JP7509547B2

JP7509547B2 - ねじ研削盤用のドレス研削装置及び方法

Info

Publication number: JP7509547B2
Application number: JP2020021225A
Authority: JP
Inventors: 岳見浅井; 武文石井
Original assignee: Mitsui Seiki Kogyo Co Ltd
Current assignee: Mitsui Seiki Kogyo Co Ltd
Filing date: 2020-02-12
Publication date: 2024-07-02
Anticipated expiration: 2040-02-12

Description

本発明は、研削盤用のドレス研削装置及びその制御方法に関し、特に、ねじ研削盤用のドレス研削装置及びその方法に関する。

従来、研削盤による研削、特にボールねじ研削においては、ねじ溝としてＪＩＳＢ１１９２－１：２０１８にあるようにゴシック形状の溝及びわずかにそれを補正する等して派生させた溝を作ることが多い。図１はゴシック形状溝の形状の概要を示しており、左右対称であるが右側と左側の円弧の中心がずらしてある。一般にはこれを派生させ溝の縁の面取を加えるとか溝中央を深めに掘るなど要求に応じた形状が使用される。このとき、ねじ研削盤を用いたねじ溝の研削においては、ねじ溝に作る形状に合わせた形で砥石の形を作り、その砥石断面形状を螺旋に沿ってほぼそのまま転写することで所望の溝形状を作るということが一般的である。この砥石の形を作るドレス装置として、種々の機構の装置が用意され市場で使用されているが、例えば、ロータリドレッサを備える研削盤のドレス装置及び方法が使用されている（例えば、特許文献１及び２参照）。

実開昭６２－１１５６０公報特開平３－５５１６０号公報

また、ねじ研削盤用のドレス研削装置として、例えば、図２に示すようなドレス装置も使用されており、この図２に示す装置も、ロータリドレッサを回転する機構を有している。一般的に砥石の成形をツルーイング、砥石の目立てをドレスと言うが、ここでは砥石の形状を造る操作もドレスと呼ぶこととする。図２に示す装置において、ロータリドレッサの外周には砥石を削る物体が配されており、回転しながら砥石に当てると砥石の形が変わる。通常はダイヤモンドが使われるのでダイヤが外周に配された円盤そのものを、ここではロータリダイヤと呼ぶ。図２に示す装置では、Ｘ－Ｚ平面内で２次元の位置を定めるそれぞれ直線軸のＵ軸（Ｘ軸に平行）及びＷ軸（Ｚ軸に平行）を持ち、回転軸Ｂ軸（Ｘ－Ｚに垂直な軸周りの回転）をもっており砥石を削る工具に相当するロータリダイヤをＢ軸で旋回させたときにその刃先に相当するダイヤの先端のＢ軸旋回中心からのオフセット量（図２のＢ軸旋回半径）の調整用の送り軸もしくは調整機構を持っている。このような装置では、ゴシック形状の円弧部分はＵ－Ｗの円弧補間で作ることも出来るうえにＵ－Ｗの座標を定めてＢ軸を旋回させることで成形することが出来る。Ｕ－Ｗの円弧補間では２軸同期制御でありＢ軸旋回では１軸制御であり、一般には同期制御軸数が少ないＢ軸旋回による円弧成形が精度を安定させ易い。必ずしもＵ－Ｗのどちらかが砥石の回転軸に平行になっている必要はなく、組み合わせて平面内の平行移動の動きを作り出せればよいが、図２に示す装置の場合には、ドレスの際には砥石の径に合わせて毎回円弧の中心をＵ軸で前進させる。また、この装置では半径の増加にあわせてＵ－Ｗ２軸同期制御で円弧補間をしてＢ軸でロータリダイヤの特定部分を砥石に向ける一般に法線方向制御と呼ばれる方法により形状を作ることも可能である。

このとき、ある程度ドレスが進行して十分に砥石形状が安定してくると、図３（ｂ）の細い線が、一回前のドレスで成形した砥石形状でハッチングの領域が今回のドレスで削り取る領域となる。この形状をみると、たとえＵ軸方向に１だけ前進していても、この１が微小であるという条件の下で近似するとＢ＝ θｙの付近（図４参照）では厚み計算でｃｏｓθｙしか削らないことになる。θｙ＝６０度なら０．５である。従って、薄く削られる部分は形状はきれいに仕上がるが、目立てが不十分になりやすくその砥石を使用すると研削焼けを引き起こし易くなるという問題を生じる。かといって図４の薄い部分を厚くしようとしてＵ軸を過度に大きくすると、ロータリダイヤに過度の負荷がかかり砥石の種類によってはロータリダイヤに損傷を与えてしまう。

