JP5181227B2 - センタレス研削機 - Google Patents

Description

本発明は、直径寸法を異にする複数種類の被加工物をセンタレス研削する場合、直径寸法に応じてセンタレス研削機を調整する技術に関するものであって、スルーフィード研削を行なう場合、特に実用的効果が顕著である。

図４は、センタレス研削の基本的な構造，機能を説明するために示した模式的な正面図である。
円柱面状の被加工面を有する被加工物５は、その被加工面をブレード４と調整砥石車２とによって支承される。
該調整砥石車は図外の駆動機構によって矢印ｄ方向に回転しており、これに接触している被加工物５は矢印ｅ方向に回転せしめられる。
研削砥石車３は図外の駆動機構によって矢印ｆ方向に回転駆動され、被加工物５の周速よりも速い周速で回転しつつ、被加工物５に接触してこれを研削する。図示の角αはブレード４の頂角、寸法Ｈは心高である。
角βは研削砥石に対する心高角、角γは調整砥石に対する心高角であり、角（β＋γ）
は心高角と呼ばれる。
これらの諸数値は高精度のセンタレス研削を行なうため厳密に管理されなければならないが、数式によってその適正値を算出することは困難であり、高度の知識と多年の経験とを有する熟練者によって調整されているのが現状である。

研削砥石車３の中心をＧとし、調整砥石車２の中心をＲとし、これらの点を結ぶ直線をＧＲライン１と名付ける。センタレス研削一般において、このＧＲライン１は必ずしも水平ではない。
研削砥石車３の回転中心線は点Ｇを通り紙面に垂直である。調整砥石車２の回転中心線も基本的には点Ｒを通り紙面に垂直であるが、スルーフィード研削の場合は送り角を付される。
上記の送り角は、ＧＲライン１の周りに調整砥石車２を回動させる方向の微小角度の傾きであるが、本発明の作用効果と関係が無いので、以下の説明において送り角は無視するものとする。

図５はセンタレス研削機の従来例を示す正面図である。ベッド８の上に設置された研削砥石台６が研削砥石車３をＺ軸方向（紙面と垂直）に支持している（研削砥石車３の回転駆動機構は図示省略・以下同様）。
前記ベッド８の上に下部スライド機構１０が搭載され、更にその上に上部スライド機構９が搭載されており、更にその上に調整砥石台７が設置されて調整砥石車２を支持している。
前記下部スライド機構１０はサーボモータ１０ａで駆動されて往復矢印ａ−ａ′方向にスライドする。上部スライド機構９はサーボモータ９ａで駆動されて往復矢印ｂ−ｂ′方向に スライドする。

前記下部スライド機構１０にワークレスト１６が搭載され、ブレード４を支持している。このため、下部スライド機構１０を作動させると調整砥石車２とブレード４とが相対的位置を保ったままでＧＲライン１と平行移動するようになっている。
その理由は、前掲の図４（基本構造）から理解されるように、被加工物５がブレード４と調整砥石車２とによって支承されているので、この支承状態を一定に保ったままで被加工物５を研削砥石車３に接近させる（すなわち、切込み送りする）ためである。
後述する本発明と比較するため、「従来例においては、調整砥石車２とブレード４との相対的位置を一定に保つ構造である」旨を御記憶いただきたい。

調整や整備のために必要な場合は、上部スライド機構９を作動させて調整砥石台７を矢印ｂ′方向に後退させ、その後矢印ｂ方向に戻しておく。
前記下部スライド機構１０と上部スライド機構９との間に水平旋回盤１１が配置される例もある。このように３階建の構造になると、調整砥石車２の支持剛性を確保するために苦労しているのが実情である。

図６は前記と異なる従来例のセンタレス研削機を示す正面図である。
前掲の図５に比して異なるところは、下部スライド機構１０の下部スライド面１０ｂが水平軸Ｘに対して角φ傾斜しており、従って上部スライド機構９の上部スライド面９ｂも水平軸Ｘに対して角φ傾斜していることである。
その理由は、前掲の図４（基本構造）から理解されるように、被加工物５がブレード４と調整砥石車２とによって支承されているので、図６のように傾斜させることにより、被加工物５の支承が安定する。
さらに、被加工物の素材の精度が悪くて回転が不斉である場合、前記の傾斜によって被加工物５が調整砥石車２に対して押し付けられ（重力の作用による）回転し易くなる。

