JP2001129748A - ねじ式送り機構の熱膨張による送り誤差発生防止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ねじ式送り機構のねじ軸の熱膨張に伴う送
り誤差の発生を防止する装置を提供する。 【解決手段】 切削ユニット６をねじ式送り機構で送り
ながらワークＷを切削加工するように構成され、ねじ式
送り機構には切削ユニット６の送り量を検出する検出手
段を備えた切削加工機におけるねじ式送り機構のねじ軸
の熱膨張による送り誤差の発生を防止する装置であっ
て、切削ユニット６の移動経路内に、切削ユニット６が
ワークＷに対する切削開始位置の若干手前で当接部３２
が当接するストッパー３３を出没自在に設け、切削ユニ
ット６を前進移動させて当接部３２をストッパー３３に
当接させることにより、切削ユニット６を停止させて、
その停止位置を切削ユニット６の送り量の基準点とする
ようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、定位置に固定され
たワークに対し切削ユニットをねじ式送り機構によって
送りながらワークを切削加工するように構成された切削
加工機において、そのねじ式送り機構のねじ軸の熱膨張
による送り誤差を防止するための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及びその課題】例えば、中ぐりバイトを備
えた回転切削ユニットに送り運動を与えながら、バイス
で定位置に固定されたワークの下孔を中ぐりして孔加工
を行うような工作機械であって、その回転切削ユニット
が、ねじ軸とナットからなるねじ式送り機構で送られる
ようになっているものにあっては、１台の工作機械で多
数のワークを孔加工するような場合に、送り機構のねじ
軸は、これと螺合するナット部材との摩擦により温度が
上昇すると、熱膨張して長さが伸び、その時のワークに
対する回転切削ユニットの送り量が、最初に設定した回
転切削ユニットの送り量と異なって、送り誤差が生じ、
加工精度が低下すると云う問題がある。

【０００３】本発明は、上記の問題点に鑑み、ねじ式送
り機構のねじ軸の熱膨張に伴う送り誤差の発生を防止す
る装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
定位置に固定したワークＷに対し切削ユニット６をねじ
式送り機構１３により前進移動させてワークＷを切削加
工するように構成され、ねじ式送り機構１３には切削ユ
ニット６の送り量を検出する検出手段２９を備えた切削
加工機において、ねじ式送り機構１２のねじ軸１４の熱
膨張による送り誤差の発生を防止する装置であって、切
削ユニット６の移動経路内の所要位置に、切削ユニット
６がワークＷに対する切削を開始する位置又はその若干
手前で切削ユニット６の当接部３２が当接し得るストッ
パー３３を出没自在に設け、任意の位置にある切削ユニ
ット６を前進移動させてその当接部３２をストッパー３
３に当接させることにより、切削ユニット６を停止させ
て、その停止位置を前記検出手段２９により検出される
切削ユニット６の送り量の基準点とするようにしたこと
を特徴とする。

【０００５】請求項２は、請求項１に記載のねじ式送り
機構の熱膨張による送り誤差発生防止装置において、切
削ユニット６は、その当接部３２がストッパー３３に当
たった後、所定量ｍだけ後退して、その後退した位置か
ら所定ストロークＳｔ前進してワークＷに対する切削を
行うようになっていることを特徴とする。

【０００６】請求項３は、請求項１又は２に記載のねじ
式送り機構の熱膨張による送り誤差発生防止装置におい
て、ストッパー３３は、固定部に設けられたシリンダ３
４によって、切削ユニット６の移動経路内の所要位置に
対し進出した作用位置と、この作用位置から退避した退
避位置との間で出没自在となっていることを特徴とす
る。

