JP5371296B2 - ねじ状ドラムの研削方法 - Google Patents

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Description

この発明は、テーパころ軸受のテーパころ外径のセンタレス研削や超仕上げ加工に用いられるねじ状ドラムの研削方法に関するものである。
図1に示すようなテーパころ軸受のテーパころは、図2および図3に示すセンタレス研削装置や、図4および図5に示すような超仕上げ加工装置によって研削加工や超仕上げ加工がなされる。これらのセンタレス研削加工や超仕上げ加工においては、ワークを支持するねじ状回転軸ドラムが用いられる。これらドラムは、図6および図7に示すねじ研削盤によってねじ研削加工される。ねじ加工時のドラムの回転数は、機械仕様や加工能力等により決められる。
特許文献1ないし3は、研削における回転数に言及しており、いずれも加工ワークそのものの真円度精度を向上させるために、加工中に主軸回転数を変化、あるいは決定することが開示されている。
特開平4−256573号公報 特開平6−198566号公報 特開2001−328067号公報 特許第3871015号公報
上記のようなねじ研削においては、砥石のアンバランス等による振動(砥石のバランス出しにより小さくなるが、ゼロにはならない)により、ドラム研削面に微小なビビリが生じる。この研削面のビビリは、テーパころ外径のセンタレス研削や超仕上げ加工においてテーパころを振動させ、テーパころ外径の真円度を悪化させる。特に、テーパころ外径の円周長さがドラムのビビリの周期長さの倍数に一致する場合は、テーパころの外径にドラムのビビリの周期の角数歪が生じ、テーパころ外径の真円度を悪化させる。
特許文献1ないし3は、研削における回転数に言及しているが、加工ワークそのものの真円度精度を向上させるために、加工中に主軸回転数を変化、あるいは決定するものであり、ドラム研削面のビビリとテーパころ外径のセンタレス研削や超仕上げ加工におけるテーパころ外径の真円度との関係について言及するものではない。
この発明の目的は、ねじ状ドラムのビビリ角数を変えることにより、そのドラムを用いて加工するテーパころの真円度精度を向上させることができるねじ状ドラムの研削方法を提供することである。
この発明のねじ状ドラムの研削方法は、螺旋状に続く円すい面状の案内ねじ面を外周に有し、テーパころの外周面の加工時にテーパころを前記案内ねじ面に転接させて案内するねじ状ドラムにつき、このねじ状ドラムを回転させながら前記案内ねじ面を砥石で研削する方法であって、上記砥石の回転数である砥石回転数をNg、前記ねじ状ドラムと前記テーパころが転がり接触する前記ねじ状ドラムの前記案内ねじ面における基準ドラム径をDd、前記テーパころの基準テーパころ径をdwとしたとき、前記ねじ状ドラムの毎分の回転数であるドラム回転数Ndより計算される、(dw/Dd)×(Ng/Nd)の値を、整数と一致しない値とすることを特徴とする。
この構成のねじ状ドラムの研削方法によれば、砥石回転数(砥石アンバランス)により生じるドラム研削面のビビリ(1回転当りの角数)Ud=Ng/Ndであるから、ドラム研削面のビビリにより生じるテーパころ1回転当りの振れ数Uwに相当する(dw/Dd)×(Ng/Nd)の値を整数に一致しないようにすることにより、このドラムを用いてセンタレス研削や超仕上げ加工によってテーパころの研削加工や超仕上げ加工を行う場合に、整数の角数歪が生じ難くなり、テーパころの外径の真円度が向上する。
この発明において、基準テーパころ径dwを中央径、基準ドラム径Ddをテーパころ中央部が前記案内ねじ面に接する位置のドラム径(ドラム中央径)としても良い。または、基準テーパころ径dwを中央径と小径の間の径dwx、基準ドラム径Ddをテーパころ中央径と小径の間の径dwxが前記案内ねじ面に接する位置のドラム径としても良い。
