JP2015155140A - 両頭平面研削装置および研削方法 - Google Patents

両頭平面研削装置および研削方法 Download PDF

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Abstract

【課題】様々なワークを安定して保持できかつ良好な研削精度が得られる、両面平面研削装置および研削方法を提供する。【解決手段】両頭平面研削装置は、環状のワークWの内周面の複数箇所を保持するためのワーク保持部65を含む。ワーク保持部65は、回転軸46からみて放射状に延びる複数の保持部材66を含み、各保持部材66は、回転軸46の径方向に進退可能でありかつワークWの内周面に接触可能である。位置調整部76は、回転軸46とワーク保持部65とを連結しかつ回転軸46の径方向におけるワーク保持部65の位置を調整する。ワーク保持部65によってワークWの内周面を保持した状態で、回転軸46と位置調整部76とワーク保持部65とワークWとを回転軸46周りに一体的に回転させ、回転するワークWの一部を一対の砥石16aで挟んでワークWの両主面を研削する。【選択図】図2

Description

この発明は両頭平面研削装置および研削方法に関し、より特定的には、船舶用大型エンジンのピストンリング、工作機械のローターリテーブル用のクロスローラベアリングの内外輪および風力発電機用の大型ベアリングの内外輪などの中、大型の環状ワークまたは略環状ワークの両面を研削する両頭平面研削装置および研削方法に関する。
従来、ワークを研削するために両頭平面研削装置が用いられている。たとえば、特許文献1に記載されている両頭平面研削装置では、ワークに設けられた中心穴に穴内従動ローラが配置されるとともに、ワークの外周に駆動ローラおよび外周従動ローラが配置されることによって、ワークがローラによって挟持されかつ回転可能に支持される。そして、回転する上部砥石および下部砥石によってワークが上下から切り込まれてワークの両面が同時に研削される。
特開2002−96262号公報
この研削装置によって、大型と呼ばれる直径500mm〜1200mm程度のピストンリングやベアリング内外輪の両面を同時に研削する場合、穴内従動ローラ、駆動ローラおよび外周従動ローラに対してワークは、一対の砥石が対向する(ワークの軸方向の厚み)方向に自由に動く。すなわち、ワークは各ローラによって挟持され回転可能に支持されるので、各ローラに対してワークは移動し、その結果、研削中にワークは、一対の砥石が対向する方向にも自由に動いてしまう。したがって、図16(a),(b)に示すように、被研削面に山型やS型のような反りを有するワークを、一対の砥石によって挟むと、図17に示すように、砥石によって挟まれていない部分が、反りの影響を受けてワークの回転とともに、挟んだ砥石部分を支点として、反りの量に応じて振れ動いてばたついたり大きく振動したりする。すると、ローラ上でワークが円滑に回転せず、ワークが蛇行や振動しながら回転するため、良好な研削精度が得られないという問題がある。ワークを両砥石で挟んだ時にワークのばたつきは反りの量に比例して大きくなるため、ワークの反りが大きい場合、研削精度はさらに低下する。また、ワーク径が大きく、壁肉厚み(径方向厚み)が薄くなるほどワークの歪、反りは大きくなり、ワークの軸方向の厚みが小さいほどワークの剛性が低くなるので、ベアリングの外輪やピストンリングなどの所謂、壁肉薄のワークはより研削が困難になる。
また、特許文献1の研削装置によって大型の壁肉薄のワークを研削する場合、穴内従動ローラと駆動ローラと外周従動ローラの3つのローラが略一直線上に位置することになる。これでは、ワークを支持する箇所が偏在してしまい、ワークを安定して保持できない。
それゆえに、この発明の主たる目的は、様々なワークを安定して保持できかつ良好な研削精度が得られる、両面平面研削装置および研削方法を提供することである。
上述の目的を達成するために、環状のワークの両主面を研削する両頭平面研削装置であって、第1方向に間隔をあけて対向配置されかつ回転する一対の砥石と、第1方向に延びる回転軸と、ワークの内周面の複数箇所を保持するためのワーク保持部と、回転軸とワーク保持部とを連結しかつ回転軸の径方向におけるワーク保持部の位置を調整するための位置調整部と、ワーク保持部によってワークの内周面を保持した状態で、回転軸と位置調整部とワーク保持部とワークとを回転軸周りに一体的に回転させる回転駆動部と、回転するワークの一部を一対の砥石で挟んでワークの両主面を研削するために少なくとも一方の砥石をワークに対して切り込ませる砥石切込部とを備える、両頭平面研削装置が提供される。
また、第1方向に間隔をあけて対向配置されかつ回転する一対の砥石によって環状のワークの両主面を研削する研削方法であって、ワーク保持部によってワークの内周面の複数箇所を保持する保持工程と、第1方向に延びる回転軸周りにワーク保持部およびワークを一体的に回転させる回転工程と、回転するワークの一部を一対の砥石で挟んで少なくとも一方の砥石を切り込ませワークの両主面を研削する砥石切込工程とを備える、研削方法が提供される。
上述の発明では、研削中にワークがワーク保持部に対して動かない(言い換えれば、ワークとワーク保持部とが一体的に動く)ようにワーク保持部によってワークの内周面を保持するので、研削中にワークがワーク保持部に対して、一対の砥石が対向する方向に動くことを抑制できる。また、ワーク保持部は、ワークの両主面(被研削面)を保持しない。したがって、たとえワークの被研削面に反りがあっても、研削時のワークのばたつきを抑制できる。さらに、回転軸の径方向におけるワーク保持部の位置を調整できるので、ワークの内周面の径や形状に拘わらず、ワーク保持部をワークの内周面の複数箇所に接触するまで移動させ、ワーク保持部によってワークの内周面を確実に保持することができる。その結果、様々なワークを安定して保持できかつ良好な研削精度が得られる。
