JP2004001129A - コンプレッサーシリンダ用溝研削盤及び溝研削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溝研削盤及び溝研削方法において、取代を小さくして研削時間の短縮及び研削精度の向上を図れるようにすることを目的としている。
【解決手段】回転軸芯方向の端面に研石面を有する砥石円板２０を、回転軸芯方向及び回転軸芯方向と直角な方向に移動可能に備え、内孔４０と該内孔４０から延びる直線状の溝４３を有するワークＷの上記溝４３を研削する溝研削盤及び溝研削方法である。回転状態の砥石円板２０の砥石面がワークＷの溝４３の端面４３ａに接触する際の音波を検知する音響センサー３０をインデックステーブル２に取り付けてある。砥石円板２０を溝４３内に挿入し、砥石回転軸芯方向に移動して溝端面４３ａに接触する時の音波を音響センサー３０により検知し、該音響センサー３０により検知した回転軸芯方向の位置を基準にして、溝端面４３ａの研削代を決定する。
【選択図】　図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、コンプレッサーシリンダのように、内孔と該内孔から径方向の外方に延びる直線状のベーン溝を有するワークを研削するのに適した溝研削盤及び溝研削装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の溝研削盤として、本件出願人は砥石円板を昇降及び砥石回転軸芯方向移動可能に備えたものを開発し、既に出願している（特開２００１−０６８４１４号公報）。
【０００３】
上記公報記載の溝研削盤は、砥石回転軸芯方向の両端面に環状砥石面を有する砥石円板を備えており、上記砥石円板を、インデックステーブル上のワーク保持治具に保持されたワークの内孔に挿入し、昇降及び砥石回転軸芯方向の移動により、ベーン溝の幅方向の両端面を研削するようになっている。
【０００４】
ワーク保持治具に保持されているワークは、ワークの位置決め孔に嵌合する位置決めピン並びに溝に嵌合するくさび型位置決めピンにより位置決めされ、インデックステーブルの回転により研削時のワークの位置が制御されるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の溝研削盤によると、研削時のワークの位置に誤差が生じることは避けられないので、この誤差を考慮して取代を設定しなければならず、したがって取代が大きくなり、そのため研削作業時間が長くなると共に砥石円板の摩耗も早くなり、また研削精度を安定した状態で長く保つことは困難である。
【０００６】
【発明の目的】
本願発明は、溝研削盤及び溝研削方法において、安定した研削精度を維持しながら取代を小さくすることができ、研削時間の短縮及び砥石の寿命延長を図ることを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本願請求項１記載の発明は、砥石回転軸芯方向の端面に研石面を有する砥石円板を、砥石回転軸芯方向及び該回転軸芯方向と直角な方向に移動可能に備え、内孔と該内孔から延びる直線状の溝を有するワークの上記溝を研削する溝研削盤において、回転状態の砥石円板の砥石面がワークの溝の端面に接触する際の音波を検知する音響センサーをワークの保持部材側に取り付けてあることを特徴としている。
【０００８】
請求項２記載の発明は、砥石回転軸芯方向の端面に研石面を有する砥石円板を、砥石回転軸芯方向及び該回転軸芯方向と直角な方向に移動可能に備え、内孔と該内孔から延びる直線状の溝を有するワークの上記溝を研削する溝研削方法において、回転状態の砥石円板を溝内に挿入し、砥石円板を砥石回転軸芯方向に移動し、溝の端面に砥石面が接触する際に発生する音波を音響センサーで検知することにより、砥石回転軸芯方向の研削開始位置を検出し、該研削開始位置を基準として取代を決定することを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は本願発明を適用したコンプレッサーシリンダ用のベーン溝研削盤であり、説明の都合上、砥石円板２０を備えたベース１に対してワーク供給用のインデックステーブル２を配置してある側を前側と規定し、紙面と直角方向を左右方向として、以下説明する。
