JP2002337012A - リング状被加工物の加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リング状被加工物を芯出し作業を行う必要が
なく、高精度で全面加工することができるリング状被加
工物の加工装置を提供する。 【解決手段】 リング状被加工物の加工装置は、高硬度
に熱処理されたワーク９を旋削加工するものであり、ベ
ッド１上に固定された主軸台２上に回転自在に支持され
た主軸３と、主軸３の一端に取り付けられ、主軸３と共
に同軸的に回転するマグネットチャック４と、主軸３と
回転中心軸が一致した副主軸７の一端に取り付けられ、
副主軸３と共に同軸的に回転する３爪チャック８とを有
する。３爪チャック８は、該３爪チャックにより拘束さ
れたワーク９を該ワーク９及びマグネットチャック４の
各回転中止軸を一致させた（同軸的な）状態でマグネッ
トチャック４へ受け渡す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、リング状被加工物
の加工装置に関し、特に、転がり軸受け用の軌道輪等の
高硬度なリング状被加工物の加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、高硬度に熱処理された転がり軸受
け用軌道輪等を加工する加工装置は、仕上げたい形状に
対応した複数の研削用工具を備え、該軌道輪を平面研
削、外径研削、内径研削、及び転がり軌道面研削等の複
数の研削工程により研削加工を行っていた。このような
研削加工では、研削工程が変わる毎に研削用工具のセッ
ト替えや調整を必要とする。

【０００３】そのため、転がり軸受け用軌道輪を大ロッ
トで加工するときは、研削工程毎の研削用工具のセット
替えの頻度が低いが、中・小ロットで加工するときは、
複数の研削工具のセット替えが頻繁になり、効率が悪か
った。

【０００４】これに対して、超合金、セラミックス、Ｃ
ＢＮ等の切削用工具を用いて高硬度切削加工が可能なＮ
Ｃ旋盤は、各種切削用工具を所望のプロファイルに沿っ
て移動させることにより加工形状を自由に設定し得、転
がり軸受け用軌道輪を２工程で全面加工することができ
る。また、研削工程毎の研削用治工具や砥石の交換等の
頻度を低減し、生産効率を改善することができる。

【０００５】ところで、加工装置やＮＣ旋盤で転がり軸
受け用軌道輪を旋削加工する場合、通常、該軌道輪を３
爪チャックにより把持（拘束）しているが、該３爪チャ
ックでは、半径方向への把持力により該軌道輪が弾性変
形し、旋削加工後の該軌道輪の真円度が悪化して加工精
度が出しにくいという問題があった。

【０００６】これを回避するために、３爪チャックに代
えて磁力により被加工物を保持するマグネットチャック
を用い、転がり軸受け用軌道輪を該マグネットチャック
に吸着させて該軌道輪の半径方向に力がかからないよう
に加工する方法がある。この方法では、第１工程におい
て、転がり軸受け用軌道輪の一端の平面部をマグネット
チャックで吸着し、熱処理によるひずみを除くために該
軌道輪の他端の平面部の旋削加工を行う。第２工程で
は、転がり軸受け用軌道輪を手動で反転し、第１工程で
旋削加工された該軌道輪の他端の平面部をマグネットチ
ャックで吸着し、未加工部分の旋削加工を行う。このよ
うに、マグネットチャックを用いて旋削加工を行うこと
により、真円度、偏肉、同芯度等を維持しつつ高精度に
転がり軸受け用軌道輪を加工することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、上
記従来の加工装置及びＮＣ旋盤では、転がり軸受け軌道
輪自体の真円度等を維持しつつ加工するために、該軌道
輪及びマグネットチャックの各回転中心軸を一致させる
芯出し作業が必要になり、その作業に大変な労力を要し
ていた。特に、上記加工装置では、第１工程から第２工
程へ移行する際、転がり軸受け軌道輪を手動で反転して
いるので、該軌道輪の芯出し作業が再度必要になってい
た。

