WO2012002438A1 - フローティング機構を備えた工作機械 - Google Patents

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尚伸 倉谷
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Kuraya Hisanobu
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Definitions

  • the present invention relates to a machine tool that performs various processes such as deburring, polishing, and cutting, and particularly to a machine tool that includes a floating mechanism.
  • the workpiece is machined by pressing the piston with air pressure or spring force and pressing the various tools such as grindstones and drills installed at the tip of the machine tool with a certain pressure.
  • the displacement of the workpiece from the reference workpiece due to the error of the workpiece, the state of the machining surface that changes for each workpiece, and the displacement of the workpiece installation position is absorbed by the movement of various tools such as grindstones and drills.
  • a machine tool having a floating mechanism is known (Patent Document 1).
  • the machine tool described in Patent Document 1 includes a spring mechanism and a spherical bearing, and with respect to a load in a direction of an axis (hereinafter, referred to as a radial direction) in which various tools such as a grindstone and a drill are inclined.
  • a radial direction a direction of an axis
  • various tools such as a grindstone and a drill are inclined.
  • the center of the spherical bearing is received as a fulcrum.
  • a force is applied in a direction in which the outer ring side of the spherical bearing is expanded like a wedge due to a load in a direction perpendicular to the radial direction (hereinafter referred to as a thrust direction).
  • a thrust direction a direction in which the outer ring side of the spherical bearing is expanded like a wedge due to a load in a direction perpendicular to the radial direction.
  • the present invention solves the above-described conventional problems, and is provided with a receiver for loads generated in both the radial direction and the thrust direction to reduce the deformation of the floating mechanism and reduce the overall size while ensuring rigidity.
  • An object of the present invention is to provide a machine tool including a floating mechanism that can be reduced in weight.
  • the invention of claim 1 is a machine tool for machining a workpiece with various tools attached to a machine having a robot arm or an NC control device, the machine tool comprising: A hollow cylinder portion having a cylindrical piston, a tool driving portion that is at least partially fixed in the internal space of the hollow cylinder portion and drives the various tools, and between the tool driving portion and the hollow cylinder portion And a part of the floating part is in contact with the cylindrical piston of the hollow cylinder part and is pressed by the cylindrical piston with a predetermined pressure. Therefore, by adopting a hollow cylinder with a cylindrical piston, the tool drive unit can be installed inside the hollow cylinder.
  • the movable part of the floating part is located near the center of gravity of the tool drive part. Because the movable center is located, it is not affected by changes in the load due to inertia due to the movement of the machine tool, and it is possible to perform cutting with a constant pressure against changes in the cutting direction that cause rapid acceleration during movement. It has become. Further, since the air pressure receiving surface of the piston can be made thin and cylindrical, the machine tool can be reduced in size and weight while ensuring rigidity. Compared to the conventional machine tool with many small pistons on the circumference, the number of parts is reduced, the pressing pressure does not change in any direction of 360 degrees in the radial direction, and the structure It can be simplified.
  • the invention of claim 2 is a machine tool for machining a workpiece with various tools attached to a machine having a robot arm or NC control device, and the machine tool is a hollow provided with a cylindrical piston.
  • the floating part includes an outer peripheral surface part and an upper surface part.
  • the contact area can be increased, deformation and wear of the inner ring and the outer ring can be suppressed, and a load can be stably received.
  • the air pressure receiving surface of the piston can be made thin and cylindrical, so that the machine tool can be reduced in size and weight while ensuring rigidity. .
  • the number of parts can be reduced and the structure can be simplified as compared with a machine tool in which a large number of small pistons are arranged on the circumference of a conventional type.
  • the invention of claim 3 is characterized in that, in the invention of claim 2, the bottom surface portion of the hollow disc-shaped inner ring is formed with a tapered portion at a portion contacting the inner ring receiving portion of the outer ring. . Therefore, compared to the case where the bottom surface portion of the inner ring is flat, when the inner ring is tilted, the area (pressure receiving area) of the portion that comes into contact with the inner ring receiving portion of the outer ring can be increased. Suppresses wear and can receive load stably.
  • the invention of claim 4 is characterized in that, in the invention of claim 2 or 3, a tapered portion is formed at a tip portion of a cylindrical piston that comes into contact with a bottom surface portion of a hollow disc-shaped inner ring. Yes. Therefore, when the inner ring is tilted by the taper-shaped part, the area (pressure receiving area) of the part that comes into contact with the tip of the cylindrical piston can be increased. Can receive a load.
  • the taper-shaped portion formed at the tip portion of the piston has an inclination angle that is substantially the same angle.
