JP5445081B2

JP5445081B2 - ツルーイング方法

Info

Publication number: JP5445081B2
Application number: JP2009273023A
Authority: JP
Inventors: 直人小野; 伸司相馬
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2009-12-01
Filing date: 2009-12-01
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2029-12-01
Also published as: JP2011115862A

Description

本発明は、研削盤の砥石車のツルーイング方法に関するものであり、詳しくは回転する砥石車外周のツルーイング対象面をツルアによってツルーイングする砥石車のツルーイング方法に関するものである。

研削後の砥石車の形状乱れを成形するためのツルーイング方法として、ツルーイングロールをトラバース送りして砥石車を成形する従来技術（例えば、特許文献１参照）がある。

カムシャフトのカム部のように工作対象部の全幅を研削する場合、砥石幅が工作対象部の全幅より広い砥石車を使用して研削する。これは工作物の位置決め誤差、工作物幅誤差を吸収して全幅を確実に研削するためである。このような構成で研削すると、研削の作用面である砥石車中央部は研削により磨耗して径が減少し、非研削部の砥石幅の両端部は磨耗しないため、砥石車外周面に凹凸が生じる。
砥石車が研削による磨耗で所望の研削性能を発揮できなくなった場合に、砥石車のこの凹凸の除去を含む砥石車の成形が必要となり、ツルーイングが実施される。
特許文献１に記載の従来技術について以下に説明する。
図１０に示す研削盤において、砥石車４５は、Ｚ軸と平行な回転軸を持つ砥石軸４８に装着され、Ｘ軸方向に往復可能な砥石台４１に保持される。ツルーイング装置４７は、砥石車４５の回転軸と平行な軸で回転するツルーイングロール４６を備え、Ｚ軸方向へ往復可能なテーブル４２上に設置された主軸台４３に配置される。
ツルーイングは以下のように実施する。
図１１において、砥石車４５をＸ軸方向でツルーイングロール４６に接近させて砥石車４５とツルーイングロール４６が接触した状態で、ツルーイングロールをＺ軸方法へトラバースさせ砥石車４５から抜けた位置で停止させる。次に、砥石車４５をＸ軸方向でツルーイングロール４６に接近する方向へ所定量送り、ツルーイングロール４６をＺ軸方向で先ほどと反対方向にトラバースさせ砥石車４５から抜けた位置で停止させる。さらに、砥石車４５をＸ軸方向でツルーイングロール４６に接近する方向へ所定量送り、ツルーイングロール４６をＺ軸方向で先ほどと反対方向にトラバースさせ砥石車４５から抜けた位置で停止させる。以上の操作を繰り返して、砥石車４５の外周面の凹凸がなくなった時点でツルーイングを終了する。
ここで、ツルーイングロール４６の幅はツルーイングロールの低コスト化と、ツルーイング時の法線力を制限して所定の接触面圧を得るため通常５ｍｍ以下であり、カムシャフトのカム幅は通常１０ｍｍ以上である。すなわち、工作物の研削幅Ｂ１よりツルーイングロール４６の幅Ｂ３が小さい。

