JP4396491B2

JP4396491B2 - 研削加工方法

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Publication number: JP4396491B2
Application number: JP2004331602A
Authority: JP
Inventors: 隆行吉見; 聡大久保
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2004-11-16
Filing date: 2004-11-16
Publication date: 2010-01-13
Anticipated expiration: 2024-11-16
Also published as: JP2006142390A

Description

本発明は、主としてプランジ研削とトラバース研削によって工作物を研削加工する研削加工方法に関するものである。

従来、工作物の加工幅よりも小さな砥石幅の砥石車で、工作物の加工部を研削加工する場合には、特許文献１に記載されているように、まず砥石車を所定位置まで前進させて工作物をプランジ研削によって研削加工し、しかる後、工作物を軸線方向に移動して砥石車により工作物をトラバース研削により研削加工するようになっている。

このような従来の研削加工方法においては、図５（Ａ）に示すように、工作物Ｗの加工部Ｗ１の端部に削り残しが生じないように、砥石車Ｇが工作物Ｗの加工部Ｗ１の端部から僅かな量ｔだけはみ出すように、砥石車Ｇに対する工作物Ｗの軸線方向の位置を設定し、この状態で砥石車Ｇにより工作物Ｗの加工部Ｗ１をプランジ研削するようになっている。
特開平６−２７００４４（段落０００２、図７）

上記した従来の研削加工方法においては、研削加工に関与した砥石車Ｇの研削面部分は摩耗するのに対し、加工部Ｗ１からはみ出した研削加工に関与しない砥石車Ｇの研削面部分は摩耗がないため、砥石車Ｇの研削面に、図５（Ｂ）に示す段差Ｇ１が生ずることになる。なお、同図においては、段差Ｇ１を誇張して示している。

ところで、研削面に段差Ｇ１が生じた砥石車Ｇによって工作物Ｗの加工部Ｗ１をトラバース研削する場合には、砥石車Ｇが工作物Ｗの加工部Ｗ１から完全に抜け出す２点鎖線で示す位置までトラバースさせないと、研削面に生じた段差Ｇ１が工作物Ｗの加工部Ｗ１に転写されることになり、工作物Ｗの真直度を悪化させる要因となる。

従って、真直度の悪化を避けるためには、砥石車Ｇが工作物Ｗの加工部Ｗ１から完全に抜けるまでトラバースさせる必要があり、サイクルタイムが長くなる問題がある。また、砥石車Ｇが工作物Ｗの加工部Ｗ１から完全に抜けるまでトラバースさせると、加工部Ｗ１の端面からの砥石車Ｇの抜け幅に応じて研削抵抗が変化するので、工作物ＷＡの真直度に悪影響を及ぼす恐れがでてくる。さらに、工作物の形状によっては、砥石車Ｇを工作物の加工部から完全に抜けるまでトラバースさせることができない場合もある。

このように、研削面に段差Ｇ１が生じた砥石車Ｇによって研削すると、上記したプランジ研削の後にトラバース研削を行う場合に限らず、工作物の別の加工部をプランジ研削する際にも、段差のついた砥石形状が別の加工部の加工面に転写され、工作物の真直度を悪化させるといった問題を招く。