  • the hollow disc When the tool axis is positioned in a direction perpendicular to the work surface of the workpiece, and the maximum tilt angle is 5 degrees, the hollow disc
  • the tilt angle can be set. By comprising in this way, the intensity
  • the invention of claim 6 is the invention according to any one of claims 2 to 5, characterized in that an O-ring is provided at the tip of the cylindrical piston that contacts the bottom surface of the hollow disc-shaped inner ring. It is said. Therefore, when the inner ring is tilted by the O-ring, the area (pressure receiving area) of the portion that contacts the tip portion of the cylindrical piston can be increased, and the metal is not in contact with the piston while ensuring the rigidity of the piston. In addition, deformation and wear of the inner ring can be suppressed, and a load can be stably received.
  • the invention of claim 7 is characterized in that, in the invention of any one of claims 2 to 6, a rotation stopper piece is formed on the inner peripheral surface portion of the outer ring at a position in contact with the outer peripheral surface portion of the inner ring. Yes. Since the non-rotating piece is fixed so as to be embedded in the outer ring portion, the non-rotating piece can receive the torque applied in the rotational direction without shifting due to the load change of the inner ring, and the radial load and the torque load are distributed. Therefore, the piston, the outer ring and the inner ring can be prevented from being deformed and worn, and the load can be stably received.
  • the invention of claim 8 is characterized in that, in any one of claims 1 to 7, a twister ring is provided at a position in contact with the outer peripheral surface of the cylindrical piston.
  • a twister ring is provided at a position in contact with the outer peripheral surface of the cylindrical piston.
  • twisting may occur in the groove that accommodates the O-ring, but the twister ring (X-ring) has an X-shaped cross section, so that it is concerned about twisting. There is no need.
  • twisting rings require less radial interference compared to O-rings, so contact pressure is reduced, friction and wear are reduced, and durability is excellent and sealability is also improved. it can. Further, since the reaction at the low pressure can be improved in the floating mechanism, the stable movement of the machine tool from the low pressure to the high pressure can be ensured.
  • the machine tool while ensuring rigidity, the machine tool can be reduced in size and weight, and the influence of inertial force due to movement can be eliminated.
  • the number of parts can be reduced and constant pressure control can be performed regardless of the tilting direction, compared with the conventional machine tool in which a large number of small pistons are arranged on the circumference, and the structure can be simplified.
  • deformation and wear of the inner ring and the outer ring can be suppressed and a load can be stably received.
  • the machine tool can be reduced in size and weight, and the structure can be simplified.
  • deformation and wear of the inner ring and the outer ring can be suppressed and a load can be stably received.
  • the strength of the contact portion of each tapered portion can be increased, and the stress applied to each contact portion can be dispersed. Moreover, since each contact part can be made into the same stress distribution, an extra deformation
  • deformation and wear of the piston, outer ring and inner ring can be suppressed and a load can be stably received.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of a machine tool according to the present invention.
  • a machine tool 20 according to the present invention is attached to a robot arm 1 as an example.
  • the machine tool 20 according to the present invention may be attached to a machine having an NC control device instead of the robot arm 1.
  • This machine tool 20 is interposed between a hollow cylinder part 2 having a cylindrical piston, a tool driving part 3 for fixing and driving various tools 10, and the tool driving part 3 and the hollow cylinder part 2. And a floating portion 4.
  • the tool driving unit 3 includes various tools 10, a chuck member 5 that holds the various tools 10, a bearing mechanism 6, and a motor 7.
  • the rotation shaft 7a of the motor 7 and the chuck member 5 are bearings. They are connected via a mechanism 6.
  • the motor 7 can be driven by air or by electricity.
  • the various tools 10 mean tools that can perform various processes such as deburring, polishing, and cutting. The various tools 10 are removed from the chuck member 5 in accordance with the various processes, and are replaced with the corresponding tools.
  • the positional relationship between the hollow cylinder part 2 provided with the cylindrical piston and the tool driving part 3 is such that at least a part of the tool driving part 3 is interposed in the internal space of the hollow cylinder part 2 via the floating part 4. It is fixed.
  • the tool driving unit 3 has a structure for driving the various tools 10 fixed to the chuck member 5.
  • FIG. 2 (a) is an explanatory view showing the floating part 4 of the machine tool 20 according to the present invention
  • FIG. 2 (b) is a partially enlarged view of FIG. 2 (a).
  • the floating portion 4 includes an outer ring 8 and an inner ring 9.
  • the outer ring 8 is fixed to the robot arm 1 side shown in FIG. 1
  • the inner ring 9 is fixed to the tool driving unit 3 side by a wedge member 11, a tightening member 12, and a bolt 13. ing.
