JP2016055400A - 研削盤におけるワーク軸と砥石面との芯出し方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な方法でギア（歯車）加工を行う場合にワーク軸と砥石面との芯出しを高精度に行う。
【解決手段】研削盤の砥石が切り込む方向であるＸ軸に平行な基準面を含む略円盤状又は矩形の被研削材から成る芯ずれ量検出用ワークを用意し、基準面をＸ軸に平行にした状態で芯ずれ量検出用ワークをワーク軸上に取り付け、砥石を回転させつつ砥石台をＸ軸上で移動させて砥石により芯ずれ量検出用ワークにＸ軸に平行な第１の溝を削り、第１の溝を削った芯ずれ量検出用ワークを、ワークスピンドルを回転させて１８０度回転させた状態で、砥石を回転させつつ砥石台をＸ軸上で移動させて砥石により芯ずれ量検出用ワークにＸ軸に平行な第２の溝を削り、基準面からの第１又は第２の溝それぞれのＸ軸に平行な中心線までの距離をＬ１、Ｌ２とする時、芯ずれ量ｅ＝（Ｌ１−Ｌ２）／２で表される芯ずれ量ｅを求め、芯ずれ量ｅを考慮して砥石のドレッシングを行う。
【選択図】 図７

Description

本発明は、研削盤におけるワーク軸と砥石面との芯出し方法に関し、特に、ギア（歯車）加工を行う研削盤におけるワーク軸と砥石面との芯出し方法に関する。

研削盤を用いてギア（歯車）加工を行う場合、砥石の中心面とワーク軸の中心を正確に合わせる必要があり、合わせないと、研削されたギア（歯車）の歯形が傾いてしまう。
従来、このようなギア（歯車）研削における歯形の傾きを防止するために、例えば、超音波センサを用いてネジ状砥石と被加工歯車の歯合わせを行う方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、歯車研削装置の複雑な形状の砥石とワーク軸のアンバランスを、バランスピースとオートバランサーを含むバランス補正機構を用いて自動的に補正する研削盤が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０００−３２６１４１号公報 特開２００１−２３２５６３号公報

しかしながら、従来例では、特許文献１記載のように、歯合わせのために特別な超音波センサが必要であり、或いは特許文献２記載のように、構成上複雑なバランス補正機構が必要であるため、システム構成が複雑となってしまう。このため、より簡単な構成でありながら、ギア（歯車）加工を行う場合等におけるワーク軸と砥石面との芯出しを高精度に行うことができる技術の開発が望まれていた。

本発明は上述のような事情から為されたものであり、その目的は、簡単な構成でありながら、ギア（歯車）加工を行う場合等におけるワーク軸と砥石面との芯出しを高精度に行うことができる技術を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の研削盤におけるワーク軸と砥石面との芯出し方法は、ベッド上に載置された加工ベース部と、前記加工ベース部上に回転可能に軸受けされ回転可能なワークスピンドルと、前記ベッド上に載置されたワーク支持台と、前記ワーク支持台に設置され、前記ワークスピンドルとの間にワークを設置するために上下方向に移動可能な芯押し台、前記加工ベース部に対して所定方向（Ｘ軸方向）に移動可能なコラムと、前記コラムに設けられ、前記コラムに対して所定方向（Ｚ軸方向）に移動可能な砥石台と、前記砥石台に（Ａ軸方向に）回動可能に支持される砥石軸と、前記砥石軸に着脱される砥石と、前記ワークスピンドル、芯押し台、コラム、砥石台及び砥石軸を駆動し或いは回転駆動する駆動手段とを少なくとも備える研削盤において、前記Ｘ軸に平行な基準面を含む略円盤状又は矩形の被研削材から成る芯ずれ量検出用ワークを用意する工程と、前記基準面を前記前記Ｘ軸に平行にした状態で前記芯ずれ量検出用ワークをワーク固定用ジグを介して、ワークスピンドル軸、すなわち、ワーク軸上に取り付ける工程と、前記砥石を回転させつつ前記砥石台を前記Ｘ軸上で移動させて砥石により前記芯ずれ量検出用ワークに前記Ｘ軸に平行な第１の溝を削る工程と、前記第１の溝を削った前記芯ずれ量検出用ワークを、ワークスピンドルを回転させて１８０度回転させた状態で、前記砥石を回転させつつ前記砥石台を前記Ｘ軸上で移動させて砥石により前記芯ずれ量検出用ワークに前記Ｘ軸に平行な第２の溝を削る工程と、前記基準面からの前記第１又は第２の溝それぞれの前記Ｘ軸に平行な中心線までの距離をＬ１、Ｌ２とする時、芯ずれ量ｅ＝（Ｌ１−Ｌ２）／２で表される芯ずれ量ｅを求める工程と、前記芯ずれ量ｅを考慮して前記砥石のドレッシングを行う工程と、を有することを特徴とする。