好ましくは、ワーク保持部は、回転軸からみて放射状に延びる複数の保持部材を含み、各保持部材は、回転軸の径方向に進退可能でありかつワークの内周面に接触可能である。この場合、回転軸からみて放射状に延びる複数の保持部材によってワークの内周面を保持するので、ワークの内周面の一箇所当たりの保持力(保持部材がワークの内周面を押圧する力)は小さくて済む。また、保持部材を回転軸の径方向に進退させるだけで、保持部材をワーク内周面に容易に接触させることができる。
また好ましくは、位置調整部は、各保持部材を個別に位置調整可能に構成される。この場合、保持部材ごとにワークの内周面に対する位置を調整できるので、ワークの種類に拘わらずワークの内周面を良好に保持できる。
さらに好ましくは、位置調整部は、複数の保持部材を同時に位置調整可能に構成される。この場合、一回の操作で複数の保持部材の位置調整を行うことができ、複数の保持部材によってワークの内周面を保持する作業を短時間で行うことができる。
好ましくは、複数の保持部材は、少なくとも第1保持部材、第2保持部材および第3保持部材を含み、ワークの内周面のうち、第1保持部材との接触位置を第1位置とし、第2保持部材との接触位置を第2位置とし、第3保持部材との接触位置を第3位置とした場合に、回転軸を基準として第2位置および前記第3位置は第1位置とは反対側に位置し、第1位置と回転軸の中心とを通る直線を基準として第2位置と第3位置とは反対側に位置する。この場合、第1保持部材、第2保持部材および第3保持部材がワークの内周面に押し付けられる。これにより、第1保持部材、第2保持部材および第3保持部材によってワークを十分な力で押圧して保持できる。また、回転軸を基準として、第2位置および第3位置は第1位置とは反対側に位置する。この場合、第1保持部材からワークに与えられる力と、第2保持部材および第3保持部材からそれぞれワークに与えられる力とは、少なくとも逆方向の成分を有する。さらに、第1位置と回転軸の中心とを通る直線を基準として、第2位置と第3位置とは反対側に位置する。この場合、第2保持部材からワークに与えられる力と第3保持部材からワークに与えられる力とは、少なくとも逆方向の成分を有する。これらの結果、ワークをより安定して保持できる。
また好ましくは、回転軸とワークとは同心円状に配置される。この場合、位置調整部によるワーク保持部の位置調整およびワークの内周面の保持をより円滑に行うことができる。
なお、この発明においてワークの両主面とは、ワークの内周面に接続される一対の面のことを意味する。たとえば、ワークが円環形状を有する場合には、ワークの両主面とは一対の円環状の面(すなわち、ワークの表面のうち外周面および内周面を除く2つの面)のことを意味する。
この発明によれば、様々なワークを安定して保持できかつ良好な研削精度が得られる。
この発明の一実施形態に係る両頭平面研削装置を示す図であり、(a)は正面図であり、(b)は平面図であり、(c)は側面図である。 図1に示す両頭平面研削装置の主要部を示す側面図解図である。 図1に示す両頭平面研削装置の主要部を示す断面図解図である。 図1に示す両頭平面研削装置の動作の一例を示すフロー図である。 図1に示す両頭平面研削装置によって楕円環状のワークを保持する場合を示す図である。 この発明の他の実施形態に係る両頭平面研削装置の主要部を示す側面図解図である。 図6に示す両頭平面研削装置のワーク保持部および位置調整部近傍を示す拡大図である。 この発明のその他の実施形態に係る両頭平面研削装置のワーク保持部および位置調整部近傍を示す拡大図である(楕円環状のワークを保持した状態)。 図8に示す両頭平面研削装置のワーク保持部および位置調整部近傍を示す拡大図である(角環状のワークを保持した状態)。 この発明のさらにその他の実施形態に係る両頭平面研削装置の主要部を示す断面図解図である。 図10に示す両頭平面研削装置の主要部を示す側面図解図である。 この発明の他の実施形態に係る両頭平面研削装置のワーク保持部および位置調整部近傍を示す拡大図である。 図12のA−A線断面図解図である。 この発明のその他の実施形態に係る両頭平面研削装置のワーク保持部および位置調整部近傍を示す拡大図である。 図14のB−B線断面図解図である。 (a)は山型の反りを有するワークを示す図であり、(b)はS型の反りを有するワークを示す図である。 従来技術におけるワークのばたつきを示す図解図である。
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。
図1(a)〜(c)を参照して、両頭平面研削装置10は、横型両頭平面研削装置であり、ベッドコラム12を含む。ベッドコラム12の前面中央部には、上下方向に延びる開口部14が形成される。ベッドコラム12内へは開口部14からワークWが進退可能である。ベッドコラム12内には、ワークWを研削するための一対の砥石16a,16bが矢印H方向(この実施形態では水平方向)に間隔をあけて同軸上に対向配置される。この実施形態では、矢印H方向が第1方向に相当し、砥石16a,16bはそれぞれ側面視において円環形状を有する。また、この実施形態では、ワークWは側面視において円環形状を有し、ワークWは断面円形の内周面を有する。
一対の砥石16a,16bは、砥石軸18a,18bによって支持される。砥石軸18a,18bは、砥石軸ユニット20a,20bによって回転自在かつ水平移動可能に支持されるとともに、ベルト22a,22bを介して駆動モータ24a,24bに連動する。したがって、駆動モータ24a,24bの回転駆動力がベルト22a,22bを介して砥石軸18a,18bに伝達され、これによって砥石16a,16bが回転駆動される。
砥石軸18a,18bはそれぞれ、砥石切込部26a,26bによって水平方向に移動可能である。砥石軸18a,18bが砥石切込部26a,26bによって水平方向に移動することによって、一対の砥石16a,16bが水平方向に移動する。ベッドコラム12の上面中央部には開閉可能な蓋部28が設けられる。