  • the outer ring 8 has an inner peripheral surface portion 8a and an inner ring receiving portion 8b.
  • the inner peripheral surface portion 8 a is formed of a hollow cylindrical curved surface
  • the inner ring receiving portion 8 b is formed of a plane that contacts the bottom surface portion 9 c of the inner ring 9.
  • the inner ring 9 has a hollow disk shape having an outer peripheral surface portion 9a, an upper surface portion 9b, and a bottom surface portion 9c.
  • the outer peripheral surface portion 9a is spherically processed so as to coincide with a spherical surface (indicated by a two-dot chain line) that is equidistant from the center point 14 of the hollow disk shown in FIG.
  • the center point 14 of the hollow disk is on a plane that is parallel to and equidistant from the plane of the upper surface portion 9b of the inner ring 9 and the inner surface of the bottom surface portion 9c, and is equidistant from the outer peripheral surface portion 9a. It is defined as a point.
  • the upper surface portion 9b is composed of a flat surface that comes into contact with a cylindrical piston described later. Further, the flat surface outside the bottom surface portion 9c is formed with a tapered portion 15 so that a portion in contact with the inner ring receiving portion 8b of the outer ring 8 described above becomes an inclined surface.
  • the floating part 4 is configured as described above, when a load is applied to the tool at the tip from the workpiece in the radial direction, the inner ring 9 fixed to the tool driving part 3 side is inclined. At this time, since the outer peripheral surface portion 9a of the inner ring 9 is formed as a spherical surface, the shape and the contact area of the contact portion with the inner peripheral surface portion 8a of the outer ring 8 are always constant. Further, since the contact area can be widened, deformation and wear of the inner ring 9 and the outer ring 8 can be suppressed and a load can be stably received.
  • the bottom surface portion 9c of the inner ring 9 is formed with a tapered portion 15 at a portion that contacts the inner ring receiving portion 8b of the outer ring 8, compared to the case where the bottom surface portion 9c of the inner ring 9 is planar,
  • the area (pressure receiving area) of the outer ring 8 in contact with the inner ring receiving portion 8b can be increased, so that deformation and wear of the inner ring 9 and the outer ring 8 are suppressed, and a stable load is received. be able to.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a piston used in the machine tool 20 according to the present invention.
  • the piston 16 in FIG. 3A is composed of a hollow portion 16a, an outer peripheral portion 16b, and a tip portion 16c.
  • the taper-shaped part 21 is formed in the front-end
  • the tapered portion 21 can increase the area (pressure receiving area) of the portion that contacts the tip portion 16c of the cylindrical piston 16. Therefore, deformation and wear of the piston 16 and the inner ring 9 can be suppressed and a load can be stably received.
  • Reference numerals 29 and 30 are O-rings for maintaining airtightness between the wall surfaces 18a and 18b of the hollow cylinder, but twisting rings (X-rings) can be used instead of the O-rings.
  • twisting rings When the O-ring is used for reciprocating motion, twisting may occur in the groove that accommodates the O-ring, but the twister ring (X-ring) has an X-shaped cross section, so that it is concerned about twisting. There is no need.
  • twisting rings require less radial interference compared to O-rings, so contact pressure is reduced, friction and wear are reduced, and durability is excellent and sealability is also improved. it can. Further, since the reaction at the low pressure can be improved in the floating mechanism, the stable movement of the machine tool from the low pressure to the high pressure can be ensured.
  • the inclination angle of the tapered portion 21 formed on the tip portion 16c of the piston 16 is set to be substantially the same as the inclination angle of the tapered portion 15 formed on the bottom surface portion 9c of the inner ring 9 described above. Is preferred.
  • the piston 17 in FIG. 3B is composed of a hollow portion 17a, an outer peripheral portion 17b, and a tip portion 17c.
  • An O-ring 22 is provided at the tip 17c of the cylindrical piston 17 that contacts the upper surface 9b of the inner ring 9.
  • the O-ring 22 does not cause the portion that contacts the tip 17c of the cylindrical piston 17 to be in direct contact between the metals.
  • the deformation and wear of the inner ring 9 can be suppressed and a load can be stably received.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a part of the machine tool 20 according to the present invention.
  • the tool driving unit 3 is tilted, and this state is maintained.
  • the right end portion 17c of the piston 17 is in contact with the upper surface portion 9b of the inner ring 9
  • the left end portion 17c of the piston 17 is in contact with the upper surface portion 9b of the inner ring 9. It is in a floating state.
