JPH08252767A - 異方加工性工具による加工方法および加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 研削用工具とバニシング用工具の二種類の工
具を使用することなく一種類の工具を用いた加工機によ
り除去加工と塑性変形加工とを行わせる。 【構成】 砥石２６が第１の方向には高い切削性を有し
第２の方向には高いバニシュ性を有する砥石であって、
砥石の高研削性方向に略一致するよう相対回転速度と相
対動速度を設定して除去加工を行う工程と、砥石の高バ
ニシュ性方向に略一致するよう相対回転速度と相対動速
度を設定して塑性変形加工を行う工程からなる仕上加工
方法とし、複数の定形の砥粒を一定方向に並設し、砥粒
の工作物に対する作用方向を意図的に一定方向に配向さ
せることにより、方向により異なる加工特性つまり異方
加工性を砥石に与えて、その加工方向に従い工作物と砥
石に互いに相対回転及び相対動させ、一種類の工具を用
いた一種類の加工機により除去加工と塑性変形加工とを
行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工作物に対する作用方
向が複数ある異方加工性工具を用いて、切削加工や研削
加工などの除去加工とバニシング加工などの塑性変形加
工を行う加工方法および加工装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば切削加工により成形された
工作物に対しては、より面粗度の良い表面状態を得るた
めに研削加工などの仕上加工が行われる。例えば研削加
工では、工作物と砥石を互いに相対回転あるいは相対動
させながら工作物に対して砥石を押し付けるなどして工
作物の表面の取り代を精密に除去して仕上げる。つま
り、工作物に対して砥石の送込速度（砥石切込量）を変
化させて粗削りや精密研削などを行うための研削条件を
設定して、粗削り加工において工作物表面に生じたうね
りを除いて工作物の表面形状を整え、精密研削において
工作物表面の粗さを整えて面粗度を向上させ、工作物を
所望の表面状態に仕上げる。

【０００３】さらに良い面粗度などが必要とされるシャ
フト類のベアリング転動面やピンピストン外径などに対
しては、上記研削加工の後に最終仕上げとしてバニシン
グ加工などが行われる。バニシング加工とは、表面が極
めて良く仕上げられたローラーなどの押圧部材を、工作
物に大きな力で押し付けてすべり運動をさせ、工作物表
面の微小な凹凸に塑性変形を与えて面粗度の高い表面状
態に仕上げる加工方法である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】除去加工用の工具の一
種である通常の砥石は、不定形の非常に高い硬度を有す
る砥粒を無機質系あるいは有機質系の結合材の中に混入
させて固めたものである。このような砥石では、不定形
の砥粒が任意の体勢で結合材により固定される、つまり
任意の方向に配向された切刃を有することとなるため、
砥石に対し相対回転または相対動する工作物にこの砥石
を押し付けると、いずれかの切刃が工作物表面を必ず削
ってしまう。すなわち、通常の砥石を用いて工作物表面
に塑性変形加工を行うことは難しい。

【０００５】また、バニシング加工用の工具には、その
表面性状を工作物の加工表面に転写して工具の形状精度
を工作物表面に写す程度に精度が保証された非常に高い
硬度を有する押圧部材が用いられる。そのため、工作物
に対してその表面の凹凸を押潰す塑性変形加工を行うに
は有効な形状を有するが、工具自体に鋭利な切刃を有さ
ないため、加工物に対して除去加工を行うことはバニシ
ング加工用工具の性質上できない。

【０００６】つまり、一般に工作物表面に良い面粗度な
どを得るためには、切刃方向が工作物に対して任意に配
向された等方加工性工具を用いて粗削りや精密研削など
の除去加工を行った後、バニシング加工などにより工作
物表面の凹凸に塑性変形を与え最終仕上げとすることと
なるので、除去加工用工具と塑性変形加工用工具の二種
類の工具、あるいはこれらの工具を使用するそれぞれの
加工機が必要となる。

