JP4868303B2 - 内面研削砥石、研削装置、及び成形装置 - Google Patents
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Description
そこで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を行っている。
図8(a)は、燃料噴射ノズル2の断面を示しており、例えば、軸方向の長さが約50[mm]、外径が約10[mm]、内径が約6[mm]程度の円筒部材41を用いて構成されている。
燃料噴射ノズル2を構成する部材としては、鉄やステンレスなどの金属材料が用いられる。
突起部45には、燃料を噴射するための微細な噴射口(図示せず)が複数形成されており、これら噴射口は円筒部材41の内部の先端部分に貫通している。
燃料噴射ノズル2には、ディーゼルエンジン内ではニードルと呼ばれる円柱部材が挿入されて使用されるが、第1内径面44は、この円柱部材との摺動面を成すため、高い加工精度が要求される。
ノズルシート面42を研削する場合は、砥石8と燃料噴射ノズル2をそれぞれ中心軸の回りに回転させながら、図8(b)に示したように、砥石8の斜面でノズルシート面42を切り込み、ノズルシート面42の研削を行う。
図に示したように、第1内径面44を研削する場合は、砥石8と燃料噴射ノズル2をそれぞれ中心軸の回りに回転させながら、砥石8の円柱面で第1内径面44を切り込み、第1内径面44の研削を行う。なお、砥石8を中心軸の方向に前後させることにより、第1内径面44の全ての内周面に渡って研削が行われる。
砥石8の先端が干渉すると、砥石8が欠けてノズルシート面42を傷つけたり、あるいは、砥石8が損傷して加工精度が低下したりするなどの不具合が発生する可能性があった。
砥石8の先端には平坦面33が形成されている。このように砥石8の先端は平取りされているため、砥石8がノズルシート面42の先端に接触することを防止することができる。
(2)請求項2に記載の発明では、前記回転軸に対する前記先端凹部の円錐面の角度は、前記斜面部の所定のドレス量と前記円柱面部の所定のドレス量と、前記斜面部が前記回転軸と成す角度と、を用いて規定されることを特徴とする請求項1に記載の内面研削砥石を提供する。
(3)請求項3に記載の発明では、回転軸に対して対称に形成された空間が円錐形状に形成された先端凹部と、前記先端凹部に連続し、前記回転軸を中心線とする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、を有し、前記回転軸に対する前記先端凹部の円錐面の角度は、前記斜面部の所定のドレス量と前記円柱面部の所定のドレス量と、前記斜面部が前記回転軸と成す角度と、を用いて規定されることを特徴とする内面研削砥石を提供する。
(4)請求項4に記載の発明では、回転軸に対して対称に形成された空間が円錐形状に形成された先端凹部と、前記先端凹部に連続し、前記回転軸を中心線とする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、前記内面研削砥石の先端凹部と円柱面部をドレスするドレス手段と、を具備する研削装置において、前記先端凹部の形状は、前記斜面部に対する所定の量のドレスと、前記円柱面部に対する所定の量のドレスと、の後に、前記斜面部の母線の長さが所定の値を保つように形成されることを特徴とする研削装置を提供する。
(5)請求項5に記載の発明では、回転軸に対して対称に形成された空間が円錐形状に形成された先端凹部を成形する先端凹部成形手段と、前記先端凹部に連続し、前記回転軸を中心線とする円錐面を成形する斜面部成形手段と、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を成形する円柱面部成形手段と、を具備する内面研削砥石の成形装置において、前記先端凹部の形状は、前記斜面部に対する所定の量のドレスと、前記円柱面部に対する所定の量のドレスと、の後に、前記斜面部の母線の長さが所定の値を保つように形成されることを特徴とする内面研削砥石の成形装置を提供する。
図3(a)に示したように、砥石8の先端内周部に凹部34を設ける。このように凹部34を設けることにより、斜面31をドレスすると砥石8の先端も落とされ、先端をドレスする必要がなくなる。
特に、円柱面32のドレス量t1、斜面31のドレス量t2が決まっている場合、凹部34を、t1、t2、及び斜面31の角度によって決まる所定の円錐形状とすると、これらのドレスによって斜面31の長さが一定値となるようにすることができる。
なお、凹部34を砥石8内部に設けたクーラント孔と兼用とすると、より砥石8の加工性を高めることができる。
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。
このため、加工プログラムを実行してワークを自動的に加工することができるほか、ドレスプログラムを実行して砥石8を自動的にドレスすることができる。
ワークヘッドスピンドル16は、軸受によって保持された回転軸を備えている。この回転軸の先端には、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)が形成されている。
一方、回転軸の他端には、プーリ20が取り付けられている。
そして、プーリ24とプーリ20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に伝達されるようになっている。
なお、本実施の形態の内面研削装置1では、プーリベルトを使用したワークヘッドスピンドル16を用いたが、これに限定するものではなく、ワークヘットスピンドルにモータが直づけされたビルトイン構造を用いることもできる。
なお、この金属棒の内部には、クーラント(研削液)を供給するための流路を設けることも可能である。この場合、砥石8の先端の凹部にクーラントの吐出口を設け、先端からクーラントが吐出されて研削箇所に供給されるように構成することができる。
