JP2009095913A - 工作機械の加工ツール保護装置およびホーニング盤 - Google Patents
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Abstract
【課題】回転主軸に取り付けられた加工ツールが回転して、ワークに研削、切削等の機械加工を施す形式の工作機械において、過度なトルク負荷による加工ツールの損傷、折損等を防止保護する加工ツール保護装置を提供する。
【解決手段】加工ツールであるホーニングツール1が取り付けられた回転主軸2と、回転主軸2を回転させる主軸回転駆動部3のサーボモータ16との間に、サーボモータ16の回転力を磁気作用により回転主軸2に伝達するホーニングツール1を備え、磁気式カップリング装置25の回転力を伝える磁気伝達トルクが、ホーニングツール1にかかる所定のトルク負荷(例えば、ホーニングツール1の折損トルク)よりも小さく設定されている。これにより、過度なトルク負荷によるホーニングツール1の損傷、折損等を有効に防止保護することができる。
【選択図】図2
【解決手段】加工ツールであるホーニングツール1が取り付けられた回転主軸2と、回転主軸2を回転させる主軸回転駆動部3のサーボモータ16との間に、サーボモータ16の回転力を磁気作用により回転主軸2に伝達するホーニングツール1を備え、磁気式カップリング装置25の回転力を伝える磁気伝達トルクが、ホーニングツール1にかかる所定のトルク負荷(例えば、ホーニングツール1の折損トルク)よりも小さく設定されている。これにより、過度なトルク負荷によるホーニングツール1の損傷、折損等を有効に防止保護することができる。
【選択図】図2
Description
この発明は、工作機械の加工ツール保護装置およびホーニング盤に関し、さらに詳細には、例えばホーニング盤のホーニングツールのように、回転主軸に取り付けられた加工ツールが回転して、工作物に研削、切削等の機械加工を施す形式の工作機械において、加工ツールの損傷、折損等を防止保護する加工ツール保護技術に関する。
工作物(以下、ワークと称する。)の内周面を鏡面に仕上げる加工法の一つとしてホーニング加工がある。このホーニング加工においては、砥石を備えたホーニングツールとワークを相対的に浮動の状態におくとともに、ホーニングツールに回転動作と往復動作を与えて、ばね弾発力等によるホーニングツールの砥石の拡張によりワーク内周面に精密仕上げを行う。
ところで、従来のホーニング盤においては、装置機械自体を保護する構成は備えているものの、加工ツールであるホーニングツールを保護する構成は備えておらず、i)ワークの不良(例えば、ワークの穴径が規格よりも小さい等、前加工精度が規格外であるなど)、ii)砥石の目詰まりによる噛みこみ、あるいはiii)制御プログラムミス(人為的ミス)などにより、ホーニングツールの砥石がワークに食い付いてしまい、ホーニングツールに過度なトルク負荷が生じることがある。
この場合、ホーニングツールが比較的大径であれば、砥石の食い付きで異常が分かるが、小径だとホーニングツール自体の強度が上記トルク負荷に負けて折損してしまうという状況があった。
しかしながら、ホーニングツールは比較的高価な部品であるばかりでなく、その交換作業は熟練を要するとともに複雑であり、装置の復旧に時間がかかるという問題があり、その改善が要望されていた。
このような問題は、ホーニング盤に限られず、ボール盤や中ぐり盤等の回転主軸に取り付けられた加工ツールが回転して、ワークに研削、切削等の機械加工を施す形式の他の工作機械にも共通するものであった。
なお、本出願人の知る限りにおいて、このような点に着目・改良した先行技術はまだ存在しない。
なし
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、回転主軸に取り付けられた加工ツールが回転して、ワークに研削、切削等の機械加工を施す形式の工作機械において、過度なトルク負荷による加工ツールの損傷、折損等を防止保護する加工ツール保護装置を提供することにある。
また本発明の他の目的とするところは、上記加工ツール保護装置を備えたホーニング盤を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の加工ツール保護装置は、回転主軸に取り付けられた加工ツールが回転して、ワークに研削、切削等の機械加工を施す形式の工作機械において、上記加工ツールの損傷、折損等を防止保護するものであって、上記回転主軸とこの回転主軸を回転させる回転駆動源との間に、回転駆動源の回転力を磁気作用により上記回転主軸に伝達する磁気式カップリング手段を備え、この磁気式カップリング手段の上記回転力を伝える磁気伝達トルクは、上記ホーニングツールにかかる所定のトルク負荷よりも小さく設定されていることを特徴とする。
好適な実施態様として、以下の構成が採用される。
(1)上記所定のトルク負荷は、上記ホーニングツールが折損する折損トルクよりも小さい値に設定される。
(1)上記所定のトルク負荷は、上記ホーニングツールが折損する折損トルクよりも小さい値に設定される。
(2)上記磁気式カップリング手段は、上記回転主軸と同軸上に配置された環状マグネットカップリングの形態とされ、この環状マグネットカップリングは、上記回転駆動源に駆動連結された駆動側マグネットリング部材と、上記回転主軸に回転方向へ一体的に駆動連結された従動側マグネットリング部材とを備え、これら両マグネットリング部材は、その環状マグネット面が無接触状態で平行にかつ同心状に対向配置されて、これら両環状マグネット面間に形成される磁気作用ギャップにより上記磁気伝達トルクが設定される。
