(57)【要約】  研削ホイールによってワークピースを研削するための方法が開示されている。ワークピースは、円筒形状の軸受表面（３）と、円筒形状の軸受表面から外向きに延在する、半径方向に延在する側壁部（４）と、円筒形状の軸受表面と側壁部を接続する湾曲した移行部分（５）とを含む。研削の間に、インクリメントの中の送りは、ワークピースの最高の表面温度を結果として生じさせる、研削ホイールのポイントにおいてワークピースの事前設定された最大表面温度を実現するように選択される。そのうえ、そのような研削方法に関する処理パラメーターを決定するための方法が開示されている。【選択図】図１ｂ
2018525235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本質的に回転対称な研削ホイール（６）によってワークピースを研削する方法であって、前記ワークピースは、円筒形状の軸受表面（３）と、前記円筒形状の軸受表面から外向きに延在する、半径方向に延在する側壁部（４）と、前記円筒形状の軸受表面と前記側壁部を接続する湾曲した移行部分（５）とを含み、前記研削ホイールは、前記円筒形状の軸受表面の軸線方向の広がりよりも小さい軸線方向の広がりを有しており、前記方法は、一緒になって研削サイクルを定義する複数の研削インクリメントで前記ワークピースを研削することを含み、それぞれの研削インクリメントは、前記ワークピースに対する前記研削ホイールのそれぞれの送りによって実施される、方法において、それぞれの研削インクリメントにおいて、前記送りは、前記ワークピースの最高の表面温度を結果として生じさせる、前記研削ホイールのポイントにおいて前記ワークピースの事前設定された最大表面温度を実現するように選択されることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記送りは、軸線方向の送りおよび半径方向の送りを含み、前記軸線方向の送りおよび前記半径方向の送りは、前記ワークピースの前記最高表面温度を結果として生じさせる、前記研削ホイールの前記接触ポイントにおいて前記ワークピースの前記事前設定された最大表面温度を実現するように独立して選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記研削ホイールは、前記研削サイクルの全体を通して一定の回転速度で回転させられる、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記ワークピースは、前記研削サイクルの全体を通して一定の回転速度で回転させられる、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記ワークピースは、クランクシャフト（１）のクランクピン（２）である、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
研削ホイールプロファイルを有する本質的に回転対称な研削ホイール（６）によってワークピースを研削するための研削方法の処理パラメーターを決定する方法であって、前記ワークピースは、円筒形状の軸受表面（３）と、前記円筒形状の軸受表面から外向きに延在する、半径方向に延在する側壁部（４）と、前記円筒形状の軸受表面と前記側壁部を接続する湾曲した移行部分（５）とを含み、前記研削ホイールは、前記円筒形状の軸受表面の軸線方向の広がりよりも小さい軸線方向の広がりを有しており、前記方法は、事前設定された最大表面温度（θ＊）に基づいて、インクリメントの数（ｎ）、ならびに、前記インクリメントのそれぞれの前記軸線方向の送り（ａｚ，ｉ）および半径方向の送り（ａｘ，ｉ）を決定することを含み、前記方法は、以下のステップ、
ａ）研削サイクルの終わりにおける前記研削ホイールの位置に基づいて、半径方向および軸線方向への前記ワークピースの中への距離（ｄｚ，ｊ、ｄｘ，ｊ）をそれぞれ決定し、これにより、前記研削ホイールプロファイルの下限（ｓ０，ｊ）および上限（ｓ１，ｊ）によって決まる対応する接触部分を決定するステップ（４０１）と、
ｂ）対応するインクリメントで、前記対応するインクリメントの間に前記ワークピースの最高表面温度を結果として生じさせる、前記研削ホイールの前記接触部分のポイントにおいて前記事前設定された最大表面温度（θ＊）を維持するために必要な軸線方向の送り（ａｚ，ｊ）および半径方向の送り（ａｘ，ｊ）を決定するステップ（４０２）と、
ｃ）ステップｂ）において決定された前記軸線方向の送り（ａｚ，ｊ）および前記半径方向の送り（ａｘ，ｊ）に基づいて、前記軸線方向の送りおよび半径方向の送りによって１つのインクリメントの完了の後に結果として生じる研削ホイール位置を決定するステップと、
ｄ）ステップｃ）において得られた前記研削ホイール位置に基づいて、前記研削ホイールプロファイルの対応する下限および上限を備えた対応する接触部分を決定するステップ（４０３）と、
ｅ）前記接触部分の前記下限が、ステップｄ）において得られた前記接触部分の前記上限よりも小さいケースでは、前記接触部分の前記接触下限が前記上限よりも小さくなくなるまで、ステップｂ）からｄ）を繰り返すステップ（４０４）と、
ｆ）前記研削プロセスにしたがって、得られたインクリメント（ｉ）およびそれらのそれぞれの軸線方向の送りおよび半径方向の送りをインデックスするステップ（４０５）と
を含む、方法。
【請求項７】
ステップｂ）において、前記ワークピースの最高表面温度を結果として生じさせる、前記研削ホイールの前記接触部分のポイントにおいて前記事前設定された最大表面温度（θ＊）を維持するために必要な前記軸線方向の送り（ａｚ，ｊ）および半径方向の送り（ａｘ，ｊ）を決定することは、前記対応するインクリメントにおいて最大材料除去率を実現するように実施される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記事前設定された最大表面温度（θ＊）にマッチさせるために、前記研削ホイールプロファイル位置（ｓ）の関数として限界切り込み深さ（ａｅ＊）を計算し、前記現在の接触区間において前記限界切り込み深さ関数の２つのクリティカルポイント（ｓｃｒ１、ｓｃｒ２）を選択し、対応する軸線方向の送りおよび半径方向の送りを決定するために前記２つのクリティカルポイントを使用することによって、前記軸線方向の送りおよび半径方向の送りが、ステップｂ）において決定される、請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
前記限界切り込み深さ関数は、以下の等式（等式２２）によって与えられ、
2018525235.tif 000027
ここで、θ＊は、前記事前設定された最大表面温度であり、ｋは、前記ワークピース材料の熱伝導率であり、ρは、前記ワークピース材料の密度であり、ｃｐは、前記ワークピース材料の比熱であり、ｅｗは、前記ワークピースの中への比エネルギーであり、ｖｓは、研削ホイール速度であり、ａｇｇｒは、アグレッシブネスナンバーである、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記総合比エネルギー特性ｅｔｏｔ（ａｇｇｒ）は、研削パワー測定から得られ、前記研削パワー測定は、軸線方向の送りだけが使用される側壁部の研削だけを含む第１のステップと、半径方向の送りだけが使用される円筒形状の軸受表面の研削だけを含む第２のステップとにおいて実施され、前記移行領域での前記総合比エネルギーは、指数補間によって得られ、前記ワークピース特性の中への前記比エネルギーｅｗ（ａｇｇｒ）は、エネルギー分配率を計算して、それぞれの研削タイプに関する前記総合比エネルギー特性にそれらを別々に適用することによって決定され、前記移行領域での前記比エネルギーは、再び、指数補間によって得られる、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
研削方法の処理パラメーターを決定するためのコンピュータープログラム（Ｐ）であって、前記コンピュータープログラムは、請求項６から１０のいずれか一項に記載の方法ステップを実施するためのプログラムコードを含む、コンピュータープログラム（Ｐ）。
【請求項１２】
