超 仕 上 にお け る砥 石 の切 れ味 制 御 * 上 田 隆 司* * 坂 本 智* * * 杉 田 忠 彰* *
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(2) 上田 ・坂本 ・杉田 : 超仕 上にお ける砥 石の切れ 味制 御. Table. 1. Experimental. Table. 2. Used. conditions. materials. ズ 系 メ タ ル を ボ ン ド と した#4000の. ダ イ ヤ モ ン ド砥 石 で あ る.. 砥 粒 保 持 力 を 間 接 的 に 表 す 抗 折 力 は σb=400MPaと 属 材 料 の 加 工 に 用 い られ る σb≒100MPaに Fig.. 1. Shematic machine. illustration. of. main. part. of. 一 般 の金. 比 べ る とは る か に. 大 き く し て い る3).こ の ま ま用 い る と 砥 粒 保 持 力 かが 大 きす ぎる. superfinishing. た め,す. ぐ に 目つ ぶ れ を 起 こす 危 険 かがあ る かが,電 解 ド レ ッシ ン. グ で カ バ ー す る こ と に な る. 加 工 物 に は 炭 素 鋼S45C,軸 Al203を. 用 い た.い. mm,幅B=20. mmで. 加 工 液 に は,電 液TC‑800(旦. Fig. 2. Experimental. setup. ギ ーks"を. 量 の 界 面 活 性 剤 を 添 加 し て い る1).. 石 の 切 削 性,加. 工 物 直 径,b:砥. の ギ ャ ップ は1mmと れ るパ ル ス 幅(オ 中,印. し た.図3に ン タ イ ム,オ. 石 幅,. 加 電 圧 は90V一. 2.2 表1に. あ る.な. 定 と し た.電. 定 義 を 示 す.. フタ イ ム の長 さ を. た だ し,κ=aω/Vw,Eは. 第2種. 楕 円 積 分, k2=κ2/(1+. 分 力)Ft,切. 削抵 抗法 線. 上 面 粗 さRa,全. 除 去体 積. 動 方 向 の 分 力 は 小 さ く無 視 で き る.. 加 工 実 験 に お い て 円 柱 状 加 工 物 の 厚 さ 減 少 速 度d(δR)/dτ お よ び 加 工 抵 抗 接 線 方 向 分 力Ftを を 求 め る こ と かがで き る.dか. 測 定 す る こ と に よ りd, ks. が 大 き くksか が 小 さ い 場 合,砥. 1470. 石が. 切 れ 味 の 優 れ た 状 態 に あ る と判 断 で き る.. 加 工 条 件 を 示 す.リ. ン グ 状 の 砥 石 を 用 い た 新 しい 加 工. 石 押 付 け 力 を10〜110. Nの. 3.. 工物回転数 を 間 で 変 化 さ せ, 砥. 3.1. が 大 き く,比 加 工 エ ネ ル ギ ーksか が 小 さ く, か. 実. 験. 結. 果. リ ング 状 砥 石 の 仕 上 面 へ の 影 響. 超 仕上 で は一 般 に角 柱状 の砥 石 を一 定圧 力 で加 工材 料 に押 し. つ 仕 上 面 粗 さRaか が 小 さ く な る条 件 を 見 い 出 し た 結 果 で あ る. 表2に. K2). で あ る*.. 法 で あ る こ と か ら,砥 石 回 転 数 を1〜6rpm,加. 石 切 込 み 深 さdか. (2). 実験. 加工 条件. 80〜700rpm,砥. す る と,. 解作 用 の調 節 に は供 給 電. 定 と し,オ. 石 押 付 け 力)Fn,仕 お,振. 石振. 直 流 パ ル ス電 源 よ り供 給 さ. 測 定 量 は 切 削 抵 抗 接 線 方 向 分 力(主. ΣDで. 工 物 幅,. 工 物 周 速 度,ω:砥. (1). 変 化 さ せ る こ と に よ り行 っ た.. 方 向 分 力(砥. W:加. of pulse. フ タ イ ム)の. 圧 パ ル ス の オ ン タ イ ム を1μs一. 用 い る ことに. 石 振 動 の 振 幅, B:加. 動 の 角 速 度,ε:(B‑b)/2と. Definition. 加 工 エネル. 円柱 状 加 工 物 の半 径 減. と 加 工 抵 抗 接 線 方 向 分 力Rを. よ り次 式 で 表 さ れ る.a:砥. 3. 工 材 料 の 被 削 性 等 を判 定. 石 切 込 み 深 さd","比. 用 い る4)〜6).(7お よ びksは. 少 速 度d(δR)/dτ. Fig.. に 希 釈 し て 用 い た.. デ ー タ整理. す る た め に 評 価 関 数"砥. D:加. =45. あ る.. 本 グ リー ス(株)製)を50倍. 加 工 条 件 の 適 正,砥. (Workpiece-Stone-Electrode). よ び常 圧 焼 結 の. 解 ドレ ッシ ン グ 加 工 に 優 れ た 特 性 を示 す 研 削. 浸 透 性 を 向 上 す る た め,多 2.3. 受 鋼SUJ2お. ず れ も 円 筒 状 を し て お り,外 径D. 使 用 した 砥 石,加. 工 物,加. 工 液 を 示 す.砥. 精 密 工 学 会 誌 Vol. 62, No. 10,. 1996. 石 は ブ ロン. *. 本 研 究 の 加 工 条 件 で は ε=0,κ. ≒0よ. りE(k)=π/2..
