JP7477151B2 - 段付きワークの研削方法及びその方法を用いた円筒研削盤 - Google Patents

Description

本発明は、主軸センタ、心押しセンタを同期回転させ、両センタの間にクランプされたワークを研削する円筒研削盤による研削方法に関する。

ワークの両端に設けられたセンタ穴を、主軸センタと心押しセンタの両センタにより夫々押し当て、両センタを同期回転させてワークを研削する円筒研削盤が、例えば特許文献１により知られている。主軸センタ側でチャック等を用いた円筒研削盤と比べて、特許文献１の円筒研削盤は、チャックによる掴み代が必要なく、また両端までの加工を必要とするワークでも１工程の加工で行うことができるという効果がある。

また、特許文献２は、両センタにパルスモータを備え、同期回転駆動させる円筒研削盤において、粗研削工程の後に一方のセンタで回転駆動し、他方のセンタを固定した状態で仕上げ研削を行う技術を開示している。この、一方のセンタによる固定はパルスモータの静止拘束力によるものである。

特開平８－１３２３３８号公報 特開２００３－２４５８５５号公報

大径部ｗｂの端部に小径部ｗｔを設けた段付きのワークｗに対する加工に際し、図２Ａでは、心押しセンタとして突き出し部の径の小さいセンタを利用して加工している様子を示している。また、図２Ｂでは、心押しセンタとして通常のセンタを利用して加工している様子を示している。

このようなワークｗをトラバース研削する場合、加工時間を短縮するために砥石１０の砥石幅を大きくすると、図２Ａに示すように小径部ｗｔを研削するために心押しセンタ２０の突出し部２０ａを長くかつ径ｒを小さくしておく必要がある。砥石との干渉を避けるためである。しかしながら、突出し部２０ａの径ｒを小さくするとワークｗの支持剛性が低下して高精度な研削が困難となる。一方で、図２Ｂに示すように、突出し部２１ａを大きくして支持剛性を高めた心押しセンタ２１を使用すると、逆に砥石幅ｔを狭くせざるを得ず、小径部以外の大径部ｗｂを加工するのに時間がかかることになる。

本発明は段付きワークに対しても研削時間を増加させない研削方法及び円筒研削盤を提供することを目的とする。

片側の主軸ユニットで工作物を回転駆動させる研削盤で用いられる「ハーフセンタ」と称するレースセンタが知られている。ハーフセンタは、砥石と干渉しないように先端の円錐の側部をカットしワークを滑り支持するものであり、「ワークの支持剛性の低下」と「センタと砥石の干渉」のいずれをも回避する工夫がなされている。

本発明は、両ヘッドの軸に夫々付設されたセンタの間に段付きワークをクランプして同期回転駆動させてトラバース研削を行う円筒研削盤による段付きワークの研削方法において、回転せずに滑り支持をするレースセンタであるハーフセンタを利用する。具体的には、前記段付きワークの小径部を支持するハーフセンタが片側のヘッドに付設された際に、当該ハーフセンタの欠落箇所の位相角度を記憶し、小径部の研削を行う際に前記片側の軸の回転を停止させ、前記欠落箇所の位相角度を第１の所定の位相角度に固定し、他方の軸を回転させて研削を行うことを特徴とする。

主軸センタと心押しセンタの両センタを同期回転駆動させる円筒研削盤の研削方法において、ハーフセンタを用いた研削加工が可能になる。これにより、幅の広い砥石の使用が可能になり、仕上げ精度を著しく損なうことなく、サイクルタイムの短縮が達成できる。

円筒研削盤を示す図であり、図１Ａはブロック図、図１Ｂはハーフセンタの側面を示し、図１ＣはＸ－Ｘ断面、図１Ｄは心押し軸側の構成の一例を示している。 円筒研削盤の主軸センタと心押しセンタを示す図であり、図２Ａは心押しセンタとして突き出し部の径の小さいセンタを利用して加工している様子を示す図であり、図２Ｂは心押しセンタとして通常のセンタを利用して加工している様子を示す図であり、図２Ｃは心押しセンタとしてハーフセンタを利用して加工している様子を示す図である。 粗研削モードにおける加工の様子を示しており、図３Ａは大径部の加工、図３Ｂは小径部の加工の様子を示している。 仕上げ研削モード２の加工の様子を示している。 円筒研削盤の制御部によるフローを示す図である。

図１Ａに本実施例に係る円筒研削盤のブロック図を示す。ベッド１の前面側の一端側には主軸ヘッド２、他端には、中心軸Ｑに沿って主軸ヘッド２に対向した心押し軸ヘッド３が設けられ、主軸ヘッド２および心押し軸ヘッド３は夫々スライドテーブル４、５上に設けられている。スライドテーブル４、５はガイド６上を中心軸Ｑの軸線方向（図中、Ｚ方向）に可動として、主軸ヘッド２と心押し軸ヘッド３との相対距離を可変にしている。尚、回転を止める片側のセンタが付設されるヘッドを、図１Ａの左側を主軸ヘッド２、右側を心押し軸ヘッド３と説明の便宜のために称しているが、構成はどちらも同じものであり、主軸ヘッド２を心押し軸ヘッド３と称しても、その逆でもかまわない。

