JP2010537834A - 円筒状コンポーネントを機械加工する機械における高精度案内デバイス - Google Patents

Abstract

スピンドル（６）は、固定ソケット(１３)に高精度に担持されたプーリー(１１)とベルト(１０)とによりモータ（５）による駆動がなされる。スピンドルは、スピンドルシャフト（１６）を有し、該スピンドルシャフトの後部固形部分（２０）はソケット（１３）内を回転し、また、ネジ（１８）及び中芯あわせ部品（１９）により、擬似ユニーバーサルジョイントディスク（１７）の内側領域に連結され、該擬似ユニーバーサルジョイントディスク（１７）の外側領域はプーリー（１１）に連結される。第二の擬似ユニーバーサルジョイントリンクは、スピンドルシャフト（１６）の後部部分(２０)と前部部分(２１)との間に配置され、締付けクランプ（８）が設置されるクランプ保持ソケット（７）に固定される。
【選択図】図２

Description

おおよそ長寸短径のドリルのような硬質材料から製作される一定の円筒状のツールの機械加工は、より一層の正確性に対する極めて高度な要求を満たして遂行されなければならない。

従来の機械においては概して、締付けフィンガーを備える固定Ｖ字形状体から構成されるコンポーネント受容デバイスが知られている。これらの装置は、機械加工されるバー(bar)から４つの自由度、すなわち、２方向の回転と２方向の移動とを拘束する。正確で完璧な案内をもたらすべく、駆動デバイスにとってはコンポーネントの軸線方向移動と該軸線周りの回転との２つの残存する自由度を拘束することが残されており、軸線周りの回転については拘束されることはないが、機械の他の動作による補間を可能とするようにデジタル的に制御される。

米国特許第４、９７１、３３９号公報は、コンポーネント受容デバイス上の駆動手段によりもたらされる寄生作用の発生の回避を可能とする案内デバイスの構成が記載されているが、この知られている構成は、駆動モータと締付けクランプとの間における精密な制御を保証するものではない。

米国特許第４、９７１、３３９号公報

本発明の目的は、コンポーネント受容デバイスが必要な精度にてコンポーネントを保持するという加工機械のスタンド(stand)上に取り付けることが可能である最適な加工ヘッドを提供することであり、この加工ヘッドは、加工の精度に影響を及ぼす傾向がある寄生作用をもたらすことなく、残存する２つの自由度を最適に制御するように形成される。

この目的の実現のために、本発明は、
スタンド上に取り付けられる加工ヘッドを備え、該加工ヘッドが、フローティングスピンドル(floating spindle)であって、その一端が該フローティングスピンドルを回転駆動するモータに接続され、他端がコンポーネントを完全に把持しうる締付けクランプに接続されるというフローティングスピンドルを有し、フローティングスピンドルは案内システムにおける固定軸線に沿って案内されるという、円筒状コンポーネントを機械加工する機械における精密案内デバイスであって、
コンポーネントが回転可能にモータに対してしっかりと連結される一方で、該コンポーネントが案内システムに対して径方向に自由に動けるように、上記フローティングスピンドルが構成される、ことを特徴とする精密案内デバイスを提供することを目的とする。

一実施形態においては、締付けクランプは、フローティングスピンドルの一部を形成する複合スピンドルシャフトの内側に構成される。

複合スピンドルシャフトは、２つの弾性変形可能部分を具備するスピンドル組立体の一部を形成し、各弾性変形可能部分はリンク要素を有し、該リンク要素は互いにしっかりと固定される。

スピンドル組立体の一方の弾性変形可能部分が、モータに接続されたプーリーに連結される入力要素であって、スタンドに対して堅固に固定される軸線に沿って担持される入力要素を有し、また、スピンドル組立体の他方の弾性変形可能部分が、締付けクランプを支持するクランプ保持ソケットが固定される前部出力要素を有しうる。

駆動プーリーは、スタンドに固定される固定ソケット上のボール軸受のシステムにより担持され、スピンドル組立体が自由に回転されるようにされうる。

スピンドル組立体の弾性変形可能部分の各々は、穴加工された環状部品であって制限された範囲の角度移動を可能とする対称軸線をもたらすような環状部品として形成されうる。

スピンドル組立体の弾性変形可能部分は、いかなる変形も遊びもなく駆動トルクが伝達されつつ締付けクランプと駆動プーリーとの間の径方向移動が寄生作用によってもたらされないように、リンク要素により同軸的に互いに固定されうる。

