(57)【要約】【課題】砥石車と総形ツルーイングロールの周速度比に係らず砥粒を所望の度合いに破砕するツルーイング方法を提供する。【解決手段】総形ツルーイングロール９を砥石車７の研削作用面に垂直方向に振動させる加振装置１０２を備えたツルーイング装置１０を用い、砥石車７の回転周期を加振装置１０２の振動周期で除した値が循環数となる周期と、所望の振幅で、振動させる。この振動で総形ツルーイングロール９の砥粒押込み方向の速度を所望に制御して、砥石車７の砥粒の破砕度合いを制御する。【選択図】図１
2011152618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周にダイアモンドを配置した総形ツルーイングロールと、前記総形ツルーイングロールを回転自在に支持するハウジングと、前記総形ツルーイングロールを回転する駆動手段と、前記ハウジングを砥石車の回転中心と前記総形ツルーイングロールの回転中心を結ぶ方向に振動させる加振装置とを備えたツルーイング装置と、
前記加振装置の振動周期と、振幅を制御する加振制御手段とを用い、
前記総形ツルーイングロールを振動させながら前記砥石車に切込み、前記砥石車をツルーイングする総形ツルーイング方法。
【請求項２】
前記砥石車の回転周期を前記振動周期で除した値が循環小数となるように前記加振装置を制御する請求項１記載の総形ツルーイング方法。
【請求項３】
前記加振装置を圧電素子で駆動させる請求項１または請求項２に記載の総形ツルーイング方法。
【請求項４】
前記加振装置を、
前記ツルーイング装置の振動振幅を検出する振動検出手段を備え、前記総形ツルーイングロールにアンバランスを付与して、前記振動検出手段の検出振幅が所望の振幅となる周期で回転させること、
で構成する請求項１または請求項２に記載の総形ツルーイング方法。
【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総形ツルーイングロール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】
図７に示すような、ボールねじ軸Ｗのねじ面のように特有の形状をした工作物は、総形砥石４０の断面形状を転写して研削する。この砥石４０の成形には図８に示すような総形ツルーイングロール４１が使用される。これは短時間に正確な砥石形状を成形でき、ツルーイング作用面が広いためツルーイングロールの寿命が長いためである。
【０００３】
総形ツルーイングロールを使用してツルーイングをすると、総形ツルーイングロールのダイアモンドが密に配置されている場合、砥粒に対する切込みが浅くなり、砥粒の破砕が少ない砥石面となる。砥粒の破砕が少ないと鋭い切れ刃が少なくなり、切れ味が低下する、結果として、研削抵抗が増大して研削面に焼けが生じる。
これを防止するため、ツルーイングロールの回転方向を砥石車の連れ廻り方向とし、砥石車の周速度とツルアの周速度の比を１に近づけ、ダイアモンドを砥粒に押込む方向の速度を大きくして、押込み力により砥粒を破砕する従来技術（非特許文献１参照）がある。
【０００４】
非特許文献１に記載の従来技術について以下に概要を説明する。
図９に、切込みｔを与えたツルーイング時の砥石車４０とツルーイングロール４１の接触状態を示す。図１０はツルーイング開始点で、砥石車４０の砥粒４２にツルーイングロール４１のダイアモンド４３が切込まれ砥粒４２を成形する状況を示した模式図である。砥粒４２とダイアモンド４３の相対速度をダイアモンド４３が砥粒４２に押し込まれる方向とそれと直交するせん断方向に分解する。押込み方向の速度Ｖｎにより発生する圧縮力は砥粒４２を破砕し、せん断方向の速度Ｖｔは砥粒４２の表面の極薄い層を剥ぎ取りながら滑らかな表面を生成する作用がある。
図９において、ツルーイングロール４１と砥石車４０が接触を開始するツルーイング開始点と砥石車４０の回転中心点を結ぶ直線と、砥石車４０とツルーイングロール４１の回転中心を結んだ直線とのなす角度をθ１、ツルーイング開始点とツルーイングロール４１の回転中心点を結ぶ直線と、砥石車４０とツルーイングロール４１の回転中心を結んだ直線とのなす角度をθ２とする。図１１に示すように、砥石車周速度をＶｗ、ツルーイングロール周速度をＶｒとすると、砥粒とダイアモンドの相対速度Ｖｒ−ｗの押込み方向の速度ＶｎはＶｎ＝Ｖｗ・ｓｉｎθ１＋Ｖｒ・ｓｉｎθ２、せん断方向の速度ＶｔはＶｔ＝Ｖｗ・ｃｏｓθ１−Ｖｒ・ｃｏｓθ２となる。せん断方向の速度Ｖｔが０の場合は押込み方向の相対速度Ｖｎのみが発生し、砥粒は破砕のみが発生する。せん断方向の速度Ｖｔが大きくなると砥粒を削り取る作用が大きくなり、破砕の少ない滑らかな面となる。このことから、適正な相対速度Ｖｒ−ｗを設定することができれば、所望の破砕度合いの砥石車４０を成形することができる。
