JP3719324B2 - 冷風冷却を用いた機械加工方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、冷風冷却を用いた機械加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術の機械加工においては、加工具の切れ味劣化に伴い切削・研削抵抗が増大していくことから、特開昭６０−２５６５３号に開示されるように、加工具である砥石を回転される電動機の負荷電流を測定することによりドレッシング時期を検出している。
加工具の切れ味劣化は、工作物に対する負荷の増大、又はこれに伴う熱的影響等を及ぼすことにより、工作物自体の機械的特質の変化、即ち工作物の硬度や残留応力等を変化させる。
【０００３】
しかし、特開昭６０−２５６５３号に開示されているものでは、加工機側の因子により問接的に研削抵抗（電動機における負荷電流の変化）を測定してドレッシング時期を検出しているため、工作物にとっての最適なドレッシング時期とに食い違いが生じる場合がある。そのような場合でも、硬度や残留応力はインプロセスでは測定できない。そこで、加工後の工作物の内部残留応力を測定することによりドレッシング時期を検出している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特開昭６０−２５６５３号に開示されているような従来の技術においては、内部残留応力の測定は機外の測定期により行うので、非常に効率が悪く、又、内部残留応力の測定には時間を要するためドレッシング時期が遅れ、不良品を発生させる恐れがあった。
【０００５】
そこで、この発明においては、工作物の内部残留応力と工作物の温度との間に相関関係があることに着眼し、予め該工作物の最適な工具修正時期である温度を決定し、冷風による乾式加工とすることにより、加工対象物である工作物の温度を直接的に検出することを可能とし、この検出した工作物温度から最適な工具修正時期を判定して加工の具修正を実施することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、工作物を加工具により加工する際に、冷風を供給して冷却を行うものにおいて、工作物の温度により加工具の修正を制御するものである。
即ち、この発明の機械加工方法は、加工箇所に対し冷風を供給することで冷却を行いながら工作物を加工具により加工し、加工中、工作物の温度を検出し、その検出温度を工作物の温度と残留応力との相関関係から予め設定された工具修正時期を示す設定温度と比較し、その比較結果に基づくタイミングで加工具の修正を行うのである。
特に、工作物の温度の検出は、加工箇所付近の工作物表面温度を検出するのであり、それにより、工作物の温度変化に即座に対応することができ、一層高精度に工具修正をすることが可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の一形態における冷風冷却を用いた機械加工方法を実施する機械加工装置の一例である研削装置を図面に従って説明する。
図１に示すように、冷風冷却を用いた研削装置においては、工作主軸により回転駆動される線膨張係数の大きい金属の工作物Ｗに対する砥石台１に装着された砥石車２による研削箇所Ｐに向けて上方から冷却空気を噴出する研削加工冷却用ノズル３が冷却空気供給装置４に接続された管路５の先端に設けられている。
【０００８】
冷却空気供給装置４は、圧縮機、圧縮機により圧縮された空気を貯め、圧縮機の脈動を抑制して一定流量を維持する空気タンク及び空気の露点を下げて空気を冷却し易くするエアドライヤーと例えば−３０度位にまで空気を冷却する冷却器とを備えた空気冷却装置から構成されている。
【０００９】
そして、工作物Ｗを間に砥石車２と対向する位置には、工作物Ｗの外周面温度を検出する接触式又は非接触式の温度センサ６が工作物Ｗの外周面に対向して設けられており、温度センサ６は、検出した工作物Ｗの外周面温度を検出温度信号として比較器７に入力するように接続され、比較器７においては、対象となる工作物の許容内部残留応力に対応する工作物外周面温度が所定閾値として設定されており、温度センサ６からの検出温度信号の値、即ち検出された工作物Ｗの外周面温度が所定閾値と比較される。そして、制御装置８は、比較器７での比較結果が入力され、更に比較器７における比較結果に基づいてドレッシング装置の作動を制御するように接続されている。
【００１０】
上記の研削装置におけるドレッシング制御を行うこの発明の冷風冷却を用いた機械加工方法の実施の一形態を説明する。
砥石台１が前進送りされて、砥石車２により工作物Ｗを研削するのに際して、冷却空気供給装置４から管路５を介して研削加工冷却用ノズル３に冷却空気が供給され、研削加工冷却用ノズル３から研削箇所Ｐに向けて上方から冷却空気が噴出されて、研削箇所Ｐが冷却される。
【００１１】
そして、研削中の工作物Ｗの外周面温度が温度センサ６により検出され、その検出温度信号が比較器７に入力される。
図２に同一条件による工作物（焼入れ鋼）の外周面温度と内部残留応力との関係をグラフに示す。このグラフから判るように、工作物外周面温度の変化に伴い工作物の内部残留応力が変化している。工作物は、内部残留応力σが増加するほど、詰まり、圧縮残留応力が減少するにつれて工作物の疲労強度が弱く（破壊し易く）なる傾向にある。
