JP2018118339A - 研削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シューを組み替えることなく、チャックの吸着面の位置ずれを抑制できるようにして加工精度の向上を図る。【解決手段】シュー可動機構１０により、フロントシュー７及びリアシュー８の位置を、工作物Ｗの外周面の研削時に工作物にフロントシュー及びリアシューへの押し付け力を作用させるように工作物の中心線を主軸の回転中心線Ｘに対し偏心させる第１の位置と、工作物の内周面の研削時に工作物にフロントシュー及びリアシューへの押し付け力を作用させるように工作物の中心線を主軸の回転中心線に対し偏心させる第２の位置とに切り替えるように構成し、これら第１の位置と第２の位置とを外周面砥石車１１又は内周面砥石車の切込量に合わせ、シュー可動機構により微調整可能とする。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、環状の工作物の外周面及び内周面を研削する研削装置に関する。

従来より、この種の研削装置として、略水平に延びる主軸と、この主軸を正転及び逆転方向に切り替え駆動する主軸駆動部と、主軸に装着され、工作物の中心線方向一端面を吸着する吸着面を有するチャックと、工作物の外周面を側方から支持する第１シュー（リアシュー）と、工作物の外周面を下方から支持する第２シュー（フロントシュー）と、工作物の外周面に接触し、外周面を研削する外周面砥石車と、工作物の内周面に接触し、内周面を研削する内周面砥石車と、第１及び第２シューが取り付けられるとともに、第１及び第２シューを主軸の径方向に変位させるシュー可動機構とを備えたシュータイプセンタレス方式の研削装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。これにより、円筒形状のワークの内周面と外周面を加工する場合の、ワーク中心と主軸中心のオフセット量及び象限の相違に対応できるようになっている。

すなわち、この研削装置では、シュー可動機構は、第１及び第２シューの位置を、工作物の外周面の研削時に工作物に第１及び第２シューへの押し付け力を作用させるように工作物の中心線を主軸の回転中心線に対し偏心させる第１の位置と、工作物の内周面の研削時に工作物に第１及び第２シューへの押し付け力を作用させるように工作物の中心線を主軸の回転中心線に対し偏心させる第２の位置とに切り替えるように構成されている。

特許第５０６４１２２号公報

しかしながら、例えば外径の取り代が直径１．０ｍｍ以上ある場合、主軸のオフセット量を数段階に分ける必要がある。そうすると、特許文献１の研削装置のように内周面研削時と外周面研削時との２位置切替方式では十分に対応ができないという問題がある。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、環状工作物の外周面と内周面とを研削する研削装置において、偏心位置オフセット量を任意に変更し、いずれの研削位置においても、適切に研削を行って加工精度の向上させることができるようにすることにある。

上記目的を達成するために、本発明では、主軸の回転中心線に対する工作物の中心線の偏心位置をシュー自体の位置を変更させずに切込量に合わせて微調整可能にした。

具体的には、第１の発明では、環状の工作物の外周面及び内周面を研削する研削装置を前提とする。

そして、この研削装置は、
主軸と、
上記主軸を正転及び逆転方向に切り替え駆動する主軸駆動部と、
上記主軸に装着され、上記工作物の中心線が該主軸と平行になるように中心線方向一端面を吸着する吸着面を有するチャックと、
前側において上記工作物の外周面に接触し、該外周面を研削する外周面砥石車と、
上記工作物の内周面に接触し、該内周面を研削する内周面砥石車と、
上記工作物の外周面を前側において支持するフロントシューと、
上記工作物の外周面を上記外周面砥石車又は上記内周面砥石車の反対側から支持するリアシューと、
上記フロントシュー及び上記リアシューが取り付けられるとともに、該フロントシュー及びリアシューを上記主軸に対して変位させるシュー可動機構とを備え、
上記シュー可動機構は、上記フロントシュー及び上記リアシューの位置を、
上記工作物の外周面の研削時に該工作物に上記フロントシュー及び上記リアシューへの押し付け力を作用させるように該工作物の中心線を上記主軸の回転中心線に対し偏心させる第１の位置と、
上記工作物の内周面の研削時に該工作物に上記フロントシュー及び上記リアシューへの押し付け力を作用させるように該工作物の中心線を上記主軸の回転中心線に対し偏心させる第２の位置とに切り替えるように構成されており、
上記第１の位置と上記第２の位置とは、上記外周面砥石車又は上記内周面砥石車の切込量に合わせ、上記シュー可動機構により微調整可能となっている。

