JP4255662B2 - ねじ研削盤 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、丸軸の外周面に対して螺旋状のねじ溝を研削加工によって形成するためのねじ研削盤に係り、詳細には、ボールねじに使用されるような高精度のねじ軸を加工するためのねじ研削盤に関する。
【0002】
【従来の技術】
工作機械等のワークテーブル直線駆動に多用されるボールねじは、螺旋状のボール転動溝が形成されたねじ軸の周囲にボールを介してナット部材が螺合しており、ねじ軸の回転に応じてナット部材が該ねじ軸に沿って運動を行い、モータの回転運動を所望のストロークの直線往復運動に変換できるようになっている。回転運動を精度良く直線運動に変換するためには、ねじ軸が高精度に形成されていること、特に、ねじ軸の外周面に形成された螺旋状のボール転動溝が設計通りのリード長で精度良く形成されていることが必要である。
【0003】
従来、ねじ軸の外周面にボール転動溝を形成する装置としては専用のねじ研削盤が用いられており、所定の外径に仕上げられると共に軸端加工のなされた丸軸を素材とし、研削加工によって前記丸軸の外周面に螺旋状のボール転動溝を形成している。このねじ研削盤は、ねじ軸がセットされると共に該ねじ軸の軸方向へ往復動可能なワークテーブルと、高速回転する砥石によって前記ねじ軸にボール転動溝を形成する砥石ヘッドと、この砥石ヘッドをボール転動溝のリード角に合致させて保持すると共に前記砥石をねじ軸に対して切り込ませる砥石送りテーブルと、ワークテーブルにセットされたねじ軸を該ワークテーブルの往復動に同期して回転させる主軸ヘッドとを備えている。
【0004】
ねじ軸の素材となる丸軸は一端を前記主軸ヘッドのチャックによって把持される一方、他端は心押台に設けられたセンタによって保持されており、両端支持の梁の如く空中に浮いた状態でワークテーブルにセットされている。砥石はこのようにセットされたねじ軸の外周面に押し付けられ、その状態でねじ軸を徐々に回転させると共にワークテーブルを軸方向へ移動させることにより、かかるねじ軸の表面に螺旋状のボール転動溝が研削加工される。
【0005】
しかし、かかる研削加工の実施中には、ねじ軸の外周面の接線方向に沿って研削抵抗の主分力が作用する一方、この主分力と垂直な方向へ研削抵抗の背分力が作用することから、前述の如くねじ軸を両端で支持していると、これら力の合力によってねじ軸が撓んだままの状態でボール転動溝の研削加工が進行してしまい、かかるボール転動溝が砥石送りテーブルの送り量に対応した所定の深さに形成されず、全体としてテーパ状に形成されてしまう懸念がある。このようなトラブルは軸径が小さくて剛性の低いねじ軸を形成する際に発生し易い他、軸長が数mにも及ぶ長尺なねじ軸を形成する際に発生し易い。
【0006】
また、生産性を高めるために、砥石のねじ軸に対する切り込み速度を速めたり、ワークテーブルの送り速度を速めたりすると、その分だけ研削抵抗が増加してしまうことから、前述のトラブルが発生し易くなってしまう。
【0007】
従来のねじ研削盤は、このような問題点に対処するため、研削加工中のねじ軸を支える振れ止めを主軸ヘッドと心押台との間の数カ所に具備しており、かかる振れ止めの先端に設けられたシューをねじ軸の外径部分に接触させ、研削抵抗に抗してねじ軸を支えるように構成されている。しかし、振れ止めのシューは研削抵抗に抗してねじ軸を支えているために摩耗し易く、摩耗を抑えるためには、シューが常にねじ軸の山部に接触し、かかる山部とボール転動溝の境界に接触することがないよう、ねじ軸の回転に合わせてシューの位置調整を行う必要があり、加工するねじ軸が長尺となり、振れ止めの数が増加する程、調整に手間がかかるといった問題点があった。
【0008】
また、研削抵抗に抗してねじ軸を真直な状態に維持するためには、振れ止めを適切な箇所に配置する必要があり、加工するねじ軸径の変更等に対応して振れ止めの位置調整を行う必要が生じ、かかる調整に手間と時間がかかるといった問題点もあった。
【0009】
