JP4261493B2 - ドレス装置、研削装置、ドレス方法、及び数値制御プログラム - Google Patents
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Description
そして、加工精度を高めるために、燃料噴射ノズルの内面は、旋盤などにより粗加工した後、数値制御の内面研削装置で内面研削を行って仕上げ加工している。
燃料噴射ノズル2は、ステンレス鋼などを用いて構成されており、円筒部材3の先端端面に平板部材5が溶接されている。
燃料噴射ノズル2の外形は、軸方向の長さ10[mm]、外径10[mm]、内径6[mm]程度である。
図示しないが、平板部材5の開口部7を閉塞する部分には、燃料を噴出するための小さな穴が複数あけられている。
このような、燃料噴射ノズルの内面研削に関する技術として、次の文献で開示されている内面研削方法及び装置、燃料噴射ノズル製造方法がある。
このように、燃料噴射ノズルの位置決めを外径基準で行うことにより、短時間で精密に内面研削を行うことができる。
砥石8は、円筒部材3の内面形状に合わせて、円筒部材3の内径面を研削する円柱状のボア部、円筒部材3のシート面を研削する円錐形に形成されたシート部から構成されている。
そして、シート部の先端部は、図7(a)に示したような平板部材5との干渉を防ぐために先端部が平坦状に成型されている。
シート部をドレスするとシート部の長さが長くなるため、シート部をドレスする場合には先端部のドレスも行ってシート部の長さを調節し、加工時に砥石8が平板部材5に干渉しないようにしている。
このため、加工精度が高く、またサイクルタイム(研削に要する時間)を短縮することができ、高品質の燃料噴射ノズル2を低コストで製造することができる。
このように、燃料噴射ノズル2の内径とシート部を1軸で研削加工する内面研削装置は、1頭1軸型などと呼ばれている。
一方、ボア部をドレスする場合は、特にシート部の長さの調節は行っていなかった。
削り残しを防ごうとするとボア部のドレス使用領域が小さくなり、砥石8の1個当たりの加工数が少なくなってしまう。
第1の構成において、前記ドレス量計算手段は、前記斜面部のドレスにより前記母線が長くなる量から、前記円柱面のドレスにより前記母線が短くなる量を減算した値を計算するように構成することもできる(第2の構成)。
第1の構成、又は第2の構成において、回転軸に垂直に形成された先端平坦部と、前記先端平坦部に連続し、円錐面を形成する斜面部と、前記斜面部に連続し、前記回転軸を中心線とする円柱面部と、を有する内面研削砥石が装着可能な砥石装着手段と、ワークを保持するワーク保持手段と、前記保持したワークの内面を前記内面研削砥石で研削する研削手段と、前記内面研削砥石をドレスする、請求項1、又は請求項2に記載のドレス装置と、を具備するように構成することもできる(第3の構成)。
また、本発明は、前記目的を達成するために、回転軸に垂直に形成された先端平坦部と、前記先端平坦部に連続し、円錐面を形成する斜面部と、前記斜面部に連続し、前記回転軸を中心線とする円柱面部と、を有する内面研削砥石を内面研削装置においてドレスするドレス方法であって、前記内面研削装置において所定の数値制御プログラムを実行することにより、前記円柱面部をドレスする円柱面部ドレスステップと、前記斜面部をドレスする斜面部ドレスステップと、前記円柱面部のドレス量と、前記斜面部のドレス量と、を用いて、前記斜面部の母線の長さが所定の範囲となるように、前記先端平坦部のドレス量を計算するドレス量計算ステップと、前記計算したドレス量に従って、前記先端平坦部をドレスする先端平坦部ドレスステップと、を行うことを特徴とするドレス方法を提供する(第4の構成)。
更に、本発明は、前記目的を達成するために、回転軸に垂直に形成された先端平坦部と、前記先端平坦部に連続し、円錐面を形成する斜面部と、前記斜面部に連続し、前記回転軸を中心線とする円柱面部と、を有する内面研削砥石を、内面研削装置においてドレスするための数値制御プログラムであって、前記円柱面部をドレスする円柱面部ドレス機能と、前記斜面部をドレスする斜面部ドレス機能と、前記円柱面部ドレス機能のドレス量と、前記斜面部ドレス機能のドレス量と、を用いて、前記斜面部の母線の長さが所定の範囲となるように、前記先端平坦部のドレス量を計算するドレス量計算機能と、前記計算したドレス量に従って、前記先端平坦部をドレスする先端平坦部ドレス機能と、を内面研削装置で実現する数値制御プログラムを提供する(第5の構成)。
