JP2651225B2 - 内面研削装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この発明は、回転対称の工作物をその長手軸の回りで
回転可能に研削盤内にクランプし、工作物の回転軸長手
方向に移動できかつ研削されるべき内面輪郭に従って放
射方向に送り可能な砥石円板でこの工作物を内面研削す
るための装置に関するものである。

【従来の技術および問題点】

回転体を内面研削する場合には、直径対長さの比が0.
3以上の砥石円板が通常用いられる。ドイツ公開公報第
2,410,805号および同第2,336,705号に開示された砥石円
板は、その砥石円板が工作物内を１回通過する際に砥石
円板の傾斜端面により内面研削される全体領域が実際に
減少し、仕上寸法の孔内径が小さくなるという欠点を有
している。かのような従来の砥石円板においては、孔内
面と砥石円板の円筒状部分の面とが連続的に線接触して
おり、その結果、冷却剤が最適に作用しない。従って、
限度以上に工作物を加熱しないようにするために、一般
に研削作業は比較的低い研削速度で行われる。そのた
め、作業は比較的長時間を要し、それによって必然的に
工作物コストが増加する。さらに、従来の砥石円板にお
いては、工作物が変更される場合には必ず砥石円板をト
リミングしなくてはならない。 さらにまた、ドイツ特許公報第3,435,313号には、オ
フセット状態で取付けられたスピンドルで回転対称の工
作物を外面研削することが開示されている。しかしなが
ら、そこに記載されてる研削方法は容易に内面研削に応
用することができない。なぜならば、第１に、内面研削
方法の場合には、孔研削時に砥石円板を挿入できるスペ
ースが限られており、第２に、研削スピンドルを工作物
の長手軸に対してオフセット状態で単に配置するだけで
は、砥石円板に所望の研削効果をもたらすことはできな
いからである。

【問題点を解決するための手段】

上述したような内面研削における従来の欠点はこの発
明の内面研削装置によって解消することができる。すな
わちこの発明の内面研削装置は、工作物の端面に単に当
接する砥石円板を有している。この砥石円板は実質的に
平坦に延びる母線を有しており、この母線は、小さいク
リアランス角度で、研削される工作物領域の方向へ導か
れる。また、砥石円板の軸と工作物の軸とを互いにオフ
セット配置することによって、もう１つのクリアランス
角度が形成される。砥石円板と研削完了工作物面との接
触点は、工作物の中心軸に対して寸法Ｄだけオフセット
状態となっている。 このクリアランス角度は、円筒状にトリミングされた
砥石円板によって都合良く形成される。砥石円板の軸
は、工作物の軸に対して０゜より大きい角度で配置され
る。 最適な研削効率と研削品質を得るためには、加工され
る円筒状中空体の内径に対する砥石円板の直径の好まし
い比率を確認することが重要である。なぜならばこの比
率は砥石円板が工作物と接する面積を決定するからであ
る。また以下のようなパラメータもさらに決定すべきで
ある： 工作物と砥石円板の到達可能回転数； 挿入深さ（送り深さ）； 材質； 砥石円板の仕様； 前進速度；および ピボット角度。 上記のパラメータを最適にすることにより、研削操作
を比較的高速度で行うことができる。なぜならば、従来
の研削とは違って、軸に直角に作用する力はほんのわず
かであり、かのような力は研削完了工作面の１つの点で
のみ作用するからである。 さらにこの発明の有利な点は、砥石円板が薄い層状に
１つの側に向かって均一に磨耗すること、換言すれば、
その円周の長手方向に円周に沿って連続層状に磨耗する
ことである。従って、砥石円板の円周から１つの層がま
もうしてしまう時期を前もって確かめることができ、そ
の時期に砥石円板を配置し直すことができる。砥石円板
がCBN（立法晶系窒化ケイ素）コーティングされている
場合には、その寿命を実質的に長くすることができる。 加工される工作物に対して砥石円板を傾けてすなわち
オフセット状態で配置したために、0.06〜0.2゜の範囲
のクリアランス角度が砥石円板の母線と工作物の内周線
との間に形成されるので、砥石円板は予測された箇所の
みで工作物に対して作用する。もしそのようにしなかっ
た場合には、間隔が残ってしまって、研削操作を続ける
際に砥石円板は既に仕上げた内面輪郭を再び研削するこ
とができなくなる。 砥石円板が横方向に磨耗した場合にクリアランス角度
により生ずる誤差は、ミクロン単位の小さいものであ
る。

