JPH0694106B2 - 研削砥石の修正装置および修正方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、一般に歯車研削等に用いる研削砥石の輪郭修
正に関するものであり、さらに詳しくは、歯車等の総形
研削に用いられる研削砥石の輪郭修正のための修正装置
および修正方法に関するものである。

従来の技術 「ドレッシング」なる言葉は、総形研削作業に用いられ
る研削砥石の修正工程を述べるのに用いられる。総形研
削において、研削砥石は被加工物に要求される形の逆の
形を持つことを要求されるので、ドレッシングは必須で
ある。研削工程では、被加工物に要求形状が移される。

総形研削工程は、金属加工産業において、精密かつ複雑
な形状を持った多種の被加工物の生産に用いられる。そ
れはまた、精密な平歯車および、はすば歯車の生産に用
いられる。

研削砥石の修正は、ドレッサー（本発明においては以下
修正工具と称す。）と呼ばれる高速で回転する金属輪に
よって行われる。研削砥石と修正工具と回転させられて
いる間、修正工具は、研削砥石の縁に対して与えられる
べき要求形状に対応する既設定経路を通るように導かれ
る。修正工具が予定経路を同一運動サイクルで連続的に
進むにつれ、研削砥石はサイクル毎に同じ量だけ修正工
具に対して前進させられる。逆に修正工具が連続するサ
イクル運動どうしの間に研削砥石に向って一定距離接近
しながら、次の予定経路を移動してもよい。

発明が解決しようとする課題 研削砥石の修正または輪郭形成については、「初期修正
問題」および「再修正問題」として述べられる２つの重
要な問題がある。

初期修正問題 ほとんどの場合、研削砥石は、当初は円筒形ディスクの
形で入手される。修正作業を行うにあたっては、修正工
具は設定経路上を連続サイクルを繰返して動き、研削砥
石は修正工具の経路へと段階的に一定量づつ前進させら
れる。最初は研削砥石の角部だけが影響されるのは明ら
かである。研削砥石が次第に修正工具の経路により深く
送られるにつれて、研削砥石は、完全な輪郭が完成され
るまで一層ずつ次々と除去される。研削砥石の一定量の
前進が自動時に行われると言っても、研削砥石が要求さ
れる形状に達した瞬間は、人の判断業務を必要とし熟練
作業員に頼ることとなる。もし修正工程があまり早く停
止すれば研削砥石の形状は未完成で不完全であり、もし
修正工程が止るのが遅すぎれば研削砥石材料の不要なロ
スを招き時間ロスをも伴う。

再修正問題 最初の輪郭形成後、研削砥石は使用され始める。研削が
進むにつれて、砥石は減り始める。研削砥石や被工作物
の特性の不均一により、ほとんど常に研削砥石の不均一
摩耗が起る。しばらく研削作業が続くと研削砥石の再修
正が必要となる。

研削砥石の再修正は、初期修正に似た方法で行われる。
突出した部分が最初のサイクルで除かれ、何回かのサイ
クルを繰り返したのち適正な形状が研削砥石の縁部に再
び形成される。しかし修正が完了した瞬間の判定には再
び熟練作業員を必要とする。

本発明は、歯車等の総形研削に用いられる研削砥石につ
いて、その外面を予め設定した輪郭に形成または復元す
るにあたって、熟練作業員をを必要とするという問題
点、またこの作業を停止させるにあたって、作業員の判
断ミスにより研削砥石材料のロスや時間的ロスを発生さ
せるという問題点を解決することをその目的とする。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するため、本発明は、歯車研削等に用い
る研削砥石の修正装置、研削砥石の修正装置の最適制御
装置及び歯車研削等に用いる研削砥石の修正方法を提供
する。

まず、歯車研削等に用いる研削砥石の修正装置の要旨
は、研削砥石の外面を予め設定した輪郭に形成または復
元する研削砥石を修正するための装置であって、該装置
は、修正工具と；同一の運動サイクルで連続的に、該予
め設定した輪郭に応じた経路に沿って、該修正工具及び
該研削砥石を相対的に移動させる手段と；該修正工具と
該研削砥石とをサイクルごとに増加する量をもって該経
路を横切る方向に相対的に移動させて、該経路に沿って
該修正工具が移動する間に該修正工具を該研削砥石の外
面に接触させるとともに、該予め設定された輪郭が該研
削砥石の外面に形成されるまで、各サイクルごとに接触
持続時間を増加させる手段と；最適制御装置とを備え、
該最適化制御装置は、各サイクルごとの接触持続時間を
測定する手段と、該接触持続時間の差異が微小となり修
正操作を停止させる時期を確かめるために、連続するサ
イクルの接触持続時間を比較する手段とを有する点にあ
る。

