JP2012045693A - 工具振動装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】工具振動装置10は、工具1が固定される刃物台2と、刃物台2が固定された摺動自在のスライド3と、スライド3をガイドするスライドガイド4と、スライドガイド4に設けられ、回転軸5を回転自在に支持するブロック6と、ブロック6に固定され、回転軸5を回転するサーボモータ9と、回転軸5に固定され、スライド3を振動させる外周面を中心に対して偏心させた偏心円盤7と、を備え、スライド3のスライド方向に、偏心円盤7を回転自在に挟持するガイド部材8,8を設けたことを特徴とする。
【選択図】図4
Description
また、モータに連結した歯車を偏心させ、刃物台に固定したバイトの前方に揺動回転軸を設けて、バイトを揺動させることによって、切粉を切断する切削装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、特許文献1に記載された切削装置では、駆動源のモータの回転数を小さくするのに、減速機構を採用しているため、切削装置が大型化する傾向にあり、切削装置の設置スペースを広くする必要があるという問題があった。
前記スライド(3)のスライド方向に、前記偏心円盤(7)を回転自在に挟持するガイド部材(8,8)を設けたことを特徴とする。
本発明の工具振動装置10が搭載される工作機械100は、鋼材やアルミ材からなるワークを、例えば、外径加工するバイト1aによる荒引き、中引き加工や、ボーリングバー1bによる内径加工に好適である。
図1、図2に示すように、工作機械100は、例えば、ここではNC旋盤であるが、ベッド11上面の左側に、カバーで覆われた主軸台12が配置され、主軸台12の主軸12aに3つ爪チャック12bが固定され、3つ爪のソフトジョー12cによって、ワークWが把持されている。
主軸台12の前方のベッド11(右側上面)には、すべりガイド(摺動面)11a,11aが設けられ、左右(Z軸)方向へ移動自在のサドル22が載置されている。また、このサドル22の上面に設けられた摺動面には、前後(X軸)方向へ移動可能なクロススライド32が載置され、そして、このクロススライド32の上面に、本発明の工具振動装置10が搭載されている。
なお、工作機械100の座標系を示す記号についてはJISB6310に規定されている。NC旋盤に関しては、主軸12aの軸方向をZ軸とし、このZ軸に直交する方向をX軸とするように規定されている。
機械本体の2(Z,X)軸の軸移動は、Z軸移動機構、X軸移動機構により行われる。
このZ軸移動機構、X軸移動機構は、サーボモータとボールねじとナットによる公知の機構で構成されているため、ここでの説明は省略する。
本発明の工具振動装置10の構成を、図3〜図5を使用して詳細に説明する。
図3、図4に示すように、本発明の工具振動装置10は、例えば、工作機械100のNC旋盤のクロススライド32の上面に、長手方向に直交して固定されている。
工具振動装置10は、ベースとなるスライドガイド4の上に摺動自在にスライド3が載置され、チャック12b(図1、図2参照)側のスライド3の左方上面に櫛歯形刃物台2が固定されている。また、図5に示すように、スライドガイド4の右方上面には、サブブロック6a,6aを介してブロック6が、ボルト6d,6d…によって固定されている。また、直立した回転軸5の下端には偏心円盤7が連結され、直立した回転軸5の上端はサーボモータ9とカップリング5aによって連結され、サーボモータ9が直立した状態でブロック6に固定されている。
工具1は、バイト1a、ボーリングバー1bが好適である。
バイト1aは、ワークWの回転軸線に対して直角方向にセットされ、櫛歯形刃物台2に固定されている。バイト1aは、外径加工する外径バイトが該当し、荒引き、中引き加工等をする。
ボーリングバー1bを使用する場合は、ワークWの回転軸線方向に対して平行にセットされ、櫛歯形刃物台2に固定される(図示せず)。
刃物台2の櫛歯形刃物台2は、バイト用とボーリングバー用兼用の櫛歯形刃物台2である。バイト用、ボーリングバー用の専用品としてもよい。
櫛歯形刃物台2は、スライド3の上面に設けられたT溝に位置決めされ、穴付きボルトとTナットにてスライド3上面に固定されている。
スライドガイド4は、図3に示すように、平面視で矩形に形成されており、図4、図5(a)に示すように、側面にはダブテールの形状をしたガイドの摺動面を有している。また、ダブテールの片面には、スライドガイド4とスライド3との隙間を調整するギブ4aが装着されている。また、一端にはギブ4aの押し引き用として調整ねじ4bが配置され、この調整ねじ4bによってギブ4aの位置を決めている。
スライド3は、図5の(a)に示すように、スライドガイド4のダブテール上に摺動自在に嵌合されている。ダブテールの片面に設けられたギブ4aにより、スライド3とスライドガイド4との隙間が調整されている。スライド3の上面にはT溝が設けられている。
