JP4812489B2 - ころ軸受軌道輪の超仕上げ加工装置 - Google Patents

Description

この発明は、円すいころ軸受または円筒ころ軸受の内輪または外輪からなる軌道輪の転走面を加工する超仕上げ加工装置に関する。

ころ軸受の内輪または外輪の転走面は、断面が軸方向にストレート面、または断面が１種類の円弧形状となる単一クラウニング面、または断面が複数の円弧形状で繋ぎ併せた形状となる複合クラウニング面、または断面が対数曲線となる対数クラウニング面を有している。これらの面の超仕上げ加工は、円すい面または円筒面に垂直に配置された角形砥石を用いて、円すい面または円筒面に平行にトラバース動作（往復動作）および微振動動作を砥石に与え、かつ砥石を加圧することによって行なっていた。特許文献１および特許文献２にはこのような超仕上げ加工を行うための装置が開示されている。
特開２００２−３２６１５３号公報 特開２００４−２０９６３１号公報

上記の超仕上げ加工装置の場合、砥石のトラバース動作および微振動動作は円すい角度面または円筒面に平行になされる。また、砥石に対する加圧力は円すい角度面または円筒面に垂直に作用する。したがって、転走面が単一クラウニング面、複合クラウニング面、あるいは対数クラウニング面の場合、超仕上げ加工による研磨加工量は転走面の軸方向に対して不均一となり、軸方向中央部は除去量過大、軸方向端部は除去量過少となる。そのため軸方向形状が崩れ、均一な仕上げ面が得られないことがある。

図７（Ａ）（Ｂ）は、従来装置によりクラウニング面を超仕上げ加工する場合の加工の状況を概念的に示し、（Ａ）は単一クラウニング面を、（Ｂ）は複合クラウニング面を加工する場合をそれぞれ示している。図において、砥石ホルダー１００に保持された砥石１０１は、軸回転する被加工ワークとしての軌道輪１０２の表面（転走面）に対して矢示のように平行にトラバース動作および微振動動作しながら作用し、また、砥石１０１の中心線１０１ａに沿うよう軌道輪１０２の表面に垂直に加圧された状態で超仕上げ加工がなされる。このような加工にあっては、上述のように軌道輪１０２における軸方向中央部表面１０２ａは、除去量過大で平坦になり易く（２点鎖線で示す目的形状との差を参照）、また軸方向端部表面１０２ｂは除去量過少となって図のような粗面となる傾向があった。このような傾向は対数クラウニング面の加工においてもみられ、ころ軸受の軌道輪転走面におけるクラウニング面を超仕上げ加工する上での問題点とされていた。

この発明は、これらの課題を解消することを目的としたものであり、ころ軸受の転走面におけるクラウニング面に対し、軸方向に形状崩れのない仕上げ加工を施すことができるころ軸受軌道輪の超仕上げ加工装置を提供するものである。

この発明のころ軸受軌道輪の超仕上げ加工装置は、ころ軸受の内輪または外輪からなる軌道輪の転走面を加工する超仕上げ加工装置であって、所定位置に保持された軌道輪の転走面と平行に進退自在なトラバース動作要素と、このトラバース動作要素上に正逆に旋回自在に設置されて旋回中心が前記トラバース動作要素の進退動作により前記軌道輪の転走面の両端を結んだ直線上を移動する旋回動作要素と、この旋回動作要素上に微振動可能に設置された微振動動作要素と、この微振動動作要素上に設置されて前記転走面に接する超仕上げ用の砥石を砥石中心軸が前記旋回中心に対して垂直となる姿勢で保持し前記砥石中心軸の方向に前記転走面側へ砥石を加圧する砥石加圧手段と、前記トラバース動作要素を進退させるトラバース駆動源と、前記旋回動作要素を正逆に旋回させる旋回駆動源と、砥石中心軸が前記転走面に形成されたクラウニング面の法線方向を常に維持するように前記トラバース駆動源と前記旋回駆動源とを同期させる同期手段とを備え、前記砥石加圧手段は、砥石を保持する砥石ホルダーと、この砥石ホルダーに連結され前記前記転走面側へ砥石を加圧する加圧源とからなり、前記同期手段によるトラバース駆動源と前記旋回駆動源とを同期させる同期制御を行うものとして、砥石を、転走面の各部位の面形状に対して一定角度で作用させると共に、前記法線方向に、前記砥石加圧手段によって砥石を加圧して、砥石を、転走面の各部位の面形状に対して一定の力で作用させたことを特徴とする。