本発明は、上記した従来の不具合を解消するためになされたもので、砥石車の研削面の段差をなくし、工作物の真直度を向上できる研削加工方法を提供せんとするものである。

上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、工作物と砥石車をそれぞれ回転させながら、工作物の軸線方向およびその軸線方向に交差する方向に工作物と砥石車を相対移動させて、砥石車によりその研削幅よりも大きな加工幅を有しかつ前記砥石車が前記加工幅よりはみ出すことが可能な加工部を備えた工作物を研削加工する研削加工方法において、前記工作物の加工幅内より前記砥石車がはみ出さない軸線方向位置において前記砥石車によって工作物をプランジ研削し、その後、前記砥石車と工作物を工作物の軸線方向にトラバースさせて、前記砥石車によって工作物をトラバース研削するとともに、該トラバース研削は、前記砥石車を工作物の加工幅の一方の端を横切る位置までトラバースさせる第１トラバース研削と、前記砥石車を工作物の加工幅の他方の端を横切る位置までトラバースさせる第２トラバース研削からなっていることを特徴するものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１において、前記プランジ研削は、少なくとも工作物の軸方向の２位置において行うとともに、それらのプランジ研削位置が工作物の軸線方向にオーバラップしないようになっていることを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、工作物と砥石車をそれぞれ回転させながら、工作物の軸線方向およびその軸線方向に交差する方向に工作物と砥石車を相対移動させて、砥石車によりその研削幅よりも大きな加工幅を有しかつ前記砥石車が前記加工幅よりはみ出すことが可能な加工部を備えた工作物を研削加工する研削加工方法において、前記工作物の加工幅内より前記砥石車がはみ出さない軸線方向位置において前記砥石車によって工作物をプランジ研削し、その後、前記砥石車と工作物を工作物の軸線方向にトラバースさせて、前記砥石車によって工作物をトラバース研削するもので、前記工作物は多段の複数の加工部を有し、これら加工部のうち、少なくとも前記砥石車の研削面の研削幅より大きな加工幅を有する加工部に、まず最初に前記砥石車の研削面の全研削幅を作用させてプランジ研削を行うことを特徴とするものである。

請求項１に係る研削加工方法によれば、工作物の加工幅内より砥石車がはみ出さない軸線方向位置において砥石車によって工作物をプランジ研削し、その後、砥石車と工作物を工作物の軸線方向にトラバースさせて、砥石車によって工作物をトラバース研削するとともに、このトラバース研削は、砥石車を工作物の加工幅の一方の端を横切る位置までトラバースさせる第１トラバース研削と、砥石車を工作物の加工幅の他方の端を横切る位置までトラバースさせる第２トラバース研削からなっているので、プランジ研削時に砥石車の研削面に段差を発生させることがないとともに、サイクルタイムの短縮に寄与できる効果がある。

従って、その後のトラバース研削を、砥石車が工作物の加工部から完全に抜けるまでトラバースさせなくても、工作物の真直度を悪化させることがなく、また、プランジ研削の後に、砥石車の研削幅よりも小さな加工幅の加工部をプランジ研削のみで研削する場合でも、加工部に砥石車の研削面の段差等が転写されることによる加工部の真直度の悪影響を抑制することができる。

請求項２に係る研削加工方法によれば、プランジ研削は、少なくとも工作物の軸方向の２位置において行うとともに、それらのプランジ研削位置が工作物の軸線方向にオーバラップしないようになっているので、砥石車の研削面に段差等を発生させることなく、砥石車の研削幅の２倍以上の加工幅を有する加工部を能率的に研削加工することができ、サイクルタイムの短縮に寄与できる効果がある。

請求項３に係る研削加工方法によれば、砥石車の研削面の研削幅より大きな加工幅を有する加工部に、まず最初に砥石車の研削面の全研削幅を作用させてプランジ研削を行うようにしたので、ツルーイング後における砥石車の研削面の全研削幅で工作物の加工部を最初に研削加工することができ、これによって、砥石車の初期摩耗が研削面の全研削幅に及ぼされ、研削面を早期に安定させることができる効果がある。

本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１において、１０はベッドを示し、このベッド１０上にはテーブル１１が水平方向（Ｙ方向）に移動可能に案内支持されている。テーブル１１上には主軸台１３と心押台１４が対向して設置され、主軸台１３には工作物ＷＡの一端を支持する図略のセンタおよび工作物ＷＡを把持するチャック１５を備えた主軸１６が主軸駆動モータ１７により回転可能に設けられているとともに、心押台１４には工作物ＷＡの他端を支持するセンタ１８が設けられている。

これら主軸台１３と心押台１４によって工作物ＷＡの回転軸線がテーブル１１の水平移動方向Ｙと平行になるように工作物ＷＡが両端支持され、主軸駆動モータ１７によって工作物ＷＡが回転駆動されるようになっている。

また、ベッド１０上には、砥石台２０がテーブル１０の移動方向と直角に交差する水平方向（Ｘ方向）に移動可能に案内支持されている。砥石台２０には砥石車２１がテーブル１１の移動方向と平行な軸線回りに回転可能に軸承されており、この砥石車２１は砥石駆動モータ２２によって図略のベルト伝動機構を介して回転駆動されるようになっている。

