JPH10507692A - Ｃｎｃマシニングシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 自動車のパワーステアリングユニットのためのスリーブに、半径方向に離間した長手方向長孔を切削するための穿孔立て削り盤が提供される。本穿孔立て削り盤は、被加工物の穿孔の内部で作用するようになっている切削面と、切削面に往復運動を付与するようになっているモータードライブと、切削面（１０）と関連付けられ且つコンピューターと通信するようになっている不位置フィードバックと、被加工物を切削面（１０）に隣り合う位置に保持し且つ被加工物のＹ軸線と実質的に平行なＹ軸線を中心として割り出し自在に回転するべく支持されたチャック（１２）と、被加工物保持装置を担持する第１のシャトルキャリッジ（４）にして、第１のサーボドライブ（７）の影響下に被加工物の穿孔軸線と直交する方向に直線運動するようになっている第１のシャトルキャリッジと、切削面（１０）を担持するようになっている第２のシャトルキャリッジ（１４）にして、該第２のシャトルキャリッジ（１４）の運動が、被加工物と切削面（１０）との間での穿孔軸線と平行な軸線に沿っての可逆的な相対直線運動を実現する第２のシャトルキャリッジと、第２のシャトルキャリッジ（１４）を作動させるための第２のサーボドライブ（１５）と、切削面に往復運動を付与するモータードライブを作動させ且つ、第１のサーボドライブ（７）と第２のサーボドライブ（１５）とを切削面（１０）の位置と同調させるための制御用コンピューターと、を含み、各ドライブが、フィードバック装置を組み込んだ閉ループ制御システムを有している。

Description

【発明の詳細な説明】 ＣＮＣマシニングシステム 〔発明の属する技術分野〕 本発明は穿孔立て削り盤に関し、詳しくは、往復作動式の切削面を使用して部 材の穿孔内に１つ以上の長手方向長孔を創出する形式の装置に関する。 〔従来の技術〕 長年に渡り、例えば自動車の回転パワーステアリングバルブで使用するような 比較的小型のスリーブの穿孔に、長手方向の長孔を切削するための各種装置が提 案されて来ている。それらの装置は、切削面と被加工部品との間で多数の軸線に 沿って且つこれらの軸線を中心として相対運動する設計形状を必然的に有してい ることから、それらの種々の軸線に関する高速運動を精密に同調させることが臨 界的な重要事項となっている。実際のカッティングを達成するために必要なこう した同調運動に加え、この被加工物保持部材を切削面に干渉させることなく容易 に取付け及び取外せるよう、工具の切削面及び或は被加工物保持部材を移動でき るようにする必要もある。 今日まで、切削のための、被加工物保持部材と切削面との間に、高速同調下の 相対運動を達成すると共に、切削中及び取付け／取外し中における被加工物の取 付け／取外しのための相対的配置を容易化するための数多くの装置配列が提案さ れている。 〔解決しようとする課題〕 切削面と被加工物保持部材との間の相対運動の少なくとも幾つかを、コンピュ ーター制御式のサーボドライブを使用して制御及び同調させる穿孔立て削り盤を 提供することである。ここで“サーボドライブ”とは、従来からのモーター、サ ーボモーター、リニアモーター、液圧アクチュエーター、空気圧リニアアクチュ エーター、回転アクチュエーターを含む任意形式のサーボドライブ式のモーター 或はアクチュエーターを含むものとする。 穿孔立て削り盤制御のために、機械的構成ではなくサーボドライブシステムを 使用するのは特に有益である。と言うのは、電子同調式の装置では機械式同調装 置によって得られるそれと匹敵する速度が得られる一方で、複雑な機械的連結機 構の必要性もなく、機械式同調装置での損耗率や、そうした損耗に関連する頻繁 な保守要件に支配されることもないからである。 電子同調式の穿孔立て削り盤は、ＣＮＣパラメーターのプログラム化、記憶、 そして呼出しが、機械式同調装置を構成する機械的部品の交換、調整及び或は変 更に比べて素早いと言う点に於て、寸法の異なる部品を創出するべき場合に一層 良好に適合する。加えて、サーボ制御装置が機械的に簡単であることと、フィー ドバックを使用して被加工物の変動や欠陥を補償することができることから、形 成する長孔の位置、寸法そして表面仕上げもずっと正確なものとなる。 