JP4173668B2 - 角度補正型チャック - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、少し偏心した面でも、工作物の質を低下させないであるいは工作物に対して不所望な曲げモーメントを加えないで、センタの間に取付けられた工作物を掴むことができる工作機械用の補償型（補正型）チャックに関する。これは特に、工作物がセンタの間に取付けられているときに必要である。この場合、センタはきわめて精密な加工ステップの間工作物の回転軸線を決定し一方、例えば偏心した研磨を行うためにかなり大きなトルクを伝達するために、工作物はチャックのコレットによって同時に掴む必要がある。コレットによって掴まれる工作物の表面の不可避の誤差のために、コレットの回転軸線（以下、チャック軸線という）は工作物の実際の回転軸線に正確に一致しないことが予想される。この工作物の回転軸線はセンタに左右される。
【０００２】
【従来の技術】
掴まれる表面におけるチャックのジョーの不均一な押圧力と、この押圧力を発生する不所望な力の発生を回避するために、ジョーの半径方向位置が、締付けられる工作物の表面の偏心に対して自動的に対応するようにすべきである。いわゆる補償型ジョーによるチャックのつり合わせが知られている。この補償型ジョーはすべてが必ずしもジョーの軸線から同じ半径方向間隔を有する必要はない。というのは、チャックがジョーに加えられる締付け力を自動的に均一にするからである。これは例えば締付け力を伝達するために、すべてのジョーについて幾何学的に同一である液圧システムを使用することによって達成可能であるが、すべてのジョーに締付け力を均一に分配するウォッブル（味噌擦り運動）板の使用によっても得られる。しかしながら、回転軸線とチャック軸線の間の偏心に対してジョーの位置を半径方向においてのみ適合させることは、加工の精度に関する現在のきわめて高い要求のために重要になってきている他の問題を無視している。というのは、ジョーとチャック軸線の間の半径方向間隔は補正されるがしかし、偏心によってジョーがチャック軸線の方に正確に向いていないという事実を除去しないからである。実際のあらゆるケースにおいて、ジョーは工作物の円筒面を掴み、そしてジョーの掴み面が平らである限り、工作物の円筒面の軸線がチャックの軸線と一致していないときでも、ジョーの半径方向位置の補正は工作物を満足のいくように締付けるために充分である。というのは、偏心によってジョーと円筒面の間の接触線が横断面で見て３６０°にわたって均一に分配されないときでも、ジョーの平らな掴み面が工作物の円筒面上に接線方向に載るからである。
【０００３】
しかしながら、高い精度が要求される場合、過大の局部的な押圧力、ひいては工作物の円筒面の損傷を避けるために、ジョーの掴み面を凹形の円筒面として形成することが一般的になってきている。この凹形の円筒面は工作物の凸形の面と相補的であり、実質的に同じ半径を有する。このような形状の目的は、工作物の小さな部分におけるジョーの過大の局部的押圧力を避けることである。
【０００４】
しかしながら、これは次の問題を生じる。存在する偏心によって、ジョーの中央の平面がチャック軸線と一致しないで、チャック軸線の外側を通過すると、ジョーの凹形の掴み面は、加工すべき工作物の凸形の円筒面にぴったり一致しない。チャックが締付けられるときに、チャック軸線に対して平行なジョーの側方エッジが円筒面に最初に当たる。これは、偏心（チャック軸線に対して垂直な横断面で見て）によって、掴み面と円筒体の間に鋭角の端部を有する月形隙間が存在するために起こる。これは工作物を鋭角に押圧する場所で工作物上に非対称で局部的な非常に大きな押圧力を生じる。その結果、きわめて高い精度で加工するときに目立つような、センタの間での工作物の曲げを生じることになる。更に、不所望な大きな局部的押圧力が生じ、工作物上にマーキングが形成される。
【０００５】