【０００７】本発明は、複数の定形の作用部材を一定方
向に並設し、工具の工作物に対する作用方向を意図的に
二方向に配向させて、方向により異なる加工特性つまり
異方加工性を工具に与えることにより、その作用方向に
従い工作物と工具に互いに相対回転及び相対動させて、
一工具を用いた一加工装置により除去加工と塑性変形加
工とを行わせることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め請求項１で採用する手段は、工具と工作物に相対回転
及び相対移動を与えて行う加工法において、複数の定形
の作用部材を方向を揃えて並設して前記工作物に対する
作用方向を意図的に二方向に配向させた異方加工性工具
により、前記異方加工性工具の第１の作用方向である高
研削性方向に略一致するよう前記相対回転の速度と前記
相対移動の速度を設定して除去加工を行う工程と、前記
異方加工性工具の第２の作用方向である高バニシュ性方
向に略一致するよう前記相対回転の速度と前記相対移動
の速度を設定して塑性変形加工を行う工程からなる異方
加工性工具による加工方法とする。

【０００９】また、上記の目的を達成するため請求項２
で採用する手段は、工具と工作物に相対回転及び相対移
動を与えて加工を行う加工装置において、複数の定形の
作用部材を方向を揃えて並設して前記工作物に対する作
用方向を意図的に二方向に配向させた異方加工性工具
と、前記異方加工性工具と前記工作物に対し前記相対回
転を与える第１の駆動手段と、前記異方加工性工具と前
記工作物に対し前記相対移動を与える第２の駆動手段
と、前記異方加工性工具の二作用方向に略一致させるよ
う前記相対回転の速度と前記相対移動の速度を設定する
速度設定手段とからなる異方加工性工具による加工装置
とする。

【００１０】

【作用】上記構成を有する請求項１記載の異方加工性工
具による加工方法によれば、複数の定形の作用部材を一
定方向に並設し、切刃の工作物に対する作用方向を意図
的に二方向に配向させた工具を用い、工具と工作物との
間の相対回転速度と相対動速度を適宜設定することによ
り、工具の高研削性方向に相対回転速度と相対動速度の
合方向を略一致させ除去加工を行い、工具の高バニシュ
性方向に相対回転速度と相対動速度の合方向を略一致さ
せ塑性変形加工を行うことができる。

【００１１】また、上記構成を有する請求項２記載の異
方加工性工具による加工装置によれば、複数の定形の作
用部材を一定方向に並設し、切刃の工作物に対する作用
方向を意図的に二方向に配向させた異方加工性工具を用
い、異方加工性工具と工作物との相対回転速度と相対動
速度をそれぞれ設定できるので、本加工装置一台で工具
交換などをすることなく、異方加工性工具の高研削性方
向における除去加工と、異方加工性工具の高バニシュ性
方向における塑性変形加工の二種類の加工を夫々独立に
行うことができる。

【００１２】

【実施例】続いて、本発明の実施例について以下に説明
する。図１、図２、図３には本発明を実施するための異
方加工性工具による加工装置の概要を例示する。架台１
には主軸台２と、クランプ装置であるボアレファレンス
３が設置されている。主軸台２には第１の駆動手段であ
る回動機構として、回転自在な主軸４と、回転数を任意
に設定可能な電動モータ５が設けられている。主軸４の
一端には主軸４と共に回転するパッキングプレート６が
設けられており、他端には主軸４に電動モータ５の回転
駆動力をプーリ７とベルト８を介して伝達するプーリ９
が設けられている。

【００１３】また、主軸台２の側方にはブラケット１０
が固設されており、ブラケット１０には第２の駆動手段
である揺動機構として、円板状の回転自在なカム１１
と、カム１１の回転中心に対し偏心した位置に一端を回
転自在に支持された揺動リンク１２と、揺動リンク１２
の他端に回転自在に支持された揺動クランク１３が設け
られている。主軸４の一端のパッキングプレート６上方
に位置する揺動クランク１３の一端には、砥石が取り付
けられる工具ホルダが設けられている。ブラケット１０
の上方には回転数を任意に設定可能な電動モータ１４が
設置されており、プーリ１５とベルト１６を介してカム
１１に回転駆動力を伝達する。

