JP2021102266A - 孔加工機および孔加工機を用いた楕円孔および内径変化孔の加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】楕円孔を高精度に成形することができるとともに内径変化孔のような複雑な孔加工も高精度に行うことできる孔加工機および孔加工機を用いた楕円孔および内径変化孔の加工方法を提供する。【解決手段】孔加工機１００は、切削刃１０３を有する加工工具１０２の両端部を保持する主軸１０１および補助主軸１２０を備えている。主軸１０１は、加工工具１０２を円軌道上で回転変位させる主軸駆動モータ１０６および加工工具１０２を自転させる工具回動モータ１０５を備えている。補助主軸１２０は、加工工具１０２の先端部が摺動自在に嵌合する工具嵌合部１２０ａが主軸１０１と同じ円軌道上を同期して回転駆動する補助主軸駆動モータ１２０ｂを備えている。主軸１０１と補助主軸１２０との間には、被加工物ＷＫを主軸１０１の軸方向に直交するＸ軸方向に往復変位させるテーブル往復変位機構１１１が設けられている。【選択図】 図１

Description

本発明は、被加工物に対して楕円孔および／または孔の深さ方向に沿って内径が変化する内径変化孔の成形する孔加工機および孔加工機を用いた楕円孔および内径変化孔の加工方法に関する。

従来から、被加工物に対して楕円孔および／または孔の深さ方向に沿って内径が変化する内径変化孔の成形する孔加工機が知られている。例えば、下記特許文献１には、被加工物を切削するドリルバイトを被加工物の孔内に挿入した状態で被加工物を往復変位させることで楕円孔を成形する穿孔機が開示されている。

特開２０１３−２４８７０９号公報

しかしながら、上記特許文献１に示された穿孔機においては、被加工物を往復変位させるため被加工物が重量物であるほど精密な往復変位が困難となって楕円孔の加工精度が低くなるという問題がある。また、このような従来の穿孔機においては、楕円孔に対して深さ方向に内径が変化する内径変化孔を成形する場合には、被加工物を往復変位させるための制御が複雑となって加工精度を確保することが非常に困難であるという問題があった。

本発明は上記問題に対処するためなされたもので、その目的は、楕円孔を高精度に成形することができるとともに内径変化孔のような複雑な孔加工も高精度に行うことできる孔加工機および孔加工機を用いた楕円孔および内径変化孔の加工方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の特徴は、貫通孔状の下孔を有した被加工物を保持するワークテーブルと、ワークテーブルに保持された被加工物における下孔に貫通する棒状に形成されて同被加工物を切削加工する切削刃を保持する加工工具の一方の端部を保持して同加工工具を軸線周りに自転させて切削刃を同軸線周り上で回動変位させるとともに同加工工具全体を自転の中心軸に対して偏心した位置を中心軸とする円軌道上で回転駆動させる主軸と、加工工具の他方の端部側が摺動自在に嵌合する工具嵌合部を有して同工具嵌合部を主軸における円軌道と平行な円軌道上で回転駆動させる補助主軸と、主軸およびワークテーブルを同主軸の軸線方向であるＹ軸方向に相対的に変位させて両者の距離を接近または離隔させる主軸変位機構と、主軸、補助主軸および主軸変位機構の各作動をそれぞれ制御する制御装置とを備え、制御装置は、加工工具を回転駆動させた状態でＹ軸方向に変位させながら同加工工具を回動変位させることで、被加工物に対して楕円孔および孔の深さ方向に沿って内径が変化する内径変化孔のうちの少なくとも一方を成形することにある。

このように構成した本発明の特徴によれば、孔加工機は、加工工具が主軸および補助主軸によって両端支持された状態で円軌道上を回転駆動しながら自転による回動によって切削刃が被加工物に対して接近または離隔して切り込み量が変化するため、被加工物を往復変位させる場合に比べて切削刃の位置決め精度を向上させて高精度な加工を行うことができる。また、本発明に係る孔加工機によれば、加工工具の自転による回動によって切削刃が被加工物に対して接近または離隔して切り込み量が変化するため、内径変化孔のような複雑な孔加工も高精度に行うことできる。

上記目的を達成するため、本発明の特徴は、貫通孔状の下孔を有した被加工物を保持するワークテーブルと、ワークテーブルに保持された被加工物における下孔に貫通する棒状に形成されて同被加工物を切削加工する切削刃を保持する加工工具の一方の端部を保持して同加工工具を軸線周りに自転させて切削刃を同軸線周り上で回動変位させるとともに同加工工具全体を自転の中心軸に対して偏心した位置を中心軸とする円軌道上で回転駆動させる主軸と、加工工具の他方の端部側が摺動自在に嵌合する工具嵌合部を有して同工具嵌合部を主軸における円軌道と平行な円軌道上で回転駆動させる補助主軸と、主軸およびワークテーブルを同主軸の軸線方向であるＹ軸方向に相対的に変位させて両者の距離を接近または離隔させる主軸変位機構と、ワークテーブルをＹ軸方向に直交するＸ軸方向に往復変位させるテーブル往復変位機構と、主軸、補助主軸、主軸変位機構およびテーブル往復変位機構の各作動をそれぞれ制御する制御装置とを備え、制御装置は、加工工具を回転駆動させた状態でＹ軸方向に変位させながら同加工工具を回動変位させることで被加工物に対して孔の深さ方向に沿って内径が変化する内径変化孔を成形するとともに、加工工具を回転駆動させた状態でＹ軸方向に変位させながらワークテーブルをＸ軸方向に往復変位させることで被加工物に対して楕円孔を成形することにある。

