JP2972140B2 - 機械芯出し補償アクチュエータシステム - Google Patents

機械芯出し補償アクチュエータシステム

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JP2972140B2 JP8112806A JP11280696A JP2972140B2 JP 2972140 B2 JP2972140 B2 JP 2972140B2 JP 8112806 A JP8112806 A JP 8112806A JP 11280696 A JP11280696 A JP 11280696A JP 2972140 B2 JP2972140 B2 JP 2972140B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に機械芯出し（ａ
ｌｉｇｎｍｅｎｔ）補償アクチュエータシステムに関
し、特に芯出し工具ヘッドと機械工具のフレーム（ｆｒ
ａｍｅｗｏｒｋ）との間に配設され工具ヘッドの芯を正
確に保つ補償アクチュエータシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】工作機械のような多くの機械において
は、ある操作を実行するための工具は剛なフレームに移
動可能に取り付けられている。被加工物を切断するとい
うようなある操作を正確に実行するためには、工具の方
向をできるだけ確実に維持することがしばしば必要とさ
れる。しかしながら、機械部品の磨耗、被加工物によっ
て工具にかけられる力、質量を移動させることによる
力、そして局所的な或いは環境の温度変化による部品の
収縮膨張は、工具の方向や芯に影響を与える要因の例で
ある。これは、典型的な工作機械における工具ヘッドや
カッターの正確な芯を維持する際に問題になることであ
る。
【０００３】機械部品の芯を維持するための既存の方法
あるいはシステムは、ガイド搭載面の正確な機械加工、
例えばガイド搭載面の手きさげ（ｈａｎｄ ｓｃｒａｐ
ｉｎｇ）、ガイド面の芯出しをするための組み立て取り
付け具の応用や非収縮性エポキシの応用、及び所望の芯
出しを達成するための努力の際に構造全体をひずませる
ために、構造内に余剰構造マウント（ｒｅｄｕｎｄａｎ
ｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｍｏｕｎｔｓ）を組み込む
こと等の方法を含む。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の芯出し方法及びシステムは永久的ものであり、一旦当
初設定をしてしまうと容易に変更することができない。
このように、負荷や部品の磨耗によって引き起こされる
変化は、なおさら工具の芯出しに望ましくない効果を有
する。これは、機械の性能全体に有害な影響を有する。
【０００５】さらに、これらの方法に伴う製造コスト
は、予想し難い。より厳しい公差が要求されるにつれて
コストは急激に上昇する傾向がある。それは、種々の機
械部品が作られなければならない必要な精度のためであ
る。機械部品をそのような高精度で構成することを要求
しないシステムがあれば有利である。
【０００６】芯出しの問題を緩和するための試みが他に
もある。ある装置においては、工具の芯出しの修正は機
械のスライド或いは案内を調整することによってなされ
る。少なくとも一つの装置においては、熱膨張と収縮に
よって機械構造を変形することによって修正がなされ
る。後者の装置は、機械のベース上に搭載された複数の
冷却ジャケットとヒータを用いている。そのようにし
て、機械ベースの異なった部分が加熱され或いは冷却さ
れ、構造のねじれ及び工具の芯出しを提供する。このや
り方は、応答時間が比較的長いので、問題がある。加う
るに、その芯出し制御は、工具ヘッドに直接作用すると
いうよりも機械の構造を通して働くので、芯出し修正を
複雑にする。
【０００７】工具の方向性を迅速に再調整するために機
械工具ヘッド組立体に対して直接的に作用する機械芯出
し補償アクチュエータシステムを提供することは有利で
ある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、被加工物上の
加工操作を実行するために工具を移動させる型の機械工
具と共に用いる機械芯出し補償アクチュエータシステム
を特徴とする。そのアクチュエータシステムは、工具の
