JP6679612B2 - 溝を有する工作物を研削する方法および研削機 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載の、溝を有する工作物を研削する方法および研削機に関する。

特に螺旋溝が切られた、またはねじ山を有する工作物が製作される、既知の工作物に溝を切込む方法および研削機では、研削砥石は、工作物に溝を切り込むとき、研削砥石の成形部の外側の凸形状が、工作物に設けられる溝の凹形状として生じるように成形される。高性能で比較的長い耐用期間を有するＣＢＮまたはダイヤモンド・研削砥石を使用しても、研削砥石の成形部に生じる減耗が、研削結果の不良化ひいては工作物における溝の目標形状からのずれを生じさせてしまい、さらに研削のプロセスが進行すると、研削砥石の成形部の精度および研削砥石の鋭利さが低下する。これにより、研削砥石の成形部をある程度の使用期間の後で新たに成形する、つまり形直し・目直ししなければならない。

前述の研削砥石を成形するための高性能な形直し・目直し法として、クラッシング（Crushieren）が行われている。多くの場合にロール式の形直し・目直し（Abrichten）とも称されるクラッシングは、金属またはセラミック結合されたダイヤモンド砥石またはＣＢＮ砥石を投影に従って成形するための、回転式の形直し・目直しの特別な方法として以前から実施され実証されている。クラッシングは、とりわけ大量の工具に微細なプロファイルを設けなければならない場合に用いられる。

既知のクラッシング装置は、通常は、クラッシャロールを有し、クラッシャロールと研削砥石との両方が互いに係合しているとき、クラッシャロールが駆動され、研削砥石が摩擦により連行されるか、または駆動されずその代わりに研削砥石が駆動されるので、両方が互いに係合しているとき、研削砥石は、摩擦によりクラッシャロールを連行する、つまり回転させる。より高性能の研削主軸駆動装置を有する漸次より大きくより高性能となる研削機に基づいて近年ますます高まる傾向により、駆動される研削砥石によるクラッシャロールの駆動が実施されている。つまり、クラッシャロールは、研削砥石がクラッシャロールと係合しているときに軽い動作で一緒に回転する。クラッシング時に研削砥石に高い成形精度を実現できるようにするために、クラッシングパラメータを極めて入念に選択し使用しなければならない。少なくともクラッシャロールと研削砥石とが互いに係合しているとき、研削砥石の成形層から全ての砥粒または成形層の少なくともより大きな断片が押し潰されたり引き裂かれたりする。さらに、クラッシング時、離脱した砥粒がクラッシャロールと研削砥石との間の接触領域からできるだけすみやかに導出されるように配慮しなければならない。クラッシング工程は、クラッシャロールと研削砥石との係合領域で比較的高い圧力下で行われるので、場合により生じる研削砥石の変形により、形成されるべきプロファイルが形直し・目直し時またはその後で歪められる。したがって、狭義ではクラッシャロールおよび研削砥石の、広義ではクラッシャロール主軸および研削砥石主軸のパラメータを、いわゆる変形を回避するのみならず排除することもできるように選択するとともに実現しなければならない。たとえば、研削砥石とクラッシャロールとの間の相対的な送り量またはこれら両方の係合領域に発生するいわゆるクラッシング圧力などの特定のパラメータが過度に大きく選択されると、いわゆるがたつきが発生し、これは、クラッシング工程においてなんとしても回避されるべきである。

独国特許発明第３０５０３７３号明細書には、数値制御式のプロファイル研削機または表面研削機に用いられる形直し・目直し装置が記述されている。この公知の形直し・目直し装置では、クラッシング装置が、プロファイル研削機または平面研削機に配置されており、クラッシング装置は、固有の駆動装置を有する。成形された複数の研削砥石の形直し・目直しが設定されており、研削砥石は、砥石自体の回転軸の方向で相並んで配置されているので、各々の成形された研削砥石に対応してロータリドレッサが配置されている。クラッシングの間、ロータリドレッサは、研削砥粒が押し潰されて破壊されるように圧力を加えつつ研削砥石上を転動する。その際、研削砥石とクラッシャロールとの周速は、同一である。ロータリドレッサをクラッシングのために直接に既知の研削砥石に設けることにより、形直し・目直しを既に研削プロセス全体に組み込むことができる。

西独国特許出願公開第１２８４８６７号明細書において、リボルバヘッドを有するユニバーサル研削機が記述されており、ユニバーサル研削機において、砥石台に、いわゆるクラッシング装置が設けられており、クラッシング装置により、総形研削または切込み研削に必要なプロファイルが研削砥石の周にクラッシングされる。クラッシングを意図する成形としてのクラッシング工程の実施は、記述されていない。この公知のクラッシング装置を用いた研削砥石の成形は、実際の研削機で行われるが、研削操作の間に同様にユニバーサル研削機で行われる旋削、穿孔、研磨およびねじ研削プロセスが、１つの作業工程で追加的に行われる。

米国特許第４５５５８７３号明細書において、成形された研削砥石を用いて工作物を研削する方法および装置が記述されている。形直し・目直し装置も同様に研削機に配置されており、形直し・目直し装置により、研削砥石の形状および鋭利さを回復させることができる。そのために、研削砥石の成形部に対応して成形されたロータリドレッサにより、研削砥石が、実際の研削操作の間に再び所定の形状および鋭利さにされる。この文献には、形直し・目直しを、中断された研削工程や研削中にも連続的に行うことができることが記述されている。この文献には、クラッシングに関する直接的な示唆は認められないが、連続的にまたは非連続的に実施することができる工程として形直し・目直しが考察されるべきであることが記述されている。形直し・目直し工程を方法技術的に分離することは、記述されていない。