このように構成した本発明の特徴によれば、孔加工機は、加工工具が主軸および補助主軸によって両端支持された状態で円軌道上を回転駆動しながら自転による回動によって切削刃が被加工物に対して接近または離隔して切り込み量が変化するため、被加工物を往復変位させる場合に比べて切削刃の位置決め精度を向上させて高精度な加工を行うことができる。この場合、孔加工機は、ワークテーブルが往復変位することでも切削刃が被加工物に対して接近または離隔して切り込み量が変化する。すなわち、本発明に係る孔加工機は、加工工具を前記回動させることで内径変化孔を成形するとともにワークテーブルを往復変位させることで楕円孔を成形することで２つの成形加工を２つの機構によって行うため、複雑な孔加工も高精度に行うことできる。

また、本発明の他の特徴は、前記孔加工機において、さらに、ワークテーブルとは独立した状態で対向配置されて被加工物をワークテーブルに押し付けるワーク押圧機構を備え、ワーク押圧機構は、被加工物をワークテーブルに押し付ける押圧体がテーブル往復変位機構によってＸ軸方向に往復変位する被加工物に追従することにある。

このように構成した本発明の他の特徴によれば、孔加工機は、さらに、被加工物をワークテーブルに押し付ける押圧体がテーブル往復変位機構によってＸ軸方向に往復変位する被加工物に追従するワーク押圧機構がワークテーブルとは独立した状態で設けられているため、Ｘ軸方向に往復変位するワークテーブル上で被加工物を安定的に支持して高精度な成形加工を行うことができる。

また、本発明の他の特徴は、前記孔加工機において、さらに、ワークテーブルに保持された被加工物における下孔に貫通する棒状の位置決め体を同下孔に対して接近して貫通または離隔するように保持したワーク位置決め機構と、補助主軸とワーク位置決め機構とを一体的に変位させてワークテーブルに保持された被加工物に対して選択的に対向配置させる選択配置機構とを備えることにある。

このように構成した本発明の他の特徴によれば、孔加工機は、さらに、ワークテーブルに保持された被加工物における下孔に貫通する棒状の位置決め体を同下孔に対して接近して貫通または離隔するように保持したワーク位置決め機構を備えるとともに、このワーク位置決め機構を補助主軸と一体的に変位させてワークテーブルに保持された被加工物に対して選択的に対向配置させる選択配置機構を備えている。これにより、孔加工機は、ワークテーブル上の被加工物に対してワーク位置決め機構および補助主軸のうちの一方の位置決めによって他方の退避を行うことができ、作業効率を向上させることができる。

また、本発明は、孔加工装置の発明として実施できるばかりでなく孔加工機を用いた楕円孔および内径変化孔の加工方法の発明としても実施できるものである。

具体的には、孔加工機を用いた楕円孔および内径変化孔の加工方法は、貫通孔状の下孔を有した被加工物を保持するワークテーブルと、ワークテーブルに保持された被加工物における下孔に貫通する棒状に形成されて同被加工物を切削加工する切削刃を保持する加工工具の一方の端部を保持して同加工工具を軸線周りに自転させて切削刃を同軸線周り上で回動変位させるとともに同加工工具全体を自転の中心軸に対して偏心した位置を中心軸とする円軌道上で回転駆動させる主軸と、加工工具の他方の端部側が摺動自在に嵌合する工具嵌合部を有して同工具嵌合部を主軸における円軌道と平行な円軌道上で回転駆動させる補助主軸と、主軸およびワークテーブルを同主軸の軸線方向であるＹ軸方向に相対的に変位させて両者の距離を接近または離隔させる主軸変位機構と、ワークテーブルをＹ軸方向に直交するＸ軸方向に往復変位させるテーブル往復変位機構と、主軸、補助主軸、主軸変位機構およびテーブル往復変位機構の各作動をそれぞれ制御する制御装置とを備えた孔加工機を用いて被加工物に対して楕円孔および孔の深さ方向に沿って内径が変化する内径変化孔を成形させる加工方法であって、制御装置に、加工工具を回転駆動させた状態でＹ軸方向に変位させながら同加工工具を回動変位させることで被加工物に内径変化孔を成形させるとともに、加工工具を回転駆動させた状態でＹ軸方向に変位させながらワークテーブルをＸ軸方向に往復変位させることで被加工物に対して楕円孔を成形させるとよい。
これによれば、孔加工機を用いた楕円孔および内径変化孔の加工方法は、上記孔加工装置の発明と同様の作用効果を期待することができる。

本発明の一実施形態に係る孔加工機の外観構成の概略を示す正面図である。 図１に示した孔加工機における外装カバーを省略して内部構造における主要部の概略を示す一部破断要部拡大正面図である。 図１に示す孔加工機の作動を制御するための制御システムのブロック図である。 図１に示す孔加工機による加工対象である被加工物の外観構成の概略を示す斜視図である。 図４に示す被加工物の内部構造の概略を示す一部破断斜視図である。 図１に示す孔加工機における主軸および補助主軸によって支持される加工工具の外観構成の概略を示す側面図である。 図２に示す孔加工機の主要部を内部構造の概略を模式的に示す平面図である。 図２に示す補助主軸、ワーク位置決め機構および選択配置機構の外観構成の概略を示す平面図である。 図２に示す加工工具における切削刃が径方向外側に最大量で突出した状態を模式的に示す説明図である。 図９に示す加工工具が自転による回動で切削刃が径方向外側に最小量で突出した状態を模式的に示す説明図である。 図２に示す加工工具の円軌道（破線円）上の変位位置に対してワークテーブル上の被加工部の振動（変に）状態を模式的に示す説明図である。

