JP6446992B2 - ねじ軸の研削方法、ねじ軸の研削装置、ねじ軸の製造方法 - Google Patents

ねじ軸の研削方法、ねじ軸の研削装置、ねじ軸の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、ねじ軸の研削方法、ねじ軸の研削装置に関する。
従来、ねじ軸を研削してねじ溝を形成するための研削装置として、研削による発熱でねじ軸が伸縮変形しても研削精度を良好に保つことを目的としたものが提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
特許第３７００２５５号公報
しかしながら、上述のような従来の研削装置は２条以上のねじ溝を形成することについて考慮されていなかった。
そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、２条以上のねじ溝を高精度に形成可能なねじ軸の研削方法及び研削装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために本発明は、
砥石車に接触させたねじ軸を回転させながら軸方向へ所定の移動量だけ移動させることで研削を行うねじ軸の研削方法において、
ｎ条のねじ溝を形成するために、１条目のねじ溝を、
前記ねじ軸の伸縮量を検出し、前記伸縮量に基づいて前記ねじ軸の移動量を補正し、かつ前記ねじ軸の移動と回転を同期するための前記ねじ軸の回転量を算出する第１工程と、
前記第１工程で検出した前記伸縮量に基づいて研削開始位置を補正する第２工程と、
前記ねじ軸を前記第１工程で補正した移動量だけ移動させるとともに前記ねじ軸を前記第１工程で算出した回転量だけ回転させて研削を行う第３工程とにより形成し、
前記第１工程で検出した前記伸縮量を２条目以降のねじ溝の形成時に考慮するデータとして保存し、
２条目以降のねじ溝を、
前記ねじ軸を３６０／ｎ度だけ回転させて研削開始位置を変更する第４工程と、
前記第１〜３工程とにより形成するねじ軸の研削方法を提供する。
また本発明は、
砥石車に接触させたねじ軸を回転させながら軸方向へ所定の移動量だけ移動させることで研削を行うねじ軸の研削装置において、
前記ねじ軸の伸縮量を検出する検出器と、
前記ねじ軸の移動と回転を制御するＮＣ装置とを有し、
前記ＮＣ装置は、ｎ条のねじ溝を形成するために、１条目のねじ溝の研削を、前記伸縮量に基づいて前記ねじ軸の移動量を補正し、かつ前記ねじ軸の移動と回転を同期するための前記ねじ軸の回転量を算出し、前記伸縮量に基づいて研削開始位置を補正し、前記ねじ軸を補正した移動量だけ移動させるとともに前記回転量だけ回転させて行い、前記伸縮量を２条目以降のねじ溝の形成時に考慮するデータとして保存し、２条目以降のねじ溝の研削を、前記ねじ軸を３６０／ｎ度だけ回転させて研削開始位置を変更し、前記１条目のねじ溝の研削と同様に行うねじ軸の研削装置を提供する。
また本発明は、
上記ねじ軸の研削方法又は上記ねじ軸の研削装置を用いるねじ軸の製造方法を提供する。
本発明によれば、２条以上のねじ溝を高精度に形成可能なねじ軸の研削方法及び研削装置を提供することができる。
図１（ａ）は本発明の実施形態に係るねじ軸の研削装置を示す概略図であり、図１（ｂ）はねじ軸が伸びた様子を示す図１（ａ）の部分拡大図である。 図２（ａ）〜図２（ｄ）はねじ軸を研削する様子を示す図である。 図３はねじ軸の移動量と累積回転角を示す図である。
はじめに本実施形態に係るねじ軸の研削装置の全体的な構成について図１（ａ）を参照して説明する。