〔課題を解決するための手段〕 本発明に従えば、穿孔立て削り盤が提供され、本穿孔立て削り盤は、被加工物 の穿孔内に作用するようになっている切削面と、切削面に往復運動を付与するよ うになっているモータードライブと、切削面と関連する電子式の位置フィードバ ック装置と、被加工物を切削アームに隣り合う位置に保持し且つ被加工物の穿孔 のＹ軸線と実質的に平行なＹ軸線を中心として割り出し自在に回転するべく支持 された被加工物保持装置と、該被加工物保持装置か或は切削面の何れかを担持す る第１のシャトルキャリッジにして、サーボドライブ制御下に被加工物の穿孔の 軸線と直交する方向に直線運動するようになっている第１のシャトルキャリッジ と、第２のシャトルキャリッジにして、この第２のシャトルキャリッジの移動が 、被加工物と切削面との間での穿孔軸線と平行な軸線に沿っての可逆的な相対直 線運動を実現するよう装置の部分を担持するようになっている第２のシャトルキ ャリッジと、第２のシャトルキャリッジを作動させるための第２のサーボドライ ブと、第１のサーボドライブ及び第２のサーボドライブを作動させ且つこれら２ つのサーボドライブを同調させるためのコンピューター制御手段にして、フィ ードバック装置を組み込んだ閉ループコンピューター制御システムを有してなる コンピューター制御手段とを含んでいる。 〔図面の簡単な説明〕 図１は本発明に従う穿孔立て削り盤の斜視図である。 図２は図１の穿孔立て削り盤の一部の拡大斜視図である。 〔発明の実施の形態〕 図１にはＣＮＣマシニングシステムが示され、上方に向けて直立カラム２が伸 延された台座１を有している。直立カラム２にはガイドレール３が設けられ、こ のガイドレール３が、電動式のリニアサーボドライブ６により作動されるドライ ブ軸５の影響下での第１のシャトルキャリッジ４の可逆的な垂直方向移動を一定 範囲内に制限するようになっている。 電動式のサーボドライブ７が適宜の移行クランク機構（図示せず）を介して第 １のシャトルキャリッジ４に取付けられ、スピンドル８には振動可逆性の回転運 動を付与し、切削アーム９と切削面１０には往復角運動を付与するようになって いる。図２に最も良く示されるように、被加工物であるスリーブ１１がチャック １２に保持され、チャック１２は結局、スピンドル１３に取付けられる。スピン ドル１３は第２のシャトルキャリッジ１４に取付けられ、電動式のサーボドライ ブ１５並びに中間のウォームドライブ１６により、“Ｙ”軸線を中心として回転 されるようになっている。サーボドライブ１５の閉ループ制御は回転エンコーダ ーであるフィードバック装置１７により容易化される。第２のシャトルキャリッ ジ１４とサーボドライブ１５、チャック１２、そして被加工物であるスリーブ１ １は全て、電動式のサーボドライブ１９とボールねじドライブ軸２０の影響下に Ｘ軸線に沿って可逆的に直線移動するべく、レール１８により支持される。 切削アーム９が弓状に往復運動すると、切削面１０が弓形に往復運動すること が明らかである。切削面１０のこの弓状の往復運動によりスリーブ１１の穿孔の Ｙ軸線と整列する長孔を切削できるようにするためには、切削アームが切削スト ロークと反対の戻りストロークにある時に第２のシャトルキャリッジ１４を素早 く往復運動させ、切削面１０をスリーブ１１の穿孔内の被加工物面から完全に逃 がしておく必要がある。各切削ストロークに対し、切削面を新たな位置に前進さ せると共にしっかりと保持し、全切削ストローク中に切削面を穿孔に完全に係合 させるべきである。第２のシャトルキャリッジ１４の往復運動と切削面１０の弓 状の振動運動とは、それらを正しい相対位置関係に維持し、かくして２つのドラ イブを共通のコンピューターで（図示せず）制御するために同調させるべきであ る。２つの電動式のサーボドライブの制御もまた閉ループ的であり、各ドライブ の制御する部品位置はフィードバック装置により制御用のコンピューターに絶え ず入力される。 サーボドライブ１９は、チャック１２を、そしてスリーブ１１を図１で仮想線 で示す作用位置から図１の仮想線２１で示す取付け及び取外し位置に移動させる ためにも応答自在である。 サーボドライブ１９による第２のシャトルキャリッジ１４の制御は、スリーブ １１の穿孔に切削面１０により形成する長孔（図示せず）の切削深さを制御する ためにも応答自在であり、かくしてサーボドライブ１９は切削運転中、スリーブ １１を切削面１０上に前進させるために応答自在である。 サーボドライブ１５は、ウォームドライブ１６及びチャック１２を介して切削 面１０に関するスリーブ１１の回転を制御するに際し、スリーブ１１に切削面１ ０の切削する長孔（図示せず）の半径方向位置を決定するべく応答自在である。 この応答運動はサーボドライブ７及び１９の運動と同調させるべきである。この 同調は、フィードバック装置（図では一方のみを番号１７で示す）により容易化 されるところの、共通コンピューターによる各ドライブの制御並びに閉ループ制 御により最良に達成される。半径方向に離間されＹ軸線と平行な多くの長孔がス リーブ１１に切削され、サーボドライブ１５がこれらの長孔の半径方向距離を制 御する。 