JP2010214526A - ボーリング加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工座標の基準が異なる複数の異種品を効率よく高精度にボーリング加工することができるボーリング加工装置を提供すること。
【解決手段】加工刃５１が取り付けられたクイル５０を回転可能に支持するサポート４１〜４３を備えるボーリング加工装置１０において、クランク穴加工を行うシリンダブロックＣＢを複数箇所で支持する支持部３３ａ〜３３ｃに加工座標の基準となる基準シート３２ａ〜３２ｃを設け、各支持部３３ａ〜３３ｃを加工径方向に進退させるために、クイル５０に平行な方向に進退するパイロットバー３６と、カム３７ａ〜３７ｃと、カム３７ａ〜３７ｃに形成されたカム面に従って各支持部３３ａ〜３３ｃを加工径方向に進退させるロットバー３５ａ〜３５ｃと、パイロットバー３６を駆動するサーボモータ４０とを設ける。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ワークに対してボーリング加工を行うボーリング加工装置に関する。

ボーリング加工装置には、例えば、ねじの回転によって移動するカム面により、ボーリング加工刃をボーリング径方向に進退させてボーリング径（加工径）を調整するものがある（特許文献１）。これにより、工具の撓みや熱変形などに影響されることなく、ボーリング径を補正して高精度なボーリング加工を行うことができるようになっている。

そして、シリンダブロックに対するクランク穴加工などのラインボーリング加工を行う装置では、加工刃とともに回転するクイル（ラインバー）を治具に設けたクイルサポートにより支持してクイルの撓みなどを防止して加工精度を確保している。

実開昭６２−０４２９０２号公報

しかしながら、上記したボーリング加工装置では、ボーリング径（加工径）が異なる異種品の加工において、加工座標の基準が異なる場合がある。例えば、シリンダブロックに対するクランク穴加工を行う場合であれば、図１０に示すような２種類のシリンダブロックＣＢ１，ＣＢ２に対して、クランク穴ＣＨ１，ＣＨ２を加工する際には、シリンダブロックＣＢ２の下面には段差が有るため、加工座標の基準Ｓｔが異なる。つまり、シリンダブロックＣＢ１の加工座標の基準ＳｔはＳｔ１となり、シリンダブロックＣＢ２の加工座標の基準ＳｔはＳｔ２となる。これにより、シリンダブロックＣＢ１の加工座標の基準Ｓｔ１よりも、シリンダブロックＣＢ２の加工座標の基準Ｓｔ２の方が高い位置となる。

そしてこのような場合には、工具を支持するクイルサポートを含む治具（工具支持部）全体を交換しないと、ボーリング加工を行うことができなかった。つまり、シリンダブロックＣＢ１，ＣＢ２のそれぞれに対してクランク穴加工を行うためには、治具全体を交換するしかなかった。このため、加工座標の基準が異なる複数の異種品を効率よくボーリング加工することができないという問題があった。

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、加工座標の基準が異なる複数の異種品を効率よく高精度にボーリング加工することができるボーリング加工装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた本発明は、加工刃が取り付けられたクイルを回転可能に支持するクイルサポートを備えるボーリング加工装置において、ボーリング加工を行うワークを複数箇所で支持する支持部と、前記各支持部を加工径方向に進退させる進退機構と、を有することを特徴とする。なお、支持部先端（ワークと接する部分）に加工座標の基準となる基準シートが設けられている。

このボーリング加工装置では、加工刃が取り付けられたクイルを回転させることにより、ワークに対するボーリング加工を実施する。そして、クイルはクイルサポートにより支持されているため、クイルの撓みや振れなどの発生が防止され、高精度にボーリング加工を行うことができる。

ここで、このボーリング加工装置には、ワークを複数箇所で支持する支持部と、各支持部を加工径方向に進退させる進退機構とが備わっているので、装置に対するワークの設置位置、言い換えると加工座標の基準を調整することができる。これにより、加工座標の基準が異なる場合であっても、クイルサポートを含む治具全体を交換することなく、ボーリング加工を行うことができる。従って、加工座標の基準が異なる複数の異種品を効率よく高精度にボーリング加工することができる。

