JP4550773B2 - プロファイル研削盤 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、ワークの側面に開口して形成された凹部を円滑に加工するプロファイル研削盤に関する。

従来、図２に示すように、ワークの側面に開口して形成された凹部の内面に垂直方向に対して傾斜する研削面を形成する場合、ワークをワークテーブルに固定し、形成する研削面の傾斜角度に合わせて加工前に砥石を手動で傾けて砥石先端の移動方向を形成しようとする研削面に対して平行になるように設定していた。このため、各面毎に形成しようとする研削面の傾斜角度が異なる場合、各面毎に砥石の角度を再調節する必要が生じ、プロファイル研削作業が煩雑化している。そこで、ワークを支持固定するワークテーブルの後方に可動ベースをワークテーブルに対して相対的に前後方向及び左右方向へ揺動可能に設け、可動ベースに、第１揺動軸を中心として前後方向へ自動的に揺動調節する第１揺動作動装置を備えた第１揺動フレームを設けると共に、第１揺動フレームの前側に第１揺動軸と直交する第２揺動軸を中心として左右方向へ自動的に揺動調節する第２揺動作動装置を備えた第２揺動フレームを設け、第２揺動フレームの前側に回転駆動可能な砥石車を備えた砥石ヘッドを上下方向へ往復動可能に設けた倣い研削盤が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−１３８１１２号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたプロファイル研削盤を使用して、凹部の各内面を加工して傾斜した研削面を形成する場合、砥石は事前に研削面の傾斜角度に合わせて傾斜させているので、砥石のワークに対する切り込み量は、砥石の切り込み側から砥石の抜け側まで一定に設定されることになる。このため、ワークの上面側から砥石の切り込みを開始してワークの裏面側から砥石を抜き去る研削を平面視した凹部の一側から他側に向けて行なった場合、砥石の切り込み側を基準にすると、図７、図８に示すように、ワーク８４の凹部８２の隣り合う２つの表面（内面）８０、８１（又は表面８１、８７）が交わる隅領域８３ではワーク８４の破線で示す下面側（砥石８５の抜け側）の研削量が設計値に対して過大になるという問題が発生する。このため、加工後における凹部８２の内面形状精度には限界が生じていた。

また、凹部８２の一側から他側に向けて研削を開始する場合、砥石８５とワーク８４の一側とが干渉するのを防止すると共に砥石８５の先端部８６の過度な摩耗を防止するため、砥石８５の先端部８６はワーク８４の表面８０、８１、８７に対して傾斜させた状態で研削を行なっている。このため、砥石８５の先端部８６が凹部８２の他側に接近すると、砥石８５の側部が凹部８２の他側と干渉して研削ができないという問題が生じるので、砥石ヘッド８８を旋回させて砥石８５の先端部８６のワーク８４の表面８７に対する傾斜角度を変える必要が生じる。しかし、図８（Ａ）に示すように、砥石ヘッド８８の旋回中心軸８９位置と砥石８５の先端部８６中心位置とは一般に距離Ｌだけずれているため、図８（Ｂ）に示すように、砥石ヘッド８８を旋回させると砥石８５の先端部８６中心は旋回中心軸８９を中心として、旋回中心軸８９と砥石８５の先端部８６中心との距離Ｌを半径とする円弧上を移動する。このため、図８（Ｃ）に示すように、砥石８５が凹部８２の他側に衝突するという問題が生じる。そこで、砥石８５が凹部８２の他側と干渉する前に砥石８５をワーク８４から逃がしワーク８４の表面に対する砥石８５の先端部８６の傾斜角度を再調整して研削を再開するか、凹部８２内面の加工を一側領域及び他側領域に分割してそれぞれ個別に行なうようにしている。その結果、研削前の段取り工程が増加して、加工に要する総時間が長くなるという問題が生じている。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、例えば、ワークの側面に開口して形成された凹部を円滑に加工できるプロファイル研削盤を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係るプロファイル研削盤は、ベース部と、該ベース部上の一側に設けられワークを把持するワークテーブルを備えたワークユニットと、該ベース部上の他側に設けられ砥石を保持しその軸心回りに回転する砥石回転機構を備えた砥石ユニットとを有するプロファイル研削盤において、
前記ワークユニットは、前記ワークテーブルを支持し、該ワークテーブルを回転させないで、水平面内で互いに交わるＸ方向及びＹ方向、並びに水平面に直交するＺ方向にそれぞれ移動する第１〜第３の移動手段を備え、
前記砥石ユニットには旋回機構が設けられ、前記砥石の先端部中心位置を前記旋回機構の回転中心軸に一致させると共に、該旋回機構の回転中心軸を中心として、前記砥石を旋回させる。

