JP4147387B2 - 玉軸受の軌道輪用超仕上げ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は玉軸受の軌道面を超仕上げ加工するための超仕上げ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
玉軸受の軌道輪、つまり内輪および外輪の軌道面を超仕上げ加工する超仕上げ装置としては、一般に、被加工物である軌道輪に回転を与えた状態で、超仕上げ砥石を軌道面に押圧しつつ揺動させる。このような超仕上げ装置においては、図７に内輪を例にとって模式的に示すように、軌道輪Ｗｒの軌道面Ｗｒｔの曲率中心Ｃｒに、超仕上げ砥石Ｓの揺動中心を一致させなければ、前工程の研削目を軌道面Ｗｒｔの全面にわたって除去する正確な加工を行うことができない（例えば特許文献１参照）。特に、軌道面Ｗｒｔの曲率中心Ｃｒに対して超仕上げ砥石Ｓの揺動中心が、軌道輪Ｗｒの軸方向（図中ｘ方向）にずれていると、軌道面Ｗｒｔの軸方向片側に研削目が残ったり、あるいは軌道面の曲率を損なうなどの重大な問題が生じる。
【０００３】
従来のこの種の超仕上げ装置においては、このような軌道面の曲率中心Ｃｒと超仕上げ砥石の揺動中心を一致させる、いわゆる芯だしのために、装置のセッティング（段取り）に際して、基本的には、軌道輪の幅および軌道面の曲率半径を基に設定された治具（ツーリング）を用いる。しかしながら、特に、軌道面Ｗｒｔの曲率中心Ｃｒと、超仕上げ砥石Ｓの揺動中心との、軌道輪Ｗｒの軸方向（図７中ｘ方向）へのずれは、軌道輪Ｗｒの幅寸法公差や、軌道輪Ｗｒの一端側から軌道面Ｗｒｔの曲率中心Ｃｒまでの寸法公差などが、他の公差等に比して大きいことなどに起因して、治具による設定だけでは実質的になくすることができない。そこで、最終的には、軌道輪Ｗｒをテスト加工して軌道面Ｗｒｔに対する砥石の当たりをオペレータが目視し、あるいはダミー砥石にダイヤルゲージを当て、手動によりゆっくりと砥石ヘッドを揺動させて振れ出しを行うことによって、更なる微調整を行っている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−７９６１６号公報（第２頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上のような従来の芯だしの方法によると、オペレータ個々の感覚や熟練の程度の相違による加工精度のばらつきが生じるばかりでなく、段取り作業に相当の時間を必要とするという問題がある。
【０００６】
また、前工程出る研削工程において、軌道輪の一端側から軌道面の曲率中心までの軸方向寸法がばらつく、いわゆる幅不同に起因する軌道輪個々の軌道面の偏りに対しては、全く対応できないという問題もある。
【０００７】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、オペレータの感覚や熟練の程度に係わりなく、常に正確に軌道輪の曲率中心と超仕上げ砥石の揺動中心を一致させることができ、もってオペレータの相違による加工精度のばらつきをなくし、かつ、段取り作業に要する時間を短縮化することができ、また、軌道輪の幅不同にも対処可能な玉軸受の軌道輪用超仕上げ装置の提供を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の玉軸受の軌道輪用超仕上げ装置は、玉軸受の軌道輪をシューで支持し、かつ、一端面を主軸先端に配されたバッキングプレートに当接させて回転させた状態で、超仕上げヘッドに装着された超仕上げ砥石を軌道面に押圧しつつ揺動させて当該軌道面を超仕上げ加工する玉軸受の軌道輪用超仕上げ装置において、
超仕上げ砥石の揺動時に軌道輪を介して上記シューに作用する支持方向への押圧力を検出する押圧力検出手段と、その押圧力検出出力を刻々と取り込み、超仕上げ砥石の揺動の振幅中央を挟んでその両側での押圧力検出値の対称性を評価する対称性評価手段と、その対称性評価手段による評価結果に基づいて、上記押圧力検出値の対称性が得られるように上記主軸もしくは超仕上げヘッドを主軸の軸方向に微動させる微動手段を備えていることによって特徴づけられる（請求項１）。
【０００９】
ここで、本発明においては、上記押圧力検出手段は、上記シューが固着されたシュー支持部材と装置フレームとの間に挟まれて取り付けられている構成（請求項２）を採用することができ、加工すべき軌道輪が外輪である場合には、上記シューが外輪の外周面を支持する構成（請求項３）を、また、加工すべき軌道輪が内輪である場合には、上記シューが内輪の内周面を支持する構成（請求項４）をそれぞれ採用することができる。
【００１０】
また、本発明においては、上記微動手段は、上記超仕上げ砥石を揺動させる揺動軸と、この揺動軸を上記主軸の軸方向に沿って微動させる微動用モータを備えている構成（請求項５）を採用することができ、その場合、この微動手段に、上記対称性評価手段による評価結果に基づいて上記微動用モータを駆動する制御部を含む構成（請求項６）を採用することができる。
【００１１】