図７は、前掲の図５または図６の従来例に係るセンタレス研削機を用いてスルーフィード研削を行なっている状態の模式的な要部平面図である。
スルーフィード研削（通し送り研削）においては、被加工物素材５Ａが入口ガイド板１２ａ，入口ガイド板１２ｂに案内されて矢印ｉ方向に供給され、調整砥石車２と研削砥石車３との間を通過しながら研削され、加工済の製品５Ｂは出口ガイド板１３ａ，出口ガイド板１３ｂに案内されながら矢印ｊ方向に送り出される。
このスルーフィード研削方式は、多数の被加工物素材を順次に供給しつつ、自動的に、かつ連続的に高能率でセンタレス研削を行ない得るという長所を有していて、広く実用されているが、入口ガイド板１２ａ，同１２ｂ、および出口ガイド板１３ａ，同１３ｂの位置と姿勢との調節が非常に難しい。
この調節は、演算式に数値を代入して自動制御することが困難で、高度の熟練と多大の労力とを必要とする。

センタレス研削機の調整砥石車まわりの改良について、特許文献１として挙げたように調整砥石車の外周にネジ状の溝を設けた特開２００６−８８３３３号公報「センタレス研削盤」、及び、特許文献２として挙げたように取代寸法の設定によって研削能率と精度とを向上させる特開２００２−８６３３３号公報「センタレス研削方法および装置」が公知であるが、被加工物の直径寸法の変化に対応する段取り替えを簡単ならしめるセンタレス研削機の構造については別段の考慮が為されていない。
特開２００６−８８３３３号公報 特開２００２−８６３３３号公報

スルーフィード研削におけるガイド板の調節に高度の熟練と多大の時間，労力とを要することは、図７を参照して前述した通りである。この問題は、いわゆる段取り替えの場合に重要な不具合となって現れる。すなわち、被加工物の仕上寸法（詳しくは直径の仕上げ寸法）が変わった時、調整の修正に多大の時間，労力を必要とするので、作業能率が低下し、加工コストが増加する。
図８は段取り替え調整に伴う問題を説明するために示したもので、センタレス研削におけるブレードと、調整砥石車と、被加工物との相対的な位置関係を、小径の被加工物Ｗａ
と大径の被加工物Ｗｂとについて模式的に描いた正面図である。

符号１を付して示したのは、調整砥石車の中心と研削砥石車の中心とを結ぶＧＲライン（既述）である。
実線で描いた小径の被加工物Ｗａをスルーフィード方式でセンタレス研削する場合を考えると、調整砥石車は実線で描いた前進位置２Ａに位置しており、該調整砥石車の中心はＲａである。
Ｗ１は小径の被加工物Ｗａの中心である。
次に、仮想線で描いた大径の被加工物Ｗｂをセンタレス研削するように段取り替えするには、調整砥石車を仮想線で描いた後退位置２Ｂのように移動させねばならない。
Ｗ２は大径の被加工物Ｗｂの中心である。

図５、図６に示した従来例のセンタレス研削機によると、調整砥石車の中心をＲａからＲｂまで、ＧＲライン１に沿って後退させることになる。この操作に伴うガイド板の調整について次に説明する。
説明の便宜上（図７参照）出口ガイド板１３ｂについて述べる。
（図７、図８を併せて参照）小径の被加工物Ｗａが前進位置の調整砥石車２Ａと接している線はパスラインＰａである。このパスラインＰａは、図示の点Ｐａを通り紙面に垂直である。
ガイド板は上記のパスラインＰａにおいて小径の被加工物Ｗａに接するように調整され、調整砥石車２Ａに対する相対位置を固定される（具体的には調整砥石台７（図５、図６参照）に対して固定される）。

