JP2010179444A - 研削盤および研削方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】砥石車33は、基部33aと、基部33aの外周面に砥石軸方向に螺旋状に形成され、ねじのリード角γと異なるリード角に設定された凸条33bとを備える。
【選択図】図5
Description
軸状の工作物を保持する工作物保持手段と、
前記工作物の軸に平行な砥石軸周りに回転可能であり、前記工作物に対して前記工作物の軸方向および軸直交方向に相対的に移動可能であり、且つ、前記砥石軸を前記工作物に対して前記工作物の軸周りに相対的に回転可能な砥石車と、
を備え、
前記工作物の内周面または外周面にねじ溝を研削してねじを形成する研削盤において、
前記砥石車は、
基部と、
前記基部の外周面に前記砥石軸方向に螺旋状に形成され、前記ねじのリード角と異なるリード角に設定された凸条と、
を備えることである。
前記工作物の内周面に雌ねじを形成する場合において、
前記凸条の最外径が前記雌ねじの谷径よりも小さく設定されていることである。
前記砥石車を前記砥石軸周りに回転駆動する砥石車回転手段と、
前記工作物を前記工作物の軸周りに回転駆動する工作物回転手段と、
前記砥石車を前記工作物に対して相対的に前記工作物の軸方向および軸直交方向に移動する軸移動手段と、
前記砥石車回転手段、前記工作物回転手段、および、前記軸移動手段を制御する制御手段と、
を備えることである。
ベッドと、
前記砥石車を前記砥石軸周りに回転駆動する砥石車回転手段と、
前記砥石車を前記工作物に対して相対的に前記工作物の軸方向および軸直交方向に移動する軸移動手段と、
前記砥石軸を前記工作物の軸周りに相対的に回転駆動する公転手段と、
前記砥石車回転手段、前記軸移動手段、および、前記公転手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記工作物保持手段は、前記工作物を前記ベッドに対して回転不能に固定することである。
前記凸条は、前記砥石軸周りに複数周に亘るように螺旋状に形成されていることである。
請求項6に記載の発明の構成上の特徴は、請求項5において、
前記凸条は、前記ねじのリード角より大きなリード角に設定されることである。
前記凸条は、前記砥石軸周りに一周未満となるように螺旋状に形成されていることである。
請求項8に記載の発明の構成上の特徴は、請求項1〜7のいずれか一項において、
前記凸条は、多条に形成されていることである。
前記研削盤は、
研削目標の前記ねじ溝のねじ溝面と前記砥石車との接触線を算出し、前記接触線を前記砥石車の中心軸周りに回転させることにより面形状を取得する面形状取得手段と、
前記面形状取得手段により取得される前記面形状に前記砥石車の外周面を成形する砥石成形手段と、
を備えることである。
前記砥石成形手段は、NC制御により前記砥石車の外周面を形成するNCツルーイング装置であることである。
前記工作物の軸に平行な砥石車を砥石軸周りに回転し、前記工作物に対して前記工作物の軸方向および軸直交方向に相対的に移動し、且つ、前記砥石軸を前記工作物に対して前記工作物の軸周りに相対的に回転させることにより、前記工作物の内周面または外周面にねじ溝を研削してねじを形成する研削方法において、
前記砥石車は、
基部と、
前記基部の外周面に前記砥石軸方向に螺旋状に形成され、前記ねじのリード角と異なるリード角に設定された凸条と、
を備え、
前記凸条により前記ねじ溝を研削することである。
前記砥石車を前記砥石軸周りに回転させ、前記工作物を前記工作物の軸周りに回転させ、前記砥石車を前記工作物に対して相対的に前記工作物の軸方向におよび軸直交方向に相対移動させることにより、前記工作物の内周面または外周面にねじ溝を研削してねじを形成することである。
前記工作物をベッドに対して回転不能に固定し、前記砥石車を前記砥石軸周りに回転し、前記砥石車を前記工作物に対して相対的に前記工作物の軸方向および軸直交方向に移動し、前記砥石軸を前記工作物の軸周りに相対的に回転駆動することにより、前記工作物の内周面または外周面にねじ溝を研削してねじを形成することである。
請求項6に係る発明によると、複数周回された螺旋状の凸状により、確実に雌ねじを研削加工することができる。