上記の構成によれば、外周面砥石車又は内周面砥石車による加工時には、いずれの場合もフロントシューによって工作物の外周面を前側において支持し、リアシューによって工作物の外周面を外周面砥石車又は内周面砥石車の反対側から支持する。このような場合、切込量が大きい（例えば１ｍｍの）場合、加工精度を上げるために０．５ｍｍずつ研削を行う。そして、０．５ｍｍ研削し終えた後、さらに０．５ｍｍ切り込もうとする場合、従来は工作物又は主軸を移動させて偏心位置を調整する必要があったが、本発明では、シュー可動機構がフロントシュー及びリアシューの位置を微調整できるので、従来構造のように主軸台を揺動させることなく、主軸の回転中心線に対する工作物の中心線の偏心方向を、工作物の外周面を研削する場合と内周面を研削する場合とのそれぞれに対応するように微調整が可能になり、外周面の研削と内周面の研削とを連続的に行える。しかも、切込量をもシュー可動機構で調整できるので、主軸を移動可能に構成する必要がなくなり、主軸を動かすことなく連続的に切込量を調整できる。なお、ここで「前側」は、外周面砥石車が配置される側を意味し、フロントシューは、少なくともリアシューよりも前側にあればよい。

第２の発明では、第１の発明において、
上記シュー可動機構は、
上記主軸を支持する主軸台に固定されたベース部材と、
上記フロントシュー及びリアシューが設けられると共に、上記ベース部材に設けた回動軸を中心に回動可能に支持されるシュー保持部材と、
上記ベース部材に設けられ、上記シュー保持部材を回動させる回動アクチュエータと、
上記回動アクチュエータの回動位置を検出するエンコーダとを備えている。

上記の構成によると、エンコーダによって偏心位置を検出しながら回動アクチュエータで、容易かつ確実に偏心位置を微調整できる。

第３の発明では、第２の発明において、
上記回動アクチュエータは、先端が上記シュー保持部材に接続されたボールネジと、該ボールネジを回転させる電動モータとを備え、上記エンコーダによるデータを検出しながら上記ボールネジを回転させ、上記第１の位置と上記第２の位置とを微調整可能となっている。

上記の構成によると、エンコーダによるデータを利用してボールネジを進退させることで、確実に偏心位置の微調整が行える。

第４の発明では、第２の発明において、
上記回動アクチュエータは、上記回動軸に連結された減速機と、該減速機に回転力を与える電動モータとを備え、上記エンコーダによるデータを検出しながら上記回動軸を回転させることで、上記第１の位置と上記第２の位置とを微調整可能となっている。

上記の構成によると、エンコーダによるデータを利用して電動モータを回転させることで、確実に偏心位置の調整が行える。

本発明によれば、外周面砥石車で研削する第１の位置と内周面砥石車で研削する第２の位置とを外周面砥石車又は内周面砥石車の切込量に合わせてシュー可動機構により微調整可能としたことにより、シューを組み替えることなく、いずれの研削位置においても、主軸を移動させることなく切込量の調整を行って適切な加工を行うことができる。これにより、切込軸として代用可能となり、切込軸の削減が可能となって研削装置のコスト低減及び省スペース化が可能となる。

シューが外周面研削用の位置にある状態の、本発明の実施形態１に係る研削装置を工作物側から中心線に沿って見た図である。 シューが内周面研削用の位置にある状態の、本発明の実施形態１に係る研削装置を工作物側から中心線に沿って見た図である。 本発明の実施形態に係る研削装置の概要を示す側面図である。 研削装置のクランプ機構を示す断面図である。 シューが外周面研削用の位置にある状態の、本発明の実施形態２に係る研削装置を工作物側から中心線に沿って見た図である。 シューが内周面研削用の位置にある状態の、本発明の実施形態２に係る研削装置を工作物側から中心線に沿って見た図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態１）
図２は、本発明の実施形態１に係る研削装置１を示し、この研削装置１は、シュータイプセンタレス研削装置であり、環状工作物Ｗの外周面及び内周面を連続的に研削加工するように構成されている。