次に上記歯車研削等に用いる研削砥石の修正装置の最適
制御装置の要旨は、研削砥石と修正工具との間の予め定
められた動きを伴う連続するサイクルの間、該研削砥石
と該修正工具との間の接触持続時間を測定する手段と；
該接触持続時間の差異が微小となり修正操作を停止させ
る時期を確かめるために、連続するサイクルの接触持続
時間を比較する手段と；を備えた点にある。

また歯車研削等に用いる研削砥石の修正方法の要旨は、
研削砥石の外面を予め設定した輪郭に形成するための研
削砥石の修正方法であって；同一の運動サイクルで、連
続的に、該予め設定した輪郭に応じた経路に沿って、該
研削砥石及び修正工具を相対的に移動させることと；該
修正工具と該研削砥石とをサイクル毎に増加する量をも
って該経路を横ぎる方向に相対的に移動させて、該経路
に沿って該修正工具が移動する間に該修正工具を該研削
砥石の外面に接触させるとともに、該予め設定された輪
郭が該研削砥石の外面に形成されるまで、各サイクルご
とに接触時間を増加させることと；各サイクルごとに接
触持続時間を監視することと；各サイクルにおける接触
持続時間を前のサイクルにおける接触持続時間と比較す
ることと；ある特定のサイクルの接触時間と前のサイク
ルの接触時間との差異が微小となるまで、該修正工具と
該研削砥石との相対的運動のサイクルを続行すること
と；そこで修正操作を停止することと；を含む点にあ
る。

作用 本発明によれば、上記問題点を解決するための歯車研削
等に用いる研削砥石の修正装置、研削砥石の修正装置の
最適制御装置及び歯車研削等に用いる研削砥石の修正方
法は、その原理を、修正機構は絶えず同じ運動サイクル
を行い研削砥石はそのサイクル毎に同量づつ増加して相
対的に送り出されるので、研削砥石と修正工具との接触
持続時間が不均一でかつ長くなっていくと言う事実にお
いている。初期修正の場合には砥石の角部だけが最初に
接触する。研削砥石が修正工具の経路に送り出されるに
従ってさらに接触が深まり、結果として接触持続時間が
長くなる。再修正状態においては、最初は突出点だけが
接触しているのだが、次第に全体の形状が接触してく
る。しかし正しい輪郭が研削砥石に与えられてしまえ
ば、２つの例において、修正が続けられるとしても接触
持続時間の増加は無い。

本発明による装置は、各サイクルごとの接触持続時間の
監視装置を備えている。各サイクルの接触持続時間と前
のサイクルの接触持続時間との差が測定される。この差
が無視できる程度に微小になると修正作業は完了する。
さらに詳しくは、修正工具を運転するのに用いられたモ
ーターの使用電力は、ベースとして経過時間に関して監
視されている。修正工具と研削砥石との間に接触がない
時には、スピンドルを回転させておくのに要求される電
流は一定（空回り電流）である。研削砥石と修正工具と
の接触時間が増加するにつれて大電流を要する持続時間
が長くなり、完全な形状が達成された時にだけ持続時間
が安定する。それぞれのサイクルにおける電流−時間カ
ーブは接触持続時間を表わす。積算電力は電流−時間カ
ーブ下の面積で与えられる。この値は前のサイクルにお
ける値と比較され、もしはっきりした差があれば修正は
続けられる。差が無視できる程度に微小になれば修正は
停止される。

実施例 以下図面を参照しながら説明する。第１図は被加工物12
の隣接する２つの歯の間の空間と正しく逆の形をした縁
輪郭を持つ円形研削砥石10を示しており、本例では被加
工物12は丁度研削されたばかりの歯車である。すなわち
第１図の研削砥石は、歯車の２つの隣接した歯の側面と
歯元とを研削する研削工程が完了した後、歯車とのけ研
削のための接触から離れた直後であると考えてよい。