【０００８】本発明は、リング状被加工物を芯出し作業
を行う必要がなく、高精度で全面加工することができる
リング状被加工物の加工装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載のリング状被加工物の加工装置は、リ
ング状被加工物を加工する加工装置において、リング状
被加工物の周面を拘束するラジアルチャックと、前記リ
ング状被加工物の端面を吸着するアキシャルチャックを
有する主軸を回転可能に支持する主軸支持部と、前記ラ
ジアルチャックにより拘束されたリング状被加工物を前
記リング状被加工物及び前記アキシャルチャックの各回
転中心軸を一致させた状態で前記アキシャルチャックに
受け渡す受け渡し手段とを備えることを特徴とする。

【００１０】請求項１記載の加工装置によれば、受け渡
し手段が、ラジアルチャックにより拘束されたリング状
被加工物を、リング状被加工物及びアキシャルチャック
の各回転中心軸を一致させた状態でアキシャルチャック
に受け渡すので、リング状被加工物を芯出し作業を行う
必要がなく、高精度で全面加工することができる。

【００１１】好ましくは、ラジアルチャックとアキシャ
ルチャックとは、ラジアルチャック及びアキシャルチャ
ックの各回転中心軸を一致させた状態で配置され、受け
渡し手段は、ラジアルチャック及びアキシャルチャック
の少なくとも一方を前記回転中心軸に沿って移動する移
動手段と、該移動する位置を決定する位置決定手段とを
備えてもよい。これにより、より簡単な装置構成でリン
グ状被加工物を高精度に全面加工することができる。

【００１２】さらに好ましくは、ラジアルチャックは回
転自在であるのがよい。これにより、ラジアルチャック
に拘束されたリング状被加工物を回転させて旋削加工す
ることができ、旋削用工具以外の加工工具が不要とな
り、加工装置をコンパクト化することができる。

【００１３】さらに好ましくは、ラジアルチャックによ
るリング状被加工物の拘束力を制御すると共に、アキシ
ャルチャックによるリング状被加工物の吸着力を制御す
る制御手段を備えてもよい。これにより、ラジアルチャ
ックにより拘束されたリング状被加工物を、より弾性変
形の少ない状態でアキシャルチャックに吸着させること
ができ、該リング状被加工物をより高精度に加工するこ
とができる。

【００１４】好ましくは、受け渡し手段は、アキシャル
チャックにより吸着されたリング状被加工物を該リング
状被加工物及びラジアルチャックの各回転中心軸を一致
させた状態で回転方向に所定の回転角度で回転させたラ
ジアルチャックに受け渡してもよい。これにより、リン
グ状被加工物が熱処理により大きく変形している場合、
ラジアルチャックによるリング状被加工物の把持位置を
回転角度方向に変更して加工することができ、その加工
工程を複数回行うことによりリング状被加工物の端面を
高精度に仕上げることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
加工装置を図面を参照して説明する。

【００１６】図１は、本発明の実施に形態に係る加工装
置の側面図であり、図２は、図１の加工装置の平面図で
ある。

【００１７】図１において、本加工装置は、高硬度に熱
処理されたリング状素材であるワーク（リング状被加工
物）９を旋削加工するものであり、ベッド１と、ベッド
１上に固定された主軸台２と、主軸台２上の主軸支持部
内で回転自在に支持された主軸３と、主軸３の一端に取
り付けられ、主軸３と共に同軸的に回転するマグネット
チャック４（アキシャルチャック）（受け渡し手段）
と、ベッド１上に固定された往復台５と、往復台５に沿
ってマグネットチャック４の回転中心軸と平行なＺ軸方
向に移動自在であると共に移動する位置を決定する副主
軸台６（移動手段、位置決定手段）と、副主軸台６上に
回転自在に支持され、その回転中心軸とマグネットチャ
ック４の回転中心軸を一致させた（同軸的な）状態で配
置された副主軸７と、副主軸７の一端に取り付けられ、
副主軸３と共に同軸的に回転する３爪チャック８（ラジ
アルチャック）（受け渡し手段）とを備える。マグネッ
トチャック４は、ワーク９の一端の平面部（端面）を磁
力により吸着する。３爪チャック８は、３つの爪状の突
起によりワーク９の回転中心軸と３爪チャック８の回転
中心軸とが一致するようにワーク９の周面を把持（拘
束）する。

