(57)【要約】【課題】短時間でかつバラツキがない研削条件を決定することができるとともに、研削焼けの発生を抑制することができる研削条件決定方法を提供する。【解決手段】研削条件決定方法において、砥粒の最表面から切込み深さｇにおける砥粒断面積Ａを得る断面積取得工程Ｓ１０、Ｓ１１と、砥粒断面積Ａを底面積、切込み深さｇを高さとする砥粒の切れ刃の円錐モデル３０における半頂角αに対する正接ｔａｎαを計算する正接計算工程Ｓ１２と、研削パラメータを設定するパラメータ設定工程Ｓ１３と、研削パラメータ及び正接から接線研削抵抗Ｆｔを計算する接線研削抵抗計算工程Ｓ１４と、接線研削抵抗Ｆｔから研削熱量Ｑを計算する研削熱量計算工程Ｓ１５と、研削熱量Ｑから研削点における最高温度θｍａｘを計算する最高温度計算工程Ｓ１６と、最高温度θｍａｘと閾値とを比較し、研削焼けを判断する研削焼け判定工程Ｓ１７、Ｓ１８、Ｓ１９とを備える。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
砥粒をボンドで結合した砥石層が円盤状コアの外周面に形成された砥石による研削条件決定方法において、
前記砥石の研削面を形成する砥粒の最表面から所定の深さにおける砥粒断面積を得る断面積取得工程と、
該砥粒断面積を底面積、前記所定の深さを高さとする砥粒切れ刃の円錐モデルを想定し、該円錐モデルの頂角の１／２である半頂角に対する正接を計算する正接計算工程と、
研削パラメータを設定するパラメータ設定工程と、
該研削パラメータ及び前記正接から接線研削抵抗を計算する接線研削抵抗計算工程と、
該接線研削抵抗から研削熱量を計算する研削熱量計算工程と、
該研削熱量から研削点における最高温度を計算する最高温度計算工程と、
該最高温度と閾値とを比較し、研削焼けを判断する研削焼け判定工程とを備えることを特徴とする研削条件決定方法。
【請求項２】
請求項１において、前記断面積取得工程は、レーザ顕微鏡により砥粒表面の３次元形状を表すデータ群を取得するデータ群取得工程と、該データ群に基づいて前記砥粒断面積を求める断面積計算工程とを備えていることを特徴とする研削条件決定方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、前記研削パラメータは、比研削エネルギーＣｐ、砥石周速度Ｖ、工作物１回転あたりの切込み量ｄ、研削幅ｂ、工作物速度ｖ、砥粒と工作物との間の摩擦係数μ、砥石と工作物との接触長さＬ、工作物の密度ρ、工作物の比熱ｃ、工作物の熱伝導率ｋ、工作物への熱分配率ａの少なくとも１つであり、前記円錐モデルの前記半頂角をα、定数をＫ１、Ｋ２とすると、接線研削抵抗Ｆｔは下記の数１の式、研削熱量Ｑは下記の数２の式、最高温度θｍａｘは下記の数３の式により求められることを特徴とする研削条件決定方法。
（数１）
Ｆｔ＝Ｃｐ（ｖｄｂ／Ｖ）＋μＣｐ（πｖｄｂ／２Ｖ）ｔａｎα
（数２）
Ｑ＝（ＦｔＶ）／（Ｌｂ）
（数３）
θｍａｘ＝Ｋ１｛Ｌ／（ρｃｋｖ）｝Ｋ２×ａＱ
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項において、前記所定の深さは、砥粒切れ刃の切込み深さであることを特徴とする研削条件決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、砥粒をボンドで結合した砥石層が円盤状コアの外周面に形成された砥石による研削条件決定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、砥粒をボンドで結合した砥石層が円盤状コアの外周面に形成された砥石による研削条件を決定するには、作業者が実際に工作物を研削して研削焼けの評価を行い、所定の規格を満足しない場合は再度研削条件を設定するという方法がとられていた。しかし、この研削条件決定方法では、試行錯誤により研削条件を設定していたため、多くの時間が必要であった。また、作業者の経験に基づいて研削条件を設定していたため、作業者により研削条件のバラツキが生じ易かった。
【０００３】
これに対し、特許文献１記載の研削条件決定方法が提案されている。この研削条件決定方法を以下に示す。まず、法線研削抵抗と接線研削抵抗のうちの少なくとも一方及びその比の許容値を予め設定しておき、加工中に法線研削抵抗と接線研削抵抗とを測定し、その比を計算する。そして、その比が許容範囲内のときは法線研削抵抗と接線研削抵抗のうちの少なくとも一方の許容値と測定値とを比較して研削条件を決定する。
