JP2010269432A

JP2010269432A - 切削方法

Info

Publication number: JP2010269432A
Application number: JP2009125012A
Authority: JP
Inventors: Junichi Hayashi; 淳一林
Original assignee: Komatsu NTC Ltd
Current assignee: Komatsu NTC Ltd
Priority date: 2009-05-25
Filing date: 2009-05-25
Publication date: 2010-12-02
Anticipated expiration: 2029-05-25
Also published as: JP5395510B2

Abstract

【課題】汎用のマシニングセンタを使用してワークの切削を行うことができて、マシニングセンタの設備費用の低減及びマシニングセンタの設置スペースの縮小を図ることができる切削方法を提供する。
【解決手段】テーブル１７上に平面非円形状のワークＷを支持した状態で、そのテーブル１７を一軸線を中心に回転させる。テーブル１７の回転軸線と直交する面内で回転される刃３８ａを有するカッタ３８を回転させながら、テーブル１７の回転軸線と直交する面内において移動させる。この移動により、テーブル１７上のワークＷの上端面Ｗａを切削する。
【選択図】図２

Description

この発明は、例えばエンジン部品としてのシリンダヘッドの下端面（シリンダブロックとの合わせ面）や、シリンダブロックの上端面（シリンダヘッドとの合わせ面）等のワークの平面を切削するための切削方法に関するものである。

従来、この種の切削方法としては、例えば特許文献１に開示されるような方法が提案されている。この従来方法においては、図９及び図１０に示すように、シリンダブロックよりなるワークＷを加工装置の固定の機台５１上に固定した状態で、大径のフライスカッタ５２を回転させながら、ワークＷの上端面Ｗａに沿って移動させて、フライスカッタ５２の下面の刃５２ａにより、ワークＷの上端面Ｗａを切削するようになっている。

実開昭６１−１６９５１８号公報

ところが、この従来の切削方法においては、ワークＷを固定した状態で、フライスカッタ５２を回転及び移動させることにより、ワークＷの上端面Ｗａを切削する。そして、加工時間を短縮するために、フライスカッタ５２の一方向への１パスのみで切削を完了しようとすると、フライスカッタ５２の外径Ｒを、ワークＷの幅Ｌ２よりも大きくなるように設定する必要がある。また、フライスカッタ５２の移動距離Ｌ１を、
ワークＷの長さＬ３＋フライスカッタ５２の外径Ｒ
よりも大きくなるように設定する必要がある。

このため、カッタの外径や移動距離が制限されている汎用加工装置を使用して切削加工を行うことができず、切削専用の高価な大型加工装置を使用する必要があった。よって、ワークＷの上端面Ｗａの切削加工に続いて、切削加工時に上端面Ｗａの端縁部Ｗｂに発生したバリの除去加工や、上端面Ｗａの隅部に対する孔Ｗｃの穿孔加工等を行う場合、それらの加工装置を切削専用の加工装置とは別に設置する必要があった。その結果、加工装置を含む生産ラインの設備費用が高くなるとともに、加工装置を含む生産ラインの設置のために広いスペースが必要になるという問題があった。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、汎用の加工装置を使用してワークの切削を行うことができて、加工装置の設備費用の低減及び加工装置を含む生産ラインの設置スペースの縮小を図ることができる切削方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、この発明は、テーブル上に平面非円形状のワークを支持してそのテーブルを一軸線を中心に回転させ、その回転軸線と直交する面内で回転される刃を有するカッタを回転させながら前記面内において移動させて、ワークの平面を切削することを特徴としている。

従って、この発明の切削方法によれば、ワークの幅よりも小さな外径のカッタを使用することができるとともに、カッタの移動距離をワークの長さよりも小さく設定することができる。このため、カッタの外径や移動距離が制限されている汎用の加工装置を使用して切削加工を行うことができるとともに、その汎用加工装置により切削加工に続いて、バリの除去加工や穿孔加工等の他の加工を行うことができる。よって、加工装置の設備費用を低減することができるとともに、加工装置の設置スペースを縮小することができる。

前記の方法において、前記ワークの被切削面の短尺幅寸法より小径のカッタを用いることが望ましい。このようにすれば、小型の加工装置を用いることができる。
前記の切削方法において、前記ワークは燃焼室が形成されたエンジン部品とするとよい。このようにした場合には、エンジン部品の端面を能率よく高精度に切削することができる。