上記研削装置１は、主軸２と、主軸２を支持する主軸台３と、主軸２を回転駆動する駆動装置４とを備えている。

上記主軸２は、回転中心線Ｘが水平に延びるように配置された状態で、主軸台３に対して軸受（図示せず）を介して支持されている。駆動装置４は、モータ及び減速機（共に図示せず）を備えており、主軸２を、図１Ａにおける反時計回りである正転方向（図１Ａに矢印Ａで示す方向）と、図１Ｂにおける時計回りである逆転方向（図１Ｂに矢印Ｂで示す方向）とに切替駆動するように構成されている。

図２に示すように、上記主軸２の先端部には、電磁チャック５が装着されている。電磁チャック５は、工作物Ｗの中心線方向一端面を吸着して支持するように構成されており、電磁コイル（図示せず）と、電磁コイルを収容する管状の本体部５ａと、本体部５ａの端面に配設されたバッキングプレート５ｂとを備えている。電磁コイルは、図示しないが、配線を介して電源装置に接続され、この電源装置から電磁コイルに電流が供給されるようになっている。

上記バッキングプレート５ｂは、磁性金属材料を円環状に形成してなるものであり、本体部５ａに固定されている。バッキングプレート５ｂの先端面は、工作物Ｗを吸着する吸着面５ｃとされている。この吸着面５ｃは、主軸２の回転中心線Ｘに対し直交して延びる面で構成されている。電磁コイルに電流が供給されると、バッキングプレート５ｂが磁化され、工作物Ｗの一端面が吸着面５ｃに吸着される。電磁コイルの磁力の大きさは、バッキングプレート５ｂの吸着面５ｃに吸着された工作物Ｗがバッキングプレート５ｂの径方向に摺動可能となるように、かつ、主軸２の回転力は工作物Ｗに伝達されるように、設定されている。

図１Ａに示すように、研削装置１は、工作物Ｗの外周面に接触し、この外周面を研削する外周面砥石車１１と、工作物Ｗの内周面に接触し、この内周面を研削する内周面砥石車１２とを備えている。

また、研削装置１は、工作物Ｗの外周面を図２の手前側（以下、説明のために図２の手前側を前側、奥側を後側とする）の下方から支持するフロントシュー７を備えている。また、研削装置１は、図１Ａに示すように、外周面砥石車１１又は内周面砥石車１２による加工時に工作物Ｗの外周面を外周面砥石車１１の反対側から支持するリアシュー８とを備えている。フロントシュー７及びリアシュー８の摺動面７ａ，８ａは、工作物Ｗの外周面に沿うように形成されている。

これらフロントシュー７及びリアシュー８は、シュー可動機構１０に設けられている。このシュー可動機構１０は、シュー保持部材１５と、ベース部材１６とを備えている。ベース部材１６は、主軸台３に対して固定されている。シュー保持部材１５は、ベース部材１６の後側かつ下側に設けた回動軸１７を中心に回動可能に支持されると共に、複数のクランプ機構２６によってベース部材１６に対しクランプされるようになっている。

フロントシュー７の基端部は、主軸２の回転中心線Ｘ方向に延びるピン１９によってシュー保持部材１５前側に取り付けられており、工作物Ｗの外周面に沿うようにシュー保持部材１５に対して位置合わせ可能な程度に回動できるようになっている。

一方、リアシュー８の基端部は、主軸２の回転中心線Ｘ方向に延びるピン２０によってシュー保持部材１５後側の上下中間部に取り付けられている。リアシュー８は、工作物Ｗの外周面に沿うように、ピン２０の周りに回動するようになっている。

