JP2020040174A - 加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークを支持する支持機構を備えた加工装置において、高い精度が必要となるワークに対しても適用可能であり、しかも、ワークの直径が変更になっても迅速に対応可能とする。【解決手段】加工装置１０は、ワーク７を保持するチャックと、ワーク７を回転させる回転機構と、ワーク７の外周面の複数箇所に径方向外方から接触可能である複数の支持部１７を有する支持機構と、工具とを備える。支持部１７それぞれは、回転自在に保持されたボール２１が先部に設けられたプランジャ２３と、ワーク７の外周面８から離れた退避位置にあるボール２１を外周面８に接触させるためにプランジャ２３に推力を与える油圧ユニット３０と、ワーク７の外周面８にボール２１を弾性的な押付力によって接触させるばね２６と、ボール２１が外周面８に接触するとプランジャ２３の移動を不能とするコレット２４とを有する。【選択図】 図３

Description

本発明は、円筒状のワークを加工する加工装置に関する。

円筒状のワークを切削又は研削して所定形状を得るための加工装置として、旋削盤又は研削盤が知られている。例えば、特許文献１には、ワークを研削する加工装置が開示されている。

加工装置では、例えばワークがマグネットチャックによって主軸台側に保持される。ワークの内周面に工具を接触させて加工すると、このワークに力が作用する。この力は、マグネットチャックによって支持されるが、更に、ワークの外周面に接触させたシュー又は振れ止めユニットによっても支持される。

特開２０１７−１６４８５０号公報

図７は、ワーク９０がシュー９１によって支持される場合の説明図である。ワーク９０は、図外のマグネットチャックによって保持され、更に、加工の際にワーク９０に作用する力は、二つのシュー９１，９１によって支持される。図７において、ワーク９０に対する図外の工具の接触位置が符号１００で示され、この工具によってワーク９０に作用する力が矢印Ｆで示されている。シュー９１は、ガイド体９２と、固定部材９３とを有する。ガイド体９２は、ワーク９０に接触可能である接触部材９２ａ、及び長孔９４が形成されているブラケット９２ｂを有する。ガイド体９２（ブラケット９２ｂ）は、ワーク９０の径方向に移動可能となって固定部材９３に取り付けられている。具体的に説明すると、長孔９４を貫通するボルトナット９５によって、ガイド体９２は固定部材９３に固定されている。このため、加工の対象となるワーク９０の直径Ｄが変更される場合、ボルトナット９５を緩め、ガイド９２の位置を調整し、再びボルトナット９５を締め付ける。このように、ワーク９０を支持する構成としてシュー９１が用いられる場合、ワーク９０の直径Ｄが変更される毎に、ガイド９２の位置調整が必要となる。その作業に時間を要し、生産性が低下するという問題点がある。

図８は、ワーク９０が振れ止めユニット９６によって支持される場合の説明図である。振れ止めユニット９６は、一対のクランプアーム９８，９８を有する。各クランプアーム９８に、ワーク９０に接触可能となる接触部材９７が設けられている。図８において、ワーク９０に対する図外の工具の接触位置が、符号１００で示され、この工具によってワーク９０に作用する力が矢印Ｆで示されている。ワーク９０が図外のマグネットチャックによって保持されると、ワーク９０は更に一対のクランプアーム９８，９８によって挟まれて支持される。クランプアーム９８，９８がワーク９０を挟む力は、例えば油圧によって発生する。油圧による力は比較的大きいため、クランプアーム９８，９８がワーク９０を挟むと、ワーク９０が弾性的に変形する（ひずみが発生する）場合がある。ワーク９０が変形した状態で加工が行われると、加工後、ワーク９０の内周面及び外周面の真円度が低下することがある。つまり、振れ止めユニット９６は、高い精度が必要となるワーク９０には適していない。

ワーク９０を支持する構成としてクランプアーム９８が用いられる場合（図８参照）、ワーク９０の直径Ｄが変更になっても、その対応は比較的容易である。しかし、クランプアーム９８の場合、加工後のワーク９０の精度が低下するおそれがある。これに対して、ワーク９０を支持する構成としてシュー９１が用いられる場合（図７参照）、シュー９１によるワーク９０の変形は生じない。しかし、シュー９１の場合、加工の対象となるワーク９０の直径Ｄが変更されると、調整の作業に時間を要し、迅速に対応することが困難である。

そこで、本発明は、ワークを支持する支持機構を備えた加工装置において、高い精度が必要となるワークに対しても適用可能であり、しかも、ワークの直径が変更になっても迅速に対応可能とすることを目的とする。

