JP2007175854A - ワーク支持方法及びワーク支持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークを正確に支持することができて、高い加工精度を達成することができるワーク支持方法及びワーク支持装置を提供する。
【解決手段】ワークＷをその軸線を中心に回転させながら、ワークＷの外周面に加工を施すようにした工作機械のワーク支持方法において、ワークＷを一対の仮支持部材４０Ａ，４０Ｂにより支持位置に仮支持する。その仮支持状態で、ワークＷの両端部を一対のピボット４４Ａ，４４Ｂにより端面側から挟持して、ワークＷの中心軸線Ｌ１を回転軸線Ｌ２上に位置決め配置する。その位置決め配置状態で、ワークＷの両端部を一対のチャック４６Ａ，４６Ｂにより外周側から把持する。そのワークＷの把持状態で、ピボット４４Ａ，４４ＢによるワークＷの両端面側からの挟持を解放する。
【選択図】図５

Description

この発明は、旋盤等の工作機械におけるワーク支持方法及びワーク支持装置に関するものである。

一般に、ワークをその軸線を中心に回転させながら、ワークの外周面に加工を施すようにした旋盤等の工作機械においては、ワークの中心軸線を回転軸線上に正確に位置決めした状態で、ワークの両端部を高精度に支持する必要がある。このような要望に対処するため、例えば特許文献１及び特許文献２に開示されるような構成のワーク支持装置が従来から提案されている。すなわち、特許文献１に記載の構成では、ワークが一端部において外周側から把持されるとともに、他端部において端面側からピンポイントにて当接支持されている。また、特許文献２に記載の構成では、ワークが両端部において端面側からピンポイントにて挟持されている。
特開２００５−２０５５０５号公報 特開２００５−１２５４２９号公報

ところが、特許文献１及び特許文献２に記載の従来装置においては、ワークが端面側から挟持された状態にあるので、ワークに対してその軸線方向に沿って両端から中央側に向かい圧縮力が作用する。このため、その圧縮反力が工作機械の装置フレームに対してワークの中心軸線と直交する外方向に作用し、その装置フレームに撓みが生じて、加工精度に悪影響を及ぼすという問題があった。さらに、ワークの両端面の円錐孔にニードル状のピボットを係合させてワークを挟持する場合には、装置フレームの撓みのために、ピボット先端の先鋭点が上向きになって、円錐孔の内奥の収束点とピボット先端の先鋭点との間にずれが生じ、加工精度がさらに悪化することになった。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、ワークを両端部において位置ずれを生じることなく正確に支持することができて、高い加工精度を達成することができるワーク支持方法及びワーク支持装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、この発明は、ワークをその軸線を中心に回転させながら、ワークの外周面に加工を施すようにした工作機械のワーク支持方法において、ワークを支持位置に仮支持した状態で、ワークの両端部を端面側から挟持して、ワークの中心軸線を回転軸線上に位置決め配置し、その位置決め配置状態で、ワークの両端部を外周側から把持し、その把持状態で、前記ワークの両端面側からの挟持を解放することを特徴としている。

従って、このワーク支持方法によれば、ワークの端面側からの挟持にともない、ワークに対してその軸線方向に沿う圧縮力が作用するのを抑制することができる。よって、装置フレームに対して圧縮反力が作用することもなく、装置フレームに撓みが生じるおそれを防止することができる。また、ワークの両端面の円錐孔にニードル状のピボットを係合させるようにした場合でも、円錐孔の内奥の収束点とピボット先端の先鋭点との間にずれが生じるおそれはない。よって、ワークを両端部において位置ずれを生じることなく正確に支持することができて、ワークの加工精度を向上させることができる。

また、前記の方法において、ワークを両端部の軸部にて把持するとよい。このようにした場合、ワークの両端軸部の外周面はワークの中心軸線に対して予め芯出し加工されているため、ワークを把持するのに好都合である。

さらに、この発明は、ワークをその軸線を中心に回転させながら、ワークの外周面に加工を施すようにした工作機械のワーク支持装置において、ワークを支持位置に仮支持する仮支持手段と、仮支持状態のワークの両端部を端面側から挟持して、ワークの中心軸線を回転軸線上に位置決め配置する位置決め手段と、位置決め配置状態のワークの両端部を外周側から把持する把持手段とを備え、その把持手段によるワークの把持状態で、前記位置決め手段によるワークの両端面側からの挟持を解放することを特徴としている。

