JP5464427B2

JP5464427B2 - 研削工具の整形方法

Info

Publication number: JP5464427B2
Application number: JP2010011515A
Authority: JP
Inventors: 義照石川
Original assignee: Howa Machinery Ltd
Current assignee: Howa Machinery Ltd
Priority date: 2010-01-22
Filing date: 2010-01-22
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2030-01-22
Also published as: JP2011148043A

Description

本発明は、研削工具の整形方法に関し、詳しくは、外周面に複数の面から成る加工面を有する研削工具の整形方法に関する。

従来、外周面に単一形状でない複数の面から成る加工面を有する研削工具の整形方法は、加工面の逆形状を持つ総形整形砥石を使用する方法が一般的であるが、研削工具の種類が多いと、同数の総形整形砥石が必要で、多大な工具費用がかかる。また、焼入れ鋼や超鋼など高硬度材でできたワークの研削に用いられる研削工具の場合、整形砥石のＷＡ砥石で砥粒の結合材部を脱落させて整形するが、砥粒がダイヤであるのでＷＡ砥石も激しく磨耗し、頻繁に整形砥石の形状補正（ツルーイング）が必要になる。この為、形状チェック作業に多大な時間がかかるという問題がある。

このような場合、外周面を凸状曲面に形成したダイヤホイールを使って、凸状曲面を研削工具の加工面に接触させて倣い加工するプロファイル研削が行なわれる。この方法は、プロファイル研削盤の砥石台に、外周面が凸状曲面に形成されたダイヤホイールを取付けて研削する。ダイヤホイールは高い耐磨耗性を有する非常に目の詰まった砥石なので切れ味に問題があり、研削抵抗を少なくする為に凸状曲面の半径を極力小さくする。ところが、上記の複数の面から成る加工面のような大きい研削面積を、凸状曲面の限られた接触点でプロファイル研削すると、凸状曲面の一部の磨耗の進行が速くなり、加工面の形状精度に悪影響をおよぼす問題があった。

そこで、少しでも砥石の磨耗を少なくする技術として、特許文献１に、砥石台を旋回させ、砥石とワークとの接触部位を連続的に変化させる研削加工方法が開示されている。この方法は、砥石台に凸状曲面の外周面を持つ整形砥石を装着し、砥石台を旋回して整形砥石を揺動させ、工具主軸に取付けたワークの端面の凹状球面に接触させて研削する方法である。

特開２０００−２４８９８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法は、端面の研削方法であり、凸状曲面の中心を相対的な揺動中心とし、その揺動中心は常に主軸軸線上に位置する為、この方法では外周の加工面を整形する方法として応用できない問題があった。

そこで本発明は、上記問題点に鑑み、外周面に複数の面から成る加工面を有する研削工具を整形でき、整形砥石の磨耗を極力抑えつつ研削工具の加工面の高い形状精度を確保できる研削工具の整形方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１の課題解決手段は、少なくともＸ軸、Ｘ軸に直交するＺ軸、Ｚ軸に直交する軸を旋回軸として旋回するＣ軸の３方向への各移動軸と、Ｚ軸と平行な回転軸である工具主軸と、Ｃ軸の旋回軸と直交する回転軸でありＣ軸方向に旋回可能な砥石回転軸とを有し、工具主軸あるいは砥石回転軸をＸ軸およびＺ軸方向へ相対的に移動可能な研削加工用機械で行なう研削工具の整形方法であって、外周面に複数の面から成る加工面を有する研削工具に、外周面を凸状曲面に形成した整形砥石を接触させて行なう研削工具の整形方法において、前記工具主軸に前記研削工具を装着し、前記砥石回転軸に前記整形砥石を装着し、前記Ｘ軸およびＺ軸に直交する前記Ｃ軸移動に、前記Ｘ軸およびＺ軸の移動を同調させて前記凸状曲面を前記加工面を成す面夫々に対して相対的に揺動し、凸状曲面の円弧の略全域を加工面を成す面に接触させると共に、加工面を成す面夫々に整形砥石を所定の回数揺動し、凸状曲面が加工面を成す面の両端部を通過した位置を揺動端とし、両揺動端で加工面を成す面に対し順次所定量の切り込みを与えるようにしたことである。

また、第２の課題解決手段は、前記研削工具と前記整形砥石とを略同一の硬度とし、工具主軸の回転数と砥石回転軸の回転数を制御して、研削工具の加工面と整形砥石の凸状曲面との接触点における整形砥石の周速を研削工具の周速よりも速くしたことである。