このように、本発明の研削盤におけるワーク軸と砥石面との芯出し方法は、研削盤を用いてギア（歯車）加工を行う場合、研削盤の砥石が切り込む方向であるＸ軸に平行な基準面を含む略円盤状又は矩形の被研削材から成る芯ずれ量検出用ワークを用意し、基準面をＸ軸に平行にした状態で芯ずれ量検出用ワークをワーク軸に取り付け、砥石により前記芯ずれ量検出用ワークに前記Ｘ軸に平行な第１の溝を削り、第１の溝を削った芯ずれ量検出用ワークを１８０度回転させた状態で、砥石により前記芯ずれ量検出用ワークに前記Ｘ軸に平行な第２の溝を削り、基準面からの第１又は第２の溝それぞれのＸ軸に平行な中心線までの距離をＬ１、Ｌ２とする時、芯ずれ量ｅ＝（Ｌ１−Ｌ２）／２で表される芯ずれ量ｅを求め、芯ずれ量ｅを考慮して砥石のドレッシングを行うので、簡単な方法でありながら、ギア（歯車）加工を行う研削盤の砥石の中心面とワーク軸の中心を正確に芯合わせすることができる。

前記芯ずれ量検出用ワークは、カーボン材から構成されているのが好適である。このような構成によれば、第１の溝と第２の溝を削り易くて便宜である。

本発明によれば、簡単な方法でありながら、ギア（歯車）加工を行う場合におけるワーク軸と砥石面との芯出しを高精度に行うことができる。

比較例として、本発明の芯出し方法を用いない場合のギア研削について説明するための図であり、（ａ）は、砥石によりワーク軸上のワークを研削する様子を示す図、（ｂ）は、ワーク軸の中心線と砥石の中心面とがずれている場合を示す平面図、（ｃ）は、ワーク軸の中心線と砥石の中心面との芯合わせ（芯出し）を示す平面図、（ｄ）は、芯合わせ（芯出し）をしない場合の歯形精度測定結果を示す図であり、歯形が傾いていることが分かる、（e）は、芯合わせを行った場合の歯形精度測定結果を示す図である。 本発明が適用される研削盤の全体構成を示す斜視図である。 本発明が適用される研削盤の全体構成を示す側面図である。 芯押しについての説明図であり、（a）は芯押し台とワークスピンドルを示し、（b）は、その芯押し台とワークスピンドルの間に固定用ジグを用いてワークが取り付けられた状態を示す。 本発明が適用される研削盤の全体構成を示す斜視図であり、本発明の実施形態に係る芯出し方法を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る芯出し方法を説明するための図であり、（ａ）は、芯ずれ量検出用ワークを示す図、（ｂ）は、ワーク軸と砥石を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る芯出し方法を説明するための図であり、その要点となる芯ずれ量検出用ワークを示す平面図である。 本発明の実施形態に係る芯出し方法を説明するための図であり、芯ずれ量検出後の砥石のドレッシングを示す模式図である。 本発明の実施形態に係る芯出し方法を用いて製作可能なギアの例を示す図であり、（ａ）はモジュール３の平歯車、（ｂ）はモジュール１の平歯車、（ｃ）はモジュール１の平歯車とネジを研削したサンプルワーク、（ｄ）はスプラインとネジを研削したサンプルワーク、を示す。

