JP2007245337A - 研削砥石、研削砥石を有する工作機械、及び切削工具を研削する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 いかなる凹状プロファイル及び複雑なプロファイルをも同一の研削砥石で研削することができる、切削工具を研削する装置及び方法を提供する。
【解決手段】 切削工具を研削する研削砥石（１）の場合、及びこのような研削砥石を用いた工具研削盤の場合、研削砥石（１）の周囲は、それぞれが研磨コート（７ａ、７ｂ）を有する屋根面（３ａ、３ｂ）同士が収束して合わさる周縁棟（５）として形成される。切削工具の表面輪郭領域（１４）の凹アール部は、棟（５）及び／又は屋根面（３ａ、３ｂ）の一方でそれぞれ研削することができ、全ての凸状の輪郭領域は、２つの屋根面（３ａ、３ｂ）の一方でそれぞれ研削することができる。このような研削砥石（１）のドレッシングは、工具の研削に用いられる同一の工作機械で可能である。
【選択図】 図１

Description

［発明の詳細な説明］
本発明は、研削砥石、工作機械、及び切削工具を研削する方法に関する。

［従来技術］
切削工具の研削には、カップ砥石、輪郭砥石（contour wheels）、外周砥石（peripheral wheels）、及び軸付砥石が用いられている。フラップ砥石は、一般に切削工具の研削には用いられず、通常は塗料剥がし及び錆落としに用いられる。

カップ砥石は、直円錐台形として形成され、大きな上底側の刃で研削が行われる。カップ砥石には、ストレートカップ形及びテーパカップ（sloping cup）形がある。いずれのタイプのカップ砥石も、内側凹部を有する。テーパカップ形のカップ砥石は、内部が中空の円錐台形として形成される。研磨材コート(abrasive coat)が底の刃に設けられる。ストレートカップ形のカップ砥石は、同様に内部が中空であり、その結果としてＵ字形断面を有し、Ｕの脚部の端面に研磨コートが設けられる。いずれのタイプの砥石も、回転対称であり対称軸が回転軸であるように形成される。

研削刃は、様々な形態をとることができる。カップ砥石の欠点は、調整経路が長く、対向する研削場所を同一のカップ砥石で研削しなければならない場合に工作物を１８０°回転させることである。砥石の幾何学的形状により、加工プロセスは通常は１つの研削砥石の使用に限定され、そうしなければ、工作物固定手段又は機械部品が砥石本体と衝突してしまう。

外周砥石は、周囲砥石（circumferential wheels）としても知られており、外周研磨コートが回転軸と平行に設けられた砥石として形成され得る。砥石の本体に対する研磨コートの向きにより、二番取り研削即ち逃げ面研削（relief grinding）を行いにくい。凹アール部（内向き凹部）は最大でも四分の一の円形までしか研削することができない。

回転軸と平行に延びる外周砥石の刃の代わりに、輪郭（コンタリング）砥石は、丸みを帯びた（環状）先端を有する円錐状に収束した砥石刃を有する。研削は、環状輪郭でのみ行われ、逃げ面研削を行うことも可能である。正確な環状輪郭の全工具経路は非常に限られており、これらの砥石の精密なドレッシングを研削盤上で行うことは不可能である。

軸付砥石は、概して、チャックに固定することができるフライスと同様に形成され、切刃の代わりに研磨コートが設けられる。

［発明の概要］
［課題］
本発明の課題は、同一の研削砥石でいかなる凹状プロファイル及び複雑なプロファイルも研削することができ、研削に用いられる研削砥石を工具の研削に用いられるのと同じ工作機械でドレッシングすることを可能にすることを意図した、切削工具を研削する装置及び方法を提供することである。

［解決手段］
この課題の解決手段は、研削砥石に関する請求項１における特徴、このような研削砥石を有する工作機械に関する請求項４における特徴、及び研削方法に関する請求項９における特徴によって提供される。本発明の好適な実施形態は、従属特許請求項における特徴によって提供される。

