JP2013208704A - 環状工作物の研削加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄肉環状工作物の真円度を安価に向上させることができる環状工作物の研削加工装置を提供する。
【解決手段】環状工作物の研削加工装置１００は、環状工作物３の端部に当接するチャック軸の周囲のマグネットコイルに通電することによってチャック軸に磁力を発生させて環状工作物３の把持を行う電磁チャック機構と、チャック軸に把持された環状工作物３の外周面又は内周面に当接して環状工作物３の外周面又は内周面の研削を行う回転砥石２と、回転砥石２による研削部位に研削液２３を噴射する研削液噴射ノズル１と、研削液噴射ノズル１に研削液２３を供給する研削液供給手段２５と、を備えて、センタレス研削方式で環状工作物３の外周面又は内周面の研削を行う。電磁チャック機構は、マグネットコイルに流す電流の切り替え時に減衰脱磁を実施するチャック電源を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁チャック機構により把持した環状工作物の外周面又は内周面を回転砥石で研削すると共に、研削部位には研削液を噴射供給して、センタレス研削方式で環状工作物の研削を行う環状工作物の研削加工装置に関する。

これまで、センタレス研削方式で環状工作物の外周面又は内周面の研削を行う環状工作物の研削加工において、真円度を向上させる対策として、回転砥石の回転数を監視し、回転砥石の回転数と工作物の回転数との比である回転数比が整数にならないように、工作物の回転数を制御する技術（下記特許文献１参照）や、工作物の外周面の支持箇所を４点に増やし、回転砥石及び調整車による２点支持との協働で研削加工時における工作物の剛性を向上させて、研削加工時における工作物の歪み変形を低減させる技術（下記特許文献２参照）が提案されている。

特開平４−２５６５７３号公報 実用新案登録 第２５８４８３９号公報

ところが、上記特許文献１の技術では、フィードバック制御のために制御装置が繁雑化するという問題があり、また、特許文献２の技術では、工作物の支持箇所が増えるために、支持装置の構成が繁雑化するという問題があった。

一方、本願発明者は、各種の実験結果を解析した結果、研削サイクル中には、工作物支持手段から作用する把持力、工作物の研削部位に噴射供給される研削液の圧力等の各種の外力が工作物に作用しており、薄肉環状工作物の仕上げ工程の場合では、上記の各種の外力が工作物に歪み変形を生じさせる要因となっており、これが真円度の低下に大きく影響していることを知見した。

本発明の目的は上記課題を解消することにあり、制御装置の繁雑化を招くフィードバック制御が不要であり、また、工作物を支持する支持装置の構成の繁雑化を招く工作物の支持箇所の増加も不要で、薄肉環状工作物の真円度を安価に向上させることができる環状工作物の研削加工装置を提供することにある。

上記目的は下記構成により達成される。
（１） 環状工作物の端部に当接するチャック軸の周囲のマグネットコイルに通電することによって前記チャック軸に磁力を発生させて前記環状工作物の把持を行う電磁チャック機構と、前記チャック軸に把持された前記環状工作物の外周面又は内周面に当接して前記環状工作物の外周面又は内周面の研削を行う回転砥石と、前記回転砥石による研削部位に研削液を噴射する研削液噴射ノズルと、前記研削液噴射ノズルに研削液を供給する研削液供給手段と、を備えて、センタレス研削方式で前記環状工作物の外周面又は内周面の研削を行う環状工作物の研削加工装置であって、
前記電磁チャック機構は、前記マグネットコイルに流す電流の切り替え時に減衰脱磁を実施するチャック電源を備えていることを特徴とする環状工作物の研削加工装置。
（２） 前記電磁チャック機構は、加工終了時に前記環状工作物の減衰脱磁を行うことを特徴とする（１）に記載の環状工作物の研削加工装置。
（３） 前記研削液供給手段は、供給する研削液量を研削サイクル中に加減できる構成としたことを特徴とする（１）又は（２）に記載の環状工作物の研削加工装置。

