JP2011042015A

JP2011042015A - ブローチ盤

Info

Publication number: JP2011042015A
Application number: JP2009192714A
Authority: JP
Inventors: Satoru Fukushima; 悟副島; Hiroshi Fujii; 浩藤井
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2009-08-24
Filing date: 2009-08-24
Publication date: 2011-03-03
Anticipated expiration: 2029-08-24
Also published as: JP5532746B2

Abstract

【課題】テーブルに該テーブルを支持する移動体ガイドを持たせる構造にすることにより、ボールネジに作用する偏荷重を軽減する。
【解決手段】ブローチ盤１０は、垂直方向に向けて設けられ被加工物２９の内面の切削に供されるブローチ１１と、上面から下面に貫通しブローチ１１が挿通される貫通孔１２と、被加工物２９を保持する略盤状の移動体１３と、移動体１３をブローチ１１に沿って上下動可能に支持する一対のボールネジ１４と、ブローチ１１と移動体１３と一対のボールネジ１４を囲繞するように形成されたフレーム１５と、を備える。フレーム１５にはブローチ１１とボールネジ１４との間に設けたガイド取付板１５ｇにより移動体ガイド２０をガイドさせている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ブローチに対して被加工物を相対移動させたりあるいは被加工物に対して該ブローチを相対移動させることにより、被加工物の内面または外面を所定の形状に加工するブローチ盤に関する。

従来、この種のブローチ盤においては、一つの駆動軸がブローチよりもブローチ盤の後方側の後方に設けられ、該駆動軸とラムと共に被加工物を移動して加工を行うものとされているため、ラムが片持ち状態で駆動軸に支持され、この支持点に対し被加工物にブローチが切り込まれ加工点がラムの先端側の自由端側に位置することになる。
このため、被加工物の切削に伴って加工点に発生する荷重によりラムに曲げの力が作用して微小ながらもラムが変形し、この変形によりブローチの軸線と該軸線上に配置された被加工物に軸線がずれてしまうという問題があった。このような場合には、加工時に振動が生じるなどして、被加工物の加工精度が低下するという問題が生じる。

そこで、上記の問題を解決するために、ブローチの切刃が被加工物を切削する加工点を中心とした点対称位置に、ブローチとテーブル(移動体)とを相対的に移動させるための一対の駆動軸が設けられることによって、テーブルを加工点を中心とした点対称位置の両側で支持することができ、被加工物の切削に伴って加工点に作用する荷重を一対の駆動軸に均等に分散させて受けることができるため、テーブルが前記荷重に伴う曲げの力により極微小に変形することを防止することができる。これにより、高速加工を行った場合においても加工時に振動などが発生することなく、被加工物を高精度で加工することができると共に、被加工物の生産効率の向上を図ることが可能であることが記載されている（例えば、特許文献１参照。）。

２００７−２７６００３号公報

しかしながら、特許文献１ではテーブルを一対のボールネジで支持しているため、負荷は該ボールネジに作用するので、駆動方向の負荷に加えて偏荷重が作用するとボールネジ
に十分な寿命が得られないという問題があった。
本発明は、前記の課題を解決するためになされたもので、テーブルに該テーブルを支持する移動体ガイドを持たせる構造にすることにより、前記問題を解決したブローチ盤を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、略長方形枠状のフレームと、前記フレームに設けられ略円柱状に形成されその外周に切刃を備えたブローチと、被加工物を保持する移動体と、前記ブローチの切刃と前記被加工物が接触して該被加工物が切削される加工点を中心とした点対称位置に前記ブローチと前記移動体とを前記ブローチの軸線に沿って相対的に移動させる一対の駆動軸と、を備え、前記ブローチと前記移動体とを前記ブローチの軸線に沿って相対的に移動させて前記被加工物を前記切刃で切削するブローチ盤において、
前記ブローチと前記駆動軸との間に前記加工点を中心した対称位置に前記移動体に設けられた溝と、
前記移動体の溝に嵌着され前記フレームに設けられたガイド取付板をガイドに摺動自在に移動する移動体ガイドと、
を備え、
前記被加工物の切削時に、前記駆動軸に作用する偏荷重を前記移動体ガイドにより受けることができることを特徴する。

