研削方法および研削盤
【課題】簡便な構成により研削状態もしくは砥石成形状態においても短時間に砥石車の外径を計測可能とすることで、安価に研削盤の稼働率を向上させる、研削方法または研削盤を提供する。
【解決手段】コア７１の外周に砥石層７２を備えたコア型砥石車を用いて、超音波を研削液２０を介して砥石層７２に超音波センサ１４より出力し、砥石層７２の表面からの反射波とコア７１の外周表面からの反射波の到達時間差と砥石層７２の音速から砥石層７２の厚さを演算する超音波計測装置制御部３４を用い、計測した砥石層７２の厚さとコア７１の外径から算出される砥石車７の外径に基づき研削工程および砥石成形工程を制御する。
【解決手段】コア７１の外周に砥石層７２を備えたコア型砥石車を用いて、超音波を研削液２０を介して砥石層７２に超音波センサ１４より出力し、砥石層７２の表面からの反射波とコア７１の外周表面からの反射波の到達時間差と砥石層７２の音速から砥石層７２の厚さを演算する超音波計測装置制御部３４を用い、計測した砥石層７２の厚さとコア７１の外径から算出される砥石車７の外径に基づき研削工程および砥石成形工程を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研削動作制御に関するものであり、詳しくは研削中の砥石車の外径変化を計測し研削動作を制御する研削方法および研削盤に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
研削においては、研削に伴う砥石車の消耗や、研削後の砥石車の形状乱れを砥石層除去修正する砥石成形により砥石車の外径が変化する。この外径の変化量を検出して研削動作を制御することが、研削精度や研削能率の向上に不可欠である。
砥石車の外径の測定方法として、タッチプローブを用いて砥石車による研削部の表面位置を計測して砥石車の外径を算出する従来技術（例えば、特許文献１参照）がある。
また、超音波測定方法により砥石車の摩耗を測定する従来技術（例えば、特許文献２参照）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２７７４２８号公報
【特許文献２】特開平５−１０４４０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術１では、低熱膨張材製のアームに保持されたタッチプローブを用いて転写ピンの研削、転写ピン表面位置の計測を含む砥石車測定工程により砥石車の外径を算出するので、計測のために余分な工程を必要とし研削盤の稼働率が低下する。
従来技術２では、砥石車表面と超音波センサヘッドの距離の変動で砥石車の摩耗量を計測するので、超音波センサヘッドの設置位置と砥石車の回転中心位置の距離の変動も摩耗量の変動に含まれて誤差を発生する。特に温度変化による構成部材の熱膨張による距離変動を低減するのは困難である。構成部材に低熱膨張材料を使用することや、環境温度を一定に保つことで原理的には距離の変動を低減できるが、材料費、温度制御装置が高価で機械の価格が高くなる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、簡便な構成により研削状態もしくは砥石成形状態においても短時間に砥石車の外径を計測可能とすることで、安価に研削盤の稼働率を向上させる、研削方法または研削盤を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の特徴は、コアの外周に砥石層を備えた砥石車を用いて工作物を研削する研削方法において、
前記コアの外径と、前記砥石層の厚さである第1厚さと、前記第1厚さの砥石層の表面からの反射波と前記コアの外周表面からの反射波の超音波センサへの到達時間差である第１時間差とを記録する工程と、
前記砥石層の厚さである第２厚さの砥石層の表面からの反射波と前記コアの外周表面からの反射波の超音波センサへの到達時間差である第２時間差を記録する工程と、
前記第１時間差と前記第２時間差の差である短縮時間を算出する工程と、
前記砥石層を構成する部材の音速である部材音速と前記短縮時間の積で所定減少量を算出する工程と
前記第1厚さから前記所定減少量を差し引いて前記第２厚さを算出する工程と
前記第２厚さの倍数と前記コアの外径の和から前記砥石車の外径を算出する工程により算出された前記砥石車の外径に基づき、研削動作および砥石成形動作を制御することである。
【０００６】
請求項２に係る発明の特徴は、請求項１に係る発明において、前記部材音速を前記砥石層の構成部材の音速の中で最も速い音速とし、前記短縮時間を複数の場所で測定された前記短縮時間の中で最も短い時間として前記所定減少量を算出することである。
【０００７】
請求項３に係る発明の特徴は、請求項１に係る発明において、前記部材音速を前記砥石層の構成部材の音速の中で最も遅い音速とし、前記短縮時間を複数の場所で測定された前記短縮時間の中で最も長い時間として前記所定減少量を算出することである。
【０００８】
請求項４に係る発明の特徴は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に係る発明において、前記工作物の研削中に前記砥石車の外径を計測し、外径の変化量を研削による前記砥石車の消耗量として前記研削動作を制御することである。
【０００９】
請求項５に係る発明の特徴は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に係る発明において、前記砥石車の砥石成形中に前記砥石車の外径を計測し、外径の変化量を砥石成形による前記砥石車の除去量として前記砥石成形動作を制御することである。
【００１０】
請求項６に係る発明の特徴は、工作物を支持して駆動させる工作物支持手段と、
コアの外周に砥石層を備えた砥石車を支持し駆動装置で回転駆動させる砥石車支持手段と、
前記砥石車で前記工作物を研削するべく、前記工作物支持手段と前記砥石車支持手段とを相対移動させる駆動手段と、
超音波を前記砥石層に出力し、前記砥石層の表面からの反射波と前記コアの外周表面からの反射波の到達時間差と前記砥石層の音速から前記砥石層の厚さを計測する超音波計測手段と、
前記砥石車を成形する砥石車成形手段と、
前記コアの外径と、前記砥石層の厚さである第1厚さと、前記第1厚さの砥石層の表面からの反射波と前記コアの外周表面からの反射波の超音波センサへの到達時間差である第１時間差とを記録する工程と、前記砥石層の厚さである第２厚さの砥石層の表面からの反射波と前記コアの外周表面からの反射波の超音波センサへの到達時間差である第２時間差を記録する工程と、前記第１時間差と前記第２時間差の差である短縮時間を算出する工程と、前記砥石層を構成する部材の音速である部材音速と前記短縮時間の積で所定減少量を算出する工程と、前記第1厚さから前記所定減少量を差し引いて前記第２厚さを算出する工程と、前記第２厚さの倍数と前記コアの外径の和から前記砥石車の外径を算出する工程により、算出された前記砥石車の外径に基づき、研削動作および砥石成形動作を制御する制御手段と、を備えたことである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項1に係る発明によれば、砥石径減少前の砥石層の表面からの反射波とコアの外周表面からの反射波の到達時間差と砥石径減少後の砥石層の表面からの反射波とコアの外周表面からの反射波の到達時間差の差と砥石層の音速から砥石径の減少量を計測するので、超音波ヘッドと砥石車の距離の変動に影響されない正確な砥石外径の計測ができる。