まず、本発明の理解を容易にするため、本発明を用いない比較例に関して、その解決すべき問題点等を説明しておく。図１は、比較例として、本発明の芯出し方法を用いない場合のギア研削について説明するための図であり、（ａ）は、砥石によりワーク軸上のワークを研削する様子を示す図、（ｂ）は、ワーク軸の中心線と砥石の中心面とがずれている場合（芯出し無し）を示す平面図、（ｃ）は、ワーク軸の中心線と砥石の中心面との芯合わせ（芯出し）を示す平面図、(d)は、芯合わせ（芯出し）をしない場合の歯形精度測定結果を示す図であり、歯形が傾きていることが分かる。(e)は、芯合わせを行った場合の歯形精度測定結果を示す図である。この例の機械（研削盤）構成では、図１（ａ）に示すように、砥石Ｔは、縦に位置させた状態で回転させてワーク軸ＡＸ上のワークＷを研削する。この場合、図１（ｃ）に示すように、砥石Ｔの中心面と回転するワーク軸ＡＸの中心線を一致させる（同一線上に位置させる）ことが必要であり、そうでないと図１（ｄ）に示すように、ギアの歯形Ｈが理想的な形状から傾いてしまう。

図２は、本発明が適用される研削盤の全体構成を示す斜視図、図３は、その側面図である。図４は、芯押しについての説明図であり、（a）は芯押し台とワークスピンドルを示し、（b）は、その芯押し台とワークスピンドルの間に固定用ジグを用いてワークが取り付けられた状態を示す。図２及び図３に示すように、研削盤１００は、ベッド１０２と、ベッド１０２上に載置された加工ベース部１０４と、加工ベース部１０４に対して所定方向（Ｘ軸方向）に移動可能なコラム１０６と、コラム１０６に設けられ、コラム１０６に対して所定方向（Ｚ軸方向）に移動可能な砥石台１０８と、砥石台１０８に（Ａ軸方向に）回動可能に支持される砥石軸１１０と、砥石軸１１０に着脱される砥石１１２と、コラム１０６、砥石台１０８及び砥石軸１１０を駆動し或いは回転駆動する駆動手段（図中特定せず）を有している。加工ベース部１０４には、ワーク支持台１１４が設けられ、ワーク支持台１１４にはワークスピンドル１１４ａが（Ｃ軸）回転可能に軸承されている。また、図４（a）にも示すように、ワークスピンドル１１４ａには芯押し１１６が設置されている。 また、ワーク支持台１１４の立設部１１４ｂの上端側には、芯押し台１１７が上下動可能に設けられており、芯押し台１１７にはワークの上側支持用芯押し１１８が設置されている。ワ−クＷは、図４（ｂ）に示すように、ワークスピンドル側芯押し１１６と、上側支持用芯押し１１８により両側から芯押しされて、固定用ジグ１１９を介してワークスピンドル１１６と共に回転する。即ち、図４（a）に詳しく示すように、ワークスピンドル１１４ａにはワークスピンドル側芯押し１１６が設けられ、これに対して、上方の芯押し台１１７には、芯押し台側芯押し１１８が設けられ、芯押し台１１７が上下動可能に構成されている。また、図４（b）に詳しく示すように、例えば、円筒状のワークＷの軸方向の両端部には、それぞれ芯押し用穴ＷＧが形成されており、これらの穴ＷＧを介してワークＷは、ワークスピンドル側芯押し１１６と芯押し台側芯押し１１８により両側から芯押しされて、回転可能に軸承される。即ち、ワークスピンドル側芯押し１１６と芯押し台側芯押し１１８に対しては、芯押し用穴ＷＧが滑ってワークＷが回転するように構成されている。ここで、ワークスピンドル１１４aには固定用ジグ１１９が取り付けられており、この固定用ジグ１１９によりワークＷの下端側を固定することで、ワークスピンドル１１４aとワークＷが共に回転するようになっている。これに対して、上方の芯押し台側芯押し１１８に対しては、芯押し用穴ＷＧが滑ってワークＷが回転するように構成されている。

