JP6352541B2 - ダブルディスク直線溝円筒状部品表面研磨ディスク - Google Patents

Description

本発明は、高精度の円筒状部品外円表面の精密加工の技術分野に関し、特に、円筒状部品外円表面の研磨設備及びその方法に関する。

円筒ころ軸受は、各種の回転機械に広く応用されている。円筒ころ軸受の重要な部品である円筒ころとして、その外円表面の加工精度は、円筒ころ軸受の性能に直接的に影響している。円筒状部品の外円表面の精密加工の主な方法として、超仕上及びダブルディスク遊星式研磨方法が挙げられている。

超仕上は、粒度が細かい油砥石を研削装置として使用し、油砥石は、ワークピースに対して負荷を印加して、かつワークピースに対して、低速軸方向運動及び微小往復振動を行い、それにより、微量切削を実現する仕上げ加工方法である。現在、円筒ころの外円表面の精密加工は、芯なし貫通式超仕上方法を採用することが多く、その設備は、２つのガイドローラ及び油砥石を取り付けた１つの超仕上ヘッドからなり、ガイドローラは、ワークピースを支持しながら、ワークピースを駆動して低速螺旋運動させ、超仕上ヘッドは、比較的低い圧力で油砥石をワークピースに押し付け、油砥石とワークピースとの間には面接触を形成し、油砥石は、同時に軸方向に沿って高周波数振動する。芯なし貫通式超仕上過程において、同一バッチの円筒ころは、順次に加工領域を貫通して、かつ油砥石により超仕上加工され、すべての円筒ころは、いずれも、複数回加工領域を通過した後、ある超仕上工程（超粗化、超細化、超精化）が終了する。芯なし貫通式超仕上は、ワークピースの表面の粗さを改良することができ（貫通式超仕上は、通常、Ｒａ０．０２５μｍに達することができる）、この前の工程に形成する表面劣化層を除去し、ワークピースの真円度を向上することができる。油砥石と超精化ローラの摩耗状態変化及びそれぞれの円筒ころ自身の差異以外、各円筒ころの超仕上条件及びパラメータが同じである。

しかし、加工原理の制約で、超仕上は、以下のような技術欠陥がある。一方で、加工過程において、油砥石及びガイドローラの摩耗状態の変化は、円筒ころの円筒表面のサイズ精度及び形状精度の向上にとっては不利である。他方で、芯なし貫通式超仕上方法は、同一時刻に有限のいくつかの円筒ころが加工され、その材料除去量が、その同一バッチのほかの円筒ころの直径同士の差異に殆んど影響されず、そのため、芯なし貫通式超仕上は、円筒ころの直径同士の差異を明らかに低減することができない。以上の２つの方面の問題のため、ワークピースの外円表面の加工精度（形状精度及びサイズの一致性）の向上が遅く、加工周期が長く、コストが高い。

ダブルディスク遊星式円筒状部品の研磨設備の主な構造は、上研磨ディスクと、下研磨ディスクと、遊星ギヤホルダと、外リングギヤと、内リングギヤとを含む。上研磨ディスクと下研磨ディスクとは、同軸布置され、それぞれ、独立して回動し、上研磨ディスクは、加圧作用を発揮し、遊星ギヤホルダは、内リングギヤと外リングギヤとの間に位置し、円筒ころは、ホルダの孔溝に位置し、孔溝は、ホルダ表面に放射状に分布している。研磨するとき、ホルダは、研磨ディスクの中心を回って公転しながら自転し、円筒ころは、上研磨ディスク、下研磨ディスク及びホルダの作用で、ホルダの中心を回って公転しながら自己の軸線を回って自転し、複雑な空間運動を行う。上研磨ディスクと下研磨ディスクとの間の研磨液の作用で材料の微小除去を実現する。ダブルディスク遊星式円筒状部品研磨設備により、精度が高い円筒状ワークピース外円表面が得られ、例えば、長さ３０〜４０ ｍｍのワークピースに対して、ダブルディスク研磨機を利用して精密加工した後に、真円度の誤差が０．００１ ｍｍより小さく、縦断面直径の一致性が０．００２ｍｍより小さく、表面の粗さがＲａ ０．０２５μｍより小さくなるように達することができる。しかし、ダブルディスク研磨機は、少量（数十乃至数百）の円筒状ワークピースの外円精密加工のみに用いられる。ダブルディスク遊星式研磨方法は、軸受ローラの量産要求を満足することができない。