ベッドコラム12の前面にはフロントベッド30が配置される。フロントベッド30に搬送部32および回転駆動部34が支持される。
搬送部32は、一対の案内レール36a,36b、ワークテーブル38、テーブル移動ねじ40および駆動モータ42を含む。一対の案内レール36a,36bは、フロントベッド30上において前後方向に延びるように形成される。すなわち、一対の案内レール36a,36bは、砥石軸18a,18bに直交するように配置される。ワークテーブル38は、一対の案内レール36a,36b上に摺動可能に配置される。テーブル移動ねじ40はワークテーブル38の下面に接続される。駆動モータ42は、テーブル移動ねじ40に接続される。駆動モータ42を駆動すると、テーブル移動ねじ40が回転され、それによってワークテーブル38が案内レール36a,36b上を摺動し、ベッドコラム12に対して進退する。これにより、ワークWは一対の砥石16a,16bに対して進退可能となる。回転駆動部34は、ワークテーブル38上に配置され、駆動モータ44を含む。回転駆動部34の端部には、ワークWを回転させるための回転軸46が矢印H方向に延びるように取り付けられる。回転駆動部34は、駆動モータ44によって駆動され、ワークWを回転させるための回転軸46を回転させる。
図2および図3を参照して、回転軸46は、矢印H方向に延びる円筒部47と、円筒部47の端部に形成されるフランジ状の円板部48とを含み、回転軸46の円板部48の中央部には略円筒状のねじリング49が設けられる。ねじリング49は、円筒部50と円筒部50の端部に形成されるフランジ部52とを含む。円筒部50の側面には、周方向に略等間隔で複数(この実施形態では12個)のねじ孔54が形成される。
ねじリング49は、ベースフランジ56に取り付けられる。ベースフランジ56は、略中空円盤状に形成される。ベースフランジ56は、ねじリング49が嵌入される円形状の中空部58と、ねじリング49の各ねじ孔54に対応する位置に(一直線状になるように)形成される複数(この実施形態では12個)のガイド溝60とを有する。各ガイド溝60は、ベースフランジ56の径方向に(放射状に)延びる。複数のガイド溝60は、ベースフランジ56の周方向に略等間隔で配置される。言い換えれば、ベースフランジ56は、ベースフランジ56の周方向に略等間隔に設けられる複数(この実施形態では12個)の突部61を有し、隣り合う突部61の間にガイド溝60が形成される。中空部58にねじリング49の円筒部50を嵌入した状態で、ねじリング49のフランジ部52がベースフランジ56に締結部材62によって取り付けられる。そして、ねじリング49が取り付けられたベースフランジ56が回転軸46の軸端部(円板部48)に複数(この実施形態では4個)の締結部材64によって固定される。このとき、回転軸46とねじリング49とベースフランジ56とは、同軸状に配置されかつ同時に回転可能となる。ベースフランジ56にはワーク保持部65が配置される。ワーク保持部65は、複数(この実施形態では12個)の短冊状の保持部材66を含む。各保持部材66は、精度よくスライドできるようにベースフランジ56のガイド溝60に嵌められ、ベースフランジ56の径方向に(放射状に)延びるように配置される。複数の保持部材66は、ベースフランジ56の周方向に略等間隔で配置される。また、保持部材66が砥石16a,16bによって研削されないように、各保持部材66の厚みはワークWの軸方向の厚みTより小さい寸法に設定される。ガイド溝60上の保持部材66は、ベースフランジ56とガイド板68とによって挟まれ、ガイド板68はベースフランジ56に締結部材70によって取り付けられる。このようなガイド板68によって、保持部材66がガイド溝60から飛び出さずかつがたつきなく円滑にスライドできるように案内される。ねじリング49のねじ孔54には調整ねじ72が螺入される。調整ねじ72は、保持部材66と一直線上に配置され、かつ調整ねじ72の頭部が保持部材66の端部を押圧可能に配置される。調整ねじ72をたとえばトルクレンチなどの治具で回転(正転または逆転)することによって、調整ねじ72および保持部材66をワークWの内周面に対して回転軸46の径方向に進退できる。そして、保持部材66の先端部がワークWの内周面に圧接するまで、調整ねじ72を周方向に回転して保持部材66を押し出す。このようにして、ワークWの内周面が複数(この実施形態では12個)の保持部材66から径外方向に適度な押圧力を均等に受け、複数の保持部材66によってワークWが外側に張り出す(押し出される)ように保持される。また、ベースフランジ56の上方には、ワークWに保持部材66をセットするときのワークWの位置決めを補助するための案内板74が設けられる。案内板74は、回転軸46の軸方向に進退可能に設けられ、ワークWへの保持部材66のセットが完了すれば、図示しない進退駆動モータによって所定の位置まで後退する。
なお、この実施形態では、図2に示すように、12個の保持部材66が周方向に略等間隔(略30度の間隔)で配置されている。したがって、ワーク保持部65(複数の保持部材66)が「ワークの内周面のうち、第1保持部材との接触位置を第1位置とし、第2保持部材との接触位置を第2位置とし、第3保持部材との接触位置を第3位置とした場合に、回転軸を基準として第2位置および第3位置は第1位置とは反対側に位置し、第1位置と回転軸の中心とを通る直線を基準として第2位置と第3位置とは反対側に位置する」という条件を満たす、第1保持部材、第2保持部材および第3保持部材を含むことは明らかである。図2を参照して、時計に例えて、たとえば、「12時」を指す保持部材66を第1保持部材66x、「4時」を指す保持部材66を第2保持部材66y、「8時」を指す保持部材66を第3保持部材66zとすると、第1保持部材66xとワークWとの接触位置が第1位置x、第2保持部材66yとワークWとの接触位置が第2位置y、第3保持部材66zとワークWとの接触位置が第3位置zとなる。この場合、回転軸46を基準として第2位置yおよび第3位置zとは第1位置xとは反対側に位置し、第1位置xと回転軸46の中心Cとを通る直線Pを基準として第2位置yと第3位置zとは反対側に位置する。この実施形態では、位置調整部76は、ねじリング49、ベースフランジ56および複数の調整ねじ72を含む。位置調整部76によって、回転軸46とワーク保持部65とを連結しかつ回転軸46の径方向におけるワーク保持部65の位置を調整できる。