【０００４】
特許文献１記載の研削条件決定方法によれば、試行錯誤や作業者の経験によることなく、短時間でかつバラツキのない研削条件を決定することができる。
【特許文献１】特開平４−３１５５７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１記載の研削条件決定方法では、許容値と研削焼けとの関係が不明確であり、研削焼けの評価について十分であるとはいい難い。
【０００６】
本発明は係る従来の問題点に鑑みてなされたものであり、短時間でかつバラツキがない研削条件を決定することができるとともに、研削焼けの発生を抑制することができる研削条件決定方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明者は、上記課題解決のために鋭意研究を行い、砥粒の切れ刃を円錐モデル化して法線研削抵抗を計算すると実測値とよく一致することに着目し、以下の発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、請求項１に係る研削条件決定方法の特徴は、砥粒をボンドで結合した砥石層が円盤状コアの外周面に形成された砥石による研削条件決定方法において、前記砥石の研削面を形成する砥粒の最表面から所定の深さにおける砥粒断面積を得る断面積取得工程と、該砥粒断面積を底面積、前記所定の深さを高さとする砥粒切れ刃の円錐モデルを想定し、該円錐モデルの頂角の１／２である半頂角に対する正接を計算する正接計算工程と、研削パラメータを設定するパラメータ設定工程と、該研削パラメータ及び前記正接から接線研削抵抗を計算する接線研削抵抗計算工程と、該接線研削抵抗から研削熱量を計算する研削熱量計算工程と、該研削熱量から研削点における最高温度を計算する最高温度計算工程と、該最高温度と閾値とを比較し、研削焼けを判断する研削焼け判定工程とを備えることである。
【０００９】
請求項２に係る研削条件決定方法の特徴は、請求項１において、前記断面積取得工程は、レーザ顕微鏡により砥粒表面の３次元形状を表すデータ群を取得するデータ群取得工程と、該データ群に基づいて前記砥粒断面積を求める断面積計算工程とを備えていることである。
【００１０】
請求項３に係る研削条件決定方法の特徴は、請求項１又は２において、前記研削パラメータは、比研削エネルギーＣｐ、砥石周速度Ｖ、工作物１回転あたりの切込み量ｄ、研削幅ｂ、工作物速度ｖ、砥粒と工作物との間の摩擦係数μ、砥石と工作物との接触長さＬ、工作物の密度ρ、工作物の比熱ｃ、工作物の熱伝導率ｋ、工作物への熱分配率ａの少なくとも１つであり、前記円錐モデルの前記半頂角をα、定数をＫ１、Ｋ２とすると、
接線研削抵抗Ｆｔは、
Ｆｔ＝Ｃｐ（ｖｄｂ／Ｖ）＋μＣｐ（πｖｄｂ／２Ｖ）ｔａｎα
研削熱量Ｑは、
Ｑ＝（ＦｔＶ）／（Ｌｂ）
最高温度θｍａｘは、
θｍａｘ＝Ｋ１｛Ｌ／（ρｃｋｖ）｝Ｋ２×ａＱ
により求められることである。
【００１１】
請求項４に係る研削条件決定方法の特徴は、請求項１乃至３のいずれか１項において、前記所定の深さは、砥粒切れ刃の切込み深さであることである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に係る研削条件決定方法においては、所定の工程を経て得られた最高温度が閾値以下となるように研削条件を決定しているため、試行錯誤や作業者の経験によることなく研削条件を決定することができる。また、この研削条件決定方法においては、砥粒の最表面から所定の深さにおける砥粒断面積を底面積、所定の深さを高さとする砥粒切れ刃の円錐モデルを想定すると、半頂角に対する正接及び研削パラメータから計算される法線研削抵抗は実測値とよく一致する。そのため、この円錐モデルに基づいて、法線研削抵抗から計算される接線研削抵抗、研削熱量及び最高温度も実際の値とよく一致すると考えられる。したがって、この研削条件決定方法によれば、短時間でかつバラツキがない研削条件を決定することができるとともに、研削焼けの発生を抑制することができる。
【００１３】
請求項２に係る研削条件決定方法においては、データ群取得工程においてレーザ顕微鏡により砥粒表面の３次元形状を表すデータ群を取得し、断面積計算工程においてこのデータ群に基づいて砥粒断面積を求めるため、砥粒の最表面から所定の深さにおける砥粒断面積を正確に測定することができる。
