JP2013158890A

JP2013158890A - 超仕上げ装置、及び超仕上げ方法

Info

Publication number: JP2013158890A
Application number: JP2012024100A
Authority: JP
Inventors: Susumu Nakano; 勧中野; Atsuhiro Okumoto; 敦洋奥元
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2012-02-07
Filing date: 2012-02-07
Publication date: 2013-08-19

Abstract

【課題】砥石の種類によらず、交換直後の砥石を確実に軸受軌道面になじませることが可能な超仕上げ装置及び超仕上げ方法を提供する。
【解決手段】砥石１９を交換した直後から砥石１９が軸受軌道面１７までなじむまで所定の加工条件で超仕上げするなじませ加工を、複数の軸受軌道面１７，１７，・・・に対して行う。また、上記なじませ加工において、軸受内輪１３及び砥石１９の品種に応じて、加工を施す軸受軌道面１７の個数Ｎを設定し、該個数Ｎに基づいて、それぞれの軸受軌道面１７に対する加工条件を変更するようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、軸受軌道面を超仕上げする超仕上げ装置、及び超仕上げ方法に関する。

一般に、軸受内輪又は軸受外輪の軸受軌道面は、軸受内輪又は軸受内輪を回転させると共に軸受軌道面に砥石を押圧させることによって超仕上げを行っている。ここで、砥石交換直後には、研削の目残りや精度不良を防ぐため、軸受軌道面の形状と砥石の押圧面の形状との差をなじませる必要がある。

例えば、特許文献１の超仕上げ方法においては、砥石を交換した直後の１つ目の軸受軌道面を加工する条件を、２つ目以降の軸受軌道面を加工する条件に対して、軸受内輪又は軸受外輪の単位時間当たりの回転数を低くし、砥石の砥粒の最大傾斜角を大きくし、加工時間を長くしている。このようにすることによって、砥石の損耗量を増加させ、砥石を迅速に軸受軌道面になじませることを図っている。

特許４１１０３９６号公報

しかしながら、特許文献１の超仕上げ方法において、ＣＢＮやダイヤモンド等の超砥粒を含有する超砥粒砥石を用いて超仕上げを行った場合、砥石交換直後の１つ目の軸受軌道面に対してなじませ加工を行うのみでは、砥石を軸受軌道面の形状になじませきれない虞があり、その際に加工不良品を発生させてしまうことがあった。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、砥石の種類によらず、交換直後の砥石を確実に軸受軌道面になじませることが可能な超仕上げ装置及び超仕上げ方法を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）回転する軸受内輪又は軸受外輪の軸受軌道面に、砥石を往復振動運動させながら押圧接触させて、前記軸受軌道面を超仕上げする超仕上げ装置であって、
前記砥石を交換した直後から前記砥石が前記軸受軌道面になじむまで、所定の加工条件で複数の前記軸受軌道面を超仕上げするなじませ加工を行い、
前記なじませ加工と異なる加工条件で前記なじませ加工以降の前記軸受軌道面を超仕上げする通常加工を行い、
前記なじませ加工では、前記軸受内輪又は前記軸受外輪及び前記砥石の品種に応じて、加工を施す前記軸受軌道面の個数を設定し、該個数に基づいて、それぞれの軸受軌道面に対する加工条件を変更する
ことを特徴とする超仕上げ装置。
（２）前記なじませ加工では、それぞれの前記軸受軌道面に対して、加工時間、前記砥石の砥粒軌跡の交差角、及び前記砥石を押圧する圧力のうち、少なくとも何れか１つの加工条件を変更する
ことを特徴とする（１）に記載の超仕上げ装置。
（３）前記砥石は、超砥粒砥石である
ことを特徴とする（１）又は（２）に記載の超仕上げ装置。
（４）回転する軸受内輪又は軸受外輪の軸受軌道面に、砥石を往復振動運動させながら押圧接触させて、前記軸受軌道面を超仕上げする超仕上げ方法であって、
前記砥石を交換した直後から前記砥石が前記軸受軌道面になじむまで、所定の加工条件で複数の前記軸受軌道面を超仕上げするなじませ加工工程と、
前記なじませ加工と異なる加工条件で前記なじませ加工以降の前記軸受軌道面を超仕上げする通常加工工程と、
を有し
前記なじませ加工工程では、前記軸受内輪又は前記軸受外輪及び前記砥石の品種に応じて、加工を施す前記軸受軌道面の個数を設定し、該個数に基づいて、それぞれの軸受軌道面に対する加工条件を変更する
ことを特徴とする超仕上げ方法。
（５）前記なじませ加工工程では、それぞれの前記軸受軌道面に対して、加工時間、前記砥石の砥粒軌跡の交差角、及び前記砥石を押圧する圧力のうち、少なくとも何れか１つの加工条件を変更する
ことを特徴とする（４）に記載の超仕上げ方法。
（６）前記砥石は、超砥粒砥石である
ことを特徴とする（４）又は（５）に記載の超仕上げ方法。

