CN101219520B - 分度装置 - Google Patents

Abstract

本发明的分度装置利用由流体轴承构成的径向轴承(14)、上部推力轴承(15)和下部推力轴承(17)，将分度台(11)转动自如地支承在底座(10)上。由传感器检测上部推力轴承(15)的轴承间隙大小，由压力·流量调整机构(18)调整供给到上部推力轴承(15)的压力流体的压力，至少在分度台(11)转动时，通过将上述轴承间隙大小保持在既定值以上，能够将分度台的起动转矩和转动转矩抑制到较小，提高分度精度。

Description

分度装置

技术领域

本发明涉及一种在模具等的超精密加工用的工作机械等中使用的分度装置，特别涉及一种能应对大型工件的超精密加工并提高分度精度的分度装置。

背景技术

一直以来，分度装置如日本特开平6-344244号公报所示那样，大多采用由滚珠轴承等滚动轴承转动自如地支承分度台，由蜗杆·涡轮机构等机械方式的分度机构使该分度台转动既定角度的方式。

上述那样由滚动轴承对分度台进行支承，由蜗杆·涡轮机构实施既定角度转动的方式特别是在载置大型工件的分度台的场合下存在问题。也就是在由滚动轴承对分度台进行支承的场合下，结构上存在台的转动轴的轴刚性差，不能提高分度精度的缺点。

这是因为，在现有分度台中，一般采用将用于分度的角度编码器等标尺设置在分度台中心的结构，分度角度的误差使得工件越大，则外周部处的位置偏差越大。

针对这点，如果由空气轴承等流体轴承对分度台进行支承，则能够将分度台的起动转矩抑制到较小，从而能够提高轴刚性，能够提高分度精度。然而对于能够将起动转矩抑制到较小的空气轴承来说，尽管不会引起台的轴刚性下降，但另一方面由于是空气轴承，所以轴承刚性低，不能支承大型工件那样的重物。而且具有空气轴承承受偏置负荷的能力差等缺点。因而在现有技术中，一般情况下，流体轴承仅限于应用在载置轻量、小型工件的分度装置中。

发明内容

为了消除现有技术的上述缺点，本发明的目的是提供一种分度装置，不仅配备了能够载置大型重工件的大型分度台，而且还能获得高精度的分度精度。

用于实现该目的的本发明的分度装置，其特征在于，包括：分度台，具有载置工件的台本体，通过既定角度的转动，对上述台本体的转动角度位置进行分度；底座，具有产生上述分度台的转动动力的伺服电动机、和分别对上述分度台的径向负荷和推力负荷进行支承的流体轴承；轴承间隙传感器，用于对支承上述分度台的推力负荷的流体轴承的轴承间隙大小进行检测；压力流量调整机构，为了使得上述轴承间隙的大小可变，对供给到上述流体轴承的轴承间隙内的压力流体的压力和/或流量进行调整；轴承间隙控制机构，从上述轴承间隙传感器的输出中读取轴承间隙的检测值，至少在上述分度台转动期间对检测值和预先设定的设定值进行比较，使上述压力流量调整机构工作而对轴承间隙进行控制，从而将上述轴承间隙大小保持在设定值以上；以及分度台控制机构，对上述伺服电动机进行控制，对上述分度台的转动角度进行分度。

而且，也可以设计成，分度台被水平配置，传感器对承受上述分度台的负荷的上部推力轴承的轴承间隙大小进行检测，此时上述控制部最好构成为使上述压力流量调整机构工作，以便在上述分度台转动期间将上述上部推力轴承的轴承间隙大小保持在设定值以上，而在上述分度台停止时，消除上述上部推力轴承的轴承间隙。

而且，特征在于，上述控制部除了上述轴承间隙传感器之外，同时还利用至少包含用于对压力流体的压力或流量进行检测的传感器的其它种类传感器，以手动或自动方式，将分度台轴承间隙保持在既定值。

