JPH09323218A - ねじ軸研削方法およびねじ軸の伸縮補正研削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】中粗研削中および仕上げ研削中に発生する砥石
とねじ溝の片当り現象をなくし、リード補正値の安定
化、リード精度の向上、高研削能率を図る。 【構成】軸ねじ研削加工中のねじ軸の伸びを測定し、そ
の値に応じてリード補正研削を行う。本発明のねじ軸伸
縮補正研削装置は、被研削ねじ軸を主軸チャックとテー
ルストックで支持する研削装置において、テールストッ
クの心押し軸を介して被研削ねじ軸の伸びを検出する検
出器と、該検出器の出力によって被研削ねじ軸のリード
補正を行うように主軸回転および／またはテーブル送り
を制御するＮＣ装置とを有している。またテールストッ
クを有せず、被研削ねじ軸の主軸側チャックと反対側の
端部を遊端とした研削装置においては、被研削ねじ軸の
遊端側のセンタ穴に係合する触子を備えかつ該触子を介
して該被研削ねじ軸の伸びを測定する測定装置と、該測
定装置の出力によって被研削ねじ軸のリード補正を行う
ように主軸回転および／またはテーブル送りを制御する
ＮＣ装置とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術の分野】本発明は、ねじ軸のねじ研
削において、軸の伸び変形による砥石とねじ溝の片当り
現象や研削精度の低下を防止し、研削能力の向上を図っ
たねじ軸研削方法およびこの方法を実施するのに有用な
ねじ軸の伸縮補正研削装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ねじ軸の研削加工においては、加工熱の
発生で被加工物であるねじ軸は伸び変形を生じ、ねじ精
度の悪化をきたす。このため精密ねじ軸の研削加工の場
合、ねじ軸は各種の熱的安定対策が施されるが、その主
なものとして（イ）ねじ軸を加工前に恒温室に暫く置い
て熱的に安定させた上で研削に入る、（ロ）研削加工中
は温度管理されたシャワーをねじ軸にかけて熱の発生を
防ぐ、等の方法がとられている。

【０００３】しかし、このような熱的安定対策を施して
も加工中のねじ軸の熱による伸びは避けられず、特に粗
研削では切込みおよび研削速度が大、つまり研削能率が
高いため加工熱による伸びは大きい。伸びを生じると、
その分リード精度の低下となるため、従来、以下の
（ａ），（ｂ）のような対策をとってきた。

【０００４】（ａ）粗研削では、ある程度の伸びを無視
して研削能率を上げて加工し、中粗研削、仕上げ研削で
は研削能率を下げて伸びを元に戻しながら加工する。 （ｂ）仕上げ研削では、軽研削とはいえ、小さい伸びが
発生する。特に、ボールねじでボール溝形状の大きいも
のやリードが細かいもの等研削熱の発生し易い軸は仕上
げ研削時の伸び量を無視できないため、ボール溝形状、
リード等を考慮しながら経験により個別にリード補正値
を設定している。

【０００５】一般に両端支持によるねじ軸の研削におい
て、ねじ軸の一端は主軸側のチャックにより拘束される
ため、軸の伸び縮みは予圧ばねを内蔵したテールストッ
ク側で発生する。粗研削での伸びが大きいと、中粗研
削、仕上げ研削で急激な縮みを発生する。切込み量の少
ない中粗研削、仕上げ研削では研削回数を重ねてもテー
ルストック側でねじ溝と砥石が全面当りをしない現象、
いわゆる片当り現象が続く。図１（Ａ）はねじ軸の伸び
による砥石車の片当り状態を示した図であり、ねじ軸１
の伸びによりねじ溝２が砥石車３の中心Ｃに対してｅだ
け伸び方向にずれを生じ、砥石車３の片側面がねじ溝に
強く当り、他方の片側面とねじ溝２との間には隙間がで
きる。この片当り現象が激しい場合には、リード精度の
低下のみならず、焼け、割れを発生して不良品となって
しまう。

