JP3692307B2 - ブローチ盤 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
各種の機械部品や電気部品などの工作物と刃具としてのブローチを相対移動させることにより、工作物の内面あるいは外面を所定形状に加工するようにされたブローチ盤に関し、特に、工作物あるいはブローチを高速に移動可能にされたブローチ盤に関する。
【0002】
【従来の技術】
立形の内面ブローチ盤(例えばドーナツ状の工作物の内面を加工するブローチ盤)には、工作物と刃具としてのブローチの相対移動において、工作物を移動させるようにしたワーク移動式と、ブローチを移動させるようにした刃具移動式とがある。このうちワーク移動式のブローチ盤では、ブローチの前つかみ部をフレームに固定されたプルヘッドで把持し、工作物はラムと呼ばれる移動体に取り付けられたボルスタと呼ばれる工作物を受ける台上に置かれ、ラムがフレームに対して移動することにより、移動体である工作物が静止状態にあるブローチにより加工される。一方、刃具移動式のブローチ盤では、工作物はフレームに固定されたボルスタ上に置かれ、ラムに取り付けられたプルヘッドにブローチの前つかみ部を把持し、ラムがフレームに対して移動することにより、移動体であるブローチが静止状態にある工作物を加工する。
【0003】
また、上述の内面ブローチ盤とは異なり工作物の外面(表面)を加工する所謂外面ブローチ盤では、工作物はフレームと対峙して設けられたテーブル上に固定され、一方、ブローチはフレームに設けられたガイドに案内されて移動するラムに対してこのラムの移動方向とブローチの長手方向を合わせて固定され、ラムがフレームに対して移動することにより、移動体であるブローチが静止状態にある工作物を加工する。よって、これらのいずれの方式によるブローチ盤でも、ラムを移動させることにより加工が行われることになる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
このラムを移動させるための駆動手段としては、油圧シリンダ装置を用いるか、あるいはサーボモータとボールねじを組み合わせた装置を用いるかしている。近年、ブローチ加工においても切削速度の高速化の要求が高まってきたが、上述の駆動手段では、比較的高速駆動が可能なサーボモータとボールねじを組み合わせた装置を使用した場合でも、サーボモータの回転数向上やボールねじの大リード化といった対策では、実用切削速度としては60m/min程度が限界であり、100m/minを超えるような高速でラムを移動させることはできなかった。
【0005】
本発明は、上記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、100m/minを超えるような高速でラムを移動させることが可能なブローチ盤を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、ブローチ盤におけるラムの駆動手段としてリニアモータを使用することとした。ただし、立形のブローチ盤における工作物またはブローチを動かす手段としてリニアモータを使用してラムを駆動する装置を構成する場合、所望の最高速度に到達後、速度一定の範囲内で少なくとも10kN以上の加工をするためには、最高速度に到達後の一定速度中に加工に必要な引き抜き力を確保しなければならないが、リニアモータの移動側となる電機子あるいは磁石板を含む移動体としてのラムは相当の重量を有しており、加えてリニアモータ自身を構成する磁石板と電機子の間に常時存在する、最大推力の約3倍の磁気吸引力が、使用するリニアガイドの摩擦損失を大きくする現象が発生する。さらに、リニアモータは最高速度に近づくにつれて発生可能な最大推力が低下するという特性を持っているため、特に、ラムが上方へ移動するワーク移動式の場合、ラムを動かすための推力に加えて上述の加工に必要な引き抜き力となる推力を確保しなければならないこと、及びラムが移動可能な全スロークのうち最高速度で一定となる範囲をできるだけ長くするために、加工前の加速時に必要な加速度を確保しなければならないという点において、リニアモータのみでは推力不足となる場合が生ずる。これに対処するためには推力の大きなリニアモータを採用すればよいが、これでは装置が大型化してラム等の移動体の重量が増大し、さらには価格も高額化することになる。
【0007】