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。
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)で構成したが、これは砥石8の材質を限定するものではなく、ワークなどに応じた材質を選択することができる。
テーブル14は、x軸方向(砥石8の斜面方向)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。
このように、x軸、z軸の成す角度を砥石8の斜面と円柱面の成す角度と同じにすることにより、ドレス時でのテーブル14などの移動を簡単化することができる。
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砥石8の斜面31(図3(a))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砥石スピンドル12を斜面方向に移動させてドレスすればよい。
ドレッサ19は、図1(b)に示したような円盤部材を用いて構成されたディスク型ロータリドレッサであり、後述するように外輪部25aと斜面部26aに切刃を有している。ドレッサ19は、ドレス手段を構成している。
ドレッサ19は、例えば、鉄、アルミ、ステンレスなどの金属材料で形成された円盤部材27で構成されている。円盤部材27の中心には、モータ18のスピンドルに装着するための貫通孔28が形成されている。
このように、外輪部切刃25は、円盤部材27に固定され、円盤部材27の中心軸と平行な中心軸を有する円柱面32をドレスする第1の切刃部を構成している。
このように、斜面部切刃26は、円盤部材27に固定され、円盤部材27の中心軸と所定角度を成す斜面31をドレスする第2の切刃部を構成している。
砥石8は、回転軸に対して対称に形成された凹部34(先端凹部)と、凹部34に連続し、回転軸を中心線とする円錐面を形成する斜面31(斜面部)と、斜面31と連続し、回転軸を中心軸とする円柱面32(円柱面部)を有している。凹部34は、回転軸を中心線とする円錐状(V字型)に形成されている。
図には、ドレッサ19と砥石8の位置関係を示すため、ドレッサ19の刃先の部分も図示してある。
このようにU字型に凹部35を形成しても、ドレスによる斜面31の長さの変化を緩和し、斜面31の長さを所定値内に納めることができる。
なお、凹部の形状は、円錐状、U字状に限定するものではく、円筒状、球状など、その他の回転対称対形状に形成することが可能である。
図4は、砥石8の軸線方向断面図であり、回転軸の片側を示している。ここでは、一例として凹部が円錐状に形成されている場合について、斜面31、円柱面32をドレスした場合、斜面31の長さが一定となる条件を求める。
また、斜面31と円柱面32がそれぞれt1、t2だけドレスされて斜面31aと円柱面32aが形成されているものとする。
以下、断面図の各辺の交点に付した符号A〜Hを用いながら説明する。
円柱面32をドレスして円柱面32aを形成すると、斜面31aの長さは線分CEだけ短くなる。角CEDはβであるので、線分CEの長さは次の式(1)で表される。
これを求めるために点Bから線分FHに垂線を下ろし、その足をGとすると、角BFGはβであるので、線分FGは次の式(2)で表される。
そのため、砥石8の先端をドレスして平取りする必要がなくなるため、従来に砥石8の先端をドレスしていた分の時間を節約することができる。なお、本願発明者の実測によるとドレスに要するサイクルタイムを60%程度以上短縮することができた。
即ち、凹部34の形状は、斜面31のドレス量と円柱面32のドレス量と、斜面31が回転軸と成す角度βを用いて規定される。
また、斜面31の長さは、ノズルシート面42が研削でき、砥石8の先端がノズルシート面42の先端に干渉しない範囲であればよいので、斜面31の長さは一定値である必要はない。
即ち、L+δは、砥石8の先端がノズルシート面42の先端に接触しない範囲で設定され、L−δは砥石8がノズルシート面42を研削できる範囲で設定される。
この場合は、斜面31を1回ドレスした後、円柱面32を複数回数ドレスするので、斜面31の長さは、円柱面32をドレスするごとに短くなっていく。
そのため、斜面31をドレスする際には、斜面31の長さが上限値L+δ、即ち、斜面31の長さが長めになるようにドレスする。そして、斜面31の長さがL−δに達する前に斜面31をドレスすればよい。
この場合は、円柱面32を1回ドレスした後、斜面31を複数回ドレスするので、斜面31長さは斜面31をドレスするごとに長くなっていく。
そのため、斜面31をレスする際には、斜面31の長さが下限値L−δ、即ち、斜面31の長さが短めになるようにドレスする。そして、斜面31の長さがL+δに達する前に円柱面32をドレスすればよい。
砥石8の製造は、まず、CBN、ダイヤモンド粒、アルミナ系砥粒、炭化ケイ素系砥粒などの砥粒を樹脂に混ぜ、クイルの先端で固化させる。
砥粒と樹脂の混合物は、砥石8のおおよその形状を型どった型の内部で固化され、これによって砥石8の外形が形作られる。凹部35の形状も型で形成することができる。
斜面31と円柱面32のツルーイングは、図3(b)に示したドレッシングと同様にして行われる。
即ち、斜面31をツルーイングして成形し(斜面部成形手段)、円柱面32をツルーイングして成形する(円柱面部成形手段)。
工具36の先端には、凹部35の形状を型どった切削片が設けられており、これを回転させながら凹部35に押し当て削ることにより凹部35が形成される。
このように、成形装置は、斜面部成形手段、円柱面部成形手段、及び先端凹部成形手段を備えている。
図6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。
