JP3729800B2 - 加工装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械の主軸に取り付けられ、ワークを加工する加工装置に関し、圧力流体により工具本体に対して移動させることができるリーマ、中ぐりバイト、ドリル等の工具切刃部を備えた加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の吸排気弁は、シリンダヘッドに設けられたバルブシートと、バルブシートに対して同心にシリンダヘッドに設けられた筒状のバルブガイドと、バルブガイドのバルブガイド穴に案内されてバルブシートのシート面に対して気密に当接して気筒内を密閉する弁体とを具備している。弁体はバルブガイド穴内に収容されバルブガイド穴に沿って摺動するステムと、ステムの先端に設けられシート面に当接、離反する扁平円錐状のバルブヘッドとを具備している。バルブヘッドには、シート面に当接して気筒内の気密性を維持する弁フェースが形成されている。気筒内の気密性を維持するためには、弁フェースはシート面に対して正確に当接させなければならない。そのために、シート面の真円度及び半径、並びにバルブガイド穴とシート面との同心度は高精度に仕上げなければならない。
【０００３】
従来、このようなバルブシート及びバルブガイドの加工においては、まず、弁体との密着性が問題となるバルブシートのシート面の荒加工とバルブガイド穴を仕上加工するリーマのパイロット穴を加工するための切削工具を用いて加工し、その後、該切削工具とは別の工具を用いて弁体と弁体から延びるバルブガイド穴を仕上加工していた。したがって、工具を交換する必要があり、このことが加工効率を低下させていた。また、工具交換によりバルブガイド穴とシート面との同心度にずれが生じ易く、気筒の気密性に影響を与えていた。そこで、１つの工具で工具交換を行うことなく連続的にバルブシート及びバルブガイドの加工を可能とさせる複合加工装置が開発された。
【０００４】
複合加工装置の従来技術として、シート面とバルブガイド穴の仕上げ加工を行う複合加工装置が挙げられる（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。この複合加工装置は、シート面を加工するカッタが工具本体に設けられ、バルブガイド穴を加工するリーマが工具本体に対してその軸線方向に往復移動可能に設けられている。リーマの往復動作又は進退動作はスルースピンドル方式で主軸を通して供給されたクーラントの圧力と戻りばねによって行われる。すなわち、バルブガイド穴の加工を行うためにリーマを使用するときは、主軸を通して供給されるクーラントにより戻りばねの弾性付勢力に抗してピストンを前進させ、ピストンに連結されたリーマを工具本体から進出させ、一方、シート面を加工するときは、クーラントの供給を停止して、戻りばねの弾性付勢力によりピストンを後退させ、ピストンに連結されたリーマを工具本体内に後退させるようにする。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第５，７７５，８５３号明細書
【特許文献２】
特開２００２−１２６９２０号公報（第４−５頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような複合加工装置においては、リーマを工具本体から進出させるときには、クーラントのような圧力流体を利用してピストンを移動させるが、ピストンを後退させてリーマを工具本体内に退避させるときには、戻りばねの弾性付勢力を利用している。
【０００７】
したがって、従来の複合加工装置においては、戻りばねは不可欠な要素であるので、ピストンが収容されたシリンダ室にばね収容スペースを確保する必要があり、複合加工装置をより小型化することの妨げとなっていた。また、リーマを工具本体内に退避させるためには、リーマを工具本体から進出させる際にシリンダ室に供給されたクーラントをシリンダ室から排出しなくてはならないが、排出させるための力は戻りばねの弾性付勢力により行っているので、排出に長時間を要するという問題があり、戻りばねの経時的な劣化によりこの問題は特に顕著となっていた。さらに、ばねによるピストンの戻り動作は不安定であり、リーマが工具本体に正常に退避しないことがあるという問題があった。
【０００８】
よって、本発明の目的は、上記従来技術に存する問題を解消して、工具本体内を移動する工具切刃部の進退動作の安定性を高め、工具切刃部の進退動作に要する時間を短縮し、小型化を図ることができる加工装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的に鑑み、工具本体内を移動する工具切刃部の進退動作を、工具本体に供給される圧力流体の経路を圧力流体切換手段で切り換えて圧力応動手段を作動させることにより行うようにしたものである。
【００１２】
本発明によれば、工作機械の主軸に取り付けられ、ワークを加工する加工装置において、前記主軸に着脱可能に装着される工具本体と、前記工具本体の軸線に対して平行方向または垂直方向へ移動可能に設けられた工具切刃部と、前記工具本体に形成され圧力流体が供給されるシリンダ室と、前記工具切刃部が取り付けられ前記シリンダ室を移動するピストンと、前記シリンダ室に供給される圧力流体を前記ピストンの前方空間または後方空間に切り換える圧力流体切換手段とを具備する加工装置が提供される。
【００１３】
工具切刃部が取り付けられたピストンが工具本体に形成されたシリンダ室内を移動可能に設けられ、工具切刃部を工具本体の軸線に対して平行方向または垂直方向へ進出させる際は、圧力流体を圧力流体切換手段でシリンダ室のピストンの後方空間に切り換えることにより、ピストンを介して工具切刃部を工具本体から突出させることができる。また、工具切刃部を工具本体の軸線に対して平行方向または垂直方向へ退避させる際は、圧力流体を圧力流体切換手段でシリンダ室のピストンの前方空間に切り換えることにより、ピストンを介して工具切刃部を工具本体内に引っ込めることができる。
【００１４】
前記圧力流体切換手段は、前記工具本体の軸線に対して平行方向または垂直方向へ移動可能に設けられたスプールを有し、前記スプールが前方へ移動した際に圧力流体が前記シリンダ室の後方空間に供給され前記ピストンが前方へ移動し、前記スプールが後方へ移動した際に圧力流体が前記シリンダ室の前方空間に供給され前記ピストンが後方へ移動するように構成される。
【００１５】
圧力流体の圧力または流量に応じて、スプールを前方または後方に移動させることにより、圧力流体をシリンダ室のピストンの前方空間または後方空間に簡単に切り換えることができる。また、シリンダ室のピストンの前方空間または後方空間に供給される圧力流体の圧力または流量に応じて、工具切刃部の進出・退避動作の速度を制御することができる。ここで、ピストンが前方に移動する方向とは、工具切刃部が工具本体から進出、すなわち工具切刃部を工具本体から突出させる方向を指し、ピストンが後方へ移動する方向とは、工具切刃部を工具本体内に退避、すなわち工具切刃部を工具本体内に引っ込める方向を指している。
【００１６】
前記工具切刃部は、リーマ、中ぐりバイト、ドリルのうちいずれか１つである。
【００１７】
本発明は、バルブシート及びバルブガイドを加工するバルブ加工装置におけるバルブガイド穴加工用のリーマの進退動作、工具本体に荒加工用チップが固定され工具本体に対して仕上加工用チップが移動可能に設けられた中ぐり加工装置における仕上加工用チップの進退動作、工具本体に対して移動可能に設けられたドリルを有したドリル加工装置におけるドリルの進退動作に適用できる。
【００１８】
前記工具切刃部は中ぐりバイトであり、前記シリンダ室に供給する圧力流体の圧力を増圧して、前記ピストンが当接する前記工具本体の一部分を弾性変形させ、前記中ぐりバイトの刃先位置を微小量移動可能に構成することができる。
【００１９】
工具本体に荒加工用チップが固定され工具本体に対して仕上加工用チップが移動可能に設けられた中ぐり加工装置の場合、仕上加工用チップによる加工時に、圧力流体の圧力を増圧して工具本体の一部分を弾性変形させることにより、仕上加工用チップの刃先位置を微小量突出させ微小な切り込み動作を行うことができ、微細な仕上加工が可能となる。
【００２０】
前記圧力流体切換手段は、切換弁を含んで成り、前記切換弁によって、前記シリンダ室における前記ピストンの前方空間又は後方空間に圧力流体を切り換えて供給するように構成される。
【００２１】
切換弁の切換動作に応じて、シリンダ室内におけるピストンの前方空間又は後方空間の何れかに圧力流体を供給できるので、工具本体に対する工具切刃部の進退動作を容易に制御することができる。
【００２２】
圧力流体切換手段は必ずしも加工装置内に設けられている必要はなく、工作機械本体や工作機械内に圧力流体を供給する配管上に設けられていてもよく、工作機械の任意の位置に設けられていればよい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の加工装置の好ましい実施形態を説明する。
【００２４】
図１は、本発明の加工装置の第１実施形態を示す断面図であり、（ａ）は工具切刃部を工具本体から進出させた状態、（ｂ）は工具切刃部を工具本体内に退避させた状態を示したものである。図２は、図１に示されている加工装置の作動流体切換手段の一実施形態を示す拡大断面図である。図３は、本発明の加工装置の第２実施形態を示す断面図である。図４は、本発明の加工装置が取り付けられる主軸を有した工作機械の要部構成図である。図５は、本発明の加工装置の第３実施形態を示す要部断面図であり、工作機械の本体側に作動流体切換手段が設けられている場合を示したものである。
【００２５】
最初に、図４を参照して、本発明の加工装置が取り付けられる工作機械１の要部構成の一例を説明する。工作機械１は、機械の基台となるベッド２と、ベッド２上の後部にＸ軸方向に設けられた案内要素に沿って移動するコラム３と、ベッド２上の前部にＺ軸方向に設けられた案内要素に沿って移動し、ワークＷを載置するテーブル４と、コラム３の前部にＹ軸方向に設けられた案内要素に沿って移動し、先端に工具や本発明の加工装置が取り付けられる主軸５を有した主軸頭６とを主要素として構成されている。
【００２６】
ここでは、工作機械１は、コラム３がＸ軸方向、主軸頭６がＹ軸方向、テーブル４がＺ軸方向へ移動するものとして説明したが、本発明の加工装置が取り付けられる主軸５を有した工作機械１の構成はこれに限定されるものではない。要は、テーブル４と主軸５とが相対的にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向に移動できるようになっていればよい。
【００２７】
主軸５の先端部には、本発明の加工装置としての複合加工装置１１のテーパ部１７と係合するテーパ穴７が形成されている。主軸５の内部には、複合加工装置１１の主供給流路３３と連通する作動流体供給流路８が形成されており、圧力調整装置９、供給ポンプ１０、タンク１２等を含んで成る作動流体供給装置３５から供給された作動流体としてのクーラントはスルースピンドル方式で主軸５の後方からロータリジョイントを介して主軸５の作動流体供給流路８を経て複合加工装置１１の主供給流路３３へ供給される。ここで、特許請求の範囲における圧力流体とは、本明細書における作動流体に相当するものとする。
