JP2006175550A

JP2006175550A - 研削盤

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Publication number: JP2006175550A
Application number: JP2004371074A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Wakazono; 賀生若園
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2006-07-06
Also published as: US20060135044A1

Abstract

【課題】軸受部の空転動力、軸受油冷却動力および軸受ポンプ動力等の砥石軸受関係の消費動力を低減させ、それによってワーク研削加工の開始から終了までの消費エネルギー量を低減することができる研削盤を提供することにある。
【解決手段】軸受部の消費動力あるいはワーク研削加工の開始から終了までの消費エネルギー量を所定の量に設定し、それに基づいて、研削加工点で所定の剛性を付与するように、軸受部の外径を決定する。
【選択図】図６

Description

本発明は、回転する砥石車によってワークを研削加工する研削盤に関し、特に、ワーク研削加工の開始から終了までの消費エネルギー量を低減させる環境対応型の省エネルギー研削盤に関するものである。

従来、砥石車が静圧軸受により片持ち構造で回転駆動可能に支持された砥石台を、主軸台および心押台に向かって進退可能にベッド上にスライド機構を介して装架し、主軸台と心押台との間に回転駆動可能に支持されたワークを砥石車によって、クーラントノズルからクーラントを掛けながら研削加工する研削盤が知られている（例えば、特許文献１および２）。

特許文献１には、ベッド上の一対の案内に沿って砥石台を摺動可能に案内し、ベッドに固定したサーボモータの回転駆動力をボールネジ機構を介して砥石台に伝達し、砥石台を前後動させる形式の送り機構を使用した研削盤が開示されている。

特許文献２には、砥石車が静圧軸受により片持ち構造で回転駆動可能に支持された砥石台を、主軸台および心押台に向かって進退可能にベッド上にスライド機構を介して装架された砥石台送り機構を有する研削盤が開示されている。
特開２００１−６２６８２号公報特開平１０−１１８９２２号公報（図１）

従来の研削盤では、砥石車が静圧軸受により片持ち構造で砥石台に回転駆動可能に支持される構成をとっているので、研削加工時の剛性を上げ加工精度を維持するため、砥石車の軸および軸受部の軸径が大きく設計されていた。

しかし、従来の研削盤によると、砥石車の軸受は片持構造であって、研削加工時の剛性を上げ加工精度を維持できるよう砥石車の軸および軸受部の軸径が大きく設計されているため、砥石車の軸受部の摩擦力が大きく、軸受部の空転動力が大きかった。これに伴い、軸受部の発熱量も多く、軸受部の軸受油を冷却するための軸受油冷却装置および軸受へ軸受油を供給するための軸受ポンプが大型である必要があり、これらの消費動力も大きかった。その結果、ワーク研削加工の開始から終了までの消費エネルギー量を低減することができなかった。

従って、本発明の目的は、軸受部の空転動力、軸受油冷却動力および軸受ポンプ動力等の砥石軸受関係の消費動力を低減させ、それによってワーク研削加工の開始から終了までの消費エネルギー量を低減することができる研削盤を提供することにある。

第１の発明は、主軸に回転的に固定された所定の長さのワークを砥石車で研削する研削盤であって、前記砥石車を支持する砥石軸と、前記砥石車と前記ワークの間に形成される研削加工点に所定の剛性を付与しながら前記砥石軸を前記砥石車の両側で支持する流体軸受とを備え、前記砥石軸は、少なくとも前記流体軸受の位置において、エネルギー消費量の設定値に基づいて定められた外径を有することを特徴とする研削盤を提供する。

上記発明において、前記砥石軸が、前記砥石車の回転消費動力に基づいて定められる前記エネルギー消費量の設定値に基づいて定められた外径を有するものであってもよい。

また、上記発明において、前記砥石軸が、前記砥石車の位置で前記砥石軸を分割および連結するための連結手段を有しているものであってもよい。

本発明によれば、ワーク研削加工時の消費エネルギー量を低減させる観点から砥石車の軸および軸受部の軸径を決定することができる。そのことによって、ワーク研削加工の開始から終了までの作業時間において、消費動力を低減させることができ、消費エネルギー量を低減した環境対応型の省エネルギー研削盤を提供することができる。

（実施の形態）
（研削盤の構成）
以下、本発明の実施の形態に係る研削盤について図面を参照して説明する。尚、説明の便宜上、研削盤の全体構成に係る位置関係を、研削盤に向かって立つ使用者（図１において左側に立つ）から見た状態として説明する。すなわち、使用者から見て、手前側を「前」、奥側を「後」、右側を「右」、左側を左」として説明する。また、前後方向をＸ軸方向、左右方向をＺ軸方向とする。

