JPS61182771A - 冷却材噴霧を使用する精密公差での内面研削 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の分野） 本発明は内面研削に関し、特には内孔壁にオイル溝等の
軸方向乃至螺旋状その他の断続部を有する長い内孔の内
面研削に関する。

（発明の背景） オイル或いは類似物用の軸方向乃至螺旋状の溝を具備す
る長い内孔な、精密真円度公差内でもって内面研削する
事は従来から困難を伴なうものであった。代表的に、内
孔の真円度を内孔壁の断続部、即ちオイルその他用の溝
の付近に於て所定の公差内に維持する事は困難である。

内孔壁における断続部は、断続部、即ち溝付近における
流体動圧式の冷却材の圧力薄膜の損失或いは消失を生ぜ
しめる事により、内孔の公差範囲外の内孔真円度創出の
一因となるものと考えられている。即ち、溝は冷却材薄
膜を容易に逃出させる通路を提供する。従来技術に於て
、この問題は、冷却材を全く使用せずに研削する事、或
いは冷却材流れを粗研削の後及び仕上げ研削の前に断続
する事、或いは粗研削及び仕上げ研削の後にではあるが
、砥石を加工物の内孔壁に送らずに砥石の研削力がそれ
以下ではもはや研削を果さない所謂閾値水準に減少する
迄単に内孔壁と接触したままとする、研削の最終的なス
パークアウト、即ち停留期間の前に於て断続する事で対
処しようとした。

然し乍ら、内孔の直線性と表面仕上げとを台無しにしな
い様、砥石を損傷する事無く内孔を真円状態に仕上げる
に十分の乾燥状態での研削を実施する為の適正条件を判
定し且つ確立する事は非常に困難であった。液体冷却材
流れを完全に遮断するのでは無く低減しようとする試み
も又為されたが、関与する冷却材量が比較的少量であり
そのため内孔の長手方向に沿ってのそれらの一様な分布
をコントロールする事が非常に困難である事によって失
敗に終った。

（発明の概要） 本発明は、内孔壁内に溝或いは類似の断続部の有る比較
的長い加工物の内孔な内面研削する為の研削プロセスに
して、砥石上に液体冷却材流れを流しながら比較的速い
砥石送り速度に於て内孔壁の粗研削が実施され、そして
液体冷却材流れを流す事無く砥石上に冷却材量１１（ガ
ス状流れ中に懸濁され且つ担持されている冷却材の液滴
）を噴射しながら比較的遅日の砥石送り速度に於て内孔
壁の仕上げ研削が実施される研削プロセスを提供する。

液体冷却材流れから冷却材噴霧への切換えは、代表的に
粗研削に関連する高速の砥石送り速度が仕上げ研削に関
連する低速の砥石送り速度に切換えられた時、或いは、
砥石スピンドル及びタイルの偏倚が仕上げ研削の為の新
しい平衡状態に達した時に、実際の研削速度が減速する
様、砥石送り速度の高速から低速への切換えよりも僅か
に遅れて行われる。

そうした加工物を、改善された内孔の真円度でもって内
面研削する為の好ましい方法に於て、液体冷却材流れか
ら冷却材噴霧への切換えは砥石モータ動力の切換えに応
答して行われる。即ち、液体冷却材流れは砥石モータ動
力が仕上げ研削に関連する水準に相当する水準に減少す
る時、切換えられそして冷却材噴霧のみが砥石上へと噴
射される。代表的に、冷却材噴霧はスパークアウトが終
了する迄続けられる。何らかの理由で砥石モータ動力が
仕上げ研削水準以上に増大される場合は、液体冷却材流
れは再開することが出来る。

内孔の真円度が真円から１００万分の５０インチ（約１
００１５ミリ）以上偏倚しない事が要求される、円筒の
内面研削期間中の本発明に従う冷却材コンドロールによ
って、１００万分の４０インチ（約α００１ミリ）以下
の内孔真円度偏差を一貫して実現する事が出来た。こう
した冷却材フントロールをしない場合は、内孔真円度に
於ては約１００万分の１００インチ（約（ＬＯＯ２５ミ
リ）が内孔真円度に於て実現し得る最小偏差であった。

（好ましい実施例の説明） 第１図は長手方向の筒状内孔２を有する焼結鉄粉加工物
Ｗを例示し、内孔２は内孔壁６内に加工され、図示され
る如く加工物Ｗの軸Ａに対し成る角度に於て内孔の長平
方向に沿って軸方向に伸延するオイル溝４を具備してい
る。代表的適用例に於て、軸Ａに沿った任意の位置での
内孔２の真円度は、真円から１００万分の５０インチ（
約α００１３ミリ）を越えて偏位してはならない。