研削液が砥石車の表面に付着した状態で砥石外径を測定できるので、研削中および研削終了直後、または砥石成形中および砥石成形直後にも砥石車の外径測定工程を実施できる。このため、砥石車の外径測定工程に要する時間が短くなり研削盤の稼働率の低下を少なくできる。
【００１２】
請求項２、請求項３に係る発明によれば、除去された砥石層の構成部材を特定し、その部材の音速を用いた除去量を正確に算出できるので、正確な砥石車外径の測定ができる。
【００１３】
請求項４に係る発明によれば、研削中に砥石車の外径を短時間で測定できる。この砥石車の外径の値を用いて、砥石車の研削開始位置の変更や、砥石車の消耗量を判定し砥石成形の要否判定などができる。それにより、空研作時間の短縮や、砥石の寿命限界まで使用した後に砥石成形を実施することができ、能率向上と研削コストの低減が可能となる。
【００１４】
請求項５に係る発明によれば、砥石成形中に砥石車の外径の変化を連続的に測定できる、このため実際の砥石除去量に基づいた無駄な砥石除去をしない正確な砥石成形動作の制御ができ、砥石コストの低減が可能となる。
【００１５】
請求項６に係る発明によれば、砥石層の表面からの反射波とコアの外周表面からの反射波の到達時間差と砥石層の音速から砥石車の外径を計測するので、超音波ヘッドと砥石車の距離の変動に影響されない正確な厚さ計測ができる。
研削液が砥石車の表面に付着した状態で砥石車の外径を測定できるので、研削中および研削終了直後、または砥石成形中および砥石成形直後にも砥石車の外径測定工程を実施できる。また、砥石成形中に砥石除去量を連続的に測定でき、無駄な砥石除去をしない砥石成形ができる。このため、砥石車の外径測定工程に要する時間を短くでき、砥石車を有効に使用できるので、稼働率の低下が少なく、研削コスト低減が可能な研削盤を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態の研削盤の全体構成を示す概略図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】本実施形態の砥石車の構成を示す概略図である。
【図４】本実施形態の超音波計測の原理図である。
【図５】本実施形態の超音波反射波の測定を示す図である。
【図６】本実施形態の砥石車の砥石層の構造を示す詳細図である。
【図７】本実施形態の砥石層の模式図ある。
【図８】本実施形態の研削工程を示すフローチャート図である。
【図９】本実施形態の砥石車外径測定工程を示すフローチャート図である。
【図１０】本実施形態の砥石成形動作を示す概略図である。
【図１１】本実施形態の砥石成形工程を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の超音波計測機による砥石径測定工程を備えた研削工程と、砥石成形工程の実施の形態を円筒研削盤の実施事例に基づき、図１〜図１１を参照しつつ説明する。
図１および図２に示すように、研削盤１は、ベッド２を備え、ベッド２上にＸ軸方向に往復可能な砥石台３と、Ｘ軸に直交するＺ軸方向に往復可能なテーブル４を備えている。砥石台３は砥石車７を回転自在に支持し、砥石車７を回転させる砥石軸モータ（図示省略する）を備え、砥石軸モータは砥石車７の回転位相を計測する位相検出器（図示省略する）を備えている。砥石車７は図３に示すように金属製のコア７１の外周に砥石層７２を備えた構造のコア型砥石車である。砥石台３の上面には保持部１３と超音波センサ１４と研削液供給ノズル１５で構成された超音波計測装置１２が設置されている。
テーブル４上には、工作物Ｗの一端を把持して回転自在に支持し主軸モータ（図示省略する）により回転駆動される主軸５と、工作物Ｗの他端を回転自在に支持する心押台６を備えており、工作物Ｗは主軸５と心押台６により支持されて、研削加工時に回転駆動される。砥石成形モータ１１により回転駆動される砥石成形ロール９を回転自在に支持した砥石成形装置１０が、主軸５に付設されている。
【００１８】
この研削盤１は、所定のプログラムを実行することで自動化された研削工程や砥石成形工程や砥石径測定工程を実行する制御装置３０を備えている。制御装置３０の機能的構成として、砥石台３の送りを制御するＸ軸制御手段３１、テーブル４の送りを制御するＺ軸制御手段３２、砥石成形装置１０を制御する砥石成形制御手段３３、超音波計測装置１２を制御する超音波計測装置制御手段３４、砥石車７の回転を制御する砥石軸制御手段３５などを具備している。
【００１９】
上記の研削盤１で砥石車７の外径を測定する方法について図３〜図８に基づき以下に説明する。
原理を以下に説明する。図３に示すように砥石車７の外径Ｄ１はコア７１の外径をＤｃ、砥石層７２の厚さをＷｔとすると、Ｄ１＝Ｄｃ＋２・Ｗｔとなる。コア７１の外径Ｄｃが既知であれば、研削時に消耗する砥石層７２の厚さＷｔを計測することで砥石車７の外径Ｄ１を算出することが可能となる。コア７１の外径Ｄｃは砥石車７の製造時などにあらかじめ計測することは容易である。
砥石層７２の厚さＷｔは以下のように計測する。図４に示すように超音波センサ１４は超音波出力方向が砥石層７２の外周面と直交し、超音波センサ１４と砥石層７２の外周面の間は研削液供給ノズル１５で供給された研削液２０で満たされて、砥石層７２の外周面から所定の距離で配置されている。超音波センサ１４から出力された超音波は研削液２０を伝わり砥石層７２の表面に達する。この時超音波の一部は反射し、残りは砥石層７２の内部を伝わりコア７１の外周面に達する、ここでも超音波の一部は反射し、残りはコア７１の内部に伝わる。ここで、砥石層７２の表面から反射した超音波とコア７１の外周面から反射した超音波を超音波センサ１４にて受信する。図５に示すように２つの反射波の到達時間差をΔＴとし、砥石層７２内部の超音波の音速をＶとすると、砥石層７２の厚さＷｔは、Ｗｔ＝ΔＴ・Ｖ／２として測定できる。
【００２０】
砥石層７２は図６に示すように砥粒７２１、結合材７２２、骨材７２３の異なる音速を持った複数の材料からなる複合材である。このため、砥石層７２内部の音速Ｖは各材料固有の音速と、各材料の砥石層７２における占有比率から決まる平均的なものとなる。
このため、砥石層７の除去量がどの場所においても一定だとしても、場所による占有比率のばらつきや、表面層の除去された材料の種類により、２つの反射波の到達時間差には場所による差が発生する可能性がある。結果として、砥石層７２の厚さ測定に誤差を生じる恐れがある。
【００２１】
以上の課題を解決するため、以下のように超音波計測を行う。
複数の砥石層の超音波計測実施場所を所定の位置に定め、その場所の初期の砥石層厚さＷｔ０と、砥石層７２の表面から反射した超音波とコア７１の外周面から反射した超音波の超音波センサ１４への到達時間差のΔＴ０を測定し、制御装置内に格納しておく。具体的には、場所１の初期砥石層厚さをＷｔ１０、到達時間差をΔＴ１０とし、場所ｎの初期砥石層厚さをＷｔｎ０、到達時間差をΔＴｎ０とする。
