JP5002990B2 - ツルーイング装置および溝加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、円盤状の研削砥石にツルーイングを行うツルーイング装置および溝加工装置に関するものである。

従来、ツルーイング砥石として、研削砥石のツルーイングおよびドレッシングを同時に行うことができるカップ型（王冠型）のツルーイング砥石が知られている。このカップ型のツルーイング砥石は、切刃となる冠頂部が周方向に交互配置した鋼材部と一般研削部とで構成されており、研削砥石に対し、鋼材部でツルーイングを行うと共に一般研削部でドレッシングを行うようになっている。そして、研削砥石の回転軸とツルーイング砥石の回転軸とが直交した状態で、ツルーイング砥石の冠頂部が、研削砥石の研削部の外周面に回転接触することにより、ツルーイング及びドレッシングが同時に行われる。この場合、研削砥石とツルーイング砥石との回転数を調整することで、遊離砥粒の量を増やし効率よく砥石の機能回復を行うことが可能となっている（特許文献１参照）。
特開平８−３２３６１８号公報

ところで、研削砥石の研削部の断面が山形に形成されている場合に、上記従来技術のように相互の回転軸を直交させて研削砥石とツルーイング砥石とを回転接触させると、ツルーイング砥石の冠頂部が研削砥石を、その中心に向かってツルーイングおよびドレッシングすることになる。かかる場合、累積の加工時間が増すにつれて、ツルーイング砥石の外径が摩耗して外形寸法が小さくなってゆく。このため、回転数が一定の場合、ツルーイング砥石の周速が遅くなり、研削砥石とツルーイング砥石の周速の相対速度が大きくなる。これにより、接触面に滞留する遊離砥粒の量が減少し、ツルーイングおよびドレッシングを良好に行うことができなくなることが想定される。

本発明は、研削部が断面山形に形成された研削砥石にツルーイングおよびドレッシングを同時且つ良好に行うことができるツルーイング装置および溝加工装置を提供することをその課題としている。

本発明のツルーイング装置は、切刃となる研削部が断面山形に形成された円盤状の研削砥石に対し、ツルーイングおよびドレッシングを行う円盤状のツルーイング砥石と、ツルーイング砥石を、研削砥石の回転軸と平行な回転軸廻りに回転させると共に研削部の傾斜方向に相対的に往復運動させながら、研削砥石と同一の周速で回転接触させるツルーイング動作手段と、を備えたツルーイング装置であって、ツルーイング砥石は、研削部の各斜面に対応する一対の傾斜周面を有する環状のツルーイング部、を備え、ツルーイング部は、径方向先端側に配設され、ツルーイング用の切刃となる環状の荒砥石部と、径方向基端側に配設され、ドレッシング用の切刃となる環状の仕上げ砥石部と、を有していることを特徴とする。

この構成によれば、ツルーイング砥石と研削砥石とが平行な回転廻りに回転し、ツルーイング部と研削部とが傾斜方向に相対的に往復移動してツルーイングを行うことで、厚さ方向にツルーイング部が摩耗してゆく。これにより、ツルーイング砥石の外径寸法が小さくなることがないため、研削砥石とツルーイング砥石の周速が変わらず、接触面に遊離砥粒が滞留しやすくなる。また、研削部に対し荒砥石部および仕上げ砥石部が交互に接触するように構成されるため、ツルーイングおよびドレッシングを同時に且つ良好に行うことができ、効率よく研削砥石の機能回復を行うことができる。
また、ツルーイング部を研削部に臨ませ易く、且つツルーイング砥石或いは研削砥石を付け替えることなく、山形の研削砥石（の研削部）を効率良くツルーイングおよびドレッシングすることができる。

この場合、ツルーイング部は、荒砥石部と仕上げ砥石部との境界部分に配設され、環状に延在する逃げ溝を、更に有していることが、好ましい。

この構成によれば、環状溝に研削砥石の切り屑が逃げ込むことで、ツルーイングおよびドレッシングの際に切り屑による影響、すなわちツルーイング不良およびドレッシング不良を軽減することができる。

本発明の溝加工装置は、上述したツルーイング装置と、加工対象物の表面に溝加工を行なう研削砥石と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、早期に研削砥石の機能を回復することができるため、メンテナンス時間を短縮することができ、生産性を向上させることができる。

