JP2011056632A - 非真円形状の加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】非真円形状の研削加工において、加工精度を安定させ、加工能率を向上させる。
【解決手段】回転軸線に垂直な断面の輪郭が非真円形状であるワークの外周面を研削するにあたり、ＮＣ工作機を用い、ワーク主軸の回転位相に合わせてワークと砥石の相対位置を制御しつつクリープフィード研削する。
【選択図】図１

Description

この発明は、横断面が楕円形その他の非真円形状をしたワークの外周面を研削により加工する方法に関する。

特許文献１に、カムを有する揺動軸とワーク主軸を同期回転させることにより、非真円形状の加工を行う装置が記載されている。

特開昭５８−１８１５５８号公報

ワーク主軸及び砥石切込み台にＮＣを搭載した工作機を用いて楕円円柱を加工する場合、ワーク主軸の回転位相に合わせて、砥石切込み台を同期制御することができるため、従来の非ＮＣ機での揺動軸やカム機構装置は不要となる。しかし、砥石切込み台を高速揺動しながら切込み動作を行うため、砥石切込み台は、指令に対する応答性が優れていることが要求される。楕円形状を高精度で安定して得るには、砥石切込み台の揺動を低速（主軸回転数を下げる）での加工が必要であり、加工能率が悪くなり、加工サイクル時間が増大する。

この発明の目的は、非真円形状の研削加工において、加工精度を安定させ、加工能率を向上させることにある。

この発明は、回転軸線に垂直な断面が非真円形状であるようなワークの外周面を研削するにあたり、ＮＣ工作機を用い、ワーク主軸の回転位相に合わせてワークと砥石の相対位置を制御しつつクリープフィード研削することにより、課題を解決したものである。ここで、クリープフィード研削とは、砥石に所定の輪郭を形成しておき、低速で工作物を送って一度の切込みで仕上げ研削する作業をいう（ＪＩＳＢ０１０６）。

この発明は、トリポード型等速ジョイントのトラニオンにおける脚軸の加工に適用することができる（請求項１０）。トラニオン脚軸の横断面形状に楕円（長径＋短径）を採用したタイプの従来のトリポード型等速ジョイントでは、長径・短径比が約１．０１であったが、新たに開発したトリポード型等速ジョイントは、超楕円タイプで長径・短径比が約１．１７と大きいため、楕円研削時の揺動ストロークが長くなり、従来のトリポード型等速ジョイント用研削盤では加工対応不可であった。このため、ＮＣ円筒研削盤の砥石切込み台がＮＣであることに着目し、加えて主軸をＮＣ化すれば、楕円形状加工が可能であるとの判断のもと、トリポード型等速ジョイントの脚軸加工方法の開発を始めたものである。そして、通常のプランジカット研削であれば、砥石切込み台の制御が複雑になることや高速揺動時の追従性に難ありとの問題点に着目して、クリープフィードを採用したものである。なお、砥石切込み台の高速揺動時の追従性を向上させるには、スライドを抵抗の少ないリニアモータにすることも考えられるが、コスト面その他で解決すべき問題点がある。

請求項２の発明は、請求項１の非真円形状の加工方法において、ワーク主軸に対して砥石切込み台を移動させることを特徴とするものである。従来の非真円円柱加工研削盤は、主軸部に揺動軸を設けて、この揺動軸と主軸をカムにより同期させて、楕円形状を作っていたのに対して、砥石切込み台とワーク主軸をＮＣ軸とし、これら２軸を同期制御させて、楕円形状を創造するのである。これによれば、従来の揺動軸およびカム機構装置を省略できるというメリットがある。また、通常のＮＣ円筒研削盤であれば、切込み位置精度向上のため、砥石切込み台はＮＣ化されており、したがってそれを共用するようにすれば新たなＮＣ軸を追加せずに済む。ただし、主軸については、通常のＮＣ円筒研削盤は非ＮＣであるため、これはＮＣ化する必要がある。加えて、従来の機構であれば、カム部接触部品の摩耗により、形状精度に悪影響を与えていたのに対して、ＮＣ駆動方式であれば、カムは不要であり、安定した形状精度が得られる。

