JP2013252570A - 研削抵抗力測定方法および研削盤 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】研削中のピン軸線nの回転位相に対するトルクを表す実トルクTgと、砥石車8を切込まないで同期運動したピン軸線nの回転位相に対するトルクを表す基準トルクTmを測定する。実トルクから基準トルクを差引いた判定トルクThを演算する。砥石車8の半径をRw、クランクピンの半径をRp、ピン軸線nの周回運動半径をR0、判定トルクThの値が0となる主軸の回転位相をΘとするとき、αを式α=sin−1(R0・sinΘ/(Rw+Rp))で演算し、Φを式Φ=tan−1(Rw・sinα/(R0・cosΘ+Rp・cosα))で演算し、倍率kを式k=cos(Φ+α)/sin(Φ+α)で演算する。
【選択図】図5
Description
前記ジャーナル軸線と前記砥石車の回転中心を結ぶ線を基準線としたとき、前記クランクピンの研削中に、前記研削作用点の前記基準線を基準とする前記ジャーナル軸線周りの回転角度である研削点角度Φに対する、前記主軸のトルクを表す実トルクと、前記研削作用点の前記基準線を基準とする前記砥石車の回転中心周りの角度である砥石車接触角αとを、測定する実トルク測定工程と、
接線研削抵抗力に対する法線研削抵抗力の倍率kを、前記実トルクの値が0となる時の前記砥石車接触角αの値と前記研削点角度Φの値を用いて、式k=cos(Φ+α)/sin(Φ+α)で演算する比率演算工程と、
を実施することである。
前記ピン軸線の前記基準線を基準とする前記ジャーナル軸線周りの回転角度である回転位相Θを測定し、
前記砥石車の半径をRwとし、前記クランクピンの半径をRpとし、前記ピン軸線の周回運動半径をR0とするとき、
前記砥石車接触角αを式α=sin−1(R0・sinΘ/(Rw+Rp))で演算し、
前記研削点角度Φを式Φ=tan−1(Rw・sinα/(R0・cosΘ+Rp・cosα))で演算することである。
前記実トルクから前記基準トルクを差引いた前記ピン軸線の回転位相に対するトルクを表す判定トルクを演算する判定トルク演算工程を備え、
前記比率演算工程において、前記判定トルクの値が0となる前記ピン軸線の回転位相Θの値を用いて前記倍率kを演算することである。
クランクシャフトをジャーナル軸線回りに回転させてクランクピンを前記ジャーナル軸線回りに周回運動させる主軸と、
回転する砥石車を前記ジャーナル軸線に直交する方向に進退する砥石車送り装置と
前記主軸の回転と前記砥石車送り装置の進退とを加工データに基づき同期制御する同期制御装置と、
前記クランクピンの中心軸線であるピン軸線の回転位相を前記ジャーナル軸線と前記砥石車の回転中心を結ぶ線を基準とした前記ピン軸線の回転位相をΘとして測定する位相測定手段と、
前記主軸のトルクを測定するトルク測定手段と、
前記同期制御装置と位相測定手段と前記トルク測定手段を制御する制御手段を備え
前記制御手段は、
前記クランクシャフトを前記主軸に装着し、前記砥石車を前記クランクピンに切込まない状態で、前記同期制御装置により前記加工データに基づき前記主軸を回転させ、前記ピン軸線の回転位相を前記位相測定手段で測定し同時に前記主軸のトルクを表す基準トルクを前記トルク測定手段で測定し、
前記砥石車を前記クランクピンに切込み、前記同期制御装置による前記加工データに基づく研削中に、前記ピン軸線の回転位相を前記位相測定手段で測定し同時に前記主軸のトルクを表す実トルクを前記トルク測定手段により測定し、
前記ピン軸線の同一回転位相における、前記実トルクから前記基準トルクを差引いて、前記ピン軸線の回転位相に対するトルクを表す判定トルクを演算し、
前記砥石車の半径をRwとし、前記クランクピンの半径をRpとし、前記ピン軸線の周回運動半径をR0として記憶し、