一般に結合剤で固めた研磨材からなる研削砥石の修正は
第３図に示す如く行われる。摩耗した研削砥石は、高速
回転するダイヤモンドまたは他の立方晶系窒化ホウ素の
如き硬質材料の微粒子を付床させた金属製修正工具14を
用いて、正確に輪郭付けを施される。研削砥石と修正工
具が規定された関係で回輪している間、修正工具は、研
削砥石に要求される形状を与えるように、第２図のVW面
内で設定された経路にそって矢印方向に運動する。定義
されたまたは予め設定された経路は16で示してある。こ
の運動は、一般にはコンピュータ数値制（CNC）システ
ムに基づき、運動の２直線軸（ＶおよびＷ方向）を持っ
た、修正機構18上の修正工具を支えるモータおよびスピ
ンドルによって行われる。第３図に示すごとく、修正工
具スピンドル20は、モータおよびボールスクリュドライ
ブ30により支持台28の水平道26内で水平方向に往復運動
するベース24上において、電動モータ22により駆動され
る。支持台28はモータおよびボールスクリュドライブ34
にって第一垂直道32上で垂直方向に動かされる。研削砥
石スピンドル36は、モータおよびボールスクリュドライ
ブ46によって柱44上で第二垂直道42にそって垂直方向に
往復運動可能であり、また電動モータ40により回転駆動
される。

修正機構18によって行われる２つの直線軸をもった運動
を記述する座標ＶおよびＷは、金属加工に要求されるほ
とんどのフォームが数学的に記述されているので、既に
数学的に作成されている。歯車の研削において研削砥石
の両側面に要求される形は一般にインボリュード形と呼
ばれ、歯車の２本の歯の間の根元を研削する砥石の部分
は一般に円弧等のような簡単な形状から成る。歯車総形
研削における研削砥石の修正プロセス中の修正工具の代
表的な経路16は、第２図に示されている。修正機構は修
正工具を繰返しサイクルの設定経路上で移動させ、研削
砥石はＹすなわち垂直軸にそった設定経路に送られる。
逆に修正機構18が、研削砥石に向って上向きに一定量づ
つシフトしながら設定経路を移動してもよい。

第４図は研削砥石10の初期の円筒形状および修正された
輪郭50を示す。原形と修正された輪郭との間の部分は、
修正作業によって除去される材料である。研削砥石が段
階的に一定の増加量をもって修正工具の経路に送り込ま
れると、最初は第４図Ａの角の部分が修正工具によって
除去される。続いて、第４図の50で示される完全な修正
輪郭ができるまで、次のサイクルで研削材の次の層が除
去される。もし修正プロセスが早く停止すると、研削砥
石の形は中途半端な形（第４図のＢにマークされる）と
なり、その結果、不満足な歯形ができてしまう。もしプ
ロセスの停止が遅すぎれば、輪郭Ｃができて、正確な輪
郭ではあるが研削砥石の材料の不必要なロスと時間のロ
スとを招く。

従来においては、修正がいつ完了したかの判定は、研削
砥石と修正工具の完全な接触を音で確認する熟練作業員
を必要としていた。本発明による無人化自動工場におい
ては、これは不要となるであろう。

本発明において問題に対する解決法は、修正機構は常に
同じサイクルの運動を行い、研削砥石はそのサイクル毎
に同量づつ増加して修正工具の経路に送り出されるの
で、不均一ではあるが増加する接触持続時間が研削砥石
と修正工具の間で起ると言う概念を基礎としている。第
４図に示すごとく、初期の修正状況では角部Ａだけが最
初に接触し、研削砥石は修正工具の経路に送り込まれる
につれて各サイクル毎にさらに広い部分で接触が起り、
従って接触持続時間が長くなる。第５図に示す再修正に
おいても、状況は最初に接触する除去されるべき突出部
材料52について実質的に同じであり、次第に次のサイク
ルで接触部が増えて完全な輪郭が接触されるに至り再修
正輪郭50が完成する。

初期および再修正のいずれかの場合においても、研削砥
石に正確な輪郭が複製されてしまえば、もし研削が続け
られても接触持続時間の増加は無い。砥石の同じ形をし
た層が除去されて不必要な屑を作るだけである。

修正工具は、電動モータ22によって駆動されるスピンド
ル20に取付けられている。モータ22に流れる電流は、本
発明においてはサイクルが持続され繰り返される間、時
間をベースとして監視されている。消費電力は変化は第
６図において一連の電流−時間図で示されている。接触
していない時（サイクル１）は、電流は一定でスピンド
ルを空転させるだけの電流（空回り電流）が流れる。修
正工具と研削砥石との間の接触が起ると、この後に続く
サイクルにおいて高電流の持続時間が増加し、サイクル
10および11で安定する。これにより完全な形状条件が完
成される。類似の特徴、最初の接触がややランダムであ
る点を除いて、再修正サイクルでも観察される。