【００１２】
そこで、例えば、圧縮残留応力が零、即ち内部残留応力σ（Ｔ）が零となる外周面温度Ｔを閾値として比較器７に設定する。
この外周面温度と内部残留応力との関係は、工作物の物性、表面処理、研削条件、冷風の供給条件等の違いにより異なる。
【００１３】
又、当然のことながら、工作物の使用目的等によっても疲労強度をどの程度の値にするかで前記の閾値は異なってくるので、予め各種条件のもとでの加工対象とする工作物の外周面温度と内部残留応力との関係を求めておき、最適なドレッシング時期、即ち所望する許容内部残留応力値（上記例では零）における工作物温度（Ｔ）を決定しておく。
【００１４】
研削加工が進むにつれて砥石車２の切れ味が劣化してくると、工作物Ｗに対する負荷、研削抵抗、研削抵抗、摩擦抵抗等が次第に増大していくことにより、工作物Ｗの外周面温度が上昇する。砥石車２の切れ味が許容範囲より劣化すると、工作物Ｗの外周面温度が所定の閾値を超過することになる。
【００１５】
そこで、比較器７においては、入力された検出温度信号における工作物の外周面温度が設定された所定閾値と比較され、この工作物の外周面温度が所定閾値に達するか又はを所定閾値を超過すると、それが制御装置８にドレッシング作動信号として入力され、制御装置８は、研削装置においてドレッシング装置がドレッシング作動をするように制御する。
【００１６】
ドレッシング作動は、例えば、研削装置においてテーブル上の工作主軸台に設けられたドレッサがテーブルの長手方向送りにより砥石台の砥石車に対向させられ、砥石台の前進送りにより回転する砥石車の砥石面がドレッサに当接させられて行われるのである。
【００１７】
ドレッシングが完了した砥石車による研削では、ドレッシング中に工作物Ｗは冷却され、又、砥石車２は切れ味が回復しているので、工作物に対する負荷（摩擦抵抗等）が増大していき、工作物の外周面温度が上昇していく。そして、砥石車２の切れ味が許容範囲より劣化し、工作物の外周面温度が所定閾値に達することにより、上記のドレッシング作動制御がサイクリックに行われる（図３参照）。
【００１８】
又、上記の実施の形態においては、工作物の外周面温度と内部残留応力との関係からドレッシング時期の閾値を設定している。
【００１９】
なお、上記の実施の形態においては、砥石車による研削加工でのドレッシング時期を設定するものであるが、この発明は、機械加工としての研削加工に限らず、例えば加工具としてのバイト等の切削工具よる切削加工における切削工具の研磨（工具修正）にも適用し得る。
【００２０】
【発明の効果】
この発明における冷風冷却を用いた機械加工方法は、従来の技術のような加工機側の因子により工作物にとっての最適な工具修正時期を逸することなく、被加工側の工作物の因子、特に工作物の許容残留応力における工作物温度により最適な工具修正時期を設定して実行できるので、工具修正不良による不良品の発生を無くすことができる。又、加工後の工作物の疲労強度をコントロールすることも可能となる。
【００２１】
そして、冷風による乾式加工とすることにより工作物の温度を温度検出手段により直接検出することができ、この検出結果を基にして工具修正手段の動作を制御するため、最適な時期で工具修正することができる。特に、被加工側の工作物の機械的特質にとっての最適な工具修正時期で工具修正を行うことができるので、工作物の機械的特質を悪化することがない。
【００２２】
特に請求項２の発明は、工作物の温度検出が工作物の加工箇所付近の外周面温度の測定することであるので、工作物の温度変化に即座に対応することができ、一層高精度に工具修正をすることが可能となり、加工精度の更なる向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の一形態の方法に用いる研削装置の主要部構成図である。
【図２】 工作物外周面温度と内部残留応力との関係を示すグラフである。
【図３】 工作物外周面温度の変化を示すグラフである。
【図４】 研削抵抗と工作物外周面温度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 砥石台
２ 砥石車
３ 研削加工冷却用ノズル
４ 冷却空気供給装置
５ 管路
６ 温度センサ
７ 比較器
８ 制御装置
Ｗ 工作物
Ｐ 研削箇所

Claims (2)

  1. 加工箇所に対し冷風を供給することで冷却を行いながら工作物を加工具により加工する冷風冷却を用いた機械加工方法であって、工作物の温度を検出し、その検出温度を工作物の温度と残留応力との相関関係から予め設定された工具修正時期を示す設定温度と比較し、その比較結果に基づくタイミングで加工具の修正を行う冷風冷却を用いた機械加工方法。
  2. 加工箇所に対し冷風を供給することで冷却を行いながら工作物を加工具により加工する冷風冷却を用いた機械加工方法であって、加工箇所付近の工作物表面温度を検出し、その検出温度を工作物の温度と残留応力との相関関係から予め設定された工具修正時期を示す設定温度と比較し、その比較結果に基づくタイミングで加工具の修正を行う冷風冷却を用いた機械加工方法。
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