JP5486988B2 - 研削装置 - Google Patents

Description

本発明は、砥石車等の砥石でワークを研削する研削装置に関する。

砥石軸に、粗研削用と仕上げ研削用といったように加工粗さの異なる複数の円板状の砥石を同心状に固定し、１つの駆動源で砥石軸を回転させて複数の砥石を一体回転させる構成の研削装置が知られている（特許文献１，２等参照）。

特開２００３−３１１６１０号公報 特開昭６２−１９９３５６号公報

特許文献１の研削装置では砥石軸が片持ちで支持されているため振れが生じやすく、高い加工精度が要求される場合には適用が難しいといった面がある。一方、特許文献２には、軸受けの両側に砥石を配して両持ちで支持しているものがあり、この場合は振れが生じにくいものの、駆動がベルトドライブで駆動源を含めると全体が大型化してしまい、また、構造も複雑である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、高精度の研削とともに装置のコンパクト化や構造の簡素化が効果的に図られる研削装置を提供することを目的としている。

本発明は、砥石軸と、この砥石軸を回転自在に支持する軸受けと、前記砥石軸の両端に同心状に固定された円板状の砥石と、前記砥石軸を回転駆動するモータとを備えた研削装置において、前記砥石軸は、一端部に大径部が設けられ、他端部にこの大径部よりも小径の小径部を有し、前記大径部に、前記小径部に固定される砥石よりも高い加工精度が要求される砥石が固定され、前記軸受けは外径が一定の主体部を有し、前記軸受けにおける前記砥石軸の前記小径部に対向する内周面に大径内周部が形成され、該小径部の外周部と該大径内周部との間に前記モータが配設され、前記モータの長手方向中央部が前記砥石軸の長手方向中央部より前記他端部側に位置付けられていることを特徴とする。

本発明によれば、砥石軸の両端に砥石を固定した両持ち構造でありながら、砥石軸の小径部の外周部をモータの設置スペースとして有効活用することにより、装置全体が大径化せずコンパクト化が図られる。

本発明では、前記砥石軸の一端部に前記大径部が設けられ、他端部に前記小径部が設けられ、前記大径部に、前記小径部に固定される砥石よりも高い加工精度が要求される砥石が固定されることを好ましい形態とする。

この形態は、砥石軸の両端に、加工精度の要求度が異なる砥石、例えば要求精度の高い砥石と要求精度の低い砥石をそれぞれ固定する場合に、大径部側に要求精度の高い砥石を固定して用いるということである。砥石軸の大径部と小径部の剛性を比較すると大径部の方が高いので、大径部側に要求精度の高い砥石を固定することにより、双方の砥石による加工精度を満足させることができる。

本発明によれば、高精度の研削とともに装置のコンパクト化や構造の簡素化が効果的に図られる研削装置を提供することができるといった効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る研削装置の全体斜視図である。 同研削装置の全体平面図である。 ワーク支持ユニットの平面図である。 砥石ヘッドの断面図である。 要求精度の高い側の砥石の（ａ）側面図、（ｂ）断面図である。 同砥石の外周部の拡大断面図である。 ドレッサで砥石をドレッシングする状態を示す平面図である。 ドレッサの径を測定し、かつ管理するプロセスを示すチャート図である。

以下、図面を参照して本発明に係る一実施形態を説明する。
（１）研削装置の構成
図１および図２は、一実施形態に係るＮＣ研削装置の全体構成を示している。これら図で符号は基台１であり、この基台１上には、ワークＷを支持するとともにＺ方向に移動させるワーク支持ユニット２と、砥石を図２でＸ方向に移動させてワークＷに対し進退させ、進行時にワークＷを研削加工する砥石ユニット３とが設置されている。

砥石ユニット３は砥石ヘッド９を有しており、この砥石ヘッド９には、後述するように油圧配管部と油冷配管部とが設けられている。基台１の周囲には、砥石ヘッド９に対して油圧用の油を供給／排出する油圧ユニット４、砥石ヘッド９に対して油冷用の油を供給／排出する油冷ユニット５、研削時に発生するミストを吸引するミスト吸引機６、制御部７１を備えたコンソールユニット７Ａおよび操作盤７Ｂが配設されている。

基台１上のワーク支持ユニット２は、一対のガイド２１に沿ってＺ方向に移動自在に支持されたワークテーブル２２と、このワークテーブル２２をＺ方向に往復移動させるワーク移動機構２３と、ワークテーブル２２に固定されたワーク支持ヘッド２４とを備えている。ワーク移動機構２３は、ガイド２１間に回転自在に支持され、ワークテーブル２２に螺合して連結されたＺ方向に延びるねじ２３１をモータ２３２で正逆回転させるねじ式の駆動機構であり、ねじ２３１の回転方向に応じてワークテーブル２２がＺ方向に移動させられる。