そこで、請求項1に係る発明では、固定部材であるフレームとこのフレームに対して相対移動可能にされたラムとを有し、フレームまたはラムのいずれか一方にリニアモータを構成する部材の一つである磁石板を設け、他方にリニアモータを構成する部材の一つであり前記磁石板と対をなしてリニアモータの推力を発生する電機子を設け、フレームとラムとの間にアシストシリンダを介在させ、このアシストシリンダは刃具が工作物を切削している間はその時のラムの移動方向に対して力を付勢するようにしたことを特徴とするブローチ盤とした。なお、請求項1おけるリニアモータは、一つの軸線方向に多数の磁石片を延設してなる磁石板と、この磁石板と作用空隙を介して対設されるとともに磁石板と電磁相互作用する巻線を有し磁石板に対して前記軸線方向に可動な電機子6と、を備えたものである。
【0008】
請求項1に係る構成としたことにより、ラムはリニアモータが発生する推力により固定部材であるフレームに対して相対移動されることになり、その結果、加工時における最大切削速度として100m/minを超える速度を得ることが可能になる。さらに、この請求項1に係る発明では、フレームとラムとの間にアシストシリンダを介在させ、このアシストシリンダは刃具が工作物を切削している間はその時のラムの移動方向に対して力を付勢するようにしているため、切削中はリニアモータの推力に付加するようにアシストシリンダが作用するので、上述したリニアモータ固有の特性を補完することができることになる。
【0009】
請求項2に係る発明では、請求項1に係る発明のより具体的な形態の一つとして、固定部材であるフレームとフレームに対して相対移動可能にされたラムとを有し、フレームは少なくともラムと相対移動する箇所については相対移動の方向に対して直交する断面形状が略長方形を呈し、ラムは相対移動の方向に対して直交する断面形状が略ロの字の枠型を呈し、ラムはその枠型の内部に少なくともフレームの相対移動する箇所を所定の間隙を介してフレームに対して挿通して配置され、フレームのラムに対向した面またはラムのフレームに対向した面のいずれか一方にリニアモータを構成する部材の一つである磁石板を設け、他方にリニアモータを構成する部材の一つであり前記磁石板と対をなしてリニアモータの推力を発生する電機子を設け、フレームとラムとの間にアシストシリンダを介在させ、このアシストシリンダは刃具が工作物を切削している間はその時のラムの移動方向に対して力を付勢するようにした。係る構成としたことにより、固定部材であるフレームに対して挿通して配置されたラムはリニアモータが発生する推力によりフレームに対して相対移動されることになる。
【0010】
請求項3に係る発明では、請求項1に係る発明のより具体的な形態の他の一つとして、固定部材であるフレームとフレームに対して相対移動可能にされたラムとを有し、フレームは少なくともラムと相対移動する箇所については相対移動の方向に対して直交する断面形状が凹型を呈し、ラムは相対移動の方向に対して直交する断面形状が凸型を呈し、ラムはその凸型部分がフレームの凹型部分に対して所定の間隙を介して対向して配置され、フレームのラムに対向した面またはラムのフレームに対向した面のいずれか一方にリニアモータを構成する部材の一つである磁石板を設け、他方にリニアモータを構成する部材の一つであり前記磁石板と対をなしてリニアモータの推力を発生する電機子を設け、フレームとラムとの間にアシストシリンダを介在させ、このアシストシリンダは刃具が工作物を切削している間はその時のラムの移動方向に対して力を付勢するようにした。係る構成としたことにより、固定部材であるフレームに対して対向して配置されたラムはリニアモータが発生する推力によりフレームに対して相対移動されることになる。
【0011】
請求項4に係る発明では、請求項1乃至3のいずれかに係る発明において、ラムはフレームに対してリニアガイドを介して摺動可能にされるようにした。前述したように、リニアモータでは磁石板と電機子とを空隙を介して対設させる必要がある。そこで、請求項4においては、ラムとフレームの間にリニアガイドを介在させることにより、磁石板と電機子との間に必要な空隙を確保し、さらにはラムがフレームに対して安定して移動されるようにした。
【0012】
請求項5に係る発明では、請求項1乃至4のいずれかに係る発明において、工作物を載置可能にされるとともにラムに連動して移動可能にされたボルスタを有するようにした。係る構成は、移動体である工作物が静止しているブローチにより加工される所謂ワーク移動式のブローチ盤に関する構成である。係る構成により、ラムに連動して移動可能にされたボルスタに載置された工作物は、固定部材であるフレームに対してリニアモータが発生する推力により移動されることになり、これにより工作物は静止状態にあるブローチにより所定の加工が施されることになる。
【0014】
