JP5262050B2 - 研削加工条件決定装置および研削加工条件決定方法 - Google Patents

Description

本発明は、研削加工において研削加工条件を決定する研削加工条件決定装置および研削加工条件決定方法に関するものである。

研削加工は、例えば、高速に回転する砥石と、回転する工作物とを接触させて行われる。このような研削加工おいては、砥石と工作物の摩擦等により熱エネルギーが発生する。そして、この熱エネルギーによって工作物の温度は上昇する。この結果、工作物に研削焼けが生じ、研削加工後の工作物（製品）に研削焼けが残ってしまう虞があった。

そこで、特開２００３−３２６４４３号公報（特許文献１）では、粗研削をダウンカットで行い仕上げ研削をアップカットで行う研削装置が開示されている。これにより、研削焼けを抑えることができる。

一方、特開２００４−１１４１９５号公報（特許文献２）では、研削焼けが生じない範囲で研削加工条件の好適な値を設定でき、研削加工条件の値の設定作業を標準化できる研削方法が記載されている。これにより、作業者の経験に基づかなくても、研削焼けが生じない範囲で研削加工条件の好適な値を設定することができる。
特開２００３−３２６４４３号公報 特開２００４−１１４１９５号公報

研削加工では、上記のように、研削加工後の工作物に研削焼けが残らないようにするために、様々な工夫が為されている。ここで、研削加工条件を決定するにあたり、研削加工時間を短縮したいという要望がある。つまり、研削加工時間を短縮することで、生産効率が向上する。

しかし、研削加工時間を短縮すると、工作物に研削焼けまたは研削焼けの残りが生じやすくなる。つまり、研削加工時間を短縮する研削加工条件と、研削焼けが生じないまたは研削焼けが残らない研削加工条件とは相反している。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、研削加工時間および研削焼けを考慮した最適な研削加工条件を自動的に決定できる新たな研削加工条件決定装置および研削加工条件決定方法を提供することを目的とする。

研削加工条件決定装置は、回転駆動される工作物の周面に、回転駆動される砥石の周面を接触させて、工作物の周面を研削する研削加工において、研削加工条件を決定する研削加工条件決定装置であって、シミュレーション部と、研削加工条件算出部とを備えることを特徴とする。シミュレーション部は、工作物の回転数、砥石の回転数、および、砥石と工作物との相対移動速度に基づいて、工作物の研削焼け深さを算出する。研削加工条件算出部は、シミュレーション部で算出される工作物の研削焼け深さが所定値以下であることを制約条件とし、研削加工における工作物の単位深さ当たりの研削加工時間を目的関数として、目的関数が最小となる工作物の回転数、砥石の回転数、および、相対移動速度を算出する。

なお、本明細書における移動速度とは、砥石の回転軸心と工作物の回転軸心とを含む平面上において、工作物の回転軸心に直交する方向への速度成分を意味する。つまり、相対移動速度は、砥石の送り速度と工作物の送り速度との相対速度を意味し、例えば、一方の回転軸心が固定である場合、他方の送り速度に相当する。相対移動速度は、例えば、工作物の回転軸心が固定されている場合、砥石の送り速度を意味し、砥石の回転軸心が固定されている場合、工作物の送り速度を意味する。

この研削加工条件決定装置によれば、研削加工条件は、研削加工後の研削焼け深さが所定値以下となり、且つ、単位深さ当たりの研削加工時間（以下、「単位研削加工時間」とも称する）が最小となるように自動的に決定される。つまり、最適な研削加工条件を自動的に決定することができる。所定値は、研削加工後の工作物に許容される研削焼け深さを意味し、作業者等が自由に設定できる値である。

例えば、所定値を０に設定した場合、本発明の研削加工条件決定装置により決定される研削加工条件は、工作物に研削焼けが生じず、且つ、単位研削加工時間が最小となる研削加工条件（工作物の回転数、砥石の回転数、および、相対移動速度）となる。換言すると、決定される研削加工条件は、研削焼けを生じさせない最速の研削加工条件といえる。

この決定された研削加工条件（所定値が０）で研削加工を行えば、工作物に研削焼けは発生せず、さらに、単位研削加工時間は最小となる。所定値を０にすることで、決定される研削加工条件を、例えば、研削加工における仕上げ研削加工の研削加工条件として用いることができる。

また、例えば、所定値を１０（μｍ）に設定した場合、研削焼け深さが１０μｍ以下となる単位研削加工時間が最小の研削加工条件が決定される。一般に、単位研削加工時間が短くなると、研削焼け深さが大きくなる。従って、決定された研削加工条件で研削加工を行うと、研削焼け深さは、所定値（ここでは１０μｍ）に近似する深さとなる（ただし、所定値以下）。つまり、研削焼け深さ（所定値）が分かっているため、研削加工後に工作物に残る研削焼けを仕上げ研削加工等により取り除くこともできる。

ところで、一般に、研削加工では、まず、粗研削加工（荒研削、粗研ともいわれる）を行い、その後、仕上げ研削加工（精研ともいわれる）を行う。つまり、粗研削加工と仕上げ研削加工と行う研削加工において、研削加工条件を決定できることが好ましい。そこで、まず、粗研削加工および仕上げ研削加工における各種名称を定義する。

すなわち、粗研削加工前の工作物の径を初期径、粗研削加工後で仕上げ研削加工前の工作物の径を中間径、および、仕上げ研削加工後の工作物の径を最終径とする。また、粗研削加工における工作物の回転数を工作物の第一回転数、砥石の回転数を砥石の第一回転数、および、相対移動速度を第一相対移動速度とする。また、仕上げ研削加工における工作物の回転数を工作物の第二回転数、砥石の回転数を砥石の第二回転数、および、相対移動速度を第二相対移動速度とする。

そして、本発明の研削加工条件決定装置は、研削加工において研削加工条件を決定する研削加工条件決定装置であって、工作物の第一回転数、砥石の第一回転数、および、第一相対移動速度に基づいて、粗研削加工における工作物の研削焼け深さを算出する第一のシミュレーション部と、「少なくとも第一のシミュレーション部で算出される粗研削焼け深さに相当する仕上げ取代」と「第二相対移動速度」とに基づいて算出される仕上げ研削加工時間と、「予め決定された初期径および最終径」と「仕上げ取代」と「第一相対移動速度」とに基づいて算出される粗研削加工時間と、の合計である総研削加工時間を第一の目的関数として、第一の目的関数が最小となる工作物の第一回転数、砥石の第一回転数、第一相対移動速度、および、中間径を算出する第一の研削加工条件算出部とを備えることを特徴とする。

なお、「第一のシミュレーション部で算出される粗研削焼け深さ以上に設定される仕上げ取代」とは、仕上げ研削加工で研削される工作物の深さである「仕上げ取代」が、第一のシミュレーション部で算出される粗研削加工によって生じる研削焼け深さである「粗研削焼け深さ」以上に設定されることを意味する（仕上げ取代≧粗研削焼け深さ）。

