JP2017001101A - 超仕上げ装置、及び超仕上げ装置を備えた複合研削盤 - Google Patents

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Abstract

【課題】揺動中心位置の制約を受けない簡素な構造を有する超仕上げ研削用の超仕上げ装置、及び超仕上げ装置を備えた複合研削盤を提供する。
【解決手段】工作物Wにおける溝部の超仕上げを行なう超仕上げ装置100は、軸部110と、伸縮装置130と、揺動装置140と、砥石120、121と、押圧装置150と、を備え、砥石120、121は、押圧装置150による押し当て方向に移動する所定の揺動中心を中心として揺動しながら、軸部110の軸線方向に移動することで、溝部WaG,WbGに倣いながら溝部WaG,WbGの超仕上げを行なう。
【選択図】図5A

Description

本発明は、軸受けの外輪、又は内輪の軌道溝の超仕上げを行なう超仕上げ装置、及び超仕上げ装置を備えた複合研削盤に関する。
従来、玉軸受けの玉が転動する外輪又は内輪の軌道溝の超仕上げを行なう技術がある(特許文献1〜3参照)。特許文献1,及び特許文献3には、一個の砥石で玉軸受けの外輪の軌道溝の超仕上げを行なう技術が開示されている。また特許文献2には、モータによってリンク機構を作動させ、モータとは離れた位置にあるリンク機構の先端に設けられた一個の砥石によって、レールの玉転動溝WGの軌道溝の超仕上げを行なう技術が開示されている。
特開2004−181609号公報 特開2010−52082号公報 特許第414738号公報
しかしながら、特許文献1〜3に開示される技術は、一個の砥石のみによって超仕上げ研削を行なうので、汎用性が低い。例えば、玉軸受けの外輪の軌道溝の超仕上げ研削を行なう特許文献1,3の場合、軌道溝の曲率半径が、外輪の軌道溝の曲率半径とは若干異なる玉軸受けの内輪の軌道溝の超仕上げ研削を行なう場合、内輪の軌道溝用の砥石に交換する必要があり、工数の増加につながる。また、特許文献1〜3に開示される技術では、超仕上げ研削を行なうため、砥石の曲率半径の中心と一致する中心位置を揺動中心として砥石を揺動させながら研削を行なっている。このため、揺動中心位置を成立させるためには、砥石の形状(曲率半径)を含め、その他の様々な制約が生じ、その対応にはスペースと設備費等が必要となる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、揺動中心位置の制約を受けない簡素な構造を有する超仕上げ研削用の超仕上げ装置、及び超仕上げ装置を備えた複合研削盤を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、請求項1の超仕上げ装置は、外周面又は内周面に縦断面で溝部を有する工作物における前記溝部の超仕上げを行なう超仕上げ装置であって、前記工作物の所定の縦断面に平行に延びる軸部と、前記軸部を前記軸部の軸線方向に伸縮可能に支持する伸縮装置と、前記所定の縦断面に直交する所定の揺動中心を中心として前記伸縮装置を揺動させる揺動装置と、前記軸部に固定され、前記所定の縦断面上において、前記溝部の超仕上げを行なう砥石と、前記砥石を前記溝部に予め設定された一定の荷重で押し当てられるよう前記揺動装置を移動させる押圧装置と、を備え、前記砥石は、前記押圧装置による押し当て方向に移動する前記所定の揺動中心を中心として揺動しながら、前記軸部の軸線方向に移動することで、前記溝部に倣いながら前記溝部の超仕上げを行なう。
このように、押圧装置によって、砥石が溝部に押し当てられている状態で、砥石が固定される軸部が揺動装置によって揺動されると、砥石は、溝部に対して倣う方向、即ち、砥石が溝部に対して係合される方向に向かって移動する。このとき、軸部が伸縮することによって、砥石の移動が可能となっている。これにより、従来技術のように、砥石の揺動中心と砥石の曲率の中心とを、常に一致させる構成にしなくてもよい。つまり、砥石が溝部からずれた場合、砥石は、溝部と係合する方向に移動し溝部と係合する。そして、砥石と溝部との係合関係は維持され、溝部は砥石によって超仕上げ研削される。従って、砥石の揺動中心と溝部の曲率中心とを、一致させるための複雑な構成は不要となり、安価な超仕上げ装置が得られる。
上記課題を解決するため、請求項6の複合研削盤は、旋回軸線回りに旋回可能な旋回テーブルと、前記旋回テーブルにおける前記旋回軸線を中心とする円周上にそれぞれ設けられ、前記旋回軸線と平行な主軸線回りに回転可能な工作主軸を有する複数の工作物主軸台と、複数の前記工作主軸に設けられ、それぞれ工作物の保持が可能な複数の保持装置と、前記旋回テーブルに対して相対移動可能にそれぞれ設けられ、前記旋回テーブルの旋回により前記工作物が順次搬送されることで、対応するそれぞれの研削旋回位置に前記工作物が位置決めされる場合に、対応する前記工作物を研削する複数の砥石と、上述した超仕上げ装置と、を備える。
このように、内輪及び外輪の研削が連続的に多数行なわれる複合研削盤の超仕上げ工程に、生産効率のよい上記超仕上げ装置を適用することによって、内輪及び外輪の生産性が向上し、生産コストがさらに効果的に低減される。