本発明のボーリング加工装置において、前記進退機構は、前記クイルに平行な方向に進退する進退部材と、前記進退部材に設けられたカムと、前記カムに形成されたカム面に従って前記各支持部を加工径方向に進退させる伝達部材と、前記進退部材を駆動する駆動手段と、を備えていればよい。

このボーリング加工装置では、駆動手段により、進退部材がクイルに平行な方向に進退させられ、進退部材に設けられたカムに形成されたカム面に従って伝達部材を介して各支持部が加工径方向に進退させられる。このように、駆動手段は、進退部材をクイルに平行な方向に進退させるため、治具の径方向に設ける必要がなく、治具の大型化を抑制することができる。従って、治具の大型化を抑制しながら、加工座標の基準が異なる複数の異種品を効率よく高精度にボーリング加工することができる。

また、本発明のボーリング加工装置において、前記カムは、前記各支持部に対応して前記進退部材に複数設けられており、前記進退部材が共通の駆動手段によって駆動されて、前記支持部のすべてが同時に加工径方向に進退することが望ましい。

このような構成にすることにより、共通の駆動手段によって駆動される進退部材の移動に伴って各支持部を共通して移動させることができる。このため、各支持部の位置調整のばらつき（移動量のばらつき）を抑制することができる。その結果として、支持部の位置調整、つまり加工座標の基準調整を高精度に行うことができる。従って、加工座標の基準が異なる複数の異種品をより高精度にボーリング加工することができる。

また、本発明のボーリング加工装置において、前記駆動手段はサーボモータであり、前記進退部材と前記サーボモータとがボールねじ機構を介して連結されていることが望ましい。

このような構成にすることにより、進退部材の移動を精密に微調整することができる。その結果、伝達部材の移動を精密に微調整することができ、支持部の位置調整、つまり加工座標の基準調整をより高精度に行うことができる。従って、加工座標の基準が異なる複数の異種品をより一層高精度にボーリング加工することができる。

本発明に係るボーリング加工装置によれば、上記した通り、加工座標の基準となる支持部材の位置を精度よく調整することができるため、加工座標の基準が異なる複数の異種品を効率よく高精度にボーリング加工することができる。

本実施の形態に係るボーリング加工装置の概略を示す概略構成図である。 治具の概略構成を示す部分断面図である。 治具の概略構成を示す平面図である。 クイルの概略構成を示す図である。 クイルにおける加工刃取付部を示す図である。 カムとロットバーとの位置関係を示す図である。 カムの変形例を示す図である。 ボーリング加工装置の変形例を示す模式図である。 ボーリング加工装置の変形例を示す模式図である。 各シリンダブロックにおける加工座標の基準を示す図である。

以下、本発明のボーリング加工装置を具体化した好適な実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。本実施の形態は、シリンダブロックのクランク穴（クランクシャフトベアリング穴）加工を行う装置に本発明を適用したものを例示する。そこで、本実施の形態に係るボーリング加工装置について、図１を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態に係るボーリング加工装置の概略を示す概略構成図である。

図１に示すように、ボーリング加工装置１０には、ベッド１１上に配置されたスピンドルヘッド２０と、シリンダブロックＣＢが支持・固定されている治具３０とが備わっている。スピンドルヘッド２０は、スライドユニット２１を介してベッド１１に取り付けられている。これにより、スピンドルヘッド２０は、図１中左右方向へ移動可能となっている。一方、治具３０は、スライドユニット３１を介してベッド１１に取り付けられている。これにより、治具３０は、図１中前後方向へ移動可能となっている。

スピンドルヘッド２０には、ハウジング２２に回転可能に軸受支持された主軸１２が設けられている。また、スピンドルヘッド２０の上部には主軸モータ２３が設けられている。この主軸モータ２３はギヤを介して主軸１２に接続されている。これにより、主軸モータ２３によって主軸１２が回転駆動されるようになっている。このようにして回転する主軸１２には、後述するクイル５０（図４参照）が連結される。

