JP5815462B2 - 旋盤におけるワークの芯ずれ補正機構。 - Google Patents

Description

本発明は、旋盤におけるワークの芯ずれ補正機構に関し、特に二方爪からなるチャックを採用した場合の芯ずれ補正方法の改善に関する。

旋盤において、ワークの、主軸の軸芯から偏心している部分を加工する場合は、従来からインディペンデントチャックが用いられている。インディペンデントチャックでは、二方爪、四方爪が主に用いられ、その何れも、爪の位置を個々に調整可能であり、旋盤の主軸の軸芯とずれた位置でワークを把持可能に構成されている。（例えば、特許文献１参照）
前記従来技術では、四方爪を用いた場合は、パイプ等のワークの被加工部の軸芯が旋盤の主軸の軸芯からどれだけずれているかを種々の計測器を用いて計測し、この芯ずれ量に応じて四方爪のそれぞれの位置を調整することにより、芯ずれを修正することができる。

特開昭５６-５２１０４

しかし、前記従来技術において、二方爪を用いた場合、芯ずれの方向が二方爪の位置調整方向に一致している場合はワークの芯ずれを修正できるものの、位置調整方向とは異なる方向に芯ずれが生じている場合の修正はほとんど不可能である。

上述のような芯ずれを修正する為には、結局、爪の位置調整における自由度の高い四方爪を用いる必要があり、加工コストが増大するといった問題がある。

また、四方爪を使わない場合は、主軸とは独立した別の芯ずれ修正機構を用いて芯ずれの修正を行う事も出来るが、いずれにしてもコスト高を招くおそれがある。

本発明は、前記従来の状況に鑑みてなされたもので、コスト高の四方爪を用いることなくワークの芯ずれを修正できる旋盤におけるワークの芯ずれ補正機構を提供することを課題としている。

請求項１の発明は、主軸の一端部に、主軸の軸芯を挟んで互いに対向するように、かつ個別に位置調整可能に配設された一対の爪部材を有するワーク把持機構と、該ワーク把持機構とは独立して設けられたワーク保持機構とを備えた旋盤におけるワークの芯ずれ補正機構であって、
前記主軸の内部に前記ワーク把持機構から主軸軸芯方向に突出するように供給され、前記ワーク把持機構に把持され、前記ワーク保持機構により保持される筒状ワークの、前記突出側端部に設けられた被加工部の軸芯の前記主軸の軸芯からの芯ずれ量及び芯ずれ方向を計測する芯ずれ計測機構と、
前記ワークを前記ワーク保持機構により回転しないように保持した状態で、前記計測された芯ずれ方向と前記一対の把持部材の位置調整方向とが一致するように前記主軸を回転させる主軸回転制御部と、前記計測された芯ずれ量に基づいて前記被加工部の軸芯が前記主軸の軸芯と一致するように前記一対の爪部材のそれぞれの位置を調整する爪位置制御部とを備えたことを特徴としている。

請求項２の発明は、請求項１に記載の旋盤におけるワークの芯ずれ補正機構において、
前記旋盤は、回転工具を有するタレットを備え、前記爪部材は、ねじ部材を回転駆動することにより前記位置調整方向に進退可能に支持されており、前記爪位置制御部は、前記タレットの回転工具を用いて前記ねじ部材を回転させることにより前記各爪部材の位置を個別に調整することを特徴としている。

請求項１の発明に係るワークの芯ずれ補正機構では、ワークが前記主軸内に、これを貫通してワーク把持機構から突出するように供給される。該ワークは、先ず、ワーク把持機構により把持される部分の軸芯が主軸の軸芯と一致するように前記ワーク把持機構により把持され、この状態でワークの前記突出側の被加工部の軸芯の、前記主軸の軸芯からの芯ずれ量及び芯ずれ方向が芯ずれ計測機構により計測される。

そしてワークを、前記ワーク保持機構により回転しないように保持した状態で、前記ワーク把持機構によるワークの把持が開放され、さらに前記爪部材の位置調整方向が前記ワークの芯ずれ方向に一致するように主軸回転制御部が主軸を回転させる。

続いて、爪位置制御部が、前記被加工部の軸芯が主軸の軸芯に一致するように各爪部材の位置を調整する。この後、被加工部にねじ切り等の加工が施される。

このように請求項１の発明では、爪部材の位置調整方向がワークの芯ずれ方向に一致するように主軸を回転させ、ワークの被加工部の軸芯が主軸の軸芯に一致するように各爪部材の位置を調整するようにしたので、二方爪によりワークの被加工部の軸芯を主軸の軸芯に一致させることが可能となり、ワークの偏心した被加工部の加工を、四方爪を用いることなく低コストで実現することができる。