そして、ベース部材１６前側には、シュー保持部材１５を回動軸１７周りに回動させるための回動アクチュエータ２３が配設されている。この回動アクチュエータは、本実施形態では、雄ネジが加工されたボールネジ２４を回転させる電動モータ２３である。電動モータ２３を適宜回転させることで、シュー保持部材１５上端に内蔵されたナット２５を進退させ、シュー保持部材１５が回動するようになっている。なお、回動アクチュエータを例えば油圧シリンダ、空圧シリンダ等で構成されしてもよい。また、図示しないが、研削装置１には、回動アクチュエータの回動位置を検出するエンコーダが設けられている。このように、エンコーダによるデータを検出しながら、先端がシュー保持部材１５に設けたナット２５に螺合されたボールネジ２４を回転させ、シュー保持部材１５の回動角度を微調整可能となっている。

このように、研削装置１を駆動させるときに、図１Ａに示すように、外周面研削用の位置では、工作物Ｗの中心線Ｙが主軸２の回転中心線Ｘよりも下方で、かつ、フロントシュー７に近い側に偏心（オフセット）する。また、図１Ｂに示すように、内周面研削用の位置では、工作物Ｗの中心線Ｙが主軸２の回転中心線Ｘよりも上方でかつリアシュー８に近い側にオフセットする。つまり、シュー保持部材１５を回動させるだけで、フロントシュー７及びリアシュー８が主軸２の径方向に移動して、主軸２の回転中心線Ｘに対する工作物Ｗの中心線Ｙの偏心方向が切り替わるようになっている。

上記クランプ機構２６は、シュー保持部材１５をベース部材１６に押し付けることによって生じる両者間の摩擦力を利用してシュー保持部材１５をベース部材１６に動かないように固定する周知の構造のものである。このクランプ機構２６としては、例えば、図３に示すように、シュー保持部材１５をベース部材１６に押し付ける方向に付勢する皿バネ２７と、皿バネ２７の付勢力をシュー保持部材１５に作用させないようにする油圧シリンダ２８とを備えた油圧式クランプを用いることができる。この油圧シリンダ２８は、ピストン２８ａと油圧室２８ｂとを有し、クランプ解除（アンクランプ）時に、この油圧室２８ｂに油圧配管２９を介して油圧ユニット等からの高圧の作動油が適宜供給されるようになっている。

上記外周面砥石車１１は、その回転中心線が主軸２の回転中心線Ｘと平行に、かつ同じ高さ位置で工作物Ｗの外側に位置するように配置されている。外周面砥石車１１は、図示しない駆動装置により、図１Ａの矢印Ｃ方向（主軸２の正転方向Ａとは逆方向）に回転駆動されるようになっている。また、内周面砥石車１２は、その回転中心線が主軸２の回転中心線Ｘと平行に、かつ同じ高さ位置で工作物Ｗの内側に位置するように配置されている。内周面砥石車１２は、図示しない駆動装置により、外周面砥石車１１と同方向（図１Ｂに矢印Ｄで示す方向）に回転駆動されるようになっている。また、上記外周面砥石車１１及び内周面砥石車１２は、図示しない可動機構に支持されており、工作物Ｗに対して接離する方向に移動するようになっている。

次に、上記のように構成された研削装置１を用いて工作物Ｗを研削する方法について説明する。

まず、工作物Ｗの外周面を研削する場合について説明すると、クランプ機構２６に作動油を送り込んでアンクランプ状態にしてシュー保持部材１５をフリーにした後、回動アクチュエータを作動させてシュー保持部材１５を回動軸１７周りに回動させ、図１Ａに示すように、フロントシュー７及びリアシュー８を外周面研削用の位置にする。そして、クランプ機構２６をクランプ状態にしてシュー保持部材１５をベース部材１６に固定する。

この状態で工作物Ｗをフロントシュー７及びリアシュー８に支持し、電磁チャック５の吸着面５ｃに吸着させる。そして、主軸２を矢印Ａの方向に回転させることで、工作物Ｗは、フロントシュー７及びリアシュー８の摺動面７ａ，８ａを摺動しながら同方向に回転する。このとき、工作物Ｗの中心線Ｙと主軸２の回転中心線Ｘとは上記の如く偏心しているが、工作物Ｗは電磁チャック５の吸着面５ｃに吸着されているだけなので、吸着面５ｃに対し径方向に滑るように動き、フロントシュー７及びリアシュー８から離れることはない。

