JPH1043916A - 偏心可能なスピンドルを有する工作機械 - Google Patents

偏心可能なスピンドルを有する工作機械

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JPH1043916A
JPH1043916A JP9118279A JP11827997A JPH1043916A JP H1043916 A JPH1043916 A JP H1043916A JP 9118279 A JP9118279 A JP 9118279A JP 11827997 A JP11827997 A JP 11827997A JP H1043916 A JPH1043916 A JP H1043916A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スピンドルの回転軸線に対し垂直な平面にお
いて与えられた限界の間の量だけ偏心させることができ
る工具ホルダまたは被加工物ホルダを備えたスピンドル
を有する工作機械を提供する。 【解決手段】 工作機械(2) は被加工物保持スピンドル
(23)を有し、このスピンドルは工作機械の主回転軸線に
対し垂直なＸ軸に沿って移動可能である。スライド(3)
はタイロッド(40)を経て動かされるが、このタイロッド
は一端が数値軸(41)により作用されかつ他端にスライド
(3) の斜めの孔(31)に嵌まっている斜めの突起(42)を有
する。Ｚ軸に沿ってタイロッド(40)が移動すると、スラ
イド(3) 、したがって被加工物(1) がＸ軸に沿って移動
する。回転するスピンドル(23)を平衡させるための設備
がある。この工作機械は偏心肩部を有する部品を機械加
工することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は工作機械に関し、特
に主軸を中心として回転するスピンドルを有し、このス
ピンドルは、スピンドルの回転軸線に関して偏心させる
ことができる被加工物ホルダまたは工具ホルダからなる
形式の旋盤に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、回転加工する工作機械は、同心
および同軸である円筒状または円錐形肩部を有する被加
工物しか機械加工できない。すなわち、種々の肩部また
は座の回転軸線は全て長手方向主軸線と整合されてい
る。互いに偏心している一つまたは複数の肩部または座
を備えた被加工物を機械加工することが所望なときに、
異なる肩部の機械加工の間に機械を止め、被加工物ホル
ダスピンドルまたは工具ホルダスピンドルを一定量だけ
移動させて、次の偏心肩部のための機械加工を再び始め
ることが必要である。このため、恐らく被加工物のチャ
ック解除や再チャックの、多数のハンドリング段階が必
要となり、これらの操作は自動的な手段によって一般に
実施できないかまたは実施するのが非常にむずかしい。
そのようなハンドリングは機械加工にならびに機械加工
速度に否定的な影響を有する。
【０００３】特願平5-220,637 には、スピンドルの回転
軸線を機械のフレームに関して偏心させることができる
機械加工ステーションが記載されている。この工作機械
は前述したような被加工物を容易には機械加工できな
い。英国特許第1,244,703 号には、スピンドルの回転軸
線に対する工具ホルダの運動がカムでのみ行なわれ、し
たがってスピンドルの回転軸線に垂直な平面上のどんな
点にもちょうどに到達することができない。
【０００４】米国特許第5,544,556 号には、スピンドル
を機械加工主軸線に関して固定量だけ偏心させることが
できる旋盤が記載されている。それ故、そのような機械
は単独の偏心肩部を有する被加工物しか機械加工できな
い。さらに、偏心が固定されかつそれ故調整可能でもプ
ログラム可能でもない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】それ故、本発明の目的
は、従来技術の機械の前述した欠陥がなくかつスピンド
ルの回転軸線に垂直な平面で、与えられた限界の間のど
んな量でも偏心させることができる工具ホルダまたは被
加工物ホルダを備えたスピンドルを有し、前記スピンド
