JP2011189478A

JP2011189478A - 深穴加工装置

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Publication number: JP2011189478A
Application number: JP2010059386A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Nagase; 瀬保夫永; Shigeki Otaka; 高繁樹大; Hiromichi Takahashi; 橋弘道高
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2010-03-16
Filing date: 2010-03-16
Publication date: 2011-09-29
Anticipated expiration: 2030-03-16
Also published as: DE102011013850A1; US20110229280A1; JP4977227B2; CN102189283B; US8777526B2; KR20110104435A; KR101261117B1; DE102011013850B4; CN102189283A

Abstract

【課題】パイロット穴の加工が不要で、汎用工作機械を用いて高精度な大径深穴加工が可能な深穴加工装置を提供する。
【解決手段】門型加工機における工具８が取り付けられた主軸１７が加工物に向って回転移動することにより穴を形成する深穴加工装置であり、工具８の回転移動をガイドするための穴を有するブッシュ９、門型加工機におけるコラム上を移動可能なクロスレールに設けられ主軸１７が装着されている主軸頭１に対しブッシュ９を所定距離を隔てて保持するブッシュ保持部１１を備え、ブッシュ９の加工物に対する位置とブッシュ９が加工物に押し当てられる圧力がクロスレールの移動により制御が可能であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、深穴加工装置に係わるものである。

穴深さ／穴径の比が大きい穴開け加工を、一般に深穴加工と称している。従来は深穴加工において、ガンドリルシステムやＢＴＡ（Boring and Trepanning Association）システム、エジェクタシステム等の加工方法が用いられていた。

ところで、深穴加工では工具が長尺かつ径は長さに比較し小さくなる。このため、工具の撓みや座屈、取付時の工具回転振れなどにより、高精度な加工を行うことが困難である。

そこで、従来は図９（ａ）に示されたように、加工物１５８に予め短尺の工具を用いてパイロット穴１０１をあけ、これをガイドとして長尺の工具で深穴を加工していた。即ち、図９（ｂ）に示されたように、パイロット穴１０１に長尺の工具１０８の外周に僅かに突起状に設けられたガイドパッド１１９を当接する。そして、図９（ｃ）に示されたように、工具１０８の先端に設けられた刃１１８で加工を行っていた。あるいは、加工装置にブッシュガイドを付加し、これをガイドとして穴加工することが一般的であった。

以下に、従来の深穴加工装置を開示した文献名を記載する。

特公昭６２−２４２０３号公報

しかし、上述したパイロット穴をあける場合は、短尺の工具を用いて予め加工する必要があるため作業効率が低いという問題があった。また、ブッシュガイドを用いて加工を行う場合には、ブッシュガイドを加工物に押し付ける機構が必要となり、汎用の工作機械を用いることが困難であるという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、パイロット穴を加工する必要がなく、また汎用の工作機械を用いて高精度な深穴加工を実現することができる深穴加工装置を提供することを目的とする。

本発明の深穴加工装置は、門型加工機における工具が取り付けられた主軸が加工物に向って回転移動することにより穴を形成する深穴加工装置であって、前記工具の回転移動をガイドするための穴径を有するブッシュと、前記門型加工機におけるコラム上を移動可能なクロスレールに設けられ、前記主軸が装着されている主軸頭に対し、前記ブッシュを所定距離を隔てて保持するブッシュ保持部とを備え、前記ブッシュの前記加工物に対する位置と、前記ブッシュが前記加工物に押し当てられる圧力が、前記クロスレールの移動により制御が可能であることを特徴とする。

本発明の深穴加工装置によれば、パイロット穴を加工する手間が不要であり、かつ汎用の工作機械を用いて高精度な深穴加工が可能となる。

本発明の一実施の形態による深穴加工装置において用いられる汎用の門型加工機の概略構成を示した正面図。同実施の形態による深穴加工装置の主軸付近の構成を示した正面図。同実施の形態による深穴加工装置における排出側ホースを支持するガイドレール及びスライダの構成を示す正面図。同実施の形態による深穴加工装置におけるブッシュの構造を示した正面図。同実施の形態による深穴加工装置におけるブッシュ保持部の変形例における構成を示した正面図。同実施の形態による深穴加工装置におけるブッシュの変形例における構成を示した正面図。同実施の形態による深穴加工装置を用いて深穴加工を行う手順を示した説明図。同実施の形態による深穴加工装置におけるブッシュの作用を示すための説明図。従来の深穴加工の手順の一例を示した説明図。