特開２００７−２６０８８０号公報

従来技術ではツルーイングロール４６の幅Ｂ３が加工幅Ｂ１より狭いために、砥石車表面が平坦化されるまでに砥石幅の中央部の凹部が余分に除去され、過剰な砥石消耗とツルーイング時間の増大が避けられなかった。その詳細を以下に説明する。
ツルーイング時に砥石が実用的なオーダで除去されるには、所定以上のツルーイングロール４６と砥石車４５の法線方向の接触力が必要である。その力は砥石車４５にツルーイングロール４６が切込まれ、砥石車４５とツルーイングロール４６が相対的に弾性変位することで発生する。このときのツルーイングロール４６の切込量をＫ、砥石除去深さをＪ、砥石車４５とツルーイングロール４６の相対的な弾性変位をＤとすると、Ｊ＝Ｋ−Ｄとなる。切込量Ｋに対する除去深さＪの比率Ｃ＝Ｊ／Ｋは切込量と系の構造によって異なるが０．３〜０．７程度である。
図１２に示すように、凸部と凹部の段差Ｅ_０が切込量Ｋより小さくなると、ツルーイングロールが凸部と凹部の両面に接触する、この状態での段差とツルーイング回数の関係は以下のように表せる。初期段差高さをＥ_０とすると、凸部の除去深さはＫ・Ｃ＝Ｊとなり、凹部の除去深さは（Ｋ−Ｅ_０）・Ｃとなり、1回のツルーイング後の段差Ｅ_１はＥ_１＝Ｅ_０−Ｋ・Ｃ＋（Ｋ−Ｅ_０）・Ｃ＝Ｅ_０（１−Ｃ）となる。２回目のツルーイング後の段差Ｅ_２はＥ_２＝Ｅ_１（１−Ｃ）＝Ｅ_０（１−Ｃ）^２となり、ｎ回後の段差はＥ_ｎ＝Ｅ_０（１−Ｃ）^ｎとなる。
この間の凹部の総除去深さＨはＨ＝ｎ・Ｊ−Ｅ_０（１−（１−Ｃ）^ｎ）となり、これは本来不要な過剰な除去量である。
特許文献１に示す従来技術では、形修正ツルーイングと目立てツルーイングでツルアロールと砥石車の回転速度比率を変えることで、形修正ツルーイング時の切込量Ｋと除去深さＪの比であるＣを大きくして、凹部の過剰な除去を減少させている。しかしながら凹部の過剰な除去を完全には無くすことができない。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、砥石車外周面の凸部を選択的にツルーイングし平坦化した後に全表面をツルーイングすることで、過剰な砥石除去とツルーイング時間の増大が生じないツルーイング方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の特徴は、砥石幅より狭い加工物の加工面をプランジ研削加工した結果、砥石車の研削作用面の両端部に凸部が発生した前記砥石車のツルーイング方法において、前記加工面より広幅のツルアを用い、前記ツルアと前記砥石車を前記砥石車の回転軸と平行な面内で前記砥石車幅方向の運動を含む相対運動をして、前記砥石車を成形することである。

請求項２に係る発明の特徴は、請求項１に係る発明において、前記砥石車の回転軸を含む断面において前記砥石車の研削作用面の形状が直線で構成され、前記ツルアのツルーイング面が円筒または平面または円錐で、前記ツルアが前記砥石車の研削作用面に沿った併進運動と、前記ツルアを前記砥石車に切込む切込み運動をさせることである。

請求項３に係る発明の特徴は、請求項１に係る発明において、前記砥石車の回転軸を含む断面において前記砥石車の研削作用面の形状が円弧で、前記ツルアのツルーイング面が球またはトロイダルまたは円筒で、前記ツルアが前記砥石車の円弧状研削作用面に沿った遥動運動と、前記ツルアを前記砥石車に切込む切込み運動をさせることである。

請求項４に係る発明の特徴は、請求項２または請求項３に係る発明において、前記ツルアを前記砥石車の幅と前記ツルア幅の合計より大きなストロークで研削作用面に沿った相対運動をさせ、ストロークの両端の前記砥石車と前記ツルアが接触しない状態で前記切込み運動をさせることである。

請求項５に係る発明の特徴は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に係る発明において、前記砥石車と前記ツルアとの接触状態を検知する接触検知手段を備えたツルーイング装置を用いて、前記接触検知手段の接触状態の検知出力、または前記接触検知手段の接触状態の前記検知出力と前記ツルアと前記砥石車の相対位置、に基づき、前記砥石車のツルーイングの開始と終了の少なくとも一方を判定することである。

請求項1に係る発明によれば、ツルーイング初期にはツルアと砥石車の外周面の凸部が常に接触しており、凹部にツルアが接触することはない。凸部のみが選択的に除去され、凸部が凹部と同じ高さに平坦化された後に凹部を含む砥石車の全面がツルーイングされる。このため、凹部の過剰な除去が防止でき砥石寿命が長くなり、研削加工のコストを低下できる。さらに、効率的に段差除去ができツルーイング時間を短縮できるため、研削加工の効率を向上できる。

請求項２に係る発明によれば、工作物の加工部形状が円筒、円錐及びショルダ付き円筒、ショルダ付き円錐の研削加工における、コスト低下と、効率を向上できる。

請求項３に係る発明によれば、工作物の加工部形状が球またはトロイダルの研削加工における、コスト低下と、効率を向上できる。

請求項４に係る発明によれば、ツルアの全面が均等に砥石除去作用を行うのでツルアの消耗が均一に生じツルアの形状崩れが少なく、ツルア寿命が長くなる。

請求項５に係る発明によれば、ツルーイングの開始を凸部とツルアが接触した時の接触検知手段の出力変動で判定できるので、ツルアが砥石車の凸部に接触するまでは高速でツルアを砥石車に接近させ、接触判定によりツルーイングを開始する。これにより、ツルーイング開始までの時間を短縮できる。
また、凸部のツルーイングが終了し段差がなくなったことを、ツルアと砥石車の接触幅が広くなることによる接触検知手段の出力変動で判定できるので、凸部の除去を終えたと判定した時点でツルーイングの終了または所定の仕上げサイクルを起動してツルーイングを終了する。これにより、余裕を見たツルーイングサイクルが不要となり、砥石の過剰な除去と、無駄な時間をなくしたツルーイングを実現できる。

