JPH0230212Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は、被加工面に対して垂直に工具軸を配
置した研削盤に関し、工具取付ヘツドの高精度な
位置決めと高剛性により超高精度加工が可能な研
削盤に関する。

従来技術及びその問題点 従来の工作機械においては、工具取付ヘツドが
円滑に案内面に沿つて移動するように、案内面と
被案内面の間にグリース、潤滑油等の油膜を介し
て摺動させる、所謂、動圧案内面が一般的であ
る。しかしながら、案内面と被案内面との隙間に
形成される油膜自体に工具取付ヘツドの傾きを抑
止する力が存在しないので、工具取付ヘツドに傾
動モーメントを生ぜしめる外力及び工具取付ヘツ
ド重心の片寄りによる力が作用すると、この傾動
モーメントに対抗できず、工具取付ヘツドは隙間
量だけ容易に傾くので、工具の加工点位置が不安
定になつて加工精度を低下させていた。

問題点を解決するための手段及び作用 本考案の目的は、前述の外力及び重心の片寄り
による工具取付ヘツドの傾動モーメントに基づく
姿勢の変化を補正して運動精度を高め、微細な位
置決め精度により被加工物の加工精度を高くする
ことが可能な研削盤を提供することにある。

上記目的のため本考案においては、工具取付ヘ
ツドの複数の昇降案内面のうち一つは、動圧案内
面かつ基準案内面であり、該基準案内面以外の案
内面は静圧案内面である複合案内面を採用し、基
準案内面の案内面と被案内面との対向する二面間
には、加工等の外力によつて生じる負荷変動力を
若干超える程度の摩擦力が生じるように、潤滑油
が対向面間に浸潤する程度の圧力で供給され、一
方、静圧案内面には加工等の外力によつて生ずる
傾動モーメントに充分対抗し得る静圧支承力が形
成されるような圧力を有する流体が供給され、更
に、工具取付ヘツドの昇降駆動手段に負荷される
工具取付ヘツドの荷重を一定に保持する負荷補償
手段によつて、工具取付ヘツドの高精密な位置決
めと高剛性を得るとともに、工具取付ヘツドの昇
降駆動手段と負荷補償手段とをほぼ同一軸線上に
配置したものである。

実施例 以下、本考案の実施例を水晶加工用の研削盤に
ついて図面を用いて説明する。

第１図は本考案の実施例における研削盤の斜視
図を示す。

ベツド１に形成した横送り案内面２に沿つて架
設した横送りねじ軸３に螺合し、且つ、この横送
りねじ軸３の駆動によつて横送り案内面２上を移
動する被加工物送り台４上には、制御モータ５に
よつて制御駆動されるロータリーテーブル６が回
動可能に設けられ、このロータリーテーブル６上
には同心円上に複数の被加工物保持治具７が傾動
制御可能に取付けられ、被加工物保持治具７には
水晶の如き一定方向の結晶軸を有する被加工物Ｗ
が真空吸着により保持されている。また、ロータ
リーテーブル６の上方にはベツド１に立設した取
付板に取付けたＸ線測定手段、即ち、Ｘ線発生管
８、被加工物Ｗに指向する投光管９、受光管１
０、分光器１１及び計数管１２を有するＸ線測定
手段Ｒと、計数管１２よりの信号により制御手段
１３（第３図参照）を働かせ、基準結晶軸方向に
被加工物Ｗの結晶軸方向を一致せしめるように、
図面では一部省略しているが夫々の被加工物保持
治具７に備えたモータM₁を駆動制御して被測定
位置にある被加工物Ｗの被加工物保持治具７を傾
動制御する制御手段と、からなる。

そして、ロータリーテーブル６及び被加工物保
持治具７の操作は、第２図のロータリーテーブル
駆動機構の断面図と、第３図の被加工物保持治具
傾動機構の断面図を用いて説明する。