本発明の最適な技術の基本概念は、第６図に示すごと
く、各修正サイクルの全期間にわたって修正工具を駆動
する電動モータ22の電流−時間カーブを積分することで
ある。積分はコンピュータによって行われ、電流−時間
カーブ下の面積を算出する。この値はコンピュータによ
り前のサイクルの面積と比較され、もしすぐ前のサイク
ル値と現在サイクル値との差が目立って大きければ修正
は続けられる。もし差がゼロか無視できる程度に微小で
あれば修正は停止され、研削砥石は再使用可能となる。

第７図は、本発明に実際に用いられる基本的ハードウエ
アを示す。修正工具を駆動する電動モータ22は、交流モ
ータでも直流モータでも良い。電動モータ22を駆動する
動力は、勿論モータに適合するスピンドルドライブ60か
ら供給される。スピンドルドライブは、監視目的のため
に、モータによって消費される電流に比例した電圧を出
力する。この電圧シグナルは、本例においてはCNCシス
テムであるコンピュータに供給される。特に電圧シグナ
ルは、機械をコントロールするCNCシステムによって、
アナログーディジタル交換機を通して読みとられる。

このシステムのソフトウエアは第８図のフローチヤート
により示される。スピンドルドライブからの電圧は測定
されて１つの修正サイクルの電流−時間カーブ下の面積
を得るように積分される。これは前のサイクルのカーブ
下の面積である前の値と比較される。もし差があれば今
回の値は前回の値としてコンピュータに記憶され、次回
に得られる値を新しい現在値として修正サイクルが続け
られる。もし差が無いかまたは無視できる程度の微小の
差しか検出されないならば、前の値をゼロとセットする
ことによりこの演算法が次のステップにおいても実行で
きるようにして、修正操作を終る。

発明の効果 本発明によれば、歯車等の総形研削に用いられる研削砥
石の外面を、予め設定した輪郭に形成または復元するに
あたって、即ち、歯車研削等に用いる研削砥石の修正に
あたって、即ち歯車研削等に用いる研削砥石の修正にあ
たって、その修正を自動的に行うことができ、従来のよ
うに熟練した作業員を必要とするということが無い。ま
た修正工程において、作業員の判断ミスにより研削砥石
材料のロスや時間的ロスを発生するということもなく、
研削砥石の効率的的な修正を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は歯車の歯の間
の空間における、総形縁を持った研削砥石の部分図、第
２図は修正機構の関係を示す研削砥石の拡大部分図で、
研削砥石の外面の輪郭における修正工具の設定された経
路を示しており、第３図は研削および修正機構を示す一
覧図、第４図は初期の修正操作における修正サイクル中
の研削砥石材料の層の除去段階を示す研削砥石の部分
図、第５図は荒れた砥石およびその修正された輪郭およ
び修正工具の設定経路を示す部分図であり、荒れた砥石
の不均整度は、はっきりさせるために誇張して示されて
おり、第６図は修正工具の一連のサイクルにおける個々
の電流−時間カーブを示し、第７図はハードウェアシス
テムを示し、第８図はソフトウェアのフローチャートを
示す。 10……研削砥石、12……被加工物、14……修正工具、16
……予め設定された修正工具の経路、18……修正機構、
20……修正工具スピンドル、22,40……電動モータ、24
……ベース、28……支持台、30,34,46……ボールスクリ
ュドライブ、36……研削砥石スピンドル、44……柱、50
……修正され輪郭、60……スピンドルドライブ。

