JP2007331060A - 砥石車の着脱構造 - Google Patents

Abstract

【課題】自動工具交換装置による砥石車の交換に適用が可能で、砥石車が軸方向に変位しにくい構成の砥石車の着脱構造を提供することにある。
【解決手段】外周部に砥石を保持し、第１の端面側に開口を有すると共に、第２の端面側に開口に通じるテーパ穴部を有した砥石ホイールと、砥石ホイールの第１の端面側に所定の外径及び内径を有して当接し、砥石ホイールの第２の端面側に押圧力を加えるための押圧プレートと、砥石ホイールのテーパ穴部に挿入されるテーパ部、及びテーパ部に対して階段状に形成されて砥石ホイールの第２の端面側に所定の外径で接触する段部を有する砥石軸と、押圧プレートに一端を固定され、砥石ホイールの第２の端面側と砥石軸と段部との間、及びテーパ穴部とテーパ部との間に所定の接触圧が発生するように押圧プレートに軸方向の引張力を与える着脱可能なクランプユニットと、を備えた砥石車の着脱構造とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、砥石車の着脱構造に関し、特に、自動工具交換に適した砥石車の着脱構造に関する。

研削盤等に用いられる砥石車の砥石軸への保持機構としては、テーパ孔を有する砥石ホイールが砥石車を回転駆動する砥石軸に嵌合し、締付けナットにより固定されているものがある（例えば、特許文献１）。この構成によれば、締付けナット等の簡単な構成で砥石軸にテーパ孔で密着して嵌合でき、砥石車を砥石軸により回転させた場合の砥石外周の振れを小さくすることができ、振れ修正のために高価な砥石層を無駄にツルーイングする必要がない。

また、砥石を保持した砥石スリーブに砥石軸と嵌合するテーパ穴と、このテーパ穴の中心に位置するプルスタッドとを設けてなる砥石車がある（例えば、特許文献２）。この構成によれば、砥石軸側に装着したドローバによりプルスタッドを引き込むことで、砥石スリーブと砥石軸がテーパ穴で密着嵌合し、また、ドローバにより押出し力をプルスタッドに与えることで、砥石スリーブと砥石軸との密着嵌合を解除して、砥石車の着脱が行なえる。よって、自動工具交換装置による砥石車の交換にも適用できるものである。
特開昭６１−１８２７６７号公報 実開昭６１−１３７４５７号公報

しかし、特許文献１に示された砥石車によれば、砥石車の砥石軸への着脱に時間を要し、検索作業時間の短縮が図れない。また、砥石車を砥石軸にネジ等で固定するので、自動工具交換装置による砥石車の交換には適用が困難である。

また、特許文献２に示された砥石車によれば、砥石車と砥石軸との嵌合がテーパ部のみで行なわれているので、プルスタッドによる引き込み力による軸方向の変位と、砥石車の回転に伴う遠心力でテーパ部が拡大して軸方向の変位が生じ、食い付きが発生するという問題がある。特に、砥石車を高速回転により駆動して研削する場合には大きな問題となる。

従って、本発明の目的は、自動工具交換装置による砥石車の交換に適用が可能で、砥石車が軸方向に変位しにくい構成の砥石車の着脱構造を提供することにある。

［１］本発明の実施の形態によれば、外周部に砥石を保持し、第１の端面側に開口を有すると共に、第２の端面側に前記開口に通じるテーパ穴部を有した砥石ホイールと、前記砥石ホイールの前記第１の端面側に所定の外径及び内径を有して当接し、前記砥石ホイールの前記第２の端面側に押圧力を加えるための押圧プレートと、前記砥石ホイールの前記テーパ穴部に挿入されるテーパ部、及び前記テーパ部に対して階段状に形成されて前記砥石ホイールの前記第２の端面側に前記所定の外径で接触する段部を有する砥石軸と、前記押圧プレートに一端を固定され、前記砥石ホイールの前記第２の端面側と前記砥石軸と前記段部との間、及び前記テーパ穴部と前記テーパ部との間に所定の接触圧が発生するように前記押圧プレートに軸方向の引張力を与える着脱可能なクランプユニットと、を備えたことを特徴とする砥石車の着脱構造を提供する。

