JP6457277B2 - 制振装置 - Google Patents

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Description

本発明は、工作機械に配設される制振装置であって、該工作機械の主軸に保持されて加工される被加工物の振動を抑制する制振装置に関する。
従来、振動の抑制を主たる目的とするものではないが、工作機械の主軸に保持されて加工される長尺の被加工物を支持して、その振れを抑制する振れ止め装置が知られている(下記特許文献1及び2参照)。
この特許文献1及び2に開示される振れ止め装置は、いずれも、主軸軸線を挟んで対称位置に配設される2個1組の回転ローラを2組、即ち、合計で4個有し、この4個の回転ローラによって被加工物を挟持する構造を備えている。各回転ローラは主軸の軸線と平行な軸を中心として回転自在に適宜支持体に保持されるとともに、主軸軸線に対して接近,離反する方向に移動可能に前記支持体によって支持されており、少なくとも2つの回転ローラは、他の回転ローラとの間で前記被加工物を挟持すべく、バネ体によって被加工物側に付勢されている。
斯くして、この振れ止め装置によれば、一端が主軸に保持された長尺の被加工物の他端を、当該振れ止め装置によって保持することで、当該被加工物の他端が振れるのが抑制される。
そして、この振れ止め装置は、前記回転ローラがバネ体によって被加工物側に付勢された構成を備えているので、加工時に、被加工物に振動が生じた場合には、回転ローラは、伝播される振動に応じて自体振動することにより、当該振動のエネルギーを吸収,消費して、これを減衰させることができる。したがって、この振れ止め装置は、被加工物の振動をある程度は抑制(制振)し得るものと考えられる。
特開2000−317756号公報 特開2004−181587号公報
ところで、工作機械を用いた加工において、被加工物に振動、特にびびり振動が生じると、当該被加工物が不良品となるばかりか、びびり振動の振動数が工作機械の固有振動数と同じ、或いはその付近にある場合には、工作機械が共振する事態となって、極めて好ましくない状態になる。したがって、加工時に振動が生じる場合には、これを確実に減衰させ、制振するのが好ましい。
ところが、上記従来の振れ止め装置では、回転ローラが、前記バネ体によって付勢される方向の一方向にしか移動することができないため、同方向の振動エネルギーしか吸収,消費することができず、このため、振動を十分に制振することができないという問題があった。
即ち、加工時の振動(びびり振動を含む)は、定められた一方向への振動として発現されるのではなく、そのときどきの環境,条件に応じて、様々な方向の振動として、或いは複数の方向の振動が複合されたものとして発現される。したがって、予め定められた一方向の振動エネルギーしか吸収,消費することができない従来の振れ止め装置では、被加工物に生じた振動を十分かつ適正に抑制(制振)することができないのである。
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、工作機械の主軸に保持され、加工される被加工物の振動を十分かつ適正(即ち、効果的)に抑制することができる制振装置の提供を、その目的とする。
上記課題を解決するための本発明は、
工作機械に配設され、該工作機械の主軸に保持された被加工物の振動を抑制する制振装置であって、
回転軸を中心に回転自在に設けられる接触ローラと、
前記接触ローラを回転自在に支持する第1支持体と、
前記接触ローラの回転軸が前記主軸の軸線と平行となるように前記第1支持体を保持する第2支持体と、
前記第2支持体を駆動して、前記主軸に保持された被加工物に対し、前記接触ローラを接触,離反させる駆動機構と、
前記第2支持体及び駆動機構を支持する基台とを備えてなり、
前記第1支持体は、弾性を有するゴム体を介して前記第2支持体に保持された制振装置に係る。
この制振装置によれば、まず、工作機械の主軸に被加工物が保持された状態で、前記駆動機構によって前記第2支持体を駆動して、前記主軸に保持された被加工物に対して、前記接触ローラを接触させる。