本実施形態の複合研削盤の全体構成を示す概略図である。 図1の複合研削盤が備える旋回テーブルの平面図である。 図2の旋回テーブルのE−E矢視断面図である。 工作物Wの外輪の軌道溝の縦断面図である。 工作物Wの内輪の軌道溝の縦断面図である。 超仕上げ装置の側面図である。 超仕上げ装置の上面図である。 超仕上げ装置が備えるリンク装置の右回転作動を説明する図である。 超仕上げ装置が備えるリンク装置の左回転作動を説明する図である。 超仕上げ装置が備える伸縮装置の断面図(図2のF−F矢視断面図)である。 複合研削盤の状態を説明する第一の図である。 複合研削盤の状態を説明する第二の図である。 複合研削盤の状態を説明する第三の図である。 複合研削盤の状態を説明する第四の図である。 複合研削盤の状態を説明する第五の図である。 複合研削盤の状態を説明する第六の図である。 複合研削盤の状態を説明する第七の図である。 揺動装置が中立状態にある場合の砥石と外輪の軌道溝との関係を説明する図である。 揺動装置が作動した状態における砥石と軌道溝との仮想の関係を説明する図である。 揺動装置が作動した状態において砥石が軌道溝に倣う状態を説明する図である。 図9A〜図9Cと逆方向に揺動装置が作動した状態における砥石と軌道溝との仮想の関係を説明する図である。 図10Aの揺動装置の作動状態において砥石が軌道溝に倣う状態を説明する図である。
(1.複合研削盤の構成)
以下、本発明に係る超仕上げ装置100を、工作物Wであるボールベアリングの外輪Wa及び内輪Wbに対する複数種の研削を1台で行なう複合研削盤1に適用した場合について説明する。なお、図1においては、水平面で直交する方向をX軸線方向及びY軸線方向とし、X軸線方向及びY軸線方向に直交する方向をZ軸線方向とする。図1に示すように、複合研削盤1は、ベッド2を備え、ベッド2上には、旋回テーブル5と、コラム3a,3b,3cと、本発明に係る超仕上げ装置100と、を備える。
旋回テーブル5は、図3に示す駆動機構51によって、Z軸線方向と平行なC軸線(旋回軸線)回りに旋回可能に構成される。図1及び図2に示すように、旋回テーブル5には、4つの保持装置61,62,63,64がC軸線を中心とする同一円周上に等角度間隔(90度間隔)で設けられる。図2,図3に示すように、各保持装置61〜64には、主軸台81〜84がそれぞれ取り付けられる(ただし、図3では、代表として保持装置61及び主軸台81のみ示す)。ここでは、各保持装置61〜64は、同一装置であり、主軸台81〜84も同一主軸台となっている。主軸台81は、主軸本体811と、工作主軸812とを備える。工作主軸812は、主軸本体811に内蔵される図略の駆動機構でC軸線方向と平行なG軸線回りに回転可能に、主軸本体811の上端から突出するように設けられる。工作主軸812の上端には、保持装置(図3では保持装置61を示す)が固定される。
各保持装置61〜64が配置される旋回テーブル5には、貫通穴52がそれぞれ穿設される。そして、主軸台81の主軸本体811が、各貫通穴52に対応する旋回テーブル5の裏面に固定され、主軸台81の工作主軸812が、各貫通穴52に貫装される。各保持装置61〜64は、磁気力で外輪Wa又は内輪Wb(工作物W)を吸引して上面に保持し、工作主軸812とともにG軸線回りに回転する。
外輪Wa又は内輪Wbは、図2の紙面上において左側に位置する保持装置(図2の状態では保持装置61であるが、旋回テーブル5の旋回により入れ替わる。以下、同様である。)に搬入され、図2の紙面上において下側に位置する保持装置(図2の状態では保持装置64であるが、旋回テーブル5の旋回により入れ替わる。以下、同様である。)から搬出される。外輪Wa又は内輪Wbの搬入及び搬出は、図略のロボットにより行われる。ロボットは、外輪Wa又は内輪Wbの中心軸線を保持装置61の回転中心と一致させた状態で、外輪Wa又は内輪Wbを搬入可能に構成される。なお、外輪Wa又は内輪Wbの搬入及び搬出は、作業者により行なうようにしてもよく、その場合の上記中心位置合わせは、治具等を用いて行なう。
詳細は後述するが、旋回テーブル5は、図2の時計回りに所定角度で旋回して外輪Wa又は内輪Wbを搬送する。そして、図2において、左側に位置する保持装置61では、搬入される工作物Wが外輪Waの場合には外周面研削が行われる。また、搬入される工作物Wが内輪Wbの場合には内周面研削が行われる。上側に位置する保持装置62では、外輪Waの内周面に設けられる軌道溝WaGに対する研削である外輪軌道溝面研削が行われる。また、右側に位置する保持装置63では、内輪Wbの外周面に設けられる軌道溝WbGに対する研削である内輪軌道溝面研削が行われる。そして、下側に位置する保持装置64では、本発明にかかる外輪Waの軌道溝WaGに対して行なわれる外輪軌道溝面超仕上げ研削、又は内輪Wbの軌道溝WbGに対して行なわれる内輪軌道溝面超仕上げ研削が行われて搬出される。なお、以下の説明では、旋回テーブル5において上記左側の位置は、周面研削位置Pp、上記上側の位置は、外輪研削位置Po、上記右側の位置は、内輪研削位置Pi、上記下側の位置は、超仕上げ研削位置Pbという。
コラム3a,3b,3cは、駆動機構(図1にコラム3aの駆動機構3Aのみ示す)によって、X軸線方向と平行なXa軸線方向、Xb軸線方向、Xc軸線方向にそれぞれ往復移動(進退)可能に構成される。図1に示すように、各コラム3a,3b,3cの側面には、駆動機構41a,41b,41cによって、Z軸線方向と平行なZa軸線方向、Zb軸線方向、Zc軸線方向にそれぞれ昇降(進退)可能な砥石台4a,4b,4cをそれぞれ備える。各砥石台4a,4b,4cは、駆動機構91a,91b,91cによって、Za軸線(砥石軸線)回り、Zb軸線(砥石軸線)回り、Zc軸線(砥石軸線)回りにそれぞれ回転駆動可能なロータリー型の砥石車9a,9b,9cをそれぞれ備える。各砥石車9a,9b,9cは、下方に延びる保持軸92a,92b,92cの下端にそれぞれ保持される。
