JP2010099805A - 研削加工方法および研削盤 - Google Patents

Abstract

【課題】片持ち支持の砥石車により円筒外周面とその両端面を研削加工する際に、研削加工時間の短縮を図りつつ研削焼けの発生を抑制できる研削加工方法および研削盤を提供する。
【解決手段】第一の端面１０２と円筒外周面１０１のうち第一の端面１０２側の一部とに対して砥石車４３によりプランジ研削加工を行い、当該プランジ研削加工後における円筒外周面１０１の研削残し部の第二の端面１０３からの軸方向幅（Ｗ１−Ｗ２）が砥石車４３の軸方向幅Ｗ２よりも小さくなるようにする第一工程と、第一工程の後に、第二の端面１０３と円筒外周面１０１の前記研削残し部とに対して砥石車４３によりプランジ研削加工を行う第二工程とを行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、クランクシャフトのクランクピンやクランクジャーナルなどの軸状工作物を砥石車により研削加工を行う研削加工方法および研削盤に関するものである。

例えば、クランクシャフトのクランクピンやクランクジャーナルの研削加工を行う場合には、そのクランクピンまたはクランクジャーナルの軸方向幅に合わせた砥石車を用いていた。そして、この砥石車で一回のプランジ加工を行うことにより、円筒外周面とその両端に位置する両端面に対して研削加工を行っていた。

しかし、この方法では、クランクピンやクランクジャーナルの軸方向幅に応じた専用機を用いる必要がある。そこで、汎用性を持たせるために、砥石車の軸方向幅を小さくし、複数回に分けて、クランクピンやクランクジャーナルの研削加工を行うことが、例えば、特開平９−１１１２８号公報（特許文献１）に記載されている。

特許文献１の図１に記載されているように、砥石車は、砥石台に片持ち支持されている。つまり、砥石車の軸方向一端側のみ支持され、砥石車の軸方向他端側は自由端となる。そして、特許文献１の図１１に記載されているように、この砥石車により、まず、軸状工作物のうち砥石車の自由端側に位置する端面と円筒外周面とに対してプランジ研削加工を行っている。続いて、砥石車により、軸状工作物のうち砥石車の支持端側に位置する端面と円筒外周面の削り残し部とに対してプランジ研削加工を行っている。そして、最後に、円筒外周面に対してトラバース研削加工を行っている。
特開平９−１１１２８号公報（図１１、段落［0035］〜［0039］）

砥石車は片持ち支持であるため、砥石車により円筒外周面のプランジ研削加工を行う場合には、そのときに生じる研削抵抗により、砥石車の支持軸に撓みを生じる。当然に、研削抵抗が大きければ大きいほど、その撓み量が大きくなる。そして、砥石車の支持軸に撓みが生じた場合には、砥石車の自由端側が、砥石車の支持側に比べて、大きく位置ずれを生じる。

ここで、上記特許文献１の図１１に記載されているような研削加工方法は、最初に、軸状工作物のうち砥石車の自由端側に位置する端面と円筒外周面とに対してプランジ研削加工を行っている。このとき、砥石車の外周面は、軸方向全体に亘って、円筒外周面を研削する。従って、砥石車が円筒外周面の研削加工を行う際には、非常に大きな研削抵抗が生じる。

大きな研削抵抗の発生により砥石車の支持軸が大きく撓む結果、砥石車の自由端側の端面が、軸状工作物の端面に対してスラスト方向に押し付けるように作用する。その結果、軸状工作物の端面に、研削焼けが生じるおそれがある。特に、プランジ研削加工を行う際の砥石車と軸状工作物の相対移動速度が大きい場合には、その発生が顕著となる。

このような場合には、プランジ研削加工の全工程に亘って、軸状工作物と砥石車との相対移動速度を遅くする処理が行われていた。これにより、研削焼けが生じることを抑制できた。しかし、これでは、研削加工時間が非常に長くなるという問題を生じる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、片持ち支持の砥石車により円筒外周面とその両端面を研削加工する際に、研削加工時間の短縮を図りつつ研削焼けの発生を抑制できる研削加工方法および研削盤を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る研削加工方法の発明の特徴は、
軸状工作物の円筒外周面と前記円筒外周面の軸方向両端に位置し径方向外方に張り出した第一、第二の端面とに対して、軸方向一端側を片持ち支持された円盤状の砥石車により研削加工を行う研削加工方法において、
前記軸状工作物の前記第一の端面は、前記円筒外周面より、前記砥石車の片持ち支持側に位置しており、
前記第二の端面は、前記円筒外周面より、前記砥石車の片持ち支持側とは反対側である自由端側に位置しており、
前記第一の端面と前記円筒外周面のうち前記第一の端面側の一部とに対して前記砥石車によりプランジ研削加工を行い、当該プランジ研削加工後における前記円筒外周面の研削残し部の前記第二の端面からの軸方向幅が前記砥石車の軸方向幅よりも小さくなるようにする第一工程と、
前記第一工程の後に、前記第二の端面と前記円筒外周面の前記研削残し部とに対して前記砥石車によりプランジ研削加工を行う第二工程と、
を備えることである。

請求項２に係る発明の特徴は、請求項１において、さらに、
前記第二工程の後に、前記第二の端面側から前記第一の端面側に向かって、前記円筒外周面の軸方向全体に亘って前記砥石車によりトラバース研削加工を行う第三工程と、
を備えることである。

