JP2016137530A - 加工方法及び加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】円錐に沿った外周面を有するワークの加工に関して、加工効率を向上させる。【解決手段】円すいころ７の外周面８を加工するために、円すいころ７を回転させ、外周面８に対して砥石１１を接触させた状態で、この砥石１１を外周面８に沿って外周面８の母線に平行な方向に振動させる。そして、円すいころ７の内の、径が大きい大径外周面側に沿って砥石１１が振動方向に移動する際の移動速度を、径が小さい小径外周面側に沿って砥石１１が振動方向に移動する際の移動速度よりも低くして、砥石１１を振動させる。【選択図】 図１

Description

本発明は、円錐に沿った外周面を有するワーク（例えば、円すいころ）に対して超仕上げ加工を行うための加工方法、及び加工装置に関する。

従来、ワークに対して超仕上げ加工を行うために、回転しているワークの加工対象面に砥石を接触させつつ、その砥石を振動させている。例えば、円すいころ軸受の円すいころをワークとする場合、その外周面に対して超仕上げ加工が行われる。この場合、回転する円すいころの外周面に砥石を接触させつつ、その砥石を外周面の母線に平行な方向に沿って振動させる。

このような超仕上げ加工を行うための加工装置として、図８に示すものがある。この加工装置は、砥石９１を振動させるための機構として、ベース材９５、モータ９２、モータ９２により回転する偏心カム９３、砥石９１を保持する砥石台９８、及び砥石台９８を搭載している可動体９４を備えている。可動体９４は、ベース材９５において往復移動可能として支持されており、偏心カム９３の回転運動を可動体９４の往復運動に変換することで砥石９１を振動させている。このような偏心カム９３を用いて砥石９１を振動させる構成を備えている加工装置として、特許文献１に記載のものがある。

前記加工装置の場合、砥石９１を振動させる動力源はモータ９２であり、この砥石９１の振動は、モータ９２をインバータ制御することで実現される。なお、このモータ９２の回転数を制御することにより、砥石９１の振動の周波数を調整することが可能である。

特開２００４−２０９６３１号公報

前記のような加工装置において、砥石９１による円すいころ９０の加工効率を向上させるための技術的手段として、円すいころ９０の回転数を高める、砥石９１の振動数を高める、円すいころ９０に対する砥石９１の接触圧を高めるという手段が考えられる。しかし、これらの各手段を採用したり、これらの手段を組み合わせたりしても、加工効率の向上には限界がある。

そこで、本発明は、円錐に沿った外周面を有するワークの加工に関して、加工効率を向上させることのできる新たな技術的手段を提供することを目的とする。

本発明は、円錐に沿った外周面を有するワークを回転させ、当該外周面に対して砥石を接触させた状態で、当該砥石を当該外周面に沿って当該外周面の母線に平行な方向に振動させて、当該ワークを加工する方法であって、前記ワークの内の、径が大きい大径外周面側に沿って前記砥石が振動方向に移動する際の移動速度を、径が小さい小径外周面側に沿って前記砥石が振動方向に移動する際の移動速度よりも低くして、当該砥石を振動させる。

回転するワークの外周面に対して砥石を接触させた状態で、この砥石を振動させワークを加工するために、ワークと接触する砥石面は円弧形状であり、しかも、ワークの大径外周面側と接触可能な部分と小径外周面側と接触可能な部分とで、前記円弧形状の半径が異なる。そして、振動する砥石が、ワークの大径外周面側へ移動すると、ワークとの接触面積が広く、小径外周面側へ移動すると、ワークとの接触面積が狭くなる。そこで、砥石とワークとの接触面積が広くなる大径外周面側に沿って砥石が振動方向に移動する際の移動速度を低くすることにより、砥石とワークとの間で接触面積が広くなっている状態の時間を長くすることができる。このように、砥石とワークとの間で接触面積が広くなっている状態の時間を長くすることで、ワークの加工が促進され、加工効率の向上が可能となる。