さらに、独国特許出願公開第４１０４２６６号明細書には、ドレッサ砥石（Abrichtscheibe）を用いて研削砥石を成形する形直し・目直し機械が記述されている。記述されている研削砥石の形直し・目直し、つまり研削結果の精度にとって必要な研削砥石の成形部の形成は、その端面で丸み付けされたドレッサ砥石により行われ、ドレッサ砥石は、研削砥石に得られるべきプロファイルが形成されるように、形直し・目直しに際して研削砥石の端面を中心に空間的に旋回させられる。ドレッサ砥石は、形直し・目直し工程の間にそれぞれその周方向端面に対して間隔を空けて配置され、回転軸線に対して横向きに延在する旋回軸線を中心に振動旋回させられる。原則として、ドレッサ砥石は、研削砥石に当て付けられる。この公知の形直し・目直し機械では、ドレッサ砥石の減耗がコントロールされるべきである。

特開平５−１３８５３２号公報において、ＣＢＮ研削砥石用の形直し・目直し装置が設けられており、この形直し・目直し装置は、研削砥石を、荒研削にも仕上げ研削にも同様に使用することができるように形直し・目直しする。ドレッサ砥石が、いわゆるクラッシング砥粒と個々の研磨性の砥粒とを有する。これらの粒体は、ドレッシング層において混合されている。この形直し・目直しは、１つの工程で行われ、カップ状に形成された研削砥石の軸方向端面の形直し・目直しを表す。

すでに米国特許第３４３５８１４号明細書において、成形された研削砥石のクラッシングを行う形直し・目直し装置が記述されている。研削砥石は、研削機に堅固に配置されている。クラッシング装置は、クラッシャロールの態様で構成されており、研削砥石を形直し・目直しするために研削砥石に当接させられる。クラッシャロール用の駆動装置は、クラッシャロールと研削砥石との周速が異ならないことを確保するべきである。クラッシャロールと研削砥石とが互いに係合しているとき、専ら研削砥石がクラッシャロールを駆動する。クラッシング工程は、１つの作業工程で行われ、続いてクラッシャロールが、研削砥石との係合から解除される。

すでにＳａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ Ａｂｒａｓｉｖｅｓ社のパンフレットＷｉｎｔｅｒにも、成形された研削砥石を形直し・目直しするために使用されるクラッシング装置が、可能な限り機械の構成要素であるべきであり、この機械に堅固に設置しなければならないことが記述されている。これにより、時間が掛かる工具の交換を回避することができる。好適には、研削砥石が駆動されるべきであり、成形ロールは、形直し・目直し時に、研削砥石によって軽い作動で連行されるべきである。後続の成形工程などに対する最初の成形には、その都度特別な成形ロールが必要である。この公知の装置では、前成形の後で成形ロールを交換する必要がある。これには、研削砥石に位置決め誤差ひいては成形誤差が発生し得るという欠点が存在する。

既知の全ての形直し・目直し法またはクラッシング法もしくは使用されるクラッシング装置では、クラッシングが研削目的に依存して行われることもなく、実際のクラッシング工程の、高い融通性を保証するパラメータに留意することもない点が共通している。

したがって、本発明の課題は、主要なクラッシングパラメータを考慮しつつ成形されるべき研削砥石のクラッシング−形直し・目直しが自動の研削プロセスに組み込まれており、そして研削砥石の長い耐用期間が得られるとともに研削される工作物の高い品質が得られる、溝入れされた工作物を研削する方法および研削機を提供することにある。

この課題は、請求項１の特徴部に記載の構成を有する方法および請求項１０の特徴部に記載の構成を有する研削機により達成される。好適な改良形は、それぞれの従属請求項に規定されている。

本発明の第１の態様によれば、溝を有する工作物を研削する方法が記述されている。工作物は、特に螺旋溝が切られた、またはねじ山を有する工作物であり、この場合、溝は、たとえば切込みなどの真っ直ぐな溝であっても周方向に延在する溝であってもよい。工作物は緊締されており、その溝は、溝の横断面に対応する成形部を有する研削砥石によって研削される。研削工程により、研削砥石の減耗の結果、研削砥石の成形部が変化し、したがって研削砥石は、クラッシングにより後成形される。後成形とは、ここではいわゆる仕上げクラッシングまたは仕上げ成形と解されるべきである。プロファイルは、研削砥石に設けられていて、精度および鋭さに関していわゆる回復がなされる。本発明によれば、研削砥石の後成形クラッシングは、その際に同様に駆動されるクラッシャロールを用いて行われ、研削砥石とクラッシャロールとの各々の駆動装置のその都度の回転数および電力消費量の測定に基づくクラッシャロールの制御により行われ、これに基づいて、研削砥石とクラッシャロールとの間のクラッシング時の相対的な送りが行われる。この場合、好適には、クラッシングと研削工程全体とにおける効率の理由から、相対的な送り量が最大の相対的な送り量であり、その際、依然として不都合な加工プロセス状態が生じないように、相対的な送り量が選択される。つまり、常時最大の相対的な送り量で後成形クラッシングが成され、その際、クラッシャロールの耐用期間が過剰に減少することはない一方で、クラッシャロールと研削砥石との間の比較的高いクラッシング圧力で加工を行うことができ、その際、クラッシング時に常時安定したクラッシング状態が保持される。