  • air of a predetermined pressure is supplied to the piston 17 from the air passage opening 25 to the air chamber 26, a force of a predetermined pressure is applied to the cylinder pressure receiving surface 27.
  • FIG. 5 is an explanatory view of the floating part 4 of the machine tool 20 according to the present invention as viewed from the upper surface part 9 b side of the inner ring 9.
  • a cylindrical detent piece 23 is formed on the inner peripheral surface portion 8 a of the outer ring 8 at a position in contact with the outer peripheral surface portion 9 a of the inner ring 9.
  • the anti-rotation piece 23 is engaged with an arcuate recess 24 formed on the outer peripheral surface 9 a of the inner ring 9.
  • the machine tool provided with the floating mechanism according to the present invention is used as a machine for machining a workpiece.

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Abstract

（課題）ラジアル方向とスラスト方向の両方向に生じる荷重に対する受けを備えて、フローティング機構の変形を少なくすると共に、全体を小型化し、軽量化することができるフローティング機構を備えた工作機械を提供する。（解決手段）工作機械のフローティング部（４）は、外周面部（９ａ）と上面部（９ｂ）と底面部（９ｃ）とを有する中空円板状の内輪（９）と、内周面部（８ａ）と内輪受け部（８ｂ）とを有する外輪（８）とを備え、外輪（８）は、ロボットアーム側に固定され、内輪（９）は、工具駆動部側に固定されていると共に、内輪（９）の外周面は、中空円板の中心点（１４）から等距離にある球面にて形成されており、中空状のピストンにより中空円板状の内輪（９）を押さえている。

Description

フローティング機構を備えた工作機械
　本発明は、バリ取り、研磨、切削等の各種加工を行う工作機械であって、特にフローティング機構を備えた工作機械に関するものである。
　従来から、空気の圧力やバネ力によってピストンを押圧し、工作機械の先端に設置された砥石やドリル等の各種工具を一定の圧力で押圧して工作物の加工を行うと共に、工作物の形状の誤差や、工作物毎に変化する加工面の状態、工作物を設置する位置ずれから工作物が基準工作物との間に生じる変位を、砥石やドリル等の各種工具が移動することによって吸収するフローティング機構を備えた工作機械が知られている（特許文献１）。
特開平３－２８１１８９号公報
　ここで、特許文献１に記載の工作機械は、スプリング機構と、球面ベアリングとの構成を備え、砥石やドリル等の各種工具の傾く軸の方向（以下、ラジアル方向と言う。）の荷重に対して、球面ベアリングの中心を支点として受ける構成となっている。
　しかしながら、上記工作機械の球面ベアリングでは、ラジアル方向に対して垂直な方向（以下、スラスト方向と言う。）の荷重によって、クサビのように球面ベアリングの外輪側を広げようとする方向に力が加わるため、球面ベアリングに変形が生じて動作不良の原因となり易かった。また、剛性を確保するためには、大きくならざるを得ず、重量が重くなることから、切削能力で必要とされる力よりも大型の搬送重量を持つ装置が必要であった。
　本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、ラジアル方向とスラスト方向の両方向に生じる荷重に対する受けを備えて、フローティング機構の変形を少なくすると共に、剛性を確保しつつ、全体を小型化し、軽量化することができるフローティング機構を備えた工作機械を提供することを目的とする。
