JPS5948336B2 - 単粒切込試験を実施するための装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は硬質物質粒又は砥粒で単粒切込試験を行うため
の、平面研削盤に取付ける装置に関する。

硬質物質粒又は砥粒の磨耗−及び切削状態は単粒切込試
験により判定することが出来る。第１図及び第２図に、
固定装置により円筒形回転対称盤の外周に取付けられた
被試験粒子の切込過程が略示されている。単粒切込試験
により種々の粒子の磨耗過程及び切削状態を正確に半定
することが出来る。

その場合切込過程は、実際に適用される切削速度及び被
研削面の形状に合せて行うべきである。同試験の有効性
は試験実施及び試験結果の測定及び判定の仕方の他に、
使用した試験装置にかなりの程度依存する。切込試験の
実施可能性はある一定の装置技術的条件に関する。特に
下記の要求を満たす切込装置が必要である。単粒切込試
験は通例平面研削盤で行われる。

この平面研削盤は経済的理由から一般に一時的に切込み
にリセットされ、その他の時点ではその本来の作業であ
る研削を行わねばならないから、リセットはスムーズに
行われなければならない。切込装置をフランジ付き研削
盤の様に、平面研削盤のスピンドル上に取付け得る場合
には、問題のないリセットが行われる。単粒切込試験に
とつて重要な測定値は切込み力である。

これは２成分方向で測定され得なければならない。砥粒
の作用時間は極めて短いことから高振動数の力量計が必
要である。試料が十分な大きさを有し、十分長い切込み
をつけ得る場合にのみ、経済的な試験実施が可能である
ことが判明した。

従つて工作物の下部での力の測定は行われない。それは
力量計に対して高い固有振動が要求されるため、非常に
僅少な付加質量しか許容されないからである。本発明の
課題は、十分高い固有振動を有する力量計が要求される
事実に基いて、力量計を砥粒の下方で回転切込盤に配設
した装置を提供することである。

単粒切込試験を実施するに当つては、試料準備も特別に
重要である。

この種の試験は、切込みの間送り運動が完全に一定に保
持される場合にのみ有効な結果を出すことが出来る。切
込みの際の送り量は一般に数μｍである。切込み力の大
きさは最大切込み深さに関係し、同最大切込み深さの値
は一般に送り量の値の１／１０〜１／１００である。切
込み深さは送り量につれて必然的に変るから、切込み力
も送わ量の変化に非常に敏感に反応して変化する。切込
試験の際５μｍの定行誤差があると、試料端部で力の上
昇が認められる。

つまり試料中央部での力の低下は砥粒の磨耗に帰因する
のでなく、明白に、試料走行誤差が原因である。従つて
信頼し得る単粒切込試験結果を得るには、試料の申分の
ない走行が不可欠の前提条件であることが明らかである
。良好に走行する試料の切込みを行う場合には、走行誤
差を有する試料の切込みの際の力の経過と異なり、大体
において〒定の力の経過が認められる。公知の単粒切込
装置は通例、外周部に適当な形状で被試験粒子を固定し
た研削盤に類似した装置である。

試験は大抵の場合平面研削盤で行われる。工作物の下部
に力量計が設けら枳切込まれた溝の形状の他に切込み力
も測定する装置は公知である。力信号の上昇時間が非常
に短い（約５０μｏ）ために、−般に圧電結晶の使用が
必要である。しかしそれ自体非常に高振動数のこの力量
計でも上記の理由から、圧電結晶上の工作物及び保持部
材の付加質量が非常に僅少である場合にのみ、十分な固
有振動を達成することが出来る。そのため工作物の下部
で力測定を行う装置の場合には、非常に小さな工作物し
か切込試験を行うことが出来ない。同試験は工作物の交
換をしばしば行わなければならないから時間が長くかか
る。任意の大きさの工作物で力測定を利用して行う切込
試験は、力量計が非常に軽い砥粒と共に回転切込盤の外
周に取付けられている場合にのみ、十分信頼のおける結
果を出すことが出来る。

