(57)【要約】【課題】工作物の回転運動による研削点の変動や砥石表面の摩耗やツルーイングによる研削点の変動があっても、研削液の流量を少なくするとともに、砥石軸モータ動力を低減することが可能な研削加工機械を提供する。【解決手段】研削加工機械において、研削点に研削液を供給する研削液供給ノズルであって、その研削液供給ノズルから噴出する研削液を、砥石径が最小の時でも砥石車の回転方向において研削点よりも上流側において供給し、研削液供給ノズルの先端部の形状を噴出口に対し４０°以下の先細り形状または噴出口の形状を１０ｍｍ以上維持するストレート形状にする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作主軸により回転駆動される工作物と、前記工作主軸の回転軸線に直交した方向に進退移動する砥石台と、前記砥石台に回転駆動可能に支承され前記砥石台の進退移動に伴い前記工作物の研削加工を行う砥石車と、前記砥石車の砥石表面と前記工作物との接触点となる研削点に研削液を供給する研削液供給ノズルとを有し、前記工作主軸及び前記砥石車の回転軸線を含む平面からの前記研削点の高さが変化する研削加工機械において、前記研削液供給ノズルは曲線形状の曲げ部と噴射口の断面形状を１０ｍｍ以上維持するストレート形状部とを有し、前記研削液供給ノズルから噴射される研削液と砥石表面とが接触する位置は前記砥石車の砥石径が最小となる時の前記研削点よりも上流側の位置であり、かつ、前記研削液供給点における接線と前記研削液供給ノズルから噴射される研削液とのなす角が９０°よりも小さいとすることを特徴とする研削加工機械。
【請求項２】
工作主軸により回転駆動される工作物と、前記工作主軸の回転軸線に直交した方向に進退移動する砥石台と、前記砥石台に回転駆動可能に支承され前記砥石台の進退移動に伴い前記工作物の研削加工を行う砥石車と、前記砥石車の砥石表面と前記工作物との接触点となる研削点に研削液を供給する研削液供給ノズルとを有し、前記工作主軸及び前記砥石車の回転軸線を含む平面からの前記研削点の高さが変化する研削加工機械において、前記研削液供給ノズルは曲線形状の曲げ部と噴射口の厚みに対して４０°以下の先細り形状部とを有し、前記研削液供給ノズルから噴射される研削液と砥石表面とが接触する位置は前記砥石車の砥石径が最小となる時の前記研削点よりも上流側の位置であり、かつ、前記研削液供給点における接線と前記研削液供給ノズルから噴射される研削液とのなす角が９０°よりも小さいとすることを特徴とする研削加工機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研削液供給ノズルを設けた研削加工機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の研削方法として図５に示すように、クランクシャフトをジャーナル中心で回転させ、偏心運動をするピン部に合わせて砥石車を進退移動させて加工を行うクランクピンの研削方法が知られている。この研削方法では、回転角度位相に応じてピン部が偏心運動を行うため、常に研削点Ｋ（砥石車とピン部との接触点）は移動することとなる。
【０００３】
この研削点Ｋに研削液を供給するノズルは、砥石台に固定されて砥石車Ｇとともに進退するように構成されており、ピン部Ｐの角度位相が０度または１８０度となった位置における研削点Ｋに向けて研削液を供給するストレートノズル１０（図５（Ａ）参照）、または、砥石車Ｇの表面に垂直に研削液を供給する直角ノズル２０（図５（Ｂ）参照）のどちらか一方または両方のノズルを用いて研削液を供給している。しかしながら、ピン部Ｐの偏心運動により研削点Ｋは図５のように移動するため、固定されたストレートノズル１０あるいは直角ノズル２０では変動する研削点Ｋに常に十分な研削液を供給することが難しく、このため大量の研削液を供給することが行なわれていた。