次に、大径の被加工物Ｗｂについてガイド板の位置を考えると、調整砥石車は後退位置２Ｂとなり、その中心は図示の点Ｒａとなる。この状態でガイド板はパスラインＰｂで大径の被加工物Ｗｂに接するように調整される。
上述の調整作業の前，後を比較すると、パスラインはＰａからＰｂへ矢印ｍのように移動する。一方、調整砥石車の中心はＲａからＲｂへＧＲライン１に沿って移動する。
パスラインの移動方向（矢印ｍ）と調整砥石車の移動方向（ＧＲライン）とが角ψで交わっているので、ガイド板の位置と姿勢とを調整し直さなければならない。
ところが、ガイド板の調整は先に述べたように高度の熟練と多大の時間，労力とを要する。

本発明は上述の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、被加工物の直径寸法が変化したとき、ブレードを再調整しなくても心高角が変化せず、ガイド板の再調整も要しないセンタレス研削技術を提供することである。

上記の目的を達成するために創作した本発明の基本的な原理について、その１実施形態に対応する図１を参照して略述すると次の通りである。
イ．調整砥石台７を水平スライド機構１５によって水平方向に前後進させる。
ロ．研削砥石車３は調整砥石車２よりも高く配置し、研削砥石車３の中心Ｇと調整砥石車２の中心Ｒとを結ぶ線を、調整砥石台７の前後進方向（水平）に対して傾斜させる。
ハ．研削砥石車３およびブレード４は固定的に設置する。

請求項１の発明に係るセンタレス研削機の構成を、その１実施形態を描いた図１を参照して説明すると次のとおりである。ただし、図１と対照し易いように符号を付記してあるが、この符号は請求項１の構成を限定するものではない。
水平な直交２軸Ｘ，Ｚと、垂直なＹ軸とを想定し、
研削砥石車（３）を支持する研削砥石台（６）をフラット型ベッド（１４）上に固定的に設置するとともに、
上記フラット型ベッド上に、Ｘ軸方向にスライドする水平スライド機構（１５）を設けて、調整砥石車（２）を支持する調整砥石台（７）を搭載し、
かつ、調整砥石車の中心Ｇと研削砥石の中心Ｒとの間に高低差ｈを設け、
被加工物（５）の径に応じて調整砥石台（７）を搭載した水平スライド（１５）を移動させた場合、常に被加工物と調整砥石との接点を一定に保つことができるようになっている。

請求項２の発明に係る傾斜スライドを用いないセンタレス研削機の構成は、前記請求項１の発明装置の構成要件に加えて、
前記研削砥石車と協働して被加工物を支持するブレードが、前記ベッドに対して固定的に設置されていることを特徴とする。

請求項３の発明に係る傾斜スライドを用いないセンタレス研削機の構成は、前記請求項２の発明装置の構成要件に加えて、
複数種類のブレードが付属していて、必要に応じてブレードを着脱交換し得るようになっていることを特徴とする。

請求項４の発明に係る傾斜スライドを用いないセンタレス研削機の調整方法は、
被加工物の直径寸法に対応してセンタレス研削機を調整する方法において、
予め、調整砥石車の中心位置Ｒを、研削砥石車の中心位置Ｇよりも低く設定しておき、
研削砥石車の中心位置Ｇを変化させることなく、整砥石車の中心位置Ｒを水平方向にスライドさせることを特徴とする。

請求項５の発明に係る傾斜スライドを用いないセンタレス研削機の調整方法は、前記請求項４の発明方法の構成要件に加えて、
予め、複数種類のブレードを準備しておき、
整砥石車の中心位置Ｒを水平方向にスライドさせる際、必要に応じてブレードを着脱交換することを特徴とする。

請求項１の発明装置を適用すると、調整砥石車の中心位置Ｒが、研削砥石車の中心位置Ｇよりも低く設定され、
双方の砥石車の中心位置を結ぶＧＲラインがＸ軸に対して傾斜しているので、
被加工物の直径寸法に応じて調整砥石車を水平方向にスライドさせても、心高角の変化が微小である。
このため、通常の作業条件の範囲内では、研削砥石車の位置を動かさずに、調整砥石車の水平スライドだけで段取り替え調整を行なうことができる。従って、作業者に格別の知識や熟練を要せず、迅速容易に段取り替えして、高能率，低コストのセンタレス研削を遂行することができる。

