(57)【要約】【課題】電解インプロセスドレッシング研削法において、電解膜の生成による砥石径の変化を抑えて、形状誤差の少ない高精度な研削加工を実現する。【解決手段】ワークＷ１　を研削加工中に、砥石１と電極２の間に電解液Ｌ２　を供給し、砥石表面に電解膜を生成する電解インプロセスドレッシング研削法において、予め電解電圧や電解電流等の電解条件と電解膜厚との相関を表わす相関データを求めておき、プログラム作成装置６において電解膜厚の増大を防ぐための電解条件制御プログラムを作成し、該電解条件制御プログラムを設定した加工機ＮＣ７によって研削加工中の電解条件を操作することで砥石径を一定に保つ。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性の砥石と、該砥石と微小な間隙をもって対向する電極の間に導電性の電解液を供給し、前記砥石の表面を電解しながら研削加工を行う電解インプロセスドレッシング研削法において、電解条件と、砥石表面に形成される電解膜の膜厚との相関を表わす電解膜厚相関データを予め求めておき、該電解膜厚相関データと目標電解膜厚に基づいて設定された電解条件制御プログラムに従って、研削加工中の電解条件を操作することによって砥石径を制御することを特徴とする電解インプロセスドレッシング研削法。
【請求項２】
導電性の砥石と、該砥石と微小な間隙をもって対向する電極の間に導電性の電解液を供給し、前記砥石の表面を電解しながら研削加工を行う電解インプロセスドレッシング研削法において、電解条件と、砥石表面に形成される電解膜の膜厚との相関を表わす電解膜厚相関データを予め求めておき、該電解膜厚相関データと目標電解膜厚に基づいて設定された電解条件制御プログラムに従って、研削加工中の電解条件を操作することによって切り込み量を制御することを特徴とする電解インプロセスドレッシング研削法。
【請求項３】
導電性の砥石と、該砥石と微小な間隙をもって対向する電極の間に導電性の電解液を供給し、前記砥石の表面を電解しながら研削加工を行う電解インプロセスドレッシング研削法において、電解条件と、砥石表面に形成される電解膜の膜厚との相関を表わす電解膜厚相関データを予め求めておき、該電解膜厚相関データと目標電解膜厚に基づいて設定された電解条件制御プログラムに従って、研削加工中の電解条件を操作することにより電解膜厚を制御し、初期砥石径より増大する砥石径を所望の値に調整することを特徴とする電解インプロセスドレッシング研削法。
【請求項４】
導電性の砥石と、該砥石と微小な間隙をもって対向する電極の間に導電性の電解液を供給し、前記砥石の表面を電解しながら研削加工を行う電解インプロセスドレッシング研削法において、電解条件と、砥石表面に形成される電解膜の膜厚との相関を表わす電解膜厚相関データを予め求めておき、該電解膜厚相関データと目標電解膜厚に基づいて設定された電解条件制御プログラムに従って、研削加工中の砥石摩耗量による砥石径減少分と電解膜の生成による砥石径増大分が、加工中常にバランスして、砥石径が一定となるように電解条件を制御して研削加工を行うことを特徴とする電解インプロセスドレッシング研削法。
【請求項５】
電解膜厚相関データと目標電解膜厚に基づいて設定された電解条件制御プログラムに従って、研削加工中の電解を中断または停止することを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項記載の電解インプロセスドレッシング研削法。
【請求項６】
砥石表面の電解膜厚より切り込み量が小さい間は電解を止めて加工することを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項記載の電解インプロセスドレッシング研削法。
【請求項７】
導電性の砥石と、該砥石と微小な間隙をもって対向する電極の間に導電性の電解液を供給し、前記砥石の表面を電解しながら研削加工を行う電解インプロセスドレッシング研削法において、前記砥石表面の電解膜厚より切り込み量が小さい間は電解を止めて加工することを特徴とする電解インプロセスドレッシング研削法。
【請求項８】
