JP2014108481A - ジグ研削盤 - Google Patents

Abstract

【課題】 主軸のヘッド本体に対する相対的な回転及び主軸方向摺動動作に係る構成の剛性が高いジグ研削盤を提供する。
【解決手段】 主軸１１は、主軸駆動用内蔵モータにより、主軸回転用ベアリングを介してラム本体１２に対してその主軸周りに回転する。ラム本体１２は、Ｚ軸駆動用モータ１３ａ，１３ｂにより、それぞれのボールねじ１４ａ，１４ｂ及びラム本体ガイドレール１２１を介してヘッド本体１５に対して、主軸方向（Ｚ軸方向）に摺動、言い換えれば上下動、する。従って、かかる２つの相対的動作を組み合わせると、主軸１１のヘッド本体１５に対する相対的な回転及び主軸方向摺動動作となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ジグ研削盤に関し、特に、ワークに対する遊星回転研削及びチョッピング研削を行うジグ研削盤に関する。

ジグ研削盤による加工対象物（以下、「ワーク」と称する）の研削は、例えばいわゆるシングルコラム方式の機械においては、テーブル上に載置されたワークを滑台により前後（Ｙ軸方向）、左右（Ｘ軸方向）に移動させつつ、砥石とそれを回転させるための高周波モータが下端に取り付けられた、いわゆるクイルを上下動（Ｚ軸方向）させることにより実現される。なお、いわゆるダブルコラム方式（門形機）のジグ研削盤の場合は、ワークはＸ軸方向のみに移動させ、Ｙ軸方向については、砥石側（主軸本体）を移動させる。

また、更に詳細には、大別して次の二通りの研削がある。一つは、図３に示すように、主軸に対して砥石の回転軸（砥石軸）を偏心させる（切り込ませる）ことにより、砥石を砥石軸について回転させつつ主軸の連続回転により砥石を旋回させ、すなわち砥石を遊星回転させ、また同時に、クイルを上下動させることにより、砥石を螺旋状に旋回させ、内壁の均等研削による真円の穴ぐり加工を行う研削である。この場合、基本的に、砥石外径の大きさと砥石軸の偏心の程度（切り込み量（例えば最大50mm）に応じて、穴の径が決定されることとなる。他の一つは、曲率が一定でない非真円の穴ぐり加工や曲率が一定でない端部の加工を行う研削である。この場合は、いわゆるチョッピング加工を行う。詳細には、砥石軸は偏心させないか、又は主軸回転中心と砥石の外周とが一致するように砥石の半径相当分だけ砥石を上述の切り込みとは逆方向（マイナス方向）偏心させておき、まず、ワークの加工位置（研削点）までの移動は、Ｘ，Ｙ軸送りにより行う。その後、正味切り込み加工分だけ自動で砥石を偏心させ、すなわち自動切り込みを行いつつチョッピング加工を行う。このとき、曲率が一定でないワークの加工面に砥石により切り込む際に、ワークが当接する加工点における法線が、砥石の切り込み方向と常に一致するように、主軸の角度制御（割り出し）を行う。特許文献１乃至３は、かかるジグ研削盤の主要構成を開示している。但し、特許文献３は砥石を上下させる構成は省略している。

特開昭６２−１４０７６３号公報 特開平９−１５５６７６号公報 特開２００６−１０２８９１号公報

上述のような従来のジグ研削盤において、砥石の上下動に関しては、特許文献１及び２にあるように、クイル及び主軸の上下動による砥石の相対的上下動は、軸受け（特許文献１においては玉軸受１２、特許文献２においてはベアリング４４）によるクイルの本体側（特許文献１においてはスリーブ１３を介した主軸頭本体１、特許文献２においては保持部６３を介した天板２０）に対する摺動動作により実現している。なお、当該摺動動作の動力源は、特許文献１においては、クイル保持手段（１６）の、パルスモータ（２１）による上部クイル（１１）に対する上下動制御であり、特許文献２においては、連結ベース（２６）を介して接続されたクイル上下用リニアモータ（１０）である。

しかしながら、特許文献１及び２に開示された、砥石を上下させるための、嵌合隙間が生ずるかかる円筒滑り軸受け構造（静的ガイド）では、剛性に欠けるという課題があった。

また、特許文献１におけるクイル保持手段（１６）及び油圧ステッピングシリンダ（２２）の構成や、特許文献２における連結ベース（２６）及びクイル上下用リニアモータ（１０）の構成を鑑みると、主軸に対して非対称の構成を呈しているので、摺動動作に関わる力学的バランスが悪いという課題があった。また、リニアモータはコストがかかるという課題がある。

