JP3784694B2 - クランク軸半体の加工方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は軸心から偏心した位置にピン孔が有るクランク軸半体の加工方法にする。
【０００２】
【従来の技術】
図１４は従来の圧入組立型クランクシャフトの分解図である。
クランクシャフトには一体型と圧入組立型の２種類が実用に供されており、そのうちの圧入組立型クランクシャフト１００は、軸部１０１Ｌ，１０１Ｒ（Ｌは左、Ｒは右を示す。以下同じ。）、ウエイト部１０２Ｌ，１０２Ｒ、フランジ部１０３Ｌ，１０３Ｒ及びこのフランジ部１０３Ｌ，１０３Ｒに開けたピン孔１０４Ｌ，１０４Ｒからなる一対のクランク軸半体１０５Ｌ，１０５Ｒと、前記ピン孔１０４Ｌ，１０４Ｒに圧入するクランクピン１０６とからなる。そして、ピン孔１０４Ｌ，コンロッド１０７の大端部孔１０８，ピン孔１０４Ｒの順でクランクピン１０６を圧入する。
【０００３】
図１５は従来の圧入組立型クランクシャフトの組立図であり、圧入により、一対のクランク軸半体１０５Ｌ，１０５Ｒとコンロッド１０７とを一体的に組立てることができたことを示す。
図示しないが一体型クランクシャフトに適用するコンロッドは後からクランクピンに取付け可能なように分割構造になっており、そのためにコンロッドの大端部を分割可能にし、ボルトで締結する構造を採用する。その結果、コンロッドの大端部の構造が複雑に且つ大型になる。
この点、図１５の圧入組立型クランクシャフト１００はコンロッド１０７の大端部の構造が単純であり且つコンパクトになり、自動二輪車用などの小型のエンジンに好んで採用される。
【０００４】
しかし、図１４において、クランク軸半体１０５Ｌ，１０５Ｒはピン孔１０４Ｌ，１０４Ｒが軸心１０９からδだけ偏心した位置にあるため、加工は面倒である。ピン孔１０４Ｌ，１０４Ｒを高精度で仕上げは、一般に、特開平１１−１５６６８２号公報「内径研削盤」などの内面研削盤若しくは中ぐり盤で行われる。上記公報の図１に示される通り、加工物（１０）の孔を基準に内径研削盤をセットしてから研削を実施する。この様に加工物の孔を基準に内面研削盤をセットしてから研削を行う従来加工法に基づいてクランク軸半体１０５Ｒを加工する具体例を次図で説明する。
【０００５】
図１６（ａ）〜（ｃ）は従来のクランク軸半体の加工法の説明図である。
（ａ）はピン孔１０４Ｒの加工図であり、クランク軸半体１０５Ｒをワーク受け盤１１１に当て、クランプ手段１１２，１１３で固定する。次に、刃具１１４を備えたスピンドル１１５を回しながら白抜き矢印の通りに送ることで、ピン孔１０４Ｒを仕上げることができる。
【０００６】
（ｂ）は軸部１０１Ｒの加工図であり、クランク軸半体１０５Ｒを中ぐり盤のワーク受けに移し、研削盤の回転主軸１１６と心押しピン１１７との間にクランク軸半体１０５Ｒをセットし、クランク軸半体１０５Ｒを回す。回転中のクランク軸半体１０５Ｒにアンギュラ砥石１１８を押しつけることにより、軸部１０１Ｒを仕上げることができる。
【０００７】
（ｃ）は座ぐり加工図であり、クランク軸半体１０５Ｒは一般に鍛造品であるために寸法精度はあまりよくない。そこで、コンロッドの大端部（図１５参照）の側面に臨む面の寸法精度を上げるために、ピン孔１０４Ｒ回りに座ぐり１１９を形成する。そのためには、クランク軸半体１０５Ｒをフライス盤に移し、それのワーク受け盤１２１に当て、クランプ手段１２２，１２３で固定する。次に、フライス刃具１２４で座ぐりを行う。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した通りに、従来はクランク軸半体を工作物とした場合に、中ぐり盤でピン孔を仕上げ、研削盤（外面研削盤）で軸部を仕上げ、フライス盤で座ぐりを実施する。
当然のことながら、工作機械が変る度に、ピン孔の心又はクランク軸半体の心を工作機械の心に合せなければならず、段取り工数が嵩む。
そこで、本発明の目的は１度セットしたらピン孔加工と座ぐり加工とを連続して行うことのできる加工方法を提供することにある。
【０００９】
【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は、圧入組立型クランクシャフトの主要部品であるクランク軸半体にピン孔加工と座ぐり加工を施すクランク軸半体の加工方法において、
クランク軸半体を、回転体に設けた回転主軸に心合せするとともに回転体にクランプするワークセット工程と、
回転体に組込んであるスピンドル軸回転手段を、回転体内で相対的に旋回動作させることで、前記回転体とともに回るクランク軸半体のピン孔を、スピンドル軸回転手段に取付けた工具の外周面で加工するピン孔加工工程と、
スピンドル軸回転手段及び工具を後退させ、スピンドル軸回転手段の相対的旋回動作における旋回半径を増大側に設定し直した上で、前記回転体とともに回るクランク軸半体のピン孔周りを、工具の前面で加工する座ぐり加工工程と、からなり、