この発明において、砥石回転数Ng、またはドラム回転数Nd、または砥石回転数Ngおよびドラム回転数Ndの両方を変更するようにしても良い。このように、砥石回転数Ngおよびドラム回転数Ndの少なくとも一方を変更することにより、(dw/Dd)×(Ng/Nd)の値を整数に一致しないようにすることができるから、設計が行い易く、また設計自由度も向上する。
特許文献4において、ドラムとテーパころの転がり点について言及しており、転がり点はテーパころの中央部から小径部の間と考えられることが開示されている。
通常、テーパころの中央径と小径の差は数%であるので、(dw/Dd)×(Ng/Nd)が整数±数%以内にならないようにすることで転がり点が中央径と小径の間のどの径であっても(dw/Dd)×(Ng/Nd)を整数と一致しないようにすることができる。
この発明において、前記ねじ状ドラムの前記案内ねじ面の研削を行う過程が、粗研削過程と精研削過程とを含み、精研削過程時に、前記(dw/Dd)×(Ng/Nd)の値を整数と一致しない値とするようにしても良い。精研削過程時のみにおいて、前記(dw/Dd)×(Ng/Nd)の値を整数と一致しない値とすることによって、このドラムを用いた研削加工や超仕上げ加工でのテーパころの外径の真円度を向上させることができるから、ドラムのねじ研削加工の効率化が図られる。
この発明において、前記テーパころの外径面の加工がセンタレス加工であり、前記(dw/Dd)×(Ng/Nd)の値を整数と一致しない値とする構成に代えて、前記(dw/Dd)×(Ng/Nd)の値を、整数1、3、5、7の内のいずれの整数とも一致しない値とするようにしても良い。センタレス加工において、テーパころ1回転当りの振れ数Uw(角数)の内、特に問題となる角数は、9角未満の場合、3、5、7角である。したがって、Uwをこれらいずれの整数とも一致しないようにすることにより、テーパころの外径の真円度を向上させることができる。これら以外の角数は、それぞれの加工において修正能力があり、真円度を悪化させ難いので問題とする必要がない。また、テーパころ1回転当りの振れ数Uw(角数)が1に一致しないようにすることにより、偏心が生じることを避けることができる。
また、この発明において、前記テーパころの外径面の加工が超仕上げ加工であり、前記(dw/Dd)×(Ng/Nd)の値を整数と一致しない値とする構成に代えて、前記(dw/Dd)×(Ng/Nd)の値を、整数1、2、5、6、8、9の内のいずれの整数とも一致しない値とするようにしても良い。超仕上げ加工においては、テーパころ1回転当りの振れ数Uw(角数)の内、特に問題となる角数は、12角未満の場合、2、5、6、8、9角である。したがって、上記と同様、Uwをこれらいずれの整数とも一致しないようにすることにより、テーパころの外径の真円度を向上させることができる。これら以外の角数は、それぞれの加工において修正能力があり、真円度を悪化させ難いので問題とする必要がない。また、この場合も、テーパころ1回転当りの振れ数Uw(角数)が1に一致しないようにすることにより、偏心が生じることを避けることができる。
この発明のねじ状ドラムの研削方法が、ドラム使用径全範囲に適用されるものとしても良い。すなわち、前記ねじ状ドラムが使用されて前記案内ねじ面の摩耗により前記ドラム径が変化することを想定した設定範囲であるドラム使用径全範囲について、
(dw/Dd)×(Ng/Nd)の値を、
整数と一致しない値とする。
