JP2009006456A

JP2009006456A - 研削装置

Info

Publication number: JP2009006456A
Application number: JP2007171800A
Authority: JP
Inventors: Toyoki Sugiyama; 豊樹杉山; Takashi Ono; 貴司大野
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2007-06-29
Filing date: 2007-06-29
Publication date: 2009-01-15

Abstract

【課題】ドレスタイミングの適切な判定を可能にした研削装置を提供する。
【解決手段】ワークの加工が終了するごとにドレスが必要かを判定するドレスタイミング判定手段15を備えている。ドレスタイミング判定手段15は、砥石接触時点から研削電力値が所定値に達するまでの時間を実断続研削時間として求める実断続研削時間計測手段と、実断続研削時間と所定の閾値とを比較する断続研削時間比較手段と、実断続研削時間が閾値よりも大きい場合にドレス指示信号を出力するドレス指示信号出力手段とを有している。
【選択図】図１

Description

この発明は、転がり軸受外輪内周や内輪外周に軌道溝を研削する際などに使用される研削装置に関する。

従来、軸受の内輪の軌道溝を研削する研削装置として、例えば、内面が被研削面であるワークを保持して回転させるワーク保持手段と、研削砥石が装着されて回転する砥石軸を有するスピンドルと、ワーク保持手段およびスピンドルを相対的に移動させて砥石にワークに対する切込み動作を行わせる切込み付与手段と、切込み付与手段の切込み動作を制御する切込み動作制御手段とを備えているものが知られている。

この種の研削装置では、定期的（所定数のワークの加工を行うごと）にドレスを行って、砥石の目潰れ、目こぼれ、砥粒の脱落等による砥石ダメージが回避されている。しかしながら、このような定期的なドレスでは、加工前のワークの品質を考慮していないため、片寄り、取り代過大、歪大等が加工前のワークにある場合には、砥石ダメージが大きくなり、その後の研削の品質が低下するという問題があり、ドレスを行うタイミングを加工したワークの数によらずにより精度よく決めることが課題となっている。

特許文献１には、工作物の径に応じた信号を出力する径測定装置を使用して、ドレスのタイミングの最適化を図ることが提案されている。
特開平６−１０６４５３号公報

上記特許文献１の研削装置におけるドレスタイミングの判定には、径測定装置が必須であり、このような径測定装置を使用しない研削には、適用できないという問題があった。

この発明の目的は、径測定装置を使用しない研削装置においても、ドレスタイミングの適切な判定を可能にした研削装置を提供することにある。

第１の発明による研削装置は、ワークを保持して回転させるワーク保持手段と、研削砥石が装着されて回転する砥石軸を有するスピンドルと、ワーク保持手段およびスピンドルを相対的に移動させて砥石にワークに対する切込み動作を行わせる切込み付与手段と、切込み付与手段の切込み動作を制御する切込み動作制御手段とを備えている研削装置において、ワークの加工が終了するごとにドレスが必要かを判定するドレスタイミング判定手段をさらに備えており、ドレスタイミング判定手段は、砥石接触時点から研削電力値が所定値に達するまでの時間を実断続研削時間として求める実断続研削時間計測手段と、実断続研削時間と所定の閾値とを比較する断続研削時間比較手段と、実断続研削時間が閾値よりも大きい場合にドレス指示信号を出力するドレス指示信号出力手段とを有していることを特徴とするものである。

第２の発明による研削装置は、ワークを保持して回転させるワーク保持手段と、研削砥石が装着されて回転する砥石軸を有するスピンドルと、ワーク保持手段およびスピンドルを相対的に移動させて砥石にワークに対する切込み動作を行わせる切込み付与手段と、切込み付与手段の切込み動作を制御する切込み動作制御手段とを備えている研削装置において、ワークの加工が終了するごとにドレスが必要かを判定するドレスタイミング判定手段をさらに備えており、ドレスタイミング判定手段は、砥石接触時点から研削電力値が所定値に達するまでの時間における研削力のピーク値を求める最大研削力計測手段と、最大研削力と所定の閾値とを比較する研削力比較手段と、最大研削力が閾値よりも大きい場合にドレス指示信号を出力するドレス指示信号出力手段とを有していることを特徴とするものである。

