JP7775391B1 - polishing tools - Google Patents
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Abstract
【課題】工作機械にて用いられ、摩擦接続部を有さずとも研磨部材に公転と自転が不規則に組み合わされた運動を与え、均一な加工面を得ることができる研磨工具を提供する。
【解決手段】工作機械300の回転主軸310に把持される研磨工具100であって、回転主軸310の回転による第1の回転軸線Aと、第1の回転軸線Aと偏心した第2の回転軸線Bを持ち、回転主軸310により回転する公転部分と軸受32と間隙52を介して機械的な伝達機構を持たずに接続された自転部分の先端に取り付けられた研磨部材60,70は、第1の回転軸線A周りの公転と第2の回転軸線B周りの自転が不規則に組み合わされた運動をすることにより、ワークに均一な加工面を加工することができる。
【選択図】図1
A polishing tool is provided that is used in a machine tool and can give a polishing member a motion that irregularly combines revolution and rotation without having a frictional connection portion, thereby obtaining a uniform machined surface.
[Solution] A polishing tool (100) is held by a rotating spindle (310) of a machine tool (300), and has a first axis of rotation (A) caused by the rotation of the rotating spindle (310) and a second axis of rotation (B) eccentric to the first axis of rotation (A). The polishing members (60, 70) are attached to the tip of a rotating part that is connected to an orbital part that rotates with the rotating spindle (310) via a bearing (32) and a gap (52) without a mechanical transmission mechanism. The polishing members (60, 70) perform a movement in which revolution around the first axis of rotation (A) and rotation around the second axis of rotation (B) are irregularly combined, thereby enabling the workpiece to be machined with a uniform machined surface.
[Selected Figure] Figure 1
Description
本発明は、工作機械の回転主軸に取り付けられる研磨工具に関する。 The present invention relates to a polishing tool that is attached to the rotating spindle of a machine tool.
工作機械においては回転主軸にエンドミルやフェイスミルといった切削工具を取り付け、金属からなるワークの表面を仕上げる加工を行うことがある。このときエンドミルやフェイスミルによりカッターマークと呼ばれる円弧状の加工痕が残る。またこのとき、仕上げる表面の幅が工具の回転径よりも大きい場合には、工具のZ軸方向(軸線方向)の位置を変化させず、切削方向に対し横方向に移動させるピックフィードを与えて切削を行う。これはいわゆる複数パスにまたがる加工と呼ばれ、パスとパスの境目にも直線上のカッターマークが残る。近年の工作機械と切削工具は十分に精度良く、カッターマークは高真空・超高真空機器のシール面のような特殊な用途を除き、一般的な用途において必要とされる表面粗さを満たす。しかしこのカッターマークは目視にて容易に確認できるため、美観の観点から傷として問題とされることがある。その場合、後述するランダムサンダ工具のような手動工具を用い、表面を研磨にて仕上げることがあった。 Machine tools often use cutting tools such as end mills and face mills attached to their rotating spindles to finish the surfaces of metal workpieces. The end mill or face mill leaves arc-shaped machining marks called cutter marks. If the width of the surface to be finished is greater than the tool's rotational diameter, the tool's Z-axis (axial) position is not changed, but a pick feed is applied to move it laterally relative to the cutting direction. This is known as multi-pass machining, and linear cutter marks are also left at the boundaries between passes. Modern machine tools and cutting tools are sufficiently accurate that cutter marks meet the surface roughness requirements for general applications, except for special applications such as sealing surfaces in high-vacuum and ultra-high-vacuum equipment. However, because these cutter marks are easily visible to the naked eye, they can be problematic from an aesthetic standpoint. In such cases, the surface is often polished using a manual tool such as a random sander, as described below.
特許文献1にはいわゆるランダムサンダ工具が開示されており、ワークに押しつけられたサンドペーパ等の研磨材がモータによる公転と偏心軸を中心とした自転を行い、ワークを研磨する手動研磨機が開示されている。特許文献2においては主に金型の鏡面加工仕上げを目的とした研磨工具が開示されている。この研磨工具は工作機械の回転主軸に取り付け可能で、かつ自動工具交換装置(Automatic Tool Changer、以下ATC)にて交換可能である。特許文献2に開示されている工具は特許文献1にて開示されているランダムサンダ工具と同様に、出力軸に保持された砥石が入力軸による公転と偏心した出力軸を中心とした自転を行い、他の砥粒より突出した砥粒があったとしても、その砥粒の擦過痕がワークに残らない工具及び加工方法が開示されている。 Patent Document 1 discloses a so-called random sander tool, a manual polishing machine that polishes a workpiece by pressing an abrasive such as sandpaper against the workpiece and rotating it around an eccentric shaft while being driven by a motor. Patent Document 2 discloses a polishing tool primarily intended for mirror-finishing molds. This polishing tool can be attached to the rotating spindle of a machine tool and can be replaced using an automatic tool changer (ATC). Similar to the random sander tool disclosed in Patent Document 1, the tool disclosed in Patent Document 2 has a grinding stone held on an output shaft that revolves around an input shaft and rotates around an eccentric output shaft. This tool and processing method discloses that, even if abrasive grains protrude from other abrasive grains, the abrasive grains do not leave scratches on the workpiece.
