JPH06218662A - 周面に溝をもつワークの加工方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 周面に溝をもつワークに対し、その周面及び
溝を迅速かつ容易に加工できるようにする。 【構成】 ワーク１６の内周面及び溝１８を続けて加工
する方法及び装置。ワーク１６を回転させながらその内
周面に内周面研削用砥石３６を接触させてこの内周面を
研削し、この時の研削抵抗を電力モニタ３７で検出す
る。この検出結果に基づき、比較器３８及びＣＮＣ装置
５０によって溝１８の回転角度位置を求めておく。この
回転角度位置に基づき、ワーク１６を回転させてその位
置決めを行った後、上記溝１８内に溝研削用砥石４６を
挿入して溝１８表面の研削を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、外周面や内周面に軸方
向の溝をもつワークの加工方法及び装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】研削装置で研削されるワークの中には、
雄雌嵌合で互いに連結される部品等のように、外周面や
内周面にスプライン溝等の軸方向溝が形成されたものも
ある。ここで、例えば図７，８に示すように内周面に軸
方向溝９２をもつワーク９０の内側を加工する場合、一
般には次のような手順がとられる。

【０００３】１）ワーク９０をチャックで把持する一
方、図７に示すように内面研削用砥石９４をその中心軸
Ｏ₁回りに高速回転させる。そして、この内面研削用砥
石９４をワーク９０の内周面に接触させた状態でワーク
９０をその中心軸Ｏ₂回りに低速回転させ、さらにワー
ク９０をＸ軸方向に切込むことにより、このワーク９０
の内周面において溝９２が形成されていない部分を研削
加工する。

【０００４】２）ワーク９０を溝研削要砥石９６と一致
する角度まで回して固定し、この状態で図８に示すよう
に溝研削用砥石９６を回転させながらその外周部を溝９
２の表面に接触させ、さらに、ワーク９０にＸ軸方向の
切込みを与えた状態で溝研削用砥石９６を溝９２に沿っ
て摺動させることにより、溝９２の表面を研削加工す
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】２）の溝研削工程にお
いて、各溝９２の表面に溝研削用砥石９６の外周部を正
確に接触させるには、その前にワーク９０を回転方向に
ついて正確に位置決めする必要がある。ところが従来
は、１）の内面研削工程を終了した時点で溝９２の回転
角度位置が把握されていないので、この内面研削工程終
了後にまず各溝９２の実際の回転角度位置を種々の手段
で測定し、その結果に基づいてワーク９０を適当な角度
まで回すといった作業を行わなければならない。このた
め、特に上記溝９２の位置検出作業に多大の手間及び時
間を要し、これが加工能率向上の大きな妨げとなってい
る。

【０００６】なお、このような溝９２の検出を省略する
手段として、ワーク９０を把持するチャックに上記溝９
２と係合可能な爪を設け、この係合によりチャックとワ
ーク９０との相対的な回転位相を固定してしまうことが
考えられるが、上記チャックに対してワーク９０を回転
方向にがたつきなく正確に固定するには複雑な機構を要
し、加工装置のイニシャルコストが高くなる。また、上
記爪等との接触で溝９２に傷等がつくおそれもある。

【０００７】本発明は、このような事情に鑑み、周面に
溝をもつワークに対し、その周面及び溝を迅速かつ容易
に加工することができる方法及び装置を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、周面に軸方向
の溝をもつワークを加工する方法であって、周面研削用
砥石を上記周面に接触させた状態でワークをその中心軸
回りに回転させることにより上記周面において上記溝以
外の部分を研削加工するとともに、この研削加工中の研
削抵抗を検出し、この研削抵抗の変化から上記周面上の
溝の回転角度位置を求め、この回転角度位置に基づいて
上記ワークの回転方向の位置決めを行った後、上記溝の
表面に溝研削用砥石を接触させて溝表面を加工するもの
である（請求項１）。