ルには被加工物ホルダまたは工具ホルダの偏心により生
ずるアンバランスを補償する手段を備えた工作機械を提
供することである。
【０００６】この目的のために、始めに述べた種類の本
発明による工作機械では、連続的に偏心を得ることがで
きかつその偏心がスピンドルの回転軸線に垂直な平面に
所望の座標（Ｘｉ，Ｙｉ）を占めることができる。本発
明の特別な実施の形態において、スピンドルの回転軸線
に垂直な軸線に沿って偏心動作を行なうことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施の
形態により詳細に説明する。図１の被加工物１は或る直
径の第一の円筒状肩部１０を有し、この第一の肩部１０
には第二の円筒状肩部１１があり、その直径は肩部１０
の直径より小さく、その長手方向軸線は肩部１０の長手
方向軸線に対して量−Ｘ１だけずらされている。第三の
肩部１２は前記肩部１１に機械加工されており、第三の
肩部１２もより小さい直径を有しかつ第一の肩部１０の
長手方向軸線に対して＋Ｘ２の移動量を有する。さら
に、被加工物１は長手方向軸線が＋Ｘ３の量だけずらさ
れた孔１３を有し、ならびに長手方向軸線が＋Ｘ４だけ
ずらされた貫通孔１４を有する。例としてここに示した
被加工物１は単に旋削、リーマー仕上げおよび孔あけ操
作により作られる。しかしながら、旋盤で行なうことが
できる他の全ての機械加工操作、例えばＸ軸に対してず
らされたそれらの長手方向軸線を有する円錐、溝等の機
械加工操作を実施できることも理解しなければならな
い。被加工物１は孔１５を有し、この長手方向軸線が第
一の肩部１０の長手方向軸線に関して−Ｘ５および＋Ｙ
５だけずらされていることも留意されよう。この種のず
れ量は本発明のいっそう一般的な実施の形態により偏心
可能なチャックを有する旋盤により実施することができ
る。
【０００８】図２は工作機械２の基本的な図を示し、特
に偏心可能なチャックを有する旋盤の基本的な図を示し
ており、その設計の細部は次の図に示されている。旋盤
２はその部分しか示されていないが、特にヘッドストッ
ク２０を有し、このヘッドストックではモータ２２によ
り駆動される軸２１が被加工物ホルダスピンドル２３を
回転させる。この場合には、スピンドル２３は図面で見
て右側の方に開放している、すなわち機械加工すべき被
加工物１に向かって開放している実質的に鐘形をしてい
る。この目的のために、スライド３は斜めの孔３１をあ
けられた底部分３０を有するのが好ましい。スライド３
の移動は移動制御手段４により制御される。これらの手
段４は、軸２１の孔２４内を長手方向に摺動可能なタイ
ロッド４０を有し、タイロッド４０の移動は適当な手段
により制御されるが、この手段は一方ではヘッドストッ
ク２０に接続されかつ他方ではタイロッド４０の一端に
接続された数値軸４１であるのが好ましい。タイロッド
４０の他端は、旋盤の長手方向軸線と角度αを形成する
斜めの突起４２を有し、この突起４２は孔３１に滑り嵌
めされている。したがって、数値軸４１によりタイロッ
ド４０がＺ軸の一方の方向にまたは他方の方向に移動す
ると、斜めの孔３１内の斜めの突起４２の摺動によりス
ライド３がＸ軸に沿って移動し、すなわち被加工物１が
旋盤の主長手方向軸線に関して偏心位置に動かされる。
所望の偏心量Ｘ１のために、タイロッド４０をＺｉ＝Ｘ
ｉ／ｔａｎαの量だけ動かさなければならない。センサ
４３により所望の偏心量Ｘｉにしたがう移動量Ｚｉの大
きさを監視することができる。スピンドル２３とスライ
ド３の間に配置された第一のばね３２により、スライド
３の位置を安定化させることができる。スピンドル２３
に対するスライド３の可能な全運動量はスピンドル２３
の鐘の内径とスライド３の外径との間の差により決定さ
れる。それ故、スライド３の運動を最大距離にわたって
制御できるためには、ｔａｎαにで割った直径のこの差
に等しい距離だけ動かすことができなければならない。
スライド３の底部分３０は斜めの突起４２が斜めの孔３
１に永久的に残っているように寸法決めしなければなら
ない。
【０００９】スライド３と被加工物１は質量Ｍを有する
ので、これらの要素を量Ｘｉだけ偏心させると、ＭＸｉ
に比例するアンバランスが引き起こされ、それが特に軸
