磨削方法以及磨削机与流程

本公开涉及磨削方法以及磨削机。

背景技术：

以往，在磨削机中，一边使在芯部的外周设置了由弹性磨石构成的磨石层的砂轮旋转一边施加切入，通过使工件横动而进行精磨(例如，参照日本特开2010-139032号公报)。该弹性磨石是粘结剂由弹性材料构成的砂轮。因此，通过将砂轮相对于工件切入而使得磨石层变形，在应力从该变形的磨石层作用于工件的状态下进行横动，从而进行工件的精磨。

然而，若使用砂轮反复进行磨削加工，则磨石层磨损而厚度逐渐减小。因此，在对工件进行相同量的切入的情况下，伴随着磨石层的厚度的减小，作用于工件的应力增加。因此，在使用磨石层几乎未磨损的砂轮的情况和使用磨石层磨损到相当程度的砂轮的情况下，在精磨中，从磨石层作用于工件的应力的大小产生差异。而且，若在精磨时作用于各个工件的应力的大小不同，则存在表面粗糙度产生偏差的问题。即，产生下述问题，在作用于工件的应力过小的情况下，无法获得所需的表面粗糙度，另一方面，在应力过大的情况下，在工件表面上走刀痕迹明显。

技术实现要素：

本公开提供一种能够消除砂轮的磨石层的厚度变化的影响而进行高精度的磨削的磨削方法和磨削机。

根据本公开的一个方式，工件的磨削方法包括：使在芯部的外周设置具有弹性的磨石层的砂轮旋转；和使上述砂轮与上述工件接触。

上述方式所涉及的上述磨削方法还包括：检测上述磨石层的厚度；基于由上述检测检测出的上述厚度，来计算对上述工件施加规定应力时上述磨石层的变形量；以及以上述砂轮对上述工件切入上述变形量的大小的方式磨削上述工件。

根据该方法，基于磨石层的厚度来计算对工件施加规定应力时的磨石层的变形量，通过使砂轮对工件切入变形量的大小而进行磨削，从而起到能够以所需的规定应力进行高精度的磨削的效果。

根据本公开的另一个方式，磨削机具备砂轮，该砂轮在芯部的外周设置具有弹性的磨石层，上述磨削机构成为通过一边使上述砂轮旋转一边使该砂轮与工件接触来磨削上述工件。

上述方式所涉及的上述磨削机还具备厚度检测部、变形量计算部以及磨削控制部。上述厚度检测部构成为检测上述磨石层的厚度，变形量计算部构成为基于由上述厚度检测部检测出的上述厚度，来计算对上述工件施加规定应力时的上述磨石层的变形量，上述磨削控制部构成为以上述砂轮对上述工件切入上述变形量的大小的方式磨削上述工件。

根据该结构，基于磨石层的厚度来计算对工件施加规定应力时的磨石层的变形量，通过使砂轮对工件切入变形量的大小而进行磨削，因此起到能够以所需的规定压力进行高精度的磨削的效果。

附图说明

图1是表示实施方式所涉及的磨削机的整体结构的俯视图。

图2是表示实施方式所涉及的磨削方法的整体流程的流程图。

图3是表示检测磨石层的厚度的工序的流程的流程图。

图4是示意性地示出检测砂轮与工件的接触的情况的俯视图。

图5是示意性地示出使砂轮对工件切入磨石层的变形量的大小的情况的俯视图。

图6是示意性地示出通过使砂轮对工件切入磨石层的变形量的大小而进行精磨的情况的俯视图。

图7是示意性地示出在变形例中根据工件的挠曲量修正砂轮的切入量而切入的情况的俯视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本公开的进行工件w的研磨(工件w的直径不减小)的磨削方法和磨削机的实施方式进行说明。在该研磨之前，在另一个磨削机进行工件w的直径减小的磨削，在磨削结束时将工件w输送到磨削机以研磨工件w的径。

(1.磨削机的整体结构)

参照图1对执行本公开的磨削方法的磨削机1的实施方式的整体结构进行说明。图1是表示磨削机1的整体结构的俯视图。磨削机1是圆筒磨削机，是使砂轮11相对于由床身2支承的工件w相对移动而进行磨削加工的机床。磨削机1具备砂轮台10、z轴进给装置50、工件支承装置20、x轴进给装置60、以及控制装置40而构成。

砂轮台10具有砂轮11和砂轮轴12。在砂轮台10设置有驱动用于磨削工件w的砂轮11旋转的砂轮旋转驱动装置15。砂轮轴12是经由轴承可旋转地支承于砂轮台10，由上述砂轮旋转驱动装置15驱动以规定的转速旋转的砂轮11的旋转轴。在砂轮台10的靠近砂轮轴12的前端部分的内部安装有与控制装置40电连接的ae传感器13。ae传感器13是检测工件w与砂轮11接触时产生的声波等特有的声发射(以下，称为“ae”)的传感器。