第３の発明による研削装置は、ワークを保持して回転させるワーク保持手段と、研削砥石が装着されて回転する砥石軸を有するスピンドルと、ワーク保持手段およびスピンドルを相対的に移動させて砥石にワークに対する切込み動作を行わせる切込み付与手段と、切込み付与手段の切込み動作を制御する切込み動作制御手段とを備えている研削装置において、ワークの加工が終了するごとにドレスが必要かを判定するドレスタイミング判定手段をさらに備えており、ドレスタイミング判定手段は、砥石接触時点から研削電力値が所定値に達するまでの時間における研削電力の傾きを求める研削電力傾き計測手段と、研削電力の傾きと所定の閾値とを比較する研削電力比較手段と、研削電力の傾きが閾値よりも小さい場合にドレス指示信号を出力するドレス指示信号出力手段とを有していることを特徴とするものである。

切込み付与手段は、ワーク保持手段を固定してこれに対してスピンドルをワークの径方向にスライドさせるものであってもよく、スピンドルを固定してこれに対してワーク保持手段をワークの径方向にスライドさせるものであってもよい。切込み付与手段は、例えば、ワーク保持台を切込みモータによってワークの径方向（切込み方向）にスライドさせることにより、砥石にワークに対する切込み動作を行わせるものとされる。研削は、切込み付与手段の切込み速度（例えば、ワーク保持手段のスライド速度）が切込み動作制御手段によって制御されることで行われる。

研削工程は、例えば、割出、準急、黒皮、粗、仕上およびスパークアウトからなるものとされる。黒皮は、ワーク表面の凹凸ををなくす段階で、これ以降の粗、仕上およびスパークアウトが実質的な「加工」工程となる。黒皮工程が始まってから粗工程前半までの間に、研削電力および研削力がほぼ最小からほぼ最大にまで達し、その後の粗工程後半では、ほぼ最大のまま維持され、その後、研削電力および研削力ともに最大値より大幅に小さな値とされて、仕上工程が行われる。

黒皮工程が始まって（研削電力または研削力が第１の値に達したとき）から粗前半（研削電力または研削力が第２の値に達したとき）までの時間を「実断続研削時間」として、この「実断続研削時間」中の研削電力および研削力に着目すると、次のようなことが分かる。すなわち、研削前の工程において形状異常（歪大、偏肉過大など）となっているワークでは、ワーク加工表面の凹凸が大きく、砥石とワークとの接触度合いに強弱の変動があるため、正常なワークに比べて、研削力が大きく変動し、また、研削電力波形の傾きがなだらかであり、さらにまた、実断続研削時間が長くなる。そして、このような研削が行われた場合、砥石へのダメージが大きいものとなる。本発明は、この「実断続研削時間」における特性に着目して得られたもので、第１の発明は、異常なワークでは実断続研削時間が長くなること、第２の発明は、異常なワークでは研削力のピーク値が大きくなること、第３の発明は、異常なワークでは研削電力の傾きが小さくなることをそれぞれ利用して、ワークの異常を判定している。ここで、「ワークの異常」は、ワークが不良品である（研削しても正常品にならない）という意味ではなく、研削後に、ワークが正常品となるが、同時に砥石にダメージを与えるという意味であり、このような「ワークの異常」があった場合には、砥石のドレスが必要であるという信号（ドレス指示信号）が出力され、通常の定期的なドレス（加工したワークの数に基づくもの）に優先して、ドレスが実施される。この後は、加工したワークの数がリセットされ、加工したワークの数に基づく通常の定期的なドレスに復帰する。

