JP3479717B2 - Ｃｎｃ研削盤による研削方法 - Google Patents

Ｃｎｃ研削盤による研削方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、カムシャフトのカ
ムや、クランクシャフトのクランクピンの研削等で実施
されるＣＮＣ（コンピュータ数値制御）研削盤による研
削方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＣＮＣ研削盤によるクランクピンの研削
に於いて、ワーク支持回転手段によりワークとしてのク
ランクシャフトをそのジャーナル中心線回りに回転さ
せ、この回転中、研削砥石をそのクランクピンに追従さ
せるようにワーク回転半径方向へ移動させながら、その
クランクピンの周面を研削するように実施することがあ
る。
【０００３】この研削では、一般に、ワークであるクラ
ンクシャフトの回転位相角度毎の研削抵抗や剛性の変化
等に起因して、クランクピンの全周面は非真円形状に仕
上がる傾向がある。
【０００４】このような事情はクランクシャフトの研削
に限られるものではないのであり、例えば、ＣＮＣ研削
盤によりワークとしてのカムシャフトをカム回転中心回
りへ回転させつつそのカムを研削するような場合も同様
であって、カムはカムシャフトの回転位相角度毎の研削
抵抗や剛性の変化等に起因して、仕上げ研削データのと
おりに研削されるものとならない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような実
情の下、ＣＮＣ研削盤による研削に於いて、各回転位相
角度毎の研削抵抗や剛性等が変化するワークであって
も、研削途中でこれに起因した誤差を補正し、予定した
仕上げ形状及び寸法に正確に研削できるようにすること
を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本願はＣＮＣ研削盤によ
る研削方法に関するものであり、本発明では、請求項１
に記載したように、ワーク支持回転手段によりワークと
してのクランクシャフトをジャーナル中心線回りに回転
させ、この回転中、研削砥石をクランクピンに追従させ
るようにワーク回転半径方向へ移動させながらクランク
ピンを研削する際、前記クランクピンの仕上げ研削値直
前まで研削した後、ワークの一回転範囲内の各回転位相
角度に対応した前記クランクピンの研削部のクランクピ
ンの仕上げ形状からの誤差を測定手段により測定させ、
測定結果により、クランクピンの断面形状が楕円である
か否かを判別し、楕円であればこの楕円のクランクピン
中心回りの位相角を機械座標上で楕円とクランクピンの
中心を一致させて９０度回転させた状態の形状を特定す
るための楕円データを算出すると共に、該データに基づ
いてワークの各回転位相角度毎の補正値を算出し、該補
正値に基づいてクランクピンの仕上げ研削を行わせるよ
うに実施する。これによれば、クランクピンの測定時点
に至るまでの研削誤差を考慮した仕上げ研削用のデータ
が、クランクピンの測定により特定される楕円のデータ
により機械的に特定される。
【０００７】上記発明は次のように具体化することがで
きる。即ち、請求項２に記載したように、ワーク支持回
転手段によりワークとしてのクランクシャフトをジャー
ナル中心線回りに回転させ、この回転中、研削砥石をワ
ークの仕上げ形状及び寸法に対応するようにワーク回転
半径方向へ移動させながらクランクピンを研削する際、
前記クランクピンの仕上げ研削値直前まで研削した後
に、ワークの一回転範囲内の各回転位相角度に対応した
研削箇所を測定手段により測定させ、測定結果から研削
面の特定周波数よりも大きい高周波成分である面粗度成
分を除去するためのフィルタ処理を行わせ、処理結果か
ら前記各回転位相角度毎の補正値を算出すると共に、該
補正値に基づいてクランクピンの仕上げ研削を行わせ
る。これによれば、フィルタ処理が補正値を正確なもの
となし、仕上げ研削の精度を向上させる。
【０００８】また請求項３に記載したように、ワーク支
持回転手段によりワークとしてのクランクシャフトをジ
ャーナル中心線回りに回転させ、この回転中、研削砥石
をワークの仕上げ形状及び寸法に対応するようにワーク
回転半径方向へ移動させながらそのクランクピンを研削
する際、前記クランクピンの仕上げ研削値直前まで研削
した後にスパークアウトを実行させ、スパークアウト中
で少なくともワークが一回転した後に或いは、スパーク
アウトの終了後にワークの一回転範囲内の各回転位相角