図１（ａ）に本実施形態に係る研削装置１は、円柱状の軸部材の外周面を研削して螺旋状のねじ溝を形成するためのものであり、主軸２、テールストック３、送りテーブル４、砥石車５、検出器６及びＮＣ装置８を備えてなる。
主軸２は、ねじ軸１０の一端をチャック１１を介して支持しかつ伸び拘束するものである。主軸２には、主軸用モータ１２が取り付けられている。主軸用モータ１２の駆動により主軸２とともにねじ軸１０を回転させることができる。
テールストック３は、主軸２に対峙してねじ軸１０の他端を支持するものである。詳細には、ばね１３でねじ軸１０側へ付勢された心押しセンタ１４をねじ軸１０の端面に設けられた不図示のセンタ穴に押し付けることによってねじ軸１０を支持している。この構成により、研削時の発熱により長手方向へ伸縮変形するねじ軸１０を安定して支持することができる。以下、ねじ軸１０の長手方向（図１（ａ）の左右方向）を単に「軸方向」という。
送りテーブル４は、主軸２、主軸用モータ１２及びテールストック３を載置するものである。送りテーブル４は、ナット１５と送りねじ１６を介して送りテーブル用モータ１７と連結されている。送りテーブル用モータ１７の駆動により主軸用モータ１２、テールストック３及びこれらに支持されたねじ軸１０を軸方向へ一体的に移動させることができる。
砥石車５は、円盤形の砥石を回転させながらねじ軸１０に押し付けることでねじ軸１０を研削するものである（砥石車５の本体は不図示）。砥石車５の軸方向位置は、送りテーブル４の軸方向位置にかかわらず常に一定である。
検出器６は、心押しセンタ１４の移動に基づいてねじ軸１０の伸縮量を検出するものである（図１（ｂ）を参照。）。検出器６はテールストック３上に配置されている。
ＮＣ（Numerical Control）装置８は、検出器６の出力に基づいて主軸用モータ１２及び送りテーブル用モータ１７の駆動を制御するものである。
上記構成の本実施形態に係る研削装置１は、以下の動作手順にしたがってねじ軸１０を研削し２条のねじ溝を形成する。
なお、温度変化によるねじ軸１０の軸方向への伸縮は一様とする。ねじ軸１０の図１（ａ）中の左端は主軸２によって伸び拘束されているため、ねじ軸１０の伸び変形はテールストック３側、即ち図１（ａ）の右方へ向かってするものとする。砥石車５の軸方向における位置は一定で、研削はねじ軸１０のテールストック３側から主軸２側へ向かって行うものとする。主軸２の回転速度と送りテーブル４の移動速度は一定とする。
ステップＳ１：ＮＣ装置８が砥石車５を回転させるとともに送りテーブル用モータ１７を駆動して送りテーブル４及びねじ軸１０を基準移動量Ｌだけテールストック３側へ移動させる（図２（ａ）を参照。）。また、ＮＣ装置８は送りテーブル用モータ１７に同期するように主軸用モータ１２を駆動して主軸２及びねじ軸１０を回転させる。これにより、ねじ軸１０が砥石車５で研削される。ここで、基準移動量Ｌとは伸縮変形していないねじ軸１０に対して予め定められた送りテーブル４の移動量（ストローク）である。なお、研削後、ＮＣ装置８は送りテーブル用モータ１７を駆動してねじ軸１０を主軸２側へ移動させ、研削を開始した研削開始位置（軸方向における位置及び回転方向における位置）を砥石車５の位置まで戻す。
ステップＳ２：検出器６が心押しセンタ１４の移動量からねじ軸１０の伸縮量ΔＬを検出し（図２（ｂ）を参照。）、アンプ１９を介してＮＣ装置８へ出力する。なお、厳密には伸縮量ΔＬはねじ軸１０全体の伸縮量からねじ溝を形成しないねじ軸１０の両端部分の伸縮量を引いたもの、即ちねじ溝が形成された部分の伸縮量を検出することが研削精度向上のために好ましい。
ステップＳ３：ＮＣ装置８が上記ステップＳ２で得られたねじ軸１０の伸縮量ΔＬに基づいて送りテーブル４の移動量Ｌ＋ΔＬを算出する。
