JP4953599B2 - Grinding method and grinding apparatus for workpiece profile - Google Patents

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Description

本発明は、加工物のプロファイルの研削方法及び研削装置に関する。   The present invention relates to a workpiece profile grinding method and a grinding apparatus.

本発明は、特にほぼあるいは正確な円弧形状の加工物プロファイル部分を研削することに適用される。本発明は２ｍｍ未満のプロファイル半径を備える加工物外周面上の加工物プロファイル部分を研削するのに適し、これらは形状偏差に対して４−５μｍ未満の許容差を受け、且つプロファイルの隣接する直線あるいは湾曲した輪郭部分に滑らかに、すなわち接線方向に結合する。   The present invention is particularly applicable to grinding work profile portions that are substantially or precisely arc-shaped. The present invention is suitable for grinding workpiece profile portions on the workpiece outer peripheral surface with a profile radius of less than 2 mm, which are subject to tolerances of less than 4-5 μm for shape deviation and adjacent straight lines of the profile Alternatively, it is smoothly connected to the curved contour portion, that is, tangentially.

市場において、万能な多軸の、数値制御研削装置における広い選択があり、これらは高い製造精度を有し、且つ広範囲で多様な利用に際し、高い引張、硬化あるいは非硬化材料の回転加工物のプロファイルの精密研削に適する。この精密研削は加工物のプロファイル精度及び表面の質における高い要求を受ける。これら加工物の作動軸の組立及び配置において、機械は一般的に非常に類似している。   There is a wide choice in the market for versatile, multi-axis, numerically controlled grinding machines that have high manufacturing accuracy and a profile of rotating workpieces of high tensile, hardened or non-hardened materials for a wide variety of uses. Suitable for precision grinding. This precision grinding is subject to high demands on workpiece profile accuracy and surface quality. The machines are generally very similar in the assembly and placement of the working shafts of these workpieces.

公知の実施態様の一つを図１に概略的に示す。第１及び第２の位置決めスライド１０，１１が複合スライド形状で機械支柱／土台３上に配置される。この複合スライド１０，１１に設置される回転ヘッド１５は研削盤主軸１を装着する。研削工具、特に砥石車２は研削盤主軸１に取り付け可能である。複合スライド１０，１１のおかげで研削盤主軸１及び研削工具は第１機械軸Ｘに沿った直線及び第１機械軸と直角の位置にある第３機械軸Ｚに沿った直線に移動可能である。回転ヘッド１５は回転軸Ｃを中心とする研削盤主軸１の回転をＸ軸に対して直角に且つＺ軸に対して平行に動作可能にする。この旋回機能は加工物に対して任意角で研削盤主軸を設定可能にする。 One known embodiment is shown schematically in FIG. The first and second positioning slides 10 and 11 are arranged on the machine support / base 3 in a composite slide shape. The rotary head 15 installed on the composite slides 10 and 11 is equipped with the grinding machine spindle 1. A grinding tool, in particular a grinding wheel 2, can be attached to the grinding machine spindle 1. Thanks to the composite slides 10, 11, the grinding machine spindle 1 and the grinding tool are movable in a straight line along the first machine axis X and a straight line along the third machine axis Z which is perpendicular to the first machine axis. . The rotary head 15 enables the rotation of the grinding machine spindle 1 around the rotation axis C to be perpendicular to the X axis and parallel to the Z axis. This swivel function allows the grinder spindle to be set at any angle to the workpiece.

更に、機械台３上に第３位置決めスライド１２が設置され、この上にワークスピンドル４が取り付けられ、加工用に定められた加工物５を収容する。この位置決めスライド１２を作動することにより、このスピンドル４は第２機械軸Ｙに沿った直線上を移動可能である。この第２機械軸Ｙは第１及び第３機械軸Ｘ、Ｚに対して直角に走行する。   Further, a third positioning slide 12 is installed on the machine table 3, and a work spindle 4 is attached on the third positioning slide 12 to accommodate a workpiece 5 defined for machining. By operating the positioning slide 12, the spindle 4 can move on a straight line along the second mechanical axis Y. The second mechanical axis Y travels at right angles to the first and third mechanical axes X and Z.