本発明の超仕上げ装置及び超仕上げ方法によれば、砥石を交換した直後から砥石が軸受軌道面までなじむまで所定の加工条件で超仕上げするなじませ加工を、複数の軸受軌道面に対して行うので、１つの軸受軌道面のみになじませ加工を行う場合に比べ、砥石を確実に軸受軌道面になじませることが可能となる。
また、上記なじませ加工において、前記軸受内輪又は前記軸受外輪及び前記砥石の品種に応じて、加工を施す前記軸受軌道面の個数を設定し、該個数に基づいて、それぞれの軸受軌道面に対する加工条件を変更するようにしたので、それぞれの軸受軌道面の取代を均一化することができ、軸受軌道面の形状を安定化させることが可能となる。
特に、ＣＢＮやダイヤモンドのような超砥粒を含有する超砥粒砥石を使用した場合であっても、砥石をより確実に軸受軌道面になじませることが可能である。

本発明に係る超仕上げ装置の一実施形態を示す正面図である。図１に示す超仕上げ装置の横断面図である。本発明に係る超仕上げ加工に用いる砥石の形状を示す斜視図である。超仕上げ加工時における軸受の内輪への砥石の接触状態を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は側面図である。本発明の実施例について、砥石交換後の軸受軌道面の加工数に対する加工時間及び取代の変化を示すグラフである。比較例について、砥石交換後の軸受軌道面の加工数に対する加工時間及び取代の変化を示すグラフである。

以下、本発明に係る超仕上げ装置、及び超仕上げ方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本実施形態の超仕上げ装置１１の正面図である。図２は、図１に示した超仕上げ装置１１の横断面図である。超仕上げ装置１１は、軸受内輪１３を超仕上げする装置であり、被加工物である軸受内輪１３は、回転機構（図示せず）により回転自在に支持されるとともに回転軸１５の周りで所定の周速で回転される。内輪１３は、その外周に環状の軸受軌道面１７を有しており、この内輪１３の軸受軌道面１７には、砥石１９が押圧接触している。

砥石１９は、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）やダイヤモンド等の超砥粒を包含する超砥粒砥石であって、硬度が高く耐摩耗性に優れ、砥石交換回数が少なくて済む。また、図３及び図４に示すように、砥石１９は、その先端部に所定の曲率を持つ円筒状の曲面１９ａが形成されている。また、図１及び図２に示すように、砥石１９は、押圧機構である空圧シリンダ２３のピストンロッド２３ｂに固定されたアーム２１により押圧され、先端部の曲面１９ａが、内輪１３の軸受軌道面１７に当接されている。また、空圧シリンダ２３には空圧供給管２３ａが接続され、外部から駆動用の空気が供給される。

この空圧シリンダ２３は保持部材２５により固定保持され、砥石１９は保持部材２５に滑り案内されつつ保持されている。また、保持部材２５は揺動軸部材２７に固定されている。したがって、砥石１９及び空圧シリンダ２３は保持部材２５と揺動方向に一体的に動作する。この揺動軸部材２７にはサーボモータ２９の回転軸２９ａが連結されており、１回転中で任意のステップポジションが得られるようになっている。また、得られたステップポジションを揺動中心として、任意の揺動角（揺動振幅）αで揺動（往復振動運動）自在となっている。なお、このときの揺動中心軸３１は、軸受軌道面１７の曲率の中心と略一致している。

そして、サーボモータ２９には制御部３０が接続されている。この制御部３０は、サーボモータ２９の揺動振幅、揺動中心の移動動作を制御するとともに、内輪１３を回転させる回転機構及び砥石１９を内輪１３に押圧する押圧機構である空圧シリンダ２３も制御する。

次に、この超仕上げ装置１１の動作を説明する。
空圧シリンダ２３の空圧によって、ピストンロッド２３ｂが縮退すると、ピストンロッド２３ｂに接続されたアーム２１が従動し、アーム２１の先端に取り付けられた砥石１９が内輪１３の軸受軌道面１７に押圧される。この状態で、内輪１３を回転するとともに、サーボモータ２９によって揺動軸部材２７を揺動すると、それに応じて砥石１９も揺動中心軸３１の周りで揺動角αで揺動し、軸受軌道面１７の研磨が行われる。