よって、芯なし貫通式超仕上方法を採用して円筒状ワークピースの外円表面に対して精密加工を行い、加工精度の方面には天然の不足があるが、ダブルディスク遊星式研磨方法は、量産の要求を満たすことができず、そのため、比較的高い加工精度及び量産を実現することができる円筒状部品外円表面精密加工設備が必要であり、それにより、高精度円筒ころ軸受の円筒ころ外円表面の加工精度及び生産規模の要求を満足する。

既存技術の問題について、本発明は、円筒状部品研磨設備用のダブルディスク直線溝円筒状部品表面研磨ディスクを提供し、本発明に係る研磨ディスクを取り付けた設備は、量産することができ、突出箇所の材料を多く除去し、窪み箇所の材料を少し除去し、直径が比較的大きい円筒ころの円筒表面の材料を多く除去し、直径が比較的小さい円筒ころの円筒表面の材料を少し除去し、それにより、円筒ころの円筒表面の形状精度及びサイズの一致性を向上することができ、円筒状部品（円筒ころ）表面の加工効率を向上し、加工コストを低下することができる。

上記技術問題を解決するために、本発明は、ダブルディスク直線溝円筒状部品表面研磨ディスクを提供し、第１研磨ディスクと第２研磨ディスクを含み、前記第２研磨ディスクと前記第１研磨ディスクとは、相対的に回動し、前記第２研磨ディスクの第１研磨ディスクに対する回転軸線は、ＯＯ'であり、前記第１研磨ディスクと第２研磨ディスクとは、対向する表面が平面であり、前記平面は、第１研磨ディスクの作業面である。前記第２研磨ディスクと第１研磨ディスクとが対向する表面には、１組の放射状の直線溝が設けられている。前記直線溝の溝面は、前記第２研磨ディスクの作業面であり、前記第２研磨ディスクの作業面は、断面輪郭がアーチ形や、Ｖ字形、アーチを有するＶ字形を呈し、研磨加工するとき、加工されるワークピースは、溝方向に沿って直線溝に布置されると共に、加工されるワークピースの外円筒面と第２研磨ディスクの作業面とは接触している。前記直線溝の基準面とは、直線溝に配置される、加工されるワークピースの軸線ｌを通過し、かつ第１研磨ディスクの作業面に垂直する平面である。前記加工されるワークピースが直線溝との接触点又は接触アーチの中点箇所における法平面と、前記直線溝の基準面との夾角は、θであり、前記夾角θの数値範囲は、３０〜６０°である。前記直線溝の第２研磨ディスクの中心に近接する一端は、推進口であり、前記直線溝の他端は、排出口である。直線溝の基準面と回転軸線ＯＯ'との偏心距離は、ｅであり、ｅの数値範囲は、零以上であり、かつ回転軸線ＯＯ'から前記直線溝の推進口までの距離より小さい。前記偏心距離ｅの値が零であるとき、直線溝は、ラジアルに布置される。前記第２研磨ディスクの中央位置には、前記ワークピース推進装置の取付部が設けられている。研磨加工の圧力及び研磨潤滑の条件で、第１研磨ディスク作業面材料と加工されるワークピース材料との間の摩擦係数はｆ_１であり、第２研磨ディスク作業面材料と加工されるワークピース材料との間の摩擦係数はｆ_２であり、かつ、ｆ_１> ｆ_２であり、それにより、加工されるワークピースが研磨加工においてスピンを実現することを保証する。

