JP3975175B2

JP3975175B2 - Processing equipment

Info

Publication number: JP3975175B2
Application number: JP2003110935A
Authority: JP
Inventors: 智明中筋; 正彦長谷川; 祥雄土方
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-04-16
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2023-04-16
Also published as: JP2004314229A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の中心軸を中心として回転する工具の外周面をワークの被加工面に当てて該被加工面を加工する加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ワーク（被加工物）に溝や穴を加工する場合、回転工具の外周面を溝や穴の内側側面に押し当てて研削が行われる。この場合、回転駆動軸に保持された工具の先端が被加工面から反力を受けて片持ち梁状態に撓む。そして、この撓みは被加工面にオフセットされ、被加工面の加工精度を低下する。
【０００３】
そこで、この問題を解消するために、工具の撓みをキャンセルするように、工具の撓みに応じて圧電素子を駆動してワークに対する工具の傾きを調整することで、溝や穴の内面を所定の精度（直角度、真直度、円筒度、平面度）に加工する方法及び装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２８０１１２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、圧電素子が発生する変位量は極めて微小である。そのため、圧電素子の変位量だけで工具に必要な傾き又は変位量を得ようとすれば、多数の圧電素子が必要になり、装置の大型化・高価格化を招来する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、工具に必要な変位量を最小限の数の圧電素子で得ることができる機構を備えた加工装置を提供することを目的としてなされたものであり、その加工装置は、
所定の中心軸を中心として回転する工具の外周面をワークの被加工面に当てて該被加工面を加工する加工装置であって、
第１のテーブルと、
上記工具を支持しており、上記中心軸に直交する旋回軸を中心として上記第１のテープルに対して回転する第２のテーブルと、
上記旋回軸を中心として上記第１のテーブルに対して第２のテーブルを回転させる回転機構とを備えており、
上記回転機構は、
上記第１のテーブルに固定された２本の第１の支軸と、
上記第２のテーブルに固定された第２の支軸と、
２つのアームであって、夫々が上記第１の支軸の各々に回転自在に連結され、両者により上記第２の支軸を挟持するアームと、
一端が上記第１のテーブルに連結され、他端が上記２つのアームの夫々に接触する２つのアクチュエータと
を備えており、
各々の上記アームにて、上記第２の支軸を挟持する位置と上記第１の支軸との距離が、上記アクチュエータの他端と上記アームとの接触位置と上記第１の支軸との距離よりも大きく決められていることを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明において、複数の図面に表れる同一又は類似の部分又は部品には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０００８】
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る加工装置２の外観を示す。加工装置２は、それが設置されている場所に固定された基台４を有する。基台４は、ワーク（被加工物）を支持するワークステーション６と、切削工具を支持するツールステーション８を支持している。
【０００９】
ワークステーション６は、基台４に固定された固定テーブル１０と、固定テーブル１０に支持された第１のテーブル（水平移動テーブル）１２と、第１のテーブル１２に支持された第２のテーブル１４を備えている。固定テーブル１０と第１のテーブル１２は両者の間に配置された水平移動機構（図示せず）を介して駆動連結されており、制御装置（図示せず）からの指令に基づいて、第１のテーブル１２が所定の水平方向（矢印Ｙ方向）に移動可能としてある。第２のテーブル１４は、第１のテーブル１２の移動方向（Ｙ方向）と直交する別の水平方向（矢印Ｘ方向）に伸びる中心線１６を中心として回転するワークスピンドル１８を備えており、このワークスピンドル１８にワーク２０が保持されるようにしてある。また、ワークスピンドル１８は、第２のテーブル１４に支持されているワーク回転モータ２２に駆動連結されており、このワーク回転モータ２２の回転に基づいて、ワークスピンドル１８とこれに保持されたワーク２０が回転するようにしてある。
【００１０】
