JP4029602B2 - 高精度プロファイル研削加工方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カムのカム面や歯車の歯面を高精度な形状にプロファイル研削（成形研削）加工するプロファイル研削加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高精度なプロファイル研削方法としては、ポイント研削（プロファイル設計値に沿って砥石の動きで形状を創成するプロファイル研削）により、加工する形状の各ポイントに砥石の先端を移動位置決めしながら研削加工して所望の形状を研削加工していた。
しかしながら、公差１０μｍ以下の高精度な形状が要求される場合は、砥石の先端の形状は図４に示すようにＲ０．１mm程の形状をしており、しかもそのＲ形状が異なることにより加工される形状は所望の形状より１０μｍ以上ずれてしまい、必要な形状が得られないという問題があった。
【０００３】
また、被加工物を研削加工機の被加工物保持部に取り付ける際にも、クランプ力による被加工物の変形や、芯ずれ、傾きなどが発生し、これによる誤差もまた１０μｍ以上になり、必要な形状が得られないという問題があった。
更に、計測装置が画像計測の場合、加工形状計測および加工基準位置計測時に画像計測の焦点距離が短い場合は、直接被加工物基準部および被加工物加工部が計測できず、加工形状の基準位置出しおよび修正ができないという問題もあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、公差１０μｍ以下の高精度な形状が安定して得られる高精度プロファイル研削加工方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載の高精度プロファイル研削加工方法を提供する。
請求項１に記載の高精度プロファイル研削加工方法は、先ず、被加工物のプロファイル研削加工に先だって砥石位置の初期設定が行われ、被加工物を加工するための砥石位置が決められ、次いで、一端に計測部を設け、他端側に加工部を設けた被加工物をワーク保持部に取り付けて、被加工物の加工部と計測部とを同時にプロファイル研削加工し、加工後に計測部の加工形状を計測して、計測した加工形状と記憶している所定の加工形状を比較して誤差を求め、これに基づいて砥石の相対移動量を修正して再度、加工部と計測部とを同時にプロファイル研削を行った後に、計測部を被加工物から除去するようにしたものである。これにより、特に被加工物の計測可能な焦点距離内の一端に計測部を設け、プロファイル研削加工後に計測部を除去するようにしたことにより、被加工物のプロファイル研削された形状が、研削機上で（被加工物を取り外すことなく）かつ高倍率で正確に計測できるようになり、所望の形状からのずれ量を求めて、砥石先端の位置決め位置を修正することにより、公差１０μｍ以下の高精度な形状を得ることができる。
請求項２の高精度プロファイル研削加工方法は、プロファイル研削加工の手順を具体的に限定したものであり、請求項１の方法と同様の作用効果を奏する。
【０００６】
請求項３の高精度プロファイル研削加工方法は、被加工物のプロファイル研削加工に先だって行う砥石の位置決め初期設定の手順を付加したものであり、画像計測装置を砥石ヘッドに固定し、ダミーワークを被加工物のワーク保持部が固定されているテーブル上の所定の位置に取り付け、ダミーワークをプロファイル研削してダミーワークの加工形状を画像計測装置で計測して、ダミーワークの加工形状の基準位置を求め、一方で被加工物の計測部の加工基準位置を画像計測装置で計測して被加工物の基準位置を求め、ダミーワークの加工形状の基準位置計測時から被加工物の計測部の基準位置計測時までの画像計測装置の移動量を記憶し、この記憶した画像計測装置の移動量と記憶した砥石ヘッドの位置との相対位置関係から被加工物の加工に必要な砥石位置を求めて、砥石先端を位置決めしてからプロファイル研削加工を行うようにしたものである。これにより、加工される形状の位置及び傾きを正確に加工できるようになり、一層高精度な形状を得ることができる。
請求項４の高精度プロファイル研削加工方法は、砥石の位置決め及びプロファイル研削の修正に従って、プロファイル研削加工を複数回行うようにしたものであり、これにより、一層の加工精度の改善が図れる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に従って本発明の実施の形態の高精度プロファイル研削加工方法について説明する。図１は、本発明の高精度プロファイル研削加工方法を実施するためのプロファイル研削装置の概略全体構成図である。プロファイル研削装置１は、被加工物３を保持して、図１中にＢで示されているＸ軸方向に移動可能なテーブル１１と、被加工物３を研削加工する円板状の砥石２を回転支持する砥石ヘッド６と、被加工物３の加工された形状を計測する画像計測装置４とを有している。
