JP2013132737A - 回転加工方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】切削、研削等の回転加工において、簡単な方法で仕上寸法精度及び真円度を高める。
【解決手段】円筒状のワークＷの一端側の外周面１Ａを主軸の３つの爪部８によって把持し、ワークＷを回転させながら、他端側の外周面１Ｂを切削する。このとき、爪部８で把持された位置Ａ、Ｂ、Ｃは、僅かに弾性変形して切削代が小さくなり、切削後、爪部８の把持を解除すると僅かに外側に膨らむ。ワークＷを反転させ、切削した他端側の外周面１Ｂを爪部８で把持し、ワークＷを回転させながら、その一端側の外周面１Ａを切削加工する。このとき、ワークＷの他端側の外周面１Ｂの膨らんだ位置Ａ、Ｂ、Ｃの間の凹んだ位置Ｄ、Ｅ、Ｆを爪部８で把持することにより、一端側の外周面１Ａの弾性変形を小さくすることができ、仕上寸法精度及び真円度を高めることができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、円筒状、円柱状等の円形断面の外周面を有するワークを回転させながら切削、研削等の機械加工を行なう回転加工方法及び装置に関するものである。

一般的に、旋盤によってワークを切削加工する場合、ワークを主軸にチャックしたとき、チャックの把持力によってワークが僅かに弾性変形した状態で切削が行われる。このため、加工後にチャックを解放すると、変形が復元することにより、切削部に歪が生じて真円度が低下する。特に、ワークの軸方向長さが短い場合、チャックによる弾性歪の影響が大きい。

そこで、例えば、特許文献１には、ＮＣ旋盤による切削加工において、チャックによるワークの変形に応じて、切削工具のワーク径方向の送りを制御することにより、加工後にチャックを解放したとき、切削面が真円となるようにして切削精度を高める技術が開示されている。

特許第２６８６８４４号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載されたものでは、主軸によるワークの回転に同期して工具のワーク径方向の送りを制御するため、ＮＣ旋盤による工具の送りの精密な制御が必要であり、制御が非常に複雑になる。

本発明は、上記の点に鑑みて成されたものであり、切削、研削等の回転加工において、簡単な方法で仕上寸法精度を高めることができる回転加工方法及び装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明に係る回転加工方法は、円形断面の外周面を有するワークの一端側の外周面を複数の爪部によって把持し、前記ワークを回転させながら、その他端側の外周面を機械加工した後、前記ワークを反転させて、その他端側の外周面を複数の前記爪部によって把持し、前記ワークを回転させながら、その一端側の外周面を機械加工する回転加工方法において、複数の前記爪部によって前記ワークの他端側を把持する際、前記ワークの一端側の外周面の把持位置とは円周方向において異なる位置を把持することを特徴とする。
また、本発明に係る回転加工装置は、複数の爪部によって円形断面の外周面を有するワークの一端側の外周面を把持してワークを回転させる主軸と、回転する前記ワークの外周面を機械加工する工具と、前記ワークを把持して反転させ、前記ワークの他端側の外周面を前記主軸の複数の爪部によって把持させるローダ手段とを備え、
複数の前記爪部によって前記ワークの一端側の外周面を把持して、前記ワークを回転させながらその他端側の外周面を前記工具で機械加工した後、前記ローダ手段によって前記ワークを反転させ、複数の前記爪部により、該ワークの他端側の外周面を一端側の外周面の把持位置とは円周方向において異なる位置で把持し、前記ワークを回転させながらその一端側の外周面を前記工具で機械加工することを特徴とする。

（発明の態様）
以下に、本発明において特許請求が可能と認識される発明（以下、「請求可能発明」という場合がある。）の態様をいくつか例示し、それらについて説明する。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。これは、あくまでも請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載，実施例の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得るのである。なお、以下の（１）乃至（８）の内容が請求項１乃至８に対応する。