上述したテーブル１１の移動は、ベッド１０に設けられたサーボモータ２３によってなされ、砥石台２０の移動はベッド１０に設けられたサーボモータ２４によってなされるようになっている。２５、２６はそれぞれのサーボモータ２３、２４の位置を検出するためのエンコーダである。

工作物ＷＡは、図２に示すように、多段からなる複数の加工部ＷＡ１〜ＷＡ４を備えている。かかる工作物ＷＡは、軸方向の中央部に設けたフランジ部ＷＡ５の左方に、加工幅の最も大きな第１の加工部ＷＡ１を持ち、フランジ部ＷＡ５の右方に、比較的加工幅の小さな第２、第３および第４の加工部ＷＡ２、ＷＡ３、ＷＡ４を持ち、これら第２、第３および第４の加工部ＷＡ２、ＷＡ３、ＷＡ４は右方に行くに従って加工径が小さくなっている。

一方、砥石車２１は、円盤状の砥石コアの外周に砥石層を設けたもので、この砥石層はＣＢＮ砥粒をビトリファイドボンドで結合したものが用いられている。砥石車２１の研削面２１ａの研削幅Ｂ１は、工作物ＷＡの第１、第２、第３および第４の加工部ＷＡ１、ＷＡ２、ＷＡ３、ＷＡ４の各加工幅よりも小さく設定されており、図２（Ｂ）の２点鎖線で示すように、第１の加工部ＷＡ１はその加工幅より砥石車２１がはみ出すことができる形状となっている。

次に数値制御装置３０について説明する。図１において、数値制御装置３０は、中央処理装置（ＣＰＵ）３１、メモリ３２、およびインタフェース（Ｉ／Ｆ）３３、３４より構成されている。インタフェース（Ｉ／Ｆ）３３にはＮＣ制御に必要な制御パラメータや、ＮＣプログラムを入力する入出力装置３５が接続されている。

また、インタフェース（Ｉ／Ｆ）３４には、サーボモータ駆動ユニット（ＤＵＹ、ＤＵＸ）３７、３８および主軸駆動ユニット（ＤＵＣ）３９が接続されている。このサーボモータ駆動ユニット（ＤＵＹ、ＤＵＸ、ＤＵＣ）３７、３８、主軸駆動ユニット（ＤＵＣ）３９は、中央処理装置３１からの指令を受けてサーボモータ２３、２４および主軸駆動モータ１７を駆動する。

メモリ３２には、入出力装置３５から入力された制御パラメータとＮＣプログラムをそれぞれ記憶する記憶エリアが設けられている。ここで、ＮＣプログラムを記憶する記憶エリアには、前記工作物ＷＡの複数の加工部ＷＡ１〜ＷＡ４の加工順序が予め記憶されている。

前記数値制御装置３０は、メモリ３２に記憶されたＮＣプログラムの目標位置指令とエンコーダ２５、２６からの現在位置信号との偏差により、サーボモータ２３、２４をそれぞれ駆動し、テーブル１１および砥石台２０をそれぞれ目標位置に位置決め制御する。

以上の構成に基づき本実施の形態における研削加工方法について、図２に基づいて説明する。

テーブル１１上の主軸台１３と心押台１４との間に工作物ＷＡを支持させた状態で、テーブル１１（工作物ＷＡ）をサーボモータ２３により移動させて、最初に加工すべき第１の加工部ＷＡ１を砥石車２１に対向する位置に位置決めする。この場合、図２（Ａ）に示すように、第１の加工部ＷＡ１の端面より砥石車２１がはみ出さないように第１の加工部ＷＡ１の加工幅内に砥石車１６が位置される。すなわち、第１の加工部ＷＡ１の端部に少量ｔ１の削り残しが生ずる位置にテーブル１１が位置決めされる。ここで、少量ｔ１の削り残しは、できる限り少ないほうが好ましいが、テーブル１１に対する工作物ＷＡの取付け位置のバラツキ等を考慮して、例えば１ｍｍ（ｔ１＝１ｍｍ）程度に設定される。

