JP2006123010A - シャフト加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長さの異なるクランクシャフト２の油穴２ｃ等の加工に適する小型で、精度が良く、切り屑の排出性がよく、配線・配管が容易でメンテナンスのよいシャフト加工装置を提供。
【解決手段】水平かつ垂直回転軸５回りに回転可能に保持されたワークに対して水平方向に進退移動するスピンドル軸１５に設けられた工具１６により油穴加工をするシャフト加工装置のヘッドストック８とテールストック１２とを垂直回転軸を中心にして互いに外側方向で移動可能とする。ヘッドストックのワーク保持部１１の垂直回転軸からの距離Ｌ１がテールストックのワーク支持部１４の垂直回転軸からの距離Ｌ２の５０〜１５０％、ワークの軸長さＬを３００ｍｍ〜７００ｍｍとする。また、ヘッドストックとテールストック間を伸縮可能な切り妻屋根状の蛇腹、又はスライド式カバー２０により覆う。さらにカバー内に可動用ケーブル又はホース２４，２５を収容する。
【選択図】 図１

Description

本発明は水平におかれたシャフト、例えば、クランクシャフト等の油穴を加工するシャフト加工装置のワークを保持する加工テーブルの改良に関する。

自動車用クランクシャフトにあけられる油穴は例えば図５に示すようなものが多い。いずれもクランクシャフト２に斜め穴と軸方向に直角の油穴２ｃがあけられている。また、エンジンの気筒数によりピンジャーナル２ｐの位相が異なる。なお符号２ｍはメインジャーナルである。一方、自動車用クランクシャフトは大量に生産する必要があるので、これらの種々の位置、径、角度、深さ等が異なる複数の油穴の加工にあたっては、トランスファーマシンや専用工作機械で大量生産されていた。これらの機械による加工方式は各加工個所専用のステーションまたは機械で生産量に見合うサイクルタイム内で一工程または複数工程で加工され、トランスファーマシンの場合は次ステーションへ、専用工作機械の場合は次工程機へ送られる。しかし、トランスファーマシン、専用工作機械は特定のワークを大量生産するには適しているが、生産量変動に対して次の問題がある。即ち、フル稼働時は問題ないが生産量が減ったときには決められたサイクルタイムで運転しているため、ある時間運転し、その後は機械を止めるか空運転状態にする必要がある。供給するワークも運転時間に必要な量を確保しなければならない。また、多種ワーク対応が困難でありワークの変更が生じたときは変更箇所に応じた大きな改造が必要になる。

そこで、油穴加工のフレキシブル性を上げるため、一台の装置でそれぞれの穴の位置、径、角度、深さ等が異なる油穴を加工するために、図６に示すように、ＡＴＣ４２を付属した横型３軸コラム４３トラバース形マシニングセンターを使用し、クランクシャフト２を水平に配置し、垂直回転軸回りに回転させたり、クランクシャフトの軸３回りに回転割り出しを行ってＡＴＣにより選択されスピンドル１５に取り付けられた穴あけ工具１６により油穴明けを行うようにされたクランクシャフト加工装置４０が知られている。例えば、特許文献１においては、垂直回転軸回りに回転する旋回台４の上に加工テーブル４６を設けている。この加工テーブル４６上にシャフト２の一端２ａを保持するチャック装置５０と、このチャック装置を回転割り出しする割り出し装置４９を備えたヘッドストック４８と、シャフトの他端２ｂを支持するテールストック（芯押し装置）５２とを対向して設ける。このヘッドストック８とテールストック５２の間にセンタ５３を押しつけてクランクシャフト２を水平方向に保持するようにしている。一方、クランクシャフトの軸直角（Ｘ軸）方向に進退可能にされたスピンドル１５が設けられている。スピンドル１５はＸ軸方向の他、クランクシャフト軸方向（Ｙ軸）及び垂直方向（Ｚ軸）に移動可能にされている。スピンドル１５にはクランクシャフト２に油穴２ｃをあけるためのロングドリル等の穴あけ工具１６が取り付けられる。工具はツール交換装置４２により交換できるようにされている。