導電性の砥石と、該砥石と微小な間隙をもって対向する電極の間に導電性の電解液を供給し、前記砥石の表面を電解しながら研削加工を行う電解インプロセスドレッシング研削装置であって、電解条件と、砥石表面に形成される電解膜の膜厚との相関を表わす電解膜厚相関データを予め求めておき、該電解膜厚相関データと目標電解膜厚に基づいて電解条件制御プログラムを設定するプログラム設定手段と、前記電解条件制御プログラムに従って、研削加工中の電解条件を操作するための制御手段を有することを特徴とする電解インプロセスドレッシング研削装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、導電性砥石を電解しながら金属やガラスを高精度・高能率に研削する電解インプロセスドレッシング研削法およびその装置に関し、特に、加工中に電解膜が脱落せずに砥石径が大きくなる傾向がある柔らかい被削材の加工においても、砥石径の増大による形状誤差を防いで、高精度な加工面を得ることのできる電解インプロセスドレッシング研削法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は一従来例による電解インプロセスドレッシング研削法を示すもので、この電解インプロセスドレッシング研削法は、被削材であるワークＷ０　の表面に研削液Ｌ１　を供給しながらワークＷ０　を研削する砥石１０１に、電極１０２を微小な間隙を持って対向させ、砥石１０１に接触する給電体１０３を介して、砥石１０１を正の極性、砥石１０１と微小な間隙を持って対向する電極１０２を負の極性とし、砥石１０１と電極１０２の間隙に電解液Ｌ２　を供給しながら電解電源１０４により電圧を印加することで、鋳鉄などのボンド剤を電解して、鋳鉄の母地に比べて柔らかい電解膜層を砥石１０１の表面に生成する。この電解膜層が研削加工中に砥石表面から容易に脱落するため、加工中の砥石１０１の目詰まりを防止することができ、高品位な加工面を得ることができる。
【０００３】
設計値での加工で生じた形状誤差は、形状誤差の逆形状を設計値に反映させた加工データを使って再度研削加工を行うことで形状誤差を補正する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記従来の技術によれば、柔らかい被削材（ワーク）を電解インプロセスドレッシング研削法によって研削加工する場合は、電解によって生成された砥石表層の電解膜が加工中に脱落しないため、電解膜の厚み分だけ砥石径が増大したまま加工が進行し、設定した切り込み量が変化してしまうことがあった。
【０００５】
また、正面旋削方式での加工においては、ワーク回転中心部はワーク外周部に比べて研削抵抗が小さくなるため、電解膜の成長が砥石摩耗量より大きくなり、ワーク中心に電解膜増大の影響による急峻な凹形の形状誤差が生じるおそれがある。
【０００６】
さらに、形状誤差を無くすために形状誤差の逆形状を設計値に反映させた加工データを使い、切り込み量制御による補正加工を行っても、例えば砥石がワークから離れるような加工データであっても砥石がワークから離れる速度より電解膜生成速度の方が大きい場合は、増大した電解膜の分だけ大きく切り込んでしまうので、所望の切り込みを得られず、理論通りの切り込み制御による補正加工を行うのが難しい。
【０００７】
例えば特開平５−３１６６８号公報に開示されたように、研削抵抗を測定して、最適な研削抵抗となるように電解条件を操作する技術も知られているが、電解膜の厚みの増大による形状誤差を考慮に入れたものではなく、高精度な加工には適さない。また、特開平６−９９３５２号公報に開示された方法では、電極と砥石の電位差を測定することで電解膜厚を推測し、電解膜厚が一定となるように、例えば切り込み量、送り速度、研削圧力等の研削条件を変化させ、研削バランスを保つ。しかし、加工中に研削条件を変えることは形状誤差や加工面の不安定さを増し、やはり、高精度な研削加工には適さない。
【０００８】
本発明は上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、特に柔らかい被削材の場合に、電解膜厚の増大によって発生する形状誤差を未然に防ぐことで、極めて高精度な研削加工を行うことのできる電解インプロセスドレッシング研削法およびその装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の電解インプロセスドレッシング研削法は、導電性の砥石と、該砥石と微小な間隙をもって対向する電極の間に導電性の電解液を供給し、前記砥石の表面を電解しながら研削加工を行う電解インプロセスドレッシング研削法において、電解条件と、砥石表面に形成される電解膜の膜厚との相関を表わす電解膜厚相関データを予め求めておき、該電解膜厚相関データと目標電解膜厚に基づいて設定された電解条件制御プログラムに従って、研削加工中の電解条件を操作することによって砥石径を制御することを特徴とする。