各コラム3a,3b,3cは、各砥石車9a,9b,9cが、周面研削位置Pp、外輪研削位置Po、内輪研削位置Piに対しそれぞれ進退可能となるように、ベッド2上に配置される。砥石車9aは、外輪Waの外周面研削、又は内輪Wbの内周面研削を行なうため、例えばCBN(Cubic Boron Nitride)砥石が用いられる。また、砥石車9b,9cは、外輪Waの外輪軌道溝面研削、内輪Wbの内輪軌道溝面研削を行なうため、例えばアルミナ砥石が用いられる。
(2.超仕上げ装置100の構成)
超仕上げ装置100は、超仕上げ研削位置Pbにある外輪Wa又は内輪Wbの軸線を通る縦断面に形成される円弧凹状の軌道溝WaG,WbG(溝部に相当)の面の超仕上げを行なう(図4A、図4B参照)。図2,図5A,図5Bに示すように、超仕上げ装置100は、保持装置61〜64のうちの何れか1つの保持装置(図2では保持装置64)、軸部110、砥石120,121、伸縮装置130、揺動装置140、押圧装置150等を備える。
保持装置61〜64は、上記で説明した保持装置61〜64と兼用である。保持装置61〜64は、軌道溝WaG,WbG(溝部)の超仕上げ研削が行なわれる内輪Wb又は外輪Wa(工作物W)を、磁気力によって軸線回りに回転可能に保持する。
図2,図5Aに示すように、軸部110は、内輪Wb又は外輪Wa(工作物W)を内輪Wb又は外輪Waの軸線に沿って切断した所定の縦断面(図略)に平行に延びている。このとき、所定の縦断面は、後述する揺動装置140のリンク機構Lの作動によって軸部110が揺動される方向と平行な面であるものとする。
図5A,図7に示すように、軸部110の先端には、所定の曲率半径R1,R2で形成された円弧凸状の突部によって形成された砥石120,121が、軸部110の軸線に対して両側で背向するよう二個突設される。本実施形態においては、砥石120,121は、軸部110の軸線に対して直交するよう背向して突設される。砥石120,121の材質は、例えばアルミナ等によって形成される。
砥石120は、外輪Waの内周面に形成された軌道溝WaGの超仕上げ研削用砥石である。また、砥石121は、内輪Wbの外周面に形成された軌道溝WbGの超仕上げ研削用砥石である。砥石120,121は、板状体であり、先端部が前述した所定の曲率半径R1,R2で形成される。砥石120の凸状の円弧の曲率半径R1は、軌道溝WaGの凹状の円弧の曲率半径とほぼ等しい大きさに形成される。また、砥石121の凸状の円弧の曲率半径R2は、軌道溝WbGの凹状の円弧の曲率半径とほぼ等しい大きさに形成される。また、砥石120,121の各曲率半径R1,R2は、研削する軌道溝WaG、WbGの各曲率半径に応じて若干、異なる大きさで形成される。なお、砥石120,121は、軌道溝WaG,WbGにそれぞれ押し当てられて、軌道溝WaG,WbGを研削する過程において、自らも軌道溝WaG,WbGのR形状に倣うよう成形される。このため、研削初期時においては、砥石120,121の凸状円弧の曲率半径の大きさのほうが、軌道溝WaG,WbGの凹状円弧の曲率半径の大きさよりも大きくて良い。そして、砥石120,121の凸状円弧の各曲率半径中心G1,G2は、図7に示す位置にある。
図7に示す伸縮装置130は、軸部110を、軸部110の軸線方向(矢印参照)に伸縮可能に支持する。伸縮装置130は、ハウジング131と、第一コイルバネ132と、第二コイルバネ133と、軸部110の中央部で拡径し軸部110と一体的に設けられ、第一コイルバネ132及び第二コイルバネ133の一方の端面を支持するバネ受け部134と、を備える。
図7に示すように、ハウジング131は、例えば、アルミ等によって有底筒状に形成される。そして、ハウジング131の円筒内の空間に、軸部110の一部と、第一コイルバネ132、及び第二コイルバネ133が収容される。具体的には、第一コイルバネ132は、ハウジング131の底面131aと軸部110に形成されたバネ受け部134の第一端面134aとの間に所定量だけ圧縮されて配設される。また、第二コイルバネ133が、バネ受け部134の第二端面134bと、ハウジング131の開口側を塞ぐ蓋部135の底面135aとの間に所定量だけ圧縮されて配設される。蓋部135の中央部には、貫通孔135bが設けられており、貫通孔135bを通って軸部110の先端側が外方に突出している。このような構成によって、第一コイルバネ132は、軸部110をハウジング131の外方に押し出す力として作用する。また、第二コイルバネ133は、軸部110をハウジング131の内方に押し戻す力として作用する。
図7に示す状態においては、軸部110及び砥石120,121の合計重量m、及び第一コイルバネ132のバネ荷重Q1の合計(m+Q1)と、第二コイルバネ133のバネ荷重Q2とが釣りあっている(m+Q1=Q2)。このとき、第一コイルバネ132、及び第二コイルバネ133の各バネ定数はともに小さな値で設定される。このため、図7において、軸部110に対し、軸線方向における何れかの方向(図7においては上下方向)に、若干の荷重Fが付与されれば、第一コイルバネ132、及び第二コイルバネ133が、付与された荷重に応じて伸縮しバランスされる。このように、軸部110は、小さな荷重によっても上下動可能となっている。
図5A,図5Bに示すように、揺動装置140は、伸縮装置130を保持し、所定の揺動中心Yとは異なる位置を回転駆動軸141とするリンク機構Lと、回転駆動軸141を回転駆動するACモータ142(動力源に相当)と、を備える。このとき、所定の揺動中心Yは、前述した所定の縦断面に直交する揺動の中心軸である。そして、揺動装置140は、揺動中心Yを中心として伸縮装置130を揺動させる (図6A,6Bのリンク概要図参照)。なお、動力源はACモータ142には限らない。動力源は、空気を駆動源とするエアロータリアクチュエータでも良い。また、油圧を駆動源とするロータリアクチュエータでも良い。
