(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を中心にして回転している被加工物を、回転対称な研削砥石によって研削する方法であって、前記方法は、第１ステージと第２ステージとを含み、前記第１ステージにおける瞬間被加工物回転速度は、前記第１ステージ中の前記被加工物の、事前選択された最高表面温度を維持する目的で制御されることと、前記第２ステージにおける前記瞬間被加工物回転速度は、前記第１ステージにおける前記瞬間被加工物回転速度と同一であるように制御されることと、意図された最終表面品質が、前記第２ステージの事前選択された送り回数を用いて達成されるように、前記第２ステージにおけるアグレッシブネス値を制御しながら、前記第２ステージにおける前記被加工物の研削は実施されることと、を特徴とする、被加工物を研削する方法。
【請求項２】
前記第１ステージ中の切込深さは、前記被加工物の回転毎に一定に保たれる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第２ステージ中の切込深さは、前記被加工物の回転毎に一定に保たれる、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第２ステージにおける前記アグレッシブネス値は、前記第２ステージにおける前記切込深さを制御することによって制御される、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１ステージにおける前記切込深さ及び送り回数は、被加工物の前記事前選択された最高表面温度及び、前記瞬間被加工物回転速度に基づいて、研削時間を最小化するように制御される、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記第１ステージ及び前記第２ステージの前記瞬間被加工物回転速度、前記第１ステージの前記送り回数、前記第１ステージ中の各送り動作での前記切込深さ、並びに前記第２ステージの各送り動作での前記切込深さは、前記第１ステージの前記被加工物の、前記事前選択された最高表面温度、前記第２ステージ中の、事前選択された所望の送り回数、及び前記第２ステージ中の意図された最終表面品質を実現するために実験的に決定されるアグレッシブネス値を用いて、前記第１ステージ及び前記第２ステージを反復することによって決定される、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記研削砥石は、前記被加工物の回転軸に平行な回転軸を中心にして回転される、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記研削砥石の回転速度は、前記第１ステージと前記第２ステージとで同じである、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記被加工物がカムローブである、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
回転軸を中心にして回転される被加工物を、回転対称である研削砥石によって研削するための研削方法の処理パラメータを決定する方法であって、前記研削方法は第１ステージと第２ステージを含み、前記処理パラメータを決定する方法は、
前記研削方法の前記第１ステージと前記第２ステージを反復することであって、
前記第１ステージは、
ｂ．前記第１ステージで除去される切屑量（δ１）を達成するために、第１ステージにおける送り回数（ｎ１）と共に、第１ステージにおける各送り動作での対応する切込深さ（ａｅ１）を計算し、その一方で、前記被加工物の事前選択された最高表面温度（Θ＊）を維持する目的をもって、瞬間被加工物回転速度を制御するステップ（Ｓ２）、
ｃ．ステップｂで得られた前記第１ステージの前記送り回数及び前記瞬間被加工物回転速度の結果もたらされる、研削サイクル時間（ｔｊ）を計算するステップ（Ｓ３）、
ｄ．ステップｃで得られた前記研削サイクル時間（ｔｊ）が、一回前の送り動作を含む研削サイクルで達成される研削時間（ｔｊ−１）以下である場合、得られる研削時間が、一回前の送り動作を含む研削サイクルの研削時間よりも大きくなるまで、ステップｂ及びステップｃを反復し、それによって、前記第１ステージの前記瞬間被加工物回転速度の計算値、前記第１ステージの送り回数（ｎ１）の計算値、及び前記第１ステージの各送り動作での切込深さ（ａｅ１）の計算値を得るステップ（Ｓ４）、を含み、
前記第２のステージは、
ｅ．ステップｄで得られた前記計算された瞬間被加工物回転速度、及び前記第２ステージの事前選択されたアグレッシブネス値を用いて、前記第２ステージ中の切込深さ（ａｅ２）を計算し、前記第２ステージの事前選択された送り回数（ｎ２）、及び前記計算された切込深さ（ａｅ２）を用いて、前記第２ステージの切屑除去量（δ２）を計算するステップ（Ｓ５）、を含み、
前記第１ステージと前記第２ステージの反復は、前記ステップｂ、ｃ、ｄ、ｅ、及び下記のステップ、
ａ．前記被加工物から除去されるべき切屑の総量（δ）を、前記第１ステージで除去される切屑量（δ１）として選択するステップ（Ｓ１）、
ｆ．前記被加工物からの総切屑除去量（δ）から前記第２ステージの前記切屑除去量（δ２）を減算することによって、前記第１ステージの切屑除去量（δ１）を計算するステップ（Ｓ６）、
ｇ．ステップｆにおいて、一回前の前記第１ステージと前記第２ステージの反復における前記第１ステージの前記切屑除去量（δ１（ｍ−１））と同じだけの、前記第１ステージの前記切屑除去量（δ１（ｍ））が得られるまで、ステップｆで得られた前記第１ステージの前記切屑除去量（δ１）を用いて、ステップｂからｆを反復するステップ（Ｓ７）、
によって実行される、前記研削方法の前記第１ステージと前記第２ステージとを反復することと、
前記第１ステージと前記第２ステージの反復の最後に計算された前記瞬間被加工物回転速度、前記第１ステージの前記送り回数（ｎ１）、前記第１ステージの各送り動作での切込深さ（ａｅ１）、及び前記第２ステージの各送り動作での切込深さ（ａｅ２）の値に基づいて、前記瞬間被加工物回転速度、前記第１ステージの前記送り回数（ｎ１）、前記第１ステージの各送り動作での切込深さ（ａｅ１）、及び前記第２ステージの各送り動作での切込深さ（ａｅ２）を決定することと、を含む、方法。
【請求項１１】
前記反復は、前記第１ステージと前記第２ステージとで、前記研削砥石の砥石速度を一定にして行われる、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記反復は、前記研削方法の前記第１ステージ中に一定である切込深さに基づいて行われる、請求項１０または１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記反復は、前記研削方法の前記第２ステージ中に一定である切込深さに基づいて行われる、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
研削方法の処理パラメータを決定するための、コンピュータプログラム（Ｐ）であって、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の方法のステップを実施するためのプログラムコードを含む、コンピュータプログラム。
【請求項１５】
電子制御ユニットまたは、前記電子制御ユニットに接続されたもしくは前記電子制御ユニットと通信するように適合された別のコンピュータに対して、決定された前記処理パラメータを提供するようにさらにアレンジされた、請求項１４に記載のコンピュータプログラム。
【請求項１６】
電子制御ユニット上で、または前記電子制御ユニットと接続された、もしくは前記電子制御ユニットと通信するように適合された、別のコンピュータ上で実行されたときに、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の方法を実施するための、コンピュータ可読媒体上に保存されたコンピュータプログラムを含む、コンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、非円形の被加工物といった被加工物を、基本的に回転対称である研削砥石によって研削する方法に関する。本開示はまた、こうした研削方法の処理パラメータを決定する方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