油穴２ｃの加工に当たっては、前述したように直角穴や斜め穴が多数複雑に配置されているので、ヘッドストック４８に設けられた割り出し装置４９によりクランクシャフト２の軸３回りの回転位置を割り出し、旋回台により角度を設定し、スピンドルをＹ，Ｚ軸方向に移動させ、Ｘ軸方向にスピンドルを回転させながら進退させロングドリル等により所定の油穴を加工するようにされている。さらに、クランクシャフトの軸回りの回転位置の割り出し基準点を自動化することにより種々の形状の軸物ワークに対応できるようにしている。

また、特許文献２においては、クランクシャフトの軸心を旋回台の回転軸心からオフセットさせワークの取り付けを容易にしたクランクシャフト加工装置が開示されている。また、加工テーブルの上面をクランクシャフトの軸直角方向に対して斜めにし、切削屑等の排出を容易にしている。さらに、テーブル内に空間を設け、テーブル上面を斜めにした場合の強度アップを図ると共に、空間内にヘッドストックやテールストックへ接続された電気配線や空気・油圧配管等の配線・配管類を収納している。
特許第３０８３７７６号公報 特開２００４−１９５５８６号公報

かかる従来のシャフト加工装置では、一般に、ヘッドストックは所定位置に固定されて、テールストックが加工テーブル上をワーク軸方向に移動可能にされている。従って、ワーク長さが変化した場合には、ワーク長さに合わせてテールストックを移動させればよい。また、スピンドルをＹ軸方向に移動させて長手方向位置の調整を行うことによりフレキシブル性を確保している。

しかしながら、自動車用クランクシャフトの長さは３５０ｍｍ〜６２０ｍｍと、約倍の長さのものがある。従って、これらの種類の全て、あるいは多くを加工するためには、テールストックの移動距離を大きくする一方、旋回台での回転（傾転）が必要なため、装置全体が大きくなるという問題があった。また、スピンドルのＹ軸方向のストロークを大きくとる必要があった。また、旋回台回転軸心に対するバランスも悪くなるので、歪みが生じ、加工精度が悪くなるという問題があった。

また、特許文献２においては、ヘッドストックとテールストックのついての詳細については開示されていない一方、テーブルの傾転だけでなく、１８０°の旋回が必要なので、テールストックのストロークを伸ばして種々の長さに応じるには装置の大きさが過大となるおそれがある。また、特許文献２においては、切削油や微少クーラントによる切り屑の排出性を向上させるためテーブルの上面を斜面にしているが、片流れであるため高さが高くなるという問題があった。さらに、特許文献２においては、テーブル内部に空間を設け配線・配管等を収納するようにしているので、テールストックに配線・配管をつなげると大きく移動させることができない。逆に大きく移動させるようにするためには配線・配管が困難となるので、検出器やチャック等の装置を取り付けられず低機能となるという問題があった。

本発明の課題はかかる問題点に鑑みて、多種、特に長さの異なる多種のクランクシャフト等のシャフトの油穴等の加工に適する小型で、精度の良いシャフト加工装置を提供することである。また、切り屑の排出性がよいシャフト加工装置を提供することであり、さらには、配線・配管が容易で邪魔にならないようにされたシャフト加工装置を提供することである。

本発明においては、加工されるワークの軸の一端を保持し、前記ワークを軸心周りに割り出し位置決め可能にされたヘッドストックと、前記ワークの他端を支持し、前記ヘッドストックと共同して前記ワークを水平に保持するテールストックと、前記ヘッドストックとテールストックとが取り付けられた加工テーブルと、前記加工テーブルを垂直回転軸周りに割り出し位置決め可能にされた旋回台と、前記ワークを加工する工具が設けられ前記ワークに向かって、少なくとも水平方向に進退移動可能にされた工具スピンドル軸とを備えたシャフト加工装置において、前記ヘッドストックとテールストックとが前記加工テーブル上を前記ワークの軸と平行に前記垂直回転軸を中心にして互いに外側方向で移動可能にされているシャフト加工装置を提供することにより前述した課題を解決した。

