JP3614636B2 - クランクシャフトのクランプ装置およびクランクシャフトの研削方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械の主軸ヘッドにクランクシャフトを支持するためのクランクシャフトのクランプ装置と、そのクランプ装置を用いたクランクシャフトの研削方法とに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンのクランクシャフトのような軸物ワークを工作機械の主軸ヘッドにクランプする場合、従来はワークの軸方向両端面に形成したテーパー状のセンター孔に一対のテーパー状のワークセンターをそれぞれ嵌合させ、センター孔にワークセンターを圧接して支持していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上記従来のものは、刃具や砥石からワークに作用する荷重を支持すべくセンター孔にワークセンターを強く圧接すると、ワークに作用する圧縮方向の軸力によって該ワークに撓みが発生して加工精度が低下する問題がある。これを避けるためにワークセンターの押圧力を低下させると、ワークの保持力が減少するために加工取り代を充分に確保することができず、加工効率が減少する問題がある。またワークの保持力を高めるべく該ワークの端部外周をチャックでクランプすると、チャックが邪魔になってワークの端部を加工することができないため、ワークの他の部分をクランプして端部を再度加工する必要があり、そのために加工効率が大幅に減少してしまう。
【０００４】
本発明は、前述の事情に鑑みてなされたもので、クランクシャフトに撓みを発生させることなく充分な保持力でクランプできるようにし、更にクランクシャフトの端面を含む各部分を容易に研削できるようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明は、軸方向一端面にテーパー状の第１センター孔および該第１センター孔の先端に同軸に連設した雌ねじを備えるとともに、軸方向他端面にテーパー状の第２センター孔を備えたクランクシャフトをクランプするクランクシャフトのクランプ装置であって、第１センター孔に嵌合可能な、第１主軸に設けたテーパー状の第１ワークセンターと、第１ワークセンターの中心を摺動自在に貫通して前記雌ねじに螺合可能な雄ねじと、雄ねじをクランクシャフトから離反する方向に移動させて第１ワークセンターを第１センター孔に圧接する第１駆動源と、第１ワークセンターおよび前記雄ねじを回転駆動する第２駆動源と、第２主軸に設けた第２ワークセンターおよびワークを相互に接近する方向に相対移動させて該第２ワークセンターを第２センター孔に圧接する第３駆動源と、第２ワークセンターの外周に軸方向摺動自在に嵌合してクランクシャフトの軸方向他端面に係合可能なドライブケレーと、ドライブケレーを軸方向に駆動する第４駆動源と、第２ワークセンターおよびドライブケレーを回転駆動する第５駆動源とを備え、前記雄ねじをクランクシャフトから離反する方向に移動させて第１ワークセンターを第１センター孔に圧接させることにより、クランクシャフトの第１端面を第１主軸にクランプし、第１および第２主軸を、第２ワークセンターおよびクランクシャフトが相互に接近する方向に相対移動させて、クランクシャフトの撓みが最小限に抑えられる圧縮方向の軸力で該第２ワークセンターを第２センター孔に圧接させることを特徴とするクランクシャフトのクランプ装置が提案される。
【０００６】