スピンドルのモータ電力信号などは、好ましくは、全て研削盤内のコントローラ（ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントロール）、モーション・コントローラなど）に入力され、コントローラからの指示によってワーク保持手段、スピンドル台などが移動させられる。

この発明の研削装置によると、研削電力または研削力を監視して、実断続研削時間、最大研削力または研削電力の傾きを検知・比較することで、適切なドレスタイミングを判定することができる。実断続研削時間、最大研削力および研削電力の傾きの比較は、従来よく行われている砥石の切れ具合劣化を検知するためのものではなく、ワークの異常の程度を見ることで、砥石のダメージを推定するものであり、これにより、前工程異常品ワークによる砥石ダメージに対して、最適なタイミングでドレスを実施することができ、砥石ダメージによる加工品質の低下を防ぐことができる。

この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。

図１および図３は、この発明による研削装置(1)の第１実施形態を示している。

研削装置(1)は、図１に示すように、内面が被研削面（軌道溝）であるワーク(W)を保持して回転させるワーク保持台（ワーク保持手段）(2)と、研削砥石(3)が装着されて回転する砥石軸(4)を有するスピンドル(5)と、スピンドル(5)の砥石軸(4)をベルト(7)を介して回転させるスピンドル駆動モータ（スピンドル駆動手段）(6)と、ワーク保持台(2)およびスピンドル(5)を相対的に移動させて研削砥石(3)にワーク(W)に対する切込み動作を行わせる切込みモータ（切込み付与手段）(8)と、スピンドル(5)およびスピンドル駆動モータ(6)を支持するスピンドル台(9)と、研削砥石(3)のドレスを行うダイヤモンドロータリードレス（ドレス用砥石）(10)と、スピンドル台(9)を軸方向および軸方向に直角の方向に移動させるスピンドル台駆動モータ（スピンドル台移動手段）(11)と、切込みモータ(8)による切込み動作を制御する切込み動作制御手段(13)、スピンドル台駆動モータ(11)の移動方向および移動量を制御するスピンドル台動作制御手段(14)、ドレスが必要かどうかの判定を行うドレスタイミング判定手段(15)などを有する制御手段(12)とを備えている。

ワーク(W)の加工に際しては、スピンドル台駆動モータ(11)によってスピンドル台(9)がワーク保持台(2)方向に移動させられることで、ワーク(W)内に研削砥石(3)が挿入され、この後、切込みモータ(8)によってワーク保持台(2)が切込み方向に移動させられることで、ワーク(W)の研削が行われる。ドレスが必要となった場合には、スピンドル台駆動モータ(11)によってスピンドル台(9)がドレス用砥石(10)方向に移動させられ、ドレス用砥石(10)によってスピンドル(5)に取り付けられた研削砥石(3)のドレスが行われる。

図２ａおよび図２ｂは、研削加工中における研削電力および研削力（法線方向の研削力）の変化の波形について、正常なワーク(W)と前工程で異常（例えば、歪が正常品に比べて大きいなど）があるワーク(W)とを比較したものである。ここで、研削力については、１回転ごとの変動は無視して、各回転ごとの最大値を概略的に示している。この研削加工は、割出、準急、黒皮、粗、仕上およびスパークアウト（ＳＯ）の工程を含んでいる。割出工程では、研削砥石(3)はワーク(W)に非接触であり、準急工程において、研削砥石(3)がワーク(W)の軌道溝の肩に接触する。準急工程では、研削砥石(3)がワーク(W)の加工面全面に接触するまでには至らず、黒皮工程の途中において、全面接触となる。すなわち、研削前のワーク(W)には、通常、表面に相対的に大きい凹凸があり、ワーク研削砥石(3)にダメージを与えないように、粗研削前に、粗研削よりも遅い速度で表面を研削する慣らし研削（断続研削工程）が設けられている。そして、黒皮工程における研削砥石(3)の全面接触により、砥石軸スピンドル駆動モータ(6)のモータ電流が増加し、これにより、切込みモータ(8)による切込みのための速度が変更される。