所定場所１の例で砥石層の厚さ変化の測定方法を説明する。砥石層が減少した後の所定場所１の１回目の砥石層７の厚さの変化ΔＷｔ１１は、所定場所１の２つの反射波の到達時間差の初期値ΔＴ１０と計測時の到達時間差ΔＴ１１の差分ΔＴ１０−ΔＴ１１と、実測した所定場所１の表層の除去された材料の音速Ｖの積の１／２となる。つまり、ΔＷｔ１１＝（ΔＴ１０−ΔＴ１１）・Ｖ／２として、所定場所１の１回目の計測時の砥石層７２の厚さＷｔ１１はＷｔ１１＝Ｗｔ１０−ΔＷｔ１１＝Ｗｔ１０−（ΔＴ１０−ΔＴ１１）・Ｖ／２として算出できる。同様にして、所定場所１の２回目の砥石層７２の厚さＷｔ１２は、Ｗｔ１２＝Ｗｔ１１−（ΔＴ１１−ΔＴ１２）・Ｖ／２として算出できる。以下,順次前回の砥石層厚さに対する厚さ変化量を減算していくことで現在の砥石層厚さを測定することが可能となる。
【００２２】
以上の説明は、砥石層７２の除去された部分の音速が一定の場合には成り立つが、すでに述べたように、砥石層７２は異なる音速を持った複数の材料からなる複合材である。このため、砥石層７２の除去が進むと異なる材料を除去することになり音速が変わる、このため前述の連続性が絶たれ前回の砥石層厚さに対する厚さ変化量を減算していく計算が成り立たなくなる。
そこで、複数の場所で前述の砥石層厚さに対する厚さ変化量を減算していく操作を行い、除去された材料が単独でその音速が特定できる場所のデータのみを使用して減算することで連続性を成立させる。
【００２３】
具体的には、図６に示すような３種類の材料がランダムに混合された砥石層７２をモデル化した図７に基づき説明する。図７aは、砥石層の厚さがＷｔ１０で、厚さ変化量がΔＷｔ１１で、表層に厚さがΔＷｔ１１より大きな骨材７２３が配置された第１部分、表層に厚さがΔＷｔ１１より小さな骨材７２３が配置された第２部分、表層に厚さがΔＷｔ１１より大きな砥粒７２１が配置された第３部分、表層に厚さがΔＷｔ１１より大きな結合材７２２が配置された第４部分で構成されたモデル図である。図７ｂは、初期状態から表層が厚さΔＷｔ１１だけ除去された後にさらにΔＷｔ１２除去される状態を示している。
【００２４】
砥粒７２１の音速をＶ１、結合材７２２の音速をＶ２、骨材７２３の音速をＶ３とし、Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３する。表層がΔＷｔ１１除去され砥石層の厚さがＷｔ１０からＷｔ１１に減少したため、各部分の砥石層７２の表面から反射した超音波とコア７１の外周面から反射した超音波の超音波センサ１４への到達時間差はΔＴ１０からΔＴ１１になり短くなっている。短くなった時間差（ΔＴ１０−ΔＴ１１）をΔｔと表し、第１部分〜第４部分に対応するΔｔをΔｔ１〜Δｔ４とする。Δｔは除去された材料の音速と除去量ΔＷｔ１１により決まり、第１部分では骨材７２３が除去されたのでΔｔ１＝ΔＷｔ１１／Ｖ３となる、同様にして、第３部分では砥粒７２１が除去されたのでΔｔ３＝ΔＷｔ１１／Ｖ１と、第４部分では結合材７２２が除去されたのでΔｔ４＝ΔＷｔ１１／Ｖ２となる。第２部分では骨材７２３と結合材７２２の両方が除去されたので、Δｔ２は夫々の材料の除去量に応じて短縮された時間の和となる。
【００２５】
ここで、短くなった時間差Δｔの大きさを比較してみると、除去量は各部分同じなのでΔｔの大きさは除去部材の音速に反比例する、つまり、Δｔ１＝ΔＷｔ１１／Ｖ３＞Δｔ４＝ΔＷｔ１１／Ｖ２＞Δｔ３＝ΔＷｔ１１／Ｖ１となり、第２部分の平均音速ＶａはＶ２＞Ｖａ＞Ｖ３なので、Δｔ１＞Δｔ４＞Δｔ２＞Δｔ３となる。複数の測定部分のうちでΔｔが最小の部分は砥粒７２１のみを除去された部分で、Δｔが最大の部分は骨材７２３のみが除去された部分である。複数の材料が除去された部分のΔｔは、この最大値と最小値の間に存在する。このため、Δｔの最小値であるΔｔｍｉｎと材料の音速の最大値であるＶ１の積、もしくはΔｔの最大値であるΔｔｍａｘと材料の音速の最小値であるＶ３の積が砥石層の除去量となる。つまり、砥石層の除去量がほぼ等しい同一場所で複数の個所の短縮時間Δｔを測定し、Δｔｍｉｎと材料の音速の最大値であるＶ１の積、もしくはΔｔｍａｘと材料の音速の最小値であるＶ３の積を求めることで砥石層の正確な除去量を算出できる。
同一場所の測定は、超音波測定ヘッド１４を砥石車７の研削作用面に対向する位置に配置し、砥石車７の回転位相を砥石車駆動モータに備えた位相検出器で測定し同一回転位相で測定することで可能となる。
通常の砥石層の構成部材の大きさは５０μｍ以上であり、測定対象とする砥石層の除去量は１０μｍ以下であるので、複数の測定場所の内でかなりの場所で同一材料内での除去が行われる。
【００２６】
具体的な超音波計測方法を図８のフローチャートに基づき説明する。
砥石車７の交換取付時に、コア径Ｄｃ、初期砥石層厚さＷｔ０、ｎ個所の所定場所の砥石層７２の表面から反射した超音波とコア７１の外周面から反射した超音波の超音波センサ１４への到達時間差ΔＴ１０〜ΔＴｎ０を記録する（ＳＴＰ１）。砥石径測定指令により、超音波センサ１４と砥石車７の隙間に研削液供給ノズル１５を介して研削液２０を供給する（ＳＴＰ２）。砥石車７の回転位相を所定の位相に割出す（ＳＴＰ３）。超音波センサ１４から砥石層７２に超音波を出力する（ＳＴＰ４）。ｎ個所の所定場所の砥石層７２の表面から反射した超音波とコア７１の外周面から反射した超音波の超音波センサ１４への到達時間差ΔＴ１１〜ΔＴｎ１を記録する（ＳＴＰ５）。ｎ個所の所定場所の到達時間差ΔＴの短縮時間Δｔを式、Δｔ１＝ΔＴ１０−ΔＴ１１〜Δｔｎ＝ΔＴn０−ΔＴｎ１を用いて計算する（ＳＴＰ６）。短縮時間Δｔ１〜Δｔｎの最大値Δｔｍａｘと最小値Δｔｍｉｎを選定する（ＳＴＰ７）。砥石層除去量ΔＷｔ１を式、ΔＷｔ１＝Δｔｍａｘ・Ｖ３またはΔＷｔ１＝Δｔｍｉｎ・Ｖ１を用いて計算する（ＳＴＰ８）。砥石層の厚さＷｔを式、Ｗｔ１＝Ｗｔ０−ΔＷｔ１を用いて計算する（ＳＴＰ９）。砥石車７の直径ＤをＤ＝Ｄｃ＋２・Ｗｔ１として計算する（ＳＴＰ１０）。初期値を、Ｗｔ＝Ｗｔ１、ΔＴ１＝ΔＴ１１〜ΔＴn＝ΔＴｎ１と書換える（ＳＴＰ１１）。研削液を停止する（ＳＴＰ１２）。
以上のように、砥石層の除去量を単一の材料のみ除去された場所のデータを選択し、除去による超音波の反射時間の差とその材料の音速を用いて除去量を算出するので、砥石層の厚さの正確な測定ができ、結果として正確な砥石車７の外径測定が可能となる。また、測定は数ｍｓ以下の短時間で測定可能で、研削液の存在に無関係に測定可能なため、研削工程や砥石成形工程の途中に測定をすることができる。
【００２７】
上記の研削盤１で工作物Ｗを砥石車７を用いてプランジ研削をする研削工程を図９に示すフローチャートに基づき説明する。