以下、添付の図面に基づいて、本発明の一実施形態に係るツルーイング砥石、これを備えたツルーイング装置およびツルーイング方法、並びに溝加工装置を説明する。図１は、溝加工装置１の全体図であり、溝加工装置１は、機台となるベッド部２と、ベッド部２の上面前方において左右に延在する加工テーブル３と、加工テーブル３とベッド部２の間に介設され、加工テーブル３をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させるＸＹテーブル４と、ベッド部２の上面後方に立設したコラム５と、コラム５から前方に突出するように設けられ、加工対象ローラＲに溝加工を行う研削ユニット６と、コラム５の前面に配設され、研削ユニット６をＺ軸方向に移動させるＺ軸テーブル７と、を備えている。また、加工テーブル３上には、加工対象ローラＲを装着した対象物回転機構８と、対象物回転機構８の左側に位置して、研削ユニット６の研削砥石３１にツルーイングを行うツルーイングユニット９と、対象物回転機構８の右側に位置して、ツルーイング後の研削砥石３１により溝加工されるダミーワーク１０と、ダミーワーク１０の外側に位置して、ダミーワーク１０に形成された検証溝の断面形状を画像認識する画像認識手段１１と、が搭載されている。さらに、溝加工装置１には、これら構成装置をＮＣ制御する制御装置１２が設けられている。

Ｚ軸テーブル７は、コラム５の前面に突設され、互いに平行な一対のＺ軸ガイドレール２１、２１と、研削ユニット６を支持すると共にＺ軸ガイドレール２１に案内されてＺ軸方向に移動自在に構成されたモータ駆動のＺ軸スライダと２２と、を備えている。Ｚ軸テーブル７は、制御装置１２の制御に基づいて、研削ユニット６を加工対象ローラＲの近傍まで高速で昇降させ、加工対象ローラＲの近傍からは低速で下降させて、切込み量を微調整できる構成となっている。

研削ユニット６は、Ｚ軸テーブル７に支持された研削砥石回転機構３２と、研削砥石回転機構３２の先端部に装着した研削砥石３１と、から構成されている。研削砥石回転機構３２は、ケーシング３３の内部に砥石モータおよび減速機を組み込んで構成され（いずれも図示省略）、減速機から延びる砥石回転軸３４の先端部に研削砥石３１が着脱自在に取り付けられている。

研削砥石３１は、ダイヤモンド砥粒をメタルボンドやレジンボンド等の結合剤で固めたダイヤモンド砥石で構成されており、円盤状に成形されている。研削砥石３１の外周縁に位置する研削部は、その断面が山型形状となっており、加工対象ローラＲの表面にＶ型溝を形成することが可能となっている。

ＸＹテーブル４は、ベッド部２の上面に固定したＸ軸テーブル４２と、Ｘ軸テーブル４２上に載置したＹ軸テーブル４１とから成り、このＹ軸テーブル４１に加工テーブル３が搭載されている。Ｘ軸テーブル４２は、ベッド部２に設けられた一対のＸ軸ガイドレールと、一対のＸ軸ガイドレール上をＸ軸方向に移動するモータ駆動のＸ軸スライダ４５と、から構成されている。同様に、Ｙ軸テーブル４１は、Ｘ軸スライダ４５上に設けられた一対のＹ軸ガイドレールと、一対のＹ軸ガイドレール上をＹ軸方向に移動するモータ駆動のＹ軸スライダ４３と、から構成されている。

Ｘ軸テーブル４２は、主として、加工対象ローラＲに形成される複数のＶ型溝が等ピッチで形成されるよう、加工テーブル３を介して加工対象ローラＲをＸ軸方向に移動させる。Ｙ軸テーブル４１は、主として、対象物回転機構８、ツルーイングユニット９およびダミーワーク１０を、適宜研削砥石３１に臨ませるよう、加工テーブル３をＹ軸方向に移動させる。したがって、加工対象ローラＲへの溝加工では、上記のＺ軸テーブル７による研削砥石３１の昇降と、Ｘ軸テーブル４２による加工対象ローラＲの溝ピッチ分の後退と、が繰り返し行なわれることになる。また、制御装置１２には、溝加工からツルーイング動作に移行するタイミングを指標する加工量が材料ごとに記憶されており、目標の加工量に到達した時点で、Ｙ軸テーブル４１を介してツルーイングユニット９を研削砥石３１に臨ませる。なお、実施形態のものでは、加工対象ローラＲの複数のＶ型溝が略半分加工されたところで、ツルーイングを行なうようになっている。