本発明の目的は、十分な目立てが可能な上に、研削焼けやロータリダイヤの損傷を有効に防止し得るねじ研削盤用のドレス研削装置及び方法を提供することにある。

本発明者は、十分な目立てが可能な上に、研削焼けやロータリダイヤの損傷を有効に防止し得るねじ研削盤用のドレス研削装置及びその方法について、鋭意研究した結果、ねじ研削盤用のドレス研削装置において、砥石をドレッサに近付ける方向である切り込み方向の直線軸をＵ軸、前記Ｕ軸に直交する水平方向の直線軸をＷ軸、前記Ｕ軸と前記Ｗ軸の双方に直交する直線廻りの回転軸をＢ軸として、ドレッサの切れ刃に相当する部分のＢ軸旋回中心からの距離は送り軸に限らず指定可能に構成され、ボールねじのゴシック溝形状の円弧部を削るにはＢ軸の旋回中心をＵ軸およびＷ軸で指定したのち専らＢ軸の旋回を行うだけでよいように構成された装置で、かつＵ－Ｗ－Ｂ同期制御もしくはＵ－Ｂ同期制御が可能なねじ研削盤用のドレス研削装置であって、まず、Ｕ－Ｗ－Ｂ同期制御もしくはＵ－Ｂ同期制御で図５（ａ）の太線の粗ドレス目標まで粗ドレスを行い、しかる後に（ｂ）のゴシック溝形状の円弧部だけはＢ軸旋回だけで仕上げて切り込み厚み一定のドレスを行うという二段階ドレスを行うことを見出した。勿論、図５（ａ）の粗ドレスの線まで一気に削り落とせない場合には複数回に分けて削り落とす。尚、図５（ａ）の太線の粗ドレス目標は仕上げドレスの目標オフセットを与えて厳密に算出される線である。つまり、Ｕ軸方向のオフセットを考えなければ、ＲをＲ＋ｒ（ｒ：仕上げで切り込みたい厚み）に置き換えるだけである。砥石についている形状を旧軌跡、こうして用意した軌跡を新軌跡と呼ぶ。Ｕ軸方向のオフセットは削りに使う範囲の端で旧軌跡と新軌跡が交差するように配置する。半径の調整用の送り軸があればその軸の調整だけで達成できるが、手動になっている場合にはＢ軸の動作にＵ－Ｗ方向のオフセットを同期させる（Ｂ旋回による半径方向外側に向けてずらす）。ずらし量は、厳密に解くなら、以下の数式１で得られる。

である。しかし、適宜図７に示すように多角形近似をしてもよいし、図６に示すように図３のＵ軸方向の負方向の頂点だけを削り落とすように簡易化しても良い。

即ち、本発明の様相によれば、ねじ研削盤用のドレス研削装置において、砥石をドレッサに近付ける方向である切り込み方向の直線軸をＵ軸、前記Ｕ軸に直交する水平方向の直線軸をＷ軸、前記Ｕ軸と前記Ｗ軸の双方に直交する直線廻りの回転軸をＢ軸として、ドレッサの切れ刃に相当する部分のＢ軸旋回中心からの距離は送り軸に限らず指定可能に構成され、ボールねじのゴシック溝形状の円弧部を削るにはＢ軸の旋回中心をＵ軸およびＷ軸で指定したのち専らＢ軸の旋回を行うだけでよいように構成された装置で、かつＵ－Ｗ－Ｂ同期制御もしくはＵ－Ｂ同期制御が可能なねじ研削盤用のドレス研削装置であって、まず、Ｕ－Ｗ－Ｂ同期制御もしくはＵ－Ｂ同期制御で粗ドレス目標まで粗ドレスを行う粗ドレス手段と、前記粗ドレス後に、前記ゴシック溝形状の円弧部だけはＢ軸旋回だけで仕上げて切り込み厚み一定の仕上げドレスを行う仕上げドレス手段を有することを特徴とするねじ研削盤用のドレス研削装置が得られる。