図5A,図5B,図6A,図6Bに示すように、リンク機構Lは、駆動ロッド143、従動ロッド144、従動ロッド支持軸144a、2個の第1伝達ロッド146(一個の第1伝達ロッド146は不図示)、2個の第2伝達ロッド147(図5B参照)、及びリンク支持部160等からなる。駆動ロッド143は、断面矩形の板状体で形成され、その長手方向の一方の端部(図5A,図6A,図6Bにおいて下方)が、リンク支持部160に対して相対回転可能に連結されている。また、駆動ロッド143は、リンク支持部160を貫通する回転駆動軸141に対して連結されている。駆動ロッド143は、図5Aに示すように、長手方向中央および他方(図5A,図6A,図6Bにおいて上方)の端部近傍に、回転駆動軸141と平行な軸孔(貫通する孔)143a,143bを有する。回転駆動軸141は、リンク支持部160に固定されたACモータ142(動力源)の回転軸に連結される(図6A、図6Bの2点鎖線は、軸部110の軸線が第1伝達ロッド146、第2伝達ロッド147に対し垂直のときを示している)。
回転駆動軸141の軸心と、駆動ロッド143の長手方向中央の軸孔143bの軸心との距離は、駆動ロッド143の長手方向中央の軸孔143aの軸心と、他方の端部近傍の軸孔143bの軸心との距離より若干長い。しかし、両軸心間の距離は、この態様に限定されるものではなく、後述する砥石120,121における所望の揺動の程度に応じて任意に設定すればよい。従動ロッド144は、駆動ロッド143と略同一の形状を有する。従動ロッド144は、その長手方向の一方の端部(下方)近傍で、次に説明する従動ロッド支持軸144aによって、リンク支持部160に対して回転可能に支持される。従動ロッド144は、駆動ロッド143と同様に、長手方向中央および他方の端部(上方)近傍に、回転駆動軸141と平行な軸孔(貫通する孔)144b,144cを有する。従動ロッド支持軸144aは、回転駆動軸141の図5Aにおける右方に、回転駆動軸141から間隔を有して配置され、リンク支持部160に回転可能に支持されている。
2個の第1伝達ロッド146,146は、断面矩形の板状体で形成される。第1伝達ロッド146,146は、駆動ロッド143及び従動ロッド144の両側面に同様に配置される。よって、以降は、一方の第1伝達ロッド146のみについて説明する。
第1伝達ロッド146は、長手方向における一方の端部(図6Aにおいて左方)近傍、中央より若干一方の端部寄り位置、および他方(図6Aにおいて右方)の端部近傍に、それぞれ貫通する孔146a,146b,146cを有する。第1伝達ロッド146は、駆動ロッド143および従動ロッド144に対してリンク支持部160側で(図2参照)、孔146aが駆動ロッド143の軸孔143aと、孔146bが従動ロッド144の軸孔144bと、それぞれ揺動軸146d,146eにより、互いに回転自在に連結されている。
第2伝達ロッド147,147は、第1伝達ロッド146と同一の構造を有する。第2伝達ロッド147,147も、第1伝達ロッド146,146と同様に、駆動ロッド143及び従動ロッド144の両側面に同様に配置される。よって、以下では、一方の第2伝達ロッド147のみについて説明する。
第2伝達ロッド147は、第1伝達ロッド146における孔146a,146b,146cに対応する孔147a,147b,147cを有する。第2伝達ロッド147は、駆動ロッド143および従動ロッド144に対してリンク支持部160側で、孔147aが駆動ロッド143の軸孔143bと、孔147bが従動ロッド144の軸孔144cと、それぞれ揺動軸147d,147eにより、互いに回転自在に連結されている。超仕上げ装置100においては、第1伝達ロッド146および第2伝達ロッド147は、いずれもその長手方向が水平となって、互いに平行に駆動ロッド143および従動ロッド144に連結されている。
第1伝達ロッド146、及び第2伝達ロッド147の右端には、伸縮装置130のハウジング131が、駆動ロッド143、及び従動ロッド144と同様に、第1伝達ロッド146、及び第2伝達ロッド147に対して相対回転可能に連結されている。ただし、ハウジング131の内部には、伸縮装置130の構成物が配置されている。このため、ハウジング131については、駆動ロッド143及び従動ロッド144のように貫通させるのではなく、第1伝達ロッド146、及び第2伝達ロッド147が接触する各側面のみに、貫通孔を設け、揺動軸146f,147fにより、互いに回転自在に連結されている。
なお、図5Aにおいて、軸部110の軸線が、第1伝達ロッド146、又は第2伝達ロッド147に対して垂直のときに、先端に設けられた砥石120,121の円弧の各曲率半径中心G1、G2(図5A,図7参照)と、リンク機構Lの回転駆動軸141と、を繋いだ線分HLが水平となるよう、第1伝達ロッド146及び第2伝達ロッド147が、伸縮装置130のハウジング131と連結されている。
これにより、ACモータ142により回転駆動軸141を回転駆動し発生させた揺動と同様の揺動を、リンク機構Lを介して砥石120,121に発生させることができる。なお、このとき、揺動中心Y(図5Aにおいて紙面に直交する方向)は、図7に示すように、砥石120,121の凸状円弧の各曲率半径中心G1、G2とは一致しない。
