JP2010524705A - 棒材を芯出しするための芯出しチャック - Google Patents

Abstract

本発明は、旋盤（１）のコレットチャック（５）に供給された棒材（８）を芯出しするための芯出しチャック（１１）に関する。外部構造（１２）と、外部構造中に配置された内部構造（１３）とは、棒材の長手軸線を中心に回転可能に配置されている。内部構造は、外部構造に対して回転可能に配置されている。外部構造は、外部構造をコレットチャック（５）に固定する手段を有している。外部構造は、回転数に応じた力を発生させる遠心力装置（１８）を有している。内部構造は芯出し装置（２０）を有している。芯出し装置は、自身に加えられた力に基づいて棒材の芯出しを行う。外部構造と内部構造との間には、力伝達装置（２１、１７、２２）が配置され、力伝達装置によって、内部構造が外部構造に対して回転され、遠心力装置によって発生した力が芯出し装置に伝達される。

Description

本発明は、旋盤のコレットチャックに供給される棒材を芯出しするための芯出しチャックに関する。

先行技術においては、様々な旋盤コンセプトが知られている。当該旋盤コンセプトとしては、様々な工具、コレットチャック、単一のバーフィーダ又はマガジン式バーフィーダ、を備えた旋盤（ターニングセンタとも呼ばれる）がある。このとき、例えば長さ１〜６ｍの棒材は、当該バーフィーダによって受容されるとともに、ラム装置によってコレットチャックに供給され、その結果、工具によって加工可能となる。前記旋盤コンセプトは、様々な種類のワークピースを作製するのに適している。ワークピースを作製するときには、コレットチャックは開放され、単一のバーフィーダ又はマガジン式バーフィーダとラム装置とによって、棒材の所望の長さ分が、コレットチャック内にガイドされる。その後すぐに、コレットチャックが閉じられ、棒材は一定の回転数に至るまで加速される。旋盤内に配置された工具によって、コレットチャックに固定された棒材の端部が加工され、所望の形状を有するワークピースが作製される。作製後、ワークピースは棒材から切り離される。引き続いて、棒材の回転が停止し、コレットチャックが開放され、ラム装置によって、棒材が再び一定の長さ分フィードされ、次のワークピースの作製が行われる。

棒材は完全には芯出しされておらず、しばしば一定の均衡を失うので、特に回転数が比較的大きく、棒材が比較的長いときは、以下の事態が生じ得る。極めて大きな騒音が発生するので、旋盤の操作者又は機器室にいる人間に、聴覚障害や神経障害などの健康被害又は激しい疲労が生じる可能性がある。また、機械の寿命が損なわれるか、少なくとも場合によっては高い修理費用が生じること、及び／又は、軸受、電子機器、バーフィーダ、あるいはその他の機械部品の振動による負担が大きいために必要となる、機械の休止時間によって、高い費用が生じることもある。コレットチャックの領域における離心的（揺動的）に作用する力によって、例えば穿孔時に、旋盤の工具によって、棒材の軸方向に負荷がかかる場合に、棒材が押し戻され、それによって、誤った部分が作製されることもある。回転数が異なる場合には、同軸度の問題が生じる。この問題は、特に第１の加工ステップを、小さい第１の回転数で行い、第２の加工ステップを、はるかに大きな第２の回転数で行わなければならないときに発生し得る。このとき、様々な回転数において、ワークピースの芯出しが変化し、ワークピースの加工時に、同軸度に不正確さが生じる可能性がある。

特許文献１には、自動旋盤用の、棒状の材料をフィードするための装置が記載されている。ワークピースを供給するための装置は、ワークピースを過度にチャックで閉めなくてもよいように、かつ、ラムがスピンドル内に入ることができるように構成されている。さらに、スピンドル内には、ワークピースに対してわずかの間隙を有するガイドリングが２つ配置されているので、ワークピースは、加工中、少なくとも３点においてガイドされている。このような装置では、棒材の芯出しが、不十分にしか保証されないということに欠点がある。

