JP3772955B2

JP3772955B2 - センタレス研削方法

Info

Publication number: JP3772955B2
Application number: JP32857199A
Authority: JP
Inventors: 忠一佐藤; 清次吉川
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1999-11-18
Filing date: 1999-11-18
Publication date: 2006-05-10
Anticipated expiration: 2019-11-18
Also published as: JP2001138186A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研削砥石と調整車の間に円筒又は円すいの被加工物を入れ、該被加工物の外周を研削するセンタレス研削方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
センタレス研削では、回転砥石と調整車の間に被加工物を入れ、ワークレストで支持しつつ被加工物の外周を研削する。被加工物は、調整車とほぼ同じ周速で回転する。調整車は、回転砥石の軸心に対して数度傾いており、被加工物を一方向に押しつけたり送ったりするための力を発生させる。被加工物外周と調整車外周を被加工物全長にわたり接触させるために調整車はつづみ形をした特殊な形状に成形される。
【０００３】
図７に示す円筒状被加工物Ｗのセンタレス研削は、調整車１と、ワークレスト３とにより被加工物Ｗを保持し、回転砥石５にて被加工物Ｗを研削することで、その研削抵抗で被加工物Ｗをほぼ調整車１と同速度で回転させ、これとともに調整車１の回転軸を、手前側（図７の紙面の表面側）を上に傾斜させておくことで、被加工物Ｗを軸方向に連続的に送って研削（スルーフィード研削）を行う。この際、研削液８は、被加工物Ｗの上方に設けられた研削液ノズル７から、被加工物Ｗへと供給される。
【０００４】
また、図８、図９に示す円すい状被加工物Ｗのセンタレス研削は、金属からなる調整車１の外周に、ねじ状の溝９を設け、調整車１の回転に伴って軸方向にずれるこの溝９により被加工物Ｗを調整車１の軸方向に送って研削（スルーフィード研削）を行う。
【０００５】
スルーフィード研削では、回転砥石５の幅以上の長さの被加工物Ｗを連続的に加工できるので、長尺棒材の外径研削ができる。これに対し、インフィード研削では、段付き被加工物Ｗの総形研削が可能となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のセンタレス研削方法は、研削液に混入している砥粒や研削屑（カール状のもの）が、調整車、ワークレストに掛かり、被加工物との接触面に進入して加工精度を悪化させる。ここで、被加工物とワークレストとは「すべり」が主体で、異物を弾き出し易いため、加工精度（真円度、円筒度）への影響は少ないが、被加工物と調整車とは「ころがり」が主体で、異物を噛み込み易く、且つ異物の噛み位置が回転砥石と反対側の接点のため、加工精度をより悪化させる。この対策として、例えばフィルターを通過させることで供給前の研削液から異物を除去することも考えられるが、研削部で現に生じた異物（砥粒破砕、脱落、研削屑等）はその場では除去できず、特に砥石ドレッシング、調整車ツルーイング時の異物は全体に降りかかるため除去が困難で十分な効果を期待することができない。
【０００７】