本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、ねじ溝を研削加工するに当たり、研削抵抗に抗してねじ軸の真直度を維持することが可能であり、しかも面倒な調整が不要であり、ねじ溝を高精度に研削加工することが可能なねじ研削盤を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のねじ研削盤は、加工対象であるねじ軸を従来の如くワークテーブル上に両端支持するのではなく、かかるワークテーブル上に断面V字状のワーク位置決め溝を備えたワーク固定台を設け、このワーク位置決め溝内にねじ軸をセットすると共に、かかる位置決め溝内にセットされたねじ軸に対して砥石を鉛直上方から切り込ませるように構成したものである。
【0011】
ワーク位置決め溝を備えたワーク固定台が加工するねじ軸の軸方向長さに匹敵する充分な長さを有していれば、研削抵抗に抗してねじ軸を下方から均一に支えることができ、研削加工の進行中にねじ軸が撓むことはない。従って、従来のような振れ止めを設けて、その位置調整を行う必要は一切ない。また、ワーク位置決め溝は断面V字状に形成されているので、かかる溝内にねじ軸をセットするに当たっては、該ねじ軸を予め所定の外径寸法に仕上げてさえあれば、ワーク位置決め溝内におけるねじ軸の軸芯位置を正確に把握することができ、かかるねじ軸に対する砥石の切り込み量も把握することができる。
【0012】
更に、本発明のねじ研削盤は必ずしもねじ溝の研削にのみ適用し得るというものではなく、断面V字状のワーク位置決め溝内にセット可能な円筒状ワークであれば、その外周面の円筒研削や溝研削にも用いることが可能である。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を用いて本発明のねじ研削盤を詳細に説明する。
図1乃至図3は本発明を適用したねじ研削盤の実施例を示すものである。このねじ研削盤は、丸軸の外周面に対する各種の研削加工を行い得るものであり、螺旋状のねじ溝研削に限らず、外周面の円筒研削、軸方向に沿った溝研削に使用することができるように構成されている。具体的には、工場の床面に設置される基台1と、この基台1上を往復動自在に設けられたワークテーブル2と、このワークテーブル2上で加工対象であるワーク3(丸軸)を位置決めするワーク固定台4と、前記基台1に対して昇降自在に設けられた砥石送りテーブル5と、この砥石送りテーブル5上に設けられると共に前記ワーク固定台4上で位置決めされたワーク3に対して砥石6を切り込ませる砥石ヘッド7と、前記ワーク固定台4上に位置決めされたワーク3を前記ワークテーブル2の往復動に同期して回転させる主軸ヘッド8とから構成されている。
【0014】
前記ワークテーブル2は基台1に対して一軸テーブルを構成しており、リニアベアリングを介して前記基台1上に支承されると共に、駆動モータ10とボールねじの組み合わせによって基台上を所定の送り速度で移動するようになっている。前記リニアベアリングは、前記基台1上に固定された軌道レール11と、この軌道レール11上を往復動自在に走行すると共に前記ワークテーブル2の底面に固定されたスライダ12とから構成されており、ワークテーブル2に作用する荷重を総て負荷した状態で該ワークテーブル2を軌道レール11に沿って軽快に案内する。また、前記ボールねじのねじ軸13はリニアベアリングの軌道レール11と平行に基台1の全長にわたって設けられており、その一端にはカップリング14を介して駆動モータ10が接続されると共に、図3に示すようにワークテーブル2を貫通している。一方、ボールねじのナット部材15はワークテーブル2に固定され、前記ねじ軸13に螺合している。これにより、前記駆動モータ10によってねじ軸13に回転をあたえると、その回転速度及び回転量に応じた送り速度及び送り量がワークテーブル2に与えられる。
【0015】
また、前記ワーク固定台4はワークテーブル2の上部に該ワークテーブル2と一体的に設けられており、このワーク固定台4の頂面にはワークテーブル2の移動方向に沿ってワーク位置決め溝40が形成されている。このワーク位置決め溝40は2つの基準面41a,41bを備えて断面V字状に形成されており、上方に向けて拡開している。従って、ワーク3をこのワーク位置決め溝40内に置くと、丸軸であるワーク3の外周面が2つの基準面41a,41bと共に接触し、かかるワーク3が自重によってワーク位置決め溝40内で係止され、その姿勢が保持されるようになっている。加えて、このワーク固定台4はワーク3の軸方向長さと同一か、むしろそれよりも長く形成されており、位置決め溝40にセットしたワーク3をその全長にわたって支えることができるようになっている。