【００１０】
ベース１の上面には、左右方向に延びるレール３を介して走行スライダー４が支持されており、走行スライダー４とベース１の間にはボールねじ送り機構６が介装され、該ボールねじ送り機構６の親ねじは図示しないが走行スライダー４に設けられたＡＣサーボモータの出力軸に連動連結し、このＡＣサーボモータにより、走行スライダー４を左右方向に移動できるようになっている。
【００１１】
走行スライダー４の前端部には垂直なレール８が立設され、該垂直なレール８の前面には昇降スライダー１０が上下方向移動可能に支持されている。昇降スライダー１０と垂直なレール８の後面の間には垂直姿勢のボールねじ送り機構１２が介装され、該ボールねじ送り機構１２の親ねじは垂直なレール８の上端部に配置されたＡＣサーボモータ１３の出力軸に連動連結し、ＡＣサーボモータ１３により、昇降スライダー１０を上下方向に移動できるようになっている。
【００１２】
昇降スライダー１０の上部には砥石円板回転用のモータ１５が搭載され、昇降スライダー１０の下部には伝導ケース１６が固定され、該伝導ケース１６には下方に突出するサポート１７が固定され、該サポート１７の下端部に砥石円板２０が回転可能に支持されている。砥石円板２０の回転軸２１は水平左右方向に配置されると共に、ベルト伝導機構２４を介して伝導ケース１６内の中間軸２５に連動連結し、該中間軸２５はベルト伝導機構２６を介して上方の砥石駆動用モータ１５の出力軸に連動連結している。
【００１３】
インデックステーブル２は上方から見て円形に形成されると共に水平姿勢で配置されており、該インデックステーブル２の垂直回転軸２８は、テーブル支持ケース２９に回転可能に支持されると共に図示しない駆動モータに連動連結し、９０°ずつインデックス回転するように制御される。
【００１４】
前記走行スライダー駆動用のＡＣサーボモータ、昇降スライダー駆動用のサーボモータ１３、砥石回転用の駆動モータ１５及びインデックステーブル回転用の駆動モータはコントローラ１８に接続し、コントローラ１８からの指令により、オンオフ並びに回転速度が制御されるようになっている。
【００１５】
［音響センサー］
音響センサー３０はインデックステーブル２の後端部の下方に配置されており、テーブル支持ケース２９の後端部に取り付けられたシリンダ３１により昇降可能に支持されている。
【００１６】
図４〜図６は音響センサー３０の拡大図であり、図１の矢印ＩＶ方向に見た背面図を示す図４において、シリンダ３１は、取付板３３を介してテーブル支持ケース２９に固定されると共に、一対のロッド３１ａを上下方向伸縮可能に備えており、ロッド３１ａの上端部には支持板３２が固着され、該支持板３２にはＬ字形の保護ケース３４が固着されている。該保護ケース３４内に音響センサー３０が収納されると共に保護ケース３４の下面に固定されており、音響センサー３０の下面は支持板３２から一定の隙間を置いて離れている。
【００１７】
支持板３２の側方（左側方）には上下一対の近接スイッチ３５ａ，３５ｂが配置され、上側の近接スイッチ３５ａは支持板３２を上昇位置で停止するためのリミットスイッチであり、下側の近接スイッチ３５ｂは支持板３２の下降位置で停止するためのリミットスイッチであり、両近接スイッチ３５ａ，３５ｂはブラケット３９を介して取付板３３に支持されており、前記音響センサー３０と共にコントローラ１８に接続している。すなわち、音響センサー３０は、ロッド３１ａの伸縮及び近接スイッチ３５ａ，３５ｂによる上下位置の制御により、図４のようにインデックステーブル２の下面から下方に離れた下降位置（非使用位置）と、図５のようにインデックステーブル２の下面に当接する上昇位置（使用位置）とに位置変更自在となっており、図５の上昇位置（使用位置）において、インデックステーブル２上で発生する音波を検知し、コントローラ１８に入力するようになっている。
