(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端を伸び拘束としたねじ軸のストローク送りを複数回繰り返して軸ねじ研削を行いつつ、前記ねじ軸の拘束側と反対側のねじ軸先端で軸ねじ研削加工中のねじ軸の伸びを測定し、前記ねじ軸のストローク開始時に砥石車が前記ねじ軸の拘束側にあるとき、測定した伸縮量に対応した補正値を加えた移動量でねじ軸先端側のストローク終了点まで移動させ、前記ストローク開始時に砥石車がねじ軸先端側にあるとき、測定した伸縮量だけ前記ねじ軸をねじ軸拘束側へ移動させてからリード補正研削を行うことを特徴とするねじ軸研削方法。
【請求項２】
被研削ねじ軸の一端を伸び拘束状態に支持し、他端をテールストックで支持する研削装置において、前記テールストックの心押し軸を介して前記被研削ねじ軸の伸びを検出する検出器と、該検出器の出力によって前記被研削ねじ軸のリード補正を行うように主軸回転および／またはテーブル送りを制御するＮＣ装置とを有することを特徴とするねじ軸の伸縮補正研削装置。
【請求項３】
被研削ねじ軸の一端を伸び拘束状態に支持し、反対側の端部を遊端とした研削装置において、前記被研削ねじ軸の前記遊端側のセンタ穴に係合する触子を備えかつ該触子を介して該被研削ねじ軸の伸びを測定する測定装置と、該測定装置の出力によって前記被研削ねじ軸のリード補正を行うように主軸回転および／またはテーブル送りを制御するＮＣ装置とを有することを特徴とするねじ軸の伸縮補正研削装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術の分野】
本発明は、ねじ軸のねじ研削において、軸の伸び変形による砥石とねじ溝の片当り現象や研削精度の低下を防止し、研削能力の向上を図ったねじ軸研削方法およびこの方法を実施するのに有用なねじ軸の伸縮補正研削装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ねじ軸の研削加工においては、加工熱の発生で被加工物であるねじ軸は伸び変形を生じ、ねじ精度の悪化をきたす。このため精密ねじ軸の研削加工の場合、ねじ軸は各種の熱的安定対策が施されるが、その主なものとして（イ）ねじ軸を加工前に恒温室に暫く置いて熱的に安定させた上で研削に入る、（ロ）研削加工中は温度管理されたシャワーをねじ軸にかけて熱の発生を防ぐ、等の方法がとられている。
【０００３】
しかし、このような熱的安定対策を施しても加工中のねじ軸の熱による伸びは避けられず、特に粗研削では切込みおよび研削速度が大、つまり研削能率が高いため加工熱による伸びは大きい。伸びを生じると、その分リード精度の低下となるため、従来、以下の（ａ），（ｂ）のような対策をとってきた。
【０００４】
（ａ）粗研削では、ある程度の伸びを無視して研削能率を上げて加工し、中粗研削、仕上げ研削では研削能率を下げて伸びを元に戻しながら加工する。
（ｂ）仕上げ研削では、軽研削とはいえ、小さい伸びが発生する。特に、ボールねじでボール溝形状の大きいものやリードが細かいもの等研削熱の発生し易い軸は仕上げ研削時の伸び量を無視できないため、ボール溝形状、リード等を考慮しながら経験により個別にリード補正値を設定している。
【０００５】
一般に両端支持によるねじ軸の研削において、ねじ軸の一端は主軸側のチャックにより拘束されるため、軸の伸び縮みは予圧ばねを内蔵したテールストック側で発生する。粗研削での伸びが大きいと、中粗研削、仕上げ研削で急激な縮みを発生する。切込み量の少ない中粗研削、仕上げ研削では研削回数を重ねてもテールストック側でねじ溝と砥石が全面当りをしない現象、いわゆる片当り現象が続く。図１（Ａ）はねじ軸の伸びによる砥石車の片当り状態を示した図であり、ねじ軸１の伸びによりねじ溝２が砥石車３の中心Ｃに対してｅだけ伸び方向にずれを生じ、砥石車３の片側面がねじ溝に強く当り、他方の片側面とねじ溝２との間には隙間ができる。この片当り現象が激しい場合には、リード精度の低下のみならず、焼け、割れを発生して不良品となってしまう。
