JP2006263833A - 移動体構造及び研削盤 - Google Patents

Abstract

【課題】移動に際して移動体の姿勢が移動軸方向に対して傾き難くすることができる移動体構造、及び、ワークに高精度な研削加工を施すことができる研削盤を提供する。
【解決手段】基台（ベッド）１０と、基台１０に所定の移動軸方向Ｘに移動自在に組付けられた移動体（砥石台）２０と、基台１０に対して移動体２０を移動させる駆動装置１２と、移動体２０の移動軸方向Ｘに対する傾きを監視する姿勢監視手段（リニアスケール）１３，１４と、姿勢監視手段１３，１４での監視結果に基づき、移動軸方向Ｘの軸線であり、駆動装置１２から移動体２０に駆動力が付与される作用点を含む軸線である駆動軸線Ｋの線上以外の部位において、基台１０と移動体２０との間に制動力または推進力を付与することで、移動軸方向Ｘに対する移動体２０の傾きを修正する姿勢修正手段（制動装置）４０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、移動体構造及び研削盤に関するものであり、詳しくは、工作機等の各種産業機械に用いられ、適宜の基台に対して適宜の移動体を所定の移動軸方向に移動させる移動体構造、及び、この移動体構造を採用した研削盤に関するものである。

工作機、組付機、塗装機、溶接機等の各種産業機械においては、機構的な構造として、適宜の基台に対して適宜の移動体を所定の移動軸方向に移動させる移動体構造が採用されている。ここで、産業機械として一般的な円筒研削盤を代表的に例示すると、円筒研削盤では、砥石台の砥石軸に装着されて回転する砥石車によって、ワークテーブルに支持されたワークに研削加工を施すために、ベッドに対して砥石台をワークの径方向であるＸ軸方向に移動させたり、ベッドに対してワークテーブルをワークの軸方向であるＺ軸方向に移動させるのであるが、ベッドに対して砥石台やワークテーブルを移動させるための構造として、ベッドを基台とし、砥石台やワークテーブルを移動体とした移動体構造が採用されている。また、移動体構造は、基台と、この基台に移動軸方向に移動自在に組付けられた移動体と、基台に対して移動体を移動させる駆動装置とを備えてなるものである。なお、従来の移動構造では、リニアガイド機構や、基台及び移動体の夫々に、相互にスライド自在に嵌合された摺接部が設けられた機構等、適宜のスライド機構を介して、移動体が基台に移動自在に組付けられており、駆動装置として、リニアモータや送りネジ等、適宜の機器を用いた駆動装置が用いられている。

特開２００５−１８５３１号公報

上述の移動体構造では、移動体が、駆動装置から駆動力が付与されて基台に対して移動するのであるが、この移動体の移動においては、移動軸方向の軸線であり、付与される駆動力の作用点を含む軸線を駆動軸線として移動する。換言すれば、移動体の移動に際して、駆動装置から移動体に付与される作用点が描く軌跡が駆動軸線であり、移動体は、駆動軸線上の上記作用点に、駆動装置からの押したり引いたりする力が付与されて移動する。

ところで、移動体においては、重心が上記駆動軸線上に存在するとは限らない。逆に、移動体は、ワークに種々の処理を施すための装置や、ワークを支持するための装置等、種々の機器を備えるものであることから、重心の位置が、駆動軸線に対して離間しているのが通常である。このように重心の位置が駆動軸線に対して離間している移動体では、駆動装置から駆動力が付与されると、駆動軸線を基準として、重心が位置する側に移動の遅れが生じて、換言すれば、重心が位置しない側が先行して移動して、移動体の姿勢が移動軸方向に対して傾いてしまう。ここで、リニアガイド等、移動体を基台に対して高精度に直線移動させることのできるスライド機構を採用したとしても、移動体の姿勢が傾くことを完全に防止することはできない。

