JP2009291887A - 砥石及び研削盤 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の砥石面を有する砥石において、作用させたい一種類の砥石面で研削できる砥石及びかかる砥石を備えた研削盤を提供する。
【解決手段】研削盤２の砥石台２００に回転軸線Ｏ１回りに軸承された砥石軸２２１に装着され、回転駆動されることにより工作物Ｗの研削を行う砥石２１０において、前記回転軸線Ｏ１に対して研削作業面の傾斜角度が異なる複数の砥石層を有し、隣り合う各砥石層の間に間隙ｔが設けられていること。
【選択図】図２

Description

本発明は、粗研削、仕上げ研削等を行う複数の砥石層を備えた砥石及びかかる砥石を備えた研削盤に関するものである。

従来、工作物の円筒外面を研削するには、粗加工及び仕上げ加工を行うため、夫々の研削に必要な粗研削砥石と仕上げ研削砥石とを用意し、粗加工は粗研削砥石により仕上げ加工は仕上げ研削砥石により行っていた。しかし、研削工程毎に砥石を交換して研削することは、手間がかかり煩雑な作業となっていた。そこで、一つの砥石に複数種類の砥石層を形成して、粗研削、仕上げ研削を交換なしで行える砥石が考えられた。このような砥石を示す特許文献１によると、砥石の回転軸線の傾斜角度を変更することによって、複数の砥石層の中から工作物の被研削作業面に当たる一つの砥石層を選定して研削できるようにしたものである。そして、砥石面毎に異なる種類の砥石、例えば粗仕上げ用、中間仕上げ用、上仕上げ用の砥石で構成することにより、多様な精度の研削が可能となるというものである。
特開２００３−２９１０６９号公報

しかし、このような複数の砥石層を構成する砥石は、隣の砥石層の研削作業面も同時に作用して研削が行われてしまうため、一つの種類の砥石層で研削することが困難であるという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためその目的は、複数の砥石層を有する砥石において、作用させたい一種類の砥石層だけを使って研削できる砥石とその砥石を備えた研削盤を提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、研削盤の砥石台に回転軸線回りに軸承された砥石軸に装着され、回転駆動されることにより外周端面に形成された研削作業面によって工作物の研削を行う砥石において、

前記回転軸線に対して研削作業面の傾斜角度が異なる複数の砥石層を有し、隣り合う各砥石層の間に間隙が設けられていることである。

請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記複数の砥石層は、隣り合う砥石層の砥粒の種類が異なることである。

請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１又は２において、前記複数の砥石層のうち少なくとも一つは工作物を所望の表面粗さ精度に研削するための仕上げ砥石層であることである。

請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項３において、前記仕上げ砥石層以外の砥石層は、該仕上げ砥石層に比べて高い研削能率で研削するための粗砥石層であることである。

請求項５に係る発明の構成上の特徴は、請求項３又は４において、前記仕上げ砥石層は、前記回転軸線を含む断面において前記研削作業面と平行な方向の長さが一定になるように形成されていることである。

請求項６に係る発明の構成上の特徴は、前記請求項１乃至５のいずれか１項において、前記複数の砥石層が一つの砥石に形成されていることである。

請求項７に係る発明の構成上の特徴は、砥石台の砥石軸が、工作物の回転軸心に対して傾斜可能に設けられた研削盤であって、前記１乃至６のいずれか１項の砥石が、前記砥石軸に設けられていることである。

請求項１に係る発明において、複数の砥石層が形成されているので、砥石の回転軸線に対して砥石層の研削作業面の傾斜角度を変更することにより、使用を予定する一砥石層を工作物の被研削作業面に対応させて研削する。その際に、隣り合う砥石層の間に間隙が形成されているので、使用を予定しない隣りの砥石層の研削作業面が被研削作業面に接触して干渉することを防止することができる。