カムローブといった、非円形被加工物（当該技術分野では、ｎｏｎ−ｒｏｕｎｄ  ｗｏｒｋｐｉｅｃｅｓともいう）の研削砥石による研削は、回転対称の被加工物の研削作業には見られない困難を提起する。被加工物と研削砥石との接触領域は、研削砥石が被加工物の周辺／外周を回って通るのにつれて、連続的に変化する。例えばカムローブの場合、側部においては、先端部または基礎円部におけるよりも、接触領域が相当程度大きい。それによって、非円形被加工物の研削方法の最適化には、いくつかの困難が提示され、成功は、しばしばオペレータの経験に大いに依存する。望ましい結果を達成するために、しばしば多数の研削の繰り返しが必要とされる。
【０００３】
今日使用されているほとんどのＣＮＣ円筒研削盤では、研削砥石は、所望の工具経路を実現するため、被加工物回転速度と同期した送り速度（送り込み及び引き込み）で水平に動く。被加工物が定被加工物回転速度で回転している場合、被加工物の回転中に、その非円形の幾何学的形状によって瞬間研削条件の急激な変化が発生する。したがって、該被加工物の瞬間被加工物回転速度は、瞬間研削条件の変化の影響を制御及び低減するため、該被加工物の回転中に適切に変化する。
【０００４】
カムローブの研削方法を最適化するため、種々の方策が提案されてきた。こうした方策には、定切屑除去率または定スピンドル出力が含まれ、これらはどちらも今日当業界で広く用いられている。
【０００５】
ＵＳ  ６，８０８，４３８  Ｂ１は、仕上げ研削ステップ中に、構成要素が１回転だけ回転され、該１回転中に切込深さ及びヘッドストック速度が制御され、それによって研削砥石のスピンドル駆動モータ上で実質的に定荷重が維持される方法を開示している。定荷重を維持するため、回転毎のある点から別の点へと、該構成要素の速度は変更される。
【０００６】
ＵＳ  ７，１５３，１９４  Ｂ２は、例えばカムといった構成要素を研削する方法であって、最終研削ステップ中の１回のみの回転を通じて構成要素を回転すること、及び該１回転中の切込深さと構成要素の回転速度を制御することを含み、それによって、最終研削ステップにおけるほぼ一定の比金属除去率を維持するという方法を開示している。比除去率を一定に維持するため、被加工物のいかなる非回転特性にも順応するように、切込深さは一定に保つことができる一方、被加工物回転速度は最終研削ステップ中に変更される。
【０００７】
上記の方法により、被加工物の定被加工物回転速度による従来の研削に比べて、生産性が向上される。しかし、定切屑除去率または定スピンドル出力を達成する研削方法では、被加工物の表面温度が考慮されていない。したがって、これらのうちには、いかなる熱的損傷を制御する手段を提供するものも、ない。これは、生産性及び品質の点で、研削方法の主な限界のうちの１つである。熱的損傷が発生した場合、工程設計者による全般的な方策は、砥石の送り増分（ｆｅｅｄ  ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ）を減少させるか、被加工物回転速度を低減するかのどちらかであったが、これらはどちらも、必要以上に長いサイクル時間を引き起こす、完全に最適化されてはいない研削方法をもたらすであろう。工程設計者は、上記の最適化方法を、定切屑除去率または定スピンドル出力を達成するための被加工物回転速度の計算だけに使用する。しかし、増分（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔ）数及び各増分の切込深さの決定は、依然として試行錯誤に基づいて、機械のオペレータによって主観的に選択されている。
【０００８】
非円形の被加工物の円筒外周研削を最適化する新しい方策が、Ｋｒａｊｎｉｋらによる「Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  ｎｏｎ−ｒｏｕｎｄ  ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ  ｇｒｉｎｄｉｎｇ  ｖｉａ  ａｎ  ａｄａｐｔａｂｌｅ  ｃｏｎｓｔａｎｔ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｐｒｏｃｅｓｓ」、  ＣＩＲＰ  Ａｎｎａｌｓ  −  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ６２  （２０１３）  ３４７−３５０で提案されている。この方策によると、被加工物の熱的損傷を回避する一方で研削サイクル時間を削減する目的で、該被加工物の一定の最高表面温度を達成するための熱モデルに基づいて処理パラメータを選択することによって、研削が最適化される。
【０００９】
Ｋｒａｊｎｉｋらの「Ｃｙｃｌｅ  ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｃａｍ−ｌｏｂｅ  ｇｒｉｎｄｉｎｇ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ」、  ＣＩＲＰ  Ａｎｎａｌｓ−Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，（２０１４年４月１３日現在、オンラインで入手可）は、熱モデルに基づく研削プロセスの最適化方策に関する、さらなる展開を開示している。この論文は、例えば、定切屑除去及び定スピンドル出力の工程に比べて、カムローブ当たりの研削時間の大幅な短縮が達成可能であることを開示している。同論文はまた、被加工物に対して与えられる瞬間比エネルギーは、アグレッシブネス値に依存することも開示している。さらに同論文は、同研削方法によってカムローブ当たりの研削時間を最小化するには、設定温度と機械の限界に依存する、最適な送り増分数を用いる必要があることを開示している。
【００１０】
被加工物の一定の最高表面温度を維持するという目的で提案された処理パラメータの制御方策によって、熱的損傷に付随する諸問題が克服されることは明確であるが、その一方で、同方策がいかにして産業上実施可能であるかは明確ではない。さらに、被加工物の一定の最高表面温度を維持する目的で処理パラメータを制御する、提案の方策を用いた研削方法は、研削後の被加工物の品質が許容できるものになるという結果を、必ずしももたらさない。実際、被加工物の表面の品質制御方法は、教示されていない。したがって、さらなる進展が必要とされている。
【発明の概要】
【００１１】
本発明の目的は、被加工物の高生産性及び一貫した品質という結果をもたらす、例えば非円形の被加工物といった被加工物の研削方法であって、産業上実施可能である方法を提供できるようにすることである。被加工物の品質を完全に制御する頑健な方法を持ち得るためには、オペレータまたは工程設計者による主観的な役割が取り除かれるか、または少なくとも最小化されなければならない。
【００１２】
この目的は、独立請求項１による研削方法、及び請求項１０による研削方法の処理パラメータの決定方法によって、達成される。実施形態は、従属請求項（複数）によって規定される。
【００１３】
本研削方法の結果、定切屑除去率または定スピンドル出力を維持するように処理パラメータを制御することによって最適化された研削方法に比べて、研削時間が短縮されたことによって生じる、大幅な生産性の向上がもたらされる一方、被加工物の表面品質の所望の結果が獲得される。さらに、本方法は、実施中の被加工物の熱的損傷のリスクを取り除く。さらに、本発明の結果、被加工物の品質を完全に制御する頑健な研削方法がもたらされる。これによって、本方法を用いる際に生産性と品質との間で折り合いをつける必要はなくなる。本方法は、また、研削サイクル設計における機械のオペレータの主観的役割を取り除き、それによって、研削開始前に処理パラメータを決定可能にすることで、プロセスをより頑健なものにしている。
【００１４】