【００１８】また、本加工装置は、図２に示すように、
ベッド１上に固定されたスライド台１０と、スライド台
１０に沿ってＺ軸方向にスライド自在であると共に位置
決めが可能なＺ軸スライド１１と、Ｚ軸スライド１１上
に配置され、マグネットチャック４の回転中心軸と直交
するＸ軸方向にスライド自在であると共に位置決めが可
能なＸ軸スライド１２と、Ｘ軸スライド１２上に配置さ
れ、ワーク９の旋削加工を行う複数の旋削用工具１４，
１５，１６，１７が取り付けられた旋回可能なタレット
刃物台１３とを備える。主軸３及び副主軸７は、コンピ
ュータ制御のモータにより回転制御される。

【００１９】本加工装置は、コンピュータ等から成る制
御装置（不図示）を内蔵する。制御装置は、主軸３や副
主軸７の回転速度、副主軸７のＺ軸方向の位置決め、及
びＺ軸スライド１１やＸ軸スライド１２によるタレット
刃物台１３の旋回位置決め等の各種制御を行う。Ｚ軸ス
ライド１１及びＸ軸スライド１２は、それぞれボールね
じ及びリニアガイドの組合せによる送りねじ装置（不図
示）から成り、コンピュータ制御のモータ（不図示）に
より駆動する。この送りねじ装置に代えて、リニアモー
タを使用したものや他の方式を使用したものとしてもよ
い。また、リニアガイドとしては、各種転がり軸受け案
内、あるいはすべり案内、静圧案内を用いることができ
る。

【００２０】次に、図１の加工装置によるワーク９の加
工動作を説明する。

【００２１】まず、高硬度に熱処理されたワーク９を手
動又はロボットローダにより３爪チャック８に拘束させ
る。これにより、ワーク９の回転中心軸と３爪チャック
８の回転中心軸とが一致するようにワーク９の周面が拘
束される。通常、ワーク９は、３爪チャック８により拘
束されると弾性変形するが、ワーク９の回転中心軸方向
（ワーク９の一端の平面部）の弾性変形量は、その半径
方向の弾性変形量に比べて十分に小さい。そのため、ワ
ーク９の一端の平面部は、３爪チャック８により拘束さ
れる前後で弾性変形がほとんどなく、該平面部を高精度
に旋削加工することができる。

【００２２】次に、ワーク９を拘束した３爪チャック８
を所定の回転数で回転させる。そして、Ｚ軸スライド１
１及びＸ軸スライド１２を駆動しつつ、タレット刃物台
１３の旋削用工具１４により、回転するワーク９の一端
の平面部を旋削加工してストレートに仕上げる。これに
より、ワーク９の一端の平面部におけるそりが略修正さ
れる。

【００２３】つづいて、３爪チャック８の回転を停止さ
せながら副主軸台６を往復台５に沿ってＺ軸方向に前進
移動させ、ストレートに仕上られたワーク９の一端の平
面部を予め設定された押し当て力でマグネットチャック
４に押し当てて、３爪チャック８からマグネットチャッ
ク４へワーク９の受け渡しを行う。その好ましい手順を
以下に示す。この部分の制御には、後述する図４の制御
動作が対応する。ワーク９を拘束する３爪チャック８を
ワーク９が落下しない程度に開放すると同時に、マグネ
ットチャック４を弱励磁し、磁力によりワーク９の一端
の平面部を吸着する。このときの吸着力は、３爪チャッ
ク８の開放によるワーク９の弾性変形の回復でワーク９
の回転中心軸とマグネットチャック４の回転中心軸とが
ずれない程度とする。

