WO2004020136A1

WO2004020136A1 - ねじ研削盤

Info

Publication number: WO2004020136A1
Application number: PCT/JP2003/010745
Authority: WO
Inventors: Masakazu Uesugi
Original assignee: Thk Co., Ltd.
Priority date: 2002-08-27
Filing date: 2003-08-26
Publication date: 2004-03-11
Also published as: DE10393160B4; JP4255662B2; JP2004082261A; DE10393160T5

Description

明細書

ねじ研削盤技術分野

本発明は、丸軸の外周面に対して螺旋状のねじ溝を研削加工によって形成するためのねじ研削盤に係り、詳細には、ポールねじに使用されるような高精度のねじ軸を加工するためのねじ研削盤に関する。背景技術

工作機械等のワークテーブル直線駆動に多用されるポールねじは、螺旋状のポ一ル転動溝が形成されたねじ軸の周囲にポールを介してナツト部材が螺合しており、ねじ軸の回転に応じてナット部材が該ねじ軸に沿って運動を行い、モータの回転運動を所望のストロークの直線往復運動に変換できるようになつている。回転運動を精度良く直線運動に変換するためには、ねじ軸が高精度に形成されていること、特に、ねじ軸の外周面に形成された螺旋状のポール転動溝が設計通りのリ一ド長で精度良く形成されていることが必要である。

従来、ねじ軸の外周面にポール転動溝を形成する装置としては専用のねじ研削盤が用いられており、所定の外径に仕上げられると共に軸端加工のなされた丸軸を素材とし、研削加工によって前記丸軸の外周面に螺旋状のポール転動溝を形成している。このねじ研削盤は、ねじ軸がセットされると共に該ねじ軸の軸方向へ往復動可能なワークテーブルと、高速回転する砥石によって前記ねじ軸にポール転動溝を形成する砥石へッドと、この砥石へッドをポール転動溝のリード角に合致させて保持すると共に前記砥石をねじ軸に対して切り込ませる砥石送りテープルと、ワークテーブルにセッ卜されたねじ軸を該ワークテ一ブルの往復動に同期して回転させる主軸へッドとを備えている。

ねじ軸の素材となる丸軸は一端を前記主軸へッドのチャックによつて把持される一方、他端は心押台に設けられたセンタによって保持されており、両端支持の梁の如く空中に浮いた状態でワークテーブルにセットされている。砥石はこのようにセッ卜されたねじ軸の外周面に押し付けられ、その状態でねじ軸を徐々に回転させると共にワークテーブルを軸方向へ移動させることにより、かかるねじ軸の表面に螺旋状のポール転動溝が研削加工される。

しかし、かかる研削加工の実施中には、ねじ軸の外周面の接線方向に沿って研削抵抗の主分力が作用する一方、この主分力と垂直な方向へ研削抵抗の背分力が作用することから、前述の如くねじ軸を両端で支持していると、これら力の合力によってねじ軸が橈んだままの状態でポール転動溝の研削加工が進行してしまい、かかるポール転動溝が砥石送りテーブルの送り量に対応した所定の深さに形成されず、全体としてテーパ状に形成されてしまう懸念がある。このようなトラブルは軸径が小さくて剛性の低いねじ軸を形成する際に発生し易い他、軸長が数 mにも及ぶ長尺なねじ軸を形成する際に発生し易い。

また、生産性を高めるために、砥石のねじ軸に対する切り込み速度を速めたり、ワークテーブルの送り速度を速めたりすると、その分だけ研削抵抗が増加してしまうことから、前述のトラブルが発生し易くなつてしまう。

従来のねじ研削盤は、このような問題点に対処するため、研削加工中のねじ軸を支える振れ止めを主軸へッドと心押台との間の数力所に具備しており、かかる振れ止めの先端に設けられたシユーをねじ軸の外径部分に接触させ、研削抵抗に抗してねじ軸を支えるように構成されている。しかし、振れ止めのシュ一は研削抵抗に抗してねじ軸を支えているために摩耗し易く、摩耗を抑えるためには、シユーが常にねじ軸の山部に接触し、力、かる山部とポール転動溝の境界に接触することがないよう、ねじ軸の回転に合わせてシュ一の位置調整を行う必要があり、加工するねじ軸が長尺となり、振れ止めの数が増加する程、調整に手間がかかるといった問題点があった。

また、研削抵抗に抗してねじ軸を真直な状態に維持するためには、振れ止めを適切な箇所に配置する必要があり、加工するねじ軸径の変更等に対応して振れ止めの位置調整を行う必要が生じ、かかる調整に手間と時間がかかるといつた問題点もあった。発明の開示