ブロック6は、図5の(b)に示すように、スライドガイド4の両サイドに板状のサブブロック6a,6aが載置され、このサブブロック6a,6aの上に本体のブロック6が載置され、4本のボルト6d,6d…によってサブブロック6a,6aが共締めされてスライドガイド4に固定されている。
サブブロック6a,6aは、高さ方向にスペースを確保し、スライド3の前進・後退の動作に支障がないようになっている。
また、ブロック6は、フランジ部を有する角材によって形成されており、縦軸の中央に貫通孔を設け、ベアリング5b,5bが嵌入されて、後記する直立の回転軸5を支持する。
ベアリング5b,5bは、2個のアンギュラ玉軸受であり、背面組合せで構成されている。ベアリング5b,5bの外輪は、前記したブロック6の嵌合穴に嵌入され、リテーナ6bによって固定されている。ベアリング5b,5bの内輪は、後記する回転軸5の外周面に嵌入され。回転軸5のフランジ部5dによって一方が位置決めされている。ベアリング5b,5bの内輪の他方は、回転軸5を通したカラー5cを介してナット5nにより、回転軸5の外周面に固定され、回転軸5を直立にして支持する。
サーボモータ9は、図5の(b)に示すように、サーボモータ9のフランジ部が前記したブロック6の上面にボルトによって直立状態にして固定されている。
モータシャフト9aは、カップリング5aによって回転軸5と一体に連結されている。
サーボモータ9の採用により、減速装置が不要になり、所望の振動数を設定することができる。また、工具振動装置の小型化、省スペースが可能な工具振動装置を提供することができる。
回転軸5は、上方の一端が、カップリング5aによってサーボモータ9のモータシャフト9aに接続され、中央部は、前記ベアリング5b,5bの内輪に嵌合されて支持され、下方の他端は、拡径したフランジ部5dが形成され、下方の軸端には縮径したボス部5fが形成されている。このボス部5fには、偏心円盤7の貫通孔7aが嵌合され、フランジ部5dにボルトによって一体に固定されている。この結果、偏心円盤7と回転軸5の軸心の延長線上に直立したサーボモータ9が配置され、連結されている。
図5の(c)に示すように、偏心円盤7は、リング状に形成され、中央に貫通孔7aが設けられている。この貫通孔7aは、前記した回転軸5のボス部5fに嵌合され、フランジ部5dに4個のボルトによって一体に固定されている。
偏心円盤7の偏心量aが0.1mmである。偏心量aの0.1mmは、円筒状の外周面に対して中央の貫通孔7aの位置が0.1mmだけ偏心して加工されている。したがって、偏心円盤7の中心と貫通孔7aの中心間は0.1mmのずれがあることになる。これにより、偏心円盤7が1回転すると、最大0.2mmの振れが生じることになる。
ガイド部材8は、軸受の一つであるHYPERLINK "http://www.weblio.jp/content/%E3%83%AD%E3%83%BC%E3%83%A9%E3%83%95%E3%82%A9%E3%83%AD%E3%82%A2" \o "ローラフォロアの意味"ローラフォロアにHYPERLINK "http://www.weblio.jp/content/%E3%82%B9%E3%82%BF%E3%83%83%E3%83%89" \o "スタッドの意味"スタッド8aをHYPERLINK "http://www.weblio.jp/content/%E4%BB%98%E3%81%8D" \o "付きの意味"付与したカムフォロア8が好適である。ガイド部材8は、ベアリングのような転がり軸受であってもよいし、すべり軸受であっても構わない。ガイド部材8,8は、偏心円盤7を回転自在に2個で挟持している。
図5の(b)に示すように、このカムフォロア8のHYPERLINK "http://www.weblio.jp/content/%E5%A4%96%E8%BC%AA" \o "外輪の意味"外輪とHYPERLINK "http://www.weblio.jp/content/%E3%82%B9%E3%82%BF%E3%83%83%E3%83%89" \o "スタッドの意味"スタッド8a間にはニードルローラ等のHYPERLINK "http://www.weblio.jp/content/%E8%BB%A2%E5%8B%95" \o "転動の意味"転動体がHYPERLINK "http://www.weblio.jp/content/%E7%B5%84%E3%81%BF" \o "組みの意味"組み込まれており、偏心円盤7の外周面に当接し、偏心円盤7の偏心量aをカムフォロア8にHYPERLINK "http://www.weblio.jp/content/%E4%BC%9D%E3%81%88" \o "伝えの意味"伝える。2個のカムフォロア8はスライド3に固定されているため、スライド3が振動する。