決定された前記処理パラメーターを、電子制御ユニットに、または、前記電子制御ユニットに接続されているか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ている別のコンピューターに提供するようにさらに配置されている、請求項１１に記載のコンピュータープログラム。
【請求項１３】
請求項６から１０のいずれか一項に記載の方法を実施するための、コンピューター可読媒体の上に記憶されたプログラムコードを含有するコンピュータープログラム製品であって、前記コンピュータープログラムは、電子制御ユニットの上で、または、前記電子制御ユニットに接続されているか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ている別のコンピューターの上で実行される、コンピュータープログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、研削ホイールによってワークピースを研削する方法に関し、ワークピースは、円筒形状の軸受表面と、円筒形状の軸受表面から外向きに延在する、半径方向に延在する側壁部と、円筒形状の軸受表面と側壁部を接続する湾曲した移行部分とを含む。また、本開示は、そのような研削方法の処理パラメーターを決定するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
クランクシャフト１は、図１ａに示されているように、回転軸線Ａを有しており、また、複数のクランクピン２またはジャーナルを含む。図１ｂは、そのようなクランクピン２の一部の断面図を図示している。クランクピン２は、円筒形状の軸受表面３と、半径方向に延在する側壁部４と、通常は、湾曲した部分５とを含む。円筒形状の軸受表面３は、クランクシャフトの回転軸線に平行な中心軸線を有している。側壁部は、円筒形状の軸受表面の両側の軸線方向端部に配置されており、それぞれの湾曲した部分５を介して円筒形状の軸受表面に接続されており、湾曲した部分５は、円筒形状の軸受表面の軸線がその中に配置されている平面と一致する平面の中に半径を有している。側壁部は、円筒形状の軸受表面の全周の周りにそれぞれ延在しており、したがって、円筒形状の軸受表面の中心軸線の周りに円筒形状の表面の形態を有している。
【０００３】
鍛鋼製クランクシャフトは、研削によって誘発される熱的損傷に敏感であり、それは、クランクシャフトの品質不良を結果として生じさせる可能性がある。ワークピースに対する熱的損傷の共通のタイプは、研削焼け（酸化焼け）、冶金学的相変態、潜在的な再硬化を伴う表面層の軟化（焼き戻し）、好ましくない残留引張応力、亀裂、および、疲労強度の低減である。これは、たとえば、Ｍａｌｋｉｎ  ａｎｄ  Ｇｕｏ，  ＣＩＲＰ  Ａｎｎａｌｓ  −  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  Ｖｏｌｕｍｅ  ５６，  Ｉｓｓｕｅ  ２，  ２００７，  Ｐａｇｅｓ  ７６０−７８２によって報告されている。したがって、クランクピンの研削は重要である。その理由は、それが、円筒形状の軸受表面だけではなく、湾曲した部分および側壁部の寸法、表面品質、および疲労寿命にも影響を与えるからである。そのうえ、クランクピンの研削は、不均一な研削ホイール摩耗を結果として生じさせることが多く、そして、それは、クランクシャフトの品質に影響を与える可能性がある。
【０００４】
研削されることとなるピンの幅に対応する幅、および、円筒形状の軸受表面と側面部との間の湾曲した部分の半径に等しいコーナー半径を有する研削ホイールプロファイルを有する研削ホイールを使用して、プランジ研削によってクランクピンを研削することが、以前から公知であり、したがって、研削の間に、側壁部が同時に研削される。しかし、この方法は、不均一な研削ホイール摩耗、および、クランクピンに対して熱的に誘発される損傷の大きなリスクの不利益を有している。したがって、他の研削戦略も開発されており、研削は、研削ホイールの半径方向の送りによって実施されるだけではない。
【０００５】
クランクピンの研削に関する別の方法は、半径方向のプランジと軸線方向の研削を組み合わせた方法であり、プロセスの大部分に関して、研削ホイールは、クランクピンの中へ半径方向に押し進み（ｐｌｕｎｇｅ）、仕上げの間に、アングルプランジ研削（ａｎｇｌｅ−ｐｌｕｎｇｅ  ｇｒｉｎｄｉｎｇ）がそれに続く。この方法では、研削ホイール幅は、２つの側壁部の間の距離よりも小さい。この半径方向のプランジと軸線方向の研削を組み合わせた方法は、とりわけ、研削ホイールが半径方向に押し進められるので、特定の欠点に悩まされる可能性がある。たとえば、研削パラメーターが研削焼けを回避するように選択される場合には、研削サイクルタイムが長くなる。より短い研削サイクルタイムが望まれる場合には、研削焼けのリスクが大きく増加する。そのうえ、そのような研削は、高いアグレッシブネスナンバー（ａｇｇｒｅｓｓｉｖｅｎｅｓｓ  ｎｕｍｂｅｒ）および高い不均一な研削ホイール摩耗を伴う。
【０００６】
さらに別の研削方法は、いわゆるアングルプランジ研削方法であり、そこでは、研削ホイールが、半径方向および軸線方向の両方に所定の角度でクランクピンの中へ押し進み、典型的に、円筒形状の軸受表面の研削よりも前に側壁部の研削が完了されることとなるように選択された研削ホイール送りの角度で、研削を実施する。ＥＰ１６３５９８９Ｂ１は、そのようなプロセスの例を開示している。
【０００７】
そのうえ、米国特許第４，６０３，５１４（Ａ）号は、円筒形状の部分と、２つの側壁部部分と、円筒形状の部分とそれぞれの側壁部を接続する湾曲した部分とを有するワークピース、たとえば、クランクシャフトピンまたはジャーナルなどを研削する方法を開示している。研削は、ワークピースの２つの側壁部の間のスペースよりも小さい幅を有する研削ホイールによって実施される。研削の間に、研削ホイールおよびワークピースは、２つの直交する方向に同時に互いに向けて相対的に移動させられ、ワークピースの一方の側壁部および円筒形状の部分の一部が、斜め送り研削によって形状決めされ、他方の側壁部および円筒形状の部分の残りの部分に対する同様の研削動作がそれに続くようになっている。そのような角度付きのベクトル研削（ａｎｇｌｅｄ−ｖｅｃｔｏｒ  ｇｒｉｎｄｉｎｇ）は、任意のプロファイルの回転対称な研削ホイールを利用する本質的に円筒形状の研削であり、そこでは、ホイールおよびワークピースの回転軸線が平行になっている。
【０００８】
アングルプランジ研削は、半径方向のプランジ研削と比較して、基本的により良好なプロセスであり、より短い研削サイクルタイム、および、より小さい焼けのリスクを与える。しかし、アングルプランジ研削の深刻な欠点は、入ってくるクランクピン寸法の中に大きく振れが存在するときに、材料除去率の中に大きい急上昇が起こる可能性があるということである。それに加えて、アングルプランジ研削は、本来的により良好なプロセスであるが、そこでは、基本的な研削パラメーターが、明確に理解または定量化されていない。それどころか、研削パラメーターは、トライアル−アンド−エラーに基づいて任意に選ばれ、高い温度を有するクランクピンの領域、および、低い温度を有する他の領域を結果として生じさせる。
【０００９】
選ばれる研削方法に関係なく、クランクピンの研削は、制御することが容易ではない。側壁部の研削は、ホイールプロファイルに沿ってアグレッシブネスナンバーの極端な変化を経験し、また、円筒形状の表面を研削することと比較して、より長いカッティング経路長さを経験する。したがって、研削ホイールの１つの部分は、高いアグレッシブネスナンバーを経験し、過度のホイール摩耗、および、ワークピースの不十分な表面仕上げ（高い表面粗度）を引き起こし、一方、ホイールの別の部分は、低いアグレッシブネスナンバーを経験し、高い温度を引き起こし、それは、ワークピースの熱的損傷につながる可能性がある。
【００１０】