請求項7に係る発明によると、螺旋状の凸条のリードをねじのリードと一致させる必要がないので、リード角など凸条の設計自由度を向上させることができる。また、複数巻きの砥石車に比べて軽量となり、撓みが生じにくく、高精度の仕上げ加工が可能となる。
請求項8に係る発明によると、工作物に多条ねじを形成する場合でも同様の効果を奏し、ねじ溝を形成することができる。
請求項9に係る発明によると、砥石車の外周面は、接触線により得られた面形状となるように形成されるため、確実に研削目標のねじ溝を研削することができ、非常に高精度にねじを形成できる。
請求項10に係る発明によると、任意の砥石車の外周面を成形できる。NCツルーイング装置のツルアとしては、ロータリドレッサや、単石のドレッサを用いることができる。
<第一実施形態>
(1)工作物の説明
まず、本発明の研削盤による研削対象である工作物100(「雌ねじ」とも称する)について、図1を参照して説明する。図1(a)は、工作物100の軸方向断面図であり、図1(b)は、図1(a)のA−A部分断面拡大図である。
次に、本実施形態の研削盤の機械構成について、図2を参照して説明する。図2は、研削盤1の平面図である。図2に示すように、研削盤1は、ベッド10と、主軸装置20と、砥石支持装置30と、NCツルーイング装置40と、制御装置50から構成される。
また、ベッド10には、砥石台用ガイドレール11,12の間に、砥石台トラバースベース31を図2の左右方向に駆動するための、砥石台用Z軸ボールねじ16が配置され、この砥石台用Z軸ボールねじ16を回転駆動する砥石台用Z軸モータ15が配置されている。さらに、ベッド10には、主軸台用ガイドレール13,14の間に、主軸台21を図2の左右方向に駆動するための、主軸台用Z軸ボールねじ(図示せず)が配置され、この主軸台用Z軸ボールねじを回転駆動する主軸台用Z軸モータ17が配置されている。
本実施形態の研削盤において、砥石車33を用いて、工作物100の内周面にねじ溝101を研削して雌ねじを形成する研削方法について図5〜図9を参照して説明する。図5(a)は、基準位置(位相0度)において工作物100の内周面を研削している状態の軸方向断面図であり、図5(b)は、位相0度における軸方向から見た図である。図6(a)は、位相90度において工作物100の内周面を研削している状態の軸方向断面図であり、図6(b)は、位相90度における軸方向から見た図である。図7(a)は、位相180度において工作物100の内周面を研削している状態の軸方向断面図であり、図7(b)は、位相180度における軸方向から見た図である。図8(a)は、位相270度において工作物100の内周面を研削している状態の軸方向断面図であり、図8(b)は、位相270度における軸方向から見た図である。図9(a)は、位相360度において工作物100の内周面を研削している状態の軸方向断面図であり、図9(b)は、位相360度における軸方向から見た図である。
砥石車33の螺旋状の凸条33bにおける適正な螺旋面形状を算出する上で、必要となる概念について説明する。ここで、工作物100のねじ溝101が同一径であっても、螺旋状の凸条33bの外径が異なる場合には、螺旋状の凸条33bの形状が異なる。この理由について以下に説明する。ただし、説明を容易化するために、螺旋状の凸条33bについて説明するのではなく、円盤状の凸条について説明する。螺旋状の凸条33bにおけるリードを0とした場合には、凸条33bは円盤状となる。つまり、上記のように螺旋状の凸条33bの形状が異なる理由は、円盤状の凸条の場合と同様の理由による。
(5−1)概要
上述したように、円盤状の砥石車60の外周面形状は、砥石車60の外径によって異なる。そこで、研削により得られるねじ溝面に相当する螺旋面の方程式を導き出し、その後に、砥石車60と螺旋面(ねじ溝面)との接触線を算出する。そして、砥石車33の基部33aの外周面において、接触線をリード分だけ軸方向に移動しながら、中心軸周りに回転させることにより、螺旋状の凸条33bが形成された砥石車33の外周面形状に相当する面形状が得られる。以下に、それぞれの計算工程について詳細に説明する。
螺旋面方程式の導出について、図12および図13を参照して説明する。ここでは、図12に示すような、ボールねじのナット部材のように、円筒状部材200の内周面に円弧断面形状の螺旋面201を考える。図13(b)は、図12の螺旋面201の進行方向に直交する断面図であって、図13(a)は、図13(b)の座標系の平面図である。ここで、図12に示すように、空間の座標系(o−xyz)における単位ベクトルをそれぞれ式(1)のように定義する。
