JP2013248684A - ワーク加工方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】仮受け部形成工程で仮受け部の外周面が加工されたワークにおいても仮受け上に載置されたワークを容易にセンタリング可能なワーク加工方法を提供する。
【解決手段】ターニング&ブローチングマシン1によってクランクシャフトを製造する方法は、仮受け工程と、持ち上げ工程と、センタリング工程と、全クランプ工程と、を備える。仮受け工程では、クランクシャフト素材Wが第1及び第2仮受け32d,42d上に載置される。持ち上げ工程では、第1チャック爪32bによってリアフランジ210が持ち上げられるとともに、第2チャック爪42bによってフロントシャフト220が持ち上げられる。センタリング工程では、第1及び第2センタ32c,42cが第1及び第2センタ穴210CH,220CHに挿入される。
【選択図】図7

Description

本発明は、棒状のワークを加工するためのワーク加工方法に関する。
従来、鍛造又は鋳造された棒状のワーク(例えば、クランクシャフト素材など)を効率的に加工することを目的として、センタ及びチャック爪を有する2つのチャック装置を備える工作機械が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の工作機械では、両端面にセンタ穴が形成されたワークが搬入されると、センタをセンタ穴に挿入するセンタリング工程と、ワークの両端部の外周面を旋削する仮受け部形成工程と、ワークの両端部をチャック爪で把持した状態でワークの表面を旋削する仕上げ工程と、が順次実行される。
特開2007−245282号公報
ここで、一般的には、工作機械にワークが搬入されると、ワークが両端仮受け部にて各チャック装置の仮受け上に一旦載置された後にセンタリング工程が実行される。しかしながら、このような工作機械では、上述の仮受け部形成途中或いは形成済みのワークが仮受け上に載置された場合、ワークの仮受け部の仮受け面部外径が加工前よりも小さくなっているため、センタ穴は対応するセンタよりも下方に位置することになる。従って、次にセンタを挿入するときにセンタがワーク両端面に突き当たり、センタをセンタ穴に挿入することができないために、工作機械が異常停止してしまうという問題がある。
なお、仮受け部形成途中或いは形成済みのワークが仮受け上に載置された場合とは、例えば、仕上げ工程完了済みのワークが搬出されることなく工作機械が一旦停止され、その後再稼働された場合や、仮受け部形成途中または、仮受け部形成工程から仕上げ工程への移行途中或いは仕上げ工程の途中において何らかの理由で工作機械が一旦停止され、その後再稼働された場合などである。
本発明は、上述の状況に鑑みてなされたものであり、仮受け部形成工程での仮受け面部外周面が加工されたワークにおいても仮受け上に載置したワークを容易にセンタリング可能なワーク加工方法を提供することを目的とする。
第1の態様に係る棒状部品を製造する方法では、第1仮受けと第1仮受けより上方に配置される第1センタと第1チャック爪とを有する第1チャック装置と、第1仮受けに対向する第2仮受けと第1センタに対向する第2センタと第2チャック爪とを有する第2チャック装置と、を備える工作機械によって棒状のワークが加工される。棒状部品を製造する方法は、第1仮受け上にワークの第1仮受け部を載置するとともに、第2仮受け上にワークの第2仮受け部を載置する仮受け工程と、第1仮受け部を第1チャック爪によって持ち上げる持ち上げ工程と、第1仮受け部の第1端面に形成される第1センタ穴に第1センタを挿入するとともに、第2仮受け部の第2端面に形成される第2センタ穴に第2センタを挿入するセンタリング工程と、第1仮受け部を第1チャック爪によって把持するとともに、第2仮受け部を第2チャック爪によって把持する全クランプ工程と、を備える。
第1の態様に係る棒状部品を製造する方法によれば、第1チャック装置の仮受け上にワークが載置された場合、ワークの第1仮受け部の仮受け面部外周面が加工されていたとしても、持ち上げ工程において、ワークを第1チャック爪によって持ち上げることができるため、第1センタを第1センタ穴にスムーズに挿入することができ、容易にセンタリングが可能となる。