本発明によれば、少なくとも回転数および電力消費量が後成形クラッシングに関する主要なクラッシングパラメータとして測定され、クラッシングの加工プロセスの制御に利用される。この場合、電力消費量は、必要に応じて研削砥石やクラッシャロールの駆動装置を作動させる電力を表すか、または研削砥石やクラッシャロールに供給され、これにより所望の規定されたクラッシングパラメータを保持することができる電力を表す。

好適には、研削砥石の成形クラッシングは、クラッシャロールを用いて行われ、その際、クラッシャロールは、通常は駆動されず、それも研削砥石の駆動装置の測定された回転数および電力消費量に基づいて切削砥石の駆動装置だけの制御装置により駆動されず、成形クラッシングは、研削プロセスの開始前に行われる。この場合、成形クラッシングとは、まだ成形されていない研削砥石に、第１の作業工程で、クラッシャロールを用いた実際の研削プロセスの開始前に成形部が与えられ、これによりこの研削砥石を用いて工作物に溝を研削することができることと解される。この場合、成形クラッシングは、前クラッシングまたは前成形もしくは荒成形に相当する。

好適には、成形クラッシングは、後成形クラッシングに使用されるのと同一のクラッシャロールを用いて行われる。これは、クラッシャロールが複数の、好適には少なくとも２つの成形部を有し、成形部は、研削砥石に凸状の成形部を形成するための凹型として逐次使用されることにより達成される。クラッシャロールに複数のクラッシング溝目を設けることは、単一のクラッシャロールを複数のクラッシング工程に使用することができるという利点を有する。いずれにせよ、クラッシャロールにいわゆる溝目状の加工が成される。最後のクラッシング細溝が特に後成形クラッシングによる研削砥石の次の成形を精度に関する理由からもはや許容されなくなると、クラッシャロールを交換し、場合により再生しなければならない。

成形クラッシング時にも、研削砥石の駆動装置の回転数および電力消費量の測定により、最大の相対的な送り量によるクラッシング工程の最適な実施が可能になり、その際、たとえばがたつきなどの不都合な加工プロセス状態が生じることはない。

好適には、成形クラッシング時、後成形クラッシング時よりも大きな形直し・目直し量で研削砥石の形直し・目直しが成される。

成形クラッシング時に研削砥石が駆動され、これに対してクラッシャロールは通常は駆動されないことを規定することができる。しかし、クラッシャロールが一緒に回転するクラッシングにおいて、スリップと他の影響とに基づいてクラッシャロールの回転数が低下するおそれがある。そのために、クラッシャロールにおいて、少なくとも短い間隔で、いわゆるインパルス状にクラッシャロールの駆動装置がオンに切り替えられるようになっている。駆動装置のオン切替えのインパルスは、クラッシャロールが、研削砥石の回転数である公称回転数に再び達するまでの長さであるかその長さだけ実施される。

一般的に、第１の溝プロファイル側面において、研削砥石の成形部の第１の側が当て付けられ、その際、存在する当接センサ系により、クラッシャロールへの駆動インパルスの態様の、場合により行われる駆動装置のオン切替えと、第１の溝プロファイル側面への当付けとが監視される。続いて、クラッシャロールに配置された溝の第２の側面への当付けが行われ、その際、同様に当接センサ系により、クラッシャロールへの駆動インパルスの場合により行われるオン切替えが監視される。これに、研削砥石の側方の移動が、研削砥石がクラッシャロールに存在する溝のプロファイルの中央に合わせて移動させられるまで続く。これに、研削砥石が駆動され、クラッシャロールが自由に一緒に回転するとき、研削砥石とクラッシャロールとの間の送り移動が、つまり研削砥石とクラッシャロールとの間の相対的な送りが続く。最大の相対的な送り量は、つまりクラッシング時の許容される送り量は、電力消費量ひいては研削主軸出力の監視により実現され、その際、電流消費量が継続的に測定される。この場合、ＣＮＣ制御により、最大の相対的な送り量、つまりクラッシャロールと研削砥石との間の、クラッシング法の効率に関して最適な送り量が算出されて調整される。

成形クラッシングの間に研削砥石に成形部が与えられると、研削砥石は、続いて工作物に対応する溝を切り込むための通常の研削プロセスに使用されるかまたは新たに使用され、もしくは精度を向上させるためにさらに後成形クラッシングされる。研削動作では研削砥石は減耗するが、プロファイル形状はほぼ狭い範囲内で保持されるので、規定されるべき研削区分の間で、それも研削砥石の成形部の損耗率に基づいて、研削砥石は、後成形によりクラッシングされる。したがって、成形クラッシングは、この加工プロセスの段階ではもはや不要である。

後成形クラッシング時に研削砥石だけではなくクラッシャロールもそれぞれ駆動させられる。成形クラッシング時と同様に、まずクラッシャロールにおける溝の側面が当て付けられ、その際、当接センサ系と、研削砥石およびクラッシャロールの（研削主軸／クラッシャ主軸）両方の駆動装置における電力消費量の測定とにより、この工程が監視される。これに、溝の第２のフランクの当付けが続き、その際、同様に当接センサ系と、研削砥石およびクラッシャロールの両方の駆動装置、つまり研削砥石およびクラッシャロールの主軸における電力消費量の測定とにより、この工程が監視される。これに、プロファイルの中心に合わせた研削砥石の移動が続く。この動作は、後成形クラッシング時に研削砥石とクラッシャロールとが駆動され、回転数制御され、追加的に各々の電力消費量が監視される点で、成形クラッシングとは相違している。

