JP4442011B2 - 溝加工装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばリニアガイドやボールねじ等のワークに形成されるボール転動溝の内面を仕上げ加工するための溝加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えばリニアガイドのレールやスライダのボール転動溝を所望の面精度(面粗さ)に仕上げるために、砥石を用いた溝加工装置が使用されることがある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
砥石を用いる溝加工装置は、砥石を成形するためのドレッサや砥石とワーク溝を正確に位置決めするための高精度の案内や送り装置が必要となり、機械が大きく複雑になる。また、面粗さを良くするためには砥粒径の小さい砥石を使用しなければならず、加工効率が悪い。
【0004】
効率良く加工するために、粗、仕上げの2工程に分けて加工すると、粗加工された溝に仕上げ砥石を正確に位置決めする必要があり、難しい。位置ずれを考慮して仕上げ取代を多くとると加工効率が悪くなる。また、位置決め精度を上げるために同じ機械で加工すると、粗加工から仕上げ加工に移る時に砥石交換するか2つの砥石をもつ必要があり、より複雑で高価な機械が必要になる。
【0005】
なお、ラッピングテープを用いる従来の加工装置では、図5に示すようにラッピングテープの移動方向が切替わる時のテープ端t1,t2付近の研磨量(取りしろ)が、それ以外の箇所の研磨量よりも大きくなり、本来は2点鎖線Mで示すように平坦であるべき加工面が実線Nで示す加工面のような形状崩れΔHを生じてしまうことがある。
【0006】
従ってこの発明の目的は、ラッピングテープを用いる低コストの装置で高精度にかつ能率良く溝を仕上げることができるような溝加工装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を果たすための本発明は、ワークの溝を加工するための溝加工装置であって、前記溝の断面に対応した凸形状の先端面を有しかつこの先端面を前記溝内に進入させるバックアップ部材と、前記バックアップ部材の先端面に巻掛けることによって該先端面に沿う形状となるラッピングテープと、前記ラッピングテープが前記ワークの前記溝と平行な方向に張るよう該ラッピングテープを前記バックアップ部材に向かって供給するテープ供給機構と、前記バックアップ部材の先端面を前記ラッピングテープと共に前記溝の内面に向かって押圧する押付け機構とを具備し、前記ワークが螺旋状のねじ溝を有するボールねじであり、該ワークを軸まわりに回転させるための回転機構と、該ワークの軸線方向に移動可能な加工機本体部とを有し、該加工機本体部に前記テープ供給機構と前記バックアップ部材が設けられ、前記ねじ溝に前記バックアップ部材の先端面が進入し該先端面が前記ねじ溝と噛合うことにより、前記ワークが回転する際に前記加工機本体部が前記ワークの軸線方向に従動するものである。
【0008】
ラッピングテープの幅あるいはバックアップ部材の幅よりも長い直線溝をラッピングテープの相対的な往復動によって加工する場合、前記移動機構は、移動方向を切替える際にワークに対するラッピングテープのストローク終端位置を順次変化させるようにするとよい。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下に開示例としての第1の実施形態について、図1から図4を参照して説明する。図1に示す溝加工装置10は、ワークW1の一例であるリニアガイド用スライダのボール転動溝11を仕上げ加工するものである。ボール転動溝11の断面は、例えば半円形あるいはゴシックアーチ状などであり、予め機械加工によってワークW1の長手方向に沿って形成されている。
【0010】
この実施形態の溝加工装置10は、ワークW1を保持するためのクランプ機構12を備えた加工テーブル13と、加工ヘッド14を備えた加工機本体部15などを備えている。加工テーブル13の一例は工作機械等の1軸テーブルであり、図3に模式的に示す移動機構20によって、矢印A方向(溝11の軸線Xに沿う方向)に往復移動させることができるようになっている。しかもこの移動機構20は、図4に示すように移動方向を切り替えるたびに、その移動ストロークをS1,S2…Snと複数段階に変化させることができるような制御手段を備えている。
