JP4215499B2

JP4215499B2 - 内面研削装置用の電極固定冶具

Info

Publication number: JP4215499B2
Application number: JP2002381130A
Authority: JP
Inventors: 徹ニ宮澤; 順作吉田
Original assignee: Fuji Die Co Ltd
Current assignee: Fuji Die Co Ltd
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2022-12-27
Also published as: JP2004209587A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メタルボンド砥石を電解ドレッシングしつつ被加工部材を研削する技術を内面研削装置に応用する際に必要となる電極を取り付けるための冶具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダイヤモンドや立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）といった超砥粒を鋳鉄等のメタルを結合材として結合してなるメタルボンド砥石は、セラミックス、超硬合金等の硬質材料やガラス等の脆性材料の研削加工において効率的な加工が可能な砥石として知られている。このメタルボンド砥石は、研削加工が進行するに伴い、いわゆる目つぶれ型といわれる損耗により研削性能が低下するため、定期的に目たて作業（ドレッシング）を行う必要があるが、ドレッシングのためには研削作業を一旦停止する必要があるため、研削作業を非効率的なものとすることがあった。
【０００３】
そこで、このドレッシングを研削作業中に行い、その効率低下を防止する研削技術（研削装置）として特許文献１記載の技術が提示されている。この研削技術は、砥石に弱導電性の研削液を供給しつつ外部に設置する電極から砥石を陽極としてパルス電流を印加するものであり、これにより導電性を有するメタル（結合材）が溶解する一方、導電性のない砥粒は残留して突出するため、研削可能な状態に回復するものである。そして、このような電流の印加を研削加工中に常時行うことで作業を中断させることなく効率的に加工ができる（以下、このような方法を電解ドレッシング法と称する）。
【０００４】
この電解ドレッシング法は、ドレッシングという中間工程を省略することで高能率な研削加工が可能であるという利点の他、被加工材料に対するダメージも低く高精度の研削が可能であるという利点がある。そして、既にこの方法を応用した研削装置も実用化されている。
【０００５】
【特許文献１】
特公平６−７５８２３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、この電解ドレッシング法を適用した研削装置は、平面研削用のものが主であった。これに対して研削加工が利用されるのは平面研削に限られず、曲面研削への適用も多い。しかしながら、これまで電解ドレッシング法を内面研削に応用した例はない。
【０００７】
本発明は以上のような背景の下になされたものであり、電解ドレッシング法を曲面研削、特に、内面研削に応用するための手法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、この課題を解決すべく検討を行うに当たって、まず、研削装置の構成として一般的な内面研削装置を基礎にすることとした。一般的な装置を活用することにより電解ドレッシング法の活用の可能性が高くなるからである。ここで、一般的な内面研削装置としては、例えば、図５に示すようなものがある。図５の内面研削装置は、砥石１００が取り付けられた回転軸１０１と回転軸１０１を回転させるスピンドル１０２とを備える。スピンドル１０２は、砥石台１０３により支持され、更に、砥石台１０３は前後左右に可動なサドル１０４上に載置されている。一方、被加工物（ワーク）Ｗはチャック１０５により保持されチャックと共に回転可能となっている。研削加工は、砥石１００を回転軸１０２により回転させながら、回転するワークＷの内面に接触させ、更にワークＷ内を往復させながら研削する。
【０００９】
かかる構成を有する内面研削装置について電解ドレッシングを可能とするには、この方法の構成から、まず、電極を備えることが必須である。そして、安定した電力を供給するために、電極が砥石に対し一定距離を保持できるようになっていることが必要である。そこで、本発明者等は、電極の固定・位置調整が可能な冶具を用いることで一般の内面研削装置に電解ドレッシングの機能を付与することとし、これが可能な冶具を開発した。
【００１０】