この研削加工条件決定装置によれば、粗研削加工時間（粗研削加工に要する時間）と仕上げ研削加工時間（仕上げ研削加工に要する時間）の合計である総研削加工時間が最小となる工作物の第一回転数、砥石の第一回転数、第一相対移動速度、および、中間径が自動的に決定される。つまり、最適な粗研削加工条件を自動的に決定することができる。

この決定された研削加工条件で研削加工を行うと、総研削加工時間が最小となると共に、粗研削加工で生じる研削焼けを仕上げ研削加工で除去することができる。ここで、仕上げ研削加工の研削加工条件は、予め設定されたものでもよく、または、演算によって算出されるものでもよい。

仕上げ研削加工条件を演算によって算出する場合、本発明の研削加工条件決定装置は、さらに、工作物の第二回転数、砥石の第二回転数、および、第二相対移動速度に基づいて、仕上げ研削加工における工作物の研削焼け深さを算出する第二のシミュレーション部と、第二のシミュレーション部で算出される工作物の研削焼け深さが所定値以下であることを制約条件とし、仕上げ研削加工における工作物の単位深さ当たりの研削加工時間を第二の目的関数として、第二の目的関数が最小となる工作物の第二回転数、砥石の第二回転数、および、第二相対移動速度を算出する第二の研削加工条件算出部とを備えることが好ましい。

これにより、仕上げ研削加工で生じる研削焼け深さが所定値以下で、且つ、仕上げ研削加工の単位研削加工時間が最小となる仕上げ研削加工の研削加工条件（工作物の第二回転数、砥石の第二回転数、および、第二相対移動速度）を算出することができる。つまり、第二の研削加工条件算出部で仕上げ研削加工条件を算出し、その仕上げ研削加工条件を用いて第一の研削加工条件算出部が粗研削加工条件を算出する。

例えば、所定値を０に設定すれば、仕上げ研削加工において、研削焼けは発生せず、且つ、単位研削加工時間は最小となる。つまり、粗研削加工の研削焼け深さに相当する仕上げ取代を除去する仕上げ研削加工では、研削焼けが発生しない。

この仕上げ研削加工条件に基づいて、第一の研削加工条件算出部で粗研削加工条件（工作物の第一回転数、砥石の第一回転数、第一相対移動速度、および、中間径）を算出すれば、研削加工後（最終径）の工作物には研削焼けが残らず、且つ、総研削加工時間が最小となる粗研削加工条件が決定される。つまり、最適な粗研削加工条件および仕上げ研削加工条件が自動的に決定される。

なお、仕上げ研削加工条件が作業者等により予め設定されている場合、第一の研削加工条件算出部は、当然、その設定された仕上げ研削加工条件に基づいて、仕上げ取代が粗研削焼け深さ以上で、且つ、総研削加工時間が最小となる粗研削加工条件を算出する。

ここで、本発明の研削加工条件決定装置において、シミュレーション部（第一のシミュレーション部および第二のシミュレーション部を含む）は、工作物の回転数、砥石の回転数、および、相対移動速度に基づいて、工作物の研削焼け深さを算出するものであればよい。つまり、当該算出は、工作物の回転数、砥石の回転数、および、相対移動速度に基づいて、演算によって行われても、データベースを用いて行われてもよい。

以下、シミュレーション部が演算によって研削焼け深さを算出する場合について説明する。すなわち、この場合、シミュレーション部は、研削点における工作物に対する砥石の相対速度と研削抵抗とに基づいて、せん断面における研削熱エネルギー、すくい面における研削熱エネルギー、および、逃げ面における研削熱エネルギーの合計である全研削熱エネルギーを算出する熱エネルギー算出部と、全研削熱エネルギーにおける工作物が受ける熱エネルギーの分配割合Ｒ_ｗを算出する分配割合算出部と、全研削熱エネルギーおよび分配割合Ｒ_ｗに基づいて、工作物の研削焼け深さを算出する研削焼け深さ算出部とを備えることが好ましい。

このシミュレーション部によれば、研削加工におけるせん断面、すくい面、および、逃げ面を考慮して工作物の研削焼け深さを算出するため、より正確な研削焼け深さを算出することができる。

ここで、分配割合算出部は、分配割合Ｒ_ｗを、せん断面における研削熱エネルギーのうち工作物が受ける熱エネルギーの分配割合Ｒ_ｗ１、および、逃げ面における研削熱エネルギーのうち工作物が受ける熱エネルギーの分配割合Ｒ_ｗ２に基づいて算出するようにしてもよい。

研削加工を微視的に見ると、研削加工により発生する研削熱エネルギーは、せん断面における塑性変形、すくい面における砥石（砥粒）と切粉の摩擦、および、逃げ面における砥石（砥粒）と工作物の摩擦により生じるといえる。なお、砥石は、大量の砥粒からなっている。

つまり、せん断面で発生する研削熱エネルギーは工作物と切粉に分配され、すくい面で発生する研削熱エネルギーは砥石と切粉に分配され、逃げ面で発生する研削熱エネルギーは工作物と砥石に分配される。従って、工作物は、せん断面および逃げ面から熱エネルギーを分配される。つまり、分配割合Ｒ_ｗは、分配割合Ｒ_ｗ１および分配割合Ｒ_ｗ２に基づいて算出されることでより正確な値となる。

このシミュレーション部によれば、研削熱エネルギーの発生源を上記３箇所とした上で、工作物が受ける熱エネルギーの分配割合Ｒ_ｗを算出する。つまり、研削加工により発生する全研削熱エネルギーの一部であり且つ工作物と熱エネルギーの授受を行わないすくい面をも考慮しており、より正確な研削焼け深さを算出することができる。

なお、熱エネルギー算出部において、研削抵抗は、作業者等が入力（設定）する値であってもよく、または、予め入力（設定）された指令値（工作物の径、工作物の回転数、砥石の回転数、および、相対移動速度）から演算により算出される値であってもよい。

研削抵抗を演算によって算出する場合、熱エネルギー算出部は、研削能率と研削特性とに基づいて研削抵抗を算出する。研削能率とは、単位時間に単位砥石幅当たりに砥石により研削される工作物の体積である「例えば、ｍｍ^３／（ｍｍ・ｓ）」。また、研削特性とは、工作物の材料および砥石の周面の状態に基づいて決定される値である。なお、予め指令値から演算された研削抵抗をデータベースとして準備し、入力された指令値からデータベースにより研削抵抗を算出（決定）してもよい。

ここで、このシミュレーション部において、研削焼け深さ算出部は、全研削熱エネルギーおよび分配割合Ｒｗに基づいて、工作物の各深さにおける最高温度を算出し、予め設定された温度しきい値より大きい最高温度を示す工作物の深さのうち、最も深い工作物の深さを算出することで、工作物の研削焼け深さを算出するようにしてもよい。

つまり、研削焼け深さ算出部は、まず、工作物の深さＺにおける最高温度θ_{ｗ，ｍａｘ}（Ｚ）を算出する。そして、予め設定された温度しきい値θより大きい最高温度θ_{ｗ，ｍａｘ}（Ｚ）を示す工作物の深さＺのうち、最も深い工作物の深さＺ１を算出する。つまり、ここで求められる深さＺ１は、θ_{ｗ，ｍａｘ}（Ｚ）＞θを満たす最大のＺである。

