of the grinder or the grindstone in advance and measuring only the grinding resistance at the time of grinding, it is possible to obtain the respective elastic deformation amounts from this rigidity and resistance.
また、研削を続けていくと徐々に研削した量は増えていくが、この過程における研削量を算出できれば、設定した切込量に研削量が至るまでの研削時間を求めることができる。
そこで、研削初期の研削抵抗から比研削抵抗を算出し、これを利用し、次工程での切込量から研削抵抗を算出すれば、それぞれの工程における研削盤や砥石の弾性変形量ならびに研削量を求めることが可能となる。そして、これを各工程で続けることにより、最終的に研削量が切込量に至るまでの工程を求めることができ、これが研削時間、つまり設定された切込量となるまで送りを複数パス繰り返す回数となる。1パスとは、砥石と工作物との間の送りにより1回通過して研削加工が行われることを意味する。
Further, as the grinding continues, the amount of grinding gradually increases. If the grinding amount in this process can be calculated, the grinding time until the grinding amount reaches the set cutting amount can be obtained.
Therefore, by calculating the specific grinding resistance from the grinding resistance at the initial stage of grinding and using this to calculate the grinding resistance from the depth of cut in the next process, the amount of elastic deformation and grinding amount of the grinding machine and grinding wheel in each process Can be obtained. Then, by continuing this in each process, the process until the grinding amount finally reaches the cutting amount can be obtained, and the feed is repeated a plurality of passes until the grinding time, that is, the set cutting amount is reached. It becomes the number of times. One pass means that the grinding process is performed once by passing between the grindstone and the workpiece.
[研削過程モデルを用いた研削量の算出]
(研削過程モデル)
図1に、研削加工を行う際に用いる研削加工装置として平面研削盤1を示す。なお、研削加工装置としては、平面研削盤1に限らず、円筒研削盤、万能研削盤、内面研削盤など、種々のものに適用することができる。
[Calculation of grinding amount using grinding process model]
(Grinding process model)
FIG. 1 shows a
平面研削盤1は、砥石3と駆動部5と制御部7とを備えている。
砥石3は、砥石台9の主軸11に取り付けられ、主軸11の回転により砥石車である砥石3が回転駆動可能となっている。この砥石3の回転駆動及び切込とテーブル13に固定された工作物Wの送りとにより研削加工が行われる。
The
The
駆動部5は、平面研削盤1に内蔵された各種モーターで構成され、例えば、前記砥石3の回転駆動を、主軸11を駆動する主軸モーターで行い、工作物Wへの切込移動を、第1のサーボモーターにより砥石台9を移動させることで行い、砥石3及び工作物W間の送り、例えば、第2、第3のサーボモーターによりテーブル13を送り方向、送り直交方向に移動させることで、前記研削加工を行わせる。
The
制御部7は、コンピューターで構成され、例えば、MPU、ROM、RAM等を備え、前記切込の切込量を設定して前記研削加工を行うように前記駆動部5を制御する。本実施例では、主軸モーター、第1、第2、第3のサーボモーターが制御される。
この研削加工装置1は、研削加工を行う時の法線抵抗を検出する図25で後述する法線抵抗検出部を備え、制御部7は、設定された切込量で研削加工を行うときに前記法線抵抗検出部により検出された法線抵抗と前記設定された切込量とに基づき前記砥石3及び工作物W間の接触剛性を加味して研削痕深さを算出し前記設定された切込量となるまで前記送りを複数パス繰り返すように前記駆動部5を制御するとき、前記パスで検出された法線抵抗を用いてその時のパスによる研削痕深さ及び比研削抵抗を算出し、この比研削抵抗から次パスでの法線抵抗を算出し、この算出した法線抵抗から研削痕深さを算出する過程を経ることで目標の研削痕深さを算出して前記設定された切込量となるまでの前記パスの回数を求め、前記研削加工を行なわせる。
ここで、前記砥石及び工作物間の接触剛性は、砥石台9や砥石3の弾性変形に対応する概念であり、これを加味するとは、本実施例において砥石台9や砥石3の弾性変形量を加味することを意味する。
The
The grinding
Here, the contact rigidity between the grindstone and the workpiece is a concept corresponding to the elastic deformation of the
制御部7は、前記研削痕深さの算出に前記砥石3及び工作物W間で前記研削加工時に予測される熱膨張量を後述のように加味することもできる。
The
また、本願発明実施例の研削加工方法は、回転駆動された砥石3と工作物Wとの間の切込及び送りにより研削加工を行う研削加工方法であって、前記切込の切込量を設定して前記研削加工を行うときに検出された法線抵抗と前記設定された切込量とに基づき前記砥石3及び工作物W間の接触剛性を加味して研削痕深さを算出し前記設定された切込量となるまで前記送りを複数パス繰り返すとき、前記パスで検出された法線抵抗を用いてその時のパスによる研削痕深さ及び比研削抵抗を算出し、この比研削抵抗から次パスでの法線抵抗を算出し、この算出した法線抵抗から研削痕深さを算出する過程を経ることで目標の研削痕深さを算出して前記設定された切込量となるまでの前記パスの回数を求めることで実現できる。
The grinding method according to the embodiment of the present invention is a grinding method that performs grinding by cutting and feeding between the
このような研削加工装置1及び加工方法は、いわゆるスパークアウト研削のみならず、切込量を複数段に設定し、各切込量にて前記装置1により研削加工を行い、前記方法によりパスの回数を求めることで、目的の切込量の研削加工を、経験値に依存したり、実際に研削した量を測定することなく、短時間で的確に行わせることができる。
Such a
さらに詳細に説明すると、研削時には、砥石3をある設定切込量で工作物Wに切込みを与え、テーブル13に固定した工作物Wを左右前後(送り方向、送り直交方向)に移動させながら加工する。なお、砥石3と工作物Wとの間の相対的な送りは、円筒研削盤1等のように、砥石3側を送り方向に移動させる構成にすることも可能である。
ここで、この研削過程をモデル化した研削過程モデルを図2に示す。(a)に示すように、研削時には直径deの砥石3を用いて設定切込量apで工作物Wの加工を開始する。すると、(b)に示したように、研削時に生じる研削抵抗により、研削盤1や砥石3の弾性変形、工作物Wや砥石3の熱膨張を生じるため、実際に研削する深さは設定切込量apとは異なってくる。このときのそれぞれの変形量は以下のように求めることができる。
まず、工作物Wが固定されているテーブル13は図1に示したようにすべり案内で支持されており、案内面には潤滑を良くするために潤滑油が供給されている。そのため、テーブル13を左右に動かしたとき、この潤滑油の影響によりテーブル13は若干浮上する。そこで、図2(b)に示した研削時では、まずこの潤滑油の油膜厚さによりテーブル13浮上量htを生じる。なお、本実施例では砥石3と工作物Wとの初期接触、すなわち研削時の切込み方向の基準は、テーブル13が静止した状態で行っている。
次に、研削時には研削抵抗が生じるが、図1に示したように、砥石や工作物は支持剛性KsやKwで支持されているため、この支持剛性の大小に依存して弾性変形を生じる。このときの研削盤の弾性変形量と砥石の弾性変形量が、図2(b)のδmとδwとなる。また、砥石と工作物とが接触した際、主に砥石が弾性変形する。このときの剛性を砥石と工作物との接触剛性と呼んでいるが、この接触剛性に依存した弾性変形量がδconとなる。さらに、研削中の砥石は徐々に摩耗していく。そこでこの摩耗量がδsとなる。これらの弾性変形量δm、δw、δcon、および摩耗量δsが切込み深さを小さくする要因となる。
More specifically, at the time of grinding, the
Here, FIG. 2 shows a grinding process model obtained by modeling this grinding process. (A), the at the time of grinding starts machining of the workpiece W by setting depth of cut a p using
First, the table 13 on which the workpiece W is fixed is supported by a sliding guide as shown in FIG. 1, and lubricating oil is supplied to the guide surface to improve lubrication. Therefore, when the table 13 is moved left and right, the table 13 is slightly lifted by the influence of the lubricating oil. Therefore, at the time of grinding shown in FIG. 2B, first, the table 13 flying height ht is generated by the oil film thickness of the lubricating oil. In this embodiment, the initial contact between the
Next, the grinding resistance is generated at the time of grinding, as shown in FIG. 1, since the grinding wheel and the workpiece is supported by the support rigidity K s and K w, the elastic deformation depending on the magnitude of the supporting rigidity Arise. The amount of elastic deformation of the elastic deformation of the grinding wheel of the grinding machine of this time, the [delta] m and [delta] w of FIG. 2 (b). Moreover, when a grindstone and a workpiece contact, a grindstone mainly deforms elastically. The rigidity at this time is called the contact rigidity between the grindstone and the workpiece. The elastic deformation amount depending on the contact rigidity is δ con . Furthermore, the grinding wheel being ground gradually wears. Therefore, this amount of wear becomes δ s . These elastic deformation amounts δ m , δ w , δ con , and wear amount δ s are factors that reduce the depth of cut.