図１は、実施の形態の円筒研削盤の平面図、図２は、図１に示す円筒研削盤の側面図である。また、図３は、図１に示す円筒研削盤の側面図である。図４（ａ）は図３における流体軸受を拡大して示す断面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）の流体軸受をその軸方向から示す断面図である。

この円筒研削盤１０は、コンピュータ数値制御装置（ＣＮＣ）１００により全体の駆動が制御されるものであり、研削盤本体と図示しない付属装置からなる。主な付属装置は、静圧軸受用の軸受油供給装置、軸受油の冷却装置、エア供給機器、クーラント供給装置、ミスト収集装置及びこれらの装置を研削盤本体と接続するダクト装置からなっている。

円筒研削盤１０は、円筒研削盤１０の基台部分を構成するベッド１１と、ベッド１１の上面でＺ軸方向に配置される一対のＺ軸レール１２と、Ｚ軸レール１２に沿ってＺ軸方向に移動駆動されるＺ軸移動体１３と、Ｚ軸移動体１３の上面でＸ軸方向に配置される一対のＸ軸レール１４と、Ｘ軸レール１４に沿ってＸ軸方向に移動駆動されるＸ軸移動体１５と、Ｘ軸移動体１５の上に配置され砥石車Ｔを支持すると共に回転駆動する砥石台１６と、ベッド１１の上面に配置されワークＷを支持すると共に主軸モータ２４で回転駆動する左右一対の主軸台１７とを有する。

Ｚ軸移動体１３はリニアモータにより駆動されるように構成されており、一対のＺ軸レール１２間において、ベッド１１の上面にはリニアモータのマグネット２１が、Ｚ軸移動体１３の下面にはリニアモータのコイル２２が各々配置されている。すなわち、リニアモータは通電により電界を発生するコイル２２及びこの電界との磁界との相互作用で動力を発生するマグネット２１とで構成され、このリニアモータによりＺ軸移動体１３のＺ軸方向への移動が駆動されるようになっている。

同様に、Ｘ軸移動体１５もリニアモータにより駆動されるように構成されており、一対のＸ軸レール１４間において、Ｚ軸移動体１３の上面にはリニアモータのマグネット（図示せず）が、Ｘ軸移動体１５の下面にはリニアモータのコイル２３（図１中ハッチングで示す部分）が、各々配置されており、これらマグネット及びコイル２３によりリニアモータが構成されており、このリニアモータによりＸ軸移動体１５のＸ軸方向への移動が駆動されるようになっている。

このＸ軸移動体１５は、Ｚ軸移動体１３上に載置された基盤２５と、基盤２５に固設され、砥石台１６の主体部を構成する砥石台本体２６と、砥石軸１９を有し、砥石台本体２６に着脱可能に取り付けられた砥石軸ユニット２７とを有して構成される。そして、砥石台本体２６は、基盤２５から前方に追出された迫出し部２８を有しており、この迫出し部２８の前面に砥石軸ユニット２７が取り付けられている。よって、砥石車Ｔは、砥石台１６の前方に大きく追出した状態、いわゆる「オーバーハングした状態」となっている。なお、基盤２５を省略して砥石台本体２６を直接、Ｚ軸移動体１３上に載置してもよい。また、砥石台本体２６に対して着脱可能にユニット化された砥石軸ユニット２７に砥石軸１９を設けず、砥石台本体２６自体に砥石軸１９を設けてもよい。

砥石台１６は、砥石車Ｔが交換可能に固定される砥石軸１９を具備しており、この砥石軸１９を回転させることで、支持した砥石車Ｔを回転駆動する。

砥石台本体２６は、砥石軸１９を回転駆動させるための回転駆動手段２９を備えており、この回転駆動手段２９は、回転駆動される回転軸を有したモータ等からなり、その外側ハウジングが砥石台本体２６と一体に形成された、いわゆる「ビルトインモータ」とされている。そして、回転駆動手段２９の回転軸の先端には、駆動プーリ３０が固定されており、回転軸と共に回転するようになっている。

砥石台本体２６には、駆動プーリ３０の前方（図２中左側）に、上下方向に移動可能なテンションプーリ３１が備えられており、このテンションプーリ３１は、その上下方向の移動量を調節することで、駆動プーリ３０と後述する砥石軸プーリ３２とに巻き掛けられたベルト３３の張力を調節可能としている。

