JP5428438B2 - ねじ研削盤 - Google Patents

Description

本発明は、略円筒状の砥石を用いたねじ研削盤において、砥石の回転軸をワークの回転軸に対して所定角度で傾斜させることができるねじ研削盤に関する。

従来より、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、略円筒状の砥石Ｔを砥石回転軸ＴＺ回りに回転させて、ワーク回転軸ＷＺ回りに回転するワークＷのねじ溝を研削するねじ研削盤１００が知られている。図５（Ａ）及び（Ｂ）に示す従来のねじ研削盤１００では、砥石回転軸ＴＺとワーク回転軸ＷＺは平行であり、どちらも仮想平面ＭＦ上に位置しており、ワークＷに対して砥石Ｔを相対的にどのように移動させても、仮想平面ＭＦ上に砥石回転軸ＴＺとワーク回転軸ＷＺが位置するように構成されている。
また、砥石軸部材１２に直接的に砥石駆動モータＭＴを接続すると、砥石駆動モータＭＴがワークＷの側に張り出し、ワークＷと干渉してしまうので、砥石駆動モータＭＴの回転動力を、駆動プーリ２１−ベルト２２−従動プーリ２４−砥石軸部材１２−砥石Ｔという経路で伝達している。
従来の研削盤１００では、研削に使用される砥石Ｔの外周面は、ワーク回転軸ＷＺに直交する方向にワークＷを研削していく。
ここで、ワークＷのねじ溝を研削する場合、ねじ溝のリード間隔が比較的大きい（隣り合うねじ溝の間隔が大きい）と、ワーク回転軸ＷＺに直交する方向に対するねじ溝の傾斜角度が大きくなり、ワーク回転軸ＷＺに直交する方向に研削してねじ溝を研削することが困難あるいは不可能となる場合がある。例えばリード角（ワーク回転軸に直交する方向に対する角度）の傾斜角度が５°以上になると、ねじ溝の傾斜に合わせて砥石Ｔを傾斜させないと、ねじ溝を研削することができない。
そこで、特許文献１に記載された従来技術では、駆動プーリと従動プーリ及び回転動力を伝達するベルトと、砥石軸部材と砥石と、（砥石）駆動モータとを、ワーク回転軸に直交する旋回軸を有する旋回テーブルに保持している。
そして、ねじ溝を研削する場合、旋回テーブルを所定角度に旋回させて、砥石回転軸を水平方向に対して所定角度で傾斜させることができるＣＮＣねじ研削盤が開示されている。

特開２００２−０２８８６４号公報

特許文献１に記載された従来技術では、旋回テーブルに、駆動プーリと従動プーリとベルトと、砥石軸部材と砥石と、（砥石）駆動モータと、が保持されているので、モーメントが大きく、旋回及び傾斜角度を維持させるために非常に大きな力が必要であり、旋回させる装置が大型化し、ねじ研削盤が大型化してしまう。また、砥石の位置決めが比較的困難であり、加工精度が低下する可能性がある。
また、旋回テーブルに多くの部材が保持されているので、周囲と干渉することなく旋回させるためにより大きな旋回空間を必要としており、ねじ研削盤が大型化してしまう。
しかし、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示す砥石駆動モータＭＴ−駆動プーリ２１−ベルト２２−従動プーリ２４−砥石軸部材１２−砥石Ｔという回転動力の伝達経路（通常、各回転軸は互いに平行となる）の一部のみを旋回させると、砥石駆動モータＭＴの回転軸から砥石回転軸までの経路の各回転軸の中で、互いにねじれた配置となる回転軸が発生し、回転動力を伝達させることが容易でない。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、旋回テーブルに保持する部材をより少なくすることができるとともに砥石への回転動力を確実に伝達可能であり、ねじ研削盤の大型化を抑制することができるねじ研削盤を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりのねじ研削盤である。
請求項１に記載のねじ研削盤は、砥石回転軸回りに回転可能に支持された砥石軸部材に接続された略円筒状の砥石を備えた砥石ユニットと、駆動モータと、駆動プーリと従動プーリとベルトとを備えて前記ベルトを介して前記駆動プーリの回転動力を前記従動プーリに伝達するプーリユニットと、を備え、前記駆動モータは前記駆動プーリに接続されているとともに前記従動プーリは前記砥石軸部材に接続されており、前記砥石にてワーク回転軸回りに回転するワークのねじ溝を研削するねじ研削盤において、前記砥石回転軸に直交する方向且つ前記砥石がワークに向かう側に旋回軸を有する旋回手段と、前記旋回手段に接続された旋回テーブルと、を備える。
そして、前記旋回テーブルには、前記プーリユニットと前記砥石ユニットが保持されており、前記旋回手段は、前記駆動モータに対して前記旋回テーブルを前記旋回軸回りに旋回可能であり、前記駆動モータと前記駆動プーリとが、回転軸の方向を変換して回転動力を伝達可能な軸方向変換機構を介して接続されている。