次に、砥石車60と螺旋面(ねじ溝面)201(101)との接触線の算出について、図14を参照して説明する。図14は、工作物100としてのボールねじのナット部材を砥石車60により研削するある状態を示す図であって、各座標系を示している。この座標系のうち、図12および図13の座標系と同記号は、同一座標系を示している。
ここで、上記した研削盤1において、砥石車60によりボールねじのナット部材100のねじ溝101の研削を考えるとき、両者の接触線は、空間中に1本だけ存在することに着目する。つまり、この接触線をボールねじのナット部材100の中心軸102(ねじ軸)の周りに螺旋運動させると、ねじ溝101が得られる。一方、この接触線を、砥石車60の中心軸の周りに螺旋運動させると、砥石車60の外周面が得られる。ここでは、まず、接触線の導出について説明する。
算出した砥石車33と工作物100のねじ溝101と接触線(x、y、z)は、図15(a)に示すような線状となる。そして、この接触線を、砥石車33の中心軸(Z軸)の周りに螺旋運動させることにより、砥石車33の螺旋面形状からなる凸条33bが得られる。具体的には、式(6)の関係に基づいて接触線を工作物100の座標系(o−xyz)から砥石車60の座標系(o’−XYZ)に変換する。
(6)効果
以上説明した計算方法を適用することにより、工作物100のねじ溝101を研削することが可能な砥石車33の凸条33bの形状を決定することができる。また、砥石車33の外径に応じて砥石車33の螺旋面形状が変化することを考慮しているため、より高精度に研削可能な砥石車33の凸条33bを形成できる。
次に、第二実施形態の研削盤による研削方法ついて図16を参照して説明する。図16は、第二実施形態の研削方法を示す図である。ここで、第二実施形態の研削盤は、第一実施形態の研削盤に対して、以下の点が相違する。第一に、工作物100はベッド10に対して回転不能に固定されている。第一実施形態における主軸装置20は、工作物100を単に保持するためのものとなる。第二に、砥石車33の軸が、工作物100の軸周りに公転するように動作する。具体的には、砥石台32が、ベッド10に対してさらにY軸方向に移動可能な構成となる。
つまり、第一実施形態の研削方法は、工作物100と砥石車33を自転していたのに対して、第二実施形態の研削方法は、工作物100を固定した状態で砥石車33を自転且つ公転している。ただし、工作物100と砥石車33の相対的な位置は、第一実施形態の研削方法と第二実施形態の研削方法とで一致する。つまり、第二実施形態の研削方法においても、第一実施形態と同様の効果を奏する。
上記実施形態においては、凸条33bを1条ねじとして、工作物100の1条のねじ溝101を研削加工した。この他に、凸条33bを多条とすることで、工作物100に多条ねじを形成することができる。また、凸条33bを砥石車33の軸周りに1周未満となるように螺旋状に形成してもよい。この場合には、螺旋状の凸条33bのリードをねじのリードと一致させる必要がないので、リード角など凸条33bの設計自由度を向上させることができる。また、複数巻きの砥石車33に比べて軽量となり、撓みが生じにくく、高精度の仕上げ加工が可能となる。
13,14:主軸台用ガイドレール、 15:砥石台用Z軸モータ
16:砥石台用Z軸ボールねじ、 17:主軸台用Z軸モータ
20:主軸装置、 21:主軸台(工作物回転手段)、 22:主軸
23:チャック(工作物保持手段)
30:砥石支持装置、 31:砥石台トラバースベース
31a,b:X軸ガイドレール、 31c:X軸ボールねじ
31d:X軸モータ
32:砥石台、
33:砥石車、 33a:基部、 33b:凸条、 33c:砥石車基準点
34:砥石回転用モータ(砥石車回転手段)、 35:支持軸部材
40:NCツルーイング装置、 41:支持部材、 42:ロータリドレッサ
50:制御装置(制御手段)、 51:外径検出部、 52:面形状取得部
53:砥石成形処理部
60:砥石車(円盤状)
100:工作物(雌ねじ)、 101:ねじ溝、 102:ねじ軸
103:工作物基準点、 104:加工点
Claims (13)