砥石軸ユニット２７は、砥石軸本体２６の迫出し部２８の前面に着脱可能に取り付けられるユニット基台３４と、ユニット基台３４のさらに前面に設けられた左右一対の流体軸受３５と、各流体軸受３５に両端部分が支持され砥石車Ｔが固定される砥石軸１９と、砥石車Ｔを被覆する砥石車カバー３６とを備えている。

砥石軸１９は、その軸方向がＺ軸方向に向けられており、図３に示すように、一端部に砥石車Ｔを固定するフランジ部３７を有した第一軸部３８と、第一軸部３８の一端部と連結可能な第二軸部３９と、第一軸部３８と第二軸部３９とを連結、分離させるための連結手段４０とから構成されている。従って、連結状態では、砥石車Ｔの両側で支持された両端支持構造となっており、砥石軸１９の軸径が小さくても、研削加工点において、従来の研削盤と同等以上の剛性が得られる。

第一軸部３８は、フランジ部３７の近傍において軸受３５により回転可能に支持されると共に、他端部がスラスト軸受４１により支持されており、軸受３５とスラスト軸受４１との間において砥石軸プーリ３２が固定されている。この砥石軸プーリ３２と砥石台本体２６の駆動プーリ３０とにベルト３３を巻き掛けることで回転駆動手段２９からの回転力が砥石軸１９に伝達され、砥石軸１９が回転するようになっている。

第二軸部３９は、第一軸部３８と連結する側とは反対側に、その軸方向に移動させるための移動手段４２が設けられ、軸方向に移動可能とされており、この移動手段４２と第一軸部３８と連結する側の間において軸受３５により回転可能に支持されている。なお、図中符号４３は、砥石車Ｔの振れを自動で修正することのできるオートバランサである。

この第一軸部３８と第二軸部３９とは、連結手段４０により互いに連結されており、砥石車Ｔを交換する際には、連結手段４０による第一軸部３８と第二軸部３９との連結を解除し、第二軸部３９を第一軸部３８から遠ざかる方向に移動させることで、第一軸部３８と第二軸部３９との間に所定量の隙間を形成し、その隙間を介して砥石車Ｔを第一軸部３８のフランジ部３７にボルトを介して着脱できるようになっている。

砥石軸ユニット２７の軸受は、流体軸受３５とされており、砥石軸ユニット２７及び砥石台本体２６に各々設けられた流体の供給経路を介して供給される流体により、作動するようになっている。なお、砥石軸ユニット２７の砥石台本体２６との間には、各々に設けられた供給経路を、互いに接続又は分離することのできる接続手段４４が備えられている。

流体軸受３５は、図４（ａ）に詳しく示すように、砥石軸１９を回転可能に支持する軸受部材４８と、軸受部材４８と砥石軸１９との間に軸受油を供給するための第一供給部４９と、第一供給部４９より軸方向両外側に配置され軸受油を回収するための回収部５０と、回収部５０より更に軸方向外側に配置され所定圧力に加圧されたエアを供給するための第二供給部５１とを有した構成とされている。この流体軸受３５は、軸受部材４８の軸方向両側に、端部部材５２が更に備えられており、この端部部材５２と軸受部材４８の軸方向端部との間に、所定量の隙間が形成されるようになっており、その隙間が第二供給部５１とされている。

軸受部材４８は、その内径が、砥石軸１９の外径よりも若干大きい径とされており、その内周面５３に第一供給部４９と回収部５０とが各々形成されている。この軸受部材４８は、第一供給部４９と回収部５０との間の内周面５３ａと、砥石軸１９との間の隙間ｔ１が、回収部５０と第二供給部５１との間の内周面５３ｂと、砥石軸１９との間の隙間ｔ２よりも、若干狭くなるように形成されている。

また、端部部材５２の内周面５４は、軸受部材４８における回収部５０と第二供給部５１との間の内周面５３ｂと、略同一の面となるように構成されている。なお、これら内周面と砥石軸１９との隙間を適宜設定することで、流体軸受３５の支持精度等を調整することができる。

図４（ｂ）に示すように、この流体軸受３５は、第一供給部４９における砥石軸１９の上方にユニット側供給路４６ａが、回収部５０における砥石軸１９の下方にユニット側回収路４６ｂが各々接続されている。これらユニット側供給路４６ａとユニット側回収路４６ｂとは、接続手段４４により砥石台本体２６の本体側供給路４５ａと本体側回収路４５ｂとに各々接続され、更に、本体側供給路４５ａと本体側回収路４５ｂは、図示しない軸受油供給装置のポンプとタンクとに各々接続されている。