以下、本発明に係る孔加工機および孔加工機を用いた楕円孔および内径変化孔の加工方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係る孔加工機１００の外観構成の概略を示す正面図である。また、図２は、図１に示した孔加工機１００における外装カバー１３２を省略して内部構造における主要部の概略を示す一部破断要部拡大正面図である。また、図３は、図１に示す孔加工機１００の作動を制御するための制御システムのブロック図である。なお、本明細書において参照する図は、本発明の理解を容易にするために一部の構成要素を誇張して表わすなど模式的に表している。このため、各構成要素間の寸法や比率などは異なっていることがある。

この孔加工機１００は、レシプロエンジン（図示せず）におけるピストンからなる被加工物ＷＫに対してコンピュータ制御（ＮＣ制御）によって加工工具１０２を相対移動させて切削加工を行うことにより被加工物ＷＫに楕円形状でかつ内径が軸方向で変化する貫通孔を成形する機械加工装置である。本実施形態においては、被加工物ＷＫは、図４および図５にそれぞれ示すように、レシプロエンジンにおけるシリンダ内を往復摺動するピストンである。

この場合、被加工物ＷＫには、前記した楕円状の貫通孔である楕円孔および孔の深さ方向に沿って内径の大きさが大きくなるまたは小さくなる貫通孔である内径変化孔を成形するための下孔Ｈが予め別加工によって成形されている。この下孔Ｈは、ピストンからなる被加工物ＷＫに対してコンロッドが連結されるピン孔を成形するために孔加工機１００で加工される前にピン孔よりも小径の貫通孔として事前に成形されるものである。すなわち、孔加工機１００は、ピストンからなる被加工物ＷＫに対してコンロッドが連結されるピン孔を最終成形するための切削加工装置である。

（孔加工機１００の構成）
孔加工機１００は、主軸１０１を備えている。主軸１０１は、加工工具１０２を保持して回転駆動させるための機械装置であり、主として、工具保持機構１０４、工具回動駆動モータ１０５および主軸駆動モータ１０６をそれぞれ備えて構成されている。

ここで、加工工具１０２は、図６に示すように、被加工物ＷＫを切削するチップ状の切削刃１０３を着実自在に保持する器具であり、金属材料を棒状に形成して構成されている。この場合、加工工具１０２は、一方（図示左側）の端部が主軸１０１に着脱自在に保持されるとともに他方（図示右側）の端部が後述する補助主軸１２０に着脱自在に嵌合する。また、切削刃１０３は、棒状に延びる加工工具１０２における長手方向の中央部に径方向の外側に張り出した状態で保持されている。

工具保持機構１０４は、図７に示すように、補助主軸１２０とともに加工工具１０２を保持して同加工工具１０２を軸線周りに自転させて切削刃１０３を同軸線周り上で回動変位させるとともに同加工工具１０２の全体を前記自転の中心軸Ｏ_１に対して偏心した位置の中心軸Ｏ_２を中心とする円軌道上で連続的に変位させて回転駆動させる機械装置である。具体的には、工具保持機構１０４は、主として、工具保持筒１０４ａ、運動変換部１０４ｂ、内筒１０４ｃおよび外筒１０４ｄをそれぞれ備えて構成されている。なお、図７においては、被加工物ＷＫを二点鎖線で示している。

工具保持筒１０４ａは、図示右側の端部側に加工工具１０２の一方（図示左側）の端部が着脱自在に連結される部品であり、金属材料を円筒状に形成して構成されている。この工具保持筒１０４ａは、図示左側の端部側に運動変換部１０４ｂが接続された状態で内筒１０４ｃ内に回転自在な状態で保持されている。

運動変換部１０４ｂは、工具保持筒１０４ａを内筒１０４ｃ内で同内筒１０４ｃの中心軸線周りに回動させるための機構であり、工具回動駆動モータ１０５の直線往復運動を工具保持筒１０４ａの自転運動に変換するように構成されている。具体的には、運動変換部１０４ｂは、例えば、工具回動駆動モータ１０５によって工具保持筒１０４ａの軸線方向に沿って往復摺動する棒状のスライダの外周面に工具保持筒１０４ａの内周面に噛み合う螺旋溝を形成しておくことでスライダの往復摺動によって工具保持筒１０４ａを軸線周りの一方または同一方の反対方向である他方にそれぞれ回動させる。本実施形態においては、運動変換部１０４ｂは、工具保持筒１０４ａを１８０°回動させる。

工具回動駆動モータ１０５は、運動変換部１０４ｂを介して工具保持筒１０４ａを自転状態で回動させるための電動機であり、後述する制御装置１３０によって作動が制御される。本実施形態においては、工具回動駆動モータ１０５は、リニアモータによって構成されている。なお、工具回動駆動モータ１０５は、サーボモータなどの回転駆動型の電動機で構成することもできる。この場合、運動変換部１０４ｂは、工具回動駆動モータ１０５の回転運動を工具保持筒１０４ａの自転運動に変換する歯車機構を備えて構成することができる。

内筒１０４ｃは、工具保持筒１０４ａを回動摺動可能な状態で運動変換部１０４ｂとともに保持する部品であり、金属材を円筒状に形成して構成されている。この内筒１０４ｃは、工具保持筒１０４ａを収容する円筒部の軸芯が内筒１０４ｃの外周面の軸芯に対してずれて形成されている。したがって内筒１０４ｃは、加工工具１０２を偏心した位置で保持する。すなわち、内筒１０４ｃにおける工具保持筒１０４ａを収容する円筒部の軸芯が加工工具１０２の自転の中心軸Ｏ_１であり、内筒１０４ｃにおける外周面の軸芯が加工工具１０２を回転させる中心軸Ｏ_２である。この内筒１０４ｃは、図示左側の端部側に主軸駆動モータ１０６が接続された状態で外筒１０４ｄ内に回転自在な状態で保持されている。

