(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作物をその中心軸線回りに回転させる工作物駆動手段と、砥石車を軸支する砥石台と、前記砥石車を回転駆動する砥石車駆動手段と、前記工作物と前記砥石台とを相対移動する相対移動手段とを備え、前記工作物を前記砥石車によって研削する研削装置において、研削によって発生する研削動力を検出する研削動力検出手段を備え、前記研削動力検出手段により検出された研削動力が上限値に達したとき、工作物の回転方向若しくは砥石車の回転方向の何れか一方を切り替えることにより、アップカット研削からダウンカット研削に切り替え、前記研削動力が下限値に達したとき、ダウンカット研削からアップカット研削に切り替えるとともにアップカット研削とダウンカット研削を交互に繰り返す切替制御手段を備え、前記砥石車駆動手段は、ダウンカット研削時にはアップカット研削時よりも砥石車の回転速度を高速にし、アップカット研削時に平坦化した砥粒をダウンカット研削時に破砕し、砥石の切れ味を回復させるとともに、アップカット研削時と同等の面精度を得ることを特徴とする研削装置。
【請求項２】
工作物をその中心軸線回りに回転させる工作物駆動手段と、砥石車を軸支する砥石台と、前記砥石車を回転駆動する砥石車駆動手段と、前記工作物と前記砥石台とを相対移動する相対移動手段とを備え、前記工作物を前記砥石車によって研削する研削装置において、前記砥石車によって前記工作物を研削した回数を計数する計数手段を備え、前記計数手段により計数された値がアップカット研削を連続して行う回数である制限値に達したとき、工作物の回転方向若しくは砥石車の回転方向の何れか一方を切り替えることにより、アップカット研削からダウンカット研削に切り替え、前記計数手段により計数された値がダウンカット研削を連続して行う回数である制限値に達したとき、ダウンカット研削からアップカット研削に切り替えるとともにアップカット研削とダウンカット研削を交互に繰り返す切替制御手段を備え、前記砥石車駆動手段は、ダウンカット研削時にはアップカット研削時よりも砥石車の回転速度を高速にし、アップカット研削時に平坦化した砥粒をダウンカット研削時に破砕し、砥石の切れ味を回復させるとともに、アップカット研削時と同等の面精度を得ることを特徴とする研削装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作物を中心軸線回りに回転させながら、砥石車との相対移動により、工作物の研削を行う研削装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、円筒工作物や自動車のエンジンに使用されるカムシャフトなどを研削するため、工作物をその中心軸回りに回転させながら、高速に回転する砥石によって研削を行う研削装置が知られている（例えば、特開平１０−２２５８５６号公報等）。
【０００３】
工作物の回転方向と砥石の回転方向の関係では、図６（Ａ）に示すもの（アップカット）と同図（Ｂ）に示すもの（ダウンカット）の２つが考えられるが、一般的には、比較的良好な面精度で研削できる（Ａ）のアップカットによって研削を行っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような研削装置で研削を行う場合、切り込み深さを大きくすると研削抵抗が増して研削焼けが発生するため、切り込み量を抑える必要があった。アップカット研削の場合、切り込み量を抑えると砥粒に係る負荷が小さくなり、砥粒が平坦化しやすくなる。このためドレッシングを行う必要が生じるが、ドレッシングは砥石の寿命を縮めることにつながり、また、ドレッシング中は工作物の加工を行うことができないので、設備の稼動効率を下げることにもなる。
【０００５】
また、ダウンカットで研削する場合には砥粒が破砕し、切り込み深さが大きい場合には砥粒が脱落することもあるので砥石寿命が短くなるという問題があった。さらには、アップカット研削時に比べて、高い面精度を得にくいという問題もあった。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑み、ドレッシング回数を減らして設備の稼動効率を上げると共に、砥石寿命を延ばすことを課題とするものである。さらには、ダウンカット研削の場合でもアップカット研削の場合と同程度の面精度を得ることを課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するため、本願の発明者らは鋭意研究し、研削時における砥粒の状態について詳細に調査した。この調査結果の概要を以下に示す。