そして、この状態で被加工物が加工され、この被加工物に振動が生じると、当該被加工物に接触する接触ローラに当該振動が伝播される。その際、接触ローラを支持する第1支持体は弾性を有するゴム体を介して前記第2支持体に保持されており、接触ローラ及び第1支持体が、ゴム体の弾性変形によってあらゆる方向に変位可能であるので、接触ローラに伝播された振動のエネルギーは、その振動方向に応じてゴム体が弾性変形することにより吸収され、減衰(制振)される。したがって、被加工物にびびり振動が生じたとしても、このびびり振動は、接触ローラを通じたゴム体の弾性変形によって吸収され、減衰(制振)される。
本発明において、前記制振装置は、同心上に配設される円筒状をした外輪及び内輪を備え、外輪及び内輪は、該外輪と内輪との間に充填されたゴム体を介して連結される
記第2支持体は、前記内輪に挿通される支持軸を有し、前記第1支持体は、前記外輪が挿通される係合穴を有し、前記第2支持体は、前記支持軸が前記内輪に挿通された状態で該内輪に連結され、前記第1支持体は、前記係合穴に前記外輪が挿通された状態で該外輪に連結される。
かかる外輪及び内輪、並びに該外輪と内輪との間に充填されたゴム体からなる構造において、前記ゴム体の弾性変形によって生じる前記外輪と内輪との間の相対的な変位は、三次元空間のあらゆる方向に可能である。したがって、この構造を介して相互に連結される前記第1支持体及び第2支持体は、前記ゴム体の弾性変形によって、その相対的な変位が三次元空間のあらゆる方向に可能であり、このため、接触ローラに伝播された振動(びびり振動を含む)のエネルギーは、その振動方向に応じてゴム体が弾性変形することにより吸収され、減衰(制振)される。
また、本発明において、前記制振装置は、前記基台を前記主軸軸線に沿って移動させる移動機構を備えているのが好ましい。例えば、被加工物の形状等によって、加工中に当該被加工物に生じる振動の位置が異なることがあり、この場合、効果的に制振するためには、前記接触ローラを、被加工物の振動が生じている位置に接触させることが必要である。前記移動機構を設ければ、基台を主軸軸線に沿って移動させることで、前記接触ローラを、被加工物の振動位置に応じて、適切な制振位置に接触させることができ、被加工物の振動をより効果的に制振することができる。
本発明に係る制振装置によれば、接触ローラを支持する第1支持体が弾性を有するゴム体を介して前記第2支持体に保持され、接触ローラ及び第1支持体が、ゴム体の弾性変形によってあらゆる方向に変位可能であるので、被加工物に振動が生じた際には、当該被加工物に接触することにより接触ローラに伝播される振動エネルギーが、その振動方向に応じてゴム体が弾性変形することによって効果的に吸収され、制振される。したがって、被加工物にびびり振動が生じたとしても、このびびり振動は、接触ローラを通したゴム体の弾性変形によって吸収され、従来の振れ止め装置に比べてより効果的に制振される。
本発明の一実施形態に係る制振装置を備えた旋盤を示す斜視図である。 本実施形態に係る制振装置を示した斜視図である。 図2における矢視A方向の側面図である。 図2における矢視B方向の側面図である。 図3におけるC部を拡大して示した斜視図である。 図3におけるC部を分解して示した斜視図である。 図5における矢視D−D方向の断面図である。
以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図1に示すように、本例の制振装置10は旋盤1に配設されている。この旋盤1は、主軸2、この主軸2に固設されたチャック3、主軸2と対向するように配設された心押台4、並びに上刃物台6及び下刃物台7などを備えている。前記心押台4は心押軸5を備えており、チャック3に把持された長尺のワークWの他端を前記心押軸5によって支持する。また、前記刃物台6,7はそれぞれ、主軸軸線と直交するX軸方向、及び主軸軸線と平行なZ軸方向に移動可能となっている。
尚、本発明に係る制振装置10を適用可能な工作機械は、このような構成の旋盤1に限られるものではなく、他の構成の旋盤にも適用することができ、また、当然のことながら、研削盤など、旋盤以外の工作機械にも適用することができる。
図1−図4に示すように、本例の制振装置10は、基台11と、この基台11に配設される2つの制振機構20,60と、これら基台11及び制振機構20,60を覆うカバー体14、基台11をZ軸方向に沿って移動させる移動機構15などを備えている。尚、図2−図4では、カバー体14の図示を省略し、基台11と、この基台11に配設される制振機構20,60のみを図示している。以下、各部の詳細について説明する。