【０００７】請求項４は、請求項１〜３の何れかに記載
のねじ式送り機構の熱膨張による送り誤差発生防止装置
において、切削加工機としての両端加工機に適用される
ようになっていることを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は両端加工機の要部を示す平
面図、図２は図１のＸ−Ｘ線断面図である。これらの図
において１はバイス機構を示し、このバイス機構１は、
左右両側に対向して配設した固定バイス台２と可動バイ
ス台３とに、夫々取付部材４，４を介して一対の半割リ
ング形バイスジョー５，５を取り付けてなるもので、こ
の一対の半割リング形バイスジョー５，５により管状の
ワークＷ（又は中実状ワーク）を左右両側から外嵌挟持
してクランプするようになっている。

【０００９】上記一対の半割リング形バイスジョー５，
５は、ワークＷを左右両側から外嵌挟持してクランプす
る際に、両バイスジョー５，５の対向端面間にクランプ
締めしろ（隙間）Ｓを形成する。また図１から分かるよ
うに、バイス機構１のバイスジョー５，５を挟んでその
両側対向位置に一対の回転切削ユニット６，６が配設さ
れ、両回転切削ユニット６，６は、バイス機構１により
クランプされたワークＷの両端加工を行うもので、当該
ワークＷの軸方向に移動自在となっている。

【００１０】バイス機構１の可動バイス台３は、図２に
示すように、支持枠７に水平移動自在に支持されている
と共に、その支持枠７に設けられた油圧シリンダ（図示
省略）に連動連結されていて、この油圧シリンダの伸縮
作動によって固定バイス台２側に対し近接・退避するよ
うになっている。また、固定バイス台２は、支持枠９に
支持されているが、可動バイス台３と共に取付部材４，
４を介して取り付けたバイスジョー５，５によってワー
クＷを回転切削ユニット６の回転軸線Ｏ上でクランプし
得るように、その回転軸線Ｏに対し遠近移動調整可能と
なっている。

【００１１】各回転切削ユニット６は、図３〜図５に示
すように、進退駆動手段１０により、基枠１１上を、バ
イス機構１のバイスジョー５，５でクランプされたワー
クＷの軸方向と平行に往復駆動されて、ワークＷの端部
加工位置に対し進退移動するもので、進退駆動手段１０
は、基枠１１に設けられていて、回転切削ユニット６の
移動をガイドするガイド部１２と、このガイド部１２に
沿って回転切削ユニット６を往復移動させるボールねじ
機構１３と、このボールねじ機構１３のねじ軸１４を回
転駆動させるサーボモーター１５とから構成される。

【００１２】また図３に示すように、ボールねじ機構１
３のねじ軸１４の一端部は、基枠１１の一端部側に固定
された軸受２３によって支持され、ねじ軸１４の他端部
は、同基枠１１の他端部側で当該ねじ軸１４の軸方向変
移可能に設けられた軸受２４によって支持されている。
そして、ねじ軸１４に螺嵌されたナット部材１６が回転
切削ユニット６の可動ベース１７に固定され、このねじ
軸１４は、図５に示すように、タイミングプーリ２５，
２６とタイミングベルト２７とからなる伝動手段２８に
よってサーボモーター１５に連動連結されている。サー
ボモーター１５は、制御装置３０によって制御されるも
ので、このサーボモーター１５には、このサーボモータ
ー１５の回転量から回転切削ユニット６の送り量を検出
するロータリーエンコーダ２９（検出手段）が同軸上に
設けられている。

【００１３】各回転切削ユニット６は、図１及び図３に
示すように、可動ベース１７上に固定されたユニットケ
ーシング１８内に、モーター１９によって駆動される回
転主軸３１を有し、この回転主軸３１の先端部に、ワー
クＷの端部加工を行う面取り工具２０等の端部加工用工
具が着脱可能に装着されるようになっている。

