JP5197102B2 - Ultrasonic spindle device, tool connecting method of ultrasonic spindle device, tool connecting device, tool connecting method, and tool change system - Google Patents
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Description
この発明は、先端側に工具を有する主軸が超音波振動しながら回転する超音波スピンドル装置の工具交換システムに関する。 This invention relates to tool change system of the ultrasonic spindle device the spindle having a tool at the tip side rotates while the ultrasonic vibration.
金型加工などの分野において、例えば高速ミリング加工法が利用され、この方法は、工具を振動させながら高速回転させて加工する方法であり、１本の工具を用いて粗加工から仕上げ加工まで行なうことができる。 In the field of mold processing, for example, a high-speed milling method is used. This method is a method of rotating a tool at a high speed while vibrating, and performs from roughing to finishing using a single tool. be able to.
このような加工を行う各種の装置が提案されている（特許文献１，２）。特許文献１では、主軸の小径部の先端部に、工具把持部であるチャックが設けてあり、ドリル等の工具を取り付け、振動は、段付き形状の主軸により拡大されて工具に伝えられようになっている。また、特許文献２では、前側ホーンの前端部に奥部に雌ねじ穴を有するテーパコーン穴を設け、このテーパコーン穴に対応するテーパ部を有するチャックをねじ込み固定し、このチャックに工具を焼き嵌めしている。
このように、工具の取り付けは種々提案されており、特許文献２の焼きばめチャックは、特許文献１のものに対して、工具の振れ回り性、振動伝達性およびチャッキング剛性が改善されているが、特に精度を要求される超高精度のものには、まだ不十分である。 As described above, various types of tool attachments have been proposed, and the shrink fit chuck of Patent Document 2 has improved tool swingability, vibration transmission performance, and chucking rigidity compared to that of Patent Document 1. However, it is still inadequate for ultra-high accuracy, which requires high accuracy.
また、工具によって加工する工作物としては、その材質は任意であり、例えば炭素鋼、プレハードン鋼、ステンレス鋼、金型用焼入れ鋼などのほか、アルミニウムなどの非鉄金属、さらにガラスやセラミックス、宝石類の非金属、ゴム、プラスチック、木材なども含まれ、これらの工作物の材質によっては工具を交換することが好ましい場合がある。 In addition, the material to be processed by the tool is arbitrary, for example, carbon steel, pre-hardened steel, stainless steel, hardened steel for molds, non-ferrous metals such as aluminum, glass, ceramics, jewelry Non-metals, rubbers, plastics, wood, and the like are also included, and it may be preferable to replace the tool depending on the material of these workpieces.
この発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、簡単な構造で、容易に工具の交換可能である超音波スピンドル装置の工具交換システムを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a tool changing system for an ultrasonic spindle apparatus that can easily change tools with a simple structure.
前記課題を解決し、かつ目的を達成するために、この発明は、以下のように構成した。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention is configured as follows.
請求項１に記載の発明は、超音波スピンドル装置の主軸に固定した焼きばめチャックに焼きばめにより固定する工具を装着するための着工具ステージと、
前記工具を取り外して交換するための脱工具ステージと、
工具交換時に前記主軸を超音波振動させる制御装置と、を備え、
前記着工具ステージは、
主軸方向へ移動可能に付勢されて前記工具を保持する着工具ホルダと、
前記超音波スピンドル装置が前記工具を装着するためにセットされ、前記工具を前記主軸の焼きばめチャックに焼きばめにより固定する位置に配置された着加熱装置と、を有し、
前記脱工具ステージは、
主軸方向へ移動可能に付勢されて前記工具を保持する脱工具ホルダと、
前記超音波スピンドル装置が前記工具を取り外すためにセットされ、前記工具を前記主軸から取り外す位置に配置された脱加熱装置と、を有し、
前記超音波スピンドル装置は、先端側に工具を有する主軸が超音波振動しながら回転する構成であり、
前記制御装置は、
前記超音波スピンドル装置を、前記着工具ステージに位置させて前記主軸の焼きばめチャックに前記工具を固定するときに、
前記主軸の焼きばめチャックを前記着加熱装置により加熱し、かつ前記超音波スピンドル装置を駆動して主軸を超音波振動させながら前記着工具ホルダに保持された前記工具を、前記焼きばめチャックに焼きばめ固定し、
前記超音波スピンドル装置を、前記脱工具ステージに位置させて前記工具を取り外すときに、
前記主軸の焼きばめチャックを前記脱加熱装置により加熱し、かつ前記超音波スピンドル装置を駆動して主軸を超音波振動させながら前記工具を、前記焼きばめチャックから取り外し、前記脱工具ホルダに保持させ、
前記工具を交換可能としたことを特徴とする工具交換システムである。
The invention described in claim 1 is a tooling stage for mounting a tool to be fixed by shrink fitting on a shrink fit chuck fixed to the spindle of the ultrasonic spindle device ,
And de tool stage for the exchange to remove the tool,
And a control device for ultrasonic vibration of the spindle during tool exchange,
The tooling stage is
A wearing tool holder that is urged so as to be movable in the main axis direction and holds the tool;
The ultrasonic spindle device is set for mounting the tool, and a heating apparatus arranged at a position to fix the tool to the shrink fit chuck of the spindle by shrink fit,
The tool removal stage is
A tool removal holder that is urged so as to be movable in the main axis direction and holds the tool;
The ultrasonic spindle device is set to remove the tool, and has a deheating device disposed at a position to remove the tool from the spindle,
The ultrasonic spindle device is configured such that a spindle having a tool on the tip side rotates while being ultrasonically vibrated,
The control device includes:
When the ultrasonic spindle device is positioned on the tool setting stage and the tool is fixed to the shrink fit chuck of the spindle,
The shrink fit chuck of the main shaft is heated by the fitting heating device, and the ultrasonic spindle device is driven to ultrasonically vibrate the main shaft while holding the tool held by the fitting tool holder. Fixed in a shrink fit
When the ultrasonic spindle device is positioned on the tool removal stage and the tool is removed,
The shrink fit chuck of the main shaft is heated by the deheating device, and the ultrasonic spindle device is driven to oscillate the main shaft while removing the tool from the shrink fit chuck. Hold
A tool change system characterized in that the tool can be changed.