いっぽう、研削時には砥石が高速で回転しているため、工作物と接触した際には研削熱が生じる。この研削熱の影響により、工作物と砥石とが熱膨張する。このときの熱膨張量がhth-wとhth-gとなる。この熱膨張量と前述したテーブル浮上量htは切込み深さを大きくする要因となる。なお、工作物の熱膨張量hth-wに関しては、研削中は熱膨張しているものの、研削後には冷却され収縮するため、図2(b)のように研削中の真実切込量areに対して研削後の研削痕深さaeは、hth-wだけ深くなる。 On the other hand, the grinding wheel rotates at high speed during grinding, so that grinding heat is generated when it comes into contact with the workpiece. The workpiece and the grindstone thermally expand due to the influence of the grinding heat. The thermal expansion amounts at this time are h th-w and h th-g . The thermal expansion amount and the table flying height h t described above is a factor to increase the cutting depth. Regarding the thermal expansion amount h th-w of the workpiece, although it is thermally expanded during grinding, it is cooled and contracted after grinding, so the true depth of cut a during grinding a as shown in Fig. 2 (b) grinding traces depth a e after grinding against re consists deeply only h th-w.
したがって、設定切込量に対して切込み深さを小さくする要因と大きくする要因を考慮すると、研削後の研削痕深さaeは次式より求めることができる Therefore, considering the factors that reduce and increase the depth of cut with respect to the set depth of cut, the grinding mark depth a e after grinding can be obtained from the following equation:
ここで、工作物の弾性変形量δwと砥石の摩耗量δsは他の要因に比べ微小であることから、本研究では無視すると、式(1)は次式となる。 Here, since the amount of elastic deformation δ w of the workpiece and the amount of wear δ s of the grindstone are small compared to other factors, if ignored in this study, Equation (1) becomes the following equation.
式(2)中の弾性変形量は、それぞれの部位に作用する研削抵抗と剛性から算出することができる。また、熱膨張量に関しては、研削熱が研削抵抗に比例すると考えられるため、こちらも研削抵抗から算出することができる。 The amount of elastic deformation in equation (2) can be calculated from the grinding resistance and rigidity acting on each part. Further, regarding the amount of thermal expansion, since it is considered that the grinding heat is proportional to the grinding resistance, it can also be calculated from the grinding resistance.
(研削量の算出方法)
テーブル浮上量htは、テーブルに作用する荷重すなわち研削抵抗により異なる。またテーブル送り速度によっても異なる。そこで、テーブル浮上量はテーブルに負荷する荷重を変え、実験的に関係式を求めた。図3に測定したテーブル浮上量を示す。図より、テーブル送り速度3.3m/min、4.2m/min、6.0m/minにおける負荷荷重とテーブル浮上量との関係は次式で表すことができる。
(Calculation method of grinding amount)
Table flying height h t varies by the load i.e. grinding resistance acting on the table. It also depends on the table feed speed. Therefore, the table flying height was experimentally obtained by changing the load applied to the table. Fig. 3 shows the measured table flying height. From the figure, the relationship between the applied load and the table flying height at table feed speeds of 3.3 m / min, 4.2 m / min, and 6.0 m / min can be expressed by the following equation.
研削盤の弾性変形量δmは、研削盤の剛性Kmと研削抵抗Fnより、次式より算出できる。 The elastic deformation amount δ m of the grinder can be calculated from the following equation from the rigidity K m of the grinder and the grinding resistance F n .
なお、研削盤1の剛性Kmを測定した結果、Km=42.3N/μmであった。
砥石の弾性変形量δconは、砥石の接触剛性Kconを用いて算出できる。研削中の砥石の接触剛性は、工作物に接触している砥粒数と、砥粒一粒を支持している砥粒支持剛性に依存している。そのため、図4に示すように、砥粒支持剛性kgsと工作物に接触している砥粒数から、それらの積で算出することができる。
As a result of measuring the stiffness K m of the grinding
The elastic deformation amount δ con of the grindstone can be calculated using the contact rigidity K con of the grindstone. The contact rigidity of the grindstone during grinding depends on the number of abrasive grains in contact with the workpiece and the abrasive support rigidity supporting one abrasive grain. Therefore, as shown in FIG. 4, it can be calculated from the product of the abrasive grain support rigidity kgs and the number of abrasive grains in contact with the workpiece.
図5に砥石と工作物との接触状態を示す。まず(a)に示すように、砥石直径de、設定切込量apで研削を開始すると、(b)に示すようにテーブル案内面の潤滑油によってテーブル浮上量htを生じる。また、研削抵抗により研削盤の弾性変形量δmを生じる。そのため、この研削初期時の真実切込量a'reは次式で表すことができる。 FIG. 5 shows the contact state between the grindstone and the workpiece. As first (a), the grinding wheel diameter d e, when starting the grinding setting depth of cut a p, produces a table flying height h t by the lubricating oil of the table guide surface as shown in (b). Further, the grinding resistance causes an elastic deformation amount δ m of the grinding machine. Therefore, true depth of cut a 're the grinding initial stage may be represented by the following equation.
そこで、このときの接触弧長さlgは幾何学的に次式より求めることができる。 Therefore, the contact arc length l g at this time can be obtained geometrically from the following equation.
図5(b)の研削状態は、砥石3が弾性変形する前の状態を示しているが、このときの砥石3の接触剛性は、接触弧長さlgと砥石3幅bからなる接触面積に存在する砥粒数と、砥粒支持剛性kgsとの積で算出できる。
Grinding the state of FIG. 5 (b), but shows a state before the
ここで、接触面積に作用する砥粒数を求めるためには、単位面積当たりの砥粒数ngが必要となる。この砥粒数は、レーザ変位計を用いて砥石3表面形状を測定し、単位面積に占める砥粒数を直接数えて求めた。図6に単位面積あたりの砥粒数の測定結果を示す。砥石3最表面上からの深さに依存して砥粒数が増加していることがわかる。そのため、切込量により接触する砥粒数も異なることから、砥石3表面からの深さと砥粒数との関係図中に示すように定式化することで、切込量に応じた砥粒数ngを求めることができる。
Here, in order to obtain the number of abrasive grains acting on the contact area, the number of abrasive grains ng per unit area is required. The number of abrasive grains was determined by measuring the surface shape of the
また、砥粒支持剛性kgsに関しても、砥粒の押込み試験より得ることができる。図7に砥粒支持剛性の測定結果を示す。これは、砥粒先端に荷重を負荷し、その際の変位量を測定し求めた結果である。図7はレジノイド砥石3を対象に測定した結果となっているが、ビトリファイド砥石3に関しては、図8にあるレジノイド砥石3のヤング率との比を参考に求めることができる。
そこで、研削初期時の接触剛性K'conは、砥石3と工作物Wとの接触面積と単位面積あたりの砥粒数、砥粒支持剛性の積として次式より求めることができる。
Further, the abrasive grain support rigidity kgs can also be obtained from an abrasive grain indentation test. FIG. 7 shows the measurement results of the abrasive support rigidity. This is a result obtained by applying a load to the tip of the abrasive grains and measuring the amount of displacement at that time. FIG. 7 shows the results of measurement with respect to the
Therefore, the contact rigidity K ′ con at the initial stage of grinding can be obtained from the following equation as the product of the contact area between the
ここまで求めてきた接触弧長さlgは、砥石3が弾性変形しないことを前提してきた。しかし、研削を開始した砥石3は図5(c)に示したように、研削中の研削抵抗Fnにより弾性変形を生じる。そのため、先に求めた接触弧長さよりも砥石3の弾性変形を伴った場合の接触弧長さは長くなる。そこで、砥石3の弾性変形を伴う場合の接触弧長さは、以下のように求めることができる。
砥石3の弾性変形量δ'conは先に求めた接触剛性と研削抵抗から次式で求められる。
The contact arc length l g obtained so far has been based on the premise that the
The elastic deformation amount δ ′ con of the
