JP2014508654A - 完全対称式五軸工具研削盤及びその砥石車ヘッドストック - Google Patents

Abstract

完全対称式五軸工具研削盤及び砥石車ヘッドストックであり、前記研削盤は、研削盤ベース（２）と、立柱（５６）とを備え、立柱の内側立面に垂直方向に滑動軌道（４）が設けられ、滑動軌道（４）に砥石車ヘッドストック（１）が設けられ、砥石車ヘッドストックは、垂直方向に設けられたトルクモータ（１６）を備え、トルクモータの下部が回転盤軸受により水平主軸（２１）に接続され、主軸の両側に対称的に主軸の軸線を回動する砥石車（２３）が設けられている。砥石車ヘッドストックは、上部に位置し主軸モータ（１０）によって駆動される大滑車（９）を備え、大滑車が広幅同期ベルト（１１）により主軸滑車（２０）に接続され、主軸滑車が主軸の中央に嵌め込まれ主軸を連動させ、二組の主軸モータが対称的に設けられるように大滑車の両側に位置し、二組の主軸モータの出力軸が同軸となり大滑車に接続されている。この五軸工具研削盤は、全体構造が対称的であり、加工中で生じた熱が熱源を中心として周囲に向かって線形拡散し、ベッドが均一に熱変形し、数値制御システムにより誤差補償を実現しやすく、加工精度と加工効率を向上させることになる。
【選択図】図１

Description

本発明は研削盤に関し、更に具体的には、主に刃物の加工に用いられる研削盤に関する。

研削盤は、研削工具を用いてワークの表面に対して研削加工を行う工作機械であり、多数の研削盤が高速で回転している砥石車で研削加工を行う。従来の技術において、研削盤加工に大量の熱が生じて、砥石車、被研削工具、研削盤ベッド及び伝動部分に熱変形が発生して、更に加工精度に影響を与えてしまうという問題がある。

本発明は、ベッド構造の変更と対称的な設置によって、構造的安定性を向上させ、加工誤差を低下させ、誤差の補償を図り、加工精度を向上させ、加工プロセス性能と加工効率を向上させ、工作機械の使用寿命を延長させる等の効果を達成する、高精度で加工する五軸工具研削盤を提供することを旨とする。

上述した目的を達成するために、本発明の技術解決策は以下のようである。

研削盤ベースと、一側に位置するように研削盤ベースに立てる立柱とを備える完全対称式五軸工具研削盤である。立柱の内側立面の垂直方向に、滑動軌道に沿って動作する砥石車ヘッドストックが設置されている滑動軌道が設けられている。前記砥石車ヘッドストックは、垂直方向に設けられるものであり、その下部が回転盤軸受により、水平に設けられ、両側に対称的に前記主軸の軸線を回動する砥石車が設けられている主軸に接続されているトルクモータを備える。砥石車ヘッドストックは、上部に位置し回転するものであり、広幅同期ベルトにより、前記主軸の中央に嵌め込み前記主軸を連動させて回動させる主軸滑車に接続され、ただし、その中心軸の両端に対称的に主軸モータが設けられ、対称する２つの前記主軸モータによってその中心軸が同期して駆動されて回動する大滑車を更に備える。

好ましくは、大滑車が更に小幅同期ベルトの伝動により上部に位置する小滑車に接続されて回動し、前記小滑車にエンコーダの回転軸が接続されている。

更に、前記研削盤ベースが鋳造石又は天然大理石構造である。鋳造石及び天然大理石の剛性が良く、硬度が高く、変形しない等の特徴を利用し、鋳造石又は天然大理石構造の研削盤ベースはその形状及び構造に特定な要求はない。

又は、前記研削盤ベースは上水平表面が円形である金属構造であり、前記立柱は前記ベースの一側縁に沿って湾曲した１８０°アーチ形構造であり、他側の外縁がアーチ形立板によって閉鎖されて円形ベースに位置する溝を形成し、且つ前記立板の高さが前記立柱より小さい。

なお、最も好ましくは、研削盤ベースにおける作業台に対称的にクロス滑りテーブルが設けられ、前記滑りテーブルに取付け具があり、それで被研削ワークが任意に動作でき、自由度が増加し、研削盤加工の適用範囲が拡大する。

なお、前記溝を成すように囲む立板の内側が勾配面であり、且つ前記立板が前記ベースの外縁の外側に位置し、勾配面、アーチ形立板の両端の閉鎖板及びベースの円形表面によって閉鎖して前記溝を形成する。