請求項３の発明は、請求項１または２の非真円形状の加工方法において、アンギュラフィードであることを特徴とするものである。アンギュラフィードとは、ワーク主軸に対して直角以外の角度をなす方向に砥石を切り込むことをいう。たとえば、ワーク主軸に対して直交する方向にといしを切り込むストレートフィードではワークやチャッキング装置と砥石が干渉する場合に、そのような干渉を避けるためにアンギュラフィードを採用することができる。

請求項４の発明は、請求項１、２または３の非真円形状の加工方法において、ワークの回転軸を含む断面における外周面形状が直線であることを特徴とするものである。前記直線は、ワークの外周面がストレートな円筒面形状である場合には一本の直線となるが、段付きの円筒面形状である場合には二本以上の直線となる。また、ワークの回転軸と平行な直線に限らず、回転軸に対して角度をなす直線も含まれる。後者の場合、ワークの外周面形状はテーパである。

請求項５の発明は、請求項１、２または３の非真円形状の加工方法において、ワークの回転軸を含む断面における外周面形状が曲線であることを特徴とするものである。曲線の具体例としては凸円弧や凹円弧を挙げることができる。

請求項６の発明は、請求項１、２または３の非真円形状の加工方法において、ワークの回転軸を含む断面における外周面形状が直線と曲線の組み合わせであることを特徴とするものである。ここでも曲線の具体例としては凸円弧や凹円弧を挙げることができる。

請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか１項の非真円形状の加工方法において、ワークの回転軸に垂直な断面における外周面が楕円形状であることを特徴とするものである。ここで、楕円とは、字義通りの楕円に限らず、いわゆる卵形や長円形などと呼ばれる形状も含むものとする。

請求項８の発明は、請求項１〜６のいずれか１項の非真円形状の加工方法において、ワークの回転軸に垂直な断面における外周面形状が真円と楕円の組み合わせであることを特徴とするものである。

請求項９の発明は、請求項１〜８のいずれか１項の非真円形状の加工方法において、ワークの回転軸に垂直な断面における外周面の一部のみ加工することを特徴とするものである。

請求項１０の発明は、請求項１〜９のいずれか１項の方法において、前記ワークがトリポード型等速ジョイントのトラニオンにおける脚軸であることを特徴とするものである。

この発明によれば、クリープフィード研削を採用することで、ワーク１回転で加工が完了するため、切込み台の高速揺動は不要であり、非真円形状の形状精度が安定して容易に得られる。しかも、サイクルタイムが短縮されて加工能率も向上する。

ストレートフィードの説明図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。 アンギュラフィードの説明図であって、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図である。 （Ａ）はトラニオンの一部破断正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は脚軸の平面図、（Ｄ）は図３（Ｂ）の脚軸根元部拡大図である。 （Ａ）は軸端突起付きのトラニオンの一部破断正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は図４（Ｂ）の脚軸先端部拡大図、（Ｄ）は脚軸の平面図、（Ｅ）は図４（Ｂ）の脚軸根元部拡大図である。

以下、トリポード型等速ジョイントの構成要素であるトラニオンの脚軸を研削加工する場合を例にとって、この発明の実施の形態を説明する。

まず、ワークの例について述べるならば、図３はトリポード型等速ジョイントのトラニオン１０を示す。トラニオン１０は、軸心部にセレーション（またはスプライン、以下同じ）孔１４を形成したボス１２と、ボス１２の円周方向に等間隔に配置した３本の脚軸１６とからなり、図３（Ｂ）から分かるように各脚軸１６はボス１２から半径方向に突出している。

図３（Ｃ）から分かるように、脚軸１６の軸線に垂直な断面すなわち横断面の１８ｂ部は楕円形状である。１８ａ部は非加工部（前加工残り部）であり、外周面の一部のみ楕円形状を加工してある。図３（Ｄ）に示すように、脚軸１６の根元部１８ｄは研削切り上がり逃げＲ部で凹円弧形状となっている。脚軸１６の軸線を含む断面すなわち縦断面における外周面は、図３（Ａ）（Ｂ）（Ｄ）から分かるように、軸線と平行な直線及び曲線である。