次に、Roweが提案した砥石3の弾性変形を考慮した接触弧長さlcの算出方法の模式図を図9に示す。砥石3と工作物Wの直径を考慮した等価砥石直径をdeとし、砥石3が弾性変形を生じて工作物Wと接触した場合の接触弧の直径をdcuとする。ここで、砥石直径と工作物W直径とを用いて研削時の等価砥石直径を算出する一般的な手法と同様に、砥石3の変形前の直径を有効砥石直径defと仮定すると、defはdeとdcuを用いて、次式のように表すことができる。
Next, FIG. 9 shows a schematic diagram of a method for calculating the contact arc length l c in consideration of elastic deformation of the
また、等価砥石直径deの砥石3が切込量a'reで工作物Wと接触し、このときの理論接触弧長さをlgとすると、これらの関係は次式となる。
Further, the
同様に、砥石3が接触弧直径dcuで工作物Wと接触弧長さlcで接触しているとすると、これらの関係は次式となる。
Similarly, if the
また、有効砥石直径defの砥石3が弾性変形量δ'conを生じて接触弧長さlcで接触しているとき、これらの関係は幾何学的に次式となる。
Further, when the
そこで、砥石3が真実切込量a'reで研削しながら、さらに弾性変形δ'conを生じている場合、砥石3と工作物Wの接触弧長さlcは、式(12)、(13)、(14)を式(11))に代入することにより次式より求めることができる。
Therefore, when the
したがって、このときの砥石3の接触剛性Kconは、式(9)と同様に、次式を用いて算出することができる。
Therefore, the contact stiffness K con of the
しかし、この接触剛性に依存して、再度、砥石3の弾性変形量や接触弧長さがさらに異なってくる。そこで、式(10)、(15)、(16)を接触剛性が一定となるまで繰り返し計算することにより、理論接触剛性を求めることができる。
したがって、砥石3の弾性変形量δconは、砥石3の接触剛性Kconと研削抵抗Fnより、次式を用いて算出することができる。
However, depending on the contact rigidity, the elastic deformation amount and the contact arc length of the
Therefore, the elastic deformation amount [delta] con
砥石3の熱膨張量hth-gに関しては、研削点温度Teqと比例関係にあると仮定して、等価熱膨張係数α'g(=0.005)を用いて次式より算出することにした。
The thermal expansion amount h th-g of the
ここで、研削点温度Teqが必要になるが、これを測定することは難しく、さらに加工現場で測定することは実用的ではない。そこで本発明実施例では、湿式研削での研削点温度の他の研究(安井平司:湿式研削温度に及ぼす研削条件の影響(その2)、精密機械、51、9(1985)1718‐1724.)を参考に、正常な研削が行われている場合は、研削点温度は研削液の沸点よりも低い100℃程度と仮定した。さらに、このときの研削抵抗は約100N程度であることから、研削点温度係数αg(=1)を用いて、次式より算出することにした。 Here, the grinding point temperature T eq is required, but it is difficult to measure this, and it is not practical to measure at the processing site. Therefore, in the embodiment of the present invention, another study of the grinding point temperature in wet grinding (Heiji Yasui: Effect of grinding conditions on wet grinding temperature (2), Precision Machinery, 51, 9 (1985) 1718-1724.) As a reference, when normal grinding was performed, the grinding point temperature was assumed to be about 100 ° C., which is lower than the boiling point of the grinding fluid. Furthermore, since the grinding resistance at this time is about 100 N, it was decided to calculate from the following equation using the grinding point temperature coefficient α g (= 1).
工作物Wの熱膨張量hth-w は、奥山らが提案した次式を用いて算出することができる。 The thermal expansion amount h th-w of the workpiece W can be calculated using the following formula proposed by Okuyama et al.
ここで、αは工作物Wの熱膨張係数(=1.3×10−6 ℃−1)、νはポアソン比(=0.3)、Ktd-mは工作物Wの温度伝導率(=11.4×10−6 m2/s)、vwはテーブル13送り速度を示す。また、式中の砥石3と工作物Wとの接触弧長さlcth は、砥石3の弾性変形量や熱膨張量をすべて加味した長さである。なお、このlcthは、先の砥石3の接触剛性を求める際に、テーブル13浮上量と研削盤1の弾性変形量のみを考慮し求めた暫定的な接触弧長さlgやlcとは異なるものである。
そこで、この真実接触弧長さlcthは次のように算出する。図2(b)に示した研削過程モデルにおいて、最終的な真実切込量areは、設定切込量apから切増し要因の砥石3の熱膨張量hth-gとテーブル13浮上量htを加え、さらに切残し要因の研削盤1と砥石3の弾性変形量δm、δwを引いたものであることから、次式で表すことができる。
Where α is the thermal expansion coefficient of the workpiece W (= 1.3 × 10 −6 ° C. −1 ), ν is the Poisson's ratio (= 0.3), and K td-m is the temperature conductivity of the workpiece W ( = 11.4 × 10 −6 m 2 / s), v w indicates the table 13 feed speed. The contact arc length l cth between the
Therefore, the true contact arc length l cth is calculated as follows. In the grinding process model shown in FIG. 2 (b), the final true cutting amount a re is the thermal expansion amount h th-g of the
そこで、砥石3と工作物Wとの真実接触弧長さlcthは、式(15)と同様に次式より求めることができる。
Therefore, the true contact arc length l cth between the
このlcthを式(20)に代入することにより、工作物Wの熱膨張量hth-wを求めることができる。 By substituting this l cth into equation (20), the thermal expansion amount h th-w of the workpiece W can be obtained.
以上に示した研削盤1と砥石3の弾性変形量や、砥石3と工作物Wの熱膨張量を算出し、それらを式(2)に代入することにより、設定切込量apと研削抵抗Fnから1パス目の研削痕深さae を算出することができる。
By calculating the elastic deformation amount of the grinding
次に、そのままスパークアウト研削を行う場合、つまり2パス目以降の研削痕深さは以下のように算出する。 Next, when spark-out grinding is performed as it is, that is, the grinding mark depth after the second pass is calculated as follows.
まず、設定切込量を変えずにそのまま研削を続けるものとすると、1パス目の切残し量が2パス目における切込量となる。先の研削痕深さの算出においては、設定切込量apを用いていたが、切残し量を算出するには無負荷時のテーブル13浮上量を考慮しなければならない。スパークアウト研削時には法線抵抗の減少に伴いテーブル13浮上量が増加し、スパークアウト研削後には法線抵抗がゼロになることから浮上量は最大となる。そのため、全切込量a'pは、図2に示すように設定切込量apと無負荷時のテーブル13浮上量ht0の和となり、次式より求められる。 First, if grinding is continued without changing the set cut amount, the uncut amount in the first pass becomes the cut amount in the second pass. In the previous calculation of the grinding mark depth, the set depth of cut a p was used. However, in order to calculate the uncut length, the flying height of the table 13 under no load must be taken into consideration. During spark-out grinding, the flying height of the table 13 increases as the normal resistance decreases, and after spark-out grinding, the normal resistance becomes zero, so that the flying height is maximized. Therefore, the total cut amount a ′ p is the sum of the set cut amount a p and the table 13 flying height h t0 at no load as shown in FIG.
なお、このときのht0は、テーブル13浮上量の測定結果である式(3)〜(5)において、法線抵抗Fn をゼロとすることで求めることができる。 In addition, ht0 at this time can be calculated | required by making normal resistance Fn into zero in Formula (3)-(5) which is a measurement result of the table 13 flying height.
そこで、1パス目の切残し量δres1は、この切込量a'pから1パス目の研削痕深さae1を引いて求めることができる。そのため、2パス目での切込量a'p2はこのδres1となることから、全切込量a'pと研削痕深さae1との差として次式で表せる。 Therefore, the uncut amount Δ res1 of the first pass can be obtained by subtracting the grinding mark depth a e1 of the first pass from the cut amount a ′ p . For this reason, the cutting depth a ′ p2 in the second pass is Δres1 and can be expressed as the difference between the total cutting depth a ′ p and the grinding mark depth a e1 by the following equation.
このように切込量に無負荷時のテーブル13浮上量を考慮したことから、式(7)の研削初期時の真実切込量a'reは、テーブル13浮上量に対してテーブル13降下量h'tを考慮しなければならない。ここで、テーブル13降下量は無負荷時のテーブル13浮上量からの差として次式のように求められる。 Thus since considering table 13 flying height of the no-load to depth of cut, the truth depth of cut a 're during grinding initial equation (7), the table 13 drop relative to the table 13 flying height h ' t must be taken into account. Here, the table 13 lowering amount is obtained as the following equation as a difference from the table 13 flying height when there is no load.