また、請求項２の発明では、タレットの回転工具で爪部材駆動用のねじ部材を回転させることにより各爪部材の位置を個別に調整するようにしたので、タレットに従来から備えられている機能を利用して爪部材の位置調整を行うことが可能であり、コスト増をきたすことなく偏心ワークの加工を実現できる。

本発明の一実施例に係る旋盤におけるワークの芯ずれ補正機構の一部断面平面図である。 前記旋盤の第１ワーク把持機構の断面正面図（図１のII-II線断面図）である。 前記旋盤の第２ワーク把持機構の断面正面図(図1のIII-III線断面図)である。 前記旋盤のワーク保持機構の正面図である。 前記補正機構の動作説明図である。 前記補正機構の動作説明図(図５(ａ)のVIa,VIb矢視図)である。 前記補正機構の動作説明図(図５(ｄ)のVIIa,VIIb矢視図)である。

以下、本発明の実施例について説明する。

図１ないし図７は、本発明の一実施例による旋盤におけるワークの芯ずれ補正機構を説明するための図である。

図において、１は旋盤のベッド上に立設された主軸台である。該主軸台１には主軸２がその軸芯ａを水平に向けて挿入配置され、軸受３ａ，３ｂを介して回転自在に支持されている。なお、図示していないが、前記主軸台１内には、前記主軸２を回転駆動するモータ等からなる駆動機構が配設されている。

前記主軸２の、前端部（一端部）２ａには、第１ワーク把持機構４が配設されており、また後端部（他端部）２ｂには、第２ワーク把持機構５が配設されている。なお、前記第２ワーク把持機構は、ワークを支持できる機能を有すれば良く、必ずしも強固に把持する機能を有する必要はない。

前記第２ワーク把持機構５は、前記主軸２の後端部２ｂに固定された第２ベース部材５ａと、該第２ベース部材５ａに前記軸芯ａから放射状をなすように、かつ該放射方向に進退移動可能に配設された３組の第２爪部材５ｂとを有する。なお、図示していないが、前記第２ワーク把持機構５の第２ベース部材５ａ内には、前記第２爪部材５ｂの前記放射方向における位置調整を行なう位置調整機構が備えられている。

また前記第１ワーク把持機構４は、いわゆる二方爪タイプのものであり、前記主軸２の前端部２ａに固定された第１ベース部材４ａと、該第１ベース部材４ａに、前記軸芯ａを通る直線ｃ上に、互いに対向するように、かつ直線ｃ方向（径方向）に進退移動可能に配設された一対の第１爪部材４ｂ，４ｂ′とを有する。

また、前記第１ワーク把持機構４の第１ベース部材４ａ内には、前記各第１爪部材４ｂ，４ｂ′の前記径方向における位置調整を個別に行なうねじ式の第１,第２位置調整機構４ｅ，４ｅ′が設けられている。この第１,第２位置調整機構４ｅ，４ｅ′は、前記第１ベース部材４ａ内に挿入されたねじ部材４ｄを前記第１爪部材４ｂ，４ｂ′の裏面に形成された雌ねじ４ｃに螺合させることにより構成されている。前記各ねじ部材４ｄを回転させることにより、各第１爪部材４ｂ，４ｂ′の前記径方向の位置が個別に調整される。

前記主軸２内には、ワークＷが供給される。このワークＷは、例えば油田掘削に使用される油井管等の長尺のパイプであり、その基端部が前記第１，第２ワーク把持機構４，５により把持され、その先端部のねじ加工等が施される被加工部Ｗ１は前記第１ワーク把持機構４から前方に大きく離れて位置している。

また前記ベッド上には、第１刃物台６及び第２刃物台７が、前記軸芯ａを挟んだ一側，他側に配設されている。この第１，第２刃物台６，７は、それぞれ前記軸芯ａ方向（Ｚ軸方向）及び前記軸芯ａに直交する方向（Ｘ軸方向）に移動可能に前記ベッド上に配設された第１，第２刃物台本体６ａ，７ａと、該刃物台本体６ａ，７ａに、前記Ｚ軸と平行な軸線回りに回転可能に支持された第１，第２タレット６ｂ，７ｂを有する。

前記第１，第２タレット６ｂ，７ｂの外周部には、例えば内蔵するミーリング機構により回転駆動される第１,第２回転工具６ｃ，７ｃを含む各種の工具が配設されている。前記第１,第２回転工具６ｃ，７ｃは、前記第１,第２位置調整機構４ｅ，４ｅ′のねじ部材４ｄを回転駆動可能となっている。

また、前記第１タレット６ｂの外周部には接触式または無接触式の位置検出センサ６ｄが配設されている。この位置検出センサ６ｄを第１刃物台６により前記被加工部Ｗ１に接触又は近接するように移動させることにより、前記ワークＷの被加工部Ｗ１の軸芯ａ′の、前記主軸２の軸芯ａからの芯ずれ量Ｄ及びずれ方向θを計測する芯ずれ計測機構が構成されている。なお、符号６′は、位置検出センサ６ｄによる計測時に所要位置に移動した第１刃物台を示している。