そして、このように移動に際して移動体の姿勢が移動軸方向に対して傾くと、ワークに種々の処理を高精度に施すことができなくなってしまう。特に、円筒研削盤等の研削盤においては、旋盤やフライス盤等の他の工作機に比して、より高精度な加工精度が要求されるため、移動に際して移動体の姿勢が傾くことは好ましくない。また、ワークに対して砥石台をＸ軸方向に往復動させてカムの外周面の研削加工を行う研削盤のように、ワークの処理に際して移動体が基台に対して往復動する産業機械では、移動体の姿勢が、移動体の往復動に伴って逆方向に傾くことになり、ワークの高精度な円筒度を確保することが困難となる等、ワークの処理に際して支障を生じ易い。

本発明は、上記実状を鑑みてなされたものであり、移動に際して移動体の姿勢が移動軸方向に対して傾き難くすることができる移動体構造、及び、この移動体構造を採用することで、ワークに高精度な研削加工を施すことができる研削盤の提供を課題とする。

上記課題を解決するために本発明の採った主要な手段は、まず、移動体構造としては、
「基台と、
該基台に所定の移動軸方向に移動自在に組付けられた移動体と、
前記基台に対して前記移動体を移動させる駆動装置と、
前記移動体の前記移動軸方向に対する傾きを監視する姿勢監視手段と、
該姿勢監視手段での監視結果に基づき、前記移動軸方向の軸線であり、前記駆動装置から前記移動体に駆動力が付与される作用点を含む軸線である駆動軸線の線上以外の部位において、前記基台と前記移動体との間に制動力または推進力を付与することで、前記移動軸方向に対する前記移動体の傾きを修正する姿勢修正手段と
を備えることを特徴とする移動体構造」
である。

上記構成の移動体構造では、移動体の姿勢が傾いた場合に、姿勢修正手段によってこの傾きが修正される。すなわち、移動体の重心の位置が駆動軸線から離間しており、駆動装置から駆動力が付与されて移動体が移動する際に、駆動軸線を基準に、重心が位置する側が遅れ、これとは反対側が先行して移動することで移動体の姿勢が傾いた場合には、姿勢監視手段によってこの傾きが検出され、この検出結果により、姿勢修正手段が、先行する側に制動力を付加したり、或いは、遅れる側に推進力を付加するように作動して、移動体の傾きを修正する。よって、上記構成の移動体構造によれば、移動に際して移動体の姿勢が移動軸方向に対して傾き難い移動体構造を実現することができる。

上述した手段において、
「前記姿勢監視手段は、少なくとも一つが前記駆動軸線上以外の部位に配置された複数のリニアスケールを用いて構成されていることを特徴とする移動体構造」
としてもよい。

移動体の傾きを監視する姿勢監視手段としては、ジャイロを用いて移動体の姿勢を監視する機器や、レーザ光や電波の入出力角度や反射角度を測定したり、或いは、レーザ光や電波によって適宜部位間の距離を測定することで移動体の姿勢を監視する機器等、適宜の機器を用いて構成することができるが、採用する機器によっては、移動体構造全体が大掛かりな構造となる虞がある。

これに対して、上記構成の移動体構造では、姿勢監視手段がリニアスケールを用いて構成されているため、さほど大掛かりな構造とすることなく、移動に際して移動体の姿勢が移動軸方向に対して傾き難い移動体構造を実現することができる。また、上記構成の移動体構造では、リニアスケールを複数用い、少なくとも一つのリニアスケールを駆動軸線上以外の部位に配置してることから、少なくとも一つが駆動軸線上にない移動体の複数の部位において、夫々の位置を検出して比較することで、移動体の姿勢を的確に監視することができる。

次に、研削盤としては、
「前記基台をベッドとし、前記移動体を砥石台とした前記移動体構造を備えることを特徴とする研削盤」
としてもよい。

この研削盤では、ベッドに対して移動する砥石台が、姿勢の傾き生じ難いものであることから、ワークに高精度な研削加工、特に、高精度な円筒度の研削加工を施すことができる。なお、このような研削盤を用いてカムの外周面の研削加工を行うと、換言すれば、研削盤をカム研削盤として特定すると、砥石台がＸ軸方向に往復動しても姿勢が傾き難く、高精度なカム面を得ることができることから、多大な効果を発揮させることができる。