２１に伝達されて軸を支持する軸受に早期の磨耗や引き
裂きをもたらす。このアンバランスを補償するために、
平衡手段５を準備することができ、この平衡手段５は固
体部分、ここでは一定の質量を有しかつ同様にＸ軸に沿
って移動でき、しかもスライド３の移動方向と反対方向
に移動できるリング５０で構成することができる。一組
のレバー５１により、スライド３に関してリング５０の
この相対変位を可能にする。リング５０の質量は、例え
ばリング５０にその目的のために設けたねじ部にねじを
加えることにより、前述した値Ｍに等価であるように調
整されるのが好ましく、一組のレバー５１はスライド３
によりもたらされる程度と同じ程度にしかも反対方向に
リング５０の移動をもたらすように決定される。リング
の質量がスライド３および被加工物の質量Ｍと異なるよ
うにすることもできるだろう。この場合には、リングの
５０の質量掛けるその移動量の積が質量Ｍ掛けるスライ
ド３の移動量の積に等しいようにリング５０の制御され
た運動が計算される。
【００１０】第二のばね５２がリング５０の位置を安定
化させる。スライド３とリング５０が偏心すると、遠心
力を発生し、この遠心力はまた軸２１に伝送される。こ
れらの力を制限するために、与えられた偏心量およびス
ピンドル２３の与えられた回転速度について、各ばねに
より及ぼされる力は各ばねが押している要素により及ぼ
される遠心力よりわずかに大きいようにばね定数３２と
５２が選択される。このようにして、軸２１とタイロッ
ド４０に及ぼされる力はできるだけ小さくされる。スラ
イド３の移動制御系はスピンドル２３と共に回転するの
で、タイロッド４０の移動制御部−ここでは例えば数値
軸４１の形態の−移動制御部を部品４０の他端に配置し
て、この移動制御に必要な信号やエネルギーの確実な伝
達を確保するのが有利である。温度の変動、偏心誤差の
発生に応じてタイロッド４０の長さの変化を避けるため
に、例えばインバールのような非常に低い熱膨張係数を
有する材料で作られるのが好ましい。前述した偏心可能
なチャックを有する旋盤によれば、偏心軸旋回操作を実
施することができ、これらの操作の軸はＸ軸上に整合さ
れる。いっそう一般的な実施の形態では、例えばスライ
ド３がスピンドル２３に関して回動できることにより、
この回動がタイロッド４０の対応する回動により制御さ
れ、Ｘ軸におよび回動角度にしたがって偏心を制御する
ことが、すなわちＸ軸とＹ軸にしたがって座標をそれぞ
れ変えることにより偏心を制御することが可能になる。
【００１１】図３に目を転ずると、偏心軸Ｘに垂直な平
面に沿って切断した断面、スピンドル２３の細部および
スライド３とリング５０の接続継手を見ることができ
る。図面を混乱させないために全ての設計の細部は示し
てない。軸２１はスピンドル２３を回転させる。タイロ
ッド４０はＺ軸に沿って移動可能であり、前に指摘した
ように、斜めの突起４２はスライド３の斜めの孔３１に
嵌まっている。二対の線状のニードル軸受３３により、
スライド３がスピンドル２３に対して摺動することがで
きる。ガスケット３４、３５によりこの案内を気密にし
て、案内を切削油のはねかけや旋削から保護する。それ
故、軸受３３により、Ｘ軸に沿ったスライド３の欠陥の
ない案内がスピンドル２３に対して得られる。リング５
０は、スピンドル２３の各側に配置された二つの円筒状
ロッド２５に沿って摺動することができる。これらのロ
ッド２５の一つだけを図面の右側に示してある。他方で
は、図面の左側には、スピンドル２３に固定されたピン
２６の周りを回動することができるレバー５１のうちの
一つが見られる。スライド３はレバー５１に面する開口
３６を有し、一方リング５０は対応する開口５３を有す
る。スライド３を量Ｘｉだけ一方の方向にまたは他方の
方向に移動させると、レバー５１がピン２６の周りを回
動し、その結果としてリング５０を対応する量だけ反対
方向に移動させる。図面において、スライド３は最大可
能量だけ動かされ、またリング５０もできるだけ遠く移
動している。移動伝達比は図面のように１：１ではな
く、むしろ移動させるべき要素の質量に反比例するよう
にすることもできよう。前に示したように、リング５０
はロッド２５に沿って摺動する。
【００１２】図５はスライド３の部分を断面で示し、チ