特許文献２には、コレットチャック、スピンドル、及び中空軸を含む棒材加工機が記載されている。中空軸は、コレットチャックに対して同軸に取り付けられており、棒材の受容に用いられる。オイル噴射装置によって、オイルが中空軸内に供給され、オイル層が棒材の表面に形成される。このような装置では、棒材の芯出しが、不十分にしか保証されないということに欠点がある。さらに、記載された形でオイル層を保証することは困難である。棒材の動圧軸受のために潤滑油を使用することによって、この潤滑油は機械内部へ到達する。それによって、潤滑油と、加工に使用される加工油又はエマルションとが混合される。潤滑油と加工油又はエマルションとは、完全に異なる機能を有する。加工油又はエマルションは、材料除去工具を積極的に把持しやすくするのに対して、潤滑油はまさにその逆に作用し、工具の休止時間の回避につながる。通常、加工油又はエマルションは、機械内部で収集され、再利用に供される。しかしながら、潤滑油と混合された加工油又はエマルションは、比較的短い使用期間の後、交換しなければならない。

特許文献３には、旋盤に棒材を自動的に供給するための装置が記載されている。クランプクリップとベルト車とを有する複数のクランプホルダが、棒材に沿って配置されている。棒材は、旋盤に供給される間、当該ホルダによって保持される。ベルト車の制御が非常に困難かつ費用がかかることが欠点である。さらに、このような装置を既存の旋盤に取り付けるためには、多大な調整が必要となる。

特許文献４には、回転する円形棒材及び輪郭形状棒材を芯出し及び固定するための自動旋盤に接するガイド装置が記載されている。当該ガイド装置は、マガジン式バーフィーダの供給管に固定されている。ガイド装置のロータは、自動スピンドルを通じて駆動される。ロータにはレバーが取り付けられており、当該レバーは遠心力によって、回転点の周りを旋回する。レバーの一端には、ローラが取り付けられており、当該ローラは、旋回することによって棒材に力を及ぼし、棒材の芯出しを引き起こす。前記装置の欠点は、当該装置を、マガジン式バーフィーダと連結し、かつ、同時に自動スピンドルと連結しなければならないことにある。軽く湾曲した棒材の場合、部分的に遠心力が非常に大きくなるが、この遠心力を、極めて軽い構造のバーフィーダによって吸収しなければならない。それによって抑制できる振動及び騒音は、不十分なものでしかない。さらに、ローラが持続的に動くという欠点もある。マガジン式フィーダの場合は、固定されたラム装置が用いられる。したがって、前記ガイド装置を使用する場合、ローラ又はラム装置は、比較的短い使用期間で、きまって破損する。

スイス特許第５９７９５１号明細書 欧州特許出願公開第０９９９００３号明細書 独国特許出願公開第３２１０６３０号明細書 スイス特許第５８０９９９号明細書

本発明の課題は、旋盤のコレットチャックに供給されている棒材を芯出しするための新しい芯出しチャックを、先行技術の欠点を排して提案することにある。新式の芯出しチャックは、特に棒材の芯出しに適したものであり、かつ、棒材をコレットチャック内に押し込むラム装置の芯出しにも適したものである。

本発明の課題は、特に独立請求項の構成要素によって解決される。さらなる有利な実施形態が、従属請求項及び明細書に開示されている。

特に当該課題は、以下に示す芯出しチャックの発明によって解決される。
当該芯出しチャックは、棒材の長手軸線を中心として回転可能な外部構造と、棒材の長手軸線を中心として回転可能な内部構造とを備えており、内部構造が、外部構造の内部に概略的に配置され、且つ、外部構造に対して回転可能に配置されている芯出しチャックであって、
内部構造が、内部構造を通じて棒材をガイドするように設定されており、
外部構造が、外部構造をコレットチャックに対して固定するための手段と、回転数に応じた力を発生させる遠心力装置とを備えており、
内部構造は、自身に加えられた力に基づき、棒材の芯出しを行う芯出し装置を備えており、
内部構造を外部構造に対して確実に回転させることができ、且つ、遠心力装置によって発生した力をセンタリング装置に確実に伝達することができる力伝達装置が、外部構造と内部構造との間に配置されている芯出しチャックである。
このような芯出しチャックは、特に、棒材の所定長さを越えてコレットチャックに供給された棒材が芯出しされ、且つ、棒材の一定の長さから先で芯出しチャックによって把持されたラム装置が芯出しされるという利点を有している。

一実施態様においては、内部構造と外部構造との間に、少なくとも１つの玉軸受が配置されている。このような芯出しチャックには、特に、内部構造の、外部構造に対して回転可能な配置が、実証された、堅牢な手段を有するという利点がある。