（１）円形断面の外周面を有するワークの一端側の外周面を複数の爪部によって把持し、前記ワークを回転させながら、その他端側の外周面を機械加工した後、前記ワークを反転させて、その他端側の外周面を複数の前記爪部によって把持し、前記ワークを回転させながら、その一端側の外周面を機械加工する回転加工方法において、複数の前記爪部によって前記ワークの他端側を把持する際、前記ワークの一端側の外周面の把持位置とは円周方向において異なる位置を把持することを特徴とする回転加工方法。
ここで、機械加工とは、切削、研削、その他の同様な機械加工を含む概念である。
これにより、複数の爪部によってワークの他端側の外周面を把持したとき、ワークの変形量が小さくなるので、ワークの一端側の外周面の機械加工の精度及び真円度を高めることができる。
（２）（１）の構成において、複数の前記爪部は、円周方向に沿って等間隔で配置され、複数の前記爪部によって前記ワークの他端側を把持する際、複数の前記爪部による前記ワークの一端側の外周面の把持位置の円周方向における中央部を把持することを特徴とする回転加工方法。
（３）（１）又は（２）の構成において、前記ワークの他端側の外周面を機械加工した後、前記ワークをその他端側を把持してワーク保持手段によって受取り、前記ワークの一端側をローダ手段によっては把持して前記ワークを反転させ、前記ワークの他端側の外周面を複数の前記爪部によって把持することを特徴とする回転加工方法。
これにより、ワークの軸方向の寸法が小さい場合でも、ワークを反転させて複数の爪部によって把持することができる。
（４）（１）乃至（３）のいずれかの構成において、前記機械加工は、切削加工であることを特徴とする回転加工方法。
（５）複数の爪部によって円形断面の外周面を有するワークの一端側の外周面を把持してワークを回転させる主軸と、回転する前記ワークの外周面を機械加工する工具と、前記ワークを把持して反転させ、前記ワークの他端側の外周面を前記主軸の複数の爪部によって把持させるローダとを備え、
複数の前記爪部によって前記ワークの一端側の外周面を把持して、前記ワークを回転させながらその他端側の外周面を前記工具で機械加工した後、前記ローダ手段によって前記ワークを反転させ、複数の前記爪部により、該ワークの他端側の外周面を一端側の外周面の把持位置とは円周方向において異なる位置で把持し、前記ワークを回転させながらその一端側の外周面を前記工具で機械加工することを特徴とする回転加工装置。
ここで、機械加工とは、切削、研削を含む概念であり、工具は、刃物、砥石を含む。
これにより、複数の爪部によってワークの他端側の外周面を把持したとき、ワークの変形量が小さくなるので、ワークの一端側の外周面の機械加工の精度及び真円度を高めることができる。
（６）（５）の構成において、複数の前記爪部は、円周方向に沿って等間隔で配置され、前記爪部によって前記ワークの他端側を把持する際、複数の前記爪部による前記ワークの一端側の外周面の把持位置の円周方向における中央部を把持することを特徴とする回転加工装置。
（７）（５）又は（６）の構成において、前記ローダ手段は、複数の前記爪部によって把持された前記ワークの他端側を把持して該ワークを前記主軸から受取るワーク保持手段と、前記ワーク保持手段に把持された前記ワークの一端側を把持し、該ワークを反転させて、その他端側を複数の前記爪部によって把持させることを特徴とする回転加工装置。
これにより、ワークの軸方向の寸法が小さい場合でも、ワークを反転させて複数の爪部によって把持することができる。
（８）（５）乃至（７）のいずれかの構成において、前記工具は、切削工具であることを特徴とする回転加工装置。

本発明に係る回転加工方法及び装置によれば、切削、研削等の回転加工において簡単な方法で仕上寸法精度を高めることができる

本発明の一実施形態に係る回転加工装置の概略構成を斜視図である。 図１に示す回転加工装置によって切削（旋削）加工されるワークの縦断面図である。 図１に示す回転加工装置によって図２に示すワークを切削加工する際の加工工程を示す説明図である。 図１に示す回転加工装置の主軸のチャックの爪部及びワーク保持機構のサブチャックの爪部によって図２に示すワークを把持した状態を示す正面図である。 図１に示す回転加工装置において、図２に示すワークの一端側及び他端側の外周面を主軸のチャックの爪部によって把持した状態を示す説明図である。 図２に示すワークの一端側の外周面の切削加工後の真円度を示すグラフ図である。 図２に示すワークの一端側の端面の切削加工後の平面度を示すグラフ図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明の一実施形態に係る回転加工装置の要部の概略構成を図１に示し、ワークの縦断面図を図２に示す。