スピンドル組立体の弾性変形可能部分の各々は、複合スピンドルシャフトの軸線まわりに円弧状に延在する２対の開口部により境界が定められる３つの別個の領域を有し、該２対の開口部の各対の開口部の間には同一直径面内に配置される２つの薄寸ウェブあるいは２つの十字形状要素のみが残置され、十字形状要素の各対あるいは各ウェブは、スピンドル組立体の入力要素および出力要素との間の径方向の移動を許可するように、直径方向において対向する二つの位置にて第一の領域を第二の領域に接続するか、あるいは、第二の領域を第三の領域に接続する。

スピンドル組立体の一方の弾性変形可能部分が、外側領域が駆動プーリーに厳格に連結される入力要素を形成するディスク形態を有し、スピンドル組立体の他方の弾性変形可能部分が、３つの別個の領域の各領域が複合スピンドルシャフトに沿って離間されて配置され、リンク要素と反対側の端部が、クランプ保持ソケットと相互依存する出力要素を形成するような細長いスピンドルシャフトの形態を有しうる。

本発明の実施形態が、添付図面を参照しつつ単なる例証として以下に記載される。

案内デバイスの一部を形成するフローティングスピンドルを備える加工ヘッドの斜視図である。 フローティングスピンドルの軸線に沿った、図１の加工ヘッドの垂直断面図である。 フローティングスピンドルの一部を形成する、穴加工された部材の斜視図である。 フローティングスピンドルの一部を形成する、穴加工された部材の斜視図である。 穴加工された前方部分を有するスピンドルシャフトの斜視図である。

図１は、機械のベース上に設置されるように形成されたスタンド２を有するフローティングスピンドルを備える加工ヘッド１であって、このベースに対して軸線Ｘに沿って高精度に案内される加工ヘッドを示す。参照番号３にて概して示されるモータサポートはスタンド２に堅固に固定され、また、容器４内にはデジタル制御駆動モータ５（図２）が収容される。

この駆動モータ５は、例えば極めて硬質な材料から作られるドリルのような円筒状の細長いコンポーネントであって機械のベース上に設置され案内される砥石ホイールにより加工あるいは修正されるべきコンポーネントを回転させるように形成される。必要な高精度を実現するためには、空間における２方向の回転と２方向の移動との４つの自由度を拘束することによりコンポーネントを案内する（不図示の）コンポーネント受容デバイス内に、機械加工されるコンポーネントが保持されることが不可欠となります。コンポーネント受容デバイスによりコンポーネントは所定の軸線方向及び位置に高精度に配置され、加工ヘッド１の軸線方向の移動が最後の自由度を確定し、駆動モータ５は、コンポーネントの軸線まわりの回転を制御しなければならない。

これの２つの自由度が、案内デバイスと駆動機構との間における調整不良からもたらされる寄生作用なしに制御されることを確かなものとするように、加工ヘッド１は、参照番号６（図２）により概して示されるフローティングスピンドルであって機械加工されるコンポーネントを受容するフローティングスピンドルを備える。

図１に示されるフローティングスピンドル６においては、機械加工されるコンポーネントをロックするクランプ８を保持し制御するクランプ保持ソケット７の端部が見られうる。

図２には、ソケット７の駆動機構の構造が示される。モータシャフト５は、同期ベルト１０によりスピンドルプーリー１１を駆動する駆動プーリー９を保持する。同期ベルトによる牽引力をスピンドルシャフト６に伝達しないように、プーリー１１は２つのボール軸受１２上に配設され、該ボール軸受の内側リングは、固定リング１４及びスペーサ１５によりスタンド２に堅固に固定されるスタンドソケット１３上に配設される。