揺動装置140のリンク機構Lは、図5A,図5Bに示すように、リンク支持部160が、Z軸線方向に移動可能に構成されたZ軸ステージ170の可動体171に固定される。可動体171は、図略の制御装置によって駆動が制御される。可動体171は、砥石120,121が、外輪Waの外周部外側に有る場合に、上方への作動によって、リンク機構Lの先端に設けられた砥石120,121を上方(Z軸方向)に持ち上げる。その後、このあと説明する押圧装置150によって外輪Waの内周部まで前進した後、可動体171を最下方まで作動させることで、砥石120,121を外輪Waの内周部分に移動させ、砥石120によって、外輪Waの内周面の軌道溝WaGの超仕上げ研削を行なう。なお、可動体171の上下方向の移動は、例えば、エアシリンダの作動によって制御してもよいし、電動モータ、油圧等によって制御してもよい。
押圧装置150は、ベッド2上に固定されるXYステージ151と、XYステージ151上を移動する可動体152とによって構成される。可動体152は、図5A,5Bに示すL字形状のブラケット154の一方の辺154aの端面に固定される。一方、ブラケット154の他方の辺154bの端面には前述したZ軸ステージ170が固定される。このように固定されることで、可動体152がXYステージ151上を矢印方向に移動すると、リンク機構L、揺動中心Y、及び砥石120,121も、X−Y軸平面において、可動体152の移動方向と同じ方向に同じ量だけ移動する。
可動体152が移動する方向は、外輪Wa又は内輪Wbが、保持装置61〜64のうちの何れか1つの保持装置に保持された状態において、砥石120,121が、外輪Wa又は内輪Wbの外周側に有る状態から外輪Wa又は内輪Wbの軸線に向かって移動する方向である。これにより、砥石120,121によって、軌道溝WaG,WbGを超仕上げ研削する際、押圧装置150の前進又は後進の作動によって砥石120,121を軌道溝WaG,WbGに対し直角に押し当てでき良好に超仕上げ研削できる。なお、可動体152の上下方向の移動は、例えば、エアシリンダの作動によって制御してもよいし、電動モータ、油圧等によって制御してもよい。
押圧装置150は、揺動装置140の砥石120,121を工作物Wに対し、良好に超仕上げ研削(加工)できるように移動すればよく、X軸方向、Y軸方向のように、一方向にのみ移動可能なものでもよい。
この複合研削盤1は、制御装置30を備えており、制御装置30の機能的構成として、コラム3a,3b,3cの送りの制御、砥石台4a,4b,4cの昇降の制御、旋回テーブル5の旋回の制御、主軸台81〜84の回転と保持装置61〜64の吸引の制御、砥石車9a,9b,9cの回転の制御、超仕上げ装置100における可動体152、可動体171の移動量、及びモータ142の回転角度の制御、及びデータやプログラムの記録等を行なう。制御装置30は、予め設定された制御データに基づき、各装置を制御することで、複数の研削工程を実施できる。
(3.複合研削盤の動作)
複合研削盤1の動作について、説明する。本実施形態では、複合研削盤1が、ボールベアリングの外輪Waの外周面研削、外輪軌道溝面研削、外輪軌道溝面超仕上げ研削、及び内輪Wbの内周面研削、内輪軌道溝面研削、内輪軌道溝面超仕上げ研削を行なう。ここで、本発明に係る研削が、外輪軌道溝面超仕上げ研削、及び内輪軌道溝面超仕上げ研削である。
複合研削盤1においては、保持装置61が周面研削位置Ppに位置決めされている状態(図2に示す状態)を初期状態とし、この時の旋回テーブル5の旋回位置を基準位置の0度とする。先ず、制御装置30は、最初の外輪Waaを保持装置61に取り付ける(図8A参照)。そして、制御装置30は、外周面研削プログラムに基づき外輪Waaの外周面研削を制御する(図8A参照)。
次に、制御装置30は、外輪Waaの外周面研削が完了したら、旋回テーブル5を90度旋回させる(図8B参照)。これにより、保持装置61は、外輪研削位置Poに位置決めされ、保持装置64は、周面研削位置Ppに位置決めされることになる。そして、制御装置30は、最初の内輪Wbaを保持装置64に取り付ける(図8C図参照)。そして、制御装置30は、内周面研削プログラムに基づき内輪Wbaの内周面研削を制御するとともに、外輪軌道溝面研削プログラムに基づき外輪Waaの外輪軌道溝面研削を制御する(図8C参照)。これらの制御は、平行して行われる。
次に、制御装置30は、内輪Wbaの内周面研削及び外輪Waaの外輪軌道溝面研削が完了したら、旋回テーブル5を180度旋回させる(図8D参照)。これにより、保持装置61は、超仕上げ研削位置Pbに位置決めされる。保持装置64は、内輪研削位置Piに位置決めされ、保持装置62は、周面研削位置Ppに位置決めされる。そして、保持装置63は、外輪Wa及び内輪Wbが吸着されていない空の状態で外輪研削位置Poに位置決めされる。
次に、制御装置30は、次の外輪Wabを保持装置62に取り付ける(図8E参照)。そして、制御装置30は、外周面研削プログラムに基づき外輪Wabの外周面研削を制御する。また、制御装置30は、内輪軌道溝面研削プログラムに基づき内輪Wbaの内輪軌道溝面研削(外周面)を制御する。さらに、制御装置30は、外輪超仕上げ研削プログラムに基づき外輪Waaの外輪軌道溝面超仕上げ研削(内周面)を制御する(図8E参照)。これらの制御は、平行して行われる。
(4.超仕上げ装置100の動作)
次に、超仕上げ装置100の動作について説明する。まず、外輪Waの軌道溝面超仕上げ研削について説明する。外輪Waの軌道溝面超仕上げ研削を行なうため、図5Aに示す超仕上げ装置100の可動体171を作動させ、リンク機構Lの先端に固定された砥石120,121を上方(Z軸方向)に持ち上げる。その後、押圧装置150によって、リンク機構Lを前進させ、砥石120,121を外輪Waの内周部まで前進移動した後、可動体171を最下方まで移動させる。これにより、砥石120,121を外輪Waの内周部分に移動させる。
