JP6459524B2 - 複合研削盤および研削方法 - Google Patents

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Description

本発明は、旋回テーブルに複数の工作物を保持し、複数の砥石車により、旋回テーブルの回転毎に工程を進め工作物を研削する複合研削盤および研削方法に関するものである。
回転面の研削部位を備えた工作物を、複数の工程で研削する場合、工作物を複数の研削盤間を順次移送しながら研削している。
また、ウエハの平面研削においては、上面に複数のウエハを保持する旋回テーブルと、旋回テーブルに対向して配置された複数の研削手段を備え、ウエハを旋回テーブルの旋回により順次送り、各研削手段で所定の工程を加工する技術がある（特許文献１参照）。
特開２０１２−２４０１８６号公報
工作物を複数の研削盤間を順次移送しながら各工程を研削する場合、工作物を工程毎に取付、取外するため、工作物の保持位置が工程毎に異なり、精度が低下する恐れがあった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、回転面の研削部位を備えた工作物を保持したまま、複数の工程を研削することができる複合研削盤および研削方法を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の特徴は、旋回テーブルと、前記旋回テーブルの旋回軸線と平行な回転軸である工作主軸を備え、前記旋回軸線を中心とする円周上に前記工作主軸の中心が配置される複数の工作物主軸台と、前記工作主軸の端部に設置される工作物保持装置と、前記旋回軸線と直交する方向に進退する複数のコラムと、前記コラムに配置され、前記旋回軸線と平行な方向に進退する複数の砥石台と、複数の前記砥石台に配置され、前記旋回軸線と平行な砥石軸周りに回転する砥石車と、前記工作物保持装置による工作物の保持位置を決める工作物位置決装置と、前記工作物保持装置に保持された工作物を、前記砥石車による研削位置へ前記旋回テーブルの旋回により順次移動させ、複数の前記砥石車により研削するべく、前記旋回テーブルと、前記工作物主軸台と、前記コラムと、前記砥石台と、前記砥石車と、前記工作物位置決装置を制御する制御装置を備え、前記工作物は、円筒の外周面と平坦な側面を備え、前記工作物保持装置は、前記工作物の前記側面を保持し、前記円筒の外周面の中心が前記工作主軸の中心に一致するように前記工作物を保持し、前記工作物を回転させながら前記円筒の外周面を前記砥石車により研削することである。
さらに、前記工作物位置決装置は、前記旋回軸線と平行で交差する２つの平面である基準面を備えた基準部材を、前記旋回軸線と直交する方向の前記工作主軸の中心から２つの前記基準面までの距離が、前記工作物の前記円筒の外周面の半径と等しくなるように位置決めし、前記工作物の前記円筒の外周面を２つの前記基準面に接触させることで前記工作物の位置決めをすることである。
請求項２に係る発明の特徴は、請求項１に係る発明において、前記工作物保持装置は、磁気力により前記工作物の前記側面を吸引することである。
請求項３に係る発明の特徴は、請求項１ないし請求項２のいずれか１項に記載の複合研削盤を用いて、研削することである。
請求項1に係る発明によれば、円筒の外周面を備えた工作物を工作物保持装置に保持して回転させ、旋回テーブルの旋回により順次移動させて、工作物を保持したままで複数の工程を研削できる複合研削盤を実現できる。
さらに、円筒の工作物の平坦な側面を保持するので、工作物径が変わっても同一の工作物保持装置で保持できる複合研削盤を実現できる。