特許文献1のランダムサンダ工具は、手動工具であり作業者が手で工具を保持しワークの研磨を行う。ランダムサンダ工具は自転と公転の不規則な組合せにより研磨材の表面状態を加工面に転写することなく、均一な加工面を得ることができる。しかしハンドツールであるランダムサンダ工具にてワークの研磨を行うためには工作機械の加工室内部に作業者が入るか、あるいはワークを工作機械の加工室から出す必要がある。どちらの方法を選択するにせよ工作機械を一旦停止させることになるため効率的でなく、また研磨により粉塵が生じるため作業環境が悪化し、作業者は安全眼鏡や防護マスクといった個人保護具による防護が必要となる。さらに加工室外で研磨を行った場合は飛散した粉塵の清掃が必要となる。また、特許文献1のランダムサンダ工具において、研磨を行うパッドはアダプタを経由して軸受に取り付けられ、軸受を介し公転を行うモータに接続されているため、押し代は小さい。よってパッドを自転した状態に保つための適当な押しつけ力を作業者が与えるのは難しく、ともすればパッドの押しつけすぎで自転が停止し均一な加工面が得られない、あるいは逆に押しつけられず十分な研磨ができない、という問題がある。 The random sander tool described in Patent Document 1 is a manual tool that an operator holds by hand to polish a workpiece. Random sanders, by combining rotation and revolution irregularly, produce a uniform surface without transferring the surface condition of the abrasive to the machined surface. However, polishing a workpiece with a handheld random sander requires the operator to either enter the machining chamber of the machine tool or remove the workpiece from the chamber. Either method requires the machine tool to be stopped, which is inefficient. Furthermore, the dust generated by polishing creates a poor working environment, requiring operators to wear personal protective equipment such as safety glasses and a protective mask. Furthermore, if polishing is performed outside the machining chamber, the scattered dust must be cleaned up. Furthermore, in the random sander described in Patent Document 1, the polishing pad is attached to a bearing via an adapter and connected to a motor that revolves via the bearing, resulting in a small pressure margin. This makes it difficult for the worker to apply the appropriate amount of pressure to keep the pad rotating, and the pad may be pressed too hard, causing it to stop rotating and preventing a uniform polished surface, or conversely, not being pressed enough to achieve sufficient polishing.
特許文献2の工具は、工作機械にて自動工具交換が可能であり、工作機械の回転主軸による入力軸と、入力軸とは摩擦接続部により接続され、入力軸とは偏心量が調整可能な偏心した出力軸とを持ち、出力軸に砥石が保持されるため、特許文献1のランダムサンダ工具と同様に出力軸に保持された砥石が自転と公転の不規則な組合せによる運動を行うことで均一な加工面を得ることができる。摩擦接続部により入力軸から出力軸へ動力を伝達して砥石は強制回転されるので、出力軸の自転の不安定さはなく、特許文献1とは異なり作業者が介在することなく、工作機械にて研磨まで一貫して行うことができる。しかしこの工具において入力軸と出力軸は大径部とゴムリングからなる摩擦接続部により接続されており、ゴムリングは摩擦による摩耗が生じるため、寿命の観点から定期的な交換が必要である。また、たとえ定期的な交換を行っていたとしても、研磨中にゴムリングが切れて適切な研磨が行えない可能性がある、という問題がある。 The tool in Patent Document 2 allows for automatic tool replacement on a machine tool. It has an input shaft driven by the machine tool's rotating spindle, an eccentric output shaft connected to the input shaft by a frictional connection, and an eccentric output shaft with an adjustable eccentricity. A grinding wheel is held on the output shaft. As with the random sander tool in Patent Document 1, the grinding wheel held on the output shaft moves through an irregular combination of rotation and revolution, resulting in a uniform machined surface. Because the frictional connection transmits power from the input shaft to the output shaft, forcing the grinding wheel to rotate, there is no instability in the rotation of the output shaft. Unlike Patent Document 1, the tool can be used for all processes, from tool replacement to polishing, without operator intervention. However, the input and output shafts of this tool are connected by a frictional connection consisting of a large-diameter portion and a rubber ring. The rubber ring wears due to friction, so it requires periodic replacement to reduce its lifespan. Even with periodic replacement, there is a problem: the rubber ring may break during polishing, preventing proper polishing.
本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、摩擦接続部を有さず、メンテナンスをほぼ必要とせず工作機械にて研磨工具に安定的に公転と自転を与え、均一な加工面を得ることができる研磨工具を提供することを目的としている。 The technical objective of this invention is to solve these problems of the prior art, and to provide a polishing tool that has no frictional connection parts, requires almost no maintenance, and can stably impart revolution and rotation to the polishing tool on a machine tool, thereby producing a uniform machined surface.