請求項２に係る発明によれば、使用が予定される一種類の砥石層の研削作業面だけを使って、所望の精度の研削を行うことができる。

請求項３に係る発明によれば、仕上げ砥石層による仕上げ加工に粗砥石層等が作用することないので、均一かつ高度な仕上げ面を形成することができる。

請求項４に係る発明によれば、研削能率の高い粗砥石層を仕上げ砥石層の他に設けることで、粗砥石層により高能率で研削し、仕上げ砥石層で所望の表面粗さ精度で仕上げるという工程を互いに干渉されることなく迅速に行うことができる。

請求項５に係る発明によれば、研削作業面が磨耗しても、該研削作業面と平行な方向の砥石層の長さが継続して一定なので、研削抵抗に変化が生じることなく、一定の研削条件で研削作業を行うことが可能となるので、容易かつ迅速に仕上げ面を形成することができる。

請求項６に係る発明によれば、複数の砥石層を有する砥石を一つのユニットとして扱えるので、取付けや取り外し等の生産上の取り扱いが容易な砥石とすることができ、生産効率の向上を図ることができる。

請求項７に係る発明によれば、砥石軸を工作物の回転軸心に対して傾斜させることによって、使用が予定される砥石層の研削面のみを工作物の被研削作業面に接触させて研削することができるので、使用を予定しない砥石層による工作物の被研削作業面の干渉を防止することが可能な研削盤を提供する。

以下、本発明の実施形態に係る砥石及びそれを使用した研削盤を図面に基づいて説明する。図１は研削盤の例を示し、図２は砥石としての砥石車２１０を示す正面図である。なお、図１において、上下をＸ方向及び左右をＺ方向とする。

研削盤２は、図略のコンピュータ数値制御装置（ＣＮＣ）により全体の駆動が制御されるものであり、研削盤２の本体と、図略の付属装置とから構成されている。主な付属装置は、オイル給油装置、冷却装置、エア供給装置、クーラント供給装置、切屑収集装置、及びこれらの装置を研削盤２本体と接続するダクト装置等からなっている。

研削盤２は、ベッド１０上に載置され、長尺状のワークＷを回転駆動可能に支持するワーク支持駆動ユニット１００と、ベッド１０上に装架されてＸ方向及びＺ方向の移動及び位置決めを行うＸステージ３０１及びＺステージ３０２と、Ｚステージ３０２上で所定の位置及び方向に載置されワークＷの研削加工に使用される砥石車（砥石）２１０を備えた砥石台２００とを有している。

ワーク支持駆動ユニット１００は、ベッド１０上に載置された主軸台ベース１０１に、左右の主軸台スライドガイド１０２を介してスライド可能に移動可能な左右の主軸台１０３を有し、主軸台１０３には、主軸１０５を所定の回転数で回転軸心ＯＯを中心に回転駆動する主軸駆動モータ１０４が搭載されている。各々左右の主軸台１０３は、左右独立にＺ方向にスライドして、ワークＷを所定の心間で挟持して、その位置を固定できる構成となっている。ワークＷは、主軸１０５の回転を図示しない回し金を介して回転駆動される。

砥石台２００は、砥石車２１０と、砥石車２１０を所定の回転速度で回転させる砥石駆動モータ２２０と、砥石駆動モータ２２０の回転を砥石車２１０に回転伝達するための砥石軸２２１を有して構成される。砥石車２１０は、図略のフランジ等で砥石軸２２１に固定されている。また、砥石駆動モータ２２０の取付部は砥石台２１０に対して回動可能に構成され、ワークＷの回転軸心ＯＯに対して砥石車２１０の回転中心軸（砥石軸２２１）Ｏ１の傾斜角度を変更できるようになっている。この傾斜角度の変更は、例えばサーボモータ（図略）からの回転駆動を複数の歯車から構成する歯車機構で減速させることで行うことができる。

研削盤２は、ワークＷを主軸１０５により所定の回転数で回転駆動させながら、砥石台２００をＸステージ３０１によりＸ方向に所定の切り込み量で切り込んで所謂プランジ研削を行い、また、Ｚステージ３０２によりＺ方向に所定の送り量で送り動作することで、所謂トラバース研削を行う。また、Ｘステージ３０１によりＸ方向に所定の切り込み量で切り込みつつ、Ｚステージ３０２によりＺ方向に所定の送り量で送り動作をすることで、所謂アンギュラ研削を行うことができる。