Ｏｌｉｖｅｉｒａら，  ＣＩＲＰ  Ａｎｎａｌｓ  −  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  Ｖｏｌｕｍｅ  ５４，  Ｉｓｓｕｅ  １  ，  ２００５，  Ｐａｇｅｓ  ２６９−２７２は、クランクピン側壁部を研削するために用いられる軸線方向の研削戦略または半径方向の研削戦略を議論している。軸線方向の送りでは、研削ホイールは、クランクシャフトに対して軸線方向に移動させられ、一方、半径方向の送りでは、ホイールは、クランクシャフト回転軸線に向けて垂直方向に押し進められる。Ｏｌｉｖｅｉｒａらは、とりわけ、熱的損傷およびホイール摩耗を低減させるために最も適切な研削戦略および研削条件を選択する前記情報に基づいて適用される研削戦略のそれぞれにしたがって、ホイールプロファイルの最も影響を与えられるエリアを決定することが可能であるということを結論付けた。そのうえ、多段階の軸線方向面の研削戦略は、プロセス設計に関してフレキシブルな解決策を提供するということ、ならびに、選択されるステップの数にしたがって、特定の材料除去率、および、ホイールプロファイルに沿った最大摩耗の位置を調節することが可能であり、それによって、プロセスのより良好な制御を実現するということが結論付けられた。
【００１１】
クランクピンは、シャフト主回転軸線に対して偏心しており、それは、クランクシャフトの回転位相にしたがって、回転している研削ホイール（ホイールヘッド）をクランクピンの方向に移動させることを必要とする。半径方向の送りのそのような調整は、ＣＮＣによってワークピース（Ｘ軸）に向けて半径方向に研削スピンドルを横断させることによって行われ得る。軸線方向の送りは、Ｘ軸から独立した、ＣＮＣ制御されたＺ軸によって実現化されている。これは、たとえば、米国特許第６，８７８，０４３（Ｂ１）号に開示されている。
【００１２】
そのうえ、クランクシャフトが一定の回転速度で回転するときには、相対的なワークピース速度は、研削ホイールがワークピースの周囲部の周りを通過するときに、クランクシャフトの回転位相にしたがって連続的に変化する。
【００１３】
クランクピン研削に関連付けられる問題が上記に開示されてきたが、円筒形状の軸受表面と、側壁部と、湾曲した移行部分とを含む、他のワークピースに同じことが当てはまる。
【発明の概要】
【００１４】
本発明の目的は、研削ホイールによるワークピースの研削方法を可能にすることであり、ワークピースは、円筒形状の軸受表面と、円筒形状の軸受表面の軸線方向端部から半径方向外向きに延在する少なくとも１つの側壁部と、円筒形状の軸受表面と前記少なくとも１つの側壁部を接続する湾曲した移行領域とを含み、研削方法は、熱的損傷を回避する観点から、ワークピースの高い生産性および制御された品質を結果として生じさせ、その研削方法は、産業的に実装され得る。
【００１５】
本目的は、請求項１に記載の研削方法、および、請求項６に記載の研削方法のプロセスパラメーターを決定するための方法によって実現される。例示する実施形態は、従属請求項によって定義されている。
【００１６】
ワークピースは、たとえば、クランクシャフトのクランクピンであることが可能であるが、それに限定されない。ワークピースは、円筒形状の軸受表面と、湾曲した部分と、側壁部とを含む、任意のワークピースであることが可能であり、側壁部は、円筒形状の軸受表面の軸線方向端部から半径方向外向きに延在しており、湾曲した部分によって円筒形状の軸受表面に接続されている。
【００１７】
本発明は、それぞれのインクリメントの間の切り込み深さを制御することによってワークピースを研削することに基づいており、ワークピースの最高表面温度を引き起こす研削ホイールプロファイルの上のポイントが、ワークピースの事前設定された最大表面温度以下のままであるようになっている。したがって、ワークピースの表面温度は、決して、事前設定された最大表面温度閾値よりも高くなることはできず、したがって、ワークピースの熱的損傷が回避される。そのうえ、設定表面温度にしたがって、研削サイクルのそれぞれのインクリメントに関する切り込み深さを制御することは、ワークピースを研削するために必要とされるインクリメントの最低の数を結果として生じさせ、したがって、本来的に、最低の研削サイクルタイムも結果として生じさせる。それによって、研削は、研削によって引き起こされるワークピースの熱的損傷のリスクなしに、高い生産性で制御された様式で実施され得、したがって、ワークピースの制御された品質が実現される。
【００１８】
本発明によれば、本質的に回転対称な研削ホイールによってワークピースを研削する方法が提供され、ワークピースは、円筒形状の軸受表面と、円筒形状の軸受表面から外向きに延在する、半径方向に延在する側壁部と、円筒形状の軸受表面と側壁部を接続する湾曲した移行部分とを含み、研削ホイールは、円筒形状の軸受表面の軸線方向の広がりよりも小さい軸線方向の広がりを有している。方法は、一緒になって研削サイクルを定義する複数の研削インクリメントでワークピースを研削することを含み、それぞれの研削インクリメントは、ワークピースに対する研削ホイールのそれぞれの送りによって実施される。それぞれの別々の研削インクリメントにおいて、送りは、ワークピースの最高の表面温度を結果として生じさせる、研削ホイールのポイントにおいてワークピースの事前設定された最大表面温度を実現するように選択される。
【００１９】
送りは、適切には、軸線方向の送りおよび半径方向の送りを含むことが可能であり、軸線方向の送りおよび半径方向の送りは、ワークピースの最高表面温度を結果として生じさせる、研削ホイールのポイントにおいてワークピースの前記事前設定された最大表面温度を実現するように独立して選択される。したがって、研削方法は、適切には、アングルプランジ研削プロセスであることが可能である。これは、たとえば、プロセスの大部分に関して、研削ホイールがワークピースの中へ半径方向に押し進むプロセスと比較して、より短いサイクルタイムを与えるという利点を有している。軸線方向の送りおよび半径方向の送りは、好ましくは、それぞれの研削インクリメントにおいて最大材料除去率を実現するように設定される。
【００２０】
プロセスの制御の簡潔性のために、研削ホイールは、適切には、一定の回転速度で回転させられ得る。
【００２１】
そのうえ、ワークピースは、適切にはプロセスの容易な制御を実現するために、研削サイクルの全体を通して一定の回転速度で回転させられ得る。しかし、それぞれのインクリメントの中で、一定の回転速度でワークピースを回転させるが、互いに続くインクリメントのうちの２つの中で、異なる回転速度でワークピースを回転させることも可能である。望まれる場合には、使用される装置に応じて、インクリメントの中の回転速度を変化させることも可能であり得る。
【００２２】
また、本発明は、研削ホイールプロファイルを有する本質的に回転対称な研削ホイールによってワークピースを研削するための研削方法の処理パラメーターを決定する方法を提供する。ワークピースは、円筒形状の軸受表面と、円筒形状の軸受表面から外向きに延在する、半径方向に延在する側壁部と、円筒形状の軸受表面と側壁部を接続する湾曲した移行部分とを含み、研削ホイールは、円筒形状の軸受表面の軸線方向の広がりよりも小さい軸線方向の広がりを有している。方法は、事前設定された最大表面温度に基づいて、インクリメントの数、ならびに、前記インクリメントのそれぞれの軸線方向の送りおよび半径方向の送りを決定することを含み、また、方法は、以下のステップ、
ａ）研削サイクルの終わりにおける研削ホイールの位置に基づいて、半径方向および軸線方向へのワークピースの中への距離をそれぞれ決定し、これにより、研削ホイールプロファイルの下限および上限によって決まる対応する接触部分を決定するステップと、
ｂ）対応するインクリメントで、前記対応するインクリメントの間にワークピースの最高表面温度を結果として生じさせる、研削ホイールの接触部分のポイントにおいて事前設定された最大表面温度を維持するために必要な軸線方向の送りおよび半径方向の送りを決定するステップと、
ｃ）ステップｂ）において決定された軸線方向の送りおよび半径方向の送りに基づいて、前記軸線方向の送りおよび半径方向の送りによって１つのインクリメントの完了の後に結果として生じる研削ホイール位置を決定するステップと、
ｄ）ステップｃ）において得られた研削ホイール位置に基づいて、研削ホイールプロファイルの対応する下限および上限によって、対応する接触部分を決定するステップと、