【０００６】この片当り現象を防止するため従来は、粗
研削終了時に粗研削と仕上げ研削の伸びの差を見込んで
砥石車に対するねじ溝位置をずらす作業を行い、ねじ軸
が縮んだ時に該軸のねじ溝の長さ方向中央位置で図１
（Ｂ）の如く砥石車３とねじ溝２が全面当りとなるよう
にしている。また粗研削時の伸び量を一定値以下、例え
ば３０〜４０μｍ以下となるように粗研削の研削能率を
抑えて加工することで対処していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】片当り現象に対して従
来行われてきた粗研削終了時にねじ軸の縮み量を見込ん
で砥石とねじ溝位置をずらす方法は、テールストック側
の片当り量を１／２に減らすが片当り現象が皆無となる
ものではなく、依然として中粗研削、仕上げ研削をそれ
ぞれ数回要していた。特に、ねじ長１ｍを越えるもので
は中粗研削、仕上げ研削を合わせて５〜６回要するもの
もある。また、粗研削の研削能率を抑えるため、加工条
件も落としていた。

【０００８】さらに仕上げ研削においては、軽研削とは
いえ加工熱による伸びを無視できない場合が多く、ボー
ル溝形状、リード等を考慮しながら個別にリード補正値
を設定しており、精度上不安定であった。

【０００９】そこで本発明は、従来の低い研削能率を改
善するとともに中粗研削中および仕上げ研削中に発生す
る砥石とねじ溝の片当り現象をなくし、また、リード補
正値の安定化、リード精度の向上および高研削能率を図
り得るねじ軸研削方法およびねじ軸の伸縮補正研削装置
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明によるねじ軸研削
方法は、軸ねじ研削加工中のねじ軸の伸びを測定し、そ
の値に応じてリード補正研削を行うことを特徴とする。

【００１１】また本発明によれば、被研削ねじ軸を主軸
側チャックとテールストックで支持する研削装置におい
て、前記テールストックの心押し軸を介して前記被研削
ねじ軸の伸びを検出する検出器と、該検出器の出力によ
って前記被研削ねじ軸のリード補正を行うように主軸回
転および／またはテーブル送りを制御するＮＣ装置とを
有するねじ軸の伸縮補正研削装置が提供される。

【００１２】さらに本発明によれば、被研削ねじ軸の主
軸側チャックと反対側の端部を遊端とした研削装置にお
いて、前記被研削ねじ軸の前記遊端側のセンタ穴に係合
する触子を備えかつ該触子を介して該被研削ねじ軸の伸
びを測定する測定装置と、該測定装置の出力によって前
記被研削ねじ軸のリード補正を行うように主軸回転およ
び／またはテーブル送りを制御するＮＣ装置とを有する
ねじ軸の伸縮補正研削装置が提供される。

【００１３】

【作用】本発明においては、加工中のねじ軸の伸び量を
検出し、その値を研削装置のＮＣ側に取り込み、伸び量
に応じてテーブル送りあるいは主軸回転を制御してリー
ド補正を行う。一般に、研削すべきねじ軸の一端は研削
装置の主軸側のチャックにより拘束される。主軸と反対
側の一端はテールストックで支持されるか、あるいはテ
ールストックを用いずに軸の中途部を振止め装置で支持
して、軸先端は遊端とされる。テールストックで支持す
る場合は、ばねにて押圧されたテールストックの心押し
軸に心押しセンタが嵌合し、心押し軸に作用するばね力
で心押しセンタをねじ軸のセンタ穴に押し当てることに
よってねじ軸が支持される。したがって軸が発熱して伸
びると、チャック側が拘束されているため、伸びはテー
ルストック側で発生する。このねじ軸の伸縮は、すべて
テールストックの心押し軸の移動量に反映されることに
なる。テールストックに設けたリニアスケール等の検出
器はこの心押し軸の移動量を捉え、ねじ軸の伸縮量とし
て検出した検出値はアンプを通して研削装置のＮＣ側に
入力される。ＮＣでは補正を加味した指令を主軸あるい
は送りテーブルのサーボモータに送る。