第２図には研削盤の加工ヘッド１０％砥石ヘッド１２及
び回転ドレッサ１４ばかりで無く、本発明の方法に従う
研削を実施する為の冷却材コントロールシステムも又例
示されている。加工ヘッド１０、砥石ヘッド１２及び回
転ドレッサ１４は従来構造のものであり、そうした部品
を備える研削盤はプライアンＦ　グラインダ社からＬ＠
ｅｔｒａｌｌｎ＊ＬＬ２−１０の商標の下に市販入手が
可能である。

周知の如く、加工物Ｗは、加工ヘッドのチャック１６に
チャック固定され、そして研削中加工ヘッドスピンドル
１７によって回転されるが、但し砥石へラドモータ２２
のスピンドルによって回転される砥石１８よりも遅い回
転速度に於て回転される。砥石は、研削関係で内孔壁６
に当接状態で半径方向に送られつつチャック固定された
加工物の内孔の内面で軸方向に往復運動される。加工物
内での砥石の往復運動は、ｚ軸方向を移動する所謂２軸
スライダ（図示せず）によって実施され、また内孔壁に
当接させての砥石の送りはＸ軸方向に可動の所謂Ｘ軸ス
ライダ（図示せず）によって実施される。これら全ては
、例えば米国特許第４．４１９．７１２号に示される如
く周知である。今後明らかとされる如く、内孔ａ！６の
内面研削は、順次しての粗研削ステージ、仕上げ研削ス
テージ、そしてスパークアウトステージに於て実施され
る。

粗研削ステージの期間中、内孔壁に当接させての砥石の
半径方向への送り速度は例えば毎秒１００１インチ（毎
秒的αｍ５”９）と高く、一方、仕上げ研削ステージ中
の砥石の半径方向への送り速度は１例えば毎秒α０００
２５インチ（毎秒的ｃＬ００６ミリ）と比較的遅い。こ
うした送り速度はもち論、健えば米国特許第４，４１９
．４１２号に記−される如き研削盤のＣＮＣユニットの
・ボールネジを使用しての適当なサーボループコントロ
ールの基でＸ軸スライダの移動によって提供される０ス
パークアウト（斯界では滞留（ｄｗ＠１ｌ−Ｔａｒｒｙ
　）とも称される）ステージ期間中は、砥石は、研削力
がそれ以下ではもはや研削作用が起きないことが良く知
られている所謂閾値水準付近に低下する迄、半径方向へ
の送り速度を事実上０とする状態でＸ輸スライダによっ
て内孔壁と接触する位置に位置決めされる。

本発明の方法に従えば、粗研削ステージ期間中、一つ或
いはそれ以上の冷却材流れが比較的高い供給速度で砥石
１８上へと差し向けられる。例えば、第２図に概略水さ
れる様に、液体冷却材流れは、砥石表面に冷却材流れを
提供する為に（表面研削だけの為−４７））対を為す第
１のノズル５０及び第２のノズル５２から砥石上に差し
向けられる。第１のノズル３０は、好ましくは一方が冷
却材噴霧ノズル８０の上方となり且つ他方がその下方と
なる態様で砥石ヘッド１２と共に移動する為、２軸スラ
イダ或いはＸ軸スライダ上に取付けられ、一方、第２の
ノズル３２は、研削盤の台座（図示せず）上の然るべき
位置に於て固定支持される。液体冷却材流れを加工物の
内孔２内へと軸方向に噴射する為、加工ヘッドスピンド
ル１７の中空部を貫いて伸延する導管３４を通して、追
加的な液体冷却材流れを与える事が出来る。

可溶性のオイル−水混合物の如き液体冷却材が、加圧さ
れた液体冷却材、例えば５０’ｌｂ／　ｉ　ｎ”　（約
五５ｋｔｉ／ｃｔｒｒ”　）に加圧された冷却材の中央
タンク４０からノズル５０．３２及び導ｉｉ’５４へと
送られる。