上記構成によれば、クランクシャフトの軸方向一端面に形成した雌ねじに螺合する雄ねじをクランクシャフトから離反する方向に移動させ、前記雄ねじが摺動自在に貫通する、第１主軸に設けた第１ワークセンターを前記雌ねじに連設した第１テーパー孔に圧接することにより、クランクシャフトに圧縮方向の軸力を作用させずにクランクシャフトの軸方向一端を強固に保持することができる。このようにクランクシャフトの一端側が強固にクランプされるので、クランクシャフトの軸方向他端面に形成した第２テーパー孔に第２主軸に設けた第２ワークセンターを圧接する際の圧縮方向の軸力を特別に強めることなく、クランクシャフトを充分な保持力でクランプすることができる。更にクランクシャフトの軸方向他端面にドライブケレーを係合させるので、クランクシャフトを充分なトルクで回転駆動することができる。その結果、クランクシャフトの撓みを最小限に抑えて加工精度を高めることが可能になるだけでなく、加工取り代を充分に確保して加工効率を高めることが可能となる。
【０００７】
尚、前記第１駆動源は実施例のピストン４５に対応し、前記第２駆動源は実施例のモータ２２に対応し、前記第３駆動源は実施例のモータ１８に対応し、前記第４駆動源は実施例のピストン８３に対応し、前記第５駆動源は実施例のモータ６５に対応する。
【０００８】
また請求項２に記載された発明は、請求項１に記載のクランクシャフトのクランプ装置を用いたクランクシャフトの研削方法であって、第４駆動源でドライブケレーを前進させてクランクシャフトの軸方向他端面に係合させ、第２駆動源および第５駆動源でクランクシャフトを回転駆動しながら該クランクシャフトの外周面を研削するとともに、第４駆動源でドライブケレーを後退させてクランクシャフトの軸方向他端面から離脱させ、第２駆動源でクランクシャフトを回転駆動しながら該クランクシャフトの軸方向他端面を研削することを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、ドライブケレーを後退させてクランクシャフトの軸方向他端面から離脱させることにより、ドライブケレーと干渉することなくクランクシャフトの軸方向他端面に砥石を当接させて該他端面を研削することが可能となる。これにより、クランクシャフトの１回のクランプで、その外周面および端面の研削を済ますことが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１１】
図１〜図９は本発明の一実施例を示すもので、図１はクランクシャフト研削盤の全体斜視図、図２は図１の２方向矢視図、図３は第１主軸台の側断面図、図４ー図３の要部拡大図、図５は第２主軸台の側断面図、図６は図５の要部拡大図、図７は図４に対応する作用説明図、図８は図６に対応する作用説明図、図９は研削加工の各工程を示す図である。
【００１２】
図１に示すように、クランクシャフト研削盤は、主ベッド１と、主ベッド１の上面に沿って左右方向に往復動自在に支持されたトラバーステーブル２と、トラバーステーブル２を往復駆動するトラバーステーブル送り装置３と、トラバーステーブル２の左端側上面に左右方向に往復動自在に支持された第１主軸台４と、トラバーステーブル２の右端側上面に固定された第２主軸台５と、主ベッド１の側部に連設された副ベッド６と、副ベッド６の上面に前記主ベッド１に対して接近・離間するように前後移動自在に支持された砥石ユニット７と、砥石ユニット７を往復駆動する砥石ユニット送り装置８と、砥石ユニット７の前端に設けられた砥石ヘッド９とを備える。
【００１３】
第１主軸台４の第１主軸ヘッド１０および第２主軸台５の第２主軸ヘッド１１にクランクシャフトＷの両端を支持して回転させながら、砥石ユニット送り装置８で砥石ヘッド９を移動させて回転する砥石１２をクランクシャフトＷに当接させ、これと同時にトラバーステーブル送り装置３でトラバーステーブル２を移動させることにより、クランクシャフトＷのジャーナル部、ピン部あるいは端面の研削を行う。
【００１４】