【０００８】
アップカット研削時は、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、砥石表面の各砥粒が浅い食い込み角Ｉｇ１で切り込んでゆく。このため、特にＳ１の領域では砥粒のすべりが発生する。砥粒がすべると摩擦による熱が発生し、研削焼けの原因となる。また、摩擦によって砥粒が図７（Ｃ）に示すように平坦化するため、さらにすべりが大きくなる。特に、低剛性のスチール材を研削するときにこの影響が大きい。このため、所定のドレッシングインターバルで平坦化した砥粒をドレッシングし、砥石の切れ味を回復させる必要がある。
【０００９】
ダウンカット研削は、図８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、食い込み角Ｉｇ２が大きいので、砥粒が工作物に当たってから離れるまで、砥粒が常に工作物に切り込んでいる。このため、すべりによる熱は発生しにくいが、研削後に工作物表面となる領域Ｓ２においても砥粒が切り込んでいるため、アップカット時に比べて面精度は低下する傾向がある。また、同図（Ｃ）に示すように砥粒が工作物に当たったときの衝撃により砥粒の破砕が起きやすく、切り込み量が大きい場合には砥粒が脱落することもある。このため砥石の寿命が短くなるという問題もある。
【００１０】
この結果に基づき、本願の発明者らは、アップカット研削とダウンカット研削を交互に繰り返すようにすれば、アップカット研削時に砥粒が平坦化しても、ダウンカット研削時に砥粒が破砕するので、ドレッシングを行わなくても、ドレッシングをしたのと同様の効果を得ることができるという知見を得た。そして、ダウンカット研削時にはアップカット研削時よりも砥石車の回転速度を高速にすることによりアップカット研削時と同等の面精度を得ることができる。即ち、アップカット研削時より高速回転される砥石車によるダウンカット研削により目直しを行いつつ工作物を高い面精度で研削できるので、設備の稼動効率を上げることができると共に、一つの砥石で研削できる工作物の数が増すので砥石寿命が延びることになるのである。
【００１１】
請求項１に記載の発明は、工作物をその中心軸線回りに回転させながら、該工作物と砥石車とを相対移動させ、研削を行う研削装置において、研削によって発生する研削動力が上限値に達したとき、工作物の回転方向若しくは砥石車の回転方向の何れか一方を切り替えることにより、アップカット研削からダウンカット研削に切り替え、研削動力が下限値に達したとき、ダウンカット研削からアップカット研削に切り替えて研削を行うとともに、ダウンカット研削時にはアップカット研削時よりも砥石車の回転速度を高速にするようにしたものである。
また請求項２に記載の発明は、工作物をその中心軸線回りに回転させながら、該工作物と砥石車とを相対移動させ、研削を行う研削装置において、砥石車によって工作物を研削した回数がアップカット研削を連続して行う回数である制限値に達したとき、工作物の回転方向若しくは砥石車の回転方向の何れか一方を切り替えることにより、アップカット研削からダウンカット研削に切り替え、研削回数がダウンカット研削を連続して行う回数である制限値に達したとき、ダウンカット研削からアップカット研削に切り替えて研削を行うとともに、ダウンカット研削時にはアップカット研削時よりも砥石車の回転速度を高速にするようにしたものである。