【０００９】また本発明は、上記ワークを加工する装置
であって、上記ワークを保持しかつこれをその中心軸回
りに回転させるワーク保持手段と、周面研削用砥石を保
持する周面研削用砥石保持手段と、溝研削用砥石を保持
する溝研削用砥石保持手段と、上記周面研削用砥石を上
記ワークの周面に接触させた状態でワークをその中心軸
回りに回転させることにより上記周面において上記溝以
外の部分を研削加工させる周面研削制御手段と、この研
削加工中の研削抵抗を検出し、この研削抵抗の変化から
上記周面上の溝の回転角度位置を求める溝検出手段と、
この溝の回転角度位置に基づいて上記ワークの回転方向
の位置決めを行うワーク位置決め手段と、位置決めされ
たワークの溝の表面に溝研削用砥石を接触させて溝表面
を加工させる溝研削制御手段とを備えたものである（請
求項２）。

【００１０】ここで、上記溝検出手段としては、上記周
面研削中に検出する研削抵抗が上記ワークの周面におい
て溝以外の部分に周面研削用砥石が接触している時の研
削抵抗よりも低い一定の値に合致した時点でのワークの
回転角度を検出し、これらの回転角度から溝の回転角度
位置を求めるものが好適である（請求項３）。

【００１１】

【作用】請求項１，２記載の方法及び装置において、ワ
ークをその中心軸回りに回転させながらその周面に周面
研削用砥石を接触させて研削加工を行っている間、上記
周面研削用砥石が溝を通過する度に砥石とワークとの接
触面積が減少して研削抵抗が低下する。従って、この研
削抵抗の変化から上記周面上の溝の回転角度位置を求め
ることができ、この求めた位置に基づいて上記ワークの
回転方向の位置決めを行い、上記溝の表面に良好に溝研
削用砥石を接触させて溝表面を加工することができる。

【００１２】より具体的に、請求項３記載の装置では、
上記周面研削中に検出する研削抵抗が上記ワークの周面
において溝以外の部分に周面研削用砥石が接触している
時の研削抵抗よりも低い一定の値に合致した時点でのワ
ークの回転角度、すなわち、周面研削用砥石が溝の両縁
部から一定距離だけ内側の位置に到来した時点でのワー
クの回転角度が検出され、両回転角度から溝の回転角度
位置が求められる。

【００１３】

【実施例】本発明の一実施例を図１〜図６に基づいて説
明する。

【００１４】図１に示す加工装置は、ワーク支持装置１
０及び砥石支持装置２０を備えている。

【００１５】ワーク支持装置１０は、主軸（Ｃ軸）１２
を回転可能に支持するとともに、この主軸１２を回転駆
動する手段として図２に示すような主軸サーボアンプ１
３及び主軸サーボモータ１４を、また上記主軸１２の回
転角度を検出する手段としてＣ軸エンコーダ１７を搭載
している。上記主軸１２の先端にはチャック１５が固定
され、このチャック１５によりワーク１６がその外側か
ら着脱可能に把持されるようになっている。この実施例
におけるワーク１６は、図３〜５に示すような円筒状を
なし、その内周面にはワーク軸方向に延びる複数本（図
例では３本）の溝１８が等間隔（図例では１２０°間
隔）で形成されている。また、ワーク支持装置１０全体
は、切込み送りサーボモータ１９及び図略の送りねじ機
構の作動によって、上記主軸１２と直交するＸ軸方向
（切込み送り方向）に送り駆動されるようになってい
る。

【００１６】砥石支持装置２０は、Ｙ軸方向（図１では
奥行き方向）の旋回軸２２を中心に旋回可能な旋回テー
ブル２４を備えている。この旋回テーブル２４は、旋回
駆動サーボモータ２６の作動で旋回駆動され、またテー
ブル送りサーボモータ２８及び図略の送りねじ機構によ
って上記主軸１２と平行なＺ軸方向に送り駆動されるよ
うになっている。そして、この旋回テーブル２４におい
て互いに１８０°離間した位置に、内面研削用ホイール
ヘッド（内面研削用砥石保持手段）３０及び溝研削用ホ
イールヘッド（溝研削用砥石保持手段）４０がそれぞれ
固定されており、上記旋回テーブル２４の旋回によって
両ホイールヘッド３０，４０が交互にワーク加工位置に
セットされるようになっている。