上述の目的を達成するために、本発明によれば、工作機械の回転主軸に交換可能に装着される工具ホルダに取り付けられ、ワークを研磨する研磨工具であって、前記工具ホルダに取り付けられ、前記回転主軸とともに第1の軸線周りに回転する工具軸部と、前記工具軸部に取り付けられ、前記第1の軸線と平行で偏心した第2の軸線を有する偏心部材と、前記偏心部材に軸受を介して取り付けられ、前記第2の軸線周りに回転可能な接続部材と、前記偏心部材と間隙を持つように前記接続部材に取り付けられ、前記接続部材とともに前記第2の軸線周りに回転する研磨部材と、前記偏心部材に設けられ、前記回転主軸から前記工具ホルダ及び前記工具軸部を通して供給される流体を前記間隙に噴射する噴射部材と、を具備し、前記回転主軸が回転すると、前記研磨部材は前記第1の軸線周りに公転するとともに、前記第2の軸線周りに自転する研磨工具が提供される。 In order to achieve the above-mentioned object, according to the present invention, there is provided a polishing tool for polishing a workpiece, which is attached to a tool holder that is replaceably mounted on a rotating spindle of a machine tool, the polishing tool comprising: a tool shank that is attached to the tool holder and rotates together with the rotating spindle about a first axis; an eccentric member that is attached to the tool shank and has a second axis that is parallel to and eccentric to the first axis; a connecting member that is attached to the eccentric member via a bearing and rotatable about the second axis; a polishing member that is attached to the connecting member so as to have a gap with the eccentric member and rotates together with the connecting member about the second axis; and an injection member that is provided on the eccentric member and injects fluid that is supplied from the rotating spindle through the tool holder and the tool shank into the gap; and when the rotating spindle rotates, the polishing member revolves around the first axis and rotates about its own axis.
本発明に係る研磨工具によれば、偏心部材と研磨部材の間に間隙を設けたので、摩擦接続部としてのゴムリングのような交換部品を用いなくても研磨工具のワークへの押しつけ力の調整を容易に行える。これによって、安定的に自転と公転の不規則な組合せを与え均一な加工面を工作機械によって得ることができる。 The polishing tool of the present invention provides a gap between the eccentric member and the polishing member, making it easy to adjust the pressure of the polishing tool against the workpiece without the need for replaceable parts such as rubber rings that act as frictional connections. This allows the machine tool to stably produce an irregular combination of rotation and revolution, resulting in a uniform machined surface.
以下、添付図面を参照して、実施形態に係る研磨工具を説明する。同様な又は対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。理解を容易にするために、図の縮尺を変更して説明する場合がある。 Abrasive tools according to embodiments will be described below with reference to the accompanying drawings. Similar or corresponding elements will be given the same reference numerals, and duplicate explanations will be omitted. The scale of the drawings may be changed to facilitate understanding.
図1を参照すると、本発明の研磨工具の一例が図示されている。図1において、研磨工具100は、工具軸部10を保持する工具ホルダ200を介し工作機械300の回転主軸310に把持される。また、研磨工具100は、回転主軸の回転により第1の軸線A周りに回転する工具軸部10と、第1の軸線Aと平行で偏心した第2の軸線Bを有する偏心部材20と、偏心部材20に軸受32を介して取り付けられ、第2の軸線B周りに回転可能な接続部材30と、接続部材30と4本のボルト40を介して取り付けられた円盤状のパッド60と、パッド60に貼り付けられた研磨要素70と、を具備している。本発明ではパッド60と研磨要素70を合わせて研磨部材と称する。なお、工具ホルダ200は回転主軸310の回転主軸テーパの規格に従い、たとえば7/24テーパのBTシャンクや、1/10テーパのHSKシャンクなどの形状を有する。 Referring to Figure 1, an example of a polishing tool of the present invention is illustrated. In Figure 1, the polishing tool 100 is held by a rotating spindle 310 of a machine tool 300 via a tool holder 200 that holds the tool shank 10. The polishing tool 100 also includes the tool shank 10, which rotates about a first axis A with the rotation of the rotating spindle; an eccentric member 20 having a second axis B that is parallel to and eccentric with the first axis A; a connecting member 30 attached to the eccentric member 20 via a bearing 32 and rotatable about the second axis B; a disk-shaped pad 60 attached to the connecting member 30 via four bolts 40; and a polishing element 70 affixed to the pad 60. In this invention, the pad 60 and the polishing element 70 are collectively referred to as the polishing member. The tool holder 200 conforms to the standard of the spindle taper of the spindle 310, and has a shape such as a 7/24 taper BT shank or a 1/10 taper HSK shank.