図２ａおよび図２ｂの波形比較から、黒皮工程が始まってから粗工程前半までの時間（研削砥石(3)がワーク(W)に接触した時点から研削電力値が所定値（例えば粗目標設定電力値）に達するまでの時間）を「実断続研削時間」として、この「実断続研削時間」中の研削電力および研削力に着目すると、次のようなことが分かる。すなわち、研削前の工程において形状異常（歪大、偏肉過大など）となっているワーク(W)では、ワーク加工表面の凹凸が大きく、研削砥石(3)とワーク(W)との接触度合いに強弱の変動があるため、正常なワーク(W)に比べて、研削力が大きく変動し、また、研削電力波形の傾きがなだらかであり、さらにまた、実断続研削時間が長くなる。このような研削が行われた場合、研削砥石(3)へのダメージが大きいものとなる。

研削砥石(3)へのダメージが大きいということは、この後、定期的なドレス（加工したワーク(W)の数に基づくもの）時期が来るまで研削を続けた場合、砥石負けや研削負けが起こり、不良品が発生するおそれがあることを意味する。そこで、制御手段(12)には、ワーク(W)の加工が終了するごとにドレスが必要かを判定するドレスタイミング判定手段(15)が設けられている。

ドレスタイミング判定手段(15)は、所定の条件が満たされた場合に、定期的なドレス時期が来る前にドレスを行うことを可能とするもので、図３に示すように、ワーク(W)の加工数Ｎを数える加工数カウント手段(22)および加工数Ｎを閾値Ｎｏと比較する加工数比較手段(23)からなる定期ドレスタイミング判定手段(21)と、砥石接触時点から研削電力値が所定値に達するまでの時間Ｔを実断続研削時間として求める実断続研削時間計測手段(25)および実断続研削時間Ｔと所定の閾値Ｔｏとを比較する断続研削時間比較手段(26)からなる自動ドレスタイミング判定手段(24)と、定期ドレスタイミング判定手段(21)および自動ドレスタイミング判定手段(24)の判定結果に基づいてドレス指示信号を出力するドレス指示信号出力手段(27)とを有している。

なお、実断続研削時間Ｔを求めるときに使用される研削電力値の所定値は、実際の研削においては、電力が粗目標設定電力値に届かないことがあることから、粗目標設定電力値そのものではなく、粗目標設定電力値の数十％（数値は特に限定されるものではない）とされる。

このドレスタイミング判定手段(15)によると、ワーク(W)に異常がない場合、定期ドレスタイミング判定手段(21)において、ドレスを行った後のワーク(W)の加工数が所定値Ｎｏ（例えばＮｏ＝１０）となるごとにドレス指示信号が出力され、これにより定期的にドレスが行われる。これとは別に、自動ドレスタイミング判定手段(24)において、ワーク(W)加工ごとに、実断続研削時間Ｔが計測され、これを所定の閾値Ｔｏ（例えば、正常な研削における実断続研削時間の１．１〜１．２倍など）と比較して、Ｔ≧Ｔｏとなった場合、すなわち、実断続研削時間が正常な研削に比べて長い場合に、ドレス指示信号が出力される。定期ドレスタイミング判定手段(21)および自動ドレスタイミング判定手段(24)からドレス指示信号が出力された場合、いずれの手段(21)(24)から出力されたかにかかわらず、ワーク(W)の加工数ＮはＮ＝０にリセットされた後、定期ドレスタイミング判定手段(21)および自動ドレスタイミング判定手段(24)による監視が継続される。

上記図２ａと図２ｂとの比較から分かるように、ドレスタイミング判定手段(15)は、上記図３に示した第１実施形態以外の構成とすることもできる。図４に、ドレスタイミング判定手段(15)の第２実施形態を、図５に、ドレスタイミング判定手段(15)の第３実施形態をそれぞれ示す。