好適には、クラッシャロールと研削砥石とは、クラッシャロールと研削砥石との回転数に関して、クラッシャロールの所定の周面を通る所定の溝の深さで後成形クラッシングするときにクラッシャロールと研削砥石との周速が互いに所定の比を有するように、互いに合わせて調整される。これにより、クラッシング工程を、後成形クラッシングに関する主要なパラメータを維持しつつ、制御して行うことができる。最適なクラッシングが行われ、しかもクラッシング時における主要な加工プロセス技術的なパラメータを考慮しつつ行われることが保証される。

さらに好適には、所定の溝の深さに対応する周面は、研削砥石とクラッシャロールとの周速の一定の比で、溝の深さに関して特に無段階に変化させられる。

成形クラッシングの間、クラッシャロールの主軸に掛かる駆動インパルスの前述のオン切替えに際して、クラッシャロールが所定の境界回転数を下回ると、好適には、回転数が周面の溝の所定の深さで研削砥石の周速に一致するように境界回転数が規定されるかまたは一致するまでクラッシャロールが駆動される。

研削砥石のクラッシングの間に研削砥石の係合領域でクラッシングを行う際に、離脱した砥粒および研削層部分をスムーズに係合領域から導出することができるような量の冷却剤が、そのような強さで供給されることが特に重要である。

少なくとも機械パラメータとクラッシングパラメータとに依存する、クラッシング時の研削砥石とクラッシャロールとの間の最大の相対的な送り量が、特に実際のクラッシングより前に「試行錯誤」により求められ、境界値として機械制御装置に入力され、特にそこに記憶される。

本発明の第２の態様によれば、溝を有する工作物、特に螺旋溝が切られたまたはねじ山を有する工作物を研削するように設けられた研削機は、通常の形で、機械スタンド上の切込み台上でＸ軸方向およびＺ軸方向にＣＮＣ移動可能な砥石台を有し、砥石台は、溝を研削するように成形された研削砥石を支持し、研削砥石は、回転駆動される。溝は、真っ直ぐな溝であっても切込みであってもよい。さらに、研削機は、Ｃ軸を有する工作物主軸台を備える。工作物は、研削機において締め付けられた状態で保持される。追加的に、研削機は、研削機に堅固に設置されるクラッシング装置を有し、クラッシング装置は、固有の回転駆動装置を有するクラッシャロールを備える。クラッシャロールの回転数は、制御装置により制御可能である。本発明によれば、研削砥石の成形部を形直し・目直しするために、クラッシャロールに研削砥石を送ることができる。クラッシャロールは、第１の形直し・目直し量で研削砥石を成形クラッシングするための成形クラッシング区分と、第２の形直し・目直し量で研削砥石を後成形クラッシングするための、同一のクラッシャロールに配置された後成形クラッシング区分とを有する。成形クラッシング区分と後成形クラッシング区分とを同一の１つのクラッシングロールに設けることにより、クラッシング装置を比較的簡単に構成することができるだけではなく、特に安定して構成することもできる。というのも、この場合、クラッシャロールが、たとえば堅固な軸支部により、実際のクラッシング加工時に変形を回避するのに十分に頑丈であるからである。この変形は、原則的にクラッシング工程時に生じる高い力によって発生するおそれがあり、したがって、クラッシング装置は、研削機の機械台上に固定することにより、やはり特に堅固に構成されなければならない。

好適には、クラッシャロールは、３つ以上のクラッシング溝目またはクラッシング溝を有し、これらのクラッシング溝目またはクラッシング溝は、研削砥石の成形部のクラシングに際して、逐次、最後のクラッシング溝目によりクラッシングに際してクラッシング後の研削砥石の成形部の要求される精度と鋭利さとがもはや回復しなくなるまで、使用することができる。この場合、クラッシングロールは交換しなければならない。複数のクラッシング溝目を同一の１つのクラッシャロールに設けることにより、クラッシャロールの１つの溝目が減耗した後で、次の、後成形クラッシングのための溝目を使用することができる。したがって、後成形クラッシング時に常時１つの研削砥石プロファイルを最適な精度で製作できることが確保されている。これは、後成形クラッシングに関する。成形クラッシングは、研削前に、研削砥石が依然として工作物に形成されるべき溝に対応して形成された成形部を有しない場合に使用される。成形クラッシングは、いわゆる最初の成形である。少なくとも研削機の全体の研削プロセスの過程で、ときにより規定の周期に基づいて実施されるべき後成形クラッシングを行えばよく、これにより、成形部の形状も研削砥石の鋭利さもある程度の研削時間の後で回復される。

研削機におけるクラッシング装置の安定性および剛性を保証できるようにするために、好適には、クラッシング装置は、安定したハウジング内に配置され、機械スタンドと堅固に結合されている。これにより、クラッシング時に生じる力を確実に吸収して、クラッシングの間のクラッシング装置の弾性変形であっても十分に回避することが可能である。