さらに、基準部材を、工作主軸の中心から２つの基準面までの距離が工作物の円筒の外周面の半径と等しくなるように位置決めすることで、工作物径が変わっても、工作物の中心が主軸の回転中心に一致するように保持できる複合研削盤を実現できる。
請求項２に係る発明によれば、円筒の工作物の平坦な側面を磁気力で吸引して保持するので、工作物の取付、取外が容易な複合研削盤を実現できる。
請求項３に係る発明によれば、円筒の外周面を備えた工作物を工作物保持装置に保持して回転させ、旋回テーブルの旋回により順次移動させて、研削できる研削方法を実現できる。さらに工作物径が変わっても、工作物の中心が主軸の回転中心に一致するように保持できる研削方法を実現できる。
本発明によれば、円筒の外周面を備えた工作物を保持したまま、複数の工程を研削することができる複合研削盤および研削方法を提供できる。さらに工作物径が変わっても、工作物の中心が主軸の回転中心に一致するように保持できる複合研削盤および研削方法を実現できる。

本実施形態の複合研削盤の全体構成を示す概略図である。 本実施形態の旋回テーブルの平面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 研削工程を示す工程図である。 各工程の研削状態を示す図である。
以下、本発明の実施の形態を、ベアリングの外輪を工作物として研削する複合研削盤に基づき説明する。
図１に示すように、複合研削盤１は、ベッド２を備え、ベッド２上に垂直なＣ軸（旋回軸線）回りに旋回可能な旋回テーブル５を備えている。また、ベッド２上にはＣ軸に直交する水平な、Ｘａ軸方向に往復可能なコラム３ａと、Ｘｂ軸方向に往復可能なコラム３ｂと、Ｘｃ軸方向に往復可能なコラム３ｃを備えている。各コラムの側面には、Ｃ軸に平行な、Ｚａ軸方向に進退可能な砥石台４ａと、Ｚｂ軸方向に進退可能な砥石台４ｂと、Ｚｃ軸方向に進退可能な砥石台４ｃを備えている。砥石台４ａは砥石車９ａを回転自在に支持し、砥石台４ｂは砥石車９ｂを回転自在に支持しており、砥石車９ａ、９ｂは砥石軸回転モータ（図示省略する）により回転駆動される。砥石台４ｃは砥石９ｃを保持している。
図２に示すように、旋回テーブル５には、４つの工作物保持装置６１、６２、６３、６４がＣ軸を中心とする同一円周上に等分に配置されている。具体的には、図３に示すように工作物主軸台８１が旋回テーブル５の裏面に固定されている。工作物主軸台８１は、主軸本体８１１により回転自在に支持され、図示しないモータにより回転駆動される工作主軸８１２を備えている。同様にして、図示しない工作物主軸台８２、８３、８４が旋回テーブル５の裏面に固定される。工作物主軸台８１、８２、８３、８４は、工作主軸８１２、８２２、８３２、８４２の回転軸心がＣ軸に平行で、かつ、Ｃ軸を中心とする同一円周上に等分に配置される。工作物保持装置６１、６２、６３、６４は各々工作主軸８１２、８２２、８３２、８４２の上端に保持されることで、工作物保持装置６１、６２、６３、６４の回転中心もＣ軸を中心とする同一円周上に等分に配置されることになる。工作物保持装置６１、６２、６３、６４は端面に磁気力で工作物を吸引して保持する。