精度の高い芯を維持するように設計されており、与えら
れた軸線（ａｘｉｓ）セットに沿って工具を空間に保持
するように形成された機械スライド組立体とフレーム
（ｆｒａｍｅｗｏｒｋ）とを含む。アクチュエータ組立
体は、機械スライド組立体とフレームとの間に配設され
ている。アクチュエータ組立体は、複数のアクチュエー
タを備えており、各アクチュエータは固有の位置に配設
されている。各アクチュエータを独立して調整すること
によって、機械スライド組立体と工具の方向を変えるこ
とができる、すなわち再方向付けすることができる（ｒ
ｅｏｒｉｅｎｔｅｄ）。
【０００９】本発明のさらに詳細な局面によれば、複数
のアクチュエータは圧電性セラミクスを含んでもよい。
また、アクチュエータは、加圧流体を受け入れるための
空洞を形成するように、工具ホルダと協働するダイヤフ
ラムを含んでもよい。その空洞を選択的に加圧すること
によってダイヤフラムは力をうけて撓み、よって工具ホ
ルダ組立体の方向を再調整する（即ち、再芯出しす
る）。より詳細に述べるならば、各ダイヤフラムは、そ
の空洞内に十分な圧力が導入されたとき、フレーム（案
内）から離れる方向に撓む。これによって、機械スライ
ド組立体もダイヤフラムにより押され、フレームから離
れるよう動作する。従って、例えばアクチュエータを機
械スライド組立体の四隅に配置した場合、アクチュエー
タのダイヤフラムの撓みをそれぞれ個別に制御すると、
機械スライド組立体の各隅部が個別にフレームに対して
接近したり遠ざかったりする。これにより、機械スライ
ド組立体は全体として、フレームにより規定される基準
面に対して傾動動作が可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明を、添付図を参照しながら
以下説明する。ここでは、同様な参照番号は同様な要素
を指すものとする。
【００１１】一般的に図１を参照すると、本発明の好ま
しい実施例に従った機械工具芯出しシステム１０が、被
加工物１６上の加工操作を実行するために工具１４を動
かすように設計された型の機械工具１２を含むものとし
て図示されている。図示の実施例では、被加工物１６は
被加工物パレット１８上に搭載されており、工具１４は
空間に固定された好ましい或いは所望の軸線２０に沿っ
た方向に向けられている。図示の工具１４は、被加工物
１６を形成するためのものであるが、広範囲の種類の工
具が本発明の範囲に包含される。例えば、図示の工具１
４は、せん断カッタ、エンドミル或いはドリルのような
回転カッタ、及び被加工物１６のなんらかのパラメータ
を検知するためのプローブであってもよい。
【００１２】機械工具１２は、フレーム２２を含み、フ
レーム２２は少なくとも一つの基準面或いは案内（ｗａ
ｙ）２４を含んでもよい。フレーム２２は、一対の案内
２４を含むのが好ましい。
【００１３】機械スライド組立体２６はフレーム２２上
に可動搭載されており、図示の実施例では、案内２４に
沿って滑動可能に搭載されている。しかしながら、機械
スライド組立体２６と案内２４とは、種々の軸線に沿っ
て種々の方向に搭載することができる。機械スライド組
立体２６は、図示の片持ち梁ビームや回転スピンドルの
ような工具ホルダ２８を含んでもよく、或いは機械スラ
イド組立体２６はその上に搭載される被加工物１６や被
加工物パレット１８を受容するように形成されてもよ
い。機械スライド組立体２６は、工具ホルダ２８に搭載
されたサポート３０そのものから構成されたものであっ
てもよい。
【００１４】アクチュエータ組立体３２は、複数のアク
チュエータ３４を含み、各々は機械スライド組立体２６
とフレーム２２との間、例えば案内２４とサポート３０
との間に配設される。各アクチュエータ３４は固有の位
置に置かれており、機械スライド組立体２６の方向を、
ひいては工具１４の方向を、所望の軸線及び被加工物１
６に関して、変えるように独立に調整できる。前述した
ように、機械スライド組立体２６上に被加工物１６を配
置することとした場合、アクチュエータ３４と機械スラ
イド組立体２６はフレーム２２と被加工物１６との間に
配置される。この場合、工具１４は、勿論、図１に示す
パレット１８上に配置されることとなり、各アクチュエ
ータ３４を制御することで、被加工物１６が工具１４の
軸線に対して傾動される。
【００１５】アクチュエータ３４は、フレーム２２に対