度に対応した研削箇所を測定手段により測定させ、該測
定結果から前記各回転位相角度毎の補正値を算出すると
共に、該補正値に基づいてクランクピンの仕上げ研削を
行わせる。これによれば、研削部寸法の測定時には、ワ
ークはその研削部の全周囲をスパークアウト処理されて
いるため、研削面に研削砥石の切込による段部が形成さ
れないのであり、従って研削部の正確な測定が実施され
るようになり、仕上げ研削の精度が向上する。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明に係る研削方法の実施例を
図１〜図７を参照して説明する。図１は円筒体やカムな
どを研削するために使用される公知の一般的なＣＮＣ研
削盤を示し、１はベッド、２はベッド１上に左右方向
（Ｚ方向）の移動自在に設けられたワーク支持テーブ
ル、３はベッド１上に前後方向（Ｘ方向）の移動自在に
設けられた砥石台である。
【００１０】４はベッド１と同体部位に設けられたワー
ク支持テーブル２送り用のサーボモータで、ワーク支持
テーブル２を図示しないネジ送り機構を介してＺ方向へ
送り移動させるようになされている。５はベッド１と同
体部位に設けられた砥石台３送り用のサーボモータで、
砥石台３を図示しないネジ送り機構を介してＸ方向へ送
り移動させるようになされている。
【００１１】ワーク支持テーブル２上には主軸台６及び
心押し台７を備えたワーク支持回転手段が形成されてい
る。８は主軸台６上に設けられた主軸９駆動用のサーボ
モータ、１０は砥石台３の砥石回転軸１１に固定された
回転砥石、１２は砥石回転軸１１を回転させるためのモ
ータである。このさい、図２に示すように主軸台６には
主軸９と同体状に回転駆動されるチャック１３を設け、
また心押し台７には主軸９と同心状に配置されたセンタ
１４を設ける。この場合、心押し台７の代わりに右主軸
台を備え、主軸９と同心状に配置され且つ同期回転を行
うチャック１３と同様のチャックを設けてもよい。また
砥石台３上にはクランクピンａの研削中にこれの直径を
測定するものとした公知の定寸装置１５を設ける。この
定寸装置１５はクランクピンａの周面に当接される鈎形
の接触子１５ａと、この接触子１５ａを常にクランクピ
ンａの周面に当接させた状態に保持するものとした揺動
アーム式支持手段１５ｂを具備したものとなされる。
【００１２】上記したＣＮＣ研削盤の図示しない数値制
御装置には、以下の自動的な処理を実行させるためのプ
ログラムを記憶させる。そして、主軸台６のチャック１
３と芯押し台７のセンタ１４との間に、ワークであるク
ランクシャフトｗを配置し、クランクシャフトｗの各端
部をこれらチャック１３、１４に把持させる。このさ
い、クランクシャフトｗのジャーナルｂ中心は主軸９の
回転中心に合致される。この後、必要な操作を行って自
動的な研削を開始させる。
【００１３】以下その内容を順に説明すると、先ず、図
５のステップｓ１００に入る前にはモータ１２が回転さ
れ、研削砥石１０が回転駆動される。また、必要に応じ
サーボモータ４が回転され、ワーク支持テーブル２がＺ
方向へ移動される。これによりワークｗが主軸台６など
と共に移動され、研削すべきクランクピンａはＸ方向上
で研削砥石１０と対向した状態となされる。続いて、砥
石台３は機械座標上で、図３に示すように予めプログラ
ムで特定された座標位置ｐ１に位置される。
【００１４】次に砥石台３送りのためサーボモータ５が
比較的大きな速度で回転され、これにより砥石台急前進
が開始され、砥石台３は機械座標上で予めプログラムで
特定された座標位置ｐ２に移動される。
【００１５】この後、サーボモータ５及びサーボモータ
８が予め入力されたプログラムにより関連した速度で制
御回転されるのであり、これにより研削砥石１０は図４
に示すようにクランクアームｃの回転軌跡ｍの直径をス
トロークとしてワークｗの回転に追従してＸ方向へ往復
変位され、この変位中に、図５でステップｓ１００で示
すワークｗ（クランクピンａ）の粗研切込が開始され、
処理中のクランクピンａはオービット式に研削されるも
のとなる。この粗研切込は、砥石台３が機械座標上で予
めプログラムで特定された座標位置ｐ３に達するまで続
行される。そして、砥石台３が機械座標上の座標位置ｐ
３に達したときから他の座標位置ｐ４に達するまでステ
ップｓ１０１の中粗研切込が実行される。
【００１６】砥石台３が座標位置ｐ４に達した後は図５
のステップｓ１０２でスパークアウトが実施されるので