図１に示すように、コラムの配置位置に対向するベッド２上に、工作物位置決装置７が配置される。工作物位置決装置７は、ベッド２に固定される位置決本体７１と、位置決本体７１に直線上を進退可能に支持される基準部材７２を備えている。図２に示すように、基準部材７２は、Ｃ軸と平行、すなわち工作主軸８１２の軸線と平行で、互いに交差する平面の基準面７２ａ、７２ｂを備えている。ここで、対向する基準面７２ａと７２ｂの成す角度を交差角度とし、交差角度を２等分する直線をｍとする。基準部材７２の進退方向は直線ｍの方向であり、直線ｍと工作物位置決装置７の直近に割出された工作物保持装置６１、６２、６３、６４の回転中心が一致するように、旋回テーブル５と工作物位置決装置７が配置される。これにより、基準面７２ａ、７２ｂに同時に接触する回転面の外周面を備えた工作物Ｗの中心は、直線ｍ上に位置するので、工作物Ｗの外周面の半径に応じて基準部材７２の進退位置を調整することで、工作物Ｗの中心を工作物保持装置６１、６２、６３、６４の回転中心と一致させることができる。すなわち、工作主軸８１２、８２２、８３２、８４２の回転中心から基準面７２ａ、７２ｂまでの距離が工作物Ｗの外周面の半径と等しくなる。
この複合研削盤１は制御装置３０を備えており、制御装置３０の機能的構成として、コラム３ａ、３ｂ、３ｃの送りを制御するＸ軸制御部３１、砥石台４ａ、４ｂ、４ｃの送りを制御するＺ軸制御部３２、旋回テーブル５の回転を制御するＣ軸制御部３３、工作物主軸台８１、８２、８３、８４の回転と工作物保持装置６１、６２、６３、６４の吸引を制御する主軸制御部３４、工作物位置決装置７の基準部材７２の進退を制御する位置決制御部３５、砥石車９ａ、９ｂの回転を制御する砥石軸制御部３６、データやプログラムを記録する記録部３７などを備えている。
制御装置３０はあらかじめ設定された制御データに基づき、各装置を制御することで、複数の研削工程を実施できる。
以下に、図４、図５に基づき、工作物であるベアリングの外輪の、外径研削、軌道面研削、軌道面超仕上の工程の説明をする。
図４の（ａ）図に示すように、旋回テーブル５が、工作物保持装置６１と工作物位置決装置７が対向する位置に位置決めされている状態を初期状態とし、この時の旋回テーブル５の回転位置をＣ＝０とする。
初めに、工作物Ｗ１を工作物保持装置６１に取付ける。具体的には、工作物位置決装置７の基準部材７２が前進した位置で、工作物Ｗ１を搬入し、工作物Ｗ１の外周面を基準面７２ａ、７２ｂに同時に接触させた状態で、工作物を磁気力で工作物保持装置６１に吸引して保持する。その後、基準部材７２を後退させる。工作物Ｗの搬入、搬出は作業者が行うか、搬入出装置を用いてもよい（Ｓ１）。旋回テーブル５を９０度右回転し、旋回テーブル５の回転位置をＣ＝９０とする。これにより、図４の（ｂ）図に示すように、工作物Ｗ１は砥石車９ａに対向する位置に割出され、工作物保持装置６２は工作物位置決装置７に対向する位置に割出される（Ｓ２）。工作物Ｗ１の外径研削工程を実施する。具体的には、工作物Ｗ１と砥石車９ａを回転させた状態で、砥石車９ａが工作物Ｗ１の外周面に接触するようにコラム３ａと砥石台４ａの送りを外径研削プログラムに基づき制御する。所定の研削を終了後、砥石車９ａを待機位置へ後退させる（Ｓ３）。ステップＳ３と平行して、工作物Ｗ２を工作物保持装置６２に取付ける（Ｓ４）。
旋回テーブル５を９０度右回転し、旋回テーブル５の回転位置をＣ＝１８０とする。これにより、図４の（ｃ）図に示すように、工作物Ｗ１は砥石車９ｂに対向する位置に割出され、工作物Ｗ２は砥石車９ａに対向する位置に割出され、工作物保持装置６３は工作物位置決装置７に対向する位置に割出される（Ｓ５）。工作物Ｗ２の外径研削工程を実施する（Ｓ６）。工作物Ｗ１の軌道面研削工程を実施する。具体的には、工作物Ｗ１と砥石車９ｂを回転させた状態で、砥石車９ｂが工作物Ｗ１の内周の軌道面に接触するように、コラム３ｂと砥石台４ｂの送りを軌道面研削プログラムに基づき制御する。所定の研削を終了後、砥石車９ｂを待機位置へ後退させる（Ｓ７）。ステップＳ６、ステップＳ７と平行して、工作物Ｗ３を工作物保持装置６３に取付ける（Ｓ８）。旋回テーブル５を９０度右回転し、旋回テーブル５の回転位置をＣ＝２７０とする。これにより、図４の（ｄ）図に示すように、工作物Ｗ１は砥石９ｃに対向する位置に割出され、工作物Ｗ２は砥石車９ｂに対向する位置に割出され、工作物Ｗ３は砥石車９ａに対向する位置に割出され、工作物保持装置６４は工作物位置決装置７に対向する位置に割出される（Ｓ９）。
