JP2006346819A - 切削装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 流体圧設備を必要としない簡単な構造で、切削刃の位置決め精度が良く、且つボーリングヘッドの交換が短時間で行える切削装置を提供する。
【解決手段】 回転スピンドル３と、前記回転スピンドルと一体に回転するボーリングヘッド４及び切削刃取り付け部材６を備えた切削装置において、前記ボーリングヘッド内にピエゾ素子５を配設し、前記ピエゾ素子の伸縮に応じて回転スピンドルに直交する方向における切削刃７の位置調整を行うように構成したことを特徴とする切削装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ボーリング切削装置に関し、特に、回転スピンドルの軸線に直交する方向における切削刃の位置調整を行い、切削内径寸法を任意に調整できるボーリング切削装置に関する。

切削刃の位置調整を行い、切削内径寸法を任意に調整できるボーリング切削装置の従来技術は、例えば、図５に示されるように、流体圧を利用して切削刃７の位置を制御する方式がある。具体的には、回転スピンドル３の後部位置にある油圧発生装置２１に空気配管２０経由で空気圧を供給し、油圧発生装置２１の油圧を高圧に変換する。この高圧にされた油圧は、回転スピンドル３及びボーリングヘッド４内の油圧配管２２を経由してボーリングヘッド４の先端部付近に配設された油圧シリンダ２３に供給される。油圧シリンダ２３のピストンロッド２４は上下方向に伸縮し、この伸縮に応じて切削刃取り付け部材６を回転スピンドル３の軸線に直交する方向（図において上下方向）に変移させることによって切削刃７の位置を調整し、必要とされる切削内径寸法に調整する構成となっている。

この方式では、油圧発生装置２１、油圧配管２２、ボーリングヘッド４内の油圧シリンダ２３のいずれかの部分において油漏れが発生すると、切削刃３を必要とされる位置に変移させるための圧力が不足し、切削刃７を正確に位置決めできなくなる。また、必要とされる切削刃７の変移量がその装置の可能変移量以上である場合には、切削刃７を装着するボーリングヘッド４をサイズの異なる他のボーリングヘッド４に取り替える必要が生じることとなる。このボーリングヘッド４の交換作業時に油圧油が大量に流出してしまうため、ボーリングヘッド４の交換後に油の補給作業と油圧回路内に混入した空気を完全に取り除く空気抜き作業が必要となるが、この作業を行うには高度の熟練者が必要となり、しかも長時間を要するという問題があった。
また、制御空気圧を油圧に変換する油圧発生装置は、高圧の油圧にする必要があるためピストンの空気の受圧面積が非常に大きくなり、必然的に装置が大型化してしまうこととなる。
また、動力源が空気圧から油圧へと変わり、油圧発生装置から油圧シリンダのピストンロッドの伸縮へと動力形態が変化していくことにより、切削刃７の位置決め精度に誤差を生じるという問題があった。

本発明は、上記の従来技術が有する問題点を解決しようとするものであり、構造が大型化する原因である流体圧設備を必要としない簡単な構造で、切削刃の位置決め精度が良く、且つボーリングヘッドの交換が短時間で行えるボーリング切削装置を提供するものである。

請求項１の切削装置は、回転スピンドルと、前記回転スピンドルと一体に回転するボーリングヘッド及び切削刃取り付け部材を備えた切削装置において、前記ボーリングヘッド内にピエゾ素子を配設し、前記ピエゾ素子の伸縮に応じて回転スピンドルに直交する方向における切削刃の位置調整を行うように構成したことを特徴とするものである。

本発明は、このように構成されているので、きわめて簡単な構成で切削刃の位置決め精度のよい切削装置を提供することができると共に、油圧システムを使用していないので、ボーリングヘッドを他のサイズのものに交換するに際して、油の流出がなく油補給後の空気抜き作業も不要となり、短時間にその交換を行うことができるという効果を奏するものである。

請求項２の発明は、好ましくは、前記ピエゾ素子は、前記回転スピンドル及び前記ボーリングヘッド内に配設された電線を経由して電気を供給されることを特徴とする。

本発明は、このように構成されているので、特に油圧システムを使用していないので、装置全体を小型化、コンパクト化することができる。

請求項３の発明は、好ましくは、前記回転スピンドル及び前記ボーリングヘッド内に配設された電線は、前記回転スピンドル及び前記ボーリングヘッドの接合部に配設されたコネクターにより接続されていることを特徴とする。

本発明は、このように構成されているので、ボーリングヘッドを他のサイズのものに交換するに際して、ボーリングヘッド側の電線のプラグをコネクター差し替えるだけでよいので、従来のような熟練者を必要とせず、短時間にきわめて簡単に交換作業を行うことができる。

