JP3890962B2 - ゴシックアーク溝の超仕上げ方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば4点接触玉軸受の内輪軌道溝、ボールねじ軸のボールねじ溝或いはリニアガイド装置のボール転動溝等に採用されるゴシックアーク溝の超仕上げ方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、例えば4点接触玉軸受の内輪軌道溝のゴシックアーク溝を精度よく加工するには溝面の左右のフランクを片側ずつ砥石によって超仕上げ加工していたが、この方法だと作業性が悪くコスト高になる。ボールねじに関しては、ゴシックアーク溝の左右のフランクを同時に超仕上げ加工する方法が特許第2881855号公報に開示されている。
【0003】
特許第2881855号公報では、ボールねじ溝の超仕上げ方法が例として開示されており、この超仕上げ方法は、ゴシックアーク溝からなるボールねじ溝の溝直角断面に対してある角度傾斜させた溝断面形状を単一円弧にみなし、砥石を揺動させつつゴシックアーク溝の長手方向に相対移動させることにより左右のフランクを同時に超仕上げ加工するようにしたものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許第2881855号公報に記載の方法では、ゴシックアーク溝の溝直角断面に対してある角度傾斜させた溝断面形状がボールの接触角近傍では単一円弧に精度よく近似するが、全体をカバーできていない。また、砥石の揺動中心を溝面に対して大きく傾斜させているため、溝と砥石の干渉が生じて砥石のまたぎ幅寸法に制限が生じ、このため、ボールねじ溝面の真円度誤差を超仕上げ加工により除去しにくい場合がある。
【0005】
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、左右のフランクを同時に超仕上げ加工できるようにしてコスト低減を図ることができるのは勿論のこと、溝断面形状の精度向上を図ることができるゴシックアーク溝の超仕上げ方法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】
上記目的を達成するために、請求項1に係る発明は、砥石を揺動させつつゴシックアーク溝の長手方向に相対移動させて該ゴシックアーク溝の左右のフランクを同時に超仕上げ加工する方法であって、
前記砥石の揺動軸線を前記ゴシックアーク溝の長手方向に対して該ゴシックアーク溝の幅方向に前記砥石のまたぎ幅寸法を長くし、且つ傾斜配置して前記砥石のまたぎ幅の一方の半部を前記ゴシックアーク溝の一方のフランクに接触させ、前記他方の半部を前記ゴシックアーク溝の他方のフランクに接触させ、且つ、前記砥石のまたぎ幅の一方の半部および他方の半部の双方で、最大振れ角に達するまでの各揺動角において、前記ゴシックアーク溝の長手方向に分布する該ゴシックアーク溝と前記砥石との接触加工点の集合が前記ゴシックアーク溝の溝肩から溝底又は溝底近傍までの間で連続した線接触加工線となるように、前記砥石の揺動軸線の傾斜角および該砥石の揺動中心から前記溝底までの距離を設定したことを特徴とする。
【0007】
請求項2に係る発明は、請求項1において、前記ゴシックアーク溝は軸受内輪の外径面に形成された内輪軌道溝であることを特徴とする。
請求項3に係る発明は、請求項1において、前記ゴシックアーク溝はボールねじ軸の外周面に形成されたボールねじ溝であることを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
図1は本発明の第1の実施の形態であるゴシックアーク溝の超仕上げ方法を説明するための説明図、図2は図1の上方から見た図、図3(a)は砥石の揺動角θにおける図2のA−A線断面図、図3(b)は砥石の揺動角θにおける図2のB−B線断面図、図4および図5は砥石とゴシックアーク溝との幾何学的関係を説明するための説明図、図6および図7はゴシックアーク溝面における砥石のまたぎ方向距離と溝底からの距離との関係を芯高Ht および傾斜角γ毎に表示したグラフ図である。なお、本発明の第1の実施の形態では、玉軸受の内輪軌道溝にゴシックアーク溝を採用して本発明を適用した場合を例に採る。また、図3においては、砥石と溝との接触状態を明確にするために、砥石の形状を誇張して描いている。
【0009】
まず、本発明の第1の実施の形態であるゴシックアーク溝の超仕上げ方法から説明すると、図1および図2に示すように、砥石1は内輪2の軌道溝であるゴシックアーク溝3に上方から接触し、ゴシックアーク溝3の長手方向に対して該ゴシックアーク溝3の幅方向に傾斜角γ傾いた(内輪2の回転軸線C−Cに対して90°−γ傾いた)揺動軸線O−Oを中心にしてゴシックアーク溝3内で±θ0 の範囲で揺動する。
【0010】