偏心部材20は偏心量が調整可能な構造であり、偏心部材押え24にて工具軸部10と固定されている。また、偏心部材20と軸受32は噴射部材50にて固定されている。噴射部材50はパッド60に設けられた凹部64に入り込み、間隙52を介して配置されている。この間隙52により、後述する公転部は常に自転部と接触することなく、軸受32により回転自在に保たれる。また、コイルばねからなる弾性部材42は、その中心にボルト40を通し、接続部材30とパッド60の間に配置され、クッションとしての役割を果たす。弾性部材42はコイルばねを例示しているが、皿ばねや円筒状のエラストマ等であってもよい。また、パッド60もそれ自体がある程度の柔軟性を持ち、弾性部材42と共にクッションとしての役割を果たす。噴射部材50と凹部64は、弾性部材42とパッド60が変形しても常に間隙52が存在するように離れて配置されており、詳細は後述する。 The eccentric member 20 has an adjustable eccentricity and is fixed to the tool shank 10 by an eccentric member retainer 24. The eccentric member 20 and bearing 32 are fixed by an injection member 50. The injection member 50 fits into a recess 64 in the pad 60, with a gap 52 between them. This gap 52 ensures that the revolving portion (described below) is always free to rotate via the bearing 32 without coming into contact with the rotating portion. The elastic member 42, a coil spring, is positioned between the connecting member 30 and the pad 60, with the bolt 40 passing through its center, and serves as a cushion. While a coil spring is shown as an example of the elastic member 42, it may also be a disc spring or a cylindrical elastomer. The pad 60 itself has a certain degree of flexibility and functions as a cushion together with the elastic member 42. The injection member 50 and recess 64 are spaced apart so that the gap 52 remains constant even when the elastic member 42 and pad 60 are deformed. Details will be described later.
図2を参照すると、工作機械(例えば立形マシニングセンタ)300は、工場等の床面に固定される基台としてのベッド302、ベッド302の上面でX軸方向(図2においては紙面に対し垂直な方向)に移動可能に設けられ、ワークWが固定されるテーブル320、ベッド302の後端側(図2では紙面に対し垂直で奥方向)に固定して設けられたコラム304、該コラム304の前面でY軸方向へ移動可能なY軸スライダ306、該Y軸スライダ306の前面でZ軸方向に移動可能な主軸頭308、主軸頭308に取り付けられた回転主軸310を具備する。また、工作機械300はATCユニット330を持ち、自動工具交換が可能である。加えて工作機械300はNC装置(図示せず)を持ち、XYZの各々の軸送り装置であるサーボモータへの動作指令、回転主軸310への回転指令、ATCユニット330への工具交換指令など、マシニングセンタに必要な制御を行う。 Referring to Figure 2, a machine tool (e.g., a vertical machining center) 300 comprises a bed 302 as a base fixed to the floor of a factory or the like; a table 320 movable in the X-axis direction (perpendicular to the plane of the paper in Figure 2) on the top surface of the bed 302 and on which a workpiece W is fixed; a column 304 fixed to the rear end of the bed 302 (perpendicular to the plane of the paper in Figure 2, toward the back); a Y-axis slider 306 movable in the Y-axis direction in front of the column 304; a spindle head 308 movable in the Z-axis direction in front of the Y-axis slider 306; and a rotating spindle 310 attached to the spindle head 308. The machine tool 300 also has an ATC unit 330, enabling automatic tool change. In addition, the machine tool 300 has an NC unit (not shown) that performs the controls required for a machining center, such as issuing operation commands to the servo motors that act as feed devices for each of the X, Y, and Z axes, rotation commands to the rotating spindle 310, and tool change commands to the ATC unit 330.
上述したこれら工作機械300の構成要素はスプラッシュガード400にて包囲され、加工は特に密閉された加工室410にて行われる。スプラッシュガード400は加工室410内部で生じたミストや切りくず、粉塵を回収するためのミストコレクタ412を備える。また、一つもしくは複数のクーラントノズル414を備え、ワークWや研磨工具100の先端など、所望の点にクーラントを供給することや、天井シャワーとして加工室410全体にクーラントの供給を行うことができる。供給されたクーラントはクーラントタンク(図示せず)に回収、濾過されて再利用される。 The above-mentioned components of the machine tool 300 are enclosed by a splash guard 400, and machining is carried out in a particularly sealed machining chamber 410. The splash guard 400 is equipped with a mist collector 412 for collecting mist, chips, and dust generated inside the machining chamber 410. It is also equipped with one or more coolant nozzles 414, which can supply coolant to desired points such as the workpiece W or the tip of the polishing tool 100, or can supply coolant to the entire machining chamber 410 as a ceiling shower. The supplied coolant is collected in a coolant tank (not shown), filtered, and reused.
本実施形態においては、コンプレッサ340にて生成された高圧空気を流体として用いる。コンプレッサ340にて生成された高圧空気は工作機械300に流体配管342を介して供給される。流体配管342はバルブ344を備え、流体の流量及び/または圧力を手動あるいはNC装置からの指令により調整可能である。工作機械300に供給された高圧空気は回転主軸310に供給され、工具ホルダ流体通路202を通り工具ホルダ200へ供給される。工具ホルダ流体通路202は回転主軸内部を通るスルースピンドル形式のものを例示しているが、回転主軸とともに回転しない周知の位置決めブロック(図示せず)を通るツールスルー形式のものであってもよい。 In this embodiment, high-pressure air generated by compressor 340 is used as the fluid. The high-pressure air generated by compressor 340 is supplied to machine tool 300 via fluid piping 342. Fluid piping 342 is equipped with a valve 344, and the fluid flow rate and/or pressure can be adjusted manually or by command from an NC device. The high-pressure air supplied to machine tool 300 is supplied to the rotating spindle 310 and then to tool holder 200 through tool holder fluid passage 202. While the tool holder fluid passage 202 is illustrated as being of the through-spindle type that passes through the inside of the rotating spindle, it may also be of the tool-through type that passes through a well-known positioning block (not shown) that does not rotate with the rotating spindle.
