(57)【要約】【課題】  ナノ精度の高精密双頭円筒研削盤の提供。【解決手段】            円筒状ワークを両端から双頭の旋削工具を用いて端面研磨、内面テーパー切削加工、研磨加工する複合旋削加工機において、旋削工具軸装置として磁気軸受と静圧水軸受により軸受けされる回転／直動可能なビルトインモータ駆動式の旋削工具軸１３、前記旋削工具軸を回転／直動させる回転／直動複合アクチュエータ１６，１８および、前記旋削工具軸の直線移動距離を測定する位置測定手段８５を備える旋削工具軸装置１０を用いる。【選択図】  図１
2010172985.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気軸受と静圧流体軸受により軸受けされる回転／直動可能なビルトインモータ駆動式の旋削工具軸、および、前記旋削工具軸を直線方向に移動可能に固定するツール移動台よりなる一対の旋削ステージと、
前記一対の旋削ステージ間に設けられた円筒状ワークを回転自在に緊結するワーク支持機構と、
前記円筒状ワークの軸心方向に対する前記旋削工具軸の位置（Ｘ座標）を検出する一対の位置センサと、
前記ワーク支持機構を前記円筒状ワークの軸心方向に対し直角方向（Ｚ座標）に移動させるワーク移動台と、
前記一対の旋削工具軸の軸心と円筒状ワークの軸心とを同一直線上に芯出しする位置決め機構とを備える円筒状ワークの複合旋削加工機において、
前記旋削ステージとして、磁気軸受と静圧水軸受により軸受けされる回転／直動可能なビルトインモータ駆動式の旋削工具軸、前記旋削工具軸を回転／直動させる回転／直動複合アクチュエータ、前記旋削工具軸の直線移動距離を測定する位置測定手段、および、前記旋削工具軸を直線方向に移動可能に固定する移動台よりなる一対の旋削ステージを用いることを特徴とする、複合旋削加工機。
【請求項２】
請求項１に記載の複合旋削加工機において、前記一対の旋削工具が砥石、ドリル、切削刃より選ばれた工具の同種の旋削工具の組み合わせまたは異種の旋削工具の組み合わせであることを特徴とする複合旋削加工機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、双頭ツール主軸装置を用いて円筒状ワークの両端、あるいは内面を同時に機械加工できる円筒状ワークの複合旋削加工機に関する。具体的には、磁気軸受と静圧水軸受により軸受けされる回転／直動可能なビルトインモータ駆動式の砥石軸を備える一対の砥石頭と、前記砥石頭を円筒状ワーク側に移動させる一対のツール移動台と、円筒状ワークを回転自在に緊結するワーク支持機構と、前記円筒状ワークの軸心方向に対する前記砥石軸の位置（Ｘ座標）を検出する一対の位置センサと、前記ワーク支持機構を前記円筒状ワークの軸心方向に対し直角方向（Ｚ座標）に移動させるワーク移動台と、を備える複合円筒内面研削装置に関する。この複合円筒内面研削装置は、円筒状ワークの両端側から一対の砥石によりワーク筒内面およびワーク端面を同時に成形加工できる。本発明の複合施削加工機は、鋼管、アルミニウム管、石管、エンジニアリングプラスチック管、セラミック製管の円筒状ワークの端面研磨加工、端面テーパー加工、内面ねじ切り加工、内面平滑成形加工に適している。
【背景技術】
【０００２】
内面研削装置は知られている。例えば、図２に示すように、２頭のパラレルツールスピンドルにより投付穴、端面、テーパー、外周加工を段取り替えなしで機械加工できる２ツール軸仕様の内面研削装置が株式会社岡本工作機械製作所より内面研削盤ＩＧＭ１５ＮＣ（商品名）の機種銘で市販されている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
また、図３に示すように、研削磁気軸受と静圧空気軸受により軸受けされるビルトインモータ駆動式の砥石軸を備える砥石頭と、砥石軸のラジアル方向（Ｙ軸方向）の圧力を検知する圧力センサと、前記砥石頭を円筒状ワーク側に移動させるツール移動台と、円筒状ワークを回転自在に３爪チャックで緊結するワーク支持機構と、前記ワーク支持機構を前記円筒状ワークの軸心方向に対し直角方向（Ｚ座標）に移動させるワーク移動台と、を備える円筒内面研削装置も知られている。前記砥石軸は、砥石を先端に取付けたスピンドルを、静圧気体軸受と磁気軸受とが互いに兼用部分が生じるように複合化された静圧磁気複合軸受を介して、スピンドル装置本体に回転自在に設置し、前記スピンドルは、ラジアル軸受とアキシャル軸受とを介してスピンドル装置本体に設置し、前記ラジアル軸受を前記静圧磁気複合軸受としている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