そして、軸受油供給装置のタンクに蓄えられた軸受油は、ポンプにより所定圧力で本体側供給路４５ａ及びユニット側供給路４６ａを介して第一供給部４９に供給され、回収部５０から回収された軸受油は、ユニット側回収路４６ｂ及び本体側回収路４５ｂを介して回収され、軸受油冷却装置により冷却される。

また、第二供給部５１には、エア供給路４７が接続されており、図示しないエア供給装置から供給される所定圧力のエアがエア供給路４７を介して第二供給部５１に供給されるようになっている。なお、この砥石軸ユニット２７には、固定される砥石車Ｔの直径が１００〜２００ｍｍのＣＢＮ（立方晶窒化硼素：ＣｕｂｉｃＢｏｒｏｎＮｉｔｒｉｄｅ）砥石を使用することで、通常より小径の砥石車Ｔを用いている。また、図は省略するが、砥石軸ユニット２７と砥石台本体２６とは、ボルト等の締結や、所定のロック機構等により互いに固定されるようになっている。

図５は、本発明の砥石軸１９の軸径ｄと流体軸受３５での摩擦力の関係、あるいは、軸径ｄと流体軸受３５での空転動力との関係を説明するための図であり、図５（ｂ）は、砥石軸１９に作用する各種の力を示し、図５（ａ）は、軸受特性曲線を示す。

図５（ｂ）において、砥石軸１９に働く研削力等の荷重をＰ、砥石軸１９と流体軸受３５の軸受部材４８の内径とのすきまに充たされた軸受油を介して生じる回転の摩擦力をμＰ、軸受投影面積に働く圧力をｐ、軸受油の粘性をη、摩擦係数をμ、流体軸受３５の軸受部の長さをＬ、砥石軸１９の回転数をＮとし、ηＮ／ｐを軸受定数とする。

図５（ａ）は、軸受特性曲線を示すが、横軸の軸受定数ηＮ／ｐの範囲によって、境界潤滑領域、混合潤滑領域および流体潤滑領域の３つの領域に分かれる。本発明の流体軸受３５は、図５（ａ）の流体潤滑領域で使用するよう設計され、そこでの摩擦係数μは、軸受定数ηＮ／ｐに比例する。

砥石車Ｔの周速および外径をＶ、Ｄとすると、周速ＶはＮ・Ｄに比例し、比例を表す記号「∝」を使って、Ｖ∝Ｎ・Ｄと表せる。また、軸受投影面積に働く圧力ｐは、軸受部の投影面積はｄ・Ｌであるから、ｐ＝Ｐ／（ｄ・Ｌ）となるが、軸受部の長さＬと軸受部の軸径ｄの比をｋとする。すると、圧力ｐは、ｐ＝Ｐ／（ｋ・ｄ^２）と表せる。以上から、砥石軸１９の回転の摩擦力μＰは、次のように表せる。
(数１)
μＰ∝（ηＮ／ｐ）・Ｐ＝ηＮ・ｋ・ｄ^２∝η・ｋ・ｄ^２・Ｖ／Ｄ
砥石軸１９の回転の摩擦トルクは、摩擦力μＰに半径ｄ／２をかけたものだから、
(数２)
η・ｋ・ｄ^３・Ｖ／２Ｄ
と表せる。ここで、軸受油の粘性ηは、使用する軸受油の特性により決まるが、本発明では従来の円筒研削盤で使用した軸受油を使用し、粘性ηは約２ｃＳｔである。また、軸受部の長さＬと軸受部の軸径ｄの比ｋは、用途により一般的に決まっており（例えば、Ｌ／ｄは、２から４程度の値）、本発明の円筒研削盤も従来の円筒研削盤のものとほぼ同じ値に設計し、ｋ＝１．５とした。また、砥石車Ｔの周速Ｖは、本発明の円筒研削盤も従来の円筒研削盤のものと同じ１２０ｍｍ／ｓに設計した。

以上から、砥石車Ｔの消費動力は、(数２)で表したη・ｋ・ｄ^３・Ｖ／２Ｄ
において、定数の部分を省略して、ｄ^３／Ｄに比例する。すなわち、砥石車Ｔの消費動力は、砥石軸１９に働く研削力等の荷重によらず、軸受部の軸径ｄの３乗に比例し、砥石車Ｔの外径Ｄに反比例することから、軸受部の軸径ｄが支配的であることがわかる。

