JP2010500929A - 機械部品の研削方法および上記方法を行なうための研削盤 - Google Patents

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Abstract

たとえば駆動軸として用いられ、研削プロセス中に長手方向軸の周りを回転し、かつ、一方の軸端にジャーナルを備え、反対側の端部に凹部を備える機械部品の研削方法を開示する。研削プロセスは同一の研削盤の中で行なわれる。上記の研削方法において、機械部品は、解放可能なクランプジョー(6)およびセンタリング先端部を有する工作物スピンドルヘッド(4)のチャック、バックレスト(11)、および/または心押し台クイル(8)によって、異なる締着された状態にされる。締着された状態の変更には、すべての異なる締着された状態において単一の研削盤の中で同じ位置、すなわち締着された位置に機械部品が留まり、その結果、より正確な大きさ、形状および位置を経済的な態様で得ることができ、研削されるべき機械部品のすべてのエリアが連続的に研削ディスクにアクセスできるという利点がある。

Description

この発明は、長手方向軸の周りを回転するように駆動され、かつ、一方の軸端にジャーナルを有し、反対側の端部に内側凹部を有する機械部品の研削方法に関し、外面は第1の砥石車を用いて研削され、内側凹部の周面は第2の砥石車を用いて研削され、工作物主軸台、心押し台および少なくとも1つの振れ止めが研削中に機械部品を締着するために設けられており、この発明は、上記方法を行なうための、万能研削盤、円形研削盤または非円形研削盤のような研削盤に関する。
比較的複雑な構成を有するこのような機械部品を研削する際、工作物主軸台と心押し台との間に機械部品を端部で締着して、異なる砥石車を用いて機械部品の外側輪郭上の異なるエリアを研削することは公知である。機械部品の端部に凹部があれば、一方の側で機械部品を締着して、機械部品の反対側の自由にアクセスできる端部において、異なる大きさの砥石車を用いて外側エリアと内側凹部の輪郭との両方を研削することが提案されてきた。このような方法は、たとえばDE 23 33 041に見られることができる。一方の側で締着される機械部品では、振れ止めで反対側の自由端を支持することも慣例的である。DE 101 44 644 A1には、複数の砥石車を用いた研削中に、回転する工作物を支持するための振れ止めを用いることが記載されている。
これらすべての場合において、必要な機械加工プロセスは、同一の機械上で、単一の不変の締着プロセスにおいて行なわれることができる。
しかしながら、この発明に従って研削されるべき機械部品は、機械部品の他のエリアと比較して直径が小さいジャーナルを一端に有する。このジャーナルはまた、非常に正確にセンタリングされなければならず、次いで外周上では円形研削されなければならない。さらに、外側エリアおよび内側凹部を研削しなければならない。この場合、公知の方法を用いて研削することは不可能である。なぜなら、通常の締着方法が用いられる場合、機械部品の特定のエリアにアクセスできないためである。特に問題の機械部品がギアシャフトである場合、寸法精度およびセンタリングに関して精度の要求が非常に厳しい。場合によっては、研削の際の不正確に起因して発生し得るわずかな変化でさえ、極めて不利な結果に繋がる可能性がある。
したがって、この発明の目的は、断続的な位置変化なく、すなわち、可能な限り同じ状態のままである締着された状態下で、機械部品が単一の研削盤の中で少なくとも仕上げ研削され得る研削方法および研削盤を提供することである。
この目標は、クレーム1における特徴全体に従った方法を用いて、およびクレーム9における特徴全体を有する研削盤を用いて達成される。
この発明に従った方法および研削盤では、そうするために研削盤における機械部品の位置、いわゆる締着された位置を変える必要なく、異なる締着された状態に順応することが可能である。
以下の締着された状態を重視すべきである。
a) 機械部品の軸端で工作物主軸台と心押し台との間に締着する。
b) 機械部品のジャーナルは、工作物主軸台のセンタリング先端部に対してジャーナルを引寄せる解放可能なクランプジョーによって挟持される。機械部品の自由端は振れ止めによって支持される。
