JP4999560B2 - 研削盤における砥石軸装置 - Google Patents

Description

本発明は、研削盤において、研削面に傾斜溝を形成した複数の砥石車を、砥石軸に装着する砥石軸装置に関するものである。

軸線回りに回転駆動される円盤状のコアの外周面に、ダイヤモンド又は立方晶窒化硼素等の超砥粒を含む砥粒層が形成され、該砥粒層外周の研削面に所定の幅、深さを有する傾斜溝がコアの軸線に対して２５度乃至４５度程度傾斜して刻設された溝付砥石が特許文献１に記載されている。このような溝付砥石によれば、研削液を傾斜溝に沿って研削点に効果的に導入することができ、傾斜溝のない砥石に比して研削による除去量を約１．５倍に増大させて研削効率を高めることができる。

また、研削点に供給される研削液によって工作物と砥石車との間に動圧が発生するが、上記傾斜溝を砥石の研削面に設けることにより、かかる動圧を開放することができるので、かかる動圧により工作物が砥石車に対して変位することによる加工精度や能率の低下を防止するために、研削点において少なくとも１本の傾斜溝を通過させる構造とすることが考えられている。

また、特許文献２には、二つの砥石車を、所定間隔設けて複数本のボルトで平行に固定し、砥石台の砥石軸に組み付けた構造が記載されている。この特許文献２では、砥石軸を両持ち状で支持することにより、加工時の砥石軸のたわみを低減させて加工精度の向上を図るとともに、砥石軸を軸方向に分離可能として、砥石車の交換を容易にするものである。一般に、複数の砥石車を使用することで、工作物の離れた場所を同一形状に同時に研削することができるので、生産効率を向上させることができる。
特開２０００−３５４９６９号公報 特開２００６−６８８５６号公報

砥石車と工作物との間で、研削点の範囲を通過する傾斜溝が例えば１本の場合や２本の場合等があり、これに伴って動圧が変化するとともに、研削面の面積（すなわち、砥石車の工作物と接触する砥粒層の面積）も研削面における傾斜溝の位置によって変わるため研削抵抗も変化する。また、傾斜溝の幅を正確に均一に製作することは困難な場合があり、研削面に設けられた傾斜溝の不均一さによって、同様に動圧及び研削抵抗が変化する。

特に、かかる傾斜溝を研削面に形成した複数の砥石車を、図１１に示すように、砥石軸３２に同軸上に組み付けた砥石では、砥石車１０の研削面に形成された傾斜溝２０の位相が相互に一致した場合、研削液によって工作物と各砥石車との間に生じる動圧の及び研削抵抗の変動が同期して相乗的に増加されて、場合によりびびりを生じ、工作物の加工精度の低下を引き起こすという不具合があった。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、傾斜溝を研削面に形成した複数の砥石車を、砥石軸上に装着した場合において、工作物と各砥石車との間の動圧の及び研削抵抗の変動を相乗的に増加させることなく生産効率を向上させるとともに、加工精度を向上させることができる砥石車の組付け構造を提供するというものである。

上述した課題を解決するために、請求項１に係る発明の構成上の特徴は、研削盤の砥石台に回転可能に軸承された砥石軸に、複数の砥石車を装着する砥石軸装置において、各前記砥石車は、複数の砥石車が同じ砥石軸に同一の回転軸心で装着される際に、該砥石軸に対して該砥石軸上の同一の位相位置に一致させて固定される基準位置がそれぞれ設けられたコアと、前記砥石車の回転方向に対して傾斜した複数の傾斜溝が形成された研削面とを有し、同一の砥石軸に装着される複数の砥石車にそれぞれ形成される前記傾斜溝は、前記基準位置に基づいて各前記砥石車間で互いに位相がずれた位置に形成されていることである。

請求項２に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記基準位置は、前記砥石軸に対して前記砥石車を相対回転不能に規制する回転規制部であることである。

請求項３に係る発明の構成上の特徴は、請求項１において、前記基準位置は、バランスを調整した砥石車の前記砥石軸への取付け位置を示す取付指標であることである。

請求項１に係る発明によれば、研削面に傾斜溝が形成されていると、砥石車と工作物との間において、研削点を通過する傾斜溝の本数や傾斜溝の微妙な形状の変化に伴って、研削液により生じる動圧や研削抵抗が研削の各時点で変動する。しかし、各砥石車が回転する際の傾斜溝の位相が、各砥石車間で相互に一致しないようにコアに設けられた基準位置からずらされているので、各砥石車における動圧及び研削抵抗の変動が、これらの砥石車間で同期して相乗的に大きくなることが緩和される。これによって、法線方向の研削抵抗の変動が低減されるので、工作物の加工精度を向上させることができる。

