JP2001001225A - 加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、被加工物の研削，切削加工等に用
いられる加工装置に関し、工具を高い位置決め精度で確
実に保持して高精度の微小切り込みを可能にすることを
目的とする。 【解決手段】 案内部材に沿って移動自在に配置される
移動部材と、前記移動部材を前記案内部材に沿って粗動
させる粗動機構と、前記移動部材に固定され工具が装着
される工具台と、前記工具台を弾性変形させ前記工具の
位置を微動させる微動機構とを有することを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被加工物の研削，
切削加工等に用いられる加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被加工物の平面度，平行度および直角度
などの形状精度と寸法精度を高いレベルで仕上げるため
に工作機械に求められる仕様として、機械装置の構造お
よび主軸と加工テーブルからなる閉ループ系の剛性の確
保が重要である。その剛性を保持するために工具台の切
り込み装置の最小送り量と位置決め精度、また、切り込
み装置自身の剛性を確保することが必要である。

【０００３】従来の工作機械の場合、門型のフレーム構
造にすることなどで構造上の剛性を確保する場合が多
い。しかし、この点のみの対応で工作機械の剛性を確保
して、被加工物の精度を高めるには限界がある。さら
に、先に述べた事項に加えて、駆動方法，案内方法，構
造また動作精度のそれらが複合的に絡み合うことで、被
加工物の精度向上の効果を発揮する。

【０００４】以上のことから、被加工物の高精度化を目
指すためには各機構の相互関係を考慮した工夫が必要で
ある。そして、高い寸法精度、形状精度を持った被加工
物を得るために必要な事項として、工具の位置を規制す
る切り込み機構の位置決めの高精度化、また、それ自身
の高剛性化、および装置全体の構造の高剛性化が挙げら
れる。

【０００５】一方、従来の切り込み装置では、ボール螺
子により送り手段を構成したものが一般的であり、大き
な送りと微小送りとがボール螺子を用いて行われてい
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たようにボール螺子を用いた構成においては、大きな送
り（距離）を移動させるには適しているが、切り込みの
ような微小移動では、螺子部のバックラッシュによって
高精度の位置決めが困難であり、かつ該バックラッシュ
により往復動で位置誤差が生ずるという問題があった。

【０００７】本発明は、かかる従来の問題点を解決する
ためになされたもので、工具を高い位置決め精度で確実
に保持して高精度の微小切り込みを可能にした加工装置
を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の加工装置は、
案内部材に沿って移動自在に配置される移動部材と、前
記移動部材を前記案内部材に沿って粗動させる粗動機構
と、前記移動部材に固定され工具が装着される工具台
と、前記工具台を弾性変形させ前記工具の位置を微動さ
せる微動機構とを有することを特徴とする。

【０００９】請求項２の加工装置は、請求項１記載の加
工装置において、前記移動部材を、前記案内部材に固定
するクランプ機構を有することを特徴とする。請求項３
の加工装置は、請求項２記載の加工装置において、前記
微動機構は、前記移動部材に配置される押圧部材と、前
記押圧部材と前記工具台との間に配置される楔部材と、
前記楔部材を移動する移動機構とを有することを特徴と
する。

【００１０】請求項４の加工装置は、請求項３記載の加
工装置において、前記押圧部材を前記楔部材側に予め押
圧する予圧機構を有することを特徴とする。請求項５の
加工装置は、請求項１ないし請求項４のいずれか１項記
載の加工装置において、前記工具台には、工具台の弾性
変形を確実に得るための平行ばねが形成されていること
を特徴とする。

【００１１】（作用）請求項１の加工装置では、荒加工
時には、粗動機構により、移動部材が案内部材に沿って
移動され工具台の位置決めが行われる。そして、仕上げ
加工時には、微動機構により、工具台が弾性変形され工
具の位置決めが行われる。

【００１２】請求項２の加工装置では、クランプ機構に
より、移動部材が案内部材に強固に固定される。請求項
３の加工装置では、移動機構により楔部材を移動する
と、工具台が弾性変形により工具の切り込み方向に微小
変位して位置決めされる。

