(57)【要約】  上水平表面が円形であるベース（１２）を備え、ベースの一側縁に沿って角度１８０°のアーチ形立柱（５６）が立設する五軸工具研削盤を開示する。他側の外縁がアーチ形立板等によって囲繞されて円形ベースに位置する溝（６３）を形成し、且つ前記立板の高さが前記立柱（５６）より小さい。前記研削盤は、上表面が円形で加工を中央部で行い、放射状に均一に外側へ熱伝達することができ、ベッドに熱によって生じる変形を各方向で大体一致するようにする。そして、温度誤差補償上の向上を図り、更に熱変形による加工品質への影響を低下させ、誤差を低下させることになり、特に刃物の精密加工に適合し、同時に円形ベースのベッドにより優れた安定性と平衡性を持たせる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研削盤ベース（２）と、一側に位置するように前記研削盤ベース（２）に立設された立柱（５６）と、を備える五軸工具研削盤であって、研削盤ベース（２）の上水平表面は円形であり、立柱（５６）は前記ベース（２）の一側縁に沿って湾曲した１８０°アーチ形構造であり、他側の外縁がアーチ形立板によって囲繞される円形ベースに位置する溝と、を形成し、且つ前記立板の高さが前記立柱より小さいことを特徴とする五軸工具研削盤。
【請求項２】
前記研削盤ベースの作業台に、対称的に取付具があるクロス滑りテーブル（３）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の五軸工具研削盤。
【請求項３】
前記溝を成すように囲む立板の内側が勾配面であり、且つ前記立板が前記ベースの外縁の外側に位置し、勾配面、アーチ形立板の両端の密閉板及びベースの円形表面によって囲繞して前記溝を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の五軸工具研削盤。
【請求項４】
前記立柱（５６）の内側立面に垂直方向に、滑動軌道に沿って動作する砥石車ヘッドストック（１）が設けられている滑動軌道（４）が設けられ、
前記砥石車ヘッドストック（１）は、垂直方向に設けられるものであり、その下部が回転盤軸受により、水平に設けられ、両側に対称的に前記主軸の軸線周りに回動する砥石車（２３）が設けられている主軸（２１）に接続されているトルクモータ（１６）を備え、
前記砥石車ヘッドストック（１）は、上部に位置し回転するものであり、広幅同期ベルト（１１）により、前記主軸（２１）の中央部に嵌め込み前記主軸（２１）を連動させて回動させる主軸滑車（２０）に接続され、そのうち、その中心軸の両端に対称的に主軸モータ（１０）が設けられ、対称する２つの前記主軸モータ（１０）によってその中心軸が同期して駆動されて回動する大滑車（９）を更に備えることを特徴とする請求項３に記載の五軸工具研削盤。
【請求項５】
前記大滑車（９）が、更に小幅同期ベルト（８）との連動により、上部に位置する小滑車（７）に接続されて回動し、前記小滑車（７）にエンコーダ（６）の回転軸が接続されていることを特徴とする請求項４に記載の五軸工具研削盤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は研削盤に関し、更に具体的には、主に刃物の加工に用いられる研削盤に関する。
【背景技術】
【０００２】
研削盤は、研削工具を用いてワークの表面に対して研削加工を行う工作機械であり、多数の研削盤が高速で回転している砥石車で研削加工を行う。従来の技術において、研削盤加工に大量の熱が生じて、砥石車、被研削工具、研削盤ベッド及び伝動部分に熱変形が発生して、更に加工精度に影響を与えてしまうという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、ベッド構造の変更と対称的な設置によって、構造安定性を向上させ、誤差補償上の向上を図り、加工誤差を低下させ、加工精度を向上させ、加工プロセス性能と加工効率を向上させ、工作機械の使用寿命を延長させることを達成し、高精度で加工できる五軸工具研削盤を提供することを旨とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上述した目的を達成するために、本発明の技術解決方案は以下のようである。
【０００５】
研削盤ベースと、一側に位置するように研削盤ベースに立設される立柱とを備える五軸工具研削盤である。そのうち、研削盤ベースの上水平表面は円形である。また、立柱は、前記研削盤ベースの一側縁に沿って湾曲した１８０°アーチ形構造であり、他側の外縁がアーチ形立板によって密閉されて、円形の研削盤ベースに位置する溝を形成し、且つ前記立板の高さが前記立て柱より小さい。