【実施例】

以下に図面に示す実施例を参照してこの発明をさらに
詳述する。 第１図と第２図は、回転対称の中空回転体である工作
物１と、この工作物に接している砥石円板２を示してい
る。この砥石円板２の回転軸2aは、工作物の長手軸４に
対して水平方向に角度βだけ旋回（ピボット）されてい
る。第５図は、工作物の軸４に対して砥石円板の回転軸
2aを垂直方向にさらに角度αだけ旋回（ピボット）させ
た状態を示している。研削操作の間に工作物に対して砥
石円板を傾けて配置することについては、第３図および
第４図を参照してより詳しく以下に説明する。 第３図と第４図に示したように、実質的に平坦な表面
を有する砥石円板２は、ある角度を以て工作物の内周面
U1と接している。この工作物内周面U1から、表面深さｓ
の予め決められた部分が砥石円板により削り取られる。
この場合、砥石円板２の回転軸2aは、工作物１の回転軸
４に対して寸法Ｄだけオフセット配置されている（第５
図）。 回転軸2aと回転軸４とをオフセット状態に配置した場
合に、研削完了領域内で砥石円板が自由に動けるように
するために、上述したごとき構成が必要となる。まず最
初は、砥石円板２には傾斜端面Ｆが設けられており、こ
の面Ｆによって砥石円板は工作物の削り取られる部分Ｌ
と接している。一方、工作物に対する砥石円板の特定の
配置のために、砥石円板の直線状の母線Ｍと工作物１の
研削完了面Ｕとの間にはクリアランス角度γが存在す
る。このため、面Ｕが完全に研削されたときには、この
面は砥石円板２とは接触しない。砥石円板２の圧力のか
なりの部分が第３図の線Ｌを介して軸方向に作用する
が、放射方向に向かう研削力成分は、第２図、第３図、
第４図および第８図に示す点1aで研削完了工作物面Ｕに
対して作用するに過ぎない。研削操作を続ける場合に
は、砥石円板の自由端方向への前進方向とは反対の方向
に傾斜端面Ｆが移動し、第４図では、砥石円板の80％が
既に層状に削り取られた状態を示している。第４図にお
いては、砥石円板の傾斜端面はF1で表されている。 第３図と第４図は砥石円板の磨耗の状態を模式的に簡
略化して図示しており、砥石円板２の平坦な母線Ｍと工
作物１の既に完了した研削直径の内壁Ｕとの間のクリア
ランス角度γが示されている。第３図と第８図に示した
ように、砥石円板２はその傾斜端面Ｆで工作物１の被加
工層Ｂに対して作用し、所望の研削深さｓを研削する。
２つの矢印は、工作物１に対する砥石円板２の放射方向
送りおよび軸方向移動を表している。しかし、第３図と
第４図に示した研削操作の間、工作物１の孔径が研削深
さの２倍だけ増加するだけでなく、研削中に砥石円板２
が研削深さｓに相当する層Ｌの形状で連続的に磨耗す
る。研削操作の間、研削圧力のかなりの部分が軸方向に
作用し、一方、砥石円板２から工作物１へと移行される
これらの力の放射方向成分は、わずかに点1aで研削完了
工作物面へ伝えられる。従って砥石円板２は、点1aで工
作物と点接触することになり、そのため工作物自体は実
質的な放射方向圧力を受けることはない。この点1aは、
工作物１が砥石円板によって実際に完全に研削された部
位に位置する。図示の実施例では、完全に研削された部
位は内周線Ｕであり、一方、内周部U1はこれから削り取
られる部分である。従って砥石円板は、研削深さに相当
する層ｓ形状に均一に磨耗し、この層が未だ完全に磨耗
していない限り、砥石円板も未だ再配置あるいは再供給
する必要はない。第３図と第４図に示したように、砥石
円板の表面の部分X1またはX2が研削作用に利用されてい
る限りは、砥石円板をしばしばトリミングする必要はな
く、この点は従来の研削方法と異なるところである。 この発明によれば、極めて穏やかな内面研削を高速で
行うことができる。なぜならば、従来の内面研削方法で
は力の90％以上が工作物軸に対して直角に作用するのと
異なり、この発明では砥石円板２と工作物１の研削完了
面とが点1aで点接触しているため、放射方向の力はこの
点を介して作用するだけであり、力の大部分は傾斜端面
Ｆにより軸方向に伝えられるからである。 第９図は、第６図の矢印Ｃの方向で切った断面図であ
り、砥石円板２の接触面Ａはハッチング部分で示されて
いる。この接触面Ａの大きさは、３つのパラメータ、す
なわち砥石円板の直径、工作物の内径、および研削送り
Ｓに依存する。これらのパラメータは各々特定の研削作
業に対して最適化することができる。図中の符号Ｅは、
送りによってもたらされる環状面である。 砥石円板の直径と加工される中空工作物の内径と間の
最適比、およびその他のパラメータの例を以下に示す。 砥石円板の直径:30mm 工作物の孔径:50mm 工作物の到達可能回転数:6000¹/分 砥石円板の到達可能回転数:80000¹/分 挿入（送り深さ）の最大深さ:0.2mm 使用した砥石円板:CBN 砥石円板に対する工作物前進速度:3mm/秒 ピボット角度:0.2゜ 第９図に示した接触面Ａは、使用される幾何学的比率
あるいは状況により生み出され、接触面Ａの形状と大き
さは次のようなパラメータに依存する： 工作物の内径； 砥石円板の直径； ピボット角度； 角度α＋δ； 軸のオフセット配置D; 送り深さＳ。 従って、図示したような形状の円錐形断面積が生成さ
れる。この面積は、同じ砥石円板直径と孔径と送り深さ
を用いて同軸配置（研削スピンドル軸および工作物軸）
により研削操作を行ったときに生成される面積より、明
らかに小さい。この小さい面積の結果、操作中の冷却が
より一層効果的になされる。 この発明の装置によれば、砥石円板の母線と工作物の
内面との間にクリアランス角度を形成させたことによ
り、冷却剤および潤滑油が砥石円板の接触面にまで浸透
することが可能になった。従って、発生する熱が実質的
に少なくなるとともに、熱の放散も増加する。その結
果、工作物はその周縁層の熱的損傷や熱硬化を受けるこ
とがなく、そのため、合成樹脂のような柔らかい材質で
もCBNでコーティングした砥石円板で研削することがで
きる。