工作物Ｗ３の外径研削工程を実施する（Ｓ１０）。工作物Ｗ２の軌道面研削工程を実施する（Ｓ１１）。工作物Ｗ１の軌道面超仕上工程を実施する。具体的には、工作物Ｗ１を回転させた状態で、静止している砥石９ｃが工作物Ｗ１の内周の軌道面に接触するようにコラム３ｃと砥石台４ｃの送りを軌道面超仕上プログラムに基づき制御する。所定の超仕上を終了後、砥石９ｃを待機位置へ後退させる（Ｓ１２）。ステップＳ１０、ステップＳ１１、ステップＳ１２と平行して、工作物Ｗ４を工作物保持装置６４に取付ける（Ｓ１３）。旋回テーブル５を９０度右回転し、旋回テーブル５の回転位置をＣ＝３６０とする。これにより、図４の（ｅ）図に示すように、工作物Ｗ１は工作物位置決装置７に対向する位置に割出され、工作物Ｗ２は砥石９ｃに対向する位置に割出され、工作物Ｗ３は砥石車９ｂに対向する位置に割出され、工作物Ｗ４は砥石車９ａに対向する位置に割出される（Ｓ１４）。
工作物Ｗ４の外径研削工程を実施する（Ｓ１５）。工作物Ｗ３の軌道面研削工程を実施する（Ｓ１６）。工作物Ｗ２の軌道面超仕上工程を実施する（Ｓ１７）。ステップＳ１５、ステップＳ１６、ステップＳ１７と平行して、工作物Ｗ１を取外した後に、工作物Ｗ５を工作物保持装置６１に取付ける（Ｓ１８）。旋回テーブル５を２７０度左回転し、旋回テーブル５の回転位置をＣ＝９０とする。これにより、図４の（ｆ）図に示すように、工作物Ｗ２は工作物位置決装置７に対向する位置に割出され、工作物Ｗ３は砥石９ｃに対向する位置に割出され、工作物Ｗ４は砥石車９ｂに対向する位置に割出され、工作物Ｗ５は砥石車９ａに対向する位置に割出される（Ｓ１９）。
工作物Ｗ５の外径研削工程を実施する（Ｓ２０）。工作物Ｗ４の軌道面研削工程を実施する（Ｓ２１）。工作物Ｗ３の軌道面超仕上工程を実施する（Ｓ２２）。ステップＳ２０、ステップＳ２１、ステップＳ２２と平行して、工作物Ｗ２を取外した後に、工作物Ｗ６を工作物保持装置６２に取付ける（Ｓ２３）。旋回テーブル５を９０度右回転し、旋回テーブル５の回転位置をＣ＝１８０とする。これにより、図４の（ｇ）図に示すように、工作物Ｗ３は工作物位置決装置７に対向する位置に割出され、工作物Ｗ４は砥石９ｃに対向する位置に割出され、工作物Ｗ５は砥石車９ｂに対向する位置に割出され、工作物Ｗ６は砥石車９ａに対向する位置に割出される（Ｓ２４）。
工作物Ｗ６の外径研削工程を実施する（Ｓ２５）。工作物Ｗ５の軌道面研削工程を実施する（Ｓ２６）。工作物Ｗ４の軌道面超仕上工程を実施する（Ｓ２７）。ステップＳ２５、ステップＳ２６、ステップＳ２７と平行して、工作物Ｗ３を取外した後に、工作物Ｗ７を工作物保持装置６３に取付ける（Ｓ２８）。旋回テーブル５を９０度右回転し、旋回テーブル５の回転位置をＣ＝２７０とする。これにより、図４の（ｈ）図に示すように、工作物Ｗ４は工作物位置決装置７に対向する位置に割出され、工作物Ｗ５は砥石９ｃに対向する位置に割出され、工作物Ｗ６は砥石車９ｂに対向する位置に割出され、工作物Ｗ７は砥石車９ａに対向する位置に割出される（Ｓ２９）。