【0011】
図1に示すように加工機本体部15に、フレーム21と、供給リール22と、供給側の送りローラ23と、巻取リール24と、巻取側の送りローラ25などが設けられている。リール22,24は、図3に一部を示すリール駆動モータ26によって回転させることができる。送りローラ23,25は、図3に一部を示すローラ駆動モータ27によって回転させることができる。リール22,24とローラ23,25とモータ26,27等は、この発明で言うテープ供給機構28を構成している。
【0012】
加工機本体部15に設けた加工ヘッド14に、後述するバックアップ部材30とガイドローラ31,32などが設けられている。加工ヘッド14は、図示しない昇降機構によって上下方向に所望量移動させることが可能であり、例えば図1に示すように加工すべき溝11の高さに応じて、バックアップ部材30を所望の高さに位置させることができるようになっている。
【0013】
供給リール22にラッピングテープ35が巻かれている。ラッピングテープ35は、可撓性のテープ基材の表面に砥粒面を施したものであり、適度なテンションを与えてバックアップ部材30の先端面30aに押付けた状態において、バックアップ部材30の先端面30aに応じた形状に撓むことができるような可撓性を有している。このラッピングテープ35は、ワークW1の幅方向、すなわち溝11の軸線X(図3に示す)と直交する方向に沿ってバックアップ部材30の先端面30aに巻掛けられている。
【0014】
バックアップ部材30は、例えばウレタンエラストマのようにゴム弾性を有する材料からなる。図2に示すようにバックアップ部材30の先端面30aは、溝11の円弧状断面に応じた形成されている。さらに詳しくは、バックアップ部材30の先端面30aにラッピングテープ35を重ねた状態において、ラッピングテープ35の外面が溝11の円弧形状と合致するようにしている。図示例の場合には、バックアップ部材30の先端面30aの曲率半径R1にラッピングテープ35の厚さDを加えた寸法が溝11の曲率半径R2に相当することになる。
【0015】
ゴム弾性を有する材料によってバックアップ部材30が形成されている場合、バックアップ部材30がある程度弾性変形できるため、バックアップ部材30と溝11の位置が多少ずれていても、無理なく溝11を加工することができる。バックアップ部材30を金属等の硬質材料によって構成した場合には、バックアップ部材30の位置を正確に規制すれば、バックアップ部材30の位置に応じて、研磨加工によって溝11の位置を修正することができる。また、ウレタン樹脂等の弾性材料からなるバックアップ部材のベースの先端面(溝11と接する箇所)を、硬質材料によって被ったものを使用すれば、上記2つの特性を合わせたバックアップが可能となる。
【0016】
加工機本体部15はテンション用シリンダ40を備えている。テンション用シリンダ40は、加工ヘッド14をガイドレール41に沿って上昇させることにより、ラッピングテープ35に適度なテンションを与える。またこの溝加工装置10は、加工ヘッド14を図1中の矢印B,C方向に付勢可能なエアシリンダ等を用いた押付け機構42を備えている。
【0017】
次に、上記構成の溝加工装置10の作用について説明する。
図1に示すように供給リール22から繰り出されたラッピングテープ35は、供給側の送りローラ23とガイドローラ31を経由して、バックアップ部材30の先端面30aに巻掛けられ、さらにガイドローラ32と巻取側の送りローラ25を経由して巻取リール24に巻取られる。このラッピングテープ35は、バックアップ部材30と接する箇所において、テンション付与機構として機能するテンション用シリンダ40によって適度なテンションが与えられることにより、バックアップ部材30の先端面30aに沿う形状となる。
【0018】
加工機本体部15を押付け機構42によって図1中の矢印B方向に移動させることにより、バックアップ部材30を矢印B方向に移動させ、バックアップ部材30の溝11内に進入させてラッピングテープ35を溝11の内面に押付ける。この押付け状態を維持したまま、移動機構20によってワークW1を溝11の軸線Xに沿って第1の方向に相対移動させる。この場合、ワークW1はラッピングテープ35の幅方向に移動することになる。そののち移動方向を切り替え、ワークW1を溝11の軸線Xに沿って第2の方向(逆方向)に相対移動させる。そののち再び第1の方向に移動させる。