本願の請求項１の発明では、前記工具主軸に前記研削工具を装着し、前記砥石回転軸に前記整形砥石を装着し、前記Ｘ軸およびＺ軸に直交する前記Ｃ軸移動に、前記Ｘ軸およびＺ軸の移動を同調させて前記凸状曲面を前記加工面を成す面夫々に対して相対的に揺動し、凸状曲面の円弧の略全域を加工面を成す面に接触させると共に、加工面を成す面夫々に整形砥石を所定の回数揺動し、凸状曲面が加工面を成す面の両端部を通過した位置を揺動端とし、両揺動端で加工面を成す面に対し順次所定量の切り込みを与えるようにした。
また、本願の請求項２の発明では、前記研削工具と前記整形砥石とを略同一の硬度とし、工具主軸の回転数と砥石回転軸の回転数を制御して、研削工具の加工面と整形砥石の凸状曲面との接触点における整形砥石の周速を研削工具の周速よりも速くした。
これらによれば、外周面に複数の面から成る加工面を有する研削工具を整形でき、整形砥石の凸状曲面の略全域を均等に接触させて、整形砥石の磨耗を極力抑えつつ研削工具の加工面の高い形状精度を確保できる。また、研削工具と整形砥石が略同一の硬度であっても、整形砥石の周速を研削工具の周速よりも速くして、両者の接触点における周速差により、相対的に整形砥石の硬度を硬くすることで磨耗を極力抑え、整形砥石の長寿命化をはかることができる。

本発明の実施例である研削加工用機械の全体図である。図１の研削工具をＸ軸およびＺ軸方向に移動させた図である。研削工具と整形砥石の接触する位置関係を示す部分拡大図であり、整形砥石の移動を（Ａ）〜（Ｅ）まで順に相対的に示した図である。図２の部分拡大図であり、図３における研削工具と整形砥石の位置関係を、移動および旋回する軌跡で示した図である。

本願発明の実施の形態について、図１〜図４により説明する。研削加工用機械１は、研削工具等のワークを研削加工する工作機械である。研削加工用機械１は、ベッド上に図１において矢印で示すＺ軸方向に図示しない移動軸としてのＺ軸により移動可能にＺ軸テーブル２が設けられ、Ｚ軸テーブル２上にＺ軸に直交する矢印で示すＸ軸方向に図示しない移動軸としてのＸ軸により移動可能なＸ軸テーブル３が設けられ、Ｘ軸テーブル３上に工具主軸台４が設けられている。工具主軸台４にはＺ軸と平行な回転軸である工具主軸５が軸回転可能に設けられている。

工具主軸５には、ワークを研削加工するための研削工具１０が着脱可能に保持されている。研削工具１０は、円盤形状をした外周面に、複数の面から成る加工面１０ａを有している。本実施の形態の研削工具１０では、加工面１０ａは、図３、図４に示すように、凹み曲面１０ｃおよび傾斜面１０ｄ、１０ｅから成る。尚、加工面１０ａの形状は、これに限定されない。

また、研削加工用機械１のベッド上には、Ｚ軸方向前方に、Ｘ軸およびＺ軸に直交する軸である旋回軸６が設けられており、旋回軸６には、旋回軸６を旋回中心として矢印で示す図示しない移動軸としてのＣ軸によりＣ軸移動可能な、即ちＣ軸方向に旋回可能なＣ軸テーブル７が設けられている。Ｃ軸テーブル７上には砥石台８が設けられている。砥石台８には旋回軸６に直交する回転軸である砥石回転軸９が軸回転可能に設けられている。

砥石回転軸９には、研削工具１０を整形するための整形砥石１１が着脱可能に保持されている。整形砥石１１は、研削工具１０より大径である円盤形状をした外周面に、研削工具１０の加工面１０ａを整形する接触面１１ａを有している。接触面１１ａは、研削工具１０の凹み曲面１０ｃより曲率の小さい凸状曲面に形成されている。接触面１１ａは、研削工具１０の加工面１０ａに、Ｘ軸テーブル３およびＺ軸テーブル２の移動とＣ軸テーブル７の旋回により対向可能となっている。

次に、研削工具１０を整形砥石１１で整形する方法について、加工面１０ａの一面を成す凹み曲面１０ｃを整形する場合にて説明する。
研削加工用機械１には、工具主軸５に研削工具１０を取付け、砥石回転軸９に整形砥石１１を取付けた状態とする。図２に示すのは、研削工具１０の凹み曲面１０ｃと整形砥石１１の接触面１１ａが、お互いの面の中央で対向した時の位置関係である。この時、図３の（Ｃ）で示すように、凹み曲面１０ｃと接触面１１ａは、夫々が断面形状の曲部の中間点でお互い接触している。ここで、凹み曲面１０ｃが接触面１１ａに接触する接触点を１０ｂ、接触面１１ａが加工面１０ａに接触する接触点を１１ｂとする。