ところで、ラムが下方に移動する刃具移動式の場合、ワーク移動式とは逆に、ラムを下向きの最高速度から停止させるための減速時に必要な負の加速度に対抗する上向きの力を確保しなければならない。
【0015】
そこで、請求項6に係る発明では、請求項1乃至5のいずれかに係る発明において、フレームとラムとの相対移動方向が上下方向である所謂立形ブローチ盤において、フレームとラムとはバランスシリンダを介して連結され、このバランスシリンダは常時上方向の力をラムに対して付勢するようにされるようにした。係る構成としたことにより、ラムには下向きの重力に反する向きすなわち上向きにバランスシリンダからの付勢力が常時加わることになるので、リニアモータがラムを動かすための推力が軽減されることになる。
【0016】
特に、請求項7に記載のように、バランスシリンダが少なくともラムの重量以上の推力を発生するようにすれば、実質的に、ラムの重量を無視することができるので、リニアモータの推力は横型のブローチ盤の場合と同様にして算定することができることになる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態におけるリニアモータは、一つの軸線方向に多数の磁石片を延設してなる磁石板5と、この磁石板5と作用空隙を介して対設されるとともに磁石板5と電磁相互作用する巻線を有し磁石板5に対して前記軸線方向に可動な電機子6と、を備えたものである。
【0019】
図1は、本体フレーム2、ラム4、リニアモータを構成する部材としての磁石板5と電機子6、及びバランスシリンダ16とアシストシリンダ17の配置を示す断面図である。また、図2は、図1に示した断面図の構成が適用される本体フレーム2、ラム4の外形及び配置の一例を示した斜視図である。なお、図2に示した矢印は、固定部材としての本体フレーム2に対するラム4の相対移動方向である。この図1及び図2に示したものは、断面形状が略ロの字の枠型を呈する可動部材としてのラム4が、断面形状が略長方形を呈する固定部材としての本体フレーム2に挿通して相対移動する形態のものである。すなわち、前述の相対移動方向に対して直交する断面形状が略長方形を呈する固定部材としての本体フレーム2には、リニアモータを構成する部材の一つである磁石板5が本体フレーム2の左右に取り付けられている。また、相対移動方向に対して直交する断面形状が略ロの字の枠型を呈する可動部材としてのラム4には、リニアモータを構成する部材の一つで磁石板5と対をなす電機子6が前述の磁石板5の各々に対して対向して取り付けられている。
【0020】
さらに、磁石板5と電機子6との間には、リニアモータの機構上必要となる空隙を確保するとともに、ラム4が本体フレーム2に対して直線的に動作するための補助部材として、リニアガイド7がラム4と本体フレーム2の互いに対向する面の数カ所に設けられている。リニアガイド7の構成としては、例えば、リニアガイド7を、直線状に延在するガイドレールと、このガイドレールに画成された溝部に摺接して転動するボールを介してガイドレールに沿って変位するガイドブロックとから構成するようにし、ガイドレールを本体フレーム2に設けるとともに、ガイドブロックをラム4に設けるようにする。なお、磁石板5、電機子6、及びリニアガイド7の配置や個数については、図1に示した形態に限定されるものではない。
【0021】
係る構成により、リニアモータ5、6が駆動されると、ラム4が本体フレーム2に対して図2に示した矢印の方向に直線的に相対移動し、例えばワーク移動式の内面ブローチ盤であればラム4に連結されたボルスタ(工作物置き台)8上に載置された工作物が刃具に対して相対移動し、また刃具移動式の内面ブローチ盤であればラム4に連結された刃具が工作物に対して相対移動することにより、それぞれ所定の加工が行われることになる。
【0022】
ところで、上述の構成は断面形状が略長方形を呈する本体フレーム2に断面形状が枠型のラム4を組み合わせたものであったが、本発明はこの形状のものに限定されるものではない。例えば、図3に示すように、断面形状が凹型の本体フレーム2に断面形状が凸型のラム4を組み合わせたものであってもよい。なお、図3(a)に示した矢印は、固定部材としての本体フレーム2に対するラム4の相対移動方向である。以下、この図3の形態について詳述する。前述の相対移動方向に対して直交する断面形状が凹型を呈する固定部材としての本体フレーム2には、リニアモータを構成する部材の一つである磁石板5が、本体フレーム2の凹部の対向する面の2か所に取り付けられている。また、相対移動方向に対して直交する断面形状が凸型を呈する可動部材としてのラム4には、リニアモータを構成する部材の一つで磁石板5と対をなす電機子6が前述の磁石板5の各々に対して対向して取り付けられている。さらに、磁石板5と電機子6との間には、リニアモータの機構上必要となる空隙を確保するとともに、ラム4が本体フレーム2に対して直線的に動作するための補助部材として、リニアガイド7がラム4と本体フレーム2の互いに対向する面の数カ所に設けられている。