［２］前記砥石ホイールは、前記砥石軸に嵌合するテーパ穴部と前記砥石ホイールの第２の端面側に前記砥石軸の端面が接する接触面との２面により拘束されることを特徴とする前記［１］に記載の砥石車の着脱構造であってもよい。

［３］前記押圧プレートは、前記砥石ホイールの第２の端面側に前記砥石軸の端面が接する接触面の径と略同じであることを特徴とする前記［１］に記載の砥石車の着脱構造であってもよい。

［４］前記クランプユニットは、前記砥石軸に備えられたドローバによりコレットチャックを介して、前記砥石ホイール側に設けられたプルスタッドに引込み力又は押出し力を付与するものであることを特徴とする前記［１］に記載の砥石車の着脱構造であってもよい。

［５］前記砥石ホイールが外周部に保持する前記砥石は、前記砥石ホイールに形成されたテーパ穴部の軸線方向の幅内に位置することを特徴とする前記［１］に記載の砥石車の着脱構造であってもよい。

本発明によれば、自動工具交換装置による砥石車の交換に適用が可能で、砥石車が軸方向に変位しにくい構成の砥石車の着脱構造を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る砥石車の構造を示し、（ａ）は、砥石ホイール６１０、押圧プレート６２０、及び、プルスタッド６３０により組み立てられた砥石車６００を示し、（ｂ）は、押圧プレート６２０の右側面図、（ｃ）は、砥石ホイール６１０の左側面図を示す図である。砥石車６００は、砥石ホイール６１０、押圧プレート６２０、及び、プルスタッド６３０を有して構成されている。

砥石ホイール６１０は、その円筒外周部に砥石ホイール６１０と共に回転するよう砥石６１１の層が固定して形成されている。砥石ホイール６１０には、中心軸ＣＬに垂直な第１の端面６１０ａとその反対側に第２の端面６１０ｂが形成されている。また、中心軸ＣＬと同軸状に所定のテーパ角度でテーパ穴部６１０ｃが形成されている。また、テーパ穴部６１０ｃが形成されていない内径領域の一部にはカギ状係合部６１０ｄが形成されている。

押圧プレート６２０は、中心軸ＣＬと同軸状に砥石ホイール６１０のカギ状係合部６１０ｄに係合して締結させるためのカギ状係合部６２０ａと、中心軸ＣＬに垂直で砥石ホイール６１０の第１の端面６１０ａに当接する当接部６２０ｂを有している。押圧プレート６２０は、図１（ｃ）に示した砥石ホイール６１０のカギ状係合部６１０ｄに図１（ｂ）に示したカギ状係合部６２０ａが挿入されて所定の角度だけ捩じられることにより、当接部６２０ｂが砥石ホイール６１０の第１の端面６１０ａに当接した状態で組み立てられる。また、押圧プレート６２０の中心軸ＣＬ上にはネジ穴部６２０ｃが形成されている。尚、当接部６２０ｂの外径、または内径は、砥石ホイール６１０に形成された第２の端面６１０ｂの外径、または内径と略同じであることが好ましい。すなわち、押圧プレート６２０からの力が砥石ホイール６１０の内部を伝達して、第２の端面６１０ｂに効率よく働くよう、当接部６２０ｂと第２の端面６１０ｂとの外径、または内径が互いに近似する値であることが好ましい。

プルスタッド６３０は、図示しない砥石軸側から引込力または押出力を付与される部材であり、その一端には、押圧プレート６２０のネジ穴部６２０ｃに螺合するためのネジ部６３０ａが形成され、押圧プレート６２０に螺合して固定されている。また、他端側の先端部には、傾斜部６３１ａを有する突起部６３１および突起部６３１の外径よりも径の小さい頸部６３２を有している。

尚、上記した構成では、砥石ホイール６１０、押圧プレート６２０、及びプルスタッド６３０は、別部品で形成されて組み立てられているが、いずれか２つの部品またはすべての部品を一体に形成したものでもよい。