上記の環状工作物の研削加工装置では、電磁チャック機構が、マグネットコイルに流す電流の切り替え時に減衰脱磁を実施するチャック電源を備えているので、研削サイクルの仕上げ工程において環状工作物に作用する外力を低減させることで、仕上げ工程中の前記外力による前記環状工作物の弾性変形量を低減させることができ、これにより、薄肉環状工作物の真円度を向上させることができる。
また、研削サイクルの仕上げ工程において環状工作物に作用する外力としては、例えば、研削部位に噴射供給される研削液の圧力、電磁チャック機構の着磁力による把持力、研削砥石から受ける研削力などがあるが、これらのいずれの外力を低減させる場合も、制御装置の繁雑化を招くフィードバック制御が不要であり、また、工作物を支持する支持装置の構成の繁雑化を招く工作物の支持箇所の増加も不要であるため、より安価に、薄肉環状工作物の真円度向上を図ることができる。特に、仕上げ工程において着磁力の切り替えを行う際に減衰脱磁を実施することで、環状工作物及びチャックの残留磁気を低減させ、加工速度に応じた着磁力に確実に切り替えることができ、薄肉環状工作物の真円度を向上させることができる。また、加工終了後の減衰脱磁により工作物の残留磁力を確実に除去できる。

本発明に係る環状工作物の研削加工方法を実現する研削加工装置の第１の実施の形態の概略構成図である。 図１に示した研削加工装置のＡ矢視図で、電磁チャック機構の概略構成図である。 図２に示した電磁チャック機構のマグネットコイルに給電するチャック電源の説明図である。 図１に示した研削加工装置における研削サイクル中の動作制御を示すタイムチャートである。 研削加工時の研削液流量と真円度との相関を示すグラフである。 研削加工時のチャック電源電流と真円度との相関を示すグラフである。 本発明に係る環状工作物の研削加工方法を実現する研削加工装置の第２の実施の形態の概略構成図である。 本発明に係る環状工作物の研削加工方法を実現する研削加工装置の第３の実施の形態の概略構成図である。

以下、本発明に係る環状工作物の研削加工方法及び装置の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る環状工作物の研削加工方法を実現する研削加工装置の第１の実施の形態の概略構成図、図２は図１に示した研削加工装置のＡ矢視図で、電磁チャック機構の概略構成図、図３は電磁チャック機構に給電するチャック電源の説明図である。

この第１の実施の形態の環状工作物の研削加工装置１００は、薄肉の転がり軸受用軌道輪やシリンダライナ等の環状工作物３を把持する電磁チャック機構２１（図２参照）と、電磁チャック機構２１に把持された環状工作物３の外周面に当接して環状工作物３の外周面の研削を行う回転砥石２と、研削部位に研削液（クーラント）２３を噴射する研削液噴射ノズル１と、研削液噴射ノズル１に研削液２３を供給する研削液供給手段２５と、を備えていて、センタレス研削方式で環状工作物３の外周面の研削を行う。

電磁チャック機構２１は、図２に示すように、環状工作物３の端部に当接するチャック軸８の周囲を囲み、隙間を介して配されるマグネットコイル７に通電することによって、チャック軸８に着磁力を発生させて環状工作物３の把持を行う。

本実施の形態の研削加工装置１００の場合、電磁チャック機構２１のマグネットコイル７は、図３に示すように、チャック電源９により通電される。チャック電源９は、マグネットコイル７に通電する電流を研削サイクル中に加減できるように構成されている。

更に、本実施の形態の研削加工装置１００の場合、電磁チャック機構２１は、マグネットコイル７に流す電流の切り替え時に減衰脱磁を実施する。

本実施の形態における研削液供給手段２５は、研削液を圧送する研削液源２７と研削液噴射ノズル１との間を２つの供給路３１，３２で接続している。それぞれの供給路３１，３２には、各供給路３１，３２における研削液２３の流量を設定する流量調整弁４，５が設けられている。更に、一方の供給路３２には、流量調整弁５の上流側に配置されて供給路３２を開閉する電磁式の開閉弁６が装備されていて、研削サイクル中に電磁式の開閉弁６を開閉制御することによって研削液噴射ノズル１に供給する研削液量が加減できるようになっている。

