JP4027394B2 - Chuck mechanism, claw material, and lathe - Google Patents
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Description
本発明は、工作物を把持するための爪材、把持されたワークを工作機械に固定するためのチャック機構、及び、チャック機構を有する旋盤に関する。 The present invention relates to a claw material for gripping a workpiece, a chuck mechanism for fixing a gripped workpiece to a machine tool, and a lathe having the chuck mechanism.
旋盤などの工作機械を用いて、工作物(ワーク)に切削加工等の加工処理を行う際には、スピンドルに回転可能に設けられたステージに、工作物を固定して、スピンドルと共に高速回転させる。例えば、円筒形状の工作物の外周面を加工する場合には、工作物は、その内壁面を把持してステージに固定される。このとき、高い精度で工作物を加工するためには、芯出しを高精度に行い、且つ、工作物が加工中にぶれないように十分な強度で把持する必要がある。また、工作物の形状や寸法が異なる場合には、工作物をステージに固定するための機構、例えば、チャック装置を、工作物の寸法に応じて交換しなければならない。そのような交換の手間を軽減し、且つ、寸法の異なる工作物を十分な強度で把持するためのチャック装置として、例えば、特許文献1は、タイヤホイールの内側に嵌合するチャック本体と、タイヤホイールのリム部の内面をクランプするクランプ爪を備えるタイヤホイール加工用チャックを開示している。このタイヤホイール加工用チャックにおいて、クランプ爪は、チャックの半径方向に摺動可能に設けられたレバーの先端に、ボルトにより交換可能に取り付けられている。そのため、レバーの位置を調整したり、タイヤホイールに応じてクランプ爪を取り替えたりすることによって、異なる内径のタイヤホイールを同一のチャック装置で把持することができる。
工作物がステージに十分な強度で固定されていない場合には、工作物を高精度で加工できないだけではなく、高速回転中に工作物が安定に保持されず、例えば、加工中の工作物が大きく振動する現象、いわゆるビビリが生じたり、高速回転による遠心力に抗しきれずに工作物がステージから外れたりするおそれがある。そのため、工作物を十分な強度でクランプするために、チャック装置などの把持機構における、いわゆるクランプ爪は、対象となる工作物の形状に合わせて製作されるのが一般的である。この場合、工作物が上記タイヤホイールのような製造公差の小さな部材である場合には、その工作物用に製作されたクランプ爪を、同一の種類の工作物に同様に適用することができる。しかしながら、例えば、工作物が、鋳造によって製作される鋳物である場合には、その製造公差が大きいため、たとえ同一の種類の工作物であったとしても、同じクランプ爪を用いて十分な強度で把持できない場合があった。すなわち、製造公差が大きく、各工作物の寸法が微妙に異なる場合には、各工作物に合わせて、クランプ爪を加工しなければならない場合がある。さらに、工作物が円筒形である場合には、工作物は円周状に配置された複数のクランプ爪を用いて把持されるが、各工作物の寸法の微妙な違いに合わせて、各クランプ爪の締め付け強度のバランスを微妙に調整しなければならない場合もある。そのため、工作物を把持機構に固定する作業は、工数が多く困難な作業であり、熟練工であっても多くの時間を要するなどの問題があった。 If the workpiece is not fixed to the stage with sufficient strength, not only can the workpiece be machined with high precision, but the workpiece is not stably held during high-speed rotation. There is a possibility that a phenomenon of large vibration, so-called chattering, may occur, or the workpiece may come off the stage without resisting the centrifugal force due to high-speed rotation. Therefore, in order to clamp the workpiece with sufficient strength, a so-called clamping claw in a gripping mechanism such as a chuck device is generally manufactured according to the shape of the target workpiece. In this case, when the workpiece is a member having a small manufacturing tolerance such as the tire wheel, the clamp claws manufactured for the workpiece can be similarly applied to the same type of workpiece. However, for example, if the workpiece is a casting manufactured by casting, its manufacturing tolerance is large, so even if it is the same type of workpiece, the same clamping claw is used to provide sufficient strength. In some cases, it could not be gripped. In other words, if the manufacturing tolerance is large and the dimensions of each workpiece are slightly different, it may be necessary to process the clamp claws according to each workpiece. Furthermore, when the workpiece is cylindrical, the workpiece is gripped using a plurality of circumferentially arranged clamp claws, but each clamp is adjusted according to the subtle differences in the dimensions of each workpiece. In some cases, the balance of the tightening strength of the nails must be finely adjusted. For this reason, the work of fixing the workpiece to the gripping mechanism is a difficult work with many man-hours, and there is a problem that even a skilled worker needs a lot of time.
本発明の目的は、工作物の製造公差に関わらず、工作機械に対して工作物を十分な強度で、且つ、容易に固定できるチャック機構、及び、そのようなチャック機構に利用できる爪材を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a chuck mechanism that can easily fix a workpiece with sufficient strength to a machine tool regardless of manufacturing tolerances of the workpiece, and a claw material that can be used for such a chuck mechanism. Is to provide.
本発明の第1の態様に従えば、工作物を把持するチャック機構であって、ステージと、前記ステージに対して固定される基部及び前記基部から延在する固定爪部を有する固定爪と、前記工作物と前記固定爪との間に設けられて工作物を把持するための可動爪であって、前記固定爪部と当接する支持部、前記工作物の第1部分に当接する第1爪及び前記工作物の第1部分と異なる第2部分に当接する第2爪を有し、前記固定爪部の延在する方向において、前記支持部が第1爪と第2爪との間に存在するように位置する可動爪とを備え、前記可動爪は、前記支持部を中心として、前記基部側に傾動可能であるチャック機構が提供される。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a chuck mechanism for gripping a workpiece, a stage, a fixed claw having a base fixed to the stage and a fixed claw extending from the base, A movable claw provided between the workpiece and the fixed claw for gripping the workpiece, a support portion that contacts the fixed claw portion, and a first claw that contacts the first portion of the workpiece And a second claw that comes into contact with a second part different from the first part of the workpiece, and the support part exists between the first claw and the second claw in the extending direction of the fixed claw part. There is provided a chuck mechanism including a movable claw positioned so as to be capable of tilting to the base side with the movable claw being the center.