【００２８】
ここでは、いわゆるスルースピンドル方式を採用している場合を説明したが、本発明の加工装置への作動流体としてのクーラントの供給方式はこの方式に限定されるものではなく、スルーホルダ方式、すなわち主軸５の内部を通過させずに主供給流路３３に主軸５の外部の主軸頭７を通って延びる供給流路から直接的に作動流体としてのクーラントを供給する構成を採用することも可能であることは言うまでもない。
【００２９】
次に、図１及び図２を参照して、本発明の加工装置の第１の実施形態について説明する。本実施形態における加工装置はバルブガイド穴加工工具１５を備えた複合加工装置１１であり、主としてシリンダヘッドのバルブガイド穴及びシート面を加工する際に使用されるものである。
【００３０】
なお、以下の説明において、加工装置が配置される側を「先」又は「前」、工作機械に取り付けられる側を「後」と呼称するものとする。
【００３１】
図１を参照すると、複合加工装置１１は、主軸５に装着される工具本体１３と、工具本体１３に対して移動可能に設けられているバルブガイド穴加工工具１５とを備えている。本実施形態において、バルブガイド穴加工工具１５は、工具本体１３の回転軸線Ｏに沿った方向に工具本体１３に対して移動可能になっている。
【００３２】
バルブガイド穴加工工具１５は、長寸のステム１５ａと、該ステム１５ａの先端に設けられ、リーマ加工によりバルブガイド穴を仕上げるためのリーマ１５ｂとを含んでいる。
【００３３】
工具本体１３の後端部には、上述したような工作機械１の主軸５の先端のテーパ穴７に嵌合するテーパ部１７が形成されている。一方、工具本体１３の先端部は円錐状に形成されており、その外周面にシート面の当り面加工用の切刃チップ１９（図１においては、１つのみが図示されている）が円錐状部の母線に沿って移動可能に取り付けられている。シート面の当り面加工用の切刃チップ１９は、工具本体１３の先端部に固定されていてもよい。また、工具本体１３の先端部の外周面にはシート面の逃げ面加工用の切刃チップ（図示せず）が取り付けられている。工具本体１３の先端部には工具本体１３の回転軸線Ｏに沿ってブッシュ２１が嵌挿されており、このブッシュ２１にバルブガイド穴加工工具１５のステム１５ａが移動可能に挿入されている。
【００３４】
工具本体１３の内部には、第１のシリンダ室２３が形成されており、工具本体１３の回転軸線Ｏに沿って延びている。第１のシリンダ室２３内には、ピストン２５が工具本体１３の回転軸線Ｏの方向に移動可能に設けられており、第１のシリンダ室２３を後側に位置する第１の空間２３ａと前側に位置する第２の空間２３ｂとに隔てている。また、ピストン２５には、ブッシュ２１に挿入されているバルブガイド穴加工工具１５のステム１５ａが連結されており、バルブガイド穴加工工具１５がピストン２５と連動して工具本体１３の回転軸線Ｏに沿って移動するようになっている。すなわち、第１のシリンダ室２３とピストン２５とは、第１のシリンダ室２３に供給される作動流体によりバルブガイド穴加工工具１５を移動させる圧力応動手段を構成する。
【００３５】
上記第１の空間２３ａと第２の空間２３ｂにはそれぞれ作動流体を供給可能な第１の供給流路２７と第２の供給流路２９が接続、連通しており、これら第１の供給流路２７及び第２の供給流路２９はさらに作動流体切換手段３１を介して工具本体１３の後端部に形成された主供給流路３３に接続されている。すなわち、第１の空間２３ａ及び第２の空間２３ｂは、第１の供給流路２７又は第２の供給流路２９、作動流体切換手段３１、及び主供給流路３３、作動流体供給流路８を介して作動流体供給装置３５と接続されている。作動流体切換手段３１は、作動流体供給装置３５から供給される作動流体を第１の供給流路２７及び第２の供給流路２９を介してそれぞれ第１の空間２３ａ及び第２の空間２３ｂに切り換えて供給し、第１のシリンダ室２３内においてピストン２５を駆動するように機能する。なお、第１の空間２３ａ及び第２の空間２３ｂからはさらに排出流路３７、３９がそれぞれ延びており、ピストン２５の移動によりこれら空間２３ａ、２３ｂが圧縮される際にこれら空間２３ａ、２３ｂ内から作動流体が円滑に排出されるようになっている。
【００３６】
ここで、図２を参照して、作動流体切換手段３１の好ましい実施形態を説明する。本実施形態の作動流体切換手段３１は、複合加工装置１１の工具本体１３内に設けられており、主供給流路３３から第１の供給流路２７及び第２の供給流路２９に分岐する位置に形成された第２のシリンダ室４１と、第２のシリンダ室４１内に移動可能に設けられたスプール４３とを含む。
【００３７】
第２のシリンダ室４１の後端部には主供給流路３３が開口している。さらに、第２のシリンダ室４１には第１の供給流路２７及び第２の供給流路２９も開口している。すなわち、主供給流路３３は、第２のシリンダ室４１を介して第１の供給流路２７及び第２の供給流路２９と接続されている。
【００３８】
第２のシリンダ室４１には、さらに、スプール４３を第２のシリンダ室４１の後端部へ向かって付勢する戻りばね４５や弾性部材のような弾性付勢手段が設けられる。
【００３９】
例えば、図２に示されているように、スプール４３は、第２のシリンダ室４１の前端部側に形成された図２中下向きコ字状の中空円筒形の収容部４７を備え、この収容部４７内に戻りばね４５を配置することができる。このとき、戻りばね４５の一端はスプール４３に当接し、他端は第２のシリンダ室４１の前端面に当接して、スプール４３を主供給流路３３側の第２のシリンダ室４１の後端部側へ向かって弾性付勢する。さらに、取り付け位置を変更可能な調整部材４９を収容部４７に配置すれば、調整部材４９の取り付け位置を変化させることにより、戻りばね４５の弾性付勢力を調整することが可能となる。収容室４７からは排出流路（図示せず）が延びており、スプール４３の移動により収容室４７が圧縮される際に収容室４７に溜まった作動流体を排出するようにしている。なお、ここでは、第２のシリンダ室４１が図１及び図２に示されているように工具本体１３の回転軸線Ｏの方向に延びているものとして説明しているが、第２のシリンダ室４１はその軸線が工具本体１３の回転軸線Ｏと任意の角度を成すように配置されてもよい。例えば、第２のシリンダ室４１はその軸線が工具本体１３の回転軸線Ｏと直角を成すように配置されてもよい。
【００４０】
スプール４３の内部には、Ｌ字状又はＴ字状に延びている内部流路５１がさらに形成されており、第２のシリンダ室４１において主供給流路３３が開口している側のスプール４３の後端面並びにスプール４３の外周面に開口している。詳細には、内部流路５１は、図２（ａ）に示されているように、スプール４３が第２のシリンダ室４１における前端側の第１の位置に移動したときに、スプール４３が第２の供給流路２９を閉鎖し、第２のシリンダ室４１を介して主供給流路３３と第１の供給流路２７とを連通させ、図２（ｂ）に示されているように、スプール４３が第２のシリンダ室４１における後端側の第２の位置に移動したときに、スプール４３が第１の供給流路２７を閉鎖し、第２のシリンダ室４１及び内部流路５１を介して主供給流路３３と第２の供給流路２９とを連通させるように構成されている。
【００４１】
したがって、本実施形態の作動流体切換手段３１は、スプール４３が第１の位置又は第２の位置にあるとき、主供給流路３３から第１の供給流路２７及び第２の供給流路２９の何れか一方に作動流体を切換、供給する。
【００４２】
本実施形態の作動流体切換手段３１は、スプール４３が戻りばね４５により第１の位置へ弾性付勢されているので、制御装置５３により圧力調整装置９及び供給ポンプ１０の動作を制御することによって、作動流体供給装置３５から主供給流路３３を介して第２のシリンダ室４１に供給される作動流体の流量又は圧力を制御し、第２のシリンダ室４１内に供給された作動流体の圧力に基づいてスプール４３に作用する力と戻りばね４５によりスプール４３に作用する弾性付勢力との釣り合いを変化させることにより、スプール４３の位置を変化させ、第１の空間２３ａ又は第２の空間２３ｂに作動流体を供給することができる。なお、作動流体の流量又は圧力とスプール４３の位置との相関関係は、スプール４３の収容部４７における調整部材４９の位置を変化させて戻りばね４５の弾性付勢力を変えること又はばね定数の異なる戻りばね４５を用いることなどにより調整することが可能である。
【００４３】
図１においては、主供給流路３３を介して第２のシリンダ室４１に供給される作動流体の流量又は圧力は制御装置５３により圧力調整装置９や供給ポンプ１０の動作を制御して作動流体供給装置３５の出力を変化させるものとして示されているが、主供給流路３３と作動流体供給装置３５との間の作動流体供給流路８上に設けた圧力調整装置又は流量調整装置（不図示）の動作を制御装置５３により制御することにより第２のシリンダ室４１に供給される作動流体の流量又は圧力を変化させてもよい。
【００４４】
また、本実施形態の作動流体切換手段３１は、制御装置５３により作動流体供給装置３５から主供給流路３３を介して第２のシリンダ室４１に供給される作動流体の流量又は圧力を単に変化させることで、複雑な機構を用いることなく、第１のシリンダ室２３の第１の空間２３ａ及び第２の空間２３ｂへの作動流体の供給を切換、供給することが可能とさせる点で好ましい。しかしながら、作動流体切換手段３１は、スプール４３を弾性付勢するために戻りばね４５等の弾性付勢手段を用いているが、弾性付勢手段の劣化による動作の不安定を回避するために、弾性付勢手段を用いずに、例えば、制御装置５３によりその動作を制御可能な切換弁により構成することも可能であり、また、主供給流路３３から直接的に分岐させられた第１の供給流路２７及び第２の供給流路２９上にそれぞれ設けられ、制御装置５３によりその動作を制御可能な流量調整装置により構成することも可能である。
【００４５】
次に、図１及び図２に示された構成をとるバルブガイド穴加工工具１５を備えた複合加工装置１１の動作を説明する。
【００４６】
最初に、バルブシートのシート面の加工のために、バルブガイド穴加工工具１５を工具本体１３内に後退させる必要がある。このとき、制御装置５３により作動流体供給装置３５を制御して、主供給流路３３を介して第２のシリンダ室４１に供給する作動流体の流量又は圧力を予め定められた水準以下に低下させる。これにより、第２のシリンダ室４１内の作動流体の圧力によりスプール４３に作用する力がスプール４３に作用する戻りばね４５の弾性付勢力以下に低下し、スプール４３に作用する力の釣り合いから、スプール４３は戻りばね４５の作用により図２（ｂ）に示されている第２の位置に移動する。
【００４７】
