JP6004890B2 - 複合加工研削盤及びそれを利用した加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、複合加工研削盤及びそれを利用した加工方法に関し、特に、種類の異なる複数の研削加工に対応可能な複合加工研削盤及びそれを利用した加工方法に関する。

砥石により加工対象物（以下、「ワーク」と称す）を研削する際に、そのワークに施される研削の種類としては、円筒研削、ねじ研削、歯車研削等があるが、それらの研削を行う研削盤としては、専ら各研削に専用の研削盤が設けられているのがこれまでの流れである（例えば、円筒研削盤の例として特許文献１、ねじ研削盤の例として特許文献２、歯車研削盤の例として特許文献３をそれぞれ参照）。しかも、技術開発としては、各研削盤個々に最適化を図る方向で進んでいるのが現状である。

特開２０１１−１３１３２０号公報 特開２００２−２８８６４号公報 特開２００６−１１０６９９号公報

しかしながら、ワークによっては、円筒研削、ねじ研削、歯車研削等のすべて、少なくともそれらの多く、が加工として施される必要のあるものも少なくない。かかるワークについて加工作業を行おうとすると、上記の各研削に必要な対応する研削盤をすべて用意し、その都度、ワークをそれぞれの研削盤に装着し、また取り外すという作業工程が必要であり、作業効率が悪く、コストの観点からも不利な点となる。

上述の方法は、少品種大量加工であれば、まださほど問題とはならないが、多品種少量加工であれば、その問題も大きく影響することとなる。

本発明は上述のような事情から為されたものであり、本発明の目的は、一装置で、円筒研削、ねじ研削、及び歯車研削のすべての加工を行うことができる複合加工研削盤を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、その研削盤を用いて、一つのワークに対して円筒研削、ねじ研削、及び歯車研削のすべての加工を自動的に行うことができる加工方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の複合加工研削盤は、ワークに対して加工を行うための砥石が同軸で着脱される砥石軸と、前記砥石を回転駆動させる砥石回転駆動手段と、前記砥石軸を、その軸に対して垂直方向に移動させて、前記ワークに対して接近及び離反させる第一機構と、前記砥石軸をその軸方向に移動させる第二機構と、前記砥石軸を、前記第一機構による移動方向の軸について少なくとも９０度旋回させる第三機構と、前記砥石回転駆動手段による前記砥石の回転に伴って、前記第一機構、前記第二機構、及び前記第三機構による前記砥石軸の駆動制御を行い、前記ワークに対して、円周研削、ねじ研削、及び歯車研削のすべてを行う制御手段と、を備えたことを要旨とする。

ここで、好適には、複合加工研削盤は、前記砥石軸に対して、所望の砥石を自動的に着脱するための自動工具交換装置を更に備える。

また、上記目的を達成するため、本発明の複合加工研削盤を利用した加工方法は、ワークに対して加工を行うための砥石が同軸で着脱される砥石軸と、前記砥石を回転駆動させる砥石回転駆動手段と、前記砥石軸を、その軸に対して垂直方向に移動させて、前記ワークに対して接近及び離反させる第一機構と、前記砥石軸をその軸方向に移動させる第二機構と、前記砥石軸を、前記第一機構による移動方向の軸について少なくとも９０度旋回させる第三機構と、前記砥石回転駆動手段による前記砥石の回転に伴って、前記第一機構、前記第二機構、及び前記第三機構による前記砥石軸の駆動制御を行う制御手段と、を備えた複合加工研削盤における加工方法であって、ａ）自動工具交換装置により、前記砥石軸に対して、所望の砥石を取り付け、ｂ）前記円周研削、前記ねじ研削、及び前記歯車研削のいずれかを行い、ｃ）前記ステップａ）及び前記ステップｂ）を繰り返すことにより、１つのワークに対して、前記円周研削、前記ねじ研削、及び前記歯車研削のすべての加工を行うことを要旨とする。