全ての動作軸、すなわち動作はＮＣ制御される。研削中、いくつかのＮＣ軸、すなわちＸ、Ｙ、Ｚ及び／またはＢ軸は製造される加工物プロファイルに従って同時に作動する。軸速度、軸加速度、軸負荷による避け難い位置偏差は加工物プロファイルの小さな輪郭偏差を招き、極端な許容誤差の要望がある場合にもかかわらず、許容範囲を越える。   All motion axes, ie motion, are NC controlled. During grinding, several NC axes, ie X, Y, Z and / or B axes, operate simultaneously according to the workpiece profile being manufactured. Inevitable positional deviations due to axial speed, axial acceleration, and axial loading result in small contour deviations in the workpiece profile and exceed the allowable range despite the extreme tolerance requirements.

従って、本発明の目的の１つは、最初に述べた型の方法及び装置を導入することにより、加工された加工物における望ましくないプロファイル偏差を減少させることである。   Accordingly, one object of the present invention is to reduce undesirable profile deviations in the machined workpiece by introducing a method and apparatus of the type described at the outset.

この目的は請求項１及び８にそれぞれ係る方法および装置により実現される。   This object is achieved by a method and device according to claims 1 and 8, respectively.

研削機械上の加工物における略あるいは真円弧形状プロファイル部分を研削するための、本発明に係る方法および装置において、加工物はワークスピンドル上に備えつけられ、このワークスピンドルは旋回軸を中心として旋回可能な旋回テーブル上に設置される。この設置された加工物はワークスピンドルと共に、旋回テーブルの旋回軸に対するプロファイル部分の半径方向の中心までの距離が最小となる位置まで移動する。このプロファイル部分はその後研磨される。 In the method and apparatus according to the invention for grinding a substantially or true arc-shaped profile part of a workpiece on a grinding machine, the workpiece is mounted on a workpiece spindle, which can be pivoted about a pivot axis Installed on a rotating table. The set workpiece is moved together with the work spindle to a position where the distance to the center in the radial direction of the profile portion with respect to the turning axis of the turning table is minimized. This profile portion is then polished.

本発明は、特に複雑な動作軸における速い送り速度及び加速度において、できる限りただ１つのＮＣ軸が移動することによりプロファイル部分が前述の最高精度まで生成される際に、プロファイル偏差が最小となる事実を利用する。   The present invention is the fact that the profile deviation is minimized when the profile part is generated to the aforementioned maximum accuracy by moving only one NC axis as much as possible, especially at high feed rates and accelerations on complex operating axes. Is used.

本発明に関する機械の動作軸の配置により加工物を高い精度で位置決め可能にすることによって加工物プロファイルの重要な円弧形状部分がたった１つの軸動作としての旋回作用により生成可能となる。この旋回作用はワークスピンドルが配置される旋回テーブルを利用して生成される。   By making it possible to position the workpiece with high precision by the arrangement of the operating axes of the machine according to the present invention, an important arc-shaped part of the workpiece profile can be generated by a swiveling action as only one axis operation. This turning action is generated using a turning table on which a work spindle is arranged.

研磨される加工物プロファイル部分が正確な円弧形状ではない場合、旋回軸からプロファイル部分のほぼ半径中心までの距離が最小化される、すなわち、加工物の位置は、研削工程において含まれる必然的な残りの機械軸の加速度が最小化されるよう調整される。   If the workpiece profile portion to be polished is not an exact arc shape, the distance from the pivot axis to the approximate radial center of the profile portion is minimized, i.e., the position of the workpiece is necessarily included in the grinding process. Adjustments are made to minimize the acceleration of the remaining machine axes.

次に、本発明を添付の図面に図示する好適な実施形態により詳細に説明する。   The present invention will now be described in detail with reference to the preferred embodiments illustrated in the accompanying drawings.

図２は本発明に係る好適な実施態様における回転加工物５のプロファイルを研削する装置を概略的に示す。この多軸数値制御研削機械は機械支柱／台３で構成され、この上に２つの位置決めスライド１０，１１を備えた複合スライドが配設される。この複合スライド１０，１１に研削盤主軸１が装着され、第１水平回転軸Ｂを中心として回転する。この機械台３はさらにワークスピンドル４のための第３位置決めスライド１４を備える。 FIG. 2 schematically shows an apparatus for grinding a profile of a rotating workpiece 5 in a preferred embodiment according to the invention. This multi-axis numerically controlled grinding machine is constituted by a mechanical support / base 3 on which a composite slide having two positioning slides 10 and 11 is arranged. The grinding machine spindle 1 in the composite slide 10, 11 is mounted, rotating the first horizontal rotation axis B as a center. The machine base 3 further comprises a third positioning slide 14 for the work spindle 4.