切削工具を研削するための本発明による研削砥石の場合、研削砥石の周囲は、それぞれが研磨コート(abrasive coat)を有する屋根面同士が収束して合わさる周縁棟として形成される。切削工具の表面輪郭領域の凹アール部（内向き凹部）は、棟及び／又は屋根面の一方でそれぞれ研削することができ、凸状の輪郭領域は全て、２つの屋根面の一方でそれぞれ研削することができる。凸状に形成された表面輪郭領域も棟で研削することができるが、各場合に屋根面の一方を用いた方が、優れた精度及び速度が得られることは言うまでもない。本発明による研削砥石は、周囲砥石として特徴付けることができ、この場合、研磨コートが設けられた周面は円形シリンダの外側面（円筒面）とはならず、ここではその代わりに２つの周面が収束して、屋根の棟から類推されるような角度を断面で形成する。

研削砥石は通常、研磨材としてダイヤモンド又は立方晶窒化硼素でコーティングされるが、他の研磨材を本発明の範囲内で用いてもよいことは言うまでもない。切削工具の大半は、輪郭付けされた交換可能な先端又は輪郭付けされた回転工具であるが、これらに限定されない。

研削砥石の対称軸は、同時にその回転軸でもある。研削砥石は、２つの円錐軸が一致して回転軸を形成する、双円錐砥石（Ｖ字形研削砥石）として形成されることが好ましい。このとき、各円錐の小さな面は回転軸に対して垂直に延びる平面であり得るが、そうでなくてもよい。２つの面は平面状であってもよく、又は互いに対称若しくは互いに異なる外側曲率及び内側曲率を有するように形成されてもよい。

機械的安定性に関する要件のほかに、研削砥石の厚さは、研削すべき表面プロファイル半径又は研削すべき工具の輪郭付けされたポケットの深さ及び幅に基づく。双円錐の外側面すなわち屋根面は、９０°未満の角度で収束するようにされ、好ましくは、この屋根棟角度は通常は６０°に選択される。より小さな角度、特に３０°未満を選択することも可能であることは言うまでもない。衝突に関する理由から、屋根棟角度は、研削すべき凹状表面輪郭領域の最小角度よりも約１０％小さいように選択される。この限度内で、最大の安定性を得るために角度はできる限り大きく選択される。この安定性は、研削砥石の機械的安定性と、屋根棟又はそれが磨耗すると生じる円環面の幾何学的安定性とを含む。そこで、研削は、屋根面（円錐の外側面）の一方及び／又は屋根棟（先端）でそれぞれ行われる。砥石本体に対する研磨コートの向きが角度付けされており、砥石の幾何学的形状が細長いことにより、逃げ面研削も行うことができる。研削砥石の厚さ及び屋根棟角度によって、逃げ面研削を行うことができる深さ及び幅が決まる。

ほぼ平面状の屋根面のみを加工すればよいため、ドレッシングは非常に簡単である。

ドレッシング後、先端は概して非常に鋭利になる。先端は、研削に用いられる場合、磨耗して、丸みを帯びた先端を有する輪郭研削砥石のようになる。鋭利な先端は、磨耗するのが早いが、同じ工具研削盤にすでに設けられているドレッシング砥石で即座に再生することができる。このとき、わずかに磨耗した屋根棟は、非常に小さな円環半径を有する円環と同様になる。この非常に小さな寸法により、尖った幾何学的形状又は理想的な円環からのずれの絶対量は非常に小さく、したがって許容可能である。輪郭研削との比較において、異なる研削作業が本発明による研削砥石で行われる。研削は、先端で行われるだけでなく、すなわち主に収束した屋根面でも行われる。