請求項３に係る発明の特徴は、請求項１または２において、
前記第二工程における前記軸状工作物と前記砥石車との相対移動速度は、前記第一工程における前記軸状工作物と前記砥石車との相対移動速度より遅い速度に設定されることである。

請求項４に係る発明の特徴は、請求項３において、
前記プランジ研削加工は、前記第一または第二の端面の研削加工を行う端面加工と、前記円筒外周面の研削加工を行う円筒粗加工および円筒仕上げ加工とを含み、
少なくとも前記第二工程における前記円筒粗加工における前記相対移動速度は、前記第一工程における前記円筒粗加工における前記相対移動速度より遅い速度に設定されることである。

請求項５に係る発明の特徴は、請求項４において、
前記第一、第二工程における前記仕上げ加工における前記相対移動速度は、同一に設定されることである。

また、上記の課題を解決するため、請求項６に係る研削盤の発明の特徴は、
円筒外周面と前記円筒外周面の軸方向両端に位置し径方向外方に張り出した第一、第二の端面とを備える軸状工作物を回転可能に保持する主軸と、
回転可能に軸方向一端側を片持ち支持された円盤状の砥石車と、
前記主軸と前記砥石車との相対位置を制御する制御装置と、
を備える研削盤において、
前記主軸は、前記軸状工作物の前記第一の端面が前記円筒外周面より前記砥石車の片持ち支持側に位置し、且つ、前記第二の端面が前記円筒外周面より前記砥石車の片持ち支持側とは反対側である自由端側に位置するように、前記軸状工作物を保持し、
前記制御装置は、
前記第一の端面と前記円筒外周面のうち前記第一の端面側の一部とに対して前記砥石車によりプランジ研削加工を行い、当該プランジ研削加工後における前記円筒外周面の研削残し部の前記第二の端面からの軸方向幅が前記砥石車の軸方向幅よりも小さくなるようにする第一工程と、
前記第一工程の後に、前記第二の端面と前記円筒外周面の前記研削残し部とに対して前記砥石車によりプランジ研削加工を行う第二工程と、
を実行するように、前記主軸と前記砥石車との相対位置を制御することである。

上記のように構成した請求項１に係る発明によれば、まず、第一工程として、砥石車の片持ち支持側の第一の端面と円筒外周面の一部とに対してプランジ研削加工を行っている。このとき、砥石車の外周面は、軸方向全体に亘って、円筒外周面を研削する。従って、第一工程中の円筒外周面の研削加工を行う際には、非常に大きな研削抵抗が生じる。

この大きな研削抵抗の発生により砥石車の支持軸が大きく撓む。しかし、撓む方向は、砥石車の端面が軸状工作物の第一の端面から逃げる方向となる。従って、大きな研削抵抗が発生したとしても、この第一工程においては、第一の端面に対して、砥石車が押し付ける力が大きくなることはない。つまり、第一工程においては、第一の端面に研削焼けを発生させることはない。

次に、第二工程として、砥石車の片持ち支持側とは反対の自由端側に位置する第二の端面と円筒外周面の削り残し部とに対して、プランジ研削加工を行っている。ここで、第一工程のプランジ研削加工後において、円筒外周面の研削残し部の第二の端面からの軸方向幅が砥石車の軸方向幅よりも小さくなっている。従って、第二工程において、砥石車の外周面の一部のみが、円筒外周面を研削する。従って、第二工程中の円筒外周面の研削加工を行う際には、第一工程中の円筒外周面の研削加工を行う際に比べて、発生する研削抵抗が小さくなる。また、この第二工程中の円筒外周面の研削加工を行う際には、従来の第二の端面側の円筒外周面の研削加工を行う際に比べて、発生する研削抵抗が小さくなる。

従って、従来の第二の端面側の研削加工に比べて、第二工程における研削加工の際には、砥石車の支持軸の撓み量が小さくなる。このときの支持軸の撓む方向は、砥石車の端面が軸状工作物の第二の端面を押し付ける方向である。従って、従来に比べて、第二工程においては、第二の端面に対して、砥石車が押し付ける力が小さくなる。つまり、本発明の第二工程においては、第二の端面における研削焼けの発生を従来に比べて抑制することができる。

その結果、従来のように、プランジ研削加工の全工程に亘って軸状工作物と砥石車の相対移動速度を遅くすることなく、研削焼けの発生を抑制できる。従って、研削加工時間の短縮を図ることができる。なお、プランジ研削加工とは、砥石車の軸方向に直交する方向に、軸状工作物と砥石車とを相対移動させて研削加工を行う方法である。

請求項２に係る発明によれば、第三工程を行うことにより、円筒外周面のうち第一工程により研削加工を施された部位と、円筒外周面のうち第二工程により研削加工を施された部位とに、段差が生じたとしても、円筒外周面を高精度に仕上げることができる。そして、第三工程にて、第二の端面側から第一の端面側に向かってトラバース研削加工を行うようにすることで、第二工程の終了後に継続して第三工程を行うことができる。なお、トラバース研削加工とは、砥石車の軸方向に、軸状工作物と砥石車とを相対移動させて研削加工を行う方法である。

