(57)【要約】【課題】工作物の回転速度が変化する際の加工精度を高めることにより、加工時間を短縮して生産性を向上させることができ、工業的実施に有利な研削方法を提供する。【解決手段】例えば、回転駆動されるクランクシャフトと砥石とを相対的に移動させると共に、クランクシャフトの回転速度を異ならせた荒加工工程６１、中仕上加工工程６２、仕上加工工程６２の工程を経て、砥石によりクランクピンの外面を研削する方法において、クランクシャフトの回転速度を変更するに際して、回転速度の加速度の絶対値を順次大きくなるように変化させた後、順次小さくなるように変化させるものである。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動される工作物と砥石とを相対的に移動させると共に、前記工作物の回転速度を異ならせた複数の工程を経て、前記砥石により前記工作物の外面を研削する研削方法であって、
前記工作物の前記回転速度を変更するに際して、前記回転速度の加速度の絶対値を順次大きくなるように変化させた後、順次小さくなるように変化させることを特徴とする研削方法。
【請求項２】
前記工作物の前記回転速度の変更時に生じる、前記工作物の回転位置と、前記工作物及び前記砥石の相対的な位置とのずれを補正により吸収することを特徴とする請求項１に記載の研削方法。
【請求項３】
前記工作物は、クランクジャーナル及びクランクピンを有するクランクシャフトであって、
前記クランクジャーナルの軸心を中心として回転する前記クランクピンの外面を前記砥石で研削することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の研削方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作物の研削方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、工作物を研削する場合、円筒研削盤などの研削盤を用い、高速で回転駆動される砥石と、回転駆動される工作物とを相対的に移動させ、砥石で工作物の外面を研削している。このような研削盤では、通常、図４に示すように、荒加工工程１０１、中仕上加工工程１０２、仕上加工工程１０３など工作物の回転速度が一定で異なる複数の工程を順次行って研削している。これは、加工の初期の段階では、加工速度を重視して荒研削加工を行い、加工の仕上段階では、加工精度を重視して仕上研削加工を行って、工作物に所要の面粗さを付与するためである。なお、図４のグラフは、工作物の回転速度を縦軸とし、時間を横軸として、工作物の回転速度の変化を示したものである。
【０００３】
また、クランクシャフトのクランクピンの外面を研削する場合、研削盤は、クランクシャフトをクランクジャーナルの軸心を中心として回転駆動させるとともに、クランクジャーナルの軸心を中心として偏心運動するクランクピンに同期して砥石を相対的に前進後退させながら研削している。研削盤には、クランクシャフトの回転位置データと、クランクピン及び砥石の相対的な位置データとからなるプロフィルデータが予め登録されており、このプロフィルデータに基づいて、クランクシャフト及び砥石を形状創生運動させている。
【０００４】
これらの従来技術は、当業者において一般的になされているものであり、出願人は、これらの従来技術が記載された文献を、本願出願時において特には知見していない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術は次のような不都合を有していた。工作物は、図４に示すように、各工程内では一定の回転速度を保って回転しているが、工程を移行する過渡的な段階においては、回転速度が一定の加速度で変化して次の工程の一定の回転速度に導かれていた。このような場合、工作物の回転速度が急激に変化するポイント１０４，１０５，１０６，１０７ができてしまい、工作物の回転に対して砥石が追従しきれず、加工誤差が大きくなってしまう。よって、従来では、工作物の回転速度が急激に変化する際に大きな加工誤差を生じても、最終的に十分な加工精度を得ることができるように、研削取代を大きく設定していた。このため、研削加工に要する時間が長くなり、生産性が悪くなる問題などがあった。特に、クランクシャフトのクランクピンを研削する場合等、工作物の回転中心に対して偏心して回転する部位を研削する場合は、工作物に対する砥石の移動量が大きく、工作物の回転速度の変化に砥石の移動が追従しきれず、上述の問題を顕著に生じていた。