本研削方法は、被加工物の事前選択された最高表面温度を維持する目的で、研削方法を制御する方策に基づいており、前記温度は該被加工物の材料の熱的損傷閾値温度よりも下であり、研削サイクル中に前記方策が可能な限り多く用いられるように、制御される。本研削方法は、被加工物からほとんどの切屑が取り除かれるように適合された第１ステージ、いわゆる粗研削ステージと、意図された品質で被加工物の最終的に意図された幾何学的形状が得られるように適合された第２ステージ、いわゆる仕上げステージとを含む。どちらのステージも、被加工物の表面温度を基本的に一定に維持するように処理パラメータを制御する理論に基づいている。しかし、本研削方法の処理パラメータは、実際には被加工物の表面温度が第１ステージにおいて制御されるようにだけ制御されており、第２ステージは、第１ステージと同じ被加工物回転速度プロファイルを用いて、だがより小さい切込深さで、行われる。この結果、アグレッシブネスはより低くなり、結果として第２ステージにおける被加工物の表面温度は、より低くなる。具体的には、第２ステージのアグレッシブネス値は制御されており、このことは、被加工物の表面温度が間接的に制御されていることを意味する。第２ステージで用いられるアグレッシブネス値は、常に第１ステージで用いられるアグレッシブネス値よりも小さいため（なぜならば研削スイートスポットを実験的に決定するための標的に用いられるので）、被加工物の表面温度もまた、第２ステージの方がより低くなる。
【００１５】
本研削方法の各ステージ中、本研削方法は、基本的に一定の被加工物表面温度を維持するように制御されるが、実際には、プロセスは機械の限界によって影響を受ける。こうした機械の限界の結果、被加工物の幾何学的形状に応じて、いくつかの回転角度に関する表面温度が低下し得る（Ｋｒａｊｎｉｋらによる「Ｃｙｃｌｅ  ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｃａｍ−ｌｏｂｅ  ｇｒｉｎｄｉｎｇ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ'、  ＣＩＲＰ  Ａｎｎａｌｓ  −  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」、２０１４年４月１３日現在オンラインで入手可能、にも示されている）。しかし、本研削方法は最高表面温度が制御されているため、前記温度は決して超過されず、この結果、研削中の熱的損傷のリスクは存在しない。
【００１６】
さらに、定切屑除去率または定スピンドル出力を達成するために制御される研削方法に比べて、本開示による研削方法は、同じ幾何学的形状（特に、被加工物の非円形部分）に関して、より高い切屑除去率を利用することが可能である。
【００１７】
本研削方法は主に、非円形の断面を有する被加工物の軸方向に延伸する表面を、基本的に回転対称の研削砥石によって研削するために開発されているが、円形の断面を有する被加工物、即ち円形の円筒状被加工物を研削するのにも、また用いられ得る。本研削方法、及び研削方法の処理パラメータの本決定方法は、例えばカムローブを研削するときに非常に適切である。何故ならば、カムローブはしばしば複雑な幾何学的形状を有するからである。他の非円形被加工物の例は、例えば、正方形、長方形、卵形などの、及び不規則な形状の、断面を有する被加工物を含み得る。本研削方法は、実際、任意の幾何学的形状の断面を持つ被加工物を研削するときに用いられることができる。
【００１８】
Ｋｒａｊｎｉｋらによる「Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  ｎｏｎ−ｒｏｕｎｄ  ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ  ｇｒｉｎｄｉｎｇ  ｖｉａ  ａｎ  ａｄａｐｔａｂｌｅ  ｃｏｎｓｔａｎｔ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｐｒｏｃｅｓｓ」、ＣＩＲＰ  Ａｎｎａｌｓ  −Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ６２  （２０１３）  ３４７−３５０、及び、Ｋｒａｊｎｉｋらによる「Ｃｙｃｌｅ  ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｃａｍ−ｌｏｂｅ  ｇｒｉｎｄｉｎｇ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ」、ＣＩＲＰ  Ａｎｎａｌｓ  −  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（２０１４年４月１３日現在オンラインで入手可能）によって開示されている方針と比較して、本研削方法は、一定の最高表面温度を維持するように制御されるというだけではなく、相互に関連する２つの別々のステージに分けられてもいる。本研削方法のどちらのステージにおいても、処理パラメータは、被加工物の一定の表面温度を維持するように本方法を制御する方策に基づいて制御される。しかし、この２つのステージは、異なる目的を達成するように適合されている。第１ステージは、可能な限り最高の生産性を主として標的にしており、第２ステージは、得られる被加工物の最高の品質を、主として標的にしている。実際、本開示による研削方法は、第１研削ステージ中の事前選択された最高表面温度を制御するために開発されている一方、第２研削ステージでは、本方法は、アグレッシブネス値を制御することによって、被加工物の所望の表面品質を達成するために制御される。しかし、本研削方法のどちらのステージでも、同じ被加工物回転速度が利用される。さらに、本研削方法は、研削を、粗研削ステージと仕上げステージという２つの別々のステージに分けるように開発されているだけでなく、研削後の得られる被加工物の所望の一貫した品質と共に、最短の研削サイクル時間を達成するため、いかにして各ステージが互いに対して最適化されるかというようにも、開発されている。本方法はまた、研削方法を完全に最適化するため、第１ステージ、第２ステージそれぞれの切屑除去量を決定することも可能である。
【００１９】
本発明の一実施形態による、回転軸を中心にして回転される例えば非円形の被加工物といった被加工物を、基本的に回転対称な研削砥石によって研削する方法が提供され、該方法には、被加工物を第１ステージと第２ステージとにおいて研削することが含まれる。前記第１ステージにおける被加工物回転速度プロファイルは、前記第１ステージ中、被加工物の事前選択された最高表面温度を維持する目的で制御され、前記第２ステージにおける被加工物回転速度プロファイルは、第１ステージにおける被加工物の被加工物回転速度プロファイルと同じであるように制御され、前記第２ステージにおける被加工物の研削は、前記第２ステージの事前選択された増分数によって、意図された最終表面品質が達成されるように、前記第２ステージにおけるアグレッシブネス値を制御することによって実施される。
【００２０】
実用上の理由から、第１ステージ中の切込深さは、被加工物の回転毎に一定に保たれることが好ましい。さらに、第２ステージ中、被加工物の回転毎の切込深さが一定に保たれることが好ましい。
【００２１】
第２ステージのアグレッシブネス値は、前記第２ステージの切込深さを制御することによって、適切に制御され得る。切込深さの制御によってアグレッシブネス値を制御することは、例えば同じ目的を達成するために砥石の速度を制御することよりも、ずっと容易である。
【００２２】
第１ステージにおける切込深さ及び増分数は、被加工物の事前選択された最高表面温度及び、計算された被加工物回転速度プロファイルとに基づいて、研削時間を最小化するように適切に制御され得る。
【００２３】
第１ステージ及び第２ステージの被加工物回転速度プロファイル、第１ステージにおける増分数、第１ステージ中の各増分の切込深さ、並びに第２ステージにおける各増分の切込深さは、第１ステージの被加工物の、事前選択された最高表面温度、第２ステージ中の、事前選択された所望の増分数、及び研削スイートスポットを達成するために実験的に決定されるアグレッシブネス値を用いて、第１ステージ及び第２ステージを反復することによって、適切に決定され得る。
【００２４】
本研削方法は、研削砥石が、被加工物の回転軸に対して、したがって研削機械のヘッドストックに対して、基本的に平行である回転軸を中心にして回転するように適合された、円筒形研削機械上で用いられ得る。
