JP2004082261A

JP2004082261A - ねじ研削盤

Info

Publication number: JP2004082261A
Application number: JP2002246515A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Uesugi; 上杉　正和
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2002-08-27
Filing date: 2002-08-27
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2022-08-27
Also published as: DE10393160T5; WO2004020136A1; JP4255662B2; DE10393160B4

Abstract

【課題】ねじ溝を研削加工するに当たり、研削抵抗に抗してねじ軸の真直度を維持することが可能であり、しかも面倒な調整が不要であり、ねじ溝を高精度に研削加工することが可能なねじ研削盤を提供する。
【解決手段】加工対象であるねじ軸３を従来の如くワークテーブル上に両端支持するのではなく、かかるワークテーブル上に断面Ｖ字状のワーク位置決め溝４０を備えたワーク固定台４を設け、このワーク位置決め溝４０内にねじ軸３をセットすると共に、かかる位置決め溝４０内にセットされたねじ軸３に対して砥石６を鉛直上方から切り込ませるように構成した。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、丸軸の外周面に対して螺旋状のねじ溝を研削加工によって形成するためのねじ研削盤に係り、詳細には、ボールねじに使用されるような高精度のねじ軸を加工するためのねじ研削盤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械等のワークテーブル直線駆動に多用されるボールねじは、螺旋状のボール転動溝が形成されたねじ軸の周囲にボールを介してナット部材が螺合しており、ねじ軸の回転に応じてナット部材が該ねじ軸に沿って運動を行い、モータの回転運動を所望のストロークの直線往復運動に変換できるようになっている。回転運動を精度良く直線運動に変換するためには、ねじ軸が高精度に形成されていること、特に、ねじ軸の外周面に形成された螺旋状のボール転動溝が設計通りのリード長で精度良く形成されていることが必要である。
【０００３】
従来、ねじ軸の外周面にボール転動溝を形成する装置としては専用のねじ研削盤が用いられており、所定の外径に仕上げられると共に軸端加工のなされた丸軸を素材とし、研削加工によって前記丸軸の外周面に螺旋状のボール転動溝を形成している。このねじ研削盤は、ねじ軸がセットされると共に該ねじ軸の軸方向へ往復動可能なワークテーブルと、高速回転する砥石によって前記ねじ軸にボール転動溝を形成する砥石ヘッドと、この砥石ヘッドをボール転動溝のリード角に合致させて保持すると共に前記砥石をねじ軸に対して切り込ませる砥石送りテーブルと、ワークテーブルにセットされたねじ軸を該ワークテーブルの往復動に同期して回転させる主軸ヘッドとを備えている。
【０００４】
ねじ軸の素材となる丸軸は一端を前記主軸ヘッドのチャックによって把持される一方、他端は心押台に設けられたセンタによって保持されており、両端支持の梁の如く空中に浮いた状態でワークテーブルにセットされている。砥石はこのようにセットされたねじ軸の外周面に押し付けられ、その状態でねじ軸を徐々に回転させると共にワークテーブルを軸方向へ移動させることにより、かかるねじ軸の表面に螺旋状のボール転動溝が研削加工される。
【０００５】
しかし、かかる研削加工の実施中には、ねじ軸の外周面の接線方向に沿って研削抵抗の主分力が作用する一方、この主分力と垂直な方向へ研削抵抗の背分力が作用することから、前述の如くねじ軸を両端で支持していると、これら力の合力によってねじ軸が撓んだままの状態でボール転動溝の研削加工が進行してしまい、かかるボール転動溝が砥石送りテーブルの送り量に対応した所定の深さに形成されず、全体としてテーパ状に形成されてしまう懸念がある。このようなトラブルは軸径が小さくて剛性の低いねじ軸を形成する際に発生し易い他、軸長が数ｍにも及ぶ長尺なねじ軸を形成する際に発生し易い。
【０００６】
