(57)【要約】【課題】前工程での軌道面の粗さのばらつきに応じて常に最適な時間だけ粗加工を行い、かつ、砥石の目詰まり状態に応じて常に最適な時点で仕上げ加工を終了することができ、サイクルタイムの短縮と砥石寿命の向上、並びに仕上げ面の品質を高レベルで安定させることのできる玉軸受の軌道輪用超仕上げ装置を提供する。【解決手段】加工中に軌道輪ＷＯ　を介してシュー１に作用する支持方向への力を検出する力検出手段７と、その検出出力に基づいて粗加工と仕上げ加工の切り換え時点および仕上げ加工の終了時点を決定する制御手段２４を設け、砥石の目立て／目詰まり状態に基づいて粗加工から仕上げ加工に切り換え、また、仕上げ加工を終了させることにより、前工程での軌道面ＷＯＴの状態や砥石の表面状態に応じた最適な加工サイクルを実現する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
玉軸受の軌道輪をシューで支持して回転させた状態で、超仕上げ砥石を軌道面に押圧しつつ揺動させて当該軌道面を超仕上げ加工する装置であって、１サイクル中に加工条件を互いに相違させた粗加工および仕上げ加工を順に行う玉軸受の軌道輪用超仕上げ装置において、
加工中に軌道輪を介して上記シューに作用する支持方向への力を検出する力検出手段と、その力検出出力に基づいて、上記粗加工と仕上げ加工の切り換え時点および仕上げ加工の終了時点を決定する制御手段を備えていることを特徴とする玉軸受の軌道輪用超仕上げ装置。
【請求項２】
上記制御手段は、砥石の揺動端近傍での砥石の往復時における力検出出力の差が増大して、あらかじめ設定されている第１の値に達した時点を粗加工から仕上げ加工への切り換えの基準点とするとともに、上記第１の値よりも小さい第２の値に達した時点を仕上げ加工の終了の基準点とするように動作することを特徴とする請求項１に記載の玉軸受の軌道輪用超仕上げ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は玉軸受の軌道面を超仕上げ加工するための超仕上げ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
玉軸受の軌道輪、つまり内輪および外輪の軌道面を超仕上げ加工する超仕上げ装置としては、一般に、被加工物である軌道輪に回転を与えた状態で、超仕上げ砥石を軌道面に押圧しつつ揺動させる。このような超仕上げ装置においては、通常、１サイクル中に粗加工と仕上げ加工を順に行うことにより、粗加工で前工程である研削工程により軌道面に生成されている表面粗さ部分を含む所要の表面層を除去し、それに続く仕上げ加工に軌道面の表面粗さをより改善して表面精度を高精度化することが行われている。
【０００３】
ここで、粗加工と仕上げ加工は加工条件を互いに相違させることによって実現しており、仕上げ加工は、先に行われる粗加工に対して、被加工物の回転数を速く、揺動数を少なく、更には砥石の押圧力を小さくするように設定される。
【０００４】
従来、このような粗加工および仕上げ加工は、それぞれにタイマーにより時間を設定して行っている（例えば特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−７９６１６号公報（第１−第５頁，表１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、超仕上げ加工における粗加工と仕上げ加工は、粗加工において被加工物の表面層をある程度削除すべく砥石は目立て状態とする必要があり、仕上げ加工では粗加工よりも更に表面粗さを小さくすべく砥石は目詰まり状態とする必要がある。そこで、この種の加工においては、粗加工において前のサイクルの仕上げ加工で目詰まりした砥石を被加工物の表面粗さをも利用して目立てし、仕上げ加工においては砥石を再び目詰まり状態とするように、砥石並びにそれぞれの加工条件が設定される。
【０００７】