【０００４】
そこで、図４に示すように特許文献１では、出来る限り少ない流量の研削液により効率的に研削点を冷却することを目的として、砥石車Ｇと工作物Ｗとが接触する研削点Ｋの上流側近傍において前記研削点Ｋに向けて研削液を供給するストレートノズル１０と、砥石車Ｇの砥石表面に向けて直交する方向から研削液を供給する直角ノズル２０とが砥石台５と一体的に進退移動するように設けられている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１０８０３２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前述の特許文献１では、研削液の流量を少なくすることを目的として、ストレートノズル１０と直角ノズル２０とを設け、砥石台５と一体的に進退移動するものとしていた。しかしながら、ストレートノズル１０においては、加工にともない砥石車Ｇの砥石表面が摩耗して砥石径が小さくなると、工作物Ｗと砥石車Ｇとの接触点である研削点Ｋがずれてしまい研削点Ｋに研削液を供給できなくなっていた。また、砥石車Ｇの砥石表面に連れ回る空気流の抵抗のため、研削液の供給圧を高くしないと研削点Ｋに研削液が供給されないという問題もあった。このため、研削液を大量に供給したり研削液の供給圧を高くするために、研削液を供給する装置を大型化する必要があった。
【０００７】
また、直角ノズル２０では、工作物Ｗや治具との干渉を避けるために設置位置を高くしていたため、大量の研削液を供給して研削点Ｋへの供給量不足を補っていた。これにともない、研削液の飛散量が増大していた。さらに、先端部を９０度曲げているので中を通る研削液の流れが乱れ、噴出した際に多方向に研削液が飛散していた。このため、飛散した研削液であるミスト対策のための設備に費用が掛かっていた。更に、直角ノズル２０は、加工面である砥石車Ｇの砥石表面に対して垂直な方向に研削液を噴出するので、砥石車の回転を妨げることとなり砥石軸モータ動力を増大させていた。
【０００８】
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、工作物の回転運動による研削点の変動や砥石表面の摩耗による研削点の変動があっても、研削液の流量を少なくするとともに、砥石軸モータ動力を低減することが可能な研削加工機械を提供するものである。更に、波及効果として研削液供給装置を小型化し、ミスト対策に掛かる設備費用を削減することが可能な研削加工機械を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するための本発明の第１発明は、請求項１に記載の研削加工機械である。請求項１に記載の研削加工機械は、工作主軸により回転駆動される工作物と、前記工作主軸の回転軸線に直交した方向に進退移動する砥石台と、前記砥石台に回転駆動可能に支承され前記砥石台の進退移動に伴い前記工作物の研削加工を行う砥石車と、前記砥石車の砥石表面と前記工作物との接触点となる研削点に研削液を供給する研削液供給ノズルとを有し、前記工作主軸及び前記砥石車の回転軸線を含む平面からの前記研削点の高さが変化する研削加工機械において、前記研削液供給ノズルは曲線形状の曲げ部と噴射口の断面形状を１０ｍｍ以上維持するストレート形状部とを有し、前記研削液供給ノズルから噴射される研削液と砥石表面とが接触する位置は前記砥石車の砥石径が最小となる時の前記研削点よりも上流側の位置であり、かつ、前記研削液供給点における接線と前記研削液供給ノズルから噴射される研削液とのなす角が９０°よりも小さいとすることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の第２の発明は、請求項２に記載の研削加工機械である。