また、前記加工方向では、前記砥石が前記大径外周面側のストロークエンドを折り返す時間を、当該砥石が前記小径外周面側のストロークエンドを折り返す時間よりも長くして、当該砥石を振動させるのが好ましい。
この場合、砥石とワークとの間で接触面積が広くなっている状態の時間を長くすることができ、加工効率の向上が可能となる。

また、本発明の加工装置は、円錐に沿った外周面を有するワークを当該ワークの中心線回りに回転させる回転機構、前記外周面に接触させる砥石、及び、前記砥石を前記ワークの外周面に沿って当該外周面の母線に平行な方向に振動させる振動機構、を備え、前記振動機構は、前記砥石を振動させる動力源となる駆動部と、当該駆動部の制御を行う制御部と、を有し、前記制御部は、前記ワーク内の、径が大きい大径外周面側に沿って前記砥石が振動方向に移動する際の移動速度を、径が小さい小径外周面側に沿って前記砥石が振動方向に移動する際の移動速度よりも低くして、当該砥石を振動させるための制御を行う。

回転するワークの外周面に対して砥石を接触させた状態で、この砥石を振動させワークを加工するために、ワークと接触する砥石面は円弧形状であり、しかも、ワークの大径外周面側と接触可能な部分と小径外周面側と接触可能な部分とで、前記円弧形状の半径が異なる。そして、振動する砥石が、ワークの大径外周面側へ移動すると、ワークとの接触面積が広く、小径外周面側へ移動すると、ワークとの接触面積が狭くなる。そこで、砥石とワークとの接触面積が広くなる大径外周面側に沿って砥石が振動方向に移動する際の移動速度を低くすることにより、砥石とワークとの間で接触面積が広くなっている状態の時間を長くすることができる。このように、砥石とワークとの間で接触面積が広くなっている状態の時間を長くすることで、ワークの加工が促進され、加工効率の向上が可能となる。

また、前記駆動部は、サーボモータ又はリニアモータであるのが好ましく、この場合、前記制御部は、サーボモータ又はリニアモータを制御することで、砥石を振動させるための制御を行うことができる。

本発明によれば、砥石とワークとの間で接触面積が広くなっている状態の時間を長くすることにより、ワークの加工が促進され、加工効率を向上させることができ、この結果、加工時間の短縮化が可能となる。

本発明の加工装置の実施の一形態の一部を示す斜視図である。 砥石、円すいころ、及びローラの模式図である。 砥石、円すいころ、及びローラの模式図であり、（Ａ）は砥石が大径外周面側のストロークエンドへ移動した状態を示し、（Ｂ）は砥石が小径外周面側のストロークエンドへ移動した状態を示している。 大径外周面側のストロークエンドへ移動した砥石、及び円すいころの横断面図であり、（Ａ）は図３（Ａ）の矢印Ｚ１における断面図であり、（Ｂ）は図３（Ａ）の矢印Ｚ２における断面図である。 小径外周面側のストロークエンドへ移動した砥石、及び円すいころの横断面図であり、（Ａ）は図３（Ｂ）の矢印Ｚ３における断面図であり、（Ｂ）は図３（Ｂ）の矢印Ｚ４における断面図である。 円すいころの外周面に対する砥石の移動軌跡を説明する図である。 従来技術を示す説明図であり、砥石の移動軌跡を示している。 従来の加工装置の一部を示す斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の加工装置の実施の一形態の一部を示す斜視図である。この加工装置１０は、円錐に沿った外周面を有するワークを超仕上げ加工するための装置であり、本実施形態では、ワークが、円すいころ軸受の転動体として用いられる円すいころ７である場合について説明する。この加工装置１０は、回転する円すいころ７に対して砥石１１を押し付けながら振動させて、円すいころ７の外周面８を超仕上げ加工する。砥石１１を振動させる方向は、円すいころ７の外周面８の砥石１１との接触部における母線に平行な方向である。

