JP6079408B2

JP6079408B2 - 研削盤

Info

Publication number: JP6079408B2
Application number: JP2013089547A
Authority: JP
Inventors: 善昭安藤; 稔平野
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2033-04-22
Also published as: JP2014213390A

Description

本発明は、被研削物に対し砥石車を回転させながら相対移動させ、被研削物と砥石車との接触部位に向けて研削液を供給しながら被研削物を砥石車で研削する研削盤に関するものである。

例えば、特許文献１には、砥石車を回転させつつ被研削物に対し移動させ、被研削物と砥石車との接触部位に向けて研削液を供給しながら被研削物を砥石車で研削する研削盤が記載されている。砥石車は、研削液の飛散を防止するため砥石覆いにより覆われている。砥石車の砥石軸部材は、高速かつ高精度に回転するため静圧軸受により支持されている。この静圧軸受は、作動流体として油を使用している。

特開２０１０−２６９４１１号公報

砥石軸部材の静圧軸受に供給される油は、砥石軸部材の高速回転に伴うせん断発熱により温度上昇（１０数度程度）する。この温度上昇した油は、油を排出する経路を通って油を貯留するタンクに還流される。そして、オイルクーラー等で一定温度に冷却され、再び砥石軸部材の静圧軸受に供給される。このため、油を排出する経路から研削に関わる部位に油の熱が伝達される場合があり、当該部位に熱変位が生じて研削に悪影響を及ぼすおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、砥石軸部材の液体軸受に供給された液体を速やかに冷却することができる研削盤を提供することを目的とする。

（請求項１）本手段に係る研削盤は、回転させながら被研削物を研削する砥石車と、前記砥石車を回転可能に支持する液体軸受と、前記液体軸受に供給する液体を貯留するタンクと、前記砥石車における前記被研削物との接触部位に向けて研削液を供給する研削液供給装置と、前記砥石車を覆い、前記液体軸受から排出される前記液体を前記タンクへ還流するための流路が内部に設けられている砥石覆いと、を備える。

（請求項２）また、前記流路は、前記砥石覆いの内側面における前記砥石車の外周面と対向する箇所と前記砥石覆いの外側面とにより挟まれる内部を通過するように形成されているようにしてもよい。
（請求項３）また、前記砥石覆いにおける内部には、前記液体を一旦滞留させる液体溜り部が形成されているようにしてもよい。
（請求項４）また、前記液体溜り部の内周面は、前記砥石覆いにおける前記砥石車の外周面と対向する内側面に沿った形状に形成されているようにしてもよい。

（請求項５）また、前記流路には、前記砥石車の砥石軸部材をエアーによりシールするエアーシールからのエアーが供給されるようにしてもよい。
（請求項６）また、前記砥石車が配置される砥石台には、前記流路から前記タンクへつながる経路が設けられているようにしてもよい。

（請求項１）本発明によれば、砥石覆いの内側面は、砥石車の回転に伴って砥石車の外周面に連れ回りされる研削液により十分に冷却されているので、砥石覆いに設けられた流路内を流れる液体も、速やかに冷却することができる。これにより、研削に関わる部位における液体の熱伝達による熱変位を抑制することができ、高精度な研削を行うことができる。また、液体を冷却するための装置の負担を軽減することができるので、省エネルギ効果を得ることができる。

（請求項２）これにより、砥石覆いにおける流路に近い内側面には、砥石の外周面に連れ回りされる研削液が十分に供給されるので、流路内を流れる液体をさらに速やかに冷却することができる。
（請求項３）これにより、液体が液体溜り部に一旦滞留されることになるので、液体をより冷却することができる。

（請求項４）これにより、液体溜り部に一旦滞留されている液体は、砥石車の外周面と対向する砥石覆いの内側面を流れる研削液により、十分に冷却されることになる。
（請求項５）これにより、流路内を流れる液体には、排出方向の力が加わるので、流路内を流れる液体をタンクへスムーズに還流することができるとともに、流路内での液体の逆流を防止することができる。
（請求項６）これにより、砥石覆いに液体の流路を設けてもコンパクトな設計が可能となる。

