(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上述の特許文献1に記載の研削盤では、後退研削の加工制御が複雑になる傾向にある。また、特許文献2に記載の研削盤では、荒研削完了時に直ちに後退送りに移行するので、全体の加工時間の短縮化に限界がある。このため、簡易な加工制御で全体の加工時間を短縮できる従来とは異なる研削方法が適用可能な研削盤が望まれている。
【0005】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、簡易な加工制御の研削方法を適用して全体の加工時間の短縮化を図ることができる研削盤および研削方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
(請求項1)本手段に係る研削盤は、被加工物に対して
研削液を第一供給量で供給しつつ砥石車を相対的に前進させて研削する第一研削制御手段と、第一研削に続いて、前記被加工物に対して前記砥石車の送り位置を一定にして研削する送り位置一定研削制御手段と、送り位置一定研削に続いて、前記被加工物に対して前記砥石車を非研削状態で相対的に後退させる後退送り制御手段と、後退送りに続いて、前記被加工物に対して
前記研削液を前記第一供給量より少ない第二供給量で供給しつつ前記砥石車を相対的に前進させて研削する第二研削制御手段と、を備える。
前記送り位置一定研削制御手段は、前記送り位置一定研削による前記被加工物の径の時間変化量が所定値以下となったとき前記後退送りへ移行
し、
前記後退送り制御手段は、前記砥石車の後退送り時に、前記研削液の供給量を前記第一供給量から前記第二供給量に設定切替する
とともに、前記研削液の供給量に応じた前記砥石車の後退送り量として、前記送り位置一定研削時の前記被加工物の径の測定値と前記砥石車の送り位置との差の量後退させる。
【0007】
つまり、本手段に係る研削盤は、第一研削の後に直ちに後退送りを行うのではなく、第一研削の後に送り位置一定研削を行い、その後に後退送りを行う。ここで、送り位置一定研削のときには、被加工物の研削を行い、後退送りのときには、被加工物の研削を行わない。よって、加工制御は容易となる。そして、送り位置一定研削を適切な時間で終了して後退送りへ移行することにより、全体の加工時間を短縮できる。ただし、送り位置一定研削の加工時間が長過ぎると加工時間の短縮化に影響するので、送り位置一定研削による被加工物の径の時間変化量が所定値以下となったとき後退送りへ移行することにより、送り位置一定研削の加工時間を可能な限り短くしている。以上により、全体の加工時間を大幅に短縮できる。
また、砥石車の後退送り時に、研削液の供給量を第一供給量から第二供給量に設定切替しており、研削液の動圧によって被加工物のたわみ量は異なるものとなる。研削液の供給量に応じた砥石車の後退送り量として、送り位置一定研削時の被加工物の径の測定値と砥石車の送り位置との差の量は、後退送りを開始する時刻での被加工物のたわみ量となる。よって、砥石車の後退送り量としては最小限のものとなるので、全体の加工時間を短縮できる。また、最初に行う第一研削では、研削液の供給量を多くすることで、発熱を抑制できるので、高い研削能率で研削加工できる。一方、第一研削の次に行う第二研削では、研削液の供給量を少なくすることで、研削液の動圧の変化を小さくできるので、研削精度の悪影響を抑制できる。
【0008】
(請求項2)また、前記所定値は、前記第二研削による前記被加工物の径の時間変化量の値としてもよい。
送り位置一定研削による被加工物の径の時間変化量が、第二研削による被加工物の径の時間変化量に達した時点以降に送り位置一定研削を継続しても、第二研削で加工される速度、すなわち第二研削による被加工物の径の時間変化量より遅いため、上記時点で第二研削へ移行した方が短時間で加工が完了できる。
【0009】
(請求項3)また、前記所定値は、前記第二研削による前記被加工物の径の時間変化量より小さな値としてもよい。