好適には、クラッシング装置は、ＣＮＣ制御式の駆動装置を有し、駆動装置は、連結装置を介して、クラッシャロールと、これを回転駆動するために結合されている。好適には、クラッシャロールは、高性能高速度鋼（ＨＳＳ）または硬質合金から成る。電気的な駆動装置が有する利点によれば、特に成形クラッシングの場合に確実に自由に切り替えることができる、つまり駆動されずに一緒に回転し、これは、特に成形クラッシングの場合に当てはまる。というのも、そこでは通常はクラッシャロールが駆動されておらず、つまりクラッシャロールの溝目または溝に研削砥石が係合するとき研削砥石と一緒に回転するからである。クラッシャロールの電気的な駆動装置は、クラッシャロールの回転数が低下する場合、切替インパルスにより、駆動モーメントのオン切替えを介して短時間オンに切り替えることができ、クラッシャロールの回転速度がふたたび研削砥石の回転速度に一致し、そしてクラッシャロールが再び駆動されずに研削砥石と一緒に回転する、という利点をさらに有する。

好適には、クラッシング装置は、追加的に固体伝播音センサを有し、固体伝播音センサを用いて、クラッシャロールと研削砥石との間の係合接触を継続的に監視することができる。固体伝播音センサにより、係合接触を検出する信号を制御装置に伝送可能であるので、係合接触に関する信号を制御装置に供給することができる。

好適には、研削砥石または研削主軸を、主軸台とともに、後成形クラッシング時にクラッシャロールへと送ることが可能であり、横方向で後成形クラッシング区分へ移動可能であるように構成されている。すなわち、クラッシング時、通常は研削砥石のプロファイルの側面がまず当て付けられ、わずかにクラッシングされ、これに第２の側面の当付けおよびわずかなクラッシングが続き、これに溝に中心を合わせて進行する後成形クラッシングが続く。

好適には、クラッシャロールは、一体的にまたは２つの部分から構成されている。全体の研削プロセスの間に研削砥石を複数回クラッシングするための複数のクラッシング溝目を設けた一体的な構成が、クラッシングに必要な高い剛性に関して有利である一方、クラッシャロールの２つの部分から成る構成は、単にクラッシャロールの一部を減耗により交換しなければならないが、まだ減耗していない部分を引き続き使用することができるときに特に有利である。これにより、場合により融通性に関する利点が得られる。

最後に、好適には、制御装置は、クラッシング時の研削砥石とクラッシャロールとの間の最大の相対的な送り量が実現可能であり、しかもこの最大の相対的な送り量は、クラッシング前に制御装置に入力可能である、設定可能な機械パラメータとプロセスパラメータとに依存する境界値よりも小さくなるように、構成されている。この最大の相対的な送り量は、各々の工作物、クラッシャロールと研削砥石との各々の構成や使用される研削層とクラッシャロールの材料とを含む相応の研削条件に関して、特に好適には「試行錯誤」の試みの範囲内で決定することができる。

本発明の場合、少なくとも、もはや制御不能な不都合な加工プロセス条件が生じることなく、最大の相対的な送り量、つまり最大の許容される送り量を制御するための主要なプロセスパラメータを研削機において保持または実現することができるという思想が平均的な当業者に示唆される。手間が必要であるが、当業者は、その境界値を実験により求めることができる。一度この境界値が求められると、制御装置により、送り量に関して、この境界値を上回ることなく、この境界値の近くにできるだけ近付けることができる。したがって、迅速で低コストの研削砥石のクラッシングを、高い精度でもって全自動プロセスで実施可能である。

以下、別の利点、用途および詳細を、添付の図面に示された実施の態様に基づいて詳しく説明する。

クラッシング装置を有する研削機を上から見た概略的な原理図である。 本発明に係る、クラッシング装置とこれに対応して配置された研削砥石を有する研削主軸とを示す図である。 成形クラッシングのためのクラッシャロールとこれに対応して配置された研削砥石とを示す図である。 成形クラッシングの開始直後のクラッシャロールとこれに対応して配置された研削砥石との詳細図である。 第１の側面における研削砥石の成形部のクラッシング工程を示す。 クラッシャロールの第２の側面における研削砥石の成形部のクラッシング工程を示す。 クラッシャロールを用いた研削砥石の成形部のクラッシングがほぼ終了したクラッシング工程を示す。 溝における溝深さと、研削砥石の成形部における、溝深さに応じて設定された周面との幾何学的な状態を示す図である。

図１には、機械台上の、本発明に係る研削機の主要な構成要素の配置を上から見た原理図が示されている。Ｃ軸を有する工作物主軸を備える工作物主軸台が、工作物１を緊締している。先端部において工作物の、場合により必要な緊締を行うために、工作物主軸の長手方向軸線の延長部に、移動可能な、先端部を有する心押台４が設けられている。機械台上に固定された切込み台上に、研削主軸を有する砥石台（研削主軸台）が配置されており、研削主軸に研削砥石５が取り付けられている。研削砥石５は、成形部を有し、成形部により、これに対応する溝が工作物１に切り込まれる。そのために、研削砥石は、ＣＮＣ軸を介して、Ｘ、ＺおよびＹ方向に移動可能であり、工作物１に送り可能である。さらにクラッシング装置７が設けられており、クラッシング装置７は、クラッシャロールを支持する。クラッシャロールの回転軸線と研削砥石５の回転軸線とは、研削砥石５がその成形部に関してクラッシングされるときには必ず互いに平行に配置されている。

図２には、図１による研削機における原理的な配置の一部として、研削砥石５を有する研削主軸２と、これに対応して配置された、クラッシャロール８を有するクラッシング装置７とだけが示されている。相応の溝を、図２には示されていない工作物に切り込むことができるように、研削主軸２は、研削砥石５とともに、ＣＮＣ制御されるＡ旋回軸を中心に旋回可能である。さらに研削主軸は、同様にＣＮＣ制御でＺおよびＹ方向に移動可能である。