ワーク支持ヘッド２４は、軸方向がＺ方向と平行とされたハウジング２４１を有しており、このハウジング２４１内に、Ｚ方向に延びるモータ軸を備えたモータ（いずれも不図示）が内蔵されている。モータ軸は図２で右側に突出しており、そのモータ軸に、ワークＷの取り付け部２４２を介してワークＷが着脱自在に取り付けられる。ワークＷはハウジング２４１内のモータによってＺ方向を回転軸として回転させられる。ワークＷは、例えば外周面にねじ山が形成された円筒状のねじなどが挙げられる。ワークＷは、ワーク支持ヘッド２４を介してワークテーブル２２に固定され、ワークテーブル２２と一体にＺ方向に移動する。

また、ワークテーブル２２上の所定箇所には、ドレッサユニット８が配設されている。このドレッサユニット８は、ワークテーブル２２に固定されたベース８１と、ベース８１上に鉛直方向を回転軸方向として回転自在に支持された回転台８２と、この回転台８２上に支持された円板状のドレッサ８３（図３および図７参照、図７矢印Ｂはドレッサ８３の回転方向）とを備えている。ドレッサ８３は、図３に示すように、軸方向が水平方向と平行とされた円筒状のドレッサ軸８４の一端に、ドレッサ軸８４と同心状に固着されている。ドレッサ軸８４はハウジング８５を介して回転台８２に回転自在に支持されており、図示せぬモータによって回転駆動される。回転台８２は、ベース８１に内蔵された図示せぬ回転機構によって回転させられ、かつ任意の回転角度に制御されるようになされている。

砥石ユニット３は、一対のガイド３１に沿ってＸ方向に移動自在に支持された砥石テーブル３２と、この砥石テーブル３２をＸ方向に往復移動させる砥石移動機構３３と、砥石テーブル３２に固定された上記砥石ヘッド９とを備えている。砥石移動機構３３は、ガイド３１間に回転自在に支持され、砥石テーブル３２に螺合して連結されたＸ方向に延びるねじ３３１をモータ３３２で正逆回転させるねじ式の駆動機構であり、ねじ３３１の回転方向に応じて砥石テーブル３２がＸ方向に移動させられる。

砥石ヘッド９は、図４に示すように、回転軸方向がＺ方向と平行なスピンドル９１と、このスピンドル９１を回転自在に支持する円筒状の軸受け９２と、この軸受け９２の外周面に固定された円筒状のハウジング９３とを備えている。ハウジング９３は砥石テーブル３２に固定されており、砥石ヘッド９は砥石テーブル３２と一体にＸ方向に移動する。

スピンドル９１には、その両端部にハウジング９３よりも大径であって同一径の円板状の砥石９４，９５がマウント部９１１，９１２を介して同心状に、かつ着脱可能に取り付けられる。この場合、一端側（図４で右側）にはワークＷのねじ山の歯先部分を研削する比較的加工精度の要求が低い砥石９４が取り付けられ、他端側にはワークＷのねじ山における斜面部分を研削する比較的加工精度の要求が高い砥石９５が取り付けられる。いずれの砥石も、ホイール部９４１，９５１の外周縁にワークＷを研削する研削部９４２，９５２が設けられたもので、この場合、ねじをワークＷとするものであって、研削部９４２，９５２はねじ山に切り込む先細りのテーパ状に形成されている。研削部９４２，９５２は、例えばビトリファイドＣＢＮ等の一般周知の砥石材により構成され、ホイール部９４１，９５１に接着剤で接着されている。スピンドル９１における砥石９５のマウント部９１２には、振動によって砥石への接触を検知するＡＥ（Acoustick Emission）センサ等からなる接触センサが設けられている。

また、砥石９５におけるホイール部９５１の外側の側面には、図５および図６に示すように、ドレッサ径測定リング部（以下、単にリング部と略称）９５３が形成されている。このリング部９５３の側面には、電着によって砥粒が固着されており、砥粒が固着された側面が粗研削部９５４、外周面がドレッサ径測定部９５５とされている。

スピンドル９１は径が均一ではなく、長手方向の概ね中央部から砥石９４側が細くなっている。すなわち、スピンドル９１は砥石９４が取り付けられる小径部９１４と、この小径部９１４と同軸的であって砥石９５が取り付けられる大径部９１５とから構成されている。そして、小径部９１４の外周部には、スピンドル９１を回転させるモータ９６が配設されている。

モータ９６は、スピンドル９１の小径部９１４の外周面に固定されたロータ部９６１と、軸受け９２の内周面にロータ部９６１に対向して固定されたステータ部９６２とから構成されている。軸受け９２の内周面の小径部９１４に対向する部分には、ステータ部９６２を収容する大径内周部９２１が形成されている。軸受け９２は両端部に鍔部９２２，９２３が形成されており、これら鍔部９２２，９２３間の主体部９２４の外径は一定である。主体部９２４の砥石９４側は、大径内周部９２１が形成されていることにより肉厚が薄くなっている。