この状態で、砥石120が軌道溝WaGと対向する。そして、押圧装置150を後進させ、砥石120を外輪Waの軌道溝WaGに予め設定された所定の荷重で押し当てる(図9A参照)。これにより、軌道溝WaGの超仕上げ研削を行なう。
次に、砥石120を揺動させるため、ACモータ142の回転軸を図6Aにおける右回りに回転駆動させる(図6A参照)。これにより、リンク機構Lの回転駆動軸141が右周りに回転し、駆動ロッド143が図6Aに示すように傾動する。これに伴い第1伝達ロッド146、及び第2伝達ロッド147が、それぞれ下方及び水平方向右側に移動される。そして、この移動に伴って従動ロッド144及び伸縮装置130(軸部110含む)が、駆動ロッド143と同じ角度だけ同じ方向に傾動する。これにより、砥石120は、図9Bに示す状態になろうとする。つまり、砥石120は揺動中心Yを中心に揺動(回転)するので、そのまま揺動すれば、軌道溝WaG内に食い込む方向に、砥石120は移動しようとする。
しかし、このとき、本実施形態では、前述したように砥石120を固定する軸部110が、軸線方向への小さな荷重の付与によって、伸縮自在に作動するよう構成されている。このため、砥石120は、図9Cに示すように、軌道溝WaG内のR状曲面に倣って軸部110が伸びる方向に移動し、軌道溝WaGと良好に係合する。そして、このとき、軸部110が伸びる方向に付与される荷重がリンク機構Lを介して回転駆動軸141に作用して生じさせるトルクよりも、リンク機構Lを揺動させるACモータ142の作動トルクの方が十分大きいので、砥石120は、軸部110が伸びた状態で軌道溝WaGを押圧し研削できる。
さらに、砥石120を上記と逆方向に揺動させるため、ACモータ142の回転軸を左回りに回転させる。これにより、リンク機構Lの回転駆動軸141が左方向に回転し、駆動ロッド143が図6Bに示すように傾動する。これに伴い第1伝達ロッド146、及び第2伝達ロッド147が、それぞれ下方及び水平方向左側に移動され、この移動に伴って従動ロッド144及び伸縮装置130(軸部110含む)が、駆動ロッド143と同じ角度だけ同じ方向に傾動する。これにより、砥石120は、図10Aに示す状態になろうとする。つまり、砥石120は揺動中心Yを中心に揺動(回転)するので、そのまま揺動すれば、軌道溝WaG内に食い込む方向に、砥石120は移動しようとする。
しかし、このとき、本実施形態では、前述したように砥石120を固定する軸部110が、軸線方向への小さな荷重の付与によって、伸縮自在に作動するよう構成されている。このため、砥石120は、軌道溝WaG内のR状曲面に倣って軸部110が縮む方向に移動し良好に係合する。そして、このとき、軸部110が縮む方向に付与される荷重がリンク機構Lを介して回転駆動軸141に作用して生じさせるトルクよりも、リンク機構Lを揺動させるACモータ142の作動トルクの方が十分大きいので、砥石120は、軸部110が縮んだ状態で軌道溝WaGを押圧し研削できる。
その後、超仕上げ研削が終了すると、制御装置30は、一度、押圧装置150を作動させリンク機構Lを前進させて、砥石120を軌道溝WaGから離間させたのち、可動体171を上方に移動させる。そして、押圧装置150の作動によってリンク機構Lを後退させ、砥石120,121を外輪Waの外周側に移動させたのち、可動体171を下方に移動し、次の加工に備える。制御装置30は、外輪Waaの外輪軌道溝面超仕上げ研削が完了したら、外輪Waaを保持装置61から取り出す(図8E参照)。
次に、制御装置30は、外輪Waaの外周面研削、及び内輪Wbaの内輪軌道溝面研削が完了したら、旋回テーブル5を90度旋回させる(図8F参照)。これにより、保持装置61は、周面研削位置Ppに位置決めされ、保持装置62は、外輪研削位置Poに位置決めされ、保持装置64は、超仕上げ研削位置Pbに位置決めされる。そして、保持装置63は、外輪Wa及び内輪Wbが吸着されていない空の状態で内輪研削位置Piに位置決めされることになる。
制御装置30は、次の内輪Wbbを保持装置61に取り付ける(図8G参照)。そして、制御装置30は、内周面研削プログラムに基づき内輪Wbbの内周面研削を制御し、外輪軌道溝面研削プログラムに基づき外輪Wabの外輪軌道溝面研削を制御し、内輪軌道溝面超仕上げ研削プログラムに基づき内輪Wbaの内輪軌道溝面超仕上げ研削を制御する(図8G参照)。これらの制御は、平行して行われる。
内輪Wbの内輪超仕上げ研削は、外輪Waの軌道溝面超仕上げ研削と同様に、超仕上げ装置100によって行なわれる。ただし、内輪Wbの軌道溝面超仕上げ研削時には、可動体171の作動は必要ない。このため、制御装置30は、押圧装置150を前進させ、砥石121と軌道溝WbGとを対向させ、そのまま砥石121を、内輪Wbの軌道溝WbGに所定の荷重で押し当て超仕上げ研削を行なう。
次に、砥石121を揺動させるため、ACモータ142の回転軸を、右回りに回転させる(図6A参照)。これにより、上記で説明したように伸縮装置130(軸部110含む)が、駆動ロッド143と同じ角度だけ同じ方向に傾動し、砥石121は、図10Aを左右反転させた状態となる。つまり、砥石121は揺動中心Yを中心に揺動(回転)するので、そのまま揺動すれば、軌道溝WbG内に食い込む方向に、砥石121は移動しようとする。