[基台11及び移動機構15]
前記基台11は、水平片部12及びこの水平片部12の一方の端部に立設された垂直片部13からなる、正面視L字状をした部材であり、前記垂直片部13が主軸軸線と直交するように前記旋盤1上に配設されている。そして、前記垂直片部13の一方の側面(主軸2側の面)には制振機構20が配設され、他方の側面には制振機構60が配設されている。
前記移動機構15は、その具体的な構成については図示していないが、例えば、基台11のZ軸方向の移動を案内する案内機構、ボールナット及びボールねじなどから構成されるボールねじ機構、並びにボールねじを回転させるサーボモータなどからなる。前記ボールねじはZ軸方向に沿って配設され、これに係合するボールナットは前記基台11に固設され、前記サーボモータにより前記ボールねじを回転させることで、基台11がZ軸方向に移動する。
[制振機構20,60]
図2−図4に示すように、制振機構20,60は、適宜垂直軸を中心として、線対称に配設された関係を有するもので、各構成要素(部材)について形状等の異なるものがあるものの、その基本的な部分については同じ構造を有している。以下、重複した説明は多くなるが、これら制振機構20,60のそれぞれについて、その構成を説明する。尚、図5−図7には、制振機構20の構成を図示しているが、制振機構60の同じ構成要素については、その符号を括弧書きで付している。
a)制振機構20
図3及び図5に示すように、前記制振機構20は、2つの接触ローラ32,42と、接触ローラ32を回転自在に支持する支持部材31と、接触ローラ42を回転自在に支持する支持部材41と、これら支持部材31,41を支持する支持アーム21と、この支持アーム21を駆動する油圧シリンダ50とを備えている。尚、前記支持部材31,41は第1の支持体に相当し、支持アーム21は第2の支持体に相当する。
前記支持アーム21は、屈曲した形状を有するアームであり、この屈曲部が支持軸22によって前記基台11の垂直片部13に支持され、また、この支持アーム21の一方の端部である下端部21bと、前記油圧シリンダ50のピストンロッド52とが連結軸によって連結され、更に、このピストンロッド52とは反対側の油圧シリンダ50の端部51と、前記基台11に固設された支持部材55とが、同じく連結軸によって連結されている。
斯くして、図3に示すように、支持アーム21は支持軸22の軸心を中心として矢示a方向に旋回自在であり、また、支持アーム21の下端部21bとピストンロッド52とが相対的に矢示b方向に回転可能であり、更に、油圧シリンダ50の端部51と支持部材55とが相対的に矢示c方向に回転可能になったリンク構造が形成され、油圧シリンダ50のピストンロッド52が進退することによって、支持アーム21が矢示a方向に旋回する。尚、油圧シリンダ50には、油圧ポンプユニット等の圧油供給源から適宜圧油が供給される。
前記支持アーム21の他方の端部である上端部21aには、その一方の側面に、接触ローラ32を支持した支持部材31が保持され、他方の側面に、接触ローラ42を支持した支持部材41が保持されている。尚、接触ローラ32,42は、その回転軸が前記主軸2の軸線と平行になるように、前記支持アーム21に支持される。
図6及び図7に示すように、支持アーム21の上端部21aには、同部を貫通して、その両側面から突出するように、ビス46によって固定された支持軸23が設けられおり、支持軸23の一方の軸24に、制振ブッシュ27を介して支持部材31が連結され、同様に、他方の軸25に、制振ブッシュ37を介して支持部材41が連結されている。
前記制振ブッシュ27は、同心上に配設される円筒状をした内輪28及び外輪29を備え、これら内輪28と外輪29とが、その間に充填されたゴム体30を介して連結された構造を有する。また、支持部材31は、前記接触ローラ32の回転軸と平行に設けられた、前記制振ブッシュ27が挿入される係合穴31aを有するとともに、この係合穴31aには、その中心軸に沿って割溝31bが形成されている。