して機械スライド組立体２６を接近又は離間させること
ができるような形態ならば、どのような構成としてもよ
い。例示のアクチュエータは、イーディーオー（ＥＤ
Ｏ）社によって製造されているような圧電性セラミク
ス、残りの図面に示されるようなダイヤフラム組立体３
６、或いは種々の他のアクチュエータ装置を含む。
【００１６】アクチュエータ３４は、機械工具１２のコ
ンピュータ数値制御器３８によって制御するのが好まし
く、その制御器は、部品の磨耗、熱ひずみ及び工具１４
に対してかかる力のような外部効果によって生じる種々
の角誤差を補償すべくアクチュエータ３４を調節するた
めにプログラムしてもよい。当業者によって知られた他
の制御器も用いることができる。
【００１７】機械工具芯出しシステム１０により修正し
ようとする誤差の型にしたがって、制御器３８は、当業
者なら知っているような芯誤差を補償するための適切な
制御アルゴリズムをもってプログラムできる。例えば、
制御器３８は所定の工具位置に対する事前に測定された
機械芯出し条件に基づいてアクチュエータ３４に命令す
る（ｃｏｍｍａｎｄ）ようにプログラムすることがで
き、或いは適切なセンサー（図示せず）をもって、操作
過程にある（ｉｎ−ｐｒｏｃｅｓｓ）閉ループ芯出しシ
ステムが達成できる。本発明は、何ら特別の制御アルゴ
リズムに限定されることはなく、また制御器３８は、特
別の型の機械或いは工具１４の使用のための所望の誤差
修正にしたがって、種々の制御アルゴリズムをもってプ
ログラムできる。
【００１８】アクチュエータ３４がダイヤフラム組立体
３６を備える図示の実施例では、例えばレックスロース
（Ｒｅｘｒｏｔｈ）社によって製造されるＤＲＥ４Ｋの
ような、少なくとも一つの減圧弁４０がダイヤフラム組
立体３６と流体連通するように接続される。一つの減圧
弁４０が角対応するダイヤフラム組立体３６に接続され
るのが好ましい。弁４０はまた、レックスロース社によ
って製造されるＭＤＳＤ１弁のような弁駆動機４２に接
続される。好ましい実施例では、４個の対応する弁４０
に接続された４個のアクチュエータ３４があり、それら
は各々弁駆動機に接続されている。弁駆動機４２は制御
器３８によって制御される。
【００１９】一般的に図２から図５を参照すると、ダイ
ヤフラム組立体３６を組み込んだ本発明の特定の実施例
がさらに詳細に図示されている。この実施例では、サポ
ート３０は裏面４８に逃げ部４６を有するプレート４４
を備える（図２及び図３参照）。各ダイヤフラム組立体
３６は、内部空洞５２を有するダイヤフラム５０を含
む。各ダイヤフラム５０は、対応する逃げ部４６内で裏
面４８に取り付けられており図４に示されているように
裏面４８とダイヤフラム５０との間に空洞５２を有効に
囲い込んでいる。
【００２０】ダイヤフラム５０は、ボルトのような複数
の留め具５４によってプレート４４に取り付けるのが好
ましい。ボルトは、プレート４４を貫通して延び、ダイ
ヤフラム５０の対応するネジ穴５６にねじ込まれてい
る。エラストマー製の（ｅｌａｓｔｍｅｒｉｃ）オーリ
ングのようなシール（図示せず）が、ダイヤフラム５０
と裏面４８との間に配設され、それらの間の空洞の気密
シールを確実にしている。図５に示されるように、ダイ
ヤフラム５０は、エラストマー製のオーリングをその適
切な位置に保持するように形成されたグルーブ５７を含
んでいてもよい。加うるに、各ダイヤフラム５０はさら
に、図３及び図４に示されるように、プレート４４の側
部にボルト締めされたリテーナプレート５８によって、
しかるべき場所にしっかりと固定されている。
【００２１】図４と図５とに一番よく示されているよう
に、ダイヤフラム５０の好ましい形態は、中に空洞５２
が形成された空洞プレート６０と、空洞５２の反対側に
アタッチメントプレート６２とを含んでいる。空洞プレ
ート６０とアタッチメントプレート６２とは、縮小断面
領域６４の部分により接続されている。空洞５２は、空
洞プレート６０内に形成された逃げチャンネル６６と、
チャンネル６６の間に配設され裏面４８に当接し機械ス
ライド組立体２６の衝撃負荷から結果として受ける空洞
５２のさらなる圧縮を効果的に止めるストップ６７とを
備える。
【００２２】他方、アタッチメントプレート６２は、フ
レーム２２に滑動可能に搭載された案内トラック（ｗａ
ｙ ｔｒｕｃｋ）６８に、特に対応する案内２４に剛に