図４に示すトラニオン１０´は、脚軸１６の軸端付近に突起１８ｃが形成してある点で、図３のトラニオン１０と相違している。図４（Ｄ）から分かるように、脚軸１６の軸線に垂直な断面すなわち横断面の１８ｂ部は楕円形状である。１８ａ部は非加工部（前加工残り部）であり、外周面の一部のみ楕円形状を加工している。突起１８ｃは、脚軸１６の外周面のうち、楕円部１８ｂに設けてあり、楕円部と同心で、かつ、それよりもわずかに大径である。なお、この２つの直線は、軸線と角度なす直線で結ばれている。脚軸１６の軸線を含む断面すなわち縦断面における外周面は、図４（Ａ）（Ｂ）（Ｅ）から分かるように軸線と平行及び角度をなす直線、及び曲線である。図４の実施例の場合、外周面の母線は長短２本の直線とテーパ及び曲線の組み合わせである。

次に、図１に概略構成を示す加工装置について述べる。この加工装置は、ＮＣ（数値制御）工作機の主要部を構成するワーク主軸２０と砥石軸３０を含んでいる。ワーク主軸２０は、ＮＣ工作機の架台等の静止部材（図示省略）に固定してあり、一方の端部に、ワーク２６を保持するためのチャッキング装置２２を備えている。チャッキング装置２２は図１（Ｂ）に矢印で示すように回転軸線２８を中心にして回転自在である。ワーク主軸２０のもう一方の端部（図１（Ａ）では上端部）に、回転駆動装置として主軸用ＮＣモータ２４が取り付けてある。

図１ではチャッキング装置２２の詳細は省略してあるが、ワーク２６は図３および図４に関連して上に述べたトラニオン１０、１０´であって、セレーション孔１４の内径をコレットチャックにて把握し、さらにクランパーにて上部から固定するタイプである。そして、加工する脚軸１６をワーク主軸２０と同軸となるように位置決めする。

砥石軸３０は砥石切込み台３２に固定してあり、その砥石切込み台３２は、たとえばリニアスライド機構とボールねじ機構を利用して、符号３８で示すＸ軸方向に往復移動可能に、上記静止部材に取り付けてある。砥石切込み台３２を移動させるための駆動装置として砥石切込み台用ＮＣモータ３４が同じく静止部材に設置してある。砥石軸３０はスピンドルを内蔵しており、モータで回転駆動される。砥石軸３０は端面に砥石３６を保持している。砥石３６は、加工能率向上のため、ＣＢＮ砥石を採用してもよい。砥石３６の外周の断面形状は、ワーク２６の仕上げ形状を転写した形状となっている。

砥石の選定と対策について述べるならば、一般砥石であるＷＡ砥石を用いてテストを行ったところ、研削抵抗大による砥石異常磨耗が発生し、砥石軸駆動動力異常となった。そこで、耐摩耗性に優れるＣＢＮ砥石に変更したところ、砥石軸駆動動力は安定し、加工精度は良好となった。しかし、ＣＢＮ砥石は硬度大のためドレッシングに難があり、良好な切れ味は得られず、加工能率は必ずしも向上しない。その対策として、砥石及びダイヤモンドロールのスペック見直し、ドレス条件・加工条件の見直しを行うことにより、満足できる加工能率を得ることができる。

図１に示す状態から、主軸用ＮＣモータ２４が始動すると、図１（Ｂ）に矢印で示すようにワーク主軸２０が回転してチャッキング装置２２とともにワーク２６を回転させる。また、砥石軸３０のスピンドルが回転して砥石３６を回転させる。砥石切込み台用ＮＣモータ３４が始動すると、砥石切込み台３２が、図１（Ａ）ではＸ軸方向、ＮＣモータ３４の回転方向によって図１（Ａ）の左または右方向に移動する。この砥石切込み台３２の移動方向および移動量は、ワークの回転軸に同期させて、あらかじめＮＣ制御装置にプログラムしてある。すなわち、所望の非真円形状を得るため、ＮＣ制御により、ワーク主軸２０の回転と同期して砥石切込み台３２を移動軸３８方向に移動させ、ワーク主軸２０の回転軸２８の位相と砥石３６の位置を関連付けている。