センタレス研削や超仕上げ加工に使用されるドラムは磨耗し、再研削修理され、そして再利用されるため、ドラム径は徐々に小さくなる。そのため、テーパころ1回転当りの振れ数Uwも変化する。その変化したドラム径に応じて、ドラム回転数Nd、あるいは砥石回転数Ngを決めれば良いが、これは非常に面倒である。そこで、変化するドラム径範囲全てにおいて、テーパころ1回転当りの振れ数Uwが整数にならないようにすることにより、ワーク毎に一定のドラム回転数Nd、あるいは砥石回転数Ngを設定することができ、変化したドラム径に応じて、ドラム回転数Nd、あるいは砥石回転数Ngを決めるような煩わしい設定が不要とされる。
この発明において、同一のドラムを前記外周面の加工に用いるテーパころが、複数型番のものであるようにしても良い。ドラムの数量を増やさないために、同じドラムで複数型番のテーパころを対象としてその外周面の加工を行うことがあるが、この場合、それら全ての対象型番に対し、テーパころ1回転当りの振れ数Uwが整数と一致しないようにすることにより、テーパころの真円度精度を向上させると共に、テーパころの外周面加工効率も向上する。
この発明のねじ状ドラムの研削方法は、螺旋状に続く円すい面状の案内ねじ面を外周に有し、テーパころの外周面の加工時にテーパころを前記案内ねじ面に転接させて案内するねじ状ドラムにつき、このねじ状ドラムを回転させながら前記案内ねじ面を砥石で研削する方法であって、上記砥石の回転数である砥石回転数をNg、前記ねじ状ドラムと前記テーパころが転がり接触する前記ねじ状ドラムの前記案内ねじ面における基準ドラム径をDd、前記テーパころの基準テーパころ径をdwとしたとき、前記ねじ状ドラムの毎分の回転数であるドラム回転数Ndより計算される(dw/Dd)×(Ng/Nd)の値を、整数と一致しない値とするようにしたため、ドラム研削面のビビリにより生じるテーパころ1回転当りの振れ数Uwが整数に一致しないことになり、このドラムを用いてセンタレス研削や超仕上げ加工によってテーパころの研削加工や超仕上げ加工を行う場合に、整数の角数歪が生じ難くなり、テーパころの外径の真円度が著しく向上する。
この発明の一実施形態を図1ないし図9と共に説明する。図1は、この発明の研削方法によって得られたねじ状ドラムを用いて外周面が加工されるテーパころ軸受のテーパころの1例を示す。図1に示すようなテーパころ軸受のテーパころ1は、図2および図3に示すセンタレス研削装置30や、図4および図5に示すような超仕上げ加工装置40によって研削加工や超仕上げ加工がなされる。
センタレス研削装置30は、ねじ状回転軸ドラム31と回転砥石32との間に、テーパころ用ワークwをブレード33によって支持した状態で配する。この状態で、ねじ状回転軸ドラム31および砥石32を図2および図3のように回転させ、ドラム31の表面に形成された円錐形状部である案内ねじ面31aの回転作用により、図3の白抜矢示a方向にワークwを推進させながら、回転する砥石32によって研削加工する。ドラム31は、ドラム軸軸受サポート部31bによって支持されている。
超仕上げ加工装置40では、2本の平行なねじ状回転軸ドラム41,42の間にテーパころ用ワークwを配し、ワークwに固定の砥石43を当接させる。ドラム41,42を図4および図5のように回転させ、ドラム41,42の表面に形成された円錐形状部である案内ねじ面41a,42aの回転作用により、図5の白抜矢示b方向にワークwを推進させながら砥石43によって仕上げ加工する。ドラム41,42はドラム軸軸受サポート部41b,42bによって支持されている。
これらの研削加工および仕上げ加工装置30,40においては、ワークwを支持するねじ状回転軸ドラム(調整車とも呼ぶ)31,41,42が用いられる。これらドラム31,41,42の円錐形状の案内ねじ面31a,41a,42aは、加工時にワークwの外径面に接しており、その角度はワークwの外径面の頂角θwや加工条件によって決まる。そのため、案内ねじ面31a,41a,42aの角度を正確に作る必要がある。このようなドラム31,41,42は、図6および図7に示すねじ研削盤50によって研削加工される。