しかし、砥石121は軌道溝WbG内のR状曲面に倣って軌道溝WbG内の中心方向に移動しようとする。これにより、砥石121は、軌道溝WbG内のR状曲面に倣って軸部110が縮む方向に移動し良好に係合する。そして、このとき、軸部110が縮む方向に付与される荷重がリンク機構Lを介して回転駆動軸141に作用して生じさせるトルクよりも、リンク機構Lを揺動させるACモータ142の作動トルクの方が十分大きいので、砥石121は、軸部110が縮んだ状態で軌道溝WaGを押圧し研削できる。
さらに、砥石121を上記と逆方向に揺動させるため、ACモータ142の回転軸を、左回りに回転させる(図6B参照)。これにより、上記で説明したように伸縮装置130(軸部110含む)が、駆動ロッド143と同じ角度だけ同じ方向に傾動し、砥石121は、図10Bを左右反転させた状態となる。つまり、砥石120は揺動中心Yを中心に揺動(回転)するので、そのまま揺動すれば、軌道溝WbG内に食い込む方向に、砥石121は移動しようとする。
しかし、砥石121は軌道溝WaG内のR状曲面に倣って軌道溝WbG内の中心方向に移動しようとする。これにより、砥石121は、軌道溝WbG内のR状曲面に倣って軸部110が伸びる方向に移動し軌道溝WbGと良好に係合する。そして、このとき、軸部110が伸びる方向に付与される荷重がリンク機構Lを介して回転駆動軸141に作用して生じさせるトルクよりも、リンク機構Lを揺動させるACモータ142の作動トルクの方が十分大きいので、砥石121は、軸部110が伸びた状態で軌道溝WaGを押圧し研削できる。そして、制御装置30は、内輪Wbaの内輪超仕上げ研削が完了したら、内輪Wbaを保持装置64から取り出す(図8G参照)。
(5.実施形態による効果)
上述の説明から明らかなように、上記実施形態によれば、超仕上げ装置100は、外周面又は内周面に縦断面で円弧凹状の軌道溝WaG,WbG(溝部)を有する外輪Wa及び内輪Wb(工作物W)における軌道溝WaG,WbG(溝部)の超仕上げを行なう超仕上げ装置である。超仕上げ装置100は、外輪Wa及び内輪Wb(工作物W)を軸線回りに回転可能に保持する保持装置61〜64と、外輪Wa及び内輪Wb(工作物W)の所定の縦断面に平行に延びる軸部110と、軸部110を軸部110の軸線方向に伸縮可能に支持する伸縮装置130と、所定の縦断面に直交する所定の揺動中心Yを中心として伸縮装置130を揺動させる揺動装置140と、軸部110に固定され、所定の縦断面上において所定の揺動中心Yとは異なる位置を曲率半径中心G1,G2とする円弧凸状に形成され、軌道溝WaG,WbG(溝部)の超仕上げを行なう砥石120、121と、砥石120、121を軌道溝WaG,WbG(溝部)に予め設定された一定の荷重で押し当てられるよう揺動装置140を移動させる押圧装置150と、を備え、砥石120、121は、押圧装置150による押し当て方向に移動する所定の揺動中心Yを中心として揺動しながら、軸部110の軸線方向に移動することで、軌道溝WaG,WbG(溝部)に倣いながら軸部110の超仕上げを行なう。
このように、押圧装置150によって、砥石120、121が軌道溝WaG,WbG(溝部)に押し当てられている状態で、砥石120、121が固定される軸部110が揺動装置140によって揺動されると、砥石120、121は、軌道溝WaG,WbGに対して倣う方向、即ち、砥石120、121が軌道溝WaG,WbGに対して係合される方向に向かって移動する。このとき、軸部110が伸縮することによって、砥石120、121の移動が可能となっている。これにより、従来技術のように、砥石の揺動中心と砥石の曲率半径の中心とを、常に一致させる構成にしなくてもよい。つまり、砥石120、121が軌道溝WaG,WbGからずれた場合、砥石120、121は、軌道溝WaG,WbG(溝部)と係合する方向に移動し軌道溝WaG,WbGと係合する。そして、砥石120、121の円弧凸部と軌道溝WaG,WbGとの係合関係は維持され、軌道溝WaG,WbGは砥石120、121の円弧凸部によって超仕上げ研削される。従って、砥石120、121の揺動中心Yと軌道溝WaG,WbGの円弧中心G1,G2とを、一致させるための複雑な構成は不要となり、安価な超仕上げ装置100が得られる。
また、上記実施形態によれば、所定の駆動中心を中心として揺動装置140により伸縮装置130を駆動するトルクは、伸縮装置130による伸縮荷重による所定の駆動中心を中心とするトルクより大きい。これにより、砥石120、121を自在に伸縮させながら、砥石120、121を所定の押圧荷重で軌道溝WaG,WbG(溝部)に押し当て研削することが両立できる。
また、上記実施形態によれば、揺動装置140は、伸縮装置130を保持し、所定の揺動中心Yとは異なる位置を回転駆動軸とするリンク機構Lと、回転駆動軸141を回転駆動するモータ(動力源)と、を備える。これにより、工作物Wが離れた位置にあっても良好に超仕上げ研削ができる。
また、上記実施形態によれば、砥石120,121は、軸部110の先端に軸線に対して円弧凸状の突部が背向するよう二個突設される。これにより、1台の超仕上げ装置100で、2種類の軌道溝WaG,WbG(溝部)の超仕上げ研削加工ができ効率的である。
また、上記実施形態によれば、工作物Wは、ボールベアリングの外輪Wa及び内輪Wbであり、溝部は、前記内輪の外周面又は外輪の内周面に形成されたボールの軌道溝WaG,WbG(溝部)軌道溝である。これにより、ボールベアリングの外輪Wa及び内輪Wbが、低コストに製作できる。