液゛体冷却材は、ゲート弁と、圧力ゲージ４８を具備す
る圧力調整器或いはレデューサ４６とを有する供給導管
４２によって供給される。加圧された液体冷却材は、空
気式案内弁５２によって調節される￥７１磁逆止弁５０
へと流動する。電磁逆止弁５０と空気式案内弁５２とは
、エアマチック−アライド社よりエアマチックム３１０
３１２の名称の下に入手ｉｉＪ能である。供給導管４２
には圧力スイッチ５６も又連結されており、これは例え
ば４５１ｂ／ｉｎ”　（約１２　ｋｔ／ｃｒｙ？　）　
　の圧力で解放する様設定される。電磁逆止弁５０が開
くと、液体冷却材は導管６０を貫いて合流点Ｊ、に至り
、そこで液体冷却材は２つの流れに分かれ、一方が導管
６０１のボール弁６２を貫いて第１のノズル３０へ、そ
して他方は合流点Ｊｔへと流れ、そこで流れの一部分が
ボール弁６４を貫いて第２のノズル３２へと差向けられ
、残余の流れがボール弁６６を通して工作ヘッドスピン
ドル１７を貫いて伸延する導管３４へと差向けられる。

本発明に従えば、電磁逆止弁５０は、粗研削ステージが
終了した時、つまり実際には研削盤のＣＮＣ制御でコン
トロールされる等して半径方向への砥石送り速度が粗研
削の為の高速から仕上げ研削の為の低速へと切換えられ
ることによって裏づけられる時に閉じられる。電力計１
０が、仕上げ研削ステージ期間中に使用される砥石の半
径方向への送り速度の減速を原因とする、砥石スピンド
ルモータ動力の低下（モータ及び研削砥石のトルク荷重
の減小）を検出する。従来形式のリレー回路或いはそれ
自体コンピュータの数値制御ユニットとし得るコントロ
ーラ７２が、空気案内弁５２を作動して電磁逆止弁５０
を閉ざし、それによって液体冷却材のノズル５０．３２
及び導管３４への流れを断続する。斯くして、粗研削ス
テージの完了が砥石スピンドルモータ電力の落込みによ
って検出されると、砥石１８及び加工物Ｗ上への液体冷
却材の全ての流れが止まる。

液体冷却材流れの遮断は他の方法によっても起こす事が
出来る。例えば、スピンドルとコイルとが仕上げ研削ス
テージに関連するそれらの新しい釣合い水準に到達した
時に実際の研削速度が減小する様、機械のＣＮＣフント
ロールによって半径方向への砥石送り速度が切換えられ
た後の一定時間冷却材がノズル３０．３２及び導管３４
を流れる様、遅延スイッチを使用出来る。これにより電
磁逆止弁５０は、砥石送り速度が切換えられた時間より
僅かに遅れて閉じる。

もち論、研削盤のＣＮＣコントロールは、砥石送り速度
の切換え時或いはその後の選択された遅延時間の後に直
接フン）ｏ−ラフ２を作動する様にする事が出来る。

本発明の一実施例に於て、冷却材噴膨は粗研削ステージ
期間中、砥石ヘッド上に担持され且つ支持されるノズル
８０によって砥石１８上にも又、差し向けられる。冷却
材噴霧発生部品はＴ型継手８２に於て位置づけられてお
り、それらに圧縮空気（８０１ｂ／ｉｎ”　（約５．６
　ｋｔ／ｃｒｌ　）　）のタンクに連結された空気導管
８４内の調量ニードル弁８５を通して、例えばおよそ１
ｆｔ”７分（約ｌｌＬ０５ｍｓＺ分）の圧縮空気が送ら
れ且つ供給導管４２に連結された液体冷却材導ＩＦ９４
内の！！量ニードル弁９０及び圧力調整器或いはレデュ
ーサ９２を通して、例えばおよそ５ガ田ン／分の液体冷
却材が送られる。圧力解放弁或いはスイッチ９５が導管
９４内に設けられ、フィルタ９６の交換の必要性を示す
為に１０　ｌｂ／ｉｎ’　（約ａ　７　ｋｇ／ｃｒｒｒ
”　）　　の圧力に於て解放する様設定される。圧力調
整器９２は、Ｔ形継手８２に送られる液体冷却材を調量
する為、液体冷却材の圧力を１乃至２１　ｂ／　ｌ　ｎ
”（約α０７乃至α１４）ｘｉ／ｃＷ？）の圧力にコン
トロールする。