また、生産性を高めるために、砥石のねじ軸に対する切り込み速度を速めたり、ワークテーブルの送り速度を速めたりすると、その分だけ研削抵抗が増加してしまうことから、前述のトラブルが発生し易くなってしまう。
【０００７】
従来のねじ研削盤は、このような問題点に対処するため、研削加工中のねじ軸を支える振れ止めを主軸ヘッドと心押台との間の数カ所に具備しており、かかる振れ止めの先端に設けられたシューをねじ軸の外径部分に接触させ、研削抵抗に抗してねじ軸を支えるように構成されている。しかし、振れ止めのシューは研削抵抗に抗してねじ軸を支えているために摩耗し易く、摩耗を抑えるためには、シューが常にねじ軸の山部に接触し、かかる山部とボール転動溝の境界に接触することがないよう、ねじ軸の回転に合わせてシューの位置調整を行う必要があり、加工するねじ軸が長尺となり、振れ止めの数が増加する程、調整に手間がかかるといった問題点があった。
【０００８】
また、研削抵抗に抗してねじ軸を真直な状態に維持するためには、振れ止めを適切な箇所に配置する必要があり、加工するねじ軸径の変更等に対応して振れ止めの位置調整を行う必要が生じ、かかる調整に手間と時間がかかるといった問題点もあった。
【０００９】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、ねじ溝を研削加工するに当たり、研削抵抗に抗してねじ軸の真直度を維持することが可能であり、しかも面倒な調整が不要であり、ねじ溝を高精度に研削加工することが可能なねじ研削盤を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のねじ研削盤は、加工対象であるねじ軸を従来の如くワークテーブル上に両端支持するのではなく、かかるワークテーブル上に断面Ｖ字状のワーク位置決め溝を備えたワーク固定台を設け、このワーク位置決め溝内にねじ軸をセットすると共に、かかる位置決め溝内にセットされたねじ軸に対して砥石を鉛直上方から切り込ませるように構成したものである。
【００１１】
ワーク位置決め溝を備えたワーク固定台が加工するねじ軸の軸方向長さに匹敵する充分な長さを有していれば、研削抵抗に抗してねじ軸を下方から均一に支えることができ、研削加工の進行中にねじ軸が撓むことはない。従って、従来のような振れ止めを設けて、その位置調整を行う必要は一切ない。また、ワーク位置決め溝は断面Ｖ字状に形成されているので、かかる溝内にねじ軸をセットするに当たっては、該ねじ軸を予め所定の外径寸法に仕上げてさえあれば、ワーク位置決め溝内におけるねじ軸の軸芯位置を正確に把握することができ、かかるねじ軸に対する砥石の切り込み量も把握することができる。
【００１２】
更に、本発明のねじ研削盤は必ずしもねじ溝の研削にのみ適用し得るというものではなく、断面Ｖ字状のワーク位置決め溝内にセット可能な円筒状ワークであれば、その外周面の円筒研削や溝研削にも用いることが可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明のねじ研削盤を詳細に説明する。
図１乃至図３は本発明を適用したねじ研削盤の実施例を示すものである。このねじ研削盤は、丸軸の外周面に対する各種の研削加工を行い得るものであり、螺旋状のねじ溝研削に限らず、外周面の円筒研削、軸方向に沿った溝研削に使用することができるように構成されている。具体的には、工場の床面に設置される基台１と、この基台１上を往復動自在に設けられたワークテーブル２と、このワークテーブル２上で加工対象であるワーク３（丸軸）を位置決めするワーク固定台４と、前記基台１に対して昇降自在に設けられた砥石送りテーブル５と、この砥石送りテーブル５上に設けられると共に前記ワーク固定台４上で位置決めされたワーク３に対して砥石６を切り込ませる砥石ヘッド７と、前記ワーク固定台４上に位置決めされたワーク３を前記ワークテーブル２の往復動に同期して回転させる主軸ヘッド８とから構成されている。
【００１４】
