JP2005074580A - 研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 流体ジェットを吐出するノズルの配置や吐出口形状を最適化して砥石の外周面に連れ回る砥石随伴空気層を確実に遮断し、クーラントを確実に砥石車の外周面に着水させるとともに研削点へ供給する。
【解決手段】 クーラント３３を供給しながら外周面に砥石層１６を有する円盤状の回転する砥石車Gにより工作物Wを研削する研削装置が、前記砥石車Gの外周面Ｇａにクーラント３３を供給するクーラントノズル３２と前記クーラントノズル３２の前記砥石車Ｇの回転方向における上流側に位置し前記砥石車Ｇの一側面側から他側面側の方向に向かって流体ジェット４２を噴出する流体ノズル４１とを備え、前記流体ノズル４１は、その先端の吐出口４１ａが前記砥石車Ｇの径方向に長く延びる形状をなすとともに、その長辺の長さＣが前記クーラントノズルの先端と前記砥石車の外周面の最短距離Ａと前記砥石層の厚さＣとを加えた長さ以上となるように形成した。
【選択図】 図３

Description

本発明は、クーラントを供給して回転する砥石車により工作物を研削する研削装置に関するものである。

クーラントを供給して高速で回転する砥石車により工作物を研削する研削装置において、クーラントを研削点に供給するための方法として、例えば、以下に示す従来技術がある。

まず、第一の従来技術は、砥石車Ｇと工作物Ｗとの接触点である研削点付近にノズル１００からクーラントを供給する図６に示す研削点ノズル方式である。

また、第二の従来技術は、研削点よりも上流側でノズル２００の噴出口を砥石車Ｇの外周面に直角に対向させ、クーラントを砥石車Ｇの外周面に直角に噴き付けて研削点にクーラントを導く図７に示す直角ノズル方式である。

なお、上述した従来技術を開示したものとして、例えば、特開２０００−１０８０３２号公報がある。
特開２０００−１０８０３２号公報

さて、通常クーラントを供給するノズルは、工作物や工作物を機内外に搬入出する装置、研削途中や研削終了後に工作物の外径等の寸法を測定するための定寸装置等との干渉を避けるために砥石車の外周面より離れた位置に配設されている。従って、砥石車の外周面より離れた位置に配設された上述の研削点ノズル方式や直角ノズル方式によってクーラントを研削点に確実に供給するためには、高圧で且つ大きな容量のクーラントを砥石車の外周面より離れた位置から噴出させ、噴出させたクーラントが砥石車の外周面に連れ回る随伴空気層に打ち勝って強制的に目標とする部位に到達されるようにする必要がある。

しかしながら、大容量のクーラントを使用する場合は、高圧ポンプやクーラントタンクが大型化して設備コストが高くなり、また、クーラント消費量、使用電力等が多くなり、維持管理コストがアップするなどの不具合があった。また、高圧で大容量のクーラントを砥石に噴出した場合には、砥石を回転させる砥石軸モータの負荷動力を増大させてしまうという問題があった。

従って、近年では、少量のクーラントでも研削点に確実にクーラントが供給される研削装置の研究が進められている。

そこで、本願出願人は、研削点の砥石車の回転方向上流側において砥石車に随伴する空気層を遮断すれば、上記従来技術の問題点を解決することができるとの知見に基づき、特願２００２−５５０４６号の発明に至った。この先願発明では、研削点より砥石車の回転方向の上流側位置で、流体ジェットを砥石車の研削面に沿って一側面側から他側面側に向かって横断するように吹き付けるようにした。これにより、砥石車に随伴する空気層を遮断し、クーラントを確実に砥石車の外周面に着水させるとともに研削点に供給することができる。

この先願発明においては、クーラントが砥石車の外周面に着水する着水点と、流体ジェットによって砥石車の随伴空気層を遮断した遮断位置との間に、少流量のクーラントが供給される。しかしながら、図８の（ａ）、（ｂ）に示すように、流体ジェットを吐出するノズル３００の配置やその吐出口形状によっては砥石Ｇの外周面に随伴する砥石随伴空気層３１０が流体ジェットによっても遮断されず、クーラントの着水点Ｇｄの上流側へ回り込んでクーラントノズル３２０から供給されたクーラント３３０を吹き飛ばし、クーラント３３０が砥石車Ｇの外周面Ｇｄに着水されない。この傾向はクーラントの流量が少ないほど顕著である。