従って、このワーク支持装置の発明においても、前記ワーク支持方法と同様の作用を得ることができる。

以上のように、この発明によれば、ワークの高精度加工が可能になって、旋盤等の工作機械におけるワーク支持方法及び支持装置として有用であるという効果を発揮する。

以下に、この発明の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
はじめに、ワークＷの形状構成について説明する。図１、図２及び図５に示すように、このワークＷは全体として円柱状をなし、その中央部には被加工部Ｗａが設けられるとともに、その被加工部Ｗａの両端には軸部Ｗｂが形成されている。この軸部Ｗｂは、ワークＷが構成部品として所定の装置に組み付けられる際に、軸受によって支持される部分であって、旋盤による被加工部Ｗａの加工前に、軸部Ｗｂの外周面が中心軸線Ｌ１に対して所定の周面上に位置するように芯出し加工されている。軸部Ｗｂの外端には突出部Ｗｃが形成され、その突出部Ｗｃの端面には、図７に示すように、円錐状の支持孔Ｗｄが形成されている。

次に、この実施形態の旋盤の構成を説明する。図１〜図４に示すように、フレーム１１上にはワーク支持装置１２が配設され、このワーク支持装置１２によりワークＷがその中心軸線Ｌ１を回転軸線Ｌ２上に位置決め配置した状態で、両端の軸部Ｗｂにて支持される。ワーク支持装置１２には一対の回転用モータ１３，１４が装備され、これらの回転用モータ１３，１４の同期回転により、ワークＷがその回転軸線Ｌ２の周りで回転される。なお、一方の回転用モータ１４は、前記回転軸線Ｌ２から外れたところに配置され、後述する伝達機構３９を介してワーク支持装置１２と連結されている。

図１〜図４に示すように、前記ワーク支持装置１２の前方側において、フレーム１１上にはメインテーブル１５及びサブテーブル１６が共通の一対のレール１７を介して、ワークＷの中心軸線Ｌ１に沿う方向へ移動可能に支持されている。両テーブル１５，１６とフレーム１１との間にはそれぞれ移動用リニアモータ１８が配設され、この移動用リニアモータ１８により、両テーブル１５，１６が一体的に移動される。すなわち、フレーム１１上にはレール１７と平行に延びるステータ１８ａが設置され、両テーブル１５，１６にはステータ１８ａに対応する移動子１８ｂが設置され、それらのステータ１８ａ及び移動子１８ｂの作用により両テーブル１５，１６が往復動される。そして、この場合、図１０に示す制御装置５０の作用により、両テーブル１５，１６間の間隔が一定に維持される。

前記メインテーブル１５上には工具２０を保持した工具保持盤１９が垂直軸線を中心に回転可能に支持され、この工具保持盤１９の回転により、工具２０がワークＷに対応する加工位置と、そこから離間した工具交換位置とに切替え配置される。サブテーブル１６とフレーム１１との間にはフレキシブルベルト２１が接続されるとともに、このフレキシブルベルト２１により給電線（図示しない）や油圧チューブ（図示しない）が支持されている。メインテーブル１５とサブテーブル１６との間には前記給電線及び油圧チューブに接続された給電線（図示しない）及び油圧チューブ（図示しない）が架設されている。そして、サブテーブル１６に支持された給電線及び油圧チューブと、両テーブル１５，１６間の給電線及び油圧チューブを介して、メインテーブル１５の電気部品や油圧機器に対して給電や圧油供給が間接的に行われる。これにより、フレキシブルベルト２１，給電線及び油圧チューブ等の剛性や張力変動等にともなう負荷や振動等の各種の物理的な影響がメインテーブル１５にほとんど作用しないようになっている。

そして、ワークＷがワーク支持装置１２上に支持された状態で、回転用モータ１３，１４により中心軸線Ｌ１の周りで回転されながら、移動用リニアモータ１８によりテーブル１５，１６が移動されて、工具保持盤１９上の工具２０がワークＷの被加工部Ｗａに対して切削等の所要の加工が施される。