【００２５】
機械動特性の観点から本研削方法を容易に制御するため、研削砥石の回転速度は、第１ステージと第２とで好適に同じであってよい。
【００２６】
こうして、被加工物と研削砥石との間の相対速度は、瞬間被加工物回転速度を制御することによって、制御される。
【００２７】
本発明の一形態による、上記で開示された研削方法の処理パラメータの決定方法が、提供される。処理パラメータを決定する方法には、以下のステップによって、本研削方法の第１ステージと第２ステージとを反復することが含まれる。
ａ．第１ステージにおいて除去される切屑量として、被加工物から除去されるべき切屑の総量を選択すること、
ｂ．被加工物の、事前選択された最高表面温度を維持する目的で、瞬間被加工物回転速度を制御する一方、第１ステージで除去される切屑量を達成するため、第１ステージにおける各増分の対応する切込深さで、第１ステージの増分数を計算すること、
ｃ．ステップｂで得られた、第１ステージの増分数及び瞬間被加工物回転速度の結果として生じる、研削サイクル時間を計算すること、
ｄ．ステップｃで得られた研削サイクル時間が、第１ステージよりも１つ少ない増分を含む研削サイクルで達成される研削時間以下である場合、得られる研削時間が、１つ少ない増分を含む研削サイクルの研削時間よりも大きくなるまで、１つ多くの増分を含む研削サイクルでステップｂ及びステップｃを反復し、それによって、第１ステージにおける瞬間被加工物回転速度の計算値、第１ステージにおける増分数の計算値、及び第１ステージにおける各増分の切込深さの計算値を得ること、
ｅ．ステップｄで得られた、瞬間被加工物回転速度の計算値、第２ステージの事前選択された増分数、及び、第２ステージ中の切込深さに対応する、事前決定された第２ステージのアグレッシブネス値を用いて、第２ステージの切屑除去量を計算すること、
ｆ．被加工物から除去されるべき切屑の総量から、第２ステージにおける切屑除去量を減算することによって、第１ステージにおける切屑除去量を計算すること、
ｇ．ステップｆで得られた第１ステージの切屑除去量を用いて、過去の第１ステージと第２ステージの反復と同じ第１ステージの切屑除去量がステップｆで得られるまで、ステップｂ〜ｆを反復し、
それによって瞬間被加工物回転速度、第１ステージにおける増分数（ｎ１）、第１ステージにおける各増分の切込深さ（ａｅ１）、及び第２ステージにおける各増分の切込深さ（ａｅ２）を決定すること。
【００２８】
決定された瞬間被加工物回転速度、第１ステージにおける増分数（ｎ１）、第１ステージにおける各増分の切込深さ（ａｅ１）、及び第２ステージにおける各増分の切込深さ（ａｅ２）は、次いで、研削機械の電子制御ユニットにプログラムされてよく、それによって該電子制御ユニットは、上記で開示される本研削方法を達成するため、研削機械の動作を制御することができる。処理パラメータが上記のように決定され得ることから、研削機械のオペレータは、研削方法を最適化するのに、自身の経験や多数の試験に依存する必要がない。こうして、得られる被加工物の所望の品質と共に、高い生産性を容易に獲得できる。
【００２９】
上記で開示された反復は、研削砥石の、第１ステージと第２ステージとで一定である砥石速度を用いて行われることが望ましい。即ち、第１ステージと第２ステージを含む研削サイクル全体を通じた砥石速度が一定であることが好ましい。
【００３０】
上記で開示された反復は、第１ステージ中の各増分で、一定の切込深さを用いて行われることが好ましい。上記で開示された反復は、第２ステージ中の各増分で、一定の切込深さを用いて行われることが好ましい。しかし、第２ステージ中の切込深さは、第１ステージ中の切込深さよりも小さいことが好ましい。
【００３１】
本発明の一態様による、研削方法の処理パラメータを決定するためのコンピュータプログラムが提供される。該コンピュータプログラムには、上記で開示された処理パラメータを決定する方法のステップを実施するためのプログラムコードが含まれる。
【００３２】
本発明の一態様による、研削方法の処理パラメータを決定するためのコンピュータプログラムが提供される。該コンピュータプログラムは、上記で開示された処理パラメータを決定する方法のステップを実施するための、コンピュータ可読媒体上に保存されたプログラムコードが含まれる。
【００３３】
該コンピュータプログラムは、電子制御ユニットまたは、該電子制御ユニットに接続されたもしくは該電子制御ユニットと通信するように適合された別のコンピュータに対して、決定された処理パラメータを提供するように、さらにアレンジされていてよい。
【００３４】
電子制御ユニットは、例えば、研削砥石の速度、研削砥石の送り込み量、及び、被加工物を回転させるように適合されたヘッドストックの瞬間回転速度、並びに増分数といったパラメータを制御するように適合された、研削機械の電子制御ユニットであることができる。
【００３５】
本発明の一実施形態による、電子制御ユニット上で、または電子制御ユニットと接続された、もしくは電子制御ユニットと通信するように適合された別のコンピュータ上で実行されたときに、上記で開示された研削方法の処理パラメータを決定する方法を実施するための、コンピュータ可読媒体上に保存されたプログラムコードを含む、コンピュータプログラム製品が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】カムローブの断面図を概略的に示す。
【図２】研削方法実施中の、カムローブ及び研削砥石の断面図を示す。
【図３】本研削方法の第１ステージと第２ステージの反復を示す、最適化アルゴリズムのフローチャートを示す。
【図４】被加工物に与えられる比エネルギー及び被加工物の表面温度プロファイルの、対応するアグレッシブネス値に対する特性曲線の一例を示す。
【図５】実施形態によるコンピュータプログラムを含む装置を、概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下で、本研削方法が、図面を参照しながらより詳細に記載される。しかし、本研削方法は開示され記載された実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲の中で変形されてよい。さらに、ある特徴はより明確に示すために強調されていてよいため、図面は縮尺どおりに示されていると考えられるべきではない。
【００３８】
本発明は、軸方向に延伸する、被加工物の径方向の外表面の研削に関する。本発明は、例えば円形の断面といった任意の種類の形状を有する被加工物に対して用いられ得るが、主としては、非円形の断面を含む、即ち円筒形の形状ではない、被加工物の研削のために開発されている。この文脈では、非円形の断面とは、被加工物の異なる回転角度間で、被加工物の半径が変動することを意味する。しかし、被加工物に、円形であり、したがって一定の半径を有する部分があってもよい。だが該被加工物には、別の部分の半径とは異なる半径を有する、少なくとも１つの部分が含まれる。該被加工物の幾何学的形状は、このように、非回転対称である。これらのタイプの被加工物は、当該技術分野では、しばしば「ｎｏｎ−ｒｏｕｎｄ」と呼ばれる。
【００３９】
図１は、カムローブ１の形態の、非円形の断面を有するこうした被加工物の一例の断面図である。示される例では、カムローブ１には、ヒール部２のところの基礎円部分、２つの側部３、及び頂部４が含まれる。基礎円部分では、半径は一定である。しかし、側部３は基礎円部分とは異なる半径を有し、基本的に直線であるか、事実上凹形であってさえよい。カムローブの幾何学的断面形状は、例示されているものよりもずっとより複雑であることができる。例えば、１よりも多い頂部を備えているか、または凹角の部分を備えていてよい。
【００４０】
図２は、研削中の、研削砥石５の一部及び、カムローブ１の一部の断面図を、概略的に示す。示される例では、被加工物１の回転軸は、研削砥石５の回転軸５ａと平行であり、該被加工物及び該研削砥石は、互いに対して反対方向に回転している。被加工物が回転することによって、研削砥石は水平方向の送り込みで制御されることができ、被加工物の周囲を回転する必要はない。図に示されるように、研削砥石の送り込みは、切込深さａｅの値に調整されている。