しかしながら、従来の超仕上げ装置においては、粗加工と仕上げ加工をそれぞれにタイマーにて一定の時間に設定しているが故に、前工程である研削工程から送られてくる軌道輪の表面粗さのばらつきや、砥石の目詰まり状態に関係なく一定時間ずつ粗加工と仕上げ加工を行うことになり、必要以上に粗加工を行うことによる時間のロス並びに砥粒の脱落に起因する砥石寿命の低下を生じるという問題と、必要以上に仕上げ加工を行うことによる軌道面品質の低下を招くという問題がある。
【０００８】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、前工程での軌道面の粗さにばつらきに応じて、常に最適な時間だけ粗加工を行い、かつ、砥石の目詰まり状態に応じて常に最適な時点で仕上げ加工を終了することができ、もってサイクルタイムの短縮と砥石寿命の向上を達成し、かつ、仕上げ面の品質を高いレベルで安定させることのできる玉軸受の軌道輪用超仕上げ装置の提供を目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するめ、本発明の玉軸受の軌道輪用超仕上げ装置は、玉軸受の軌道輪をシューで支持して回転させた状態で、超仕上げ砥石を軌道面に押圧しつつ揺動させて当該軌道面を超仕上げ加工する装置であって、１サイクル中に加工条件を互いに相違させた粗加工および仕上げ加工を順に行う玉軸受の軌道輪用超仕上げ装置において、加工中に軌道輪を介して上記シューに作用する支持方向への力を検出する力検出手段と、その力検出出力に基づいて、上記粗加工と仕上げ加工の切り換え時点および仕上げ加工の終了時点を決定する制御手段を備えていることによって特徴づけられる（請求項１）。
【００１０】
ここで、本発明においては、上記制御手段は、砥石の揺動端近傍での砥石の往復時における力検出出力の差が増大して、あらかじめ設定されている第１の値に達した時点を粗加工から仕上げ加工への切り換えの基準点とするとともに、上記第１の値よりも小さい第２の値に達した時点を仕上げ加工の終了の基準点とするように動作するように構成すること（請求項２）が好ましい。
【００１１】
本発明は、玉軸受の軌道面、つまり環状溝の超仕上げ加工時に、砥石による加圧の挙動が、砥石の目立て／目詰まり状態に応じて変化することを見いだした結果としてなされたものである。
【００１２】
すなわち、玉軸受の軌道面に一定の圧力で超仕上げ砥石を押圧しつつ揺動させたとき、砥石の軌道面に対する押圧力の検出信号が、砥石の切れ味、つまり目立て／目詰まり状態に応じて異なるパターンを示すことが、本発明者らの研究により明らかになった。特に、この加工中における押圧力のパターンの相違は、砥石の揺動端近傍において顕著であり、砥石による軌道面の押圧力が往路と復路では一致しない現象が生じる。この往路と復路での押圧力の相違、言わば押圧力のヒステリシス現象は、超仕上げ砥石の表面状態に応じてその程度が相違し、目立てが完全であるほど、つまり軌道面との間の摩擦抵抗が大きいほど大きなヒステリシスが発現し、目詰まり状態ではヒステリシスの量が小さくなる。
【００１３】
以上の現象が発生する理由は、以下の通りであると推測することができる。
いま、図６（Ａ）に示すように、砥石Ｓが玉軸受の軌道面ＷＴ　の一方の肩部ＷＴＳから軌道中央ＷＴＣに向かう向きを往路、同図（Ｂ）に示すように砥石Ｓが逆に軌道中央ＷＴＣから一方の肩部ＷＴＳに向かう向きを復路とし、砥石Ｓによる加圧力を一定のＰとして、ｘおよびｚ方向をそれぞれ図示のようにとり、ｚ方向に作用する力を考察する。図６（Ａ）の往路においては、砥石Ｓと軌道面ＷＴ　との間の摩擦力Ｆは、砥石Ｓの移動方向と同じ向きの図示の向きとなる。また、復路においては、図６（Ｂ）に示す通り逆向きとなる。
【００１４】
軌道面ＷＴ　の同じ位置において往路および復路で作用するｚ方向への力Ｐｚ′は、前記したように砥石Ｓの加圧力Ｐが同じでそのｚ方向分力をＰｚとし、摩擦力Ｆについてもその大きさが同じとしてそのｚ方向分力をＦｚとすると、往路においては、
Ｐｚ′＝Ｐｚ＋Ｆｚ　・・・・（１）
復路においては、
Ｐｚ′＝Ｐｚ−Ｆｚ　・・・・（２）
となり、往路と復路では摩擦力Ｆのｚ方向成分に応じた差が生じる。