上記いずれの請求項の場合においても、アップカット研削時に平坦化した砥粒をダウンカット研削時に破砕し、砥石の切れ味を回復させることができる。そして、砥石車の回転速度を高速にすることにより、砥石車の一回転あたりの除去量、即ち砥粒が一回に削り取る量が減るので、アップカット研削時と同等の面精度を得ることができる。また、砥石車の一回転あたりの除去量は減るが回転数が上がるので、研削効率が低下することもない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明における第一の実施形態を図面に基づいて説明する。ここでは、自動車のエンジンに使用されるカムシャフトを研削する研削装置に本発明を適用した場合について具体例を挙げて説明する。本実施の形態におけるカムシャフト研削装置の概要構成図を図１に示す。図１に示すように、研削装置のベッド１上に設置されたＺ軸方向のＺ軸案内レール２ａ、２ｂ上にＺ軸テーブル１０が設置されている。テーブル１０はボールねじ３によりＺ軸方向に摺動自在である。Ｚ軸テーブル１０のＸ軸案内レール１１ａ、１１ｂ上に砥石台２０が設置されている。砥石台２０はボールねじ１２によりＸ軸方向に摺動自在である。砥石台２０上には砥石車３１及びこれらを軸支するとともに回転駆動する砥石車駆動モータ３２が設置されている。
【００１７】
砥石台２０のＸ軸前方に主軸台４０ａ、４０ｂが設置されている。主軸台４０ａ、４０ｂに設けられたチャック等により、工作物であるスチール製のカムシャフト８０が回転可能に支持されるようになっている。主軸台４０ａ、４０ｂには、カムシャフト８０を中心軸線回りに回転させる主軸モータ５０ａ，５０ｂが設けられている。主軸モータ５０ａと５０ｂとは完全に同期して同じ位相に制御される。
【００１８】
Ｚ軸ボールねじ３はＺ軸テーブルモータ５１により回転駆動される。また、Ｘ軸ボールねじ１２は砥石台モータ５２により回転駆動される。これら各モータ（主軸モータ５０ａ及び５０ｂ、Ｚ軸テーブルモータ５１、砥石台モータ５２）は高精度位置決めが可能なサーボモータであり、制御盤６０に内蔵された数値制御装置６１により制御される。数値制御装置６１にはカムシャフト８０の各加工部位を研削するために必要なＮＣプログラム及びパラメータ等が予め記憶されている。
【００１９】
砥石車駆動モータ３２は高トルクで高速回転が可能なモータであり、制御盤６０に内蔵されたドライバ６２から供給される電流によって回転力を発生する。ドライバ６２が出力する電流値の情報は数値制御装置６１に送られるようになっている。
【００２０】
次に、上述した構成の研削装置の作動について、図２〜３のフローチャート及び図４の説明図により説明する。なお、下記においてＳ＊（＊＝１０２、１０４、・・・）はフローチャート中の各ステップを表す。
【００２１】
図２は、研削装置によって一つのカムシャフトを研削する際の数値制御装置６１で行われる処理手順を示したフローチャートである。研削装置全体を統括する図略のプログラマブルコントローラから研削を開始すべきことが指示されると、数値制御装置６１はＳ１０２でドライバ６２に対して砥石車の回転を開始することを指示する。この指示により、ドライバ６２は砥石車駆動モータ３２に駆動電流を供給し、砥石車駆動モータ３２を図１のＧ１方向に所定回転数で回転させる。
【００２２】
Ｓ１０４では数値制御装置６１のメモリに記憶された「主軸モータ回転方向指示情報」を参照する。「主軸モータ回転方向指示情報」には、主軸モータ５０及び５０ｂを図１に示すＷ１方向に回転させるか若しくはＷ２方向に回転させるかの情報が記憶されている。この情報を参照した結果、回転方向がＷ１であればＳ１０６にてＷ１方向への回転を開始し、Ｗ２であればＳ１０８にてＷ２方向への回転を開始する。回転方向がＷ１の場合には、即ちアップカットとなり、Ｗ２の場合にはダウンカットとなる。
【００２３】
このようにして砥石車５０ａ，５０ｂとカムシャフト８０の回転を開始した後、Ｓ１１０でＺ軸テーブルモータ５１及び砥石台モータ５２を制御して各研削箇所を研削する。全ての研削箇所を研削したら、研削を終了する。
【００２４】