図５乃至図８は、本発明の実施形態に係る芯出し方法を説明するための図である。図５は、本発明が適用される研削盤の全体構成を示す斜視図であり、本発明の実施形態に係る芯出し方法を説明するための図である。図６は、本発明の実施形態に係る芯出し方法を説明するための図であり、（ａ）は、芯ずれ量検出用ワークを示す図、（ｂ）は、ジグ１１９を介してワークスピンドルに取付けられた芯ずれ検出用ワーク２００と砥石１１２を模式的に示す図である。図７は、本発明の実施形態に係る芯出し方法を説明するための図であり、その要点となる芯ずれ量検出用ワークを示す平面図である。図８は、本発明の実施形態に係る芯出し方法を説明するための図であり、芯ずれ量検出後の砥石のドレッシングを示す模式図である。

本発明の実施形態に係る芯出し方法を実施するには、まず、最初の工程として、芯ずれ量検出用ワーク２００を用意する。図６（ａ）に示すように、芯ずれ量検出用ワーク２００は、円盤状の板材の一部を直線状に切り欠いた形状に形成されている。中心には、ワーク固定用ジグ１１９に取り付けられるように、円形の穴Ｇが形成されている。ここで、芯ずれ量検出用ワーク２００における円盤状の板材の一部を直線状に切り欠いた面ＳＴＤは、基準面であり、この基準面ＳＴＤが研削盤１００のＸ軸と平行になるように、ダイヤルゲージを使って調整しておく。

ここで、図５に示すように、砥石軸１１０をＡ軸方向で回動させて砥石１１２が縦になるようにしておく。そして、芯ずれ量検出用ワーク２００を、図６（ｂ）に示すように、ワークスピンドル１１４ａに円盤状の面が上下方向を向くように取り付け、ワークスピンドル軸１１４ａを回転させないで、芯ずれ量検出用ワーク２００を固定したまま、砥石１１２を接近させて芯ずれ量検出用ワーク２００を切り込んでいく。即ち、その芯ずれ量検出用ワーク２００を固定用ジグ１１９に嵌め込んで固定した上で、円形の穴Ｇの中心線に対して径方向に対称的な箇所に図６に示す形状の溝１と溝２を切り欠いて形成することで、芯ずれ量ｅを求められるようにする。具体的には、図６（ａ）（ｂ）に示すように、砥石１１２を用いて図６に示す溝１を削った後に、ワークスピンドル１１４ａを回転させることで、芯ずれ量検出用ワーク２００を１８０度回転させてから図７に示す溝２を削り、溝１と溝２の基準面ＳＴＤとの距離を測定する。

芯ずれ量ｅは、ｅ＝（Ｌ１−Ｌ２）／２で表される（図７参照）。

次に、芯ずれ量ｅが算出されたら、その芯ずれ量ｅに合わせて砥石をドレッシングする。即ち、図８に示すように、砥石台１０８をＡ軸方向で回動させて砥石１１２が横になるようにし、芯ずれ量ｅをキャンセルするように、ドレッサーＤＲ（図２乃至図５では図示せず）にて砥石１１２の成形を行う。尚、芯ずれ量検出用ワーク２００は、材料にカーボンを使うと、溝１と溝２を削り易くて便宜である。即ち、溝１と溝２を早く（短時間で）削ることができ、砥石の摩耗も少ないので、芯ずれ量検出用ワークの材質として好適である。

以上のように、芯ずれ量ｅをキャンセルするように砥石１１２の成形を行うことで、以後、この砥石１１２を用いてギア研削を行う場合にも、図１（ｃ）に示したように、砥石１１２の中心面と回転するワークスピンドル１１４ａの中心線を一致させる（同一線上に位置させる）ことができるので、図１（ｄ）に示したように、ギアの歯形Ｈが傾いてしまうことが無くなる。そして、このように本発明の芯出し方法を用いれば、砥石１１２を用いてギア（歯車）研削を行うことにより、歯形の傾きを生じることなく、図９（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示すような各種のギア（歯車）やスプラインを研削することができる。図９は、本発明の実施形態に係る芯出し方法を用いて製作可能なギア及びスプラインの例を示す図であり、（ａ）はモジュール３の平歯車、（ｂ）はモジュール１の平歯車、（ｃ）はモジュール１の平歯車とネジを研削したサンプルワーク、（ｄ）はスプラインとネジを研削したサンプルワーク、を示す。尚、本発明の芯出し方法を用いた場合の各種ギア研削について、図１（ｄ）に示したのと同様の検査を行ったところ、歯形（の傾き）を示す線Ｈは、図１（e）に示すように、まっすぐ（直線状）になり、歯形の傾きを有効に解消することができた。