この構成によると、砥石はトラバース動作要素の動作によって軌道輪の転走面と平行にトラバースされる。また、旋回動作要素の動作によって正逆に旋回され、この旋回動作とトバース動作の進退動作とが複合して、旋回中心が軌道輪の転走面上を移動し、かつ前記微振動動作要素によって微振動が与えられる。この場合、砥石の旋回は、トラバース駆動源と旋回駆動源とを同期させる同期手段によって砥石中心軸が前記転走面に形成されたクラウニング面の法線方向を常に維持するようになされ、しかも、砥石は砥石加圧手段によって砥石中心軸の方向に転走面側へ加圧される。そのため、砥石は、転走面の各部位の面形状に対して一定角度および一定の力で作用し、研磨加工量は転走面の軸方向に対して均一となる。したがって、軸方向中央部が除去量過大となったり、軸方向端部が除去量過少となったりするようなことがなく、軸方向に形状崩れのない超仕上げ加工面が得られる。

この発明において、前記微振動動作要素の微振動の方向を、前記砥石中心軸および旋回中心に対して垂直となる方向としても良い。この構成によると、砥石中心軸が前記転走面に形成されたクラウニング面の法線方向を常に維持するよう、砥石の旋回がなされることと相俟って、微振動の方向が常に法線に直交する方向、すなわち、クラウニング面の接線方向となり、これによって面形状に応じた均一かつ緻密な加工がなされる。
また、この発明において、前記クラウニング面は、断面が単一の円弧となる単一クラウニング面、または断面が複数の円弧を繋ぎ併せた形状となる複合クラウニング面、または断面が対数曲線となる対数クラウニング面としても良い。ころ軸受の軌道輪における転走面のこのようなクラウニング面の種々の形状の加工を、この発明の超仕上げ加工装置を用いて行うことにより、軸方向に形状崩れのない均一な超仕上げ加工面を得ることができる。

この発明のころ軸受軌道輪の超仕上げ加工装置は、所定位置に保持された軌道輪の転走面と平行に進退自在なトラバース動作要素と、このトラバース動作要素上に正逆に旋回自在に設置されて旋回中心が前記トラバース動作要素の進退動作により前記軌道輪の転走面の両端を結んだ直線上を移動する旋回動作要素と、この旋回動作要素上に微振動可能に設置された微振動動作要素と、この微振動動作要素上に設置されて前記転走面に接する超仕上げ用の砥石を砥石中心軸が前記旋回中心に対して垂直となる姿勢で保持し前記砥石中心軸の方向に前記転走面側へ砥石を加圧する砥石加圧手段と、前記トラバース動作要素を進退させるトラバース駆動源と、前記旋回動作要素を正逆に旋回させる旋回駆動源と、砥石中心軸が前記転走面に形成されたクラウニング面の法線方向を常に維持するように前記トラバース駆動源と前記旋回駆動源とを同期させる同期手段とを備え、前記砥石加圧手段は、砥石を保持する砥石ホルダーと、この砥石ホルダーに連結され前記前記転走面側へ砥石を加圧する加圧源とからなり、前記同期手段によるトラバース駆動源と前記旋回駆動源とを同期させる同期制御を行うものとして、砥石を、転走面の各部位の面形状に対して一定角度で作用させると共に、前記法線方向に、前記砥石加圧手段によって砥石を加圧して、砥石を、転走面の各部位の面形状に対して一定の力で作用させたから、この装置を用いてころ軸受軌道輪の超仕上げ加工を行うと、砥石は、転走面の各部位の面形状に対して一定角度および一定の力で作用し、研磨加工量は転走面の軸方向に対して均一となる。その結果、軸方向中央部が除去量過大となったり、また、軸方向端部が除去量過少となったりするようなことがなく、転走面の軸方向に形状崩れのない超仕上げ加工面が得られる。