また、上記実施形態によれば、複合研削盤1は、旋回軸線回りに旋回可能な旋回テーブル5と、旋回テーブル5における旋回軸線を中心とする円周上にそれぞれ設けられ、旋回軸線と平行な主軸線回りに回転可能な工作主軸812〜842(工作主軸822,832、842は図示しない)を有する複数の主軸台81〜84と、工作主軸812〜842に設けられ、それぞれ工作物Wの保持が可能な複数の保持装置61〜64と、旋回テーブル5に対して相対移動可能にそれぞれ設けられ、旋回テーブル5の旋回により工作物Wが順次搬送されることで、対応するそれぞれの研削旋回位置に工作物Wが位置決めされる場合に、対応する工作物Wを研削する複数の砥石と、超仕上げ装置100と、を備える。このように、内輪Wb及び外輪Waの研削が連続的に多数行なわれる複合研削盤1の超仕上げ工程に、生産効率のよい上記超仕上げ装置100を適用することによって、内輪Wb及び外輪Waの生産性が向上し、生産コストがさらに効果的に低減される。また、工作物Wとして、加工精度が必要な複数の部品(組合わせて製品となる部品)を同時加工する場合には、加工効率も向上する(工作物Wとして、ボールベアリング,プレーンベアリングなどのベアリング、その他の組合せ製品等を適用した場合)。
(6.その他)
なお、上記実施形態においては、駆動中心を駆動する駆動源はACモータ142であるとした。しかし、駆動源はモータには限らない。駆動源はエア、油圧等によって回転駆動されるアクチュエータでもよい。
また、上記実施形態においては、工作物Wはボールベアリングの内輪Wb又は外輪Waであった。しかしこの態様には限らない。工作物Wは、内周面又は外周面に溝部を有するものであればどのようなものでもよい。また、工作物Wは円筒状に限らず、円柱状でも良い。つまり、円柱の外周面に溝部を有するものであってもよい。
また、上記実施形態においては、砥石120,121は、軸部110の軸線に対して直交して突設されていたが、この態様には限らない。砥石120,121は、軸部110の軸線に対して所定の角度を有して突設されていてもよい。
また、揺動装置140は、リンク機構Lには、限らない。揺動装置140は、カム、偏心ピン等によって成立させても良い。
1・・・複合研削盤、 2・・・ベッド、 5・・・旋回テーブル、 30・・・制御装置、 61,62,63,64・・・保持装置、 81,82,83,84・・・主軸台、 100・・・超仕上げ装置、 110・・・軸部、 120,121・・・砥石、 130・・・伸縮装置、 140・・・揺動装置、 141・・・回転駆動軸、 142・・・モータ(動力源)、 143・・・駆動ロッド、 144・・・従動ロッド、 144a・・・従動ロッド支持軸、 146・・・第1伝達ロッド、 147・・・第2伝達ロッド、 150・・・押圧装置、 160・・・リンク支持部、 G1,G2・・・曲率半径中心、 L・・・リンク機構、 Wa,Waa,Wab・・・外輪、 WaG,WbG・・・軌道溝、 Wb,Wba,Wbb・・・内輪、 Y・・・揺動中心。

Claims (6)

  1. 外周面又は内周面に縦断面で溝部を有する工作物における前記溝部の超仕上げを行なう超仕上げ装置であって、
    前記工作物の所定の縦断面に平行に延びる軸部と、
    前記軸部を前記軸部の軸線方向に伸縮可能に支持する伸縮装置と、
    前記所定の縦断面に直交する所定の揺動中心を中心として前記伸縮装置を揺動させる揺動装置と、
    前記軸部に固定され、前記所定の縦断面上において、前記溝部の超仕上げを行なう砥石と、
    前記砥石を前記溝部に予め設定された一定の荷重で押し当てられるよう前記揺動装置を押圧する押圧装置と、
    を備え、
    前記砥石は、前記押圧装置による押し当て方向に移動する前記所定の揺動中心を中心として揺動しながら、前記軸部の軸線方向に移動することで、前記溝部に倣いながら前記溝部の超仕上げを行なう、超仕上げ装置。
  2. 所定の駆動中心を中心として前記揺動装置により前記伸縮装置を駆動するトルクは、前記伸縮装置による伸縮荷重による前記所定の駆動中心を中心とするトルクより大きい、請求項1に記載の超仕上げ装置。
  3. 前記揺動装置は、
    前記伸縮装置を保持し、前記所定の揺動中心とは異なる位置を回転駆動軸とするリンク機構と、
    前記回転駆動軸を回転駆動する動力源と、
    を備え、
    前記砥石は、前記所定の揺動中心とは異なる位置を曲率半径中心とする円弧凸状に形成される、請求項1又は2に記載の超仕上げ装置。
  4. 前記砥石は、前記軸部の先端に、前記円弧凸状の突部が前記軸線に対して両側で背向するよう二個突設される、請求項3に記載の超仕上げ装置。
  5. 前記工作物は、ボールベアリングの内輪又は外輪であり、前記溝部は、前記内輪の前記外周面又は前記外輪の前記内周面に形成されたボールの軌道溝である、請求項1〜4の何れか1項に記載の超仕上げ装置。
  6. 旋回軸線回りに旋回可能な旋回テーブルと、
    前記旋回テーブルにおける前記旋回軸線を中心とする円周上にそれぞれ設けられ、前記旋回軸線と平行な主軸線回りに回転可能な工作主軸を有する複数の主軸台と、
    複数の前記工作主軸に設けられ、それぞれ工作物の保持が可能な複数の保持装置と、
    前記旋回テーブルに対して相対移動可能にそれぞれ設けられ、前記旋回テーブルの旋回により前記工作物が順次搬送されることで、対応するそれぞれの研削旋回位置に前記工作物が位置決めされる場合に、対応する前記工作物を研削する複数の砥石と、
    請求項1〜5のうち何れか一項に記載の超仕上げ装置と、
    を備える、複合研削盤。
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