【００１４】上記のように構成される両端加工機の使用
にあたっては、先ず加工すべきワークＷをバイス機構１
によって所定位置にクランプする。即ち、加工すべきワ
ークＷに応じた一対の半割リング形バイスジョー５，５
をボルト２２によって取付部材４，４に夫々固定し、こ
れら取付部材４，４を固定バイス台２と可動バイス台３
とに夫々取り付けた後、油圧シリンダ８を伸長作動させ
て、可動バイス台３を固定バイス台２側に接近移動させ
ながら、両バイスジョー５，５によってワークＷを図１
及び図２に示す状態にクランプする。両回転切削ユニッ
ト６，６の回転主軸３１には夫々例えば面取り工具２
０，２０を装着する。各面取り工具２０には外径面取り
カッターａと内径面取りカッターｂが設けてある。しか
して、両回転切削ユニット６，６をワークＷの両端加工
位置に対し夫々進退駆動手段１０により前進移動させる
ことによって、ワークＷ両端部の面取り加工を行う。

【００１５】次に、本発明に係る進退駆動手段１０のボ
ールねじ機構１３（ねじ式送り機構）の熱膨張による送
り誤差発生防止装置について説明する。

【００１６】この送り誤差発生防止装置は、図１（両端
加工装置の平面図）及び図３（回転切削ユニット６の側
面図）に示すように、各回転切削ユニット６の移動経路
内の所要位置に、回転切削ユニット６がワークに対する
切削を開始する位置又はその若干手前で回転切削ユニッ
ト６の当接部３２が当接し得るストッパー３３を出没自
在に設けておいて、任意の位置にある回転切削ユニット
６を前進移動させてその当接部３２をストッパー３３に
当接させることにより、回転切削ユニット６を停止させ
て、この回転切削ユニット６の停止位置を制御装置３０
によって前記ロータリーエンコーダ２９により検出され
る回転切削ユニット６の送り量の基準点（即ち、ワーク
Ｗに対する回転切削ユニット６の送り開始点あるいはゼ
ロ点）とするようにしたものである。

【００１７】上記のように、任意の位置にある回転切削
ユニット６をの当接部３２をストッパー３３に当接させ
ることにより、回転切削ユニット６が停止し、その停止
位置が回転切削ユニット６の送り量の基準点となり、こ
れによってワークＷに対する回転切削ユニット６の送り
開始地点が決まるが、この送り開始地点は、回転切削ユ
ニット６の面取り工具２０がワークＷに対し切削を開始
する位置又はその若干手前位置にあるから、ボールねじ
機構１３のねじ軸１４が、ナット部材１６との摩擦によ
る温度上昇によって熱膨張し、その長さが伸びていて
も、そのような送り開始地点からの回転切削ユニット６
の送り量は、ねじ軸１４全体の長さからすると微々たる
ものであるから、熱膨張による影響をほとんど受けるこ
とがなく、送り誤差を生ずることがない。

【００１８】因み、従来一般に使用されている工作機械
のねじ式送り機構では、切削ユニットを常にねじ軸の最
後端部に位置させた状態においてロータリーエンコーダ
による読みがゼロとなるように設定されていて、ワーク
の切削にあたっては、切削ユニットを通常はねじ軸１４
の中間部辺りに位置させた状態でワークに対する送りを
開始するようになっているから、ねじ軸１４が温度上昇
により熱膨張して、その長さが伸びた時には、切削ユニ
ットの送り量が常温時下での送り量と異なって、送り誤
差を生ずることが多い。

【００１９】上記送り誤差発生防止装置について更に説
明すると、各回転切削ユニット６の当接部３２が当接す
るストッパー３３は、図１に示すように、バイス機構１
の固定バイス台２内部に設けられたシリンダ３４によっ
て、回転切削ユニット６の移動経路内の所要位置に対し
進出した作用位置（図１の仮想線図示位置）と、この作
用位置から退避した退避位置（図１の実線図示位置）と
の間で進退自在となっている。即ち、ストッパー３３
は、シリンダ３４に連動連結された進退駆動軸３５の先
端部にこれと直交するように一体に突設されていて、こ
のシリンダ３４の伸張作動によって回転切削ユニット６
の移動経路内の作用位置に進出し、その収縮作動によっ
て退避位置に後退するようになっている。