対象物回転機構８は、加工テーブル３上の中央に搭載され、ギアードモータ８１と、ギアードモータ８１から延出し、加工対象ローラＲを片持ちで回転支持する装着軸とから構成されている。装着軸には、例えばエアーチャックが設けられており、円筒状の加工対象ローラＲを内側から強固にチャッキングできるようになっている。また、対象物回転機構８は、制御装置１２によりＮＣ制御されており、加工対象ローラＲをその材質を考慮し、研削砥石３１と異なる周速（予め設定されている）で回転させる。なお、対象物回転手段８は、ギアードモータ８１以外でも加工対象ローラＲを回転しながら研削砥石３１に臨ませる構成であればよい。

ツルーイングユニット９は、加工テーブル３上の図示左側に搭載され、摩耗した研削砥石３１の研削部に臨んでこれをツルーイングおよびドレッシングし、研削砥石３１の機能回復を行うものである。ツルーイングユニット９は、切刃となるツルーイング部に遊離砥粒を付着させた円盤状のツルーイング砥石５１と、ツルーイング砥石５１を着脱自在に装着すると共に、装着したツルーイング砥石５１を研削砥石３１に対しツルーイング動作させるツルーイング動作機構と、から構成されている。また、ツルーイング動作機構は、ツルーイング砥石５１を砥石回転軸３４と平行な回転軸廻りに回転させるツルーイング回転機構５２と、ツルーイング砥石５１のツルーイング部を研削砥石３１の研削部に対しその斜面方向に往復移動させる往復動機構５６と、研削砥石３１に対しツルーイング砥石５１を砥石回転軸３４の軸線方向に進退させる進退動機構５７と、から構成されている。

ツルーイング砥石５１は、そのツルーイング部が研削砥石３１の研削部に対応する一対の傾斜周面を有して断面山型形状に形成されている。これにより、ツルーイング部を研削部に臨ませ易く、且つツルーイング砥石或いは研削砥石を付け替えることなく、山形の研削砥石３１を効率良くツルーイングすることができる。また、ツルーイング部は、研削砥石３１の研削部のツルーイングを行う荒砥石部５８と、ドレッシングを行う仕上げ砥石部５９と、を径方向に積層し、両砥石部５８、５９の境界部分に環状に延在する逃げ溝を形成して構成されている（図２（ｂ）参照）。

荒砥石部５８は、研削砥石３１のダイヤモンド粒度（粒径）の１／２、仕上げ砥石部５９は、研削砥石３１のダイヤモンド粒度の１／４の粒度の砥石であり、研削砥石３１の研削部と擦れ合うことでツルーイングおよびドレッシングが同時行われる。具体的には、研削砥石３１の研削部との擦れ合いで荒砥石部５８および仕上げ砥石部５９の砥粒が遊離して、研削砥石３１の研削部との間で斜面方向に沿ってラッピング様の動作を行うことで、研削部を整形（形状修正）すると共に、結合剤となるメタルボンドを削り落としダイヤモンド粒子を突出させ目詰まりを解消する。

また、逃げ溝は、環状溝に研削砥石の切り屑が逃げ込むことで、ツルーイングおよびドレッシングの際に切り屑による影響、すなわちツルーイング不良およびドレッシング不良を軽減することができる構成となっている。なお、荒砥石部５８と仕上げ砥石部５９とは、２層構造に限らず、複数の荒砥石部５８および仕上げ砥石部５９が交互に積層されている構成でもよい。これにより、研削砥石３１の研削部を均一にツルーイングおよびドレッシングを行うことができると共に、往復動のストロークを比較的短くすることができる。また、上記の逃げ溝は、必ずしも設ける必要はない。

ツルーイング回転機構５２は、ツルーイング動作に際し、ツルーイング砥石５１を研削砥石３１と同じ周速で回転させるものであり、ツルーイング砥石５１駆動源となるツルーイングモータ５３と、ツルーイングモータ５３の主軸であるツルーイング回転軸５５と、を備えている。そして、ツルーイング回転軸５５の先端部には、ツルーイング砥石５１が着脱自在に取り付けられている。このツルーイング回転軸５５と砥石回転軸３４とは、相互に平行になるように設置されており、ツルーイング砥石５１が、研削砥石３１と平行な回転軸廻りに回転され、ツルーイング砥石５１が摩耗してもツルーイング砥石５１の外径寸法が変化することがない構成になっている。これにより、ツルーイング砥石５１と研削砥石３１との周速が等しい状態を容易に制御することができるため、最適なツルーイング動作を簡単に得ることができる（図２（ａ）参照）。