【００１０】
また、導電性の砥石と、該砥石と微小な間隙をもって対向する電極の間に導電性の電解液を供給し、前記砥石の表面を電解しながら研削加工を行う電解インプロセスドレッシング研削法において、電解条件と、砥石表面に形成される電解膜の膜厚との相関を表わす電解膜厚相関データを予め求めておき、該電解膜厚相関データと目標電解膜厚に基づいて設定された電解条件制御プログラムに従って、研削加工中の電解条件を操作することによって切り込み量を制御することを特徴とする電解インプロセスドレッシング研削法でもよい。
【００１１】
また、導電性の砥石と、該砥石と微小な間隙をもって対向する電極の間に導電性の電解液を供給し、前記砥石の表面を電解しながら研削加工を行う電解インプロセスドレッシング研削法において、電解条件と、砥石表面に形成される電解膜の膜厚との相関を表わす電解膜厚相関データを予め求めておき、該電解膜厚相関データと目標電解膜厚に基づいて設定された電解条件制御プログラムに従って、研削加工中の電解条件を操作することにより電解膜厚を制御し、初期砥石径より増大する砥石径を所望の値に調整することを特徴とする電解インプロセスドレッシング研削法でもよい。
【００１２】
また、導電性の砥石と、該砥石と微小な間隙をもって対向する電極の間に導電性の電解液を供給し、前記砥石の表面を電解しながら研削加工を行う電解インプロセスドレッシング研削法において、電解条件と、砥石表面に形成される電解膜の膜厚との相関を表わす電解膜厚相関データを予め求めておき、該電解膜厚相関データと目標電解膜厚に基づいて設定された電解条件制御プログラムに従って、研削加工中の砥石摩耗量による砥石径減少分と電解膜の生成による砥石径増大分が、加工中常にバランスして、砥石径が一定となるように電解条件を制御して研削加工を行うことを特徴とする電解インプロセスドレッシング研削法でもよい。
【００１３】
電解膜厚相関データと目標電解膜厚に基づいて設定された電解条件制御プログラムに従って、研削加工中の電解を中断または停止してもよい。
【００１４】
導電性の砥石と、該砥石と微小な間隙をもって対向する電極の間に導電性の電解液を供給し、前記砥石の表面を電解しながら研削加工を行う電解インプロセスドレッシング研削法において、前記砥石表面の電解膜厚より切り込み量が小さい間は電解を止めて加工することを特徴とする電解インプロセスドレッシング研削法でもよい。
【００１５】
本発明の電解インプロセスドレッシング研削装置は、導電性の砥石と、該砥石と微小な間隙をもって対向する電極の間に導電性の電解液を供給し、前記砥石の表面を電解しながら研削加工を行う電解インプロセスドレッシング研削装置であって、電解条件と、砥石表面に形成される電解膜の膜厚との相関を表わす電解膜厚相関データを予め求めておき、該電解膜厚相関データと目標電解膜厚に基づいて電解条件制御プログラムを設定するプログラム設定手段と、前記電解条件制御プログラムに従って、研削加工中の電解条件を操作するための制御手段を有することを特徴とする。
【００１６】
【作用】
被削材が柔らかい場合は、加工中の電解ドレッシングによって砥石表面に形成される電解膜が砥石との摩擦によって脱落せず、砥石表面に残ったままで電解が進むために電解膜厚が増加し、砥石径が増大する。
【００１７】
このような砥石径の増大によって砥石の切り込み量が増えて形状誤差を生じるのを防ぐために、予め電解条件と電解膜厚の相関を調べておき、該電解膜厚相関データと、被削材の材質、形状、切削抵抗等の研削加工条件に応じた目標電解膜厚に基づいて、電解膜厚が過剰に増大しないように電解を制御するための電解条件制御プログラムを設定し、この電解条件制御プログラムに従って、研削加工中の電解電圧、電解電流等の電解条件を調整する。
【００１８】