すると、スプール４３は、第１の供給流路２７を閉鎖させる一方で、スプール４３内に形成された内部流路５１を介して主供給流路３３を第２の供給流路２９と連通させ、作動流体が、作動流体供給装置３５から、主供給流路３３及び第２の供給流路２９を介して第１のシリンダ室２３の第２の空間２３ｂに供給される。これにより、第２の空間２３ｂ内の作動流体の圧力が上昇し、第１のシリンダ室２３においてピストン２５が後方へ移動する。そして、このピストン２５の後方への移動に連動して、図１（ｂ）に示されているようにピストン２５に連結されているステム１５ａを介してバルブガイド穴加工工具１５が工具本体１３内に後退する。なお、ピストン２５の移動により作動流体に満たされた第１の空間２３ａが圧縮されるが、第１の空間２３ａ内の作動流体は第１の空間２３ａから延びている排出流路３７から工具本体１３の外部に排出されるので、ピストン２５の移動及びそれによる第１の空間２３ａの圧縮が妨げられることはない。
【００４８】
こうして、図１（ｂ）に示されているようにバルブガイド穴加工工具１５の少なくとも一部を工具本体１３内に後退させることによりバルブガイド穴加工工具１５を収縮させた状態で、工具本体１３を主軸５により回転させながら工具本体１３の回転軸線Ｏに沿って送りを与え、工具本体１３の先端部の外周に設けられている逃げ面加工用の切刃チップによりバルブシートの逃げ面の加工を行う。その後、工具本体１３を回転させながら当り面加工用の切刃チップ１９を工具本体１３の円錐状部分の母線に沿って移動させることによりバルブシートのシート面である当り面の加工を行う。または工具本体１３の先端部に固定された当り面加工用の切刃チップ１９により、シート面の当り面の加工を行う。ここで、バルブシートの逃げ面及び当り面を同時に加工する、すなわち逃げ面加工用の切刃チップによるバルブシートの逃げ面を加工しながら当り面加工用の切刃チップ１９を工具本体１３の円錐状部分の母線に沿って移動させることによりバルブシートのシート面である当り面の加工を行うこともできる。
【００４９】
次に、バルブガイドのバルブガイド穴の加工を行う。複合加工装置１１全体をワークＷから離れる方向に移動させ、工具本体１３を回転させながらバルブガイド穴加工工具１５を工具本体１３から進出、延伸させる。このとき、制御装置５３により作動流体供給装置３５を制御して、主供給流路３３を介して第２のシリンダ室４１に供給する作動流体の流量又は圧力を予め定められた水準以上に増加させる。これにより、第２のシリンダ室４１内の作動流体の圧力によりスプール４３に作用する力がスプール４３に作用する戻りばね４５の弾性付勢力以上に増加し、スプール４３に作用する力の釣り合いから、スプール４３は戻りばね４５の弾性付勢力に抗して図２（ａ）に示されている第１の位置へ移動する。
【００５０】
すると、スプール４３は、第２の供給流路２９を閉鎖させる一方で、第２のシリンダ室４１を介して主供給流路３３を第１の供給流路２７と連通させ、作動流体が、作動流体供給装置３５から、主供給流路３３及び第１の供給流路２７を介して第１のシリンダ室２３の第１の空間２３ａに供給される。これにより、第１の空間２３ａ内の作動流体の圧力が上昇し、第１のシリンダ室２３においてピストン２５が前方へ移動する。そして、このピストン２５の前方への移動に連動して、図１（ａ）に示されているようにピストン２５に結合されているステム１５ａを介してバルブガイド穴加工工具１５が工具本体１３から進出、延伸する。なお、ピストン２５の移動により作動流体に満たされた第２の空間２３ｂが圧縮されるが、第２の空間２３ｂ内の作動流体は第２の空間２３ｂから延びている排出流路３９から工具本体１３の外部に排出されるので、ピストン２５の移動及びそれによる第２の空間２３ｂの圧縮が妨げられることはない。
【００５１】
こうして、図１（ａ）に示されているようにバルブガイド穴加工工具１５が工具本体１３から延伸した状態で、工具本体１３を介してバルブガイド穴加工工具１５を回転させながら工具本体１３の回転軸線Ｏに沿ってワークＷへ向かって送りを与え、リーマ１５ｂによりバルブガイド穴の仕上げ加工が行われる。
【００５２】
なお、複合加工装置１１の動作は、バルブガイド穴加工工具１５を工具本体１３内に後退させた後に、逃げ面加工用の切刃チップ及び当り面加工用の切刃チップ１９によりバルブシートのシート面を加工し、その後バルブガイド穴加工工具１５を工具本体１３から進出させて、バルブガイドのガイド穴を加工するものとして説明したが、本発明の複合加工装置１１の動作はこれに限定されない。
【００５３】
例えばバルブガイド穴加工工具１５の先端部にパイロット穴を加工するパイロット穴加工用の切刃を設けておき、その切刃でパイロット穴をまず加工する。そしてバルブガイド穴加工工具１５を工具本体１３から進出させ、パイロット穴でバルブガイド穴加工工具１５の先端部を案内しながら逃げ面加工用の切刃チップ及び当り面加工用の切刃チップ１９によりバルブシートのシート面を加工し、その状態のままバルブガイド穴加工工具１５を工具本体１３からさらに進出させて、バルブガイドのガイド穴を加工することもできる。その他にも適宜いろいろな動作が考えられる。
【００５４】
ここでは、スルースピンドル方式で主軸５の内部を介して工具本体１３の内部の主供給流路３３に供給されたクーラントを作動流体として、バルブガイド穴加工工具１５が取り付けられたピストン２５を移動させることにより、工具本体１３からバルブガイド穴加工工具１５が進出・退避可能に構成されていることを説明したが、ピストン２５及びバルブガイド穴加工工具１５の内部にそれぞれ供給流路を形成しておき、それらの供給流路を通じて工具本体１３の内部の主供給流路３３に供給されたクーラントをそれらの供給流路を通じてバルブガイド穴加工工具１５の先端部からワークＷの加工部に向けて噴出させるよう構成することも可能である。
【００５５】
以上、工具本体１３の回転軸線Ｏに沿って移動可能なバルブガイド穴加工工具１５を備えた複合加工装置１１を例に本発明を説明したが、本発明はこの例に限定されるものではない。例えば、図１及び図２に示されている実施形態とほぼ同様の構成であるが、工具本体に加工機能部を有していない点で異なる工具本体の回転軸線に沿って進退可能なドリルなどの工具切刃部を備えた加工装置も本発明の範囲となる。このような構成は、工具長が長すぎるために、自動工具交換装置の工具マガジン内に収容することが困難な場合でも工具マガジン内に収容することを可能とさせ、長い工具長であっても自動工具交換を可能とさせる利点を有する。
【００５６】
また、本発明は、工具本体の回転軸線に対して垂直な方向又は斜め方向に移動可能な工具切刃部を備えた加工装置に適用することもできる。
【００５７】
以下で、工具本体に荒加工用工具を備え且つ工具本体の回転軸線に対して垂直な方向に移動可能な仕上加工用工具を備えた中ぐり加工装置を本発明の他の実施形態の一例として説明する。
【００５８】
図３を参照すると、中ぐり加工装置１１１は、主軸５に装着される工具本体１１３と、工具本体１１３に対して移動可能に設けられている仕上加工工具１１５とを備えている。本実施形態においては、仕上加工工具１１５は、工具本体１１３の回転軸線Ｏ′に対して垂直な方向に移動可能になっている。
【００５９】
仕上加工工具１１５は、ロッド１１５ａと、ロッド１１５ａの先端にブロックを介して着脱自在に取り付けられている仕上加工用チップ１１５ｂとを含んでいる。
【００６０】
工具本体１１３の後端部には、工作機械１の主軸５の先端のテーパ穴７に嵌合するテーパ部１１７が形成されている。一方、工具本体１１３の先端部の側面には荒加工用チップ１１９が着脱自在に取り付けられている。工具本体１１３の内部には、第１のシリンダ室１２３が形成されており、工具本体１１３の回転軸線Ｏ′に対して垂直な方向に延びている。第１のシリンダ室１２３内には、ピストン１２５が工具本体１１３の回転軸線Ｏ′に対して垂直な方向に移動可能に設けられており、第１のシリンダ室１２３を工具本体１１３の半径方向に第１の空間１２３ａと第２の空間１２３ｂとに隔てている。また、ピストン１２５には、仕上加工工具１１５のロッド１１５ａが連結されており、仕上加工工具１１５がピストン１２５と連動して工具本体１１３の回転軸線Ｏ′に対して垂直な方向に移動するようになっている。
【００６１】
上記第１の空間１２３ａと第２の空間１２３ｂにはそれぞれ作動流体を供給可能な第１の供給流路１２７と第２の供給流路１２９が接続、連通しており、これら第１の供給流路１２７及び第２の供給流路１２９はさらに工具本体１１３内に設けられた作動流体切換手段１３１を介して工具本体１１３の後端部に形成された主供給流路１３３に接続されている。すなわち、第１の空間１２３ａ及び第２の空間１２３ｂは第１の供給流路１２７及び第２の供給流路１２９、作動流体切換手段１３１、及び主供給流路１３３を介して作動流体供給装置３５と接続、連通している。作動流体切換手段１３１は、作動流体供給装置３５から供給される作動流体を工具本体１１３内に設けられた第２のシリンダ室１４１から第１の供給流路１２７及び第２の供給流路１２９を介してそれぞれ第１の空間１２３ａ及び第２の空間１２３ｂに切り換えて供給し、第１のシリンダ室１２３内においてピストン１２５を駆動するように機能する。なお、第１の空間１２３ａ及び第２の空間１２３ｂからはさらに排出流路１３７、１３９がそれぞれ延びており、ピストン１２５の移動によりこれら空間１２３ａ、１２３ｂが圧縮される際にこれら空間１２３ａ、１２３ｂ内の作動流体を円滑に排出させるようにしている。
【００６２】
次に、図３に示された構成をとる荒加工用チップ１１９及び仕上加工用チップ１１５ｂを備えた中ぐり加工装置１１１の動作を説明する。
【００６３】
まず、制御装置５３により作動流体供給装置３５を制御して、主供給流路１３３に供給された作動流体を作動流体切換手段１３１で第２の供給流路１２９に切り換えて供給することにより、ピストン１２５を図３における左方に移動させて仕上加工用チップ１１５ｂを有した仕上加工工具１１５を工具本体１１３内に退避させる。作動流体切換手段１３１の詳細な動作は、第１実施形態における作動流体切換手段３１と同じなのでその動作の詳細な説明は省略する。
【００６４】
その後、ワークＷに形成された下穴に対して中ぐり加工装置１１１を相対的に配置し、主軸５を回転させながら中ぐり加工装置１１１をワークＷの下穴内に送り、荒加工用チップ１１９により下穴の内周面の荒加工を行う。
【００６５】
ワークＷの荒加工終了後、制御装置５３により作動流体供給装置３５を制御して、主供給流路１３３に供給された作動流体を作動流体切換手段１３１で第１の供給流路１２７に切り換えて供給することにより、ピストン１２５を図３における右方に移動させて仕上加工用チップ１１５ｂを有した仕上加工工具１１５を工具本体１１３から進出させる。
【００６６】
その後、主軸５を回転させながら中ぐり加工装置１１１をワークＷの下穴内に荒加工時と反対方向に送り、仕上加工用チップ１１５ｂにより下穴の内周面の仕上加工を行う。ここで、仕上加工用チップ１１５ｂの刃先位置を荒加工用チップ１１９の刃先位置よりも半径方向外側に進出可能な構成としておくのは言うまでもない。また、上述の中ぐり加工装置１１１は装置自体がその軸線方向に往復移動することにより荒加工から仕上加工までを行えるものであるが、本発明の中ぐり加工装置１１１の動作はこれに限定されず、荒加工及び仕上加工を同方向に送りながら中ぐり加工を行う場合にも適用可能なことは言うまでもない。
【００６７】
また、仕上加工用チップ１１５ｂによる加工時に、作動流体の圧力を増圧して工具本体１１３に取り付けられた蓋部材１４７を弾性変形させることにより、仕上加工用チップ１１５ｂの刃先位置を微小量移動させれば、微小な切り込み動作を行うことができ微小な仕上加工が可能となる。