前記ワークテーブル２は基台１に対して一軸テーブルを構成しており、リニアベアリングを介して前記基台１上に支承されると共に、駆動モータ１０とボールねじの組み合わせによって基台上を所定の送り速度で移動するようになっている。前記リニアベアリングは、前記基台１上に固定された軌道レール１１と、この軌道レール１１上を往復動自在に走行すると共に前記ワークテーブル２の底面に固定されたスライダ１２とから構成されており、ワークテーブル２に作用する荷重を総て負荷した状態で該ワークテーブル２を軌道レール１１に沿って軽快に案内する。また、前記ボールねじのねじ軸１３はリニアベアリングの軌道レール１１と平行に基台１の全長にわたって設けられており、その一端にはカップリング１４を介して駆動モータ１０が接続されると共に、図３に示すようにワークテーブル２を貫通している。一方、ボールねじのナット部材１５はワークテーブル２に固定され、前記ねじ軸１３に螺合している。これにより、前記駆動モータ１０によってねじ軸１３に回転をあたえると、その回転速度及び回転量に応じた送り速度及び送り量がワークテーブル２に与えられる。
【００１５】
また、前記ワーク固定台４はワークテーブル２の上部に該ワークテーブル２と一体的に設けられており、このワーク固定台４の頂面にはワークテーブル２の移動方向に沿ってワーク位置決め溝４０が形成されている。このワーク位置決め溝４０は２つの基準面４１ａ，４１ｂを備えて断面Ｖ字状に形成されており、上方に向けて拡開している。従って、ワーク３をこのワーク位置決め溝４０内に置くと、丸軸であるワーク３の外周面が２つの基準面４１ａ，４１ｂと共に接触し、かかるワーク３が自重によってワーク位置決め溝４０内で係止され、その姿勢が保持されるようになっている。加えて、このワーク固定台４はワーク３の軸方向長さと同一か、むしろそれよりも長く形成されており、位置決め溝４０にセットしたワーク３をその全長にわたって支えることができるようになっている。
【００１６】
一方、前記基台１にはワークテーブル２の移動範囲の略中央付近にコラム１６が立設されており、前記砥石送りテーブル５はこのコラム１６との間で一軸テーブルを構成し、基台１に対して昇降自在に設けられている。前述のワークテーブル２と同様、この砥石送りテーブル５の昇降にもリニアベアリングが用いられており、軌道レール５０がコラム１６の側面に鉛直方向に沿って配設される一方、かかる軌道レール５０に沿って走行するスライダ５１は砥石送りテーブル５の側面に固定されている。また、図には示されていないが、この砥石送りテーブル５の昇降駆動は昇降モータとボールねじの組み合わせによって行われており、昇降モータの回転速度と回転量とを制御することで、砥石６のワーク３に対する切り込みが調整されるようになっている。
【００１７】
また、前記砥石送りテーブル５上に設けられた砥石ヘッド７は、モータ内蔵のスピンドル７０と、このスピンドル７０を砥石送りテーブル５に固定するブラケット７１とから構成されている。図４に示すように、前記スピンドル７０に保持された砥石６はワーク位置決め溝４０内に係止されたワーク３に対し、鉛直上方からアプローチして研削加工を行う。このとき、砥石６とワーク３とが接触する加工点Ｘはワーク３の軸芯に対して鉛直上方に位置する。前記ブラケット７１はこのような砥石６とワーク３との位置関係を保つようにスピンドル７０を保持している。
【００１８】
更に、図２に明示されているように、砥石送りテーブル５のテーブル面には円弧状に延びる一対の長孔５２が形成されており、前記ブラケット７１はこれら長孔５２を貫通する調整ボルト５３によって砥石送りテーブル５に固定されている。従って、調整ボルト５３を緩めた状態では、ブラケット７１を砥石送りテーブル５のテーブル面に沿って円弧状に旋回させることができ、これによってスピンドル７０に装着された砥石６とワーク３の交差角を自在に調整し得るようになっている。これは、ワーク３に形成するねじ溝のリード角に合致させて、砥石６の周方向をワーク３の軸芯に対して傾斜させ、リード角の異なる種々のねじ溝を研削できるようにするためである。前記長孔５２はワーク３に対する砥石６の加工点Ｘを中心とする円弧状に形成されており、スピンドル７０及びブラケット７１は加工点Ｘを鉛直に貫く軸を中心として砥石送りテーブル５上を旋回する。このため、ブラケット７１を旋回させて砥石６とワーク３の交差角を調整しても、ワーク３に対する砥石６の加工点Ｘは図４に示す状態から崩れることはなく、常に加工点はワーク３の軸芯の鉛直上方に位置している。
【００１９】
前記長孔５２は砥石６を保持しているスピンドル７０の主軸を９０°旋回させる範囲で形成されている。すなわち、長孔５２の一方の端部にまでブラケット７１を旋回させた状態では、スピンドル７０の主軸がワーク３の軸芯と完全に平行となる一方、長孔５２の他方の端部にまでブラケット７１を旋回させた状態では、図５に示すように、スピンドル７０の主軸がワーク３の軸芯と直交する。前者の如く砥石ヘッド７の姿勢を設定した場合には、ワーク３の外周面に対して周方向に平行な溝を研削することが可能であると共に、ワーク３の外周面の円筒研削を行うことが可能である。また、後者の如く砥石ヘッド７の姿勢を設定した場合には、ワーク３の外周面に対して軸芯方向と平行な溝を研削することが可能となる。従って、このねじ研削盤は、ねじ溝の研削に限らず、種々の用途に使用することができるものである。