本発明は、前記被加工物の切削時に、前記駆動軸に作用する偏荷重を前記移動体ガイドにより受けることができる。
さらに、切削負荷による変位は本構造としたことで従来のオーバーハング構造に対し略１／４に抑えることが解析結果で得られている。
また、切削時の負荷が大きくなるとオーバーハング構造では移動体の形状を大きくする必要があり機械全体のスペースも大きくなるが、本構造では移動体ガイド、ボールネジのサイズアップのみで構造を構成することが可能であり、機械の省スペース化に効果がある。

本発明の実施の形態に係るブローチ盤の概略構造を示す正面図である。図１の側面図である。図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図である。図１の移動体と移動体ガイドとの係合を示す要部拡大斜視図である。

以下、本発明に係るブローチ盤につき好適の実施の形態を挙げ、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係るブローチ盤１０の概略構造を示す正面図であり、図２は図１の側面図である。
図１に示すようにブローチ盤１０は、軸線Ｏ１０方向を垂直方向（上下方向）に向けて設けられ被加工物２９の内面の切削に供される略円柱棒状のブローチ１１と、上面から下面に貫通し前記ブローチ１１が挿通される貫通孔１２を備えつつ被加工物２９を保持する略盤状の移動体１３と、前記移動体１３をブローチ１１の軸線Ｏ１０に沿って上下動可能に支持する一対のボールネジ（一対の駆動軸）１４と、ブローチ１１と移動体１３と一対のボールネジ１４を囲繞するように形成された略長方形枠状のフレーム１５と、を備える。

ブローチ１１には、図１に示すように、略円柱棒状のブローチ本体１１ａの外周に、径方向外側に突出しつつ軸線Ｏ１０方向の下端側から上端側に所定の間隔をもって並設された複数の切刃(図示しない)が、周方向にも間隔をあけて略環状をなすように複数列設されている。また、複数の切刃は、ブローチ１１の下端側から上端側に位置する切刃ほど例えば外径が漸次大となるように並設されており、上端側の切刃が荒刃とされ、下端側の切刃が仕上げ刃とされ、荒刃と仕上げ刃の間の切刃が中仕上げ刃とされている。
さらに、ブローチ本体１１ａの上端側と下端側は、それぞれ多段略円柱状を呈するように形成され、上端側が前つかみ部１１ｃ、下端側が後つかみ部１１ｄとされている。

また、前つかみ部１１ｃには、下端側から上端側に向かうに従い外径が漸次小となるテーパー部が設けられ、後つかみ部１１ｄにも、上端側から下端側に向かうに従い外径が漸次小となるテーパー部が設けられている。この前つかみ部１１ｃ及び後つかみ部１１ｄは、それぞれ前つかみ部１１ｃが上部把持装置１６の保持孔に係合されて保持され、後つかみ部１１ｄが下部把持装置１７の保持孔に係合されて保持されて、ブローチ１１をその軸線Ｏ１０が垂直方向に向くように固定するものとされている。
なお、上部把持装置１６及び下部把持装置１７は従来公知の構造であって本発明の要旨に関係ないので詳細な説明を省略する。

移動体１３は、図１及び図４に示すように、上面側からの対向視で略矩形状を呈する一対の移動体本体部１３ａと、前記移動体本体部１３ａの平行する左右一対の側端側から、この一対の側端にそれぞれ外方に向けて突出する左右一対の支持部１３ｂから構成されて、左右対称形状にされている。また、移動体１３は移動体本体部１３ａ、１３ａ間の略中央部は低くなって略平面を形成する凹部１３ｃを備え、該凹部１３ｃには、上面側からの対向視でその中央に、上面から下面に貫通する貫通孔１２が設けられている。この貫通孔１２は、その径がブローチ１１の最大外径よりも大きく形成されて、該ブローチ１１を挿通可能にしている。