【００１４】このような補正研削を行うことにより、従
来のような中粗研削、仕上げ研削における片当り現象が
無くなり、中粗研削、仕上げ研削の回数を減らすことが
でき、また粗研削時の切込み量を大きくとれるので、研
削能率の向上が図れる。主軸側チャックと振止め装置の
みで支持するものでは、ねじ軸の先端に対峙するように
送りテーブル上に測定装置を設け、ねじ軸先端のセンタ
穴にボール状のフィーラを押し当てることにより、正確
かつ簡単に伸び検出ができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明を実施例について図
面を参照して説明する。図２は本発明の１実施形態によ
るねじ軸伸縮補正研削装置のテールストックの縦断面図
である。送りテーブル（図２には図示省略）上に載置さ
れるテールストック本体部１０に筒状のハウジング１１
が固着され、このハウジング１１内に中空の心押し軸
（スライド軸）１２が被加工物のねじ軸（図示省略）の
軸線方向にスライド可能に挿入されている。図示のよう
にスライド軸１２の後端部は凹形となっており、この凹
形奥端の段差部１２ａとハウジング１１の後部の内側段
差部１１ａとの間に圧縮ばね１３が収容され、これによ
ってスライド軸１２は常時先端側つまりねじ軸側へ押し
出されるように付勢されている。スライド軸１２の先端
部は心押しセンタ１８がテーパ嵌合状態に挿入されてい
る。心押しセンタ１８の後部はスライド軸１２および圧
縮ばね１３を貫通してハウジング後部まで伸長するロッ
ド１４が形成され、ロッド後端でナットの締め付けによ
って心押しセンタ１８がスライド軸１２内に引き込まれ
る。なお、ロッド後端のナット締め付け部分は図示省略
してある。

【００１６】ハウジング１１の上部に支持台１５が固着
され、この支持台１５にリニアスケール、直動型ポテン
ショメータ等の検出器１６が取り付けられている。検出
器１６の先端の検出子１６ａは、スライド軸１２に固着
された当て板部材１７に所定の測定圧で常時接当し、こ
れによってスライド軸１２の軸方向変位が検出される。
９は検出器１６を囲繞している保護カバーである。

【００１７】図３は、ねじ軸の伸び検出態様を説明する
ための本発明の実施形態によるねじ軸伸縮補正研削装置
の概略的な全体側面図である。また図４は研削加工開始
時に砥石車が主軸のチャック側にある場合の補正研削を
説明するための側面図、図５は研削加工開始時に砥石車
がテールストック側にある場合の補正研削を説明するた
めの側面図である。送りテーブル１９上に主軸２０およ
びテールストック２１が対峙するように搭載され、被加
工物のねじ軸２２はその一端２２ａが主軸２０に設けた
チャック２３に保持され、ねじ軸他端２２ｂは、前述し
たようにテールストック２１の心押しセンタ１８が、ば
ね圧のかかったスライド軸の押し付けにより、ねじ軸セ
ンタ穴と押圧係合することによって支持される。２４は
ベッド（図示省略）上に軸支されかつテーブル１９下部
のナット部２５と螺合する送りねじであり、テーブル駆
動用サーボモータ２６によって回転駆動されてテーブル
１９の左右送りが行われる。２７は主軸駆動用サーボモ
ータである。これらのサーボモータ２６，２７は研削装
置に付属したＮＣ装置２８により制御される。

【００１８】砥石車３０によってねじ軸２２のねじ溝研
削が行われているとき、その加工熱で軸２２が伸びを生
じる。ねじ軸２２はチャック側が拘束されているため、
この伸びはテールストック２１側で生じ、それに伴って
心押しセンタ１８を介してスライド軸の後方移動量とし
て反映され、スライド軸の移動量が検出器１６により検
出される。検出値はアンプ３２を通してＮＣ装置２８に
入力される。ＮＣ装置２８では補正を加味した指令をサ
ーボモータ２６，２７に送る。