本発明の複合加工研削盤によれば、一装置で、円筒研削、ねじ研削、及び歯車研削のすべての加工を行うことができる。また、自動工具交換装置を更に備えれば、自動で、円筒研削、ねじ研削、及び歯車研削のすべての加工を行うことができる。

また、本発明の複合加工研削盤を利用した加工方法によれば、一つのワークに対して円筒研削、ねじ研削、及び歯車研削のすべての加工を自動的に行うことができる。

本発明の複合加工研削盤における一実施形態の正面図である。 本発明の複合加工研削盤における一実施形態の側面図である。 工具自動交換装置における自動交換機構の詳細構成を示す図である。 円筒研削を行うときの砥石軸の位置付けと、ワークと砥石との関係とを説明するための図である。 ねじ研削を行うときの砥石軸の位置付けと、ワークと砥石との関係とを説明するための図である。 歯車研削を行うときの砥石軸の位置付けと、ワークと砥石との関係とを説明するための図である。 本発明の複合加工研削盤における一実施形態により研削を行う場合の具体例の手順を示す図である。 本発明の複合加工研削盤における一実施形態により研削を行う場合の具体例を説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の複合加工研削盤における一実施形態の正面図である。図２は、本発明の複合加工研削盤における一実施形態の側面図である。これらの図を参照して、まず、本発明の複合加工研削盤における一実施形態の構成を説明する。

図１及び２に示すように、本発明の複合加工研削盤における一実施形態である複合加工研削盤１００は、ベッド及び周辺装置（以下、「ベッド等」と称す）１１０と、ベッド等１１０上に載置された加工ベース部１３０とを備えている。また、加工ベース部１３０の、側面図（図２）における右側には、加工ベース部１３０に対して、側面図において左右方向（これを「Ｙ軸」方向と規定する）に摺動可能なコラム１７０が設置されている。この摺動動作は、コラム駆動モータ１５３による。また、そのコラム１７０の一側面には、コラム１７０に対して鉛直方向（これをＺ軸方向と規定する）に摺動可能な砥石頭１２５ｂが設けられている。この摺動動作は、砥石頭駆動モータ１５２による。また、その砥石頭１２５ｂには、砥石軸１２４ａが懸架支持されている。その砥石軸１２４ａには、その軸に同軸で砥石１１６が着脱可能となっており、その砥石１１６は、主軸モータ（内蔵タイプ（ビルトイン型）であるので図示せず）により回転駆動可能となっている。従って、砥石頭１２５ｂのコラム１７０に対する摺動に伴って、砥石軸１２４ａ、砥石１１６、及び主軸モータも、コラム１７０に対してＺ軸方向に、つまり上下方向に移動可能となっている。

また、砥石軸１２４ａは、砥石頭１２５ｂに対して、Ｙ軸を軸として、図１の二点鎖線で示すように、旋回可能に構成されている。この旋回動作のための図示しないモータが備わっている。旋回可能角度は、砥石軸１２４ａの方向がＺ軸と一致している場合を便宜上０度とし、反時計回りを正方向とすると、例えば、−１０度〜９０度である。但し、これに限られることはなく、円周研削に必要な０度、歯車研削に必要な９０度、ねじ研削に必要な−α度〜α度（例えばα＝１０）が含まれていればよい。

図２において、加工ベース部１３０の左側には、ワークＷが設置されるテーブル１１４、心押し台１７２ａ、及び心押し台支え１７２ｂが設置されている。また、詳細には、後述の図４乃至６に示すように、ワークＷは、上側センタ１７３ａ及び下側センタ１７３ｂにより挟持され、また、図示しないモータによりＺ軸の周りに回転可能となっている。

本発明の一実施形態たる複合加工研削盤１００は、更に、工具自動交換装置４００を備えている。但し、この発明に必須の構成ではなく、工具を手動で交換することも可能である。この工具自動交換装置４００は、図１に示すように、概して、ベース部４５０上に自動交換機構が摺動可能に構成されているものである。