【０００６】
この片当り現象を防止するため従来は、粗研削終了時に粗研削と仕上げ研削の伸びの差を見込んで砥石車に対するねじ溝位置をずらす作業を行い、ねじ軸が縮んだ時に該軸のねじ溝の長さ方向中央位置で図１（Ｂ）の如く砥石車３とねじ溝２が全面当りとなるようにしている。また粗研削時の伸び量を一定値以下、例えば３０〜４０μｍ以下となるように粗研削の研削能率を抑えて加工することで対処していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
片当り現象に対して従来行われてきた粗研削終了時にねじ軸の縮み量を見込んで砥石とねじ溝位置をずらす方法は、テールストック側の片当り量を１／２に減らすが片当り現象が皆無となるものではなく、依然として中粗研削、仕上げ研削をそれぞれ数回要していた。特に、ねじ長１ｍを越えるものでは中粗研削、仕上げ研削を合わせて５〜６回要するものもある。また、粗研削の研削能率を抑えるため、加工条件も落としていた。
【０００８】
さらに仕上げ研削においては、軽研削とはいえ加工熱による伸びを無視できない場合が多く、ボール溝形状、リード等を考慮しながら個別にリード補正値を設定しており、精度上不安定であった。
【０００９】
そこで本発明は、従来の低い研削能率を改善するとともに中粗研削中および仕上げ研削中に発生する砥石とねじ溝の片当り現象をなくし、また、リード補正値の安定化、リード精度の向上および高研削能率を図り得るねじ軸研削方法およびねじ軸の伸縮補正研削装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によるねじ軸研削方法は、一端を伸び拘束としたねじ軸のストローク送りを複数回繰り返して軸ねじ研削を行いつつ、前記ねじ軸の拘束側と反対側のねじ軸先端で軸ねじ研削加工中のねじ軸の伸びを測定し、前記ねじ軸のストローク開始時に砥石車が前記ねじ軸の拘束側にあるとき、測定した伸縮量に対応した補正値を加えた移動量でねじ軸先端側のストローク終了点まで移動させ、前記ストローク開始時に砥石車がねじ軸先端側にあるとき、測定した伸縮量だけ前記ねじ軸をねじ軸拘束側へ移動させてからリード補正研削を行うことを特徴とする。
【００１１】
また本発明によれば、被研削ねじ軸の一端を伸び拘束状態に支持し、他端をテールストックで支持する研削装置において、前記テールストックの心押し軸を介して前記被研削ねじ軸の伸びを検出する検出器と、該検出器の出力によって前記被研削ねじ軸のリード補正を行うように主軸回転および／またはテーブル送りを制御するＮＣ装置とを有するねじ軸の伸縮補正研削装置が提供される。
【００１２】
さらに本発明によれば、被研削ねじ軸の一端を伸び拘束状態に支持し、反対側の端部を遊端とした研削装置において、前記被研削ねじ軸の前記遊端側のセンタ穴に係合する触子を備えかつ該触子を介して該被研削ねじ軸の伸びを測定する測定装置と、該測定装置の出力によって前記被研削ねじ軸のリード補正を行うように主軸回転および／またはテーブル送りを制御するＮＣ装置とを有するねじ軸の伸縮補正研削装置が提供される。
【００１３】
【作用】
