CN102161112B - 镗加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种难以受润滑油和热等影响且动作的可靠性高的镗加工装置。该镗加工装置包括：中空的主轴、绕规定的轴线旋转自如地支承主轴的工作台、棒状延伸且与主轴一起同轴旋转的工具支架、设于工具支架的顶端部且沿径向突出的工具、设于主轴和工具支架之间且使该工具支架从轴线倾斜的倾斜单元、在主轴内沿轴线方向可往复运动的拉杆、使主轴绕所述轴线旋转的第一驱动单元、使拉杆在所述轴线方向往复运动的第二驱动单元。倾斜单元具备：在轴线方向连结在拉杆和工具支架之间且在与主轴的一端部之间借助间隙配置的基部、在主轴的一端部在从轴线径向离开的位置固定的固定部、径向连结基部和固定部的连结部，固定部和连结部至少一方构成为可弹性变形。

Description

镗加工装置

技术领域

本发明涉及能够进行非圆形加工的镗加工装置。

背景技术

一直以来，提出有用于进行镗加工的各种装置，近年来，不仅一般的圆形的孔，而且对用于形成非圆形的孔的镗加工也有需求。例如专利文献1的镗加工装置中，通过压电元件使棒状延伸的工具支架的顶端所设置的工具向径向突出。而且，通过压电元件调节工具的突出长度，并使工具支架绕轴旋转，由此进行形成非圆形的孔的镗加工。

专利文献1：日本特开平11-179605号公报

发明内容

但是，在上述装置中，由于工具的突出长度的调整使用压电元件，所以存在各种问题。例如，因加工中使用的润滑油和热而可能致使压电元件损伤。另外，由于工具支架高速旋转，所以还存在难以对压电元件发送稳定的控制信号的问题。其结果是，可能不能期待高精度的加工。

本发明是为解决上述课题而提出的，其目的在于，提供一种难以受到润滑油和热等的影响，且动作的可靠性高的镗加工装置。

本发明提供一种镗加工装置，其包括：中空的主轴、绕规定的轴线旋转自如地支承所述主轴的工作台、棒状延伸且与所述主轴一起同轴旋转的工具支架、设于所述工具支架的顶端部且沿径向突出的工具、设于所述主轴和工具支架之间且使该工具支架从所述轴线倾斜的倾斜单元、在所述主轴内沿所述轴线方向可往复运动的拉杆、使所述主轴绕所述轴线旋转的第一驱动单元、使所述拉杆在所述轴线方向往复运动的第二驱动单元，其中，所述倾斜单元具有：在所述轴线方向连结在所述拉杆和工具支架之间且在与所述主轴的一端部之间借助间隙配置的基部、在所述主轴的一端部在从所述轴线径向离开的位置固定的固定部、径向连结所述基部和固定部的连结部，所述固定部和连结部的至少一方构成为可弹性变形。

根据该构成，使拉杆沿轴线方向移动，将倾斜单元的基部拉向主轴侧时，固定部和连结部的至少一方发生弹性变形，因此，可以使连结于基部的工具支架从轴线倾斜。另一方面，当解除拉杆的拉引力时，因弹性而使固定部和连结部恢复本来的形状，因此，基部也随之返回本来的位置，使工具支架返回沿着轴线的位置。这样，通过使工具支架倾斜，可以使工具在径向移动，因此，可以进行形成非圆形的孔的镗加工。如上所述，在本发明中，通过拉杆的拉引使工具机械地沿径向移动。因此，与使用现有例的压电元件使工具移动相比，能够抑制润滑油和热对加工动作带来影响，可以提高动作的可靠性。其结果可以提高加工精度。

使拉杆移动的第二驱动单元可以采用各种构成。例如，第二驱动单元可以包括：绕轴线旋转自如地与拉杆连结的滚珠丝杠、以相对于主轴在轴线方向不能移动且不能绕轴线旋转的方式支承于工作台上并与滚珠丝杠螺合的螺母、和旋转驱动滚珠丝杠的轴向电动机。根据该构成，当利用轴向电动机使滚珠丝杠旋转时，与其连结的拉杆在轴线方向移动。由此，拉杆可以拉引倾斜单元的基部，使工具支架相对于轴线倾斜。此时，由于拉杆的拉引力借助螺母由主轴承受，所以在主轴上不作用轴线方向的力。因此，由于进行主轴的支承的轴承上未作用负荷，所以可以使加工精度稳定。