図２は、本発明の実施の形態に係る砥石車６００と砥石車６００が着脱される砥石駆動主軸７００とを示す図であり、砥石駆動主軸７００は、アンクランプ状態であることを示す図である。

砥石駆動主軸７００は、砥石軸７１０、コレットチャック７２０、クランプユニット７３０、ドローバ７４０を有して構成される。砥石駆動主軸７００は、図示しないモータ、エアスピンドル等の回転駆動装置により回転駆動される。

砥石軸７１０は、先端部外周部に砥石ホイール６１０のテーパ穴部６１０ｃに嵌合するテーパ部７１０ａが形成され、砥石軸７１０の中心軸ＣＬに垂直で砥石ホイール６１０の第２の端面６１０ｂに当接する砥石軸端面７１０ｂが段部７１０ｅに形成されている。また、砥石軸７１０の中心部には、コレットチャック７２０、クランプユニット７３０、及びドローバ７４０が移動可能に嵌合するための砥石軸ガイド穴７１０ｃが貫通している。

クランプユニット７３０には、複数のコレットチャックセグメント７２１がコレット回り止めピン７５０を介して開閉可能に取付けられ、コレットチャック７２０を構成している。また、クランプユニット７３０は、ドローバ７４０にネジ締結されている。

コレットチャック７２０、クランプユニット７３０、及びドローバ７４０は、上記したように、組立てられた状態で、砥石軸７１０の砥石軸ガイド穴７１０ｃに中心軸ＣＬ方向にスライド可能な状態で装着されている。

図２においては、砥石駆動主軸７００のドローバ７４０が図示Ａ方向に押出力により押され、コレットチャック７２０の各コレットチャックセグメント７２１が開いた状態、すなわち、砥石駆動主軸７００はアンクランプ状態である。ドローバ７４０が図示Ａ方向に押されると、ドローバ７４０にネジ締結されたクランプユニット７３０もＡ方向に押され、バネ７４０を介して開閉可能に取付けられた複数のコレットチャックセグメント７２１もＡ方向に押される。この時、砥石軸７１０の砥石軸ガイド穴７１０ｃにはコレットチャックセグメント根元部７２１ａに対応した位置に突起部７１０ｄが形成されているので、コレットチャックセグメント７２１が図示Ａ方向に押されると、コレット支点部７３０ａを支点としてコレットチャックセグメント根元部７２１ａが突起部７１０ｄにより内側に押され、これにより、コレットチャックセグメント先端部７２１ｂは外側へ開く。この状態は、図２の左方に図示された砥石車６００を、右方に図示された砥石駆動主軸７００に装着することが可能なアンクランプ状態である。

図３は、砥石駆動主軸７００のドローバ７４０が図示Ｂ方向の引込力により引き込まれ、コレットチャック７２０の各コレットチャックセグメント７２１が閉じてプルスタッド６３０を図示Ｂ方向に引込むことで砥石車６００をクランプした状態を示す図である。

図２の状態から、砥石車６００と砥石駆動主軸７００が相対移動により接近し、プルスタッド６３０がコレットチャック７２０の内径領域へ挿入される。この時、図示Ｂ方向の引込力によりドローバ７４０が引き込まれると、クランプユニット７３０及びコレットチャック７２０も図示Ｂ方向に引き込まれる。コレットチャックセグメント７２１が図示Ｂ方向に移動すると、突起部７１０ｄでのコレットチャックセグメント根元部７２１ａへの押圧力が解除されると共に、コレットチャックセグメント先端部７２１ｂの外側テーパ部７２１ｃが砥石軸ガイド穴７１０ｃに押されてコレットチャックセグメント先端部７２１ｂを閉じながら図示Ｂ方向に収納される。この操作により、把持部７２１ｄがプルスタッド６３０の頸部６３２に嵌合すると共に、内側テーパ部７２１ｅが傾斜部６３１ａに接合してさらに図示Ｂ方向に引込力を加える。