このねじ研削盤50は、テーブル51上のドラム軸軸受サポート部52に、研削対象となるドラム31(またはドラム41,42)を支持させ、このドラム31の表面に研削作用面が所定角度に形成された回転砥石53を当接させる。ドラム31および回転砥石53を、図6,図7のように回転させ、かつドラム31を図6の白抜矢示c方向にトラバースさせることによって、ドラム31の表面に円錐形状部である案内ねじ面31aを研削加工形成する。ねじ加工時のドラムの回転数は、機械仕様や加工能力等により決められる。
ドラム31(41,42)のねじ研削において、砥石53のアンバランス等による振動(砥石のバランス出しにより小さくなるが、ゼロにはならない)により、ドラム研削面に微小なビビリが生じる。このドラム研削面のビビリは、テーパころ1の外径のセンタレス研削や超仕上げ加工においてテーパころ1を振動させ、テーパころ1の外径の真円度を悪化させる。特に、テーパころ1の外径円周長さがドラム31(41,42)のビビリの周期長さの倍数に一致する場合は、テーパころ外径にドラムのビビリの周期の角数歪が生じ、テーパころ1の外径の真円度を悪化させる。
図6および図7に示すねじ研削盤50においてドラム31のねじ研削加工を行うに際し、砥石回転数をNg、ドラム31の溝状案内面における基準ドラム径をDd、テーパころ1の基準テーパころ径をdw、ドラム31の回転数をNdとする時、砥石53の回転数(砥石アンバランス)により生じるドラム研削面のビビリ(1回転当りの角数)Udおよびドラム研削面のビビリにより生じるテーパころ(ワークw)1回転当りの振れ数Uwは、式(1)で与えられる。
Ud=Ng/Nd
Uw=(π×dw)/(π×Dd/Ud)
=dw×Ud/Dd
=(dw/Dd)×(Ng/Nd)・・・・・・・・・・(1)
この発明は、このUwを整数に一致しないようにすることにより、整数の角数歪を生じ難くし、テーパころの真円度を向上させようとするものである。
例えば、ドラムねじ研削における砥石回転数Ngを1740min−1、ドラム径Ddを290mm、テーパころ径dwを16mm、ねじ研削ドラムの回転数Ndを32min−1とした場合、砥石回転数(砥石アンバランス)により生じるドラム研削面のビビリ(1回転当りの角数)Udにより生じるテーパころ1回転当りの振れ数Uwは、
Uw=(π×dw)/(π×Dd/Ud)
=dw×Ud/Dd
=(dw/Dd)×(Ng/Nd)
=(16/290)×(1740/32)=3.0
となり、この場合、テーパころの外径に3角歪を生じさせ、真円度を悪化させる。そこで、ねじ研削ドラムの回転数Ndを30min−1とすると、
Uw=(dw/Dd)×(Ng/Nd)
=(16/290)×(1740/30)=3.3
となり、Uwが整数とならず、テーパころの外径に角数歪を生じさせない。
上記の例では、ねじ研削ドラムの回転数Ndを変更したが、砥石回転数Ngを変更しても良い。すなわち、ねじ研削ドラムの回転数Ndが32min−1の場合、砥石回転数Ngを1900min−1とすることにより、テーパころ1回転当りの振れ数Uwは、
Uw=(dw/Dd)×(Ng/Nd)
=(16/290)×(1900/32)=3.3
となり、同様にUwが整数とならず、テーパころの外径に角数歪を生じさせない。
このように、ねじ研削ドラムの回転数Ndおよび砥石回転数Ngのいずれかを変更すれば、Uwを整数と一致しない値とすることができる。また、両者を変更することによってもUwを整数と一致しない値とすることができる。
なお、ドラムねじ研削では、粗研削と精研削が実施されるが、上記の考え方は最終精度が決まる精研削のみで問題がない。