図２に示すように、主ベッド１に支持したモータ１３に接続された雄ねじ部材１４がトラバーステーブル２の下面に固定した雌ねじ部材１５に螺合しており、モータ１３で雄ねじ部材１４を回転させて雌ねじ部材１５を押し引きすることにより、トラバーステーブル２が主ベッド１に対して左右に往復移動する。第２主軸台５はトラバーステーブル２に固定されているが、第１主軸台４はトラバーステーブル２の上面に左右移動自在に支持されており、その下面に固定した雌ねじ部材１６に螺合する雄ねじ部材１７をトラバーステーブル２に支持したモータ１８で回転駆動することにより、第１主軸台４は第２主軸台５に対して接近・離反するように左右に往復移動する。
【００１５】
次に、図３および図４に基づいて第１主軸ヘッド１０の構造を説明する。
【００１６】
図３に示すように、第１主軸ヘッド１０はモータ１８により往復移動するスライドベース２０を備えており、その上面にモータブラケット２１を介してモータ２２が支持される。モータ２２の右側には減速機２３および主軸ハウジング２４が配置され、モータ２２と減速機２３の入力側が継手２５で接続され、主軸ハウジング２４に回転自在に支持された第１主軸２６と減速機２３の出力側が継手２７で接続される。主軸ハウジング２４とモータブラケット２１とに両端を支持したカバー２８により減速機２３が覆われる。
【００１７】
図４を併せて参照すると明らかなように、第１主軸２６は大径円筒状の主軸本体部２９と、主軸本体部２９の左端にボルト３０…で固定されて減速機２３に接続される主軸入力部３１と、主軸本体部２９の右端にボルト３２…で固定される主軸出力部３３とを備えており、主軸ハウジング２４の内周面にボルト３４…で固定された円筒状の軸受けハウジング３５の内周面に、前記主軸本体部２９が回転自在に支持される。主軸本体部２９は、軸受けハウジング３５に設けた油静圧ベアリングよりなる一対のラジアルベアリング３６，３６および一対のスラストベアリング３７，３７によりフローティング状態で支持される。
【００１８】
シリンダ本体３８、フロントカバー３９およびリヤカバー４０をボルト４１…，４２…で組み立てたシリンダユニット４３がボルト４４…で主軸本体部２９の内部に固定されており、そのシリンダ本体３８の内部にピストン４５が摺動自在に嵌合する。ピストン４５はキー４６を介してシリンダユニット４３に係合しており、従って、ピストン４５はシリンダユニット４３と一体に回転しながら軸方向の摺動を許容される。スプリング４７でクランクシャフトＷに接近する方向（右向き）に付勢されたピストン４５は、その右側に形成された室４８にエアーを供給することによりクランクシャフトＷから離反する方向（左向き）に駆動される。
【００１９】
主軸出力部３３にテーパー状の第１ワークセンター４９が固定されており、ピストン４５から右向きに突出して先端に雄ねじ５０が形成されたロッド５１が、前記第１ワークセンター４９の中心を摺動自在に貫通する。クランクシャフトＷの左側の第１端面５２には、第１ワークセンター４９に嵌合可能なテーパー状の第１センター孔５３と、この第１センター孔５３に同軸に連設されて前記雄ねじ５０に螺合可能な雌ねじ５４とが形成される。
【００２０】
次に、図５および図６に基づいて第２主軸ヘッド１１の構造を説明する。
【００２１】
図５に示すように、第２主軸ヘッド１１はトラバーステーブル２の上面に固定した主軸ハウジング６０を備えており、主軸ハウジング６０に回転自在に支持した第２主軸６１が継手６２を介して減速機６３の出力側に接続されるとともに、モータブラケット６４を介して支持したモータ６５が継手６６を介して減速機６３の入力側に接続される。主軸ハウジング６０とモータブラケット６４とに両端を支持したカバー６７により減速機６３が覆われる。
【００２２】
図６を併せて参照すると明らかなように、第２主軸６１は、大径円筒状の主軸本体部６８と、主軸本体部６８の右端にボルト６９…で固定されて減速機６３に接続される主軸入力部７０と、主軸本体部６８の左端にボルト７１…で固定される主軸出力部７２と、主軸出力部７２の左端にボルト７３…で固定されるカバー部７４とを備えており、主軸ハウジング６０の内周面にボルト７５…で固定された円筒状の軸受けハウジング７６の内周面に、前記主軸本体部６８が回転自在に支持される。主軸本体部６８は、軸受けハウジング７６に設けた油静圧ベアリングよりなる一対のラジアルベアリング７７，７７および一対のスラストベアリング７８，７８によりフローティング状態で支持される。