【0023】
なお、上述した2つの構成では、いずれも、本体フレーム2に磁石板5を設けラム4に電機子6を設けるようにしていたが、磁石板5と電機子6とはリニアモータの対をなす部材なので、上述の構成とは逆に、本体フレーム2に電機子6を設けラム4に磁石板5を設けるようにしてもよい。
【0024】
図1に示したように、本実施形態においては、リニアモータ5、6の推力を補うために、バランスシリンダ16やアシストシリンダ17を備えているが、これらのシリンダの構成と機能については、以下にあげる本発明に係る構成が適用されるブローチ盤の実例において説明する。
【0025】
図4は、本発明が適用される立形のワーク移動式の内面ブローチ盤における加工開始前の各部材の配置を示した機構図であり、(a)図は正面図、(b)図は右側面図をそれぞれ示しており、一方、図5は、加工終了後の各部材の配置を示した機構図であり、(a)図は正面図、(b)図は右側面図をそれぞれ示している。また、図4(a)のA−A矢視断面図は前述した図1である。なお、以下の説明においては、説明の便宜上、フレームは下フレーム1、本体フレーム2、及び上フレーム3に分割して記述している。
【0026】
設置面に載置された下フレーム1上には、これに対して直立して水平断面形状が長方形を呈する固定部材としての本体フレーム2が設けられている。本体フレーム2の両側面にはリニアモータを構成する部材の一つである磁石板5が取り付けられている。本体フレーム2の上部には上フレーム3が設けられており、この上フレーム3にはリフタガイド15を介してリフタ本体14が取り付けられており、リフタ本体14がリフタガイド15上を上下に移動することにより、リフタ本体14に連結されたリトリュービングヘッド10が上下に移動するようにされている。一方、下フレーム1にはプルヘッド台13が固定載置され、このプルヘッド台13に載置されたプルヘッド9が加工中に刃具11の前つかみ部(刃具11の下部)を把持するようにされている。
【0027】
ラム4は水平断面形状が枠型を呈しており、この枠型の内部に前述の本体フレーム2が挿通される配置となっている。図1に示すように、ラム4の枠型の内面すなわち本体フレーム2に対向した面には、リニアモータを構成する部材の一つであり前述の磁石板5と対をなす電機子6が、2枚の磁石板5の各々に対向して設けられている。また、ラム4の枠型の内面と本体フレーム2の間には摺動部材としてのリニアガイド7が6箇所に設けられており、このリニアガイド7の作用により、磁石板5と電機子6との間にリニアモータの機構上必要となる空隙が確保されるとともに、固定部材としての本体フレーム2に対して可動部材としてのラム4が上下に安定して移動されることになる。さらに、ラム4には工作物12の置き台としてのボルスタ8が連結されており、加工中に工作物12を載置したボルスタ8がラム4とともに上昇することにより、静止状態にある刃具11により工作物12が切削加工されることになる。
【0028】
次に、バランスシリンダ16の構成について説明する。図1に示すように、バランスシリンダ16は、ラム4の両側面の前方側にそれぞれ1本ずつ設けられており、ラム4を含む移動体の重量を常時保持するようにされている。各バランスシリンダ16は、その本体下部が下フレーム1に載置され、ラム4の移動方向と同じ方向にシリンダロッドが伸縮するように配設されている。このシリンダロッドとラム4との結合に関しては、図6を参照して説明する。バランスシリンダ16によるバランス力を受けるためのブラケット25が、ラム4の両側面に突き出すようにして固定されている。このブラケット25には、カプラ本体23、及びこのカプラ本体を内包するようにカプラフランジ24が取り付けられている。カプラ本体23はバランスシリンダ16のロッド端部とは螺結合されているが、カプラ本体23はカプラフランジ24に対して横方向には心ずれ可能な構造となっているので、カプラ本体23はこれに作用するシリンダロッドから受ける力を上方向のみに伝えることになる。この2本のバランスシリンダ16は、少なくともラム4の重量以上の推力を発生するようにされており、しかもラム4の移動や停止に関わらず常時ラム4の重量バランスをとるように作用する。したがって、2本のバランスシリンダ16はラム4を含む移動体の重量を常時安定して保持することができるものとなっている。