請求項２に記載の発明は、超音波スピンドル装置の主軸に固定した焼きばめチャックに焼きばめにより固定する工具を着脱するための着脱工具ステージと、
工具交換時に超音波スピンドル装置の主軸を超音波振動させる制御装置と、を備え、
前記着脱工具ステージは、
主軸方向へ移動可能に付勢されて前記工具を保持する着脱工具ホルダと、
前記超音波スピンドル装置が前記工具を装着または取り外するためにセットされ、前記工具を前記主軸の焼きばめチャックに焼きばめにより固定又は取り外す位置に配置された着脱加熱装置と、を有し、
前記超音波スピンドル装置は、先端側に工具を有する主軸が超音波振動しながら回転する構成であり、
前記制御装置は、
前記超音波スピンドル装置を、前記着脱工具ステージに位置させて前記主軸の焼きばめチャックに前記工具を固定するときに、
前記主軸の焼きばめチャックを前記着脱加熱装置により加熱し、かつ前記超音波スピンドル装置を駆動して主軸を超音波振動させながら前記着脱工具ホルダに保持された前記工具を、前記焼きばめチャックに焼きばめ固定し、
前記超音波スピンドル装置を、前記着脱工具ステージに位置させて前記工具を取り外すときに、
前記主軸の焼きばめチャックを前記着脱加熱装置により加熱し、かつ前記超音波スピンドル装置を駆動して主軸を超音波振動させながら前記工具を、前記焼きばめチャックから取り外し、前記着脱工具ホルダに保持させ、
前記工具を交換可能としたことを特徴とする工具交換システムである。
The invention according to claim 2 is an attachment / detachment tool stage for attaching / detaching a tool fixed by shrink fitting to a shrink fit chuck fixed to the spindle of the ultrasonic spindle device ,
A control device for ultrasonically vibrating the spindle of the ultrasonic spindle device at the time of tool change,
The detachable tool stage is:
A detachable tool holder that is urged so as to be movable in the main axis direction and holds the tool;
The ultrasonic spindle device is set for mounting or removing the tool, and has a detachable heating device disposed at a position where the tool is fixed or removed by shrink fitting to the shrink fit chuck of the spindle,
The ultrasonic spindle device is configured such that a spindle having a tool on the tip side rotates while being ultrasonically vibrated,
The control device includes:
When the ultrasonic spindle device is positioned on the detachable tool stage to fix the tool to the shrink fit chuck of the spindle,
The shrink fit chuck of the spindle is heated by the attachment / detachment heating device, and the ultrasonic spindle device is driven to ultrasonically vibrate the spindle to hold the tool held by the attachment / detachment tool holder. Fixed in a shrink fit
When the ultrasonic spindle device is positioned on the detachable tool stage and the tool is removed,
The tool is removed from the shrink-fitting chuck while heating the shrink-fitting chuck of the spindle by the attachment / detachment heating device and driving the ultrasonic spindle device to ultrasonically vibrate the spindle. Hold
A tool change system characterized in that the tool can be changed.
前記構成により、この発明は、以下のような効果を有する。 With the above configuration, the present invention has the following effects.
請求項１に記載の発明では、脱工具ステージと着工具ステージを用いて、従来の焼きばめチャックに比べて、超音波振動の効果により、焼きばめチャックと工具の摩擦係数が均一化するのでチャッキングの偏りが無く、結果的に簡単な構造で、高精度に工具の装着が可能であり、従来にない高精度加工が可能となる。また、焼きばめチャックを加熱することで、工具を焼きばめチャックから容易に取り外すことができ、簡単な構造で、工具交換を、効率的に自動交換を行うことで、生産性が大きく向上する。 According to the first aspect of the present invention, the friction coefficient between the shrink fit chuck and the tool is made uniform by the effect of ultrasonic vibration as compared with the conventional shrink fit chuck by using the tool removal stage and the landing tool stage. Therefore, there is no bias of chucking, and as a result, the tool can be mounted with high accuracy with a simple structure, and high-precision machining unprecedented is possible. In addition, the tool can be easily removed from the shrink fit chuck by heating the shrink fit chuck , and the productivity can be greatly improved by efficient automatic tool change with a simple structure. To do.
請求項２に記載の発明では、着脱工具ステージを用いて、従来の焼きばめチャックに比べて、超音波振動の効果により、焼きばめチャックと工具の摩擦係数が均一化するのでチャッキングの偏りが無く、結果的に簡単な構造で、高精度に工具の装着が可能であり、従来にない高精度加工が可能となる。また、焼きばめチャックを加熱することで、工具を焼きばめチャックから容易に取り外すことができ、簡単な構造で、工具交換を、効率的に自動交換を行うことで、１個の着脱工具ステージを用いる低コストな装置で、工具の自動交換を行うことができる。 According to the second aspect of the present invention, since the friction coefficient between the shrink fit chuck and the tool is made uniform by using the detachable tool stage and the effect of ultrasonic vibration as compared with the conventional shrink fit chuck, There is no bias, and as a result, the tool can be mounted with high accuracy with a simple structure, and unprecedented high accuracy machining becomes possible. Also, by heating the shrink fit chuck, the tool can be easily removed from the shrink fit chuck, and with a simple structure, one tool can be attached and removed by efficiently and automatically changing tools. The tool can be automatically changed with a low-cost apparatus using a stage .
以下、この発明の超音波スピンドル装置の工具交換システムの実施の形態について説明する。この発明の実施の形態は、発明の最も好ましい形態を示すものであり、この発明はこれに限定されない。
（超音波スピンドル装置の構成）
この発明の超音波スピンドル装置、超音波スピンドル装置の工具連結方法、工具連結装置、工具連結方法を、図１乃至図３に基づいて説明する。図１は超音波スピンドル装置の断面図、図２は加振部の断面図、図３は焼きばめチャックの固定を説明する図である。
Embodiments of a tool changing system for an ultrasonic spindle apparatus according to the present invention will be described below. The embodiment of the present invention shows the most preferable mode of the present invention, and the present invention is not limited to this.