また、本発明の他の様相によれば、ねじ研削盤用のドレス研削装置において、砥石をドレッサに近付ける方向である切り込み方向の直線軸をＵ軸、前記Ｕ軸に直交する水平方向の直線軸をＷ軸、前記Ｕ軸と前記Ｗ軸の双方に直交する直線廻りの回転軸をＢ軸として、ドレッサの切れ刃に相当する部分のＢ軸旋回中心からの距離は送り軸に限らず指定可能に構成され、ボールねじのゴシック溝形状の円弧部を削るにはＢ軸の旋回中心をＵ軸およびＷ軸で指定したのち専らＢ軸の旋回を行うだけでよいように構成された装置で、かつＵ－Ｗ－Ｂ同期制御もしくはＵ－Ｂ同期制御が可能なねじ研削盤用のドレス研削装置であって、まず、Ｕ－Ｗ－Ｂ同期制御もしくはＵ－Ｂ同期制御で粗ドレス目標まで粗ドレスを行う粗ドレス工程と、前記粗ドレス工程の後に、前記ゴシック溝形状の円弧部だけはＢ軸旋回だけで仕上げて切り込み厚み一定の仕上げドレスを行う仕上げドレス工程を有することを特徴とするねじ研削盤用のドレス研削方法が得られる。

本発明によれば、十分な目立てが可能な上に、研削焼けやロータリダイヤの損傷を有効に防止し得るねじ研削盤用のドレス研削装置及びその方法を提供することができる。

ゴシック形状溝の輪郭の一例を示す図である。Ｕ－Ｗ－Ｂ同期制御もしくはＵ－Ｂ同期制御が可能なねじ研削盤用のドレス研削装置の基本構成を示す概略図である。（ａ）は、砥石につける形状例、（ｂ）は、次のドレスでの砥石の削り落とし領域例を、それぞれ示す図である。従来の研削盤用ドレス研削装置及びその制御方法の問題点を説明するための図である。本発明の実施形態に係る研削盤用ドレス研削装置及びその制御方法における（ａ）は、粗ドレス目標、（ｂ）は、仕上げドレス目標を、それぞれ示す図である。本実施形態の第１の変形例として、頂点部分だけを削り落とす場合を示す図である。本実施形態の第２の変形例として、多角形で近似して削り落とす場合を示す図である。

まず、本発明の理解を容易にするため、本発明の適用対象となるねじ研削盤用のドレス研削装置の構成について、改めて図２を参照して詳細に説明する。図２は、ねじ研削盤用のドレス研削装置において、切り込み方向の直線軸をＵ軸、前記Ｕ軸に直交する水平方向の直線軸をＷ軸、前記Ｕ軸と前記Ｗ軸の双方に直交する直線軸廻りの回転軸をＢ軸とした場合において、Ｕ－Ｗ－Ｂ同期制御もしくはＵ－Ｂ同期制御が可能なねじ研削盤用のドレス研削装置の基本構成を示す概略図である。図２に示すように、本発明の適用対象となるねじ研削盤用のドレス研削装置１００は、後述するロータリドレッサをＷ（軸）方向に移動可能なＷ（軸）送り装置１０２と、同様にＵ（軸）方向に移動可能なＵ（軸）送り装置１０４と、同様にＢ軸廻りに旋回可能なＢ軸旋回装置１０６と、半径調整装置１０８を備えている。Ｂ軸旋回装置１０６と半径調整装置１０８には、ロータリドレッサ回転装置１１０が、Ｂ軸旋回可能且つ後述するようにダイヤ先端の半径を調整可能に取り付けられている。また、このロータリドレッサ回転装置１１０の回転軸１１０aには、ロータリドレッサ１１２が取り付けられている。このロータリドレッサ１１２の円周面には、各部断面が三角錐形状や角柱形状などになるようにダイヤモンド１１２Ａが装着されている。尚、半径調整装置１０８は、Ｂ軸旋回装置１０６によって旋回でき、ロータリドレッサ回転装置１１０を支え、Ｂ軸を旋回した時のダイヤ先端１１２aのＢ軸旋回中心１１５からのオフセット量（Ｂ軸旋回半径）１１３を調整可能に構成されている。このような構成により、ロータリドレッサ回転装置１１０がＷ（軸）方向送り操作、Ｕ（軸）方向送り操作、Ｂ軸廻り旋回操作、ダイヤ先端１１２aのＢ軸旋回中心１１５からのオフセット量（Ｂ軸旋回半径）１１３（Ｂ軸旋回中心１１５とダイヤ先端１１２aまでの距離）を調整操作され、ロータリドレッサ１１２を回転させつつ、同期して回転するドレス対象となる砥石２００に当てることにより、砥石２００の周面をダイヤ先端１１２aによりドレスする。尚、ここでいう「ドレス」とは、前述したように、「砥石の目立て」だけでなく、砥石の形状を造る操作も含む意味である。以上のように構成されるねじ研削盤用のドレス研削装置１００等では、図２において定義されるＵ－Ｗ－Ｂ軸方向において、Ｕ－Ｗ－Ｂ同期制御もしくはＵ－Ｂ同期制御が可能であれば、ねじ研削盤用の砥石２００をドレス研削可能である。かかる構成のドレス研削装置１００では、従来、ロータリドレッサ１１２を回転しつつダイヤ先端１１２ａの軌跡を一定に繰り返し描けるようにしておき、この繰り返す軌跡をＵ軸方向に移動操作することで、砥石をドレスして前述したゴシック形状溝を形成することができる。

