JP2016101610A - Machining device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加工装置に関し、さらに詳しくは、固定台上に保持された被加工物に対して機械加工を行う加工装置に関する。 The present invention relates to a processing apparatus, and more particularly to a processing apparatus that performs machining on a workpiece held on a fixed base.
溶接を経て金属製品を製造する場合、溶接部には溶接ビードが形成される。生じた溶接ビードは、他の部材との干渉を避ける等の目的で、切削、研磨等によって除去されることが多い。 When a metal product is manufactured through welding, a weld bead is formed at the weld. The generated weld bead is often removed by cutting, polishing, or the like for the purpose of avoiding interference with other members.
例えば、トラックをはじめとする大型車両の後車軸等を収容するのに用いられるアクスルハウジングを製造する際、特許文献1,2に記載されるように、2つに分割して成形した本体部を溶接によって接合するとともに、三角板と称される別部材を溶接によって取り付ける(図2参照)。その後、本体部の接合部および三角板の取り付け部の溶接箇所において、切削によって溶接ビードを除去する。 For example, when manufacturing an axle housing used for housing a rear axle of a large vehicle such as a truck, as described in Patent Documents 1 and 2, a main body portion that is divided into two parts is formed. While joining by welding, another member called a triangular plate is attached by welding (refer FIG. 2). Thereafter, the weld bead is removed by cutting at the welded portion of the joint portion of the main body and the attachment portion of the triangular plate.
上記のように金属よりなる被加工物において、溶接ビードのような突起物を切削するに際し、突起物が形成された部位を正確に切削するためには、被加工物を固定台の上に据え付けて固定し、被加工物と切削工具の間に切削中に生じる振動(びびり振動)を、できる限り小さく抑えることが求められる。びびり振動が生じると、加工の精度が低下したり、切削工具等、加工装置の構成部材に損傷を与えたりする可能性がある。切削に限らず、研磨、切断等、工具を被加工物に対して運動させて機械加工を行う際には、同様に、被加工物の振動が加工精度に影響を与えることが多い。 When cutting a projection such as a weld bead in a workpiece made of metal as described above, in order to accurately cut the portion where the projection is formed, the workpiece is placed on a fixed base. The vibration (chatter vibration) generated during cutting between the workpiece and the cutting tool is required to be as small as possible. When chatter vibration is generated, there is a possibility that processing accuracy may be reduced, or a component of the processing apparatus such as a cutting tool may be damaged. When machining is performed by moving a tool with respect to the workpiece, such as polishing and cutting, as well as cutting, the vibration of the workpiece often affects the machining accuracy.
被加工物を固定するに際し、従来一般には、被加工物を固定台に載置し、クランプ装置やチャック装置等、固定台に固定された保持具を用いて、両端部を含む被加工物の複数箇所を、上方から固定台に向かって押さえつけていた。しかし、この場合には、加工中における被加工物の振動を十分に抑えることが難しかった。 When fixing a workpiece, conventionally, the workpiece is generally placed on a fixed base, and a workpiece including both ends is fixed using a holding device fixed to the fixed base, such as a clamp device or a chuck device. Several places were pressed toward the fixed base from above. However, in this case, it is difficult to sufficiently suppress the vibration of the workpiece during processing.
本発明が解決しようとする課題は、機械加工を行う加工装置において、加工中に被加工物と工具の間に生じる振動を低減することができる加工装置を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide a machining apparatus capable of reducing vibration generated between a workpiece and a tool during machining in a machining apparatus that performs machining.
上記課題を解決するために、本発明にかかる加工装置は、金属材料よりなる長尺状の被加工物を、固定台上で長軸に沿って撓ませた状態で保持して、機械加工を行うことを要旨とする。 In order to solve the above-mentioned problems, a processing apparatus according to the present invention holds a long workpiece made of a metal material in a state of being bent along a long axis on a fixed base, and performs machining. The gist is to do.