そして、外周面砥石車１１を駆動装置によって矢印Ｃ方向に回転させながら、シュー可動機構１０によって移動させて工作物Ｗの外周面に接触させる。切込量が大きい（例えば１ｍｍの）場合、加工精度を上げるために例えばまず０．５ｍｍだけ研削を行う。これにより、工作物Ｗの外周面が全周に亘ってダウン研削される。このとき、工作物Ｗの中心線Ｙが主軸２の回転中心線Ｘよりも下方で、かつ、リアシュー８に近い側に偏心しているので、工作物Ｗには、フロントシュー７及びリアシュー８への押し付け力が作用する。これにより、工作物Ｗを安定して研削することが可能である。

そして、０．５ｍｍ研削し終えた後、さらに０．５ｍｍ切り込む。シュー可動機構１０によりボールネジ２４を進退させ、フロントシュー７及びリアシュー８の位置を微調整する。

一方、工作物Ｗの内周面を研削する場合について説明すると、工作物Ｗをフロントシュー７及びリアシュー８に保持したまま、クランプ機構２６をアンクランプ状態にした後、回動アクチュエータを作動させてシュー保持部材１５を回動軸１７周りに回動させ、図１Ｂに示すように、フロントシュー７及びリアシュー８を内周面研削用の位置にする。そして、クランプ機構２６をクランプ状態にしてシュー保持部材１５をベース部材１６に固定する。

この状態でフロントシュー７及びリアシュー８に支持された工作物Ｗは、電磁チャック５の吸着面５ｃに吸着され、主軸２を矢印Ｂの方向に回転させることで工作物Ｗが回転する。そして、内周面砥石車１２を駆動装置によって回転させながら、可動機構によって移動させて工作物Ｗの内周面に接触させる。これにより、工作物Ｗの内周面が全周に亘ってダウン研削される。このとき、工作物Ｗの中心線Ｙが主軸２の回転中心線Ｘよりも上方で、かつ、フロントシュー７に近い側に偏心しているので、工作物Ｗには、フロントシュー７及びリアシュー８への押し付け力が作用する。これにより、工作物Ｗを安定して研削することが可能である。この場合も、切込量が大きい（例えば１ｍｍの）場合、加工精度を上げるためにまず０．５ｍｍだけ研削を行う。

そして、０．５ｍｍ研削し終えた後、さらに０．５ｍｍ切り込む。この場合も、シュー可動機構１０によりボールネジ２４を進退させ、フロントシュー７及びリアシュー８の位置を微調整する。

本実施形態では、従来構造のように主軸台３を揺動させることなく、主軸２の回転中心線に対する工作物Ｗの中心線Ｘの偏心方向を、工作物Ｗの外周面を研削する場合と内周面を研削する場合とのそれぞれに対応するように変更することが可能になり、外周面の研削と内周面の研削とを連続的に行える。しかも、切込量をもシュー可動機構１０で調整できるので、主軸２を移動可能に構成する必要がなくなり、主軸２を動かすことなく連続的に切込量を調整できる。また、エンコーダによるデータを利用してボールネジ２４を進退させることで、容易かつ確実に偏心位置の微調整を行える。

以上説明したように、この実施形態に係る研削装置１によれば、外周面砥石車１１で研削する第１の位置と内周面砥石車１２で研削する第２の位置とを外周面砥石車１１又は内周面砥石車１２の切込量に合わせてシュー可動機構１０により微調整可能としたことにより、シューを組み替えることなく、いずれの研削位置においても、主軸２を移動させずに切込量の調整を行って適切な加工を行うことができる。これにより、切込軸として代用可能となり、切込軸の削減が可能となって研削装置１のコスト低減及び省スペース化が可能となる。

（実施形態２）
図４Ａ及び図４Ｂは本発明の実施形態２を示し、回動アクチュエータの構造が異なる点で上記実施形態１と異なる。なお、本実施形態では、図１Ａ〜図３と同じ部分については同じ符号を付してその詳細な説明は省略する。