【０００６】
そこで、本発明は上記の実情を鑑み、工作物の回転速度が変化する際の加工精度を高めることにより、加工時間を短縮して生産性を向上させることができ、工業的実施に有利な研削方法の提供を課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明にかかる研削方法は、回転駆動される工作物と砥石とを相対的に移動させると共に、前記工作物の回転速度を異ならせた複数の工程を経て、前記砥石により前記工作物の外面を研削する研削方法であって、前記工作物の前記回転速度を変更するに際して、前記回転速度の加速度の絶対値を順次大きくなるように変化させた後、順次小さくなるように変化させるものである。
【０００８】
ここで、「複数の工程」とは、荒加工工程、中仕上げ加工工程、仕上げ加工工程等の研削精度の異なる工程に限らず、周面加工工程や端面加工工程等の研削部位の異なる工程、プランジ加工工程やトラバース加工工程等の研削方法が異なる工程等、種々の工程を例示することができる。
【０００９】
したがって、請求項１の発明の研削方法によれば、工程を移行する過渡的な段階において、工作物の回転速度の加速度の絶対値が順次大きくなるように変化された後、順次小さくなるように変化される。これにより、工作物の回転速度は、従来技術のように急激に変化することなく、連続的かつ滑らかに変化することになり、工作物の回転に対して砥石が追従し易くなる。よって、工作物の回転速度が変化する際に生じる加工誤差を小さく抑えることが可能となり、研削取代を少なくして研削時間の短縮を図ることが可能となる。なお、上述の例のように、荒加工工程、中仕上加工工程、仕上加工工程の三つの工程を順次行う場合などでは、工作物の回転速度が一定ではなく、回転速度を連続的かつ滑らかに変化させる際に、中間の加工工程である中仕上加工工程を行うこととし、これにより、全体の加工時間の更なる短縮を図るようにしてもよい。
【００１０】
請求項２の発明にかかる研削方法は、請求項１に記載の研削方法において、前記工作物の前記回転速度の変更時に生じる、前記工作物の回転位置と、前記工作物及び前記砥石の相対的な位置とのずれを補正により吸収するものである。
【００１１】
ここで、「補正」の手段としては、例えば、ＣＮＣ装置、ＮＣ装置等の数値制御によって、砥石を支持する砥石台、または工作物を支持するテーブルの少なくとも一方を他方に対して移動させる場合に、工作物の回転速度の変更によって生じる、工作物の回転位置と、工作物及び砥石の相対的な位置との間の追従遅れによるタイミングのずれを予め予測し、実際に加工動作をさせるとずれが生じないようにして、ＣＮＣ装置、ＮＣ装置等に工作物の回転位置データ、または工作物及び砥石の相対的な位置データを登録する方法などが例示できる。
【００１２】
たとえ工作物の回転速度を連続的かつ滑らかに変化させたとしても、工作物の回転速度の変化に対して砥石の移動量の変化を、完全には追従させることはできず、タイミング的なずれを生じてしまう。そこで、請求項２の発明の研削方法では、このずれを予め予測して補正する。これにより、請求項１の発明の研削方法の作用に加え、工作物の回転速度が変化する際の加工誤差を、さらに小さくすることが可能となる。
【００１３】