あって、即ち、研削砥石１０の回転中でその切込み送り
の停止された状態で、研削砥石１０が機械構成部材に残
存する弾性力等で処理中のクランクピンａに押圧され、
この押圧は、ワークｗが予め定められた複数回だけ回転
される期間中、継続される。このスパークアウトが少な
くともワークｗの一回転以上の期間に亘って実施される
と、処理中のクランクピンａの全周面は切込みによる段
差の殆ど存在しない滑らかな曲面となされる。
【００１７】このスパークアウト後には定寸装置１５が
研削部位であるクランクピンａの真円からの誤差を測定
するため、図５のステップｓ１０３に移行する。このと
き、研削対象のクランクピンａの直径は仕上げ寸法より
も少し大きい寸法ｔ０に研削されている。
【００１８】ところで、ステップｓ１０２のスパークア
ウトに至るまでの研削では、クランクピンａはクランク
シャフトｗの回転位相角度毎の研削抵抗や剛性が一定で
あると見なしたときに真円となるような研削データによ
り研削されるのである。しかし、実際にはクランクシャ
フトｗのそれらは回転位相角度に対応して周期的に変化
するものであるため、ステップｓ１０２のスパークアウ
ト後のクランクピンａの断面形状は、前記見なした条件
の下では真円となるべきものが真円とならず、一般に図
６に仮想線ｋで示すような楕円となる。そこで、この楕
円を真円に補正する処理を行う必要が生じるのである
が、この補正はインプロセスで行ってもよいし、或いは
ポストプロセスで行ってもよいものである。
【００１９】先ず、インプロセスで行う場合について図
５を参照して説明すると、次のとおりである。即ち、上
記ステップｓ１０２のスパークアウト中において、ワー
クｗが少なくとも一回転した後に、定寸装置１５により
ワークｗの各回転位相角度毎のクランクピンａの真円か
らの誤差を測定し、測定データを作成する。そして、ス
テップｓ１０３においてこの測定データから面粗度成分
を除去するためのフィルタ処理を行い、非真円成分を抽
出する。次にステップｓ１０４に移行し、ここで各回転
位相角度毎の補正値を算出し、この補正値から仕上げ研
削データを作成する。このさい、処理中のクランクピン
ａの前記測定はステップｓ１０５の精研を開始する直前
の一回転について行うのが高精度を得る上で有益であ
り、また前記フィルタ処理では面粗度に関連した特定周
波数よりも大きい高周波成分のみを除去するように行
う。この後、この仕上げ研削データに基づいて数値制御
によるステップｓ１０５の精研を実行するのであり、こ
のように処理されたクランクピンａはほぼ仕上げ寸法ｔ
１となされ、またその断面形状は正確な真円となる。
【００２０】このステップｓ１０５の終了の後、ステッ
プｓ１０６に移行し、スパークアウトが実行されるので
あり、このスパークアウトでは研削砥石１０が仕上げ研
削データに基づき切込み送りの存在しない状態に制御さ
れつつクランクピンａに当接され、この状態の下で、ワ
ークｗは予め設定された回転数だけ回転される。これに
より処理の終了したクランクピンａは仕上げ寸法ｔ１０
となり、しかも滑らかに連続した研削面となされる。こ
の後、砥石台３はワークｗから離反される。このインプ
ロセスによる仕上げ処理では研削される一つのクランク
ピンａ毎にステップｓ１０２からステップｓ１０３、ｓ
１０４を経てステップｓ１０５、ｓ１０６までの処理が
実施されるのである。
【００２１】次に、ポストプロセスで行う場合について
図７等を参照して説明すると、次のとおりである。即
ち、図５に於けるステップｓ１００からステップｓ１０
１に至るまでの処理を同様に行った後、ステップｓ１０
２に移行してワークを予め予定された複数回、回転させ
てスパークアウトを完全に終了させ、一旦、研削処理を
終了する。次に、ステップｓ１１０に移行するのであ
り、このステップｓ１１０では、定寸装置１５を使用し
て或いは他の適宜な測定装置を使用して、研削されたク
ランクピンａの各回転位相角度毎の研削部の真円からの
誤差を測定し、測定データを作成する。そして、ステッ
プｓ１１１に於いて前記ステップｓ１０３と同様にして
非真円成分を抽出する。次にステップｓ１１２に移行
し、ここでステップｓ１０４と同様にして仕上げ研削デ
ータを作成し、この仕上げ研削データに基づいて数値制
御による仕上げ研削を実行する。この仕上げ研削の終了
の後、インプロセスの場合と同様に、ステップｓ１１３
に移行し、続いてステップｓ１１４で同様なスパークア
ウトが実行され、その後、砥石台３はワークｗから離反
される。
【００２２】このポストプロセスによる仕上げ処理を行
