(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作物をその中心軸線回りに回転させる工作物駆動手段と、砥石車を軸支する砥石台と、前記砥石車を回転駆動する砥石車駆動手段と、前記工作物と前記砥石台とを相対移動する相対移動手段とを備え、前記工作物を前記砥石車によって研削する研削装置において、
研削点における前記工作物と前記砥石車の回転方向が同方向となるダウンカットによって荒研削を行う荒研削手段と、
研削点における前記工作物と前記砥石車の回転方向が逆方向となるアップカットによって仕上げ研削を行う仕上げ研削手段と、
荒研削に引き続いて仕上げ研削を行う際に、前記工作物駆動手段による工作物の回転方向、前記砥石車駆動手段による砥石車の回転方向の何れか一方を切り替える切替制御手段と
を備えたことを特徴とする研削装置。
【請求項２】
工作物をその中心軸線回りに回転させる工作物駆動手段と、第一及び第二の砥石車をそれぞれ軸支する第一及び第二の砥石台と、前記第一及び第二の砥石車を回転駆動する砥石車駆動手段と、前記工作物と前記第一及び第二の砥石台とを相対移動する相対移動手段とを備え、前記工作物を前記第一及び第二の砥石車によって研削する研削装置において、
前記第一の砥石車による前記工作物の荒研削を、研削点における前記工作物と前記第一の砥石車の回転方向が同方向となるダウンカットで行う荒研削手段と、
前記第二の砥石車による前記工作物の仕上げ研削を、研削点における前記工作物と前記第二の砥石車の回転方向が逆方向となるアップカットで行う仕上げ研削手段と
を備えたことを特徴とする研削装置。
【請求項３】
工作物をその中心軸線回りに回転させる工作物駆動手段と、砥石車を軸支する砥石台と、前記砥石車を回転駆動する砥石車駆動手段と、前記工作物と前記砥石台とを相対移動する相対移動手段とを備え、前記工作物を前記砥石車によって研削する研削方法において、
研削点における前記工作物と前記砥石車の回転方向が同方向となるダウンカットによって荒研削を行った後、前記工作物駆動手段による工作物の回転方向、前記砥石車駆動手段による砥石車の回転方向の何れか一方を切り替え、研削点における前記工作物と前記砥石車の回転方向が逆方向となるアップカットによって仕上げ研削を行うことを特徴とする研削方法。
【請求項４】
工作物をその中心軸線回りに回転させる工作物駆動手段と、第一及び第二の砥石車をそれぞれ軸支する第一及び第二の砥石台と、前記第一及び第二の砥石車を回転駆動する砥石車駆動手段と、前記工作物と前記第一及び第二の砥石台とを相対移動する相対移動手段とを備え、前記工作物を前記第一及び第二の砥石車によって研削する研削方法において、
前記第一の砥石車による前記工作物の荒研削を、研削点における前記工作物と前記第一の砥石車の回転方向が同方向となるダウンカットで行い、
前記第二の砥石車による前記工作物の仕上げ研削を、研削点における前記工作物と前記第二の砥石車の回転方向が逆方向となるアップカットで行う
ことを特徴とする研削方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作物を中心軸線回りに回転させながら、砥石車との相対移動により、工作物の研削を行う研削装置及び研削方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、円筒工作物や自動車のエンジンに使用されるカムシャフトなどを研削するため、工作物をその中心軸回りに回転させながら、高速に回転する砥石によって研削を行う研削装置が知られている（例えば、特開平１０−２２５８５６号公報等）。
【０００３】
工作物の回転方向と砥石の回転方向の関係では、図４（Ａ）に示すもの（アップカット）と同図（Ｂ）に示すもの（ダウンカット）の２つが考えられるが、一般的には、比較的良好な面精度で研削できる（Ａ）のアップカットによって研削を行っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような研削装置で研削を行うと、砥石の切れ味が次第に低下し、すべりが発生しやすくなる。すべりが発生すると熱が発生し、研削焼けが発生してしまう。このため、ドレッシングを頻繁に行う必要があり、研削効率を上げることができなかった。