スピンドル９１の大径部９１５には、鍔状のスラスト部９１６が形成されており、軸受け９２の内周面には、スラスト部９１６が回転可能に嵌合してスピンドル９１のスラスト荷重を受けるとともに油が供給される溝状の静圧軸受け部９２５が形成されている。また、軸受け９２の両端部の内周面にはスピンドル９１のラジアル荷重を受けるとともに油が供給される溝状の静圧軸受け部９２６がそれぞれ形成されている。軸受け９２およびハウジング９３には、これら静圧軸受け部９２５，９２６に対して圧油を供給／排出する油圧配管部９１７が形成されている。スピンドル９１は、これら複数箇所（この場合、３箇所）の静圧軸受け部９２５，９２６によって軸受け９２に支持されている。また、軸受け９２のモータ９６に対応する外周面には、ハウジング９３で被われるモータ冷却用のジャケット９２７が形成されており、このジャケット９２７に冷却用の油を供給／排出する油冷配管部９１８が、軸受け９２およびハウジング９３に形成されている。

（２）研削装置の動作
次に、上記研削装置の動作を、砥石９４，９５によるワークＷの研削動作と、ドレッサ８３による砥石９４，９５のドレッシングに分けて説明する。

（２−１）砥石によるワークの研削
ワークＷが、外周面にねじ山が形成された円筒状のものである場合、そのワークＷはワーク支持ヘッド２４に軸方向がＺ方向と平行な状態に取り付けられる。そして、ワーク移動機構２３によってワークＷはワークテーブル２２ごと砥石ユニット３の前方の加工位置に移動させられる。一方、砥石ユニット３においては、砥石移動機構３３によって砥石ヘッド９が砥石テーブル３２ごとワークＷに向かってＸ方向に進行する。ワークＷは回転させられ、砥石９４でねじ山の歯先部分が研削され、砥石９５でねじ山の斜面部分が研削される。砥石９４による研削は、砥石９４の外周面がねじ山の歯先部分に接触する研削位置まで砥石ヘッド９をワークＷ側に進行させるとともにスピンドル９１を回転させ、一方、ワークを回転させながらＺ方向に移動させることによりなされる。また、砥石９５による研削は、砥石ヘッド９を、砥石９５の研削部９５２がねじ山間の谷に入り込んで先端が両歯面に接触する研削位置まで進行させるとともにスピンドル９１を回転させ、ワークＷを回転させながらＺ方向に微動させることによりなされる。また、砥石９５の側面の粗研削部９５４を用いて、必要な粗研削（例えば端面の研削）をワークＷに対して行うことができる。

（２−２）ドレッサによる砥石のドレッシング
砥石９４，９５はドレッサ８３によって定期的にドレッシングされる。ドレッシングは、ワークテーブル２２をＺ方向に移動させてドレッサユニット８を一方の砥石に近接させ、回転台８２を回転させて図７に示すように（図７では砥石９５を示している）ドレッサ８３のドレッサ軸８４が砥石９５の研削部９５２に対して平行になる状態で、回転している砥石９５の研削部９５２の内周側の端部に、ドレッサ８３の外周面を接触させる。

そして、砥石テーブル３２を図７でＸ１方向に移動させながら、かつワークテーブル２２をＺ１方向に移動させながら、常にドレッサ８３が研削部９５２に接触するようにして研削部９５２に摺動させることにより、研削部９５２の表面がドレッサ８３でドレッシングされる。研削部９５２に径方向にうねりがある場合には、回転台８２をそれに応じて回転させ、常にドレッサ８３の径方向が研削部９５２への接触面の法線方向に沿う状態になるように微調整する。

（２−３）ドレッサの径の測定
ドレッサ８３によるドレッシングは、砥石９４，９５の研削部９４２，９５２への接触による切込み量を一定にすることが求められ、特に、刃先が鋭利な砥石９５の研削部９５２では、切込み量が僅かに大きくても研削部９５２の形状が崩れるおそれがある。したがって、ドレッサ８３の径の管理が厳密になされる必要がある。本実施形態では、以下のようにしてドレッサ８３の径を測定して厳密な管理を可能としている。