砥石車（砥石）２１０は、コア（ホイール）２１１とコアの外縁部に設けられた二種類の砥石層（粗砥石層２１２と仕上げ砥石層２１３と）から形成されている。ここで、二種類の砥石層２１２,２１３は、例えば使用される砥粒の径、砥粒の種類、結合度、ボンドの種類、気孔率等で種類が相違するものである。コア２１１と各砥石層２１２,２１３の間には、砥粒を含まず研削に寄与しない下地層２１４が形成されている。コア２１１は鉄或いはアルミ等の金属又は樹脂等で浅いカップ状に形成されている。コアの外縁部には円帯状の平らな外側貼着面２１１ａと内側貼着面２１１ｂとが形成され、これらの二つの貼着面２1１ａ,２１１ｂは、砥石車２１０の回転軸線Ｏ１に対して傾斜角が夫々相違するよう形成されている。

二つの砥石層２１２,２１３及び下地層２１４は、例えば、以下の方法で形成される。まず、粗砥石層２１２は、粗研削用にＣＢＮ等の砥粒の径や集中度が調整された超砥粒、ビトリファイドボンド及び骨材（以上を粗砥石層用粉体という）を成形型に配してプレス成型する。そして、プレスされた前記粗砥石層用粉体の上に、砥粒を含まない下地層用粉体を一定の層状に配してさらにプレスすることで、前記外側貼着面２１１ａに下地層側が対応した傾斜角を有する環状に成型する。そして、焼結によりビトリファイドボンドを一旦溶融させた後、硬化させてＣＢＮ砥粒等を含んだ粗砥石層部材（下地層を含む）として形成する。次に、粗砥石層部材の下地層側を接着剤で砥石車２１０の外側の貼着面２１１ａに貼り付ける。また、仕上げ砥石層２１３は、仕上げ研削用にＣＢＮ等の細かい砥粒が大きな集中度で調整され、同様に成形型にビトリファイドボンド及び骨材（以上を仕上げ砥石層用粉体という）とともに配してプレス成形する。プレスされた前記仕上げ砥石層用粉体の上に、砥粒を含まない下地層用粉体を一定の層状に配してさらにプレスする。この場合、プレスにより内側貼着面２１１ｂに下地層側が対応した傾斜角を有する環状に形成される。そして、焼結により仕上げ砥石層部材として形成され、接着剤で砥石車２１０の内側の貼着面２１１ｂに下地層側が貼り付けられる。そして、コア２１１の外縁部に粗砥石層２１２と仕上げ砥石層２１３の二つの砥石層を有するカップ状の砥石車２１０が形成される。粗砥石層２１２と仕上げ砥石層２１３との間に間隙ｔが設けられている。粗砥石層２１２は、砥石軸２２１の回転軸線Ｏ１に対して約６０度の傾斜角度を有するプランジ研削用研削作業面２１２ａと、プランジ研削用研削作業面２１２ａに略直角なトラバース研削用研削作業面２１２ｂを有しており、仕上げ砥石層２１３は、砥石軸２２１の回転軸線Ｏ１に対して約３０度の傾斜角度を有するプランジ研削用研削作業面２１３ａと、プランジ研削用研削作業面２１３ａに対して略直角なトラバース研削用研削作業面２１３ｂを有している（図３参照）。

このようにして製造された砥石車２１０は、図１に示す研削盤２の砥石台２００に回転軸線Ｏ１回りに回転駆動可能に軸承された砥石軸２２１にコア２１１において装着される。研削盤２のワーク支持駆動ユニット１００には工作物Ｗが回転駆動可能に支承され、砥石台２００のＸステージ３０１及びＺステージ３０２移動より砥石車２１０の砥石層２１２,２１３に形成された研削作業面が工作物Ｗに当接して工作物Ｗの外周面を研削加工するよう構成されている。