ャックＰ１のための装置６を示す。この装置６はばねと
して作用する慣用のクランプ６０により保持されてお
り、被加工物１の底部はストッパーに載っている。クラ
ンプ６０の外側面の部分は円錐体６１を有する。円錐形
内面を有する把持部分６２は軸方向に移動可能でありか
つその軸方向位置によってはクランプ６０を把持するか
または解放する。把持部６２は、旋盤の主長手方向軸線
の周りに円をなして規則的に配置された複数のばね６３
により、クランプ６０を把持する位置に、図面の右側に
向かって保持されている。クランプ６０を釈放して被加
工物１を挿入または取り外すために、一方ではヘッドス
トック２０に固定された摺動路に配置されていてノズル
６５を入口６４に向かって移動させることができる圧縮
空気噴射ノズル６５に対向して空気入口６４が配置され
るようにスピンドルがスライド３を介して一定の角度位
置にもたらされる。入口６４は、同様に旋盤の主長手方
向軸線の周りに円をなして配置された空気室６６と連通
している。空気室６６はピストンとして作用する壁６７
の一方の側に配置され、その他方の側がばね６３に接し
て載っており、壁６７が把持部６２の部分を形成してい
る。スピンドルを要求された位置に停止させると、ノズ
ル６５が下げられ、その端部を入口６４に挿入する。そ
れから、圧縮空気が噴射され、その圧縮空気は空気室６
６にわたって広がって、壁６７、したがって部品６２
を、ばね６３により及ぼされる力に対向する後部に向か
って押す。したがってクランプ６０および被加工物１を
解放する。入口６４にはノズル６５の端部により作用さ
せることができるスプリング弁を設けるのが好ましく、
これによって機械加工液または旋削くずが固定装置６の
空気回路の中へ入るのを阻止する。クランプ６０の把持
または釈放をチェックする装置を例えばノズル６５のそ
ばに取り付けることもできる。この装置は、把持部６２
に固定された半径方向アーム６８と、ノズル６５が接近
すると半径方向アーム６８に近づくセンサ６９、例えば
誘導センサとで構成される。アーム６８のしたがって把
持部６２の前進したまたは引っ込んだ位置を検出して、
この情報を制御ユニット（図示省略）に伝送することに
より、機械加工プログラムにクランプ６０の把持したま
たは釈放した状態を知らせる。そのようなチャック装置
は前述した偏心可能なチャックを有する旋盤に特に良く
適しているが、慣用の工作機械または旋盤に容易に取り
付けることもできる。
【００１３】潤滑装置７は図５に示したように構成され
るのが好ましい。それは、ノズル６５として同じ支持体
にまたは他の支持体に配置されかつノズル６５と同時に
下げられるノズル７０からなる。潤滑剤入口７１はノズ
ル７０に面するスピンドル２３に配置されかつ潤滑剤を
タイロッド４０に供給するダクト７２に接続されている
と共に、潤滑剤入口７１は潤滑すべき部品に分配されて
いる。このように、機械の停止時にのみ被加工物を変え
るときに潤滑が完了される。このように、タイロッド４
０とその斜めの部分４２は確実に潤滑され、スピンドル
２３が回転しているときにスライド３の偏心動作を制御
することができる。この同じ図面に見られるように、ダ
クト４４はタイロッド４０および斜めの部分４２を長手
方向に通り、それによってその目的のためにスライド３
および把持装置６を介して設けられたダクトを経て推進
される切削液を供給して、機械加工くずが装置の中へ入
ったりかつスライド３およびリング５０の移動を妨げた
りするの阻止する。当業者であれば、前述した単独のス
ピンドル旋盤以外の工作機械に以前の記載を適用するこ
とができよう。このように、前述した手段によれば、ス
ピンドルを所望の量だけ連続的に偏心させることができ
る工作機械、特に旋盤の製造が可能になり、その際の偏
心量はその機械に適した数値計算手段により制御可能で
ある。
【００１４】
【発明の効果】本発明による工作機械によれば、連続的
に偏心を得ることができかつその偏心がスピンドルの回
転軸線に垂直な平面に所望の座標（Ｘｉ，Ｙｉ）を占め
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による偏心可能なチャックを有する旋盤
により製造できる代表的な被加工物の断面図を伴った端
面図である。