研削盤主軸１は研削工具、特に砥石車２あるいは所望の機械加工に適した別の工具を収容可能にする。これは機械台３上を第１機械軸Ｘの方向及び機械軸Ｘに対して直角な第２機械軸Ｚの方向を直線変位可能に設置される。これは本発明の従来技術から公知なように、旋回ヘッド１５を介して複合スライド１０、１１に接続可能である。これはしかしながら必須ではなく、本態様においても必要ではない。   The grinder spindle 1 can accommodate a grinding tool, in particular a grinding wheel 2 or another tool suitable for the desired machining. This is installed on the machine table 3 so that the direction of the first machine axis X and the direction of the second machine axis Z perpendicular to the machine axis X can be linearly displaced. This can be connected to the composite slides 10, 11 via the swivel head 15 as is known from the prior art of the present invention. However, this is not essential and is not necessary in this embodiment.

機械台３は研削盤主軸１とは反対側に第３位置決めスライド１４を備え、その上に旋回テーブル６が配置される。この旋回テーブル６は第３機械軸Ｙの直線方向に移動可能である。旋回テーブル６上にさらに２つの位置決めスライド１２，１３が交差構造的に配置される。位置決めスライド１３の上端にワークスピンドル４が回転可能に配置され加工される加工物５を収容する。加工物５はワークスピンドル４の軸線に一致する水平軸Ａを中心として回転する。 The machine table 3 includes a third positioning slide 14 on the opposite side of the grinding machine spindle 1, and the turntable 6 is disposed thereon. The turning table 6 is movable in the linear direction of the third machine axis Y. Two positioning slides 12 and 13 are further arranged in a cross structure on the turntable 6. A work spindle 4 is rotatably disposed at the upper end of the positioning slide 13 and accommodates a workpiece 5 to be machined. The workpiece 5 rotates about a horizontal axis A that coincides with the axis of the work spindle 4.

複合スライド１２，１３はストローク軸方向Ｕ及びストローク横軸方向Ｖに沿ったワークスピンドル４の直線移動を可能にする。２つのスライド１２，１３のどちらかが上でどちらかが下であることは無関係である。   The composite slides 12 and 13 enable the linear movement of the work spindle 4 along the stroke axis direction U and the stroke horizontal axis direction V. It is irrelevant that one of the two slides 12, 13 is up and one is down.

旋回テーブル６は複合スライド１２，１３の旋回を可能にし、且つ旋回軸Ｄを中心とするワークスピンドル４の旋回を可能にする。この旋回軸Ｄは垂直方向に走行し、すなわち、ストローク軸方向Ｕ、ストローク横軸方向Ｖに対して垂直な方向に走行する。 The turning table 6 enables the composite slides 12 and 13 to turn and allows the work spindle 4 to turn about the turning axis D. The swivel axis D travels in the vertical direction, that is, travels in a direction perpendicular to the stroke axis direction U and the stroke horizontal axis direction V.

旋回軸Ｄを中心として旋回し、且つＹ、Ｕ及びＶ軸に沿って適切に直進移動することにより、加工物５は砥石車２へ移動可能にし、且つ任意でその次の加工用へ配置可能となる。 By turning around the turning axis D and moving appropriately along the Y, U and V axes, the workpiece 5 can be moved to the grinding wheel 2 and can optionally be arranged for the next machining. It becomes.