【００２０】図３に示すように、各回転切削ユニット６
の当接部３２は、ユニットケーシング１８の上部側先端
部に突設されている。また、この当接部３２の僅かに前
方側上方に、回転切削ユニット６の当接部３２がストッ
パー３３に当接する若干手前でストッパー３３の先端部
を検出するセンサー３６が設けられ、このセンサー３６
の検出信号によりサーボモーター１５が減速されるよう
になっている。

【００２１】また、ストッパー３３は回転切削ユニット
６の当接部３２がこのストッパー３３に当接した後、回
転切削ユニット６の移動経路内にある作用位置からその
外の退避位置へ退避するが、この際、ストッパー３３は
各回転切削ユニット６の当接部３２に当接したままの状
態では、退避し難いことから、回転切削ユニット６は、
その当接部３２がストッパー３３に当接した後、所定距
離だけ後退し、そしてその後退位置から所定ストローク
前進してワークに対する切削を行うようになっている。

【００２２】上述のような送り誤差発生防止装置の動作
について両端加工機の動作と併せて、図６を参照しなが
ら説明すると、各回転切削ユニット６によってワークＷ
の面取り加工を行うにあたり、図６のに示すように、
ストッパー３３を実線図示の退避位置から仮想線図示の
作用位置に進出させ、そして任意の位置にある回転切削
ユニット６をワークＷに対し前進移動させ、回転切削ユ
ニット６の当接部３２をストッパー３３に当接させて、
その位置に回転切削ユニット６を停止させ、同図のに
示す状態とする。

【００２３】回転切削ユニット６の当接部３２がストッ
パー３３に当接したとき、面取り工具２０のカッターａ
が図６のに示すようにワークＷに対し若干量ｅだけ手
前側に位置するように設定するのが好ましい。つまり、
回転切削ユニット６がワークに対する切削を開始する位
置の若干手前で、当接部３２がストッパー３３に当接す
るように設定するのがよい。

【００２４】また、回転切削ユニット６の当接部３２が
ストッパー３３に当接する際には、この当接部３２がス
トッパー３３に当接する若干手前位置をセンサー３６が
検出し、その検出信号によってサーボモーター１５の回
転速度が減速され、それにより当接部３２がストッパー
３３に当接する時の衝撃を緩和すると共に、当接部３２
がストッパー３３に当接した位置で回転切削ユニット６
を確実に停止させるようになっている。

【００２５】上記のように回転切削ユニット６の当接部
３２がストッパー３３に当接して、回転切削ユニット６
が停止すると、その停止位置がロータリーエンコーダ２
９により検出される回転切削ユニット６の送り量の基準
点となって、回転切削ユニット６の送り開始点が決ま
る。こうして回転切削ユニット６の送り開始点が決まる
と、ストッパー３３が退避して、回転切削ユニット６が
その送り開始点からワークＷに対し前進移動することに
なるが、この際、ストッパー３３が退避する時に当接部
３２に当接したままでは退避し難いため、回転切削ユニ
ット６は、図６のに矢印（右矢）で示すように、スト
ッパー３３が当接部３２に当たって停止した位置から若
干量ｍだけ後退し、その後ストッパー３３が図６のに
実線で示す作用位置から図６のに示す退避位置へ退避
する。

【００２６】しかして、回転切削ユニット６は、上記の
後退位置（実際の送り開始位置）からワークＷに対する
前進移動を開始して、その面取り加工を行う。以降、上
記の一連の動作を繰り返し行う。この場合、上記の後退
位置から面取り加工を終えるまでの移動ストロークＳｔ
は、図６のから分かるように、回転切削ユニット６が
ストッパー３３に当接した位置から後退した後退量ｍ
と、回転切削ユニット６がストッパー３３に当接した位
置から面取り工具２０のカッターａがワークＷに当接す
るまでに移動する移動量ｅと、面取り工具２０のカッタ
ーａがワークＷに当接して実際に面取り加工を開始して
から終了するまでに移動する距離、即ちワークＷに対す
る正味の送り量ｆとの合計量となる。しかして、回転切
削ユニット６の基準点からの実移動量ｎはｅとｆとの合
計量である。