次に、上記のように構成された砥石車（砥石）２１０の作動について以下に説明する。砥石車２１０は、研削盤２の砥石台２００に軸承された砥石軸２２１にコア２１１で装着されて回転駆動され、工作物Ｗは主軸台及び心押台からなるワーク支持駆動ユニット１００に支承されて回転駆動される。図略の砥石カバーに取り付けられた図略のクーラントノズルから砥石車２１０の研削作業面と工作物Ｗとの間の接触面に向けて研削液が供給され、砥石台２００が工作物Ｗに向かって研削送りされ、砥石車２１０により工作物Ｗが研削加工される。

研削加工に際し、まず粗砥石層２１２の研削作業面のうちプランジ研削用研削作業面２１２ａを主に作用させて、Ｘステージ３０１によりＸ方向に所定の切り込み量で切り込んでプランジ研削を行う。そして、図５に示すように、Ｚステージ３０２によりＺ方向に所定の送り量で送り動作することで、トラバース研削用研削作業面２１２ｂによってトラバース研削を行う。

次に、砥石車２１０を、図６に示すように、砥石軸２２１（図１参照）に対して直角な軸を中心に（図６において時計回りに）３０度回転させることにより、仕上げ砥石層２１３が作用できるようワークＷに対応させる。そして、仕上げ砥石層２１３をワークの端面に当て、主にトラバース研削用研削作業面２１３ｂを作用させてトラバース研削を行う（図７参照）。これによって、仕上げ面の研削を行うことができる。このように、一つの砥石車２１０の回転軸線Ｏ１の傾斜角度を変えるだけで、簡単に粗研削と仕上げ研削とを行うことができる。

上記のように構成された砥石２１０によると、砥石車（砥石）２１０の回転軸線Ｏ１に対して砥石層２１２,２１３の研削作業面２１２ａ等の傾斜角度を変更することにより、例えば、使用を予定する一砥石層２１２を工作物Ｗの被研削作業面に対応させて研削する。その際に、隣り合う砥石層２１２,２１３の間に間隙ｔが形成されているので、使用を予定しない隣りの砥石層２１３の研削作業面２１３ａが被研削作業面に接触して干渉することを防止することができる。

また、使用が予定される一種類の砥石層例えば仕上げ砥石層２１３の研削作業面２１３ｂだけを使って、所望の仕上げ精度の研削を行うことができる。また、仕上げ砥石層２１３による仕上げ加工に粗砥石層２１２が作用することないので、均一かつ高度な仕上げ面を形成することができる。

また、仕上げ砥石層２１３をカップ状に形成することによって、研削作業面２１３ａは、砥石車（砥石）２１０の回転軸線Ｏ１を含む断面を取ったときに、該研削作業面２１３ａと平行な方向の長さＬが一定となっている円周端部の外周端面となるので、砥石層２１３の研削作業面２１３ａが磨耗しても研削抵抗に変化が生じることなく、一定の研削条件で研削作業を行うことが可能となるので、容易かつ迅速に仕上げ面を形成することができる。また、複数の砥石層を有する砥石車（砥石）２１０を一つのユニットとして扱えるので、取付けや取り外し等の取り扱いが容易な砥石とすることができ、生産効率の向上を図ることができる。

なお、上記実施形態においては、砥石層を粗砥石層と仕上げ砥石層の２種類としたが、これに限定されず、例えば、中仕上げ砥石層を加えた３種類の砥石層を備えるものでも良い。

また、粗砥石層と仕上げ砥石層とは、一つのコア２１１に設けるものとしたが、これに限定されず、例えば、二つのコアを用意し、一方のコアに粗砥石層を設け、他方のコアに仕上げ砥石層を設け、二つのコアをボルト等で一体に相互に連結するものでもよい。

