JPS61214942A

JPS61214942A - 駆動手段

Info

Publication number: JPS61214942A
Application number: JP5069486A
Authority: JP
Inventors: ヴアルター・クラウス
Original assignee: TORAUBU AG
Current assignee: TORAUBU AG
Priority date: 1985-03-14
Filing date: 1986-03-10
Publication date: 1986-09-24
Also published as: EP0196502A1; DE3509240A1; BR8601069A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、工具刃等を高周波、特にキロヘルツのレンジ
で特にミリメートルのレンジのわずかな距離に亘って移
動させる駆動手段に関するものである。

工作機械においては、工具刃を所定の移動路指令に応じ
て短い距離に亘って極めて高い動特性で工具刃を移動さ
せることがしばしば望ましいことである。ここに“高動
特性”とは、予め定められた工具刃の定格位置とその実
際の位置との間での位相のずれが極めて小さい運動の特
性を意味するものである。

工具刃用の通常の動力駆動手段としては、液圧の或いは
電気的なサーボモータが用いられており、このサーボモ
ータおよびねじ式駆動手段により回転運動を並進運動に
変えており、または液圧を用いてピストンを推進させ、
このピストンにより所望の並進運動を工具刃に伝達して
いる。このような通常の動力駆動手段は、極めて高い動
特性で且つ数キロヘルツ以上の高周波で工具刃を駆動す
るのには適していない。工具刃の高動特性に関して通常
の駆動手段が制限されているのは部分的に、かなり大き
な質量を移動させなければならないという事実によるも
のである。従って、大きな加速度を得る為には極めて大
きな力を必要とする。通常の動力駆動手段で動かされる
質量は主としてこの駆動手段自体の構成素子より成って
おり、工具刃のみを動かすのではない。

本発明の目的は、工具刃の運動を極めて高い動特性およ
び極めて高い周波数で数値制御しろる駆動手段、特に工
具刃用の駆動手段を提供せんとするにある。

本発明は、工具刃等を高周波、特にキロヘルツのレンジ
で特にミリメートルのレンジのわずかな距離に亘って移
動させる駆動手段において、少なくとも１つの圧電性結
晶がその一端でスラストブロックにより支持され、その
反対側の他端では当該圧電性結晶の電子ひずみにより前
記の工具刃等と前記のスラストブロックとの間の間隔を
変化させるように前記の工具刃等に作用するようになっ
ていることを特徴とする。

本発明により圧電性結晶を用いれば、工具刃の質量を除
いて殆どいかなる質量をも移動させない。

その代わりに、電界中での圧電性結晶の電気ひず、み、
すなわち弾性変形が工具刃に直接伝達される。

本発明の他の例では、少なくとも１つの強磁性材料磁石
がその一端でスラストブロックにより支持され、その反
対側の他端は、交番磁界を強磁性材料磁石に与えた際に
、この磁界中でのこの強磁性材料の磁気ひずみ、換言す
ればその変形により工具刃とスラストブロックとの間の
間隔を変化させるように工具刃に作用しているようにす
ることにより工具刃を移動させる。

この構成によっても、極めて高い動特性で且つＫｔ（ｚ
　レンジの高周波で工具刃を移動させることができる。

圧電性結晶の電気ひずみの大きさは強磁性材料磁石の磁
気ひずみと同様に比較的小さく、一般に費用を掛けて成
長させた結晶の場合でも１　ｍｍよりも少ない。

この理由で本発明の変形例では、複数個の圧電性結晶或
いは複数個の強磁性材料磁石を、これらの電気ひずみ或
いは磁気ひずみが加わり合うように直列に接続するのが
好ましい。

前記の直列の一方の外側端に位置する圧電性結晶或いは
強磁性材料磁石はスラストブロックにより支持し、前記
の直列の他方の外側端に位置する圧電性結晶或いは強磁
性材料は工具刃に作用させる。電界或いは磁界は個々の
圧電性結晶或いは強磁性材料磁石に同相で与え、個々の
圧電性結晶或いは強磁性材料磁石の電気ひずみ或いは磁
気ひずみが良好に生じ且つ正確に加わり合うようにする
ｑ圧電性結晶の電気ひずみ、換言すればその膨張及びそ
の収縮量は、この圧電性結晶に圧縮荷重をかけなければ
、この圧電性結晶の最大変位の範囲内で、加える電界に
一次近似で正比例する。しかし、工具刃は加速される為
、その慣性モーメントにより圧電性結晶に逆作用を及ぼ
す逆の力を生じ、これにより上述した比例性を妨害する
。