また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりのねじ研削盤である。
請求項２に記載のねじ研削盤は、砥石回転軸回りに回転可能に支持された砥石軸部材に接続された略円筒状の砥石を備えた砥石ユニットと、駆動モータと、駆動プーリと従動プーリとベルトとを備えて前記ベルトを介して前記駆動プーリの回転動力を前記従動プーリに伝達するプーリユニットと、を備え、前記駆動モータは前記駆動プーリに接続されているとともに前記従動プーリは前記砥石軸部材に接続されており、前記砥石にてワーク回転軸回りに回転するワークのねじ溝を研削するねじ研削盤において、前記砥石回転軸に直交する方向且つ前記砥石がワークに向かう側に旋回軸を有する旋回手段を備える。
そして、前記旋回手段は、前記砥石ユニットに接続されており、前記駆動モータと前記プーリユニットに対して前記砥石ユニットを前記旋回軸回りに旋回可能であり、前記旋回手段によって前記砥石ユニットが前記旋回軸回りに旋回されると、前記砥石軸部材の回転軸の方向と、前記従動プーリの回転軸の方向とが不一致となる場合があり、前記砥石軸部材と前記従動プーリとが、回転軸の方向を変換して回転動力を伝達可能な軸方向変換機構を介して接続されている。

また、本発明の第３発明は、請求項３に記載されたとおりのねじ研削盤である。
請求項３に記載のねじ研削盤は、請求項１または２に記載のねじ研削盤であって、前記旋回軸は、前記砥石回転軸と前記ワーク回転軸とを平行とした場合に前記ワークに対して前記砥石を相対的に移動させて前記砥石と前記ワークとを接触させた際、前記砥石における前記ワークと前記砥石とが接触する個所である砥石研削点を通るように設定されている。

請求項１に記載のねじ研削盤では、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、砥石駆動モータＭＴ−駆動プーリ２１−ベルト２２−従動プーリ２４−砥石軸部材１２−砥石Ｔという回転動力の伝達経路の中から、砥石駆動モータＭＴを旋回しないようにする。そして図２（Ｃ）に示すように、回転軸の方向を変換して回転動力を伝達可能な軸方向変換機構Ｊ１を介して砥石駆動モータＭＴと駆動プーリ２１とを接続する。
これにより、旋回させる部材をより少なくするとともに砥石Ｔへの回転動力を確実に伝達することが可能であり、ねじ研削盤の大型化を抑制することができる。

また、請求項２に記載のねじ研削盤では、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、砥石駆動モータＭＴ−駆動プーリ２１−ベルト２２−従動プーリ２４−砥石軸部材１２−砥石Ｔという回転動力の伝達経路の中から、砥石駆動モータＭＴと駆動プーリ２１とベルト２２と従動プーリ２４とを旋回しないようにする。そして図３（Ｂ）に示すように、回転軸の方向を変換して回転動力を伝達可能な軸方向変換機構Ｊ２を介して砥石軸部材１２と従動プーリ２４とを接続する。
これにより、旋回させる部材を更に少なくするとともに砥石Ｔへの回転動力を確実に伝達することが可能であり、ねじ研削盤の大型化を抑制することができる。