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、ねじ溝を研削加工するに当たり、研削抵抗に抗してねじ軸の真直度を維持することが可能であり、しかも面倒な調整が不要であり、ねじ溝を高精度に研削加ェすることが可能なねじ研削盤を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のねじ研削盤は、加工対象であるねじ軸を従来の如くワークテ一ブル上に両端支持するのではなく、かかるワークテーブル上に断面 V字状のワーク位置決め溝を備えたワーク固定台を設け、このワーク位置決め溝内にねじ軸をセットすると共に、かかる位置決め溝内にセッ卜されたねじ軸に対して砥石を鉛直上方から切り込ませるように構成したものである。ワーク位置決め溝を備えたワーク固定台が加工するねじ軸の軸方向長さに匹敵する充分な長さを有していれば、研削抵抗に杭してねじ軸を下方から均一に支えることができ、研削加工の進行中にねじ軸が撓むことはない。従って、従来のような振れ止めを設けて、その位置調整を行う必要は一切ない。また、ワーク位置決め溝は断面 V字状に形成されているので、かかる溝内にねじ軸をセッ卜するに当たっては、該ねじ軸を予め所定の外径寸法に仕上げてさえあれば、ヮーグ位置決め溝内におけるねじ軸の軸芯位置を正確に把握することができ、かかるねじ軸に対する砥石の切り込み量も把握することができる。

更に、本発明のねじ研削盤は必ずしもねじ溝の研削にのみ適用し得るというものではなく、断面 V字状のワーク位置決め溝内にセット可能な円筒状ワークであれば、その外周面の円筒研削や溝研削にも用いることが可能である。図面の簡単な説明図 1は本発明を適用したねじ研削盤の実施例を示す正面図である。

図 2は図 1に示したねじ研削盤の平面図である。図 3は図 1の I I I一 I I I線断面図である。

図 4はワーク位置決め溝にセットされたワークと砥石との位置関係を示す拡大図である。

図 5は砥石の回転軸がワークの軸芯と直交するように砥石へッドの配設位置を調整した状態を示す平面図である。

[符号の説明]

1…基台、 2…ワークテーブル、 3…ワーク（ねじ軸）、 4…ワーク固定台、 5…砥石送りテーブル、 6…砥石、 7…砥石ヘッド、 8…主軸ヘッド、 4 0…ヮーク位置決め溝発明を実施するための最良の形態

以下、添付図面を用いて本発明のねじ研削盤を詳細に説明する。

図 1乃至図 3は本発明を適用したねじ研削盤の実施例を示すものである。このねじ研削盤は、丸軸の外周面に対する各種の研削加工を行い得るものであり、螺旋状のねじ溝研削に限らず、外周面の円筒研削、軸方向に沿った溝研削に使用することができるように構成されている。具体的には、工場の床面に設置される基台 1と、この基台 1上を往復動自在に設けられたワークテーブル 2と、このヮークテーブル 2上で加工対象であるワーク 3 (丸軸）を位置決めするワーク固定台 4と、前記基台 1に対して昇降自在に設けられた砥石送りテーブル 5と、この砥石送りテーブル 5上に設けられると共に前記ワーク固定台 4上で位置決めされたワーク 3に対して砥石 6を切り込ませる砥石へッド 7と、前記ワーク固定台 4上に位置決めされたワーク 3を前記ワークテーブル 2の往復動に同期して回転させる主軸へッド 8とから構成されている。

前記ワークテーブル 2は基台 1に対して一軸テーブルを構成しており、リニアベアリングを介して前記基台 1上に支承されると共に、駆動モー夕 1 0とポールねじの組み合わせによつて基台上を所定の送り速度で移動するようになっている。前記リニアベアリングは、前記基台 1上に固定された軌道レール 1 1と、この軌道レール 1 1上を往復動自在に走行すると共に前記ワークテ一プル 2の底面に固定されたスライダ 1 2とから構成されており、ワークテ一ブル 2に作用する荷重を総て負荷した状態で該ワークテーブル 2を軌道レール 1 1に沿って軽快に案内する。また、前記ポールねじのねじ軸 1 3はリニアベアリングの軌道レール 1 1 と平行に基台 1の全長にわたって設けられており、その一端にはカップリング 1 4を介して駆動モ一夕 1 0が接続されると共に、図 3に示すようにワークテープル 2を貫通している。一方、ポールねじのナット部材 1 5はワークテーブル 2に固定され、前記ねじ軸 1 3に螺合している。これにより、前記駆動モータ 1 0によってねじ軸 1 3に回転をあたえると、その回転速度及び回転量に応じた送り速度及び送り量がワークテーブル 2に与えられる。