　上記従来の課題を解決する為に、請求項１の発明は、ロボットアーム又はＮＣ制御装置を有する機械に取り付けられた各種工具によって、工作物を加工する工作機械であって、該工作機械は、筒状のピストンを備えた中空シリンダー部と、該中空シリンダー部の内部空間に少なくとも一部が固定され前記各種工具を駆動させる工具駆動部と、該工具駆動部と前記中空シリンダー部との間に介在するフローティング部とを備え、該フローティング部の一部が、前記中空シリンダー部の筒状のピストンに接触すると共に、該筒状のピストンにより所定圧で押圧されることを特徴としている。したがって、筒状のピストンを備えた中空シリンダーを採用することによって、中空シリンダーの内部に工具駆動部を設置する事が出来、その結果として、工具駆動部の重心付近に、フローティング部の可動部の可動中心が位置するので工作機械の移動による慣性による荷重の変化に対して影響を受けず、移動中の急激な加速度が生じる切削方向の変化に対しても一定の圧力での切削加工が可能となっている。また、ピストンのエアー受圧面が、薄く円筒形にできるため、剛性を確保しながらも、工作機械を小型化し、軽量化することができる。また従来型の円周上に小型のピストンを多数配置した工作機械よりも、部品点数を減らし、ラジアル方向の３６０度のいずれの方向に対しても押し付け圧力が変化をすることも無く、構造も簡素化することができる。
また、請求項２の発明は、ロボットアーム又はＮＣ制御装置を有する機械に取り付けられた各種工具によって、工作物を加工する工作機械であって、該工作機械は、筒状のピストンを備えた中空シリンダー部と、前記各種工具を固定して駆動させる工具駆動部と、該工具駆動部と前記中空シリンダー部との間に介在するフローティング部とを備え、該フローティング部は、外周面部と上面部と底面部とを有する中空円板状の内輪と、内周面部と内輪受け部とを有する外輪とを備え、該外輪は、前記ロボットアーム側に固定され、前記内輪は、前記工具駆動部側に固定されていると共に、前記内輪の外周面は、中空円板の中心点から等距離にある球面にて形成されていることを特徴としている。したがって、先端の工具に工作物からラジアル方向に荷重がかかると、工具駆動部側に固定されている内輪が傾くことになる。この時、内輪の外周面部が球面にて形成されていることから、外輪の内周面部への接触部分の形状及び接触面積が常に一定となる。また、接触面積を広くとることができることから、内輪及び外輪の変形、磨耗を抑え、安定的に荷重を受けることができる。また、筒状のピストンを備えた中空シリンダーを採用することによって、ピストンのエアー受圧面が、薄く円筒形にできるため、剛性を確保しながらも、工作機械を小型化し、軽量化することができる。また従来型の円周上に小型のピストンを多数配置した工作機械よりも、部品点数を減らし、構造を簡素化することができる。
　また、請求項３の発明は、請求項２の発明において、中空円板状の内輪の底面部は、外輪の内輪受け部と接触する部分にテーパー形状部が形成されていることを特徴としている。したがって、内輪の底面部が平面状の場合と比較して、内輪が傾いた時に、外輪の内輪受け部と接触する部分の面積（受圧面積）を大きくすることができるので、内輪及び外輪の変形、磨耗を抑え、安定的に荷重を受けることができる。
　また、請求項４の発明は、請求項２又は３の発明において、中空円板状の内輪の底面部と接触する筒状のピストンの先端部分にテーパー形状部が形成されていることを特徴としている。したがって、テーパー形状部によって、内輪が傾いた時に、筒状のピストンの先端部分と接触する部分の面積（受圧面積）を大きくすることができるので、ピストン及び内輪の変形、磨耗を抑え、安定的に荷重を受けることができる。
　また、請求項５の発明は、請求項３又は４の発明において、中空円板状の内輪の底面部に形成された外輪の内輪受け部と接触する部分のテーパー形状部の傾斜角度と、筒状のピストンの先端部分に形成されたテーパー形状部の傾斜角度とが略同一の角度としたことを特徴としている。一例として、工作物の工作面に対して垂直な方向に工具の軸が位置している状態を基準とし、最大傾斜角度を工具の軸が５度傾いた状態とした場合には、中空円板状の内輪の底面部に形成された外輪の内輪受け部と接触する部分のテーパー形状部の傾斜角度と、筒状のピストンの先端部分に形成されたテーパー形状部の傾斜角度を同じ５度の傾斜角度と設定することができる。このように構成することによって、各テーパー形状部の接触部分の強度を高めることができると共に、各接触部分に加わる応力を分散させることができる。また、各接触部分を同一の応力分布とすることができるので、余計な変形を防ぐことができる。
　また、請求項６の発明は、請求項２～５いずれかの発明において、中空円板状の内輪の底面部と接触する筒状のピストンの先端部分にＯリングが備えられていることを特徴としている。したがって、Ｏリングによって、内輪が傾いた時に、筒状のピストンの先端部分と接触する部分の面積（受圧面積）を大きくすることができ、ピストンの剛性を確保しながらも金属接触しないので、ピストン及び内輪の変形、磨耗を抑え、安定的に荷重を受けることができる。