第４図に示される如く、２重構造導管１００がＴ形継手
８２から伸延する。ここでは液体冷却材は内側管１００
ａを通して流れ、また圧縮空気は内側管１００＆と同心
の外側管１００ｂとの間の環状空隙内を流れる。２重構
造導ｔ１００は砥石１８と共に偏倚する禍に、砥石ヘッ
ド１２或いは２軸スライダ或いはＸ軸スライダ（図示せ
ず）上に取付けられた冷却材支持マニホルド１０２へと
伸延する。冷却材支持マニホルドは、２１１構造導管１
００及び導管６０＊の支持を提供するだけである。第４
図に示す様に、冷却材支持マニホルド　１０２からは冷
却材噴霧を発生しそれを砥石１８上へと差し向ける為の
ノズル８０を提供する為に、その後端が図示の如く形成
された２重構造のノズ、ｚ’１１０４が伸延する。ノズ
ル８０が、冷却材噴霧をノズル内で発生可能とする為に
、外側管１０４ｂと開口部の上流で終端する内側管１０
４Ｃとによって画定される事が明らかである。ここに於
て及び特許請求の範囲に於て使用される冷却材噴霧とは
、ガス状流れが、記載された様な加圧空気或いは他の適
当なガスであるガス状流れの中にＭＮされた分離状態の
液体冷却材の液滴を意味する事を意図するものである。

冷却材噴霧の代表的な液滴含有量はおよそ毎秒４滴、即
ち前述した流れのパラメータを使用すれば、毎分約α０
０４ガロンである。

先きに述べた様に、砥石上へは粗研削ステージ期間中に
ノズル５０．３２からの液体冷却材流れに加えて冷却材
噴霧を差し向は得る。この場合は、粗研削の完了後に電
磁逆止弁５０が閉じると、仕上げ研削ステージ及びスパ
ークアウトステージの期間中は冷却材噴霧だけが砥石上
へと噴出され続ける。液体冷却材流れは全く噴射されな
い。仕上げ研削ステージ及びスパークアウトステージ期
間中における砥石１８上への冷却材＠霧の使用が、実現
可能な内孔真円度の公差を想像以上に且つ著しく高め、
そして内孔の真円からの１００万分の５０インチ（約０
００１３ミｌＪ）の規定真円度公差の範囲に十分含まれ
る１００万分の４０インチ（約α００１４す）以下の真
円度公差を達成出来る事が分った。上述した方法を使用
しなくとも、真円から１００万分の１００インチｌα０
０２５ミリ）に過ぎない内孔の真円度公差或いは偏差を
得る事が出来た。本発明によって初めて、内孔の真円度
を規定公差の範囲内とした生産速度における内孔２の内
面研削が可能となった。

当業者には、本発明の他の実施例に於て、冷却材噴霧を
粗研削ステージ期間に噴射し、そして仕上げ研削ステー
ジ及びスパークアウトステージ期間中にも続行するより
はむしろ、粗研削の完了時点にオンに切換える為に然る
べきコントルーラを使用可能である事を詔誠されよう。

例えば、コントローラ７２は、ノズル３０．３２及び導
管５４からの液体冷却材の噴射を終了させる為に前述の
如く半径方向への砥石送り速度を高速から低速へと切換
える時或いはそうした切換えに続く遅延時間の後に液体
冷却材がＴ形継手８２へと流動出来る様導管９４内の電
磁弁（図示せず）を作動する様なものとする事が出来る
。

本発明の別の実施例に従えば、粗研削ステージの完了時
或いは仕上げ研削を開始する為の所定寸法へと内孔寸法
を変更した後の遅延時間に続いて電磁逆止弁５０が閉じ
る。この実施例に於ては、ゲージ指１０９を具備する工
程内の従来構造のゲージが研削中の内孔寸法を計測する
。装置のＣＮＣユニット内への内孔寸法情報の入力によ
って、仕上げ研削の為の所定の内孔寸法が達成された時
、電磁逆止弁５０が閉じる。

もち論、ドレッサ１４による砥石のドレッシング期間中
、液体冷却材流れは図示の如く供給導管４２に連結され
た導管１１４内のボール弁１１２を通過する液体冷却材
を供給されるノズル１１０から噴出される。

第２図に示す様に、研削中に噴射された冷却材を回収し
それを戻し導管１２２を経て中央タンク４０に戻す為に
、装置台上に冷却材収集用トレー１２０が設けられる。

以上、本発明を実施例に基き説明したが、本発明の内で
多くの変更を為し得る事を銘記されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、加工部分の長手方向軸に対し成る角度に傾い
た長手方向に伸延するオイル溝によって断続された内孔
壁を有する長い内孔を具備して成る、加工物の長手方向
断面図である。 第２図は、冷却材コントロールシステムの構成図である
。 第５図は、砥石ヘッドと、冷却材ノズルとが本発明に従
って位置決めされて成る研削盤の加工へ、　ラドとの部
分平面図である。 第４図は、冷却材噴霧ノズルの部分破除した側面図であ
る。 尚、図中上な部分の名称は以下の通りである。 １０：加工ヘッド １２：砥石ヘッド １４一回転ドレツサ １８：砥　石 ３０；第１のノズル ３２：第２のノズル ４６．９２：圧力調整器 ４８：圧力ゲージ ｓｕｒ＠、磁逆止弁 ８０：冷却材噴霧ノズル ８２：Ｔ形継子 １００：２重構造導管 １００ａｓ１０４ｃ：内側管 １００ｂ、１０４ｂ　：外側管 １０２：冷却材支持マニホルド １０４：ノズル管 −゛−゛長