請求項２の発明装置を請求項１の発明装置と併せて適用すると、被加工物の直径寸法に応じて調整砥石車を水平方向にスライドさせるだけで、ブレードの位置を変えず、迅速容易に段取り替えを行なうことができる。

請求項３の発明装置を請求項２の発明装置と併せて適用すると、調整砥石車を水平方向にスライドさせてた場合の心高変化を一層微小ならしめることができる。

請求項４の発明方法によると、通常の作業条件の範囲内では、研削砥石車の位置を動かさずに、調整砥石車の水平スライドだけで段取り替え調整を行なうことができる。
従って、作業者に格別の知識や熟練を要せず、迅速容易に段取り替えして、高能率，低コストのセンタレス研削を遂行することができる。

請求項５の発明方法を請求項４の発明方法に併せて実施すると、心高の変化を一層微小ならしめて高精度のセンタレス研削を行なうことができる。

図１は、本発明に係る傾斜スライドを用いないセンタレス研削機の１実施形態を模式的に描いた正面図である。
従来例を示した図５及び図６に比して外観的に異なる点は、上部スライド機構９や下部スライド機構１０を積み重ねた２階建，３階建の構造でなく、水平スライド機構１５だけの１層構造をなしていることである。従って当然に、調整砥石車２の支持剛性が高く、高精度のセンタレス研削が可能えである。
支持剛性が高いことは本発明の間接的な効果であるが、サブミクロンオーダーの高精度を追及しているセンタレス研削機にとって、砥石車の支持剛性が高いことの実用的価値は多大である。

頂面の水平なフラット型ベッド１４の上に水平スライド機構１５が設置されている。
そのスライド面１５ｂは、水平な補助軸χに沿っている。
調整砥石車２は調整砥石台７によって支持されており、該調整砥石台７は前記水平スライド機構１５に搭載されて水平方向にスライドされる。
前記フラット型ベッド１４の頂面にワークレスト１６が固着されていて、ブレード４が着脱交換可能に固定的に装着されている。

前記フラット型ベッド１４の頂面に、直接的に、若しくはワークレスト１６を介して、研削砥石台６が搭載され、該研削砥石台６は研削砥石車３をＺ軸方向（紙面に垂直）に支持している。要するに、研削砥石車３の位置及び姿勢が不変な構造である。
調整砥石車２の中心Ｒは、研削砥石車３の中心Ｇよりも低く配置されている。すなわち
ＧＲライン１が水平スライド面１５ｂに対して傾斜している（傾斜は、整砥石車２の中心Ｒが低くなる方向である）。
図において、Ｘ軸は研削砥石車３の中心Ｇを通る水平軸である。寸法ｈは調整砥石車２の中心Ｒと、研削砥石車３の中心Ｇとの高低差である。
本実施形態は以上に述べたようにして、調整砥石車（２）の軸心Ｒとベッド（１４）との間の距離が、前記研削砥石車（３）の軸心Ｇとベッド（１４）との間の距離よりも小さくなるように配置されている。

次に、図２を参照しつつ本発明の作用について述べる。
図２（Ａ）及び同（Ｂ）に描かれている調整砥石車２，研削砥石車３，及びブレード４の概要的な配置は、前掲の図１に示した実施形態におけると同様であり、符号Ｇは研削砥石車３の中心、符号１はＧＲラインである。
図２（Ａ）は小径の被加工物Ｗａをセンタレス研削している状態、図２（Ｂ）は大径の被加工物Ｗｂをセンタレス研削している状態である。
（Ａ），（Ｂ）両図において、Ｙ軸は共通であり、Ｘ軸は水平軸である。