【0019】
この実施形態の溝加工装置10は、移動方向を切り替えるたびに、図4に示すようにラッピングテープ35のストローク終端位置をP1,P2…Pnと段階的に順次変化させるとともに、移動距離自体もS1,S2…Snと変化させる。こうしてラッピングテープ35とワークW1をテープ35の幅方向に相対的に往復移動させつつ、加工ストロークを溝11の軸線X方向全体に振り分ける。こうすることにより、テープ35の幅に比べてはるかに長いワークW1の溝11を加工する場合に、軸線X方向に研磨量がばらつくことが回避され、溝11の直線度と面粗さを向上させることができる。
【0020】
上記のようにラッピングテープ35によって溝11の内面を所定回数研磨したのち、押付け機構42を図1中の矢印C方向に移動させることにより、ラッピングテープ35を溝11から離す。そして供給リール22から未使用のラッピングテープ35を所定量繰り出すとともに、その繰り出し分だけ使用済みのラッピングテープ35を巻取リール24に巻取る。こうすることにより、ラッピングテープ35の新たな砥粒面が溝11に接することができるようになるため、砥石を用いる場合のようなドレッシングを要することなく、総型形状の面粗さを高精度に仕上げることが可能となる。
【0021】
次に、図6〜図8に開示例としての第2の実施形態の溝加工装置10Aについて説明する。
図6に示すように、この溝加工装置10Aは、ワークW2を保持するためのクランプ機構50を備えたテーブル51と、テーブル51上に設けた加工機本体部52を備えている。ワークW2の一例はリニアガイドのレールである。
【0022】
加工機本体部52は、水平方向に延びるガイドレール55に沿って移動可能であり、駆動モータ56とギヤ57等を用いた移動機構58によって、ワークW2の溝60の軸線方向に往復移動させることができるようになっている。図8に示すように、往復移動のストローク端を規制するためのストッパ61,62と、ストローク端検出用の近接スイッチ63,64なども備えている。
【0023】
加工機本体部52のフレーム70に加工ヘッド71が設けられている。加工ヘッド71は、エアシリンダ等を用いた押付け機構72(図8に示す)によって、上下方向のリニアガイド73に沿って、上下方向に移動させることができるようになっている。
【0024】
この加工ヘッド71に、供給リール75と、巻取リール76と、テープ送りローラ77,78と、クランプローラ79,80と、テンションローラ81,82と、バックアップ部材83などが設けられている。送りローラ77,78は、図6に一部を示すローラ駆動モータ84によって回転させられる。リール75,76はリール駆動モータ85等によって回転する。これらはテープ供給機構86を構成している。
【0025】
バックアップ部材83の先端面83aは、ワークW2の溝60の断面に応じた凸形状をなし、このバックアップ部材83の先端面83aにラッピングテープ35を巻掛けることにより、ラッピングテープ35がバックアップ部材83の先端面83aに沿って溝60の内面に合致する形状となる。すなわちこの実施形態の場合も、バックアップ部材83の先端面83aにラッピングテープ35の厚みを加えた形状が、溝60の内面形状に相当することになる。
【0026】
ラッピングテープ35は、ワークW2の溝60の軸線と平行な方向にバックアップ部材83に巻掛けられている。つまりこの実施形態の場合、ラッピングテープ35がバックアップ部材83の移動方向に張られているため、加工中にラッピングテープ35に与えるテンションが小さくても、ラッピングテープ35の位置がずれてしまうことがない。
【0027】
次に、上記第2の実施形態の溝加工装置10Aの作用について説明する。
図7に示すように供給リール75から繰り出されたラッピングテープ35は、供給側の送りローラ77とテンションローラ81を経由して、バックアップ部材83の先端面83aに巻掛けられ、さらに巻取側のテンションローラ82と送りローラ78を経由して巻取リール76に巻取られる。ラッピングテープ35は、バックアップ部材83と接する箇所において、テンションローラ81,82によって適度なテンションが与えられることにより、バックアップ部材83の先端面83aに沿う形状となる。
【0028】