ツールステーション８は、基台４に固定された固定テーブル２４と、固定テーブル２４に支持された第１のテーブル（水平移動テーブル）２６と、第１のテーブル２６に支持された第２のテーブル（旋回テーブル）２８を備えている。固定テーブル２４と第１のテーブル２６は両者の間に配置された水平移動機構（図示せず）を介して駆動連結されており、制御装置（図示せず）から指令に基づいて、第１のテーブル２６が所定の水平方向（矢印Ｘ方向）に移動可能としてある。また、第１のテーブル２６と第２のテーブル２８は両者の間に配置された旋回機構（後に説明する。）を介して連結されており、制御装置（図示せず）から指令に基づいて旋回機構が駆動し、第２のテーブル２６が所定の垂直軸（後に説明する。）を中心に旋回するようにしてある。第２のテーブル２６は、ツール回転モータ３０を支持しており、このツール回転モータ３０に駆動連結されたツールスピンドル３２が水平方向の中心線３４を中心として回転するようにしてある。そして、ツールスピンドル３２に対し、ツール３６が着脱自在に取り付けできるようにしてある。
【００１１】
旋回機構は図２、図３に示してある。図示するように、旋回機構４０は、第１のテーブル２６と第２のテーブル２８との間に該旋回機構４０の収容空間４２を形成するために、これら第１のテーブル２６と第２のテーブル２８の間に配置されたスペーサブロック４４を備えている。本実施の形態において、スペーサブロック４４は、第１のテーブル２６のワークステーション側に固定されている。第１のテーブル２６に対して第２のテーブル２８を旋回可能に連結する垂直軸（旋回軸）４６は、スペーサブロック４４とこれに対応する第１のテーブル２６の突出部分４８を貫通するように設けてある。スペーサブロック４４の後方（ワークステーションから離れた領域）には、一対のアーム５０が、垂直軸（旋回軸）４６と直交する矢印Ｘ方向の水平線５２に関して対称に且つ両アーム５０の間に隙間５４を形成した状態で配置されている。
【００１２】
アーム５０は、ワークステーション６から離れた一端側で、垂直軸（第１の支軸）５６を介して、第１のテーブル２６に回転自在に支持されている。また、２つのアーム５０は、ワークステーション６に近い他端側で、第２のテーブル２８の下面に固定された垂直軸（第２の支軸）５８を挟持している。この垂直軸（第２の支軸）５８は、第２のテーブル２８に回転自在に固定するのが好ましい。また、垂直軸（第２の支軸）５８は円柱体又は円筒体が好ましいが、四角形などの矩形の柱であってもよい。さらに、アーム５０の平面形状は特に限定的ではないが、図示するように２つのアーム５０で垂直軸（第２の支軸）５８を挟持したとき、アーム５０の位置に拘わらず、垂直軸（第２の支軸）５８を挟持するアーム対向面が平行になるようにするのが好ましい。
【００１３】
２つのアーム５０の間に垂直軸（第２の支軸）５８を挟持した状態でこれら２つのアーム５０を垂直軸（第１の支軸）５６を中心に回転するために、それぞれのアーム５０の外側には圧電アクチュエータ６０が配置されている。圧電アクチュエータ６０は、矢印Ｘ方向の水平線５２と直交又はほぼ直交する方向に向けて配置された圧電素子を備えており、一端が第１のテーブル２６に連結され、他端がアーム５０に接触している。圧電アクチュエータ６０の僅かな変位が垂直軸（第２の支軸）５８を挟持したアーム先端側で数倍に増幅されるように、アーム５０に対する圧電アクチュエータ６０の連結位置６２と垂直軸（第１の支軸）５６との距離よりも、垂直軸（第１の支軸）５６と垂直軸（第２の支軸）５８との距離が相当大きく決められている。
【００１４】
第１のテーブル２６の上面は、アーム５０と圧電アクチュエータ６０を挟んでそれらの前後（両側）に、垂直軸（旋回軸）４６を中心とする扇状のレール６４，６６を備えている。これに対応して、第２のテーブル２８の下面は、レール６４，６６上を移動する複数のスライダ６８，７０を備えており、第１のテーブル２６に対して第２のテーブル２８が回転するとき、これらスライダ６８，７０がレール６４，６６の上を案内されて移動するようにしてある。また、第１のテーブル２６に対する第２のテーブル２８の回転角度（すなわち、ツール３６の方向）を検出するために、第１のテーブル２６は第２のテーブル２８の変位を検出するセンサ７２を備えている。
【００１５】
第２のテーブル２８に支持されたツール回転モータ３０は、このツール回転モータ３０に駆動連結されたツールスピンドル３２の中心線３４が垂直軸（第２のテーブルの旋回軸）４６の中心線と直交するように、第２のテーブル２８に固定される。
【００１６】
このように構成された加工装置２によれば、ワークステーション６のワークスピンドル１８にワーク２０が保持される。図１の実施形態では、円筒ワーク２０がその中心軸をワークスピンドル１８の中心線１６に一致させた状態で保持されている。
【００１７】
これに対し、円筒ワーク２０の内側側面（内周面）を研削するツール３６が、ツールステーション８のツールスピンドル３２に保持されている。このとき、ツール３６の中心線とツールスピンドル３２の中心線が一致している。
【００１８】
次に、ワーク回転モータ２２を駆動し、ワークスピンドル１８及びこれに保持されたワーク２０を中心線１６の回りで回転する。そして、ツールステーション８の第１のテーブル２６の矢印Ｘ方向の移動に基づいてツール３６を円筒ワーク２０に挿入するとともに、ツール回転モータ３０を駆動してツール３６を回転し、円筒ワーク２０の内周面を研削する。このとき、ワーク内周面の研削はワークステーション６の第１のテーブル１２の水平移動に基づいて円筒ワーク２０を矢印Ｙ方向に移動して行われ、その際、ツール３６の外周面が円筒ワーク２０の内周面に押圧される。その結果、片持ち梁状態のツール３６の先端側に荷重が作用してこれが撓む。
【００１９】