工作物に対するジョーのこのような傾斜した接触と、工作物の曲がりや劣化を回避するための一つの方法は、いわゆるロッキングジョーを使用することにある。このロッキングジョーはチャックの主ジョーに装着される付加的なジョーであり、チャック軸線に対して平行な傾動軸線の回りにチャックと相対的に揺動可能である。これは例えば、チャック軸線に対して平行なピン上に付加的な各々のジョーを取付け、付加的なジョーをピン回りに傾動可能にすることによって達成される。ロッキングジョーは主として、特に薄壁の工作物に加えられるジョー押圧力を工作物の周囲にわたってできるだけ均一に分配しなければならないときに使用される。この場合、好ましくは、ピンから両方向にかなり離れて接線方向に延びるロッキングジョーが使用される。このロッキングジョーは工作物の方に向いた面を備えている。この面はその先端近くにおいてのみ、すなわちピンから両方向にできるだけ離して設けられた２つの個所でのみ工作物に接触するように形成されている。それによって、工作物に作用する押圧力は工作物の外周にわたって良好に分配され、例えばチャックが３個のジョーを備えているときに、押圧力は剛性のジョーを使用するときの３個所に代わって、６個所に分配される。傾動運動は主ジョーの押圧力を、主ジョーに取付られたロッキングジョーの両支持面にわたって自動的にかつ均一に分配する。
【０００６】
副次的な作用として、ロッキングジョーはチャック軸線の方への主ジョーの不充分な方向づけを補正する。というのは、各ロッキングジョーが工作物に接触するときに、ロッキングジョー自体が工作物の面に従って方向づけられ、工作物上へのジョーの傾斜着座を回避するからである。しかし、これは、チャックがきわめて精密な加工のためのものである場合には、幾つかの欠点を生じる。チャックはしばしば気密にシールされ、オイルを充填される。それによって、チャックの相対的に動く部品のジャーナルはオイル浴内で取り囲まれ、このオイル浴は粉塵、研磨くず等に対してジャーナルを保護する。これはジャーナルの磨耗をほとんど測定不可能な最小値に低減する。しかし、ロッキングジョーとそのロッキングピンのジャーナルはチャックのオイル囲壁の外側に配置する必要がある。従って、オイル浴に浸されないロッキングピンの保護されていないジャーナルは、汚れて、大きな摩耗と過早の遊びを生じる。更に、ロッキングジョーとそのジャーナルは主ジョーと工作物の間に挿入された付加的な可動の片である。この片はチャックの精度に不利に作用する。更に、入手可能な全体スペースによって制約されるロッキングピンの比較的に小さな寸法は、最小の摩耗得ることを困難にする。この理由および他の理由から、ロッキングジョーは、工作物におけるジョーの傾斜装着を回避するために、高精度のチャックには使用されない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、偏心して取付られた工作物上におけるジョーの傾斜装着を回避し、チャックのシールされた空所内で取り囲み可能なジャーナルを有し、最小の摩耗を生じる特に大きな揺動面を使用する要素を備えたチャックを提供することである。本発明のチャックは比較的に少ない部品からなっている。というのは、その主ジョーが２つの役割、すなわち半径方向の運動による工作物の掴みと、傾斜装着を回避するために必要な旋回運動とを同時に行うからである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明に従い、工作機械用のチャックにおいて、ジョーがチャックの本体に対して２自由度を有し、この２自由度がチャックの回転軸線に対して実質的に半径方向の並進自由度と、チャックの回転軸線に対して実質的に平行な旋回軸線回りの制限された回転自由度であり、この旋回軸線が対応するジョーの半径方向の移動に追従することによって解決される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
好ましい実施の形態の説明と図によって本発明を一層詳細に示す。
【００１０】
図１は工作機械に取付けられた公知のチャック１の回転軸線に対して垂直な、ジョー２ａ，２ｂ，２ｃと工作物３の横断面を概略的に示している。この工作物は工作機械（図示していない）においてセンタ（図示していない）の間に取付けられている。この工作物の回転軸線は実質的に図の平面に対して直交し、点Ｓで図の平面を通過している。一方、チャックの回転軸線はジョー２の中央平面の交点Ｆで図の平面を通過している。明瞭にするために、不可避の誤差による偏心、すなわち実質的に互いに平行な軸線ＳとＦの間隔Ｅは誇張して示してある。これと同じ理由から、工作物をやさしく掴むために実際にしばしば主ジョーに取付けられている付加的なジョーは図示していない。そのために、これらのロッキングジョーはほぼ、工作物を掴むべき場所に工作物の形状に適合した形を有する。簡単化するために、図示した実施の形態では、工作物はジョー２によって直接掴まれ、それによってジョーは中空の円筒形の掴み面４ａ，４ｂ，４ｃを有する。中空円筒形の掴み面の半径は工作物３の円筒形の面の半径と実質的に同じである。