本発明は、超仕上げ砥石を軌道面に押圧しつつ揺動させたとき、軌道面の曲率中心と揺動中心が一致している場合には、砥石による軌道面の押圧力が揺動の振幅中央を挟んでその両側において対称となることを利用し、砥石による軌道面の押圧力を、軌道輪を支持するシューを介して検出し、その検出結果の対称性が得られるように主軸もしくは超仕上げヘッドを主軸の軸方向へ自動的に微動させることよって、所期の目的を達成しようとするものである。
【００１２】
すなわち、超仕上げ砥石による軌道面の押圧力は、軌道輪を介してシューに作用する。このシューに作用する軌道輪支持方向への力を刻々と検出し、その検出値が砥石揺動の振幅中央を挟んでその両側で対称であれば、前工程で形成された軌道面の曲率中心と揺動中心が一致していると見なすことができる。一方、その対称が得られていない場合には、軌道面の曲率中心に対して砥石の揺動中心が軸方向にずれていると見なすことができる。従って、シューに作用する支持方向への押圧力を検出する押圧力検出手段を設け、その刻々の押圧力検出値の対称性を評価し、対称性が得られていない場合には、対称性が得られる向きに主軸もしくは超仕上げヘッドを軸方向に移動させることによって、自動的に軌道面の曲率中心と超仕上げ砥石の揺動中心を一致させることができる。
【００１３】
ここで、本発明の砥石による押圧力の対称性の評価と主軸もしくは超仕上げヘッドの微動による芯だし機能は、装置の段取り（セッティング）時において発現させた場合、オペレータの個人差による加工精度のばらつきの防止と、段取り時間の短縮化を達成することができる。また、加工時にこの芯だし機能を発現させた場合には、軌道輪個々の幅不動に対応して常に高精度の加工を実現することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の要部の機械的構成を示す部分断面図である。
この例は玉軸受の外輪用の超仕上げ装置を示すものであって、被加工物である玉軸受の外輪ＷO は、その内周に環状の軌道面ＷOTが形成されており、この軌道面ＷOTが超仕上げ加工の対象面となる。
【００１５】
外輪ＷO は、その外周面がシュー１に支持され、かつ、ローラ（図示せず）によって一端面がバッキングプレート２に押し付けられた状態で加工に供される。バッキングプレート２は主軸３の先端に固着されており、この主軸３の回転により外輪外輪ＷO に回転が与えられる。
【００１６】
超仕上げ砥石Ｓは、砥石ホルダー４に保持された状態で砥石加圧レバー５によって下向きに加圧される。この砥石ホルダー４は、砥石加圧レバー５とともに超仕上げヘッドに装着されている。超仕上げヘッドは加圧レバー５を介して超仕上げ砥石Ｓを加圧するための空圧シリンダを備えた公知のものであって、モータを駆動源とする揺動機構により軸心の回りに所定の角度範囲で往復回転する揺動軸６（図１において図示せず、図２参照）の先端部に取り付けられ、この揺動軸６の往復回転によって揺動し、これによって超仕上げ砥石Ｓは軌道面ＷOTに押圧されながら揺動する。
【００１７】
前記したシュー１はシューブラケット１ａに固着されており、このシューブラケット１ａは、一側面が力センサ７を挟み込むように装置フレーム８に取り付けられている。この構造において、外輪ＷO に対して超仕上げ砥石Ｓを揺動させつつ押圧すると、その押圧力が外輪ＷO 、シュー１、更にシューブラケット１ａを介して力センサ７に伝達され、従って力センサ７の出力は外輪ＷO に対する超仕上げ砥石Ｓの刻々の押圧力に比例したものとなる。
【００１８】
さて、超仕上げヘッドを装着した揺動軸６は、図２に模式的に示すように、主軸３の軸方向（ｘ方向）沿って伸びるガイド６１上を移動可能なテーブル６２に搭載されている。この揺動軸６は、従来と同等の治具などを用いて、その軸心Ｏが被加工面である外輪ＷO の軌道面ＷOTの曲率中心を通るように、図中ｘ，ｚ方向に位置合わせが行われるとともに、ｙ方向にも超仕上げ砥石Ｓが外輪ＷO の軌道面ＷOTの直上に位置して、これにより、基本的には超仕上げ砥石Ｓの揺動中心が軌道面ＷOTの曲率中心と一致するようになっている。
【００１９】
しかしながら、前記したように、特に主軸３の軸方向、つまりｘ方向への位置合わせは治具を用いるだけでは完全に行うことができず、微調整を行う必要がある。この実施の形態では、ｘ方向への位置の微調整は、上記したテーブル６２を微動機構６３によって移動させることによって自動的に行われる。
【００２０】
微動機構６３としては、公知の任意の機構を採用することができるが、例えば微動用モータ６３ａとその回転を直線運動に変換する機構を採用することができる。すなわち、例えばテーブル６２をバネ６３ｂなどの付勢手段によってガイド６１に沿った方向に付勢してストッパ６３ｃに押し付けるとともに、微動用モータ６３ａの回転を減速機構を介してボールネジに伝達し、そのボールネジの回転によってストッパ６３ｃをガイドに沿わせて移動させる機構などを採用することができる。
【００２１】
超仕上げヘッドの揺動軸を移動させるための微動用モータ６３ａは、以下に示すように力センサ７の出力に応じて自動的に駆動制御される。図３にその制御に関連する回路構成例をブロック図で示す。