従って、上記の検討結果に基づき、砥石車Ｔの回転消費動力、特にワーク研削加工の開始から終了までの消費エネルギー量に大きく影響する空転動力を低減させ、それに伴う軸受油冷却動力および軸受ポンプ動力等の砥石軸受関係の消費動力を低減させて消費エネルギー量を低減させる観点から、エネルギー消費量の設定値に基づいて軸受部の軸径ｄを決定する。あるいは、従来の円筒研削盤のワーク研削加工の消費エネルギー量の低減目標から、エネルギー消費量の設定値に基づいて軸受部の軸径ｄを決定する。この場合において、軸受部の消費動力あるいはワーク研削加工の開始から終了までの消費エネルギー量を前提に、軸受部の長さＬと軸受部の軸径ｄの比ｋ、軸受油の粘性η、砥石車Ｔの外径Ｄおよび砥石車Ｔの周速Ｖ、等の設計パラメータを考慮して、研削加工点で所定の剛性を有するように、軸受部の軸径ｄを決定する。

（本発明のシステムの作用）
図６は、本発明のコンピュータ数値制御装置を含むシステムを示す図である。本発明のコンピュータ数値制御装置を含むシステムは、円筒研削盤１０と、コンピュータ数値制御装置１００と、Ｚ軸移動体１３を駆動するための駆動回路（ＤＵ＿Ｚ）２０１と、Ｘ軸移動体１５を駆動するための駆動回路（ＤＵ＿Ｘ）２０２と、回転駆動手段２９を駆動するための駆動回路（ＤＵ＿Ｔ）２０３と、クーラント供給装置２０を駆動するための駆動回路（ＤＵ＿Ｃ）２０４と、主軸モータ２４を駆動するための駆動回路（ＤＵ＿Ｓ）２０５とを有する。

コンピュータ数値制御装置１００は、加工データに基づいたＮＣデータ１０２を参照し、インタフェイス１０３を介して各々駆動回路（ＤＵ＿Ｚ）２０１、駆動回路（ＤＵ＿Ｘ）２０２、駆動回路（ＤＵ＿Ｔ）２０３、駆動回路（ＤＵ＿Ｃ）２０４、駆動回路（ＤＵ＿Ｓ）２０５をプログラム制御する。

駆動回路（ＤＵ＿Ｚ）２０１は、コイル２２に通電することにより電界を発生させ、マグネット２１の磁界との相互作用で動力を発生させて、これらで構成されるリニアモータによりＺ軸移動体１３をＺ軸方向へ駆動する。

同様に、駆動回路（ＤＵ＿Ｘ）２０２は、コイル２３に通電することにより電界を発生させ、マグネットの磁界との相互作用で動力を発生させて、これらで構成されるリニアモータによりＸ軸移動体１５をＸ軸方向へ駆動する。

駆動回路（ＤＵ＿Ｔ）２０３は、ビルトインモータである回転駆動手段２９を回転駆動し、駆動プーリ３０からベルト３３で砥石軸プーリ３２を回転伝達して砥石軸１９および砥石車Ｔを回転させる。

駆動回路（ＤＵ＿Ｃ）２０４は、クーラント供給装置２０を駆動して研削点にクーラントを吐出させる。

駆動回路（ＤＵ＿Ｓ）２０５は、主軸モータ２４を所定の回転数で回転駆動し、主軸台１７に取り付けられたワークＷを回転させる。

図７（ａ）は、上記の各駆動回路により研削加工に必要な動力を発生させてワークを加工したときの、横軸を時間軸とした円筒研削盤の消費動力を示す図であって、下側に示す線図が本発明の研削盤の消費動力で、上側に示す線図が従来の研削盤の消費動力である。また、図７（ｂ）は、図７（ａ）の研削加工をするときのワーク形状と加工部分である被研削領域を示す図である。ワークＷの被研削領域を、図に示すようにＡ、Ｂ、Ｃの３箇所とすると、これらの箇所を研削加工するときの図７（ａ）における消費動力パターンは、本発明の研削盤ではＡ′、Ｂ′、Ｃ′、従来の研削盤ではＡ″、Ｂ″、Ｃ″の区間が対応する。