既存技術に比べて、本発明の有益な効果は、以下の通りである。

円筒状部品研磨設備に本発明に係るダブルディスク直線溝円筒状部品表面研磨ディスクを取り付けることにより、同一時刻に複数本の直線溝に分布する大量の円筒ころを同時に研磨加工することができる。通常、円筒状部品研磨設備には混合装置が設けられているので、同一時刻に研磨加工を行う円筒ころの組合せは、大きなランダムネスを有するが、直径が比較的大きい円筒ころが受けた作業負荷は、直径が比較的小さい円筒ころより大きく、ワークピースの加工される表面の突出箇所が受けた作業負荷は、ワークピースの加工される表面の窪み箇所より大きく、それにより、直径が比較的大きい円筒ころの円筒表面の材料を多く除去し、直径が比較的小さい円筒ころの円筒表面の材料を少し除去し、加工される方面の突出箇所に材料を多く除去し、加工される表面の窪み箇所に材料を少し除去し、それにより、円筒ころの円筒表面のサイズの一致性を向上する。同時に加工されるワークピースの数量は多く、かつ加工過程において、直径が比較的大きい円筒ころの円筒表面の材料を多く除去し、突出箇所に材料を多く除去するので、円筒ころの円筒表面の加工効率を向上することに有利であり、量産することができ、かつワークピースのサイズの一致性がよく、形状精度が高く、円筒ころの円筒表面の加工効率が高く、加工コストが低い。

図１は、ダブルディスク直線溝円筒状部品外円表面精密加工設備を示す模式図である。 図２は、ダブルディスク直線溝円筒状部品表面研磨ディスクを示す模式図である。 図３は、直線溝を有する第２研磨ディスクを示す模式図である。 図４は、加工されるワークピースが研磨ディスク／バフ仕上げディスクにおいて加工を行う際の断面図であり、（ａ）は、第２研磨ディスクの直線溝の作業面の断面輪郭がＶ形である模式図であり、（ｂ）は、第２研磨ディスクの直線溝の作業面の断面輪郭がアーチ形である模式図であり、（ｃ）は、第２研磨ディスクの作業面の断面輪郭がアーチを有するＶ形である模式図である。

以下、図面及び具体的な実施例を結び合わせて、さらに、本発明の技術案を詳しく説明する。

本発明は、ダブルディスク直線溝円筒状部品表面研磨ディスクを提案する。図２に示すように、第１研磨ディスク１１と第２研磨ディスク１２を含み、前記第２研磨ディスク１２と前記第１研磨ディスク１１とは、相対的に回動し、前記第２研磨ディスク１２の第１研磨ディスク１１に対する回転軸線は、ＯＯ'であり、前記第１研磨ディスク１１と第２研磨ディスク１２とは、対向する表面が平面であり、前記平面は、第１研磨ディスク１１の作業面１１１である。図３に示すように、前記第２研磨ディスク１２と第１研磨ディスク１１とが対向する表面には、１組の放射状の直線溝１２１が設けられている。前記直線溝１２１の溝面は、前記第２研磨ディスク１２の作業面１２１１である。図４に示すように、前記第２研磨ディスク１２の作業面１２１１は、断面輪郭がアーチ形や、Ｖ字形、アーチを有するＶ字形を呈し、図４の（ａ）に示すような第２研磨ディスク１２の作業面１２１１は、断面輪郭がＶ字形であり、図４の（ｂ）に示すような第２研磨ディスク１２の作業面１２１１は、断面輪郭がアーチ形であり、図４の（ｃ）に示すような第２研磨ディスク１２の作業面１２１１は、断面輪郭がアーチを有するＶ字形であり、直線溝の底部には逃がし溝１２１２が設けられている。加工されるワークピース９は、横方向に直線溝１２１に布置され、加工されるワークピース９は、第１研磨ディスク１１の作業面１１１と第２研磨ディスク１２の作業面１２１１からなる研磨作業領域に研磨加工される。第１研磨ディスク１１の作業面１１１材料と加工されるワークピース９材料とからなる摩擦対は、前記作業状況負荷及び研磨液潤滑条件での摩擦係数がｆ_１、第２研磨ディスク１２の作業面１２１１材料と加工されるワークピース９材料とからなる摩擦対の相同条件での摩擦係数ｆ_２より大きい。