請求項３の発明にかかる研削方法は、請求項１または請求項２に記載の研削方法において、前記工作物は、クランクジャーナル及びクランクピンを有するクランクシャフトであって、前記クランクジャーナルの軸心を中心として回転する前記クランクピンの外面を前記砥石で研削するものである。
【００１４】
回転中心から偏心して回転するクランクピンの外周面を研削する場合には、工作物に対する砥石の移動量が大きく、工作物の回転速度の変化に砥石の移動が追従し難く、大きな加工誤差が生じ易いのは前述の通りである。本発明は、このように、特に大きな加工誤差を生じ易く、加工時間の短縮を図ることが困難な工作物を対象として、請求項１または請求項２の発明を適用したものである。よって、このような工作物を対象とすることにより、請求項１または請求項２の発明が、より一層、効果を発する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態である研削方法について、図１乃至図３に基づき説明する。図１は本発明の一実施形態である研削方法に用いられる研削盤の構成を示す説明図であり、図２はクランクシャフト及び砥石の位置関係とプロフィルデータとを示す説明図であり、図３はクランクシャフトの回転速度の変化と、砥石の移動速度の変化とを示すグラフである。
【００１６】
先ず、本実施形態の研削方法で用いられる研削盤１について説明する。研削盤１は、図１に示すように、ベッド１０と、ベッド１０の上面に設置された砥石台２０及びテーブル３０と、研削加工に関わる一連の動作を制御するＣＮＣ装置４０とを主に備え、主として円筒形工作物の外面を精密に研削する工作機械である。本実施形態では、クランクシャフトＷを研削する場合を例に挙げて説明する。なお、研削盤１の座標系は、Ｘ，Ｚの二つの直線軸、及びＣの回転軸を持っている。Ｚ軸は、クランクシャフトＷの一端を支持して回転駆動する主軸３１の軸方向の直線軸であり、Ｘ軸は、水平かつＺ軸に直交する直線軸である。また、Ｃ軸は、主軸３１の軸心回りの回転軸である。
【００１７】
ベッド１０は、研削盤１の基台部分を構成し、砥石台２０をＸ軸方向に移動させるための案内面１１及び送りねじ１２と、テーブル３０をＺ軸方向に移動させるための案内面１３及び送りねじ１４とを備えている。また、ベッド１０の側面には、後述のＣＮＣ装置４０によって制御されるサーボモータであって、送りねじ１２を回転駆動させる砥石台移動モータ１５と、砥石台移動モータ１５の回転量から間接的に砥石台２０のＸ軸方向における位置を検出するエンコーダ１６と、ＣＮＣ装置４０によって制御されるサーボモータであって、送りねじ１４を回転駆動させるテーブル移動モータ１７と、テーブル移動モータ１７の回転量から間接的にテーブル３０のＺ軸方向における位置を検出するエンコーダ１８とが設けられている。なお、エンコーダ１６，１８は、砥石台移動モータ１５及びテーブル移動モータ１７の回転量に比例したパルス信号を後述の砥石台移動モータ駆動回路５０及びテーブル移動モータ駆動回路５１にフィードバックさせている。
【００１８】
砥石台２０は、クランクシャフトＷを研削する円盤状の砥石Ｇと、Ｚ軸に平行で砥石Ｇが装着される砥石軸２１と、プーリ、ベルトなどの駆動伝達装置２２と、ＣＮＣ装置４０によって制御され、駆動伝達装置２２を介して砥石軸２１を回転駆動させる砥石回転モータ２３とを主に備えている。この他、図示は省略するが、安全のために砥石Ｇの略全体を被覆するカバーや、研削液を砥石Ｇの研削面に与えるノズルなども備えている。また、砥石台２０は、ベッド１０の案内面１１にＸ軸方向に移動自在に設置され、その位置及び移動速度をＣＮＣ装置４０により精密に制御されている。
【００１９】
砥石Ｇは、工具の切刃に相当する砥粒、砥粒を保持する結合剤、切屑を一時的に貯めておくチップポケットの働きをする気孔の三要素から構成されている。また、砥石Ｇの特性は、砥粒の種類、砥粒の大きさを示す粒度、結合剤の種類、結合剤の強弱を示す結合度、砥粒の容積比（砥粒率）の五因子に支配されており、研削する工作物によって適宜選択する必要がある。砥粒としては、例えば、酸化アルミナ系、炭化ケイ素系、ダイヤモンド、ＣＮＢなどが挙げられる。結合剤としては、例えば、ビトリファイド、レジノイド、シリケート、シェラック、ゴム、メタルボンドなどが挙げられる。