本発明の第1の態様によれば、工作物をチャック機構に固定するときに、可動爪は、支持部を中心として、固定爪の基部側(ステージ側)に傾動できる。そのため、例えば、円筒形状の工作物の内面を把持する場合であって、工作物の内面に凹凸がある場合であっても、可動爪が支持部を中心として回動して、可動爪の第1爪及び第2爪の先端が工作物の内面と当接できる。特に、円筒形状や円環形状の工作物の内面に、軸方向に延びる凹凸がある場合などに有利である。また、可動爪が支持部を中心として傾動した結果、第1爪及び第2爪の先端が、固定爪の基部に平行な面に対して、基部に向かって僅かに傾いた状態で工作物に当接した場合には、工作物は、固定爪の基部側に向かって押さえつけられた状態で固定される。そのため、たとえ工作物を高速に回転させた場合であっても、工作物が固定爪の基部と反対側に飛び出す恐れがない。ここで、工作物を把持する際には、その内側又は外側のいずれの面を把持することもできる。 According to the first aspect of the present invention, when the workpiece is fixed to the chuck mechanism, the movable claw can tilt to the base side (stage side) of the fixed claw with the support portion as the center. Therefore, for example, even when the inner surface of a cylindrical workpiece is gripped and the inner surface of the workpiece is uneven, the movable claw rotates about the support portion, and the movable claw The tips of the first and second claws can contact the inner surface of the workpiece. This is particularly advantageous when there are irregularities extending in the axial direction on the inner surface of a cylindrical or annular workpiece. In addition, as a result of the movable claw tilting about the support portion, the tip of the first claw and the second claw is tilted slightly toward the base with respect to the plane parallel to the base of the fixed claw. When abutting, the workpiece is fixed in a state of being pressed toward the base side of the fixing claw. Therefore, even if the workpiece is rotated at high speed, there is no possibility that the workpiece will jump out to the side opposite to the base portion of the fixed claw. Here, when the workpiece is gripped, either the inner or outer surface can be gripped.
本発明のチャック機構において、さらに、前記可動爪と前記固定爪の基部との間に緩衝部材を備え、前記可動爪と前記固定爪の基部との間に間隙が形成されていてもよい。この場合には、可動爪が傾動し得る範囲を、可動爪と固定爪の基部との間に形成された間隙の大きさによって調節することができる。すなわち、可動爪の第1爪と第2爪の両方が工作物に当接するまで可動爪が基部側に傾動できるように、可動爪と固定爪の基部との間の間隙を調整することができる。 In the chuck mechanism of the present invention, a buffer member may be further provided between the movable claw and the base of the fixed claw, and a gap may be formed between the movable claw and the base of the fixed claw. In this case, the range in which the movable claw can be tilted can be adjusted by the size of the gap formed between the movable claw and the base of the fixed claw. That is, the gap between the movable claw and the base of the fixed claw can be adjusted so that the movable claw can be tilted to the base side until both the first claw and the second claw of the movable claw contact the workpiece. .
本発明のチャック機構において、第1爪が第2爪よりも前記固定爪部の延在方向において前記基部に近い側に位置し、前記支持部と第1爪の先端との間の距離は、前記支持部と第2爪の先端との間の距離よりも長くてもよい。このとき、第1爪及び第2爪の先端が、固定爪の基部側に向かって回動する場合に、第2爪の先端を、強い力によって工作物の内面に押し当てることができる。ここで、支持部、第1爪及び第2爪は、それぞれ、支点、力点及び作用点となるので、てこの原理によって、支持部と第1爪の長さが、支持部と第2爪の長さに比べて長いほど、第2爪の先端は強い力で工作物に押圧される。 In the chuck mechanism of the present invention, the first claw is located closer to the base in the extending direction of the fixed claw than the second claw, and the distance between the support and the tip of the first claw is You may be longer than the distance between the said support part and the front-end | tip of a 2nd nail | claw. At this time, when the tips of the first and second claws turn toward the base side of the fixed claw, the tips of the second claws can be pressed against the inner surface of the workpiece with a strong force. Here, since the support portion, the first claw, and the second claw serve as a fulcrum, a force point, and an action point, respectively, the length of the support portion and the first claw is determined by the lever principle. The longer the length is, the more the tip of the second claw is pressed against the workpiece with a strong force.
本発明のチャック機構において、前記固定爪部の延在方向に関して、前記支持部は第2爪に近い側に位置していてもよい。固定爪部の延在方向に関して、支持部が第2爪に近い側に位置するほど、固定爪部の延在方向と支持部から第1爪に向かう方向とのなす角度が小さくなる。従って、第1爪の先端に働く力について、可動爪を固定爪の基部側に向かって回動させようとする力の成分を大きくすることができる。さらに、固定爪部の延在方向に関して、支持部が第2爪に近い側に位置する場合には、支持部が固定爪部上で、固定爪の基部と反対側にスライドしやすくなる。そのとき、第1爪及び第2爪は、より大きな角度で固定爪の基部側に傾くことができる。そのような場合には、工作物を固定爪の基部側に押さえつける力が大きくなる。 In the chuck mechanism of the present invention, the support portion may be located on a side closer to the second claw in the extending direction of the fixed claw portion. With respect to the extending direction of the fixed claw portion, the angle between the extending direction of the fixed claw portion and the direction from the support portion toward the first claw becomes smaller as the support portion is positioned closer to the second claw. Therefore, it is possible to increase the force component that tries to rotate the movable claw toward the base side of the fixed claw with respect to the force acting on the tip of the first claw. Furthermore, when the support portion is located on the side close to the second claw in the extending direction of the fixed claw portion, the support portion is easily slid on the fixed claw portion to the side opposite to the base portion of the fixed claw. At that time, the first claw and the second claw can be inclined to the base side of the fixed claw at a larger angle. In such a case, the force for pressing the workpiece against the base side of the fixed claw is increased.