さらに、円筒状ワークの両端側から一対の旋削工具（砥石、刀具、ドリルなど）を用い、同時に円筒状ワークを機械加工する複合円筒研削盤や複合旋盤、複合ドリル加工・研削装置も提案されている。
【０００５】
例えば、図４に示すように、砥石軸１０１を備える一対の砥石頭１００と、前記砥石頭を円筒状ワーク２００側に移動させる一対のツール移動台１０２と、円筒状ワークを回転自在に緊結するワーク支持機構３００と、前記ワーク支持機構を前記円筒状ワークの軸心方向に対し直角方向（Ｚ座標）に移動させるワーク移動台３０１と、を備える複合円筒内面研削装置は知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
さらに、刃工具（フライス刃、ドリルなど）を備える一対の主軸装置と、前記主軸装置を円筒状ワーク側に移動させる一対のツール移動台と、円筒状ワークを３爪で緊結するワーク支持機構と、を備える複合旋盤も知られている（例えば、特許文献３、特許文献４および特許文献５参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−２４８０５号公報
【特許文献２】中国実用新案公告第２００９８８１５１号実用新型説明書
【特許文献３】中国実用新案公告第２０１０５５２９４号実用新型説明書
【特許文献４】中国実用新案公告第２０１０７６９３８号実用新型説明書
【特許文献５】中国実用新案公告第２０１０７６９０８号実用新型説明書
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】株式会社岡本工作機械製作所著、「製品案内−ＧＲＩＮＤ−Ｘ」カタログ、９頁、２００８年１月３０００部発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記特許文献１に記載の磁気軸受と静圧空気軸受により軸受けされるビルトインモータ駆動式の砥石軸を備える砥石頭を備える研削装置は、砥石軸の高さ位置調整を供給する空気で行っており、高回転精度が得られている。しかし、左右方向の砥石位置の精度は移動台の移動距離で制御され、移動台の制御では、０．００１ｍｍ（１μｍ）〜０．００３ｍｍまでの加工精度しか得られない。
【００１０】
前記特許文献２乃至特許文献５に記載の複合旋削加工機は、円筒状ワークの両端側から一対のツール主軸を用いてワークの端面および内面を同時に機械加工できるので、ワークの軸心に振れがない加工製品を得ることができる利点を有する。
【００１１】
しかし、前記特許文献２に記載されるように、この双頭主軸利用の同時複合研削加工機では高々０．００３ｍｍ（３μｍ）までの加工精度しか得られていない。
【００１２】
本願発明者等は、前記特許文献２乃至特許文献４に記載の双頭主軸の同時複合旋削加工機のツール主軸の軸受と駆動を、前記特許文献１に記載の磁気軸受と静圧空気軸受により軸受けされるビルトインモータ駆動式の砥石軸を採用することにより筒状ワークの加工精度を０．１〜０．５μｍへと向上させることを試みたが、高々１μｍまでしか加工精度は向上しなかった。
【００１３】
次に、本願発明者等は、静圧空気軸受を静圧水軸受構造に変更し、磁気軸受と静圧水軸受により軸受けされるビルトインモータ駆動式の砥石軸を採用するとともに、砥石軸の左右の０．１〜１５０ｍｍ長の大きい移動をツール軸移動台の左右移動で行い、砥石軸の左右の０．０００１〜２ｍｍ長の小さい移動を磁気軸受で行うように設計したところ、円筒状ワークの加工精度が０．１〜０．５μｍへと向上したことを見出し、本発明に到った。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
請求項１の発明は、磁気軸受と静圧流体軸受により軸受けされる回転／直動可能なビルトインモータ駆動式の旋削工具軸、および、前記旋削工具軸を直線方向に移動可能に固定するツール移動台よりなる一対の旋削ステージと、
前記一対の旋削ステージ間に設けられた円筒状ワークを回転自在に緊結するワーク支持機構と、
前記円筒状ワークの軸心方向に対する前記旋削工具軸の位置（Ｘ座標）を検出する一対の位置センサと、
前記ワーク支持機構を前記円筒状ワークの軸心方向に対し直角方向（Ｚ座標）に移動させるワーク移動台と、
前記一対の旋削工具軸の軸心と円筒状ワークの軸心とを同一直線上に芯出しする位置決め機構とを備える円筒状ワークの複合旋削加工機において、