本発明の実施形態：研削盤の平面図である。油の流路を含む砥石車周辺を示し、図２ＢのＢ−Ｂ線断面図である。油の流路を含む砥石車周辺を示し、図２ＡのＡ−Ａ線断面図である。油の流路および経路を含む砥石車周辺を示す断面図である。油の流路および経路における油の冷却作用を説明するための図である。油の流路の第一の変形例を示す図である。油の流路の第二の変形例を示す図である。油の流路の第三の変形例を示す図である。

（１．研削盤の機械構成）
以下、本発明の実施形態の研削盤について図面を参照しつつ説明する。本実施形態の研削盤の一例として、軸状の被研削物の研削が可能な砥石台トラバース型円筒研削盤を例に挙げて説明する。なお、トラバース方向をＺ軸方向、トラバース方向と直角な水平方向をＸ軸方向、トラバース方向と直角な鉛直方向をＹ軸方向とする。

図１に示すように、研削盤１は、ベッド１０と、主軸台２０と、心押台３０と、砥石支持装置４０と、クーラント（研削液）供給装置５０と、定寸装置６０と、制御装置７０等とから構成される。
ベッド１０は、ほぼ矩形状からなり、床上に配置される。ただし、ベッド１０の形状は矩形状に限定されるものではない。このベッド１０の上面には、砥石支持装置４０を構成する砥石台トラバースベース４１が摺動可能な一対の砥石台用Ｚ軸ガイドレール１１ａ、１１ｂが、Ｚ軸方向に延びるように、且つ、相互に平行に配置固定されている。

さらに、ベッド１０の上面の一対の砥石台用Ｚ軸ガイドレール１１ａ、１１ｂの間には、砥石台トラバースベース４１をＺ軸方向に駆動するための砥石台用Ｚ軸ボールねじ１１ｃが配置され、この砥石台用Ｚ軸ボールねじ１１ｃを回転駆動する砥石台用Ｚ軸モータ１１ｄが配置固定されている。

主軸台２０は、主軸台本体２１と、主軸２２と、主軸モータ２３と、主軸センタ２４等とを備えている。主軸台本体２１には、主軸２２が回転可能に挿通支持されている。主軸台本体２１は、主軸２２の軸方向がＺ軸方向を向き、且つ一対の砥石台用Ｚ軸ガイドレール１１ａ、１１ｂと平行になるようにベッド１０の上面に固定されている。

主軸２２の左端には、主軸モータ２３が設けられ、主軸２２は、主軸モータ２３により主軸台本体２１に対してＺ軸回りに回転駆動される。この主軸モータ２３には、主軸モータ２３の回転角の検出が可能なエンコーダが備えられている。また、主軸２２の右端には、軸状の被研削物Ｗの軸方向一端を支持する主軸センタ２４が取り付けられている。

心押台３０は、心押台本体３１と、心押センタ３２等とを備えている。心押台本体３１には、心押センタ３２が回転可能に挿通支持されている。心押台本体３１は、心押センタ３２の軸方向がＺ軸方向を向くように、且つ心押センタ３２の回転軸が主軸２２の回転軸と同軸となるようにベッド１０の上面に固定されている。
すなわち、心押センタ３２は、主軸センタ２４と被研削物Ｗの軸方向両端を支持してＺ軸回りに回転可能なように配置されている。心押センタ３２は、被研削物Ｗの長さに応じて心押台本体３１の右端面からの突出量の変更が可能に構成されている。

砥石支持装置４０は、砥石台トラバースベース４１と、砥石台４２と、砥石車４３と、砥石回転用モータ４４等とを備えている。砥石台トラバースベース４１は、矩形の平板状に形成されており、ベッド１０の上面において一対の砥石台用Ｚ軸ガイドレール１１ａ、１１ｂ上を摺動可能に配置されている。