【０００８】
テーブル１１上には、被加工物３を保持するワーク保持具５である固定センタ９と可動センタ１０とが設けられており、被加工物３は固定センタ９と可動センタ１０とで挟持して保持される。可動センタ１０は、固定センタ９との間に形成される間隔を変えられるように移動可能であると共に、保持した被加工物３を回動するための回動機構（図示せず）が設けられている。
本発明においては、被加工物３には加工部８と計測部７とが設けられており、被加工物３は、計測部７が固定センタ９側にくるようにワーク保持具５に保持される。
【０００９】
砥石ヘッド６は、支持した砥石２を回転させる回転駆動機構（図示せず）が設けられていると共に、図１中にＡで示されるＹ軸方向及びＣで示されるＺ軸方向に移動可能に構成されている。
また、この砥石ヘッド６には、画像計測装置４を支持する画像計測装置支持具１２が固定されている。
更に、テーブル１１上の所定位置にダミーワーク１３を取り付けることができるようにダミーワーク保持具１４が設けられている。
【００１０】
図２は、被加工物加工時の砥石原点の求め方を説明する図である。図２に示すように、ダミーワーク１３の加工原点と被加工物３の加工原点の相対距離Ｌ１（Ｙ方向）及びＬ２（Ｚ方向）を測定し、その相対距離Ｌ１，Ｌ２とダミーワーク加工時の既知の砥石位置から被加工物３を加工するための砥石位置が正確に求められる。即ち、既知の砥石原点座標（Ｙ０，Ｚ０）とすると求められる砥石原点座標（Ｙ，Ｚ）は、Ｙ＝Ｙ０＋Ｌ１，Ｚ＝Ｚ０＋Ｌ２となる。これによって、被加工物加工に必要な砥石位置が決められる。これは、加工の最初に一度設定すればよいものである。
【００１１】
図３（ａ）は、ポイント研削を説明する図であり、図３（ａ）に示すようにプロファイル設計値に沿って砥石２の動きによって形状を創成するプロファイル研削を示している。
図３（ｂ）は、プロファイル研削加工時の砥石２の動きを説明する図である。砥石２（砥石ヘッド６）の動きは、図３（ｂ）に示すように砥石２を常時回転させた状態で、最初のプロファイル設計値に位置決めし、被加工物３を図３（ｂ）のＡで示すＸ軸方向に往復移動（Ａ移動（１），（２））して１ポイント・Ａ方向の加工を行い、次にＢ（Ｙ軸方向）及びＣ（Ｚ軸方向）の同時移動で２ポイント目に砥石２を移動（Ｂ，Ｃ移動（３））させ、このポイントでまたＡ移動を行って被加工物３の１ポイント・Ａ方向の加工を行う。これらを繰り返し行うことで全プロファイルの研削加工を終了するものである。
【００１２】
次に、上記構成であるプロファイル研削装置の作動、即ちこの装置を使用した高精度プロファイル研削加工方法について説明する。
まず、テーブル１１上にダミーワーク１３をセットし、また加工部８と計測部７とをもつ被加工物３をワーク保持具５により保持する。
次いで、砥石ヘッド６の位置を記憶して、その位置でダミーワーク１３を回転する砥石２にてテーブル１１と砥石ヘッド６の動き（Ｘ，Ｙ，Ｚ方向の動き）でプロファイル研削により形状加工する。次に、このとき研削加工された形状を画像計測装置４にて計測し、この計測した加工形状と記憶している所定の加工形状とを比較して誤差を求め、この誤差で砥石２の相対移動量を修正するとともに、ダミーワーク１３の加工形状の基準位置と、被加工物３の計測部７の基準位置を画像計測装置４にて計測し、ダミーワーク１３の加工形状の基準位置計測時から被加工物３の計測部７の基準位置計測時までの画像計測装置４の移動量を記憶し、この記憶した画像計測装置４の移動量と記憶した砥石ヘッド６の位置との相対位置関係から被加工物３の加工に必要な砥石位置を求める。即ち、図２を使用して先に説明した方法で砥石位置の初期設定を行う。これは、基本的に被加工物の加工に先だって１回行えばよいものである。
【００１３】
次に、求められた砥石位置をもとに被加工物３の加工部８とその一端の計測部７とを同時にプロファイル研削により形状加工し、このとき研削加工された形状を画像計測装置４で計測し、この計測した加工形状と記憶している所定の加工形状を比較して誤差を求め、この誤差に基づいて砥石２の相対移動量を修正し、砥石２を微少量切り込んで再度プロファイル研削を実施する。
【００１４】