c) クランプジョーが引込まれると、機械部品は、工作物主軸台のセンタリング先端部と、機械部品の内側凹部に嵌まるスリーブ先端部との間に締着される。
ジャーナルを除いて、機械部品の外側エリアはすべて、締着された状態aで機械加工されることができる。円形研削および非円形研削が可能である。機械部品の外側輪郭上で周エリアを研削できるだけでなく、端面および先細りになった遷移面を研削することもできる。締着された状態aでは、少なくとも1つの振れ止め台座を研削することも可能である。振れ止め台座は、外側輪郭が研削されている間または別個の作業ステップにおいて研削されることができる。外側研削の後および内側凹部の研削の前に第1の作業シーケンスとして振れ止め台座を準備することが特に望ましい。締着された状態aでは、方向転換した凹部も問題なく追加できる。
締着された状態bでは、機械部品は既に、工作物主軸台のセンタリング先端部および位置決めされた振れ止めによってセンタリングされている。この締着された状態では、非常に正確に内側凹部の周を研削することが可能である。円形研削も非円形研削も可能であり、X軸、Z軸および少なくともC軸が補間された態様で移動する。内側凹部の先細りになった長手方向の推移部と同様に、さらに何もなしでも内側凹部の角柱の輪郭が可能である。
締着された状態cでは、研削盤内の機械部品の締着された位置を変える必要なく、より正確なセンタリングを用いてジャーナルの円形断面を研削することが可能である。心押し台が及ぼす特定の軸方向推力は、工作物主軸台のセンタリング先端部が機械部品を回転させるのに十分である。なぜなら、比較的小さいジャーナルの円形研削中の回転抵抗は、他の研削プロセスでの回転抵抗よりも大幅に低いためである。
すべての締着された状態において研削のためにCBN砥石車を用いなければならない。
内側凹部の研削許容差は、機械部品の一方の肩部と心押し台のスリーブとの間の距離が電子位置決めヘッドを用いて決定されるという点で決定されることができる。
機械部品の内側凹部は、円錐もしくは円筒形の輪郭、または前述のように任意の所望の輪郭を有し得る。しかしながら、好ましくは60°のセンタリングボアが必要であるにちがいない。対応して円錐形に構成された内側凹部がいずれにせよ設けられると、当然のことながらセンタリングのために内側凹部を直接用いることができる。
したがって、この発明の方法および研削盤を用いて、特に高品質で同一の研削盤を用いて問題の機械部品を正確に研削することが可能である。この態様で、大幅に向上した寸法精度、形状精度および位置精度を機械部品について生み出すことが可能である。さらに、半製部品を一時保管する必要がない。なぜなら、工作物が同一の機械の中で完全に正確に研削されるためである。これは、半製部品の高価な一時保管の必要がないことを意味する。
さらなる有利な実施例は、従属請求項の主題である。
この発明の方法を行なうための研削盤の上からの図を示す。 この発明の方法のシーケンスにおける第1の局面を示す。 方法の次のさらなる局面を示す。 その後の次の局面を示す。 この発明の研削方法のシーケンスにおける最後の局面である。 この発明の方法を用いて研削されるべき第1の典型的な機械部品を一例として示す。 このような機械部品の別の例を示す。 図1に示される研削盤の上からの斜視図である。 記載される研削盤に属する振れ止めの側面図である。
図面に示される例示的な実施例を用いて、以下でさらに詳細にこの発明について説明する。
図1および図8に示される研削盤は基本的に、万能円形および非円形研削盤の典型的な構造に由来する。機械ベッド1上に配置されるのは、いわゆるZ2軸の方向に研削テーブル3を長手方向に配置できる2つのガイド2である。工作物主軸台4は、駆動モータ5およびチャック6で研削テーブル3に取付けられる。チャックは機械部品31を締着し、チャックの端部にはセンタリング先端部26および解放可能なクランプジョー27が設けられる(図2〜図4参照)。
軸方向に間隔をあけて工作物主軸台4と同軸に配置されるのは、心押し台7である。心押し台7は、適合されたスリーブ先端部9において終端する通常の心押し台スリーブ8を有する(図3)。心押し台7は、研削テーブル3上で長手方向に動かされることができ、機械部品31は、共通の回転軸10で工作物主軸台4と心押し台7との間に例のごとく締着される(図2〜図4参照)。
