JP2017039177A - 研削盤および研削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】長尺で且つ全長に亘って軸心に対する同軸度が高く、さらに外周面の真円度の高い円柱状部材を製造する。【解決手段】調整車１０とブレード２０と円筒状の研削砥石３０を備え、調整車１０とブレード２０とで円柱状のワーク２を回転支持しながら、研削砥石３０と調整車１０とでワーク２を挟み込んで研削する研削盤１であって、ワーク２の両端部を回転可能に支持する支持装置４０をさらに備え、支持装置４０は、ワーク２の両端の回転中心を同軸状態で支持する一対の支持部材４１，４１を有していることを特徴とする。【選択図】図３

Description

本発明は、支持装置でワークを回転支持しながら研削砥石車と調整車とでワークを挟み込んで研削する研削盤および研削方法に関する。

ワークの外周面を研削して円柱状のシャフトを形成する装置として、調整車とブレードとでワークを回転支持しながら、研削砥石車と調整車とでワークを挟み込んで工作物を研削する芯無し研削盤（たとえば特許文献１参照）や、心押台と主軸でワークを挟んだ状態で回転させながらワークの外周面を研削する研削盤（たとえば特許文献２，３参照）があった。

特開２００５−０２８５２１号公報 特開２００７−２８３４１６号公報 特開２００４−２４９４３８号公報

近年、長尺で且つ全長に亘って軸心に対する同軸度が高く、さらに外周面の真円度が高い円柱状部材が要求されることがある。これに対して、心無し研削盤では、ワークが外周面のみで支持された状態で回転しながら研削されるので、外周面の真円度を確保することはできるものの、回転中心は移動していくため軸心を得ることができない。一方、通常の研削盤では、心押台と主軸でワークを挟んで回転させながら研削するので、回転中心（軸心）を確保することができるが、心押台と主軸は回転機構を備えているので、心押台と主軸の軸心同士を同軸に合わせることが困難であった。そのため、ワークの両端部において、回転中心がずれて同軸にならない場合があった。

そこで、本発明は前記の問題を解決するために案出されたものであって、長尺で且つ全長に亘って軸心に対する同軸度が高く、さらに外周面の真円度の高い円柱状部材を製造できる研削盤および研削方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための請求項１に係る発明は、調整車とブレードと円筒状の研削砥石とを備え、前記調整車と前記ブレードとで円柱状のワークを回転支持しながら、前記研削砥石と前記調整車とで前記ワークを挟み込んで研削する研削盤であって、前記ワークの両端部を回転可能に支持する支持装置をさらに備え、前記支持装置は、前記ワークの両端の回転中心を同軸状態で支持する一対の支持部材を有していることを特徴とする研削盤である。

このような構成によれば、ワークは調整車とブレードとで回転支持されつつ、研削砥石と調整車とで挟み込まれて研削されるので外周面の真円度を高くできる。さらに、支持装置でワークの両端の回転中心を同軸状態で支持した状態で研削を行うので、ワークの全長に亘って一本の回転中心が通ることになる。これによって、回転中心に対するワークの同軸度を高くできる。なお、支持装置はワークを回転させる必要はないので、一対の支持部材の高い同軸度を容易に確保することができる。また、調整車と研削砥石の軸方向長さに応じたワークを加工できるので、長尺の製品を製造することができる。

本発明に係る研削盤においては、研削時に、前記調整車と前記ワークの接点から前記ワークの回転中心までの距離と、前記ブレードと前記ワークの接点から前記ワークの回転中心までの距離と、前記研削砥石と前記ワークの接点から前記ワークの回転中心までの距離とが同一になるように、前記調整車、前記ブレード、前記砥石および前記支持部材を相対的に移動させる同期機構をさらに備えたものが好ましい。

前記構成によれば、支持部材によってワークの両端の回転中心を支持した状態で、調整車によってワークを回転させながら研削砥石で研削することができるとともに、各部材とワークの接点と回転中心との距離が一定になるので、ワークの外周面の真円度および回転中心に対する同軸度をより一層高くできる。

