JP4964550B2 - 複合研削加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、リング形状工作物の内径面及び外径面を同時に研削する複合研削加工方法に関する。

軸受の内輪や外輪等のリング形状工作物は、内径面及び外径面を研削する必要がある。そこで、従来は、リング形状工作物の内径面を研削する内径用砥石と、リング形状工作物の外径面を研削する外径用砥石とを備えたものがある（特許文献１）。

また、リング形状工作物に対しては、内径面及び外径面を同時に研削する場合、リング形状工作物をその軸心が水平に配置された状態に支持し、このリング形状工作物をその水平方向軸心廻りに回転させながら、内径面及び外径面を同時に研削する場合が多い。

しかしながら、リング形状工作物の軸水平支持による内径面及び外径面の同時研削は、比較的小径工作物（小物工作物）、例えば外径寸法が１０ｍｍ〜１５０ｍｍ程度のものであった。外径寸法が１５０ｍｍを越える場合、工作物をその軸心が鉛直に配置させた状態での軸垂直支持での研削を採用している。
特開平７−２７６１９６号公報

軸垂直支持での研削を行う場合、まず外径面を単独で加工し、次に内径面を加工する方法を採用している。このため、従来では加工装置の２台編成や１台で数回加工したりする必要があった。

一般に前記軸受の内輪や外輪等のリング形状工作物は、その表面を硬化させるために熱硬化処理（焼入れ処理）を行っている。そのため、外径面を加工した後、内径面を加工すると、残留応力の変化により先に加工した外径面が変化（劣化）する。すなわち、軸垂直支持での研削を行う場合、内径面及び外径面を同時に高精度に研削できるものは従来にはなかった。

本発明は、斯かる実情に鑑み、内径面及び外径面を高精度に研削でき、しかも、リードタイム短縮が可能であり、装置設備費の低減を図ることができる複合研削加工方法を提供する。

本発明の複合研削加工方法は、リング形状工作物を鉛直軸心廻りに回転させつつ、リング形状工作物内に配置される内径用砥石にてこのリング形状工作物の内径面を研削するとともに、リング形状工作物の外周側に配置される外径用砥石にてこのリング形状工作物の外径面を研削する複合研削加工方法であって、内径用砥石と外径用砥石とは、それぞれ外径面が研削面とされてリング形状工作物の同一の第１の径方向線上に配置されて、内径用砥石及び外径用砥石の研削部位に対して周方向に９０度ずれた第２の径方向線に関して対称位置に配置されるフロントシューとリヤシューとを備えた支持機構にて、リング形状工作物を鉛直軸心廻りに回転可能に支持した状態で、リング形状工作物を鉛直軸心廻りに回転させつつ、内径用砥石及び外径用砥石による切込を同時に開始し、前記第２の径方向線上に１８０度反対位置に一対ずつ配置される内径寸法測定ゲージ及び外径寸法測定ゲージにて研削中にリング形状工作物の寸法を計測し、仕上研削までの粗研削中においては、内径側及び外径側の切込量比及び切込速度比を一定にして、粗研削を同時に終了するものである。

本発明の複合研削加工方法によれば、粗研削を同時に開始して同時に終了するので、残留応力の変化による変形（劣化）を回避することができる。複数の研削工程を必要とせず、複数工程で生じる加工変形量の低減を図ることができる。

仕上研削終了時間を相違させることができる。この場合、内径面側の仕上研削を外径面側の仕上研削よりも遅くしたり、外径面側の仕上研削を内径面側の仕上研削よりも遅くしたりすることができる。

本発明によれば、残留応力の変化による変形（劣化）を回避することができるので、内径面及び外径面の研削精度の向上を図ることができる。また、複数の研削工程を必要とせず、複数工程で生じる加工変形量の低減を図ることができるので、リードタイムの短縮と、作業性（作業準備やリング形状工作物の軸合わせ作業等）の向上を図ることができる。