(3)上記駆動側および従動側マグネットリング部材は、上記回転主軸の軸方向へ相対的に移動可能とされて、これにより、上記環状マグネット面間の上記磁気作用ギャップの大きさが変更されて、上記磁気伝達トルクが調整される構成とされる。
(4)上記駆動側および従動側マグネットリング部材を上記回転主軸に軸方向へ相対的に移動させて、上記磁気作用ギャップの大きさを調整するギャップ調整手段を備え、このギャップ調整手段は、上記駆動側および従動側マグネットリング部材のいずれか一方を上記回転主軸の軸方向へ移動させる移動手段と、この移動手段を制御するギャップ制御手段とを備えてなり、このギャップ制御手段は、上記磁気伝達トルクが上記回転主軸の回転数に対応して調整されるように、上記移動手段を制御する構成とされる。
(5)上記ギャップ制御手段は、上記回転主軸が停止状態から起動して所定の回転数に達するまでは、上記磁気伝達トルクが所定の起動用トルク値となるように、また上記回転主軸の回転数が上記所定の回転数に達したら、上記磁気伝達トルクが所定の加工用トルク値になるように、上記移動手段を制御する構成とされる。
(6)上記移動手段は、上記駆動側および従動側マグネットリング部材のいずれか一方に連結された送りねじ機構と、この送りねじ機構を回転駆動する回転駆動源とを備えてなり、上記送りねじ機構のナット部材が上記駆動側および従動側マグネットリング部材のいずれか一方に連結固定されるとともに、このナット部材を螺進退動作させるねじ部材が上記回転主軸の軸線に平行に配される。
(7)上記駆動側および従動側マグネットリング部材は、リング部材本体の対向面に、環状の永久磁石が設けられて、前記環状マグネット面が形成される。
(8)上記駆動側および従動側マグネットリング部材は、リング部材本体の対向面に、円周方向へ等間隔をもって配された永久磁石からなる少なくとも一つの環状磁石列を備えてなり、この環状磁石列により上記環状マグネット面が形成される。
(9)上記リング部材本体の対向面に、配列径の異なる複数の上記環状磁石列が同心状に配される。
また、本願発明のホーニング盤は、ワークの内周面の軸線方向へ往復移動可能とされるとともに、軸線まわりに回転可能に軸支されてなる回転主軸と、回転主軸を軸線回りに回転駆動する主軸回転手段と、回転主軸を上記内周面の軸線方向へ往復動作させる主軸往復駆動部4と、回転主軸先端に装着され、上記内周面に沿った砥石面を有するホーニング砥石を拡縮可能に備えるホーニングツールと、このホーニングツールのホーニング砥石に所定の切込み動作を与える砥石切込み手段と、上記回転主軸と上記主軸回転手段の駆動伝達経路に設けられて、上記ホーニングツールの損傷、折損等を防止保護するホーニングツール保護手段と、上記主軸回転手段、主軸往復手段および砥石切込み手段の動作を相互に連動して自動制御する制御手段とを備えてなり、上記ホーニングツール保護手段は、上述した本願発明の加工ツール保護装置により構成されていることを特徴とする。
本発明に係る加工ツール保護装置にあっては、加工ツールが取り付けられた回転主軸とこの回転主軸を回転させる回転駆動源との間に、回転駆動源の回転力を磁気作用により上記回転主軸に伝達する磁気式カップリング手段を備え、この磁気式カップリング手段の上記回転力を伝える磁気伝達トルクが、上記加工ツールにかかる所定のトルク負荷よりも小さく設定されているから、過度なトルク負荷による加工ツールの損傷、折損等を有効に防止保護することができる。
例えば、上記加工ツール保護装置を備えたホーニング盤においては、ワークの不良、加工ツールであるホーニングツールの砥石の目詰まりによる噛みこみ、あるいは制御プログラムミスなどにより、ホーニングツールの砥石がワークに食い付いてしまい、ホーニングツールに過度なトルク負荷がかかるような場合でも、上記磁気式カップリング手段における磁気伝達トルクがホーニングツールの折損トルクよりも小さな所望の値に設定されることで、ホーニングツールが過度なトルク負荷を受けて折損する前に、磁気式カップリング手段の回転伝達力が無効とされる結果、ホーニングツールの損傷、折損が有効に防止される。
また、上記磁気式カップリング手段が、上記回転駆動源に駆動連結された駆動側マグネットリング部材と、上記回転主軸に回転方向へ一体的に駆動連結された従動側マグネットリング部材とを備えた環状マグネットカップリングの形態とされて、上記両マグネットリング部材の環状マグネット面が無接触状態で平行にかつ同心状に対向配置されて、これら両環状マグネット面間に形成される磁気作用ギャップにより上記磁気伝達トルクが設定される構造とされることにより、構造簡単でしかも故障の少ない磁気式カップリング手段を提供することができる。
しかも、このような構造のマグネットカップリングは、既設の工作機械にも少しの改良を加えることで組み込むことも可能であり、汎用性に富み経済的である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
実施形態1
本発明に係るホーニング盤を図1に示し、このホーニング盤は、具体的には図4に示すように、ワークWの円筒状の加工穴の内周面Waを加工する立形のもので、先端にホーニングツール1を備える回転主軸2、主軸回転駆動部(主軸回転手段)3、主軸往復駆動部(主軸往復手段)4、砥石切込み部(砥石切込み手段)5および装置制御部(制御手段)6などを主要部として備えるとともに、上記回転主軸2と上記主軸回転駆動部3の駆動伝達経路に、ホーニングツール保護部(ホーニングツール保護手段、加工ツール保護装置)7を備えてなる。