図8は、センタレス研削における幾何学的支持条件よりの芯高角γ(図2参照)と歪修正能力との関係を示すグラフである。このグラフからも理解される通り、通常用いられる芯高角5°〜10°の近傍においては、角数が3、5、7角の歪修正能力は小さい。したがって、センタレス研削の場合、テーパころ1回転当りの振れ数Uw(角数)の内、特に問題となる角数は、9角未満では、3、5、7角であり、Uwをこれらのいずれの整数とも一致しないようにすることによって、テーパころの外径の真円度を向上させることができる。
また、図9は、超仕上げ加工における幾何学的支持条件よりの芯高角β(図4参照)と砥石側歪拡大率との関係を示すグラフである。このグラフからも理解される通り、通常用いられる芯高角15°の近傍においては、角数が2、5、6、8、9角の歪拡大率が負であり、歪修正能力がない。したがって、超仕上げ加工の場合、テーパころ1回転当りの振れ数Uw(角数)の内、特に問題となる角数は、12角未満では、2、5、6、8、9角であり、Uwをこれらのいずれの整数とも一致しないようにすることによって、テーパころの外径の真円度を向上させることができる。
センタレス研削および超仕上げ加工における上記以外の角数は、それぞれの加工において修正能力があり、真円度を悪化させ難いので、問題とする必要がない。また、テーパころ1回転当りの振れ数Uw(角数)が1に一致しないようにすることにより、偏心が生じることを避けることができる。
なお、用いられるドラムねじ研削条件において、センタレス研削用ドラムの場合はUwが9角以上にならないため、問題となる角数を3、5、7角とし、超仕上げ用ドラムの場合はUwが12角以上にならないため、問題となる角数を2、5、6、8、9角とした。しかし、それ以上の角数が問題となるドラムねじ研削条件の場合は、その角数も避けるようにする必要がある。
センタレス研削や超仕上げ加工に使用されるドラムは磨耗し、再研削処理され再使用さされるため、ドラム径Ddは徐々に小さくなる。そのため、式(1)より明らかなように、テーパころ1回転当りの振れ数Uwも変化する。その変化したドラム径Ddに応じてドラム回転数Nd、あるいは砥石回転数Ngを決めることは非常に面倒である。そこで、変化するドラム径範囲の全てにおいて、テーパころ1回転当りの振れ数Uwが整数にならないようにすることによって、ドラム31毎に一定のドラム回転数Nd、或いは砥石回転数Ngを設定することができる。
例えば、ドラムねじ研削における砥石回転数Ngを1740min−1、ドラム径Ddを295〜280mm、テーパころ径dwを16mm、ねじ研削ドラムの回転数Ndを32min−1とした場合、テーパころ1回転当りの振れ数Uwは、
Uw=(16/〔295〜280〕)×(1740/32)=2.9〜3.1
となり、Uwが3.0に一致するドラム径Ddが存在し、テーパころの外径に3角歪を生じさせ、真円度を悪化させるが、ねじ研削ドラム回転数Ndを29min−1とすることにより、
Uw=(dw/Dd)×(Ng/Nd)
=(16/〔295〜280〕)×(1740/29)=3.3〜3.4
となり、ドラム回転数Ndを一定にしても、ドラム径Ddの使用範囲においてUwが整数とならず、テーパころの外径の角数歪を生じさせ難くすることができる。
センタレス研削や、超仕上げ加工において、ドラムの数量を増やさないために、同じドラムで複数のワーク(テーパころ)型番を対象にする場合がある。この場合、これら全ての対象型番に対し、Uwを整数と一致しないようにすることにより、テーパころの真円度精度を向上させることができる。
