JP2014195856A - 軸状部材の加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軸状部材を高精度に旋削加工できる、軸状部材の加工方法を提供する。【解決手段】クランクシャフト１のジャーナル部１３の軸線方向の両端に、Ｒ溝１６が形成される。ジャーナル部１３を旋削する工程では、粗加工チップ２４および仕上加工チップ２５が使用される。粗加工チップ２４および仕上加工チップ２５は、共通のバイト２１に、各刃先が１８０?ずれた位置関係を有するように保持されている。その後、粗加工チップ２４および仕上加工チップ２５の各刃先がＲ溝１６内に配置される。そして、ジャーナル部１３が中心軸線まわりに回転されつつ、粗加工チップ２４および仕上加工チップ２５の先端部がＲ溝１６内から刃先移動方向に移動されて、ジャーナル部１３の外周面が粗加工チップ２４および仕上加工チップ２５によって切削される。【選択図】図４

Description

本発明は、クランクシャフトなどの軸状部材の加工方法に関する。

たとえば、自動車用エンジンの構成部品であるクランクシャフトは、使用時におけるメカニカルロスの低減を図るために、ピン部やジャーナル部の外周面に対して、切削加工が高精度に施されている。

この切削加工としては、ミラーカッタを用いたミラー加工法が知られているが、近年では、それよりも加工コストの低い旋削加工が行われている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００３−２２５８０３号公報

旋削加工では、クランクシャフトのピン部やジャーナル部などのワークを回転させながら、その外周面に工具ホルダに取り付けられた工具（チップ）が当接される。通常、１つの工具が用いられ、その１つの工具がワークに一方向から当接される。そのため、切削負荷がワークに対して一方向にのみ作用し、ワークに振れや撓みが発生することで加工精度が低下するという問題がある。

この対策として、２つの工具ホルダ（タレット、バイト）をワークを挟んで対向配置し、２つの工具をワークの外周面に互いに反対方向から当接させることが考えられるが、設備のサイズおよびコストの増大を招く。

本発明の目的は、軸状部材を高精度に旋削加工できる、軸状部材の加工方法を提供することである。

前記の目的を達成するため、本発明に係る軸状部材の加工方法は、軸状部材の外周面に溝を形成する工程と、共通の工具ホルダに各先端部が互いに対向する位置関係を有するように保持された第１工具および第２工具を用意する工程と、前記第１工具および前記第２工具の各先端部を前記溝内に進入させる工程と、前記軸状部材を中心軸線まわりに回転させつつ、前記第１工具および前記第２工具の各先端部を前記溝内から前記中心軸線方向に移動させて、前記軸状部材の外周面を旋削する工程とを含む。

この方法によれば、まず、軸状部材の外周面に、溝が形成される。次に、第１工具および第２工具が用意される。第１工具および第２工具は、共通の工具ホルダに、各先端部が１８０°ずれた位置関係を有するように保持されている。その後、第１工具および第２工具の各先端部が軸状部材に形成された溝内に配置される。そして、軸状部材が中心軸線まわりに回転されつつ、第１工具および第２工具の先端部が溝内から中心軸線方向に移動されて、軸状部材の外周面が第１工具および第２工具によって切削（旋削）される。

これにより、軸状部材の外周面に対して、第１工具および第２工具の各先端部が互いに対向する方向から当接されるので、第１工具および第２工具から軸状部材に作用する切削負荷を互いに打ち消すことができる。その結果、軸状部材に振れや撓みが発生することを防止でき、その振れや撓みによる加工精度の低下を抑制することができる。

また、第１工具および第２工具が共通の工具ホルダに保持されているので、たとえば、タレット旋盤が用いられる場合、工具ホルダがセットされるタレットが１つでよく、設備のサイズおよびコストの増大を防止することができる。

しかも、軸状部材の溝内の径が溝外の径よりも小さいので、軸状部材の旋削開始時に、軸状部材の直径よりも小さい間隔で互いに対向する各先端部を溝内に容易に配置することができる。そして、軸状部材の外周面を溝との境界部分から順次に旋削されるので、軸状部材の外周面に旋削加工の未加工部分が生じることを防止できる。