別の実施態様においては、力伝達装置は、少なくとも１つの玉軸受を有している。このような芯出しチャックは、特に、単純かつ堅牢な手段を有する力伝達装置が、外部構造に対する内部構造の回転可能性と、同時に、外部構造と内部構造との間における力の伝達と、を保証するという利点を有する。

さらなる実施態様においては、力伝達装置と芯出し装置との間に、減衰要素が配置されている。このような芯出しチャックは、特に、芯出しチャックの長寿が保証され得るという利点を有する。

別の実施態様においては、棒材の外周に沿って、一定の間隔をおいて配置された、３つの芯出し装置が取り付けられている。このような芯出しチャックは、特に、芯出しのときに、非常に静かに作業できるとともに、高い効率も得られるという利点を有する。

以下に、本発明の実施態様を、例を用いて説明する。実施例は、以下の添付された図に示されている。

先行技術に基づく、旋盤及びバーフィーダの概略図である。 本発明に係る芯出しチャックを取り付けた旋盤及びバーフィーダの概略図である。 本発明に係る芯出しチャックの概略図である。 本発明に係る芯出しチャックの横断面の概略図である。

図１は、旋盤もしくはターニングセンタ１を示している。旋盤１は、工具を受容するための装置を備えた工具キャリッジ２を有している。前記工具を受容するための装置は、例えば回転可能な装置として、特にタレット４として実施可能である。タレット４には、様々な工具が取り付け可能である。特に、様々な材料のワークピースを加工するための工具、様々な加工速度に合わせて設計された工具、又はドリルなども取り付け可能である。旋盤１は、スピンドルヘッド３をさらに有している。スピンドルヘッド３は、中空軸と、当該中空軸に対して軸方向に配置されたコレットチャック５とを有している。中空軸及びコレットチャック５は、モータ（図示せず）と、例えば変速装置（図示せず）とによって駆動可能である。旋盤１は、その使用条件やワークピースの状態に応じて、例えば２０００〜３０００ｒｐｍの回転数、７０００ｒｐｍの回転数、又は１８０００ｒｐｍまでの回転数で駆動することができる。中空軸は、ワークピースが中空軸を通ってコレットチャック５に供給可能なように設計されており、このとき、前記ワークピースが、コレットチャック５に固定された状態において、一定の回転数に至るまで加速され回転しているワークピースは、工具キャリッジ２に取り付けられた工具によって加工される。このために、特に工具キャリッジ２は、工具をワークピースに対して相対的に動かすために必要な装置を有している。

図１は、バーフィーダ６、又は棒状ワークピースを旋盤１に供給するための装置６を表わす。図１の参照符号８は、そのような棒材を示している。例えば、長さ１〜６ｍの棒材を受容するためにバーフィーダ６を設置している場合がある。前記棒材は、特に円状の材料、矩形状の材料、又は六角状の材料から成っている場合がある。棒材８の種類によっては、前記欠点、すなわち騒音の発生などの欠点が顕在化する場合がある。バーフィーダ６は、特に棒材８を旋盤１に供給するためにラム装置７を有している。このために、ラム装置７は、特に玉軸受に支承されたヘッドを有している場合がある。これにより、加工時に回転する棒材８が、回転しないラム装置７に対して回転しながら支承される。

図１に表わす旋盤１と、対応するバーフィーダ６とが、比較的長時間、例えば数時間に亘るワークピースの製造を完全に自動化するために設けられている場合がある。バーフィーダ６は、複数の棒材を受容するために、例えばマガジン式バーフィーダとされる。このように完全に自動化された運転の場合には、ワークピースを製造した後に棒材の回転が停止され、その後にコレットチャック５が開放される。ラム装置７によって、棒材が工具キャリッジ２に向かって一定の長さ分だけフィードされた後に、コレットチャック５が再び閉じられる。その後、棒材が回転され、さらなるワークピースが工具キャリッジ２に取り付けられた工具によって製造される。