図２（Ａ）において、小径の被加工物Ｗａに接している調整砥石車２の中心はＲａであり、研削砥石車３の中心点Ｇよりも寸法ｈだけ低位置に在る。
小径の被加工物Ｗａは調整砥石車２とブレード４とによって無心的に支承されており、その中心はＷ１である。
心高はＧＲライン１を基準として表される。
この状態における心高をＨａとし、調整砥石車に関する心高角をγａとするとともに、調整砥石車２の中心を通る垂直軸をｙ′とする。

上述したように、小径の被加工物Ｗａに対応する図２（Ａ）の状態から、大径の被加工物Ｗｂに対応するための段取り替えは、調整砥石車２の中心を水平な補助軸ｘ′に沿って図の右方へ寸法Ｌ移動させて、図２（Ｂ）のようにする。移動させた状態の調整砥石車２中心をＲｂとする。
この状態（大径の被加工物Ｗｂに対応）における心高をＨｂとし、調整砥石車に関する心高角をγｂとする。Ｗ２は大径の被加工物Ｗｂの中心である。

前述のごとく小径被加工物Ｗａに対応する図２（Ａ）から大径被加工物Ｗｂに対応する図２（Ｂ）へ調節を変更した場合、本発明装置の構造に因り必然的に、『調整砥石車２がＧＲライン１に沿って移動することなく、研削砥石車３よりも所定寸法ｈだけ低い水平線（補助軸ｘ′）に沿って移動する』
その結果、
γａ＝γｂ……………………………（１）
Ｈａ≒Ｈｂ……………………………（２）
となる。
すなわち、研削砥石車３及びブレード４を移動させることなく、調整砥石車２を動かすだけで被加工物の直径寸法の変更に対応することができ、しかも心高角が変わらない。
詳しくは、調整砥石車に関する心高角γは不変と見做し得る程度に微小であり、心高Ｈの変化は通常の作業条件では無視し得る程度に微小である。

前掲の図２（Ａ）と同図２（Ｂ）とを重ねて描くと図３のごとくである。
作図的に納得し得るように、γａ＝γｂかつ、Ｈａ≒Ｈｂである。
本図３を参照して考察すると次のとおりである。

いま仮に、小径の被加工物Ｗａを大径の被加工物Ｗｂに入れ換えるとする。
イ．ブレード４の上の被加工物の直径寸法が増加することは、心高を上昇させる。
ロ．被加工物の直径寸法が大きくなるのに伴って、その中心がＷ１からＷ２へ、図の右方に移動するため、被加工物とブレードとの接触点も図の右方に移動する。ところが、ブレードの頂面は右方に低く傾斜しているので、被加工物は傾斜面に沿って、ずり降りる。これは心高を低下させる。

図示の寸法ｈ、及びブレードの頂角αを適当に設定し、かつ調整砥石車を水平に移動させることによって、前記イ項の上昇要因とロ項の低下要因とが相殺され、心高が変わらない。
本発明を実施する場合ブレードの頂角αは、被加工物を安定させて超高精度のセンタレス研削を可能ならしめるための重要な設計的要素である。従って、心高を変えないためにブレードの頂角αを任意に設定することはできない。
本実施形態においては、（ａ）安定研削のために最適なブレードの頂角αを設定するとともに、（ｂ）心高変化をほとんどゼロならしめ得るように調整砥石車の高低差寸法ｈを
選定した。

次に、図１を参照して本発明の応用例を説明する。
本実施形態の傾斜スライドを用いないセンタレス研削機はスルーフィード方式で研削するに適している。スルーフィード研削の場合は、被加工物５の直径寸法に応じて調整砥石車２の位置を調節すれば、その後は該調整砥石車の位置を変えずに多数の被加工物を連続的に研削することができる。
しかし、水平スライド機構１５によるＸ軸方向のスライドを利用してインフィード方式の研削を行なうこともできる。

更に、図１を参照して上記以外の応用例を説明する。
本実施形態の傾斜スライドを用いないセンタレス研削機に一層の汎用性を与えるため、フラット型ベッド１４と研削砥石台６との間に水平スライド機構（図示せず）を介装することも不可能ではない。
フラット型ベッド１４上に研削砥石台６を固定せずに、スライド機構（図外）を介装した構成であっても、
調整砥石車２が研削砥石車３よりも低い位置に配置されるとともに、調整砥石台７が水平スライド機構１５上に搭載されていて、前掲の図２に示した段取り替え調節が可能であれば本発明の技術的範囲に属する。
すなわち、必ずしも用いなくてよいスライド機構を追加設置しても、本発明との抵触を回避することはできない。

