JP2016203265A - リニアガイド付き電動加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クイルの剛性を高く維持可能であり、その結果、加工工具が高速度で回転しても高精度の機械加工が可能で、かつ加工工具の寿命を延長できるリニアガイド付き電動加工装置を提供する。
【解決手段】固定フレーム１６と摺動フレーム１３との間にガイド部材が設けられたリニアガイド付き電動加工装置１０において、ガイド部材は、２本のリニアレール２５、２６と、リニアガイド２７、２８とを有し、リニアレール２５、２６は、摺動フレーム１３の対となる第１、第２の平面部２２、２３に固着され、リニアガイド２７、２８は、固定フレーム１６の対となる第３、第４の平面部３０、３１に設けられ、かつ第１、第２の平面部２２、２３と、第３、第４の平面部３０、３１とはそれぞれ同一平面上にあり、摺動フレーム１３の振れを防止し、精度のよい孔開け加工が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータによって回転駆動される取付け具（チャック）にドリル又はタップ等の加工工具を取付けて、孔開け、ねじ加工等を行う電動加工装置に関する。

従来、加工工具の取付け具が着脱可能なスピンドルと、スピンドルを軸方向に固定して回転自在に支持するクイルと、クイルを進退する進退駆動手段と、スピンドルを回転駆動する回転駆動手段と、これらを一体的に固定し、クイルを突出可能に包む筒状部を有する取付けフレームとを有し、クイルを取付けフレームに対して摺動移動させる電動加工ユニットが提案されていた。

ところが、単にクイルを取付けフレームに対して摺動移動させると、使用によってガタが生じ、孔（穴）開け精度が悪くなるという問題があった。そこで、特許文献１に記載のように、クイルの０度位置及び１８０度位置にリニアレールを対向配置し、リニアレールをスライド移動するリニアベアリングケースを取付けフレーム側に取付けた回転加工ユニットが提案された。

特開２０００−１４１１１２号公報

しかしながら、特許文献１記載の回転加工ユニットは、断面円形のクイルの両側にリニアレールを取付けるので、正確にリニアレールを取付けることは困難であった。また、リニアベアリングケースにおいても同様で正確に所定位置に取付けることは困難であった。このため、僅少ではあるが、クイルにガタが生じるという問題があった。勿論、リニアレール及びリニアベアリングケースの取付ける精度が上がれば問題は解消するが、部品の加工及び取付けに手間が必要であるという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、クイルの剛性を高く維持可能であり、その結果、加工工具が高速度で回転しても高精度の機械加工が可能で、かつ加工工具の寿命を延長できるリニアガイド付き電動加工装置を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係るリニアガイド付き電動加工装置は、加工工具の取付け具を先部に着脱可能なスピンドルと、該スピンドルを回転自在に支持する摺動フレームと、該摺動フレームをガイド部材を介して支持する固定フレームと、該固定フレームに保持されて、前記摺動フレームを前記スピンドルの軸方向に進退する進退駆動手段と、前記スピンドルを回転駆動する回転駆動手段とを有する電動加工装置において、
前記ガイド部材は、２本のリニアレールと、該２本のリニアレールにそれぞれ取付けられて左右対となるリニアガイドとを有し、
前記リニアレールは、前記摺動フレームの対となる第１、第２の平面部に固着され、前記リニアガイドは、前記固定フレームの対となる第３、第４の平面部に設けられ、かつ前記第１、第２の平面部と、前記第３、第４の平面部はそれぞれ同一平面上にある。

なお、スピンドルを回転駆動する回転駆動手段は、摺動フレームに取付けられて摺動フレームと一体となって動く場合と、スピンドルを回転駆動する回転駆動手段が固定フレームに取付けられ、スピンドルにスプライン軸とその受け金物とを設けて回転力の伝動を行う場合がある。

第２の発明に係るリニアガイド付き電動加工装置は、第１の発明に係る電動加工装置において、前記摺動フレームの第１、第２の平面部の中央には、前記リニアレールの内側端部に当接して位置決めする第１の突出部が設けられている。そして、第１、第２の平面部、第３、第４の平面部は通常水平面又は垂直面となっている。

第３の発明に係るリニアガイド付き電動加工装置は、第１、第２の発明に係る電動加工装置において、前記固定フレームの第３、第４の平面部の中央には、前記リニアガイドの内側端部が当接して位置決めされる第２の突出部が設けられている。

第４の発明に係るリニアガイド付き電動加工装置は、第１〜第３の発明に係る電動加工装置において、該リニアガイド付き電動加工装置は据え付け型のボール盤である。なお、ボール盤における電動加工装置は、固定フレームを下にする場合もある。

そして、第５の発明に係るリニアガイド付き電動加工装置は、第１〜第３の発明に係る電動加工装置において、前記摺動フレームの先側には、多軸ユニットが設けられ、前記スピンドルの回転を分割して各ユニットに分けている。