この理由で本発明の変形例においては、工具刃用の位置
測定手段を、電界或いは磁界発生回路と一緒に位置制御
回路中に接続する。このようにすることにより、電気ひ
ずみ或いは磁気ひずみを生ぜしめる電界或いは磁界を、
工具刃の実際の位置が極めて小さな位相のずれで数値的
に与えられた所望の位置に一致するように良好に制御し
うる。

本発明による駆動手段は例えば加工片に非円形の旋削を
行う場合に特に有効である。自動旋盤軸により非回転対
称の加工片を形成する為には、本発明による駆動手段を
、予め定めた回転角での数値制御の下で工具刃の位置を
変えるようにする工具刃用の調整装置として用いる。

本発明による駆動手段はチップブレーク手段としても用
いることができる。この目的の為には、調整装置として
作用する駆動手段を旋削バイトの送り運動に高周波運動
を重畳するのに用いる。これによりチップ断面が周期的
に一定に変化し、これによりノツチ効果が達成され、チ
ップブレーク効果が高まる。

図面につき本発明を説明する。

第１図に示すように、工作機械（図示せず）のスラスト
ブロック１０は駆動手段１２を支持している。

スラストブロック１０側とは反対側の駆動手段１２の端
部には保持手段１５により工具刃１４が取付けられてい
る。

第１図に示す実施例の駆動手段は２つの圧電性結晶Ａ、
Ｂより成っている。電界Ｕを与える作用をする電極１６
の各々は圧電性結晶Ａ、Ｂの端面にそれ自体既知の方法
で被着されている。互いに隣接する圧電性結晶の電極１
６間には絶縁層１８が設けられている。この絶縁層１８
の弾力性はできるだけ少なくすること明らかである。こ
の絶縁層としては硬質セラミック材料が適している。ス
ラストブロック１０も極めて硬質であり、その全体の質
量に比べて移動素子、すなわち駆動手段１２および工具
刃１４の質量は無視しつるほど小さい。

圧電性結晶Ａ、Ｂに同相の電界を与えると、これら圧電
素子Ａ、Ｂは矢印Ｐの方向に膨張し、これにより工具刃
１４の、スラストブロック１０からの距離が変化する。

第２図には工具刃１４に対する位置制御回路を線図的に
示しである。工具刃１４は８個の圧電性結晶Ａ、Ｂ、Ｃ
，Ｄ、Ｅ、Ｆ、ＧおよびＨを有する駆動手段１２により
移動させられる。圧電性結晶Ａ。

Ｂ、・・・、Ｈに対する電界を発生する回路には、例え
ば既知のディファレンシャルフィールドプレー）　（ｄ
ｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　ｆｉｅｌｃｌ　ｐｌａｔｅ）
を以って構成した位置測定手段２０が図示のように接続
されており、この位置測定手段２０の電気出力信号はく
金属製〉工具刃１４と固定のこの位置測定手段２０との
相対位置に依存する。この位置測定手段２０は電源２２
に接続されており、工具刃１４の実際の位置を表わす値
の信号をライン２４を経て生ぜしめる。理論的な所望位
置の値はライン２６を経て供給される。差動増幅器２８
は位置制御器として作用し、その出力信号は演算増幅器
３０を経て、第２図において圧電性結晶Ａ、Ｂ、・・・
、Ｈの左側に示すすべての電極に供給される。第２図に
右いて圧電性結晶の左側の電極に印加される基準電位３
１が電界を規定する。

従って、位置制御回路３２は、ライン２６を経て供給さ
れる所望位置の値に応じて、いかなる位相のずれもなく
且つ高動特性で工具刃１４、例えば旋削バイトを制御す
ることができる。

圧電性結晶Ａ、Ｂ、・・・、Ｈの代わりに強磁性材磁石
を適宜に配置することができる。この場合電界の代わり
に磁界を与えるものであり、これらの磁界は強磁性材料
磁石を有するコイルにより既知のようにして発生せしめ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、２つの圧電性結晶を有する本発明の駆動手段
の一例を示す線図、第２図は、複数個の圧電性結晶と位置制御回路とを有す
る本発明の駆動手段の他の例を示す線図である。１０・・・スラストブロック１２・・・駆動手段　　　　１４・・・工具刃１６・・
・電極　　　　　　１８・・・絶縁層２０・・・位置測
定手段　　２２・・・電源２８・・・差動増幅器　　　
３０・・・演算増幅器３１・・・基準電位　　　　３２
・・・位置制御回路Ａ−Ｈ・・・圧電性結晶