そこで式(7)の研削初期時の真実切込量a'reは、全切込量a'pとテーブル13降下量h'tを考慮し下記のように表すことができる。 Accordingly, the true cutting amount a ′ re at the initial stage of grinding in the equation (7) can be expressed as follows in consideration of the total cutting amount a ′ p and the table 13 descent amount h ′ t .
この研削初期時の真実切込量a'reを用いて式(8)以降の計算を行うことにより、2パス目の研削痕深さを算出することができる。なお、式(2)の研削痕深さの算出式を上記のa'pとh'tで表すのであれば次式のようになる。 The grinding mark depth of the second pass can be calculated by performing the calculation after the equation (8) using the true cutting amount a ′ re at the initial stage of grinding. In addition, if the calculation formula of the grinding mark depth of the formula (2) is expressed by the above a ′ p and h ′ t , the following formula is obtained.
また、2パス目での全研削痕深さaEは、1パス目と2パス目の研削痕深さの和として求めることができる。 The total grinding mark depth a E in the second pass can be obtained as the sum of the grinding mark depths in the first pass and the second pass.
3パス目以降に関しては、上記の2パス目の計算方法を繰り返すことにより、研削痕深さを得ることができる。 For the third and subsequent passes, the grinding mark depth can be obtained by repeating the calculation method for the second pass.
(実験方法および実験装置)
提案した研削過程モデルを用いた研削痕深さの算出が妥当であるかを確認するために、平面研削時でのスパークアウト研削を行い、算出した研削痕深さと、実際の研削痕深さを比較することにした。
(Experimental method and experimental apparatus)
In order to confirm whether the calculation of the grinding mark depth using the proposed grinding process model is appropriate, spark-out grinding was performed during surface grinding, and the calculated grinding mark depth and the actual grinding mark depth were calculated. I decided to compare.
図10に実験装置の概略図を示す。平面研削盤1上のテーブル13に工作物Wを、力センサSを介して取り付けた。これにより、スパークアウト研削時の研削抵抗を測定できる。図11に工作物W上の研削部を示す。まず工作物W上面部をすべて研削仕上げし、基準面を作製する。この工作物Wに対してある設定切込量で1パス研削を行い、その後引き続きスパークアウト研削を行い、その際の研削痕深さを測定し、算出結果と比較した。
FIG. 10 shows a schematic diagram of the experimental apparatus. The workpiece W was attached to the table 13 on the
(a)設定切込量
設定切込量apの測定方法について説明する。
図12に示すようにマグネットスタンド15を用いて電気マイクロメータ17を研削盤1の裏側の主軸頭に固定する。そして、Cクランプ19を用いてL字型の金属板21を固定し、そこに電気マイクロメータ17の端子を接触させる。そのままの状態で電気マイクロメータ17により一度測定を行う。次に、砥石3に切込みを与え、再び測定を行う。
電気マイクロメータ17により得られた測定結果を図13に示す。図13は目測による設定切込み量10μmとしたときの測定結果である。
図13に示すように、切込み前後での測定データのそれぞれの平均の差が設定切込量となる。以上のようにして設定切込量apを測定した。
(a) Set cutting amount A method for measuring the set cutting amount a p will be described.
As shown in FIG. 12, the electric micrometer 17 is fixed to the spindle head on the back side of the grinding
The measurement result obtained by the electric micrometer 17 is shown in FIG. FIG. 13 shows the measurement results when the set depth of cut by eye measurement is 10 μm.
As shown in FIG. 13, the average difference between the measurement data before and after cutting is the set cutting amount. The set cutting depth a p was measured as described above.
(b)研削痕深さ
形状測定器を用いて研削により工作物Wに生成された研削溝の深さを測定することにより、実際の研削痕深さを測定した。図14に測定例を示す。研削を行った溝部の深さを、基準面である両端部との差として測定した。
(b) Grinding mark depth The actual grinding mark depth was measured by measuring the depth of the grinding groove formed in the workpiece W by grinding using a shape measuring instrument. FIG. 14 shows a measurement example. The depth of the groove portion subjected to grinding was measured as a difference from both end portions which are reference surfaces.
(c)研削液(クーラント)の影響
平面研削盤1では研削をする際に、研削焼けが起こらないよう研削部に研削液を供給する。その影響により、力センサで測定する法線抵抗が増加することがわかっている。今回の実験条件では研削焼けを起こさず研削にも影響しない研削液の適量は、13l/min程度であり、そのときの法線抵抗への影響を測定したところレジノイド砥石3で5N程度、ビトリファイド砥石3で1N程度となった。そこで、本実験では測定した法線抵抗と研削液の影響(レジノイド砥石3なら5N、ビトリファイド砥石3なら1N)の差を実際の法線抵抗として、後述の研削痕深さの算出の計算に用いることにする。
(c) Influence of grinding fluid (coolant) When the
(d)実験手順
表1に研削条件を示す。砥石3にはビトリファイドとレジノイド砥石3を用い、砥石3周速度は1800m/minとした。工作物Wには大同特殊鋼株式会社製のプラスチック金型用鋼NAK55を用いた。
実験は以下の順で行った。
(1)平面研削盤1で工作物Wを研削して、実際に形状測定器で研削痕深さを測定する。また、実験中に測定した切込量と法線抵抗から上記理論式を用いて理論研削痕深さを求める。
(2)研削回数を1回、2回、3回と増やしていき、スパークアウト研削が終了するまで研削をする。これを、レジノイド砥石3とビトリファイド砥石3で行う。
(3)各研削回数ごとに、実際の研削痕深さと理論研削痕深さを比較する。また、砥石3の違いによる接触剛性の違いが、スパークアウト研削が終了するまでに与える研削時間について評価する。
(d) Experimental procedure Table 1 shows the grinding conditions. As the
The experiment was performed in the following order.
(1) The workpiece W is ground with the
(2) Increase the number of grindings once, twice and three times and grind until the spark-out grinding is completed. This is performed with the
(3) The actual grinding trace depth is compared with the theoretical grinding trace depth for each number of grindings. Further, the grinding time given by the difference in contact rigidity due to the difference in the
(研削量の測定結果および算出結果)
レジノイド砥石3での研削痕深さの測定結果と計算結果を図16、図17に、それぞれの研削痕深さの比較を図18に示す。同様に、ビトリファイド砥石3での結果を図19~図22と図23とに示す。
(Measurement result and calculation result of grinding amount)
The measurement results and calculation results of the grinding mark depth with the
それぞれの研削時での設定切込量と法線抵抗の測定結果から式(16)を用いて砥石3の接触剛性を算出した。そして、法線抵抗からそれぞれの弾性変形量や熱膨張量を算出し、式(2)を用いて研削後の研削痕深さを算出した。
The contact stiffness of the
どちらの砥石3を見ても実験値と計算値が同程度の値を示しているため、理論式を用いることにより研削痕深さを算出できるものと考えられる。レジノイド砥石3では6パス目、ビトリファイド砥石3では5パス目の研削でスパークアウト研削が終了しているように見受けられる。なお、ビトリファイド砥石3の結果では、3パス目の結果でスパークアウト研削が終了したと考えられるものもあるが、数回の実験のうち1回のみであるため5パス目をスパークアウト研削の終了とみなしている。
It can be considered that the grinding mark depth can be calculated by using a theoretical formula because the experimental value and the calculated value are comparable in any of the
次に、ビトリファイド砥石3とレジノイド砥石3のスパークアウト研削終了までの実験値を比較してみると、レジノイド砥石3とビトリファイド砥石3の1パス目の研削痕深さに大きな違いがあることが見られる。また、1パス目からスパークアウト研削終了までの研削痕深さの増加にも違いが見られる。ビトリファイド砥石3は1パス目の研削量が多く、2パス目以降は緩やかにスパークアウトへ向かっていく。これに対してレジノイド砥石3では、1パス目の研削量は少ないものの、2パス目以降はビトリファイド砥石3に比べ研削深さの増加量は大きい。このような違いが生じた要因として、研削時の接触剛性の違いが大きく影響していると考えられる。
Next, comparing the experimental values of the
まず、1パス目においては、この研削過程での最大の切込量と法線抵抗が生じることとなる。 1パス目の切込量は、砥石3の違いには依存しないためほぼ同一ある。また、1パス目の法線抵抗は、実験より砥石3の違いによる大きな差は生じていない。一方上記の2点に対して、接触剛性は結合剤の違いにより大きく異なっている。このことから、接触剛性の違いが砥石3の弾性変形量に大きく影響を与えるため、1パス目に大きな差が生じたと考えられる。しかし、スパークアウト研削回数はレジノイド砥石3が6パス、ビトリファイド砥石3が5パスであるため、大きく違ってはいない。また、2パス目以降の研削痕深さの増加量は線形に近い形で増加しスパークアウトに達している。このことから、スパークアウト研削回数には砥石3の接触剛性の違いによる1パス目の研削量と切残し量の違いが大きく影響を与えていると考えられる。
First, in the first pass, the maximum depth of cut and normal resistance in this grinding process occur. The cutting amount in the first pass is almost the same because it does not depend on the difference in the
[1パス目の研削抵抗を用いた研削時間の予測]
(研削抵抗の算出方法)
[研削過程モデルを用いた研削量の算出]においては、平面研削でのスパークアウト研削過程における研削痕深さを、法線抵抗を元に算出できることを明らかにした。しかし、力センサを用いて法線抵抗を測定しているため、実用的とは言えない。また、それぞれの研削パスにおける力を測定するのであれば、この力を用いて研削過程が終了しているかどうかを判別すれば良いことになってしまう。
[Prediction of grinding time using grinding resistance in the first pass]
(Calculation method of grinding resistance)
In [Calculation of grinding amount using grinding process model], it was clarified that the grinding mark depth in the spark-out grinding process in surface grinding can be calculated based on the normal resistance. However, since the normal resistance is measured using a force sensor, it is not practical. Further, if the force in each grinding pass is measured, it is only necessary to determine whether or not the grinding process has been completed using this force.