(Configuration of ultrasonic spindle device)
An ultrasonic spindle device, a tool connecting method of the ultrasonic spindle device, a tool connecting device, and a tool connecting method according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view of an ultrasonic spindle device, FIG. 2 is a cross-sectional view of a vibration unit, and FIG. 3 is a view for explaining fixing of a shrink fit chuck.
超音波スピンドル装置Ａは、先端側に工具１を有する主軸Ｃが超音波振動しながら回転する装置である。主軸Ｃは、軸本体部２、加振部５、締め付けねじ２０などを有している。 The ultrasonic spindle device A is a device in which a main shaft C having a tool 1 on the tip side rotates while being ultrasonically vibrated. The main shaft C includes a shaft main body 2, a vibration unit 5, a fastening screw 20, and the like.
軸本体部２は、単一の部材で成形され、材質が例えば軸受鋼、ステンレス鋼やチタン合金である。この本体部２は、円柱状であり、外周は研磨加工され、先端側に焼きばめチャック６を固定するための固定穴２ａが形成されている。 The shaft body 2 is formed of a single member, and the material is, for example, bearing steel, stainless steel, or titanium alloy. The main body 2 has a cylindrical shape, the outer periphery is polished, and a fixing hole 2a for fixing the shrink fit chuck 6 is formed on the tip side.
工具１及び焼きばめチャック６の取付は、図３に示すように、焼きばめチャック６を軸本体部２の先端の固定穴２ａに圧入により固定するが、ねじ込み、焼きばめなど固定方法は特に限定されない。工具１は、焼きばめチャック６の固定穴６ａに焼きばめにより固定する。 As shown in FIG. 3, the tool 1 and the shrink fit chuck 6 are attached by fixing the shrink fit chuck 6 into the fixing hole 2a at the tip of the shaft body 2 by a press fit. Is not particularly limited. The tool 1 is fixed to the fixing hole 6a of the shrink fit chuck 6 by shrink fit.
この工具１を焼きばめチャック６に焼きばめにより固定する時に、主軸２を超音波振動させながら工具１を、焼きばめチャック６に焼きばめ固定するから、簡単な構造で、工具１が交換可能である。また、焼きばめ時は、主軸２を超音波振動させることによって、従来の焼きばめチャックに比べて、超音波振動の効果により、焼きばめチャック６と工具１の摩擦係数が均一化するのでチャッキングの偏りが無く、結果的に簡単な構造で、高精度に工具の装着が可能であり、従来にない高精度加工が可能となる。また、焼きばめチャック６を加熱することで、工具１を焼きばめチャック６から容易に取り外すことができ、簡単な構造で、工具１を交換することができる。 When the tool 1 is fixed to the shrink fit chuck 6 by shrink fit, the tool 1 is shrink fit to the shrink fit chuck 6 while the main shaft 2 is ultrasonically vibrated. Are interchangeable. Further, at the time of shrink fitting, the friction coefficient between the shrink fit chuck 6 and the tool 1 is made uniform by ultrasonic vibration of the main shaft 2 as compared with the conventional shrink fit chuck. Therefore, there is no bias of chucking, and as a result, the tool can be mounted with high accuracy with a simple structure, and high-precision machining unprecedented is possible. Moreover, the tool 1 can be easily removed from the shrink fit chuck 6 by heating the shrink fit chuck 6, and the tool 1 can be replaced with a simple structure.
また、工具１を焼きばめチャック６に焼きばめにより固定して取付したから、工具支持剛性が高く、高精度に固定することができバランス性もよいので、超音波振動を効率よく加工物６０に伝えることができるとともに高速ミリング加工時の高速回転及び振動や負荷に耐えることができる。 In addition, since the tool 1 is fixed and attached to the shrink fit chuck 6 by shrink fit, the tool support rigidity is high, and it can be fixed with high precision and good balance, so that the ultrasonic vibration is efficiently processed. 60 and can withstand high-speed rotation, vibration and load during high-speed milling.
工具１はエンドミルなどが用いられるが、材質としては、超硬、コーティング超硬、焼結および単結晶ダイヤモンド、ｃＢＮ（立方晶窒化ホウ素）、研削砥石などが好適である。 As the tool 1, an end mill or the like is used, and suitable materials are carbide, coated carbide, sintered and single crystal diamond, cBN (cubic boron nitride), a grinding wheel, and the like.
主軸Ｃは、軸本体部２の先端側２ｂが軸受１０を介して、駆動側２ｃが軸受１１を介してハウジング４に支持されている。軸受１０と軸受１１は同様に構成され、通常、転がり軸受が用いられ、外輪１０ａ，１１ａと、転動体１０ｂ，１１ｂと、内輪１０ｃ，１１ｃとを備え、ハウジング４とは別体のものとなっている。 The main shaft C is supported by the housing 4 at the distal end side 2 b of the shaft body 2 via the bearing 10 and at the drive side 2 c via the bearing 11. The bearing 10 and the bearing 11 are configured in the same manner, and usually a rolling bearing is used. The bearings 10 and 11 include outer rings 10a and 11a, rolling elements 10b and 11b, and inner rings 10c and 11c, and are separate from the housing 4. ing.
軸受１０と軸受１１は、軸本体部２の外周にそれぞれ内輪１０ｃ，１１ｃが圧入されることにより固定される。そして、このように軸受１０と軸受１１を取り付けた主軸Ｃを、ハウジング４の筒室１２に挿入し、外輪１０ａ，１１ａを、筒室１２の内壁面に圧入することによりハウジング４に保持固定させている。 The bearing 10 and the bearing 11 are fixed by press-fitting inner rings 10 c and 11 c on the outer periphery of the shaft main body 2. Then, the main shaft C to which the bearing 10 and the bearing 11 are attached in this way is inserted into the cylindrical chamber 12 of the housing 4, and the outer rings 10 a and 11 a are press-fitted into the inner wall surface of the cylindrical chamber 12 to be held and fixed to the housing 4. ing.