図２は、バーフィーダ６を備えた旋盤１を表わす。この実施例では、本発明に係る芯出しチャック１１が、スピンドルヘッド３の中空軸に取り付けられている。

図３は、本発明に係る芯出しチャック１１を概略的に表わす。芯出しチャック１１は、外部構造１２と内部構造１３とを有している。図３では、外部構造１２の部分が第１のハッチングで示されており、内部構造１３の部分が第２のハッチングで示されている。外部構造１２は、外部構造１２をコレットチャック５に対して固定するための手段１４を有している。コレットチャック５に対して固定するための手段１４は、当業者に知られた種類と方法で実現可能であり、特にフランジ、又はスピンドルヘッド３の中空軸と連結するための、フランジに相当する手段を備えている場合がある。コレットチャック５に対して外部構造１２を固定することによって、外部構造１２は、コレットチャックと同一回転数で回転することになる。すなわち、棒材が機械加工されている間には、外部構造１２が一定の回転数で回転し、棒材８が工具キャリッジに向かってフィードされている間には、外部構造１２が停止している。

内部構造１３は、図３に表わすように外部構造１２の内部に概ね配置されている。内部構造１３は、外部構造１２に対して回転可能に配置されている。このような回転可能な配置は、例えば図３に表わすように、玉軸受１５、１６、１７によって実現される。内部構造１３の回転可能な配置と同一の技術的機能を発揮する変形例が、当業者にとって公知であることは言うまでもない。１つ又は複数の玉軸受１５、１６、１７が、並列して配置された２つ以上の玉軸受を使用することによって構成されている場合もある。原理的には、これら玉軸受のうち幾つかの玉軸受を省くことも考えられる。

図３の参照符号１８は、遠心力装置を示している。遠心力装置１８は、外部構造１２に取り付けられている。図３に表わすように、遠心力装置１８は、軸と、当該軸に取り付けられた外側部分とを備えている。当該外側部分は、外部構造１２が回転する場合に、その回転が発生させる遠心力によって軸を中心として運動する。図３に表わすように、遠心力装置１８の外側部分の当該運動が伝達装置に伝達される。

図３の参照符号２０は、芯出し装置を示している。図３に表わすように、芯出し装置２０はスリーブ内で案内されるようになっている。図３において上端とされる一端が斜面を有している場合がある。図３において下端とされる他端が棒材８に当接するように構成されている場合がある。芯出し装置２０の斜面に力を作用させることによって、力が棒材８に伝達される。少なくとも２つの芯出し装置２０、好ましくは３つの芯出し装置２０が、例えば一定間隔で内部構造１３内に取り付けられている。芯出し装置２０の斜面に力を作用させることによって、棒材の軸線方向に向かって作用する力が棒材８に加えられる。これらの力によって、棒材８の芯出しが行われる。

図３に表わすように、外部構造の回転に起因して遠心力装置１８が発生させる力は、伝達装置２１によって芯出し装置２０の斜面に伝達される。伝達装置２１は、外部構造１２に取り付けられている第１の伝達部２１と、内部構造１３に取り付けられている第２の伝達部とを有している。第１の伝達部２１と第２の伝達部２２との間には、玉軸受１７が取り付けられている。単一の玉軸受１７の代わりに、２つ以上の並列配置された玉軸受が設けられている場合がある。図３に表わすように、第１の伝達部２１は、軸方向に移動可能なように外部構造１２に取り付けられている。第１の伝達部２１は、遠心力装置１８によって発生する力を受け、その力を玉軸受１７に伝達するように配設されている。この力は、玉軸受によって第２の伝達部２２に伝達される。例えば図３に表わすように、第２の伝達部２２は、玉軸受１５及び玉軸受１６によって支承されている内部構造の内側部分に、軸方向に移動可能なスリーブとして取り付けられている。玉軸受１７に作用する力が、第２の伝達部２２によって受容される。ローラが、この力を芯出し手段に伝達可能な手段によって第２の伝達部２２の一端に固定され、この力によって棒材８の芯出しが行われる。

外部構造１２は、前記手段１４によってコレットチャック５に対して固定されているので、外部構造１２は、コレットチャックと同一の回転数で回転する。内部構造１３が、外部構造１２に対して自由に回転するように配置されているので、内部構造１３の回転数は、棒材８の回転数又はラム装置７の回転数に一致させることができる。棒材８の一部が芯出し手段２０の位置に存在する場合には、内部構造１３は棒材８と同一の回転数で回転する。棒材８がコレットチャック内に把持されているので、この場合には、内部構造１３の回転数が外部構造１２の回転数と同一とされる。棒材８がラム装置７によって移送された結果として、棒材の一定の長さから先で、ラム装置７が芯出し手段２０の位置に移動する。ラム装置が回転しないので、この場合には、内部構造１３の回転数は０に等しい。