砥石台トラバースベース４１は、砥石台用Ｚ軸ボールねじ１１ｃのナット部材に連結されており、砥石台用Ｚ軸モータ１１ｄの駆動により一対の砥石台用Ｚ軸ガイドレール１１ａ、１１ｂに沿って移動される。この砥石台用Ｚ軸モータ１１ｄには、砥石台用Ｚ軸モータ１１ｄの回転角の検出が可能なエンコーダが備えられている。

砥石台トラバースベース４１の上面には、砥石台４２が摺動可能な一対の砥石台用Ｘ軸ガイドレール４１ａ、４１ｂが、Ｘ軸方向に延びるように、且つ、相互に平行に配置固定されている。
さらに、砥石台トラバースベース４１の上面の一対の砥石台用Ｘ軸ガイドレール４１ａ、４１ｂの間には、砥石台４２をＸ軸方向に駆動するための砥石台用Ｘ軸ボールねじ４１ｃが配置され、この砥石台用Ｘ軸ボールねじ４１ｃを回転駆動する砥石台用Ｘ軸モータ４１ｄが配置されている。この砥石台用Ｘ軸モータ４１ｄには、砥石台用Ｘ軸モータ４１ｄの回転角の検出が可能なエンコーダが備えられている。

砥石台４２は、砥石台トラバースベース４１の上面の一対の砥石台用Ｘ軸ガイドレール４１ａ、４１ｂ上を摺動可能に配置されている。砥石台４２は、砥石台用Ｘ軸ボールねじ４１ｃのナット部材に連結されており、砥石台用Ｘ軸モータ４１ｄの駆動により一対の砥石台用Ｘ軸ガイドレール４１ａ、４１ｂに沿って移動される。
つまり、砥石台４２は、ベッド１０、主軸台２０および心押台３０に対して、Ｘ軸方向（プランジ送り方向）およびＺ軸方向（トラバース送り方向）に相対移動可能に構成されている。

砥石台４２の上面には、砥石軸部材４５が静圧軸受４７（本発明の「液体軸受」に相当する）によりＺ軸回りに回転可能に支持されている。静圧軸受４７には、ベッド１０内に収納されたタンク８１に貯留されている油（本発明の「液体」に相当する）が、タンク８１に取付けられたポンプ８２から配管を通し、軸受ハウジング４９内の上部に設けられている供給油路８３ａ（図２Ａ参照）を通して供給されるようになっている。

砥石軸部材４５には、クーラント供給装置５０のクーラント（研削液）の浸入防止のためのエアーシール部４６（図２Ａ参照）が設けられている。砥石軸部材４５の一端には、円盤状の砥石車４３が同軸で取り付けられている。

砥石台４２の上面には、ベルト・プーリ機構４６介して砥石軸部材４５を砥石車４３とともに回転駆動するための砥石回転用モータ４４が固定されている。砥石台４２のＺ軸方向の側面には、クーラント供給装置５０から砥石車４３の外周面４３ａと被研削物Ｗの外周面Ｗａとの接触部位に供給されるクーラントの飛散を防止するため、砥石車４３を覆う砥石覆い４８が取り付けられている。

詳細は後述するが、図２Ａに示すように、砥石覆い４８の内部には、静圧軸受４７から軸受ハウジング４９内の下部に設けられている排出油路８３ｂを通して排出される温度上昇した油を、冷却してタンク８１へ還流するための流路８４が設けられている。また、排出油路８３ｂには、静圧軸受４７に設けられているエアーシール部４６のエアーを導入するエアー導入管部４６ａが連通されている。

さらに、図２Ｂに示すように、砥石覆い４８の背面４８ａ（Ｘ軸方向の被研削物Ｗ側とは逆側の面）には、流路８４からタンク８１へつながる経路８５が設けられている。このように、砥石覆い４８の背面４８ａに油の経路８５を設けることにより、砥石覆い４８内に油の流路８４を設けてもコンパクトな設計が可能となる。