図１〜図４に示すように、前記ワーク支持装置１２の後方側において、フレーム１１上には移動台２２が一対のレール２３を介して、ワークＷの中心軸線Ｌ１に沿う方向へ移動可能に支持されている。ワークＷの下方から後方に延びるように、移動台２２上には削り屑排出用樋２４が配設されている。移動台２２とフレーム１１との間にはステータ２５ａと移動子２５ｂとよりなる移動用リニアモータ２５が配設され、この移動用リニアモータ２５により移動台２２が前記工具２０と対応する位置に移動される。そして、工具２０によるワークＷの被加工部Ｗａの加工にともなって発生する削り屑が、削り屑排出用樋２４を介して後方へ排出される。

次に、前記ワーク支持装置１２及びその関連構成について詳細に説明する。図１〜図５に示すように、ワーク支持装置１２には、ワークＷの一端側の軸部Ｗｂを支持するように、フレーム１１の一側上面に配設された固定側支持機構３１と、ワークＷの他端側の軸部Ｗｂを支持するように、フレーム１１の他側上面に配設された移動側支持機構３２とが装備されている。固定側支持機構３１においては、フレーム１１上に固定側ヘッド３３が固定配置され、その固定側ヘッド３３には固定側支持筒３４が回転軸線Ｌ２上で回転可能に支持されている。固定側ヘッド３３には前記回転用モータ１３が固定側支持筒３４と同軸上に配設され、この回転用モータ１３により固定側支持筒３４が回転される。

前記移動側支持機構３２においては、フレーム１１上に移動側ヘッド３５が一対のレール３６を介してワークＷの中心軸線Ｌ１に沿う方向へ移動可能に配設され、その移動側ヘッド３５には移動側支持筒３７が固定側ヘッド３３と同一の回転軸線Ｌ２上で回転可能に支持されている。移動側ヘッド３５とフレーム１１との間にはステータ３８ａと移動子３８ｂとよりなる移動用リニアモータ３８が配設され、この移動用リニアモータ３８により、移動側ヘッド３５が固定側ヘッド３３と接近離間する方向へ移動される。移動側ヘッド３５上には前記回転用モータ１４が配設され、この回転用モータ１４によりプーリ及びベルトよりなる伝達機構３９を介して移動側支持筒３７が回転される。

図１、図２、図５及び図６に示すように、前記固定側及び移動側の支持機構３１，３２におけるヘッド３３，３５の先端部近傍には仮支持手段としての仮支持部材４０Ａ，４０Ｂが回動軸４１を介して回動可能に支持され、それらの先端上面にはワークＷの両端突出部Ｗｃを下方から仮支持するためのＶ字状の支持凹部４０ａが形成されている。両ヘッド３３，３５内にはサーボモータ等よりなる駆動源４２Ａ，４２Ｂが配設され、これらの駆動源４２Ａ，４２Ｂにて回動軸４１が回動されることにより、仮支持部材４０Ａ，４０Ｂが図６に実線で示す上方の仮支持位置と、同図に鎖線で示す下方の退避位置とに切替え配置される。そして、図５及び図６に示すように、両仮支持部材４０Ａ，４０Ｂが仮支持位置に配置された状態で、それらの支持凹部４０ａにワークＷの両端突出部Ｗｃが支持されて、ワークＷが両支持機構３１，３２間の所定の支持位置に仮支持される。

図２、図５及び図７に示すように、前記固定側及び移動側の支持機構３１，３２における支持筒３４，３７の中心には固定側及び移動側の位置決めロッド４３Ａ，４３Ｂが回転軸線Ｌ２に沿う方向へ進退移動可能に支持されている。各位置決めロッド４３Ａ，４３Ｂの先端には、ワークＷの両端面の支持孔Ｗｄに係合可能な位置決め手段としての円錐先鋭状のピボット４４Ａ，４４Ｂが突出形成されている。固定側及び移動側のヘッド３３，３５の外面には位置決め用シリンダ４５Ａ，４５Ｂが配設され、それらのピストンロッド４５ａの先端が各位置決めロッド４３Ａ，４３Ｂに連結されている。