支持機構が、内径用砥石及び外径用砥石の研削部位に対して周方向に９０度ずれた径方向線に関して対称位置にフロントシューとリヤシューとを備えることによって、外径面研削によって内径面研削の実研削速度が変化することになるのを防止できる。このため、研削精度を一層向上させることができる。

内径面側の仕上研削を外径面側の仕上研削よりも遅くしたり、外径面側の仕上研削を内径面側の仕上研削よりも遅くしたりすることができる。このため、寸法精度公差が厳しい側（例えば、リング形状工作物が軸受外輪では外径面）を後で仕上げるようにすれば、この軸受の外径面の求められる寸法精度公差に対応させることができる。

また、リング形状工作物が軸受外輪では外径面を後で仕上げしたり、リング形状工作物が軸受内輪では内径面を後で仕上げしたりすることによって、製品（商品）としての価値を向上させることができる。すなわち、リング形状工作物である軸受を装置に組み込む前は、軸受外輪では外径面が外部から見える状態にあり、軸受内輪では内径面が外部から見える状態にある。また、このようなリング形状工作物に対して研削を行う場合、支持点マークや寸法測定点マーク（ゲージマーク）が形成される。このため、外径面を後で仕上げしたり、リング形状工作物が軸受内輪では内径面を後で仕上げしたりすることによって、このようなマークを分かりにくくすることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１に複合研削加工方法に使用する複合研削加工装置の簡略図を示す。複合研削加工装置は、リング形状工作物１（例えば、軸受外輪や軸受内輪）の内径面１ａを研削する内径用砥石２と、リング形状工作物１の外径面１ｂを研削する外径用砥石３とを備える。

リング形状工作物１は、その軸心が垂直方向に沿って配置した状態で、その鉛直軸心Ｏ廻りの回転が可能として図示省略の保持装置に保持されている。すなわち、この保持装置としては、モータ等の駆動手段にて回転駆動する回転体（例えば、ドライビングプレート）を備え、この回転体の回転駆動によって、リング形状工作物１が鉛直軸心廻りに回転する。

また、内径用砥石２はリング形状工作物１内に配置され、図示省略の位置調整機構（例えばシリンダ機構やボールねじ機構等にて構成される）にてその鉛直軸心Ｏ１を水平方向及び鉛直方向に移動できる。これによって、内径用砥石２の研削面２ａを、リング形状工作物１の内径面１ａに接触させることができる。

外径用砥石３はリング形状工作物１の外周側に配置され、図示省略の位置調整機構（例えばシリンダ機構やボールねじ機構等にて構成される）にてその鉛直軸心Ｏ３を水平方向及び鉛直方向に移動できる。これによって、外径用砥石３の研削面３ａを、リング形状工作物１の外径面１ｂに接触させることができる。

そして、研削時には、リング形状工作物１の軸心Ｏと内径用砥石２の軸心Ｏ１と外径用砥石３の軸心Ｏ３とが同一の第１の径方向線Ｌ上に配置される。このため、内径用砥石２の研削部位Ａと外径用砥石３の研削部位Ｂとがこの第１の径方向線Ｌ上に配置される。

リング形状工作物１の外周側には、フロントシュー５とリヤシュー６とを備えた支持機構４が配置され、これによって、リング形状工作物１が支持されている。すなわち、リング形状工作物１のドライビングプレート側にマグネットが配置され、このマグネットによって、ドライビングプレートとリング形状工作物１を介して、シュー５、６の間に磁気回路が形成されて、ドライビングプレートに吸着され、さらに回転駆動によって生じる吸込力（ドライビングプレート中心とリング形状工作物中心をシュー５、６の間に吸込力が生じるよう芯をずらす）とマグネットによる吸着力により、シュー５、６に押付けられて回転し、リング形状工作物１が支持される。この場合、フロントシュー５とリヤシュー６とは、平面的に見て、前記第１の径方向線Ｌと直交する第２の径方向線Ｌ１に関して対称位置に配置されている。拡開角度θとしては、例えば、第２の径方向線Ｌ１に対して、それぞれ５０度〜７０度程度である。