請求項３に係る発明によれば、第一工程と第二工程とのそれぞれに最適な軸状工作物と砥石車との相対移動速度とすることができる。つまり、上述したように、第一工程においては、砥石車の撓みによる研削焼けの発生の可能性は低く、第二工程においては、砥石車の撓みによる研削焼けの発生の可能性がないとはいえない。そこで、それぞれに適切な相対移動速度、具体的には、第二工程の相対移動速度を第一工程の相対移動速度より遅く設定することで、第二工程において研削焼けの発生をより確実に抑制できると共に、第一工程における研削加工時間の短縮を図ることができる。つまり、全体として見ると、研削加工時間の短縮を図りつつ、研削焼けの発生を確実に抑制できる。

請求項４に係る発明によれば、特に研削焼けの発生しやすい円筒粗加工の際に、第二工程における軸状工作物と砥石車の相対移動速度を遅く設定している。つまり、研削焼けの発生しやすい円筒粗加工の際に、研削焼けが発生することを確実に抑制できる。
請求項５に係る発明によれば、円筒仕上げ加工を同一条件とすることで、円筒外周面の仕上げ精度を、円筒外周面全体に亘って一定の状態とすることができる。
請求項６に係る研削盤の発明によれば、上述した請求項１に係る研削加工方法の発明と同一の効果を奏する。つまり、研削加工時間の短縮を図りつつ研削焼けの発生を抑制できる。

以下、本発明の研削盤を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。
（研削盤１の構成）
本実施形態の研削盤１の全体構成について、図１を参照して説明する。図１は、研削盤１の平面図である。図１に示すように、研削盤１は、ベッド１０と、主軸台２０と、心押台３０と、砥石支持装置４０と、制御装置５０とから構成される。

ベッド１０は、ほぼ矩形状からなり、床上に配置される。このベッド１０の上面には、一対の砥石台用ガイドレール１１ａ、１１ａが、図１の左右方向（Ｚ軸方向）に延びるように、且つ、相互に平行に形成されている。一対の砥石台用ガイドレール１１ａ、１１ａは、砥石支持装置４０を構成する砥石台トラバースベース４１が摺動可能なレールである。さらに、ベッド１０の上面のうち、一対の砥石台用ガイドレール１１ａ、１１ａより図１の下側（機械の手前側）には、主軸台２０が摺動可能な一対の第一ガイドレール１２ａ、１２ａが、図１の左右方向（Ｚ軸方向）に延びるように、且つ、相互に平行に形成されている。また、ベッド１０の上面のうち、一対の第一ガイドレール１２ａ、１２ａより図１の右側には、心押台３０が摺動可能な一対の第二ガイドレール１３ａ、１３ａが、図１の左右方向（Ｚ軸方向）の延びるように、且つ、相互に平行に形成されている。

また、ベッド１０には、一対の砥石台用ガイドレール１１ａ、１１ａの間に、砥石台トラバースベース４１を図１の左右方向に駆動するための、砥石台用Ｚ軸ボールねじ１１ｂが配置され、この砥石台用Ｚ軸ボールねじ１１ｂを回転駆動する砥石台用Ｚ軸モータ１１ｃが配置されている。さらに、ベッド１０には、一対の第一ガイドレール１２ａ、１２ａの間に、主軸台２０を図１の左右方向に駆動するための、第一Ｚ軸ボールねじ１２ｂが配置され、この第一Ｚ軸ボールねじ１２ｂを回転駆動する第一Ｚ軸モータ１２ｃが配置されている。ベッド１０には、一対の第二ガイドレール１３ａ、１３ａの間に、心押台３０を図１の左右方向に駆動するための、第二Ｚ軸ボールねじ１３ｂが配置され、この第二Ｚ軸ボールねじ１３ｂを回転駆動する第二Ｚ軸モータ１３ｃが配置されている。

主軸台２０は、主軸台本体２１と、主軸２２と、主軸センタ２３とを備えている。主軸台本体２１は、ベッド１０の上面のうち、一対の第一ガイドレール１２ａ、１２ａ上を摺動可能に配置されている。そして、主軸台本体２１は、第一Ｚ軸ボールねじ１２ｂのナット部材に連結されており、第一Ｚ軸モータ１２ｃの駆動により一対の第一ガイドレール１２ａに沿って移動する。この主軸台本体２１の内部には、主軸２２が軸周り（図１のＺ軸周り）に回転可能に挿通支持されている。この主軸２２は、図示しないモータにより回転駆動される。また、主軸２２の右端に、軸状工作物Ｗの軸方向一端を支持する主軸センタ２３が取り付けられている。

心押台３０は、心押台本体３１と、心押センタ３２とを備えている。心押台本体３１は、ベッド１０の上面のうち、一対の第二ガイドレール１３ａ、１３ａ上を摺動可能に配置されている。そして、心押台本体３１は、第二Ｚ軸ボールねじ１３ｂのナット部材に連結されており、第二Ｚ軸モータ１３ｃの駆動により一対の第二ガイドレール１３ａ、１３ａに沿って移動する。この心押台本体３１は、図１の左右方向に貫通する穴が形成されている。この心押台本体３１の貫通孔に、心押センタ３２が回転可能に挿通支持されている。この心押センタ３２の回転軸は、主軸２２の回転軸と同軸上に位置している。そして、この心押センタ３２は、工作物Ｗの軸方向他端を支持する。つまり、心押センタ３２は、主軸センタ２３に対向するように配置されている。そして、主軸センタ２３と心押センタ３２とにより、軸状工作物Ｗの両端を支持している。このように、軸状工作物Ｗは、主軸センタ２３および心押センタ３２により、主軸軸周り（Ｚ軸周り）に回転可能に保持されている。

