JP5133638B2 - 工具台又は加工物取付台 - Google Patents
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Description
本発明は円筒よりの偏位が小さな非円筒形加工物（以下、加工物という）の高速度加工に適する工具台又は加工物取付台に関する。
特許文献１に示すように加工物とカム軸を数値制御装置を介して関連づけて回転させ、該カム軸に設けたカムに圧接追従するように、工具台を固定して担持して工作物の半径方向に移動するスライド側にカムフオロワを設けた非円形加工機が知られている。
特許文献２には工具を取り付けた可動体を複数のローラで支持して、可動体をリニアモータの可動片と固定して可動体を駆動することが示されている。
実開平１−９９５０２号
実登第２５６５９４号
特許文献１に記載の考案では切削工具を固定したスライドはサドルに滑合している。このようにするとスライドとサドル間では摺動抵抗が生ずるため、カムに対して応答するためのスライドの進退の速度に限界が生ずる。
引用文献２に記載の考案では可動体は複数のローラで支持されている。主分力と送り分力はローラで担持しなければならず、可動体の進退方向の前後の位置夫々においてＹＺ方向に可動体を挟持するようにローラを配設しなければならず、ローラが多く構造が複雑となる。そして、ローラが偏磨耗してローラは回転せずすべりが生ずるおそれが大きい。
引用文献１，２に記載の考案では可動体が高速度で振動往復するので磨耗が生じ、耐久性に課題が生ずる。
本発明は切削工具を取り付ける工具取付部と、工具取付部を固定又は工具取付部と一体に設けられた可動体と、可動体を加工物に向って進退可能に支持する基部材と、を有する工具台において、摩擦抵抗なく且つ磨耗がなく耐久性があり、駆動力に対して応答性のよい工具台を提供することを目的とする。
従来、非円形加工機では加工物を回転すると共に工具例えばバイトを加工物に対して進退させている。
本発明は新たな回転工具により非円形の穴を加工する非円形加工機に適する加工物取付台を提供することを目的とする。
本出願に係る第１の発明は切削工具又は加工物を取り付ける工具又は加工物取付部と、工具又は加工物取付部を固定又は工具又は加工物取付部と一体に設けられた可動体と、可動体を進退可能に支持する基部材と、を有し、
可動体の進退方向に対して板面の一縁が直角方向に可動体に取り付けられ、板面の前記一縁に平行する他縁が基部材に取り付けられる平行板ばねを有する工具台又は加工物取付台において、
基部材の底板に抜穴を設けると共に前記抜穴中に収納した平行板ばね取付部を有するブラケットを基部材の底板に取付け、平行板ばねの他縁を工具台又は加工物付台の機械本体への取付面に近ずけ、取付面から工具又は加工物までの距離を小さくしたことを特徴とする工具台又は加工物取付台である。
可動体の進退方向に対して板面の一縁が直角方向に可動体に取り付けられ、板面の前記一縁に平行する他縁が基部材に取り付けられる平行板ばねを有する工具台又は加工物取付台において、
基部材の底板に抜穴を設けると共に前記抜穴中に収納した平行板ばね取付部を有するブラケットを基部材の底板に取付け、平行板ばねの他縁を工具台又は加工物付台の機械本体への取付面に近ずけ、取付面から工具又は加工物までの距離を小さくしたことを特徴とする工具台又は加工物取付台である。
本出願に係る第２の発明は切削工具又は加工物を取り付ける工具又は加工物取付部と、工具又は加工物取付部を固定又は工具又は加工物取付部と一体に設けられた可動体と、可動体を進退可能に支持する基部材と、を有し、
可動体の進退方向に対して板面の一縁が直角方向に可動体に取り付けられ、板面の前記一縁に平行する他縁が基部材に取り付けられる平行板ばねを有する工具台又は加工物取付台において、