第2の態様に係る棒状部品を製造する方法は、第1の態様に係り、持ち上げ工程において、第2仮受け部を第2チャック爪によって持ち上げる。
第2の態様に係る棒状部品を製造する方法によれば、第1仮受け部だけでなく第2仮受け部の外周面が加工されていたとしても、持ち上げ工程において、ワークを第2チャック爪によって持ち上げることができるため、第2センタを第2センタ穴にスムーズに挿入することができ、容易にセンタリングが可能となる。
以上のように本発明では、仮受け部形成工程で仮受け部の外周面が加工されたワークにおいても容易にセンタリング可能なワーク加工方法を提供することができる。
本発明に係る工作機械の一例としてのターニング&ブローチングマシンの構成を示す断面図 クランクシャフト素材の構成を示す側面図 第1チャック装置の平面図 第2チャック装置の平面図 ターニング&ブローチングマシンの機能ブロック図 クランクシャフト素材の載置状態を説明するための図 クランクシャフト素材の載置状態を説明するための図 クランクシャフト素材の載置状態を説明するための図 ターニング&ブローチングマシンの動作を説明するための図面
[ターニング&ブローチングマシン1の全体構成]
ターニング&ブローチングマシン1の全体構成について、図面を参照しながら説明する。図1は、実施形態に係るターニング&ブローチングマシン1(工作機械の一例)の構成を示す断面図である。図2は、実施形態に係るクランクシャフト素材W(棒状のワークの一例)の構成を示す側面図である。
ターニング&ブローチングマシン1は、クランクシャフト素材Wを旋削することによってクランクシャフト(棒状部品の一例)を製造するための旋盤である。
クランクシャフト素材Wは、鍛造又は鋳造により棒状に形成されており、旋削代を考慮してクランクシャフトよりも大きな外形を有している。クランクシャフト素材Wは、図2に示すように、折れ曲がった軸心を有する。クランクシャフト素材Wは、第1乃至第5メインジャーナルJ1〜J5、第1乃至第4ピンジャーナルP1〜P4、第1乃至第8クランクアームA1〜A8、リアフランジ210(第1仮受け部の一例)、及びフロントシャフト220(第2仮受け部の一例)を有する。リアフランジ210は、第1端面210Sと、第1外周面210S(仮受け面部と把持面部とを兼ねる)と、第1端面210Sに形成された第1センタ穴210CHと、を有する。フロントシャフト220は、第2端面220Sと、第2外周面220S(仮受け面部),220S(把持面部)と、第2端面220Sに形成された第2センタ穴220CHと、を有する。
ターニング&ブローチングマシン1は、図1に示すように、台座10、工具20、第1ワークヘッド30、第2ワークヘッド40、スライダ50、ボールネジ60及びサーボモータ70を備える。
台座10は、工具20、第1ワークヘッド30及び第2ワークヘッド40などを支持する。
工具20は、ツールヘッド21とツール22とを有する。ツールヘッド21は、台座10に対して移動自在に支持される。ツール22は、ツールヘッド21に取り付けられる。
第1ワークヘッド30は、第1チャック装置32、固定台33、第1主軸34、第1プランジャ35、第1回転シリンダ36及び第1センタシリンダ37を有する。
第1チャック装置32は、固定台33に固定される。第1チャック装置32は、クランクシャフト素材Wのリアフランジ210を把持する。第1チャック装置32は、第1本体部32aと3つの第1チャック爪32bと第1センタ32cとを有する。第1本体部32aは、第1主軸34の端部に固定される。3つの第1チャック爪32bは、軸線Tの半径方向に沿って移動自在に第1本体部32aに取り付けられている。3つの第1チャック爪32bは、所定の把持力(例えば、30000N程度)でリアフランジ210の第1外周面210S部分を把持できる。第1センタ32cは、軸線Tに沿って移動自在に第1本体部32a内に配置されている。第1センタ32cは、第1プランジャ35の端部に固定されている。第1センタ32cは、図示しないワークローダによってクランクシャフト素材Wが搬入された場合、第2ワークヘッド40側に移動して、クランクシャフト素材Wの第1センタ穴210CHに挿入される。第1チャック装置32の詳細な構成については後述する。