図２に示すように、本実施形態に係るワークＷは、自動車の変速機等に使用される歯車用の粗形材であって、円形断面の一端側及び他端側の外周面１Ａ、１Ｂを有する軸方向の寸法が短い円筒部１と、円筒部１の内周部の軸方向中間部に形成されたフランジ部２とを有する断面形状が略Ｔ字形の環状部材である。ワークＷは、歯車の歯形が形成される前に、円筒部１の一端側の外周面１Ａ、他端側の外周面１Ｂ、一端側の端面１Ｃ、他端側の端面１Ｄ、フランジ部２の一端側の端面２Ａ、他端側の端面２Ｂ、及び、内周面２Ｃが切削加工される。

図１に示すように、本実施形態に係る回転加工装置３は、ワークＷを上述のように切削加工するための自動旋盤であって、主軸４と、主軸４からワークＷを受取って保持するワーク保持機構５（一部のみ図示する）と、ワーク保持機構５からワークＷを受取って反転させて主軸４にセットする自動ローダ６（ローダ手段）と、ワークＷを切削するための送り機構を有する切削工具（図示せず）とを備えている。

主軸４は、チャック７によってワークＷを把持する。チャック７は、ワークＷの外周面１Ａ、１Ｂを把持する３つの爪部８、及び、ワークＷの端面に１Ｃ、１Ｄに当接する突き当て部９（図３Ａ参照）を有している。爪部８は、円周方向に沿って等間隔（中心角１２０°）で配置され、それぞれがチャック７の径方向に沿って移動可能であり、ワークＷの外周面１Ａ、１Ｂに押圧されて、ワークＷを主軸４の回転軸Ｒ上に位置決めする。このとき、突き当て部９がワークＷの端面に当接することにより、ワークＷを軸方向に位置決めする。また、主軸４は、主軸オリエンテーション機能を有しており、チャック７でワークＷを把持する際、ワークＷに対するチャック７（爪部８）の回転軸Ｒ回りの回転位置（位相）を調整できるようになっている。

ワーク保持機構５は、主軸４に対向して回転軸Ｒ上に配置され、ワークＷのフランジ部２の開口に挿入されて、拡開してワークＷを把持するサブチャック１０を備えている。サブチャック１０は、図３（Ｂ）及び図４（Ｂ）に示すように、円周方向に沿って等間隔（中心角１２０°）で配置されて、それぞれが径方向に移動可能な３つの爪部１１を有している。そして、３つの爪部１１をワークＷのフランジ部２の開口に挿入して拡開することにより、ワークＷを把持する。このとき、ワークＷの端面を突き当て部１２（図３（Ｂ）参照）に当接させてワークＷを軸方向に位置決めする。サブチャック１０は、主軸４に対して、回転軸Ｒ上を進退動可能に設けられ、主軸４のチャック７からワークＷを受取るようになっている。なお、サブチャック１０は、ワークＷの他端側の外周面１Ｂを把持するものでもよい。

自動ローダ７は、ワークＷの外周部を把持するハンド１３を備え、ハンド１３は、主軸の回転軸Ｒに沿ったＸ軸方向、Ｘ軸に直交するＹ軸方向（水平方向）、Ｘ軸及びＹ軸に直交するＺ軸方向（鉛直方向）に移動可能であり、更に、Ｚ軸回りに回転可能となっている。そして、自動ローダ６は、ハンド１３によってワークＷを把持し、ワーク保持機構５からワークＷを受取り、また、主軸４のチャック７にワークＷを受け渡すようになっている。