砥石車７を回転駆動した状態で、工作物Ｗを主軸５と心押台６で保持できるように搬入する（ＳＴＰ１）。工作物Ｗの加工部が砥石車７の研削作用面に対応する位置にテーブル４を移動させる（ＳＴＰ２）。工作物Ｗを回転させ、工作物Ｗの表面から砥石車７の表面が所定量離れた位置まで砥石台３を速送りで前進させる（ＳＴＰ３）。工作物Ｗの仕上径表面から砥石車７の表面がＣ１離れた位置まで砥石台３を粗研削送りで前進させる（ＳＴＰ４）。工作物Ｗの仕上径表面に砥石車７の表面が接する位置まで砥石台３を仕上研削送りで前進させ、研削を終了する（ＳＴＰ５）。工作物Ｗの仕上径表面から砥石車７の表面がＣ０離れた位置まで砥石台３を速送りで後退させる（ＳＴＰ６）。超音波計測装置により砥石車７の研削作用面の外径を測定する砥石径測定工程を起動する（ＳＴＰ７）。ＳＴＰ７と同時平行して工作物Ｗを研削盤の機外に搬出する（ＳＴＰ８）。ＳＴＰ７で計測した砥石径が研削による摩耗により所定値以下になったか否か判定する（ＳＴＰ９）。砥石径が所定値以下の場合は所定の砥石成形工程を実行し（ＳＴＰ１０）終了後に研削工程を終了する。砥石径が所定値より大きい場合はそのまま研削工程を終了する。
以上のように、砥石車外径を測定することにより、研削による砥石車の研削作用面の摩耗量を研削工程毎に測定して砥石車使用の可否を判定するので、あらかじめ定めた本数の工作物を研削したら砥石成形を実施する従来研削方法に比較して、砥石車を有効に使用でき、さらに、異常摩耗による不良工作物の発生も防止できる。
【００２８】
次に、上記の超音波による砥石径測定を用いた砥石車７の成形工程を図１０、図１１に基づき説明する。
砥石車７の研削作用面は研削による摩耗で砥石径が減少し、図１０に示すように研削に使用しない部分と段差ができる。この段差を除去しさらに研削作用面を所定の量除去することで、砥石車７の形状精度と切れ味を維持することが砥石成形の目的である。砥石の除去量は必要最小限として砥石の無駄な消耗を避けることが重要である。そのためには、消耗した研削作用面の外径の測定と、砥石成形中の除去量を測定することが必要である。
研削作用面の外形はすでに述べた研削工程における砥石径測定工程により測定されており、その減少量に基づき砥石成形の要否を判定している。
【００２９】
具体的な砥石成形方法について、図１１のフローチャートに基づき説明する。
砥石成形ロール９をＺ軸方向にテーブル４により移動させ、図１０に示す開始位置ｄへ割出す（ＳＴＰ１）。砥石成形ロール９と砥石車７を回転させ、砥石車７をＸ軸方向に砥石成形ロール９に接近するように前進させる（ＳＴＰ２）。
次に、砥石成形ロール９を、砥石車７に接触した状態でＺ軸方向にテーブル４により右進させ、砥石車７と砥石成形ロール９の接触が終了する位置ｅで停止する（ＳＴＰ３）。砥石径測定工程を実施する（ＳＴＰ４）。除去完了か判定する、完了であれば（ＳＴＰ１０）へ移行し、未完了であればＳＴＰ６へ移行する（ＳＴＰ５）。砥石車７を所定の量Ｘ軸方向に前進させることにより、砥石成形ロール９を砥石車７に切込む（ＳＴＰ６）。砥石成形ロール９を、砥石車７に接触した状態でテーブル４により左進させ、砥石車７と砥石成形ロール９の接触が終了する位置ｄで停止する（ＳＴＰ７）。砥石径測定工程を実施する（ＳＴＰ８）。除去完了か判定する、完了であればＳＴＰ１０へ移行し、未完了であればＳＴＰ２へ移行する（ＳＴＰ９）。除去完了後、砥石台を後退させる（ＳＴＰ１０）。テーブルを割出し砥石成形サイクルを終了する（ＳＴＰ１１）。
以上のように、砥石成形工程中に砥石除去の工程毎に砥石車外径を短時間で測定できるので、必要最小限の砥石除去の砥石成形が可能となり、砥石車の無駄な消耗を防止できる。
【符号の説明】
【００３０】
Ｗ：工作物 ４：テーブル ７：砥石車 ９：砥石成形ロール １０：砥石成形装置 １２：超音波計測装置 １３：保持部 １４：超音波センサ １５：研削液供給ノズル ３０：制御装置 ３１：Ｘ軸制御手段 ３２：Ｚ軸制御手段 ３４：超音波計測装置制御手段 ３５：砥石軸制御手段 ７１：コア ７２：砥石層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研削動作制御に関するものであり、詳しくは研削中の砥石車の外径変化を計測し研削動作を制御する研削方法および研削盤に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
研削においては、研削に伴う砥石車の消耗や、研削後の砥石車の形状乱れを砥石層除去修正する砥石成形により砥石車の外径が変化する。この外径の変化量を検出して研削動作を制御することが、研削精度や研削能率の向上に不可欠である。
砥石車の外径の測定方法として、タッチプローブを用いて砥石車による研削部の表面位置を計測して砥石車の外径を算出する従来技術（例えば、特許文献１参照）がある。
また、超音波測定方法により砥石車の摩耗を測定する従来技術（例えば、特許文献２参照）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２７７４２８号公報
【特許文献２】特開平５−１０４４０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術１では、低熱膨張材製のアームに保持されたタッチプローブを用いて転写ピンの研削、転写ピン表面位置の計測を含む砥石車測定工程により砥石車の外径を算出するので、計測のために余分な工程を必要とし研削盤の稼働率が低下する。
従来技術２では、砥石車表面と超音波センサヘッドの距離の変動で砥石車の摩耗量を計測するので、超音波センサヘッドの設置位置と砥石車の回転中心位置の距離の変動も摩耗量の変動に含まれて誤差を発生する。特に温度変化による構成部材の熱膨張による距離変動を低減するのは困難である。構成部材に低熱膨張材料を使用することや、環境温度を一定に保つことで原理的には距離の変動を低減できるが、材料費、温度制御装置が高価で機械の価格が高くなる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、簡便な構成により研削状態もしくは砥石成形状態においても短時間に砥石車の外径を計測可能とすることで、安価に研削盤の稼働率を向上させる、研削方法または研削盤を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の特徴は、コアの外周に砥石層を備えた砥石車を用いて工作物を研削する研削方法において、
前記コアの外径と、前記砥石層の厚さである第1厚さと、前記第1厚さの砥石層の表面からの反射波と前記コアの外周表面からの反射波の超音波センサへの到達時間差である第１時間差とを記録する工程と、
前記砥石層の厚さである第２厚さの砥石層の表面からの反射波と前記コアの外周表面からの反射波の超音波センサへの到達時間差である第２時間差を記録する工程と、
前記第１時間差と前記第２時間差の差である短縮時間を算出する工程と、
前記砥石層を構成する部材の音速である部材音速と前記短縮時間の積で所定減少量を算出する工程と
前記第1厚さから前記所定減少量を差し引いて前記第２厚さを算出する工程と
前記第２厚さの倍数と前記コアの外径の和から前記砥石車の外径を算出する工程により算出された前記砥石車の外径に基づき、研削動作および砥石成形動作を制御することである。
【０００６】