前記旋削ステージとして、磁気軸受と静圧水軸受により軸受けされる回転／直動可能なビルトインモータ駆動式の旋削工具軸、前記旋削工具軸を回転／直動させる回転／直動複合アクチュエータ、前記旋削工具軸の直線移動距離を測定する位置測定手段、および、前記旋削工具軸を直線方向に移動可能に固定する移動台よりなる一対の旋削ステージを用いることを特徴とする複合旋削加工機を提供するものである。
【００１５】
請求項２の発明は、前記請求項１に記載の複合旋削加工機において、前記一対の旋削工具が砥石、ドリル、切削刃より選ばれた工具の同種の旋削工具の組み合わせまたは異種の旋削工具の組み合わせであることを特徴とする複合旋削加工機を提供するものである。
【発明の効果】
【００１６】
旋削工具軸の直線方向の移動を、磁気軸受による０．１〜２，０００μｍの移動による被研削物への精密旋削加工と、旋削工具軸を直線方向に移動可能に固定するツール移動台のスライドウエイ利用の移動手段による被旋削物である円筒状ワーク端への接近および粗旋削加工切り込みの０．００１〜１，０００ｍｍの移動に振り分けることにより、旋削工具の磨耗により生じる工具寸法ミクロンオーダーの減少の位置補正を位置センサで検出して磁気軸受により補償できるようにしたので、旋削加工された被旋削物の寸法精度が０．１〜０．５μｍへと向上した。また、旋削工具軸の軸受構造として静圧水軸受を採用することにより環境に優しい複合旋削加工機とすることができるとともに、空気静圧よりも水静圧の方が旋削工具軸の動剛性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】複合旋削加工機の旋削工具軸装置構造を示す断面図である。
【図２】円筒状ワークの一端面側から双頭の旋削工具で旋削加工する複合内面研削盤の斜視図である。（公知）
【図３】磁気軸受と静圧気体軸受兼用の砥石軸を利用する円筒状ワークの内面研削盤の斜視図である。（公知）
【図４】円筒状ワークの両端面側から双頭の旋削工具で旋削加工する複合内面研削盤の正面図である。（公知）
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を用いて本発明をさらに詳細に説明する。図１は複合旋削加工機の砥石軸静圧水軸受と磁気軸受を併用した砥石軸装置の構造を示す断面図である。
【００１９】
図１に示す複合旋削加工機の砥石軸装置１０は、磁気軸受と静圧水軸受により軸受けされる回転／直動可能な砥石軸１３およびこの回転可能な砥石軸先端に砥石１４を取り付けた研削頭（ヘッド）を有する。前記砥石軸１３の後端には砥石軸直線移動方向の位置（Ｘ座標）を測定する位置測定手段８５が設けられ、前記砥石軸１３は直線移動可能なツール移動台に固定板６を介して固定されている。
【００２０】
この磁気軸受と静圧水軸受により軸受けされる回転／直動可能な砥石軸１３には、砥石軸を回転／直動させる回転／直動複合アクチュエータ１６，１８が設置されている。
【００２１】
砥石軸１３は円筒状ハウジング１５により囲繞され、砥石軸１３の後方部は、静圧水ラジアル軸受される。円筒状ハウジング内壁には、水通路１５ｅが設けられ、給水口１５ａより水は水通路１５ｅへ供給される。円筒状ハウジング１５内壁と砥石軸１３外の間を流れて砥石軸１３を冷却した水は、バキューム吸引管１５ｂより排出される。基板研削終了後は、圧空供給口１５ｃより加圧空気が供給され水通路１５ｅ内に残留する冷却水および水滴をドレン管１５ｄより円筒状ハウジング１５外へ放出する構造としている。
【００２２】
砥石軸１３の中央部には、砥石軸１３を回転させる前記ビルトインモータ１６が設置され、前記円筒状ハウジング１５に設けられた冷却液導入パイプ１５ｆより供給された冷却液が円筒状ハウジング１５内壁に設けられた冷却液流路１５ｈを通って排出管１５ｇへ導かれる。
【００２３】
前記円筒状ハウジング１５の素材としては、炭化珪素、窒化珪素、酸化珪素、アルミナ、ジルコニアなどのセラミックが好ましいが、従来のステンレスあるいはクロムメッキ鋼製スピンドル表面をセラミック化学蒸着で１００〜５００μｍ厚コーティングしたものでもよい。
【００２４】
前記ラジアル軸受される下方部室とビルトインモータ１６の冷却液室とは、リップシール１５ｊによりそれぞれの室に供給される液体が混合しないよう区画されている。
【００２５】
砥石軸１３の後方には、砥石軸１３の上端に設けられたボールターゲット１７の位置検出素子である位置センサ８５を搭載し、可動子（永久磁石）１８ａを固定した砥石軸１３を前後方向（ｙ軸方向）に０．０１〜２，０００μｍ程度移動させるためのコイル１８ｂが設置されている。