また、前記ワーク固定台 4はワークテーブル 2の上部に該ワークテーブル 2と一体的に設けられており、このワーク固定台 4の頂面にはワークテーブル 2の移動方向に沿ってワーク位置決め溝 4 0が形成されている。このワーク位置決め溝 4 0は 2つの基準面 4 1 a , 4 1 bを備えて断面 V字状に形成されており、上方に向けて拡開している。従って、ワーク 3をこのワーク位置決め溝 4 0内に置くと、丸軸であるワーク 3の外周面が 2つの基準面 4 1 a , 4 l bと共に接触し、かかるワーク 3が自重によってワーク位置決め溝 4 0内で係止され、その姿勢が保持されるようになっている。加えて、このヮ一ク固定台 4はワーク 3の軸方向長さと同一か、むしろそれよりも長く形成されており、位置決め溝 4 0にセットしたワーク 3をその全長にわたって支えることができるようになつている。一方、前記基台 1にはワークテーブル 2の移動範囲の略中央付近にコラム 1 6 が立設されており、前記砥石送りテーブル 5はこのコラム 1 6との間で一軸テ一ブルを構成し、基台 1に対して昇降自在に設けられている。前述のワークテープル 2と同様、この砥石送りテーブル 5の昇降にもリニアベアリングが用いられており、軌道レール 5 0がコラム 1 6の側面に鉛直方向に沿って配設される一方、かかる軌道レール 5 0に沿って走行するスライダ 5 1は砥石送りテ一ブル 5の側面に固定されている。また、図には示されていないが、この砥石送りテ一ブル 5 の昇降駆動は昇降モータとポールねじの組み合わせによって行われており、昇降モ一夕の回転速度と回転量とを制御することで、砥石 6のワーク 3に対する切り込みが調整されるようになっている。

また、前記砥石送りテーブル 5上に設けられた砥石ヘッド 7は、モー夕内蔵のスピンドル 7 0と、このスピンドル 7 0を砥石送りテーブル 5に固定するブラケット 7 1とから構成されている。図 4に示すように、前記スピンドル 7 0に保持された砥石 6はワーク位置決め溝 4 0内に係止されたワーク 3に対し、鉛直上方からアプローチして研削加工を行う。このとき、砥石 6とワーク 3とが接触する加工点 Xはワーク 3の軸芯に対して鉛直上方に位置する。前記ブラケット 7 1はこのような砥石 6とワーク 3との位置関係を保つようにスピンドル 7 0を保持している。

更に、図 2に明示されているように、砥石送りテ一プル 5のテーブル面には円弧状に延びる一対の長孔 5 2が形成されており、前記ブラケット 7 1はこれら長孔 5 2を貫通する調整ポルト 5 3によって砥石送りテーブル 5に固定されている。従って、調整ポルト 5 3を緩めた状態では、ブラケット 7 1を砥石送りテーブル 5のテーブル面に沿って円弧状に旋回させることができ、これによつてスピンドル 7 0に装着された砥石 6とワーク 3の交差角を自在に調整し得るようになっている。これは、ヮ一ク 3に形成するねじ溝のリード角に合致させて、砥石 6の周方向をワーク 3の軸芯に対して傾斜させ、リード角の異なる種々のねじ溝を研削できるようにするためである。前記長孔 5 2はワーク 3に対する砥石 6の加工点 Xを中心とする円弧状に形成されており、スピンドル 7 0及びブラケット 7 1は加工点 Xを鉛直に貫く軸を中心として砥石送りテーブル 5上を旋回する。このため、ブラケット 7 1を旋回させて砥石 6とヮ一ク 3の交差角を調整しても、ヮーク 3に対する砥石 6の加工点 Xは図 4に示す状態から崩れることはなく、常に加ェ点はワーク 3の軸芯の鉛直上方に位置している。