以下、図１〜図４に基づいて本実施形態について説明する。図１は本発明の切削装置の全体を示す側面図である。図２は図１のボーリングヘッド部分の拡大図である。図３は図１のボーリングヘッド部分の拡大図であり、切削刃を最大に変移させた状態を示している。図４は図１のスリップリング部の拡大図である。
なお、図５は従来技術の切削装置の全体を示す側面図である。従来技術については、「背景技術」の項で説明したので、ここでは重複した説明は省略する。

図１に基づいて、本発明の切削装置の全体構成を説明する。
１はスピンドルユニットであり、その内部には、軸受け２を介して、内部に貫通孔３’を備え且つ前端部に凹部３”を備えた回転スピンドル３が配設されている。回転スピンドル３の前端（図で左側）には、内部に貫通孔４’を備え且つ後端部に凹部４”を備えたボーリングヘッド４が公知の適宜な手段によって固定されている。回転スピンドル３とボーリングヘッド４が固定された状態において両凹部３”、４”は互いに対向して一つの空間を形成している。

ボーリングヘッド４には、後述する設計条件により決定された位置にピエゾ素子５が配設・固定されており、その下部に凸状のプッシャー９が切削刃取り付け部材６に常時接触するように形成されている。１２はピエゾ素子５を押さえている蓋部材である。ピエゾ素子５はボーリングヘッド４内の貫通孔４’内に配設されている電線１０に接続され、最終的には、後述するようにスピンドルユニット１外の電源に接続されている。

切削刃取り付け部材６は、凸状のプッシャー９を介してピエゾ素子５の伸縮により押圧されて回動できるように、その一端部をボーリングヘッド４の下方内側に回動可能に止着されている。本実施形態においては、その回動を支援するためにその回動部８の基部両側に凹部が切り込まれている。また、切削刃取り付け部材６の先端部には切削刃７（切削チップ）が公知の適宜の手段によって固定されている。図示されていない公知の駆動手段による回転スピンドル３の回転により切削刃７が矢印方向に回転して切削を行う。

回転スピンドル３の貫通孔３’内には電線１０が配設されており、その一方の端部は、回転スピンドル３の凹部３”とボーリングヘッド４の凹部４”により形成されている空間内に配設されているコネクター１１の一端部に接続され、もう一方の端部は、外部電源（図示されていない）に接続されているスリップリング部１３に接続されている。コネクターの他端部は、前述したピエゾ素子５に接続されている電線１０が接続されている。

次に、図４に基づいてスリップリング部１３について簡単に説明する。１４は二つのスリップリングであり、一方は電線１０の＋側及び外部電源の＋極に繋がっている＋極入力電線１７にブラシ１５を介して接続されており、もう一方は電線１０の−側及び外部電源の−極に繋がっている−極入力電線１８にブラシ１５を介して接続されている。１６はブラシ１５をスリップリング１４に押し付けるコイルばねである。１９は、ブラシ１５を支えるブラシホルダである。

図２及び図３にしたがって本発明の作動手順について説明する。
外部からのピエゾ素子５の制御用電気はスピンドルユニット１の後部に位置するスリップリング部１３、電線１０及びコネクター１１を介して回転スピンドル３の先端に位置するボーリングヘッド４に配設されているピエゾ素子５に供給される。この供給される制御用電気は直流であり、この電圧に比例してピエゾ素子５が伸縮する。この伸縮量と直流電圧との関係は、実験によれば、電圧０ボルトから数百ボルトまでの変化に対して、その伸びの長さは０μｍから数十μｍの直線的な比例関係にあることが判明している。
この与えられる電圧によりピエゾ素子５は伸張し、この伸張量がプッシャー９を介して切削刃取り付け部材６に伝えられ、切削刃取り付け部材６は回動部８を支点にして弾性変形してその先端部の切削刃７の位置をαだけ下方に変移させることとなる。図２では、回転スピンドル３の回転中心線から切削刃７までの距離がＲであったが、図３では、ピエゾ素子５の伸張によりその距離はＲ＋αとなっており、その差αがこの実施形態における可能な最大の変移量を示している。即ち、電圧を制御することにより、このαの範囲内において任意に切削刃７の位置決めが可能であり、切削内径寸法を変化することができる。