【００１４】
請求項３に係る研削条件決定方法においては、比研削エネルギーＣｐ、砥石周速度Ｖ、工作物１回転あたりの切込み量ｄ、研削幅ｂ、工作物速度ｖ、砥粒と工作物との間の摩擦係数μ、砥石と工作物との接触長さＬ、工作物の密度ρ、工作物の比熱ｃ、工作物の熱伝導率ｋ、工作物への熱分配率ａ及び円錐モデルの半頂角αから接線研削抵抗Ｆｔ、研削熱量Ｑ及び最高温度θｍａｘが計算されるため、容易に最高温度θｍａｘを求めることができる。
【００１５】
請求項４に係る研削条件決定方法においては、所定の深さが砥粒切れ刃の切込み深さであるため、妥当な円錐モデルとなり、接線研削抵抗Ｆｔ、研削熱量Ｑ及び最高温度θｍａｘを正確に求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明に係る研削条件決定方法を具体化した実施形態を図面に基づいて以下に説明する。図１は、この研削条件決定方法に用いる研削盤を表している。この研削盤では、工作物１が主軸台５の主軸５ａと心押し台６の心押し棒６ａとで押さえられて支持されている。また、砥石台７の回転軸７ａには砥石１０が固着され、回転軸７ａ及び砥石１０はモータ８より高速で回転駆動される。そして、砥石１０が工作物１に当接することにより、工作物１が研削加工される。ここで、研削幅をｂで表す。
【００１７】
砥石１０と工作物１との関係を図２に示す。砥石１０は、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）やダイヤモンドの超砥粒をボンドで結合した砥石層１２が円盤状コア１１の外周面に形成されている。砥石層１２は複数の砥石チップ１３からなっている。ここで、砥石周速度をＶ、工作物速度をｖ、工作物１の１回転あたりの切込み量をｄ、砥石１０と工作物１との接触長さをＬで表す。
【００１８】
図３は、実施形態の研削条件決定方法に用いる研削条件決定装置を表している。この研削条件決定装置は、レーザ顕微鏡２０と制御装置２１とを備えている。レーザ顕微鏡２０は、砥石チップ１３にレーザを照射するレーザ投光器２０ａと、砥石チップ１３から反射されたレーザを検知するＣＣＤカメラ２０ｂとを備えている。レーザ顕微鏡２０と制御装置２１とは電気的に接続されている。
【００１９】
次に、研削条件決定方法について、図４に示す研削条件決定プログラムのフローチャートにより説明する。研削条件決定装置は研削盤の、例えば砥石１０の後側等の、所定の位置に設けられる。そして、図示しないスタートスイッチを押すことにより、図４に示す研削条件決定プログラムの実行が開始される。
【００２０】
図４に示す研削条件決定プログラムの実行が開始されると、まず、ステップＳ１０において、砥石チップ１３の所定の領域の３次元形状を表すデータ群が取得される。具体的には、制御処理装置２１からの指令により、レーザ投光器２０ａからレーザが砥石チップ１３に照射される。また、ＣＣＤカメラ２０ｂにより、砥石チップ１３から反射されたレーザが検知され、そのデータが制御処理装置２１に転送される。なお、このデータは、砥粒の研削面を基準ＸＹ平面としたとき、砥石チップ１３表面の基準ＸＹ平面からのＺ軸方向距離を表している。こうして、ＣＣＤカメラ２０ｂから制御処理装置２１に転送されたデータは、砥石チップ１３の所定の領域の３次元形状を表すデータ群とされ、制御処理装置２１のメモリに記憶される。このデータ群は、図５に示すように、Ｘ軸方向及びＹ軸方向とも所定間隔で区切られたメッシュ毎に１個ずつ取得され、マトリックスデータとして記憶される。ただし、図５においては便宜上、マトリックスの行をｂ１〜ｂ１０、列をａ１〜ａ１０としている。ここで、ステップＳ１０がデータ群取得工程である。
【００２１】
ステップＳ１１においては、データ群に基づいて、砥粒最表面から砥粒切れ刃の切込み深さｇにおける砥粒断面積Ａを計算する。具体的には、図５に示すデータ群のうち切込み深さｇを表すデータで囲まれた面積が砥粒断面積Ａとされる。このようにして、砥粒切れ刃の切込み深さｇにおける砥粒断面積Ａを正確に測定することができる。なお、切込み深さｇは、１０μｍ以下であり、通常３〜５μｍ程度である。また、砥粒断面積Ａを得る砥粒最表面からの位置は任意であるが、これを砥粒切れ刃の切込み深さｇとすると計算値と実測値とがより一致するので好ましい。ここで、ステップＳ１１が断面積計算工程である。また、ステップＳ１０とステップＳ１１とが断面積取得工程である。
