JP7384634B2 - Grinding surface condition evaluation device and grinding processing device - Google Patents
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Description
本発明は、被削材が研削工具により研削される状態を評価するための研削面状態監視装置、およびその研削面状態評価装置を用いた研削加工装置に関し、特に研削面状態を正確に評価する技術に関するものである。 The present invention relates to a grinding surface condition monitoring device for evaluating the state in which a workpiece is being ground by a grinding tool, and a grinding device using the grinding surface condition evaluation device, and particularly to a grinding surface condition monitoring device for evaluating the condition of the ground surface accurately. It's about technology.
研削工具に含まれる砥粒などの破砕に関連して発生する破砕音を表すAE信号(acoustic emission signal:周波数がたとえば100kHz以上の超音波領域である振動波)を検出し、そのAE信号に基づいて研削焼け、目詰まり、砥石の切れ味、砥石周面状態などの研削工具の研削面状態或いはドレッシング状態を判定し或いは監視する装置が提案されている。 Detects an AE signal (acoustic emission signal: a vibration wave in the ultrasonic range with a frequency of 100 kHz or higher) that represents the crushing sound generated in connection with the crushing of abrasive grains contained in a grinding tool, and based on the AE signal. Devices have been proposed for determining or monitoring the grinding surface condition or dressing condition of a grinding tool, such as grinding burn, clogging, sharpness of the grindstone, and condition of the circumference of the grindstone.
たとえば、特許文献1には、ビトリファイド研削砥石において発生する研削砥石側AE信号を検出するための研削砥石側AEセンサと、被削材において発生する被削材側AE信号を検出するための被削材側AEセンサと、前記研削砥石側AE信号および被削材側AE信号を周波数解析する周波数解析手段と、その周波数解析手段によりそれぞれ周波数解析された研削砥石側AE信号および被削材側AE信号に基づいて、前記ビトリファイド研削砥石の研削面状態を判定することで、研削砥石の研削面状態の判定或いは評価の精度が充分に得られる研削面状態評価装置が提案されている。
For example,
上記従来の研削面状態評価装置では、ビトリファイド研削砥石に関して、研削砥石側AEセンサから出力される研削砥石側AE信号は、砥粒と無機結合材との界面剥離(100kHzから2MHz)、砥粒自体のクラック(100kHzから2MHz)、無機結合材自体のクラック(100kHzから2MHz)を表し、被削材側AEセンサから出力される被削材側AE信号は、被削材の塑性変形(100kHzから800kHz)、被削材の脆性破壊(200kHzから700kH)を表すとされており、それら研削砥石側AE信号および被削材側AE信号から周波数解析により得られた本来のAE信号がニューラルネットワークに入力されることで、たとえば研削砥石の研削焼けや表面状態が判定されるとされている。 In the above-mentioned conventional grinding surface condition evaluation device, regarding the vitrified grinding wheel, the grinding wheel side AE signal output from the grinding wheel side AE sensor is based on the interface peeling between the abrasive grains and the inorganic binder (100kHz to 2MHz), the abrasive grain itself (100 kHz to 2 MHz) and cracks in the inorganic bonding material itself (100 kHz to 2 MHz).The workpiece side AE signal output from the workpiece side AE sensor indicates the plastic deformation of the workpiece (100kHz to 800kHz). ) is said to represent brittle fracture (200kHz to 700kHz) of the workpiece material, and the original AE signal obtained by frequency analysis from the grinding wheel side AE signal and the workpiece side AE signal is input to the neural network. This is said to be used to determine, for example, grinding burns and surface conditions of the grinding wheel.
しかしながら、上記従来の研削面状態評価装置では、研削工具側AE信号が幅広い周波数帯、たとえば100kHzから2MHzの周波数帯で検出されるものであるため、研削工具側AE信号に含まれる複数種類の情報、たとえば砥粒自体の破砕音および砥粒と被削材との接触による摩擦信号や弾性振動を、それぞれ独立して検出することができず、砥粒の破砕状態、研削砥石の目つぶれや目こぼれを定量的に評価することができなかった。 However, in the conventional grinding surface condition evaluation device described above, since the grinding tool side AE signal is detected in a wide frequency band, for example, from 100kHz to 2MHz, multiple types of information contained in the grinding tool side AE signal are detected. For example, it is not possible to independently detect the crushing sound of the abrasive grains themselves, and the friction signals and elastic vibrations caused by the contact between the abrasive grains and the workpiece. It was not possible to quantitatively evaluate spillage.
ビトリファイド砥石等の研削砥石の砥粒の破砕状態、目つぶれや目こぼれを定量的に評価することができるようになると、研削加工機にフィードバックすることで、加工能率、ホイール周速度、ワーク周速度、ワーク送り速度などを制御して適切な研削条件を持続させ、研削品質を維持しつつ能率的な研削を行なうことができるようになる。 Once it becomes possible to quantitatively evaluate the crushing state of abrasive grains, crushing, and spillage of grinding wheels such as vitrified wheels, feedback to the grinding machine can be used to improve machining efficiency, wheel circumferential speed, workpiece circumferential speed, etc. It becomes possible to maintain appropriate grinding conditions by controlling the workpiece feed rate, etc., and perform efficient grinding while maintaining grinding quality.
本発明は以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、砥粒の破砕状態、研削砥石の目つぶれや目こぼれを定量的に評価できる研削面状態評価装置および研削加工装置を提供することにある。 The present invention has been made against the background of the above-mentioned circumstances, and its purpose is to provide a grinding surface condition evaluation device and a grinding surface condition evaluation device capable of quantitatively evaluating the crushing condition of abrasive grains and the crushing and spillage of grinding wheels. Our goal is to provide processing equipment.
本発明者は、以上の事情を背景として種々検討を重ねた結果、研削砥石に搭載したAEセンサから出力されるAE信号を比較的高速且つ高分解能のAD変換器を用いてデジタル化した後、周波数解析(FFT)すると、パワースペクトラムのうち100kHzよりも低い周波数帯において、相対的に低周波数の第1波長帯のピーク信号群と、第1波長帯よりも相対的に高周波の第2波長帯のピーク信号群とが、周波数軸上において明確に現れるという事実を見いだした。また、上記第1波長帯のピーク信号群は研削砥石の砥粒の破砕に由来するものであり、上記第2波長帯のピーク信号群は砥粒と被削材との接触(擦れ)により生じる摩擦振動や弾性振動に由来するものであるという事実を見いだした。本発明は、斯かる知見に基づいて為されたものである。 As a result of various studies based on the above circumstances, the inventor of the present invention digitized the AE signal output from the AE sensor mounted on the grinding wheel using a relatively high-speed and high-resolution AD converter. Frequency analysis (FFT) shows that in a frequency band lower than 100kHz in the power spectrum, there are a group of peak signals in a first wavelength band with a relatively low frequency, and a second wavelength band with a relatively high frequency than the first wavelength band. It has been discovered that the peak signal group of Further, the peak signal group in the first wavelength band is derived from the crushing of the abrasive grains of the grinding wheel, and the peak signal group in the second wavelength band is caused by contact (rubbing) between the abrasive grains and the work material. We discovered that the vibrations originate from frictional vibrations and elastic vibrations. The present invention has been made based on this knowledge.
すなわち、第1発明の要旨とするところは、(a)被削材を研削する砥粒を含む研削砥石の研削面状態を評価するための研削面状態評価装置であって、(b)前記研削砥石の研削部位において発生する振動を検出し、AE信号を出力するAEセンサと、(c)前記AEセンサから出力されるAE信号をデジタル信号に変換するA/D変換器と、(d)前記A/D変換器によりデジタル信号に変換されたAE信号を周波数解析してパワースペクトラムを得る周波数解析部と、(e)前記周波数解析部により得られたパワースペクトラムのうち、前記研削工具に含まれる砥粒の破砕に関連する第1波長帯の第1信号強度および前記研削砥石の砥粒と被削材との接触(擦れ)により生じる摩擦振動や弾性振動に関連する第2波長帯の第2信号強度の少なくとも一方を算出し、前記第1波長帯の第1信号強度および第2波長帯の第2信号強度の少なくとも一方に基づいて前記研削砥石の研削面状態に関連する評価値を出力する研削面状態出力部とを含み、(f)前記研削面状態評価装置において、前記第1波長帯の第1信号強度および前記第2波長帯の第2信号強度は、積分値または移動平均値であり、(g)前記研削面状態出力部は、前記第1波長帯の第1信号強度および前記第2波長帯の第2信号強度の信号強度比を算出し、前記信号強度比に基づいて前記研削砥石の研削面状態に関連する前記評価値を出力することにある。 That is, the gist of the first invention is (a) a grinding surface condition evaluation device for evaluating the condition of a grinding surface of a grinding wheel containing abrasive grains for grinding a workpiece, (b) (c) an A/D converter that converts the AE signal output from the AE sensor into a digital signal; (d) the (e) a frequency analysis unit that frequency-analyzes the AE signal converted into a digital signal by an A/D converter to obtain a power spectrum; and (e) a frequency analysis unit that obtains a power spectrum from the power spectrum obtained by the frequency analysis unit; A first signal intensity in a first wavelength band related to the crushing of abrasive grains, and a second signal intensity in a second wavelength band related to frictional vibration or elastic vibration caused by contact (rubbing) between the abrasive grains of the grinding wheel and the workpiece. Calculating at least one of the signal strengths, and outputting an evaluation value related to the state of the grinding surface of the grinding wheel based on at least one of the first signal strength in the first wavelength band and the second signal strength in the second wavelength band. (f) In the grinding surface condition evaluation device, the first signal intensity in the first wavelength band and the second signal intensity in the second wavelength band are integrated values or moving average values. (g) The ground surface state output unit calculates a signal strength ratio of a first signal strength in the first wavelength band and a second signal strength in the second wavelength band, and based on the signal strength ratio. The objective is to output the evaluation value related to the condition of the grinding surface of the grinding wheel .
第1発明の研削面状態評価装置によれば、前記研削砥石の砥粒の破砕に関連する第1波長帯の第1信号強度に基づいて算出された研削面状態を表す評価値は、砥粒の破砕の多い状態か少ない状態かを示す値であって、小さい値となるほど研削砥石の目つぶれ状態の進行を反映する。前記ビトリファイド砥石等の研削砥石の砥粒と被削材との接触により発生する摩擦振動或いは弾性振動に関連する第2波長帯の第2信号強度に基づいて算出された研削面状態を表す評価値は、小さい値となるほど、作用する砥粒が少なく研削砥石の目こぼれ状態の進行を反映する。これにより、前記研削面状態出力部により算出された評価値に基づいて、ビトリファイド砥石等の研削砥石の目つぶれ状態の進行、または前記ビトリファイド砥石等の研削砥石の目こぼれ状態の進行を、定量的に評価することができる。
また、前記研削面状態評価装置において、前記第1波長帯の第1信号強度および前記第2波長帯の第2信号強度は、積分値または移動平均値であり、(g)前記研削面状態出力部は、前記第1波長帯の第1信号強度および前記第2波長帯の第2信号強度の信号強度比を算出し、前記信号強度比に基づいて前記研削砥石の研削面状態に関連する前記評価値を出力する。これにより、小さい値となるほど前記研削砥石の目つぶれ状態の進行を反映する第1波長帯の第1信号強度と、小さい値となるほど研削砥石の目こぼれ状態の進行を反映する第2波長帯の第2信号強度との比によって、前記研削砥石の目つぶれ状態の進行と目こぼれ状態の進行とが強調されるので、前記研削砥石の目つぶれ状態の進行、および前記研削砥石の目こぼれ状態の進行を、正確に評価することができる。
According to the grinding surface condition evaluation device of the first invention, the evaluation value representing the condition of the grinding surface calculated based on the first signal intensity in the first wavelength band related to the crushing of the abrasive grains of the grinding wheel is This value indicates whether there is more or less crushing of the grinding wheel, and the smaller the value, the more it reflects the progress of the grinding wheel being crushed. An evaluation value representing the state of the ground surface calculated based on the second signal intensity in the second wavelength band related to the frictional vibration or elastic vibration generated by the contact between the abrasive grains of the grinding wheel such as the vitrified whetstone and the workpiece. The smaller the value, the fewer abrasive grains act on the grinding wheel, which reflects the progression of the grinding wheel's grain loss. Thereby, based on the evaluation value calculated by the grinding surface state output unit, the progress of the blinding state of the grinding wheel such as the vitrified grinding wheel or the progress of the blinding state of the grinding wheel such as the vitrified grinding wheel can be quantitatively determined. can be evaluated.