研磨工具100は工具ホルダ200を介して回転主軸310から流体が供給される。流体は工具軸部10に設けられた工具軸部流体通路12、偏心部材20に設けられた偏心部材流体通路22を介し、噴射部材50へと供給される。このとき、工具軸部流体通路12には絞り14があり、噴射部材50へ供給される流体の流量を調整することができる。 The polishing tool 100 is supplied with fluid from the rotating spindle 310 via the tool holder 200. The fluid is supplied to the injection member 50 via the tool shank fluid passage 12 provided in the tool shank 10 and the eccentric member fluid passage 22 provided in the eccentric member 20. The tool shank fluid passage 12 has a throttle 14, which allows the flow rate of fluid supplied to the injection member 50 to be adjusted.
図3を参照すると、噴射部材50へと供給された流体は、矢印のように噴射口54から噴射される。噴射された流体は間隙52を介しパッド60の凹部64に設けられた受圧面62を押圧する。なお図3においては噴射口54が第2の回転軸線Bに直角方向に、受圧面62は第2の回転軸線Bに対して平行な面に設けられているが、噴射口54が第2の回転軸線Bと平行に、受圧面62が第2の回転軸線Bに直角な面(すなわち図1を参考にすると下方向の面)に設けられてもよい。なお、研磨要素70はパッド60と同様に円盤状であり、また研磨要素70はパッド60から取り外し交換することができる。研磨要素70はサンドペーパ、耐水研磨紙、研磨用バフなどから所望の表面の状態に応じて適宜選択が可能である。 Referring to Figure 3, fluid supplied to the injection member 50 is ejected from the injection nozzle 54 as shown by the arrow. The ejected fluid passes through the gap 52 and presses against the pressure-receiving surface 62 provided in the recess 64 of the pad 60. In Figure 3, the injection nozzle 54 is provided perpendicular to the second rotation axis B, and the pressure-receiving surface 62 is provided on a surface parallel to the second rotation axis B. However, the injection nozzle 54 may be provided parallel to the second rotation axis B, and the pressure-receiving surface 62 may be provided on a surface perpendicular to the second rotation axis B (i.e., a downward surface when referring to Figure 1). The polishing element 70 is disc-shaped like the pad 60, and can be removed and replaced from the pad 60. The polishing element 70 can be selected from sandpaper, waterproof abrasive paper, abrasive buffs, etc., depending on the desired surface condition.
以下、本実施形態の作用を説明する。
上記のとおり、工作機械300を用いてワークWの表面をエンドミルやフェイスミルを用い加工を行った後、ATCユニット330によって研磨工具100が回転主軸310に装着される。研磨工具100の装着後、回転主軸310はNC装置より回転指令を受け、所定の回転速度にて回転を行う。回転主軸310が回転すると、研磨工具100の工具軸部10、絞り14、偏心部材20、噴射部材50及び軸受32の内輪32a(以下公転部と表記)は第1の回転軸線A周りに回転(公転)を始める。すると、特許文献1のランダムサンダ工具と同様に、接続部材30、軸受32の外輪32b、ボルト40、弾性部材42、パッド60及び研磨要素70(以下自転部と表記)は、公転部と連れ回りして第2の回転軸線B周りに回転(自転)を始める。
The operation of this embodiment will be described below.
As described above, after the surface of the workpiece W is machined using an end mill or face mill on the machine tool 300, the polishing tool 100 is attached to the rotating spindle 310 by the ATC unit 330. After the polishing tool 100 is attached, the rotating spindle 310 receives a rotation command from the NC device and rotates at a predetermined rotational speed. As the rotating spindle 310 rotates, the tool shank 10, the orifice 14, the eccentric member 20, the injection member 50, and the inner ring 32a of the bearing 32 (hereinafter referred to as the revolving part) of the polishing tool 100 begin to rotate (revolve) around the first rotation axis A. As a result, similar to the random sander tool of Patent Document 1, the connecting member 30, the outer ring 32b of the bearing 32, the bolt 40, the elastic member 42, the pad 60, and the polishing element 70 (hereinafter referred to as the rotating part) begin to rotate (spin) around the second rotation axis B in conjunction with the revolving part.