【0029】
次に、アシストシリンダ17の構成について説明する。図1に示すように、アシストシリンダ17は、ラム4の両側面の後方側にそれぞれ1本ずつ設けられており、加工中にはラム4を付勢することにより、リニアモータ5、6の推力を補助するようにされている。各アシストシリンダ17は、その本体下部が下フレーム1に固定された取付けベース18に固定され、ラム4の移動方向と同じ方向にシリンダロッドが伸縮するように配設されているが、前述のバランスシリンダ16とは異なり、そのロッド端部をラム4とは結合させずに、図7に示すような構造としている。すなわち、ブラケット26がラム4の両側面に突き出すようにして固定されている。アシストシリンダ17のロッド端部は刃具11が工作物12を切削しているときのみ、詳細にはラム4の上方(切削方向)への移動開始後から刃具11の切れ刃が工作物12を切削加工し終るまでの間だけブラケット26に圧接し、これによりアシストシリンダ17がラム4を上方(切削方向)に付勢することになるが、それ以外ではロッド端部はブラケット26とは離れた状態にあり、アシストシリンダ17はラム4を付勢しないように、シリンダのストロークを限定した構造とされている。
【0030】
このアシストシリンダ17を設ける点について、さらに詳細に述べる。図8に示すように、使用するリニアモータの到達できる最高速度になる前の特性上決まる特定の途中速度から最高速度にかけての領域で発生可能な最大推力が、リニアモータの移動開始から前記特性上決まる特定の途中速度に至るまでの領域で発生可能な一定の最大推力に対して漸次低減する特性を持ち、前記特性上決まる特定の途中速度から最高速度にかけての領域の速度で加工しようとする場合は、バランスシリンダ16とは別に、推力補助専用のシリンダすなわちアシストシリンダ17を、このアシストシリンダ17のシリンダロッドが、バランスシリンダ16のシリンダロッドと同じ方向に出入りするように併設する。
【0031】
アシストシリンダ17のシリンダロッドと移動体となるラム4とは機械的に締結させず、ラム4が加工のために移動開始する前は離れていて、加工サイクルの開始に合わせてラム4と同時にアシストシリンダ17を作動させ、刃具11が工作物12を切削し始める前には、リニアモータ5、6が加工中での速度で発生可能な推力すなわち制御可能な推力の範囲内に調整された推力でラム4を付勢し始める。次いで、ラム4が刃具11の最終切れ刃が加工完了する位置まで移動した直後に、アシストシリンダ17のシリンダロッドがラム4と再度離れて付勢をやめるようにアシストシリンダ17のストロークを規制するか、予めストロークの短いシリンダを使用することによりラム4の減速時には付勢しないようにさせる。最後に、加工サイクル終了後、ラム4が加工開始位置へ戻る前にアシストシリンダ17のシリンダロッドを縮めておくよう制御することにより、ラム4の戻り動作中及び無負荷運転中はアシストシリンダ17を作動させないで、バランスシリンダ16のみ有効となるようにする。
【0032】
なお、本発明の要旨とは直接関係はないが、本実施形態におけるブローチ盤には、本体フレーム2とラム4との間への切屑侵入防止のために、ラム4と上フレーム3との間に取付けられた上ジャバラ19と、ラム4と下フレーム1との間に取付けられた下ジャバラ20と、さらに装置全体を囲むように設けられた全体カバー21とが設けられている。以上、本実施形態におけるワーク移動式の内面ブローチ盤の構成について説明した。
【0033】
次に、上述のワーク移動式の内面ブローチ盤におけるブローチ加工工程について、加工開始前の各部材の配置を示した図4、及び加工終了後の各部材の配置を示した図5を参照して説明する。
【0034】
まず、加工前の機械の所謂原位置状態では、ラム4は下降端に位置しており、刃具11の後ろつかみ部(以下「刃具11の上端部」と記す)を把持したリトリュービングヘッド10が上昇端に位置して、刃具11の,前つかみ部(以下「刃具11の下端部」と記す)の端面がラム4に取付けられたボルスタ8の上面に工作物12を置いた場合のこの工作物12の上面よりも高くなるように設定されている。すなわち、ボルスタ8の上面に工作物12を設置する際に、刃具11が工作物12と干渉しないように、刃具11が上方に逃げている状態にある。この状態から加工作業を行う場合、予め、手動または図示しない自動ローディング装置により、工作物12をボルスタ8上の所定の位置に置くことになる。
【0035】