また、図８、図９に示した金属調整車を使用する円すい状被加工物の研削では、調整車が金属であるため、摩擦係数が小さく、本来、調整車の駆動力によって被加工物が回転され、回転砥石の周速と差動を生じさせながら被加工物が研削されるのであるが、調整車と被加工物との間に異物の噛み込みがあると、回転砥石の回転によって被加工物の外周速が決定されるようになる。従って、被加工物が回転砥石によって回転されるようになり、被加工物の周速が回転砥石の周速に近づき、調整車の周速よりはるかに大きくなる所謂クラッシング状態となって、例えば被加工物の尾部が触れる等の不安定現象が発生する。即ち、調整車１、回転砥石５、被加工物Ｗの接触状態は、図１０に示すように、被加工物の幅方向中央部の断面Ａ−Ａ線で「ころがり」となり、他は全て「すべり」となる。図に示すように、円すいころ大径側では円すいころ周速＞調整車周速となり、小径側では円すいころ周速＜調整車周速となり、円すいころに作用する調整車からの摩擦力の方向は回転軸Ｘ−Ｘの垂直方向に対し、互いに反対方向になり、円すいころの小径側を浮き上がらせる方向に作用する。したがって、Ｘ−Ｘ軸が傾き易く不安定になる。そのところに、調整車１と被加工物Ｗとの間に異物が入ると、被加工物Ｗが調整車１に対して「すべり」、被加工物Ｗの外周速が回転砥石５の周速に近づく傾向になる。このことは、回転砥石５に、被加工物Ｗの幅だけクラッシング跡がみられることでも確認される。このような異物の噛み込みによりスルーフィード状態が変化すると、図８に示すように、調整車１との相対速度が、ΔＶ（＝ｖｔ）からΔＶ’と増大し、スルーフィード送りの本来の送り速度（ｖｔ）より大きくなり、軸方向隙間δｔ〔（調整車の溝幅）−（被加工物全長）〕＝０まで切り込み、回転砥石、調整車、被加工物にダメージを与える虞れが生じ、研削が不安定となって、生産能率を高めることが困難となった。なお、図８中、ＶR は調整車１の周速、ＶW は被加工物Ｗの周速、αは円すい角を表す。
【０００８】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、異物を調整車と被加工物との間に噛み込ませないようにするセンタレス研削方法を提供し、加工精度の向上、及び不安定現象を除去することによる生産能率の向上を図ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る請求項１記載のセンタレス研削方法は、回転砥石と、該回転砥石の軸心に対して所定角度傾けて配置した調整車との間に被加工物を入れ、該被加工物をワークレストで支持しつつ前記調整車とほぼ同じ周速で回転させながら該被加工物の外周を研削するセンタレス研削方法において、
前記調整車の被加工物下側に位置する部分に高圧洗浄水を吹き付けて洗浄し、同時に前記調整車の前記高圧洗浄水で洗浄される部分よりも更に回転方向上流側の部分をブラシにより洗浄するとともに、該ブラシによる洗浄部分に回転方向下流側から高圧洗浄水を吹き付けて洗浄しながら研削することを特徴とする。
【００１０】
このセンタレス研削方法では、調整車の被加工物下側に位置する部分が洗浄されながら、研削が行われ、特に加工精度に大きく影響を及ぼす、回転砥石と反対側の接点である調整車と被加工物との間に、研削部で生じた異物（砥粒破砕、脱落、研削屑等）が、調整車の回転により再び噛み込まれることがなくなる。これにより、高い真円度が得られるようになって、センタレス研削の加工精度が向上する。
【００１１】
このセンタレス研削方法では、噴射された洗浄液が調整車に高圧で吹きつけられ、調整車に付着して被加工物と調整車との間に噛み込まれようとする異物が吹き飛ばされて除去される。
【００１２】
このセンタレス研削方法では、このブラシが調整車に摺接し、調整車に付着して被加工物と調整車との間に噛み込まれようとする異物が掃かれるようにして除去される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るセンタレス研削方法の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係るセンタレス研削方法を実施するセンタレス研削盤の要部概略図である。なお、以下の各実施の形態において、同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略するものとする。
【００１４】