この温度しきい値θを研削焼けと判定する温度に設定することで、算出されたＺ１が研削焼け深さとして算出される。研削焼けは研削加工（熱）に起因する工作物の金属組織変化とみなせるため、温度しきい値θを工作物の金属組織特性に基づいて決定してもよい。

研削焼けの具体例として、焼入れ、再焼入れ、および、焼き戻し等が挙げられる。例えば、再焼入れ層や焼き戻し層は、焼入れ鋼を研削加工した際に、工作物表面近傍に現れることがある。また、焼入れ層は、生材を研削加工した際に現れることがある。

ここで、温度しきい値θを焼入れ（再焼入れ）を判定する温度に設定することで、算出された深さＺ１を、工作物の焼入れまたは再焼入れ深さとして判定させることができる。つまり、温度しきい値は、工作物における焼入れまたは再焼入れの深さを判定する温度に設定されてもよい。

また同様に、温度しきい値θを焼き戻しを判定する温度に設定することで、算出された深さＺ１を、工作物の焼き戻し深さとして判定させることができる。つまり、温度しきい値は、工作物における焼き戻しの深さを判定する温度に設定されてもよい。なお、温度しきい値θを複数設定することも可能である。例えば、焼入れまたは再焼入れを判定する温度しきい値θ１と共に、焼き戻しを判定する温度しきい値θ２を設定してもよい。

ここで、このシミュレーション部において、研削焼け深さ算出部は、研削加工において研削点周辺が冷却される場合、さらに、冷却により低下する工作物の各深さにおける低下温度を算出し、全研削熱エネルギー、分配割合Ｒ_ｗ、および、当該低下温度に基づいて、工作物の各深さにおける最高温度を算出することが好ましい。

研削加工において、例えばクーラント等により、研削点周辺を冷却しながら研削加工する場合がある。この場合、研削焼け深さを算出するにあたり、クーラント等による冷却効果を考慮することで、より正確な研削焼け深さが算出できる。つまり、このシミュレーション部によれば、より一層正確な研削焼け深さを算出することができる。

以上、本発明の研削加工条件決定装置において、シミュレーション部が上記演算によってより正確な研削焼け深さを算出することができるため、目的により適合した研削加工条件を決定できる。

一方、シミュレーション部がデータベースを用いて研削焼け深さを算出する場合、シミュレーション部は、予め上記演算または試作評価等で集計したデータベースを備える。このデータベースに、研削加工条件（工作物の回転数、砥石の回転数、および、相対移動速度）を入力して参照すると、当該研削加工条件における研削焼け深さが算出される。つまり、この場合、シミュレーション部は、「研削加工条件と研削焼け深さの関係」を予めデータベースとして備えている。この場合であっても、シミュレーション部は、工作物の回転数、砥石の回転数、および、相対移動速度に基づいて、工作物の研削焼け深さを算出する。

ところで、本発明の研削加工条件決定装置は、以下の研削加工条件決定方法を行っているともいえる。

すなわち、本発明の研削加工条件決定方法は、研削加工において研削加工条件を決定する研削加工条件決定方法であって、工作物の第一回転数、砥石の第一回転数、および、第一相対移動速度に基づいて、粗研削加工における工作物の研削焼け深さを算出する第一のシミュレーション工程と、少なくとも第一のシミュレーション工程で算出される粗研削焼け深さに相当する仕上げ取代と第二相対移動速度とに基づいて算出される仕上げ研削加工時間と、予め決定された初期径および最終径と仕上げ取代と第一相対移動速度とに基づいて算出される粗研削加工時間と、の合計である総研削加工時間を第一の目的関数として、第一の目的関数が最小となる工作物の第一回転数、砥石の第一回転数、第一相対移動速度、および、中間径を算出する第一研削加工条件算出工程とを備えることを特徴とする。

また、上記方法の第一のシミュレーション工程の前に、さらに、工作物の第二回転数、砥石の第二回転数、および、第二相対移動速度に基づいて、仕上げ研削加工における工作物の研削焼け深さを算出する第二のシミュレーション工程と、第二のシミュレーション工程で算出される工作物の研削焼け深さが所定値以下であることを制約条件とし、仕上げ研削加工における工作物の単位深さ当たりの研削加工時間を第二の目的関数として、第二の目的関数が最小となる工作物の第二回転数、砥石の第二回転数、および、第二相対移動速度を算出する第二研削加工条件算出工程とを備えてもよい。

つまり、第一研削加工条件算出工程では、第二研削加工条件算出工程で算出された「工作物の第二回転数、砥石の第二回転数、および、第二相対移動速度」を用いて「工作物の第一回転数、砥石の第一回転数、第一相対移動速度、および、中間径」を算出される。

なお、本発明の研削加工条件決定装置において、第一のシミュレーション部と第二のシミュレーション部とは、１つのシミュレーション部であってもよい。つまり、シミュレーション部は、工作物の回転数、砥石の回転数、および、相対移動速度に基づいて、工作物の研削焼け深さを算出するため、１つのシミュレーション部で第一および第二のシミュレーション部の機能を満たす。また、第一の研削加工条件算出部と第二の研削加工条件算出部とが、１つの研削加工算出部で行われるようにしてもよい。この場合、１つの研削加工算出部が、第二研削加工条件算出工程から第一研削加工条件算出工程へと連続的に行うようにすればよい。

本発明の研削加工条件決定装置および研削加工条件決定方法によれば、研削加工時間および研削焼けを考慮した最適な研削加工条件を自動的に決定できる。

次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、研削装置２と研削加工条件決定装置１を示す模式図である。

まず、研削装置２の概略について説明する。図１に示すように、研削装置２は、砥石２１と、砥石台２２と、主軸台２３と、制御盤２４とを備えている。砥石２１は、大量の砥粒により円盤状に形成され、砥石台２２に砥石軸回りに回転可能に軸支されている。砥石台２２は、制御盤２４からの指令により、砥石２１を砥石軸回りに回転させる。砥石台２２は、制御盤２４からの指令により、砥石２１をその砥石軸方向、および、図１の左右方向（送り方向）に移動させる。

主軸台２３は、工作物３を主軸回りに回転可能に軸支し、制御盤２４からの指令により工作物３を主軸回りに回転させる。制御盤２４は、砥石台２２および主軸台２３に指令し、砥石２１と工作物３との相対位置、および、砥石２１および工作物３それぞれの回転速度を制御する。なお、工作物３がカム形状や偏心形状の場合には、制御盤２４は、工作物３の回転角制御も行う。

つまり、研削装置２は、主軸台２３により回転駆動される工作物３の周面に、砥石台２２により回転駆動される砥石２１の周面を接触させて、工作物３の周面を研削する研削加工を行う装置である。なお、図示しないが、研削装置２には、研削点Ｐ周辺をクーラントにより冷却する冷却装置が備えられている。