自転部は公転部とは軸受32と間隙52を介して機械的な伝達機構を持たずに接続されているため、自転速度はNC装置により制御可能な公転速度と異なり制御されない。またワークの加工面と接触すると摩擦により減速するが、この摩擦はもともとの自転速度、加工面との接触面積、研磨要素70として使用する研磨材の種類、ワークへの押しつけ力といった要素により変化するため、自転速度は更に不規則に変化する。これにより第1の回転軸線A周りの公転と、第2の回転軸線B周りの自転が不規則に組合わされ、研磨要素70の表面の状態を加工面に転写することなく、均一な加工面を得ることができる。 The rotating part is connected to the revolving part via bearings 32 and gap 52 without a mechanical transmission mechanism, so the rotation speed is not controlled, unlike the revolution speed, which can be controlled by an NC device. Furthermore, when it comes into contact with the workpiece's machining surface, it slows down due to friction, but this friction varies depending on factors such as the original rotation speed, the contact area with the machining surface, the type of abrasive used in the polishing element 70, and the pressing force against the workpiece, causing the rotation speed to change even more irregularly. This results in an irregular combination of revolution around the first rotation axis A and rotation around the second rotation axis B, which allows for a uniform machined surface to be obtained without transferring the surface condition of the polishing element 70 to the machined surface.
このようにして回転主軸310に装着された研磨工具100は動作し、工作機械300のNC装置の指令によりワークWと研磨工具100は相対移動を行い、ワークWの表面の研磨を行う。研磨を行う表面は平面だけではなく、パッド60の柔軟性によりある程度の大きい曲率の曲面からなる表面を研磨することができる。また平面であっても、複数(図1の例であれば4つ)配置された弾性部材42が個々に変形することにより、第2の回転軸線Bにある程度傾斜した平面であっても研磨することができる。 In this way, the polishing tool 100 attached to the rotating spindle 310 operates, and the workpiece W and polishing tool 100 move relative to each other in response to commands from the NC device of the machine tool 300, polishing the surface of the workpiece W. The surface to be polished is not limited to flat surfaces; the flexibility of the pad 60 makes it possible to polish surfaces with a fairly large curvature. Furthermore, even if the surface is flat, it can be polished even if it is inclined to some extent toward the second rotation axis B by individually deforming the multiple (four in the example of Figure 1) arranged elastic members 42.
またここで、自転部は上記の通り公転が伝達されないため、研磨工具100が回転主軸310により第1の回転軸線A周りの公転が与えられ続けても、ワークWと研磨要素70との摩擦が大きくなれば自転は停止し、回転主軸310による公転のみとなる。この場合、加工面には研磨要素70の表面の状態がそのまま転写されるため好ましくない。よって研磨工具100の自転が停止しないよう後述する複数の要素を適正に設定する必要がある。 Furthermore, since revolution is not transmitted to the rotating part as described above, even if the polishing tool 100 continues to be revolved around the first rotation axis A by the rotating spindle 310, if the friction between the workpiece W and the polishing element 70 becomes large, the rotation will stop and only the rotation by the rotating spindle 310 will remain. In this case, the surface condition of the polishing element 70 will be directly transferred to the processed surface, which is not desirable. Therefore, it is necessary to properly set several elements described below to prevent the rotation of the polishing tool 100 from stopping.
研磨工具100の自転速度を決定する要素は、主軸310の回転速度、偏心部材20により変更される第1の回転軸線Aと第2の回転軸線Bの偏心量、使用する研磨要素70の種類、軸受32の転がり抵抗、自転部の質量、研磨工具100のワークWへの押しつけ力がある。これらはワークWの材質、研磨要素70と加工面との接触面積(すなわち研磨要素70の大きさ)、加工前の表面の状態、所望の表面の状態などを考慮し、予備加工を行い定められる。しかし以上挙げた要素のうち、工作機械300に研磨工具100を取り付けた後で調整が可能なのは主軸310の回転速度と、研磨工具100のZ軸方向への切り込み量により調整される押しつけ力の2つだけとなる。 The factors that determine the rotation speed of the polishing tool 100 include the rotation speed of the spindle 310, the amount of eccentricity between the first rotation axis A and the second rotation axis B, which is changed by the eccentric member 20, the type of polishing element 70 used, the rolling resistance of the bearing 32, the mass of the rotating part, and the pressing force of the polishing tool 100 against the workpiece W. These are determined through preliminary processing, taking into account the material of the workpiece W, the contact area between the polishing element 70 and the processing surface (i.e., the size of the polishing element 70), the condition of the surface before processing, and the desired surface condition. However, of the factors listed above, only two can be adjusted after the polishing tool 100 is attached to the machine tool 300: the rotation speed of the spindle 310 and the pressing force, which is adjusted by the amount of cutting of the polishing tool 100 in the Z-axis direction.