前記の切削方法において、前記テーブルの回転にともない、前記ワークがその中心部から外れた位置を中心に回転されるようにするとよい。このようにする場合には、カッタをテーブルの中心まで移動させることがなくその移動距離を短くすることができる。

前記の切削方法において、ワークの平面に形成された前記燃焼室の穴の内側にテーブルの回転中心が位置するようにワークを支持するとよい。このようにすれば、カッタが燃焼室の内周面に達したところで切削を終了できるため、カッタの移動距離をさらに短くできる。この場合、前記の切削方法において、前記燃焼室の穴の中心とテーブルの回転中心とが一致するようにワークを支持するとよい。

前記の切削方法において、前記燃焼室の穴の径よりも小さい径のカッタを用いることが可能となる。そして、前記燃焼室の穴の中心とテーブルの回転中心とを一致させれば、カッタがワークの被切削面を抜けた穴の位置で切削を終了できるため、高精度切削が可能となる。

前記の切削方法において、前記カッタがテーブルの回転中心に接近移動されるのに従って、そのカッタとテーブルとの相対回転速度が高くなるようにするとよい。このようにした場合には、テーブルの回転中心に近づくに従ってワークの回転周速度が低くなるようなことはなく、切削加工精度が低下するおそれを抑制することができ、加工周速をほぼ一定に保つことができ、ワークの平面全体を均一の精度で切削することができる。

前記の方法において、前記ワークを支持する回転テーブルと、その回転テーブルに対向し、前記カッタを回転支持する工具交換可能な主軸ヘッドと、その主軸ヘッドを切り込み方向と前記面内に沿った少なくとも一軸方向に移動させる移動機構とを備えたマシニングセンタを用いることが好ましい。

以上のように、この発明によれば、汎用のマシニングセンタを使用してワークの切削を行うことができて、マシニングセンタの設備費用の低減及びマシニングセンタの設置スペースの縮小を図ることができるという効果を発揮する。

この発明を具体化したマシニングセンタを側方から見た要部縦断面図。図１のマシニングセンタによる第１実施形態の切削方法を示す要部斜視図。図２のワークの切削方法の要部平面図。（ａ）〜（ｃ）はワークの切削加工に続いてその他の加工を行う場合に使用される工具を示す正面図。第２実施形態の切削方法を示す要部平面図。第３実施形態の切削方法を示す要部平面図。第３実施形態の異なる切削方法を示す要部平面図。第４実施形態の切削方法を示す要部平面図。従来のワークの切削方法を示す要部斜視図。図９のワークの切削方法の要部平面図。

（第１実施形態）
以下に、この発明の切削方法を具体化したマシニングセンタの第１実施形態を、図１〜図４に従って説明する。

図１に示すように、この実施形態に用いられるマシニングセンタにおいては、機台フレーム１１の上部に加工ユニットフレーム１２が装着されている。機台フレーム１１内の前部には加工空間１３が形成されるとともに、後部には工具交換装置空間１４が形成されている。加工空間１３内において、機台フレーム１１にはテーブル回転用モータ１５がブラケット１６を介して設置され、そのモータ１５のモータ軸には回転テーブル１７が取り付けられている。そして、このテーブル１７上にエンジン部品であるシリンダヘッドが下面側を上にして支持される。すなわちテーブル１７上に平面非円形状をなすワークＷが支持された状態で、モータ１５よってテーブル１７が垂直な回転軸線Ａを中心に回転されることにより、ワークＷが同軸線Ａの周りで回転される。

前記加工ユニットフレーム１２上には、Ｙ軸サドル１８が左右一対のガイドレール１９及びスライダ（図示しない）を介してＹ軸方向（前後方向）へ移動可能に支持されている。加工ユニットフレーム１２の後部にはＹ軸移動用モータ２１が配置され、そのモータ２１のモータ軸にはボールネジ２２が連結されている。そして、Ｙ軸移動用モータ２１よってボールネジ２２が回転されることにより、Ｙ軸サドル１８がＹ軸方向に移動される。

前記Ｙ軸サドル１８の前面には、Ｘ軸サドル２４が上下一対のガイドレール２５及びスライダ２６を介してＸ軸方向（左右方向）へ移動可能に支持されている。そして、Ｘ軸移動用モータ（図示しない）の回転によってＸ軸サドル２４がＸ軸方向に移動される。

前記Ｘ軸サドル２４の前面には、Ｚ軸サドル３０がスライダ３１及び左右一対のガイドレール３２を介してＺ軸方向（上下方向）へ移動可能に支持されている。Ｚ軸サドル３０の上部にはＺ軸移動用モータ３３が配置されている。そして、Ｚ軸移動用モータ３３の回転よってＺ軸サドル３０がＺ軸方向に移動される。