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑み、研削焼けを抑え且つ研削効率を向上させると共に、良好な仕上げ面精度を得ることを課題とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するため、本願の発明者らは鋭意研究し、研削焼けが発生する原理やそれを抑える方法を種々検討した。この結果、研削焼けが発生するのは、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、一つの砥粒が工作物に当たって研削を開始する際、食い込み角Ｉｇ１が小さいために砥粒が工作物に食い込むことができず、工作物表面をすべる領域Ｓ１があること。また、このすべりによって図５（Ｃ）に示すように砥粒が磨耗により平坦化し、さらに食い込みにくくなることが主因であることが判明した。
【０００７】
一方、図６（Ｂ）に示すようなダウンカットによれば、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、食い込み角Ｉｇ２が大きいので、砥粒が工作物に当たってから離れるまで、砥粒が常に工作物に切り込んでいる。このため、すべりによる熱は発生しにくいが、研削後に工作物表面となる領域Ｓ２においても砥粒が切り込んでいるため、アップカットによる場合よりも面精度は低下する。このため、ダウンカットのみによって研削をすることは適当ではない。
【０００８】
そこで発明者らは、荒研削のみをダウンカットで行い、仕上げ研削をアップカットによって行えば、それぞれの長所を活かした最適な研削を行うことができるとの知見を得、本発明を成すに至ったのである。
【０００９】
つまり、荒研削をダウンカットで行うことにより、砥粒のすべりを低減し、研削焼けを抑えることができる。この半面、荒研削後の工作面表面の面精度は良好ではないが、後の仕上げ研削時に削り取られるので問題はない。また、仕上げ研削はアップカットで行うので、従来の研削方法と同等の仕上げ面精度を得ることができるのである。これは、低剛性のスチール材を研削する場合に特に有効である。
【００１０】
この知見に基づき、請求項１及び３に記載の発明では、工作物をその中心軸線回りに回転させる工作物駆動手段と、砥石車を軸支する砥石台と、前記砥石車を回転駆動する砥石車駆動手段と、前記工作物と前記砥石台とを相対移動する相対移動手段とを備え、前記工作物を前記砥石車によって研削する研削装置又は研削方法において、研削点における前記工作物と前記砥石車の回転方向が同方向となるダウンカットによって荒研削を行った後、前記工作物駆動手段による工作物の回転方向、前記砥石車駆動手段による砥石車の回転方向の何れか一方を切り替え、研削点における前記工作物と前記砥石車の回転方向が逆方向となるアップカットによって仕上げ研削を行うこととした。
【００１１】
これにより、より多くの研削代を高効率で研削しなければならない荒研削をダウンカットで行うので、研削焼けが発生しにくいと共に、高精度に研削しなければならない仕上げ研削をアップカットで行うので、良好な仕上げ面精度を得ることができる。
【００１２】
また、請求項２及び４に記載の発明では、工作物をその中心軸線回りに回転させる工作物駆動手段と、第一及び第二の砥石車をそれぞれ軸支する第一及び第二の砥石台と、前記第一及び第二の砥石車を回転駆動する砥石車駆動手段と、前記工作物と前記第一及び第二の砥石台とを相対移動する相対移動手段とを備え、前記工作物を前記第一及び第二の砥石車によって研削する研削方法において、前記第一の砥石車による前記工作物の荒研削を、研削点における前記工作物と前記第一の砥石車の回転方向が同方向となるダウンカットで行い、前記第二の砥石車による前記工作物の仕上げ研削を、研削点における前記工作物と前記第二の砥石車の回転方向が逆方向となるアップカットで行うこととした。
【００１３】
これにより、請求項１及び３に記載の発明の作用・効果に加え、第一及び第二の砥石車により荒研削と仕上げ研削とを同時並行で行うことができるので、さらに稼動効率を上げることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における第一の実施形態を図面に基づいて説明する。ここでは、自動車のエンジンに使用されるカムシャフトを研削する研削装置に本発明を適用した場合について具体例を挙げて説明する。本実施の形態におけるカムシャフト研削装置の概要構成図を図１に示す。図１に示すように、研削装置のベッド１上に設置されたＺ軸方向のＺ軸案内レール２ａ，２ｂ上にＺ軸テーブル１０が設置されている。テーブル１０はボールねじ３によりＺ軸方向に摺動自在である。Ｚ軸テーブル１０のＸ軸案内レール１１ａ、１１ｂ上に砥石台２０が設置されている。砥石台２０はボールねじ１２によりＸ軸方向に摺動自在である。砥石台２０上には砥石車３１及びこれらを軸支するとともに回転駆動する砥石車駆動モータ３２が設置されている。