但是，在镗加工中产生的热通过工具支架传播到拉杆周边的各部，可能会因各部的膨胀·收缩导致的变形经由拉杆扰乱工具的原位置，成为加工精度降低的原因。因此，在第二驱动单元上设置有配置于工作台上且引导螺母在轴线方向自如移动的支承部、在所述轴线方向不能移动地游嵌于主轴的单元，还设置有进行连结单元和支承部的固定和该固定的解除的解除单元，由此可解决上述问题。

即，如上构成第二驱动单元时，可得到如下效果。首先，在解除单元中，在固定连结单元和支承部时，螺母借助连结单元与主轴固定，因此，当驱动轴线电动机时，滚珠丝杠相对于工作台旋转。由此，可以使拉杆沿轴线方向移动。另一方面，在解除单元解除连结单元和支承部的固定时，支承部即螺母相对于连结单元可相对移动，因此，可以吸收加工时的热导致的变形，使工具返回到设定的原位置，即使长时间的加工，也能够防止加工精度降低。

在所述倾斜单元中，可以在基部设置被支承为绕与所述轴线正交的正交轴线旋转自如的轴部件。而且，可以借助轴部件连结拉杆和工具支架。

根据该构成，在基部发生弹性变形时，可以使拉杆不扭转地在主轴2内笔直地位移，并且可以以连结部为支点使工具支架摆动。因此，在主轴内不会发生拉杆的旋转从旋转中心位置偏移(非平衡)，使主轴振动，可以将加工精度保持均均。

另外，还可以在倾斜单元上设置夹着基部在沿径向的与固定部相反的一侧配置的平衡部件。而且，该平衡部件可以为与固定部和连结部相同的重量。这样，当夹着基部在固定部和连结部的相反侧配置平衡部件时，确保主轴的一端部的径向的重量平衡。其结果可以使主轴稳定地旋转。

根据本发明的镗加工装置，难以受润滑油和热等的影响，可以提高动作的可靠性。

附图说明

图1是本发明一实施方式的镗加工装置的截面图；

图2是表示通过图1的镗加工装置能够加工的孔的形状的立体图；

图3是主轴的前端附近的截面图；

图4是倾斜单元的分解立体图；

图5是图3的A-A线截面图；

图6是图1的B-B线截面图；

图7是图6的C-C线截面图。

符号说明

1工具支架

11工具

2主轴

3工作台

4倾斜单元

42基部

43连结部

44固定件

45轴部件

46平衡部件

5驱动单元(第二驱动单元)

51滚珠丝杠

52轴向电动机

53螺母

55块部件(支承部)

56活塞(解除单元)

7拉杆

8连结单元

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的镗加工装置的一实施方式进行说明。图1是本实施方式的镗加工装置的截面图，图2是表示通过该镗加工装置能够加工的孔的形状的立体图。另外，以下，为便于说明，以图1为基准，将该图的左侧设为“前”或“顶”，将右侧设为“后”，将上下的方向设为“上下”，进行其它附图的说明。

在本实施方式中，作为一例，以发动机的活塞为作为加工对象的工件W，对加工该活塞的销孔的镗加工装置进行说明。如图1所示，本实施方式的镗加工装置具备棒状延伸的工具支架1、和使该工具支架1绕轴线旋转的主轴2，它们被配置于工作台3上。该工具支架1的轴线X与预先设于工件W的销孔的下孔的中心轴Y(图2参照)大致一致。而且，在工具支架1的顶端拆装自如地安装有在轴线方向突出的工具11，通过由控制程序控制该工具11的径向移位，将下孔的内壁面加工成所希望的形状。在本实施方式中，如图2所示，对下孔100的内壁面进行加工，加工截面为非圆形的喇叭型的销孔200。

主轴2被旋转自如地收容在设置于工作台上的壳体21内，前端部和后端部从壳体21突出。在壳体21内配置有主轴电动机(省略图示)，通过该主轴电动机驱动主轴2绕轴线旋转。在主轴2的前端部，借助后述的倾斜单元4安装有工具支架1。另一方面，在主轴2的后端部配置有用于在径向操作工具支架1的驱动单元(第二驱动单元)，与壳体21一同配置于工作台3上。另外，工作台3借助轨道61配置于基台6上，能够相对于基台6在前后方向上移动。而且，在基台6的后端部配置有用于使工作台3在前后方向移动的前后行进电动机62。由此，可以使工作台3上的工具支架1接近或离开工件W。