クーラント供給装置５０は、クーラント貯留槽５１、ポンプ５２およびクーラント供給ノズル５３等を備えている。クーラント貯留槽５１およびポンプ５２は、ベッド１０の脇に設置されている。クーラント供給ノズル５３は、砥石車４３の上方の砥石覆い４８に取付けられ、ポンプ５２と配管接続されている。

定寸装置６０は、研削部位における被研削物Ｗの外径を計測して計測信号を制御装置７０へ出力するための装置である。
制御装置７０は、各モータを制御して、被研削物Ｗおよび砥石車４３をＺ軸回りに回転させ、且つ、被研削物Ｗに対する砥石車４３のＺ軸方向およびＸ軸方向の相対的な位置を変更することにより、被研削物Ｗの外周面の研削を行う装置である。

（２．油の流路および経路）
次に、静圧軸受４７から排出される油を、冷却してタンク８１へ還流するための流路８４および経路８５の詳細構造について説明する。

図２Ａ、Ｂに示すように、流路８４は、砥石覆い４８の側面４８ｂ（軸受ハウジング４９側の面）から砥石覆い４８内部をＺ軸方向に延びる管状に形成された導入管部８４ａと、導入管部８４ａから砥石覆い４８内部を下方に向かってＺ軸方向の側面視が略三角形状に拡がる油溜り部８４ｂ（本発明の「液体溜り部」に相当する）と、油溜り部８４ｂの下部において砥石覆い４８の背面４８ａに貫通する管状に形成された導出管部８４ｃとで構成される。

流路８４の導入管部８４ａは、軸受ハウジング４９内の下部に設けられている排出油路８３ｂに連通され、排出油路８３ｂから流れ込む油を油溜り部８４ｂに導入する。流路８４の油溜り部８４ｂには、導入管部８４ａから導入される油が一旦滞留される。流路８４の導出管部８４ｃは、タンク８１へつながる経路８５に連通され、油溜り部８４ｂで一旦滞留された油を経路８５に導出する。

流路８４は、砥石覆い４８の内側面４８ｄにおける砥石車４３の外周面４３ａと対向する箇所と砥石覆い４８の外側面（背面４８ａ、底面４８ｃおよび上面４８ｅ）とにより挟まれる内部４８Ａ（図２Ｂに示す斜線部）を通過するように形成されている。すなわち、上記内部４８Ａには、導入管部８４ａ、油溜り部８４ｂおよび導出管部８４ｃが形成されている。この油溜り部８４ｂの内周面のうち砥石車４３の外周面４３ａ側の内周面８４ｂａは、砥石覆い４８における砥石車４３の外周面４３ａと対向する内側面４８ｄに沿った円弧形状に形成されている。

図３に示すように、経路８５は、流路８４の導出管部８４ｃに接続され、砥石覆い４８の背面４８ａに固定されたＸ軸方向に延びる管状のドレインパイプ８５ａと、ドレインパイプ８５ａに対し軸線方向に摺動可能に嵌合され、図１に示すように、砥石台トラバースベース４１の側面に固定されたＸ軸方向に延びる管状のトイ８５ｂとで構成される。

砥石台４２がＸ軸方向に移動した場合、ドレインパイプ８５ａはトイ８５ｂに対し伸縮して砥石台４２のＸ軸方向の移動を吸収するようになっている。ドレインパイプ８５ａとトイ８５ｂとの嵌合部は、油の漏出および外部からのゴミ等の侵入を防止するため、メカシール８５ｃによりシールされている。加工精度を重視し、摺動抵抗を極力低減したい場合はドレインパイプ８５ａとトイ８５ｂとが非接触となるエアーシールを用いても良い。

次に、流路８４を砥石覆い４８の内部に設けた理由について説明する。ここで、研削盤１における研削においては、被研削物Ｗの研削焼け等の研削面品質の劣化を防止するため、クーラント供給装置５０から大量のクーラントが供給されるようになっている。