【００１３】請求項４の加工装置では、予圧機構によ
り、押圧部材が楔部材側に予め押圧される。請求項５の
加工装置では、工具台に形成される平行ばねにより、工
具台の弾性変形が確実に確保される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
用いて詳細に説明する。

【００１５】図１は、本発明の加工装置の一実施形態を
示しており、この実施形態では、本発明が、高精度平面
研削装置に適用される。この実施形態の加工装置では、
筺体構造が、ベッド１１、コラム１３およびＹ軸べ一ス
１５からなる門型の構造とされている。ベッド１１上に
は、Ｘ軸スライダ１７が水平方向に移動自在に配置され
ている。

【００１６】このＸ軸スライダ１７の上面には、図示し
ない被加工物が固定される加工テーブル１９が配置され
ている。Ｙ軸べ一ス１５には、Ｙ軸スライダ２１が水平
方向に移動自在に配置されている。このＹ軸スライダ２
１には、Ｚ軸スライダ２３が上下方向に移動自在に配置
されている。

【００１７】Ｚ軸スライダ２３の下部には、工具台２５
が配置されている。図２は、図１のII方向矢視図であ
り、Ｙ軸べ一ス１５には、静圧スライド面からなる案内
部１５ａが形成されている。この案内部１５ａには、Ｙ
軸スライダ２１が嵌合されており、図示しないモータに
よりＹ軸ボール螺子２７を回動することにより、Ｙ軸ス
ライダ２１がＹ軸べ一ス１５に沿って水平方向に移動さ
れる。

【００１８】Ｙ軸スライダ２１の前面には、Ｚ軸スライ
ダ２３が配置されている。このＺ軸スライダ２３は、粗
動機構２９により、上下方向に移動可能とされている。
この粗動機構２９は、支持部材３３、Ｚ軸ボール螺子ナ
ット３７およびＺ軸モータ３５から構成されている。

【００１９】すなわち、Ｚ軸スライダ２３には、上下方
向にＺ軸ボール螺子３１が配置されている。このＺ軸ボ
ール螺子３１の両端は、支持部材３３により支持されて
おり、Ｚ軸モータ３５により回転可能とされている。そ
して、このＺ軸ボール螺子３１に、Ｙ軸スライダ２１に
固定されるＺ軸ボール螺子ナット３７が螺合されてい
る。

【００２０】図３は、図１のIII方向矢視図であり、Ｚ
軸スライダ２３の下部には、工具台２５が固定されてい
る。この工具台２５には、砥石スピンドル３９が水平に
支持されている。砥石スピンドル３９の先端には、研削
砥石４１が装着可能とされている。砥石スピンドル３９
の後端には、プーリ４３が配置されている。

【００２１】一方、Ｚ軸スライダ２３の上部には、モー
タ４５が固定されている。このモータ４５には、プーリ
４７が配置されており、このプーリ４７と砥石スピンド
ル３９のプーリ４３には、ベルト４９が巻回されてい
る。モータ４５と工具台２５との間には、工具台２５を
弾性変形させ研削砥石４１の位置を微動させる微動機構
５１が配置されている。

【００２２】また、微動機構５１の側方には、Ｚ軸スラ
イダ２３をＹ軸スライダ２１に固定するクランプ機構５
３が配置されている。図４は、クランプ機構５３の詳細
を示すもので、Ｙ軸スライダ２１の前面には、Ｚ軸クラ
ンプガイド５５が固定されている。

【００２３】このＺ軸クランプガイド５５は、長尺状を
しており、Ｙ軸スライダ２１の上下方向に配置されてい
る。Ｚ軸クランプガイド５５は、断面Ｃ型形状をしてお
り、長手方向に沿って案内溝５５ａが形成されている。
一方、Ｚ軸スライダ２３には、前後方向に水平に貫通穴
２３ａが形成されており、この貫通穴２３ａにＺ軸クラ
ンプボルト５７が挿通されている。

【００２４】Ｚ軸クランプボルト５７の後端には、矩形
状の突出部５７ａが形成されており、この突出部５７ａ
がＺ軸クランプガイド５５の案内溝５５ａに収容されて
いる。Ｚ軸スライダ２３の前面には、Ｚ軸クランプ５９
が配置されている。このＺ軸クランプ５９は、Ｚ軸スラ
イダ２３に固定される固定部材６１内に、シリンダ６３
を配置して構成されている。