カムフォロア8は、HYPERLINK "http://www.weblio.jp/content/%E3%82%B9%E3%82%BF%E3%83%83%E3%83%89" \o "スタッドの意味"スタッド8aの軸端には雄ねじが設けられており、ナット8nによってスライド3に締結されている。
2個のカムフォロア8,8の内、右端部(チャック12bの反対側)に配置されたカムフォロア8は長手方向へ若干移動可能に長穴が設けられ、ビス3sによってHYPERLINK "http://www.weblio.jp/content/%E3%82%B9%E3%82%BF%E3%83%83%E3%83%89" \o "スタッドの意味"スタッド8aを偏心円盤7に押し付けて位置決めする。ビス3sは、その位置を保持するためのストッパになっている。
リテーナ6bは、リング状に形成され、ベアリング5bの外輪の位置決め部材であり、ベアリング5bへの粉塵の侵入防止と水の浸入防止役目をするカバー部材である。
ラビリンス5e,6eは、回転軸5のフランジ部5dの外周面と前記したリテーナ6bとの間に嵌合されている。ラビリンス5eは、回転軸5のフランジ部5dの外周面に嵌合され、一体になって回転する。また、ラビリンス6eは、リテーナ6bの窪みの内周面に嵌合されている。このラビリンス5e,6eの間には、若干の隙間が設けられており、ベアリング5b内への粉塵の侵入防止と水の浸入防止をするカバー部材である。
工具振動装置10は、図5の(c)に示すように、スライド3に固定された2個のカムフォロア8,8によって偏心円盤7を回転自在に挟持する状態で、サーボモータ9が回転すると、偏心円盤7が回転し、偏心円盤7の外周は偏心量aが0.1mmで形成されているため、前進(チャック12b)側へカムフォロア8を0.1mm押圧する。そうすると、カムフォロア8は一体のスライド3をチャック方向へ+0.1mm前進させ、結果として工具1(バイト1a)を前進させる。
偏心円盤7がそれから半回転すると、今度は後退側へカムフォロア8を0.1mm押圧してスライド3を−0.1mm後退させ、結果として工具1(バイト1a)を後退させる。このように、スライド3を+0.1mm移動、−0.1mm移動の動きを繰り返し行い、結果として工具1(バイト1a)の刃先を振動させる。そして、工具1(バイト1a)の刃先は、サインカーブ(以下、曲線という)の軌跡を描くように振動することにより、切削と非切削を繰り返し、結果として短い切粉を排出する。
ここで、工具振動装置10を含めた工作機械100の動作について、詳細に説明する。
<切削加工>
図2に示すように、3ツ爪チャック12bにはパイプ状のワークWが把持されている。
事前に確認された良好の切削条件のデータ(第1の切削条件、第2の切削条件、第3の切削条件)が、工作機械100のNC装置に入力されている。この切削条件を選択し、容易に切削することが可能である。
図6の(a)に示すように、ワークWを回転させて、バイト1aにて送り0.1mm/revで外周を切削加工する際に、バイト1aに送り方向へ偏心量aが0.1mmの振動を与える。
ワークWの直径はφ80、内径はφ50、材質はアルミ材(A5056)、
超硬チップは、刃先R0.4、
切込量は、片肉2mm、一回転当りの送りは0.1mm/rev
主軸12aの回転数(毎分当り)は、3000min-1
工具振動装置10の振動数(毎分当り)は、3500cpm(cycle/min)
(主軸12aの回転数と工具振動装置10の振動数の比率は、1:1.16)
この結果は、図6の(b)に示すように、このグラフは工具1である外径加工のバイト1aの刃先の軌跡を示し、ワークWの2回転分の軌跡(曲線a,b)を示す。
バイト1aの刃先の軌跡は、曲線aからもう一回転すると、曲線bが形成される。この2つの曲線a、bとの間の領域が切粉として発生することになる。
つまり、このグラフで示すように、曲線aと曲線bにより形成する最初の領域Sで説明する。
領域Sは、略L字状に形成されている。略L字状の領域Sは、始点oが切粉として最初に生成され、切粉の厚みe,fから徐々に増大し、厚みg,hが最大となり、今度は次第に厚みi,jと縮小して、終点oで厚みがゼロになる。したがって、切粉は終点oで切断させて下方のチップボックスに落下する。
切粉の長さは、直径の大小に関係する。図6の(b)に示すように、切粉の長さは、主軸1回転の約85%であり、切粉処理には申し分ない長さであり、切粉の切断は当初の課題をクリヤしている。切粉はサインカーブの振動によって確実に切断されるため、切粉は刃物台2に巻きつかず、また堆積することもない。したがって、切粉の処理時間が不要であり、皆無となる。なお、終点oは、つぎの切粉の始点oとなるため、同じ符号oとしている。
第1の切削条件と相違する相違点のみ、列挙する。