すなわち、図４に示すように、クーラント貯留槽５１内のクーラントＣは、ポンプ５２からクーラント供給ノズル５３に給送され、クーラント供給ノズル５３の供給口５３ａから砥石車４３の外周面４３ａと被研削物Ｗの外周面Ｗａとの接触部位Ｔに向けて供給される。

供給されたクーラントＣの一部は、接触部位Ｔにかかって接触部位Ｔを冷却し、残りのクーラントＣは、砥石車４３の外周面４３ａに連れ回り、砥石覆い４８の内面にかかる。そして、クーラントＣは、ベッド１０下方に流れ落ち、図略のマグネットセパレータ等により切粉が分離された後に、クーラント貯留槽５１へ戻される。

クーラント供給ノズル５３に給送されるクーラントＣは、静圧軸受４７に供給される油Ｄと同様に、一定温度にコントロールされている。よって、このクーラントＣがかかる砥石覆い４８もクーラントＣと同一の温度になっている。そして、砥石覆い４８は、静圧軸受４７の近傍に配置されているので、流路８４を排出油路８３ｂに連通するように砥石覆い４８の内部に設けることにより、静圧軸受４７から排出される油ＤをクーラントＣで冷却することができる。

すなわち、静圧軸受４７から排出される温度上昇した油Ｄは、排出油路８３ｂを通って流路８４の導入管部８４ａに導入される。そして、導入管部８４ａに導入された油Ｄは、流路８４の油溜り部８４ｂに流れ落ちる。

ここで、油溜り部８４ｂの内周面８４ｂａは、砥石覆い４８における砥石車４３の外周面４３ａと対向する内側面４８ｄに沿った円弧形状に形成されているので、油溜り部８４ｂ内を流れ落ちる油Ｄは、砥石覆い４８の内側面４８ｄにかかるクーラントＣにより冷却されることになる。このとき、砥石車４３周辺のエアーＢも砥石車４３の外周面４３ａに連れ回されて砥石覆い４８の内側面４８ｄにかかって油Ｄを冷却する。そして、油溜り部８４ｂ内の油Ｄは、油溜り部８４ｂ内で一時的に滞留されるので、さらに冷却されることになる。

油溜り部８４ｂ内の油Ｄは、流路８４の導出管部８４ｃから経路８５のドレインパイプ８５ａに導出され、さらにトイ８５ｂから図略のホースを通ってタンク８１に戻される。静圧軸受４７からタンク８１に至る排出油路８３ｂ、流路８４および経路８５には、エアー導入管部４６ａからエアーシール部４６のエアーＡが供給されているので、排出油路８３ｂ、流路８４および経路８５の内部を流れる油には、排出方向の力が加わる。これにより、油をタンク８１へスムーズに還流することができるとともに、排出油路８３ｂ、流路８４および経路８５の内部での油Ｄの逆流を防止することができる。

上述のように、砥石車４３の外周面４３ａに連れ回り、砥石覆い４８の内側面４８ｄにかかるクーラントＣおよびエアーＢにより油溜り部８４ｂ内の油Ｄは冷却されるので、クーラントＣおよびエアーＢが大量にかかる砥石車４３の中心軸より下方の砥石覆い４８内に油溜り部８４ｂを設けることにより、油溜り部８４ｂ内の油の冷却効果をさらに高めることができる。

また、油溜り部８４ｂの内周面８４ｂａと砥石覆い４８の内側面４８ｄとの厚さｔを薄くするとともに、砥石覆い４８の内側面４８ｄと砥石車４３の外周面４３ａとの距離ｄを同一距離にすることにより、油溜り部８４ｂ内の油Ｄの冷却効果をさらに高めることができる。

以上のように、油溜り部８４ｂ内の油を冷却することができるので、研削に関わる部位における油の熱伝達による熱変位を抑制することができ、高精度な研削を行うことができる。また、タンク８１に戻った油は冷却されているので、油を冷却するための装置の負担を軽減することができ、省エネルギ効果を得ることができる。