主軸駆動モータ１０６は、内筒１０４ｃを回転駆動させるための電動機であり、制御装置１３０によって作動が制御される。本実施形態においては、主軸駆動モータ１０６は、サーボモータによって構成されている。

外筒１０４ｄは、内筒１０４ｃをベアリングを介して回転自在な状態で保持する部品であり、金属材を筒状に形成して構成されている。この外筒１０４ｄは、孔加工機１００における主軸送り機構１０７上に固定されている。

主軸送り機構１０７は、主軸１０１全体を後述するワークテーブル１１０に対して接近または離隔させるＹ軸方向に往復変位させるための機械装置であり、孔加工機１００の基台上にリニアガイド（図示せず）などの諸部品を介して支持された板状の主軸台が主軸送りモータ１０７ａによって往復変位するように構成されている。この場合、主軸送りモータ１０７ａは、制御装置１３０によって作動が制御されるサーボモータで構成されている。

ワークテーブル１１０は、被加工物ＷＫを支持するための部品であり、金属材料を円錐の台形状に形成して構成されている。このワークテーブル１１０は、孔加工機１００におけるテーブル往復変位機構１１１上に固定されている。また、ワークテーブル１１０の上方には、ワーク押圧機構１１２が設けられている。

テーブル往復変位機構１１１は、ワークテーブル１１０を前記Ｙ軸方向に直交するＸ軸方向に往復変位させるための機械装置であり、孔加工機１００の基台上にリニアガイド（図示せず）などの諸部品を介して支持された板状のテーブル支持台がテーブル変位モータ１１１ａによって往復変位するように構成されている。この場合、テーブル変位モータ１１１ａは、制御装置１３０によって作動が制御されるリニアモータで構成されている。

ワーク押圧機構１１２は、ワークテーブル１１０に載置された被加工物ＷＫをワークテーブル１１０側に押し付けてクランプするための機械装置である。このワーク押圧機構１１２は、ワークテーブル１１０に載置された被加工物ＷＫを押圧する押圧体１１２ａがワーク押圧モータ１１２ｂによってワークテーブル１１０に対して接近または離隔するように構成されている（図２において破線矢印参照）。

この場合、押圧体１１２ａは、ワーク押圧モータ１１２ｂから延びる支持軸に対して玉継手（図示せず）を介して連結されており、同支持軸に対してＸ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ揺動可能（図２において破線矢印参照）となっている。また、ワーク押圧モータ１１２ｂは、制御装置１３０によって作動が制御されるサーボモータで構成されている。このワーク押圧機構１１２は、ワークテーブル１１０の上方に位置するように孔加工機１００における基台上にフレーム材を介して固定されている。なお、押圧体１１２ａは、少なくともテーブル往復変位機構１１１の往復変位方向（本実施形態においてはＸ軸方向）に揺動可能に形成されていればよい。

補助主軸１２０は、図８に示すように、主軸１０１が保持する加工工具１０２を支持する機械装置であり、主として、工具嵌合部１２０ａおよび補助主軸駆動モータ１２０ｂをそれぞれ備えて構成されている。工具嵌合部１２０ａは、加工工具１０２の両端部のうちの主軸１０１が保持する端部とは反対側（図示右側）の端部が摺動自在な状態で嵌合する部分であり、金属材料を円筒状に形成して構成されている。この場合、工具嵌合部１２０ａは、補助主軸１２０における主軸１０１側の側面に開口した状態で設けられている。

この工具嵌合部１２０ａは、工具保持機構１０４が偏心した円軌道上を回転駆動させる工具保持筒１０４ａと同軸上で回転駆動する。補助主軸駆動モータ１２０ｂは、工具嵌合部１２０ａを回転駆動させるための電動機であり、制御装置１３０によって作動が制御される。この場合、補助主軸駆動モータ１２０ｂは、制御装置１３０によって主軸駆動モータ１０６と同期して回転駆動するように制御される。本実施形態においては、補助主軸駆動モータ１２０ｂは、サーボモータによって構成されている。この場合、補助主軸駆動モータ１２０ｂは、主軸駆動モータ１０６と同一の仕様のサーボモータを使用することで両モータの同期制御および停電時における減速挙動を差が生じることを抑えて同期状態を維持し易くすることができる。

この補助主軸１２０は、ワーク位置決め機構１２１とともに選択配置機構１２２上に支持されている。ワーク位置決め機構１２１は、ワークテーブル１１０上で被加工物ＷＫを位置決めするための機械装置であり、位置決め体１２１ａが位置決め体駆動モータ１２１ｂによって主軸１０１側に向かって進出または退避するように構成されている。

位置決め体１２１ａは、被加工物ＷＫに形成された被加工部分である下孔Ｈに嵌合した状態で挿し込まれる部品であり、金属材を丸棒状に形成してＹ軸方向に延びるように設けられている。位置決め体駆動モータ１２１ｂは、位置決め体１２１ａを主軸１０１側に向かって進出または退避させるための電動機であり、制御装置１３０によって作動が制御される。本実施形態においては、位置決め体駆動モータ１２１ｂは、サーボモータによって構成されている。

選択配置機構１２２は、ワークテーブル１１０上の被加工物ＷＫに対して補助主軸１２０およびワーク位置決め機構１２１のうちの一方を選択的に位置決めするための機械装置であり、孔加工機１００の基台上にリニアガイド（図示せず）などの諸部品を介して支持された板状の支持台が選択配置機構駆動モータ１２２ａによってＸ軸方向に沿って往復変位するように構成されている。この場合、選択配置機構駆動モータ１２２ａは、制御装置１３０によって作動が制御されるサーボモータで構成されている。