基部材に固定され可動体の進退方向に貫通する穴を有する支持部材を有し、工具又は加工物取付部は前記穴の内周に嵌合する外周を有し、この外周が荷重の大きいときに前記支持部材と接触可能な隙間をおいて前期支持部材の穴の内周と接近していることを特徴とする工具台又は加工物取付台である。
可動体の進退方向に対して板面の一縁が直角方向に可動体に取り付けられ、板面の前記一縁に平行する他縁が基部材に取り付けられる平行板ばねを有する工具台又は加工物取付台において、
基部材に固定され可動体の進退方向に貫通する穴を有する支持部材を有し、工具又は加工物取付部は前記穴の内周に嵌合する外周を有し、この外周が荷重の大きいときに前記支持部材と接触可能な隙間をおいて前期支持部材の穴の内周と接近していることを特徴とする工具台又は加工物取付台である。
本出願に係る第３の発明は可動体がリニアモータの可動片と一体的であり、基部材は可動片を付勢するステータと一体的であることを特徴とする請求項１又は２に記載の工具台又は加工物取付台である。
請求項１に係る発明によれば可動体を工具台又は加工物取付台の取付面に近ずけた平行板ばねで支持しているため、工具台又は加工取付台の高さを小さくできる。
請求項２に係る発明によれば工具台又は加工物取付台に加わる荷重の一部を支持部材で分担可能である。
請求項３に係る発明によれば可動体がリニアモータの可動片とされているため、全体の外形寸法が小さくコンパクトである。そのため、非円形加工機の設計に関し融通性が大きい。
また、請求項３に係る発明において、加工物取付台とした場合にオートローダの装着、ロボットの適用が簡単となる。
以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。図１は実施例１の縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。
（工具取付部）
図１では切削工具を取り付ける工具取付部１がボルト２でもって可動体３に固定されている。工具取付部１と可動体３は一体であってもよい。工具取付部１の工具取付部本体１ａは中空円筒形で工具取付側が開口している。図示されない切削工具（本例ではバイト）は開口縁１ｂにボルト２２でもって固定されたつば２１及び工具取付部本体１ａにねじ込んだ止めねじ２３により工具取付部１に位置決めして取り付けられる。
（可動体）
可動体３には可動体３の進退方向（図１の左右方向、図２の紙面に直交する方向）に対し板面の一縁４ａ，５ａが直角方向となる平行板ばね４，５が固定されている。この固定方法はストリップ状の押え具６及び板ばね４，５の一縁４ａ，５ａに設けた穴４ｂ，５ｂを挿通してボルト７を可動体３にねじ込むことによっている。
図１では切削工具を取り付ける工具取付部１がボルト２でもって可動体３に固定されている。工具取付部１と可動体３は一体であってもよい。工具取付部１の工具取付部本体１ａは中空円筒形で工具取付側が開口している。図示されない切削工具（本例ではバイト）は開口縁１ｂにボルト２２でもって固定されたつば２１及び工具取付部本体１ａにねじ込んだ止めねじ２３により工具取付部１に位置決めして取り付けられる。
（可動体）
可動体３には可動体３の進退方向（図１の左右方向、図２の紙面に直交する方向）に対し板面の一縁４ａ，５ａが直角方向となる平行板ばね４，５が固定されている。この固定方法はストリップ状の押え具６及び板ばね４，５の一縁４ａ，５ａに設けた穴４ｂ，５ｂを挿通してボルト７を可動体３にねじ込むことによっている。
上記において可動体３には全体を符号３０で示すリニアモータの構成要素である可動片の永久磁石３Ａがボルト１２でもって固定されている。
（板ばね）
板ばね４，５は図２に形状を示すように図形上合同となる方形の平板である。板ばね４，５の一縁４ａ，５ａに平行する他縁４ｃ，５ｃは基部材８に固定されている。この固定方法はストリップ状の押え具９及び板ばね４，５の他縁４ｃ，５ｃに設けた穴４ｄ，５ｄを挿通してボルト１１を基部材８のばね取付部８ａにねじ込んでなる。