【００２０】
テーブル３０は、一端側に主軸台３２と、その他端側に心押し台３３とを備え、クランクシャフトＷを支持するものである。また、テーブル３０は、ベッド１０の案内面１３にＺ軸方向に移動自在に設置され、その位置及び移動速度をＣＮＣ装置４０により精密に制御されている。
【００２１】
主軸台３２は、クランクシャフトＷの一端を支持する主軸３１と、ＣＮＣ装置４０によって制御されるサーボモータであって、主軸３１を回転駆動させる主軸回転モータ３４と、主軸回転モータ３４の回転量から間接的に主軸３１の回転位置を検出するエンコーダ３５とを主に備えている。主軸３１の主軸端には回し板及びチャックが設けられ、主軸３１の回転をクランクシャフトＷに伝えている。なお、エンコーダ３５は、主軸回転モータ３４の回転量に比例したパルス信号を後述の主軸回転モータ制御回路５３にフィードバックさせている。
【００２２】
心押し台３３は、クランクシャフトＷの一端を支持し、Ｚ軸方向に移動できる心押し軸３６と、心押し軸３６を主軸台３２方向に押すスプリング（図示省略）とを主に備え、対象工作物の長さに応じてテーブル３０上にねじで固定されている。
【００２３】
ＣＮＣ装置４０は、論理／演算ユニット、制御ユニットから構成されるＣＰＵ４１と、ＣＰＵ４１が利用するプログラム（ソフトウェア）及びデータを一時的に記憶する主記憶装置４２と、ＯＳ、プログラム、データなどを長期的に記憶する補助記憶装置４３と、データ、メモリーアドレス、制御信号を転送するバス４４と、バス４４と各装置と間を仲介するインターフェース４５と、キーボード、マウスなどの入力装置４６と、ディスプレイなどの出力装置４７とを備えている。補助記憶装置４３は、研削加工にかかわる一連の動作を制御する加工動作プログラム４８と、相関関係を有するＣ軸回りのクランクシャフトＷの回転位置データ及びＸ軸方向の砥石の位置データからなるプロフィルデータ（ＰＦＤ）４９とを主に記憶している。この加工動作プログラム４８及びプロフィルデータ４９は、主記憶装置４２に読み出された後、ＣＰＵ４１によって実行できる。なお、プロフィルデータ４９は、後述の各加工工程ごとに作成されている。
【００２４】
また、ＣＮＣ装置のインターフェース４５には、砥石台移動モータ駆動回路５０、テーブル移動モータ駆動回路５１、砥石回転モータ駆動回路５２、主軸回転モータ駆動回路５３がそれぞれ接続されている。この砥石台移動モータ駆動回路５０、テーブル移動モータ駆動回路５１、砥石回転モータ駆動回路５２、主軸回転モータ駆動回路５３は、ＣＰＵ４１からの司令信号を入力して砥石台移動モータ１５、テーブル移動モータ１７、砥石回転モータ２３、主軸回転モータ３４をそれぞれ駆動する回路である。なお、砥石台移動モータ駆動回路５０、テーブル移動モータ駆動回路５１、主軸回転モータ駆動回路５３は、ＣＰＵ４１からの司令信号と、エンコーダ１６，１８，３５からのフィードバック信号（帰還値）とを自動的に比較して、フィードバック信号が目標値に近づくように補正して、砥石台移動モータ１５、テーブル移動モータ１７、主軸回転モータ３４をそれぞれ制御している。
【００２５】
ここで、クランクシャフトＷについて説明する。クランクシャフトＷは、図１及び図２に示すように、エンジンの主軸受けに回転自在に軸支されるクランクジャーナルＷ１と、このクランクジャーナルＷ１の軸心ＪＯに対して軸心ＰＯが偏心されたクランクピンＷ２と、クランクジャーナルＷ１とクランクピンＷ２とを連結するクランクアームＷ３とを備えるものである。クランクシャフトＷは、一端を主軸台３２のチャックによって支持され、他端を心押し台３３によって支持されており、研削加工に際して、主軸３１の回転軸線を中心軸としてＣ軸回り（矢印Ｃ）に回転駆動することになる。また、クランクシャフトＷは、クランクジャーナルＷ１の軸心ＪＯと主軸３１の回転軸心とが同一軸心となるようにテーブル３０支持されており、研削加工に際しては、クランクジャーナルＷ１の軸心ＪＯを中心に回転駆動される。よって、クランクピンＷ２は、クランクジャーナルＷ１の軸心ＪＯを中心として、この軸心ＪＯ周りに公転運動することになる。