【００２３】
第２主軸６１の内部に同軸に収納されたガイド軸７９の両端が、継手８０，８１を介して主軸本体部６８および主軸出力部７２に固定される。ガイド軸７９および主軸本体部６８間に形成された環状のシリンダ８２にピストン８３が摺動自在に嵌合する。ピストン８３の後面に臨む室９６にエアーを供給すると、スプリング９７の弾発力に抗してピストン８３がクランクシャフトＷに接近する方向（左向き）に駆動される。
【００２４】
主軸出力部７２およびカバー部７４を３本のロッド８４…が摺動自在に貫通しており、ロッド８４…の右端にボルト８５…で固定したプレート８６が前記ピストン８３の左端に当接するとともに、ロッド８４…の左端にボルト８７…で固定したプレート８８にドライブケレー８９がボルト９０…で固定される。
【００２５】
クランクシャフトＷの右側の第２端面９１に形成したテーパー状の第２センター孔９２に嵌合可能なテーパー状の第２ワークセンター９３が、主軸出力部７２の先端に設けられる。また前記クランクシャフトＷの第２端面９１に形成したピン孔９４に嵌合可能なピン９５が、前記ドライブケレー８９の先端面に突設される。
【００２６】
次に、本実施例の作用について説明する。
【００２７】
クランクシャフトＷのクランプは以下の手順で行われる。先ず、モータ１８を駆動して左側の第１主軸ヘッド１０を右側の第２主軸ヘッド１１から離反するように移動させ、第１、第２主軸ヘッド１０，１１の間隔を広げる。続いて、第１主軸ヘッド１０のモータ２２を駆動して第１主軸２６を回転させ、第１主軸２６の先端に突出する雄ねじ５０をクランクシャフトＷの第１端面５２の雌ねじ５４に螺入する（図７参照）。
【００２８】
次に、第１主軸ヘッド１０のシリンダユニット４３の室４８にエアーを供給し、スプリング４７の弾発力に抗してピストン４５を後退させることにより、雄ねじ５０と共にクランクシャフトＷを第１主軸ヘッド１０側に牽引する。その結果、クランクシャフトＷの第１端面５２に開口するテーパー状の第１センター孔５３が第１主軸２６に設けたテーパー状の第１ワークセンター４９に嵌合して圧接され、クランクシャフトＷの第１端面５２が第１主軸２６にクランプされる（図４参照）。
【００２９】
次に、モータ１８を駆動して第１主軸ヘッド１０をクランクシャフトＷと共に第２主軸ヘッド１１に向けて右側に移動させる。その結果、クランクシャフトＷの第２端面９１に開口するテーパー状の第２センター孔９２が第２主軸ヘッド１１に設けた第２ワークセンター９３に嵌合して圧接される（図８参照）。而して、クランクシャフトＷの軸方向両端の第１端面５２および第２端面９１が、それぞれ第１ワークセンター４９および第２ワークセンター９３によりクランプされる。
【００３０】
次に、第２主軸ヘッド１１のシリンダ８２の室９６にエアーを供給し、スプリング９７の弾発力に抗してピストン８３を前進させることにより、プレート８６、ロッド８４…およびプレート８８を介してドライブケレー８９が前進し、そのピン９５がクランクシャフトＷの第２端面９１に形成したピン孔９４に嵌合する（図６参照）。
【００３１】
而して、第１主軸ヘッド１０のモータ２２を駆動して第１主軸２６を回転させると、第１主軸２６と一体の第１ワークセンター４９および雄ねじ５０が回転してクランクシャフトＷの第１端面５２が駆動され、第２主軸ヘッド１１のモータ６５を駆動して第２主軸６１を回転させると、第２主軸６１と一体の第２ワークセンター９３およびドライブケレー８９が回転してクランクシャフトＷの第２端面９１が駆動される。
【００３２】
次に、図９を参照しながらクランクシャフトＷの各研削工程を説明する。
【００３３】