そして、図6に示すように、ワッシャ26、制振ブッシュ27の順に、前記軸24に通し、ついで、前記制振ブッシュ27に前記支持部材31を外嵌し、更に、軸24にワッシャ33及びバネワッシャ34を通した後、軸24の端部に形成されたねじにナット35を締結することで、制振ブッシュ27の内輪28が支持アーム21の側面に押し付けられ、当該内輪28が支持アーム21に連結される。また、この状態で、支持部材31の割溝31bの内幅を、ビス等をねじ込むことによって狭めることにより、支持部材31によって制振ブッシュ27の外輪29が締め付けられ、この締結力によって、当該支持部材31と制振ブッシュ27の外輪29とが連結される。
斯くして、接触ローラ32を保持した支持部材31は、ゴム体30を介して支持アーム21に連結され、当該接触ローラ32及び支持部材31と支持アーム21とは、ゴム体30が弾性変形することによって、三次元空間のあらゆる方向に相対的な変位可能となっている。
他方、制振ブッシュ37も同様に、同心上に配設される円筒状をした内輪38及び外輪39を備え、これら内輪38と外輪39とが、その間に充填されたゴム体40を介して連結された構造を有する。
また、支持部材41も同様に、前記接触ローラ42の回転軸と平行に設けられた、前記制振ブッシュ37が挿入される係合穴41aを有するとともに、この係合穴41aには、その中心軸に沿って割溝41bが形成されている。
そして、同じく図6に示すように、ワッシャ36、制振ブッシュ37の順に、前記軸25に通し、ついで、前記制振ブッシュ37に前記支持部材41を外嵌し、更に、軸25にワッシャ43及びバネワッシャ44を通した後、軸25の端部に形成されたねじにナット45を締結することで、制振ブッシュ37の内輪38が支持アーム21の側面に押し付けられ、当該内輪38が支持アーム21に連結される。また、この状態で、支持部材41の割溝41bの内幅を、ビス等をねじ込むことによって狭めることにより、支持部材41によって制振ブッシュ37の外輪39が締め付けられ、この締結力によって、当該支持部材41と制振ブッシュ37の外輪39とが連結される。
斯くして、接触ローラ42を保持した支持部材41が、ゴム体40を介して支持アーム21に連結され、当該接触ローラ42及び支持部材41と支持アーム21とは、ゴム体40が弾性変形することによって、三次元空間のあらゆる方向に相対的な変位可能となっている。
また、油圧シリンダ50のピストンロッド52を後退させることで、前記チャック3及び心押台4に支持されたワークWの外周面に、前記接触ローラ32,42の外周面が、適宜押付力でもって押し付けられる。尚、接触ローラ32,42をワークWの外周面に押し付ける押付力は、ピストンロッド52の後退位置を調整することによって調整される。
b)制振機構60
図4に示すように、前記制振機構60は、2つの接触ローラ72,82と、接触ローラ72を回転自在に支持する支持部材71と、接触ローラ82を回転自在に支持する支持部材81と、これら支持部材71,81を支持する支持アーム61と、支持アーム61を駆動する油圧シリンダ90とを備えている。尚、前記支持部材71,81は第1の支持体に相当し、支持アーム61は第2の支持体に相当する。
前記支持アーム61は、屈曲した形状を有するアームであり、この屈曲部が支持軸62によって前記基台11の垂直片部13に支持され、また、この支持アーム61の一方の端部61bと、前記油圧シリンダ90のピストンロッド62とが連結軸によって連結され、更に、このピストンロッド62とは反対側の油圧シリンダ90の端部91と、基台11に固設された支持部材95とが、同じく連結軸によって連結されている。
斯くして、図4に示すように、支持アーム61は支持軸62の軸心を中心として矢示d方向に旋回自在であり、また、支持アーム61の一方端部61bとピストンロッド92とが相対的に矢示e方向に回転可能であり、更に、油圧シリンダ90の端部91と支持部材95とが相対的に矢示f方向に回転可能になったリンク構造が形成され、油圧シリンダ90のピストンロッド92が進退することによって、支持アーム61が矢示d方向に旋回する。尚、油圧シリンダ90には、油圧ポンプユニット等の圧油供給源から適宜圧油が供給される。
前記支持アーム61の他方の端部61aには、その一方の側面に、接触ローラ72を支持した支持部材71が保持され、他方の側面に、接触ローラ82を支持した支持部材81が保持されている。尚、接触ローラ72,82は、その回転軸が主軸軸線と平行になるように、前記支持アーム61に支持される。