固定台33には、軸線Tに沿って第1主軸34が挿通されている。第1主軸34は、軸線Tを中心として回転自在に固定台33に支持されている。第1主軸34には、軸線Tに沿って第1プランジャ35が挿通される。第1プランジャ35は、軸線Tに沿って摺動自在に第1主軸34に支持されている。第1回転シリンダ36は、軸線Tを中心として第1主軸34を回転させる。これによって、第1チャック装置32は、軸線Tを中心として回転する。第1センタシリンダ37は、軸線Tに沿って第1プランジャ35を摺動させることによって、第1センタ32cを軸線Tに沿って移動させる。
第2ワークヘッド40は、第1ワークヘッド30に対向するように配置される。第2ワークヘッド40は、軸線Tに平行な方向において移動自在である。第2ワークヘッド40は、第2チャック装置42、可動台43、第2主軸44、第2プランジャ45、第2回転シリンダ46及び第2センタシリンダ47を有する。以下においては、第1ワークヘッド30と同様の構成要素についての説明を省略する。
第2チャック装置42は、クランクシャフト素材Wのフロントシャフト220の第2外周面220S部分を把持する。第2チャック装置42は、第2本体部42aと複数の第2チャック爪42bと第2センタ42cとを有する。複数の第2チャック爪42bは、所定の把持力(例えば、30000N程度)でフロントシャフト220を把持できる。第2チャック装置42の詳細な構成については後述する。
可動台43は、スライダ50に固定されている。スライダ50は、軸線Tに沿って摺動自在にボールネジ60に取り付けられる。ボールネジ60は、ネジ軸61と、ネジ軸61に螺合されるナット62とを有する。サーボモータ70は、ネジ軸61を回転させる。
[第1チャック装置32]
図3は、第1チャック装置32を第2チャック装置42側から見た平面図である。
第1チャック装置32は、図3に示すように、上述の本体部32aと3つの第1チャック爪32bと第1センタ32cとに加えて、一対の第1仮受け32dと長手基準座32eとを有する。
3つの第1チャック爪32bは、軸心Tの周方向において均等に配置されている。3つの第1チャック爪32bは、軸心Tの径方向に沿って連動する。図3は、第1チャック爪32bの前進位置を示す。
一対の第1仮受け32dは、第1センタ32cよりも下方、すなわち、台座10の近くに配置されている。一対の第1仮受け32dは、軸心Tを基準として左右対称に配置されている。一対の第1仮受け32dには、ワークローダによって搬入されたクランクシャフト素材Wのリアフランジ210が第1外周面210S部分にて一時的に載置される。
長手基準座32eは、第1センタ32cよりも下方かつ一対の第1仮受け32dよりも上方に配置されている。長手基準座32eは、例えば、クランクシャフト素材Wのリアフランジ210の第1端面210Sなどに当接される。長手基準座32eは、長手方向におけるクランクシャフト素材Wの加工基準を規定する部材である。
また、第1チャック装置32は、図示しないが、第1センタ32cについても把持できるようになっている。
[第2チャック装置42]
図4は、第2チャック装置42を第1チャック装置32側から見た平面図である。
第2チャック装置42は、図4に示すように、上述の第2本体部42aと3つの第2チャック爪42bと第2センタ42cとに加えて、一対の第2仮受け42dとを有する。
3つの第2チャック爪42bは、軸心Tの周方向において均等に配置されている。3つの第2チャック爪42bは、軸心Tの径方向に沿って連動する。図4は、第2チャック爪42bの前進位置を示す。
一対の第2仮受け42dは、第2センタ42cよりも下方、すなわち、台座10の近くに配置されている。一対の第2仮受け42dは、軸心Tを基準として左右対称に配置されている。一対の第2仮受け42dには、ワークローダによって搬入されたクランクシャフト素材Wのフロントシャフト220が第2外周面220S部分にて一時的に載置される。
また、第2チャック装置42は、図示しないが、第2センタ42cについても把持できるようになっている。