ここで、前記加工装置は、相互に離れた部位で前記被加工物を保持する1対の端部保持具と、前記1対の端部保持具の間の部位で前記被加工物を保持する中途保持具と、を有し、前記1対の端部保持具および前記中途保持具は、相互に反対向きの力を前記被加工物に印加することで前記被加工物を撓ませることが好ましい。 Here, the said processing apparatus hold | maintains the said workpiece in the site | part between a pair of edge holders which hold | maintain the said workpiece in the site | part which mutually separated, and a pair of said edge holders. It is preferable that the pair of end holders and the intermediate holder bend the workpiece by applying forces in opposite directions to the workpiece. .
この場合、前記1対の端部保持具は、前記被加工物に上方に向かう力を加え、前記中途保持具は、前記被加工物に下方に向かう力を加えるものであるとよい。 In this case, the pair of end holders may apply an upward force to the workpiece, and the midway holder may apply a downward force to the workpiece.
さらに、前記加工装置は、中途部位に板状部を有する被加工物を加工する加工装置であって、前記中途保持具は、前記被加工物の前記板状部を前記固定台との間に挟んで保持するクランプ装置であるとよい。 Further, the processing device is a processing device for processing a workpiece having a plate-like portion at a midway portion, and the midway holding tool places the plate-like portion of the workpiece between the fixed base and the workpiece. It is good that it is a clamp device which holds by pinching.
また、前記工具は、切削工具であるとよい。 The tool may be a cutting tool.
上記発明にかかる加工装置によると、被加工物が撓ませられた状態で保持されるので、被加工物に撓み方向と反対向きの反力が発生する。被加工物を撓ませるのに印加される外力と反力が釣り合うことで、撓ませられた状態の被加工物が、安定して保持される。これにより、機械加工中に工具が被加工物の表面に接触した状態で運動しても、被加工物が振動を生じにくくなる。 According to the machining apparatus according to the above invention, the workpiece is held in a bent state, and thus a reaction force opposite to the bending direction is generated on the workpiece. Since the external force and the reaction force applied to bend the workpiece are balanced, the workpiece in the bent state is stably held. Thereby, even if a tool moves in the state which contacted the surface of the workpiece during machining, it becomes difficult for a workpiece to generate vibration.
ここで、加工装置が、相互に離れた部位で被加工物を保持する1対の端部保持具と、1対の端部保持具の間の部位で被加工物を保持する中途保持具と、を有し、1対の端部保持具と中途保持具とが、相互に反対向きの力を被加工物に印加することで被加工物を撓ませる場合には、効果的に被加工物を撓ませ、安定に保持することができる。 Here, the processing apparatus includes a pair of end holders that hold the workpieces at sites separated from each other, and a midway holder that holds the workpieces at a site between the pair of end holders , And a pair of end holders and intermediate holders effectively deflect the workpiece by applying forces in opposite directions to the workpiece. Can be held stably.
この場合、1対の端部保持具が、被加工物に上方に向かう力を加え、中途保持具が、被加工物に下方に向かう力を加える構成によれば、工具を上方から被加工物に当てて加工を行う際の上下方向の振動を、効果的に抑制することができる。 In this case, according to the configuration in which the pair of end holders applies an upward force to the workpiece, and the midway holder applies the downward force to the workpiece, the tool is moved from above to the workpiece. It is possible to effectively suppress vertical vibrations when processing is applied to the surface.
さらに、加工装置が、中途部位に板状部を有する被加工物を加工するものである場合に、中途保持具が、被加工物の板状部を固定台との間に挟んで保持するクランプ装置である構成によれば、被加工物の中途部位を、強固に固定台に対して押し付けて固定することができるため、加工時の振動を効果的に防止することができる。 Further, when the processing apparatus is for processing a workpiece having a plate-like portion at a midway portion, the intermediate holding tool holds the plate-like portion of the workpiece between the fixed base and the clamp. According to the structure which is an apparatus, since the midway part of a workpiece can be firmly pressed and fixed with respect to a fixed base, the vibration at the time of a process can be prevented effectively.