電解条件制御プログラムに従って電解条件を自動的に制御するだけで、砥石の摩耗による砥石径の減少分と電解膜の生成による砥石径の増大分を常時バランスさせ、砥石径を一定に保ち、切り込み量の変化による形状誤差を防ぐことができる。
【００１９】
また、正面旋削方式でのワーク中心部で研削抵抗が激減する部位では、急激な電解膜の生成による砥石径増大を防ぐため、電解を止めてもよい。
【００２０】
また、１パスあたりの切り込み量とパス数の積が電解膜厚より小さい、例えば仕上げパスでは、完全に電解を停止して加工するとよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は一実施の形態による電解インプロセスドレッシング研削装置を示す概略図であり、被削材であるワークＷ１　の表面に研削液Ｌ１　を供給しながら、ワークＷ１　を研削する砥石１に電極２を微小な間隙を持って対向させ、砥石１に接触する給電体３を介して、砥石１を正の極性、砥石１と微小な間隙を持って対向する電極２を負の極性とし、砥石１と電極２の間隙に電解液Ｌ２　を供給しながら電解電源４により電圧を印加することで、鋳鉄などのボンド剤を電解して、鋳鉄の母地に比べて柔らかい電解膜層を砥石１の表面に生成する。この電解膜層が加工中に容易に脱落するため、加工中の砥石１の目詰まりを防止することができ、高品位な加工面を得ることができる。
【００２３】
砥石１は鋳鉄や青銅等の導電性のボンド剤からなる。砥粒はダイヤモンドやｃＢＮである。砥粒の粒径は１μｍから７０μｍを用いる。砥石形状はストレート砥石やＲ付き砥石、カップ砥石等である。
【００２４】
電極２は、加工時にワークＷ１　に干渉しない位置に配置し、砥石１と０．１〜０．５ｍｍの間隙をもって対向させる。電極２の砥石１を覆う長さは砥石円周の１／６〜１／４を目安とする。
【００２５】
砥石１は電解電源４の正極に、電極２は負極に接続される。回転している砥石１と電極２の間に電解液Ｌ２　を充填させ電圧を印加することで研削加工中の砥石表面をインプロセスで電解する。
【００２６】
ワークＷ１　は軟質の削子や結晶材料である。例えば蛍石（ＣａＦ２　）である。形状は自由曲面や軸対称の球面や非球面である。ワーク径は小さいものでφ１０ｍｍ、大きいものでφ３００ｍｍである。
【００２７】
研削液Ｌ１　と電解液Ｌ２　は同成分であり、冷却性、潤滑性、導電性がよいものである。加工条件は砥粒に適した切り込み量、例えば１〜５μｍ、砥石周速２０００〜３０００ｍ／ｍｉｎ、ワーク周速約２０ｍ／ｍｉｎで、砥石１とワークＷ１　の間に研削液Ｌ１　をかけながら砥石１とワークＷ１　の相対運動の軌跡を転写させて加工を行う。
【００２８】
電解電源４は電解条件を外部で操作する制御手段である電解条件制御装置５と接続され、電解条件制御装置５の指令により、電解条件、例えば設定電解電流や設定電解電圧を任意に制御できる。
【００２９】
電解条件制御装置５は、ワークＷ１　の加工経路に沿って電解条件を設定するプログラム設定手段である電解条件および加工経路プログラム作成装置６に接続され、電解条件および加工経路プログラム作成装置６により作成された電解条件制御プログラムを通信ネットワーク等を介して受け取る。電解条件および加工経路プログラム作成装置６では電解条件制御プログラムと同時に加工経路プログラムを作成し、通信ネットワーク等を介して加工経路プログラムを加工機ＮＣ７に送信する。電解条件および加工経路プログラム作成装置６で作成される電解条件制御プログラムは、同時に作成される加工経路プログラムの加工点座標もしくは加工時間に対応して、電解条件例えば設定電解電流や設定電解電圧を制御するようプログラムされる。
【００３０】
電解条件制御プログラムの作成手順を図２から図６を参照して説明する。
【００３１】
図２の（ａ）は電解膜厚と設定電解電圧の関係を表わす電解膜厚相関データ、図２の（ｂ）は電解膜厚と設定電解電流との関係を表わす電解膜厚相関データを模式的に表したグラフである。電解膜厚は設定電解電流や設定電解電圧に比例して増減する。ただし電解膜厚がある一定以上の厚さになると電解膜自体が不導体であるため、やがて設定電解電流、設定電解電圧を増加させても電解膜の生成が停止する。電解膜の生成が停止するまでの電解膜厚と設定電解電流、設定電解電圧の関係を既知とし、これらの電解膜厚相関データから、所望の電解膜厚に必要な設定電解電流値、設定電解電圧値が算出できる。
【００３２】