本発明は、垂直方向に設けられるものであり、その下部が回転盤軸受により、水平に設けられ、両側に対称的に前記主軸の軸線を回動する砥石車が設けられている主軸に接続されているトルクモータと、
上部に位置し回転するものであり、広幅同期ベルトにより、前記主軸の中央に嵌め込み前記主軸を連動させて回動させる主軸滑車に接続され、ただし、その中心軸の両端に対称的に主軸モータが設けられ、対称する２つの前記主軸モータによってその中心軸が同期して駆動されて回動する大滑車とを備える、前記完全対称式五軸工具研削盤の砥石車ヘッドストックを同時に開示する。

本発明に係る五軸工具研削盤は、全体構造が対称的であって、加工誤差が低下し、構造安定性が向上し、誤差の補償が図られ、加工プロセス性能が向上し、工作機械の使用寿命が延長される。具体的には、本発明の研削盤構造は、アーチ形立柱に砥石車ヘッドストックを増設することにより、砥石車がより安定に固定され、同時にガイドを設けることによって工具となる砥石車の自由変位上の利便性が図られ、また立形トルクモータで砥石車を駆動して回動させて、砥石車と立柱及びその他の部品の間に干渉が発生しなく、砥石車の３６０°自由回転が達成され、そして、設計上、本発明は、砥石車を駆動して回動させるためのモータを従来の技術で採用する下部ではなく上方に設け、更に砥石車のために加工空間をあけて、砥石車の自由回転に適合し、同時に砥石車の動力を増大するために、２つのモータを採用してベルト伝動により砥石車を駆動して回転させて、加工過程で砥石車の動力を充分に大きくし、異なる加工強度需要を満たすことになる。また、２つのモータを左右が対称するように設けることで、研削盤の安定性を向上させ、特に放熱問題及び熱変形による加工誤差を解決し、研削盤加工中の振動を低下させ、誤差補償上の利便性を図り、最終的に高精度加工効果を達成した。現在、国内外でも砥石車ヘッド縦向３６０°自由回転で研削加工を実現できる研削盤は見られなく、本発明に係る五軸工具研削盤は中空トルクモータを採用することにより砥石車ヘッドの自由回転を実現する。同時に、トルクモータの上部に直列連結、鏡像対称の方式で主軸モータを設け、２つの主軸モータの出力軸が同じ方向に回動して中心ベルトによる伝動方式で砥石車を連動させて中心線を回動させることによって、完全にバランスの取れた構造を達成し、動的特性を満たすことになり、対称平衡方式によっても温度場が均一になり、温度補償が図られ、変形誤差の補償が図られており、また、２つの主軸モータを設けることで出力率が増加し、研削効率が向上し、研削主軸の伝動の±３６０°回転が実現されており、上述した設置は、いずれも本発明に係る研削盤の加工使用範囲を拡大しており、それを各種の異なる種類の部品の加工により広く適用できるようにし、その加工プロセス性能を大きく向上させ、加工効率を向上させ、加工誤差を低下させ、加工精度を向上させ、温度誤差の補償を図り、工作機械の使用寿命を延長させた。

以上をまとめると、本発明に係る完全対称式五軸工具研削盤全体は最初のスクリューモータとリニアモータを切り換えて使用する五軸工具研削盤であり、以下のような長所を有する。
１．対称式構造設計であり、熱変形による加工誤差を解決することに有利である。
２．砥石車ヘッドストックに２つのモータを採用し、完全に対称的に駆動し、砥石車主軸が３６０°回転できる。
３．対称式構造設計であり、構造安定性が向上し、熱場分布が均一であり、誤差の補償を図った。
４．加工プロセス性能が良く、加工効率が高く、加工精度が高い。
５．工作機械の使用寿命を延長させて、更に加工コストを低下させた。

本発明に係る完全対称式五軸工具研削盤の斜視構造模式図である。 本発明に係る完全対称式五軸工具研削盤の正面構造模式図である。 本発明に係る完全対称式五軸工具研削盤の側面構造模式図である。 本発明に係る完全対称式五軸工具研削盤の平面構造模式図である。 本発明に係る完全対称式五軸工具研削盤の砥石車ヘッドストック部分の断面構造模式図である。

図１〜４に示す本発明に係る完全対称式五軸工具研削盤は、研削盤ベース２と、一側に位置するように研削盤ベース２に立てる立柱５６とを備える。図１において、研削盤ベース２の上部は作業台表面であり、クロス滑りテーブル３と、滑りテーブル３にあり被研削ワークを挟むための取付け具とが設けられている。図２において、立柱５６の内側立面に垂直方向に滑動軌道４が設けられ、滑動軌道４に砥石車ヘッドストック１が設けられ、砥石車ヘッドストックが滑動軌道４を上下方向に滑り、且つ必要に応じて研削加工が必要とする作業位置に停止することができる。具体的には、立柱に垂直に２つの軸受ベースが取り付けられ、２つの軸受ベースの間にスクリューが繋がり、２つの軸受ベースがスクリューの両端に支持作用を発揮し、スクリューにスクリューナットが取り付けられ、スクリューナットが砥石車ヘッドストックに取り付けられ、スクリューの下端が連結器によりサーボモータに接続され、モータが回動してスクリューを連動させて回動させ、スクリューが回動してスクリューナットを連動させてスクリューに沿って直線運動させ、スクリューナットが砥石車ヘッドストックベースを連動させて上下方向に運動させる。