この例では、軸受１０と軸受１１の外輪１０ａ，１１ａとの間に間隔保持のためのスリーブ１３を配置しているが、これは必ずしも必要ではない。 In this example, a sleeve 13 for maintaining a gap is disposed between the bearing 10 and the outer rings 10a, 11a of the bearing 11, but this is not always necessary.
また、軸本体部２の外周に環状溝（図示せず）を形成し、軸受１０と軸受１１の転動体１０ｂ，１１ｂを環状溝にそれぞれはめることで、内輪は省略してもよい。 Further, the inner ring may be omitted by forming an annular groove (not shown) on the outer periphery of the shaft body 2 and fitting the rolling elements 10b and 11b of the bearing 10 and the bearing 11 to the annular groove.
主軸Ｃを回転する駆動装置３は、駆動軸３ａを有する。駆動軸３ａは、締め付けねじ２０を介して主軸Ｃの軸線上に接続されている。駆動軸３ａは、その先端部を締め付けねじ２０の係合穴２０ａに係合して一体回転可能になっている。駆動装置３は、高速回転用の装置であれば任意であるが、例えば高周波モータやＡＣサーボモータなどが使用され、ハウジング４の筒室１２に納められている。この実施の形形態では、駆動装置３をハウジング４に収納して蓋４０によって取り付けているが、駆動装置３は必ずしもハウジング４に収納して設ける必要はなく、主軸Ｃの後端をアーバにして別の工作機械につける方式でもよい。 The drive device 3 that rotates the main shaft C has a drive shaft 3a. The drive shaft 3 a is connected on the axis of the main shaft C via the fastening screw 20. The drive shaft 3a is configured to rotate integrally with its distal end engaged with the engagement hole 20a of the tightening screw 20. The driving device 3 is optional as long as it is a device for high-speed rotation. For example, a high-frequency motor or an AC servo motor is used and is housed in the cylindrical chamber 12 of the housing 4. In this embodiment, the drive device 3 is housed in the housing 4 and attached by the lid 40. However, the drive device 3 is not necessarily housed in the housing 4, and the rear end of the main shaft C is an arbor. It may be attached to another machine tool.
加振部５は、主軸Ｃを超音波振動させ、この加振部５は、主軸Ｃの駆動側の軸受１１の位置より駆動装置側に配置されている。加振部５は、一対の圧電素子５０と、電極板５１を有し、圧電素子５０と電極板５１とを交互にサンドイッチ構造とした複数枚ものからなっており、中心には通孔５０ａ，５１ａが形成されている。 The vibration unit 5 ultrasonically vibrates the main shaft C, and the vibration unit 5 is disposed closer to the driving device than the position of the bearing 11 on the driving side of the main shaft C. The vibration unit 5 includes a pair of piezoelectric elements 50 and an electrode plate 51, and includes a plurality of sandwiched structures of the piezoelectric elements 50 and the electrode plates 51. 51a is formed.
一対の圧電素子５０の間に電極板５１が配置され、締め付けねじ２０の雄ねじ部２０ｂを軸本体部２の雌ねじ穴２ｄに螺着する時に、一対の圧電素子５０の通孔５０ａ、電極板５１の通孔５１ａに貫通して軸本体部２の駆動側２ｃの先端部に共締めされる。 The electrode plate 51 is disposed between the pair of piezoelectric elements 50, and when the male screw portion 20 b of the fastening screw 20 is screwed into the female screw hole 2 d of the shaft main body portion 2, the through hole 50 a of the pair of piezoelectric elements 50 and the electrode plate 51 are provided. And is fastened together with the distal end portion of the drive side 2c of the shaft main body portion 2 through the through hole 51a.
ハウジング４には給電ブラシ５２が取付けられ、この給電ブラシ５２には超音波を発振するための超音波発振器５３の給電線５４が接続されている。給電ブラシ５２から電極板５１にブラシ給電を行い、圧電素子５０を駆動させて、主軸２を超音波振動させる。圧電素子５０への給電は、給電ブラシ５２から電極板５１から行い、導電性の軸本体部２、軸受１０と軸受１１、ハウジング４を介してアースされ、給電系が簡素化されている。 A power supply brush 52 is attached to the housing 4, and a power supply line 54 of an ultrasonic oscillator 53 for oscillating ultrasonic waves is connected to the power supply brush 52. Brush power is supplied from the power supply brush 52 to the electrode plate 51 to drive the piezoelectric element 50 to ultrasonically vibrate the main shaft 2. Electric power is supplied to the piezoelectric element 50 from the power supply brush 52 through the electrode plate 51 and grounded through the conductive shaft main body 2, the bearing 10, the bearing 11, and the housing 4, thereby simplifying the power supply system.
この超音波スピンドル装置Ａは、被削材としての工作物６０の加工を行い、この工作物６０の材質は任意であり、炭素鋼、プレハードン鋼、ステンレス鋼、金型用焼入れ鋼などのほか、アルミニウムなどの非鉄金属、さらにガラスやセラミックス、宝石類の非金属、ゴム、プラスチック、木材なども含まれる。 The ultrasonic spindle apparatus A processes a workpiece 60 as a work material, and the material of the workpiece 60 is arbitrary. In addition to carbon steel, pre-hardened steel, stainless steel, hardened steel for molds, Also included are non-ferrous metals such as aluminum, glass and ceramics, non-metals of jewelry, rubber, plastic and wood.