次に、図７（ｂ）に示したワークＷを本発明の研削盤と従来の研削盤により研削加工する場合の、各駆動回路の消費動力に基づく円筒研削盤の消費動力を、図７（ａ）により詳述する。まず、本発明の研削盤で研削加工する場合の消費動力パターンを説明する。

ワークＷが主軸台１７に取り付けられ、その他の加工に必要な準備が完了した時点を横軸の加工時間０とし、縦軸の消費動力０とする。ｓ１までの時間に駆動回路（ＤＵ＿Ｓ）２０５により主軸モータ２４を駆動してワークＷを所定の回転数で回転させると共に、駆動回路（ＤＵ＿Ｔ）２０３により砥石車Ｔを回転させる。このときの消費動力は、軸受油供給装置および軸受油の冷却装置の消費動力を含めて、Ｌ１である。次に、ｓ２までの時間に駆動回路（ＤＵ＿Ｃ）２０４によりクーラント供給装置２０を駆動して研削点にクーラントを吐出させる。このときの消費動力はＬ２である。

次に、ｓ３までの時間に駆動回路（ＤＵ＿Ｚ）２０１によりコイル２２に通電してリニアモータによりＺ軸移動体１３をＺ軸方向へ駆動する。また、駆動回路（ＤＵ＿Ｘ）２０２によりコイル２３に通電してリニアモータによりＸ軸移動体１５をＸ軸方向へ駆動する。上記のｓ２からｓ３までの時間は、リニアモータによりＺ軸方向およびＸ軸方向への研削点の位置決め時間である。この位置決め動作は、砥石車Ｔを被研削領域の間で変位させるものであって、割出し動作ともいう。このときの消費動力はＬ５である。図７（ａ）に示した消費動力パターンでは、Ｚ軸方向への割出し動作時の消費動力Ｌ５の方がＸ軸方向への割出し動作時の消費動力Ｌ４より大きくなっているが、この逆の大小関係になっていてもよい。また、Ｚ軸方向およびＸ軸方向への割出し動作を少なくとも一部区間において同時に行ってもよい。そして、後述する研削加工の時間における消費動力Ｌ３よりも割出し動作時の消費動力の方が大きいことが特徴である。これは、少なくともＺ軸方向への割出し動作時またはＸ軸方向への割出し動作時の消費動力が研削加工の時間における消費動力Ｌ３よりも大きければよい。

次に、ｓ４までの時間は、上記の割出し動作によって位置決めされたＸ軸およびＺ軸移動体１５，１３上の砥石車Ｔが研削点近傍から徐々に切込み量を増加させて研削加工に入るまでの時間であって、アプローチともいう。このときの消費動力は、ｓ１からｓ２までの消費動力と同じで、Ｌ２である。

次に、このアプローチ終了後、ｓ５までの時間が研削加工の時間である。加工による負荷増加に伴い消費動力はＬ２からＬ３に増加する。次に、ｓ６までの時間、すなわち、研削加工が終了して火花が切れるまでの時間は、Ｘ軸方向の位置をそのままにして、スパークアウトさせる。

上記のｓ２からｓ６までの時間がワークＷの被研削領域Ａに対応したＡ′の加工区間であり、本例では、同様の加工をＢ′、Ｃ′区間においても行い、時間ｓ７で研削は終了する。その後、ｓ８までの時間に、駆動回路（ＤＵ＿Ｃ）２０４によりクーラント供給装置２０を停止させ、消費動力はＬ１となる。また、ｓ９までの時間に、駆動回路（ＤＵ＿Ｚ）２０１および駆動回路（ＤＵ＿Ｘ）２０２によりＺ軸方向およびＸ軸方向へ駆動して、所定の初期位置へＺ軸移動体１３およびＸ軸移動体１５を戻す。

以上で、ワークＷの研削加工が終わるので、回路（ＤＵ＿Ｓ）２０５および駆動回路（ＤＵ＿Ｔ）２０３により主軸モータ２４を停止させてワークＷの回転を停止させると共に砥石車Ｔの回転を停止させ、軸受油供給装置および軸受油の冷却装置も停止させて研削加工がすべて終了し、消費動力は０に戻る。

次に、従来の研削盤で研削加工する場合の消費動力パターンについて説明するが、上記と重複する部分は簡単に説明する。

加工準備が完了した後、本発明と同様にｓ１までの時間にワークＷを所定の回転数で回転させると共に、砥石車Ｔを回転させる。このときの消費動力はＭ１であり、本発明の場合の消費動力Ｌ１より大きい。これは、従来の研削盤では、砥石車Ｔの直径および砥石軸１９の直径が大きく、それに伴い消費動力が増加するからである。次に、ｓ２までの時間に研削点にクーラントを吐出させる。このときの消費動力はＭ２である。