工作物Ｗ７の外径研削工程を実施する（Ｓ３０）。工作物Ｗ６の軌道面研削工程を実施する（Ｓ３１）。工作物Ｗ７の軌道面超仕上工程を実施する（Ｓ３２）。ステップＳ３０、ステップＳ３１、ステップＳ３２と平行して、工作物Ｗ４を取外した後に、工作物Ｗ８を工作物保持装置６４に取付ける（Ｓ３３）。
さらに連続運転を続ける場合は、工作物Ｗ５以降の工作物を取外、工作物Ｗ９以降の工作物を取付しながら、ステップＳ１９からステップＳ３３までを繰返すことで、連続して複合研削を実施する。
以上のように、本実施例の研削方法を用いると、工作物を工作物位置決装置に取付けした状態で、初工程の外周面研削から最終工程の軌道面超仕上げまで加工でき、途中で工作物の取付、取外を行わないので、各工程で工作物の位置がずれることがない。このため、各工程にとる加工面の相対位置精度が向上する。
上記実施の形態では、旋回テーブル５に４つの工作物保持装置６１、６２、６３、６４を同一円周上に等分に配置したが、工作物保持装置の数は所望の数としてよい、また、配置は等分でなくてもよい。
また、工作物保持装置は磁気力で工作物を吸引したが、真空チャックで吸引してもよいし、液体を凍結して工作物保持装置と工作物を締結してもよい。
Ｗ：工作物 ２：ベッド ３ａ、３ｂ、３ｃ：コラム ４ａ、４ｂ、４ｃ：砥石台 ５：旋回テーブル ６１、６２、６３、６４：工作物保持装置 ７：工作物位置決装置 ８１：工作物主軸台 ９ａ、９ｂ：砥石車 ９ｃ：砥石 ３０：制御装置 ３１：Ｘ軸制御部 ３２：Ｚ軸制御部 ３３：Ｃ軸制御部 ３４：主軸制御部 ３５：位置決め制御部 ３６：砥石軸制御部 ３７：記録部

Claims (3)

  1. 旋回テーブルと、
    前記旋回テーブルの旋回軸線と平行な回転軸である工作主軸を備え、前記旋回軸線を中心とする円周上に前記工作主軸の中心が配置される複数の工作物主軸台と、
    前記工作主軸の端部に設置される工作物保持装置と、
    前記旋回軸線と直交する方向に進退する複数のコラムと、
    前記コラムに配置され、前記旋回軸線と平行な方向に進退する複数の砥石台と、
    複数の前記砥石台に配置され、前記旋回軸線と平行な砥石軸周りに回転する砥石車と、
    前記工作物保持装置による工作物の保持位置を決める工作物位置決装置と、
    前記工作物保持装置に保持された工作物を、前記砥石車による研削位置へ前記旋回テーブルの旋回により順次移動させ、複数の前記砥石車により研削するべく、前記旋回テーブルと、前記工作物主軸台と、前記コラムと、前記砥石台と、前記砥石車と、前記工作物位置決装置を制御する制御装置を備え、
    前記工作物は、円筒の外周面と平坦な側面を備え、
    前記工作物保持装置は、前記工作物の前記側面を保持し、
    前記工作物位置決装置は、前記旋回軸線と平行で交差する２つの平面である基準面を備えた基準部材を、前記旋回軸線と直交する方向の前記工作主軸の中心から２つの前記基準面までの距離が、前記工作物の円筒の外周面の半径と等しくなるように位置決めし、前記工作物の前記円筒の外周面を２つの前記基準面に接触させることで前記工作物の位置決めをし、前記円筒の外周面の中心が前記工作主軸の中心に一致するように前記工作物を保持し、前記工作物を回転させながら前記円筒の外周面を前記砥石車により研削する複合研削盤。
  2. 前記工作物保持装置は、磁気力により前記工作物の前記側面を吸引する請求項１に記載の複合研削盤。
  3. 請求項１ないし請求項２のいずれか1項に記載の複合研削盤を用いて、前記工作物の前記円筒の外周面を研削する研削方法。
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