請求項２に係る発明の特徴は、請求項１に係る発明において、前記部材音速を前記砥石層の構成部材の音速の中で最も速い音速とし、前記短縮時間を複数の場所で測定された前記短縮時間の中で最も短い時間として前記所定減少量を算出することである。
【０００７】
請求項３に係る発明の特徴は、請求項１に係る発明において、前記部材音速を前記砥石層の構成部材の音速の中で最も遅い音速とし、前記短縮時間を複数の場所で測定された前記短縮時間の中で最も長い時間として前記所定減少量を算出することである。
【０００８】
請求項４に係る発明の特徴は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に係る発明において、前記工作物の研削中に前記砥石車の外径を計測し、外径の変化量を研削による前記砥石車の消耗量として前記研削動作を制御することである。
【０００９】
請求項５に係る発明の特徴は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に係る発明において、前記砥石車の砥石成形中に前記砥石車の外径を計測し、外径の変化量を砥石成形による前記砥石車の除去量として前記砥石成形動作を制御することである。
【００１０】
請求項６に係る発明の特徴は、工作物を支持して駆動させる工作物支持手段と、
コアの外周に砥石層を備えた砥石車を支持し駆動装置で回転駆動させる砥石車支持手段と、
前記砥石車で前記工作物を研削するべく、前記工作物支持手段と前記砥石車支持手段とを相対移動させる駆動手段と、
超音波を前記砥石層に出力し、前記砥石層の表面からの反射波と前記コアの外周表面からの反射波の到達時間差と前記砥石層の音速から前記砥石層の厚さを計測する超音波計測手段と、
前記砥石車を成形する砥石車成形手段と、
前記コアの外径と、前記砥石層の厚さである第1厚さと、前記第1厚さの砥石層の表面からの反射波と前記コアの外周表面からの反射波の超音波センサへの到達時間差である第１時間差とを記録する工程と、前記砥石層の厚さである第２厚さの砥石層の表面からの反射波と前記コアの外周表面からの反射波の超音波センサへの到達時間差である第２時間差を記録する工程と、前記第１時間差と前記第２時間差の差である短縮時間を算出する工程と、前記砥石層を構成する部材の音速である部材音速と前記短縮時間の積で所定減少量を算出する工程と、前記第1厚さから前記所定減少量を差し引いて前記第２厚さを算出する工程と、前記第２厚さの倍数と前記コアの外径の和から前記砥石車の外径を算出する工程により、算出された前記砥石車の外径に基づき、研削動作および砥石成形動作を制御する制御手段と、を備えたことである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項1に係る発明によれば、砥石径減少前の砥石層の表面からの反射波とコアの外周表面からの反射波の到達時間差と砥石径減少後の砥石層の表面からの反射波とコアの外周表面からの反射波の到達時間差の差と砥石層の音速から砥石径の減少量を計測するので、超音波ヘッドと砥石車の距離の変動に影響されない正確な砥石外径の計測ができる。
研削液が砥石車の表面に付着した状態で砥石外径を測定できるので、研削中および研削終了直後、または砥石成形中および砥石成形直後にも砥石車の外径測定工程を実施できる。このため、砥石車の外径測定工程に要する時間が短くなり研削盤の稼働率の低下を少なくできる。
【００１２】
請求項２、請求項３に係る発明によれば、除去された砥石層の構成部材を特定し、その部材の音速を用いた除去量を正確に算出できるので、正確な砥石車外径の測定ができる。
【００１３】
請求項４に係る発明によれば、研削中に砥石車の外径を短時間で測定できる。この砥石車の外径の値を用いて、砥石車の研削開始位置の変更や、砥石車の消耗量を判定し砥石成形の要否判定などができる。それにより、空研作時間の短縮や、砥石の寿命限界まで使用した後に砥石成形を実施することができ、能率向上と研削コストの低減が可能となる。
【００１４】
請求項５に係る発明によれば、砥石成形中に砥石車の外径の変化を連続的に測定できる、このため実際の砥石除去量に基づいた無駄な砥石除去をしない正確な砥石成形動作の制御ができ、砥石コストの低減が可能となる。
【００１５】
請求項６に係る発明によれば、砥石層の表面からの反射波とコアの外周表面からの反射波の到達時間差と砥石層の音速から砥石車の外径を計測するので、超音波ヘッドと砥石車の距離の変動に影響されない正確な厚さ計測ができる。
研削液が砥石車の表面に付着した状態で砥石車の外径を測定できるので、研削中および研削終了直後、または砥石成形中および砥石成形直後にも砥石車の外径測定工程を実施できる。また、砥石成形中に砥石除去量を連続的に測定でき、無駄な砥石除去をしない砥石成形ができる。このため、砥石車の外径測定工程に要する時間を短くでき、砥石車を有効に使用できるので、稼働率の低下が少なく、研削コスト低減が可能な研削盤を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施形態の研削盤の全体構成を示す概略図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】本実施形態の砥石車の構成を示す概略図である。
【図４】本実施形態の超音波計測の原理図である。
【図５】本実施形態の超音波反射波の測定を示す図である。
【図６】本実施形態の砥石車の砥石層の構造を示す詳細図である。
【図７】本実施形態の砥石層の模式図ある。
【図８】本実施形態の研削工程を示すフローチャート図である。
【図９】本実施形態の砥石車外径測定工程を示すフローチャート図である。
【図１０】本実施形態の砥石成形動作を示す概略図である。
【図１１】本実施形態の砥石成形工程を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の超音波計測機による砥石径測定工程を備えた研削工程と、砥石成形工程の実施の形態を円筒研削盤の実施事例に基づき、図１〜図１１を参照しつつ説明する。
図１および図２に示すように、研削盤１は、ベッド２を備え、ベッド２上にＸ軸方向に往復可能な砥石台３と、Ｘ軸に直交するＺ軸方向に往復可能なテーブル４を備えている。砥石台３は砥石車７を回転自在に支持し、砥石車７を回転させる砥石軸モータ（図示省略する）を備え、砥石軸モータは砥石車７の回転位相を計測する位相検出器（図示省略する）を備えている。砥石車７は図３に示すように金属製のコア７１の外周に砥石層７２を備えた構造のコア型砥石車である。砥石台３の上面には保持部１３と超音波センサ１４と研削液供給ノズル１５で構成された超音波計測装置１２が設置されている。
テーブル４上には、工作物Ｗの一端を把持して回転自在に支持し主軸モータ（図示省略する）により回転駆動される主軸５と、工作物Ｗの他端を回転自在に支持する心押台６を備えており、工作物Ｗは主軸５と心押台６により支持されて、研削加工時に回転駆動される。砥石成形モータ１１により回転駆動される砥石成形ロール９を回転自在に支持した砥石成形装置１０が、主軸５に付設されている。
【００１８】