【００６８】
上記実施形態では、工具本体内に作動流体切換手段を設け、この作動流体切換手段によって第１のシリンダ室の第１の空間と第２の空間とに供給する作動流体の圧力又は流量を制御し、第１のシリンダ室内においてピストンを駆動するようになっている。しかしながら、第１の空間と第２の空間とに対する作動流体の供給を切り換えることができれば、作動流体切換手段は必ずしも工具本体内に設けられている必要はない。また、上記実施形態では、作動流体切換手段が第２のシリンダ室内で移動可能なスプールを備え、このスプールによって第１のシリンダ室の第１の空間と第２の空間とに対する作動流体の供給を切り換えている。しかしながら、第１の空間と第２の空間とに対する作動流体の供給を切り換えることができれば、作動流体切換手段は必ずしもスプールを備えている必要はない。例えば、第１の空間２３ａと第２の空間２３ｂとに対する作動流体の供給を工作機械１側のタンク１２から工作機械１の内部への配管上に設けられた電磁弁などの適宜の切換弁によって切り換えるようにすることが可能である。なお、切換弁の一種にスプールを用いたスプール弁が含まれることはもちろんである。
【００６９】
図５を参照すると、作動流体切換手段３１が工作機械１の本体側に設けられている場合の本発明の加工装置の実施形態が示されている。
【００７０】
図５に示されている工作機械２０１は、図４に示されている工作機械１と同様に、ベッド２０２と、ベッド２０２上でＸ軸方向に移動可能なコラム２０３と、ベッド２０２上でＺ軸方向に移動可能であり、ワーク（図示せず）を載置するテーブル（図示せず）と、コラム２０３の前部にＹ軸方向に移動可能に設けられ、先端に工具や本発明の複合加工装置２１１が取り付けられる主軸２０５を有した主軸頭２０６と、主軸２０５の先端に取り付けられる複合加工装置２１１と、工作機械２０１、すなわち、コラム２０３、主軸２０５、主軸頭２０６を経て複合加工装置２１１に作動流体を供給する作動流体供給装置と、作動流体供給装置の作動を制御する制御装置２０７とを備えている。
【００７１】
図５に示されている作動流体供給装置は、図４に示されている工作機械１と同様に、作動流体を貯留するためのタンク２１２と、タンク２１２から作動流体を汲み出し工作機械２０１にする供給ポンプ２１０とを備えているが、図４に示されている工作機械１の場合と異なり、供給ポンプ２１０の出口側に接続されている電磁弁などの切換弁２５１と、切換弁２５１から工作機械２０１を経て複合加工装置２１１へ延びる第１の作動流体供給流路２５３及び第２の作動流体供給流路２５５と、第１の作動流体供給流路２５３及び第２の作動流体供給流路２５５上にそれぞれ設けられているセンサ２５７、２５９とをさらに備えている。センサ２５７、２５９としては、圧力センサや流量センサなどが使用され得る。
【００７２】
第１の作動流体供給流路２５３は、切換弁２５１からコラム２０３、主軸頭２０６を通って主軸２０５の軸心に沿って主軸２０５の前端面まで延びており、いわゆるスルースピンドル方式で複合加工装置２１１に作動流体を供給する。一方、第２の作動流体供給流路２５５は、第１の作動流体供給流路２５３から離間して、切換弁２５１からコラム２０３、主軸頭２０６を通って主軸２０５の前端面まで延びており、いわゆるスルーホルダ方式、すなわち主軸頭２０６の前端面に固定されており且つ工具本体２１３が回転可能となるように工具本体２１３の周面を包囲しているホルダを介して工具本体２１３に作動流体を供給する方式で複合加工装置１１に作動流体を供給する。しかしながら、第２の作動流体供給流路２５５は、必ずしも主軸頭２０６を通って延びている必要はなく、主軸２０５を通って延びるようになっており、スルーフランジ方式、すなわち工具本体２１３のフランジ面を主軸２０５の前端面に密着して配置させることにより主軸２０５内の第２の作動流体供給流路２５５と工具本体２１３内の流体通路とを接続させ工具本体２１３に作動流体を供給する方式を採用することも可能である。
【００７３】
図５に示されている複合加工装置２１１の工具本体２１３の内部には第１のシリンダ室２２３が形成されており、工具本体２１３の回転軸線に沿って延びている。第１のシリンダ室２２３内には、ピストン２２５が工具本体２１３の回転軸線と平行方向に移動可能に設けられており、第１のシリンダ室２２３を後側に位置する第１の空間２２３ａと前側に位置する第２の空間２２３ｂとに隔てている。そして、ピストン２２５には、穴加工工具２１５が連結されており、穴加工工具２１５がピストン２２５と連動して工具本体２１３の回転軸線と平行な方向に移動するようになっている。
【００７４】
このように、図５に示されている複合加工装置２１１は、図１に示されている複合加工装置１１とほぼ同様の構成であるが、作動流体切換手段が工具本体２１３内に設けられておらず、作動流体切換手段を構成する切換弁２５１が複合加工装置１１の外部に設けられており、切換弁２５１から主軸２０５を通って延びている第１の作動流体供給流路２５３、切換弁２５１から主軸頭２０６を通って延びる第２の作動流体供給流路２５５が、それぞれ、工具本体２１３内に形成された第１の連通流路２５７、第２の連通流路２５９を介して、第１の空間２２３ａ、第２の空間２２３ｂに接続されている点において異なっている。
その他の構成については、図１に示されている複合加工装置１１と同様であるので、ここでは詳述しない。
【００７５】
次に、図５に示されている複合加工装置２１１が取り付けられる主軸２０５を有した工作機械２０１の動作を説明する。
【００７６】
例えばバルブシートのシート面の加工を行うために、穴加工工具２１５を工具本体２１３内に後退させる必要があるとき、制御装置２０７により切換弁２５１の動作を制御して、供給ポンプ２１０から流入する作動流体を第２の作動流体供給流路２５５に流通させる。すると、作動流体が工具本体２１３の第２の連通流路２５９を経て第１のシリンダ室２２３の第２の空間２２３ｂに供給されるので、第２の空間２２３ｂ内の作動流体の圧力が上昇し、第１のシリンダ室２２３においてピストン２２５が後方へ移動する。そして、このピストン２２５の後方への移動に連動して、ピストン２２５に連結されている穴加工工具２１５が工具本体２１３内に後退する。
【００７７】
一方、例えばバルブガイドのバルブガイド穴の加工を行うために、穴加工工具２１５を工具本体２１３から進出、延伸させる必要があるとき、制御装置２０７により切換弁２５１の動作を制御して、供給ポンプ２１０から流入する作動流体を第１の作動流体供給流路２５３に流通させる。すると、作動流体が工具本体２１３の第１の連通流路２５７を経て第１のシリンダ室２２３の第１の空間２２３ａに供給されるので、第１の空間２２３ａ内の作動流体の圧力が上昇し、第１のシリンダ室２２３においてピストン２２５が前方へ移動する。そして、このピストン２２５の前方への移動に連動して、ピストン２２５に連結されている穴加工工具２１５が工具本体２１３から進出、延伸する。
【００７８】
図１や図３に示されている本発明の加工装置の実施形態では、工具本体に設けられているスプールによって第１のシリンダ室の第１の空間及び第２の空間に対する作動流体の供給が制御されるが、スプールから第１の空間及び第２の空間へ至る流路上にセンサを設けることは、工具本体内のスペースの問題や配線の問題から困難である。したがって、第１の空間及び第２の空間に対して作動流体が実際に供給されていることを確認することができない。一方、本実施形態においては、複合加工装置２１１の第１のシリンダ室２２３の第１の空間２２３ａ、第２の空間２２３ｂ内にそれぞれ作動流体を直接供給する第１の作動流体供給流路２５３、第２の作動流体供給流路２５５上にセンサ２５７、２５９が設けられており、第１の空間２２３ａ及び第２の空間２２３ｂに実際に供給されている作動流体の流量又は圧力を検出することができるので、ピストン２１５の作動に異常があれば、即座に確認することが可能となる。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明した通り本発明によれば、工具本体に供給される作動流体の経路を作動流体切換手段で切り換えて圧力応動手段を作動させることにより、工具切刃部を工具本体の軸線に対して平行方向または垂直方向へ進出・退避動作させるようにしたので、工具切刃部の進退動作を常時安定して行うことができる。
【００８０】
また、工具切刃部の退避動作時に戻りばねを使用する従来技術のように、戻りばねの経時的な劣化に影響されることがなく、工具切刃部の退避動作が素早く行え、加工時間を短縮することができる。さらに、工具本体内に戻りばねを収容する空間を必要としないので、装置の小型化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加工装置の第１実施形態を示す断面図であり、（ａ）は工具切刃部を工具本体から進出させた状態、（ｂ）は工具切刃部を工具本体内に退避させた状態を示したものである。
【図２】図１に示されている加工装置の作動流体切換手段の一実施形態を示す拡大断面図である。
【図３】本発明の加工装置の第２実施形態を示す断面図である。
【図４】本発明の加工装置が取り付けられる主軸を有した工作機械の要部構成図である。
【図５】本発明の加工装置の第３実施形態を示す要部断面図であり、工作機械の本体側に作動流体切換手段が設けられている場合を示したものである。
【符号の説明】
１…工作機械
５…主軸
６…主軸頭
１１…複合加工装置
１３…工具本体
１５…バルブガイド穴加工工具
２３…第１のシリンダ室
２３ａ…第１の空間
２３ｂ…第２の空間
２５…ピストン
２７…第１の供給流路
２９…第２の供給流路
３１…作動流体切換手段
３５…作動流体供給装置
４１…第２のシリンダ室
４３…スプール
４５…戻りばね
５３…制御装置
１１１…複合加工装置
１１３…工具本体
１１５…仕上加工工具
１２３…第１のシリンダ室
１２３ａ…第１の空間
１２３ｂ…第２の空間
１２５…ピストン
１２７…第１の供給流路
１２９…第２の供給流路
１３１…作動流体切換手段
１４１…第２のシリンダ室
１４３…スプール
１４５…戻りばね
２０１…工作機械
２０５…主軸
２０６…主軸頭
２０７…制御装置
２１１…複合加工装置
２１３…工具本体
２１５…穴加工工具
２２３…第１のシリンダ室
２２３ａ…第１の空間
２２３ｂ…第２の空間
２２５…ピストン
２５１…切換弁
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械の主軸に取り付けられ、ワークを加工する加工装置に関し、圧力流体により工具本体に対して移動させることができるリーマ、中ぐりバイト、ドリル等の工具切刃部を備えた加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の吸排気弁は、シリンダヘッドに設けられたバルブシートと、バルブシートに対して同心にシリンダヘッドに設けられた筒状のバルブガイドと、バルブガイドのバルブガイド穴に案内されてバルブシートのシート面に対して気密に当接して気筒内を密閉する弁体とを具備している。弁体はバルブガイド穴内に収容されバルブガイド穴に沿って摺動するステムと、ステムの先端に設けられシート面に当接、離反する扁平円錐状のバルブヘッドとを具備している。バルブヘッドには、シート面に当接して気筒内の気密性を維持する弁フェースが形成されている。気筒内の気密性を維持するためには、弁フェースはシート面に対して正確に当接させなければならない。そのために、シート面の真円度及び半径、並びにバルブガイド穴とシート面との同心度は高精度に仕上げなければならない。