そして、研磨が終わった内輪１３は超仕上げ装置１１から取り外され、次の未加工の内輪１３が超仕上げ装置１１に取り付けられて、超仕上げが行われる。このサイクルを自動的に繰り返すうちに砥石１９は徐々に摩耗していき、保持部材２５に設けられた摩耗検出手段（図示せず）により砥石１９の摩耗状態が検出される。砥石１９の摩耗が設定値まで達すると、超仕上げ装置１１の運転が停止される。超仕上げ装置１１の運転停止に伴い、作業者は摩耗した砥石を新たな砥石と交換する。砥石１９を交換した場合、目残りや精度不良をなくすために、交換した砥石１９を軸受軌道面１７にいち早くなじませる必要がある。

このため、本実施形態の超仕上げ装置１１では、砥石１９を交換した直後から砥石１９の曲面１９ａの形状が軸受軌道面１７の形状になじむまで、通常の加工条件とは異なる加工条件で複数の軸受軌道面１７，１７・・・を超仕上げするなじませ加工を行う。当該なじませ加工を行うことによって、砥石１９が軸受軌道面１７になじんだことを不図示の検出手段によって確認した場合、それ以降の軸受軌道面１７に対して、通常の加工条件で超仕上げする通常加工を行う。

なじませ加工を施す複数の軸受軌道面１７,１７・・・の個数Ｎ（Ｎは２以上の自然数）は、砥石１９や軸受内輪１３の品種（仕様や厚さ等）によって最適な値が設定される。

また、砥石交換直後のなじませ加工では、Ｎ個の軸受軌道面１７，１７・・・それぞれに対して、個数Ｎに基づいて、加工時間Ｔ、砥石１９の砥粒軌跡の交差角θ、及び砥石１９を押圧する圧力Ｐのうち、少なくとも何れか１つの加工条件を変更し、取代Ｃｔが常に略一定で且つ通常加工時の取代Ｃａと略等しくなるように設定している（Ｃｔ＝Ｃａ＝ｃｏｎｓｔ、ｔ＝１，２，・・・，Ｎ）。

ここで、砥石交換直後になじませ加工を行い始めてｔ番目（ｔ＝１，２，・・・、Ｎ）の軸受軌道面１７に対する加工条件Ｔｔ，θｔ，Ｐｔはそれぞれ、通常加工時における加工時間Ｔａ、砥石１９の砥粒軌跡の交差角θａ、又は砥石１９を押圧する圧力Ｐａと、ｔの関数Ｆ（ｔ）と、の積によって、以下のように表される。なお、通常加工時の加工時間Ｔａ、交差角θａ、及び圧力Ｐａは、何れの軸受軌道面１７に対しても、同一の値が用いられる。
Ｔｔ＝Ｆ（ｔ）×Ｔａ、
θｔ＝Ｆ（ｔ）×θａ、
Ｐｔ＝Ｆ（ｔ）×Ｐａ
関数Ｆ（ｔ）は、経験値又は理論値に基づいて設定すればよく、発明者は経験値に基づいて、１次関数又は２次関数とすることが望ましいことを見出している。

（実施例）
実施例として、図５には、６個（Ｎ＝６）の軸受軌道面１７，１７・・・をなじませ加工する場合に、砥石交換直後になじませ加工を行い始めてｔ番目（ｔ＝１，２，・・・，６）の軸受軌道面１７に対する加工時間Ｔｔを以下の式を満たすように設定した場合の、加工時間Ｔｔ及び取代Ｃｔが示されている。
Ｔｔ＝Ｆ（ｔ）×Ｔａ
Ｆ（ｔ）＝ｍ×（７−ｔ）（ｍ＞０）

なじませ加工が進行するに従って（ｔが大きくなるに従って）、砥石１９が軸受軌道面１７になじみ、単位時間当たりの取代が大きくなることを考慮し、上記の式で表したように、加工時間Ｔｔ（関数Ｆ（ｔ））をｔに関する負の１次関数とすることにより、取代Ｃｔが安定化して略一定とすることが可能となる（Ｃｔ＝Ｃａ＝ｃｏｎｓｔ、ｔ＝１，２，・・・６）。

なお、本実施例では、加工時間Ｔｔ以外の加工条件、すなわち、砥石１９の砥粒軌跡の交差角θｔ及び砥石１９を押圧する圧力Ｐｔは一定としたが、必要に応じてこれら交差角θｔ及び圧力Ｐｔを変化させることによって取代Ｃｔの安定化を図るようにしてもよい。

（比較例）
図６には、砥石交換直後の１つ目の軸受軌道面１７をなじませ加工する際の加工時間Ｔ１を、１つ目の軸受軌道面１７の取代Ｃ１が通常加工時の取代Ｃａと等しくなる（Ｃ１＝Ｃａ）ように設定し、さらに、２つ目から６つ目（ｔ＝２〜６）の軸受軌道面１７をなじませ加工する際の加工時間Ｔ２〜Ｔ６を、１つめの加工時間Ｔ１と等しくした場合（Ｔｔ＝ｃｏｎｓｔ、ｔ＝１〜６）の、加工時間Ｔｔ及び取代Ｃｔが示されている。