Further, in the grinding surface condition evaluation device, the first signal intensity in the first wavelength band and the second signal intensity in the second wavelength band are integral values or moving average values, and (g) the grinding surface condition output The unit calculates a signal intensity ratio of a first signal intensity in the first wavelength band and a second signal intensity in the second wavelength band, and calculates the signal intensity ratio related to the grinding surface state of the grinding wheel based on the signal intensity ratio. Output the evaluation value. As a result, the smaller the value, the more the first signal intensity in the first wavelength band reflects the progression of the grinding wheel's blinding state, and the smaller the value, the more the second wavelength band reflects the progress of the grinding wheel's blinding state. The progress of the blinding state of the grinding wheel and the progression of the blinding state of the grinding wheel are emphasized depending on the ratio with the second signal intensity, so that the progress of the blinding state of the grinding wheel and the progress of the blinding state of the grinding wheel are emphasized. Progress can be accurately assessed.
ここで、好適には、前記研削面状態評価装置において、前記第1波長帯の第1信号強度および前記第2波長帯の第2信号強度の少なくとも一方は、積分値または移動平均値であり、前記研削面状態出力部は、前記第1波長帯の第1信号強度および前記第2波長帯の第2信号強度の前記少なくとも一方に基づいて前記研削砥石の研削面状態に関連する前記評価値を出力する。このようにすれば、前記第1波長帯の第1信号強度および前記第2波長帯の第2信号強度の少なくとも一方の積分値または移動平均値に基づいて前記砥石の研削面状態に関連する前記評価値が出力されることから、異常値の影響が小さくなるので、前記研削砥石の目つぶれ状態の進行、または前記ビトリファイド砥石等の研削砥石の目こぼれ状態の進行を、正確に評価することができる。 Here, preferably in the grinding surface condition evaluation device, at least one of the first signal intensity in the first wavelength band and the second signal intensity in the second wavelength band is an integral value or a moving average value, The grinding surface state output unit calculates the evaluation value related to the grinding surface state of the grinding wheel based on at least one of the first signal intensity in the first wavelength band and the second signal intensity in the second wavelength band. Output. In this way, the above information relating to the state of the grinding surface of the grindstone is determined based on an integral value or a moving average value of at least one of the first signal intensity in the first wavelength band and the second signal intensity in the second wavelength band. Since the evaluation value is output, the influence of abnormal values is reduced, so it is possible to accurately evaluate the progress of the blinding state of the grinding wheel or the progress of the blinding state of the grinding wheel such as the vitrified grindstone. can.
また、好適には、前記研削面状態評価装置において、前記研削面状態出力部から出力された前記評価値を表示する表示装置が、含まれる。このようにすれば、目視によって、前記研削砥石の目つぶれ状態の進行、および/または前記研削砥石の目こぼれ状態の進行を、正確に評価することができる。 Preferably, the grinding surface condition evaluation device includes a display device that displays the evaluation value output from the grinding surface condition output section. In this way, it is possible to visually evaluate the progression of the grinding wheel's blindness and/or the progression of the grinding wheel's blindness.
また、好適には、前記研削面状態評価装置において、前記第1波長帯は、25から40kHzの波長帯の一部(たとえば第1波長帯の中心波長)を含む波長帯であり、前記第2波長帯は、45から65kHzの波長帯の一部(たとえば第2波長帯の中心波長)を含む波長帯であることにある。このようにすれば、前記研削砥石の目つぶれ状態の進行に対応する第1波長帯の第1信号強度、および/または前記研削砥石の目こぼれ状態の進行に対応する第2波長帯の第2信号強度を用いて、前記研削砥石の研削面状態を定量的に評価することができる。 Preferably, in the ground surface condition evaluation device, the first wavelength band is a wavelength band that includes a part of a wavelength band from 25 to 40 kHz (for example, the center wavelength of the first wavelength band), and the second The wavelength band is a wavelength band that includes a portion of the wavelength band from 45 to 65 kHz (for example, the center wavelength of the second wavelength band). In this way, the first signal strength in the first wavelength band corresponding to the progression of the blinding state of the grinding wheel, and/or the second signal strength of the second wavelength band corresponding to the progression of the blinding state of the grinding wheel. Using the signal intensity, the state of the grinding surface of the grinding wheel can be quantitatively evaluated.
また、好適には、前記研削面状態評価装置において、前記第1波長帯は、25から40kHzの波長帯であり、前記第2波長帯は、45から65kHzの波長帯であることにある。このようにすれば、前記研削砥石の目つぶれ状態の進行に対応する第1波長帯の第1信号強度、および/または前記研削砥石の目こぼれ状態の進行に対応する第2波長帯の第2信号強度を用いて、前記ビトリファイド砥石等の研削砥石の研削面状態を定量的に評価することができる。 Preferably, in the grinding surface condition evaluation device, the first wavelength band is a wavelength band of 25 to 40 kHz, and the second wavelength band is a wavelength band of 45 to 65 kHz. In this way, the first signal strength in the first wavelength band corresponding to the progression of the blinding state of the grinding wheel, and/or the second signal strength of the second wavelength band corresponding to the progression of the blinding state of the grinding wheel. Using the signal intensity, the condition of the ground surface of a grinding wheel such as the vitrified grindstone can be quantitatively evaluated.
また、好適には、前記研削面状態評価装置において、前記A/D変換器のサンプリング周期は、10μ秒以下である。このように、高い分解能を有するA/D変換器によれば、AE信号を周波数解析したパワースペクトラムから、前記研削砥石の目つぶれ状態の進行を反映する第1波長帯の第1信号強度、および/または前記研削砥石の目こぼれ状態の進行を反映する第2波長帯の第2信号強度が好適に得られる。 Preferably, in the grinding surface condition evaluation device, the sampling period of the A/D converter is 10 μsec or less. As described above, according to the A/D converter having high resolution, from the power spectrum obtained by frequency analysis of the AE signal, the first signal intensity in the first wavelength band reflecting the progression of the blinding state of the grinding wheel, and Alternatively, a second signal intensity in a second wavelength band that reflects the progression of the grain loss state of the grinding wheel can be preferably obtained.
また、好適には、前記研削砥石を用いて前記被削材を研削加工する研削加工装置は、前記研削面状態出力部から出力された前記評価値が予め設定された目標評価値となるように、前記研削砥石の前記被削材への切込速度、前記研削砥石の周速度、前記被削材の周速度、および、前記被削材の送り速度のうちの少なくとも1つを調節する研削自動制御部を備える。このようにすれば、研削条件が適切に自動制御されるので、被削材の品質のばらつきが抑制される。また、ドレスインターバル(ドレッシング実施の周期)が延長し、結果、砥石寿命が延長される。 Preferably, the grinding device that grinds the workpiece using the grinding wheel is configured such that the evaluation value output from the grinding surface state output section becomes a preset target evaluation value. , a grinding automatic that adjusts at least one of the cutting speed of the grinding wheel into the work material, the peripheral speed of the grinding wheel, the peripheral speed of the work material, and the feed speed of the work material. A control unit is provided. In this way, the grinding conditions are automatically and appropriately controlled, so that variations in the quality of the workpiece are suppressed. Furthermore, the dressing interval (period of dressing) is extended, and as a result, the life of the grinding wheel is extended.
また、好適には、前記研削砥石を用いて前記被削材を研削加工するとともに、ドレッサを用いて前記研削砥石をドレッシングする研削加工装置は、前記研削面状態出力部から出力された前記評価値が予め設定されたドレッシング開始条件となると、前記研削砥石を用いた前記被削材の研削加工を停止し、前記ドレッサによる前記研削砥石のドレッシングを開始するドレッシング制御部を備える。このようにすれば、研削砥石の目こぼれおよび目つぶれが所定の状態に到達した適切なタイミングでドレッシングが自動的に開始されるので、被削材の品質のばらつきが抑制される。 Preferably, the grinding device uses the grinding wheel to grind the workpiece and uses a dresser to dress the grinding wheel, and the grinding device uses the evaluation value output from the grinding surface state output unit. The present invention further includes a dressing control unit that stops the grinding of the workpiece using the grinding wheel and starts dressing the grinding wheel using the dresser when a preset dressing start condition is reached. In this way, dressing is automatically started at an appropriate timing when the grinding wheel has reached a predetermined level, so that variations in the quality of the workpiece are suppressed.
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail based on the drawings.