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により、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やドレスプログラム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、あるいはドレスの際には、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86などが記憶されている。
図7は、砥石8をドレスする手順であるドレスルーチンを示したフローチャートである。ドレスルーチンは、ワークを所定個数(例えば、50個)加工するごとに実行される。
なお、この例では、斜面31をM回ドレスするごとに円柱面32を1回ドレスするものとする。
ドレスルーチンにおいて、内面研削装置1は、まず斜面31をドレスする(ステップ5)。
この例は、先に説明した場合2に該当し、内面研削装置1は、斜面31の長さがL−δになるように円柱面32をドレスする。
また、ステップ15でiがMに達していない場合(ステップ15;N)もメインルーチンにリターンする。
また、斜面31と円柱面32の両方のドレスを行うルーチンの場合は、場合、斜面31の長さがLになるように斜面31をドレスするステップと、円柱面32をドレスするステップを行えばよい。
以上説明したように、本発明は、回転軸に対して対称に形成された先端凹部と、前記先端凹部に連続し、前記回転軸を中心線とする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提供する(第1の構成)。
第1の構成において、前記先端凹部の形状は、前記斜面部を所定の量だけドレスした後に前記斜面部の母線の長さが所定の範囲となるように形成されているように構成することができる(第2の構成)。
第1の構成、又は第2の構成において、前記先端凹部の形状は、前記円柱面部を所定の量だけドレスした後に前記斜面部の母線の長さが所定の範囲となるように形成されているように構成することもできる(第3の構成)。
第1の構成、第2の構成、又は第3の構成において、前記先端凹部の形状は、前記斜面部のドレス量と前記円柱面部のドレス量と、前記斜面部が前記回転軸と成す角度を用いて規定されるように構成することもできる(第4の構成)。
また、本発明は、回転軸に垂直に形成された先端凹部と、前記先端凹部に連続し、前記回転軸を中心線とする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、前記内面研削砥石の先端凹部と円柱面部をドレスするドレス手段と、を具備したことを特徴とする研削装置を提供する(第5の構成)。
また、本発明は、回転軸に対して対称に形成された先端凹部を成形する先端凹部成形手段と、前記先端凹部に連続し、前記回転軸を中心線とする円錐面を成形する斜面部成形手段と、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を成形する円柱面部成形手段と、を具備したことを特徴とする成形装置を提供する(第6の構成)。
(1)砥石8の先端をドレスする必要がないので、砥石8のドレス時間を短縮することができ、サイクルタイムが向上する。
(2)砥石8の先端とノズルシート面42の先端の接触を防止することができる。
(4)砥石8の先端をドレスするドレスプログラムが不要になるため、ドレスプログラムの設計時間を短縮することができる。
2 燃料噴射ノズル
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
20 プーリ
22 ベルト
23 モータ
24 プーリ
Claims (5)
- 回転軸に対して対称に形成された空間が円錐形状に形成された先端凹部と、
前記先端凹部に連続し、前記回転軸を中心線とする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、を有し、
前記先端凹部の形状は、前記斜面部に対する所定の量のドレスと、前記円柱面部に対する所定の量のドレスと、の後に、前記斜面部の母線の長さが所定の値を保つように形成されている
ことを特徴とする内面研削砥石。 - 前記回転軸に対する前記先端凹部の円錐面の角度は、前記斜面部の所定のドレス量と前記円柱面部の所定のドレス量と、前記斜面部が前記回転軸と成す角度と、を用いて規定されることを特徴とする請求項1に記載の内面研削砥石。
- 回転軸に対して対称に形成された空間が円錐形状に形成された先端凹部と、
前記先端凹部に連続し、前記回転軸を中心線とする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、を有し、
前記回転軸に対する前記先端凹部の円錐面の角度は、前記斜面部の所定のドレス量と前記円柱面部の所定のドレス量と、前記斜面部が前記回転軸と成す角度と、を用いて規定されることを特徴とする内面研削砥石。 - 回転軸に対して対称に形成された空間が円錐形状に形成された先端凹部と、前記先端凹部に連続し、前記回転軸を中心線とする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、
前記内面研削砥石の先端凹部と円柱面部をドレスするドレス手段と、を具備する研削装置において、
前記先端凹部の形状は、前記斜面部に対する所定の量のドレスと、前記円柱面部に対する所定の量のドレスと、の後に、前記斜面部の母線の長さが所定の値を保つように形成される
ことを特徴とする研削装置。 - 回転軸に対して対称に形成された空間が円錐形状に形成された先端凹部を成形する先端凹部成形手段と、
前記先端凹部に連続し、前記回転軸を中心線とする円錐面を成形する斜面部成形手段と、
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を成形する円柱面部成形手段と、を具備する内面研削砥石の成形装置において、
前記先端凹部の形状は、前記斜面部に対する所定の量のドレスと、前記円柱面部に対する所定の量のドレスと、の後に、前記斜面部の母線の長さが所定の値を保つように形成される
ことを特徴とする内面研削砥石の成形装置。
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