取り付けるように設計される。アッタチメントプレート
６２と案内トラック６８とは、ボルト或いは他の締め付
け手段のような適切な締め付け機構によって剛に（ｒｉ
ｇｉｄｌｙ）接続されている。
【００２３】ダイヤフラム５０は案内トラック６８とサ
ポート３０との間をつなぐリンクであるので、それらは
固い（ｓｔｉｆｆ）材料で作らなければならない。ダイ
ヤフラム５０は、４１４０ＨＲ鋼のような鋼鉄で作るの
が好ましい。
【００２４】図示の実施例には、２本の案内２４があ
り、各々はその側面に形成された１対のグルーブ７０を
有する。２個の案内トラック６８が、図４に示すように
グルーブ７０にかみ合って係合する一対のフランジ７２
を介して各案内に滑動可能に搭載されている。このよう
にして、案内トラック６８と取り付けられた機械スライ
ド組立体２６とは、図３に示されるボールねじドライブ
のような機構７４により案内２４に沿って動くことがで
きる。
【００２５】好ましい実施例においては、各弁４０はプ
レート４４上に搭載されており、入口オリフィス７７を
有する流体通路７６を通して、対応する空洞５２と連通
する。入口オリフィス７７は、固定式でも可調整式でも
よく、機械スライド組立体２６に荷重がかかったときそ
のオリフィスを通して流体が流れるのを制限することに
よって適切な減衰を与える。弁４０とダイヤフラム組立
体３６とは、液体或いは気体を含む種々の流体と使用で
きるように設計できるが、典型的には加圧油と共に用い
るように設計される。各弁４０は、流体入口７８と流体
出口８０とを含む。流体入口７８は、高圧油源（図示せ
ず）に接続されており、流体の出入りは制御器３８と弁
駆動機４２とによって制御される。
【００２６】リニヤエンコーダ（ｌｉｎｅａｒ ｅｎｃ
ｏｄｅｒｓ）のような、適切な測定装置８２が、案内２
４に沿った機械スライド組立体２６の動きを測定するの
に用いられる。図２と図３とは、工具ホルダマウント８
４を示しているが、実際には工具ホルダ２８は示してい
ない点にも注意されたい。
【００２７】このように、機械工具１２のサポート３０
は、軸線２０のような所定の望ましい軸線に沿って工具
１４の適切な芯を維持するように選択的に方向付けられ
る。この芯出しは、フレーム２２と機械スライド組立体
２６との間にアクチュエータ組立体３２を搭載すること
によって達成される。個々のアクチュエータ３４は、フ
レームとサポート３０との間の固有の位置に配設され
る。それ故、圧力を、それ故個々のアクチュエータの伸
長量を選択的に制御することによって、（例えば、選択
されたダイヤフラム５０をたわませることによって）機
械スライド組立体はフレーム２２に関して再方向付けす
ることができる。結果として、工具１４は所望の軸線２
０及び／又は被加工物１６に関して適切に方向を変えら
れる。好ましくは、４個のアクチュエータが４カ所の固
有の位置に置かれるが、この数は具体的な用途にしたが
って増減できる。
【００２８】以上の説明は本発明の好ましい実施例のも
のであり、本発明は示された特定の形態に限定されない
と理解されたい。例えば、このシステムは案内の有る或
いは無い種々の機械に組み込むことができ、種々のアク
チュエータを、各アクチュエータの伸び縮みが独立して
制御される限り用いることができ、種々の制御システム
と制御アルゴリズムを本発明と共に用いることができ、
種々の工具と工具ホルダ組立体を用いることができ、種
々の材料をダイヤフラムに組み込むことができる。以上
のような及び他の変更が、特許請求の範囲に示された発
明の範囲から逸脱することなしに、要素の配列や設計に
組み込まれることができる。
【００２９】
【発明の効果】以上のように本発明では、機械芯出し補
償アクチュエータシステムが機械工具ヘッド組立体に対
して直接的に作用するので、芯出しが容易に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施例による機械芯出し補償
アクチュエータシステムの概略図である。
【図２】本発明の一つの実施例による、ダイヤフラムを
組み込んだ機械芯出しアクチュエータシステムの一つの
実施例の正面図である。
【図３】図２に示した実施例の部分断面上面図である。
【図４】機械スライド組立体に接続されたダイヤフラム
の一つを示す断面図である。
【図５】本発明の一つの実施例において用いられるダイ
ヤフラムの内部図である。
【符号の説明】