【００１７】上記内面研削用ホイールヘッド３０の本体
３２は、砥石軸３４を回転可能に支持するとともに、こ
れを高速回転駆動する砥石駆動モータを内蔵しており、
上記砥石軸３４の先端には、ワーク１６の内径よりも小
さな外径をもつ内面研削用砥石３６が固定されている。

【００１８】溝研削用ホイールヘッド４０の本体４２に
は、アーム４４が固定され、このアーム４４の先端にお
いてその長手方向と直交する軸４５を中心として回転可
能に溝研削用砥石４６が支持されており、この溝研削用
砥石４６は上記本体４２に内蔵された図略の砥石駆動モ
ータにより駆動ベルト等を介して回転駆動されるように
なっている。溝研削用砥石４６は、上記ワーク１６の溝
１８と略同等の幅寸法を有しており、その外周面が図４
に示すように溝１８の表面に接触し、かつ切込み量ｔを
与えて溝研削用砥石４６が回転駆動された状態で、上記
溝１８に沿って摺動することにより（図５実線及び二点
鎖線参照）、溝１８表面を研削するように構成されてい
る。

【００１９】上記内面研削用ホイールヘッド３２内蔵の
砥石駆動モータには電力モニタ３７が接続され、この電
力モニタ３７は比較器３８を介してＣＮＣ装置５０に接
続されている。

【００２０】電力モニタ３７は、上記砥石駆動モータの
駆動電力（すなわち研削電力）を検出するものであり、
その電力に比例するレベルの検出信号を出力するように
構成されている。比較器３８は、上記電力モニタ３７で
検出される研削電力と予め設定された一定値Ｗo とを比
較し、前者が後者以上の場合にのみＣＮＣ装置５０に信
号を出力するように構成されている。

【００２１】ＣＮＣ装置５０は、上記比較器３８やＣ軸
エンコーダ１７から出力される信号等に基づき、後述の
ように上記切込み送りサーボモータ１９、旋回駆動モー
タ２６、テーブル送りサーボモータ２８、両ホイールヘ
ッド３０，４０内蔵の砥石駆動モータ、及び図２に示す
主軸サーボアンプ１３等に制御信号を出力し、各加工動
作を制御するものである。ここで、上記主軸サーボアン
プ１３に対しては、周面加工指令信号と、主軸１２の回
転停止位置を指定する溝位置決め指令信号とを出力する
ように構成されており、主軸サーボアンプ１３は、上記
周面加工指令信号が入力されている間だけ主軸サーボモ
ータ１４を連続回転させるとともに、後に詳述のよう
に、上記溝位置決め指令信号が入力された時点から主軸
サーボモータ１４を割出し回転させ、この主軸１２が上
記溝位置決め指令信号で指定された回転停止位置に達し
た時点で主軸サーボモータ１４を停止させるように構成
されている。

【００２２】すなわち、上記電力モニタ３７、比較器３
８、Ｃ軸エンコーダ１７、及びＣＮＣ装置５０によって
本発明装置における溝検出手段が構成され、ＣＮＣ装置
５０、主軸サーボアンプ１３、Ｃ軸エンコーダ１７、及
び主軸サーボモータ１４によって、ワーク位置決め手段
が構成されている。また、上記ＣＮＣ装置５０は内面研
削制御手段及び溝研削制御手段も兼ねている。