本発明に係るホーニング盤を図1に示し、このホーニング盤は、具体的には図4に示すように、ワークWの円筒状の加工穴の内周面Waを加工する立形のもので、先端にホーニングツール1を備える回転主軸2、主軸回転駆動部(主軸回転手段)3、主軸往復駆動部(主軸往復手段)4、砥石切込み部(砥石切込み手段)5および装置制御部(制御手段)6などを主要部として備えるとともに、上記回転主軸2と上記主軸回転駆動部3の駆動伝達経路に、ホーニングツール保護部(ホーニングツール保護手段、加工ツール保護装置)7を備えてなる。
ホーニングツール(いわゆるホーニングヘッド)1は、回転主軸2の先端つまり下端2aに交換可能に装着されている。
このホーニングツール1の内部には、図4に示すように、径方向へ拡縮可能に配された複数のホーニング砥石10、10、…、これらホーニング砥石を拡張動作させるコーンロッド11およびホーニング砥石10、10、…を復帰動作させる復帰ばね(図示省略)等を備える。
各ホーニング砥石10は、ワークWの内周面Waに沿った砥石面10aを有する。また、コーンロッド11は、上記ホーニングツール1内において上下方向へ移動可能に設けられており、その先端ウェッジ11aが各ホーニング砥石10の砥石台10bを押圧する砥石拡張部とされるとともに、その上部である基部ロッド11bが、後述する砥石拡張ロッド35に連結されている。また、図示しないが、ホーニング砥石10、10、…は上記復帰ばねにより常時縮閉方向へ弾発的に付勢されている。
そして、上記ホーニング砥石10、10、…は、上記コーンロッド11の下動に伴って拡開動作される一方、コーンロッド11の上動に伴って上記復帰ばねにより縮閉動作されることとなる。
回転主軸2は、その下端にホーニングツール1を備えるとともに、主軸駆動軸15、サーボモータ(回転駆動源)16等を含む上記主軸回転駆動部3と、スライド本体17、油圧シリンダ18等を含む上記主軸往復駆動部4とにそれぞれ連係されている。
すなわち、回転主軸2はスライド本体17に回転可能に軸支されており、このスライド本体17が、機体20上の上下方向へ延びる案内ロッドまたはレール21上に昇降可能に設けられるとともに、機体20に取り付けられた油圧シリンダ18のピストンロッド18aに連結されている。そして、この油圧シリンダ18のピストンロッド18aが昇降動作することにより、スライド本体17を介して、回転主軸2つまりはホーニングツール1が昇降動作されることとなる。
また、回転主軸2の上端部2aは、機体20のヘッド部20aに回転可能に設けられた主軸駆動軸15にスプライン嵌合されて、この主軸駆動軸15に対して、上下方向(軸線方向)へ相対的に移動可能でかつ一体回転可能に連結されている。
具体的には、回転主軸2の上端部2aが、ロータリスプライン装置22により、機体20のヘッド部20aに軸支されるとともに、上記主軸駆動軸15に同軸上に接続されている。
そして、このロータリスプライン装置22の軸支作用により、回転主軸2は、上記機体20に対して上下方向(軸線方向)へ相対的に移動可能でかつ回転可能とされる一方、上記ロータリスプライン装置22を介して上記ヘッド部20aに回転可能に支持された主軸駆動軸15に対して上下方向へ相対的に移動可能でかつ回転方向に一体的に係合接続されている。図示の実施形態のロータリスプライン装置22としては、ロータリボールスプライン(商品名)が用いられている。これにより、主軸駆動軸15と一体接続された回転主軸2は、上記機体20に対して、上下方向(軸線方向)へ相対的に移動可能でかつ回転可能とされている。
回転主軸2と一体回転する上記主軸駆動軸15の上端部には、上記ホーニングツール保護部7が設けられており、このホーニング保護部7を介して、主軸駆動軸15が上記サーボモータ16に駆動連結されている。
ホーニングツール保護部7は、ホーニングツール1の損傷、折損等を防止保護するもので、上述のごとく図示の実施形態においては、主軸駆動軸15に設けられている。
このホーニングツール保護部7は、その具体的構造が図2に示されており、磁気式カップリング装置(磁気式カップリング手段)25を主要部として構成されている。
磁気式カップリング装置25は、主軸回転駆動源である主軸往復駆動部4のサーボモータ16の回転力を磁気作用により上記回転主軸2に伝達するもので、具体的には、回転主軸2と同軸上に配置された環状マグネットカップリングの形態とされている。
図示の実施形態の環状マグネットカップリング(磁気式カップリング装置)25は、上述したように主軸往復駆動部4の主軸駆動軸15上に設けられており、サーボモータ16に駆動連結された駆動側マグネットリング部材30と、上記回転主軸2に回転方向へ一体的に駆動連結された従動側マグネットリング部材31とを備えてなる。
これら一対のマグネットリング部材30、31は、その環状マグネット面30a、31aが無接触状態で平行にかつ同心状に対向配置されて、これら両環状マグネット面30a、31a間に生じる磁気伝達トルクTMより、駆動側マグネットリング部材30の回転力が従動側マグネットリング部材31へ伝達される構成とされている。
具体的には、駆動側および従動側マグネットリング部材30、31は、図3に示すように、リング部材本体32の対向面(図3において上面)に、環状の永久磁石33が埋設状に一体固定された構造とされ、この環状の永久磁石33の環状平坦面33aが、駆動側および従動側マグネットリング部材30、31の環状マグネット面30a、31aをそれぞれ形成している。