その状態で、砥石台２０（砥石車２１）をサーボモータ２４により前進させ、砥石車２１の研削面２１ａの全研削幅で工作物ＷＡの第１の加工部ＷＡ１を所定寸法にプランジ研削する。これにより、図２（Ｂ）に示すように、第１の加工部ＷＡ１の端部に削り残し部分ＷＡ１ａが生ずる。

続いて、テーブル１１（工作物ＷＡ）を図の右方向に、上記した削り残し部分ＷＡ１ａの幅寸法の例えば２倍の量だけ移動させ、削り残し部分ＷＡ１ａをトラバース研削により除去する。次いで、テーブル１１（工作物ＷＡ）を前記と逆方向（図の左方向）に、所定量だけ移動させ、第１の加工部ＷＡ１をその全加工幅に渡ってトラバース研削する。この場合のテーブル１１（工作物ＷＡ）のトラバース量は、砥石車２１の進行方向の摩耗量を考慮して、砥石ストレート面が加工端部から数ｍｍ程度はみ出すように設定するのがよい。

このようにして、第１の加工部ＷＡ１の研削加工が終了すると、砥石車２１を後退させるとともに、工作物ＷＡを図の左方向に移動させて、第２の加工部ＷＡ２を砥石車２１の研削面２１ａに対向する位置に位置決めする。その状態で、砥石車２１を前進させ、第２の加工部ＷＡ２を砥石車２１の研削面２１ａにより、第１の加工部ＷＡ１と同様の加工順序で所定寸法に研削加工する。

以下同様に、第３の加工部ＷＡ３、第４の加工部ＷＡ４を砥石車２１の研削面２１ａに対向する位置に順次位置決めし、それら加工部ＷＡ３、ＷＡ４をそれぞれ所定寸法にプランジ研削した後、トラバース研削する。

このように、砥石車２１の研削面２１ａに段差が生じないように研削加工することにより、加工部ＷＡ１〜ＷＡ４の真直度の精度を向上することができる。

また、複数の加工部をＷＡ１〜ＷＡ４有する工作物ＷＡを研削加工する際に、砥石車２１の研削幅Ｂ１よりも大きな加工幅の加工部を最初に研削加工することにより、次に述べるような効果も期待できる。

すなわち、ＣＢＮからなる砥石車２１は通常、工作物ＷＡをある定められた本数研削加工するたびにツルーイングされ、研削面２１ａが整形されるが、ツルーイング直後の研削加工においては、砥石車２１の初期摩耗が大きく、その後はなだらかに摩耗するようになる。従って、上記したように砥石車２１の研削面２１ａの全研削幅で工作物ＷＡの加工部ＷＡ１を最初に研削加工することにより、砥石車２１の初期摩耗が研削面２１ａの全研削幅に及ぼされ、研削面２１ａがその全研削幅に渡って早期に安定するようになる。これはまた、図２（Ｃ）に示すような砥石車２１の研削幅Ｂ１よりも小さな加工幅の加工部ＷＡ２〜ＷＡ４を持つ工作物ＷＡを研削加工する場合でも、加工幅の大きい加工部から研削加工することが、研削面２１ａの安定化に寄与でき、段差の発生を抑制できることになる。

しかしながら、本発明は、図２に示すような多段形状をなす複数の加工部ＷＡ１〜ＷＡ４を有する工作物ＷＡを研削加工する場合の研削加工方法に限定されるものではなく、砥石車２１の研削幅よりも大きな加工幅の加工部を１つだけ有する工作物の研削加工にも適用できるものである。

この場合にも、先に述べた工作物ＷＡの第１の加工部ＷＡ１と同様な研削加工方法で研削加工することにより、プランジ研削時に砥石車２１の研削面２１ａに段差を生じさせない。従って、その後のトラバース研削を、砥石車２１が工作物の加工部から完全に抜けるまでトラバースさせなくても、工作物の真直度を悪化させることがなく、また、砥石車２１の初期摩耗を研削面２１ａの全研削幅に及ぼすことによって、研削面２１ａをその全研削幅に渡って早期に安定させることができる。