図３を参照すると、この最適な位置決めの例が示される。単一加工例として、加工物５が示され、このプロファイルは円弧形状のプロファイル部分７を含む。このプロファイル部分７は最高精度になるまで研削される。これを保証するために、本発明においては、加工物は加工される前に、旋回軸Ｄに対応して軸方向Ｕ、Ｖにおいて、加工物の円弧形状プロファイル部分７の半径中心が図４に示されるように、旋回テーブル６の旋回軸Ｄと一致する位置まで移動する。   Referring to FIG. 3, an example of this optimal positioning is shown. As a single machining example, a workpiece 5 is shown, which profile includes an arc-shaped profile portion 7. This profile portion 7 is ground to the highest accuracy. In order to guarantee this, in the present invention, before the workpiece is machined, the radial center of the arc-shaped profile portion 7 of the workpiece in the axial directions U and V corresponding to the pivot axis D is shown in FIG. As shown, it moves to a position that coincides with the turning axis D of the turning table 6.

これにより、旋回テーブル６単独の旋回動作は加工物プロファイルの円弧形状部分７の製造に十分可能であり、且つ輪郭精度はいくつかの作動軸の動作を重ね合わせることにより低下することなく加工物プロファイルの円弧形状部分７の半径中心が旋回軸Ｄ上に配置されなかった場合にも同様である。   Thereby, the swivel motion of the swivel table 6 alone is sufficiently possible for the production of the arc-shaped part 7 of the workpiece profile, and the contour profile is not lowered by overlapping the motions of several working shafts. The same applies to the case where the radius center of the arc-shaped portion 7 is not arranged on the turning axis D.

加工物５が同様に最高精度で研削されるべき更なる円弧形状プロファイル部分８，９を有する場合には、研削処理は加工物プロファイルの第１円弧形状部分７の研削後中断され、次のプロファイル部分の半径中心が旋回テーブル６の旋回軸Ｄ上にちょうど位置するまでは再開されない。   If the workpiece 5 likewise has further arc-shaped profile portions 8, 9 to be ground with the highest precision, the grinding process is interrupted after grinding the first arc-shaped portion 7 of the workpiece profile and the next profile The process is not resumed until the radius center of the portion is just located on the turning axis D of the turning table 6.

この加工物プロファイル部分７，８，９が略円弧形状のみである場合には、旋回軸Ｄに対する加工物５の位置は、プロファイル生成に含まれる直線機械軸の加速度が研削の間できるだけ低く維持されるよう選択される。半径中心からの距離は従ってゼロにはならない。そのかわり近似半径中心は旋回軸と一致するよう導かれる。   If the workpiece profile portions 7, 8, 9 are only substantially arcuate, the position of the workpiece 5 relative to the pivot axis D is kept as low as possible during the grinding of the linear machine axis included in the profile generation. Is selected. The distance from the radius center is therefore not zero. Instead, the approximate radius center is guided to coincide with the pivot axis.

本発明に関する装置は同時の軸動作を減少させることによりプロファイルを単一機械軸に対して研削可能にしプロファイルの精度を増加させる。   The apparatus according to the present invention allows the profile to be ground on a single machine axis by reducing simultaneous axis motion and increases the accuracy of the profile.

本発明の従来技術における工具研削機械の概略図を示す。1 shows a schematic view of a tool grinding machine in the prior art of the present invention. 本発明の研削装置の好適な実施態様の概略図を示す。1 shows a schematic view of a preferred embodiment of the grinding apparatus of the present invention. 図２に示される本発明の研削装置の平面図における拡大概略図を示す。The enlarged schematic diagram in the top view of the grinding apparatus of this invention shown by FIG. 2 is shown. 図３に示される詳細なＥ部分の拡大概略図を示す。FIG. 4 shows an enlarged schematic view of a detailed E portion shown in FIG. 3.