本発明に係るリニアガイド付き電動加工装置においては、リニアレールが、それぞれ摺動フレームの左右対となる同一レベルの第１、第２の平面部に固着され、リニアガイドは、それぞれ固定フレームの左右対となる同一レベルの第３、第４の平面部に設けられているので、対となるリニアレール及びリニアガイドがそれぞれ同一高さ又は同一距離位置に取付けられ、摺動フレームは高い精度の進退動作を行うことができる。

特に、摺動フレームの対となる第１、第２の平面部の中央に、リニアレールの内側端部が当接して位置決めされる第１の突出部が設けられている場合、リニアレールの取付けが極めて容易となる。

また、固定フレームの対となる第３、第４の平面部の中央に、リニアガイドの内側端部が当接して位置決めされる第２の突出部が設けられている場合は、リニアガイドを精度よく取付けることができる。

本発明の第１の実施の形態に係るリニアガイド付き電動加工装置の側断面図である。 同一部省略平面図である。 同一部省略正面図である。 同一部省略背面図である。 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の第２の実施の形態に係るリニアガイド付き電動加工装置の正断面図、側断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係るリニアガイド付き電動加工装置の一部省略平面図である。

続いて、添付した図面を参照しながら、本発明を具体化した実施の形態について説明する。
図１〜図４に示すように、本発明の第１の実施の形態に係るリニアガイド付き電動加工装置１０は、加工工具の取付け具（例えば、チャック、図示せず）を先部に着脱可能なスピンドル１１と、スピンドル１１を回転自在に支持する摺動フレーム（クイル）１３と、摺動フレーム１３をスピンドル１１の軸方向に進退する進退駆動手段１４と、摺動フレーム１３に取付けられ、スピンドル１１を回転駆動する回転駆動手段１５と、進退駆動手段１４を保持する固定フレーム１６とを有する。以下、これらについて詳しく説明する。

スピンドル１１は摺動フレーム１３にベアリング１８〜２１を介して回転自由に、かつ摺動フレーム１３に対して軸方向には移動しないように取付けられている。
図３、図４に示すように、摺動フレーム１３の左右対となる底平面部２２、２３（第１、第２の平面部の一例）は、同一平面上（同一レベルをいう）にあって、底平面部２２、２３の中間位置には、下面突出部２４（第１の突出部の一例）が設けられている。そして、底平面部２２、２３にはリニアレール２５、２６が複数の取付けねじ２９によって取付けられている。なお、リニアレール２５、２６の内側端部（正確には側部）は下面突出部２４の垂直面となった側壁に当接して位置決めされている。これによって、摺動フレーム１３の下部に平行かつ一定幅で水平面を維持しながら、２本のリニアレール２５、２６を取付けることができる。

一方、このリニアレール２５、２６に沿って相対的に移動する左右それぞれ対となるリニアガイド２７、２８は、固定フレーム１６の両側に形成され同一平面上にある上平面部３０、３１（第３、第４の平面部の一例）に取付けられている。上平面部３０、３１の中央には、上面突出部３３（第２の突出部の一例）が設けられ、垂直面を有するその側端部にリニアガイド２７、２８の内側端部が接した状態で取付けられている（即ち、位置決めされている）。これによって、固定フレーム１６の上平面部３０、３１の位置を正確に加工しておけば、リニアガイド２７、２８を正確に固定フレーム１６に取付けることができる。２７ａはリニアガイド２７、２８の取付けねじを示す。なお、以上のリニアレール２５、２６とリニアガイド２７、２８によって摺動フレーム１３が直線上に動くガイド部材を構成している。即ち、摺動フレーム１３はガイド部材を介して固定フレーム１６に支持されている。

リニアレール２５、２６とリニアガイド２７、２８は対（セット）となって市販されている。リニアガイド２７、２８は内部に多数のボールを備え、ボールは双方の摩擦係数を小さくし、かつ摩耗を減らして、固定されたリニアレール２５、２６に沿って、精度よくリニアガイド２７、２８が移動可能となっている。
そして、リニアレール２５、２６とリニアガイド２７、２８が取付けられる底平面部２２、２３と、上平面部３０、３１は水平面によって形成されるので、例えばフライス等で精度を有する加工が容易である。そして、下面突出部２４と上面突出部３３に接して、リニアレール２５、２６とリニアガイド２７、２８が取付けられるので、平行性を確保してこれらを取付けることができる。

図１に示すように，スピンドル１１の後部には歯付きプーリ３５が設けられ、摺動フレーム１３の上部には電動モータ３６が取付けられ、電動モータ３６の出力軸には歯付きプーリ３７が設けられ、歯付きプーリ３５、３７に掛け渡された歯付きベルト３８によって、電動モータ３６からの回転動力をスピンドル１１に伝え、スピンドル１１が前進又は後退を行っても、回転駆動可能となっている。なお、電動モータ３６、歯付きプーリ３５、３７、歯付きベルト３８を有して回転駆動手段１５が構成されている。