即ち、第２図において被加工物送り台４のほぼ
中央部には中空の支持軸１４が回動可能に立設さ
れ、支持軸１４の下端部に形成したフランジ１５
の周縁部に長穴を貫設して緊締ボルト１６を挿通
し、支持軸１４と被加工物送り台４とを締結す
る。支持軸１４には軸受を介してウオーム歯車１
７が装着され、ウオーム歯車１７の上面には、回
転駆動円板１８がボルトその他の固着手段でウオ
ーム歯車１７と一体化されている。回転駆動円板
１８は、回転方向の剛性を有し上下方向の可撓性
を有するフレキシブル接手１９を介して回転被動
円板２０に連結され、回転被動円板２０には案内
回転板２１がボルト２２によつて締結されてい
る。そして、案内回転板２１の案内面は被加工物
送り台４に固着した案内部材２３の案内下面に案
内され、案内回転板２１の上面にはロータリーテ
ーブル６が取付けられるとともに、ロータリーテ
ーブル６の下面は案内部材２３の上面によつて支
持され、ロータリーテーブル６の中心部下面に形
成した環状凹溝には支持軸１４の頂部に形成した
環状凸条２４が嵌合している。また、支持軸１４
には支持軸の回動軸心を中心とし被加工物送り台
４に抱持されている円周部分２５と、回動軸心に
偏心量ｅを有する偏心円周部分１４′とが形成さ
れ、支持軸１４の案内回転板２１との案内面２６
及び案内部材２３の案内回転板２１との案内面２
７、ロータリーテーブル６との案内面２８の夫々
には、静圧流体ポケツトが形成された静圧案内面
を形成し、適宜の油圧源に連通した油圧回路２９
及び３０が配設されている。したがつて、ロータ
リーテーブル６は静圧案内による自己調心作用に
より高精度の水平面を保持して回動することがで
きる。

ウオーム歯車１７には、第１図に示す制御モー
タ５で回動制御されるウオーム３１が噛合してお
り、ウオーム３１とウオーム歯車１７との精度の
高い噛合いを得るために、支持軸１４を微回動さ
せることにより、偏心円周部分１４′に軸受を介
して装着されているウオーム歯車１７の軸心をウ
オーム３１の軸心に対して遠近調整して相互の噛
合い位置合せを正確に行う。

ロータリーテーブル６の上面には第３図に示す
治具台３２が固設され、治具台３２の上面には、
被加工物保持治具７の傾動制御機構を支持する治
具ブラケツト３３が環状に複数個固設されてい
る。そして、治具ブラケツト３３には筒状軸受３
４が取付けられ、筒状軸受３４には円柱体３５が
回動自在に嵌合され、円柱体３５にはウオーム歯
車３６が固定され、ウオーム歯車３６には上面に
高低カム面３７を形成したカム円板３８が固定さ
れている。ウオーム歯車３６にはＸ接測定手段Ｒ
の出力信号により動作する制御手段１３に連動す
るモータM₁による駆動ウオーム３９が噛合して
いる。

高低カム面３７に当接する回転ローラ４０を取
付けた従動部材４１は、治具ブラケツト３３に回
動自在に支持された回動軸４２に固定され、回動
軸４２の軸心を中心として上下方向に揺動する。
また、従動部材４１には回動軸４２と直交する軸
線を有する回動軸４３が回動自在に支持され、こ
の回動軸４３には被加工物保持治具７が固定され
るとともに、その軸端にはカムレバー４４の上端
部が固定され、カムレバー４４の下端部は、この
カムレバー４４を回動軸４３の軸心の周りに揺動
させるカム板（図示せず）のカム面に当接保持さ
れている。したがつて、被加工物保持治具７は互
いに直交する回動軸４２及び４３の軸心の周りに
揺動することができる。被加工物保持治具７の上
面に凹設したポケツト内には、被加工物Ｗの真空
チヤツク４５が設けられ、真空チヤツク４５は、
中空の支持軸１４内に収納された第２図に示す真
空用パイプ４６に連通する吸引口４７を有してお
り、被加工物保持治具７の下面周辺部には、治具
ブラケツト３３上に取付けた覆板４８の上面との
間に可撓性の防塵カバー４９が覆設され、防塵カ
バー４９は被加工物保持治具７のすべての方向へ
の傾動を可能にすると共に、傾動制御機構へ研削
屑、塵埃、その他の異物が侵入することを防止
し、傾動制御機構の高精度の作動を維持するに役
立つものである。