そして、砥石Ｓと軌道面ＷＴ　との摩擦力Ｆは、砥石Ｓの切れ味がいいほど、つまり目立てが完全であるほど大きくなり、目詰まり状態では小さくなる。
【００１５】
そこで、超仕上げ砥石の押圧力を、軌道輪を支持するシューを介して力検出手段により検出することにより、砥石の目立てり／目詰まり状態を知ることができるので、その検出出力を用いることによって、粗加工から仕上げ加工の切り換え時点と、仕上げ加工の終了時点を決定することができる。このような粗加工と仕上げ加工のサイクルの決定の仕方によると、前工程での軌道面の粗さや、仕上げ加工における砥石の目詰まりの進行状態に適応して、粗加工から仕上げ加工への移行時点と仕上げ加工の終了時点を常に一定の状態に保つことができる。従って、粗加工を必要以上に長くすることによる所要時間のロスと砥石の短寿命化を防止すると同時に、仕上げ加工を必要以上に長くすることによる軌道面の精度低下を防止することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の要部の機械的構成を示す部分断面図であり、図２はその実施の形態の要部の電気的構成を示すブロック図である。
【００１７】
この例は玉軸受の外輪用の超仕上げ装置を示すものであって、被加工物である玉軸受の外輪ＷＯ　は、その内周に環状の軌道面ＷＯＴが形成されており、この軌道面ＷＯＴが超仕上げ加工の対象面となる。
【００１８】
外輪ＷＯ　は、その外周面がシュー１に支持され、かつ、ローラ（図示せず）によって一端面がバッキングプレート２に押し付けられた状態で加工に供される。バッキングプレート２は主軸３の先端に固着されており、この主軸３は主軸駆動用モータ２５（図１において図示せず、図２参照）を駆動することによって回転し、この主軸３の回転によって外輪ＷＯ　に回転が与えられる。
【００１９】
超仕上げ砥石Ｓは、砥石ホルダー４に保持された状態で砥石加圧レバー５によって下向きに加圧される。この砥石ホルダー４は、砥石加圧レバー５とともに超仕上げヘッド（図示せず）に装着されている。この超仕上げヘッドは加圧レバー５を介して超仕上げ砥石Ｓを下方に押圧するための空圧シリンダを備えるとともに、揺動駆動機構用モータ２６（図１において図示せず、図２参照）の駆動によって、外輪ＷＯ　の軌道面ＷＯＴの曲率中心を中心として揺動し、これにより超仕上げ砥石Ｓは軌道面ＷＯＴに押圧されながら揺動する。
【００２０】
さて、前記したシュー１はシューブラケット１ａに固着されており、このシューブラケット１ａは、一側面が力センサ７を挟み込むように装置フレーム６に取り付けられている。この構造において、外輪ＷＯ　に対して超仕上げ砥石Ｓを揺動させつつ押圧すると、その押圧力が外輪ＷＯ　、シュー１、更にシューブラケット１ａを介して力センサ７に伝達され、従って力センサ７の出力は外輪ＷＯ　に対する超仕上げ砥石Ｓの押圧力に比例したものとなる。
【００２１】
この力センサ７の出力は、アンプ２１で増幅された後、適当なローパスフィルタ２２により高周波成分などが除去され、微小インターバルでＡ−Ｄ変換器２３によってデジタル化される。そのデジタル化された力検出データは、制御装置２４に刻々と取り込まれる。
【００２２】
制御装置２４は、実際にはＣＰＵとその周辺機器、並びにシーケンサ等を主体として構成されているのであるが、図２においては、説明の便宜上、当該制御装置２４が有している機能ごとのブロック図で示している。すなわち、力検出データから後述する砥石揺動端近傍における押圧力の往路と復路での差Δを算出するヒステリシス差算出部２４ａと、その算出された差Δとあらかじめ設定されている値ΔＲ　およびΔＦ　とを比較する比較部２４ｂと、装置各部に対して制御信号を供給する制御部２４ｃを含んでいる。
【００２３】
制御部２４ｃは、前記した主軸駆動用モータ２５、揺動駆動用モータ２６、超仕上げヘッドの空圧シリンダに供給すべきエア圧を高圧／低圧に切り換えるための高圧／低圧切り換え用電磁弁２７を制御下においている。なお、この制御部２４ｃは、外輪ＷＯ　をローディング／アンローディングするためのローダーをはじめ、装置全体を制御するのであるが、図２は本発明に関連する要部のみを示している。