研磨加工するとき、加工されるワークピース９は、溝方向に沿って直線溝１２１に布置されると共に、加工されるワークピース９の外円筒面と第２研磨ディスク１２の作業面１２１１とは、接触し、直線溝１２１の作業面１２１１により加工されるワークピース９の外円表面を位置決めする。前記直線溝１２１の基準面αとは、直線溝に布置される、加工されるワークピースの軸線ｌを通過し、かつ第１研磨ディスク１１の作業面１１１に垂直する平面である。前記加工されるワークピース９が直線溝１２１との接触点又は接触アーチの中点Ａ箇所における法平面βと、前記直線溝１２１の基準面との夾角は、θであり、前記夾角θの数値範囲が３０〜６０°である。前記直線溝１２１の第２研磨ディスク１２の中心に近接する一端は、加工されるワークピースの推進口であり、前記直線溝１２１の他端は、排出口である。直線溝１２１の基準面αと第２研磨ディスク１２の第１研磨ディスク１１に対する回転軸線ＯＯ'との偏心距離はｅであり、ｅの数値範囲は、零以上であり、かつ回転軸線ＯＯ'から前記直線溝１２１の推進口までの距離より小さい。前記偏心距離ｅの値が零であるとき、直線溝１２１は、実際に、ラジアルに布置される。前記第２研磨ディスク１２の中央位置には、前記ワークピース推進装置２の取付部が設けられている。

研磨加工の圧力及び研磨潤滑条件で、第１研磨ディスク作業面１１１材料と加工されるワークピース材料との間の摩擦係数は、ｆ_１であり、第２研磨ディスク作業面１２１１材料と加工されるワークピース材料との間の摩擦係数は、ｆ_２であり、かつｆ１＞ｆ２であり、それにより、加工されるワークピースが研磨加工においてスピンを実現することを保証する。

本発明に係るダブルディスク直線溝円筒状部品表面研磨ディスクを取り付けた円筒状部品研磨設備は、図１に示すように、付勢装置７と、動力システム８と、ワークピース搬送装置３に順に接続するワークピース推進装置２と、研磨ディスク装置１と、ワークピース・研磨液分離装置５と、ワークピース洗浄装置６と、ワークピース混合装置４を含む。前記付勢装置７は、前記研磨ディスク装置１に対して付勢し、前記動力システム８は、前記研磨ディスク装置１を駆動する。ワークピース搬送装置３は、市場によく使用される振動原料搬送機構及び螺旋原料搬送機構を採用し、その機能は、加工されるワークピース９の連続搬送を実現することである。本発明に係るワークピース混合装置４は、市場によく使用される円筒ワークピース混合機構を採用し、その目的は、ワークピースの配列順序を乱し、加工のランダムネスを向上することである。本発明におけるワークピース・研磨液分離装置５は、沈殿溝、研磨液搬送管路及び研磨液分離装置が設けられており、その目的は、設備のために研磨液を搬送し、使用した研磨液を収集し、沈殿して濾過した後、研磨くずと研磨液とを分離させ、かつ研磨液の循環使用を実現することである。本発明におけるワークピース洗浄装置６は、市場によく使用されるワークピース洗浄装置を採用し、その目的は、洗浄液を用いて一回研磨したワークピースを洗浄し、かつ洗浄液を回収することである。ローラの洗浄が発生する廃水は、環境汚染を防止するために、ダクトを介して、まず、沈殿溝に流れて沈殿し、沈殿した廃水は、研磨液分離装置に進入して遠心分離して濾過し、分離した洗浄液は、ローラ洗浄装置に戻して、続いて使用する。

本発明に係る円筒状部品研磨設備を利用して円筒状部品研磨を実現することは、以下のステップを含む。

ステップ１、ワークピース搬送：ワークピース搬送装置３は、加工されるワークピースをワークピース推進装置２の貯蔵タンクに送り込み、プッシングロッドは、間欠往復運動機構の駆動で、すべての直線溝には加工されるワークピース９がいっぱいに充填されるまで、貯蔵タンクにおける、加工されるワークピース９を貯蔵タンクの底部から直線溝１２１に推進する。