本発明のチャック機構において、第1爪及び第2爪のいずれか一方の先端に、溝が形成されていてもよい。また、前記溝は、前記固定爪部の延在する方向に延びていてもよい。これら場合には、第1爪及び/又は第2爪の先端部の、溝が形成された領域では工作物と接触しないので、例えば把持される面に凹凸がある工作物であっても、チャック機構は、凹凸を避けて適切に把持することができる。特に溝が固定爪部の延在する方向に延びている場合には、例えば円筒形状の工作物において、その軸方向に延びる凹凸がある場合に有効である。また、本発明のチャック機構において、前記可動爪は屈曲部を有する板状部材であって、前記支持部は、前記屈曲部の稜線であってもよい。この場合には、可動爪は稜線を軸として傾動できる。 In the chuck mechanism of the present invention, a groove may be formed at the tip of one of the first claw and the second claw. Further, the groove may extend in a direction in which the fixed claw portion extends. In these cases, the tip of the first claw and / or the second claw is not in contact with the workpiece in the grooved region. The mechanism can be gripped appropriately avoiding unevenness. In particular, when the groove extends in the extending direction of the fixed claw portion, for example, in a cylindrical workpiece, it is effective when there is an unevenness extending in the axial direction. In the chuck mechanism of the present invention, the movable claw may be a plate-like member having a bent portion, and the support portion may be a ridge line of the bent portion. In this case, the movable claw can tilt about the ridgeline.
本発明のチャック機構において、前記可動爪は、前記固定爪の前記基部に対して、前記基部の面方向に移動可能に取り付けられていてもよく、前記可動爪は、前記固定爪の前記基部に対して、前記基部の面内において回動可能に取り付けられていてもよい。このような場合には、可動爪は把持される工作物の形状に応じて、固定爪の基部の面方向の任意の方向に微動することができ、あるいは、固定爪の基部と平行な面内において回動できるので、製造公差が大きな工作物であっても、適切に把持することができる。例えば、円筒形状または円環形状の工作物の内面を把持する場合に、その内面に周方向にそって凹凸がある場合であっても、可動爪は、凹凸に合わせて微動できるので、工作物の内面を適切に把持できる。 In the chuck mechanism of the present invention, the movable claw may be attached to the base portion of the fixed claw so as to be movable in the surface direction of the base portion, and the movable claw is attached to the base portion of the fixed claw. On the other hand, it may be rotatably attached in the plane of the base. In such a case, the movable claw can be finely moved in any direction in the surface direction of the base of the fixed claw according to the shape of the workpiece to be gripped, or in a plane parallel to the base of the fixed claw. Therefore, even a workpiece with a large manufacturing tolerance can be gripped appropriately. For example, when gripping the inner surface of a cylindrical or annular workpiece, even if the inner surface has irregularities along the circumferential direction, the movable claw can finely move according to the irregularities. The inner surface of the can be properly gripped.
本発明のチャック機構において、前記固定爪が前記工作物に対して付勢されたときに、前記可動爪が前記固定爪の前記基部側に前記稜線を中心に回動してもよい。この場合には、工作物に対して固定爪を付勢した場合に、可動爪が固定爪の基部側に回動するので、可動爪が工作物を固定爪の基部側に向かって押圧した状態で、工作物を固定できる。そのため、例えば円筒形状の工作物を、その中心軸を回転軸として高速回転させた場合であっても、工作物が基部と反対側に飛び出してくる恐れがない。 In the chuck mechanism of the present invention, when the fixed claw is urged against the workpiece, the movable claw may rotate about the ridge line toward the base side of the fixed claw. In this case, when the fixed claw is urged against the workpiece, the movable claw rotates toward the base side of the fixed claw, so that the movable claw presses the workpiece toward the base side of the fixed claw. And you can fix the workpiece. Therefore, for example, even when a cylindrical workpiece is rotated at a high speed with the central axis as a rotation axis, there is no possibility that the workpiece will jump out to the side opposite to the base.
本発明のチャック機構において、前記固定爪は、複数の固定爪によって構成され、各固定爪に複数の可動爪が取り付けられていてもよい。この場合には、複数の固定爪にそれぞれ取り付けられた複数の可動爪が、それぞれ微動し得る。したがって、チャック機構は、工作物の形状に合わせて可動する自由度が大きくなるので、製造公差の大きな工作物であっても、容易に把持することができる。 In the chuck mechanism of the present invention, the fixed claw may be constituted by a plurality of fixed claws, and a plurality of movable claws may be attached to each fixed claw. In this case, each of the plurality of movable claws attached to the plurality of fixed claws can finely move. Therefore, since the degree of freedom of movement of the chuck mechanism in accordance with the shape of the workpiece is increased, even a workpiece having a large manufacturing tolerance can be easily gripped.
本発明のチャック機構において、前記複数の固定爪は、それぞれアーチ形状であり、円周状に配列されて設けられていてもよい。この場合には、例えば円筒形状、あるいは円環形状の工作物を、容易に、且つ、十分な強度で把持することができる。 In the chuck mechanism of the present invention, each of the plurality of fixed claws may have an arch shape and be arranged in a circumferential shape. In this case, for example, a cylindrical or annular workpiece can be easily and sufficiently gripped.
本発明の第2の態様によれば、本発明のチャック機構を備える工作機械が提供される。可動爪が固定爪の基部側に傾いた状態で工作物と当接している場合には、例えば、工作物を加工するために工作物を高速で回転させていても、工作物はステージ側に押圧される力を受けているため、工作物がステージと反対側に飛び出してくる恐れがない。また、本発明のチャック機構を備える工作機械は、旋盤、フライス盤及びマシニングセンターからなる群から選ばれる一種であってもよい。この場合には、工作物をチャック機構に固定した状態で、工作物を高速移動させつつ加工する工作機械と、刃部などの切削部品を高速で移動させて工作物を加工する工作機械のいずれの場合であっても、本発明のチャック機構を利用しうる。いずれの場合であっても、工作物はチャック機構のステージ側に押圧される力を受けているため、工作物がステージと反対側に飛び出してくる恐れがない。 According to the second aspect of the present invention, a machine tool including the chuck mechanism of the present invention is provided. If the movable claw is in contact with the workpiece while tilting toward the base of the fixed claw, for example, even if the workpiece is rotated at a high speed to process the workpiece, the workpiece will move to the stage side. Since it receives the force to be pressed, there is no risk of the workpiece popping out on the opposite side of the stage. Moreover, the machine tool provided with the chuck mechanism of the present invention may be a kind selected from the group consisting of a lathe, a milling machine, and a machining center. In this case, either a machine tool that processes while moving the workpiece at a high speed while the workpiece is fixed to the chuck mechanism, or a machine tool that processes a workpiece by moving a cutting part such as a blade at high speed. Even in this case, the chuck mechanism of the present invention can be used. In any case, since the workpiece receives a force that is pressed to the stage side of the chuck mechanism, there is no possibility of the workpiece jumping out to the opposite side of the stage.