【００１４】架台１には速度設定手段として、制御盤１
７と操作盤１８が設置されており、工具と工作物の相対
回転の速度と相対動の速度を適切に定めるように、電動
モータ５、１４の回転数を操作盤上のダイヤル（図示せ
ず）にて設定する。設定された電動モータの回転数は制
御盤に電気信号として伝達され、電動モータ５、１４を
制御する。

【００１５】工作物のクランプ機構として、ロケーティ
ングアーバ１９がパッキングプレート６に向かう方向に
摺動自在に設けられており、ロケーティングアーバ１９
の一端には摺動駆動用油圧シリンダ２０が、他端にはク
ランパとしてのプッシャベアリング２１が固設されてい
る。

【００１６】図４には工作物のクランプ状態と砥石のオ
シレーション状態を示す。主軸４に固設されたパッキン
グプレート６の端面は、工作物である軸受のインナレー
ス２２の一端面を位置決めする際の基準面とされる。パ
ッキングプレート６の前面には超硬合金２３がろう付け
されており、工作物の段取り換えの際にインナレース２
２が繰り返し接触することにより生ずるパッキングプレ
ート６の摩耗を防ぐ。

【００１７】また、ロケーティングアーバ１９には、イ
ンナレース２２の端面をプッシャベアリング２１により
押圧する前に、インナレース２２の内面に当接してイン
ナレース２２の位置決めを行う四点パッド２４が設けら
れている。インナレース２２の端面を押圧するプッシャ
ベアリング２１が設けられたロケーティングアーバ１９
は、インナレース２２の回転中心軸とほぼ同軸に配置さ
れているので、ロケーティングアーバ１９を摺動駆動用
油圧シリンダ２０（図示せず）により摺動駆動させるこ
とにより、インナレース２２をパッキングプレート６に
押付けクランプすることができる。インナレース２２を
パッキングプレート６によりクランプした後、四点パッ
ド２４によるインナレース２２の位置決めは解除され
る。インナレース２２をパッキングプレート６とプッシ
ャベアリング２１の間でクランプした状態で電動モータ
５を回転駆動させることにより、インナレース２２を設
定速度で回転させることができる。

【００１８】砥石ホルダ２５には、後で詳細に説明する
異方加工性工具である砥石２６が把持されており、砥石
２６の先端はインナレース２２の転動面に接している。
また、電動モータ１４を駆動させて揺動リンク１２と揺
動クランク１３を作動させることにより、砥石ホルダ２
５に保持された砥石２６に揺動中心２７を中心としてイ
ンナレース２２に対するオシレーションを与えることが
できる。

【００１９】図５には異方加工性工具の一例である砥石
に並設される砥粒を示す。砥石の砥粒は１４面体の人工
単結晶ダイヤ３１である。上面３１ａと下面３１ｂ（図
示せず）は平行であり、側面３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ
（図示せず）、３１ｆに対してそれぞれ直交している。
側面３１ｃと３１ｅ（図示せず）、側面３１ｄと３１ｆ
は平行である。斜面３１ｇ、３１ｈ、３１ｊ（図示せ
ず）、３１ｉ（図示せず）はそれぞれ上面３１ａに対し
て１２０度の角度で構成されており、斜面３１ｋ、３１
ｌ、３１ｍ（図示せず）、３１ｎ（図示せず）はそれぞ
れ下面３１ｂ（図示せず）に対して１２０度の角度で構
成されている。