う場合は、最初の一本目のクランクピンａの研削に於い
てのみ上記図７に示す一連の処理が実行されるのであ
り、二本目以降の同位置のクランクピンａについては、
ステップｓ１０１の中粗研が行われた後、ステップｓ１
０２、ｓ１１０、ｓ１１１、ｓ１１２を経ることなく、
一本目の研削過程で得られた仕上げ研削データに基づい
てステップｓ１１３に於ける精研を実行し、この後、ス
テップｓ１１４に移行して最終的なスパークアウトを行
って一つのクランクピンａの研削を終了する。以後は一
本目と同様の処理及び作動が実行される。
【００２３】こうしてポストプロセス方式により適当数
のクランクピンａの研削が実施されると、研削砥石１０
の切れ味が変化する等して、一本目の仕上げ研削データ
では正確に同一の研削が得られなくなる虞がある。この
ため、二本目以降の適当数のクランクピンａの研削の後
は、再び一本目に相当する研削を改めて実施し、以後は
上述同様の処理を繰り返すようにする。上記したクラン
クピンａの研削に於いて一つのクランクピンａから他の
一つのクランクピンａへの移行は自動的に行わせても、
或いは手動で行わせてもよい。
【００２４】上記した図７に示す研削を次のように変更
することもできる。即ち、ステップｓ１００からステッ
プｓ１０２までは同じ処理を実行させ、ステップｓ１１
０ではこの段階に達したクランクピンａを前述同様に測
定し、この測定結果からクランクピンａの断面形状が図
６に仮想線ｋで示すような楕円であるか否か判別させ、
これが楕円であればこの楕円のクランクピンａ中心回り
の位相角を機械座標上で楕円とクランクピンの中心を一
致させて９０度回転させた状態の、即ち同図に点線ｋ１
で示した形状を表す楕円データを算出させ、該楕円デー
タに基づいてそのクランクピンａの仕上げ研削データを
作成すると共に、該研削データにより仕上げ研削を行わ
せるように実施する。この仕上げ研削データは図６に点
線ｋ１で示す形状の楕円よりも規定寸法だけ小さい相似
形の楕円に研削することのできるものとなされる。この
仕上げ研削によれば、図６から判断されるように実線で
示す真円ｎに対する過不足が相殺されるのであり、これ
によりクランクピンａは実用上支障のない程度に正確な
真円に研削されるのである。一方、前記判別に於いてそ
のクランクピンａの断面形状が楕円でなければ、上述し
た図７に示すポストプロセスによる処理がステップｓ１
１１、ステップｓ１１２、ステップｓ１１３、ステップ
ｓ１１４の順に実行される。
【００２５】上記実施例では、精研前に仕上げ研削デー
タを補正する場合について説明したが、精研後にこれま
でと同様の処理を行ってもよい。またワープｗについて
はクランクピンであってこれをオービット方式で研削す
る場合について説明したが、これに限定するものではな
いのであり、例えば仕上り形状が真円であるワークで仕
上げ研削値直前での形状が楕円の傾向となるワークを研
削する場合にも上記に準じて実施できるのである。
【００２６】
【発明の効果】上記した本発明によれば、次のような効
果が得られる。即ち、請求項１によれば、ＣＮＣ研削盤
によるクランクピンのオービット方式での研削におい
て、クランクピンの測定時点までの研削誤差を補正した
ものである仕上げ研削用のデータがクランクピンの測定
により特定される楕円のデータにより機械的に特定さ
れ、各回転位相角度毎の補正値を計算しないでもワーク
を正確な真円に研削することができるのである。
【００２７】請求項２によれば、フィルタ処理により補
正値が正確なものとなり、仕上げ研削の精度を向上させ
ることができる。
【００２８】請求項３によれば、研削部寸法の測定時点
ではワークはその研削部の全周囲をスパークアウトによ
り処理されているため、ワーク研削部の正確な測定が実
施され、仕上げ研削の精度を一層向上させることができ
るのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で使用されるＣＮＣ研削盤を示す平面図
である。
【図２】上記研削盤の支持回転手段にクランクシャフト
を支持させた状況を示す正面図である。
【図３】上記研削盤の砥石台位置と研削時間との関係を
示すグラフである。
【図４】上記研削盤によりクランクピンをオービット方
式で研削するさいの回転砥石とワークの様子を示す側面
図である。
【図５】ワークの誤差を補正する処理をインプロセスで
行う場合の研削処理のフローを示す図である。
【図６】クランクシャフトのクランクピン位置を切断し
て示した側面図である。