以上に説明した研削液供給手段２５において，２つの供給路３１，３２の流量調整弁４，５は、研削処理中は流路を開いた状態に維持される。また、供給路３２に装備された電磁式の開閉弁６は、研削処理開始時には流路を開いた状態に制御されていて、粗加工工程が終了して仕上げ工程に入ると、供給路３２の流路を閉じるように制御される。
即ち、本実施の形態の研削液供給手段２５では、研削処理開始後、粗加工工程が終了するまでは、供給路３１，３２の双方から研削液２３が研削液噴射ノズル１に供給されて、十分な量の研削液が研削部位に噴射される。しかし、仕上げ工程時には、供給路３２からの供給が絶たれて、供給路３１からの供給のみになるため、研削部位に噴射される研削液量を減らして、研削液の噴射により環状工作物に作用する外力を低減させる。

以上に説明した研削加工装置１００では、研削サイクルの仕上げ工程時には、電磁式の開閉弁６により供給路３２を閉じることによって、研削部位に噴射される研削液２３量を減らして、環状工作物３に作用する外力を低減させる研削加工方法を実施する。

更に、研削加工装置１００では、研削サイクルの仕上げ工程時には、電磁チャック機構２１のマグネットコイル７に通電する電流を減少させて、電磁チャック機構２１により環状工作物３に外力として作用している着磁力による把持力を低減させる研削加工方法を実施する。更に、電磁チャック機構２１では、マグネットコイル７に流す電流の切り替え時に減衰脱磁を実施し、残留磁気の影響を無くす。そのため、仕上げ工程においてマグネットコイル７に通電する電流を減少させて電磁チャック機構２１の着磁力を低減させるときには、確実に着磁力を低減させることができる。さらに、仕上げ工程終了時にも減衰脱磁を行うことにより、環状工作物３の残留磁力を確実に除去でき、後工程である超仕上げ工程での工作物の保持等を安定して行える。

また、研削加工装置１００では、研削サイクルの仕上げ工程時には、スパークアウトを実施して、研削部位に作用する研削力自体の低減も図る。
ここに、スパークアウトとは、加工の最終段階で回転砥石２の送り量を減少させたり、回転砥石２による切り込みを停止させたりすることで、仕上げ精度を向上させる作業を意味している。

図４は、以上の研削加工装置１００において、研削サイクル中における研削液量、マグネットコイル７への通電電流、回転砥石２による研削力の変化を示すタイムチャートで、図の横軸がサイクル時間になっている。
図中の曲線ｆ１はクロス動作の変化、曲線ｆ２は研削液量の変化、曲線ｆ３はマグネットコイル７への通電電流の変化、曲線ｆ４は研削力の変化を示している。
図４に示すように、研削サイクルの仕上げ工程時には、研削液量、マグネットコイル７への通電電流、研削力のそれぞれが低減される。

以上に説明した研削加工装置１００が実施する研削加工方法は、研削サイクルの仕上げ工程で環状工作物３に作用する外力を低減させるもので、具体的には、研削部位に噴射供給される研削液２３の圧力、電磁チャック機構２１の着磁力による把持力、回転砥石２から受ける研削力などの外力を、それぞれ低減させる。
その結果、仕上げ工程中の外力による環状工作物３の弾性変形量を低減させることができ、これにより、薄肉環状工作物３の真円度を向上させることができる。

図５は、上記研削加工装置１００による研削サイクルの仕上げ工程における研削液量と工作物の真円度との相関を示したもので、研削液量を低減させるほど、真円度が向上していて、仕上げ工程において研削液量を低減させることの有用性を確認することができた。