図１に示す実施形態においては、付属品として複数種類のブレードが用意されており、 フラット型ベッド１４の頂面にワークレスト１６を固定するとともに、該ワークレストに対してブレード４を着脱交換し得る構造になっている。
本発明を適用すると、通常の作業条件範囲内では調整砥石車２を水平方向にスライドさせるだけで段取り替え調節できるが、何らかの事情（例えば被加工物の直径寸法の変化率が極端に大きいとか、微小径の被加工物をセンタレス研削するため特殊型式のブレードを用いる等）に応じて、最適のブレード４に交換できれば非常に好都合である。
本実施形態においては、ワークレスト１６に対するブレード４の取付け面を、水平面に対して角θだけ傾斜させてある。この角θの値は適宜に設定することができるが、数度程度の微小角度とすることが望ましい。

このように、ブレードの着脱交換が可能であっても、
調整砥石車２が研削砥石車３よりも低い位置に配置されるとともに、調整砥石台７が水平スライド機構１５上に搭載されていて、前掲の図２に示した段取り替え調節が可能であれば本発明の技術的範囲に属する。
すなわち、必ずしも用いなくてよい交換用のブレードを組み合わせても、本発明との抵触を回避することはできない。

本発明に係る傾斜スライドを用いないセンタレス研削機の１実施形態を描いた模式的な正面図 （Ａ）は小径の被加工物をセンタレス研削している状態の模式図、（Ｂ）は大径の被加工物をセンタレス研削している状態の模式図 前掲の図２（Ａ）と図２（Ｂ）とを重ね併せて描いた模式的な要部拡大詳細図 センタレス研削機の基本構造を描いた模式図 従来例のセンタレス研削機を描いた模式的な正面図 傾斜したスライド機構を備えた従来例のセンタレス研削機を描いた模式的な正面図 スルーフィード研削におけるガイド板の配置を説明するための模式的な平面図 従来例のセンタレス研削機における技術的課題を説明するための模式的な正面図

符号の説明

１…ＧＲライン
２…調整砥石車
３…研削砥石車
４…ブレード
５…被加工物
５ａ…被加工物素材
５ｂ…加工済製品
６…研削砥石台
７…調整砥石台
８…ベッド
９…上部スライド機構
９ａ…サーボモータ
９ｂ…上部スライド面
１０…下部スライド機構
１０ａ…サーボモータ
１０ｂ…下部スライド面
１１…水平旋回盤
１２ａ，１２ｂ…入口ガイド板
１３ａ，１３ｂ…出口ガイド板
１４…フラット型ベッド
１５…水平スライド機構
１５ｂ…水平スライド面…
１６…ワークレスト

Claims (2)

1. 研削砥石車を支持する研削砥石台をフラット型ベッド上に固定的に設置するとともに、上記研削砥石車と協働して被加工物を支持する安定研削のための頂角に設定されたブレードを、上記フラット型ベッドに対して固定的に設置し、
   上記フラット型ベッド上に水平方向にスライドする水平スライド機構を設けて、該水平スライド機構に調整砥石車を支持する調整砥石台を搭載し、
   かつ、上記フラット型ベッド上面に対して調整砥石車の中心を研削砥石の中心よりも低く設定し、
   被加工物の径に応じて調整砥石台を搭載した水平スライドを移動させても、常に研削砥石車の中心と調整砥石車の中心を結ぶ直線を基準とする被加工物の中心の高さである心高がほとんど変化しないように、上記研削砥石車の中心に対する調整砥石車の中心の高さを設定することを特徴とするセンタレス研削機。
2. 複数種類のブレードが付属していて、必要に応じて着脱交換し得るようになっていることを特徴とする請求項１記載のセンタレス研削機。

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