本発明においては、加工中のねじ軸の伸び量を検出し、その値を研削装置のＮＣ側に取り込み、伸び量に応じてテーブル送りあるいは主軸回転を制御してリード補正を行う。一般に、研削すべきねじ軸の一端は研削装置の主軸側のチャックにより拘束される。主軸と反対側の一端はテールストックで支持されるか、あるいはテールストックを用いずに軸の中途部を振止め装置で支持して、軸先端は遊端とされる。テールストックで支持する場合は、ばねにて押圧されたテールストックの心押し軸に心押しセンタが嵌合し、心押し軸に作用するばね力で心押しセンタをねじ軸のセンタ穴に押し当てることによってねじ軸が支持される。したがって軸が発熱して伸びると、チャック側が拘束されているため、伸びはテールストック側で発生する。このねじ軸の伸縮は、すべてテールストックの心押し軸の移動量に反映されることになる。テールストックに設けたリニアスケール等の検出器はこの心押し軸の移動量を捉え、ねじ軸の伸縮量として検出した検出値はアンプを通して研削装置のＮＣ側に入力される。ＮＣでは補正を加味した指令を主軸あるいは送りテーブルのサーボモータに送る。
【００１４】
このような補正研削を行うことにより、従来のような中粗研削、仕上げ研削における片当り現象が無くなり、中粗研削、仕上げ研削の回数を減らすことができ、また粗研削時の切込み量を大きくとれるので、研削能率の向上が図れる。主軸側チャックと振止め装置のみで支持するものでは、ねじ軸の先端に対峙するように送りテーブル上に測定装置を設け、ねじ軸先端のセンタ穴にボール状のフィーラを押し当てることにより、正確かつ簡単に伸び検出ができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を実施例について図面を参照して説明する。図２は本発明の１実施形態によるねじ軸伸縮補正研削装置のテールストックの縦断面図である。送りテーブル（図２には図示省略）上に載置されるテールストック本体部１０に筒状のハウジング１１が固着され、このハウジング１１内に中空の心押し軸（スライド軸）１２が被加工物のねじ軸（図示省略）の軸線方向にスライド可能に挿入されている。図示のようにスライド軸１２の後端部は凹形となっており、この凹形奥端の段差部１２ａとハウジング１１の後部の内側段差部１１ａとの間に圧縮ばね１３が収容され、これによってスライド軸１２は常時先端側つまりねじ軸側へ押し出されるように付勢されている。スライド軸１２の先端部は心押しセンタ１８がテーパ嵌合状態に挿入されている。心押しセンタ１８の後部はスライド軸１２および圧縮ばね１３を貫通してハウジング後部まで伸長するロッド１４が形成され、ロッド後端でナットの締め付けによって心押しセンタ１８がスライド軸１２内に引き込まれる。なお、ロッド後端のナット締め付け部分は図示省略してある。
【００１６】
ハウジング１１の上部に支持台１５が固着され、この支持台１５にリニアスケール、直動型ポテンショメータ等の検出器１６が取り付けられている。検出器１６の先端の検出子１６ａは、スライド軸１２に固着された当て板部材１７に所定の測定圧で常時接当し、これによってスライド軸１２の軸方向変位が検出される。９は検出器１６を囲繞している保護カバーである。
【００１７】
図３は、ねじ軸の伸び検出態様を説明するための本発明の実施形態によるねじ軸伸縮補正研削装置の概略的な全体側面図である。また図４は研削加工開始時に砥石車が主軸のチャック側にある場合の補正研削を説明するための側面図、図５は研削加工開始時に砥石車がテールストック側にある場合の補正研削を説明するための側面図である。送りテーブル１９上に主軸２０およびテールストック２１が対峙するように搭載され、被加工物のねじ軸２２はその一端２２ａが主軸２０に設けたチャック２３に保持され、ねじ軸他端２２ｂは、前述したようにテールストック２１の心押しセンタ１８が、ばね圧のかかったスライド軸の押し付けにより、ねじ軸センタ穴と押圧係合することによって支持される。２４はベッド（図示省略）上に軸支されかつテーブル１９下部のナット部２５と螺合する送りねじであり、テーブル駆動用サーボモータ２６によって回転駆動されてテーブル１９の左右送りが行われる。２７は主軸駆動用サーボモータである。これらのサーボモータ２６，２７は研削装置に付属したＮＣ装置２８により制御される。