この発明の一実施形態を図１ないし図６と共に説明する。図１に示すように、この超仕上げ加工装置Ａは、円すいころ軸受の内輪である軌道輪１のテーパ面からなる転走面１ａを砥石５で超仕上げ加工するものである。この超仕上げ加工装置Ａは、被加工物である軌道輪１を所定位置に保持する支持機構１１と、この支持機構１１に保持された軌道輪１の転走面１ａと平行な方向（Ｘ方向）に進退自在なトラバース動作要素２と、このトラバース動作要素２上に所定位置の旋回中心Ｏ回りに正逆に旋回自在に設置された旋回動作要素３とを備える。上記旋回中心Ｏとなる所定位置は、トラバース動作要素２の進退動作により軌道輪１の転走面１ａの両端を結んだ直線（図５（Ａ）の直線Ｌ１、または、同図（Ｂ）の直線Ｌ２）上、あるいは転走面１ａ上を移動する位置とされる。この旋回動作要素３上に、微振動動作要素４が微振動可能に設置され、この微振動動作要素４上に砥石加圧手段６が設置される。砥石加圧手段６は、軌道輪１の転走面１ａに接する超仕上げ用の砥石５を、砥石中心軸５ａが前記旋回中心Ｏに対して垂直となる姿勢で保持し、前記砥石中心軸５ａの方向に前記転走面１ａ側へ砥石５を加圧するものである。

トラバース動作要素２は矩形のトラバース台からなり、固定の基台（図示せず）に対して、ガイド軸２ｄにより進退自在に案内され、駆動モータからなるトラバース駆動源２ａにより、送りねじ機構２ｂを介して進退動作させられる。送りねじ機構２ｂは、ボールねじ等からなり、そのナット２ｂｂがトラバース動作要素２に固定され、ねじ軸２ｂａがトラバース駆動源２ａに結合されて回転駆動される。

旋回動作要素３は旋回テーブルからなり、トラバース動作要素２上に、前記旋回中心Ｏ回りで正逆に旋回自在なように、支軸（図示せず）を介して設置されている。前記支軸は、トラバース動作要素２に設けられたものであっても、旋回動作要素３に設けられたものであっても良い。旋回動作要素３は、前記旋回中心Ｏを曲率中心とする円弧ギヤ３ｂがコーナー部に形成され、この円弧ギヤ３ｂに噛合するピニオンギヤ３ｄを介して旋回駆動源３ｃにより正逆により旋回駆動される。旋回駆動源３ｃは、トラバース動作要素２上に設置された電気モータからなり、ピニオンギヤ３ｄが出力軸に接続されている。旋回駆動源３ｃの駆動により、旋回動作要素３は、所定の角度範囲内で矢印Ｙのように旋回中心Ｏを中心として、トラバース動作要素２の上面と平行な面域で正逆に旋回する。

旋回駆動源３ｃとトラバース駆動源２ａとは、制御手段である同期手段１０に電気的に接続されており、この同期手段１０によって、砥石中心軸５ａが前記転走面１ａに形成されたクラウニング面の法線方向を常に維持するように両駆動源２ａ，３ｃの駆動が同期制御される。
なお、上記旋回中心Ｏは、砥石５の先端の前記転走面１ａに対する作用点とされ、トラバース動作要素２の進退動作と旋回動作要素３の旋回動作とが同期手段１０によって同期制御されて、旋回中心Ｏが内輪１の転走面１ａの両端を結んだ直線（図５（Ａ）の直線Ｌ１、または、同図（Ｂ）の直線Ｌ２）上、あるいは転走面１ａ上を移動する。