制御装置１３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどからなるマイクロコンピュータによって構成されており、孔加工機１００の全体の作動を総合的に制御するとともに、作業者によって用意される図示しない加工プログラム（所謂ＮＣ（Numerical Control）プログラム）を実行することにより被加工物ＷＫに対して機械加工を行う。

具体的には、制御装置１３０は、工具回動駆動モータ１０５、主軸駆動モータ１０６、主軸送りモータ１０７ａ、テーブル変位モータ１１１ａ、ワーク押圧モータ１１２ｂ、補助主軸駆動モータ１２０ｂ、位置決め体駆動モータ１２１ｂおよび選択配置機構駆動モータ１２２ａの各作動を制御して加工工具１０２が保持する切削刃１０３を被加工物ＷＫに対してＸ軸方向およびＹ軸方向に相対変位させて被加工物ＷＫに楕円孔および内径変化孔の各切削加工をそれぞれ行う。

この制御装置１３０には、操作パネル１３１が接続されている。操作パネル１３１は、作業者からの指示を受け付けて制御装置１３０に入力するスイッチ群からなる入力装置および制御装置１３０の作動状況を表示する液晶表示装置で構成されており、孔加工機１００の外表面を構成する外装カバー１３２に設けられている。

この外装カバー１３２には、孔加工機１００の正面側となる前面に作業者によって開閉されて主軸１０１およびワークテーブル１１０に臨む開閉扉１３３が設けられている。さらに、この孔加工機１００は、工具回動駆動モータ１０５、主軸駆動モータ１０６、主軸送りモータ１０７ａ、テーブル変位モータ１１１ａ、ワーク押圧モータ１１２ｂ、補助主軸駆動モータ１２０ｂ、位置決め体駆動モータ１２１ｂ、選択配置機構駆動モータ１２２ａおよび制御装置１３０をそれぞれ作動させるための電気を供給する電源部や制御装置１３０に外部機器を電気的に接続するための外部インターフェースなども備えているが、これらの本発明に直接関わらない構成については、その説明は省略する。

（孔加工機１００の作動）
次に、上記のように構成した孔加工機１００の作動について説明する。この孔加工機１００は、被加工物ＷＫを加工する工場内に単独で配置または加工ライン内に組み込まれて被加工物ＷＫを加工する一工程を構成する。本実施形態においては、被加工物ＷＫに対して楕円孔および内径変化孔の加工工程に関する事項についてのみ説明し、本発明に直接関わらない他の加工工程については説明を省略する。

まず、作業者は、操作パネル１３１を操作して孔加工機１００の電源をＯＮにする。これにより、孔加工機１００は、制御装置１３０内のＲＯＭに予め記憶されている図示しない所定の制御プログラムを実行することにより、主軸送り機構１０７における主軸送りモータ１０７ａの作動を制御して加工工具１０２を図示左側の端部側に変位させて原点復帰させた後、作業者からの指示を待つ待機状態となる。

次に、作業者は、孔加工機１００のワークテーブル１１０上に被加工物ＷＫをセットする。具体的には、作業者は、ワークテーブル１１０上に被加工物ＷＫを載置する。この場合、被加工物ＷＫは、ピストンクラウンをワーク押圧機構１１２に対向する向きでかつ下孔Ｈが加工工具１０２の軸線上に略位置する向きでワークテーブル１１０上に載置される。これにより、被加工物ＷＫは、孔加工機１００の加工エリア内において、Ｙ軸方向、Ｘ軸方向およびこれらの各軸に直交する図示上下方向のＺ軸方向の位置が位置決めされる。

次いで、作業者は、操作パネル１３１を操作して制御装置１３０に対して被加工物ＷＫのクランプを指示する。この指示に応答して、制御装置１３０は、図示しないワーククランプ用の制御プログラムを実行することによって被加工物ＷＫのクランプ処理を実行する。この被加工物ＷＫのクランプ処理は、制御装置１３０が以下のサブステップ１〜６を実行することによって行われる。

サブステップ１：制御装置１３０は、選択配置機構１２２における選択配置機構駆動モータ１２２ａの作動を制御してワーク位置決め機構１２１の位置決め体１２１ａをワークテーブル１１０上の被加工物ＷＫ（図８において二点鎖線で示している）に対向配置させる。
サブステップ２：次に、制御装置１３０は、ワーク押圧機構１１２におけるワーク押圧モータ１１２ｂの作動を制御して押圧体１１２ａを下降させてワークテーブル１１０上の被加工物ＷＫを向きの変位を許容する程度の軽い力で押えて仮止めする（図２における二点鎖線参照）。
サブステップ３：次に、制御装置１３０は、ワーク位置決め機構１２１における位置決め体駆動モータ１２１ｂの作動を制御して位置決め体１２１ａを主軸１０１側に変位させて被加工物ＷＫの下孔Ｈ内を貫通させる（図８における二点鎖線参照）。これにより、被加工物ＷＫは、ワークテーブル１１０上にて下孔Ｈの軸線と主軸１０１の回転中心軸線とが一致する。
サブステップ４：次に、制御装置１３０は、ワーク押圧機構１１２におけるワーク押圧モータ１１２ｂの作動を制御して押圧体１１２ａが被加工物ＷＫを押圧する力を増強させてワークテーブル１１０上での変位を許容しない固定状態とする。
サブステップ５：次に、制御装置１３０は、位置決め体駆動モータ１２１ｂの作動を制御して位置決め体１２１ａを主軸１０１側とは反対側に変位させて位置決め体１２１ａを被加工物ＷＫの下孔Ｈ内から抜く。これにより、被加工物ＷＫは、下孔Ｈの軸線と主軸１０１の回転中心軸線とが一致した状態でワークテーブル１１０上でクランプされる。
サブステップ６：次に、制御装置１３０は、選択配置機構駆動モータ１２２ａの作動を制御して補助主軸１２０をワークテーブル１１０上の被加工物ＷＫに対向配置させる。