そこで、研削過程における研削痕深さを、研削抵抗を測定することなく求めることができれば、研削を行う前に、事前に研削過程に要する時間を予測することが可能となり、スパークアウト研削過程に無駄な時間を要することもなくすことが期待できる。研削過程に要する時間は、送り速度が一定である時、パスの回数に比例し、パスの回数をも意味する。 Therefore, if the grinding mark depth in the grinding process can be obtained without measuring the grinding resistance, it is possible to predict the time required for the grinding process in advance before grinding, which is wasted in the spark-out grinding process. It can be expected to save time. The time required for the grinding process is proportional to the number of passes when the feed speed is constant, and also means the number of passes.
ここで、研削抵抗を算出する方法として、比研削抵抗を用いたものが挙げられる。比研削抵抗がわかれば、砥石3と工作物Wとの接触面積を乗ずることにより、計算にて研削抵抗を求めることができる。
Here, as a method for calculating the grinding resistance, a method using specific grinding resistance can be cited. If the specific grinding resistance is known, the grinding resistance can be obtained by calculation by multiplying the contact area between the
しかしここで問題となるのが、比研削抵抗である。この比研削抵抗は理論的に求めることは難しく、実際に研削を行い求めなければないのが現状である。さらに、砥石3と工作物Wとの組み合わせにより異なり、さらに研削条件によっても異なってしまう。そのため、比研削抵抗を求めるためには、その場その場で使用する砥石3と工作物Wや研削条件を用いて実際に研削抵抗を測定し、比研削抵抗を算出するしかない。
However, the problem here is the specific grinding resistance. It is difficult to theoretically determine this specific grinding resistance, and it is necessary to actually perform grinding to obtain this specific grinding resistance. Furthermore, it varies depending on the combination of the
そこで、研削初期時、たとえば1パス目の研削抵抗を測定し、続けて研削を行っている間に、この研削抵抗を用いて比研削抵抗をNCで算出すれば、研削終了までの研削痕深さを予測できると考えた。すなわち、1パス目の研削抵抗から比研削抵抗を算出し、この比研削抵抗から次パス目以降の研削抵抗を予測し、さらにこの研削抵抗から研削痕深さを求める。そして、次パス目以降の研削を行っている間に、所望の研削痕深さに至るまでのパス数を瞬時に計算し、そのパス数に至った時点で研削を終了させれば、最適な研削時間で適正な加工精度での工作物Wを得ることが可能となる。 Therefore, at the initial stage of grinding, for example, when the grinding resistance of the first pass is measured and grinding is continued, if the specific grinding resistance is calculated by NC using this grinding resistance, the grinding mark depth until the grinding is completed I thought it was possible to predict. That is, the specific grinding resistance is calculated from the grinding resistance in the first pass, the grinding resistance in the subsequent pass is predicted from the specific grinding resistance, and the grinding mark depth is obtained from the grinding resistance. Then, while performing the grinding after the next pass, the number of passes to reach the desired grinding mark depth is calculated instantaneously, and when the number of passes is reached, the grinding is terminated. It becomes possible to obtain the workpiece W with appropriate machining accuracy in the grinding time.
また、現在は研削抵抗を工作物Wとテーブル13の間に力センサSを取り付け、測定を行っている。これは精度の高い測定が可能であるものの、現場ではそれぞれの工作物Wに合わせて力センサSを取り付けるとは困難であり実用的ではない。 At present, the grinding resistance is measured by attaching a force sensor S between the workpiece W and the table 13. Although it is possible to measure with high accuracy, it is difficult to attach the force sensor S to each workpiece W at the site, which is not practical.
そこで、研削時の研削抵抗をモーターの消費電力から容易に測定可能な電力計を用いたものに変更する。これにより、現場でも比較的容易に研削抵抗を測定することができる。そして、この研削抵抗より研削時間を予測できれば、もっとも実用的である。 Therefore, the grinding resistance during grinding is changed to that using a wattmeter that can be easily measured from the power consumption of the motor. As a result, the grinding resistance can be measured relatively easily on site. If the grinding time can be predicted from this grinding resistance, it is most practical.
ここで、1パス目の研削抵抗から比研削抵抗を求め、研削時間を予測する方法を以下に述べる。 Here, a method for obtaining the specific grinding resistance from the grinding resistance in the first pass and predicting the grinding time will be described below.
まず、1パス目の研削抵抗を測定し比研削抵抗Kを算出する。比研削抵抗Kは、1パス目の法線抵抗Fn1と研削面積Ag1より算出する。研削面積Ag1は図24に示すように、1パス目の真実切込量are1と研削幅bの積として求めることができる。
1パス目の真実切込量are1は、式(21)より求めることができる。次に、研削時の研削面積Ag1は真実切込量are1と砥石3幅bの積から次式より算出できる。
First, the grinding resistance in the first pass is measured and the specific grinding resistance K is calculated. The specific grinding resistance K is calculated from the normal resistance F n1 of the first pass and the grinding area Ag 1 . Grinding area A g1, as shown in FIG. 24 can be obtained as the product of the first pass of the truth depth of cut a re1 and the grinding width b.
The true cutting amount a re1 in the first pass can be obtained from equation (21). Next, the grinding area A g1 during grinding can be calculated by the following equation from the product of truth depth of cut a re1
そこで、比研削抵抗Kは、1パス目の法線抵抗Fn1を研削初期時の研削面積Ag1で除することにより次式より求めることができる。 Therefore, the specific grinding resistance K can be obtained from the following equation by dividing the normal resistance F n1 of the first pass by the grinding area Ag1 at the initial stage of grinding.
続いて、式(31)で求めた比研削抵抗Kから、2パス目の法線抵抗Fn2を算出する。2パス目の切込量a'p2は式(24)より求めることができる。 Subsequently, the normal resistance F n2 of the second pass is calculated from the specific grinding resistance K obtained by Expression (31). The cutting amount a ′ p2 in the second pass can be obtained from Expression (24).
この切込量a'p2と砥石3幅bから式(30)と同様に次式より暫定的な研削面積A'g2を算出する。
The provisional grinding area A′g2 is calculated from the following equation from the cutting amount a′p2 and the
そして、算出した研削面積A'g2と比研削抵抗Kより、暫定的な2パス目の法線抵抗fn2を次式より算出する。 Then, based on the calculated grinding area A ′ g2 and the specific grinding resistance K, a provisional normal resistance f n2 of the second pass is calculated from the following equation.
この暫定的な法線抵抗は、テーブル13降下量や研削盤1の弾性変形量を求めるためのものであり、後述するように最終的には、テーブル13降下量や研削盤1の弾性変形量を加味した切込み量を求めた後に、最終的な法線抵抗を算出する。
This provisional normal resistance is used to determine the amount of table 13 descent and the amount of elastic deformation of the grinding
この法線抵抗fn2によって、テーブル13降下量h''t2と研削盤1の弾性変形量δ''mが生じるため、これらを加味した2パス目の切込量a''p2は次式より算出できる。 This normal resistance f n2, since the table 13 drop h '' t2 and the elastic deformation of the grinding machine 1 [delta] '' m occurs, the depth of cut a '' p2 of the second pass in consideration of these following formula Can be calculated.
そこで、この切込量a''p2での研削面積Ag2は、 Therefore, the grinding area A g2 in the depth of cut a '' p2 is
と表すことができる。 It can be expressed as.