振れ止めベース28および可動支持部29を備える振れ止めを11で表記する(図3)。振れ止め11が稼動すると、図3および図9において特によく分かるように、可動支持部29が延びて、機械部品31の周を部分的に取囲む。
計4つの測定装置13、14、15および30が図に示されており、それらの測定装置は研削プロセスを制御および調整する。ドレッシング(dressing)装置12は、研削盤上にある砥石車をドレスする。
研削盤には、共通の研削主軸台17上にすべて配置される3つの研削スピンドル19、22および25が備えられている。研削主軸台17は、摺動部16上の垂直回動軸18の周りを回動可能に配置され、摺動部16はそれ自体が、共通の回転軸10に垂直に、すなわち通常のX軸の方向にずらされることができる。回動の動きは湾曲した矢印Bによって示されており、摺動移動の動きはまっすぐな両方向矢印Xによって示されている。ZおよびZ2は、工作物の長手方向の移動方向および工作物に平行な移動方向をそれぞれ示しており、Cは共通の回転軸10の周りでの機械部品31の回転を示している。
第1の砥石車19は第1の砥石車20を支え、第1の砥石車20は第1の回転軸21の周りを回転する。第1の砥石車20は、機械部品31の外側輪郭を研削する。ここで選択される例示的な実施例では、第1の砥石車20は、互いに垂直に配置された2つの研磨層20aおよび20bを有する。したがって、第1の砥石車20は、回転対称な周面も、例示的な実施例では上部にある端面も研削できる(特に図4参照)。
第2の研削スピンドル22は第2の砥石車23を支え、第2の砥石車23は、第2の回転軸24の周りを回転し、直径が小さく、特に図3に示されるように、機械部品31の回転対称な内側凹部36を研削する。
この発明の方法を行なうために必要なのは、第1の研削スピンドル19および第2の研削スピンドル22のみである。
たとえば研削されるべき周面もしくは端面、または研削されるべき方向転換した凹部におけるものなどの追加の機械加工プロセスのために用いられ得る第3の研削スピンドルを25で表記する。
図6は、この発明の方法に従って研削されるべき回転対称な機械部品31の一例を示す。機械部品31は円筒形の基礎形状を有しており、一端にジャーナル32を有する。ジャーナル32に接続されるのは、遷移部34を介してフランジ35に遷移する長手方向に延びた軸部33である。遷移部の輪郭は、階段状になっている場合もあれば先細りになっている場合もあり、またはその両方である場合もある。溝38さえ可能である。ジャーナル32とは反対側の、フランジ35を備える端部に、機械部品31は回転対称な内側凹部36を有する。図6に従って示される例示的な実施例では、後者は、部分的に階段状の円筒であり、部分的に先細りになっており、かつ、アンダーカットエリア37に遷移する輪郭を有する。
図7は、この発明の方法に従って研削されるべき機械部品の別の例を示す。遷移エリア34は、図6における例示的な実施例における溝よりも大きな溝38を有する。さらに、回転対称な内側凹部36はここでは、階段状になっただけの円筒形の輪郭を有する。
ここで、図2〜図5を用いて、記載される研削盤を用いてこの方法がいかに進められるかを詳細に説明する。図2は、第1の締着された状態における機械部品31である工作物を示す。センタリング先端部26を用いて、工作物主軸台4のチャック6が、機械部品31のジャーナル32にセンタリングして嵌まる。ジャーナル32の端面は、このために対応する凹部を有していなければならない。さらに、解放可能なクランプジョー27が、ジャーナル32の外周を囲む。クランプジョー27は、ジャーナル32の外周上に機械部品31を締着し、チャック6のセンタリング先端部26に対して径方向に均一に支えられる。
さらに、クランプジョー27は、機械部品31をチャック6の中心周方向センタリング先端部26に軸方向に押付けるように設計される。
この態様で、機械部品31についてのセンタリング精度の向上が達成される。
機械部品31の反対側では、心押し台スリーブ8の円錐形に適合されたピン9が、先細りになった内側凹部36に挿入される。