また本実施例の旋盤は、前記ワークＷを保持するワーク保持機構１０を備えている。このワーク保持機構１０は、前記第１，第２ワーク把持機構４，５が前記ワークＷの把持を開放したとき、該ワークＷを、第１，第２ワーク把持機構４，５により把持されていた位置に、かつ回転しないように保持するためのものである。前記ワーク保持機構１０は、前記旋盤の固定部に、ワークＷの径方向に移動可能に設けられた一対の保持部材１０ａ，１０ｂを有し、該一対の保持部材１０ａ，１０ｂによりワークＷを挟持して保持する。

また本実施例の旋盤は、各種の動作制御等を実行するコントローラ８を備えている。このコントローラ８は、前記主軸２を回転駆動する前記主軸駆動機構の駆動制御や、前記第１，第２刃物台６，７の位置制御，動作制御を行なう。また前記コントローラ８は、前記位置検出センサ６ｄによる芯ずれ量Ｄ，芯ずれ方向θの検出制御を行なう検出制御部８ａとして機能する。

また前記コントローラ８は、前記一対の第１，第２爪部材４ｂ，４ｂ′の位置調整方向ｂが、前記計測された芯ずれ方向θと一致するよう前記主軸駆動機構を介して主軸２を回転させる主軸回転制御部８ｂとして機能する。

さらにまた前記コントローラ８は、前記計測された芯ずれ量Ｄに基づいて、前記被加工部Ｗ１の軸芯ａ′が前記主軸２の軸芯ａと一致するように前記第１，第２刃物台６，７を介して前記一対の第１，第２爪部材４ｂ，４ｂ′のそれぞれの位置を調整する爪位置制御部８ｃとして機能する。

具体的には、主軸回転制御部８ａは、前記計測された芯ずれ方向θと前記一対の把持部材４ｂ，４ｂ′の位置調整方向ｂとが一致するよう前記主軸２の回転角度を制御する。また、前記爪位置制御部８ｂは、前記計測された芯ずれ量Ｄに基づいて、前記ワークＷの前記被加工部Ｗ１の軸芯ａ′が前記主軸２の軸芯ａと一致するように前記一対の爪部材４ｂ，４ｂ′のそれぞれの位置を調整する。

本実施例に係るワークＷの芯ずれ補正機構では、ワークＷは前記主軸２内に、これを貫通して第１ワーク把持機構４から前方に大きく突出するように供給される。前記ワークＷは、先ず、前記第１ワーク把持機構４により把持される主軸２内部分の軸芯が主軸２の軸芯ａと一致するように第１，第２ワーク把持機構４，５により把持される。

そして、この状態で前記コントローラ８の検出制御部８ａが、前記第１刃物台６を介して前記位置検出センサ６ｄをワークＷの被加工部Ｗ１に接触あるいは近接するように移動させることにより、被加工部Ｗ１の軸芯ａ′の、前記主軸の軸芯ａからの芯ずれ量Ｄ及び芯ずれ方向θが計測される（図５（ａ）参照）。

また、ワークＷをワーク保持機構１０の保持部材１０ａ，１０ｂにより回転しないように挟持して保持した状態で、前記第１，第２ワーク把持機構４，５によるワークの把持が開放される（図５（ｂ）参照）。

そして、前記コントローラ８の主軸回転制御部８ｂが、前記爪部材４ｂ，４ｂ′の位置調整方向ｂが前記ワークＷの芯ずれ方向θに一致するように主軸２を回転させる（図５（ｃ）参照）。

続いて、前記コントローラ８の爪位置制御部８ｃが、ワークの前記被加工部Ｗ１の軸芯ａ′が主軸２の軸芯ａに一致するように各爪部材４ｂ，４ｂ′の位置を調整する（図５（ｄ）参照）。具体的には、爪部材４ｂ′が主軸２の軸芯ａ方向に移動することによりワークＷを押圧移動させ、被加工部Ｗ１の軸芯ａ′が主軸２の軸芯ａに一致したところで爪部材４ｂがワークＷに強固に当接することにより、ワークＷが把持される。なお、図では、被加工部Ｗ１の偏位量を大きく拡大して表示しているが、実際の偏位量は数十μｍ程度であり、従って爪部材４ｂ，４ｂ′の位置調整量も僅かである。

この後、第２ワーク把持機構５によりワークＷを把持すると共にワーク保持機構１０によるワークの保持が開放され、ワークＷを回転させることにより被加工部Ｗ１にねじ切り等の加工が施される。