よって、設備のサイズおよびコストの増大を抑制できながら、軸状部材を高精度に旋削加工することができる。

なお、第１工具および第２工具の各先端部の互いに対向する位置関係とは、各先端部の間に軸状部材が配置されたときに、軸状部材の中心軸線を中心に１８０°ずれた位置関係はもちろん、第２工具の先端部が第１工具の先端部から１８０°ずれた位置に対して軸状部材の周方向に多少ずれた位置に配置される位置関係も含まれる。

軸状部材がクランクシャフトである場合、溝は、クランクシャフトのジャーナル部またはピン部の両端に形成されるＲ溝（フィレット溝）であってもよい。

Ｒ溝を軸状部材の旋削開始時の第１工具および第２工具の各先端部の配置のための溝として利用することにより、クランクシャフトの製造工程に第１工具および第２工具の各先端部の配置のための溝を形成する工程を追加して設ける必要がない。よって、クランクシャフトの製造に要する時間が長くなることを防止できる。

本発明によれば、設備のサイズおよびコストの増大を抑制できながら、軸状部材を高精度に旋削加工することができる。

クランクシャフトの平面図である。 クランクシャフトの製造工程の概略を示す図である。 本発明の一実施形態に係る加工方法が実施されるタレット旋盤の構成を図解的に示す側面図である。 ジャーナル部の旋削加工について説明するための図である。

以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、クランクシャフトの平面図である。

クランクシャフト１は、３気筒エンジン用のクランクシャフトであり、フロント部１１およびリア部１２の間に、互いに間隔を空けて配置された４つのジャーナル部（クランクジャーナル）１３と、ジャーナル部１３の各間に配置されたピン部１４と、ジャーナル部１３とピン部１４との各間に配置されたアーム部１５とを一体的に備えている。

図２は、クランクシャフトの製造工程の概略を示す図である。

クランクシャフト１の製造工程には、概略的に、粗形材成形工程、旋削工程、穴開工程、フィレットロール工程、研削工程および仕上げ工程が含まれる。

粗形材成形工程は、たとえば、鍛造により、クランクシャフト１の粗形材を成形する工程である。

旋削工程は、旋削加工により、クランクシャフト１の粗形材の表面を切削する工程である。旋削工程には、フロント部１１およびリヤ部１２を旋削する工程と、ジャーナル部１３およびピン部１４の軸線方向の両端にＲ溝１６（図４参照）を旋削加工によって形成する工程と、ジャーナル部１３を旋削する工程と、ピン部１４を旋削する工程とが含まれる。なお、クランクシャフト１の粗形材が鍛造によって成形された場合に、粗形材の表面に形成される黒皮は、この旋削工程で除去される。

穴開工程は、たとえば、ドリルにより、フロント部１１、リア部１２、ピン部１４などの所定箇所に油穴やフライホイールの取付穴を形成する工程である。

フィレットロール工程は、により、Ｒ溝（フィレット溝）１６にフィレットロール加工を施す工程である。ジャーナル部１３およびピン部１４の軸線方向の両端（隅部）にＲ溝１６が形成されていることにより、クランクシャフト１に負荷がかかったときに生じる応力を分散することができる。そして、Ｒ溝１６にフィレットロール加工が施されることにより、Ｒ溝１６に圧縮残留応力が付加される。これにより、クランクシャフト１の変形や疲労破壊を防止することができる。また、Ｒ溝１６が形成されている構成では、ジャーナル部１３およびピン部１４の外周面とアーム部１５の側面とに跨がるフィレットが形成された構成と比較して、クランクシャフト１の全長を短くすることができる。

研削工程は、フロント部１１、リア部１２、ジャーナル部１３およびピン部１４などに研削加工を施す工程である。

仕上げ工程では、アンバランス修正が行われたり、フロント部１１およびジャーナル部１３などに研磨用フィルムを用いた研磨加工（ラップ加工）が施されたりする。

図３は、本発明の一実施形態に係る加工方法が実施されるタレット旋盤の構成を図解的に示す側面図である。

ジャーナル部１３およびピン部１４を旋削する工程では、図３に示されるタレット旋盤２が使用される。タレット旋盤２は、複数のバイト２１を保持可能なタレット２２を備えている。バイト２１には、チップ２３が保持されている。タレット２２は、回転可能に設けられており、その回転により、ワーク（加工対象物）の加工に使用するチップ２３を切り替えることができる。