ここで、治具３０について図２〜図５を参照しながら説明する。図２は、治具の概略構成を示す部分断面図である。図３は、治具の概略構成を示す平面図である。図４は、クイルの概略構成を示す図である。図５は、クイルにおける加工刃取付部を示す図である。なお、図２及び図３はクイル未装着状態を示しており、図４はクイル装着状態の治具を下面側から見たものである。

治具３０は、シリンダブロックＣＢを所定位置に保持するものである。また、治具３０は、加工刃５１が取り付けられたクイル５０を図中左右方向に進退可能に支持するとともに回転可能に支持するものでもある。このような治具３０には、図２、図３に示すように、シリンダブロックＣＢ下面に接触する基準シート３２ａ，３２ｂ，３２ｃが設けられた支持部３３ａ，３３ｂ，３３ｃが備わっている。これら基準シート３２ａ，３２ｂ，３２ｃの高さ位置は、同じ高さ位置となるように調整されている。なお、基準シート３２ａ，３２ｂ，３２ｃの高さ位置が、加工座標の基準Ｓｔとなる。

そして、支持部３３ａ，３３ｂには、治具３０とシリンダブロックＣＢとの位置決めを行うためのノックピン３４ａ，３４ｂが設けられている。ノックピン３４ａ，３４ｂがシリンダブロックＣＢに設けられたピン孔（不図示）に嵌合することにより、シリンダブロックＣＢが治具３０の所定位置に正確に載置（位置決め）されるようになっている。これら支持部３３ａ，３３ｂ，３３ｃは、それぞれ図２中上下方向に移動可能に設けられたロットバー（伝達部材）３５ａ，３５ｂ，３５ｃの一端（上端）部に取り付けられている。一方、ロットバー３５ａ，３５ｂ，３５ｃの他端（下端）は、治具本体３０ａ内に図２中左右方向に移動可能に並行配置されたパイロットバー（進退部材）３６，３６に設けられたカム３７ａ，３７ｂ，３７ｃに当接している。

カム３７ａ，３７ｂ，３７ｃは同一形状をなしており、高さが違う平坦面（本実施の形態では２つ）ＣＰ１，ＣＰ２とそれらを直線的に繋げる傾斜面ＣＰｓとにより形成されたカム面ＣＰを有している（図６（ａ）参照）。一方、ロットバー３５ａ，３５ｂ，３５ｃの他端（下端）には、カム面ＣＰに従ってスライド可能となるように、カム面ＣＰの傾斜面ＣＰｓに接触する傾斜面ＬＰｓと、平坦面ＣＰ１，ＣＰ２に接触する平坦面ＬＰとが形成されている。これにより、パイロットバー３６が図２中左右方向に進退すると、カム３７ａ，３７ｂ，３７ｃのカム面ＣＰに従ってロットバー３５ａ，３５ｂ，３５ｃが図２中上下（加工径）方向に移動するので、各支持部３３ａ，３３ｂ，３３ｃの基準シート３２ａ，３２ｂ，３２ｃが同時に上下動（加工径方向に進退）するようになっている。この基準シート３２ａ，３２ｂ，３２ｃの上下動によって、加工座標の基準Ｓｔの調整を精度良く行うことができるようになっている。

ここで、並行配置されたパイロットバー３６，３６は、図３に示すように、一端部で連結プレート３８に接続され一体化されている。この連結プレート３８は、ボールねじ機構３９に連結されている。そして、ボールねじ機構３９は、サーボモータ４０に連結されている。このような構成により、１つの（共通の）サーボモータ４０を駆動することによって、ボールねじ機構３９を介してパイロットバー３６，３６の移動量をばらつきなく微調整することができるので、基準シート３２ａ，３２ｂ，３２ｃの上下動、つまり加工座標の基準Ｓｔを高精度に微調整することができるようになっている。なお、本実施の形態においては、上記したパイロットバー３６と、カム３７ａ〜３７ｃと、ロットバー３５ａ〜３５ｃと、サーボモータ４０とにより、本発明の「進退機構」が構成されている。そして、基準シート３２ａ，３２ｂ，３２ｃの上下動の範囲としては、１０ｍｍ程度確保されている。