ここで、砥石ホイール６１０のテーパ穴部６１０ｃは、砥石軸７１０のテーパ部７１０ａに圧接されると共に、砥石ホイール６１０の第２の端面６１０ｂは、砥石軸７１０の砥石軸端面７１０ｂに圧接される。従って、砥石ホイール６１０は、砥石軸７１０により２面拘束されることになる。

図４は、クランプ状態から、ドローバ７４０が押出力で図示Ａ方向に移動されてアンクランプ状態になったことを示す図である。

図３のクランプ状態から、ドローバ７４０が押出力で図示Ａ方向に移動されると、コレットチャックセグメント７２１も図示Ａ方向に押されて移動し、コレット支点部７３０ａを支点としてコレットチャックセグメント根元部７２１ａが突起部７１０ｄにより内側に押され、これにより、コレットチャックセグメント先端部７２１ｂは外側へ開く。従って、砥石ホイール６１０のテーパ穴部６１０ｃと砥石軸７１０のテーパ部７１０ａとの圧接、及び、砥石ホイール６１０の第２の端面６１０ｂと砥石軸７１０の砥石軸端面７１０ｂとの圧接、すなわち、砥石ホイール６１０と砥石軸７１０との２面拘束が解除される。よって、砥石車６００は砥石駆動主軸７００から取り外し可能なアンクランプ状態となる。

（本発明の実施の形態の効果）
本発明の実施の形態によれば、次のような効果を有する。
（１）砥石ホイール６１０のテーパ穴部６１０ｃと砥石軸７１０のテーパ部７１０ａ、及び、砥石ホイール６１０の第２の端面６１０ｂと砥石軸７１０の砥石軸端面７１０ｂが共に圧接され、いわゆる２面拘束により砥石車６００が保持されているので、振れが小さく、かつ、軸方向の変位が小さい砥石車の着脱構造が可能となる。
（２）プルスタッドを有する砥石車６００を、砥石駆動主軸７００側のコレットチャック７２０で引込んで砥石軸７１０に固定するので、砥石車の着脱において自動交換が可能となり、自動工具交換ツールにより工具を交換して加工を行なう複合加工機に適用が可能となる。
（３）砥石ホイールと砥石軸との結合が砥石ホイールの内径部分に形成されたテーパ穴部で行なわれているので、研削加工点がテーパ形状の範囲内に位置することになり、研削負荷に対する研削加工点の変位を小さくでき、砥石車６００のラジアル方向の剛性を向上させることが可能となる。
（４）砥石駆動主軸７００の砥石軸ガイド穴７１０ｃに対応可能な規格化されたクランプユニットを使用することで、研削負荷に応じた砥石ホイールのクランプ力の変更対応が比較的容易にできる。クランプ部に規格化されたユニットとして、例えば、ＢＴクランピングユニット等を適用できる。
（５）押圧プレート６２０の当接部６２０ｂの外径、または内径は、砥石ホイール６１０に形成された第１の端面６１０ａの外径、または内径と略同じであるので、押圧プレート６２０からの力が砥石ホイール６１０の内部を伝達して第２の端面６１０ｂに効率よく働き、砥石ホイール６１０と砥石軸７１０とのクランプ状態がより安定になるという効果を有する。

（本発明の実施の形態の複合加工機への適用例）
以下に、本発明の実施の形態に係る砥石車の着脱構造を複合加工機に適用した場合について説明する。

図５は、本発明の実施の形態に係る砥石車の着脱構造を適用した複合加工機の平面図である。尚、図５において、上下にＸ方向及び左右にＺ方向を規定する。

この複合加工機１は、図示しないコンピュータ数値制御装置（ＣＮＣ）により全体の駆動が制御されるものであり、複合加工機本体と図示しない付属装置からなる。主な付属装置は、オイル供給装置、冷却装置、エア供給機器、クーラント供給装置、切屑収集装置及びこれらの装置を複合加工機本体と接続するダクト装置等からなっている。

