JP3787461B2

JP3787461B2 - 工作機械のリニアモータ駆動送り装置

Info

Publication number: JP3787461B2
Application number: JP16263999A
Authority: JP
Inventors: 康生新野; 智仙加藤
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 1999-06-09
Filing date: 1999-06-09
Publication date: 2006-06-21
Anticipated expiration: 2019-06-09
Also published as: JP2000354931A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械において工作物に対する工具の送りをリニアモータにより行うようにした工作機械のリニアモータ駆動送り装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械などの駆動送り装置には、送り精度及び応答性を高めるためにリニアモータを使用することが行われている。これに使用するリニアモータは、通常は、固定側に取り付ける１次モータ要素（電磁コイル）の長さを可動側に取り付ける２次モータ要素（磁石板）よりも短くし、２次モータ要素の長さは１次モータ要素の長さと全ストローク長の和と同じまたはそれよりも大としている。これにより１次モータ要素と２次モータ要素はストロークの全範囲において完全に対向することになるので、リニアモータは常に所定の推力を生じる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような従来のリニアモータ駆動送り装置の長さは全ストローク長と往復動方向における１次モータ要素の長さにより支配され、コンパクト化を図る場合の障害となっている。本発明はこのような問題を解決して、工作機械のリニアモータ駆動送り装置をコンパクト化することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明による工作機械のリニアモータ駆動送り装置は、ベースに往復動可能に案内支持され工作物を加工する工具を支持する移動台と、前記ベース及び移動台にそれぞれ取り付けられて互いに対向する１次モータ要素及び２次モータ要素よりなり前記移動台を前記工具が前記工作物に当接してこれを加工する前進位置と前記工具が前記工作物から離隔する後退位置の間で往復動させるリニアモータを備えてなり、前記１次モータ要素と２次モータ要素の前記往復動方向における長さは何れか一方を他方よりも短くし、長さが短い方の前記一方のモータ要素は、前記移動台の前進位置では前記往復動方向における全長において前記他方のモータ要素と対向し、後退位置では前記往復動方向における全長の一部が前記他方のモータ要素から外れるように配置したことを特徴とするものである。リニアモータの短い方の一方のモータ要素は、工具による加工が行われない後退位置では往復動方向における全長の一部が他方のモータ要素から外れるように配置したので、短い方のモータ要素の長さと全ストローク長を従来と同一とした場合、長い方のモータ要素の長さは従来よりも短くなる。工具による加工が行われる前進位置では、短い方の一方のモータ要素は移動台の往復動方向における全長において他方のモータ要素と対向するのでリニアモータは所定の推力を生じる。
【０００６】
請求項１の発明は、請求項２の発明に示すように、前記移動台の全ストローク範囲のうち加工に使用するストローク範囲では前記一方のモータ要素は前記往復動方向における全長において前記他方のモータ要素と対向し、加工に使用しないストローク範囲では前記一方のモータ要素は前記往復動方向における全長の一部が前記他方のモータ要素から外れるように配置してもよい。このようにしても請求項１と同様な作用が得られる。
【０００７】