下面，参照图3～图5说明主轴的前端部附近的构成。图3是主轴的前端附近的截面图，图4是倾斜单元的分解立体图，图5是图3的A-A线截面图。

如图3所示，工具支架1借助倾斜单元4安装在主轴2的前端部。主轴2形成为中空，在其内部插通有沿轴线方向可往复运动的拉杆7。拉杆7的顶端与倾斜单元4连接。如图3和图4所示，倾斜单元4具有安装于主轴2的顶端面的圆板41，拉杆7的顶端部从该圆板41的中心孔411突出。而且，拉杆7的顶端部插入正方体状的基部42。基部42在轴线方向上从圆板41的表面稍微隔开间隙t地配置，通过连结部43和固定部44被支承在圆板41上。更详细地说明时，在圆板41上安装有形成为圆弧状且在轴线方向朝向前侧突出的固定部44。该固定部44通过多个螺栓441以沿着圆板41的周缘部的方式进行固定。而且，一体安装有从该固定部44的顶端朝向圆板41的中心沿径向延伸的板状的连结部43。基部42设在该连结部43的末端。即，基部42借助固定部44和连结部43固定在圆板41上。另外，可以在间隙t中介设O形环等弹性材料。

如图4和图5所示，在基部42的内部设有沿与轴线正交的正交轴线Z延伸轴部件45。轴部件45借助设于其两端的轴部45a的轴承452安装在基部42上，因此，在基部X的内部可绕正交轴线旋转。另外，在轴部件45的正交轴线Z方向的中心部沿轴线X方向形成有贯通孔451，在该贯通孔451插入拉杆7的顶端。而且，通过以夹持基部42的方式将插入基部42的顶端侧的螺栓421螺合于拉杆7的顶端，而对拉杆7进行固定。另外，如图3所示，在该基部42的顶端面借助托座12安装有工具支架1。但是，连结部43和固定部44由金属形成，通过连结部43的厚度d1且根据微少的力加減可进行弹性变形。因此，当将拉杆7向后侧拉伸时，其以连结部43的周边为支点将基部42以填埋间隙t的方式拉向主轴2侧，由此，连结部43进行弹性变形而发生弯曲。另一方面，当去除拉伸拉杆7的力时，通过弹力，连结部43恢复本来的形状。

另外，夹着基部42在与固定部44的径向相反侧的端部配置有平衡部件46。该平衡部件46为使主轴2稳定地旋转而设置，具有与固定部44和连结部43相等的重量。更详细说明时，如图3和图4所示，平衡部件46形成与固定部44和连结部43分别大致相同的形状，由平衡固定部461和平衡突出部462构成。而且，平衡固定部461形成与上述固定部44相同的形状，通过多个螺栓463被固定在圆板41上的与上述固定部44的相反侧的周缘部。另外，平衡突出部462形成为板状，从平衡固定部461的顶端部朝向基部42延伸。但是，在与基部42之间形成有极小的间隙s。此时，以连结部43和平衡突出部462为同等重量的方式，使平衡突出部462的厚度d2比连结部43的厚度d1只大上述间隙s的容积的量。

接着，也参照图6对操作拉杆的驱动单元进行说明。图6是图1的B-B线截面图。

如图6所示，驱动单元5具备安装于拉杆7的后端部的滚珠丝杠51和用于使该滚珠丝杠51旋转的轴向电动机52。滚珠丝杠51借助轴承511绕轴线可旋转地安装于拉杆7的后端部，同时，与配置于工作台3上的螺母53螺合。另外，在滚珠丝杠51和轴向电动机52之间配置有由花键轴541和安装于其上的套筒体542构成的公知的滚珠花键轴承54。而且，花键轴541与滚珠丝杠51连结，并且，套筒体542连结在轴向电动机52上，传递输出旋转。由此，当轴向电动机52驱动时，通过花键轴541在滚珠丝杠51旋转时，被变换为直行运动，拉杆7与滚珠丝杠51一同向轴线方向X移动。而且，拉杆7的轴线方向X的移动在滚珠花键轴承54被吸收。