（板ばね）
板ばね４，５は図２に形状を示すように図形上合同となる方形の平板である。板ばね４，５の一縁４ａ，５ａに平行する他縁４ｃ，５ｃは基部材８に固定されている。この固定方法はストリップ状の押え具９及び板ばね４，５の他縁４ｃ，５ｃに設けた穴４ｄ，５ｄを挿通してボルト１１を基部材８のばね取付部８ａにねじ込んでなる。
板ばね４，５は本例では厚さ０．３ミリメートルの板ばねを４枚重ねてある（図示は略図）。板ばね４，５は薄板を複数枚重ねて重ねばねとすることにより、所要の剛性と減衰力を得るようにしている。
本例のように、可動体と基部材の夫々の片側を平行板ばねで結合したものに対する変形例としては、３枚以上の板ばねを平行して設ける。本例では板ばねは重ねばねとしてあるが一枚ばねとする。等を採用できる。板ばねの材料としてはばね鋼を用いる。板ばね４，５は平板でなく彎曲していてもよいが平行板ばねである必要がある。板ばね４，５は図形上合同とならなくてもよく、板ばね４と５の形状、大きさを異にしてもよい。又、方形以外の板ばね形状も採用できる。
（基部材）
基部材８は本例では中空直方体形状である。基部材８はばね取付部８ａを固定された底板８ｂに前板８ｃ、後板８ｄ、側板８ｅ，８ｆを固定して方形に立設し、前板８ｃ、後板８ｄ、側板８ｅ，８ｆの上端面に天板８ｇを固定してある。
基部材８は本例では中空直方体形状である。基部材８はばね取付部８ａを固定された底板８ｂに前板８ｃ、後板８ｄ、側板８ｅ，８ｆを固定して方形に立設し、前板８ｃ、後板８ｄ、側板８ｅ，８ｆの上端面に天板８ｇを固定してある。
底板８ｂは中心に方形の抜穴８ｂ１を有する。抜穴８ｂ１にばね取付部８ａが収納され、ばね取付部８ａをボルト１３で固定したブラケット８ｈはそのつば８ｈ１がボルト１４で底板８ｂに固定されている。
このように、底板に抜穴を設けて、上部につばを設けたブラケットで基部側のばね取付部を抜穴中に収納したので、板ばね４，５下縁を低い位置で支持できる。従って、この工具台を担持する部材に接触し取り付けられる底板８ｂの下面８ｂ２からの切削工具までの高さを低くすることができる。
側板８ｅ，８ｆの内側面にはボルト３９でもってリニアモータ３０のコイル３Ｂが固定してある。
（支持部材）
切削抵抗は板ばね４，５で殆んど担持される。しかし、切削荷重が大きい状態の場合に工具取付部１は支持部材１６で切削荷重の一部を支持するようになっている。支持部材１６はボルト１５で前板８ｃに固定されている。支持部材１６の円筒形の内周１６ａは工具取付部本体１ａと嵌合している。内周１６ａの軸方向の一部に設けた同方向の溝にパッキング１７が嵌合し、内周１６ａと工具取付部本体１ａ間の防塵を計っている。
（支持部材）
切削抵抗は板ばね４，５で殆んど担持される。しかし、切削荷重が大きい状態の場合に工具取付部１は支持部材１６で切削荷重の一部を支持するようになっている。支持部材１６はボルト１５で前板８ｃに固定されている。支持部材１６の円筒形の内周１６ａは工具取付部本体１ａと嵌合している。内周１６ａの軸方向の一部に設けた同方向の溝にパッキング１７が嵌合し、内周１６ａと工具取付部本体１ａ間の防塵を計っている。
上記全体を符号１００で示す工具台は、リニアモータ３０のコイル３Ｂに通電されると、永久磁石（可動片）３Ａを図１において左右方向に移動させる。このとき、平行板ばね４，５は底板８ｂ取付側を不動として上縁が揺動して可動体３の往復動を許容する。可動体３の位置はリニアスケール３６で位置制御される。工具取付部１に取り付けた工具に加わる負荷は平行板ばね４，５で担持できる。工具がバイトである場合、主分力は板ばね４が圧縮力、板ばね５が引張力として受ける。送り分力は両板ばね４，５に垂直軸を中心とするねじり力として加わる。背分力は平行板ばね４，５の上縁に加わる前後方向の力として平行板ばね４，５に加わる。また、主分力と送り分力の合計分力は一部が工具取付部１が支持部材１６によって担持され、板ばね４，５と分担して受けることができる。切削工具に荷重が加わっていないとき、支持部材１６と工具取付部本体１ａの嵌合部は隙間がある。荷重により板ばね４,５がたわむと可動体は位置が下がるので前記隙間は縮小し、設定によっては０となる。