工具振動装置の振動数(毎分当り)は、4000cpm(cycle/min)
(主軸回転数と工具振動装置の振動数の比率は、1:1.33)
この結果は、図6の(c)に示すように、この場合も前記同様に、曲線aと曲線bとの間の領域Sが切粉になる。領域Sは、略I字状に形成されている。略I字状の領域Sは、始点oが切粉として最初に生成され、切粉の厚みe,fから徐々に増大し、厚みg,hが最大となり、今度は次第に厚みi,jと縮小して、終点oで厚みがゼロになる。
切粉の長さは、図6の(c)に示すように、主軸1回転の約51%である。前記した図6の(b)の主軸1回転の約85%より短い。約0.6掛けの切粉長さになる。
領域Tは空切削となるため、切粉は完璧に切断される。切粉は下方に落下するため、切粉処理が容易である。
第1の切削条件と相違する相違点のみ、列挙する。
工具振動装置の振動数(毎分当り)は、4500cpm(cycle/min)
(主軸回転数と工具振動装置の振動数の比率は、1:1.5)
この結果は、図6の(d)に示すように、前記同様に、曲線aと曲線bとの間の領域Sが切粉になる。領域Sは、左右対称形で形成されている。領域Sは、始点oが切粉として最初に生成され、切粉の厚みe,fから徐々に増大し、厚みg,hが最大となり、今度は次第に厚みi,jと縮小して、終点oで厚みがゼロになる。領域Tは空切削となる。
したがって、切粉は完璧に切断されるため、切粉は下方のチップボックスに落下する。切粉処理が容易である。切粉の長さは、主軸1回転の約44%であり、前記した図6の(b)の約0.5掛けの切粉長さになる
この主軸回転数と工具振動装置の振動数の比率が1:1.5の場合が最も好適である。
この理由しては、駆動源にサーボモータ9を採用したこと。工具1の振動用のガイドに、本格的なダブテール式摺動面を構成にしたこと。偏心円盤7の外周に隙間なしの状態でカムフォロア8,8に挟持させた点が大きい。
なお、技術思想の範囲内で種々の改造、変更が可能である。ここでは、2軸制御のNC旋盤のクロススライド32に載置した工具振動装置10として説明したが、これに限らず、その他の工作機械のテーブル等に取り付けても構わない。
偏心円盤7の外周に当接する2個のガイド部材は、支持部材としてもよい。ここではカムフォロア8,8を設けたが、カムフォロア8の代わりにその他のベアリングや、これ以外のすべり軸受としても構わない。偏心円盤7とカムフォロア8との関係は、一体に固定されておらず、押し付け勝手に当接している状態であることを特徴とする。
また、偏心円盤7に0.1mmの偏心量aを設けたが、偏心円盤7の代わりに、回転軸5のボス部5f(図4参照)を偏心させても構わない。ここでは、変更と交換が容易な偏心円盤7を偏心させている。
また、偏心量aは、0.1mmに限らず、0.15mm、0.2mm、それ以外であってもよい。
1a バイト
1b ボールングバー
2 刃物台(櫛歯形刃物台)
3 スライド
4 スライドガイド
4a キブ
4b 調整ねじ
5 回転軸
5a カップリング
5b ベアリング
5c カラー
5d フランジ部
5e ラビリンス
5f ボス部
5n ナット
6 ブロック
6a サブブロック
6b リテーナ
6d ボルト
6e ラビリンス
7 偏心円盤
7a 貫通孔
8 ガイド部材(カムフォロア)
8a スタッド
8n ナット
9 サーボモータ
9a モータシャフト
10 工具振動装置
10a カバー
100 工作機械(NC旋盤)
a,b 曲線
o 始点、終点
e,f,g,h,i,j 切粉の厚み
S 切粉生成の領域
T 空切削の領域
W ワーク
Claims (4)
- 工具(1)が固定される刃物台(2)と、
前記刃物台(2)が固定された摺動自在のスライド(3)と、
前記スライド(3)をガイドするスライドガイド(4)と、
前記スライドガイド(4)に設けられ、回転軸(5)を回転自在に支持するブロック(6)と、
前記ブロック(6)に固定され、前記回転軸(5)を回転するサーボモータ(9)と、
前記回転軸(5)に固定され、前記スライド(3)を振動させる外周面を中心に対して偏心させた偏心円盤(7)と、
を備え、
前記スライド(3)のスライド方向に、前記偏心円盤(7)を回転自在に挟持するガイド部材(8,8)を設けたことを特徴とする工具振動装置(10)。 - 前記回転軸(5)を直立させて配設し、前記回転軸(5)の下端部に前記偏心円盤(7)が固定され、前記回転軸(5)の上端部に直立させて前記サーボモータ(9)が設けられたことを特徴とする請求項1に記載の工具振動装置(10)。
- 前記工具(1)の振動方向は、前記工具の送り方向であることを特徴とする請求項1に記載の工具振動装置(10)。
- 前記工具(1)はバイト(1a)またはボーリングバー(1b)であることを特徴とする請求項1に記載の工具振動装置(10)。
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