【０００３】
従来、このようなバルブシート及びバルブガイドの加工においては、まず、弁体との密着性が問題となるバルブシートのシート面の荒加工とバルブガイド穴を仕上加工するリーマのパイロット穴を加工するための切削工具を用いて加工し、その後、該切削工具とは別の工具を用いて弁体と弁体から延びるバルブガイド穴を仕上加工していた。したがって、工具を交換する必要があり、このことが加工効率を低下させていた。また、工具交換によりバルブガイド穴とシート面との同心度にずれが生じ易く、気筒の気密性に影響を与えていた。そこで、１つの工具で工具交換を行うことなく連続的にバルブシート及びバルブガイドの加工を可能とさせる複合加工装置が開発された。
【０００４】
複合加工装置の従来技術として、シート面とバルブガイド穴の仕上げ加工を行う複合加工装置が挙げられる（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。この複合加工装置は、シート面を加工するカッタが工具本体に設けられ、バルブガイド穴を加工するリーマが工具本体に対してその軸線方向に往復移動可能に設けられている。リーマの往復動作又は進退動作はスルースピンドル方式で主軸を通して供給されたクーラントの圧力と戻りばねによって行われる。すなわち、バルブガイド穴の加工を行うためにリーマを使用するときは、主軸を通して供給されるクーラントにより戻りばねの弾性付勢力に抗してピストンを前進させ、ピストンに連結されたリーマを工具本体から進出させ、一方、シート面を加工するときは、クーラントの供給を停止して、戻りばねの弾性付勢力によりピストンを後退させ、ピストンに連結されたリーマを工具本体内に後退させるようにする。
【０００５】
【特許文献１】
米国特許第５，７７５，８５３号明細書
【特許文献２】
特開２００２−１２６９２０号公報（第４−５頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような複合加工装置においては、リーマを工具本体から進出させるときには、クーラントのような圧力流体を利用してピストンを移動させるが、ピストンを後退させてリーマを工具本体内に退避させるときには、戻りばねの弾性付勢力を利用している。
【０００７】
したがって、従来の複合加工装置においては、戻りばねは不可欠な要素であるので、ピストンが収容されたシリンダ室にばね収容スペースを確保する必要があり、複合加工装置をより小型化することの妨げとなっていた。また、リーマを工具本体内に退避させるためには、リーマを工具本体から進出させる際にシリンダ室に供給されたクーラントをシリンダ室から排出しなくてはならないが、排出させるための力は戻りばねの弾性付勢力により行っているので、排出に長時間を要するという問題があり、戻りばねの経時的な劣化によりこの問題は特に顕著となっていた。さらに、ばねによるピストンの戻り動作は不安定であり、リーマが工具本体に正常に退避しないことがあるという問題があった。
【０００８】
よって、本発明の目的は、上記従来技術に存する問題を解消して、工具本体内を移動する工具切刃部の進退動作の安定性を高め、工具切刃部の進退動作に要する時間を短縮し、小型化を図ることができる加工装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的に鑑み、工具本体内を移動する工具切刃部の進退動作を、工具本体に供給される圧力流体の経路を圧力流体切換手段で切り換えて圧力応動手段を作動させることにより行うようにしたものである。
【００１２】
本発明によれば、工作機械の主軸に取り付けられ、ワークを加工する加工装置において、前記主軸に着脱可能に装着される工具本体と、前記工具本体の軸線に対して平行方向または垂直方向へ移動可能に設けられた工具切刃部と、前記工具本体に形成され圧力流体が供給されるシリンダ室と、前記工具切刃部が取り付けられ前記シリンダ室を移動するピストンと、前記シリンダ室に供給される圧力流体を前記ピストンの前方空間または後方空間に切り換える圧力流体切換手段とを具備する加工装置が提供される。
【００１３】
工具切刃部が取り付けられたピストンが工具本体に形成されたシリンダ室内を移動可能に設けられ、工具切刃部を工具本体の軸線に対して平行方向または垂直方向へ進出させる際は、圧力流体を圧力流体切換手段でシリンダ室のピストンの後方空間に切り換えることにより、ピストンを介して工具切刃部を工具本体から突出させることができる。また、工具切刃部を工具本体の軸線に対して平行方向または垂直方向へ退避させる際は、圧力流体を圧力流体切換手段でシリンダ室のピストンの前方空間に切り換えることにより、ピストンを介して工具切刃部を工具本体内に引っ込めることができる。
【００１４】
前記圧力流体切換手段は、前記工具本体の軸線に対して平行方向または垂直方向へ移動可能に設けられたスプールを有し、前記スプールが前方へ移動した際に圧力流体が前記シリンダ室の後方空間に供給され前記ピストンが前方へ移動し、前記スプールが後方へ移動した際に圧力流体が前記シリンダ室の前方空間に供給され前記ピストンが後方へ移動するように構成される。
【００１５】
圧力流体の圧力または流量に応じて、スプールを前方または後方に移動させることにより、圧力流体をシリンダ室のピストンの前方空間または後方空間に簡単に切り換えることができる。また、シリンダ室のピストンの前方空間または後方空間に供給される圧力流体の圧力または流量に応じて、工具切刃部の進出・退避動作の速度を制御することができる。ここで、ピストンが前方に移動する方向とは、工具切刃部が工具本体から進出、すなわち工具切刃部を工具本体から突出させる方向を指し、ピストンが後方へ移動する方向とは、工具切刃部を工具本体内に退避、すなわち工具切刃部を工具本体内に引っ込める方向を指している。
【００１６】
前記工具切刃部は、リーマ、中ぐりバイト、ドリルのうちいずれか１つである。
【００１７】
本発明は、バルブシート及びバルブガイドを加工するバルブ加工装置におけるバルブガイド穴加工用のリーマの進退動作、工具本体に荒加工用チップが固定され工具本体に対して仕上加工用チップが移動可能に設けられた中ぐり加工装置における仕上加工用チップの進退動作、工具本体に対して移動可能に設けられたドリルを有したドリル加工装置におけるドリルの進退動作に適用できる。
【００１８】
前記工具切刃部は中ぐりバイトであり、前記シリンダ室に供給する圧力流体の圧力を増圧して、前記ピストンが当接する前記工具本体の一部分を弾性変形させ、前記中ぐりバイトの刃先位置を微小量移動可能に構成することができる。
【００１９】
工具本体に荒加工用チップが固定され工具本体に対して仕上加工用チップが移動可能に設けられた中ぐり加工装置の場合、仕上加工用チップによる加工時に、圧力流体の圧力を増圧して工具本体の一部分を弾性変形させることにより、仕上加工用チップの刃先位置を微小量突出させ微小な切り込み動作を行うことができ、微細な仕上加工が可能となる。
【００２０】
前記圧力流体切換手段は、切換弁を含んで成り、前記切換弁によって、前記シリンダ室における前記ピストンの前方空間又は後方空間に圧力流体を切り換えて供給するように構成される。
【００２１】
切換弁の切換動作に応じて、シリンダ室内におけるピストンの前方空間又は後方空間の何れかに圧力流体を供給できるので、工具本体に対する工具切刃部の進退動作を容易に制御することができる。
【００２２】
圧力流体切換手段は必ずしも加工装置内に設けられている必要はなく、工作機械本体や工作機械内に圧力流体を供給する配管上に設けられていてもよく、工作機械の任意の位置に設けられていればよい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の加工装置の好ましい実施形態を説明する。
【００２４】
図１は、本発明の加工装置の第１実施形態を示す断面図であり、（ａ）は工具切刃部を工具本体から進出させた状態、（ｂ）は工具切刃部を工具本体内に退避させた状態を示したものである。図２は、図１に示されている加工装置の作動流体切換手段の一実施形態を示す拡大断面図である。図３は、本発明の加工装置の第２実施形態を示す断面図である。図４は、本発明の加工装置が取り付けられる主軸を有した工作機械の要部構成図である。図５は、本発明の加工装置の第３実施形態を示す要部断面図であり、工作機械の本体側に作動流体切換手段が設けられている場合を示したものである。
【００２５】
最初に、図４を参照して、本発明の加工装置が取り付けられる工作機械１の要部構成の一例を説明する。工作機械１は、機械の基台となるベッド２と、ベッド２上の後部にＸ軸方向に設けられた案内要素に沿って移動するコラム３と、ベッド２上の前部にＺ軸方向に設けられた案内要素に沿って移動し、ワークＷを載置するテーブル４と、コラム３の前部にＹ軸方向に設けられた案内要素に沿って移動し、先端に工具や本発明の加工装置が取り付けられる主軸５を有した主軸頭６とを主要素として構成されている。
【００２６】
ここでは、工作機械１は、コラム３がＸ軸方向、主軸頭６がＹ軸方向、テーブル４がＺ軸方向へ移動するものとして説明したが、本発明の加工装置が取り付けられる主軸５を有した工作機械１の構成はこれに限定されるものではない。要は、テーブル４と主軸５とが相対的にＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向に移動できるようになっていればよい。
【００２７】
主軸５の先端部には、本発明の加工装置としての複合加工装置１１のテーパ部１７と係合するテーパ穴７が形成されている。主軸５の内部には、複合加工装置１１の主供給流路３３と連通する作動流体供給流路８が形成されており、圧力調整装置９、供給ポンプ１０、タンク１２等を含んで成る作動流体供給装置３５から供給された作動流体としてのクーラントはスルースピンドル方式で主軸５の後方からロータリジョイントを介して主軸５の作動流体供給流路８を経て複合加工装置１１の主供給流路３３へ供給される。ここで、特許請求の範囲における圧力流体とは、本明細書における作動流体に相当するものとする。
【００２８】
ここでは、いわゆるスルースピンドル方式を採用している場合を説明したが、本発明の加工装置への作動流体としてのクーラントの供給方式はこの方式に限定されるものではなく、スルーホルダ方式、すなわち主軸５の内部を通過させずに主供給流路３３に主軸５の外部の主軸頭７を通って延びる供給流路から直接的に作動流体としてのクーラントを供給する構成を採用することも可能であることは言うまでもない。
【００２９】
次に、図１及び図２を参照して、本発明の加工装置の第１の実施形態について説明する。本実施形態における加工装置はバルブガイド穴加工工具１５を備えた複合加工装置１１であり、主としてシリンダヘッドのバルブガイド穴及びシート面を加工する際に使用されるものである。