振れ止め11は引込まれた位置にあり、可動支持部29は引込まれている。この第1の締着された位置では、第1の砥石車20は機械部品31の遷移エリア34に対して位置決めされ、振れ止め台座39がそこで研削される。研削場所は、短い二重線によって示されている。行なわれる研削は剥離研削であり、図2における研削方向は、右から左、すなわち工作物主軸台4の方向である。
共通の回転軸10および第1の回転軸21は、共通の平面にあるのではなく、むしろ主として研削場所上に点接触しかないように互いに多少斜めに垂直方向にも位置決めされる。
図3は、次の機械加工局面を示す。第1の研削スピンドル19は遊休位置に引込まれ、振れ止め11の可動支持部29が、研削された振れ止め台座39を部分的に囲む。図9も参照されたい。
さらに、心押し台7は軸方向に機械部品31から引込んでおり、その結果、回動軸18の周りで研削主軸台17を回動させることによって、工作物31の回転対称な内側凹部36の正面の稼動位置に第2の研削スピンドル22を持ってくることができる。心押し台7は長さLだけ引込まれなければならず、長さLは、従来の万能円形および非円形研削盤上では入手できず、内側研削のために心押し台7と機械部品31との間の空間に第2の研削スピンドル22を挿入できるほど十分に長い。長さLは、従来のスリーブ移動量よりも約3〜5倍長い。これは第2の締着された状態を作り出す。ここで、内側凹部36の回転対称な周面が第2の砥石車23を用いて研削される。
図4は、研削プロセスの次の第3の局面を示す。第2の研削スピンドル24が遊休位置に戻され、心押し台スリーブ8のスリーブ先端部9が機械部品31の内側凹部36上に締着およびセンタリングして位置決めされる。振れ止め11はここでは稼動していない。なぜなら、可動支持部29は振れ止めベース28に引込まれているためである。したがって、第1の締着された状態全体が図2と同様に現存している。ここで、第1の砥石車20が、研削主軸台17を回動させることによって、機械部品31の外側輪郭に対して再位置決めされる。研削されるべきエリアは、図4において外側輪郭における追加の平行な棒によって特に識別され、主に遷移エリア34に位置している。この場合も、第1の回転軸21に対してわずかに斜めに共通の回転軸10を位置決めすることによって、剥離研削として行なわれる外側円形研削中に、主として研磨層と機械部品31との間に確実に点接触しかないようになる。
したがって、図4に従った再び作り出された第1の締着された状態において、解放可能なクランプジョー27による締着のために用いられるジャーナル32を除いてではあるが、機械部品31の外側輪郭全体を研削できる。
しかしながら、最終的に、ジャーナル32も研削すべきである。図5は、研削プロセスのこの局面を示す。このために、研削盤および機械部品31は、第3の締着された状態にされる。解放可能なクランプジョー27が、ジャーナル32から解放され、軸方向にチャック6に挿入される。しかしながら、機械部品31は、ここでは依然として、工作物主軸台のセンタリング先端部26と心押し台スリーブのスリーブ先端部9との間でだけ締着されている。図2〜図4に従った他の局面では、機械部品31のための回転駆動が主として工作物主軸台4の解放可能なクランプジョー27によって与えられていたが、機械部品31の径方向の方向転換はここでは、工作物主軸台4のセンタリング先端部26上の摩擦によって与えられる。これは十分である。なぜなら、小さなジャーナル32の円形研削中の回転抵抗は、先立つ研削プロセスにおける回転抵抗よりも大幅に小さいためである。
図5はまた、平行な二重線を用いて、外側輪郭に対するジャーナル32の外側円形研削を強調している。
研削プロセスのさまざまな局面は、測定装置13、14、15および30によって制御され、監視され、多少調整されていた。すべての方法ステップが、不変の締着された位置において、機械部品31で、同じ研削盤の中で行なわれたことを重視しなければならない。
ここで、仕上げ研削後に機械部品を降ろすことができる。
たとえば方向転換した凹部を製造するなどの他の機械加工プロセスが第3の研削スピンドル25を用いて可能である。ただし、全く異なる機械加工目的で第3の研削スピンドル25が用いられなければのことである。