また、治具３０には、クイル５０を図３中左右方向に移動可能に支持するとともに回転可能に支持する３つのサポート４１，４２，４３が設けられている。フロントサポート４１は、クイル５０の先端部を支持するものである。中間サポート４２は、クイル５０の中央部（第３加工刃５１ｃと第４加工刃５１ｄの間）を支持するものである。エンドサポート４３は、クイル５０の基端部（主軸１２との接続側）を支持するものである。このように３つのサポートで長尺のクイル５０を支持することにより、加工時にクイル５０の振れや撓みを防止して精度良くボーリング加工ができるようになっている。なお、各サポート４１〜４３には、クイル５０を装着する際に加工刃５１との干渉を避けるための逃げ部４１ａ〜４３ａが形成されている（図５参照）。

上記したサポート４１〜４３に支持されるクイル５０は、図４に示すように、円柱棒状のものであり、その外周部に５つの加工刃５１が取り付けられている。加工刃５１は、クイル５０の先端側から第１加工刃５１ａ、第２加工刃５１ｂ、第３加工刃５１ｃ、第４加工刃５１ｄ、第５加工刃５１ｅの順に所定間隔で配置されている。このようなクイル５０を回転させながら図４中左右方向に進退させることにより、シリンダブロックＣＢの５つのクランク穴ＣＨの加工を同時に行うことができるようになっている。

ここで、クイル５０に取り付けられた加工刃５１は、図５に示すように、刃先出代を調整できるようになっている。つまり、加工刃５１は、公知の調整機構５２を介してクイル５０に取り付けられている。これにより、クランク穴径Ｄ１とクランク穴径Ｄ２（穴径差ｄ１２）のシリンダブロックに対して、治具３０を交換することなく、クランク穴加工を行うことができるようになっている。そして、上記したように、ボーリング加工装置１０では、加工座標の基準Ｓｔの調整を精度良く行うことができることと相まって、複数種類のシリンダブロックのクランク穴加工を、治具３０を交換することなく精度良く行うことができるようになっている。

続いて、上記した構成を有するボーリング加工装置１０の動作について説明する。ここでは、図１０に示すように加工座標の基準Ｓｔが異なる２種類のシリンダブロックのクランク穴を加工する場合について説明する。
まず、加工するシリンダブロックＣＢが治具３０に載置される。このとき、シリンダブロックＣＢの下面に設けられたピン孔（不図示）に、治具３０のノックピン３４ａ，３４ｂを嵌合させることにより、シリンダブロックＣＢを治具３０の所定位置に正確に載置することができる。そして、シリンダブロックＣＢが載置された治具３０が、スライダユニット３１によって加工位置まで搬送される。

シリンダブロックＣＢが載置された治具３０が加工位置まで搬送されると、スライドユニット２１によって、クイル５０が連結されたスピンドルヘッド２０が治具３０に向かって移動させられる。そして、クイル５０がサポート４１〜４３にセットされる。このクイルのセッティングの際、加工刃５１がサポート４２，４３の逃げ４２ａ，４３ａを通過することで、クイル５０がサポート４１〜４３に挿入されて、図４に示す状態にセットされる。

また、クイル５０を各クランク穴ＣＨに挿入する際には、シリンダブロックＣＢをクイル５０に対して僅かに上昇させることで、クイル５０の中心とクランク穴ＣＨの中心とを相互にずらす。これにより、加工刃５１が取り付けられたクイル５０を、クランク穴ＣＨに挿入可能となる。なお、シリンダブロックＣＢの上昇は、従来のようにワークリフタを設けて行ってもよいし、基準シート３２ａ，３２ｂ，３２ｃを上昇させることにより行ってもよい。後者の場合であれば、従来は必要であったワークリフタが不要となるため、治具の簡略化を図ることができる。