进一步，上述流体轴承最好是空气轴承。

本发明如上述那样由流体轴承转动自如地对分度台进行支承，并由传感器对轴承间隙的大小进行测量，对供给到上述流体轴承的压力流体的压力进行调整，以便至少在上述分度台转动时，将轴承间隙保持在既定值以上，因此即使是大型工件那样的重物，通过设置既定大小的轴承间隙，也能转动自如地支承，特别是即使在起动力矩较小的空气轴承的场合下，也能可靠地对大型工件那样的重物进行支承并能以小转矩使其转动，从而能够获得提高分度精度的效果。

本发明在用于模具等的超精密加工且对大型工件进行加工的工作机械中所使用的分度装置中，发挥很大效果，但是并不局限于此，本发明也可以广泛应用于小型工件用的或工作机械之外的各种分度装置。

附图说明

图1是本发明分度装置的简要结构图。

图2是本发明其它实施例的分度装置的简要结构图。

具体实施方式

下文将参考图1对本发明的一种实施例进行介绍。

在图1中，10表示底座，11表示分度台。分度台11以水平姿势设置在底座10上。相当于转动轴的突出部11A一体设置在分度台11的本体的中心下部上，设置在底座10内的构成直接驱动(DD)伺服电动机12的转子12A设置在该突出部11A上。并且，以从外侧覆盖该转子部12A的方式，将圆环状凸起部13一体地设置在该分度台11的下部。

在本实施例中，分度台11由下述那样的流体轴承支承。

圆环状凸起部13的外周面转动自如地嵌合在设置在底座10内且例如由静压型等的流体轴承构成的径向轴承14中，通过位于该径向轴承14的轴承间隙内的流体，承受径向负荷。而且，该分度台11的下表面中的、圆环状凸起部13的根部外侧周围的圆环区域是与静压型推力轴承之间形成轴承间隙的部分，与设置在底座10上表面上的例如由静压型等的流体轴承构成的上部推力轴承15相向。而且，环状的承接板16与分度台11的本体平行地安装在圆环状凸起部13的下端上，该承接板16的上表面同样为与设置在底座10内部的例如由静压型等的流体轴承构成的推力轴承之间形成轴承间隙的部分，与设置在底座10内部的下部推力轴承17相向。

在该实施例中，上述径向轴承14、上部推力轴承15和下部推力轴承17分别具有被分割为多个的轴承要素而设置在与分度台11同心的圆周上，而该多个轴承要素整体上呈圆环状。在上述3个轴承14、15和17中直接作用分度台11的负荷的上部轴承15的被分割开的各个轴承要素上，设置有对各个轴承要素分别对应地供给压力流体的压力·流量调整机构18。该压力·流量调整机构18由压力调整阀、压力控制阀、流量调整阀、流量控制阀等组成。这些阀即使由手动操作，也能够调整压力、流量。由于通过这些压力·流量调整机构18，将加压空气或压力油等压力流体供给到上部推力轴承15的各个轴承要素内，因而，上部推力轴承15以轴承间隙可变的方式构成。而且，径向轴承14和下部推力轴承17也与上部推力轴承15同样被分割为多个，通过图中省略的压力·流量调整机构，分别供给既定压力的压力流体，以轴承间隙可变的方式构成。

上述DD伺服电动机12包括设置在一体形成在分度台11的本体中心下部上的突出部11A的外周的转子部12A、和在底座10的内部设置于圆环状凸起部13内侧的定子12B，借助电动机驱动部19工作而使分度台11转动。

将角度编码器20安装在DD伺服电动机12的下端也就是分度台11本体的突出部11A的下端和底座10之间，对分度台11的转动角度位置进行检测，将其输出输送到控制装置21。控制装置21将来自外部未图示的NC装置的指令与由角度编码器20反馈的目前转动角度位置进行比较，向电动机驱动部19发出指令信号，使分度台11转动既定角度，并且在所检测的转动角度位置与指令一致的位置，指令电动机驱动部19停止转动，保持该位置。

在分度台11的表面上形成了用于对所载置的工件W进行真空吸附的真空吸附孔，与所述孔相连的真空流路22设置在分度台11的内部。该流路22通过设置在分度台11的突出部11A下端中央的转动接头23与真空装置24相连。该真空装置24根据来自控制装置21的指令工作，有选择地将流路22切换为负压或大气压。