以下、本発明の実施の形態による深穴加工装置について図面を参照して説明する。

図１に、本実施の形態による深穴加工装置として、汎用の門型加工機にブッシュ及びブッシュ保持部を取り付けた状態における全体の概略構成を示す。

コラム５１が、ベッド６１上を紙面に垂直な方向に向かって手前側、背面側に移動するように設けられている。

クロスレール５２が、コラム５１上を上下に移動するように設けられている。

主軸頭１が、クロスレール５２上を左右に移動するように設けられている。この主軸頭１は、その内部に後述するラム２が設けられており、ラム２には工具を回転するための主軸が内蔵されている。この主軸に回転継手３が接続されている。

回転継手３及びラムを覆うように、後述するブッシュ保持部１１が主軸頭１の下部に接続されている。主軸頭１がクロスレール５２上を左右に移動することにより、ブッシュ保持部１１が１１Ａ、１１Ｂで図示された位置へ左右に移動することができる。

深穴加工が行われる加工物５８は、定盤５９上に治具６０等により固定されている。

クロスレール５２が下方へ向けて移動し、後述するブッシュ９が加工物５８に当接し所定の圧力が加わった時点で停止する。この後、後述するラム２に内蔵された主軸に接続された回転継手３が回転しながら加工物５８へ向けて下方に移動することで、加工が行われる。

図２に、本実施の形態による深穴加工装置における主軸付近の主要な構成を示す。

主軸頭１が、門型加工機の一部分として、図２を用いて述べたように図中左右方向に移動が可能なように設けられている。

ラム２が、門型加工機の一部分として主軸頭１に内蔵可能なように配置されており、主軸頭１に対して相対的に上下に移動することができる。さらにラム２の内部に主軸１７が装着されており、同様に主軸頭１に対して相対的に上下に移動が可能である。

主軸１７には回転継手３が接続されており、回転継手３の内部に図示されていない回転主軸と、回転主軸を支持するベアリングが設けられており、回転主軸と工具８との連結が行われる。主軸１７を内蔵したラム２が上下に移動することにより、図示された３Ａ、３Ｂのように回転継手３が上下に移動することができる。

さらに回転継手３は、工具８に対する切削油剤の流路としての機能を有する。回転継手３に給油側ホース４が接続されており、切削油剤が供給される。工具８は、いわゆるエジェクタ方式となっており、外側のアウタチューブとその内側のインナチューブとを有する２重のパイプ状構造を備えている。回転継手３から供給された切削油剤がアウタチューブとインナチューブとの間を伝わって加工物へ向かって下方へ流れていく。工具８の先端部分が加工物を切削し、切り屑が切削油剤と共にインナチューブの中を上方に向かって押し出されていく。

回転継手３にはさらに、継手部６によりフレキシブルチューブ１５が接続され、さらに継手部７により排出側ホース５が装着されている。工具８におけるインナチューブの中を押し出されてきた切り屑及び切削油剤が回転継手３を経て排出側ホース５を通過し、外部へ排出される。

フレキシブルチューブ１５、排出側ホース５は、図３に示されたように摺動板１４の穴１６を貫通しており、ガイドレール１３を排出管保持部２１が上下に摺動することで工具８の上下移動に追従して上下に移動が可能である。フレキシブルチューブ１５、排出側ホース５は必要に応じ回転継手３に対して取り付け、取り外しが可能である。

このようにフレキシブルチューブ１５、排出側ホース５がガイドレール１３を上下に摺動する排出管保持部２１が設けられた摺動板１４により保持されていることで、フレキシブルチューブ１５、排出側ホース５により生じる荷重及び回転モーメントが回転継手３のみに加えられることを防止することができる。ほとんどの荷重は回り止めプレート２０を介し、ラム２により直接保持される。

尚、摺動板１４は穴１６に限らずフレキシブルチューブ１５、排出側ホース５を支持し得る構造を有するものであればよい。また、排出側ホース５の替わりに排出管を用いることもできる。

