JP3583264B2 - 平面研削方法及び平面研削装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平面研削方法及び平面研削装置に関わり、より詳しくは、例えばバルブシートの弁座表面を研削する技術に関する。なお、本明細書における「平面研削」とは、砥石を用いた加工であって、荒仕上げレベルの研削から、超仕上げ等のいわゆる研磨レベルまでの広い範囲を包含するものとする。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種、平面研削装置として、例えば特開昭６０−１９１７５０号公報に記載のものが公知である。この平面研削装置は、砥石を自転・公転させながら、ワークを加工するものである。
なお、参考として、株式会社養賢堂の昭和５２年２月２０日発行に係る「最新機械製作」第２７５〜２７７頁には、内面研削に用いる装置の一例として、遊星運動機構を有したものが記載されている。この内面研削盤も、砥石を自転・公転させるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
バルブシートをワークとする場合、その弁座面を従来の平面研削装置によって加工することは困難であった。
すなわち、バルブシートは異形物であるため、上記弁座面の中心を回転中心としてバルブシートを回転させることは、偏心荷重の発生やチャックの困難性等がネックとなり、不適である。そこで、バルブシートを静止状態にして弁座表面を研削することになる。
【０００４】
しかし、上記平面研削装置は、砥石の公転半径を比較的大きくとっており、自転を高速、公転を低速にして加工するものであるのに対し、上記バルブシートの弁座面は部分的で、且つ凹部内で狭小であるためである。
また、上記バルブシートにおいて、弁座面には高いシール性を持たせる必要があるため、同心円状の加工模様を付けるのが最適とされるが、上記平面研削装置による加工では、どうしても顕著な網目状をした加工模様が生じてしまい、シール性能の向上が図れないということがあった。
【０００５】
一方、従来の内面研削装置では、砥石をその軸方向へ送りながら砥石の外周側面で加工するものであるため、バルブシートの弁座面表面を加工することができないことは言うまでもない。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、バルブシート等の異形物をワークとする場合も研削が容易且つ良好に行えるようにした平面研削方法及び平面研削装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記目的を達成するために、次の技術的手段を講じた。
即ち、本発明に係る平面研削方法では、砥石を自転させ且つ該自転軸と偏心した軸心で公転させて、該砥石端面で静止状態のワーク表面の所定箇所を研削するに際し、該方法は、荒仕上げ工程と最終仕上げ工程とを有し、前記荒仕上げ工程では、前記公転回転数を自転回転数より低くなし、前記最終仕上げ工程では、前記公転回転数と自転回転数とを等しくし、且つ、前記ワーク表面に同心目の研磨目が形成されるようにしている。このような方法であると、加工の主たる作用を砥石の公転により生じさせることができ、その公転半径を比較的小さくして、バルブシートの弁座面のように部分的で、且つ狭小の部位の加工に適したものにできることになる。
【０００７】
自転回転数と公転回転数とを等しくすれば、同心円状の加工模様を得ることができる。従って、バルブシートの弁座面においてシール性能を向上させるような場合に、好適となる。
砥石の加工送りを流体圧により行い、その送り停止を前記流体圧に抗するストッパーで行うと共に、このストッパーの位置を自動制御する方法を採用すれば、砥石の加工送りを正確且つ確実にできる。従って、超仕上げ等の高精度の加工にも適したものとなる。
【０００８】