この観点から最も進歩した装置は、Ｃ．Ｈ．ジエン（Ｓ
ｈｅｎ）著゜１シングル グリッド クラインディング
テスト（Ｓｉｎｇｌｅｇｒｉｔｇｒｉｎｄｉｎｇｔｅ
ｓｔ）１１（ジエネラル モーター社（Ｇｅｎｅｒａｌ
ＭＯｔＯｒｓＭｆｇＤｅｖｅｌＯｐｍｅｎｔ）の未公開
報告）に記載されている。同報告に記載された切込装置
は圧電力量計を装備した−個のアルミニウム盤からなる
。被試験粒はクランプで締付けられるか又は合成樹脂接
着剤で固定される。その試験結果をみると、力量計の必
要な固有振動があらめる場合に達成されるとは限らない
ことが明白である。その上非常に定常な送りを保証する
ための十分な試料準備は同装置では不可能である。本発
明の出発点となつた公知技術は、試料を研削盤又はベル
ト研削機を用い、荒削り、平滑化及び研磨によつて表面
研削を行うことを特徴とした。

同工程に引続いて、研削盤ないしは支持盤を切込装置と
取換えなければならないか又は試料準備と切込みとを別
々の機械で行わなければならなかつた。前者の場合には
試験実施が不経済で又時間が長くかかる欠点があり、後
者の場合には機械の走行誤差及び試料切込みの際の困難
が生じ得る。Ｄ．グラハム（Ｇｒａｈａｍ）及びＲ．Ｍ
．パウル（Ｂａｕｌ）著゛ウエア（Ｗｅａｒ）”’１９
７２年第１９巻３０３〜３０４頁に、試験開始前に支持
台上に保持した工作物にその場で表面処理を行い得るこ
とが記述されている。現場法と称されているこの作業法
では、試材準備と切込みとが工作吻を取付けたまゝ行わ
れるが、切込盤と研削盤とをしばしば取換えなければな
らない。すなわち工作物を取付けて研削盤で予備研削し
、次いで切込みを行うことが出来るが、その場合に研削
盤をスピンドルから取外し、切込盤をスピンドルに取付
けなければならない。これは著しい時間消費である。被
試験試料に要求される極めて良好な表面は一個の研削盤
だけでは達成されないから、場合によつては切込みを行
う前に研削盤を数度取換えなければならない。従つて本
発明の課題は、試料準備と切込みとを唯一つのマシン上
で、装備換えを行うことな〈実施し得る装置の開発であ
る。

この課題は本発明により、平面研削盤のスピンドル上の
装備される構成単位としての、フランジ１と対向フラン
ジ２とにより保持される支持盤３及びフランジ上に取付
けられた切込盤５（−亡の外周に単粒が固定され、単粒
の下方に力量計が設けられている一）、及び主軸台上に
取付けられたベルト緊張アームから構成される切込装置
とベルト研削装置との組合せにより解決される。

本発明の他の実施形式においては、力量計は砥粒保持部
材、圧電結晶１８、高速締付部材を備えたチタン製膨張
ねじ８及び切込装置のボスに配設された伝達装置６，７
から構成されている。

本発明により得られる利点は特に、時間の節約、機械走
行誤差の極少イＫ極めて定常な送り及び迅速かつ経済的
な試料準備である。それによつて切込みの際の切込み深
さを第一に非常に小さく、又第二に極めて一定に保持す
ることが可能である。本発明装置の構造を第３図を参照
し、以下に詳述する。記号１はフランジを表わす。

これは研削盤フランジと同じ大きさを有し、平面研削盤
のスピンドル上へ調整ばね溝１３により取付けることを
可能にする。対向フランジ２により支持盤３を保持する
ことが出来る。切込盤と固定結合され、ベルト研削中一
緒に回転する支持盤はアルミニウムから成り、その外周
にシヨア硬度９５のゴム板２１を有し、それを介して研
削ベルトを支持し、回動させる。従つて荒削りから研磨
までの各機械加工段階は研削又は研磨ベルトの交換によ
つて行うことが出来る。フランジ１、支持盤３、対向フ
ランジ２、ゴム板２１及び六角ソケツト付き平小ねじ１
７はそれ自体一体として駆動可能な構成単位である。対
向フランジ２中のありみぞによつて装置の平衡が達成さ
れる。全装置は２個の平衡溝４１，４２を有し、それに
よつて装置の不平衡化を避けることが出来る。これは円
板式装置にとつて重要なことである。フランジ１はその
前側に調整ばね溝１２付きの円錐体を有する。