(3) 上田 ・坂本 ・杉 田 : 超仕上 における砥石の切 れ味制御. Fig.. 4. Example. of work. surface. 付け る こ と に よ っ て 加 工 を 行 う.こ の と き,砥 石 は 加 工 物 と面 接 触 状 態 と な る.と. こ ろ かが,本 研 究 で は イ ン プ ロ セ ス で 電 解ド. レ ッシ ン グ を 施 す た め,図2に い て い る.砥. み る よ うに リン グ 状 の 砥 石 を 用. 石 は毎分 数 回転 程度 のゆ っ くりした 回転 しか しな. い こ と か ら,加 工 面 上 の 砥 粒 切 れ 刃 の 軌 跡 は 従 来 の 角 柱 状 砥 石 と変 わ ら な い と考 え ら れ る.と. こ ろ かが,砥 石 一加 工 面 の 接 触 状. 態 かが 線 接触 に近 い 状 態 と な る こ と か ら,加 工 条 痕 かが 従 来 の超 仕 上 と異 な る恐 れ かが あ る.そ. こ で,表1の. 加 工 条 件 の も とで 加 工. した 加 工 物 表 面 を 走 査 電 顕 で 調 べ た 結 果 かが図4で. あ る.図. よ. り,加 工 条 痕 かが明 り ょ うに 交 差 して 従 来 と 同 様 の 加 工 面 かが 得 ら れ て お り,リ. ン グ 状 の 砥 石 を 用 い て も問 題 の な い こ とかが わ か. る. 3.2. Fig.. 電 解 ドレッシ ングの砥 石切 れ味 への影 響. 5. Influence mance. of percentage. of on. time. on. finishing. perfor-. 超 仕 上 で は 一 般 に 砥 石 圧 力 に よ っ て 砥 石 の 切 れ 味 を コ ント ロー ル して い る かが,加 工 量 や 仕 上 面 粗 さ を 微 調 整 す る程 度 で そ の ロ ン ト ロ ー ル 範 囲 は 狭 い.特. に,砥. 石 の切 れ 味 を 落 と して. いった ん 磨 き状 態 に し て し ま う と,砥 石 圧 力 の 変 化 だ け で 切 削 状態 に戻 す こ と は 難 し い.磨 ぶれ 状 態 に な り,さ. き状 態 で 砥 石 圧 力 を 上 げ れ ば 目つ. ら に 圧 力 を上 げ れ ば 砥 石 の 大 破 砕 も し くは. 破壊 に至 る危 険 性 も あ る. 図5は 砥 石 圧 力 を 一 定 と し て,電. 解 ドレ ッシ ン グ の 強 度 を変. 化 させ て 切 れ 味 を 制 御 した 結 果 で あ る.図3に のオ ン タ イ ム の 占 め る比 率neを. 示す 電 圧 パル ス. 変 化 させ て お り,neが. 大 きく. なる ほ ど電 解 ドレッ シ ソ グ の 強 度 は 強 く な る。 電 解 ドレ ス かが強 くな る に 従 いdか. が 大 き く な り,ksか が小 さ く な っ て お り,砥. の切 れ 味 かが大 き く向 上 し て い る こ と かが わ か る.し. か も,d. 石 と. neの 間 に ほ ぼ 直 線 関 係 かがあ り,砥 石 の 切 れ 味 制 御 に 電 解 ド レ スかが 適 し て い る こ と かが わ か る.一. 方,仕. 