従って、上記支持部材１６が工具取付部１を担持するのは可動体３の往復動の際の行程両端側が大きく、行程中央部では小さくなる。即ち、板ばね４，５によって切削抵抗はほぼ担持される。
上記可動体が往復動するとき支持部材１６と工具取付部１間のわずかな摺動抵抗のみなので摺動抵抗による発熱を無視でき工具取付部１回りでの熱変形はほぼない。また、ローラのようなころがり抵抗もないので騒音の発生がない。
（非円形加工機）
図３は非円形加工物例えばピストンの外周を非円形に加工する非円形加工機のフローシートである。工具台１００は底板８ｂをサドル２４の上面に接し、フランジ８ｂ３のボルト穴８ｂ４（図２参照）を挿通してボルト１８をサドル２４にねじ込んでサドル２４に固定してある。
図３は非円形加工物例えばピストンの外周を非円形に加工する非円形加工機のフローシートである。工具台１００は底板８ｂをサドル２４の上面に接し、フランジ８ｂ３のボルト穴８ｂ４（図２参照）を挿通してボルト１８をサドル２４にねじ込んでサドル２４に固定してある。
加工物Ｗを数値制御装置例えば高速演算ＣＮＣ制御装置２５でバイト２６の進退と関係づけて回転するようになっている。
加工物Ｗは主軸台２０に軸架された主軸２７の主軸頭に固定した工具把握駆動手段例えばチャック２８に一端が固定され、図示されない心押台に設けた回転センタ２９に支持されている。主軸２７の回転角を検出するエンコーダ１９が主軸２７端に配設され、エンコーダ１９が検出したパルス信号はＣＮＣ制御装置２５に入力されるようになっている。
ＣＮＣ制御装置２５は所要の加工物Ｗの輪郭を形成するように加工物Ｗの検出された回転角に応じた信号予測制御により、ドライバ３１に信号を送るようになっている。ドライバ３１は電力増幅してコイル３Ｂを付勢して永久磁石３Ａを駆動する。これによってリニアモータ３０の前進方向への付勢力で可動片である永久磁石３Ａと可動体３は板ばね４，５のばね力及び切削抵抗に打ち克って前進し、切削抵抗とコイル３Ｂの逆方向の付勢力とばね力で後退する。ただしばね力は後退時行程途中までは後退方向に働き、行程途中から後は抵抗となる。
サドル２４は加工物Ｗの軸方向と同方向（Ｚ方向）の案内を設けたベース３２に移動自在に係合している。サドル２４はサーボモータ３３とサーボモータ３３に連結されたねじ送り装置３４によりベース３２上を進退する。サーボモータ３３はＣＮＣ制御装置２５により制御される。
上記構成においてこの実施例の作用を説明する。
加工物Ｗが駆動され回転するとその回転角はエンコーダ１９により検出されＣＮＣ制御装置２５に入力される。ＣＮＣ制御装置２５は加工物Ｗの半回転に対してドライバ３１を介してリニアモータ３０を付勢し可動体３を一往復させる。
これによって工具取付部１に固定したバイト２６は加工物Ｗの外周を切削する。ここでＣＮＣ制御装置２５がエンコーダ１９からの入力に比例してリニアモータ３０の可動片である永久磁石３Ａを駆動すると加工物Ｗには半径がその回転角に対して直線状に変化するバイト３７の移動量に従って、四分円宛がらせん状の非円形の断面が出来上る。即ち、真円に近い長円形を形成することができる。
上記において、ＣＮＣ制御装置２５によるリニアモータ３０の制御を加工物Ｗの回転角に対して、比例させずに回転方向に位相を進退するように補正して出力することにより、あらゆる形状の楕円、放物線等の連続した輪郭あるいはその一部を加工することが可能となる。
上記加工物Ｗの回転に対して、ＣＮＣ制御装置２５はＺ軸サーボモータ３３を一定量宛駆動してねじ送り装置３４を介してサドル２４をＺ方向に送ると共に、リニアモータ３０による可動体３の変位の範囲を順次変化させると例えば加工物Ｗは太鼓形状或は鼓形状のように任意に長手方向に順次断面を変化させることができる。