被加工物送り台４の横送り案内面２の側方のベ
ツド１上には、第１図に示すように一対の案内支
柱５０，５１が対向して立設され、案内支柱５
０，５１の対向する昇降案内面５２，５３に案内
される被案内面を有する研削用の工具取付ヘツド
５４には、下端に研削工具５５を取付けた工具軸
５６が静圧軸受によつて回転自在に保持され、工
具軸５６は、第４図に示す工具取付ヘツド５４に
取付けられたモータM₂の駆動プーリＰよりベル
ト５７により回動駆動される。また、工具取付ヘ
ツド５４の昇降駆動手段は第４図に詳記するよう
にベツド１に取付けたモータM₃により減速装置
Ｇを介して駆動される昇降用静圧送りねじ軸５８
に螺合し、また、案内支柱５０，５１の頂部連結
部上に設けたアクチユエータ５９の作動杆６０の
下端部は工具取付ヘツド５４に固着され、その固
着位置は上下方向に変更調節可能にされている。

昇降用静圧送りねじ軸５８の下端部外周には推
力軸受フランジ６１が凸設され、推力軸受フラン
ジ６１を収納する軸受筐６２には推力軸受フラン
ジ６１の軸受面を形成する静圧軸受室６３及び６
４が推力軸受フランジ６１の上下両面に設けら
れ、静圧軸受室６３及び６４の夫々には静圧検出
センサ６５及び６６が設けられ、圧力検出センサ
６５及び６６により検出された圧力変動信号は、
差動増巾回路６７、補償回路６７′、サーボアン
プ６８を介してアクチユエータ５９のサーボ弁６
９を作動せしめ、作動杆６０の昇降動操作させ
る。昇降用静圧送りねじ軸５８と作動杆６０とは
ほぼ同一線上に配置する。

アクチユエータ５９は、作動杆６０を介して工
具取付ヘツド５４の全備荷重に釣合う力で作動杆
６０を保持しているから、昇降用静圧送りねじ軸
５８は、工具取付ヘツド５４との螺合状態におい
て工具取付ヘツド５４の全備荷重を全く負荷され
ない状態にあり、したがつて、静圧軸受室６３及
び６４は同圧に保持されている。

そこで、昇降用静圧送りねじ軸５８の回転駆動
により、工具取付ヘツド５４が昇降被動する際に
生ずる案内支柱の第１図に示す昇降案内面５２，
５３との摩擦力、その他の外力による抵抗力が発
生して昇降用静圧送りねじ軸５８に荷重が負荷さ
れると、昇降駆動手段の一端に形成したスラスト
軸受の静圧軸受室６３及び６４の圧力が変動し、
その変動信号がアクチユエータのサーボ弁６９を
作動させ、この圧力変動を消失せしめる方向、例
えば一方の静圧軸受室６３の圧力が減少し他方の
静圧軸受室６４の圧力が増大したときは、サーボ
弁６９が作動して作動杆６０を上昇させることに
より工具取付ヘツド５４を上昇させ、昇降用静圧
送りねじ軸５８に負荷される荷重を補償すること
により両静圧軸受室６３，６４の圧力を同圧に制
御する。また、一方の静圧軸受室６３の圧力が増
大し、他方の静圧軸受室６４の圧力が減少したと
きには、作動杆６０を降下させることにより両静
圧軸受室６３，６４の圧力を同圧に制御するもの
である。

