JP2012505759A - 工作機械用可撓性ガイドブッシュ - Google Patents

Abstract

工作機械、特に自動旋盤のためのガイドブッシュ（１）は、少なくとも２つのセグメント（２）を備え、各セグメントは、その両側において、軸線（１Ａ）の軸対称体を形成するように弾性手段（３）によって、隣接するセグメントに接続され、またガイドブッシュは、加工すべきバーを通過させることが可能な中央開口（１０）を有し、弾性手段（３）のそれぞれは、ガイドブッシュの溝（８）内を軸線（１Ａ）に沿って軸方向に延在する。

Description

本発明は、請求項１の前提部に記載の工作機械用可撓性ガイドブッシュに関する。

この種のブッシュは、主軸台移動型自動旋盤上で、直径が基本的に１ｍｍ〜約４０ｍｍの範囲の加工すべきロッド又はバーを案内するように設計・使用される。従って、例外的にそのような用途に使用されるとしても、コレットとは区別すべきである。

剛性ガイドブッシュの使用は現在でも一般的だが、問題が無いわけではない。そのうちの一つが、ブッシュによってバーに加えられる把持力の調整の問題である。事実、後者を正確に案内することは、加工品質にとって重要である。何故なら、把持力が過剰であると、クランプ作用も過剰になり、その結果バーの焼き付けを起こし、逆に、力が不十分であると、バーが浮き上がることによって、被加工バーの回転速度と共に増加する加工不正確性に繋がるからである。この問題に直接関係してくるのが、案内セクタ又はセグメントの、その全長に亘る回転軸に対する非平行性の問題である。一般的にバーの公称直径はその全長に亘って完全には均一ではないということ、さらに任意の通常のブッシュの作動範囲はほぼ＋０．０１ｍｍ〜−０．０３ｍｍ程度であるということから、別の問題が生じる。バーの直径が小さいと、被加工ワークに痕が付くリスクが増大する。

これらの問題を解決するために、可撓性ガイドブッシュが設計されている。

現在市場で入手可能な可撓性ガイドブッシュは、周知のように、それ自体が独立するとともに、反力を加える弾性部材によって互いに結合された３つのセクタを備える。一方、外側円形バネが、ブッシュの軸線に向かう径方向力の作用下で、セクタを保持する役目を果たす。他方、ブッシュの軸線に対して直角な軸線を有する、つまり、正接方向に配置された内側圧縮バネが、対応する座部に位置し、それらをその全長に亘って分離する役目を果たす。組立体全体が、一部円筒状且つ一部円錐台形状のボディを形成する。短期の運転後、特に内側バネの疲労が、セクタの互いに対する位置誤差を起こし、この誤差は、新しいバーを装填した際に起こり得る衝撃によって増幅される。さらに、加工切粉が、間隙を通って、圧縮バネの正確な動作を損なうことがある。言い換えれば、精密な加工作業が急速に不可能になり、これらガイドブッシュの寿命は極めて短い。

他の周知の可撓性ガイドブッシュは、互いに結合されて一部円筒状且つ一部円錐台形状ボディを形成する３つのセグメントを備える。特定のブッシュは、直径が所定の範囲内のバーを加工するために使用することができる。セグメントは、径方向空間及び間隙内の加硫ゴムによって結合される。このブッシュの安定性はほぼ理想的だと言える。なぜなら、バーの直径が大きくなるとゴム製の結合エレメントの接触面が小さくなり、不均一な分布の把持力がかけられるからである。より詳細には、バーはその両端においてのみ保持されるので、バーの中央領域では力がかからないためである。これらの原因は、ブッシュ内部に残留し得る切粉によって加工されるバーが軸方向にずれることによって観察される、結合エレメントの早期の劣化によって悪化する。加工中のブッシュの不安定性は、その設計自体の結果であるが、なにより、それは経時的に増大することによって増々加工品質を害することになる。

本発明の目的は、バーを最高品質に加工するための必須条件である十分で均一且つ信頼性の高いバーの横方向把持を同時に確保し、また、同時に上記のこの種のブッシュが持つその他の欠点を解消する、工作機械、より詳細には、自動旋盤上でバーを加工するための可撓性ガイドブッシュを提供することである。

上記目的は、独立請求項１に規定される手段によって達成できる。従属請求項は、本発明の好適で有利な実施例を示唆する。

あらゆる条件下で行われた複数の試験によって見出され、本発明のガイドブッシュを先行技術のものと区別する数多くの利点が、添付の図面を参照してなされる、本ガイドブッシュの実施例の非限定の例の詳細な説明から容易に理解されるであろう。