本発明は、メタルボンド砥石と、前記砥石を取り付ける回転軸と、前記回転軸を回転させるスピンドルとを備える内面研削装置に取り付け可能な電極固定冶具であって、前記砥石及び回転軸に平行な給電部と前記給電部と垂直に交わる固定部とからなる略Ｌ字形状の電極と、前記電極の固定部を固定して電極を支持する電極支持部材と、前記電極支持部材を支持すると共に砥石と電極との間隔を調整可能な調整手段と、該調整手段を支持し前記スピンドルに固定されるベース部材と、からなる内面研削装置用の電極固定冶具である。
【００１１】
そして、この冶具において電極を支持する支持部材は絶縁体であることが好ましい。本発明に係る電極固定用冶具の構成材料は、特に限定されないが、加工機械の構成部材である以上強度的な面から金属を適用することが多い。一方、電極、電極支持部材、ベース部材と全ての部材を金属とした場合、電極がベース部材やスピンドルを通して砥石と電気的に短絡することから、電極支持部材を絶縁体とする事で電極とベース部材とを絶縁することとした。
【００１２】
また、本発明において電極と砥石との間隔を調整する調整手段としては、電極と砥石との間隔の微調整が可能で、かつ、一旦固定したら容易にブレが生じないようなものが好ましい。このような調整手段の構成としては、電極支持部材を支持する移動部と、ベース部材に固定され前記移動部材の移動をガイドしつつ支持する固定部材とからなり、前記移動部は、移動部と前記固定部材との間に挟持される弾性体により移動可能であると共に、移動部から固定部材を貫通するねじによって位置固定可能であり、該ねじと連動するダイヤルを備えるものがある。
【００１３】
本発明によれば、一般的な内面研削装置に電極を固定することが可能となり、これまで平面研削にしか適用されていなかった電解ドレッシングの内面研削への応用を可能とする。そして、これにより内面研削、特に、セラミックス、超硬合金等の硬質材料やガラス等の脆性材料の内面研削を効率的に行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面と共に説明する。
【００１５】
図１は、本実施形態に係る内面研削装置用の電極固定冶具の外観を示すものである。図１において、電極固定冶具１は、略Ｌ字形状の電極１０と、電極１０を固定、支持する電極支持部材１１と、電極支持部材１１を支持する調整手段１２と、調整手段を支持すると共に冶具全体をスピンドルに固定するベース部材１３とからなる。電極１０は、給電部となる一方の脚が砥石及び回転軸に平行になっており、その先端部の砥石側の面には、砥石の形状（円柱形状）に合わせてＲが形成されている。また、電極の固定部となる他方の脚は電極支持部材１１に電流供給ケーブル１４と共にボルト１５により固定されている。この電極の材質は、導電性のあるものならば良いが、銅、黄銅、ステンレス鋼等が特に好ましい。
【００１６】
電極支持部材１１は、絶縁物質である塊状ナイロンにより形成されており、電極と調整手段１２及びベース部材１３を絶縁するようになっている。電極支持部材の材質としては、塊状ナイロンの他、ポリプロピレン等の合成樹脂が好ましいが、塩化ビニール、フェノール樹脂等の耐トラッキング性の低い合成樹脂や吸湿性のある木質絶縁材料についてはあまり好ましくない。この電極支持部材１１のサイズ及び形状は、特に限定されるものではないが、電極をブレなく固定できるよう電極の他方の脚との接触面積を確保できるような大きさが好ましい。
【００１７】
図２は、調整手段１２の構造を示す。この調整手段１２は、電極支持部材１１を支持する移動部１７と、移動部１７の軸方向に対して垂直方向への移動をガイドする固定部材１８とからなる。固定部材１８は、ベース部材１３と接合されて固定されており、移動部１７はベース部材１３に設置されたねじ１９及びダイヤル２１により固定される。この際、固定部１８と移動部１７との間にはバネ２０がはめ込まれており、その反発力により移動部１７を（電極を砥石から離す方向へ）移動可能とする。
【００１８】
そして、冶具の構成部材を支持するベース部材１３は、内面形状がスピンドルの断面形状と同じ筒状体である。このベース部材１３には、スリットＳが切られており、このスリットＳの間隔をボルト１６で調整することによりスピンドルへの固定、解除がなされる。
【００１９】
次に、この電極固定冶具１を用いた内面研削加工の工程を図３及び図４を用いて説明する。内面研削に当たっては、まず、被研削物の大きさ、材質等により砥石（メタルボンド砥石）の選択を行う。砥石としては、鋳鉄ボンドダイヤモンド砥石、鋳鉄ボンドｃＢＮ砥石、ブロンズ系金属ボンド砥石等の種類がある。また、その径も種々のものがあり、被研削物に対して適当な種類、径の砥石を選択する。
【００２０】
砥石を選択後、図３（ａ）のように砥石１００を回転軸１０１にねじ込んで、更に回転軸をスピンドルに取り付ける。砥石を取り付けたら、まず、砥石のツルーイング（形直し）を行い、砥石の偏心を除去し成形する。そして、電極固定冶具１をスピンドル１０２に嵌め込み、電極固定冶具１のボルト１６を締め付けてこれを固定する（図３（ｂ））。電極の固定が完了したら、電極１０と砥石１００との間隔を電極固定冶具のダイヤル２１により調整する。この電極１０と砥石１００との間隔は０．１〜０．３ｍｍ程度である。尚、回転軸１０１は絶縁カバーで被覆されており、電解ドレッシング工程時にその表面が侵食されないようになっている。