この研削盤１は、所定のプログラムを実行することで自動化された研削工程や砥石成形工程や砥石径測定工程を実行する制御装置３０を備えている。制御装置３０の機能的構成として、砥石台３の送りを制御するＸ軸制御手段３１、テーブル４の送りを制御するＺ軸制御手段３２、砥石成形装置１０を制御する砥石成形制御手段３３、超音波計測装置１２を制御する超音波計測装置制御手段３４、砥石車７の回転を制御する砥石軸制御手段３５などを具備している。
【００１９】
上記の研削盤１で砥石車７の外径を測定する方法について図３〜図８に基づき以下に説明する。
原理を以下に説明する。図３に示すように砥石車７の外径Ｄ１はコア７１の外径をＤｃ、砥石層７２の厚さをＷｔとすると、Ｄ１＝Ｄｃ＋２・Ｗｔとなる。コア７１の外径Ｄｃが既知であれば、研削時に消耗する砥石層７２の厚さＷｔを計測することで砥石車７の外径Ｄ１を算出することが可能となる。コア７１の外径Ｄｃは砥石車７の製造時などにあらかじめ計測することは容易である。
砥石層７２の厚さＷｔは以下のように計測する。図４に示すように超音波センサ１４は超音波出力方向が砥石層７２の外周面と直交し、超音波センサ１４と砥石層７２の外周面の間は研削液供給ノズル１５で供給された研削液２０で満たされて、砥石層７２の外周面から所定の距離で配置されている。超音波センサ１４から出力された超音波は研削液２０を伝わり砥石層７２の表面に達する。この時超音波の一部は反射し、残りは砥石層７２の内部を伝わりコア７１の外周面に達する、ここでも超音波の一部は反射し、残りはコア７１の内部に伝わる。ここで、砥石層７２の表面から反射した超音波とコア７１の外周面から反射した超音波を超音波センサ１４にて受信する。図５に示すように２つの反射波の到達時間差をΔＴとし、砥石層７２内部の超音波の音速をＶとすると、砥石層７２の厚さＷｔは、Ｗｔ＝ΔＴ・Ｖ／２として測定できる。
【００２０】
砥石層７２は図６に示すように砥粒７２１、結合材７２２、骨材７２３の異なる音速を持った複数の材料からなる複合材である。このため、砥石層７２内部の音速Ｖは各材料固有の音速と、各材料の砥石層７２における占有比率から決まる平均的なものとなる。
このため、砥石層７の除去量がどの場所においても一定だとしても、場所による占有比率のばらつきや、表面層の除去された材料の種類により、２つの反射波の到達時間差には場所による差が発生する可能性がある。結果として、砥石層７２の厚さ測定に誤差を生じる恐れがある。
【００２１】
以上の課題を解決するため、以下のように超音波計測を行う。
複数の砥石層の超音波計測実施場所を所定の位置に定め、その場所の初期の砥石層厚さＷｔ０と、砥石層７２の表面から反射した超音波とコア７１の外周面から反射した超音波の超音波センサ１４への到達時間差のΔＴ０を測定し、制御装置内に格納しておく。具体的には、場所１の初期砥石層厚さをＷｔ１０、到達時間差をΔＴ１０とし、場所ｎの初期砥石層厚さをＷｔｎ０、到達時間差をΔＴｎ０とする。
所定場所１の例で砥石層の厚さ変化の測定方法を説明する。砥石層が減少した後の所定場所１の１回目の砥石層７の厚さの変化ΔＷｔ１１は、所定場所１の２つの反射波の到達時間差の初期値ΔＴ１０と計測時の到達時間差ΔＴ１１の差分ΔＴ１０−ΔＴ１１と、実測した所定場所１の表層の除去された材料の音速Ｖの積の１／２となる。つまり、ΔＷｔ１１＝（ΔＴ１０−ΔＴ１１）・Ｖ／２として、所定場所１の１回目の計測時の砥石層７２の厚さＷｔ１１はＷｔ１１＝Ｗｔ１０−ΔＷｔ１１＝Ｗｔ１０−（ΔＴ１０−ΔＴ１１）・Ｖ／２として算出できる。同様にして、所定場所１の２回目の砥石層７２の厚さＷｔ１２は、Ｗｔ１２＝Ｗｔ１１−（ΔＴ１１−ΔＴ１２）・Ｖ／２として算出できる。以下,順次前回の砥石層厚さに対する厚さ変化量を減算していくことで現在の砥石層厚さを測定することが可能となる。
【００２２】
以上の説明は、砥石層７２の除去された部分の音速が一定の場合には成り立つが、すでに述べたように、砥石層７２は異なる音速を持った複数の材料からなる複合材である。このため、砥石層７２の除去が進むと異なる材料を除去することになり音速が変わる、このため前述の連続性が絶たれ前回の砥石層厚さに対する厚さ変化量を減算していく計算が成り立たなくなる。
そこで、複数の場所で前述の砥石層厚さに対する厚さ変化量を減算していく操作を行い、除去された材料が単独でその音速が特定できる場所のデータのみを使用して減算することで連続性を成立させる。
【００２３】
具体的には、図６に示すような３種類の材料がランダムに混合された砥石層７２をモデル化した図７に基づき説明する。図７aは、砥石層の厚さがＷｔ１０で、厚さ変化量がΔＷｔ１１で、表層に厚さがΔＷｔ１１より大きな骨材７２３が配置された第１部分、表層に厚さがΔＷｔ１１より小さな骨材７２３が配置された第２部分、表層に厚さがΔＷｔ１１より大きな砥粒７２１が配置された第３部分、表層に厚さがΔＷｔ１１より大きな結合材７２２が配置された第４部分で構成されたモデル図である。図７ｂは、初期状態から表層が厚さΔＷｔ１１だけ除去された後にさらにΔＷｔ１２除去される状態を示している。
【００２４】
砥粒７２１の音速をＶ１、結合材７２２の音速をＶ２、骨材７２３の音速をＶ３とし、Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３する。表層がΔＷｔ１１除去され砥石層の厚さがＷｔ１０からＷｔ１１に減少したため、各部分の砥石層７２の表面から反射した超音波とコア７１の外周面から反射した超音波の超音波センサ１４への到達時間差はΔＴ１０からΔＴ１１になり短くなっている。短くなった時間差（ΔＴ１０−ΔＴ１１）をΔｔと表し、第１部分〜第４部分に対応するΔｔをΔｔ１〜Δｔ４とする。Δｔは除去された材料の音速と除去量ΔＷｔ１１により決まり、第１部分では骨材７２３が除去されたのでΔｔ１＝ΔＷｔ１１／Ｖ３となる、同様にして、第３部分では砥粒７２１が除去されたのでΔｔ３＝ΔＷｔ１１／Ｖ１と、第４部分では結合材７２２が除去されたのでΔｔ４＝ΔＷｔ１１／Ｖ２となる。第２部分では骨材７２３と結合材７２２の両方が除去されたので、Δｔ２は夫々の材料の除去量に応じて短縮された時間の和となる。
【００２５】
ここで、短くなった時間差Δｔの大きさを比較してみると、除去量は各部分同じなのでΔｔの大きさは除去部材の音速に反比例する、つまり、Δｔ１＝ΔＷｔ１１／Ｖ３＞Δｔ４＝ΔＷｔ１１／Ｖ２＞Δｔ３＝ΔＷｔ１１／Ｖ１となり、第２部分の平均音速ＶａはＶ２＞Ｖａ＞Ｖ３なので、Δｔ１＞Δｔ４＞Δｔ２＞Δｔ３となる。複数の測定部分のうちでΔｔが最小の部分は砥粒７２１のみを除去された部分で、Δｔが最大の部分は骨材７２３のみが除去された部分である。複数の材料が除去された部分のΔｔは、この最大値と最小値の間に存在する。このため、Δｔの最小値であるΔｔｍｉｎと材料の音速の最大値であるＶ１の積、もしくはΔｔの最大値であるΔｔｍａｘと材料の音速の最小値であるＶ３の積が砥石層の除去量となる。つまり、砥石層の除去量がほぼ等しい同一場所で複数の個所の短縮時間Δｔを測定し、Δｔｍｉｎと材料の音速の最大値であるＶ１の積、もしくはΔｔｍａｘと材料の音速の最小値であるＶ３の積を求めることで砥石層の正確な除去量を算出できる。