【0016】
一方、前記基台1にはワークテーブル2の移動範囲の略中央付近にコラム16が立設されており、前記砥石送りテーブル5はこのコラム16との間で一軸テーブルを構成し、基台1に対して昇降自在に設けられている。前述のワークテーブル2と同様、この砥石送りテーブル5の昇降にもリニアベアリングが用いられており、軌道レール50がコラム16の側面に鉛直方向に沿って配設される一方、かかる軌道レール50に沿って走行するスライダ51は砥石送りテーブル5の側面に固定されている。また、図には示されていないが、この砥石送りテーブル5の昇降駆動は昇降モータとボールねじの組み合わせによって行われており、昇降モータの回転速度と回転量とを制御することで、砥石6のワーク3に対する切り込みが調整されるようになっている。
【0017】
また、前記砥石送りテーブル5上に設けられた砥石ヘッド7は、モータ内蔵のスピンドル70と、このスピンドル70を砥石送りテーブル5に固定するブラケット71とから構成されている。図4に示すように、前記スピンドル70に保持された砥石6はワーク位置決め溝40内に係止されたワーク3に対し、鉛直上方からアプローチして研削加工を行う。このとき、砥石6とワーク3とが接触する加工点Xはワーク3の軸芯に対して鉛直上方に位置する。前記ブラケット71はこのような砥石6とワーク3との位置関係を保つようにスピンドル70を保持している。
【0018】
更に、図2に明示されているように、砥石送りテーブル5のテーブル面には円弧状に延びる一対の長孔52が形成されており、前記ブラケット71はこれら長孔52を貫通する調整ボルト53によって砥石送りテーブル5に固定されている。従って、調整ボルト53を緩めた状態では、ブラケット71を砥石送りテーブル5のテーブル面に沿って円弧状に旋回させることができ、これによってスピンドル70に装着された砥石6とワーク3の交差角を自在に調整し得るようになっている。これは、ワーク3に形成するねじ溝のリード角に合致させて、砥石6の周方向をワーク3の軸芯に対して傾斜させ、リード角の異なる種々のねじ溝を研削できるようにするためである。前記長孔52はワーク3に対する砥石6の加工点Xを中心とする円弧状に形成されており、スピンドル70及びブラケット71は加工点Xを鉛直に貫く軸を中心として砥石送りテーブル5上を旋回する。このため、ブラケット71を旋回させて砥石6とワーク3の交差角を調整しても、ワーク3に対する砥石6の加工点Xは図4に示す状態から崩れることはなく、常に加工点はワーク3の軸芯の鉛直上方に位置している。
【0019】
前記長孔52は砥石6を保持しているスピンドル70の主軸を90°旋回させる範囲で形成されている。すなわち、長孔52の一方の端部にまでブラケット71を旋回させた状態では、スピンドル70の主軸がワーク3の軸芯と完全に平行となる一方、長孔52の他方の端部にまでブラケット71を旋回させた状態では、図5に示すように、スピンドル70の主軸がワーク3の軸芯と直交する。前者の如く砥石ヘッド7の姿勢を設定した場合には、ワーク3の外周面に対して周方向に平行な溝を研削することが可能であると共に、ワーク3の外周面の円筒研削を行うことが可能である。また、後者の如く砥石ヘッド7の姿勢を設定した場合には、ワーク3の外周面に対して軸芯方向と平行な溝を研削することが可能となる。従って、このねじ研削盤は、ねじ溝の研削に限らず、種々の用途に使用することができるものである。
【0020】