Z軸方向への切り込み量は、切り込み量が小さいとワークWと研磨要素70が接触しないため研磨できず、切り込み量が大きいと押しつけ力が大きくなり、摩擦が大きくなりすぎて研磨要素70の自転が停止してしまうため調整が難しい。しかし研磨工具100は柔軟性を持つ弾性部材42とパッド60を有するため、研磨工具100のZ軸方向への移動量をある程度吸収できる。これにより押しつけ力を適正に保つためのZ軸方向への切り込み量の幅が広くなり、調整が容易になる。また、弾性部材42がもっとも縮んだ状態になっても、噴射部材50と凹部64には間隙52が存在するため公転が自転部に伝わることもない。 The amount of cut in the Z-axis direction is difficult to adjust; if the amount of cut is too small, the workpiece W and polishing element 70 will not come into contact and polishing will not be possible, while if the amount of cut is too large, the pressing force will increase, causing excessive friction and stopping the rotation of the polishing element 70. However, because the polishing tool 100 has a flexible elastic member 42 and pad 60, it can absorb some of the movement of the polishing tool 100 in the Z-axis direction. This widens the range of the amount of cut in the Z-axis direction required to maintain an appropriate pressing force, making adjustment easier. Furthermore, even when the elastic member 42 is in its most compressed state, there is a gap 52 between the injection member 50 and the recess 64, so revolution is not transmitted to the rotating part.
間隙52は公転を自転部に伝えないため、噴射部材50と凹部64が接触しないように設けられている。具体的には、柔軟性を持つ弾性部材42とパッド60が最大まで弾性変形(圧縮・引張のいずれであってもよい)しても、噴射部材50と凹部64が接触しないように設けられている。また前述の通り、第2の回転軸線Bに対し傾斜した加工面を研磨するために、複数配置された弾性部材42が個々に変形した場合でも、噴射部材50と凹部64とが接触しないように設けられている。 The gap 52 is provided so that the injection member 50 and the recessed portion 64 do not come into contact with each other, as it does not transmit the revolution to the rotating portion. Specifically, the gap 52 is provided so that the injection member 50 and the recessed portion 64 do not come into contact with each other, even when the flexible elastic member 42 and the pad 60 are elastically deformed to their maximum (either by compression or tension). Also, as mentioned above, in order to polish a work surface that is inclined with respect to the second rotation axis B, the gap 52 is provided so that the injection member 50 and the recessed portion 64 do not come into contact with each other, even when the multiple elastic members 42 are individually deformed.
噴射部材50に設けられた噴射口54からは回転主軸310から供給される流体が間隙52に噴射される。図3に示すように噴射口54が第2の回転軸線Bに直角方向に設けられ、受圧面62は第2の回転軸線Bに対して平行な面に設けられている場合、噴射された流体は間隙52を介しパッド60の凹部64に設けられた受圧面62を押圧し、パッド60に圧力を生じさせる。このとき生じる圧力は、受圧面62の形状により、第2の回転軸線B周りの自転を助勢する。 Fluid supplied from the main rotation axis 310 is injected into the gap 52 from the injection port 54 provided in the injection member 50. As shown in Figure 3, if the injection port 54 is provided perpendicular to the second rotation axis B and the pressure-receiving surface 62 is provided on a surface parallel to the second rotation axis B, the injected fluid passes through the gap 52 and presses against the pressure-receiving surface 62 provided in the recess 64 of the pad 60, generating pressure on the pad 60. Depending on the shape of the pressure-receiving surface 62, the pressure generated at this time assists rotation around the second rotation axis B.
噴射口54が第2の回転軸線Bと平行に、受圧面62が第2の回転軸線Bに直角な面(すなわち図1を参考にすると下方向の面)に設けられている場合、噴射された流体はパッド60及び研磨要素70のワークWへの押しつけ力を助勢する。 When the injection port 54 is parallel to the second rotation axis B and the pressure-receiving surface 62 is located on a surface perpendicular to the second rotation axis B (i.e., the downward surface when referring to Figure 1), the injected fluid assists in pressing the pad 60 and polishing elements 70 against the workpiece W.
上記いずれの形態を取るにせよ、流体により公転部のワークWへの押しつけ力、あるいは自転を助勢することができる。これにより、バルブ344により流体の流量及び/または圧力を調整することで公転部の公転をある程度調整することができるため、工作機械300に研磨工具100を取り付けた後に研磨工具100の自転速度を調整する要素の一つとして利用することができる。 In either of the above configurations, the fluid can assist the pressing force of the revolving part against the workpiece W or the rotation. This allows the revolution of the revolving part to be adjusted to some extent by adjusting the flow rate and/or pressure of the fluid using valve 344, and can therefore be used as one of the elements for adjusting the rotation speed of polishing tool 100 after it has been attached to machine tool 300.
また上記いずれの形態を取るにせよ、噴射部材50から噴射された流体は、間隙52が切りくずや粉塵により詰まることを防ぐ。これにより、公転部と自転部の回転を適正に保ち、研磨材のワークへの押しつけ力が過度や過小になる不安定さは払拭される。 In addition, regardless of which of the above configurations is used, the fluid sprayed from the spray member 50 prevents the gap 52 from becoming clogged with chips or dust. This maintains proper rotation of the revolving part and the rotating part, eliminating instability caused by excessive or insufficient pressure being applied to the abrasive material against the workpiece.