電動モータ３６とスピンドル１１の上下方向中間位置には、進退駆動手段１４の主要機構が設けられている。進退駆動手段１４は、後側をボールベアリング４１、４２によって支持され、かつ先側を軸受４３によって回転自由に支持されたボールねじ軸４４を有する。
ボールねじ軸４４は、スピンドル１１に平行に配置されている。ボールベアリング４１、４２及び軸受４３は固定フレーム１６に支持されている。

ボールねじ軸４４の後側（基側）には、歯付きプーリ４６が設けられ、固定配置された電動モータ４７の出力軸に設けられた歯付きプーリ４８と歯付きベルト４９で連動され、電動モータ４７の回転によって、ボールねじ軸４４が正転又は逆転する構造となっている。ボールねじ軸４４にはボールナット４９ａが螺合し、ボールナット４９ａは摺動フレーム１３に固定されている。従って、電動モータ４７が回転すると、ボールねじ軸４４が回転し、摺動フレーム１３が前後動する。

図１において、５０はカバーを示し、図２においてカバー５０の上部は省略され、５２〜５５は取付け孔付きの取付け脚を示す。
また、固定フレーム１６の一部を構成する外板部５６の底部には前後方向及び左右方向に位置決め用の角溝５８、５９が形成されている。

従って、このリニアガイド付き電動加工装置１０を使用する場合は、所定の位置（例えば、ロボットハンド）に取付け脚５２〜５５をねじ止めして、電動加工装置１０を固定し、取付け具（チャック）に所定の加工工具（ドリル、タップ）等を取付けた後、加工対象物に対して所定の位置に移動する。
この後、電動モータ３６を所定方向に回転させて、加工工具を回転し、電動モータ４７を所定方向に回転駆動し、孔加工を行って、電動モータ４７を逆転し、加工工具を加工対象物から外して作業が完了する。

この電動加工装置１０の場合、水平面にそれぞれ配置されたリニアレール２５、２６とリニアガイド２７、２８を用いているのでガタが発生しにくく、より精密な孔加工をすることができる。

続いて、図５（Ａ）、（Ｂ）に示す本発明の第２の実施の形態に係るリニアガイド付き電動加工装置６０について説明する。電動加工装置６０は、この実施の形態では、据え付け型のボール盤に適用されている。即ち、この電動加工装置６０は、図示しない加工工具の取付け具を先部に着脱可能なスピンドル６１と、スピンドル６１を回転自在に支持する摺動フレーム６２と、摺動フレーム６２を支持する固定フレーム６４と、摺動フレーム６２をスピンドル６１の軸方向に進退する進退駆動手段６３と、固定フレーム６４に取付けられ、スピンドル６１を回転駆動する回転駆動手段を構成する電動モータ６５とを有している。以下、これらについて詳細に説明する。

摺動フレーム６２はガイド部材６６を介して、固定フレーム６４に取付けられている。
ガイド部材６６は、２本のリニアレール６７、６７ａとそれぞれのリニアレール６７、６７ａの上下に設けられたそれぞれ２個のリニアガイド６８、６８ａ、６９、６９ａを有している。リニアレール６７、６７ａは、摺動フレーム６２の対となる垂直面部７０、７０ａ（第１、第２の平面部の一例）に図示しないねじによって取付けられている。リニアガイド６８、６８ａ、６９、６９ａもそれぞれ垂直面部７２、７２ａ（第３、第４の平面部の一例）に取付けられている。

また、摺動フレーム６２の垂直面部７０、７０ａの間には第１の突出部を、固定フレーム６４の垂直面部７２、７２ａの間には第２の突出部が設けられて、リニアレール６７、６７ａ及びリニアガイド６８、６８ａ、６９、６９ａの位置決めを行う。従って、垂直面部７０、７０ａ、７２、７２ａは平行であるので、加工が容易となることもあって、精度の高いリニアレール６７、６７ａ、及びリニアガイド６８、６８ａ、６９、６９ａの取付けができる。

スピンドル６１は、摺動フレーム６２にベアリング７７、７８、７９を介して取付けられている。スピンドル６１の上部にはスプライン軸８０を下部に備えた回転軸８１が嵌入し、回転軸８１の上部には軸受が設けられ、更に回転軸８１には、歯付きプーリ８３が設けられている。この歯付きプーリ８３は、電動モータ６５の出力軸に設けられた歯付きプーリ８５と歯付きベルトを介して連動している。これによって、上下動するスピンドル６１に回転動力を与えている。