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内孔壁に、研削によって達成し得る内孔真円度の公
   差に悪影響を及ぼす断続部の有る筒内部円孔の内面を研
   削する方法にして、内孔の長手方向軸及び内孔壁の夫々
   に対し回転する砥石を半径方向に送る段階と、砥石の半
   径方向への送り速度を高速とし粗研削に於て砥石上に液
   体冷却材を噴射する段階と、それに続く仕上げ研削に於
   て砥石の半径方向への送り速度を減速し且つ液体冷却材
   流れを断続すると共に、ガス状流れ中に懸濁された液体
   冷却材の液滴の噴霧を砥石上に噴射する段階、とを包含
   する方法。 ２、砥石上に噴射される液体冷却材流れは、砥石の送り
   速度が仕上げ研削ステージの為に減速され、そうした減
   速に続く遅延時間の後に断続される特許請求の範囲第１
   項記載の方法。 ３、仕上げ研削ステージの後にはスパークアウトステー
   ジが続き、ガス状流れ中に懸濁された液体冷却材の液滴
   の噴霧は、液体冷却材流れの噴射の無い状態で仕上げ研
   削ステージ及びスパークアウトステージの両方の期間中
   、砥石上に噴射される特許請求の範囲第１項或いは第２
   項記載の方法。 ４、内孔壁に、研削によって達成し得る内孔真円度に悪
   影響を及ぼす断続部の有る筒内部円孔の内面を研削する
   方法にして、内孔の長手方向軸及び内孔壁の夫々に対し
   、回転する砥石を粗研削ステージに於て高速で、そして
   順次する仕上げ研削ステージに於て低速で、前記粗研削
   ステージ及び仕上げ研削ステージ期間中の砥石へのトル
   ク荷重を監視しつつ半径方向に送る、内孔真円度を改善
   する為の段階にして、前記粗研削ステージの期間中に砥
   石上に液体冷却材流れが噴射され、該液体冷却材流れは
   砥石送り速度の減速によって前記トルク荷重が減小した
   時断続され、そしてガス状流れの中に懸濁された液体冷
   却材の液滴の噴霧が、仕上げ研削ステージ期間中に砥石
   上に噴射される段階、を包含する方法。 ５、仕上げ研削ステージの後にはスパークアウトステー
   ジが続き、ガス状流れ中に懸濁された液体冷却材の液滴
   の噴霧は、液体冷却材流れの噴射の無い状態で仕上げ研
   削ステージ及びスパークアウトステージの両方の期間中
   、砥石上に噴射される特許請求の範囲第４項記載の方法
   。 ６、内孔壁に研削によって達成し得る内孔真円度に悪影
   響を及ぼす断続部の有る筒内部内孔の内面を研削する方
   法にして、内孔の長手方向軸及び内孔壁の夫々に対し、
   回転する砥石を粗研削ステージに於て高速でそしてそれ
   に続く仕上げ研削ステージに於て低速で、前記粗研削ス
   テージ及び仕上げ研削ステージ期間中の内孔寸法を監視
   しつつ半径方向に送る、内孔真円度を改善する為の段階
   にして、前記粗研削ステージの期間中に砥石上に液体冷
   却材流れが噴射され、該液体材流れは前記内孔寸法が仕
   上げ研削の為の所定の値に達した時断続され、そしてガ
   ス状流れの中に懸濁された液体冷却材の液滴の噴霧が、
   仕上げ研削ステージ期間中に砥石上に噴射される段階、
   を包含する方法。 ７、仕上げ研削ステージの後には　スパークアウトステ
   ージが続き、ガス状流れ中に懸濁された液体冷却材の液
   滴の噴霧は、液体冷却材流れの噴射の無い状態で仕上げ
   研削ステージ及びスパークアウトステージの両方の期間
   中、砥石上に噴射される特許請求の範囲第６項記載の方
   法。