請求項２に記載の研削加工機械は、工作主軸により回転駆動される工作物と、前記工作主軸の回転軸線に直交した方向に進退移動する砥石台と、前記砥石台に回転駆動可能に支承され前記砥石台の進退移動に伴い前記工作物の研削加工を行う砥石車と、前記砥石車の砥石表面と前記工作物との接触点となる研削点に研削液を供給する研削液供給ノズルとを有し、前記工作主軸及び前記砥石車の回転軸線を含む平面からの前記研削点の高さが変化する研削加工機械において、前記研削液供給ノズルは曲線形状の曲げ部と噴射口の厚みに対して４０°以下の先細り形状部とを有し、前記研削液供給ノズルから噴射される研削液と砥石表面とが接触する位置は前記砥石車の砥石径が最小となる時の前記研削点よりも上流側の位置であり、かつ、前記研削液供給点における接線と前記研削液供給ノズルから噴射される研削液とのなす角が９０°よりも小さいとすることを特徴とする。
【００１１】
以上により、工作物の形状や砥石車の砥石表面の摩耗等により研削点が変動しても、該研削点へ研削液を確実に供給することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の研削液供給ノズルを適用した研削加工機械の概略図を示している。
本実施の形態においては、工作物はカム部とジャーナル部とを備えたカムシャフトが工作主軸により回転され、カム部Ｗに対し砥石台５に装着されカム部Ｗと反対方向に回転する砥石車Ｇにより研削加工を行うカム研削を例示し、その研削における研削液供給方法とそれを実施する研削加工機械について図面に従って説明する。
【００１３】
カム部Ｗはその軸端をセンタ支持、或いはチャックにより把持されており、モータ３５により回転される工作主軸によりジャーナル中心Ｊで回転駆動される。砥石車Ｇは砥石台５に回転駆動可能に支承されており、この砥石台５は工作主軸により回転運動されるカム部Ｗの角度位相に応じモータ３３の回転を制御することにより、水平かつ工作主軸の回転軸線に直交するＸ軸方向に進退移動される。
【００１４】
前記モータ３５，３３には、それぞれの回転角度を検出するエンコーダ３６，３４が設けられており、このモータ３５，３３、エンコーダ３６，３４はそれぞれ数値制御装置４０に接続されている。数値制御装置４０によりこれらモータ３５，３３の動作を同期制御することで、カム部Ｗの角度位相に応じて砥石台５を進退移動し、非真円のカム部Ｗがプロフィル研削加工される。
【００１５】
砥石台５には砥石車Ｇを覆う砥石カバー３０が設置されており、この砥石カバー３０には、ブラケットＢを介して研削液を供給する配管１１が設けられている。この配管１１には、図略の研削液供給装置と先端に本発明を構成する研削液供給ノズル５０が接続されている。
【００１６】
研削点Ｋに供給する研削液の流量を少なくするためには、研削液を研削点Ｋに確実に供給する必要があるが、本実施形態のカム研削では研削点Ｋが変動する。カム部Ｗはベース円部とリフト部とからなるプロフィルを有し、研削点Ｋはベース円部では工作主軸の回転軸線と砥石車Ｇの回転軸線とを含む平面上に位置し、リフト部ではこの平面より上側に位置する。
ここで、研削点Ｋの変動要因として、カム部Ｗの形状や砥石車Ｇの摩耗やツルーイングによる砥石径の減少がある。これらの変動要因に対しては、研削点Ｋに直接研削液を供給する従来のストレートノズルでは対応することができず、研削液供給ノズル５０から噴出された研削液と砥石表面との接触点である研削液供給点Ｐｃが研削点Ｋより上流側となるように研削液供給ノズル５０を設ける必要がある。さらに、前記研削供給点Ｐｃを研削点Ｋよりも上流側に設定するにあたっては、砥石車Ｇ、工作物Ｗ、図略治具等との干渉に注意する必要がある。この点において、従来の直角ノズルはかなり上流側に設定する必要があり、研削点Ｋに研削液を十分に供給するためには大量の研削液が必要となる。
