JPH06155300A - 超高速研削方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超高速研削において充分な研削能率或いは砥
石寿命が得られる研削方法或いは研削装置を提供する。 【構成】 研削砥石１４の研削面と被削材２６との研削
点Ｋに向かって第１ノズル３８から研削液が高圧にて噴
射される一方、その研削面において研削点Ｋよりも上流
側に配置した遮蔽板５０により、研削面上に形成されて
その研削面とともに回転する空気層が研削点Ｋへ入り込
むのが阻止されるので、研削点Ｋにおける研削液の不足
が改善され、超高速研削において研削能率或いは砥石寿
命が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、研削砥石を超高速にて
回転させつつ被削材を研削する超高速研削方法および装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】研削砥石による被削材の研削に際して
は、研削能率を高め或いは砥石寿命すなわちドレッシン
グインターバルを延ばすために、理論的にはその研削砥
石の周速を高めるとよいと言われている。しかし、実際
には、研削砥石の周速を高めると、研削砥石と被削材と
の間に研削液が充分に供給されないため、上記研削能率
或いは砥石寿命は理論通りに延びない。このため、従来
の研削方法或いは研削装置では通常３０m/sec 程度の周
速が採用されており、高速研削と言われるものであって
も４５〜６０m/sec 程度の周速が採用されているに留ま
っていた。

【０００３】

【発明が解決すべき課題】したがって、上記従来の研削
方法或いは研削装置では、未だ充分な研削能率或いは砥
石寿命が得られなかった。すなわち、本発明の目的とす
るところは、超高速研削において充分な研削能率或いは
砥石寿命が得られる研削方法或いは研削装置を提供する
ことにある。

【０００４】

【課題を解決するための第１の手段】本発明者等は、以
上の事情を背景として種々研究を重ねた結果、研削砥石
の周速が１００m/sec 以上の超高速研削となると、研削
砥石の表面に形成されてその表面とともに回転する空気
層が研削液を飛散させることにより、研削砥石の研削面
と被削材との研削点において研削液が不足するという仮
説に基づいて、研削点付近の研削液に食い込むその空気
層を可及的に少なくするために、その研削点の上流側に
遮蔽板を設けると、研削砥石の回転速度を従来よりも格
段に高くしても良好な研削結果が得られることを見出し
た。本発明は、かかる知見に基づいて為されたものであ
る。

【０００５】すなわち、本発明の研削方法の要旨とする
ところは、研削砥石を超高速にて回転させつつ被削材を
研削する超高速研削方法であって、前記研削砥石の研削
面と前記被削材との研削点に向かって研削液を高圧にて
噴射する一方、研削砥石の研削面において上記研削点よ
りも上流側位置に配置した遮蔽板を用いることにより、
研削面上に形成されてその研削面と共に研削点に向かっ
て入り込む空気膜を遮断することにある。

【０００６】

【作用および第１発明の効果】このようにすれば、研削
砥石の研削面と前記被削材との研削点に向かって研削液
が高圧にて噴射される一方、研削面において研削点より
も上流側に配置した遮蔽板により、研削面上に形成され
てその研削面とともに回転する空気層が研削点へ入り込
むのが阻止されるので、研削点における研削液の不足が
改善され、砥材の切刃のダメージが減少して研削能率が
高められ或いは砥石寿命が一層得られる。

【０００７】

【課題を解決するための第２の手段】また、本発明の装
置の要旨とするところは、研削砥石を超高速にて回転さ
せつつ被削材を研削する超高速研削装置であって、(1)
前記研削砥石の研削面と前記被削材との研削点に向かっ
て研削液を高圧にて噴射する高圧噴射ノズルと、(2)前
記研削砥石の研削面の前記被削点よりも上流側位置にお
いてその研削面に近接した状態で配置された遮蔽板と
を、含むことにある。

【０００８】

【作用および第２発明の効果】このようにすれば、高圧
噴射ノズルが研削砥石の研削面と前記被削材との研削点
に向かって研削液を高圧にて噴射する一方、研削面の前
記被削点よりも上流側位置に略接触する状態で位置固定
においてその研削面に近接して配置された遮蔽板によ
り、研削面上に形成されてその研削面とともに回転する
空気層が研削点へ入り込むのが阻止されるので、研削点
における研削液の不足が改善され、砥材の切刃のダメー
ジが減少して研削能率が高められ或いは砥石寿命が一層
得られる。