一方、本発明に係る平面研削装置では、ワークを取り付ける装置本体と、該装置本体にメイン昇降装置を介して昇降可能に設けられたサドルと、該サドルにサブ昇降装置を介して昇降可能に設けられたヘッドとを有し、前記ヘッドには、内径偏心部を有する筒軸が回転自在に支持されると共に、該筒軸を回転駆動する公転駆動装置が設けられ、前記筒軸の内径偏心部に偏心軸受が設けられ、該偏心軸受に砥石軸が回転自在に支持されると共に、前記ヘッドには、該砥石軸を回転駆動する自転駆動装置が設けられ、前記砥石軸の自転用回転中心Ｑと、前記筒軸の公転用回転中心Ｐとの偏心量を調整すべく、前記偏心軸受は前記筒軸に相対回動可能に設けられている。
【０００９】
前記サブ昇降装置は、流体圧で前記ヘッドを昇降させる砥石送り装置と、前記ヘッドの位置を制御するストッパ制御装置とを有する。
前記ストッパ制御装置は、砥石の摩耗量を考慮して前記ヘッドの位置を自動制御するものである。
前記自転駆動装置と砥石軸とは、自在継手を介して結合されている。
【００１０】
この構成により、砥石の加工送りを正確且つ確実にでき、超仕上げ等の高精度の加工にも適したものとなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図６は、研削工程の一例を模式的に示した平面図であって、ローディング（ワークセット）ステーション１、荒仕上げステーション２、仕上げステーション３、ポスト（検査）ステーション４、アンローディング（ワーク取出）ステーション５が円形に配置されており、これらの中央部で円形状をした旋回テーブル６が間欠回動するようになっている。そして、例えばこのうち荒仕上げステーション２や仕上げステーション３等において、本発明に係る平面研削装置８が設置されている。
【００１２】
なお、本実施形態では、図７（ａ）に示すような平板状をしたバルブシートをワークＷとし、このワークＷにおいて弁ポート１０等の開口縁部に設けられた円環状弁座面１１の表面を研削したり、図７（ｂ）に示すような異形パイプの端面１１の表面を、同心状の研磨目が形成されるよう研削する。
図２は本発明に係る平面研削装置８の全体側面図であり、この平面研削装置８は、ベッド１２及びコラム１３を有した装置本体１４と、この装置本体１４のコラム１３に対してメイン昇降装置１６により大ストロークで昇降可能に設けられたサドル１７と、このサドル１７に対してサブ昇降装置１８により小ストロークで昇降可能に設けられたヘッド１９とを有している。
【００１３】
この平面研削装置８に対し、上記した旋回テーブル６は、ベッド１２の上部を水平に通過可能になっている。
まず、ヘッド１９について説明する。
ヘッド１９は、ヘッド基枠２２に対して軸心を縦方向に向けて回転自在に保持された筒軸２３と、この筒軸２３を回転駆動する公転駆動装置２４と、筒軸２３の筒孔内部で回転自在に保持された砥石軸２５と、この砥石軸２５を、中間連結軸２６を介して回転駆動する自転駆動装置２７とを有している。そして、上記砥石軸２５の先に砥石２８が設けられる。
【００１４】
図１に示すように、ヘッド基枠２２には軸受ケース２９を内装した箱型ブラケット３０が設けられ、上記筒軸２３は、この軸受ケース２９の内部に設けられた上下の軸受具３１，３２により回転中心Ｐまわりで回転自在に保持されている。すなわち、この回転中心Ｐが公転軸となる。
そして、この筒軸２３の上部にタイミングプーリ等の駆動入力ホイール３３が設けられ、この駆動入力ホイール３３へ掛け渡されるタイミングベルト等の伝動部材３４を介して公転駆動装置２４（図２参照）からの回転駆動が筒軸２３へ伝えられるようになっている。
【００１５】
筒軸２３において、砥石軸２５を保持する部分の筒孔内の内径は、筒軸２３の回転軸心Ｐに対して偏心した偏心部３６とされており、この偏心部３６に、更に偏心軸受３７が装入されている。上記砥石軸２５は、この偏心軸受３７の内部に設けられた上下の軸受具３８，３９により回転中心Ｑまわりで回転自在に保持されている。すなわち、この回転中心Ｑが自転軸となる。