【００１８】
［ワーク及び砥石円板］
図３はワークＷの平面（仮想線）及び砥石円板２０の水面断面を示しており、ワークＷは内孔４０を有する円筒状に形成されており、扇形の張出し部４１及び該張出し部４１と対称な位置に位置決め用の突起４２が一体に形成されると共に、内孔４０から径方向の外方に延びて扇形張出し部４１の中間位置まで至る直線状のベーン溝４３が一体に形成されている。上記突起４２には第１の位置決め孔４５が形成され、扇形張出し部４１の周方向の一端部付近には第２の位置決め孔４６が形成されている。
【００１９】
砥石円板２０は、前記回転軸２１に固着された回転ディスク２２と、該回転ディスク２２の外周端部の砥石回転軸芯方向の両端面に固着された環状の研削砥石２３から構成されており、前記回転軸２１は軸受４７を介してサポート１７に回転可能に支持されている。各研削砥石２３は、セラミック系のメタルボンドによって、砥粒同士が結束されると共に回転ディスク２２に固着され、各研削砥石２３の表面がそれぞれ砥石面となっている。
【００２０】
［ワーク供給装置］
図２はワーク供給装置を構成するインデックステーブル２の平面図であり、インデックステーブル２上には、同一円周上に９０°の間隔をおいて４つのワーク保持治具３６が固定されており、各ワーク保持治具３６はインデックステーブル２が矢印Ｒ方向に９０°づつ回転することにより、前側のローディング及びアンローディング位置Ｐ１と、左側の位置決め及びクランプ位置Ｐ２と、後側の研削位置Ｐ３と、右側の計測位置Ｐ４とを順次巡るようになっている。
【００２１】
各ワーク保持治具３６の中央部には、ワークＷの内孔４０に対応する貫通孔３７が形成され、該貫通孔３７にはワークＷのベーン溝４３よりも幅広でテーブル回転軸芯Ｏ１側に延びる砥石挿通溝３８が形成されている。インデックステーブル２にも図示しないが上記貫通孔３７と同じ程度の貫通孔及び砥石挿通孔が形成されている。ワーク保持治具３６の上面には、ワーク位置決め機構として、ワークＷの第１，第２位置決め孔４５，４６に対応する第１，第２位置決めピン４８，４９が上向きに突設されている。
【００２２】
各ワーク保持治具３６のテーブル回転軸芯Ｏ１側には、二股状のクランプアーム５１がそれぞれ配置されており、各クランプアーム５１の柄部５１ａは、図７に示すように水平な支軸５２及びリンク５４を介してクランプ台５３に回動可能に支持されると共に、上下方向に伸縮可能なロッド５５に連結されており、ロッド５５の伸縮により、クランプアーム５１をクランプ位置（実線）と、アンクランプ位置（仮想線）とに変更できるようになっている。
【００２３】
位置決め及びクランプ位置Ｐ２におけるインデックステーブル２の径方向外方側には、ベーン溝４３を最終的に位置決めする溝位置決め治具５６が配置されている。該溝位置決め治具５６は、垂直なレール５７に昇降アーム５９を昇降可能に支持しており、該昇降アーム５９の先端部にくさび型位置決めピン６０が下向きに設けられている。前記昇降アーム５９はシリンダ６１により昇降駆動するようになっている。
【００２４】
図９は上記位置決めピン６０の拡大図であり、位置決めピン６０は幅方向に圧縮可能な割りピン構造となっており、その幅Ｄ２はワークＷのベーン溝４３の幅Ｄ１よりも少し広く形成され、ベーン溝４３内に圧入することにより溝４３を最終的に位置決めするようになっている。
【００２５】
【溝研削方法】
［ワーク供給及び位置決め作業］