上 面 粗 さ もneに. して 粗 く な る かが,上 限 の あ る こ と を 示 し て い る.な. Fig.. Comparison. of cutting. を. 験 装 置 の 都 合 上 電 圧 を 大 き く変 化 で き な い た め,こ 時 間 や 比 率neを. 粒 の 脱 落 が 起 こ り,砥 石 の 切 れ 味 は 低 下 す る こ とに な る た め 自. る. 3.3.1. ず と限 界 かがあ る. 砥 石 切 れ 味 の 経 時 変 化 を 調 べ た 結 果 で あ る.ΣD. は. 電 解 時 間 に よ る制 御. 加 工 開 始 時 か ら所 定 の 時 間 砧 だ け 電 解 イ ン プ ロ セ ス ド レッ シ ン グ を 行 い,そ. を弱 く し たne=1%と. 120秒 間 の 加 工 を 施 し て い る.す. 強 く し たne=33.3%の. 場合 の加 工 量 を. ず れ の 場 合 も加 工 時 間 の 経 過 と と も に 加 工 量. よ る制 御 で,単. れ 以 後 は 電 解 無 し で 加 工 を 行 い,ト. 0,30,60,90,120sの5つ. スタ ン トな切 れ 味 を 持 続 し続 け て い る こ と かが わ か る.. 7で あ る.τd=0sは 合,τd=120sは. 砥 石切 れ味 の制御 方 法. 先 の結 果 よ り,電 解 の 強 さ を 大 き くす る と砥 石 の 切 れ 味 かが 大 き く向上 す る こ と,逆. に 小 さ くす る と切 れ 味 を 抑 え て 仕 上 面 粗. さを小 さ くで き る こ と かが わ か っ た.そ. こで,こ. こ で は具 体 的 に. 加工 中 に 砥 石 の切 れ 味 を 制 御 す る方 法 を 考 え て み る.な. お, 実. て い る.比 とdは. な わ ち,電. ー タルで. 源 の オ ン ・オ フ に. 純 か つ 確 実 な 制 御 方 法 で あ る.電. は直 線 的 に 増 大 して お り,電 解 を か け る こ とに よ り砥 石 かがコ ン. 3.3. こで は 電 解. 変 え る こ とに よ って電 解 強度 を変化 させ て い. 加工 に よ る全 除 去 体 積 を 表 し て い る.電 解 ド レ ッ シ ン グ の 強 度. 比較 して い る.い. ability. 比例. お,ne. 大 き く し て 電 解 ド レ ッ シ ン グ の 強 度 を 強 く しす ぎ る と切 れ 刃 砥. 図6は. 6. 解 時 間τd=. の 場 合 の 加 工 特 性 を 比 較 した 結 果 かが図 全 く電 解 ド レ ッ シ ン グ を 施 さ な か っ た 場. 加 工 中 電 解 ド レ ッシ ン グ を 続 け た こ と を 表 し. 率 はne=33.3%と. 大 き く な り,逆 にksは. 一 定 と し て い る.為. を 長 くす る. 小 さ く な っ て お り,砥 石 の 切 れ. 味 かがコ ン トロ ー ル され て い る こ とかがわ か る。 ま た,仕. 上 面粗 さ. も 変 化 領 域 は狭 い な かがら もτdに 比 例 し て 変 化 し て お り,τdの. 精 密 工 学 会 誌 Vol.. 62, No. 10, 1996. 1471.