ベッド１の後部側には、ガイド６と平行にガイド７が設けられ、クロスフィードテーブル８はガイド７上をＺ方向にトラバースする。クロスフィードテーブル８上には、Ｚ方向と直交するＸ方向のガイド９が設けられている。ガイド９は、砥石台テーブル１３をＸ方向に案内する。砥石台テーブル１３にはＺ方向の中心軸Ｐの周りに回転する砥石１０が取付けられている。主軸ヘッド２と心押し軸ヘッド３の間にクランプされたワークｗは、砥石１０との相対距離がＸ方向に対して可変し、切り込みが行われる。また、ガイド７によりクロスフィードテーブル８がＺ方向に移動することにより、若しくは、スライドテーブル４、５がガイド６上を移動することにより、ワークｗと砥石１０がＺ方向へ相対的に移動してトラバース研削が行われる。

主軸ヘッド２は、軸（主軸）１１、サーボモータ１２を含んでいる。主軸１１には、主軸センタ１４が付設され、サーボモータ１２により中心軸Ｑ周りに回転駆動される。主軸センタ１４は、突出し部１４ａの先端が６０度程度の円錐であり、これにつづくシャンク部１４ｂはモールステーパーになっている。主軸１１はサーボモータ１２に連絡されている。

心押し軸ヘッド３は、軸（心押し軸）１５、サーボモータ１８を含んでいる。心押し軸ヘッド３の心押し軸１５には、その一方端にハーフセンタ１６が付設されている。心押し軸１５の反対端はサーボモータ１８に連絡され中心軸Ｑ周りに回転する。ハーフセンタ１６は、一般的なハーフセンタである。ハーフセンタ１６を拡大して図１Ｂ、図１Ｃに示す。ハーフセンタ１６は、先端が円錐とされている突出し部１６ａの一部がカットされ、カットされた箇所を図中に、欠落箇所Ｓとして破線で示している。ハーフセンタ１６の突出し部１６ａの断面（Ｚ方向に垂直な断面）でみると、欠落箇所Ｓは、中心角が１８０度未満の値の円弧ｃとその弦ｇでカットされた部分であり、残余部分Ｒの形状は、“Ｄ形状”である。欠落箇所Ｓは、ハーフセンタ１６が砥石１０と干渉しないように付設されている。突出し部１６ａに、モールステーパーのシャンク部１６ｂが続いている。尚、以降の説明で、欠落箇所Ｓが設けられた位相角度（中心軸Ｑ周りの角度）を表すために、円弧ｃの始点、終点ｂ、ｂの中点とハーフセンタ１６の中心を結んで得られた方向ｖを用いることにする。

主軸１１又は心押し軸１５の少なくともいずれか一方は、主軸ヘッド２若しくは心押し軸ヘッド３に対して軸方向の位置の動きを弾性的に吸収する構成を具備している。図１Ｄはその一例であり、心押し軸ヘッド３側にそのような構成を具備した例を示している。心押し軸１５は、クイル１７ａとベアリングを介して回転自在に支持されており、クイル１７ａは弾性体１７ｂを介して心押し軸ヘッド３に固定されている。クイル１７ａは、心押し軸ヘッド３のハウジングに対してＺ方向に移動可能になっている。ワークｗに心押しセンタ１６が突き当たった状態で心押し軸ヘッド３が前進すると、クイル１７ａは心押し軸ヘッド３のハウジングに対して後方に移動し、圧縮された弾性体１７ｂによって押力がワークｗに付加される。押力は、弾性体１７ｂの初期調整量(自由長からの変位量)と心押し軸ヘッド３の押し込み量によって決定される。弾性体１７ｂは、主軸１１若しくは心押し軸１５の少なくともいずれか一方のみを備えるものとしてもよい。円筒研削盤は、さらに、図示しない制御部を有しており、各部を制御する。制御部には、心押し軸１５に固定されたハーフセンタ１６のＤ形状の断面のうち、カットされた欠落箇所Ｓが向いている位相角度が設定される（図５）。

