JP2012020384A - 長尺シャフト内面加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロングシャフトの内面を加工することにおいて、加工できないデッドスペースを小さくする。
【解決手段】加工ヘッド２０は、長尺シャフト１の下穴２に軸方向に挿入可能であり、かつ、下穴２内で軸方向に移動可能である。加工ヘッド２０は、半径方向に移動可能な内面加工用の刃物２９と、長尺シャフト１の内面２ａに取り付け可能な内面チャック２４とを有する。長尺シャフト支持装置１０は、鉛直に配置した長尺シャフト１を固定し、内面チャック２４は、軸方向に関して１箇所のみに設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、ジェットエンジンのタービンとファン又はコンプレッサを連結するロングシャフトのような長尺シャフトの内面を加工する装置に関する。

図１は、本発明が対象とするロングシャフトの模式図である。このロングシャフト１は、バランス調整済みであり、軸線に対して内面２ａ（下穴２）が真円かつ同心に加工されており、この下穴２に倣って正確に中ぐり加工を行う必要がある。

従来において、ロングシャフト１の内面加工を次のように行っていた。刃物を支持した加工ヘッドを、下穴２内に挿入させ、加工ヘッドに設けた内面チャックをロングシャフト１の内面２ａに取り付ける。この状態で、刃物を回転駆動することで、ロングシャフト１の内面２ａに倣いながら内面２ａを加工することができる。このような長尺シャフト内面加工装置は、下記の特許文献１に記載されている。

内面チャックは、ロングシャフトの軸方向における２箇所に設けられているので、内面チャックにより、刃物の回転中心を下穴２の中心に一致させることができる。

特開２００９−２４１２４９号公報

しかし、内面チャックを、軸方向における２箇所に設けているので、その分、加工ヘッドが大型化する。その結果、ロングシャフトの内面を加工できないデッドスペースが大きくなってしまう。

そこで、本発明の目的は、ロングシャフトの内面を加工することにおいて、加工できないデッドスペースを小さくすることにある。

上記目的を達成するため、本発明によると、軸方向に貫通する下穴を有する長尺シャフトの内面を前記下穴に倣って切削加工する長尺シャフト内面加工装置であって、
前記長尺シャフトを固定する長尺シャフト支持装置と、
前記長尺シャフトの下穴に軸方向に挿入可能であり、かつ、前記下穴内で軸方向に移動可能であり、半径方向に移動可能な内面加工用の刃物と、前記内面に取り付け可能な内面チャックとを有する加工ヘッドと、
前記長尺シャフトの一端から下穴を通して加工ヘッドに連結され、加工ヘッドを軸方向に移動させるヘッド支持装置と、
前記長尺シャフトの他端から下穴を通して加工ヘッドに連結され、前記刃物を軸線まわりに回転駆動する刃物駆動装置と、を備え、
前記長尺シャフト支持装置は、鉛直に配置した前記長尺シャフトを固定し、前記内面チャックは、軸方向に関して１箇所のみに設けられている、ことを特徴とする長尺シャフト内面加工装置が提供される。

上述した本発明によると、前記長尺シャフト支持装置は、鉛直に配置した前記長尺シャフトを固定するので、内面チャックを軸方向に関して１箇所のみに設けるだけでも、長尺シャフトの撓みが防止される。このように、内面チャックを、軸方向に関して１箇所のみに設けるので、その分、加工ヘッドを小型化できる。その結果、加工できないデッドスペースを小さくすることができる（例えば、デッドスペースは、従来では３００ｍｍ程度であったが、本発明では８０ｍｍ程度となる）。

本発明が対象とするロングシャフトの模式図である。 本発明の実施形態による長尺シャフト内面加工装置の全体構成図である。 図２の加工ヘッドの拡大断面図である。 軸方向移動部材とツール台の斜視図である。 本発明の長尺シャフト内面加工装置の動作を説明する図である。