また、本実施形態においては、主軸台２３の位置が固定されており、砥石台２２を移動させて「送り」としている。つまり、ここでは、砥石２１の送り速度（切り込み速度）が、砥石２１と工作物３との相対移動速度（砥石２１の回転軸心と工作物３の回転軸心との相対移動速度ともいえる）となる。ただし、本発明は上記に限られず、例えば、砥石２１の回転軸心を固定し、工作物３を移動させ「送り」としたものであってもよい。この場合、相対移動速度は、工作物３の送り速度となる。また、両回転軸心が移動するものであってもよく、この場合、相対移動速度は、砥石２１の送り速度と工作物３の送り速度との相対速度となる。

次に、研削加工条件決定装置１について説明する。図１に示すように、研削加工条件決定装置１は、シミュレーション部１１と、研削加工条件算出部１２とを備えている。

＜シミュレーション部１１について＞
シミュレーション部１１は、図１に示すように、熱エネルギー算出部１１１と、分配割合算出部１１２と、研削焼け深さ算出部１１３とを備えている。換言すると、シミュレーション部１１は、熱エネルギー算出部１１１による熱エネルギー算出工程、分配割合算出部１１２による分配割合算出工程、研削焼け深さ算出部１１３による研削焼け深さ算出工程の順に各工程を実行している。

シミュレーション部１１は、入力等された指令値（工作物３の径Ｄ、工作物３の回転数Ｓｗ、砥石２１の回転数Ｓｓ、および、相対移動速度Ｖｆ（砥石２１の送り速度））に基づいて、工作物３の研削焼け深さを算出する。

以下、シミュレーション部１１の各部について図２および図３を参照して説明する。図２は、研削加工における研削点Ｐの微視的模式図である。図３は、シミュレーション部１１の実行フローチャートを示す図である。

熱エネルギー算出部１１１は、式（１）に示すように、研削点Ｐにおける工作物３に対する砥石２１の相対速度と、研削抵抗Ｆの接線方向成分Ｆ_ｔ（以下、研削抵抗Ｆ_ｔと称する）とを乗算し、研削加工による全研削熱エネルギーＱを算出する。ここで、Ｖは研削点Ｐにおける砥石２１の周速度であり、ｖは研削点Ｐにおける工作物３の周速度である。周速度は、径と回転数に基づいて算出できる。なお、式（１）は、アップカットの場合であり、ダウンカットの場合、相対速度は（Ｖ−ｖ）となる。

研削抵抗Ｆ_ｔは、作業者等が入力（設定）する値であってもよく、または演算により算出される値であってもよい。研削抵抗Ｆ_ｔを演算によって算出する場合、熱エネルギー算出部１１１は、研削能率と研削特性とに基づいて研削抵抗Ｆ_ｔを算出する。研削能率は、１秒間に砥石幅１ｍｍ当たりに砥石２１により研削される工作物３の体積である「ｍｍ^３／（ｍｍ・ｓ）」。また、研削特性とは、工作物３の材料および砥石２１の周面の状態に基づいて決定される値である。研削能率と研削抵抗Ｆは比例関係にあり、比例係数が研削特性となる。

具体的には、研削能率に研削特性を乗算した値が研削抵抗Ｆとなり、この研削抵抗の研削点Ｐにおける接線方向成分を求めることにより研削抵抗Ｆ_ｔが算出される。本実施形態では、指令値（工作物の径Ｄ、工作物の回転数Ｓｗ、砥石の回転数Ｓｓ、および、相対移動速度Ｖｆ（砥石の送り速度））から予め演算された研削抵抗Ｆｔをデータベースとして備えている。そして、図３に示すように、Ｓ５０１で入力された指令値から、データベースを用いて研削抵抗Ｆ_ｔを算出している（Ｓ５０２）。

ここで、図２に示すように、研削加工を微視的に見ると、研削加工により発生する研削熱エネルギーは、せん断面４１における塑性変形、すくい面４２における砥粒２１ａと切粉３ａの摩擦、および、逃げ面４３における砥粒２１ａと工作物３の摩擦により生じるといえる。つまり、熱エネルギー算出部１１１は、せん断面４１、すくい面４２、および、逃げ面４３で発生する研削熱エネルギーの合計である全研削熱エネルギーＱを算出している（Ｓ５０３）。

分配割合算出部１１２は、全研削熱エネルギーＱのうち、工作物３が受ける熱エネルギーの分配割合Ｒ_ｗを算出する。図２に示すように、せん断面４１で発生する研削熱エネルギーは工作物３と切粉３ａに分配され、すくい面４２で発生する研削熱エネルギーは砥粒２１ａと切粉３ａに分配され、逃げ面４３で発生する研削熱エネルギーは工作物３と砥粒２１ａに分配される。従って、工作物３は、すくい面４２を除いて、せん断面４１および逃げ面４３から、熱エネルギーを分配される。

そこで、工作物３が受ける熱エネルギーの分配割合Ｒ_ｗは、式（２）に示すように、せん断面４１における研削熱エネルギーのうち工作物３が受ける熱エネルギーの分配割合Ｒ_ｗ１と、逃げ面４３における研削熱エネルギーのうち工作物３が受ける熱エネルギーの分配割合Ｒ_ｗ２とを用いて表すことができる。

ここで、αは砥粒すくい角であり、φはせん断角であり、Ｆ_ｔｃは切粉における接線抵抗であり、Ｆ_ｎｃは切粉における法線抵抗であり、Ｆ_ｔｓｌは逃げ面における接線抵抗である。

ｆ_２（Ｆｔｃ，Ｆｎｃ，α，φ）は、せん断面４１において生じる、相対速度（Ｖ＋ｖ）に対する抵抗成分を表す関数である。つまり、ｆ_２（Ｆｔｃ，Ｆｎｃ，α，φ）は、せん断面４１における研削熱エネルギー（せん断速度×せん断抵抗）を、相対速度（Ｖ＋ｖ）と抵抗成分との乗算で表したときの当該抵抗成分を表す関数である。せん断抵抗およびせん断速度は、切粉における接線抵抗Ｆ_ｔｃ、切粉における法線抵抗Ｆ_ｎｃ、砥粒すくい角α、および、せん断角φを用いて表すことができる。分配割合算出部１１２は、式（２）により、分配割合Ｒ_ｗを算出する（Ｓ５０４）。

なお、分配割合Ｒ_ｗ１およびＲ_ｗ２は、Ｊａｅｇｅｒの移動熱源の理論（J.C.Jaeger:Proceedings of Royal Society of New South Wales,vol.76,(1942)203）を用いて式（３）、（４）で表すことができる。式（３）は、本願発明者が、上記移動熱源の理論を用いて見出した式である。なお、式（４）も、上記移動熱源の理論を用いて見出された式である（高沢孝哉：精密機械,vol.30,no.12,(1964)914）。

ｌ_ｇは逃げ面の長さであり、ｇ_ｍは最大砥粒切り込み深さであり、Ｋ_ｗは工作物の温度伝達率である。また、ｋ_ｗは工作物の熱伝導率であり、ｋ_ｇは砥粒の熱伝導率である。ｆ_１（α，φ）は、「せん断速度」に対する「相対速度（Ｖ＋ｖ）のせん断面４１法線方向成分」の割合を表す関数である。なお、砥粒すくい角α、せん断角φ、および、逃げ面の長さｌ_ｇなどは、砥石２１表面の観測結果等に基づいて見積もられた値を用いている。