【００２０】図６に示すように、砥粒である人工単結晶
ダイヤ３１が面方向を揃えて固設される砥石ボデー３２
の形状は工作物の被加工面の形状、例えばインナレース
２０の転動面に対応するものである。具体的には図７
（ａ）に示すように、工作機械などを用い予めインナレ
ースの転動面の形状と同形に成形された仮ボデー３３
と、インナレースの転動面の形状と対応して成形された
砥石ボデー３２を製作する。図７（ｂ）に示すように砥
石ボデー３２に成形された表面に複数の砥粒である人工
単結晶ダイヤ３１を面方向を揃えて接着材にて仮固定す
る。次に、図７（ｃ）に示すように砥粒が仮固定された
砥石ボデー３２と仮ボデー３３の面をあわせて電着槽３
４に入れ、砥粒を砥石ボデーに固着させた後、図７
（ｄ）に示す溶剤槽３５にて仮固定した接着剤を溶か
し、工作物への当接面が加工形状に一致した異方研削性
砥石を製作する。

【００２１】本実施例では異方加工性工具として砥石を
用いる場合について説明するが、砥石の他に超硬合金製
の高硬度カッターを用いてもよい。具体的には、１４面
体人工単結晶ダイヤと同形状の切刃を超硬合金製の工具
ベースに切刃を複数作り込んだものや、図８に示すよう
に超硬合金製のベース３６に螺旋状の切刃３７を作り込
んだものであってもよい。

【００２２】本発明を実施するための異方研削性砥石に
よる加工方法について図４、図５、図６に示した加工装
置に基づき説明する。研削加工段階においては、砥石２
６上に並設された砥粒である人工単結晶ダイヤ３１の側
面３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ（図示せず）、３１ｆの内で
対向する二面、例えば側面３１ｄ、３１ｆがインナレー
ス２２の転動面に鋭角的に接するように、主軸４の回転
速度つまりインナレース２２の回転速度を遅く、砥石ホ
ルダ２５に与えるオシレーション速度を速く設定し、図
１０（ａ）に示すように砥石２６の切削能力を充分に発
揮させインナレース２２の表面取り代の除去加工を行
う。さらに、研削加工段階では粗削りや精密研削などを
行うための研削条件を設定しておいて、インナレース２
２に対し砥石２６の送込速度（砥石切込量）を変化させ
て、粗削り加工においてインナレース２２の転動面に生
じたうねりを除いてインナレース２２の表面形状を整
え、精密研削においてインナレース２２の転動面表面の
粗さを整えて面粗度を向上させてインナレース２２の転
動面を所望の表面状態に仕上げる。

【００２３】バニシング加工段階においては、砥石２６
上に並設された砥粒である人工単結晶ダイヤ３１の斜面
３１ｈ、３１ｊがインナレース２２の転動面に鈍角的に
接するように、インナレース２２に与える回転速度を速
く砥石ホルダ２５に与えるオシレーション速度を遅く設
定し、図１０（ｂ）に示すように砥石２６のバニシュ能
力を充分に発揮させインナレース２２の表面凹凸の塑性
変形加工を行う。本実施例では、押圧部材である砥粒と
して表面が極めて良く仕上げられた人工単結晶ダイヤの
面を用い、インナレース２２に砥石２６を大きな力で押
し付けてすべり運動をさせ、インナレース２２の転動面
表面の凹凸に塑性変形を与えて最終仕上げを行う。

【００２４】また、１４面体人工単結晶ダイヤと同形状
の切刃を有する超硬合金製の高硬度カッターを用いる場
合は、作用部材の形状が人工単結晶ダイヤの形状と略同
一で、並設方向も略同一となるため、上記砥石と同程度
に工作物に与える回転速度と砥石ホルダに与えるオシレ
ーション速度を設定すればよい。図８に示した超硬合金
製の高硬度カッターを用いる場合は、螺旋凸部に成形さ
れた切刃を図面斜め方向に摺動させ切削を行い、螺旋凸
部に成形された切刃を図面上下方向に摺動させバニシン
グ加工を行わせるよう、工作物に与える回転速度と砥石
ホルダに与えるオシレーション速度を設定すればよい。