【００１５】
砥石台２０のＸ軸前方に主軸台４０ａ，４０ｂが設置されている。主軸台４０ａ，４０ｂに設けられたチャック等により、工作物であるスチール製のカムシャフト８０が回転可能に支持されるようになっている。主軸台４０ａ、４０ｂには、カムシャフト８０を中心軸線回りに回転させる主軸モータ５０ａ，５０ｂが設けられている。主軸モータ５０ａと５０ｂとは完全に同期して同じ位相に制御される。
【００１６】
Ｚ軸ボールねじ３はＺ軸テーブルモータ５１により回転駆動される。また、Ｘ軸ボールねじ１２は砥石台モータ５２により回転駆動される。これら各モータ（主軸モータ５０ａ及び５０ｂ、Ｚ軸テーブルモータ５１、砥石台モータ５２）は高精度位置決めが可能なサーボモータであり、制御盤６０に内蔵された数値制御装置６１により制御される。数値制御装置６１にはカムシャフト８０の各加工部位を研削するために必要なＮＣプログラム及びパラメータ等が予め記憶されている。
【００１７】
砥石車駆動モータ３２は高トルクで高速回転が可能なモータであり、制御盤６０に内蔵されたドライバ６２から供給される電流によって回転力を発生する。ドライバ６２が出力する電流値の情報は数値制御装置６１に送られるようになっている。
【００１８】
次に、上述した構成の研削装置を用いた研削方法について、図２のフローチャートにより説明する。なお、下記においてＳ＊（＊＝１０２、１０４、・・・）はフローチャート中の各ステップを表す。また、便宜上、カムシャフト８０の図面右端のカム８１を研削箇所１とし、その左隣の一対のカム８２を研削箇所２とする。以下、同様に研削箇所３，４・・・７，８とし、この順序で研削を行うものとする。これら各研削箇所を図２のフローチャート中では研削箇所ｎ（ｎ＝１〜８）と表す。
【００１９】
図２のフローチャートは、一つのカムシャフトを研削する際の数値制御装置６１で行われる概要処理手順の一例を示したフローチャートである。このフローチャートにおいて、Ｓ１０２ではｎを１に初期化する。これは研削箇所１を初めに研削することを意味する。次のＳ１０４ではドライバ６２に指示を送り、砥石車の回転を開始させる。
【００２０】
Ｓ１０６では主軸モータ５０ａ，５０ｂをＷ２方向に回転開始し、この状態でＳ１０８でＺ軸テーブルモータ５１と砥石台モータ５２を制御することによりカムシャフト８０と砥石台２０とを相対移動させて荒研削を行う。この際、研削点における工作物と前記砥石車の回転方向が同方向となるのでダウンカットで研削することとなる。
【００２１】
荒研削が終了すると、Ｓ１１０で主軸モータ５０ａ，５０ｂの回転方向を逆転し、Ｗ１方向に回転開始する。この状態でＳ１１２でＺ軸テーブルモータ５１と砥石台モータ５２を制御することによりカムシャフト８０と砥石台２０とを相対移動させて仕上げ研削を行う。この際、研削点における工作物と前記砥石車の回転方向が逆方向となるのでアップカットで研削することとなる。
【００２２】
仕上げ研削が終了すると、Ｓ１１４でｎが８であるか否かを判別する。ｎ＝８でなければ、ｎを＋１し、次の研削箇所の研削を行う。ｎ＝８であれば全ての研削箇所の研削が終了したと判断し、研削終了とする。
【００２３】
このようにして研削を行うことにより、より多くの研削代を高効率で研削しなければならない荒研削をダウンカットで行うため研削焼けが発生しにくく、また、比較的少ない研削代を高精度に研削しなければならない仕上げ研削をアップカット行うので良好な仕上げ面精度を得ることができる。
【００２４】
なお、上記では、砥石車の回転方向を固定し、工作物の回転方向を切り替える場合の実施例について説明したが、これとは逆に、工作物の回転方向を固定し、砥石車の回転方向を切り替えることでダウンカットとアップカットを切り替えるようにしても同様の効果を得ることができる。
【００２５】