【００２２】
ステップＳ１２においては、砥粒の切れ刃を円錐モデル３０で仮定し、半頂角αの正接ｔａｎαを計算する。すなわち、図６に示すように、砥粒断面積Ａを半径ｒの底面積、切込み深さｇを高さとする砥粒の切れ刃の円錐モデル３０を想定し、この円錐モデル３０の頂角の１／２である半頂角αに対する正接ｔａｎαを下記数４に示す式により計算して求める。図６において、Ｆｔが工作物１を研削するのに必要な力である接線研削抵抗である。また、Ｆｎが砥粒を工作物１に貫入させるのに必要な力である法線研削抵抗である。ここで、ステップＳ１２が正接計算工程である。
【００２３】
【数４】
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【００２４】
ステップＳ１３においては、研削パラメータを設定する。研削パラメータは、比研削エネルギーＣｐ、砥石周速度Ｖ、工作物１回転あたりの切込み量ｄ、研削幅ｂ、工作物速度ｖ、砥粒と工作物との間の摩擦係数μ、砥石と工作物との接触長さＬ、工作物の密度ρ、工作物の比熱ｃ、工作物の熱伝導率ｋ、工作物への熱分配率ａの少なくとも１つである。ただし、工作物１により自動的に決定される研削パラメータについては、最初に一度だけ設定すればよい。ここで、ステップＳ１３がパラメータ設定工程である。
【００２５】
ステップＳ１４においては、接線研削抵抗Ｆｔを計算する。前述のように研削パラメータを設定すると、研削パラメータ及び半頂角αの正接ｔａｎαから法線研削抵抗Ｆｎが下記数５に示す式により計算される。また、接線研削抵抗Ｆｔが下記数６に示す式により計算される。そして、数５及び数６に示す式より、接線研削抵抗Ｆｔが下記数７に示す式で求められる。これにより、１個の砥粒についての接線研削抵抗Ｆｔが求まる。ここで、ステップＳ１４が接線研削抵抗計算工程である。本実施形態では、１０個の砥粒についての接線研削抵抗Ｆｔを求めている。
【００２６】
【数５】
2008049431.tif 000004
【００２７】
【数６】
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【００２８】
【数７】
2008049431.tif 000006
【００２９】
ステップＳ１５においては、研削熱量Ｑを計算する。研削熱量Ｑは下記数８に示す式により計算される。ステップＳ１５が研削熱量計算工程である。
【００３０】
【数８】
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【００３１】
ステップＳ１６においては、最高温度θｍａｘを計算する。最高温度θｍａｘは下記数９に示す式により求められる。ただし、本実施形態においては、Ｋ１を１．１１２８、Ｋ２を０．５として、下記数１０に示す式により計算される。ステップＳ１６が最高温度計算工程である。
【００３２】
【数９】
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【００３３】
【数１０】
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【００３４】
この研削条件決定方法においては、比研削エネルギーＣｐ、砥石周速度Ｖ、工作物１回転あたりの切込み量ｄ、研削幅ｂ、工作物速度ｖ、砥粒と工作物との間の摩擦係数μ、砥石と工作物との接触長さＬ、工作物の密度ρ、工作物の比熱ｃ、工作物の熱伝導率ｋ、工作物への熱分配率ａ及び円錐モデルの前記半頂角α、定数Ｋ１、Ｋ２から接線研削抵抗Ｆｔ、研削熱量Ｑ及び最高温度θｍａｘが計算されるため、容易に最高温度θｍａｘを求めることができる。
【００３５】
半頂角αの正接ｔａｎαと法線研削抵抗との関係を表すグラフを図７に示す。Ｇ１が計算値のグラフであり、Ｇ２が実測値のグラフである。図７によれば、計算値と実測値との間に相関があることが分かる。
【００３６】
ステップＳ１７においては、最高温度θｍａｘと閾値とを比較する。ただし、最高温度θｍａｘは１０個の砥粒についての平均値である。最高温度θｍａｘが閾値より小さい場合（ＹＥＳ）、研削焼けが発生しないと判断し、ステップＳ１８に進む。また、最高温度θｍａｘが閾値以上である場合（ＮＯ）、研削焼けが発生すると判断し、ステップＳ１９に進む。この際、半頂角αと最高温度θｍａｘとの関係を図８に示す。図８において、最高温度θｍａｘがθ０以上で研削焼けが発生するとすれば（すなわちθ０を閾値とすると）、半頂角αがα０以上で研削焼けが発生することを示している。