この加工装置１０は、砥石１１を振動させるための機構として、フレーム３９、モータ２０、モータ２０により回転する第１偏心カム２１、砥石１１を保持する砥石台１２、砥石台１２が取り付けられている第１アクチュエーター１５、この第１アクチュエーター１５を昇降させる第２アクチュエーター１６、及び第１と第２のアクチュエーター１５，１６を搭載している第１可動部材１３を備えている。本実施形態のモータ２０は、サーボモータである。

第１可動部材１３は、フレーム３９においてガイド部１４により往復直線移動可能として支持されており、第１偏心カム２１の回転運動が第１可動部材１３の往復直線運動に変換される構成となっている。第１可動部材１３が矢印Ｘ１，Ｘ２方向に往復直線運動することにより、この第１可動部材１３に搭載されている砥石１１を振動させることができる。ガイド部１４が第１可動部材１３を移動可能として支持する方向が、砥石１１の振動方向となる。

第１アクチュエーター１５は、砥石１１を円すいころ７に押し付けるための推力を生じさせる機能を有している。第２アクチュエーター１６は、後述するローラ２８，２９により保持されている円すいころ７に対して、砥石１１の高さ方向の位置決めを行う機能を有している。これら第１アクチュエーター１５及び第２アクチュエーター１６は、例えばエアシリンダ又は油圧シリンダからなる。

また、加工装置１０は、更に、前記モータ２０により回転する第２偏心カム２２、カウンタウエイト２３、及びカウンタウエイト２３が取り付けられている第２可動部材２４を備えている。第２可動部材２４は、フレーム３９においてガイド部２５により往復直線移動可能として支持されており、第２偏心カム２２の回転運動が第２可動部材２４の往復直線運動に変換される構成となっている。このように第２可動部材２４が矢印ｘ１，ｘ２方向に往復直線運動することにより、この第２可動部材２４と一体となってカウンタウエイト２３が往復直線運動する。

第１偏心カム２１と第２偏心カム２２とは回転位相が１８０度異なっており、砥石１１等を搭載する第１可動部材１３の振動を打ち消すことを目的として、第２偏心カム２２によりカウンタウエイト２３が往復直線運動する構成となっている。

以上より、加工装置１０は、モータ２０と、第１偏心カム２１と、第１可動部材１３と、ガイド部１４とを含む振動機構１７を備えており、この振動機構１７により、砥石１１を、円すいころ７の外周面８に沿って、この外周面８の母線に平行な方向に振動させることができる構成が得られる。
本実施形態の加工装置１０では、前記モータ２０が砥石１１を振動させる動力源となり、そして、前記振動機構１７には、更に、このモータ２０の制御を行う制御部１８が含まれる。制御部１８は、プログラマブルロジックデバイス等からなる。制御部１８の機能については、後に説明する。

加工装置１０は、更に、円すいころ７を回転させる回転機構３０を備えている。本実施形態の回転機構３０は、一対のローラ２８，２９を有している。これらローラ２８，２９の上に円すいころ７は載った状態となり、円すいころ７を、円すいころ７の中心回りに回転させると共に、この円すいころ７を支持することができる。そして、超仕上げ加工の際、ローラ２８，２９上の円すいころ７に対して砥石１１を押し付けた状態とする。本実施形態では、ローラ２８，２９の回転速度は一定としている。

ローラ２８，２９はモータ３１，３２により回転し、これにより、円すいころ７は自身の中心線回りに回転することができる。本実施形態のモータ３１，３２は、サーボモータである。

図２は、砥石１１、円すいころ７、及びローラ２８（２９）の模式図である。本実施形態では、円すいころ７の外周面８に接触させる砥石１１は、その外周面８の母線の方向の長さよりも短く構成されている。

図２に示す模式図では、振動する砥石１１が振動中心（振幅の中心）に位置している状態を示している。この状態から、砥石１１は、円すいころ７の径が大きい大径外周面４１側（図２において左側）と、これとは反対側である円すいころ７の径が小さい小径外周面４２側（図２において右側）との内の一方側へ移動し、その後、他方側へ移動し、これが繰り返される。砥石１１が大径外周面４１側のストロークエンドへ移動した状態を図３（Ａ）に示し、砥石１１が小径外周面４２側のストロークエンドへ移動した状態を図３（Ｂ）に示している。