第１実施形態のツルーイング装置の全体構成を示す概略図である。図１の側面図である。第１実施形態の研削状態を示す概略図である。第１実施形態のツルーイング動作を示す概略図である。第１実施形態のツルーイング時のツルーイングロールと砥石車の相対位置を示す概略図である。第１実施形態のツルーイングロール位置とツルーイングモータ動力を示すグラフである。第１実施形態のアンギュラ形研削への適用例を示す概略図である。第２実施形態のツルーイング動作を示す概略図である。第２実施形態のツルーイング時のツルーイングロールと砥石車の相対位置を示す概略図である。従来技術の全体構成を示す概略図である。従来技術のツルーイング動作を示す概略図である。従来技術のツルーイング時の砥石除去状態を示す概念図である。

以下、本発明のツルーイング方法の実施の形態を説明する。
＜第１実施形態＞
第１実施形態の工作物の研削部の形状が直線の母線で構成されたカムを研削するカム研削盤の実施事例に基づき、図１〜図６を参照しつつ説明する。
図１に示すように、研削盤１は、ベッド２を備え、ベッド２上にＸ軸方向に往復可能な砥石台３と、Ｘ軸に直交するＺ軸方向に往復可能なテーブル４を備えている。砥石台３は砥石軸８を回転自在に支持し、砥石軸８を回転させる砥石軸回転モータ（図示省略する）を備えており、砥石車７は砥石軸８に着脱自在に装着されて回転駆動される。テーブル３上には、工作物１１の一端を把持して回転自在に支持し主軸モータ（図示省略する）により回転駆動される主軸５と、工作物１１の他端を回転自在に支持する心押し台６を備えており、工作物Ｗは主軸５と心押し台６により支持されて、研削加工時に回転駆動される。ツルーイングモータ１１により回転駆動されるツルーイングロール９を回転自在に支持したツルーイング装置１０が、主軸５に付設されている。ツルーイングロール９の幅Ｂ３は工作物Ｗの加工幅Ｂ１より大きく砥石車７の幅Ｂ２より小さく設定されている。

この研削盤１は、所定のプログラムを実行することで自動化された研削加工やツルーイングを実行する制御装置３０を備えている。制御装置３０の機能的構成として、砥石台３の送りを制御するＸ軸制御手段３１、テーブル４の送りを制御するＺ軸制御手段３２、ツルーイング装置１０を制御するツルーイング装置制御手段３３、砥石軸８の回転を制御する砥石軸制御手段３４などを具備している。また、ツルーイング装置制御手段３３の内部にはツルーイングモータ１１の動力を検知できるツルーイングモータ動力検知手段３３１を備えている。

上記の研削盤１で工作物Ｗの加工部の幅Ｂ１より砥石車７の幅Ｂ２が大きい砥石車７で工作物Ｗをプランジ研削すると、図３に示すように、砥石車７の中央部の研削作用面が損耗し形状誤差と砥粒の切れ味低下が発生すると共に、研削しない両端部に凸部が形成される。所望の研削性能を維持するためには、砥石形状の修正と砥粒の切れ味を再生するためのツルーイングが必要となる。