なお、リニアスケール３６が検出した可動体３の位置信号は信号線１７ａを介してＣＮＣ制御装置２５に入力されるようになっている。
非円形加工機としては本例に限るものではなく、例えばカムとＣＮＣ制御装置を併用したものにおいてもこの実施例の１の工具台を採用できる。この場合、工具台１００には上記カムにより駆動されるカムフォロワを設ける（図示されない）。
図４はピストンのピン穴を加工する例を示す。主軸２７の回転中心線上にピン穴Ｗ２の中心があるようにピストンである加工物Ｗ１がアダプタ３５で保持されている。アダプタ３５は主軸２７に取り付けたチャック２８に把持されている。アダプタ３５の形状は加工物Ｗ１と併せて主軸２７を中心として回転するための回転バランスを取る形状をしている。
本例では外径切削用のバイト２６に代えて中ぐりバイト３７が工具柄３８を介して工具取付部１に固定されている（取付状態は図略）。
この場合の加工方法は図３に示した非円形加工物例えばピストンの外径切削と同様であって、加工物Ｗ１は加工物Ｗ１であるピストンのピン穴Ｗ２の中心を中心として回転し、ピストンの半回転に付中ぐりバイト３７が工具台１００の１往復動でピン穴Ｗ２が非円形となる。
図５は工具台１００と同様リニアモータ３０の可動片の永久磁石３Ａを可動体３に結合し、可動体３を平行板ばね４，５で支持してあるが可動体３には加工物取付具４１が固定されている。従って工具台１００は工具台でなく加工物取付台２００となっている。加工物取付台２００は固設したベッド４２に底板８ｂが固定されている。
加工物Ｗ１は可動体３の進退方向（Ｘ方向）に対して直角方向にピン穴Ｗ２を向けるようにして加工物取付台２００に取り付けられている。Ｚ方向の主軸２７にはボーリングバー４３が取り付けられ、ボーリングバー４３には中ぐりバイト４４が固定されている。主軸台２０はＺ方向に移動自在なスライド４５に固定されている。スライド４５は固設したスライドベース４７に移動自在に支持されねじ送り装置３４を介してサーボモータ３３で進退する。
作用は図３、図４と同様中ぐりバイト４４の回転はエンコーダ１９で検出されＣＮＣ制御装置２５に入力される。ＣＮＣ制御装置はドライバ３１を介してリニアモータ３０を付勢して、その可動片である永久磁石３ＡをＸ方向に往復動させる。この往復動により加工物Ｗ１は往復動する。中ぐりバイト４４の半回転に付加工物取付具４１、加工物Ｗ１は１往復する。サーボモータ３３はピン穴Ｗ２の中心線方向に中ぐりバイト４４を送る。これによって加工物Ｗ１に長円形ピン穴Ｗ２が削成される。
以上の実施例は工具としてシングルバイトを用いている。工具としてはシングルバイトに代えて回転駆動するフライス、研削砥石を用いてもよい。
〔実施例２〕
実施例１では平行板ばねを片持状にして用いた。しかしこれに限る訳ではない。
〔実施例２〕
実施例１では平行板ばねを片持状にして用いた。しかしこれに限る訳ではない。
図６は基部材８の底板８ｂと可動体３を平行板ばね４，５で剛結（実施例１参照）すると共に、基部材８の天板８ｇと可動体３を平行板ばね４０，５０で結合したものである。図６では基部材８の前板、後板、側板は図略してある。
図７は可動体３が紙面に直交する方向に移動可能な構成において、可動体３の周辺四方向を底板８ｂ、側板８ｅ，８ｆ、天板８ｇと板ばね５，５０で結合支持したものである。図７では板ばね４は離れて平行している板ばね５と重なっている（図１、図２参照）。図７の紙面に直交する方向の板ばね４の位置と同位置には板ばね５０と平行する板ばねがある。
図８は平行板ばね４，５の両縁が底板８ｂと天板８ｇに取り付けられ可動体３は平行板ばね４，５の中間に固定されている。基部材８は図略されているが中空六立方体形である。