同一場所の測定は、超音波測定ヘッド１４を砥石車７の研削作用面に対向する位置に配置し、砥石車７の回転位相を砥石車駆動モータに備えた位相検出器で測定し同一回転位相で測定することで可能となる。
通常の砥石層の構成部材の大きさは５０μｍ以上であり、測定対象とする砥石層の除去量は１０μｍ以下であるので、複数の測定場所の内でかなりの場所で同一材料内での除去が行われる。
【００２６】
具体的な超音波計測方法を図８のフローチャートに基づき説明する。
砥石車７の交換取付時に、コア径Ｄｃ、初期砥石層厚さＷｔ０、ｎ個所の所定場所の砥石層７２の表面から反射した超音波とコア７１の外周面から反射した超音波の超音波センサ１４への到達時間差ΔＴ１０〜ΔＴｎ０を記録する（ＳＴＰ１）。砥石径測定指令により、超音波センサ１４と砥石車７の隙間に研削液供給ノズル１５を介して研削液２０を供給する（ＳＴＰ２）。砥石車７の回転位相を所定の位相に割出す（ＳＴＰ３）。超音波センサ１４から砥石層７２に超音波を出力する（ＳＴＰ４）。ｎ個所の所定場所の砥石層７２の表面から反射した超音波とコア７１の外周面から反射した超音波の超音波センサ１４への到達時間差ΔＴ１１〜ΔＴｎ１を記録する（ＳＴＰ５）。ｎ個所の所定場所の到達時間差ΔＴの短縮時間Δｔを式、Δｔ１＝ΔＴ１０−ΔＴ１１〜Δｔｎ＝ΔＴn０−ΔＴｎ１を用いて計算する（ＳＴＰ６）。短縮時間Δｔ１〜Δｔｎの最大値Δｔｍａｘと最小値Δｔｍｉｎを選定する（ＳＴＰ７）。砥石層除去量ΔＷｔ１を式、ΔＷｔ１＝Δｔｍａｘ・Ｖ３またはΔＷｔ１＝Δｔｍｉｎ・Ｖ１を用いて計算する（ＳＴＰ８）。砥石層の厚さＷｔを式、Ｗｔ１＝Ｗｔ０−ΔＷｔ１を用いて計算する（ＳＴＰ９）。砥石車７の直径ＤをＤ＝Ｄｃ＋２・Ｗｔ１として計算する（ＳＴＰ１０）。初期値を、Ｗｔ＝Ｗｔ１、ΔＴ１＝ΔＴ１１〜ΔＴn＝ΔＴｎ１と書換える（ＳＴＰ１１）。研削液を停止する（ＳＴＰ１２）。
以上のように、砥石層の除去量を単一の材料のみ除去された場所のデータを選択し、除去による超音波の反射時間の差とその材料の音速を用いて除去量を算出するので、砥石層の厚さの正確な測定ができ、結果として正確な砥石車７の外径測定が可能となる。また、測定は数ｍｓ以下の短時間で測定可能で、研削液の存在に無関係に測定可能なため、研削工程や砥石成形工程の途中に測定をすることができる。
【００２７】
上記の研削盤１で工作物Ｗを砥石車７を用いてプランジ研削をする研削工程を図９に示すフローチャートに基づき説明する。
砥石車７を回転駆動した状態で、工作物Ｗを主軸５と心押台６で保持できるように搬入する（ＳＴＰ１）。工作物Ｗの加工部が砥石車７の研削作用面に対応する位置にテーブル４を移動させる（ＳＴＰ２）。工作物Ｗを回転させ、工作物Ｗの表面から砥石車７の表面が所定量離れた位置まで砥石台３を速送りで前進させる（ＳＴＰ３）。工作物Ｗの仕上径表面から砥石車７の表面がＣ１離れた位置まで砥石台３を粗研削送りで前進させる（ＳＴＰ４）。工作物Ｗの仕上径表面に砥石車７の表面が接する位置まで砥石台３を仕上研削送りで前進させ、研削を終了する（ＳＴＰ５）。工作物Ｗの仕上径表面から砥石車７の表面がＣ０離れた位置まで砥石台３を速送りで後退させる（ＳＴＰ６）。超音波計測装置により砥石車７の研削作用面の外径を測定する砥石径測定工程を起動する（ＳＴＰ７）。ＳＴＰ７と同時平行して工作物Ｗを研削盤の機外に搬出する（ＳＴＰ８）。ＳＴＰ７で計測した砥石径が研削による摩耗により所定値以下になったか否か判定する（ＳＴＰ９）。砥石径が所定値以下の場合は所定の砥石成形工程を実行し（ＳＴＰ１０）終了後に研削工程を終了する。砥石径が所定値より大きい場合はそのまま研削工程を終了する。
以上のように、砥石車外径を測定することにより、研削による砥石車の研削作用面の摩耗量を研削工程毎に測定して砥石車使用の可否を判定するので、あらかじめ定めた本数の工作物を研削したら砥石成形を実施する従来研削方法に比較して、砥石車を有効に使用でき、さらに、異常摩耗による不良工作物の発生も防止できる。
【００２８】
次に、上記の超音波による砥石径測定を用いた砥石車７の成形工程を図１０、図１１に基づき説明する。
砥石車７の研削作用面は研削による摩耗で砥石径が減少し、図１０に示すように研削に使用しない部分と段差ができる。この段差を除去しさらに研削作用面を所定の量除去することで、砥石車７の形状精度と切れ味を維持することが砥石成形の目的である。砥石の除去量は必要最小限として砥石の無駄な消耗を避けることが重要である。そのためには、消耗した研削作用面の外径の測定と、砥石成形中の除去量を測定することが必要である。
研削作用面の外形はすでに述べた研削工程における砥石径測定工程により測定されており、その減少量に基づき砥石成形の要否を判定している。
【００２９】
具体的な砥石成形方法について、図１１のフローチャートに基づき説明する。
砥石成形ロール９をＺ軸方向にテーブル４により移動させ、図１０に示す開始位置ｄへ割出す（ＳＴＰ１）。砥石成形ロール９と砥石車７を回転させ、砥石車７をＸ軸方向に砥石成形ロール９に接近するように前進させる（ＳＴＰ２）。
次に、砥石成形ロール９を、砥石車７に接触した状態でＺ軸方向にテーブル４により右進させ、砥石車７と砥石成形ロール９の接触が終了する位置ｅで停止する（ＳＴＰ３）。砥石径測定工程を実施する（ＳＴＰ４）。除去完了か判定する、完了であれば（ＳＴＰ１０）へ移行し、未完了であればＳＴＰ６へ移行する（ＳＴＰ５）。砥石車７を所定の量Ｘ軸方向に前進させることにより、砥石成形ロール９を砥石車７に切込む（ＳＴＰ６）。砥石成形ロール９を、砥石車７に接触した状態でテーブル４により左進させ、砥石車７と砥石成形ロール９の接触が終了する位置ｄで停止する（ＳＴＰ７）。砥石径測定工程を実施する（ＳＴＰ８）。除去完了か判定する、完了であればＳＴＰ１０へ移行し、未完了であればＳＴＰ２へ移行する（ＳＴＰ９）。除去完了後、砥石台を後退させる（ＳＴＰ１０）。テーブルを割出し砥石成形サイクルを終了する（ＳＴＰ１１）。
以上のように、砥石成形工程中に砥石除去の工程毎に砥石車外径を短時間で測定できるので、必要最小限の砥石除去の砥石成形が可能となり、砥石車の無駄な消耗を防止できる。
【符号の説明】
【００３０】
Ｗ：工作物 ４：テーブル ７：砥石車 ９：砥石成形ロール １０：砥石成形装置 １２：超音波計測装置 １３：保持部 １４：超音波センサ １５：研削液供給ノズル ３０：制御装置 ３１：Ｘ軸制御手段 ３２：Ｚ軸制御手段 ３４：超音波計測装置制御手段 ３５：砥石軸制御手段 ７１：コア ７２：砥石層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コアの外周に砥石層を備えた砥石車を用いて工作物を研削する研削方法において、
前記コアの外径と、前記砥石層の厚さである第1厚さと、前記第1厚さの砥石層の表面からの反射波と前記コアの外周表面からの反射波の超音波センサへの到達時間差である第１時間差とを記録する工程と、
前記砥石層の厚さである第２厚さの砥石層の表面からの反射波と前記コアの外周表面からの反射波の超音波センサへの到達時間差である第２時間差を記録する工程と、
前記第１時間差と前記第２時間差の差である短縮時間を算出する工程と、