1 機械ベッド、2 ガイド、3 研削テーブル、4 工作物主軸台、5 4のための駆動モータ、6 4のためのチャック、7 心押し台、8 心押し台スリーブ、9 スリーブ先端部、10 共通の回転軸、11 振れ止め、12 目押し装置、13 第1の測定装置、14 第2の測定装置、15 第3の測定装置、16 摺動部、17 研削主軸台、18 回動軸、19 第1の研削スピンドル、20 第1の砥石車、20a 周側用研磨層、20b 端面用研磨層、21 第1の回転軸、22 第2の研削スピンドル、23 第2の砥石車、24 第2の回転軸、25 第3の研削スピンドル、26 センタリング先端部、27 クランプジョー、28 振れ止めベース、29 可動支持部、30 第4の測定装置、31 機械部品、32 ジャーナル、33 長手方向に延びた軸部、34 遷移部、35 フランジ、36 回転対称な内側凹部、37 アンダーカットエリア、38 溝、39 振れ止め台座。

Claims (11)

  1. 長手方向軸の周りを回転するように駆動され、かつ、一方の軸端にジャーナル(32)を有し、反対側の端部に内側凹部(36)を有する機械部品(31)の研削方法であって、
    外面は第1の砥石車(20)を用いて研削され、前記内側凹部の周面は第2の砥石車(23)を用いて研削され、工作物主軸台(4)、心押し台(7)および少なくとも1つの振れ止め(11)が研削中に前記機械部品(31)を締着するために設けられており、前記方法は、
    a) 前記工作物主軸台(4)の前記チャック(6)が、解放可能なクランプジョー(27)で前記機械部品(31)の前記ジャーナル(32)を囲み、同時に前記ジャーナル(32)の端面にセンタリング先端部(26)を嵌める一方で、心押し台スリーブ(8)が、適合されたピン(9)を用いて、前記機械部品(31)の前記内側凹部(36)に嵌まる第1の締着された状態が開始される方法ステップと、
    b) 第1の締着された状態で、振れ止め台座(38)が第1の砥石車(20)を用いて前記機械部品(31)の外周上に研削される方法ステップと、
    c) 前記機械部品(31)が、前記振れ止め台座(38)の場所で前記振れ止め(11)によって支持され、前記第2の砥石車(23)を前記機械部品(31)の前記内側凹部(36)に挿入できるほど十分遠くに離れるように、前記心押し台(7)が軸方向に前記機械部品(31)から動かされる第2の締着された状態が開始される方法ステップと、
    d) 第2の締着された状態で、前記内側凹部(36)の回転対称な周面が前記第2の砥石車(23)を用いて研削される方法ステップと、
    e) 前記第2の砥石車(23)が遊休位置に戻され、前記振れ止め(11)が非稼動状態にされ、第1の締着された状態が戻る方法ステップと、
    f) 戻った第1の締着された状態で、前記ジャーナル(32)を除いて、前記第1の砥石車(20)を用いて、必要なエリアが前記機械部品(31)の外側輪郭上で研削される方法ステップと、
    g) 前記工作物主軸台(4)の前記チャック(6)における前記クランプジョー(27)が前記ジャーナル(32)から解放され、軸方向に前記チャック(6)に引込まれ、その結果、前記機械部品(31)が依然として前記工作物主軸台(4)のセンタリング先端部(26)と前記心押し台スリーブ(8)との間でだけ締着されている第3の締着された状態が開始される方法ステップと、
    h) 第3の締着された状態で、前記ジャーナル(32)の周が前記第1の砥石車(20)を用いて研削される方法ステップとを有する、方法。
  2. 共通の研削主軸台(17)を回動させることによって、前記第1および第2の砥石車(20,23)は前記機械部品(31)と接触するようにされたり接触しないようにされたりし、回動可能な構成を用いて、前記研削主軸台(17)は、前記機械部品(31)の長手方向軸(10)に垂直な方向に摺動部(16)上で線形に動かされ得ることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
  3. 共通の研削主軸台(17)の無段回動を用いて、前記第1および第2の砥石車(20,23)は、研削されるべき前記機械部品(31)のエリアに対して異なる角度で位置決めされ得ることを特徴とする、請求項2に記載の方法。
  4. 前記振れ止め台座(39)の研削は、前記工作物主軸台(4)の方への長手方向の前進を伴う剥離研削を用いて行なわれることを特徴とする、請求項1から3のいずれかに記載の方法。