駆動側マグネットリング部材30は、図2に示すように、上記主軸駆動軸15上に軸受35により回転可能に軸支されるとともに、伝動プーリ36と同軸状に一体結合され、この伝動プーリ36が、伝動ベルト37を介して、上記サーボモータ16のモータ軸に取り付けられた伝動プーリ38に連結されている。一方、従動側マグネットリング部材31は、図2に示すように、上記主軸駆動軸15上に軸方向へ螺進退調整可能に螺合固定されて、上記回転主軸2に回転方向へ一体的に駆動連結されている。
上記両マグネットリング部材30、31の環状マグネット面30a、31aは、図示のごとく、所定の磁気作用ギャップGをもって無接触状態で平行にかつ同心状に対向配置されており、これら両環状マグネット面30a、31a間に形成される磁気作用ギャップGにより、磁気式カップリング装置25の回転力を伝える能力つまり上記磁気伝達トルクTMが設定される。
これに関連して、上記駆動側および従動側マグネットリング部材30、31は、上記回転主軸2の軸方向へ相対的に移動可能とされて、これにより、上記環状マグネット面30a、31a間の磁気作用ギャップGの大きさが変更されて、上記磁気伝達トルクTMが調整される構成とされている。
図示の実施形態においては、上述したように、従動側マグネットリング部材31が主軸駆動軸15上に軸方向へ螺進退調整可能に螺合固定されていることから、従動側マグネットリング部材31を主軸駆動軸15に対して軸方向へ螺進させて、上記磁気作用ギャップGを適宜の大きさに調整することで、上記磁気伝達トルクTMの大きさが所定値に設定される構成とされている。
具体的には、上記磁気伝達トルクTMは、ホーニングツール1にかかる所定のトルク負荷以下に設定され、この所定のトルク負荷は、少なくともホーニングツール1が折損する折損トルクよりも小さい値、望ましくはホーニングツール1の許容トルクよりも小さい値に設定される。図示の実施形態においては、上記所定のトルク負荷がホーニングツール1の許容トルクよりも小さい値に設定されている。
そして、上記サーボモータ16の回転駆動により、伝動プーリ38、伝動ベルト37および伝動プーリ36を介して、駆動側マグネットリング部材30が回転されると、その回転力は、上記磁気伝達トルクTMの作用(磁気作用)により従動側マグネットリング部材31に伝達されて、これと一体となった主軸駆動軸15が回転され、これにより、回転主軸2つまりはホーニングツール1が回転駆動されることとなる。
一方、ホーニングツール1にかかるトルク負荷が上記許容トルク以上になって、上記磁気伝達トルクTMを上回ることになると、上記駆動側マグネットリング部材30と従動側マグネットリング部材31との間に相対的な回転つまり磁気作用におけるスリップが生じて、駆動側マグネットリング部材30の回転力は従動側マグネットリング部材31に伝達されずに遮断されることとなる。
なお、上記ホーニングツール1の回転動作を駆動制御するサーボモータ16の回転数は、内蔵されたロータリエンコーダ等の位置検出器39により検出される。
砥石切込み部5は、上記ホーニング砥石10、10、…に切込み動作を与えるもので、上記ホーニングツール1のコーンロッド11(図4)、このコーンロッド11を上下動させる切込み駆動部40および駆動源であるサーボモータ41等を備える。
切込み駆動部40は従来周知の構造で、機体20のヘッド部20aに設けられた回転伝達機構42を介して、上記サーボモータ41のモータ軸に連結されている。
そして、このサーボモータ41の正方向への回転駆動により、上記切込み駆動部40が駆動されて、上記ホーニングツール1内のコーンロッド11が下方へ移動し、ホーニング砥石10、10、…が拡張動作される。一方、サーボモータ41の逆方向への回転駆動により、上記コーンロッド11が上方へ移動し、ホーニング砥石10、10、…がホーニングツール1内の復帰ばねにより縮閉動作(復帰動作)される。
なお、ホーニング砥石10、10、…の拡縮量を駆動制御するサーボモータ41の回転量は、内蔵されたロータリエンコーダ等の位置検出器43により検出される。
装置制御部6は、ホーニング盤の各駆動部の動作を相互に連動して自動制御するもので、具体的には、CPU、ROM、RAMおよびI/Oポートなどからなるマイクロコンピュータで構成されている。
この装置制御部6には、ホーニング加工を実行させるための加工プログラム等が組み込まれている。
また、上記装置制御部6には、サーボモータ16、油圧シリンダ18の油圧制御弁18b、サーボモータ41および位置検出器39、43のほか、スライド本体17に設けられたスケール45からこのスライド本体17の位置を検出する位置検出器46、ならびにその他の駆動部等が電気的に接続されており、これらから得られる実際値情報が、予め設定された各種設定値と比較演算されて、その演算結果に基づき各駆動部3、4および5の動作が駆動制御される。
しかして、以上のように構成されたホーニング盤において、上記各駆動部3、4、5は、装置制御部6により相互に関連して自動制御され、これにより、ホーニングツール1が、ワーク保持治具50に支持されたワークWの穴内周面に対して、定量または定寸加工、つまりホーニング領域全体(つまり図4におけるストローク幅S)にわたって所定の切込み量をもった均一なホーニング加工が行われる。
ところで、ワークWの不良(例えば、ワークWの穴内径面の径寸法が規格よりも小さい等、前加工精度が規格外であるなど)、ホーニング砥石10、10、…の目詰まりによる噛みこみ、あるいは制御プログラムミスなどにより、ホーニングツール1のホーニング砥石10、10、…がワークWに食い付いてしまい、ホーニングツール1に過度なトルク負荷が生じることがある。