この場合、なじませ加工が進行するに従って（ｔが大きくなるに従って）、砥石１９が軸受軌道面１７になじみ、単位時間当たりの取代が大きくなるので、加工時間Ｔｔが一定とされる本比較例では、以下に示す式のように、なじませ加工が進行するに従って取代Ｃｔが大きくなり、不良品が発生してしまう虞がある。
Ｃｔ＝ｋ×（ｔ−１）＋Ｃａ（ｋは定数）

以上説明したように、本実施形態の超仕上げ装置１１によれば、砥石１９を交換した直後から砥石１９が軸受軌道面１７までなじむまで所定の加工条件で超仕上げするなじませ加工を、複数の軸受軌道面１７，１７，・・・に対して行うので、１つの軸受軌道面１７のみになじませ加工を行う場合に比べ、砥石１９を確実に軸受軌道面になじませることが可能となる。
また、上記なじませ加工において、軸受内輪１３及び砥石１９の品種に応じて、加工を施す軸受軌道面１７の個数Ｎを設定し、該個数Ｎに基づいて、それぞれの軸受軌道面１７に対する加工条件（例えば、加工時間Ｔｔ、砥石１９の砥粒軌跡の交差角θｔ、及び砥石１９を押圧する圧力Ｐｔ）を変更するようにしたので、それぞれの軸受軌道面１７の取代Ｃｔを均一化することができ、軸受軌道面１７の形状を安定化させることが可能となる。
特に、ＣＢＮやダイヤモンドのような超砥粒を含有する超砥粒砥石を使用した場合であっても、砥石１９をより確実に軸受軌道面１７になじませることが可能である。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良などが可能である。
例えば、本発明の超仕上げ装置は、上述した実施形態における内輪１３に代えて、外輪の軸受軌道面を超仕上げする場合に適用してもよく、自動車の車輪の車軸を懸架装置に回転自在に支持する軸受ユニットを超仕上げする場合に適用してもよい。

１１超仕上げ装置
１３軸受内輪
１５回転軸
１７軸受軌道面
１９砥石
１９ａ曲面
２１アーム
２３空圧シリンダ
２３ａ空気供給管
２３ｂピストンロッド
２５保持部材
２７揺動軸部材
２９サーボモータ
２９ａ回転軸
３０制御部
３１揺動中心軸
α 揺動角

Claims

回転する軸受内輪又は軸受外輪の軸受軌道面に、砥石を往復振動運動させながら押圧接触させて、前記軸受軌道面を超仕上げする超仕上げ装置であって、
前記砥石を交換した直後から前記砥石が前記軸受軌道面になじむまで、所定の加工条件で複数の前記軸受軌道面を超仕上げするなじませ加工を行い、
前記なじませ加工と異なる加工条件で前記なじませ加工以降の前記軸受軌道面を超仕上げする通常加工を行い、
前記なじませ加工では、前記軸受内輪又は前記軸受外輪及び前記砥石の品種に応じて、加工を施す前記軸受軌道面の個数を設定し、該個数に基づいて、それぞれの軸受軌道面に対する加工条件を変更する
ことを特徴とする超仕上げ装置。
前記なじませ加工では、それぞれの前記軸受軌道面に対して、加工時間、前記砥石の砥粒軌跡の交差角、及び前記砥石を押圧する圧力のうち、少なくとも何れか１つの加工条件を変更する
ことを特徴とする請求項１に記載の超仕上げ装置。
前記砥石は、超砥粒砥石である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の超仕上げ装置。
回転する軸受内輪又は軸受外輪の軸受軌道面に、砥石を往復振動運動させながら押圧接触させて、前記軸受軌道面を超仕上げする超仕上げ方法であって、
前記砥石を交換した直後から前記砥石が前記軸受軌道面になじむまで、所定の加工条件で複数の前記軸受軌道面を超仕上げするなじませ加工工程と、
前記なじませ加工と異なる加工条件で前記なじませ加工以降の前記軸受軌道面を超仕上げする通常加工工程と、
を有し
前記なじませ加工工程では、前記軸受内輪又は前記軸受外輪及び前記砥石の品種に応じて、加工を施す前記軸受軌道面の個数を設定し、該個数に基づいて、それぞれの軸受軌道面に対する加工条件を変更する
ことを特徴とする超仕上げ方法。
前記なじませ加工工程では、それぞれの前記軸受軌道面に対して、加工時間、前記砥石の砥粒軌跡の交差角、及び前記砥石を押圧する圧力のうち、少なくとも何れか１つの加工条件を変更する
ことを特徴とする請求項４に記載の超仕上げ方法。
前記砥石は、超砥粒砥石である
ことを特徴とする請求項４又は５に記載の超仕上げ方法。