また請求項３の発明による工作機械のリニアモータ駆動送り装置は、中間ベースに往復動可能に案内支持され工作物を研削する砥石車を支持する砥石台と、前記中間ベースに固定された１次モータ要素とこれと対向するように前記砥石台に固定された２次モータ要素よりなり前記砥石台を前記中間ベースに対し往復動させるリニアモータを備えてなり、前記１次モータ要素の前記往復動方向における長さを前記２次モータ要素より短くすると共に、前記砥石台の全ストローク範囲のうち前記砥石車が前記工作物から離隔する一方の末端位置では前記１次モータ要素の前記往復動方向における全長の一部が前記２次モータ要素から外れ、前記砥石車が前記工作物に当接する他方の末端位置では前記１次モータ要素は前記往復動方向における全長において前記２次モータ要素と対向するように配置したことを特徴とするものである。リニアモータの１次モータ要素は、砥石車による研削加工が行われない砥石台のストロークの一方の末端位置ではその往復動方向における全長の一部が２次モータ要素から外れるので、１次モータ要素の長さと全ストローク長を従来と同一とした場合、２次モータ要素の長さは従来よりも短くなる。また砥石車による研削加工が行われる他方の末端位置では、１次モータ要素は往復動方向における全長において２次モータ要素と対向するのでリニアモータは所定の推力を生じる。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項４に示すように、前記リニアモータは前記砥石車が前記工作物に対する切り込み送り方向に往復動するように前記砥石台を往復動させ、これと直交する横送り方向における前記砥石台の往復動は横送りモータにより回転駆動される送りねじにより行うようにしてもよい。このようにすれば、砥石車による研削加工が行われる切込み位置において、リニアモータは所定の推力を生じる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１〜図３は、本発明を局所カバーを備えた研削盤に適用した場合の実施の形態を示す。この実施の形態のベッド１０上には、工作物Ｗを取り付けるチャック２１を先端に有する主軸台２０と、工作物Ｗを研削加工する砥石車Ｇを先端に軸承した砥石台（移動台）１５と、砥石車Ｇを整形するツルーイング装置２５と、工作物Ｗを計測する定寸装置２６と、工作物Ｗを含む主軸台２０の先端部と砥石車Ｇを含む砥石台１５の先端部とツルーイング装置２５と定寸装置２６を囲む局所カバー３０が設けられている。
【００１０】
図１に示すように、ベッド１０上に設置された主軸台２０は主軸モータにより回転駆動される水平な主軸（何れも図示省略）を有し、主軸の先端には軸承部２０ａより突出するチャック２１が設けられている。この実施の形態の工作物Ｗは、軸部Ｗａと２つのクランクピン部Ｗｂよりなるロータリコンプレッサのクランクシャフトであり、その軸部Ｗａはチャック２１により主軸と同軸的に把持されている。
【００１１】
砥石台１５は、図１〜図３に示すように、固定ベース１１及び中間ベース（ベース）１２を介して、主軸台２０の主軸と直交する水平なＸ方向（工作物Ｗに対する切り込み送り方向）及び主軸と平行なＺ方向（横送り方向）に往復動可能にベッド１０上に支持されている。ベッド１０上に固定された固定ベース１１にＺ方向往復動可能に案内支持された中間ベース１２は、固定ベース１１に回転のみ可能に支持されてサーボモータ（横送りモータ）１４により回転駆動されるボールねじ（送りねじ）１３と、中間ベース１２の下面に固定されてボールねじ１３と螺合するボールナット（ナット）１３ａにより往復動される。中間ベース１２は、図３に示すようにＸ方向に延びる略Ｕ字断面形状で、その上側はモータ取り付けベース１２ａにより連結されている。中間ベース１２の内面両側に形成された１対の案内溝１２ｂには、砥石台１５の両側から一体的に突出する１対のレール１５ａが摺動可能に係合され、これにより砥石台１５は中間ベース１２によりＸ方向に往復動可能に案内支持される。案内溝１２ｂとレール１５ａの間の上下及び両側の摺動面は静圧案内面であり、加圧された潤滑油が供給される静圧ポケットが形成されている。
【００１２】
主として図１及び図２に示すように、砥石台１５には、主軸台２０のチャック２１に把持される工作物Ｗに向かってＸ方向に突出する突出部１５ｂが一体的に形成され、この突出部１５ｂの先端にはＺ方向と平行な砥石軸（図示省略）を回転自在に支持する軸受部１５ｃが固定されている。この砥石軸の一端に取り付けられた砥石車Ｇは工作物Ｗと対向する側を除きカバー２２により覆われ、軸受部１５ｃの反対側に取り付けられた砥石モータ１９により回転駆動される。
【００１３】