このような場合に、ホーニングツール1にかかるトルク負荷がホーニングツール保護部7における磁気式カップリング装置25の磁気伝達トルクTMを上回ることになると、上述したように、上記駆動側マグネットリング部材30と従動側マグネットリング部材31との間に相対的な回転が生じて、駆動側マグネットリング部材30の回転力は従動側マグネットリング部材31に伝達されずに遮断されて無効とされる。その結果、ホーニングツール1の損傷、折損が未然に有効かつ確実に防止保護される。
以上のように、図示の実施形態のホーニング盤におけるホーニングツール保護部7にあっては、ホーニングツール1が取り付けられた回転主軸2とこの回転主軸2を回転させる主軸回転駆動部3のサーボモータ16との間に、サーボモータ16の回転力を磁気作用により上記回転主軸2に伝達するホーニングツール1を備え、この磁気式カップリング装置25の上記回転力を伝える磁気伝達トルクTMが、上記ホーニングツール1にかかる所定のトルク負荷よりも小さく設定されているから、過度なトルク負荷によるホーニングツール1の損傷、折損等を有効に防止保護することができる。
また、上記磁気式カップリング装置25が、回転駆動源である上記サーボモータ16に駆動連結された駆動側マグネットリング部材30と、上記回転主軸2に回転方向へ一体的に駆動連結された従動側マグネットリング部材31とを備えた環状マグネットカップリングの形態とされて、上記両マグネットリング部材30、31の環状マグネット面30a、31aが無接触状態で平行にかつ同心状に対向配置されて、これら両環状マグネット面30a、31a間に形成される磁気作用ギャップGにより上記磁気伝達トルクTMが設定される構造とされることにより、構造簡単でしかも故障の少ない磁気式カップリング装置25を提供することができる。
しかも、このような構造の磁気式カップリング装置25は、既設の工作機械にも少しの改良を加えることで組み込むことも可能であり、汎用性に富み経済的である。
実施形態2
本実施形態は図5および図6に示されており、実施形態1におけるマグネットカップリング(磁気式カップリング装置)25の具体的構成が改変されたものである。
本実施形態は図5および図6に示されており、実施形態1におけるマグネットカップリング(磁気式カップリング装置)25の具体的構成が改変されたものである。
図示の実施形態の環状マグネットカップリング25において、上下一対のマグネットリング部材130、131は、図5に示すように、リング部材本体132の対向面(図5において上面)に、複数の永久磁石133、133、…が円周方向へ等間隔をもって埋設状に一体固定されて、少なくとも一つの環状磁石列を形成しており、図示のものにおいては配列径の異なる複数の環状磁石列、具体的には2つの環状磁石列134、135が同心状に配されている。
そして、これら環状磁石列134、135の環状平坦面134a、135aが、駆動側および従動側マグネットリング部材130、131の環状マグネット面130a、131aをそれぞれ形成している。
なお、上記二つの環状磁石列134、135における永久磁石133、133、…および133、133、…の配置構成は、図6(a)に示すように同一の位相角をもって配置され、あるいは図6(b)に示すように若干ずれた位相角をもって配置される。
しかして、以上のように構成されたマグネットカップリング25においては、その磁気伝達トルクTMをホーニングツール1にかかるトルク負荷が上回ることになった場合の、駆動側マグネットリング部材30と従動側マグネットリング部材31との間に生じる相対的な回転つまり磁気作用におけるスリップが、実施形態1のような環状の永久磁石33により環状マグネット面30a、31aが形成される場合に比較して、細分化されて円滑なものとなり、その結果、ホーニングツール1に対するトルク負荷も軽減(短時間化)されて、よりホーニングツール1の有効保護につながる。
なお、このようなスリップ効果は、環状マグネット面130a、131aにおける永久磁石の分割数つまり分割形成された永久磁石133、133、…の数が多いほど、ホーニングツール1に対するトルク負荷が軽減(短時間化)されるが、製作コストさらには装置コストは逆に高くなることから、要求されるトルク負荷の軽減化効果等の目的に応じて適宜決定される。
その他の構成および作用は実施形態1と同様である。
その他の構成および作用は実施形態1と同様である。
実施形態3
本実施形態は図7に示されており、実施形態1におけるホーニングツール保護部7の構成が改変されたものである。
本実施形態は図7に示されており、実施形態1におけるホーニングツール保護部7の構成が改変されたものである。
すなわち、実施形態1のホーニングツール保護部7においては、駆動側マグネットリング30と従動側マグネットリング部材31の環状マグネット面30a、31a間の磁気作用ギャップGが手作業でかつ固定的に調整可能な構成とされているが、本実施形態のホーニングツール保護部7においては、上記磁気作用ギャップGが自動でかつ可変的に調整可能な構成とされている。
具体的には、ホーニングツール保護部7は、磁気式カップリング装置(磁気式カップリング手段)225を主要部として構成され、この磁気式カップリング装置225は、実施形態1と同様、主軸往復駆動部4の主軸駆動軸15上に設けられた環状マグネットカップリングの形態とされている。