研削焼け深さ算出部１１３は、まず、算出された全研削熱エネルギーＱおよび分配割合Ｒ_ｗに基づいて、工作物３の温度を算出する。すなわち、全研削熱エネルギーＱと分配割合Ｒ_ｗとを乗算することにより、研削加工により工作物３が受ける全熱エネルギーを求めることができる（Ｓ５０５）。

そして、式（５）に示すように、この全熱エネルギー（Ｒ_ｗ×Ｑ）から、工作物３に対する熱流束ｑ_ｗ（単位接触面積当たりの熱エネルギー）が求まる。ｌ_ｃは接触弧長であり、ｂは工作物３の幅（主軸方向の長さ）である。

ここで、上記移動熱源の理論を用いると、式（６）に示すように、工作物３の位置（Ｘ，Ｚ）における温度θ_ｗ（Ｘ，Ｚ）を求めることができる。なお、座標Ｘは、工作物３の研削点Ｐの接線上の位置を示している。また、座標Ｚは、工作物３の研削点Ｐと、工作物３の中心点とを通る直線上の位置を示している。つまり、座標Ｚは、工作物３の深さを示している。

Ｋ_０は第２種０次の修正ベッセル関数であり、ｅｒｆは誤差関数であり、ｅｒｆｃは補誤差関数である。式（６）の第一項では、工作物３が受ける全熱エネルギーによる工作物３の各位置における上昇温度を算出している。式（６）の第二項では、クーラントの冷却効果により低下する工作物３の各位置における低下温度を算出している。式（６）の第三項、すなわち、θ_ｗ０（Ｘ，Ｚ）は、工作物３の各位置における初期温度である。

なお、工作物温度の理論設定においては、高温、微小である研削点温度が瞬時に周囲に伝導されて巨視的温度分布を形成すると考え、接触弧内の温度分布として検討している。また、Ｘ、Ｚ、接触弧長Ｌ、および、対流熱伝達係数Ｈは、式（７）に示すように、無次元量である。ｈは、クーラントの対流熱伝達係数である。

このように、研削焼け深さ算出部１１３は、式（６）により、まず、工作物３の各位置（Ｘ，Ｚ）における温度θ_ｗ（Ｘ，Ｚ）を算出する（Ｓ５０６）。これにより、工作物３の温度分布が算出される。

そして、研削焼け深さ算出部１１３は、算出した温度θ_ｗ（Ｘ，Ｚ）に基づいて、工作物３の各深さにおける最高温度θ_{ｗ，ｍａｘ}（Ｚ）を算出する（Ｓ５０７）。工作物３の深さＺにおける温度θ_ｗ（Ｚ）は、工作物３の周方向において均一とは限らない。そこで、各深さにおける最高温度θ_{ｗ，ｍａｘ}（Ｚ）を求める。

ここで、上記最高温度算出結果は、一例として、図４に示すようになる。図４は、研削焼け深さ算出部１１３において算出された工作物３の最高温度と深さの関係を示す図である。縦軸が最高温度（℃）であり、横軸が工作物表面からの深さ（μｍ）である。図４に示す算出結果は、研削能率が２０（ｍｍ^３／（ｍｍ・ｓ））、砥石２１の周速度が１２０（ｍ／ｓ）、工作物３の径が６８（ｍｍ）、クーラント流量が３０（Ｌ／ｍｉｎ）、工作物３の周速度が０．５３（ｍ／ｓ）と１．７７（ｍ／ｓ）の場合における算出結果である。

図４に示すように、研削焼け深さ算出部１１３によれば、工作物３の各深さにおける最高温度が算出される。工作物３の周速度が１．７７（ｍ／ｓ）である方が、０．５３（ｍ／ｓ）よりも、各深さにおける最高温度が小さくなっている。研削能率が一定の下では、工作物３の周速度が大きい方が、相対移動速度（砥石２１の送り速度）Ｖｆが小さくてすむ。つまり、工作物３の周速度が１．７７（ｍ／ｓ）の方が、速く薄く研削加工されている。これは、研削加工の一般的な知見として、「同体積を同時間で研削加工する場合は、速く薄く研削すると焼けにくい」という経験則と定性的に一致している。

そして、研削焼け深さ算出部１１３は、予め設定された温度しきい値θ１より大きい最高温度θ_{ｗ，ｍａｘ}（Ｚ）を示す工作物３の深さＺのうち、最も深い工作物３の深さＺ１を算出する（Ｓ５０８）。つまり、ここで求められる深さＺ１は、式（８）に示す条件を満たす最大のＺである。

この温度しきい値θ１は研削焼けを判定する温度に設定されており、研削焼け深さ算出部１１３は、深さＺ１を研削焼け深さとして算出する（Ｓ５０９）。温度しきい値θ１は、工作物３の金属組織特性に基づいて決定されている。本実施形態において、温度しきい値θ１は、研削焼けのうち「焼き戻し」を判定する温度に設定されている。このように、研削焼け深さ算出部１１３は、工作物３の研削焼け深さＺ１を算出する。

なお、本実施形態では、別の温度しきい値θ２も設定されている。この温度しきい値θ２は、温度しきい値θ１より大きい値であり（θ２＞θ１）、研削焼けのうち「焼入れ」または「再焼入れ」を判定する温度に設定されている。つまり、本実施形態では、温度しきい値θ１より大きい温度を研削焼けと判定した上で、θ１＜θ＜θ２となる温度θを「焼き戻し」、θ２≦θとなる温度θを「焼入れ」または「再焼入れ」と判定することもできる。これにより、研削焼け深さ算出部１１３は、式（９）に示す条件を満たす最大のＺを、工作物３の焼入れ（再焼入れ）深さとして算出することもできる。

以上、シミュレーション部１１は、熱エネルギー算出部１１１が全研削熱エネルギーＱを算出し、分配割合算出部１１２が分配割合Ｒｗを算出し、研削焼け深さ算出部１１３が全研削熱エネルギーＱおよび分配割合Ｒ_ｗに基づいて研削焼け深さＺ１を算出することで、工作物３の研削焼け深さを算出する。シミュレーション部１１によれば、せん断面４１、すくい面４２、逃げ面４３、および、クーラントを考慮しており、より正確な研削焼け深さを算出することができる。

なお、図３に示すＳ５０５〜Ｓ５０９は、あらゆる組合せ（Ｑ，Ｒ_ｗ）に対して予め上記各式により演算された値をデータベースとして備え、そのデータベースから算出するようにしてもよい。例えば、Ｓ５０３で算出された全研削熱エネルギーＱとＳ５０４で算出された分配割合Ｒ_ｗとから、（Ｑ，Ｒ_ｗ）に適合するデータベースの値を研削焼け深さとしてもよい。

また、Ｓ５０５およびＳ５０６を温度算出部が行うこととして、Ｓ５０１〜Ｓ５０６までのシミュレーション装置ともできる。この場合、シミュレーション装置は、工作物３の温度を算出する。