駆動装置３の駆動軸３ａが締め付けねじ２０に一体回転可能であるため、駆動装置３を駆動すれば、軸受１０と軸受１１によりハウジング４に支持されている主軸Ｃは高速で回転させられ、併行して超音波発振装置５３からの給電により、電極板５１を介して圧電素子５０は軸方向、ねじれ方向もしくは曲げ方向に振動させられ、工具１により工作物６０がミーリング加工される。この超音波振動により工具１の材質がダイヤモンド、工作物の材質が鉄系材料である場合にも化学反応による化学的摩耗が回避される。 Since the drive shaft 3a of the drive device 3 can rotate integrally with the fastening screw 20, when the drive device 3 is driven, the spindle C supported by the housing 4 by the bearing 10 and the bearing 11 is rotated at a high speed. Then, the piezoelectric element 50 is vibrated in the axial direction, the torsional direction, or the bending direction through the electrode plate 51 by the power supply from the ultrasonic oscillation device 53, and the workpiece 60 is milled by the tool 1. This ultrasonic vibration avoids chemical wear due to chemical reaction even when the material of the tool 1 is diamond and the material of the workpiece is an iron-based material.
主軸Ｃは、軸受１０と軸受１１により、回転が許容されつつ軸方向および半径方向には動かされないようにしっかりと支持されているため、高速回転と振動とが作用しても、主軸Ｃは高速回転と横方向の負荷に耐えることができ、円滑に安定して長距離の高速ミーリング加工を行なうことができる。 Since the main shaft C is firmly supported by the bearing 10 and the bearing 11 so as not to be moved in the axial direction and the radial direction while being allowed to rotate, the main shaft C is not affected by high-speed rotation and vibration. It can withstand rotation and lateral loads, and can perform high-speed milling over long distances in a smooth and stable manner.
また、主軸Ｃの軸本体部２は、単一の部材で成形し、軸本体部２の先端側２ｂを軸受１０を介して、駆動側２ｃを軸受１１を介してハウジング４に支持し、主軸Ｃを超音波振動させる加振部５を、主軸Ｃの駆動側の軸受１１の位置より駆動装置側に配置しているため、主軸Ｃを複数の軸部材を組み付けて加工する必要がなく、製作工程を削減し、低コストである。 Further, the shaft main body 2 of the main shaft C is formed by a single member, and the front end side 2b of the shaft main body 2 is supported by the housing 4 via the bearing 10 and the drive side 2c is supported by the housing 4 via the bearing 11, so that the main shaft Since the vibration exciter 5 for ultrasonically vibrating C is arranged on the driving device side from the position of the bearing 11 on the driving side of the main shaft C, it is not necessary to process the main shaft C by assembling a plurality of shaft members. The process is reduced and the cost is low.
また、加振部５は、圧電素子５０と、電極板５１を有し、ハウジング４に給電ブラシ５２を取付け、給電ブラシ５２から電極板５１にブラシ給電を行い、圧電素子５０を駆動させるから、主軸Ｃに給電系の経路や導線などを設ける必要がなく、給電系の簡素化が可能で、回転バランスがよく、高速化、高精度化を得ることができる。 Further, the vibration unit 5 includes the piezoelectric element 50 and the electrode plate 51, the power supply brush 52 is attached to the housing 4, the brush power is supplied from the power supply brush 52 to the electrode plate 51, and the piezoelectric element 50 is driven. There is no need to provide a power supply path or lead on the spindle C, the power supply system can be simplified, the rotation balance is good, and the speed and accuracy can be improved.
（工具交換システムの構成）
［実施の形態１］
図４は工具交換システムの実施の形態１を示しており、図４は工具交換システムの概略構成図である。
(Configuration of tool change system)
[Embodiment 1]
FIG. 4 shows a first embodiment of the tool changing system, and FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the tool changing system.
この実施の形態１の工具交換システムＢは、図１乃至図３に示す実施の形態の超音波スピンドル装置Ａの工具１を交換するものである。この工具交換システムＢは、工具１を装着するための加熱装置７０ａを備える着工具ステージ７０と、工具１を取り外すため加熱装置７１ａを備える脱工具ステージ７１と、工具交換時に超音波スピンドル装置Ａの主軸２を超音波振動させる制御装置７３と、工具ストッカー７４と、移動装置７５と、を備えている。 The tool change system B according to the first embodiment replaces the tool 1 of the ultrasonic spindle apparatus A according to the embodiment shown in FIGS. This tool change system B includes a tool setting stage 70 provided with a heating device 70a for mounting the tool 1, a tool removal stage 71 provided with a heating device 71a for removing the tool 1, and an ultrasonic spindle device A at the time of tool change. A control device 73 for ultrasonically vibrating the main shaft 2, a tool stocker 74, and a moving device 75 are provided.
着工具ステージ７０には、工具ホルダ７０ｂが上方へ移動可能に設けられ、工具ホルダ７０ｂはスプリング７０ｃによって保持されている。工具ホルダ７０ｂの穴部７０ｂ１は、種々の工具１を保持可能に形成されている。加熱装置７０ａは、例えば加熱コイルで構成され、超音波スピンドル装置Ａがセットされ、工具１を焼きばめチャック６に焼きばめにより固定する位置に配置されている。 A tool holder 70b is movably provided on the landing tool stage 70, and the tool holder 70b is held by a spring 70c. The hole 70b1 of the tool holder 70b is formed so that various tools 1 can be held. The heating device 70a is composed of, for example, a heating coil, the ultrasonic spindle device A is set, and the heating device 70a is disposed at a position where the tool 1 is fixed to the shrink fit chuck 6 by shrink fit.
脱工具ステージ７１には、工具ホルダ７１ｂが上方へ移動可能に設けられ、工具ホルダ７１ｂはスプリング７１ｃによって保持されている。工具ホルダ７１ｂの穴部７１ｂ１は、種々の工具１を保持可能に形成されている。加熱装置７１ａは、例えば加熱コイルで構成され、超音波スピンドル装置Ａがセットされ、工具１を焼きばめチャック６から取り外す位置に配置されている。 A tool holder 71b is movably provided on the tool removal stage 71, and the tool holder 71b is held by a spring 71c. The hole 71b1 of the tool holder 71b is formed so that various tools 1 can be held. The heating device 71a is constituted by, for example, a heating coil, the ultrasonic spindle device A is set, and the heating device 71a is disposed at a position where the tool 1 is removed from the shrink fit chuck 6.