【００２７】この場合、ワークＷに対する正味の送り量
ｆを例えば２ｍｍとすると、上記後退量ｍは３ｍｍ程
度、また上記移動量ｅは５ｍｍ程度でよいから、回転切
削ユニット６の移動ストロークＳｔ、即ち全送り量は１
０ｍｍ程度となる。しかして、回転切削ユニット６の基
準点からの実移動量ｎは７ｍｍであり、この程度の短い
送り量で面取り加工を行えるから、回転切削ユニット６
の進退駆動手段１０を構成するボールねじ機構１３のね
じ軸１４が、ナット部材１６との摩擦による温度上昇に
よって熱膨張し、その長さが伸びていても、そのような
送り開始地点からの回転切削ユニット６の送り量は、例
えば２００〜４００ｍｍ程度のねじ軸１４全体の長さか
らすれば微々たるものであって、熱膨張による影響をほ
とんど受けることがなく、送り誤差を生ずることがな
い。

【００２８】上記した一連の動作は、制御装置３０によ
って制御されるもので、この制御装置３０は、予めプロ
グラムされたプログラマブルコントローラによって実現
できる。また、上記の各移動量ｅ，ｆ，ｍ，ｎ及びスト
ロークＳｔ、送り回数等は、制御装置３０の操作パネル
（図示せず）によって任意に設定することができるもの
である。

【００２９】以上の実施形態では、両端加工機における
ねじ式送り機構のねじ軸の熱膨張による送り誤差の発生
を防止する装置について説明したが、この送り誤差発生
防止装置は、両端加工機以外の切削加工機にも適用でき
るものである。但し、両端加工機は、回転切削ユニット
をワークに送りながら面取り加工や端面加工等を行うも
ので、ワークに対する送り量が他の切削加工機に比べて
短く、切削加工精度の高いものが要求されると共に、ボ
ールねじ機構のねじ軸が加熱膨張し易いことから、この
ような両端加工機に、ねじ軸の熱膨張による影響を極力
少なくして送り誤差の発生を防止するための本発明の送
り誤差発生防止装置を適用することは、きわめて有効で
ある。

【００３０】また実施形態では、ねじとナットとの間に
鋼球を介在させた所謂ボールねじ式の機構について説明
したが、普通の単なるねじとナットとからなるねじ式送
り機構にも、本発明の送り誤差発生防止装置の適用が可
能であり、むしろそのようなねじ式送り機構に対して本
発明装置は一層有効である。

【００３１】

【発明の効果】請求項１に係る発明の送り誤差発生防止
装置によれば、任意の位置にある切削ユニットの当接部
を、切削ユニットの移動経路内の所要位置に出没自在に
設けたストッパーに当接させることにより、切削ユニッ
トが停止し、その停止位置が回転切削ユニットの送り量
の基準点となり、これによってワークに対する切削ユニ
ットの送り開始地点が決まるが、この送り開始地点は、
切削ユニットの切削工具がワークに対し切削を開始する
位置又はその若干手前位置にあるから、送り機構のねじ
軸がナット部材との摩擦によって熱膨張し、その長さが
伸びていても、そのような送り開始地点からの回転切削
ユニット６の送り量は、ねじ軸全体の長さからすると微
々たるものであるから、熱膨張による影響を受けること
が少なくなく、送り誤差を生ずることがほとんどない。
このように、この送り誤差発生防止装置によれば、きわ
めて簡単にして容易に送り誤差の発生を防止できる。

【００３２】因み、一般に使用されている工作機械のね
じ式送り機構では、切削ユニットを常にねじ軸の最後端
部に位置させた状態においてロータリーエンコーダによ
る読みがゼロとなるように設定されていて、ワークの切
削にあたっては、切削ユニットを通常はねじ軸の中間部
辺りに位置させた状態でワークに対する送りを開始する
ようになっているから、ねじ軸が温度上昇により熱膨張
して、その長さが伸びた時には、切削ユニットの送り量
が常温時下での送り量と異なって、送り誤差を生ずるこ
とが多いわけである。