数値制御装置６１は、上記の処理と並行して、図３に示すフローチャートの処理を実行する。図３のフローチャートは、研削時に発生する研削動力に応じて、「主軸モータ回転方向指示情報」で示す主軸モータの回転方向を切り替えるか否かを判断する処理である。Ｓ２０２では、ドライバ６２から出力される砥石車駆動モータ３２の駆動電流の電流値を読み込む。砥石車駆動モータ３２の駆動電流は、砥石車駆動モータ３２で発生するトルクに応じて変化するので、この電流値と供給電圧から研削動力を検出することができる。Ｓ２０４及びＳ２０６では、読み込んだ電流値が上限値以上か又は下限値以下かを判定する。上限値と下限値は予め数値制御装置６１にパラメータとして記憶されている。Ｓ２０４で上限値以上であると判定すれば、Ｓ２０８で主軸モータ回転方向指示情報を「Ｗ２」に設定する。また、Ｓ２０６で下限値以上であると判定すれば、Ｓ２１０で主軸モータ回転方向指示情報を「Ｗ１」に設定する。読み込んだ電流値が上限値以上でも下限値以下でもなければ、主軸モータ回転方向指示情報を変更することなく処理を終了する。主軸モータ回転方向指示情報は次回の研削開始時に参照され（図２のＳ１０４）、参照した結果に基づいて主軸モータ５０ａ，５０ｂの回転方向が決定される。
【００２５】
このような処理に基づいてカムシャフトの研削を行うことにより、主軸モータの回転方向は概ね図４に示すように切り替わることになる。即ち、アップカットによって研削を行うことにより、砥粒が平坦化して研削動力（砥石車駆動モータ３２の駆動電流）が増していく。砥石車駆動モータ３２の駆動電流が上限値に達すると、その次の研削ではダウンカットに切り替わる。ダウンカットで研削することにより砥粒に新しい鋭利な切刃が形成され、砥石の切れ味が回復するので、研削動力（砥石車駆動モータ３２の駆動電流）が減っていく。下限値に達すると再びアップカットに切り替わる。これが繰り返されるのである。
【００２６】
以上、説明したように、アップカットとダウンカットを切り替えて研削することにより、アップカット研削時に砥粒が平坦化しても、ダウンカット研削時に砥粒が破砕し、砥石の切れ味が回復するので、設備の稼動効率を上げることができると共に、一つの砥石で研削できる工作物の数が増すので砥石寿命が延びることになる。
【００２７】
なお、上記では、砥石車の回転方向を固定し、工作物の回転方向を切り替える場合の実施例について説明したが、これとは逆に、工作物の回転方向を固定し、砥石車の回転方向を切り替えることでアップカットとダウンカットを切り替えるようにしてもよい。また、図３のフローチャートに示した処理は、数値制御装置６１に記憶された研削を行うためのＮＣプログラム中で行われるものでも良いし、数値制御装置６１のＯＳ（オペレーティングシステム）上で動作する一つの独立したタスクとして、所定の時間間隔で行われるものでも良い。さらにまた、砥石車駆動モータ３２の駆動電流は一回のサンプリングによるものではなく、所定回数のサンプリングによって得た値を平均化処理するようにしても良い。さらにまた、回転方向の切替は、一つの研削箇所（例えば８０ａと８０ｂからなる一対のカム）の研削毎に判断するようにしてもよい。
【００２８】
上記では砥石車駆動モータの駆動電流から研削時に発生する研削動力を検出し、これに基づいてアップカットとダウンカットを切り替える方法について説明したが、工作物を研削した回数によってアップカットとダウンカットを切り替えるようにしてもよい。これにより比較的簡単な処理でアップカットとダウンカットを切り替える時期を決定できる。この場合には、図３のフローチャートに代えて図５に示すフローチャートの処理を行うことになる。以下、図５のフローチャートについて説明する。
【００２９】
図５に示す処理は、一つの工作物の研削終了時に行われる処理である。Ｓ３０２では研削回数カウンタ値をカウントアップする。この研削回数カウンタ値はドレッシング（ツルーイング）実施時に初期化されているものとする。Ｓ３０４で回転方向が「Ｗ１」であればＳ３０６へ、そうでなければＳ３０８へ処理を移す。Ｓ３０６では研削回数カウンタ値を制限値Ｗ１と比較する。制限値Ｗ１はアップカット研削を連続して行う回数であり、１以上の自然数である。制限値Ｗ１は予め適当な値がパラメータとして数値制御装置６１に記憶されている。Ｓ３０６で研削回数カウンタ値と制限値Ｗ１が等しければＳ３１０で主軸モータ回転方向指示情報を「Ｗ２」に設定し、Ｓ３１２で研削回数カウンタ値をリセットする。同様に、Ｓ３０８では研削回数カウンタ値を制限値Ｗ２と比較し、等しければＳ３１４で主軸モータ回転方向指示情報を「Ｗ１」に設定し、Ｓ３１２で研削回数カウンタ値をリセットする。制限値Ｗ２はダウンカット研削を連続して行う回数である。なお、研削回数のカウントアップ及び回転方向の切替は、一つの研削箇所（例えば８０ａと８０ｂからなる一対のカム）の研削毎に判断するようにしてもよい。