図2のA−A線断面である図3(a)では砥石1は最大振れ角端±θ0 に達する途中の角度θに位置しており、この位置では砥石1とゴシックアーク溝3はPR で点接触している。この点PR は、砥石1が±θ0 で揺動する間に常に接触する接触加工点とされている。
図3(c)は図2のB−B線断面での砥石1とゴシックアーク溝3との接触状態を示しており、この位置では砥石1とゴシックアーク溝3とはPL で点接触している。この点PL は砥石1が±θ0 揺動する間に常に接触する接触加工点とされている。
【0011】
図2に、砥石1が±θ0 揺動する間に砥石1とゴシックアーク溝3とがゴシックアーク溝3の長手方向で常に接触する接触加工点を連ねた連続的線接触加工線4を示す。
超仕上げ加工はこの連続的線接触の他に、砥石1の最大振れ角±θ0 のみに接触する断続的面接触により行われるが、ここでは形状精度に支配的な連続的線接触を論じる。
【0012】
連続的線接触加工線は以下のようにして計算される。
図4および図5において、X軸にワーク円周方向距離(溝の長手方向)、Y軸に半径方向距離、Z軸にワーク幅方向距離をとる。
ゴシックアーク溝3の長手方向のX軸に対して該ゴシックアーク溝3の幅方向に傾斜角γ傾いた軸をX′軸(砥石1の揺動軸線O−O)とした場合に、X′=K断面での右半面(右フランク側)の方程式は次式(1)で表され、(1)式を変形すると次式(2)となる。
【0013】
【数1】
【0014】
【数2】
【0015】
但し、Ri =Rb +√(ri 2 −e2 ):ゴシックアーク溝R中心半径
ri :ゴシックアーク溝R半径
e:ゴシックアーク溝Rの中心間距離×1/2
Rb :ゴシックアーク溝底半径
上式(2)は軸方向位置Zに対するゴシックアーク溝3の高さを表している。また、砥石1の揺動中心Oから溝面までの距離Rは次式(3)で表され、式(3)に上式(2)を代入すると次式(4)となる。
【0016】
【数3】
【0017】
【数4】
【0018】
但し、ηt =Rb +Ht
Z′=Ktanγ+Z/cosγ
Ht :砥石1の揺動中心Oから溝底までの距離(芯高)
有芯式超仕上げ加工においては、砥石1が±θ0 の間で揺動するとき、揺動中心Oから溝面までの距離Rが最小になる点で、砥石1は溝と常に接触する。それは揺動中心Oからの最短接触半径で砥石1が規制、成形されるからである。
【0019】
ゴシックアーク溝3の左半面(左フランク側)に対しても同様な計算を行い、各またぎ方向距離Kに対し揺動中心Oから溝面までの距離Rが最小となるZとの関係をプロットすることにより、図2で示した連続的線接触加工線4が得られる。そして、この連続的線接触加工線4はゴシックアーク溝3の溝肩から溝底まで均一に分布すると超仕上げ加工で取り代分布が均一となって望ましい。
図6および図7は、横軸にまたぎ方向距離K(X′軸方向)、縦軸に溝底からの距離をとって芯高Ht (砥石の揺動中心Oから溝底までの距離)および傾斜角γを変化させた場合の連続的線接触加工線4を軌道面を展開して表示したものである。
【0020】
但し、Rb =18.9645mm、ri =3.11mm、e=0.0915mmとしている。
図6において、Ht =2.0mm、γ=0°では、溝底から0.2〜0.3mm付近で連続的線接触加工線の分布が多く、取り代がこの付近で偏在しているのが判る。
一方、Ht =2.0mm,2.5mm,2.7mm、γ=5°では溝肩から溝底に向かって連続的線接触加工線が線形に近づいて均一に分布し、取り代分布が格段に改善されるのが判る。
【0021】
図7はγ=10°として芯高Ht を2.0mmと0.5mmに変化させた場合を示している。
γ=10°とすると芯高Ht =2.0mmでの連続的線接触加工線の線形性が図6のγ=5°と比べて更に改善されているのが判る。また、ここまでの例では溝底まで砥石が接触していないので、溝底に形状誤差が生じ、溝底までの加工精度を要求される高精度品に対しては対応することができない。このような場合は、芯高Ht を0に近づけることで砥石を溝底近くまで接触させることが可能になり、図7からγ=10°、芯高Ht =0.5mmとすることにより、砥石が溝底のごく近くまで接触しているのが判る。なお、砥石のまたぎ幅寸法は連続的線接触加工線がゴシックアーク溝の左右の溝肩と交叉する2点間の距離以上が効果的である。
【0022】
次に、図8および図9を参照して、本発明の第2の実施の形態であるゴシックアーク溝の超仕上げ方法を説明する。なお、この実施の形態では、ボールねじ装置のボールねじ軸の外周面に形成されたボールねじ溝をゴシックアーク溝として本発明を適用した場合を例にとる。