また、請求項３に記載のねじ研削盤によれば、旋回の回転軸が砥石研削点ＴＰを通ることより、旋回の角度をどのように変更しても砥石研削点ＴＰの位置が変わらないので、ワークＷの被加工個所に砥石研削点ＴＰを位置決めする制御が容易である。

本発明のねじ研削盤１の一実施の形態の外観の例を説明する図である。 ねじ研削盤１における第１の実施の形態の例を説明する図である。 ねじ研削盤１における第２の実施の形態の例を説明する図である。 軸方向変換機構の他の例を説明する図である。 砥石Ｔが旋回できない従来のねじ研削盤１００の例を説明する図である。

以下に本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。図１（Ａ）は、本発明のねじ研削盤１の平面図の例を示しており、図１（Ｂ）は、ねじ研削盤１の右側面図の例を示している。なお、図１（Ｂ）では、主軸台（右）ＤＲを備えた主軸装置（右）の記載を省略している。
また、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸が記載されている全ての図面において、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸は互いに直交しており、Ｙ軸は鉛直上向きを示しており、Ｚ軸とＸ軸は水平方向を示している。そしてＸ軸はワーク回転軸方向を示しており、Ｚ軸方向は砥石ＴがワークＷに切り込む方向を示している。

●［第１の実施の形態（ねじ研削盤１の全体構成（図１（Ａ）、（Ｂ）））］
図１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、ねじ研削盤１は、ワーク回転軸ＷＺ回りに回転しているワークＷに対して、砥石回転軸ＴＺ回りに回転している略円筒形状の砥石Ｔを相対的に移動させてワークＷのねじ溝を研削する。なお、各可動体の位置等を検出して各駆動モータに制御信号を出力する制御手段（ＮＣ制御装置等）については、図示を省略する。
ワークＷは、センタ部材ＣＬを備えた主軸装置（左）と、センタ部材ＣＲを備えた主軸装置（右）に両端（または両端近傍）が支持されている（センタ部材の代わりに少なくとも一方がチャックであってもよい）。

主軸装置（左）は、基台ＢＳに載置された主軸台（左）ＤＬと、主軸台（左）ＤＬに対してＸ軸方向に往復移動可能な主軸ハウジング（左）ＨＬと、主軸ハウジング（左）ＨＬ内でワーク回転軸ＷＺ回りに回転可能に支持された主軸（左）ＳＬとを備えている。また、主軸（左）ＳＬの一端にはセンタ部材ＣＬが設けられている。
主軸（左）ＳＬには図示しない駆動モータが設けられており、制御手段は、センタ部材ＣＬの先端をとおるワーク回転軸ＷＺ回りに主軸（左）ＳＬを、任意の角速度で任意の角度まで回転させることができる。
なお、主軸台（右）ＤＲを備えた主軸装置（右）も同様であり、主軸装置（右）については説明を省略する。
制御手段は、主軸（左）ＳＬと主軸（右）ＳＲを同期させて回転させることができる。

また、基台ＢＳには、Ｘ軸駆動モータＭＸにて制御されるボールねじＮＸの回転角度に応じて、ガイドＧＸに沿ってＸ軸方向の任意の位置に位置決めされる砥石スライドテーブル４０が載置されている。制御手段はエンコーダ等の位置検出手段ＥＸからの信号を検出しながらＸ軸駆動モータＭＸに制御信号を出力する。
砥石スライドテーブル４０には、Ｚ軸駆動モータＭＺにて制御されるボールねじＮＺの回転角度に応じて、ガイドＧＺに沿ってＺ軸方向の任意の位置に位置決めされる砥石進退テーブル４１が載置されている。制御手段はエンコーダ等の位置検出手段ＥＺからの信号を検出しながらＺ軸駆動モータＭＺに制御信号を出力する。