砥石支持装置４０は、砥石台トラバースベース４１と、砥石台４２と、砥石車４３と、砥石回転用モータ４４とを備えている。砥石台トラバースベース４１は、矩形の平板状に形成されており、ベッド１０の上面のうち、一対の砥石台用ガイドレール１１ａ、１１ａ上を摺動可能に配置されている。砥石台トラバースベース４１は、砥石台用Ｚ軸ボールねじ１１ｂのナット部材に連結されており、砥石台用Ｚ軸モータ１１ｃの駆動により一対の砥石台用ガイドレール１１ａ、１１ａに沿って移動する。この砥石台トラバースベース４１の上面には、砥石台４２が摺動可能な一対のＸ軸ガイドレール４１ａ、４１ａが、図１の上下方向（Ｘ軸方向）に延びるように、且つ、相互に平行に形成されている。さらに、砥石台トラバースベース４１には、一対のＸ軸ガイドレール４１ａ、４１ａの間に、砥石台４２を図１の上下方向に駆動するための、Ｘ軸ボールねじ４１ｂが配置され、このＸ軸ボールねじ４１ｂを回転駆動するＸ軸モータ４１ｃが配置されている。

砥石台４２は、砥石台トラバースベース４１の上面のうち、一対のＸ軸ガイドレール４１ａ、４１ａ上を摺動可能に配置されている。そして、砥石台４２は、Ｘ軸ボールねじ４１ｂのナット部材に連結されており、Ｘ軸モータ４１ｃの駆動により一対のＸ軸ガイドレール４１ａに沿って移動する。つまり、砥石台４２は、ベッド１０、主軸台２０および心押台３０に対して、Ｘ軸方向（プランジ送り方向）およびＺ軸方向（トラバース送り方向）に相対移動可能となる。

そして、この砥石台４２のうち図１の下側部分には、図１の左右方向に貫通する穴が形成されている。この砥石台４２の貫通孔に、砥石車回転軸部材（図示せず）が、砥石中心軸周り（Ｚ軸周り）に回転可能に支持されている。この砥石車回転軸部材の一端（図１の左端）に、円盤状の砥石車４３が同軸的に取り付けられている。つまり、砥石車４３は、砥石台４２に対して、片持ち支持されている。具体的には、砥石車４３の図１の右端側を砥石台４２に支持され、砥石車４３の図１の左端側は自由端となる。この砥石車４３の回転軸は、主軸２２の回転軸に平行に設けられている。さらに、砥石車４３の軸方向幅は、後述する軸状工作物Ｗの研削加工部位である第一の端面１０２と第二の端面１０３との軸方向離間距離よりも小さく設定されている。これは、砥石車４３の汎用性を持たせるためである。また、砥石台４２の上面には、砥石回転用モータ４４が固定されている。そして、砥石車回転軸部材の他端（図１の右端）と砥石回転用モータ４４の回転軸とにプーリが懸架されることで、砥石回転用モータ４４の駆動により、砥石車４３が砥石軸周りに回転する。

制御装置５０は、各モータを制御して、軸状工作物Ｗを主軸周りに回転させ、砥石車４３を回転させ、且つ、軸状工作物Ｗに対する砥石車４３のＺ軸方向およびＸ軸方向の相対的な位置を変更することにより、軸状工作物Ｗの研削加工を行う。

（２）研削加工方法
次に、上述した研削盤を用いて、例えば、軸状工作物Ｗとしてクランクシャフトに適用した場合について説明する。より詳細には、クランクシャフトのクランクピンまたはクランクジャーナルに対して研削加工を行う場合について説明する。クランクピンまたはクランクジャーナルは、円筒外周面と、円筒外周面の軸方向両端に位置し径方向外方に張り出した第一の端面および第二の端面とを備える。

そこで、以下に、円筒外周面および第一、第二の端面に対して研削加工を行う場合について、図２〜図４を参照して説明する。図２は、軸状工作物Ｗの研削加工部位を示す図である。図３は、研削加工方法の各工程、および、軸状工作物Ｗに対する砥石車４３の位置を示す図である。図４（ａ）〜図４（ｅ）は、各工程における軸状工作物Ｗに対する砥石車４３の動作を説明する図である。

まず、図２を用いて、軸状工作物Ｗの研削加工部位について詳細に説明する。図２に示すように、軸状工作物Ｗの研削加工部位は、円筒外周面１０１と、円筒外周面１０１の軸方向一端側、すなわち砥石車４３の片持ち支持側に位置する第一の端面１０２と、円筒外周面１０１の軸方向他端側、すなわち砥石車４３の自由端側に位置する第二の端面１０３とである。つまり、円筒外周面１０１、第一の端面１０２および第二の端面１０３のそれぞれの仕上げ形状に対して、所定の取り代を付したものが研削加工前の素材形状となる。図２においては、実線を素材形状として示し、破線を仕上げ形状として示している。