次に、作業者は、操作パネル１３１を操作して制御装置１３０に対して被加工物ＷＫに対する楕円孔および内径変化孔の加工を指示する。この指示に応答して、制御装置１３０は、図示しない切削加工用の制御プログラムを実行することによって被加工物ＷＫに対して切削加工処理を実行する。

まず、制御装置１３０は、主軸送り機構１０７における主軸送りモータ１０７ａの作動を制御して主軸１０１全体を補助主軸１２０側に変位させて加工工具１０２を被加工物ＷＫの下孔Ｈ内を貫通させた後、加工工具１０２の先端部を補助主軸１２０の工具嵌合部１２０ａ内に嵌合させる。これにより、加工工具１０２は、ワークテーブル１１０上の被加工物ＷＫをＹ軸方向に貫通した状態で両端部が主軸１０１と補助主軸１２０とで支持された状態となる。

次に、制御装置１３０は、主軸１０１、主軸送り機構１０７、テーブル往復変位機構１１１および補助主軸１２０の各作動を制御して被加工物ＷＫに対する楕円孔および内径変化孔の切削加工を行う。具体的には、制御装置１３０は、主軸駆動モータ１０６および補助主軸駆動モータ１２０ｂを互いに同期した状態で回転駆動させて加工工具１０２全体を中心軸Ｏ_２を中心として回転させた状態で主軸送りモータ１０７ａの作動を制御して加工工具１０２を被加工物ＷＫに対してＹ軸方向に変位させる。

この場合、制御装置１３０は、図９および図１０にそれぞれ示すように、加工工具１０２をＹ軸方向に変位させる過程において、工具回動駆動モータ１０５の作動を制御して加工工具１０２を中心軸Ｏ_１を中心として自転させて切削刃１０３の径方向上の位置を変化させる。より具体的には、制御装置１３０は、被加工物ＷＫの下孔Ｈにおける外側の２つの開口部からそれぞれ内部方向に向うに従って切削刃１０３を径方向内側に後退させるように工具回動駆動モータ１０５の作動を制御する。

これにより、被加工物ＷＫの下孔Ｈには、外側の２つの開口部からそれぞれ内部方向に向うに従って内径が小さくなる内径変化孔が成形される。本実施形態においては、制御装置１３０は、加工工具１０２を１８０°回動変位させることで切削刃１０３の径方向外側への突出量を最大量から最小量まで調整することができる。なお、図９および図１０においては、主軸１０１の回転方向を破線矢印で示すとともに切削刃１０３の回転変位する軌跡を二点鎖線で示す。また、図１０においては、加工工具１０２の回動変位を破線矢印で示している。

また、この内径変化孔の成形加工時においては、制御装置１３０は、図１１に示すように、加工工具１０２の中心軸Ｏ_２周りの位置に応じてワークテーブル１１０をＸ軸方向に往復変位させる。より具体的には、制御装置１３０は、加工工具１０２が主軸１０１および補助主軸１２０の回転駆動の中心軸Ｏ_２周りの円軌道Ｃ上を９０°回転するごとに切削刃１０３に対して被加工物ＷＫの下孔Ｈの内表面が接近と離隔を繰り返すようにテーブル変位モータ１１１ａの作動を制御してワークテーブル１１０をＸ軸方向に変位量δで振動させる（図７および図１１において破線矢印参照）。

この場合、押圧体１１２ａは、ワークテーブル１１０上の被加工物ＷＫの往復変位に追従しながら被加工物ＷＫをワークテーブル１１０に押し付ける。これにより、被加工物ＷＫの下孔Ｈには、長径と短径からなる楕円孔が成形される。すなわち、本実施形態においては、被加工物ＷＫの下孔Ｈには、楕円形状であってかつ外側の２つの開口部からそれぞれ内部方向に向うに従って内径が小さくなる貫通孔からなるピン孔が成形される。

次に、制御装置１３０は、被加工物ＷＫの下孔Ｈに楕円孔および内径変化孔をそれぞれ成形した場合には、ワークテーブル１１０上の被加工物ＷＫ内を貫通する加工工具１０２を同被加工物ＷＫ内から抜いて退避させる。具体的には、制御装置１３０は、工具回動駆動モータ１０５の作動を制御して加工工具１０２を中心軸Ｏ_１を中心として自転させて切削刃１０３の径方向上の位置を内側に変位させて被加工物ＷＫから離隔させるとともにテーブル往復変位機構１１１におけるテーブル変位モータ１１１ａの作動を停止させてワークテーブル１１０の往復変位を停止させる。

次いで、制御装置１３０は、主軸送りモータ１０７ａの作動を制御して加工工具１０２を図示左側の端部側に変位させて原点復帰させた後、主軸駆動モータ１０６の作動を停止させる。これにより、加工工具１０２は、ワークテーブル１１０上の被加工物ＷＫの内部から抜けた原点位置で回転駆動が停止する。そして、制御装置１３０は、ワーク押圧機構１１２におけるワーク押圧モータ１１２ｂの作動を制御して押圧体１１２ａを上昇させて被加工物ＷＫのクランプ状態を解除する。これにより、作業者は、ワークテーブル１１０上から下孔Ｈに楕円孔および内径変化孔がそれぞれ成形された被加工物ＷＫを取り出すことができる。