図1は、本発明の一実施例のドレッシング面状態評価装置としても機能する研削面状態評価装置10を備える、ドレッシング装置としても機能する研削加工装置12の構成を説明する図である。研削面状態評価装置10はドレッシング面状態評価装置としても機能している。研削加工装置12には、溶融アルミナ系砥粒、炭化珪素系砥粒、セラミックス砥粒などの一般砥粒や、CBN砥粒、ダイヤモンド砥粒などの超砥粒などを含む、ビトリファイド砥石、レジノイド砥石、メタルボンド砥石、電着砥石等の研削砥石が用いられる。本実施例においては、研削砥石として、図1に示す研削ホイール14が用いられる。研削ホイール14は、砥石部16を円筒状或いはドラム状の金属コアすなわち本体18の外周面に固設して主軸駆動モータ62により回転駆動される回転軸に装着される。研削ホイール14は、たとえば80m/秒程度以上の比較的高い周速度で駆動され、たとえば柱状の被削材44の表面を研削する。本実施例では、研削ホイール14がビトリファイド砥石に対応している。
FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of a grinding
研削面状態評価装置10は、本体18内に設けられ、砥石部16に含まれると砥粒の破砕時に研削ホイール14の研削部位において発生し且つ砥石部16内を伝播する振動たとえば20kHz以上の超音波領域である極めて周波数の高い破砕音すなわちAE信号波(acoustic emission signal)を砥石部16の内周面から検出し、その破砕音を表すアナログ信号であるAE信号SAEを出力するAEセンサ22と、そのAEセンサ22から出力されたAE信号SAEを増幅するプリアンプ24と、そのプリアンプ24により増幅されたAE信号SAEを所定の搬送波を用いて送信する送信回路26と、この送信回路26から送信されたAE信号SAEを受信するためのアンテナ28を有する受信回路30と、受信回路30により受信された搬送波を通過させる所定の周波数帯を備えたバンドパスフィルタ32と、搬送波から復調されたAE信号SAEをデジタル信号に変換するA/D変換器34と、そのデジタル信号に変換されたAE信号SAEを処理する演算制御装置36とを、備えている。上記のAEセンサ22、プリアンプ24、および、送信回路26は、研削ホイール14の本体18内に設けられている。A/D変換器34は、高分解能を有し、10μ秒(マイクロ秒)以下のサンプリング周期、好適には5μ秒以下のサンプリング周期、さらに好適には1μ秒以下のサンプリング周期で、AE信号SAEをデジタル信号に変換する。A/D変換器34のサンプリング周期は、短くなるほど(高速となるほど)、たとえば後述の図5から図7に示す、目こぼれ(ボンド破砕)に関連する第1波長帯B1と目つぶれ(砥粒破砕)に関連する第2波長帯B2とが明確となる。なお、以下の実施例では、A/D変換器34のサンプリング周期として1μ秒が用いられている。
The grinding surface
上記砥石部16は、たとえば図2に示すように、砥粒38と、それら砥粒38を結合する無機結合材(ビトリファイドボンド)40と、気孔42とから成るよく知られたビトリファイド砥石組織から構成されており、被削材(ワーク)44或いはドレッサ46との摺接によって、砥粒38自体のクラックAすなわち破砕の発生に由来する第1振動、砥粒38、および被削材44との接触すなわちこすれBによって発生する摩擦振動或いは弾性振動に由来する第2振動が発生し、それら第1振動および第2振動を含む研削音すなわちAE信号波が、AEセンサ22によって検出される。
For example, as shown in FIG. 2, the
図1の演算制御装置36は、CPU、ROM、RAM、インターフェースなどを含む所謂マイクロコンピュータであって、CPUはRAMの一時記憶機能を利用しつつ予めROMに記憶されたプログラムに従って入力信号を処理することにより、ドレッシング面状態を判定するための、研削面状態を表す数値、グラフ、或いは図形などを算出し、研削面状態表示装置としても機能する面状態表示装置48から出力させるとともに、研削制御装置72へ送信する。
The arithmetic and
研削面状態評価装置10の演算制御装置36は、周波数解析部50、研削面状態出力部51、およびドレッシング面状態出力部52を機能的に備えている。周波数解析部50は、被削材44の研削加工中或いは研削ホイール14のドレッシング中において、A/D変換器34から入力されたAE信号SAEの周波数解析(FFT)を行なって、信号パワーを示す縦軸と周波数を示す横軸との二次元座標において、周波数成分の大きさを示す種々の信号パワーを周波数毎にピーク波形で周波数軸(横軸)上に示すパワースペクトラムを生成する。
The arithmetic and
研削面状態出力部51は、被削材44の研削加工中において、上記パワースペクトラムから、たとえば32.5kHzを中心部に含む予め設定された第1波長帯B1、たとえば25から40kHzの第1波長帯B1についての第1信号強度SP1、および、たとえば55kHzを中心部に含む予め設定された第2波長帯B2、たとえば45から65kHzの第2波長帯B2についての第2信号強度SP2を、それぞれ算出する。それらの第1信号強度SP1および第2信号強度SP2としては、瞬時値であってもよいが、目つぶれや目こぼれを安定的に把握するために、好適には、A/D変換器34のサンプリング周期よりも充分に長く設定された所定周期内の積分値或いは移動平均値が用いられる。
During the grinding process of the
また、ドレッシング面状態出力部52は、ドレッサ46を用いた研削ホイール14のドレッシング中において、研削面状態出力部51と同様に、上記パワースペクトラムから、32.5kHzを中心部に含む予め設定された第1波長帯B1、たとえば25から40kHzの第1波長帯B1についての第1信号強度SP1、および、55kHzを中心部に含む予め設定された第2波長帯B2、たとえば45から65kHzの第2波長帯B2についての第2信号強度SP2を、それぞれ算出する。それらの第1信号強度SP1および第2信号強度SP2としては、瞬時値であってもよいが、目つぶれや目こぼれを安定的に把握するために、好適には、A/D変換器34のサンプリング周期よりも充分に長く設定された所定周期内の積分値或いは移動平均値が用いられる。
Further, during dressing of the
研削面状態出力部51は、被削材44の研削加工中において、或いは、ドレッシング面状態出力部52は研削ホイール14のドレッシング中において、それぞれ、第1信号強度SP1および第2信号強度SP2の少なくとも一方に基づいて、ドレッシング面状態評価値たとえば信号強度の所定周期の積分値或いは移動平均値に関連する関連値(たとえばレベル値)、或いは信号強度比SR(=SP1/SP2)或いはその関連値(たとえばレベル値)を算出し、面状態表示装置48へ出力する。これにより、図3から図5に示すように、第1信号強度SP1および第2信号強度SP2の少なくとも一方、信号強度比SR或いはそれらの関連値を、研削面状態評価値として、或いはドレッシング面状態評価値として面状態表示装置48に表示させる。なお、第1信号強度SP1および第2信号強度SP2の一方を用いる場合には、研削面状態評価値或いはドレッシング面評価値は、第1信号強度SP1および第2信号強度SP2の一方の信号強度値そのものであってもよいし、把握し易い指標値たとえばレベル値に変換した値であってもよい。
The grinding surface
ここで、AEセンサ22によって検出されるAE信号波から高速で高分解能のA/D変換器34を用いてデジタル信号に変換されたSAE信号の周波数解析により得られるパワースペクトラムにおいて、第1波長帯B1内のピーク波形信号群および第2波長帯B2内のピーク波形信号群の発生について、種々の研削砥石について本発明者が行なった研削試験を、以下に説明する。研削試験1は、2種類の電着砥石、レジノイド砥石の研削時にそれぞれ得られるパワースペクトラム、およびレジノイド砥石のドレッシング時に得られるパワースペクトラムにおいて、ピーク波形信号群で構成される第1波長帯B1および第2波長帯B2の発生状態の検証試験である。研削試験2は、ビトリファイド砥石の研削時およびドレッシング時にそれぞれ得られるパワースペクトラムにおいて、ピーク波形信号群で構成される第1波長帯B1および第2波長帯B2の発生状態の検証試験である。
Here, in the power spectrum obtained by frequency analysis of the SAE signal converted from the AE signal wave detected by the
(試験1)
第1波長帯B1および第2波長帯B2の発生を確認するために、以下の条件で、研削およびドレッシングをおこなった。以下の研削工具は、AEセンサ内蔵の研削ホイールに貼付けた砥石部の仕様を示している。
研削工具: CBN電着砥石 CB 80 P 400φ×30t
ダイヤモンド電着砥石 SD 80 P 400φ×30t
CBNレジノイド砥石 CB 170 P 75 B
被削材: セラミック板 1mmt
ドレッシング工具: ロータリドレッサ SD 40 Q M 100φ×1.5W
研削工具の周速: 1250m/min
ドレッサの周速: 864m/min
切込み量: 研削工具 200μm(1.2mm/min)
ドレッサ φ0.002mm/pass
ドレスリード: 0.15mm/r.o.w.
(Test 1)
In order to confirm the occurrence of the first wavelength band B1 and the second wavelength band B2, grinding and dressing were performed under the following conditions. The following grinding tool shows the specifications of the grinding wheel attached to the grinding wheel with a built-in AE sensor.
Grinding tool: CBN electroplated grindstone CB 80P 400φ×30t
Diamond electrodeposited grindstone SD 80P 400φ×30t
CBN resinoid grindstone CB 170 P 75 B
Work material: Ceramic plate 1mmt
Dressing tool:
Peripheral speed of grinding tool: 1250m/min
Dresser peripheral speed: 864m/min
Depth of cut: Grinding tool 200μm (1.2mm/min)
Dresser φ0.002mm/pass
Dress lead: 0.15mm/r. o. w.
図3、図4および図5は、ダイヤモンド電着砥石、CBN電着砥石、およびCBNレジノイド砥石がセラミック板を研削したときに発生したAE信号波から得られたパワースペクトラムを示している。図6は、CBNレジノイド砥石がロータリドレッサによりドレッシングされたときに発生したAE信号波から得られたパワースペクトラムを示している。図3、図4および図5では、25~35Hz、25~40Hz、20~35Hzの第1波長帯B1と、45~65Hz、45~65Hz、40~60Hzの第2波長帯B2とが、存在している。また、図6では、図5と同様の、20~35Hzの第1波長帯B1と40~60Hzの第2波長帯B2とが、存在している。図6に示すレジノイド砥石のドレッシング時では、図5に示すレジノイド砥石の研削時に比較して、第1波長帯B1のピーク波形信号群の強度が大きい。このことから、ドレッシング時には、研削時と比較して、CBN砥粒の破砕が顕著であることが推定される。 3, 4, and 5 show power spectra obtained from AE signal waves generated when a diamond electrodeposition grindstone, a CBN electrodeposition grindstone, and a CBN resinoid grindstone grind a ceramic plate. FIG. 6 shows a power spectrum obtained from an AE signal wave generated when a CBN resinoid grinding wheel was dressed by a rotary dresser. In FIGS. 3, 4, and 5, a first wavelength band B1 of 25 to 35 Hz, 25 to 40 Hz, and 20 to 35 Hz, and a second wavelength band B2 of 45 to 65 Hz, 45 to 65 Hz, and 40 to 60 Hz exist. are doing. Further, in FIG. 6, there is a first wavelength band B1 of 20 to 35 Hz and a second wavelength band B2 of 40 to 60 Hz, similar to FIG. 5. When dressing the resinoid grindstone shown in FIG. 6, the intensity of the peak waveform signal group in the first wavelength band B1 is greater than when grinding the resinoid grindstone shown in FIG. From this, it is presumed that the CBN abrasive grains are more significantly crushed during dressing than during grinding.
(試験2)
図7、図8、図9は、本発明者が以下のドレッシング条件において、周速度比Vd/Vgが異なる3種類のビトリファイド砥石のドレッシング試験(Vd/Vg=1.0のダウンカット、Vd/Vg=0.3のダウンカット、Vd/Vg=1.0のアップカット)により得られたパワースペクトラムをそれぞれ示す図である。また、図10は、その3種類のパワースペクトラムの各ピーク波形に対して各ピーク波形の発生を判定するための所定の判定閾値を設け、発生したピーク波形のうちその判定閾値を超えるものを発生と判定した発生マップを示す図である。
(Test 2)
Figures 7, 8, and 9 show dressing tests conducted by the present inventor on three types of vitrified grinding wheels with different circumferential speed ratios Vd/Vg under the following dressing conditions (down cut with Vd/Vg = 1.0, Vd/ FIG. 4 is a diagram showing power spectra obtained by a down cut of Vg=0.3 and an up cut of Vd/Vg=1.0. In addition, in FIG. 10, a predetermined judgment threshold is provided for each peak waveform of the three types of power spectra to judge the occurrence of each peak waveform, and among the generated peak waveforms, those exceeding the judgment threshold are generated. It is a figure which shows the occurrence map which was determined to be.
(ドレッシング条件)
研削ホイール: AEセンサ内蔵の研削ホイール
研削ホイールの砥石部: CB 80 N 200 V(粒度80のCBN砥粒がビトリファイド結合材により結合され、結合度N、集中度200を有するもの)
研削盤: 汎用円筒研削盤
研削ホイールの周速度Vg: 45m/秒(時計回り)
ドレッサ: ロータリドレッサ
ドレッサの周速度
・Vd:45m/秒 (反時計回りダウンカット)周速度比Vd/Vg=1.0
・Vd:13.5m/秒(反時計回りダウンカット)周速度比Vd/Vg=0.3
・Vd:22.5m/秒(反時計回りダウンカット)周速度比Vd/Vg=0.5
・Vd:45m/秒 (時計回りアップカット)周速度比Vd/Vg=1.0
(dressing conditions)
Grinding wheel: Grinding wheel with built-in AE sensor Grinding wheel part: CB 80 N 200 V (CBN abrasive grains with a grain size of 80 are bonded by a vitrified bonding material, with a bonding degree of N and a concentration of 200)
Grinding machine: General-purpose cylindrical grinding machine Grinding wheel circumferential speed Vg: 45 m/sec (clockwise)
Dresser: Rotary dresser Dresser peripheral speed/Vd: 45 m/sec (counterclockwise down cut) Peripheral speed ratio Vd/Vg = 1.0
・Vd: 13.5m/sec (counterclockwise down cut) Peripheral speed ratio Vd/Vg=0.3
・Vd: 22.5 m/sec (counterclockwise down cut) Peripheral speed ratio Vd/Vg = 0.5
・Vd: 45m/sec (clockwise up cut) Peripheral speed ratio Vd/Vg=1.0
図7は、Vd/Vg=1.0のダウンカットでのドレッシング条件にて得られたパワースペクトラムを示している。この図7のドレッシング条件は、図1に示すように、時計回りの研削ホイールの周速度Vgと反時計回りのロータリドレッサの周速度Vdとが回転方向が逆方向で一致しており、接触点における研削ホイールとロータリドレッサの相対周速度がゼロとなる、専らビトリファイド砥石の無機結合材40の破砕が顕著となるドレッシング条件である。図7のパワースペクトラムでは、機械振動などの低域雑音を除いて、25から40kHzの第1波長帯B1および45から65kHzの第2波長帯B2においてそれぞれ複数のピーク波形が集中的に発生しており、第1波長帯B1におけるピーク波形の高さ(信号強度)が第2波長帯B2におけるピーク波形の高さ(信号強度)よりも大きいという現象が観察された。
FIG. 7 shows the power spectrum obtained under the down-cut dressing condition of Vd/Vg=1.0. As shown in FIG. 1, the dressing conditions in FIG. 7 are such that the circumferential speed Vg of the clockwise grinding wheel and the circumferential speed Vd of the counterclockwise rotary dresser match in opposite rotation directions, and the contact point This is a dressing condition in which the relative circumferential speed of the grinding wheel and the rotary dresser becomes zero, and the crushing of the
図8は、Vd/Vg=0.3のダウンカットでのドレッシング条件、すなわち研削ホイールの周速度Vgがロータリドレッサの周速度Vdと逆の回転方向であるが3倍程度で、専らビトリファイド砥石の砥粒の破砕が顕著となるドレッシング条件において得られたパワースペクトラムを示している。このパワースペクトラムでも、機械振動などの低域雑音を除いて、25から40kHzの第1波長帯B1および45から65kHzの第2波長帯B2においてそれぞれ複数のピーク波形が集中的に発生しており、第2波長帯B2におけるピーク波形の高さ(信号強度)が第1波長帯B1におけるピーク波形の高さ(信号強度)よりも大きいという現象が観察された。 Fig. 8 shows dressing conditions for down cutting with Vd/Vg = 0.3, that is, the circumferential speed Vg of the grinding wheel is in the opposite direction of rotation to the circumferential speed Vd of the rotary dresser, but is about three times the circumferential speed Vd of the rotary dresser, and is exclusively for the vitrified grinding wheel. It shows the power spectrum obtained under dressing conditions where abrasive grain fragmentation becomes noticeable. Even in this power spectrum, excluding low-frequency noise such as mechanical vibration, a plurality of peak waveforms occur intensively in the first wavelength band B1 from 25 to 40 kHz and the second wavelength band B2 from 45 to 65 kHz, respectively. A phenomenon was observed in which the peak waveform height (signal intensity) in the second wavelength band B2 was greater than the peak waveform height (signal intensity) in the first wavelength band B1.