加えて研磨要素70はサンドペーパ、耐水研磨紙、研磨用バフなど市販されている多様な研磨材を選択し、ワークWの材質や所望の加工面に応じて研磨を行うことができる。またこの研磨はスプラッシュガード400内にて行われ、ミストコレクタ412により吸引されるため、粉塵の飛散による工場環境の悪化を防止でき、作業者は追加の個人保護具を装着する必要はない。加えて、クーラントノズル414によりワークWや研磨工具100の先端など、所望の点にクーラントを供給し、また天井シャワーとして加工室410全体にクーラントの供給を行うことで粉塵を洗い流して研磨後の清掃を容易にすることができる。 The polishing element 70 can be made with a variety of commercially available abrasives, such as sandpaper, waterproof abrasive paper, and polishing buffs, to suit the material of the workpiece W and the desired surface to be polished. Furthermore, this polishing is performed within the splash guard 400 and is sucked in by the mist collector 412, preventing dust from scattering and deteriorating the factory environment, and eliminating the need for workers to wear additional personal protective equipment. In addition, the coolant nozzle 414 supplies coolant to desired points, such as the workpiece W or the tip of the polishing tool 100, and coolant can also be supplied to the entire processing chamber 410 as a ceiling shower, washing away dust and facilitating cleaning after polishing.
本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲で種々の変形と改良が可能である。例えば、既述の実施形態では、工作機械300はXYZの直交三軸を持つ立形マシニングセンタであるが、本発明はこれに限定されず、例えばテーブル320が回転可能なC軸を持つ、あるいはテーブル320にロータリテーブルが設けられB軸を持つ4軸の立形マシニングセンタであってもよく、さらに回転主軸側にも旋回軸を持つ5軸構成の立形マシニングセンタであってもよい。あるいは同様に種々の軸形態を持つ横形マシニングセンタであってもよい。 While a preferred embodiment of the present invention has been described, the present invention is not limited to this, and various modifications and improvements are possible within the scope of the present invention as defined in the claims. For example, in the embodiment described above, the machine tool 300 is a vertical machining center with three orthogonal axes: X, Y, and Z. However, the present invention is not limited to this. For example, the machine tool may be a four-axis vertical machining center in which the table 320 has a rotatable C-axis, or in which the table 320 is equipped with a rotary table and has a B-axis. It may also be a five-axis vertical machining center with a swivel axis on the rotating spindle side. Similarly, the machine tool may be a horizontal machining center with various axis configurations.
また既述の実施形態では、研磨工具100に供給される流体はコンプレッサ340にて生成された高圧空気を用いているが、クーラントタンクに設置されたポンプ(図示せず)から供給されるクーラント液であってもよい。要は、間隙52に粉塵が溜まるのを防ぎ、また受圧面62に対し圧力を加えられれば良い。 In the previously described embodiment, the fluid supplied to the polishing tool 100 is high-pressure air generated by the compressor 340, but it may also be coolant liquid supplied from a pump (not shown) installed in a coolant tank. The key is to prevent dust from accumulating in the gap 52 and to apply pressure to the pressure-receiving surface 62.
10 工具ホルダ
20 偏心部材
30 接続部材
32 軸受
42 緩衝部材
50 噴射部材
60 パッド
70 研磨要素
100 研磨工具
200 工具ホルダ
300 工作機械
310 回転主軸
REFERENCE SIGNS LIST 10 Tool holder 20 Eccentric member 30 Connecting member 32 Bearing 42 Cushioning member 50 Injection member 60 Pad 70 Polishing element 100 Polishing tool 200 Tool holder 300 Machine tool 310 Rotating spindle
Claims (3)
前記工具ホルダに取り付けられ、前記回転主軸とともに第1の軸線周りに回転する工具軸部と、
前記工具軸部に取り付けられ、前記第1の軸線と平行で偏心した第2の軸線を有する偏心部材と、
前記偏心部材に軸受を介して取り付けられ、前記第2の軸線周りに回転可能な接続部材と、
前記偏心部材と間隙を持つように前記接続部材に取り付けられ、前記接続部材とともに前記第2の軸線周りに回転する研磨部材と、
前記偏心部材に設けられ、前記回転主軸から前記工具ホルダ及び前記工具軸部を通して供給される流体を前記間隙に噴射する噴射部材と、
を具備し、前記回転主軸が回転すると、前記研磨部材は前記第1の軸線周りに公転するとともに、前記第2の軸線周りに自転することを特徴とした研磨工具。 A polishing tool attached to a tool holder that is replaceably mounted on a rotary spindle of a machine tool and that polishes a workpiece, comprising:
a tool shank attached to the tool holder and configured to rotate together with the rotation spindle about a first axis;
an eccentric member attached to the tool shank and having a second axis parallel to and eccentric to the first axis;
a connecting member attached to the eccentric member via a bearing and rotatable about the second axis;
a polishing member attached to the connecting member so as to have a gap with the eccentric member and rotate around the second axis together with the connecting member;
an injection member provided on the eccentric member and configured to inject fluid supplied from the rotation spindle through the tool holder and the tool shank into the gap;
wherein, when the rotation main shaft rotates, the polishing member revolves around the first axis and rotates around the second axis.
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