【０００６】
好ましくは、前記ベースの作業台に対称的に取付具があるクロス滑りテーブルが設けられている。なお、前記溝を成すように囲む立板の内側が勾配面であり、且つ前記立板が前記ベースの外縁の外側に位置し、勾配面、アーチ形立板の両端の密閉板及び研削盤ベースの円形表面によって囲繞して前記溝を形成する。
【０００７】
なお、前記立柱の内側立面に垂直方向に、滑動軌道に沿って移動する砥石車ヘッドストックが設けられている滑動軌道が設けられている。前記砥石車ヘッドストックは、垂直方向に設けられる。その下部は回転盤軸受により、水平に支持され、両側に対称的に前記主軸の軸線を周りに回動する砥石車が設けられている。その主軸に接続しているトルクモータを備える前記砥石車ヘッドストックは、上部に位置し回転するものである。そして、広幅同期ベルトにより、前記主軸の中央部に嵌め込み前記主軸を連動させて回動させる主軸滑車が接続されている。そのうち、その中心軸の両端に対称的に主軸モータが設けられている。その対称する２つの前記主軸モータによって、その中心軸が同期して駆動し回動する大滑車を更に備える。好ましくは、前記大滑車が、更に小幅同期ベルトと連動して、上部に位置する小滑車に接続されて回動する。そして、前記小滑車には、エンコーダの回転軸が接続されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る五軸工具研削盤は、全体構造が対称的であるので、加工誤差が低下し、構造安定性が向上し、誤差補償上の利便性が図られる。具体的には、本発明の研削盤の構造は、アーチ形立柱に砥石車ヘッドストックを付設することにより、砥石車がより安定に固定され、同時にガイドを設けることによって、刃物となる砥石車の自由変位上の利便性が図られる。また、縦形トルクモータにより、砥石車を駆動して回動させることができる。なお、砥石車と立柱及びその他の部材の間に干渉が発生せず、砥石車が３６０°自由に回転させることができる。これらの装置は、いずれも本発明の研削盤の加工範囲を拡大し、多種類の部品の加工に適合する。そして、設計上、本発明は、砥石車を駆動して回動させるためのモータを、従来の技術で採用する下部ではなく上方に設けることにより、更に砥石車のために加工空間を広げ、砥石車を自由に回転に適合する。そして、同時に砥石車の動力を増大するために、２つのモータを採用して、ベルトにより伝動し、砥石車を駆動し回転させることができる。このことにより、加工過程で砥石車の動力を充分に大きくし、異なる加工強度需要を満たすことになる。また、２つのモータを左右が対称するように設けることで、研削盤の安定性を向上させることができる。また、特に放熱問題及び熱変形による加工誤差を解決し、研削盤加工中の振動を低下させ、誤差補償上の向上を図り、最終的に高精度の加工効果を達成することができる。
【０００９】
現在、国内外でも、砥石車ヘッドを、縦向に３６０°自由に回転させて研削加工を実現できる研削盤は見られない。しかし、本発明に係る五軸工具研削盤は中空トルクモータを採用することにより、砥石車ヘッドの自由回転を実現する。同時に、トルクモータの上部に直列連結、鏡像対称の方式で主軸モータを設け、２つの主軸モータの出力軸が同じ方向に回動する。そして、中心のベルトにより伝動する方式で砥石車を連動させて、中心線周りに回動させることができる。このことによって、完全にバランスの取れた構造を達成し、動的特性を満たすことができる。また、対称平衡方式によって、温度場が均一になり、温度補償上の向上が図られ、変形誤差の補償上の利便性が図られている。また、２つの主軸モータを設けることで、出力率が増加し、研削効率を向上させることができる。また、研削主軸の伝動の±３６０°回転が可能となった。それによって、加工プロセス性を向上させ、加工効率を向上させることができる。そして、加工誤差を低下させ、温度誤差補償上の向上を図り、工作機械の使用寿命を延長することができる。
【００１０】
以上を纏めると、本発明に係る五軸工具研削盤全体は、最初のスクリューモータとリニアモータを切り換えて使用する五軸工具研削盤であり、以下のような長所を有する。
１．対称式構造設計であり、熱変形による加工誤差を解決することに有利である。
２．対称式構造設計であり、構造安定性が向上し、熱場分布が均一であり、誤差補償上の向上を図った。
３．砥石車ヘッドストックに２つのモータを採用し、完全に対称的に駆動し、砥石車主軸が３６０°回転できる。
４．加工プロセス性能が良く、加工効率が高く、加工精度が高い。