【００１１】
ジョー２はチャック１のガイド６ａ，６ｂ，６ｃ内を滑動する。このガイドは回転軸線Ｆの周りに１２０°の間隔をおいて配置されている。ガイドは公知のごとく、機械的または液圧的な装置（図示していない）の作用によって、工作物３に対して半径方向から押し付け可能である。それによって、例えば掴みにとって充分なモーメントを工作物に加えることができる。工作物がセンタ（図示してない）に取付けられ、それによって不可避の誤差によってチャックの回転軸線Ｆと一致していない軸線Ｓの回りに工作物が回転するので、ＳとＦの間に間隔が存在するにもかかわらず、かつたとえ図示のようにジョーが工作物に接触するときに異なる半径方向位置にあっても、すべてのジョーが工作物３に同じ押圧力を加えるように、ジョーを付勢する押圧手段が形成されている。この図において、ジョー２ｂと２ｃの位置の差は点Ｆを中心とした破線の円Ｋによって強調して示してある。
【００１２】
この公知の自動補正にもかかわらず、図１に示した状況は不充分である。というのは、偏心によって各ジョーが実質的に、点として現れる、図の平面に対して垂直なエッジＬに沿って工作物に接触するだけであるからである。いわゆる非円形研磨（特にクランクシャフトの非円形研磨）が大きなモーメントを必要とし、このモーメントが更に工作物上にジョーを大きな力で押し付ける必要があるので、工作物は押圧線Ｌに沿って損傷し、センタによって保持された個所の間で目立つほど曲がり得る。これは、きわめて高精度の研磨が要求されるときには受入れられない。
【００１３】
図２は図１の断面に似た断面を概略的に示しているがしかし、内側に動くジョーが工作物に接触する瞬間の本発明によるチャックの断面を示している。図２では、均等的な要素は図１と同じ番号を付けてあるかまたは１０だけ加えた番号を付けてある。
【００１４】
図１と同様に、チャックは１２０°の間隔をおいて半径方向ガイド１６ａ，１６ｂ，１６ｃ内に配置された３個のジョーからなっているがしかし、ジョーは異なるように案内されている。各ジョー１２ａ，１２ｂ，１２ｃは案内ヘッドと呼ぶ拡大部分１５ａ，１５ｂ，１５ｃを備えている。この案内ヘッドは対応する滑り面内を案内可能である。ここに示した最も簡単な実施の形態では、案内ヘッドの側方の支承面１７ａ，１７ｂ，１７ｃは円筒形である。この円筒形の支承面の軸線Ｚはチャック軸線Ｆに対して平行であり、それによって案内ヘッド１５ひいてはジョー１２はガイド１６内で傾動することなくかつ遊びなしに滑動可能であり、案内ヘッドは更にそれぞれ軸線Ｚ回りに或る量だけ旋回可能である。案内ヘッドの支承面１７は異なるように、例えば樽形に形成可能である。各ジョー１２はフィンガー１９ａ，１９ｂ，１９ｃを受け入れるための凹部または切欠き１８ａ，１８ｂ，１８ｃを備えている。このフィンガーはジョーを動かす手段（図示していない）によって半径方向に付勢されている。各凹部の半径方向外側に向いた面２１ａ，２１ｂ，２１ｃは中空円筒の一部として形成されている。この中空円筒の軸線は、ジョー１２ａについて半径Ｒで示すように、対応する案内ヘッド１５の旋回軸線Ｚと一致している。フィンガー１９が直線に沿って移動する場合には、半径方向内側に向いたこのフィンガーの面は面２１に対して相補的な凸形の円筒面であり、面２１とほぼ同じ半径を有する。（図３に示すように）フィンガー１９がアングルレバーの一端に設けられ、それによって半径方向に正確に移動しないで円の弧に沿って移動する場合には、半径方向内側に向いた面は更に、レバーの軸線に対して平行な軸線周りの或る曲率を有するであろう。従って、フィンガーは樽形になる。ジョーは対応するフィンガー１９の押圧によって半径方向内側に押されるときには、ジョーは半径方向に移動しないで、案内ヘッドの軸線Ｚ回りに或る量だけ旋回可能である。旋回運動の量は主として、フィンガー１９の幅と、フィンガーが係合する凹部または切欠き１８の幅との差に依存する。
【００１５】