本発明は、研削液供給ノズル５０から噴出する研削液の噴出方向を均一にするとともに、工作物の形状や砥石径の減少による研削点Ｋの変動があっても研削点Ｋに研削液を確実に供給することを可能にする。
【００１７】
研削液供給ノズル５０は、研削液を研削液供給点Ｐｃに向けて噴出する噴出口５１を有する。この研削液供給ノズル５０は、噴出口５１から噴出する研削液が研削液供給点Ｐｃに到達するまでに工作物Ｗ等に遮られない位置に設けるものとする。研削液供給点Ｐｃは、砥石車Ｇの回転方向において上下に変動する研削点Ｋの上流側（図１において上側）に設定されている。この研削液供給点Ｐｃは、さらに、砥石車Ｇが磨耗し砥石径が最小になった時でも、研削点Ｋｓよりも砥石車Ｇの回転方向において上流側に位置するように設定されている。したがって、研削液供給点Ｐｃは、研削点Ｋ、Ｋｓよりも常に砥石車Ｇの回転方向において上流側に位置する。
【００１８】
研削液供給ノズル５０の形状について、第１の実施形態と第２の実施形態を、それぞれ図２と図３に基づいて説明する。図２Ａと図２Ｂは、それぞれ第１の実施形態における、研削液供給ノズル５０の横から見た図と噴射口５１の断面図である。図３Ａと図３Ｂは、それぞれ第２の実施形態における、研削液供給ノズル５０の横から見た図と噴射口５１の断面図である。
【００１９】
第１の実施形態においては、研削液供給ノズル５０は、図２Ａのように噴射口５１と、研削液を研削供給点Ｐｃに向けて噴射口５１から噴出する際に研削液が多方向に飛散しないように研削液の流れを均一にするストレート形状部５２と、配管１１より導入する研削液をストレート形状部５２にその流れを乱すことなく導く滑らかな曲線形状の曲げ部５３を有する。ストレート形状部５２及び噴射口５１の断面形状は、図２Ｂのように横５５（長辺）が前記砥石車Ｇの幅と略同じ長方形である。また、ストレート形状部５２の長さは、１０ｍｍである。
よって、第１の実施形態の研削液供給ノズル５０によれば、図略研削液供給装置より配管１１を介して供給される研削液は、研削液供給ノズル５０の曲げ部５３によりその流れを乱すことなく先端近傍のストレート形状部５２に流入し、噴出口５１より研削液供給点Ｐｃに向かって噴出するので、研削液が多方向に噴出することがなく確実に研削液供給点Ｐｃに噴出することができる。
【００２０】
次に、研削液供給ノズル５０の第２の実施形態を、図３に基づいて説明する。第２の実施形態においては、図３Ａのように研削液供給ノズル５０は、噴射口５１と、研削液を研削供給点Ｐｃに向けて噴射口５１から噴出する際に研削液が多方向に飛散しないように研削液の流れを均一にするとともに研削液の流速を高める先細り形状部５７と、配管１１より流入する研削液を先細り形状部５７にその流れを乱すことなく導く滑らかな曲線形状の曲げ部５３を有する。噴射口５１の断面形状は、図３Ｂのように横５５（長辺）が前記砥石車Ｇの幅と略同じ長方形である。先細り形状部５７は、その断面形状が略長方形をなすと共にその短辺が先端に向かって４０°以下（符号５６の角度がそれぞれ２０°以下）の先細り形状をなしている。
よって、第２の実施形態の研削液供給ノズル５０によれば、図略研削液供給装置より配管１１を介して供給される研削液は、研削液供給ノズル５０の曲げ部５３によりその流れを乱すことなく先端付近の先細り形状部５７に流入し、噴出口５１より研削液供給点Ｐｃに向かって噴出するので、研削液が多方向に噴出することがなく確実に研削液供給点Ｐｃに噴出することができる。また、噴出する研削液の流速を高めることができるので砥石車Ｇに連れ回る空気流を打ち破り易くなり研削点Ｋへの供給が容易になる。
【００２１】