【００３７】
ステップＳ１８においては、研削焼けが発生しない研削条件である旨を制御装置２１のモニタに表示してプログラムの実行を終了する。また、ステップＳ１９においては、研削焼けが発生する研削条件である旨を制御装置２１のモニタに表示してステップＳ１３に戻り、再度研削パラメータを設定する。したがって、最高温度θｍａｘがθ０より小さくなるまで、研削パラメータの設定をし直すことになる。ただし、設定をし直す研削パラメータは、工作物１により自動的に決定されるもの以外のものであり、主に工作物速度ｖ及び切込み量ｄである。ここで、ステップＳ１７、Ｓ１８、Ｓ１９が研削焼け判定工程である。なお、研削条件決定プログラムは、研削作業開始前及びツルーイング間の所定時間毎に、あるいは所定の個数の工作物１を研削する毎に実行される。
【００３８】
本実施形態の研削条件決定方法においては、所定の工程を経て得られた最高温度θｍａｘが閾値以下となるように研削条件を決定しているため、試行錯誤や作業者の経験によることなく研削条件を決定することができる。また、この研削条件決定方法においては、砥粒最表面から砥粒切れ刃の切込み深さｇにおける砥粒断面積Ａを底面積、切込み深さｇを高さとする砥粒の切れ刃の円錐モデル３０を想定すると、半頂角αに対する正接ｔａｎα及び研削パラメータから計算される法線研削抵抗Ｆｎは実測値とよく一致する。そのため、この円錐モデル３０に基づいて、法線研削抵抗Ｆｎから計算される接線研削抵抗Ｆｔ、研削熱量Ｑ及び最高温度θｍａｘも実際の値とよく一致すると考えられる。したがって、本実施形態の研削条件決定方法によれば、短時間でかつバラツキがない研削条件を決定することができるとともに、研削焼けの発生を抑制することができる。
【００３９】
なお、本実施形態においては、砥石チップ１３の所定の領域の３次元形状を測定して砥粒断面積Ａを求めているが、工作物１の所定の領域の３次元形状を測定して砥粒断面積Ａを求めてもよい。また、砥粒表面に金蒸着を施しておき、研削により剥がれた金の面積を測定して砥粒断面積Ａを求めてもよい。さらに、触針を用いて機械的に工作物１の所定の領域の３次元形状を測定して砥粒断面積Ａを求めてもよい。また、砥粒断面積Ａを求めるに際し、研削盤を停止させてもよいし、停止させなくてもよい。
【００４０】
以上、本発明の研削条件決定方法を実施形態に即して説明したが、本発明はこれらに制限されるものではなく、本発明の技術的思想に反しない限り、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】実施形態に係り、研削盤の概要図。
【図２】実施形態に係り、砥石と工作物との関係を示す図。
【図３】実施形態に係り、研削条件決定装置の概要図。
【図４】実施形態に係り、研削条件決定プログラムのフローチャート。
【図５】実施形態に係り、砥石チップ表面の３次元形状を表すデータ群の図。
【図６】実施形態に係り、砥粒の切れ刃の円錐モデルの斜視図。
【図７】実施形態に係り、半頂角の正接と法線研削抵抗とのグラフ。
【図８】実施形態に係り、半頂角と最高温度とのグラフ。
【符号の説明】
【００４２】
１１…円盤状コア、１２…砥石層、２０…レーザ顕微鏡、３０…円錐モデル、Ｓ１０、Ｓ１１…断面積取得工程（Ｓ１０…データ群取得工程、Ｓ１１…断面積計算工程）、Ｓ１２…正接計算工程、Ｓ１３…パラメータ設定工程、Ｓ１４…接線研削抵抗計算工程、Ｓ１５…研削熱量計算工程、Ｓ１６…最高温度計算工程、Ｓ１７、Ｓ１８、Ｓ１９…研削焼け判定工程、２１…制御装置）、Ｆｔ…接線研削抵抗、α…半頂角、Ａ…砥粒断面積、ｇ…切込み深さ、ｄ…切込み量、Ｃｐ…比研削エネルギー、Ｖ…砥石周速度、ｖ…工作物速度、ｂ…研削幅、Ｌ…接触長さ、μ…摩擦係数、ρ…密度、ｃ…比熱、ｋ…熱伝導率、ａ…熱分配率、Ｑ…研削熱量、Ｑｍａｘ…最高温度。
【図１】
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【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】
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【図８】
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