本発明は、円筒状のワークを保持するチャックと、前記ワークを当該ワークの中心線回りに回転させる回転機構と、前記ワークの外周面の複数箇所に対して当該ワークの径方向外方から接触可能である複数の支持部を有する支持機構と、前記ワークの内周面に接触して加工する工具と、を備え、前記支持部それぞれは、回転自在に保持されたボールが先部に設けられたプランジャと、前記ワークの外周面から離れた退避位置にある前記ボールを当該外周面に接触させるために前記プランジャに推力を与える駆動部と、前記ワークの外周面に前記ボールを弾性的な押付力によって接触させるばねと、前記ボールが前記外周面に接触すると前記プランジャの移動を不能とする拘束部と、を有する。

この加工装置によれば、駆動部によってプランジャに推力が与えられ、退避位置にあるボールがワークの外周面に接触する。このため、ワークの直径が、ボールの移動ストロークの範囲内で変更されても、ワークの外周面に対して各支持部のボールを接触させ、ワークを支持することが可能となる。そして、ボールを弾性的な押付力によってワークの外周面に接触させることができる。ボールがワークの外周面に接触すると、プランジャの移動が不能となる。このため、支持部それぞれがワークを強く締め付けて拘束した状態で、加工は行われない。したがって、支持機構によるワークの変形を防ぐことができ、高い精度が必要となるワークにも適用可能である。しかも、ワークの直径が変更になっても迅速に対応可能となる。

また、前記加工装置は、前記ボールが前記ワークの外周面に接触する領域又は当該領域の近傍に対して潤滑液の噴霧を行うノズルを、更に備えているのが好ましい。この場合、加工の際のボールとワークとの間の抵抗を低減することができる。

また、前記ボールは、セラミック製であるのが好ましい。この場合、ボールの耐久性を向上させることができる。

また、前記工具は、ハードターニング加工用の回転式の丸コマチップであり、前記ワークの周方向に沿って離れた三箇所に設けられた前記支持部が、当該ワークを支持するのが好ましい。丸コマチップによるハードターニング加工の場合、加工の際にワークが丸コマチップから受ける力が大きくなる。前記構成によれば、ワークは支持部によって周方向に離れた三箇所から支持される。このため、ハードターニング加工の場合であっても、ワークは安定して支持される。

本発明によれば、高い精度が必要となるワークにも適用可能であり、しかも、ワークの直径が変更になっても迅速に対応可能となる。

加工装置の一部、及び加工の対象となる円筒状のワークの一例を示す平面図である。 支持機構及びワークを中心線に沿った方向から見た図である。 支持部の断面図である。 支持部の断面図である。 コレット及びプランジャの断面図である。 コレット及びプランジャの断面図である。 従来技術として、ワークがシューによって支持される場合の説明図である。 従来技術として、ワークが振れ止めユニットによって支持される場合の説明図である。

図１は、加工装置１０の一部、及び加工の対象となる円筒状のワーク７の一例を示す平面図である。図１では、ワーク７が断面で示されている。本実施形態のワーク７は、転がり軸受に用いられる外輪であり、外輪の内周面９を工具１１によって加工する。本実施形態で行われる加工は、ハードターニング加工であり、工具１１は、回転しながらワーク７を旋削する丸コマチップである。

加工装置１０は、前記工具１１の他に、ワーク７を保持するチャック、ワーク７を回転させる回転機構１３、及び、ワーク７を支持する支持機構１４を備える。本実施形態の前記チャックは、マグネットチャック１２である。

マグネットチャック１２は、電磁石ユニット１５を有し、電磁力によりワーク７を回転盤１６に固定する。電磁石ユニット１５は電磁力の強弱の調整を可能とする機能を備える。回転盤１６は主軸１８に固定されている。回転機構１３は、図示しないがモータ及び変速機を有し、前記モータの回転力によって主軸１８及び回転盤１６が回転する。回転盤１６は、主軸１８の中心線Ｃ０回りに回転する。主軸１８の中心線Ｃ０とワーク７の中心線Ｃ３とが一致するように、芯合わせが行われて、ワーク７はマグネットチャック１２により回転盤１６に固定される。ワーク７の環状となる側面が回転盤１６に接触した状態となって、ワーク７は固定される。これにより、回転機構１３は、ワーク７を中心線Ｃ３回りに回転させることができる。

ワーク７の芯合わせ、及びワーク７の回転盤１６への固定方法について更に説明する。まず、マグネットチャック１２によりワーク７を回転盤１６に磁力が弱い状態で固定（仮固定）し、ワーク７の芯合わせを行う。ワーク７の中心線Ｃ３が主軸１８の中心線Ｃ０と一致すると、磁力を強くする（本固定）。次に、回転盤１６に固定（本固定）されたワーク７を、支持機構１４によって支持する。