この環状マグネットカップリング225は、サーボモータ16に駆動連結された駆動側マグネットリング部材230と、上記回転主軸2に回転方向へ一体的に駆動連結された従動側マグネットリング部材231とを備えるとともに、これら両マグネットリング部材230、231における環状マグネット面230a、231a間の磁気作用ギャップGの大きさを自動調整するギャップ調整部(ギャップ調整手段)250を備えてなる。
このギャップ調整部250は、上記両マグネットリング部材230、231を回転主軸2に軸方向へ相対的に移動させる構成とされ、具体的には、上記駆動側および従動側マグネットリング部材230、231のいずれか一方を回転主軸2の軸方向へ移動させる構成とされる。
本実施形態のギャップ調整部250は、従動側マグネットリング部材231を回転主軸2の軸方向へ移動させるリング部材移動部(移動手段)251と、このリング部材移動部251を制御するギャップ制御部(ギャップ制御手段)252とを主要部として構成されている。
この目的のため、上記両マグネットリング部材230、231は、その環状マグネット面230a、231aが無接触状態で平行にかつ同心状に対向配置されて、これら両環状マグネット面230a、231a間に生じる磁気伝達トルクTMより、駆動側マグネットリング部材230の回転力が従動側マグネットリング部材231へ伝達される構成とされるとともに、従動側マグネットリング部材231が、上記回転主軸2の軸方向へ摺動移動可能な構成とされている。
具体的には、駆動側マグネットリング部材230は、実施形態1と主軸駆動軸15上に軸受35により回転可能に軸支されるとともに、伝動プーリ36と同軸状に一体結合され、この伝動プーリ36が、伝動ベルト37を介して、上記サーボモータ16のモータ軸に取り付けられた伝動プーリ38に連結されている。
一方、従動側マグネットリング部材231は、上記主軸駆動軸15上にキー嵌合255により支持されて、主軸駆動軸15に対して軸方向へ摺動可能に、かつ主軸駆動軸15と一体回転する構成とされている。また、この従動側マグネットリング部材231は上記リング部材移動部251に連結されている。
なお、駆動側および従動側マグネットリング部材230、231の環状マグネット面30a、31aの具体的構成は、実施形態1の環状マグネット面30a、31a(図3参照)または実施形態2の環状マグネット面130a、131a(図5および図6参照)と同様とされ、図示の場合は実施形態2と同様の構成とされている。
リング部材移動部251は、従動側マグネットリング部材231に連結された送りねじ機構260と、この送りねじ機構260を回転駆動する回転駆動源としての駆動モータ261とを主要部として備えてなり、これら構成部260、261は上記機体20における回転主軸2に隣接した位置に設けられている。
上記送りねじ機構260は、具体的にはボールねじの形態とされ、ねじ部材260aが上記機体20のヘッド部20aに起立状に設けられた支持フレーム262に、上記回転主軸2の軸線に平行つまり垂直状態で回転可能に軸支されるとともに、その基端部つまり上端部が、カップリング263を介して減速機264の駆動軸264aに同軸状に接続され、この減速機264が上記駆動モータ261のモータ軸(図示省略)に駆動連結されている。
また、上記ねじ部材260aには、ナット部材260bが上下方向へ螺進退可能に螺合支持されるとともに、このナット部材260bは、連結機構266により上記従動側マグネットリング部材231に連結されている。
具体的には、上記連結機構266は、連結部材266aおよび支持部材266bを備えてなる。上記連結部材266aは、その一端が上記ナット部材260bに水平状態で接続固定されるとともに、その他端が上記支持部材266bに接続固定されている。この支持部材266bは、上記従動側マグネットリング部材231の外周部に、軸受266cを介して回転可能にかつ軸方向へ一体的に設けられている。
そして、駆動モータ261の回転駆動により、減速機264を介して、送りねじ機構260のねじ部材260aが所定の速度で正回転または逆回転して、ねじ部材260a上のナット部材260bが上昇または下降動作し、これにより、ナット部材260aと連結機構266を介して一体接続された従動側マグネットリング部材231が、上記主軸駆動軸15上を上昇または下降して、上記駆動側マグネットリング部材230に対して離隔または接近し、その結果、これら両マグネットリング部材230、231における環状マグネット面230a、231a間の磁気作用ギャップGの大きさが広狭調整されて、これら環状マグネット面30a、31a間に生じる上記磁気伝達トルクTMが調整されることとなる。
ギャップ制御部252は、上記磁気伝達トルクTMが回転主軸2の回転数に対応して自動調整されるように、上記リング部材移動部251を制御するものであり、装置制御部6の一部を構成している(図1における二点鎖線参照)。
このギャップ制御部252は、図8に示すように、演算部252aとモータ駆動部252bとから構成されており、回転主軸2つまりは主軸駆動軸15の回転数を検出するロータリエンコーダ等の回転検出センサ270からの検出信号が上記演算部252aに入力されて、この演算部252aが、この入力された検出値(回転数)を予め設定された設定値(回転数)Rと比較演算して、その演算結果に基づき、回転検出センサ270で検出された回転主軸2の回転数に対応した制御信号を上記モータ駆動部252bに出力し、このモータ駆動部32bから駆動モータ261に移動パルスが送られる。