また、本発明により、第1の構成、第2の構成、又は第3の構成において、砥石を登録する砥石登録手段と、前記登録した砥石の形状を記憶する砥石形状記憶手段と、前記登録した砥石の指定を受け付ける指定受付手段と、前記指定を受け付けた砥石の形状を前記砥石形状記憶手段から取得する砥石形状記憶手段と、前記取得した砥石の形状によって、ドレスの対象となる砥石の先端平坦部、斜面部、円柱面部の位置関係を認識してドレスを行うように構成することもできる(第6の構成)。
ボア部をドレスすることによりシート部が短くなり、シート部をドレスするとシート部が長くなるという関係がある。
そのため、ボア部をドレスする場合は、シート部の長さを復元するためにシート部のドレスと先端部のドレスも行う。
次いで、シート部のドレスによりシート部が長くなった量から、ボア部のドレスによりシート部が短くなった量を減算し、シート部が長くなった正味の量を計算する。
即ち、砥石の先端部のドレス量を制御し、これによってシート部の長さを均一に保つようにしたものである。
図1(a)は、本実施の形態に係る内面研削装置のレイアウトを示した平面図である。
内面研削装置1は、数値制御により主軸の回転数、砥石の移動経路(パス)、砥石のドレス量(切込量)、ドレス回数(切込回数)、クーラントの吐出などを制御することができるNC工作機械で構成されている。
ワークヘッドスピンドル16は、軸受によって軸線の回りに回転自在に保持された回転軸を収納している。この回転軸の一端には、燃料噴射ノズル2を着脱可能に保持するワーク保持部(ワーク保持手段)が形成され、他端には、プーリ30が取り付けられている。
また、特許文献1で開示されているような、半径方向及び軸方向に押圧してワークを保持する機構を用いることもできる。
そして、プーリ32とプーリ30には、ベルト22が掛けられており、モータ23の回転駆動力がベルト22を介してワークヘッドスピンドル16の回転軸に伝達されるようになっている。
なお、砥石スピンドル12の回転速度と回転方向は数値制御プログラムにより設定することができる。
そして、砥石8を燃料噴射ノズル2の内周面に当てたまま、ワークヘッドスピンドル16の回転軸を回転させることにより、燃料噴射ノズル2の内周面全周に渡って研削が行われる(研削手段)。
なお、本実施の形態では、一例として、砥石8をCBN(cubic boron nitride:立方晶窒化ホウ素)で構成する。
テーブル14は、x軸方向に移動可能に設置され、テーブル13はz軸方向(主軸方向)に移動可能に設置されている。
これらテーブルの移動量、及び移動速度は数値制御によりコントロールされる。
なお、x軸とz軸が成す角度はαに設定されている。ここで、αは、砥石8においてシート部とボア部が成す角度(シート角度)でもある。
例えば、テーブル13を固定してテーブル14をx軸方向に移動させることによりシート部をドレスすることができる。
この場合は、x軸とz軸を同時に制御してシート面をドレスすることになる。
モータ18には、図1(b)に示したような円板状のドレッサ19が着脱可能に装着されている。
ドレッサ19は、端面25及び側面26にダイヤモンド粒が均一に固着されており、モータ18によって回転軸の回りを回転する。
シート部を削る場合は、端面25と側面26の角部にシート部を当てて、砥石8をx軸方向にスライドさせることにより行う。
更に、砥石研削面の修正、及び回転軸に対する振れの修正を行う作業をツルーイングというが、本実施の形態のドレッシング方法は、ツルーイングに対して適用することもできる。
内面研削装置1は、シート部をドレスする場合と(ドレスパターン1とする)、ボーア部をドレスする場合(ドレスパターン2とする)の2つのドレス工程を数値処理プログラムにより用意している。
そして、ユーザが1回当たりの研削量、及び研削回数をパラメータにて設定できるようになっている。
なお、内面研削装置1は、前回にドレスした際の端面25と砥石8との位置関係を記憶しており、これを用いて今回ドレスする際の端面25と砥石8との位置関係を把握し、前回ドレスした砥石8の表面から引き続きドレスを行う。
なお、これらの研削量は、1回の研削量を2[μm]程度に設定し、砥石8の表面を複数回ドレスすることにより達成する。
図2(a)は、砥石8を回転軸に垂直な方向から見た場合の外形を示している。
砥石8には、ボア部41、シート部42、及び先端部43が形成されている。このように、砥石8は、回転軸に垂直に形成された先端平坦部(先端部43)と、前記先端平坦部に連続し、円錐面を形成する斜面部(シート部42)と、前記斜面部に連続し、前記回転軸を中心線とする円柱面部(ボア部41)と、を有する内面研削砥石を構成している。
