JP3781415B2 - 研削装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作物を中心軸線回りに回転させながら、砥石車との相対移動により、工作物の研削を行う研削装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、円筒工作物や自動車のエンジンに使用されるカムシャフトなどを研削するため、工作物をその中心軸回りに回転させながら、高速に回転する砥石によって研削を行う研削装置が知られている(例えば、特開平10−225856号公報等)。
【0003】
工作物の回転方向と砥石の回転方向の関係では、図6(A)に示すもの(アップカット)と同図(B)に示すもの(ダウンカット)の2つが考えられるが、一般的には、比較的良好な面精度で研削できる(A)のアップカットによって研削を行っていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このような研削装置で研削を行う場合、切り込み深さを大きくすると研削抵抗が増して研削焼けが発生するため、切り込み量を抑える必要があった。アップカット研削の場合、切り込み量を抑えると砥粒に係る負荷が小さくなり、砥粒が平坦化しやすくなる。このためドレッシングを行う必要が生じるが、ドレッシングは砥石の寿命を縮めることにつながり、また、ドレッシング中は工作物の加工を行うことができないので、設備の稼動効率を下げることにもなる。
【0005】
また、ダウンカットで研削する場合には砥粒が破砕し、切り込み深さが大きい場合には砥粒が脱落することもあるので砥石寿命が短くなるという問題があった。さらには、アップカット研削時に比べて、高い面精度を得にくいという問題もあった。
【0006】
本発明は、上記の問題点に鑑み、ドレッシング回数を減らして設備の稼動効率を上げると共に、砥石寿命を延ばすことを課題とするものである。さらには、ダウンカット研削の場合でもアップカット研削の場合と同程度の面精度を得ることを課題とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するため、本願の発明者らは鋭意研究し、研削時における砥粒の状態について詳細に調査した。この調査結果の概要を以下に示す。
【0008】
アップカット研削時は、図7(A)及び(B)に示すように、砥石表面の各砥粒が浅い食い込み角Ig1で切り込んでゆく。このため、特にS1の領域では砥粒のすべりが発生する。砥粒がすべると摩擦による熱が発生し、研削焼けの原因となる。また、摩擦によって砥粒が図7(C)に示すように平坦化するため、さらにすべりが大きくなる。特に、低剛性のスチール材を研削するときにこの影響が大きい。このため、所定のドレッシングインターバルで平坦化した砥粒をドレッシングし、砥石の切れ味を回復させる必要がある。
【0009】
ダウンカット研削は、図8(A)及び(B)に示すように、食い込み角Ig2が大きいので、砥粒が工作物に当たってから離れるまで、砥粒が常に工作物に切り込んでいる。このため、すべりによる熱は発生しにくいが、研削後に工作物表面となる領域S2においても砥粒が切り込んでいるため、アップカット時に比べて面精度は低下する傾向がある。また、同図(C)に示すように砥粒が工作物に当たったときの衝撃により砥粒の破砕が起きやすく、切り込み量が大きい場合には砥粒が脱落することもある。このため砥石の寿命が短くなるという問題もある。
【0010】
この結果に基づき、本願の発明者らは、アップカット研削とダウンカット研削を交互に繰り返すようにすれば、アップカット研削時に砥粒が平坦化しても、ダウンカット研削時に砥粒が破砕するので、ドレッシングを行わなくても、ドレッシングをしたのと同様の効果を得ることができるという知見を得た。そして、ダウンカット研削時にはアップカット研削時よりも砥石車の回転速度を高速にすることによりアップカット研削時と同等の面精度を得ることができる。即ち、アップカット研削時より高速回転される砥石車によるダウンカット研削により目直しを行いつつ工作物を高い面精度で研削できるので、設備の稼動効率を上げることができると共に、一つの砥石で研削できる工作物の数が増すので砥石寿命が延びることになるのである。
【0011】
請求項1に記載の発明は、工作物をその中心軸線回りに回転させながら、該工作物と砥石車とを相対移動させ、研削を行う研削装置において、研削によって発生する研削動力が上限値に達したとき、工作物の回転方向若しくは砥石車の回転方向の何れか一方を切り替えることにより、アップカット研削からダウンカット研削に切り替え、研削動力が下限値に達したとき、ダウンカット研削からアップカット研削に切り替えて研削を行うとともに、ダウンカット研削時にはアップカット研削時よりも砥石車の回転速度を高速にするようにしたものである。