かかる負荷補償制御は、昇降用静圧送りねじ軸
５８による工具取付ヘツド５４の昇降送り負荷の
変動も除去するから、工具取付ヘツド５４はきわ
めて精度の高い昇降送りを保証されるものであ
る。

なお、上記実施例における送りねじ軸に代えて
ラムにより昇降駆動しても差支えない。

次に、案内支柱５０，５１の夫々に対向して形
成された昇降案内面５２，５３（第１図参照）と
工具取付ヘツド５４に形成した被案内面の関係を
第５図の工具取付ヘツドの断面図を用いて説明す
る。

案内支柱５１に形成された昇降案内面５３は、
側面Ａ及び後面Ｂを有するＬ形前部案内面と側面
Ｃ及び前面Ｄを有するＬ形後部案内面とを具え、
案内支柱５０に形成された昇降案内面５２は、側
面Ａに対向する側面A′及び後面B′を有するＬ形
前部案内面と側面Ｃに対向する側面C′及び前面
D′を有するＬ形後部案内面とを具え、また工具
取付ヘツド５４には、前記の面Ａ，A′，Ｂ，B′，
Ｃ，C′，Ｄ及びD′の夫々に対向する被案内面ａ，
a′，ｂ，b′，ｃ，c′，ｄ及びd′を有している。そ
して、これらの被案内面には夫々複数の静圧流体
ポケツトP₁，…P₂，…P₃，…P₄，…P₅，…P₆，
…P₇，…及びP₈，…が夫々の被案内面の上下方
向に凹設されており、これらの静圧流体ポケツト
内には、図示しない圧力流体源より圧送配管系を
経て圧力流体が供給され、昇降案内面と被案内面
とが直接接触せず静圧流体が介在しているから、
昇降案内面に対し被案内面に傾きが生じると、傾
き隙間が拡大した側において静圧流体圧が降下し
傾き隙間が縮小した側において静圧流体圧が上昇
するため、案内面と被案内面との傾き隙間に圧力
傾斜が発生し、圧力上昇側において被案内面に作
用する押圧力が増加するから、傾きは静圧流体に
よる自己調心作用により除去される。したがつ
て、被案内面は昇降案内面に対し常に平行状態を
保持して昇降同するように制御調整されるもので
ある。

本実施例においては昇降案内面のうちの一面を
昇降基準案内面とし、該昇降基準案内面以外の面
を静圧流体案内面としたものである。

即ち、静圧流体ポケツトP₁，P₂，P₃，P₄，P₅
及びP₆には同圧の静圧流体を供給し、前面の被
案内面ｄ及びd′のポケツトP₇及びP₈には浸潤して
潤滑するための流体供給口がある。そして、被案
内面ｄ及びd′が案内面Ｄ及びD′に加工等変動力に
抗する程度の摩擦力が生じるように動圧案内面を
形成し、案内面ＤとD′とを昇降基準案内面とす
る。

このように、複数の案内面のうち一つは、動圧
案内面である基準案内面とすることによつて、工
具取付ヘツド５４の昇降案内の拘束度を著しく高
め、精度の極めてよい案内を実現させることがで
きるものである。なお、図中の符号Ｔは静圧流体
の供給配管であり、T′は絞り弁を介在させた基
準案内面への流体供給配管である。

そして、夫々のポケツトP₁，P₂，P₃，P₄，P₅，
P₆，P₇及びP₈に供給された流体は、図示しない
流体回収配管系を経てポケツトに供給される循環
回路を構成している。なお、油温は循環流量と油
タンクの容量によつて決定される熱抵抗と熱容量
の組合せによる熱フイルターの考え方を油タンク
に応用し、油温変動0.1℃以下に管理することが
可能となつた。即ち、油タンク内を数槽に仕切
り、隣接する槽へは仕切り板の一部から油の流出
を可能にし、順次、油は機械機素からの回収口側
の槽から汲み出し口側の槽へと流れることが可能
となつており、油の冷却器は、油の回収口側の槽
から汲み出して同じ槽に±1.5℃の巾に管理され
て回収する。このシステムにより、油は槽を変え
る毎に順次温度変動巾を縮め、最終槽では0.1℃
以下に制御可能となる。