請求項２に係る発明によれば、回転規制部として、例えば、砥石車に設けられるボルト穴、キー溝等を基準位置として使用するので、特別な印を付けることなく既存のものを使用して容易に、傾斜溝の位相をずらして砥石車を砥石軸に装着することができる。

請求項３に係る発明によれば、予め傾斜溝の位相をずらした位置で、バランスを調整し、砥石車のバランスを調整した位置を示す取付指標（例えば、砥石軸に砥石車を組み付ける際に、砥石車の回転上端に来るように付けられる）を、基準位置として砥石車毎に付けておくことにより、複数の砥石車を砥石軸に組み付ける際に、傾斜溝の位相をずらしながら行う組付け作業をきわめて容易に行うことができ、作業効率を飛躍的に向上させることができる。

以下、本発明の研削盤における砥石軸装置の実施形態を図面に基づいて説明する。先ず、研削盤３０の主軸台及び心押台からなる工作物支持装置３３には、図１に示すように、工作物としていわゆるツィンカムタイプのカムシャフトＷが回転駆動可能に支承されている。砥石台３１の砥石軸３２に組み付けられた後述する二つの砥石車１０は砥石カバー３４で覆われ、砥石カバー３４には図略のクーラントノズルが取り付けられている。このクーラントノズルから砥石１０と工作物Ｗとの間の研削点Ｐにクーラントが供給される。そして、砥石台３１の前進により、二つの砥石車１０の砥粒層１２に形成された研削面１５が、カムシャフトＷの対となったカム部ＣＷに夫々研削点Ｐで当接し、カム部ＣＷの外周面を同時に研削加工するようになっている。

砥石車１０は、図１に示す研削盤３０の砥石台３１に、図２に示すように、軸線回りに回転駆動可能に軸承された砥石軸３２に装着される。砥石軸３２は、先端が細く形成された突出部３５と、複数のナット穴３７が穿設された組付け面３６とが形成されている。二つの砥石車１０の間には、ボルト３８の貫通孔を有する挟持盤３９が設けられ、挟持盤３９を挟んでこれらの二つの砥石車１０がボルト３８により砥石軸３２の組付け面３６に組み付けられる。右側及び左側の二つの砥石車１０には、ボルト穴（ボルト３８）を基準位置ＳＰとして後述する位相がずれた傾斜溝２０が形成されている。これらの二つの砥石車１０を組み付けると、図２における左側の砥石車１０において、基準位置ＳＰに対して研削面の傾斜溝２０のＡ点の位置が、同右側の砥石車１０における対応点Ａ'まで傾斜溝２０の位相がずれた状態で組付けられる。二つの砥石車１０、砥石軸３２及び基準位置ＳＰとしてのボルト穴（ボルト３８）により砥石軸装置を構成する。

なお、基準位置ＳＰの別例として、予め傾斜溝２０の位相をずらした位置に、砥石車１０のバランス等を調整した位置を示す取付指標（アップマーク）４０を付けて、ツルーイングやバランスの調整を行い、図３に示すように、この取付指標（アップマーク）４０を基準位置として砥石車１０毎に付けてもよい。この取付指標（アップマーク）４０は、例えば以下のように砥石車１０に付けられて、砥石車１０のバランス等が取られる。先ず、砥石車１０は、機外の砥石修正装置（図略）に取り付けられて砥石車１０の修正が行われる。この場合、砥石車１０のコア１４の側面に形成した取付指標（アップマーク）４０が、図４に示すように、砥石修正装置の取付軸６１の軸心に鉛直上向きになるようにして、砥石車１０の取付穴６２を取付軸６１に嵌合させる。このときに、取付穴６２のクリアランスと砥石車１０の重量によって、砥石車１０の軸心Ｏ'が取付軸６１の軸心Ｏに対して下方にｅ偏心した位置に位置決めされる。この状態で、ボルト等によって砥石車１０を取付軸６１に固定し、前記砥石修正装置を駆動させて砥石車１０のツルーイングを行う。すると、図４に示すように、斜線部分６３が削られ、砥石車１０は取付指標（アップマーク）４０方向にｅ偏心した点Ｏを中心に砥石車１０が真円（形状的バランス）に修正される。このように修正された砥石車１０はバランスが取られる。そのために、バランス測定装置によりアンバランス点の測定が行われる。この場合にも、砥石車１０はバランス測定装置（図略）の取付軸（図略）に取付指標（アップマーク）４０を鉛直上にして、固定される。そして、バランス測定装置を起動させて、砥石車１０のアンバランス点が求められたら、ハンドドリルややすり等を使用してコア１４の修正部分を削りバランス（重心的バランス）を取る。以上の手段で修正及びバランス取りが完了した砥石車１０は、砥石修正装置の取付軸１６等と同じ形状をした研削盤の砥石軸３２に、取付指標（アップマーク）４０を鉛直上向きにして取り付けることにより、真円度及びバランスの取れた状態で使用でき、砥石車１０の高速回転時に発生する振動を防止することができる。