在底座10上，与分度台11的下表面相向地，最好沿分度台11的圆周方向以例如90°的间隔设置非接触式传感器25。该传感器25对分度台11下表面在上下方向上的位置变化或从传感器25至分度台11下表面的距离进行检测，并将输出输送到控制装置21。

控制装置21除了包括上述那样的对分度台11的转动角度位置进行控制而实现分度功能的分度控制部之外，还设置有以下那样地使压力·流量调整机构18工作而对上部推力轴承15的轴承间隙进行控制的轴承间隙控制部。

该轴承间隙控制部根据各个传感器25的输出，计算上部推力轴承15的被分割开的各个轴承要素的轴承间隙大小，分别向设置在每个轴承要素上的压力·流量调整机构18发送指令。也就是说，轴承间隙控制部构成为，向压力·流量调整机构18发送指令，以便将具有下述压力的加压空气或压力油等压力流体向上部推力轴承15的各个轴承要素供应，上述压力能够将上部推力轴承15的被分割开的各个轴承要素的轴承间隙大小保持在预先设定的值以上。此外，在该控制装置21中，分度控制部和轴承间隙控制部相互关联地工作。也就是说，当分度台11停止时，分别使各压力·流量调整机构18工作，以便降低上述压力流体的压力，消除各个轴承要素的轴承间隙。此外，当将使分度台11进行分度的指令发送到分度控制部时，轴承间隙控制部分别使各压力·流量调整机构18工作，以便使上述轴承间隙的大小达到既定值以上，之后，当该轴承间隙大小变为既定值以上时，该分度控制部使分度台11转动。

下文将对本实施例的分度装置的作用进行介绍。

如上述那样，在分度台11的停止期间，压力·流量调整机构18降低向上部推力轴承15供给的压力流体的压力。因而，上部推力轴承15由于分度台11的自重而处于轴承间隙消除的状态，因而，分度台11不通过位于轴承间隙内的流体而是由上部推力轴承15直接支承。从而，分度台11不会产生伴随着轴承间隙的变化引起的倾斜等，而是以当初预定的姿势可靠而正确地保持在停止状态。藉此，由分度台11吸附保持的工件W的上下方向位置不会产生误差。

而且，在上述分度台11停止期间，也向径向轴承14和下部推力轴承17供给既定压力的压力流体。此时的径向轴承14正确地保持分度台11的转动中心位置。而对于下部推力轴承17，通过增大轴承间隙，将分度台11向下压，能够使上部推力轴承15的轴承间隙进一步完全消失。藉此，分度台11固定地保持在上部推力轴承15上。

然后，在上述停止状态下，如果从NC装置给出分度台11的转动指令，则控制装置21的分度控制部首先使压力·流量调整机构18工作，以便传感器25的输出达到预定的既定值以上，也就是上部推力轴承15的分割的各个轴承要素的轴承间隙尺寸分别达到既定值以上。当传感器25检测到的轴承间隙小时，将提高压力的指令输送到压力·流量调整机构18，增大供给到上部推力轴承15的各个轴承要素的压力流体的压力。

这样，如果轴承间隙尺寸增大，则能够从轴承传感器25的输出中检测发现轴承间隙大小已达到既定值以上。接收到该结果后，控制装置21的分度控制部向电动机驱动部19发出起动指令，使DD伺服电动机12工作，使分度台11转动。分度台11的转动角度位置由角度编码器20检测，其检测信号被反馈。一旦该检测信号与指令的既定值一致，则控制装置21的分度控制部向电动机驱动部19发出停止指令，使分度台11停止转动。

在分度台11进行分度动作期间，径向轴承14和下部推力轴承17当然处于保持直接作用负荷的上部推力轴承15的轴承间隙大小在预定的适当值以上的状态。当传感器25检测到的轴承间隙大小变小时，将提高压力的指令输送到压力·流量调整机构18，轴承间隙大小立刻恢复。如此，对分度台11的负荷进行支承的上部推力轴承15当然处于径向轴承14和下部推力轴承17能够发挥作为流体静压轴承的功能的最佳状态，进行分度台11的转动。因而能够将分度台11的起动力矩和转动力矩抑制到极小。该分度台11的粘着滑动或越限运动等受到抑制，能停止在正确的分度位置上。