【００４１】
図２は、研削砥石の径方向外周によって研削が実施される例を示しているが、研削は、本発明から逸脱することなく、砥石の側面を用いることによっても実施され得る。
【００４２】
本研削方法によると、特定の目的、即ち、第１研削ステージ中の被加工物の一定の最高表面温度を達成するため、瞬間被加工物回転速度が制御される。被加工物回転速度は、被加工物の全ての回転を通じて、即ち全ての増分に関して同一であるが、被加工物と研削砥石との間の接触領域の幾何学的形状の変化に適応するため、特定の回転の中では瞬間的に変動する。このことは、被加工物の１回の回転中に、ある点と別の点とで被加工物回転速度が異なることを意味する。瞬間被加工物回転速度は、こうして特定の１点における被加工物回転速度に関連し、本研削方法中の研削条件の差異に適応する。被加工物の各回転角度に関する瞬間被加工物回転速度は、こうして被加工物回転速度プロファイルを形成する。
【００４３】
さらに、本研削方法による瞬間被加工物回転速度は、第１ステージと第２ステージとで同一である。このことは、研削砥石に接触したときの被加工物の回転角度が同じであれば、被加工物回転速度が基本的に同じになるであろうことを意味すると考えられる。即ち、被加工物の特定の点が研削砥石を通過するとき、被加工物回転速度は回転毎で同一である。したがって、被加工物回転速度プロファイルは、本研削方法の第１ステージと第２ステージとで同一である。
【００４４】
第２研削ステージは同じ被加工物回転速度を用いて実施されるが、研削は、研削スイートスポットを標的にするためにアグレッシブ値を制御しながら行われる。したがって、第２ステージにおけるアグレッシブネス値は、第１ステージのアグレッシブネス値よりも低いものになる。なぜならば、第１ステージの主な目的は、被加工物の熱的損傷のリスクを回避しながら、可能な限り最短の時間で可能な限り最多の切屑を除去することだからである。第２ステージは、一定の表面温度を維持するための同じ方策を用いて実施されるが、一方でアグレッシブネス値はより低いため、被加工物の表面温度もまた、第１ステージよりも第２ステージの方がより低くなる。このように、該被加工物が熱的損傷を受けるリスクはない。
【００４５】
本研削方法によると、第２ステージのアグレッシブネス値は、研削スイートスポットを標的にするようにして制御される。アグレッシブネス値は、以下でさらに記載されるように、第２ステージにおける切込深さを制御することによって制御されることが望ましい。結果として所望の品質が達成されるようにするためには、第２ステージで、適正なアグレッシブネス値が選択されることが非常に重要である。例えば、第２ステージ中に用いられる切込深さが小さすぎる場合、アグレッシブネスをスイートスポットよりも下にシフトしてしまう可能性があり、次いで、材料に与えられる比エネルギーが高すぎて、該材料に熱的損傷が加えられる結果となり得、結果的に品質が劣化するリスクがある（次いで、被加工物の品質が許容レベル以下となるため、生産性が低下する結果となるリスクがある）。これによって、例えば、オペレータまたは工程設計者が、任意の処理パラメータの決定に際して自らの経験を用いる余地が、研削方法の中に残ってしまうリスクがあり得る。Ｋｒａｊｎｉｋらによって提案された定温度方策を用いる粗研削ステージが用いられ、オペレータまたは工程設計者の意図に支配される仕上げステージがそれに続くという研削方法の仮定的ケースを考えると、こうした研削方法は、再現可能且つ一貫した被加工物の品質を生み出さないであろうし、本発明と比較すると、生産性の損失という結果を生み出すであろう。同方法はまた、上記のようにオペレータによって選択される切込深さが小さすぎる場合、熱的損傷のリスクにも曝される。しかし、本研削方法及び本処理パラメータ決定方法によると、オペレータ及び工程設計者の主観的役割は取り除かれる。したがって、本方法によると、一貫した所望の品質の達成が確保される。
【００４６】
本研削方法の第２ステージにおけるアグレッシブネス値が、意図された表面品質、即ち研削スイートスポットを標的にするように制御されていることから、本研削方法によって、頑健で、高度に優れ、再現可能な工程が保証される。これは、研削が常にスイートスポット内またはスイートスポット付近で実施されている結果、被加工物の表面品質のばらつきが非常に小さいからである。次いで、これは非常に高い工程能力指数（ｃｐｋ）に結び付く。
【００４７】
本明細書で開示される研削方法は、上記のようにして被加工物を研削することによって実施される。このように、本研削方法は、被加工物がヘッドストックによって回転軸を中心にして回転される、被加工物の外周面の研削に関する。研削砥石は、例えば被加工物の回転軸と基本的に平行であり得る、回転軸を中心にして回転される。本プロセスは、２つの別々ではあるが相互に関連したステージに分割される。第１ステージは、可能な限り最高の生産性を標的にしながら、被加工物から除去されるべき切屑のほとんどを除去するように適合され、第２ステージは、総切屑除去量のうちのわずかな部分のみを除去するように適合され、被加工物の意図された表面品質、即ち表面粗さを標的にするように適合されている。
【００４８】
以下では、本研削方法の制御の背後にある論理的考察が記載される。この学術は、ここに全体が参照によって援用される、Ｋａｒｊｎｉｋらによる「Ｃｙｃｌｅ  ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ  ｉｎ  ｃａｍ−ｌｏｂｅ  ｇｒｉｎｄｉｎｇ  ｆｏｒ  ｈｉｇｈ  ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ」、  ＣＩＲＰ  Ａｎｎａｌｓ  −  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（２０１４年４月１３日現在、オンラインで入手可能）に記載されている、情報に基づいている。しかし、Ｋｒａｊｎｉｋらは、研削方法の第１ステージ及び第２ステージの使用、及びこれらのステージのそれぞれがどのように制御されるべきかについては、開示していない。
【００４９】
被加工物の複雑な幾何学的形状を考慮すると、該被加工物の周囲の形状は、連続関数として決定されなければならないか、または連続関数として適切に規定され得る。実際には、該幾何学的形状は、被加工物の外周を取り巻くフォロアの中心経路を介して、リフトテーブルを用いて決定されることができる。用いられる個別のデータポイントには、被加工物の全ての回転角度に対して規定された、フォロアの中心角及び、被加工物とフォロアの中心との距離を含む、２変数の組が含まれる。これによって、該幾何学的形状をモデリングするために、３６０の入力パラメータを用いることができる。
【００５０】
研削中、被加工物と研削砥石との接触区域の幾何学的形状は、被加工物が非円形形状であることにより、被加工物の回転角度に伴って変化する。該接触区域の幾何学的形状は、瞬間接触長さｌｃ，ｉによって表され得、ｒｓが研削砥石の半径でありａｅが切込深さであるとき、
0006301012.tif 000002
で表され得る。
【００５１】
本研削方法の１つのステージにおいて全ての送り増分に関する切込深さａｅが一定であることを考えると、切込深さａｅは実際、前記ステージにおける総切屑除去量δを、送り増分の数ｎで除算することによって計算することができる。送り増分の数ｎは、単に、本研削方法のステージに関する、意図された被加工物の形態に到達するための被加工物の回転数である。被加工物の曲率半径Ｒ０，ｉは、各ｉ個目の接触点における、被加工物の幾何学的形状の円近似に用いられる。
【００５２】
研削運動学の主要なパラメータは、ｄｗｓ，ｉが研削砥石と被加工物の回転中心間の距離であり、ψ０，ｉが接触角であり、ωｉが被加工物の角速度であるとき、
0006301012.tif 000003
によって定義される瞬間相対被加工物速度Ｖｗ，ｉである。次いで、この結果生じる瞬間比切屑除去率Ｑ’ｗ，ｉは、以下で計算されることができる。
0006301012.tif 000004
【００５３】
（三熱流束の移動熱源理論に基づく）熱モデリングは、ｋが熱伝導性、ｐが密度、ｃｐが被加工物材料の比熱であるとき、最高表面温度θｍ，ｉ、即ち
0006301012.tif 000005