＜研削加工条件算出部１２について＞
研削加工条件算出部１２について、図１、図５、および、図６を参照して説明する。図５は、仕上げ研削加工条件算出部１２１の実行フローチャートを示す図である。図６は、粗研削加工条件算出部１２２の実行フローチャートを示す図である。研削加工条件算出部１２は、図１に示すように、仕上げ研削加工条件算出部１２１（本発明における「第二の研削加工条件算出部」に相当する）と、粗研削加工条件算出部１２２（本発明における「第一の研削加工条件算出部」に相当する）とを備えている。

まず、仕上げ研削加工条件算出部１２１について説明する。なお、粗研削加工前の工作物３の径を初期径Ｄ１、粗研削加工後で仕上げ研削加工前の工作物３の径を中間径Ｄ１ｅ、および、仕上げ研削加工後の工作物３の径を最終径Ｄ２とする。また、粗研削加工における工作物３の回転数を工作物の第一回転数Ｓｗ１、砥石２１の回転数を砥石の第一回転数Ｓｓ１、および、砥石２１の回転軸心と工作物３の回転軸心との相対移動速度を第一相対移動速度Ｖｆ１とする。また、仕上げ研削加工における工作物３の回転数を工作物の第二回転数Ｓｗ２、砥石２１の回転数を砥石の第二回転数Ｓｓ２、および、上記相対移動速度を第二相対移動速度Ｖｆ２とする。なお、本実施形態において、第一相対移動速度Ｖｆ１は、粗研削加工における砥石２１の送り速度に相当し、第二相対移動速度Ｖｆ２は、仕上げ研削加工における砥石２１の送り速度に相当する。

図５に示すように、仕上げ研削加工条件算出部１２１では、まず、作業者等により工作物３の最終径Ｄ２、第二回転数Ｓｗ２、Ｓｓ２、および、第二相対移動速度Ｖｆ２が入力される（Ｓ６０１）。

そして、入力情報（Ｄ２、Ｓｗ２、Ｓｓ２、および、Ｖｆ２）がシミュレーション部１１に送信される。シミュレーション部１１は、送信された情報に基づいて研削焼け深さδ２（Ｄ２，Ｓｗ２，Ｓｓ２，Ｖｆ２）（以下、δ２と略称する）を算出する。つまり、研削焼け深さδ２は、シミュレーション部１１が算出する値であり、仕上げ研削加工で生じると推定される研削焼けの深さである。

ここで、目的関数をＦ２＝１／Ｖｆ２とし、変数をＳｗ２、Ｓｓ２、および、Ｖｆ２とし、制約条件をδ２＝０、Ｓｗ２ａ＜Ｓｗ２＜Ｓｗ２ｂ、Ｓｓ２ａ＜Ｓｓ２＜Ｓｓ２ｂ、および、Ｖｆ２ａ＜Ｖｆ２＜Ｖｆ２ｂとした演算を実行する（Ｓ６０２）。目的関数Ｆ２は、単位深さ当たりの研削加工時間に相当する。

Ｓｗ２ａは工作物の第二回転数の最小値であり、Ｓｗ２ｂは工作物の第二回転数の最大値である。Ｓｓ２ａは砥石の第二回転数の最小値であり、Ｓｓ２ｂは砥石の第二回転数の最大値である。Ｖｆ２ａは仕上げ研削加工における砥石の送り速度の最小値であり、Ｖｆ２ｂは仕上げ研削加工における砥石の送り速度の最大値である。

Ｓ６０２では、入力情報のうち変数（Ｓｗ２、Ｓｓ２、および、Ｖｆ２）を更新し、変数に応じてシミュレーション部１１が研削焼け深さδ２を算出する。つまり、変数が更新される毎に、シミュレーション部１１で研削焼け深さδ２が算出される。そして、研削焼け深さδ２が０となるＳｗ２、Ｓｓ２、および、Ｖｆ２を算出する。そして、算出されたＶｆ２を用いて、目的関数Ｆ２を算出する。

続いて、算出された目的関数Ｆ２が例えば最小自乗法を用いて最小であるか否かを判定する（Ｓ６０３）。目的関数Ｆ２が最小でない場合（Ｓ６０３：Ｎｏ）、Ｓｗ２、Ｓｓ２、および、Ｖｆ２を更新し（Ｓ６０４）、再度Ｓ６０２を行う。これは、目的関数Ｆ２が最小となるまで繰り返される。

目的関数Ｆ２が最小の場合（Ｓ６０３：Ｙｅｓ）、算出されたＶｆ２に安全率β２を乗算し、その値をＶｆ２とする（Ｓ６０５）。安全率β２は、０より大きく１以下（０＜β２≦１）の値である。安全率は、工作物３の材質が均一でない場合等を考慮して、相対移動速度（砥石の送り速度）を小さくするために用いられる。

そして、算出されたＳｗ２、Ｓｓ２、および、Ｖｆ２（＝β２×Ｖｆ２）を仕上げ研削加工条件として確定する（Ｓ６０６）。仕上げ研削加工条件算出部１２１で確定された仕上げ研削加工条件（Ｓｗ２、Ｓｓ２、および、Ｖｆ２）は、粗研削加工条件算出部１２２に送信される（Ａ）。

すなわち、仕上げ研削加工条件算出部１２１は、シミュレーション部１１で算出される工作物３の研削焼け深さδ２が０であることを制約条件とし、研削加工における工作物３の単位深さ当たりの研削加工時間を目的関数Ｆ２として、その目的関数Ｆ２が最小となる工作物の第二回転数Ｓｗ２、砥石の第二回転数Ｓｓ２、および、第二相対移動速度Ｖｆ２を算出する。この仕上げ研削加工条件算出部１２１で算出された仕上げ研削加工条件によれば、工作物３に研削焼けを生じさせず、且つ、単位研削加工時間を最小とする。

次に、粗研削加工条件算出部１２２について説明する。図６に示すように、まず、作業者等により工作物３の初期径Ｄ１、第一回転数Ｓｗ１、Ｓｓ１、および、第一相対移動速度Ｖｆ１が入力される（Ｓ７０１）。なお、これらの入力情報は、仕上げ研削加工条件算出部１２１（図５のＳ６０１）で入力されていてもよい。

そして、入力情報（Ｄ１、Ｓｗ１、Ｓｓ１、および、Ｖｆ１）がシミュレーション部１１に送信される。シミュレーション部１１は、送信された情報に基づいて研削焼け深さδ１（Ｄ１，Ｓｗ１，Ｓｓ１，Ｖｆ１）（以下、δ１と略称する）を算出する。つまり、研削焼け深さδ１は、シミュレーション部１１が算出する値であり、粗研削加工で生じると推定される研削焼けの深さである。

ここで、目的関数を式（１０）とし、変数をＳｗ１、Ｓｓ１、および、Ｖｆ１とし、制約条件をＳｗ１ａ＜Ｓｗ１＜Ｓｗ１ｂ、Ｓｓ１ａ＜Ｓｓ１＜Ｓｓ１ｂ、および、Ｖｆ１ａ＜Ｖｆ１＜Ｖｆ１ｂとした演算を実行する（Ｓ７０２）。