上記各図６〜８において×印を付した部分は板ばねを相手部材に剛結できる。×印が付されていない部分は図９に示すように板ばね４，５，４０，５０の縁が丁度入り、該板ばねの縁が摺動できるスリット８ｔを取付部材８ｉ（ｉ：ｅ，ｆ，ｇ）に設けるようにする。
１…工具取付部 １ａ…工具取付部本体 １ｂ…開口縁
２…ボルト
３…可動体 ３Ａ…永久磁石 ３Ｂ…コイル
４…板ばね ４ａ…一縁 ４ｂ…穴 ４ｃ…他縁 ４ｄ…穴
５…板ばね ５ａ…一縁 ５ｂ…穴 ５ｃ…他縁 ５ｄ…穴
６…押え具
７…ボルト
８…基部材 ８ａ…ばね取付部 ８ｂ…底板 ８ｂ１…抜穴 ８ｂ２…下面 ８ｂ３…フランジ ８ｂ４…ボルト穴 ８ｃ…前板 ８ｄ…後板 ８ｅ,８ｆ…側板 ８ｇ…天板 ８ｈ…ブラケット ８ｈ１…つば ８ｉ…取付部材 ８ｔ…スリット
９…押え具
１１，１２，１３，１４，１５…ボルト
１６…支持部材 １６ａ…内周
１７…パッキング １７ａ…信号線
１８…ボルト
１９…エンコーダ
２０…主軸台
２１…つば
２２…ボルト
２３…止めねじ
２４…サドル
２５…ＣＮＣ制御装置
２６…バイト
２７…主軸
２８…チャック
２９…回転センタ
３０…リニアモータ
３１…ドライバ
３２…ベース
３３…サーボモータ
３４…ねじ送り装置
３５…アダプタ
３６…リニアスケール
３７…中ぐりバイト
３８…工具柄
３９…ボルト
４０…板ばね
４１…加工物取付具
４２…ベッド
４３…ボーリング
４４…中ぐりバイト
４５…スライド
４７…スライドベース
５０…板ばね
１００…工具台
２００…加工物台
Ｗ，Ｗ１…加工物
Ｗ２…ピン穴
２…ボルト
３…可動体 ３Ａ…永久磁石 ３Ｂ…コイル
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７…ボルト
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１８…ボルト
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２１…つば
２２…ボルト
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Ｗ２…ピン穴
Claims (3)
- 切削工具又は加工物を取り付ける工具又は加工物取付部と、工具又は加工物取付部を固定又は工具又は加工物取付部と一体に設けられた可動体と、可動体を進退可能に支持する基部材と、を有し、
可動体の進退方向に対して板面の一縁が直角方向に可動体に取り付けられ、板面の前記一縁に平行する他縁が基部材に取り付けられる平行板ばねを有する工具台又は加工物取付台において、
基部材の底板に抜穴を設けると共に前記抜穴中に収納した平行板ばね取付部を有するブラケットを基部材の底板に取付け、平行板ばねの他縁を工具台又は加工物付台の機械本体への取付面に近ずけ、取付面から工具又は加工物までの距離を小さくしたことを特徴とする工具台又は加工物取付台。 - 切削工具又は加工物を取り付ける工具又は加工物取付部と、工具又は加工物取付部を固定又は工具又は加工物取付部と一体に設けられた可動体と、可動体を進退可能に支持する基部材と、を有し、
可動体の進退方向に対して板面の一縁が直角方向に可動体に取り付けられ、板面の前記一縁に平行する他縁が基部材に取り付けられる平行板ばねを有する工具台又は加工物取付台において、
基部材に固定され可動体の進退方向に貫通する穴を有する支持部材を有し、工具又は加工物取付部は前記穴の内周に嵌合する外周を有し、この外周が荷重の大きいときに前記支持部材と接触可能な隙間をおいて前期支持部材の穴の内周と接近していることを特徴とする工具台又は加工物取付台。 - 可動体がリニアモータの可動片と一体的であり、基部材は可動片を付勢するステータと一体的であることを特徴とする請求項１又は２に記載の工具台又は加工物取付台。
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