ｅ）接触部分の下限が、ステップｄ）において得られた接触部分の上限よりも小さいケースでは、接触部分の接触下限が上限よりも小さくなくなるまで、ステップｂ）からｄ）を繰り返すステップと、
ｆ）研削プロセスにしたがって、得られたインクリメントおよびそれらのそれぞれの軸線方向の送りおよび半径方向の送りをインデックスする（ｉｎｄｅｘ）ステップと
を含む。
【００２３】
ステップｂ）において、ワークピースの最高表面温度を結果として生じさせる、研削ホイールの接触部分のポイントにおいて事前設定された最大表面温度を維持するために必要な軸線方向の送りおよび半径方向の送りを決定することは、適切には、対応するインクリメントにおいて最大除去率を実現するように実施され得る。これは、熱的損傷に関するリスクなしに、可能な限り最短の研削サイクルをさらに確実にする。
【００２４】
事前設定された最大表面温度にマッチさせるために、研削ホイール位置の限界切り込み深さ関数を計算することによって、軸線方向の送りおよび半径方向の送りが、ステップｂにおいて決定され得、さらに、現在の接触区間において限界切り込み深さ関数の２つのクリティカルポイントを選択することを含む。次いで、前記クリティカルポイントが、対応する軸線方向の送りおよび半径方向の送りを決定するために使用される。それによって、事前設定された最大表面温度は、接触区間の２つのポイントだけにおいてマッチさせられ、その他の場所はいずれも、実際の切り込み深さは小さくなることとなる。
【００２５】
限界切り込み深さ関数は、
2018525235.tif 000003
として与えられ得、
ここで、θ＊は、事前設定された最大表面温度であり、ｋは、ワークピース材料の熱伝導率であり、ρは、ワークピース材料の密度であり、ｃｐは、ワークピース材料の比熱であり、ｅｗは、ワークピースの中への比エネルギーであり、ｖｓは、研削ホイール速度であり、ａｇｇｒは、アグレッシブネスナンバーである。
【００２６】
総合比エネルギー特性ｅｔｏｔ（ａｇｇｒ）は、たとえば、研削パワー測定（すなわち、実験）から得られ得、研削パワー測定は、軸線方向の送りだけが使用される側壁部の研削だけを含む第１のステップと、半径方向の送りだけが使用される円筒形状の軸受表面の研削だけを含む第２のステップとにおいて実施され、移行領域での総合比エネルギーは、指数補間によって得られる。次いで、ワークピース特性の中への比エネルギーｅｗ（ａｇｇｒ）は、エネルギー分配率を計算して、それぞれの研削タイプ（すなわち、側壁部だけの研削、および、円筒形状の軸受表面だけの研削）に関する総合比エネルギー特性にそれらを別々に適用することによって決定され、移行領域での比エネルギーは、再び、指数補間によって得られる。
【００２７】
本発明の態様によれば、研削方法の処理パラメーターを決定するためのコンピュータープログラムが提供され、そのコンピュータープログラムは、上記に開示されているような処理パラメーターを決定するための方法の方法ステップを実施するためのプログラムコードを含む。
【００２８】
本発明の態様によれば、研削方法の処理パラメーターを決定するためのコンピュータープログラムが提供され、そのコンピュータープログラムは、上記に開示されているような処理パラメーターを決定するための方法の方法ステップを実施するための、コンピューター可読の媒体の上に記憶されたプログラムコードを含む。
【００２９】
コンピュータープログラムは、決定された処理パラメーターを、電子制御ユニットに、または、電子制御ユニットに接続されているかもしくは電子制御ユニットと通信するように適合されている別のコンピューターに提供するようにさらに配置され得る。
【００３０】
電子制御ユニットは、たとえば、軸線方向の送りおよび半径方向の送り、ならびに、インクリメントの数などのような、パラメーターを制御するように適合された研削マシンの電子制御ユニットであることが可能である。
【００３１】
本発明の態様によれば、前記コンピュータープログラムが、電子制御ユニットの上で、または、電子制御ユニットに接続されているかもしくは電子制御ユニットと通信するように適合されている別のコンピューターの上で実行されるときに、上記に開示されているような研削方法の処理パラメーターを決定する方法を実施するための、コンピューター可読媒体の上に記憶されたプログラムコードを含有するコンピュータープログラム製品が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１ａ】クランクシャフトの側面図を概略的に図示する図である。
【図１ｂ】クランクピンの一部分の断面図を概略的に図示する図である。
【図２】クランクピンなどのようなワークピースの研削の運動学を概略的に図示する図である。
【図３ａ】クランクピン研削幾何学形状の２次元の視点を概略的に図示する図である。
【図３ｂ】クランクピン研削幾何学形状の２次元の視点を概略的に図示する図である。
【図４】本発明による研削パラメーターを決定するための方法の第１の例示する実施形態を図示する図である。
【図５】本発明による研削パラメーターを決定するための方法の第２の例示する実施形態を図示する図である。
【図６】実施形態によるコンピュータープログラムを含むデバイスを概略的に図示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下では、本発明は、図面を参照して、より詳細に説明されることとなる。しかし、本発明は、開示および議論されている実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲の中で変化させられ得る。そのうえ、いくつかの特徴は、その特徴を明確に図示するために誇張されている可能性があるので、図面は実寸で描かれていると考慮されるべきではない。
【００３４】
そのうえ、ワークピースは、以下では、クランクピンによって例示されている場合がある。しかし、ワークピースおよび研削方法は、クランクピンの研削に限定されず、ワークピースは、円筒形状の軸受表面と、半径方向に延在する側壁部と、湾曲した移行部分とを有する任意のワークピースであることが可能であり、湾曲した移行部分は、所定の半径を有し、円筒形状の軸受表面と側壁部を接続している。典型的に、ワークピースは、２つの半径方向に延在する側壁部を含み、その側壁部は、円筒形状の軸受表面から外向きに延在しており、湾曲した移行部分によって円筒形状の軸受表面にそれぞれ接続されている。
【００３５】
本開示は、研削ホイールによるワークピースの研削に関する。ワークピースは、中心軸線の周りに配置されている円筒形状の軸受表面を含む。円筒形状の軸受表面の軸線方向端部において、ワークピースは、半径方向に延在する側壁部を含み、その側壁部は、円筒形状の軸受表面の全周の周りに、円筒形状の軸受表面から半径方向外向きに延在している。円筒形状の軸受表面は、所定の半径を有する湾曲した移行部分を構成する表面によって、側壁部に接続されている。以前に開示されているように、図１ａおよび図１ｂは、そのようなワークピースの例を図示している。
【００３６】
研削ホイールは、その回転軸線の周りに本質的に回転対称になっており、前記回転軸線の周りに回転させられる。研削ホイールの回転軸線は、円筒形状の軸受表面の中心軸線に対して本質的に平行である。したがって、研削ホイールの半径方向周囲表面は、円筒形状の軸受表面を研削することとなり、一方、研削ホイールの軸線方向周囲表面は、ワークピースの側壁部を研削することとなる。研削ホイールは、幅、すなわち、軸線方向の広がりを有しており、それは、円筒形状の軸受表面の軸線方向の広がりよりも小さい。
【００３７】
本発明は、基本的な研削パラメーターの観点から、円筒形状の軸受表面、側壁部、および、円筒形状の軸受表面と側壁部を接続する湾曲した移行部分において、研削ホイールとワークピースとの間のインターフェースにおいて生じる複雑なメカニズムを理解するために、綿密な調査に基づいている。これらの基本的な研削パラメーターは、ワークピースと研削ホイールとの間の接触長さ（ｌｃ）、特定の材料除去率（Ｑ’ｗ）、アグレッシブネスナンバー（ａｇｇｒ）、研削パワー（Ｐｇ）、および、ワークピースの最大表面温度（θｍ）である。モデル化に基づいて、研削方法の戦略が開発された。戦略は、最短サイクルタイムを生み出す本質的に一定の温度プロセスを実現するように提供され、最短サイクルタイムは、温度閾値の中で実現され、ワークピースの熱的損傷を回避することが可能である。