前記長孔 5 2は砥石 6を保持しているスピンドル 7 0の主軸を 9 0 ° 旋回させる範囲で形成されている。すなわち、長孔 5 2の一方の端部にまでブラケット 7 1を旋回させた状態では、スピンドル 7 0の主軸がワーク 3の軸芯と完全に平行となる一方、長孔 5 2の他方の端部にまでブラケッ卜 7 1を旋回させた状態では、図 5に示すように、スピンドル 7 0の主軸がワーク 3の軸芯と直交する。前者の如く砥石へッド 7の姿勢を設定した場合には、ワーク 3の外周面に対して周方向に平行な溝を研削することが可能であると共に、ワーク 3の外周面の円筒研削を行うことが可能である。また、後者の如く砥石ヘッド 7の姿勢を設定した場合には、ワーク 3の外周面に対して軸芯方向と平行な溝を研削することが可能となる。従って、このねじ研削盤は、ねじ溝の研削に限らず、種々の用途に使用することができるものである。

また更に、上記主軸へッド 8はワークテーブル 2上でワーク 3に回転を与えるベく、かかるワークテーブル 2に搭載されており、基台 1上におけるワークテ一ブル 2の往復動に同期した回転速度でワーク 3を回転させる同期モ一夕 8 0と、ワーク位置決め溝 4 0の長手方向の端部から突出したワーク 3の軸端を支承するサポートベアリング 8 1と、このサポートベアリング 8 1に支承されたワーク 3 の軸端を前記同期モー夕 8 0の出力軸に連結するカップリング 8 2とから構成されている。サポートベアリング 8 1がワーク位置決め溝 4 0内におけるワーク 3 の位置決め状態に影響を及ぼすのを防止するため、かかるサポートベアリング 8 1はその回転中心を位置決め溝 4 0内のワーク 3の軸芯に合致させる芯高さ調整機構 (図示せず) を介してワークテーブル 2に保持されている。このことは、ヮークテーブル 2上におけるワーク 3の位置決めが、ワーク 3の軸芯と垂直な方向に関しては総てワーク位置決め溝 4 0を構成する 2つの基準面 4 l a , 4 1 bによって行われることを明確にしている。

一方、ワーク位置決め溝 4 0内におけるワーク 3の軸芯方向に関する位置決めを確実なものとするため、前記カップリング 8 2としては、外力によって軸方向長さが変化しない剛性の高いカップリングを使用している。例えば、リジッドカップリング等である。これにより、ワーク位置決め溝 4 0内においてワーク 3をその軸芯方向についても確実に位置決めすることができる。また、主軸へッド 8と反対側のワークテ一ブル 2の端部には砥石形状を整えるロータリドレッサ 9が設けられている。このロータリドレッサ 9もその回転軸芯をワーク 3の軸芯に対して自在に交差させ得るように構成されており、口一タリドレッサ 9の回転軸芯と砥石 6め軸芯とを予め平行に設定しておくことで、ヮ一ク 3の研削作業の合間に砥石 6の形状を容易に修正することができる。

そして、以上のように構成された本実施例のねじ研削盤においては、その使用に先立ち、先ずは、ねじ軸の素材となる丸軸のワーク 3をセンタレス研削盤等で所定の外径に研削すると共に、軸端に対して必要とされる端末加工、例えばカツプリングを装着するためのキー溝加工や、サポートベアリングを装着するためのジャーナル部の加工等を行う。これは、ワーク 3をワーク固定台 4の位置決め溝 4 0にセットした際に、かかるワーク 3を所定の精度で位置決めするためである。例えば、外径が所定の真円度でで仕上げられていないワークや、軸端が設計に基づいて所定の長さに加工されていないワークをワーク位置決め溝 4 0にセットした場合には、ワーク 3の軸芯位置が定まらず、また、ワーク 3の軸方向の基準位置も定まらないので、ねじ溝を所定の寸法精度で高精度に研削加工することは不可能である。

次に、このような外径研削及び端末加工がなされたワーク 3をワーク固定台 4 の位置決め溝 4 0にセットする。このとき、ワーク 3には端末加工が終了していることから、主軸へッド 8のサポートベアリング 8 1やカップリング 8 2をヮ一ク 3の軸端に対して簡単に装着することができ、ワーク固定台 4上におけるヮーク 3の回転を容易に行うことが可能となる。また、ワーク 3は所定の外径寸法に仕上げられていることから、このワーク 3を V字状の位置決め溝 4 0にセッ卜した際には、ワーク固定台 4上におけるワーク 3の軸芯の位置が明確となり、砥石 6を用いたねじ溝の研削加工において該砥石 6の送り量等を正確に決定することができる。