図３に表わす芯出しチャックの構成部品は、棒材８又はラム装置７が２点、３点、又は４点以上の多い点で概略的に芯出しされるように配置されている。特にこのことを達成するために、対応する数の芯出し手段が設けられている場合がある。

図３に表わすように、芯出し手段２０は、バネによって棒材８から取り外すことができるので、外部構造１２が固定されている場合には、芯出し手段２０は棒材８に接触していない。これにより棒材がラム装置７によって押し出された場合であっても、棒材８の傷つきが防止される。

図３の参照符号２３は、減衰要素を示している。減衰要素２３は、例えば、一方では、芯出し手段２０に連結されている内部構造１３の部分間に配置することが可能であり、他方では、第２の伝達部２２に連結されている内部構造１３の部分間に配置することが可能である。減衰要素２３は、例えば、バネ要素及び／又は、オイル又は空気が充満した圧力容器を有しても良い。減衰装置２３によって、第２の伝達部２２及び芯出し手段２０の間における運動力学を、所望のままに設定及び／又は制御できる。

図４には、図３のＩＶ−ＩＶから見た横断面が概略的に示されている。図４には、３つの対称的に配置された芯出し装置２０が示されている。自明のこととして、芯出し装置２０を２つのみ配置しても良いし、又は、より多くの芯出し装置２０を配置しても良い。図４に示したように、芯出し装置２０によって、棒材８は芯出しされる。図４にも、３つの減衰要素２３が図示されている。しかしながら、単一の減衰要素２３のみを配置することも可能であり、又は、より多くの減衰要素２３を配置することも可能である。

１ 旋盤
２ 工具キャリッジ
３ スピンドルヘッド
４ タレット
５ コレットチャック
６ バーフィーダ
７ ラム装置
８ 棒材
１１ 芯出しチャック
１２ 外部構造
１３ 内部構造
１４ 固定するための手段
１５ 玉軸受
１６ 玉軸受
１７ 玉軸受
１８ 遠心力装置
２０ 芯出し装置
２１ 伝達装置
２２ 伝達部
２３ 減衰要素

Claims (5)

1. 旋盤（１）のコレットチャック（５）に供給されている棒材（８）を芯出しするための芯出しチャック（１１）において、
   ‐前記芯出しチャック（１１）は、前記棒材（８）の長手軸線を中心に回転可能な外部構造（１２）を有していること、
   ‐前記芯出しチャック（１１）は、前記棒材（８）の長手軸線を中心に回転可能な内部構造（１３）を有しており、このとき、前記内部構造（１３）は、概ね前記外部構造（１２）の内部に配置されているとともに、前記内部構造（１３）は、前記外部構造（１２）に対して回転可能に配置されていること、
   ‐前記内部構造（１３）は、前記棒材（８）が前記内部構造（１３）を通ってガイドされ得るように設定されていること、
   ‐前記外部構造（１２）は、前記外部構造（１２）を前記コレットチャック（５）に対して固定するための手段を有していること、
   ‐前記外部構造（１２）は、回転数に応じた力を発生させる遠心力装置（１８）を有していること、
   ‐前記内部構造（１３）は芯出し装置（２０）を有しており、前記芯出し装置（２０）は、自身に加えられた力に基づいて、前記棒材（８）の芯出しを行うこと、及び、
   ‐前記外部構造（１２）と前記内部構造（１３）との間には、力伝達装置（２１、１７、２２）が配置されており、前記力伝達装置は、前記内部構造（１３）が前記外部構造（１２）に対して回転可能であることを保証するとともに、前記遠心力装置（１８）によって発生した力を、前記芯出し装置（２０）に伝達すること、
   を特徴とする芯出しチャック。
2. 前記内部構造（１３）と前記外部構造（１２）との間に、少なくとも１つの玉軸受（１５、１６）が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の芯出しチャック。
3. 前記力伝達装置（２１、１７、２２）が、少なくとも１つの玉軸受（１７）を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の芯出しチャック。
4. 前記力伝達装置（２１、１７、２２）と前記芯出し装置との間に、減衰要素（２３）が配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の芯出しチャック。
5. 前記棒材（８）の外周に沿って、概ね一定の間隔を置いて配置された、３つの芯出し装置（２０）が取り付けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の芯出しチャック。

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