同円錐体上に切込盤の内側フランジ４が位置し、ねじ１
６で対向フランジに固着される。他のフランジと同様に
内側フランジ４も鋼製であり、そこに設けられているあ
りみぞにより装置の平衡が得られる。切込盤５自体はア
ルミニウム製であり、内側フランジ上に位置する。内側
フランジの外周には力信号伝達装置用の保持部材６もね
じ市めされている。切込盤は２つのセグメントを有し、
装置基体からはずすことが出来る。その様にして、通常
検定され、初応力に調整されている力量計を解体する必
要なしに、様々な力量計及び砥粒保持部材を取付けるこ
とが出来る。切込み力は圧電結晶を用い、最高３成分方
向に測定される。第５図により力量計の構造を説明する
。所属のナツト２０を有するチタン製膨張ねじ８は圧電
結晶１８を固定するのに利用され、同時に圧電結晶を必
要な初応力に調整する。同膨張ねじ８の頂部は円筒状内
面ねじ２６を有し、これは円錐形の凹部２１に移行する
。砥粒保持部材２３は円錐形脚部と円筒状部分とから成
り、特殊なニツケル合金から仕上げられている。砥粒保
持部材の円筒状部分の平面には砥粒２４がガラスはんだ
２５によりはんだ付けされている。一体として構成され
た砥粒保持部材２３と砥粒２４とは同保持部材の円錐形
脚部が膨張ねじの円錐形凹部中に存在するように、膨張
ねじの円錐形凹部に挿入される。

円筒状外周ねじと中央穿孔とを有する円板状の締付け板
２２はその孔を介して砥粒保持部材の円筒状部分に配設
され、膨張ねじの内面ねじにねじ込まれる。締付け板を
固定する前に砥粒保持部材、従つて砥粒を旋回させて位
置決めする。締付け板が膨張ねじの頂部に深くねじ込ま
れ、締付けられると、砥粒保持部材の円錐脚部は膨張ね
じ頂部の円錐状凹部に圧着される。高速締付部材は砥粒
保持部材を締付け板により膨張ねじに取付ける上記の結
合体により構成される。チタンの使用及び膨張ねじと固
定部材の注意深く構成された形状によつて力量計の必要
な固有振動が達成される。本発明装置には、その他に案
内ローラ付きのベルト緊張アーム（第３図には示されて
いない）が設けられている。

支持盤により駆動される研削ベルトは、支持盤と研削ベ
ルトとの間に空転が生じないように締付けられていなけ
ればならない。この締付け力は同様に該ベルトがその外
周面を走行するローラ（このローラはベルト緊張アーム
の端部に存在する）によつて得られる。ベルト緊張アー
ムにはローラを研削ベルトに押付ける圧縮ばねが内蔵さ
れている。同様にベルト緊張アームに取付けられたレバ
ーを介してばねを圧縮することによつて研削ベルトを弛
緩させ、支持盤及びベルト緊張ローラから取り除き、他
のベルトと交換することができる。力信号伝達装置とし
ては例えば水銀回転伝達装置又は遠隔測定装置が適する
。第３図には回転伝達装置ｒが示されている。本発明装
置を用いて実際に試験を行うには、被試験粒を切込盤の
外周に固定し、位置定めする。

法線力及び接線力の負荷信号が圧電力量計から回転伝達
装置を介して負荷増幅器に送られ、記憶オシログラフに
より記録される。その場合一方の力信号が法線力の経過
を示し、他方が接線力の経過を示す。４０μｍの送り調
整を行い、支持台を動かすことなく砥粒を工作物中央に
スパークさせる。