図9は、Vd/Vg=1.0のアップカットでのドレッシング条件、すなわち研削ホイールの周速度Vgがロータリドレッサの周速度Vdと同じであるが図7の場合と逆回転方向で、専らビトリファイド砥石の砥粒の破砕が顕著となるドレッシング条件において得られたパワースペクトラムを示している。このパワースペクトラムでも、機械振動などの低域雑音を除いて、25から40kHzの第1波長帯B1および45から65kHzの第2波長帯B2においてそれぞれ複数のピーク波形が集中的に発生しており、第2波長帯B2におけるピーク波形の高さ(信号強度)が第1波長帯B1におけるピーク波形の高さ(信号強度)よりも大きいという現象が観察された。 FIG. 9 shows dressing conditions for up-cutting with Vd/Vg = 1.0, that is, the circumferential speed Vg of the grinding wheel is the same as the circumferential speed Vd of the rotary dresser, but in the opposite rotation direction to that in FIG. 7, and only vitrified It shows the power spectrum obtained under dressing conditions where the abrasive grains of the grindstone are significantly crushed. Even in this power spectrum, excluding low-frequency noise such as mechanical vibration, a plurality of peak waveforms occur intensively in the first wavelength band B1 from 25 to 40 kHz and the second wavelength band B2 from 45 to 65 kHz, respectively. A phenomenon was observed in which the peak waveform height (signal intensity) in the second wavelength band B2 was greater than the peak waveform height (signal intensity) in the first wavelength band B1.
図10は、図7、図8、図9にそれぞれ示された周速度比Vd/Vgが異なる3種類のパワースペクトラムの各ピーク値に対して各ピーク値の発生を判定するための所定の判定閾値を設け、発生したピーク値のうちその判定閾値を超えるものを発生と判定して黒色領域で示したピーク波形発生マップを示す図である。この図10によれば、上記判定閾値を超える大きさのピーク値は、周速度比Vd/Vgが1.0のダウンカットでは、専ら25から40kHzの第1波長帯B1において発生し、周速度比Vd/Vgが0.3のダウンカット、および周速度比Vd/Vgが1.0のアップカットでは、45から65kHzの第2波長帯B2において発生している。これにより、AE信号SAEを周波数解析したパワースペクトラムにおいて、第1波長帯B1内における少なくとも一部の波長のピーク波形の高さ(信号強度)が、ビトリファイド砥石表面の砥粒38の破砕を反映し、第2波長帯B2内における少なくとも一部の波長のピーク波形の高さ(信号強度)が、ビトリファイド砥石表面の砥粒とロータリドレッサの接触により発生する摩擦振動或いは弾性振動を反映していることが確認された。すなわち、第1波長帯B1はボンド破砕周波数帯に対応し、第2波長帯B2は砥粒破砕周波数帯に対応している。
FIG. 10 shows a predetermined judgment for determining the occurrence of each peak value for each peak value of the three types of power spectra with different circumferential speed ratios Vd/Vg shown in FIGS. 7, 8, and 9, respectively. FIG. 4 is a diagram illustrating a peak waveform generation map in which a threshold value is provided and peak values that exceed the determination threshold value are determined to have occurred and are shown in black areas. According to FIG. 10, the peak value exceeding the determination threshold value occurs exclusively in the first wavelength band B1 from 25 to 40 kHz in the downcut where the circumferential velocity ratio Vd/Vg is 1.0, and The down-cut with a ratio Vd/Vg of 0.3 and the up-cut with a circumferential velocity ratio Vd/Vg of 1.0 occur in the second wavelength band B2 from 45 to 65 kHz. As a result, in the power spectrum obtained by frequency analysis of the AE signal SAE, the peak waveform height (signal intensity) of at least some wavelengths in the first wavelength band B1 reflects the fracture of the
図11は、上記の試験2のドレッシング試験において、ロータリドレッサの回転方向および周速度比が異なる4種類のドレッシング条件において得られた、第1波長帯B1についての第1信号強度SP1(振動強度積分値)、第2波長帯B2についての第2信号強度SP2(振動強度積分値)、および信号強度比SR(=SP1/SP2)を示している。一般に、周速度比Vd/Vgが1であるダウンカットでは、接線方向の相対速度が0で接触することから、砥粒38の破砕は摩滅よりは破砕が多くなり、この状態でドレッシングされた研削砥石を用いた研削加工では、切れ味がよくなることで消費電力が低くなり、仕上げ面粗さが悪化する(砥石が柔らかく作用する)ことが、経験則からわかっている。上記図11における第1信号強度SP1の推移を見ると、ダウンカット且つ周速度比Vd/Vgが1となると、急速に上昇しているとから、第1信号強度SP1或いは信号強度比SR(SP1/SP2)を用いることで、砥粒38の破砕の増加を検知できると考えられる。この第1信号強度SP1或いは信号強度比(SP1/SP2)を監視することで、ドレッシングの出来上がりを定量的に判定できる。
FIG. 11 shows the first signal strength SP1 (vibration strength integral value), the second signal strength SP2 (integrated vibration strength value) for the second wavelength band B2, and the signal strength ratio SR (=SP1/SP2). Generally, in a down cut where the circumferential speed ratio Vd/Vg is 1, the contact occurs at a relative speed of 0 in the tangential direction, so the
(試験3)
第1波長帯B1および第2波長帯B2の発生要因を確認するために、以下の条件で、研削およびドレッシングをおこなった。
研削工具: CBNビトリファイド砥石 CB 80N 200 V(400mmφ×30mmt)
CBN電着砥石 CB 80 P(400mmφ×30mmt)
研削方式: プランジ研削
研削工具の周速: 45m/sec.(2122rpm)
被削材: SCM435(焼入)(50mmφ×10mmt)
被削材の周速: 0.45m/sec.
切込み速度: R0.8mm/min
取り代: 切込量R1.04mm(加工前被削材径50mmφ)研削代断面積で160mm2相当
スパークアウト: 10rev.
研削油: SEC700(×50)
流量: 20L/min
ドレッシング工具: ロータリドレッサSD 40 Q 75 M(100mmφ×1U)
ドレス周速: Vw=45m/s,Vd=13.5m/s(Vd/Vw=0.3)
ドレスリード: 0.10m/r.o.w.
ドレス切込量: R0.002mm/pass×10pass
※ドレッシング実施はCBNビトリファイド砥石のみ
(Test 3)
In order to confirm the cause of the occurrence of the first wavelength band B1 and the second wavelength band B2, grinding and dressing were performed under the following conditions.
Grinding tool: CBN vitrified grindstone CB 80N 200V (400mmφ x 30mmt)
CBN electrodeposited grindstone CB 80 P (400mmφ x 30mmt)
Grinding method: Plunge grinding Peripheral speed of grinding tool: 45m/sec. (2122rpm)
Work material: SCM435 (quenched) (50mmφ x 10mmt)
Peripheral speed of workpiece: 0.45m/sec.
Cutting speed: R0.8mm/min
Removal allowance: Depth of cut R1.04mm (workpiece diameter before machining 50mmφ) Grinding allowance cross-sectional area equivalent to 160mm 2 Spark out: 10rev.
Grinding oil: SEC700 (x50)
Flow rate: 20L/min
Dressing tool: Rotary dresser SD 40 Q 75 M (100mmφ×1U)
Dress circumferential speed: Vw=45m/s, Vd=13.5m/s (Vd/Vw=0.3)
Dress lead: 0.10m/r. o. w.
Dress cutting depth: R0.002mm/pass x 10pass
*Dressing is only available for CBN vitrified whetstones.
図12および図13は、CBNビトリファイド砥石およびCBN電着砥石が被削材SCM435(焼入)を研削したときに発生したAE信号波から得られたパワースペクトラムをそれぞれ示している。図13に示すCBN電着砥石のパワースペクトラムでは、図12に示すCBNビトリファイド砥石のパワースペクトラムと同様に、30~40Hzの第1波長帯B1と45~65Hzの第2波長帯B2とが存在している。ロータリドレッサによりドレッシングされたときに発生したAE信号波から得られたパワースペクトラムを示している。第1波長帯B1のピーク波形信号群は、砥粒の破砕に由来するものと考えられる。しかし、第2波長帯B2のピーク波形信号群は、砥粒が金属(ニッケルめっき)で結合されているCBN電着砥石でも発生しているため、ボンドの破砕に由来するものではないと考えられる。 FIGS. 12 and 13 show power spectra obtained from AE signal waves generated when a CBN vitrified grindstone and a CBN electrodeposited grindstone grind a workpiece SCM435 (quenched), respectively. In the power spectrum of the CBN electrodeposited grindstone shown in FIG. 13, similar to the power spectrum of the CBN vitrified grindstone shown in FIG. 12, there are a first wavelength band B1 of 30 to 40 Hz and a second wavelength band B2 of 45 to 65 Hz. ing. It shows a power spectrum obtained from an AE signal wave generated when being dressed by a rotary dresser. It is thought that the peak waveform signal group in the first wavelength band B1 originates from the crushing of the abrasive grains. However, the peak waveform signal group in the second wavelength band B2 also occurs in a CBN electrodeposited grindstone in which the abrasive grains are bonded with metal (nickel plating), so it is thought that it is not caused by fracture of the bond. .