切削工具（図示せず）は、主軸４の回転軸Ｒに対して適宜の方向に送られ、主軸４によって回転するワークＷの円筒部１の一端側の外周面１Ａ、他端側の外周面１Ｂ、両端面１Ｃ、１Ｄ、フランジ部２の両端面２Ａ、２Ｂ、及び、内周面２Ｃを切削する。

次に、回転加工装置３によりワークＷを切削加工する工程について説明する。
図３（Ａ）及び図４（Ａ）に示すように、先ず、主軸４のチャック７の３つの爪部８によってワークＷの一端側の外周面１Ａを把持し、ワークＷを回転させながら、切削工具を送り、ワークＷの円筒部１の他端側の外周面１Ｂ、端面１Ｃ、フランジ部２の端面２Ａ及内周面２Ｃを順次切削する（図２において、切削部をクロスハッチングで示す）。

その後、図３（Ｂ）及び図４（Ｂ）に示すように、ワーク保持機構５のサブチャック１０を回転軸Ｒに沿って移動させ、主軸４のチャック７に把持されたワークＷのフランジ部２の開口にサブチャック１０の爪部１１を挿入して拡開させ、ワークＷを把持する。主軸４のチャック７による把持を解除し、ワークＷを主軸４のチャック７からワーク保持機構５のサブチャック１０に受け渡して、サブチャック１０を後退させる。そして、サブチャック１０によって把持されたワークＷの一端側の外周面１Ａを自動ローダ６のハンド１３によって把持し、サブチャック１０の爪部１１による把持を解除して、ワークＷをワーク保持機構５のサブチャック１０から自動ローダ６のハンド１３に受け渡す。

図３（Ｃ）に示すように、ワークＷを把持した自動ローダ６のハンド１３をＺ軸回りに１８０°回転させてワークＷを反転させ、主軸４のチャック７に向ってＸ軸方向に移動させ、ワークＷの切削加工された他端側の外周面１Ｂを主軸４のチャック７によって把持し、ワークＷの他端側の端面１Ｄを突き当て９に当接させる。そして、自動ローダ６のハンド１３の把持を解除し、自動ローダ６のハンド１３から主軸４のチャック７にワークＷを受け渡す。

このとき、複数の爪部８によって、ワークＷの切削加工された他端側の外周面１Ｂを把持する際、ワークＷの一端側の外周面１Ａの把持位置Ａ、Ｂ、Ｃとは円周方向において異なる位置を把持する。主軸４の主軸オリエンテーション機能を用いて、爪部８によるワークＷの一端側の外周面１Ａの把持位置Ａ、Ｂ、Ｃ（図５（Ａ）参照）に対して、爪部８の中心角１２０°の２分の１である中心角６０°だけ回転位置（位相）が異なる位置Ｄ、Ｅ、Ｆを爪部８により把持する（図５（Ｂ）参照）。すなわち、爪部８によるワークＷの一端側の外周面１Ａの把持位置Ａ、Ｂ、Ｃの円周方向における中央部を把持する。

そして、主軸４によってワークＷを回転させながら、切削工具を送り、ワークＷの円筒部１の一端側の外周面１Ａ、端面１Ｃ及びフランジ部２の端面２Ａを順次切削する。

このようにして、ワークＷの一端側の外周面１Ａ、他端側の外周面１Ｂ、一端側の端面１Ｃ、他端側の端面１Ｄ、フランジ部２の一端側の端面２Ａ、他端側の端面２Ｂ及び内周面２Ｃを順次切削することができる。このとき、ワークＷの軸方向の長さが短い場合でも、一端側を切削したワークＷを一旦、ワーク保持機構５のサブチャック１０によって保持することにより、自動ローダ６のハンド１３によってワークＷの一端側の外周面１Ａを把持することができるので、ハンド１３をＺ軸回りに回転させてワークＷを反転させることにより、ワークＷの他端側の外周面１Ｂを主軸４のチャック７の爪部８によって把持することができる。