本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。

本発明の長尺シャフト内面加工装置は、図１に示したように軸方向に貫通し軸線に対して線対称の下穴２を有する細長い長尺シャフト１の内面を下穴２に倣って内面加工する内面加工装置である。

図２は、本発明の実施形態による長尺シャフト内面加工装置の全体構成図である。この図に示すように、本発明の長尺シャフト内面加工装置は、長尺シャフト支持装置１０、加工ヘッド２０、ヘッド支持装置３０および刃物駆動装置４０を備える。

長尺シャフト支持装置１０は、鉛直方向に延びるメインフレーム１１、メインフレーム１１の側面に沿って移動可能に設けられ長尺シャフト１の両端部を同心に把持する１対のチャック装置１２、１３、及びメインフレーム１１の側面に沿って間隔をおいて配置され長尺シャフト１を支持する複数の支持金具１４からなる。このように構成された長尺シャフト支持装置１０により、長尺シャフト１を撓まないように固定できる。

チャック装置１２、１３は、好ましくは、４爪スクロールチャック、または、５つ以上の爪からなるスクロールチャックである。なお、チャック装置１２、１３は、３爪スクロールチャックであってもよい。

長尺シャフト支持装置１０は、鉛直に配置した長尺シャフト１を固定する。図２の例では、メインフレーム１１は、鉛直方向に延びる壁面５１に沿って当該壁面５１に取り付けられており、これにより、複数の支持金具１４は、鉛直に配置した長尺シャフト１を支持する。

このように、長尺シャフト１を鉛直に配置するので、図２に示す後述のメインロッド支持部４１（ベアリング）を省略することもできる。

加工ヘッド２０は、長尺シャフト１の下穴２の少なくとも一方から軸方向に挿入可能な寸法を有する。また加工ヘッド２０は、刃物ヘッド２２と内面倣いヘッド２１とを有する。
刃物ヘッド２２は、半径方向に移動可能な内面加工用の刃物２９を有し軸心まわりに回転可能に構成されている。
内面倣いヘッド２１は、刃物ヘッド２２を回転可能に支持するとともに、長尺シャフト１内で刃物ヘッド２２を軸方向に移動可能に支持する。
加工ヘッド２０の詳細な構造に関しては、後述する。

ヘッド支持装置３０は、ボーリングバー３２と、バー移動装置３４と、液圧供給装置３６とを備える。

ボーリングバー３２は、中空円筒形の細長い部材であり、一端（図で下端）が加工ヘッド２０（内面倣いヘッド２１）に連結され軸方向に鉛直に延びる。このボーリングバー３２は、軸方向に延びる第１中空穴３２ａと第２中空穴３２ｂ（図３参照）を有する。

バー移動装置３４は、ボーリングバー３２の後端部（図で上端部）を回転不能に把持する移動部材３４ａと、移動部材３４ａと螺合してこれを軸方向に移動させるスクリューネジ３４ｂと、スクリューネジ３４ｂを軸線を中心に回転駆動する回転駆動装置３４ｃ（例えば減速器付きモータ）とを有し、回転駆動装置３４ｃによりスクリューネジ３４ｂとボーリングバー３２を介して加工ヘッド２０を軸方向に移動させるようになっている。

なお、バー移動装置３４において、移動部材３４ａ、スクリューネジ３４ｂ及び回転駆動装置３４ｃを有する構成に代えて、ボーリングバー３２を軸方向に移動できるその他の構成を採用してもよい。例えば、ラックアンドピニオン機構、ベルト機構あるいはチェーン機構などを回転モータで駆動してボーリングバー３２を軸方向に移動させる構成や、リニアモータによりボーリングバー３２を直接、軸方向に移動させる構成を採用してもよい。

上述した構成のバー移動装置３４により、長尺シャフト１の一端から下穴２を通してボーリングバー３２の一端（下端）を加工ヘッド２０に連結し、ボーリングバー３２の移動により加工ヘッド２０を軸方向に移動させることができる。