で、非円形の被加工物を研削するように適合されている。被加工物に与えられる瞬間比エネルギーｅｗは、以下のアグレッシブネス値ａｇｇｒｉ（ここに参照によって援用される、「Ｆａｃｔｏｒｓ  Ａｆｆｅｃｔｉｎｇ  Ｗｈｅｅｌ  Ｃｏｌｌａｐｓｅ  ｉｎ  Ｇｒｉｎｄｉｎｇ」、ＣＩＲＰ  Ａｎｎａｌｓ  −  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、５８（１）、２００９、ｐ．３０７−３１０でも参照することができる）に依存する。
0006301012.tif 000006
【００５４】
値ａｇｇｒｉは小さいため、実用価値をより高めるために、定数Ｃａｇｇｒが適切に製造に用いられてよい。１０６であるＣａｇｇｒを用いることで、典型的には１０から１２０のオーダーで、実用価値が高まる。
【００５５】
アグレッシブネス値ａｇｇｒは無次元であり、チップの最大厚さに対して比例する。しかしアグレッシブネス値によっては、しばしば識別が困難である、切削ポイント密度及びチップ形状ファクタは推定されない。さらに、アグレッシブネス値は、本研削方法で用いられる機械上で変更可能なパラメータ（例えば研削砥石速度Ｖｓ）にのみ依存するという、利点を有している。したがって、アグレッシブネス値は産業上実施における使用に好適である。比エネルギーｅｗの特性曲線は、ｅｗ０が被加工物に与えられる比エネルギーの不変量であり、Ｃｗが定数であり、μが冪指数であるとき、アグレッシブ値ａｇｇｒｉ即ち、
0006301012.tif 000007
に関して与えられる。これらの値は、したがって被加工物に与えられる比エネルギーの特性曲線も、実験的に決定され、被加工物の材料及び使用される研削砥石に依存する。Ｋｒａｊｎｉｋらによる「Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  ｎｏｎ−ｒｏｕｎｄ  ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ  ｇｒｉｎｄｉｎｇ  ｖｉａ  ａｎ  ａｄａｐｔａｂｌｅ  ｃｏｎｓｔａｎｔ−ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｐｒｏｃｅｓｓ」、ＣＩＲＰ  Ａｎｎａｌｓ  −Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ６２  （２０１３）  ３４７−３５０は、こうした実験テストをどのようにして実施するかを開示しており、したがって、本明細書ではさらには記載しない。比エネルギーの特性曲線は、研削スイートスポットの特定を容易にし、したがって本研削方法の第２ステージに適切なアグレッシブ値の特定を容易にする。
【００５６】
実験的に決定される、被加工物に与えられる比エネルギーの特性曲線は、研削スイートスポットを特定するために用いられ、したがって本研削方法の第２ステージに適切なアグレッシブ値を特定するために用いられる。この特性曲線に基づいて、研削スイートスポットのアグレッシブネス値ａｇｇｒｇｓｓは、
0006301012.tif 000008
として計算され、（図４に示すように）用いられる切込深さに関わらず、被加工物の表面温度を最小値にする。
【００５７】
被加工物に与えられる比エネルギーの特性曲線を決定するための実験テストは、研削方法を本研削方法にしたがって正確に較正するために必要な、唯一の実験テストである。こうした実験テストは、被加工物の材料と選択される研削砥石との組み合わせのそれぞれに対して、１度実施されるだけでよい。こうして、機械のオペレータは、研削方法の最適化のためのさらなる設計に際して自身の経験に依存する必要がなく、研削機械を操作するために、以下にさらに記載される反復の結果を利用することができる。
【００５８】
被加工物の一定の設定表面温度Θ＊の計算は、ａｇｇｒ＊＝ａｇｇｒ＊（Θ＊，ｎ）が、被加工物の設定表面温度Θ＊の維持に必要なアグレッシブネス値であるとき、
0006301012.tif 000009
によって与えられる。上記で与えられたアグレッシブネス値の定義に基づいて、対応する被加工物回転速度がｎｗ，ｉ＝３０ωｉ／ＴＴであるとき、Θ＊を達成するための被加工物角速度ωは、
0006301012.tif 000010
で計算されることができる。この速度は理念上のものであり、機械の限界は考慮されていない。実際の製造に際しては、ｎｗ，ｉの達成は、ヘッドストックに関連したいくつかの機械の限界（最高角速度ωｍａｘ’、最高角加速度αｍａｘ’、及び最高角加加速度ｊｍａｘ）、並びに、砥石頭に関連したいくつかの機械の限界（最大送り込み量ｖｆａ，ｍａｘ’、最高加速度αｆａ，ｍａｘ、及び最高加加速度ｊｆａ，ｍａｘ）によって影響されることは、当業者には明らかである。加加速度は、加速度の変化率を制限し、速度プロファイルを円滑なものにする。
【００５９】
さらに、本方法の第１ステージにおける研削は一定の設定最高表面温度を維持する目的で制御されているにもかかわらず、機械の限界から、被加工物の表面温度は、被加工物の回転中のごく一部で設定温度よりも低い可能性がある。しかし、被加工物の表面温度が、設定最高表面温度より高くなることは決してなく、その結果、被加工物が熱的損傷を受けるリスクは全くない。
【００６０】
全研削サイクルにわたって被加工物の設定最高表面温度を維持するように研削を制御する方策によって、サイクル時間は短くなり、それによって生産性が高まるであろうが、被加工物の表面品質は、被加工物の多くの用途に関して許容できないものになる恐れがある。したがって、切屑のほとんどを除去するように適合された第１ステージと、被加工物の所望の仕上げ品質を実現するように適合された第２ステージの、２つのステージで研削を実施することが必要である。結果として、本研削方法は、粗研削ステージと仕上げステージの、２つの研削ステージを含むものとして開発されている。定切屑除去率または定スピンドル出力を維持するように適合された研削方法で、２つのステージにおいて研削を実施することが既に知られている。しかし、既に開示されたように、これらの方法は被加工物の表面温度を考慮に入れていない。さらに、これらの先行技術は、増分数の最適化（及び、各増分内の対応する切込深さ）を考慮に入れていない。したがって、この先行技術による方法は完全には最適化されておらず、研削サイクルは、ある程度オペレータによるサイクルの設計によって影響される。対照的に、本研削方法は完全に頑健であり、オペレータの経験に依存しないが、試行錯誤のテストを経ずに最適な増分数を決定することが可能である。本研削方法は、最適な増分数を決定することによって最適化されることができるが、増分数は、先行技術による研削サイクルの設計の際にはしばしば見過ごされてきたパラメータである。処理パラメータは、以下でさらに開示される、処理パラメータの決定方法によって決定される。本研削方法はまた、熱的損傷に関連する問題を克服し、その結果、被加工物の高生産性と高品質をもたらす。
【００６１】
本研削方法の第１研削ステージは、被加工物の、事前選択された（設定された）最高表面温度を維持する目的で制御される。この事前選択された最高表面温度は、被加工物の材料の特性に基づいて、当然、（典型的には、該被加工物材料の焼き戻し温度に関連付けられた）該材料の熱的損傷閾値よりも下に、設定される。事前選択された最高表面温度を維持する目的で第１ステージの研削を制御することは、被加工物の各回転中の瞬間被加工物回転速度を制御することによって、達成される。被加工物の各回転中、即ち各増分中の切込深さは、第１研削ステージ中の、各増分中及び異なる増分間で、一定である。
【００６２】
理論上は、第１ステージよりは低いアグレッシブネスだが第２ステージよりは高いアグレッシブネスで実施される第３ステージを、第１ステージと第２ステージの間に含むことは可能であろう。しかし、各ステージ用の増分数は、研削サイクル全体中に可能な限り最高の生産性と、同様に可能な限り最高の被加工物の品質を達成するために決定され最適化されるものであるため、こうした工程を実施することは非常に困難であるだろう。したがって、本研削方法の第１ステージの後且つ第２ステージの前に、さらなるステージを含むことは実用的ではない。
【００６３】