図３は、本発明の第２の実施の形態を示すもので、この実施の形態は、工作物ＷＢの加工部ＷＢ１の研削幅Ｂ３が、砥石車２１の研削幅Ｂ１よりも２倍以上の場合に、プランジ研削を加工部ＷＢ１の軸方向２個所で実施し、その後にトラバース研削によって加工部ＷＢ１の全加工幅を研削加工するようにして、工作物ＷＢを高能率に研削加工できるようにしたものである。なお、第１の実施の形態と同様に、加工部ＷＢ１は、図３（Ｂ）の２点鎖線で示すように、その加工幅より砥石車２１がはみ出すことができる形状となっている。

第２の実施の形態においては、１回目のプランジ研削は、先に述べた第１の実施の形態と同様に、加工部ＷＢ１の端部に僅かな削り残しＷＢ１ａが生ずるように行われる。すなわち、図３（Ａ）に示すように、工作物ＷＢ１の加工部ＷＢ１の加工幅内に砥石車１６が位置されるように、加工部ＷＢ１の端部に所定量ｔ１の削り残しが生ずる位置に工作物ＷＢを位置決めする。

その状態で、砥石車２１を前進させて、その研削面２１ａの全研削幅で工作物ＷＢの加工部ＷＢ１を所定寸法にプランジ研削する。これにより、加工部ＷＢ１の端部に削り残し部分ＷＢ１ａ（図３（Ｂ）参照）が生ずるが、その状態で、砥石車２１を一旦後退させるとともに、工作物ＷＢを図３の左方向に砥石車２１の研削幅Ｂ１以上の量移動させて、加工部ＷＢ１の未加工部分が砥石車２１に対応するように位置決めする。

続いて、再び砥石車２１を前進させて、２回目のプランジ研削を行うが、この２回目のプランジ研削においては、１回目のプランジ研削で研削加工した加工部分とオーバラップしないようにすることが肝要である。すなわち、１回目と２回目のプランジ研削を行う場合に、砥石車２１の位置を、図３（Ａ）に示すように、僅かな量だけ離間させ、これによって、砥石車２１の研削面２１ａの全幅に渡って仕事量を同じにし、砥石車２１の研削面２１ａに段差を発生させないようにすることが重要である。なお、僅かな量とは、上記した削り残し部分ＷＢ１ａと同程度の量ｔ１か、それ以下が望ましい。

このようにして、砥石車２１を１回目のプランジ研削と同じ位置まで前進させ、研削面２１ａの全研削幅で加工部ＷＢ１の未加工部分を所定寸法にプランジ研削する。これにより、図３（Ｂ）に示すように、加工部ＷＢ１の中央部に削り残し部分ＷＢ１ｂが生ずることになる。

続いて、工作物ＷＢを、砥石車２１の研削面２１ａが加工部ＷＢ１の左端面を横切る位置まで、図３の右方向に移動させる。これにより、削り残し部分ＷＢ１ｂ、ＷＢ１ａが順次トラバース研削によって削り取られる。しかる後、工作物ＷＢを今度は、砥石車２１の研削面２１ａが加工部ＷＢ１の右端面を横切る位置まで、図３の左方向に移動させ、加工部ＷＢ１の全加工幅をトラバース研削する。

このように、第２の実施の形態における研削加工方法によれば、第１の実施の形態における研削加工方法によって得られる作用効果の他に、砥石車２１の研削幅Ｂ１の２倍以上の加工幅Ｂ３を有する加工部ＷＢ１を、能率的に研削加工でき、サイクルタイムの短縮に寄与できる利点がある。しかも、２回のプランジ研削において、砥石車２１の研削面２１ａの全幅に渡って同じ仕事量をさせるので、砥石車２１の研削面２１ａに段差が生ずることがない。従って、砥石車２１が工作物ＷＢの加工部ＷＢ１から完全に抜けるまでトラバースさせなくても、加工部ＷＢ１の真直度を悪化させることがない。

