JP2009050927A

JP2009050927A - 研削装置

Info

Publication number: JP2009050927A
Application number: JP2007217823A
Authority: JP
Inventors: Yasuyuki Wakita; 恭之脇田
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2007-08-24
Filing date: 2007-08-24
Publication date: 2009-03-12

Abstract

【課題】研削完了後の過剰研削を小さくできる研削装置を提供する。
【解決手段】電動機10により回転させられる砥石軸5が、制御型アキシアル磁気軸受6および制御型ラジアル磁気軸受7,8によりケーシング4に対し軸方向および径方向の浮上目標位置に非接触支持され、外周面に研削面Sが形成された研削砥石Gが、砥石軸5のケーシング4より突出した部分に取り付けられている。ケーシング4を軸方向に位置決めした後、ケーシング4を径方向の切り込み方向に移動させて、ワークWの被研削部の研削を行い、研削完了後に、ケーシング4を反切り込み方向に移動させる。研削完了後に、ラジアル磁気軸受7,8の切り込み・反切り込み方向の浮上目標位置を研削時より反切り込み方向に変更するとともに、ケーシング4を反切り込み方向に高速で移動させる。
【選択図】図２

Description

この発明は、砥石軸に取り付けられた研削砥石の外周面の研削面で被加工物を研削する研削砥石に関し、とくに、外周面に中高研削面が形成された研削砥石により、たとえば玉軸受の内輪の内周の円筒面や外輪の内周面に形成された軌道みぞなど、被加工物の円筒面状周面の被研削部を研削するのに適した研削装置に関する。

玉軸受の内輪の内周面や外輪の内周面に形成された軌道みぞを仕上げ研削する研削装置として、内面研削盤が知られている。

通常の内面研削盤では、ケーシングに回転支持された砥石軸に、外周面に研削面が形成された研削砥石が取り付けられる。内輪の内周面など、円筒面を研削する場合は、研削面は円筒面状であり、外輪の内周面などのみぞを研削する場合は、研削面は中高状である。

このような従来の内面研削盤では、研削砥石が装着される砥石軸をスピンドル装置のケーシングに回転支持するための軸受として、接触型の転がり軸受が使用されていた（たとえば特許文献１、２参照）。

また、砥石軸をケーシングに対して磁気軸受で非接触支持するものも提案されている（特許文献３、４参照）。
特開２００１−１５９４２１号公報特開昭５７−２７６６０号公報特開平７−２４６０１号公報特開平１０−４４０３２号公報

内面研削盤を用いて研削を行う場合、ワーク（被加工物）をチャックなどの適当な把持装置で把持した状態で回転させ、ケーシングを砥石軸の軸方向に位置決めした後、ケーシングを砥石軸の径方向の切り込み方向に移動させ、砥石をワークに接触させて、被研削部を研削し、研削完了後に、ケーシングを反切り込み方向に移動させて、砥石をワークから離す。

砥石は、砥石軸の一端部に片持ち支持されているため、ケーシングを切り込み方向に移動させて、研削を行っているときは、砥石軸の砥石の部分は反切り込み方向に撓む（弾性変形する）。そして、研削が完了して、ケーシングが停止し、反切り込み方向に移動するときに、砥石軸の撓みが回復することにより、砥石はワークと接触を続け、ワークが過剰に研削されて、加工精度が悪くなる。

これを解決するため、研削完了後に、ケーシングを反切り込み方向に高速で移動させることが考えられる。しかし、そのようにしても、過剰研削を小さくすることはできない。たとえば、研削完了時の砥石軸の砥石の部分の撓みが５μｍで、研削完了後の反切り込み方向への高速移動（早送り）速度が３０ｍｍ／ｓｅｃとすると、撓み分（５μｍ）移動するのに、約１０ｍｓｅｃかかり、その間に過剰研削が起こる。