【００３８】
ワークピースの熱的損傷を回避するための温度限界は、ワークピースの材料および熱処理プロセスに依存する。温度限界は、「白色層」（ワークピースの材料の中の相変態から結果として生じる、焼き戻しされていないマルテンサイトおよび残留オーステナイトから構成されている）を薄片にして調査することによって、測定されたバルクハウゼンノイズ信号、測定された残留応力値と材料の中への深さとの関係、硬度測定からの熱軟化と材料の中への深さとの関係、および再硬化焼けを介して決定され得、ワークピースに熱損傷を与えることなく研削に関する閾値を決定するために、バルクハウゼンノイズ信号を「較正する」ようになっている。次いで、これらのバルクハウゼンノイズ閾値は、さらに下記に開示されることとなるモデルによってシミュレートされた温度と相関させられ、ワークピースの熱的損傷に関するリスクを回避するために必要とされる研削に関する処理パラメーターを決定することが可能である。
【００３９】
研削方法に関する最適な戦略は、アングルプランジ研削（ベクトル研削としても知られる）の独自バージョンであり、アングルプランジ研削の本来的により良好なアプローチを利用し、トライアル−アンド−エラーに基づいて入力を選択する問題を回避するということが見出されている。しかし、開発されたモデルは、研削に関する他の戦略、たとえば、軸線方向のプランジがその後に続く半径方向のプランジを利用する研削方法を利用する場合にも使用され得る。
【００４０】
本発明にしたがって開発されたモデルは、シミュレーションツールの中に、すなわち、処理パラメーターを決定するためのコンピュータープログラムの中に埋め込まれ得、すなわち、選択された研削インクリメントに関する研削ホイールプロファイルの上のすべてのポイントにおいて、基本的な研削パラメーター、すなわち、ワークピースと研削ホイールとの間の接触長さ、特定の材料除去率、アグレッシブネスナンバー、研削パワー、および最大表面温度を可視化するために使用され得る。
【００４１】
たとえば、以前に説明されているようなワークピースなど、ワークピースの研削の間に、瞬間的な特定の材料除去率、アグレッシブネスナンバー、および比エネルギー（すなわち、材料除去の単位体積当たりのエネルギー）は、円筒形状の軸受表面から、湾曲した移行部分を通して、側壁部へ上昇する接触長さに沿って、変化するだけでなく、実際の瞬間的な接触長さは、プロセスの全体を通しても変化する。それに加えて、研削ホイールが「見る」ものは、湾曲した移行部分の半径に沿って、および、接触の円弧を通して、変化する３次元の表面に起因して変化する。この複雑な幾何学形状は、以前には、モデル化および分析されてきておらず、すべての３つの部分（円筒形状の軸受表面、湾曲した移行部分、および側壁部）を分析しようとすることは、ワークピースと接触している研削ホイール表面のポイント同士の間のほんの短い距離で条件が劇的に変化するので、非常に困難であると分かることが可能である。
【００４２】
これらの困難を克服するために、瞬間的な研削状況の幾何学形状および運動学をモデル化するために、分析的なアプローチがとられ、研削ホイール表面のすべてのポイントを個別にとり、研削ホイール表面の上の隣接するポイントから分離されたエンティティーとしてそれを考慮する。このように、接触長さ、特定の材料除去率、アグレッシブネスナンバー、研削パワー、および最大表面温度の観点からの基本的な研削パラメーターが、仮定をすることなくそれぞれのポイントにおいて明確に決定され得る。そのようなアプローチに基づいて、全研削サイクルに関する研削パラメーターが、それぞれの瞬間において、すなわち、特定の条件および時点において、ワークピースの熱的損傷に関する最も高いリスクを引き起こすこととなる、研削ホイールの時点において、研削ホイールの最もクリティカルなポイントに基づいて最適化され得る。
【００４３】
図２は、どのように相対的なワークピース速度ｖｗが生じるかということを概略的に図示しており、それは、モデル化に必要とされる基本的な運動学的研削パラメーターを構成する。より具体的には、図２は、ワークピース研削運動学の一般化されたケースを概略的に図示しており、そこでは、ワークピース角速度ωがワークピースの周りでモデル化されており（すなわち、ここで、モデル化のために、ホイールがワークピースの周りを移動するということが仮定される）、また、したがって、相対的なワークピース速度ｖｗの機能的な決定に関する幾何学的および運動学的フレームワークを図示している。ワークピースは、たとえば、図１ａおよび図１ｂに示されているようなクランクピン２であることが可能であり、また、明確性のために、ワークピースは、以下では、クランクシャフトのそのようなクランクピン２によって例示されることとなる。
【００４４】
図２に示されているように、ワークピースは、円筒形状の軸受表面３の中心軸線３ｂからその周囲表面３ａまでの半径ｒｗを有しており、研削ホイール６は、その回転中心６ｂからその周囲表面６ａまでの半径ｒｓを有している。クランクピン２を含むクランクシャフト１は、回転軸線Ａを有している。したがって、クランクシャフトの回転軸線Ａと研削ホイールの回転軸線６ｂとの間に、距離ｄｗｓ（φｗｓ）が存在しており、ここで、角度φｗｓが、使用される独立変数を構成する。回転軸線Ａに対するクランクピンの偏心は、ｅｃｃｗと命名されている。
【００４５】
モデル化目的のために、固定されたクランクシャフトを考えると、固定されたクランクシャフトに対する研削ホイールの運動学は、研削ホイール回転およびホイール移動の組み合わせである。ベクトルｄｗｓ（φｗｓ）ω（φｗｓ）は、回転軸線Ａと回転軸線６ｂとの間の線に対して垂直の方向を有しており、その大きさは、現実の用途におけるクランクシャフトの既知の回転速度に起因して知られる。ベクトルｖｆａ（φｗｓ）は、回転軸線Ａと回転軸線６ｂとの間の線に対して平行な方向を有している。研削ホイールはクランクピンの周りに回転するので、ベクトルｖｗｓ（φｗｓ）の方向（ベクトルｄｗｓ（φｗｓ）ω（φｗｓ）およびｖｆａ（φｗｓ）の総和）は既知であり、それは、中心軸線３ｂと回転軸線６ｂとの間の線に対して垂直であるようになっている。
【００４６】
ｄｗｓ（φｗｓ）ω（φｗｓ）ベクトルの既知の大きさおよび方向、ならびに、ｖｗｓ（φｗｓ）ベクトルおよびｖｆａ（φｗｓ）ベクトルの方向に基づいて、ｖｗｓ（φｗｓ）ベクトルおよびｖｆａ（φｗｓ）ベクトルの大きさが決定される。したがって、図２に示されている関係に基づいて、相対的なワークピース速度ｖｗが、下記の等式１にしたがって計算され得る。
2018525235.tif 000004
【００４７】
上記に与えられているような相対的なワークピース速度ｖｗは、研削サイクルの間にワークピースの角速度が変化する可能性を考慮に入れる。しかし、ワークピースの角速度が可変でないケースでは、または、それが一定であるように意図的に選択される場合には、平均ワークピース速度だけが考慮に入れられる必要がある。平均の相対的なワークピース速度は、等式２にしたがって計算され得る。
ｖｗｓ＝ｒｂｓω      （等式２）
ここで、一般的なワークピース半径ｒｗは、クランクピンの円筒形状の軸受表面３の半径ｒｂｓによって置換される。
【００４８】
図３ａおよび図３ｂは、クランクピン研削の基礎的な幾何学形状を図示している。図に示されているように、研削ホイール６は、軸線方向の広がりｂｓ、すなわち、幅、回転軸線から半径方向の周囲表面６ａまでの半径ｒｓを有しており、また、研削ホイールの周囲半径方向の表面と周囲軸線方向の表面との間に、湾曲した移行部分６ｃを含む。研削ホイールの湾曲した移行部分６ｃは、半径ｒ０を有しており、半径ｒ０は、ワークピースの湾曲した移行部分５の意図した半径に適切に対応することが可能である。図３ａに示されているように、半径方向δｘ，ｔｏｔに除去されることとなる意図したトータルストック（ｔｏｔａｌ  ｓｔｏｃｋ）が除去されたときに、円筒形状の軸受表面３は、半径ｒｂｓを有する。ワークピースの側壁部４において、すなわち、軸線方向に除去されることとなるトータルストックは、δｚ，ｔｏｔによって図示されている。側壁部４は、円筒形状の軸受表面から半径方向外向きに延在しており、側壁部の半径方向の周囲表面が、半径ｒｓｗを有するようになっており、すなわち、側壁部は、半径ｒｓｗを有する円筒形状の部分から形成されている。