ツール３６の撓みがワーク２０にオフセットするのを防止するため、ツール３６の撓みに応じて旋回機構４０の圧電アクチュエータ６０を駆動し、アーム５０の角度を変えてツール３６の角度を調整する。その際、ツール３６の撓みは、ツール３６に作用しているトルク又はツール３６の捩れを検出し、予め作成されている撓みとトルク又は捩れとの関係を利用して計算される。
【００２０】
２つの圧電アクチュエータ６０は、一方が伸び、他方が縮むように、電圧が印加される。また、圧電アクチュエータ６０に印加される電圧は、２つのアーム５０が垂直軸（第２の支軸）５８に常に押圧力を加えた状態でこれを挟持するように調整される。このとき、電圧は、変位検出センサ７２の出力をもとに調整される。その結果、垂直軸（第２の支軸）５８及びツール３６の角度が確実に制御される。
【００２１】
また、上述のように、垂直軸（第１の支軸）５６と垂直軸（第２の支軸）５８との距離はアクチュエータ接触位置６２と垂直軸（第１の支軸）５６との距離の数倍に設定されているので、圧電アクチュエータ６０の僅かな変形を数倍に増幅した変位量が垂直軸（第２の支軸）５８とツール３６に与えられ、ツール３６のワーク２０に対する接触面がスピンドル中心線と平行な方向に保たれる。その結果、ワーク２０の内周面は、その中心軸に平行な面となる。
【００２２】
実施の形態２．
図４は本発明に係る加工装置１０２の外観を示す。加工装置１０２は、それが設置されている場所に固定された基台１０４を有する。基台１０４は、ワーク（被加工物）を支持するワークステーション１０６と、切削工具を支持するツールステーション１０８を支持している。
【００２３】
ワークステーション１０６は、基台１０４に固定された固定テーブル１１０と、固定テーブル１１０に支持された第１のテーブル（垂直移動テーブル）１１２を備えている。固定テーブル１１０と第１のテーブル１１２は両者の間に配置された垂直移動機構（図示せず）を介して駆動連結されており、制御装置（図示せず）から指令に基づいて、第１のテーブル１１２が垂直方向（矢印Ｚ方向）に移動可能としてある。また、第１のテーブル１１２は、水平方向（矢印Ｘ方向）に伸びる中心線１１６を中心として回転するワークスピンドル１１８を備えており、このワークスピンドル１１８にワーク１２０が保持されるようにしてある。また、ワークスピンドル１１８は、第１のテーブル１１２に支持されているワーク回転モータ１２２に駆動連結されており、このワーク回転モータ１２２の回転に基づいて、ワークスピンドル１１８とこれに保持されたワーク１２０が回転するようにしてある。
【００２４】
ツールステーション１０８は、基台１０４に固定された固定テーブル１２４と、固定テーブル１２４に支持された水平移動テーブル１２６と、水平移動テーブル２６に支持された第１のテーブル（水平移動テーブル）１２８を備えている。固定テーブル１２４と水平移動テーブル１２６は両者の間に配置された水平移動機構（図示せず）を介して駆動連結されており、制御装置（図示せず）から指令に基づいて、水平移動テーブル１２６が所定の水平方向（矢印Ｘ方向）に移動可能としてある。また、水平移動テーブル１２６と第１のテーブル１２８は両者の間に配置された水平移動機構（図示せず）を介して駆動連結されており、制御装置（図示せず）から指令に基づいて、水平移動テーブル１２６に対して第１のテーブル１２８が別の水平方向（矢印Ｙ方向）に移動可能としてある。
【００２５】
第１のテーブル１２８は、矢印Ｙ方向に等間隔に３つのモータ支持台（第２のテーブル）１３０を支持しており、各モータ支持台１３０にツール回転モータ１３２がそれぞれ固定されている。また、ツール回転モータ１３２に駆動連結されたツールスピンドル１３４が水平方向の中心線１３６を中心として回転するようにしてある。そして、各ツールスピンドル１３２に対し、ツール１３８が着脱自在に取り付けできるようにしてある。
【００２６】
各モータ支持台（第２のテーブル）１３０は、図５の旋回機構１４０を介して、第１のテーブル１２８に支持されている。旋回機構１４０は、実施の形態１で説明した旋回機構と類似の構成を有するが、２つの圧電アクチュエータ１６０がツール回転モータ１３２の回転軸と平行な方向（前後方向）に向けて配置されている点で相違する。旋回機構１４０の他の点は、実施の形態１の旋回機構と基本的に同一である。したがって、類似する構成の説明は省略する。
【００２７】
このように構成された加工装置１０２によれば、ワークステーション１０６のワークスピンドル１１８にワーク１２０が保持される。図４の実施形態では、円柱ワーク１２０がその中心軸をワークスピンドル１１８の中心線１１６に一致させた状態で保持されている。
【００２８】
これに対し、円柱ワーク１２０に溝を形成する複数の切削ツール（これに加えて、形成された溝の側面を研削する複数の研削ツール）１３８が、ツールステーション１０８のツールスピンドル１３４にそれぞれ保持されている。このとき、ツール１３８の中心線１３６とツールスピンドル１３４の中心線が一致している。
【００２９】
次に、ワーク回転モータ１２２を駆動し、ワークスピンドル１１８及びこれに保持されたワーク１２０を中心線１１６の回りでに回転する。そして、ツールステーション１０８の水平移動テーブル１２６の矢印Ｘ方向の移動に基づいてツール１３８を円柱ワーク１２０に近づけるとともに、ツール回転モータ１３２を駆動してツール１３８を回転し、円柱ワーク１２０に溝（凹部）を形成する（または溝が形成されている場合にはその側面を研削する）。このとき、ワークの溝加工切削または溝側面研削は、ワークステーション１０６の第１のテーブル１１２の垂直移動に基づいて円柱ワーク１２０を矢印Ｚ方向に移動して、それとともにツールステーション１０８の第１のテーブル１２８の水平方向に基づいてツール１３８を矢印Ｙ方向に移動して行われる。その際、特に側面の研削（または側面仕上げ切削）において、ツール１３８の外周面が円柱ワーク１２０に形成された溝の側面に押圧される。その結果、片持ち梁状態のツール１３８の先端側に荷重が作用してこれが撓む。