上記のように損耗した砥石車７のツルーイング方法を図４〜図６に基づき説明する。
図４に示すように、ツルーイングロール９をＺ軸方向にテーブル４により移動させ、砥石車７とツルーイングロール９が接触できる位置bへ割出す。ツルーイングロール９と砥石車７を回転させ、砥石車７をＸ軸方向にツルーイングロール９に接近するように前進させる。砥石車７の凸部とツルーイングロール９が接触したら砥石車７の送りを停止する。このときの砥石車７とツルーイングロール９の接触は、ツルーイングモータ動力検知手段３３１によりツルーイングモータ１１の動力が変動したことにより検知する。
次に、ツルーイングロール９を、砥石車７の凸部に接触した状態でＺ軸方向にテーブル４により移動させ、砥石車７とツルーイングロール９の接触が終了した位置eで停止する。次に、砥石車７を所定の量Ｘ軸方向に前進させた後に、ツルーイングロール９を、先程と反対のＺ軸方向に、砥石車７の凸部に接触した状態でテーブル４により移動させ、砥石車７とツルーイングロール９の接触が終了した位置aで停止する。さらに、砥石車７を所定の量Ｘ軸方向に前進させた後に、ツルーイングロール９を、砥石車７の凸部に接触した状態で、先程と反対のＺ軸方向にテーブル４により移動させ、砥石車７とツルーイングロール９の接触が終了した位置eで停止する。このaからeまでの往復動作を砥石車７の凸部が除去されるまで繰り返す。
この時の、ツルーイングロール９と砥石車７の位置関係は図５のａ〜ｅに示す順番で変化し、ツルーイングモータ１１の動力とツルーイングロール９のＺ軸位置の関係は図６の実線で示すような変動をする。
以上のツルーイング工程では、砥石車7の凸部とツルーイングロール９が接触しているので、ツルーイングロール９と砥石車７の凹部が接触することはなく凸部のみが選択的に除去できる。すなわち、凹部の過剰な除去が防止でき、凸部の除去時間も短縮できる。
また、aからeまでの往復動作でツルーイングするため、ツルーイングロール９の全面が均等に砥石除去作用を行うので、ツルーイングロール９の消耗が均一となり型崩れが少なくツルーイングロール９の寿命が長くなる。

砥石車７の外周面の凸部が除去され平坦化されると、ツルーイングロール９と砥石車７の接触幅はＺ軸方向の相対位置により変化し、最大接触幅はツルーイングロール９の幅となる。この時のツルーイングモータ１１の動力とツルーイングロール９のＺ軸位置の関係は図６の破線で示すような変動をし、ツルーイングロール９が全幅で砥石車７に接触する位置で最大の動力値となる。
この動力の増加を検知したら所定の仕上げツルーイングサイクルを起動して、仕上げツルーイングサイクルが終了した時点でツルーイングを終了する。仕上げツルーイングサイクルとしては例えば、所定のツルーイングロール９の切込で１回Ｚ軸方向に送り、次に切込無しで１回Ｚ軸方向に送るなどのサイクルが採用されるが、該当の研削に最適な条件で仕上げツルーイングサイクルを決定すればよい。
なお、本実施例ではツルーイングモータ１１の動力を検知してツルーイング状況を判定したが、ツルーイングロール９に加わる抵抗力やアコースティックエミッション（ＡＥ）信号などの他の検知手段を用いてもよい。
また、本実施例では砥石車７とツルーイングロール９が円筒形状の場合について説明したが、図７に示すショルダ付き円筒工作物の研削に使用される、アンギュラ形砥石車１５にも適用可能である。この場合は、そろばん玉状のツルーイングロール１６を用いて、砥石車１５のショルダ面のツルーイングはＺ軸方向を切込としＸ軸方向に送り、砥石車１５の円筒部加工面のツルーイングはＸ軸方向を切込としＺ軸方向に送ることでツルーイングする。

以上の結果、ツルーイング初期にはツルーイングロール９と砥石車７の外周面の凸部が常に接触しており、凹部にツルーイングロール９が接触することはない。凸部のみが選択的に除去され、凸部が凹部と同じ高さになった後に凹部を含む砥石車７の全面がツルーイングされる。このため、凹部の過剰な除去が防止でき砥石寿命が長くなるため、研削加工のコストを低下できる。さらに、効率的に段差除去ができツルーイング時間を短縮できるため、研削加工の効率を向上できる。
凸部とツルーイングロール９の接触をツルーイングモータ１１の動力変動で判定できるので、ツルーイングロール９が砥石車７の凸部に接触するまでは高速でツルーイングロール９を砥石車７に接近させ、接触検知後にツルーイングを開始することが可能で、ツルーイング開始までに必要な時間を短縮できる。
凸部の除去が終了し段差がなくなったことを、ツルーイングロール９と砥石車７の接触幅が広くなることによるモータ動力検知手段３３１の出力変動で判定できる。凸部の除去を終えたと判定した時点で、ツルーイングの終了または所定の仕上げサイクルを起動してツルーイングを終了することができる。このためあらかじめ余裕を見たツルーイングサイクルを実施する必要がなくなり、余分なツルーイングを防止でき、無駄な時間を短縮し、効率的なツルーイングを実現できる。
工作物の加工部形状が円筒、円錐及びショルダ付き円筒、ショルダ付き円錐の研削加工における、コスト低下と、効率向上ができる。
＜第２実施形態＞