【００４９】
研削は、先に議論されているように、ワークピースのｚ方向（軸線方向）およびｘ方向（半径方向）に異なる送りによって実施され得る。図３ａおよび図３ｂに示されているように、研削ホイールは、軸線方向距離ａｚ，ｉだけワークピースの中へ移動させられ得、また、半径方向距離ａｘ，ｉ（半径方向の深さ）だけワークピースの中へ移動させられ得、ここで、ｉは、ワークピース回転の反復回数、すなわち、研削インクリメントの数である。図３ａおよび図３ｂに示されている２次元の透視図からは、側壁部は、平坦な表面のように見えることがあるが、研削ホイールは、ワークピースの上に円弧を生成させる。
【００５０】
それぞれのインクリメントにおいて、研削ホイールとワークピースとの間の接触は、現実には、３次元の表面である。表面は、２つのパラメーターを使用して幾何学的に説明され得る。本ケースでは、パラメーター「ｓ」が使用され、パラメーター「ｓ」は、ホイールプロファイルの上の円弧長さを表し、その起点は、断面平面における半径の始まりにある。モデルの中で、パラメーター「ｓ」は、さらに下記に説明されることとなるように、研削モデルにおける独立変数として使用されている。研削ホイールとワークピースとの間の接触の表面を説明するための第２のパラメーターは、たとえば、研削ホイールの円周方向の角度とすることが可能である。しかし、基本的な研削モデル化アプローチをすべてのポイントｓにおいて適用することによって、円周方向の変化が回避され得る。
【００５１】
基礎的な幾何学形状に基づいて、研削ホイールがワークピースに接触しているときに、研削ホイール軸線およびワークピース軸線を通る断面平面の中の研削ホイールプロファイル（すなわち、研削ホイールの周囲表面）の上のそれぞれのポイントｓは、研削ホイールプロファイル円弧長さに関して分析され得、研削ホイールプロファイル円弧長さは、円筒形状の軸受表面（マイナスの値）から始まり、半径ｒ０（ホイールの視点から見てプラスの値）へ上昇して移動し、次いで、研削ホイールの側壁部、すなわち、研削ホイールの軸線方向周囲表面へ上昇して移動している。すべての研削インクリメントにおいて、研削ホイールプロファイルの接触部分は、距離ｄｚ，ｉおよびｄｘ，ｉならびに送りａｚ，ｉおよびａｘ，ｉによって与えられるホイール位置に応じて、下限ｓ０，ｉおよび上限ｓ１，ｉによって決定され得る。
【００５２】
クランクピンの研削プロセス（または、上記に開示されているように、円筒形状の軸受表面と、側壁部と、湾曲した移行部分とを含む、任意の他のワークピースの研削）に関するロバストモデルは、基本的な研削パラメーターの観点から、プロファイルのすべてのポイントｓにおいて、ホイールプロファイルに沿った実際の本来的に複雑な３次元の幾何学的シナリオを等価平面表面研削シナリオ（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  ｐｌａｎｅ−ｓｕｒｆａｃｅ−ｇｒｉｎｄｉｎｇ  ｓｃｅｎａｒｉｏ）と置換することによって開発され得る。次いで、前記モデルは、プロセス計画のために、すなわち、研削インクリメントに関する送りの観点からの研削サイクルの設計のために使用され得、また、同時に、プロセス最適化のために、すなわち、研削サイクルタイムを最小化させるために使用され得る。
【００５３】
本発明によれば、研削幾何学形状のモデル化が、ワークピースの円筒形状の軸受表面（等式３および等式４）、湾曲した移行部分（等式５および等式６）、ならびに、側壁部（等式７および等式８）における、切り込み深さａｅおよび接触長さｌｃに対応する、軸線方向の送りと半径方向の送りと（ａｚ、ａｘ）の間の簡単化された関係の決定によって実施される。より具体的には：
・円筒形状の軸受表面において；ｓ≦０：
ａｅ（ｓ）＝ａｘ      （等式３）
2018525235.tif 000005
・ワークピースの湾曲した移行部分において；
2018525235.tif 000006
2018525235.tif 000007
2018525235.tif 000008
・ワークピースの側壁部において；
2018525235.tif 000009
ａｅ（ｓ）＝ａｚ      （等式７）
2018525235.tif 000010
【００５４】
上記の等式において、ｒｅｑは、等価半径であり、等式９によって定義される。
2018525235.tif 000011
【００５５】
上記に説明されているモデル化アプローチに基づいて、基本的な研削パラメーター、特定の材料除去率Ｑｗ’、アグレッシブネスナンバーａｇｇｒ、研削パワーＰｇ、および最大表面温度θｍが、研削ホイールプロファイルのすべてのポイントｓにおいて、等式１０から等式１３によって下記に与えられるように計算され得る。
Ｑｗ’（ｓ）＝ｖｗａｅ（ｓ）      （等式１０）
2018525235.tif 000012
2018525235.tif 000013
2018525235.tif 000014
【００５６】
等式１１において、ｖｓは、研削ホイール速度である。等式１３において、ｋは、熱伝導率であり、ρは、密度であり、ｃｐは、ワークピース材料の比熱である。
【００５７】
サーマルモデリングの中核部分は、（アグレッシブネスナンバーに対する）ワークピースの中への比エネルギー特性ｅｗ（ａｇｇｒ）の決定であり、それは、総合比エネルギー特性ｅｔｏｔ（ａｇｇｒ）およびサーマルモデルに基づいている。
【００５８】
総合比エネルギー特性ｅｔｏｔ（ａｇｇｒ）は、研削実験から得られ得、そこで、研削パワーがさまざまな送りに関して測定される。実験は、２つの別々の段階、すなわち、ｉ）側壁部の研削およびｉｉ）円筒形状の軸受表面の研削において、適切に実施され得、側壁部の研削では、軸線方向の送りだけが使用され、円筒形状の軸受表面の研削では、半径方向の送りだけが使用される。総合比エネルギー特性は、等式１４から等式１８を参照して下記に与えられる。
・低いアグレッシブネス−側壁部の研削；ａｇｇｒ≦ａｇｇｒ０ｚ：
2018525235.tif 000015
2018525235.tif 000016
ここで、ａｇｇｒ０ｚは、側壁部の研削に関する最適なアグレッシブネスである。
・高いアグレッシブネス−円筒形状の軸受表面の研削；ａｇｇｒ≧ａｇｇｒ０ｘ：
2018525235.tif 000017
2018525235.tif 000018
ここで、ａｇｇｒ０ｘは、軸受表面の研削に関する最適なアグレッシブネスである。
・移行領域；ａｇｇｒ０ｚ＜ａｇｇｒ＜ａｇｇｒ０ｘ：
指数補間に基づいて：
2018525235.tif 000019
係数ｃ１、ｃ２、およびｃ３は、連続的で滑らかな総合比エネルギー特性を入手するために決定される。
【００５９】
特性ｅ０ｚ、Ｃｚ、ｅ０ｘ、Ｃｘの定数は、最小二乗法によって、測定された結果の近似を用いて得られ、一方、切り込み深さがゼロ値に接近するときに有限値を入手するために、式の中の指数は、μｚ＝１およびμｘ＝３／２として選ばれる。
【００６０】
次いで、ワークピースの中への比エネルギー特性ｅｗ（ａｇｇｒ）は、それぞれの研削タイプに関して、エネルギー分配率εｚおよびεｘを別々に計算することによって決定される。計算は、測定されるバルクハウゼンノイズ信号と組み合わせられたサーマルモデルの使用に基づいており、バルクハウゼンノイズ信号は、特定の最大表面温度値と相関している。このように、ワークピースの中への比エネルギー特性は、等式１９から等式２１を参照して下記に与えられるような総合比エネルギー特性に基づいて得られる。
・低いアグレッシブネス−側壁部の研削；ａｇｇｒ≦ａｇｇｒ０ｚ：
2018525235.tif 000020
・高いアグレッシブネス−円筒形状の軸受表面の研削；ａｇｇｒ≧ａｇｇｒ０ｘ：
2018525235.tif 000021