本発明の第3の態様に従えば、工作物を把持するチャック機構に用いる爪材であって、基部及び前記基部から延在する固定爪部を有する固定爪と、前記工作物と前記固定爪との間に設けられる可動爪であって、前記固定爪部と当接する支持部、前記工作物の第1部分に当接する第1爪及び前記工作物の第1部分と異なる第2部分に当接する第2爪を有し、前記固定爪部の延在する方向において前記支持部が第1爪と第2爪との間に存在するように位置する可動爪とを備え、前記可動爪は、前記支持部を中心として、前記基部側に傾動可能である爪材が提供される。また、前記固定爪及び前記支持部がアーチ状であってもよく、前記工作物が円筒状又は円環状の工作物であってもよい。 According to the third aspect of the present invention, there is provided a claw material used in a chuck mechanism for gripping a workpiece, which has a base and a fixed claw extending from the base, and the workpiece and the fixed claw. A support claw that contacts the fixed claw, a first claw that contacts the first part of the workpiece, and a second part different from the first part of the workpiece. A movable claw having a second claw in contact with the movable claw, wherein the movable claw is positioned such that the support portion exists between the first claw and the second claw in the extending direction of the fixed claw portion, A nail material that can be tilted to the base side around the support portion is provided. Further, the fixed claw and the support portion may be arched, and the workpiece may be a cylindrical or annular workpiece.
本発明の第3の態様によれば、この爪材を用いることによって、工作物を十分な強度で把持できる。また、工作物の製造公差が大きい場合であっても、各工作物に合わせて爪材を製作することなく、十分な強度で容易に工作物を把持することができる。 According to the 3rd aspect of this invention, a workpiece can be hold | gripped with sufficient intensity | strength by using this nail | claw material. Further, even when the manufacturing tolerance of the workpiece is large, the workpiece can be easily gripped with sufficient strength without producing a claw material for each workpiece.
鋳造により製造されたワークのような、製造公差の大きな部材であっても、個々のワークに合わせて爪材を製造することなく、チャック機構にワークを固定することができる。 Even a member having a large manufacturing tolerance, such as a workpiece manufactured by casting, can fix the workpiece to the chuck mechanism without manufacturing a claw material for each workpiece.
以下、本発明のチャック機構について、図を参照しながら説明する。図1に示した旋盤100は、加工される工作物(ワーク)を把持するためのチャック機構1と、チャック機構1を回転駆動するためのモータ(駆動源)101と、モータ101の回転軸と連動して、モータ101により生じた回転の動力をチャック機構1に伝達するシャフト(スピンドル)102と、モータ101の動作を制御するための制御部103とを備える。制御部103からの指令に基づいて、モータ103の回転方向及び回転速度等が調整される。
Hereinafter, the chuck mechanism of the present invention will be described with reference to the drawings. A
図1及び図2(a),(b)に示すように、チャック機構1は、シャフト102に対して回転可能に設けられたステージ12と、ステージ12の先端に設けられた固定爪11と、固定爪11に揺動可能に設けられた可動爪10とを備える。
As shown in FIGS. 1 and 2 (a) and 2 (b), the
ステージ12は、略円筒形状の固定ステージ13と、固定ステージに設けられた3つの可動ステージ14を備える。固定ステージ13の中心軸Xは、シャフト102の延在する方向と一致しており、固定ステージ13は、シャフト102に対して回転可能に固定されている。すなわち、ステージ12の中心軸Xは、シャフト102及び固定ステージ13の回転軸と一致している。固定ステージ13のシャフト102と反対側の端面13aには、3つの可動ステージ14が、固定ステージ13の半径方向に移動可能に設けられている。各可動ステージ14は、中心角が約120°の略アーチ型の形状、即ち、中心部がくり貫かれたドーナツ型の円盤を、ほぼ3等分しての得られる形状であり、固定ステージ13の中心軸Xを中心とする円周状に、ほぼ等間隔に設けられている。これらの可動ステージ14は、不図示の駆動機構によって、固定ステージ13の半径方向に駆動される。各可動ステージ14の固定ステージ13と反対側の端面14aは、平坦な面に形成されている。この端面14aには、固定爪11を取り付けるためのボルト穴(不図示)が設けられており、各可動ステージ14につき、1つの固定爪11が取り付けられている。
The
各固定爪11は、中心角が約120°の略アーチ型の形状の平面状の板材である基部11aと、基部11aの径方向の略中央部において周方向に延在し、且つ、基部11aの面に垂直に立設された爪部(固定爪部)11bとを備える。固定爪11は、ボルトを用いて固定ステージ12に固定されており、シャフト102に対して、固定ステージ12と一体的に回転可能に設けられている。また、図1及び図2(b)においては省略されているが、固定爪11には、後述する可動爪を固定するためのボルト40が縲合する孔11dと、可動爪と固定爪との間に置かれる緩衝部材41を設けるための4つの孔11cとが設けられている。
Each fixed
また、図3に示すように、可動爪10は、稜線(支持部)10aを峰として折れ曲がった板材である基部10gと、基部10gの一端から図3の上方に向かって突出する第1爪10bと、基部10gの他端から第1爪10bと同じ向きに向かって突出する第2爪10cとを備える。基部10gは、稜線10aの方向に沿って円弧状に湾曲しており、第1爪10b及び第2爪10cの先端も、同じ方向に関して円弧状に形成されている。さらに、稜線10aも円弧状に湾曲している。また、第1爪10bは第2爪10cよりも長く形成されている。即ち、稜線10aと第1爪10bの先端との間の距離L1は、稜線10aと第2爪10cとの間の距離L2よりも長い。また、第1爪10bの先端には、周方向に沿って間隔を隔てて配置され、第1爪10bの厚さ方向に延在する複数の溝10dが形成されている。さらに、第1爪10bの第2爪10cと反対側の面(背面10f)は、平坦に形成されている。また、基部10gの略中央部には、第1爪10bが形成されている面側から、背面10f側へ貫通する貫通孔10eが形成されている。この貫通孔10eには、後述するボルト40が挿入されるが(図4参照)、貫通孔10eの内径はボルト40の径よりも若干大きく形成されている。