先ず、図９（Ａ），（Ｂ）に示すように、トラバーステーブル２と共に第１、第２主軸ヘッド１０，１１を左右に移動させることにより、回転する砥石１２の外周面で回転するクランクシャフトＷの５個のジャーナル部９８…を順次研削する。続いて、回転する砥石１２の外周面でクランクシャフトＷの４個のピン部９９…を順次研削する。このとき、クランクシャフトＷの回転に伴ってピン部９９…は該クランクシャフトＷの軸線周りに偏心回転するため、それに応じて砥石ユニット７を前後に往復移動させることにより、砥石１２をピン部９９…の偏心回転に追従させる。
【００３４】
ところで、面積が狭いクランクシャフトＷの第１端面５２は研削を行う必要はないが、第１端面５２に比べて面積の広い第２端面９１は研削を行う必要がある。第２端面９１の研削を行う際には、図８および図９（Ｄ）に示すように、ドライブケレー８９をクランクシャフトＷから離反する方向に後退させ、そのピン９５を第２端面９１のピン孔９４から離脱させた状態で、砥石１２の側面で第２端面９１を研削する。このとき、ドライブケレー８９の駆動力をクランクシャフトＷに伝達することができなくなるが、クランクシャフトＷは第１主軸ヘッド１０により支障なく駆動される。
【００３５】
以上のように、クランクシャフトＷの第１端面５２に螺合する雄ねじ５０を牽引して第１センター孔５３を第１ワークセンター４９に圧接するので、クランクシャフトＷに圧縮方向の軸力を作用させることなく、該クランクシャフトＷを強固にクランプすることができる。その結果、クランクシャフトＷの第２端面９１に形成した第２センター孔９２に第２ワークセンター９３を圧接する際の圧縮方向の軸力を特別に強めずとも、クランクシャフトＷを充分な保持力でクランプすることができる。これにより、圧縮方向の軸力によるクランクシャフトＷの撓みが最小限に抑えて加工精度を高めることが可能になり、しかも保持力が増加した分だけ加工取り代を増加させて加工効率を高めることが可能となる。
【００３６】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３７】
例えば、実施例では面積が小さいクランクシャフトＷの第１端面５２の研削を行っていないが、その面積が大きい場合には第１端面５２に砥石１２の側面を当接させて研削を行うことができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載された発明によれば、クランクシャフトの軸方向一端面に形成した雌ねじに螺合する雄ねじをクランクシャフトから離反する方向に移動させ、前記雄ねじが摺動自在に貫通する、第１主軸に設けた第１ワークセンターを前記雌ねじに連設した第１テーパー孔に圧接することにより、クランクシャフトに圧縮方向の軸力を作用させずにクランクシャフトの軸方向一端を強固に保持することができる。このようにクランクシャフトの一端側が強固にクランプされるので、クランクシャフトの軸方向他端面に形成した第２テーパー孔に第２主軸に設けた第２ワークセンターを圧接する際の圧縮方向の軸力を特別に強めることなく、クランクシャフトを充分な保持力でクランプすることができる。更にクランクシャフトの軸方向他端面にドライブケレーを係合させるので、クランクシャフトを充分なトルクで回転駆動することができる。その結果、クランクシャフトの撓みを最小限に抑えて加工精度を高めることが可能になるだけでなく、加工取り代を充分に確保して加工効率を高めることが可能となる。
【００３９】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１に記載された発明の効果に加えて、ドライブケレーを後退させてクランクシャフトの軸方向他端面から離脱させることにより、ドライブケレーと干渉することなくクランクシャフトの軸方向他端面に砥石を当接させて該他端面を研削することが可能となる。これにより、クランクシャフトの１回のクランプで、その外周面および端面の研削を済ますことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】クランクシャフト研削盤の全体斜視図