另外，砂轮11由芯部111和磨石层112构成。在本实施方式中，芯部111是形成为圆盘状的铁等金属芯，通过螺栓等可拆装地与砂轮轴12连结。磨石层112是在外周形成在磨削加工时与工件w接触的磨削面112a的部位，由粘结剂由弹性材料构成的超精加工用的弹性磨石构成。磨石层112例如通过利用热固化性树脂等粘结剂(bond)将金刚石、cbn等的磨粒粘结到芯部111的外周而构成。磨石层112例如可以使用弹性模量为3000mpa、外径为厚度为10mm～32mm、粒度为#1000的磨粒。粘结剂可以是双液固化型树脂。

另外，砂轮台10配置在床身2的上表面且被引导并支承在沿与砂轮11的中心轴aw正交的方向延伸的未图示的导轨上。通过由z轴马达51和省略图示的z轴滚珠丝杠构成的z轴进给装置50，砂轮11在与床身2的上表面平行且工件w的径向亦即z轴方向(图1的上下方向)上移动。另外，z轴马达51和砂轮旋转驱动装置15通过控制装置40被控制砂轮11向z轴方向的移动和砂轮11的转速。

工件支承装置20以能够绕圆柱状的工件w的中心轴旋转的方式支承工件w的两端。工件支承装置20具有工作台21、主轴箱22、尾座23、卡盘24以及中心25。工作台21配置在磨削机1的床身2的上表面且被引导并支承在沿砂轮11的中心轴aw的方向延伸的未图示的导轨上。通过由x轴马达61和省略图示的x轴滚珠丝杠构成的x轴进给装置60，工作台21在与床身2的上表面平行且工件w的轴向亦即x轴方向(图1的左右方向)上移动。

主轴箱22以及尾座23与工作台21的上表面相对配置，分别支承工件w的一端或另一端。主轴箱22构成为具备由主轴旋转驱动装置26驱动而旋转的主轴27，通过驱动主轴27旋转而使工件w旋转。另外，主轴旋转驱动装置26被控制装置40控制主轴27的转速、旋转相位等。在主轴27设置有用于把持工件w的一端的卡盘24，在尾座23设置有用于支承工件w的另一端的中心25。由此，工件w的两端由卡盘24和中心25支承为工件w能够绕与工作台21的移动方向(x轴方向)平行的轴旋转，并且工件w由主轴旋转驱动装置26驱动而旋转。

控制装置40是能够通过执行加工程序进行数值控制而对工件w进行磨削加工，由具有cpu、rom、ram、硬盘等的计算机构成的cnc控制装置。控制装置40与x轴进给装置60、z轴进给装置50、驱动砂轮轴12旋转的砂轮旋转驱动装置15、驱动主轴27旋转的主轴旋转驱动装置26连接，并且与ae传感器13等各种传感器连接，处理来自各传感器的信号并且控制各部。此外，控制装置40还具备用于输入加工程序等的输入单元、用于输出处理内容、处理状况等的输出单元(均未图示)。

(2.磨削方法的流程)

接下来，参照图2～图6对本实施方式的磨削方法进行说明。图2是表示磨削方法的整体流程的流程图。图3是表示检测磨石层112的厚度的工序的流程的流程图。图4是示意性地示出检测砂轮11与工件w的接触的情况的俯视图。图5是示意性地示出使砂轮11相对于工件w切入磨石层112的变形量的大小的情况的俯视图。此外，图5的虚线表示进行切入前的接触位置处的砂轮11的外形。图6是示意性地示出通过使砂轮11相对于工件w切入磨石层112的变形量的大小而进行纵向磨削的情况的俯视图。

本实施方式所涉及的磨削方法是使用磨削机1对工件w实施超精加工的方法，如图2的流程图所示，包括厚度检测工序s1(s表示步骤，其他步骤也同样)、第一变形量计算工序s2、第一精磨工序s3、第二变形量计算工序s4、以及第二精磨工序s5。在厚度检测工序s1之前，使工件w和砂轮11分别以规定的旋转速度旋转。此外，第一变形量计算工序s2和第二变形量计算工序s4相当于本公开的变形量计算工序，第一精磨工序s3相当于磨削工序及第一磨削工序，第二精磨工序s5相当于磨削工序及第二磨削工序。另外，控制装置40分别通过执行厚度检测工序s1而作为厚度检测部发挥功能，通过执行第一变形量计算工序s2和第二变形量计算工序s4而作为变形量计算部发挥功能，通过执行第一精磨工序s3和第二精磨工序s5而作为磨削控制部发挥功能。