ついで、ワーク保持部65(複数の保持部材66)をワークWにセットする方法について説明する。
まず、12個の保持部材66のうち、十字方向に位置する任意の4個の保持部材66の張り出し寸法が、ワークWの内径寸法より0.5mm程度小さくセットされる。残りの保持部材66の張り出し寸法はこれより更に小さくセットされる。ついで、ワークWの片面が案内板74に押し当てられてワークWが位置決めされる。次に、十字方向の4個の保持部材66のうち正反対に位置する2つの保持部材66が1セットとされ、各セットにおいて保持部材66が交互に、径方向外方へ押し出されていく。このとき、調整ねじ72をたとえばトルクレンチで回すことによって、保持部材66が押される。そして、保持部材66が4個ともワークWの内周面に接触すれば、各セットにおいて保持部材66が所定のトルクで交互に張られていく。残りの保持部材66についても同様にして、正反対に位置する2つの保持部材66からなる各セットにおいて保持部材66が所定のトルクで交互に張られていく。このようにして、ワークWの内周面がワーク保持部65(複数の保持部材66)によって保持される。
次に、図4を参照して、両頭平面研削装置10の主要動作を説明する。
まず、上述のようにしてワーク保持部65によってワークWが保持される(ステップS1)。次に、搬送部32によってワークテーブル38をベッドコラム12に向けて前進させ、ワーク保持部65に保持されたワークWを研削位置まで移動させる。すなわち、ワークWが一対の砥石16a,16b間に送り込まれる(ステップS3)。
次に、回転駆動部34によってワークWの回転が開始される(ステップS5)。具体的には、駆動モータ44の駆動力によって回転軸46が回転し、それに伴って位置調整部76、ワーク保持部65およびワークWが、回転軸46周りに一体的に図2に示す矢印R1方向に回転する。
次に、駆動モータ24a,24bによってそれぞれ砥石16a,16bが図2に示す矢印R2方向に回転されるとともに、砥石切込部26aによって左側(図1参照)の砥石16aがワークWに向かって前進し、砥石16aがワークWに接触し、図示しないセンサで接触位置が検出される(ステップS7)。その後、砥石16aは研削開始位置まで戻される(ステップS9)。
次に、砥石切込部26bによって右側(図1参照)の砥石16bがワークWに向かって前進し、砥石16bがワークWに接触し、図示しないセンサで接触位置が検出される(ステップS11)。その後、砥石16bは研削開始位置まで戻される(ステップS13)。
次に、左右の砥石16a,16bが接触位置まで前進し(ステップS15)、砥石16a,16bによって粗研削インフィードが行われ(ステップS17)、さらに、砥石16a,16bによって精研削インフィードが行われる(ステップS19)。このとき、一対の砥石16a,16bで一時に挟み込まれるのはワークWの一部であるが、ワークWは回転しているので、ワークWの研削されるべきすべての面が一対の砥石16a,16b間を通過し、ワークWの両主面が同時に研削される。その後、スパークアウトされ(ステップS21)、砥石16a,16bは元の位置まで後退する(ステップS23)。そして、ワークWの回転が停止され(ステップS25)、ワークテーブル38がベッドコラム12から後退し、ワークWの着脱位置まで移動する(ステップ27)。
このようなステップS1からステップS27の処理が繰り返され、複数のワークWが順次研削される。
以下、両頭平面研削装置10の作用効果を説明する。
両頭平面研削装置10によれば、研削中にワークWがワーク保持部65に対して動かない(言い換えれば、ワークWとワーク保持部65とが一体的に動く)ようにワーク保持部65によってワークWの内周面を保持するので、研削中にワークWがワーク保持部65に対して、一対の砥石16a,16bが対向する方向に動くことを抑制できる。また、ワーク保持部65は、ワークWの両主面(被研削面)を保持しない。したがって、たとえワークWの被研削面に反りがあっても、研削時のワークWのばたつきを抑制できる。すなわち、ワークWの被研削面が反りや歪等を有するか否か拘わらず、回転軸46と位置調整部76とワーク保持部65とワークWとが一体的に回転するようにワークWの内周面をワーク保持部65で保持して、回転軸46を基準としてワークWを研削でき、研削時のワークWのばたつきを抑制できる。
また、回転軸46の径方向におけるワーク保持部65の位置を調整できるので、ワークWの内周面の径や形状に拘わらず、ワーク保持部65をワークWの内周面の複数箇所に接触するまで移動させ、ワーク保持部65によってワークWの内周面を確実に保持することができ、様々なワークWを安定して保持できる。その結果、ワークWの径や反り等に関係なく、小径の砥石16a,16bによってワークWを研削することができ、ワークWの被研削面について適正な平行度、平面度を確保でき、良好な研削精度が得られ、後工程である内外径の加工基準面としての精度を確保できる。
回転軸46からみて放射状に延びる複数の保持部材66によってワークWの内周面を保持するので、ワークWの内周面の一箇所当たりの保持力(保持部材66がワークWの内周面を押圧する力)は小さくて済む。また、保持部材66を回転軸46の径方向に進退させるだけで、保持部材66をワークWの内周面に容易に接触させることができる。