下面，也参照图7对螺母和其周边部件的构成进行说明。图7是图6的C-C线截面图。

如图7所示，螺母53嵌合连结于单一的块部件55的中心部，块部件55沿着在轴线方向上配置在工作台3上的一对轨道551可移动。即，螺母53与块部件55形成一体，在工作台3上沿前后方向可移动。另外，在块部件55上，夹着螺母53在左右方向形成有一对沿轴线方向延伸的贯通孔552，朝向该贯通孔552内设有沿垂直方向进退的活塞56。该活塞56通过设于块部件55的上表面的电油压(电空压)促动器56a进行进退操作。

如图6所示，在主轴2的后端部，借助轴承25，以容许主轴2的旋转而在轴向不能移动的方式安装有连结单元8。该连结单元8包括：夹着主轴2在左右方向延伸的一对延长部81、和从各延长部81向轴线方向(后方)延伸的棒状的连结棒82。而且，各连结棒82被插入形成于上述的块部件55的各贯通孔552，通过活塞56被推压。在各连结棒82的上部形成有平坦面821，活塞56的前端推压在该平坦面821上。在通过活塞56推压连结棒82时，连结棒82沿轴线方向不能移动地固定于块部件55的贯通孔552内，由此，螺母53借助连结单元8被固定于主轴2上。

下面，对如上述构成的镗加工装置的动作进行说明。首先，通过上述的活塞56推压连结棒82，将螺母53和主轴2固定。接着，将作为加工对象的工件W固定于工件保持单元9。然后，在使工件W的下孔100的中心轴Y与工具支架1的轴线X一致后，驱动前后行进电动机62，使工具支架1接近工件W，接着，驱动主轴电动机，并将工具支架1插入下孔100。而且，通过未图示的控制程序控制轴向电动机52的驱动，使工具支架1从轴线X倾斜。这样，在到工具11旋转一圈期间，根据各自的角度使径向位置发生变化，同时使工具11沿轴线方向移动，由此可形成截面为非圆形的孔。

对该动作进行更详细说明。在将螺母53借助连结单元8固定于主轴2的状态下，如图6所示驱动轴向电动机52时，套筒体542旋转，随之花键轴541也旋转。该旋转被传递给滚珠丝杠51，从而滚珠丝杠51绕轴线X旋转。此时，由于螺母53为静止，所以滚珠丝杠51的旋转运动被变换为直行运动。其结果是，滚珠丝杠51后退，拉杆7被拉向后侧。此时，拉杆7借助螺母53以主轴2为支点被拉引，在主轴2上不作用轴线方向的外力，且将主轴2旋转自如地支承于壳体21的轴承(未图示)上未施加负荷，从而加工精度稳定。拉杆7借助配置于其顶端侧的倾斜单元4与主轴2一同旋转，但由于其与滚珠丝杠51通过轴承511可旋转地连结，所以边旋转边被滚珠丝杠51拉引。而且，拉杆7的顶端与倾斜单元4的基部42连接，因此，基部42被拉向后侧。由此，工具支架1从轴线X倾斜，工具11向径向外方移动。此时，倾斜单元4的连结部43发生弹性变形而向后侧弯曲。

另一方面，当停止轴向电动机52的驱动、或以去除转矩的方式进行逆旋转时，滚珠丝杠51向上述的相反侧旋转，拉杆7前进。由此，作用于倾斜单元4的基部42的拉引力被解除，通过连结部43的弹性，基部42返回原来的位置。这样，工具支架1返回沿轴线X延伸的初始状态，工具11也向径向内方返回。此时，轴部件45借助轴承452绕正交轴线Z旋转自如地被支承在基部42上，且在该轴部件45的中心固定有拉杆7，因此，在使基部42弹性变形时，可使拉杆7不扭转而在主轴2内笔直地移动。因此，在主轴2的旋转中，由于拉杆7始终位于其旋转中心，所以，主轴2上不会产生振动，可以均一地确保加工精度。

这样，当使拉杆7往复运动时，工具11在径向往复运动，因此，通过使其如所希望那样根据主轴2的每一个旋转中的任意角度改变移动距离，由此如图2所示，在下孔100形成非圆形的内壁面200。另外，工具11在径向移动的距离可以设为例如0.1～0.2mm。