図５に示すように、砥石車ヘッドストック１は垂直方向に設けられるトルクモータ１６を備える。トルクモータ１６の下部が回転盤軸受により水平に設けられた主軸２１に接続されている。主軸２１の側部に主軸の軸線を回動する砥石車２３が接続され、異なる研削加工需要を満たすために、砥石車として複数組の異なる砥石車を対称に設ける方式を採用してよい。なお、砥石車ヘッドストック１は上部に位置し主軸モータ１０によって連動し回転する大滑車９を更に含み、大滑車９が広幅同期ベルト１１により主軸滑車２０に接続され、主軸滑車２０が主軸２１の中央に嵌め込まれ主軸２１を連動させて回動させる。最も好ましくは、大滑車９の中心軸の両端に対称的に主軸モータ１０が設けられ、対称する２つの主軸モータ１０が同期して前記大滑車９の中心軸を駆動して回動させ、具体的には、例えば、主軸モータ１０は、対称的に設けられた交流永久磁石同期外部回転子モータであり、２つの交流永久磁石同期外部回転子モータの巻き線が直列連結することで中心軸を同期して回動させる。或いは、中心軸の両端の駆動機構に両端の実際の位置情報を比較するための上位コンピュータを設け、上位コンピュータは、中心軸の両端の回動同期偏差が所定の値を超えたと判定した場合に、両端の中心軸の回動実行部品に補償指令を発信し、回動角度を調整し、両端に同期して駆動させる。

なお、大滑車９が小幅同期ベルト８の伝動により上部に位置する小滑車７に接続されて回動し、前記小滑車７にエンコーダ６の回転軸が接続されている。図５において更に接続固定作用を発揮するモータ板１２、モータ接続盤１３、上接続盤１５、第１の下接続盤１７、第２の下接続盤１８が示されている。図において更に砥石車と砥石車主軸を接続するための砥石車棒２２が示されている。図においてボールカラー１４をトルクモータ主軸の軸受として用い、同時に上下の２つの部品の接続に用いる。

本発明に係る研削盤のベッドは、立柱、ベース、サーボモータ、連結器、スクリュー、パレットを備える。研削盤のベッドは曲線縁状円柱形であり、均一に外力を受け、ベースが鋳造石構造であり、振動を減衰させることができ、耐熱性が良く、振動吸収性が良く、熱安定性が良く、耐食性が高い。

また、スクリューモータとリニアモータを切り換えて使用でき、１つの機種で二種類の駆動方式の切換使用を実現でき、異なるユーザのニーズを満たし、リニアモータ機種は駆動精度が高く、格子スケールに合わせて使用され、全閉ループであり、検出精度が高いが、コストが高い。スクリュー機種はリニアモータ機種より精度がやや低く、格子スケールがなく、半閉ループであるが、コストが低い。そのうち、スクリュー機種の動作過程は、サーボモータが連結器によりスクリューに接続され、サーボモータが回動してスクリューを連動させて回動させ、スクリューが回動してパレット（又は滑りテーブル）を連動させて運動させることである。リニアモータ機種の動作過程は、格子スケールが検出設備となり、ベース（又は滑りテーブル）に取り付けられ、リニアモータの電源を入れた後にパレット（又は滑りテーブル）を連動させて運動させ、パレット（又は滑りテーブル）が読取りヘッドを連動させて移動させることである。

滑りテーブル運動の軸線が砥石車ヘッドストック運動の軸線に対向し、ワーク主軸の軸線と同一直線を実現でき、対称的に加工し、運動行程が小さく、安定性が良いことを達成する。

なお、砥石車ヘッドストックは全体として、エンコーダ、小滑車、小幅同期ベルト、大滑車、主軸モータ、広幅同期ベルト、トルクモータ、回転盤軸受、主軸滑車、主軸を備える。