次に、ワークＷの一端側の外周面１Ａの切削加工について説明する。
図３（Ａ）及び図５（Ａ）を参照して、ワークＷの他端側の外周面１Ｂを切削する際、一端側の外周面１Ａが３つの爪部８によって把持されているので、爪部８によって把持されている位置Ａ、Ｂ、Ｃが僅かに弾性変形して凹む。この状態で切削加工が行なわれると、位置Ａ、Ｂ、Ｃの切削代（図５（Ａ）においてクロスハッチングで示す）は小さくなる。その後、爪部８による把持が解放されると、位置Ａ、Ｂ、Ｃが僅かに膨らむことになる。

そして、図３（Ｃ）及び図５（Ｂ）を参照して、ワークＷをワーク保持機構５及び自動ローダ６を用いて反転させて、ワークＷの切削加工された他端側の外周面１Ｂを主軸４のチャック７の爪部８によって把持する際、爪部８によるワークＷの一端側の外周面１Ａの把持位置Ａ、Ｂ、Ｃに対して、爪部８の中心角１２０°の２分の１である中心角６０°だけ回転位置（位相）が異なる位置Ｄ、Ｅ、Ｆを把持する。すなわち、外周面１Ｂの切削代が最も小さくなる位置Ａ、Ｂ、Ｃ（外側に膨らむ部位）の間の切削代が最も大きくなる位置Ｄ、Ｅ、Ｆ（内側に凹む部位）を爪部８によって把持する。このように、ワークＷの切削加工後の他端側の外周面１Ｂの位置Ｄ、Ｅ、Ｆを爪部８によって把持することにより、爪部８の押圧によるワークＷの一端側の外周面１Ａの弾性変形量が最も小さくなることが実験的に分かった。

これにより、ワークＷの他端側の外周面１Ｂの位置Ｄ、Ｅ、Ｆを３つの爪部８によって把持して、ワークＷの一端側の外周面１Ａを切削することにより、ワークＷの外周面１Ａの変形を抑制して切削代の変動を小さくすることができ、切削後の寸法精度及び真円度を高めることができる。

ワークＷの他端側の外周面１Ｂの爪部８による把持位置を位置Ａ、Ｂ、Ｃ及び位置Ｄ、Ｅ、Ｆとした場合におけるワークＷの一端側の外周面１Ａの切削後の外径の変動を図６に示す。図６において、横軸は、ワークＷの一端側の外周面１Ａの円周方向の位置（中心角）を表し、縦軸は、外周面１Ａの外径の変動を表している。グラフａ１〜ａ３は、位置Ａ、Ｂ、Ｃを把持した場合を示し、グラフｂ１〜ｂ３は、位置Ｄ、Ｅ、Ｆを把持した場合を示している。図６から、位置Ｄ、Ｅ、Ｆを把持することにより、位置Ａ、Ｂ、Ｃを把持した場合に比して、外周面１Ａの外径の変動を抑制して、仕上寸法精度及び真円度を高めることができることが分かる。

同様に、ワークＷの他端側の端面１Ｃの切削加工においても、位置Ｄ、Ｅ、Ｆを爪部８によって把持することにより、端面１Ｃの弾性変形量を抑えることができ、切削量の変動を抑えて、端面１Ｃの仕上寸法精度及び平面度を高めることが分かった。ワークＷの他端側の外周面１Ｂの爪部８による把持位置を位置Ａ、Ｂ、Ｃ及び位置Ｄ、Ｅ、Ｆとした場合におけるワークＷの一端側の端面１Ｃの切削後の軸方向の寸法の変動を図７に示す。図７６において、横軸は、ワークＷの一端側の外周面１Ａの円周方向の位置（中心角）を表し、縦軸は、端面１Ｃの軸方向の寸法の変動を表している。グラフａ１〜ａ３は、位置Ａ、Ｂ、Ｃを把持した場合を示し、グラフｂ１〜ｂ３は、位置Ｄ、Ｅ、Ｆを把持した場合を示している。図７から、位置Ｄ、Ｅ、Ｆを把持することにより、位置Ａ、Ｂ、Ｃを把持した場合に比して、端面１Ｃの軸方向の寸法の変動を抑制して、仕上寸法精度及び平面度を高めることができることが分かる。