センタレス研削盤２１の研削部には回転砥石２３が設けられ、回転砥石２３は図示しない回転駆動機構により回転されることで外周で被加工物Ｗの外周面を研削する。回転砥石２３の近傍には回転砥石２３の軸心に対して所定角度傾けて調整車２５が配設され、調整車２５は被加工物Ｗとほぼ同じ周速で回転される。回転砥石２３と調整車２５との間隙には図１の下方からワークレスト２７が配設され、ワークレスト２７は上端で被加工物Ｗを支持する。回転砥石２３と調整車２５との間にはワークレスト２７と間隙を隔てて研削液ノズル２９が下向きに配設され、研削液ノズル２９は下端に開口したノズル部からワークレスト２７の方向に向かって研削液を吐出するようになっている。
【００１５】
このように構成されたセンタレス研削盤２１の研削部では、回転砥石２３と調整車２５との間に、円筒状の被加工物Ｗが送り込まれる。回転砥石２３と調整車２５との間に送り込まれた被加工物Ｗは、調整車２５と、ワークレスト２７とにより保持され、回転砥石２３にて外周が研削されることで、その研削抵抗でほぼ調整車２５と同速度で回転される。また、これとともに調整車２５の回転軸が、手前側（図１の紙面の表面側）を上に傾斜されていることで、被加工物Ｗを軸方向に連続的に送って研削（スルーフィード研削）が行われる。
【００１６】
ところで、本実施の形態によるセンタレス研削盤２１ではワークレスト２７と調整車２５との間に洗浄手段３１が配設され、洗浄手段３１は調整車２５の被加工物下側に位置する部分３３を洗浄するようになっている。この実施の形態による洗浄手段３１は、第一の高圧洗浄液噴射ノズル３５ａと、第二の高圧洗浄液噴射ノズル３５ｂと、ブラシ３７とを備えて構成される。
【００１７】
第一の高圧洗浄液噴射ノズル３５ａは、洗浄液供給管３９に設けられ、洗浄液を噴射することにより、被加工物Ｗに対する調整車２５の回転方向上流側から、被加工物Ｗと調整車２５とのころがり部までの洗浄を行い、調整車２５に付着して調整車２５と被加工物Ｗとの間に進入しようとする異物を除去する。
【００１８】
ブラシ３７は、基端が洗浄手段本体３１ａに植設され、先端が、調整車２５の被加工物下側に位置する部分３３に摺接し、調整車２５に付着して被加工物Ｗと調整車２５との間に噛み込まれようとする調整車回転方向上流側の異物を掃くようにして除去する。
【００１９】
第二の高圧洗浄液噴射ノズル３５ｂは、上述の第一の高圧洗浄液噴射ノズル３５ａと同様に洗浄液供給管３９に設けられ、調整車２５の回転方向下流側から、ブラシ３７と調整車２５との摺接部に向かって洗浄液を噴射することにより、ブラシ３７の摺接と共働して、調整車２５に付着して調整車２５と被加工物Ｗとの間に進入しようとする異物を除去する。
【００２０】
ブラシ３７の材質としては、ニッケル、コバルト、クロム等の合金、セラミック繊維等を好適に用いることができる他、ステンレス・ファイバー、炭素繊維も対象となる。材質の選定は、クリープ特性、摩擦・磨耗特性、耐錆性を考慮に入れて行う。ブラシ３７は、このような材質からなる細い繊維体の基端を、例えばバッキングプレート４１等を用いて洗浄手段本体３１ａに交換可能に挟持して設ける。
【００２１】
洗浄液は、研削液を可能な限りファインにフィルタリングし、且つ高圧で噴射させる。フィルタリングによる洗浄度の目安としては、０．１μｍ以上の砥粒や研削屑が除去できることが望ましい。また、洗浄液の噴射圧力は、３０〜５０ｋｇ／ｃｍ²を確保することが望ましい。
【００２２】
洗浄手段３１は、例えば被加工物Ｗの送り方向の移動に同期させて、移動させる構成とすることができる。この場合、ワークレスト２７と調整車２５との間隙には、調整車２５の軸線方向に延びる図示しないガイドレール等を設け、このガイドレールに摺動自在に洗浄手段本体３１ａを設けることで、被加工物Ｗの送りに同期させた移動が可能になる。また、洗浄手段３１は、調整車２５の軸方向に、複数のものを設けることが好ましい。これにより、連続加工される複数の被加工物Ｗが、同時に洗浄可能になる。
【００２３】