砥石進退テーブル４１には、砥石Ｔへの回転動力を発生させる砥石駆動モータＭＴと、旋回軸ＡＺ回りに砥石Ｔを旋回させる旋回モータＭＡ（旋回手段に相当）が固定されている。
砥石駆動モータＭＴは駆動プーリ２１に接続され、駆動プーリ２１はベルト２２を介して従動プーリ２４に回転動力を伝達する。また従動プーリ２４は砥石回転軸ＴＺ回りに回転可能に支持された砥石軸部材１２に接続されており、砥石軸部材１２には略円筒状の砥石Ｔが接続されている。またベルト２２の近傍には、ベルト２２の張力を調整するテンションプーリ２３が設けられている。なお、テンションプーリ２３は省略してもよいが、本実施の形態の説明ではテンションプーリ２３を備えた例で説明する。
旋回モータＭＡには、砥石軸部材１２を回転可能に支持した砥石カバー１３と旋回テーブル４２が接続されている。
また、本実施の形態にて説明するねじ研削盤１では、旋回時等にて砥石Ｔをより安定的に支持するために両持ち式（２つの支持手段の間に砥石Ｔが位置している方式）としているが、片持ち式で砥石Ｔを支持してもよい。

なお、図１（Ｂ）に示すように、砥石Ｔを旋回させずに砥石回転軸ＴＺとワーク回転軸ＷＺとを平行とした場合、砥石回転軸ＴＺとワーク回転軸ＷＺと旋回軸ＡＺは仮想平面ＭＦ上に位置している。この状態で砥石ＴをワークＷに対して相対的に近づけていき、ワークＷと砥石Ｔとが接触した位置における砥石Ｔの側の点を砥石研削点ＴＰとする。旋回軸ＡＺは砥石回転軸ＴＺに直交する方向であり、且つワークＷに向かう側であり、更に砥石研削点ＴＰをとおる。

●［第１の実施の形態における旋回部の構成（図２（Ａ）〜（Ｃ））］
図２（Ａ）〜（Ｃ）は、旋回モータＭＡ（旋回手段に相当）にて砥石Ｔをワーク回転軸ＷＺに平行な方向から角度θ１だけ旋回させた状態を、種々の方向から見た図を示している。
なお以降では、駆動プーリ２１の回転動力を従動プーリ２４に伝達する、駆動プーリ２１とベルト２２と従動プーリ２４を、「プーリユニット」と記載する。また、テンションプーリ２３は省略してもよいが、テンションプーリ２３を備えている場合はテンションプーリ２３も「プーリユニット」に含む。また、図２に示す例では、従動プーリ２４は砥石カバー１３内に収容されている。
また以降では、砥石軸部材１２と砥石Ｔを「砥石ユニット」と記載する。なお、以降の説明では砥石軸部材１２を支持している砥石カバー１３も砥石ユニットに含む。
砥石駆動モータＭＴの回転動力はプーリユニットを介して砥石ユニットに伝達される。

図１及び図２に示す第１の実施の形態では、旋回モータＭＡにて、砥石ユニットとプーリユニットを旋回させ、砥石駆動モータＭＴを旋回させることなく砥石進退テーブル４１に保持する構成を有している。また、旋回モータＭＡも砥石進退テーブル４１に保持されている。
プーリユニットは旋回テーブル４２に保持され、旋回テーブル４２は砥石カバー１３（砥石ユニット）に接続されている。そして砥石カバー１３（砥石ユニット）は旋回モータＭＡの軸に接続されている。この構成により、旋回テーブル４２は砥石カバー１３（砥石ユニット）と一体となって旋回モータＭＡにて旋回軸ＡＺ回りに旋回可能である。また旋回軸ＡＺは砥石研削点ＴＰをとおるように設定されているので、どのような角度に旋回させても砥石研削点ＴＰの位置は変わらない。

なお、旋回させた場合、砥石駆動モータＭＴの回転軸の方向と、駆動プーリ２１の回転軸の方向とが一致しなくなるが、図２（Ｃ）に示すように、回転軸の方向を変換して回転動力を伝達可能な軸方向変換機構（Ｊ１）（等速ジョイント等）を介して、砥石駆動モータＭＴの軸と駆動プーリ２１の軸とを接続する。
図２（Ｃ）の例では、軸方向変換機構（Ｊ１）として等速ジョイント等を用いたが、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すような形状のギア（Ｇ１、Ｇ２）等を用いてもよい。当該ギアＧ１、Ｇ２は、外観が御椀型であり、図４（Ｂ）に示すように駆動プーリ２１を任意の角度θで傾斜させても互いの歯車を噛み合わせて回転動力を伝達することができる。