５．工作機械の使用寿命を延長させて、更に加工コストを低下させた。
【００１１】
本発明は、ベースが円形であるベッドを採用するので、各方向で熱によって生じた延伸率が近似している。そのため、加工過程で、熱によって生じた変形が各方向でも近似している。従って、ワーク加工、特に精度に高い要求がある刃物加工において、熱変形による加工誤差が従来の技術におけるその他の種類の研削盤構造に比べて遥に低い。同時にベースが円形であるベッドは、より優れた安定性と平衡性を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る完全対称式五軸工具研削盤の斜視構造模式図である。
【図２】本発明に係る完全対称式五軸工具研削盤の正面構造模式図である。
【図３】本発明に係る完全対称式五軸工具研削盤の側面構造模式図である。
【図４】本発明に係る完全対称式五軸工具研削盤の平面構造模式図である。
【図５】本発明に係る完全対称式五軸工具研削盤の砥石車ヘッドストック部分の断面構造模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１〜４に示す本発明に係る完全対称式五軸工具研削盤は、研削盤ベース２と、一側に位置するように研削盤ベース２に立てる立柱５６とを備える。図１において、研削盤ベース２の上部は作業台表面であり、クロス滑りテーブル３と、滑りテーブル３にあり被研削ワークを挟むための取付具とが設けられている。図２において、立柱５６の内側立面に垂直方向に滑動軌道４が設けられ、滑動軌道４に砥石車ヘッドストック１が設けられ、砥石車ヘッドストックが滑動軌道４を上下方向に滑り、且つ必要に応じて研削加工が必要とする作業位置に停止することができる。具体的には、立柱に垂直に２つの軸受ベースが取り付けられ、２つの軸受ベースの間にスクリューが繋がり、２つの軸受ベースがスクリューの両端を支持する作用を発揮し、スクリューにスクリューナットが取り付けられ、スクリューナットが砥石車ヘッドストックに取り付けられている。そして、スクリューの下端が連結器によりサーボモータに接続する。そして、モータが回動してスクリューを連動させて回動させる。すると、スクリューが回動して、スクリューナットを連動させてスクリューに沿って直線運動させる。そして、スクリューナットが砥石車ヘッドストックのベースを連動させて、上下方向に運動させる。
【００１４】
図５に示すように、砥石車ヘッドストック１は、垂直方向に設けられるトルクモータ１６を備える。トルクモータ１６の下部は、回転盤軸受により水平に設けられた主軸２１に接続されている。主軸２１の側部には、主軸の軸線周りに回動する砥石車２３が接続される。そして、異なる研削加工需要を満たすために、砥石車として、複数組の異なる砥石車を対称に設ける方式を採用してよい。なお、砥石車ヘッドストック１は、上部に位置し主軸モータ１０によって連動して回転する大滑車９を更に含み、大滑車９が広幅同期ベルト１１により主軸滑車２０に接続され、主軸滑車２０が、主軸２１の中央部に嵌め込まれていて、主軸２１を連動させて回動させる。最も好ましくは、大滑車９の中心軸の両端に対称的に主軸モータ１０が設けられている。そして、対称する２つの主軸モータ１０が同期して、前記大滑車９の中心軸を駆動して回動させる。具体的には、例えば、主軸モータ１０は、対称的に設けられた交流永久磁石同期外部回転子モータであり、２つの交流永久磁石同期外部回転子モータの巻き線が直列連結することで、中心軸を同期して回動させる。或いは、中心軸の両端の駆動機構に、両端の実際位置情報を比較するための上位コンピュータを設け、上位コンピュータが、中心軸の両端の回動同期偏差の所定の値を超えたと判定した場合に、両端の中心軸の回動実行部品に補正指令を発信し、回動角度を調整し、両方を同期して駆動させる。
【００１５】
なお、大滑車９は、小幅同期ベルト８との連動により、上部に位置する小滑車７に接続されて回動する。そして、前記小滑車７にエンコーダ６の回転軸が接続されている。図５において、更に接続して固定作用を発揮するモータ板１２、モータ接続盤１３、上接続盤１５、第１の下接続盤１７、第２の下接続盤１８が示されている。図において更に、砥石車と砥石車主軸を接続するための砥石車棒２２が示されている。また、図において、ボールカラー１４をトルクモータの主軸の軸受として用い、同時に上下の２つの部品の接続に用いる。
【００１６】
本発明に係る研削盤のベッドは、立柱、ベース、サーボモータ、連結器、スクリュー、パレットを備える。研削盤のベッドは、曲線の縁を備える円台体である。そのため、均一に外力を受けることができる。また、ベースが鋳造石構造であるため、振動を減衰させることができ、耐熱性が良く、振動吸収性が良く、熱安定性が良く、耐食性が高い。