また、本発明に係る研削盤においては、前記支持部材の軸心位置は固定されており、前記同期機構は、前記調整車に所定の押圧力を付与して前記調整車を前記ワーク側に移動させる調整車移動手段と、前記ブレードに所定の押圧力を付与して前記ブレードを前記ワーク側に移動させるブレード移動手段と、前記研削砥石に所定の押圧力を付与して前記研削砥石を前記ワーク側に移動させる研削砥石移動手段とを備えているものが好ましい。

前記構成は、同期機構の一例を示したものである。調整車、ブレードおよび研削砥石の移動手段としては、ワークの研削長さの範囲において押圧力を所定の値で保持できるものであれば、ボールネジ、シリンダなど公知の機構でよい。前記構成のように支持部材を固定し、各部材の押圧力を所定値に保持することで、ワークの外周面の真円度および回転中心に対する同軸度を高くできる。

さらに、本発明に係る研削盤においては、前記支持装置の軸心位置は固定されており、 前記同期機構は、前記ワークの外径を計測する計測装置を備えており、計測された前記ワークの外径に応じて、前記調整車および前記ブレードを同期移動させるものが好ましい。

前記構成は、同期機構の一例を示したものである。調整車、ブレードおよび研削砥石の移動距離は、各部材の移動方向と、各部材とワークの接点と回転中心とを結ぶ径方向との成す角度に応じて適宜算出される。前記構成のように支持部材を固定し、計測したワークの外径に応じて、調整車とブレードを同期移動させることで、ワークを適切な押圧力で保持することができるので、ワークの外周面の真円度および回転中心に対する同軸度を高くできる。

前記課題を解決するための請求項５に係る発明は、円柱状のワークの両端の回転中心を同軸状態で回転可能に支持するとともに、調整車とブレードとで前記ワークを回転支持しながら、研削砥石と前記調整車とで前記ワークを挟み込んで研削することを特徴とする研削方法である。

このような方法によれば、ワークは、調整車とブレードとで回転支持されつつ、研削砥石と調整車とで挟み込まれて研削されるので外周面の真円度を高くできる。さらに、ワークの両端の回転中心を同軸状態で支持した状態で研削を行うので、ワークの全長に亘って一本の回転中心が通ることになる。これによって、軸心に対する同軸度を高くできる。また、調整車と研削砥石の軸方向長さに応じたワークを加工できるので、長尺の製品を製造することができる。

本発明によれば、長尺で且つ全長に亘って軸心に対する同軸度が高く、さらに外周面の真円度の高い円柱状部材を製造することができる。

本発明の実施形態に係る研削盤を示した概略側面図である。 本発明の実施形態に係る研削盤を示した概略平面図である。 本発明の実施形態に係る研削盤のワーク、調整車、ブレード、研削砥石および支持装置の位置関係を示した斜視図であって、 本発明の実施形態に係る研削盤を用いて研削加工中のワーク、調整車、ブレードおよび研削砥石の位置関係を示した概略断面図であって、（ａ）は研削初期状態を示した図、（ｂ）は研削終期状態を示した図である。

本発明の実施形態に係る研削盤および研削方法について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。まず、かかる研削盤１の構成について説明する。

図１乃至図３に示すように、研削盤１は、調整車１０とブレード２０と研削砥石３０と支持装置４０とを備えている。本実施形態では、ワーク２を支持する支持装置４０は固定されていて、ワーク２は同一軸心位置で回転する。調整車１０とブレード２０と研削砥石３０は、それぞれがワーク２に対して近接離反するように移動する。

調整車１０は、円柱形状を呈しており、回転軸１１が水平方向に延在するように配置されている。調整車１０は、ベッド３上に設けられた調整車フレーム１２に回転可能に支持されている。回転軸１１には、調整車１０を回転させるためのモータ１５（図２参照）が、ベルト１６（図２参照）などの回転力伝達手段を介して連結されている。調整車フレーム１２には、調整車フレーム１２を前後進させる（ワーク２の回転中心に近接離反させる）ための調整車移動手段１４が設けられている。調整車移動手段１４は、調整車フレーム１２を前後進させることで調整車１０を移動させる。