液圧供給装置３６は、液圧ユニット３６ａとボーリングバー３２の末端（図で上端）に連結された液圧ホース３６ｂからなり、ボーリングバー３２の中空穴３２ａ（図３参照）を通して加工ヘッド２０を作動させる液圧を付与するための液体（作動液）を供給するようになっている。

刃物駆動装置４０は、メインロッド４２と、刃物駆動ロッド４４と、回転駆動装置４６と、軸移動装置４８とを有する。

メインロッド４２は、中空円筒形の細長い部材であり、一端（図で下端）が加工ヘッド２０（刃物ヘッド２２）に連結され軸方向に鉛直に延びる。
刃物駆動ロッド４４は、メインロッド４２の中空穴を通して軸方向に延び、加工ヘッド２０の後述する軸方向移動部材２８（図３参照）に相対回転不可能に連結されている。

回転駆動装置４６は、メインフレーム１１の上面に沿って鉛直に移動可能に設けられた鉛直移動台４６ａと、鉛直移動台４６ａ上に設置された回転駆動チャック４６ｂとを有する。鉛直移動台４６ａは、図示しない鉛直レールとこれに案内されたガイドを有し、低抵抗で鉛直に移動するようになっている。また、回転駆動チャック４６ｂは、メインロッド４２の軸端（図で下端）を把持するチャック装置と、チャック装置を軸線まわりに回転駆動するチャック回転駆動機構からなる。

上述した構成により、刃物駆動装置４０により、長尺シャフト１の他端（図で下端）から下穴２を通して加工ヘッド２０に連結されたメインロッド４２を軸線まわりに回転駆動するとともに、加工ヘッド２０の移動に追従して鉛直移動台４６ａを軸方向に移動させることができる。

軸移動装置４８は、鉛直移動台４６ａの上に設置された直動アクチュエータであり、回転駆動装置４６と共に軸方向に移動し、刃物駆動ロッド４４をメインロッド４２に対して相対的に軸移動させるようになっている。また、軸移動装置４８は、刃物駆動ロッド４４を回転可能に支持している。このため、刃物駆動ロッド４４は、後述する軸方向移動部材２８とともに回転できるようになっている。

図２の構成例において、刃物駆動装置４０はさらに、メインロッド支持部４１と中間支持部４３とを有する。
メインロッド支持部４１は、長尺シャフト支持装置１０と回転駆動装置４６の間の位置であって長尺シャフト支持装置１０寄りの位置に設置されメインロッド４２を回転可能に支持する。
中間支持部４３は、メインロッド支持部４１と回転駆動装置４６の間の位置に軸方向に移動自在に設置され、メインロッド４２を回転可能に支持する。また図示例では、中間支持部４３は、回転駆動装置４６と索体４５で連結されている。索体４５としては、紐やワイヤやロープやチェーンなどを適用することができる。

本実施形態において、長尺シャフト内面加工装置１０は、さらに、ボーリングバー３２の第２中空穴３２ｂ（図３参照）を介して、内面倣いヘッド２１に切削液を供給する切削液供給装置１８を備える。切削液供給装置１８は、切削液タンクやポンプなどからなる切削液供給源１８ａと、切削液供給源１８ａからの切削液をボーリングバー３２まで導く切削液供給ホース１８ｂとを有する。内面倣いヘッド２１には後述する切削液供給路２３ｂ（図３参照）が形成されており、切削液供給路２３ｂにより切削液が切削箇所近傍まで導かれるようになっている。

図３は、図２の加工ヘッド２０の拡大断面図である。
この例において、内面倣いヘッド２１は、円筒形のメイン本体２３と、メイン本体２３内に設けられた内面チャック２４と、メイン本体２３内に設けられたピストン２５を有する。
円筒形のメイン本体２３は、長尺シャフト１の下穴２に軸方向に挿入可能な直径を有する。

内面チャック２４は、軸方向に関して１箇所のみに設けられている。内面チャック２４は、軸方向に転動可能な回転ロータ２４ａと、メイン本体２３内に半径方向に移動可能に設けられ回転ロータ２４ａを半径方向に進退移動させるガイド部材２４ｃとの組を、周方向に３組以上有している。図３の構成例では、内面チャック２４において回転ロータ２４ａとガイド部材２４ｃの組が１２０度間隔で３組配置されている。各ガイド部材２４ｃは、軸線に対し傾斜したテーパ面２４ｂを有している。