次に、図３－５を参照して、円筒研削盤のトラバース研削について説明する。ハーフセンタ１６を円筒研削盤に付設する。図５Ａにおいて、ハーフセンタが心押し軸１５に付設されたことを円筒研削盤の制御部が認識すると、ハーフセンタの欠落箇所Ｓの位相角度を取得して記憶し、サーボモータ１８の回転角度との対応付けを行う。主軸センタ１４及びハーフセンタ１６の間でワークｗを挟み、押力を付加してクランプを完了し、砥石１０を回転させる。ハーフセンタが心押し軸１５に付設されたことを制御部に認識させるために、オペレータは図示しない入力装置などの手段を用いて、制御部がハーフセンタの欠落箇所Ｓの位相角度を取得できるようにする。もしくは、光学的な手段をもちいて、欠落箇所Ｓの位置を取得しても良い。尚、トラバース研削は、クロスフィードテーブル８をガイド７上でトラバースしても良いし、主軸ヘッド２と心押し軸ヘッド３をガイド６上でトラバースしても良い。

以下に説明する実施例では、トラバース研削は、主軸センタ１４及びハーフセンタ１６を同期回転駆動させる場合と、主軸センタ１４を回転させハーフセンタ１６を停止させて主軸センタ１４側の回転により、ワークを回転させた状態で研削する場合とがある。同期回転駆動させるタイプの円筒研削盤では、両センタ１４、１６による押力に起因して発生する両センタ１４、１６とワークｗと間の摩擦力でワークｗを回転駆動する。片側のハーフセンタ１６を停止させて研削を行う場合、ハーフセンタ１６の回転を停止させた側に発生する摩擦力および、砥石１０とワークｗの接触による研削抵抗を上回る摩擦力を主軸センタ１４とワークｗの間に発生させる。

本実施例においては、図２Ｃに示すように、ハーフセンタ１６側に対して主軸センタ１４側がワークｗと接触する接触半径を大きくしてトルクの伝達力を高める。

［粗研削モード］
図３Ａにおいて、ワークｗの大径部ｗｂを加工する場合は、サーボモータ１２、１８により主軸センタ１４及びハーフセンタ１６を同期回転駆動させ、ＮＣ（数値制御）プログラムに従い、Ｚ方向にトラバースしながらワークｗの外周を研削する。砥石台テーブル１３をガイド９上でＸ方向に移動させて、砥石１０による切り込みが行われる。

図３Ｂにおいて、ワークｗの小径部ｗｔを加工する場合は、サーボモータ１２により主軸センタ１４を回転させ、サーボモータ１８は静止拘束力により回転を停止させハーフセンタ１６を固定する。このとき、ハーフセンタ１６の回転位相は、カットされた突き出し部１６ａの欠落箇所Ｓの方向ｖが砥石１０側の方向に向く角度（第１の所定角度）である。位相角度は、方向ｖが砥石１０の中心軸Ｐに向かう角度（０度）となるような位相角度αであることが望ましい。具体的には、図５Ｂにおいて、ハーフセンタ１６が付設されており、かつ小径部ｗｔを研削する場合には、制御部は欠落箇所Ｓの位相角度がαで固定されるようにサーボモータ１８を制御する。

以降、小径部ｗｔの外周を研削する。砥石台テーブル１３をガイド９上でＸ方向に移動させて、砥石１０による切り込みが行われる。このように、両センタを同期回転駆動させる円筒研削盤であっても、ハーフセンタ１６を用いた研削加工が可能になる。これにより、幅の広い砥石の使用が可能になり、仕上げ精度を著しく損なうことなく、サイクルタイムの短縮が達成できる。

［仕上げ研削モード１］
粗研削モードと同様に、ワークｗの大径部を加工する場合は、主軸センタ１４及びハーフセンタ１６を同期回転駆動し、ワークｗの小径部を加工する場合は、サーボモータ１２により主軸センタ１４を回転させ、サーボモータ１８は静止拘束力により回転を停止させハーフセンタ１６を固定した状態で研削を行う。このときのハーフセンタ１６の位相角度も、欠落箇所Ｓが砥石１０側の方向に向く角度である。

［仕上げ研削モード２］
仕上げ研削モード１では、ワークｗの大径部を加工する場合に同期回転駆動をさせたが、ハーフセンタ１６を用いて同期回転駆動させて研削を行った場合、砥石の切り込み方向に生じる、ハーフセンタ１６の位相角度による支持剛性の変化が研削精度の低下を招く虞がある。この問題に対応するため図４に示すように、仕上げ研削モード２では、ワークｗの大径部を加工する場合にも静止拘束力によりハーフセンタの回転は停止させる。このときのハーフセンタ１６の位相角度は、欠落箇所Ｓが砥石１０側を横に見る角度（第２の所定角度）である。この位相角度とすることにより、砥石１０の切り込み方向に対して最も支持剛性が高くなり、仕上げ研削モード１よりも研削精度が改善する。位相角度は、中心軸Ｑ（ハーフセンタ１６の中心）と砥石１０の中心軸Ｐとを結ぶ線に対して、方向ｖが直交する角度（９０度）となるような位相角度βであることが望ましい。具体的には、図５Ｂにおいて、制御部は、ハーフセンタ１６が付設されており、かつ大径部ｗｂを研削する場合には、欠落箇所Ｓの位相角度がβで固定されるようにサーボモータ１８を制御する。