本発明に係るプロファイル研削盤において、前記旋回機構は前記ベース部上に設けられ、該旋回機構の回転中心軸の回りに回転する回転テーブルと、該回転テーブル上に設けられ前記砥石回転機構を支持し該砥石回転機構を水平面内で互いに交わるＵ方向及びＶ方向にそれぞれ移動する第４、第５の移動手段とを有することが好ましい。

本発明に係るプロファイル研削盤において、前記ベース部の上方には前記ワークユニット及び前記砥石ユニットを上方から撮像するカメラを備えた撮像機構が設けられていることが好ましい。

請求項１、２記載のプロファイル研削盤においては、第１〜第３の移動手段を操作することで、ワークテーブル上に把持したワークのＺ方向の移動に同期させて、ワークをＸ方向及びＹ方向に移動することができ、砥石のワークに対する切り込み量を上下方向で変化させることが可能になる。これによって、ワークの上面側から砥石の切り込みを開始してワークの下面側から砥石を抜き去る研削を平面視した凹部の一側から他側に向けて行なう場合、ワークの凹部の隣り合う２つの表面（内面）が交わる隅領域の下面側（砥石の抜け側）の研削量を設計値に合わせることができ、凹部の各内面に垂直方向に対して傾斜した形状精度に優れた研削面を形成することが可能になる。
また、砥石ユニットには砥石の先端部の中心位置を通過する垂直線を中心として砥石を旋回させる旋回機構が設けられているので、砥石を旋回させても砥石の先端部外周に沿って接触位置が移動するだけで、加工中に砥石を旋回させても砥石をワークと干渉しないようにできる。その結果、砥石が凹部の一側から他側に向けて移動するのに伴って砥石を徐々に回転させることにより、砥石が他側領域に進入しても凹部の他側と干渉するのを防止でき、ワークの凹部の各内面に垂直方向に対して傾斜した研削面を１回の研削作業で一度に形成することもできる。

請求項２記載のプロファイル研削盤においては、カメラでワークテーブル上に固定されたワークを撮像することで、加工前のワーク位置決め確認、加工後のワーク形状確認を行なうことができる。また、カメラで砥石回転機構に取付けられた砥石を撮像することで、砥石の先端部形状の確認、砥石位置確認（例えば、砥石の先端部中心位置と回転軸との一致確認）が可能になる。更に、カメラで、ワークと砥石を同時に撮像することで、加工原点位置の確認が可能になる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係るプロファイル研削盤の斜視図、図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は同プロファイル研削盤で加工を行なうワークの斜視図、図３は同プロファイル研削盤の砥石ユニットに設けられた旋回機構の斜視図、図４は同プロファイル研削盤の撮像機構の斜視図、図５は同プロファイル研削盤でワークに対して垂直方向に傾斜した研削面の加工を行なう際の状況を示す斜視図、図６は同プロファイル研削盤でワークに対して垂直方向に傾斜した研削面の加工を行なう際の状況を示す平面図である。

図１に示すように、本発明の一実施の形態に係るプロファイル研削盤１０は、設置場所に据え付けられるベース部１１と、ベース部１１上の一側に設けられワーク１２を把持するワークテーブル１３を備えたワークユニット１４と、ベース部１１上の他側に設けられ砥石１５を保持しその軸心回りに回転する砥石回転機構１６を備えた砥石ユニット１７と、ベース部１１の上方に設けられ、ワークユニット１４及び砥石ユニット１７を上方から撮像するカメラ１８を備えた撮像機構１９とを有している。以下詳細に説明する。