次に、砥石車１０の構成を説明する。図５は、セグメントタイプの砥石チップ１１を含む砥石車１０を示し、この砥石車１０の砥石チップ１１は、超砥粒をビトリファイドボンドで結合した砥粒層１２が外周側に形成され、超砥粒を含まない下地層１３が砥粒層１２の内側に重ねて一体的に形成されている。砥石車１０は、砥粒層１２と下地層１３からなる複数の円弧状の砥石チップ１１が、鉄またはアルミニウム等の金属、或いは樹脂等で成形された円盤状のコア１４の外周面に並べられ、下地層１３の底面で接着剤によりコア１４に貼付されて構成されている。

また、図６は、円弧状の砥石チップ１１を示すもので、砥粒層１２は、ＣＢＮ、ダイヤモンド等の超砥粒１６をビトリファイドボンド１７で３〜５ｍｍの厚さに結合したものであり、集中度調整用に超砥粒の代わりに酸化アルミニュウム（Al２O３）等の粒子が骨材として混入されている場合もある。また、前記下地層１３は下地粒子１９をビトリファイドボンド１７で１〜３ｍｍの厚さに結合したものである。ビトリファイドボンド１７を採用すると、有気孔の特性から、切り屑の排出性に優れ、切れ味が良好となるため、砥石磨耗量を少なくして良好な表面粗さに研削加工することができる。しかしながら、結合剤としては、ビトリファイドボンド１７の他に、レジンボンドまたはメタルボンド等を使用することができる。また、後述する凹部としての傾斜溝２０が砥粒層１２表面より深さｈで形成されている。

図７に示すように、砥石車１０の研削面１５には、砥石周方向に対して傾斜する幅ｂの凹部としての傾斜溝２０が等間隔で複数本、砥石１０の回転位相に拘らず少なくとも１本の傾斜溝２０が研削点Ｐを上下に通過するように刻設されている。傾斜溝２０は砥石周方向に平行な砥粒層の端面２１,２２まで達しており、該端面２１と傾斜溝２０の側壁面２３及び端面２２と傾斜溝２０の側壁面２４とが鋭角を形成している。そして、図７に示すように、傾斜溝２０が常に研削点Ｐを通過することにより、研削点Ｐに供給された研削液に発生する動圧が開放される。そして、工作物（カムシャフト）Ｗが砥石車１０から離間する方向に変位されて工作寸法が大きくなることがなくなり、研削精度、特に真円度が向上する。

ここで、研削点Ｐに供給された研削液に動圧が発生することを効果的に防止する傾斜溝２０を作成するための条件は、実験等より以下に述べる通りである。傾斜溝２０は、砥石車１０の回転位相に拘らず研削点Ｐの軸線方向の長さ内で少なくとも１本、好ましくは２本以上研削点Ｐを上下に通過させる。前記傾斜溝２０の砥石円周方向の幅である溝円周幅ｃは、研削面１５に露出する超砥粒１６の間隔が溝円周幅ｃだけ広くなるので短い方が良い。製作工数を低減するためには、溝本数は少ない方が良い。傾斜溝２０の砥石円周方向のピッチは、傾斜溝２０の間隔が狭いと製作しにくく、且つ砥石チップ１１の強度が低下するので長い方が良い。傾斜溝２０の総面積は、これを大きくすると研削に関与する超砥粒１６の数が減少して砥石磨耗量が増加するのであまり大きくしない方が良い。