保持部材66ごとにワークWの内周面に対する位置を調整できるので、ワークWの種類に拘わらずワークWの内周面を良好に保持できる。すなわち、ワークWの内周面の形状が真円ではなく、楕円、四角形状、六角形状、おむすび形状など、円形以外の形状を有する環状のワークに対応できる。たとえば、図5に示すような楕円環状のワークW1にも対応できる。
図2を参照して、第1保持部材66x、第2保持部材66yおよび第3保持部材66zがワークWの内周面に押し付けられることによって、第1保持部材66x、第2保持部材66yおよび第3保持部材66zによりワークWを十分な力で押圧して保持できる。また、回転軸46を基準として、第2位置yおよび第3位置zは第1位置xとは反対側に位置する。この場合、第1保持部材66xからワークWに与えられる力と、第2保持部材66yおよび第3保持部材66zからそれぞれワークWに与えられる力とは、少なくとも逆方向の成分を有する。さらに、第1位置xと回転軸46の中心Cとを通る直線Pを基準として、第2位置yと第3位置zとは反対側に位置する。この場合、第2保持部材66yからワークWに与えられる力と第3保持部材66zからワークWに与えられる力とは、少なくとも逆方向の成分を有する。これらの結果、ワークWをより安定して保持できる。
回転軸46とワークWとは同心円状に配置されるので、位置調整部76によるワーク保持部65の位置調整およびワークWの内周面の保持をより円滑に行うことができる。
ワークWを素材から仕上げ寸法まで一回の研削で終了することができるので、生産性が向上し、砥石16a,16bの有効研削幅が小さくてよいので砥石コストを抑制できる。さらに、両頭平面研削装置10をコンパクトにできる。
上述の実施形態では、各調整ねじ72によって対応する保持部材66を径外方に進めワークWの内周面を保持したが、図6に示す実施形態のように、すべての保持部材66の進退動作を1つの操作で行う自動チャッキング方式が採用されてもよい。
図6および図7を参照して、この実施形態では、回転軸46aの中心に同軸上にカム軸78が通される。すなわち、回転軸46aは、矢印H方向(図1参照)に延びる円筒部47aと、円筒部47aの端部に形成されるフランジ状の中空円板部48aとを含み、カム軸78は、円筒部47aおよび中空円板部48aに挿通される。カム軸78は、回転軸46aに対して回動可能に設けられ、図示しないカム回転駆動アクチュエータに接続される。カム軸78の軸端部には円板カム80が複数(この実施形態では4つ)の締結部材82によって固定される。円板カム80は、環状のカム溝84を含む。カム溝84は、ワーク保持部65aに含まれる複数の保持部材66aと同数(この実施形態では12個)の山部84aと谷部84bとを有する。また、この実施形態では、カム軸78を回転軸46aに固定する(カム軸78に対して回転軸46aを回転不能にする)ためのロック機構(図示せず)が設けられる。したがって、後述するローラ92がカム溝84の山部84aに位置する状態や谷部84bに位置する状態で、ロック機構によってカム軸78を回転軸46aに固定することができる。そして、ロック機構によってカム軸78を回転軸46aに固定させた状態でカム回転駆動アクチュエータを駆動させると、カム軸78と回転軸46aとを一体的に回転させることができる。各保持部材66aにはスプリング穴86が設けられ、スプリング穴86の中にスプリング88とプランジャ90とが挿入される。プランジャ90の端にはローラ92が取り付けられ、ローラ92はカム溝84に嵌る。ベースフランジ56aは、略中空円盤状に形成される。ベースフランジ56aの内径と円板カム80の外径とは略等しい。ベースフランジ56aは、円板カム80の外側に嵌められ、複数(この実施形態では4個)の締結部材64によって回転軸46aの中空円板部48aに固定される。この実施形態では、位置調整部76aは、ベースフランジ56a、カム軸78、カム回転駆動アクチュエータ、円板カム80、締結部材82、スプリング88、プランジャ90およびローラ92を含む。その他の構成については、図1に示す実施形態と同様であるので、重複する説明は省略する。
この実施形態では、ワークWがセットされカム軸78が左方向(図7でいえば反時計回り(矢印R3)方向)に回転されて、円板カム80がローラ92を押し上げるとプランジャ90が押される。すると、適正クランプ力に設定されたスプリング88を介して、保持部材66aが押し出され、ワークWの内周面がすべての保持部材66aによって保持される。このようにして、1つのカム軸78を回転させることによって、すべての保持部材66aによるワークWの内周面の保持が可能となる。そして、図示しないロック機構によって保持部材66aをワークWの保持位置でロックすれば、研削中において保持部材66aが一定の力でワークWを保持し続けることができる。
この実施形態によれば、位置調整部76aは、複数の保持部材66aを同時に位置調整可能に構成されるので、一回の操作で複数の保持部材66aの位置調整を行うことができ、複数の保持部材66aによってワークWの内周面を保持する作業を短時間で行うことができる。
また、すべての保持部材66bの進退動作を、1つの操作によって行うために、図8に示す実施形態のように構成されてもよい。この実施形態では、楕円のワークW1がワーク保持部65bによって保持される。ワークW1の長径の半径は、真円の半径より長さSだけ長い。