符号の説明Explanation of symbols

１ 研削盤主軸
２ 砥石車
３ 機械支柱／台
４ ワークスピンドル
５ 加工物
６ 旋回テーブル
７／８／９ 円弧形状加工物プロファイル部分
１０ 研削盤主軸の第１位置決めスライド
１１ 研削盤主軸の第２位置決めスライド
１２ ワークスピンドルの第１位置決めスライド
１３ ワークスピンドルの第２位置決めスライド
１４ 旋回テーブルの位置決めスライド
１５ 回転ヘッド
Ａ 加工物の回転軸
Ｂ 砥石車の回転軸
Ｃ 研削盤主軸の回転軸
Ｄ ワークスピンドルの位置決めスライドの旋回軸
Ｘ 砥石車のストローク軸方向
Ｙ 旋回テーブルの送り込み方向
Ｚ 砥石車のストローク垂直方向
Ｕ ワークスピンドルのストローク軸方向
Ｖ ワークスピンドルのストローク横軸方向 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Grinding machine spindle 2 Grinding wheel 3 Machine support / stand 4 Work spindle 5 Work piece 6 Turning table 7/8/9 Arc-shaped work profile part 10 First positioning slide 11 of grinding machine spindle 2nd positioning slide of grinding machine spindle 12 Workpiece spindle first positioning slide 13 Work spindle second positioning slide 14 Turning table positioning slide 15 Rotating head A Workpiece rotation axis B Grinding wheel rotation axis C Grinding machine spindle rotation axis D Work spindle positioning slide Swivel axis X Grinding wheel stroke axis direction Y Turning table feed direction Z Grinding wheel stroke vertical direction U Work spindle stroke axis direction V Work spindle stroke horizontal axis direction

Claims (8)