次に、図３を参照して、研削加工方法の全体概要について説明する。図３に示すように、制御装置５０の指令により、（１）第一の端面加工工程、（２）第一の円筒粗加工工程、（３）第一の円筒精仕上げ加工工程、（４）第一の円筒微仕上げ加工工程、（５）早戻し工程、（６）トラバース早送り工程、（７）第二の端面加工工程、（８）第二の円筒粗加工工程、（９）第二の円筒精仕上げ加工工程、（１０）第二の円筒微仕上げ加工工程、（１１）トラバース加工工程の順に実行される。

ここで、（１）第一の端面加工工程、（２）第一の円筒粗加工工程、（３）第一の円筒精仕上げ加工工程、（４）第一の円筒微仕上げ加工工程、（７）第二の端面加工工程、（８）第二の円筒粗加工工程、（９）第二の円筒精仕上げ加工工程、（１０）第二の円筒微仕上げ加工工程は、砥石車４３を軸状工作物Ｗに対して、砥石車４３および軸状工作物Ｗの回転軸に直交する方向に相対移動させて行うプランジ研削加工を行う工程である。また、（１１）トラバース加工工程は、砥石車４３を軸状工作物Ｗに対して、砥石車４３および軸状工作物Ｗの回転軸方向に相対移動させて行うトラバース研削加工を行う工程である。

また、（１）第一の端面加工工程、（２）第一の円筒粗加工工程、（３）第一の円筒精仕上げ加工工程、（４）第一の円筒微仕上げ加工工程が、本発明における第一工程に相当し、（７）第二の端面加工工程、（８）第二の円筒粗加工工程、（９）第二の円筒精仕上げ加工工程、（１０）第二の円筒微仕上げ加工工程が、本発明における第二工程に相当し、（１１）トラバース加工工程が、本発明における第三工程に相当する。

図３および図４（ａ）〜図４（ｅ）を参照して、より詳細な研削加工方法について説明する。

図３および図４（ａ）に示すように、（１）第一の端面加工工程において、まず、軸状工作物Ｗおよび砥石車４３をそれぞれ回転させる。続いて、砥石車４３の片持ち支持側の端面（図４（ａ）の右端面）が第一の端面１０２の仕上げ位置に一致する状態に、砥石車４３のＺ軸方向の位置決めを行う。この状態で、砥石車４３を軸状工作物Ｗに接近するようにＸ軸方向に移動させて、砥石車４３により第一の端面１０２に対してプランジ研削加工を行う。

続いて、図３および図４（ｂ）に示すように、砥石車４３の外周面が円筒外周面１０１の素材形状部分に当接する。この瞬間から、（２）第一の円筒粗加工工程が開始される。当該工程は、所定の送り速度で、砥石車４３をＸ軸方向に送りながら、円筒外周面１０１に対してプランジ研削加工を行う。

続いて、（３）第一の円筒精仕上げ加工工程が行われる。当該工程は、第一の円筒粗加工工程より送り速度が遅く設定され、砥石車４３をＸ軸方向に送りながら、円筒外周面１０１に対してプランジ研削加工を行う。この第一の円筒精仕上げ加工工程におけるＸ軸方向の切り込み量は、第一の円筒粗加工工程におけるＸ軸方向の切り込み量よりも少なく設定されている。

続いて、（４）第一の円筒微仕上げ加工工程が行われる。当該工程は、第一の円筒精仕上げ加工工程より送り速度が遅く設定され、砥石車４３をＸ軸方向に送りながら、円筒外周面１０１に対してプランジ研削加工を行う。この第一の円筒微仕上げ加工工程におけるＸ軸方向の切り込み量は、第一の円筒精仕上げ加工工程におけるＸ軸方向の切り込み量よりも少なく設定されている。

これら第一の円筒粗、第一の円筒精仕上げ、第一の円筒微仕上げ加工工程においては、砥石車４３の外周面全てが、円筒外周面１０１の研削加工を行っている。ここで、円筒外周面１０１の軸方向幅Ｗ１と、砥石車４３の外周面の軸方向幅Ｗ２の関係は、式（１）に示す関係となる。

（数１）
（Ｗ１−Ｗ２） ＜ Ｗ２ ＜ Ｗ１ ・・・ （１）

つまり、第一の円筒粗、円筒精仕上げ、円筒微仕上げ加工工程により研削加工を施される円筒外周面１０１の領域は、第一の端面１０２から砥石車４３の軸方向幅Ｗ２の分だけである。つまり、これらの加工工程の後における円筒外周面１０１の削り残し部の第二の端面１０３からの軸方向幅（Ｗ１−Ｗ２）は、砥石車４３の軸方向幅Ｗ２よりも小さくなる。

続いて、（５）早戻し工程が行われ、砥石車４３を軸状工作物Ｗから遠ざかるＸ軸方向に早送り移動させる。そして、（６）トラバース早送り工程が行われ、砥石車４３の自由端側の端面（図４（ｃ）の左端面）が第二の端面１０３の仕上げ位置に一致する状態に、砥石車４３のＺ軸方向の位置決めを行う。

この状態で、（７）第二の端面加工工程が行われる。当該工程は、図３および図４（ｃ）に示すように、砥石車４３を軸状工作物Ｗに接近するようにＸ軸方向に移動させて、砥石車４３により第二の端面１０３に対してプランジ研削加工を行う。