【図２】そのような旋盤の部分的な断面を含む概略図で
ある。
【図３】そのような旋盤のスピンドルの偏心軸線に垂直
な平面に沿って切断した断面図である。
【図４】可能な設計変更を示す部分的に断面した詳細図
である。
【図５】機械加工すべき被加工物をチャックするための
装置の断面図である。
【符号の説明】
１ 被加工物ホルダまたは工具ホルダ ２ 機械加工旋盤 ３ スライド ５ 平衡手段 ７ タイロッドを潤滑するための手段 ２０ 工作機械のヘッドストック ２１ 駆動軸 ２３ スピンドル ２４ 駆動軸の長手方向座 ３０ スライドの底部 ３１ 斜めの座 ３２ 第一のばね ３６ 開口 ４０ タイロッド ４２ 斜めの突起 ５０ リング ５２ 第二のばね ５３ 他の開口 ６０ ばねクランプ ６２ 把持部 ６３ ばね ６５ 噴射ノズル ６８ 半径方向アーム ７０ 潤滑剤噴射ノズル ７１ 潤滑剤入口 ７２ ダクト Ｘｉ，Ｙｉ 所望の座標

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 特に主軸線を中心として回転するスピン
    ドル(23)を有し、このスピンドルは、前記スピンドルの
    回転軸線に関して偏心させることができる被加工物ホル
    ダまた工具ホルダ(3) を有する工作機械(2) において、
    スピンドルの前記回転軸線に垂直な平面内で偏心を連続
    的に得ることができかつ所望の座標（Ｘｉ，Ｙｉ）を占
    めることができることを特徴とする工作機械。
  2. 【請求項２】 偏心が偏心スピンドルの前記回転軸線に
    垂直な軸線に沿って所望の座標（Ｘｉ）を占めることが
    できることを特徴とする請求項１の工作機械。
  3. 【請求項３】 被加工物ホルダまたは工具ホルダが機械
    加工すべき被加工物(1) または機械加工工具を支承する
    スライド(3) で構成され、前記スライドはスピンドルの
    前記回転軸線に垂直な軸線に沿って移動可能であること
    を特徴とする請求項２の工作機械。
  4. 【請求項４】 第一のばね(32)がスピンドル(23)とスラ
    イド(3) の間に配置され、前記ばね定数は、その圧力が
    偏心したスライドにより加えられる遠心力より常に大き
    いように選択されることを特徴とする請求項３の工作機
    械。
  5. 【請求項５】 前記スライド(3) は、スピンドル(23)の
    駆動軸(21)の長手方向座(24)に配置されたタイロッド(4
    0)により移動を制御され、前記タイロッドは、前記スラ
    イド(3) に最も近いその端部に、スライドの底部(30)に
    設計された斜めの孔(31)に嵌まりかつこれと共働する斜
    めの突起(42)を有し、前記タイロッド(40)の軸方向運動
    によりスライド(3) の半径方向運動がもたらされること
    を特徴とする請求項３または４の工作機械。
  6. 【請求項６】 タイロッド(40)の他端が数値軸(41)によ
    り軸方向移動するように駆動され、タイロッドの移動量
    はセンサ(43)によりチェックされることを特徴とする請
    求項５の工作機械。
  7. 【請求項７】 タイロッド(40)はスピンドル(23)の駆動
    軸(21)の前記長手方向座(24)において回転させることが
    できることを特徴とする請求項５または６の工作機械。
  8. 【請求項８】 タイロッド(40)が低い熱膨張係数を有す
    る材料で作られることを特徴とする請求項５から７まで
    のうちのいずれか一つに記載の工作機械。
  9. 【請求項９】 スライド(3) の、したがって機械加工す
    べき被加工物(1) の偏心は、スピンドル(23)が回転して
    いるときに制御されることを特徴とする請求項１から８
    までのうちのいずれか一つに記載の工作機械。
  10. 【請求項１０】 さらに、スライド(3) のおよび機械加
    工すべき被加工物(1) の偏心により生ずるアンバランス
    を補償することができる平衡手段(5) を有することを特
    徴とする請求項３から９までのうちのいずれか一つに記
    載の工作機械。