【００２２】
力センサ７の出力は、アンプ２１で増幅された後、適当なローパスフィルタ２２により高周波成分などが除去され、微小インターバルでＡ−Ｄ変換器２３によってデジタル化される。そのデジタル化された力検出出力は、制御装置２４に刻々と取り込まれる。
【００２３】
制御装置２４は、実際にはＣＰＵとその周辺機器を主体として構成されているのであるが、図３においては、説明の便宜上、当該制御装置が有している機能ごとのブロック図で示している。すなわち、力検出データから後述する超仕上げ砥石Ｓの揺動時における揺動の振幅中央を挟んでその両側における砥石の押圧力の対称性を評価する対称性評価部２４ａと、その評価結果に基づいて微動用モータ６３ａに対して駆動制御信号を供給する制御部２４ｂを含んでいる。
【００２４】
制御装置２４では、以下に示す手法により、超仕上げ砥石Ｓの揺動中に力センサ７から取り込んだ刻々の押圧力データを用いて、超仕上げ砥石Ｓの揺動中心の外輪ＷO の軌道面ＷOTの曲率中心とのずれをなくするように微動用モータ６３ａを駆動制御する。
【００２５】
超仕上げ砥石Ｓの揺動中心Ｏ、つまり揺動軸６の揺動中心Ｏのｘ方向への位置が、軌道面ＷOTの曲率中心に一致している場合には、力センサ７からの出力は、フィルタ２２により平滑化された後、揺動の一往復において図４（Ａ）に例示する状態となる。すなわち、砥石Ｓにによる押圧力は、砥石Ｓの揺動端近傍において、その往路と復路で相違した値となり、その往路と復路の押圧力の差は、砥石Ｓの軌道面ＷOTとの摩擦抵抗の大きさ、換言すれば切れ味の良否に応じた大きさによって変化することが、本発明者らの研究によって明らかになっている。この押圧力の、言わばヒステリシス現象が発生する原因は、この発明とは直接的に関連しないので詳細な説明は省略するが、摩擦力の鉛直方向（ｚ方向）成分が往路については砥石Ｓの押圧力に加算され、復路については減算されるためである。そして、このようなヒステリシスを含みながらも、砥石Ｓの一揺動（一往復）では、力センサ７からの出力は揺動の中央を挟んでその両側において対称となる。
【００２６】
一方、揺動中心軸Ｏが軌道面ＷOTの曲率中心に対してｘ方向にずれている場合には、図４（Ｂ）に例示するように、力センサ７からの出力はずれている側の揺動端側で大きくなる向きに傾いた状態となり、対称とはならない。
【００２７】
対称性評価部２４ａは、力センサ７からの力検出データを刻々と取り込み、揺動の中央を挟んでその両側の対称性を評価する。評価の具体的アルゴリズムについては、特に限定されるものではないが、例えば、１回もしくは複数回の揺動分について、往路と復路の各力検出データを相互に加算して、砥石Ｓの各揺動位置における力検出データの値を求めることによって図５（Ａ）または（Ｂ）のような１本のグラフを得て、その揺動の中央を挟んで両側のデータの加算値を比較することにより、（Ａ）のような対称な場合には両者の値の差が小さく、（Ｂ）のような非対称な場合には両者の差が大きくなることから、その差の極性と大きさにより、揺動中心軸Ｏのｘ方向へのずれの向きと概略の量を知ることができる。
【００２８】
そして、この対称性評価部２４ａによる評価結果は制御部２４ｂに送られ、この制御部２４ｂでは、上記した差があらかじめ設定されている値以下となるように、微動用モータ６３ａに対して所要の向きに所要の回転数（角度）だけ回転するように駆動制御信号を供給する。
【００２９】
以上のｘ方向への揺動軸の調心動作は、装置のセッティング（段取り）時に指令を与えることによって実行させることができるとともに、実際の加工時において加工の１サイクルごとに行わせることもできる。この調心動作時においては、砥石ヘッドをあらかじめ設定されている適当な揺動速度のもとに、あらかじめ設定されている適当な揺動数だけ揺動させつつ砥石Ｓを一定の圧力で押圧するように定めておけばよい。
【００３０】
装置のセッティング時に調心動作を実行すれば、セッティングオペレータの感覚等に頼ることなく、常に正確に砥石Ｓの揺動中心を軌道面ＷOTの曲率中心に一致させることができる。
【００３１】
また、加工の１サイクルごとに調心動作を実行すれば、前工程での幅不同等に起因して、バッキングプレート２に当接する端面から軌道面ＷOTの中心までの寸法にばらつきがあっても、そのばらつきに対応して自動的に揺動軸６がｘ方向に移動し、常に高精度の超仕上げ加工を施すことができる。
【００３２】
なお、力センサ７の配設位置は以上の実施の形態で示した位置に限定されることなく、要はシュー１に作用する被加工物の支持方向への力を検出できる位置であれば任意の位置とすることができる。
【００３３】
また、以上の実施の形態は、本発明を玉軸受の外輪用の超仕上げ装置に適用した例を示したが、本発明は玉軸受の内輪にも等しく適用することができる。その要部構成例を図６に示す。
【００３４】
被加工物である玉軸受の内輪ＷI は、その外周に環状の軌道面ＷITが形成されており、その軌道面ＷITが超仕上げの加工対象面となる。