図示の実施形態においては、上記ギャップ制御部252に予め設定される上記設定値Rとして、上記回転主軸2つまりホーニングツール1がワークWを加工する際の回転数に対応した値が設定されており、これにより、回転主軸2が停止状態から起動して所定の回転数に達するまでは、上記磁気伝達トルクTMが所定の起動用トルク値となるように、また上記回転主軸2の回転数が上記所定の回転数に達したら、上記磁気伝達トルクTMが所定の加工用トルク値になるように、上記リング部材移動部251を制御する構成とされている。
ここに、上記起動用トルク値に関して、回転主軸2の起動回転時(回転主軸2の回転数が0→加工に必要な最大回転数となるまで)には、停止状態にある回転主軸2の回転動作が上記サーボモータ16の回転動作に追従するために大きな初期追従トルク(回転主軸2の回転数が加工に必要な最大回転数となっている場合の追従トルクよりも大きい)を必要とすることから、この初期追従トルクが上記起動用トルク値として採用設定されている。
しかして、以上のように構成されたホーニング盤のホーニングツール保護部7においては、上記ギャップ調整部250により、回転主軸2が停止状態から起動して所定の回転数(本実施形態においては加工に必要な最大回転数)に達するまでは、上記磁気伝達トルクTMが所定の起動用トルク値となるように、上記環状マグネット面230a、231a間の磁気作用ギャップGが小さく設定されるとともに、上記回転主軸2の回転数が一旦上記所定の回転数に達したら、上記磁気伝達トルクTMが所定の加工用トルク値になるように、上記磁気作用ギャップGが設定され、回転主軸2の回転数に応じた最適な磁気伝達トルクTMが設定制御される。
以上のように、本実施形態のホーニングツール保護部7にあっては、駆動側および従動側マグネットリング部材230、231の磁気作用ギャップGが、回転主軸2の回転数に対応して自動調整される結果、過度なトルク負荷によるホーニングツール1の損傷、折損等を有効に防止保護するという実施形態1と同様な本来的効果に加えて、さらに磁気伝達トルクTMを回転主軸2の回転数に応じて必要とする追従トルクに対応した最適値に自動調整することができるという付随的効果が相乗的に得られる。
その他の構成および作用は実施形態1と同様である。
その他の構成および作用は実施形態1と同様である。
なお、上述した実施形態1〜3はあくまでも本発明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれに限定されることなく、その範囲内で種々の設計変更が可能である。一例として以下のような改変が可能である。
例えば、ホーニング盤の各構成部3、4、5、6等の具体的な構成は、同一機能を有する限り他の構成としてもよい。
一例として、図示の実施形態1〜3においては、回転主軸2を上下往復動作させる主軸往復駆動部4が駆動源として油圧シリンダ18を用いた構成とされているが、ボールねじ装置と回転駆動源としての駆動モータとの組み合わせ構成いわゆる油圧レスヘッド構成とされてもよい。
W ワーク
Wa ワークの加工穴の内周面
G ホーニングツール保護部の磁気作用ギャップ
1 ホーニングツール
2 回転主軸
3 主軸回転駆動部(主軸回転手段)
4 主軸往復駆動部(主軸往復手段)
5 砥石切込み部(砥石切込み手段)
6 装置制御部(制御手段)
7 ホーニングツール保護部(ホーニングツール保護手段、加工ツール保護装置)
10 ホーニング砥石
10a 砥石面
15 主軸駆動軸
16 サーボモータ(回転駆動源)
18 油圧シリンダ
22 ロータリスプライン装置
25 磁気式カップリング装置(磁気式カップリング手段)
30 駆動側マグネットリング部材
31 従動側マグネットリング部材
30a、31a 環状マグネット面
32 リング部材本体
33 永久磁石
41 サーボモータ
130 駆動側マグネットリング部材
130a 環状マグネット面
131 従動側マグネットリング部材
131a 環状マグネット面
132 リング部材本体
133 永久磁石
134、135 環状磁石列
225 磁気式カップリング装置(磁気式カップリング手段)
230 駆動側マグネットリング部材
230a 環状マグネット面
231 従動側マグネットリング部材
231a 環状マグネット面
250 ギャップ調整部(ギャップ調整手段)
251 リング部材移動部(移動手段)
252 ギャップ制御部(ギャップ制御手段)
260 送りねじ機構
260a ねじ部材
Wa ワークの加工穴の内周面
G ホーニングツール保護部の磁気作用ギャップ
1 ホーニングツール
2 回転主軸
3 主軸回転駆動部(主軸回転手段)
4 主軸往復駆動部(主軸往復手段)
5 砥石切込み部(砥石切込み手段)
6 装置制御部(制御手段)
7 ホーニングツール保護部(ホーニングツール保護手段、加工ツール保護装置)
10 ホーニング砥石
10a 砥石面
15 主軸駆動軸
16 サーボモータ(回転駆動源)
18 油圧シリンダ
22 ロータリスプライン装置
25 磁気式カップリング装置(磁気式カップリング手段)
30 駆動側マグネットリング部材
31 従動側マグネットリング部材
30a、31a 環状マグネット面
32 リング部材本体
33 永久磁石
41 サーボモータ
130 駆動側マグネットリング部材
130a 環状マグネット面
131 従動側マグネットリング部材
131a 環状マグネット面
132 リング部材本体
133 永久磁石
134、135 環状磁石列
225 磁気式カップリング装置(磁気式カップリング手段)
230 駆動側マグネットリング部材