ガイドブッシュの斜視図を示す。 図３におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う、その軸方向断面を示す。 ガイドブッシュの側面図を示す。 結合エレメントを除いた２つの隣接するセグメントの拡大斜視図を示す。

図面において、ガイドブッシュの同一の構成要素には、同一の符号を付している。ブッシュ１は、少なくとも２つの同一のセグメント２、好ましくは３つのセグメント２（図３を参照、ここで、角度αは、この例によれば、結果として１８０度に等しくなる）を相互に結合してなる、中央開口１０及び軸線１Ａを持つ略筒状形状を有している。これらのセグメントは、軸方向に、すなわち、軸線１Ａに平行に延在し、上記の結合を可能にするように成形された（以下参照）２つの側部４を有している。１つのセグメントの外殻の輪郭は、軸線１Ａ周りに回転させた時に、母線（不図示）が、中間部２Ｍ上に円筒状面を生成し、両側の端部２Ｅ上には、この種のブッシュのように且つ周知の仕方で、円錐台形面を生成するようになっている。ここで、この円錐台形面は、ブッシュを開閉するように作動されるマンドレルの可動ピストン（これらのエレメントは不図示）の円錐台形面や、また一方では、固定クランプキャップ（これも不図示）の円錐台形面に適合する。なお、中間部２Ｍは、考慮すべき起こり得る構造的な制約の点から、必ずしも又は限定的に円筒状である必要はないため、上記の「筒状」という表現は、狭義に解釈されることを意味したものではないことは注意されたい。

図４は、隣接する２つのセグメント２をより詳細に示している。セグメント２の長手方向側部４の各面（参照符号無）は、径方向軸線１Ｒに対して平行である。各側部４は、一方では、この軸線１Ｒに対して直角な面（参照符号無）をもつ平坦部６と、他方では、同じ軸線１Ｒに対して平行、すなわち平坦部６に直交する面（参照符号無）をもつ外縁７Ｅを有する肩部７とを有している。よって、これらの表面６，７は、一方が一方向を向き他方がその反対方向を向いた大文字のＬ字状形状の切欠き部５を形成している。

結合エレメントは、本実施例では所定の寸法Ｌ×ｌ×ｈ（図１及び３参照）のオベリスク形状又は平行六面体形状を有する弾性材料の舌状部３からなる。直線に延びる平行六方体形状の中間部３Ｍの両側には、上面（参照符号無）が面取りされた角柱（プリズム）形状の端部３Ｅが延出している。矩形状の底面３Ｂの長さＬは、ブッシュの長さに等しい（又は、少なくとも略等しい）（後者に関しては、好ましくは、少なくとも約３０ｍｍの値が選択される）。

組立てられた状態で、２つの対向するエレメント２の切欠き部５は、軸線１０Ａと平行に延在する長手方向溝形状の座部８を形成する。座部８内には、舌状部３が、有利には加硫、接着、又は鋳造によって、配置・固定される。溝８、そして結果的に側部４、平坦部６、及び肩部７の寸法は、舌状部３の幅ｌの関数として、前記２つの側部４が互いに距離ｄ（これも定義される）保たれるように決められ、さらに上記幅ｌは、クランプ力及び使用される弾性材料の特性の関数に定義されるように決められる。不提示の変形例によれば、舌状部の断面は、間隙ｄ内に延びる突起部（もちろん、この突起部がボア１０の直径に干渉しないように限定された長さである）を、その全長に亘って有していてもよい。３つの舌状部３の可視面３Ｔは、ブッシュの外殻（特には参照符号無）とほぼ面一であり、図２及び３で見ることのできる後者に対してわずかにセットバックが設けられ、各舌状部３の上面３Ｔは、各セグメント２の肩部７の外縁７Ｅの少し下に載置される。

開口１０において加工すべきバーをブロックするためのブッシュのクランプ作用が、各舌状部３の弾性変形を引き起こすことは容易に理解されるところである。一方、距離ｄは、値ｄ’に減少する。ここで初期値ｄは、閉状態においてｄ’がゼロより大きい状態を維持するように計算される。突起部（上記参照）が設けられる場合、ｄとｄ’の差は非常に小さいが、舌状部の下面３Ｂが（図１，２，及び３で示すように）平面の場合には、この差はより顕著になる。他方、セグメント２によって形成される円錐台形部２Ｅに対応する、端部３Ｅの面取り面は、少なくとも部分的に、クランプピストン及びクランプキャップの円錐形状に適合している。同様に、中央部３Ｍの表面３Ｔは、舌状部の中間領域におけるブッシュ（上記参照）の外殻に対するセットバックが減少し、各舌状部３の最後のセットバックが値ゼロに近くなるように、わずかに上反りになっている。言い換えれば、舌状部３の最初のセットバックは、その弾性変形中に、クランプ中当然最も高い部分である表面３Ｔの中央領域がブッシュ１の外殻を越えて突出せず、いかなる場合もマンドレルの周囲のエレメントに接触することのないように、決定される。