また、前記径方向線Ｌ１上には、内径寸法測定ゲージ７と外径寸法測定ゲージ８とが配置されている。この場合、各ゲージ７、８はインプロセスゲージが使用される。すなわち、研削中のワーク（リング形状工作物１）の寸法を測定して、各砥石２，３の研削量をフィードバック制御することにより、所定の研削量を得るようにしている。

内径用砥石２及び外径用砥石３は、制御手段からの指令によって、切込速度及び位置等の変更が可能とされている。この制御手段の制御には前記フィードバック制御が含まれる。なお、制御手段は、例えばマイクロコンピュータ等にて構成することができる。

次に前記のように構成された複合研削加工装置を使用した複合研削加工を説明する。まず、図１に示すように、リング形状工作物１をシュー５、６にて支持した状態として、内径用砥石２と、外径用砥石３とを径方向線Ｌ上に配置する。この際、内径用砥石２がリング形状工作物１の内径面１ａの研削部位Ａに対して矢印Ｆ方向の押圧力を付与し、外径用砥石３がリング形状工作物１の外径面１ｂの研削部位Ｂに対して矢印Ｇ方向の押圧力を付与している。

そして、リング形状工作物１を矢印Ｃ方向に回転させつつ、内径用砥石２を矢印Ｄ方向に回転させるとともに、外径用砥石３を矢印Ｅ方向に回転させて、リング形状工作物１の内径面１ａと外径面１ｂとを研削していくことになる。内径面１ａ及び外径面１ｂの研削は、それぞれ粗研削を行った後、仕上研削を行う。粗研削は切込量が比較的速い研削であり、仕上研削は切込量が比較的遅く研削精度が高い研削である。

この際、制御手段によって、切込量及び切込速度等が制御される。すなわち、制御手段にて切込指令がなされることによって、内径用砥石２による内径面１ａの研削と外径用砥石３による外径面１ｂの研削とが同時に開始される。この場合、粗研削（第１粗研削と第２粗研削と第３粗研削）と仕上研削とがあり、第１粗研削と第２粗研削とは切替点ＧＥで切替わり、第２粗研削と第３粗研削とは切替点ＰＰＣで切替わる。ここで、切替点ＧＥとは、ギャップエリミネータ検出点で、内径用砥石軸の駆動モータ動力と外径用砥石軸の駆動モータ動力とを監視し、リング形状工作物1と砥石２，３の接触を検出し、内径用、外径用砥石軸どちらか早く出た方の出力で切替えることになる。また、切替点ＰＰＣとは、内径用、外径用砥石軸の駆動モータの実験削動力(ロードパワー)を監視し、しきい値を検出すると切替えることになる。すなわち、第２粗研削から第３粗研削に切替わり、このしきい値より実験削動力より下がるとこのしきい値を維持するよう内径、外径研削の切込速度を同時に変化させてＰＰＣ（ピークパワーコントロール)制御するものである。

また、第３粗研削から仕上研削の切替は、仕上切込指令にて行われる。この仕上切込指令は、インプロセスゲージの粗研完了検出点（内径、外径ゲージの先に出た信号）で行うことも可能でもあるが、リング形状工作物１の粗研削時の変形熱膨張量のばらつきが悪影響するため、NCの粗完了点の信号にて実施するのが好ましい。

図２に示すように、仕上研削までの粗研削（第１粗研削と第２粗研削と第３粗研削）中においては、内径側及び外径側の切込量比及び切込速度比を一定にして、粗研削を同時に終了することになる。第１粗研削が開始されて所定量が研削されて切替点ＧＥに達すれば、第１粗研削が終了して第２粗研削が開始される。次に、所定量が研削されて切替点ＰＰＣに達すれば、第２粗研削が終了して第３粗研削が開始され、その後、仕上切込指令信号が発信されて、第３粗研削が終了した後仕上研削に入る。この図２では、リング形状工作物１を深溝玉軸受の外輪としている。また、図２において、横軸は時間を示し、縦軸は切込量を示している。