ジャーナル部１３およびピン部１４の旋削に使用されるチップ２３には、粗加工チップ２４および仕上加工チップ２５が含まれる。

粗加工チップ２４および仕上加工チップ２５を保持するバイト２１は、基端がタレット２２に接続される接続部２６と、接続部２６の先端から二股に分岐したチップ取付部２７，２８とを一体的に有している。チップ取付部２７，２８は、たとえば、タレット２２の回転中心から接続部２６に向けて延びる直線に対して対称に設けられ、接続部２６から互いに逆方向に延び、それぞれ途中部で屈曲して、タレット２２から離間する同一の方向に延びている。チップ取付部２７，２８の先端部には、それぞれ粗加工チップ２４および仕上加工チップ２５が取り付けられている。粗加工チップ２４および仕上加工チップ２５は、各刃先がワークの回転軸線を中心に互いに１８０°ずれた位置関係をなしている。

図４は、ジャーナル部の旋削加工について説明するための図である。

ジャーナル部１３の旋削加工時には、ジャーナル部１３がタレット旋盤２にセットされる。

次いで、粗加工チップ２４および仕上加工チップ２５の各刃先がジャーナル部１３の一方のＲ溝１６内に配置される。粗加工チップ２４は、仕上加工チップ２５に対して、各刃先が配置されているＲ溝１６から他方のＲ溝１６に向かう方向（以下「刃先移動方向」という。）の下流側にわずかにずらして配置されている。また、仕上加工チップ２５の刃先は、仕上加工チップ２５の刃先よりもジャーナル部１３の中心軸線に近い位置に配置される。

その後、ジャーナル部１３がその中心軸線を中心に回転される。その一方で、粗加工チップ２４および仕上加工チップ２５を保持しているバイト２１が刃先移動方向に移動される。このとき、粗加工チップ２４および仕上加工チップ２５の位置関係により、粗加工チップ２４が仕上加工チップ２５に先行して移動し、まず、粗加工チップ２４により、ジャーナル部１３の外周面が旋削され、つづいて、仕上加工チップ２５により、ジャーナル部１３の外周面が旋削される。

なお、粗加工チップ２４および仕上加工チップ２５が一方のＲ溝１６から他方のＲ溝１６まで移動されて、粗加工チップ２４および仕上加工チップ２５により、ジャーナル部１３の外周面の全域が旋削されてもよいし、粗加工チップ２４および仕上加工チップ２５が一方のＲ溝１６からジャーナル部１３の中心軸線方向の途中部まで移動されて、粗加工チップ２４および仕上加工チップ２５により、ジャーナル部１３の外周面の約半分の領域が旋削されて、残りの領域は、粗加工チップ２４および仕上加工チップ２５とジャーナル部１３の中心軸線と直交する平面に対して対称に構成された別の粗加工チップおよび仕上加工チップが用いられて、その粗加工チップおよび仕上加工チップが他方のＲ溝１６から刃先移動方向の上流側に移動されることによって研削されてもよい。

また、ジャーナル部１３の旋削加工について説明したが、ピン部１４に対する旋削加工についても同様である。

以上のように、クランクシャフト１のジャーナル部１３およびピン部１４の軸線方向の両端に、Ｒ溝１６が形成される。ジャーナル部１３およびピン部１４を旋削する工程では、粗加工チップ２４および仕上加工チップ２５が使用される。粗加工チップ２４および仕上加工チップ２５は、共通のバイト２１に、各刃先が１８０°ずれた位置関係を有するように保持されている。その後、粗加工チップ２４および仕上加工チップ２５の各刃先がＲ溝１６内に配置される。そして、ジャーナル部１３およびピン部１４が中心軸線まわりに回転されつつ、粗加工チップ２４および仕上加工チップ２５の先端部がＲ溝１６内から刃先移動方向に移動されて、ジャーナル部１３およびピン部１４の外周面が粗加工チップ２４および仕上加工チップ２５によって切削（旋削）される。