図6及び図7に示すように、支持アーム61の上端部61aには、同部を貫通して、その両側面から突出するように、ビス86によって固定された支持軸63が設けられおり、支持軸63の一方の軸64に、制振ブッシュ67を介して、支持部材71が連結され、同様に、他方の軸65に、制振ブッシュ77を介して、支持部材81が連結されている。
制振ブッシュ67は、同心上に配設される円筒状をした内輪68及び外輪69を備え、これら内輪68と外輪69とが、その間に充填されたゴム体70を介して連結された構造を有する。また、支持部材71は、前記接触ローラ72の回転軸と平行に設けられた、前記制振ブッシュ67が挿入される係合穴71aを有するとともに、この係合穴71aには、その中心軸に沿って割溝71bが形成されている。
そして、図6に示すように、ワッシャ66、制振ブッシュ67の順に、前記軸64に通し、ついで、前記制振ブッシュ67に前記支持部材71を外嵌し、更に、軸64にワッシャ73及びバネワッシャ74を通した後、軸64の端部に形成されたねじにナット75を締結することで、制振ブッシュ67の内輪68が支持アーム61の側面に押し付けられ、当該内輪68が支持アーム61に連結される。また、この状態で、支持部材71の割溝71bの内幅を、ビス等をねじ込むことによって狭めることにより、支持部材71によって制振ブッシュ67の外輪69が締め付けられ、この締結力によって、当該支持部材71と制振ブッシュ67の外輪69とが連結される。
斯くして、接触ローラ72を保持した支持部材71が、ゴム体70を介して、支持アーム61に連結され、当該接触ローラ72及び支持部材71と支持アーム61とは、ゴム体70が弾性変形することによって、三次元空間のあらゆる方向に相対的な変位可能となっている。
他方、制振ブッシュ77も同様に、同心上に配設される円筒状をした内輪78及び外輪79を備え、これら内輪78と外輪79とが、その間に充填されたゴム体80を介して連結された構造を有する。
また、支持部材81も同様に、前記接触ローラ82の回転軸と平行に設けられた、前記制振ブッシュ77が挿入される係合穴81aを有するとともに、この係合穴81aには、その中心軸に沿って割溝81bが形成されている。
そして、同じく図6に示すように、ワッシャ76、制振ブッシュ77の順に、前記軸65に通し、ついで、前記制振ブッシュ77に前記支持部材81を外嵌し、更に、軸65にワッシャ83及びバネワッシャ84を通した後、軸65の端部に形成されたねじにナット85を締結することで、制振ブッシュ77の内輪78が支持アーム61の側面に押し付けられ、当該内輪78が支持アーム61に連結される。また、この状態で、支持部材81の割溝81bの内幅を、ビス等をねじ込むことによって狭めることにより、支持部材81によって制振ブッシュ77の外輪79が締め付けられ、この締結力によって、当該支持部材81と制振ブッシュ77の外輪79とが連結される。
斯くして、接触ローラ82を保持した支持部材81が、ゴム体80を介して、支持アーム61に連結され、当該接触ローラ82及び支持部材81と支持アーム61とは、ゴム体80が弾性変形することによって、三次元空間のあらゆる方向に相対的な変位可能となっている。
また、油圧シリンダ90のピストンロッド92を後退させることで、前記チャック3及び心押台4に支持されたワークWの外周面に、前記接触ローラ72,82の外周面が、適宜押付力でもって押し付けられる。尚、接触ローラ72,82をワークWの外周面に押し付ける押付力は、ピストンロッド92の後退位置を調整することによって調整される。
以上の構成を備えた本例の旋盤1によれば、以下のようにして、ワークWが加工される。尚、前記制振機構20の油圧シリンダ50のピストンロッド52、並びに前記制振機構60の油圧シリンダ90のピストンロッド92は、それぞれ前進端にあり、前記接触ローラ32,42及び接触ローラ72,82は、それぞれ主軸2の軸線から離反した位置にあるものとする。
まず、ワークWをチャック3及び心押軸5によって支持した後、前記移動機構15により前記基台11をZ軸方向に移動させて、制振機構20,60を加工の邪魔にならない位置であり、且つワークWに生じた振動を吸収し易い位置(可能であれば、ワークWに振動が生じ易い位置)に移動させる。
ついで、制振機構20の油圧シリンダ50のピストンロッド52、並びに制振機構60の油圧シリンダ90のピストンロッド92をそれぞれ後退させて、前記接触ローラ32,42及び接触ローラ72,82をそれぞれ主軸2の軸線方向に旋回させ、これらをワークWの外周面に所定の押し付け力でもって接触させる。