砥石車接触角αを式α=sin−1(R0・sinΘ/(Rw+Rp))で演算し、
研削点角度Φを式Φ=tan−1(Rw・sinα/(R0・cosΘ+Rp・cosα))で演算し、
接線研削抵抗力に対する法線研削抵抗力の倍率kを、前記判定トルクの値が0となる前記ピン軸線の回転位相Θの値を用いて演算した前記砥石車接触角αの値と前記研削点角度Φの値を用いて、式k=cos(Φ+α)/sin(Φ+α)で演算することである。
図1に示すように、研削盤1は、ベッド2を備え、ベッド2上に砥石車送り装置を構成するベース3を備え、ベース3上にはベース3によりX軸方向に往復可能に支持される砥石車送り装置を構成する砥石台4を備えている。さらに、ベッド2上にはX軸に直交するZ軸方向に往復可能なテーブル5を備えている。砥石台4は砥石車8を回転自在に支持し、砥石車8は砥石軸回転モータ(図示省略する)により回転駆動される。また、砥石台4の上部に研削液ノズル11が設置されている。テーブル5上には、クランクシャフト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、クランクシャフトWの回転位相を検出する位相検出器10(位相測定手段)を備えた主軸6と、クランクシャフトWの他端を回転自在に支持する心押し台7が設置されている。クランクシャフトWは主軸6と心押し台7により支持されて、研削加工時に回転駆動される。
図2において、主軸6が回転すると、クランクピンWpはジャーナル軸線pの回りを周回運動する。この時、砥石車8の外周が、クランクピンWpの研削作用点Guに常に接するように、主軸6の回転と砥石台4の進退を同期運動させることで、クランクピンWpを研削する。また、研削熱を除去するための研削液をノズル11から研削作用点Guに供給する。
図3に示す研削中のクランクピンWpと砥石車8の位置関係において、クランクピンWpの中心軸線をピン軸線nとし、ジャーナル軸線pと砥石車8の回転中心qを結ぶ線を基準線mとする。ピン軸線nのジャーナル軸線pに対する周回半径をR0、クランクピンWpの半径をRp、砥石車8の半径をRw、基準線mに対するピン軸線nの位相をピン軸線位相Θ、研削作用点Guと回転中心qを結ぶ線と基準線mのなす角度を砥石車接触角αとする。幾何学的な関係から、式R0・sinΘ=(Rp+Rw)・sinαが成り立つ。
図4に研削抵抗力と主軸トルクの関係を示す。ジャーナル軸線pを回転中心とする研削作用点Guの基準線mに対する位相を研削点角度Φ、法線研削抵抗力をFn、接線研削抵抗力をFtとする。主軸にトルクを与える力は、ジャーナル軸線pと研削作用点Guを結ぶ線に直交する方向の力であるから、その方向の法線研削抵抗力Fnの分力をFns、接線研削抵抗力Ftの分力をFtsとする。FnとFnsの成す角をβ、FtとFtsの成す角をγとすると、式Fn・cosβ=Fnsと式Ft・cosγ=Ftsが成り立ち、幾何学的な関係からβ=π/2−Φ−α、γ=Φ+αであるから、Fns=Fn・cos(π/2−Φ−α)=Fn・sin(Φ+α)とFts=Ft・cos(Φ+α)が成り立つ。
つまり、接線研削抵抗力Ftに対する法線研削抵抗力Fnの倍率kを式k=cos(Φ+α)/sin(Φ+α)で演算して求めることができる。
また、ΘとΦとαの幾何学的な関係から、tanΦ=Rw・sinα/(R0・cosΘ+Rp・cosα)が成り立ち、Φ=tan−1(Rw・sinα/(R0・cosΘ+Rp・cosα))となる。さらに、R0・sinΘ=(Rp+Rw)・sinαよりα=sin−1(R0・sinΘ/(Rp+Rw))となる。R0、Rp、Rwの値はクランクシャフトWの形状データにより既知であるから、Φとαの値はΘの値を用いて演算することができる。
つまり、研削抵抗力により主軸6に作用するトルクTが0となる時の、基準線mに対するピン軸線nの位相Θを測定することで、接線研削抵抗力に対する法線研削抵抗力の倍率kを求めることができる。