内輪ＷI は、棒状の表面にシュー本体１１ａが固着された内径シュー１１によってその内径面が支持された状態で、バッキングプレート１２にローラ（図示せず）によって押し付けられ、バッキングプレート１２を先端部に固着している主軸１３を回転させることによって、内輪ＷI に回転が与えられる。超仕上げ砥石Ｓは、前記した例と同様に、砥石ホルダー１４に保持された状態で加圧レバー１５によって下方に加圧され、これらの全体を揺動軸（図示せず）に装着して揺動させることによって、超仕上げ砥石Ｓが内輪ＷI の軌道面ＷITに対して押圧されつつ揺動する。
【００３５】
内径シュー１１を片持ち支持する支持部材１１ｂの下面と、装置フレーム１８との間に、２つの力センサ１７ａ，１７ｂが挟み込まれている。これらの力センサ１７ａ，１７ｂの出力から、超仕上げ砥石Ｓによる軌道面ＷITに対する押圧力が検出される。その検出出力から、先の実施の形態と同等の回路構成によって、力センサ１７ａ，１７ｂによる力検出データの、砥石Ｓの揺動の中央を挟んでその両側の対称性を評価し、その対称性が得られるように砥石ヘッドを装着した揺動軸をｘ方向に微動させれば、先の実施の形態と同等の作用効果を奏することができる。
【００３６】
また、内輪または外輪の軌道面の曲率中心に超仕上げ砥石の揺動中心を一致させるために、以上の各実施の形態では超仕上げヘッド側を移動させたが、主軸を移動可能とした場合の振動対策等を行うことができる限りにおいては、主軸側を移動させてもよいことは勿論である。
【００３７】
更に、力センサによる力検出データの対称性を評価するためのデータ処理の仕方として、前記した例のほか、フィルタ２２により平滑化された図４（Ａ），（Ｂ）に例示する力検出データを用いて、同等の評価を行うことのできるデータ処理であれば任意の処理を採用することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、被加工物である玉軸受軌道輪を支持するシューに作用する押圧力を検出する押圧力センサを設け、その押圧力センサの出力の揺動の中央を挟んだ両側での対称性に基づいて、軌道面の曲率中心と砥石の揺動中心との主軸の軸方向へのずれを自動的に解消することができるので、セッティング時におけるオペレータの個人差によるセッティングの相違をなくすと同時に、セッティングに要する時間を短縮化することができる。また、実際の加工時において調心動作を実行することにより、前工程での幅不同があっても、常に高精度の超仕上げ加工を施すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態の要部の機械的構成を示す部分断面図である。
【図２】 本発明の実施の形態における揺動軸６の周辺の構成例を示す模式図である。
【図３】 本発明の実施の形態における揺動軸６の微動機構６３の制御のための回路構成例を示すブロック図である。
【図４】 本発明の実施の形態におけるフィルタ２２で平滑化した後の力センサ７の出力の例の説明図で、（Ａ）は砥石の揺動中心が軌道面の曲率中心に一致している場合、（Ｂ）はｘ方向にずれている場合の例をそれぞれ示すグラフである。
【図５】 本発明の実施の形態における対称性評価部２４ａでの力検出データの対称性評価の処理において求められるデータの例の説明図で、（Ａ）は対称性が得られている場合、（Ｂ）対称性が得られていない場合のデータの状態の例をそれぞれ示すグラフである。
【図６】 本発明を玉軸受の内輪の超仕上げ装置に用いる場合の実施の形態における要部の機械的構成を示す部分断面図である。
【図７】 玉軸受の軌道輪の超仕上げ加工時における軌道面の曲率中心と砥石の揺動中心との関係の説明図である。
【符号の説明】
１ シュー
２ バッキングプレート
３ 主軸
４ 砥石ホルダー
５ 加圧レバー
６ 揺動軸
６１ ガイド
６２ テーブル
６３ 微動機構
６３ａ 微動用モータ
６３ｂ バネ
６３ｃ ストッパ
７ 力センサ
８ 装置フレーム
２１ アンプ
２２ ローパスフィルタ
２３ Ａ−Ｄ変換器
２４ 制御装置
２４ａ 対称性評価部
２４ｂ 制御部
Ｏ 揺動中心軸
Ｓ 超仕上げ砥石
ＷO 外輪
ＷOT 軌道面
【発明の属する技術分野】
本発明は玉軸受の軌道面を超仕上げ加工するための超仕上げ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
玉軸受の軌道輪、つまり内輪および外輪の軌道面を超仕上げ加工する超仕上げ装置としては、一般に、被加工物である軌道輪に回転を与えた状態で、超仕上げ砥石を軌道面に押圧しつつ揺動させる。このような超仕上げ装置においては、図７に内輪を例にとって模式的に示すように、軌道輪Ｗｒの軌道面Ｗｒｔの曲率中心Ｃｒに、超仕上げ砥石Ｓの揺動中心を一致させなければ、前工程の研削目を軌道面Ｗｒｔの全面にわたって除去する正確な加工を行うことができない（例えば特許文献１参照）。特に、軌道面Ｗｒｔの曲率中心Ｃｒに対して超仕上げ砥石Ｓの揺動中心が、軌道輪Ｗｒの軸方向（図中ｘ方向）にずれていると、軌道面Ｗｒｔの軸方向片側に研削目が残ったり、あるいは軌道面の曲率を損なうなどの重大な問題が生じる。