図14は、CBN電着砥石により研削試験2の条件で繰り返し研削を行なったカット数(研削回数)を横軸とし、第1波長帯B1についての第1信号強度SP1(振動強度積分値)および単位面積当たりの累積破砕砥粒数(粒/mm2)を縦軸とした二次元座標において、CBN電着砥石の研削時に発生する第1波長帯B1から得られる第1信号強度SP1(振動強度積分値)、およびCBN電着砥石の単位面積当たりの累積破砕砥粒数(粒/mm2)の変化を示すグラフである。単位面積当たりの累積破砕砥粒数(粒/mm2)は、CBN電着砥石の研削面を撮像したSEM写真(10kv 0.5mm×50 2.4mm×1.8mm)から二段レプリカによる破砕砥粒定量化手法を用いて算出した。
FIG. 14 shows the first signal strength SP1 (integrated value of vibration intensity) for the first wavelength band B1 and In two-dimensional coordinates with the cumulative number of crushed abrasive grains per unit area (grains/mm 2 ) as the vertical axis, the first signal strength SP1 (
図14において、CBN電着砥石の研削面の累積破砕砥粒数は、カット数の増加と共に増加し、カット数が所定値(150カット)に到達した以降は、収束している。しかし、第1信号強度SP1(振動強度積分値)は、カット数の増加に拘わらず比較的一定であるが、カット数が所定値(約150カット)に到達するまでは振動ピークが多発し、カット数が所定値(約150カット)に到達した以降は、振動ピークが収まり安定した。このことからも、第1波長帯B1のピーク波形信号群は、砥粒の破砕に由来するものと考えられる。 In FIG. 14, the cumulative number of crushed abrasive grains on the grinding surface of the CBN electrodeposited grindstone increases as the number of cuts increases, and converges after the number of cuts reaches a predetermined value (150 cuts). However, although the first signal strength SP1 (integrated value of vibration intensity) remains relatively constant regardless of the increase in the number of cuts, vibration peaks occur frequently until the number of cuts reaches a predetermined value (approximately 150 cuts). After the number of cuts reached a predetermined value (approximately 150 cuts), the vibration peak subsided and became stable. From this as well, it is considered that the peak waveform signal group in the first wavelength band B1 is derived from the crushing of the abrasive grains.
図15は、研削試験2の条件で繰り返し研削を行なったカット数(研削回数)を横軸とし、第2波長帯B2についての第2信号強度SP2(振動強度積分値)および砥粒の作用面積率(%)を縦軸とした二次元座標において、CBN電着砥石の研削時に発生する第2波長帯B2から得られる第2信号強度SP2(振動強度積分値)、およびCBN電着砥石の砥粒の作用面積率(%)の変化を示すグラフである。砥粒の作用面積率(%)は、CBN電着砥石の研削面を計測したレーザ顕微鏡の3D形状測定結果から最も突出し高さが高い砥粒を検索し、その砥粒の先端から10μmの範囲にある砥粒の分断面積を算出し、その分断面積からその割合を算出した。
FIG. 15 shows the second signal strength SP2 (integrated value of vibration intensity) and the action area of the abrasive grains for the second wavelength band B2, with the horizontal axis representing the number of cuts (number of times of grinding) obtained by repeatedly grinding under the conditions of Grinding
図15において、CBN電着砥石の研削時に発生する第2波長帯B2から得られる第2信号強度SP2(振動強度積分値)、およびCBN電着砥石の砥粒の作用面積率(%)は、共に、カット数の増加に伴って増加し、カット数が所定値(約230カット)に到達した以降は、共に減少した後、その減少が停止する。このことから、第2波長帯B2のピーク波形信号群は、砥粒の被削材に対する作用面積に比例しており、砥粒と被削材との接触(摺接)によって発生する摩擦振動或いは弾性振動に由来するものと考えられる。 In FIG. 15, the second signal strength SP2 (integrated value of vibration intensity) obtained from the second wavelength band B2 generated during grinding with the CBN electrodeposition grindstone and the active area ratio (%) of the abrasive grains of the CBN electrodeposition grindstone are as follows: Both increase as the number of cuts increases, and after the number of cuts reaches a predetermined value (approximately 230 cuts), both decrease and then stop decreasing. From this, the peak waveform signal group in the second wavelength band B2 is proportional to the area of action of the abrasive grains on the workpiece material, and the peak waveform signal group in the second wavelength band B2 is proportional to the area of action of the abrasive grains on the workpiece material. This is thought to be due to elastic vibration.
図16は、CBNビトリファイド砥石により研削工具の周速、切込み速度、被削材の材質が異なる他は研削試験2の条件を用いた4種類の加工条件1~4でそれぞれ繰り返し研削を行なったときの11カットから14カットの平均値として得られた振動強度比(SP1/SP2)の大きさを対比可能に示す棒グラフである。研削工具の周速が2700m/min、切込み速度がR0.8mm/min、被削材の材質がSCM435である加工条件1に比べて、研削工具の周速が1500m/min、切込み速度がR0.8mm/min、被削材の材質がSCM435である加工条件2、研削工具の周速が2700m/min、切込み速度がR2.8mm/min、被削材の材質がSCM435である加工条件3、研削工具の周速が2700m/min、切込み速度がR0.8mm/min、被削材の材質がSUS304である加工条件4となるほど、振動強度比(SP1/SP2)の大きさが増加している。条件2および条件3は砥粒に係る切込負荷は同じであるが、周速よりも切込速度の方の影響が大きいと考えられる。また、条件3に対して条件4の振動強度比(SP1/SP2)の増加割合が大きい。このことは、被削材が難削材であるため、切込速度を低くしても砥粒の脱落が大きいということが考えられる。
Figure 16 shows when repeated grinding was performed using a CBN vitrified grindstone under four types of
図17、図18、図19、および図20は、図16における条件1、条件2、条件3および条件4での切削加工後においてCBNビトリファイド砥石の研削面をレーザ顕微鏡によって計測した3Dマップであって、黒色部分が砥粒の脱落部位を示している。これらの3Dマップから明らかなように、振動強度比(SP1/SP2)は、それが大きくなるほど、砥粒の脱落が多い状態を示している。
17, 18, 19, and 20 are 3D maps of the grinding surface of the CBN vitrified grindstone measured using a laser microscope after cutting under
(試験4)
次いで、本発明者は、以下の研削加工条件下で切込速度が異なる2種類の研削加工条件において行ない、その研削試験の結果を説明する。図21は、切込速度がR0.8mm/分とした低研削能率の場合のパワースペクトラムを示している。図22は、切込速度がR2.8mm/分とした高研削能率の場合のパワースペクトラムを示している。
(Test 4)
Next, the inventor will explain the results of the grinding tests conducted under the following grinding conditions under two types of grinding conditions with different cutting speeds. FIG. 21 shows the power spectrum when the cutting speed is R0.8 mm/min and the grinding efficiency is low. FIG. 22 shows the power spectrum when the cutting speed is R2.8 mm/min and high grinding efficiency is achieved.
(研削加工条件)
研削ホイール: AEセンサ内蔵の研削ホイール
研削ホイールの砥石部: CB 80 N 200 V(粒度80のCBN砥粒がビトリファイド結合材により結合され、結合度N、集中度200を有するもの)
研削盤: 汎用円筒研削盤
研削方式: 湿式プランジ研削
研削ホイールの周速度Vg: 45m/秒
被削材: SCM435焼入(HRc48±2)
被削材の周速度: 0.45m/秒
取り代: 切込量R1.04mm(加工前被削材径50mmφ)、研削代断面積で160mm2相当
切込速度: R0.8mm/分、R2.8mm/分
スパークアウト: 10rev.
研削液: ノリタケクール SEC700(×50)
研削液流量: 20 L/min
(Grinding processing conditions)
Grinding wheel: Grinding wheel with built-in AE sensor Grinding wheel part: CB 80 N 200 V (CBN abrasive grains with a grain size of 80 are bonded by a vitrified bonding material, with a bonding degree of N and a concentration of 200)
Grinding machine: General-purpose cylindrical grinder Grinding method: Wet plunge grinding Grinding wheel circumferential speed Vg: 45 m/s Work material: SCM435 quenched (HRc48±2)
Peripheral speed of work material: 0.45 m/sec Machining stock: Depth of cut R1.04 mm (work material diameter before machining 50 mmφ), grinding stock cross-sectional area 160 mm 2 Equivalent cutting speed: R0.8 mm/min, R2 .8mm/min spark out: 10rev.
Grinding fluid: Noritake Cool SEC700 (x50)
Grinding fluid flow rate: 20 L/min
図21は、研削の加工能率(切込速度)がR0.8mm/分という低能率加工において、砥粒と被削材との接触により発生する摩擦振動或いは弾性振動に対応する第2波長帯B2の信号強度が砥粒の破砕に対応する第1波長帯B1の信号強度よりも大きく、目こぼれ(目替わり)が起こりにくく目つぶれ傾向の研削加工となっていることを示している。これに対して、図22は、研削の加工能率(切込速度)がR2.8mm/分という高能率加工では、第2波長帯B2の信号強度よりも第1波長帯B1の信号強度が大きく、砥粒の破砕による目つぶれが起こりにくく、ボンドブリッジの破砕による目こぼれ(目替わり)傾向の研削加工となっていることを示している。 FIG. 21 shows the second wavelength band B2 corresponding to the frictional vibration or elastic vibration generated by contact between the abrasive grain and the workpiece in low-efficiency machining where the machining efficiency (cutting speed) is R0.8 mm/min. The signal intensity is greater than the signal intensity of the first wavelength band B1 corresponding to the crushing of abrasive grains, indicating that the grinding process is less likely to cause grain loss (replacement of grain) and has a tendency to grain loss. On the other hand, FIG. 22 shows that in high-efficiency machining where the grinding efficiency (cutting speed) is R2.8 mm/min, the signal intensity in the first wavelength band B1 is higher than the signal intensity in the second wavelength band B2. This shows that the grinding process is less likely to cause crushing due to abrasive grain crushing, and is prone to crushing due to bond bridge crushing.
図21の低能率加工(切込速度R0.8mm/分)でのパワースペクトラムでは、第2波長帯B2の信号強度に対して第1波長帯B1の信号強度が小さく、砥粒の破砕が少ないか或いは被削材に作用する砥粒が多く、一粒あたりの負荷が少ないことにより目替わりが生じ難く、目つぶれ傾向の研削加工となっている。これに対して、図22の高能率加工(切込速度R2.8mm/分)でのパワースペクトラムでは、第2波長帯B2の信号強度に対して第1波長帯B1の信号強度が大きく、砥粒の破砕が多いことにより目替わりが多く発生して目こぼれ傾向の研削加工となっている。 In the power spectrum in low efficiency machining (cutting speed R 0.8 mm/min) in Figure 21, the signal intensity in the first wavelength band B1 is smaller than the signal intensity in the second wavelength band B2, and there is less fragmentation of abrasive grains. Alternatively, there are many abrasive grains that act on the workpiece material, and the load per grain is small, making it difficult to change the grain, resulting in a grinding process that tends to cause grain loss. On the other hand, in the power spectrum in high-efficiency machining (cutting speed R2.8 mm/min) shown in Fig. 22, the signal intensity in the first wavelength band B1 is greater than the signal intensity in the second wavelength band B2, and the Due to the large number of grains being crushed, a large number of grain changes occur, resulting in a grinding process that tends to have loose grains.
図23は、第1波長帯B1内の信号強度たとえばその積分値を第1信号強度SP1とし、第2波長帯B2内の信号強度たとえばその積分値を第2信号強度SP2とし、信号強度比SRをSP1/SP2とした場合、研削ホイールの単位円周長さ当たりの研削代断面積S(mm2/mm)を横軸に取り、目つぶれ傾向の低能率加工(切込速度R0.8mm/分(●印で示す))および目こぼれ傾向の高能率加工(切込速度R2.8mm/分(○印で示す))を行なったときにそれぞれ得られたパワースペクトラムから得られた信号強度比SRを示している。この信号強度比SR(=SP1/SP2)は、目つぶれ状態と目こぼれ状態とのバランスを評価可能な好適な研削面状態評価値となっている。図23に示すように、0.6以下を目つぶれ状態とした場合、低能率加工(切込速度R0.8mm/分(●印で示す))は研削ホイールの単位円周長さ当たりの研削代断面積S(mm2/mm)に対して全域において目つぶれ状態を示すが、高能率加工(切込速度R0.8mm/分(〇印で示す))では信号強度比SRが0.6を超え目こぼれ状態を示す。図24は、図23の横軸である研削ホイールの単位円周長さ当たりの研削代断面積S(mm2/mm)が0から5の領域を拡大して示している。 In FIG. 23, the signal strength in the first wavelength band B1, for example, its integral value is taken as the first signal strength SP1, the signal strength in the second wavelength band B2, for example, its integral value is taken as the second signal strength SP2, and the signal strength ratio SR When is SP1/SP2, the horizontal axis is the grinding allowance cross-sectional area S (mm 2 /mm) per unit circumferential length of the grinding wheel. signal intensity ratio obtained from the power spectra obtained when performing high-efficiency machining (cutting speed R2.8 mm/min (indicated by ○)) and high efficiency machining with a tendency to drop (cutting speed R2.8 mm/min (indicated by ○)). It shows SR. This signal strength ratio SR (=SP1/SP2) is a suitable grinding surface state evaluation value that allows evaluation of the balance between the closed-out state and the over-stuffed state. As shown in Fig. 23, when 0.6 or less is considered as a closed state, low-efficiency machining (cutting speed R of 0.8 mm/min (indicated by ●)) will reduce the amount of grinding per unit circumferential length of the grinding wheel. A blinding state is shown in the entire area with respect to the substitute cross-sectional area S (mm 2 /mm), but in high-efficiency machining (cutting speed R 0.8 mm/min (indicated by a circle)), the signal strength ratio SR is 0.6 Exceeding the limit indicates a spilled eye condition. FIG. 24 shows an enlarged view of a region in which the grinding allowance cross-sectional area S (mm 2 /mm) per unit circumferential length of the grinding wheel, which is the horizontal axis in FIG. 23, ranges from 0 to 5.