Ｓｗ１ａは工作物の第一回転数の最小値であり、Ｓｗ１ｂは工作物の第一回転数の最大値である。Ｓｓ１ａは砥石の第一回転数の最小値であり、Ｓｓ１ｂは砥石の第一回転数の最大値である。Ｖｆ１ａは粗研削加工における砥石の送り速度の最小値であり、Ｖｆ１ｂは粗研削加工における砥石の送り速度の最大値である。

式（１０）の第１項において、分子は研削焼け深さδ１であり、分母は仕上げ研削加工条件算出部１２１で算出された第二相対移動速度Ｖｆ２である。つまり、式（１０）の第１項は、粗研削加工で生じる研削焼けを仕上げ研削加工で除去するのに要する時間を表している。換言すると、式（１０）の第１項では、仕上げ研削加工で除去する取代（工作物３の深さ量）（以下、「仕上げ取代」とも称する）が研削焼け深さδ１に相当するとし、当該時間を仕上げ研削加工に要する時間（仕上げ研削加工時間）としている。

式（１０）の第２項は、分子が粗研削加工で除去される取代であり、分母が第一相対移動速度Ｖｆ１である。つまり、式（１０）の第２項は、粗研削加工に要する時間（粗研削加工時間）を表している。すなわち、目的関数Ｆ１である式（１０）は、仕上げ研削加工時間と粗研削加工時間の合計である総研削加工時間を表している。Ｓ７０２では、目的関数Ｆ１が算出され、その目的関数Ｆ１となる変数が算出される。

続いて、図６に示すように、Ｓ７０２で算出された目的関数Ｆ１が例えば最小自乗法を用いて最小であるか否かが判定される（Ｓ７０３）。目的関数Ｆ１が最小でない場合（Ｓ７０３：Ｎｏ）、Ｓｗ１、Ｓｓ１、および、Ｖｆ１を更新し（Ｓ７０４）、再度Ｓ７０２を行う。これは、目的関数Ｆ１が最小となるまで繰り返される。

目的関数Ｆ１が最小の場合（Ｓ７０３：Ｙｅｓ）、その目的関数Ｆ１となる変数に基づいて工作物３の中間径Ｄ１ｅを決定する（Ｓ７０５）。つまり、中間径Ｄ１ｅは、最終径Ｄ２に、２倍の研削焼け深さ２δ１（直径計算）を加えた値となる（Ｄ１ｅ＝Ｄ２×２δ１）。

そして、算出されたＶｆ１に安全率β１を乗算し、その値をＶｆ１とする（Ｓ７０５）。安全率β１は、０より大きく１以下（０＜β１≦１）の値である。そして、算出されたＳｗ１、Ｓｓ１、および、Ｖｆ１（＝β１×Ｖｆ１）を粗研削加工条件として確定する（Ｓ７０６）。粗研削加工条件算出部１２２は、工作物の第一回転数Ｓｗ１、砥石の第一回転数Ｓｓ１、第一相対移動速度Ｖｆ１、および、中間径Ｄ１ｅを算出する。

すなわち、粗研削加工条件算出部１２２は、シミュレーション部１１で算出される研削焼け深さδ１に相当する仕上げ取代と第二相対移動速度Ｖｆ２とに基づいて算出される仕上げ研削加工時間と、予め決定された初期径Ｄ１および最終径Ｄ２と仕上げ取代と第一相対移動速度Ｖｆ１とに基づいて算出される粗研削加工時間と、の合計である総研削加工時間を目的関数Ｆ１として、目的関数Ｆ１が最小となる工作物の第一回転数Ｓｗ１、砥石の第一回転数Ｓｓ１、第一相対移動速度Ｖｆ１、および、中間径Ｄ１ｅを算出する。

研削加工条件算出部１２は、入力情報から、仕上げ研削加工条件算出部１２１で仕上げ研削加工条件を自動的に算出し、粗研削加工条件算出部１２２で粗研削加工条件を自動的に算出する。ここで算出された研削加工条件によれば、総研削加工時間が最小となると共に、粗研削加工で生じる研削焼けを仕上げ研削加工で除去することができる。さらに、仕上げ研削加工は、研削焼けが生じず、且つ、単位研削加工時間が最小となる研削加工条件で行われる。つまり、研削加工後（最終径Ｄ２）の工作物３には、研削焼けが残らない。すなわち、最適な研削加工条件が自動的に決定される。

研削加工条件決定装置１は、算出された研削加工条件（仕上げ研削加工条件および粗研削加工条件）を制御盤２４に送信する。制御盤２４は、送信された研削加工条件に基づいて、砥石台２２および主軸台２３に指令を出す。つまり、研削装置２は、研削加工条件決定装置１で決定された研削加工条件に基づいて、粗研削加工および仕上げ研削加工を行う。これにより、作業者の経験や勘に頼ることなく、工作物３に研削焼けを残さず、且つ、研削加工時間の短縮が可能となる。つまり、製品精度および生産効率を向上させることができる。

なお、研削加工条件決定装置１は、研削加工前でも、研削加工中でも実行可能である。研削加工中に行った場合、研削加工の途中で研削加工条件を変更したり、研削装置２における研削加工を停止させることもできる。

また、研削加工条件決定装置１は、制御盤２４内に組み込まれていてもよい。また、研削加工条件決定装置１の機能をパーソナルコンピュータ（ＰＣ）で実現し、研削装置２とネットワーク接続してもよい。当然、研削装置２に接続せず、研削加工条件を算出する装置とすることもできる。

また、シミュレーション部１１は、入力情報に対する研削焼け深さを予めデータベースとして備えるものでもよい。つまり、シミュレーション部１１は、工作物の回転数、砥石の回転数、および、相対移動速度に基づいて、研削焼け深さを算出するものであればよい。例えば、データベースは、上記算出方法により予め演算されたものや、試作評価（実測）によるものでもよい。

研削装置２と研削加工条件決定装置１を示す模式図である。 研削加工における研削点Ｐの微視的模式図である。 シミュレーション部１１の実行フローチャートを示す図である。 研削焼け深さ算出部１１３において算出された工作物３の最高温度と深さの関係を示す図である。 仕上げ研削加工条件算出部１２１の実行フローチャートを示す図である。 粗研削加工条件算出部１２２の実行フローチャートを示す図である。

符号の説明

１：研削加工条件決定装置、
１１：シミュレーション部、
１１１：熱エネルギー算出部、１１２：分配割合算出部、１１３：研削焼け深さ算出部、
１２：研削加工条件算出部、
１２１：仕上げ研削加工条件算出部、１２２：粗研削加工条件算出部、
２：研削装置、２１：砥石、２２：砥石台、２３：主軸台、２４：制御盤、
２１ａ：砥粒、
３：工作物、３ａ：切粉、
４１：せん断面、４２：すくい面、４３：逃げ面、Ｐ：研削点

Claims (11)