図２において、前側のローディング及びアンローディング位置Ｐ１では、ワーク保持治具３６の上面にワークＷを載せると共に、第１，第２位置決め孔４５，４６を第１，第２位置決めピン４８，４９に嵌合する。この時、第２位置決め孔４６は第２位置決めピン４９に対し、多少のがたを有して嵌合している。
【００２６】
左側の位置決め及びクランプ位置Ｐ２では、溝位置決め用の昇降アーム５９を下降することにより、図９の位置決めピン６０をワークＷのベーン溝４３内に圧入し、これにより、ワーク保持治具３６に対するベーン溝４３の位置を正確に設定する。このように位置決めした状態で、図７に示すようにクランプアーム５１を下降させ、ワークＷをワーク保持治具３６に固定する。しかる後に昇降アーム５９を上昇させ、位置決めピン６０をベーン溝４３から上方に抜く。
【００２７】
［研削開始位置検出作業］
図１に示す研削位置Ｐ３では、音響センサー３０を上昇させてインデックステーブル２の下面に接触させると共に、砥石円板２０を上昇端位置Ａ０からワークＷの内孔４０に突入するセンサー位置Ａ３まで下降させ、回転状態の砥石円板２０を砥石回転軸芯方向に移動し、音響センサー３０により、図８のように砥石円板２０の砥石面がベーン溝４３の各端面４３ａ，４３ｂに接触する際に発生する音波を検知し、これにより研削開始位置Ｂ１，Ｂ２を検出する。
【００２８】
図８は研削開始位置Ｂ１，Ｂ２の検出行程を模式的に描いたものであり、実線で示す矢印は砥石円板２０が高速で移動する行程、破線で示す矢印は低速で移動する行程を示している。なお、砥石円板２０の左右方向の軌跡を分かり易くするために、砥石円板２０に対するベーン溝４３の幅Ｄ１は実際よりも相当広く誇張して描いてある。
【００２９】
第１の段階において、回転状態の砥石円板２０は、前述のように上昇端位置Ａ０からセンサー位置Ａ３まで高速で下降し、ベーン溝４３の溝幅の概ね中央位置に至る。
【００３０】
第２段階において、センサー位置Ａ２から左右の一方、たとえば左方に一定距離高速で移動した後、左方の端面４３ａの黒皮に接触するまで低速で移動し、接触時の音波を音響センサー３０で検知してコントローラ１８に入力し、左方の研削開始位置Ｂ１として記憶する。それと同時に右方へ方向転換し、右方へ高速で移動する。
【００３１】
第３段階として、右方へ一定距離高速で移動した後、右方の端面４３ｂの黒皮に接触するまで低速移動し、接触時の音波を音響センサー３０で検知してコントローラ１８に入力し、右方の研削開始位置Ｂ２として記憶すると同時に左方へ方向転換する。
【００３２】
第４段階として、右方の端面４３ｂから離れた後、上方に移動して溝４３から抜け出し、切込み位置Ａ１まで戻る。また、図５の上昇位置の音響センサー３０は図６の下降位置まで下がる。
【００３３】
第５段階として、上記音響センサー３０で検出された左右の研削開始位置Ｂ１，Ｂ２を基に、左右の取代をそれぞれ決定し、研削作業に移る。
【００３４】
［研削作業］
図８の切込み位置Ａ１において、砥石円板２０を左方の研削開始位置Ｂ１を基準として所定の取代（切込み量）だけ左方に移動し、図４の切込み位置Ａ１から下降位置Ａ２まで研削速度で下方に移動し、図８の溝４３の左端面４３ａを所定の取代だけ研削する。
【００３５】
次に図４の下降位置Ａ２において、砥石円板２０を図８の右方の研削開始位置Ｂ２を基準として所定の取代（切込み量）だけ右方に移動し、切込み位置Ａ１まで上昇することにより、右端面４３ｂを所定の取代だけ研削する。
【００３６】
なお、研削作業では、各端面４３ａ，４３ｂに対して砥石円板２０を切込み位置Ａ１と下降位置Ａ２の間でそれぞれ一往復させることにより両端面４３ａ，４３ｂを研削することも可能であり、その他、砥石円板２０の研削行程は各種採用することができる。
【００３７】
左右の取代を均等に設定すると、左右の研削砥石２３の摩耗が均等になり、取代を小さくできることと相俟って研削砥石の寿命が一層延びる。一方、左右の取代を異ならせ、比率設定することにより、ブローチ加工時のベーン溝４３の溝幅方向の位置を修正することも可能である。