図３は、自動交換機構の詳細構成図である。同図に示された自動交換機構は、工具自動交換装置本体又は研削盤に対して摺動可能な摺動アーム４０１と、棒状部材であって、その両端に砥石１１６を把持可能な回転アーム４０４と、回転アーム４０４をその中央で回転可能に枢支するアーム支持回転軸４０３と、回転アーム４０４の回転の動作制御を行うものであって、アーム支持回転軸４０３と共に摺動アーム４０１の端部に取り付けられたアクチュエータ４０２とで構成されている。なお、詳細には、回転アーム４０４の両端には、グリッパー４０５が取り付けられており、そのグリッパー４０５が、砥石１１６の砥ランジ部のグリップ溝と嵌合することにより、砥石１１６が把持されるようになっている。

なお、複合加工研削盤１００には、後述の図４乃至図６に示すように、パネル類１９０が備わっているのが一般的である。

次に、図１乃至図３に示した複合加工研削盤１００の概略動作を説明する。
まず、工具自動交換装置４００による砥石交換動作について説明する。そこで、まず、砥石頭１２５ｂの摺動により、砥石軸１２４ａを、砥石１１６が着脱できる位置まで下降させる。次に、工具マガジン等から所望の砥石１１６を選択して一端に把持した工具自動交換装置４００は、摺動アーム４０１を摺動させて、回転アーム４０４の他端を、不要となった旧砥石１１６を把持できる位置まで移動させ、グリッパー４０５によりその旧砥石１１６を把持する。次に、グリッパー４０５が旧砥石１１６を把持した状態で、砥石頭１２５ｂの摺動により砥石軸１２４ａを上昇させると、砥石軸１２４ａから旧砥石１１６が外れる。次に、回転アーム４０４を１８０度回転させ、新砥石１１６を取り付け可能な位置に位置付けする。この状態で、砥石頭１２５ｂの摺動により砥石軸１２４ａを下降させると、新砥石１１６が砥石軸１２４ａに装着される。そして、工具自動交換装置４００は、グリッパー４０５を解除し、更に摺動アーム４０１を摺動させて回転アーム４０４を撤退させる。最後に、砥石頭１２５ｂの摺動により砥石軸１２４ａを加工位置まで上昇させる。

次に、研削加工動作について説明する。主軸モータによる駆動で砥石１１６を高速回転させる。同時に、コラム駆動モータ１５３によりコラム１７０をＹ軸方向に摺動させることにより、砥石１１６がワークＷに対して接近／離反する。また、並行して、砥石頭駆動モータ１５２により砥石頭１２５ｂをＺ軸方向に摺動させることにより、砥石１１６のワークＷに対するＺ方向の位置を変えることができる。以上から、砥石１１６の回転と、そのＹ軸方向及びＺ軸方向の移動により、ワークＷに対して所望の加工を行うことができる。なお、ワークＷは、加工形態に応じて、必要に応じて回転させる。

次に、図４乃至図６を参照し、円周研削、ねじ研削、及び歯車研削のそれぞれの場合の加工形態を詳細に説明する。まず、図４は、円周研削の場合を示す図である。同図（ａ）に示すように、円周研削の場合は、砥石軸１２４ａは砥石頭１２５ｂに対して０度の旋回位置に設定する。つまり、この場合は、所望の円周研削に必要な砥石１１６を砥石軸１２４ａに取り付けた後に、砥石軸１２４ａを旋回させる必要がないということである。同図（ｂ）及び（ｃ）は、砥石１１６とワークＷの研削状態での配向関係を示す図であり、同図（ｂ）が正面から見た図であり、同図（ｃ）がＺ軸方向から見た図である。