そして、この研削面積Ag2を用いて、 最終的な2パス目の法線抵抗Fn2を次式より算出する。 Then, using this grinding area Ag2 , the final normal resistance Fn2 of the second pass is calculated from the following equation.
したがって、この算出した2パス目の法線抵抗Fn2より、[研削過程モデルを用いた研削量の算出]で述べた研削過程モデルを用いて2パス目の研削痕深さae2を算出することが可能となる。 Accordingly, the grinding mark depth a e2 of the second pass is calculated from the calculated normal resistance F n2 of the second pass using the grinding process model described in [Calculation of grinding amount using grinding process model]. It becomes possible.
3パス目以降は同様の計算を行い、法線抵抗ならびに研削痕深さを算出できる。 そして、所望の研削回数まで計算を繰り返し、スパークアウト研削終了時のパス数の算出を行う。 From the third pass, the same calculation can be performed to calculate the normal resistance and the grinding mark depth. Then, the calculation is repeated until the desired number of grindings, and the number of passes at the end of spark-out grinding is calculated.
(電力計を用いた研削抵抗の測定)
現状では、工作物Wの下に設置した力センサを用いて研削抵抗を測定している。これでは現場において実用的でないため、モーターの出力電流から消費電力を測定できるロードセンサーを用いて研削抵抗を測定できるようにする。
図25に示すように、研削抵抗に応じて主軸モーター11aの負荷電流が変化する。そこで、モーター負荷電流を測定するために、ロードセンサー23を取り付けた。図26に、用いたロードセンサー23の仕様を示す。株式会社エルファイ社製で、出力は電流値となっていることから、抵抗を介して電圧値に変換することによりAD変換ボードを用いて負荷電流を測定することができる。
(Measurement of grinding resistance using a power meter)
At present, the grinding resistance is measured using a force sensor installed under the workpiece W. Since this is not practical in the field, the grinding resistance can be measured using a load sensor that can measure the power consumption from the output current of the motor.
As shown in FIG. 25, the load current of the
ロードセンサー23の出力は消費電力となっていることから、この消費電力を研削抵抗に校正しなければならない。そこで、現在用いている力センサを用いて研削を行い、消費電力を研削抵抗に校正することにした。
Since the output of the
なお、ロードセンサー23で得られる研削抵抗は、接線抵抗である。本発明実施例では、法線抵抗を用いて研削盤1や砥石3の弾性変形量、工作物Wや砥石3の熱膨張量を算出している。そのため、接線抵抗に研削二分力比を乗じて法線抵抗を算出しなければならない。しかし、研削二分力比は研削条件により異なるため、ある値に同定するのは難しい。そこで、ロードセンサー23から得られる消費電流を法線抵抗で校正することにより、消費電力から直接法線抵抗を求めることにした。
The grinding resistance obtained by the
図27にロードセンサーの消費電流の電圧値を法線抵抗で校正した結果を示す。ばらつきはあるものの線形に校正できることがわかる。なお、法線抵抗が小さい場合には、本ロードセルでは小さな消費電力を測定することができなかった。そのため、校正直線は原点を通っていない。しかし、本測定法では、研削開始時の1パス目の大きな法線抵抗を測定できれば良く、小さい研削抵抗を測定できなくても問題はない。そこで、この校正直線を用いて法線抵抗を測定しても差し支えない。 FIG. 27 shows the result of calibrating the voltage value of the current consumption of the load sensor with the normal resistance. It can be seen that it can be calibrated linearly with some variation. When the normal resistance is small, the load cell cannot measure small power consumption. Therefore, the calibration line does not pass through the origin. However, in this measurement method, it is only necessary to measure a large normal resistance in the first pass at the start of grinding, and there is no problem even if a small grinding resistance cannot be measured. Therefore, the normal resistance may be measured using this calibration line.
図28に法線抵抗の測定結果の一例を示す。横軸はサンプリング件数となっているが、研削時間に対応している。研削開始とともに法線抵抗が上昇し、研削時にはほぼ一定な法線抵抗となっていることがわかる。このように、ロードセンサー23を用いることにより、力センサを工作物Wに設置しなくても法線抵抗を測定できることがわかった。
FIG. 28 shows an example of measurement results of normal resistance. The horizontal axis shows the number of samplings, but corresponds to the grinding time. It can be seen that the normal resistance increases with the start of grinding, and the normal resistance is almost constant during grinding. Thus, it was found that the normal resistance can be measured by using the
(実験方法および実験装置)
実験は、ロードセンサーを用いずに、[研削過程モデルを用いた研削量の算出]で述べた力センサを用いた1パス目の測定結果を用いて比研削抵抗を算出し、法線抵抗を求め、研削痕深さを算出できるかを検討した。ロードセンサーを用いずに行った理由としては、先に述べたように法線抵抗が小さい領域においてはロードセンサーでは測定が難しく、比研削抵抗を用いて法線抵抗を算出しても、その算出結果が妥当であるかどうかを確認できないためである。本実験方法は、力センサを用いたものとなるが、この結果が妥当であれば、切込量の大きい1パス目の法線抵抗をロードセンサーで測定すれば、同様な結果を得られると考えられる。
(Experimental method and experimental apparatus)
In the experiment, without using a load sensor, the specific grinding resistance was calculated using the measurement result of the first pass using the force sensor described in [Calculation of grinding amount using grinding process model], and the normal resistance was calculated. Obtained and examined whether the grinding mark depth can be calculated. The reason why the load sensor was not used is that it is difficult to measure with a load sensor in the region where the normal resistance is small as described above. This is because it cannot be confirmed whether the result is valid. This experiment method uses a force sensor, but if this result is reasonable, a similar result can be obtained by measuring the normal resistance of the first pass with a large depth of cut with a load sensor. Conceivable.
そのため、本実験方法と実験装置は[研削過程モデルを用いた研削量の算出]で述べた内容と同一である。 Therefore, the present experimental method and experimental apparatus are the same as described in [Calculation of grinding amount using grinding process model].
(研削抵抗の算出結果および研削時間の予測)
図29に、力センサを用いて測定した10パス研削時の法線抵抗と、その際に生じた研削痕深さを形状測定器で測定した結果を示す。このときの1パス目の法線抵抗から比研削抵抗を求め、各パスにおける法線抵抗を比研削抵抗を用いて算出し、測定結果と比較した。また、算出した法線抵抗から研削痕深さを算出し、測定結果と比較した。
(Calculation result of grinding resistance and prediction of grinding time)
FIG. 29 shows the results of measuring the normal resistance at the time of 10-pass grinding measured by using a force sensor and the grinding trace depth generated at that time with a shape measuring instrument. The specific grinding resistance was obtained from the normal resistance of the first pass at this time, the normal resistance in each pass was calculated using the specific grinding resistance, and compared with the measurement results. Further, the grinding mark depth was calculated from the calculated normal resistance and compared with the measurement result.
図30、図31に、比研削抵抗を用いた法線抵抗の算出結果と、この法線抵抗を用いて算出した研削痕深さを示す。まず比研削抵抗は、研削回数1パス目の法線抵抗である37.5Nを研削面積で除して算出した。このときの研削面積は、1パス目の真実切込量are=10.2μmと研削幅b=25mmの積で求まる。そのため比研削抵抗は、式(31)より147.1N/mm2となる。 FIG. 30 and FIG. 31 show the calculation results of normal resistance using specific grinding resistance and the grinding mark depth calculated using this normal resistance. First, the specific grinding resistance was calculated by dividing 37.5 N, which is the normal resistance of the first pass of grinding, by the grinding area. The grinding area at this time is determined by the product of the true cutting amount a re = 10.2 μm and the grinding width b = 25 mm in the first pass. Therefore, the specific grinding resistance is 147.1 N / mm 2 from the equation (31).