また更に、上記主軸ヘッド8はワークテーブル2上でワーク3に回転を与えるべく、かかるワークテーブル2に搭載されており、基台1上におけるワークテーブル2の往復動に同期した回転速度でワーク3を回転させる同期モータ80と、ワーク位置決め溝40の長手方向の端部から突出したワーク3の軸端を支承するサポートベアリング81と、このサポートベアリング81に支承されたワーク3の軸端を前記同期モータ80の出力軸に連結するカップリング82とから構成されている。サポートベアリング81がワーク位置決め溝40内におけるワーク3の位置決め状態に影響を及ぼすのを防止するため、かかるサポートベアリング81はその回転中心を位置決め溝40内のワーク3の軸芯に合致させる芯高さ調整機構(図示せず)を介してワークテーブル2に保持されている。このことは、ワークテーブル2上におけるワーク3の位置決めが、ワーク3の軸芯と垂直な方向に関しては総てワーク位置決め溝40を構成する2つの基準面41a,41bによって行われることを明確にしている。
【0021】
一方、ワーク位置決め溝40内におけるワーク3の軸芯方向に関する位置決めを確実なものとするため、前記カップリング82としては、外力によって軸方向長さが変化しない剛性の高いカップリングを使用している。例えば、リジッドカップリング等である。これにより、ワーク位置決め溝40内においてワーク3をその軸芯方向についても確実に位置決めすることができる。
【0022】
また、主軸ヘッド8と反対側のワークテーブル2の端部には砥石形状を整えるロータリドレッサ9が設けられている。このロータリドレッサ9もその回転軸芯をワーク3の軸芯に対して自在に交差させ得るように構成されており、ロータリドレッサ9の回転軸芯と砥石6の軸芯とを予め平行に設定しておくことで、ワーク3の研削作業の合間に砥石6の形状を容易に修正することができる。
【0023】
そして、以上のように構成された本実施例のねじ研削盤においては、その使用に先立ち、先ずは、ねじ軸の素材となる丸軸のワーク3をセンタレス研削盤等で所定の外径に研削すると共に、軸端に対して必要とされる端末加工、例えばカップリングを装着するためのキー溝加工や、サポートベアリングを装着するためのジャーナル部の加工等を行う。これは、ワーク3をワーク固定台4の位置決め溝40にセットした際に、かかるワーク3を所定の精度で位置決めするためである。例えば、外径が所定の真円度でで仕上げられていないワークや、軸端が設計に基づいて所定の長さに加工されていないワークをワーク位置決め溝40にセットした場合には、ワーク3の軸芯位置が定まらず、また、ワーク3の軸方向の基準位置も定まらないので、ねじ溝を所定の寸法精度で高精度に研削加工することは不可能である。
【0024】
次に、このような外径研削及び端末加工がなされたワーク3をワーク固定台4の位置決め溝40にセットする。このとき、ワーク3には端末加工が終了していることから、主軸ヘッド8のサポートベアリング81やカップリング82をワーク3の軸端に対して簡単に装着することができ、ワーク固定台4上におけるワーク3の回転を容易に行うことが可能となる。また、ワーク3は所定の外径寸法に仕上げられていることから、このワーク3をV字状の位置決め溝40にセットした際には、ワーク固定台4上におけるワーク3の軸芯の位置が明確となり、砥石6を用いたねじ溝の研削加工において該砥石6の送り量等を正確に決定することができる。
【0025】
図4に示したように、本実施例のねじ研削盤においては、砥石6が位置決め溝40にセットしたワーク3に対して鉛直上方から切り込んでいくため、ワーク3に対しては研削抵抗として砥石6の接線方向における主分力F1、ワーク3を位置決め溝40に対して鉛直下方へ押し付ける背分力F2が作用する。しかし、ワーク3をセットしているワーク固定台4はワーク3の軸方向長さと同一か、むしろそれよりも長く形成されており、ワークは位置決め溝を構成する2つの基準面によって下方から係止されているので、研削抵抗に対してワークを確実に支えることができる。このため、研削加工の進行中に前記研削抵抗によってワークに撓みが生じることはなく、ねじ溝をワークに対して高精度で形成することが可能となる。
【0026】
また、図4に示すように、研削抵抗の主分力、背分力のベクトルを合成した方向が鉛直下方に対して角度θだけ傾斜している点からすれば、前記研削抵抗に抗してワーク3を確実に支えるためには、ワーク位置決め溝40のV字状断面を二分する中心線が鉛直下方に対して角度θだけ傾斜しているのが好ましい。このようにワーク位置決め溝40のV字状断面を形成すれば、一対の基準面41a,41bがワーク3を均等に支えるので、研削加工中に生じる研削抵抗がワーク3をワーク位置決め溝40内に確実に押し付ける結果を生み、それによってワーク3の位置決め精度を向上させることが可能となる。