　また、請求項７の発明は、請求項２～６のいずれかの発明において、外輪の内周面部には、内輪の外周面部と接触する位置に回り止め片が形成されていることを特徴としている。回り止め片は、外輪部に埋め込まれるように固定されているため、内輪の荷重変化によってずれることなく、回り止め片で回転方向にかかるトルクを受けることができ、ラジアル荷重とトルク荷重とを分散して別々に受ける構造となっていることから、ピストン、外輪及び内輪の変形、磨耗を抑え、安定的に荷重を受けることができる。
　また、請求項８の発明は、請求項１～７のいずれかの発明において、筒状のピストンの外周面と接触する位置にツイスターリングが備えられていることを特徴としている。Ｏリングを往復運動に用いた場合には、Ｏリングを収容する溝内でねじれを生じる場合があるが、ツイスターリング（Ｘリング）は、Ｘ形状断面を有しているので、ねじれを心配する必要がない。また、ツイスターリングは、Ｏリングに比べて半径方向のしめ代が小さくてすむため、接触圧力が小さくなり、摩擦及び摩耗も小さくなるため、耐久性に優れており、シール性も良くすることができる。さらに、フローティング機構において、低圧力での反応を良くすることができるため、低圧力から高圧力まで工作機械の安定した動きを確保することができる。
　請求項１の発明では、剛性を確保しながらも、工作機械を小型化し、軽量化することができ、移動による慣性の力の影響を無くすことができる。また従来型の円周上に小型のピストンを多数配置した工作機械よりも、部品点数を減らし、傾く方向に関係なく定圧制御することができ、構造を簡素化することができる。
　また、請求項２の発明では、内輪及び外輪の変形、磨耗を抑え、安定的に荷重を受けることができる。また、剛性を確保しつつ、工作機械を小型化し、軽量化し、構造を簡素化することができる。
　また、請求項３の発明では、内輪及び外輪の変形、磨耗を抑え、安定的に荷重を受けることができる。
　また、請求項４の発明では、ピストン及び内輪の変形、磨耗を抑え、安定的に荷重を受けることができる。
　また、請求項５の発明では、各テーパー形状部の接触部分の強度を高めることができると共に、各接触部分に加わる応力を分散させることができる。また、各接触部分が同一の応力分布とすることができるので、余計な変形を防ぐことができる。
　また、請求項６の発明では、ピストン及び内輪の変形、磨耗を抑え、安定的に荷重を受けることができる。
　また、請求項７の発明では、ピストン、外輪及び内輪の変形、磨耗を抑え、安定的に荷重を受けることができる。
　また、請求項８の発明では、フローティング機構において、低圧力での反応を良くすることができるため、低圧力から高圧力まで工作機械の安定した動きを確保することができる。
本発明に係る工作機械の概要を示す説明図である。 本発明に係る工作機械のフローティング部を示す説明図である。 本発明に係る工作機械に使用するピストンの例を示す断面図である。 本発明に係る工作機械の一部を示す断面図である。 本発明に係る工作機械のフローティング部の一部を示す説明図である。
　図１は、本発明に係る工作機械の概要を示す説明図である。この図に示すように、本発明に係る工作機械２０は、一例としてロボットアーム１に取り付けられている。尚、ロボットアーム１にかえてＮＣ制御装置を有する機械に、本発明に係る工作機械２０を取り付けることもできる。
　この工作機械２０は、筒状のピストンを備えた中空シリンダー部２と、各種工具１０を固定して駆動させる工具駆動部３と、この工具駆動部３と中空シリンダー部２との間に介在するフローティング部４とを備えている。
　工具駆動部３は、各種工具１０と、この各種工具１０を把持するチャック部材５と、ベアリング機構６と、モーター７とから構成されており、モーター７の回転軸７ａとチャック部材５とがベアリング機構６を介して連結されている。尚、モーター７の駆動は、エアーによるものと、電気によるものの、どちらも採用することができる。また、各種工具１０とは、バリ取り、研磨、切削等の各種加工を行うことができる工具を意味するものであり、各種加工に対応してチャック部材５から取り外され、対応する工具に交換される。
　ここで、筒状のピストンを備えた中空シリンダー部２と、工具駆動部３との位置関係は、中空シリンダー部２の内部空間に工具駆動部３の少なくとも一部が、フローティング部４を介して固定されているものである。そして、上述したように、工具駆動部３は、チャック部材５に固定された各種工具１０を駆動させる構造となっている。
　図２（ａ）は、本発明に係る工作機械２０のフローティング部４を示す説明図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の一部拡大図である。この図に示すように、フローティング部４は、外輪８と、内輪９とを備えている。ここで、外輪８は、図１に示したロボットアーム１側に固定されており、内輪９は、くさび部材１１と、締付部材１２と、ボルト１３とによって、工具駆動部３側に固定されている。