本研削方法の第２研削ステージは、研削スイートスポットを標的とするように適合されており、その結果、第２ステージのアグレッシブネス値はそれに応じて選択される。第２研削ステージ中、瞬間被加工物回転速度は、第１研削ステージ中と同じになるように選択される。瞬間被加工物回転速度を第１研削ステージと第２研削ステージとで同じに維持する以外の観点から工程を最適化することによって、同じ所望の結果を達成することは、理論上は可能であろうが、研削機械の従来型のＣＮＣシステムは、各増分に対して同じ被加工物回転速度を利用するように設計されているため、機械の観点からは、これが唯一の実用的な解決法である。本研削方法によると、研削スイートスポットを標的にするために所望のアグレッシブ値を達成するといったことのために、第２ステージのアグレッシブネス値を第１ステージよりも低減させることは、第２ステージの切込深さを第１ステージよりも低減させることによって達成される。第２ステージのアグレッシブネス値の低減は、代替的に、研削砥石の回転速度を変更することによっても達成することができる。しかし、本研削方法は非常に高速の工程であり、研削機械に一定の限界があるため、これは実際には非常に困難であろう。したがって、本研削方法が産業上実施可能であるように、第１研削ステージと第２研削ステージとで、研削砥石の回転速度は一定に保たれる。
【００６４】
本研削方法による各被加工物当たりの合計研削時間の最小化は、最適な送り増分数を用いることで達成可能である。前記最適な送り増分数は、事前選択された最高表面温度と、研削の実施に用いられる機械の機械的限界とに依存する。例えば、第１研削ステージに最適な増分数は、設定最高表面温度が上昇するのにつれて、減少する。最適な増分数はまた、被加工物の幾何学的形状にも依存する。この理由により、送り増分数は、各個別の場合に関して、即ち研削されるべき被加工物と使用される研削砥石との各組み合わせに関して、決定される。下記のように、上記の理論に基づく２つの研削ステージの反復によって、送り増分数を決定することが可能である。
【００６５】
実際には、本研削方法のパラメータは、図３に示すフローチャートを参照して以下で開示されるように、本研削方法の第１ステージと第２ステージの反復によって決定されることができる。
【００６６】
本研削方法の第１ステージと第２ステージの反復が開始される前に、被加工物の所望の最高表面温度が選択される。こうした最高温度は、該被加工物の材料の温度閾値よりも下に設定される。さらに、被加工物に与えられる比エネルギーの特性曲線は実験的に決定され、研削スイートスポットは前記曲線から決定され、それによって、第２ステージ用のアグレッシブネス値が与えられる。さらに、所望の仕上げ用増分数が選択される。通常、仕上げ用の増分数、即ち第２ステージにおける増分数は、実用上の理由により、１、２、または３である。各ステージにおける切屑除去量は事前選択されていないが、研削後の被加工物の所望の品質を達成しながら最高の生産性が提供されるようにして、第１ステージと第２ステージの反復によって決定されるであろうことは、留意されるべきである。
【００６７】
次いで、第１ステージ及び第２ステージの処理パラメータは、本研削方法の第１ステージと第２ステージとを繰り返す、反復によって決定される。
【００６８】
最初の反復（反復インデックスｍ＝０）では、研削サイクル中に被加工物から除去されるべき切屑の総量δ（ＩＮＰＵＴ）が、第１ステージで除去される切屑の量δ１（０）と見なされる。
【００６９】
次いで、研削サイクル全体の時間を最小化するため、被加工物の事前選択された一定の最高表面温度の方策に基づいて、本研削方法の第１ステージの反復が行われる。具体的には、最短研削時間を達成するために、第１ステージの増分数ｎ１（ＯＵＴＰＵＴ）及び対応する切込深さａｅ１（ＯＵＴＰＵＴ）が計算される一方、一定の事前選択された最高表面温度（ＩＮＰＵＴ）を維持する目的で、被加工物の各回転中の瞬間被加工物回転速度（ＯＵＴＰＵＴ）（即ち、被加工物回転速度プロファイル）が制御される。
【００７０】
これ以降、第１ステージの研削サイクル時間ｔｊが、第１ステージにおける増分数ｎ１＝ｊに関して計算され、１つ少ない増分の場合の研削時間ｔｊ−１以下であった場合、第１ステージの反復が、追加の増分１を用いて繰り返される。増分ｊに関する研削時間の計算値が増分ｊ−１の研削時間以下ではなかった場合、本研削方法の第２ステージが反復される。
【００７１】
第１研削ステージの繰り返しによる被加工物回転速度の計算値は、次いで、事前選択されたスイートスポットのアグレッシブネス値（ＩＮＰＵＴ）を達成するのに必要な、本研削方法の第２ステージの切込深さａｅ２（ＯＵＴＰＵＴ）の計算に用いられる。こうして、本研削方法の第２ステージは、本研削方法の第１ステージと同じ瞬間被加工物回転速度を用いた条件下で、実施されるように適合されている。
【００７２】
ここで、スイートスポットに関連付けられたアグレッシブネス値は、第１ステージ中のアグレッシブネス値よりも常に低いということは、留意されてよい。したがって、被加工物の表面温度は、第２ステージの方が第１ステージよりも常に低い。
【００７３】
次いで、第２ステージにおいて事前選択された増分数と、第２ステージの切込深さａｅ２の計算値とに基づいて、第２ステージの総切屑除去量δ２が決定される。
【００７４】
第１ステージの切屑除去量δ１は、得られた値δ２に基づいて、総切屑除去量δからδ２を減算することによって決定される。
【００７５】
次いで、第１研削ステージ及び第２研削ステージが、（ｍ＋１）回目の反復で得られたδ１が、ｍ回目の反復のδ１に一致するまで、繰り返される。
【００７６】
（被加工物の表面全体が研削されるため）増分数が常に整数でなくてはならないことから、反復方法は、（ｍ＋１）回目の反復において、ｍ回目の反復と同じ第１ステージの増分数ｎ１が達成されたときに、終了する。
【００７７】
図４は、（この場合はカムローブである）被加工物に与えられる、比エネルギーの特性曲線の例を示す。図４に示す結果は、ＣＢＮホイールと、従来からカムローブに用いられている材料とのために得られたものである。本曲線は、研削スイートスポット及び、本研削方法の第２ステージの対応するアグレッシブネス値（この場合約４０）を決定するために用いられる。次いで、上記で特定される反復に対して、前記アグレッシブネス値が用いられる。図４は、第１ステージ及び第２ステージの、被加工物表面温度対アグレッシブネス値も、また示す。
【００７８】
このように、本研削方法の処理パラメータの決定方法には、以下のステップによって本研削方法の第１ステージと第２ステージを反復することが含まれる。
ａ．被加工物から除去されるべき切屑の総量（δ）を、第１ステージで除去される切屑量（δ１）として選択するステップ（Ｓ１）、
ｂ．第１ステージで除去される切屑量（δ１）を達成するために、第１ステージにおける増分数（ｎ１）と共に、第１ステージにおける各増分に関する対応する切込深さ（ａｅ１）を計算し、その一方で、被加工物の事前選択された最高表面温度（Θ＊）を維持する目的をもって、瞬間被加工物回転速度を制御するステップ（Ｓ２）、
ｃ．第１ステージの増分数（ｎ１）及びステップｂで得られた瞬間被加工物回転速度の結果もたらされる、研削サイクル時間（ｔｊ）を計算するステップ（Ｓ３）、
ｄ．ステップｃで得られた研削サイクル時間（ｔｊ）が、第１ステージに１少ない増分を含む研削サイクルで達成される研削時間（ｔｊ−１）以下である場合、得られる研削時間が、１少ない増分を含む研削サイクルの研削時間よりも大きくなるまで、１つ多い増分を含む研削サイクルに関するステップｂ及びステップｃを反復し、それによって、第１ステージの瞬間被加工物回転速度の計算値、第１ステージの増分数（ｎ１）の計算値、及び第１ステージの各増分の切込深さ（ａｅ１）の計算値を得るステップ（Ｓ４）、
ｅ．ステップｄで得られた瞬間被加工物回転速度の計算値、第２ステージの事前選択された増分数（ｎ２）、及び第２ステージ中の切込深さ（ａｅ２）に対応する第２ステージの事前選択されたアグレッシブネス値を用いて、第２ステージの切屑除去量（δ２）を計算するステップ（Ｓ５）、
ｆ．被加工物からの総切屑除去量（δ）から第２ステージの切屑除去量（δ２）を減算することによって、第１ステージの切屑除去量（δ１）を計算するステップ（Ｓ６）、