研削砥石は、通常、３００ｍｍの砥石直径を有する。この比較的大きな半径は、平面を研削できるように選択される。

研削及びドレッシングは、同一の機械で有利に行うことができる。

典型的には、これらの研削砥石の１つだけではなく複数の研削砥石が、工具研削盤に配置される。

いかなる凹状プロファイル及び凸状プロファイルも、本発明による双円錐砥石で研削することができ、切削工具の凹状表面プロファイルの凹アール部は先端及び直線状部分で研削され、また、全ての凸状プロファイルは２つの面の一方で研削される。特にカップ砥石又は外周砥石の場合のように、この非常に有利な面研削技法は維持される。双円錐砥石の直線状の砥石輪郭は、ドレッシングしやすい。平坦な屋根面は、研削プロセスにおける耐用寿命が長く、表面品質を向上させるために揺動式に用いることができる。

このような双円錐砥石を有する研削盤は、小さな固定手段及び機械経路でも問題なく工作物への優れたアクセス性をもたらす。いかなる衝突も生じることなく、機械に複数の砥石（例えば粗研削用の粗粒及び平滑化用の細粒）を嵌めることが可能である。粗研削に種々の砥石を用いることで、砥石、特に布補強砥石は磨耗度合いが小さいため、より高い除去率が得られ、より安定した生産プロセスが可能になる。この場合、砥石のドレッシングの程度は少なくてよく、頻度も少なくてよい。さらに、ごく少量の除去に係わる、表面品質を向上させる役割だけを果たす研磨作業を、その後同じ加工プログラムで行わせることができる。したがって、小さい粒度を有する細粒砥石はごく少量の除去のみを許すため、ここで提案される研削方法は研磨に有用である。非常に精密な砥石の幾何学的形状と、同様に精密な工具の幾何学的形状とが、研磨作業に必須である。

以下の詳細な説明及び特許請求の範囲の全体が、本発明のさらなる有利な実施形態及び特徴の組み合わせを提供する。

［実施形態］
原則として、図面中、同じ部品及び要素には同じ符号が与えられる。

［発明を実施する方法］
本発明の主題の例示的な一実施形態として図１〜図３に示されている研削砥石１は、砥石の周囲（砥石面）に２つの砥石刃面３ａ及び３ｂを有し、これらは屋根面として形成されて周縁棟５を形成するように収束している。２つの屋根面３ａ及び３ｂは、棟角度αで棟５において当接する。棟角度αのサイズは、研削すべき表面輪郭に基づく。棟角度αは、概して９０°未満であり、典型的には６０°である。屋根面３ａ及び３ｂには、研磨コート(abrasive coat)７ａ及び７ｂがそれぞれ設けられている。研削砥石１の中央には開口９があり、これは、砥石１を研削ヘッドのスピンドル（図示せず）に嵌めることを可能にする。

研削砥石１は、その回転軸１０に関して回転対称であるように形成される。回転軸１０は、開口９の軸を形成する。周縁屋根棟５が存在する平面は、対称面１２も同様に形成する。屋根面３ａ及び３ｂの一方のそれぞれ、及び後述する側面１９ａ及び１９ｂのそれぞれとともに、対称面１２は円錐［それぞれ１９ａ−３ａ−１２及び１９ｂ−３ｂ−１２］を画定する。したがって、研削砥石１は、双円錐砥石と呼ぶこともでき、回転軸１０は円錐の軸と同一である。

図４ａ〜図４ｊでは、種々の表面輪郭領域における研削すべき切削工具１１と研削砥石１とのそれぞれの相対位置が示されている。図４ａでは、ほぼ平面状の平坦に延在する表面輪郭領域１３を研削砥石１の屋根面３ｂで研削することができる様子が示されている。表面輪郭を研削するために、研削される被研削工具１１を移動させる。図４ｂに示すように、凹状表面輪郭を有する研削逃げ面１４が研削される場合、研削砥石１の屋根棟５が用いられる。図４ｃに示すように、これに続く真っ直ぐな又は凸状の表面輪郭領域１５の研削は、屋根面３ａで行われる。表面領域１５に続く凸状の縁１７も、屋根面３ａで研削される（図４ｄ）。縁１７に続くほぼ平面状の表面領域１９も、屋根面３ａで研削される（図４ｅ）。表面領域１９の研削後、工具１１がずらされて、平面状（又は凸状に湾曲した）表面領域２０（図４ｆ）が同じ屋根面３ａで研削される。工具１１をわずかに回した後、凹状表面領域を有する逃げ面２１の研削が屋根棟５で行われる（図４ｇ）。これに続く切削逃げ面のほぼ平坦な表面領域２２は、屋根面３ｂで研削され（図４ｈ）、その後、これに続く縁２３も研削される（図４ｉ）。図４ｊに示すように、縁２３から表面領域１９への良好な変遷を得るために、すでに研削された表面領域１９を再び屋根面３ｂで研削することができる。表面輪郭領域１４及び１５並びに２１及び２２は、逃げ面研削部分を表す。