【００２５】シリンダ６３内には、Ｚ軸クランプボルト
５７が挿通され、その先端にナット６５が螺合されてい
る。シリンダ６３内には、コイルスプリング６７が収容
され、シリンダ６３が外側に向けて付勢されている。そ
して、Ｚ軸スライダ２３のＹ軸スライダ２１への固定
は、開閉弁６９を開にして、圧力源７１からの流体をシ
リンダ６３内に供給することにより行われる。

【００２６】すなわち、この供給により、Ｚ軸クランプ
ボルト５７がＺ軸クランプ５９側に引き寄せられ、その
反力により、Ｚ軸スライダ２３の案内面２３ｂが、Ｙ軸
スライダ２１の案内面２１ａに強固に固定される。図５
は、微動機構５１の詳細を示すもので、この微動機構５
１は、押圧部材７３と、押圧部材７３と工具台２５との
間に配置される楔部材７５と、楔部材７５を移動する移
動機構７７とを備えている。

【００２７】そして、この実施形態では、押圧部材７３
の上方には、押圧部材７３を楔部材７５側に予め押圧す
る予圧機構７９が配置されている。この予圧機構７９
は、図２に示したように、Ｚ軸スライダ２３から前方に
向けて突出形成される突出部２３ｃに、予圧螺子８１を
挿通して形成されている。すなわち、突出部２３ｃに
は、水平方向に間隔を置いて、一対の螺子穴２３ｄが上
下方向に形成されており、この螺子穴２３ｄに予圧螺子
８１が螺合されている。

【００２８】予圧螺子８１の上端には、ナット８３が螺
合され、下端には、押圧片８５，８７が配置されてい
る。押圧片８７は、押圧部材７３の上面に形成される凹
部７３ａ内に配置されている。押圧部材７３の下面に
は、傾斜面７３ｂが形成されている。

【００２９】この実施形態では、工具台２５の上面に
は、支持部材８９が固定され、この支持部材８９と押圧
部材７３の傾斜面７３ｂとの間に楔部材７５が配置され
ている。楔部材７５の上面には、押圧部材７３の傾斜面
７３ｂと同一の傾斜を有する傾斜面７５ａが形成されて
いる。そして、楔部材７５の傾斜面７５ａと押圧部材７
３の傾斜面７３ｂとの間、および楔部材７５の下面と支
持部材８９の上面との間に、多数のローラ９１が配置さ
れている。

【００３０】楔部材７５には、水平方向に螺子穴７５ｂ
が形成されており、この螺子穴７５ｂには、楔駆動螺子
９３が螺合されている。この楔駆動螺子９３は、図３に
示したように、連結部９５を介して楔駆動モータ９７に
連結されている。そして、この実施形態では、工具台２
５には、図２に示したように、工具台２５の弾性変形を
確実に得るための平行ばね９９が形成されている。

【００３１】すなわち、工具台２５は、図３に示したよ
うに、断面矩形状をした中実状のスピンドルハウジン１
０１を有しており、このスピンドルハウジング１０１の
Ｚ軸スライダ２３側の面が、図示しない複数のボルトに
よりＺ軸スライダ２３の前面に強固に固定されている。
スピンドルハウジング１０１内には、砥石スピンドル３
９が収容保持され、この砥石スピンドル３９端に研削砥
石４１が取り付けられている。

【００３２】そして、図２に示したように、スピンドル
ハウジング１０１には、平行ばね９９が形成されてい
る。この平行ばね９９は、スピンドルハウジング１０１
の軸長方向に向かって両側に貫通して形成される水平溝
１０１ａを有している。そして、これ等の水平溝１０１
ａが、このスピンドルハウジング１０１の上下方向に貫
通して形成される垂直溝１０１ｂにより連通されてい
る。