図 4に示したように、本実施例のねじ研削盤においては、砥石 6が位置決め溝 4 0にセットしたワーク 3に対して鉛直上方から切り込んでいくため、ワーク 3 に対しては研削抵抗として砥石 6の接線方向における主分力 F 1、ワーク 3を位置決め溝 4 0に対して鉛直下方へ押し付ける背分力 F 2が作用する。しかし、ヮーク 3をセットしているワーク固定台 4はワーク 3の軸方向長さと同一か、むしろそれよりも長く形成されており、ワークは位置決め溝を構成する 2つの基準面によって下方から係止されているので、研削抵抗に対してワークを確実に支えることができる。このため、研削加工の進行中に前記研削抵抗によってワークに撓みが生じることはなく、ねじ溝をワークに対して高精度で形成することが可能となる。

また、図 4に示すように、研削抵抗の主分力、背分力のベクトルを合成した方向が鉛直下方に対して角度 Θだけ傾斜している点からすれば、前記研削抵抗に抗してワーク 3を確実に支えるためには、ワーク位置決め溝 4 0の V字状断面を二分する中心線が鉛直下方に対して角度 Θだけ傾斜しているのが好ましい。このようにワーク位置決め溝 4 0の V字状断面を形成すれば、一対の基準面 4 1 a， 4 1 bがワーク 3を均等に支えるので、研削加工中に生じる研削抵抗がワーク 3をワーク位置決め溝 4 0内に確実に押し付ける結果を生み、それによつてワーク 3 の位置決め精度を向上させることが可能となる。

更に、本発明では、ワーク 3をワーク位置決め溝 4 0内に押し付けると共にこの溝内で回転さながらながらねじ溝の研削加工を行っているため、ワーク 3とヮーク固定台 4との間に作用する摩擦力を軽減する必要がある。従って、研削加工時に使用するクーラント液としては潤滑性に優れたもの、例えば、ソリュブル夕イブの水溶性クーラント液や、研削加工にはあまり使用されていないが、ェマルジョンタイプの水溶性クーラント液を使用するのが好ましい。また、油性のク一ラント液を用いることも考慮し得る。産業上の利用可能性

以上説明してきたように、本発明のねじ研削盤によれば、ワーク位置決め溝を備えたワーク固定台が研削抵抗に杭してねじ軸を下方から均一に支えることができ、研削加工の進行中にねじ軸が撓むことはなく、また、ワーク位置決め溝は断面 V字状に形成されているので、かかる溝内にねじ軸をセッ卜するに当たっては、該ねじ軸を予め所定の外径寸法に仕上げてさえあれば、ワーク位置決め溝内におけるねじ軸の軸芯位置を正確に把握することができるので、ねじ溝を研削加工するに当たり、研削抵抗に抗してねじ軸の真直度を維持することが可能であり、しかも従来の振れり止めのような面倒な調整が不要であり、ねじ溝を高精度に研削加工することが可能となる。

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Claims

請求の範囲

(1) 円筒状ワークの外周面に対してねじ溝の研削加工を行うねじ研削盤であつて、

基台と、この基台上を往復動自在に設けられたワークテーブルと、このワークテーブル上に設けられ、かかるワークテーブルの移動方向に沿って延びると共に上方に向けて拡開する断面 V字状のワーク位置決め溝を備えたワーク固定台と、前記基台に対して昇降自在に設けられた砥石送りテーブルと、この砥石送りテ一ブル上に設けられると共に前記ワーク位置決め溝にセットされたワークに対して砥石を鉛直上方から切り込ませる砥石へッドと、前記ワーク位置決め溝にセッ卜されたワークを前記ワークテーブルの往復動に同期して回転させる主軸へッドとから構成されることを特徴とするねじ研削盤。

(2) 前記ワークと砥石とが接する加工点は、ワークの中心軸に対して鉛直上方に位置していることを特徴とする請求項 1記載のねじ研削盤。

(3) 前記ワーク位置決め溝の V字状断面を二分する中心線は、ワークの研削加ェ時に該ワークに対して作用する加工合力と平行であることを特徴とする請求項 1記載のねじ研削盤。

(4) 前記主軸ヘッドは、その回転中心をワーク位置決め溝にセットされたヮークの軸心と合致させる芯高さ調整機構を備えていることを特徴とする請求項 1記載のねじ研削盤。

(5) 前記主軸ヘッドは、ワークの軸端に対して予め加工された回転支持部に嵌合するサポートベアリングを備えると共に、ワークに対して回転駆動力を伝達するカップリングを備えていることを特徴とする請求項 4記載のねじ研削盤。

(6) 前記砥石ヘッドは、砥石軸とワーク軸芯との交差角を適宜変更可能な旋回機構を介して、砥石送りテーブルに結合されていることを特徴とする請求項 1記載のねじ研削盤。