As shown in FIG. 3, the
次に、可動爪10の配置について説明する。図2(a)に示すように、各固定爪11の爪部11bよりも外周側には、その周方向に沿って4つの可動爪10が取り付けられている。ここで、図4に示すように、各可動爪10は、第1爪10bを固定爪11の基部11a側に向けた状態で、固定爪11の基部11a及び爪部11bに当接して取り付けられる。即ち、固定爪11の基部11aは、可動爪10の背面10fと当接し、固定爪11の爪部11bは、可動爪10の稜線10aの部分において当接して配置される。固定爪11の基部11aの、可動爪10の背面10fと当接する領域の四隅には、後述する緩衝部材41を設けるための4つの孔11cが形成されている。また、後述するように、可動爪10の貫通孔10eには、所定のボルト40が挿入されて、可動爪10が固定爪11の基部11aに対して傾動可能に又は摺動可能に固定される。
Next, the arrangement of the
次に、チャック機構1に取り付けられる工作物であるワーク20について図5(a),(b)を用いて説明する。例示したワーク20は鋳造によって一体的に製造された、鉄・モリブデン合金製の円筒状部材であって、円筒部(側部)21と、円筒部21の中心軸O方向の一端側(図5(b)における下側)から軸O方向に延在する底板部22とを有する。また、底板部22の端部(端面)22aは、軸Oまで至っていないために、端部22aにより、円形の貫通孔が画成されている。また、ワーク20の内面20aは、円筒部21の内面から、底板部22の端面22aへと滑らかに繋がる曲面として形成されている。後述するように、ワーク20をチャック機構1に取り付けた状態で、円筒部21の上面21a、側面21b、及び底板部22の底面22b等を切削加工することができる。
Next, the
次に、チャック機構1において、固定爪11及び可動爪10を取り付ける手順について説明する。まず、チャック機構1の可動ステージ14に、図2(a)に示すような配置で3つの固定爪11をボルト締めして取り付ける。次に、図4に示すように、各固定爪11の4つの孔11cに、スプリング等の緩衝部材41を挿入する。緩衝部材41は、孔11cに挿入された状態で、孔11cの開口から一部分が突出している。
Next, a procedure for attaching the fixed
緩衝部材41を固定爪11の孔11cに挿入した後で、可動爪10の貫通孔10eに所定のボルト40を挿入して、ボルト締めによって可動爪10を固定爪11の基部11aに付勢する(図4参照)。なお、ボルト40は、固定爪11の基部11aに対して、可動爪10を完全には締め付けていない。このとき、固定爪11の孔11cには緩衝部材41が挿入されており、緩衝部材41の孔11cから突出している部分が、可動爪10の背面10fと当接して可動爪11を付勢する。この状態で、可動爪10の背面10fと基部11aとの間には、わずかな間隙(ギャップ)G1が存在しており、ボルト40による可動爪10の固定爪11に対する付勢力と、緩衝部材41による可動爪10に対する付勢力とがバランスしている。
After the
次に、チャック機構1にワーク20を取り付ける手順について説明する。まず、図6(a)に示すように、ワーク20の内面20cがチャック機構1の固定爪11及び可動爪10と対向する向きで、ワーク20とチャック機構1との中心軸Xを合わせた状態で、ワーク20をチャック機構1に嵌合させる。このとき、可動爪10の第1爪10bが、ワーク20の内面20aに当接し、可動爪10の第2爪10cが、ワーク20の底板部22の端面22aに当接するように、各可動ステージ14の位置を調整しておく。このとき、ワーク20の内面20aの内径は、可動爪10の第1爪10bの外径よりわずかに大きい。ワーク20の底板部22に画成された穴の内径は、3つの固定爪11に組み込まれた12個の可動爪10の第2爪10cにより形成される円の外径とほぼ同一である。そのため、ワーク20をチャック機構1に勘合させることにより、ワーク20は、チャック機構1に仮止めされている状態となる。
Next, a procedure for attaching the
次に、不図示の駆動機構を用いて、各可動ステージ14を径方向の外側(ワーク20側)に押圧する。これにより、可動爪10の第1爪10b及び第2爪10cが、それぞれワーク20の内面20aと底板部22の端面22aにきつく嵌合した状態で、ワーク20がチャック機構1に対して固定される。このとき、図6(b)に示すように、固定ステージ13の端面13aとワーク20の内面20cとの間に、棒状のストッパ30を配置して、ワーク20がチャック機構1のステージ12側に移動する量を制限することもできる。
Next, each
このとき、図4に示したように、各可動爪10は、固定爪11に対して一本のボルト40のみで締結されている。このとき、可動爪10の、ボルト40が挿入されている貫通孔10eは、ボルト40の径よりも若干大きな径に形成されているので、各可動爪10はボルト40の延在する方向に対して垂直な面内において、任意の方向に微動しうる。例えば、ボルト40を回転軸として若干回動することができ、可動ステージ14の半径方向、周方向に微動することもできる。さらに、固定爪11の基部11aに形成された孔11cには、緩衝部材41が挿入されているので、基部11aと可動爪10の背面10fとの間には、ギャップG1が形成されている。そのため、可動爪10は、稜線10aを回転軸として図4の矢印R1,R2の方向にも、僅かに回動し得る。さらに、可動爪10は、固定爪11の爪部11bの延在する方向に微動することもできる。このとき、固定爪11の基部11aと、可動爪10の背面10fとが平行でない状態となるように、揺動することもできる。また、可動爪10の稜線10aと固定爪11の爪部11bとの間は固定されていないため、可動爪10の稜線10aが、固定爪11の爪部11bの先端側(図4の左側)に向かってスライドしつつ、可動爪10が矢印R1の方向に回転することもあり得る。このように、可動爪10は、様々な方向に微動し得る自由度を有している。そのため、ワーク20の製造公差が大きな場合であっても、可動爪10が上述の方向などに微動することによってワーク20の製造公差を吸収することができる。また、可動爪10の第1爪10bの先端には溝10dが形成されており、可動爪10の第1爪10bの先端とワーク20の内面20aとは、溝10dが形成された部分を除いて接触している。即ち、可動爪10の第1爪10bの先端とワーク20の内面20aとは、点接触している。そのため、例えば、ワーク20の内面20aに小さな突起や窪み等の凹凸が形成されているような場合であっても、第1爪10bの先端に溝10dが形成されているため、可動爪10は、凹凸などを避けて、ワーク20の内面20aに当接できる。
At this time, as shown in FIG. 4, each
次に、ワーク20をチャック機構1に固定するときの、可動爪10の動きについて、さらに詳細に説明する。ワーク20をチャック機構1に仮止めしている状態では、図7に示すように、可動爪10の第1爪10bの先端及び第2爪10cの先端が、それぞれワーク20の内面20a及びワーク20の底板部22の端面22aに当接し、可動爪10の稜線10aが固定爪11の基部11aに当接する。このとき、可動爪10の第1爪10b及び第2爪10cは、固定爪11の基部11aに対してほぼ平行である。また、可動爪10の背面と固定爪11の基部11aとの間には、緩衝部材41によるギャップG1が形成されている。
Next, the movement of the
ここで、図7に示すように、ワーク20の内面20aには、可動爪10の第1爪10bによる押圧力F3が働き、ワーク20の端面22aには、可動爪10の第2爪10cによる押圧力F4が働く。これらの押圧力F3,F4の向きは、共にワーク20の半径方向外側に向かう向きである。
Here, as shown in FIG. 7, the pressing force F <b> 3 by the