図２に示す、クラッシング装置７の基本構造は、高い剛性を特徴としており、これは、たとえばクラッシング装置７がハウジング９内に配置されており、ハウジング９内に、クラッシャロール８を支持するクラッシャ主軸１６がクラッシャロール８の両側で転がり軸受１２により堅固に軸支されていることにより、明確である。クラッシング装置７の駆動モータ１１は、同様にＣＮＣ制御されており、連結装置１０を介してクラッシャ主軸１６と結合されている。

図２には、２つのクラッシング溝目またはクラッシング溝を有するクラッシャロール８が示されている。両方のクラッシング溝は、逐次研削砥石５の成形部をクラッシングするために用いることができる。これは、一方では、第１のクラッシング溝による成形クラッシングおよび第２のクラッシング溝による後成形クラッシングであってよい。しかも、他方では、クラッシャロール８の両方のクラッシング溝を、専ら後成形クラッシングに使用することもできる。この場合まず、図２の上側に示されたクラッシング溝が、これがもはや研削砥石５の成形部の要求される精度を形成することができなくなるまで後成形クラッシングに使用される。続いて、図面においてその下に位置するクラッシング溝が、研削砥石の、これに続く後成形クラッシングに使用される。したがって、両方のクラッシング溝が後成形クラッシングに使用される場合、クラッシング時のクラッシャロールの耐用期間を、単一のクラッシング溝しか有しないクラッシャロールに対して２倍にすることができる。本発明に係るクラッシャロールにおいてより大きな数のクラッシング溝を使用するかまたは設けることも可能である。いずれにせよ、本発明に係るクラッシャロールにより、少なくとも２つのクラッシング溝が、一体的なひいては堅固な１つのクラッシャロール８に配置されている場合、この点に関してとりわけより高い剛性を考慮することもでき、研削砥石の成形部のクラッシング時のプロセス精度がより高くなり、ひいては研削されるべき工作物の精度がより高くなる。

図３には、クラッシング装置７のうちの主要部分、つまりクラッシャ主軸１６上に配置されたクラッシャロール８だけが示されている。クラッシャロール８は、成形クラッシング区分１４と後成形クラッシング区分１５とを有する。さらに原理図において、固体伝播音センサ１３が、クラッシング装置７に設けられており、固体伝播音センサ１３により、研削主軸２に配置されＣ軸を中心に回転駆動される研削砥石５の、クラッシャロール８との係合接触を検出可能または監視可能である。

図３に示された研削砥石５は、まだ成形されておらず、したがって実際の研削工程のためにまず成形クラッシングされなければならない。これに関して、成形クラッシングとは、研削砥石５に実際の成形部を形成することと解される。これは、成形クラッシングのために設けられた、クラッシャロール８における成形クラッシング溝１４で行われる。そのために、はじめは成形クラッシング前では横断面で見てプロファイル形状とは異なって構成されている研削砥石が、まずクラッシング溝の成形クラッシング区分１４の側面に当接され、わずかにクラッシングされる。次いで第２のステップで、成形クラッシング溝１４の第２の側面でわずかなクラッシングが行われる。これに続いて、研削砥石は、クラッシャロールの溝の中央に移動させられ、次いで両方の側面が同時に成形クラッシングされる。成形クラッシングの後で、研削砥石は、さらに後成形クラッシングされ、その際、研削砥石は、極めて高い精度で最終的な成形形状を得る。

これに対して、やはり図３に示された後成形クラッシング溝１５は、研削砥石の形状がもはや目標形状と一致せず、鋭利さを後で付与しなければならないので、研削砥石５の成形部を後成形クラッシングしなければならないときに、実際の研削プロセスの間にだけ使用される。

固体伝播音センサ１３は、研削砥石５の、形成されるべき成形部６が、クラッシング溝１４，１５の側面のうちの１つに接触するごとに応答し、したがってクラッシング時の係合接触を監視する。はじめは平らに形直し・目直しされた研削砥石５は、図３に示された成形クラッシング溝１４により、尖ったプロファイルへとクラッシングされる。このプロファイルは、ねじ研削のために設けられている。成形クラッシング区分１４と後成形クラッシング区分１５とにクラッシング区分を分けることにより、クラッシャロール８が一般的にさらされる通常は強い減耗に関して、耐用期間を向上させることができる。後成形クラッシングのために設定された後成形クラッシング溝１５は、工作物に溝を高い精度で形成するために、研削砥石５に成形部６が形成されることを保証する。

図４に示された、直前に形直し・目直しされた研削砥石５のクラッシングがちょうど開始される状態では、研削砥石５は、研削主軸２を介して駆動され、これにより、クラッシャ主軸１６上の、駆動されないクラッシャロール８は、成形クラッシング溝１４における、直前に形直し・目直しされた研削砥石５の係合接触に基づいて、研削砥石により駆動され、これと一緒に回転する。クラッシャロール８の独自の駆動は行われない。つまり、駆動装置がオフに切り替えられるかまたは駆動装置とクラッシャロールとの間の連結装置１０（図２参照）が「分離」に設定される。図４には、固体伝播音センサ１３が再び示されており、固体伝播音センサ１３は、成形クラッシング区分１４における研削砥石５の係合接触を記録するかまたは監視する。固体伝播音センサ１３がクラッシャロール８と研削砥石５との接触時に生成する信号は、研削砥石５が実際にクラッシャロール８との接触を形成し、クラッシング工程が開始されることについての監視を表す。