【図２】図１の２方向矢視図
【図３】第１主軸台の側断面図
【図４】図３の要部拡大図
【図５】第２主軸台の側断面図
【図６】図５の要部拡大図
【図７】図４に対応する作用説明図
【図８】図６に対応する作用説明図
【図９】研削加工の各工程を示す図
【符号の説明】
１８ モータ（第３駆動源）
２２ モータ（第２駆動源）
２６ 第１主軸
４５ ピストン（第１駆動源）
４９ 第１ワークセンター
５０ 雄ねじ
５２ 第１端面（軸方向一端面）
５３ 第１センター孔
５４ 雌ねじ
６１ 第２主軸
６５ モータ（第５駆動源）
８３ ピストン（第４駆動源）
８９ ドライブケレー
９１ 第２端面（軸方向他端面）
９２ 第２センター孔
９３ 第２ワークセンター
Ｗ クランクシャフト

Claims (2)

1. 軸方向一端面（５２）にテーパー状の第１センター孔（５３）および該第１センター孔（５３）の先端に同軸に連設した雌ねじ（５４）を備えるとともに、軸方向他端面（９１）にテーパー状の第２センター孔（９２）を備えたクランクシャフト（Ｗ）をクランプするクランクシャフトのクランプ装置であって、
   第１センター孔（５３）に嵌合可能な、第１主軸（２６）に設けたテーパー状の第１ワークセンター（４９）と、
   第１ワークセンター（４９）の中心を摺動自在に貫通して前記雌ねじ（５４）に螺合可能な雄ねじ（５０）と、
   雄ねじ（５０）をクランクシャフト（Ｗ）から離反する方向に移動させて第１ワークセンター（４９）を第１センター孔（５３）に圧接する第１駆動源（４５）と、
   第１ワークセンター（４９）および前記雄ねじ（５０）を回転駆動する第２駆動源（２２）と、
   第２主軸（６１）に設けた第２ワークセンター（９３）およびワーク（Ｗ）を相互に接近する方向に相対移動させて該第２ワークセンター（９３）を第２センター孔（９２）に圧接する第３駆動源（１８）と、
   第２ワークセンター（９３）の外周に軸方向摺動自在に嵌合してクランクシャフト（Ｗ）の軸方向他端面（９１）に係合可能なドライブケレー（８９）と、
   ドライブケレー（８９）を軸方向に駆動する第４駆動源（８３）と、
   第２ワークセンター（９３）およびドライブケレー（８９）を回転駆動する第５駆動源（６５）と、
   を備え、
   前記雄ねじ（５０）をクランクシャフト（Ｗ）から離反する方向に移動させて第１ワークセンター（４９）を第１センター孔（５３）に圧接させることにより、クランクシャフト（Ｗ）の第１端面（５２）を第１主軸（２６）にクランプし、
   第１および第２主軸（２６，６１）を、第２ワークセンター（９３）およびクランクシャフト（Ｗ）が相互に接近する方向に相対移動させて、クランクシャフト（Ｗ）の撓みが最小限に抑えられる圧縮方向の軸力で該第２ワークセンター（９３）を第２センター孔（９２）に圧接させることを特徴とするクランクシャフトのクランプ装置。
2. 請求項１に記載のクランクシャフトのクランプ装置を用いたクランクシャフトの研削方法であって、
   第４駆動源（８３）でドライブケレー（８９）を前進させてクランクシャフト（Ｗ）の軸方向他端面（９１）に係合させ、第２駆動源（２２）および第５駆動源（６５）でクランクシャフト（Ｗ）を回転駆動しながら該クランクシャフト（Ｗ）の外周面を研削するとともに、第４駆動源（８３）でドライブケレー（８９）を後退させてクランクシャフト（Ｗ）の軸方向他端面（９１）から離脱させ、第２駆動源（２２）でクランクシャフト（Ｗ）を回転駆動しながら該クランクシャフト（Ｗ）の軸方向他端面（９１）を研削することを特徴とするクランクシャフトの研削方法。

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