図に示したように、シート部42をドレスすると先端部43が削られ、その分だけシート部42の長さが長くなる。
このように、シート部42をドレスする場合は、先端部43もドレスし、シート部42の長さが一定となるようにする(ドレスパターン1)。
なお、シート部42と先端部43をドレスする順序は、先端部のドレス後、シート部のドレスであるが、この順序は任意でよい。
図3(a)は、砥石8のボア部41をx軸方向に厚さAだけドレスした場合を示している。図中に点線で示した面は、ドレッサ19によってドレスされた面を示している。
図に示したように、ボア部41をドレスするとシート部42が削られシート部42の長さが短くなる。
図からわかるように、シート部42をドレスすると先端部43が削られてシート部42の長さが長くなる。
図3(c)に示したように、先端部43をXだけドレスすることによりシート部42の長さが復元される。
図4(a)に示したように、砥石8のボア部41をx軸方向にドレスしてAだけ削ると、シート部42の長さが短くなる。図では、ドレス前のボア部41を点線で示してある。
図4(a)に示したAとBの関係は、図4(b)に示したように、次の式(1)で表される。
このように、ボア部41をx軸方向にAだけ研削するとシート部42の長さがz軸方向にBだけ短くなる。
そこで、図4(c)に示したように、先端部43を次の式(2)で表されるXだけドレスするとシート部42の長さがドレス前の値に復元される。
図5は、内面研削装置1のハードウェア的な構成の一例を示したブロック図である。
内面研削装置1は、CPU(Central Processing Unit)65、ROM(Read Only Memory)66、RAM(Random Access Memory)67、入力部68、表示部69、駆動制御部71、入出力I/F(インターフェース)72、記憶媒体駆動部73、記憶部74などの各機能部がバスライン75で接続されて構成されている。
また、CPU65は、ファイルの入出力や、数値制御プログラムの編集の受け付けなど、所定のプログラムに従って各種の情報処理も行う。
更に、CPU65は、ドレッシングプログラムに従って式(2)の計算を行い、Xを算出することもできる。
RAM67は、CPU65が動作するためのワーキングエリアを提供する読み書き可能なメモリである。
入力装置には、数字、文字、記号などを入力する文字キーやテンキー、予め設定された機能を指定するための機能キーなどを備えている。
ユーザは、入力部68を操作することにより、数値制御プログラムの作成、呼出、編集などを行ったり、内面研削装置1の動作を規定する各種パラメータを設定したりすることができる。
ユーザは、表示部69に数値制御プログラムを表示してこれを編集したり、あるいは予め用意されているメニュー画面を表示して各種のパラメータを設定したりするのに用いることができる。
入出力I/F72を用いて内面研削装置1をパーソナルコンピュータなどの外部機器に接続することができ、内面研削装置1と外部機器の間で数値制御プログラムの送受信などを行うことができる。
このため、外部で数値制御プログラムを用意し、入出力I/F72から内面研削装置1に入力することができる。
読み書き可能な記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、半導体記憶装置、磁気テープなどがある。
また、読み取り専用の記憶媒体としては、例えば、CD−ROMなどの光ディスク類や紙テープなどがある。
記憶部74には、プログラム類を格納したプログラム部76とデータ類を記憶したデータ部77が形成されている。
なお、加工プログラム82やドレッシングプログラム83は複数記憶することができ、プログラム番号などの登録IDにより管理することができる。
そして、加工の際、あるいはドレッシングの際には、プログラム部76から目的のプログラムを呼び出してCPU65に実行させることができる。
データ部77には、内面研削装置1を動作させるための各種パラメータや座標値、内面研削装置1の運用履歴などが記憶されている。
以下の制御処理は、CPU65がドレッシングプログラム83に従って行うものである。
なお、ユーザが入力部68(図5)を操作して内面研削装置1にボア部41をドレスするように指示を出してもよい。
一方、ボア部41をドレスする場合(ステップ5;Y)、内面研削装置1は、ドレスパターン2を行うことになる。