調整車フレーム１２は、ベッド３上に配設されたスライド台４上に、静圧ガイド（図示せず）を備えた静圧案内機構１３（図１参照）を介して設置されている。静圧ガイドは、調整車１０の回転軸１１に直交する水平方向に延在していて、調整車フレーム１２は、ワーク２および研削砥石３０に対して近接離反できるように前後進可能になっている。調整車移動手段１４は、調整車フレーム１２を移動させる駆動手段と、移動をガイドするガイド手段とを備えている。本実施形態では、静圧案内機構１３がガイド手段を構成している。ガイド手段は静圧案内機構１３に限定されるものではなく、リンク機構など他の構成のものであってもよい。調整車移動手段１４の駆動手段は、調整車１０を静圧ガイドに沿わせて移動させる。駆動手段は、たとえば、送りモータとボールネジ（図示せず）とを備えており、送りモータでボールネジを回転させることで、調整車フレーム１２を移動させる。調整車１０の移動量は、トルク制御にて管理される。なお、調整車移動手段１４の移動機構は、前記構成に限定されるものではなく、シリンダ、バネやリニアモータなど他の移動機構であってもよい。

研削砥石３０は、円柱形状を呈しており、調整車１０の側方に配置されている。研削砥石３０は、研削砥石３０の回転軸３１が調整車１０の回転軸１１と平行になるように配置されている。研削砥石３０の回転軸３１の中心高さ位置と調整車１０の回転軸１１の中心高さ位置は同じである。研削砥石３０は、ベッド３上に設けられた研削砥石フレーム３２に回転可能に支持されている。回転軸３１には、研削砥石３０を回転させるための砥石モータ３５（図２参照）が、ベルト３６（図２参照）などの回転力伝達手段を介して連結されている。研削砥石フレーム３２には、研削砥石フレーム３２を前後進させる（ワーク２の回転中心に近接離反させる）ための研削砥石移動手段３４が設けられている。研削砥石移動手段３４は、研削砥石フレーム３２を前後進させることで研削砥石３０を移動させる。

研削砥石フレーム３２は、ベッド３上に配設されたスライド台４上に、リニアガイド（図示せず）を備えたリニアガイド機構３３を介して設置されている。リニアガイドは、調整車１０の回転軸１１に直交する水平方向に延在していて、研削砥石フレーム３２は、ワーク２および研削砥石３０に対して近接離反できるように前後進可能になっている。研削砥石移動手段３４は、研削砥石フレーム３２を移動させる駆動手段と、移動をガイドするガイド手段とを備えている。本実施形態では、リニアガイド機構３３がガイド手段を構成している。ガイド手段はリニアガイド機構３３に限定されるものではなく、リンク機構など他の構成のものであってもよい。研削砥石移動手段３４の駆動手段は、たとえば、送りモータとボールネジとを備えており、送りモータでボールネジを回転させることで、研削砥石フレーム３２を移動させる。研削砥石３０の移動量は、トルク制御にて管理される。なお、研削砥石移動手段３４の移動機構は、前記構成に限定されるものではなく、シリンダ、バネやリニアモータなど他の移動機構であってもよい。

ブレード２０は、ワーク２を下側から支持する。調整車１０と研削砥石３０間のワーク２の配置スペースの下方に配置されている。ブレード２０の上面は、研削砥石３０側が高くなるように傾斜している。ブレード２０は、ベッド３上に設けられたブレードフレーム２１に昇降可能に固定されている。ブレードフレーム２１には、ブレード２０を昇降させるためのブレード移動手段２３が設けられている。ブレード移動手段２３は、たとえば、油圧シリンダを備えており、油圧シリンダの伸縮によってブレード２０を移動させる。ブレード２０の移動量は、トルク制御にて管理される。

前記したように、調整車１０とブレード２０と研削砥石３０は、一般的な芯無し研削盤と同様の配置関係となっている。本実施形態では、調整車１０の他にブレード２０と研削砥石３０も移動可能となっている点で、一般的な芯無し研削盤と異なる。また、一般的な芯無し研削盤においてはワークを支持しないところ、本実施形態ではワーク２の軸方向両端部を回転可能に支持する支持装置４０を設けたことを特徴とする。さらに、一般的な芯無し研削盤においては研削中に移動するのは、調整車とワークであるところ、本実施形態では、ワーク２は固定されており、調整車１０とブレード２０と研削砥石３０とがワーク２に対して移動する。