厚度检测工序s1是检测砂轮11的磨石层112的厚度的工序。具体而言，厚度检测工序s1按照图3的流程图所示的流程进行。首先在s11中，在使工作台21在工件w与砂轮11对置的位置停止的状态下，使搭载有砂轮11的砂轮台10以规定速度从规定的后退位置沿z轴方向朝接近工件w的一侧前进移动。在s12中判定是否检测到ae，持续s11的前进移动直到检测到ae为止(s12：否)。

在s12中，若检测到ae(s12：是)，则停止砂轮台10的前进移动，在s13中，从内置于z轴马达51的z轴编码器取得此时的机械坐标m。机械坐标m是从z轴编码器发送到控制装置40，并由控制装置40管理的砂轮台10的z轴方向的当前位置坐标。若将工件w的中心轴的z轴方向的位置坐标设为0，则砂轮台10的z轴方向的当前位置坐标是表示从工件w的中心轴到砂轮11的中心轴aw的距离的值。即，通过利用ae传感器13检测由于工件w与砂轮11的接触而产生的ae，从而能够将开始与工件w的接触的位置确定为砂轮11的当前位置。ae传感器13设置在砂轮台10侧，特别是靠近砂轮11的位置，因此ae传感器13能够高精度地检测ae。在s13之后，使砂轮台10后退规定量。

接着，在s14中，计算磨石层112的厚度ι。在将z轴方向的机械坐标设为m，将工件径(工件w的半径)设为d1(以在另一个磨削机被磨削后的工件w的最终径为输入)，将芯径(砂轮11的芯部111的半径)设为d2时，磨石层112的厚度ι与这些参数的关系如图4所示。即，通过从机械坐标m减去芯径d2和工件径d1而求出磨石层112的厚度ι。因此，磨石层112的厚度ι按照ι＝m-d2-d1算出。

接下来，在s2的第一变形量计算工序中，基于在厚度检测工序s1中检测出的厚度ι，计算砂轮11对工件w施加规定的第一应力时的磨石层112的变形量λ1。第一应力σ1是用于降低多个工件w间的表面粗糙度的偏差的精磨用的应力值，是输入到控制装置40而设定的值。这里，在将磨石层112的杨氏模量设为ε，将应力设为σ，将形变率设为ε时，杨氏模量ε由e＝σ/ε表示。另外，在将变形量设为λ，将磨石层112的厚度设为ι时，形变率ε由ε＝λ/ι表示。而且，根据这两个式子，表示为ε＝σ/(λ/ι)。由此，第一变形量λ1利用第一应力σ1、磨石层112的厚度ι以及杨氏模量ε而通过λ1＝(σ1/e)×ι算出。

接着，在s3的第一精磨工序中，通过将在第一变形量计算工序s2中算出的第一变形量λ1作为砂轮11的切入量来切入而对工件w执行纵向磨削。即，在s13之后使砂轮11暂时后退到规定位置后，以规定的精加工切入速度沿z轴方向前进移动而对工件w切入变形量λ1的状态下(参照图5)，使工作台21沿x轴方向横动而在工件w的第一端p1与第二端p2之间进行第一精磨(参照图6)。在第一精磨工序s3中，通过以规定的第一应力σ1进行纵向磨削，从而降低工件w的表面粗糙度的偏差。在s3之后，使砂轮台10后退规定量，使工作台21沿x轴方向横动，并且使工件w的第一端p1与砂轮11的左端(左侧的端面)相对应。在该情况下，纵向磨削仅进行一次。并且，在工作台去程移动时进行磨削，在回程移动时不进行磨削。

接下来，在s4的第二变形量计算工序中，基于在厚度检测工序s1中检测出的厚度ι，计算砂轮11对工件w施加规定的第二应力时的磨石层112的变形量λ2。第二应力σ2是用于降低走刀痕迹的精磨用的应力值，是输入到控制装置40而设定的值。第二应力σ2被设定为小于第一应力的值。第二变形量λ2是使用第二应力σ2、磨石层112的厚度ι以及杨氏模量ε按照λ2＝(σ2/e)×ι而算出的。第一应力σ1和第二应力σ2为σ2<σ1的关系，因此第一变形量λ1和第二变形量λ2成为λ2<λ1的关系。