Claims

【特許請求の範囲】１、工具刃等を高周波、特にキロヘルツのレンジで特に
ミリメートルのレンジのわずかな距離に亘って移動させ
る駆動手段において、少なくとも１つの圧電性結晶がそ
の一端でスラストブロック（１０）により支持され、そ
の反対側の他端では当該圧電性結晶の電子ひずみにより
前記の工具刃（１４）等と前記のスラストブロック（１
０）との間の間隔を変化させるように前記の工具刃等に
作用するようになっていることを特徴とする駆動手段。２、特許請求の範囲第１項に記載の駆動手段において、
複数個の圧電性結晶（Ａ、Ｂ、・・・、Ｈ）がこれらの
電気ひずみを加えるように直列に配置されており、この
直列の一方の外側に位置する圧電性結晶（Ｈ）が前記の
スラストブロック（１０）により支持され、前記の直列
の他方の外側に位置する圧電性結晶（Ａ）が前記の工具
刃等に作用し、前記の圧電性結晶（Ａ、Ｂ、・・・、Ｈ
）には接触電極（１６）により同相で電界が与えられる
ようになっていることを特徴とする駆動手段。３、特許請求の範囲第１項又は第２項に記載の駆動手段
において、前記の工具刃（１４）等に対する位置測定手
段（２０）が前記のスラストブロック（１０）に対し固
定関係で設けられていることを特徴とする駆動手段。４、特許請求の範囲第３項に記載の駆動手段において、
前記の位置測定手段（２０）は位置制御回路（３２）を
構成する電界発生回路（２４、２６、２８、３０）に接
続されていることを特徴とする駆動手段。５、特許請求の範囲第３項又は第４項に記載の駆動手段
において、前記の位置測定手段（２０）はディファレン
シャルフィールドプレートのような非接触位置測定手段
であることを特徴とする駆動手段。６、特許請求の範囲第１〜５項のいずれか１つに記載の
駆動手段において、この駆動手段は加工片を非回転対称
加工する為の自動旋盤軸における調整装置として用いら
れるようになっていることを特徴とする駆動手段。７、特許請求の範囲第１〜５項のいずれか１項に記載の
駆動手段において、この駆動手段は旋削バイト用の調整
装置として用いられ、電気ひずみがこの旋削バイトの送
り運動に重畳されるようになっていることを特徴とする
駆動手段。８、工具刃等を高周波、特にキロヘルツのレンジで特に
ミリメートルのレンジのわずかな距離に亘って移動させ
る駆動手段において、少なくとも１つの強磁性材料磁石
がその一端でスラストブロックにより支持され、その反
対側の他端では交番磁界を加えた際の当該強磁性材料磁
石の磁気ひずみにより前記の工具刃等と前記のスラスト
ブロックとの間の間隔を変化させるように前記の工具刃
等に作用するようになっていることを特徴とする駆動手
段。９、特許請求の範囲第８項に記載の駆動手段において、
複数個の強磁性材料磁石がこれらの磁気ひずみを加える
ように直列に配置されており、この直列の一方の外側に
位置する強磁性材料磁石が前記のスラストブロックによ
り支持され、前記の直列の他方の外側に位置する強磁性
材料磁石が前記の工具刃等に作用し、前記の複数個の強
磁性材料磁石には同相で交番磁界が与えられるようにな
っていることを特徴とする駆動手段。１０、特許請求の範囲第８項又は第９項に記載の駆動手
段において、前記の工具刃（１４）等に対する位置測定
手段（２０）が前記のスラストブロック（１０）に対し
固定関係で設けられていることを特徴とする駆動手段。１１、特許請求の範囲第１０項に記載の駆動手段におい
て、前記の位置測定手段（２０）は位置制御回路（３２
）を構成する磁界発生回路（２４、２６、２８、３０）
に接続されていることを特徴とする駆動手段。１２、特許請求の範囲第１０項又は第１１項に記載の駆
動手段において、前記の位置測定手段（２０）はディフ
ァレンシャルフィールドプレートのような非接触位置測
定手段であることを特徴とする駆動手段。１３、特許請求の範囲第８〜１２項のいずれか１つに記
載の駆動手段において、この駆動手段は加工片を非回転
対称加工する為の自動旋盤軸における調整装置として用
いられるようになっていることを特徴とする駆動手段。１４、特許請求の範囲第８〜１２項のいずれか１項に記
載の駆動手段において、この駆動手段は旋削バイト用の
調整装置として用いられ、磁気ひずみがこの旋削バイト
の送り運動に重畳されるようになっていることを特徴と
する駆動手段。