なお、ワークテーブル１１０への被加工物ＷＫの配置工程および取出し工程は、作業者のほかにワークテーブル１１０に対して被加工物ＷＫの配置および取出しをコンピュータ制御によって行う機械装置を用いても行うこともできる。また、本実施形態においては、被加工物ＷＫのワークテーブル１１０上へのクランプ工程と被加工物ＷＫへの楕円孔および内径変化孔の加工工程とを別工程として実行したが、これら工程を一連の工程として実行することもできる。

上記作動説明からも理解できるように、上記実施形態によれば、孔加工機１００は、加工工具１０２が主軸１０１および補助主軸１２０によって両端支持された状態で円軌道Ｃ上を回転駆動しながら自転による回動によって切削刃１０３が被加工物ＷＫに対して接近または離隔して切り込み量が変化するため、被加工物ＷＫを往復変位させる場合に比べて切削刃の位置決め精度を向上させて高精度な加工を行うことができる。この場合、孔加工機１００は、ワークテーブル１１０が往復変位することでも切削刃１０３が被加工物ＷＫに対して接近または離隔して切り込み量が変化する。すなわち、本発明に係る孔加工機１００は、加工工具１０２を回動させることで内径変化孔を成形するとともにワークテーブル１１０を往復変位させることで楕円孔を成形することで２つの成形加工を２つの機構によって行うため、複雑な孔加工も高精度に行うことできる。

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、上記実施形態においては、孔加工機１００は、テーブル往復変位機構１１１によって被加工物ＷＫをＸ軸方向に往復変位させて被加工物ＷＫの下孔Ｈに楕円孔を成形するように構成した。しかし、孔加工機１００は、工具保持機構１０４における工具回動駆動モータ１０５による切削刃１０３の径方向での出没量を加工工具１０２の回転位置に応じて変化させることで被加工物ＷＫの下孔Ｈに楕円孔を成形することもできる構成した。この場合、制御装置１３０は、工具回動駆動モータ１０５の作動を制御することで被加工物ＷＫの下孔Ｈに対して内径変化孔とともに楕円孔を成形することもできるし、内径変化孔および楕円孔のうちの少なくとも一方を成形することもできる。すなわち、孔加工機１００は、テーブル往復変位機構１１１を省略して構成することもできる。この場合、孔加工機１００は、ワークテーブル１１０を孔加工機１００における基台上に固定的に設ければよい。

また、上記実施形態においては、孔加工機１００は、ワークテーブル１１０上の被加工物ＷＫをクランプするワーク押圧機構１１２をワークテーブル１１０とは物理的に分離された独立した状態で設けた。これにより、テーブル往復変位機構１１１は、ワークテーブル１１０を軽量化してＸ軸方向に往復変位するワークテーブル上で被加工物を安定的に支持して高精度な成形加工を行うことができる。しかし、孔加工機１００は、ワーク押圧機構１１２をワークテーブル１１０に支持された状態で設けることもできる。これによれば、孔加工機１００は、孔加工機１００の構成の全体をコンパクトに構成することができる。

また、上記実施形態においては、孔加工機１００は、位置決め体１２１ａを備えたワーク位置決め機構１２１をワークテーブル１１０とは物理的に分離された独立した状態で設けた。これにより、テーブル往復変位機構１１１は、ワークテーブル１１０を軽量化してＸ軸方向に往復変位するワークテーブル上で被加工物ＷＫを安定的に支持して高精度な成形加工を行うことができる。しかし、孔加工機１００は、ワークテーブル１１０上における被加工物ＷＫの位置、向きおよび姿勢を規定するワーク位置決め機構１２１に相当する治具または工具をワークテーブル１１０に支持された状態で設けることもできる。

また、上記実施形態においえては、孔加工機１００は、補助主軸１２０とワーク位置決め機構１２１とをそれぞれ支持してこれらを一体的に変位させてワークテーブル１１０に保持された被加工物ＷＫに対して選択的に対向配置させる選択配置機構１２２を備えて構成した。これにより、孔加工機１００は、ワークテーブル１１０上の被加工物ＷＫに対してワーク位置決め機構１２１および補助主軸１２０のうちの一方の位置決めによって他方の退避を行うことができ、作業効率を向上させることができる。しかし、孔加工機１００は、補助主軸１２０とワーク位置決め機構１２１とをそれぞれ別々に変位させるように構成することもできる。

また、上記実施形態においえては、孔加工機１００は、ピストンを被加工物ＷＫとして楕円孔および内径変化孔を切削加工するように構成した。しかし、孔加工機１００は、ピストン以外の部品を被加工物ＷＫとして楕円孔および内径変化孔のうちの少なくとも一方を切削加工するように構成することができる。

ＷＫ…被加工物、Ｈ…下孔、Ｏ_１…加工工具の自転の中心軸、Ｏ_２…加工工具の円軌道上の回転中心軸、δ…楕円孔加工のためのワークテーブルのＸ軸方向の変位量、Ｃ…加工工具が変位する円軌道、
１００…孔加工機、
１０１…主軸、１０２…加工工具、１０３…切削刃、１０４…工具保持機構、１０４ａ…工具保持筒、１０４ｂ…運動変換部、１０４ｃ…内筒、１０４ｄ…外筒、１０５…工具回動駆動モータ、１０６…主軸駆動モータ、１０７…主軸送り機構、１０７ａ…主軸送りモータ、
１１０…ワークテーブル、１１１…テーブル往復変位機構、１１１ａ…テーブル変位モータ、１１２…ワーク押圧機構、１１２ａ…押圧体、１１２ｂ…ワーク押圧モータ、
１２０…補助主軸、１２０ａ…工具嵌合部、１２０ｂ…補助主軸駆動モータ、１２１…ワーク位置決め機構、１２１ａ…位置決め体、１２１ｂ…位置決め体駆動モータ、１２２…選択配置機構、１２２ａ…選択配置機構駆動モータ、
１３０…制御装置、１３１…操作パネル、１３２…外装カバー、１３３…開閉扉。