但是，镗加工中产生的热从工具11通过工具支架1传播到拉杆7、滚珠丝杠51、螺母53等所有部位，各部的因膨胀·收缩引起的变形经由拉杆7扰乱工具11的原位置，可能成为加工精度降低的原因。为防止其发生，进行如下动作。

在使轴向电动机52停止驱动的状态下，在结束一个工件的加工并对下一工件开始加工之前，在加工了几个工件后，滚珠丝杠51的表面温度超过规定值时等，以任意的定时驱动電油压(電空压)促动器56a，解除通过上述的活塞56队对连结棒82的推压。由此，块部件55对连结单元8的约束被解除，因此，螺母53与块部件一同在轨道551上脱离。因此，作用于拉杆7的因热引起的膨胀·收缩的变形通过块部件55的轴线方向移动被吸收，由于工具11被复位至设定的原位置，所以在长时间的镗加工中，可防止加工精度降低。

如上所述，根据本实施方式，通过拉杆7的拉引使工具11机械地沿径向移动。因此，与例如使用压电元件那样的电子元件使工具移动相比，能够抑制润滑油和热对加工动作造成影响。其结果，可提高动作的可靠性，可提高加工精度。

以上对本发明的一实施方式进行了说明，但本发明不限于上述实施方式，只要不脱离其宗旨，则可进行各种变更。例如在上述实施方式中，倾斜单元的连结部因弹性变形而可弯曲，但只要在基部被拉向主轴侧后，通过弹性返回原来的位置即可，因此，只要连结部和固定部的至少一方由可弹性变形的材料形成即可。另外，为使拉杆往复运动，除轴向电动机和旋转/直线运动转换机构(滚珠丝杠和螺母)的组合外，也可以使用线性促动器等各种装置。另外，本发明的镗加工装置，不仅用于上述的活塞的销孔的加工，还可用于通常的圆形之外外的要形成非圆形的内壁面的所有镗加工。

Claims (6)

1.一种镗加工装置，其特征在于，包括：

中空的主轴；

以所述主轴能够绕规定的轴线自如旋转的方式对该主轴进行支承的工作台；

棒状地延伸且与所述主轴一起同轴旋转的工具支架；

设于所述工具支架的顶端部且沿径向突出的工具；

设于所述主轴与工具支架之间且使该工具支架从所述轴线倾斜的倾斜单元；

在所述主轴内能够沿所述轴线方向往复运动的拉杆；

使所述主轴绕所述轴线旋转的第一驱动单元；和

使所述拉杆沿所述轴线方向往复运动的第二驱动单元，其中

所述倾斜单元具有：

在所述轴线方向上连结在所述拉杆和工具支架之间且在其与所述主轴的一端部之间隔开间隙进行配置的基部；

在所述主轴的一端部在从所述轴线沿径向离开的位置固定的固定部；和

沿径向连结所述基部和固定部的连结部，其中

所述固定部和连结部的至少一方构成为能够弹性变形。

2.如权利要求1所述的镗加工装置，其特征在于：

所述第二驱动单元包括：

绕所述轴线旋转自如地与所述拉杆连结的滚珠丝杠；

以相对于所述主轴在所述轴线方向不能移动且不能绕所述轴线旋转的方式支承在所述工作台上、并且与所述滚珠丝杠螺合的螺母；和

旋转驱动所述滚珠丝杠的轴向电动机。

3.如权利要求2所述的镗加工装置，其特征在于：

所述第二驱动单元还包括：

配置于所述工作台上且沿所述轴线方向移动自如地引导所述螺母的支承部；

在所述轴线方向不能移动地游嵌在所述主轴上的连结单元；和

进行所述连结单元与所述支承部的固定和该固定的解除的解除单元。

4.如权利要求1～3中任一项所述的镗加工装置，其特征在于：

所述基部具有以绕与所述轴线正交的正交轴线旋转自如的方式被支承的轴部件，

所述拉杆和工具支架通过所述轴部件连结。

5.如权利要求1～3中任一项所述的镗加工装置，其特征在于：

所述倾斜单元还具有夹着所述基部在沿径向的与所述固定部相反的一侧配置的平衡部件，

所述平衡部件为与所述固定部和连结部相同的重量。

6.如权利要求4所述的镗加工装置，其特征在于：

所述倾斜单元还具有夹着所述基部在沿径向的与所述固定部相反的一侧配置的平衡部件，

所述平衡部件为与所述固定部和连结部相同的重量。