即ち、ヘッドストックとテールストックを垂直回転軸を中心にして互いに外側方向に移動可能としたので、ワークの長さが短いものから長いワークに交換するときには、ヘッドストックとテールストックとを軸方向に離反する側に移動させ、ワークの長さが長いものから短いものに交換するときには、ヘッドストックとテールストックとを軸方向に近づく側に移動させるようにしたので、中心軸からヘッドストックとテールストック間の距離がほぼ同一にバランスされるので、テールストックのみ動かす場合に比べて偏りがなくなるので、傾け、さらには回転させても大きな長さを必要としない。

また、中心からのヘッドストックとテールストックのそれぞれの距離は、同一であるのが好ましいが必ずしも同一である必要はない。そこで、請求項２に記載の発明においては、前記加工されるワークの加工時に前記ヘッドストックのワーク保持部の前記旋回台の垂直回転軸からの距離が前記テールストックのワーク支持部の前記旋回台の垂直回転軸からの距離の５０〜１５０％の範囲とした。垂直回転軸からの距離が５０％未満、１５０％超では両者の中心からの距離の差が大きくなりすぎてバランス、装置の大きさの点でメリットが少ない。１００％が最もよいが、より好ましくは９０〜１１０％に調整するのがよい。

主たる自動車用クランクシャフトの長さは３５０ｍｍから６２０ｍｍ程度である。そこで、取付けのし易さ、大きさ等を考慮して、請求項３に記載の発明においては、前記ワークの軸長さを３００ｍｍ以上７００ｍｍ以下の範囲とした。

ヘッドストックとテールストックの両方を移動可能としたので、両者間の加工テーブル上を防塵するのが好ましい。そこで、請求項４に記載の発明においては、前記ヘッドストック及び前記テールストックをワーク軸と平行に移動できるようにガイドする１以上のガイドレールが前記加工テーブル上に設けられ、前記ヘッドストックと前記テールストック間の少なくとも前記ガイドレールを覆うようにされた伸縮可能なカバーを設けるようにした。

また、請求項５に記載の発明においては、前記カバーはワークの軸直角方向でみて、中央が高くされ、両側に向かって傾斜する切り妻屋根状の蛇腹とした。片流れでなく切り妻屋根状の両流れとすることにより高さを減じている。また、蛇腹にすることにより伸縮自在にヘッドストックとテールストック間を防塵できる。

さらに、請求項６に記載の発明においては、前記カバーはワークの軸直角方向でみて、中央が高くされ、両側に向かって傾斜する切り妻屋根状にされた板材からなる複数のカバー部品であって、前記複数のカバーの板材が互いに重なり、前記重なり量を変化させて長手方向に伸縮可能にされたスライド式カバーとした。スライド式カバーとすることにより、蛇腹の場合の凹部がないので、切り屑が溜まることがない。

またさらに、請求項７に記載の発明においては、前記加工テーブルの前記カバーで覆われた部分に前記ヘッドストック、又は、前記テールストックの可動用ケーブル又はホースを収容するようにした。カバーと加工テーブル間にフレキシブル性のある配線・配管である可動用ケーブルやホースを内蔵したので、ヘッドストック又はテールストックが可動可能に、ヘッドストックやテールストックに検出器や電動あるいは油圧チャック装置、割り出し装置を設けることができる。なお、クランクシャフトの油穴加工に限らず種々のシャフトの加工に適用できることはいうまでもない。