１０…機械工具芯出しシステム、１４…工具、１６…被
加工物、１８…被加工物パレット、…、２２…フレー
ム、２４…案内、２６…機械スライド組立体、２８…工
具ホルダ、３０…サポート、３２…アクチュエータ組立
体、３４アクチュエータ、３６…ダイヤフラム組立体、
３８…制御器、４０…弁、４２…弁駆動機、４４…プレ
ート、５０…ダイヤフラム、５２…空洞、６０…空洞プ
レート、６２…アタッチメントプレート、６８…案内ト
ラック、８４…工具ホルダマウント。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェームス ケー． ジョーダン アメリカ合衆国， ウィスコンシン州 54935， フォンド ドゥ ラック， フェアフィールド ドライヴ エヌ7952 (72)発明者 ポール エー． ハック アメリカ合衆国， ウィスコンシン州 54935， フォンド ドゥ ラック， メンゲル ヒル ロード エヌ9210 (72)発明者 ピーター ジェイ． ビーバー アメリカ合衆国， ウィスコンシン州 53037， マウント． カルバリー， セブン ヒルズ ロード エヌ6810 (56)参考文献 特開 平４−82649（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−69322（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B23Q 1/00 - 1/76 B23Q 23/00

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 機械工具（１４）の工具ヘッドを芯出し
    するための機械芯出し補償システム（１０）であって、 少なくとも１つの案内（２４）を有するフレーム（２
    ２）と、 その案内（２４）に滑動可能に搭載された機械スライド
    組立体（２６）であって、所望の軸線（２０）に沿って
    前記機械工具（１４）を受容するように形成された工具
    ホルダ（２８）を有する前記機械スライド組立体（２
    ６）と、前記 案内（２４）と前記機械スライド組立体（２６）と
    の間に配設された複数のアクチュエータ（３４）であっ
    て、各々が固有の位置に配設されている前記アクチュエ
    ータとを備え、 前記アクチュエータ（３４）の各々が、空洞（５２）を
    画成するダイヤフラム（５０）を含み、各ダイヤフラム
    （５０）が柔軟性を有しており、その柔軟性は十分な圧
    力が前記空洞（５２）に導入されたとき前記固有の位置
    において前記機械スライド組立体（２６）が前記案内
    （２４）から遠ざかるに十分な柔軟性であり、 選択されたアクチュエータ（３４）の作動が前記機械ス
    ライド組立体（２６）を傾動させ、前記所望の軸線（２
    ０）に関して前記機械工具（１４）を再芯出しするよう
    になっていることを特徴とする、 機械芯だし補償システ
    ム。機械芯出し補償システム（１０）。
  2. 【請求項２】 前記複数のアクチュエータ（３４）が少
    なくとも４つのアクチュエータ（３４）を含むことをさ
    らに特徴とする、請求項１記載の機械芯出し補償システ
    ム。
  3. 【請求項３】 各ダイヤフラム（５０）は、十分な圧力
    が前記空洞に導入されると撓むアタッチメントプレート
    （６２）を含みことをさらに特徴とする、請求項１又は
    ２記載の機械芯出し補償システム。
  4. 【請求項４】 ４つのダイヤフラム（５０）と４つの減
    圧弁（４０）とがあり、各減圧弁（４０）が対応のダイ
    ヤフラム（５０）の空洞（５２）内に加圧流体を導入し
    て当該ダイヤフラムを撓ませるよう機能することをさら
    に特徴とする 、請求項１〜３のいずれか１項に記載の機
    械芯出し補償システム。
  5. 【請求項５】 前記複数のアクチュエータ（３４）は個
    別的にコンピュータ数値制御器（３８）によって制御さ
    れ、前記アクチュエータ（３４）の１つの動作は他のア
    クチュエータ（３４）と独立していることをさらに特徴
    とするも請求項１〜４のいずれか１項に記載の機械芯出
    し補償システム。
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