そして、図７及び図７に示すように、ワークＷが仮支持部材４０Ａ，４０Ｂにて仮支持された状態で、各位置決め用シリンダ４５Ａ，４５Ｂにより位置決めロッド４３Ａ，４３Ｂが内方（相手位置決めロッド４３Ａ，４３Ｂ側）のへ前進移動されたとき、ピボット４４Ａ，４４ＢがワークＷの両端面の支持孔Ｗｄに係合される。これにより、ワークＷの両端部が端面側から挟持されて、ワークＷの中心軸線Ｌ１が回転軸線Ｌ２と一致するように位置決め配置される。

図２，図３及び図５に示すように、前記固定側及び移動側の支持機構３１，３２における支持筒３４，３７の内端には、把持手段としての固定側及び移動側のチャック４６Ａ，４６Ｂが回転軸線Ｌ２と同軸上に配設されている。各チャック４６Ａ，４６Ｂの先端内周面には、ワークＷの両端軸部Ｗｂの外周面に当接可能な把持チップ４７が固設されている。そして、図７に示すように、ワークＷがピボット４４Ａ，４４Ｂにて位置決めされた状態で、移動側ヘッド３５が固定側ヘッド３３に向かって接近移動されたとき、ワークＷの両端の軸部Ｗｂがこれらのチャック４６Ａ，４６Ｂにより外周側から把持される。

また、前記両チャック４６Ａ，４６Ｂの把持チップ４７の内周面は、ワーク支持装置１２に対するワークＷの支持に先立って、工具保持盤１９に保持された図示しないチップ研削用の工具により、回転軸線Ｌ２に対して所定の円周上に位置するように研削加工される。この場合、固定側支持機構３１及び移動側支持機構３２において、回転用モータ１３，１４により固定側支持筒３４及び移動側支持筒３７が各別に回転されながら、工具保持盤１９が固定側及び移動側のチャック４６Ａ，４６Ｂと対応する位置に移動されて、各把持チップ４７の研削加工が行われる。

図２に示すように、前記フレーム１１上にはリニアスケール４８がワークＷの中心軸線Ｌ１に沿う方向へ延長配置されている。工具保持盤１９を支持するテーブル１５，１６、削り屑排出用樋２４を支持する移動台２２及び移動側支持筒３７を支持する移動側ヘッド３５には、リニアスケール４８に対応するセンサ５１（図１０において図示）がそれぞれ配設されている。そして、これらのセンサ５１にてリニアスケール４８上が読み取られることにより、テーブル１５，１６、移動台２２及び移動側ヘッド３５の移動位置が検出されて、それらが所要位置に移動されるように制御される。

次に、前記のように構成されたワーク支持装置１２によるワークＷの支持動作を説明する。
さて、図５に示す状態では、移動側支持機構３２の移動側ヘッド３５がワークＷの長さに合わせて後退位置に配置されて、その移動側ヘッド３５に支持された移動側支持筒３７と固定側支持機構３１の固定側ヘッド３３に支持された固定側支持筒３４との間に広い間隔が形成されている。また、固定側位置決めロッド４３Ａが突出位置に配置されるとともに、移動側位置決めロッド４３Ｂが没入位置に配置されている。さらに、固定側及び移動側の仮支持部材４０Ａ，４０Ｂが固定側及び移動側のチャック４６Ａ，４６Ｂに接近する上方の仮支持位置に配置されている。そして、この状態でワークＷがその突出部Ｗｃにおいて両仮支持部材４０Ａ，４０Ｂ上に設置されるとともに、ワークＷの一端側の支持孔Ｗｄに固定側位置決めロッド４３Ａの先端の固定側ピボット４４Ａが係合されている。

この状態において、移動側位置決め用シリンダ４５Ｂにより、移動側位置決めロッド４３Ｂが前進移動されると、図８（ａ）に示すように、移動側ピボット４４ＢがワークＷの他端側の支持孔Ｗｄに係合される。これにより、ワークＷが固定側及び移動側のピボット４４Ａ，４４Ｂにより両端面から挟持されて、ワークＷの中心軸線Ｌ１が回転軸線Ｌ２と一致するように位置決め配置される。