・移行領域；ａｇｇｒ０ｚ＜ａｇｇｒ＜ａｇｇｒ０ｘ：
連続的で滑らかな指数補間に基づいて：
2018525235.tif 000022
【００６１】
上記に説明されているようなモデルを使用することによって、円筒形状の軸受表面と、半径方向の側壁部と、円筒形状の軸受表面と側壁部を接続する湾曲した移行部分とを含む、ワークピースの研削が、下記に開示されているように最適化され得る。研削方法は、設定最大表面温度においてワークピースを研削するために必要な、それぞれのインクリメントの中の軸線方向の送りおよび半径方向の送り（ａｚおよびａｘ）を決定し、それによって、必要とされるインクリメントの数（それは、また、本来的に研削サイクルに関して可能な限り低い）も得ることによって、最適化される。研削インクリメントの最低の数は、最小研削サイクルタイムを与える。ワークピースと研削ホイールとの間の接触の上の任意のポイントにおいて設定最大表面温度が超えられないように、方法を制御することによって、研削の間のワークピースの熱的損傷に関するリスクは存在しない。
【００６２】
上記に基づいて、研削パラメーターを決定するための方法が実現され得る。したがって、本発明は、本質的に回転対称な研削ホイールによってワークピースを研削するための研削方法の処理パラメーターを決定する方法を提供し、ワークピースは、円筒形状の軸受表面３と、円筒形状の軸受表面から外向きに延在する、半径方向に延在する側壁部４と、円筒形状の軸受表面と側壁部を接続する湾曲した移行部分５とを含み、研削ホイールは、円筒形状の軸受表面の軸線方向の広がりよりも小さい軸線方向の広がりを有しており、方法は、事前設定された最大表面温度に基づいて、インクリメントの数、ならびに、前記インクリメントのそれぞれの軸線方向の送りおよび半径方向の送りを決定することを含む。方法は、以下のステップ、
ａ）研削サイクルの終わりにおける研削ホイールの位置に基づいて、半径方向および軸線方向へのワークピースの中への距離をそれぞれ決定し、これにより、研削ホイールプロファイルの下限および上限によって決まる対応する接触部分を決定するステップと、
ｂ）対応するインクリメントで、前記対応するインクリメントの間にワークピースの最高表面温度を結果として生じさせる、研削ホイールの接触部分のポイントにおいて事前設定された最大表面温度を維持するために必要な軸線方向の送りおよび半径方向の送りを決定するステップと、
ｃ）ステップｂ）において決定された軸線方向の送りおよび半径方向の送りに基づいて、前記軸線方向の送りおよび半径方向の送りによって１つのインクリメントの完了の後に結果として生じる研削ホイール位置を決定するステップと、
ｄ）ステップｃ）において得られた研削ホイール位置に基づいて、研削ホイールプロファイルの対応する下限および上限によって、対応する接触部分を決定するステップと、
ｅ）接触部分の下限が、ステップｄ）において得られた接触部分の上限よりも小さいケースでは、接触部分の接触下限が上限よりも小さくなくなるまで、ステップｂ）からｄ）を繰り返すステップと、
ｆ）研削プロセスにしたがって、得られたインクリメントおよびそれらのそれぞれの軸線方向の送りおよび半径方向の送りをインデックスするステップと
を含む。
【００６３】
図４は、研削パラメーターを決定するための方法の第１の例示する実施形態を図示している。方法は、システムおよび熱入力４００に基づいて、出力４０６を決定することを含み、出力４０６は、インクリメントの数ｎ、ならびに、インクリメントのそれぞれｉ＝１、２、．．．ｎにおける軸線方向の送りａｚ，ｉおよび半径方向の送りａｘ，ｉから構成されている。
【００６４】
方法によれば、送りの計算は、最終的なホイール位置、すなわち、ｄｚ＝δｚ，ｔｏｔおよびｄｘ＝ｒｓｗ−ｒｂｓ＋δｘ，ｔｏｔのときから開始し、研削の始まりの直前の研削ホイールの初期位置へ逆方向に移動する。両方の全体的な研削代δｚ，ｔｏｔおよびδｘ，ｔｏｔは、入ってくるワークピース寸法の中の潜在的な振れを補償するために必要とされる特定のオフセットを含むことが可能である。
【００６５】
したがって、研削の終わりにおけるホイール位置、ならびに、ｄｚ，ｊおよびｄｘ，ｊによって定義されるようなワークピースの中への対応する距離に基づいて、研削ホイールの下限ｓ０，ｊおよび上限ｓ１，ｊによって決まる対応する接触部分が決定される４０１。
【００６６】
方法の中心部は、一定の温度プロセスであり、そこでは、そのようなインクリメントの間に最大材料除去率Ｑｗ，ｊを実現しながら、ワークピースの最高表面温度を結果として生じさせる、研削ホイールの接触部分のポイントにおいて事前設定された最大表面温度を維持するために必要とされる軸線方向の送りａｚ，ｊおよび半径方向の送りａｘ，ｊが、決定される４０２。
【００６７】
最初に、限界切り込み深さａｅ＊が、事前設定された最大表面温度θ＊にマッチさせるために、ホイールプロファイル位置ｓの関数として計算される。この目的のために、サーマルモデルは、以下の形態で書かれる（等式２２）：
2018525235.tif 000023
それは、ホイールプロファイル位置および限界切り込み深さの両方の関数として、研削パラメーターを含む。
【００６８】
すなわち、限界切り込み深さａｅ＊は、研削インクリメントｊおよび接触部分限界値ｓ０，ｊおよびｓ１，ｊにかかわらず、ホイールプロファイルのすべてのポイントｓにおいて計算される。これは、ａｅ＊（ｓ，θ＊）が、すべてのインクリメントに関して１つだけの関数であり、事前設定された所与の温度θ＊に関して予め計算され得るということ意味している。換言すれば、関数ａｅ＊（ｓ，θ＊）は、事前設定された温度（それは、すべてのポイントｓに関して同じ値を有する）が限界切り込み深さ（それは、変化する幾何学形状に起因して、すべてのポイントｓにおいて異なる値である）に変換されるということを表している。
【００６９】
次に、アルゴリズムは、以下のように、軸線方向の送り、ａｚ，ｊおよび半径方向の送りａｘ，ｊを決定する：
・事前設定された最大表面温度がホイールプロファイル接触部分の中で超えられない、これは、切り込み深さの観点から、等式２３にしたがって読める：
ａｅ，ｊ（ｓ）≦ａｅ＊（ｓ，θ＊）      （等式２３）
・最大材料除去率、これは、等式２４にしたがって計算される：
2018525235.tif 000024
最大材料除去率は、現在の研削インクリメントｊにおいて実現される。
【００７０】
限界切り込み深さ関数がすべてのポイントｓにおいて使用されることとなる場合には、事前設定された最大表面温度が、すべてのポイントｓにおいて実現されることとなる。しかし、現在のインクリメントの中で調節するために、送りａｚ，ｊおよびａｘ，ｊだけが使用される。これは、事前設定された温度は、単に、現在のインクリメントの中で接触部分の２つのポイントｓにおいて実現され得るということ意味している。したがって、限界切り込み深さ関数の２つのクリティカルポイントが、現在の接触区間において選択されるべきである。換言すれば、ａｚ，ｊおよびａｘ，ｊの値は、接触区間の２つのポイントだけにおいて（ｓｃｒ１，ｊおよびｓｃｒ２，ｊ）、事前設定された最大表面温度θ＊にマッチさせるように決定されるべきである。その他の場所は、実際の切り込み深さは、いずれも、ａｅ＊のクリティカルな２つの値がａｚ，ｊおよびａｘ，ｊの計算のために使用されるので、それらのポイントにおいて、限界切り込み深さよりも小さく、したがって、ワークピースの表面温度は、事前設定された最大表面温度よりも低くなることとなる。
【００７１】
したがって、本発明によれば、アルゴリズムは、次いで、現在の研削インクリメントの中の計算された限界切り込み深さ関数の２つのクリティカルポイントを選ぶ。それらの２つのポイントの候補は、等式２３および等式２４によって与えられる条件を同時に満たす、現在の接触区間の中のものである。２つのクリティカルポイントは、対応する軸線方向の送りおよび半径方向の送りを以下のように決定するためにさらに使用される。
2018525235.tif 000025
2018525235.tif 000026
ここで、ａ＊ｃｒ１，ｊ＝ａｅ＊（ｓｃｒ１，ｊ，θ＊）およびａ＊ｃｒ２，ｊ＝ａｅ＊（ｓｃｒ２，ｊ，θ＊）である。
【００７２】