なお、洗浄手段３１は、第一の高圧洗浄液噴射ノズル３５ａ、第二の高圧洗浄液噴射ノズル３５ｂ、ブラシ３７のいずれか一つの構成のみが設けられるものであってもよい。つまり、調整車２５に付着して調整車２５と被加工物Ｗとの間に進入しようとする異物を効率的に除去できればよい。本実施の形態による洗浄手段３１では、これらを重複して作用させることにより、異物の確実な除去を可能にしている。
【００２４】
このセンタレス研削盤２１によるセンタレス研削方法では、調整車２５の被加工物下側に位置する部分３３が、洗浄手段３１によって洗浄されながら、研削が行われ、特に加工精度に大きく影響を及ぼす、回転砥石２３と反対側の接点である調整車２５と被加工物Ｗとの間に、研削部で現に生じた異物（砥粒破砕、脱落、研削屑等）が、調整車２５の回転により再び研削部に噛み込まれることがなくなる。これにより、高い真円度が得られるようになって、センタレス研削の加工精度が向上する。
【００２５】
ＨＤＤ軸受の音響問題では、砥粒系の異物が最も悪影響を及ぼすことが知られている。本実施の形態によるセンタレス研削の場合においても、この砥粒系の異物が、スクラッチ（引っかき傷）発生のみならず、研削精度にも悪影響を及ぼしていると考えられるため、回転砥石２３を常に洗浄することにより、これらの不具合が除去され、加工精度の高まることが十分に期待できる。
【００２６】
なお、本実施の形態は、工作機械用の円筒状被加工物Ｗに対してのセンタレス・スルーフィード研削を主に対象とするが、調整車の同様の洗浄は、円すい状被加工物のセンタレス・インフィード研削にも有効となる。
【００２７】
次に、円すい状被加工物をセンタレス研削する第一参考例であるセンタレス研削盤について説明する。図２は第一参考例であるセンタレス研削盤の要部概略図である。
【００２８】
センタレス研削盤５１の研削部には回転砥石５３が設けられ、回転砥石５３は図示しない回転駆動機構により回転されることで外周で被加工物Ｗの外周面を研削する。回転砥石５３の近傍には回転砥石５３の軸心に対して所定角度傾けて調整車５５が配設され、調整車５５は被加工物Ｗとほぼ同じ周速で回転される。回転砥石５３と調整車５５との間隙には図２の紙面の裏面側に図示しないワークレストが配設され、ワークレストは上端で被加工物Ｗを支持する。回転砥石５３と調整車５５との間にはワークレストと間隙を隔てて図２の紙面上方から図示しない研削液ノズルが下向きに配設され、研削液ノズルは下端に開口したノズル部からワークレストの方向に向かって研削液を吐出するようになっている。
【００２９】
調整車５５は、金属からなり、外周にはねじ状の溝５７が形成されている。センタレス研削盤５１では、回転砥石５３と、この調整車５５の溝５７との間に円すい状被加工物Ｗを入れ、被加工物Ｗをワークレストで支持しつつ調整車５５とほぼ同じ周速で回転させながら被加工物Ｗの外周をインフィード研削する。
【００３０】
ところで、調整車５５に形成された溝５７の溝底面５９には、溝幅方向中央部分に、砥粒入り高分子材６１が、溝底面５９から若干量突出して且つ表面が溝底面５９と平行となるように埋入されている。
【００３１】
より具体的には、砥粒入り高分子材６１は、例えばＳｉＣ、Ａｌ₂Ｏ₃等の砥粒（セラミックス）と、弾性を有する高分子材料とにより構成されている。砥粒入り高分子材６１は、調整車５５の軸線方向中央部に、被加工物Ｗの長さＬに対し、ｌ（例えばｌ／Ｌ＝１／２）、深さａで貼り付け、この状態で溝５７を研削仕上げして得る。
【００３２】
砥粒入り高分子材６１の若干の出張りδは、使用時の予圧となる（スチールに比べ弾性率小）。また、砥粒入り高分子材６１を埋入するための凹部６３は、溝５７のつば６５側にβ角だけ傾斜させる。溝５７及びつば６５面の手直し（破線）を考慮し、取代確保をしておくためである。そして、被加工物Ｗと調整車５５との全体的な摩擦係数は、最適となるように、ｌ／Ｌと、δとの諸寸法を適宜設定して決める。
【００３３】
このセンタレス研削盤５１では、金属製の調整車５５の溝底面５９の中央部に、砥粒入り高分子材６１が設けられることにより、被加工物Ｗがこの砥粒入り高分子材６１に接触し、高分子材の弾性による圧力発生と、砥粒によるスパイク効果とにより見かけ上の摩擦係数が大となる。これにより、円すい状被加工物Ｗの周速が回転砥石５３の周速に近づく現象が生じ難くなり、回転砥石５３による過大な周速増大が被加工物Ｗに発生せず、安定した研削が可能になって、生産能率が高まる。