上述の通り、本発明によれば、移動に際して移動体の姿勢が移動軸方向に対して傾き難くすることができる移動体構造、及び、この移動体構造を採用することで、ワークに高精度な研削加工を施すことができる研削盤を提供することができる。

次に、本発明に係る移動体構造及び研削盤の実施形態の一例を、図面に従って詳細に説明する。なお、以下では、産業機械としての研削盤に本発明に係る移動体構造、特に、ベッドを基台とし、砥石台を移動体とした移動体構造を採用した例を示すが、本発明に係る移動体構造は、これに限らず、研削盤において、ベッドを基台とし、ワークテーブルを移動体としてもよい。また、研削盤の他、ワークに切削加工等の種々の加工を施す旋盤、フライス盤、マシニングセンタ等の工作機や、組付機、塗装機、溶接機等、基台に対して移動する移動体を具備する種々の産業機械に採用することもできる。さらに、移動体の移動軸方向は、Ｘ軸方向やＺ軸方向等の直線状に限らず、曲線状や屈曲線状であってもよい。

図１に、研削盤１００の砥石台２０部分の概略を示す。なお、研削盤１００は、ベッド１０と、主軸台及び心押し台等の支持装置を有してワークを支持する共に回転させるワークテーブル（図示省略）と、砥石台２０とを具備する構造においては周知の構造を用いたものであり、ベッド１０やワークテーブルについては、その詳細な説明を省略する。

砥石台２０は、ベッド１０の上面に、移動の対象物を高精度に直線運動させることのできるリニアガイド等の適宜のスライド機構１１を介して、図示省略するワークの径方向、すなわち「Ｘ軸方向」（図１の矢印Ｘ）、を移動軸方向として移動自在に組付けられた台座２１と、この台座２１に回動自在に支承され、砥石車２４が着脱自在に装着される砥石軸２２と、この砥石軸２２を回転駆動させるモータ２３とを具備するものである。そして、この砥石台２０は、リニアモータや送りねじを用いた駆動装置１２によって、ベッド１０に対して台座２１がスライド機構１１に沿って移動駆動されることで、ベッド１０に対して移動軸方向（Ｘ軸方向）に移動するものとなっている。

また、研削盤１００は、駆動制御装置３０を具備しており、この駆動制御装置３０によって、砥石台２０のＸ軸方向の移動駆動が制御される。具体的には、ベッド１０と砥石台２０との間にリニアスケール１３が設けられており、このリニアスケール１３にて砥石台２０の位置を高精度に検出すると共に、リニアスケール１３によって検出された砥石台２０の位置情報を駆動制御装置３０の移動制御部３１にフィードバックして、移動制御部３１にて駆動装置１２を制御することで、砥石台２０の移動軸方向の移動駆動が制御される。なお、詳細は省略するが、上記駆動制御装置３０は、ワークテーブルのＺ軸方向の移動駆動、砥石軸２２の回転駆動、主軸台の主軸の回転駆動等、他の駆動系に関する制御をも行うものであり、ＣＮＣ装置やＮＣ装置等、コンピュータを用いた装置によって構成されている。

ところで、砥石台２０は、砥石軸２２やモータ２３等の種々の機器を備えた複雑な形態となっていることから、駆動装置１２の中心線であり、駆動装置１２から駆動力が付与される力の中心点、すなわち作用点、が描く軌跡でもある駆動軸線Ｋを対象に、非対称の形態となっている。よって、砥石台２０の重心の位置は、駆動軸線Ｋ上になく，駆動軸線Ｋから離間している。なお、本例では、砥石台２０の重心Ｊが、駆動軸線Ｋよりも砥石車２４側（図示左側）に位置している。よって、砥石台２０を移動軸方向に移動させるべく、駆動装置１２から砥石台２０に駆動力が付与されると、駆動軸線Ｋを基準として、重心Ｊが位置する側に移動の遅れが生じ、重心Ｊが位置しない側が先行して移動する。そして、これにより、移動軸方向に対して砥石台２０の姿勢が傾いてしまう。