図8に示すように、可動爪10の第1爪10b及び第2爪10cの先端には、押圧力F3,F4の反力F1,F2が働く。反力F1,F2はそれぞれ、押圧力F3,F4と逆向きで同じ大きさの力である。ここで、図8は、可動爪10にかかる力を模式的に表した図であり、図を見やすくするため、可動爪10及び固定爪11の形状は省略してある。図8に示すように、反力F1には、第1爪10bの先端から支持部10aへ向かう成分F1bと、それに垂直な成分F1aとが存在する。同様に、反力F2には、第2爪10cの先端から支持部10aへ向かう成分F2bと、それに垂直な成分F2aとが存在する。このとき、稜線10aを中心軸として、可動爪10を矢印R1の向きに回転させようとする力のモーメント(右回りのモーメント)の大きさは、力F1aの大きさと距離L1との積であり、可動爪10を矢印R2の向きに回転させようとする力のモーメント(左回りのモーメント)の大きさは、力F2aの大きさと距離L2との積である。本実施形態では、距離L1の方が距離L2よりも長いので、右回りのモーメントの方が、左回りのモーメントよりも大きい。そのため、可動爪10は、稜線10aを中心軸として、矢印R1の向きに回動する。
As shown in FIG. 8, reaction forces F1 and F2 of the pressing forces F3 and F4 act on the tips of the
稜線10aを回転軸として、可動爪10が矢印R1の向きに僅かに回転すると、第2爪10cの先端は、チャック機構1の半径方向の外側に向かって僅かに移動することになる。この場合には、第2爪10cは、ワーク20の基部22の端面22aをさらに強く圧接することになる。このようにして、チャック機構1とワーク20は十分な強度で嵌合される。
When the
ここで、可動爪の稜線及び第1爪の間の距離L1は、可動爪の稜線及び第2爪の間の距離L2よりも長い。稜線10aを回転軸として、可動爪10が矢印R1の向きに回転するとき、てこの原理によってL1/L2の値が大きいほど、第2爪をワークに押圧する力の成分は大きくなるため、強い力でワークをチャック機構に固定できる点で有利である。また、L1の長さが大きいほど、さらに、固定爪11の爪部11bの延在する方向と可動爪10の支持部10aから第1爪10bの先端に向かう方向との間の角度が小さい方が、可動爪10を固定爪11の基部11a側に回動させる力のモーメントが大きくなって有利である。
Here, the distance L1 between the ridge line of the movable claw and the first claw is longer than the distance L2 between the ridge line of the movable claw and the second claw. When the
これまで、可動爪10の稜線10aと固定爪11の爪部11bとが、同じ位置で当接している場合を説明した。しかしながら、前述の通り、可動爪10の稜線10aと固定爪11の爪部11bとの間は固定されているわけではない。そのため、可動ステージ14をワーク20に向かって押圧する力が十分強い場合には、可動爪10の稜線10aが、固定爪11の爪部11bの先端側(図7の左側)に向かってスライドしつつ、可動爪10が矢印R1の方向に回転することもあり得る。いずれの場合であっても、チャック機構1とワーク20とが十分な強度で嵌合されているときには、可動爪10は、ワーク20に対して図9に示す状態で当接する。即ち、可動爪10が稜線10aを中心軸として矢印20の方向に僅かに回転した結果、可動爪10の第1爪10bと第2爪10cは、固定爪11の基部11aの方へ僅かに傾いた状態でワーク20に当接している。
So far, the case where the
このようにして、十分な強度でワーク20をチャック機構1に嵌合させた後、ワーク20をチャック機構1に固定した状態で高速回転させて、ワーク20に所望の加工処理を加えることができる。本実施形態の場合には、ワーク20を内側から把持しているため、ワーク20の向きを変更することなく、ワーク20の円筒部21の上面21a、側面21b、底板部22の底面22b、及び、端面22aを切削加工することができる。
In this way, after the
次に、ワーク20がチャック機構1に嵌合している状態で、ワーク20とチャック機構1との間に働いている力について、図9を用いて説明する。可動爪10の第1爪10bと第2爪10cは、固定爪11の基部11aの方へ僅かに傾いた状態で、ワーク20に当接している。このとき、可動爪10の第1爪10bが、ワーク20の内面20aを押圧する力を力f1とし、可動爪10の第2爪10cが、ワーク20の端面22aを押圧する力を力f2とする。ここで、力f1、f2の向きは、固定爪11の基部11aの面方向(例えば、図9における鉛直方向)に対して、可動爪10から固定爪11に向かう向き(図9における右向き)に傾いている。従って、力f1、f2はそれぞれ、ワーク20をチャック機構1側に引き寄せる向きに働く力の成分f1a,f2aと、ワーク20の半径方向外側に向かう力の成分f1b、f2bとを有している。
Next, the force working between the workpiece 20 and the
ここで、力の成分f1b,f2bの大きさは、それぞれ可動爪10の第1爪10b及びワーク20の内面20aの間の摩擦力と、可動爪10の第2爪10c及びワーク20の端面22aの間の摩擦力の大きさに寄与する。これらの摩擦力はいずれも、ワーク20をチャック機構1に固定した状態で高速回転させたときに、ワーク20がチャック機構1から外れて、前方(図9の左向き)に飛び出すのを防ぐ役割を果たす。通常のチャック機構においては、略円筒形のワークに対して、その半径方向の外側に向かってワークを押圧している。この場合の押圧力は、本実施形態における力の成分f1b,f2bに対応する。本実施形態においては、これらの力の成分f1b,f2bに加えて、さらに、力の成分f1a,f2aが存在する。これらの力の成分f1a,f2aは、ワーク20をチャック機構1側に押し付ける向きに働くので、前述の摩擦力と同様に、ワーク20がチャック機構1から外れて、前方(図8の左向き)に飛び出すのを防ぐ役割を果たす。
Here, the magnitudes of the force components f1b and f2b are determined by the frictional force between the
一般に、ワークをチャック機構に固定した状態で、ワークを高速回転させた場合には、ワークに大きな遠心力が働く。この遠心力は、ワークの内径を大きくする向きに働くため、可動爪がワークの内面をその外周側に向かって押している力の大きさは、ワークが静止している状態と比べて、ワークが高速回転している状態では相対的に小さくなる。ワークと可動爪との間の摩擦力の大きさは、可動爪がワークの内面をその外周側に向かって押している力の大きさに比例するので、ワークの回転速度が上がるにつれて、ワークと可動爪との間の摩擦力は小さくなる。従って、ワークの回転速度が上がるにつれて、ワークをチャック機構から外れやすくなる。 In general, when the workpiece is rotated at a high speed while the workpiece is fixed to the chuck mechanism, a large centrifugal force acts on the workpiece. Since this centrifugal force works in the direction of increasing the inner diameter of the workpiece, the magnitude of the force with which the movable claw pushes the inner surface of the workpiece toward the outer peripheral side is larger than that when the workpiece is stationary. It becomes relatively small in the state of high-speed rotation. The magnitude of the frictional force between the workpiece and the movable claw is proportional to the force with which the movable claw pushes the inner surface of the workpiece toward the outer circumference, so that the workpiece and the movable claw move as the workpiece rotation speed increases. The frictional force between the nails is small. Therefore, the workpiece is easily detached from the chuck mechanism as the workpiece rotation speed increases.