1. 回転駆動される工作物の周面に、回転駆動される砥石の周面を接触させて、前記工作物の周面を研削する研削加工において、研削加工条件を決定する研削加工条件決定装置であって、
   前記研削加工として粗研削加工および仕上げ研削加工を行う場合において、前記粗研削加工前の前記工作物の径を初期径、前記粗研削加工後で前記仕上げ研削加工前の前記工作物の径を中間径、および、前記仕上げ研削加工後の前記工作物の径を最終径とし、前記粗研削加工における前記工作物の回転数を前記工作物の第一回転数、前記砥石の回転数を前記砥石の第一回転数、および、前記砥石と前記工作物との相対移動速度を第一相対移動速度とし、前記仕上げ研削加工における前記工作物の回転数を前記工作物の第二回転数、前記砥石の回転数を前記砥石の第二回転数、および、前記相対移動速度を第二相対移動速度とし、
   前記工作物の第一回転数、前記砥石の第一回転数、および、前記第一相対移動速度に基づいて、前記粗研削加工における前記工作物の研削焼け深さを算出する第一のシミュレーション部と、
   前記第一のシミュレーション部で算出される粗研削焼け深さ以上に設定される仕上げ取代と前記第二相対移動速度とに基づいて算出される仕上げ研削加工時間と、予め決定された前記初期径および前記最終径と前記仕上げ取代と前記第一相対移動速度とに基づいて算出される粗研削加工時間と、の合計である総研削加工時間を第一の目的関数として、前記第一の目的関数が最小となる前記工作物の第一回転数、前記砥石の第一回転数、前記第一相対移動速度、および、前記中間径を算出する第一の研削加工条件算出部と、
   を備えることを特徴とする研削加工条件決定装置。
2. 前記工作物の第二回転数、前記砥石の第二回転数、および、前記第二相対移動速度に基づいて、前記仕上げ研削加工における前記工作物の研削焼け深さを算出する第二のシミュレーション部と、
   前記第二のシミュレーション部で算出される前記工作物の研削焼け深さが所定値以下であることを制約条件とし、前記仕上げ研削加工における前記工作物の単位深さ当たりの研削加工時間を第二の目的関数として、前記第二の目的関数が最小となる前記工作物の第二回転数、前記砥石の第二回転数、および、前記第二相対移動速度を算出する第二の研削加工条件算出部と、
   を備える請求項１に記載の研削加工条件決定装置。
3. 前記シミュレーション部は、
   研削点における前記工作物に対する前記砥石の相対速度と研削抵抗とに基づいて、せん断面における研削熱エネルギー、すくい面における研削熱エネルギー、および、逃げ面における研削熱エネルギーの合計である全研削熱エネルギーを算出する熱エネルギー算出部と、
   前記全研削熱エネルギーにおける前記工作物が受ける熱エネルギーの分配割合Ｒ_ｗを算出する分配割合算出部と、
   前記全研削熱エネルギーおよび前記分配割合Ｒ_ｗに基づいて、前記工作物の研削焼け深さを算出する研削焼け深さ算出部と、
   を備える請求項１または２に記載の研削加工条件決定装置。
4. 前記分配割合算出部は、前記分配割合Ｒ_ｗを、前記せん断面における研削熱エネルギーのうち前記工作物が受ける熱エネルギーの分配割合Ｒ_ｗ１、および、前記逃げ面における研削熱エネルギーのうち前記工作物が受ける熱エネルギーの分配割合Ｒ_ｗ２に基づいて算出する請求項３に記載の研削加工条件決定装置。
5. 前記熱エネルギー算出部は、前記研削抵抗を、研削能率と、前記工作物の材料および前記砥石の周面の状態に基づいて決定される研削特性と、に基づいて算出する請求項３または４に記載の研削加工条件決定装置。
6. 前記研削焼け深さ算出部は、前記全研削熱エネルギーおよび前記分配割合Ｒ_ｗに基づいて、前記工作物の各深さにおける最高温度を算出し、
   予め設定された温度しきい値より大きい前記最高温度を示す前記工作物の深さのうち、最も深い前記工作物の深さを算出することで、前記工作物の研削焼け深さを算出する請求項３〜５の何れか一項に記載の研削加工条件決定装置。
7. 前記温度しきい値は、前記工作物における焼入れまたは再焼入れの深さを判定する温度に設定される請求項６に記載の研削加工条件決定装置。
8. 前記温度しきい値は、前記工作物における焼き戻しの深さを判定する温度に設定される請求項６に記載の研削加工条件決定装置。
9. 前記研削焼け深さ算出部は、前記研削加工において前記研削点周辺が冷却される場合、さらに、冷却により低下する前記工作物の各深さにおける低下温度を算出し、
   前記全研削熱エネルギー、前記分配割合Ｒ_ｗ、および、前記低下温度に基づいて、前記工作物の各深さにおける最高温度を算出する請求項６〜８の何れか一項に記載の研削加工条件決定装置。
10. 回転駆動される工作物の周面に、回転駆動される砥石の周面を接触させて、前記工作物の周面を研削する研削加工において、研削加工条件を決定する研削加工条件決定方法であって、
    前記研削加工として粗研削加工および仕上げ研削加工を行う場合において、前記粗研削加工前の前記工作物の径を初期径、前記粗研削加工後で前記仕上げ研削加工前の前記工作物の径を中間径、および、前記仕上げ研削加工後の前記工作物の径を最終径とし、前記粗研削加工における前記工作物の回転数を前記工作物の第一回転数、前記砥石の回転数を前記砥石の第一回転数、および、前記砥石と前記工作物との相対移動速度を第一相対移動速度とし、前記仕上げ研削加工における前記工作物の回転数を前記工作物の第二回転数、前記砥石の回転数を前記砥石の第二回転数、および、前記相対移動速度を第二相対移動速度とし、
    前記工作物の第一回転数、前記砥石の第一回転数、および、前記第一相対移動速度に基づいて、前記粗研削加工における前記工作物の研削焼け深さを算出する第一のシミュレーション工程と、
    前記第一のシミュレーション工程で算出される粗研削焼け深さ以上に設定される仕上げ取代と前記第二相対移動速度とに基づいて算出される仕上げ研削加工時間と、予め決定された前記初期径および前記最終径と前記仕上げ取代と前記第一相対移動速度とに基づいて算出される粗研削加工時間と、の合計である総研削加工時間を第一の目的関数として、前記第一の目的関数が最小となる前記工作物の第一回転数、前記砥石の第一回転数、前記第一相対移動速度、および、前記中間径を算出する第一研削加工条件算出工程と、
    を備えることを特徴とする研削加工条件決定方法。
11. 前記第一のシミュレーション工程の前に、さらに、
    前記工作物の第二回転数、前記砥石の第二回転数、および、前記第二相対移動速度に基づいて、前記仕上げ研削加工における前記工作物の研削焼け深さを算出する第二のシミュレーション工程と、
    前記第二のシミュレーション工程で算出される前記工作物の研削焼け深さが所定値以下であることを制約条件とし、前記仕上げ研削加工における前記工作物の単位深さ当たりの研削加工時間を第二の目的関数として、前記第二の目的関数が最小となる前記工作物の第二回転数、前記砥石の第二回転数、および、前記第二相対移動速度を算出する第二研削加工条件算出工程と、
    を備える請求項１０に記載の研削加工条件決定方法。