その後、図８（ｂ）に示すように、固定側の仮支持部材４０Ａが上方の仮支持位置から下方の退避位置に切替え配置される。また、固定側位置決め用シリンダ４５Ａの突出圧力が低減されて、固定側位置決めロッド４３Ａが没入可能になるとともに、移動用リニアモータ３８により移動側ヘッド３５が固定側ヘッド３３に向かって前進移動される。これにより、ワークＷが両ピボット４４Ａ，４４Ｂ間に位置決め挟持された状態で固定側支持筒３４側に移動されて、そのワークＷの一端側の突出部Ｗｃが固定側支持筒３４内に進入され、一端側の軸部Ｗｂが固定側チャック４６Ａにより外周側から把持される。

さらに、図９（ａ）に示すように、この状態から移動側の仮支持部材４０Ｂが上方の仮支持位置から下方の退避位置に切替え配置される。それとともに、移動用リニアモータ３８により移動側ヘッド３５が固定側ヘッド３３に向かってさらに前進移動される。これにより、ワークＷが両ピボット４４Ａ，４４Ｂ間に位置決め挟持されたままの状態で、そのワークＷの他端側の突出部Ｗｃが移動側支持筒３７内へ相対的に進入され、他端側の軸部Ｗｂが移動側チャック４６Ｂにより外周側から把持される。

その後、固定側及び移動側の位置決め用シリンダ４５Ａ，４５Ｂが没入動作され、図９（ｂ）に示すように、固定側及び移動側の位置決めロッド４３Ａ，４３Ｂが没入移動される。これにより、固定側及び移動側のピボット４４Ａ，４４ＢがワークＷの両端の支持孔Ｗｄから離脱され、ワークＷに対する両端面からの挟持が解放される。従って、ワークＷはその両端の軸部Ｗｂにおいて固定側及び移動側のチャック４６Ａ，４６Ｂにより外周側から把持された状態となる。この状態で、回転用モータ１３，１４により、固定側支持筒３４及び移動側支持筒３７が同期回転されて、ワークＷが中心軸線Ｌ１の周りで回転され、工具２０が同中心軸線Ｌ１方向の所要位置に移動され、あるいは中心軸線Ｌ１に沿う方向における所要の運動を行い、その工具２０により被加工部Ｗａの外周面が研削加工される。

なお、研削加工時には、削り屑排出用樋２４が工具２０とともに研削加工部の下部に配置され、研削加工にともなって発生する削り屑を受けて、後方へ排出させる。
このワークＷの加工時には、ワークＷがその両端面側から挟持されることなく、両端の軸部Ｗｂにおいて外周側から把持された状態にある。このため、ワークＷに対して中心軸線Ｌ１に沿う方向に圧縮力が作用することはなく、装置フレーム１１にその圧縮反力が作用することもなくて、装置フレーム１１に撓みが生じるおそれを防止することができる。また、ワークＷの支持過程で位置決めのために使用されたピボット４４Ａ，４４ＢがワークＷの両端の支持孔Ｗｄから離脱された状態にあるため、ピボット４４Ａ，４４Ｂの先鋭点と支持孔Ｗｄの内奥の収束点との間に位置ずれが生じることもない。従って、ワークＷを両端部において位置ずれを生じることなく正確に支持することができて、被加工部Ｗａに対して高精度の加工を施すことができる。

また、工具２０がワークＷの前記中心軸線Ｌ１に沿って移動される際、すなわち、メインテーブル１５が移動される際には、制御装置５０はセンサ５１からの位置検出信号に基づいて、メインテーブル１５とともにサブテーブル１６も同一間隔を保持して一体に移動される。従って、フレキシブルベルト２１のテンション変動や剛性等にともなう負荷，あるいはフレキシブルベルト２１の振動等の各種の物理的な影響がメインテーブル１５に直接作用しないため、それらの影響によりメインテーブル１５の位置精度が低下するのを防止できる。従って、高精度加工を実現できる。

この実施形態の効果を列挙すれば以下の通りである。
（１） ワークＷを両端部において位置ずれを生じることなく正確に支持することができて、被加工部Ｗａに対して高精度の加工を施すことができる。

（２） メインテーブル１５の位置精度を確保でき、高精度加工を実現できる。
（３） 工具２０が位置する切削加工部の移動に追従して削り屑排出用樋２４が移動されるため、切削加工部で生じる削り屑を散乱させることなく回収して排出させることができる。