図４に示すように、一対の移動体本体部１３ａにはそれぞれ上面側からの対向視で略コ字状を呈する凹溝１９が形成され、該凹溝１９には軸線Ｏ１４に沿って移動体本体部１３ａの上下に移動体ガイド２０が取り付けられ、該移動体ガイド２０はフレーム１５に設けられるガイド板２１に摺動自在に嵌挿されている。
凹溝１９の底面１９ａはブローチ１１の軸線Ｏ１０及びボールネジ１４の軸線Ｏ１２を横方向（図３で左右方向）に結ぶ中心線を通る面に対して平行に保持されている。
また、一対の支持部１３ｂのそれぞれには、突設方向（図１のブローチ盤１０の前方側からの対向視に左右方向）の先端側に、上面から下面まで垂直方向に貫通し内面に螺刻が施されたネジ孔１３ｄが設けられている。

フレーム１５は、図１乃至図３に示すように、互いに平行して垂直方向に延びる略平板状の一対の縦枠板１５ａと、縦枠板１５ａの一端（図３で上端）を接続する後縦枠板１５ｂと、縦枠板１５ａの他端（図３で下端）に接続された前縦枠板１５ｃと、縦枠板１５ａの内側の略中央に配設され後枠板１５ｂに並行して該縦枠板１５ａに接続された中間縦枠板１５ｄと、縦枠板１５ａの上端同士を繋げるように水平方向に延設された略平板状の上横枠板１５ｅ（図２参照）と、縦枠板１５ａの下端端同士を繋げるように水平方向に延設された略平板状の下横枠板１５ｆと、を備え構成されている。ここで、一対の縦枠板１５ａの垂直方向の長さが上横枠板１５ｅ及び下横枠板１５ｆの水平方向の長さよりも大きな寸法とされて、フレーム１５は、長手方向を垂直方向に向けた略長方形枠状を呈する。

また、前縦枠板１５ｃには、図１及び図２に示すように、その上方にボールネジ１４を駆動する駆動源、例えばサーボモータ２３を設け、前記サーボモータ２３により駆動されるボールネジ１４が垂直方向に軸線Ｏ１１に沿って延伸して設けられ、ボールネジ１４とサーボモータ２３が継手２４を介して連結されて該ボールネジ１４の両端を支持する軸受２５、２６により回転自在に設けられている。これにより、サーボモータ２３が駆動して一対のボールネジ１４を軸線Ｏ１２（Ｏ１１）の回りに回転するとともに、移動体１３を垂直方向に上下動させることが可能である。
また、一対のボールネジ１４で上下動可能に支持された移動体１３は、その軸線Ｏ１５が垂直方向を向き、かつフレーム１５の中心軸線Ｏ１３と一致し、これとともに、移動体１３の貫通孔１２の軸線O１８
がフレーム１５の中心軸線Ｏ１３上に設けられている。

一対のボールネジ１４は、移動体１３の支持部１３ｂに設けられた一対のネジ孔１３ｄにそれぞれ螺合されつつ挿通されて、移動体１３をその上面が一対のボールネジ１４の軸線Ｏ１１に直交するようにして支持している。これにより、サーボモータ２３を駆動して一対のボールネジ１４を軸線Ｏ１２（０１１）回りに回転させるとともに、移動体１５を垂直方向に上下動させることができる。
また、一対のボールネジ１４で上下動可能に支持された移動体１３は、その軸線Ｏ１５が垂直方向を向き、かつフレーム１５の中心軸線Ｏ１３と一致され、これとともに、移動体本体部１３ａの貫通孔１２がフレーム１５の中心軸線Ｏ１３上に設けられている。
このように、サーボモータ２３に接続された一対のボールネジ１４は、他端（下端）が下枠１５ｆよりも若干上方に位置するまで延設されて軸線Ｏ１２（Ｏ１１）回りに回転可能に支持されている。