この発明の目的は、上記の問題を解決し、研削完了後の過剰研削を小さくできる研削装置を提供することにある。

第１の発明による研削装置は、電動機により回転させられる砥石軸が、制御型アキシアル磁気軸受および制御型ラジアル磁気軸受によりケーシングに対し軸方向および径方向の浮上目標位置に非接触支持され、外周面に研削面が形成された研削砥石が、砥石軸のケーシングより突出した部分に取り付けられ、被加工物に対してケーシングを相対的に移動させることにより、被加工物の被研削部を研削する研削装置であって、ケーシングを軸方向に位置決めした後、ケーシングを径方向の切り込み方向に移動させて、被研削部の研削を行い、研削完了後に、ケーシングを反切り込み方向に移動させるようになされた研削装置において、研削完了後に、ラジアル磁気軸受の切り込み・反切り込み方向の浮上目標位置を研削時より反切り込み方向に変更するとともに、ケーシングを反切り込み方向に高速で移動させるようになされていることを特徴とするものである。

研削完了後に、ラジアル磁気軸受の切り込み・反切り込み方向の浮上目標位置を研削時より反切り込み方向に変更することにより、砥石軸および砥石は、ケーシングに対して反切り込み方向に直ちに移動する。このため、砥石軸および砥石は、ケーシングが被加工物から反切り込み方向に離れる速度より大きい速度で被加工物から離れることになり、砥石軸の撓みが回復することによって砥石が被加工物と接触している時間が従来よりも短くなる。その結果、過剰研削が従来より小さくなる。

この発明の研削装置において、たとえば、ラジアル磁気軸受が２組設けられており、少なくとも、研削砥石側のラジアル磁気軸受切り込み方向について、研削完了後に、浮上目標位置を反切り込み方向に変更する。

この発明の研削装置において、たとえば、砥石軸の軸方向および径方向の可動範囲を規制して砥石軸を磁気軸受で支持していないときに砥石軸を機械的に支持する２組のタッチダウン軸受が設けられており、切り込み・反切り込み方向について、研削時の浮上目標位置が、可動範囲の中心位置より切り込み方向側であり、研削完了後の浮上目標位置が、上記中心位置より反切り込み方向側である。

このようにすれば、研削完了後の砥石軸の浮上目標位置の変更量を大きくして、砥石が被加工物から離れる速度を大きくすることができ、過剰研削をさらに小さくすることができる。

好ましくは、研削中の浮上目標位置と研削完了後の浮上目標位置は、可動範囲の中心に対して対称位置にある。このようにすれば、研削完了後の砥石軸の浮上目標位置の変更量を最大にして、砥石が被加工物から離れる速度を最大にすることができ、過剰研削を最も小さくすることができる。

この発明の研削装置によれば、上記のように、研削完了後の過剰研削を小さくすることができる。

以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。

図１は研削装置の主要部である磁気軸受スピンドルユニットの部分を示す平面図、図２はその拡大断面図、図３は図２のIII−III線の断面図、図４はスピンドルユニットの電気的構成の主要部を示すブロック図である。図１および図２の紙面表側が上、紙面裏側が下、同図の上側が奥側、下側が前側、同図の左側が砥石側、右側が反砥石側である。また、図３の上下が上下、右側が奥側、左側が前側である。

詳細な図示は省略したが、スピンドルユニット(1)は、砥石側・反砥石側方向駆動装置(2)により砥石側・反砥石側方向に、奥前方向駆動装置(3)により奥前方向に別個に移動させられ、所望の位置に位置決めされる。スピンドルユニット(1)の砥石側・反砥石側方向および奥前方向の移動および位置決めは、たとえば、図示しない公知の数値制御装置により制御される。

スピンドルユニット(1)は、水平なケーシング(4)の内側で水平な砥石軸(5)が回転する横型のものであり、砥石軸(5)の向きが砥石側・反砥石側方向となるように配置されている。

砥石軸(5)の軸方向（アキシアル方向）すなわち砥石側・反砥石側方向の制御軸（アキシアル制御軸）をＺ軸、Ｚ軸と直交するとともに互いに直交する２つの径方向（ラジアル方向）の制御軸（ラジアル制御軸）のうち、奥前方向の制御軸をＸ軸、上下方向の制御軸をＹ軸とする。また、Ｚ軸の正側を砥石側、Ｘ軸の正側を奥側、Ｙ軸の正側を上側とする。