【００２５】以上詳述したように本実施例の仕上加工方
法によれば、複数の定形の砥粒を一定方向に並設し砥粒
の工作物に対する作用方向を意図的に一定方向に配向さ
せた砥石を用いるため、砥石の高研削性方向に略一致す
るよう相対回転速度と相対動速度を設定して除去加工を
行い、工具の高バニシュ性方向に略一致するよう相対回
転速度と相対動速度を設定して塑性変形加工を行うこと
ができ、一種類の砥石を用いた一種類の加工機により除
去加工と塑性変形加工とを行わせることができる。超硬
合金製の高硬度カッターを用いる場合も同じである。

【００２６】

【効果】以上詳述したように、請求項１記載の異方加工
性工具による加工方法によれば、複数の定形の作用部材
を一定方向に並設し、切刃の工作物に対する作用方向を
意図的に二方向に配向させた工具を用い、工具と工作物
との間の相対回転速度と相対動速度を適宜設定すること
により、工具の高研削性方向に相対回転速度と相対動速
度の合方向を略一致させ除去加工を行い、工具の高バニ
シュ性方向に相対回転速度と相対動速度の合方向を略一
致させ塑性変形加工を行うことができる。

【００２７】また、請求項２記載の異方加工性工具によ
る加工装置によれば、複数の定形の作用部材を一定方向
に並設し、切刃の工作物に対する作用方向を意図的に二
方向に配向させた異方加工性工具を用い、異方加工性工
具と工作物との相対回転速度と相対動速度をそれぞれ設
定できるので、本加工装置一台で工具交換などをするこ
となく、異方加工性工具の高研削性方向における除去加
工と、異方加工性工具の高バニシュ性方向における塑性
変形加工の二種類の加工を夫々独立に行うことができ
る。

【００２８】

【図面の簡単な説明】

【図１】加工装置の正面図。

【図２】加工装置の左側面図。

【図３】加工装置の右側面図。

【図４】クランプ機構を示す図。

【図５】砥粒である人工単結晶ダイヤの概要図。

【図６】砥粒である人工単結晶ダイヤを砥石ボデーに並
設した状態を示す図。

【図７】（ａ）砥石ボデーと仮ボデーを示す図。 （ｂ）砥石ボデーへ人工単結晶ダイヤを並設する作業を
示す図。 （ｃ）人工単結晶ダイヤが並設された砥石ボデーと仮ボ
デーとを合わせ電着槽に浸す作業を示す図。 （ｄ）溶剤槽において人工単結晶ダイヤが並設された砥
石ボデーと仮ボデーとをはずす作業を示す図。

【図８】超硬合金製の高硬度カッターの例。

【図９】（ａ）異方加工性工具による研削加工段階を示
す図。 （ｂ）異方加工性工具によるバニシング加工段階を示す
図。

【符号の説明】

２２…インナレース ２５…砥石ホルダ ２６…砥石 ３１…人工単結晶ダイヤ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具と工作物との間に相対回転及び相対
   移動を与えて行う加工法において、複数の定形の作用部
   材を方向を揃えて並設して前記工作物に対する作用方向
   を意図的に二方向に配向させた異方加工性工具により、
   前記異方加工性工具の第１の作用方向である高研削性方
   向に略一致するよう前記相対回転の速度と前記相対移動
   の速度を設定して除去加工を行う工程と、前記異方加工
   性工具の第２の作用方向である高バニシュ性方向に略一
   致するよう前記相対回転の速度と前記相対移動の速度を
   設定して塑性変形加工を行う工程からなる異方加工性工
   具による加工方法。
2. 【請求項２】 工具と工作物との間に相対回転及び相対
   移動を与えて加工を行う加工装置において、複数の定形
   の作用部材を方向を揃えて並設して前記工作物に対する
   作用方向を意図的に二方向に配向させた異方加工性工具
   と、前記異方加工性工具と前記工作物に対し前記相対回
   転を与える第１の駆動手段と、前記異方加工性工具と前
   記工作物に対し前記相対移動を与える第２の駆動手段
   と、前記異方加工性工具の二作用方向に略一致させるよ
   う前記相対回転の速度と前記相対移動の速度を設定する
   速度設定手段とからなる異方加工性工具による加工装
   置。