また、図２（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、「砥石駆動モータＭＴ」と「プーリユニット（２１、２２、（２３、）２４）」と「砥石ユニット（Ｔ、１２、１３）」の中では、砥石駆動モータＭＴが旋回軸ＡＺから最も離れた位置にある。この砥石駆動モータＭＴを旋回させることがないので、旋回のモーメントが大きく低減され、旋回駆動用の旋回モータＭＡをより小型化することができる。また、旋回軸ＡＺから最も離れた砥石駆動モータＭＴを旋回させることがないことにより、旋回による周囲との干渉を回避するための空間をより小さくすることができる。
これらにより、ねじ研削盤１が大型化することを抑制することができる。

●［第２の実施の形態における旋回部の構成（図３（Ａ）〜（Ｃ））］
次に図３（Ａ）〜（Ｃ）を用いて、旋回部における第２の実施の形態について説明する。「プーリユニット」と「砥石ユニット」を旋回させた第１の実施の形態に対して、第２の実施の形態では「砥石ユニット」のみを旋回させるものである。
図３（Ａ）〜（Ｃ）は、旋回モータＭＡ（旋回手段に相当）にて砥石Ｔをワーク回転軸ＷＺに平行な方向から角度−θ２だけ旋回させた状態を、種々の方向から見た図を示している。

図３に示す第２の実施の形態では、旋回モータＭＡにて、砥石ユニットのみを旋回させ、砥石駆動モータＭＴとプーリユニット（駆動プーリ２１、ベルト２２、（テンションプーリ２３、）従動プーリ２４）を旋回させることなく砥石進退テーブル４１に保持する構成を有している。また、旋回モータＭＡも砥石進退テーブル４１に保持されている。
なお、図３に示す例では、従動プーリ２４は砥石進退テーブル４１に固定されたプーリ保持部材２５内に収容されている。
そして砥石カバー１３（砥石ユニット）は旋回モータＭＡの軸に接続されているが、旋回テーブル４２を介して旋回モータＭＡの軸と砥石ユニットとを接続してもよい。

この構成により、砥石カバー１３（砥石ユニットであり、旋回テーブル４２でもある）は旋回モータＭＡにて旋回軸ＡＺ回りに旋回可能である。また旋回軸ＡＺは砥石研削点ＴＰをとおるように設定されているので、どのような角度に旋回させても砥石研削点ＴＰの位置は変わらない。
なお、旋回させた場合、砥石軸部材１２の回転軸の方向と、従動プーリ２４の回転軸の方向とが一致しなくなるが、図３（Ｂ）に示すように、回転軸の方向を変換して回転動力を伝達可能な軸方向変換機構（Ｊ２）（等速ジョイント等）を介して、砥石軸部材１２の軸と従動プーリ２４の軸とを接続する。
また、第１の実施の形態と同様に、軸方向変換機構（Ｊ１）として等速ジョイント等を用いる代わりに、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すような形状のギア（Ｇ１、Ｇ２）等を用いてもよい。

以上、図３（Ａ）〜（Ｃ）の例に示した第２の実施の形態では、「砥石ユニット（Ｔ、１２、１３）」のみを旋回モータＭＡにて旋回させるので、図２に示す第１の実施の形態よりも旋回のモーメントが更に低減され、旋回駆動用の旋回モータＭＡを更に小型化することができる。また、図２に示す第１の実施の形態と比較して、旋回による周囲との干渉を回避するための空間を更に小さくすることができる。
これらにより、第１の実施の形態よりも、更にねじ研削盤１が大型化することを抑制することができる。
また、第２の実施の形態では、砥石軸部材１２と従動プーリ２４とを直接的に接続していないので、ベルト２２のテンションを高くしても、砥石軸部材１２の剛性を高くするために太くする必要がない（プーリ保持部材２５の剛性を高くすればよい）。従って、より小径の砥石Ｔとすることも可能となる。