進退駆動手段（この実施の形態では昇降手段に同じ）６３は固定フレーム６４に取付けられているボールねじ軸８７とこれに螺合するボールナット８８とを有し、ボールねじ軸８７を電動モータ８９によって回転駆動し、摺動フレーム６２の昇降を行っている。なお、その機構は電動加工装置１０と同じである。

続いて、図６を参照しながら、本発明の第３の実施の形態に係るリニアガイド付き電動加工装置９０について説明する。この電動加工装置９０は、進退駆動手段の構成、スピンドルを回転駆動する構成は電動加工装置１０と同一であるが、摺動フレーム１３の下部に位置するクイル９２に嵌合する装着部９３を有している。この装着部９３ではスピンドルの動力を中央に配置された第１の歯車に伝え、更に第１の歯車から第２、第３の歯車に動力を伝える。第２、第３の歯車には第２、第３のスピンドル９４、９５が設けられ、それぞれにチャック９６、９７（取付け具の一例）が設けられ、加工工具９８、９９を装着できるようになっている。この場合は、スピンドルの回転を分割して各ユニットに分けているので、摺動フレーム１３の振れを最小とすることができ、精度の高い孔加工が可能となる。

本発明は前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲でその構成を変更することもできる。
前記実施の形態では、電動加工装置１０に２軸のユニットを取付けた例（電動加工装置９０）を説明したが、３軸以上の多軸ユニットを設けてもよい。

１０：リニアガイド付き電動加工装置、１１：スピンドル、１３：摺動フレーム、１４：進退駆動手段、１５：回転駆動手段、１６：固定フレーム、１８〜２１：ベアリング、２２、２３：底平面部、２４：下面突出部、２５、２６：リニアレール、２７ａ：取付けねじ、２７、２８：リニアガイド、２９：取付けねじ，３０、３１：上平面部、３３：上面突出部、３５：歯付きプーリ、３６：電動モータ、３７：歯付きプーリ、３８：歯付きベルト、４１、４２：ボールベアリング、４３：軸受、４４：ボールねじ軸、４６：歯付きプーリ、４７：電動モータ、４８：歯付きプーリ、４９：歯付きベルト、４９ａ：ボールナット、５０：カバー、５２〜５５：取付け脚、５６：外板部、５８、５９：角溝、６０：リニアガイド付き電動加工装置、６１：スピンドル、６２：摺動フレーム、６３：進退駆動手段、６４：固定フレーム、６５：電動モータ、６６：ガイド部材、６７、６７ａ：リニアレール、６８、６８ａ、６９、６９ａ：リニアガイド、７０、７０ａ、７２、７２ａ：垂直面部、７７〜７９：ベアリング、８０：スプライン軸、８１：回転軸、８３、８５：歯付きプーリ、８７：ボールねじ軸、８８：ボールナット、８９：電動モータ、９０：リニアガイド付き電動加工装置、９２：クイル、９３：装着部、９４、９５：スピンドル、９６、９７：チャック、９８、９９：加工工具

Claims (5)

1. 加工工具の取付け具を先部に着脱可能なスピンドルと、該スピンドルを回転自在に支持する摺動フレームと、該摺動フレームをガイド部材を介して支持する固定フレームと、該固定フレームに保持されて、前記摺動フレームを前記スピンドルの軸方向に進退する進退駆動手段と、前記スピンドルを回転駆動する回転駆動手段とを有する電動加工装置において、
   前記ガイド部材は、２本のリニアレールと、該２本のリニアレールにそれぞれ取付けられて左右対となるリニアガイドとを有し、
   前記リニアレールは、前記摺動フレームの対となる第１、第２の平面部に固着され、前記リニアガイドは、前記固定フレームの対となる第３、第４の平面部に設けられ、かつ前記第１、第２の平面部と、前記第３、第４の平面部はそれぞれ同一平面上にあることを特徴とするリニアガイド付き電動加工装置。
2. 請求項１記載のリニアガイド付き電動加工装置において、前記摺動フレームの第１、第２の平面部の中央には、前記リニアレールの内側端部に当接して位置決めする第１の突出部が設けられていることを特徴とするリニアガイド付き電動加工装置。
3. 請求項１又は２記載のリニアガイド付き電動加工装置において、前記固定フレームの第３、第４の平面部の中央には、前記リニアガイドの内側端部が当接して位置決めされる第２の突出部が設けられていることを特徴とするリニアガイド付き電動加工装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１記載のリニアガイド付き電動加工装置において、該リニアガイド付き電動加工装置は据え付け型のボール盤であることを特徴とするリニアガイド付き電動加工装置。
5. 請求項１〜３のいずれか１記載のリニアガイド付き電動加工装置において、前記摺動フレームの先側には、多軸ユニットが設けられ、前記スピンドルの回転を分割して各ユニットに分けていることを特徴とするリニアガイド付き電動加工装置。

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