【００３０】
ツール１３８の撓みがワーク１２０にオフセットするのを防止するため、ツール１３８の撓みに応じて旋回機構１４０の圧電アクチュエータ１６０を駆動し、アーム１５０の角度を変えてツール１３８の角度を調整する。その際、ツール１３８の撓みは、ツール１３８に作用しているトルク又はツール１３８の捩れを検出し、予め作成されている撓みとトルク又は捩れとの関係を利用して計算される。
【００３１】
２つの圧電アクチュエータ１６０は、一方が伸び、他方が縮むように、電圧が印加される。また、圧電アクチュエータ１６０に印加される電圧は、２つのアーム１５０が垂直軸（第２の支軸）１５８に常に押圧力を加えた状態でこれを挟持するように調整される。このとき、電圧は、上記の実施例と同様に変位検出センサ（図示せず）の出力をもとに調整される。その結果、垂直軸（第２の支軸）１５８及びツール１３８の角度が確実に制御される。
【００３２】
また、上述のように、垂直軸（第１の支軸）１５６と垂直軸（第２の支軸）１５８との距離はアクチュエータ接触位置１６２と垂直軸（第１の支軸）１５６との距離の数倍に設定されているので、圧電アクチュエータ１６０の僅かな変形を数倍に増幅した変位量が垂直軸（第２の支軸）１５８とツール１３８に与えられ、ツール１３８のワーク１２０に対する接触面がスピンドル中心線と平行な方向に保たれる。その結果、ワーク１２０の内周面は、その中心軸に平行な面となる。
【００３３】
実施の形態３．
図６は実施形態３の旋回機構２４０を示している。旋回機構２４０は、上記の実施の形態で説明した旋回機構と類似の構成を有するが、２つの圧電アクチュエータ２６０が、その変位方向が水平線２５２（上記水平線５２と同一の意味を持つ）と所定の角度で配置されている点で相違する。旋回機構２４０の他の点は、上記の実施の形態の旋回機構と基本的に同一である。したがって、類似する構成及び実施の説明は省略する。
【００３４】
実施の形態４．
図７は実施形態４の旋回機構３４０を示している。旋回機構３４０は、上記の実施の形態で説明した旋回機構と類似の構成を有するが、二つのアーム３５０と２つの圧電アクチュエータ３６０が、水平線３５２（上記水平線５２と同一の意味を持つ）に対して非対称に配置されている点で相違する。旋回機構３４０の他の点は、上記の実施の形態の旋回機構と基本的に同一である。したがって、類似する構成及び実施の説明は省略する。
【００３５】
【発明の効果】
本発明に係る装置により、アクチュエータの変位量を増幅することが可能になる。アクチュエータを備える加工装置は、この装置を構成することにより、小さい変位量で駆動する小型のアクチュエータが使用可能になる。そのため、加工装置全体は小型化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る実施形態１の加工装置の斜視図である。
【図２】本発明に係る実施形態１のツールステーションの斜視図である。
【図３】本発明に係る実施形態１の旋回機構の斜視図である。
【図４】本発明に係る実施形態２の加工装置の斜視図である。
【図５】本発明に係る実施形態２の旋回機構の概略的上面図である。
【図６】本発明に係る実施形態３の旋回機構の概略的上面図である。
【図７】本発明に係る実施形態４の旋回機構の概略的上面図である。
【符号の説明】
２加工装置、４基台、６ワークステーション、８ツールステーション、１０固定テーブル、１２第１のテーブル、１４第２のテーブル、１６中心線、１８ワークスピンドル、２０ワーク、２２ワーク回転モータ、２４固定テーブル、２６第１のテーブル、２８第２のテーブル、３０ツール回転モータ、３２ツールスピンドル、３４中心線、３６ツール、４０旋回機構、４２空間、４４スペーサブロック、４６垂直軸（旋回軸）、４８突出部分、５０アーム、５２水平線、５４隙間、５６垂直軸（第１の支軸）、５８垂直軸（第２の支軸）、６０圧電アクチュエータ、６２接触位置、６４レール、６６レール、６８スライダ、７０スライダ、７２変位検出センサ、１０２加工装置、１０４基台、１０６ワークステーション、１０８ツールステーション、１１０固定テーブル、１１２第１のテーブル、１１６中心線、１１８ワークスピンドル、１２０ワーク、１２２ワーク回転モータ、１２４固定テーブル、１２６水平移動テーブル、１２８第１のテーブル、１３０第２のテーブル、１３２ツール回転モータ、１３４ツールスピンドル、１３６中心線、１３８ツール、１４０旋回機構、１５０アーム、１５６第１の支軸、１５８第２の支軸、１６０圧電アクチュエータ、１６２接触位置、２４０旋回機構、２５２中心線、２６０圧電アクチュエータ、３４０旋回機構、３５０アーム、３５２水平線、３６０圧電アクチュエータ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a machining apparatus for machining a work surface by applying an outer peripheral surface of a tool rotating around a predetermined central axis to a work surface of a workpiece.