この実施の形態は、ボールねじ軸20の近傍に配置された揺動スピンドル21の揺動軸22を該揺動軸22に揺動アーム23を介して取り付けられた砥石1の揺動軸線O−Oに一致させ、且つ、砥石1の揺動軸線O−Oの向きをボールねじ軸20の外周面に形成されたゴシックアーク溝3の長手方向に対して該ゴシックアーク溝3の幅方向に5〜10°の傾斜角γ傾けている。ボールねじ軸20は軸線回りに回転し、これに同期してボールねじ軸20の1回転につき1リード分だけ揺動スピンドル21が揺動アーム23および砥石1と一体となってボールねじ軸20の軸線と平行に移動する。なお、砥石1は、揺動アーム23に設けられた図示しない砥石押付け機構により、ボールねじ軸20のゴシックアーク溝3に押し付けられるようになっている。
【0023】
そして、ボールねじ軸20が軸線回りに回転し、これに同期して揺動スピンドル21が揺動軸回りに揺動しつつ揺動アーム23および砥石1と一体となってボールねじ軸20の軸線と平行に移動すると、砥石1が前記押付け機構によりボールねじ軸20のゴシックアーク溝3に押し付けられながら、揺動軸線O−Oを中心として揺動し、これにより、ゴシックアーク溝3の表面の左右のフランクが同時に超仕上げ加工される。
【0024】
ここで、この実施の形態では、ボールねじ軸20のゴシックアーク溝3の長手方向に対する砥石1の揺動軸線O−Oの傾斜角γが5〜10°と小さいので、特許第2881855号公報に比べて、砥石1のまたぎ幅寸法を長くとることができ、この結果、超仕上げ加工後のボールねじ溝面の真円度の向上を図ることができる。なお、芯高Ht の設定方法は上記第1の実施の形態と同様である。
【0025】
【発明の効果】
上記の説明から明らかなように、本発明によれば、またぎ幅寸法を長くし、且つ砥石の揺動軸線をゴシックアーク溝の長手方向に対してゴシックアーク溝の幅方向に傾斜配置し、砥石のまたぎ幅の中央から一端側および他端側の双方で、ゴシックアーク溝の左右のフランクに個別に接触させて、左右のフランクを同時に超仕上げ加工できるのでコスト低減を図ることができると共に、砥石のまたぎ幅寸法を長くして各揺動角において、ゴシックアーク溝の略全面に砥石を接触させることができるので溝断面形状の精度向上を図ることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態であるゴシックアーク溝の超仕上げ方法を説明するための説明図である。
【図2】図1の上方から見た図で、連続的線接触加工線を示した図である。
【図3】(a)は砥石の揺動角θにおける図2のA−A線断面図、(b)は砥石の揺動角θにおける図2のB−B線断面図である。
【図4】砥石とゴシックアーク溝との幾何学的関係を説明するための説明図である。
【図5】(a)は図4の上方から見た図、(b)はX′=K平面でのゴシックアーク溝を示す断面図である。
【図6】ゴシックアーク溝面における砥石のまたぎ方向距離と溝底からの距離との関係を芯高Ht および傾斜角γ毎に表示したグラフ図である。
【図7】ゴシックアーク溝面における砥石のまたぎ方向距離と溝底からの距離との関係を芯高Ht および傾斜角γ毎に表示したグラフ図である。
【図8】本発明の第2の実施の形態であるゴシックアーク溝の超仕上げ方法を説明するための説明図である。
【図9】図8の右側面図である。
【符号の説明】
1…砥石
2…内輪
3…ゴシックアーク溝
4…連続的線接触加工線
20…ボールねじ軸
21…揺動スピンドル
22…揺動軸
23…揺動アーム
O…砥石の揺動中心
PR ,PL …接触加工点
Ht …砥石の揺動中心から溝底までの距離(芯高)
γ…傾斜角
Claims (3)
- 砥石を揺動させつつゴシックアーク溝の長手方向に相対移動させて該ゴシックアーク溝の左右のフランクを同時に超仕上げ加工する方法であって、
前記砥石の揺動軸線を前記ゴシックアーク溝の長手方向に対して該ゴシックアーク溝の幅方向に前記砥石のまたぎ幅寸法を長くし、且つ傾斜配置して前記砥石のまたぎ幅の一方の半部を前記ゴシックアーク溝の一方のフランクに接触させ、前記他方の半部を前記ゴシックアーク溝の他方のフランクに接触させ、且つ、前記砥石のまたぎ幅の一方の半部および他方の半部の双方で、最大振れ角に達するまでの各揺動角において、前記ゴシックアーク溝の長手方向に分布する該ゴシックアーク溝と前記砥石との接触加工点の集合が前記ゴシックアーク溝の溝肩から溝底又は溝底近傍までの間で連続した線接触加工線となるように、前記砥石の揺動軸線の傾斜角および該砥石の揺動中心から前記溝底までの距離を設定したことを特徴とするゴシックアーク溝の超仕上げ方法。 - 前記ゴシックアーク溝は軸受内輪の外径面に形成された内輪軌道溝であることを特徴とする請求項1記載のゴシックアーク溝の超仕上げ方法。
- 前記ゴシックアーク溝はボールねじ軸の外周面に形成されたボールねじ溝であることを特徴とする請求項1記載のゴシックアーク溝の超仕上げ方法。
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