ベース部１１は、例えば、鋳鉄等の高剛性材で構成され上部に平坦面２０が形成された架台２１と、架台２１の下部に取付けられた高さ調整可能な複数の脚部材２２を有している。これによって、設置場所の高低差に応じて各脚部材２２の高さ調整を行なうことで、架台２１の平坦面２０を水平状態にすることができる。

ワークテーブル１３は、ワーク１２を直接把持する、例えば、マグネットチャック等のワーク固定台２３と、ワーク固定台２３を支持する第１のワーク台２４と、第１のワーク台２４を水平面（架台２１の平坦面２０に平行な面）内で微小角度回転可能に支持する第２のワーク台２５と、第２のワーク台２５を支持する第３のワーク台２６とを有している。このような構成とすることにより、第１のワーク台２４を介してワーク固定台２３を微小角度回転させることができ、ワーク固定台２３に取付けたワーク１２の位置を微調整することができる。

ワークユニット１４は、ワークテーブル１３の第３のワーク台２６の基側を固定する取付け台２７と、取付け台２７の裏面側に取付けられて水平面に直交するＺ方向に平行配置された対となるＺ方向レール２８上を進退するＺ方向台車２９と、Ｚ方向レール２８を支持するＺ軸コラム３０を有する第３の移動手段３１を備えている。また、ワークユニット１４は、Ｚ軸コラム３０を載置するコラム台３２と、コラム台３２の裏面側（下面側）に取付けられて水平面のＸ方向に平行配置された対となるＸ方向レール３３上を進退するＸ方向台車３４と、Ｘ方向レール３３を支持するＸ軸コラム３５を有する第１の移動手段３６と、Ｘ軸コラム３５の裏面側（下面側）に取付けられて架台２１の平坦面２０上一側に、例えばＸ方向に直交するＹ方向に平行配置された対となるＹ方向レール３７上を進退するＹ方向台車３８とを有する第２の移動手段３９とを備えている。

このような構成とすることにより、取付け台２７をＺ方向に進退させることで、ワークテーブル１３を介してワーク１２をＺ方向に進退させることができる。また、Ｙ方向台車３８をＹ方向に進退させることでＸ方向台車３４をＹ方向に進退させることができ、Ｘ方向台車３４をＸ方向に進退させることで取付け台２７をＸ方向に進退させることができる。その結果、取付け台２７をＺ方向に進退させながらＹ方向台車３８及びＸ方向台車３４をそれぞれＹ方向及びＸ方向に進退させることで、ワークテーブル１３上に把持したワーク１２のＺ方向の移動に同期させて、ワーク１２をＸ方向及びＹ方向に移動することができる。

図１、図３、図４に示すように、砥石回転機構１６は、砥石１５の中央部に設けられた取付け部材４０（図６参照）の取付け孔に嵌入して取付け部材４０と連結する回転主軸４１を有する電動機４２と、電動機４２に取付けられ回転主軸４１に連結された砥石１５を覆う砥石カバー４３とを備えている。また、砥石カバー４３内には、プロファイル研削盤１０に近接して別置された図示しない研削液供給器から輸送される研削液を砥石１５の先端部に供給する図示しないノズルが設けられている。

砥石ユニット１７は、砥石回転機構１６の電動機４２を載置する載置台４４、載置台４４の裏面側に取付けられて水平面のＵ方向（図１ではＸ方向に平行）に平行配置された対となるＵ方向レール４５上を進退するＵ方向台車４６が設けられた第４の移動手段４７と、Ｕ方向レール４５を支持するＵ方向レール支持台４８、Ｕ方向レール支持台４８の裏面側に取付けられ水平面上で、例えばＵ方向に直交するＶ方向（図１ではＹ方向に平行）に平行配置された対となるＶ方向レール４９上を進退するＶ方向台車５０、及びＶ方向レール４９を支持するＶ方向レール支持台５１が設けられた第５の移動手段５２と、Ｖ方向レール支持台５１を載置しベース部１１の平坦面２０に垂直となる回転中心軸Ｐの回りに回転する回転テーブル５３と、回転テーブル５３の側部を覆うテーブルカバー５３ａを備えた旋回機構５４を有している。そして、旋回機構５４は、ベース部１１の平坦面２０上の他側に固定された回転テーブル架台５５の一側に取付けられている。