【００３３】請求項２に記載のように、切削ユニット
は、その当接部がストッパーに当たった後、所定距離だ
け後退して、その後退した位置から所定ストローク前進
してワークに対する切削を行うようになっているから、
切削ユニットの当接部に当接しているストッパーが切削
ユニットの移動経路内から外へ退出する際に、その退避
が容易となる。

【００３４】請求項３に記載のように、ストッパーを、
固定部に設けられたシリンダによって、切削ユニットの
移動経路内の所要位置に対し進出した作用位置と、この
作用位置から退避した退避位置との間で出没し得るよう
な構成にすれば、ストッパーの出没駆動機構が簡単でそ
の製作が容易となる。

【００３５】両端加工機は、回転切削ユニットをワーク
に送りながら面取り加工や端面加工等を行うもので、ワ
ークに対する送り量が他の切削加工機に比べて短く、切
削加工精度の高いものが要求されると共に、ボールねじ
機構のねじ軸が加熱膨張し易いことから、請求項４に記
載のように、両端加工機に本発明の送り誤差発生防止装
置を適用すれば、きわめて有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 両端加工機の要部を示す平面図である。

【図２】 図１のＸ−Ｘ線断面図である。

【図３】 回転切削ユニットを示す側面図である。

【図４】 同回転切削ユニットの正面図である。

【図５】 図３のＹ−Ｙ線断面図である。

【図６】 〜は本発明に係る送り誤差発生防止装置
の動作を、両端加工機によるワークの面取り加工と共に
説明する説明図である。

【符号の説明】

Ｗ ワーク １ バイス機構 ２ 固定バイス台 ３ 可動バイス台 ６ 回転切削ユニット（切削ユニット） １０ 進退駆動手段 １３ ボールねじ機構 １４ ねじ軸 １５ サーボモーター ２０ 面取り工具 ２９ ロータリーエンコーダ（検出手段） ３０ 制御装置 ３２ 切削ユニットの当接部 ３３ ストッパー ３４ シリンダ ３５ 進退駆動軸

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 定位置に固定したワークに対し切削ユニ
   ットをねじ式送り機構により前進移動させてワークを切
   削加工するように構成され、ねじ式送り機構には切削ユ
   ニットの送り量を検出する検出手段を備えた切削加工機
   において、ねじ式送り機構のねじ軸の熱膨張による送り
   誤差の発生を防止する装置であって、切削ユニットの移
   動経路内の所要位置に、切削ユニットがワークに対する
   切削を開始する位置又はその若干手前で切削ユニットの
   当接部が当接し得るストッパーを出没自在に設け、任意
   の位置にある切削ユニットを前進移動させてその当接部
   をストッパーに当接させることにより、切削ユニットを
   停止させて、その停止位置を前記検出手段により検出さ
   れる切削ユニットの送り量の基準点とするようにしたね
   じ式送り機構の熱膨張による送り誤差発生防止装置。
2. 【請求項２】 切削ユニットは、その当接部がストッパ
   ーに当たった後、所定量だけ後退して、その後退した位
   置から所定ストローク前進してワークに対する切削を行
   うようになっている請求項１に記載のねじ式送り機構の
   熱膨張による送り誤差発生防止装置。
3. 【請求項３】 ストッパーは、固定部に設けられたシリ
   ンダによって、切削ユニットの移動経路内の所要位置に
   対し進出した作用位置と、この作用位置から退避した退
   避位置との間で出没自在となっている請求項１又は２に
   記載のねじ式送り機構の熱膨張による送り誤差発生防止
   装置。
4. 【請求項４】 切削加工機としての両端加工機に適用さ
   れるようになっている請求項１〜３の何れかに記載のね
   じ式送り機構の熱膨張による送り誤差発生防止装置。