砥石１１について説明する。
図４は、大径外周面４１側のストロークエンドへ移動した砥石１１、及び円すいころ７の横断面図であり、（Ａ）は図３（Ａ）の矢印Ｚ１における断面図であり、（Ｂ）は図３（Ａ）の矢印Ｚ２における断面図である。図５は、小径外周面４２側のストロークエンドへ移動した砥石１１、及び円すいころ７の横断面図であり、（Ａ）は図３（Ｂ）の矢印Ｚ３における断面図であり、（Ｂ）は図３（Ｂ）の矢印Ｚ４における断面図である。

砥石１１は、円錐形状（円錐台形状）を有している円すいころ７の外周面８に押し付けられ、この外周面８を超仕上げ加工するために、円すいころ７との接触面（以下、砥石面１１ａという）の形状は、凹円弧形状となっている（図４、図５参照）。更に、図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、砥石１１は円すいころ７の外周面８に沿って振動することから、砥石面１１ａは、円すいころ７の大径外周面４１側と接触可能な部分（大径用部５１）と、小径外周面４２側と接触可能な部分（小径用部５２）とで、前記凹円弧形状の半径が異なる。大径用部５１の半径Ｒ１は、小径用部５２の半径Ｒ２よりも大きくなっている（Ｒ１＞Ｒ２）。

そして、図３（Ａ）に示す、砥石１１が大径外周面４１側のストロークエンドへ移動した状態では、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、大径用部５１及び小径用部５２の双方において砥石面１１ａが、円すいころ７の外周面８に面接触した状態にある。
これに対して、図３（Ｂ）に示す、砥石１１が小径外周面４２側のストロークエンドへ移動した状態では、図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、砥石面１１ａは円すいころ７の外周面８に面接触していない（線接触した状態となる）。
つまり、振動する砥石１１が、円すいころ７の大径外周面４１側へ移動すると、円すいころ７との接触面積が広くなり（図３（Ａ）及び図４（Ａ）（Ｂ）参照）、振動する砥石１１が、小径外周面４２側へ移動すると、円すいころ７との接触面積が狭くなる（図３（Ｂ）及び図５（Ａ）（Ｂ）参照）。

制御部１８の機能について説明する。
図６は、円すいころ７の外周面８に対する砥石１１の移動軌跡Ｋ１を説明する図である。この図６では、円すいころ７の外周面８を平面に展開した一部を示しており、矢印Ｒは、外周面８の周方向に沿った方向を示しており、矢印Ｙは外周面８の母線方向、つまり振動方向を示している。図６の左側が大径外周面４１側であり、図６の右側が小径外周面４２側である。

図６に示すように、砥石１１は外周面８の母線（矢印Ｙ）に平行な方向に沿って振動（往復移動）する。そして、円すいころ７は回転することから相対的に砥石１１は矢印Ｒ方向に移動することとなる。
そこで、砥石１１が小径外周面４２側（図６の右側）へ移動しストロークエンドＳ１に達し反対方向へ移動する際の砥石１１の移動速度（平均速度）Ｖ１は高いのに対して、これとは反対に、砥石１１が大径外周面４１側（図６の左側）へ移動しストロークエンドＳ２に達し反対方向へ移動する際の砥石１１の移動速度（平均速度）Ｖ２は低い（Ｖ１＞Ｖ２）。なお、前記移動速度Ｖ１，Ｖ２は、振動方向の速度である。
このため、砥石１１が大径外周面４１側を加工する状態（図３（Ａ）参照）では、小径外周面４２側を加工する状態（図３（Ｂ）参照）と比較すると、円すいころ７に対して砥石１１は振動方向にゆっくりと進む。