図４ｅから始まって図４ｆ〜図４ｊを経ることによって研削作業を行う代わりに、図４ｊ〜図４ｆを逆順に行うこともできる。屋根棟の使用をできる限り少なくするように、屋根面の引き動作で加工が行われることをできる限り確保すべきである。

工作機械では、概して複数の研削砥石が工具の研削に用いられる。研削砥石１をドレッシングするために、すなわち、しばらく研削に使用された後で屋根面を平面状態に研削するために、また屋根棟を尖らせるために、図５に示すように、ドレッシング砥石３０が用いられる。ドレッシング砥石及び１つ又は複数の研削砥石１は、同一の工作機械に設置される。換言すれば、研削砥石のドレッシングは、工作機械から研削砥石を取り外すことなく行うことができ、これはかなりの時間の節約になる。

このように、研削砥石は、互いに平行な側面１９ａ及び１９ｂを有する砥石として、図１〜図３に示すように形成することができる。しかしながら、前で述べたようにわずかに外方に張り出た側面だけでなく、図６に示す研削砥石３２の場合に示すように、張り出しているか又は平面状であり且つ互いに平行な、内方にオフセットした側面も用いることが可能である。研削砥石３２の場合、屋根面３６ａ及び３６ｂの基部３４が研削砥石３２の厚さｄよりも厚くなっている。この研削砥石３２が研削砥石１に勝る１つの利点は、寸法がより小さく、したがって質量がより小さく、これが回転数の急変を可能にすることである。しかしながら、研削中に均一な周速度を得るためには、質量が小さいほど、速度制御及び安定化システムに要求される要件が大きくなることを意味する。

本発明による研削砥石の構成変形形態の断面図を示す。 図１に示す研削砥石の平面図を示す。 図１に示す研削砥石の側面図を示す。 図１〜図３に示す研削砥石による切削工具の表面プロファイルの研削の概略図を示す。 図１〜図３に示す研削砥石による切削工具の表面プロファイルの研削の概略図を示す。 図１〜図３に示す研削砥石による切削工具の表面プロファイルの研削の概略図を示す。 図１〜図３に示す研削砥石による切削工具の表面プロファイルの研削の概略図を示す。 図１〜図３に示す研削砥石による切削工具の表面プロファイルの研削の概略図を示す。 図１〜図３に示す研削砥石による切削工具の表面プロファイルの研削の概略図を示す。 図１〜図３に示す研削砥石による切削工具の表面プロファイルの研削の概略図を示す。 図１〜図３に示す研削砥石による切削工具の表面プロファイルの研削の概略図を示す。 図１〜図３に示す研削砥石による切削工具の表面プロファイルの研削の概略図を示す。 図１〜図３に示す研削砥石による切削工具の表面プロファイルの研削の概略図を示す。 工具を研削する研削砥石と同じ工作機械に設置されるドレッシング砥石での、研削砥石のドレッシングの概略図を示す。 図１〜図３に示す研削砥石の一変形形態を示す。

Claims (10)

