JP4049786B2 - 研削装置 - Google Patents

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本発明は研削装置に関し、特に円錐台形の工作物における大径側の端面を球面状に研削するための研削装置に関する。
大径側の端面を球面状に研削すべき円錐台形の工作物として、図8に示す円錐ころ軸受け1の円錐ころ2が挙げられる。3はその球面であって、内輪4のフランジ5に接する。6は外輪である。
内輪4のフランジ5の側面は、円錐ころ2の球面3に対応した凹球面状に形成されている。ここで、円錐ころ2の球面3の半径をRとし、フランジ5の凹球面の半径をR0とすると、
R0 > R
という関係が成立することが必要である。すなわち、円錐ころ2の球面3の半径はフランジ5の凹球面の半径よりも小さいものでなければならない。円錐ころ2の球面3の半径がフランジ5の凹球面の半径以上になると、両者が片当たりすることになって、大きな磨耗が発生しやすくなる。
軸受けの性能を向上させるためには、円錐ころ2の球面3の半径Rは、上記のようにフランジ5の凹球面の半径R0よりも小さいことが必要であるが、この半径R0にできるだけ近い値であることが必要である。また軸受けの性能を向上させるためには、球面3は、表面粗さができるだけ抑えられた状態で仕上げられることが必要で、たとえば超仕上加工などが施されることが必要である。
このため従来は、研削加工によってRをR0の80%以上にし、かつその表面粗さを抑えることが試みられている。たとえば、C字形の円弧軌道に沿って仕上砥石を配置し、この円弧軌道に沿って円錐ころを移動させることで、その端面を上記の精度で球面加工することが行われている。
しかし、このように加工しただけでは、研削精度が上がらない。すなわち円錐ころの球面全体で見ると上述のようにその半径RをR0の80%以上にすることができても、加工後の円錐ころを詳細に観察すると、球面のエッジの部分には角の落ちたいわゆるダレが生じており、これが軸受けの性能低下の原因となっている。また従来の研削加工では上述のように円錐ころ2の球面3の半径Rをフランジ5の凹球面の半径R0の80%程度にしか加工できず、それ以上の精度を達成することは困難である。しかし、円錐ころ2の球面3の半径Rをフランジ5の凹球面の半径R0にできるだけ近づける方がベアリングの性能向上に寄与するため、いまだ改善の余地がある。
そこで本発明は、このような問題点を解決して、円錐台形の工作物における大径側の端面を、ダレが生じることなく、しかも精度良く、球面状に研削できるようにすることを目的とする。
この目的を達成するため本発明は、円錐台形の工作物における大径側の端面を球面状に研削するための装置において、第1の駆動装置によって回転される下回転テーブルと、第2の駆動装置によって回転されるとともに軸方向に移動される上回転テーブルとを上下に重なった状態で配置し、下回転テーブルと上回転テーブルとの間に、前記大径側を外向きとして前記工作物を周方向に複数配列する、回転駆動装置を持たない工作物案内部材を備え、前記下回転テーブルと上回転テーブルとの間に挟み込まれることで外向きの押出力を受けながら軸心まわりに回転される前記工作物の大径側の端面を研削加工するときに、この工作物の大径側の端面の一部に接してガイドするガイド装置を、前記上下の回転テーブルよりも外周側に備え、前記ガイド装置にて位置決めされている前記工作物の大径側の端面の他部にエアシリンダで加圧されて接する非回転研削砥石を備え、上下の回転テーブルの周方向に沿った非回転研削砥石よりも上手側に、工作物の大径側の端面を加工する回転式研削砥石を備え、この回転式研削砥石は、カップ砥石にて構成されるとともに、上下の回転テーブルの接線方向に沿って、工作物の送り方向の上手側にオフセットして設けられていることを特徴とする。