つまり、砥石１１が大径外周面４１側のストロークエンドＳ２を折り返す時間を、砥石１１が小径外周面４２側のストロークエンドＳ１を折り返す時間よりも長くして、砥石１１を振動させている。
なお、図３及び図６において、両側のストロークエンドＳ１，Ｓ２間の距離を、砥石１１の振動ストローク（全ストローク）Ｌと定義すると、前記「ストロークエンドＳ２を折り返す時間」は、ストロークエンドＳ２を中心としてその両側の前記振動ストロークＬの１０％の範囲（図６においてΔＰ１の範囲）を移動するために要する時間である。そして、前記移動速度Ｖ１を、このストローク範囲（ΔＰ１）における砥石１１の振動方向の平均速度と定義することができる。
また、前記「ストロークエンドＳ１を折り返す時間」は、ストロークエンドＳ１を中心としてその両側の前記振動ストロークＬの１０％のストローク範囲（図６においてΔＰ２の範囲）を移動するために要する時間である。そして、前記移動速度Ｖ２を、このストローク範囲（ΔＰ２）における砥石１１の振動方向の平均速度と定義することができる。なお、ストローク範囲についてΔＰ１＝ΔＰ２である。

ここで、図７は、従来技術を示す説明図であり、砥石９１（図８参照）の移動軌跡Ｋ２を示している。従来、砥石９１を振動させる動力源となるモータ９２は三相モータであり、このモータ９２をインバータ制御して、円すいころ９０の大径外周面９０ａ側に沿って砥石９１が移動する際の移動速度Ｖ２（図７参照）と、小径外周面９０ａ側に沿って砥石９１が移動する際の移動速度Ｖ１（図７参照）とを同じとしている。したがって、図７に示すように、従来の砥石９１の移動軌跡Ｋ２は、単調なサインカーブを描く。
これに対して、本実施形態の加工装置１０の場合、砥石１１の移動軌跡Ｋ１は、図６に示すように、大径外周面４１側で周期が長くなるようなサインカーブを描く。

本実施形態のように、振動方向の砥石１１の移動速度の調整（Ｖ１＞Ｖ２）は、制御部１８（図１参照）によって行われる。つまり、モータ２０は砥石１１を振動させるための駆動部として機能し、制御部１８はこのモータ２０の制御を行う。具体的に説明すると、モータ２０はサーボモータであり、このモータ２０の出力軸２０ａの回転と、砥石１１の振動方向の位置とが対応付けられており、制御部１８は、砥石１１の振動方向の位置に応じてモータ２０の回転速度を制御する。この結果、円すいころ７の外周面８の内の、小径外周面４２側に沿って砥石１１が移動する際には、モータ２０の回転速度を高め、円すいころ７の外周面８の内の、大径外周面４１側に沿って砥石１１が移動する際には、モータ２０の回転速度を低下させる制御を行う。これにより、図６に示す軌跡Ｋ１を描いて砥石１１は振動することができる。
なお、モータ２０は、サーボモータに限られるものではなく、リニアモータであってもよい。リニアモータの場合、リニアエンコーダ等の位置検出機構が共に設けられている必要がある。

以上より、本実施形態の加工装置１０により行われる円すいころ７の加工方法は、円錐に沿った外周面８を有する円すいころ７を一定速度で回転させ、この外周面８に対して砥石１１を接触させた状態で、この砥石１１を、外周面８に沿って、外周面８の母線に平行な方向に振動させる。そして、制御部１８によって、円すいころ７の大径外周面４１側に沿って砥石１１が振動方向に移動する際の移動速度Ｖ２を、円すいころ７の小径外周面４２側に沿って砥石１１が振動方向に移動する際の移動速度Ｖ１よりも低くして（Ｖ１＞Ｖ２）、砥石１１を振動させるための制御が行われる。

