(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥石幅より狭い被加工物の加工面をプランジ研削加工した結果、外周表面の両端部に凸部が発生した砥石車を、前記砥石車の回転軸と直交する軸廻りに回転するカップ型のツルアと、前記砥石車と前記ツルアが接触したことを検知する接触検知手段と、を備えたツルーイング装置を用いてツルーイングするツルーイング方法において、
前記砥石車の幅方向の中央を前記ツルアの回転軸に一致させた状態で、前記砥石車の回転軸と前記ツルアの回転軸の双方に直交する方向であるＶ軸方向への前記砥石車と前記ツルアの相対的な往復運動と、前記ツルアと前記砥石車との前記ツルアの回転軸方向への同一切込み量を備える切込み運動と、を交互に繰り返すと共に、前記接触検知手段により前記砥石車と前記ツルアの接触を検知するようにし、
前記往復運動のストロークを、前記ツルアの回転軸方向から見て前記砥石車の回転中心が前記ツルアの外周から外側に外れる位置と前記ツルアの内周の内側に含まれる位置との間に設定し、
前記接触検知手段が、前記往復運動中に、直前の前記往復運動における前記砥石車と前記ツルアの最外周が接触したときの軸間距離より、大きな軸間距離で前記砥石車と前記ツルアの接触を検知したとき、前記凸部のツルーイングが終了したと判定し、
前記軸間距離は、前記砥石車の回転軸に対する前記ツルアの回転軸のＶ軸方向の距離であるツルーイング方法。
【請求項２】
前記凸部のツルーイングが終了したと判定した前記往復運動より後の前記往復運動中に、前記接触検知手段の出力変動に基づいて前記砥石車の全幅のツルーイングの終了を判定する請求項１記載のツルーイング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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カップ型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。
【背景技術】
【０００２】
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１（例えば、特許文献１参照）がある。
また、カップ型ツルアを用いたツルーイング方法としてカップ型ツルアを往復運動させて砥石車を成形する従来技術２（例えば、特許文献２参照）がある。
【０００３】
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方法の概要を以下に説明する。
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に記載の従来技術の場合、図７に示す研削盤においては、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の回転軸と平行な回転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８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、砥石車両端の凸部が除去されたことをＡＥセンサの出力が砥石全幅に渡って閾値を超えたことで判定しツルーイングを終了している。
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Ｂ４が小さい。
【０００４】
カップ型ツルアを用いたツルーイング方法の概要を以下に説明する。
図１０に示すように、砥石車５１とカップ型ツルア５２を直交する砥石軸５３とツルア軸５４の廻りに各々回転させ、この両軸に直交するＹ方向に砥石車とカップ型ツルアを相対運動させてツルーイングする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２６０８８０号公報
【特許文献２】特開平８−３２３６１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術１では凸部と凹部の段差が小さくなった場合のＡＥセンサの出力と、完全に平坦化された場合のＡＥセンサの出力の差が小さく判別が困難であった。ツルーイングロール４６の幅Ｂ４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９に示すように、凸部と凹部の段差Ｅ０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、この状態での段差の修正能力は以下のようである。初期段差高さをＥ０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−Ｅ０）・Ｃとなり、1回のツルーイング後の段差Ｅ１はＥ１＝Ｅ０−Ｋ・Ｃ＋（Ｋ−Ｅ０）・Ｃ＝Ｅ０（１−Ｃ）となる。２回目のツルーイング後の段差Ｅ２はＥ２＝Ｅ１（１−Ｃ）＝Ｅ０（１−Ｃ）２となり、ｎ回後の段差はＥｎ＝Ｅ０（１−Ｃ）ｎとなる。この間の凹部の総除去深さＨはＨ＝ｎ・Ｊ−Ｅ０（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。