【００２６】
次に、本実施形態の研削方法について説明する。本実施形態の研削方法では、上述の研削盤１を用いてクランクシャフトＷのクランクピンＷ２の外面を研削する。研削盤１のＣＮＣ装置４０は、加工動作プログラム４８及びプロフィルデータ４９ほか、一連の加工動作に必要なプログラム及びデータを補助記憶装置４３から主記憶装置４２に読み込み、それらの司令に基づき、主として砥石台移動モータ１５、テーブル移動モータ１７、砥石回転モータ２３、主軸回転モータ３４を制御して研削加工の動作を実行させる。具体的には、ＣＮＣ装置４０は、砥石回転モータ２３を制御して砥石Ｇを高速で回転駆動させ、テーブル移動モータ１７を制御してクランクピンＷ２がＺ軸上で加工に適切な位置に配置されるようにテーブル３０を移動させる。また、ＣＮＣ装置４０は、プロフィルデータ４９に基づいて主軸回転モータ３４及び砥石台移動モータ１５を制御し、主軸３１の回転位置に応じて砥石台２０を移動させて、クランクピンＷ２の外面を研削する。
【００２７】
より詳しく説明すると、ＣＮＣ装置４０は、図２に示すように、クランクシャフトＷがクランクジャーナルＷ１の軸心ＪＯを中心にＣ軸周り（矢印Ｃ）に回転し、プロフィルデータ４９の値に基づいて回転位置がα０・・・αｎ・・・と変動するように主軸回転モータ３４を制御する。また、ＣＮＣ装置４０は、それに伴い、砥石台２０がＸ軸上を移動し、プロフィルデータ４９の値に基づいて砥石Ｇの軸心ＧＯとクランクジャーナルＷ１の軸心ＪＯとの距離がＸ０・・・Ｘｎ・・・と変動するように砥石台移動モータ１５を制御する。これにより、研削作用点であるクランクピンＷ２と砥石Ｇとの接触点を、クランクピンＷ２の回転位置に応じて変動させながら、クランクピンＷ２の外面を研削することができる。
【００２８】
また、本実施形態の研削方法では、加工の初期の段階では、加工速度を重視してクランクシャフトＷの回転速度が比較的速く、砥石ＧのクランクピンＷ２に対する切り込み深さの量が比較的大きい荒加工を行い、加工の仕上段階では、加工精度を重視してクランクシャフトＷの回転速度が比較的遅く、砥石ＧのクランクピンＷ２に対する切り込み深さの量が比較的小さい仕上加工を行って、工作物に所要の面粗さを付与できるように、複数の工程を順次行って研削している。具体的には、図３に示すように、荒加工を行う荒加工工程６１と、荒加工から仕上加工に導く中仕上加工工程６２と、仕上加工を行う仕上加工工程６３との主に三つの工程を順次行って研削している。なお、図３のグラフは、速度を縦軸とし、時間を横軸として、クランクシャフトの回転速度の変化と、砥石の移動速度の変化とを示したものである。
【００２９】
荒加工工程６１から中仕上加工工程６２に移行する際には、クランクシャフトＷの角加速度の絶対値が順次大きくなるように変化され、中仕上加工工程６２から仕上加工工程６３に移行する際には、クランクシャフトＷの角加速度の絶対値が順次小さくなるように変化される。これにより、クランクシャフトＷの回転速度は、従来技術のように急激に変化することなく、連続的かつ滑らかに変化して荒加工工程６１から中仕上加工工程６２を経て仕上加工工程６３に至る。よって、クランクシャフトＷの回転に対して砥石Ｇが良好に追従し、クランクピンＷ２の加工誤差を小さく抑えることが可能となる。また、中仕上加工工程６２において、荒加工工程６１の回転速度から仕上加工工程６３の回転速度までクランクシャフトＷの回転速度が一定となることなく、常に変化するなかで中仕上加工工程６２を行っている。また、砥石台２０の移動速度は、図３に示すように、クランクシャフトＷの回転速度の変化に伴って変化する。
【００３０】