そして、このように接触ローラ32,42及び接触ローラ72,82を所定の押し付け力でもってワークWの外周面に接触させた後、旋盤1によってワークWを加工する。
そして、加工中にワークWに振動が生じると、当該ワークWに接触する接触ローラ32,42,72,82に当該振動が伝播される。その際、接触ローラ32,42,72及び82は、それぞれ制振ブッシュ27,37,67及び77に連結され、各制振ブッシュ27,37,67,77の内輪28,38,68,78と外輪29,39,69,79とは、ゴム体30,40,70,80の弾性変形によって、三次元空間のあらゆる方向に相対的な変位可能であるので、接触ローラ32,42,72,82に伝播された振動のエネルギーは、その振動方向に応じてゴム体30,40,70,80が弾性変形することによって、確実に吸収され、減衰(制振)される。
斯くして、本例の制振装置10によれば、加工中のワークWにびびり振動のような複雑で大きな振動が生じたとしても、これをゴム体30,40,70,80が弾性変形によって確実に吸収し、制振することができる。
また、本例の制振装置10によれば、前記移動機構15によって、基台11を主軸2の軸線に沿って移動させることができるので、前記接触ローラ32,42,72,82を、ワークWの振動位置に応じて、適切な制振位置に接触させることができ、ワークWの振動をより効果的に制振することができる。
以上、本発明の具体的な実施の形態について説明したが、本発明が採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。
例えば、上例では、4つの接触ローラ32,42,72,82を設けたが、これに限られるものではなく、1つ以上の接触ローラを備えていればよい。
また、上例では、接触ローラ32,42を支持する支持部材31,41と支持アーム21とを制振ブッシュ27,37を用いて連結し、接触ローラ72,82を支持する支持部材71,81と支持アーム61とを制振ブッシュ67,77を用いて連結した構成としたが、これに限られるものではなく、支持部材31,41と支持アーム21、支持部材71,81と支持アーム61とが、それぞれゴム体を介して連結されていれば良く、その連結構造は、上述した制振ブッシュ27,37,67,77の構造には限られない。
1 旋盤
2 主軸
4 心押台
10 制振装置
11 基台
15 移動機構
20 制振機構
21 支持アーム
27,37 制振ブッシュ
28,38 内輪
29,39 外輪
30,40 ゴム体
31,41 支持部材
32,42 接触ローラ
50 油圧シリンダ
52 ピストンロッド
60 制振機構
61 支持アーム
67,77 制振ブッシュ
68,78 内輪
69,79 外輪
70,80 ゴム体
71,81 支持部材
72,82 接触ローラ
90 油圧シリンダ
92 ピストンロッド

Claims (2)

  1. 工作機械に配設され、該工作機械の主軸に保持された被加工物の振動を抑制する制振装置であって、
    回転軸を中心に回転自在に設けられる接触ローラと、
    前記接触ローラを回転自在に支持する第1支持体と、
    前記接触ローラの回転軸が前記主軸の軸線と平行となるように前記第1支持体を保持する第2支持体と、
    同心上に配設される円筒状をした外輪及び内輪と、
    前記第2支持体を駆動して、前記主軸に保持された被加工物に対し、前記接触ローラを接触,離反させる駆動機構と、
    前記第2支持体及び駆動機構を支持する基台とを備えてなり、
    前記外輪及び内輪は、該外輪と内輪との間に充填されたゴム体を介して連結され、
    前記第2支持体は、前記内輪に挿通される支持軸を有し、
    前記第1支持体は、前記外輪が挿通される係合穴を有し、
    前記第2支持体は、前記支持軸が前記内輪に挿通された状態で該内輪に連結され、
    前記第1支持体は、前記係合穴に前記外輪が挿通された状態で該外輪に連結されていることを特徴とする制振装置。
  2. 前記基台を前記主軸軸線に沿って移動させる移動機構を備えていることを特徴とする請求項1記の制振装置。
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