1パス目の研削痕深さは、力センサで測定した法線抵抗を用いて、10.7μmと算出できる。そこで、2パス目の切込量は、1パス目での切込量12.7μm(=設定切込量10.3μm+テーブル13浮上量2.4μm)から1パス目の研削痕深さを引いた2.0μmとなる。この研削痕深さと研削幅、そして算出した比研削痕深さを用いて、2パス目の暫定的な法線抵抗F'n2を求めると、7.24Nとなる。そこでこの法線抵抗を用いて暫定的な研削盤1の弾性変形量とテーブル13降下量を求めると、δ''m=0.17 μm、h''t=0.23 μmとなる。そのため、暫定的な切込量は1.57μmとなり、求める法線抵抗は式(35)より5.76Nとなる。この法線抵抗を用いて順次弾性変形量や熱膨張量を算出し、これらを用いて研削痕深さを求めると11.3μmとなる。以上をパス毎に算出した結果が図30、図31の図表となっている。
The grinding mark depth in the first pass can be calculated as 10.7 μm using the normal resistance measured by the force sensor. Therefore, the cutting depth of the first pass is subtracted from the cutting depth of 12.7 μm (= set cutting depth of 10.3 μm + table 13 flying height of 2.4 μm) in the first pass. 2.0 μm. Using this grinding mark depth and grinding width and the calculated specific grinding mark depth, the provisional normal resistance F ′ n2 in the second pass is calculated to be 7.24N. Accordingly, when the amount of elastic deformation of the temporary
そこで、図32に比研削抵抗を用いて算出した各パスにおける法線抵抗を示す。点線が力センサを用いて測定した結果で、実線が2パス目以降の法線抵抗を算出した結果となっている。図より定性的には一致していることから、比研削抵抗を用いることにより、ある程度の法線抵抗は算出できることがわかった。 FIG. 32 shows the normal resistance in each pass calculated using the specific grinding resistance. The dotted line is the result of measurement using a force sensor, and the solid line is the result of calculating the normal resistance after the second pass. From the figure, it is qualitatively consistent, and it was found that a certain amount of normal resistance can be calculated by using specific grinding resistance.
なお、研削条件であるアップカットとダウンカットとを考慮し、切込量に応じた比研削抵抗の違いを考慮することにより、より精度よく法線抵抗を算出できる。 Note that the normal resistance can be calculated with higher accuracy by considering the up-cut and the down-cut, which are grinding conditions, and considering the difference in specific grinding resistance according to the cutting depth.
次に、算出した法線抵抗を用いて各パスにおける研削痕深さを求めた結果を図33に示す。図より、2パス目以降の研削痕深さに変化はなく、ほぼ一定な値となっていることがわかる。これは、図32に示した法線抵抗にあまり変化がなかったことから、この研削痕深さの算出結果も変化が見られなかったものと考えられる。
なお、法線抵抗の算出においてアップカットとダウンカットの影響や、寸法効果による比研削抵抗の算出方法を考慮することにより、この研削痕深さの算出結果も測定結果とより一致させることができる。
Next, FIG. 33 shows the result of obtaining the grinding mark depth in each pass using the calculated normal resistance. From the figure, it can be seen that there is no change in the grinding mark depth after the second pass, and it is a substantially constant value. This is probably because the normal resistance shown in FIG. 32 did not change so much, and the calculation result of the grinding mark depth did not change.
In addition, the calculation result of the grinding scar depth can be made more consistent with the measurement result by considering the influence of up-cut and down-cut in the calculation of normal resistance and the calculation method of specific grinding resistance due to the dimensional effect. .
また、研削時間の予測については、次のように求めることができる。 The prediction of the grinding time can be obtained as follows.
研削終了時点というのは、研削痕深さが切込量に至ったときと定義できる。そのため、スパークアウト研削時の各パスにおける研削痕深さの算出結果が、切込量に至った時点を研削終了とみなし、その時点までの時間を研削時間として予測することができる。
しかし、研削においては必ずしも研削痕深さが切込量に至るとは限らない。たとえば、図33に示した実験結果での切込量は、設定切込量10.3μmにテーブル13無負荷時の浮上量2.4μmを足した12.7μmであることから、この切込量に至った時点が研削終了となる。しかし、研削痕深さは実際にはその切込量には至っておらず、図29の図表に示した力センサを用いた測定結果において、10パス目の法線抵抗は1N以下であるにもかかわらず依然として切残し量を生じており、これ以降研削を続けたとしても、研削痕深さが切込量に至るとは考え難い。
The end of grinding can be defined as when the grinding mark depth reaches the depth of cut. Therefore, when the calculation result of the grinding mark depth in each pass at the time of spark-out grinding reaches the cutting amount, it can be regarded as the end of grinding, and the time until that point can be predicted as the grinding time.
However, in grinding, the grinding mark depth does not necessarily reach the depth of cut. For example, the cutting depth in the experimental result shown in FIG. 33 is 12.7 μm which is the set cutting depth 10.3 μm plus the floating height 2.4 μm when the table 13 is not loaded. Grinding ends when the time reaches. However, the grinding mark depth does not actually reach the depth of cut, and in the measurement results using the force sensor shown in the chart of FIG. 29, the normal resistance at the 10th pass is 1 N or less. Regardless, the amount of uncut remains, and even if grinding is continued thereafter, it is difficult to think that the grinding mark depth reaches the depth of cut.
そこで、加工時の幾何公差に着目し、たとえば、ある寸法に対してある公差内に形状が収まるように研削がなされていれば良いと考えると、研削時の誤差を加味した研削終了までの研削時間を算出できるものと考えられる。 Therefore, paying attention to the geometric tolerance at the time of machining, for example, if it is considered that the grinding should be performed so that the shape fits within a certain tolerance with respect to a certain dimension, It is thought that time can be calculated.
そこで図33において、力センサを用いた研削痕深さの算出結果の推移を見てみると、たとえば切込量12.7μmに対して±1μmの公差内に収まった場合に研削が終了したとすると、9パス目において研削痕深さが11.9mmとなっており、この時点が研削終了となる。このように、研削終了時点を形状に対してある公差内に収まれば良いと考えると、研削誤差を生じた場合にも研削終了までの時間(パスの回数)を予測することが可能となる。 Therefore, in FIG. 33, looking at the transition of the calculation result of the grinding mark depth using the force sensor, for example, the grinding is completed when the depth of cut is within a tolerance of ± 1 μm with respect to the cutting depth of 12.7 μm. Then, the grinding mark depth is 11.9 mm in the ninth pass, and the grinding is finished at this point. As described above, when it is considered that the grinding end time should be within a certain tolerance with respect to the shape, it is possible to predict the time (number of passes) until the grinding is finished even when a grinding error occurs.
上記のように、研削時の研削痕深さを定量的に算出することを目的に、研削過程モデルを提案し、スパークアウト研削過程に適用できるかを検討した。 As described above, a grinding process model was proposed for the purpose of quantitatively calculating the grinding mark depth during grinding, and it was examined whether it could be applied to a spark-out grinding process.
研削過程モデルでは、研削時に生じる研削盤1と砥石3の弾性変形量と砥石3と工作物Wの熱膨張量、そしてテーブル13浮上量を加味し、これらを法線抵抗を基に算出する方法を提案した。特に、砥石3の接触剛性に関してはこれまで理論的に算出することができなかったが、これを可能にした。
In the grinding process model, the elastic deformation amount of the
提案した研削過程モデルが妥当であるかどうかを、研削時に測定した法線抵抗を用いてそれぞれの変形量を算出し、それらを用いて研削痕深さを算出し、実際の研削痕深さと比較した。その結果、スパークアウト研削時の法線抵抗を用いて、各パスにおける研削痕深さを求めることが可能であり、各パスにおける研削痕深さの累積であるスパークアウト研削終了時での研削痕深さも定量的に求めることができることを明らかにした。 To determine whether the proposed grinding process model is valid, calculate the amount of deformation using the normal resistance measured during grinding, calculate the grinding mark depth using them, and compare with the actual grinding mark depth. did. As a result, it is possible to determine the grinding mark depth in each pass using the normal resistance during spark-out grinding, and the grinding mark at the end of spark-out grinding, which is the cumulative grinding mark depth in each pass. It was clarified that the depth can also be obtained quantitatively.
そこで、予め法線抵抗を算出できれば、研削前に研削痕深さを算出できるのではないかとの視点から、比研削抵抗を用いた法線抵抗の算出を試みた。実際の研削においては、比研削抵抗は砥石3と工作物Wの組み合わせや研削条件により異なってくることから、研削初期時である1パス目の法線抵抗から比研削抵抗を算出し、この比研削抵抗を用いて各パスにおける法線抵抗を算出することにした。その結果、定性的には一致することを明らかにした。
ただし、平面研削時には研削する方向がアップカットとダウンカットを繰り返すため、この違いによって比研削抵抗が異なる。また、切込量の違いにより、工作物Wを除去する形態が、カッティング、プローイング、ラビングと異なるため、比研削抵抗も異なってくる。
そのため、算出した法線抵抗は測定した結果とは異なっているが、今後上記を考慮し法線抵抗の算出ができれば、スパークアウト研削時の法線抵抗や研削痕深さをより定量的に求められる可能性を示した。
Therefore, an attempt was made to calculate the normal resistance using the specific grinding resistance from the viewpoint that if the normal resistance can be calculated in advance, the grinding mark depth can be calculated before grinding. In actual grinding, the specific grinding resistance varies depending on the combination of the
However, since the grinding direction repeats up-cutting and down-cutting during surface grinding, the specific grinding resistance varies depending on this difference. Moreover, since the form in which the workpiece W is removed differs from cutting, prowing, and rubbing due to the difference in the cutting depth, the specific grinding resistance also differs.