支持機構１４は、複数の支持部１７を有する。これら支持部１７が、ワーク７の外周面８の複数箇所に対してワーク７の径方向の外方から接触する。これにより、ワーク７は支持機構１４によって支持される。

工具１１は、図外の工具台に設置される。本実施形態では、前記のとおり工具１１は丸コマチップである。この丸コマチップの中心線Ｃ１回りに工具１１は回転する。工具１１が設けられている図外の工具台、マグネットチャック１２及び回転機構１３が設けられている図外の主軸台、並びに、支持機構１４は、図外の装置基台に搭載されている。

図２は、支持機構１４及びワーク７を、主軸１８の中心線Ｃ０に沿った方向から見た図である。支持機構１４は、支持部１７を取り付けているブラケット１９を有する。本実施形態では、三つの支持部１７がワーク７の外周面８に沿ってほぼ等間隔で配置されている。各支持部１７は、ワーク７の外周面８に接触するボール２１を有する。ワーク７が中心線Ｃ０回りに回転すると、外周面８に接触するボール２１は回転することができる。以上より、三つの支持部１７を有する支持機構１４は、回転するワーク７を支持することができる。工具１１がワーク７を加工（旋削）している際、工具１１からワーク７に作用する力を、支持部１７は受けることができる。

図３は、支持部１７の断面図である。支持部１７は、ボール２１、ホルダ２２、プランジャ２３、コレット２４、第一ピストン２５、ばね２６、硬球２７、ボディ２８、第二ピストン２９、及び油圧ユニット３０を有する。本実施形態では、三つの支持部１７が、一つの油圧ユニット３０を共有している。つまり、一つの油圧ユニット３０によって、三つの支持部１７が（後に説明するように）動作する。

ボディ２８がブラケット１９に固定されている。ボディ２８には配管３３を介して油圧ユニット３０が接続されている。油圧ユニット３０からボディ２８内に作動油が供給されると、後に説明するが、第一ピストン２５、プランジャ２３、第二ピストン２９、及びコレット２４がボディ２８内で動作する。ボール２１は、ワーク７に接触させる部材である。なお、図３では、ボール２１がワーク７の外周面８から離れた退避位置にある状態が示されている。

本実施形態のボール２１は、セラミック製である。ホルダ２２は、ボール２１を脱落不能でかつ回転自在に保持する。ホルダ２２は、プランジャ２３の先部に固定されている。ボール２１が、支持部１７の先部３１となる。先部３１の反対側である支持部１７の基部３２側に、配管３３を通じて油圧ユニット３０が接続されている。本実施形態のプランジャ２３は、円筒形状を有する。プランジャ２３の中心線Ｃ２に沿った方向にプランジャ２３は移動可能となってボディ２８に設けられている。プランジャ２３の中心線Ｃ２を、支持部１７の中心線とする。図２において、中心線Ｃ２がワーク７の径方向と一致するように、各支持部１７はブラケット１９に取り付けられている。

図３において、第一ピストン２５は、プランジャ２３と同軸状となってボディ２８内に設けられている。第一ピストン２５は、中心線Ｃ２に沿った方向に移動可能である。第一ピストン２５と、プランジャ２３に固定されたホルダ２２との間に、ばね（第一のばね）２６が介在している。ばね２６は、コイルばねである。第一ピストン２５は、油圧ユニット３０が発生させた油圧によって、ワーク７側に向かって中心線Ｃ２に沿って移動する。第一ピストン２５は、ワーク７に向かって移動すると、ばね２６を介して、プランジャ２３をワーク７に向かって押して移動させる。油圧ユニット３０は、プランジャ２３に推力を与える駆動部として機能する。プランジャ２３は、退避位置にあるボール２１が外周面８に接触するまでの所定のストロークについて、移動可能である。

図４に示されるように、前記油圧によって、ボール２１がワーク７の外周面８に接触すると、プランジャ２３の移動が制限される。前記油圧によって第一ピストン２５は更にワーク７側へ移動しようとすることから、第一のばね２６が弾性的に圧縮変形する。

これに対して、ボディ２８内の油圧が抜けると、ボディ２８内に設けられている第二のばね３４の弾性復元力によって、第一ピストン２５は基部３２側の初期位置へ戻る。これに伴い、第一ピストン２５と共にプランジャ２３は初期位置へ戻る。