【０００７】
従来技術２ではカップ型のツルアを用いることにより上記のような、ツルーイングロールの弾性変形に伴う凹部の過剰な除去は防止されるがツルーイングの終了時期を適切に判定することはできない。このため、ツルーイング不足を起こさないように安全サイドの除去量設定となり過剰に除去する傾向にあった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、接触検知信号を有効利用して、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、過剰な砥石除去の防止とツルーイング時間の短縮とツルア寿命の延長が可能な信頼性の高い、ツルーイング方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、砥石幅より狭い被加工物の加工面をプランジ研削加工した結果、外周表面の両端部に凸部が発生した砥石車を、前記砥石車の回転軸と直交する軸廻りに回転するカップ型のツルアと、前記砥石車と前記ツルアが接触したことを検知する接触検知手段と、を備えたツルーイング装置を用いてツルーイングするツルーイング方法において、
前記砥石車の幅方向の中央を前記ツルアの回転軸に一致させた状態で、前記砥石車の回転軸と前記ツルアの回転軸の双方に直交する方向であるＶ軸方向への前記砥石車と前記ツルアの相対的な往復運動と、前記ツルアと前記砥石車との前記ツルアの回転軸方向への同一切込み量を備える切込み運動と、を交互に繰り返すと共に、前記接触検知手段により前記砥石車と前記ツルアの接触を検知するようにし、
前記往復運動のストロークを、前記ツルアの回転軸方向から見て前記砥石車の回転中心が前記ツルアの外周から外側に外れる位置と前記ツルアの内周の内側に含まれる位置との間に設定し、
前記接触検知手段が、前記往復運動中に、直前の前記往復運動における前記砥石車と前記ツルアの最外周が接触したときの軸間距離より、大きな軸間距離で前記砥石車と前記ツルアの接触を検知したとき、前記凸部のツルーイングが終了したと判定し、
前記軸間距離は、前記砥石車の回転軸に対する前記ツルアの回転軸のＶ軸方向の距離であることである。
【０００９】
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、前記凸部のツルーイングが終了したと判定した前記往復運動より後の前記往復運動中に、前記接触検知手段の出力変動に基づいて前記砥石車の全幅のツルーイングの終了を判定することである。
【発明の効果】
【００１０】
請求項1に係る発明によれば、砥石車の外周面の凸部のツルーイングが終了し砥石車の外周面が平坦化されたことを、往復運動中に直前の往復運動における砥石車と前記ツルアの最外周が接触したときの軸間距離より大きな軸間距離で、接触検知手段が砥石車とツルアの接触を検知することで判定できる。凸部のツルーイングが終了したことを、接触を検知したＶ軸方向位置の差で判定できるので、接触検知手段の出力変動誤差が大きくても信頼性が高い判定ができる。これにより、過剰な砥石除去の防止が可能な高能率での凸部の除去が可能となる。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、ことができ効率的なツルーイングを実現できる。
【００１１】
請求項２に係る発明によれば、凸部の除去を終えた後の凹部のツルーイングにおいて、凹部の表面粗さの変動に応じて起こる接触検知手段の出力変動を検知して、凹部が研削に最適な表面粗さに達したときにツルーイングを終了できるので、研削に最適なツルーイングができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本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２】図１の側面図である。
【図３】本実施形態の研削状態を示す概略図である。
【図４】本実施形態のツルーイング動作を示す概略図である。