【０００３】
従来のこの種の超仕上げ装置においては、このような軌道面の曲率中心Ｃｒと超仕上げ砥石の揺動中心を一致させる、いわゆる芯だしのために、装置のセッティング（段取り）に際して、基本的には、軌道輪の幅および軌道面の曲率半径を基に設定された治具（ツーリング）を用いる。しかしながら、特に、軌道面Ｗｒｔの曲率中心Ｃｒと、超仕上げ砥石Ｓの揺動中心との、軌道輪Ｗｒの軸方向（図７中ｘ方向）へのずれは、軌道輪Ｗｒの幅寸法公差や、軌道輪Ｗｒの一端側から軌道面Ｗｒｔの曲率中心Ｃｒまでの寸法公差などが、他の公差等に比して大きいことなどに起因して、治具による設定だけでは実質的になくすることができない。そこで、最終的には、軌道輪Ｗｒをテスト加工して軌道面Ｗｒｔに対する砥石の当たりをオペレータが目視し、あるいはダミー砥石にダイヤルゲージを当て、手動によりゆっくりと砥石ヘッドを揺動させて振れ出しを行うことによって、更なる微調整を行っている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−７９６１６号公報（第２頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上のような従来の芯だしの方法によると、オペレータ個々の感覚や熟練の程度の相違による加工精度のばらつきが生じるばかりでなく、段取り作業に相当の時間を必要とするという問題がある。
【０００６】
また、前工程出る研削工程において、軌道輪の一端側から軌道面の曲率中心までの軸方向寸法がばらつく、いわゆる幅不同に起因する軌道輪個々の軌道面の偏りに対しては、全く対応できないという問題もある。
【０００７】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、オペレータの感覚や熟練の程度に係わりなく、常に正確に軌道輪の曲率中心と超仕上げ砥石の揺動中心を一致させることができ、もってオペレータの相違による加工精度のばらつきをなくし、かつ、段取り作業に要する時間を短縮化することができ、また、軌道輪の幅不同にも対処可能な玉軸受の軌道輪用超仕上げ装置の提供を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明の玉軸受の軌道輪用超仕上げ装置は、玉軸受の軌道輪をシューで支持し、かつ、一端面を主軸先端に配されたバッキングプレートに当接させて回転させた状態で、超仕上げヘッドに装着された超仕上げ砥石を軌道面に押圧しつつ揺動させて当該軌道面を超仕上げ加工する玉軸受の軌道輪用超仕上げ装置において、
超仕上げ砥石の揺動時に軌道輪を介して上記シューに作用する支持方向への押圧力を検出する押圧力検出手段と、その押圧力検出出力を刻々と取り込み、超仕上げ砥石の揺動の振幅中央を挟んでその両側での押圧力検出値の対称性を評価する対称性評価手段と、その対称性評価手段による評価結果に基づいて、上記押圧力検出値の対称性が得られるように上記主軸もしくは超仕上げヘッドを主軸の軸方向に微動させる微動手段を備えていることによって特徴づけられる（請求項１）。
【０００９】
ここで、本発明においては、上記押圧力検出手段は、上記シューが固着されたシュー支持部材と装置フレームとの間に挟まれて取り付けられている構成（請求項２）を採用することができ、加工すべき軌道輪が外輪である場合には、上記シューが外輪の外周面を支持する構成（請求項３）を、また、加工すべき軌道輪が内輪である場合には、上記シューが内輪の内周面を支持する構成（請求項４）をそれぞれ採用することができる。
【００１０】
また、本発明においては、上記微動手段は、上記超仕上げ砥石を揺動させる揺動軸と、この揺動軸を上記主軸の軸方向に沿って微動させる微動用モータを備えている構成（請求項５）を採用することができ、その場合、この微動手段に、上記対称性評価手段による評価結果に基づいて上記微動用モータを駆動する制御部を含む構成（請求項６）を採用することができる。
【００１１】
本発明は、超仕上げ砥石を軌道面に押圧しつつ揺動させたとき、軌道面の曲率中心と揺動中心が一致している場合には、砥石による軌道面の押圧力が揺動の振幅中央を挟んでその両側において対称となることを利用し、砥石による軌道面の押圧力を、軌道輪を支持するシューを介して検出し、その検出結果の対称性が得られるように主軸もしくは超仕上げヘッドを主軸の軸方向へ自動的に微動させることよって、所期の目的を達成しようとするものである。
【００１２】
すなわち、超仕上げ砥石による軌道面の押圧力は、軌道輪を介してシューに作用する。このシューに作用する軌道輪支持方向への力を刻々と検出し、その検出値が砥石揺動の振幅中央を挟んでその両側で対称であれば、前工程で形成された軌道面の曲率中心と揺動中心が一致していると見なすことができる。一方、その対称が得られていない場合には、軌道面の曲率中心に対して砥石の揺動中心が軸方向にずれていると見なすことができる。従って、シューに作用する支持方向への押圧力を検出する押圧力検出手段を設け、その刻々の押圧力検出値の対称性を評価し、対称性が得られていない場合には、対称性が得られる向きに主軸もしくは超仕上げヘッドを軸方向に移動させることによって、自動的に軌道面の曲率中心と超仕上げ砥石の揺動中心を一致させることができる。