凹み曲面１０ｃに沿って単に接触面１１ａを移動させると、接触面１１ａ上の接触点１１ｂは略同じ位置となり、凹み曲面１０ｃに接触している整形砥石１１の接触点１１ｂの部分だけが磨耗してしまうことになる。そこで、本発明では、図３、図４の（Ａ）〜（Ｅ）で順に示すように、整形砥石１１のＣ軸方向への旋回移動に、研削工具１０のＸ軸およびＺ軸方向への移動を同調させて、接触面１１ａを凹み曲面１０ｃに対して相対的に揺動させるようにした。尚、図３および図４における（Ａ）〜（Ｅ）の位置関係は夫々一致する。また、図３、図４の（Ａ）〜（Ｅ）各間の軌跡は省略する。

図４は、研削工具１０をＸ軸方向とＺ軸方向へ移動し、整形砥石１１をＣ軸回りに旋回させ、研削工具１０と整形砥石１１とを接触させて凹み曲面１０ｃを接触面１１ａにより整形しながら（Ａ）〜（Ｅ）に移動させたときの軌跡を二点鎖線及び実線で示したものである。

図３および図４において、（Ａ）の位置は研削工具１０および整形砥石１１が移動を開始する位置とし、（Ｂ）の位置は研削工具１０の凹み曲面１０ｃおよび整形砥石１１の接触面１１ａが夫々接触を開始する開始位置とし、（Ｄ）の位置は切削工具１０の凹み曲面１０ｃおよび整形砥石１１の接触面１１ａが夫々の接触を終了する終了位置とし、（Ｅ）の位置は研削工具１０および整形砥石１１が移動を終了する位置とする。先ず、研削工具１０をＸ軸方向とＺ軸方向に移動すると共に整形砥石１１をＣ軸回りに旋回させて（Ｂ）の開始位置で研削工具１０の凹み曲面１０ｃと整形砥石１１の接触面１１ａとを接触させる。このとき、凹み曲面１０ｃが接触面１１ａと接触する接触点１０ｂと、接触面１１ａが凹み曲面１０ｃと接触する接触点１１ｂとは、図３の（Ｂ）で示すように、凹み曲面１０ｃの右端と、凸状曲面である接触面１１ａの左側に存在する。整形工具１１が凹み曲面１０ｃに沿って相対的に揺動するように、研削工具１０を図４に示すように（Ａ）から（Ｅ）へ移動させていく。また、研削工具１０の移動に同調させて、整形工具１１を図４に示すように左回りに旋回して（Ａ）から（Ｅ）へ移動させていく。すると、凹み曲面１０ｃにおける接触点１０ｂは、接触面１１ａと接触を開始する（Ｂ）の開始位置から中間点の（Ｃ）の位置を通過して接触が終わる（Ｄ）の終了位置まで、凹み曲面１０ｃ上を右端から左端へ順に移行していく。同時にこれと同調して、接触面１１ａにおける接触点１１ｂは、凹み曲面１０ｃと接触を開始する（Ｂ）の開始位置から中間点の（Ｃ）の位置を通過して接触が終わる（Ｄ）の終了位置まで、接触面１１ａ上を左側から右側へ順に移行していく。このように、整形工具１１がＣ軸回りに旋回することで、接触面１１ａが凹み曲面１０ｃと接触する接触点１１ｂを、図３に示すように（Ｂ）〜（Ｄ）で接触面１１ａ上を左側から右側へずらしながら、整形砥石１１の接触面１１ａは研削工具１０の凹み曲面１０ｃに沿って相対的に揺動する。つまり、凸状曲面である接触面１１ａの円弧の略全域を凹み曲面１０ｃに接触させることができる。
また、（Ｅ）の位置を両者の移動を開始する位置とすれば、（Ａ）の位置が移動を終了する位置となり、前述の逆の動作となる。尚、どちらから移動を開始させてもよい。