ｇ．ステップｆにおいて、過去の第１ステージと第２ステージの反復と同じだけの、第１ステージの切屑除去量（δ１）が得られるまで、ステップｆで得られた第１ステージの切屑除去量（δ１）を用いて、ステップｂからｆを反復するステップ（Ｓ７）、
それによって、瞬間被加工物回転速度、第１ステージの増分数（ｎ１）、第１ステージの各増分の切込深さ（ａｅ１）、及び第２ステージの各増分の切込深さ（ａｅ２）が決定される。
【００７９】
上記の反復は、該反復を実施するように適合されたプログラムコードを含むコンピュータプログラムによって実施されるのが、適切である。該コンピュータプログラムは、研削機械から独立したコンピュータ上で実行されることができ、得られたパラメータ、即ち出力は、従来型の研削機械の（該研削機械を制御するように適合された）制御手段内にプログラムされることができる。代替的には、該パラメータは、任意の従来の通信手段によって伝達されることができ、該研削機械を制御するように適合された制御手段に対して提供されることができる。コンピュータプログラムを、コンピュータまたは、研削機械に関連付けられた電子制御ユニットであって、間接的または直接的に該研削機械の動作を制御するように適合された電子制御ユニットに組み込むこともまた、可能である。
【００８０】
本開示による本研削方法及び本研削方法の処理パラメータの決定方法を用いて実施されたテストによって、実施時に、同一の研削機械を用いて定切屑除去量または定スピンドル出力の既知の工程と比べて、本工程の生産性を約３０％〜５０％向上することが可能であることが示された。さらに、本研削方法は、再現可能で一貫した被加工物の品質をもたらすが、それは例えば、オペレータまたは工程設計者による経験に基づく研削サイクル設計に依存する研削方法の場合には、可能ではないであろう。
【００８１】
本研削方法は上記の具体的な実施形態に限定されないが、添付の特許請求の範囲の中で変形されてよい。
【００８２】
例えば、本研削方法は、好みに応じて、本発明の範囲を逸脱することなく、オプションでいわゆるスパークアウトステップを含み得る。こうしたスパークアウトにおいては、送りは全く適用されないため、研削砥石及び非加工物上に蓄えられている全ての荷重は、除去される。
【００８３】
さらに、本明細書で開示される研削方法は、同じ目的で用いられる、従来の研削機械または用具で使用することができ、特定の研削機械などによって限定されない。
【００８４】
図５は、例示の装置５００の図である。研削機械の電子制御ユニットは、例えば例示の装置５００を備え得るか、または該装置は該研削機械からは独立したユニットであり得る。装置５００は、非揮発性メモリ５２０、データ処理ユニット５１０、及び読み出し／書き込みメモリ５５０を備える。非揮発性メモリ５２０は、例えばオペレーティングシステムといったコンピュータプログラムが、装置５００の機能を制御するために保存されている、第１のメモリ要素５３０を有する。装置５００は、バスコントローラ、シリアル通信ポート、Ｉ／Ｏ手段、Ａ／Ｄコンバータ、日時入力及び転送ユニット、イベントカウンタ、並びに割り込みコントローラ（図示せず）をさらに備え得る。非揮発性メモリ５２０は、第２のメモリ要素５４０もまた有する。
【００８５】
回転軸を中心にして回転される非円形の被加工物を研削するための研削方法の処理パラメータであって、該被加工物は基本的に回転対称である研削砥石によって研削され、該研削方法は第１ステージと第２ステージを含み、該処理パラメータは、以下のステップによって本方法の第１ステージと第２ステージとを反復することによって決定される、処理パラメータを決定するルーチンを含む、コンピュータプログラムＰが存在する。
ａ．被加工物から除去されるべき切屑の総量（δ）を、第１ステージで除去される切屑量（δ１）として選択するステップ、
ｂ．第１ステージで除去される切屑量（δ１）を達成するために、第１ステージにおける増分数（ｎ１）と共に、第１ステージにおける各増分に関する対応する切込深さ（ａｅ１）を計算し、その一方で、被加工物の事前選択された最高表面温度（Θ＊）を維持する目的をもって、瞬間被加工物回転速度を制御するステップ、
ｃ．第１ステージの増分数及びステップｂで得られた瞬間被加工物回転速度の結果もたらされる、研削サイクル時間（ｔｊ）を計算するステップ、
ｄ．ステップｃで得られた研削サイクル時間（ｔｊ）が、第１ステージの１少ない増分を含む研削サイクルで達成される研削時間（ｔｊ−１）以下である場合、得られる研削時間が、１少ない増分を含む研削サイクルの研削時間よりも大きくなるまで、１つ多い増分を含む研削サイクルに関するステップｂ及びステップｃを反復し、それによって、第１ステージの瞬間被加工物回転速度の計算値、第１ステージの増分数（ｎ１）の計算値、及び第１ステージの各増分の切込深さ（ａｅ１）の計算値を得るステップ、
ｅ．ステップｄで得られた瞬間被加工物回転速度の計算値、第２ステージの事前選択された増分数（ｎ２）、及び第２ステージ中の切込深さ（ａｅ２）に対応する第２ステージの事前選択されたアグレッシブネス値を用いて、第２ステージの切屑除去量（δ２）を計算するステップ、
ｆ．被加工物からの総切屑除去量（δ）から第２ステージの切屑除去量（δ２）を減算することによって、第１ステージの切屑除去量（δ１）を計算するステップ、
ｇ．ステップｆにおいて、過去の第１ステージと第２ステージの反復と同じだけの、第１ステージの切屑除去量（δ１）が得られるまで、ステップｆで得られた第１ステージの切屑除去量（δ１）を用いて、ステップｂからｆを反復するステップ。
それによって、瞬間被加工物回転速度、第１ステージの増分数（ｎ１）、第１ステージの各増分の切込深さ（ａｅ１）、及び第２ステージの各増分の切込深さ（ａｅ２）が決定される。
【００８６】
該コンピュータプログラムは、電子制御ユニットまたは、該電子制御ユニットに接続されたもしくは該電子制御ユニットと通信するように適合された別のコンピュータに対して、決定された処理パラメータを提供するように、さらにアレンジされていてよい。
【００８７】
該コンピュータプログラムは、実行可能な形態の圧縮形態で、メモリ５６０及び／または読み出し／書き込みメモリ５５０内に保存されていてよい。
【００８８】
データ処理ユニット５１０は特定の機能を実行するように記載されているが、このことは、データ処理ユニット５１０がメモリ５６０内に保存されたプログラムの特定の部分か、または読み出し／書き込みメモリ５５０内に保存されたプログラムの特定の部分を実行することを意味する。
【００８９】
データ処理装置５１０は、データバス５１５を介してデータポート５９９と通信することができる。非揮発性メモリ５２０は、データバス５１２を介してデータ処理ユニット５１０と通信するように意図されている。独立したメモリ５６０は、データバス５１１を介してデータ処理ユニット５１０と通信するように意図されている。読み出し／書き込みメモリ５５０は、データバス５１４を介してデータ処理ユニット５１０と通信するように適合されている。
【００９０】
データはデータポート５９９上で受信されると、第２メモリ要素５４０内に一時的に保存される。受信された入力データが一時的に保存されると、データ処理ユニット５１０は、上記のようにコード実行を実施するように用意される。
【００９１】
本明細書に記載された方法の部分（複数）は、メモリ５６０または読み出し／書き込みメモリ５５０内に保存されたプログラムを実行するデータ処理ユニット５１０によって、本装置５００で実行され得る。装置５００が該プログラムを走らせるとき、本明細書に記載された方法が実行される。
【００９２】
本発明の例示の実施形態の上記の記載は、例示及び説明の目的のために提供されている。本発明を網羅することや、本発明を記載の変形例に限定することは、意図されていない。多数の修正例と変形例が、明らかに、当業者にとって明白になるであろう。諸実施形態は、本発明の原理及びその実際的応用を最もよく説明し、それによって、様々な実施形態に関して、及び意図された用途に適合する様々な変形例と共に、当業者が本発明を理解するために、選択され記載されてきた。
【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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