そこで、本例の研削盤１００においては、砥石台２０の姿勢の傾きを監視する姿勢監視手段と、この姿勢監視手段での監視結果に基づいてベッド１０と砥石台２０との間に制動力または推進力を付与することで、砥石台２０の傾きを修正する姿勢修正手段とが備えられており、移動に際して砥石台２０が傾き難く構成されている。次に、これを詳細に説明する。

ベッド１０と砥石台２０との間における上記リニアスケール１３が配置された部位とは異なる部位に、この部位におけるベッド１０に対する砥石台２０の移動軸方向の位置を検出する別途のリニアスケール１４が設けられており、各リニアスケール１３，１４を用いて姿勢監視手段が構成されている。このような姿勢監視手段によれば、各リニアスケール１３，１４から検出された砥石台２０の夫々異なる部位の位置情報によって、砥石台２０の傾きを監視することができる。なお、本例では、各リニアスケール１３，１４が、駆動軸線Ｋを挟んで相互に反対側に位置すると共に大きく離間するように配置されており、砥石台２０の傾きを高精度に検出することができるようにしてある。

各リニアスケール１３，１４からの砥石台２０における適宜の部位の位置情報は、駆動制御装置３０の姿勢制御部３２にフィードバックされ、この姿勢制御部３２での適宜の処理にて姿勢修正手段を作動させて、傾いた砥石台２０の姿勢を修正する。ここで、本例では、姿勢修正手段が、ベッド１０と砥石台２０との間に制動力を付与する制動装置４０を用いて構成されており、この制動装置４０の駆動制御を姿勢制御部３２によって行うことで、傾いた砥石台２０の姿勢を修正する。すなわち、制動装置４０は、ベッド１０と砥石台２０との間において、移動に際して先行する側の砥石台２０の部位、すなわち「駆動軸線Ｋを基準として重心Ｊが位置する側とは反対側の部位」に設けられており、移動に際して、この砥石台２０の部位が先行して移動することを抑制し、これにより、傾いた砥石台２０の姿勢を修正する。

なお、姿勢修正段段を、ベッド１０と砥石台２０との間に推進力を付与する推進装置を用いて構成してもよい。この場合には、推進装置を、移動に際して遅れが生じる側の砥石台２０の部位、すなわち「駆動軸線Ｋを基準として重心Ｊが位置する側の部位」に設ければよい。また、このような推進装置については、砥石台２０を移動駆動させるための駆動装置１２と同様に、リニアモータや送りねじ等の適宜機器を用いて構成することができるが、砥石台２０を移動駆動させるためのものではなく、補助的な推進力が得られるものであればよいため、砥石台２０を移動駆動させる駆動装置１２よりも小型の機器によって構成することができる。

ところで、制動装置４０としては、例えば図２（ａ）、（ｂ）に示すような、ブレーキ板４１と、このブレーキ板４１を押圧して制動力を得るブレーキシュー４２と、ブレーキ板４１にブレーキシュー４２を押圧させる押圧駆動装置４３とを具備するものが採用されている。なお、押圧駆動装置４３としては、流体圧シリンダやソレノイド等の適宜の機器を用いて構成することができる。