油圧ユニット３０の油圧によって、更に、第二ピストン２９、硬球２７、及びコレット２４が動作する。コレット２４は、筒状の部材であり、油圧が作用しない状態で（図３参照）、プランジャ２３に隙間を有して外嵌している。コレット２４には、中心線Ｃ２に平行なスリット２４ｂ（図５参照）が設けられている。スリット２４ｂにより、コレット２４は弾性的に縮径可能である。図３において、コレット２４の外周面２４ａは、支持部１７の先部３１側（ワーク７側）に向かって縮径するテーパ形状を有する。コレット２４は、径方向に弾性変形可能であるが、中心線Ｃ２に沿った方向に移動不能となってボディ２８に設けられている。第二ピストン２９は、筒状の部材であり、コレット２４に複数の硬球２７を介して外嵌している。第二ピストン２９は、筒状の部材であり、中心線Ｃ２に沿って移動可能となってボディ２８内に設けられている。第二ピストン２９は、コレット２４が有するテーパ形状の外周面２４ａと同様、先部３１側（ワーク７側）に向かって縮径するテーパ形状の内周面２９ａを有する。これら外周面２４ａと内周面２９ａとの間に複数の硬球２７が設けられている。

油圧ユニット３０がボディ２８に作動油を供給すると、その油圧によって、図４に示されるように、（前記のとおり）第一ピストン２５が先部３１側へ移動すると共に、第二ピストン２９が先部３１側と反対である基部３２側に向かって移動する。第二ピストン２９が基部３２側に移動すると、前記テーパ形状によって硬球２７を介してコレット２４を縮径させる。図６に示されるように、コレット２４が縮径すると、プランジャ２３との間の隙間が解消され、コレット２４がプランジャ２３に外嵌する。コレット２４は、前記のとおり、中心線Ｃ２に沿った方向に移動不能である。このため、コレット２４がプランジャ２３に隙間が無い状態で外嵌すると、プランジャ２３は、中心線Ｃ２に沿った方向に移動不能となる。このように、油圧ユニット３０の油圧によってコレット２４は縮径し、コレット２４がプランジャ２３を径方向から締め付けることで、プランジャ２３の移動が不能となる。コレット２４は、プランジャ２３の移動を不能とする拘束部として機能する。

これに対して、ボディ２８内の油圧が抜けると、ボディ２８内に設けられている第三のばね３５の復元力によって、第二ピストン２９は先部３１側の初期位置へ戻る。これにより、コレット２４は弾性復元力によって拡径し、プランジャ２３に対するコレット２４の締め付けが解消され、プランジャ２３との間に隙間が形成される。

油圧ユニット３０の代わりに空圧ユニットであってもよく、この場合、支持部１７は空圧（圧縮エア）によって動作する。なお、本実施形態の支持部１７は、ワークサポート（株式会社コスメック製、型式：ＬＤ−Ｑ）を含む構成である。本実施形態の支持部１７は、前記ワークサポートが有するプランジャ（２３）の先部にホルダ２２が取り付けられて構成される。支持部１７は、前記プランジャ２３などを備えていれば、前記ワークサポート以外により構成されていてもよい。

図２において、加工装置１０は、潤滑液の噴霧を行うノズル４０を更に備える。ノズル４０の数は支持部１７の数と同じであり、一つの支持部１７の近傍に一つのノズル４０が設けられている。各ノズル４０は、ボール２１がワーク７の外周面８に接触する領域又は当該領域の近傍に対して潤滑液の噴霧を行う。本実施形態では、ボール２１がワーク７の外周面８に接触する位置の近傍の領域であって、当該位置よりもワーク７の回転方向の上流側の領域に対して、ノズル４０は潤滑液の噴霧を行う。図２では、ワーク７の回転方向が矢印Ｒにより示されている。

以上のように、本実施形態の加工装置１０は（図１及び図２参照）、円筒状のワーク７を保持するマグネットチャック１２と、このマグネットチャック１２により保持されたワーク７を中心線Ｃ３（Ｃ０）回りに回転させる回転機構１３と、支持機構１４と、ワーク７の内周面９に接触して加工する工具（切削工具）１１とを備える。支持機構１４は、複数の支持部１７を有する。支持部１７は、ワーク７の外周面８の複数箇所（三箇所）に対して、ワーク７の径方向外方から接触可能である。各支持部１７は（図３〜図６参照）、プランジャ２３と、このプランジャ２３に推力を与える駆動部として機能する油圧ユニット３０と、第一のばね２６と、プランジャ２３の移動を不能とする拘束部として機能するコレット２４とを有する。プランジャ２３の先部には、回転自在に保持されたボール２１が設けられている。油圧ユニット３０（駆動部）は、ワーク７の外周面８から離れた退避位置（図３参照）にあるボール２１を外周面８に接触させるために、プランジャ２３に推力を与える。第一のばね２６は、ボール２１を弾性的な押付力によってワーク７の外周面８に接触させることができる。コレット２４（拘束部）は、ボール２１が外周面８に接触するとプランジャ２３の移動を不能とする（図４及び図６参照）。

