JP5521581B2

JP5521581B2 - 研削盤

Info

Publication number: JP5521581B2
Application number: JP2010016182A
Authority: JP
Inventors: 智行春日
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2010-01-28
Filing date: 2010-01-28
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2030-01-28
Also published as: JP2011152619A

Description

本発明は、研削盤の研削作動の制御に関するものであり、詳しくは研削作用面の状態を検出し砥粒刃先の状態に応じて研削条件と砥石成形条件を設定する研削盤に関するものである。

砥石車の研削作用面は砥石成形後と研削後では研削による砥粒の磨耗や砥粒の脱落、ボンドの除去などにより変化する。この変化は研削量と共に増加していき所定以上に変化すると同一研削条件では正常な研削が不可能となる。これを防止するため、研削抵抗が所定の値を越えたときに砥石成形を行う従来技術１（例えば、特許文献１参照）や、研削後の研削作用面の表面粗さを検出して加工条件を設定する従来技術２（例えば、特許文献２参照）がある。

特開平４−３１５５７１号公報特開平７−１８６０４０号公報

従来技術１では、研削抵抗が所定の値を越えることは無いので研削焼けや研削盤の過負荷による停止は防止できる。しかし、被研削部の表面粗さについては直接検知できないので、許容値を越える表面粗さの不良工作物を製造する恐れがある。
従来技術２では、砥石作用面の表面粗さを検出して加工条件を変更している。図７に示すように表面粗さは基本的には測定面の凹凸の高さを測定した値であるので、図７のＩと図７のIIに示すような砥粒刃先の鋭さの違いは判別できず、凹凸の高さが同じであれば同じ表面粗さであると判定する。しかし、両者には研削性能に大きな差がり、図７のＩの砥石では砥粒刃先が磨耗しているため研削抵抗が大きく、焼けが発生する恐れがある。
従来、砥粒刃先の鋭さの判定は人による画像の目視判定によりなされているが、官能評価であるためばらつきが大きく、判定に長時間を要した。
このように従来技術では研削性能に影響を与える砥石作用面の状態を研削盤の機上で定量的に短時間に検出することはできず、砥石を無駄なく使用し、不良工作物を製造しない研削盤を実現できなかった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、砥石を無駄なく使用し、不良工作物を製造しない研削盤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、工作物を支持する工作物支持手段と、砥石車を支持し回転駆動させる砥石車支持手段と、前記工作物支持手段と前記砥石車支持手段とを相対移動させ、前記砥石車で前記工作物を研削する駆動手段と、前記砥石車の研削作用面の凹凸形状を計測する形状測定手段と、前記形状測定手段の測定した所定の範囲の凹凸データから、前記研削作用面に垂直な方向の最外周砥石からの深さが同一となる線上の砥石の占有比率を演算する演算手段と、前記研削作用面の状態を前記占有比率から判定する判定手段と、前記砥石車の前記研削作用面を成形するツルーイング手段および前記研削作用面を目立てするドレッシング手段の少なくも一方と、前記ツルーイング手段および前記ドレッシング手段の少なくも一方を制御する制御装置を備え、前記ツルーイング手段は、研削を終了した前記研削作用面に垂直な方向の最外周凸部からの所定の深さにおける前記占有比率の値が所定の値となったときツルーイングを実施し、前記ドレッシング手段は、ドレッシングを終了した前記研削作用面に垂直な方向の最外周凸部からの所定の深さにおける前記占有比率の値が所定の値となるまでドレッシングを実施することである。

請求項1に係る発明によれば、砥石車の研削作用面の最外周砥粒刃先からの深さに応じた砥粒の占有比率が機上で演算できる。すなわち、研削作用を受け持つ研削作用面の最外周近辺の、所定の測定範囲の砥粒刃先の鋭さの平均値が演算できる。この占有比率の値を用いて、ツルーイングの開始およびドレッシング実施量の設定、の少なくも一方を実施することで、砥石を無駄なく使用し、不良工作物を製造しない研削盤を実現できる。

本実施形態の研削盤の全体構成を示す概略図である。図１の側面図である。本実施形態の砥石の占有比率演算を示す概念図である。本実施形態の砥石作用面の状態曲線の概念を示すグラフである。本実施形態の砥石作用面の状態のパターンを示す概念図である。本実施形態の砥石作用面の状態判定の概念を示すグラフである。従来技術の粗さによる状態判定の適用例を示す概念図である。

以下、本発明の実施の形態を円筒状の工作物を回転駆動させながら研削する円筒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４上には、工作物Ｗ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Ｗ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。砥石車７の研削作用面の凹凸を検出する凹凸検出装置１２が心押し台６に設置されている。凹凸検出装置１２としては一般に知られている、触針接触式粗さ測定機や光学式の非接触形状測定機などを用いればよい。

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、凹凸検出装置１２を制御する凹凸検出装置制御手段３４、砥石軸８の回転を制御する砥石軸制御手段３５などを具備している。また、凹凸検出装置制御手段３４の内部には凹凸検出データを演算する演算手段３４１と演算結果を判定する判定手段３４２を備えている。