複合加工機１は、ベッド１０上に載置され、軸物あるいは長尺状のワークＷを回転駆動可能に支持するワーク支持駆動ユニット１００と、ベッド１０上に装架されてＸ及びＺ方向の移動及び位置決めを行なうＸステージ３０１及びＺステージ３０２と、Ｚステージ３０２上に載置され各種の加工ツールを着脱可能に搭載するワーク加工ユニット２００と、加工ツールをワーク加工ユニット２００の所定位置に着脱するツール装着ユニット４００とを有する。尚、ワーク加工ユニット２００は、Ｘステージ３０１及びＺステージ３０２によりＸ及びＺ方向の移動を行うだけでなく、例えば、閉リンク機構を並列に配置した所謂パラレル機構等によりＸＺ平面内で移動するものであってもよい。

ワーク支持駆動ユニット１００は、ベッド１０上に載置された主軸台ベース１０１に、左右の主軸台スライドガイド１０２を介してスライド可能に移動可能な左右の主軸台１０３を有し、主軸台１０３には、主軸１０５を所定の回転数で回転駆動する主軸駆動モータ１０４が搭載されている。各々左右の主軸台１０３は、左右独立にＺ方向にスライドして、ワークＷを所定の心間で挟持して、その位置を固定できる構成となっている。ワークＷは、主軸１０５の回転を図示しない回し金を介して回転駆動される。

ワーク加工ユニット２００は、ユニットハウジング２０１により回転可能に支持されたツール回転主軸２０２と、このツール回転主軸２０２を所定の回転速度で回転駆動するためのツール駆動モータ２０３を有して構成されている。ここで、ツール回転主軸２０２は、上記説明した本発明の実施の形態に係る砥石車の着脱構造における砥石駆動主軸７００の構造が適用可能である。図５には、加工ツールとして、本発明の実施の形態に係る砥石車６００をツール回転主軸２０２に装着した図が示されている。

尚、ツール回転主軸２０２は、ツール駆動モータ２０１に直結して回転させる以外に、ギアやベルトによる回転駆動方式等であってもよい。

ツール装着ユニット４００は、ベッド１０上の所定の位置に載置され、種々の加工ツール５０１を保持可能な複数のツールポッド４０２を有したツールタレット４０３と、Ｘ軸回りに割出し制御をするサーボモータ４０４により構成されている。ツールポッド４０２には、加工ツール５０１の一部を把持可能とする結合部４０５が形成されている。結合部４０５は、機械的に加工ツール５０１を把持するものでも、磁石等によって把持するものでもよい。

ここで、加工ツール５０１のテーパ穴部５１０には本発明の実施の形態に係る砥石車６００のテーパ穴部６１０ｃが適用できる。

加工ツール５０１は、本発明の実施の形態に係る砥石車６００以外に、旋削加工に使用される旋削用電着ホイール等の旋削工具、穴あけ、溝加工等に使用されるドリル、エンドミル等の切削工具、レーザ焼入れヘッド等の熱処理加工ツールとしての熱処理工具、超仕上げ、ＥＬＩＤ研削等に使用される表面仕上げ工具がある。尚、熱処理加工ツール等の回転駆動せずにワークＷを加工する場合は、ツール駆動モータ２０１を停止させて加工を行なう。

図５において、ツール回転主軸２０２に装着された砥石車６００を、他の加工ツール５０１に交換する場合について説明する。Ｘステージ３０１及びＺステージ３０２により、加工ツールが交換可能な所定の位置まで移動させ、図５に図示された加工ツール５０１が装着されていないツールポッド４０２の結合部４０５に砥石車６００を把持させる。この後、ツール回転主軸２０２のクランプを解除してアンクランプ状態にして、砥石車６００をツール装着ユニット４００側へ回収する。

サーボモータ４０４により割出し制御をして、加工ツール５０１をツール回転主軸２０２に装着可能な位置にセットする。Ｚステージ３０２によりツール回転主軸２０２を移動させて、加工ツール５０１のテーパ穴部５１０にツール回転主軸２０２を装着し、クランプ状態にすることで加工ツール５０１をツール回転主軸２０２に装着する。

上記の一連の操作により、所望の加工ツール５０１をツール回転主軸２０２に容易に着脱可能となる。この加工ツールの交換は、コンピュータ数値制御装置によりプログラムされて行なうことができるので、ワークＷに種々の加工を施す間に自動工具交換を行うことが可能となる。従って、本発明の実施の形態に係る砥石車の着脱構造を適用することにより、自動工具交換装置を備えた複合加工機が容易に可能となる。