230a 環状マグネット面
231 従動側マグネットリング部材
231a 環状マグネット面
250 ギャップ調整部(ギャップ調整手段)
251 リング部材移動部(移動手段)
252 ギャップ制御部(ギャップ制御手段)
260 送りねじ機構
260a ねじ部材
Claims (11)
- 回転主軸に取り付けられた加工ツールが回転して、工作物に研削、切削等の機械加工を施す形式の工作機械において、前記加工ツールの損傷、折損等を防止保護する加工ツール保護装置であって、
前記回転主軸とこの回転主軸を回転させる回転駆動源との間に、回転駆動源の回転力を磁気作用により前記回転主軸に伝達する磁気式カップリング手段を備え、
この磁気式カップリング手段の前記回転力を伝える磁気伝達トルクは、前記ホーニングツールにかかる所定のトルク負荷以下に設定されている
ことを特徴とする工作機械の加工ツール保護装置。 - 前記所定のトルク負荷は、前記ホーニングツールが折損する折損トルクよりも小さい値に設定されている
ことを特徴とする請求項1に記載の工作機械の加工ツール保護装置。 - 前記磁気式カップリング手段は、前記回転主軸と同軸上に配置された環状マグネットカップリングの形態とされ、
この環状マグネットカップリングは、前記回転駆動源に駆動連結された駆動側マグネットリング部材と、前記回転主軸に回転方向へ一体的に駆動連結された従動側マグネットリング部材とを備え、
これら両マグネットリング部材は、その環状マグネット面が無接触状態で平行にかつ同心状に対向配置されて、これら両環状マグネット面間に形成される磁気作用ギャップにより前記磁気伝達トルクが設定される
ことを特徴とする請求項1または2に記載の工作機械の加工ツール保護装置。 - 前記駆動側および従動側マグネットリング部材は、前記回転主軸の軸方向へ相対的に移動可能とされて、これにより、前記環状マグネット面間の前記磁気作用ギャップの大きさが変更されて、前記磁気伝達トルクが調整される構成とされている
ことを特徴とする請求項3に記載の工作機械の加工ツール保護装置。 - 前記駆動側および従動側マグネットリング部材を前記回転主軸に軸方向へ相対的に移動させて、前記磁気作用ギャップの大きさを調整するギャップ調整手段を備え、
このギャップ調整手段は、前記駆動側および従動側マグネットリング部材のいずれか一方を前記回転主軸の軸方向へ移動させる移動手段と、この移動手段を制御するギャップ制御手段とを備えてなり、
このギャップ制御手段は、前記磁気伝達トルクが前記回転主軸の回転数に対応して調整されるように、前記移動手段を制御する構成とされている
ことを特徴とする請求項4に記載の工作機械の加工ツール保護装置。 - 前記ギャップ制御手段は、前記回転主軸が停止状態から起動して所定の回転数に達するまでは、前記磁気伝達トルクが所定の起動用トルク値となるように、また前記回転主軸の回転数が前記所定の回転数に達したら、前記磁気伝達トルクが所定の加工用トルク値になるように、前記移動手段を制御する構成とされている
ことを特徴とする請求項5に記載の工作機械の加工ツール保護装置。 - 前記移動手段は、前記駆動側および従動側マグネットリング部材のいずれか一方に連結された送りねじ機構と、この送りねじ機構を回転駆動する回転駆動源とを備えてなり、
前記送りねじ機構のナット部材が前記駆動側および従動側マグネットリング部材のいずれか一方に連結固定されるとともに、このナット部材を螺進退動作させるねじ部材が前記回転主軸の軸線に平行に配されている
ことを特徴とする請求項5または6に記載の工作機械の加工ツール保護装置。 - 前記駆動側および従動側マグネットリング部材は、リング部材本体の対向面に、環状の永久磁石が設けられて、前記環状マグネット面が形成されている
ことを特徴とする請求項3から7のいずれか一つに記載の工作機械のホーニングツール保護装置。 - 前記駆動側および従動側マグネットリング部材は、リング部材本体の対向面に、円周方向へ等間隔をもって配された永久磁石からなる少なくとも一つの環状磁石列を備えてなり、この環状磁石列により前記環状マグネット面が形成されている
ことを特徴とする請求項3から7のいずれか一つに記載の工作機械の加工ツール保護装置。 - 前記リング部材本体の対向面に、配列径の異なる複数の前記環状磁石列が同心状に配されている
ことを特徴とする請求項9に記載の工作機械の加工ツール保護装置。 - 工作物の内周面の軸線方向へ往復移動可能とされるとともに、軸線まわりに回転可能に軸支されてなる回転主軸と、
回転主軸を軸線回りに回転駆動する主軸回転手段と、
回転主軸を前記内周面の軸線方向へ往復動作させる主軸往復手段と、
回転主軸先端に装着され、前記内周面に沿った砥石面を有するホーニング砥石を拡縮可能に備えるホーニングツールと、
このホーニングツールのホーニング砥石に所定の切込み動作を与える砥石切込み手段と、
前記回転主軸と前記主軸回転手段の駆動伝達経路に設けられて、前記ホーニングツールの損傷、折損等を防止保護するホーニングツール保護手段と、
前記主軸回転手段、主軸往復手段および砥石切込み手段の動作を相互に連動して自動制御する制御手段とを備えてなり、
前記ホーニングツール保護手段は、請求項1から10のいずれか一つに記載の加工ツール保護装置により構成されている
ことを特徴とするホーニング盤。
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2008
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