【００１７】
また、スクリューモータとリニアモータを切り換えて使用でき、１つの機種で二種類の駆動方式を切換て使用を実現することができる。したがって、異なるユーザの需要を満たす。すなわち、リニアモータ機種は、駆動精度が高く、格子スケールに合わせて使用され、全閉ループであり、検出精度が高いが、コストが高い。一方、スクリュー機種は、リニアモータ機種より精度がやや低く、格子スケールがなく、半閉ループであるが、コストが低い。そのうち、スクリュー機種の動作過程は、サーボモータが連結器によりスクリューに接続する。そして、サーボモータが回動してスクリューを連動させて回動させ、スクリューが回動してパレット（又は滑りテーブル）を連動させて運動させる。また、リニアモータ機種の動作過程は、格子スケールが検出設備となり、ベース（又は滑りテーブル）に取り付けられ、リニアモータの電源を入れた後に、パレット（又は滑りテーブル）を連動させて運動させ、パレット（又は滑りテーブル）が読取りヘッドを連動させて移動させる。
【００１８】
また、滑りテーブル運動の軸線が、砥石車ヘッドストック運動の軸線に対向し、ワーク主軸の軸線と共通させることができ、対称的に加工し、運動行程が小さく、安定性が良い五軸工具研削盤を達成することができる。
【００１９】
なお、砥石車ヘッドストックは、全体として、エンコーダ、小滑車、小幅同期ベルト、大滑車、主軸モータ、広幅同期ベルト、トルクモータ、回転盤軸受、主軸滑車、主軸を備える。
【００２０】
本発明に係る研削盤の動作過程は次の通りである。
１．２つの主軸モータが直列連結し、１つの制御器を採用し、コストがより低い。
２．エンコーダは検出装置であり、主軸モータの外殻の上端に取り付けられている。また、大滑車は直接にモータ軸に固着され、小滑車は間接にエンコーダ軸に固着されている。そして、大滑車と小滑車の間は、小幅同期ベルトにより接続する。そして、２つの主軸モータの間は、キーにより接続され、直列連結により、制御して同期回動を行う。そして、回動後に小幅同期ベルトにより、エンコーダを連動させて回動させる。
３．主軸滑車が主軸に固定され、大滑車と主軸滑車の間は、広幅同期ベルトにより接続し、主軸モータが回動して主軸を連動させて回動させる。
４．主軸の両端には砥石車棒が取り付けられ、砥石車棒には砥石車が固定されている。そして、主軸が回動すると、砥石車が刃物を研削し始める。
５．トルクモータは、回転盤軸受により主軸を連動させて、３６０°自由に回転させることができる。砥石車ヘッドストックがスクリューにより上下方向に移動し、運動過程で、主軸はいずれも３６０°自由に回転をすることができ、干渉現象が発生しない。
６．大滑車は、２つの主軸モータの軸に取り付けられており、２つの主軸モータは必ず同期する。
７．広幅同期ベルトは、トルクモータの中心を通過する。
８．砥石車ヘッドストックは、滑動軌道により立柱に取り付けられ、サーボモータによりスクリューを連動させて上下方向に運動させる。クロス滑りテーブルは、滑動軌道とスクリューモータの組合（又は滑動軌道とリニアモータ）により、駆動して直線運動を行う。ワーク主軸は、パレットに取り付けられ、対称の設計が採用され、ワーク主軸の軸線は、砥石車ヘッドストックの軸線に対向することを実現できる。
【００２１】
なお、図１と図４に示す円形ベースの工具研削盤は、ベース２の上水平表面が円形である。また、ベース２において一側の縁に沿って角度１８０°のアーチ形立柱５６が立設する。一方、他側の外縁がアーチ形立板に囲繞されて、円形ベースに位置する溝６３を形成する。なお、立板の高さは、立柱より小さい。そのうち、溝６３を成すように囲む立て板の内側が勾配面６５であり、且つ立板がベースの外縁の外側に位置する。図２において、勾配面６５、アーチ形立板の両端の密閉板６６及びベースの円形表面によって囲繞して、溝６３を形成する。溝６３の作用は冷却媒体を収納することである。
【００２２】
以上で説明したのは、本発明の好ましい具体的な実施形態だけであり、本発明の保護範囲はそれに限定されることなく、どちらの当業者であっても本発明で開示した技術範囲内で、本発明の技術方案及びその発明構想に基づいて加えられた同等な置換又は変更は、本発明の保護範囲に含まれるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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