これに対して、本実施形態では、ワーク20と可動爪10との間には、摩擦力だけでなく、ワーク20をチャック機構側に押し付ける向きに働く力の成分f1a,f2aも存在する。従って、ワーク20を高速回転させた場合に、ワーク20と可動爪10との間の摩擦力が小さくなったとしても、力の成分f1a,f2aの大きさは変わらないため、ワーク20がチャック機構1から外れて、前方(図9の左向き)に飛び出すのが防止される。さらに、一旦、可動爪10が固定爪11の基部11a側に傾動した状態でワーク20に当接して固定された場合、可動爪10が基部10aと反対側に傾動する恐れはない。なぜならば、固定爪11の基部11a側に傾動している可動爪10を、基部11aと反対側に傾動させるためには、可動爪10の第1爪10bと当接している部分のワーク20の径を広げなければならないため、可動爪10が基部10aと反対側に傾動することはない。
On the other hand, in the present embodiment, not only the frictional force but also force components f1a and f2a acting in the direction of pressing the workpiece 20 against the chuck mechanism side exist between the workpiece 20 and the
なお、上記実施形態では、特定の形状の可動爪10を用いたが、可動爪の形状はこれに限定されず、ワークの形状に合わせて変更しうる。例えば、図10に示すような略円筒形状のワーク120に対しては、稜線110aからほぼ同じ高さに形成された第1爪110b及び第2爪110cを有する可動爪110を使用しうる。この場合も、チャック機構1をワーク120に押圧する際には、第1爪110b及びワーク120の内面120aの間と、第2爪110c及びワーク120の内面120aの間には、それぞれ摩擦力が働く。そのため、可動爪110は、稜線110aを軸にして図9の時計回り方向に若干回動した状態で固定される。従って、前記実施形態と同様に、可動爪110の第1爪110b及び第2爪110cは、それぞれワーク120の内面120aに対して、ワーク120の半径方向外側に向かって押圧すると共に、ワーク120を軸方向に沿ってチャック機構側に押し付ける向きにも押圧する。
In the above embodiment, the
その他にも、ワークの形状に合わせて、図11(a)に示すように、可動爪220の形状は、板材を稜線220aにおいて折り曲げた、略V字型の形状であってもよい。このとき、第1爪220bと第2爪220cの長さは同じでもよく、一方が長くてもよい。また、図11(b)に示すように、可動爪320の形状は、両端を一面側に折り曲げた板材の中央に他面側に延びる支持部320aを有する、略Y字型の形状であってもよい。このときも、第1爪320bと第2爪320cの長さは、同じであっても、いずれか一方が長くてもよい。これらの可動爪の形状は例示であり、その他の形状であってもよい。さらに、可動爪に形成された爪の数は2つに限らず、3つ以上の爪を有していてもよい。上記実施形態では、可動爪の第1爪の先端には、溝が形成されていたが、この溝は形成されていなくてもよく、また、第2爪の先端に溝が形成されていてもよい。また、図12に示すように、可動爪420の第1爪420b及び第2爪420cの先端に、その厚さ方向直交する方向に沿った溝420dが形成されていてもよい。あるいは、溝の延びる方向はこれらに限られず、任意の方向に形成しうる。また、第1爪と第2爪の先端に形成された溝の延びる方向は、同じであっても異なってもよい。また、形成される溝の数は任意である。さらに、可動爪の支持部に関しても、本実施形態で示されたような、可動爪が屈曲した板状部材を備え、且つ、支持部が屈曲部の稜線として形成される場合に限られず、例えば図11(b)に示すように、任意の形状にし得る。
In addition, as shown in FIG. 11A, the shape of the
なお、上記実施形態において、固定爪の大きさ、材料、形状及び配置などは、ワークの形状及び材質に合わせて任意に設定しうる。例えば、ワークが略円筒形あるいは円環状の形状でなく、多角柱の形状である場合であっても、固定爪の形状をワークの形状に適合させることにより本発明の爪材を利用しうる。さらに、上記実施形態では、ワークを内側から把持する場合を例に挙げて説明してきたが、例えば図13に示すように、ワーク520を外側から把持する際にも、可動爪10及び固定爪11を有する、本発明のチャック機構を用いることができる。さらに、本実施形態では、固定爪の基部は、可動爪の背面まで延在していたが、必ずしも可動爪の背面まで延在している必要はなく、ワークの形状に合わせて任意の形状にし得る。
In the above embodiment, the size, material, shape, and arrangement of the fixed claws can be arbitrarily set in accordance with the shape and material of the workpiece. For example, even when the workpiece is not a substantially cylindrical or annular shape but a polygonal column shape, the nail material of the present invention can be used by adapting the shape of the fixed claw to the shape of the workpiece. Furthermore, although the case where the workpiece is gripped from the inside has been described as an example in the above embodiment, the
上記実施形態においては、チャック機構は工作機械としての旋盤に取り付けられていたが、本発明のチャック機構を備える工作機械は、旋盤に限られない。上記実施形態の旋盤においては、チャック機構に固定されたワークを、高速回転させながら、ワークを加工していた。それに限らず、例えば、フライス盤及びマシニングセンターのように、ワークをチャック機構に固定した状態で、高速に移動する刃部を用いてワークを加工する工作機械に本発明のチャック機構を用いることもできる。あるいは、旋盤、フライス盤又はマシニングセンターを備える工作機械に、本発明のチャック機構を用いることもできる。いずれの場合であっても、ワークはチャック機構のステージ側に押し付けられた状態で固定されるため、加工中にワークがステージと反対側に飛び出す恐れがない。 In the above embodiment, the chuck mechanism is attached to a lathe as a machine tool, but the machine tool including the chuck mechanism of the present invention is not limited to a lathe. In the lathe of the above embodiment, the workpiece is processed while rotating the workpiece fixed to the chuck mechanism at a high speed. However, the chuck mechanism of the present invention can also be used in a machine tool that processes a workpiece using a blade portion that moves at high speed in a state where the workpiece is fixed to the chuck mechanism, such as a milling machine and a machining center. Alternatively, the chuck mechanism of the present invention can be used for a machine tool including a lathe, a milling machine, or a machining center. In either case, since the work is fixed while being pressed against the stage side of the chuck mechanism, there is no possibility of the work jumping out to the opposite side of the stage during processing.