【００２０】
また更に、上記主軸ヘッド８はワークテーブル２上でワーク３に回転を与えるべく、かかるワークテーブル２に搭載されており、基台１上におけるワークテーブル２の往復動に同期した回転速度でワーク３を回転させる同期モータ８０と、ワーク位置決め溝４０の長手方向の端部から突出したワーク３の軸端を支承するサポートベアリング８１と、このサポートベアリング８１に支承されたワーク３の軸端を前記同期モータ８０の出力軸に連結するカップリング８２とから構成されている。サポートベアリング８１がワーク位置決め溝４０内におけるワーク３の位置決め状態に影響を及ぼすのを防止するため、かかるサポートベアリング８１はその回転中心を位置決め溝４０内のワーク３の軸芯に合致させる芯高さ調整機構（図示せず）を介してワークテーブル２に保持されている。このことは、ワークテーブル２上におけるワーク３の位置決めが、ワーク３の軸芯と垂直な方向に関しては総てワーク位置決め溝４０を構成する２つの基準面４１ａ，４１ｂによって行われることを明確にしている。
【００２１】
一方、ワーク位置決め溝４０内におけるワーク３の軸芯方向に関する位置決めを確実なものとするため、前記カップリング８２としては、外力によって軸方向長さが変化しない剛性の高いカップリングを使用している。例えば、リジッドカップリング等である。これにより、ワーク位置決め溝４０内においてワーク３をその軸芯方向についても確実に位置決めすることができる。
【００２２】
また、主軸ヘッド８と反対側のワークテーブル２の端部には砥石形状を整えるロータリドレッサ９が設けられている。このロータリドレッサ９もその回転軸芯をワーク３の軸芯に対して自在に交差させ得るように構成されており、ロータリドレッサ９の回転軸芯と砥石６の軸芯とを予め平行に設定しておくことで、ワーク３の研削作業の合間に砥石６の形状を容易に修正することができる。
【００２３】
そして、以上のように構成された本実施例のねじ研削盤においては、その使用に先立ち、先ずは、ねじ軸の素材となる丸軸のワーク３をセンタレス研削盤等で所定の外径に研削すると共に、軸端に対して必要とされる端末加工、例えばカップリングを装着するためのキー溝加工や、サポートベアリングを装着するためのジャーナル部の加工等を行う。これは、ワーク３をワーク固定台４の位置決め溝４０にセットした際に、かかるワーク３を所定の精度で位置決めするためである。例えば、外径が所定の真円度でで仕上げられていないワークや、軸端が設計に基づいて所定の長さに加工されていないワークをワーク位置決め溝４０にセットした場合には、ワーク３の軸芯位置が定まらず、また、ワーク３の軸方向の基準位置も定まらないので、ねじ溝を所定の寸法精度で高精度に研削加工することは不可能である。
【００２４】
次に、このような外径研削及び端末加工がなされたワーク３をワーク固定台４の位置決め溝４０にセットする。このとき、ワーク３には端末加工が終了していることから、主軸ヘッド８のサポートベアリング８１やカップリング８２をワーク３の軸端に対して簡単に装着することができ、ワーク固定台４上におけるワーク３の回転を容易に行うことが可能となる。また、ワーク３は所定の外径寸法に仕上げられていることから、このワーク３をＶ字状の位置決め溝４０にセットした際には、ワーク固定台４上におけるワーク３の軸芯の位置が明確となり、砥石６を用いたねじ溝の研削加工において該砥石６の送り量等を正確に決定することができる。
【００２５】
図４に示したように、本実施例のねじ研削盤においては、砥石６が位置決め溝４０にセットしたワーク３に対して鉛直上方から切り込んでいくため、ワーク３に対しては研削抵抗として砥石６の接線方向における主分力Ｆ１、ワーク３を位置決め溝４０に対して鉛直下方へ押し付ける背分力Ｆ２が作用する。しかし、ワーク３をセットしているワーク固定台４はワーク３の軸方向長さと同一か、むしろそれよりも長く形成されており、ワークは位置決め溝を構成する２つの基準面によって下方から係止されているので、研削抵抗に対してワークを確実に支えることができる。このため、研削加工の進行中に前記研削抵抗によってワークに撓みが生じることはなく、ねじ溝をワークに対して高精度で形成することが可能となる。