円錐台形部２Ｅと対応する可動ピストンやクランプキャップのクランプ面との間に異物が巻き込まれると、機械加工作業の精度の損失に繋がり得るため、ブッシュを開閉する際の切粉やその他の異物のブッシュ内部への混入及び円錐台形部２Ｅ上への堆積が避けられることによって、工作物の優れた品質を確保することができる。

一般的に、クランプピストンの作用下でブッシュの開閉中の抵抗力及び作動力がかかると、各セグメント２は隣接するセグメント２と結合され、剛性及び弾力性が理想的には組み合わせられる。可撓性ガイドブッシュの構造的特徴（座部８と舌状部３の寸法、舌状部の弾性材料の選択）は、上記した考慮すべき制約の関数に定義される。

周知のように、全セットのうち、あるブッシュは、所定の直径のバーを加工するために使用される、ひいては、ある範囲内の直径を有する（例えば、バーの直径に応じて０．２ｍｍ、０．３ｍｍ、又は０．５ｍｍの範囲）。

本発明のブッシュのセグメントは、金属（例えば、焼き入れ鋼、鋳鉄、青銅）又は合成材料で作ることができる。特に、硬質金属ジャケット９（図１〜４に図示）を、例えば蝋付けによって、各セグメントに固着することができる。このジャケットは、セグメント２それぞれの一部又は全長に亘って、例えば、図１及び２に示すように、その前側２Ｆからの距離だけ、延在させることができる。このようにして、ブッシュのセグメントは、通常の金属又は合成材料から製造することができ、タングステンカーバイドやセラミックス等、より高性能な硬質材料からなるジャケットを備えることができる。

手段３による、セグメント２間の結合の新規のデザイン、すなわち、ブッシュの全長に亘ってさらに設けることができる径方向ではなく軸方向の結合によって、以下に１０の点にまとめられる数多くの利点が生じる。
（１）存在する力の、より詳しくは、一方ではクランプセグメント間の力の、他方では加工すべきバーにかかるグリップ力、すなわち、クランプ力の、加工される未加工バーの直径のばらつきに関わらない、均一な分布及び一定性と、
剛性の均一且つ一定な分布による、ブッシュの全長に亘るセグメントの完璧な配向及び平行性の確保による、動作中のブッシュの完璧な安定性。
（２）材料を０．２〜０．３ｍｍ減退し、そして材料をブッシュ内部に後退させることによって材料の前加工を行うことが可能であり、これにより自動的に別の新たな直径に適合させ、第２の旋削作業において材料の欠陥を実質的に無くすことができることによる、完璧な加工均一性。
（３）切粉がブッシュ内に入り込んだり、円錐状端部上に切粉が堆積したりするのが防止される。
（４）直径が大きく不均一なバーを加工することが可能になり、その結果、ブッシュの中心の切欠きが不要になること。
（５）セグメントの位置を維持しつつ得られるクランプの順応性。
（６）一方では機械的に変化する可能性のあるエレメントの不在、及び、他方ではブッシュの全長に亘る力及び摩擦の均一な分布による摩擦係数の減少による、より長い期間に亘る安定性の信頼性。
（７）最小限の磨耗。
（８）ソフトメタル、ある種のチタン、グラファイト、及び合成材料を含むあらゆる金属を加工することが可能であること。
（９）必要な空間をより小さくすることができること。
（１０）簡単な一般形状及び製造コストが最小限に抑えられること。

図面において、ガイドブッシュの同一の構成要素には、同一の符号を付している。ブッシュ１は、少なくとも２つの同一のセグメント２、好ましくは３つのセグメント２（図３を参照、ここで、角度αは、この例によれば、結果として１２０度に等しくなる）を相互に結合してなる、中央開口１０及び軸線１Ａを持つ略筒状形状を有している。これらのセグメントは、軸方向に、すなわち、軸線１Ａに平行に延在し、上記の結合を可能にするように成形された（以下参照）２つの側部４を有している。１つのセグメントの外殻の輪郭は、軸線１Ａ周りに回転させた時に、母線（不図示）が、中間部２Ｍ上に円筒状面を生成し、両側の端部２Ｅ上には、この種のブッシュのように且つ周知の仕方で、円錐台形面を生成するようになっている。ここで、この円錐台形面は、ブッシュを開閉するように作動されるマンドレルの可動ピストン（これらのエレメントは不図示）の円錐台形面や、また一方では、固定クランプキャップ（これも不図示）の円錐台形面に適合する。なお、中間部２Ｍは、考慮すべき起こり得る構造的な制約の点から、必ずしも又は限定的に円筒状である必要はないため、上記の「筒状」という表現は、狭義に解釈されることを意味したものではないことは注意されたい。