このような構成とすることにより、回転テーブル５３を回転させることで、砥石回転機構１６が回転テーブル５３の回転中心軸Ｐの回りで旋回することになり、砥石１５も回転テーブル５３の回転中心軸Ｐの回りで旋回することになる。また、載置台４４及びＵ方向レール支持台４８をＵ方向及びＶ方向にそれぞれ進退させることで、載置台４４に取付けた砥石回転機構１６を回転テーブル５３上方の水平面内の任意の位置に移動させることができるので、載置台４４及びＵ方向レール支持台４８の各移動量を調整することで、回転テーブル５３の回転中心軸Ｐ上に砥石１５の先端部中心位置を実質的に一致させることができる。これにより、回転テーブル５３を回転させても、砥石１５の先端部中心は回転テーブル５３の回転中心軸Ｐ上で回転するだけで旋回しないようにできる。

撮像機構１９は、回転テーブル架台５５上の他側にＺ方向と同じ方向に平行に立設され先部が砥石回転機構１６の上方位置に配置されるカメラ支柱５６と、カメラ支柱５６の先部にＹ方向（Ｖ方向）と同じ方向に取付けられ先部にカメラ取付け部５７が形成されたカメラ支持部材５８と、カメラ取付け部５７に固定されるカメラ（例えば、ＣＣＤを撮像素子としたズーム機能付ビデオカメラ）１８を有している。更に、撮像機構１９は、撮像時に、例えば、Ｖ方向レール支持台５１上に載置されるカメラ照明器（例えば、高輝度発光ダイオードを発光源とする照明器）５９とを有している。更に、撮像機構１９は、カメラ１８で撮像した画像を表示して、加工前のワーク位置決め確認、加工後のワーク形状確認、砥石の先端部形状の確認、砥石位置確認、加工原点位置の確認を行なう図示しない表示器を有している。

ここで、プロファイル研削盤１０には、取付け台２７、Ｙ方向台車３８、及びＸ方向台車３４をＺ方向、Ｙ方向、及びＸ方向にそれぞれ手動操作で進退させ、回転テーブル５３をその回転中心軸Ｐの回りに手動操作で回転させる手動制御機能を備えると共に、取付け台２７、Ｙ方向台車３８、及びＸ方向台車３４をＺ方向、Ｙ方向、及びＸ方向にそれぞれ設定距離だけ自動で進退させ、回転テーブル５３をその回転中心軸Ｐの回りに設定角度だけ自動で回転させる図示しない数値制御装置が設けられている。これにより、設定図面に基づいて加工用のプログラムを作成して数値制御装置に入力することで、ワークテーブル１３に把持されたワーク１２の加工を自動で行なうことができる。

続いて、本発明の一実施の形態に係るプロファイル研削盤１０を使用して、図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に斜視方向を変えて図示したワーク１２の側面に開口して形成された凹部６１の各内面に垂直方向に対して一定角度で傾斜する研削面を１回の研削作業で一度に形成する場合の研削方法について説明する。
先ず、設計図面に基づいてプロファイル研削盤１０の数値制御装置用の加工プログラムを作成する。そして、ワーク１２の取付け基準面をワーク固定台２３の基準面に取付け、作成した加工プログラムを数値制御装置に入力する。ここで、ワーク１２には、例えば、予めワーク固定台２３に取付ける際に基準となる取付け基準面が形成されており、ワーク固定台２３の固定基準面に、この取付け基準面を合わせることで、ワーク固定台２３に取付けたワーク１２の取付け方向及び取付け位置をプロファイル研削盤１０の機械原点に対して決めることができる。