接着，在s5的第二精磨工序中，通过将在第二变形量计算工序s4中算出的第二变形量λ2作为砂轮11的切入量来切入而对工件w执行纵向磨削。即，在使砂轮11以规定的精加工切入速度沿z轴方向前进移动而对工件w切入变形量λ2的状态下(参照图5)，使工作台21沿x轴方向横动而在工件w的第一端p1与第二端p2之间进行第二精磨(参照图6)。在第二精磨工序s5中，通过以规定的第二应力σ2进行纵向磨削，从而能够降低工件w表面的走刀痕迹。在该情况下，纵向磨削仅进行一次。并且，在工作台去程移动时进行磨削，在回程移动时不进行磨削。

(3.总结)

如上所述，根据本实施方式，基于磨石层112的厚度ι计算对工件w施加规定应力时的磨石层112的变形量λ，通过使砂轮11相对于工件w切入变形量λ(λ1或λ2)的大小而进行精磨，因此起到能够以所需的规定压力进行高精度的精磨的效果。

另外，在本实施方式中，包括：计算对工件w施加能够降低表面粗糙度的偏差的第一应力σ1时的磨石层112的第一变形量λ1的第一变形量计算工序s2、和计算对工件w施加小于第一应力σ1且能够减少走刀痕迹的第二应力σ2时的磨石层112的第二变形量λ2的第二变形量计算工序s4。还包括：通过使砂轮11相对于工件w切入第一变形量λ1的大小而进行精磨的第一精磨工序s3、和在第一精磨工序s3之后，通过使砂轮11相对于工件w切入第二变形量λ2的大小而进行精磨的第二精磨工序s5。

根据该方法，通过执行第一精磨工序s3，能够降低工件w的表面粗糙度的偏差，并且，通过在第一精磨工序s3之后，执行第二精磨工序s5，能够减少走刀痕迹。

另外，在本实施方式中，厚度检测工序s1包括：使砂轮11和工件w中的至少一个向相互接近的方向相对移动并利用ae传感器13检测砂轮11与工件w的接触的接触检测工序s11～s12、取得机械坐标m作为表示在接触检测工序s11～s12中检测到接触时的砂轮11与工件w的相对位置的接触位置信息的接触位置取得工序s13、以及基于接触位置信息(机械坐标m)、工件w的径信息(工件径d1)、芯部111的径信息(芯径d2)，计算磨石层112的厚度ι的厚度计算工序s14。

根据该方法，利用磨削机1的现有结构，基于在使砂轮11与工件w接触时由控制装置40取得的机械坐标m、和由控制装置40管理的工件径d1及芯径d2，能够准确地计算出磨石层112的厚度ι。

(4.变形例)

本公开并不限定于上述实施方式，可以在不脱离本公开的主旨的范围内实施各种变更。在上述实施方式中，示出了在第一变形量计算工序s2之后实施第一精磨工序s3，其后，执行第二变形量计算工序s4的例子，但不限于此。也可以在执行第一变形量计算工序s2和第二变形量计算工序s4之后，执行第一精磨工序s3和第二精磨工序s5。

另外，在上述实施方式中，作为精磨工序，示出了在第一精磨工序s3和第二精磨工序s5这两个阶段进行精磨的例子，但不限于此。精磨也可以仅在第一精磨工序s3和第二精磨工序s5中的一方实施，也可以根据目的来变更和设定在各精磨工序中施加于工件的应力。另外，也可以根据需要，增加对工件施加的应力不同的其它精磨工序而实施。

另外，在工件w是如轧辊那样的较长的圆柱体，由于砂轮11的切入而在轴向中间产生挠曲的情况下，也可以在精磨工序(第一精磨工序s3和第二精磨工序s5)中，根据工件w的挠曲量t修正砂轮11的切入量。图7是示意性地示出在变形例中根据工件w的挠曲量来修正砂轮11的切入量而切入的情况的俯视图。如图7所示，通过将在砂轮11的变形量λ(λ1或λ2)加上工件w的挠曲量t而得到的值λ+t(λ1+t或λ2+t)作为切入量沿z轴方向进行切入而进行纵向磨削，从而能够获得更光滑的工件w表面。在该情况下，工件w的挠曲量t是基于工件w的弹性模量、长度、径、以及应力作用的长度方向的位置而预先计算出的值。

另外，在上述实施方式中，是使用ae传感器13来检测砂轮11与工件w的接触的结构，但也可以构成为利用ae传感器13以外的检测单元来进行接触检测。例如，也可以利用电流计检测用于驱动砂轮轴12旋转的砂轮旋转驱动装置15的驱动力的变化而进行接触检测。或者，也可以利用电流计检测用于驱动主轴27旋转的主轴旋转驱动装置26的驱动力的变化而进行接触检测。

此外，在上述实施方式中，叙述了使工件w旋转来磨削工件w的外周的圆筒精磨，但上述公开也可以应用于使圆盘状的砂轮绕水平轴线旋转，将平板状的工件w沿水平方向输送的平面精磨。