また請求項2に記載の発明は、工作物をその中心軸線回りに回転させながら、該工作物と砥石車とを相対移動させ、研削を行う研削装置において、砥石車によって工作物を研削した回数がアップカット研削を連続して行う回数である制限値に達したとき、工作物の回転方向若しくは砥石車の回転方向の何れか一方を切り替えることにより、アップカット研削からダウンカット研削に切り替え、研削回数がダウンカット研削を連続して行う回数である制限値に達したとき、ダウンカット研削からアップカット研削に切り替えて研削を行うとともに、ダウンカット研削時にはアップカット研削時よりも砥石車の回転速度を高速にするようにしたものである。
上記いずれの請求項の場合においても、アップカット研削時に平坦化した砥粒をダウンカット研削時に破砕し、砥石の切れ味を回復させることができる。そして、砥石車の回転速度を高速にすることにより、砥石車の一回転あたりの除去量、即ち砥粒が一回に削り取る量が減るので、アップカット研削時と同等の面精度を得ることができる。また、砥石車の一回転あたりの除去量は減るが回転数が上がるので、研削効率が低下することもない。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における第一の実施形態を図面に基づいて説明する。ここでは、自動車のエンジンに使用されるカムシャフトを研削する研削装置に本発明を適用した場合について具体例を挙げて説明する。本実施の形態におけるカムシャフト研削装置の概要構成図を図1に示す。図1に示すように、研削装置のベッド1上に設置されたZ軸方向のZ軸案内レール2a、2b上にZ軸テーブル10が設置されている。テーブル10はボールねじ3によりZ軸方向に摺動自在である。Z軸テーブル10のX軸案内レール11a、11b上に砥石台20が設置されている。砥石台20はボールねじ12によりX軸方向に摺動自在である。砥石台20上には砥石車31及びこれらを軸支するとともに回転駆動する砥石車駆動モータ32が設置されている。
【0017】
砥石台20のX軸前方に主軸台40a、40bが設置されている。主軸台40a、40bに設けられたチャック等により、工作物であるスチール製のカムシャフト80が回転可能に支持されるようになっている。主軸台40a、40bには、カムシャフト80を中心軸線回りに回転させる主軸モータ50a,50bが設けられている。主軸モータ50aと50bとは完全に同期して同じ位相に制御される。
【0018】
Z軸ボールねじ3はZ軸テーブルモータ51により回転駆動される。また、X軸ボールねじ12は砥石台モータ52により回転駆動される。これら各モータ(主軸モータ50a及び50b、Z軸テーブルモータ51、砥石台モータ52)は高精度位置決めが可能なサーボモータであり、制御盤60に内蔵された数値制御装置61により制御される。数値制御装置61にはカムシャフト80の各加工部位を研削するために必要なNCプログラム及びパラメータ等が予め記憶されている。
【0019】
砥石車駆動モータ32は高トルクで高速回転が可能なモータであり、制御盤60に内蔵されたドライバ62から供給される電流によって回転力を発生する。ドライバ62が出力する電流値の情報は数値制御装置61に送られるようになっている。
【0020】
次に、上述した構成の研削装置の作動について、図2〜3のフローチャート及び図4の説明図により説明する。なお、下記においてS*(*=102、104、・・・)はフローチャート中の各ステップを表す。
【0021】
図2は、研削装置によって一つのカムシャフトを研削する際の数値制御装置61で行われる処理手順を示したフローチャートである。研削装置全体を統括する図略のプログラマブルコントローラから研削を開始すべきことが指示されると、数値制御装置61はS102でドライバ62に対して砥石車の回転を開始することを指示する。この指示により、ドライバ62は砥石車駆動モータ32に駆動電流を供給し、砥石車駆動モータ32を図1のG1方向に所定回転数で回転させる。
【0022】
S104では数値制御装置61のメモリに記憶された「主軸モータ回転方向指示情報」を参照する。「主軸モータ回転方向指示情報」には、主軸モータ50及び50bを図1に示すW1方向に回転させるか若しくはW2方向に回転させるかの情報が記憶されている。この情報を参照した結果、回転方向がW1であればS106にてW1方向への回転を開始し、W2であればS108にてW2方向への回転を開始する。回転方向がW1の場合には、即ちアップカットとなり、W2の場合にはダウンカットとなる。
【0023】
このようにして砥石車50a,50bとカムシャフト80の回転を開始した後、S110でZ軸テーブルモータ51及び砥石台モータ52を制御して各研削箇所を研削する。全ての研削箇所を研削したら、研削を終了する。
【0024】