これらの条件を勘案して、例えば外径３５０ｍｍの砥石車１０によって幅１５ｍｍの工作物Ｗをプランジカット研削する場合に適切な傾斜溝２０の本数ｎ、傾斜角度αを決定する方法を以下に説明する。傾斜角度αは、傾斜溝２０と砥粒層１２の端面２１、即ち砥石周方向とのなす角度であり、研削点Ｐの軸線方向の長さは工作物Ｗの幅と同じ１５ｍｍとなる。

傾斜溝２０の溝法線方向の幅ｂは、溝加工用砥石の強度を考慮し、且つ傾斜溝２０の砥石円周方向の長さである溝円周幅ｃを短くするためにも１ｍｍ程度とするのがよい。溝円周幅ｃと傾斜溝２０の傾斜角度αを１５度程度に大きくすると溝円周幅ｃは小さくなり、傾斜溝２０による超砥粒１６の間隔の広がりを小さく抑えることができる。

このようにして本実施形態では、外径３５０ｍｍの砥石車１０で幅１５ｍｍの工作物Ｗをプランジカット研削する場合に、砥石車１０の回転位相に拘らず工作物Ｗの幅、即ち研削点Ｐの軸線方向の長さ内で２本の傾斜溝２０が研削点Ｐを上下に通過するように決定した傾斜溝２０の緒元の一例は、溝幅ｂが１ｍｍ、溝深さｈが７ｍｍ、傾斜角度αが１５度、本数ｎが３９本とする。

次に、傾斜溝の形成された砥石車を製造する方法を説明する。まず、周知の方法で砥石チップ１１を作成し、コア１４に貼付して砥石車１０を作成する。前述のように砥石１０の外径、工作物Ｗの幅、砥石車１０の回転位相に拘わらず研削点Ｐの軸線方向の長さ内で常に研削点Ｐを通過する傾斜溝２０の本数等に基づいて傾斜溝２０の緒元を決定する。決定した傾斜溝２０の緒元通りに、傾斜溝２０を、砥石車１０の外周研削面１５に溝加工用砥石で機械加工によって刻設する。この場合、１つ目の砥石車１０の外周研削面１５に、基準位置ＳＰに対して或る位置に傾斜溝２０を加工し、２つ目の砥石車１０には、１つ目の砥石車１０とは基準位置ＳＰに対して位相を異ならして機械加工する。

また、傾斜溝２０は、プレス加工でもつけることができるが、この場合は、焼成前の砥石チップ１１にプレスで傾斜溝２０を形成し、この傾斜溝２０形成された砥石チップ１１を焼成する。そして、１つ目の砥石車１０（コア１４）、に基準位置ＳＰに対して或る位置で砥石チップ１１を貼り付けていき、２つ目の砥石車１０（コア１４）には、１つ目の砥石車１０とは基準位置ＳＰに対して位相を異ならせて砥石チップ１１を貼り付けていく。

次に、上記のように構成された研削盤における砥石軸装置の作動について説明する。二つの砥石車１０は図１に示す研削盤３０の砥石台３１に軸承された砥石軸３２にコア１４において装着されて回転駆動され、工作物（カムシャフト）Ｗは主軸台及び心押台からなる工作物支持装置３３に支承されて回転駆動される。砥石カバー３４に取り付けられた図略のクーラントノズルから砥石車１０とカムシャフトＷとの間の研削点Ｐにクーラントが供給され、砥石台３１がカムシャフトＷに向かって研削送りされ、砥石車１０によりカムシャフトＷが研削加工される。一般に、砥石車１０の周速度が８０ｍ/ｓ以上になると、動圧が急に大きくなることから、加工精度が低下するが、本実施形態では、砥石周方向に対して傾斜する複数の傾斜溝２０が、砥石車１０の回転位相に拘らず常に少なくとも１本研削点Ｐを通過するので、研削点Ｐに供給された研削液が研削面１５とカムシャフトＷとの間で発生する動圧を研削点Ｐの上方および下方から開放することができる。これにより、周速度を１２０ｍ/ｓ程度の高効率で研削することが可能となるとともに、カムシャフトＷが砥石車１０から離間する方向に変位されてカム部ＣＷの寸法が大きくなることがなくなり、研削精度、特に真円度を高めることができる。