また、工具が切削工具である場合には、一般には、切削加工中に被加工物に振動が加えられる場合が多いが、上記のように被加工物を撓ませて保持することで、この振動を効果的に抑制し、高い加工精度を得ることができる。 In addition, when the tool is a cutting tool, in general, vibration is often applied to the work piece during cutting, but this vibration can be obtained by bending and holding the work piece as described above. Can be effectively suppressed, and high processing accuracy can be obtained.
以下、本発明の一実施形態にかかる加工装置について、図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, a processing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[切削装置の概略]
図1〜3に、本発明の一実施形態にかかる加工装置として、切削装置1の概略を示す。本切削装置1は、固定台3に据え付けられた被加工物5の表面の切削加工を行うものである。
[Outline of cutting device]
1-3, the outline of the cutting apparatus 1 is shown as a processing apparatus concerning one Embodiment of this invention. The cutting apparatus 1 performs cutting of the surface of the
固定台3には、1対の端部保持具41と4個で1組の中途保持具42とからなる保持具4が設けられている。保持具4の詳細は後述するが、固定台3に載置された被加工物5を安定に保持する役割を果たす。
The
切削装置1は、2台のロボットアーム10a,10bを有している。ロボットアーム10a,10bはそれぞれ、6軸を有し、それぞれの軸が、サーボモータ(11等)によって駆動される。
The cutting apparatus 1 has two
2台のロボットアーム10a,10bの先端には、それぞれ、スピンドルモータ12が取り付けられ、それぞれのスピンドルモータ12の出力軸に、例えばフェースミルカッター等の切削工具13が結合されている。2台のロボットアーム10a,10bは、第一のロボットアーム10aが被加工物5の右半分の領域を切削し、第二のロボットアーム10bが被加工物5の左半分の領域を切削するというように、それぞれの可動範囲に応じて、被加工物5の異なる領域を切削し、協働して被加工物5の全領域を切削することができる。
さらに、本切削装置1においては、2台のロボットアーム10a,10bのうち1台(図1では第一のロボットアーム10a)の先端部に、スピンドルモータ12と隣接させて、形状計測装置14が取り付けられてもよい。形状計測装置14は、光学測定によって、金属表面の形状を計測するものであり、例えば、被加工物5の表面にライン状のレーザー光を出射し、光切断方式によって2次元面上で距離測定を行う計測装置を例示することができる。切削装置1には、さらに、ロボットアーム10a,10bの運動やスピンドルモータ12の回転、形状計測装置14による計測を制御する制御部(不図示)が設けられる。
Further, in the present cutting apparatus 1, a
[被加工物]
本実施形態にかかる切削装置1を用いて切削加工を施される被加工物5は、除去されるべき突起物54を有し、中央部がクランプ装置により固定可能で、両端部にて押し上げ可能な金属材料よりなる長尺物であれば、どのようなものであってもかまわない。被加工物5は、一部あるいは全体に筒状部を有していてもよい。除去されるべき突起物54としては、溶接ビード、いわゆるバリ、材料の歪み等を例示することができる。
[Workpiece]
A
ここでは、被加工物の例として、アクスルハウジング5を扱う。アクスルハウジング5は、トラック等の大型車両の後車軸部等に用いられ、車軸およびディファレンシャルギア等を収容する。図2に示すように、アクスルハウジング5は、胴部51と筒状部52を本体部としてなっている。胴部51は、鋼板が半筒形(断面略U字形又は断面略コの字形)に曲げられ、略円環状に膨出形成されたものであり、ディファレンシャルギアを収容する。胴部51の両面は、略円環形状を有する板状の端面51aとなっており、この円環形状の内側には、鋼板の端縁51bが露出している。そして、胴部51の径方向両側に、車軸が挿通される中空の筒状部52が形成されている。胴部51と筒状部52の間に形成されている空隙部には、略三角形の三角板53が取り付けられている。
Here, the