さらに、中間縦枠板１５ｄの前面（図３で下面）及び前縦枠板１５ｃの内方には、サーボモータ２３の軸線Ｏ１１、ボールネジ１４の軸線Ｏ１２に並行に軸線Ｏ１４を有するガイド取付板１５ｇが設けられ、ブローチ１０の全体の軸線Ｏ１０及びフレーム１５の中心軸線Ｏ１３に並行に設けられている。
また、サーボモータ２３の軸線Ｏ１１、ボールネジ１４の軸線Ｏ１２、ガイド取付板１５ｇの軸線Ｏ１４は、ブローチ１０の全体の軸線Ｏ１０及びフレーム１５の中心軸線Ｏ１３に対して直交する同一平面上にあって対称位置に設けられている。

図４に示すように、ガイド取付板１５ｇには前述したようにガイド板２１がねじ部材２２により取り付けられている。よって、サーボモータ２３の駆動によりボールネジ１４が回転して移動体１３が上下方向に移動する際、移動体１３は該移動体１３に取り付けた移動体ガイド２０がガイド取付板１５ｇに嵌合し、該ガイド取付板１５ｇをガイドにして移動するようになる。

この場合、ガイド取付板１５ｇと移動体ガイド２０とが係合する摺動面の前後（図４で上下方向）の出入りはサーボモータ２３の軸線Ｏ１１、ボールネジ１４の軸線Ｏ１２、ガイド取付板１５ｇの軸線Ｏ１４及びブローチ１０の全体の軸線Ｏ１０、フレーム１５の中心軸線Ｏ１３を結ぶ中心線よりも僅かに後方（図４で上方）に設けられている
ガイド取付板１５ｇと移動体ガイド２０とが係合する摺動面の前後（図４で上下方向）の出入りは、フレーム１５の中心軸線Ｏ１３を結ぶ中心線と同一線上でもよいし、該中心線よりも僅かに前方（図４で下方）でもよい。

また、このとき、一対のボールネジ１４は、移動体１３の支持部１３ｂに設けられた一対のネジ孔１３ｄにそれぞれ螺合されつつ挿通されて、移動体１３をその上面が一対のボールネジ１４の軸線Ｏ１２（０１１）に直交するようにして支持している。これにより、サーボモータ２３を駆動して一対のボールネジ１４を軸線Ｏ１２回りに回転させるとともに、移動体１３を垂直方向に上下動させることが可能とされる。
また、一対のボールネジ１４で上下動可能に支持された移動体１３は、移動体ガイド２０にガイドされてその軸線Ｏ１５が垂直方向を向き、かつフレーム１５の中心軸線Ｏ１３と一致され、これとともに、移動体本体部１３ａの貫通孔１２がフレーム１５の中心軸線Ｏ１３上に設けられている。

そして、上記のように移動体１３を上下動可能に支持した一対のボールネジ１４は、移動体１３の凹部１３ｃに固定した被加工物２９とブローチ１１の切刃が接触する加工点Ｈを中心とした点対称位置に設けられ、移動体１３と共に被加工物２９が上下動した場合においても、上記の加工点Ｈと一対のボールネジ１４の相対位置が変わることがないように設けられている。

一方、フレーム１５の前縦枠板１５ｃの下方には、上部把持装置１６で前つかみ部１１ｃが保持されたブローチ１１の後つかみ部１１ｄが係合されてこれを保持可能とされた下部把持装置１７が固定されている。この下部把持装置１７は、その上面側に軸線Ｏ１３方向下方側に向けて延びる保持孔（図示しない）を備え、この保持孔が後つかみ部１１ｄに係合されてこれを保持することが可能とされている。このように上部把持装置１６及び下部把持装置１７で前つかみ部１１ｃ及び後つかみ部１１ｄが保持されたブローチ１１は、移動体１３の貫通孔１２に挿通され、その軸線Ｏ１０がフレーム１５の中心軸線Ｏ１３及び上部把持装置１６及び下部把持装置１７の軸線Ｏ１６と同軸線上に配置されて保持されている。