前記Ｚ軸サドル３０には、主軸装置３６が下向きの状態で装着されている。主軸装置３６の主軸３７には切削用カッタ３８が脱着交換可能に取り付けられ、そのカッタ３８の下面外周縁には複数の刃３８ａが設けられている。Ｚ軸サドル３０には、主軸回転用モータ３９が配置されている。そして、このモータ３９よって主軸３７が回転されることにより、切削用カッタ３８が一方向に回転される。

前記工具交換装置空間１４内において、機台フレーム１１には工具交換装置４０が配置されている。工具交換装置４０の工具マガジン４３の外周には前記切削用カッタ３８及びその他の工具が着脱可能に支持される。その他の工具としては、前記切削用カッタ３８のほかに、例えば図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、回転ブラシ４４ａを有するバリ除去用工具４４、ドリル４５ａを有する穿孔用工具４５、テーパ加工用刃４６ａを有するテーパ用カッタ４６等が用意されている。

そして、工具交換装置４０により工具を交換する場合には、マガジン回転用モータ４１により工具マガジン４３が割り出し回転されて、図１に鎖線で示すように、所定の空の工具把持部４３ａが主軸３７と対応する前方の工具交換位置に配置される。それとともに、主軸装置３６がＹ軸、Ｘ軸及びＺ軸方向に移動されて、主軸３７が工具交換位置の工具把持部４３ａと対応配置される。この状態で、Ｙ軸移動用モータ２１によって主軸装置３６がＹ軸方向に接離移動されることにより、主軸３７上の工具が工具把持部４３ａに受け渡される。引き続き、主軸３７がＺ軸方向の上方に後退して工具から離れるとともに、工具マガジン４３が割り出し回転されて、所要の工具が主軸３７と対向される。そして、主軸３７は下降してその工具を受け取り、元の位置に復帰する。このようにして、工具主軸３７と工具把持部４３ａとの間で工具の交換が行われる。

次に、前記のように構成されたマシニングセンタによりワークＷの上端面Ｗａを切削する切削方法について説明する。
さて、エンジン部品であるシリンダヘッドよりなるワークＷを切削する場合には、図２及び図３に示すように、複数の燃焼室の穴Ｗｄが形成された下端面（シリンダブロックとの合わせ面）を上向きにした状態で，ワークＷがテーブル１７上に固定支持される。従って、切削加工時には、この下端面が上端面Ｗａになる。この場合、平面非円形状をなすワークＷの中心部がテーブル１７の回転軸線Ａ上に位置するように配置される。この状態で、主軸装置３６がＹ軸、Ｘ軸及びＺ軸方向に移動されて、図３に実線で示すように、主軸３７に装着された切削用カッタ３８がワークＷの上端面Ｗａの端縁の回転軌跡Ｃに近接した位置に配置される。そして、切削用カッタ３８は、その外径Ｒがワークの被切削面である上端面Ｗａの短尺幅Ｌ２より小径のものが用いられる。

その後、テーブル回転用モータ１５によりテーブル１７が高速（例えば３０００ｒｐｍ）回転されて、ワークＷが回転軸線Ａを中心に一方向へ回転される。それとともに、主軸回転用モータ３９により主軸３７が高速（例えば３０００ｒｐｍ）回転されて、切削用カッタ３８がワークＷと反対方向に回転される。そして、Ｙ軸移動用モータ２１により主軸装置３６がＹ軸方向に移動されて、切削用カッタ３８がテーブル１７の回転軸線Ａと直交する面内において、図３に実線で示す位置から鎖線で示す位置，すなわちカッタ面の前進端がテーブル１７の中心をわずかに越えた位置まで移動される。この移動により、ワークＷの上端面Ｗａ全面が切削用カッタ３８の刃３８ａよって切削される。

この場合、切削用カッタ３８がテーブル１７の回転中心に接近移動されるのに従って、そのカッタ３８の回転速度が徐々に高くなるように調整される。この調整により、ワークＷの回転周速度が回転中心に近づくほど低くなることにともなって発生する切削速度低下が是正されて、ワークＷの上端面Ｗａ全体にわたって均一な精度の切削が行われる。