【0027】
更に、本発明では、ワーク3をワーク位置決め溝40内に押し付けると共にこの溝内で回転さながらながらねじ溝の研削加工を行っているため、ワーク3とワーク固定台4との間に作用する摩擦力を軽減する必要がある。従って、研削加工時に使用するクーラント液としては潤滑性に優れたもの、例えば、ソリュブルタイプの水溶性クーラント液や、研削加工にはあまり使用されていないが、エマルジョンタイプの水溶性クーラント液を使用するのが好ましい。また、油性のクーラント液を用いることも考慮し得る。
【0028】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明のねじ研削盤によれば、ワーク位置決め溝を備えたワーク固定台が研削抵抗に抗してねじ軸を下方から均一に支えることができ、研削加工の進行中にねじ軸が撓むことはなく、また、ワーク位置決め溝は断面V字状に形成されているので、かかる溝内にねじ軸をセットするに当たっては、該ねじ軸を予め所定の外径寸法に仕上げてさえあれば、ワーク位置決め溝内におけるねじ軸の軸芯位置を正確に把握することができるので、ねじ溝を研削加工するに当たり、研削抵抗に抗してねじ軸の真直度を維持することが可能であり、しかも従来の振れり止めのような面倒な調整が不要であり、ねじ溝を高精度に研削加工することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を適用したねじ研削盤の実施例を示す正面図である。
【図2】 図1に示したねじ研削盤の平面図である。
【図3】 図1のIII−III線断面図である。
【図4】 ワーク位置決め溝にセットされたワークと砥石との位置関係を示す拡大図である。
【図5】 砥石の回転軸がワークの軸芯と直交するように砥石ヘッドの配設位置を調整した状態を示す平面図である。
【符号の説明】
1…基台、2…ワークテーブル、3…ワーク(ねじ軸)、4…ワーク固定台、5…砥石送りテーブル、6…砥石、7…砥石ヘッド、8…主軸ヘッド、40…ワーク位置決め溝

Claims (6)

  1. 円筒状ワークの外周面に対してねじ溝の研削加工を行うねじ研削盤であって、基台と、この基台上を往復動自在に設けられたワークテーブルと、このワークテーブル上に設けられ、かかるワークテーブルの移動方向に沿って延びると共に上方に向けて拡開する断面V字状のワーク位置決め溝を備え、前記ワークの軸方向長さと同一又はそれよりも長く形成されたワーク固定台と、前記基台に対して昇降自在に設けられた砥石送りテーブルと、この砥石送りテーブル上に設けられると共に前記ワーク位置決め溝にセットされたワークに対して砥石を鉛直上方から切り込ませる砥石ヘッドと、前記ワーク位置決め溝にセットされたワークを前記ワークテーブルの往復動に同期して回転させる主軸ヘッドとから構成されることを特徴とするねじ研削盤。
  2. 前記ワークと砥石とが接する加工点は、ワークの中心軸に対して鉛直上方に位置していることを特徴とする請求項1記載のねじ研削盤。
  3. 前記ワーク位置決め溝のV字状断面を二分する中心線は、ワークの研削加工時に該ワークに対して作用する加工合力と平行であることを特徴とする請求項1記載のねじ研削盤。
  4. 前記主軸ヘッドは、その回転中心をワーク位置決め溝にセットされたワークの軸心と合致させる芯高さ調整機構を備えていることを特徴とする請求項1記載のねじ研削盤。
  5. 前記主軸ヘッドは、ワークの軸端に対して予め加工された回転支持部に嵌合するサポートベアリングを備えると共に、ワークに対して回転駆動力を伝達するカップリングを備えていることを特徴とする請求項4記載のねじ研削盤。
  6. 前記砥石ヘッドは、砥石軸とワーク軸芯との交差角を適宜変更可能な旋回機構を介して、砥石送りテーブルに結合されていることを特徴とする請求項1記載のねじ研削盤。
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