一旦分度台11完全停止，则控制装置21的轴承间隙控制部使压力·流量调整机构18工作，以便消除上部推力轴承15的轴承间隙，象上述那样可靠地保持分度台11。

这样，由于分度台11象上述那样在流体静压轴承能够发挥功能的最佳状态下起动，因而起动转矩极小，结果与提高轴刚性相同，能够格外提高分度精度。特别是在大型分度台的场合下，分度精度的提高使工件外周部分处的误差下降的效果增大。而且，在分度动作期间，通过将上部推力轴承15和径向轴承14的轴承间隙保持恒定，在载置了有重量的工件的分度台的场合下，还不会受针对各个轴承要素的负荷偏置的影响，而是能正确地分度。此外，在上部推力轴承15处，当分度结束后，轴承间隙消失，直接支承负荷，将工件定位在正确的位置上，因此能将分度台11大型化而使其载置大重量的工件，进行精密加工。进而，由于分别分割地构成径向轴承14、上部推力轴承15和下部推力轴承17，因而即使分度台11大型化，也能够轻易地使静压轴承与该大型化相应对。

在上述实施例中，虽然显示了将分度台11水平设置的示例，但是本发明并不局限于此，即使将分度台11的轴心水平设置方式的分度装置，也能获得相同的效果。

而且，可以使用各种流体轴承，其中特别是在静压型的使用空气等气体的流体轴承的场合下，可以利用工厂预先准备好的空气配管，而且空气比较容易处理，所以优选。

此外，在上述实施例中，作为用于测量轴承间隙的传感器，虽然以与分度台11的下表面相向的非接触式传感器25为例进行了介绍，但是本发明并不局限于此，也可以使用能够组装在轴承内的静电电容型的传感器等各种传感器，能够进行各种变形。

此外，在上述实施例中，虽然以使用用于测量轴承间隙大小的传感器25为例，但是本发明并不局限于此，作为其它实施方式的示例，也可以采用将监视台位置等的位置传感器、压力传感器、流量传感器等其它性质的传感器一并使用的方式。

特别地，如图2所示，也可以将标准地配备于压力流体的调节机构即压力·流量调整机构18的压力传感器和设置在流体流路内的流量传感器30等的检测数据输入控制装置21内，并一起使用这些数据。

此时，控制装置21也可以利用从所述轴承间隙传感器之外的其它传感器30等得到的压力、流量等信息。在使用这多个传感器的场合下，一边监视轴承间隙、一边检测流体压力或流量，能够对轴承间隙进行控制。也就是能够由显示器32监视预先设定的流体压力或流量值、和设置在轴承部或流体流路等上的其它传感器30等的检测数据，以手动或自动方式对压力·流量调整机构18进行控制。由于工件重量和轴承间隙的关系在既定的加工条件下或对应于状态而变化，因而能够一边监视一边控制，从而保持最佳状态。

而且，作为其它传感器，也可以使用位置传感器，例如采用这种实施方式，即对台上表面的位置等进行测量等，利用计算推定轴承间隙，以手动或自动方式对压力·流体调节机构进行控制，将轴承间隙控制在最希望的位置上。在这样的场合下，结构将变得比较复杂。

Claims (14)

1.一种分度装置，其特征在于，包括：

分度台，具有载置工件的台本体，通过既定角度的转动对上述台本体的转动角度位置进行分度；

底座，具有产生上述分度台的转动动力的伺服电动机、和对上述分度台的径向负荷进行支承的流体径向轴承、和对推力负荷进行支承的流体推力轴承，所述流体推力轴承包含直接作用分度台的负荷的上部推力轴承、和下部推力轴承；