【００２４】次に、３爪チャック８を緩めてワーク９を
完全に開放すると同時にマグネットチャック４を強励磁
し、副主軸台６を往復台５に沿ってＺ軸方向に後退移動
させつつマグネットチャック４を所定の回転数で回転さ
せて、マグネットチャック４に吸着されたワーク９を回
転させる。

【００２５】これら一連の動作により、３爪チャック８
により拘束されたワーク９は、ワーク９及びマグネット
チャック４の各回転中心軸を一致させた状態で３爪チャ
ック８からマグネットチャック４に受け渡される。

【００２６】次に、所定の回転数で回転するマグネット
チャック４により吸着されたワーク９の未加工面（ワー
ク９の他端の平面部、内周面、及び外周面）を旋削用工
具１４により旋削加工して仕上げる。これにより、ワー
ク９の内周面及び外周面をワーク９の回転中心軸と同軸
的に精度よく加工することができ、且つワーク９の他端
の平面部を回転中心軸と直角に精度よく加工することが
できる。また、ワーク９の一端の平面部がマグネットチ
ャック４の磁力により吸着された状態なので、吸着され
る前後でワーク９の半径方向の弾性変形がほとんどな
く、ワーク９の未加工面を高精度に加工することができ
る。

【００２７】さらに、マグネットチャック４により吸着
されたワーク９の回転中心軸とマグネットチャック４の
回転中心軸を一致させた状態にできるので、ワーク９の
外周面及び内周面の加工時の取り代を全周に渡って均一
にすることができ、ワーク９を高精度に加工することが
できる。

【００２８】全ての加工が終了した後、マグネットチャ
ック４を非励磁にし、ワーク９を手動又はロボットロー
ダによりマグネットチャック４から取り外す。

【００２９】上記実施の形態によれば、３爪チャック８
により拘束されたワーク９を該ワーク９及びマグネット
チャック４の各回転中心軸を一致させた（同軸的な）状
態でマグネットチャック４へ受け渡すので、ワーク９の
全面を旋削加工する際、芯出し作業をする必要がなく、
ワーク９の全面を高精度に旋削加工することができる。

【００３０】マグネットチャック４には、永電磁チャッ
クを用いるのが好ましい。永電磁チャックは、本加工装
置の自動化が行い易い上に停電による事故、給電による
異常発熱で引き起こされる熱変形等を最小限に抑えるこ
とができる。また、永電磁チャックは、容易に着磁力の
調整、脱磁等ができ、ワーク９への残留磁気を最小限に
抑えることができる。マグネットチャック４は、制御装
置により励磁力の強弱が制御され、スリップリング（不
図示）を介して瞬時（給電時間０．３秒未満）に給電さ
れて励磁したり、非励磁したりすることが可能である。

【００３１】また、マグネットチャック４は、仕上げら
れたワーク９の一端の平面部を吸着し、ワーク９を半径
方向に変形させることなく保持した状態で周面の加工を
行えるので、加工後における弾性回復によるワーク９の
真円度の悪化を阻止することができる。

【００３２】３爪チャック８は、比較的多種類のサイズ
のワーク９に対応可能なので用いられているが、３爪チ
ャック８及びワーク９の各回転中心軸を一致させる求心
作用があれば、３爪チャック８に代えて、６爪チャック
やワーク９に対応した専用爪を備える２爪又は４爪チャ
ックを用いてもよい。