本発明のねじ研削盤１は、本実施の形態で説明した外観、構成、構造等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
また、本実施の形態の説明では、ワークＷに対して砥石ＴをＸ軸方向、Ｚ軸方向に移動させる構成の例を示したが、ワークＷに対して砥石Ｔが相対的にＸ軸方向、Ｚ軸方向に移動可能となるように構成されていればよい。

１ ねじ研削盤
１２ 砥石軸部材
１３ 砥石カバー
２１ 駆動プーリ
２２ ベルト
２３ テンションプーリ
２４ 従動プーリ
２５ プーリ保持部材
４０ 砥石スライドテーブル
４１ 砥石進退テーブル
４２ 旋回テーブル
ＡＺ 旋回軸
ＢＳ 基台
ＣＬ、ＣＲ センタ部材
Ｊ１、Ｊ２ 軸方向変換機構
ＭＡ 旋回モータ（旋回手段に相当）
ＭＴ 砥石駆動モータ
ＭＸ Ｘ軸駆動モータ
ＭＺ Ｚ軸駆動モータ
ＧＸ、ＧＺ ガイド
ＳＬ、ＳＲ 主軸（左）、主軸（右）
Ｔ 砥石
ＴＰ 砥石研削点
ＴＺ 砥石回転軸
Ｗ ワーク
ＷＺ ワーク回転軸

Claims (3)

1. 砥石回転軸回りに回転可能に支持された砥石軸部材に接続された略円筒状の砥石を備えた砥石ユニットと、
   駆動モータと、
   駆動プーリと従動プーリとベルトとを備えて前記ベルトを介して前記駆動プーリの回転動力を前記従動プーリに伝達するプーリユニットと、を備え、
   前記駆動モータは前記駆動プーリに接続されているとともに前記従動プーリは前記砥石軸部材に接続されており、前記砥石にてワーク回転軸回りに回転するワークのねじ溝を研削するねじ研削盤において、
   前記砥石回転軸に直交する方向且つ前記砥石がワークに向かう側に旋回軸を有する旋回手段と、前記旋回手段に接続された旋回テーブルと、を備え、
   前記旋回テーブルには、前記プーリユニットと前記砥石ユニットが保持されており、
   前記旋回手段は、前記駆動モータに対して前記旋回テーブルを前記旋回軸回りに旋回可能であり、
   前記駆動モータと前記駆動プーリとが、回転軸の方向を変換して回転動力を伝達可能な軸方向変換機構を介して接続されている、
   ねじ研削盤。
2. 砥石回転軸回りに回転可能に支持された砥石軸部材に接続された略円筒状の砥石を備えた砥石ユニットと、
   駆動モータと、
   駆動プーリと従動プーリとベルトとを備えて前記ベルトを介して前記駆動プーリの回転動力を前記従動プーリに伝達するプーリユニットと、を備え、
   前記駆動モータは前記駆動プーリに接続されているとともに前記従動プーリは前記砥石軸部材に接続されており、前記砥石にてワーク回転軸回りに回転するワークのねじ溝を研削するねじ研削盤において、
   前記砥石回転軸に直交する方向且つ前記砥石がワークに向かう側に旋回軸を有する旋回手段を備え、
   前記旋回手段は、前記砥石ユニットに接続されており、前記駆動モータと前記プーリユニットに対して前記砥石ユニットを前記旋回軸回りに旋回可能であり、
   前記旋回手段によって前記砥石ユニットが前記旋回軸回りに旋回されると、前記砥石軸部材の回転軸の方向と、前記従動プーリの回転軸の方向とが不一致となる場合があり、
   前記砥石軸部材と前記従動プーリとが、回転軸の方向を変換して回転動力を伝達可能な軸方向変換機構を介して接続されている、
   ねじ研削盤。
3. 請求項１または２に記載のねじ研削盤であって、
   前記旋回軸は、前記砥石回転軸と前記ワーク回転軸とを平行とした場合に前記ワークに対して前記砥石を相対的に移動させて前記砥石と前記ワークとを接触させた際、前記砥石における前記ワークと前記砥石とが接触する個所である砥石研削点を通るように設定されている、
   ねじ研削盤。

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