本実施形態では、回動アクチュエータは、回動軸１７に連結された減速機１２４と、この減速機に回転力を与える電動モータ１２３とを備え、エンコーダによるデータを検出しながら回動軸１７を回転させることで、上記実施形態１と同様に、第１の位置と第２の位置とを微調整可能となっている。

本実施形態では、エンコーダによるデータを利用して電動モータ１２３を回転させることで、確実に偏心位置の調整が行える。

（その他の実施形態）
本発明は、上記各実施形態について、以下のような構成としてもよい。

すなわち、上記各実施形態では、主軸２は水平としているが、垂直な構成としてもよい。その場合には、前側かつ下側と表現したフロントシュー７に位置は、左右どちらに配置されてもよい。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

１ 研削装置
２ 主軸
３ 主軸台
４ 駆動装置
５ 電磁チャック
５ａ 本体部
５ｂ バッキングプレート
５ｃ 吸着面
７ フロントシュー
７ａ，８ａ 摺動面
８ リアシュー
１０ シュー可動機構
１１ 外周面砥石車
１２ 内周面砥石車
１５ シュー保持部材
１５ａ 突出部
１５ｂ 被押圧部
１６ ベース部材
１７ 回動軸
１８ クランプ機構
１９ ピン
２０ ピン
２３ 電動モータ（回動アクチュエータ）
２４ ボールネジ
２５ ナット
１２３ 電動モータ（回動アクチュエータ）
１２４ 減速機

Claims (4)

1. 環状の工作物の外周面及び内周面を研削する研削装置において、
   主軸と、
   上記主軸を正転及び逆転方向に切り替え駆動する主軸駆動部と、
   上記主軸に装着され、上記工作物の中心線が該主軸と平行になるように中心線方向一端面を吸着する吸着面を有するチャックと、
   前側において上記工作物の外周面に接触し、該外周面を研削する外周面砥石車と、
   上記工作物の内周面に接触し、該内周面を研削する内周面砥石車と、
   上記工作物の外周面を前側において支持するフロントシューと、
   上記工作物の外周面を上記外周面砥石車又は上記内周面砥石車の反対側から支持するリアシューと、
   上記フロントシュー及び上記リアシューが取り付けられるとともに、該フロントシュー及びリアシューを上記主軸に対して変位させるシュー可動機構とを備え、
   上記シュー可動機構は、上記フロントシュー及び上記リアシューの位置を、
   上記工作物の外周面の研削時に該工作物に上記フロントシュー及び上記リアシューへの押し付け力を作用させるように該工作物の中心線を上記主軸の回転中心線に対し偏心させる第１の位置と、
   上記工作物の内周面の研削時に該工作物に上記フロントシュー及び上記リアシューへの押し付け力を作用させるように該工作物の中心線を上記主軸の回転中心線に対し偏心させる第２の位置とに切り替えるように構成されており、
   上記第１の位置と上記第２の位置とは、上記外周面砥石車又は上記内周面砥石車の切込量に合わせ、上記シュー可動機構により微調整可能となっている
   ことを特徴とする研削装置。
2. 請求項１に記載の研削装置において、
   上記シュー可動機構は、
   上記主軸を支持する主軸台に固定されたベース部材と、
   上記フロントシュー及びリアシューが設けられると共に、上記ベース部材に設けた回動軸を中心に回動可能に支持されるシュー保持部材と、
   上記ベース部材に設けられ、上記シュー保持部材を回動させる回動アクチュエータと、
   上記回動アクチュエータの回動位置を検出するエンコーダとを備えている
   ことを特徴とする研削装置。
3. 請求項２に記載の研削装置において、
   上記回動アクチュエータは、先端が上記シュー保持部材に接続されたボールネジと、該ボールネジを回転させる電動モータとを備え、上記エンコーダによるデータを検出しながら上記ボールネジを回転させ、上記第１の位置と上記第２の位置とを微調整可能となっている
   ことを特徴とする研削装置。
4. 請求項２に記載の研削装置において、
   上記回動アクチュエータは、上記回動軸に連結された減速機と、該減速機に回転力を与える電動モータとを備え、上記エンコーダによるデータを検出しながら上記回動軸を回転させることで、上記第１の位置と上記第２の位置とを微調整可能となっている
   ことを特徴とする研削装置。

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