【００３３】ところで、熱処理により平面部の変形が大
きいワーク９を加工する場合に好ましい副主軸７による
ワーク９の一端面の加工手順を以下に示す。この部分の
制御には、後述する図５の制御動作が対応する。まず、
ワーク９の一端の平面部を加工した後、上述した方法で
マグネットチャック４によりワーク９を一時吸着して、
３爪チャック８からマグネットチャック４にワーク９を
受け渡す。次に、マグネットチャック４により吸着され
たワーク９を、ワーク９及び３爪チャック８の各回転中
心軸を一致させた状態で回転方向に所定の回転角度で回
転させた３爪チャックに受け渡す。このとき、３爪チャ
ック８の回転角度は、ワーク９に対して相対的に６０度
が好ましい。なお、この場合、所定の回転角度回転させ
るのは、主軸３（すなわち、マグネットチャック４）で
もよい。つづいて、マグネットチャック４を非励磁にし
た後、副主軸７を後退させて再度ワーク９の一端の平面
部を加工する。

【００３４】これら一連の動作により、熱処理による変
形が大きなワーク９の平面部におけるそりが高精度に修
正される。また、上述した方法による旋削工程を複数回
行うことで、ワーク９以外の他の高硬度な素材の全面を
高精度に加工することが可能となる。

【００３５】図３は、図１の加工装置に内蔵された制御
装置によって実行される最も基本的な制御動作の説明図
である。

【００３６】図３において、制御装置は、主軸３及び副
主軸７に対して制御指令を送信し、主軸３及び副主軸７
の各回転速度を制御する。また、タレット刃物台１３に
対して制御指令を送信し、タレット刃物台１３のＸ軸、
Ｚ軸方向の位置や旋回位置を制御すると共に、それらの
位置情報をタレット刃物台１３から受信する。また、副
主軸台６に対して制御指令を送信し、副主軸７のＺ軸方
向の位置を制御すると共に、その位置情報を副主軸台６
から受信する。

【００３７】上記制御装置は、図４に示す制御動作を行
うようにしてもよい。同図において、制御装置は、主軸
３及び副主軸７に対して制御指令を送信し、主軸３及び
副主軸７の各回転速度を制御する。また、タレット刃物
台１３に対して制御指令を送信し、タレット刃物台１３
のＸ軸、Ｚ軸方向の位置や旋回位置を制御すると共に、
それらの位置情報をタレット刃物台１３から受信する。
また、副主軸台６に対して制御指令を送信し、副主軸７
のＺ軸方向の位置を制御すると共に、その位置情報を副
主軸台６から受信する。また、３爪チャック８に保持さ
れたワーク９をマグネットチャック４に押し当てる際の
駆動モータの電流値を受信する。駆動モータの電流値
は、該モータに係る負荷に比例するので、電流値をモニ
タすることにより押し付け力を制御することができる。

【００３８】さらに、制御装置は、３爪チャック８に対
して制御指令を送信し、３爪チャック８によるワーク９
の拘束力を制御すると共に、マグネットチャック４に対
して制御指令を送信してマグネットチャック４によるワ
ーク９の吸着力を制御する。これにより、３爪チャック
８が拘束したワーク９を、より弾性変形の少ない状態で
マグネットチャック４に吸着させることができ、ワーク
９をより高精度に加工することができる。

【００３９】また、上記制御装置は、図５に示す制御動
作を行うようにしてもよい。この制御装置は、上記図４
に示す制御動作に加えて、副主軸７に対して制御指令を
送信し、副主軸７の回転角度位置を制御すると共に、そ
の位置情報を副主軸７から受信する。この結果、３爪チ
ャック８又はマグネットチャック４を用いてワーク９の
保持位置を回転角度方向に複数回変更して旋削加工を行
うことにより、熱処理による変形の大きいワーク９やワ
ーク９以外の他の高硬度な素材の全面を高精度に加工す
ることができる。