次に、加工起動によって、刃具11の上端部を把持したリトリュービングヘッド10とともにリフタ本体14をリフタガイド15にガイドさせて、刃具11の下端部がボルスタ8上に置かれた工作物12の加工前の穴を貫挿して、プルヘッド9の把持用の穴に挿入されるまで下降させて、刃具11の下端部をプルヘッド9で把持させ、しかる後、本体フレーム2の両側面に貼り付けられたリニアモータの磁石板5と、ラム4に磁石板5に対向するように取付けられたリニアモータの電機子6との作用により、ラム4に上向きの推力を付与し、工作物12の下面が刃具11の上端部の端面よりも上になるまでラム4を上昇させ、これにより工作物12の内面を切削加工する。この際、加工途中で、リトリュービングヘッド10による刃具11の上端部の把持をやめ、リトリュービングヘッド10をリフタ本体14とともに、図示しないリフタシリンダによって上昇させる。
【0036】
一方、カプラフランジ24に内包されたカプラ本体23にシリンダロッドの端部を螺結させた2本のバランスシリンダ16により、ラム4の両側面に突き出すように設けられたバランス力を受けるためのブラケット25の下面に対してカプラ本体23を常時押し付けながら、バランスシリンダ16によるバランス力をラム4に対して上向きに付勢させ続けている。
【0037】
さらに、2本のアシストシリンダ17を加工起動とほぼ同時に作動させ、アシストシリンダ17のシリンダロッドの端部を上昇中のラム4の両側面に設けられたアシスト力を受けるブラケット26の下面に追い付くようにして押し付けさせて、切削中はこの状態を続けさせ、刃具11の最終切刃が工作物12の切削を終えた直後からラム4が加工のための上昇動作を完了するまでの間には、アシストシリンダ17のシリンダロッドの端部がアシスト力を受けるブラケット26の下面から離れるように、アシストシリンダ17のシリンダロッドのストロークを限定することにより、リニアモータの推力にアシストシリンダ17の推力を加工中のみ付加させる。
【0038】
加工終了後は、手動または図示しない自動ローディング装置のアンローディング動作により加工済みの工作物12をボルスタ8上から取り除き、戻し動作を手動もしくは自動で起動させる。ここで、戻し動作は、戻し起動により、アシストシリンダ17のシリンダロッドを縮めて下降させ、次いでラム4を下降させ、次にリトリュービングヘッド10をリフタ本体14と伴に図示しないリフタシリンダによって下降させて、刃具11の上端部を把持させ、続いてプルヘッド9による刃具11の下端部の把持をやめ、再びリトリュービングヘッド10を刃具11の上端部を把持させたまま上昇端まで上昇させ、前述の原位置状態とさせてブローチ加工作業が終了することになる。なお、加工作業に先立ってブローチ盤本体に刃具11をセットする必要があり、これは手動または自動によりプルヘッド9に対して行われるが、本発明の要旨ではないので詳細な説明は省略する。
【0039】
以上、本実施形態に係るリニアモータ駆動のブローチ盤の構成によれば、仮にバランスシリンダ16のみを設置した場合でも、リニアモータ5、6の発生する推力をラム4を含む移動体の重量を移動させること自体に浪費することなく、リニアモータ5、6の発生する推力をすべて加工に使えることになる。さらに、バランスシリンダ16に加えてアシストシリンダ17を併設することにより、図8に示すように、例えばリニアモータ5、6の推力が小さくなる最高速度で加工する場合でも、リニアモータ5、6が発生する推力(B)とアシストシリンダ17で発生する推力(A)との合力が加工に必要な推力(C)となるようアシストシリンダ17で発生する推力を調整することにより、リニアモータ5、6の高速性を維持しつつ大きな引き抜き力での加工も可能になる。
【0040】
なお、リニアモータ5、6の高速性に対応するために、本実施形態のバランスシリンダ16及びアシストシリンダ17はすべてエアシリンダを採用しているが、リニアモータ5、6の高速性に対応可能であれば油圧シリンダを採用してもよい。また、バランスシリンダ16及びアシストシリンダ17のラム4に対する設置位置について、これは本実施形態の図1に示した設置位置に限定されず、ラム4に対して安定して力を付勢できる設置位置であればよい。さらに、加工中の推力を補助する方法として、バランスシリンダ16のエア圧力をアシストシリンダ17がラム4を付勢するのと同様なタイミングで必要な推力を発生するよう制御させてもよい。なお、本実施形態においては、リニアモータ5、6の制御に必要となる図示及び説明していない高速対応のリニアスケールを、固定側の本体フレーム2と移動側のラム4との間に設置していることは言うまでもない。
【0041】