ステップ２、研磨加工：付勢装置７は、研磨ディスク装置１に対して付勢し、加工されるワークピース９は、第１研磨ディスク作業面１１１及び第２研磨ディスク作業面１２１１との間に接触する。動力システム８は、研磨ディスク装置１を駆動し、第２研磨ディスク１２は、第１研磨ディスク１１に対して回動し、加工されるワークピース９は、第１研磨ディスク１１の作業面１１１、第２研磨ディスク１２の作業面１２１１からなる研磨作業領域内で加工される。研磨加工の圧力及び研磨潤滑の条件で、第１研磨ディスク作業面１１１材料と加工されるワークピース材料との間の摩擦係数ｆ_１は、第２研磨ディスク作業面１２１１材料と加工されるワークピース材料との間の摩擦係数ｆ_２より大きく、第１研磨ディスク１１と第２研磨ディスク１２との合力作用で、加工されるワークピース９は、その軸線を回ってスピンすると共に、ワークピース推進装置２は、連続的に直線溝１２１へ加工されるワークピース９を押し込み、直線溝１２１における、加工されるワークピース９は、後続して加工されるワークピースの推進力を受けて、加工されるワークピース９は、直線溝１２１の推進口から排出口へ平行摺動する。上記運動過程において、研磨ディスク装置１の作業面と加工されるワークピース９の外円筒面との接触領域は、加工されるワークピース９が排出口から直線溝１２１を脱離するまで、研磨液における遊離砥粒の作用で加工されるワークピース９材料の微小除去を実現する。

研磨過程において、同一時刻に複数本の直線溝１２１に分布する大量の加工されるワークピース９は、同時に研磨加工を行い、かつ同一時刻に研磨加工を行う、加工されるワークピース９の組合せは、大きなランダムネスを有し、直径が比較的大きい加工されるワークピース９が受けた負荷は、直径が比較的小さい加工されるワークピース９より大きく、直径が比較的大きい加工されるワークピース９の外円表面の材料を多く除去し、直径が比較的小さい加工されるワークピース９の外円表面の材料を少し除去するうえで有利であり、それにより、加工されるワークピース９の外円表面のサイズの一致性を向上する。当該加工方法は、同一の加工されるワークピース９の外円表面の突出箇所の材料を多く除去し、直径が比較的大きい外円表面の材料を多く除去する特徴を有し、加工されるワークピース９の外円表面の加工効率、サイズ精度及び一致性を向上することができる。

ステップ３、ワークピースの洗浄：ワークピース・研磨液分離装置５は、ステップ２にて研磨されたワークピースと研磨液とを分離させ、研磨液が濾過して沈殿した後に、繰り返して利用することができ、ワークピースは、ワークピース洗浄装置６により洗浄された後、ステップ４に進入する。

ステップ４、ワークピースは、ワークピース混合装置４により原来の秩序を乱した後にステップ１に戻す。

ある時間の連続的に循環して研磨加工した後、ワークピースを抜取検査し、プロセス要求に達すると、研磨加工を終了する。そうではないと、続いて研磨加工する。

本発明は、同一時刻に直線溝１２１に分布する、大量の加工されるワークピース９は、研磨加工を行うことを実現することができ、かつ同一時刻に研磨加工を行う、加工されるワークピース９の組合せは、大きなランダムネスを有し、直径が比較的大きい加工されるワークピース９が受けた負荷は、直径が比較的小さい加工されるワークピース９より小さく、直径が比較的大きい加工されるワークピース９の円筒表面の材料を多く除去し、直径が比較的小さい加工されるワークピース９の円筒表面の材料を少し除去するうえで有利であり、それにより、加工されるワークピース９の円筒表面のサイズの一致性を向上する。突出箇所の材料を多く除去し、直径が比較的大きい加工されるワークピース９の円筒表面の材料を多く除去し、加工されるワークピース９の円筒表面の加工効率を向上するうえで有利である。

以上、図面を参照しながら、本発明を説明したが、本発明は、上記の具体的な実施形態に限定されず、上記の具体的な実施形態は、例示的なものであり、制限するものではない。当業者は、本発明の示唆で、本発明の要旨を脱離しない場合で、多くの変形を行うことができ、それは、いずれも、本発明の保護範囲に含まれる。