【００２４】
超仕上げ装置全体としてのサイクルは、超仕上げヘッドを図１の状態から離脱させた状態で、被加工物である外輪ＷＯ　を図１に示すようにローディングし，次いで主軸を回転させて外輪ＷＯ　を回転させ、超仕上げヘッドを図１の状態に移動させた後、超仕上げ砥石Ｓを軌道面ＷＯＴに押圧しつつ揺動させて、粗加工の後に仕上げ加工を行い、加工終了後の外輪ＷＯ　をアンローディングし、次の外輪ＷＯ　をローディングする、というサイクルである。
【００２５】
粗加工は、外輪ＷＯ　を回転数ＲＲ　で回転させ、超仕上げ砥石Ｓを加圧力ＦＲ　で軌道面ＷＯＴに押圧しつつ、揺動数ＯＲ　で揺動させるものであって、仕上げ加工では、回転数をＲＲ　よりも高いＲＦ　、加圧力をＰＲ　よりも低いＰＦ　、揺動数をＯＲ　よりも低いＯＦ　とする。
【００２６】
制御装置２４では、以下に示す手法により、力センサ７から取り込んだ刻々の押圧力データを用いて、粗加工から仕上げ加工への切り換え時点と、仕上げ加工の終了時点を決定する。
【００２７】
超仕上げ砥石Ｓが目立て状態にあるとき、力センサ７からの出力は、フィルタ２２により平滑化された後、揺動の一往復において図３（Ａ）に例示する状態となり、超仕上げ砥石Ｓが目詰まり状態にあるときには、同図（Ｂ）に例示する状態となる。すなわち、前記したように、超仕上げ砥石Ｓにより外輪ＷＯ　の軌道面ＷＯＴ等の環状溝の超仕上げ加工を行っているとき、砥石Ｓによる押圧力の、外輪ＷＯ　を介してシュー１に伝わる被加工物支持方向への分力成分は、揺動の一往復中に、その揺動端近傍において往路と復路で押圧力が相違するヒステリシス現象を生じ、その往復時における押圧力の差Δ（以下、ヒステリシス差Δと称する）は、砥石の切れ味、つまり目立て／目詰まり状態によって相違する。
【００２８】
ヒステリシス差算出部２４ａでは、力センサ７からの押圧力データから、砥石Ｓの１回の揺動ごとに、あらかじめ設定されている揺動端近傍でのヒステリシス差Δ算出し、例えばその複数回ごとの移動平均値を刻々と求めて、比較部２４ｂに供給する。比較部２４ｂでは、粗加工時において、その値があらかじめ設定されている大きさΔＲ　にまで大きくなった時点で、砥石Ｓが目立て状態に達したとして制御部２４ｃにその旨を出力する。制御部２４ｃでは、その出力の到来時点を起点としてあらかじめ設定されている一定の時間ＴＲ　が経過した後に粗加工から仕上げ加工に移行べく、主軸駆動用モータ２５、揺動駆動用モータ２６、高圧／低圧切り換え用電磁弁２７に制御信号を供給する。
【００２９】
また、仕上げ加工時においては、同じくヒステリシス差Δが、あらかじめ設定されている大きさΔＦ　にまで低下した時点で、砥石が目詰まり状態に達したとして、その旨の出力を制御部２４ｃに供給する。制御部２４ｃでは、その出力の到来時点で仕上げ加工を停止すべく、主軸駆動用モータ２５、揺動駆動用モータ２６、高圧／低圧切り換え用電磁弁２７に制御信号を供給する。
【００３０】
以上の本発明の実施の形態によると、ヒステリシス差Δの値、換言すれば超仕上げ砥石Ｓの目立て状態は、加工の１サイクル中において図４にグラフで示す通りとなる。すなわち、先の外輪ＷＯ　の仕上げ工程で目詰まり状態となった砥石Ｓが、次の外輪ＷＯ　の粗加工時に徐々に目立てされていき、やがて砥石揺動端近傍における押圧力のヒステリシス差ΔがΔＲ　に達して目立てが完了すると、その時点が確実に捕らえられ、その目立て状態で一定の時間ＴＲ　が経過した時点で仕上げ加工に移行し、その仕上げ加工において砥石Ｓが徐々に目詰まりしていき、やがてヒステリシス差ΔがΔＦ　に達して相当の目詰まり状態となった時点が確実に捕らえられ、その時点で仕上げ加工を終了する。
【００３１】
このような加工によると、前工程での軌道面ＷＯＴの粗さに係わりなく、常に一定の目立て状態の砥石Ｓにより一定時間だけ粗加工が施され、また、砥石Ｓの一定の目詰まり状態となるまで仕上げ加工が施されることになり、粗加工に必要以上の時間をかけることによる時間と砥石の無駄、並びに仕上げ加工に必要以上に時間をかけることによる品質の低下をなくすことができる。