研削機械上の、中心軸を備えた円板形状を有する加工物のプロファイルを研削する方法において、該加工物はその外周面において、半径中心を備えた略円弧形状あるいは真円弧形状プロファイル部分を有し、この方法は、
加工物をワークスピンドルに装着する工程であって、ワークスピンドルは回転軸を有して旋回テーブル上に配置されており、前記旋回テーブルは旋回軸を中心として旋回可能であり、前記旋回軸に対して垂直な第１の直線方向に移動可能であり、かつ前記第１の直線方向及び前記旋回軸に対して垂直な第２の直線方向に移動可能であり、これによって前記ワークスピンドルの前記回転軸は前記加工物の中心軸と一致してなる工程と、
設置された加工物を、ワークスピンドルと共に、旋回テーブルの回転軸に対する該プロファイル部分の半径中心までの距離が最小となるよう移動する工程と、
研削盤主軸上に取り付けられた研削工具を用いて該プロファイル部分を研削する工程であって、これによって前記研削工具と前記ワークスピンドルとが互いに相対的に独立して移動してなる工程と
から構成される方法。 In a method for grinding a profile of a workpiece having a disk shape with a central axis on a grinding machine, the workpiece has a substantially arc shape or a true arc shape profile portion having a radius center on an outer peripheral surface thereof. And this way
Comprising the steps of mounting the workpiece on the workpiece spindle, the workpiece spindle is arranged on the swivel table has an axis of rotation, said turntable is pivotable about a pivot axis, said pivot axis Moveable in a first linear direction perpendicular to the first linear direction and in a second linear direction perpendicular to the first linear direction and the pivot axis, whereby the rotation of the work spindle The axis is aligned with the central axis of the workpiece;
Moving the installed workpiece together with the work spindle so that the distance to the radius center of the profile portion relative to the rotation axis of the swivel table is minimized;
A step of grinding the profile portion using a grinding tool mounted on a main spindle of the grinder , wherein the grinding tool and the work spindle are moved relatively independently of each other. How to be. 真円弧形状プロファイルの場合、設置加工物はワークスピンドルと共に、円弧形状プロファイル部分の半径中心が旋回テーブルの回転軸上に配置されるまで移動される請求項１記載の方法。   The method according to claim 1, wherein, in the case of a true arc shape profile, the installation work is moved together with the work spindle until the radius center of the arc shape profile portion is arranged on the rotation axis of the turning table. 略円弧形状プロファイル部分のみの場合、回転軸に対する加工物の位置は研削中研削プロファイル部分の生成に含まれる研削機械の機械軸の加速度が最小となるよう選択される請求項１記載の方法。   2. The method according to claim 1, wherein in the case of only a substantially arc-shaped profile part, the position of the workpiece relative to the rotational axis is selected such that the acceleration of the mechanical axis of the grinding machine involved in the generation of the grinding profile part during grinding is minimized. 規定の位置まで到達するために、ワークスピンドルは直線的に移動する請求項１記載の方法。   2. A method according to claim 1, wherein the work spindle moves linearly to reach a defined position. 規定の位置まで到達するために、ワークスピンドルは回転軸を中心として追加的に旋回する請求項４記載の方法。 To reach a defined position, the workpiece spindles The method of claim 4 wherein additionally pivot about the axis of rotation. 加工物は研削の間回転する請求項１記載の方法。   The method of claim 1 wherein the workpiece rotates during grinding. 加工物プロファイルがいくつかの略円弧形状あるいは真円弧形状プロファイル部分を有する場合、
ａ．設置加工物は旋回テーブルの回転軸に対するこれら第１プロファイル部分の半径中心までの距離が最小となる第１の位置まで移動し、さらに
ｂ．この第１プロファイル部分は次に研削し、
ｃ．この研削処理は該第１加工物プロファイル部分の研削後に中断し、
ｄ．設置加工物は、ワークスピンドルと共に、旋回テーブルの回転軸に対するこれら第２のプロファイル部分の半径中心までの距離が最小となる第２の位置まで移動し、更に
ｅ．この第２プロファイル部分は次に研削し、
ｆ．前記ｃ〜ｅの工程は全てのプロファイル部分が研削されるまで何度も繰り返す工程から構成される請求項１記載の方法。 If the workpiece profile has several approximately arc-shaped or true arc-shaped profile parts,
a. The installation workpiece is moved to a first position where the distance to the radius center of the first profile portion relative to the rotation axis of the swivel table is minimal; and b. This first profile portion is then ground,
c. The grinding process is interrupted after grinding of the first workpiece profile portion,
d. The installation workpiece moves with the work spindle to a second position where the distance to the radius center of the second profile portion relative to the rotation axis of the swivel table is minimal, and e. This second profile portion is then ground,
f. The method according to claim 1, wherein the steps c to e include a step that is repeated many times until all profile portions are ground. 研削機械上の加工物のプロファイルを研削する方法において、該加工物は半径中心を備えた略円弧形状あるいは真円弧形状プロファイル部分を有し、この方法は、In a method for grinding a workpiece profile on a grinding machine, the workpiece has a generally arcuate or true arcuate profile portion with a radius center, the method comprising:
加工物をワークスピンドルに装着する工程であって、ワークスピンドルは回転軸を有して旋回テーブル上に配置されており、前記旋回テーブルは旋回軸を中心として旋回可能であり、前記旋回軸に対して垂直な第１の直線方向に移動可能であり、かつ前記第１の直線方向及び前記旋回軸に対して垂直な第２の直線方向に移動可能であり、A step of mounting a workpiece on a work spindle, wherein the work spindle has a rotation axis and is arranged on a turning table, the turning table being rotatable about the turning axis; Movable in a first linear direction perpendicular to the first linear direction, and movable in a second linear direction perpendicular to the first linear direction and the pivot axis,
設置された加工物を、ワークスピンドルと共に、旋回テーブルの回転軸に対する該プロファイル部分の半径中心までの距離が最小となるよう移動する工程と、Moving the installed workpiece together with the work spindle so that the distance to the radius center of the profile portion relative to the rotation axis of the swivel table is minimized;
該プロファイル部分を研削する工程とから構成され、And grinding the profile portion.
加工物プロファイルがいくつかの略円弧形状あるいは真円弧形状プロファイル部分を有する場合、If the workpiece profile has several approximately arc-shaped or true arc-shaped profile parts,
ａ．設置加工物は旋回テーブルの回転軸に対するこれら第１プロファイル部分の半径中心までの距離が最小となる第１の位置まで移動し、さらにa. The installation work piece moves to the first position where the distance to the radius center of the first profile portion relative to the rotation axis of the swivel table is minimized, and
ｂ．この第１プロファイル部分は次に研削し、b. This first profile portion is then ground,
ｃ．この研削処理は該第１加工物プロファイル部分の研削後に中断し、c. The grinding process is interrupted after grinding of the first workpiece profile portion,
ｄ．設置加工物は、ワークスピンドルと共に、旋回テーブルの回転軸に対するこれら第２のプロファイル部分の半径中心までの距離が最小となる第２の位置まで移動し、更にd. The installation workpiece moves together with the work spindle to a second position where the distance to the radius center of the second profile portion with respect to the rotation axis of the swivel table is minimized, and
ｅ．この第２プロファイル部分は次に研削し、e. This second profile portion is then ground,
ｆ．前記ｃ〜ｅの工程は全てのプロファイル部分が研削されるまで何度も繰り返す工程から構成される方法。f. The steps c to e include a step that is repeated many times until all profile portions are ground.
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