【００２６】
前記ビルトインモータ１６で砥石軸１３の回転を、可動子１８ａとコイル１８ｂとの組み合わせのモータ１８で砥石軸１３の２．０ｍ以下のスラスト直動を行うことができ、これらモータ１６，１８を合わせて回転／直線複合アクチュエータと呼ぶ。
【００２７】
複合旋削加工機の他のアッセンブリ装置、機器および部品である、ワーク移動台、円筒状ワークを回転自在に緊結するワーク支持機構、前記ワーク支持機構を前記円筒状ワークの軸心方向に対し直角方向（Ｚ座標）に移動させるワーク移動台、および、前記一対の施削工具軸の軸心と円筒状ワークの軸心とを同一直線上に芯出しする位置決め機構（Ｘ軸−，Ｙ軸−，Ｚ軸−リニアースケールや記録部、位置座標データ演算部、軸移動距離演算部、駆動機構への移動距離指令部等を備える数値制御装置を含む）は、これまでに使用されている装置、機器および部品、例えば前記特許文献２に示される既知の製品を利用することができる。
【００２８】
被旋削加工物である円筒状ワークは、ワーク支持機構の３爪係止チャック機構の円筒状空間部に挿入され、３爪を円筒状ワークの外周面に移動、接触させることにより緊結される。ついで、ワーク支持機構を搭載するワーク移動台を前後方向に直線移動させ、前記一対の砥石軸の軸心と円筒状ワークの軸心とが同一直線上に位置する距離前後移動させ、芯出しを完了させ、ワーク位置および一対の旋削工具（砥石）位置を研削加工開始点位置（または待機位置）とする。
【００２９】
旋削工具は、円筒状ワークの目的とする製品の機械加工に適した砥石、ドリル、切削刃より選ばれた工具の同種の旋削工具または異種の旋削工具の組み合わせで使用される。よって、一対とも砥石を用いて管体の両端面を研磨加工、あるいは管体の内面を同時にテーパー加工研削、溝切加工、研磨加工する。また、砥石と切削刃を用い、砥石で管体の一方の端面を研磨加工、あるいは管体の内面をテーパー加工研削、溝切加工、研磨加工し、切削刃で他方の端や内面に溝切加工を同時に行う。さらに、砥石とドリルを用い、砥石で管体の一方の端面を研磨加工、あるいは管体の内面をテーパー加工研削、溝切加工、研磨加工し、ドリルで管体の他方内面に穿孔加工や溝切加工を同時に行うことができる。
【００３０】
円筒状ワークの旋削加工は、数値制御装置のメモリー部に記憶された加工プログラムに従って、数値制御装置の記録部に記録される距離や位置座標を基に演算される移動距離データや位置座標データを施削工具軸の回転駆動機構や直線移動機構に伝達しながら円筒状ワークと施削工具の相対的な動きにより実行される。
【００３１】
旋削加工中、工具のＸ軸−リニアースケール位置のパルス信号を受けて発信された旋削工具（砥石）１４のＸ−軸位置数値と、位置センサ８５から発信される砥石１４のＸ−軸位置数値間に誤差があるときは、その誤差数値を補償するよう磁気軸受の可動子１８ａを固定した砥石軸１３をコイル１８ｂにより移動させる。
【００３２】
被旋削加工物の旋削加工終了後は、ワーク移動台を旋削加工開始点位置まで前後移動して戻し、ついで、ツール移動台を旋削加工待機位置まで直線後退移動させ、ついで、旋削工具軸の回転を停止させる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の円筒状ワークの複合旋削加工機は、旋削工具軸１３の直線方向の移動を磁気軸受による微量の移動と、サーボモータ、アクチュエータ、リニアモータ等のより大きい量の移動を併用できるので、旋削工具の磨耗があっても旋削加工途中での施削工具の位置を検出しながら磁気軸受による旋削工具軸の微量の移動で補償できるので、より寸法精度の高い被旋削加工品を得ることができる。また、旋削加工現場の旋削工具軸の静圧流体軸受に静圧水軸受を採用したことにより環境に優しい複合旋削加工機とすることができた。
【符号の説明】
【００３４】
６    砥石軸固定板
１０  研削主軸装置
１３  砥石軸
１４  砥石
１５  円筒状ハウジング
１５ａ  給水口
１５ｂ  バキューム吸引管
１５ｃ  圧空供給口
１５ｄ  ドレン管
１５ｅ  水通路
１５ｆ  冷却液導入パイプ
１５ｈ  冷却液流路
１５ｇ  排出管
１６，１８  回転／直動複合アクチュエータ
１６  ビルトインモータ
１７  ボールターゲット
１８ａ  可動子
１８ｂ  コイル
８５  位置測定手段
【図１】
2010172985.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2010172985.tif 000006