【０００９】ここで、好適には、前記遮蔽板を前記研削
面に対して略接触する状態とするようにその遮蔽板の位
置を自動的に調節する位置自動調節装置が用いられる。
このようにすれば、研削砥石の研削面の損耗に拘わらず
遮蔽板の位置が最適に保持される。

【００１０】また、好適には、前記研削面の前記遮蔽板
よりも上流側位置に向かって研削液を高圧にて噴射する
第２の高圧噴射ノズルが更に備えられる。このようにす
れば、研削面における火花の巻き付きが阻止されて、研
削砥石の寿命が一層延ばされる利点がある。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を示す図面に基づい
て詳細に説明する。

【００１２】図１は、円筒研削盤の要部の構成を示して
いる。図において、砥石軸台１０に設けられた砥石軸１
２は図示しない駆動モータによって矢印に示す方向に超
高速で回転駆動されるようになっており、その砥石軸１
２の端部には、研削砥石１４が取付装置１６により固定
されている。それら研削砥石１４および取付装置１６
は、１００乃至２００m/sec 程度の周速となる超高速回
転でも充分耐え得る機械的強度、動バランス、寸法精度
などをそれぞれ備えている。

【００１３】上記研削砥石１４は、円形のコア部材２０
と、そのコア部材２０の外周面に張り着けられたセグメ
ントチップ２２とを有している。コア部材２０は、超高
速研削時における遠心力に充分耐え得る材料強度と形状
を備えたものであって、たとえばスチール、ＣＦＲＰか
ら構成されている。また、上記セグメントチップ２２
は、たとえばダイヤモンドやＣＢＮなどの超砥粒がレジ
ノイドボンド、ビトリファイドボンド、メタルボンド、
電着などにより結合された砥石である。

【００１４】被削材２６は、研削されるべき円筒形状の
外周面を備えたものであって、よく知られているよう
に、図示しない心押台のセンタと主軸台のセンタとによ
り中心軸まわりの回転が可能に支持され、且つその主軸
台からケレを介して矢印に示す方向の回転が与えられる
ようになっている。本実施例では、被削材２６の回転中
心軸は研削砥石１４のそれと同じ高さに位置させられる
ととも互いに平行とされている。

【００１５】研削砥石１４および被削材２６の下側に
は、それらから落下する研削液を受けるための受台３０
が設けられており、その受台３０により補集された研削
液は研削液圧送装置３２に還流されるようになってい
る。研削液圧送装置３２は、還流した研削液を浄化する
ための図示しない濾過装置と、この濾過装置を通過した
研削液を圧送する図示しない２基の高圧ポンプとを備え
ており、送出パイプ３４および３６を介して第１ノズル
３８および第２ノズル４０へ研削液をそれぞれ圧送す
る。第１ノズル３８に対してはたとえば２００kg/cm²程
度の超高圧の研削液が供給され、第２ノズル４０に対し
てはたとえば８０kg/cm²程度の高圧の研削液が供給され
る。

【００１６】上記第１ノズル３８は、研削砥石１４と被
削材２６との接触点である研削点Ｋに向かって研削液を
噴射するように、砥石軸台１０から水平方向に突設され
た第１凸部３９のブラケット４１に取りつけられてお
り、第２ノズル４０は、研削砥石の外周面である研削面
であって上記研削点Ｋよりも上流側に位置する部分、研
削砥石１４の回転中心角で言うと１２０度程度上流側に
位置した部分に対し、その部分の接線に対して略直角と
なる向きで研削液を噴射するように、砥石軸台１０から
水平方向に突設された第２凸部４３に取りつけられてい
る。