現在経験的に知られている、適正な相対速度Ｖｒ−ｗを達成できる周速度比Ｖｒ／Ｖｗは０．６〜０．９程度である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】日本機械学会論文集（Ｃ編）、６２巻６０１号（１９９６−９）、Ｐ３４７〜Ｐ３５２  、論文Ｎｏ．９６−０３９６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来技術の場合、大多数の研削盤では砥石車の径が総形ツルーイングロール径の４〜６倍大きいため、周速度比を０．６〜０．９に近づけるためには総形ツルーイングロールの回転速度を砥石車の回転速度の３〜５倍に高速化する必要がある。高能率研削を可能とするためには砥石周速度の高速化が必要であり、総形ツルーイングロールの支持軸受けの径を小さくして高速化が図られている。しかし、軸受け径が小さいと支持剛性が低下し、ツルーイング幅の広い場合はツルーイング負荷に耐えられず小径化に限界がある。結果として、総形ツルーイングロールの高速化に限界があり、高能率研削に最適な高速の砥石回転が不可能で、高能率研削の実現を阻害している。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、総形ツルーイングロールの砥粒押込み方向の速度を所望に制御して、砥石車と総形ツルーイングロールの周速度比に係らず砥粒を所望の度合いに破砕する。それにより、焼けの発生しない高能率研削を可能とする総形ツルーイングロールによる砥石車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、外周にダイアモンドを配置した総形ツルーイングロールと、前記総形ツルーイングロールを回転自在に支持するハウジングと、前記総形ツルーイングロールを回転する駆動手段と、前記ハウジングを砥石車の回転中心と前記総形ツルーイングロールの回転中心を結ぶ方向に振動させる加振装置とを備えたツルーイング装置と、
前記加振装置の振動周期と、振幅を制御する加振制御手段とを用い、
前記総形ツルーイングロールを振動させながら前記砥石車に切込み、前記砥石車をツルーイングすることである。
【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、前記砥石車の回転周期を前記振動周期で除した値が循環小数となるように前記加振装置を制御することである。
【００１０】
請求項３に係る発明の特徴は、請求項１または請求項２に係る発明において、前記加振装置を圧電素子で駆動させることである。
【００１１】
請求項４に係る発明の特徴は、請求項１または請求項２に係る発明において、前記加振装置を、
前記ツルーイング装置の振動振幅を検出する振動検出手段を備え、前記総形ツルーイングロールにアンバランスを付与して、前記振動検出手段の検出振幅が所望の振幅となる周期で回転させること、
で構成することである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項1に係る発明によれば、総形ツルーイングロールの振動の周期と振幅を制御することで、総形ツルーイングロールが砥石車の研削作用面の砥粒を押込む方向の速度を、総形ツルーイングロールの周速度に関係なく最適に設定できる。そのため、総形ツルーイングロールの周速度を低速にできるので、大径の総形ツルーイングロール用軸受けを使用した剛性の高いツルーング装置とすることができる。
総形ツルーイングロールの振動の周期と振幅を制御することで、総形ツルーイングロールが砥石車の研削作用面の砥粒を押込む方向の速度を、砥石車の周速度に関係なく設定できる。そのため研削条件に最適な砥石周速度を選択でき、高能率研削が可能となる。
【００１３】
請求項２に係る発明によれば、振動の破砕効果が高い位相が砥石車の外周面上で順次移動していき、砥石車のツルーイング面の全面を均一にツルーイングできる。