前記砥石層を構成する部材の音速である部材音速と前記短縮時間の積で所定減少量を算出する工程と
前記第1厚さから前記所定減少量を差し引いて前記第２厚さを算出する工程と
前記第２厚さの倍数と前記コアの外径の和から前記砥石車の外径を算出する工程により算出された前記砥石車の外径に基づき、研削動作および砥石成形動作を制御する研削方法。
【請求項２】
前記部材音速を前記砥石層の構成部材の音速の中で最も速い音速とし、前記短縮時間を複数の場所で測定された前記短縮時間の中で最も短い時間として前記所定減少量を算出する、請求項１に記載の研削方法。
【請求項３】
前記部材音速を前記砥石層の構成部材の音速の中で最も遅い音速とし、前記短縮時間を複数の場所で測定された前記短縮時間の中で最も長い時間として前記所定減少量を算出する、請求項１に記載の研削方法。
【請求項４】
前記工作物の研削中に前記砥石車の外径を計測し、外径の変化量を研削による前記砥石車の消耗量として前記研削動作を制御する請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の研削方法。
【請求項５】
前記砥石車の砥石成形中に前記砥石車の外径を計測し、外径の変化量を砥石成形による前記砥石車の除去量として前記砥石成形動作を制御する請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の研削方法。
【請求項６】
工作物を支持して駆動させる工作物支持手段と、
コアの外周に砥石層を備えた砥石車を支持し駆動装置で回転駆動させる砥石車支持手段と、
前記砥石車で前記工作物を研削するべく、前記工作物支持手段と前記砥石車支持手段とを相対移動させる駆動手段と、
超音波を前記砥石層に出力し、前記砥石層の表面からの反射波と前記コアの外周表面からの反射波の到達時間差と前記砥石層の音速から前記砥石層の厚さを計測する超音波計測手段と、
前記砥石車を成形する砥石車成形手段と、
前記コアの外径と、前記砥石層の厚さである第1厚さと、前記第1厚さの砥石層の表面からの反射波と前記コアの外周表面からの反射波の超音波センサへの到達時間差である第１時間差とを記録する工程と、前記砥石層の厚さである第２厚さの砥石層の表面からの反射波と前記コアの外周表面からの反射波の超音波センサへの到達時間差である第２時間差を記録する工程と、前記第１時間差と前記第２時間差の差である短縮時間を算出する工程と、前記砥石層を構成する部材の音速である部材音速と前記短縮時間の積で所定減少量を算出する工程と、前記第1厚さから前記所定減少量を差し引いて前記第２厚さを算出する工程と、前記第２厚さの倍数と前記コアの外径の和から前記砥石車の外径を算出する工程により、算出された前記砥石車の外径に基づき、研削動作および砥石成形動作を制御する制御手段と、を備えた研削盤。
【請求項１】
コアの外周に砥石層を備えた砥石車を用いて工作物を研削する研削方法において、
前記コアの外径と、前記砥石層の厚さである第1厚さと、前記第1厚さの砥石層の表面からの反射波と前記コアの外周表面からの反射波の超音波センサへの到達時間差である第１時間差とを記録する工程と、
前記砥石層の厚さである第２厚さの砥石層の表面からの反射波と前記コアの外周表面からの反射波の超音波センサへの到達時間差である第２時間差を記録する工程と、
前記第１時間差と前記第２時間差の差である短縮時間を算出する工程と、
前記砥石層を構成する部材の音速である部材音速と前記短縮時間の積で所定減少量を算出する工程と
前記第1厚さから前記所定減少量を差し引いて前記第２厚さを算出する工程と
前記第２厚さの倍数と前記コアの外径の和から前記砥石車の外径を算出する工程により算出された前記砥石車の外径に基づき、研削動作および砥石成形動作を制御する研削方法。
【請求項２】
前記部材音速を前記砥石層の構成部材の音速の中で最も速い音速とし、前記短縮時間を複数の場所で測定された前記短縮時間の中で最も短い時間として前記所定減少量を算出する、請求項１に記載の研削方法。
【請求項３】
前記部材音速を前記砥石層の構成部材の音速の中で最も遅い音速とし、前記短縮時間を複数の場所で測定された前記短縮時間の中で最も長い時間として前記所定減少量を算出する、請求項１に記載の研削方法。
【請求項４】
前記工作物の研削中に前記砥石車の外径を計測し、外径の変化量を研削による前記砥石車の消耗量として前記研削動作を制御する請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の研削方法。
【請求項５】
前記砥石車の砥石成形中に前記砥石車の外径を計測し、外径の変化量を砥石成形による前記砥石車の除去量として前記砥石成形動作を制御する請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の研削方法。
【請求項６】
工作物を支持して駆動させる工作物支持手段と、
コアの外周に砥石層を備えた砥石車を支持し駆動装置で回転駆動させる砥石車支持手段と、
前記砥石車で前記工作物を研削するべく、前記工作物支持手段と前記砥石車支持手段とを相対移動させる駆動手段と、
超音波を前記砥石層に出力し、前記砥石層の表面からの反射波と前記コアの外周表面からの反射波の到達時間差と前記砥石層の音速から前記砥石層の厚さを計測する超音波計測手段と、
前記砥石車を成形する砥石車成形手段と、
前記コアの外径と、前記砥石層の厚さである第1厚さと、前記第1厚さの砥石層の表面からの反射波と前記コアの外周表面からの反射波の超音波センサへの到達時間差である第１時間差とを記録する工程と、前記砥石層の厚さである第２厚さの砥石層の表面からの反射波と前記コアの外周表面からの反射波の超音波センサへの到達時間差である第２時間差を記録する工程と、前記第１時間差と前記第２時間差の差である短縮時間を算出する工程と、前記砥石層を構成する部材の音速である部材音速と前記短縮時間の積で所定減少量を算出する工程と、前記第1厚さから前記所定減少量を差し引いて前記第２厚さを算出する工程と、前記第２厚さの倍数と前記コアの外径の和から前記砥石車の外径を算出する工程により、算出された前記砥石車の外径に基づき、研削動作および砥石成形動作を制御する制御手段と、を備えた研削盤。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２４９０４（Ｐ２０１２−２４９０４Ａ）
【公開日】平成２４年２月９日（２０１２．２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６８０１１（Ｐ２０１０−１６８０１１）
【出願日】平成２２年７月２７日（２０１０．７．２７）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月９日（２０１２．２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２７日（２０１０．７．２７）
【出願人】（０００００１２４７）株式会社ジェイテクト (7,053)
【Ｆターム（参考）】
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