また、このように傾斜溝２０が形成された砥石車１０においても、砥石車１０とカムシャフトＷとの間において、研削点Ｐを通過する傾斜溝２０の本数や傾斜溝２０の微妙な形状の変化に伴って、研削液により生じる動圧や研削抵抗が研削の各時点で変動し、特に複数の砥石車２０を使って同時に研削すると、これらの動圧や研削抵抗の変動が倍加するおそれがある。しかし、本実施形態では、各砥石車１０が回転する際の傾斜溝２０の位相が、基準位置ＳＰに対して相互に一致しないようにずらされているので、各砥石車１０における動圧及び研削抵抗の変動が、これらの砥石車間で同期して相乗的に大きくなることが緩和される。特に砥石車１０の周速度８０ｍ/ｓ以上において有効である。これによって、法線方向の研削抵抗の変動が低減されるので、例えば、びびりを生じさせることもなく工作物の加工精度を向上することができる。

また、図３及び図４に示す、基準位置の別例のように、予め傾斜溝２０の位相をずらした位置で、バランスを調整し、砥石車１０の形状的・重心的バランスを調整した位置を示す取付指標４０を、基準位置ＳＰとして砥石車１０毎に付けておくことにより、複数の砥石車１０を組み付ける際に、傾斜溝２０の位相をずらしながら行う組付け作業を容易に行うことができ、作業効率を飛躍的に向上させることができる。また、動圧・研削抵抗の変動による相乗的な振動を減少させることと相俟って、取付指標により常に高速時の振動の少ない砥石車とすることができるので、加工精度、生産性を飛躍的に向上させることができる。

また、基準位置として、例えば、砥石車に設けられるボルト穴（ボルト３８）、キー溝等の回転規制部を使用すれば、特別な印を付けることなく既存のものを使用して容易に、傾斜溝の位相をずらして砥石車を砥石軸に装着することができる。また、図９及び図１０に示すように、砥石軸５２に面取り５４がされているとき、回転規制部としての面取り５４の面に平行なコア１４上の線を基準位置ＳＰとして、砥石車５０及び砥石車６０に位相のずれた傾斜溝２０を形成してもよい。

なお、上記実施の形態では、互いに同一の方向に傾斜する傾斜溝２０の砥石車１０としたが、これに限定されず、例えば、図８に示すように、互いに対称に傾斜する傾斜溝２０を有する砥石車１０において、傾斜溝２０の位相をずらすものでもよい。

また、本実施形態では、砥石車１０を二つ、砥石軸３２に組み付けるものとしたが、これに限定されず、例えば３枚、４枚の砥石車を組み付けたものでもよい。これによって、例えばクランクシャフトのジャーナル部の研削を効率よくかつ高い加工精度で行うことができる。

本発明の実施の形態の砥石軸装置を装着した研削盤で工作物を研削する状態を示す図。 傾斜溝の位相をずらして砥石車を装着した図。 基準位置の別例を示す斜視図。 取付指標の説明図。 セグメントタイプの砥石チップからなる砥石の全体図。 砥石チップを示す図。 傾斜溝の溝円周幅と傾斜角度との関係を示す図。 他の実施形態を示す図。 他の実施形態を示す図。 他の実施形態を示す図。 従来の問題を説明する図。

符号の説明

１０・・・砥石車、１４・・・コア、２０・・・傾斜溝、３２・・・砥石軸、３８・・・回転規制部（ボルト）、４０・・・基準位置（取付指標）、ＳＰ・・・基準位置、Ｗ・・・工作物（カムシャフト）。

Claims (3)

1. 研削盤の砥石台に回転可能に軸承された砥石軸に、複数の砥石車を装着する砥石軸装置において、
   各前記砥石車は、複数の砥石車が同じ砥石軸に同一の回転軸心で装着される際に、該砥石軸に対して該砥石軸上の同一の位相位置に一致させて固定される基準位置がそれぞれ設けられたコアと、前記砥石車の回転方向に対して傾斜した複数の傾斜溝が形成された研削面とを有し、
   同一の砥石軸に装着される複数の砥石車にそれぞれ形成される前記傾斜溝は、前記基準位置に基づいて各前記砥石車間で互いに位相がずれた位置に形成されていることを特徴とする研削盤における砥石軸装置。
2. 請求項１において、前記基準位置は、前記砥石軸に対して前記砥石車を相対回転不能に規制する回転規制部であることを特徴とする研削盤における砥石軸装置。
3. 請求項１において、前記基準位置は、バランスを調整した砥石車の前記砥石軸への取付け位置を示す取付指標であることを特徴とする研削盤における砥石軸装置。

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