研削砥石５は、一般的に、真円度公差を有するので、クラッシャロール８は、最初に接触するときには研削砥石５により完全には駆動されない。これにより、クラッシャロール８の回転数は低下し得る。予め定められた下限の回転数に達すると、クラッシャ主軸１６の駆動モータ１１が追加的にインパルス状にオンに切り替えられ得る。このオン切替えは、研削砥石５が有する回転数を、クラッシャロール８が再び有するまで行われる。つまり、駆動インパルスは、クラッシャロール８が研削砥石５の回転数に一致する目標回転数を有するまで行われる。

図５ａ、ｂおよびｃには、研削砥石５の成形部６をクラッシングするときの様々な段階が示されている。一般的に、クラッシング時にはこの方式が実現され、具体的には成形クラッシングだけではなく後成形クラッシング時にも実現される。図５ａ〜ｃには、後成形クラッシング加工が例示されている。図５ａには、どのようにしてまず研削砥石５の成形部６の第１の側面が、クラッシャロール８における後成形クラッシング溝１５の同じく第１の側面に当て付けられ、わずかにクラッシングされるのかが示されている。研削砥石５とクラッシャロール８との間の接触を形成するために、研削砥石５は、ＣＮＣ制御されるＺおよびＹ軸に沿って移動させることができる。これにより、クラッシングの間に、相対的な送り量、クラッシング力および別のパラメータに関する最適なクラッシングパラメータが保持されるかまたは実現されることが保証される。図５ｂには、どのようにして側方に移動させられた研削砥石５が、成形部６の、第１の側面とは反対の側の側面でもって、後成形クラッシング溝１５に形成された第２の側面に当接され、そこで当付け工程およびわずかなクラッシングにさらされるのかが示されている。第１の側面における当付けについての図５ａと同様に、研削砥石５は、当付けのために、ＣＮＣ制御されたＺおよびＹ軸に移動させられ、これにより、必要でありかつ許容されるクラッシングパラメータが保持される。

研削砥石５の成形部６の両方の側面が個別に後成形クラッシング溝１５に当接され、わずかにクラッシングされると、研削砥石は、Ｙ方向に、つまり横方向に移動させられ、成形部が、クラッシング溝１５に対して真ん中に配置される。これは、図５ｃに図示されている。両方の側面のクラッシングは、同時に研削砥石５の成形部６のクラッシングの最終ステップを表す。図示の態様では、これは、やはり後成形クラッシングの例で示されている。同様にかつ同一順序で、これは、成形クラッシングでは、図５ｃに同様に示されたクラッシャロール８の成形クラッシング溝１４を用いて行われる。

図６には、クラッシャロール８のクラッシング溝１５と研削砥石５の成形部６との間の幾何学的状態が、クラッシング溝１５の深さに関する異なる２つのレベルに関して示されている。ここでも後成形クラッシング溝１５が示されている。研削主軸だけではなくクラッシャ主軸も固有の別個に制御される回転数制御装置を有するので、どの「レベル」においてクラッシャロール８の周速と研削砥石５の周速とが同一であるべきであるのかを正確に規定することができる。この場合、研削砥石５とクラッシャロール８とがそれぞれ異なる直径を有することに留意されたい。この場合「レベル」とは、環状に形成された周面１７と解される。この周面１７は、単に概念的に、この「レベル」が単一の半径において図示されている図６に関して、「レベル」と称される。クラッシャロール８の内側で記入された周面１７にまで環状に延びる関連する半径は、いわゆる環状で円筒形に形成された周面１７を形成する。クラッシャロール８と研削砥石５との異なる直径を考慮して、研削砥石５とクラッシャロール８との異なる回転数が、選択されたレベルに関して、回転数つまり周速が一定であるように実現される。つまり、この周速の比は１：１である。クラッシング工程の間に、特に無段階にこの仮想の周面１７を変位させると、クラッシング工程後の研削砥石５の成形部６の品質を向上させることができ、これにより、工作物における研削結果を改善することができる。

１ 工作物
２ 砥石台
３ 工作物主軸台
４ 心押台
５ 研削砥石
６ 成形部、研削砥石
７ クラッシング装置
８ クラッシャロール
９ ハウジング、クラッシング装置
１０ 連結装置、クラッシング装置
１１ 駆動装置、クラッシング装置
１２ 転がり軸受、クラッシング装置
１３ 固体伝播音センサ
１４ 成形クラッシング溝／成形クラッシング区分
１５ 後成形クラッシング溝／後成形クラッシング区分
１６ 主軸、クラッシング装置
１７ 周面
１８ 機械制御装置

Claims (13)