【００１７】図２および図３に詳しく示すように、第１
ノズル３８は、全体として楔形状を成す本体４２の先端
面４４に貫通して形成されたスリット４６を備えてい
る。このスリット４６は、前記研削液圧送装置３２によ
る研削液の圧送圧力が低下しないようにたとえば幅が
０．１５mm、長さが９mm、貫通断面積が１．３５mm² に
設定されており、そのスリット４６から３乃至１５mm離
隔した位置で５５乃至１０kg/cm²の噴射圧力が得られる
ようになっている。このスリット４６の長さは研削面の
研削幅と同等以上の寸法に設定されている。以上のスリ
ット４６の構成により、第１ノズル３８により噴射され
る研削液は、研削砥石１４の研削面に形成されてそれと
共に移動する空気層の速度に対して同等以上の吐出速度
となる。

【００１８】そして、図１に示すように、研削砥石１４
の研削面であって前記研削点Ｋすなわち第１ノズル３８
よりも所定距離だけ上流側、研削砥石１４の回転中心角
で言うと３０度程度上流側に位置した部分に接触する遮
蔽板５０が砥石軸台１０に固設されている。この遮蔽板
５０は、たとえば鋳鉄製であって、図４に詳しく示すよ
うに、研削砥石１４に接触する接触部５２とこの接触部
５２に対して１２０度程度の角度を成す基部５４とから
一体的に構成され、その接触部５２が研削砥石１４の回
転中心に向かう方向に取りつけられる。遮蔽板５０の基
部５４は、遮蔽板位置調節装置５６により保持されてお
り、接触部５２の接触状態が自動的に調節されるように
なっている。

【００１９】上記遮蔽板位置調節装置５６は、砥石軸台
１０において前記第１凸部３９および第２凸部４３の間
において独立に水平方向に突設された第３凸部４５内に
設けられており、その第３凸部４５に固定された一対の
ガイドロッド５８と、それにより前記接触部５２と略平
行な方向に案内される可動部材６０と、この可動部材６
０を一方向に付勢することにより遮蔽板５０の位置精度
を高めるスプリング６１と、この可動部材６０に螺合さ
れたねじ軸６２を出力軸として有する減速機付パルスモ
ータ６４とを備えている。この減速機付パルスモータ６
４は、図５に示す制御装置６８により制御される。

【００２０】図５において、振動センサ７０は、遮蔽板
５０または可動部材６０に固着され、遮蔽板５０の研削
砥石１４に対する接触状態を判定するために接触部５２
と研削砥石１４との摺接により発生する振動を検出す
る。設定器７２は、その振動センサ７０からの振動信号
ＳＶの大きさを判定するために予め設定された第１基準
信号ＳＪ１およびそれより大きい第２基準信号ＳＪ２を
コントローラ７４へ供給する。コントローラ７４は、振
動センサ７０からの振動信号ＳＶがそれら第１基準信号
ＳＪ１および第２基準信号ＳＪ２の間となるように減速
機付パルスモータ６４を駆動し、研削砥石１４に対する
遮蔽板５０の位置を調節する。これにより、遮蔽板５０
は研削砥石１４に対して極めて僅かに接触する状態に常
時保持される。

【００２１】上述のように、本実施例によれば、研削砥
石１４の研削面と被削材２６との研削点Ｋに向かって第
１ノズル３８から研削液が高圧にて噴射される一方、そ
の研削面において研削点Ｋよりも上流側に配置した遮蔽
板５０により、研削面上に形成されてその研削面ととも
に回転する空気層が研削点Ｋへ入り込むのが阻止される
ので、研削点Ｋにおける研削液の不足が改善され、超高
速研削において研削能率或いは砥石寿命が得られる。

【００２２】また、本実施例によれば、研削面の遮蔽板
５０よりも上流側位置に向かって第２ノズル４０から研
削液が高圧にて噴射されるので、研削砥石１４の研削面
における火花の巻き付きが阻止されて研削砥石１４の寿
命が一層延ばされるとともに、研削面上に形成される空
気層がこの第２ノズル４０からの噴射により破壊され、
遮蔽板５０に到達する空気層の形成量が抑制される利点
がある。