次に、図５は、ねじ研削の場合を示す図である。同図（ａ）に示すように、ねじ研削の場合は、砥石軸１２４ａは砥石頭１２５ｂに対してα度（例えば２度）の旋回位置に固定する。つまり、この場合は、所望のねじ研削に必要な砥石１１６を砥石軸１２４ａに取り付けた後に、砥石軸１２４ａを砥石頭１２５ｂに対してα度旋回させる。同図（ｂ）及び（ｃ）は、砥石１１６とワークＷの研削状態での配向関係を示す図であり、同図（ｂ）が正面から見た図であり、同図（ｃ）がＺ軸方向から見た図である。

次に、図６は、歯車研削の場合を示す図である。同図（ａ）に示すように、歯車研削の場合は、砥石軸１２４ａは砥石頭１２５ｂに対して９０度の旋回位置に固定する。つまり、この場合は、所望のねじ研削に必要な砥石１１６を砥石軸１２４ａに取り付けた後に、砥石軸１２４ａを砥石頭１２５ｂに対して９０度旋回させる。同図（ｂ）及び（ｃ）は、砥石１１６とワークＷの研削状態での配向関係を示す図であり、同図（ｂ）が正面から見た図であり、同図（ｃ）がＺ軸方向から見た図である。

なお、図４乃至図６において、便宜上、砥石１１６は模式的に同じものとして示している。しかしながら、各研削の種類に応じて当然工具は異なるものであり、更に、例えば同じ円周研削でも、複数の異なる研削が必要な場合があり、そのときには、複数の円周研削用のそれぞれの砥石の交換が必要になるということである。

図７及び図８は、本発明の複合加工研削盤における一実施形態により研削を行う場合の具体例を説明するための図である。そこで、具体例として、図８（ａ）に示した加工前のワークＷを図８（ｄ）の状態に加工する場合として挙げる。図８（ｄ）に示した最終ワークＷには、円周研削、ねじ研削、及び歯車研削のすべてが施されている。

図７は、具体例の研削の場合の手順を示す図である。そこで、図１乃至図３に示した複合加工研削盤１００において、まず、砥石軸１２４ａを旋回させ０度に設定する（ステップＳ１）。次に、自動工具交換装置４００により、所望の円周研削用砥石１１６を砥石軸１２４ａに取り付ける（ステップＳ２）。なお、このとき、加工済みの砥石は砥石軸１２４ａに付いていないものとする。そして、円周研削用砥石１１６により、ワークＷに対して所望の円周研削加工を行う（ステップＳ３）。このとき、砥石１１６を回転させつつ、Ｙ軸及びＺ軸方向の移動をさせることにより、例えば図８（ｂ）に示した円周研削加工を行う。必要があれば、ステップＳ２に戻り、必要な他の円周研削用砥石１１６に付け替え、ステップＳ３を繰り返す。

ステップＳ３における円周研削が終了すると、砥石１１６を加工位置から撤退させ、自動工具交換装置４００により、所望のねじ研削用砥石１１６に交換する（ステップＳ４）。次に、砥石軸１２４ａを旋回させ、旋回角度を２度に設定する（ステップＳ５）。そして、ねじ研削用砥石１１６により、ワークＷに対して所望のねじ研削加工を行う（ステップＳ６）。このとき、砥石１１６を回転させつつ、Ｙ軸及びＺ軸方向の移動をさせることにより、例えば図８（ｃ）に示したねじ研削加工を行う。必要があれば、砥石軸１２４ａを０度に戻し、ステップＳ４に戻り、必要な他のねじ研削用砥石１１６に付け替え、ステップＳ５及びＳ６を繰り返す。

ステップＳ６におけるねじ研削が終了すると、砥石１１６を加工位置から撤退させ、砥石軸１２４ａを旋回させて０度に戻し（ステップＳ７）、自動工具交換装置４００により、所望の歯車研削用砥石１１６に交換する（ステップＳ８）。次に、砥石軸１２４ａを旋回させ、旋回角度を９０度に設定する（ステップＳ９）。そして、歯車研削用砥石１１６により、ワークＷに対して所望の歯車研削加工を行う（ステップＳ１０）。このとき、砥石１１６を回転させつつ、Ｙ軸及びＺ軸方向の移動をさせることにより、例えば図８（ｄ）に示した歯車研削加工を行う。必要があれば、ステップＳ７に戻って砥石軸１２４ａを０度に戻し、必要な他の歯車研削用砥石１１６に付け替え、ステップＳ９及びＳ１０を繰り返す。