次いで、載置台４４及びＵ方向レール支持台４８をＵ方向及びＶ方向にそれぞれ進退させて、載置台４４に取付けた砥石回転機構１６の砥石１５の先端部中心位置を回転テーブル５３の回転中心軸Ｐと一致させる。このとき、図３に示すように、回転テーブル５３を回転させて、このときの状態を図４に示すようにカメラ１８で撮像し表示器に表示して、回転テーブル５３を回転させた際に砥石１５の先端部中心位置が回転テーブル５３の回転中心軸Ｐ上からずれないことを確認する。

砥石１５の先端部中心位置と回転テーブル５３の回転中心軸Ｐ位置との一致作業が終了すると、取付け台２７、Ｙ方向台車３８、及びＸ方向台車３４をＺ方向、Ｙ方向、及びＸ方向にそれぞれ手動操作で移動させると共に、第１のワーク台２４を介してワーク固定台２３を微小角度回転させてワーク固定台２３に取付けたワーク１２の位置を微調整し、ワーク１２の加工開始点を加工プログラム上で設定した加工原点位置に一致させる。このとき、カメラ１８で、ワーク１２の加工開始点と砥石の先端部を同時に撮像して表示器に表示することで、ワーク１２の加工開始点と砥石の先端部との定量的な位置関係から、ワーク１２の加工開始点が加工プログラム上で設定した加工原点位置に一致するか否かを確認することができる。

加工原点位置合せが終了して、数値制御装置の加工開始スイッチを入れることにより、ワーク１２の凹部６１の内面に対して加工プログラムに従った、例えば、ワーク１２の上面側から砥石１５の切り込みを開始してワーク１２の裏面側（下面側）から砥石１５を抜き去る研削を凹部６１の一側から他側に向けて行なう研削作業が開始する。なお、加工中及び加工後のワーク１２状態をカメラ１８で撮像して表示器に表示することで、研削状況及びワーク１２形状の確認をその場で行なうことができる。

ここで、取付け台２７をＺ方向に進退させながらＹ方向台車３８及びＸ方向台車３４をそれぞれＹ方向及びＸ方向に進退させることで、ワークテーブル１３上に把持したワーク１２のＺ方向の移動に同期させて、ワーク１２をＸ方向及びＹ方向に移動することができるので、隣り合う２つの面が交わる凹部６１の隅領域Ｍ、Ｎの下面側（砥石の抜け側）の研削量を設計値に合わせることができ、凹部６１の各内面に垂直方向に対して均一に傾斜した研削面を形成することができる。

また、図５、図６に示すように、砥石１５が凹部６１の一側から他側に向けて移動するのに伴って回転テーブル５３を回転させて砥石回転機構１６を徐々に旋回させていくが、回転テーブル５３の回転中心軸Ｐ位置と、砥石１５の先端部中心位置とが実質的に一致しているので、回転テーブル５３を回転させても砥石１５の先端のワーク１２との接触位置が砥石１５の先端部外周に沿って移動するだけである。このため、砥石１５がワーク１２の凹部６１の他側に近接した状態で回転テーブル５３を回転しても、凹部６１の他側と接触するのが防止でき、ワーク１２の凹部６１の一側から他側までを１回の研削作業で一度に、すなわち、一筆で加工することができる。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
例えば、ベース部上にワークテーブルをＹ方向に移動する第２の移動手段を設け、第２の移動手段の上にワークテーブルをＸ方向に移動する第１の移動手段を設けたが、第１の移動手段と第２の移動手段を入れ換えてもよい。回転テーブル上に砥石回転機構をＶ方向に移動する第５の移動手段を設け、第５の移動手段の上に砥石回転機構をＵ方向に移動する第４の移動手段を設けたが、第５の移動手段と第４の移動手段を入れ換えることもできる。更に、Ｕ方向及びＶ方向をそれぞれＸ方向及びＹ方向に一致させたが、Ｕ方向及びＶ方向をＸ方向及びＹ方向にそれぞれ一致させなくてもよい。そして、Ｕ方向とＶ方向、Ｘ方向とＹ方向をそれぞれ水平面内で直交させたが、９０度以外の任意の角度で交わるようにしてもよい。
また、ワークの凹部の一側から他側までを１回の研削作業で一度に行なったが、例えば、凹部の形状が複雑な場合は、凹部を複数の研削領域に分割して、各研削領域の研削面の形状を確認しながら研削作業を行なってもよい。