上記の研削盤１で砥石車７の研削作用面の砥石の占有比率の演算は以下のように行う。
凹凸検出装置１２の検出部が砥石車７の研削作用面の検出位置に対向する位置へテーブル４を割出す。砥石台３を前進させて、砥石車７の研削作用面を凹凸検出位置まで接近させる。砥石車７を凹凸検出が可能な凹凸検出速度で回転させ、砥石車７の所定の円周距離内の研削作用面の凹凸量を検出する。ここでは、凹凸検出方向を砥石車７の円周方向としたが、テーブル４を凹凸検出速度で移動させて砥石車７の幅方向に検出してもよい。
演算手段３４１は、検出された凹凸データから図３に示すような縦軸を凹凸の深さ、横軸を測定円周長さＬとした凹凸分布曲線を作成し、砥石作用面の最外周の砥石位置から内側方向の所定の深さにおける砥石の占有比率を以下のように導く。凹凸分布曲線と交わる最外周の砥石位置から同一深さに引いた直線において、測定長さをＬ、直線の砥石の内部に含まれる部分の長さを、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈとすると、砥石の占有比率ηはη＝１００×（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＋ｆ＋ｇ＋ｈ）／Ｌとする。

研削作用面の状態は判定手段３４２により以下のように判定される。
砥石作用面の最外周の砥石位置から内側方向の所定の深さにおける上記の砥石の占有比率ηを演算し、縦軸をη、横軸を最外周の砥石位置からの深さとして図４のグラフのように表す。図４には典型的な研削作用面の状態を表す３パターンの状態曲線を示す。状態曲線Ｉは砥粒の突き出し量が小さくて、砥粒刃先が平坦化した図５のＩに示すような研削作用面の状態で、切れ味が悪く、研削抵抗が大きく焼けが発生しやすい。状態曲線IIは砥粒の突き出し量が適正で、砥粒刃先も鋭利な図５のIIに示すような研削作用面の状態で、研削に適している。状態曲線IIIは砥粒の突き出し量は大きいが、砥粒が脱落して砥粒刃先が少なく図５のIIIに示すような研削作用面の状態で、被研削面の面粗さが悪くなる。
以上のように、状態曲線の傾きと特定の深さにおける砥石の占有比率とから砥石作用面の状態を定量的に判定できる。具体的には以下のように判定する。
深さに対する砥石の占有比率の変化率が上限許容値と下限許容値の間にあれば研削作用面の状態は研削に適していると判定する。図６に示すように、変化率は状態曲線の傾きとして示され、特定の深さの２点の砥石の占有比率の差からその２点間の傾斜を計算する。表面粗さを判定するには、深さ０〜２０μｍの間の傾斜を用い、研削作用面の寿命の判定には深さ０〜１００μｍの間の傾斜を用いる。

本研削盤の研削制御は以下のように行われる。
ツルーイング装置１０により砥石車７をツルーイングした後、凹凸検出装置１２と凹凸検出装置制御手段３４により研削作用面のツルーイング状態を判定し、良好であれば所定の研削サイクルにより、工作物Ｗの研削を開始する。あらかじめ定められた所定の本数工作物を研削した後に再度研削作用面の状態を判定する。判定曲線の傾きと所定の深さでの砥石の占有比率ηの値のどちらか一方が基準値に達していればツルーイングをする、基準に達していない場合は、現在の各々の検出値に対応してあらかじめ設定された本数工作物を研削した後に再度研削作用面の状態を判定する。判定曲線の傾きと所定の深さでの砥石の占有比率ηの値のどちらか一方が基準値に達していればツルーイングをする、基準に達していない場合は、現在の各々の値からあらかじめ設定された本数工作物を研削した後にツルーイングをする。以上のサイクルを繰り返して研削をする。
本実施例では、研削作用面の状態判定に判定曲線の傾きと所定の深さでの砥石の占有比率ηの値を併用したが、どちらか一方のみを用いて判定してもよい。
以上の結果、工作物の不良品を製造することなく、砥石を寿命限界まで有効利用できる。

＜本実施形態の変形態様＞
上記の実施形態では、凹凸検出装置１２を心押し台４に設置したが、砥石台３上に設置し、砥石車の幅方向では一定の位置で凹凸を検出してもよい。
研削作用面の複数の場所を検出して複数の最外周の砥石位置から同一深さの砥石の占有比率ηを平均した平均値を用いて判定してもよい。
ドレッシング装置を備えた研削盤では、所定量のドレッシング後に研削作用面の状態を判定し、最適な研削作用面の状態になるまで所定量のドレッシングを繰り返すことにより、最適ドレッシング量を決定してもよい。
研削作用面の状態が図４のＩの状態曲線に近づいたら、焼けを防止するため、研削能率を低下させて研削してもよい。

Ｗ：工作物４：テーブル７：砥石車９：ツルーイングロール１０：ツルーイング装置１２：凹凸検出装置３４：凹凸検出装置制御手段３４１：演算手段３４２：判定手段

Claims

工作物を支持する工作物支持手段と、
砥石車を支持し回転駆動させる砥石車支持手段と、
前記工作物支持手段と前記砥石車支持手段とを相対移動させ、前記砥石車で前記工作物を研削する駆動手段と、
前記砥石車の研削作用面の凹凸形状を計測する形状測定手段と、
前記形状測定手段の測定した所定の範囲の凹凸データから、前記研削作用面に垂直な方向の最外周砥石からの深さが同一となる線上の砥石の占有比率を演算する演算手段と、
前記研削作用面の状態を前記占有比率から判定する判定手段と、
前記砥石車の前記研削作用面を成形するツルーイング手段および前記研削作用面を目立てするドレッシング手段の少なくも一方と、
前記ツルーイング手段および前記ドレッシング手段の少なくも一方を制御する制御装置を備え、
前記ツルーイング手段は、研削を終了した前記研削作用面に垂直な方向の最外周凸部からの所定の深さにおける前記占有比率の値が所定の値となったときツルーイングを実施し、
前記ドレッシング手段は、ドレッシングを終了した前記研削作用面に垂直な方向の最外周凸部からの所定の深さにおける前記占有比率の値が所定の値となるまでドレッシングを実施する研削盤。