【図５】本実施形態のツルーイング時のツルアと砥石車の相対位置を示す概略図である。
【図６】本実施形態のツルア位置と動力の関係を示すグラフである。
【図７】従来技術のツルーイング装置の全体構成を示す概略図である。
【図８】従来技術のツルーイング動作を示す概略図である。
【図９】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。
【図１０】従来技術のカップ型ツルアの配置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明のツルーイング方法の実施の形態を工作物の被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とベッド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。
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の送りを制御するＶ軸制御手段３３、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、ツルーイング装置制御手段３４の内部にはツルーイングモータ動力検知手段３４１を備えている。
【００１４】
ツルーイングモータ（図示省略する）により回転駆動されるカップ型のツルア９を回転自在に支持し、Ｘ軸とＺ軸の双方に直交するＶ軸方向に移動可能なツルーイング装置１０が、主軸５に付設されている。ツルーイングモータの動力はツルーイングモータ動力検知手段３４１により検知できる。
ここで、工作物Ｗの被加工部の幅Ｂ１は通常１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度であり、Ｂ１より砥石車７の幅Ｂ２が大きく、ツルア９の外径Ｂ３は通常５０ｍｍ程度であり砥石車７の幅Ｂ２より大きく設定されている。また、砥石車７の外径は２５０ｍｍ〜４００ｍｍ程度が一般的に使用される。
【００１５】
上記の研削盤で工作物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凸部の除去を含むツルーイングが必要となる。
【００１６】
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。ここで、図４、図６に記載のａ〜ｅの記号は図５における（ａ）図〜（ｅ）図に示すツルア９の位置に対応している。
ツルア９をＺ軸方向にテーブル４により移動させ、砥石車７の幅の中央とツルア９の回転軸が概略一致する位置へ割出す。次に、図４に示すようにツルア９をＶ軸方向に移動させ、ツルア９と、ツルア回転軸方向から見て砥石車回転中心上に位置する砥石車７の凸部が接触できるツルーイング開始位置ｃ（図５の（ｃ）図の位置）へ割出す。ツルア９と砥石車７を回転させ、砥石車７をＸ軸方向に砥石台３によりツルア９に接近するように前進させる。砥石車７の凸部とツルア９が接触したら砥石台３の送りを停止する、この時の砥石車７とツルア９の接触はツルーイングモータの動力変動をツルーイングモータ動力検知手段３４１により検知することで行う。
次に、ツルア９を、砥石車７の凸部に接触した状態でＶ軸方向に移動させ、砥石車７とツルア９の接触が終了した位置ｅ（図５の（ｅ）図の位置）で停止する。次に、砥石車７を所定の量Ｘ軸方向に前進させることで通常１０μｍ程度に設定される所定の切込み量を付与した後に、ツルア９を、先程と反対のＶ軸方向に、砥石車７の凸部に接触した状態で移動させ、砥石車７とツルア９が接触しない位置a（図５の（ａ）図の位置）で停止する。この時、ツルーイングモータ動力検知手段３４１は凸部とツルア９の最外周部の接触が終了するまでの間、検知出力を出力する。すなわち、出力が中止された時のツルアの位置が、砥石車とツルアの最外周が接触した位置に相当する。
さらに、砥石車７を所定の量Ｘ軸方向に前進させ同一の切込み量を付与した後に、ツルア９を、砥石車７の凸部に接触した状態で、先程と反対のＶ軸方向に移動させ、砥石車７とツルア９の接触が終了した位置ｅで停止する。この時、ツルーイングモータ動力検知手段３４１は、凸部とツルア９の最外周部の接触の開始から、ツルア９の内周部が凸部から離れるまでの間、検知出力を出力する。すなわち、出力が開始された時のツルアの位置が、砥石車とツルアの最外周が接触した位置に相当する。以上のａ〜ｅ間の往復と切込みを交互に凸部が除去されるまで繰り返してツルーイングする。