【００１４】
請求項３に係る発明によれば、振動周期と振幅を自在に設定できるため、一種類の総形ツルーイングロールを用いて各種の研削に最適なツルーイングができるツルーイング装置を、コンパクトに構成できる。
【００１５】
請求項４に係る発明によれば、総形ツルーイングロールを特別な加振装置を使用することなく所望の振幅で振動できるので、加振機能を備えたツルーイング装置を低コストに構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１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】第１実施形態のツルーイング装置を示す概略図である。
【図３】図２の上面図である。
【図４】第２実施形態のツルーイング装置を示す概略図である。
【図５】図４の上面図である
【図６】振動周期と振幅増幅率の関係を示すグラフである。
【図７】従来技術のねじ研削構成を示す概略図である。
【図８】従来技術のツルーイング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車とツルーイングロールの接触状態を示す概略図である。
【図１０】従来技術のダイアモンドと砥粒の相対運動を示す概略図である。
【図１１】従来技術のダイアモンドと砥粒の相対運動のベクトル構成を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明のツルーイング方法の実施の形態を説明する。
＜第１実施形態＞
第１実施形態のツルーイング方法について、図１〜図３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を備え、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３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。
図２、図３にツルーイング装置１０の構成を示す。ハウジング１０１はツルーイングモータ１０３により回転駆動される総形ツルーイングロール９を回転自在に支持している。ハウジング１０１の一端が主軸台５の側面に固定され、他端が圧電素子で駆動される加振装置１０２を介して主軸台５に継合されている。ハウジング１０１は、固定部と総形ツルーイングロール９の支持部の間が剛性の低い薄肉で連結される構造であり、総形ツルーイングロール９は砥石車７の表面に直角な方向に変位しやすい特性を備える。
【００１８】
この研削盤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を制御するツルーイング制御手段３３、砥石軸８の回転を制御する砥石軸制御手段３４などを具備している。また、ツルーイング制御手段３３の内部にはハウジング１０１を加振する加振装置１０２を制御する加振制御手段３３１を備えている。
【００１９】
ツルーイングは以下のように行われる。
砥石車７と総形ツルーイングロール９を連れ回る方向に回転させ、テーブル４を砥石車７と総形ツルーイングロール９が対向する位置へ移動させる。加振装置１０２を駆動すると、ハウジング１０１は主軸５に固定された固定点を概略中心とする遥動振動をする。遥動半径に対して加振振幅は小さいので、この遥動運動は砥石車７の表面に直角な併進運動にほぼ等しい。
総形ツルーイングロール９を、砥石車７の回転周期をＴｗとすると、Ｔｗ／Ｔｔの値が好ましくは循環小数となり、そうでない場合は小数点以下の桁数が少なくとも２桁以上となる周期Ｔｔで加振する。これにより、砥石車７の外周面に対する最大押込み速度位置が一定の位置に固定されること無く砥石車７の周方向で順次移動して、砥石車７の研削作用面の全面が均一にツルーイングされる。
全振幅を２・ａ、振動周期をＴｔとすると、時刻ｔにおける振動による押込み方向の速度ＶｎｖはＶｎｖ＝ａ・２・π／Ｔｔ・ｓｉｎ（２・π・ｔ／Ｔｔ）と表され、最大速度はａ・２・π／Ｔｔとなる。これに相対周速度による押込み方向速度Ｖｗ・ｓｉｎθ１＋Ｖｒ・ｓｉｎθ２を加算したＶｎ＝ａ・２・π／Ｔｔ＋Ｖｗ・ｓｉｎθ１＋Ｖｒ・ｓｉｎθ２が最大押込み方向速度となる。せん断方向の速度ＶｔはＶｔ＝Ｖｗ・ｃｏｓθ１−Ｖｒ・ｃｏｓθ２で表される。
【００２０】