本発明によれば、下回転テーブルと上回転テーブルとの間に挟み込まれることで外向きの押出力を受けながら軸心まわりに回転される工作物の大径側の端面を研削加工するときに、この工作物の大径側の端面の一部に接してガイドするガイド装置を、前記上下の回転テーブルよりも外周側に備え、前記ガイド装置にて位置決めされている前記工作物の大径側の端面の他部にエアシリンダで加圧されて接する非回転研削砥石を備えため、ガイド装置によって工作物を正確に位置決めしたうえで非回転研削砥石により大径側の端面を研削でき、したがって前記工作物における大径側の端面を、ダレが生じることなく、しかも精度良く、球面状に研削することができる。
図1は本発明の実施の形態の研削装置の概略構成を示す平面図、図2はその縦断面図である。ここで11は工作物であり、上述の円錐ころ軸受けの円錐ころなどがこれに該当する。12、13は上下の回転テーブルで、互いに重なった状態で、同一の中心軸のまわりに回転可能に配置されている。工作物11は、これら上下の回転テーブル12、13の周縁どうしの間に挟み込まれることによって、大径側の端面が外周側に位置するように、回転テーブル12、13の径方向に配列されている。
図1において、14は工作物11の供給部、15はその排出部である。工作物11は、上下の回転テーブル12、13の周縁どうしの間に挟み込まれて保持された状態で、回転テーブル12、13の回転にしたがい、供給部14から排出部15に向かうC形の円弧状の経路に沿って移動されながら、研削加工を受ける。この経路に沿って、カップ砥石にて構成された回転式の仕上砥石16と、非回転式の複数の超仕上砥石17A、17B、17C、17Dとが配置されている。供給部14と仕上砥石16との間には、工作物11の大径側の端面34に接してこの端面34を案内するための円弧状の第1のガイド装置18が設けられている。また仕上砥石16と最初の超仕上砥石17Aとの間には、同様の第2のガイド装置19が設けられている。最初の超仕上砥石17Aから最後の超仕上砥石17Dまでにわたって、第3のガイド装置20が設けられている。そして、最後の超仕上砥石17Dと排出部15との間には、第4のガイド装置21が設けられている。
次に、上下の回転テーブル12、13の回転駆動機構について説明する。図2において、24は第1のモータで、研削装置の機台25に取り付けられるとともに、上下方向の中空回転軸26を有する。下回転テーブル13は、中空回転軸26の上端部に結合されて回転駆動されるように構成されている。中空回転軸26の内部には、中実の回転軸27が同心状に回転自在に支持されている。この回転軸27は、中空回転軸26の下端よりも下側へ突出した位置から、中空回転軸26の上端よりも上側へ突出した位置までにわたって上下方向に設けられている。そして、その下端部には第2のモータ28が接続されており、その上端部にはスプライン軸29が形成されている。上回転テーブル12はスプライン軸29にはまり合うスプライン穴部30を有し、これにより上回転テーブル12は、スプライン軸29とスプライン穴部30とがはまり合っている範囲で上下に移動自在とされた状態で、回転軸27に連結されて回転駆動されるように構成されている。
上回転テーブル12よりも上方には図示を省略したエアシリンダが設けられており、その伸縮作動軸31が下向きに突出するように配置されている。上回転テーブル12は、伸縮作動軸31の下端に連結されている。したがって、上回転テーブル12は、スプライン軸29及びスプライン穴部30とに案内された状態で、エアシリンダの作動軸31によって、下回転テーブル13の方への下向きの加圧力が作用されるように構成されている。
図2〜4に示すように、上回転テーブル12と下回転テーブル13との間には、円板状の工作物案内部材32が、これら回転テーブル12、13と中心軸が一致した状態で配置されている。この工作物案内部材32は、回転軸27よりも外周側に配置されるとともに、モータなどの回転駆動装置には接続されていないように構成されている。工作物案内部材32は、周方向に複数の凹部33を有して、各凹部33に、各工作物11を、上述のように大径側の端面34が外周側に位置するように回転テーブル12、13の径方向に水平に配列した状態で、収容可能である。この円板状の工作物案内部材32は、円錐台形の工作物11の小径側の端部の直径よりも薄く形成されている。すなわち、工作物11を水平方向に収容したときにこの工作物11における上側となる部分と下側となる部分とが工作物案内部材32の上面および下面よりも上下に突出するように形成されている。