(4) 上田 ・坂 本 ・杉田 : 超仕 上にお ける砥石の切 れ味制御. Fig.. 7. Influence of electrolytic ing performance. in-process. dressing. time. 長 さ で 砥 石 の 加 工 状 態 を 十 分 制 御 で き る と い え る.す 仕 上 面 粗 さ よ り も加 工 量 かが 要 求 さ れ る 場 合 は,加 工 終 了 ま で 電 解 を か け,仕. on finish-. Fig.. 8. Control supply. of finishing. performance. by. switching. of power. な わ ち,. 工 開 始 よ り加. 上 面 粗 さ かが 重視 され る場 合 は所定 の. 時 間 で 電 解 を 弱 め れ ば 求 め る 粗 さ に 仕 上 げ る こ と かがで き る. 従 っ て,電. 解 時 間 と加 工 時 間 と の 組 合 せ に よ り様 々 な要 求 に こ. た え う る加 工 かが 可 能 とな る. こ こ で,い. っ た ん 低 下 して し ま っ た 切 れ 味 を 回 復 で き る か ど. うか を 調 べ て お く必 要 かがあ る.そ 度 を 調 べ る た め,30秒. こ で,砥. の 影 響 を 調 べ て み た.比. 率ne=33.3%と. ら れ た 切 削 特 性 かが 図8で. あ る.電. る かが,電 解 を 再 開 す る とdは 戻 っ て い る.仕. 石 の切 れ 味 の 回復程. ご と に 電 解 電 源 の オ ン ・オ フ を 行 い, そ. 解 を 止 め る とdが. 小 さ くな. 再 び 増 加 し て元 の 加 工 状 態 に. 上 面 粗 さ は,振. フ に 従 っ て 変 化 し て い る.し. 一 定 と し て い る. 得. れ 幅 は 小 さ い も の の,オ. か も,加. ン ・オ. 工 時 間 かが 長 くな って もほ. ぼ 同 様 の 傾 向 を 示 し て お り,砥 石 の 切 れ 味 かが 安 定 した 状 態 で コ ン ト ロ ー ル さ れ て い る こ とかがわ か る. 3. 3. 2. 比 率 ne に よ る 制 御. 比 率neを. 変 化 させ る こ と で,加. の 変 化 具 合 を 調 べ た 結 果 かが図9で. 工 進 行 に 伴 う砥 石 の 切 れ 味 あ る.ne=33.3%. の 電 解ド. レ ス を か け た 状 態 か ら 始 め,ne=11.1%,2.4%,0%と. 減少. さ せ て い る かが,電 解 ド レ ス の 効 果 を 下 げ る こ と で, しksが. 向 上 し て い る.と dが. dが. 減 少. 大 き く な っ て 砥 石 の 切 れ 味 は 抑 え られ, 仕 上 面 粗 さが こ ろ かが,ne=50%の. 大 き く な っ てksが. 小 さ く な っ て お り,砥 石 の 切 れ 味 を 磨. き 状 態 か ら 簡 単 に 回 復 で き る.従. っ て,比. 率neを. コン トロー. ル す る こ と に よ っ て も砥 石 切 れ 味 を 十 分 制 御 で き る と い え る. 3. 4. 加 工 材 料 にSUJ. 2 を 用 い て 比 率neの. の 影 響 を 調 べ た 結 果 を 示 す.図5と. 同 様,neを. 解 ド レ ッ シ ン グ の 強 度 を 強 め る に 従 いdが り,ksが. 減 少 し て い る こ と か ら,ne. ロ ー ル で き る こ とかがわ か る.す. 1472精. 9. Effect. of electrolysis. dressing. 解 の 強 さ を 変 え る こ と で 異 な る 加 工 材 料 の 加 工 に も対 応 で きる 可 能 性 かが 十 分 あ る こ と かが わ か る.し. か し,こ. 上 面 粗 さ に 対 し て は 大 き な 変 化 は な く,粗. の 材 料 の 場 合, 仕. さ に 対 す る制 御 は難. しい と い え る.. S U J 2 への適 用. 図10に. Fig.. 電 解 ド レ ス を か け る と,. 大 き くして 電. 直 線 的 に 大 き くな. に よ り切 れ 味 を コ ント. な わ ち,同. 密 工 学 会 誌 Vol. 62, No. 10,. 砥石切 れ味へ. 一砥 石 を用 いて も電. 1996. 3. 5. Al2 O3 へ の 適 用. 図11に. 加 工 材 料 にAl2O3を. 用 い て 比 率neの. の 影 響 を 調 べ た 結 果 を 示 す.図5,10と. 同 様,neを. 電 解 ド レ ッ シ ン グ の 強 度 を 強 め る に 従 いd な り,ksが. 砥 石 切 れ 味へ 大 き くして. が 直 線 的 に 大 きく. 減 少 し て い る こ と か ら, ne に よ り切 れ 味 を コ ン ト.