【００２３】図６、図７、図８は、上記の実施例の研削
装置の効果を確認するために、以下に示す研削条件およ
びドレッシング条件により行われた実験結果を示してい
る。なお、各図において、◇印は、上述の実施例の如く
遮蔽板５０を略接触させた場合、□印は、遮蔽板５０と
研削砥石１４の外周研削面との間隙を０．２mmとした場
合、◆印は、遮蔽板５０と研削砥石１４の外周研削面と
の間隙を０．５mmとした場合、○印は、遮蔽板５０を用
いず第１ノズル３８の噴射のみによる場合をそれぞれ示
している。

【００２４】〔研削条件〕 使用機械：超高速円筒研削盤 砥石 ：ＣＢ８０Ｍ２００ＶＮ１（３８０×９×８
０） 被削材 ：ＳＣＭ４３５（６０φ×５ｔ） 研削方式：湿式円筒プランジ研削 周速比 ：１００ 研削能率：２０mm³/mm・s Ｓ・Ｏ ：２０ｒｅｖ 研削油 ：ソリュブルタイプ（×５０）

【００２５】〔ドレッシング条件〕 方 法：トラバースロータリドレッシング ドレッサ：ホイールドレッサ（１１０φ×Ｕ１，ＳＤ４
０Ｐ７５Ｍ） ホイール周速：８０m/sec ドレッサ周速：２０m/sec 周速比 ：１／４（ダウンカット） リード ：０．０５nn/r.o.w 切込量 ：φ４μｍ／pass

【００２６】上記実験結果から明らかなように、遮蔽板
５０を研削砥石１４の外周研削面に略接触させた場合
（◇印）は、第１ノズル３８の噴射のみを用いた場合
（○印）に比較して、消費電力が僅かに増加するもの
の、砥石摩耗量が１／３となってドレッシングインター
バルが３倍となる。或いは、本実施例の研削装置におい
て、従来と同様なドレッシングインターバルで差支えな
ければ、切り込み量を多くすることにより研削能率が大
幅に高められ得る。

【００２７】また、上記実験結果から明らかなように、
遮蔽板５０と研削砥石１４の外周研削面との間隙を０．
５mmとした場合（◆印）は、第１ノズル３８の噴射のみ
を用いた場合（○印）に比較して、格別の差異はなく、
遮蔽板５０と研削砥石１４の外周研削面との間隙を０．
２mmとした場合（□印）は、第１ノズル３８の噴射のみ
を用いた場合（○印）に比較して、砥石摩耗量が少なく
なってドレッシングインターバルが長くなるという一応
の効果が認められる。すなわち、遮蔽板５０と研削砥石
１４の外周研削面との間隙を０．２mm以下とすることに
より、超高速研削において研削能率或いは砥石寿命が改
善されるのである。

【００２８】以上、本発明の一実施例を図面に基づいて
説明したが、本発明はその他の態様においても適用され
る。

【００２９】たとえば、前述の実施例において、遮蔽板
５０は、図５に示す制御装置６８により、研削砥石１４
に僅かに接触するように常時制御されていたが、制御装
置６８により一定割合の制御期間だけ予め定められた周
期で繰り返し位置制御されるようにしてもよい。このよ
うにすれば、遮蔽板５０が研削砥石１４に押しつけられ
る期間的な割合が少なくなって遮蔽板５０の摩耗が抑制
される利点がある。

【００３０】また、遮蔽板５０は、図５に示す制御装置
６８により、研削の開始に先立つ研削砥石１４の低速回
転期間のみ制御され、その後はその位置に固定されるよ
うにしてもよい。このようにすれば、研削砥石１４のコ
ア部材２０がスチールである場合には、２００ｍ／秒程
度の超高速回転状態となるにしたがって、遠心力などに
より１０乃至６０μｍ程度僅かに拡径するので、超高速
研削状態では研削砥石１４と遮蔽板５０との接触状態が
保持され、連続的に制御する場合に比較して遮蔽板５０
の摩耗が抑制される利点がある。

【００３１】また、前述の実施例の遮蔽板位置調節装置
５６では、減速機付パルスモータ６４により駆動される
ねじ軸６２により遮蔽板５０を位置調節するように構成
されていたが、モータにより回転させられるカムにより
位置調節するように構成されてもよいし、油圧シリンダ
などの流体アクチュエータにより位置調節するように構
成されても良い。