図4に示すように、工作物案内部材32には、凹部33を避けた適当な位置に、ドレッサ35が設けられている。このドレッサ35は、回転テーブル12、13の回転にともなって仕上砥石16をドレッシング可能である。
図3および図5に詳細に示すように、上下の回転テーブル12、13の周縁部には、これら回転テーブル12、13どうしの間に工作物11を挟み込んで保持することを目的として、工作物11の円錐台形のテーパ面36の傾斜に対応した傾斜面37、38が、テーブル12、13の周方向にわたって形成されている。なお、上述のように工作物案内部材32は工作物11よりも薄く形成されているため、傾斜面37、38は工作物11のみを保持し、案内部材32は傾斜面37、38によって挟み込まれることはない。
このため、工作物案内部材32の凹部33に工作物11を収容した状態でシリンダ装置の作動軸31によって上回転テーブル12に下回転テーブル13の方に向けて加圧すると、図3に示すように、その加圧力39にもとづき、傾斜面37、38およびテーパ面36の作用によって、工作物11を回転テーブル12、13の径方向の外向きに押し出そうとする押出力40が発生する。
このように工作物11は押出力40を受けるが、その端面34が回転テーブル12、13からその径方向にわずかに突出した状態でガイド装置18〜21に接して受け止められることで、回転テーブル12、13の径方向に沿った所定の位置に位置決めされる。
上述のように上回転テーブル12と下回転テーブル13とは第1および第2のモータ24、28にそれぞれ連結されており、このような構成によって上下の回転テーブル12、13を回転駆動させることができ、工作物11に送りを付与することができる。また、上下の回転テーブル12、13はそれぞれ別個のモータ24、28に連結されているため、これらのモータ24、28の回転数を異ならせることによって、上回転テーブル12の傾斜面37と下回転テーブル13の傾斜面38との間に挟み込まれた工作物11にその軸心まわりの回転を付与することができる。両回転テーブル12、13の回転速度差によって工作物11の回転数を変化させることができ、また、たとえば図5に示すように上下の回転テーブル12、13の回転方向を逆にすることによって、工作物に高速の回転を付与することができる。
このように上下の回転テーブル12、13の回転方向を逆にした場合は、その回転数の差にもとづいて工作物11にテーブル12、13の周方向の送りを付与することができる。たとえば、上回転テーブル12を時計方向に150rpmで回転させ、下回転テーブル13を反時計方向に140rpmで回転させると、工作物11とその案内部材32とは両者の差の半分である5rpmで時計方向に送りが付与される。また、たとえば上回転テーブル12を時計方向に155rpmで回転させ、下回転テーブル13を反時計方向に150rpmで回転させると、工作物11とその案内部材32とは両者の差の半分である2.5rpmで時計方向に送りが付与される。上回転テーブル12と下回転テーブル13とをどの程度の回転数で回転させて工作物11とその案内部材32とにどの程度の送りを付与させるかは、工作物の径などの諸条件にもとづいて決めることができる。