クランクシャフト１の外周面に対して、粗加工チップ２４および仕上加工チップ２５の各刃先が互いに対向する方向から当接されるので、粗加工チップ２４および仕上加工チップ２５からジャーナル部１３およびピン部１４に作用する切削負荷を互いに打ち消すことができる。その結果、ジャーナル部１３およびピン部１４に振れや撓みが発生することを防止でき、その振れや撓みによる加工精度の低下を抑制することができる。

また、粗加工チップ２４および仕上加工チップ２５が共通のバイト２１に保持されているので、タレット旋盤２において、バイト２１がセットされるタレット２２が１つでよく、設備のサイズおよびコストの増大を防止することができる。

しかも、ジャーナル部１３およびピン部１４のＲ溝１６内の径がＲ溝１６外の径よりも小さいので、ジャーナル部１３およびピン部１４の旋削開始時に、１８０°ずれた位置関係でジャーナル部１３およびピン部１４の直径よりも小さい間隔で互いに対向する各刃先をＲ溝１６内に容易に配置することができる。そして、ジャーナル部１３およびピン部１４の外周面がＲ溝１６との境界部分から順次に旋削されるので、ジャーナル部１３およびピン部１４の外周面に旋削加工の未加工部分が生じることを防止できる。

よって、設備のサイズおよびコストの増大を抑制できながら、クランクシャフト１のジャーナル部１３およびピン部１４の外周面を高精度に旋削加工することができる。

Ｒ溝１６がジャーナル部１３およびピン部１４の旋削開始時の粗加工チップ２４および仕上加工チップ２５の各刃先の配置のための溝として利用されることにより、クランクシャフトの製造工程に粗加工チップ２４および仕上加工チップ２５の各刃先の配置のための溝を形成する工程を追加して設ける必要がない。よって、クランクシャフト１の製造に要する時間が長くなることを防止できる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。

たとえば、粗加工チップ２４および仕上加工チップ２５の各刃先がワーク（ジャーナル部１３、ピン部１４）の回転軸線を中心に互いに１８０°ずれた位置関係をなしているとしたが、それらの位置関係に多少の誤差を含んでいてもよい。すなわち、粗加工チップ２４および仕上加工チップ２５の各刃先が互いにほぼ対向していれば、仕上加工チップ２５の先端部が粗加工チップ２４の先端部から１８０°ずれた位置に対してワークの周方向に多少ずれた位置に配置されていてもよい。

また、粗加工チップ２４および仕上加工チップ２５の２個のチップ（工具）により、ワークが旋削される場合を取り上げたが、粗加工チップ２４および仕上加工チップ２５とは別の１または複数のチップがバイト２１に取り付けられて、３個以上のチップにより、ワークが旋削されてもよい。

たとえば、軸状部材の一例として、クランクシャフト１を取り上げたが、軸状部材は、クランクシャフト１以外であってもよく、エンジンのシリンダピストンなど、軸状（円柱状）の部材であればよい。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

１ クランクシャフト（軸状部材）
１３ ジャーナル部
１４ ピン部
１６ Ｒ溝
２１ バイト（工具ホルダ）
２４ 粗加工チップ（第１工具）
２５ 仕上加工チップ（第２工具）

Claims (2)

1. 軸状部材の外周面に溝を形成する工程と、
   共通の工具ホルダに各先端部が互いに対向する位置関係を有するように保持された第１工具および第２工具を用意する工程と、
   前記第１工具および前記第２工具の各先端部を前記溝内に進入させる工程と、
   前記軸状部材を中心軸線まわりに回転させつつ、前記第１工具および前記第２工具の各先端部を前記溝内から前記中心軸線方向に移動させて、前記軸状部材の外周面を旋削する工程とを含む、軸状部材の加工方法。
2. 前記軸状部材は、クランクシャフトであり、
   前記溝は、前記クランクシャフトのジャーナル部またはピン部の両端に形成される、請求項１に記載の軸状部材の加工方法。

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