いかなる場合でも、最大傾動は数度を超えない。従って、各々のジョーとチャックの本体の間の弾性シール（図示していない）の取付けを妨害しない。このようなシールは、研磨粉塵や類似のごみに対してチャックの内部機構を保護し、長い耐用寿命にわたってその精度を維持するために、高精度チャックにしばしば設けられる。きわめて厳しい要求のために、チャックに油浴を充填することができる。そして、油をとどめるために、ゴムシールが必要である。
【００１６】
ジョーを１２０°分割状態に戻すため、すなわち注目に値する接線方向力がジョーに作用しないときに、図２に示す静止位置に戻すために、弾性的な引き戻し装置を設けることができる。この例は図２において左上のジョーについてのみきわめて概略的に示してある。そこには、２個の弾性的な要素２２が示してある。この弾性的な要素は、ジョーに他の負荷が作用していないときに、ジョーのガイドに対してほぼ平行にジョーを保持する。このような引き戻し装置は、偏心Ｅが非常に小さいときには実際には不要であるがしかし、すべてのジョーがチャック軸線Ｆの方に向いている、図２に示した静止位置からスタートするときの本発明の機能の説明を簡単化するために、このような引き戻し装置が図示した実施の形態に設けられていると仮定される。
【００１７】
図３は図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った部分断面を概略的に示している。この場合、工作物は設けられていない。工作物のおおよその位置は軸線Ｆによって示唆してある。ここに示した機構が、図２に示した３個のジョーの各々について設けられるので、付加的な参照文字ａ，ｂ，ｃは図３では付けられていない。両方向矢印Ｐは、工作物（図示していない）を掴むためおよび解放するために必要である、チャック軸線Ｆの方向のジョー１２の動きを示している。この運動の間、案内ヘッド１５はガイド１６（図３には示していない）を滑る。ジョー１２はアングルレバー２４によって両方向矢印Ｐの方向に付勢される。このアングルレバーは軸線Ｈの回りに揺動可能であり、ジョー１２の凹部１８に嵌まるフィンガー１９を備えている。軸線Ｈはチャックの軸線Ｆに対して垂直であり、アングルレバー２４の揺動は両方向矢印Ｑによって示すように、チャック軸線Ｆに対して平行に液圧的に付勢されるピストン２５の作用によって得られる。レバー２４が揺動するときにフィンガー１９によってジョー１２に加えられる力を申し分のないように伝達するために、フィンガーは、図３の断面図で見える丸くなった支承面を備えている。図２において見えるフィンガーの丸くなった形状と共に、図３の平面に対して垂直な平面内でフィンガーを見ると、フィンガー１９はその外周の少なくとも一部にわたって樽状の形をしていることが判る。
【００１８】
ジョーが最初はその静止位置にある、本発明によるチャックは、センタ上に取付けられた工作物を徐々に締めつける。ジョーが工作物に接触すると、半径方向運動のための公知の補正（補償）手段（図示していない）が各々のジョーの前進をつり合わせる。それによって、すべてのジョーによって等しい押圧力が工作物に加えられる前に、すべてのジョーが工作物に接触する。その瞬間に、図２に示した状況に達する（この状況は公知のチャックの図１に示した状況に似ている）。ジョーは工作物の表面に均等に、すなわち曲がらずに載るのではなく、エッジＬに沿って工作物に接触するだけである。ジョーの締付け力が半径方向内側に向いたフィンガー１９の押圧力の増大によって更に増大すると、工作物上のジョーの曲がった部分は接線方向の力を生じる。この接線方向の力はジョーに作用し、旋回軸線Ｚの回りにジョーを旋回させる。この旋回は、図４に示すように、すべてのジョー１２の支承面が工作物３上に均一に載るまで行われる。従って、工作物は注意深く締付けられ、大きな締付け力によって損傷することがなく、フィンガー１９によって発生した力が、Ｆからの距離Ｅのところにある工作物３の回転軸線Ｓではなく、チャック軸線Ｆと交叉しても損傷しない。
【００１９】