【００３２】また、前述の実施例の遮蔽板５０は研削面
に付着し難い鋳鉄製であったが、容易に研削される材
料、たとえばカーボン板や、熱硬化性樹脂などの硬質樹
脂により構成されていても差し支えない。このような場
合には、遮蔽板５０の接触によって火花が発生せず、研
削砥石５０の研削面の摩耗などが生じない利点がある。

【００３３】また、前述の実施例では、第１ノズル３８
から研削液が２００kg/cm²の圧で噴射されていたが、遮
蔽板５０の作用によって研削点Ｋに向かう研削面上の空
気層が阻止されるので、第１ノズル３８からは必ずしも
そのような２００kg/cm²程度の高圧で噴射されなくても
よい。

【００３４】また、前述の実施例の第２ノズル４０は、
研削砥石１４の研削面に対して直角な方向から噴射する
ように取り付けられていたが、回転方向の上流側に向か
って斜めに噴射するように取り付けられていてもよい。
この場合の噴射方向は研削面上の空気層の移動方向と対
向するので、空気層が効率的に排除される利点がある。

【００３５】また、前述の実施例のパルスモータ６４に
替えて直流或いは交流駆動のサーボモータが用いられて
もよい。また、前述の実施例の振動センサ７０に替え
て、ＡＥセンサや、遮蔽板５０を駆動するモータの駆動
電流の増加に基づいて遮蔽板５０の接触状態を検出する
検出装置が用いられてもよい。

【００３６】また、前述の実施例において、第１ノズル
３８および第２ノズル４０以外の研削液噴射装置が必要
に応じて設けられていても差支えない。

【００３７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の研削方法が適用される円筒研削盤の要
部を説明する図である。

【図２】図１の実施例の第１ノズルをその一部を切り欠
いて示す拡大図である。

【図３】図２の第１ノズルの端面に形成されたスリット
を示すための底面図である。

【図４】図１の実施例において、遮蔽板の研削砥石に対
する接触状態を示す要部平面図である。

【図５】図１の遮蔽板位置調節装置を制御する制御装置
の回路構成を説明するブロック線図である。

【図６】図１に示す研削方法における研削砥石の摩耗特
性を、第１ノズルのみを用いた場合と対比して示す図で
ある。

【図７】図１に示す研削方法における研削砥石の面粗度
変化特性を、第１ノズルのみを用いた場合と対比して示
す図である。

【図８】図１に示す研削方法における研削時の消費電力
値を、第１ノズルのみを用いた場合と対比して示す図で
ある。

【符号の説明】

１４：研削砥石 ３８：第１ノズル（高圧噴射ノズル） ４０：第２ノズル（第２の高圧噴射ノズル） ５０：遮蔽板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 研削砥石を超高速にて回転させつつ被削
   材を研削する超高速研削方法であって、 前記研削砥石の研削面と前記被削材との研削点に向かっ
   て研削液を高圧にて噴射する一方、該研削砥石の研削面
   において該研削点よりも上流側位置に配置した遮蔽板を
   用いることにより、該研削面上に形成されて該研削面と
   共に該研削点に向かって入り込む空気膜を遮断すること
   を特徴とする超高速研削方法。
2. 【請求項２】 研削砥石を超高速にて回転させつつ被削
   材を研削する超高速研削装置であって、 前記研削砥石の研削面と前記被削材との研削点に向かっ
   て研削液を高圧にて噴射する高圧噴射ノズルと、 前記研削砥石の研削面の前記被削点よりも上流側位置に
   おいて該研削面に近接した状態で配置された遮蔽板と
   を、含むことを特徴とする超高速研削装置。
3. 【請求項３】 前記遮蔽板の前記研削面に対して略接触
   するように該遮蔽板の位置を自動的に調節する位置自動
   調節装置を含むことを特徴とする請求項２の超高速研削
   装置。
4. 【請求項４】 前記研削面の前記遮蔽板よりも上流側位
   置に向かって研削液を高圧にて噴射することにより該研
   削面における火花の巻き付きを阻止する第２の高圧噴射
   ノズルを有する請求項２の超高速研削装置。