次に、ワークＷの被研削領域Ａに対応したＡ″の加工区間について説明する。本発明の例で説明したアプローチ時間（ｓ３からｓ４）、研削加工時間（ｓ４からｓ５）、スパークアウト時間（ｓ５からｓ６）は、従来の研削盤でも同じであり、各々の消費動力はＭ２、Ｍ５、Ｍ２である。以上と同様の加工をＢ″、Ｃ″区間においても行い、クーラント供給装置を停止させ、所定の初期位置へ戻って、時間ｓ１０で研削作業は終了する。

以上の研削作業において、砥石車Ｔの空転動力およびこれに伴い必要となる軸受油供給装置および軸受油の冷却装置の消費動力は、図７（ａ）のＬ１レベルであり、ワーク研削加工の開始から終了までの総ての時間（０からｓ１０まで）に亘りこれらの動力が必要となる。

（実施の形態の効果）
以上から、本発明によれば、軸受部の消費動力あるいはワーク研削加工の開始から終了までの消費エネルギー量を所定の量に設定し、それに基づいて、研削加工点で所定の剛性を付与するように、軸受部の外径を決定する。従って、図７（ａ）において、従来の円筒研削盤のＭ１レベルの消費動力が本発明ではそれより低いＬ１レベルであって、ワーク研削加工の開始から終了までの総ての時間（０からｓ１０まで）に亘り消費動力あるいはエネルギー消費量が低減される。本発明により低減されるエネルギー消費量は、図７（ａ）で斜線を示した範囲である。すなわち、本発明により、消費エネルギー量を低減した環境対応型の省エネルギー研削盤を提供することができる。

（実施例）
図８は、本発明の実施例を示し、（ａ）は従来の円筒研削盤、（ｂ）は本発明の円筒研削盤、（ｃ）は各研削盤の砥石車Ｔの外径、砥石軸１９の外径、砥石軸１９の全長を表に表したものである。本実施例では、砥石車Ｔの空転動力を設定することで砥石軸受関係の消費動力を設定すると共に、砥石車Ｔの研削加工点に所定の剛性として、１００Ｎ／μｍを設定して、砥石軸１９の外径を設計した。

図９（ａ）は、この実施例に基づき、本発明の円筒研削盤と従来の円筒研削盤での砥石車Ｔの軸受部の空転動力を、砥石車Ｔの周速を横軸にして実測した結果を表すものである。また、図９（ｂ）は、この実施例に基づき、本発明の円筒研削盤と従来の円筒研削盤での、砥石車Ｔの空転動力およびこれに伴い必要となる軸受油供給装置および軸受油の冷却装置の消費動力、すなわち、砥石軸受関係の消費動力の割合を示すものである。

本実施例によれば、図９（ａ）に示されたように、本発明の円筒研削盤の砥石車Ｔの軸受部の空転動力は、従来の円筒研削盤に比べて、約１／４である。加工効率を考慮して現在よく使用される砥石車Ｔの周速が１２０ｍｍ／ｓの場合には、本発明の円筒研削盤の空転動力は、１ｋＷであった。また、図９（ｂ）に示されたように、砥石車Ｔの空転動力の低減に伴い、軸受油供給装置および軸受油の冷却装置等の砥石軸受関係の消費動力もこれと同様の割合で低減され、従来の円筒研削盤の９ｋＷが本発明の円筒研削盤では２．３ｋＷと大幅に低減できた。

図１０（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施例であり、（ａ）は、（ｂ）に示すワークＷを本発明および従来の円筒研削盤で研削加工した時の加工時間と消費動力の関係を実測値を基にグラフ化して示す線図である。ワークＷは５段の段付シャフトで、５つの被加工領域を有しており、全加工時間は、リニアモータによる高速駆動によって、従来の円筒研削盤で研削加工した時の５０秒から１２％短縮されて４４秒となっている。また、本発明により、軸受部の消費動力あるいはワーク研削加工の開始から終了までの消費エネルギー量に基づいて砥石車Ｔの流体軸受の外径を設計した円筒研削盤では、ワーク研削加工の開始から終了までの総ての時間に亘り砥石車の空転動力、軸受油供給装置および軸受油の冷却装置等の砥石軸受関係の消費動力として、約７ｋＷの消費動力を低減でき、消費エネルギー量にすると、ワーク1本当たり、約０．１ｋＷｈの低減となる。