１、研磨ディスク装置
２、ワークピース推進装置
３、ワークピース搬送装置
４、ワークピース混合装置
５、ワークピース・研磨液分離装置
６、ワークピース洗浄装置
７、付勢装置
８、動力システム
９、加工されるワークピース
１１、第１研磨ディスク
１１１、第１研磨ディスクの作業面
１２、第２研磨ディスク
ＯＯ'、第２研磨ディスクの第１研磨ディスクに対する回転軸線
１２１、第２研磨ディスクにおける直線溝
１２１１、第２研磨ディスクの作業面
１２１２、第２研磨ディスクの直線溝底部の逃がし溝
ｌ、直線溝に布置される、加工されるワークピースの軸線
Δω、第２研磨ディスクと第１研磨ディスクとの相対回転速度
ω_１、加工されるワークピースが加工を行うときのスピン角速度
α、軸線ｌ を通過し、かつ第１研磨ディスクの作業面に垂直する平面
β、加工されるワークピースと直線溝の作業面との唯一の接触点または接触アーチの中点Ａ箇所における法平面
θ、面αと面βとの夾角
ｅ、面αから第２研磨ディスクの第１研磨ディスクに対する回転軸線ＯＯ'までの偏心距離
ｒ、加工されるワークピースの外円半径。

Claims (3)

1. ダブルディスク直線溝円筒状部品表面研磨ディスクであって、第１研磨ディスク（１１）と第２研磨ディスク（１２）を含み、
   前記第２研磨ディスク（１２）と前記第１研磨ディスク（１１）とは、相対的に回動し、前記第２研磨ディスク（１２）の第１研磨ディスク（１１）に対する回転軸線は、ＯＯ'であり、前記第１研磨ディスク（１１）と第２研磨ディスク（１２）とは、対向する表面が平面であり、前記平面は、第１研磨ディスク（１１）の作業面（１１１）であり、
   前記第２研磨ディスク（１２）と第１研磨ディスク（１１）とが対向する表面には、１組の放射状の直線溝（１２１）が設けられており、前記直線溝（１２１）の溝面は、前記第２研磨ディスク（１２）の作業面（１２１１）であり、前記第２研磨ディスク（１２）の作業面（１２１１）は、断面輪郭がアーチ形や、Ｖ字形、アーチを有するＶ字形に呈し、研磨加工するとき、加工されるワークピース（９）は、溝方向に沿って直線溝（１２１）に布置されると共に、加工されるワークピース（９）の外円筒面と第２研磨ディスク（１２）の作業面（１２１１）とは接触しており、
   前記直線溝（１２１）の基準面とは、直線溝に配置される、加工されるワークピース（９）の軸線ｌを通過し、かつ第１研磨ディスク（１１）の作業面（１１１）に垂直する平面であり、前記加工されるワークピース（９）が直線溝（１２１）との接触点又は接触アーチの中点箇所における法平面と、前記直線溝（１２１）の基準面との夾角は、θであり、前記夾角θの数値範囲は、３０〜６０°であり、
   前記直線溝（１２１）の第２研磨ディスク（１２）の中心に近接する一端は、推進口であり、前記直線溝（１２１）の他端は、排出口であり、直線溝（１２１）の基準面と回転軸線ＯＯ'との偏心距離は、ｅであり、ｅの数値範囲は、零以上であり、かつ回転軸線ＯＯ'から前記直線溝（１２１）の推進口までの距離より小さく、前記偏心距離ｅの値が零であるとき、直線溝は、ラジアルに布置され、
   研磨加工の圧力及び研磨潤滑の条件で、第１研磨ディスク作業面（１１１）材料と加工されるワークピース材料との間の摩擦係数はｆ_１であり、第２研磨ディスク作業面（１２１１）材料と加工されるワークピース材料との間の摩擦係数はｆ_２であり、かつ、ｆ_１＞ｆ_２であり、それにより、加工されるワークピースが研磨加工においてスピンを実現することを保証することを特徴とするダブルディスク直線溝円筒状部品表面研磨ディスク。
2. 前記第２研磨ディスク（１２）の中央位置には、ワークピース推進装置の取付部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のダブルディスク直線溝円筒状部品表面研磨ディスク。
3. さらに、研磨ディスク付勢装置及び動力システムは、設けられていることを特徴とする請求項１に記載のダブルディスク直線溝円筒状部品表面研磨ディスク。