上記実施例においては、さらに、仕上げ研削モード１および２の際にハーフセンタ１６の回転を停止するのとともに主軸１１若しくは心押し軸１５のいずれか一方のわずかに後退させてワークｗに対する軸方向のクランプ力を低下させてもよい。仕上げ研削中は、切削抵抗が小さく、砥石１０からワークｗに加わる負荷が小さいからである。これにより、ワークｗの変形が解消されるため、より良い仕上げ精度が得られる。

上記実施例においては、ハーフセンタ１６のシャンク部は、モールステーパーになっている。心押し軸１５の軸線方向に設けられたテーパー孔内に、シャンク部が挿入される一般的なハーフセンタを固定する構造と同一になっている。この固定構造としては他の構造でも良い。例えば、ハーフセンタ１６のシャンク部にフランジを設け、このフランジを介して心押し軸１５の端面にボルトなどで締結しても良い。フランジによる固定構造であれば、停止したハーフセンタ１６が誤って連れ回ることをより確実に防止することができる。

上記実施例においては、主軸ヘッド２と心押し軸ヘッド３を夫々スライドテーブル４、５上に設けて、スライドテーブル４、５がガイド６上を軸線方向（図中、Ｚ方向）に可動可能にしていたが、主軸ヘッド２と心押し軸ヘッド３の一方のみをスライドテーブル４、５に搭載して、ガイド６上を可動可能とし、他方をスライドテーブル４、５に搭載せずにベッド１に固定しても良い。

１ ベッド
２ 主軸ヘッド
３ 心押し軸ヘッド
４、５ スライドテーブル
６、７、９ ガイド
８ クロスフィードテーブル
１０ 砥石
１１ 主軸
１２、１８ サーボモータ
１３ 砥石台テーブル
１４ 主軸センタ
１４ａ 突き出し部
１４ｂ シャンク部
１５ 心押し軸
１６ ハーフセンタ
１６ａ 突き出し部
１６ｂ シャンク部
１７ａ クイル
１７ｂ 弾性体
１８ サーボモータ
２０、２１ 心押しセンタ
２０ａ 突き出し部

Claims (5)

1. 両ヘッドの軸に夫々付設されたセンタの間に段付きワークをクランプして同期回転駆動させて、砥石によるトラバース研削を行う円筒研削盤による段付きワークの研削方法において、
   前記段付きワークの小径部を支持するハーフセンタが片側のヘッドに付設された際に、当該ハーフセンタの欠落箇所の位相角度を記憶し、
   小径部の研削を行う際に前記片側の軸の回転を停止させ、
   前記欠落箇所の位相角度を前記欠落箇所の向く方向が前記砥石になる位相角度に固定し、
   他方の軸を回転させて研削を行うことを特徴とする研削方法。
   
2. 請求項１の研削方法において、
   前記ハーフセンタのシャンク部にフランジが設けられており、前記フランジを介して前記片側のヘッドの軸に対してボルトにより締結されることを特徴とする研削方法。
   
3. 請求項１の研削方法において、
   前記段付きワークの大径部の研削を行う際に前記片側のセンタの回転を停止させ、
   前記欠落箇所の位相角度を前記欠落箇所が前記砥石側を横に見る位相角度に固定し、
   他方のセンタを回転させて研削を行うことを特徴とする研削方法。
   
4. 請求項１の研削方法において、
   前記両ヘッドの軸の少なくとも一方には、軸方向の位置の動きを弾性的に吸収する弾性体が設けられており、
   前記段付きワークを粗研削したのちに仕上げ研削する際には、前記両ヘッドのうち一方のヘッドの軸を後退させてクランプ力を低下させた後に研削を行うことを特徴とする研削方法。
   
5. Ｚ方向に主軸ヘッドと心押し軸ヘッドとが対向しその相対距離が可変となるように移動可能であり、前記主軸ヘッドと前記心押し軸ヘッドの軸に夫々付設された、センタの間にクランプされた段付きワークと回転砥石との相対距離をＺ方向に対して直交するＸ方向に対して可変とするように移動可能であり、かつ、前記段付きワークと前記砥石をＺ方向へ相対的に移動させてトラバース研削を行う円筒研削盤において、
   前記段付きワークの小径部を支持するハーフセンタが片側のヘッドとして付設された際に、当該ハーフセンタの欠落箇所の位相角度を取得する手段と、
   小径部の研削を行う際に前記片側のセンタの回転を停止させ、前記欠落箇所の位相角度を前記欠落箇所の向く方向が前記砥石になる位相角度に固定し、他方のセンタを回転させて研削を行う制御部とを有することを特徴とする円筒研削盤。