往復動機構５６は、ツルーイング砥石５１から遊離した遊離砥粒を研削砥石３１に押し付け、且つ両砥石５１、３１の回転を伴って、研削部の斜面方向に沿ってラッピング様の動作を行うものである。このラッピング様の動作により、研削砥石３１が適宜研削され形状修正および目詰まりが解消される。このため、往復動機構５６は、図示では省略したが、動力源となるモータと、ツルーイング砥石５１を研削部の両斜面に沿ってそれぞれ移動させるリンク機構と、を備えている。この場合、リンク機構は、研削部に対しＶ字状の移動形態と執るため、切り替えにより２方向にそれぞれ往復動するようになっている。

進退動機構５７は、いわゆるＹ軸テーブルであり、上記のツルーイング回転機構５２および往復動機構５６を搭載し、これら両機構５２、５６を介してツルーイング砥石５１をＹ軸方向に進退させる。一連のツルーイング動作において、進退動機構５７は、ツルーイング砥石５１の一方の傾斜周面を研削砥石３１の一方の傾斜周面に押し付け、続いてツルーイング砥石５１の他方の傾斜周面を研削砥石３１の他方の傾斜周面に押し付けるよう制御される。

なお、上記構成の他にツルーイング砥石５１の周縁部から加工液が染み出すような構成を加えてもよい。例えば、ツルーイング砥石５１の内部に加工液の貯留空間を形成すると共に、ツルーイング回転軸５５の軸心に貯留空間に連なる内部流路を形成し、ツルーイング回転軸５５に巻回したスリップリングから加工液を供給するようにする。このようにすれば、ツルーイング砥石５１が回転することで、遠心力によりツルーイング砥石５１内の加工液がツルーイング砥石の周縁部から染み出し、遊離砥粒が接触部に滞留し易くなる。したがって、より効率よくツルーイング及びドレッシングを行うことが可能となる。

ダミーワーク１０は、カーボンで板状に形成されており、加工テーブル３上の図示右側に、研削砥石３１に対して直交する起立姿勢で位置決め固定されている。ダミーワーク１０の上端部は加工部となっており、Ｙ軸テーブル４１によりダミーワーク１０に臨んだ研削砥石３１は、加工部に対し厚さ方向に検証用のＶ字型溝を形成する。すなわち、研削砥石３１は、ダミーワーク１０の加工部をその上端面と平行に横断するように移動し、加工対象ローラＲに形成するＶ型溝と同様の検証溝を形成する。

ダミーワーク１０は板状に形成されているため、画像認識手段１１により、焦点合わせやハレーションの問題を生ずることなく撮像を行うことができ、検証溝の断面形状を介して、研削砥石３１の研削部の断面形状を正確に把握することができる。また、板状に形成したことで、溝加工を短時間で行うことができると共に、ダミーワーク１０の占有スペースを小さくすることができる。さらに、ダミーワーク１０はカーボン製であるため、ダミーワーク１０に溝加工を行っても加工部にクラックや変形が生じ難く、且つ研削砥石３１の断面形状を正確に再現する。これにより、ツルーイング後の研削砥石３１の断面形状を精度よく把握することができる。さらにまた、黒色のダミーワーク１０とこれに形成した検証溝とのコントラストが良好となるため、正確な画像認識が可能となる。

画像認識手段１１は、加工テーブル３上においてダミーワーク１０に向き合う位置に取り付けられたＣＣＤカメラ６１を用いてダミーワーク１０に形成された検証溝を画像認識し、研削砥石３１の研削部の断面形状を把握するものである。具体的には、ダミーワーク１０に加工された検証溝の端面（断面形状）を撮像し、撮像結果を画像処理して検証溝の形状や各部のサイズを画像認識する。制御装置１２には、検証溝の各部のサイズ等に関し、予め基準値および許容値が記憶されており、認識結果と基準値とを比較して、認識結果が基準値±許容値の範囲外である場合には、装置外部に設けたディスプレイ７１に研削砥石３１をツルーイングユニット９に臨ませる旨を表示する構成となっている。すなわち、検証溝（研削部の断面形状）が所望の形状となるまで、ツルーイング動作が繰り返されることとなる。