【図７】ワークの誤差を補正する処理をポストプロセス
で行う場合の研削処理のフローを示す図である。
【符号の説明】
６ 主軸台（ワーク支持回転手段） ７ 心押し台（ワーク支持手段） ９ 主軸（特定中心線） １０ 研削砥石 ａ クランクピン ｂ ジャーナル ｗ ワーク（クランクシャフト）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−156692（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−212218（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−161610（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−314439（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−68350（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−249686（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23Q 15/00 - 15/28 B24B 1/00 - 1/04 B24B 5/00 - 19/28 B24B 41/00 - 51/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ワーク支持回転手段によりワークとして
    のクランクシャフトをジャーナル中心線回りに回転さ
    せ、この回転中、研削砥石をクランクピンに追従させる
    ようにワーク回転半径方向へ移動させながらクランクピ
    ンを研削する際、前記クランクピンの仕上げ研削値直前
    まで研削した後、ワークの一回転範囲内の各回転位相角
    度に対応した前記クランクピンの研削部のクランクピン
    の仕上げ形状からの誤差を測定手段により測定させ、測
    定結果により、クランクピンの断面形状が楕円であるか
    否かを判別し、楕円であればこの楕円のクランクピン中
    心回りの位相角を機械座標上で楕円とクランクピンの中
    心を一致させて９０度回転させた状態の形状を特定する
    ための楕円データを算出すると共に、該データに基づい
    てワークの各回転位相角度毎の補正値を算出し、該補正
    値に基づいてクランクピンの仕上げ研削を行わせるよう
    に実施することを特徴とするＣＮＣ研削盤による研削方
    法。
  2. 【請求項２】 ワーク支持回転手段によりワークとして
    のクランクシャフトをジャーナル中心線回りに回転さ
    せ、この回転中、研削砥石をワークの仕上げ形状及び寸
    法に対応するようにワーク回転半径方向へ移動させなが
    らクランクピンを研削する際、前記クランクピンの仕上
    げ研削値直前まで研削した後に、ワークの一回転範囲内
    の各回転位相角度に対応した研削箇所を測定手段により
    測定させ、測定結果から研削面の特定周波数よりも大き
    い高周波成分である面粗度成分を除去するためのフィル
    タ処理を行わせ、処理結果から前記各回転位相角度毎の
    補正値を算出すると共に、該補正値に基づいてクランク
    ピンの仕上げ研削を行わせることを特徴とする請求項１
    記載のＣＮＣ研削盤による研削方法。
  3. 【請求項３】 ワーク支持回転手段によりワークとして
    のクランクシャフトをジャーナル中心線回りに回転さ
    せ、この回転中、研削砥石をワークの仕上げ形状及び寸
    法に対応するようにワーク回転半径方向へ移動させなが
    らクランクピンを研削する際、前記クランクピンの仕上
    げ研削値直前まで研削した後にスパークアウトを実行さ
    せ、スパークアウト中で少なくともワークが一回転した
    後に或いは、スパークアウトの終了後にワークの一回転
    範囲内の各回転位相角度に対応した研削箇所を測定手段
    により測定させ、該測定結果から前記各回転位相角度毎
    の補正値を算出すると共に、該補正値に基づいてクラン
    クピンの仕上げ研削を行わせることを特徴とする請求項
    １又は２記載のＣＮＣ研削盤による研削方法。
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