この実施形態では、ベースフランジ56bに、ワーク保持部65bに含まれる複数(この実施形態では12個)の保持部材66bとともに、複数(この実施形態では12個)のエアシリンダ94が設けられる。各エアシリンダ94のピストンロッド96に保持部材66bが連結される。各エアシリンダ94は、対応するパイプ98を介してエア供給ジョイント100に接続される。エア供給ジョイント100は、回転軸46bの中心に同軸上に通され、回転軸46bと一体的に回動可能に設けられる。すなわち、回転軸46bは、矢印H方向(図1参照)に延びる円筒部47bと、円筒部47bの端部に形成されるフランジ状の中空円板部48bとを含み、エア供給ジョイント100は、円筒部47bおよび中空円板部48bに挿通され、かつ回転軸46bに固定される。エア供給ジョイント100の端部は回転軸46bの端部から突出し、エア供給ジョイント100の端部の外側面に複数のパイプ98が放射状に接続される。図示しないエア供給源から供給されたエアが、エア供給ジョイント100および各パイプ98を介して各エアリンダ94に供給されると、保持部材66bが一斉に前進してワークW1の内周面を押圧してワークW1を保持することができる。ベースフランジ56bは、略中空円盤状に形成される。ベースフランジ56bの内径とエア供給ジョイント100の外径とは略等しい。ベースフランジ56bは、エア供給ジョイント100の外側に嵌められ、複数(この実施形態では4個)の締結部材64によって回転軸46bの中空円板部48bに固定される。この実施形態では、位置調整部76bは、ベースフランジ56b、エアシリンダ94、パイプ98、エア供給ジョイント100およびエア供給源を含む。その他の構成については、図1に示す実施形態と同様であるので、重複する説明は省略する。
この実施形態によれば、1つの操作で各保持部材66bを個別に駆動でき、エアシリンダ94を用いることによって、内径の差(たとえば長径と短経との差)が大きいワークや異形のワークに対して、保持部材66bの張り出した量(ストローク量)に関係なくすべての保持部材66bが均等な力でワークの内周面を押圧し保持することができる。なお、エアシリンダに代えて油圧シリンダが用いられてもよい。図12および図14に示す実施形態についても同様である。
上述の実施形態において、保持部材の長さや先端形状を、加工したいワークに応じて変更すれば、ベアリング内外輪、クロスローラベアリング内外輪、ピストンリング等の円環状のワークに限定されず、三角形、四角形など任意の環状形状のワークへ一層対応し易くなる。たとえば、図8に示す実施形態の各保持部材66bの長さを図9に示すように変更すれば、図9に示すような角環状(六角形状)のワークW2を容易に保持することができる。
各保持部を個別に位置調整するために、図10および図11に示す実施形態のように構成されてもよい。
図10および図11を参照して、この実施形態では、図1に示す両頭平面研削装置10のワーク保持部65および位置調整部76に代えて、ワーク保持部65cおよび位置調整部76cが用いられる。
位置調整部76cは、ねじリング49cと、ベースフランジ56cと、保持プレート102とを含む。
略円筒状のねじリング49cは、ねじ孔54を有さない点を除いてねじリング49と同様に構成される。すなわち、ねじリング49cは、回転軸46の円板部48の中央部に設けられ、円筒部50cと円筒部50cの端部に形成されるフランジ部52とを含む。ねじリング49cは、ベースフランジ56cに取り付けられる。
ベースフランジ56cは、ガイド溝60および突部61を有さない点を除いてベースフランジ56と同様に構成される。すなわち、ベースフランジ56cは、略中空円盤状に形成され、ねじリング49cが嵌入される円形状の中空部58を有する。中空部58にねじリング49cの円筒部50cを嵌入した状態で、ねじリング49cのフランジ部52がベースフランジ56cに締結部材62によって取り付けられる。そして、ねじリング49cが取り付けられたベースフランジ56cが回転軸46の軸端部(円板部48)に複数(この実施形態では4個)の締結部材64によって固定される。ベースフランジ56cには保持プレート102が取り付けられる。
保持プレート102は、中空円板状に形成され、ねじリング49cが挿通する円形状の中空部104と、複数(この実施形態では12個)の略長方形状の貫通孔106とを有する。複数の貫通孔106は、保持プレート102の周方向に略等間隔で設けられる。保持プレート102の曲げ剛性を高くしつつ保持プレート102が砥石16a,16bによって研削されないように、保持プレート102の厚みはワークWの軸方向の厚みTよりやや小さく設定される。また、保持プレート102の外径はワークWの内径よりやや小さく設定される。保持プレート102とワークWとの隙間Gがたとえば5mm程度になるように、保持プレート102の外径は設定される。保持プレート102は、ベースフランジ56cに複数(この実施形態では6個)の固定ボルト108によって固定される。したがって、回転軸46とねじリング49cとベースフランジ56cと保持プレート102とは、同軸状に配置されかつ同時に回転可能となる。保持プレート102の各貫通孔106には、保持プレート102の径方向に(放射状に)延びて保持プレート102の外周面に貫通するねじ孔110が形成される。ねじ孔110は、保持プレート102の厚み方向の適正な位置(この実施形態では、厚み方向の略中央部)を通るように設けられる。
ワーク保持部65cは、複数(この実施形態では12個)のボルト状の保持部材66cを含む。各保持部材66cは、対応するねじ孔110に螺入され、保持プレート102の径方向に(放射状に)延びるように設けられる。複数の保持部材66cは、保持プレート102の周方向に略等間隔で配置される。保持部材66cを回転(正転または逆転)することによって、保持部材66cをワークWの内周面に対して回転軸46の径方向に進退できる。言い換えれば、保持部材66cの雄ねじとねじ孔110の雌ねじとの相互作用によって、ねじ孔110に対して保持部材66cを進退でき、保持部材66cの位置を調整できる。そして、保持部材66cの先端部がワークWの内周面に圧接するまで、保持部材66cを周方向に回転して押し出す。このようにして、ワークWの内周面が複数(この実施形態では12個)の保持部材66cから径外方向に適度な押圧力を均等に受け、複数の保持部材66cによってワークWが外側に張り出す(押し出される)ように保持される。保持部材66cはロックナット112によって固定される。その他の構成については、図1に示す実施形態と同様であるので、重複する説明は省略する。