本発明の一実施の形態に係るプロファイル研削盤の斜視図である。 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ同プロファイル研削盤で加工を行なうワークの斜視図である。 同プロファイル研削盤の砥石ユニットに設けられた旋回機構の斜視図である。 同プロファイル研削盤の撮像機構の斜視図である。 同プロファイル研削盤でワークに対して垂直方向に傾斜した研削面の加工を行なう際の状況を示す斜視図である。 同プロファイル研削盤でワークに対して垂直方向に傾斜した研削面の加工を行なう際の状況を示す平面図である。 従来例に係るプロファイル研削盤を用いた加工時における砥石の先端部の軌跡を示す説明図である。 （Ａ）は従来例に係るプロファイル研削盤において砥石ヘッドの旋回中心軸位置と砥石の先端部中心位置とのずれを示す説明図、（Ｂ）は砥石ヘッドを旋回させた際の砥石の先端部中心の移動を示す説明図、（Ｃ）は砥石ヘッドの旋回により砥石が凹部の他側に衝突する状況を示す説明図である。

１０：プロファイル研削盤、１１：ベース部、１２：ワーク、１３：ワークテーブル、１４：ワークユニット、１５：砥石、１６：砥石回転機構、１７：砥石ユニット、１８：カメラ、１９：撮像機構、２０：平坦面、２１：架台、２２：脚部材、２３：ワーク固定台、２４：第１のワーク台、２５：第２のワーク台、２６：第３のワーク台、２７：取付け台、２８：Ｚ方向レール、２９：Ｚ方向台車、３０：Ｚ軸コラム、３１：第３の移動手段、３２：コラム台、３３：Ｘ方向レール、３４：Ｘ方向台車、３５：Ｘ軸コラム、３６：第１の移動手段、３７：Ｙ方向レール、３８：Ｙ方向台車、３９：第２の移動手段、４０：取付け部材、４１：回転主軸、４２：電動機、４３：砥石カバー、４４：載置台、４５：Ｕ方向レール、４６：Ｕ方向台車、４７：第４の移動手段、４８：Ｕ方向レール支持台、４９：Ｖ方向レール、５０：Ｖ方向台車、５１：Ｖ方向レール支持台、５２：第５の移動手段、５３：回転テーブル、５３ａ：テーブルカバー、５４：旋回機構、５５：回転テーブル架台、５６：カメラ支柱、５７：カメラ取付け部、５８：カメラ支持部材、５９：カメラ照明器、６１：凹部

Claims (2)

1. ベース部と、該ベース部上の一側に設けられワークを把持するワークテーブルを備えたワークユニットと、該ベース部上の他側に設けられ砥石を保持しその軸心回りに回転する砥石回転機構を備えた砥石ユニットとを有するプロファイル研削盤において、
   前記ワークユニットは、前記ワークテーブルを支持し、該ワークテーブルを回転させないで、水平面内で互いに交わるＸ方向及びＹ方向、並びに水平面に直交するＺ方向にそれぞれ移動する第１〜第３の移動手段を備え、
   前記砥石ユニットには旋回機構が設けられ、前記砥石の先端部中心位置を前記旋回機構の回転中心軸に一致させると共に、該旋回機構の回転中心軸を中心として、前記砥石を旋回させることを特徴とするプロファイル研削盤。
2. 請求項１記載のプロファイル研削盤において、前記ベース部の上方には前記ワークユニット及び前記砥石ユニットを上方から撮像するカメラを備えた撮像機構が設けられていることを特徴とするプロファイル研削盤。

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