（３．変形例）
図５に示すように、油溜り部８４ｂの内周面のうち砥石車４３の外周面４３ａ側の内周面８４ｂａおよびこの内周面８４ｂａとＸ軸方向に対向する内周面８４ｂｂに、Ｘ軸方向に水平に延びる閾板８４ｂｃ、８４ｂｄを交互に設ける。これにより、導入管部８４ａから導入される油は、閾板８４ｂｃ、８４ｂｄに沿ってジグザグに流れるので、油溜り部８４ｂ内に長時間滞留させることが可能となり、油の冷却効果をさらに高めることができる。

また、図６に示すように、油溜り部８４ｂｅにおける導入管部８４ａ側の部分を、Ｚ軸方向の側面視がジグザグ状の流路８４１ｂｅとなるように形成する。これにより、導入管部８４ａから導入される油は、流路８４１ｂｅに沿ってジグザグに流れるので、油溜り部８４ｂｅ内に長時間滞留させることが可能となり、油の冷却効果をさらに高めることができる。

また、図７に示すように、油溜り部８４ｂｆにおける導入管部８４ａ側の部分を、内周面８４ｂａに沿ってＺ軸方向の側面視が略Ｖ字状の流路８４１ｂｆとなるように形成する。これにより、導入管部８４ａから導入される全ての油は、流路８４１ｂｆに沿って内周面８４ｂａに近いところを通ることになるので、砥石覆い４８の内側面４８ｄにかかるクーラントによる冷却効果を十分に受けることができる。

なお、上述した実施形態では、油溜り部８４ｂの上部に導入管部８４ａを設け、油溜り部８４ｂの下部に導出管部８４ｃを設けた構成としたが、油溜り部８４ｂのＸ軸方向の前後部に導入管部８４ａおよび導出管部８４ｃを設けた構成としても良い。また、砥石覆い４８の背面４８ａ（Ｘ軸方向の被研削物Ｗ側とは逆側の面）に経路８５を設けた構成としたが、砥石覆い４８の側面（Ｚ軸方向の軸受ハウジング４９側とは逆側の面）に経路８５を設けても良い。

１：研削盤、４０：砥石支持装置、４２：砥石台、４３：砥石車、４３ａ：砥石車の外周面、４５：砥石軸部材、４６：エアーシール部、４６ａ：エアー導入管部、４７：静圧軸受、４８：砥石覆い、４８ｄ：砥石覆いの内側面、５０：クーラント供給装置、８１：タンク、８３ａ：供給油路、８３ｂ、８３ｂｅ、８３ｂｆ：排出油路、８４：流路、８４ａ：導入管部、８４ｂ、８４ｂｅ、８４ｂｆ：油溜り部、８４ｂａ：油溜り部の内周面、８４ｃ：導出管部、８５：経路、８５ａ：ドレインパイプ、８５ｂ：トイ

Claims

回転させながら被研削物を研削する砥石車と、
前記砥石車を回転可能に支持する液体軸受と、
前記液体軸受に供給する液体を貯留するタンクと、
前記砥石車における前記被研削物との接触部位に向けて研削液を供給する研削液供給装置と、
前記砥石車を覆い、前記液体軸受から排出される前記液体を前記タンクへ還流するための流路が内部に設けられている砥石覆いと、を備える研削盤。
前記流路は、前記砥石覆いの内側面における前記砥石車の外周面と対向する箇所と前記砥石覆いの外側面とにより挟まれる内部を通過するように形成されている、請求項１の研削盤。
前記砥石覆いにおける内部には、前記液体を一旦滞留させる液体溜り部が形成されている、請求項２の研削盤。
前記液体溜り部の内周面は、前記砥石覆いにおける前記砥石車の外周面と対向する内側面に沿った形状に形成されている、請求項３の研削盤。
前記流路には、前記砥石車の砥石軸部材をエアーによりシールするエアーシールからのエアーが供給される、請求項１〜４の何れか一項の研削盤。
前記砥石車が配置される砥石台には、前記流路から前記タンクへつながる経路が設けられている、請求項１〜５の何れか一項の研削盤。