図４に示すように、第２実施形態のドレスタイミング判定手段(15)は、ワーク(W)の加工数Ｎを数える加工数カウント手段(22)および加工数Ｎを閾値Ｎｏと比較する加工数比較手段(23)からなる定期ドレスタイミング判定手段(21)と、砥石接触時点から研削電力値が所定値に達するまでの時間（実断続研削時間）における研削力の最大値Ｆｎを求める最大研削力計測手段(29)およびこの最大研削力Ｆｎと所定の閾値Ｆｏとを比較する研削力比較手段(30)からなる自動ドレスタイミング判定手段(28)と、定期ドレスタイミング判定手段(21)および自動ドレスタイミング判定手段(28)の判定結果に基づいてドレス指示信号を出力するドレス指示信号出力手段(27)とを有している。

第２実施形態のドレスタイミング判定手段(15)によると、ワーク(W)に異常がない場合、定期ドレスタイミング判定手段(21)において、ドレスを行った後のワーク(W)の加工数が所定値Ｎｏとなるごとにドレス指示信号が出力され、これにより定期的にドレスが行われる。これとは別に、自動ドレスタイミング判定手段(28)において、ワーク(W)加工ごとに、研削力の最大値Ｆｎが計測され、これを所定の閾値Ｆｏ（例えば、正常な研削における最大研削力の１．１〜１．２倍など）と比較して、Ｆｎ≧Ｆｏとなった場合、すなわち、最大研削力が正常な研削に比べて大きい場合に、ドレス指示信号が出力される。定期ドレスタイミング判定手段(21)および自動ドレスタイミング判定手段(28)からドレス指示信号が出力された場合、いずれの手段(21)(28)から出力されたかにかかわらず、ワーク(W)の加工数ＮはＮ＝０にリセットされた後、定期ドレスタイミング判定手段(21)および自動ドレスタイミング判定手段(28)による監視が継続される。

図５に示すように、第３実施形態のドレスタイミング判定手段(15)は、ワーク(W)の加工数Ｎを数える加工数カウント手段(22)および加工数Ｎを閾値Ｎｏと比較する加工数比較手段(23)からなる定期ドレスタイミング判定手段(21)と、砥石接触時点から研削電力値が所定値に達するまでの時間（実断続研削時間）における研削電力の傾き（研削電力／時間）Ｅを求める研削電力傾き計測手段(32)およびこの研削電力の傾きＥと所定の閾値Ｅｏとを比較する研削電力傾き比較手段(33)からなる自動ドレスタイミング判定手段(31)と、定期ドレスタイミング判定手段(21)および自動ドレスタイミング判定手段(31)の判定結果に基づいてドレス指示信号を出力するドレス指示信号出力手段(27)とを有している。

第３実施形態のドレスタイミング判定手段(15)によると、ワーク(W)に異常がない場合、定期ドレスタイミング判定手段(21)において、ドレスを行った後のワーク(W)の加工数が所定値Ｎｏとなるごとにドレス指示信号が出力され、これにより定期的にドレスが行われる。これとは別に、自動ドレスタイミング判定手段(31)において、ワーク(W)加工ごとに、研削電力の傾き（研削電力／時間）Ｅが計測され、これを所定の閾値Ｅｏ（例えば、正常な研削における研削電力の０．８〜０．９倍など）と比較して、Ｅ≦Ｅｏとなった場合、すなわち、研削電力の傾きが正常な研削に比べて小さい場合に、ドレス指示信号が出力される。定期ドレスタイミング判定手段(21)および自動ドレスタイミング判定手段(31)からドレス指示信号が出力された場合、いずれの手段(21)(31)から出力されたかにかかわらず、ワーク(W)の加工数ＮはＮ＝０にリセットされた後、定期ドレスタイミング判定手段(21)および自動ドレスタイミング判定手段(31)による監視が継続される。なお、研削電力の傾き（研削電力／時間）を求める際の時間（横軸の範囲）については、例えば、実断続研削時間（正常品と異常品とで異なる）を使用してもよく、また、粗工程開始からの一定時間（正常品と異常品とで同じ）としてもよく、その他、適宜選択することができる。