この誤差を除去するためには、砥石車8をクランクピンWpの表面からわずかに離した状態で実研削と同じ条件で同期運転をした時のピン軸線nの位相に対する主軸のトルクである基準トルクを測定し、実トルクから基準トルクを差引くことで判定トルクを演算し、この判定トルクを用いて倍率kを求めることが有効である。
はじめに、基準トルク測定工程(後に詳細を説明する)を実施し、基準トルクTmを測定し、記録部33に記録する(S1)。研削工程(後に詳細を説明する)を実施し、実トルクTgを測定し、記録部33に記録する(S2)。判定トルク演算工程を実施する。ピン軸線nの同一回転位相における実トルクと基準トルクの差である判定トルクThを式Th=Tg−Tmで演算し、記録部33に記録する。判定トルクをピン軸線位相Θに対応してグラフ化すると図6のようになり、ピン軸線位相2・πの間にTh=0となる位相がΘ1、Θ2の2回ある(S3)。Th=0となるピン軸線位相Θ1、Θ2を検出し、記録部33に記録する(S4)。砥石車接触角αを式α=α=sin−1(R0・sinΘ1/(Rp+Rw))で演算し、研削点角度Φを式Φ=tan−1(Rw・sinα/(R0・cosΘ1+Rp・cosα))で演算し、記録部33に記録する。ここでは、ピン軸線位相Θ1を用いたが、ピン軸線位相Θ2を用いてもよい(S5)。法線研削抵抗力の接線研削抵抗力に対する倍率kを式k=cos(Φ+α)/sin(Φ+α)で演算し、記録部33に記録する(S6)。
砥石車8を回転させた状態で、クランクシャフトWを研削盤1に搬入する(S101)。砥石台4を早送り前進させる(S102)。同期運転開始位置へ主軸6と砥石台4を位置決めする。主軸6の位相をピン軸線位相ΘがΘ=0°となる位相とし、砥石台位置x=x1+Δx1とする。このとき、クランクピンWpと砥石車8の間にはΔx1の隙間を備えている(S103)。同期運転を開始する(S104)。所定の位相間隔で、Θ=0からΘ=2πまでのピン軸線位相Θに対応する主軸のトルクTmを測定し、記録部33に記録する(S105)。Θ=2πに達したら同期研削を終了する(S106)。砥石台4を早送り後退させる(S107)。クランクシャフトWを研削盤1から搬出する(S108)。
砥石車8を回転させた状態で、クランクシャフトWを研削盤1に搬入する(S201)。砥石台4を早送り前進させる(S202)。同期研削開始位置へ主軸6と砥石台4を位置決めする。ピン軸線位相Θ=0°、砥石台位置x=x1+Δx2とする(S203)。同期研削を砥石台位置x=x1−Δx2、ピン軸線位相ΘがΘ=0°となるまで継続する。これにより、クランクピンWpは半径でΔx2だけ研削される(S204)。実トルク測定工程を実施する。砥石台位置x=x1−Δx3、まで主軸の1回転分同期研削し所定の位相間隔で、Θ=0からΘ=2πまでのピン軸線位相Θに対応する主軸のトルクTgを測定し、記録部33に記録する(S205)。さらに、同期研削を続けクランクピンWpが所定の径に達したら同期研削を終了する(S206)。砥石台4を早送り後退させる(S207)。クランクシャフトWを研削盤1から搬出する(S208)。
また、研削点角度Φと砥石車接触角αを、ピン軸線位相Θの測定値を用いた演算により求めたが、それぞれの角度を測定する測定装置により求めてもよい。
Claims (4)
- 回転する砥石車と、クランクシャフトをジャーナル軸線回りに回転させてクランクピンを前記ジャーナル軸線回りに周回運動させる主軸と、前記砥石車を前記ジャーナル軸線に直交する方向に進退させる砥石車送り装置を備え、前記主軸の回転と前記砥石車の進退とを加工データに基づき同期制御して前記クランクピンの研削作用点で研削を行う研削盤を用いて、