[0002]
[Prior art]
When machining a groove or hole in a workpiece (workpiece), grinding is performed by pressing the outer peripheral surface of the rotary tool against the inner side surface of the groove or hole. In this case, the tip of the tool held on the rotation drive shaft receives a reaction force from the work surface and bends into a cantilever state. And this bending is offset by the to-be-processed surface, and the processing accuracy of the to-be-processed surface falls.
[0003]
Therefore, in order to solve this problem, the inner surface of the groove or hole is adjusted to a predetermined value by driving the piezoelectric element according to the bending of the tool and adjusting the inclination of the tool with respect to the workpiece so as to cancel the bending of the tool. A method and an apparatus for processing with accuracy (straightness, straightness, cylindricity, flatness) have been proposed (see, for example, Patent Document 1).
[0004]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-280112
[Problems to be solved by the invention]
However, the amount of displacement generated by the piezoelectric element is extremely small. For this reason, if an attempt is made to obtain the tilt or displacement necessary for the tool only with the displacement of the piezoelectric element, a large number of piezoelectric elements are required, leading to an increase in size and cost of the apparatus.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Then, this invention was made for the purpose of providing the processing apparatus provided with the mechanism which can obtain the amount of displacement required for a tool with the minimum number of piezoelectric elements, and the processing apparatus,
A processing device for processing the processing surface by applying an outer peripheral surface of a tool rotating about a predetermined central axis to a processing surface of a workpiece,
A first table;
A second table that supports the tool and rotates relative to the first table about a pivot axis orthogonal to the central axis;
A rotation mechanism that rotates the second table with respect to the first table around the pivot axis ;
The rotation mechanism is
Two first spindles fixed to the first table;
A second spindle fixed to the second table;
Two arms, each of which is rotatably connected to each of the first support shafts, and sandwiches the second support shaft by both of them ,
One end connected to the first table, and the other end includes two actuators that contact each of the two arms,
In each of the arms, the distance between the position where the second support shaft is sandwiched and the first support shaft is such that the contact position between the other end of the actuator and the arm and the first support shaft. It is characterized by being determined to be larger than the distance.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the following description, the same or similar parts or parts appearing in a plurality of drawings are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0008]
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 shows an appearance of a processing apparatus 2 according to the first embodiment. The processing apparatus 2 has a base 4 fixed at a place where it is installed. The base 4 supports a workstation 6 that supports a workpiece (workpiece) and a tool station 8 that supports a cutting tool.
[0009]
The workstation 6 includes a fixed table 10 fixed to the base 4, a first table (horizontal movement table) 12 supported by the fixed table 10, and a second table 14 supported by the first table 12. It has. The fixed table 10 and the first table 12 are drivingly connected via a horizontal movement mechanism (not shown) disposed between them, and the first table 12 is based on a command from a control device (not shown). The table 12 is movable in a predetermined horizontal direction (arrow Y direction). The second table 14 includes a work spindle 18 that rotates about a center line 16 extending in another horizontal direction (arrow X direction) orthogonal to the moving direction (Y direction) of the first table 12. A workpiece 20 is held on the workpiece spindle 18. The work spindle 18 is drivingly connected to a work rotation motor 22 supported by the second table 14. Based on the rotation of the work rotation motor 22, the work spindle 18 and the work 20 held by the work spindle 18 are connected. Is designed to rotate.
[0010]
The tool station 8 includes a fixed table 24 fixed to the base 4, a first table (horizontal movement table) 26 supported by the fixed table 24, and a second table supported by the first table 26 ( (Swivel table) 28 is provided. The fixed table 24 and the first table 26 are drive-coupled via a horizontal movement mechanism (not shown) disposed between them, and the first table 26 and the first table 26 are connected to each other based on a command from a control device (not shown). The table 26 is movable in a predetermined horizontal direction (arrow X direction). The first table 26 and the second table 28 are connected via a turning mechanism (to be described later) disposed between them, and turn based on a command from a control device (not shown). The mechanism is driven so that the second table 26 rotates around a predetermined vertical axis (described later). The second table 26 supports a tool rotation motor 30, and a tool spindle 32 that is drivingly connected to the tool rotation motor 30 rotates around a horizontal center line 34. The tool 36 can be detachably attached to the tool spindle 32.
[0011]
The turning mechanism is shown in FIGS. As shown in the figure, the swivel mechanism 40 includes a first table 26 and a second table in order to form an accommodation space 42 for the swivel mechanism 40 between the first table 26 and the second table 28. The spacer block 44 is disposed between the two. In the present embodiment, the spacer block 44 is fixed to the workstation side of the first table 26. A vertical axis (swivel axis) 46 that pivotably connects the second table 28 to the first table 26 passes through the spacer block 44 and the corresponding protruding portion 48 of the first table 26. It is provided. Behind the spacer block 44 (a region away from the workstation), the pair of arms 50 are symmetrical with respect to the horizontal line 52 in the direction of the arrow X perpendicular to the vertical axis (swivel axis) 46 and a gap 54 between the arms 50. It is arranged in a state of forming.