このようなアクスルハウジング5の本体部は、2つの分割部材から製造される。つまり、胴部51の円環形状および筒状部52の筒形状を半分に分割した分割部材を2つ製造し、2つの分割部材の端縁を筒状部52において突き合わせて溶接することで、本体部が形成される。その後、胴部51と筒状部52の間の部位に、三角板53が配置され、本体部と三角板53の間の部位が溶接される。
The main body of the
このように形成されたアクスルハウジング5は、2つの分割部材の接合部および本体部と三角板53の間の部位に、溶接ビード54を有する。これらの溶接ビード54は、後の工程でアクスルハウジング5に取り付けられる部材との干渉を防止する等の観点から、できる限り平坦に除去する必要がある。そこで、本実施形態にかかる切削装置1を用いて、これらの溶接ビード54を切削する。
The
[保持具の構成と被加工物の保持]
ここで、被加工物5を固定台3上で保持する保持具4の詳細について説明する。上記のように、保持具4は、1対の端部保持具41と、1組の中途保持具42とからなっている。
[Holder configuration and workpiece holding]
Here, the details of the
端部保持具41は、被加工物であるアクスルハウジング5の筒状部52の端部が配置される位置において、固定台3上に固定されている。各端部保持具41は、上方に、端部保持凹部41aを有している。端部保持凹部41aは、アクスルハウジング5の筒状部52の外形の一部と略同一かそれよりも一回り大きい曲面形状または略V字形状に切りかかれた凹構造であり、アクスルハウジング5の筒状部52を接触させて載置することができる。固定台3からの端部保持凹部41aの高さは、固定台3上に載置されたアクスルハウジング5の筒状部52を上方に押し上げるように、定められている。なお、固定台3には、適宜、アクスルハウジングの胴部51を載置するために、端部保持具41が固定されている面よりも高くなった段差部31が設けられている。
The
1組の中途保持具42はそれぞれ、クランプ装置、具体的にはスイングクランプよりなっている。各中途保持具42は、アクスルハウジング5の胴部51の円環形状の内側となる位置において、基部42aが固定台3上に固定されている。そして、基部42aに、間隔調節可能に連結された押圧部42bで、アクスルハウジング5の胴部51の一方の端面51aの端縁51bを、固定台3に向かって押圧して保持する。4つの中途保持具42は、胴部51の中心に対して略軸対称に配置されている。
Each of the set of
固定台3上に載置されたアクスルハウジング5は、両端の筒状部52の先端を、端部保持具41によって、上方に向かって力を印加された状態で保持されている。そして、中途の胴部51を、中途保持具42によって、下方に向かって力を印加された状態で保持されている。このように、端部保持具41と中途保持具42によって上下方向逆向きに力を印加されることにより、アクスルハウジング5は、端部が上方、中途部が下方に撓ませられた(湾曲された)状態となる。撓みを極端に示すと、図4(a)のようになる。
The
このように撓ませられたアクスルハウジング5においては、金属材料(鋼板)が有する弾性により、反力が働く。図4(a)に示すように、反力Frは、アクスルハウジング5の撓み方向と逆の方向、つまり中途部を上方に持ち上げる方向に働く。反力Frの大きさは、端部保持具41と中途保持具42によってアクスルハウジング5に加えられる外力Feと釣り合う。
In the
このように、アクスルハウジング5を撓ませる外力Feと、その外力Feと反対向きに及ぼされる反力Frが釣り合うことで、アクスルハウジング5が固定台3上の所定の位置で、安定に保持される。これにより、切削工具13をアクスルハウジング5の表面に上方から接触させ、切削加工を行う際に、切削工具13が回転しても、アクスルハウジング5が振動(びびり振動)を起こしにくくなる。その結果、アクスルハウジング5の振動による加工精度の低下を抑制することができる。例えば、アクスルハウジング5の表面の溶接ビード54を切削する際に、単に上方からアクスルハウジング5を押さえつけて固定を行う場合や、筒状部52の両端から中央に向かって押し付けるようにして固定を行う場合等と比較して、高い表面平滑度を達成することができる。
In this way, the external force Fe that deflects the
アクスルハウジング5をはじめとする被加工物を撓ませる方向は、上記のように、端部を上方、中途部を下方に撓ませるものに限られないが、被加工物5に切削工具13が接触される方向に沿って撓ませることで、切削工具13の運動に伴って、その方向に沿って被加工物5が振動するのを、効果的に抑制することができる。つまり、上記のように切削工具13が被加工物5の上方から切削を行う場合には、アクスルハウジング5を上下方向に沿って撓ませることで、切削に伴う上下方向への振動を効果的に抑制することができる。
As described above, the direction in which the workpiece including the