数値制御装置61は、上記の処理と並行して、図3に示すフローチャートの処理を実行する。図3のフローチャートは、研削時に発生する研削動力に応じて、「主軸モータ回転方向指示情報」で示す主軸モータの回転方向を切り替えるか否かを判断する処理である。S202では、ドライバ62から出力される砥石車駆動モータ32の駆動電流の電流値を読み込む。砥石車駆動モータ32の駆動電流は、砥石車駆動モータ32で発生するトルクに応じて変化するので、この電流値と供給電圧から研削動力を検出することができる。S204及びS206では、読み込んだ電流値が上限値以上か又は下限値以下かを判定する。上限値と下限値は予め数値制御装置61にパラメータとして記憶されている。S204で上限値以上であると判定すれば、S208で主軸モータ回転方向指示情報を「W2」に設定する。また、S206で下限値以上であると判定すれば、S210で主軸モータ回転方向指示情報を「W1」に設定する。読み込んだ電流値が上限値以上でも下限値以下でもなければ、主軸モータ回転方向指示情報を変更することなく処理を終了する。主軸モータ回転方向指示情報は次回の研削開始時に参照され(図2のS104)、参照した結果に基づいて主軸モータ50a,50bの回転方向が決定される。
【0025】
このような処理に基づいてカムシャフトの研削を行うことにより、主軸モータの回転方向は概ね図4に示すように切り替わることになる。即ち、アップカットによって研削を行うことにより、砥粒が平坦化して研削動力(砥石車駆動モータ32の駆動電流)が増していく。砥石車駆動モータ32の駆動電流が上限値に達すると、その次の研削ではダウンカットに切り替わる。ダウンカットで研削することにより砥粒に新しい鋭利な切刃が形成され、砥石の切れ味が回復するので、研削動力(砥石車駆動モータ32の駆動電流)が減っていく。下限値に達すると再びアップカットに切り替わる。これが繰り返されるのである。
【0026】
以上、説明したように、アップカットとダウンカットを切り替えて研削することにより、アップカット研削時に砥粒が平坦化しても、ダウンカット研削時に砥粒が破砕し、砥石の切れ味が回復するので、設備の稼動効率を上げることができると共に、一つの砥石で研削できる工作物の数が増すので砥石寿命が延びることになる。
【0027】
なお、上記では、砥石車の回転方向を固定し、工作物の回転方向を切り替える場合の実施例について説明したが、これとは逆に、工作物の回転方向を固定し、砥石車の回転方向を切り替えることでアップカットとダウンカットを切り替えるようにしてもよい。また、図3のフローチャートに示した処理は、数値制御装置61に記憶された研削を行うためのNCプログラム中で行われるものでも良いし、数値制御装置61のOS(オペレーティングシステム)上で動作する一つの独立したタスクとして、所定の時間間隔で行われるものでも良い。さらにまた、砥石車駆動モータ32の駆動電流は一回のサンプリングによるものではなく、所定回数のサンプリングによって得た値を平均化処理するようにしても良い。さらにまた、回転方向の切替は、一つの研削箇所(例えば80aと80bからなる一対のカム)の研削毎に判断するようにしてもよい。
【0028】
上記では砥石車駆動モータの駆動電流から研削時に発生する研削動力を検出し、これに基づいてアップカットとダウンカットを切り替える方法について説明したが、工作物を研削した回数によってアップカットとダウンカットを切り替えるようにしてもよい。これにより比較的簡単な処理でアップカットとダウンカットを切り替える時期を決定できる。この場合には、図3のフローチャートに代えて図5に示すフローチャートの処理を行うことになる。以下、図5のフローチャートについて説明する。
【0029】
図5に示す処理は、一つの工作物の研削終了時に行われる処理である。S302では研削回数カウンタ値をカウントアップする。この研削回数カウンタ値はドレッシング(ツルーイング)実施時に初期化されているものとする。S304で回転方向が「W1」であればS306へ、そうでなければS308へ処理を移す。S306では研削回数カウンタ値を制限値W1と比較する。制限値W1はアップカット研削を連続して行う回数であり、1以上の自然数である。制限値W1は予め適当な値がパラメータとして数値制御装置61に記憶されている。S306で研削回数カウンタ値と制限値W1が等しければS310で主軸モータ回転方向指示情報を「W2」に設定し、S312で研削回数カウンタ値をリセットする。同様に、S308では研削回数カウンタ値を制限値W2と比較し、等しければS314で主軸モータ回転方向指示情報を「W1」に設定し、S312で研削回数カウンタ値をリセットする。制限値W2はダウンカット研削を連続して行う回数である。なお、研削回数のカウントアップ及び回転方向の切替は、一つの研削箇所(例えば80aと80bからなる一対のカム)の研削毎に判断するようにしてもよい。
【0030】
ところで、前述したように、ダウンカットでは砥粒の食い込み角Ig2が大きいため、すべり領域がない。そのため、すべり領域から入るアップカットに比べて、高い面精度を得にくいという傾向がある。工作物の仕上がり寸法はアップカットかダウンカットによらず、所定の許容範囲内でなければならないので、このことは大きな問題となる。一般的には、高い面精度を得たい場合には砥石の切り込み速度を遅くするが、本発明では、ダウンカットで研削する際の砥石車駆動モータ32の回転速度をアップカット時よりも高速とすることとした。これにより、各砥粒の一回の除去量が減る。即ち、きめ細かく工作物を削り取ることになるので、高い面精度を効率を落とすことなく維持することが可能となる。