図３は正面旋削方式において、電解膜厚の変化によって生じた形状誤差であり、軸対称ワークの中心を通る断面図である。ワーク外周部では砥石の摩耗と電解膜の成長がバランスしているが、ワーク中心（Ｘｅ　）に近づくにつれて加工周速が低下し、研削抵抗が低下する。それまで研削抵抗によって脱落していた電解膜は脱落しにくくなるため、砥石摩耗に比べて電解膜の成長が速くなり、電解膜の成長が増大した分だけ実質的に砥石径が大きくなり、その結果ワーク中心ほど切り込み量が大きくなる。特にワーク中心では加工周速がほぼ０になり、砥石径の成長速度が最大となり、大きく切り込むため急峻な凹形の形状が生じやすい。
【００３３】
図４は、図２で得られた電解膜厚と電解条件の関係、および図３で得られた電解膜厚の変化による形状誤差の関係より、図３の形状誤差をキャンセルする目標電解膜厚となるように設定した電解条件制御プログラムにおける、加工位置および加工時間と電解条件の関係の一例である。
【００３４】
これは正面旋削方式で、ワーク外周部よりワーク中心に向かって加工する際の加工位置および加工時間と電解条件の関係を示すもので、図４の（ａ）は加工位置と電解条件の１つである設定電解電圧の関係である。加工距離ｘはワークの半径にあたる。ワーク外周部から加工するため、加工位置Ｘｅ　はワーク中心にあたる。ワーク中心Ｘｅ　に近づくにつれて電解膜厚が小さくなるように制御し、ワーク中心での切り込み過大を防止する。
【００３５】
図４の（ｂ）は加工時間ｔと電解条件の１つである設定電解電圧の関係である。加工時間Ｔｅ　はワーク中心位置に相当する。図４の（ａ）と同様に、ワーク中心に近づくにつれて電解膜厚が小さくなるように制御し、ワーク中心での切り込み過大を防止する。
【００３６】
図５は、ワーク中心部を加工するときに電解を停止することによって電解膜厚を制御する電解条件制御プログラムにおける、加工時間と電解条件の１つである設定電解電圧の関係を示すグラフである。例えば６パス加工するうちの４パスは電解をかけて研削加工を行う。電解膜の厚みが増大するのを回避するため、仕上げの２パスでは電解を停止する。停止する加工パス数は、１パスあたりの切り込み量と加工パス数の積が電解膜厚の厚さより小さくなるように設定する。
【００３７】
図６は、各パスにおいて電解制御を行いつつ、ワーク中心部においては電解を停止することによって電解膜厚を制御する電解条件制御プログラムにおける、加工時間と電解条件の１つである設定電解電圧の関係を表わすグラフである。例えば６パス加工するうちの４パスは電解をかけつつ、各パスごとに電解膜厚の変化による形状誤差を抑えるために設定電解電圧を制御し、残りの２パスでは電解膜の厚みの変化の影響を排除するため電解を停止する。停止する加工パス数は、前述と同様に、１パスあたりの切り込み量と加工パス数の積が電解膜厚の厚さより小さいこととする。
【００３８】
【発明の効果】
本発明は上述のとおり構成されているので、以下に記載するような効果を奏する。
【００３９】
電解インプロセス研削法において、被削材が柔らかく研削抵抗が小さい場合に砥石表面の電解膜が厚くなりすぎるのを防ぐことで、砥石径の増大による切り込み量の変化を抑えて、形状誤差の少ない高精度な研削加工を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態による電解インプロセスドレッシング研削法およびその装置を説明する概略図である。
【図２】電解条件と電解膜厚の関係を示すグラフである。
【図３】電解膜厚の変化による形状誤差を示すグラフである。
【図４】加工位置および加工時間と電解条件の関係を示すグラフである。
【図５】６パス加工における電解条件制御プログラムの一例を示すグラフである。
【図６】６パス加工における電解条件制御プログラムの他の例を示すグラフである。
【図７】一従来例による電解インプロセスドレッシング研削法を説明する模式図である。
【符号の説明】
１　　砥石
２　　電極
３　　給電体
４　　電解電源
５　　電解条件制御装置
６　　電解条件および加工経路プログラム作成装置
７　　加工機ＮＣ
【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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