次に、新しいホイール位置が、計算された送りを低減させることによって決定され、したがって、新しいホイールプロファイル接触限界が決定される４０３。
【００７３】
アルゴリズムは、ホイールとクランクピンとの間に接触が存在しなくなるまで、計算を継続する４０４。最終的な段階において、研削インクリメントの数が決定され、計算された送りが、研削プロセスにしたがってインデックスされる４０５。
【００７４】
図５は、研削パラメーターを決定するための方法の第２の例示する実施形態を図示している。第２の例示する実施形態は、それが２つの入力表面温度θ１＊およびθ２＊を設定するための可能性を提供する５００ことを除いて、図４に示されているような例示する実施形態に対応している。第１の設定温度θ１＊は、θ２＊よりも高いことが可能であり、研削サイクルタイムをさらに低減させるために、追加的な可能性を有するようになっている。その理由は、それが第１の研削部分を制御するために使用されるからであり、第１の研削部分は、軸線方向の研削代δｚ，１の定義された量に関連している。この第１の研削部分において、プロセスプランナーは、研削サイクルタイムが極めて重要である場合には、制御された方式で、ワークピースの中へのわずかな熱的損傷（たとえば、わずかな引張残留応力）を誘発させるために、より高いθ１＊を設定する可能性がある。次いで、最終的な研削部分である第２の研削部分において、残りの研削代、すなわち、δｚ，ｔｏｔ−δｚ，１が、熱的損傷のない研削されたワークピース表面の品質（表面完全性）を改善するために、より低い設定温度θ２＊によって研削される。高いθ１＊を選ぶときには、プロセスプランナーは、ワークピースの中への最終的な熱的損傷の深さが残りの研削代δｚ，ｔｏｔ−δｚ，１よりも小さくなるように、注意する必要がある。
【００７５】
研削方法は、上記に説明されている特定の実施形態に限定されず、添付の特許請求の範囲の中で変化させられ得る。たとえば、研削は、それぞれのインクリメントの間に、一定のまたは非一定のワークピースの回転速度で実施され得る。そのうえ、１つのインクリメントの中のワークピースの回転速度は、望まれる場合には、後続のインクリメントの中のワークピースの回転速度とは異なっていてもよい。そのうえ、研削方法は、たとえば、アングルプランジ研削方法、または、組み合わせられた半径方向および軸線方向のプランジ研削方法であることが可能であり、そこでは、プロセスの大部分に関して、研削ホイールがワークピースの中へ半径方向に押し進められる。また、他のタイプの研削プロセスも実現可能である。
【００７６】
そのうえ、本明細書で開示されているような研削方法は、同じ目的のために使用される従来の研削マシンまたは装置の上で使用され得、特定の研削マシンなどに限定されない。
【００７７】
図６は、例示されたデバイス６００のダイアグラムである。研削マシンの電子制御ユニットは、たとえば、例示されたデバイス６００を含むことが可能であり、または、デバイスは、研削マシンから分離されたユニットであることが可能である。デバイス６００は、不揮発性のメモリー６２０、データ処理ユニット６１０、およびリード／ライトメモリー６５０を含む。不揮発性のメモリー６２０は、第１のメモリーエレメント６３０を有しており、第１のメモリーエレメント６３０の中には、コンピュータープログラム、たとえば、オペレーティングシステムが、デバイス６００の機能を制御するために記憶されている。デバイス６００は、バスコントローラー、シリアル通信ポート、Ｉ／Ｏ手段、Ａ／Ｄコンバーター、日時入力および転送ユニット、イベントカウンタ、および割り込みコントローラー（図示せず）をさらに含むことが可能である。また、不揮発性のメモリー６２０は、第２のメモリーエレメント６４０を有している。
【００７８】
コンピュータープログラムＰが提供され、コンピュータープログラムＰは、本質的に回転対称な研削ホイールによってワークピースを研削するための研削方法の処理パラメーター、より具体的には、インクリメントの数、および、インクリメントのそれぞれの送りを決定するためのルーチンを含み、処理パラメーターは、
ａ）研削サイクルの終わりにおける研削ホイールの位置に基づいて、半径方向および軸線方向へのワークピースの中への距離をそれぞれ決定し、これにより、研削ホイールプロファイルの下限および上限によって決まる対応する接触部分を決定することと、
ｂ）対応するインクリメントで、前記対応するインクリメントの間にワークピースの最高表面温度を結果として生じさせる、研削ホイールの接触部分のポイントにおいて事前設定された最大表面温度を維持するために必要な軸線方向の送りおよび半径方向の送りを決定することと、
ｃ）ステップｂ）において決定された軸線方向の送りおよび半径方向の送りに基づいて、前記軸線方向の送りおよび半径方向の送りによって１つのインクリメントの完了の後に結果として生じる研削ホイール位置を決定することと、
ｄ）ステップｃ）において得られた研削ホイール位置に基づいて、研削ホイールプロファイルの対応する下限および上限によって、対応する接触部分を決定することと、
ｅ）接触部分の下限が、ステップｄ）において得られた接触部分の上限よりも小さいケースでは、接触部分の接触下限が上限よりも小さくなくなるまで、ステップｂ）からｄ）を繰り返すことと、
ｆ）研削プロセスにしたがって、得られたインクリメントおよびそれらのそれぞれの軸線方向の送りおよび半径方向の送りをインデックスすることと
によって決定される。
【００７９】
コンピュータープログラムは、決定された処理パラメーターを、電子制御ユニットに、または、電子制御ユニットに接続されているかもしくは電子制御ユニットと通信するように適合されている別のコンピューターに提供するようにさらに配置され得る。
【００８０】
コンピュータープログラムは、メモリー６６０の中に、および／または、リード／ライトメモリー６５０の中に、圧縮された形態で、実行可能な形態で記憶され得る。
【００８１】
データ処理ユニット６１０が特定の機能を実施するとして説明される場合には、それは、データ処理ユニット６１０が、メモリー６６０の中に記憶されているプログラムの特定の一部、または、リード／ライトメモリー６５０の中に記憶されているプログラムの特定の一部を実現するということを意味している。
【００８２】
データ処理デバイス６１０は、データバス６１５を介してデータポート６９９と通信することが可能である。不揮発性のメモリー６２０は、データバス６１２を介してデータ処理ユニット６１０と通信するように意図されている。別々のメモリー６６０が、データバス６１１を介してデータ処理ユニット６１０と通信するように意図されている。リード／ライトメモリー６５０は、データバス６１４を介してデータ処理ユニット６１０と通信するように適合されている。
【００８３】
データがデータポート６９９の上で受け取られるときに、データは、第２のメモリーエレメント６４０の中に一時的に記憶される。受け取られる入力データが一時的に記憶されたときに、データ処理ユニット６１０は、上記に説明されているようなコード実行を実現するために準備される。
【００８４】
本明細書で説明されている方法の一部は、メモリー６６０またはリード／ライトメモリー６５０の中に記憶されているプログラムを走らせるデータ処理ユニット６１０によって、デバイス６００によって影響を与えられ得る。デバイス６００がプログラムを走らせるときに、本明細書で説明されている方法が実行される。
【００８５】
本発明の例示された実施形態の先述の説明は、例示目的および記述目的のために提供されている。それは、包括的であること、または、説明されている変形例に本発明を制限することは意図されていない。多くの修正例および変形例が、当然に当業者に明らかになることとなる。実施形態は、本発明の原理およびその実際の適用を説明するために最良の順序で選ばれて説明されており、したがって、さまざまな実施形態に関して、および、意図した使用に適当なさまざまな修正例を伴って、専門家が本発明を理解することを可能にする。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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