轴承间隙传感器，用于对支承上述分度台的推力负荷的流体推力轴承的轴承间隙大小进行检测；

压力流量调整机构，为了使得上述流体推力轴承和上述流体径向轴承各自的间隙的大小可变，对供给到上述流体轴承的轴承间隙内的压力流体的压力和/或流量进行调整；

轴承间隙控制机构，从上述轴承间隙传感器的输出中读取轴承间隙的检测值，以及从上述压力流量调整机构取入流体压力，在上述分度台停止的状态下，如果给出分度台的转动指令，则使上述压力流量调整机构工作而对上述流体推力轴承的轴承间隙进行控制，以便令上述上部推力轴承的轴承间隙的大小变为设定值以上并保持在设定值以上，在上述分度台转动期间，使上述压力流量调整机构工作而对上述流体推力轴承以及上述流体径向轴承的轴承间隙进行控制，以使上部推力轴承的轴承间隙保持在设定值以上、且径向轴承和下部推力轴承处于保持上部推力轴承的轴承间隙的大小在设定值以上的状态；

以及分度台控制机构，对上述伺服电动机进行控制，对上述分度台的转动角度进行分度。

2.根据权利要求1所述的分度装置，其特征在于：

上述分度台具有：

台本体，配备了借助真空吸引而对工件进行吸附的真空吸附机构；

圆环状凸起部，同轴地形成在上述台本体上，并在内侧组装上述伺服电动机；

以及突出部，与上述台本体同轴且形成在上述圆环状凸起部的内侧，安装着上述伺服电动机的转子，且在内部形成有上述真空吸附机构的真空流路，

上述台本体以水平姿势配置在上述底座上。

3.根据权利要求1所述的分度装置，其特征在于：

上述对推力负荷进行支承的流体推力轴承包括：

设置在上述底座的上表面上并与上述分度台的台本体下表面之间形成轴承间隙的静压型上部推力轴承；

以及与设置在和上述台本体为一体的圆环状凸起部的下端部上的环状承接板的下表面之间形成轴承间隙的静压型下部推力轴承。

4.根据权利要求3所述的分度装置，其特征在于：上述上部推力轴承和下部推力轴承被分割为排列在分度台的同心圆周上的多个轴承要素，各轴承要素的轴承间隙可变。

5.根据权利要求1所述的分度装置，其特征在于：对上述径向负荷进行支承的流体径向轴承由在与台本体成一体的圆环状凸起部的外周面之间形成轴承间隙的静压型径向轴承构成。

6.根据权利要求5所述的分度装置，其特征在于：上述径向轴承被分割为排列在上述圆环状凸起部的周向上的多个轴承要素，各轴承要素的轴承间隙可变。

7.根据权利要求3所述的分度装置，其特征在于：上述轴承间隙传感器对上述上部推力轴承的轴承间隙的大小进行测量，并且在分度台的圆周方向上等间隔地设置了多个。

8.根据权利要求1所述的分度装置，其特征在于：具有包括角度编码器和分度控制部的分度控制机构，该角度编码器对上述分度台的转动角度进行检测，该分度控制部将由上述角度编码器所反馈的转动角度的检测值和分度角度的指令值进行比较，对上述伺服电动机的电动机驱动部进行控制，使得分度台的转动角度与指令值一致。

9.根据权利要求1所述的分度装置，其特征在于：上述轴承间隙控制机构与上述分度台的工作相关联地使上述压力流量调整机构工作，在上述分度台转动时将上述上部推力轴承的轴承间隙大小保持在既定值以上，并且在上述分度台停止时，将上述上部推力轴承的轴承间隙消除。

10.根据权利要求9所述的分度装置，其特征在于：上述轴承间隙控制机构在上述分度台停止时，使上述下部推力轴承的轴承间隙增大。

11.根据权利要求1所述的分度装置，其特征在于，除了上述轴承间隙传感器之外，还至少设置有包含对上述压力流体的压力或流量进行检测的传感器在内的其它种类的传感器，并且还具有利用这些传感器的输出信号对运行中的轴承间隙状态进行监视的机构。

12.根据权利要求9所述的分度装置，其特征在于：上述压力流量调整机构能够自动地对压力、流量进行调整，并且可以通过手动操作对压力、流量进行调整。

13.根据权利要求3～6中任一项所述的分度装置，其特征在于：上述流体推力轴承以及流体径向轴承是空气轴承。

14.根据权利要求1～3中任一项所述的分度装置，其特征在于：上述分度台是设置在超精密加工机上并载置大型工件的分度台。