JP4049786B2 - 研削装置 - Google Patents

Description

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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