なお、上記した第２の実施の形態においては、説明を簡単にするために、研削面２１ａの全長に渡ってストレートな砥石車２１によってトラバース研削するようにしているが、実際上は、砥石車２１の研削面２１ａは、図４に示すように、テーパ面２１ａ１と、ストレート面２１ａ２にて構成され、主としてテーパ面２１ａ１によってトラバース研削を行うととともに、ストレート面２１ａ２によって加工部ＷＢ１の面精度を確保するように作用する。なお、テーパ面２１ａ１は、上記した削り残し部分ＷＢ１ａ、ＷＢ１ｂをトラバース研削する側とは反対の端部に形成され、トラバースは、テーパ面２１ａ１が加工部ＷＢ１の端部を通過するまで行われる。

上記した実施の形態においては、テーブル１１に支持される工作物ＷＡ、ＷＢの取付け位置のバラツキ等を考慮して、加工部の端部を僅かな量（例えば１ｍｍ程度）だけ削り残すようにした例について説明したが、かかる削り残しの存在は必ずしも必要ではなく、砥石車２１を工作物の加工幅よりはみ出さないようにして工作物をプランジ研削する本発明の趣旨から考えれば、削り残し幅は０であっても差し支えないものである。

また、上記した実施の形態においては、円筒状の工作物を研削加工する例について述べたが、本発明は、例えばカム形状をなす非円筒状の工作物の研削加工にも適用できるものである。

本発明の研削加工方法を実施する研削盤の平面図である。本発明の第１の実施の形態における研削加工方法を説明する模式図である。本発明の第２の実施の形態における研削加工方法を説明する模式図である。本発明の第２の実施の形態に適した砥石車の形状を示す図である。従来の研削加工方法を説明する模式図である。

符号の説明

１１・・・テーブル、１３・・・主軸台、１４・・・心押台、１７・・・主軸駆動モータ、２０・・・砥石台、２１・・・砥石車、２１ａ・・・研削面、２２・・・砥石駆動モータ、２３、２４・・・サーボモータ、３０・・・数値制御装置、３１・・・中央処理装置、３２・・・メモリ、３７、３８・・・サーボモータ駆動ユニット、３９・・・主軸駆動ユニット、ＷＡ、ＷＢ・・・工作物、ＷＡ１〜ＷＡ４、ＷＢ１・・・加工部、ＷＡ１ａ、ＷＢ１ａ、ＷＢ１ｂ・・・削り残し部分、Ｂ１・・・研削幅、Ｂ３・・・加工幅。

Claims

工作物と砥石車をそれぞれ回転させながら、工作物の軸線方向およびその軸線方向に交差する方向に工作物と砥石車を相対移動させて、砥石車によりその研削幅よりも大きな加工幅を有しかつ前記砥石車が前記加工幅よりはみ出すことが可能な加工部を備えた工作物を研削加工する研削加工方法において、前記工作物の加工幅内より前記砥石車がはみ出さない軸線方向位置において前記砥石車によって工作物をプランジ研削し、その後、前記砥石車と工作物を工作物の軸線方向にトラバースさせて、前記砥石車によって工作物をトラバース研削するとともに、該トラバース研削は、前記砥石車を工作物の加工幅の一方の端を横切る位置までトラバースさせる第１トラバース研削と、前記砥石車を工作物の加工幅の他方の端を横切る位置までトラバースさせる第２トラバース研削からなっていることを特徴する研削加工方法。
請求項１において、前記プランジ研削は、少なくとも工作物の軸方向の２位置において行うとともに、それらのプランジ研削位置が工作物の軸線方向にオーバラップしないようになっていることを特徴する研削加工方法。
工作物と砥石車をそれぞれ回転させながら、工作物の軸線方向およびその軸線方向に交差する方向に工作物と砥石車を相対移動させて、砥石車によりその研削幅よりも大きな加工幅を有しかつ前記砥石車が前記加工幅よりはみ出すことが可能な加工部を備えた工作物を研削加工する研削加工方法において、前記工作物の加工幅内より前記砥石車がはみ出さない軸線方向位置において前記砥石車によって工作物をプランジ研削し、その後、前記砥石車と工作物を工作物の軸線方向にトラバースさせて、前記砥石車によって工作物をトラバース研削するもので、前記工作物は多段の複数の加工部を有し、これら加工部のうち、少なくとも前記砥石車の研削面の研削幅より大きな加工幅を有する加工部に、まず最初に前記砥石車の研削面の全研削幅を作用させてプランジ研削を行うことを特徴とする研削加工方法。