図４に、ブッシュ９の構成の一例を示す。ブッシュ９は、加工中に工具８をガイドするためのものであって、後述するようにパイロット穴の替わりとして作用する。

ブッシュ９は、ブッシュ保持部１１によって主軸頭１に装着されており、主軸頭１の上下の移動に伴い上下に移動する。

ブッシュ９は、その内径φが工具８のドリル径と同一、あるいはドリル径より許容される精度の範囲内で大きく設定されており、使用する工具８のドリル径に応じて交換されてブッシュ保持部１１に取り付けられる。

ブッシュ９の先端部における加工物と接触する箇所には、圧力センサ１０が装着されている。

図２に示されたブッシュ保持部１１は、ブッシュ９と主軸頭１とをボルト等の何らかの手段によって締結するものであるが、主軸頭１の取付け面１２において必要に応じて他のブッシュ保持部と交換することができる。

ブッシュ保持部１１は、回転継手３、工具８、ラム２を囲むようなケース状の構造を有し、回転継手３が上下に移動可能な最大距離を妨げることがないような縦方向の寸法を有している。図２ではブッシュ保持部１１の一例としてケース状の構造のうち、断面が円形の筒状の形状を示している。なお、ブッシュ保持部１１の断面は円形以外であってもよい。

しかしブッシュ保持部１１はこのようなケース状の構造を必ずしも有する必要はなく、その形状は限定されず様々に変形することができる。例えば図５に示されたように、ブッシュ９を主軸頭１に対して所定の距離を隔てて締結することで、加工物に対してブッシュ９を押し当てることができるものであればよい。例えば、図５ではブッシュ９と主軸頭１とを１つの部材で締結しているが、複数の部材で締結してもよい。また、図５では一例として１つの棒状部材を挙げているが、複数の棒状部材であってもよい。また、部材は棒状に限るものではない。

またブッシュ９の構造も、工具８のドリル径と同一あるいは僅かに大きい内径φを有するものであれば、構造や外径形状は様々に変形することができる。

例えば図６に示されたように、ブッシュ９が複数の部品、例えばブッシュ固定具９Ａ及びブッシュ９Ｂの二つから成る構造であってもよい。この場合は、ブッシュ固定具９Ａ内にブッシュ９Ｂが収納され、ブッシュ９Ｂの内径φが工具８のドリル径と同一あるいは僅かに大きい径を有する。ブッシュ固定具９Ａは、ブッシュ保持部１１に取り付けられる。ブッシュ９Ｂを工具８のドリル径に応じて取り替えることで、ブッシュ保持部１１に対してブッシュを取り替える必要が無くなり、ドリル径の異なる工具８を用いることが容易となる。

図７を用いて、本実施の形態による深穴加工装置を用いて穴加工を行う手順について説明する。

図７Ａ（ａ）に、回転継手３、工具８が取り付けられていない段階における汎用の門型加工機の主軸付近を示す。図１を用いて説明したように、上下に移動可能な主軸頭１に内蔵可能なようにラム２が設けられており、ラム２の内部に主軸１７が装着されている。

図７Ａ（ｂ）に示されたように、工具８が取り付けられた回転継手３を、ラム２の内部に存在する主軸１７に取り付ける。

図７Ａ（ｃ）に示されたように、加工する穴径に対応した工具８のドリル径と同一あるいは僅かに大きい内径を有するブッシュ９が取付けられたブッシュ保持部１１を、主軸頭１の取り付け面１２に取り付ける。

図７Ａ（ｄ）に示されたように、給油ホース４、排油側ホース５を回転継手３に取り付ける。

図７Ｂ（ｅ）に示されたように、クロスレール５２を下げることにより主軸頭１を下方に移動させ、ブッシュ９を加工物５８の加工面に押し当てる。その際に、ブッシュ９の先端部に設けられた圧力センサ１０が所定値以上の圧力を検出すると、クロスレール５２の移動を停止してブッシュ９の加工物５８への押し当てを停止させる。

図７Ｂ（ｆ）に示されたように、給油ホース４から切削油剤を供給するとともに、主軸頭１の主軸１７を回転させ、ラム２を矢印の方向に下降させて穴加工を行う。

給油ホース４から供給された切削油剤が、工具８のアウタチューブとインナチューブとの間を流れて工具８の先端に供給され、切り屑と共にチューブの中を上方に押し出されて排出側ホース５を通って外部へ排出される。