一方、砥石を連続的に旋回させたり、割り出し制御を行うための主軸（クイル）の回転に関しては、以下の如くである。すなわち、主軸の連続回転は、特許文献１においては、「スリーブ１３にはプーリ１４が固定されており、図示しないモータによりベルトにより回転が与えられ、この回転がスリーブ１３に設けたキー１５により上部クイル１１に伝達される」（４７８頁右上欄）とあり、特許文献３においては、「主回転体２１の上端部には、プーリ２２が設けられており、プーリ２２はモータ２３の回転軸に接続されたプーリ２４とベルト２５を介して連結されている。つまり、モータ２３の回転がプーリ２４、ベルト２５及びプーリ２２を介して主回転体２１に伝達されるようになっている。」（段落［００３４］）とある。また、割り出し制御に関しては、主軸の連続回転のためのモータとは別に、割り出し制御を行える別のモータを用いるのが通常であり、ベルトやウォームギアなどが採用される。なお、特許文献２においては、クイル（６１）を回転させるための動力源については省略されている。

しかしながら、主軸（クイル）の回転に関し、従来の外付けモータによれば、構成部品が多くなり、装置が複雑化／大型化してしまう課題があった。また、ベルトやギアなどを介することにより、伝達駆動誤差が大きくなってしまうという課題があった。具体的には、ベルトに対する過負荷及び／又は付着物により回転誤差、キードライブ部の嵌合隙間による回転誤差、ギアの摩耗などによるバックラッシュの増大による回転誤差等である。

本発明は上述のような事情から為されたものであり、本発明の目的は、高い剛性を有するジグ研削盤を提供することにある。また、本発明の他の目的は、部品点数を削減して構成を簡略化しつつ、高い剛性を有するジグ研削盤を提供することにある。また、本発明の更に他の目的は、工具の上下動動作に関わる力学的バランスを高めつつ、高い剛性を有するジグ研削盤を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のジグ研削盤は、主軸の下端に取り付けられた工具を、前記主軸と共にワークに対して三次元空間の直交する３軸方向に移動させつつ、前記主軸の回転により前記工具を少なくとも前記主軸周りに回転させて前記ワークを前記工具により研削するジグ研削盤であって、前記主軸を主軸方向に移動させる機構にラム構造を採用したことを要旨とする。

詳細には、前記ラム構造は、前記主軸と、前記主軸が挿通される中空のラム本体とを備え、ヘッド本体に対して摺動することにより、前記主軸の前記主軸方向の移動が実現される。

また、好適には、前記ラム本体は、前記ヘッド本体に対して摺動可能に支持されるガイドレールを有する。

一方、前記ラム構造の前記ヘッド本体に対する摺動動作は、前記主軸を中心にして互いに相対した２本のボールねじを介して行われることが特徴である。詳細には、各ボールねじを構成するねじ軸が前記ヘッド本体に固定され、各ボールねじを構成するナットが前記ラム本体に固定される。

一方、前記主軸は、前記ラム本体に対して相対的に回転可能であり、その回転制御は、前記主軸に固定されたロータと、前記ラム本体の固定されたステータからなるダイレクトドライブモータにより実現されることも特徴である。ここで、前記ダイレクトドライブモータにより、前記主軸の連続回転と、前記主軸の割り出し制御とが行われる。

また、上記目的を達成するため、本発明のジグ研削盤は、主軸の下端に取り付けられた工具を、前記主軸と共にワークに対して三次元空間の直交する３軸方向に移動させつつ、前記主軸の回転により前記工具を少なくとも前記主軸周りに回転させて前記ワークを前記工具により研削するジグ研削盤であって、前記主軸の回転ための内蔵型ダイレクトドライブモータを備えることを要旨とする。詳細には、前記内蔵型ダイレクトドライブモータは、前記主軸に固定されたロータと、前記主軸の回転に相対する固定体たるヘッド本体側に固定されたステータとからなる。

本発明のジグ研削盤によれば、高い剛性を備えることができる。また、部品点数を削減して構成を簡略化しつつ、高い剛性を備えることができる。更に、工具の上下動動作に関わる力学的バランスを高めつつ、高い剛性を備えることができる。

本発明のジグ研削盤における一実施形態の主要構成を示す図であり、同図（ａ）は、同図（ｂ）における矢印Ａ方向の矢視図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）における中心線Ｂ−Ｂにおける断面図である。 ラム構造本体部の詳細構成を示す図である。 ジグ研削盤によるワークに対する研削を説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明のジグ研削盤における一実施形態の主要構成を示す図であり、同図（ａ）は、同図（ｂ）における矢印Ａ方向の矢視図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）における中心線Ｂ−Ｂにおける断面図である。なお、ワークと砥石との間のＸ軸及びＹ軸方向の相対的動きを実現する機構については、省略する。