1. 切削工具（１１）を研削する研削砥石（１；３２）であって、該研削砥石（１；３２）の周囲は、研磨コート（７ａ、７ｂ）を有する屋根面（３ａ、３ｂ；３６ａ、３６ｂ）同士が収束して合わさる周縁棟（５）として形成され、前記屋根面（３ａ、３ｂ；３６ａ、３６ｂ）の一方により、前記切削工具（１１）の平面状表面輪郭領域及び凸状の表面輪郭領域（１３、１５、１７、１８、２０、２２、２３）を研削することができ、前記屋根面（３ａ、３ｂ；３６ａ、３６ｂ）の一方又は前記棟（５）により、前記切削工具（１１）の凹状の表面輪郭領域（１４、２１）を研削することができることを特徴とする、切削工具を研削する研削砥石。
2. 回転軸（１０）が円錐軸と一致する双円錐砥石として形成されることを特徴とする、請求項１に記載の切削工具を研削する研削砥石。
3. 前記屋根面（３ａ、３ｂ；３６ａ、３６ｂ）は、各々が平面として形成され、該平面が９０°未満の角度（α）を成すことを特徴とする、請求項１又は２に記載の切削工具を研削する研削砥石。
4. 少なくとも１つの研削砥石（１；３２）を有する研削ヘッドで切削工具（１１）を研削する工作機械であって、前記研削砥石（１；３２）の周囲は、研磨コート（７ａ、７ｂ）を有する屋根面（３ａ、３ｂ；３６ａ、３６ｂ）同士が収束して合わさる周縁棟（５）として形成され、前記屋根面（３ａ、３ｂ；３６ａ、３６ｂ）の一方により前記切削工具（１１）の平坦な表面輪郭領域及び凸状の表面輪郭領域（１３、１５、１７、１８、２０、２２、２３）を研削することができ、前記屋根面（３ａ、３ｂ；３６ａ、３６ｂ）の一方又は前記棟（５）により前記切削工具（１１）の凹状の輪郭領域（１４、２１）を研削することができることを特徴とする、工作機械。
5. 回転軸（１０）が円錐軸及び前記工作機械のスピンドル軸と一致する双円錐砥石として前記研削砥石（１；３２）が形成されることを特徴とする、請求項４に記載の工作機械。
6. 前記屋根面（３ａ、３ｂ；３６ａ、３６ｂ）は、各々が平面として形成され、該平面が９０°未満の角度（α）を成すことを特徴とする、請求項４又は５に記載の工作機械。
7. 前記屋根面（３ａ、３ｂ；３６ａ、３６ｂ）の少なくとも一方を、好ましくは平面状態にドレッシングすることができる少なくとも１つのドレッシング砥石（３０）を特徴とする、請求項４ないし６のいずれか１項に記載の工作機械。
8. 好ましくは異なる砥石厚さを有し、特に異なる砥粒度の研磨コート（７ａ、７ｂ）を有し、且つ好ましくは異なる棟角度（α）を有する、複数の研削砥石（１；３２）が存在することを特徴とする、請求項４ないし７のいずれか１項に記載の工作機械。
9. 切削工具（１１）を研削する方法であって、同一の研削砥石（１；３２）によって、それぞれドレッシングすべき前記切削工具（１１）の凹状表面輪郭領域の直線状部分（１３、１５、１８、２０、２２）が、前記研削砥石の周縁に延在する棟（５）に収束するようにされていてかつ研磨コート（７ａ、７ｂ）を有する屋根面（３ａ、３ｂ；３６ａ、３６ｂ）で研削され、全ての凸状輪郭領域（１７、２３）が、前記棟（５）に向かって収束する２つの前記屋根面（３ａ、３ｂ；３６ａ、３６ｂ）の一方で研削され、切削工具（１１）の表面輪郭（１４、２１）の凹アール部が、前記棟（５）及び／又は前記屋根面（３ａ、３ｂ；３６ａ、３６ｂ）の一方で研削されることを特徴とする、切削工具を研削する方法。
10. 前記研削砥石（１；３２）のドレッシングは、前記切削工具（１１）を研削するために設けられる工作機械で行われ、前記屋根面（３ａ、３ｂ；３６ａ、３６ｂ）が平面状態にドレッシングされることを特徴とする、請求項９に記載の切削工具を研削する方法。

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