  5. 前記機械部品(31)の外側輪郭を研削する際、前記第1の砥石車(20)の回転軸(
    21)ならびに前記工作物主軸台(4)、機械部品(31)および心押し台(7)の前記共通の回転軸(10)は、前記第1の砥石車(20)と前記機械部品(31)の前記外側輪郭との間に基本的には点接触しか作り出さないように互いに斜めに走っており、長手方向の前進は前記工作物主軸台(4)の方向に行なわれることを特徴とする、請求項1から4のいずれかに記載の方法。
  6. 前記機械部品(31)の周エリアも端面も前記第1の砥石車(20)で研削されることを特徴とする、請求項1から5のいずれかに記載の方法。
  7. 研削中の前記機械部品(31)の回転駆動は、前記工作物主軸台(4)の前記センタリング先端部(26)および/または前記解放可能なクランプジョー(27)を用いて、選択的に個別にまたは共通して行なわれることを特徴とする、請求項1から6のいずれかに記載の方法。
  8. 方法はCNC制御されることを特徴とする、請求項1から7のいずれかに記載の方法。
  9. 以下の特徴が与えられる、請求項1から8に記載の方法を行なうためのあるタイプの万能、円形または非円形研削盤のような研削盤であって、以下の特徴とは、
    a) 長手方向に移動可能な研削テーブル(3)上に配置されるのは、工作物主軸台(4)および心押し台(7)であり、工作物主軸台(4)と心押し台(7)との間に、研削されるべき機械部品(31)が配置され、工作物主軸台(4)、機械部品(10)および心押し台(7)の共通の長手方向軸(10)は、前記研削テーブル(3)の長手方向に走っており、
    b) 前記工作物主軸台(4)のチャック(6)は、両方が前記機械部品(31)の一端に配置されたジャーナル(32)と協働するように具体化されるセンタリング先端部(26)および解放可能なクランプジョー(27)を有し、
    c) 前記心押し台(7)は、前記機械部品(31)の他端に位置する回転対称な内側凹部(36)にセンタリングして嵌まるように適合されたピン(9)を有する心押し台スリーブ(8)を有し、
    d) ベース(28)と可動支持部(29)とを有する少なくとも1つの振れ止め(11)が設けられ、
    e) 前記研削テーブル(3)の長手方向に垂直に動くように制御され得る摺動部(16)上に配置されるのは、研削主軸台(17)であり、研削主軸台(17)は、垂直回動軸(16)の周りを回動されることができ、研削主軸台(17)上では、回転するように駆動されかつ平行に走る回転軸(21,24)を有する2つの砥石車(20,23)が支えられ、
    f) 前記研削主軸台(17)を動かし、回動させることによって、前記2つの砥石車(20,23)のための2つの基本位置が選択的にもたらされ、第1の基本位置では、前記第1の砥石車(20)が前記機械部品(31)の外側輪郭上に位置決めされ、第2の基本位置では、前記第2の砥石車(23)が前記内側凹部(36)の周面上に位置決めされ、
    g) 第1の基本位置では、前記機械部品(31)は工作物主軸台(4)と心押し台(7)との間に締着され、第2の基本位置では、前記心押し台(7)は前記機械部品(31)から離れるように動かされ、
    h) 前記心押し台(7)が長手方向に前記研削テーブル(3)上で動く経路は、万能研削盤において公知である経路を超えて延びており、その結果、第1の基本位置から第2の基本位置への遷移がある場合、前記第2の砥石車(23)は、締着された位置に位置する前記機械部品(31)と、離された前記心押し台(7)との間に作り出された間隙に収まることができる、というものである、研削盤。
  10. 前記第1の砥石車(20)は第1の研削スピンドル(19)上に支えられ、前記第2の砥石車(23)は第2の研削スピンドル(22)上に支えられ、前記2つの研削スピンドル(19,22)は、前記研削主軸台(17)上に配置され、前記2つの砥石車(20,23)の回転軸は、好ましくは120°の鈍角で交わることを特徴とする、請求項9に記載の研削盤。
  11. 前記第1の砥石車(20)は、周上にも一端面上にも研磨層(20a,20b)を備えることを特徴とする、請求項9または10に記載の研削盤。
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