微振動動作要素４は微振動動作テーブルからなり、図２に示すように旋回動作要素３に設置された２本の平行なガイド棒４ａ，４ａに進退自在に案内される。微振動動作要素４は裏面に一対の振動体４ｂ，４ｂが設けられており、これら振動体４ｂ，４ｂが両ガイド棒４ａ，４ａ上に跨ってスライド自在に支持されている。微振動動作要素４を微振動させる微振動駆動機構４ｆは、カム軸４ｃに設けられて互いに反対方向に偏心する一対の偏心カム４ｄ，４ｄと、カム軸４ｃを回転させる電気モータ等の駆動源（図示せず）とからなる。上記偏心カム４ｄ，４ｄは、上記振動体４ｂ，４ｂの間に配置され、カム軸４ｃが回転することで、振動体４ｂ，４ｂと共に微振動動作要素４に、所定範囲の進退動作からなる微振動を生じさせる。微振動動作要素４の微振動の方向Ｚは、砥石中心軸５ａおよび旋回中心Ｏに垂直となる方向とされる。上記振動体４ｂ，４ｂは、復帰ばね４ｅ，４ｅにより、偏心カム４ｄ，４ｄに接するように付勢される。

砥石加圧手段６は、図３に示すように微振動動作要素４上に設置されており、砥石ホルダー６ａとこの砥石ホルダー６ａに連結された加圧源６ｂとからなる。砥石ホルダー６ａは、砥石５を砥石中心軸５ａが前記旋回中心Ｏに対して垂直となる姿勢で保持する。加圧源６ｂは、砥石ホルダ６ａを介して砥石５を砥石中心軸５ａの方向に軌道輪１の転走面１ａ側へ加圧するものである。加圧源６ｂはエアシリンダ等のシリンダ装置からなり、その伸縮ロッド６ｂａが砥石ホルダー６ａの後側に連結されている。砥石加圧手段６による加圧の方向は、砥石中心軸５ａに沿った方向であるから、前記微振動動作要素４による微振動の方向Ｚ（図２）および旋回中心Ｏに対して垂直となる方向である。

図４は、軌道輪１を支持する支持機構１１を示す。この支持機構１１は、軌道輪１の端面に接して軌道輪１をその軸心Ｌ回りに軸回転させるバッキングプレート７と、軌道輪１をバッキングプレート７に押付ける一対のプッシャーロール８と、軌道輪１を内径面で支持するシュー９とにより構成される。
砥石５は、このように回転支持された軌道輪１の転走面１ａにクラウニング面を形成すべく、前記砥石加圧手段６によって、その先端作用部が軌道輪１の転走面１ａに押しつけられる。なお、被加工物となる軌道輪１が外輪の場合は、上記シュー９による支持は、外輪の外径面においてなされ、砥石ホルダー６ａは砥石５を外輪内に挿入してその内径面に作用させ得る形状のものが用いられる。

上記構成の超仕上げ加工装置Ａを用いて軌道輪１の転走面１ａを超仕上げ加工する方法について説明する。図５（Ａ）は、転走面１ａの断面が単一の円弧となる単一クラウニング面Ｃ１を超仕上げ加工する要領を示している。Ｐ１は、単一クラウニング面Ｃ１の曲率中心Ｐ１を示す。なお、この単一クラウニング面Ｃ１は、前工程の研削工程で形成されたものであり、この面Ｃ１を超仕上げする。この場合、旋回動作要素３の旋回速度とトラバース動作要素２のトラバース動作速度との関係を設定し、その設定速度情報に基づき同期手段１０で同期制御させながら、トラバース駆動源２ａと旋回駆動源３ｃとを正逆回転駆動させる。これにより、トラバース動作要素２を矢印Ｘ方向に往復動作させ、かつ旋回動作要素３を旋回中心Ｏの回りに矢印Ｙのように往復旋回させる。この時、微振動動作要素４を動作させて矢印Ｚ方向（図１および図２参照）に微振動動作要素４を振動させる。