主として図２及び図３に示すように、砥石台１５は、その上面に固定した２次モータ要素１６ｂとモータ取り付けベース１２ａの下面に固定した１次モータ要素１６ａよりなるリニアモータ１６により、砥石車Ｇが工作物Ｗに当接してこれを研削加工する前進位置（実線参照）と砥石車Ｇが工作物Ｗから離隔する後退位置（二点鎖線Ｇａ参照）の間で、中間ベース１２に対しＸ方向に往復動される。１次モータ要素１６ａは電磁コイルであり、２次モータ要素１６ｂは磁石板であり、Ｘ方向の長さは１次モータ要素１６ａの方が２次モータ要素１６ｂよりも短い。砥石台１５が最前進位置（図２の実線参照）にある状態では１次モータ要素１６ａはＸ方向の全長において２次モータ要素１６ｂと対向しているが、砥石台１５が最後退位置（図２の二点鎖線１５ｄ参照）にある状態では１次モータ要素１６ａの前部の一部が２次モータ要素１６ｂから外れるようになっている。従って、２次モータ要素の長さは１次モータ要素の長さと全ストローク長の和よりも小である。
【００１４】
図３に示すように、突出部１５ｂを含む砥石台１５にはＸ方向に延びる複数の孔１７ａ，１７ｂが形成されている。中央の太い孔１７ａは砥石モータ１９に給電するための配線を通すものであり、小さい複数の孔１７ｂは砥石車Ｇを設けた砥石軸や中間ベース１２と砥石台１５の間の静圧案内面に潤滑油を供給する管路である。砥石台１５の後端部には孔１７ｂに潤滑油を供給するジョイント１７ｃが設けられている。砥石車Ｇと工作物Ｗの間の研削部を冷却するためのクーラントをこの孔１７ｂの１つを通して供給するようにしてもよい。
【００１５】
ベッド１０上に設置したツルーイング装置２５は、砥石台１５をＸ方向及びＺ方向に移動させて砥石車Ｇを二点鎖線Ｇｂに示す位置とした状態で、回転駆動されるツルア２５ａにより砥石車Ｇの研削面を整形するものである。また定寸装置２６は、ベッド１０上に設置した支持台２６ａとこれにより進退可能に支持された検出ヘッド２６ｂよりなり、砥石車Ｇにより研削加工された工作物Ｗのクランクピン部Ｗｂの外周面を間接定寸またはポストプロセスで計測するものである。
【００１６】
局所カバー３０は、図１及び図２に示すように、ベッド１０上に固定される下部カバー３１とその上側を覆う上部カバー３２よりなるもので、主軸台２０は軸承部２０ａより先の部分だけが、また砥石台１５は突出部１５ｂの途中より先の部分だけが局所カバー３０の内部に位置している。下部カバー３１には、四周に上向きフランジ部３１ａが、また底面に排出筒部３１ｂ及び開口３１ｃが形成されている。開口３１ｃはツルーイング装置２５及び定寸装置２６をベッド１０上に直接取り付けるためのものである。下部カバー３１の下側には、排出筒部３１ｂから排出されるクーラントを収容槽３５に導く案内樋３４が取り付けられている。
【００１７】
上部カバー３２は研削部に供給されたクーラントの飛沫が外部に飛散するのを防止するためのもので、その下縁は下部カバー３１四周部のフランジ部３１ａの内側にはめ込まれている。主軸台２０は、主軸を回転駆動する主軸モータ部分を局所カバー３０の外側とし、軸承部２０ａより先の部分を上部カバー３２に設けた開口より局所カバー３０内に挿入して、上部カバー３２を貫通する部分にはシール構造２０ｂを設けてクーラントのもれを防止している。
【００１８】
図１及び図２示すように、Ｘ方向に往復動する砥石台１５の突出部１５ｂは、中間ベース１２の局所カバー３０側に板部材１８ａを介して固定されたフランジ部材１８ｂを摺動自在に貫通しており、フランジ部材１８ｂには水平方向に細長い長方形の板状のスライドカバー３３が固定されている。また、中間ベース１２側となる局所カバー３０の後面には、中間ベース１２のＺ方向往復動に伴うフランジ部材１８ｂの往復動を許容する長さの長方形の開口３０ａが形成され、その下縁は下部カバー３１のフランジ部３１ａの上縁により形成され、その上縁及び両側縁は上部カバー３２の後面により形成されている。スライドカバー３３は、下縁部がフランジ部３１ａの内面に、また上縁部及び両側縁部が上部カバー３２の後面に、それぞれ摺動可能に当接され、中間ベース１２と共にＺ方向に往復動した場合、ストロークの全範囲において常に開口３０ａを閉状態に保持するような長さとなっている。これら板部材１８ａ、フランジ部材１８ｂ、開口３０ａ及びスライドカバー３３は、砥石台１５の突出部１５ｂが局所カバー３０内に挿入される挿通部からのクーラントのもれを防止する摺動シール構造Ａを構成している。
【００１９】
局所カバー３０内には、ツルーイング装置２５及び定寸装置２６に対する配線並びに研削部に調温されたクーラントを供給する配管を通すために、下部カバー３１から立ち上がる中空柱３６が設けられている。