次に第3および第4のガイド装置20、21と超仕上砥石17A〜17Dとについて説明する。図1および図6に示すように、第3のガイド装置20は、複数の超仕上砥石17A〜17Dにわたる長さでC字形に形成されるとともに、上下の回転テーブル12、13から径方向にわずかに突出した工作物11の端面34に接触することができる内周側接触面42を有する。また、第3のガイド装置20は、硬質で耐磨耗性を有した材料にて形成されるとともに、その内周側接触面42は、平面視において、工作物11の端面34の球面の半径に対応した高精度の曲率で形成されている。また、所定の位置にきわめて精度良く位置決めされた状態で設けられている。そして第3のガイド装置20は、図6に示すように、内周接触面42が、上下の回転テーブル12、13によって水平方向に支持された工作物11の端面34の下半分の部分に接するように構成されている。すなわち、工作物11の端面34は、その下半分の部分が第3のガイド装置20の内周側接触面42に接触して案内されている状態で、その上半分の部分が、第3のガイド装置20の内周側接触面42からはみ出して露出するようにされている。なお、工作物11の端面34の中央には凹形状の肉ぬすみ部41が形成されており、実際は、端面34におけるこの肉ぬすみ部41を除いた環状の部分を研削加工することになる。
超仕上砥石17A〜17Dは、それぞれホルダ43の内部に砥石44を有した構成とされ、砥石44は、エアシリンダ50の作用によって、第3のガイド装置20を避けた位置すなわち工作物11における上述の上半分の部分で、その端面34における肉ぬすみ部41を除いた部分に押圧されるように構成されている。この砥石44は、端面34の球面の半径の仕上寸法に厳密に対応した曲率の内周面を有するように構成されるとともに、工作物11の送り方向に沿った上手側から下手側に向かうにつれて、各超仕上砥石17A〜17Dごとに徐々に粒度が細かくなって加工粗さが低減されるように構成されている。また砥石44は、テーブル12、13の周方向に沿って所定の長さすなわち幅寸法を有するように構成され、その幅内に適当数の工作物11が常に存在するように構成されている。
回転テーブル12、13により工作物11に付与される押出力40をF0とし、エアシリンダ50の力にもとづき砥石44により端面34に付与される押圧力45をFとすると、工作物11の端面34が第3のガイド装置20により正しく案内されることを目的として内周側接触面42から離れないようにするためには、
F0 > F
であることが必要である。
F0とFの差は、工作物11が第3のガイド装置20の内周側接触面42を押圧する力46となる。この力46をΔFとすると、このΔFができるだけ小さくなるようにすることで、第3のガイド装置20の内周側接触面42における磨耗の発生を低減することができる。このためには、砥石44により端面34に付与される押圧力45すなわちFは、所要の研削加工を行うために必要な値が存在するため、図外のシリンダ装置による上回転テーブル12への加圧力を調節して、工作物11に付与する押出力40すなわちF0をできるだけFに近づけるようにする。
図1および図7に示すように、カップ砥石にて構成された回転式の仕上砥石16は、上下の回転テーブル12、13に対して工作物11の送り方向の上手側に向かう接線方向にオフセットして設けられている。すなわち、47は回転テーブル12、13の中心線、48は仕上砥石16の回転中心であり、両者の間には、回転テーブル12、13の接線方向のオフセット49が存在するように構成されている。
こうすることで、図示のように、テーブル12、13の回転にもとづく工作物11の端面34の移動軌跡を、工作物11の送り方向に沿った上手側から下手側に向けて、カップ砥石にて構成された回転式の仕上砥石16に対して徐々に接近して行くように形成することができる。したがって、工作物11の端面34に対して仕上砥石16を徐々に切り込ませて行くことができ、無理なく研削加工を行うことが可能となる。
このような構成において、装置の供給部14に送り込まれた工作物11は、工作物案内部材32の凹部33に収容され、その大径側の端面34が回転テーブル12、13の周縁から径方向の外向きにはみ出すように、これら上下の回転テーブル12、13間に挟みこまれて保持される。そして、回転テーブル12、13が回転することによって、工作物11は、その軸心まわりに回転されながら、テーブル12、13の周方向に送りが付与される。
この工作物11は、まず、その端面34が第1のガイド装置18に接して案内を受けながら、回転式の仕上砥石16に送り込まれる。仕上砥石16では、端面が仕上加工される。仕上加工が終了した工作物11は、次に、第2のガイド装置19により案内されて、非回転式の初段の超仕上砥石17Aに送り込まれる。