内面研削装置1は、シート部42をドレスしたz軸方向の量Cをデータ部77のシート部ドレス量記憶エリアに記憶する。なお、シート部ドレス量記憶エリアは0に初期化されている。
なお、ボア部41をドレスしなかった場合は(ステップ5;N)、ボア部ドレス量記憶エリアの値Aは0になっているためXはCに等しくなる。
そして、内面研削装置1は、計算したXだけ先端部43をドレスする(ステップ30)。このように内面研削装置1は、先端平坦部ドレス手段を備えている。
(1)ボア部41をドレスした場合であっても、シート部42の長さを一定に保つことができる。
(2)ボア部41をドレスした場合でも、シート部42の長さを復元することができるため、ボア部41をドレスする回数を増やすことができる。これにより砥石8の1つ当たりの加工数を増やすことができる。
(3)シート部42の長さを均一に保つことにより、ワーク加工時の部分10(図7)の取り残しが防止できる。
(4)シート部42の長さを一定に保って燃料噴射ノズル2のシート面を加工するためシート面の加工精度が向上する。
後場合、砥石8がβ、γ、・・・の角度で移動するように砥石スピンドル12をzx平面内でスライドさせればよい。
2 燃料噴射ノズル
3 円筒部材
5 平板部材
8 砥石
12 砥石スピンドル
13 テーブル
14 テーブル
16 ワークヘッドスピンドル
18 モータ
19 ドレッサ
22 ベルト
23 モータ
30 プーリ
32 プーリ
41 ボア部
42 シート部
43 先端部
Claims (5)
- 回転軸に垂直に形成された先端平坦部と、前記先端平坦部に連続し、円錐面を形成する斜面部と、前記斜面部に連続し、前記回転軸を中心線とする円柱面部と、を有する内面研削砥石をドレスするドレス装置であって、
前記円柱面部をドレスする円柱面部ドレス手段と、
前記斜面部をドレスする斜面部ドレス手段と、
前記円柱面部のドレス量と、前記斜面部のドレス量と、を用いて、前記斜面部の母線の長さが所定の範囲となるように、前記先端平坦部のドレス量を計算するドレス量計算手段と、
前記計算したドレス量に従って、前記先端平坦部をドレスする先端平坦部ドレス手段と、
を具備したことを特徴とするドレス装置。 - 前記ドレス量計算手段は、前記斜面部のドレスにより前記母線が長くなる量から、前記円柱面のドレスにより前記母線が短くなる量を減算した値を計算することを特徴とする請求項1に記載のドレス装置。
- 回転軸に垂直に形成された先端平坦部と、前記先端平坦部に連続し、円錐面を形成する斜面部と、前記斜面部に連続し、前記回転軸を中心線とする円柱面部と、を有する内面研削砥石が装着可能な砥石装着手段と、
ワークを保持するワーク保持手段と、
前記保持したワークの内面を前記内面研削砥石で研削する研削手段と、
前記内面研削砥石をドレスする、請求項1、又は請求項2に記載のドレス装置と、
を具備したことを特徴とする研削装置。 - 回転軸に垂直に形成された先端平坦部と、前記先端平坦部に連続し、円錐面を形成する斜面部と、前記斜面部に連続し、前記回転軸を中心線とする円柱面部と、を有する内面研削砥石を内面研削装置においてドレスするドレス方法であって、
前記内面研削装置において所定の数値制御プログラムを実行することにより、
前記円柱面部をドレスする円柱面部ドレスステップと、
前記斜面部をドレスする斜面部ドレスステップと、
前記円柱面部のドレス量と、前記斜面部のドレス量と、を用いて、前記斜面部の母線の長さが所定の範囲となるように、前記先端平坦部のドレス量を計算するドレス量計算ステップと、
前記計算したドレス量に従って、前記先端平坦部をドレスする先端平坦部ドレスステップと、
を行うことを特徴とするドレス方法。 - 回転軸に垂直に形成された先端平坦部と、前記先端平坦部に連続し、円錐面を形成する斜面部と、前記斜面部に連続し、前記回転軸を中心線とする円柱面部と、を有する内面研削砥石を、内面研削装置においてドレスするための数値制御プログラムであって、
前記円柱面部をドレスする円柱面部ドレス機能と、
前記斜面部をドレスする斜面部ドレス機能と、
前記円柱面部ドレス機能のドレス量と、前記斜面部ドレス機能のドレス量と、を用いて、前記斜面部の母線の長さが所定の範囲となるように、前記先端平坦部のドレス量を計算するドレス量計算機能と、
前記計算したドレス量に従って、前記先端平坦部をドレスする先端平坦部ドレス機能と、
を内面研削装置で実現する数値制御プログラム。
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