本発明の実施の形態の円筒研削盤の平面図である。図１に示す円筒研削盤の側面図である。図１に示す円筒研削盤の側面図である。（ａ）は図３における流体軸受を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の流体軸受をその軸方向から示す断面図である。本発明の砥石軸１９の軸径ｄと流体軸受３５での摩擦力の関係、あるいは、軸径ｄと流体軸受３５での空転動力との関係を説明するための図であり、（ａ）は、砥石軸１９に作用する各種の力を示し、（ｂ）は、軸受特性曲線を示す。本発明のコンピュータ数値制御装置を含むシステムを示す図である。（ａ）は、上記の各駆動回路により研削加工に必要な動力を発生させてワークを加工したときの、横軸を時間軸とした円筒研削盤の消費動力を示す図であって、下側に示す線図が本発明の研削盤の消費動力で、上側に示す線図が従来の研削盤の消費動力である。また、（ｂ）は、図７（ａ）の研削加工をするときのワーク形状と加工部分である被研削領域を示す図である。本発明の実施例を示し、（ａ）は従来の円筒研削盤、（ｂ）は本発明の円筒研削盤、（ｃ）は各研削盤の砥石車Ｔの外径、砥石軸１９の外径、砥石軸１９の全長を表に表したものである。（ａ）は、この実施例に基づき、本発明の円筒研削盤と従来の円筒研削盤での砥石車Ｔの軸受部の空転動力を、砥石車Ｔの周速を横軸にして実測した結果を表すものである。また、（ｂ）は、この実施例に基づき、本発明の円筒研削盤と従来の円筒研削盤での、砥石車Ｔの空転動力およびこれに伴い必要となる軸受油供給装置および軸受油の冷却装置の消費動力、すなわち、砥石軸受関係の消費動力の割合を示すものである。本発明の実施例であり、（ａ）は、（ｂ）に示すワークＷを本発明および従来の円筒研削盤で研削加工した時の加工時間と消費動力の関係を実測値を基にグラフ化して示す線図である。

符号の説明

１０・・・円筒研削盤、１１・・・ベッド、１２・・・Ｚ軸レール
１３・・・Ｚ軸移動体、１４・・・Ｘ軸レール、１５・・・Ｘ軸移動体
１６・・・砥石台、１７・・・主軸台、１９・・・砥石軸
２０・・・クーラント供給装置、２１・・・マグネット
２２、２３・・・コイル、２４・・・主軸モータ、２５・・・基盤
２６・・・砥石台本体、２７・・・砥石軸ユニット
２８・・・迫出し部、２９・・・回転駆動手段、３０・・・駆動プーリ
３１・・・テンションプーリ、３２・・・砥石軸プーリ、３３・・・ベルト
３４・・・ユニット基台、３５・・・流体軸受、３６・・・砥石車カバー
３７・・・フランジ部、３８・・・第一軸部、３９・・・第二軸部
４０・・・連結手段、４１・・・スラスト軸受、４２・・・移動手段
４４・・・接続手段、４５ａ・・・本体側供給路、４５ｂ・・・本体側回収路
４６ａ・・・ユニット側供給路、４６ｂ・・・ユニット側回収路
４７・・・エア供給路、４８・・・軸受部材、４９・・・第一供給部
５０・・・回収部、５１・・・第二供給部、５２・・・端部部材
５３、５３ａ、５３ｂ、５４内周面
１００・・・コンピュータ数値制御装置、１０２・・・データ
１０３・・・インタフェイス
Ｔ・・・砥石車、Ｗ・・・ワーク

Claims

主軸に回転的に固定された所定の長さのワークを砥石車で研削する研削盤であって、
前記砥石車を支持する砥石軸と、
前記砥石車と前記ワークの間に形成される研削加工点に所定の剛性を付与しながら前記砥石軸を前記砥石車の両側で支持する流体軸受とを備え、
前記砥石軸は、少なくとも前記流体軸受の位置において、エネルギー消費量の設定値に基づいて定められた外径を有することを特徴とする研削盤。
前記砥石軸は、前記砥石車の回転消費動力に基づいて定められる前記エネルギー消費量の設定値に基づいて定められた外径を有することを特徴とする請求項１に記載の研削盤。
前記砥石軸は、前記砥石車の位置で前記砥石軸を分割および連結するための連結手段を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の研削盤。