【００２０】
加工待機状態では、砥石台１５は図２の二点鎖線１５ｄに示す最後退位置にあり、リニアモータ１６の１次モータ要素１６ａは、前部の一部が２次モータ要素１６ｂから外れている。研削盤の作動を制御する制御装置は、この状態からリニアモータ１６により砥石台１５をＸ方向に前進させ、主軸の先端に把持されて回転している工作物Ｗの一方のクランクピン部Ｗｂの外周面に回転している砥石車Ｇを当接し、主軸の回転と連動して砥石台１５を往復動させて研削加工する。砥石台１５のストロークのうち少なくともこの研削加工に使用する範囲では、１次モータ要素１６ａは常にＸ方向の全長において２次モータ要素１６ｂと対向している（図２の実線参照）。
【００２１】
一方のクランクピン部Ｗｂを所定量研削加工した後、制御装置は砥石台１５を一旦後退させ、主軸を所定の角度位置で停止させ、定寸装置２６の検出ヘッド２６ｂを前進させ、先端部のフィーラを研削されたクランクピン部Ｗｂの外周面に当接して寸法を計測する。そして、残りの研削残量を演算して再度研削加工を行い、クランクピン部を所定の精度に研削する。なお、この際の砥石台前進位置を記憶しておく。次に砥石台１５を中間ベース１２と共にＺ方向に移動して砥石車Ｇが他方のクランクピン部Ｗｂと対向する位置とし、上記と同様に砥石台１５をＸ方向に前進させて他方のクランクピン部Ｗｂの外周面を研削する。この際、一方のクランクピン部の研削完了時の砥石台位置にくるまで研削加工を行うことで、所定の精度に他方のクランクピン部を研削加工する。加工完了後、チャック２１からその工作物Ｗを取り外して未加工の工作物Ｗを把持し、前述と同様にして研削加工を行う。なお、更に高精度な加工を実現するため、各ピンに対向した位置に定寸装置を設けてもよい。あるいは、加工箇所に応じて定寸装置をＺ軸方向に移動するようにしてもよい。
【００２２】
各クランクピン部Ｗｂと砥石車Ｇの間の各研削部には、中空柱３６から局所カバー３０内に導入された２本の配管を介して調温されたクーラントを供給して、加工に伴う発熱による工作物Ｗ及び砥石車Ｇの温度上昇を防いでいる。使用されて下方に流れ落ちたクーラントは下部カバー３１内に入り、排出筒部３１ｂから案内樋３４を通って収容槽３５内に戻される。
【００２３】
所定数の工作物Ｗの加工が終了する度に、砥石台１５をＸ方向及びＺ方向に移動させて砥石車Ｇを二点鎖線Ｇｂ（図１参照）の位置とし、ツルーイング装置２５を作動させてツルア２５ａにより砥石車Ｇの研削面を整形する。
【００２４】
上述した実施の形態によれば、砥石台１５が後退位置にある状態では１次モータ要素１６ａの前部の一部が２次モータ要素１６ｂから外れており、これにより長い方の２次モータ要素１６ｂの長さが従来よりも短くなるので、その分だけリニアモータ１６の全長を短くすることができ、工作機械のリニアモータ駆動送り装置をコンパクト化することができる。しかも研削加工が行われるストローク範囲である砥石台１５の前進位置では１次モータ要素１６ａはＸ方向の全長において２次モータ要素１６ｂと対向し、リニアモータ１６は所定の推力を生じるので加工に必要な推力が不足することはない。
【００２５】
上述した実施の形態のように、中間ベース１２の内面両側に形成した１対の案内溝１２ｂに、砥石台１５の両側から一体的に突出する１対のレール１５ａを摺動可能に案内支持したものでは、砥石台１５及びこれに取り付けられる各部材の重量による負荷は、案内溝１２ｂとレール１５ａの間の摺動面のうち下側のものに加わるので、この摺動面が先に摩耗し、上側の摺動面の摩耗は少ない。一方、砥石台を往復動させるリニアモータの１次モータ要素と２次モータ要素の間には磁気的吸引力が作用するので、このリニアモータを砥石台１５の下側に設けたのでは下側の摺動面に負荷が一層増大し、このためリニアモータの推力を大きくすることができない。しかし上述した実施の形態では、砥石台１５を往復動させるリニアモータ１６は砥石台１５とその上側に位置するモータ取り付けベース１２ａとの間に設けたので、両モータ要素１６ａ，１６ｂの間に生じる磁気的吸引力は砥石台１５を引き上げ、下側の摺動面に加わる負荷を減少させるように作用する。従ってリニアモータ１６による推力を増大させしかも摺動面の摩擦抵抗及び摩耗を少なくすることができる。
【００２６】