【００３４】
次に、円すい状被加工物をセンタレス研削する第二参考例であるセンタレス研削盤について説明する。図３は第二参考例であるセンタレス研削盤の要部斜視図、図４は図３の調整車軸線方向から見た要部正面図である。
【００３５】
このセンタレス研削盤７１は、回転砥石５３と、調整車５５との間に、高圧流体噴射手段７３が配設されている。高圧流体噴射手段７３は、被加工物Ｗを挟んでワークレスト２７の反対側に配置される。高圧流体噴射手段７３のケーシング７５には送り方向に複数並んで送られるそれぞれの被加工物Ｗに対応して、スリット７７が開口され、スリット７７から噴射された高圧流体は被加工物Ｗの小径部に当たるようになっている。従って、高圧流体が当たった被加工物Ｗは、小径部のワークレスト２７からの浮き上がりが押さえられることになる。
【００３６】
より具体的には、ケーシング７５にはねじ状の回転弁７９が設けられ、この回転弁７９が調整車５５の回転に同期して回転されることで、スリット７７の開口が小径部の長さｓだけに規制されて開き、高圧流体が被加工物Ｗの送り方向に常に一致して供給されるようになっている。
【００３７】
この時の被加工物Ｗの押付力ｆは、供給圧ＰS 、スリット幅ｂとすると、ｆ＝ｂ・ｓ・ＰS となり、これだけの力が、ワークレスト２７への押し付け力として被加工物Ｗの小径部に加わることになる。この押付力ｆは、例えば、ｂ＝２ｍｍ，ｓ＝３ｍｍ，ＰS ＝３０ｋｇ／ｃｍ²とすると、１．８ｋｇとなる。
【００３８】
ここで、供給圧ＰS は、７０ｋｇ／ｃｍ²までは可能である。回転弁７９の回転駆動は同期モータにより行ってもよいし、調整車５５から歯車結合にて行うこともできる。歯車減速は、２段式にすれば容易に可能と考える。
【００３９】
このセンタレス研削盤７１では、被加工物Ｗを挟んでワークレスト２７と反対側に配設された高圧流体噴射手段７３から高圧流体が噴射されると、この高圧流体が被加工物Ｗの小径部を押圧することになる。これにより、被加工物Ｗの小径部がワークレスト２７に押さえつけられ、小径部のワークレスト２７からの浮き上がりが阻止され、被加工物Ｗが送り方向下流側の調整車５５の溝隙間まで異常前進することが防止される。
【００４０】
次に、円すい状被加工物をセンタレス研削する第三参考例であるセンタレス研削盤について説明する。図５は第三参考例であるセンタレス研削盤の要部斜視図、図６は図５の調整車軸線方向から見た要部正面図である。
【００４１】
このセンタレス研削盤８１は、回転砥石５３と、調整車５５との間に、押圧ローラ８３が配設されている。押圧ローラ８３は、被加工物Ｗを挟んでワークレスト２７の反対側に配置される。押圧ローラ８３の外周にはねじ状の弾性体８５が巻装され、弾性体８５のピッチは送り方向に並んだ被加工物Ｗの小径部に一致する間隔となっている。この弾性体８５は、例えばゴム、樹脂により形成される。押圧ローラ８３は、弾性体８５を介して被加工物Ｗの小径部を押すことで、小径部のワークレスト２７からの浮き上がりを阻止している。また、押圧ローラ８３は、小径となるため、バックアップローラ８６にて剛性の補助を行うことが好ましい。
【００４２】
センタレス研削盤による軸受リングの研削では、倒れ精度を良くするために弾性体であるリングをトップ・ブレード（上部ワークレスト）と同様のリング押さえで押し付ける方法が行われている（但し、リング頂点で）。本第三参考例は、この逆でソリッドの被加工物Ｗを弾性体で押す方法である。この場合、被加工物Ｗと押圧ローラ８３の周速差はほぼ調整車５５の周速に近くなるため、押圧ローラ８３、弾性体８５の材質としては、すべり磨耗に強い材質の選定が大切となる（例えば炭素繊維やグラスファイバー等）。
【００４３】
また、被加工物Ｗ、押圧ローラ８３、バックアップローラ８６の中心は、一直線上に配置される。従って、押圧ローラ８３は調整車５５と同期回転、バックアップローラ８６は押圧ローラ８３と同速度となる。