本発明のチャック機構によって把持されたワークは、高速に回転している状態であっても、チャック機構のステージ側(後方)に押さえつける力が働いている。従って、ワークのステージ側の端面を切削加工する場合であっても、ワークが前方に飛び出す恐れがない。従って、ワークの背面を加工する際に、ワークの向きを変える工程を省くことができる。 Even when the workpiece gripped by the chuck mechanism of the present invention is rotating at a high speed, a force is applied to the stage side (rear) of the chuck mechanism. Therefore, even when the end surface on the stage side of the workpiece is cut, there is no possibility that the workpiece jumps forward. Therefore, it is possible to omit the step of changing the orientation of the workpiece when machining the back surface of the workpiece.
1 チャック機構
10 可動爪
11 固定爪
12 ステージ
13 固定ステージ
14 可動ステージ
20 ワーク
41 緩衝部材
DESCRIPTION OF
Claims (15)
ステージと、
前記ステージに対して固定される基部及び前記基部から延在する固定爪部を有する固定爪と、
前記工作物と前記固定爪との間に設けられて工作物を把持する可動爪であって、前記固定爪部と当接する支持部、前記工作物の第1部分に当接する第1爪及び前記工作物の第1部分と異なる第2部分に当接する第2爪を有し、前記固定爪部の延在する方向において前記支持部が第1爪と第2爪との間に存在するように位置する可動爪とを備え、
前記可動爪は、前記支持部を中心として、前記基部側に傾動可能であって、
第1爪が第2爪よりも前記固定爪部の延在方向において前記基部に近い側に位置し、前記支持部と第1爪の先端との間の距離は、前記支持部と第2爪の先端との間の距離よりも長いチャック機構。 A chuck mechanism for gripping a workpiece,
Stage,
A fixed claw having a base fixed to the stage and a fixed claw extending from the base;
A movable claw provided between the workpiece and the fixed claw for gripping the workpiece, wherein the support claw is in contact with the fixed claw portion, the first claw is in contact with the first portion of the workpiece, and A second claw that comes into contact with a second part different from the first part of the workpiece, and the support part exists between the first claw and the second claw in the extending direction of the fixed claw part; With movable claws located,
The movable claw can be tilted toward the base side with the support portion as a center ,
The first claw is positioned closer to the base in the extending direction of the fixed claw than the second claw, and the distance between the support and the tip of the first claw is determined by the support and the second claw. The chuck mechanism is longer than the distance between the tip .
基部及び前記基部から延在する固定爪部を有する固定爪と、 A fixed claw having a base and a fixed claw extending from the base; and
前記工作物と前記固定爪との間に設けられる可動爪であって、前記固定爪部と当接する支持部、前記工作物の第1部分に当接する第1爪及び前記工作物の第1部分と異なる第2部分に当接する第2爪を有し、前記固定爪部の延在する方向において前記支持部が第1爪と第2爪との間に存在するように位置する可動爪とを備え、 A movable claw provided between the workpiece and the fixed claw, a support portion that comes into contact with the fixed claw portion, a first claw that comes into contact with a first portion of the workpiece, and a first portion of the workpiece A second claw that abuts against a second portion different from the movable claw, wherein the movable claw is positioned such that the support portion exists between the first claw and the second claw in the extending direction of the fixed claw portion. Prepared,
前記可動爪は、前記支持部を中心として、前記基部側に傾動可能であって、The movable claw can tilt to the base side around the support part,
第1爪が第2爪よりも前記固定爪部の延在方向において前記基部に近い側に位置し、前記支持部と第1爪の先端との間の距離は、前記支持部と第2爪の先端との間の距離よりも長い爪材。 The first claw is positioned closer to the base in the extending direction of the fixed claw than the second claw, and the distance between the support and the tip of the first claw is determined by the support and the second claw. Nail material longer than the distance between the tip of the.
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