　そして、外輪８は、内周面部８ａと内輪受け部８ｂとを有している。内周面部８ａは、中空円筒状の曲面からなるものであり、内輪受け部８ｂは、内輪９の底面部９ｃと接触する平面からなるものである。
　次に、内輪９は、外周面部９ａと上面部９ｂと底面部９ｃとを有する中空円板状のものである。ここで、外周面部９ａは、図２に示す中空円板の中心点１４から等距離にある球面（二点鎖線で示す。）に一致するように球面加工がなされている。尚、中空円板の中心点１４とは、内輪９の上面部９ｂの平面と、底面部９ｃの内側の平面とに平行で、等距離にある平面上に有り、外周面部９ａから等距離にある点として定義される。
　次に、上面部９ｂは、後述する円筒状のピストンと接触する平面からなるものである。また、底面部９ｃの外側の平面は、前述した外輪８の内輪受け部８ｂと接触する部分が傾斜面となるように、テーパー形状部１５が形成されている。
　フローティング部４は、上述したように構成されているので、先端の工具に工作物からラジアル方向に荷重がかかると、工具駆動部３側に固定されている内輪９が傾くことになる。この時、内輪９の外周面部９ａが球面にて形成されていることから、外輪８の内周面部８ａへの接触部分の形状及び接触面積が常に一定となる。また、接触面積を広くとることができることから、内輪９及び外輪８の変形、磨耗を抑え、安定的に荷重を受けることができる。
　また、内輪９の底面部９ｃは、外輪８の内輪受け部８ｂと接触する部分にテーパー形状部１５が形成されていることから、内輪９の底面部９ｃが平面状の場合と比較して、内輪９が傾いた時に、外輪８の内輪受け部８ｂと接触する部分の面積（受圧面積）を大きくすることができるので、内輪９及び外輪８の変形、磨耗を抑え、安定的に荷重を受けることができる。
　図３は、本発明に係る工作機械２０に使用するピストンの例を示す断面図である。図３（ａ）のピストン１６は、中空部１６ａと、外周部１６ｂと、先端部１６ｃとから構成されている。そして、内輪９の上面部９ｂと接触する筒状のピストン１６の先端部１６ｃにテーパー形状部２１が形成されている。
　ピストン１６を上述のように構成することにより、内輪９が傾いた時に、テーパー形状部２１によって、筒状のピストン１６の先端部１６ｃと接触する部分の面積（受圧面積）を大きくすることができるので、ピストン１６及び内輪９の変形、磨耗を抑え、安定的に荷重を受けることができる。
尚、符号２９、３０は、中空シリンダーの壁面１８ａ，１８ｂとの間の気密を保つためのＯリングであるが、このＯリングに替えてツイスターリング（Ｘリング）を使用することができる。Ｏリングを往復運動に用いた場合には、Ｏリングを収容する溝内でねじれを生じる場合があるが、ツイスターリング（Ｘリング）は、Ｘ形状断面を有しているので、ねじれを心配する必要がない。また、ツイスターリングは、Ｏリングに比べて半径方向のしめ代が小さくてすむため、接触圧力が小さくなり、摩擦及び摩耗も小さくなるため、耐久性に優れており、シール性も良くすることができる。さらに、フローティング機構において、低圧力での反応を良くすることができるため、低圧力から高圧力まで工作機械の安定した動きを確保することができる。
また、ピストン１６の先端部１６ｃに形成されているテーパー形状部２１の傾斜角度は、前述した内輪９の底面部９ｃに形成されているテーパー形状部１５の傾斜角度と略同一の角度とすることが好ましい。
一例として、工作物の工作面に対して垂直な方向に工具の軸が位置している状態を基準とし、最大傾斜角度を工具の軸が５度傾いた状態とした場合には、中空円板状の内輪９の底面部９ｃに形成された外輪８の内輪受け部８ｂと接触する部分のテーパー形状部１５の傾斜角度と、筒状のピストン１６の先端部１６ｃに形成されたテーパー形状部２１の傾斜角度を同じ５度の傾斜角度と設定することができる。このように構成することによって、各テーパー形状部１５，２１の接触部分の強度を高めることができると共に、各接触部分に加わる応力を分散させることができる。また、各接触部分を同一の応力分布とすることができるので、余計な変形を防ぐことができる。
　また、図３（ｂ）のピストン１７は、中空部１７ａと、外周部１７ｂと、先端部１７ｃとから構成されている。そして、内輪９の上面部９ｂと接触する筒状のピストン１７の先端部１７ｃにＯリング２２が備えられている。
　ピストン１７を上述のように構成することにより、内輪９が傾いた時に、Ｏリング２２によって、筒状のピストン１７の先端部１７ｃと接触する部分が金属同士の直接触とならないので、ピストン１７及び内輪９の変形、磨耗を抑え、安定的に荷重を受けることができる。