【００２３】次に、このＣＮＣ装置５０の制御の下で実
行される加工工程を説明する。

【００２４】Ａ）内面研削工程 まず、チャック１５によってワーク１６が把持される一
方、砥石支持装置２０では内面研削用ホイールヘッド３
０が図１に示すような加工位置（すなわち内面研削用砥
石３６がワーク１６へ向く位置）にセットされる。そし
て、ＣＮＣ装置５０の出力する制御信号でテーブル送り
サーボモータ２８が作動し、内面研削用砥石３６がワー
ク１６内に挿入されるとともに、図２に示す主軸サーボ
アンプ１３に周面加工指令信号が入力されることにより
主軸１２と一体にワーク１６がその中心軸回り（すなわ
ち主軸１２回り）に回転駆動され、また、内面研削用ホ
イールヘッド３０内の砥石駆動モータが作動して内面研
削用砥石３６が回転駆動される。さらに、切込み送りサ
ーボモータ１９が作動してワーク支持装置１０と一体に
ワーク１６がＸ軸方向に送られることにより、図３に示
すようにワーク１６の内周面と内面研削用砥石３６の外
周面とが接触し、この状態で上記内周面において溝１８
が形成されていない部分が研削加工される。

【００２５】この内面研削中、電力モニタ３７によって
砥石駆動モータの駆動電力、すなわち研削抵抗に匹敵す
る研削電力が検出されるが、上記ワーク１６の回転中、
内面研削用砥石３６が溝１８の上を通過する度に研削抵
抗が急激に低下するため、電力モニタ３７の出力信号は
図６に示されるようになる。ここで比較器３８は、上記
研削電力が予め設定されて一定値Ｗo 以上の場合にのみ
信号を出力するので、ＣＮＣ装置５０には、溝１８同士
の間隔に対応する周期でオンオフする信号が比較器３８
から入力されることになる。

【００２６】ＣＮＣ装置５０は、図６に示されるよう
に、上記比較器３８の信号がオンからオフに切換えられ
た時のＣ軸回転角（ワーク回転角）Ｃ１と、上記信号が
オフからオンに切換えられた時のＣ軸回転角Ｃ２とをＣ
軸エンコーダ１７の出力信号から読取り、両回転角Ｃ
１，Ｃ２の平均角をワーク１６における任意の一つの溝
１８の回転角度位置として記憶する。

【００２７】Ｂ）溝研削工程 上記内面研削工程終了後、ＣＮＣ装置５０は各サーボモ
ータに制御信号を出力してワーク支持装置１０及び砥石
支持装置２０を元の状態（図１に示す状態）に戻し、こ
の状態から旋回駆動サーボモータ２６を作動させて旋回
テーブル２４を１８０°旋回させることにより、今度は
溝研削用ホイールヘッド４０を加工位置にセットする。

【００２８】さらに、ＣＮＣ装置５０は、主軸サーボア
ンプ１３に溝位置決め指令信号を出力することによりワ
ーク１６の回転方向の位置決めを行わせるが、上記溝位
置決め指令信号では、上記内面研削工程における検出結
果で既に回転角度位置を求めている溝１８がこの溝１８
に上記溝研削用ホイールヘッド４０の溝研削用砥石４６
が挿入可能となる位置で停止するように回転停止位置が
設定される。このような溝位置決め指令信号が主軸サー
ボアンプ１３に出力されることにより、主軸サーボアン
プ１３は主軸サーボモータ１４を始動させてワーク１６
を回転駆動させるとともに、Ｃ軸エンコーダ１７で検出
されるワーク回転角が上記回転停止位置と合致した時点
で主軸サーボモータ１４の作動を停止させる。これによ
り、ワーク１６はその溝１８内に溝研削用砥石４６が挿
入可能な位置に正確に位置決めされることとなる。

【００２９】次に、ＣＮＣ装置５０は、テーブル送りサ
ーボモータ２８を作動させて溝研削用砥石４６をＺ軸方
向に送り駆動させ、溝研削用砥石４６を回転駆動させな
がら溝１８の表面に接触させ、かつこの溝１８に沿って
摺動させることにより、溝１８表面の研削を行わせる。
なお、この研削は、ワーク１６を少しずつ切込み送りし
ながら溝研削用砥石４６を何度も往復動させるものであ
ってもよいし、図５に示すように溝１８の底面と溝研削
用砥石４６の外周面とを目標切込み量ｔに相当する寸法
まで最初から大きくずらしておき、そのまま溝研削用砥
石４６を低速で溝１８に挿入することにより一回の摺動
動作で溝１８の研削を完了するいわゆるクリープフィー
ド研削であってもよい。