次いで、加工座標の基準Ｓｔの調整を行う。例えば、図１０に示すシリンダブロックＣＢ１のようにシリンダブロック下面に段差がない場合には、パイロットバー３６に設けられたカム３７ａ，３７ｂ，３７ｃとロットバー３５ａ，３５ｂ，３５ｃとの位置関係が図６（ａ）に示す状態になるようにする。つまり、カム面ＣＰの平坦面ＣＰ１とロットバー下面の平坦面ＬＰとが接触している状態にする。これにより、加工座標の基準ＳｔをＳｔ１にすることができる。
一方、図１０に示すシリンダブロックＣＢ２のようにシリンダブロック下面に段差がある（基準が高くなる）場合には、パイロットバー３６に設けられたカム３７ａ，３７ｂ，３７ｃとロットバー３５ａ，３５ｂ，３５ｃとの位置関係が図６（ｃ）に示す状態になるようにする。つまり、カム面ＣＰの平坦面ＣＰ２とロットバー下面の平坦面ＬＰとが接触している状態にする。これにより、加工座標の基準ＳｔをＳｔ２にすることができる。

そして、加工するシリンダがシリンダＣＢ１からシリンダＣＢ２に変更された場合（基準が高くなる：Ｓｔ１からＳｔ２になる場合）には、サーボモータ４０を駆動してパイロットバー３６の位置を移動させ、カム３７ａ，３７ｂ，３７ｃとロットバー３５ａ，３５ｂ，３５ｃとの位置関係を、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）の順に示すように変更して基準シート３２ａ，３２ｂ，３２ｃの高さ位置を調整することにより、治具３０を交換することなく、加工座標の基準ＳｔをＳｔ１からＳｔ２に変更することができる。
逆に、加工するシリンダがシリンダＣＢ２からシリンダＣＢ１に変更された場合（基準が低くなる：Ｓｔ２からＳｔ１になる場合）には、サーボモータ４０を駆動して（上記の場合とは逆方向に回転させる）パイロットバー３６の位置を移動させ、カム３７ａ，３７ｂ，３７ｃとロットバー３５ａ，３５ｂ，３５ｃとの位置関係を、図６（ｃ），（ｂ），（ａ）の順に示すように変更して基準シート３２ａ，３２ｂ，３２ｃの高さ位置を調整することにより、治具３０を交換することなく、加工座標の基準ＳｔをＳｔ２からＳｔ１に変更することができる。

ここで、ボーリング加工装置１０では、共通のサーボモータ４０によってパイロットバー３６，３６を移動させることにより、カム３７ａ，３７ｂ，３７ｃ及びロットバー３５ａ，３５ｂ，３５ｃを介して、基準シート３２ａ，３２ｂ，３２ｃの高さ位置の調整を同時に行っている。これにより、基準シート３２ａ，３２ｂ，３２ｃの位置調整のばらつきを抑制することができる。従って、基準シート３２ａ，３２ｂ，３２ｃの位置調整、つまり加工座標の基準調整を高精度に行うことができる。

そして、加工座標の基準Ｓｔの調整が終了すると、主軸モータ２３が駆動されて主軸１２に接続されたクイル５０が回転する。そして、クイル５０を回転させながらスピンドルヘッド２０を後退させることにより、クイル５０を後退（図４で左方向へ移動）させる。これにより、加工刃５１によってシリンダＣＢのクランク穴ＣＨに対する加工が実施される。このとき、クイル５０はサポート４１〜４３により支持されているため、クイル５０の撓みや振れなどの発生が確実に防止され、高精度にクランク穴ＣＨに対する加工を行うことができる。また、加工刃５１の刃先出代を調整することができるため、クランク穴径が異なる場合にも対応することができる。

このように、ボーリング加工装置１０では、加工座標の基準やクランク穴径が異なるシリンダブロックであっても、治具３０を交換することなく、高精度にクランク穴加工を実施することができる。従って、加工座標の基準やクランク穴径が異なる複数のシリンダブロックにおけるクランク穴加工を効率よく高精度に行うことができる。