図25は、図1の面状態表示装置48の一表示態様として、たとえば液晶画面に表示される棒グラフ型のレベル表示例を示し、図26は、図1の面状態表示装置48の一表示態様として、たとえば液晶画面或いは計器に表示されるレベルメータ型の表示例を示している。図25では、第1信号強度SP1および第2信号強度SP2の両方が表示されているが、それらのうちの一方が、ドレッシング面状態を示す評価値として表示されていてもよい。図26では、第1信号強度SP1、第2信号強度SP2、信号強度比SR(=SP1/SP2)が表示されているが、それらのうちの1つ、或いはそれに対応するレベル値が、研削面状態或いはドレッシング面状態を示す評価値として表示されていてもよい。これらの研削面状態或いはドレッシング面状態を示す評価値は、研削加工装置(ドレッシング装置)12における研削条件或いはドレッシング条件を手動で調節する手動制御において利用される。
FIG. 25 shows an example of a bar graph type level display displayed on a liquid crystal screen as one display mode of the surface
図25では、砥粒38の破砕に関連する第1波長帯B1についての第1信号強度SP1を示す棒グラフ54が左側に、砥粒38と被削材44との摺接に関連する第2波長帯B2についての第2信号強度SP2を示す棒グラフ56が右側に、左右一対として示される。左側の棒グラフ54が示す第1波長帯B1の砥粒38の破砕状態に基づいて目つぶれ状態を評価することができるし、右側棒グラフ56が示す第2波長帯B2の砥粒38と被削材44との摺接状態に基づいて目こぼれ状態を評価することができる。また、図25の棒グラフ54および56は、第1波長帯B1および第2波長帯B2内でそれぞれ4区分された波長帯毎の信号強度が示されているので、左右の棒グラフ54および56の対比によって、図25(a)に示す、砥粒38の破砕強度が砥粒38と被削材44との接触に起因する摩擦振動或いは弾性振動の強度を上まわる目こぼれ状態であるか、図25(b)に示す、砥粒38の破砕強度が砥粒38と被削材44との接触に起因する摩擦振動或いは弾性振動の強度を下まわる目つぶれ状態であるかを判別できるのに加えて、第1波長帯B1および第2波長帯B2のそれぞれにおける破砕強度パターンに基づいて、砥粒38の破砕および砥粒38と被削材44との接触に起因する摩擦振動或いは弾性振動状態を正確に評価することができる。
In FIG. 25, a
図26の面状態表示装置48の表示例は、針を用いて目盛りを指示する複数のメータ型の表示器58、59、60により構成されている。表示器58は、無機結合材40の破砕に関連する第1波長帯B1についての第1信号強度SP1を示し、表示器59は、砥粒38の破砕に関連する第2波長帯B2についての第2信号強度SP2を示す。表示器58の表示レベルが示す第1波長帯B1の砥粒38の破砕強度に基づいて目こぼれ状態を評価することができるし、表示器60の表示レベルが示す第2波長帯B2の砥粒38と被削材44との接触により発生する摩擦振動或いは弾性振動の強度に基づいて目つぶれ状態を評価することができる。また、表示器58および59の表示レベルがそれぞれ示す第1波長帯B1および第2波長帯B2のそれぞれにおける信号強度の比較に基づいて、目こぼれ状態或いは目つぶれ状態を一層正確に評価することができる。表示器60は、砥粒38の破砕に関連する第1波長帯B1についての第1信号強度SP1と砥粒38と被削材44との摩擦状態に関連する第2波長帯B2についての第2信号強度SP2との信号強度比SR(=SP1/SP2)を示す。
The display example of the surface
図1に戻って、研削加工装置12は、研削ホイール14が取り付けられた図示しない主軸を回転駆動する主軸駆動モータ62と、円柱状の被削材44を回転駆動する被削材回転駆動モータ64と、研削ホイール14を円柱状の被削材44の外周面に押し当てるために被削材44を径方向に移動させる被削材移動モータ66と、ドレッサ46を回転駆動するドレッサ駆動モータ68と、ドレッサ46をその回転中心線方向に送るドレッサ送りモータ70と、研削制御装置72とを備えている。
Returning to FIG. 1, the grinding
研削制御装置72は、演算制御装置36と同様のマイクロコンピュータから構成されており、研削自動制御部74およびドレッシング制御部76を機能的に備えている。研削自動制御部74は、研削開始指令信号を受けると、予め設定された動作で研削ホイール14および被削材44をそれぞれ回転駆動しつつ相対移動させることで被削材44を研削し、被削材44の研削が完了すると被削材44の回転を停止させるとともに原位置へ戻す。
The grinding
研削自動制御部74は、被削材44の研削加工の過程において、ドレッシング面状態出力部52から出力された実際の第1信号強度SP1、第2信号強度SP2、或いは信号強度比SR(=SP1/SP2)に基づいて、被削材44に対する実際の評価値が示す研削面状態が予め設定された目標評価値が示す研削面状態となるように、主軸駆動モータ62、被削材回転駆動モータ64と、被削材移動モータ66を自動制御する。たとえば、研削自動制御部74は、目標信号強度比SRTを目つぶれおよび目こぼれのバランスのよい値に設定し、ドレッシング面状態出力部52からリアルタイムで逐次出力される実際の信号強度比SRがたとえば0.55程度に予め設定された目標信号強度比SRTと一致するように、研削条件を自動調節する。たとえば、実際の信号強度比SRが予め設定された目標信号強度比SRTを超える場合には目こぼれ傾向であるので、その目こぼれを抑制するために、加工能率(切込速度)の下降、研削ホイール14の周速度Vgの上昇(回転数の上昇)、被削材44の周速度の下降のうちの少なく1つを実行し、実際の信号強度比SRを目標信号強度比SRTへ向かって変化させる。反対に、実際の信号強度比SRが予め設定された目標信号強度比SRTを下まわる場合には目つぶれ傾向であるので、その目つぶれを抑制するために、加工能率(切込速度)の上昇、研削ホイール14の周速度Vgの下降(回転数の下降)、被削材44の周速度の上昇のうちの少なく1つを実行し、実際の信号強度比SRを目標信号強度比SRTへ向かって変化させる。
In the process of grinding the
図27の●印は、目標信号強度比SRTを目つぶれおよび目こぼれのバランスのよい値として0.55に設定した場合に、実際の信号強度比SRが予め設定された目標信号強度比SRT(=0.55)と一致するように研削条件を調節する、研削自動制御部74による自動研削制御例を示している。この自動研削制御では、加工数の増加に伴って、実際の信号強度比SRは目標信号強度比SRTに沿って移行しているのに対して、図27の○印に示す、自動制御が行なわれない場合の実際の信号強度比SRは、加工数の変化に伴って目標信号強度比SRTから外れて行く。なお、研削自動制御部74による自動研削制御は、実際の第1信号強度SP1又は第2信号強度SP2を、目つぶれおよび目こぼれのバランスのよい値に設定された目標第1信号強度SP1Tまたは目標第2信号強度SP2Tと一致するように、研削条件を調節するものであってもよい。
The ● mark in FIG. 27 indicates that when the target signal strength ratio SRT is set to 0.55 as a value with a good balance between blind eye and eye blindness, the actual signal strength ratio SR is the preset target signal strength ratio SRT ( An example of automatic grinding control by the automatic
ドレッシング面状態出力部52は、実際の第2信号強度SP2或いは信号強度比SRが予め設定されたドレッシング加工開始条件に到達すると、ドレッシング制御部76にドレッシング加工を開始させる指令を出力する。このドレッシング開始条件は、たとえば第2信号強度SP2の累積値SP2Rが閾値、たとえば3×105を上回ったこと、第1波長帯B1の第1信号強度SP1(振動強度積分値)が閾値を上回ったこと(変動幅が閾値を超えたこと)、或いは信号強度比SRが閾値、たとえば0.4を上回ったことである。
When the actual second signal strength SP2 or signal strength ratio SR reaches a preset dressing start condition, the dressing surface
図28は、研削加工回数すなわちカット数に対して、研削加工された被削材44の表面粗さRaおよび第1波長帯B1の第1信号強度SP1(振動強度積分値)の推移を示している。本発明者は、カット数が170付近において第1信号強度SP1が急激に増加してから、その直後に表面粗さRaが急増(悪化)するという、表面粗さ悪化の予知現象を見出した。このため、第1信号強度SP1またはそれを含む信号強度比SRを用いたドレッシング開始加工条件を用いることにより、研削加工品質が好適に維持される。これに対して、図29は、カット毎に、研削ホイール14を駆動するモータの駆動電力波形と、第1波長帯B1の第1信号強度SP1(振動強度積分値、●印)と、表面粗さRa(△印)とを示したものであるが、表面粗さRaの悪化と駆動電力の低下とが同時に発生している。このため、駆動電流値が閾値を下回ることをドレッシング開始条件とすることもできるが、面粗さRaが大きくなってからしか、ドレッシングを開始できなかった。
FIG. 28 shows the changes in the surface roughness Ra of the
ドレッシング制御部76は、ドレッシング面状態出力部52からのドレッシング開始指令信号を受けると、予め設定された動作で研削ホイール14およびドレッサ46をそれぞれ回転駆動しつつ相対移動させることで研削ホイール14の表面を削って目立てし、研削ホイール14のドレッシングが完了するとドレッサ46の回転を停止させるとともに原位置へ戻す。この予め設定された動作では、一定の切込量で研削ホイール14の研削面の切り込みを行なう1サイクルの動作を行なう。或いは、以下に説明する自動制御で切り込みを行なう。
When the
ドレッシング制御部76は、研削ホイール14のドレッシング過程において、ドレッシング面状態出力部52から出力された実際の第1信号強度SP1、第2信号強度SP2、或いは信号強度比SR(=SP1/SP2)に基づいて、研削ホイール14の評価値が示す研削面状態が予め設定された目標評価値が示す研削面状態となるように、主軸駆動モータ62、ドレッサ駆動モータ68、ドレッサ送りモータ70を自動制御する。たとえば、ドレッシング制御部76は、目標信号強度比SRTを目つぶれおよび目こぼれのバランスのよい値に設定し、ドレッシング面状態出力部52からリアルタイムで逐次出力される実際の信号強度比SRがたとえば0.65程度に予め設定されたドレス目標信号強度比DSRTと一致するように、ドレッシング条件を自動調節する。
In the dressing process of the
たとえば、実際の信号強度比SRが予め設定された目標信号強度比SRTを超える場合には目こぼれ傾向であるので、その目こぼれを抑制するために、ドレッサ46の送り速度の低下(ドレスリードを小さくする)、研削ホイール14とドレッサ46の回転方向がダウンカット方向の場合ドレッサ46と研削ホイール14の周速度比Vd/Vgを1から遠ざけるように、研削ホイール14の周速度Vgまたはドレッサ46の周速度Vgの調節の少なくとも1つを実行し、実際の信号強度比SRをドレス目標信号強度比DSRTへ向かって変化させる。反対に、実際の信号強度比SRが予め設定されたドレス目標信号強度比DSRTを下まわる場合には目つぶれ傾向であるので、その目つぶれを抑制するために、ドレッサ46の送り速度の上昇(ドレスリードを大きくする)、研削ホイール14とドレッサ46の回転方向がダウンカット方向の場合ドレッサ46と研削ホイール14の周速度比Vd/Vgを1に近づけるように、研削ホイール14の周速度Vgまたはドレッサ46の周速度Vdの調節の少なくとも1つを実行し、実際の信号強度比SRをドレス目標信号強度比DSRTへ向かって変化させる。
For example, if the actual signal strength ratio SR exceeds the preset target signal strength ratio SRT, there is a tendency for the stitches to be spilled. When the rotating direction of the
図30は、研削中における演算制御装置36および研削制御装置72の制御作動の要部を説明するフローチャートであり、所定の制御周期で繰り返し実行される。図30において、ステップS1(以下、ステップを省略する)では、研削ホイール14による被削材44の研削中において、A/D変換器34から出力されたデジタル信号に変換されたAE信号SAEが逐次読み込まれる。次いで、周波数解析部50に対応するS2において、周波数解析(FFT解析)が行なわれ、AE信号SAEのパワースペクトラムが生成される。そして、研削面状態出力部51に対応するS3、S4、S5、S6が実行される。
FIG. 30 is a flowchart illustrating the main parts of the control operations of the arithmetic and
S3では、AE信号SAEのうちの砥粒破砕周波数帯すなわち第1波長帯B1内の信号強度の積分値である第1信号強度SP1が算出される。S4では、AE信号SAEのうちの砥粒と被削材の接触周波数帯すなわち第2波長帯B2内の信号強度の積分値である第2信号強度SP2が算出される。S5では、第1信号強度SP1と第2信号強度SP2との比である信号強度比SR(=SP1/SP2)がリアルタイムで算出される。そして、S6では、S5で算出された信号強度比SRが、研削面状態を表す評価値として、研削制御装置72の研削自動制御部74へ出力(送信)される。
In S3, a first signal strength SP1 is calculated, which is an integral value of the signal strength within the abrasive crushing frequency band of the AE signal SAE, that is, the first wavelength band B1. In S4, a second signal strength SP2 is calculated, which is an integral value of the signal strength within the contact frequency band between the abrasive grains and the workpiece material, that is, the second wavelength band B2 of the AE signal SAE. In S5, a signal strength ratio SR (=SP1/SP2), which is a ratio between the first signal strength SP1 and the second signal strength SP2, is calculated in real time. Then, in S6, the signal strength ratio SR calculated in S5 is output (transmitted) to the automatic