以上の手順により、１つのワークＷに対して、円周研削、ねじ研削、及び歯車研削のすべてが行える。なお、上述の具体例においては、円周研削、ねじ研削、歯車研削の順に加工を行っているが、これに限られることはなく、その加工順序というのは、その加工態様に応じて最適なものが決まる。

なお、図７の具体例のような制御は、予めプログラムが組み込まれた制御装置（特に、ＮＣ制御装置）により行う。

以上のように、上述の実施形態によれば、１つのワークＷに対して、円周研削、ねじ研削、歯車研削等の複数の研削加工を施す必要がある場合にでも、１台の研削盤で対応できる。特に、自動工具交換装置４００を採用すれば、全自動で行うことができる。

本発明の砥石自動交換方法及びその方法に採用される砥石ユニットは、１つの加工対象物に対して、円周研削、ねじ研削、歯車研削等の複数の研削加工を施す場合に用できる。

１００ 複合加工研削盤
１１０ ベッド等
１１４ テーブル
１１６ 砥石
１２４ａ 砥石軸
１２５ｂ 砥石頭
１３０ 加工ベース部
１５２ 砥石頭駆動モータ
１５３ コラム駆動モータ
１７２ａ 心押し台
１７２ｂ 心押し台支え
１７３ａ 上側センタ
１７３ｂ 下側センタ
４００ 自動工具交換装置
４５０ ベース部
４０４ 摺動アーム
Ｗ ワーク

Claims (3)

1. ワークに対して加工を行うための砥石が同軸で着脱される砥石軸と、
   前記砥石を回転駆動させる砥石回転駆動手段と、
   前記砥石軸を、その軸に対して垂直方向に移動させて、前記ワークに対して接近及び離反させる第一機構と、
   前記砥石軸をその軸方向に移動させる第二機構と、
   前記砥石軸を、前記第一機構による移動方向の軸について少なくとも９０度旋回させる第三機構と、
   前記砥石回転駆動手段による前記砥石の回転に伴って、前記第一機構、前記第二機構、及び前記第三機構による前記砥石軸の駆動制御を行い、前記ワークに対して、円周研削、ねじ研削、及び歯車研削のすべてを行う制御手段と、
   を備えたことを特徴とする複合加工研削盤。
2. 前記砥石軸に対して、所望の砥石を自動的に着脱するための自動工具交換装置を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の複合加工研削盤。
3. ワークに対して加工を行うための砥石が同軸で着脱される砥石軸と、
   前記砥石を回転駆動させる砥石回転駆動手段と、
   前記砥石軸を、その軸に対して垂直方向に移動させて、前記ワークに対して接近及び離反させる第一機構と、
   前記砥石軸をその軸方向に移動させる第二機構と、
   前記砥石軸を、前記第一機構による移動方向の軸について少なくとも９０度旋回させる第三機構と、
   前記砥石回転駆動手段による前記砥石の回転に伴って、前記第一機構、前記第二機構、及び前記第三機構による前記砥石軸の駆動制御を行う制御手段と、
   を備えた複合加工研削盤における加工方法であって、
   ａ）自動工具交換装置により、前記砥石軸に対して、所望の砥石を取り付け、
   ｂ）前記円周研削、前記ねじ研削、及び前記歯車研削のいずれかを行い、
   ｃ）前記ステップａ）及び前記ステップｂ）を繰り返すことにより、１つのワークに対して、前記円周研削、前記ねじ研削、及び前記歯車研削のすべての加工を行うことを特徴とする加工方法。

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