スピンドルユニット(1)には、砥石軸(5)を軸方向に非接触支持する１組の制御型アキシアル磁気軸受(6)、砥石軸(5)を径方向に非接触支持する砥石側・反砥石側２組の制御型ラジアル磁気軸受(7)(8)、砥石軸(5)の軸方向および径方向の変位を検出するための変位検出部(9)、砥石軸(5)を高速回転させるためのビルトイン型電動機(10)、砥石軸(5)の回転数を検出するための回転センサ(11)、ならびに砥石軸(5)の軸方向および径方向の可動範囲を規制して砥石軸(5)を磁気軸受(6)(7)(8)で支持していないときに砥石軸(5)を機械的に支持する砥石側・反砥石側２組のタッチダウン軸受(12)(13)が設けられている。

スピンドルユニット(1)には、磁気軸受(6)(7)(8)および電動機(10)を制御するためのコントローラ(14)がケーブルを介して電気的に接続されており、スピンドルユニット(1)とコントローラ(14)により、ケーシング(4)に対して砥石軸(5)を非接触支持して回転させる磁気軸受装置が構成されている。

コントローラ(14)には、センサ回路(15)(16)、電磁石駆動回路(17)、インバータ(18)およびＤＳＰボード(19)が設けられ、ＤＳＰボード(19)には、ソフトウェアプログラムが可能なディジタル処理手段としてのＤＳＰ(20)、ＲＯＭ(21)、不揮発性メモリとしてのＲＡＭ(22)、ＡＤ変換器(23)(24)およびＤＡ変換器(25)(26)が設けられている。

変位検出部(9)は、砥石軸(5)の軸方向の変位を検出するための１個のアキシアル変位センサ(27)、および砥石軸(5)の径方向の変位を検出するための砥石側・反砥石側２組のラジアル変位センサユニット(28)(29)を備えている。

アキシアル磁気軸受(6)は、砥石軸(5)の中間部に一体に形成されたフランジ部(5a)をＺ軸方向の両側から挟むように配置された砥石側・反砥石側１対のアキシアル電磁石(30a)(30b)を備えている。アキシアル磁気軸受は、符号(30)で総称する。

アキシアル変位センサ(27)は、砥石軸(5)の反砥石側端面にＺ軸方向の反砥石側から対向するように配置され、該端面との距離（空隙）に比例する距離信号を出力する。

砥石側のラジアル磁気軸受(7)はアキシアル磁気軸受(6)の砥石側の接近した位置に、反砥石側のラジアル磁気軸受(8)はアキシアル磁気軸受(6)の反砥石側の離れた位置に配置されている。砥石側のラジアル磁気軸受(7)は、砥石軸(5)をＸ軸方向の両側から挟むように配置された奥前１対のラジアル電磁石(31a)(31b)、および砥石軸(5)をＹ軸方向の両側から挟むように配置された上下１対のラジアル電磁石(31c)(31d)を備えている。これらのラジアル電磁石は、符号(31)で総称する。同様に、反砥石側のラジアル磁気軸受(8)も、２対のラジアル電磁石(32a)(32b)(32c)(32d)を備えている。これらのラジアル電磁石も、符号(32)で総称する。

砥石側のラジアル変位センサユニット(28)は、砥石側のラジアル磁気軸受(7)のすぐ砥石側に配置されており、Ｘ軸方向の電磁石(31a)(31b)の近傍においてＸ軸方向の両側から砥石軸(5)を挟むように配置された奥前１対のラジアル変位センサ(33a)(33b)、およびＹ軸方向の電磁石(31c)(31d)の近傍においてＹ軸方向の両側から砥石軸(5)を挟むように配置された上下１対のラジアル変位センサ(33c)(33d)を備えている。これらのラジアル変位センサは、符号(33)で総称する。反砥石側のラジアル変位センサユニット(29)は、反砥石側のラジアル磁気軸受(8)のすぐ反砥石側に配置されており、同様に、２対のラジアル変位センサ(34a)(34b)(34c)(34d)を備えている。これらのラジアル変位センサも、符号(34)で総称する。各ラジアル変位センサ(33)(34)は、砥石軸(5)の外周面との距離に比例する距離信号を出力する。

電動機(10)は、アキシアル磁気軸受(6)と反砥石側のラジアル磁気軸受(8)との間に配置されており、ケーシング(4)側のステータ(10a)と、砥石軸(5)側のロータ(10b)とから構成されている。