これによれば、送り位置一定研削における時間変化量が零に近付けば近付くほど、被加工物の径は小さくなるので、後退送り時間および仕上研削時間を短くでき、全体の加工時間を短縮できる。そして、研削抵抗によるたわみを小さくした状態で後退量を算出するので、精度のよい後退量が得られる。
【0011】
(請求項
4)また、前記送り位置一定研削制御手段は、所定の送り位置一定研削時間が経過した時点で前記後退送りへ移行するようにしてもよい。
これによれば、送り位置一定研削における時間変化量の演算に誤差が生じた場合、すなわち送り位置一定研削制御手段が通常通り動作しない場合であっても、確実に送り位置一定研削から後退送りへ移行できる。
【0012】
(請求項
5)また、本手段に係る研削方法は、被加工物に対して
研削液を第一供給量で供給しつつ砥石車を相対的に前進させて研削する第一研削工程と、第一研削に続いて、前記被加工物に対して前記砥石車の送り位置を一定にして研削する送り位置一定研削工程と、送り位置一定研削に続いて、前記被加工物に対して前記砥石車を非研削状態で相対的に後退させる後退送り工程と、後退送りに続いて、前記被加工物に対して
前記研削液を前記第一供給量より少ない第二供給量で供給しつつ前記砥石車を相対的に前進させて研削する第二研削工程と、を備える。
前記送り位置一定研削工程では、前記送り位置一定研削による前記被加工物の径の時間変化量が所定値以下となったとき前記後退送りへ移行
し、
前記後退送り工程では、前記砥石車の後退送り時に、前記研削液の供給量を前記第一供給量から前記第二供給量に設定切替する
とともに、前記研削液の供給量に応じた前記砥石車の後退送り量として、前記送り位置一定研削時の前記被加工物の径の測定値と前記砥石車の送り位置との差の量後退させる。
本発明の研削方法によれば、上述した研削盤における効果と同様の効果を奏する。
【発明を実施するための形態】
【0014】
(研削盤の構成)
本実施形態の研削盤の一例として、砥石台トラバース型円筒研削盤を例に挙げて説明する。そして、当該研削盤の加工対象の被加工物Wは、カムシャフトやクランクシャフトなどの円筒状被加工物を例に挙げる。ただし、被加工物Wは、円筒状であれば、カムシャフトやクランクシャフトの他にも適用可能である。また、被加工物Wの研削面には、油穴Hなどの凹所が形成されている。例えば、当該油穴Hは、カムシャフトにおいては、カムジャーナルなどに径方向に貫通形成される油穴に相当する。
【0015】
当該研削盤について、
図1を参照して説明する。
図1に示すように、研削盤1は、床上に固定されたベッド11と、ベッド11に固定された被加工物Wを回転可能に両端支持する主軸12および心押装置13と、ベッド11上をZ軸方向およびX軸方向に移動可能な砥石台14と、砥石台14に回転可能に支持される砥石車15と、主軸12に設けられ主軸12に加わるX軸方向成分の力を計測する力センサ16と、被加工物Wの径を計測する定寸装置17と、主軸12および砥石車15を回転しかつ被加工物Wに対する砥石車15の位置を制御する制御装置18とから構成される。ここで、図示しないが、砥石車15の近傍には、研削液を研削点に向かって供給するためのノズルが設けられている。そして、制御装置18は、研削液の供給量を制御する。
【0016】
(研削方法の説明)
次に、本実施形態における制御装置18による研削方法について、
図2、
図3、
図4A〜
図4D、
図5、
図6を参照して説明する。本実施形態においては、荒研削工程(本発明の「第一研削工程」に相当)→送り位置一定研削工程→後退送り工程→仕上研削工程(本発明の「第二研削工程」に相当)→スパークアウト工程の順に実行する。また、各工程においては、常に研削液を供給する。
【0017】
まず、被加工物Wに対して砥石車15をX軸方向に前進させることで、荒研削を開始する(第一研削制御手段)(
図2のステップS1、
図3の時刻t1)。そして、研削液を供給量QがQmaxとなるように設定して研削点に供給する(