また、前記切削用カッタ３８によるワークＷの上端面Ｗａの切削後に、必要に応じて同一のマシニングセンタを用いて、ワークＷに対しその他の加工が連続して行われる。この場合には、工具交換装置４０により主軸３７に対して、図４（ａ）〜（ｃ）に示すようなバリ除去用工具４４、穿孔用工具４５及びテーパ用カッタ４６が順に交換装着される。そして、バリ除去用工具４４が装着された状態で、切削加工時にワークＷの上端面Ｗａの端縁部Ｗｂに発生したバリの除去加工が行われる。また、穿孔用工具４５が装着された状態で、ワークＷの例えば隅部に対するボルトのための孔Ｗｃの穿孔加工が行われる。さらに、テーパ用カッタ４６が装着された状態で、ワークＷの各燃焼室の穴Ｗｄの内面に対するテーパ加工が行われる。

従って、この実施形態においては、以下の効果がある。
（１）この実施形態の切削方法においては、テーブル１７上にワークＷが支持された状態で、そのテーブル１７が垂直な回転軸線Ａを中心に回転されるとともに、切削用カッタ３８が回転されながらテーブル１７の回転軸線Ａと直交する面内において移動されることにより、ワークＷの上端面Ｗａが切削されるようになっている。このため、図３に示すように、ワークＷの幅Ｌ２よりも小さな外径Ｒの切削用カッタ３８を使用しても、１パスでワークＷを切削できる。このため、切削用カッタ３８として小径のものでよく、このため汎用の小型のマシニングセンタによりワークＷを切削できる。

（２）この実施形態の切削方法においては、切削用カッタ３８の移動距離Ｌ１をワークＷの長さＬ３よりも小さく設定することができる。すなわち、ワークＷが回転されているため、図３に実線及び鎖線で示すように、切削用カッタ３８をワークＷの上端面Ｗａの端縁の回転軌跡Ｃに近接した位置から、長くてもカッタ面の前進端がテーブル１７の回転軸線Ａをわずかに越えた位置まで移動させるだけで、ワークＷの上端面Ｗａの全体を切削することができる。従って、前記と同様に、このためカッタ３８の切削のための移動ストロークが短くてよく、汎用の小型のマシニングセンタによりワークＷを切削できる。

（３）この実施形態の切削方法においては、前記のようにマシニングセンタとして汎用のマシニングセンタを使用して切削加工を行うことができるとともに、その切削加工に続いて、同じマシニングセンタによりバリの除去加工や穿孔加工等の他の加工を行うことができる。その結果、マシニングセンタを含む生産ラインの設備費用を低減することができるとともに、マシニングセンタを含む生産ラインの設置スペースを縮小することができる。このため、工場内のマシニングセンタを含む生産ラインのレイアウトにおいて自由度が増す。

（４）この実施形態の切削方法においては、切削用カッタ３８がテーブル１７の回転中心に接近移動されるのに従って、そのカッタ３８の回転速度が高くなるように調整される。このため、テーブル１７の回転中心に近づくに従ってワークＷの回転周速度が低くなっても、切削用カッタ３８とワークＷとの相対回転速度を維持でき、従って、切削速度が低下するおそれを抑制することができ、ワークＷの上端面Ｗａ全体を均一の精度で切削することができる。

（５）テーブル割り出しとマシニングセンタのＹ軸移動により孔開け加工も行うことができるため、工具をＸ軸方向に移動させるためのＸ軸移動機構の存在しない簡素なマシニングセンタを使用することも可能になる。すなわち、マシニングセンタの軸構成を１軸省略でき、構成の簡素化とコンパクト化や軽量化を達成できる。
（第２実施形態）
次に、この発明の第２実施形態を前記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

この第２実施形態においては、図５に示すように、ワークＷをテーブル１７上でその回転軸線Ａから外れた位置に支持して、ワークＷの切削を行うようにする。つまり、テーブル１７の回転にともない、ワークＷがその中心部から外れた位置を中心に回転されるように設定して、ワークＷの切削加工を行う。

このようにした場合には、図５に実線及び鎖線で示すように、切削用カッタ３８をワークＷの上端面Ｗａの端縁の回転軌跡Ｃに近接した位置から、テーブル１７の回転軸線Ａ付近の位置まで移動させれば、ワークＷの上端面Ｗａの全体を切削することができる。すなわち、図５に２点鎖線で示すように、テーブル１７の回転にともないワークＷが切削用カッタ３８の移動開始位置側に回転された位置において、切削用カッタ３８の前進端がワークＷの側縁部Ｗｅを超える位置まで、切削用カッタ３８を移動させればよい。