球面またはトロイダル形状の工作物の研削に用いられる、砥石車２０の回転軸を含む断面において砥石車２０の研削作用面の形状が円弧であるトロイダル形状の砥石車２０についても図８に示す構成で第１実施形態と同様の効果を得られる。
図８は第１実施形態の機械構成に、Ｘ軸とＺ軸に直交する鉛直軸のＶ軸を付加しツルーイング装置２２を旋回可能にした機械構成である。
ツルーイングロール２１の回転軸を含む断面でのツルーイング作用面形状は工作物と同じ円弧形状を備えている。
ツルーイング時の砥石車２０とツルーイングロール２１の相対的な運動を、第１実施形態のＺ軸方向の併進運動から、図９に示すような砥石車２０の円弧に沿った遥動運動に代える。この遥動運動は砥石車送りのＸ軸、ツルーイングロール送りのＺ軸、ツルーイングロール旋回のＶ軸の３軸同時制御により実行される。
なお、本実施事例ではＶ軸をツルーイングロール２１が旋回する構造で構成したが、砥石車２０を旋回する構造としてもよい。

これにより、円弧形状の砥石車２０の両端の凸部を選択的に除去することが可能で、工作物の加工部形状が球またはトロイダルの研削加工における、凹部の過剰な除去が防止でき砥石寿命が長くなるため、研削加工のコストを低下できる。効率的に段差除去ができツルーイング時間を短縮できるため、研削加工の効率を向上できる。

また円弧形状の砥石車２０のツルーイングにおいて、ツルーイングの開始を、凸部とツルーイングロール２１が接触した時のツルーイングモータ動力検知手段３３１の出力変動で判定できる。このため、ツルルーイングロール２１が砥石車２０の凸部に接触するまでは、高速でツルーイングロール２１を砥石車に接近させることが可能で、ツルーイング開始までに必要な時間を短縮できる。
同じく、凸部の除去が終了し段差がなくなったことを、ツルーイングロール２１と砥石車２０の接触幅が広くなることによる、ツルーイングモータ動力検知手段３３１の出力変動で判定できる。このため、凸部の除去を終えたと判定した時点で、ツルーイングの終了または所定の仕上げサイクルを起動してツルーイングを終了することができる。これにより、あらかじめ余裕を見たツルーイングサイクルを実施する必要がなくなり、余分なツルーイングを防止でき、無駄な時間を短縮し、効率的なツルーイングを実現できる。

＜第１実施形態および第２実施形態の変形態様＞
上記の実施形態では回転式のツルーイングロール９、１６、２１を備えた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、ツルーイングロール９、１６、２１をツルーイングブロックとして静止した状態でツルーイングするツルーイング方法にも適用可能である。

Ｗ：工作物４：テーブル７、１５、２０：砥石車９、１６、２１：ツルーイングロール１０、２２：ツルーイング装置１１、２３：ツルーイングモータ３３１：ツルーイングモータ動力検知手段

Claims

砥石幅より狭い加工物の加工面をプランジ研削加工した結果、砥石車の研削作用面の両端部に凸部が発生した前記砥石車のツルーイング方法において、前記加工面より広幅のツルアを用い、前記ツルアと前記砥石車を前記砥石車の回転軸と平行な面内で前記砥石車幅方向の運動を含む相対運動をさせて、前記砥石車を成形するツルーイング方法。
前記砥石車の回転軸を含む断面において前記砥石車の研削作用面の形状が直線で構成され、前記ツルアのツルーイング面が円筒または平面または円錐で、前記ツルアが前記砥石車の研削作用面に沿った併進運動と、前記ツルアを前記砥石車に切込む切込み運動をさせる、請求項１記載のツルーイング方法。
前記砥石車の回転軸を含む断面において前記砥石車の研削作用面の形状が円弧で、前記ツルアのツルーイング面が球またはトロイダルまたは円筒で、前記ツルアが前記砥石車の円弧状研削作用面に沿った遥動運動と、前記ツルアを前記砥石車に切込む切込み運動をさせる、請求項１記載のツルーイング方法。
前記ツルアを前記砥石車の幅と前記ツルア幅の合計より大きなストロークで研削作用面に沿った相対運動をさせ、ストロークの両端の前記砥石車と前記ツルアが接触しない状態で前記切込み運動をさせる、請求項２〜請求項３のいずれか１項に記載のツルーイング方法。
前記砥石車と前記ツルアとの接触状態を検知する接触検知手段を備えたツルーイング装置を用いて、前記接触検知手段の接触状態の検知出力、または前記接触検知手段の接触状態の前記検知出力と前記ツルアと前記砥石車の相対位置、に基づき、前記砥石車のツルーイングの開始と終了の少なくとも一方を判定する、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のツルーイング方法。