【００４０】上記実施の形態では、３爪チャック８及び
マグネットチャック４を、その各回転中心軸を一致させ
た状態で配置するように装置構成を行っており、これに
より、ワーク９及びマグネットチャック４の各回転中心
軸を容易に一致させることができ、より簡単な装置構成
でワーク９を加工することができる。したがって、ワー
ク９の受け渡し時に、３爪チャック８により拘束された
ワーク９とマグネットチャック４の各回転中心軸を一致
させて受け渡しを行うようにしてあれば、本発明に含ま
れる。

【００４１】例えば、マグネットチャック４及び３爪チ
ャック８の少なくとも一方を旋回させたり、上下動させ
たりすることにより３爪チャック８により拘束されたワ
ーク９とマグネットチャック４の各回転中心軸を一致さ
せた後、ワーク９の受け渡しを行うようにしてもよい。
もちろん、そのようにするためには、受け渡し時にマグ
ネットチャック４及び３爪チャック８の各回転中心軸が
一致した状態となるように予め調整しておくことが必要
である。

【００４２】また、３爪チャック８は必ずしも回転しな
くてよい。例えば、３爪チャック８により拘束されたワ
ーク９の一端の平面部の加工を、旋削用工具１４等を用
いた旋削加工に代えて回転砥石を用いた平面研削加工、
又は回転工具を用いた切削加工により行ってもよい。

【００４３】上記実施の形態では、高硬度に熱処理され
た鋼を素材とするワーク９を用いているがセラミックス
としてもよく、その場合は、マグネットチャック４に代
えて真空チャックを用いる。真空チャックを用いた場
合、回転する該真空チャックからエアを吸引するためロ
ータリジョイント等を適宜使用する。真空チャックを用
いた場合では、マグネットチャック４の場合と異なり、
ワーク９が、例えばオーステナイト系ステンレスやセラ
ミックス等の非磁性体素材でも対応できる。

【００４４】また、３爪チャック８に代えてコレットチ
ャックでもよい。コレットチャックは、３爪チャック８
と異なりワーク９の径が限定されてしまうので、旋削用
工具のセット替え時の容易性で劣る。コレットチャック
を用いた場合、セット替え容易性を改善する手段として
は、例えば、コレットチャックのユニットを着脱自在に
しておき、予め必要な種類の径に対応した複数種類のコ
レットチャックのユニットを用意しておく等の方法があ
る。また、３爪チャック８は、ワーク９の外周面を把持
しても内周面を把持するようにしてもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、請求項１記
載の加工装置によれば、受け渡し手段が、ラジアルチャ
ックにより拘束されたリング状被加工物をリング状被加
工物及びアキシャルチャックの各回転中心軸を一致させ
た状態でアキシャルチャックに受け渡すので、リング状
被加工物を芯出し作業を行う必要がなく、高精度で全面
加工することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る加工装置の側面図で
ある。

【図２】図１の加工装置の平面図である。

【図３】図１の加工装置に内蔵された制御装置によって
実行される最も基本的な制御動作の説明図である。

【図４】図３の制御装置の変形例よって実行される制御
動作の説明図である。

【図５】図３の制御装置の他の変形例によって実行され
る制御動作の説明図である。

【符号の説明】

１ ベッド ２ 主軸台 ３ 主軸 ４ マグネットチャック ６ 副主軸台 ７ 副主軸 ８ ３爪チャック ９ ワーク（リング状被加工物） １１ Ｚ軸スライド １２ Ｘ軸スライド １３ タレット刃物台 １４，１５，１６，１７ 旋削用工具

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リング状被加工物を加工する加工装置に
   おいて、リング状被加工物の周面を拘束するラジアルチ
   ャックと、前記リング状被加工物の端面を吸着するアキ
   シャルチャックを有する主軸を回転可能に支持する主軸
   支持部と、前記ラジアルチャックにより拘束されたリン
   グ状被加工物を前記リング状被加工物及び前記アキシャ
   ルチャックの各回転中心軸を一致させた状態で前記アキ
   シャルチャックに受け渡す受け渡し手段とを備えること
   を特徴とするリング状被加工物の加工装置。