図３および図４において、両者を（Ａ）の位置から（Ｅ）の位置まで移動させたら、次は逆に（Ｅ）の位置から（Ａ）の位置まで移動させる、というように繰り返すことで、整形砥石１１の相対的な揺動を所定の回数行なうことができる。ここで、整形砥石１１の接触面１１ａが相対的に揺動し、研削工具１０の凹み曲面１０ｃの両端部と接触を終了する（Ｂ）および（Ｄ）の終了位置を通り過ぎ、揺動が終了する（Ａ）および（Ｅ）の位置を揺動端とする。整形砥石１１の接触面１１ａを相対的に揺動させて、両揺動端において研削工具１０の凹み曲面１０ｃに対し順次所定量の切り込みを与えながら、繰り返し揺動を所定の回数行なうことで、接触面１１ａと凹み曲面１０ｃを接触させて整形を行なう。

傾斜面１０ｄ、１０ｅについても、凹み曲面１０ｃと同様に上述の方法で整形を行なって、研削工具１０の加工面１０ａを整形する。

このようにして、研削工具１０の加工面１０ａを成す面と整形砥石１１の接触面１１ａを接触させ、夫々の接触点１０ｂ、１１ｂをずらしながら、接触面１１ａを、加工面１０ａを成す面に沿うように相対的に揺動させ、揺動端で加工面１０ａを成す面に対し順次所定量の切り込みを与えて、揺動を所定の回数繰り返し行なう。これらを、加工面１０ａを成す面１０ｃ、１０ｄ、１０ｅに夫々行なうことにより、外周面に複数の面１０ｃ、１０ｄ、１０ｅから成る加工面１０ａを有する研削工具１０を整形でき、研削工具１０の加工面１０ａの高い形状精度を確保できる。また、整形砥石１１の凸状曲面である接触面１１ａを、研削工具１０の加工面１０ａに均等に接触させるので、接触面１１ａが略均等に磨耗し、整形砥石１１の磨耗を極力抑えて寿命を長くできる。

また、整形砥石１１の外周の接触面１１ａまでの径は、研削工具１０より大径であるので、研削工具１０と整形砥石１１の硬度を略同一とすると、両者を同じ回転数で夫々軸回転させれば、大径である整形砥石１１の方が研削工具１０より、外周面において周速が速くなることで、周速差により硬度が相対的に硬くなる。そして、整形砥石１１の方を研削工具１０よりも高い回転数で軸回転させれば、周速差がさらに増すので、さらに硬度が相対的に硬くなる。よって、研削工具と整形砥石が略同一の硬度であっても、両者の接触点における周速差により、相対的に整形砥石の硬度を硬くすることで、整形砥石の磨耗を極力抑えることができ長寿命化できる。勿論、整形砥石１１の径を研削工具１０の径より大径にせず、整形砥石１１の方を研削工具よりも高い回転数で回転するようにしても良い。

１研削加工用機械
５工具主軸
６旋回軸
９砥石回転軸
１０研削工具
１０ａ加工面
１０ｂ接触点
１０ｃ凹み曲面（加工面を成す面）
１０ｄ傾斜面（加工面を成す面）
１０ｅ傾斜面（加工面を成す面）
１１整形砥石
１１ａ接触面（凸状曲面）
１１ｂ接触点

Claims

少なくともＸ軸、Ｘ軸に直交するＺ軸、Ｚ軸に直交する軸を旋回軸として旋回するＣ軸の３方向への各移動軸と、Ｚ軸と平行な回転軸である工具主軸と、Ｃ軸の旋回軸と直交する回転軸でありＣ軸方向に旋回可能な砥石回転軸とを有し、工具主軸あるいは砥石回転軸をＸ軸およびＺ軸方向へ相対的に移動可能な研削加工用機械で行なう研削工具の整形方法であって、外周面に複数の面から成る加工面を有する研削工具に、外周面を凸状曲面に形成した整形砥石を接触させて行なう研削工具の整形方法において、
前記工具主軸に前記研削工具を装着し、前記砥石回転軸に前記整形砥石を装着し、前記Ｘ軸およびＺ軸に直交する前記Ｃ軸移動に、前記Ｘ軸およびＺ軸の移動を同調させて前記凸状曲面を前記加工面を成す面夫々に対して相対的に揺動し、凸状曲面の円弧の略全域を加工面を成す面に接触させると共に、加工面を成す面夫々に整形砥石を所定の回数揺動し、凸状曲面が加工面を成す面の両端部を通過した位置を揺動端とし、両揺動端で加工面を成す面に対し順次所定量の切り込みを与えることを特徴とする研削工具の整形方法。
前記研削工具と前記整形砥石とを略同一の硬度とし、工具主軸の回転数と砥石回転軸の回転数を制御して、研削工具の加工面と整形砥石の凸状曲面との接触点における整形砥石の周速を研削工具の周速よりも速くしたことを特徴とする請求項１記載の研削工具の整形方法。