【0031】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項1に記載の発明では、工作物をその中心軸線回りに回転させながら、該工作物と砥石車とを相対移動させ、研削を行う研削装置において、研削によって発生する研削動力が上限値に達したとき、工作物の回転方向若しくは砥石車の回転方向の何れか一方を切り替えることにより、アップカット研削からダウンカット研削に切り替え、研削動力が下限値に達したとき、ダウンカット研削からアップカット研削に切り替えて研削を行うこととしたものである。
また請求項2に記載の発明では、工作物をその中心軸線回りに回転させながら、該工作物と砥石車とを相対移動させ、研削を行う研削装置において、砥石車によって工作物を研削した回数がアップカット研削を連続して行う回数である制限値に達したとき、工作物の回転方向若しくは砥石車の回転方向の何れか一方を切り替えることにより、アップカット研削からダウンカット研削に切り替え、研削回数がダウンカット研削を連続して行う回数である制限値に達したとき、ダウンカット研削からアップカット研削に切り替えて研削を行うこととしたものである。
したがって請求項1,2のいずれにおいても、アップカット研削時に砥粒が平坦化しても、ダウンカット研削時に砥粒が破砕するため、ドレッシングを行わなくてもドレッシングをしたのと同様の効果を得ることができる。そして、ダウンカット研削時にはアップカット研削時よりも砥石車の回転速度を高速にすることとしたので、砥石車の一回転あたりの除去量、即ち砥粒が一回に削り取る量が減るので、アップカット研削時と同等の面精度を得ることができる。また、砥石車の一回転あたりの除去量は減るが回転数が上がるので、研削効率が低下することもない。従って、設備の稼動効率を上げることができると共に、一つの砥石で研削できる工作物の数が増すので砥石寿命が延びることになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態における概要構成を示す図である。
【図2】本発明の実施形態における研削装置の作動の手順を表すフローチャートである。
【図3】本発明の実施形態における研削装置の作動の手順を表すフローチャートである。
【図4】本発明の実施形態における回転方向切替の例を示す説明図である。
【図5】本発明の実施形態における研削装置の作動の手順を表すフローチャートである。
【図6】アップカットとダウンカットを示す説明図である。
【図7】円筒状の工作物を回転させながらアップカット研削する場合の例を示す説明図である。
【図8】円筒状の工作物を回転させながらダウンカット研削する場合の例を示す説明図である。
Claims (2)
- 工作物をその中心軸線回りに回転させる工作物駆動手段と、砥石車を軸支する砥石台と、前記砥石車を回転駆動する砥石車駆動手段と、前記工作物と前記砥石台とを相対移動する相対移動手段とを備え、前記工作物を前記砥石車によって研削する研削装置において、研削によって発生する研削動力を検出する研削動力検出手段を備え、前記研削動力検出手段により検出された研削動力が上限値に達したとき、工作物の回転方向若しくは砥石車の回転方向の何れか一方を切り替えることにより、アップカット研削からダウンカット研削に切り替え、前記研削動力が下限値に達したとき、ダウンカット研削からアップカット研削に切り替えるとともにアップカット研削とダウンカット研削を交互に繰り返す切替制御手段を備え、前記砥石車駆動手段は、ダウンカット研削時にはアップカット研削時よりも砥石車の回転速度を高速にし、アップカット研削時に平坦化した砥粒をダウンカット研削時に破砕し、砥石の切れ味を回復させるとともに、アップカット研削時と同等の面精度を得ることを特徴とする研削装置。
- 工作物をその中心軸線回りに回転させる工作物駆動手段と、砥石車を軸支する砥石台と、前記砥石車を回転駆動する砥石車駆動手段と、前記工作物と前記砥石台とを相対移動する相対移動手段とを備え、前記工作物を前記砥石車によって研削する研削装置において、前記砥石車によって前記工作物を研削した回数を計数する計数手段を備え、前記計数手段により計数された値がアップカット研削を連続して行う回数である制限値に達したとき、工作物の回転方向若しくは砥石車の回転方向の何れか一方を切り替えることにより、アップカット研削からダウンカット研削に切り替え、前記計数手段により計数された値がダウンカット研削を連続して行う回数である制限値に達したとき、ダウンカット研削からアップカット研削に切り替えるとともにアップカット研削とダウンカット研削を交互に繰り返す切替制御手段を備え、前記砥石車駆動手段は、ダウンカット研削時にはアップカット研削時よりも砥石車の回転速度を高速にし、アップカット研削時に平坦化した砥粒をダウンカット研削時に破砕し、砥石の切れ味を回復させるとともに、アップカット研削時と同等の面精度を得ることを特徴とする研削装置。
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