次に、ワーク保持部５の可動センタ１０を所定の角度、例えば、略２１．１７６５°、回転させて被加工物３の加工位置を変えて、上記したように被加工物３の加工部８と計測部７のプロファイル研削による形状加工と画像計測装置４による計測及び計測結果に基づく相対移動量の修正、並びに再プロファイル研削加工を実施する。これを所定の回数（例えば、１７回）繰り返すことにより、被加工物が全周面に渡って加工され、歯車の歯面等を高精度な形状にプロファイル研削加工される。このプロファイル研削後に、計測部７は被加工物３から除去される。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、被加工物の一端に計測部を設け、プロファイル研削後に計測部を除去するようにしたこと、および画像計測装置を砥石ヘッドに固定し、ダミーワークを被加工物と同じテーブル上に取り付け、ダミーワークをプロファイル研削し、その加工形状の基準位置と被加工物の基準位置が一致するように砥石先端を位置決めしてプロファイル研削することにより、砥石先端のＲ形状に対応してプロファイル研削時の砥石先端の位置決め位置を補正し、また被加工物の取付の際の芯ずれ、傾きを修正したときに発生する被加工物の位置ずれを正確に測定して、砥石先端の位置決めに反映することにより、公差１０μｍ以下の高精度な形状がプロファイル研削加工によって得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の高精度プロファイル研削加工方法を実施するためのプロファイル研削装置の概略全体構成図である。
【図２】被加工物加工時の砥石原点の求め方を説明する図である。
【図３】（ａ）はポイント研削を説明する図であり、（ｂ）は、プロファイル研削加工時の砥石の動きを説明する図である。
【図４】砥石先端の拡大図である。
【符号の説明】
１…プロファイル研削装置
２…砥石
３…被加工物
４…画像計測装置
５…ワーク保持具
６…砥石ヘッド
７…被加工物の計測部
８…被加工物の加工部
９…ワーク保持具の固定センタ
１０…ワーク保持具の可動センタ
１１…テーブル
１２…画像計測装置支持具
１３…ダミーワーク

Claims (4)

1. 円板状砥石を用いて被加工物の外周部をポイント研削により高精度にプロファイル研削加工する方法において、
   先ず、前記被加工物のプロファイル研削加工に先だって前記砥石位置の初期設定が、行われ、前記被加工物を加工するための前記砥石位置が決められ、
   次に一端に計測部を設け、他端側に加工部を設けた被加工物をワーク保持部の固定センタと可動センタとで挟持して保持し、
   前記被加工物の加工部と前記計測部とを同時にプロファイル研削加工し、
   このプロファイル研削加工後、画像計測装置で前記計測部の加工形状を計測し、
   計測した加工形状と、記憶している所定の加工形状とを比較して誤差を求め、
   前記誤差で砥石の相対移動量を修正して再度、前記被加工物の加工部と計測部とを同時に前記プロファイル研削加工を施し、
   この再度のプロファイル研削加工後、前記計測部を前記被加工物から除去することを特徴とする高精度プロファイル研削加工方法。
2. 前記プロファイル研削加工が、
   前記砥石を砥石の回転軸に対して直角方向であるＸ軸方向（Ａ）に前記被加工物に対して相対的に移動させてポイント研削し、
   次に前記砥石を砥石の回転軸方向であるＹ軸方向（Ｂ）及び砥石の切込み方向であるＺ軸方向（Ｃ）に前記被加工物に対して相対的に移動し位置決めした後、前記砥石を砥石の回転軸に対して直角方向であるＸ軸方向（Ａ）に前記被加工物に対して相対的に移動させてポイント研削し、
   これらを繰り返えして行うことを特徴とする請求項１に記載の高精度プロファイル研削加工方法。
3. 前記被加工物のプロファイル研削加工に先だって行われる前記砥石位置の初期設定が、
   前記画像計測装置を砥石ヘッドに固定し、
   前記被加工物を前記ワーク保持具に取り付け、
   一方ダミーワークを前記ワーク保持具が固定されているテーブル上の所定位置に取り付けた後、前記ダミーワークをプロファイル研削加工し、
   前記ダミーワークの加工形状を前記画像計測装置で計測して、前記ダミーワークの加工形状の基準位置を求め、
   一方前記被加工物の前記計測部の加工基準位置を前記画像計測装置で計測して、前記被加工物の基準位置を求め、
   前記ダミーワークの加工形状の基準位置計測時から前記被加工物の前記計測部の基準位置計測時までの前記画像計測装置の移動量を記憶し、
   この記憶した前記画像計測装置の移動量と記憶した前記砥石ヘッドの位置との相対位置関係から前記被加工物の加工に必要な砥石位置を求めることを特徴とする請求項１又は２に記載の高精度プロファイル研削加工方法。
4. 前記砥石の位置決め及び前記プロファイル研削加工の修正に従って、プロファイル研削加工を複数回行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の高精度プロファイル研削加工方法。

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