なお、上記のように構成された本実施の形態に係るブローチ盤１０においては、一対の縦枠板１５ａ、前後の縦枠板１５ｂ，１５ｃ、中間枠板１５ｄ、上下の横枠板１５ｅ，１５ｆが一対のボールネジ１４を結ぶ直線方向の外側にそれぞれ設けられ、一対の縦枠１５ａ及び前後の縦枠板１５ｂ，１５ｃ、中間枠板１５ｄの上端同士及び下端同士が上下の横枠板１５ｅ，１５ｆにより接続されて、ブローチ１１と移動体１３と一対のボールネジ１４がフレーム１５によって囲まれるように配置されている。これにより、ブローチ盤１０は、フレーム１５によりその全体構造としての剛性に優れたものとされている。

本実施の形態に係るブローチ盤１０は基本的には以上のように構成されるものであり、次に動作についで説明する。
一対のサーボモータ２３を駆動してこれに接続された一対のボールネジ１４を回転させることにより、移動体１３が、その下面を上部把持装置１６に近接させた最下方に位置され、また、サーボモータ２３を駆動して上部把持装置１６がサーボモータ２３側の最上方に位置する。この状態においては、移動体１３の貫通孔１２からブローチ１１が引き抜かれており、後つかみ部１１ｄが移動体１３の上面よりも上方に位置されて、ブローチ１１と移動体１３との間に隙間が設けられている。

この状態において、加工する被加工物２９を上記隙間から移動体１３に固定する。本実施の形態に係るブローチ盤１０においては、被加工物２９に予め下穴が形成されており、この下穴の内面を本実施のブローチ盤１０によって所定の形状に加工する。そして、被加工物２９は、下穴の中心軸線Ｏ１７を貫通孔１２の中心軸線（移動体１３の軸線）Ｏ１８と同軸線上に配して下穴と貫通孔１２とを連通させた状態で移動体１３の上面側に固定される。

移動体１３に被加工物２９を固定した段階で、サーボモータ２３を駆動し該サーボモータ２３に接続されたボールネジ１４を軸線Ｏ１２（Ｏ１１）回りに回転させて、前つかみ部１１ｃと上部把持装置１６の保持孔とが係合してブローチ１１を保持して該上部把持装置１６を降下させ、上部把持装置１６は、軸線Ｏ１８方向を確実に維持した状態で下降する。そして、ブローチ１１の後つかみ部１１ｄが、被加工物２９の下穴、移動体１３の貫通孔１２に順に挿通され、下部把持装置１７の保持孔に係合されることでブローチ１１が固定される。

次いでブローチ１１を固定した段階で、２つのサーボモータ２３を同期させつつ駆動して一対のボールネジ１４を回転させる。これとともに、移動体１３、ひいては被加工物２９が上方に移動し、上昇した被加工物２９の下穴の内面が、はじめにブローチ１１の下端側に形成された荒刃に切り込まれる。そして、継続的に移動体１３とともに被加工物２９を上昇させることにより、下穴の内面はブローチ１１の中仕上げ刃、そして仕上げ刃に順次切り込まれてゆく。ブローチ１１の上端側に形成された仕上げ刃が被加工物２９の下穴を通過した段階で、被加工物２９は、所定の形状精度に切削されて仕上げ加工されることとなる。