【発明の効果】

この発明の効果は、次の通りである。すなわち、装置
のコストが低減できると同時に、研削時間がかなり短縮
でき、研削中の熱もほとんど発生しない。平坦な砥石円
板を使用する場合、従来に比べて一層集中的に冷却プロ
セスを施すことができるため、工作物中の熱の蓄積をな
くすことができる。また、工作物は過度の放射方向研削
力を受けることがない。なぜならば、工作物と接してい
る砥石円板の作用面が比較的小さく、さらには、研削力
のかなりの部分が軸方向に働くためである。さらにま
た、砥石円板の母線と研削完了工作物面との間に設けら
れたクリアランス角度のために、空気の蓄積をなくすこ
とができ、これによって、効果的な研削がなされている
箇所で冷却剤が有効に作用する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、工作物に対する砥石円板の配置を示す模式的
部分断面図であり、砥石円板の回転軸が工作物の長手軸
に対して旋回している状態を示している。 第２図は、第１図の部分拡大図である。 第３図は、第２図と同様な図であり、砥石円板の磨耗程
度が10％の状態を示してる。 第４図は、砥石円板の磨耗程度が80％の状態を示して
る。 第５図は、第１図に示す配置の説明図で、第６図のＢ−
Ｂ線に沿う部分断面図であり、砥石円板の回転軸が工作
物の長手軸に対して垂直方向に旋回（ピボット）してい
る状態を示している。 第６図は、回転対称の工作物の内周に接している砥石円
板の模式的説明図であり、砥石円板の軸と工作物の軸と
が互いにオフセット配置されることによってもう１つの
クリアランス角度δが形成される状態を示している。 第７図は、第６図のＡ−Ａ線に沿う部分断面図で、回転
対称の工作物の内周に接している砥石円板を模式的に説
明している。 第８図は、工作物と砥石円板の部分的説明図であり、回
転対称の工作物に対する砥石円板の傾斜配置によりクリ
アランス角度γが形成される状態を示している。 第９図は、第６図の矢印Ｃから見た工作物と砥石円板の
説明図である。 １……工作物、1a……砥石円板と工作物の研削完了面と
の接触点、２……砥石円板、2a……砥石円板の回転軸、
４……工作物の回転軸、Ｄ……オフセット配置の寸法、
F,F1……砥石円板の傾斜端面、Ｌ……工作物の削り取ら
れる部分、Ｍ……砥石円板の母線、ｓ……研削深さ、Ｕ
……工作物の研削完了面、U1……工作物の内周面、X1,X
2……砥石円板の表面の部分、γ……母線Ｍと工作物の
研削完了面Ｕとの間のクリアランス角度、δ……砥石円
板の軸と工作物の軸とを互いにオフセット配置して形成
されるクリアランス角度。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転対称の工作物をその長手軸の回りで回
   転可能に研削盤内にクランプし、該工作物の回転軸に沿
   って長手方向に移動できかつ研削されるべき内面輪郭に
   従って放射方向に送り可能な砥石円板でこの工作物を内
   面研削する装置であって、該砥石円板（２）は該工作物
   （１）の端面に単に当接しているとともに実質的に平坦
   に延びる母線を有しており、該母線は、小さいクリアラ
   ンス角度（γ）で、研削される工作物領域の方向へ導か
   れており、さらに、該砥石円板（２）の軸と該工作物
   （１）の軸とを互いにオフセット配置することによって
   もう１つのクリアランス角度（δ）が形成され、該砥石
   円板（２）と研削完了工作物面との接触点は該工作物
   （１）の中心軸に対して寸法Ｄだけオフセット状態とさ
   れていることを特徴とする内面研削装置。
2. 【請求項２】前記クリアランス角度（γ）は円筒状にト
   リミングされた砥石円板（２）により形成され、該砥石
   円板の軸（2a）は工作物の長手軸（４）に対して０゜よ
   り大きい角度（α）で配置されることを特徴とする請求
   項１記載の内面研削装置。