前記構成を備える加工装置１０によれば、油圧ユニット３０によってプランジャ２３に推力が与えられ、退避位置にあるボール２１がワーク７の外周面８に接近して外周面８に接触する。このため、ワーク７の直径Ｄ（図２参照）が、支持部１７のボール２１の移動ストロークの範囲内で変更されても、ワーク７の外周面８に対してボール２１を接触させ、ワーク７を支持することが可能となる。そして、第一のばね２６により、ボール２１を弾性的な押付力によってワーク７の外周面８に接触させることができる。更に、ボール２１がワーク７の外周面８に接触すると、コレット２４の締め付けにより、プランジャ２３の移動が不能となる。このため、本実施形態の加工装置１０では、支持部１７それぞれが（油圧力によって）ワーク７を強く締め付けて拘束した状態で、加工が行われない。したがって、支持機構１４（支持部１７）によるワーク７の変形を防ぐことができ、高い精度が必要となるワーク７にも適用可能である。しかも、ワーク７の直径Ｄが変更になっても、本実施形態の場合、従来（図7）のようなシュー９１（ガイド９２）の位置調整が不要であり、迅速に対応可能となる。また、ワーク７の周方向に沿った三箇所においてボール２１が接触した状態となって、支持機構１４がワーク７を支持する。よって、支持機構１４は、高い精度でワーク７を支持することができる。

特に本実施形態の工具１１は、ハードターニング加工用の回転式の丸コマチップである。この場合、加工の際にワーク７が丸コマチップ（工具１１）から受ける力が大きくなる。そこで、ワーク７の周方向に沿って離れた三箇所に設けられた支持部１７が、ワーク７を支持する。このため、ハードターニング加工の場合であっても、ワーク７は安定して支持される。

また、本実施形態の加工装置１０は、ノズル４０を更に備えている。ノズル４０は、ボール２１がワーク７の外周面８に接触する領域の近傍に対して潤滑液の噴霧を行う。これにより、加工の際のボール２１とワーク７との間の抵抗を低減することができる。このため、例えばボール２１とワーク７との間にスパークが発生するのを防止することができ、ワーク７及びボール２１の損傷を防ぐことが可能となる。

本実施形態の工具１１は、回転工具であって特に丸コマチップであり、加工装置１０がハードターニング加工を行う場合について説明した。しかし、工具１１は、他の形態のものであってもよい。例えば、工具１１は、図示しないが、砥石又は回転しない切削工具（バイト）であってもよい。つまり、工具１１は、ワーク７の内周面９に接触して加工するものであればよい。このような工具１１によってワーク７を加工する加工装置において、前記支持機構１４が適用される。

以上のとおり開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。つまり、本発明の加工装置は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。

７：ワーク ８：外周面 ９：内周面
１０：加工装置 １１：工具 １２：チャック（マグネットチャック）
１３：回転機構 １４：支持機構 １７：支持部
２１：ボール ２２：ホルダ ２３：プランジャ
２４：コレット（拘束部） ２６：第一のばね ３０：油圧ユニット（駆動部）
４０：ノズル Ｃ３：ワークの中心線

Claims (4)

1. 円筒状のワークを保持するチャックと、前記ワークを当該ワークの中心線回りに回転させる回転機構と、前記ワークの外周面の複数箇所に対して当該ワークの径方向外方から接触可能である複数の支持部を有する支持機構と、前記ワークの内周面に接触して加工する工具と、を備え、
   前記支持部それぞれは、
   回転自在に保持されたボールが先部に設けられたプランジャと、
   前記ワークの外周面から離れた退避位置にある前記ボールを当該外周面に接触させるために前記プランジャに推力を与える駆動部と、
   前記ワークの外周面に前記ボールを弾性的な押付力によって接触させるばねと、
   前記ボールが前記外周面に接触すると前記プランジャの移動を不能とする拘束部と、
   を有する、加工装置。
2. 前記ボールが前記ワークの外周面に接触する領域又は当該領域の近傍に対して潤滑液の噴霧を行うノズルを、更に備えている請求項１に記載の加工装置。
3. 前記ボールは、セラミック製である、請求項１又は２に記載の加工装置。
4. 前記工具は、ハードターニング加工用の回転式の丸コマチップであり、
   前記ワークの周方向に沿って離れた三箇所に設けられた前記支持部が、当該ワークを支持する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の加工装置。

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