制御装置７３は、作業者が操作部７６を操作することによって、超音波スピンドル装置Ａ、工具ストッカー７４、移動装置７５、工具搬送装置７７を制御する。 The control device 73 controls the ultrasonic spindle device A, the tool stocker 74, the moving device 75, and the tool conveying device 77 when the operator operates the operation unit 76.
超音波スピンドル装置Ａの焼きばめチャック６に工具１を焼きばめ固定する場合には、作業者が操作部７６を操作すると、工具搬送装置７７が作動して工具ストッカー７４から所定の工具１を選択して着工具ステージ７０の工具ホルダ７０ｂにセットする。そして、装置移動装置７５が作動して超音波スピンドル装置Ａを、その焼きばめチャック６に工具１を焼きばめ固定する位置に移動する。その後、超音波スピンドル装置Ａが、着工具ステージ７０に位置するときに、加熱装置７０ａを駆動し、かつ主軸２を超音波振動させながら工具１を、焼きばめチャック６に焼きばめ固定する。 When the tool 1 is shrink-fitted and fixed to the shrink-fitting chuck 6 of the ultrasonic spindle apparatus A, when the operator operates the operation unit 76, the tool conveying device 77 is activated and the tool stocker 74 performs a predetermined tool 1 operation. Is selected and set in the tool holder 70b of the landing tool stage 70. Then, the device moving device 75 is activated to move the ultrasonic spindle device A to a position where the tool 1 is fixed to the shrink chuck 6 by shrink fitting. After that, when the ultrasonic spindle device A is positioned on the wearing tool stage 70, the tool 1 is shrink-fitted and fixed to the shrink-fitting chuck 6 while driving the heating device 70a and ultrasonically vibrating the main shaft 2. .
この焼きばめ固定は、加熱装置７０ａが焼きばめチャック６を加熱すると、焼きばめチャック６の固定穴６ａが膨張して工具１が入り込み、工具ホルダ７０ｂがスプリング７０ｃによって上昇し、焼きばめ固定の完了を位置検知手段Ｓ１が検知すると、この検知情報に基づいて制御装置７３が移動装置７５を制御し、超音波スピンドル装置Ａを加工工程に移動する。 In this shrink fit fixing, when the heating device 70a heats the shrink fit chuck 6, the fixing hole 6a of the shrink fit chuck 6 expands and the tool 1 enters, and the tool holder 70b rises by the spring 70c. Therefore, when the position detecting means S1 detects the completion of the fixing, the control device 73 controls the moving device 75 based on this detection information, and moves the ultrasonic spindle device A to the machining process.
超音波スピンドル装置Ａの工具１を交換する場合には、作業者が操作部７６を操作すると、工具搬送装置７７が作動して工具ストッカー７４から所定の工具１を選択して着工具ステージ７０の工具ホルダ７０ｂにセットする。そして、装置移動装置７５が作動して超音波スピンドル装置Ａを、その焼きばめチャック６の工具１を取り外す脱工具ステージ７１の位置に移動する。 When exchanging the tool 1 of the ultrasonic spindle device A, when the operator operates the operation unit 76, the tool conveying device 77 is activated to select a predetermined tool 1 from the tool stocker 74 and Set in the tool holder 70b. Then, the device moving device 75 is operated to move the ultrasonic spindle device A to the position of the tool removal stage 71 from which the tool 1 of the shrink fit chuck 6 is removed.
その後、超音波スピンドル装置Ａが、脱工具ステージ７１に位置するときに、加熱装置７１ａを駆動し、工具１を、焼きばめチャック６から取り外す。 Thereafter, when the ultrasonic spindle device A is positioned on the tool removal stage 71, the heating device 71 a is driven to remove the tool 1 from the shrink fit chuck 6.
この取り外は、加熱装置７１ａが焼きばめチャック６を加熱すると、焼きばめチャック６の固定穴６ａが膨張して工具１が容易に落下して取り外すことができる。取り外しの完了を位置検知手段Ｓ２が検知すると、この検知情報に基づいて制御装置７３が移動装置７５を制御し、超音波スピンドル装置Ａを、着工具ステージ７０のその焼きばめチャック６に工具１を焼きばめ固定する位置に移動する。その後、超音波スピンドル装置Ａが、着工具ステージ７０に位置するときに、加熱装置７０ａを駆動し、かつ主軸２を超音波振動させながら工具１を、焼きばめチャック６に焼きばめ固定する。 In this removal, when the heating device 71a heats the shrink fit chuck 6, the fixing hole 6a of the shrink fit chuck 6 expands and the tool 1 can be easily dropped and removed. When the position detecting means S2 detects the completion of the removal, the control device 73 controls the moving device 75 based on this detection information, and the ultrasonic spindle device A is attached to the shrink-fitting chuck 6 of the tool setting stage 70 with the tool 1. Move to the position where the shrink fit is fixed. After that, when the ultrasonic spindle device A is positioned on the wearing tool stage 70, the tool 1 is shrink-fitted and fixed to the shrink-fitting chuck 6 while driving the heating device 70a and ultrasonically vibrating the main shaft 2. .
この実施の形態１では、工具１の交換時に超音波スピンドル装置Ａを、脱工具ステージ７１から着工具ステージ７０に移動しているが、超音波スピンドル装置Ａは移動しないで、着工具ステージ７０を脱工具ステージ７１の位置に移動するようにしてもよい。 In the first embodiment, the ultrasonic spindle device A is moved from the tool removal stage 71 to the wearing tool stage 70 when the tool 1 is replaced. However, the ultrasonic spindle device A is not moved, and the wearing tool stage 70 is moved. You may make it move to the position of the tool removal stage 71.