このような構成によれば、径方向作用力はシャフトに伝達されず、駆動トルクのみが伝達される。

上述の条件下での動き及び作用力の伝達を確実なものとするために、スピンドル６は、スピンドルプーリー１１をクランプ保持ソケット７に接続するスピンドルシャフト１６を備える。プーリー１１は、擬似ユニバーサルジョイント（自在継手）１７の外側円形部分に固定され、該擬似ユニバーサルジョイント１７は、スピンドルシャフト１６の固形部分２０の背面に対して中芯合わせコンポーネント１９及びネジ１８により固定される中央部分を有する。スピンドルシャフト１６の固形部分２０は、スタンドソケット１３に対して自由に回転し、クランプ保持ソケット７に固定されるスピンドルシャフト１６の前部端部２１は、固定ソケット２２内に案内される。スピンドルシャフト１６の後部固形部分２０と前部固形部分２１との間には変形可能部分２３が配置され、該変形可能部分は図４に最もよく示されており、また、構成要素１７の中間部のような擬似ユニバーサルジョイントとして作用する（図３及び図４参照）。

形態は異なるが、スピンドルシャフト１６の変形可能部分２３とディスク１７とは、機能面においては同様の役割を果たす要素である。

図３における擬似ユニバーサルジョイントディスク１７は、プーリー１１への固定用ネジのための開口部を備える外側周縁部領域４と、中間領域２５と、ネジ１８用の（不図示の）開口部を備える中央部領域２６とを備える。これらの各領域の間には２対の円弧状開口が延在し、該２対の円弧状端部の各対の端部の間にはそれぞれ２つの十字形状要素２７，２７’及び２８、２８’のみが残置され、該十字形状要素は、コンポーネント１７の軸線を有する平面であって互いに直交する平面に従い径方向に配設される。これらの十字形状要素２７及び２８によれば、外側周縁部領域２４と中央領域２６との間における軸線ｉ及び軸線iiのまわりの制限された範囲内での角度移動が可能であるように、領域２４及び２５と領域２５及び２６とのそれぞれが互いに接続される。

最後に、図４にはスピンドルシャフト１６の環状部分が示されており、変形可能部分２３により前部固形部分２１から後部固形部分２０が離間されていることを識別でき、変形部分２３はシャフトの軸線を囲む２対の狭スロット状開口部により特定され、該２対の狭スロット状開口部の各開口部は実質的にシャフト周囲の半分部上にあり、該狭スロット状開口部の端部の間には、後部固形部分２０あるいは前部固形部分２１に中間部分２３を接続する薄寸ウェブ２９，２９’及び３０、３０’のみが残置される。ウェブ２９及びウェブ３０の共通平面もまた、互いに直交する。各部分間の間における軸線ｋ及びｋｋまわりの小角度移動がほぼ自由に可能となる。

クランプ８と、機械加工されるコンポーネントであって通常の締付けデバイス３１によりスピンドル６に保持されるコンポーネントとは、２つの擬似ユニバーサルジョイントと十字形状要素２７及び２８とウェブ２９及び３０との手段により駆動プーリー９に接続され、これらの手段は、駆動プーリー９に対する平行及び角度の両方のコンポーネントの調整不良を許容し、結果的に、スタンド２に対する平行及び角度の両方のコンポーネントの調整不良を許容する。その一方で、十字要素２７、２８及びウェブ２９、３０は軸線方向においては移動されえないので、コンポーネントは軸線方向においては厳格に保持される。同様に回転においては、クランプ８に固定されるコンポーネントとサーボモーター５との間のリンク（連結）は厳格であり、機械の他のデジタル軸による補間および角度制御を可能とする。

従って、クランプ８と、締付けシステム３１により保持されるコンポーネントとは、２つの擬似ユニバーサルジョイントと十字形状要素２７及び２８とウェブ２９及び３０との手段により駆動プーリーに接続され、これらの手段は、駆動プーリーに対する平行及び角度の両方のコンポーネントの調整不良を許容し、結果的に、ベース２６に対する平行及び角度の両方のコンポーネントの調整不良を許容する。その一方で、十字要素２７、２８及びウェブ２９、３０は軸線方向においては移動されえないので、コンポーネントは軸線方向においては厳格に保持される。同様に回転においては、コンポーネントとサーボモーター５との間のリンクは厳格であり、機械の他のデジタル軸による補間および角度制御を可能とする。

よって、本デバイスは、ユニバーサルジョイントを備えた従来の如何なるデバイスと比較しても、遊びや摩耗の欠陥の保証を提供する。

Claims (9)