以上のように、総形ツルーイングロール９と砥石車７の回転速度に関係なく、最大押込み速度Ｖｎを振幅と振動周期を選定することで自由に設定できる。Ｖｔに適したＶｎを設定することで、所望の破砕を生じた切れ味の良い砥石車７を成形することができる。
砥石車７の回転速度は高能率研削に最適な速度を設定できる。
総形ツルーイングロール９の回転速度を低くできるので、総形ツルーイングロール９の支持軸受径を大きくし、支持剛性を高くできるので、微小な切込みでも砥粒が破砕して高精度のツルーイングができる。
結果として、高品質のツルーイングと高性能な研削加工が両立した研削盤を実現できる。
【００２１】
＜第２実施形態＞
第２実施形態の、ツルーイング装置２０について、図４〜図５を参照しつつ説明する。
図に示すように、ハウジング２０１はツルーイングモータ１０３により回転駆動される総形ツルーイングロール９を回転自在に支持している。総形ツルーイングロール９にはアンバランス重り２０３が取り付けられている。ハウジング２０１の一端が主軸台５の側面に固定され、ハウジング２０１の総形ツルーイングロール９に近接した位置に振動振幅検出手段２０２を備える。ハウジング２０１は、固定部と総形ツルーイングロール９の支持部の間を剛性の低い薄肉で連結される構造であり、総形ツルーイングロール９は砥石車７の表面に直角な方向に変位しやすい特性を備える。
一般的に構造物を加振したときの振動周期Ｔと振幅増幅率の関係は図６のようであることが知られており、構造物の固有振動周期Ｔ０の近辺の振動周期Ｔで加振すると振幅が増副される。増幅率は固有振動周期と一致した加振周期で最大となり、構造物の減衰比ζにより最大値が決まる。
ここで、ハウジング２０１の固有振動周期Ｔ０を、総形ツルーイングロール９の支持軸受けの許容最小回転周期に概略一致させる。
【００２２】
ツルーイングは以下のように実施する。
総形ツルーイングロール９を回転させると、アンバランス重り２０３のアンバランス量Ｗの遠心力がハウジング２０１に作用する。このとき、ハウジング２０１の剛性の弱い砥石車７の表面に直角な方向には大きな変位が発生する。ここで、総形ツルーイングロール９の回転速度を変化させると、アンバランスによる加振周期が変動するので、図６のグラフのように振動振幅が変動する。この振動振幅を振動振幅検出手段２０２により検出し所望の振幅ａになった周期Ｔで総形ツルーイングロール９を回転させる。このときの、最大押込み方向速度ＶｎはＶｎ＝ａ・２・π／Ｔ＋Ｖｗ・ｓｉｎθ１＋Ｖｒ・ｓｉｎθ２となる。
【００２３】
以上のように、砥石車７の回転速度に関係なく、総形ツルーイングロール９の回転速度を変えて振動振幅検出手段２０２の振幅を選定することで、自由に最大押込み速度Ｖｎを設定できる。総形ツルーイングロール９と砥石車７の回転速度で決まるＶｔに適したＶｎを設定することで、所望の破砕を生じた切れ味の良い砥石車７を成形することができる。
総形ツルーイングロール９の回転速度に関係なく、研削に最適な砥石車７の回転速度を設定できる。
総形ツルーイングロール９の回転速度を低くでき、総形ツルーイングロール９の支持軸受径を大きくして支持剛性を高くできるので、微小な切込みでも砥粒が破砕して高精度のツルーイングができる。
上記の性能のツルーイング装置を低コストに実現できる。
結果として、高品質のツルーイングと高性能な研削が両立した研削盤を低コストに実現できる。
【符号の説明】
【００２４】
Ｗ：工作物  ４：テーブル  ７、４０：砥石車  ９、４１：総形ツルーイングロール  １０、２０：ツルーイング装置  １０１、２０１：ハウジング  １０２：加振装置  １０３：ツルーイングモータ  ３３：ツルーイング制御手段  ３３１：加振制御手段  ２０２：振動検出手段  ２０３：アンバランス重り
【図１】
2011152618.tif 000003
【図２】
2011152618.tif 000004
【図３】
2011152618.tif 000005
【図４】
2011152618.tif 000006
【図５】
2011152618.tif 000007
【図６】
2011152618.tif 000008
【図７】
2011152618.tif 000009
【図８】
2011152618.tif 000010
【図９】
2011152618.tif 000011
【図１０】
2011152618.tif 000012
【図１１】
2011152618.tif 000013