【００３３】上述した加工装置では、荒加工時には、粗
動機構２９により、Ｚ軸スライダ２３がＹ軸スライダ２
１に沿って移動され工具台２５の位置決めが行われる。
すなわち、Ｚ軸モータ３５を回転することにより、Ｚ軸
ボール螺子３１が回転され、これにより、Ｚ軸スライダ
２３がＹ軸スライダ２１に沿って上下方向に移動され
る。

【００３４】そして、仕上げ加工時には、先ず、クラン
プ機構５３により、Ｚ軸スライダ２３がＹ軸スライダ２
１に強固に固定される。すなわち、図４に示したよう
に、開閉弁６９を開にして、圧力源７１からの流体をシ
リンダ６３内に供給することにより、Ｚ軸クランプボル
ト５７がＺ軸クランプ５９側に引き寄せられ、その反力
により、Ｚ軸スライダ２３の案内面２３ｂが、Ｙ軸スラ
イダ２１の案内面２１ａに強固に固定される。

【００３５】そして、Ｚ軸スライダ２３をＹ軸スライダ
２１に強固に固定した状態で、微動機構５１により、工
具台２５が弾性変形され研削砥石４１の位置決めが行わ
れる。すなわち、図３および図５に示したように、楔駆
動モータ９７を駆動して、楔駆動螺子９３を回動するこ
とにより、押圧部材７３と支持部材８９との間に配置さ
れる楔部材７５が、水平方向に移動され、これにより、
支持部材８９を介して工具台２５の上面に所定の押圧力
が作用される。

【００３６】そして、この押圧力により、工具台２５の
スピンドルハウジング１０１が、平行ばね９９の働きに
より、図６に示すように弾性変形し、スピンドルハウジ
ング１０１に支持される砥石スピンドル３９が微小量だ
け下方に移動し、研削砥石４１の位置決めが行われる。
なお、この実施形態では、楔駆動モータ９７には、ステ
ップモータが使用され、楔駆動モータ９７のパルス数
と、工具台２５の支持板１０３の弾性変形との関係が、
予め算出あるいは測定されている。

【００３７】そして、例えば、楔駆動モータ９７をオー
プンループ制御することにより、微動機構５１が制御さ
れている。上述した加工装置では、微動機構５１によ
り、工具台２５を弾性変形させ研削砥石４１の位置を微
動させるようにしたので、研削砥石４１を高い位置決め
精度、例えば、０．１μｍ程度の精度で確実に保持する
ことができる。

【００３８】また、粗動機構２９により、Ｚ軸スライダ
２３をＹ軸スライダ２１に沿って粗動させるようにした
ので、工具台２５のストロークを、例えば、数１００ｍ
ｍと大きくすることが容易に可能になる。さらに、上述
した加工装置では、クランプ機構５３により、Ｚ軸スラ
イダ２３をＹ軸スライダ２１に強固に固定するようにし
たので、Ｚ軸スライダ２３の剛性が増大し、工具台２５
を含んだ系の剛性を増大することができる。

【００３９】また、上述した加工装置では、移動機構７
７により楔部材７５を移動すると、工具台２５に対する
押圧力が変化し、工具台２５が弾性変形により工具の切
り込み方向に微小変位するため、研削砥石４１を高い精
度で位置決めすることができる。

【００４０】また、楔部材７５を使用しているため、工
具台２５に高い押圧力を容易，確実に作用させることが
できる。さらに、楔部材７５を使用しているため、楔部
材７５の単位移動による押圧力の変化が小さくなり、押
圧力を高い精度で変化させることができる。また、上述
した加工装置では、予圧機構７９により、押圧部材７３
を楔部材７５側に予め押圧するようにしたので、工具台
２５の剛性を確保することができる。

【００４１】さらに、上述した加工装置では、工具台２
５に平行ばね９９を形成したので、工具台２５の弾性変
形による微小変位を確実に得ることができる。また、平
行ばね９９には、遊びがないため、工具台２５を高い精
度で変形することができる。なお、上述した実施形態で
は、本発明を高精度平面研削装置に適用した例について
説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるもの
ではなく、高い位置決め精度が必要とされる加工装置に
広く適用することができる。