【００３０】このようにして一つの溝１８の研削が終了
した後、ＣＮＣ装置５０は一旦溝１８から溝研削用砥石
４６を離脱させ、再び主軸サーボアンプ１３に溝位置決
め指令信号を出力する。この段階では、溝１８同士の間
隔（この実施例では３６０°÷３＝１２０°）だけワー
ク１６を回転させるような溝位置決め指令信号を出力す
る。この信号を受けて主軸サーボアンプ１３及び主軸サ
ーボモータ１４が作動し、実際にワーク１６が１２０°
だけ回転駆動されることにより、上記溝１８と隣り合う
次の溝１８が溝研削用砥石４６の加工位置にセットされ
ることとなる。以下、同様の動作を繰り返すことによ
り、全ての溝１８の研削を行うことができる。

【００３１】以上のように、この方法及び装置では、内
面研削工程を行っている最中にその研削抵抗を検出し、
その検出結果から溝１８の回転角度位置を求めておくよ
うにしているので、上記内面研削工程終了後は、改めて
溝１８の回転角度位置を測定することなくワーク１６の
回転方向の位置決めを正確に行い、溝１８の加工を進め
ることができる。従って、従来方法に比べてより迅速か
つ容易にワーク１６の内周面及び溝１８の研削加工を良
好に行うことができる。

【００３２】さらに、この実施例では、溝１８の回転角
度位置の演算に際し、研削電力が一定値Ｗo を横切る時
の２つの回転角Ｃ１，Ｃ２から溝１８の回転角度位置を
割り出すようにしているので、実際の研削電力と上記比
較値Ｗo との比較だけで溝１８の回転角度位置を正確に
かつ容易に算出することができる利点がある。

【００３３】なお、本発明はこのような実施例に限定さ
れるものでなく、例として次のような態様をとることも
可能である。

【００３４】(1) 上記実施例では、内周面に溝が形成さ
れたワークを加工する場合を示したが、本発明は外周面
に溝が形成されたワークを加工する場合にも同様に適用
が可能である。この場合は、まず円筒研削用砥石で上記
外周面を研削し、その研削抵抗から溝の回転角度位置を
割り出すようにすれば良い。

【００３５】(2) 本発明において、研削抵抗を検出する
手段は問わず、上記のように研削電力をモニタリングす
るものに限らない。例えば、内面研削用砥石３６を支持
する砥石軸３４の撓み量は研削抵抗に比例するので、こ
の撓み量を非接触センサ等で検出するようにしても上記
と同様に研削抵抗を把握することができる。

【００３６】(3) 本発明において、ワークに形成されて
いる溝の本数は問わない。一般に、ワーク周面に等間隔
でＮ本の溝が形成されている場合には、一つの溝の研削
を終了した後、（３６０／Ｎ）°ずつワークを回転させ
ていくことにより、各溝を加工位置に位置決めすること
ができる。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明は、ワーク周面を研
削加工している間にその研削抵抗を検出し、その検出結
果からワーク周面における溝の回転角度位置を求めた
後、その回転角度位置に基づいてワークの回転方向の位
置決めを行い、溝を研削加工するようにしたものである
ので、上記周面研削終了後、従来のように溝の回転角度
位置の測定を特別に行わなくても、すぐにワークの位置
決めを行い、溝研削に移ることができる。従って、従来
よりもより迅速かつ容易にワーク周面及び溝を良好に加
工することができる効果がある。