図１に示すように、一実施形態に係るジグ研削盤の主要構成部は、ラム構造本体部１と、砥石切込み制御機構部２と、砥石回転用高周波モータ３と、砥石４とを備えている。ここで、研削動作の概要としては、主軸１１のヘッド（主軸頭）本体１５に対する相対的な回転及び主軸方向（Ｚ軸方向ともいう）摺動動作と、砥石切込み制御機構部２による砥石４の主軸１１に対する相対的な切込み方向（主軸方向に垂直な方向、Ｕ軸方向ともいう）の切込み制御と、砥石回転用高周波モータ３による砥石４の回転という３つの動作により実現される。なお、前述のように、ワークと砥石との間のＸ軸及びＹ軸方向の相対的動きについては省略する。

そこで、主軸１１のヘッド本体１５に対する相対的な回転及び主軸方向摺動動作を説明する。主軸１１は、主軸駆動用内蔵モータにより、主軸回転用ベアリングを介してラム本体１２に対してその主軸周りに回転する。ラム本体１２は、Ｚ軸駆動用モータ１３ａ，１３ｂにより、それぞれのボールねじ１４ａ，１４ｂ及びラム本体ガイドレール１２１を介してヘッド本体１５に対して、主軸方向（Ｚ軸方向）に摺動、言い換えれば上下動、する。従って、かかる２つの相対的動作を組み合わせると、主軸１１のヘッド本体１５に対する相対的な回転及び主軸方向摺動動作となる。

図２は、ラム構造本体部１の詳細構成を示す図である。本発明のジグ研削盤における、ヘッド本体１５に対する主軸１１の主軸方向の摺動に、いわゆるラム構造を採用していることが特徴である。また、当該ラム構造の上下動を実現するのに一対のボールねじ１４ａ，１４ｂを採用していることが特徴である。一方、当該ラム構造に対する主軸１１の連続回転と割り出しの双方を実現するのに、主軸を直接駆動する内蔵タイプのダイレクトドライブモータを採用していることが特徴である。このダイレクトドライブモータは、要求される割り出し精度を実現できる程度の角度制御機能を有するものである。

以下詳細に説明する。図２に示すように、ラム本体ガイドレール１２１（図１参照）を四隅に有する中空棒状のラム本体１２に、主軸１１が挿通され、その主軸１１は、ラム本体１２に対して、主軸回転用ベアリング１７ａ〜１７ｃを介して回転可能となっている。この回転は、ラム本体１２と主軸１１との間に埋設された主軸駆動用内蔵モータ１６により実現される。更に詳細には、主軸駆動用内蔵モータ１６は、主軸１１の側面の一部に巻き付くよう固定された、すなわち主軸１１に同軸で嵌め込まれた環状のロータ１６１と、一方、ラム本体１２の内壁に、ロータ１６１に相対するように固定された環状のステータ１６２とで構成されている。この主軸駆動用内蔵モータ１６により、主軸１１の連続回転と割り出しの双方を実現している。なお、連続回転の回転数は、例えば５０回転／分である。

また、ラム本体１２とヘッド本体１５との間の相対的動作機構として、一対のボールねじ１４ａ，１４ｂを採用している。詳細には、ボールねじ１４（ａ，ｂ）を構成するねじ軸１４１（ａ，ｂ）がヘッド本体１５側に固定され、ボールねじ１４（ａ，ｂ）を構成する他方のナット１４２（ａ，ｂ）がラム本体１２に固定されている。また、ねじ軸１４１（ａ，ｂ）は、Ｚ軸駆動用モータ１３（ａ，ｂ）により回転駆動可能となっている。従って、かかる構成より、同期制御されるＺ軸駆動用モータ１３（ａ，ｂ）の回転に伴ってねじ軸１４１（ａ，ｂ）が回転すると、モータ１３の回転方向に応じて、ナット１４２（ａ，ｂ）がボールねじ１４（ａ，ｂ）に対してその軸方向に、すなわち上方又は下方に移動することとなる。前述のように、ラム本体１２は、ナット１４２（ａ，ｂ）に対して固定されているので、ナット１４２（ａ，ｂ）の上下動に伴って、ラム本体１２も上下動する。特に、本実施形態では、４本のラム本体ガイドレール１２１（図１参照）を介して、つまり４本の直動ガイドを介してラム本体１２の上下動を支持している。しかして、Ｚ軸駆動用モータ１３（ａ，ｂ）の回転方向に応じて、ラム本体１２が、ヘッド本体１５に対して主軸方向に摺動、すなわち上下動することとなる。ラム本体１２の上下動は、主軸１１の上下動でもあり、ワークＷに対するチョッピング動作（繰り返し頻度の高い上下動）を実現する。