ピストン２５は、メイン本体２３内において、軸方向に往復移動可能に設けられている。
また、ピストン２５は、その軸方向一端に各ガイド部材２４ｃのテーパ面２４ｂと同一の傾斜をもつテーパ面２５ａを有する。テーパ面２４ｂ、２５ａは平面でよい。

また、メイン本体２３は、ボーリングバー３２に形成された中空穴３２ａから１対のピストン２５の間に液圧を付与するための液体（作動液）を供給する液圧流路２３ａを有する。

上述した構成により、内面倣いヘッド２１に液圧供給装置３６から供給される液体の圧力により内面チャック２４を放射状に拡径して、回転ロータ２４ａを内面２ａに押しつけ、かつ回転ロータ２４ａにより内面倣いヘッド２１を軸方向に移動可能に支持することができる。このように、内面チャック２４を放射状に拡径して内面２ａに取り付ける。この状態において、内面倣いヘッド２１と長尺シャフト１とは互いに相対回転しないようになっているが、内面倣いヘッド２１は、長尺シャフト１に対しその軸線方向に移動可能となっている。

また、下穴２がテーパ穴である場合でも、内面チャック２４を、放射状に拡径して内面２ａに取り付けることができる。

図３の構成例において、内面倣いヘッド２１（メイン本体２３）は、さらに、切削液供給装置１８から供給される切削液を切削箇所近傍まで導く切削液流路２３ｂを有する。切削液流路２３ｂの切削液流出口２３ｃは、切削液が刃物ヘッド２２側に流出するように形成されている。この構成により、切削液を刃物２９に供給することができる。

また、切削液流出口２３ｃは、加工方向の上流側に向かって切削液が流出するように形成されている。図示例では、加工方向は上方向、つまり加工ヘッド２０は上方向に進むので、切削液は下方に流出するようになっている。
この構成により、内面チャック２４側への切屑の流れが防止されるので、内面チャック２４と下穴２の内面２ａとの間に切屑が入り込むことよる軸心ずれを未然に防止できる。

また、図示例では、切削液流出口２３ｃは内面倣いヘッド２１の下部に設けられている。この構成により、切削液の流れが形成されやすくなるので、切削液の流れによって切屑を効果的に排除できる。

刃物ヘッド２２は、中空円筒形のサブ本体２６と、先端に刃物２９が取り付けられたツール台２７と、サブ本体２６内に設けられた軸方向移動部材２８を有する。
サブ本体２６は、軸受２６ａを介して、内面倣いヘッド２１に軸線まわりに回転可能に連結されている。
ツール台２７は、サブ本体２６内において半径方向に移動可能に案内され、軸線に対し傾斜した傾斜歯２７ａを有する。

軸方向移動部材２８は、ツール台２７の傾斜歯２７ａと歯合する傾斜歯２８ａを有している。また、軸方向移動部材２８は、刃物駆動ロッド４４と同芯で互いに相対回転不可能な状態で連結されており、刃物駆動ロッド４４とともに軸方向に移動しかつ軸心を中心に回転する。

図４は、ツール台２７と軸方向移動部材２８の斜視図である。このように、軸方向移動部材２８は半円部２８−１を有しており、この半円部２８−１の平面側の面に傾斜歯２８ａが形成されている。また、ツール台２７において、軸方向移動部材２８の傾斜歯２８ａと対面する面に、上述した傾斜歯２７ａが形成されている。

上述した構成により、刃物ヘッド２２を、内面倣いヘッド２１にその軸線まわりに回転可能に支持できる。また、刃物駆動ロッド４４を軸移動装置４８で軸方向に移動させることで刃物駆動ロッド４４に連結された軸方向移動部材２８を軸方向に移動させ、この軸方向移動を傾斜歯２７ａと傾斜歯２８ａを介してツール台２７の半径方向移動に変換することにより刃物２９を半径方向に移動させることができる。