ステップＳ４：ＮＣ装置８が送りテーブル４を動作させ、ねじ軸１０を上記ステップＳ１の研削開始位置から上記ステップＳ２で得た伸縮量ΔＬだけ伸縮した方向と反対の方向へ移動させる（図２（ｃ）を参照。）。これにより、ねじ軸１０の伸縮によって生じた研削開始位置の軸方向における位置ずれを補正することができる。
ステップＳ５：ＮＣ装置８が上記ステップＳ１と同様に砥石車５、主軸２及び送りテーブル４を動作させてねじ軸１０の研削を行う。このとき、ＮＣ装置８は送りテーブル４を上記ステップＳ３で得た移動量Ｌ＋ΔＬだけ移動させる（図２（ｄ）を参照。）。
ステップＳ６：砥石車５の種類を適宜変更しながらＮＣ装置８が上記ステップＳ２〜Ｓ５を繰り返して実行することにより、ねじ軸１０に粗研削、中粗研削及び仕上げ研削を順に行い、ねじ軸１０に１条目のねじ溝が完成する。
ステップＳ７：ＮＣ装置８が主軸２を動作させ、ねじ軸１０を１８０度だけ回転させる。これにより、ねじ軸１０の２条目のねじ溝の研削開始位置（回転方向における位置）を設定することができる（図３を参照。）。
ステップＳ８：上記ステップＳ２〜Ｓ６を行う。これにより、ねじ軸１０に２条目のねじ溝が完成する。
本実施形態に係る研削装置１は、粗研削、中粗研削、仕上げ研削で発熱量が異なり、これによってねじ軸１０の伸縮量が変化しても、上記ステップＳ１〜Ｓ６によって研削の度にねじ軸１０の伸縮量を検出してこれに合わせてねじ軸１０の移動量と研削開始位置を補正することで、砥石車５の位置を研削開始位置から研削終了位置までねじ溝に一致させることができ、砥石車５がねじ溝に片当りすることを防ぎながら精度良く１条目のねじ溝を形成することができる。また、上記ステップＳ７によって２条目のねじ溝の研削開始位置を設定することで１条目のねじ溝に対して２条目のねじ溝の位相合わせを行い、上記ステップＳ８即ち上記ステップＳ２〜Ｓ６によって１条目のねじ溝と同様の研削を行うことで、１条目のねじ溝に対して位置ずれせずに２条目のねじ溝を高精度に形成することができる。したがって、ピッチ精度の良好な２条のねじ軸１０を実現することができる。
上記構成により本実施形態に係る研削装置１は、粗研削時の切り込み量を大きくすることができる。また、中粗研削及び仕上げ研削時に砥石車５がねじ溝に片当りすることがなくなり、中粗研削及び仕上げ研削の回数を減らすことができる。また、２条のねじ溝を良好なピッチ精度で研削できる。これらにより、研削能率が向上するため、低コスト化を図ることもできる。
本実施形態では、上述した動作手順のステップＳ１、Ｓ５において、ねじ軸１０の移動と回転の同期は、ねじ軸１０の移動と回転を同時に開始して同時に終了する、即ちねじ軸１０の移動が完了するタイミングまでねじ軸１０を回転させ続けることで行われている。しかしこれに限られず、上記ステップＳ３において、上記ステップＳ５でねじ軸１０を移動量Ｌ＋ΔＬだけ移動させる際にねじ軸１０の移動に回転を同期させるためのねじ軸１０の回転量（累積回転角θという）を算出するようにしてもよい（図３を参照。）。これにより、上記ステップＳ５でねじ軸１０を移動量Ｌ＋ΔＬだけ移動させ、これと同時にねじ軸１０を累積回転角θだけ回転させることで、ねじ軸１０の移動と回転をより精度良く同期させることができ、より高精度にねじ軸１０の研削を行うことができる。なお、ねじ軸１０の移動と回転の同期は、上記ステップＳ５におけるねじ軸１０の移動量Ｌ＋ΔＬに合わせて、ねじ軸１０の回転速度や移動速度を変更することで行うようにしてもよい。