【００１９】次に、図３〜図５を参照してＮＣ装置によ
る補正方法につき説明する。補正に当り、明瞭化のため
温度変化によるねじ軸２２の伸縮は一様で、それに対し
ねじ軸２２のねじ溝は、引張，圧縮で伸び縮みするコイ
ルばねの如くに、ねじ軸の回転量に増減なく伸縮するも
のとする。したがって加工時のねじ軸２２の主軸２０に
よる回転運動と軸方向への送りテーブル１６による直線
運動の同期動作の内、後者の直線運動のみを補正する。
つまり加工の直前に通常の直線運動量に伸縮量である補
正値を加えたものを新たな移動量とする。実際の研削作
業では繰り返し同期運動を行うので、その度毎に伸縮量
を測定する。ただし、同期運動の開始時に砥石車３０が
チャック側（主軸側）の開始点ではなく、テールストッ
ク２１側の開始点にある場合のみ、ねじ軸２２の伸縮に
よって変位しているとして、開始点の位置を補正する。
その補正量は伸縮の量およびその方向に一致させる。こ
れにより、砥石車３０の位置は加工の開始点から終了点
まで伸縮後のねじ溝に一致する。

【００２０】図４に示すように、砥石車３０が研削開始
時にチャック２３側にある場合、前述のようにして伸縮
量を測定し、伸縮量に対応した補正値を加えた移動量で
直線運動動作を行わせ、砥石車３０を元のテールストッ
ク側の終了点から伸縮により移動した位置まで移動させ
る。また、図５の如く、砥石車３０が研削開始時にテー
ルストック２１側にある場合には、同様にして伸縮量を
測定し、開始点をその量だけ移動させる。その上で直線
運動の移動量にも補正を行い、チャック側の終了点まで
研削加工を行う。

【００２１】上述の例は、ねじ軸を主軸とテールストッ
クによって両端で支持する形態のものであるが、軸ねじ
研削加工ではテールストックを使用しないで主軸側チャ
ックと振止め装置だけを使用してねじ軸を支持する場合
もある。この場合もねじ軸の主軸側軸端はチャックで拘
束されているので、軸の伸びは主軸と反対側の軸端、即
ちねじ軸の遊端側で測定する。

【００２２】図６はテールストックを使用しない場合の
測定装置の１実施形態を示した側面図である。ねじ軸の
遊端の先方位置で送りテーブルの上部に左右（テーブル
移動方向）および前後方向に位置調整可能なブロック組
立体３５が搭載され、このブロック組立体の上部に支持
台３６を介して検出器３７が保持される。検出器３７の
検出子３７ａの先端側にはねじ軸方向に弾性変位可能な
平行板ばね３８が支持台３６上に固着され、この平行板
ばね３８の上端部に検出器３７の検出子３７ａと接当可
能な磁性材製の面板３９が取り付けられている。面板３
９のねじ軸側に向いた板面にはフィーラ４０を固定した
台座４１が保持されている。この場合、台座４１の裏面
（面板に対峙する面）にはマグネット板４２が埋め込ま
れており、マグネット板４２の磁気吸引力で台座４１は
面板３９に吸着される。フィーラ４０の先端はねじ軸の
軸端のセンタ穴に係合するボールで形成されている。フ
ィーラ４０は、平行板ばね３８のばね力により、常に一
定の押圧力でねじ軸の軸端を押し付ける。フィーラ４０
の台座４１はマグネット板４２の磁気吸引力に抗して面
板３９上をスライドさせることが可能であり、したがっ
て台座４１の位置は自由度があり、これによってねじ軸
のセンタ穴にフィーラ４０のボールが収まり易くなって
いる。

【００２３】ねじ軸に伸縮が生じると、この伸縮量に応
じてフィーラ４０および台座４１を介して面板３９が変
位し、これと接触している検出子３７ａの変位により伸
縮量の測定がなされる。測定値は検出器３７の出力とし
て図３に示したアンプ３２を介してＮＣ装置に取り込ま
れる。伸縮量を基にした補正方法は検出器内蔵のテール
ストックの場合と同様である。