図2のステップS2)。
【0018】
荒研削工程では、
図3の上段の時刻t1〜t3に示すように、砥石車15はX軸マイナス方向へ一定速度で前進する。つまり、荒研削工程では、砥石車15を被加工物Wに押し付ける方向へ相対移動させる。ここで、荒研削工程では、単位時間当たりの研削量(研削能率)を大きくするために、後に説明する仕上研削工程よりも送り速度を大きくする。つまり、
図3の時刻t1〜t3の砥石車15のX軸位置の時間変化量は、
図3の時刻t5〜t6の砥石車15のX軸位置の時間変化量より大きい。
【0019】
そして、
図3の時刻t1に示す荒研削工程の開始時点では、
図4Aに示すように、被加工物Wの回転中心Owは、主軸12の回転中心Osに対し、研削液による動圧分のたわみ量Δ1だけずれている。この状態から砥石車15を被加工物Wへ押し付けると、被加工物Wがさらにたわみながら、被加工物Wが研削され始める。
【0020】
ここで、被加工物Wのたわみ量Δは、被加工物Wに生じる研削抵抗に比例する。この研削抵抗は、被加工物Wが砥石車15によって実際に研削されることによって生じる抵抗の他に、研削点に供給される研削液の動圧が含まれる。すなわち、研削抵抗と動圧との差分が研削そのものによる抵抗に相当する。時刻t1からt2に至るまでの間、力センサ16により検出される研削抵抗は急激に増加する。従って、被加工物Wのたわみ量Δが、研削抵抗に比例して増加する。続いて、時刻t2からt3に至るまでの間、力センサ16により検出される研削抵抗は、一定となる。この間においては、
図4Bおよび
図4Cに示すように、被加工物Wの回転中心Owは、主軸12の回転中心Osからたわみ量Δ2だけずれている。
【0021】
荒研削を行っている間、定寸装置17によって計測される被加工物Wの外径Dが、予め設定された値Dthに達したか否かを判定する(
図2のステップS3)。被加工物Wの外径Dが設定値Dthに達していなければ(ステップS3:N)、荒研削工程を継続する。一方、被加工物Wの外径Dが設定値Dthに達した場合には(ステップS3:Y、
図3の時刻t3)、送り位置一定研削工程の限度時間をタイマに設定し(
図2のステップS4)、荒研削工程から送り位置一定研削工程へ移行する(送り位置一定研削制御手段)(
図2のステップS5)。送り位置一定研削工程の限度時間については後述する。
【0022】
送り位置一定研削とは、砥石車15の送りを被加工物Wに対して停止させて、被加工物Wのたわみ量Δを減少させながら行う研削である。
図3の時刻t3の時には、
図4Cに示すように、被加工物Wの外周面の半径は、被加工物Wの回転位相に応じて異なる。これは、砥石車15を前進しながら被加工物Wを回転させているためである。そして、被加工物Wの外周面の半径の差は、被加工物Wの回転位相に対してほぼ線形の関係にある。そこで、送り位置一定研削工程において、砥石車15の送り位置を一定にして、回転位相に応じた半径差を低減するように当該部分を削り取るようにする。
【0023】
ここで、送り位置一定研削工程は、最大のたわみ量を完全に除去できる時間を見込んで行うようにすればよいが、全体の加工時間が延びる傾向にある。すなわち、
図5の破線で示すように、時刻t3から最大のたわみ量を完全に除去できる時間時間が経過した時刻t53で送り位置一定研削工程から後退送り工程へ移行し、時刻t54で後退送り工程から仕上げ研削工程へ移行している。一方、本実施形態では、時刻t4で送り位置一定研削工程から後退送り工程へ移行し、時刻t5で後退送り工程から仕上げ研削工程へ移行するようにしている。よって、時刻t53における被加工物Wの外径をDcとしたとき、本実施形態の仕上げ研削により被加工物Wの外径がDcとなる時刻はt51であるため、従来の全体の加工時間は本実施形態の全体の加工時間よりも(t53−t51)の時間長いことになる。
【0024】
本実施形態における送り位置一定研削工程から後退送り工程へ移行する時刻t4は、以下のようにして決定される。後退送り工程は、送り位置一定研削による被加工物Wの外径Dの時間変化量(