【００１８】
砥石車３０によってねじ軸２２のねじ溝研削が行われているとき、その加工熱で軸２２が伸びを生じる。ねじ軸２２はチャック側が拘束されているため、この伸びはテールストック２１側で生じ、それに伴って心押しセンタ１８を介してスライド軸の後方移動量として反映され、スライド軸の移動量が検出器１６により検出される。検出値はアンプ３２を通してＮＣ装置２８に入力される。ＮＣ装置２８では補正を加味した指令をサーボモータ２６，２７に送る。
【００１９】
次に、図３〜図５を参照してＮＣ装置による補正方法につき説明する。補正に当り、明瞭化のため温度変化によるねじ軸２２の伸縮は一様で、それに対しねじ軸２２のねじ溝は、引張，圧縮で伸び縮みするコイルばねの如くに、ねじ軸の回転量に増減なく伸縮するものとする。したがって加工時のねじ軸２２の主軸２０による回転運動と軸方向への送りテーブル１６による直線運動の同期動作の内、後者の直線運動のみを補正する。つまり加工の直前に通常の直線運動量に伸縮量である補正値を加えたものを新たな移動量とする。実際の研削作業では繰り返し同期運動を行うので、その度毎に伸縮量を測定する。ただし、同期運動の開始時に砥石車３０がチャック側（主軸側）の開始点ではなく、テールストック２１側の開始点にある場合のみ、ねじ軸２２の伸縮によって変位しているとして、開始点の位置を補正する。その補正量は伸縮の量およびその方向に一致させる。これにより、砥石車３０の位置は加工の開始点から終了点まで伸縮後のねじ溝に一致する。
【００２０】
図４に示すように、砥石車３０が研削開始時にチャック２３側にある場合、前述のようにして伸縮量を測定し、伸縮量に対応した補正値を加えた移動量で直線運動動作を行わせ、砥石車３０を元のテールストック側の終了点から伸縮により移動した位置まで移動させる。
また、図５の如く、砥石車３０が研削開始時にテールストック２１側にある場合には、同様にして伸縮量を測定し、開始点をその量だけ移動させる。その上で直線運動の移動量にも補正を行い、チャック側の終了点まで研削加工を行う。
【００２１】
上述の例は、ねじ軸を主軸とテールストックによって両端で支持する形態のものであるが、軸ねじ研削加工ではテールストックを使用しないで主軸側チャックと振止め装置だけを使用してねじ軸を支持する場合もある。この場合もねじ軸の主軸側軸端はチャックで拘束されているので、軸の伸びは主軸と反対側の軸端、即ちねじ軸の遊端側で測定する。
【００２２】
図６はテールストックを使用しない場合の測定装置の１実施形態を示した側面図である。ねじ軸の遊端の先方位置で送りテーブルの上部に左右（テーブル移動方向）および前後方向に位置調整可能なブロック組立体３５が搭載され、このブロック組立体の上部に支持台３６を介して検出器３７が保持される。検出器３７の検出子３７ａの先端側にはねじ軸方向に弾性変位可能な平行板ばね３８が支持台３６上に固着され、この平行板ばね３８の上端部に検出器３７の検出子３７ａと接当可能な磁性材製の面板３９が取り付けられている。面板３９のねじ軸側に向いた板面にはフィーラ４０を固定した台座４１が保持されている。この場合、台座４１の裏面（面板に対峙する面）にはマグネット板４２が埋め込まれており、マグネット板４２の磁気吸引力で台座４１は面板３９に吸着される。フィーラ４０の先端はねじ軸の軸端のセンタ穴に係合するボールで形成されている。フィーラ４０は、平行板ばね３８のばね力により、常に一定の押圧力でねじ軸の軸端を押し付ける。フィーラ４０の台座４１はマグネット板４２の磁気吸引力に抗して面板３９上をスライドさせることが可能であり、したがって台座４１の位置は自由度があり、これによってねじ軸のセンタ穴にフィーラ４０のボールが収まり易くなっている。
【００２３】