本発明によれば、簡単な方法でありながら、ギア（歯車）加工を行う場合におけるワーク軸と砥石面との芯出しを高精度に行うことができる。また、同じ研削盤でネジ研削、外周研削、端面研削、及びギア（歯車）又はスプライン研削を行いやすくなるので、工程の短縮化等のメリットも大きい。

本発明の研削盤におけるワーク軸と砥石面との芯出し方法は、大きさ・材質・用途を問わず様々なギア（歯車）の研削やスプラインの研削に適用できる。また、ネジとギア（歯車）やスプラインをひとつのワークに加工するよう複合研削を行う場合等にも適用可能なのは勿論である。

１００ 研削盤、１０２ ベッド、 １０４ 加工ベース部、 １０６ コラム、
１０８ 砥石台、 １１０ 砥石軸、 １１２ 砥石、 １１４ ワーク支持台、
１１４ａ ワークスピンドル、 １１４ｂ 立設部、 １１６ 芯押し、
１１７ 芯押し台、 １１８ 上側支持用芯押し、 １１６ ワークスピンドル側芯押し、
１１９ 固定用ジグ、 １１８ 芯押し台側芯押し、Ｗ ワーク、 ＷＧ 芯押し用穴、
２００ 芯ずれ量検出用ワーク、 Ｇ 円形の穴、 ＳＴＤ 基準面、
１ 溝、 ２ 溝、 ｅ 芯ずれ量

Claims (2)

1. ベッド上に載置された加工ベース部と、前記加工ベース部上に回転可能に軸受けされ回転可能なワークスピンドルと、前記ベッド上に載置されたワーク支持台と、前記ワーク支持台に設置され、前記ワークスピンドルとの間にワークを設置するために上下方向に移動可能な芯押し台、前記加工ベース部に対して所定方向（Ｘ軸方向）に移動可能なコラムと、前記コラムに設けられ、前記コラムに対して所定方向（Ｚ軸方向）に移動可能な砥石台と、前記砥石台に（Ａ軸方向に）回動可能に支持される砥石軸と、前記砥石軸に着脱される砥石と、前記ワークスピンドル、芯押し台、コラム、砥石台及び砥石軸を駆動し或いは回転駆動する駆動手段とを少なくとも備える研削盤において、
   前記Ｘ軸に平行な基準面を含む略円盤状又は矩形の被研削材から成る芯ずれ量検出用ワークを用意する工程と、
   前記基準面を前記前記Ｘ軸に平行にした状態で前記芯ずれ量検出用ワークを、ワーク固定用ジグを介して、ワークスピンドル軸、すなわち、ワーク軸上に取り付ける工程と、
   前記砥石を回転させつつ前記砥石台を前記Ｘ軸上で移動させて砥石により前記芯ずれ量検出用ワークに前記Ｘ軸に平行な第１の溝を削る工程と、
   前記第１の溝を削った前記芯ずれ量検出用ワークを、ワークスピンドルを回転させて１８０度回転させた状態で、前記砥石を回転させつつ前記砥石台を前記Ｘ軸上で移動させて砥石により前記芯ずれ量検出用ワークに前記Ｘ軸に平行な第２の溝を削る工程と、
   前記基準面からの前記第１又は第２の溝それぞれの前記Ｘ軸に平行な中心線までの距離をＬ１、Ｌ２とする時、芯ずれ量ｅ＝（Ｌ１−Ｌ２）／２で表される芯ずれ量ｅを求める工程と、
   前記芯ずれ量ｅを考慮して前記砥石のドレッシングを行う工程と、を有することを特徴とする研削盤におけるワーク軸と砥石面との芯出し方法。
2. 前記芯ずれ量検出用ワークは、カーボン材から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の研削盤におけるワーク軸と砥石面との芯出し方法。
   
   
   

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