続いて、図３および図４（ｄ）に示すように、砥石車４３の外周面が円筒外周面１０１の素材形状部分に当接する。この瞬間から、（８）第二の円筒粗加工工程が開始される。当該工程は、砥石車４３をＸ軸方向に送りながら、円筒外周面１０１の削り残し部に対してプランジ研削加工を行う。この第二の円筒粗加工工程における砥石車４３の送り速度は、第一の円筒粗加工工程における砥石車４３の送り速度より遅く設定されている。また、第二の円筒粗加工工程におけるＸ軸方向の切り込み量は、第一の円筒粗加工工程におけるＸ軸方向の切り込み量と同一に設定されている。

続いて、（９）第二の円筒精仕上げ加工工程が行われる。当該工程は、砥石車４３をＸ軸方向に送りながら、円筒外周面１０１の削り残し部に対してプランジ研削加工を行う。この第二の円筒精仕上げ加工工程における砥石車４３の送り速度は、第一の円筒精仕上げ加工工程における砥石車４３の送り速度と同一に設定されている。また、第二の円筒精仕上げ加工工程におけるＸ軸方向の切り込み量は、第一の円筒精仕上げ加工工程におけるＸ軸方向の切り込み量と同一に設定されている。

続いて、（１０）第二の円筒微仕上げ加工工程が行われる。当該工程は、砥石車４３をＸ軸方向に送りながら、円筒外周面１０１の削り残し部に対してプランジ研削加工を行う。この第二の円筒微仕上げ加工工程における砥石車４３の送り速度は、第一の円筒微仕上げ加工工程における砥石車４３の送り速度と同一に設定されている。また、第二の円筒微仕上げ加工工程におけるＸ軸方向の切り込み量は、第一の円筒微仕上げ加工工程におけるＸ軸方向の切り込み量より僅かに多く設定されている。つまり、第二の円筒微仕上げ加工工程の直後の円筒外周面１０１の外径は、第一の円筒微仕上げ加工工程の直後の円筒外周面１０１の外径より小さくなる。

ここで、これら第二の円筒粗、第二の円筒精仕上げ、第二の円筒微仕上げ加工工程においては、砥石車４３の外周面の一部のみが、円筒外周面１０１の削り残し部の研削加工を行っている。つまり、第二の円筒粗、第二の円筒精仕上げ、第二の円筒微仕上げ加工工程において砥石車４３に生じる研削抵抗は、第一の円筒粗、第一の円筒精仕上げ、第一の円筒微仕上げ加工工程のそれぞれにおいて砥石車４３に生じる研削抵抗より小さくなる。

続いて、図３および図４（ｅ）に示すように、（１１）トラバース加工工程が行われる。当該工程は、第二の円筒微仕上げ工程の直後の状態から、第二の端面１０３側から第一の端面１０２側に向かって、砥石車４３をＺ軸方向に移動させてトラバース研削加工を行う。

（砥石車４３に生じる研削抵抗に関する理論）
次に、上記工程毎に、砥石車４３に生じる研削抵抗およびその方向についての理論説明を、図５および図６を参照して行う。図５は、第一の端面１０２と円筒外周面１０１のうち第一の端面１０２側の部位について研削加工を行う場合において、砥石車４３に生じる研削抵抗およびその方向について示す図である。つまり、図５は、第一の端面加工、第一の円筒粗加工、第一の円筒精仕上げ加工、第一の円筒微仕上げ加工工程の場合についての図である。図６は、第二の端面１０３と円筒外周面１０１のうち第二の端面１０３側の削り残し部について研削加工を行う場合において、砥石車４３に生じる研削抵抗およびその方向について示す図である。つまり、図６は、第二の端面加工、第二の円筒粗加工、第二の円筒精仕上げ加工、第二の円筒微仕上げ加工工程の場合についての図である。

ここで、理論説明のため、第二の円筒粗加工工程における砥石車４３の送り速度は、第一の円筒粗加工工程における砥石車４３の送り速度と同一に設定したものとして説明する。
また、図５および図６は、いずれも、左側に、軸状工作物Ｗの素材形状を実線にて示し、仕上げ形状を破線にて示す。また、図５および図６は、いずれも、右側に、砥石車４３に生じる研削抵抗およびその方向を示す。また、図５および図６の右側の図と左側の図の縦軸は、対応している。

図５に示すように、第一の端面加工工程においては、加工開始から、砥石車４３の自由端側に向かう方向、すなわち第一の端面１０２の仕上げ形状に対して削り残す方向に、研削抵抗が増加していく。その後、ほぼ一定の研削抵抗の状態を継続して、第一の端面加工工程を終了する。この理由は、砥石車４３には、第一の端面１０２の研削加工により、砥石車４３の端面が図５の左側に押圧される力と、砥石車４３の外周面が図５の上側に押圧される力とが作用するためである。そして、砥石車４３は、図５の右側にて片持ち支持されているため、上記の両方の押圧力は、いずれも、砥石車４３の自由端側を図５の上側に撓ませる方向の力となる。

続いて、第一の円筒粗加工工程においても、砥石車４３の自由端側に向かう方向の研削抵抗が生じる。このときの研削抵抗の大きさは、第一の端面加工工程における研削抵抗の大きさよりも大きくなる。これは、砥石車４３の外周面全面が円筒外周面１０１の研削加工を行うことで、砥石車４３の外周面が図５の上側に押圧される力が大きくなるためである。