また、前述のように、ダウンカット時には砥粒が大きな食い込み角で工作物に当たるため、このときの衝撃により砥粒の破砕がある程度の割合で発生する（図６（Ｃ））。このため、アップカット時に平坦化した砥粒をドレッシングするのと同様の作用があり、ドレッシングを行うドレッシングインターバルを延ばすことができ、研削効率を上げる効果もある。
【００２６】
次に本発明における第二の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施の形態おける研削装置の構成例は図３に示すものであり、前記第一の実施形態との違いは、砥石車を軸支し且つ回転駆動させることのできる砥石台を２つ設け、これら砥石台が独立して工作物と相対移動し得るように構成したことである。図３に示すように、本実施の形態による研削装置は砥石車３１ａ，３１ｂを備え、この一方を荒研削用として使用し、他方を仕上げ研削用として使用する。荒研削用の砥石車は研削点における工作物８０と砥石車の回転方向が同方向となるダウンカットで荒研削を行い、仕上げ研削用の砥石車は研削点における工作物８０と砥石車の回転方向が逆方向となるアップカットで仕上げ研削を行う。
【００２７】
これにより、ダウンカットで荒研削を行いながらアップカットで仕上げ研削ができるので、第一の実施形態の作用・効果に加え、短時間で工作物の研削加工を完了することができ、稼動効率を上げることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１及び３に記載の発明では、工作物をその中心軸線回りに回転させる工作物駆動手段と、砥石車を軸支する砥石台と、前記砥石車を回転駆動する砥石車駆動手段と、前記工作物と前記砥石台とを相対移動する相対移動手段とを備え、前記工作物を前記砥石車によって研削する研削装置又は研削方法において、研削点における前記工作物と前記砥石車の回転方向が同方向となるダウンカットによって荒研削を行った後、前記工作物駆動手段による工作物の回転方向、前記砥石車駆動手段による砥石車の回転方向の何れか一方を切り替え、研削点における前記工作物と前記砥石車の回転方向が逆方向となるアップカットによって仕上げ研削を行うこととしたので、研削焼けが発生しにくいと共に、良好な仕上げ面精度を得ることができる。また、ドレッシングインターバルを延ばすことも可能となり、研削効率を向上させることができる。
【００２９】
請求項２及び４に記載の発明では、工作物をその中心軸線回りに回転させる工作物駆動手段と、第一及び第二の砥石車をそれぞれ軸支する第一及び第二の砥石台と、前記第一及び第二の砥石車を回転駆動する砥石車駆動手段と、前記工作物と前記第一及び第二の砥石台とを相対移動する相対移動手段とを備え、前記工作物を前記第一及び第二の砥石車によって研削する研削方法において、前記第一の砥石車による前記工作物の荒研削を、研削点における前記工作物と前記第一の砥石車の回転方向が同方向となるダウンカットで行い、前記第二の砥石車による前記工作物の仕上げ研削を、研削点における前記工作物と前記第二の砥石車の回転方向が逆方向となるアップカットで行うこととしたので、請求項１及び３に記載の発明の作用・効果に加え、第一及び第二の砥石車により荒研削と仕上げ研削とを同時並行で行うことができるので、短時間で工作物の研削加工を完了できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態における概要構成を示す図である。
【図２】本発明の第一の実施形態における研削方法の手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第二の実施形態における概要構成を示す図である。
【図４】アップカットとダウンカットを示す説明図である。
【図５】円筒状の工作物を回転させながらアップカット研削する場合の例を示す説明図である。
【図６】円筒状の工作物を回転させながらダウンカット研削する場合の例を示す説明図である。
【符号の説明】
３１，３１ａ，３１ｂ  砥石車
８０  カムシャフト（工作物）
３２  砥石車駆動モータ
５０ａ，５０ｂ  主軸モータ
６０  制御盤
６１  数値制御装置
６２  ドライバ
【図１】
0003705236.tif 000002
【図２】
0003705236.tif 000003
【図３】
0003705236.tif 000004
【図４】
0003705236.tif 000005
【図５】
0003705236.tif 000006
【図６】
0003705236.tif 000007