上記の実施の形態において回転軸線Ｚと工作物を締付けるジョーとの間に示した凹部または切欠き１８の位置（フィンガー１９の位置）は任意である。チャックの構造に応じて他の位置が好ましいことがある。この場合、フィンガーと凹部が旋回軸線Ｚよりもチャック軸線から大きく離れているかあるいはフィンガーが例えば旋回軸線と同じ場所に配置され、それによって大きな締付け力が加えられたときでもジョーの旋回を制限することがない。３個のジョーを備えた本発明の実施の形態についてのみ説明した。というのは、これが最も一般的な構造であるからである。しかし、本発明によるチャックは異なる数のジョー、特に２個または４個のジョーによって同じ態様で実施可能である。“ジョー”と呼ぶ部品は、工作物を直接締付けないで、付加的なシューを備えるように形成されたいわゆる基礎ジョーであってもよい。この場合、シューの形状は工作物の形状に適合している。
【図面の簡単な説明】
【図１】公知のチェックとその中で締付けられる工作物の、回転軸線に対して横向きの断面を概略的に示す図である。
【図２】チェックが締付けられてジョーが工作物に接触する瞬間の、本発明の実施の形態の図１と同様な断面を示す図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った、一定の縮尺ではない概略的な部分断面図である。
【図４】チャックが完全に閉じた後の、図２と同じ断面を示す図である。
【符号の説明】
１ チャック
３ 工作物
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ ジョー
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ 拡大部分
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ ガイド
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ 支承面
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ 凹部または切欠き
１９ａ，１９ｂ，１９ｃ フィンガー
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ 面
２４ アングルレバー
２５ ピストン
Ｅ 偏心
Ｆ チャック軸線
Ｚ 旋回軸線

Claims (8)

1. 工作機械用のチャックにおいて、
   ジョーがチャックの本体に対して２自由度を有し、この２自由度がチャックの回転軸線に対して実質的に半径方向の並進自由度と、チャックの回転軸線に対して実質的に平行な旋回軸線回りの制限された回転自由度であり、この旋回軸線が対応するジョーの半径方向の移動に追従し、各々のジョーが支持面を備えたスライドヘッドを備え、この支持面が旋回軸線に関して少なくとも部分的に回転対称であり、かつチャックの半径方向滑り面に沿って滑ることを特徴とするチャック。
2. 各々のジョーがチャックの回転軸線から離れる方向に向いた支承面を有し、この支承面が、チャックの締付け力をジョーに伝達する伝動部材によって加えられる押圧力を支持するために、旋回軸線に関して少なくとも部分的に回転対称であることを特徴とする請求項１記載のチャック。
3. 支承面がジョーに設けられた凹部の壁であることを特徴とする請求項２記載のチャック。
4. 伝動部材がレバーであり、このレバーがジョーの外側に配置された傾動軸線回りに揺動し、かつチャックの回転軸線およびジョーの半径方向運動に対して実質的に垂直であり、ジョーに支持されるレバーの面の少なくとも一部がその揺動軸線回りに回転対称であることを特徴とする請求項２又は３記載のチャック。
5. 支承面が旋回軸線と工作物を掴むジョーの面またはジョーに装着されたシューの面との間に設けられていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載のチャック。
6. 支承面が工作物を掴むジョーの面またはジョーのシューの面から、旋回軸線よりも離れていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載のチャック。
7. ジョーの開放時にチャックの回転軸線に向いた位置に、各々のジョーを戻すための弾性的な引き戻し装置を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のチャック。
8. 回転自由度が５°を超えないことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のチャック。

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