ドレッサ８３の径を測定するには、まず事前に、砥石９５の側面に形成したリング部９５３の径を測定しておく（図８：ステップＳ１）。リング部９５３の径の測定は、スピンドル９１に取り付ける前に行うことができる。次に、図３に示すように、ドレッサ軸８４をスピンドル９１の回転軸線と平行に位置付けてドレッサ８３と砥石９５のＺ方向位置を合わせ、この状態から、砥石テーブル３２をドレッサ８３側に移動させてドレッサ８３の外周面をリング部９５３の外周面のドレッサ径測定部９５５に接触させる（ステップＳ２）。そして、ドレッサ８３がリング部９５３に接触したことが接触センサによって検知される（ステップＳ３）。

次いで、ドレッサ８３がリング部９５３に接触したことを検知した時におけるスピンドル９１の軸線のＸ方向の座標位置と、ドレッサ軸８４の軸線のＸ方向の座標位置と、はじめに測定したリング部９５３の径とに基づき、ドレッサ８３の径を求める（ステップＳ４）。ドレッサ８３の径は、スピンドル９１のＸ方向の座標位置［Ｘ１］からドレッサ軸８４のＸ方向の座標位置［Ｘ２］を引いてスピンドル９１とドレッサ軸８４の軸間距離［Ｘ３］を求め、この軸間距離［Ｘ３］からリング部９５３の半径Ｒを引いた値がドレッサ８３の半径ｒであるから、これを２倍すればドレッサ８３の径（直径）は２ｒとして求まる。

リング部９５３のドレッサ径測定部９５５は、ドレッサ８３の外周面が接触したことにより僅かながら摩耗する。ここで、摩耗したリング部９５３の径を再び測定し、摩耗量とともに制御部７１に記憶させる（ステップＳ５）。

以上で１回目のドレッサ８３の径の測定を終えるが、次回以降、ドレッサ８３の径を測定する場合には、制御部７１で、ドレッサ８３がリング部９５３に接触した回数から現在のリング部９５３の径が算出され（ステップＳ６）、リング部９５３の径を上記ステップＳ１に当てはめる。

上記ドレッサ８３の径管理方法では、ドレッサ８３を砥石９５に形成しリング部９５３に接触させることにより、ドレッサ８３の径を高精度に測定することができる（上記ステップＳ１，Ｓ５）。ここで、事前に測定したリング部９５３の径と、初めてドレッサ８３がリング部９５３に接触した後に測定したリング部９５３の径との差が、ドレッサ８３が１回接触した際のリング部９５３の摩耗量である。したがって、この摩耗量にドレッサ８３の接触回数を乗じた数値がリング部９５３の摩耗量となり、この摩耗量から、現在のリング部９５３の径が算出される（ステップＳ６）。したがって、ドレッサ８３をリング部９５３に接触させてドレッサ８３の径を測定するたびに、予めリング部９５３の径を測定する必要がない。したがって、２回目以降のドレッサ８３の径を測定する場合の手間が省かれる。

（３）砥石ヘッドの作用効果
本実施形態の砥石ヘッド９においては、要求精度の異なる２つの砥石９４，９５を１つのスピンドル９１の両端にそれぞれ同心状に支持し、それら砥石９４，９５を、砥石ヘッド９に内蔵させた１つのモータ９６によって回転させる構成である。このため、２つの砥石９４，９５を駆動させる構造として簡素であるとともに、両砥石９４，９５の取り付け誤差や、振動による相手への影響といった問題が生じにくく、結果として加工精度の向上が図られる。

また、スピンドル９１の径を２段として剛性が高い大径部９１５側で高い精度が要求される砥石９５を支持し、小径部９１４側では精度の要求が比較的低い砥石９４を支持し、小径部９１４の周囲のスペースを利用してモータ９６を配設している。このため、モータ９６を内蔵しながら全体の径が大きくなることなくコンパクト化が図られる。また、油圧による静圧軸受け部９２６でスピンドル９１を支持することにより減衰性が向上し、このため、スピンドル９１の振動が効果的に抑えられ高い軸受け性能が発揮される。

９１…スピンドル（砥石軸）
９１５…大径部
９１４…小径部
９２…軸受け
９４…要求精度の低い砥石
９５…要求精度の高い砥石
９６…モータ

Claims (1)

1. 砥石軸と、
   この砥石軸を回転自在に支持する軸受けと、
   前記砥石軸の両端に同心状に固定された円板状の砥石と、前記砥石軸を回転駆動するモータとを備えた研削装置において、
   前記砥石軸は、一端部に大径部が設けられ、他端部にこの大径部よりも小径の小径部を有し、
   前記大径部に、前記小径部に固定される砥石よりも高い加工精度が要求される砥石が固定され、
   前記軸受けは外径が一定の主体部を有し、
   前記軸受けにおける前記砥石軸の前記小径部に対向する内周面に大径内周部が形成され、該小径部の外周部と該大径内周部との間に前記モータが配設され、
   前記モータの長手方向中央部が前記砥石軸の長手方向中央部より前記他端部側に位置付けられていること
   を特徴とする研削装置。

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