また、砥石層に使用する砥粒としてＣＢＮ砥粒としたが、これに限定されず、例えばダイヤモンドの超砥粒、アルミナ砥粒及び炭化珪素砥粒でもよい。

また、プランジ研削とトラバース研削を別々に行うものとしたが、プランジ研削用研削作業面とトラバース研削用研削作業面とを同時に研削に作用させ、アンギュラ研削を行うものでも良い。

また、工作物（ワーク）の回転軸心に対する砥石車の回転中心軸（砥石軸）の傾斜角度の変更を歯車機構で行うものとしたが、これに限定されず、例えば図８乃至図１０に示すようなパラレルリンク機構を使用して行うことができる。このパラレルリンク機構１２０は、砥石軸１２２を回動自在に保持する砥石保持部１２４と、砥石保持部１２４を後端部において軸支するとともに前端部において前方レール１２６に相対移動可能に係合される一対の前方作動杆１２８と、砥石保持部１２４を前端部において軸支するとともに後端部において前方レール１２６に平行な後方レール１３０に相対移動可能に係合される一対の後方作動杆１３２と、を主に備えるものである。図９に示すように、各対となった作動杆が互いになす角度を変更することにより、砥石保持部１２４を前方後方（Ｘ方向）へと移動させることができる。また、図１０にしめすように、前方レール１２６及び後方レール１３０に沿って前方作動杆１２８と後方作動杆１３２とをＺ方向に相互にずらすことにより、砥石保持部１２４を傾斜させることを可能とするものである。これによって、砥石車２１０を回転自在に保持する砥石軸１２２を工作物の回転軸心に対して自在に傾斜させることができる。

本発明の実施形態を示す研削盤の全体概要図。 同ＣＢＮ砥石の砥石車を示す正面図。 同ＣＢＮ砥石の砥石車を示す一部に断面を有する側面図。 同ＣＢＮ砥石の断面の部分拡大図。 同ＣＢＮ砥石の研削工程を示す図。 同ＣＢＮ砥石の研削工程を示す図。 同ＣＢＮ砥石の研削工程を示す図。 別例のパラレルリンク機構を示す図。 同作動を示す図。 同作動を示す図。

符号の説明

２・・・研削盤、２１０・・・砥石（砥石車）、２１２・・・粗砥石層、２１３・・・仕上げ砥石層、２１３ａ・・・研削作業面（プランジ研削用研削作業面）、２１３ｂ・・・研削作業面（トラバース研削用研削作業面）、２２１・・・砥石軸、Ｌ・・・平行な方向の長さ、ｔ・・・間隙、ＯＯ・・・回転軸心、Ｏ１・・・回転軸線、Ｗ・・・ワーク。

Claims (7)

1. 研削盤の砥石台に回転軸線回りに軸承された砥石軸に装着され、回転駆動されることにより外周端面に形成された研削作業面によって工作物の研削を行う砥石において、
   前記回転軸線に対して研削作業面の傾斜角度が異なる複数の砥石層を有し、隣り合う各砥石層の間に間隙が設けられていることを特徴とする砥石。
2. 請求項１において、前記複数の砥石層は、隣り合う砥石層の砥粒の種類が異なることを特徴とする砥粒。
3. 請求項１又は２において、前記複数の砥石層のうち少なくとも一つは工作物を所望の表面粗さ精度に研削するための仕上げ砥石層であることを特徴とする砥石。
4. 請求項３において、前記仕上げ砥石層以外の砥石層は、該仕上げ砥石層に比べて高い研削能率で研削するための粗砥石層であることを特徴とする砥石。
5. 請求項３又は４において、前記仕上げ砥石層は、前記回転軸線を含む断面において前記研削作業面と平行な方向の長さが一定になるように形成されていることを特徴とする砥石。
6. 前記請求項１乃至５のいずれか１項において、前記複数の砥石層が一つの砥石に形成されていることを特徴とする砥石。
7. 砥石台の砥石軸が、工作物の回転軸心に対して傾斜可能に設けられた研削盤であって、前記１乃至６のいずれか１項の砥石が、前記砥石軸に設けられていることを特徴とする研削盤。
   
   

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