このように本実施例では、第１，第２爪部材４ｂ、４ｂ′の位置調整方向ｂがワークＷの芯ずれ方向θに一致するように主軸２を回転させ、ワークＷの被加工部Ｗ１の軸芯ａ′が主軸２の軸芯ａに一致するように各爪部材４ｂ，４ｂ′の位置を調整するようにしたので、二方爪によりワークＷの被加工部Ｗ１の偏心した軸芯ａ′を主軸２の軸芯ａに一致させることが可能となり、ワークＷの偏心した被加工部Ｗ１の加工を低コストで実現することができる。

また、第１，第２タレット６ｂ，７ｂの回転工具６ｃ，７ｃで爪部材駆動用のねじ部材４ｄ，４ｄを回転させることにより各爪部材４ｂ，４ｂ′の位置を個別に調整するようにしたので、さらにまた第１，第２タレット６ｂ，７ｂ内部のミーリング機構を用いて前記回転工具６ｃ，７ｃを回転させ、もって前記ねじ部材４ｄ，４ｄを回転させるようにしたので、タレット旋盤に従来から備えられている機能を利用して爪部材４ｂ，４ｂ′の位置調整を行うことが可能であり、コスト増をきたすことなく偏心ワークの加工を実現できる。

なお、前記実施例では、第２ワーク把持機構５がワークＷを強固に把持する機能を有する場合を説明したが、本発明では、第２ワーク把持機構はワークを支持できる機能があれば良い。

また、前記実施例では、第１，第２刃物台を備えている場合を説明したが、本発明では、刃物台は１台であっても良く、この場合は、まずこの一台の刃物台で爪部材４ｂ′を所定位置まで移動させ、続いて同じ刃物台で爪部材４ｂを移動させることとなる。

また、前記実施例では、タレットのミーリング機構を利用して回転工具を回転させ、もって第１，第２爪部材の位置調整を行ったが、本発明における爪部材の位置調整は前記実施例に限定されるものでないことは勿論であり、要は、ワークの芯ずれ量や芯ずれ方向に応じて第１，第２爪部材を個別に位置制御すればよい。

また、前記実施例では、ワーク保持機構１０を、芯ずれ調整時にはワークを回転しないように保持し、加工時にはワーク保持を開放するように構成したが、本発明におけるワーク保持機構は、ワークの芯ずれ調整時には回転せず、調整の前，後では、その保持状態を保ったまま、第１、第２ワーク把持機構と同期して回転するよう構成しても良い。

２ 主軸
２ａ 前端部(一端部)
４ ワーク把持機構
４ｂ，４ｂ′ 一対の爪部材
４ｄ ねじ部材
６ｂ，７ｂ 一対のタレット
６ｃ，７ｃ 回転工具
６ｄ 位置計測センサ（芯ずれ計測機構）
８ｂ 主軸回転制御部
８ｃ 爪位置制御部
１０ ワーク保持機構
ａ 主軸の軸芯
ａ′ 被加工部の軸芯
ｂ 把持部材の位置調整方向
Ｄ 芯ずれ量
Ｗ ワーク
Ｗ１ 被加工部
θ 芯ずれ方向

Claims (2)

1. 主軸の一端部に、主軸の軸芯を挟んで互いに対向するように、かつ個別に位置調整可能に配設された一対の爪部材を有するワーク把持機構と、該ワーク把持機構とは独立して設けられたワーク保持機構とを備えた旋盤におけるワークの芯ずれ補正機構であって、
   前記主軸の内部に前記ワーク把持機構から主軸軸芯方向に突出するように供給され、前記ワーク把持機構に把持され，ワーク保持機構により保持される筒状ワークの、前記突出側端部に設けられた被加工部の軸芯の前記主軸の軸芯からの芯ずれ量及び芯ずれ方向を計測する芯ずれ計測機構と、
   前記ワークを前記ワーク保持機構により回転しないように保持した状態で、前記計測された芯ずれ方向と前記一対の把持部材の位置調整方向とが一致するように前記主軸を回転させる主軸回転制御部と、
   前記計測された芯ずれ量に基づいて前記被加工部の軸芯が前記主軸の軸芯と一致するように前記一対の爪部材のそれぞれの位置を調整する爪位置制御部と
   を備えたことを特徴とする旋盤におけるワークの芯ずれ補正機構。
2. 請求項１に記載の旋盤におけるワークの芯ずれ補正機構において、
   前記旋盤は、回転工具を有するタレットを備え、
   前記爪部材は、ねじ部材を回転駆動することにより前記位置調整方向に進退可能に支持されており、
   前記爪位置制御部は、前記タレットの回転工具を用いて前記ねじ部材を回転させることにより前記各爪部材の位置を個別に調整する
   ことを特徴とする旋盤におけるワークの芯ずれ補正機構。

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