この時の、ツルア９と砥石車７の位置関係は図５の（ａ）図〜（ｅ）図に示す順番で変化する。ツルーイングモータの動力とツルアのＶ軸位置の関係は図６の実線で示すような変動をし、ツルアの最外周部と砥石車の凸部が接触する場合の、砥石車の回転軸に対するツルアの回転軸のＶ軸方向の距離である軸間距離が最も大きいのは、図６において位置ｃであり、図５においては（ｃ）図のＬｃである。なお、図５の図（ｃ）ではツルア９の最外周部と砥石車の凸部の接触面Ｓｃを太線で示している。
以上のツルーイング工程では、ツルア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。
【００１７】
凸部が除去されると砥石車は平坦化しツルア９と砥石車７の接触幅はＶ軸方向の相対位置により変化し、最大は砥石車７の全幅となる。この時のツルーイングモータの動力とツルア９のＶ軸位置の関係は図６の破線で示すような変動をし、ツルア９の最外周部と砥石車が接触する場合の、砥石車の回転軸に対するツルアの回転軸のＶ軸方向の距離である軸間距離が最も大きいのは、図６において位置ｂであり、図５においては（ｂ）図のＬｂである。図５の（ｂ）図において太線で示している接触面Ｓｂは、ツルアの回転軸心を通り砥石車の回転軸に直交する方向のツルアの最外周部である。
ここで、同一切込みで凸部のみと接触する場合においては、ツルアの回転軸心を通り砥石車の回転軸に直交する方向のツルア位置ではツルアと砥石車の凹部には隙間があるので接触することはない。このため、接触面は、ツルアの回転軸心を通り砥石車の回転軸に直交する方向から左右に離れた位置Ｓｃとなり、ツルーイングにより凸部の径が小さくなるとツルアと砥石車の接触位置（ｃの位置）は内側に移動（砥石車の回転中心に近接）していく。この量は、切込みが大きいほど大きくなるが、砥石車７の外径が３５０ｍｍで、切込みが通常用いられる最大の切込みである５０μｍの場合でも1μｍ以下の量である。一方、凸部が除去されて平坦化すると、ツルア最外周部と砥石車の幅方向の中央部と接触する位置が最も軸間距離が大きい位置となる。この位置は、凹部の幅が１０ｍｍ、ツルア９の外径が５０ｍｍの場合で、ツルアの最外周部と凸部が接触する位置に比べて軸間距離が５０μｍ大きい位置となる。すなわち、凸部のツルーイングが終了して砥石車が平坦化すると、直前の前記往復運動における凸部とツルアの最外周が接触した最大の軸間距離の位置より５０μｍｍ程度軸間距離が大きい位置で、砥石車７とツルア９の接触を検知するようになる。
これをもって、凸部の除去が終了したと判定し、所定の仕上げツルーイングサイクルを起動する。仕上げツルーイングサイクルとしては例えば、微細な切込みによるａ〜ｅのトラバース送りを実施し、ｃの位置でのツルーイング動力が所定の値になった後に切込無しで１回トラバースさせ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の動力を検知してツルーイング状況を判定したが、ツルア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の幅方向の中央とツルア９の回転中心を概略一致させるようにしたが、砥石車７の幅方向で砥石車７の両端の凸部の間にツルア９の回転中心が位置すればよい。
【００１８】
以上の結果、ツルーイング初期にはツルア９と砥石車７の研削作用面の凸部が常に接触しており、凹部にツルア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。
凸部の除去が終了し段差がなくなったことを、ツルア９が砥石車と接触するＶ軸方向の位置の差により判定できるので、ツルーイングモータ動力検知手段３４１の出力変動誤差が大きくても信頼性が高い判定ができる。
凹部の表面粗さの度合いを図５の図(ｂ）〜図（ｄ）の間のツルーイングモータ動力検知手段３４１の出力変動で判定できるので、所望の表面粗さに達したときにツルーイングを終了し研削に最適な砥石車の研削作用面を得ることができる。
このように、本発明によれば、砥石寿命が長く、短時間で、研削に最適な砥石車のツルーイングを実施できる。
【符号の説明】
【００１９】
Ｗ：工作物  ４：テーブル  ７：砥石車  ９：ツルア  １０：ツルーイング装置  ３４１：ツルーイングモータ動力検知手段  
【図１】
0005581663.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005581663.tif 000008
【図８】
0005581663.tif 000009
【図９】
0005581663.tif 000010
【図１０】
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