図６は、上記研削加工装置１００による研削サイクルの仕上げ工程におけるマグネットコイル７への通電電流と工作物の真円度との相関を示したもので、図中の曲線ｐ１は減衰脱磁を実施したときの通電電流と真円度との相関を示し、図中の曲線ｐ２は減衰脱磁を実施しなかったときの通電電流と真円度との相関を示している。
図６に示したように、マグネットコイル７への通電電流を低減させるほど、着磁力の低下で、環状工作物３の変形が軽減される結果、真円度が向上していることが分かる。また、減衰脱磁をした場合には減衰脱磁をしない場合よりも真円度が向上していて、仕上げ工程において減衰脱磁をしつつ、マグネットコイル７への通電電流を低減して、着磁力を減少させることの有用性を確認することができた。

また、上記の研削液２３の圧力、電磁チャック機構２１の着磁力、回転砥石２からの研削力などの外力は、いずれの外力を低減させる場合も、制御装置の繁雑化を招くフィードバック制御が不要であり、また、工作物を支持する支持装置の構成の繁雑化を招く工作物の支持箇所の増加も不要であるため、本実施の形態の研削加工方法では、より安価に、薄肉環状工作物３の真円度向上を図ることができる。

更に、研削サイクルの当初（例えば、粗加工工程）から研削部位に供給する研削液２３量を減らした場合には、研削焼けや、サイクル時間の長大化等の不都合が生じる虞があるが、本実施の形態のように仕上げ工程から研削液２３量を減らす場合にはそのような問題は発生せず、良好に研削処理を進めることができる。

また、電磁チャック機構２１のマグネットコイル７に通電する電流を減少させるだけでは、残留磁気の影響で着磁力が想定通りに低減せず、着磁力による把持力を想定通りに低減させることができなくなる虞がある。
しかし、本実施の形態の研削加工装置１００が実施する研削加工方法では、電磁チャック機構２１のマグネットコイル７に流す電流の切り替え時に減衰脱磁を実施するため、残留磁気の影響を無くして、確実に着磁力を低減させることができ、図６の曲線ｐ１に示したように、チャック機構の把持力を確実に低減させて、真円度を確実に向上させることができる。

図７は、本発明に係る環状工作物の研削加工方法を実現する研削加工装置の第２の実施の形態の概略構成図である。
この第２の実施の形態の研削加工装置１０１は、第１の実施の形態の研削加工装置１００の一部を改良したもので、研削液噴射ノズル１に研削液を供給する手段として、第１の実施の形態で使用した研削液供給手段２５の代わりに、研削液供給手段２６を使用したものである。

第２の実施の形態の研削加工装置１０１は、研削液噴射ノズル１に研削液を供給する手段として、研削液供給手段２６を採用した点以外の構成は、第１の実施の形態の構成と共通で良く、共通の構成については、同番号を付して説明を省略する。

第２の実施の形態に示した研削液供給手段２６は、研削液を圧送する研削液源２７と研削液噴射ノズル１との間を連絡する供給路３４の途中に、供給する電気信号に比例した流量制御が可能な電磁比例制御弁１４を装備したもので、研削サイクルの仕上げ工程時には、電磁比例制御弁１４に入力する電気信号を低減させることで、供給路３４を絞って、研削液噴射ノズル１から研削部位に供給される研削液量を減らす。
そのため、研削サイクルの仕上げ工程時には、研削液の噴射により環状工作物に作用する外力を低減させる研削加工方法を実施して、環状工作物３の真円度を向上させることができる。

図８は本発明に係る環状工作物の研削加工方法を実現する研削加工装置の第３の実施の形態の概略構成図である。
第３の実施の形態の研削加工装置１０２は、チャック軸８の着磁力により環状工作物３の把持を行う電磁チャック機構２１（図２参照）と、チャック軸８に把持された環状工作物３の外周面に当接して環状工作物３の外周面の研削を行う回転砥石２と、回転砥石２による研削部位に研削液２３を噴射する研削液噴射ノズル１５と、研削液噴射ノズル１５に研削液２３を圧送する研削液源２７と、を備えて、センタレス研削方式で環状工作物３の外周面の研削を行う環状工作物の研削加工装置である。