上下方向への撓みとしては、図4(a)のように中途部を下げる方向に撓ませる場合と、図4(b)のように中途部を上げる方向に撓ませる場合が考えられ、いずれの場合にも、上下方向の振動を抑制する効果が得られる。被加工物が、アクスルハウジング5のように、両端部に筒状部52を有し、中途部に端面51aのような板状部を有するものである場合には、上記で説明したように、両端を上げ、中途部を下げる方向に撓ませる方が、保持の安定性において優れる。なぜなら、端面51aのような中途部に存在する板状部は、クランプ装置によって固定台3との間に挟みこみ、固定台3に押圧しながら保持することが容易であり、一方、筒状の端部は、クランプ装置等によって固定台3に向かって押し下げながら保持することは比較的難しいものの、上記の端部保持具41のような保持具を用いて、載置して下方から押し上げるように保持することは容易だからである。
As the bending in the vertical direction, there are a case where the middle part is bent as shown in FIG. 4 (a) and a case where the middle part is raised as shown in FIG. 4 (b). Even in this case, the effect of suppressing the vibration in the vertical direction can be obtained. When the workpiece has a
このように、反力を利用して被加工物5を固定することで、単に被加工物5の端部や中途部位を上方から固定台に押さえつけて固定する場合よりも、小さな外力を印加するだけで、効果的に加工時の被加工物5の振動を抑制することができる。このため、被加工物5の固定に簡素な構成の保持具4を用いることができる。特に、アクスルハウジング5を固定するための中途保持具42としてスイングクランプを用いる場合に、上記のように胴部51の内側にバランスよくスイングクランプを配置すれば、油圧式ではなく、空気圧式のクランプを用いて、切削工具13で溶接ビード54を切削する際の振動を十分に抑えることができる(下記実施例参照)。空気圧式のスイングクランプは、油圧式のものに比べ、出力においては劣るが、簡素な構成を有し、取扱い性にも優れる。
In this way, by fixing the
被加工物5の撓み量は、十分な反力を発生させられ、かつ保持具4を外した後に撓みを解消させられる範囲で、適宜選択すればよい。例えば、被加工物5が鋼板製のアクスルハウジング5である場合に、撓み量は、最大の箇所で、全長の0.1〜0.3%程度であることが好ましい。また、具体的な端部保持具41および中途保持具42の構造や設置部位は、1対の端部保持具41を相互に離して設置し、それら端部保持具41の間に中途保持具42を設置して、被加工物5に相互に反対向きの力を印加できるようにさえしておけば、被加工物5の形状や撓みの方向等に応じて適宜選択すればよい。
What is necessary is just to select suitably the amount of bending of the to-
端部保持具と中途保持具を用いてアクスルハウジングを撓ませた場合の撓み量と、加工精度への影響を、実際に調べた。 The amount of bending when the axle housing was bent using the end holder and the intermediate holder and the influence on the machining accuracy were actually examined.
(実施例)
具体的には、全長1330mm、胴部の外径395mm、筒状部の外径120mm、胴部の厚さ(両端面の外壁面の距離)124mm、鋼板の厚さ8mmのアクスルハウジング5を、被加工物として用いた。図5に示すように、このアクスルハウジング5の筒状部52の一端を、端部保持具41を用いて135kgfの力で押し上げるとともに、スイングクランプ42を用いて、胴部51の4か所を、それぞれ630kgfの力で固定台に押し付け、アクスルハウジング5を撓ませた。この際、胴部51の中心から140mmの位置に支点7を設けて固定台に対して固定した。
(Example)
Specifically, an
そして、支点から外側に245mm、365mm、485mm(筒状部の端部から280mm、160mm、40mm)の位置に、それぞれダイヤルゲージを配置しておいた。このようにして、撓みによる各位置の変位量を計測し、撓み量とした。 And the dial gauge was arrange | positioned in the position of 245 mm, 365 mm, and 485 mm (280 mm, 160 mm, 40 mm from the edge part of a cylindrical part) on the outer side from the fulcrum, respectively. In this way, the amount of displacement at each position due to bending was measured and used as the amount of bending.