図２および図３に示すように、支持装置４０は、ワーク２の両端の回転中心を同軸状態で支持する一対の支持部材４１，４１を有している。支持部材４１は、先端の中心が尖った円錐形状を呈している。支持部材４１の円錐の先端部は、ワーク２の端部に形成された凹部２ａに挿入される。ワーク２の凹部２ａは、断面円形を呈しており、円の中心は、ワーク２の軸心と一致している。凹部２ａの開口周縁部２ｂは、円錐の外周面４２に当接しており、ワーク２の加工時には、円錐の外周面４２に対して摺接する。

一対の支持部材４１，４１は、それぞれの軸心（円錐の中心）位置が一致するように配置されている。支持部材４１は、ベース部４３の両端部に立設された一対の支持柱４４，４４にそれぞれ固定されている。ベース部４３は、ワーク２の軸長方向に沿って延在し、ベッド３上に敷設されている。一対の支持柱４４，４４は、ベース部の両端にそれぞれ固定されて、互いに対向している。支持柱４４，４４の互いに対向する面に支持部材４１が固定されている。一方の支持柱４４は、ワーク２の軸長方向に沿って移動可能に立設されている。他方の支持柱４４は、移動不能に立設されている。ワーク２を支持部材４１，４１間に装着する際には、一方の支持部材４１を他方の支持部材４１から離反させて、その間にワーク２をセットし、一方の支持部材４１を元の位置に戻す。これによって、支持部材４１の円錐の先端部が、ワーク２の凹部２ａ内に挿入される。このとき、凹部２ａの開口周縁部２ｂは、円錐の外周面４２に当接するので、ワーク２の軸心位置と支持部材４１，４１の軸心位置とが揃う。

研削盤１は、調整車１０、ブレード２０、研削砥石３０および支持部材４１，４１を相対的に移動させる同期機構をさらに備えている。本実施形態では、同期機構は、調整車１０、ブレード２０および研削砥石３０を移動させる。同期機構は、調整車移動手段１４とブレード移動手段２３と研削砥石移動手段３４と、これら移動手段１４，２３，３４に電気的に接続された制御手段（図示せず）とを備えて構成されている。

図４に示すように、支持部材４１は固定されていて、研削が進むにつれて、調整車１０、ブレード２０および研削砥石３０がワーク２の回転中心に向かって移動する。同期機構は、調整車１０とワーク２の接点からワーク２の回転中心Ｐまでの距離（第一径寸法）Ｌ１と、ブレード２０とワーク２の接点からワーク２の回転中心Ｐまでの距離（第二径寸法）Ｌ２と、研削砥石３０とワーク２の接点からワークの回転中心Ｐまでの距離（第三径寸法）Ｌ３と、が同一になるように各部を移動させる。なお、調整車１０の周速は、研削砥石３０の周速よりも遅く設定されている。

制御装置は、調整車移動手段１４の送りモータへ送る電流を一定にすることで、調整車１０に所定の一定押圧力を付与して調整車１０をワーク２側に移動させる。また、制御装置は、ブレード移動手段２３の油圧シリンダの伸縮トルクを一定にすることで、ブレード２０に所定の一定押圧力を付与してブレード２０をワーク２側に移動させる。なお、調整車１０およびブレード２０の押圧力の制御は、前記方法に限定されるものではなく、調整車１０とブレード２０の押圧力を検出する押圧力検出装置を設けておき、この検出装置で押圧力を検出しながら、各押圧力を一定に保つように出力を調整するようにしてもよい。 所定の各押圧力は、調整車１０およびブレード２０がワーク２をバランス良く押えて研削できる数値である。