【００１６】
従って、上記筒軸２３を回転させたとき、砥石軸２５はその自転用回転中心Ｑが公転用回転中心Ｐまわりで円周移動することになる。
なお、図３に示すように偏心軸受３７の下端面には、軸受ケース２９に対する固定用ボルト４０の挿通部分に円弧状長孔４１が設けられており、軸受ケース２９の下端面には、偏心軸受３７を取り囲むようにして角度表示目盛４２が設けられている。
【００１７】
そのため、ボルト４０を緩めることにより、長孔４１の範囲で偏心軸受３７を回動させることができ、これによって公転用回転中心Ｐと自転用回転中心Ｑとの偏心量を調節することができる。また、一旦、ボルト４０を外してしまえば、偏心軸受３７の回動量を長孔４１のピッチ幅に応じて大きくとることも可能であるため、これによって長孔４１の範囲を超えた偏心量調節も可能になる。
【００１８】
なお、軸受ケース２９（図１参照）の内部に設けられた上下の軸受具３１，３２や、偏心軸受３７の内部に設けられた上下の軸受具３８，３９は、軸受ケース２９、筒軸２３、偏心軸受３７等の各周壁中を通って設けられた通路４３，４４へ供給されるミスト状潤滑剤により、潤滑及び冷却されるようになっている。
公転駆動装置２４及び自転駆動装置２７（図２参照）は、上記ヘッド基枠２２に対して固定されている。これらには、いずれも減速機を備えた可変速制御可能な電動モータ又は流体圧モータが用いられている。
【００１９】
このように公転駆動装置２４だけでなく、自転駆動装置２７をもヘッド基枠２２に固定しているため、砥石軸２５と自転駆動装置２７とを連結する中間連結軸２６は、少なくとも一端部に自在継手４５（図１参照）を有したものとしてある。
本実施形態では、入力側（即ち、自転駆動装置２７側）を自在継手４５とし、出力側（即ち砥石軸２５側）を弾性カップリング４６としている。この自在継手４５には等速ボールジョイントを用いた。なお、前記弾性カップリング４６に代えて等速ボールジョイント４５を用いて、軸方向及び径方向の変化を吸収するようにしてもよい。また、不等速自在継手を中間連結軸２６の両端部へ設け、最終出力は等速回転となるように構成してもよい。
【００２０】
次に、メイン昇降装置１６（図２参照）について説明する。
メイン昇降装置１６は、上記したように装置本体１４のコラム１３に対してサドル１７を大ストロークで昇降可能にしたものであるが、その構造は従来公知の縦型工作機械等で普通に採用されている昇降装置と同様で、例えば、流体圧シリンダやネジ送り機構等を用いている。
【００２１】
次に、サブ昇降装置１８について説明する。
サブ昇降装置１８は、砥石送り装置４８とストッパー制御装置４９とを有している。
図３及び図４に示すように、砥石送り装置４８は、サドル１７の上下の支持片１７ａ，１７ｂ間で縦方向に架設保持された一対のガイドバー５２と、これらガイドバー５２に上下動自在に保持された昇降台５３と、サドル１７の上部支持片１７ａから両ガイドバー５２の中間部で平行状に吊り下げられた吊り軸５４と、昇降台５３内において吊り軸５４の下端部まわりで構成されるシリンダ駆動部５５と、このシリンダ駆動部５５の上部に設けられたマイクロリフト駆動部５６とを有している。
【００２２】
そして、上記した昇降台５３に対して、前記の箱型ブラケット３０及びヘッド基枠２２（即ち、ヘッド１９全体）が固定関係にされている。
シリンダ駆動部５５は、昇降台５３に形成したシリンダ孔５３ａの長さに対して、これより短いプランジャ５８を吊り軸５４の下端部へボルト５９によって連結し、シリンダ孔５３ａの上下を閉塞する蓋６０，６１の各内側寄りへ向けて連通する上下の流体通路６２，６３を介して、シリンダ孔５３ａ内へエア等の流体を選択的に加圧供給可能になったものである。
【００２３】
すなわち、このシリンダ駆動部５５は、プランジャ５８を固定側とし、シリンダ孔５３ａ側、即ち、昇降台５３側が昇降する、いわゆる複動型シリンダとなっている。このシリンダ駆動部５５による昇降台５３の下降駆動、即ち、流体圧による下向き加圧により、砥石軸２５の先の砥石２８を、旋回テーブル６（図２参照）上で保持されたワークＷへ接触させるようにする。