[ターニング&ブローチングマシン1の機能]
次に、ターニング&ブローチングマシン1の機能について、図面を参照しながら説明する。図5は、ターニング&ブローチングマシン1(制御部2)の機能を示すブロック図である。図6〜図8は、クランクシャフト素材Wの載置状態を説明するための図である。
制御部2は、チャック駆動制御部201と、センタ駆動制御部202と、工具駆動制御部203と、を有する。
なお、通常運転時では、未加工のクランクシャフト素材Wが第1及び第2仮受け32d,42d上に載置されるが、本実施形態では、リアフランジ210の第1外周面210Sとフロントシャフト220の第2外周面220Sとが加工された状態(すなわち、仮受け部形成途中或いは形成済み)のクランクシャフト素材Wが載置されている場合が想定されている。仮受け部形成途中或いは形成済みのクランクシャフト素材Wが載置される場合としては、例えば、仕上げ工程完了済みのクランクシャフトが搬出されることなくターニング&ブローチングマシン1が一旦停止(すなわち、電源オフ)され、その後再稼働(すなわち、電源オン)された場合や、仮受け部形成途中又は仮受け部形成工程から仕上げ工程への移行途中或いは仕上げ工程の途中において何らかの理由でターニング&ブローチングマシン1が一旦停止され、その後再稼働された場合などが考えられる。
この場合、クランクシャフト素材Wのリアフランジ210の第1外周面210S及びフロントシャフト220の第2外周面220Sは仮受け部形成工程における旋削によって一回り細くなっている。そのため、図6に示すように、第1及び第2仮受け32d,42d上に載置されたクランクシャフト素材Wの第1及び第2センタ穴210CH,220CHは、第1及び第2センタ32c,42cよりも下方に位置している。従って、この状態で、第1及び第2センタ32c,42cによるセンタリングを行ったとしても、第1及び第2センタ32c,42cを第1及び第2センタ穴210CH,220CHにスムーズに挿入することはできない。
チャック駆動制御部201は、リアフランジ210が所定の位置まで持ち上がるように第1チャック爪32bを径方向内側に駆動させ、フロントシャフト220が所定の位置まで持ち上がるよう第2チャック爪42bを径方向内側に駆動させる。これにより、図7に示すように、クランクシャフト素材Wは第1及び第2仮受け32d,42dから持ち上げられて、第1及び第2センタ穴210CH,220CHが第1及び第2センタ32c,42cの高さに近づけられる。従って、この状態で、第1及び第2センタ32c,42cによるセンタリングを行えば、第1及び第2センタ32c,42cを第1及び第2センタ穴210CH,220CHにスムーズに挿入することができる。
なお、チャック駆動制御部201は、第1及び第2チャック爪32b,42bによってクランクシャフト素材Wを所定の位置まで持ち上げた旨をセンタ駆動制御部202に通知する。クランクシャフト素材Wは、第1及び第2センタ32c,42cを第1及び第2センタ穴210CH,220CHに挿入可能な高さまで持ち上げられればよい。このとき、クランクシャフト素材Wが第1及び第2チャック爪32b,42bによって持ち上げられたとき、クランクシャフト素材Wの軸心Uは、第1及び第2センタ32c,42cの軸心Tよりも下方に位置している。
センタ駆動制御部202は、チャック駆動制御部201からクランクシャフト素材Wを持ち上げた旨が通知されると、第1及び第2センタ32c,42cを第1及び第2センタ穴210CH,220CHに挿入させる。これにより、図8に示すように、クランクシャフト素材Wのセンタリング(芯出し)が完了する。この際、上述の通り、クランクシャフト素材Wが所定の高さまで持ち上げられているので、第1及び第2センタ32c,42cを第1及び第2センタ穴210CH,220CHにスムーズに挿入することができる。
また、チャック駆動制御部201は、第1及び第2センタ32c,42cによるクランクシャフト素材Wのセンタリングが完了すると、第1センタ32cを所定の把持力(例えば、30000N程度)で把持するよう第1チャック爪32bを制御し、フロントシャフト220を所定の把持力(例えば、30000N程度)で把持するよう第2チャック爪42bを制御しながら、通常のクランクシャフト素材Wの旋削加工が行われる。