次に、図５を参照し、第１実施形態に係る長尺シャフト内面加工装置の動作について説明する。
図５において、（Ａ）は図１の長尺シャフト１の反フランジ側、（Ｂ）はフランジ側の内面加工状態を示している。

図５（Ａ）において、図１の長尺シャフト１の下端側（反フランジ側）の最小径の下穴２ｂに、サブ本体２２側を向けて加工ヘッド２０を挿入する。
次に、ボーリングバー３２の第１中空穴３２ａと内面倣いヘッド２１の液圧流路２３ａを通してピストン２５に液体（作動液）を供給しピストン２５を移動させることで、内面チャック２４を放射状に拡径する。これにより、内面チャック２４が内面２ａに取り付けられ、内面チャック２４によって下穴２内で内面倣いヘッド２１及び刃物ヘッド２２を軸方向に移動可能に支持する。

内面チャック２４を内面２ａに取り付けたら、刃物駆動ロッド４４を軸方向に駆動することで、軸方向移動部材２８及びツール台２７を介して刃物２９を半径方向外方に移動させ、所定の切り込み量となる位置に刃物２９を突出させる。

次に、メインロッド４２により刃物ヘッド２２を長尺シャフト１の外部から軸線まわりに回転駆動するとともに、バー移動装置３４（図２を参照）により長尺シャフト１の外部からボーリングバー３２を介して内面倣いヘッド２１を軸方向（上方向）に移動させることにより、長尺シャフト１を内面２ａに倣って切削加工する。
上述した加工手順により、長尺シャフト１における最小径の下穴２ｂ近傍からフランジ側まで、本発明の装置を用いて切削加工することができる。

次に、図５（Ｂ）において、長尺シャフト１の軸方向を反転させて、図１の長尺シャフト１のフランジ側の下穴に、サブ本体２２側を向けて加工ヘッド２０を挿入し、同様に切削加工する。これにより、長尺シャフト１のフランジ近傍から最小径の下穴２ｂ側まで、本発明の装置を用いて切削加工する。
このように、加工ヘッド２０に対して長尺シャフト１の軸方向を反転させて、下穴２に倣って内面加工することにより、加工不可範囲を最小にできる。

なお、長尺シャフト１の軸方向を容易に反転できるように、加工ヘッド２０の両端部は、ボーリングバー３２、メインロッド４２および刃物駆動ロッド４４とボルト等で容易に着脱できるようになっている。

本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。

１ 長尺シャフト、２ 下穴、１０ 長尺シャフト支持装置、１１ メインフレーム、
１２、１３ チャック装置、２０ 加工ヘッド、２１ 内面倣いヘッド、２２ 刃物ヘッド、２３ メイン本体、２３ａ 液圧流路、２３ｂ 切削液流路、２４ 内面チャック

Claims (1)

1. 軸方向に貫通する下穴を有する長尺シャフトの内面を前記下穴に倣って切削加工する長尺シャフト内面加工装置であって、
   前記長尺シャフトを固定する長尺シャフト支持装置と、
   前記長尺シャフトの下穴に軸方向に挿入可能であり、かつ、前記下穴内で軸方向に移動可能であり、半径方向に移動可能な内面加工用の刃物と、前記内面に取り付け可能な内面チャックとを有する加工ヘッドと、
   前記長尺シャフトの一端から下穴を通して加工ヘッドに連結され、加工ヘッドを軸方向に移動させるヘッド支持装置と、
   前記長尺シャフトの他端から下穴を通して加工ヘッドに連結され、前記刃物を軸線まわりに回転駆動する刃物駆動装置と、を備え、
   前記長尺シャフト支持装置は、鉛直に配置した前記長尺シャフトを固定し、前記内面チャックは、軸方向に関して１箇所のみに設けられている、ことを特徴とする長尺シャフト内面加工装置。