また研削工具５５の研削面の精度が低下したと
きには、被加工物送り台４上に取付けられ、且つ
モータM₄によつて研削工具５５の回転周速より
も速い周速で回転せしめられるロータリードレツ
サ７０（第１図参照）が研削工具５５の研削面に
押接して研削面を修正する。

考案の効果 以上の説明で明らかなように、本考案は、研削
用の工具取付ヘツドを、負荷補償機構と動圧案内
面である基準面および該基準面以外の静圧案内面
からなる複合案内面による高精度の昇降案内機構
等により、工具取付ヘツドの昇降摺動摩擦力をほ
ぼ一定に保つて駆動することができる。その上、
外力による工具取付ヘツドの傾動モーメントに基
づく姿勢の変化を補正して運動精度を著しく高く
することができ、さらにまた、負荷補償機構は工
具取付ヘツドの昇降駆動手段に形成した静圧スラ
スト軸受両面の差圧によつて検出されるので、応
答性及び分解能に優れている。したがつて、運動
精度の高い昇降案内機構と、応答性及び分解能に
優れた負荷補償機構との併用による相乗効果によ
つて、微細な位置決め精度が再現性良く得られ、
被加工物の加工精度をきわめて高くすることがで
きる。よつて被加工物の加工精度をミクロン以下
の精度で研削加工するのに好適な研削盤が得られ
る。

更に、アクチユエータ作動杆と工具取付ヘツド
の昇降駆動手段とをほぼ同一軸線上に配置したこ
とにより、負荷補償時の工具取付ヘツドに傾動モ
ーメントが発生せず、精度の良い負荷補償による
フイードバツク値が得られ、工具取付ヘツドに取
付けた研削工具の被加工物への高精度な位置決め
が得られるから、被加工物への加工精度を一層向
上させることができる。

なお、前述の実施例は油圧について説明した
が、空気圧についても適用でき、同じ構造で砥石
以外の切削工具に適用しても同様の効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

図面はいずれも本考案の実施例を示し、第１図
は研削盤の斜視図、第２図はロータリーテーブル
駆動機構の断面図、第３図は被加工物保持治具傾
動機構の断面図、第４図は工具取付ヘツドの昇降
負荷補償機構の断面図、第５図は工具取付ヘツド
の断面図である。 ５０，５１……案内支柱、５２，５３……昇降
案内面、５４……工具取付ヘツド、５８……昇降
用静圧送りねじ軸、５９……アクチユエータ、６
０……作動杆。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 ベツドに立設した対向する一対の案内支柱に形
   成された複数の昇降案内面と、 該昇降案内面に夫々対向する複数の被案内面を
   有し、前記昇降案内面に沿つて昇降動する工具取
   付ヘツドと、 該工具取付ヘツドを昇降動するための駆動手段
   と、 該駆動手段の一方の端部に形成された静圧スラ
   スト軸受両面の圧力を夫々検出する検出部と、 前記工具取付ヘツドに、一方の端部を固着した
   アクチユエータ作動杆と、 前記検出部によつて検出された圧力の差をほぼ
   零にするごとく前記アクチユエータ作動杆を昇降
   動させる負荷補償手段と、 を具備し、 前記複数の昇降案内面のうち一つの昇降案内面
   は、該昇降案内面と該昇降案内面に対向する被案
   内面との間に潤滑油が浸潤する程度に供給されて
   動圧案内面を形成し、かつ基準案内面とされ、 該基準案内面以外の昇降案内面は、該昇降案内
   面と該昇降案内面に対向する被案内面との間に静
   圧流体が供給されて静圧案内面を形成し、 前記駆動手段とアクチユエータ作動杆とは、ほ
   ぼ同一軸線上に配置されている ことを特徴とする工作機械における昇降案内装
   置。