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】研削砥石の外面を予め設定した輪郭に形成
   または復元する研削砥石を修正するための装置であっ
   て、該装置は、修正工具と；同一の運動サイクルで連続
   的に、該予め設定した輪郭に応じた経路に沿って、該修
   正工具及び該研削砥石を相対的に移動させる手段と；該
   修正工具と該研削砥石とをサイクルごとに増加する量を
   もって該経路を横切る方向に相対的に移動させて、該経
   路に沿って該修正工具が移動する間に該修正工具を該研
   削砥石の外面に接触させるとともに、該予め設定された
   輪郭が該研削砥石の外面に形成されるまで、各サイクル
   ごとに接触持続時間を増加させる手段と；最適化制御装
   置とを備え；該最適化制御装置は、各サイクルごとの接
   触持続時間間を測定する手段と、該接触持続時間の差異
   が微小となり修正操作を停止させる時期を確かめるため
   に、連続するサイクルの接触持続時間を比較する手段と
   を有することを特徴とする歯車研削等に用いる研削砥石
   の修正装置。
2. 【請求項２】前記差異が微小になったときに修正操作を
   自動的に停止する手段を有することを特徴とする請求項
   １記載の歯車研削等に用いる研削砥石の修正装置。
3. 【請求項３】測定手段は、接触持続時間に関する情報を
   蓄えることができるコンピューターに該情報を提供可能
   に構成されており、比較手段は該コンピューターにより
   構成されていることを特徴とする請求項１記載の歯車研
   削等に用いる研削砥石の修正装置。
4. 【請求項４】前記修正工具を動作させるための駆動手段
   を備え；前記測定手段は、各サイクル毎に、前記修正工
   具を運転するに必要な駆動力にもとづいて、前記修正工
   具と研削砥石とが接触していることを示す信号を形成す
   る手段を有し；かつ前記比較手段は、連続するサイクル
   に関する前記信号の長さどうしを比較することによっ
   て、この連続するサイクルにおける接触持続時間を比較
   するように構成されていることを特徴とする請求項１記
   載の歯車研削等に用いる研削砥石の修正装置。
5. 【請求項５】前記駆動手段は電気的に運転され、かつ測
   定手段により形成される信号は、該駆動手段に流れる電
   流に比較するように構成されていることを特徴とする請
   求項４記載の歯車研削等に用いる研削砥石の修正装置。
6. 【請求項６】比較手段は、各サイクルの接触持続時間を
   通して前記駆動手段により流される電流を示す電流−時
   間カーブ下の面積を積分し、そしてこれを前のサイクル
   において該駆動手段により流される電流を示す電流−時
   間カーブ下の面積と比較するこにより、連続するサイク
   ルにおいて測定手段により形成される信号間の相違を比
   較することが可能なように構成されていることを特徴と
   する請求項５記載の歯車研削等に用いる研削砥石の修正
   装置。
7. 【請求項７】差異が微小となったときに修正操作を自動
   的に停止する手段を有することを特徴とする請求項６記
   載の歯車研削等に用いる研削砥石の修正装置。
8. 【請求項８】測定手段は、接触持続時間に関する情報を
   蓄えることがきるコンピューターに該情報を提供可能に
   構成されており、比較手段は該コンピューターにより構
   成されていることを特徴とする請求項６記載の歯車研削
   等に用いる研削砥石の修正装置。
9. 【請求項９】研削砥石と修正工具との間の予め定められ
   た動きを伴う連続するサイクルの間、該研削砥石と該修
   正工具との間の接触持続時間を測定する手段と；該接触
   持続時間の差異が微小となり修正操作を停止させる時期
   を確かめるために、連続するサイクルの接触持続時間を
   比較する手段と；を備えたことを特徴とする歯車研削等
   に用いる研削砥石の修正装置の最適制御装置。
10. 【請求項１０】修正装置が電気的に動作され；接触持続
    時間の測定手段は、修正工具のために供給される電力を
    監視することによって動作可能に構成され；かつ比較手
    段は、コンピューターにて構成されていることを特徴と
    する請求項９記載の歯車研削等に用いる研削砥石の修正
    装置の最適制御装置。
11. 【請求項１１】前記差異が微小になったときに修正操作
    を自動的に停止する手段を有することを特徴とする請求
    項10記載の歯車研削等に用いる研削砥石の修正装置の最
    適制御装置。
12. 【請求項１２】研削砥石の外面を予め設定した輪郭に形
    成するための研削砥石の修正方法であって；同一の運動
    サイクルで連続的に、該予め設定した輪郭に応じた経路
    に沿って、該研削砥石及び修正工具を相対的に移動させ
    ることと；該修正工具と該研削砥石とをサイクル毎に増
    加する量をもって該経路を横ぎる方向に相対的に移動さ
    せて、該経路に沿って該修正工具が移動する間に該修正
    工具を該研削砥石の外表面に接触させるとともに、該予
    め設定された輪郭が該研削砥石の外面に形成されるま
    で、各サイクルごとに接触持続時間を増加させること
    と；各サイクルごとに接触持続時間を監視することと；
    各サイクルにおける接触持続時間を前のサイクルにおけ
    る接触持続時間と比較することと；ある特定のサイクル
    の接触時間と前のサイクルの接触時間との差異が微小と
    なるまで、該修正工具と該研削砥石との相対的運動のサ
    イクルを続行することと；そこで修正操作を停止するこ
    とと；を含む歯車研削等に用いる研削砥石の修正方法。