本発明は、上述した課題を達成するためになされたもので、流体ジェットを吐出するノズルの配置や吐出口形状を最適化して砥石の外周面に連れ回る砥石随伴空気層を確実に遮断し、クーラントを確実に砥石車の外周面に着水させるとともに研削点へ供給するものである。

請求項１に係る発明は、クーラントを供給しながら外周面に砥石層を有する円盤状の回転する砥石車により工作物を研削する研削装置が、前記砥石車の外周面にクーラントを供給するクーラントノズルと前記クーラントノズルの前記砥石車の回転方向における上流側に位置し前記砥石車の一側面側から他側面側の方向に向かって流体ジェットを噴出する流体ノズルとを備え、前記流体ノズルは、その先端の吐出口が前記砥石車の径方向に長く延びる形状をなすとともに、その長辺の長さが前記クーラントノズルの先端と前記砥石車の外周面の最短距離と前記砥石層の厚さとを加えた長さ以上となるように形成されていることを特徴とするものである。

請求項２に係る発明は、前記流体ノズルが前記砥石車の回転軸線方向から見て外径側では該クーラントノズルの先端を内径側では前記砥石層の最内周側をそれぞれ径方向にオーバーラップしていることを特徴とするものである。

請求項３に係る発明は、前記流体ノズルの最内径側部分は、前記クーラントノズルから供給されるクーラントが前記砥石車の外周面に着水される着水点から２０ミリメートル以上５０ミリメートル以下の高さに位置することを特徴とするものである。

請求項４に係る発明は、前記流体ノズルと前記クーラントノズルとが一体で形成されていることを特徴とするものである。

請求項１に係る研削装置によれば、クーラントノズルが砥石車の外周面より離れた位置に配設されていても、流体ノズルの吐出口の形状を砥石車の径方向に長く延びる形状とし、また、その長辺の長さがクーラントノズルの先端と砥石車の外周面の最短距離と砥石層の厚さとを加えた長さ以上となるよう形成したので、その吐出口から噴出される流体ジェットによって砥石車の外側を連れ回る砥石随伴空気層が確実に遮断される。その結果、クーラントを研削車の外周面に確実に着水させることができるとともに研削点へ確実に供給することができる。

請求項２に係る研削装置によれば、流体ジェットによって吹き飛ばされた砥石随伴空気層がクーラントの着水点の上流側に回り込んでクーラントを吹き飛ばすといったことが防止され、クーラントを研削車の外周面により確実に着水させることができる。

請求項３に係る研削装置によれば、砥石随伴空気層をより確実に遮断することができ、クーラントを研削車の外周面により確実に着水させることができる。

請求項４に係る研削装置によれば、流体ノズルとクーラントノズルとを一体で形成したので、両ノズルの相対的な位置が変化することがなく、長期間安定したクーラント供給を行うことができる。

以下、本発明の実施形態に係る研削装置について図１及至図３に基づいて説明する。ベッド１０上には、砥石台１１が摺動可能に載置され、サーボモータ１２によりボールネジ機構を介してＸ軸方向に進退移動される。砥石台１１には、先端に砥石車Ｇが取り付けられた砥石軸１３が回転可能に軸承されモータ１３により回転駆動される。砥石車Ｇは鉄又はアルミニウム等の金属で成形された円盤状の基体１５の外周面に複数の砥石チップ１６が接着されて構成されているものである。なお、砥石チップ１６が砥石車Ｇの砥石層に相当するものである。