ところで、上記実施形態は工作物12を移動させるようにしたワーク移動式の内面ブローチ盤に本発明を適用したものであったが、刃具11を移動させるようにした刃具移動式の内面ブローチ盤や外面ブローチ盤に本発明を適用することも可能である。すなわち、これらのブローチ盤においては、リニアモータ5、6により移動されるラム4に連動させて刃具11を動作させ、固定部材としてのフレーム2に載置された工作物12に対して所定の加工を行わせるようにすればよい。
【0042】
【発明の効果】
請求項1乃至3に係る発明によれば、固定部材であるフレームとこのフレームに対して相対移動可能にされたラムとを有し、フレームまたはラムのいずれか一方にリニアモータを構成する部材の一つである磁石板を設け、他方にリニアモータを構成する部材の一つであり前記磁石板と対をなしてリニアモータの推力を発生する電機子を設けるようにしたことを特徴とするブローチ盤としたので、ラムはリニアモータが発生する推力により固定部材であるフレームに対して相対移動されることになり、その結果、加工時における最大切削速度として100m/minを超える速度を得ることが可能になった。そのため、実加工時間が大幅に減少し、切削抵抗の減少効果も得られることから、刃具寿命の延長が可能となり、合わせて省エネルギー効果も奏することとなった。また、元来、断続切削であるブローチ加工中のラムの速度変動についても、従来のボールねじ駆動に比べてモータが直接負荷変動を制御するため、高速加工に伴なう速い負荷変動に対しても反応が速く、ラムの速度変動を比較的少なくできることとなり、その結果、安定して高速高出力な加工が可能となるブローチ盤を提供できることとなった。さらに、この請求項1乃至3に係る発明では、フレームとラムとの間にアシストシリンダを介在させ、このアシストシリンダは刃具が工作物を切削している間はその時のラムの移動方向に対して力を付勢するようにされるようにした。そのため、切削中はリニアモータの推力を補うようにしてアシストシリンダが作用するので、リニアモータ固有の特性をカバーすることができるものとなった。すなわち、リニアモータの特性上、最高速度で加工する場合に推力が低下しても、加工のために必要な引き抜き力を確保することが可能となった。
【0043】
請求項4に係る発明によれば、ラムはフレームに対してリニアガイドを介して摺動可能にされるようにした。そのため、ラムとフレームの間に介在されたリニアガイドにより、磁石板と電機子との間にリニアモータの機構上必要となる空隙が確保されるとともに、ラムはフレームに対して安定して移動されるようになった。
【0044】
請求項5に係る発明によれば、工作物を載置可能にされるとともにラムに連動して移動可能にされたボルスタを有するようにした。そのため、ラムに連動して移動可能にされたボルスタに載置された工作物は、固定部材であるフレームに対してリニアモータが発生する推力により移動されることになり、これにより工作物が静止状態にあるブローチにより所定の加工が施される所謂ワーク移動式のブローチ盤を構成できるものとなった。
【0045】
請求項6に係る発明によれば、フレームとラムとの相対移動方向が上下方向である所謂立形ブローチ盤において、フレームとラムとはバランスシリンダを介して連結され、このバランスシリンダは常時上方向の力をラムに対して付勢するようにされるようにした。そのため、ラムには下向きの重力に反する向きすなわち上向きにバランスシリンダからの付勢力が常時加わることになるので、リニアモータがラムを動かすための推力が軽減されることになる。特に、請求項7に係る発明のように、バランスシリンダが少なくともラムの重量以上の推力を発生するようにすれば、実質的に、ラムの重量を無視することができるので、リニアモータの推力は横型のブローチ盤の場合と同様にして算定することができるものとなった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における本体フレーム2、ラム4、及びリニアモータを構成する部材としての磁石板5と電機子6の配置を示す断面図である。
【図2】本発明における本体フレーム2、ラム4の外形及び配置の一例を示した斜視図である。
【図3】本発明における本体フレーム2、ラム4、及びリニアモータを構成する部材(磁石板5と電機子6)等の外形及び配置を示す他の例であり、(a)図は斜視図、(b)図は断面図をそれぞれ示している。
【図4】本発明が適用されるワーク移動式の内面ブローチ盤における加工開始前の各部材の配置を示した機構図であり、(a)図は正面図、(b)図は右側面図をそれぞれ示している。
【図5】本発明が適用されるワーク移動式の内面ブローチ盤における加工終了後の各部材の配置を示した機構図であり、(a)図は正面図、(b)図は右側面図をそれぞれ示している。