【００３０】
なお、以下の説明において、加工装置が配置される側を「先」又は「前」、工作機械に取り付けられる側を「後」と呼称するものとする。
【００３１】
図１を参照すると、複合加工装置１１は、主軸５に装着される工具本体１３と、工具本体１３に対して移動可能に設けられているバルブガイド穴加工工具１５とを備えている。本実施形態において、バルブガイド穴加工工具１５は、工具本体１３の回転軸線Ｏに沿った方向に工具本体１３に対して移動可能になっている。
【００３２】
バルブガイド穴加工工具１５は、長寸のステム１５ａと、該ステム１５ａの先端に設けられ、リーマ加工によりバルブガイド穴を仕上げるためのリーマ１５ｂとを含んでいる。
【００３３】
工具本体１３の後端部には、上述したような工作機械１の主軸５の先端のテーパ穴７に嵌合するテーパ部１７が形成されている。一方、工具本体１３の先端部は円錐状に形成されており、その外周面にシート面の当り面加工用の切刃チップ１９（図１においては、１つのみが図示されている）が円錐状部の母線に沿って移動可能に取り付けられている。シート面の当り面加工用の切刃チップ１９は、工具本体１３の先端部に固定されていてもよい。また、工具本体１３の先端部の外周面にはシート面の逃げ面加工用の切刃チップ（図示せず）が取り付けられている。工具本体１３の先端部には工具本体１３の回転軸線Ｏに沿ってブッシュ２１が嵌挿されており、このブッシュ２１にバルブガイド穴加工工具１５のステム１５ａが移動可能に挿入されている。
【００３４】
工具本体１３の内部には、第１のシリンダ室２３が形成されており、工具本体１３の回転軸線Ｏに沿って延びている。第１のシリンダ室２３内には、ピストン２５が工具本体１３の回転軸線Ｏの方向に移動可能に設けられており、第１のシリンダ室２３を後側に位置する第１の空間２３ａと前側に位置する第２の空間２３ｂとに隔てている。また、ピストン２５には、ブッシュ２１に挿入されているバルブガイド穴加工工具１５のステム１５ａが連結されており、バルブガイド穴加工工具１５がピストン２５と連動して工具本体１３の回転軸線Ｏに沿って移動するようになっている。すなわち、第１のシリンダ室２３とピストン２５とは、第１のシリンダ室２３に供給される作動流体によりバルブガイド穴加工工具１５を移動させる圧力応動手段を構成する。
【００３５】
上記第１の空間２３ａと第２の空間２３ｂにはそれぞれ作動流体を供給可能な第１の供給流路２７と第２の供給流路２９が接続、連通しており、これら第１の供給流路２７及び第２の供給流路２９はさらに作動流体切換手段３１を介して工具本体１３の後端部に形成された主供給流路３３に接続されている。すなわち、第１の空間２３ａ及び第２の空間２３ｂは、第１の供給流路２７又は第２の供給流路２９、作動流体切換手段３１、及び主供給流路３３、作動流体供給流路８を介して作動流体供給装置３５と接続されている。作動流体切換手段３１は、作動流体供給装置３５から供給される作動流体を第１の供給流路２７及び第２の供給流路２９を介してそれぞれ第１の空間２３ａ及び第２の空間２３ｂに切り換えて供給し、第１のシリンダ室２３内においてピストン２５を駆動するように機能する。なお、第１の空間２３ａ及び第２の空間２３ｂからはさらに排出流路３７、３９がそれぞれ延びており、ピストン２５の移動によりこれら空間２３ａ、２３ｂが圧縮される際にこれら空間２３ａ、２３ｂ内から作動流体が円滑に排出されるようになっている。
【００３６】
ここで、図２を参照して、作動流体切換手段３１の好ましい実施形態を説明する。本実施形態の作動流体切換手段３１は、複合加工装置１１の工具本体１３内に設けられており、主供給流路３３から第１の供給流路２７及び第２の供給流路２９に分岐する位置に形成された第２のシリンダ室４１と、第２のシリンダ室４１内に移動可能に設けられたスプール４３とを含む。
【００３７】
第２のシリンダ室４１の後端部には主供給流路３３が開口している。さらに、第２のシリンダ室４１には第１の供給流路２７及び第２の供給流路２９も開口している。すなわち、主供給流路３３は、第２のシリンダ室４１を介して第１の供給流路２７及び第２の供給流路２９と接続されている。
【００３８】
第２のシリンダ室４１には、さらに、スプール４３を第２のシリンダ室４１の後端部へ向かって付勢する戻りばね４５や弾性部材のような弾性付勢手段が設けられる。
【００３９】
例えば、図２に示されているように、スプール４３は、第２のシリンダ室４１の前端部側に形成された図２中下向きコ字状の中空円筒形の収容部４７を備え、この収容部４７内に戻りばね４５を配置することができる。このとき、戻りばね４５の一端はスプール４３に当接し、他端は第２のシリンダ室４１の前端面に当接して、スプール４３を主供給流路３３側の第２のシリンダ室４１の後端部側へ向かって弾性付勢する。さらに、取り付け位置を変更可能な調整部材４９を収容部４７に配置すれば、調整部材４９の取り付け位置を変化させることにより、戻りばね４５の弾性付勢力を調整することが可能となる。収容室４７からは排出流路（図示せず）が延びており、スプール４３の移動により収容室４７が圧縮される際に収容室４７に溜まった作動流体を排出するようにしている。なお、ここでは、第２のシリンダ室４１が図１及び図２に示されているように工具本体１３の回転軸線Ｏの方向に延びているものとして説明しているが、第２のシリンダ室４１はその軸線が工具本体１３の回転軸線Ｏと任意の角度を成すように配置されてもよい。例えば、第２のシリンダ室４１はその軸線が工具本体１３の回転軸線Ｏと直角を成すように配置されてもよい。
【００４０】
スプール４３の内部には、Ｌ字状又はＴ字状に延びている内部流路５１がさらに形成されており、第２のシリンダ室４１において主供給流路３３が開口している側のスプール４３の後端面並びにスプール４３の外周面に開口している。詳細には、内部流路５１は、図２（ａ）に示されているように、スプール４３が第２のシリンダ室４１における前端側の第１の位置に移動したときに、スプール４３が第２の供給流路２９を閉鎖し、第２のシリンダ室４１を介して主供給流路３３と第１の供給流路２７とを連通させ、図２（ｂ）に示されているように、スプール４３が第２のシリンダ室４１における後端側の第２の位置に移動したときに、スプール４３が第１の供給流路２７を閉鎖し、第２のシリンダ室４１及び内部流路５１を介して主供給流路３３と第２の供給流路２９とを連通させるように構成されている。
【００４１】
したがって、本実施形態の作動流体切換手段３１は、スプール４３が第１の位置又は第２の位置にあるとき、主供給流路３３から第１の供給流路２７及び第２の供給流路２９の何れか一方に作動流体を切換、供給する。
【００４２】
本実施形態の作動流体切換手段３１は、スプール４３が戻りばね４５により第１の位置へ弾性付勢されているので、制御装置５３により圧力調整装置９及び供給ポンプ１０の動作を制御することによって、作動流体供給装置３５から主供給流路３３を介して第２のシリンダ室４１に供給される作動流体の流量又は圧力を制御し、第２のシリンダ室４１内に供給された作動流体の圧力に基づいてスプール４３に作用する力と戻りばね４５によりスプール４３に作用する弾性付勢力との釣り合いを変化させることにより、スプール４３の位置を変化させ、第１の空間２３ａ又は第２の空間２３ｂに作動流体を供給することができる。なお、作動流体の流量又は圧力とスプール４３の位置との相関関係は、スプール４３の収容部４７における調整部材４９の位置を変化させて戻りばね４５の弾性付勢力を変えること又はばね定数の異なる戻りばね４５を用いることなどにより調整することが可能である。
【００４３】
図１においては、主供給流路３３を介して第２のシリンダ室４１に供給される作動流体の流量又は圧力は制御装置５３により圧力調整装置９や供給ポンプ１０の動作を制御して作動流体供給装置３５の出力を変化させるものとして示されているが、主供給流路３３と作動流体供給装置３５との間の作動流体供給流路８上に設けた圧力調整装置又は流量調整装置（不図示）の動作を制御装置５３により制御することにより第２のシリンダ室４１に供給される作動流体の流量又は圧力を変化させてもよい。
【００４４】
また、本実施形態の作動流体切換手段３１は、制御装置５３により作動流体供給装置３５から主供給流路３３を介して第２のシリンダ室４１に供給される作動流体の流量又は圧力を単に変化させることで、複雑な機構を用いることなく、第１のシリンダ室２３の第１の空間２３ａ及び第２の空間２３ｂへの作動流体の供給を切換、供給することが可能とさせる点で好ましい。しかしながら、作動流体切換手段３１は、スプール４３を弾性付勢するために戻りばね４５等の弾性付勢手段を用いているが、弾性付勢手段の劣化による動作の不安定を回避するために、弾性付勢手段を用いずに、例えば、制御装置５３によりその動作を制御可能な切換弁により構成することも可能であり、また、主供給流路３３から直接的に分岐させられた第１の供給流路２７及び第２の供給流路２９上にそれぞれ設けられ、制御装置５３によりその動作を制御可能な流量調整装置により構成することも可能である。
【００４５】
次に、図１及び図２に示された構成をとるバルブガイド穴加工工具１５を備えた複合加工装置１１の動作を説明する。
【００４６】
最初に、バルブシートのシート面の加工のために、バルブガイド穴加工工具１５を工具本体１３内に後退させる必要がある。このとき、制御装置５３により作動流体供給装置３５を制御して、主供給流路３３を介して第２のシリンダ室４１に供給する作動流体の流量又は圧力を予め定められた水準以下に低下させる。これにより、第２のシリンダ室４１内の作動流体の圧力によりスプール４３に作用する力がスプール４３に作用する戻りばね４５の弾性付勢力以下に低下し、スプール４３に作用する力の釣り合いから、スプール４３は戻りばね４５の作用により図２（ｂ）に示されている第２の位置に移動する。
【００４７】
すると、スプール４３は、第１の供給流路２７を閉鎖させる一方で、スプール４３内に形成された内部流路５１を介して主供給流路３３を第２の供給流路２９と連通させ、作動流体が、作動流体供給装置３５から、主供給流路３３及び第２の供給流路２９を介して第１のシリンダ室２３の第２の空間２３ｂに供給される。これにより、第２の空間２３ｂ内の作動流体の圧力が上昇し、第１のシリンダ室２３においてピストン２５が後方へ移動する。そして、このピストン２５の後方への移動に連動して、図１（ｂ）に示されているようにピストン２５に連結されているステム１５ａを介してバルブガイド穴加工工具１５が工具本体１３内に後退する。なお、ピストン２５の移動により作動流体に満たされた第１の空間２３ａが圧縮されるが、第１の空間２３ａ内の作動流体は第１の空間２３ａから延びている排出流路３７から工具本体１３の外部に排出されるので、ピストン２５の移動及びそれによる第１の空間２３ａの圧縮が妨げられることはない。
【００４８】