組立てられた状態で、２つの対向するエレメント２の切欠き部５は、軸線１Ａと平行に延在する長手方向溝形状の座部８を形成する。座部８内には、舌状部３が、有利には加硫、接着、又は鋳造によって、配置・固定される。溝８、そして結果的に側部４、平坦部６、及び肩部７の寸法は、舌状部３の幅ｌの関数として、前記２つの側部４が互いに距離ｄ（これも定義される）保たれるように決められ、さらに上記幅ｌは、クランプ力及び使用される弾性材料の特性の関数に定義されるように決められる。不提示の変形例によれば、舌状部の断面は、間隙ｄ内に延びる突起部（もちろん、この突起部がボア１０の直径に干渉しないように限定された長さである）を、その全長に亘って有していてもよい。３つの舌状部３の可視面３Ｔは、ブッシュの外殻（特には参照符号無）とほぼ面一であり、図２及び３で見ることのできる後者に対してわずかにセットバックが設けられ、各舌状部３の上面３Ｔは、各セグメント２の肩部７の外縁７Ｅの少し下に載置される。

Claims (10)

1. 工作機械、特に自動旋盤のためのガイドブッシュ（１）であって、それぞれが２つの円錐台形端部（２Ｅ）を有する少なくとも２つのセグメント（２）を備え、各セグメントは、弾性手段（３）によって、隣接するセグメントに接続されて、所定の外殻軸線（１Ａ）と、加工すべき円筒状バーを通過させることが可能な中央開口（１０）とを有する回転体を形成する、ガイドブッシュ（１）において、前記弾性手段（３）のそれぞれは、前記ガイドブッシュの座部（８）において前記軸線（１Ａ）に従って軸方向に延在していることを特徴とするガイドブッシュ。
2. 各セグメント（２）は、２つの長手方向側部（４）を有し、前記側部（４）のそれぞれは、切欠き部（５）を形成する平坦部（６）及び肩部（７）を有し、２つの隣接するセグメント（２）の切欠き部（５）が対向配置されることによって前記座部（８）を形成することを特徴とする請求項１に記載のガイドブッシュ。
3. 前記弾性手段は、前記ブッシュ（１）の全長に少なくとも概ね対応する長さＬを有する舌状部（３）の形態であることを特徴とする請求項１又は２に記載のガイドブッシュ。
4. 前記舌状部（３）は、前記セグメント２を相互に組み付けた状態で２つの対向する側部（４）の間に所定の距離ｄが形成されるように、所定の幅ｌを有することを特徴とする請求項３に記載のガイドブッシュ。
5. 前記舌状部（３）は、前記セグメント２を組み付けた状態で前記ブッシュの外殻から突出しないような所定の高さｈを有することを特徴とする請求項３又は４に記載のガイドブッシュ。
6. 前記舌状部（３）は、前記舌状部（３）が結合する２つの隣接するセグメント（２）の中間部２Ｍ及びその両側に延在する円錐台形状端部（２Ｅ）にそれぞれ対応する、中間部３Ｍ及びその両側に延在する面取りされた端部（３Ｅ）を有し、前記舌状部の可視面３Ｔが、前記ブッシュ（１）の閉状態において、前記ブッシュの外殻と少なくとも概ね且つ部分的に面一となるがそこからは突出しないように、前記切欠き部８の縁部７Ｅからわずかにセットバックしていることを特徴とする請求項３，４，又は５に記載のガイドブッシュ。
7. 前記セグメント（２）は、金属又は合成材料からなってもよいことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のガイドブッシュ。
8. 前記セグメント（２）には、その一部又は全長にわたって延在するジャケット（９）が設けられていてもよいことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のガイドブッシュ。
9. 前記ジャケット（９）は、タングステン又はセラミックス等の硬質材料からなることを特徴とする請求項８に記載のガイドブッシュ。
10. 前記ブッシュの前記外殻は、前記円錐台形部（２Ｅ）間の前記中間部（２Ｍ）において、円筒状であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のガイドブッシュ。

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