工具駆動制御部203は、仮受け部形成工程において、チャック駆動制御部201から第1センタ32c及びフロントシャフト220を把持した旨が通知されると、リアフランジ210の第1外周面210Sを加工するよう工具20を制御する。また、工具駆動制御部203は、チャック駆動制御部201からセンタリング状態でリアフランジ210及び第2センタ42cを把持した旨が通知されると、フロントシャフト220の第2外周面220S,220Sを加工するよう工具20を制御する。さらに、次の仕上げ工程において、工具駆動制御部203は、チャック駆動制御部201からリアフランジ210及びフロントシャフト220を把持した旨が通知されると、クランクシャフト素材W(具体的には、ジャーナルなど)の加工をするよう工具20を制御する。また、工具駆動制御部203は、クランクシャフト素材Wの加工が完了した旨を、チャック駆動制御部201及びセンタ駆動制御部202に通知する。
[ターニング&ブローチングマシン1の動作]
次に、ターニング&ブローチングマシン1の動作について、図面を参照しながら説明する。図9は、ターニング&ブローチングマシン1の動作を説明するためのフロー図である。
仮受け工程で、クランクシャフト素材Wが第1及び第2仮受け32d,42dの上に載置されると、まず、ステップS10において、ターニング&ブローチングマシン1は、第1チャック爪32bによってリアフランジ210を持ち上げ、第2チャック爪42bによってフロントシャフト220を持ち上げる(持ち上げ工程)。これによって、クランクシャフト素材Wは、第1及び第2センタ32c,42cを第1及び第2センタ穴210CH,220CHに挿入可能な高さまで持ち上げられる(図7参照)。
次に、ステップS20において、ターニング&ブローチングマシン1は、第1及び第2センタ32c,42cを第1及び第2センタ穴210CH,220CHに挿入する(センタリング工程)。これにより、クランクシャフト素材Wがセンタリングされる(図8参照)。
次に、ステップS30において、ターニング&ブローチングマシン1は、第1及び第2仮受け32d,42d上におけるクランクシャフト素材Wの有無と、クランクシャフト素材Wの加工完了信号の有無とを判定する。クランクシャフト素材Wが有り、かつ、加工完了信号が無い場合、処理はステップS40に進み、クランクシャフト素材Wが有り、かつ、加工完了信号も有る場合、或いは、クランクシャフト素材Wが無い場合、処理は終了する。なお、クランクシャフト素材Wの有無は、第1及び第2センタ32c,42cの移動距離に基づいて判別可能である。
次に、ステップS40において、ターニング&ブローチングマシン1は、第1チャック装置32において第1センタ32cを所定の把持力で把持するとともに、第2チャック爪42bによってフロントシャフト220を所定の把持力で把持した状態で、第1外周面210Sを加工する(第1仮受け部形成工程)。
次に、ステップS50において、ターニング&ブローチングマシン1は、第1チャック装置32においてリアフランジ210を所定の把持力で把持するとともに、第2チャック装置42において第2センタ42cを所定の把持力で把持した状態で、第2外周面220S,220Sを加工する(第2仮受け部形成工程)。
次に、ステップS60において、ターニング&ブローチングマシン1は、第1チャック装置32においてリアフランジ210を所定の把持力で把持するとともに、第2チャック装置42においてフロントシャフト220を所定の把持力で把持する(全クランプ工程)。
次に、ステップS70において、ターニング&ブローチングマシン1は、クランクシャフト素材Wの表面を全体的に旋削する(仕上げ工程)。
[作用及び効果]
ターニング&ブローチングマシン1でクランクシャフト素材W(棒状のワークの一例)を加工することによる棒状部品の製造方法は、搬入されたクランクシャフト素材Wが第1及び第2仮受け32d,42d上に載置される仮受け工程と、第1チャック爪32bによってリアフランジ210を持ち上げるとともに、第2チャック爪42bによってフロントシャフト220を持ち上げる持ち上げ工程と、第1及び第2センタ32c,42cを第1及び第2センタ穴210CH,220CHに挿入するセンタリング工程と、を備える。