第１粗研削においては、内径用砥石２の切込速度をＶ１ａとし、外径用砥石３の切込速度をＶ１ｂとし、第２粗研削においては、内径用砥石２の切込速度をＶ２ａとし、外径用砥石３の切込速度をＶ２ｂとし、第３粗研削においては、内径用砥石２の切込速度をＶ３ａとし、外径用砥石３の切込速度をＶ３ｂとしている。この際、Ｖ１ａ／Ｖ１ｂ＝Ｖ２ａ／Ｖ２ｂ＝Ｖ３ａ／Ｖ３ｂとしている。また、第１粗研削における内径研削と外径研削との切込量比は同じであり、第２粗研削における内径面研削と外径面研削との切込量比は同じであり、第３粗研削における内径研削と外径研削との切込量比は同じである。

仕上研削は、内径面１ａと外径面１ｂとで同時に開始されることになるが、この図２に示す場合、外径面１ｂの仕上研削を長くしている。すなわち、内径面研削では、切込指令後、ｔ秒で、内径用砥石２を研削部位Ａから一定量後退させるリトラクトを行い、スパークアウト研削を開始する。このため、切込指令後、ｔ2秒で内径面研削を終了する。また、外径面研削では、切込指令後、ｔ3で、外径用砥石３を研削部位Ｂから一定量後退させるリトラクトを行い、スパークアウト及びオシレート研削を開始する。このため、切込指令後、約ｔ4秒で外径面研削を終了する。この際、ｔ2＜ｔ3とし必ず外径面を後で仕上げる。

次に、図３はリング形状工作物１を深溝玉軸受の内輪としている。この粗研削終了までは、図２の場合と同じあるが、内径面１ａの仕上研削を長くしている。第１粗研削においては、内径用砥石２の切込速度をＶ１ａ１とし、外径用砥石３の切込速度をＶ１ｂ１とし、第２粗研削においては、内径用砥石２の切込速度をＶ２ａ１とし、外径用砥石３の切込速度をＶ２ｂ１とし、第３粗研削においては、内径用砥石２の切込速度をＶ３ａ１とし、外径用砥石３の切込速度をＶ３ｂ１とし、仕上研削においては、内径用砥石２の切込速度をＶ４ａ１とし、外径用砥石３の切込速度をＶ４ｂ１とした場合、Ｖ１ａ１／Ｖ１ｂ１＝Ｖ２ａ１／Ｖ２ｂ１＝Ｖ３ａ１／Ｖ３ｂ１としている。この場合も、第１粗研削における内径研削と外径研削との切込量比は同じであり、第２粗研削における内径面研削と外径面研削との切込量比は同じであり、第３粗研削における内径研削と外径研削との切込量比は同じである。

図３の外径面研削では、切込指令後、ｔ1´秒で、外径用砥石３を研削部位Ｂから一定量後退させるリトラクトを行い、スパークアウト研削を開始する。このため、切込指令後、ｔ２´秒で外径面研削を終了する。また、内径面研削では、切込指令後、ｔ3´秒で、内径用砥石２を研削部位Ａから一定量後退させるリトラクトを行い、スパークアウト及びオシレート研削を開始する。このため、切込指令後、ｔ4´秒で内径面研削を終了する。この際、ｔ2´＜ｔ3´と必ず内径面を後で仕上げる。

本発明の複合研削加工方法によれば、粗研削を同時に開始して同時に終了するので、残留応力の変化による変形（劣化）を回避することができる。このため、内径面１ａ及び外径面１ｂの研削精度の向上を図ることができる。複数の研削工程を必要とせず、複数工程で生じる加工変形量の低減を図ることができる。このため、リードタイムの短縮と、作業性（作業準備やリング形状工作物の軸合わせ作業等）の向上を図ることができる。

支持機構４が、内径用砥石２及び外径用砥石３の研削部位に対して周方向に９０度ずれた径方向線に関して対称位置にフロントシュー５とリヤシュー６とを備えることによって、外径面研削によって内径面研削の実研削速度が変化することになるのを防止できる。このため、研削精度を一層向上させることができる。