このように、超音波スピンドル装置Ａが、着工具ステージ７０に位置するときに、加熱装置７０ａを駆動し、かつ主軸２を超音波振動させながら工具１を、焼きばめチャック６に焼きばめ固定し、超音波スピンドル装置Ａが、脱工具ステージ７１に位置するときに、加熱装置７１ａを駆動し、工具１を、焼きばめチャック６から取り外し、工具１を自動的に交換可能である。また、焼きばめ時は、主軸２を超音波振動させることによって、工具１の焼きばめを均一にし、工具１の振れ精度を向上させることができる。 In this way, when the ultrasonic spindle device A is positioned on the wearing tool stage 70, the tool 1 is shrink-fitted to the shrink-fitting chuck 6 while driving the heating device 70a and ultrasonically vibrating the spindle 2. When the ultrasonic spindle device A is fixed and positioned on the tool removal stage 71, the heating device 71a is driven, the tool 1 is removed from the shrink fit chuck 6, and the tool 1 can be automatically replaced. Further, at the time of shrink fitting, the main shaft 2 is ultrasonically vibrated, whereby the shrink fit of the tool 1 can be made uniform and the deflection accuracy of the tool 1 can be improved.
この実施の形態では、脱工具ステージ７０と着工具ステージ７１を用いて、工具交換を、効率的に自動交換を行うことで、生産性が大きく向上する。 In this embodiment, productivity is greatly improved by performing automatic tool exchange efficiently using the tool removal stage 70 and the tooling tool stage 71.
［実施の形態２］
図５は工具交換システムの実施の形態２を示しており、図５は工具交換システムの概略構成図である。
[Embodiment 2]
FIG. 5 shows a second embodiment of the tool changing system, and FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the tool changing system.
この実施の形態２の工具交換システムＢは、実施の形態１と同様に図１乃至図３に示す実施の形態の超音波スピンドル装置Ａの工具１を交換するものである。この実施の形態２の工具交換システムＢは、実施の形態１の脱工具ステージ７１と着工具ステージ７０の構成を備えた着脱工具ステージ８０を設けたものであり、着脱工具ステージ８０は、加熱装置８０ａ、工具ホルダ８０ｂ、スプリング８０ｃを有し、工具ホルダ８０ｂの穴部８０ｂ１は、種々の工具１を保持可能に形成されている。 The tool changing system B according to the second embodiment replaces the tool 1 of the ultrasonic spindle apparatus A according to the embodiment shown in FIGS. 1 to 3 as in the first embodiment. The tool change system B according to the second embodiment is provided with a detachable tool stage 80 having the configuration of the detachment tool stage 71 and the attachment tool stage 70 according to the first embodiment. 80a, a tool holder 80b, and a spring 80c. The hole 80b1 of the tool holder 80b is formed so as to hold various tools 1.
制御装置７３は、超音波スピンドル装置Ａを、着脱工具ステージ８０に位置させて工具１を取り外すときには、加熱装置８０ａにより焼きばめチャック６を加熱し、工具１を焼きばめチャック６から取り外し、この取り外した工具１は工具ホルダ８０ｂにセットされる。この工具１を工具ストッカー７４に搬送し、工具ストッカー７４の他の工具１を選択して搬送して工具ホルダ８０ｂにセットする。 When removing the tool 1 by placing the ultrasonic spindle device A on the detachable tool stage 80, the control device 73 heats the shrink fit chuck 6 by the heating device 80a, removes the tool 1 from the shrink fit chuck 6, The removed tool 1 is set in the tool holder 80b. The tool 1 is transported to the tool stocker 74, and another tool 1 of the tool stocker 74 is selected and transported and set in the tool holder 80b.
そして、超音波スピンドル装置Ａを、着脱工具ステージ８０に位置させて工具１を固定するときには、加熱装置８０ａにより焼きばめチャック６を加熱し、主軸２を超音波振動させながら工具ホルダ８０ｂにセットされた他の工具１を、焼きばめチャック６に焼きばめ固定する。 When the ultrasonic spindle device A is positioned on the detachable tool stage 80 and the tool 1 is fixed, the shrink fit chuck 6 is heated by the heating device 80a and set in the tool holder 80b while ultrasonically vibrating the spindle 2. The other tool 1 is fixed by shrink fitting to the shrink fitting chuck 6.
この実施の形態では、工具交換を、１個の着脱工具ステージ８０で行うことができ、簡単で、しかも低コストな装置で、工具１の自動交換を行うことができる。 In this embodiment, the tool can be changed with one detachable tool stage 80, and the tool 1 can be automatically changed with a simple and low-cost apparatus.
この発明は、先端側に工具を有する主軸が超音波振動しながら回転する超音波スピンドル装置の工具交換システムに適用可能であり、簡単な構造で、高精度に工具の装着が可能で、また容易に工具の交換可能である。
The present invention can be applied to a tool changing system of an ultrasonic spindle device in which a spindle having a tool on the tip side rotates while being ultrasonically vibrated, and a tool can be mounted with high accuracy and with a simple structure. The tool can be changed.