また、プロフィルデータ４９の砥石のＸ軸方向の位置データは、クランクシャフトＷの回転速度の変更によって生じる、クランクシャフトＷの回転位置と、砥石ＧのＸ軸方向の位置との間の追従遅れによるタイミングのずれを予め予測し、このずれを吸収できるように補正した位置データとして登録されている。これにより、研削加工を実際に行うと、クランクシャフトＷの回転速度が変更されても、クランクシャフトＷの回転位置と、砥石ＧのＸ軸方向の位置との間にずれが生じ難くなる。
【００３１】
このように、上記実施形態の研削方法では、クランクシャフトＷの回転速度は、荒加工工程６１、中仕上加工工程６２、仕上加工工程６３を通して、従来技術のように急激に変化するポイントがなく、連続的かつ滑らかに変化することになり、クランクシャフトＷの回転に対して砥石Ｇが追従し易くなる。したがって、クランクシャフトＷの回転速度が変化する過渡的な段階において生じるクランクピンＷ２の加工誤差を小さく抑えることが可能となり、加工精度を高めることにより、研削取代を少なくして、加工時間を短縮し、もって生産性を向上させることができる。
【００３２】
また、上記実施形態の研削方法では、プロフィルデータ４９におけるクランクシャフトＷの回転位置と砥石のＸ軸方向の位置との位置データは、クランクシャフトＷの回転速度の変更によって生じる砥石Ｇの追従遅れによるタイミングのずれを吸収できるように補正された位置データとなっている。したがって、クランクシャフトＷの回転速度の変化によって、砥石Ｇの移動に追従遅れが生じても、実際には、位置的な大きなずれが生じず、これによっても、加工誤差が小さく抑えられている。よって、より一層、研削取代を少なく設定することができ、生産性を向上させることができる。
【００３３】
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能である。
【００３４】
上記実施形態の研削方法では、クランクシャフトＷのクランクピンＷ２を研削する場合を示した。しかし、これは特に限定されるものではなく、工作物の回転中心を中心として真円形状の研削を行う場合や、カム等の非真円形状の研削を行う場合などに適用し、同様の作用及び効果を奏すことができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明の研削方法は、工作物の回転速度が変化する際の加工精度を高めることができるため、研削取代を少なく設定することができ、これにより、加工時間を短縮し、もって生産性を向上させることができる。
【００３６】
請求項２の発明の研削方法は、請求項１の発明の研削方法の効果に加えて、工作物の回転速度の変化により工作物と砥石とに相対的な位置のずれが生じても、これを吸収することができため、より一層、加工精度を高めることができる。
【００３７】
請求項３の発明の研削方法は、請求項１または請求項２の発明の研削方法の効果に加えて、大きな加工誤差が生じ易いクランクシャフトのクランクピンを研削対象とするため、確実に効果を発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である研削方法で用いる研削盤の構成を示す説明図である。
【図２】クランクシャフト及び砥石の位置関係とプロフィルデータとを示す説明図である。
【図３】クランクシャフトの回転速度の変化と、砥石の移動速度の変化とを示すグラフである。
【図４】従来の研削方法による工作物の回転速度の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１  研削盤
Ｇ  砥石
Ｗ  クランクシャフト（工作物）
Ｗ１  クランクジャーナル
Ｗ２  クランクピン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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