【図6】本発明におけるラム4とバランスシリンダ16の結合構造を示した機構図である。
【図7】本発明におけるラム4とアシストシリンダ17の結合構造を示した機構図である。
【図8】リニアモータの推力と、バランスシリンダ16及びアシストシリンダ17の推力との関係を示した図である。
【符号の説明】
1 下フレーム(フレーム)
2 本体フレーム(フレーム)
3 上フレーム(フレーム)
4 ラム
5 磁石板(リニアモータ)
6 電機子(リニアモータ)
7 リニアガイド
8 ボルスタ(工作物置き台)
9 プルヘッド
10 リトリュービングヘッド
11 刃具(ブローチ)
12 工作物
13 プルヘッド台
14 リフタ本体
15 リフタガイド
16 バランスシリンダ
17 アシストシリンダ
18 取付けベース
19 上ジャバラ
20 下ジャバラ
21 全体カバー
23 カプラ本体
24 カプラフランジ
25 ブラケット
26 ブラケット
Claims (7)
- 固定部材であるフレームと該フレームに対して相対移動可能にされたラムとを有し、
前記フレームまたはラムのいずれか一方にリニアモータを構成する部材の一つである磁石板を設け、他方に前記リニアモータを構成する部材の一つであり前記磁石板と対をなしてリニアモータの推力を発生する電機子を設け、
前記フレームと前記ラムとの間にアシストシリンダを介在させ、
該アシストシリンダは刃具が工作物を切削している間はその時の前記ラムの移動方向に対して力を付勢するようにされていることを特徴とするブローチ盤。 - 固定部材であるフレームと該フレームに対して相対移動可能にされたラムとを有し、
前記フレームは少なくとも前記ラムと相対移動する箇所については前記相対移動の方向に対して直交する断面形状が略長方形を呈し、
前記ラムは前記相対移動の方向に対して直交する断面形状が略ロの字の枠型を呈し、
前記ラムはその枠型の内部に少なくとも前記フレームの相対移動する箇所を所定の間隙を介して前記フレームに対して挿通して配置され、
前記フレームの前記ラムに対向した面または前記ラムの前記フレームに対向した面のいずれか一方にリニアモータを構成する部材の一つである磁石板を設け、他方に前記リニアモータを構成する部材の一つであり前記磁石板と対をなしてリニアモータの推力を発生する電機子を設け、
前記フレームと前記ラムとの間にアシストシリンダを介在させ、
該アシストシリンダは刃具が工作物を切削している間はその時の前記ラムの移動方向に対して力を付勢するようにされていることを特徴とするブローチ盤。 - 固定部材であるフレームと該フレームに対して相対移動可能にされたラムとを有し、
前記フレームは少なくとも前記ラムと相対移動する箇所については前記相対移動の方向に対して直交する断面形状が凹型を呈し、
前記ラムは前記相対移動の方向に対して直交する断面形状が凸型を呈し、
前記ラムはその凸型部分が前記フレームの凹型部分に対して所定の間隙を介して対向して配置され、
前記フレームの前記ラムに対向した面または前記ラムの前記フレームに対向した面のいずれか一方にリニアモータを構成する部材の一つである磁石板を設け、他方に前記リニアモータを構成する部材の一つであり前記磁石板と対をなしてリニアモータの推力を発生する電機子を設け、
前記フレームと前記ラムとの間にアシストシリンダを介在させ、
該アシストシリンダは刃具が工作物を切削している間はその時の前記ラムの移動方向に対して力を付勢するようにされていることを特徴とするブローチ盤。 - 前記ラムは前記フレームに対してリニアガイドを介して摺動可能にされていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のブローチ盤。
- 工作物を載置可能にされるとともに前記ラムに連動して移動可能にされたボルスタを有することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のブローチ盤。
- 前記フレームと前記ラムとの相対移動方向が上下方向である所謂立形ブローチ盤において、
前記フレームと前記ラムとはバランスシリンダを介して連結され、
該バランスシリンダは常時上方向の力をラムに対して付勢するようにされていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のブローチ盤。 - 前記バランスシリンダは少なくとも前記ラムの重量以上の推力を発生するようにされていることを特徴とする請求項6に記載のブローチ盤。
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