このように被加工物２９を切削加工する際に、本実施の形態に係るブローチ盤１０においては、ブローチ１１の切刃１ｂが被加工物２９を切削する加工点Ｈを中心とした点対称位置に、ブローチ１１に対して移動体１３を昇降移動する一対のボールネジ１４が設けられ、かつブローチ１１とボールネジ１４との間に一対の移動体ガイド２０が設けられて該移動体ガイド２０により移動体１３を摺動自在にガイドしているので、被加工物２９の切削時に、ボールネジ１４の作用する偏荷重を一対の移動体ガイド２０により受けることができるので、加工点Ｈに負荷される切削荷重が均等に一対のボールネジ１４のそれぞれに分散されて受け止められることにより、移動体１３に偏荷重が作用しないすることができ、高精度の加工を行うことができる。

さらに、移動する移動体１３が一対の移動体ガイド２０を介してフレーム１５に一体になったガイド取付板１５ｇに係合されているため、移動体１３を、より確実に被加工物２９の下穴の中心軸線Ｏ１７とブローチ１の軸線Ｏ１０とを一致させた状態で移動させることができる。また、一対のボールネジ１４を回転駆動させるサーボモータ２３をフレーム１５に支持させて、サーボモータ２３の回転の軸線Ｏ１１とボールネジ１４の軸線Ｏ１２とを同軸とすることができるため、一対のボールネジ１４を確実に同期させて回転させることが可能になり、確実に移動体１３、ひいては被加工物２９を、これらの軸線Ｏ１８、Ｏ１７とブローチ１の軸線Ｏ１１を同軸線上に維持して昇降させることが可能になる。よって、被加工物２９をより確実に高精度で加工することが可能になる。
さらに、切削負荷による変位は本構造としたことで従来のオーバーハング構造に対し略１／４に抑えることが解析結果で得られている。
また、切削時の負荷が大きくなるとオーバーハング構造では移動体の形状を大きくする必要があり機械全体のスペースも大きくなるが、本構造では移動体ガイド、ボールネジのサイズアップのみで構造を構成することが可能であり、機械の省スペース化に効果がある。

なお、本実施の形態では、被加工物２９の下穴の内面を所定の形状に仕上げるものとして説明を行なったが、被加工物２９の外面を所定の形状に加工するために適用されてもよいものである。また、移動体１３を昇降させる一対の駆動軸３が一対のボールネジ１４としたが、例えばシリンダーなどであってもよく、加工点Ｈを中心として点対称位置に設けられて移動体１３を昇降可能とするものであれば、他の機構による駆動軸を用いてよい。

さらに、本実施の形態では、ブローチ１１に対して、移動体１３（被加工物２９）を上昇させながら被加工物２９の加工を行うものとして説明したが、ブローチ１１と移動体１３とが相対的に移動することで被加工物２９が加工することももできる。

１０ブローチ盤１１ブローチ
１２貫通孔１３移動体
１４ボールネジ１５フレーム
１９凹溝２０移動体ガイド
２１ガイド板２２ねじ部材
２３サーボモータ２４継手
２５、２６軸受２９非加工物

Claims

略長方形枠状のフレームと、前記フレームに設けられ略円柱状に形成されその外周に切刃を備えたブローチと、被加工物を保持する移動体と、前記ブローチの切刃と前記被加工物が接触して該被加工物が切削される加工点を中心とした点対称位置に前記ブローチと前記移動体とを前記ブローチの軸線に沿って相対的に移動させる一対の駆動軸と、を備え、前記ブローチと前記移動体とを前記ブローチの軸線に沿って相対的に移動させて前記被加工物を前記切刃で切削するブローチ盤において、
前記ブローチと前記駆動軸との間に前記加工点を中心した対称位置に前記移動体に設けられた溝と、
前記移動体の溝に嵌着され前記フレームに設けられたガイド取付板をガイドに摺動自在に移動する移動体ガイドと、
を備え、
前記被加工物の切削時に、前記駆動軸に作用する偏荷重を前記移動体ガイドにより受けることができることを特徴するブローチ盤。