- 軸状の工作物を保持する工作物保持手段と、
前記工作物の軸に平行な砥石軸周りに回転可能であり、前記工作物に対して前記工作物の軸方向および軸直交方向に相対的に移動可能であり、且つ、前記砥石軸を前記工作物に対して前記工作物の軸周りに相対的に回転可能な砥石車と、
を備え、
前記工作物の内周面または外周面にねじ溝を研削してねじを形成する研削盤において、
前記砥石車は、
基部と、
前記基部の外周面に前記砥石軸方向に螺旋状に形成され、前記ねじのリード角と異なるリード角に設定された凸条と、
を備えることを特徴とする研削盤。 - 請求項1において、
前記工作物の内周面に雌ねじを形成する場合において、
前記凸条の最外径が前記雌ねじの谷径よりも小さく設定されていることを特徴とする研削盤。 - 請求項1または2において、
前記砥石車を前記砥石軸周りに回転駆動する砥石車回転手段と、
前記工作物を前記工作物の軸周りに回転駆動する工作物回転手段と、
前記砥石車を前記工作物に対して相対的に前記工作物の軸方向および軸直交方向に移動する軸移動手段と、
前記砥石車回転手段、前記工作物回転手段、および、前記軸移動手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする研削盤。 - 請求項1または2において、
ベッドと、
前記砥石車を前記砥石軸周りに回転駆動する砥石車回転手段と、
前記砥石車を前記工作物に対して相対的に前記工作物の軸方向および軸直交方向に移動する軸移動手段と、
前記砥石軸を前記工作物の軸周りに相対的に回転駆動する公転手段と、
前記砥石車回転手段、前記軸移動手段、および、前記公転手段を制御する制御手段と、
を備え、
前記工作物保持手段は、前記工作物を前記ベッドに対して回転不能に固定することを特徴とする研削盤。 - 請求項1〜4のいずれか一項において、
前記凸条は、前記砥石軸周りに複数周に亘るように螺旋状に形成されていることを特徴とする研削盤。 - 請求項5において、
前記凸条は、前記ねじのリード角より大きなリード角に設定されることを特徴とする研削盤。 - 請求項1〜4のいずれか一項において、
前記凸条は、前記砥石軸周りに一周未満となるように螺旋状に形成されていることを特徴とする研削盤。 - 請求項1〜7のいずれか一項において、
前記凸条は、多条に形成されていることを特徴とする研削盤。 - 請求項1〜8のいずれか一項において、
前記研削盤は、
研削目標の前記ねじ溝のねじ溝面と前記砥石車との接触線を算出し、前記接触線を前記砥石車の中心軸周りに回転させることにより面形状を取得する面形状取得手段と、
前記面形状取得手段により取得される前記面形状に前記砥石車の外周面を成形する砥石成形手段と、
を備えることを特徴とする研削盤。 - 請求項9において、
前記砥石成形手段は、NC制御により前記砥石車の外周面を形成するNCツルーイング装置であることを特徴とする研削盤。 - 軸状の工作物の軸に平行な砥石車を砥石軸周りに回転し、前記工作物に対して前記工作物の軸方向および軸直交方向に相対的に移動し、且つ、前記砥石軸を前記工作物に対して前記工作物の軸周りに相対的に回転させることにより、前記工作物の内周面または外周面にねじ溝を研削してねじを形成する研削方法において、
前記砥石車は、
基部と、
前記基部の外周面に前記砥石軸方向に螺旋状に形成され、前記ねじのリード角と異なるリード角に設定された凸条と、
を備え、
前記凸条により前記ねじ溝を研削することを特徴とする研削方法。 - 請求項11において、
前記砥石車を前記砥石軸周りに回転させ、前記工作物を前記工作物の軸周りに回転させ、前記砥石車を前記工作物に対して相対的に前記工作物の軸方向におよび軸直交方向に相対移動させることにより、前記工作物の内周面または外周面にねじ溝を研削してねじを形成することを特徴とする研削方法。 - 請求項11において、
前記工作物をベッドに対して回転不能に固定し、前記砥石車を前記砥石軸周りに回転し、前記砥石車を前記工作物に対して相対的に前記工作物の軸方向および軸直交方向に移動し、前記砥石軸を前記工作物の軸周りに相対的に回転駆動することにより、前記工作物の内周面または外周面にねじ溝を研削してねじを形成することを特徴とする研削方法。
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