加工は、クリープフィード方式で行い、ワーク２６が１回転すると完了する。加工条件を例示するならば次のとおりである。
ワーク材料：ＳＣＭ４２０Ｈ
ワーク接線方向の切込速度：３０ｍｍ/ｓ
砥石：ビトリファイドＣＢＮ砥石 粒度＃１００ 集中度１５０
砥石周速 加工時：６０ｍ/ｓ
砥石周速 ドレスツルーイング時：３１ｍ/ｓ
研削液：水溶性エマルションタイプ
ドレッサー：トラバース方式のロータリーダイヤモンド
ドレッサー回転数：５０００ｍ^-1

図１はワーク主軸２０の回転軸２８に対して直交する方向（Ｘ軸３８方向）に砥石３６の切込みを与えるいわゆるストレートフィードの例である。これに対して、図２に示すように、ワーク主軸２０の回転軸２８に対して斜めに砥石３６の切込みを与えるアンギュラフィードを採用することも可能である。たとえば、アンギュラフィードを採用することによって、ワーク主軸２０のチャッキング装置２２と砥石３６の干渉を避けることができる。

楕円長径の寸法管理用として、ポストプロセスゲージを採用してもよい。通常の研削盤で用いる寸法測定ゲージは、インプロセスゲージを用いるが、ここでは、ワーク１回転で加工完了するクリープフィードを採用しているため、通常のインプロセスは不可であり、加工した値をフィードバックして制御するポストプロセスとする。しかし、この方式では、ドレス直後や機械停止直後の寸法は、温度特性により不安定となる。その対策として、ワーク１軸を加工する際に、寸法公差内に入るまでｎ回転加工する方式を採用することが考えられる。１回転目は、正寸よりプラス目に測定しながら加工し、２回転目でその値を盛り込んで加工する方式である。これを寸法公差内に入るまでｎ回繰り返す。もっとも、このようにすることで寸法精度の安定化は図られるが、サイクルタイムが増えるため、前述した停止直後のみとするのが好ましい。

１０ トラニオン
１２ ボス
１４ セレーション孔
１６ 脚軸
１８ａ 楕円の非加工部
１８ｂ 楕円の加工部
１８ｃ 突起
１８ｄ 脚軸根元部（研削切り上がり逃げＲ部）
１８ｅ 突起外側テーパ部
１８ｆ 突起内側テーパ部
２０ ワーク主軸
２２ チャッキング装置
２４ ＮＣモータ
２６ ワーク
２８ 回転軸
３０ 砥石軸
３２ 砥石切込み台
３４ ＮＣモータ
３６ 砥石
３８ 移動軸

Claims (10)

1. 回転軸線に垂直な断面の輪郭が非真円であるようなワークの外周面を仕上げ研削するにあたり、ＮＣ工作機を用い、ワーク主軸の回転位相に合わせてワークと砥石の相対位置を制御しつつクリープフィード研削する非真円形状の加工方法。
2. ワーク主軸に対して砥石切込み台を移動させる請求項１の非真円形状の加工方法。
3. アンギュラフィードによる請求項１または２の非真円形状の加工方法。
4. ワークの軸線を含む断面における外周面形状が直線である請求項１、２または３の非真円形状の加工方法。
5. ワークの軸線を含む断面における外周面形状が曲線である請求項１、２または３の非真円形状の加工方法。
6. ワークの軸線を含む断面における外周面形状が直線と曲線の組み合わせである請求項１、２または３の非真円形状の加工方法。
7. ワークの軸線に垂直な断面における外周面形状が楕円形状である請求項１〜６のいずれか１項の非真円形状の加工方法。
8. ワークの軸線に垂直な断面における外周面形状が真円と楕円の組み合わせである請求項１〜６のいずれか１項の非真円形状の加工方法。
9. ワークの軸線に垂直な断面における外周面の一部のみ加工する請求項１〜８のいずれか１項の非真円形状の加工方法。
10. 前記ワークがトリポード型等速ジョイントのトラニオンである請求項１〜９のいずれか１項の非真円形状の加工方法。

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