[0012]
The arm 50 is rotatably supported by the first table 26 via a vertical shaft (first support shaft) 56 on one end side away from the workstation 6. Further, the two arms 50 sandwich the vertical shaft (second support shaft) 58 fixed to the lower surface of the second table 28 on the other end side close to the workstation 6. The vertical shaft (second support shaft) 58 is preferably fixed to the second table 28 so as to be rotatable. The vertical axis (second support shaft) 58 is preferably a columnar body or a cylindrical body, but may be a rectangular column such as a quadrangle. Further, the planar shape of the arm 50 is not particularly limited, but when the vertical axis (second support shaft) 58 is sandwiched between the two arms 50 as shown in the drawing, the vertical axis ( It is preferable that the arm facing surfaces that sandwich the (second support shaft) 58 are parallel to each other.
[0013]
In order to rotate the two arms 50 around the vertical axis ( first support shaft) 56 with the vertical axis (second support shaft) 58 sandwiched between the two arms 50, the respective arms 50 are rotated. A piezoelectric actuator 60 is disposed outside the. The piezoelectric actuator 60 includes a piezoelectric element arranged in a direction orthogonal or substantially orthogonal to the horizontal line 52 in the direction of the arrow X. One end of the piezoelectric actuator 60 is connected to the first table 26 and the other end contacts the arm 50. ing. The connecting position 62 of the piezoelectric actuator 60 with respect to the arm 50 and the vertical axis (first axis) so that a slight displacement of the piezoelectric actuator 60 is amplified several times on the tip side of the arm sandwiching the vertical axis (second support shaft) 58. The distance between the vertical axis (first support shaft) 56 and the vertical axis (second support shaft) 58 is determined to be considerably larger than the distance from the support shaft 56.
[0014]
The upper surface of the first table 26 is provided with fan-shaped rails 64 and 66 centering on a vertical axis (swivel axis) 46 on both sides of the arm 50 and the piezoelectric actuator 60 on both sides. Correspondingly, the lower surface of the second table 28 includes a plurality of sliders 68 and 70 that move on the rails 64 and 66, and the second table 28 rotates with respect to the first table 26. At this time, the sliders 68 and 70 are guided and moved on the rails 64 and 66. In addition, in order to detect the rotation angle of the second table 28 with respect to the first table 26 (that is, the direction of the tool 36), the first table 26 includes a sensor 72 that detects the displacement of the second table 28. ing.
[0015]
In the tool rotation motor 30 supported by the second table 28, the center line 34 of the tool spindle 32 that is drivingly connected to the tool rotation motor 30 is orthogonal to the center line of the vertical axis (swivel axis of the second table) 46. Thus, the second table 28 is fixed.
[0016]
According to the processing apparatus 2 configured as described above, the workpiece 20 is held on the workpiece spindle 18 of the workstation 6. In the embodiment of FIG. 1, the cylindrical workpiece 20 is held in a state where the central axis thereof coincides with the center line 16 of the workpiece spindle 18.
[0017]
On the other hand, a tool 36 for grinding the inner side surface (inner peripheral surface) of the cylindrical workpiece 20 is held on the tool spindle 32 of the tool station 8. At this time, the center line of the tool 36 and the center line of the tool spindle 32 coincide.
[0018]
Next, the work rotation motor 22 is driven to rotate the work spindle 18 and the work 20 held by the work spindle 18 around the center line 16. Then, the tool 36 is inserted into the cylindrical workpiece 20 based on the movement of the first table 26 in the tool station 8 in the direction of the arrow X, and the tool rotation motor 30 is driven to rotate the tool 36. Grind the circumference. At this time, the grinding of the inner peripheral surface of the workpiece is performed by moving the cylindrical workpiece 20 in the arrow Y direction based on the horizontal movement of the first table 12 of the work station 6, and at this time, the outer peripheral surface of the tool 36 is the cylindrical workpiece. 20 is pressed against the inner peripheral surface. As a result, a load is applied to the distal end side of the tool 36 in a cantilever state and the tool 36 is bent.
[0019]
In order to prevent the deflection of the tool 36 from being offset to the workpiece 20, the piezoelectric actuator 60 of the turning mechanism 40 is driven according to the deflection of the tool 36, and the angle of the arm 50 is changed to adjust the angle of the tool 36. At that time, the deflection of the tool 36 is calculated by detecting the torque acting on the tool 36 or the twist of the tool 36 and using the relationship between the deflection and the torque or the twist created in advance.
[0020]
A voltage is applied so that one of the two piezoelectric actuators 60 extends and the other contracts. In addition, the voltage applied to the piezoelectric actuator 60 is adjusted so that the two arms 50 hold the vertical axis (second support shaft) 58 in a state where a pressing force is always applied. At this time, the voltage is adjusted based on the output of the displacement detection sensor 72. As a result, the angles of the vertical axis (second support shaft) 58 and the tool 36 are reliably controlled.
[0021]
Further, as described above, the distance between the vertical axis (first support shaft) 56 and the vertical axis (second support shaft) 58 is the distance between the actuator contact position 62 and the vertical axis (first support shaft) 56. Therefore, a displacement amount obtained by amplifying a slight deformation of the piezoelectric actuator 60 several times is given to the vertical axis (second support shaft) 58 and the tool 36, and the tool 36 contacts the workpiece 20. The surface is kept parallel to the spindle centerline. As a result, the inner peripheral surface of the workpiece 20 is a surface parallel to the central axis.