研削自動制御部74に対応するS7では、研削面状態出力部51から出力された実際の評価値である信号強度比SR(=SP1/SP2)が、目つぶれおよび目こぼれのバランスのよい値に予め設定された目標評価値である目標信号強度比SRTと一致するように、加工能率(切込速度)Z、研削ホイール14の周速度、被削材44の周速度の上昇、被削材44の送り速度の少なくとも1つが変化させられることにより、研削条件が自動調節される。
In S7 corresponding to the automatic
図31は、研削中における演算制御装置36の他の制御作動の一例を説明するフローチャートである。図31に示すフローチャートは、図30のフローチャートのS6およびS7に替えて、面状態表示装置48に表示させるS8を備えている。本実施例では、実際の信号強度比SRが面状態表示装置48に逐次表示されるので、研削制御装置72における研削条件を手動にて制御できる。
FIG. 31 is a flowchart illustrating another example of the control operation of the arithmetic and
図32は、研削中における演算制御装置36および研削制御装置72の制御作動の他の一例を説明するフローチャートである。図32に示すフローチャートは、図30のフローチャートのS4およびS5が削除されたものである。本実施例では、研削制御装置72の研削自動制御部74に対応するS7において、実際の第1信号強度SP1が予め設定された目標第1信号強度SP1Tと一致するように、研削条件が自動制御される。
FIG. 32 is a flowchart illustrating another example of the control operation of the
図33は、演算制御装置36および研削制御装置72の制御作動の他の一例を説明するフローチャートである。図33に示すフローチャートは、図30のフローチャートのS6およびS7に替えて、S5で演算された信号強度比SRが、予め設定されたドレッシング開始閾値、好適には目つぶれが進行してドレッシングが必要とされる閾値たとえば0.4を下まわるか否かを判定するS9と、S9の判定が肯定されると、研削ホイール14のドレッシングを開始するドレッシング制御部76に対応するS10とを、備えている。図34は、このような図33の制御によって変化する信号強度比SRを示すグラフである。信号強度比SRが閾値、たとえば0.4を下まわる毎に行なわれるドレッシングによって、研削ホイール14の研削面が目つぶれ状態から目立てされることが示されている。
FIG. 33 is a flowchart illustrating another example of the control operation of the
図35は、研削中における演算制御装置36および研削制御装置72の制御作動の他の一例を説明するフローチャートである。図35に示すフローチャートは、図30のフローチャートのS3およびS5からS7に替えて、S4で演算された第2信号強度SP2を累積した累積信号強度SP2Rを逐次算出するS11と、S11において算出された累積信号強度SP2Rが、予め設定されたドレッシング開始閾値、好適には目つぶれが進行してドレッシングが必要とされる閾値たとえば3×105を超えるか否かを判定するS12と、S12の判定が肯定されると、研削ホイール14のドレッシングを開始するドレッシング制御部76に対応するS10とを、備えている。図36は、このような第2信号強度SP2を累積した累積信号強度SP2Rに閾値を設け、閾値を超えると自動的にドレッシングを実施し、ドレッシング完了後に累積信号強度SP2Rを0にリセットする手法について、カット数の進行に伴うSP2Rの推移を示したグラフである。
FIG. 35 is a flowchart illustrating another example of the control operation of the
図37は、ドレッシング中における演算制御装置36および研削制御装置72の制御作動の他の一例を説明するフローチャートである。図37に示すフローチャートは、図30のフローチャートのS1に替えて、ドレッサ46による研削ホイール14の研削面のドレッシング中において、A/D変換器34から出力されたデジタル信号に変換されたAE信号SAEを逐次読み込むS21を備え、図30のフローチャートのS7に替えて、ドレッシング制御部76に対応するS22を備える。S22では、たとえば図38に示されるように、実際の評価値である信号強度比SRが予め設定された目標評価値である目標信号強度比SRTとなるように、ドレスリード、周速度比等のドレッシング条件を調節する自動制御を逐次実行する。
FIG. 37 is a flowchart illustrating another example of the control operation of the
図39は、ドレッシング中における演算制御装置36の制御作動の他の一例を説明するフローチャートである。図39に示すフローチャートは、図30のフローチャートのS1に替えて、ドレッサ46による研削ホイール14の研削面のドレッシング中において、A/D変換器34から出力されたデジタル信号に変換されたAE信号SAEを逐次読み込むS21を備え、図30のフローチャートのS6、S7に替えて、ドレッシング面状態出力部52に対応するS23を備える。S23では、実際の信号強度比SRと予め設定された目標信号強度比SRTの範囲たとえば0.5から0.6と比較し、実際の信号強度比SRが目標信号強度比SRTの範囲内であればドレッシングの合格判定を行ってドレッシングを終了させるが、実際の信号強度比SRが目標信号強度比SRTの範囲外であればドレッシングの不合格判定を行って、ドレッシング制御部76に再ドレッシングの開始を指令する。
FIG. 39 is a flowchart illustrating another example of the control operation of the arithmetic and
図40は、ドレッシング中における演算制御装置36の制御作動の他の一例を説明するフローチャートである。図40に示すフローチャートは、図30のフローチャートのS1に替えて、ドレッサ46による研削ホイール14の研削面のドレッシング中において、A/D変換器34から出力されたデジタル信号に変換されたAE信号SAEを逐次読み込むS21を備え、図30のフローチャートのS6、S7に替えて、ドレッシング面状態出力部52に対応するS24を備える。S24では、ドレッシングされた研削ホイール14の研削面状態を示す評価値すなわち実際の信号強度比SRを面状態表示装置48に表示する。
FIG. 40 is a flowchart illustrating another example of the control operation of the arithmetic and
上述のように、本実施例の研削面状態評価装置10によれば、被削材44を研削する研削ホイール14の研削面状態を評価するための研削面状態評価装置10であって、研削ホイール14において発生する振動を検出し、AE信号を出力するAEセンサ22と、(c)AEセンサ22から出力されるAE信号をデジタル信号に変換するA/D変換器34と、A/D変換器34によりデジタル信号に変換されたAE信号を周波数解析してパワースペクトラムを得る周波数解析部50と、周波数解析部50により得られたパワースペクトラムのうち、研削ホイール14の砥粒38の破砕に関連する第1波長帯B1の第1信号強度SP1および研削ホイール14の砥粒38と被削材44の接触に関連する第2波長帯B2の第2信号強度SP2の少なくとも一方を算出し、前記第1波長帯B1の第1信号強度SP1および第2波長帯B2の第2信号強度SP2の少なくとも一方に基づいて研削ホイール14の研削面状態に関連する評価値を出力する研削面状態出力部51とを含む。
As described above, according to the grinding surface
このようにすれば、研削ホイール14の砥石部16の砥粒38の破砕に関連する第1波長帯B1の第1信号強度SP1に基づいて算出された研削面状態を表す評価値は、砥粒38の破砕の多い状態か少ない状態かを示す値であって、小さい値となるほど、研削ホイール14の砥石部16の目つぶれ状態の進行を反映する。また、研削ホイール14の砥石部16の砥粒38と被削材44との接触に関連する第2波長帯B2の第2信号強度SP2に基づいて算出された研削面状態を表す評価値は、砥粒38と被削材44との接触により発生する摩擦振動或いは弾性振動を示す値であって、小さい値となるほど研削ホイール14の目こぼれ状態の進行を反映する。これにより、研削面状態出力部51により算出された評価値である第1信号強度SP1、第2信号強度SP2、又は信号強度比SRに基づいて、研削ホイール(ビトリファイド砥石)14の目こぼれ状態の進行または目つぶれ状態の進行を、定量的に評価することができる。
In this way, the evaluation value representing the condition of the grinding surface calculated based on the first signal strength SP1 of the first wavelength band B1 related to the crushing of the
また、本実施例の研削面状態評価装置10によれば、第1波長帯B1の第1信号強度SP1および第2波長帯B2の第2信号強度SP2の少なくとも一方は、積分値または移動平均値であり、研削面状態出力部51は、第1波長帯B1の第1信号強度SP1および第2波長帯B2の第2信号強度SP2の前記少なくとも一方に基づいて研削ホイール(研削砥石)14の砥石部16の研削面状態に関連する前記評価値を出力する。このように、第1波長帯B1の第1信号強度SP1および第2波長帯B2の第2信号強度SP2の少なくとも一方の積分値または移動平均値に基づいて研削ホイール(研削砥石)14の砥石部16の研削面状態に関連する評価値が出力されることから、異常値の影響が小さくなるので、研削ホイール14の砥石部16の目つぶれ状態の進行、または研削ホイール14の砥石部16の目こぼれ状態の進行を、正確に評価することができる。
Further, according to the ground surface
また、本実施例の研削面状態評価装置10によれば、第1波長帯B1の第1信号強度および第2波長帯B2の第2信号強度SP2は、積分値または移動平均値であり、研削面状態出力部51は、第1波長帯B1の第1信号強度SP1および第2波長帯B2の第2信号強度SP2の信号強度比SRを算出し、信号強度比SRに基づいて研削ホイール14の研削面状態に関連する評価値を出力する。これにより、小さい値となるほど研削ホイール14の砥石部16の目つぶれ状態の進行を反映する第1波長帯B1の第1信号強度SP1と、小さい値となるほど研削ホイール14の目こぼれ状態の進行を反映する第2波長帯B2の第2信号強度SP2との信号強度比SR(=SP1/SP2)によって、研削ホイール14の砥石部16の目つぶれ状態の進行と目こぼれ状態の進行とが強調されるので、研削ホイール14の砥石部16の目つぶれ状態の進行、或いは目こぼれ状態の進行を、正確に評価することができる。
Further, according to the grinding surface
また、本実施例の研削面状態評価装置10によれば、研削面状態出力部51から出力された評価値を表示する面状態表示装置48が、備えられる。これにより、目視によって、研削ホイール14の砥石部16の研削面或いはドレッシング面の目つぶれ状態の進行、および/または目こぼれ状態の進行を、正確に評価することができる。
Further, according to the ground surface
また、本実施例の研削面状態評価装置10によれば、第1波長帯B1は、25から40kHzの波長帯であり、第2波長帯B2は、45から65kHzの波長帯である。これにより、研削ホイール14の砥石部16の目つぶれ状態の進行に対応する第1波長帯B1の第1信号強度SP1、および/または研削ホイール14の砥石部16の目こぼれ状態の進行に対応する第2波長帯B2の第2信号強度SP2を用いて、研削ホイール14の研削面状態を定量的に評価することができる。
Furthermore, according to the ground surface
また、本実施例の研削面状態評価装置10によれば、A/D変換器34のサンプリング周期は、10μ秒以下、好適には1μ秒以下である。これにより、研削ホイール14の砥石部16の目つぶれ状態の進行を反映する第1波長帯B1の第1信号強度SP1、および/または研削ホイール14の砥石部16の目こぼれ状態の進行を反映する第2波長帯B2の第2信号強度SP2が、明確に得られる。
Further, according to the ground surface
また、本実施例の研削面状態評価装置10を備える研削加工装置12によれば、研削面状態出力部51から出力された実際の評価値が予め設定された目標評価値となるように、研削ホイール14の被削材44への切込速度、研削ホイール14の周速度、被削材44の周速度のうちの少なくとも1つを調節する研削自動制御部74を含む。これにより、研削ホイール14の被削材44に対する研削条件が適切に自動制御されるので、被削材44の研削品質のばらつきが抑制される。
Further, according to the grinding
本実施例の研削面状態評価装置10を備える研削加工装置12は、研削ホイール14を用いて被削材44を研削加工するとともに、研削ホイール14をドレッサ46を用いてドレッシングするドレッシング制御部76を備え、研削面状態出力部51から出力された評価値が予め設定されたドレッシング開始条件となると、研削ホイール14を用いた被削材44の研削加工を停止させ、ドレッシング制御部76によるドレッシング作動を起動、すなわち、ドレッサ46による研削ホイール14のドレッシングを開始させる。これにより、研削ホイール14の目こぼれおよび目つぶれが所定の状態に到達した適切なタイミングでドレッシングが自動的に開始されるので、被削材44の品質のばらつきが抑制される。
The grinding
以上、本発明の一実施例を図面を用いて説明したが、本発明はその他の態様においても適用される。 Although one embodiment of the present invention has been described above with reference to the drawings, the present invention can also be applied to other aspects.