Ａ 超音波スピンドル装置
Ｂ 工具交換システム
１ 工具
２ 主軸
３ 駆動装置 ４ ハウジング
５ 加振部
６ 焼きばめチャック
１０，１１ 軸受
２０ 取付軸
５０ 圧電素子
５１ 電極板
５２ 給電ブラシ
５３ 超音波発振装置
６０ 工作物
７０ 着工具ステージ
７０ａ 加熱装置
７１ 脱工具ステージ
７１ａ 加熱装置
７３ 制御装置
７４ 工具ストッカー
７５ 移動装置
７６ 操作部
７７ 工具搬送装置
８０ 着脱工具ステージ
８０ａ 加熱装置
A Ultrasonic spindle device B Tool change system 1 Tool 2 Spindle 3 Drive device 4 Housing 5 Exciting part 6 Shrink fit chuck 10, 11 Bearing 20 Mounting shaft 50 Piezoelectric element 51 Electrode plate 52 Feeding brush 53 Ultrasonic oscillator 60 Work Object 70 Attached tool stage 70a Heating device 71 Detooling stage 71a Heating device 73 Control device 74 Tool stocker 75 Moving device 76 Operating unit 77 Tool transport device 80 Detachable tool stage 80a Heating device
Claims (2)
前記工具を取り外して交換するための脱工具ステージと、
工具交換時に前記主軸を超音波振動させる制御装置と、を備え、
前記着工具ステージは、
主軸方向へ移動可能に付勢されて前記工具を保持する着工具ホルダと、
前記超音波スピンドル装置が前記工具を装着するためにセットされ、前記工具を前記主軸の焼きばめチャックに焼きばめにより固定する位置に配置された着加熱装置と、を有し、
前記脱工具ステージは、
主軸方向へ移動可能に付勢されて前記工具を保持する脱工具ホルダと、
前記超音波スピンドル装置が前記工具を取り外すためにセットされ、前記工具を前記主軸から取り外す位置に配置された脱加熱装置と、を有し、
前記超音波スピンドル装置は、先端側に工具を有する主軸が超音波振動しながら回転する構成であり、
前記制御装置は、
前記超音波スピンドル装置を、前記着工具ステージに位置させて前記主軸の焼きばめチャックに前記工具を固定するときに、
前記主軸の焼きばめチャックを前記着加熱装置により加熱し、かつ前記超音波スピンドル装置を駆動して主軸を超音波振動させながら前記着工具ホルダに保持された前記工具を、前記焼きばめチャックに焼きばめ固定し、
前記超音波スピンドル装置を、前記脱工具ステージに位置させて前記工具を取り外すときに、
前記主軸の焼きばめチャックを前記脱加熱装置により加熱し、かつ前記超音波スピンドル装置を駆動して主軸を超音波振動させながら前記工具を、前記焼きばめチャックから取り外し、前記脱工具ホルダに保持させ、
前記工具を交換可能としたことを特徴とする工具交換システム。 A tool setting stage for mounting a tool to be fixed by shrink fitting on a shrink fit chuck fixed to the spindle of the ultrasonic spindle device ;
And de tool stage for the exchange to remove the tool,
And a control device for ultrasonic vibration of the spindle during tool exchange,
The tooling stage is
A wearing tool holder that is urged so as to be movable in the main axis direction and holds the tool;
The ultrasonic spindle device is set for mounting the tool, and a heating apparatus arranged at a position to fix the tool to the shrink fit chuck of the spindle by shrink fit,
The tool removal stage is
A tool removal holder that is urged so as to be movable in the main axis direction and holds the tool;
The ultrasonic spindle device is set to remove the tool, and has a deheating device disposed at a position to remove the tool from the spindle,
The ultrasonic spindle device is configured such that a spindle having a tool on the tip side rotates while being ultrasonically vibrated,
The control device includes:
When the ultrasonic spindle device is positioned on the tool setting stage and the tool is fixed to the shrink fit chuck of the spindle,
The shrink fit chuck of the main shaft is heated by the fitting heating device, and the ultrasonic spindle device is driven to ultrasonically vibrate the main shaft while holding the tool held by the fitting tool holder. Fixed in a shrink fit
When the ultrasonic spindle device is positioned on the tool removal stage and the tool is removed,
The shrink fit chuck of the main shaft is heated by the deheating device, and the ultrasonic spindle device is driven to oscillate the main shaft while removing the tool from the shrink fit chuck. Hold
A tool change system characterized in that the tool can be changed.
工具交換時に超音波スピンドル装置の主軸を超音波振動させる制御装置と、を備え、
前記着脱工具ステージは、
主軸方向へ移動可能に付勢されて前記工具を保持する着脱工具ホルダと、
前記超音波スピンドル装置が前記工具を装着または取り外するためにセットされ、前記工具を前記主軸の焼きばめチャックに焼きばめにより固定又は取り外す位置に配置された着脱加熱装置と、を有し、
前記超音波スピンドル装置は、先端側に工具を有する主軸が超音波振動しながら回転する構成であり、
前記制御装置は、
前記超音波スピンドル装置を、前記着脱工具ステージに位置させて前記主軸の焼きばめチャックに前記工具を固定するときに、
前記主軸の焼きばめチャックを前記着脱加熱装置により加熱し、かつ前記超音波スピンドル装置を駆動して主軸を超音波振動させながら前記着脱工具ホルダに保持された前記工具を、前記焼きばめチャックに焼きばめ固定し、
前記超音波スピンドル装置を、前記着脱工具ステージに位置させて前記工具を取り外すときに、
前記主軸の焼きばめチャックを前記着脱加熱装置により加熱し、かつ前記超音波スピンドル装置を駆動して主軸を超音波振動させながら前記工具を、前記焼きばめチャックから取り外し、前記着脱工具ホルダに保持させ、
前記工具を交換可能としたことを特徴とする工具交換システム。 A detachable tool stage for detaching a tool fixed by shrink fitting to a shrink fit chuck fixed to the spindle of the ultrasonic spindle device ;
A control device for ultrasonically vibrating the spindle of the ultrasonic spindle device at the time of tool change,
The detachable tool stage is:
A detachable tool holder that is urged so as to be movable in the main axis direction and holds the tool;
The ultrasonic spindle device is set for mounting or removing the tool, and has a detachable heating device disposed at a position where the tool is fixed or removed by shrink fitting to the shrink fit chuck of the spindle,
The ultrasonic spindle device is configured such that a spindle having a tool on the tip side rotates while being ultrasonically vibrated,
The control device includes:
When the ultrasonic spindle device is positioned on the detachable tool stage to fix the tool to the shrink fit chuck of the spindle,
The shrink fit chuck of the spindle is heated by the attachment / detachment heating device, and the ultrasonic spindle device is driven to ultrasonically vibrate the spindle to hold the tool held by the attachment / detachment tool holder. Fixed in a shrink fit
When the ultrasonic spindle device is positioned on the detachable tool stage and the tool is removed,
The tool is removed from the shrink-fitting chuck while heating the shrink-fitting chuck of the spindle by the attachment / detachment heating device and driving the ultrasonic spindle device to ultrasonically vibrate the spindle. Hold
A tool change system characterized in that the tool can be changed.
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