【００２１】
砥石側のセッティングが完了したら、図４のようにワークＷをチャック１０５で固定する。また、研削装置にはワークＷの加工面に弱導電性の研削液を供給するための研削液供給ホース１０６が設置されている。
【００２２】
そして、以上の砥石、ワークのセッティングを行ったら、実際の研削加工を開始する前に、まず、砥石を電解ドレッシングして砥石研削面の結合材を除去して砥粒を突出させる。この電解ドレッシングでは、砥石１００を陽極、電極１０を陰極として通電する。このときの陽極（砥石）への通電は、スピンドル１０２内に回転軸に接触可能な給電ブラシ（図示せぬ）を設置し、外部電源１０７により砥石と電極を通電する。この通電は、一定時間の通電のオン−オフを繰り返しながら行う。電解ドレッシングにおける通電条件としては、被研削材の材質、砥石の種類にもよるが、ピーク電圧（Ｖｐ）を６０〜１５０Ｖ（設定値）とし、ピーク電流値（Ｉｐ）を５〜１５Ａ（設定値）、パルスオンタイム・オフタイムをそれぞれ２μｓとする。
【００２３】
そして、砥石のドレッシングが完了後、砥石１００、ワークＷを回転させると共に、スピンドル１０２をワークＷ側に移動させ、砥石１００とワークＷの内面とを接触させて研削加工を開始する。また、この際、加工面の冷却及び電解ドレッシングのために研削液ホース１０６より研削液を噴射する。また、この研削加工は、ワークの内面を均一に加工するため、その内部を往復させながら行う。この研削加工では加工の進行に伴う砥石加工面の目つぶれを抑制するために加工しながら電極と砥石とを通電し、電解ドレッシングを行いつつ研削加工を行う。このときの通電条件は、粗粒の砥石（＃１４０〜３２５程度）による粗加工では、Ｖｐを６０〜１５０Ｖとし、Ｉｐを５〜１５Ａ、パルスオンタイム・オフタイムをそれぞれ２μｓとする。また、微粒の砥石（＃２０００〜４０００）による加工では、Ｖｐを２０〜６０Ｖとし、Ｉｐを２〜５Ａ、パルスオンタイム・オフタイムをそれぞれ２μｓとし、超微粒の砥石（＃６０００〜８０００）による加工では、Ｖｐを２０〜３０Ｖとし、Ｉｐを１〜３Ａ、パルスオンタイム・オフタイムをそれぞれ２μｓとする。
【００２４】
以上のように通電を行いつつ研削加工を行うことにより、例えば＃４０００鋳鉄ボンド砥石を用いた場合、被加工面は表面粗さＲｍａｘが０．１μｍ以下の鏡面とすることができる。また、この加工過程では、砥石の研削能力の低下もなく、作業を中断させることなく加工が可能であった。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来平面研削にしか適用例がなかった、電解ドレッシングを内面研削（曲面研削）に適用することができる。本発明によれば、セラミックス、超硬合金等の硬質材料やガラス等の脆性材料について、精密で効率的な加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る電極固定冶具の斜視図。
【図２】調整手段の構造を示す図。
【図３】固定冶具の取り付け工程を示す図。
【図４】本実施形態に係る電極固定冶具を取り付けた内面研削加工装置を示す図。
【図５】従来の内面研削加工装置を示す図。
【符号の説明】
１電極固定冶具
１０電極
１１電極支持部材
１２調整手段
１３ベース部材
１４電流供給ケーブル
１５，１６ボルト
１７移動部
１８固定部材
１９ねじ
２０バネ
２１調節ダイヤル
１００砥石
１０１回転軸
１０２スピンドル
１０３砥石台
１０４サドル
１０５チャック
１０６研削液供給ホース
１０７外部電源
Ｗワーク
Ｓスリット

Claims

メタルボンド砥石と、前記砥石を取り付ける回転軸と、前記回転軸を回転させるスピンドルとを備える内面研削装置に取り付け可能な電極固定冶具であって、
前記スピンドルに固定されるベース部材と、
前記ベース部材を介して前記スピンドルに固定され、スピンドルの円周面上でスピンドルの径方向に上下動する調整手段と、
前記調整手段に固定される電気絶縁性物質からなる電極支持部材と、
前記電極支持部材に固定される１本の略Ｌ字形状の電極と、を備え、
前記略Ｌ字形状の電極は、電極を前記電極支持部材に固定する固定部と、前記固定部と垂直に交わり前記砥石及び回転軸に平行に延在する給電部とからなる内面研削装置用の電極固定冶具。
調整手段は、電極支持部材を支持する移動部と、ベース部材に固定され前記移動部の移動をガイドしつつ支持する固定部材とからなり、
前記移動部は、移動部と前記固定部材との間に挟持される弾性体により移動可能であると共に、移動部から固定部材を貫通するねじによって位置固定可能であり、
該ねじと連動するダイヤルを備える請求項１記載の内面研削装置用の電極固定冶具。