続いて、第一の円筒精仕上げ加工、第一の円筒微仕上げ加工工程において、研削抵抗が大幅に減少して、第一の円筒微仕上げ加工工程の終了時には、研削抵抗がほぼゼロとなる状態となる。

一方、図６に示すように、第二の端面加工工程においては、加工開始から、砥石車４３の片持ち支持側に向かう方向、すなわち第二の端面１０３の仕上げ形状に対して削り残す方向に、研削抵抗が増加していく。その後、ほぼ一定の研削抵抗の状態を継続して、第二の端面加工工程を終了する。この理由は、砥石車４３には、第二の端面１０２の研削加工により、砥石車４３の端面が図６の右側に押圧される力が作用するためである。ここで、砥石車４３には、砥石車４３の外周面が図６の上側に押圧される力も作用する。しかし、砥石車４３の外周面による研削加工幅は小さいため、この影響が小さくなる。従って、上述したように、砥石車４３の端面に対する図６の右側への押圧力により、砥石車４３の自由端側が、図６の下側に撓む方向に変位する。

続いて、第二の円筒粗加工工程においては、第二の端面加工工程とは反対に、砥石車４３の自由端側に向かう方向の研削抵抗が生じる。すなわち、第二の端面１０３の仕上げ形状に対して削り込む方向に、研削抵抗が増加していく。この理由は、砥石車４３の外周面が円筒外周面１０１の削り残し部の研削加工を行うことにより、砥石車４３の外周面に対する図６の上側への押圧力が大きくなるためである。

続いて、第二の円筒精仕上げ加工、第二の円筒微仕上げ加工工程において、研削抵抗が大幅に減少して、第二の円筒微仕上げ加工工程の終了時には、研削抵抗がほぼゼロとなる状態となる。

ここで、本実施形態の第二の端面１０３および円筒外周面１０１の研削加工を行う場合に対する比較例として、従来のように、最初に砥石車４３により第二の端面１０３の研削加工を行う場合について説明する。この研削加工方法は、砥石車４３により円筒外周面１０１の研削加工を行う場合に、砥石車４３の外周面全面が円筒外周面１０１の研削加工を行っている。つまり、本実施形態に比べて、円筒外周面１０１の研削加工幅が大きくなる。

この比較例における研削抵抗およびその方向について、図７に示す。図７は、図６の右側の図に対応する図である。図７に示すように、端面加工工程は、図６と同様である。しかし、その後、砥石車４３により円筒外周面１０１の研削加工を行う場合には、本実施形態の図６に比べて、研削抵抗の方向は同一であって、その研削抵抗の大きさが大きくなる。

この理由は、本実施形態においては、砥石車４３の外周面の一部が円筒外周面１０１の研削加工を行っているのに対して、比較例においては、砥石車４３の外周面全面が円筒外周面１０１の研削加工を行っているためである。つまり、砥石車４３の外周面に対する図６の上側への押圧力が、本実施形態の方が比較例よりも小さくなるためである。

従って、本実施形態の研削加工方法を適用することで、砥石車４３の端面による第二の端面１０３への押し付け力が、従来に比べて小さくなる。これにより、第二の端面１０３における研削焼けの発生を従来に比べて抑制することができる。

その結果、従来に比べて、プランジ研削加工の全工程に亘って軸状工作物Ｗと砥石車４３の相対移動速度を遅くすることなく、研削焼けの発生を抑制できる。従って、研削加工時間の短縮を図ることができる。

ところで、第一の端面１０２側の研削加工工程においては、砥石車４３の撓む方向は、砥石車４３の端面が軸状工作物Ｗの第一の端面１０２から逃げる方向となる。従って、当該工程において、大きな研削抵抗が発生したとしても、砥石車４３の端面による第一の端面１０２への押し付け力が大きくなることはない。つまり、第一の端面１０２に研削焼けを発生させることはない。

図５および図６を用いた理論説明においては、上述したように、第二の円筒粗加工工程における砥石車４３の送り速度を、第一の円筒粗加工工程における砥石車４３の送り速度と同一に設定した場合について説明した。上述したように、両送り速度を同一に設定したとしても、従来の研削加工方法に比べると効果的である。

さらに、第二の円筒粗加工工程における砥石車４３の送り速度を、第一の円筒粗加工工程における砥石車４３の送り速度より遅い送り速度に設定した場合には、より効果的である。つまり、図６に示す第二の円筒粗加工工程において、砥石車４３の送り速度をさらに遅くすることで、そのときの研削抵抗をさらに低減することができる。従って、第二の端面１０３の研削焼けの発生を、さらに抑制することができる。

一方、第一の円筒粗加工工程における砥石車４３の送り速度は、相対的に早い送り速度としている。この場合であっても、第一の端面１０２に対しては研削焼けが生じることは低いため、問題とならない。

このように、第二の円筒粗加工工程において研削焼けの発生をより確実に抑制できると共に、第一の円筒粗加工工程における研削加工時間の短縮を図ることができる。つまり、全体として見ると、研削加工時間の短縮を図りつつ、研削焼けの発生を確実に抑制できる。そして、特に、研削やけの発生しやすく、加工時間に影響を及ぼしやすい円筒粗加工工程について、砥石車４３の送り速度を異なるものとすることで、より上記効果を確実に奏することができる。