こうして、図１（ｂ）に示されているようにバルブガイド穴加工工具１５の少なくとも一部を工具本体１３内に後退させることによりバルブガイド穴加工工具１５を収縮させた状態で、工具本体１３を主軸５により回転させながら工具本体１３の回転軸線Ｏに沿って送りを与え、工具本体１３の先端部の外周に設けられている逃げ面加工用の切刃チップによりバルブシートの逃げ面の加工を行う。その後、工具本体１３を回転させながら当り面加工用の切刃チップ１９を工具本体１３の円錐状部分の母線に沿って移動させることによりバルブシートのシート面である当り面の加工を行う。または工具本体１３の先端部に固定された当り面加工用の切刃チップ１９により、シート面の当り面の加工を行う。ここで、バルブシートの逃げ面及び当り面を同時に加工する、すなわち逃げ面加工用の切刃チップによるバルブシートの逃げ面を加工しながら当り面加工用の切刃チップ１９を工具本体１３の円錐状部分の母線に沿って移動させることによりバルブシートのシート面である当り面の加工を行うこともできる。
【００４９】
次に、バルブガイドのバルブガイド穴の加工を行う。複合加工装置１１全体をワークＷから離れる方向に移動させ、工具本体１３を回転させながらバルブガイド穴加工工具１５を工具本体１３から進出、延伸させる。このとき、制御装置５３により作動流体供給装置３５を制御して、主供給流路３３を介して第２のシリンダ室４１に供給する作動流体の流量又は圧力を予め定められた水準以上に増加させる。これにより、第２のシリンダ室４１内の作動流体の圧力によりスプール４３に作用する力がスプール４３に作用する戻りばね４５の弾性付勢力以上に増加し、スプール４３に作用する力の釣り合いから、スプール４３は戻りばね４５の弾性付勢力に抗して図２（ａ）に示されている第１の位置へ移動する。
【００５０】
すると、スプール４３は、第２の供給流路２９を閉鎖させる一方で、第２のシリンダ室４１を介して主供給流路３３を第１の供給流路２７と連通させ、作動流体が、作動流体供給装置３５から、主供給流路３３及び第１の供給流路２７を介して第１のシリンダ室２３の第１の空間２３ａに供給される。これにより、第１の空間２３ａ内の作動流体の圧力が上昇し、第１のシリンダ室２３においてピストン２５が前方へ移動する。そして、このピストン２５の前方への移動に連動して、図１（ａ）に示されているようにピストン２５に結合されているステム１５ａを介してバルブガイド穴加工工具１５が工具本体１３から進出、延伸する。なお、ピストン２５の移動により作動流体に満たされた第２の空間２３ｂが圧縮されるが、第２の空間２３ｂ内の作動流体は第２の空間２３ｂから延びている排出流路３９から工具本体１３の外部に排出されるので、ピストン２５の移動及びそれによる第２の空間２３ｂの圧縮が妨げられることはない。
【００５１】
こうして、図１（ａ）に示されているようにバルブガイド穴加工工具１５が工具本体１３から延伸した状態で、工具本体１３を介してバルブガイド穴加工工具１５を回転させながら工具本体１３の回転軸線Ｏに沿ってワークＷへ向かって送りを与え、リーマ１５ｂによりバルブガイド穴の仕上げ加工が行われる。
【００５２】
なお、複合加工装置１１の動作は、バルブガイド穴加工工具１５を工具本体１３内に後退させた後に、逃げ面加工用の切刃チップ及び当り面加工用の切刃チップ１９によりバルブシートのシート面を加工し、その後バルブガイド穴加工工具１５を工具本体１３から進出させて、バルブガイドのガイド穴を加工するものとして説明したが、本発明の複合加工装置１１の動作はこれに限定されない。
【００５３】
例えばバルブガイド穴加工工具１５の先端部にパイロット穴を加工するパイロット穴加工用の切刃を設けておき、その切刃でパイロット穴をまず加工する。そしてバルブガイド穴加工工具１５を工具本体１３から進出させ、パイロット穴でバルブガイド穴加工工具１５の先端部を案内しながら逃げ面加工用の切刃チップ及び当り面加工用の切刃チップ１９によりバルブシートのシート面を加工し、その状態のままバルブガイド穴加工工具１５を工具本体１３からさらに進出させて、バルブガイドのガイド穴を加工することもできる。その他にも適宜いろいろな動作が考えられる。
【００５４】
ここでは、スルースピンドル方式で主軸５の内部を介して工具本体１３の内部の主供給流路３３に供給されたクーラントを作動流体として、バルブガイド穴加工工具１５が取り付けられたピストン２５を移動させることにより、工具本体１３からバルブガイド穴加工工具１５が進出・退避可能に構成されていることを説明したが、ピストン２５及びバルブガイド穴加工工具１５の内部にそれぞれ供給流路を形成しておき、それらの供給流路を通じて工具本体１３の内部の主供給流路３３に供給されたクーラントをそれらの供給流路を通じてバルブガイド穴加工工具１５の先端部からワークＷの加工部に向けて噴出させるよう構成することも可能である。
【００５５】
以上、工具本体１３の回転軸線Ｏに沿って移動可能なバルブガイド穴加工工具１５を備えた複合加工装置１１を例に本発明を説明したが、本発明はこの例に限定されるものではない。例えば、図１及び図２に示されている実施形態とほぼ同様の構成であるが、工具本体に加工機能部を有していない点で異なる工具本体の回転軸線に沿って進退可能なドリルなどの工具切刃部を備えた加工装置も本発明の範囲となる。このような構成は、工具長が長すぎるために、自動工具交換装置の工具マガジン内に収容することが困難な場合でも工具マガジン内に収容することを可能とさせ、長い工具長であっても自動工具交換を可能とさせる利点を有する。
【００５６】
また、本発明は、工具本体の回転軸線に対して垂直な方向又は斜め方向に移動可能な工具切刃部を備えた加工装置に適用することもできる。
【００５７】
以下で、工具本体に荒加工用工具を備え且つ工具本体の回転軸線に対して垂直な方向に移動可能な仕上加工用工具を備えた中ぐり加工装置を本発明の他の実施形態の一例として説明する。
【００５８】
図３を参照すると、中ぐり加工装置１１１は、主軸５に装着される工具本体１１３と、工具本体１１３に対して移動可能に設けられている仕上加工工具１１５とを備えている。本実施形態においては、仕上加工工具１１５は、工具本体１１３の回転軸線Ｏ′に対して垂直な方向に移動可能になっている。
【００５９】
仕上加工工具１１５は、ロッド１１５ａと、ロッド１１５ａの先端にブロックを介して着脱自在に取り付けられている仕上加工用チップ１１５ｂとを含んでいる。
【００６０】
工具本体１１３の後端部には、工作機械１の主軸５の先端のテーパ穴７に嵌合するテーパ部１１７が形成されている。一方、工具本体１１３の先端部の側面には荒加工用チップ１１９が着脱自在に取り付けられている。工具本体１１３の内部には、第１のシリンダ室１２３が形成されており、工具本体１１３の回転軸線Ｏ′に対して垂直な方向に延びている。第１のシリンダ室１２３内には、ピストン１２５が工具本体１１３の回転軸線Ｏ′に対して垂直な方向に移動可能に設けられており、第１のシリンダ室１２３を工具本体１１３の半径方向に第１の空間１２３ａと第２の空間１２３ｂとに隔てている。また、ピストン１２５には、仕上加工工具１１５のロッド１１５ａが連結されており、仕上加工工具１１５がピストン１２５と連動して工具本体１１３の回転軸線Ｏ′に対して垂直な方向に移動するようになっている。
【００６１】
上記第１の空間１２３ａと第２の空間１２３ｂにはそれぞれ作動流体を供給可能な第１の供給流路１２７と第２の供給流路１２９が接続、連通しており、これら第１の供給流路１２７及び第２の供給流路１２９はさらに工具本体１１３内に設けられた作動流体切換手段１３１を介して工具本体１１３の後端部に形成された主供給流路１３３に接続されている。すなわち、第１の空間１２３ａ及び第２の空間１２３ｂは第１の供給流路１２７及び第２の供給流路１２９、作動流体切換手段１３１、及び主供給流路１３３を介して作動流体供給装置３５と接続、連通している。作動流体切換手段１３１は、作動流体供給装置３５から供給される作動流体を工具本体１１３内に設けられた第２のシリンダ室１４１から第１の供給流路１２７及び第２の供給流路１２９を介してそれぞれ第１の空間１２３ａ及び第２の空間１２３ｂに切り換えて供給し、第１のシリンダ室１２３内においてピストン１２５を駆動するように機能する。なお、第１の空間１２３ａ及び第２の空間１２３ｂからはさらに排出流路１３７、１３９がそれぞれ延びており、ピストン１２５の移動によりこれら空間１２３ａ、１２３ｂが圧縮される際にこれら空間１２３ａ、１２３ｂ内の作動流体を円滑に排出させるようにしている。
【００６２】
次に、図３に示された構成をとる荒加工用チップ１１９及び仕上加工用チップ１１５ｂを備えた中ぐり加工装置１１１の動作を説明する。
【００６３】
まず、制御装置５３により作動流体供給装置３５を制御して、主供給流路１３３に供給された作動流体を作動流体切換手段１３１で第２の供給流路１２９に切り換えて供給することにより、ピストン１２５を図３における左方に移動させて仕上加工用チップ１１５ｂを有した仕上加工工具１１５を工具本体１１３内に退避させる。作動流体切換手段１３１の詳細な動作は、第１実施形態における作動流体切換手段３１と同じなのでその動作の詳細な説明は省略する。
【００６４】
その後、ワークＷに形成された下穴に対して中ぐり加工装置１１１を相対的に配置し、主軸５を回転させながら中ぐり加工装置１１１をワークＷの下穴内に送り、荒加工用チップ１１９により下穴の内周面の荒加工を行う。
【００６５】
ワークＷの荒加工終了後、制御装置５３により作動流体供給装置３５を制御して、主供給流路１３３に供給された作動流体を作動流体切換手段１３１で第１の供給流路１２７に切り換えて供給することにより、ピストン１２５を図３における右方に移動させて仕上加工用チップ１１５ｂを有した仕上加工工具１１５を工具本体１１３から進出させる。
【００６６】
その後、主軸５を回転させながら中ぐり加工装置１１１をワークＷの下穴内に荒加工時と反対方向に送り、仕上加工用チップ１１５ｂにより下穴の内周面の仕上加工を行う。ここで、仕上加工用チップ１１５ｂの刃先位置を荒加工用チップ１１９の刃先位置よりも半径方向外側に進出可能な構成としておくのは言うまでもない。また、上述の中ぐり加工装置１１１は装置自体がその軸線方向に往復移動することにより荒加工から仕上加工までを行えるものであるが、本発明の中ぐり加工装置１１１の動作はこれに限定されず、荒加工及び仕上加工を同方向に送りながら中ぐり加工を行う場合にも適用可能なことは言うまでもない。
【００６７】
また、仕上加工用チップ１１５ｂによる加工時に、作動流体の圧力を増圧して工具本体１１３に取り付けられた蓋部材１４７を弾性変形させることにより、仕上加工用チップ１１５ｂの刃先位置を微小量移動させれば、微小な切り込み動作を行うことができ微小な仕上加工が可能となる。
【００６８】
上記実施形態では、工具本体内に作動流体切換手段を設け、この作動流体切換手段によって第１のシリンダ室の第１の空間と第２の空間とに供給する作動流体の圧力又は流量を制御し、第１のシリンダ室内においてピストンを駆動するようになっている。しかしながら、第１の空間と第２の空間とに対する作動流体の供給を切り換えることができれば、作動流体切換手段は必ずしも工具本体内に設けられている必要はない。また、上記実施形態では、作動流体切換手段が第２のシリンダ室内で移動可能なスプールを備え、このスプールによって第１のシリンダ室の第１の空間と第２の空間とに対する作動流体の供給を切り換えている。しかしながら、第１の空間と第２の空間とに対する作動流体の供給を切り換えることができれば、作動流体切換手段は必ずしもスプールを備えている必要はない。例えば、第１の空間２３ａと第２の空間２３ｂとに対する作動流体の供給を工作機械１側のタンク１２から工作機械１の内部への配管上に設けられた電磁弁などの適宜の切換弁によって切り換えるようにすることが可能である。なお、切換弁の一種にスプールを用いたスプール弁が含まれることはもちろんである。