【００１３】
ここで、本発明の砥石による押圧力の対称性の評価と主軸もしくは超仕上げヘッドの微動による芯だし機能は、装置の段取り（セッティング）時において発現させた場合、オペレータの個人差による加工精度のばらつきの防止と、段取り時間の短縮化を達成することができる。また、加工時にこの芯だし機能を発現させた場合には、軌道輪個々の幅不動に対応して常に高精度の加工を実現することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の要部の機械的構成を示す部分断面図である。
この例は玉軸受の外輪用の超仕上げ装置を示すものであって、被加工物である玉軸受の外輪ＷO は、その内周に環状の軌道面ＷOTが形成されており、この軌道面ＷOTが超仕上げ加工の対象面となる。
【００１５】
外輪ＷO は、その外周面がシュー１に支持され、かつ、ローラ（図示せず）によって一端面がバッキングプレート２に押し付けられた状態で加工に供される。バッキングプレート２は主軸３の先端に固着されており、この主軸３の回転により外輪外輪ＷO に回転が与えられる。
【００１６】
超仕上げ砥石Ｓは、砥石ホルダー４に保持された状態で砥石加圧レバー５によって下向きに加圧される。この砥石ホルダー４は、砥石加圧レバー５とともに超仕上げヘッドに装着されている。超仕上げヘッドは加圧レバー５を介して超仕上げ砥石Ｓを加圧するための空圧シリンダを備えた公知のものであって、モータを駆動源とする揺動機構により軸心の回りに所定の角度範囲で往復回転する揺動軸６（図１において図示せず、図２参照）の先端部に取り付けられ、この揺動軸６の往復回転によって揺動し、これによって超仕上げ砥石Ｓは軌道面ＷOTに押圧されながら揺動する。
【００１７】
前記したシュー１はシューブラケット１ａに固着されており、このシューブラケット１ａは、一側面が力センサ７を挟み込むように装置フレーム８に取り付けられている。この構造において、外輪ＷO に対して超仕上げ砥石Ｓを揺動させつつ押圧すると、その押圧力が外輪ＷO 、シュー１、更にシューブラケット１ａを介して力センサ７に伝達され、従って力センサ７の出力は外輪ＷO に対する超仕上げ砥石Ｓの刻々の押圧力に比例したものとなる。
【００１８】
さて、超仕上げヘッドを装着した揺動軸６は、図２に模式的に示すように、主軸３の軸方向（ｘ方向）沿って伸びるガイド６１上を移動可能なテーブル６２に搭載されている。この揺動軸６は、従来と同等の治具などを用いて、その軸心Ｏが被加工面である外輪ＷO の軌道面ＷOTの曲率中心を通るように、図中ｘ，ｚ方向に位置合わせが行われるとともに、ｙ方向にも超仕上げ砥石Ｓが外輪ＷO の軌道面ＷOTの直上に位置して、これにより、基本的には超仕上げ砥石Ｓの揺動中心が軌道面ＷOTの曲率中心と一致するようになっている。
【００１９】
しかしながら、前記したように、特に主軸３の軸方向、つまりｘ方向への位置合わせは治具を用いるだけでは完全に行うことができず、微調整を行う必要がある。この実施の形態では、ｘ方向への位置の微調整は、上記したテーブル６２を微動機構６３によって移動させることによって自動的に行われる。
【００２０】
微動機構６３としては、公知の任意の機構を採用することができるが、例えば微動用モータ６３ａとその回転を直線運動に変換する機構を採用することができる。すなわち、例えばテーブル６２をバネ６３ｂなどの付勢手段によってガイド６１に沿った方向に付勢してストッパ６３ｃに押し付けるとともに、微動用モータ６３ａの回転を減速機構を介してボールネジに伝達し、そのボールネジの回転によってストッパ６３ｃをガイドに沿わせて移動させる機構などを採用することができる。
【００２１】
超仕上げヘッドの揺動軸を移動させるための微動用モータ６３ａは、以下に示すように力センサ７の出力に応じて自動的に駆動制御される。図３にその制御に関連する回路構成例をブロック図で示す。
【００２２】
力センサ７の出力は、アンプ２１で増幅された後、適当なローパスフィルタ２２により高周波成分などが除去され、微小インターバルでＡ−Ｄ変換器２３によってデジタル化される。そのデジタル化された力検出出力は、制御装置２４に刻々と取り込まれる。
【００２３】
制御装置２４は、実際にはＣＰＵとその周辺機器を主体として構成されているのであるが、図３においては、説明の便宜上、当該制御装置が有している機能ごとのブロック図で示している。すなわち、力検出データから後述する超仕上げ砥石Ｓの揺動時における揺動の振幅中央を挟んでその両側における砥石の押圧力の対称性を評価する対称性評価部２４ａと、その評価結果に基づいて微動用モータ６３ａに対して駆動制御信号を供給する制御部２４ｂを含んでいる。
【００２４】
制御装置２４では、以下に示す手法により、超仕上げ砥石Ｓの揺動中に力センサ７から取り込んだ刻々の押圧力データを用いて、超仕上げ砥石Ｓの揺動中心の外輪ＷO の軌道面ＷOTの曲率中心とのずれをなくするように微動用モータ６３ａを駆動制御する。