【００４２】また、上述した実施形態では、粗動機構２
９をＺ軸ボール螺子３１により構成した例について説明
したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものでは
なく、例えば、リニアモータ，流体シリンダ等により構
成するようにしても良い。さらに、上述した実施形態で
は、予圧機構７９を介して押圧部材７３を支持するよう
に構成した例について説明したが、本発明はかかる実施
形態に限定されるものではなく、押圧部材７３をＺ軸ス
ライダ２３に直接固定するようにしても良い。

【００４３】また、上述した実施形態では、押圧部材７
３側に傾斜面７３ｂを形成した例について説明したが、
本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、例
えば、工具台２５側に傾斜面を形成するようにしても良
い。さらに、上述した実施形態では、微動機構５１に楔
部材７５を使用した例について説明したが、本発明はか
かる実施形態に限定されるものではなく、例えば、圧電
素子を使用することができる。

【００４４】なお、この場合には、ヒステリシスと時効
効果が大きくなるため、その作動をマイクロコンピュー
タに記憶させ、行きと戻りの誤差を補正するのが望まし
い。

【００４５】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１の加工装置
では、微動機構により、工具台を弾性変形させ工具の位
置を微動させるようにしたので、工具を高い位置決め精
度で確実に保持することができる。

【００４６】また、粗動機構により、移動部材を案内部
材に沿って粗動させるようにしたので、工具台のストロ
ークを大きくすることが容易に可能になる。請求項２の
加工装置では、クランプ機構により、移動部材を案内部
材に強固に固定するようにしたので、移動部材の剛性が
増大し、工具台を含んだ系の剛性を増大することができ
る。

【００４７】請求項３の加工装置では、移動機構により
楔部材を移動すると、工具台に対する押圧力が変化し、
工具台の弾性変形による微小変位が変化するため、工具
を高い精度で位置決めすることができる。また、楔部材
を使用しているため、工具台に高い押圧力を容易，確実
に作用させることができる。

【００４８】さらに、楔部材を使用しているため、楔部
材の単位移動による押圧力の変化が小さくなり、押圧力
を高い精度で変化させることができる。請求項４の加工
装置では、予圧機構により、押圧部材を楔部材側に予め
押圧するようにしたので、工具台の剛性を確保すること
ができる。請求項５の加工装置では、工具台に平行ばね
を形成したので、工具台の弾性変形を確実に得ることが
できる。また、平行ばねには、遊びがないため、工具台
を高い精度で変形することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の加工装置の一実施形態を示す斜視図で
ある。

【図２】図１をII方向から見た説明図である。

【図３】図１をIII方向から見た説明図である。

【図４】図１のクランプ機構の詳細を示す断面図であ
る。

【図５】図１の予圧機構および微動機構の詳細を示す説
明図である。

【図６】微動機構の動作による工具台の変形を示す説明
図である。

【符号の説明】

２１ Ｙ軸スライダ（案内部材） ２３ Ｚ軸スライダ（移動部材） ２５ 工具台 ２９ 粗動機構 ４１ 研削砥石（工具） ５１ 微動機構 ５３ クランプ機構 ７３ 押圧部材 ７５ 楔部材 ７７ 移動機構 ７９ 予圧機構 ９９ 平行ばね

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 案内部材に沿って移動自在に配置される
   移動部材と、 前記移動部材を前記案内部材に沿って粗動させる粗動機
   構と、 前記移動部材に固定され工具が装着される工具台と、 前記工具台を弾性変形させ前記工具の位置を微動させる
   微動機構と、 を有することを特徴とする加工装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の加工装置において、 前記移動部材を、前記案内部材に固定するクランプ機構
   を有することを特徴とする加工装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の加工装置において、 前記微動機構は、 前記移動部材に配置される押圧部材と、 前記押圧部材と前記工具台との間に配置される楔部材
   と、 前記楔部材を移動する移動機構と、 を有することを特徴とする加工装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の加工装置において、 前記押圧部材を前記楔部材側に予め押圧する予圧機構を
   有することを特徴とする加工装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれか１項
   記載の加工装置において、 前記工具台には、工具台の弾性変形を確実に得るための
   平行ばねが形成されていることを特徴とする加工装置。