【００２４】
マイクロリフト駆動部５６は、吊り軸５４の中間部に固定された下向きテーパ部材６５と、この下向きテーパ部材６５まわりを取り囲むようにして昇降台５３に固定された外筒体６６と、下向きテーパ部材６５と外筒体６６との周隙間へ挿入可能な楔片６７を有したコレット６８と、このコレット６８を下向きテーパ部材６５から離反方向へ付勢するバネ６９と、コレット６８の移動範囲を規制する中底支持体７０とを有し、且つ吊り軸５４の内部及び中底支持体７０中に設けられた流体通路７１，７２を通じて、コレット６８の下面へエア等の流体を加圧供給可能になったものである。
【００２５】
コレット６８の楔片６７は、吊り軸５４まわりで筒状となる部材に対し、周方向複数箇所へ軸方向のスリットを入れることで、スリット相互間へ形成させたものである。従って、径方向へ拡縮可能な弾性を有している。
すなわち、このマイクロリフト駆動部５６は、流体通路７１，７２へ流体を供給することで、コレット６８を上昇させ、楔片６７を下向きテーパ部材６５と外筒体６６との周隙間へ圧入させ、これにより昇降台５３と吊り軸５４とを間接的不動状態にロックできるようになっている。
【００２６】
従って例えば、上記シリンダ駆動部５５において、シリンダ孔５３ａの長手方向中立位置へプランジャ５８を位置付けた状態にして、マイクロリフト駆動部５６を上記のロック状態にすれば、そのままメイン昇降装置１６を作動させても昇降台５３を安定状態に保持できるため、このような使い方が可能になる。
一方、図２に示すようにストッパー制御装置４９は、昇降台５３側の適所に設けられた当たり片７５と、この当たり片７５が所定だけ下降したときにこれと接触干渉するように設けられたストッパー７６と、このストッパー７６を昇降可能にする位置制御部７７とを有している。ストッパー７６及び位置制御部７７は、サドル１７に対して設けてもよいが、スペース的な理由から、装置本体１４側の適所に設ける方が好適である。
【００２７】
位置制御部７７は、減速機付きモータ等の駆動部７８によって送りねじ機構７９を回転駆動させ、もってストッパー７６の保持台８０を昇降させるもので、ストッパー７６の停止位置を、微小ストロークからメイン昇降装置１６によるサドル１７の昇降に合わせた大ストロークにわたり、適宜且つ高精度で変更調節可能になっている。
【００２８】
そして、駆動部７８は、装置本体１４に対するサドル１７の昇降量を考慮したうえで、１回の研削で砥石２８が磨耗する平均的な量等を予め記憶したデータ、又は１回の研削ごとに測定される砥石２８の残量や人為的入力等により、１回の研削ごとにストッパー７６を所定量ずつ下降させるべく、ＮＣ制御される。
すなわち、このストッパー制御装置４９は、シリンダ駆動部５５（図４参照）により昇降台５３（砥石軸２５及び砥石２８）が流体圧下降されるとき、昇降台５３側の当たり片７５と装置本体１４側のストッパー７６とを当接させ、上記流体圧に抗して昇降台５３の下降を高精度位置で阻止するものである。
【００２９】
即ち、このストッパー７６は、砥石２８の下降位置を制御すると共に、砥石２８の下降速度を制御するものである。
このストッパー制御装置４９において、１回の研削でストッパー７６を下降させた下降データ（昇降台５３、ひいては砥石２８の下端レベルの下降データに相当）は、研削後のワークＷが下流側のポストステーション４（図６参照）で検査されたときの測定データと照合され、その合否や誤差等に対する修正制御値として、荒仕上げステーション２や仕上げステーション３へとフィードバックされるようになっている。
【００３０】
なお、図示は省略するが、砥石２８の磨耗量が使用限度に達したとき、これを検出するために、昇降台５３とサドル１７との相互間には、昇降台５３の下降限度を検出するための近接スイッチや各種センサ類が設けられている。