このピエゾ素子５は、一般に、伸縮に際しての発生力、言い換えれば、プッシャー９が切削刃取り付け部材６を押圧して切削刃７を安定的に固定することができる力は、前述のα分の変形を生じさせるための必要力の数倍から数十倍と非常に大きい。一方、前述のとおり、数百ボルトでその伸びの長さが数十μｍであることから明らかなように、その伸縮量がきわめて小さいという欠点がある。
この欠点を克服するために、この発生力の大きいことを活用して、以下のような考え方によりボーリングヘッド４におけるピエゾ素子５を配設する位置を設計することが望ましい。
即ち、図２に示すように、回動部８からピエゾ素子５のプッシャー９の位置までの距離Ｌ１に対して回動部８から切削刃７の位置までの距離Ｌ２を大きくとることによって、ピエゾ素子５の伸縮量のＬ２／Ｌ１倍の切削刃７の変位量を確保することができる。ここで、Ｌ１、Ｌ２の比率の関係は、ピエゾ素子５の最大伸縮量と切削刃７の必要変位量αから決定されることとなる。一方で、ピエゾ素子５の伸張に際しての発生力は、切削刃取り付け部材６の先端部即ち切削刃７の位置においては、Ｌ1／Ｌ２に比例して低下する。言い換えれば、ピエゾ素子５の切削刃７に対する位置決め力、即ち、ピエゾ素子５が切削刃７をある位置にしっかりと固定保持することができる力がＬ1／Ｌ２に比例して低下することとなるので、切削作業時に切削刃７にかかる切削反力を十分に考慮に入れてＬ２の距離を算出する必要がある。

なお、本実施形態においては、ピエゾ素子５の極めて小さな伸縮量に基づいて切削刃７の変移量を拡大する機構として、レバー方式を採用しているが、これ以外にクランクやカムなどを使用した拡大機構も考えられる。しかし、これらの方式は構成部品間に滑り運動が含まれているので、切削作業中に発生する微細な切屑の侵入が避けられず、環境面からの装置の信頼性という点で、レバー方式による拡大機構が最も優れているということができる。

本発明は、以上のとおり、回転スピンドル３と、回転スピンドル３と一体に回転するボーリングヘッド４及び切削刃取り付け部材６を備えた切削装置において、ボーリングヘッド４内にピエゾ素子５を配設し、回転スピンドル３及びボーリングヘッド４内に配設された電線１０を経由して供給される電圧に応じたピエゾ素子５の伸縮に基づいて回転スピンドル３の軸線に直交する方向における切削刃７の位置調整を行うように構成したことを特徴とする切削装置である。

本発明は、このように構成されているので、きわめて簡単な構成で切削刃の位置決め精度のよい切削装置を提供することができると共に、油圧システムを使用していないので、ボーリングヘッドを他のサイズのものに交換するに際して、油の流出がなく油補給後の空気抜き作業も不要となり、熟練者を必要とせず、短時間にその交換を行うことができるという効果を奏するものである。
また、特に油圧システムを使用していないので、装置全体を小型化、コンパクト化することができる。

本発明の切削装置の全体を示す側面図である。 図１のボーリングヘッド部分の拡大図である。 図１のボーリングヘッド部分の拡大図であり、切削刃を変移させた状態を示している。 図１のスリップリング部の拡大図である。 従来技術の切削装置の全体を示す側面図である。

符号の説明

１ スピンドルユニット
２ 軸受け
３ 回転スピンドル
４ ボーリングヘッド
３’、４’ 貫通孔
５ ピエゾ素子
６ 切削刃取り付け部材
７ 切削刃
８ 回動部
９ プッシャー
１０ 電線
１１ コネクター
１２ 蓋部材
１３ スリップリング部
１４ スリップリング
１５ ブラシ
１６ ばね
１７ ＋極入力電線
１８ −極入力電線
１９ ブラシホルダ
２０ 空気圧配管
２１ 油圧発生装置
２２ 空気圧側ピストン
２３ 油圧側ピストン
２４ 油圧配管
２５ 油圧シリンダ
２６ ピストンロッド

Claims (3)

1. 回転スピンドルと、前記回転スピンドルと一体に回転するボーリングヘッド及び切削刃取り付け部材を備えた切削装置において、前記ボーリングヘッド内にピエゾ素子を配設し、前記ピエゾ素子の伸縮に応じて前記回転スピンドルの軸線に直交する方向における切削刃の位置調整を行うように構成したことを特徴とする切削装置。
2. 前記ピエゾ素子は、前記回転スピンドル及び前記ボーリングヘッド内に配設された電線を経由して電気を供給されることを特徴とする請求項１に記載の切削装置。
3. 前記回転スピンドル及び前記ボーリングヘッド内に配設された電線は、前記回転スピンドル及び前記ボーリングヘッドの接合部に配設されたコネクターにより接続されていることを特徴とする請求項２に記載の切削装置。

Images