これらの動作を継続しながら、砥石５の先端部を、回転する軌道輪１の転走面１ａに対して軸方向一端部から他端部にかけて、また他端部から一端部にかけて繰返し作用させて転走面１ａの超仕上げ加工を行う。この加工の際、旋回動作要素３の動作による砥石５の旋回は、一定速度とし、この旋回動作とトラバース動作要素２の進退動作との複合動作により、砥石中心軸５ａが前記転走面１ａに形成されたクラウニング面Ｃ１の法線Ｎ１の方向を常に維持するように行う。また、砥石加圧手段６によって、法線Ｎ１の方向に砥石５を加圧する。このとき、加圧力一定としてもよく、また砥石５の先端部が転走面１ａの軸方向の端部から中央部に向かう時は、砥石加圧手段６の加圧力を徐々に小さくするようにし、また、中央部から両端部に向かう時は砥石加圧手段６の加圧力を徐々に大きくするように制御してもよい。
このように、事前に設定されたトラバース動作要素２のトラバース動作速度および旋回動作要素３の旋回速度に基づくトラバース駆動源２ａおよび旋回駆動源３ｃの同期制御と、砥石加圧手段６の加圧パターン制御とにより、砥石中心軸５ａがクラウニング面Ｃ１の法線Ｎ１の方向を常に維持し、かつ旋回中心Ｏがクラウニング面Ｃ１に沿って移動するようになされる。これにより、砥石５は、クラウニング面Ｃ１の各部位の面形状に対して一定角度および一定の力で作用し、研磨加工量はクラウニング面Ｃ１の軸方向に対して均一となる。その結果、軸方向に形状崩れのない所望の単一クラウニング面Ｃ１が得られる。

図５（Ｂ）は、転走面１ａの断面が複数の円弧を繋ぎ併せた形状となる複合クラウニング面を超仕上げ加工する場合を示している。すなわち、それぞれ曲率中心Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４となる３つの円弧を繋ぎ合わせた断面形状の複合クラウニング面Ｃ２とするものである。この複合クラウニング面Ｃ２は、転走面１ａの軸方向両端側の曲率の大きな（すなわち曲率半径の小さな）領域Ｃ２ａ，Ｃ２ｃと、この領域Ｃ２ａ，Ｃ２ｃに挟まれた曲率の小さな領域Ｃ２ｂとの連続面で構成される。このような複合クラウニング面Ｃ２を加工するに際し、例えば、領域Ｃ２ａ，Ｃ２ｃでは砥石５を速い一定速度で旋回させて砥石中心軸５ａが法線Ｎ２，４の方向を常に維持するよう、領域Ｃ２ｂでは遅い一定速度で旋回させて砥石中心軸５ａが法線Ｎ３方向を常に維持するよう、トラバース駆動源２ａおよび旋回駆動源３ｃが同期手段１０によって同期制御してもよい。

また、砥石加圧手段６によって、領域Ｃ２ａでは法線Ｎ２の方向に、領域Ｃ２ｂでは法線Ｎ３の方向に、領域Ｃ２ｃでは法線Ｎ４の方向に砥石５を加圧する。この場合、砥石５の先端部が転走面１ａの軸方向端部から中央部に向かう時は、砥石加圧手段６の加圧力を徐々に小さくするようにし、また、中央部から両端部に向かう時は砥石加圧手段６の加圧力を徐々に大きくするように制御してもよい点は上記と同様であるが、領域Ｃ２ａ，Ｃ２ｂ間およびＣ２ｂ，Ｃ２ｃ間の変曲部分では、加圧力の変化の度合いが大きくなるよう設定してもよい。このように、事前に設定されたトラバース動作要素２のトラバース動作速度および旋回動作要素３の旋回速度に基づくトラバース駆動源２ａおよび旋回駆動源３ｃの同期制御と、砥石加圧手段６の加圧パターン制御とにより、図例のような軸方向に形状崩れのない所望の複合クラウニング面Ｃ２が得られる。

図６（Ａ）（Ｂ）は、上記要領の超仕上げ加工方法によって加工した単一クラウニング面Ｃ１および複合クラウニング面Ｃ２の表面形状および粗度を測定した結果を示すものである。この図からも、軸方向に形状崩れのない均一な超仕上げ加工面が得られることが理解される。上記超仕上げ加工装置において、トラバース動作要素２、旋回動作要素３、および微振動動作要素４の動作条件等、あるいはさらに砥石加圧手段６の動作条件等を適宜設定することにより、断面が対数曲線となる対数クラウニング面の超仕上げ加工も行うことができる。