図6に示す状態から加工ヘッド71を降下させることにより、バックアップ部材83の先端面83aをワークW2の溝60に進入させるとともに、バックアップ部材83によってラッピングテープ35を溝60の内面に押付ける。この押付け状態を維持したまま、移動機構58によって加工機本体部52を溝60の軸線に沿って第1の方向に相対移動させる。この場合、ラッピングテープ35は、ワークW2の溝60に対してテープ35の長さ方向に移動することになる。そののち移動方向を切り替え、加工機本体部52を第2の方向に相対移動させる。こうしてラッピングテープ35による溝60の加工が行われる。
【0029】
この実施形態の場合も、第1の実施形態と同様に、ワークW2に対するラッピングテープ35の移動方向(相対的な移動方向)を切り替えるたびに移動ストロークを順次変化させ、溝60の長手方向全体にテープ端を振り分けることで、溝60の直線度と面粗さを向上させることができる。
【0030】
溝60の内面をある程度加工したのち、加工ヘッド71を上昇させ、供給リール75から未使用のラッピングテープ35を所定量繰り出すとともに、使用済みのラッピングテープ35を巻取リール76に巻取る。こうすることによって、ラッピングテープ35の新たな砥粒面が溝60に接することができるようになるため、砥石を用いる場合のようなドレッシングを要することなく、総型形状の面粗さを高精度に仕上げることが可能となる。
【0031】
なお、上記第2の実施形態の溝加工装置10Aにおいて、バックアップ部材83を回転可能な円板形とし、加工に伴ってラッピングテープ35を少しずつ移動させるようにすれば、常に新しいラッピングテープ35の砥粒面を使用することができ、加工効率を高めることができる。
【0032】
図9と図10は、本発明に係る第3の実施形態の溝加工装置10Bを示している。ワークW3の一例はボールねじである。この溝加工装置10Bは、ワークW3の外周に形成される螺旋状の溝(図11に示すねじ溝90)を加工するためのものである。ワークW3の両端部はセンタ部材91,92によって回転自在に支持されている。ワークW3の一端側に設けたアタッチメント93と駆動部材94を含む回転機構95によって、ワークW3を軸まわりに回転させることができるようになっている。
【0033】
テーブル100上に水平方向に延びるガイドレール101が設けられており、このガイドレール101に沿って、加工機本体部102が水平方向に移動するようになっている。加工機本体部102の移動ストローク終端位置は、位置決め用ドグ103と近接スイッチ104等によって規制される。
【0034】
加工ヘッド109のフレーム110に、ラッピングテープ35を供給するための供給リール111と、ラッピングテープ35を巻取る巻取リール112と、送りローラ113,114と、ガイドローラ115と、回転式のバックアップ部材120などが設けられている。リール111,112は、図9に示すリール駆動モータ121等によって回転させられる。送りローラ113,114は、ローラ駆動モータ122によって回転する。これらはテープ供給機構123を構成している。
【0035】
バックアップ部材120は、例えばウレタンエラストマ等のゴム状弾性体によって円板状に作られている。バックアップ部材120の先端面120aは、バックアップ部材120の全周にわたってワークW3の溝90の断面に応じた凸形状をなしている。このバックアップ部材120の先端面120aにラッピングテープ35を巻掛け、適度なテンションを与えることによって、ラッピングテープ35がバックアップ部材120の先端面120aに応じて変形し、溝90の内面に対応した形状となる。この場合、ラッピングテープ35は、溝90の加工方向にラッピングテープ35が張られることになるため、与えるテンションが小さくても、加工中にラッピングテープ35の位置がずれることを回避できる。
【0036】
図9に示すように加工ヘッド109は、ワークW3の溝90(図11に示す)のリード角θ1に応じた角度θ2だけ傾けられている。バックアップ部材120の反対側の位置に、ワークW3を挟むようにして押付けローラ130が設けられている。この押付けローラ130は、エアシリンダ等を用いた押付け機構131によってバックアップ部材120に向かって押圧される。これにより、バックアップ部材120の先端面120aがワークW3の溝90に進入し、ラッピングテープ35がバックアップ部材120によって溝90に押付けられるようになっている。
【0037】