[0022]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 4 shows the appearance of the processing apparatus 102 according to the present invention. The processing apparatus 102 has a base 104 fixed at a place where it is installed. The base 104 supports a work station 106 that supports a workpiece (workpiece) and a tool station 108 that supports a cutting tool.
[0023]
The workstation 106 includes a fixed table 110 fixed to the base 104 and a first table (vertical movement table) 112 supported by the fixed table 110. The fixed table 110 and the first table 112 are drive-coupled via a vertical movement mechanism (not shown) disposed between them, and the first table 112 and the first table 112 are connected to each other based on a command from a control device (not shown). The table 112 is movable in the vertical direction (arrow Z direction). The first table 112 includes a work spindle 118 that rotates about a center line 116 extending in the horizontal direction (arrow X direction), and the work 120 is held on the work spindle 118. The work spindle 118 is drivingly connected to a work rotation motor 122 supported by the first table 112. Based on the rotation of the work rotation motor 122, the work spindle 118 and the work 120 held by the work spindle 118 are connected. Is designed to rotate.
[0024]
The tool station 108 includes a fixed table 124 fixed to the base 104, a horizontal movement table 126 supported by the fixed table 124, and a first table (horizontal movement table) 128 supported by the horizontal movement table 26. ing. The fixed table 124 and the horizontal movement table 126 are drivingly connected via a horizontal movement mechanism (not shown) arranged between them, and the horizontal movement table 126 is based on a command from a control device (not shown). Is movable in a predetermined horizontal direction (arrow X direction). Further, the horizontal movement table 126 and the first table 128 are drivingly connected via a horizontal movement mechanism (not shown) disposed between them, and based on a command from a control device (not shown), The first table 128 is movable in another horizontal direction (arrow Y direction) with respect to the horizontal movement table 126.
[0025]
The first table 128 supports three motor support tables (second tables) 130 at equal intervals in the arrow Y direction, and a tool rotation motor 132 is fixed to each motor support table 130. In addition, a tool spindle 134 that is drivingly connected to the tool rotation motor 132 rotates around a center line 136 in the horizontal direction. A tool 138 can be detachably attached to each tool spindle 132.
[0026]
Each motor support (second table) 130 is supported by the first table 128 via the turning mechanism 140 of FIG. The turning mechanism 140 has a configuration similar to that of the turning mechanism described in the first embodiment, but the two piezoelectric actuators 160 are arranged in a direction (front-rear direction) parallel to the rotation axis of the tool rotation motor 132. It is different in point. The other points of the turning mechanism 140 are basically the same as the turning mechanism of the first embodiment. Therefore, the description of a similar configuration is omitted.
[0027]
According to the processing apparatus 102 configured as described above, the workpiece 120 is held on the workpiece spindle 118 of the workstation 106. In the embodiment of FIG. 4, the cylindrical workpiece 120 is held with its center axis aligned with the center line 116 of the workpiece spindle 118.
[0028]
In contrast, a plurality of cutting tools (in addition to this, a plurality of grinding tools for grinding the side surfaces of the formed grooves) 138 for forming grooves in the cylindrical workpiece 120 are respectively held on the tool spindle 134 of the tool station 108. ing. At this time, the center line 136 of the tool 138 coincides with the center line of the tool spindle 134.
[0029]
Next, the work rotation motor 122 is driven to rotate the work spindle 118 and the work 120 held by the work spindle 118 around the center line 116. Then, the tool 138 is moved closer to the cylindrical workpiece 120 based on the movement of the horizontal movement table 126 of the tool station 108 in the direction of the arrow X, and the tool rotation motor 132 is driven to rotate the tool 138, so ) (Or grind the sides if grooves are formed). At this time, in grooving cutting or side surface grinding of the workpiece, the cylindrical workpiece 120 is moved in the arrow Z direction based on the vertical movement of the first table 112 of the workstation 106, and the first of the tool station 108 is moved along with it. This is performed by moving the tool 138 in the arrow Y direction based on the horizontal direction of the table 128. At that time, the outer peripheral surface of the tool 138 is pressed against the side surface of the groove formed in the cylindrical workpiece 120 particularly in side grinding (or side surface finishing cutting). As a result, a load acts on the distal end side of the tool 138 in a cantilever state and the tool 138 is bent.
[0030]
In order to prevent the deflection of the tool 138 from being offset to the workpiece 120, the piezoelectric actuator 160 of the turning mechanism 140 is driven according to the deflection of the tool 138, and the angle of the arm 150 is changed to adjust the angle of the tool 138. At this time, the deflection of the tool 138 is calculated by detecting the torque acting on the tool 138 or the twist of the tool 138 and using the relationship between the deflection and the torque or the twist created in advance.
[0031]
A voltage is applied so that one of the two piezoelectric actuators 160 extends and the other contracts. Further, the voltage applied to the piezoelectric actuator 160 is adjusted so that the two arms 150 hold the vertical axis (second support shaft) 158 in a state where a pressing force is always applied. At this time, the voltage is adjusted based on the output of a displacement detection sensor (not shown) as in the above-described embodiment. As a result, the angles of the vertical axis (second support shaft) 158 and the tool 138 are reliably controlled.