上記実施の形態では、本発明による工作機械のリニアモータ駆動送り装置を研削盤の切り込み送りに適用した場合につき説明したが、本発明は研削盤の横送りやその他の工作機械の工具の送りに適用することも可能である。
【００２７】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、長い方のモータ要素の長さが従来よりも短くなるので、その分だけリニアモータの全長を短くすることができ、工作機械のリニアモータ駆動送り装置をコンパクト化することができ、しかも工具による加工が行われる前進位置では、リニアモータは所定の推力を生じるので加工に必要な推力が不足することはない。
【００２８】
請求項２の発明においても、請求項１の発明と同様、工作機械のリニアモータ駆動送り装置をコンパクト化することができ、しかも加工に必要な推力が不足することはない。
【００２９】
また、請求項３の発明によれば、２次モータ要素の長さが従来よりも短くなるので、その分だけリニアモータの全長を短くすることができ、工作機械のリニアモータ駆動送り装置をコンパクト化することができ、しかも砥石車による研削加工が行われる末端位置では、リニアモータは所定の推力を生じるので研削加工に必要な推力が不足することはない。
【００３０】
請求項４の発明によれば、請求項３の発明と同様、工作機械のリニアモータ駆動送り装置をコンパクト化することができ、しかも切込み位置において研削加工に必要な推力が不足することはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるリニアモータ駆動送り装置の一実施形態を備えた工作機械の全体平面図である。
【図２】図１に示す工作機械のリニアモータ駆動送り装置の要部を示すＸ方向に沿った断面図である。
【図３】図２の３−３線に沿った拡大断面図である。
【符号の説明】
１２…ベース（中間ベース）、１３…送りねじ（ボールねじ）、１４…横送りモータ（サーボモータ）、１５…移動台（砥石台）、１６…リニアモータ、１６ａ…１次モータ要素、１６ｂ…２次モータ要素、Ｇ…工具（砥石車）、Ｗ…工作物。

Claims

ベースに往復動可能に案内支持され工作物を加工する工具を支持する移動台と、前記ベース及び移動台にそれぞれ取り付けられて互いに対向する１次モータ要素及び２次モータ要素よりなり前記移動台を前記工具が前記工作物に当接してこれを加工する前進位置と前記工具が前記工作物から離隔する後退位置の間で往復動させるリニアモータを備えてなり、前記１次モータ要素と２次モータ要素の前記往復動方向における長さは何れか一方を他方よりも短くし、長さが短い方の前記一方のモータ要素は、前記移動台の前進位置では前記往復動方向における全長において前記他方のモータ要素と対向し、後退位置では前記往復動方向における全長の一部が前記他方のモータ要素から外れるように配置したことを特徴とする工作機械のリニアモータ駆動送り装置。
前記移動台の全ストローク範囲のうち加工に使用するストローク範囲では前記一方のモータ要素は前記往復動方向における全長において前記他方のモータ要素と対向し、加工に使用しないストローク範囲では前記一方のモータ要素は前記往復動方向における全長の一部が前記他方のモータ要素から外れるように配置したことを特徴とする請求項１に記載の工作機械のリニアモータ駆動送り装置。
中間ベースに往復動可能に案内支持され工作物を研削する砥石車を支持する砥石台と、前記中間ベースに固定された１次モータ要素とこれと対向するように前記砥石台に固定された２次モータ要素よりなり前記砥石台を前記中間ベースに対し往復動させるリニアモータを備えてなり、前記１次モータ要素の前記往復動方向における長さを前記２次モータ要素より短くすると共に、前記砥石台の全ストローク範囲のうち前記砥石車が前記工作物から離隔する一方の末端位置では前記１次モータ要素の前記往復動方向における全長の一部が前記２次モータ要素から外れ、前記砥石車が前記工作物に当接する他方の末端位置では前記１次モータ要素は前記往復動方向における全長において前記２次モータ要素と対向するように配置したことを特徴とする工作機械のリニアモータ駆動送り装置。
前記リニアモータは前記砥石車が前記工作物に対する切り込み送り方向に往復動するように前記砥石台を往復動させ、これと直交する横送り方向における前記砥石台の往復動は横送りモータにより回転駆動される送りねじにより行うようにしてなる請求項３に記載の工作機械のリニアモータ駆動送り装置。