【００２４】図７は上述した補正研削によって軸径４０
ｍｍ、ねじ長１４００ｍｍ、リード２０ｍｍのねじ軸を
研削加工した時の伸び量と入力補正値を示した図であ
る。加工条件は、切込量を従来に対して１．５倍まで上
げて実施した。図中、横軸は粗研削、中粗研削、仕上げ
研削の各研削グループを示し、縦軸はねじ軸の伸び量
（μｍ）および補正入力値（μｍ）を示す。ねじ軸の伸
び量は各研削グループの加工開始時（斜線柱Ａ）と加工
終了時（白抜き柱Ｂ）の値を示した。Ｄが補正入力値で
ある。従来、粗研削時の伸び量は３０〜４０μｍに抑え
ても、片当りを除去するのに中粗研削、仕上げ研削回数
を合わせて５〜６回要していたが、図示の実施例では粗
研削時の伸び量を７０〜８０μｍまで上げて加工しても
中粗研削、仕上げ研削回数を合わせて２回で終了してお
り、加工能率の向上を達成している。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、軸
ねじ研削加工中のねじ軸の伸びを測定し、その値をＮＣ
装置に取り込んでリード補正を行うようにしたので、従
来見られた中粗研削、仕上げ研削における片当り現象が
無くなる。粗研削時の伸び量の制限がなくなるので、粗
研削時の切込量を大きくとることができ、従来不可能と
されてきたねじ溝研削の高能率化が可能となる。また、
累積代表リード誤差の厳しいボールねじに対しても、リ
ード補正値の設定に作業者の経験、勘が不要となり、安
定した加工が可能となる。テールストックを用いたもの
では、ばねにて押圧されたテールストックのスライド軸
を利用して検出器の検出端を接当させるようにしたの
で、構造がきわめてコンパクトになり、伸び検出のため
の大きなスペースはとらない。

【図面の簡単な説明】

【図１】ねじ軸の伸びによる砥石の片当り現象を示す図
である。

【図２】本発明の１実施形態によるねじ軸伸縮補正研削
装置のテールストックの縦断面図である。

【図３】ねじ軸の伸び検出態様を説明するための本発明
の実施形態によるねじ軸伸縮補正研削装置の概略的な全
体側面図である。

【図４】研削加工開始時に砥石車が主軸のチャック側に
ある場合の補正研削を説明するための側面図である。

【図５】研削加工開始時に砥石車がテールストック側に
ある場合の補正研削を説明するための側面図である。

【図６】テールストックを使用しない場合の本発明るに
係る測定装置の１実施形態を示した側面図である。

【図７】本発明を用いた補正研削によってねじ軸を研削
加工した時の各研削段階における伸び量と入力補正値を
示した図である。

【符号の説明】

１１ ハウジング １２ スライド軸 １３ 圧縮ばね １５ 支持台 １６ 検出器 １７ 当て板部材 １８ 心押しセンタ ２０ 主軸 ２１ テールストック ２３ チャック ２６，２７ サーボモータ ２８ ＮＣ装置 ３２ アンプ ３６ 支持台 ３７ 検出器 ３８ 平行板ばね ３９ 面板 ４０ フィーラ ４１ 台座 ４２ マグネット板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸ねじ研削加工中のねじ軸の伸びを測定
   し、その値に応じてリード補正研削を行うことを特徴と
   するねじ軸研削方法。
2. 【請求項２】前記ねじ軸の伸びの測定は、主軸側チャッ
   クと反対側のねじ軸先端で行うことを特徴とする請求項
   第１項に記載したねじ軸研削方法。
3. 【請求項３】被研削ねじ軸を主軸側チャックとテールス
   トックで支持する研削装置において、前記テールストッ
   クの心押し軸を介して前記被研削ねじ軸の伸びを検出す
   る検出器と、該検出器の出力によって前記被研削ねじ軸
   のリード補正を行うように主軸回転および／またはテー
   ブル送りを制御するＮＣ装置とを有することを特徴とす
   るねじ軸の伸縮補正研削装置。
4. 【請求項４】被研削ねじ軸の主軸側チャックと反対側の
   端部を遊端とした研削装置において、前記被研削ねじ軸
   の前記遊端側のセンタ穴に係合する触子を備えかつ該触
   子を介して該被研削ねじ軸の伸びを測定する測定装置
   と、該測定装置の出力によって前記被研削ねじ軸のリー
   ド補正を行うように主軸回転および／またはテーブル送
   りを制御するＮＣ装置とを有することを特徴とするねじ
   軸の伸縮補正研削装置。