ここで、この溝加工装置１により形成される、加工対象ローラＲに複数のＶ型溝を加工する一連の動作について説明する。溝加工装置１による溝加工法は、研削砥石３１により加工対象ローラＲに溝加工を行う溝加工工程と、研削砥石３１に定期的にツルーイングを行うツルーイング工程と、ツルーイング工程の後、板状のダミーワーク１０に対し、研削砥石３１により上端部を横断するように溝加工を行うダミー加工工程と、ダミー加工工程の後、加工面に形成された検証溝の断面形状を画像認識する画像認識工程と、から成る。

溝加工工程は、加工対象ローラＲを対象物回転機構８に装着し、ダミーワーク１０を加工テーブル３に固定した状態から、ＸＹテーブル４により研削砥石３１の直下に加工対象ローラＲを臨ませ、上昇位置に待機している研削ユニット６を徐々に下降させてゆき加工対象ローラＲに擦接させる。この時、研削砥石３１の砥粒が加工対象ローラＲの周面を擦接しながら削り取ることで所望の形状のＶ型溝が形成される。その後、研削ユニット６を上昇させる（この場合には、加工対象ローラＲの周面から研削砥石３１が僅かに離れる程度）と共に、加工テーブル３を溝ピッチ分、Ｘ軸方向に移動させ、再び研削ユニット６を加工対象ローラＲに臨ませる。以上の動作を繰り返し行うことで加工対象ローラＲの表面に複数のＶ型溝が相互に等しい間隙を有して平行に加工される。

ツルーイング工程では、溝加工工程において所定の加工量に到達すると、制御装置１２からツルーイング指令が発令され、Ｙ軸テーブル４１が駆動してツルーイングユニット９を研削砥石３１の直下に臨ませて、研削砥石３１の研削部の断面形状を形状修正する上記のツルーイング動作を行なう。

ダミー加工工程では、ツルーイング工程終了後に制御装置１２から検証指令が発令され、Ｙ軸テーブル４１が駆動してダミーワーク１０が研削砥石３１に臨み、ダミーワーク１０の加工部にＶ字型の検証溝を加工する。

画像認識工程では、ダミー加工工程後にダミーワーク１０に形成された検証溝の断面形状をＣＣＤカメラ６１で画像認識し、検証溝のサイズを測定し、基準値と照らし合わせる。この時、基準値±許容値の範囲外の場合には、ツルーイングユニット９に臨ませ、基準値±許容値の範囲内である場合には、加工対象ローラＲに臨ませて、残りのＶ型溝を形成する。

以上のように、本発明によれば、研削部が断面山形に形成された研削砥石にツルーイングおよびドレッシングを同時且つ良好に行うことができる。

溝加工装置の全体図斜視図である。 （ａ）は研削砥石のツルーイングの説明図であり、（ｂ）は研削砥石およびツルーイング砥石の断面図である。

符号の説明

１…溝加工装置 ９…ツルーイングユニット（ツルーイング装置） ３１…研削砥石 ５１…ツルーイング砥石 ５８…荒砥石部 ５９…仕上げ砥石部 Ｒ…加工対象物

Claims (3)

1. 切刃となる研削部が断面山形に形成された円盤状の研削砥石に対し、ツルーイングおよびドレッシングを行う円盤状のツルーイング砥石と、
   前記ツルーイング砥石を、前記研削砥石の回転軸と平行な回転軸廻りに回転させると共に前記研削部の傾斜方向に相対的に往復運動させながら、前記研削砥石と同一の周速で回転接触させるツルーイング動作手段と、を備えたツルーイング装置であって、
   前記ツルーイング砥石は、前記研削部の各斜面に対応する一対の傾斜周面を有する環状のツルーイング部、を備え、
   前記ツルーイング部は、
   径方向先端側に配設され、ツルーイング用の切刃となる環状の荒砥石部と、
   径方向基端側に配設され、ドレッシング用の切刃となる環状の仕上げ砥石部と、を有していることを特徴とするツルーイング装置。
2. 前記ツルーイング部は、
   前記荒砥石部と前記仕上げ砥石部との境界部分に配設され、環状に延在する逃げ溝を、更に有していることを特徴とする請求項１に記載のツルーイング装置。
3. 請求項１または２に記載のツルーイング装置と、
   加工対象物の表面に溝加工を行なう前記研削砥石と、を備えたことを特徴とする溝加工装置。

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