図５は、本実施形態に係るねじ研削盤用のドレス研削装置１００における（ａ）は、粗ドレス目標、（ｂ）は、仕上げドレス目標を、それぞれ示す図である。ここで、前述したように、従来のドレス方法では、薄く削られる部分で目立てが不十分になり、その砥石を使用すると研削焼けを引き起こし易くなる一方、Ｕ軸を過度に大きくするとロータリダイヤに負荷がかかるという問題を生じかねない。そこで、本実施形態のねじ研削盤用のドレス研削装置及びその方法では、前述したＵ－Ｗ－Ｂ同期制御もしくはＵ－Ｂ同期制御が可能なねじ研削盤用のドレス研削装置１００(図２参照)を用い、まず、図５（ａ）の太線の粗ドレス目標まで粗ドレスを行い、しかる後に図５（ｂ）の切り込み厚み一定の仕上げドレスを行うという二段階ドレスを行うようにした。即ち、図５（ｂ）に太線で示すのは、仕上げドレス目標５６である。勿論、図５（ａ）に太線で示す粗ドレス目標５２まで一気に削り落とせない場合には複数回に分けて削り落とす。尚、図５（ａ）に太線で示す粗ドレス目標５２は、仕上げドレスの目標オフセットを与えて厳密に算出される線である。つまり、Ｕ軸方向のオフセットを考えなければ、ＲをＲ＋ｒ（ｒ：仕上げで切り込みたい厚み）に置き換えるだけである。砥石についている形状を旧軌跡、こうして用意した軌跡を新軌跡と呼ぶ。Ｕ軸方向のオフセットは、削りに使う範囲の端５４で旧軌跡と新軌跡が交差するように配置する。半径の調整用の送り軸があればその軸の調整だけで達成できるが、手動になっている場合にはＢ軸の動作にＵ－Ｗ方向のオフセットさせる（Ｂ旋回による半径方向外側に向けてずらす）。ずらし量は、厳密に解くなら、以下の数式２で得られる。

である。

但し、本実施形態の第１の変形例として、図６に示すように図３のＵ軸方向の負方向の頂点だけを削り落とすように簡易化しても良い。図６は、本実施形態の変形例として、頂点だけを削り落とす場合を示す図である。即ち、図５（a）（b）を用いて上述した本実施形態のドレス方法では、Ｒ＋r等の軌跡を用いて、まず均一に削り落とすが、この第１の変形例では、より簡便な方法として、図６（a）に示す粗ドレス目標６２まで、まず、頂点部分６２だけを削り落とすようにした。従って、図６（b）に破線の楕円で示す削らない領域６４が生じる。そして、次工程として、図６（b）に示すように、仕上げドレスの目標６６まで、仕上げドレス取代６８の部分を、仕上げのパスにて削り取るようにした。この第１の変形例でも、図５（a）（b）を用いて上述したドレス方法と、略同様の効果が得られる。