Therefore, the calculated normal resistance is different from the measured results, but if the normal resistance can be calculated in consideration of the above, the normal resistance and the grinding mark depth during spark-out grinding can be obtained more quantitatively. Showed the possibility of being.
また、研削時間の予測については、一般的には研削痕深さが切込量に至った時点を研削終了とみなす。しかし、実際の研削においては研削誤差により切込量に至らない場合もあるため、必ずしも研削痕深さが切込量に至るとは限らない。そこで、幾何公差に着目し、ある交差内に研削痕深さが収まれば、研削終了とみなすことを提案した。そこで、1パス目に測定した法線抵抗を用いて比研削抵抗を求め、さらに研削中に比研削抵抗から法線抵抗を算出し、そして各パスにおける研削痕深さを算出し幾何公差内に収まっているかどうかを比較すれば、研削時間を研削中に予測できる。 Further, regarding the prediction of the grinding time, generally, the time when the grinding mark depth reaches the cutting depth is regarded as the end of grinding. However, in actual grinding, the cutting depth may not reach the cutting depth due to a grinding error, so the grinding trace depth does not always reach the cutting depth. Therefore, focusing on geometric tolerances, it was proposed that if the grinding mark depth falls within a certain intersection, it is considered that the grinding is finished. Therefore, the specific grinding resistance is obtained using the normal resistance measured in the first pass, the normal resistance is calculated from the specific grinding resistance during grinding, and the grinding mark depth in each pass is calculated to be within the geometric tolerance. The grinding time can be predicted during grinding by comparing whether it fits.
このように、実際に研削した量を測定することは難しいため、本発明実施例では、これを測定するのではなく、理論的に算出して研削加工を行う研削加工装置及び方法を提案した。実際に研削した量は、設定した切込量から研削盤1や砥石3、工作物Wの弾性変形量との差から求められる。そこで、研削盤1や砥石3の剛性を予め測定しておき、研削時の研削抵抗のみを測定することで、この剛性と抵抗から、それぞれの弾性変形量を求めることが可能となる。
Thus, since it is difficult to measure the amount actually ground, the embodiment of the present invention proposes a grinding apparatus and method for theoretically calculating and grinding instead of measuring this. The actual amount of grinding is obtained from the difference between the set cutting amount and the elastic deformation amount of the grinding
また、研削を続けていくと徐々に研削した量は増えていくが、この過程における研削量を算出できれば、設定した切込量に研削量が至るまでの研削時間を求めることができる。そこで、研削初期の研削抵抗から比研削抵抗を算出し、これを利用し、次工程での切込量から研削抵抗を算出すれば、それぞれの工程における研削盤1や砥石3の弾性変形量ならびに研削量を求めることが可能となる。そして、これを各工程で続けることにより、最終的に研削量が切込量に至るまでの工程を求めることができ、これが研削時間となる。
本発明実施例では、研削時の研削抵抗のみを測定すれば良いため、研削量を測定するなどの他の測定装置を備える必要がなくなる。
また、研削時の研削抵抗だけを測定する長所として、実際に使用する砥石3と工作物Wとの組み合わせがどのようなものであっても、経験値によらず実際に研削した量や研削時間を算出することができ、経験値に依存しなくても良い。
Further, as the grinding continues, the amount of grinding gradually increases. If the grinding amount in this process can be calculated, the grinding time until the grinding amount reaches the set cutting amount can be obtained. Therefore, if the specific grinding resistance is calculated from the grinding resistance at the initial stage of grinding, and the grinding resistance is calculated from the depth of cut in the next process, the elastic deformation amount of the grinding
In the embodiment of the present invention, since only the grinding resistance at the time of grinding needs to be measured, there is no need to provide another measuring device such as a grinding amount.
In addition, as an advantage of measuring only the grinding resistance during grinding, regardless of the combination of the
1 平面研削盤(研削加工装置)
3 砥石
5 駆動部
7 制御部
23 ロードセンサー(法線抵抗検出部)
1 Surface grinding machine (grinding equipment)
3
Claims (4)
前記砥石及び工作物間の切込及び送りを行なわせて前記研削加工を行わせる駆動部と、
前記切込の切込量を設定して前記研削加工を行うように前記駆動部を制御する制御部と、
を備えた研削加工装置であって、
前記研削加工を行う時の法線抵抗を検出する法線抵抗検出部を備え、
前記制御部は、前記設定された切込量で前記研削加工を行うときに前記法線抵抗検出部により検出された法線抵抗と前記設定された切込量とに基づき前記砥石及び工作物間の接触剛性を加味して研削痕深さを算出し前記設定された切込量となるまで前記送りを複数パス繰り返すように前記駆動部を制御するとき、前記パスで検出された法線抵抗を用いてその時のパスによる研削痕深さ及び比研削抵抗を算出し、この比研削抵抗から次パスでの法線抵抗を算出し、この算出した法線抵抗から研削痕深さを算出する過程を経ることで目標の研削痕深さを算出して前記設定された切込量となるまでの前記パスの回数を求め、前記研削加工を行なわせる、
ことを特徴とする研削加工装置。 A grindstone that is supported by a grindstone table so as to be rotationally driven and grinds a workpiece;
A drive unit that performs the grinding process by cutting and feeding between the grindstone and the workpiece;
A control unit that controls the drive unit so as to perform the grinding by setting a cutting amount of the cutting;
A grinding apparatus comprising:
A normal resistance detector for detecting normal resistance when performing the grinding,
The control unit, between the grindstone and the workpiece based on the normal resistance detected by the normal resistance detection unit and the set cut amount when performing the grinding with the set cut amount When the drive unit is controlled so that the feed is repeated a plurality of passes until the set cutting depth is reached, the normal resistance detected in the pass is calculated. The process of calculating the grinding trace depth and specific grinding resistance by the pass at that time, calculating the normal resistance in the next pass from this specific grinding resistance, and calculating the grinding trace depth from this calculated normal resistance. By calculating the target grinding mark depth by passing through and obtaining the number of passes until the set cutting depth is reached, the grinding process is performed.
A grinding apparatus characterized by that.
前記制御部は、前記研削痕深さの算出に前記砥石及び工作物間で前記研削加工時に予測される熱膨張量を加味する、
ことを特徴とする研削加工装置。 The grinding apparatus according to claim 1,
The control unit takes into account the amount of thermal expansion predicted during the grinding process between the grindstone and the workpiece in the calculation of the grinding mark depth,
A grinding apparatus characterized by that.
前記切込の切込量を設定して前記研削加工を行うときに検出された法線抵抗と前記設定された切込量とに基づき前記砥石及び工作物間の接触剛性を加味して研削痕深さを算出し前記設定された切込量となるまで前記送りを複数パス繰り返すとき、前記パスで検出された法線抵抗を用いてその時のパスによる研削痕深さ及び比研削抵抗を算出し、この比研削抵抗から次パスでの法線抵抗を算出し、この算出した法線抵抗から研削痕深さを算出する過程を経ることで目標の研削痕深さを算出して前記設定された切込量となるまでの前記パスの回数を求める、
ことを特徴とする研削加工方法。 A grinding method for performing grinding by cutting and feeding between a rotationally driven grindstone and a workpiece,
Grinding marks taking into account the contact resistance between the grindstone and the workpiece based on the normal resistance detected when performing the grinding process by setting the depth of cut and the set depth of cut When calculating the depth and repeating the feed a plurality of passes until the set cutting depth is reached, the grinding trace depth and the specific grinding resistance by the current pass are calculated using the normal resistance detected in the pass. The normal grinding resistance in the next pass is calculated from the specific grinding resistance, and the target grinding trace depth is calculated through the process of calculating the grinding trace depth from the calculated normal resistance. Find the number of passes until reaching the depth of cut,
A grinding method characterized by that.
前記研削痕深さの算出には、前記砥石及び工作物間で前記研削加工時に予測される熱膨張量を加味する、
ことを特徴とする研削加工方法。 A grinding method according to claim 3, wherein
The calculation of the grinding mark depth takes into account the amount of thermal expansion predicted during the grinding process between the grindstone and the workpiece,
A grinding method characterized by that.
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