以上、詳細に説明したように本実施の形態に係るボーリング加工装置１０によれば、加工座標の基準となる基準シート３２ａ，３２ｂ，３２ｃを、サーボモータ４０を駆動することにより、ボールねじ機構３９、パイロットバー３６、カム３７ａ，３７ｂ，３７ｃを介して、ロットバー３５ａ，３５ｂ，３５ｃを上下動させることができる。つまり、基準シート３２ａ，３２ｂ，３２ｃの高さ位置（加工座標の基準Ｓｔ）を調整することができる。これにより、加工座標の基準Ｓｔが異なるシリンダブロックであっても、治具３０を交換することなく、クランク穴加工を精度良く行うことができる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態において、クイル挿入用のワークリフタを廃止して基準シート３２ａ，３２ｂ，３２ｃの上昇運動によりワークを上昇させる場合には、図７に示すように、平坦面ＣＰ２から上方向に傾斜する傾斜面ＣＰｓを新たに形成したカム６７をパイロットバー３６に設ければよい。

また、上記した実施の形態では、カムに２つの平坦面を設けているが、３つ以上の平坦面を設けてもよい。さらに、上記した実施の形態では、カム形状を平坦面を持つ段付き傾斜ブロックとしているが、平坦面を持たない楔状にすることもできる。

また、上記した実施の形態では、パイロットバー３６及びカム３６ａ〜３６ｃを用いて基準シートを上下動させているが、基準シートを上下動させる機構は、これに限られず、例えば 図８に示すように、タイミングベルト７０及びボールねじ機構７１を用いるものであってもよい。あるいは、図９に示すように、サーボモータ４０の代わりに油圧シリンダ７２，７２を用いることもできる。さらに、クイル挿入用の微少リフト機構７３を設けることもできる。

また、上記した実施の形態では、クランク穴加工を加工する場合を例示したが、本発明のボーリング加工装置は、これに限られることなく、例えばシリンダヘッドのカム穴加工等にも適用することができる。

１０ ボーリング加工装置
１２ 主軸
２０ スピンドルヘッド
２３ 主軸モータ
３０ 治具
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ 基準シート
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ 支持部
３４ａ，３４ｂ ノックピン
３５ａ，３５ｂ，３５ｃ ロットバー（伝達部材）
３６ パイロットバー
３７ａ，３７ｂ，３７ｃ カム
３８ 連結プレート
３９ ボールねじ機構
４０ サーボモータ
４１ フロントサポート
４２ 中間サポート
４３ エンドサポート
５０ クイル
５１ 加工刃
ＣＢ シリンダブロック
ＣＨ クランク穴
ＣＰ カム面
ＣＰ１，ＣＰ２ （カムの）平坦面
ＣＰｓ （カムの）傾斜面
ＬＰ （ロットバー下端の）平坦面
ＬＰｓ （ロットバー下端の）傾斜面

Claims (4)

1. 加工刃が取り付けられたクイルを回転可能に支持するクイルサポートを備えるボーリング加工装置において、
   ボーリング加工を行うワークを複数箇所で支持する支持部と、
   前記各支持部を加工径方向に進退させる進退機構と、
   を有することを特徴とするボーリング加工装置。
2. 請求項１に記載するボーリング加工装置において、
   前記進退機構は、
   前記クイルに平行な方向に進退する進退部材と、
   前記進退部材に設けられたカムと、
   前記カムに形成されたカム面に従って前記各支持部を加工径方向に進退させる伝達部材と、
   前記進退部材を駆動する駆動手段と、
   を備えていることを特徴とするボーリング加工装置。
3. 請求項２に記載するボーリング加工装置において、
   前記カムは、前記各支持部に対応して前記進退部材に複数設けられており、
   前記進退部材が共通の駆動手段によって駆動されて、前記支持部のすべてが同時に加工径方向に進退する
   ことを特徴とするボーリング加工装置。
4. 請求項２又は請求項３に記載するボーリング加工装置において、
   前記駆動手段はサーボモータであり、
   前記進退部材と前記サーボモータとが、ボールねじ機構を介して連結されている
   ことを特徴とするボーリング加工装置。

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