【００３８】さらに、請求項３記載の装置では、溝の回
転角度位置の演算に際し、実際の研削抵抗が予め設定さ
れた一定値に合致した時点、すなわち研削抵抗が上記一
定値まで降下した時点とそれよりも降下した状態から上
記一定値まで復帰した時点とでのワーク回転角度を検出
し、これらから溝の回転角度位置を割り出すようにして
いるので、実際の研削抵抗と上記一定値との比較だけで
溝の回転角度位置を容易に算出することができる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における加工装置の全体図で
ある。

【図２】上記加工装置における主軸の駆動制御系を示す
ブロック図である。

【図３】上記加工装置においてワークの内面研削が行わ
れている状態を示す断面正面図である。

【図４】上記加工装置においてワークの溝研削が行われ
ている状態を示す断面正面図である。

【図５】上記溝研削が行われている状態を示す断面平面
図である。

【図６】上記加工装置においてＣ軸回りのワーク回転に
伴い電力モニタにより検出される研削電力を示すグラフ
である。

【図７】従来装置においてワークの内面研削が行われて
いる状態を示す断面正面図である。

【図８】従来装置においてワークの溝研削が行われてい
る状態を示す断面平面図である。

【符号の説明】

１０ ワーク支持装置（ワーク支持手段） １２ 主軸 １３ 主軸サーボアンプ（ワーク位置決め手段を構成） １４ 主軸サーボモータ（ワーク位置決め手段を構成） １６ ワーク １８ 溝 ２０ 砥石支持装置 ３０ 内面研削用ホイールヘッド（周面研削用砥石保持
手段） ３６ 内面研削用砥石（周面研削用砥石） ３７ 電力モニタ（溝検出手段を構成） ３８ 比較器（溝検出手段を構成） ４０ 溝研削用ホイールヘッド（溝研削用砥石保持手
段） ４６ 溝研削用砥石 ５０ ＣＮＣ装置（溝検出手段、ワーク位置決め手段、
周面研削制御手段、及び溝研削制御手段に兼用）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周面に軸方向の溝をもつワークを加工す
   る方法であって、周面研削用砥石を上記周面に接触させ
   た状態でワークをその中心軸回りに回転させることによ
   り上記周面において上記溝以外の部分を研削加工すると
   ともに、この研削加工中の研削抵抗を検出し、この研削
   抵抗の変化から上記周面上の溝の回転角度位置を求め、
   この回転角度位置に基づいて上記ワークの回転方向の位
   置決めを行った後、上記溝の表面に溝研削用砥石を接触
   させて溝表面を加工することを特徴とする周面に溝をも
   つワークの加工方法。
2. 【請求項２】 周面に軸方向の溝をもつワークを加工す
   る装置であって、上記ワークを保持しかつこれをその中
   心軸回りに回転させるワーク保持手段と、周面研削用砥
   石を保持する周面研削用砥石保持手段と、溝研削用砥石
   を保持する溝研削用砥石保持手段と、上記周面研削用砥
   石を上記ワークの周面に接触させた状態でワークをその
   中心軸回りに回転させることにより上記周面において上
   記溝以外の部分を研削加工させる周面研削制御手段と、
   この研削加工中の研削抵抗を検出し、この研削抵抗の変
   化から上記周面上の溝の回転角度位置を求める溝検出手
   段と、この溝の回転角度位置に基づいて上記ワークの回
   転方向の位置決めを行うワーク位置決め手段と、位置決
   めされたワークの溝の表面に溝研削用砥石を接触させて
   溝表面を加工させる溝研削制御手段とを備えたことを特
   徴とする周面に溝をもつワークの加工装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の周面に溝をもつワークの
   加工装置において、上記溝検出手段を、上記周面研削中
   に検出する研削抵抗が上記ワークの周面において溝以外
   の部分に周面研削用砥石が接触している時の研削抵抗よ
   りも低い一定の値に合致した時点でのワークの回転角度
   を検出し、これらの回転角度から溝の回転角度位置を求
   めるように構成したことを特徴とする周面に溝をもつワ
   ークの加工装置。