従って、この第２実施形態においては、以下の効果がある。
（６）切削用カッタ３８をその前進端がワークＷの側縁部Ｗｅを超える位置まで移動させるのみでよいため、切削用カッタ３８をテーブル１７の回転中心まで移動させることなく、切削用カッタ３８の移動距離を短くすることができる。

（第３実施形態）
次に、この発明の第３実施形態を前記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
この第３実施形態においては、図６及び図７に示すように、ワークＷの燃焼室の穴Ｗｄの内側（図６及び図７においてはワークＷの燃焼室の穴Ｗｄの中心）にテーブル１７の回転軸線Ａが位置するようにワークＷが支持される。

このようにすることで、切削に際してテーブル１７の回転軸線Ａまで切削用カッタ３８の前進端が届く必要がなく、その前進端はワークＷの燃焼室の穴Ｗｄの周面位置に達すればよい。

従って、この第３実施形態においては、以下の効果がある。
（７）切削用カッタ３８の前進端が燃焼室の穴Ｗｄの周面位置に達すればよいため、切削用カッタ３８の移動距離をさらに短くできる。

（第４実施形態）
次に、この発明の第４実施形態を前記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
この第４実施形態においては、図８に示すように、切削用カッタ３８の外径がワークＷの燃焼室の穴Ｗｄの直径より小さく形成されている。また、ワークＷの中央の燃焼室の穴Ｗｄの中心にテーブル１７の回転軸線Ａが位置するようにワークＷが支持される。そして、切削用カッタ３８は、その全体がワークＷの回転軌跡Ｃ外の位置から前記中央の燃焼室の穴Ｗｄと対応する位置まで切削移動される。

このようにすることで、この第４実施形態においては、以下の効果がある。
（８）切削用カッタ３８が中央の燃焼室の穴Ｗｄと対応する位置まで切削移動されて、上端面Ｗａを抜けた穴Ｗｄの内側で切削を終了させることができるため、ワークＷの上端面Ｗａを高精度に仕上げることができる。

（変更例）
この発明は、前記各実施形態に限定されるものではなく、以下のように具体化してもよい。

・前記実施形態において、ワークＷとしてエンジン部品であるシリンダブロックの上端面あるいは下端面を切削すること。
・前記実施形態において、テーブル１７上に複数のワークＷを並べて、１つの切削用カッタ３８により、それらのワークＷに対して同時に切削加工を施すこと。

・実施形態に示す構成のものに限らず、他の構成のマシニングセンタ，例えばＸ軸移動機構を省略したコンパクトな装置を用いること。

１５…テーブル回転用モータ、１７…テーブル、１８…Ｙ軸サドル、２１…Ｙ軸移動用モータ、３６…主軸装置、３７…主軸、３８…切削用カッタ、３８ａ…刃、Ｗ…ワーク、Ｗａ…上端面、Ｗｄ…燃焼室の穴、Ａ…軸線。

Claims

テーブル上に平面非円形状のワークを支持してそのテーブルを一軸線を中心に回転させ、その回転軸線と直交する面内で回転される刃を有するカッタを回転させながら前記面内において移動させて、ワークの平面を切削することを特徴とした切削方法。
前記ワークの被切削面の短尺幅寸法より小径のカッタを用いることを特徴とする請求項１に記載の切削方法。
前記ワークは燃焼室が形成されたエンジン部品であることを特徴とした請求項１または２に記載の切削方法。
前記テーブルの回転にともない、前記ワークがその中心部から外れた位置を中心に回転されることを特徴した請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の切削方法。
ワークの平面に形成された前記燃焼室の穴の内側にテーブルの回転中心が位置するようにワークを支持することを特徴とする請求項３に記載の切削方法。
前記燃焼室の穴の中心とテーブルの回転中心とが一致するようにワークを支持することを特徴とする請求項５に記載の切削方法。
前記燃焼室の穴の径よりも小さい径のカッタを用いることを特徴とする請求項６に記載の切削方法。
前記カッタがテーブルの回転中心に接近移動されるのに従って、そのカッタとテーブルとの相対回転速度を高くすることを特徴とした請求項１〜７のいずれか一項に記載の切削方法。
前記ワークを支持する回転テーブルと、その回転テーブルに対向し、前記カッタを回転支持する工具交換可能な主軸ヘッドと、その主軸ヘッドを切り込み方向と前記面内に沿った少なくとも一軸方向に移動させる移動機構とを備えたマシニングセンタを用いることを特徴とする請求項１〜８のうちのいずれか一項に記載の切削方法。