本発明によれば、ヘッドストックとテールストックを垂直回転軸を中心にして互いに外側方向に移動可能とさせ、テールストックのみ動かす場合に比べて偏りを無くし、バランスがよく、長さを必要としないので、長さの異なる多種のクランクシャフト等の油穴等の加工が可能な小型で、精度の良いシャフト加工装置となった。さらに容易に段取替えができるようになった。。また、請求項２に記載の発明においては、ヘッドストックのワーク保持部の垂直回転軸からの距離をテールストックのワーク支持部の垂直回転軸からの距離の５０〜１５０％の範囲としたので、小型でバランスのよいものとなる。さらに、請求項３に記載の発明においては、ワークの軸長さを３００ｍｍ以上７００ｍｍ以下としたので、小型でありながら自動車用クランクシャフトの多数を占めるクランクシャフトの長さが３５０ｍｍから６２０ｍｍの油穴加工が可能な汎用性の高いシャフト加工装置となった。

さらに、請求項４に記載の発明においては、ヘッドストックとテールストック間をガイドレールを伸縮可能なカバーで覆うようにしたので、切り屑が加工テーブル上に散ることが無く、清掃も簡単である。また、請求項５に記載の発明においては、カバーを切り妻屋根状の蛇腹とし、片流れでなく両流れとすることにより高さを減じ、塵埃の侵入を防止している。さらに、請求項６に記載の発明においては、カバーをスライド式カバーとし、切り屑が溜まりがないので、切り屑排出性が向上するものとなった。

また、請求項７に記載の発明においては、加工テーブルのカバーで覆われた部分に可動用ケーブル又はホースを収容し、ヘッドストック又はテールストックを可動可能に検出器や電動あるいは油圧チャック装置、割り出し装置を設けることができるので、配線・配管が容易で邪魔にならない。さらに、高度の自動制御の可能で、多種、大量生産に適し、フレキシブル性が高くメンテナンスが容易となるという効果を奏するものとなった。

本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態を示すシャフト加工装置のワーク把持部を示す正面図、図２（ａ）は同平面図、（ｂ）は（ａ）のテールストック取付部の部分平面図、（ｃ）はテールストック取付部の加工テーブルの取付部の部分平面図、図３は図１のＡ−Ａ線断面図、図４は図２（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。なお、本実施の形態のシャフト加工装置のスピンドル１５及びコラム４３、ＡＴＣ４２等については前述した従来の図６のシャフト加工装置４０と同様なので図及び説明を省略する。図１乃至４に示すように、本実施の形態のシャフト加工装置のワーク把持部１は、、横長の加工テーブル６上の長手方向に図で見て左側にセンタリング用テールストック１２、右側にワークをチャックするチャック装置１０及びチャック装置が取り付けられ軸回りの割り出しをする割り出し装置９（Ａ軸）を有するヘッドストック８が設けられている。ヘッドストック８の上方に割り出し装置９を駆動する回転モータ３１が設けられている。テールストック１２、ヘッドストック８の位置はワーク２の流れにより左右逆でもよい。

ヘッドストック８、テールストック１２はワーク２の長さにより、加工テーブル６上に設けられたガイドレール７上を軸方向（Ｙ軸方向）に近づいたり離れたりする。加工テーブル６は旋回台４上に載置されており、旋回台４は垂直回転軸５回りに割り出し位置決め可能にされ、加工テーブルを垂直回転軸周りに割り出し位置決めする。ヘッドストック８、テールストック１２間が図３，４に示すように、切り妻屋根状のスライドカバー２０で覆われている。スライドカバー２０はヘッドストック８とテールストック１２間が最短最長になっても伸縮可能な構造にされている。これによりヘッドストック８とテールストック１２間の加工テーブル６上、ガイドレール７上への切屑の堆積がなくなる。

ヘッドストック８、テールストック１２には前述し回転モータ３１等の電気、油圧、エアー等のアクチュエータおよび検出器（センサー）類が設けられている。これらの配線・配管は可動性（可鍛性）のあるケーブル又は・及びホース２４，２５が用いられている。図３，４に示すように、テールストック１２のケーブル及びホース２４はテールストックのカバーで覆われた下部の接続口１２ａに軸方向に接続され旋回台４の垂直回転軸５に向かって延びＵ字型に折り返されテールストック側に戻され、加工テーブル６に設けられた接続口２６に接続され、図示しない旋回台の垂直回転軸近傍の配線・配管類を通って、さらに、図示しない本体側の電源、油圧・空圧等の駆動源に接続されている。