本発明の実施の形態に係る砥石車の構造を示し、（ａ）は、砥石ホイール６１０、押圧プレート６２０、及び、プルスタッド６３０により組み立てられた砥石車６００を示し、（ｂ）は、押圧プレート６２０の右側面図、（ｃ）は、砥石ホイール６１０の左側面図を示す図である。 本発明の実施の形態に係る砥石車６００と砥石車６００が着脱される砥石駆動主軸７００とを示す図であり、砥石駆動主軸７００は、アンクランプ状態であることを示す図である。 砥石駆動主軸７００のドローバ７４０が図示Ｂ方向の引込力により引き込まれ、コレットチャック７２０の各コレットチャックセグメント７２１が閉じてプルスタッド６３０を図示Ｂ方向に引込むことで砥石車６００をクランプした状態を示す図である。 クランプ状態から、ドローバ７４０が押出力で図示Ａ方向に移動されてアンクランプ状態になったことを示す図である。 本発明の実施の形態に係る砥石車の着脱構造を適用した複合加工機の平面図である。

符号の説明

１ 複合加工機 １０ ベッド
１００ ワーク支持駆動ユニット １０１ 主軸台ベース
１０２ 主軸台スライドガイド １０３ 主軸台
１０４ 主軸駆動モータ １０５ 主軸
２００ ワーク加工ユニット ２０１ ユニットハウジング
２０２ ツール回転主軸 ２０３ ツール駆動モータ
３０１ Ｘステージ ３０２ Ｚステージ
４００ ツール装着ユニット ４０２ ツールポッド
４０３ ツールタレット ４０４ サーボモータ
４０５ 結合部
５０１ 加工ツール
６００ 砥石車 ６１０ 砥石ホイール
６１１ 砥石 ６２０ 押圧プレート
６３０ プルスタッド
７００ 砥石駆動主軸 ７１０ 砥石軸
７２０ コレットチャック ７３０ クランプユニット
７４０ ドローバ ７５０ コレット回り止めピン

Claims (5)

1. 外周部に砥石を保持し、第１の端面側に開口を有すると共に、第２の端面側に前記開口に通じるテーパ穴部を有した砥石ホイールと、
   前記砥石ホイールの前記第１の端面側に所定の外径及び内径を有して当接し、前記砥石ホイールの前記第２の端面側に押圧力を加えるための押圧プレートと、
   前記砥石ホイールの前記テーパ穴部に挿入されるテーパ部、及び前記テーパ部に対して階段状に形成されて前記砥石ホイールの前記第２の端面側に前記所定の外径で接触する段部を有する砥石軸と、
   前記押圧プレートに一端を固定され、前記砥石ホイールの前記第２の端面側と前記砥石軸と前記段部との間、及び前記テーパ穴部と前記テーパ部との間に所定の接触圧が発生するように前記押圧プレートに軸方向の引張力を与える着脱可能なクランプユニットと、
   を備えたことを特徴とする砥石車の着脱構造。
2. 前記砥石ホイールは、前記砥石軸に嵌合するテーパ穴部と前記砥石ホイールの第２の端面側に前記砥石軸の端面が接する接触面との２面により拘束されることを特徴とする請求項１に記載の砥石車の着脱構造。
3. 前記押圧プレートは、前記砥石ホイールの第２の端面側に前記砥石軸の端面が接する接触面の径と略同じであることを特徴とする請求項１に記載の砥石車の着脱構造。
4. 前記クランプユニットは、前記砥石軸に備えられたドローバによりコレットチャックを介して、前記砥石ホイール側に設けられたプルスタッドに引込み力又は押出し力を付与するものであることを特徴とする請求項１に記載の砥石車の着脱構造。
5. 前記砥石ホイールが外周部に保持する前記砥石は、前記砥石ホイールに形成されたテーパ穴部の軸線方向の幅内に位置することを特徴とする請求項１に記載の砥石車の着脱構造。