従って、クランクシャフト素材Wの仮受け部の仮受け面部外周面が仮受け部形成工程において加工されていたとしても、持ち上げ工程において、クランクシャフト素材Wを第1及び第2チャック爪32b,42bによって持ち上げることによって、第1及び第2センタ32c,42cを第1及び第2センタ穴210CH,220CHにスムーズに挿入することができる。
[他の実施形態]
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。
(A)上記実施形態では、持ち上げ工程において、クランクシャフト素材Wを第1及び第2チャック爪32b,42bによって持ち上げることとしたが、これに限られるものではない。持ち上げ工程では、仮受け部の一方のみが加工されている場合などには、クランクシャフト素材Wを第1及び第2チャック爪32b,42bのうち加工された仮受け部側の一方のみで持ち上げることとしてもよい。
(B)上記実施形態では、加工工程に従って、第1及び第2チャック爪32b,42bによってクランクシャフト素材Wを持ち替えることとしたが、これに限られるものではない。第1及び第2チャック爪32b,42bによるクランクシャフト素材Wの持ち替えは、加工工程の順序によって適宜変更可能である。
(C)上記実施形態では特に触れていないが、持ち上げ工程は、ターニング&ブローチングマシン1の起動時においてのみ実行されてもよい。すなわち、ターニング&ブローチングマシン1の起動後における通常連続運転時には、持ち上げ工程は実行されなくてもよい。この場合には、仮受け部形成済みのクランクシャフト素材Wが載置される可能性のある起動時において異常停止の発生を抑制するとともに、未加工のクランクシャフト素材Wが載置される通常連続運転時においてリードタイムを短縮することができる。
(D)上記実施形態では、ターニング&ブローチングマシンについて説明したが、これに限らず、他に例えばクランクシャフトミラーにおいても実施可能である。
1 ターニング&ブローチングマシン
10 台座
20 工具
30 第1ワークヘッド
32 第1チャック装置
32a 第1本体部
32b 第1チャック爪
32c 第1センタ
32d 第1仮受け
40 第2ワークヘッド
42 第2チャック装置
42a 第2本体部
42b 第2チャック爪
42c 第2センタ
42d 第2仮受け
W クランクシャフト素材
210 リアフランジ(第1仮受け部)
210S 第1外周面
210CH 第1センタ穴
220 フロントシャフト(第2仮受け部)
220S,220S 第2外周面
220CH 第2センタ穴

Claims (2)

  1. 第1仮受けと前記第1仮受けより上方に配置される第1センタと第1チャック爪とを有する第1チャック装置と、前記第1仮受けに対向する第2仮受けと前記第1センタに対向する第2センタと第2チャック爪とを有する第2チャック装置と、を備える工作機械で棒状のワークを加工することによって棒状部品を製造する方法であって、
    前記第1仮受け上に前記ワークの第1仮受け部を載置するとともに、前記第2仮受け上に前記ワークの第2仮受け部を載置する仮受け工程と、
    前記第1仮受け部を前記第1チャック爪によって持ち上げる持ち上げ工程と、
    前記第1仮受け部の第1端面に形成される第1センタ穴に前記第1センタを挿入するとともに、前記第2仮受け部の第2端面に形成される第2センタ穴に前記第2センタを挿入するセンタリング工程と、
    前記第1仮受け部を前記第1チャック爪によって把持するとともに、前記第2仮受け部を前記第2チャック爪によって把持する全クランプ工程と、
    を備える棒状部品を製造する方法。
  2. 前記持ち上げ工程において、前記第2仮受け部を前記第2チャック爪によって持ち上げる、
    請求項1に記載の棒状部品を製造する方法。
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