前記ジャーナル軸線と前記砥石車の回転中心を結ぶ線を基準線としたとき、前記クランクピンの研削中に、前記研削作用点の前記基準線を基準とする前記ジャーナル軸線周りの回転角度である研削点角度Φに対する、前記主軸のトルクを表す実トルクと、前記研削作用点の前記基準線を基準とする前記砥石車の回転中心周りの角度である砥石車接触角αとを、測定する実トルク測定工程と、
接線研削抵抗力に対する法線研削抵抗力の倍率kを、前記実トルクの値が0となる時の前記砥石車接触角αの値と前記研削点角度Φの値を用いて、式k=cos(Φ+α)/sin(Φ+α)で演算する比率演算工程と、
を実施する研削抵抗力測定方法。 - 前記実トルク測定工程において、
前記ピン軸線の前記基準線を基準とする前記ジャーナル軸線周りの回転角度である回転位相Θを測定し、
前記砥石車の半径をRwとし、前記クランクピンの半径をRpとし、前記ピン軸線の周回運動半径をR0とするとき、
前記砥石車接触角αを式α=sin−1(R0・sinΘ/(Rw+Rp))で演算し、
前記研削点角度Φを式Φ=tan−1(Rw・sinα/(R0・cosΘ+Rp・cosα))で演算する請求項1に記載の研削抵抗力測定方法。 - 前記クランクシャフトを前記主軸に装着し、前記砥石車を前記クランクピンに切込まない状態で、前記加工データに基づき前記主軸を回転させ、前記ピン軸線の前記回転位相Θに対する前記主軸のトルクを表す基準トルクを測定する基準トルク測定工程と、
前記実トルクから前記基準トルクを差引いた前記ピン軸線の回転位相に対するトルクを表す判定トルクを演算する判定トルク演算工程を備え、
前記比率演算工程において、前記判定トルクの値が0となる前記ピン軸線の回転位相Θの値を用いて前記倍率kを演算する請求項2に記載の研削抵抗力測定方法。 - 回転する砥石車と、
クランクシャフトをジャーナル軸線回りに回転させてクランクピンを前記ジャーナル軸線回りに周回運動させる主軸と、
回転する砥石車を前記ジャーナル軸線に直交する方向に進退する砥石車送り装置と
前記主軸の回転と前記砥石車送り装置の進退とを加工データに基づき同期制御する同期制御装置と、
前記クランクピンの中心軸線であるピン軸線の回転位相を前記ジャーナル軸線と前記砥石車の回転中心を結ぶ線を基準とした前記ピン軸線の回転位相をΘとして測定する位相測定手段と、
前記主軸のトルクを測定するトルク測定手段と、
前記同期制御装置と位相測定手段と前記トルク測定手段を制御する制御手段を備え
前記制御手段は、
前記クランクシャフトを前記主軸に装着し、前記砥石車を前記クランクピンに切込まない状態で、前記同期制御装置により前記加工データに基づき前記主軸を回転させ、前記ピン軸線の回転位相を前記位相測定手段で測定し同時に前記主軸のトルクを表す基準トルクを前記トルク測定手段で測定し、
前記砥石車を前記クランクピンに切込み、前記同期制御装置による前記加工データに基づく研削中に、前記ピン軸線の回転位相を前記位相測定手段で測定し同時に前記主軸のトルクを表す実トルクを前記トルク測定手段により測定し、
前記ピン軸線の同一回転位相における、前記実トルクから前記基準トルクを差引いて、前記ピン軸線の回転位相に対するトルクを表す判定トルクを演算し、
前記砥石車の半径をRwとし、前記クランクピンの半径をRpとし、前記ピン軸線の周回運動半径をR0として記憶し、
砥石車接触角αを式α=sin−1(R0・sinΘ/(Rw+Rp))で演算し、
研削点角度Φを式Φ=tan−1(Rw・sinα/(R0・cosΘ+Rp・cosα))で演算し、
接線研削抵抗力に対する法線研削抵抗力の倍率kを、前記判定トルクの値が0となる前記ピン軸線の回転位相Θの値を用いて演算した前記砥石車接触角αの値と前記研削点角度Φの値を用いて、式k=cos(Φ+α)/sin(Φ+α)で演算する、
研削盤。
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