【００２６】
また、図４に示すように、研削抵抗の主分力、背分力のベクトルを合成した方向が鉛直下方に対して角度θだけ傾斜している点からすれば、前記研削抵抗に抗してワーク３を確実に支えるためには、ワーク位置決め溝４０のＶ字状断面を二分する中心線が鉛直下方に対して角度θだけ傾斜しているのが好ましい。このようにワーク位置決め溝４０のＶ字状断面を形成すれば、一対の基準面４１ａ，４１ｂがワーク３を均等に支えるので、研削加工中に生じる研削抵抗がワーク３をワーク位置決め溝４０内に確実に押し付ける結果を生み、それによってワーク３の位置決め精度を向上させることが可能となる。
【００２７】
更に、本発明では、ワーク３をワーク位置決め溝４０内に押し付けると共にこの溝内で回転さながらながらねじ溝の研削加工を行っているため、ワーク３とワーク固定台４との間に作用する摩擦力を軽減する必要がある。従って、研削加工時に使用するクーラント液としては潤滑性に優れたもの、例えば、ソリュブルタイプの水溶性クーラント液や、研削加工にはあまり使用されていないが、エマルジョンタイプの水溶性クーラント液を使用するのが好ましい。また、油性のクーラント液を用いることも考慮し得る。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明のねじ研削盤によれば、ワーク位置決め溝を備えたワーク固定台が研削抵抗に抗してねじ軸を下方から均一に支えることができ、研削加工の進行中にねじ軸が撓むことはなく、また、ワーク位置決め溝は断面Ｖ字状に形成されているので、かかる溝内にねじ軸をセットするに当たっては、該ねじ軸を予め所定の外径寸法に仕上げてさえあれば、ワーク位置決め溝内におけるねじ軸の軸芯位置を正確に把握することができるので、ねじ溝を研削加工するに当たり、研削抵抗に抗してねじ軸の真直度を維持することが可能であり、しかも従来の振れり止めのような面倒な調整が不要であり、ねじ溝を高精度に研削加工することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したねじ研削盤の実施例を示す正面図である。
【図２】図１に示したねじ研削盤の平面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】ワーク位置決め溝にセットされたワークと砥石との位置関係を示す拡大図である。
【図５】砥石の回転軸がワークの軸芯と直交するように砥石ヘッドの配設位置を調整した状態を示す平面図である。
【符号の説明】
１…基台、２…ワークテーブル、３…ワーク（ねじ軸）、４…ワーク固定台、５…砥石送りテーブル、６…砥石、７…砥石ヘッド、８…主軸ヘッド、４０…ワーク位置決め溝

Claims

円筒状ワークの外周面に対してねじ溝の研削加工を行うねじ研削盤であって、
基台と、この基台上を往復動自在に設けられたワークテーブルと、このワークテーブル上に設けられ、かかるワークテーブルの移動方向に沿って延びると共に上方に向けて拡開する断面Ｖ字状のワーク位置決め溝を備えたワーク固定台と、前記基台に対して昇降自在に設けられた砥石送りテーブルと、この砥石送りテーブル上に設けられると共に前記ワーク位置決め溝にセットされたワークに対して砥石を鉛直上方から切り込ませる砥石ヘッドと、前記ワーク位置決め溝にセットされたワークを前記ワークテーブルの往復動に同期して回転させる主軸ヘッドとから構成されることを特徴とするねじ研削盤。
前記ワークと砥石とが接する加工点は、ワークの中心軸に対して鉛直上方に位置していることを特徴とする請求項１記載のねじ研削盤。
前記ワーク位置決め溝のＶ字状断面を二分する中心線は、ワークの研削加工時に該ワークに対して作用する加工合力と平行であることを特徴とする請求項１記載のねじ研削盤。
前記主軸ヘッドは、その回転中心をワーク位置決め溝にセットされたワークの軸心と合致させる芯高さ調整機構を備えていることを特徴とする請求項１記載のねじ研削盤。
前記主軸ヘッドは、ワークの軸端に対して予め加工された回転支持部に嵌合するサポートベアリングを備えると共に、ワークに対して回転駆動力を伝達するカップリングを備えていることを特徴とする請求項４記載のねじ研削盤。
前記砥石ヘッドは、砥石軸とワーク軸芯との交差角を適宜変更可能な旋回機構を介して、砥石送りテーブルに結合されていることを特徴とする請求項１記載のねじ研削盤。