（変更例）
なお、前記実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ 前記実施形態において、固定側ヘッド３３についても移動側ヘッド３５と同様に、フレーム１１上に移動可能に配設すること。

・ 前記実施形態において、突出部Ｗｃが存在しないワークＷ、つまり被加工部Ｗａと軸部ＷｂのみのワークＷに対して加工を施すようにすること。この場合、支持孔Ｗｄは軸部Ｗｂの端面に形成される。

（他の技術的思想）
前記実施形態から把握されるが、請求項に記載されていない技術的思想は以下の通りである。

（ａ） 所定範囲において移動される複数のテーブル（１５）（１６）のうちの一つに工具（２０）を搭載するとともに、工具（２０）を有しないテーブルにフレキシブルベルト（２１）を接続し、それらのテーブル（１５）（１６）間を給電線及び油圧チューブの少なくとも一方によって接続したことを特徴とする工作機械。

（ｂ） 前記複数のテーブル（１５）（１６）が加工位置に配置されたワークの中心軸線（Ｌ１）に沿って移動されることを特徴とする前記技術的思想（ａ）項に記載の工作機械。

（ｃ） 前記複数のテーブル（１５）（１６）は制御手段（５０）により位置制御を受けながら一体的に移動されることを特徴とする前記技術的思想（ａ）または（ｂ）項に記載の工作機械。

一実施形態のワーク支持装置を備えた旋盤を示す正面図。 図１の旋盤の一部を断面にして示す平面図。 図２の旋盤を拡大して示す平面図。 図１の旋盤を拡大して示す側面図。 図１の旋盤におけるワーク支持装置を概略的に示す断面図。 図５の６−６線における部分拡大断面図。 図５のワーク支持装置におけるワークとピボットとの係合部を示す部分拡大断面図。 （ａ）は、図５の状態からワークの両端をピボットによって挟持した状態を示す断面図、（ｂ）は、（ａ）の状態からワークの一方の軸部を把持した状態を示す断面図。 （ａ）は、図８（ｂ）の状態からワークの他方の軸部を把持した状態を示す断面図、（ｂ）は、（ａ）の状態からピボットを後退させた状態を示す断面図。 旋盤の電気的構成を示すブロック図。

符号の説明

１１…フレーム、１２…ワーク支持装置、１３，１４…回転用モータ、２０…工具、３１…固定側支持機構、３２…移動側支持機構、３３…固定側ヘッド、３４…固定側支持筒、３５…移動側ヘッド、３７…移動側支持筒、４０Ａ，４０Ｂ…仮支持手段としての固定側及び可動側の仮支持部材、４３Ａ，４３Ｂ…固定側及び可動側の位置決めロッド、４４Ａ，４４Ｂ…位置決め手段としての固定側及び可動側のピボット、４５Ａ，４５Ｂ…固定側及び可動側の位置決め用シリンダ、４６Ａ，４６Ｂ…把持手段としての固定側及び可動側のチャック、Ｗ…ワーク、Ｗａ…被加工部、Ｗｄ…軸部、Ｌ１…中心軸線、Ｌ２…回転軸線。

Claims (3)

1. ワークをその軸線を中心に回転させながら、ワークの外周面に加工を施すようにした工作機械のワーク支持方法において、
   ワークを支持位置に仮支持した状態で、ワークの両端部を端面側から挟持して、ワークの中心軸線を回転軸線上に位置決め配置し、
   その位置決め配置状態で、ワークの両端部を外周側から把持し、
   その把持状態で、前記ワークの両端面側からの挟持を解放することを特徴としたワーク支持方法。
2. ワークを両端部の軸部にて把持することを特徴とした請求項１に記載のワーク支持方法。
3. ワークをその軸線を中心に回転させながら、ワークの外周面に加工を施すようにした工作機械のワーク支持装置において、
   ワークを支持位置に仮支持する仮支持手段と、
   仮支持状態のワークの両端部を端面側から挟持して、ワークの中心軸線を回転軸線上に位置決め配置する位置決め手段と、
   位置決め配置状態のワークの両端部を外周側から把持する把持手段と
   を備え、
   その把持手段によるワークの把持状態で、前記位置決め手段によるワークの両端面側からの挟持を解放することを特徴とするワーク支持装置。

Images