Claims (5)

1. 貫通孔状の下孔を有した被加工物を保持するワークテーブルと、
   前記ワークテーブルに保持された前記被加工物における前記下孔に貫通する棒状に形成されて同被加工物を切削加工する切削刃を保持する加工工具の一方の端部を保持して同加工工具を軸線周りに自転させて前記切削刃を同軸線周り上で回動変位させるとともに同加工工具全体を前記自転の中心軸に対して偏心した位置を中心軸とする円軌道上で回転駆動させる主軸と、
   前記加工工具の他方の端部側が摺動自在に嵌合する工具嵌合部を有して同工具嵌合部を前記主軸における前記円軌道と平行な円軌道上で回転駆動させる補助主軸と、
   前記主軸および前記ワークテーブルを同主軸の軸線方向であるＹ軸方向に相対的に変位させて両者の距離を接近または離隔させる主軸変位機構と、
   前記主軸、前記補助主軸および前記主軸変位機構の各作動をそれぞれ制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記加工工具を前記回転駆動させた状態で前記Ｙ軸方向に変位させながら同加工工具を前記回動変位させることで、前記被加工物に対して楕円孔および孔の深さ方向に沿って内径が変化する内径変化孔のうちの少なくとも一方を成形することを特徴とする孔加工機。
2. 貫通孔状の下孔を有した被加工物を保持するワークテーブルと、
   前記ワークテーブルに保持された前記被加工物における前記下孔に貫通する棒状に形成されて同被加工物を切削加工する切削刃を保持する加工工具の一方の端部を保持して同加工工具を軸線周りに自転させて前記切削刃を同軸線周り上で回動変位させるとともに同加工工具全体を前記自転の中心軸に対して偏心した位置を中心軸とする円軌道上で回転駆動させる主軸と、
   前記加工工具の他方の端部側が摺動自在に嵌合する工具嵌合部を有して同工具嵌合部を前記主軸における前記円軌道と平行な円軌道上で回転駆動させる補助主軸と、
   前記主軸および前記ワークテーブルを同主軸の軸線方向であるＹ軸方向に相対的に変位させて両者の距離を接近または離隔させる主軸変位機構と、
   前記ワークテーブルを前記Ｙ軸方向に直交するＸ軸方向に往復変位させるテーブル往復変位機構と、
   前記主軸、前記補助主軸、前記主軸変位機構および前記テーブル往復変位機構の各作動をそれぞれ制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記加工工具を前記回転駆動させた状態で前記Ｙ軸方向に変位させながら同加工工具を前記回動変位させることで前記被加工物に対して孔の深さ方向に沿って内径が変化する内径変化孔を成形するとともに、前記加工工具を前記回転駆動させた状態で前記Ｙ軸方向に変位させながら前記ワークテーブルを前記Ｘ軸方向に往復変位させることで前記被加工物に対して楕円孔を成形することを特徴とする孔加工機。
3. 請求項２に記載した孔加工機において、さらに、
   前記ワークテーブルとは独立した状態で対向配置されて前記被加工物を前記ワークテーブルに押し付けるワーク押圧機構を備え、
   前記ワーク押圧機構は、
   前記被加工物を前記ワークテーブルに押し付ける押圧体が前記テーブル往復変位機構によって前記Ｘ軸方向に往復変位する前記被加工物に追従することを特徴とする孔加工機。
4. 請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載した孔加工機において、さらに、
   前記ワークテーブルに保持された前記被加工物における前記下孔に貫通する棒状の位置決め体を同下孔に対して接近して貫通または離隔するように保持したワーク位置決め機構と、
   前記補助主軸と前記ワーク位置決め機構とを一体的に変位させて前記ワークテーブルに保持された前記被加工物に対して選択的に対向配置させる選択配置機構とを備えることを特徴とする孔加工機。
5. 貫通孔状の下孔を有した被加工物を保持するワークテーブルと、
   前記ワークテーブルに保持された前記被加工物における前記下孔に貫通する棒状に形成されて同被加工物を切削加工する切削刃を保持する加工工具の一方の端部を保持して同加工工具を軸線周りに自転させて前記切削刃を同軸線周り上で回動変位させるとともに同加工工具全体を前記自転の中心軸に対して偏心した位置を中心軸とする円軌道上で回転駆動させる主軸と、
   前記加工工具の他方の端部側が摺動自在に嵌合する工具嵌合部を有して同工具嵌合部を前記主軸における前記円軌道と平行な円軌道上で回転駆動させる補助主軸と、
   前記主軸および前記ワークテーブルを同主軸の軸線方向であるＹ軸方向に相対的に変位させて両者の距離を接近または離隔させる主軸変位機構と、
   前記ワークテーブルを前記Ｙ軸方向に直交するＸ軸方向に往復変位させるテーブル往復変位機構と、
   前記主軸、前記補助主軸、前記主軸変位機構および前記テーブル往復変位機構の各作動をそれぞれ制御する制御装置とを備えた孔加工機を用いて前記被加工物に対して楕円孔および孔の深さ方向に沿って内径が変化する内径変化孔を成形させる加工方法であって、
   前記制御装置に、
   前記加工工具を前記回転駆動させた状態で前記Ｙ軸方向に変位させながら同加工工具を前記回動変位させることで前記被加工物に前記内径変化孔を成形させるとともに、前記加工工具を前記回転駆動させた状態で前記Ｙ軸方向に変位させながら前記ワークテーブルを前記Ｘ軸方向に往復変位させることで前記被加工物に対して楕円孔を成形させることを特徴とする孔加工機を用いた楕円孔および内径変化孔の加工方法。

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