  11. 【請求項１１】 アンバランスを平衡させるための手段
    は、スライド(3) と同じ軸線に沿ってしかも反対方向に
    移動可能なリング(50)で構成されることを特徴とする請
    求項１０の工作機械。
  12. 【請求項１２】 リング(50)の運動は、スピンドル(23)
    に固定されたピン(26)を中心として回動する少なくとも
    一つのレバー(51)により制御され、前記レバーの第一の
    端部がスライド(3) に設計された開口(36)に嵌まり、前
    記レバーの他端がリング(50)に設計された他の開口(53)
    に嵌まっていることを特徴とする請求項１１の工作機
    械。
  13. 【請求項１３】 リング(50)の質量がスライド(3) のな
    らびに機械加工すべき被加工物(1) の質量に等しくなる
    ように調整可能であり、リング(50)の一方向への運動量
    はスライド(3) の偏心量に等しくかつ対向していること
    を特徴とする請求項１０から１２までのうちのいずれか
    一つに記載の工作機械。
  14. 【請求項１４】 第二のばね(52)がスピンドル(23)とリ
    ング(50)の間に配置され、前記ばね定数は、その圧力が
    偏心したリング(50)により及ぼされる遠心力より常に大
    きいことを特徴とする請求項１０から１３までのうちの
    いずれか一つに記載の工作機械。
  15. 【請求項１５】 被加工物(1) は、スライド(3) に取り
    付けられた円形のばねクランプ(60)に保持され、このば
    ねクランプは、円錐形の外側面部分(61)と、前記クラン
    プ(60)を取り囲む軸方向に移動可能な把持部(62)とを有
    し、把持部(62)はその把持のためにクランプ(60)の円錐
    面(61)と共働する円錐面を有し、クランプ(60)に接する
    把持部(62)の把持は複数のばね(63)により得られ、工作
    機械のヘッドストック(20)上を半径方向に変位可能な噴
    射ノズル(65)から来る圧縮空気により解放が得られ、ス
    ピンドル(23)が回転していないときに、前記ノズル(65)
    はスライド(3) に配置された空気入口(64)に嵌まってい
    て、前記把持部(62)の壁(67)に配置された空気室(66)の
    中へ圧縮空気を噴射するようになっており、圧縮空気
    は、クランプ(60)を解放しかつ被加工物(1) を自由にす
    るためにばね(63)により及ぼされる力に対向することを
    特徴とする請求項１から１４までのうちのいずれか一つ
    に記載の工作機械。
  16. 【請求項１６】 さらに、前記クランプに固定された半
    径方向アーム(68)で構成された、チャック式クランプ(6
    0)の把持状態または解放状態をチェックするための手段
    と、前記半径方向アームの位置を検出するためのセンサ
    (69)とからなることを特徴とする請求項１５の工作機
    械。
  17. 【請求項１７】 さらに、工作機械のヘッドストック(2
    0)上を半径方向に変位可能な、潤滑剤噴射ノズル(70)で
    構成されたタイロッド(40)を潤滑するための手段(7) を
    有し、スピンドル(23)が回転していないときに、前記ノ
    ズル(70)はスピンドルに配置された潤滑剤入口(71)に嵌
    まっていて、潤滑剤を、タイロッド(40)の座(31,24) に
    連結されたダクト(72)の中へ噴射するようになっている
    ことを特徴とする請求項１から１６までのうちのいずれ
    か一つに記載の工作機械。
  18. 【請求項１８】 タイロッド(40)と斜めの突起(42)は、
    機械加工液を通すためのダクト(44)を有することを特徴
    とする請求項１から１７までのうちのいずれか一つに記
    載の工作機械。
  19. 【請求項１９】 工作機械が機械加工旋盤(2) を構成す
    ることを特徴とする請求項１から１８までのうちのいず
    れか一つに記載の工作機械。
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