このスパークは観察者の目に砥粒と工作物との最初の接
触として示され、又記憶オシログラフに記入される僅少
な力によつても記録することが出来る。次いで研磨され
ている工作物を載せた支持台の位置を変化させて、工作
物端部から切込みを開始する。切込作業の間切込盤は時
計の針の方向に回転し、他方支持台は同方向又は逆方向
の削り工程を行わせる。その場合送りは一定である。そ
の様にして工作物上に”切込跡’゜が形成される。砥粒
がその時点まで磨耗しない限り、最高４本の切込痕が均
一な間隔で形成される。次いでそれを交換し、判定を行
う。第４図に本発明による切込装置を略示する。同図中
の装置の構成要素の記号は、特許請求の範囲、第３図及
び上記に使用された記号とは一致しない。第４図には主
軸台３０、種々異なる粒度及び精細度の研削及び研磨ベ
ルトが懸けられる支持盤３Ｔ（これは平面研削機上に取
付けられた、ベルト緊張アーム３９、圧縮ばね４１、案
内ローラ４０及び研削又は研磨ベルト３８からなるベル
ト研削装置と協働する）を有する平面研削機の研削スピ
ンドル３１、切込盤３６、フランジ３５、回転伝達装置
３４、力変換器３３及び切込盤３６の周囲に固定された
砥粒３２の相互関係が示されている。

理解を助けるために第１図及び第２図について更に詳説
する。

第１図においてαは作用角、ωは砥粒が固着されている
切込盤の角運度、Ｘは切込み深さ、Ｌは切込みに際して
の作用長さ、Ｘｎは切込みに際しての瞬間切込み深さ、
Ｒは切込軌道の半径をそれぞれ表わす。

本図は最大切込み深さＸの溝を作る切込み過程で砥粒が
工作物に嵌合する状態を示すものである。第２図は詳細
には図示されていないが砥粒が固着されている切込盤並
びにその下方に存在する工作物を略示するものである。

本発明装置の運転に際して切込盤は曲線矢印で示した回
転運動を実施し、これに対し工作物は本装置台が水平方
向に移動することにより同様に水平方向で右方に移動す
る。本図において切込みはその量及び方向を三つの失印
で示されている。第２図から本試験装置の場合一連の切
込痕（みぞ）が生じることは明白でぁる。砥粒によつて
伝達された力を測定することにより、同時に砥粒の損耗
度を追跡することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は被試験粒子の切込過程の略示図、第
３図は本発明装置の一実施形式を示す図面及び第４図は
本発明による切込装置の略示図、第５ａ図は力量計部分
を詳述する断面図、第５ｂ図は第５ａ図のＡ部分の拡大
図である。 第３図中：１・・・フランジ、２・・・対向フランジ、
３・・・支持盤、４・・・内側フランジ、５・・・切込
盤、６・・・伝達装置用保持部材、Ｔ・・・力信号伝達
装置、８・・・チタン製膨張ねじ、１２，１３・・・調
整ばね溝、ＩＴ・・・平小ねじ、１８・・・圧電結晶、
２１・・・ゴム板第４図中：３０・・・主軸台、３１・
・・研削スピンドル、３２・・・砥粒、３３・・・力変
換器、３４・・・回転伝達装置、３５・・・フランジ、
３６・・・切込盤、３γ・・・支持盤、３８・・・研削
一、研磨ベルト、３９・・・ベルト緊張アーム、４０・
・・案内ローラ、４１・・・圧縮ばね。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 硬質物質粒又は砥粒で単粒切込試験を行うための、
   平面研削盤に取付ける装置において、平面研削盤のスピ
   ンドル上に取付ける構成単位としての、フランジ１と対
   向フランジ２とにより保持される研削ベルト支持盤３及
   びフランジ上に取付けられ、外周上に単粒を固定しかつ
   単粒の下方に力量計を装備した切込盤５、及び主軸台上
   に取付けられた研削ベルト緊張アームからなる、切込装
   置とベルト研削装置との組合せを特徴とする単粒切込試
   験を実施するための装置。 ２ 力量計が、砥粒保持部材、圧電結晶１８、高速締付
   部材を備えたチタン製膨張ねじ８及び、切込装置のボス
   に配設された伝達装置６、７から構成される特許請求の
   範囲第１項記載の装置。