なお、上記実施形態では、ころ軸受の内輪の転走面を超仕上げ加工する例について述べたが、外輪の転走面の超仕上げ加工も上記と同様に行うことができる。また、トラバース動作要素２、旋回動作要素３、微振動動作要素４、砥石加圧手段６および支持機構１等の各構造は、図例のものに限定されるものではない。

この発明の超仕上げ加工装置の一実施形態の概略的平面図である。 同装置における微振動動作要素の概略的平面図である。 同装置における砥石加圧手段の概略的平面図である。 同装置における被加工ワークの支持機構の断面平面図である。 （Ａ）は単一クラウニング面の超仕上げ加工の要領を説明する図、（Ｂ）は複合クラウニング面の超仕上げ加工の要領を説明する図である。 （Ａ）は超仕上げ加工して得た単一クラウニング面の形状および粗度の測定結果を示す図、（Ｂ）は超仕上げ加工して得た複合クラウニング面の形状および粗度の測定結果を示す図である。 （Ａ）（Ｂ）は従来装置により単一クラウニング面及び複合クラウニング面を超仕上げ加工する場合の加工の状況を概念的に示す図である。

符号の説明

１…内輪
１ａ…転走面
２…トラバース動作要素
２ａ…トラバース駆動源
３…旋回動作要素
３ｃ…旋回駆動源
４…微振動動作要素
５…砥石
５ａ…砥石中心軸
６…砥石加圧手段
１０…同期手段
Ａ…超仕上げ加工装置
Ｃ１…単一クラウニング面
Ｃ２…複合クラウニング面
Ｎ１〜Ｎ４…法線
Ｏ…旋回中心

Claims (3)

1. ころ軸受の内輪または外輪からなる軌道輪の転走面を加工する超仕上げ加工装置であって、
   所定位置に保持された軌道輪の転走面と平行に進退自在なトラバース動作要素と、
   このトラバース動作要素上に正逆に旋回自在に設置されて旋回中心が前記トラバース動作要素の進退動作により前記軌道輪の転走面の両端を結んだ直線上を移動する旋回動作要素と、
   この旋回動作要素上に微振動可能に設置された微振動動作要素と、
   この微振動動作要素上に設置されて前記転走面に接する超仕上げ用の砥石を砥石中心軸が前記旋回中心に対して垂直となる姿勢で保持し前記砥石中心軸の方向に前記転走面側へ砥石を加圧する砥石加圧手段と、
   前記トラバース動作要素を進退させるトラバース駆動源と、
   前記旋回動作要素を正逆に旋回させる旋回駆動源と、
   砥石中心軸が前記転走面に形成されたクラウニング面の法線方向を常に維持するように前記トラバース駆動源と前記旋回駆動源とを同期させる同期手段とを備え、
   前記砥石加圧手段は、砥石を保持する砥石ホルダーと、この砥石ホルダーに連結され前記前記転走面側へ砥石を加圧する加圧源とからなり、
   前記同期手段によるトラバース駆動源と前記旋回駆動源とを同期させる同期制御を行うものとして、砥石を、転走面の各部位の面形状に対して一定角度で作用させると共に、前記法線方向に、前記砥石加圧手段によって砥石を加圧して、砥石を、転走面の各部位の面形状に対して一定の力で作用させたころ軸受軌道輪の超仕上げ加工装置。
2. 請求項１において、前記微振動動作要素の微振動の方向が、前記砥石中心軸および旋回中心に対して垂直となる方向であるころ軸受軌道輪の超仕上げ加工装置。
3. 請求項１または請求項２において、前記クラウニング面は、断面が単一の円弧となる単一クラウニング面、または断面が複数の円弧を繋ぎ併せた形状となる複合クラウニング面、または断面が対数曲線となる対数クラウニング面であるころ軸受軌道輪の超仕上げ加工装置。

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