また、本実施形態の第２の変形例として、適宜図７に示すように多角形近似をしてもよい。図７は、本実施形態の第２の変形例として、多角形で近似して削り落とす場合を示す図である。即ち、図５（a）（b）を用いて上述した本実施形態のドレス方法では、Ｒ＋r等の軌跡を用いて、まず均一に削り落とすが、この第２の変形例では、より簡便な方法として、図７（a）に示す粗ドレス目標７２まで、まず、頂点部分７３とその両脇部分７４だけを削り落とすようにした。そして、次工程として、図７（b）に示すように、仕上げドレスの目標７６まで、仕上げドレス取代７８の部分を、仕上げのパスにて削り取るようにした。この第２の変形例でも、図５（a）（b）を用いて上述したドレス方法と、略同様の効果が得られる。

本実施形態に係るねじ研削盤用のドレス研削装置１００によれば、十分な目立てが可能な上に、研削焼けやロータリダイヤの損傷を有効に防止し得る。尚、以上において、ドレス装置の制御は、別置きの制御器があって、それにより行っても良いし、ねじ研削盤本体の制御器によって行っても良い。

５２粗ドレス目標、５４削りに使う範囲の端、５６仕上げドレス目標、
６２粗ドレス目標（頂点部分）、６４削らない領域、６６仕上げドレス目標、６８仕上げドレス取代、７２粗ドレス目標、７３頂点部分、７４両脇部分、７６仕上げドレス目標、７８仕上げドレス取代、１００ねじ研削盤用のドレス研削装置、１０２Ｗ（軸）送り装置、１０４Ｕ（軸）送り装置、１０６Ｂ軸旋回装置、１０８半径調整装置、１１０ロータリドレッサ回転装置、１１０a 回転軸、１１２ロータリドレッサ、１１２Ａダイヤモンド、１１２a ダイヤ先端、１１５Ｂ軸旋回中心、１１３オフセット量（Ｂ軸旋回半径）、２００砥石、

Claims

ねじ研削盤用のドレス研削装置において、砥石をドレッサに近付ける方向である切り込み方向の直線軸をＵ軸、前記Ｕ軸に直交する水平方向の直線軸をＷ軸、前記Ｕ軸と前記Ｗ軸の双方に直交する直線廻りの回転軸をＢ軸として、ドレッサの切れ刃に相当する部分のＢ軸旋回中心からの距離は送り軸に限らず指定可能に構成され、ボールねじのゴシック溝形状の円弧部を削るにはＢ軸の旋回中心をＵ軸およびＷ軸で指定したのち専らＢ軸の旋回を行うだけでよいように構成された装置で、かつＵ－Ｗ－Ｂ同期制御もしくはＵ－Ｂ同期制御が可能なねじ研削盤用のドレス研削装置であって、まず、Ｕ－Ｗ－Ｂ同期制御もしくはＵ－Ｂ同期制御で粗ドレス目標まで粗ドレスを行う粗ドレス手段と、前記粗ドレス後に、前記ゴシック溝形状の円弧部だけはＢ軸旋回だけで仕上げて切り込み厚み一定の仕上げドレスを行う仕上げドレス手段を有することを特徴とするねじ研削盤用のドレス研削装置。
ねじ研削盤用のドレス研削装置において、砥石をドレッサに近付ける方向である切り込み方向の直線軸をＵ軸、前記Ｕ軸に直交する水平方向の直線軸をＷ軸、前記Ｕ軸と前記Ｗ軸の双方に直交する直線廻りの回転軸をＢ軸として、ドレッサの切れ刃に相当する部分のＢ軸旋回中心からの距離は送り軸に限らず指定可能に構成され、ボールねじのゴシック溝形状の円弧部を削るにはＢ軸の旋回中心をＵ軸およびＷ軸で指定したのち専らＢ軸の旋回を行うだけでよいように構成された装置で、かつＵ－Ｗ－Ｂ同期制御もしくはＵ－Ｂ同期制御が可能なねじ研削盤用のドレス研削装置であって、まず、Ｕ－Ｗ－Ｂ同期制御もしくはＵ－Ｂ同期制御で粗ドレス目標まで粗ドレスを行う粗ドレス工程と、前記粗ドレス工程の後に、前記ゴシック溝形状の円弧部だけはＢ軸旋回だけで仕上げて切り込み厚み一定の仕上げドレスを行う仕上げドレス工程を有することを特徴とするねじ研削盤用のドレス研削方法。