回転砥石２、環状工作物３、研削液２３を圧送する研削液源２７等は、第１の実施の形態の研削加工装置１００と共通である。

第３の実施の形態の研削加工装置１０２では、図に矢印Ｂで示すように、研削液噴射ノズル１５が例えば水平方向に移動可能に装備されていて、研削サイクル中に、研削液噴射ノズル１５の移動により環状工作物３に噴射される研削液２３量を加減できるようになっている。

そして、この研削加工装置１０２では、研削サイクルの仕上げ工程時には、研削液噴射ノズル１５を粗加工工程で設定されていた基準位置から移動させることで、研削部位に噴射される研削液２３量を減らして、環状工作物３に作用する外力を低減させる研削加工方法を実施する。

従って、この研削加工装置１０２の場合も、研削サイクルの仕上げ工程時には、研削液２３の噴射により環状工作物３に作用する外力が低減するため、外力の影響による環状工作物３の変形が抑止されて、真円度を向上させることができる。

また、研削部位への研削液２３の供給量を低減させるための研削液噴射ノズル１５の移動操作には、制御装置の繁雑化を招くフィードバック制御が不要であり、また、工作物を支持する支持装置の構成の繁雑化を招く工作物の支持箇所の増加も不要であるため、より安価に、薄肉環状工作物の真円度向上を図ることができる。

なお、上記の各実施形態では、環状工作物の外周面の研削を行う研削加工装置を示したが、本発明に係る環状工作物の研削加工方法及び装置は、環状工作物の内周面の研削を行う場合にも適用可能であることは言うまでもない。

また、上記の実施形態では、研削サイクルの仕上げ工程では、研削部位に噴射供給される研削液の圧力、電磁チャック機構の着磁力による把持力、研削砥石から受ける研削力などの複数の外力を低減させたが、例えば研削液の圧力のみを低減させたり、あるいは、電磁チャック機構の着磁力のみを低下させたりすることで、真円度の向上を図るようにしても良い。
但し、上記の実施の形態で示したように、同時に複数の外力を低減させれば、それだけ環状工作物３の変形を抑止する効果が大きくなり、より真円度の高い研削加工が可能になる。

１ 研削液噴射ノズル
２ 回転砥石
３ 環状工作物
４，５ 流量調整弁
６ 電磁式の開閉弁
７ マグネットコイル
８ チャック軸
１４ 電磁比例制御弁
１５ 研削液噴射ノズル
２１ 電磁チャック機構
２３ 研削液
２５，２６ 研削液供給手段
２７ 研削液を圧送する研削液源
３１，３２，３４ 供給路
１００，１０１，１０２ 研削加工装置

Claims (3)

1. 環状工作物の端部に当接するチャック軸の周囲のマグネットコイルに通電することによって前記チャック軸に磁力を発生させて前記環状工作物の把持を行う電磁チャック機構と、前記チャック軸に把持された前記環状工作物の外周面又は内周面に当接して前記環状工作物の外周面又は内周面の研削を行う回転砥石と、前記回転砥石による研削部位に研削液を噴射する研削液噴射ノズルと、前記研削液噴射ノズルに研削液を供給する研削液供給手段と、を備えて、センタレス研削方式で前記環状工作物の外周面又は内周面の研削を行う環状工作物の研削加工装置であって、
   前記電磁チャック機構は、前記マグネットコイルに流す電流の切り替え時に減衰脱磁を実施するチャック電源を備えていることを特徴とする環状工作物の研削加工装置。
2. 前記電磁チャック機構は、加工終了時に前記環状工作物の減衰脱磁を行うことを特徴とする請求項１に記載の環状工作物の研削加工装置。
3. 前記研削液供給手段は、供給する研削液量を研削サイクル中に加減できる構成としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の環状工作物の研削加工装置。

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