【００４４】
このセンタレス研削盤８１では、被加工物Ｗを挟んでワークレスト２７と反対側に配設された押圧ローラ８３が被加工物小径部を押圧することで、被加工物小径部のワークレスト２７からの浮き上がりが阻止され、被加工物Ｗが送り方向下流側の調整車５５の溝隙間まで異常前進することが防止される。
【００４５】
また、上述した各実施の形態のセンタレス研削盤では、調整車回転軸のスルーフィードアングルにおいて、従来手前を上げていたのを（心高は下がる）、逆に手前を下げるセットとすることが、被加工物Ｗの浮き上がりを阻止する上で、より良好な効果を招請する。つまり、調整車回転軸のスルーフィードアングルの被加工物送り方向上流側を、被加工物送り方向下流側より下げる。
【００４６】
このようにして、調整車回転軸の被加工物送り方向上流側が下げられることで、研削部入口で心高が大となり（調整車の心高が下がり）、研削部出口で心高が小となる（調整車の心高が上がり）。そして、被加工物Ｗの小径部が例え多少浮き上がっても、調整車及び回転砥石の軸線に対して常に傾斜角が確保されることにより、送り方向の分力の発生が防がれ、不安定現象が発生せず、調整車の回転数を増大させ、高能率且つ安定した研削が可能になる。但し、頭部と調整車の接点を考え、頭部チャンファー精度、チャンファー傷等の対策が必要となる。このような手段は、（不安定研削）ジャーが特に問題となる粗工程に有効と考える。これらを総合的に考え、調整車の心高調整により、被加工物Ｗの周速角度を適宜調整することができるようになる。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係るセンタレス研削方法は、調整車の被加工物下側に位置する部分を洗浄しながら研削するので、特に加工精度に大きく影響を及ぼす、回転砥石と反対側の接点である調整車と被加工物との間に、研削部で生じた異物が、調整車の回転により再び噛み込まれるのを確実に阻止することができ、高い真円度が得られるようになる。この結果、センタレス研削の加工精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るセンタレス研削方法を実施するセンタレス研削盤の要部概略図である。
【図２】第一参考例であるセンタレス研削盤の要部概略図である。
【図３】第二参考例であるセンタレス研削盤の要部斜視図である。
【図４】図３の調整車軸線方向から見た要部正面図である。
【図５】第三参考例であるセンタレス研削盤の要部斜視図である。
【図６】図５の調整車軸線方向から見た要部正面図である。
【図７】従来のセンタレス研削方法を実施するセンタレス研削盤の要部概略図である。
【図８】従来の円すい状被加工物をセンタレス研削するセンタレス研削盤の回転砥石から被加工物を見た側面図である。
【図９】図８の円すい状被加工物を調整車の軸線方向から見た正面図である。
【図１０】回転砥石と、調整車と、円すい状被加工物との接触状態を示す調整車の軸線直交方向から見た平面図である。
【符号の説明】
２１、５１、７１、８１センタレス研削盤
２３、５３回転砥石
２５、５５調整車
２７ワークレスト
３１洗浄手段
３３調整車の被加工物下側に位置する部分
３５ａ、３５ｂ高圧洗浄液噴射ノズル
３７ブラシ
５７溝
５９溝底面
６１砥粒入り高分子材
７３高圧流体噴射手段
８３押圧ローラ
Ｗ被加工物

Claims

回転砥石と、該回転砥石の軸心に対して所定角度傾けて配置した調整車との間に被加工物を入れ、該被加工物をワークレストで支持しつつ前記調整車とほぼ同じ周速で回転させながら該被加工物の外周を研削するセンタレス研削方法において、
前記調整車の被加工物下側に位置する部分に高圧洗浄水を吹き付けて洗浄し、同時に前記調整車の前記高圧洗浄水で洗浄される部分よりも更に回転方向上流側の部分をブラシにより洗浄するとともに、該ブラシによる洗浄部分に回転方向下流側から高圧洗浄水を吹き付けて洗浄しながら研削することを特徴とするセンタレス研削方法。