サーボドライブ１５によるチャック１２の回転が、１つの長孔の、隣り合う長 孔からの半径方向偏倚を決定するのみならず、切削運転に先立って実施する装置 のプローヴィングにより確認されたスリーブの同心性の欠如をも補償する。 図示しないが、装置のプローヴィングは、仕上げされる製品の同心性を、受け 入れ得る範囲内のものとするための、制御された“ふれ（ｒｕｎｏｕｔ）”を持 たせる必要のある円形物の加工業者には良く知られている。 被加工物であるスリーブはその軸線を垂直方向とする状態で搬送コンベヤ上に 載置される。次いでこの搬送コンベヤがスリーブを取付けステーションに運び、 スリーブはこの取付けステーション位置で搬送コンベヤからピックアップネスト に移される。グリップアームを取付けた４位置割り出しユニットが降下されてス リーブを把持し、持上げ、次いで９０度廻動してプローブステーションに割出し 、降下し、スリーブを釈放し、次いで上昇してプローブステーションから離れる 。 スリーブはプローブステーション位置でコレット内部にクランプされる。次い でコレットは歯付ベルトドライブを介し、ヒッチピンホールが光電セルを介して 位置付けられ且つ位置決めされるまで廻動される。次いでスリーブは加工ステー ション内部に配置されるまで、この方向に維持される。配向後、プローブユニッ トが降下しスリーブの外径とヒッチピンホール位置に対するスリーブの穿孔のふ れを測定する。次いでこの測定データが、後に加工中の切削位置補償に際して使 用するために制御コンピューターに記憶される。 特定の被加工物に関しての同心性の情報を先に説明した従来様式において求め た後、この情報を制御コンピューターのプログラムに入力し、切削運転に先立っ てチャック１２を回転させ、切削された全ての長孔がクランプ軸線の実際の中心 と比較して部材の穿孔の中心と半径方向に確実に整合させるようにすることも容 易である。クランプ軸線は被加工物の外側表面と関連されるのみならず、チャッ クがそこを中心として回転するところの軸線とも関連される。この補償によりス リーブの一方の側の長孔は他方の側の長孔よりも若干深くなるが、この結果は、 こうした装置の製造する多くの部材、特に自動車のパワーステアリングスリーブ に関しては取るに足らないものである。長孔の深さが正確に同じであることより もむしろ、長孔の半径方向の配置が部材の穿孔の内側寸法形状に対して正しいこ との方がもっと重要である。 電動リニアサーボドライブ６は、被加工物としての新しいスリーブの取付けと 加工済の加工物の取外しを容易化するべく、スリーブ１１から切削面１０を離動 させるために応答自在である。幾分長めの長孔を切削する場合には、各長孔の切 削が進むに従い、第１のシャトルキャリッジ４を移動して切削面が長孔の所望の 長さに届くようにする必要もある。従って、電動リニアサーボドライブ６を、サ ーボドライブ１５、１９、７を制御するそれと類似の、コンピューター化された 共通の制御ユニット（図示せず）に接続し、切削が各スリーブ及びスリーブから スリーブへと実施されるようにするのが望ましい。この場合でも閉ループコンピ ューター制御を使用し、フィードバック装置（図示せず）により随時、切削面の 正確な位置に関する制御を与える。 本件出願人は、シーメンス社のＳｉｈｕｍｅｒｉｋ ８４０Ｃ ＴＭレンジの ＣＮＣコントローラが、しかも、従来のＣＮＣプログラミングではなく、表を用 いての補間（ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）及び補償を使用する方が、先に述べ た実施例で使用する電動式のサーボドライブを制御するのに好適であることを見 出した。この場合、スピンドル軸線をマスター軸線とし、残余のドライブをスレ ーブ軸線として配置する。このように、スレーブ機能位置とマスター機能位置と の間の関係を表す表を、プログラム化したサイクルを実行する以前にコンピュー ターメモリにローディングし得る。これは、そうした情報がサイクル中に漸次ロ ーディングされる通常のＣＮＣプログラミングとは反対である。これによりプロ セス処理速度は一層早くなる。ブロックサイクル時間は４．０ミリセカンドとな り、この場合、補間クロックサイクルは４．０ミリセカンド、ブロックサイクル 時間は４．０ミリセカンド、位置制御サイクル時間は１．０ミリセカンド、ドラ イブベーシックサイクルは０．５ミリセカンドとなる。 明瞭化のため、図１には穿孔立て削り盤の運転に必要な付属装置、例えばチャ ックへのスリーブの取付け及び取外し及び切屑除去のための装置の詳細は示され ない。 