ベッド１０上にはテーブル１７が摺動可能に装架され、サーボモータ１４によりボールネジ機構１８を介してＸ軸と直角なＺ軸方向に移動される。

テーブル１７上には、工作物支持装置１９を構成する主軸台（図略）及び心押台２０が取り付けられ、工作物Ｗは主軸台と心押台２０との両センタ間に挟持され回転駆動される。

砥石台１１には砥石車Ｇを覆う砥石カバー３０が固定されており、この砥石カバー３０の上面には、クーラント供給装置３１のクーラントノズル３２が取り付けられている。クーラントノズル３２からのクーラント３３は、砥石車Ｇが工作物Ｗを研削加工する研削点Ｐの上流側に位置する砥石車Ｇの研削外周面Ｇａの着水点Ｇｄに向かって吐出される。

砥石カバー３０の側板３０ｂには、クーラント３３が砥石車Ｇの研削面Ｇａに着水する着水点Ｇｄよりわずかに砥石回転方向上流側位置に砥石車Ｇの一側面３４からの他側面３５に向かって流体ジェット４２を噴出して砥石車Ｇに連れ回る砥石随伴空気層３６を吹き飛ばすための流体ジェット噴出装置４０の流体ノズル４１が配設されている。流体ノズル４１の吐出口４１ａの形状は、砥石車Ｇの径方向に長く延びる長方形あるいは長円等であり、その長辺の長さＣは、クーラントノズル３２の先端と砥石車Ｇの外周面Ｇａとの最短距離をＡ、砥石チップ１６（砥石層）の厚さをＢとすると、Ｃ≧Ａ＋Ｂとなるように設定されている。そして、流体ノズル４１の吐出口４１ａは、砥石軸方向から見て、外径側ではクーラントノズル３２の先端を、内径側では砥石チップ１６の最内周側を、クーラントノズル３２の上流側でそれぞれ径方向にオーバーラップしている。なお、流体ジェット４２として使用される流体としては、エアの他、ミストやクーラント等でもよい。

砥石カバー３０の天井板３０aには遮風板３７が固定されている。遮風板３７には開口溝３８が形成され、開口溝３８の溝端縁３８aは、砥石車Ｇの研削外周面Ｇａに連れ回りする砥石随伴空気層３６を遮断するために、流体ジェット４２よりわずかに砥石回転方向上流側位置で、砥石車Ｇの外周面Ｇａと微小隙間を持って対向して砥石車Ｇの外周面Ｇａを横切る方向に延在している。開口溝３８の両側縁３８ｂ、３８ｃは砥石車Ｇの両側面３４、３５とわずかな隙間を持って夫々対向し研削点Ｐより下方位置まで延在している。なお、遮風板３７は溝端縁３８aと砥石Ｇの外周面との間の僅かな隙間を一定に保つために、研削加工や砥石車Ｇのドレッシングによる砥石径の減少に連れて自動的に位置補正されるように位置補正機構を介して砥石カバー３０に取り付けてもよい。

上記のように構成した研削装置において、砥石車Ｇの周速１２０メートル／秒、クーラント３３の流量が１５リットル／分、砥石車Ｇの外周面Ｇａとの最短距離Ａが約３０ミリメートルの条件で、流体ノズル４１の最内径側部分の着水点Ｇｄからの高さｈを変化させて、それぞれの研削点Ｐにおける動圧を測定した。なお、研削点Ｐにおける動圧は、砥石車Ｇと工作物Ｗとがわずかに離間した状態でクーラントを供給したときの、主軸台または心押台に設けられた力センサ（図略）による測定値とした。また、今回は流体ジェットとしてエアを用いた。

測定結果を図４に示す。図４のグラフに示されるように、着水点Ｇｄからの高さｈが２０ミリメートル以上で５０ミリメートル以下、特に４０ミリメートル以下で研削点Ｐにおける動圧が高いことが確認された。このことは、上記範囲内では研削点Ｐにクーラントが十分供給されていることを意味している。なお、着水点Ｇｄからの高さｈが２０ミリメートル以下の場合では、流体ジェットとクーラントとの距離が近すぎるために流体ジェットがクーラントを吹き飛ばしてしまい、研削点Ｐにクーラントが確実に供給されないために動圧が低下したものと考えられる。また、高さが５０ミリメートル以上の場合は、流体ジェットによって随伴空気層を遮断した箇所から研削点の間に新たに随伴空気層が発生し、クーラントノズルより供給されたクーラントを吹き飛ばしてしまい、研削点Ｐにクーラントが確実に供給されないために動圧が低下したものと考えられる。