このような構成を具備した平面研削装置８（図２参照）を、図６に示すように荒仕上ステーション２と仕上げステーション３に配置し、図７（ａ）に示すワークＷの円環状弁座１１の表面を加工する具体例を説明する。
【００３１】
円環状弁座１１の外径は７ｍｍ、砥石外径８ｍｍ、砥石内径５ｍｍ、公転軸Ｐと自転軸Ｑの偏心量４ｍｍとして、前記荒仕上ステーション２では、筒軸２３（公転軸）の回転数を＋５００ｒｐｍとし、砥石軸２５（自転軸）の回転数を−４０００ｒｐｍとした。尚、回転数の＋−は、回転方向が正逆であることを意味する。
【００３２】
仕上げステーション３では、２段階仕上が行われ、その第１段階は、筒軸２３の回転数を＋５００ｒｐｍとし、砥石軸２５の回転数を＋４０００ｒｐｍとした。最終仕上段階は、筒軸２３の回転数を＋２５００ｒｐｍとし、砥石軸２５の回転数を＋２５００ｒｐｍとした。
この最終仕上段階において、筒軸２３の回転数と砥石軸２５の回転数は等しくなり、円環状弁座１１の表面に同心円状の研磨目が形成される。
【００３３】
尚、荒ステーションと仕上ステーションとに分けないで、１ステーションで荒と仕上加工を連続して行う場合は、荒においては、筒軸２３の回転数を＋５００ｒｐｍとし、砥石軸２５の回転数を＋４０００ｒｐｍとし、仕上においては、筒軸２３の回転数を＋２５００ｒｐｍとし、砥石軸２５の回転数を＋２５００ｒｐｍとした。
【００３４】
尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
【００３５】
例えば、サブ昇降装置１８の砥石送り装置４８において、使用する流体圧をエアによるものとしたが、油圧や水圧に代えることも可能である。
砥石軸２５に対して振動をも与えられる構造にすることで、超仕上げ等のいわゆる研磨レベルの研削を行うことも可能になる。
その他、各部の細部にわたる部材の形状・構造や駆動方式等は、従来公知のものに適宜変更可能である。
【００３６】
ワークＷは、バルブシート等に限定されるものではなく、ノズルシール面をはじめ、その他、平面部分の研削を目的とするものであれば何でもよい。もとより、異形物であることや、平板状物であることが限定されるものでもない。また、材質も特に限定されるものではない。
【００３７】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明に係る平面研削方法では、砥石を自転させ且つこの自転回転数より高速で公転させて（ワークから見て）、静止状態のワークを研削するので、部分的で且つ狭小の部位の加工に適している。
公転回転数と自転回転数とを等しくしているので、同心円状の加工模様を得ることができ、バルブシートの弁座面においてシール性能を向上させるような場合に、好適となる。
【００３８】
砥石の加工送りをストッパーによる当たり止め方式とし、このストッパーを自動制御して位置付けるようにすれば、超仕上げ等の高精度の加工に適したものにできる。
一方、本発明に係る平面研削装置では、ワークを取り付ける装置本体と、該装置本体にメイン昇降装置を介して昇降可能に設けられたサドルと、該サドルにサブ昇降装置を介して昇降可能に設けられたヘッドとを有し、前記ヘッドには、内径偏心部を有する筒軸が回転自在に支持されると共に、該筒軸を回転駆動する公転駆動装置が設けられ、前記筒軸の内径偏心部に偏心軸受が設けられ、該偏心軸受に砥石軸が回転自在に支持されると共に、前記ヘッドには、該砥石軸を回転駆動する自転駆動装置が設けられ、前記砥石軸の自転用回転中心Ｑと、前記筒軸の公転用回転中心Ｐとの偏心量を調整すべく、前記偏心軸受は前記筒軸に相対回動可能に設けられているので、公転駆動装置と自転駆動装置をヘッドに固定することができ、砥石の公転速度を高速化可能になっている。
【００３９】