上述した動作手順において、１条目のねじ溝を形成する際にステップＳ２で得たねじ軸１０の伸縮量ΔＬをＮＣ装置８がデータとして蓄積保存し、２条目のねじ溝を形成する際に、ステップＳ３におけるねじ軸１０の移動量Ｌ＋ΔＬの算出及びステップＳ４における研削開始位置の補正に前記データも併せて考慮するようにしてもよい。これにより、より高精度にねじ軸１０の研削を行うことができる。
本実施形態に係る研削装置１は、上記ステップＳ７及びＳ８を繰り返し実行することで、ねじ軸１０に３条以上のねじ溝を形成することもできる。具体的には、ｎ条（ｎは整数）のねじ溝を形成する場合には、上記ステップＳ７で研削開始位置（回転方向における位置）を設定する際に、ねじ軸１０を３６０／ｎ度だけ回転させるようにすればよい（例えば、３条のねじ軸なら１２０度、４条のねじ軸なら９０度回転させる）。これにより、ｎ条のねじ溝の研削を高精度に行うことができる。
本実施形態に係る研削装置１では、テールストック３の代わりにねじ軸１０の一端を振止め装置で支持してもよい。この場合、ねじ軸１０端面の不図示のセンタ穴にボール状のフィーラを押し付け、検出器６がフィーラの変位からねじ軸１０の伸縮量を検出する構成とすればよい。
１ 研削装置
２ 主軸
３ テールストック
４ 送りテーブル
５ 砥石車
６ 検出器
８ ＮＣ装置
１０ ねじ軸
１２ 主軸用モータ
１７ 送りテーブル用モータ

Claims (4)

  1. 砥石車に接触させたねじ軸を回転させながら軸方向へ所定の移動量だけ移動させることで研削を行うねじ軸の研削方法において、
    ｎ条のねじ溝を形成するために、１条目のねじ溝を、
    前記ねじ軸の伸縮量を検出し、前記伸縮量に基づいて前記ねじ軸の移動量を補正し、かつ前記ねじ軸の移動と回転を同期するための前記ねじ軸の回転量を算出する第１工程と、
    前記第１工程で検出した前記伸縮量に基づいて研削開始位置を補正する第２工程と、
    前記ねじ軸を前記第１工程で補正した移動量だけ移動させるとともに前記ねじ軸を前記第１工程で算出した回転量だけ回転させて研削を行う第３工程とにより形成し、
    前記第１工程で検出した前記伸縮量を２条目以降のねじ溝の形成時に考慮するデータとして保存し、
    ２条目以降のねじ溝を、
    前記ねじ軸を３６０／ｎ度だけ回転させて研削開始位置を変更する第４工程と、
    前記第１〜３工程とにより形成するねじ軸の研削方法。
  2. 前記ねじ軸の一端を回転可能かつ軸方向に拘束するように保持して前記各工程を行う請求項１に記載のねじ軸の研削方法。
  3. 砥石車に接触させたねじ軸を回転させながら軸方向へ所定の移動量だけ移動させることで研削を行うねじ軸の研削装置において、
    前記ねじ軸の伸縮量を検出する検出器と、
    前記ねじ軸の移動と回転を制御するＮＣ装置とを有し、
    前記ＮＣ装置は、ｎ条のねじ溝を形成するために、１条目のねじ溝の研削を、前記伸縮量に基づいて前記ねじ軸の移動量を補正し、かつ前記ねじ軸の移動と回転を同期するための前記ねじ軸の回転量を算出し、前記伸縮量に基づいて研削開始位置を補正し、前記ねじ軸を補正した移動量だけ移動させるとともに前記回転量だけ回転させて行い、前記伸縮量を２条目以降のねじ溝の形成時に考慮するデータとして保存し、２条目以降のねじ溝の研削を、前記ねじ軸を３６０／ｎ度だけ回転させて研削開始位置を変更し、前記１条目のねじ溝の研削と同様に行うねじ軸の研削装置。
  4. 請求項１若しくは２に記載のねじ軸の研削方法又は請求項３に記載のねじ軸の研削装置を用いるねじ軸の製造方法。
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