　図４は、本発明に係る工作機械２０の一部を示す断面図である。この図に示すように、各種工具に所定以上の力が加わると、工具駆動部３が傾いた状態となり、この状態が維持されることとなる。この状態では、図面上、ピストン１７の右側の先端部１７ｃは、内輪９の上面部９ｂと接触した状態となっており、ピストン１７の左側の先端部１７ｃは、内輪９の上面部９ｂと接触していない浮いた状態となっている。ここで、ピストン１７には、エアー通り口２５から気室２６に所定圧のエアーが供給されているので、シリンダー受圧面２７は所定圧の力が加わっている。
　図５は、本発明に係る工作機械２０のフローティング部４を内輪９の上面部９ｂ側から視た説明図である。この図に示すように、外輪８の内周面部８ａには、内輪９の外周面部９ａと接触する位置に、円柱状の回り止め片２３が形成されている。この回り止め片２３は、内輪９の外周面部９ａに形成された円弧状の凹部２４に係止される。
　したがって、円柱状の回り止め片２３で、内輪９の回転方向にかかるトルク荷重を受けることができる。また、凹部２４が円弧状となっていることから、円柱状の回り止め片２３との接触面積を大きくとることができ、複数の回り止め片２３、２３によってトルク荷重が分散されるので、内輪９の変形、磨耗を抑えることができる。さらに、前述したように、ラジアル荷重とトルク荷重とを分散して別々に受ける構造となっていることから、ピストン１６、１７、外輪８及び内輪９の変形、磨耗を抑え、安定的に荷重を受けることができる。
　本発明に係るフローティング機構を備えた工作機械は、工作物を加工する機械として使用される。
　１　ロボットアーム
　２　中空シリンダー部
　３　工具駆動部
　４　フローティング部
　５　チャック部材
　６　ベアリング機構
　７　モーター
　７ａ　回転軸
　８　外輪
　９　内輪
　１０　各種工具
　１１　くさび部材
　１２　締付部材
　１３　ボルト
　１４　中心点
　１５　テーパー形状部
　１６、１７　ピストン
　１８ａ、１８ｂ　中空シリンダーの壁面
　２０　工作機械
　２１　テーパー形状部
　２２　Ｏリング
　２３　回り止め片
　２４　凹部
　２５　エアー通り口
　２６　気室
　２７　シリンダー受圧面

Claims (8)

  1. 　ロボットアーム又はＮＣ制御装置を有する機械に取り付けられた各種工具によって、工作物を加工する工作機械であって、該工作機械は、筒状のピストンを備えた中空シリンダー部と、該中空シリンダー部の内部空間に少なくとも一部が固定され前記各種工具を駆動させる工具駆動部と、該工具駆動部と前記中空シリンダー部との間に介在するフローティング部とを備え、該フローティング部の一部が、前記中空シリンダー部の筒状のピストンに接触すると共に、該筒状のピストンにより所定圧で押圧されることを特徴とするフローティング機構を備えた工作機械。
  2. 　ロボットアーム又はＮＣ制御装置を有する機械に取り付けられた各種工具によって、工作物を加工する工作機械であって、該工作機械は、筒状のピストンを備えた中空シリンダー部と、前記各種工具を固定して駆動させる工具駆動部と、該工具駆動部と前記中空シリンダー部との間に介在するフローティング部とを備え、該フローティング部は、外周面部と上面部と底面部とを有する中空円板状の内輪と、内周面部と内輪受け部とを有する外輪とを備え、該外輪は、前記ロボットアーム側に固定され、前記内輪は、前記工具駆動部側に固定されてあると共に、前記内輪の外周面は、中空円板の中心点から等距離にある球面にて形成されていることを特徴とするフローティング機構を備えた工作機械。
  3. 　中空円板状の内輪の底面部は、外輪の内輪受け部と接触する部分にテーパー形状部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のフローティング機構を備えた工作機械。
  4. 　中空円板状の内輪の底面部と接触する筒状のピストンの先端部分にテーパー形状部が形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のフローティング機構を備えた工作機械。
  5. 　中空円板状の内輪の底面部に形成された外輪の内輪受け部と接触する部分のテーパー形状部の傾斜角度と、筒状のピストンの先端部分に形成されたテーパー形状部の傾斜角度とが略同一の角度としたことを特徴とする請求項３又は４に記載のフローティング機構を備えた工作機械。
  6. 　中空円板状の内輪の底面部と接触する筒状のピストンの先端部分にＯリングが備えられていることを特徴とする請求項２～５のいずれか１項に記載のフローティング機構を備えた工作機械。
  7. 　外輪の内周面部には、内輪の外周面部と接触する位置に回り止め片が形成されていることを特徴とする請求項２～６のいずれか１項に記載のフローティング機構を備えた工作機械。
  8. 　筒状のピストンの外周面と接触する位置にツイスターリングが備えられていることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載のフローティング機構を備えた工作機械。
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