【００３２】
なお、力センサ７の配設位置は以上の実施の形態で示した位置に限定されることなく、要はシュー１に作用する被加工物の支持方向への力を検出できる位置であれば任意の位置とすることができる。
【００３３】
また、以上の実施の形態は、本発明を玉軸受の外輪用の超仕上げ装置に適用した例を示したが、本発明は玉軸受の内輪にも等しく適用することができる。その要部構成例を図５に示す。
【００３４】
被加工物である玉軸受の内輪ＷＩ　は、その外周に環状の軌道面ＷＩＴが形成されており、その軌道面ＷＩＴが超仕上げの加工対象面となる。
【００３５】
内輪ＷＩ　は、棒状の表面にシュー本体１１ａが固着された内径シュー１１によってその内径面が支持された状態で、バッキングプレート１２にローラ（図示せず）によって押し付けられ、バッキングプレート１２を先端部に固着している主軸１３を回転させることによって、内輪ＷＩ　に回転が与えられる。超仕上げ砥石Ｓは、前記した例と同様に、砥石ホルダー１４に保持された状態で加圧レバー１５によって下方に加圧され、これらの全体を揺動させることによって、超仕上げ砥石Ｓが内輪ＷＩ　の軌道面ＷＩＴに対して押圧されつつ揺動する。
【００３６】
内径シュー１１を片持ち支持する支持部材１１ｂの下面と、装置フレーム１６との間に、２つの力センサ１７ａ，１７ｂが挟み込まれている。これらの力センサ１７ａ，１７ｂの出力から、超仕上げ砥石Ｓによる軌道面ＷＩＴに対する押圧力が検出される。その検出出力から、先の実施の形態と同等の回路構成によってヒステリシス差Δを求めて粗加工から仕上げ加工への切り換え点、および仕上げ加工の終了点を決定することによって、先の実施の形態と同等の作用効果を奏することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、被加工物である玉軸受軌道輪を支持するシューに作用する力を検出する力センサを設け、その力センサの出力に含まれる超仕上げ砥石の目立て／目詰まり情報を用いて、粗加工から仕上げ加工への切り換え時点と仕上げ加工の終了時点を決定するので、粗加工および仕上げ加工は、前工程の軌道面の状態や刻々の砥石表面の状態に応じて常に最適な時間が費やされ、粗加工および仕上げ加工をそれぞれタイマー設定する従来の超仕上げ装置に比して、必要以上に粗加工を続けることによる時間および砥石の無駄、並びに必要以上に仕上げ加工を続けることによる品質の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を玉軸受の外輪の超仕上げ装置に適用した実施の形態の要部の機械的構成を示す部分断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の要部の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態における力センサ７による砥石Ｓの押圧力の検出結果の例の説明図で、（Ａ）は砥石Ｓが目立て状態にあるとき、（Ｂ）は砥石Ｓが目詰まり状態にあるときをそれぞれ示すグラフである。
【図４】本発明の実施の形態における加工の１サイクル中でのヒステリシス差Δの推移を示すグラフである。
【図５】本発明を玉軸受の内輪の超仕上げ装置に適用した他の実施の形態の要部の機械的構成を示す部分断面図である。
【図６】超仕上げ砥石が揺動端近傍において往路と復路で軌道面への押圧力に差が生じる理由の説明図である。
【符号の説明】
１　シュー
１ａ　シューブラケット
２　バッキングプレート
３　主軸
４　砥石ホルダー
５　加圧レバー
６　装置フレーム
７　力センサ
２１　アンプ
２２　ローパスフィルタ
２３　Ａ−Ｄ変換器
２４　制御装置
２４ａ　ヒステリシス差算出部
２４ｂ　比較部
２４ｃ　制御部
２５　主軸駆動用モータ
２６　揺動駆動用モータ
２７　高圧／低圧切り換え用電磁弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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