上記のようにバックアップ部材120の先端面120aにラッピングテープ35を沿わせ、押付け機構131によって溝90に押付けた状態で、回転機構95によってワークW3を軸まわりに回転させつつ、その回転量に関連した速度で、加工機本体部102をワークW3の軸線方向に移動させる。この場合、ラッピングテープ35の長さ方向にワークW3の溝90が移動することになる。また、加工の途中で、必要に応じてテープ供給機構123を駆動するとともにバックアップ部材120を回転させることにより、新たなラッピングテープ35の砥粒面を溝90の内面に接触させることができる。
【0038】
上記実施形態では、ワークW3が回転する際に、ワークW3の回転と同期して加工機本体部102を駆動機構によってワークW3の軸線方向に積極的に移動させている。但し、ねじ溝90とバックアップ部材120との噛合いを利用して、ワークW3が回転する際に加工機本体部102がワークW3の軸線方向に従動するようにしてもよい。
【0039】
なお、本発明を実施するに当たって、ワーク、溝、ラッピングテープ等の形態をはじめとして、バックアップ部材や、テープ供給機構、押付け機構、移動機構など、本発明を構成する各要素を適宜に変形して実施できることは言うまでもない。
【0040】
【発明の効果】
請求項1に記載した発明によれば、ラッピングテープを用いてワークの溝を高精度に仕上げることができ、砥石を用いる場合のようなドレッシングあるいは砥石の交換が不要となり、能率良く溝加工を行うことができる。
請求項2に記載した発明によれば、ラッピングテープのテープ幅あるいはバックアップ部材よりも長い直線溝を、ラッピングテープを相対的に往復移動させることによって加工する場合に、研磨量(取りしろ)が溝の軸線方向にばらつくことを抑制でき、直線溝の面粗さと形状精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 開示例としての第1の実施形態を示す溝加工装置の側面図。
【図2】 図1に示された溝加工装置の加工ヘッドの一部の拡大断面図。
【図3】 図1中の矢印F2方向から見た溝加工装置の正面図。
【図4】 図1に示された溝加工装置の加工ヘッドのストローク変化を模式的に示す正面図。
【図5】 従来のラッピングテープを用いた場合の加工ヘッドの加工ストロークと加工面を模式的に示す正面図。
【図6】 開示例としての第2の実施形態を示す溝加工装置の側面図。
【図7】 図6に示された溝加工装置の正面図。
【図8】 図6に示された溝加工装置の平面図。
【図9】 本発明に係る第3の実施形態を示す溝加工装置の正面図。
【図10】 図9に示された溝加工装置の側面図。
【図11】 図9に示された溝加工装置によって加工されるワークの一部の断面図。
【符号の説明】
W1,W2,W3…ワーク
10,10A,10B…溝加工装置
11…溝
20…移動機構
28…テープ供給機構
30…バックアップ部材
30a…先端面
35…ラッピングテープ
42…押付け機構
58…移動機構
60…溝
72…押付け機構
83…バックアップ部材
83a…先端面
86…テープ供給機構
90…溝
95…回転機構
120…バックアップ部材
120a…先端面
123…テープ供給機構
131…押付け機構
Claims (1)
- ワークの溝を加工するための溝加工装置であって、
前記溝の断面に対応した凸形状の先端面を有しかつこの先端面を前記溝内に進入させるバックアップ部材と、
前記バックアップ部材の先端面に巻掛けることによって該先端面に沿う形状となるラッピングテープと、
前記ラッピングテープが前記ワークの前記溝と平行な方向に張るよう該ラッピングテープを前記バックアップ部材に向かって供給するテープ供給機構と、
前記バックアップ部材の先端面を前記ラッピングテープと共に前記溝の内面に向かって押圧する押付け機構とを具備し、
前記ワークが螺旋状のねじ溝を有するボールねじであり、該ワークを軸まわりに回転させるための回転機構と、該ワークの軸線方向に移動可能な加工機本体部とを有し、該加工機本体部に前記テープ供給機構と前記バックアップ部材が設けられ、前記ねじ溝に前記バックアップ部材の先端面が進入し該先端面が前記ねじ溝と噛合うことにより、前記ワークが回転する際に前記加工機本体部が前記ワークの軸線方向に従動することを特徴とする溝加工装置。
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