前記のとおり、回転する円すいころ７の外周面８に対して砥石１１を接触させた状態で、この砥石１１を振動させ円すいころ７を加工するために、円すいころ７と接触する砥石面１１ａは凹円弧形状であり（図４、図５参照）、しかも、円すいころ７の大径外周面４１側と接触可能な大径用部５１と小径外周面４２側と接触可能な小径用部５２とで、凹円弧形状の半径が異なる。そして、振動する砥石１１が、大径外周面４１側へ移動すると（図３（Ａ）参照）、円すいころ７との接触面積が広くなり（図４参照）、小径外周面４２側へ移動すると（図３（Ｂ）参照）、円すいころ７との接触面積が狭くなる（図５参照）。

そこで、本実施形態では、砥石１１と円すいころ７との間の接触面積が広くなる大径外周面４１側に沿って砥石１１が振動方向に移動する際の移動速度Ｖ１を低くする（小さくする）ことにより、砥石１１と円すいころ７との間で接触面積が広くなっている状態の時間を長くすることができる。このように、砥石１１と円すいころ７との間で接触面積が広くなっている状態の時間を長くすることにより、円すいころ７の加工が促進され、加工効率の向上が可能となる。

このように円すいころ７と砥石１１との間の接触面積が広くなっている状態で、砥石１１に穏やかな振動動作を行わせることで、円すいころ７への加工効率を向上させることができる。そして、円すいころ７の加工効率が向上することにより、加工時間の短縮化が可能となり円すいころ７の生産性が向上する。

なお、砥石１１による円すいころ７の加工効率を向上させるための技術的手段として、円すいころ７の回転数を高める、砥石１１の振動数を高める、円すいころ７に対する砥石１１の接触圧を高めるという手段があり、これらの手段のうちの少なくとも一つと、前記実施形態（図６参照）で説明した大径外周面４１側に沿って砥石１１が振動方向に移動する際の移動速度Ｖ２を低くするという技術的手段とを組み合わせてもよい。

また、本発明の加工装置は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。例えば、振動機構１７は、図示した構成以外であってもよい。
また、前記実施形態では、超仕上げ加工を行う対象となるワークを、円すいころ７とする場合について説明したが、ワークはその他のものであってもよく、例えば、転がり軸受の外輪であってもよく、この場合、外輪の軌道面を超仕上げ加工する。

７：円すいころ（ワーク） ８：外周面 １０：加工装置
１１：砥石 １７：振動機構 １８：制御部
２０：モータ（駆動部） ３０：回転機構 ４１：大径外周面
４２：小径外周面 Ｓ１，Ｓ２：ストロークエンド Ｖ１，Ｖ２：移動速度

Claims (4)

1. 円錐に沿った外周面を有するワークを回転させ、当該外周面に対して砥石を接触させた状態で、当該砥石を当該外周面に沿って当該外周面の母線に平行な方向に振動させて、当該ワークを加工する方法であって、
   前記ワークの内の、径が大きい大径外周面側に沿って前記砥石が振動方向に移動する際の移動速度を、径が小さい小径外周面側に沿って前記砥石が振動方向に移動する際の移動速度よりも低くして、当該砥石を振動させる、加工方法。
2. 前記砥石が前記大径外周面側のストロークエンドを折り返す時間を、当該砥石が前記小径外周面側のストロークエンドを折り返す時間よりも長くして、当該砥石を振動させる請求項１に記載の加工方法。
3. 円錐に沿った外周面を有するワークを当該ワークの中心線回りに回転させる回転機構、前記外周面に接触させる砥石、及び、前記砥石を前記ワークの外周面に沿って当該外周面の母線に平行な方向に振動させる振動機構、を備え、
   前記振動機構は、前記砥石を振動させる動力源となる駆動部と、当該駆動部の制御を行う制御部と、を有し、
   前記制御部は、前記ワーク内の、径が大きい大径外周面側に沿って前記砥石が振動方向に移動する際の移動速度を、径が小さい小径外周面側に沿って前記砥石が振動方向に移動する際の移動速度よりも低くして、当該砥石を振動させるための制御を行う、加工装置。
4. 前記駆動部は、サーボモータ又はリニアモータである請求項３に記載の加工装置。

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