以上で説明したように、本発明の一実施形態によれば、ジグ研削盤における主軸１１の上下動（Ｚ軸方向の摺動）にいわゆるラム構造を採用しているので、剛性が高まり、長時間の使用に対する耐性が備わる。特に、４本のラム本体ガイドレール１２１を介して、つまり４本の直動ガイドを介してラム本体１２の上下動を支持しているので、円筒滑りガイドと比較して剛性の備わるガイドを安価に構成することができると共に、浮き上がり方向の姿勢変化を抑えるために与圧をかけた状態を作りつつ駆動させることができる。

また、本発明の一実施形態によれば、ジグ研削盤における主軸１１のヘッド本体１５に対する相対的な上下動（Ｚ軸方向の摺動）に同期制御される２本のボールねじ１４ａ，１４ｂを採用しているので、チョッピング動作のように比較的高速に上下動が繰り返されても、不要な応力が生じることなくバランスよく駆動できる。また、リニアモータに比してコストが安いというメリットがある。

更に、本発明の一実施形態によれば、ジグ研削盤における主軸１１の連続回転と割り出しの双方を、内蔵タイプのダイレクトドライブモータにより実現したので、部品点数の大幅な削減による構成の簡略化を図ることができると共に、伝達駆動に起因する誤差を最小に抑えることができる。

なお、上述の実施形態にあっては、ラム本体ガイドレールを４本としているが、これに限られることはなく、要求される剛性に応じてそれ以上であってもよい。また、主軸のヘッド本体に対する相対的な上下動を実現するボールねじについても、例えば４本とすることも考えられる。

本発明のジグ研削盤は、ワークに対する遊星回転研削及びチョッピング研削を行うジグ研削盤に採用できる。

１ ラム構造本体部
１１ 主軸
１２ ラム本体
１２１ ラム本体ガイドレール
１３ａ，１３ｂ Ｚ軸駆動用モータ
１４ａ，１４ｂ ボールねじ
１４１ａ，１４１ｂ ねじ軸
１４２ａ，１４２ｂ ナット
１５ ヘッド（主軸頭）本体
１６ 主軸駆動用内蔵モータ
１６１ ロータ
１６２ ステータ
１７ａ〜１７ｃ 主軸回転用ベアリング
２ 砥石切込み制御機構部
３ 砥石回転用高周波モータ
４ 砥石
Ｗ ワーク

Claims (9)

1. 主軸の下端に取り付けられた工具を、前記主軸と共にワークに対して三次元空間の直交する３軸方向に移動させつつ、前記主軸の回転により前記工具を少なくとも前記主軸周りに回転させて前記ワークを前記工具により研削するジグ研削盤であって、
   前記主軸を主軸方向に移動させる機構にラム構造を採用したことを特徴とするジグ研削盤。
2. 前記ラム構造は、前記主軸と、前記主軸が挿通される中空のラム本体とを備え、ヘッド本体に対して摺動することにより、前記主軸の前記主軸方向の移動が実現されることを特徴とする請求項１に記載のジグ研削盤。
3. 前記ラム本体は、前記ヘッド本体に対して摺動可能に支持されるガイドレールを有することを特徴とする請求項２に記載のジグ研削盤。
4. 前記ラム構造の前記ヘッド本体に対する摺動動作は、前記主軸を中心にして互いに相対した２本のボールねじを介して行われることを特徴とする請求項２に記載のジグ研削盤。
5. 各ボールねじを構成するねじ軸が前記ヘッド本体に固定され、各ボールねじを構成するナットが前記ラム本体に固定されることを特徴とする請求項４に記載のジグ研削盤。
6. 前記主軸は、前記ラム本体に対して相対的に回転可能であり、その回転制御は、前記主軸に固定されたロータと、前記ラム本体の固定されたステータからなるダイレクトドライブモータにより実現されることを特徴とする請求項２に記載のジグ研削盤。
7. 前記ダイレクトドライブモータにより、前記主軸の連続回転と、前記主軸の割り出し制御を行うことを特徴とする請求項６に記載のジグ研削盤。
8. 主軸の下端に取り付けられた工具を、前記主軸と共にワークに対して三次元空間の直交する３軸方向に移動させつつ、前記主軸の回転により前記工具を少なくとも前記主軸周りに回転させて前記ワークを前記工具により研削するジグ研削盤であって、
   前記主軸の回転ための内蔵型ダイレクトドライブモータを備えることを特徴とするジグ研削盤。
9. 前記内蔵型ダイレクトドライブモータは、前記主軸に固定されたロータと、前記主軸の回転に相対する固定体たるヘッド本体側に固定されたステータとからなることを特徴とする請求項８に記載のジグ研削盤。

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