ホイールアーバーがグラインダーの性能に与える影響

精密研削加工は、円筒外面研削（OD）、内面研削（ID）、平面研削、クリープフィード研削など、厳しい公差の寸法と低 Ra 表面仕上げ要件を必要とするすべての用途に対応します。 これらの作業に使用される砥石は、さまざまな形状やサイズの従来の酸化アルミニウムまたはセラミック砥石が使用される傾向がありますが、用途に応じて超砥粒ダイヤモンドや cBN 砥石も使用できます。

これらの用途では、スピンドルの延長として研削クイルまたはホイール アーバーも必要になる場合があります。 ホイール アーバーを使用すると、機械のセットアップの柔軟性が向上し、多くの場合、ワークピース上のさまざまなフィーチャにホイールが到達する能力が向上します。 ホイール アーバーは高度にカスタマイズ可能で、公差が厳しいため、適切に設計されたホイール アーバーは剛性が高く、バランスが取れている必要があります。 アーバーは精密研削盤のセットアップにおける最も基本的なコンポーネントの 1 つであり、正しく設計されていれば、精密研削性能を向上させるためのコスト効率の高いソリューションとなることがわかります。

ほとんどのエンジニアはその重要性を理解していますが、ホイール アーバーが研削プロセスの最適化に与える影響を認識している人はほとんどいません。 誤った研削プロセスを修正しようとする場合、または単に結果を改善したい場合、ほとんどのエンジニアは速度、スループット、砥石および材料を再評価します。 多くの新しい用途では、ホイール アーバーは見落とされがちな振動源であり、ワークピースの品質低下の一因となる可能性があります。 この記事では、ホイール アーバーが精密グラインダーのパフォーマンスにどのような影響を与える可能性があるか、また改善のためにどのような手順を実行できるかを説明します。

精密研削用途では、最適な性能と結果を得るために機械の剛性が不可欠です。 剛性が不十分な場合、研削される材料の表面にビビリマークが発生する可能性があります。 機械の剛性が高くなると、送り速度が速くなり、サイクルタイムが短縮され、研削ゾーンの安定性が向上します。 これにより、ホイールの寿命、精度、生産性が向上します。

機械コンポーネントの剛性には 2 つのタイプがあります。 静的剛性は N/mm で計算され、ほぼ静的な荷重下でのコンポーネントの剛性を表します。 動的剛性も N/mm で計算され、剛性を減衰と質量の効果に関連付けます。通常、固有振動数または最も弱い振動モードで最小になります。 この結果は通常、静的剛性の 1/4 ～ 1/2 です。

研削システムの剛性を左右する主なコンポーネントは、機械、部品、治具、砥石です。 しかし、システムの剛性は最も弱いコンポーネントと同程度であり、一部の研削プロセスではホイール アーバーがワークピースの形状に到達するまでに長くする必要があるため、ホイール アーバーが最も弱い部分になる傾向があります。 ホイール アーバーの主な性能要素は、材質、直径、長さの 3 つです。

ホイール アーバーは、用途に応じて、次の 3 つの材料のいずれかで作られる傾向があります。

多くの場合、長いホイール アーバーは内径研削に関連付けられていますが、一部の OD およびクリープフィード研削プロセスでは、クリアランスの問題に対処するために延長アーバーを使用し始めています。 ID 研削では通常、最長の長さ対直径の比率が必要です。 部品のクリアランスに応じて、より小さな直径の超砥粒ホイールを使用すると、より大きな直径のアーバーの使用が可能になります。 また、超砥粒ホイールの摩耗率と寿命は従来の砥粒の摩耗率と寿命を上回る傾向があるため、部品ごとの全体的なホイール寿命は同等に保つことができます。 クーラントの用途によって最適化されたアーバーの長さおよび/または外径が制限される場合は、スピンドルまたは部品治具を介したクーラントの供給が役立ちます。

経験豊富なオペレーターや製造エンジニアは、アーバーが短いほど研削が向上することを知っていますが、どれほど優れているかを知ると驚くかもしれません。 長さ 50 mm のアーバーは 100 mm のアーバーの 2 倍の剛性があると思われるかもしれませんが、実際には、ホイール アーバーの剛性は長さまたは外径とともに指数関数的に変化します。 アーバーの外径を 10% 増やすと静的剛性は 46% 増加し、長さを 10% 減らすと静的剛性は 37% 増加します。 直径 25 mm、長さ 100 mm のシャフトを備えたスチール アーバーの静的剛性は 12,000 N/mm、長さ 50 mm のシャフト = 96,000 N/mm です。つまり、短いアーバーの方が 8 倍剛性が高くなります。