たとえば、前述の実施例において、周波数解析部50によりAE信号SAEから生成されたパワースペクトラムから、第1波長帯B1の第1信号強度SP1と第2波長帯B2の第2信号強度SP2が用いられている。第1波長帯B1としては25から40kHzが用いられ、第2波長帯B2としては45から65kHzが用いられていた。しかし、パワースペクトラムのうちの目こぼれを専ら表す波長帯および目つぶれを専ら表す波長帯が用いられればよいので、第1波長帯B1としては、25から40kHzに含まれる波長或いは波長帯の一部を含む波長帯の信号強度が用いられ、第2波長帯B2としては45から65kHzに含まれる波長或いは波長帯の一部を含む波長帯の信号強度が用いられればよい。たとえば、第1波長帯B1としては、25から40kHzの波長帯の一部たとえば32.5kHzを中心部に含む相対的に狭い波長帯が、第2波長帯B2としては、45から65kHzの波長帯一部たとえば55kHzを中心部に含む相対的に狭い波長帯が用いられてもよい。このようにしても、研削ホイール14の目つぶれ状態の進行および/または目こぼれ状態の進行などの研削面状態を定量的に評価することができる。
For example, in the above embodiment, the first signal strength SP1 in the first wavelength band B1 and the second signal strength SP2 in the second wavelength band B2 are used from the power spectrum generated from the AE signal SAE by the
前述の実施例では、AEセンサ22は研削ホイール14に内蔵されていたが、たとえば直方体状であるために被削材が非回転状態で研削ホイール14によって研削される場合等には、被削材を支持する支持台に設けられていてもよい。
In the above-mentioned embodiment, the
また、前述の実施例では、研削砥石として、本体18の外周面にビトリファイド砥石から成る砥石部16が固着された形式の研削ホイール14が用いされているが、AEセンサ22が内蔵されていれば、全体がビトリファイド砥石から構成されていてもよい。
Further, in the above-mentioned embodiment, the grinding
また、前述の図1のドレッサ46は、ロータリドレッサが用いられていたが、ブレード型ドレッサなどであっても差し支えない。
Furthermore, although a rotary dresser is used as the
なお、上述したのはあくまでも本発明の一実施例であり、本発明はその主旨を逸脱しない範囲において種々の変更が加えられ得るものである。 The above-mentioned embodiment is merely one embodiment of the present invention, and various modifications may be made to the present invention without departing from the spirit thereof.
10:研削面状態評価装置
12:研削加工装置
14:研削ホイール(研削砥石)
16:砥石部
22:AEセンサ
34:A/D変換器
40:無機結合材
44:被削材
46:ドレッサ
48:面状態表示装置(研削面状態表示装置)
50:周波数解析部
51:研削面状態出力部
74:研削自動制御部
76:ドレッシング制御部
SP1:第1信号強度(評価値)
SP2:第2信号強度(評価値)
SP2R:累積信号強度(評価値)
SR:信号強度比(評価値)
SRT:目標信号強度比(目標評価値)
10: Grinding surface condition evaluation device 12: Grinding device 14: Grinding wheel (grinding wheel)
16: Grinding wheel part 22: AE sensor 34: A/D converter 40: Inorganic binder 44: Work material 46: Dresser 48: Surface condition display device (ground surface condition display device)
50: Frequency analysis section 51: Grinding surface state output section 74: Grinding automatic control section 76: Dressing control section SP1: First signal strength (evaluation value)
SP2: Second signal strength (evaluation value)
SP2R: Cumulative signal strength (evaluation value)
SR: Signal strength ratio (evaluation value)
SRT: Target signal strength ratio (target evaluation value)
Claims (8)
前記研削砥石の研削部位において発生する振動を検出し、AE信号を出力するAEセンサと、
前記AEセンサから出力されるAE信号をデジタル信号に変換するA/D変換器と、
前記A/D変換器によりデジタル信号に変換されたAE信号を周波数解析してパワースペクトラムを得る周波数解析部と、
前記周波数解析部により得られたパワースペクトラムのうち、前記研削砥石の砥粒の破砕に関連する第1波長帯の第1信号強度、および前記研削砥石の砥粒と被削材との接触により発生する摺動振動或いは弾性振動に関連する第2波長帯の第2信号強度の少なくとも一方を算出し、前記第1波長帯の第1信号強度および第2波長帯の第2信号強度の少なくとも一方に基づいて前記研削砥石の研削面状態に関連する評価値を出力する研削面状態出力部とを、含み、
前記第1波長帯の第1信号強度および前記第2波長帯の第2信号強度は、積分値または移動平均値であり、
前記研削面状態出力部は、前記第1波長帯の第1信号強度および前記第2波長帯の第2信号強度の信号強度比を算出し、前記信号強度比に基づいて前記研削砥石の研削面状態に関連する前記評価値を出力する
ことを特徴とする研削面状態評価装置。 A grinding surface condition evaluation device for evaluating the grinding surface condition of a grinding wheel for grinding a workpiece,
an AE sensor that detects vibrations generated in the grinding part of the grinding wheel and outputs an AE signal;
an A/D converter that converts the AE signal output from the AE sensor into a digital signal;
a frequency analysis unit that frequency-analyzes the AE signal converted into a digital signal by the A/D converter to obtain a power spectrum;
Among the power spectrum obtained by the frequency analysis section, a first signal intensity in a first wavelength band related to crushing of the abrasive grains of the grinding wheel, and a first signal intensity generated due to contact between the abrasive grains of the grinding wheel and the workpiece material. calculating at least one of a second signal intensity in a second wavelength band related to sliding vibration or elastic vibration, and calculating at least one of the first signal intensity in the first wavelength band and the second signal intensity in the second wavelength band a grinding surface state output unit that outputs an evaluation value related to the grinding surface state of the grinding wheel based on the grinding surface state ,
The first signal strength in the first wavelength band and the second signal strength in the second wavelength band are integral values or moving average values,
The grinding surface state output unit calculates a signal intensity ratio of a first signal intensity in the first wavelength band and a second signal intensity in the second wavelength band, and determines the grinding surface of the grinding wheel based on the signal intensity ratio. Output the evaluation value related to the state
A grinding surface condition evaluation device characterized by:
ことを特徴とする請求項1の研削面状態評価装置。 At least one of the first signal strength in the first wavelength band and the second signal strength in the second wavelength band is an integral value or a moving average value, and the ground surface state output unit is configured to output the first signal strength in the first wavelength band. The grinding surface condition evaluation according to claim 1, wherein the evaluation value related to the grinding surface condition of the grinding wheel is output based on the at least one of the first signal intensity and the second signal intensity of the second wavelength band. Device.
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の研削面状態評価装置。 The ground surface state evaluation device according to claim 1 or 2 , further comprising a ground surface state display device that displays the evaluation value output from the ground surface state output section.
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1の研削面状態評価装置。 The first wavelength band is a wavelength band including a part of a wavelength band of 25 to 40 kHz, and the second wavelength band is a wavelength band including a part of a wavelength band of 45 to 65 kHz. The grinding surface condition evaluation device according to any one of claims 1 to 3 .
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1の研削面状態評価装置。 The ground surface according to any one of claims 1 to 3 , wherein the first wavelength band is a wavelength band of 25 to 40 kHz, and the second wavelength band is a wavelength band of 45 to 65 kHz. Condition evaluation device.
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1の研削面状態評価装置。 The ground surface condition evaluation device according to any one of claims 1 to 5 , wherein the sampling period of the A/D converter is 10 μsec or less.
請求項1から請求項6のいずれか1に記載の研削面状態出力部から出力された前記評価値が予め設定された目標評価値となるように、前記研削砥石の前記被削材への切込速度、前記研削砥石の周速度、前記被削材の周速度、および、前記被削材の送り速度のうちの少なくとも1つを調節する研削自動制御部を備える
ことを特徴とする研削加工装置。 A grinding device that grinds the workpiece using the grinding wheel,
The grinding wheel cuts the workpiece so that the evaluation value output from the grinding surface state output unit according to any one of claims 1 to 6 becomes a preset target evaluation value. A grinding device comprising: an automatic grinding control unit that adjusts at least one of a grinding speed, a circumferential speed of the grinding wheel, a circumferential speed of the workpiece, and a feeding speed of the workpiece. .
請求項1から請求項6のいずれか1に記載の研削面状態出力部から出力された前記評価値が予め設定されたドレッシング開始条件となると、前記研削砥石を用いた前記被削材の研削加工を停止させ、前記ドレッサによる前記研削砥石のドレッシングを開始させるドレッシング制御部を備える
ことを特徴とする研削加工装置。 A grinding device that grinds the workpiece using the grinding wheel and dresses the grinding wheel using a dresser,
When the evaluation value outputted from the grinding surface state output unit according to any one of claims 1 to 6 meets a preset dressing start condition, the grinding process of the work material using the grinding wheel is performed. A grinding device comprising: a dressing control section that causes the dresser to stop dressing the grinding wheel and start dressing the grinding wheel by the dresser.
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