本発明に係る研削盤の動作過程は次のようである。
１．２つの主軸モータが直列連結し、１つの制御器を採用し、コストがより低い。
２．エンコーダが検出装置であり、主軸モータの外殻の上端に取り付けられ、大滑車が直接にモータ軸に固定され、小滑車が間接にエンコーダ軸に固定され、大滑車と小滑車の間が小幅同期ベルトにより接続し、２つの主軸モータの間がキーにより接続し、直列連結により制御して同期回動を行い、回動後に小幅同期ベルトによりエンコーダを連動させて回動させる。
３．主軸滑車が主軸に固定され、大滑車と主軸滑車の間が広幅同期ベルトにより接続し、主軸モータが回動して主軸を連動させて回動させる。
４．主軸の両端に砥石車棒が取り付けられ、砥石車棒に砥石車が固定され、主軸が回動すると、砥石車が刃物を研削し始める。
５．トルクモータが回転盤軸受により主軸を連動させて３６０°自由回転を完成させる。砥石車ヘッドストックがスクリューにより上下方向に運動し、運動過程で、主軸がいずれも３６０°自由回転を完成でき、干渉現象が発生しない。
６．大滑車が２つの主軸モータの軸に取り付けられており、２つの主軸モータが必ず同期する。
７．広幅同期ベルトがトルクモータの中心を通過する。
８．砥石車ヘッドストックが滑動軌道により立柱に取り付けられ、サーボモータによりスクリューを連動させて上下方向に運動させる。クロス滑りテーブルは滑動軌道とスクリューモータの組合（又は滑動軌道とリニアモータ）により駆動されて直線運動を行う。ワーク主軸はパレットに取り付けられ、対称設計を採用し、ワーク主軸の軸線が砥石車ヘッドストックの軸線に対向することを実現できる。

なお、図１と図４に示す工具研削盤は、ベース２の上水平表面が円形である。ベース２において一側縁に沿って弧度１８０°のアーチ形立柱５６が立って、他側の外縁がアーチ形立板に閉鎖されて円形ベースに位置する溝６３を形成し、且つ立板の高さが立柱より小さい。そのうち、溝６３を成すように囲む立板の内側が勾配面６５であり、且つ立板がベースの外縁の外側に位置する。図２において、勾配面６５、アーチ形立板の両端の閉鎖板６６及びベースの円形表面によって閉鎖して溝６３を形成する。溝６３の作用は冷却媒体を収納することである。

以上で説明したのは、本発明の好ましい具体的な実施形態だけであり、本発明の保護範囲はそれに限定されなく、どちらの当業者であっても本発明で開示した技術範囲内で、本発明の技術解決策及びその発明構想に基づいて加えた等同な切り替え又は変更は、本発明の保護範囲に含まれるべきである。

Claims (5)

1. 研削盤ベース（２）と、一側に位置するように研削盤ベース（２）に立てる立柱（５６）とを備える完全対称式五軸工具研削盤であって、
   前記立柱（５６）の内側立面に垂直方向に、滑動軌道に沿って動作する砥石車ヘッドストック（１）が設置されている滑動軌道（４）が設けられ、
   前記砥石車ヘッドストック（１）は、垂直方向に設けられるものであり、その下部が回転盤軸受により、水平に設けられ、両側に対称的に前記主軸の軸線を回動する砥石車（２３）が設けられている主軸（２１）に接続されているトルクモータ（１６）を備え、
   前記砥石車ヘッドストック（１）は、上部に位置し回転するものであり、広幅同期ベルト（１１）により、前記主軸（２１）の中央に嵌め込み前記主軸（２１）を連動させて回動させる主軸滑車（２０）に接続され、ただし、その中心軸の両端に対称的に主軸モータ（１０）が設けられ、対称する２つの前記主軸モータ（１０）によってその中心軸が同期して駆動されて回動する大滑車（９）を更に備えることを特徴とする完全対称式五軸工具研削盤。
2. 前記大滑車（９）が更に小幅同期ベルト（８）の伝動により上部に位置する小滑車（７）に接続されて回動し、前記小滑車（７）にエンコーダ（６）の回転軸が接続されていることを特徴とする請求項１に記載の完全対称式五軸工具研削盤。
3. 前記研削盤ベース（２）が鋳造石又は大理石構造であることを特徴とする請求項１又は２に記載の完全対称式五軸工具研削盤。
4. 垂直方向に設けられるものであり、その下部が回転盤軸受により、水平に設けられ、両側に対称的に前記主軸の軸線を回動する砥石車（２３）が設けられている主軸（２１）に接続されているトルクモータ（１６）と、
   上部に位置し回転するものであり、広幅同期ベルト（１１）により、前記主軸（２１）の中央に嵌め込み前記主軸（２１）を連動させて回動させる主軸滑車（２０）に接続され、ただし、その中心軸の両端に対称的に主軸モータ（１０）が設けられ、対称する２つの前記主軸モータ（１０）によってその中心軸が同期して駆動されて回動する大滑車（９）と、を備えることを特徴とする砥石車ヘッドストック。
5. 前記大滑車（９）が更に小幅同期ベルト（８）の伝動により上部に位置する小滑車（７）に接続されて回動し、前記小滑車（７）にエンコーダ（６）の回転軸が接続されていることを特徴とする請求項４に記載の砥石車ヘッドストック。

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