ねじ軸に伸縮が生じると、この伸縮量に応じてフィーラ４０および台座４１を介して面板３９が変位し、これと接触している検出子３７ａの変位により伸縮量の測定がなされる。測定値は検出器３７の出力として図３に示したアンプ３２を介してＮＣ装置に取り込まれる。伸縮量を基にした補正方法は検出器内蔵のテールストックの場合と同様である。
【００２４】
図７は上述した補正研削によって軸径４０ｍｍ、ねじ長１４００ｍｍ、リード２０ｍｍのねじ軸を研削加工した時の伸び量と入力補正値を示した図である。加工条件は、切込量を従来に対して１．５倍まで上げて実施した。図中、横軸は粗研削、中粗研削、仕上げ研削の各研削グループを示し、縦軸はねじ軸の伸び量（μｍ）および補正入力値（μｍ）を示す。ねじ軸の伸び量は各研削グループの加工開始時（斜線柱Ｂ）と加工終了時（白抜き柱Ａ）の値を示した。Ｄが補正入力値である。
従来、粗研削時の伸び量は３０〜４０μｍに抑えても、片当りを除去するのに中粗研削、仕上げ研削回数を合わせて５〜６回要していたが、図示の実施例では粗研削時の伸び量を７０〜８０μｍまで上げて加工しても中粗研削、仕上げ研削回数を合わせて２回で終了しており、加工能率の向上を達成している。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、軸ねじ研削加工中のねじ軸の伸びを測定し、その値をＮＣ装置に取り込んでリード補正を行うようにしたので、従来見られた中粗研削、仕上げ研削における片当り現象が無くなる。粗研削時の伸び量の制限がなくなるので、粗研削時の切込量を大きくとることができ、従来不可能とされてきたねじ溝研削の高能率化が可能となる。また、累積代表リード誤差の厳しいボールねじに対しても、リード補正値の設定に作業者の経験、勘が不要となり、安定した加工が可能となる。テールストックを用いたものでは、ばねにて押圧されたテールストックのスライド軸を利用して検出器の検出端を接当させるようにしたので、構造がきわめてコンパクトになり、伸び検出のための大きなスペースはとらない。
【図面の簡単な説明】
【図１】ねじ軸の伸びによる砥石の片当り現象を示す図である。
【図２】本発明の１実施形態によるねじ軸伸縮補正研削装置のテールストックの縦断面図である。
【図３】ねじ軸の伸び検出態様を説明するための本発明の実施形態によるねじ軸伸縮補正研削装置の概略的な全体側面図である。
【図４】研削加工開始時に砥石車が主軸のチャック側にある場合の補正研削を説明するための側面図である。
【図５】研削加工開始時に砥石車がテールストック側にある場合の補正研削を説明するための側面図である。
【図６】テールストックを使用しない場合の本発明るに係る測定装置の１実施形態を示した側面図である。
【図７】本発明を用いた補正研削によってねじ軸を研削加工した時の各研削段階における伸び量と入力補正値を示した図である。
【符号の説明】
１１  ハウジング
１２  スライド軸
１３  圧縮ばね
１５  支持台
１６  検出器
１７  当て板部材
１８  心押しセンタ
２０  主軸
２１  テールストック
２３  チャック
２６，２７  サーボモータ
２８  ＮＣ装置
３２  アンプ
３６  支持台
３７  検出器
３８  平行板ばね
３９  面板
４０  フィーラ
４１  台座
４２  マグネット板
【図１】
0003700255.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003700255.tif 000005
【図５】
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【図６】
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【図７】
0003700255.tif 000008