なお、上記実施形態において、ワークＷの軸方向長さが充分長く、ワークＷを主軸４のチャック７の爪部８によって把持した状態で、自動ローダ６のハンド１３によってワークＷの他端側の外周面１Ｂ以外の部分を把持してワークＷを反転させることができ、その状態で、ワークＷの外周面１Ｂを爪部８によって把持することができる場合には、ワーク保持機構５を省略することができる。

また、上記実施形態では、等間隔（中心角１２０°）に配置された３の爪部８によってワークＷを把持しているが、爪部８の数は、複数であればよい。この場合、ワークＷの一端側を切削加工する際、他端側の切削加工時の把持位置とは、円周方向において異なる位置を把持し、好ましくは、等間隔で配置された爪部８の中心角の２分の１だけ異なる位置を把持するとよい。

本実施形態では、ワークＷを自動旋盤である回転加工装置３を用いて切削（旋削）加工する場合について説明しているが、本発明は、これに限らず、ワークを回転させて外周面を機械加する切削加工、研削加工、その他の同様の回転加工にも適用することができる。

１Ａ、１Ｂ…外周面、４…主軸、６…自動ローダ（ローダ手段）、５…ワーク保持手段、８…爪部、Ｗ…ワーク

Claims (8)

1. 円形断面の外周面を有するワークの一端側の外周面を複数の爪部によって把持し、前記ワークを回転させながら、その他端側の外周面を機械加工した後、前記ワークを反転させて、その他端側の外周面を複数の前記爪部によって把持し、前記ワークを回転させながら、その一端側の外周面を機械加工する回転加工方法において、複数の前記爪部によって前記ワークの他端側を把持する際、前記ワークの一端側の外周面の把持位置とは円周方向において異なる位置を把持することを特徴とする回転加工方法。
2. 複数の前記爪部は、円周方向に沿って等間隔で配置され、複数の前記爪部によって前記ワークの他端側を把持する際、複数の前記爪部による前記ワークの一端側の外周面の把持位置の円周方向における中央部を把持することを特徴とする請求項１に記載の回転加工方法。
3. 前記ワークの他端側の外周面を機械加工した後、前記ワークをその他端側を把持してワーク保持手段によって受取り、前記ワークの一端側をローダ手段によっては把持して前記ワークを反転させ、前記ワークの他端側の外周面を複数の前記爪部によって把持することを特徴とする請求項１又は２に記載の回転加工方法。
4. 前記機械加工は、切削加工であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の回転加工方法。
5. 複数の爪部によって円形断面の外周面を有するワークの一端側の外周面を把持してワークを回転させる主軸と、回転する前記ワークの外周面を機械加工する工具と、前記ワークを把持して反転させ、前記ワークの他端側の外周面を前記主軸の複数の爪部によって把持させるローダ手段とを備え、
   複数の前記爪部によって前記ワークの一端側の外周面を把持して、前記ワークを回転させながらその他端側の外周面を前記工具で機械加工した後、前記ローダ手段によって前記ワークを反転させ、複数の前記爪部により、該ワークの他端側の外周面を一端側の外周面の把持位置とは円周方向において異なる位置で把持し、前記ワークを回転させながらその一端側の外周面を前記工具で機械加工することを特徴とする回転加工装置。
6. 複数の前記爪部は、円周方向に沿って等間隔で配置され、前記爪部によって前記ワークの他端側を把持する際、複数の前記爪部による前記ワークの一端側の外周面の把持位置の円周方向における中央部を把持することを特徴とする請求項５に記載の回転加工装置。
7. 前記ローダ手段は、複数の前記爪部によって把持された前記ワークの他端側を把持して該ワークを前記主軸から受取るワーク保持手段と、前記ワーク保持手段に把持された前記ワークの一端側を把持し、該ワークを反転させて、その他端側を複数の前記爪部によって把持させることを特徴とする請求項５又は６に記載の回転加工装置。
8. 前記工具は、切削工具であることを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載の回転加工装置。

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