図6に、計測された各位置での撓み量を示す。これによると、最大で1.5mmの撓みが発生していることが分かる。また、図中に近似曲線を示すように、撓み量は、支点からの距離に比例している。これにより、上記のように、端部を押し上げ、胴部を押し下げることで、アクスルハウジング全体を一様に撓ませられることが分かる。 FIG. 6 shows the measured amount of deflection at each position. According to this, it can be seen that a maximum deflection of 1.5 mm occurs. Further, as shown in the approximate curve in the figure, the amount of deflection is proportional to the distance from the fulcrum. Thereby, as described above, it is understood that the entire axle housing can be bent uniformly by pushing up the end and pushing down the body.
さらに、上記のように撓ませた状態で、ロボットアームに取り付けたフェースミルカッターを用いて、上方から溶接ビードの切削を行った。切削後、面粗さ標準片を用いて、切削を行った部位の表面粗さを評価した。その結果、表面粗さ(Rmax)は、12S相当と見積もられた。 Further, the weld bead was cut from above using a face mill cutter attached to the robot arm in a state of bending as described above. After cutting, the surface roughness of the part where the cutting was performed was evaluated using a surface roughness standard piece. As a result, the surface roughness (Rmax) was estimated to be equivalent to 12S.
(比較例)
上記実施例で用いたのと同様のアクスルハウジング5を撓ませることなく、固定台上に固定した。具体的には、アクスルハウジング5の筒状部52の両端の中空部に、それぞれテーパ状のセンターコーンを先端側から挿入し、1250kgfの力で中央に向かって押し付けた。また、固定台上に設けた押し上げ治具を用いて、胴部51の下側の端面51aを780kgfの力で押し上げるとともに、水平出しを行った。この状態で、実施例の場合と同様に、上方から溶接ビードの切削を行った。切削を行った部位の表面粗さ(Rmax)は、50〜100S相当と見積もられた。
(Comparative example)
The
以上のように、アクスルハウジングを撓ませて保持することで、撓ませずに保持する場合と比べて、切削加工によって平滑な表面が得られることが分かった。 As described above, it has been found that by holding the axle housing bent, a smooth surface can be obtained by cutting as compared with the case where the axle housing is held without bending.
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。例えば、本発明にかかる加工装置は、切削装置に限られず、研磨、切断等、任意の機械加工を行う加工装置とすることができ、上記のように、被加工物を撓ませて保持することで、加工時の振動を抑制することができる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail, this invention is not limited to the said embodiment, A various change is possible in the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, the processing apparatus according to the present invention is not limited to a cutting apparatus, and can be a processing apparatus that performs arbitrary machining such as polishing and cutting, and flexes and holds a workpiece as described above. Thus, vibration during processing can be suppressed.
1 切削装置
10a,10b ロボットアーム
11 サーボモータ
12 スピンドルモータ
13 切削工具
14 形状計測装置
3 固定台
4 保持具
41 端部保持具
41a 端部保持凹部
42 中途保持具(スイングクランプ)
5 アクスルハウジング(被加工物)
51 胴部
51a 端面
51b 端縁
52 筒状部
53 三角板
54 溶接ビード(突起物)
Fe 外力
Fr 反力
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
5 Axle housing (workpiece)
51
Fe External force Fr Reaction force
Claims (5)
前記中途保持具は、前記被加工物の前記板状部を前記固定台との間に挟んで保持するクランプ装置であることを特徴とする請求項3に記載の加工装置。 The processing device is a processing device for processing a workpiece having a plate-like portion in the middle part,
The processing apparatus according to claim 3, wherein the halfway holding tool is a clamp device that holds the plate-like portion of the workpiece while sandwiching the plate-like portion with the fixed base.
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