また、円筒精仕上げ加工工程および円筒微仕上げ加工工程を同一条件としている。これにより、円筒外周面１０１の仕上げ精度を、円筒外周面１０１全体に亘って一定の状態とすることができる。

また、トラバース研削加工工程にて、第二の端面１０３側から第一の端面１０２側に向かってトラバース研削加工を行うようにすることで、第二の円筒微仕上げ加工工程の終了後に継続してトラバース研削加工工程を行うことができる。また、トラバース研削加工工程を行うことにより、円筒外周面１０１に段差を生じることなく高精度に仕上げることができる。

研削盤１の平面図である。 軸状工作物Ｗの研削加工部位を示す図である。 研削加工方法の各工程、および、軸状工作物Ｗに対する砥石車４３の位置を示す図である。 （ａ）〜（ｅ）は、各工程における軸状工作物Ｗに対する砥石車４３の動作を説明する図である。 第一の端面１０２と円筒外周面１０１のうち第一の端面１０２側の部位について研削加工を行う場合において、砥石車４３に生じる研削抵抗およびその方向について示す図である。 第二の端面１０３と円筒外周面１０１のうち第二の端面１０３側の削り残し部について研削加工を行う場合において、砥石車４３に生じる研削抵抗およびその方向について示す図である。 従来の研削加工方法を適用した場合において、砥石車４３に生じる研削抵抗およびその方向について示す図である。

符号の説明

１：研削盤、 １０：ベッド
２０：主軸台、 ２１：主軸台本体、 ２２：主軸、 ２３：主軸センタ
３０：心押台、 ３１：心押台本体、 ３２：心押センタ
４０：砥石支持装置、 ４１：砥石台トラバースベース、 ４２：砥石台
４３：砥石車、 ４４：砥石回転用モータ
５０：制御装置

Claims (6)

1. 軸状工作物の円筒外周面と前記円筒外周面の軸方向両端に位置し径方向外方に張り出した第一、第二の端面とに対して、軸方向一端側を片持ち支持された円盤状の砥石車により研削加工を行う研削加工方法において、
   前記軸状工作物の前記第一の端面は、前記円筒外周面より、前記砥石車の片持ち支持側に位置しており、
   前記第二の端面は、前記円筒外周面より、前記砥石車の片持ち支持側とは反対側である自由端側に位置しており、
   前記第一の端面と前記円筒外周面のうち前記第一の端面側の一部とに対して前記砥石車によりプランジ研削加工を行い、当該プランジ研削加工後における前記円筒外周面の研削残し部の前記第二の端面からの軸方向幅が前記砥石車の軸方向幅よりも小さくなるようにする第一工程と、
   前記第一工程の後に、前記第二の端面と前記円筒外周面の前記研削残し部とに対して前記砥石車によりプランジ研削加工を行う第二工程と、
   を備えることを特徴とする研削加工方法。
2. 請求項１において、さらに、
   前記第二工程の後に、前記第二の端面側から前記第一の端面側に向かって、前記円筒外周面の軸方向全体に亘って前記砥石車によりトラバース研削加工を行う第三工程と、
   を備えることを特徴とする研削加工方法。
3. 請求項１または２において、
   前記第二工程における前記軸状工作物と前記砥石車との相対移動速度は、前記第一工程における前記軸状工作物と前記砥石車との相対移動速度より遅い速度に設定されることを特徴とする研削加工方法。
4. 請求項３において、
   前記プランジ研削加工は、前記第一または第二の端面の研削加工を行う端面加工と、前記円筒外周面の研削加工を行う円筒粗加工および円筒仕上げ加工とを含み、
   少なくとも前記第二工程における前記円筒粗加工における前記相対移動速度は、前記第一工程における前記円筒粗加工における前記相対移動速度より遅い速度に設定されることを特徴とする研削加工方法。
5. 請求項４において、
   前記第一、第二工程における前記仕上げ加工における前記相対移動速度は、同一に設定されることを特徴とする研削加工方法。
6. 円筒外周面と前記円筒外周面の軸方向両端に位置し径方向外方に張り出した第一、第二の端面とを備える軸状工作物を回転可能に保持する主軸と、
   回転可能に軸方向一端側を片持ち支持された円盤状の砥石車と、
   前記主軸と前記砥石車との相対位置を制御する制御装置と、
   を備える研削盤において、
   前記主軸は、前記軸状工作物の前記第一の端面が前記円筒外周面より前記砥石車の片持ち支持側に位置し、且つ、前記第二の端面が前記円筒外周面より前記砥石車の片持ち支持側とは反対側である自由端側に位置するように、前記軸状工作物を保持し、
   前記制御装置は、
   前記第一の端面と前記円筒外周面のうち前記第一の端面側の一部とに対して前記砥石車によりプランジ研削加工を行い、当該プランジ研削加工後における前記円筒外周面の研削残し部の前記第二の端面からの軸方向幅が前記砥石車の軸方向幅よりも小さくなるようにする第一工程と、
   前記第一工程の後に、前記第二の端面と前記円筒外周面の前記研削残し部とに対して前記砥石車によりプランジ研削加工を行う第二工程と、
   を実行するように、前記主軸と前記砥石車との相対位置を制御することを特徴とする研削盤。

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