【００２５】
超仕上げ砥石Ｓの揺動中心Ｏ、つまり揺動軸６の揺動中心Ｏのｘ方向への位置が、軌道面ＷOTの曲率中心に一致している場合には、力センサ７からの出力は、フィルタ２２により平滑化された後、揺動の一往復において図４（Ａ）に例示する状態となる。すなわち、砥石Ｓにによる押圧力は、砥石Ｓの揺動端近傍において、その往路と復路で相違した値となり、その往路と復路の押圧力の差は、砥石Ｓの軌道面ＷOTとの摩擦抵抗の大きさ、換言すれば切れ味の良否に応じた大きさによって変化することが、本発明者らの研究によって明らかになっている。この押圧力の、言わばヒステリシス現象が発生する原因は、この発明とは直接的に関連しないので詳細な説明は省略するが、摩擦力の鉛直方向（ｚ方向）成分が往路については砥石Ｓの押圧力に加算され、復路については減算されるためである。そして、このようなヒステリシスを含みながらも、砥石Ｓの一揺動（一往復）では、力センサ７からの出力は揺動の中央を挟んでその両側において対称となる。
【００２６】
一方、揺動中心軸Ｏが軌道面ＷOTの曲率中心に対してｘ方向にずれている場合には、図４（Ｂ）に例示するように、力センサ７からの出力はずれている側の揺動端側で大きくなる向きに傾いた状態となり、対称とはならない。
【００２７】
対称性評価部２４ａは、力センサ７からの力検出データを刻々と取り込み、揺動の中央を挟んでその両側の対称性を評価する。評価の具体的アルゴリズムについては、特に限定されるものではないが、例えば、１回もしくは複数回の揺動分について、往路と復路の各力検出データを相互に加算して、砥石Ｓの各揺動位置における力検出データの値を求めることによって図５（Ａ）または（Ｂ）のような１本のグラフを得て、その揺動の中央を挟んで両側のデータの加算値を比較することにより、（Ａ）のような対称な場合には両者の値の差が小さく、（Ｂ）のような非対称な場合には両者の差が大きくなることから、その差の極性と大きさにより、揺動中心軸Ｏのｘ方向へのずれの向きと概略の量を知ることができる。
【００２８】
そして、この対称性評価部２４ａによる評価結果は制御部２４ｂに送られ、この制御部２４ｂでは、上記した差があらかじめ設定されている値以下となるように、微動用モータ６３ａに対して所要の向きに所要の回転数（角度）だけ回転するように駆動制御信号を供給する。
【００２９】
以上のｘ方向への揺動軸の調心動作は、装置のセッティング（段取り）時に指令を与えることによって実行させることができるとともに、実際の加工時において加工の１サイクルごとに行わせることもできる。この調心動作時においては、砥石ヘッドをあらかじめ設定されている適当な揺動速度のもとに、あらかじめ設定されている適当な揺動数だけ揺動させつつ砥石Ｓを一定の圧力で押圧するように定めておけばよい。
【００３０】
装置のセッティング時に調心動作を実行すれば、セッティングオペレータの感覚等に頼ることなく、常に正確に砥石Ｓの揺動中心を軌道面ＷOTの曲率中心に一致させることができる。
【００３１】
また、加工の１サイクルごとに調心動作を実行すれば、前工程での幅不同等に起因して、バッキングプレート２に当接する端面から軌道面ＷOTの中心までの寸法にばらつきがあっても、そのばらつきに対応して自動的に揺動軸６がｘ方向に移動し、常に高精度の超仕上げ加工を施すことができる。
【００３２】
なお、力センサ７の配設位置は以上の実施の形態で示した位置に限定されることなく、要はシュー１に作用する被加工物の支持方向への力を検出できる位置であれば任意の位置とすることができる。
【００３３】
また、以上の実施の形態は、本発明を玉軸受の外輪用の超仕上げ装置に適用した例を示したが、本発明は玉軸受の内輪にも等しく適用することができる。その要部構成例を図６に示す。
【００３４】
被加工物である玉軸受の内輪ＷI は、その外周に環状の軌道面ＷITが形成されており、その軌道面ＷITが超仕上げの加工対象面となる。
内輪ＷI は、棒状の表面にシュー本体１１ａが固着された内径シュー１１によってその内径面が支持された状態で、バッキングプレート１２にローラ（図示せず）によって押し付けられ、バッキングプレート１２を先端部に固着している主軸１３を回転させることによって、内輪ＷI に回転が与えられる。超仕上げ砥石Ｓは、前記した例と同様に、砥石ホルダー１４に保持された状態で加圧レバー１５によって下方に加圧され、これらの全体を揺動軸（図示せず）に装着して揺動させることによって、超仕上げ砥石Ｓが内輪ＷI の軌道面ＷITに対して押圧されつつ揺動する。
【００３５】
内径シュー１１を片持ち支持する支持部材１１ｂの下面と、装置フレーム１８との間に、２つの力センサ１７ａ，１７ｂが挟み込まれている。これらの力センサ１７ａ，１７ｂの出力から、超仕上げ砥石Ｓによる軌道面ＷITに対する押圧力が検出される。その検出出力から、先の実施の形態と同等の回路構成によって、力センサ１７ａ，１７ｂによる力検出データの、砥石Ｓの揺動の中央を挟んでその両側の対称性を評価し、その対称性が得られるように砥石ヘッドを装着した揺動軸をｘ方向に微動させれば、先の実施の形態と同等の作用効果を奏することができる。