電磁石(30)(31)(32)、変位センサ(27)(33)(34)および電動機(10)のステータ(10a)は、ケーシング(4)に固定されている。

タッチダウン軸受(12)(13)はアンギュラ玉軸受などの転がり軸受よりなり、各軸受(12)(13)の外輪がケーシング(4)に固定され、内輪が砥石軸(5)の周囲に所定の隙間をあけて配置されている。２組の軸受(12)(13)はいずれも径方向の支持が可能なものであり、少なくとも１組は軸方向の支持も可能なものである。

センサ回路(15)は、変位検出部(9)の各変位センサ(27)(33)(34)を駆動し、各変位センサの出力信号をＡＤ変換器(23)を介してＤＳＰ(20)に出力する。

センサ回路(16)は、回転センサ(11)を駆動し、回転センサ(11)の出力を砥石軸(5)の回転数に対応する回転数信号に変換し、これをＡＤ変換器(24)を介してＤＳＰ(20)に出力する。

ＤＳＰ(20)は、ＡＤ変換器(23)を介して入力する各変位センサ(27)(33)(34)の出力信号に基づいて、各磁気軸受(6)(7)(8)の各電磁石(30)(31)(32)に対する制御電流値を求め、一定の定常電流値に制御電流値を加えた励磁電流信号をＤＡ変換器(25)を介して電磁石駆動回路(17)に出力する。そして、駆動回路(17)は、ＤＳＰ(20)からの励磁電流信号に基づいて励磁電流を対応する磁気軸受(6)(7)(8)の電磁石(30)(31)(32)に供給し、これにより、砥石軸(5)が所定の浮上目標位置に非接触支持される。ＤＳＰ(20)は、また、回転センサ(11)からの回転数信号に基づいて、電動機(10)に対する回転数指令信号をＤＡ変換器(26)を介してインバータ(18)に出力し、インバータ(18)は、この信号に基づいて、電動機(10)の回転数を制御する。そして、その結果、砥石軸(5)が、磁気軸受(6)(7)(8)により目標位置に非接触支持された状態で、電動機(10)により高速回転させられる。

上記のスピンドルユニットでは、砥石側・反砥石側の各ラジアル磁気軸受(7)(8)において、Ｘ軸方向の浮上目標位置が変更できるようになっている。

砥石軸(5)の砥石側部分はケーシング(4)から砥石側に突出し、その先端部に研削砥石(G)が固定されるようになっている。

玉軸受の外輪内周面の軌道みぞなど、ワーク(W)の内周面に形成された被研削部であるみぞ(R)を研削する場合、砥石軸(5)には、外周面に断面が曲線の中高研削面(S)が形成された研削砥石(G)が取り付けられる。

上記の研削装置によって、図１のようなワーク(W)の内周面に形成されたみぞ(R)を研削する場合、ケーシング(4)をＺ軸方向に移動させて、砥石研削面(S)がみぞ(R)に対向する位置に位置決めし、その後、ケーシング(4)を所定の切込み速度でもってＸ軸正方向に移動させて、みぞ(R)の研削を行い、研削完了後に、ケーシング(4)をＸ軸負方向に移動させる。Ｘ軸方向が切込み・反切込み方向で、Ｘ軸正方向が切込み方向、Ｘ軸負方向が反切込み方向である。

また、上記の研削装置では、前記の過剰研削を極力小さくするために、研削完了後に、前後のラジアル磁気軸受(7)(8)のＸ軸方向の浮上目標位置を研削時より反切込み方向に変更するとともに、ケーシング(4)を反切込み方向に高速で移動させるようになっている。

研削完了後に、砥石側・反砥石側のラジアル磁気軸受(7)(8)のＸ軸方向の浮上目標位置を研削時より反切り込み方向に変更することにより、砥石軸(5)および砥石(G)は、ケーシング(4)に対して反切り込み方向に移動する。このため、砥石軸(5)および砥石(G)は、ケーシング(4)がワーク(W)から反切り込み方向に離れる速度より大きい速度でワーク(W)から離れることになり、砥石軸(5)の撓みが回復することによって砥石(G)がワーク(W)と接触している時間が従来よりも短くなる。その結果、過剰研削が従来より小さくなる。