このとき、工作物11は、第2のガイド装置19から第3のガイド装置20にわたされ、上述のように第3のガイド装置20によってきわめて正確に位置決めされた状態で、軸心まわりに回転されながら、テーブル12、13の周方向に送られる。この状態で、端面34は、まず第1段の超仕上砥石17Aによって超仕上加工が施される。そして、同様にしながら、徐々に粒度が細かくなる次段以降の超仕上砥石17B、17C、17Dによって加工され、所望の表面粗さとなるように最終的に仕上げられる。また、上述のようにきわめて精密に構成された第3のガイド装置20の内周側接触面42に接触された状態で、非回転式の超仕上砥石17A〜17Dによって加工されることで、その球面が所定の半径となり、しかも球面のエッジの部分に角の落ちたいわゆるダレが生じることなく、きわめて高精度に仕上加工することができる。
このため、たとえば工作物11が円錐ころ軸受けの円錐ころである場合には、その球面の半径を軸受けの内輪のフランジの凹球面の半径の95%以上となるように加工することができる。
加工が完了した工作物11は、最後に、第4のガイド装置21に案内されたうえで、排出部15に到達し、この排出部15では端面を抑えるように案内する部材が存在しないため、押出力40により回転テーブル12、13から径方向の外向きに押し出されて排出される。
工作物案内部材32にはドレッサ35が設けられているため、テーブル12、13の回転にともなって仕上砥石16にドレッシングが施される。ドレッサ35は、超仕上砥石17A〜17Dの砥石44や第3のガイド装置20などと干渉しない位置に設けられている。
本発明の実施の形態の研削装置の概略構成を示す平面図である。 図1の研削装置の縦断面図である。 回転テーブルによる工作物の保持動作を示す断面図である。 工作物が案内部材の凹部に収容されている状態を示す図である。 回転テーブルによる工作物の保持動作を示す斜視図である。 工作物とガイド装置と砥石との位置関係を示す図である。 仕上砥石の配置を示す図である。 工作物としての円錐ころ軸受けの円錐ころを示す図である。
符号の説明
11 工作物
12 上回転テーブル
13 下回転テーブル
16 仕上砥石
17A〜17D 超仕上砥石
18〜21 ガイド装置
24 第1のモータ
26 中空回転軸
27 回転軸
28 第2のモータ
29 スプライン軸
30 スプライン穴部
31 伸縮作動軸
32 工作物案内部材
34 端面
35 ドレッサ
50 エアシリンダ

Claims (1)

  1. 円錐台形の工作物における大径側の端面を球面状に研削するための装置であって、
    第1の駆動装置によって回転される下回転テーブルと、第2の駆動装置によって回転されるとともに軸方向に移動される上回転テーブルとを上下に重なった状態で配置し、
    下回転テーブルと上回転テーブルとの間に、前記大径側を外向きとして前記工作物を周方向に複数配列する、回転駆動装置を持たない工作物案内部材を備え、
    前記下回転テーブルと上回転テーブルとの間に挟み込まれることで外向きの押出力を受けながら軸心まわりに回転される前記工作物の大径側の端面を研削加工するときに、この工作物の大径側の端面の一部に接してガイドするガイド装置を、前記上下の回転テーブルよりも外周側に備え、
    前記ガイド装置にて位置決めされている前記工作物の大径側の端面の他部にエアシリンダで加圧されて接する非回転研削砥石を備え、
    上下の回転テーブルの周方向に沿った非回転研削砥石よりも上手側に、工作物の大径側の端面を加工する回転式研削砥石を備え、
    この回転式研削砥石は、カップ砥石にて構成されるとともに、上下の回転テーブルの接線方向に沿って、工作物の送り方向の上手側にオフセットして設けられていることを特徴とする研削装置。
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