(5) 上田 ・坂本 ・杉田 : 超仕 上にお ける砥石の切れ 味制 御. Fig. 10. Influence of percentage. ロー ル で き る こ と かが わ か る.ま 仕上 面 粗 さRaも. た,砥. 増 加 し て お り,粗. Fig. 11. of on time (SUJ 2) 石 の 切 れ 味 の 増 加 と共 に. さ の 制 御 も可 能 で あ る こ と. (4). 電解 の強 さで砥 石 の切 れ味 を コン トロールす る こ と に. よ り,被 ど の 金 属 材 料 に 比 べ,砥. of on time (Al2O3). 初 の 切 れ 味 に 回 復 可 能 で あ る.. かが わ か る. A12O3はS45C,SUJ2な. Influence of percentage. 石 の 目づ. 削性 の異 な る種 々 の加工 材料 を同一 砥 石 で加工 で. き る 可 能 性 かがあ る.. ま りかが 生 じ に くい こ とか ら,微 少 な 電 解 を 行 う こ と で ドレ ス 効 果 は 得 ら れ る.同. 一砥 石 を用 い て も電解 の強 さを変 える こ とで. 炭 素 鋼S45C,軸. 受 鋼SUJ2お. よ びAl2O3セ. ラ ミック ス の よ. 終 わ りに,本. 研 究 の 遂 行 に 当 た り,実 験 材 料 等 の 提 供 を受 け. た 日本 グ リ ー ス(株),(株)ミ. うに 多 種 多 様 な材 料 の 加 工 に も対 応 で き る可 能 性 が 十 分 あ る こ. 参 考. とかが わ か る. 1) 4.. 結. 論 2). 円 筒 超 仕 上 に 電 解 イ ン プロ セ ス ド レ ッ シ ン グ を 併 用 し, そ の 電 気 量 を 調 整 す る こ と に よ り砥 石 の 切 れ 味 の 制 御 を 試 み た 結. 3). 果,以 下 の よ うな 結 論 を 得 た. (1). 電 解 イ ン プ ロセ ス ドレ ッ シ ン グ を 併 用 す る こ と に よ り,. 易 に 所 定 の加 工 量,仕. 上 面 粗 さ を 得 る こ とかが 可 能 で あ る.. 電解 の強 度 は電 解 時 間 お よび オ ン タ イ ムの比 率 で 容 易. に 調 整 可 能 で あ る. (3). 上 田 隆 司,坂. 本. 智,杉. 文 献. 田忠 彰:水. 溶 性 加 工 液 に よ る 超 仕 上, 精 密. 工 学 会 誌, 62, 2 (1996) 252. 上 田 隆 司,坂 本 智,杉 田忠 彰:超 仕 上 に お け る砥 石 の 切 れ 味 制 御, 1995年 度 精 密 工 学 会 秋 季 大 会 学 術 講 演 会 講 演 論 文 集, (1995) 165. 上 田 隆 司,花 見 真 司,平 野 聡,山 本 明:フ ァ イ ン セ ラ ミ ック ス の ホ ー ニ ン グ加 工 ダ イ ヤ モ ン ド砥 石 の 結 合 剤 かが 切 削性 能に及 ぼ す 影 響,精. 密 機 械,51,6(1982)1195.. 4). T. Ueda and A. Yamamoto Honing Mechanism, Trans. 237.. 5). 上 田 隆 司,金 曽 久 佳,杉 田 忠 彰:超 仕 上 の 加 工 機 構 に 関 す る 研 究, 日本 機 械 学 会 論 文 集C編, 57, 538 (1991) 2154. 上 田 隆 司,山 本 明:ホ ー ニ ン グ機 構 に 関 す る 一 考 察,精 密 機 械, 48, 11 (1982) 1514.. 種 々 の 加 工 状 態 を 意 図 的 に作 り出 す こ とかが 可 能 で あ り, 容. (2). ズ ホ に深 く感 謝 し ま す.. 6). : An Analytical Investigation of the ASME, J. Eng. Ind., 106, Aug. (1984). 一 度 失 わ れ た 砥 石 の 切 れ 味 も電 解 イ ン プ ロ セ ス ド レ ッ. シ ン グ を 行 う こ と に よ り,加 工 を 中 断 す る こ と な く加 工 当. 精 密 工 学 会 誌 Vol. 62, No. 10, 1996. 1473.
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