切込み速度は、ワーク(W)などの条件を考慮して、適宜決定される。研削完了後のケーシング(4)の反切込み方向への高速移動速度は、研削装置の早送り速度、好ましくは、研削装置で可能な最高速度とする。たとえば、３０ｍｍ／ｓｅｃとする。

たとえば、研削時のＸ軸方向の浮上目標位置は、タッチダウン軸受(12)(13)により規制される可動範囲の中心位置とし、研削完了後の浮上目標位置は、上記可動範囲の中心位置より反切込み側とする。この場合、浮上目標位置の変更量は、たとえば、５０μｍである。

好ましくは、研削時の浮上目標位置は、上記可動範囲の中心位置より切込み方向側とし、研削完了後の浮上目標位置は、上記可動範囲の中心位置より反切込み方向側とする。

このようにすれば、研削完了後の砥石軸(5)の浮上目標位置の変更量を大きくして、砥石(G)がワーク(W)から離れる速度を大きくすることができ、過剰研削をさらに小さくすることができる。

この場合、さらに好ましくは、研削中の浮上目標位置と研削完了後の浮上目標位置は、上記可動範囲の中心に対して対称位置にある。この場合、浮上目標位置の変更量は、たとえば、１００μｍである。

このようにすれば、研削完了後の砥石軸(5)の浮上目標位置の変更量を最大にして、砥石(G)がワーク(W)から離れる速度を最大にすることができ、過剰研削を最も小さくすることができる。

上記の例では、砥石側・反砥石側の２組のラジアル磁気軸受(7)(8)の両方について、Ｘ軸方向の浮上目標位置の変更を行っているが、砥石(G)に近い砥石側のラジアル磁気軸受(7)についてのみ、Ｘ軸方向の浮上目標位置の変更を行うようにしてもよい。

上記の研削装置は、ワークの外周面に形成されたみぞを研削することもできる。また、外周面に円筒面状の研削面が形成された研削砥石を用いて、ワークの内周面、外周面、その他の面を研削することもできる。

研削装置およびそれを構成する磁気軸受装置の全体構成あるいは各部の構成は、上記実施形態のものに限らず、適宜変更可能である。

図１は、この発明の実施形態を示す研削装置の主要部の平面図である。図２は、図１の研削装置を同じ方向から見た拡大縦断面図である。図３は、図２のIII−III線に沿う拡大断面図（横断面図）である。図４は、図２の研削装置の電気的構成の主要部を示すブロック図である。

符号の説明

(4) ケーシング
(5) 砥石軸
(6) アキシアル磁気軸受
(7)(8) ラジアル磁気軸受
(10) 電動機
(12)(13) タッチダウン軸受
(G) 研削砥石
(S) 研削面
(W) ワーク
(R) みぞ

Claims

電動機により回転させられる砥石軸が、制御型アキシアル磁気軸受および制御型ラジアル磁気軸受によりケーシングに対し軸方向および径方向の浮上目標位置に非接触支持され、外周面に研削面が形成された研削砥石が、砥石軸のケーシングより突出した部分に取り付けられ、被加工物に対してケーシングを相対的に移動させることにより、被加工物の被研削部を研削する研削装置であって、ケーシングを軸方向に位置決めした後、ケーシングを径方向の切込み方向に移動させて、被研削部の研削を行い、研削完了後に、ケーシングを反切込み方向に移動させるようになされた研削装置において、
研削完了後に、ラジアル磁気軸受の切込み・反切込み方向の浮上目標位置を研削時より反切込み方向に変更するとともに、ケーシングを反切込み方向に高速で移動させるようになされていることを特徴とする研削装置。
ラジアル磁気軸受が２組設けられており、少なくとも、研削砥石側のラジアル磁気軸受切込み方向について、研削完了後に、浮上目標位置を反切込み方向に変更することを特徴とする請求項１の研削装置。
砥石軸の軸方向および径方向の可動範囲を規制して砥石軸を磁気軸受で支持していないときに砥石軸を機械的に支持する２組のタッチダウン軸受が設けられており、切込み・反切込み方向について、研削時の浮上目標位置が、可動範囲の中心位置より切込み方向側であり、研削完了後の浮上目標位置が、上記中心位置より反切込み方向側であることを特徴とする請求項１または２の研削装置。