従来では、砥石周速が１２０〜１６０メートル／秒の場合、毎分当りのクーラントの供給量は３０〜５０リットル必要であったのが、本発明の流体ノズル４１を用いることにより１５〜２５リットル程度に半減することができる。環境に配慮してワークに向けたクーラントの供給量を３００cc／min程度にし、且つ砥石外周面には微量の植物油等の潤滑油を供給するようにした所謂エコ研削が試用されてきつつある。このエコ研削の場合においても、本発明による流体ノズル４１を用いることにより、砥石外周面Ｇａに連れ回りされる随伴空気層３７により邪魔されることなくクーラントが工作物に、潤滑油が砥石外周面Ｇａに確実に供給される。

なお、本実施例においては、クーラントノズル３２と流体ノズル４１を別体としてそれぞれ設けた構成について説明したが、例えば、図５のようにクーラントノズル３２に流体ノズル４１を固定するための固定ブラケット５０を設け、クーラントノズル３２と流体ノズル４１とを一体にして形成するようにしてもよい。この場合は、両ノズルの相対的な位置が変化することがないので、長期間安定したクーラント供給を行うことができる。

本発明の実施形態に係る研削装置の一部断面にした側面図。 本発明の実施形態に係る研削装置の正面図。 本発明の実施形態に係る研削装置を側面からみた場合の部分図。 流体ノズルの最内径側部分の着水点Ｇｄからの高さに対する研削点Ｐにおける動圧の関係を示すグラフ。 クーラントノズルと流体ノズルとを一体にした場合を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図を示す。 研削点ノズル方式を示す図。 直角ノズル方式を示す図。 従来の研削装置を示す図。

符号の説明

１６…砥石チップ（砥石層）、３１…クーラント供給装置、３２、３２０…クーラントノズル、３３、３３０…クーラント、３６、３１０…砥石随伴空気層、４０…流体ジェット噴出装置、４１、３００…流体ノズル、４１ａ…吐出口、４２…流体ジェット、５０…固定ブラケット、Ａ…クーラントノズルの先端と砥石車の外周面との最短距離、Ｂ…砥石チップ（砥石層）の厚さ、Ｃ…吐出口の長辺の長さ、ｈ…流体ノズルの最内径側部分の着水点からの高さ、Ｇ…砥石車、Ｇａ…砥石車の外周面、Ｇｄ…着水点、Ｐ…研削点、Ｗ…工作物

Claims (4)

1. クーラントを供給しながら、外周面に砥石層を有する円盤状の回転する砥石車により工作物を研削する研削装置が、
   前記砥石車の外周面にクーラントを供給するクーラントノズルと、
   前記クーラントノズルの前記砥石車の回転方向における上流側に位置し、前記砥石車の一側面側から他側面側の方向に向かって流体ジェットを噴出する流体ノズルとを備え、
   前記流体ノズルは、その先端の吐出口が前記砥石車の径方向に長く延びる形状をなすとともに、その長辺の長さが前記クーラントノズルの先端と前記砥石車の外周面の最短距離と前記砥石層の厚さとを加えた長さ以上となるよう形成されていることを特徴とする研削装置。
2. 前記流体ノズルは、前記砥石車の回転軸線方向から見て、外径側では該クーラントノズルの先端を、内径側では前記砥石層の最内周側を、それぞれ径方向にオーバーラップしていることを特徴とする請求項１に記載の研削装置。
3. 前記流体ノズルの最内径側部分は、前記クーラントノズルから供給されるクーラントが前記砥石車の外周面に着水される着水点から２０ミリメートル以上５０ミリメートル以下の高さに位置することを特徴とする請求項１または２に記載の研削装置。
4. 前記流体ノズルと前記クーラントノズルとが一体で形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の研削装置。
   
   
   

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