また、ヘッドストック８のケーブル及びホース２５はヘッドストックのカバーで覆われた下部の接続口８ａに軸方向に接続され旋回台４の垂直回転軸５に向かって延びＵ字型に折り返されヘッドストック側に戻され、加工テーブル６に設けられた接続口２７に接続され、テールストック１２のケーブル及びホース２４と略対称となるようにテールストックのケーブル等と同様に配置され図示しない本体側の電源、油圧・空圧等の駆動源に接続されている。

これにより、ヘッドストック８とテールストック１２を軸方向に容易に移動させることができると共に、切り屑や塵埃の侵入を防ぎケーブルやホース２４，２５の損傷を防止することができる。なお、ヘッドストックとテールストックのケーブル等は移動によっても互いに干渉しないように位相をずらすように配置すればヘッドストックとテールストックの移動距離を大きくすることができる。

図２（ｃ）に示すように、加工テーブル６には、テールストック１２（又はヘッドストック８）を取付けるボルト用ねじ穴２８が軸方向（長手方向）に所定のピッチで明けられている。また、図２（ｂ）に示すように、テールストック１２（又はヘッドストック８）には長穴のボルト穴２９があけられている。これにより、テールストック及びヘッドストックが加工テーブルの任意の位置でボルト３２で固定できるようにされている。 ヘッドストック８、テールストック１２は対象ワークが３５０ｍｍ時は垂直回転軸５心に向かう前進端位置、６２０ｍｍ時は垂直回転軸５心から最後退位置に設定する。最後退位置より前に出して装置を取付ける場合は装置の後部と水平回転駆動軸テーブルの間にスペーサ３０，３１を入れ固定する。また、ヘッドストック側のワーク保持部１１の垂直回転軸５からの距離Ｌ１がテールストック１２のワーク支持部１４の垂直回転軸５からの距離Ｌ２をワークの軸長さＬのほぼ半分の同寸法に調整するのが好ましい。なお支持部、保持部はワーク軸端であってもよいことはいうまでもない。

かかるシャフト加工装置でのワーク２を取付る方法について説明する。クランクシャフト等のワーク２の軸長さに合わせてヘッドストック８とテールストック１２を固定する。ワーク２を図示しない搬入装置により本装置に搬入され仮受け台１７に置かれる。テールストック１２のセンタ１３が前進しワーク２をセンタリングしながらヘッドストックの軸方向基準まで押す。その後、ワーク２をヘッドストック８のチャック装置１０によりチャックし、基準位置を調整し、ワークを軸３回りに回転させ加工する位相までワークを割り出し装置９により軸３回りに回転させる。その後スピンドル１５をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に移動させ、スピンドルに取り付けられた穴あけ工具１６により所定の油穴２ｃの加工を行う。さらに、制御装置により、自動的に割り出し、工具１６の交換、スピンドル１５等の移動を行い所定の加工を行う。与えられた全ての油穴２ｃの加工が終了したら、搬出装置によりワーク２を把持し、テールストック１２のセンタ１３を後退させワークを搬出する。

なお、ヘッドストック８のチャック１０は本実施の形態ではクランクシャフトの後面側フランジをチャックしているが、図のようにチャックの開き端より大きいフランジ径の場合はチャックジョー１０ａを用いて段取り替えをする。また、本実施の形態では段取り替え頻度があまり多くない場合の例で、ヘッドストック、テールストックは手動段取り替えである。さらにワーク長さの変更頻度が多くなると自動化することも可能である。この場合はヘッドストック、テールストックにシリンダやボールねじ等の駆動手段を設け、所定の位置に移動させればよい。このように種々の長さのシャフト加工を一台の小型のシャフト加工装置により簡単、確実に精度よく行える。