以上本発明を、実施例を参照して説明したが、本発明の内で多くの変更を成し 得ることを理解されたい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，Ｍ Ｋ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者 キンズル，マーク オーストラリア国 2221 ニューサウスウ ェイルズ，サウス ハーストビル，カルワ ラ ストリート 19エイ (72)発明者 フレッカー，ポール オーストラリア国 2042 ニューサウスウ ェイルズ，ニュートン，ドン ストリート 20 【要約の続き】 ジと、第２のシャトルキャリッジ（１４）を作動させる ための第２のサーボドライブ（１５）と、切削面に往復 運動を付与するモータードライブを作動させ且つ、第１ のサーボドライブ（７）と第２のサーボドライブ（１ ５）とを切削面（１０）の位置と同調させるための制御 用コンピューターと、を含み、各ドライブが、フィード バック装置を組み込んだ閉ループ制御システムを有して いる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．穿孔立て削り盤であって、 被加工物の穿孔の内部で作用するようになっている切削面と、 切削面に往復運動を付与するようになっているモータードライブと、 切削面と関連付けされ且つコンピューターと通信するようになっている位置フ ィードバック装置と、 被加工物を切削面に隣り合う位置で保持するようになっており且つ被加工物の 穿孔のＹ軸線と実質的に平行なＹ軸線を中心として割り出し自在に回転するよう に支持された被加工物保持装置と、 被加工物保持装置か或は切削面の何れかを担持する第１のシャトルキャリッジ にして、第１のサーボドライブの影響下に被加工物の穿孔軸線と直交する方向に 直線運動するようになっている第１のシャトルキャリッジと、 穿孔立て削り盤の一部を担持するようになっている第２のシャトルキャリッジ にして、該第２のシャトルキャリッジの移動が、被加工物と切削面との間での、 穿孔軸線と平行な軸線に沿っての可逆的な相対直線運動を実現してなる第２のシ ャトルキャリッジと、 第２のシャトルキャリッジをドライブするための第２のサーボドライブと、 切削面のドライブを制御し且つ第１のサーボドライブ及び第２のサーボドライ ブと切削面の位置とを同調させるためのコンピューター手段と、 を含み、 各ドライブがフィードバック装置を組み込んだ閉ループ制御システムを有して なる穿孔立て削り盤。 ２．各ドライブがフィードバック装置を組み込んだ閉ループ制御システムを有 する請求項１に記載の穿孔立て削り盤。 ３．切削面の往復運動が、被加工物の穿孔と直交する軸線を中心としての往復 角運動である請求項１に記載の穿孔立て削り盤。 ４．切削面の往復運動が、被加工物の穿孔と平行な軸線を中心としての直線往 復運動である請求項１に記載の穿孔立て削り盤。 ５．第１のシャトルキャリッジが被加工物を担持し、第２のシャトルキャリッ ジが切削面及び関連するモータードライブを担持する請求項１乃至４の何れかに 記載の穿孔立て削り盤。 ６．被加工物保持装置の、Ｙ軸線を中心としての割り出し自在の回転運動が、 コンピューター手段の制御下の、且つ該コンピューター手段により少なくとも切 削面に往復運動を付与するドライブと同調されている第３のサーボドライブによ り与えられる請求項１に記載の穿孔立て削り盤。 ７．コンピューター手段が、切削面に往復運動を付与するドライブをマスター ドライブとし、残余の単数或は複数のドライブをスレーブドライブとして使用す るプログラムによりサーボドライブを制御する請求項１乃至６の何れかに記載の 穿孔立て削り盤。 ８．サーボドライブのためのコンピューター制御が、表を使用する補間及び補 償を使用し、その場合、切削面に往復運動を付与するドライブがマスタードライ ブとされ、残余の単数或は複数のドライブがスレーブドライブとされてなる請求 項１乃至７の何れかに記載の穿孔立て削り盤。 ９．第１のサーボドライブが電子式のリニアモータードライブを含んでいる請 求項１乃至８の何れかに記載の穿孔立て削り盤。 １０．第２のシャトルキャリッジのためのサーボドライブがリニアモーターで ある請求項１乃至９の何れかに記載の穿孔立て削り盤。 １１．被加工物のクランプ外径と被加工物の穿孔内径との間の差を判断するこ とが可能なふれ測定用プローブと、測定されたふれの情報をコンピューター手段 に転送するための手段と、該ふれ情報に応答して被加工物保持装置の回転運動を 調節することにより、穿孔内に形成される長孔が、被加工物のクランプ外径の中 心ではなく被加工物の穿孔中心を参照した半径方向位置に形成されることを保証 するための手段と、を含んでいる請求項１乃至１０の何れかに記載の穿孔立て削 り盤。