前記噴出口５１から噴出する研削液の流速は、少なくとも砥石車Ｇに連れ回る空気流を打ち破るのに必要な流速が確保できるものでなければならない。この流速は、ベルヌーイの定理よる求めることが可能である。即ち、研削液の流速をＶｃ、空気流の速度をＶａ、１気圧２０℃における空気の密度をρａ、１気圧２０℃における研削液の密度をρｃとすると、計算式  Ｖｃ＊ｓｉｎθ＞Ｖａ（ρａ／ρｃ）１／２より、研削液の流速Ｖｃを求めることができる。ここでθは、研削液供給点Ｐｃにおける接線と研削液供給ノズル５０から噴射される研削液とのなす角である。この研削液の噴出方向は、その延長線が、工作主軸及び砥石車Ｇの回転軸線を含む平面と砥石車Ｇの回転軸線よりも工作物Ｗに近い側で交差する。
【００２２】
いま、Ｖａ、ρａ、ρｃ、θをそれぞれ１１０ｍ／ｓ、０．１２２９ｋｇｆ・ｓ２／ｍ４、１０１．７９ｋｇｆ・ｓ２／ｍ４、３０°とすると、Ｖｃ＊ｓｉｎθは、３．８ｍ／ｓとなり、したがって、θが３０°より研削液の流速Ｖｃは７．６ｍ／ｓとなる。よって、砥石車Ｇに連れ回る空気流を打ち破るのに必要な流速は、７．６ｍ／ｓとなる。
一方、研削液の流量は、研削液の流速と噴出口５１の断面積の積より求めることができる。つまり、研削液の流速を７．６ｍ／ｓ、噴出口５１の断面積を例えば６０ｍｍ２（厚さ３ｍｍ、幅２０ｍｍの場合）とすると、約２８リットル／ｍｉｎとなる。
よって、砥石車Ｇに連れ回る空気流を打ち破るのに必要な研削液の流量は、約２８リットル／ｍｉｎとなり、研削点Ｋ、Ｋｓに研削液が十分に供給されるためには研削液の流量をこの流量２８リットル／ｍｉｎ以上に設定する。
【００２３】
上記の条件で従来技術（直角ノズル＋ストレートノズル）を用いてスチール系のカムシャフトを研削する場合、経験的に研削液の流量が百数十リットル／ｍｉｎ程度必要であることが分かっている。本発明の技術により研削液の流量を大幅に低減することが可能である。また、研削液の流量低減に加えて、研削液の噴出方向が砥石車Ｇの回転方向に傾いていることにより、砥石軸モータ動力が大幅に低減される。
【００２４】
なお、本実施の形態においては、カムシャフトのカム部の研削を例示しているが、他の工作物、即ち、旋回中心より偏心した位置に加工箇所を有する工作物を加工する研削加工機械や切削加工機械にも適用することは可能である。また、例えば、クランクシャフトのピン部の研削加工機械に適用しても良い。
【００２５】
【発明の効果】
以上、請求項１、２のいずれかに記載の研削加工機械によれば、研削液の流量や砥石軸モータ動力を低減することが可能となる。更に、波及効果として研削液供給装置の小型化、ミスト対策に要する設備費用の削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の研削液供給ノズル５０を適用した研削加工機械の概略図である。
【図２】図２Ａは、本発明の請求項１に係る研削液供給ノズル形状を示す図で横から見た図である。図２Ｂは、本発明の請求項１に係る研削液供給ノズルの噴射口の断面形状である。
【図３】図３Ａは、本発明の請求項１に係る研削液供給ノズル形状を示す図で横から見た図である。図３Ｂは、本発明の請求項１に係る研削液供給ノズルの噴射口の断面形状である。
【図４】従来の研削方法を示す図である。
【図５】従来の研削方法を示す図である。
【符号の説明】
Ｗ  工作物、  Ｊ    ジャーナル中心
５  砥石台、  Ｇ    砥石車、    Ｋ  研削点、  Ｋｓ  砥石径最小時の研削点
Ｄ  砥石層、  Ｒ１  砥石最大径、Ｒ２  砥石最小径、Ｐｃ  研削液供給点、
１１  配管、  Ｂ    ブラケット
５０  本発明を構成する研削液供給ノズル
５１  本発明を構成する研削液供給ノズルの噴射口
【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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