図９を用いて説明したように、従来は加工物にパイロット穴を予めあけておき、工具の外周面の一部に突起状に嵌着されたガイドパッドをパイロット穴に当接させ、この部分をガイドとして用いることで穴加工を行う必要があった。これに対し、本実施の形態の深穴加工装置によればこのようなパイロット穴が不要となる。

図８（ａ）に示されたように、パイロット穴があけられていない加工物５８の加工面に対し、図７Ｂ（ｅ）を用いて述べたようにブッシュ９が所定の圧力で押し当てられた状態となる。ブッシュ９の内周面に工具８のガイドパッド１９が当接した状態で、加工を開始する。これにより、ブッシュ９がパイロット穴として作用し、ブッシュ９に当接されたガイドパッド１９をガイドとして穴加工を開始する。

図８（ｂ）に示されたように、ラム２の下降に伴い工具８が加工物５８を切削していく。工具８のガイドパッド１９がブッシュ９を経て加工した穴の内壁に当接した状態となり、これをガイドとしてさらに加工を行っていく。

以上のように、本実施の形態による深穴加工装置によれば、パイロット穴の加工が不要であると共に、専用機を用いることなく汎用の門型加工機を利用して高精度でかつ高効率な深穴の加工が可能となる。

尚、本実施の形態では工具８としてエジェクタドリルを用いている。しかし、使用可能な工具はこれに限定されるものではなく、ＢＴＡ、ガンドリル等、ガイドを用いて加工する工具の全てを用いることができる。

上述した実施の形態は一例であって、本発明を限定するものではなく、本発明の技術的範囲内において様々に変形することが可能である。

１主軸頭
２ラム
３、３Ａ、３Ｂ回転継手
４給油側ホース
５排出側ホース
６、７継手部
８工具
９ブッシュ
１０圧力センサ
１１、１１Ａ、１１Ｂブッシュ保持部
１２取り付け面
１３ガイド
１４摺動板
１５フレキシブルチューブ
１６穴
１７主軸
１８刃
１９ガイドパッド
２０回り止めプレート
２１排出管保持部

Claims

門型加工機における工具が取り付けられた主軸が加工物に向って回転移動することにより穴を形成する深穴加工装置であって、
前記工具の回転移動をガイドするための穴径を有するブッシュと、
前記門型加工機におけるコラム上を移動可能なクロスレールに設けられ、前記主軸が装着されている主軸頭に対し、前記ブッシュを所定距離を隔てて保持するブッシュ保持部と、
を備え、
前記ブッシュの前記加工物に対する位置と、前記ブッシュが前記加工物に押し当てられる圧力が、前記クロスレールの移動により制御が可能であることを特徴とする深穴加工装置。
前記ブッシュ保持部は、前記主軸が前記主軸頭に対して相対的に移動し得る最大移動距離より長い前記所定距離を隔てて、前記ブッシュを前記主軸頭に対して保持することを特徴とする請求項１記載の深穴加工装置。
前記ブッシュ保持部は、前記主軸頭に対して取り付け及び取り外しが可能な構造を有することを特徴とする請求項１又は２記載の深穴加工装置。
前記ブッシュ保持部は、棒状部材からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の深穴加工装置。
前記ブッシュ保持部は、筒状の形状を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一に記載の深穴加工装置。
前記ブッシュとして、前記工具の径に応じた前記穴径を有するものを複数備え、前記ブッシュ保持部は用いる工具に応じた前記ブッシュを保持することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一に記載の深穴加工装置。
前記ブッシュは、
前記工具の回転移動をガイドするための前記穴径を有し、前記工具の径に応じてそれぞれ異なる穴径を有する複数の第１のブッシュと、
前記第１のブッシュの外径に対応した内径を有し、前記第１のブッシュの装着が可能な第２のブッシュとを有する２重構造を有し、
前記第１のブッシュは、前記工具に応じて交換可能であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一に記載の深穴加工装置。
前記ブッシュにおける前記加工物との接触部分に設けられた圧力センサをさらに備え、
前記圧力センサが検出した圧力値に応じて、前記クロスレールの移動が制御されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一に記載の深穴加工装置。
前記主軸の移動方向に沿って設けられたガイドレールと、
前記回転継手に接続されたホースを支持した状態で、前記ガイドレール上を摺動することが可能なスライダとをさらに備えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一に記載の深穴加工装置。