図5における時刻t3から開始される送り位置一定研削によるグラフの傾きを表す点線Laの傾き)が、仕上げ研削による被加工物Wの外径Dの時間変化量(時刻t5(従来は、時刻t54)から開始される仕上げ研削によるグラフの傾きを表す点線Lbの傾き(従来は、点線Lbと同一の傾きの点線Lcの傾き))以下となったときに開始する。
【0025】
つまり、制御装置18は、荒研削の後に直ちに後退送りを行うのではなく、荒研削の後に送り位置一定研削を行い、その後に後退送りを行う。ここで、送り位置一定研削のときには、被加工物Wの研削を行い、後退送りのときには、被加工物Wの研削を行わない。よって、加工制御は容易となる。そして、送り位置一定研削を適切な時間で終了して後退送りへ移行することにより、全体の加工時間を短縮することができる。ただし、送り位置一定研削の加工時間が長過ぎると加工時間の短縮化に影響するので、送り位置一定研削による被加工物Wの外径をDの時間変化量が所定値以下となったとき後退送りへ移行することにより、送り位置一定研削の加工時間を可能な限り短くしている。以上により、全体の加工時間を大幅に短縮することができる。
【0026】
図5においては、送り位置一定研削による被加工物Wの外径Dの時間変化量と仕上げ研削による被加工物Wの外径Dの時間変化量とが同一となる時刻t4で後退送りを開始している。送り位置一定研削による被加工物Wの直径Dの時間変化量が、仕上研削による被加工物Wの直径Dの時間変化量に達した時点以降に送り位置一定研削を継続しても、第二研削で加工される速度、すなわち第二研削による被加工物Wの径の時間変化量より遅いため、上記時点で第二研削へ移行した方が短時間で加工が完了できる。
【0027】
ただし、図示破線において送り位置一定研削における上記時間変化量が仕上げ研削における上記時間変化量より小さくなる時間帯である時刻t4〜時刻t52の間で後退送りを開始するようにしてもよい。送り位置一定研削における時間変化量が零に近付けば近付くほど、被加工物Wの直径Dは小さくなるので、後退送り時間および仕上研削時間を短くでき、全体の加工時間を短縮することができる。そして、研削抵抗によるたわみを小さくした状態で後退量を算出するので、精度のよい後退量が得られる。
【0028】
さらに、本実施形態では、最大のたわみ量を完全に除去できる時間であって時刻t4〜時刻t52の時間よりも長い時間を限度時間としてタイマに設定しておき、時刻t4〜時刻t52の間で送り位置一定研削における上記時間変化量が仕上げ研削における上記時間変化量以下にならなくても、設定時間となったら後退送りを開始するようにしてもよい。これにより、送り位置一定研削における時間変化量の演算に誤差が生じた場合、すなわち送り位置一定研削制御手段が通常通り動作しない場合であっても、確実に送り位置一定研削から後退送りへ移行できる。
【0029】
また、砥石車15の後退送りの後退量は、最大のたわみ量以上に設定することで砥石車15と被加工物Wとの余計な干渉を防止できるが、仕上げ研削での空振りが発生し、全体の加工時間が延びる傾向にある。本実施形態においては、送り位置一定研削時の被加工物Wの径Dの測定値と砥石車15の送り位置Xとの差を後退送りの後退量として決定する。すなわち、
図6に示すように、後退送りを開始する時刻t4での定寸装置17による被加工物Wの半径の測定値Db/2と砥石車15の送り位置X3との差は、後退送りを開始する時刻t4での被加工物Wのたわみ量Δ12となるので、後退送りの後退量としては最小限のものとなる。よって、全体の加工時間を短縮することができる。
【0030】
上述の送り位置一定研削を行っている間、定寸装置17によって計測される被加工物Wの外径Dの時間変化量が、所定値以下、すなわち仕上げ研削による被加工物Wの外径Dの時間変化量以下となったか否かを判定する(
図2のS6)。被加工物Wの外径Dの時間変化量が、所定値以下になっていなければ(S6:N)、タイマが完了、すなわち送り位置一定研削の限度時間が経過したか否かを判定する(