本発明の実施の形態を示すシャフト加工装置のワーク把持部を示す正面図である。 （ａ）は本発明の実施の形態を示すシャフト加工装置のワーク把持部を示すは平面図、（ｂ）は（ａ）のテールストック取付部の部分平面図、（ｃ）はテールストック取付部の加工テーブルの取付部の部分平面図である。 図１のＡ−Ａ線部分断面図である。 図２（ａ）のＢ−Ｂ線部分断面図である。 クランクシャフトの油穴の（ａ）は斜め交差の例、（ｂ）は（ａ）横断面方向の状況の交差の例、（ｃ）は直交交差の例、（ｄ）は（ｃ）横断面方向の状況の交差の例を示す説明図である。 従来のシャフト加工装置の斜視図である。

符号の説明

１ シャフト加工装置のワーク把持部
２ ワーク（クランクシャフト）
２ａ 軸の一端
２ｂ 軸の他端
２ｃ 油穴
３ ワークの軸
４ 旋回台
５ 垂直回転軸
６ 加工テーブル
６ａ 加工テーブル上面
８ ヘッドストック
１１ ワーク保持部
１２ テールストック
１４ ワーク支持部
１５ 工具スピンドル軸
１６ 穴あけ工具
２０ カバー（スライド式カバー）
２１ 板材からなる複数のカバー部品
２２ 重なり
２３ 重なり量
２４、２５ 可動用ケーブル又はホース
Ｌ ワークの軸長さ
Ｌ１ ワークの保持部の垂直回転軸からの距離
Ｌ２ ワークの支持部の垂直回転軸からの距離

Claims (7)

1. 加工されるワークの軸の一端を保持し、前記ワークを軸心周りに割り出し位置決め可能にされたヘッドストックと、前記ワークの他端を支持し、前記ヘッドストックと共同して前記ワークを水平に保持するテールストックと、前記ヘッドストックとテールストックとが取り付けられた加工テーブルと、前記加工テーブルを垂直回転軸周りに割り出し位置決め可能にされた旋回台と、前記ワークを加工する工具が設けられ前記ワークに向かって、少なくとも水平方向に進退移動可能にされた工具スピンドル軸とを備えたシャフト加工装置において、前記ヘッドストックとテールストックとが前記加工テーブル上を前記ワークの軸と平行に前記垂直回転軸を中心にして互いに外側方向で移動可能にされていることを特徴とするシャフト加工装置。
2. 前記加工されるワークの加工時に前記ヘッドストックのワーク保持部の前記旋回台の垂直回転軸からの距離が前記テールストックのワーク支持部の前記旋回台の垂直回転軸からの距離の５０〜１５０％の範囲に調整可能にされていることを特徴とする請求項１記載のシャフト加工装置。
3. 前記ワークの軸長さが３００ｍｍ以上７００ｍｍ以下の範囲であることを特徴とする請求項２記載のシャフト加工装置。
4. 前記ヘッドストック及び前記テールストックをワーク軸と平行に移動できるようにガイドする１以上のガイドレールが前記加工テーブル上に設けられ、前記ヘッドストックと前記テールストック間の少なくとも前記ガイドレールを覆うようにされた伸縮可能なカバーが設けられていることを特徴とする請求項１又は２又は３に記載のシャフト加工装置。
5. 前記カバーはワークの軸直角方向でみて、中央が高くされ、両側に向かって傾斜する切り妻屋根状の蛇腹であることを特徴とする請求項４に記載のシャフト加工装置。
6. 前記カバーはワークの軸直角方向でみて、中央が高くされ、両側に向かって傾斜する切り妻屋根状にされた板材からなる複数のカバー部品であって、前記複数のカバーの板材が互いに重なり、前記重なり量を変化させて長手方向に伸縮可能にされたスライド式カバーであることを特徴とする請求項４に記載のシャフト加工装置。
7. 前記加工テーブルの前記カバーで覆われた部分に前記ヘッドストック、又は、前記テールストックの可動用ケーブル又はホースが収容されていることを特徴とする請求項４又は５又は６に記載のシャフト加工装置。
   

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