この実施形態によれば、保持部材66cを保持する保持プレート102は円板状に形成され、周方向に分割されることなく一体的に形成されるので、保持プレート102の曲げ剛性を強くできる。また、保持プレート102の外径がワークWの内径付近にまで大きくできるので、保持プレート102の曲げ剛性をさらに強くできる。さらに、保持部材66cのうち保持プレート102の外周面から飛び出す長さが隙間Gと同寸法で短くなり、保持部材66cは、曲がりに強く、保持プレート102と略一体構造とすることができる。したがって、各保持部材66cの剛性は、保持プレート102と略同等となり、大きくできる。この実施形態は、研削するワークWの厚みが小さい場合に特に効果的である。
また、ワークを自動でクランプし保持するために、図12および図13に示す実施形態のように構成されてもよい。
図12および図13を参照して、この実施形態では、図8に示す実施形態のワーク保持部65bおよび位置調整部76bに代えて、ワーク保持部65dおよび位置調整部76dが用いられる。
位置調整部76dは、ベースフランジ56d、エアシリンダ94、パイプ98、エア供給ジョイント100、保持プレート102aおよびエア供給源を含む。
ベースフランジ56dは、ガイド溝60および突部61を有さない点を除いてベースフランジ56bと同様に構成される。すなわち、ベースフランジ56dは、略中空円盤状に形成される。ベースフランジ56dの内径とエア供給ジョイント100の外径とは略等しい。ベースフランジ56dは、エア供給ジョイント100の外側に嵌められ、複数(この実施形態では4個)の締結部材64(図8参照)によって回転軸46bの中空円板部48b(図8参照)に固定される。なお、図12に示す実施形態においても中空円板部48bおよび締結部材64を有するが、図面の煩雑化を避けるために図12において中空円板部48bおよび締結部材64の図示は省略されている。図14(後述)においても同様である。
保持プレート102aは、中空円板状に形成され、保持プレート102aの曲げ剛性を高くしつつ保持プレート102aが砥石16a,16bによって研削されないように、保持プレート102aの厚みはワークWの軸方向の厚みT(図10参照)よりやや小さく設定される。また、保持プレート102aの外径はワークWの内径よりやや小さく設定される。保持プレート102aとワークWとの隙間Gaがたとえば5mm程度になるように、保持プレート102aの外径は設定される。保持プレート102aは、ベースフランジ56dの外周側の端部に複数(この実施形態では6個)の固定ボルト108aによって固定される。また、保持プレート102aは、複数(この実施形態では12個)の貫通孔110aを有する。複数の貫通孔110aは、保持プレート102aの周方向に略等間隔に設けられ、保持プレート102aの内周面から外周面まで貫通するようにかつ径方向に(放射状に)延びるように設けられる。貫通孔110aは、保持プレート102aの厚み方向の適正な位置(厚み方向の略中央部)を通るように設けられる。
ワーク保持部65dは、複数(この実施形態では12個)の棒状の保持部材66dを含む。複数の保持部材66dは、保持プレート102aの周方向に略等間隔で配置される。各保持部材66dは、対応する貫通孔110aに挿通され、保持プレート102aの径方向に(放射状に)延びるように設けられかつワークWの内周面に対して回転軸46bの径方向に円滑に進退可能に設けられる。各保持部材66dは、対応するシリンダ94のピストンロッド96に連結ジョイント114を介して連結される。そして、図示しないエア供給源から供給されたエアが、エア供給ジョイント100および各パイプ98を介して、ベースフランジ56dに設けられる各エアリンダ94に供給されると、保持部材66dが一斉に前進してワークWの内周面を押圧してワークWを保持することができる。保持部材66dは、ワークWをクランプした後、保持プレート102aに螺入されたロックねじ116によって固定され、保持プレート102aと一体化される(図13参照)。これによって、各保持部材66dの剛性は、円板状の保持プレート102aと略同等となり、大きくできる。その他の構成については、図8に示す実施形態と同様であるので、重複する説明は省略する。
さらに、ワークを自動でクランプし保持するために、図14および図15に示す実施形態のように構成されてもよい。
図14および図15を参照して、この実施形態では、図12に示す実施形態のワーク保持部65dおよび保持プレート102aに代えて、ワーク保持部65eおよび保持プレート102bが用いられる。
保持プレート102bは、中空円板状に形成され、その外周部に肉厚部118を有する。したがって、保持プレート102bの外周部は、断面L字状に形成される。保持プレート102bの曲げ剛性を高くできるように、保持プレート102bの肉厚部118の厚みはワークWの軸方向の厚みTより大きくされてもよい。また、保持プレート102bの外径はワークWの内径よりやや小さく設定される。保持プレート102bは、ベースフランジ56dの外周側の端部に複数(この実施形態では6個)の固定ボルト108aによって固定される。また、保持プレート102bの肉厚部118は、複数(この実施形態では12個)の貫通孔110bを有する。複数の貫通孔110bは、保持プレート102b(肉厚部118)の周方向に略等間隔に設けられ、肉厚部118の内周面から外周面まで貫通するようにかつ径方向に(放射状に)延びるように設けられる。