前記サブ昇降装置は、流体圧で前記ヘッドを昇降させる砥石送り装置と、前記ヘッドの位置を制御するストッパ制御装置とを有するものとし、前記ストッパ制御装置は、砥石の摩耗量を考慮して前記ヘッドの位置を自動制御するものである。そして、前記自転駆動装置と砥石軸とは、自在継手を介して結合されているので、超仕上げ等の高精度の加工に適したものにできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図２の一部（ヘッド）を拡大して示す側断面図である。
【図２】本発明に係る平面研削装置を概略的に示す全体側面図である。
【図３】図４に対応する底面図である。
【図４】図２の一部（砥石送り装置）を拡大して示す側断面図である。
【図５】ワークに対する研削状況を示す平面図である。
【図６】本発明の平面研削装置が実施される研削工程の一例を模式的に示す平面配置図である。
【図７】ワークの一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
２ 荒仕上げステーション
３ 仕上げステーション
６ 旋回テーブル
８ 平面研削装置
１２ ベッド
１３ コラム
１４ 装置本体
１９ ヘッド
２３ 筒軸
２４ 公転駆動装置
２５ 砥石軸
２７ 自転駆動装置
２８ 砥石
３６ 偏心部
４５ 自在継手
４８ 砥石送り装置
４９ ストッパー制御装置
７６ ストッパー
Ｗ ワーク

Claims (7)

1. 砥石（２８）を自転させ且つ該自転軸と偏心した軸心で公転させて、該砥石（２８）端面で静止状態のワーク（Ｗ）表面の所定箇所を研削する平面研削方法であって、
   該方法は、荒仕上げ工程と最終仕上げ工程とを有し、
   前記荒仕上げ工程では、前記公転回転数を自転回転数より低くなし、
   前記最終仕上げ工程では、前記公転回転数と自転回転数とを等しくし、且つ、前記ワーク（Ｗ）表面に同心目の研磨目が形成されるようにしたことを特徴とする平面研削方法。
2. 請求項１記載の平面研削方法において、
   前記砥石（２８）の加工送りを流体圧により行い、その送り停止を前記流体圧に抗するストッパー（７６）で行うと共に、該ストッパー（７６）の位置を自動制御することを特徴とする平面研削方法。
3. 請求項２記載の平面研削方法において、
   前記ストッパー（７６）の位置の自動制御は、砥石摩耗量を考慮して行われることを特徴とする平面研削方法。
4. ワーク（Ｗ）を取り付ける装置本体（１４）と、該装置本体（１４）にメイン昇降装置（１６）を介して昇降可能に設けられたサドル（１７）と、該サドル（１７）にサブ昇降装置（１８）を介して昇降可能に設けられたヘッド（１９）とを有し、
   前記ヘッド（１９）には、内径偏心部（３６）を有する筒軸（２３）が回転自在に支持されると共に、該筒軸（２３）を回転駆動する公転駆動装置（２４）が設けられ、
   前記筒軸（２３）の内径偏心部（３６）に偏心軸受（３７）が設けられ、該偏心軸受（３７）に砥石軸（２５）が回転自在に支持されると共に、前記ヘッド（１９）には、該砥石軸（２５）を回転駆動する自転駆動装置（２７）が設けられ、
   前記砥石軸（２５）の自転用回転中心Ｑと、前記筒軸（２３）の公転用回転中心Ｐとの偏心量を調整すべく、前記偏心軸受（３７）は前記筒軸（２３）に相対回動可能に設けられていることを特徴とする平面研削装置。
5. 前記サブ昇降装置（１８）は、流体圧で前記ヘッド（１９）を昇降させる砥石送り装置（４８）と、前記ヘッド（１９）の位置を制御するストッパ制御装置（４９）とを有することを特徴とする請求項４記載の平面研削装置。
6. 前記ストッパ制御装置（４９）は、砥石の摩耗量を考慮して前記ヘッドの位置を自動制御するものであることを特徴とする請求項５記載の平面研削装置。
7. 前記自転駆動装置（２７）と砥石軸（２５）とは、自在継手（４５）を介して結合されていることを特徴とする請求項４〜６の何れか一つに記載の平面研削装置。

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