このような制動装置４０では、ブレーキシュー４２によってブレーキ板４１を押圧した際に、ブレーキシュー４２による押圧の力や反作用の力が砥石台２０に付加され、これにより砥石台２０の姿勢に傾きが生じる虞がある。よって、ブレーキ板４１にブレーキシュー４２を押圧して制動力を得る制動装置４０では、例えば、図２（ａ）に示すように、砥石台２０に付加されるブレーキシュー４２による押圧の力や反作用の力が打ち消されるよう、押圧方向が相反する複数のブレーキシュー４２を用いるのが好適である。ここで、図２（ａ）に示した制動装置４０では、ブレーキ板４１を下方向（図２（ａ）の矢印Ａ）に押圧するブレーキシュー４２と、ブレーキ板４１を上方向（図２（ａ）の矢印Ｂ）に押圧するブレーキシュー４２の二つのブレーキシュー４２が具備されており、各ブレーキシュー４２によってブレーキ板４１を相反する方向に押圧する構造となっている。

なお、これに限らず、図示は省略するが、ブレーキ板の表裏に夫々配置された複数のブレーキシューによって、ブレーキ板の表裏を相反する方向で押圧する構造としてもよい。また、相互に並設された二つのブレーキ板や筒状に形成されたブレーキ板において、複数のブレーキシューによって、ブレーキ板を内側から外側に向けて相反する方向で押圧する構造としてもよい。

また、例えば図２（ｂ）に示すような単一のブレーキシュー４２を用いた制動装置４０等、ブレーキシュー４２の押圧方向（図２（ｂ）の矢印Ｃ）が単一方向である制動装置４０では、このブレーキシュー４２による押圧の力や反作用の力が砥石台２０の重心Ｊに向かうように、制動装置４０を配置することで、砥石台２０の姿勢を傾き難くすることができる。なお、このような構成とするためには、例えば、図１及び図２（ｂ）に示すように、ブレーキ板４１等の固定側の機器をベッド１０側に配置し、ブレーキシュー４２等の駆動される側の機器を砥石台２０側に配置すると共に、ブレーキシュー４２等の駆動される機器を、その作動する方向の中心軸が砥石台２０の重心を通る軸線となるよう配置すればよい。

以上、制動装置４０の種々の形態を例示したが、制動装置４０としては、ブレーキ板４１を押圧するブレーキシュー４２を具備するものに限らず、他の機器を用いて構成することもできる。例えば、リニアブレーキ等のダイナミックブレーキを用いる等して、非接触の機器によって制動力を得ることができるものであってもよい。このような制動装置によれば、非接触の機器によって制動力が得られるため、相互に接触する機器の力や反作用の力が砥石台２０に付与されず、作動に際して、より一層、砥石台２０に傾きを生じ難くすることができる。

研削盤の砥石台部分の概略を示す平面図である。 制動装置の一例及び別例の概略を示す正面図である。

符号の説明

Ｊ 重心
Ｋ 駆動軸線
１０ ベッド（基台）
１１ スライド機構
１２ 駆動装置
１３ リニアスケール（姿勢監視手段）
１４ リニアスケール（姿勢監視手段）
２０ 砥石台（移動体）
２１ 台座
２２ 砥石軸
２３ モータ
２４ 砥石車
３０ 駆動制御装置
３１ 移動制御部
３２ 姿勢制御部
４０ 制動装置（姿勢修正手段）
４１ ブレーキ板
４２ ブレーキシュー
４３ 押圧駆動装置

Claims (3)

1. 基台と、
   該基台に所定の移動軸方向に移動自在に組付けられた移動体と、
   前記基台に対して前記移動体を移動させる駆動装置と、
   前記移動体の前記移動軸方向に対する傾きを監視する姿勢監視手段と、
   該姿勢監視手段での監視結果に基づき、前記移動軸方向の軸線であり、前記駆動装置から前記移動体に駆動力が付与される作用点を含む軸線である駆動軸線の線上以外の部位において、前記基台と前記移動体との間に制動力または推進力を付与することで、前記移動軸方向に対する前記移動体の傾きを修正する姿勢修正手段と
   を備えることを特徴とする移動体構造。
2. 前記姿勢監視手段は、少なくとも一つが前記駆動軸線上以外の部位に配置された複数のリニアスケールを用いて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の移動体構造。
3. 前記基台をベッドとし、前記移動体を砥石台とした前記移動体構造を備えることを特徴とする研削盤。

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