内径面１ａ側の仕上研削時間を外径面１ｂ側の仕上研削時間よりも長くしたり、外径面１ｂ側の仕上研削を内径面１ａ側の仕上時間研削よりも長くしたりすることができる。このため、寸法精度公差が厳しい側（例えば、リング形状工作物１が軸受外輪では外径面）を後で仕上げるようにすれば、この軸受の外径面の求められる寸法精度公差に対応させることができる。

また、リング形状工作物１が軸受外輪では外径面１ｂを後で仕上げしたり、リング形状工作物１が軸受内輪では内径面１ａを後で仕上げしたりすることによって、製品（商品）としての価値を向上させることができる。すなわち、リング形状工作物１である軸受を装置に組み込む前は、軸受外輪では外径面が、軸受内輪では内径面がそれぞれ外部から見える状態にある。また、このようなリング形状工作物に対して研削を行う場合、支持点マークや寸法測定点マーク（ゲージマーク）が形成される。このため、外径面を後で仕上げし、リング形状工作物１が軸受内輪では内径面１ａを後で仕上げることによって、このようなマークを分かりにくくすることができる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、リング形状工作物１としては、深溝軸受の内外輪に限るものではなく、アンギュラ玉軸受や円すいころ軸受等の内外輪であってもよい。また、内径面１ａ及び外径面１ｂの切込量及び切込速度は、研削するリング形状工作物１の材質、大きさ等に応じて種々選択できる。また、内径面１ａと外径面１ｂとの仕上研削が同時に終了するものであってもよい。粗研削として、前記実施形態では、第１粗研削と第２粗研削と第３研削とを有していたが、この粗研削の増減は任意である。さらに、支持機構として、フロントシュー５とリヤシュー６を備えたものに限るものではなく、マグネットチャック傘センタリング方式であってもよい。ここで、マグネットチャック傘センタリング方式とは、マグネットに依りドライビングプレートに吸着させると同時に、ワークドライブ機構と同芯で鉛直方向に移動可能な傘センターで、リング形状工作物の端面と内径のつなぎ部に設けられたＲ形状面取部でセンタリングする方法である。

本発明の実施形態を示す複合研削加工方法に用いる複合研削加工装置の簡略平面図である。 前記複合研削加工方法の研削サイクル図である。 前記複合研削加工方法の他の研削サイクル図である。

符号の説明

１ リング形状工作物
１ａ 内径面
１ｂ 外径面
２ 内径用砥石
３ 外径用砥石
４ 支持機構
５ フロントシュー
６ リヤシュー

Claims (2)

1. リング形状工作物を鉛直軸心廻りに回転させつつ、リング形状工作物内に配置される内径用砥石にてこのリング形状工作物の内径面を研削するとともに、リング形状工作物の外周側に配置される外径用砥石にてこのリング形状工作物の外径面を研削する複合研削加工方法であって、
   内径用砥石と外径用砥石とは、それぞれ外径面が研削面とされてリング形状工作物の同一の第１の径方向線上に配置されて、内径用砥石及び外径用砥石の研削部位に対して周方向に９０度ずれた第２の径方向線に関して対称位置に配置されるフロントシューとリヤシューとを備えた支持機構にて、リング形状工作物を鉛直軸心廻りに回転可能に支持した状態で、リング形状工作物を鉛直軸心廻りに回転させつつ、内径用砥石及び外径用砥石による切込を同時に開始し、前記第２の径方向線上に１８０度反対位置に一対ずつ配置される内径寸法測定ゲージ及び外径寸法測定ゲージにて研削中にリング形状工作物の寸法を計測し、仕上研削までの粗研削中においては、内径側及び外径側の切込量比及び切込速度比を一定にして、粗研削を同時に終了することを特徴とする複合研削加工方法。
2. 仕上研削終了時間を相違させることを特徴とする請求項１の複合研削加工方法。

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