図１は、この発明による研削装置の全体構成を概略的に示す斜視図である。図２ａは、この発明による研削装置において利用されている研削電力の波形（正常品ワークと異常品ワークとの比較）を示すグラフである。図２ｂは、この発明による研削装置において利用されている研削力の波形（正常品ワークと異常品ワークとの比較）を示すグラフである。図３は、この発明による研削装置の第１実施形態の要部（ドレスタイミング判定手段）を示すブロック図である。図４は、この発明による研削装置の第２実施形態の要部（ドレスタイミング判定手段）を示すブロック図である。図５は、この発明による研削装置の第３実施形態の要部（ドレスタイミング判定手段）を示すブロック図である。

符号の説明

(1) 研削装置
(2) ワーク保持台（ワーク保持手段）
(3) 研削砥石
(4) 砥石軸
(5) スピンドル
(8) 切込みモータ（切込み付与手段）
(13) 切込み動作制御手段
(15) ドレスタイミング判定手段
(25) 実断続研削時間計測手段
(26) 断続研削時間比較手段
(27) ドレス指示信号出力手段
(29) 最大研削力計測手段
(30) 研削力比較手段
(32) 研削電力傾き計測手段
(33) 研削電力比較手段
(W) ワーク

Claims

ワークを保持して回転させるワーク保持手段と、研削砥石が装着されて回転する砥石軸を有するスピンドルと、ワーク保持手段およびスピンドルを相対的に移動させて砥石にワークに対する切込み動作を行わせる切込み付与手段と、切込み付与手段の切込み動作を制御する切込み動作制御手段とを備えている研削装置において、
ワークの加工が終了するごとにドレスが必要かを判定するドレスタイミング判定手段をさらに備えており、ドレスタイミング判定手段は、砥石接触時点から研削電力値が所定値に達するまでの時間を実断続研削時間として求める実断続研削時間計測手段と、実断続研削時間と所定の閾値とを比較する断続研削時間比較手段と、実断続研削時間が閾値よりも大きい場合にドレス指示信号を出力するドレス指示信号出力手段とを有していることを特徴とする研削装置。
ワークを保持して回転させるワーク保持手段と、研削砥石が装着されて回転する砥石軸を有するスピンドルと、ワーク保持手段およびスピンドルを相対的に移動させて砥石にワークに対する切込み動作を行わせる切込み付与手段と、切込み付与手段の切込み動作を制御する切込み動作制御手段とを備えている研削装置において、
ワークの加工が終了するごとにドレスが必要かを判定するドレスタイミング判定手段をさらに備えており、ドレスタイミング判定手段は、砥石接触時点から研削電力値が所定値に達するまでの時間における研削力のピーク値を求める最大研削力計測手段と、最大研削力と所定の閾値とを比較する研削力比較手段と、最大研削力が閾値よりも大きい場合にドレス指示信号を出力するドレス指示信号出力手段とを有していることを特徴とする研削装置。
ワークを保持して回転させるワーク保持手段と、研削砥石が装着されて回転する砥石軸を有するスピンドルと、ワーク保持手段およびスピンドルを相対的に移動させて砥石にワークに対する切込み動作を行わせる切込み付与手段と、切込み付与手段の切込み動作を制御する切込み動作制御手段とを備えている研削装置において、
ワークの加工が終了するごとにドレスが必要かを判定するドレスタイミング判定手段をさらに備えており、ドレスタイミング判定手段は、砥石接触時点から研削電力値が所定値に達するまでの時間における研削電力の傾きを求める研削電力傾き計測手段と、研削電力の傾きと所定の閾値とを比較する研削電力比較手段と、研削電力の傾きが閾値よりも小さい場合にドレス指示信号を出力するドレス指示信号出力手段とを有していることを特徴とする研削装置。