【００３６】
また、内輪または外輪の軌道面の曲率中心に超仕上げ砥石の揺動中心を一致させるために、以上の各実施の形態では超仕上げヘッド側を移動させたが、主軸を移動可能とした場合の振動対策等を行うことができる限りにおいては、主軸側を移動させてもよいことは勿論である。
【００３７】
更に、力センサによる力検出データの対称性を評価するためのデータ処理の仕方として、前記した例のほか、フィルタ２２により平滑化された図４（Ａ），（Ｂ）に例示する力検出データを用いて、同等の評価を行うことのできるデータ処理であれば任意の処理を採用することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、被加工物である玉軸受軌道輪を支持するシューに作用する押圧力を検出する押圧力センサを設け、その押圧力センサの出力の揺動の中央を挟んだ両側での対称性に基づいて、軌道面の曲率中心と砥石の揺動中心との主軸の軸方向へのずれを自動的に解消することができるので、セッティング時におけるオペレータの個人差によるセッティングの相違をなくすと同時に、セッティングに要する時間を短縮化することができる。また、実際の加工時において調心動作を実行することにより、前工程での幅不同があっても、常に高精度の超仕上げ加工を施すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態の要部の機械的構成を示す部分断面図である。
【図２】 本発明の実施の形態における揺動軸６の周辺の構成例を示す模式図である。
【図３】 本発明の実施の形態における揺動軸６の微動機構６３の制御のための回路構成例を示すブロック図である。
【図４】 本発明の実施の形態におけるフィルタ２２で平滑化した後の力センサ７の出力の例の説明図で、（Ａ）は砥石の揺動中心が軌道面の曲率中心に一致している場合、（Ｂ）はｘ方向にずれている場合の例をそれぞれ示すグラフである。
【図５】 本発明の実施の形態における対称性評価部２４ａでの力検出データの対称性評価の処理において求められるデータの例の説明図で、（Ａ）は対称性が得られている場合、（Ｂ）対称性が得られていない場合のデータの状態の例をそれぞれ示すグラフである。
【図６】 本発明を玉軸受の内輪の超仕上げ装置に用いる場合の実施の形態における要部の機械的構成を示す部分断面図である。
【図７】 玉軸受の軌道輪の超仕上げ加工時における軌道面の曲率中心と砥石の揺動中心との関係の説明図である。
【符号の説明】
１ シュー
２ バッキングプレート
３ 主軸
４ 砥石ホルダー
５ 加圧レバー
６ 揺動軸
６１ ガイド
６２ テーブル
６３ 微動機構
６３ａ 微動用モータ
６３ｂ バネ
６３ｃ ストッパ
７ 力センサ
８ 装置フレーム
２１ アンプ
２２ ローパスフィルタ
２３ Ａ−Ｄ変換器
２４ 制御装置
２４ａ 対称性評価部
２４ｂ 制御部
Ｏ 揺動中心軸
Ｓ 超仕上げ砥石
ＷO 外輪
ＷOT 軌道面
Claims (6)
- 玉軸受の軌道輪をシューで支持し、かつ、一端面を主軸先端に配されたバッキングプレートに当接させて回転させた状態で、超仕上げヘッドに装着された超仕上げ砥石を軌道面に押圧しつつ揺動させて当該軌道面を超仕上げ加工する玉軸受の軌道輪用超仕上げ装置において、
超仕上げ砥石の揺動時に軌道輪を介して上記シューに作用する支持方向への押圧力を検出する押圧力検出手段と、その押圧力検出出力を刻々と取り込み、超仕上げ砥石の揺動の振幅中央を挟んでその両側での押圧力検出値の対称性を評価する対称性評価手段と、その対称性評価手段による評価結果に基づいて、上記押圧力検出値の対称性が得られるように上記主軸もしくは超仕上げヘッドを主軸の軸方向に微動させる微動手段を備えていることを特徴とする玉軸受の軌道輪用超仕上げ装置。 - 上記押圧力検出手段は、上記シューが固着されたシュー支持部材と装置フレームとの間に挟まれて取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の玉軸受の軌道輪用超仕上げ装置。
- 加工すべき軌道輪が外輪であって、上記シューは、外輪の外周面を支持していることを特徴とする請求項１または２に記載の玉軸受の軌道輪用超仕上げ装置。
- 加工すべき軌道輪が内輪であって、上記シューは、内輪の内周面を支持していることを特徴とする請求項１または２に記載の玉軸受の軌道輪用超仕上げ装置。
- 上記微動手段は、上記超仕上げ砥石を揺動させる揺動軸と、この揺動軸を上記主軸の軸方向に沿って微動させる微動用モータを備えていることを特徴とする請求項１、２，３、または４のいずれか１項に記載の玉軸受の軌道輪用超仕上げ装置。
- 上記微動手段は、上記対称性評価手段による評価結果に基づいて上記微動用モータを駆動する制御部を備えていることを特徴とする請求項５に記載の玉軸受の軌道輪用超仕上げ装置。
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