ワーク保持部65eは、複数(この実施形態では12個)の棒状の保持部材66eを含む。複数の保持部材66eは、保持プレート102bの周方向に略等間隔で配置される。各保持部材66eは、対応する貫通孔110bに挿通され、保持プレート102bの径方向に(放射状に)延びるように設けられかつワークWの内周面に対して回転軸46bの径方向に円滑に進退可能に設けられる。各保持部材66eの先端部120が砥石16a,16bに接触することなく砥石16a,16b間に入りワークWを保持できるように、先端部120の直径はワークWの幅Tより少し小さく設定される。また、保持プレート102bの外周面を砥石16a,16bに接近させることによって、先端部120の長さを小さくできる。保持部材66eのうち先端部120を除く部分は、砥石16a,16bの外側に位置するので、太くでき、保持部材66eの剛性を向上できる。各保持部材66eは、対応するシリンダ94のピストンロッド96に連結ジョイント114を介して連結される。保持部材66eは、ワークWをクランプした後、保持プレート102bに螺入されたロックねじ116aによって固定され、保持プレート102bと一体化される。これによって、各保持部材66eの剛性は、円板状の保持プレート102bと略同等となり、大きくできる。その他の構成については、図12に示す実施形態と同様であるので、重複する説明は省略する。
この実施形態によれば、砥石16a,16b間に保持プレート102bを挿入する必要がないので、保持プレート102bの厚みをワークWの厚みに制限されることなく大きくでき、保持プレート102bの剛性をより強化できる。また、保持部材66eの先端部120を短くすることによって、保持プレート102bと保持部材66eとの一体構造の剛性をより向上できる。特に、ワークWを回転させる回転軸46bの中心C1と砥石16a,16bの中心との距離を大きくして、砥石16a,16b間にワークWが入る距離L(図14参照)を小さくすれば、先端部120を短くでき、より効果的である。
この発明は、ワークを一対の砥石で挟んでワークの両主面を研削する際に、一対の砥石をともにワークに対して切り込ませる場合に限定されず、一対の砥石のいずれか一方のみをワークに対して切り込ませる場合にも適用できる。
上述の実施形態では、この発明を横型の両頭平面研削装置に適用した場合について説明したが、この発明は砥石軸を垂直方向に配した立型の両頭平面研削装置にも適用できる。
また、この発明は、インフィード研削だけではなく、ワークを回転させながら、砥石の外から砥石に向かって送り込む所謂クリープフィード研削、あるいはクリープ研削を繰り返すトラバースクリープフィード研削を行う場合にも適用できる。
10 両頭平面研削装置
16a,16b 砥石
26a,26b 砥石切込部
34 回転駆動部
46,46a,46b 回転軸
65,65a,65b,65c,65d,65e ワーク保持部
66,66a,66b,66c,66d,66e 保持部材
66x 第1保持部材
66y 第2保持部材
66z 第3保持部材
76,76a,76b,76c,76d 位置調整部
C,C1 回転軸の中心
P 第1位置と回転軸の中心とを通る直線
W,W1,W2 ワーク
x 第1位置
y 第2位置
z 第3位置

Claims (7)

  1. 環状のワークの両主面を研削する両頭平面研削装置であって、
    第1方向に間隔をあけて対向配置されかつ回転する一対の砥石と、
    前記第1方向に延びる回転軸と、
    前記ワークの内周面の複数箇所を保持するためのワーク保持部と、
    前記回転軸と前記ワーク保持部とを連結しかつ前記回転軸の径方向における前記ワーク保持部の位置を調整するための位置調整部と、
    前記ワーク保持部によって前記ワークの内周面を保持した状態で、前記回転軸と前記位置調整部と前記ワーク保持部と前記ワークとを前記回転軸周りに一体的に回転させる回転駆動部と、
    回転する前記ワークの一部を前記一対の砥石で挟んで前記ワークの両主面を研削するために少なくとも一方の前記砥石を前記ワークに対して切り込ませる砥石切込部とを備える、両頭平面研削装置。
  2. 前記ワーク保持部は、前記回転軸からみて放射状に延びる複数の保持部材を含み、
    前記各保持部材は、前記回転軸の径方向に進退可能でありかつ前記ワークの内周面に接触可能である、請求項1に記載の両頭平面研削装置。
  3. 前記位置調整部は、前記各保持部材を個別に位置調整可能に構成される、請求項2に記載の両頭平面研削装置。
  4. 前記位置調整部は、前記複数の保持部材を同時に位置調整可能に構成される、請求項2に記載の両頭平面研削装置。
  5. 前記複数の保持部材は、少なくとも第1保持部材、第2保持部材および第3保持部材を含み、
    前記ワークの内周面のうち、前記第1保持部材との接触位置を第1位置とし、前記第2保持部材との接触位置を第2位置とし、前記第3保持部材との接触位置を第3位置とした場合に、前記回転軸を基準として前記第2位置および前記第3位置は前記第1位置とは反対側に位置し、前記第1位置と前記回転軸の中心とを通る直線を基準として前記第2位置と前記第3位置とは反対側に位置する、請求項2から4のいずれかにに記載の両頭平面研削装置。
  6. 前記回転軸と前記ワークとは同心円状に配置される、請求項1から5のいずれかに記載の両頭平面研削装置。
  7. 第1方向に間隔をあけて対向配置されかつ回転する一対の砥石によって環状のワークの両主面を研削する研削方法であって、
    ワーク保持部によって前記ワークの内周面の複数箇所を保持する保持工程と、
    前記第1方向に延びる回転軸周りに前記ワーク保持部および前記ワークを一体的に回転させる回転工程と、
    回転する前記ワークの一部を前記一対の砥石で挟んで少なくとも一方の前記砥石を切り込ませ前記ワークの両主面を研削する砥石切込工程とを備える、研削方法。
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