1. 研削砥石（５）の、溝の横断面に対応するように構成された成形部（６）を用いて、溝を有する工作物（１）を研削する方法であって、前記研削砥石（５）は、機械スタンド上の切込み台上でＸ軸方向およびＺ軸方向にＣＮＣ移動可能であり、かつ、回転駆動する砥石台（２）に支持されており、
   前記研削砥石（５）の前記成形部（６）により、前記工作物（１）が緊締された状態で該工作物（１）に前記溝を研削し、前記研削砥石（５）の前記成形部（６）をクラッシングし、
   前記研削砥石（５）の後成形クラッシングを、その際に駆動されるクラッシャロール（８）を用いて行い、該クラッシャロール（８）の制御を、前記研削砥石（５）と前記クラッシャロール（８）との各々の駆動装置の回転数および電流消費量のその都度の測定に基づいて行い、クラッシング時の前記研削砥石（５）と前記クラッシャロール（８）との間のＹ軸方向およびＺ軸方向への相対的な送り量を前記測定に基づいて制御する方法において、
   前記クラッシャロールの成形クラッシング区分による成形クラッシング時、同一のクラッシャロールに配置された後成形クラッシング区分による後成形クラッシング時よりも大きな形直し・目直し量で前記研削砥石の形直し・目直しをし、
   前記成形クラッシング区分と前記後成形クラッシング区分とは、前記同一のクラッシャロール上で、前記Ｙ軸方向に互いに間隔を空けて配置されている、
   ことを特徴とする、溝を有する工作物（１）を研削する方法。
2. 前記研削砥石（５）の成形クラッシングを、その際に場合により一時的にだけ駆動される前記クラッシャロール（８）を用いて、前記研削砥石の駆動装置の測定された回転数および電力消費量に基づく前記研削砥石の駆動装置の制御により、前記測定に基づいて前記研削砥石（５）と前記クラッシャロール（８）との間のＹ軸方向およびＺ軸方向への相対的な送り量の制御により行い、成形クラッシングを、前記工作物（１）を研削する前に行う、請求項１記載の方法。
3. クラッシングのために、前記研削砥石（５）を前記クラッシャロール（８）へ送り、該クラッシャロール（８）と係合させて、成形クラッシングの間、前記クラッシャロール（８）を、固有の駆動装置（１１）を作動させることなく前記研削砥石（５）とともに自由に回転させる、請求項１または２記載の方法。
4. 前記クラッシャロール（８）と前記研削砥石（５）とをクラッシングするときに、前記クラッシャロール（８）と前記研削砥石（５）との係合領域に冷却剤を供給する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. クラッシング時の前記研削砥石（５）と前記クラッシャロール（８）との間のＹ軸方向およびＺ軸方向への最大の相対的な送り量は、機械パラメータとクラッシングパラメータとに依存しており、前記送り量をクラッシング前に求め、境界値として機械制御装置に入力し、特にそこに記憶させる、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 溝を有する工作物（１）を研削する研削機であって、
   機械スタンド上の切込み台上でＸ軸方向およびＺ軸方向にＣＮＣ移動可能な砥石台（２）であって、溝を研削するために成形された研削砥石（５）を支持するとともに回転駆動する、砥石台（２）と、
   Ｃ軸を有する工作物主軸台（３）と、
   を備え、
   前記工作物（１）は、緊締された状態で存在し、追加的に、固有の回転駆動装置（１１）を有するクラッシャロール（８）を備える、当該研削機に堅固に設置されたクラッシング装置（７）が設けられており、該クラッシング装置（７）は、制御装置により制御可能であり、前記研削砥石（５）および前記クラッシャロール（８）は、後成形クラッシングの間に駆動可能であるとともに回転数制御可能である、研削機において、
   前記クラッシャロール（８）に、前記研削砥石（５）の成形部（６）を形直し・目直しするために前記研削砥石（５）を送ることが可能であり、
   前記クラッシャロール（８）は、第１の形直し・目直し量で前記研削砥石（５）を成形クラッシングするための成形クラッシング区分（１４）と、第２の形直し・目直し量で前記研削砥石（５）を後成形クラッシングするための、同一のクラッシャロール（８）に配置された後成形クラッシング区分（１５）とを有し、
   前記成形クラッシング区分（１４）と前記後成形クラッシング区分（１５）とは、前記同一のクラッシャロール（８）上で、Ｙ軸方向に互いに間隔を空けて配置されている、
   ことを特徴とする、溝を有する工作物（１）を研削する研削機。
7. 前記クラッシング装置（７）は、ハウジング（９）内に配置され、前記機械スタンドと固く結合されている、請求項６記載の研削機。
8. 前記クラッシング装置（７）は、ＣＮＣ制御式の駆動装置（１１）を有し、該駆動装置（１１）は、連結装置（１０）を介して、鋼または硬質合金から成る前記クラッシャロール（８）と、該クラッシャロール（８）を回転駆動させるために、結合されている、請求項６または７記載の研削機。
9. 前記クラッシング装置（７）は、固体伝播音センサ（１３）を有し、該固体伝播音センサ（１３）により、前記研削砥石（５）が前記クラッシャロール（８）と係合しているときに、信号を前記制御装置に伝送することが可能であり、該信号に基づいて、前記クラッシャロール（８）と前記研削砥石（５）との間の係合接触を、該係合接触を監視するために、検出することが可能である、請求項８記載の研削機。
10. 前記研削砥石（５）は、後成形クラッシング時に前記クラッシャロール（８）へと送ることが可能であり、Ｙ軸方向で後成形クラッシング区分（１５）へ移動可能である、請求項９記載の研削機。
11. 成形クラッシングの開始時または成形クラッシングの間に、前記クラッシング装置（７）の前記駆動装置（１１）に、該駆動装置（１１）の回転数が低下すると、前記駆動装置（１１）をオンに切替え可能な駆動パルスを供給可能である、請求項８または９記載の研削機。
12. 前記クラッシャロール（８）は、一体的にまたは２つの部分から構成されている、請求項６から１１までのいずれか１項記載の研削機。
13. クラッシング時の前記研削砥石（５）と前記クラッシャロール（８）との間のＹ軸方向およびＺ軸方向への最大の相対的な送り量が、クラッシング前に前記制御装置に入力可能であり、かつ、設定可能な機械パラメータとプロセスパラメータとに依存する、境界値よりも小さくなるように、前記制御装置が構成されている、請求項６から１２までのいずれか１項記載の研削機。

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