この発明のねじ状ドラム研削方法が対象とするねじ状ドラムを用いて加工がなされるテーパころ軸受用テーパころの一例を示す平面図である。 同テーパころを研削加工するためのセンタレス研削装置の概略的側面図である。 同センタレス研削装置の概略的平面図である。 同テーパころを超仕上げ加工するための超仕上げ加工装置の概略的側面図である。 同超仕上げ加工装置の概略的平面図である。 ねじ状ドラムを研削加工する為のねじ研削盤の概略的平面図である。 同ねじ研削盤の概略的側面図である。 センタレス研削における幾何学的支持条件よりの芯高角と歪修正能力との関係を示すグラフである。 超仕上げ加工における幾何学的支持条件よりの芯高角と砥石側歪拡大率との関係を示すグラフである。
符号の説明
1…テーパころ
31,41,42…ねじ状ドラム
31a,41a,42a…案内ねじ面
53…砥石

Claims (8)

  1. 螺旋状に続く円すい面状の案内ねじ面を外周に有し、テーパころの外周面の加工時にテーパころを前記案内ねじ面に転接させて案内するねじ状ドラムにつき、このねじ状ドラムを回転させながら前記案内ねじ面を砥石で研削する方法であって、
    上記砥石の回転数である砥石回転数をNg、前記ねじ状ドラムと前記テーパころが転がり接触する前記ねじ状ドラムの前記案内ねじ面における基準ドラム径をDd、前記テーパころの基準テーパころ径をdwとしたとき、
    前記ねじ状ドラムの毎分の回転数であるドラム回転数Ndより計算される、
    (dw/Dd)×(Ng/Nd)の値を、
    整数と一致しない値とすることを特徴とする、
    ねじ状ドラムの研削方法。
  2. 請求項1において、基準テーパころ径dwを中央径、基準ドラム径Ddをテーパころ中央部が前記案内ねじ面に接する位置のドラム径とした、
    または、基準テーパころ径dwを中央径と小径の間の径dwx、基準ドラム径Ddをテーパころ中央径と小径の間の径dwxが前記案内ねじ面に接する位置のドラム径としたことを特徴とするねじ状ドラムの研削方法。
  3. 請求項1または請求項2において、砥石回転数Ng、またはドラム回転数Nd、または砥石回転数Ngおよびドラム回転数Ndの両方を変更することを特徴とするねじ状ドラムの研削方法。
  4. 請求項1ないし請求項3のいずれか1項において、前記ねじ状ドラムの前記案内ねじ面の研削を行う過程が、粗研削過程と精研削過程とを含み、
    精研削過程時に、前記(dw/Dd)×(Ng/Nd)の値を整数と一致しない値とすることを特徴とするねじ状ドラムの研削方法。
  5. 請求項1ないし請求項4のいずれか1項において、前記テーパころの外径面の加工がセンタレス加工であり、前記(dw/Dd)×(Ng/Nd)の値を整数と一致しない値とする構成に代えて、
    前記(dw/Dd)×(Ng/Nd)の値を、整数1、3、5、7の内のいずれの整数とも一致しない値とすることを特徴とするねじ状ドラムの研削方法。
  6. 請求項1ないし請求項4のいずれか1項において、前記テーパころの外径面の加工が超仕上げ加工であり、前記(dw/Dd)×(Ng/Nd)の値を整数と一致しない値とする構成に代えて、
    前記(dw/Dd)×(Ng/Nd)の値を、整数1、2、5、6、8、9の内のいずれの整数とも一致しない値とすることを特徴とするねじ状ドラムの研削方法。
  7. 請求項1ないし請求項6のいずれか1項において、前記ねじ状ドラムが使用されて前記案内ねじ面の摩耗により前記ドラム径が変化することを想定した設定範囲であるドラム使用径全範囲について、
    (dw/Dd)×(Ng/Nd)の値を、
    整数と一致しない値とすることを特徴とするねじ状ドラムの研削方法。
  8. 請求項1ないし請求項7のいずれか1項において、同一のドラムを前記外周面の加工に用いるテーパころが、複数型番のものであることを特徴とするねじ状ドラムの研削方法。
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