【００３０】
ところで、前述したように、ダウンカットでは砥粒の食い込み角Ｉｇ２が大きいため、すべり領域がない。そのため、すべり領域から入るアップカットに比べて、高い面精度を得にくいという傾向がある。工作物の仕上がり寸法はアップカットかダウンカットによらず、所定の許容範囲内でなければならないので、このことは大きな問題となる。一般的には、高い面精度を得たい場合には砥石の切り込み速度を遅くするが、本発明では、ダウンカットで研削する際の砥石車駆動モータ３２の回転速度をアップカット時よりも高速とすることとした。これにより、各砥粒の一回の除去量が減る。即ち、きめ細かく工作物を削り取ることになるので、高い面精度を効率を落とすことなく維持することが可能となる。
【００３１】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１に記載の発明では、工作物をその中心軸線回りに回転させながら、該工作物と砥石車とを相対移動させ、研削を行う研削装置において、研削によって発生する研削動力が上限値に達したとき、工作物の回転方向若しくは砥石車の回転方向の何れか一方を切り替えることにより、アップカット研削からダウンカット研削に切り替え、研削動力が下限値に達したとき、ダウンカット研削からアップカット研削に切り替えて研削を行うこととしたものである。
また請求項２に記載の発明では、工作物をその中心軸線回りに回転させながら、該工作物と砥石車とを相対移動させ、研削を行う研削装置において、砥石車によって工作物を研削した回数がアップカット研削を連続して行う回数である制限値に達したとき、工作物の回転方向若しくは砥石車の回転方向の何れか一方を切り替えることにより、アップカット研削からダウンカット研削に切り替え、研削回数がダウンカット研削を連続して行う回数である制限値に達したとき、ダウンカット研削からアップカット研削に切り替えて研削を行うこととしたものである。
したがって請求項１，２のいずれにおいても、アップカット研削時に砥粒が平坦化しても、ダウンカット研削時に砥粒が破砕するため、ドレッシングを行わなくてもドレッシングをしたのと同様の効果を得ることができる。そして、ダウンカット研削時にはアップカット研削時よりも砥石車の回転速度を高速にすることとしたので、砥石車の一回転あたりの除去量、即ち砥粒が一回に削り取る量が減るので、アップカット研削時と同等の面精度を得ることができる。また、砥石車の一回転あたりの除去量は減るが回転数が上がるので、研削効率が低下することもない。従って、設備の稼動効率を上げることができると共に、一つの砥石で研削できる工作物の数が増すので砥石寿命が延びることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における概要構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態における研削装置の作動の手順を表すフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態における研削装置の作動の手順を表すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態における回転方向切替の例を示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態における研削装置の作動の手順を表すフローチャートである。
【図６】アップカットとダウンカットを示す説明図である。
【図７】円筒状の工作物を回転させながらアップカット研削する場合の例を示す説明図である。
【図８】円筒状の工作物を回転させながらダウンカット研削する場合の例を示す説明図である。
【図１】
0003781415.tif 000002
【図２】
0003781415.tif 000003
【図３】
0003781415.tif 000004
【図４】
0003781415.tif 000005
【図５】
0003781415.tif 000006
【図６】
0003781415.tif 000007
【図７】
0003781415.tif 000008
【図８】
0003781415.tif 000009