【００６９】
図５を参照すると、作動流体切換手段３１が工作機械１の本体側に設けられている場合の本発明の加工装置の実施形態が示されている。
【００７０】
図５に示されている工作機械２０１は、図４に示されている工作機械１と同様に、ベッド２０２と、ベッド２０２上でＸ軸方向に移動可能なコラム２０３と、ベッド２０２上でＺ軸方向に移動可能であり、ワーク（図示せず）を載置するテーブル（図示せず）と、コラム２０３の前部にＹ軸方向に移動可能に設けられ、先端に工具や本発明の複合加工装置２１１が取り付けられる主軸２０５を有した主軸頭２０６と、主軸２０５の先端に取り付けられる複合加工装置２１１と、工作機械２０１、すなわち、コラム２０３、主軸２０５、主軸頭２０６を経て複合加工装置２１１に作動流体を供給する作動流体供給装置と、作動流体供給装置の作動を制御する制御装置２０７とを備えている。
【００７１】
図５に示されている作動流体供給装置は、図４に示されている工作機械１と同様に、作動流体を貯留するためのタンク２１２と、タンク２１２から作動流体を汲み出し工作機械２０１にする供給ポンプ２１０とを備えているが、図４に示されている工作機械１の場合と異なり、供給ポンプ２１０の出口側に接続されている電磁弁などの切換弁２５１と、切換弁２５１から工作機械２０１を経て複合加工装置２１１へ延びる第１の作動流体供給流路２５３及び第２の作動流体供給流路２５５と、第１の作動流体供給流路２５３及び第２の作動流体供給流路２５５上にそれぞれ設けられているセンサ２５７、２５９とをさらに備えている。センサ２５７、２５９としては、圧力センサや流量センサなどが使用され得る。
【００７２】
第１の作動流体供給流路２５３は、切換弁２５１からコラム２０３、主軸頭２０６を通って主軸２０５の軸心に沿って主軸２０５の前端面まで延びており、いわゆるスルースピンドル方式で複合加工装置２１１に作動流体を供給する。一方、第２の作動流体供給流路２５５は、第１の作動流体供給流路２５３から離間して、切換弁２５１からコラム２０３、主軸頭２０６を通って主軸２０５の前端面まで延びており、いわゆるスルーホルダ方式、すなわち主軸頭２０６の前端面に固定されており且つ工具本体２１３が回転可能となるように工具本体２１３の周面を包囲しているホルダを介して工具本体２１３に作動流体を供給する方式で複合加工装置１１に作動流体を供給する。しかしながら、第２の作動流体供給流路２５５は、必ずしも主軸頭２０６を通って延びている必要はなく、主軸２０５を通って延びるようになっており、スルーフランジ方式、すなわち工具本体２１３のフランジ面を主軸２０５の前端面に密着して配置させることにより主軸２０５内の第２の作動流体供給流路２５５と工具本体２１３内の流体通路とを接続させ工具本体２１３に作動流体を供給する方式を採用することも可能である。
【００７３】
図５に示されている複合加工装置２１１の工具本体２１３の内部には第１のシリンダ室２２３が形成されており、工具本体２１３の回転軸線に沿って延びている。第１のシリンダ室２２３内には、ピストン２２５が工具本体２１３の回転軸線と平行方向に移動可能に設けられており、第１のシリンダ室２２３を後側に位置する第１の空間２２３ａと前側に位置する第２の空間２２３ｂとに隔てている。そして、ピストン２２５には、穴加工工具２１５が連結されており、穴加工工具２１５がピストン２２５と連動して工具本体２１３の回転軸線と平行な方向に移動するようになっている。
【００７４】
このように、図５に示されている複合加工装置２１１は、図１に示されている複合加工装置１１とほぼ同様の構成であるが、作動流体切換手段が工具本体２１３内に設けられておらず、作動流体切換手段を構成する切換弁２５１が複合加工装置１１の外部に設けられており、切換弁２５１から主軸２０５を通って延びている第１の作動流体供給流路２５３、切換弁２５１から主軸頭２０６を通って延びる第２の作動流体供給流路２５５が、それぞれ、工具本体２１３内に形成された第１の連通流路２５７、第２の連通流路２５９を介して、第１の空間２２３ａ、第２の空間２２３ｂに接続されている点において異なっている。
その他の構成については、図１に示されている複合加工装置１１と同様であるので、ここでは詳述しない。
【００７５】
次に、図５に示されている複合加工装置２１１が取り付けられる主軸２０５を有した工作機械２０１の動作を説明する。
【００７６】
例えばバルブシートのシート面の加工を行うために、穴加工工具２１５を工具本体２１３内に後退させる必要があるとき、制御装置２０７により切換弁２５１の動作を制御して、供給ポンプ２１０から流入する作動流体を第２の作動流体供給流路２５５に流通させる。すると、作動流体が工具本体２１３の第２の連通流路２５９を経て第１のシリンダ室２２３の第２の空間２２３ｂに供給されるので、第２の空間２２３ｂ内の作動流体の圧力が上昇し、第１のシリンダ室２２３においてピストン２２５が後方へ移動する。そして、このピストン２２５の後方への移動に連動して、ピストン２２５に連結されている穴加工工具２１５が工具本体２１３内に後退する。
【００７７】
一方、例えばバルブガイドのバルブガイド穴の加工を行うために、穴加工工具２１５を工具本体２１３から進出、延伸させる必要があるとき、制御装置２０７により切換弁２５１の動作を制御して、供給ポンプ２１０から流入する作動流体を第１の作動流体供給流路２５３に流通させる。すると、作動流体が工具本体２１３の第１の連通流路２５７を経て第１のシリンダ室２２３の第１の空間２２３ａに供給されるので、第１の空間２２３ａ内の作動流体の圧力が上昇し、第１のシリンダ室２２３においてピストン２２５が前方へ移動する。そして、このピストン２２５の前方への移動に連動して、ピストン２２５に連結されている穴加工工具２１５が工具本体２１３から進出、延伸する。
【００７８】
図１や図３に示されている本発明の加工装置の実施形態では、工具本体に設けられているスプールによって第１のシリンダ室の第１の空間及び第２の空間に対する作動流体の供給が制御されるが、スプールから第１の空間及び第２の空間へ至る流路上にセンサを設けることは、工具本体内のスペースの問題や配線の問題から困難である。したがって、第１の空間及び第２の空間に対して作動流体が実際に供給されていることを確認することができない。一方、本実施形態においては、複合加工装置２１１の第１のシリンダ室２２３の第１の空間２２３ａ、第２の空間２２３ｂ内にそれぞれ作動流体を直接供給する第１の作動流体供給流路２５３、第２の作動流体供給流路２５５上にセンサ２５７、２５９が設けられており、第１の空間２２３ａ及び第２の空間２２３ｂに実際に供給されている作動流体の流量又は圧力を検出することができるので、ピストン２１５の作動に異常があれば、即座に確認することが可能となる。
【００７９】
【発明の効果】
以上説明した通り本発明によれば、工具本体に供給される作動流体の経路を作動流体切換手段で切り換えて圧力応動手段を作動させることにより、工具切刃部を工具本体の軸線に対して平行方向または垂直方向へ進出・退避動作させるようにしたので、工具切刃部の進退動作を常時安定して行うことができる。
【００８０】
また、工具切刃部の退避動作時に戻りばねを使用する従来技術のように、戻りばねの経時的な劣化に影響されることがなく、工具切刃部の退避動作が素早く行え、加工時間を短縮することができる。さらに、工具本体内に戻りばねを収容する空間を必要としないので、装置の小型化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加工装置の第１実施形態を示す断面図であり、（ａ）は工具切刃部を工具本体から進出させた状態、（ｂ）は工具切刃部を工具本体内に退避させた状態を示したものである。
【図２】図１に示されている加工装置の作動流体切換手段の一実施形態を示す拡大断面図である。
【図３】本発明の加工装置の第２実施形態を示す断面図である。
【図４】本発明の加工装置が取り付けられる主軸を有した工作機械の要部構成図である。
【図５】本発明の加工装置の第３実施形態を示す要部断面図であり、工作機械の本体側に作動流体切換手段が設けられている場合を示したものである。
【符号の説明】
１…工作機械
５…主軸
６…主軸頭
１１…複合加工装置
１３…工具本体
１５…バルブガイド穴加工工具
２３…第１のシリンダ室
２３ａ…第１の空間
２３ｂ…第２の空間
２５…ピストン
２７…第１の供給流路
２９…第２の供給流路
３１…作動流体切換手段
３５…作動流体供給装置
４１…第２のシリンダ室
４３…スプール
４５…戻りばね
５３…制御装置
１１１…複合加工装置
１１３…工具本体
１１５…仕上加工工具
１２３…第１のシリンダ室
１２３ａ…第１の空間
１２３ｂ…第２の空間
１２５…ピストン
１２７…第１の供給流路
１２９…第２の供給流路
１３１…作動流体切換手段
１４１…第２のシリンダ室
１４３…スプール
１４５…戻りばね
２０１…工作機械
２０５…主軸
２０６…主軸頭
２０７…制御装置
２１１…複合加工装置
２１３…工具本体
２１５…穴加工工具
２２３…第１のシリンダ室
２２３ａ…第１の空間
２２３ｂ…第２の空間
２２５…ピストン
２５１…切換弁
Claims (5)
- 工作機械の主軸に取り付けられ、ワークを加工する加工装置において、
前記主軸に着脱可能に装着される工具本体と、
前記工具本体の軸線に対して平行方向または垂直方向へ移動可能に設けられた工具切刃部と、
前記工具本体に形成され圧力流体が供給されるシリンダ室と、
前記工具切刃部が取り付けられ前記シリンダ室を移動するピストンと、
前記シリンダ室に供給される圧力流体を前記ピストンの前方空間または後方空間に切り換える圧力流体切換手段と、
を具備することを特徴とした加工装置。 - 前記圧力流体切換手段は、前記工具本体の軸線に対して平行方向または垂直方向へ移動可能に設けられたスプールを有し、前記スプールが前方へ移動した際に圧力流体が前記シリンダ室の後方空間に供給され前記ピストンが前方へ移動し、前記スプールが後方へ移動した際に圧力流体が前記シリンダ室の前方空間に供給され前記ピストンが後方へ移動する請求項１に記載の加工装置。
- 前記工具切刃部は、リーマ、中ぐりバイト、ドリルのうちいずれか１つである請求項１又は請求項２に記載の加工装置。
- 前記工具切刃部は中ぐりバイトであり、前記シリンダ室に供給する圧力流体の圧力を増圧して、前記ピストンが当接する前記工具本体の一部分を弾性変形させ、前記中ぐりバイトの刃先位置を微小量移動可能に構成した請求項３に記載の加工装置。
- 前記圧力流体切換手段は切換弁を含んで成り、前記切換弁によって、前記シリンダ室における前記ピストンの前方空間又は後方空間に圧力流体を切り換えて供給する請求項１に記載の加工装置。
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