1. スタンド（２）上に取り付けられる加工ヘッド（１）を備え、該加工ヘッドが、フローティングスピンドル（６）であって、その一端が該フローティングスピンドルを回転駆動するモータ（５）に接続され、他端が前記コンポーネントを完全に把持しうる締付けクランプ（８）に接続されるというフローティングスピンドル（６）を有し、該フローティングスピンドルは案内システムにおける固定軸線に沿って案内されるという、円筒状コンポーネントを機械加工する機械における精密案内デバイスであって、
   前記コンポーネントが回転可能に前記モータ（５）に対して確実に連結される一方で、前記コンポーネントが前記案内システムに対して径方向に自由に動けるように、前記フローティングスピンドルが構成される、ことを特徴とする精密案内デバイス。
2. 前記締付けクランプ（８）は、前記フローティングスピンドル（６）の一部を形成する複合スピンドルシャフト（１６）の内側に構成される、ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
3. 前記複合スピンドルシャフト（１６）は、２つの弾性変形可能部分（１７、１６）を具備するスピンドル組立体（１６、１７、１８、１９）の一部を形成し、前記各弾性変形可能部分はリンク要素(２６、２０)を有し、該リンク要素は互いにしっかりと固定される、ことを特徴とする、請求項２に記載のデバイス。
4. 前記スピンドル組立体の一方の弾性変形可能部分（１７）が、前記モータに接続された駆動プーリー（１１）に連結される入力要素(２４)であって、前記スタンド（２）に対して堅固に固定される軸線に沿って担持される入力要素を有し、また、前記スピンドル組立体の他方の弾性変形可能部分（１６）が、前記締付けクランプ（８）を支持するクランプ保持ソケット（７）が固定される前部出力要素(２１)を有する、ことを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
5. 前記駆動プーリー（１１）は、前記スタンド（２）に固定される固定ソケット(１３)上のボール軸受(１２)のシステムにより担持され、前記スピンドル組立体（１６、１７、１８、１９）が自由に回転されるようにされる、ことを特徴とする請求項４に記載のデバイス。
6. 前記スピンドル組立体の前記弾性変形可能部分(１６、１７)の各々は、穴加工された環状部品であって制限された範囲の角度移動を可能とする対称軸線をもたらすような環状部品として形成される、ことを特徴とする請求項４に記載のデバイス。
7. 前記スピンドル組立体の前記弾性変形可能部分(１６、１７)は、いかなる変形も遊びもなく駆動トルクが伝達されつつ前記締付けクランプ（８）と前記駆動プーリー（１１）との間の径方向移動が寄生作用によってもたらされないように、前記リンク要素（２６、２０）により同軸的に互いに固定される、ことを特徴とする請求項６に記載のデバイス。
8. 前記スピンドル組立体の前記弾性変形可能部分(１６、１７)の各々は、前記複合スピンドルシャフトの軸線まわりに円弧状に延在する２対の開口部により範囲が定められる３つの別個の領域（２４、２５、２６；２０、２３、２１）を有し、該２対の開口部の各対の開口部の間には同一直径面内に配置される２つの薄寸ウェブあるいは２つの十字形状要素（２７、２７’、２８、２８’；２９、２９’、３０、３０’）のみが残置され、前記十字形状要素の各対あるいは前記各ウェブは、前記スピンドル組立体の前記入力要素および前記出力要素との間の径方向の移動を許可するように、直径方向において対向する二つの位置にて第一の領域を第二の領域に接続するか（２４、２５；２０、２３）、あるいは、第二の領域を第三の領域に接続する（２５、２６；２３、２１）、ことを特徴とする請求項７に記載のデバイス。
9. 前記スピンドル組立体の一方の前記弾性変形可能部分（１７）が、外側領域が前記駆動プーリー（１１）に厳格に連結される入力要素を形成するディスク形態を有し、前記スピンドル組立体の他方の前記弾性変形可能部分（１６）が、前記３つの別個の領域の各領域が前記複合スピンドルシャフトに沿って離間されて配置され、前記リンク要素と反対側の端部が、前記クランプ保持ソケット（７）と相互依存する前記出力要素（２１）を形成するような細長いスピンドルシャフトの形態を有する、請求項８に記載のデバイス。

Images