なお、研削砥石３０は、ワーク２の加工寸法に合わせて研削量分送る（移動する）。これによって、研削砥石３０がワーク２を所望の厚さ分研削するようになっている。つまり、かかる研削盤１を用いて研削を行うに際しては、ワーク２は、ブレード２０で下側から回転支持されつつ調整車１０で押圧されて回転される。このとき、ワーク２は両端の回転中心が支持部材４１，４１にて支持されて軸心位置が固定されている。この状態で、研削砥石３０を加工寸法に合わせて研削量分送ると、ワーク２が研削されて縮径する。これに応じて調整車１０とブレード２０が軸心側に移動する。このとき、調整車１０とブレード２０は、それぞれ所定の押圧力で、ワーク２に押し付けられている。このように、研削砥石３０を送ってワーク２を研削しながら、所定の押圧力で調整車１０およびブレード２０がワーク２を回転支持することで、ワーク２の第一乃至第三径寸法Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３（図４参照）が同一になる。図４の（ｂ）に示すように、研削が進むに応じて、第一乃至第三径寸法Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、それぞれ同じ長さを保ち合いながら徐々に小さくなっていく。図４の（ａ）と（ｂ）において、ワーク２の回転中心Ｐは固定されて同じ位置である。

以上のような構成の研削盤１を用いて研削を行うと、支持部材４１，４１によってワーク２の両端の回転中心を同軸状態で回転可能に支持するとともに、調整車１０とブレード２０とでワーク２を回転支持しながら、研削砥石３０と調整車１０とでワーク２を挟み込んで研削するようになる。本実施形態では、ワーク２を支持する支持装置４０は固定されていて、ワーク２は同一軸心位置で回転する。調整車１０とブレード２０と研削砥石３０は、ワーク２の研削に応じて、それぞれがワーク２の回転中心に近づくように移動する。

このような研削盤１および研削方法によれば、ワーク２は、調整車１０とブレード２０とで回転支持されつつ、研削砥石３０と調整車１０とで挟み込まれて研削されるので外周面の真円度を高くできる。また、調整車１０と研削砥石３０の軸方向長さに応じたワーク２を加工できるので、長尺の製品を製造することができる。さらに、調整車１０、ブレード２０および研削砥石３０がワーク２をバランス良く押えているので、ワーク２に余計な曲げ応力が作用せず、歪みの発生を防止できる。

さらに、支持部材４１，４１でワーク２の両端の回転中心を同軸状態で支持した状態で研削を行うので、ワーク２の全長に亘って一本の回転中心が通ることになる。これによって、ワーク２の軸心に対する同軸度を高くできる。支持装置４０はワーク２を回転させる必要はないので、一対の支持部材４１，４１を高い同軸度で容易に配列することができる。

前記実施形態では、研削砥石３０をワーク２の研削量に応じて適宜送ってワーク２を研削するとともに、調整車１０を移動させる押圧力と、ブレード２０を移動させる押圧力とをそれぞれ一定の所定値とするように制御することで、調整車１０、ブレード２０および研削砥石３０と、ワーク２の回転中心との距離Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を同一にしたが、調整車１０、ブレード２０および研削砥石３０の移動の制御方法は本実施形態に限定されるものではない。

他の実施形態として、ワーク２の外径を計測し、その計測値に応じて、調整車１０、ブレード２０および研削砥石３０の移動量を距離で指定し同期移動させることができる。この場合、同期機構として、ワーク２の外径を計測する計測装置がさらに設けられる。計測装置は、回転するワーク２の外周面を挟んで外径を計測可能な定寸ゲージが用いられる。定寸ゲージは、ワーク２の両端部に配置される。計測装置によって、研削量（長さ）が計測される。制御装置でその研削量に基づいて、調整車１０、ブレード２０および研削砥石３０の移動距離が算出される。調整車１０（または研削砥石３０）のワーク２との接点と回転中心Ｐとを結ぶ直線は、調整車１０（または研削砥石３０）の移動方向（水平方向）に沿っているので、調整車１０および研削砥石３０の移動距離は、研削量と同じ（最終的な研削量はワーク２の加工寸法から算出される）である。ブレード２０のワーク２との接点と回転中心Ｐとを結ぶ直線は、ブレード２０の移動方向（上下方向）に対して傾斜しているので、ブレード２０の移動距離は、研削量と傾斜角度から算出される。