【００３８】
【その他の実施の形態】
（１）前記実施の形態では、研削砥石２３として、砥粒をセラミック系のメタルボンドで固着したメタルボンド方式の砥石の適用しているが、樹脂系のメタルボンドを使用した研削砥石に適用することも可能である。
【００３９】
（２）ワーク供給用の移動テーブルとして、図示の実施の形態では垂直軸心回りに回転する円形のインデックステーブルを備えているが、水平方向に直線状に往復移動する移動テーブルを備えた溝研削盤に適用することも可能である。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように本願発明によると、（１）音響センサーを利用して、研削砥石がワークの溝の幅方向端面に接触する際の音波を検知し、接触時の研削砥石の位置を研削開始位置とし、該研削開始位置を基準として取代を設定するようにしているので、溝の両端面の取代を無駄なく必要最小限の値に設定できると共に、研削開始位置を正確に検知できる。これにより、加工精度が安定すると共に、取代を極小としてもブローチによる前加工行程の面が残らず研削でき、研削時間が短縮できると共に作業効率も向上する。また、研削砥石の寿命も延ばすことができる。
【００４１】
（２）音響センサーによりワークの溝の幅方向の研削開始位置を検出するので、接触時の音波が検知できる個所であれば、音響センサー配置個所はワークや砥石円板のサポートに限定されない。すなわち、音響センサーの配置の自由度が広く、組付け及びメンテナンスの容易な個所に取り付けることが可能となり、また、故障する恐れも少ない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明にかかる溝研削盤の縦断側面図である。
【図２】図１のインデックステーブルの平面図である。
【図３】砥石円板の水平断面図である。
【図４】音響センサーを図１の矢印ＩＶ方向に見た背面図である。
【図５】音響センサーを使用している状態を示す図４と同じ背面図である。
【図６】図４のＶＩ−ＶＩ断面図である。
【図７】溝位置決め治具を図２の矢印ＶＩＩ方向に見た正面図である。
【図８】研削開始位置検出行程を示す作業行程図（図３のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面相当図）である。
【図９】図７のＩＸ−ＩＸ断面拡大図である。
【符号の説明】
１　ベース
２　インデックステーブル（移動テーブルの一例）
２０　砥石円板
２１　砥石回転軸
２２　回転ディスク
２３　研削砥石（砥石面）
３０　音響センサー
３１　シリンダー
３６　ワーク保持治具

Claims (2)

1. 砥石回転軸芯方向の端面に研石面を有する砥石円板を、砥石回転軸芯方向及び該回転軸芯方向と直角な方向に移動可能に備え、内孔と該内孔から延びる直線状の溝を有するワークの上記溝を研削する溝研削盤において、
   回転状態の砥石円板の砥石面がワークの溝の端面に接触する際の音波を検知する音響センサーをワークの保持部材側に取り付けてあることを特徴とする溝研削盤。
2. 砥石回転軸芯方向の端面に研石面を有する砥石円板を、砥石回転軸芯方向及び該回転軸芯方向と直角な方向に移動可能に備え、内孔と該内孔から延びる直線状の溝を有するワークの上記溝を研削する溝研削方法において、
   回転状態の砥石円板を溝内に挿入し、砥石円板を砥石回転軸芯方向に移動し、溝の端面に砥石面が接触する際に発生する音波を音響センサーで検知することにより、砥石回転軸芯方向の研削開始位置を検出し、該研削開始位置を基準として取代を決定することを特徴とする溝研削方法。

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