図2のS7)。タイマが完了していなければ(S7:N)、送り位置一定研削を継続する。
【0031】
一方、被加工物Wの外径Dの時間変化量が、所定値以下になった場合(S6:Y、時刻t4)、又はタイマが完了した場合には(S7:Y)、後退送りの後退量を演算し(
図2のS8)、送り位置一定研削工程から後退送り工程へ移行する(後退送り制御手段)(
図2のS9)。そして、求めた後退量だけ砥石車15を後退させたら、研削液を供給量QがQmaxからQminとなるように設定切替して研削点に供給し(
図2のS10)、後退送り工程から仕上研削工程へ移行する(第二研削制御手段)(
図2のS11、時刻t5)。
【0032】
ここで、研削液の供給量Qを変化させる理由について説明する。荒研削時には、高い研削能率とするため、発熱を抑制する必要があり、研削液の供給量Qを多く要する。一方、仕上研削およびスパークアウト時には、荒研削に比べて研削能率を低くする。従って、仕上研削およびスパークアウトでは、多量の研削液を必要としない。
さらに、本実施形態における被加工物Wの研削面には、油穴Hなどの凹所を有する。凹所の周囲を研削する際には、研削液が凹所に進入することにより、その瞬間における研削液の動圧が低下してしまう。そうすると、研削抵抗が低下することになって、切込量が多くなる結果、研削精度が悪化するおそれがある。
【0033】
そこで、仕上研削およびスパークアウト時には、研削液の供給量Qを少なくすることで研削液の動圧の変化を小さくすることにより、研削精度への影響を小さくする。一方、荒研削時にも、油穴Hなどの凹所の周囲を研削する際に、研削液の動圧が変化する。しかし、荒研削時には、高い研削能率であるため、研削抵抗の中の研削液の動圧の占める割合が小さい。従って、荒研削時には、凹所の存在による研削液の動圧の変化の影響はそれほどない。このような理由により、研削液の供給量Qは、荒研削時には多くし、仕上研削およびスパークアウト時には少なくする。
【0034】
仕上工程では、
図3の上段の時刻t5〜t6に示すように、荒研削工程における砥石車15の送り速度より遅くする。従って、仕上工程では、被加工物Wに研削焼けを生じないようにできる。そして、
図3の下段の時刻t5〜t6に示すように、仕上研削を行っている間、研削液の供給量QをQminに固定している。この供給量Qminは、荒研削工程における研削液の供給量Qmaxより少ない。従って、仕上研削では、油穴Hなどの凹所による研削精度への悪影響を抑制できる。
【0035】
そして、仕上研削を行っている間、定寸装置17によって計測される被加工物Wの外径Dが、予め設定された仕上径Dfに達したか否かを判定する(
図2のS12)。被加工物Wの外径Dが仕上径Dfに達していなければ(S12:N)、仕上研削工程を継続する。一方、被加工物Wの外径Dが仕上径Dfに達した場合には(S12:Y、時刻t6)、仕上研削工程からスパークアウト工程に移行する(
図2のS13)。
【0036】
スパークアウトは、砥石車15を被加工物Wに対する切込量をゼロの状態として行う。つまり、スパークアウトにおいては、仕上研削において研削残しの分を研削することになる。そして、このスパークアウトは、予め設定された被加工物Wの回転数だけ行う。
図3においては、時刻t6〜t7となる。そこで、設定回数だけ被加工物Wが回転したか否かを判定し(
図2のS14)、設定回数回転した場合には、スパークアウトを終了する(
図2のS15、時刻t7)。そして、砥石車15を被加工物Wから離して、処理を終了する。
【0037】
なお、上記実施形態において、仕上研削工程とスパークアウト工程を行うこととしたが、これに限られず、仕上研削工程のみとしてもよいし、スパークアウト工程のみとしてもよい。また、上記実施形態においては、被加工物Wに油穴Hが形成されているが、これに限られず、油穴Hが形成されていない被加工物Wにおいても、本発明を適用することができる。