このような制御方法によっても、研削が進むに応じて、第一乃至第三径寸法Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３は、それぞれ同じ長さを保ち合いながら徐々に小さくなっていくので、前記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、前記実施の形態では、調整車１０、ブレード２０および研削砥石３０の移動を同期させるために、ワーク２の外径寸法を計測し、調整車１０、ブレード２０および研削砥石３０のそれに応じた距離を移動させているが、これに限定されるものではない。定寸ゲージに代えて、移動量検知手段（図示せず）を設けてもよい。この場合、調整車１０の移動量を検知し、調整車１０の移動距離に応じて、ブレード２０と研削砥石３０の移動距離を算出して、調整車１０、ブレード２０および研削砥石３０の移動を同期させる。移動量検知手段は、位置センサからなり、調整車１０の位置を検知する。移動量検知手段は、制御手段に電気的に接続されている。なお、移動量検知手段で、研削砥石３０の移動量を検知してもよい。この場合、研削砥石３０の移動量を検知し、研削砥石３０の移動距離に応じて、調整車１０とブレード２０の移動距離を算出して、調整車１０、ブレード２０および研削砥石３０の移動を同期させる。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。前記実施形態では、調整車１０、ブレード２０、研削砥石３０および支持部材４１を相対的に移動させるに際して、支持部材４１を固定して、調整車１０、ブレード２０および研削砥石３０を移動させているが、この組合せに限定されるものではない。支持部材４１を移動させるようにすれば、種々の組合せが考えられる。以下に組合せを例示する。支持部材と研削砥石を同期移動可能とし、調整車とブレードを固定とする（パターン１）。支持部材と調整車を同期移動可能とし、研削砥石とブレードを固定とする（パターン２）。支持部材と研削砥石と調整車を同期移動可能とし、ブレードを固定とする（パターン３）。支持部材と研削砥石とブレードを同期移動可能とし、調整車を固定とする（パターン４）。支持部材と調整車とブレードを同期移動可能とし、研削砥石を固定とする（パターン５）。なお、支持部材を移動するに際しては、一対の支持部材の軸芯がずれないように、支持部材同士を一体化した状態で移動させるのが好ましい。

１ 研削盤
２ ワーク
１０ 調整車
１４ 調整車移動手段
２０ ブレード
２３ ブレード移動手段
３０ 研削砥石
３４ 研削砥石移動手段
４０ 支持装置
４１ 支持部材

Claims (5)

1. 調整車とブレードと円筒状の研削砥石とを備え、
   前記調整車と前記ブレードとで円柱状のワークを回転支持しながら、前記研削砥石と前記調整車とで前記ワークを挟み込んで研削する研削盤であって、
   前記ワークの両端部を回転可能に支持する支持装置をさらに備え、
   前記支持装置は、前記ワークの両端の回転中心を同軸状態で支持する一対の支持部材を有している
   ことを特徴とする研削盤。
2. 研削時に、前記調整車と前記ワークの接点から前記ワークの回転中心までの距離と、前記ブレードと前記ワークの接点から前記ワークの回転中心までの距離と、前記研削砥石と前記ワークの接点から前記ワークの回転中心までの距離とが同一になるように、前記調整車、前記ブレード、前記研削砥石および前記支持部材を相対的に移動させる同期機構をさらに備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載の研削盤。
3. 前記支持部材の軸心位置は固定されており、
   前記同期機構は、前記調整車に所定の押圧力を付与して前記調整車を前記ワーク側に移動させる調整車移動手段と、前記ブレードに所定の押圧力を付与して前記ブレードを前記ワーク側に移動させるブレード移動手段と、前記研削砥石に所定の押圧力を付与して前記研削砥石を前記ワーク側に移動させる研削砥石移動手段とを備えている
   ことを特徴とする請求項２に記載の研削盤。
4. 前記支持部材の軸心位置は固定されており、
   前記同期機構は、前記ワークの外径を計測する計測装置を備えており、計測された前記ワークの外径に応じて、前記調整車および前記ブレードを同期移動させる
   ことを特徴とする請求項２に記載の研削盤。
5. 円柱状のワークの両端の回転中心を同軸状態で回転可能に支持するとともに、
   調整車とブレードとで前記ワークを回転支持しながら、研削砥石と前記調整車とで前記ワークを挟み込んで研削する
   ことを特徴とする研削方法。

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