[0032]
Further, as described above, the distance between the vertical axis (first support shaft) 156 and the vertical axis (second support shaft) 158 is the distance between the actuator contact position 162 and the vertical axis (first support shaft) 156. Therefore, the displacement amount obtained by amplifying a slight deformation of the piezoelectric actuator 160 several times is given to the vertical axis (second support shaft) 158 and the tool 138, and the tool 138 contacts the workpiece 120. The surface is kept parallel to the spindle centerline. As a result, the inner peripheral surface of the workpiece 120 is a surface parallel to the central axis.
[0033]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 6 shows a turning mechanism 240 of the third embodiment. The turning mechanism 240 has a configuration similar to that of the turning mechanism described in the above embodiment, but the two piezoelectric actuators 260 have a horizontal direction 252 (having the same meaning as the horizontal line 52) and a predetermined displacement direction. It differs in that it is arranged at an angle. The other points of the turning mechanism 240 are basically the same as the turning mechanism of the above embodiment. Accordingly, description of similar configurations and implementations is omitted.
[0034]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 7 shows a turning mechanism 340 according to the fourth embodiment. The turning mechanism 340 has a configuration similar to that of the turning mechanism described in the above embodiment, but the two arms 350 and the two piezoelectric actuators 360 correspond to the horizontal line 352 (having the same meaning as the horizontal line 52). Are different in that they are arranged asymmetrically. The other points of the turning mechanism 340 are basically the same as the turning mechanism of the above embodiment. Accordingly, description of similar configurations and implementations is omitted.
[0035]
【The invention's effect】
The device according to the present invention makes it possible to amplify the displacement amount of the actuator. A processing apparatus provided with an actuator can be used with a small actuator that is driven with a small amount of displacement. Therefore, the whole processing apparatus is reduced in size.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of the tool station according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view of a turning mechanism according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view of a processing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic top view of a turning mechanism according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic top view of a turning mechanism according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic top view of a turning mechanism according to a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
2 processing equipment, 4 bases, 6 work stations, 8 tool stations, 10 fixed table, 12 first table, 14 second table, 16 center line, 18 work spindle, 20 work, 22 work rotation motor, 24 fixed Table, 26 First table, 28 Second table, 30 Tool rotation motor, 32 Tool spindle, 34 Center line, 36 Tools, 40 Turning mechanism, 42 Space, 44 Spacer block, 46 Vertical axis (swivel axis), 48 Projection part, 50 arm, 52 horizontal line, 54 gap, 56 vertical axis (first support shaft), 58 vertical axis (second support shaft), 60 piezoelectric actuator, 62 contact position, 64 rail, 66 rail, 68 slider , 70 slider, 72 displacement detection sensor, 102 processing device, 104 , 106 workstation, 108 tool station, 110 fixed table, 112 first table, 116 center line, 118 workpiece spindle, 120 workpiece, 122 workpiece rotation motor, 124 fixed table, 126 horizontal movement table, 128 first table, 130 second table, 132 tool rotation motor, 134 tool spindle, 136 center line, 138 tool, 140 swivel mechanism, 150 arm, 156 first support shaft, 158 second support shaft, 160 piezoelectric actuator, 162 contact position , 240 turning mechanism, 252 center line, 260 piezoelectric actuator, 340 turning mechanism, 350 arm, 352 horizontal line, 360 piezoelectric actuator

Claims

所定の中心軸を中心として回転する工具の外周面をワークの被加工面に当てて該被加工面を加工する加工装置において、
第１のテーブルと、
上記工具を支持しており、上記中心軸に直交する旋回軸を中心として上記第１のテーブルに対して回転する第２のテーブルと、
上記旋回軸を中心として上記第１のテーブルに対して第２のテーブルを回転させる回転機構とを備えており、
上記回転機構は、
上記第１のテーブルに固定された２本の第１の支軸と、
上記第２のテーブルに固定された第２の支軸と、
２つのアームであって、夫々が上記第１の支軸の各々に回転自在に連結され、両者により上記第２の支軸を挟持するアームと、
一端が上記第１のテーブルに連結され、他端が上記２つのアームの夫々に接触する２つのアクチュエータと
を備えており、
各々の上記アームにて、上記第２の支軸を挟持する位置と上記第１の支軸との距離が、上記アクチュエータの他端と上記アームとの接触位置と上記第１の支軸との距離よりも大きく決められていることを特徴とする加工装置。In a processing apparatus for processing the processing surface by applying an outer peripheral surface of a tool rotating around a predetermined central axis to a processing surface of a workpiece,
A first table;
A second table that supports the tool and rotates relative to the first table about a pivot axis orthogonal to the central axis;
A rotation mechanism that rotates the second table with respect to the first table around the pivot axis;
The rotation mechanism is
Two first spindles fixed to the first table;
A second spindle fixed to the second table;
Two arms, each of which is rotatably connected to each of the first support shafts, and sandwiches the second support shaft by both of them ,
One end connected to the first table, and the other end includes two actuators that contact each of the two arms,
In each of the arms, the distance between the position where the second support shaft is sandwiched and the first support shaft is such that the contact position between the other end of the actuator and the arm and the first support shaft. A processing device characterized by being determined to be larger than the distance.