ピン孔加工工程、座ぐり加工工程の順又は座ぐり加工工程、ピン孔加工工程の順で、一度セットしたクランク軸半体を取外すこと無く、クランク軸半体にピン孔加工と座ぐり加工とを施すことを特徴とする。
【００１０】
従って、請求項１によれば、軸心から偏心した位置に設けたピン孔の加工及び座ぐり加工とを、加工装置から外すこと無く、１度のセットのみで実施することができるため、段取り工数を大幅に低減することができる。しかも、１基の加工装置で複数の工程が実施できるため、仕上り精度は良好となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係るクランク軸半体加工装置の断面図であり、クランク軸半体加工装置１０は、工作機ベース１１と、軸心１２から偏心した位置にピン孔１３を有するクランク軸半体１４をクランプした状態で軸心回りに回転可能に工作機ベース１１に取付けた回転体１６と、この回転体１６を回すために工作機ベース１１に取付けた回転手段１７と、軸心１２に直交する直交軸に沿って移動可能に回転体１６に取付けたスライド部材１８と、このスライド部材１８を所定位置までスライドさせる移動手段１９と、外径円に対して内径円（図３で説明する。）を偏心させた偏心断面で構成するとともに、スライド部材１８に相対回転可能に収納した第１偏心筒２１と、この第１偏心筒２１を空転させないために、第１偏心筒２１を工作機ベース１１に繋ぎ止めるアンカー手段２２と、外径円に対して内径円（図３で説明する。）を偏心させた偏心断面で構成するとともに第１偏心筒２１に相対回転可能に且つ軸方向移動可能に収納した第２偏心筒２３と、この第２偏心筒２３に収納したスピンドル軸回転手段２４と、このスピンドル軸回転手段２４のスピンドル軸２５に取付けた工具２６と、からなる。
【００１２】
次に、上記主要構成の補足説明をする。
工作機ベース１１は工作機械のベッドに相当する固定若しくは非可動部材である。
クランク軸半体１４は、圧入組立型クランクシャフトに用いるクランク軸半体である。
【００１３】
回転体１６は軸受２７・・・（・・・は複数個を示す。以下同じ）にて工作機ベースに取付けた回転筒であり、前面に回転主軸２９及びクランプ手段３１，３２を備える。クランプ手段３１，３２は油圧シリンダ、メカニカルシリンダ、ボルトの何れでもよく、要は回転主軸２９に心合せしたクランク軸半体１４が横ずれしないように固定する手段であれば形式、構造は問わない。
【００１４】
回転手段１７は、回転体１６を回す手段であり、例えばモータ３３、ギヤ３４及びギヤ３５からなる。
移動手段１９は、例えば回転体１６に設けたナット３６と、このナット３６に捩じ込んだボルト３７とから構成する。ボルト３７の操作のために回転体１６に凹部３８を設け、ボルト３７の先端を逃すために工作機ベース１１に凹溝３９を設けた。ボルト３７は、工作機ベース１１に開けた穴（図示せず）を通じて回転操作することができる。
【００１５】
アンカー手段２２は、自身が伸縮可能で且つ角度変更可能な自在軸継手（ユニバーサルジョイントなど）である。
スピンドル軸回転手段２４は、いわゆるビルトインモータが好適である。
【００１６】
また、４１は第２偏心筒位置決め手段（ステッピングモータ、シンクロモータ、サーボモータが好適）である。この第２偏心筒位置決め手段４１は、工具２６の切込み量の設定などの際に作動させる。
【００１７】
なお、第２偏心筒位置決め手段４１の中心は、軸心１２よりｅだけ上へ変位させる。このｅの大きさは図４（ｃ）で説明する。
仮に、第２偏心筒位置決め手段４１の中心を軸心１２に合せると、孔加工の際に第１偏心筒２１の偏心の影響を受けて、工具２６が僅かに前後する。
前記ｅだけ変位させることで、工具２６の前後移動を解消することができる。
【００１８】
４２はスライドブロック、４３はアーム、４４は送りねじ、４５は送りモータであり、送りモータ４５で送りねじ４４を正回転させることで、スライドブロック４２を前進させ、スピンドル軸回転手段２４及び自在軸継手４６を介して第２偏心筒２３を前進させ、工具２６をピン孔１３に挿入することができる。すなわち、図は工具２６が待機位置にある。
さらに、４７，４８はベアリングであり、相対回転や相対軸移動を円滑にする。
【００１９】
図２は図１の２矢視図であり、回転体１６に長円断面の孔４９を開けて、この孔４９にスライド部材１８を、図上下移動可能に取付け、このスライド部材１８にベアリング４７を介して第１偏心筒２１を収納し、この第１偏心筒２１にベアリング４８を介して第２偏心筒２３を収納し、この第２偏心筒２３にスピンドル軸回転手段２４を収納し、このスピンドル軸回転手段２４に設けた工具２６をクランク軸半体１４のピン孔１３に臨ませた状態を示す。
【００２０】
図３は図２からクランク軸半体を除いた図であり、第１偏心筒２１は外径円２１ａに対して内径円２１ｂを偏心させた偏心断面、すなわち、下部が幅広で上部が幅狭な偏心断面の筒である。この第１偏心筒２１は非回転部材であるから、幅広の部位が常に下位に、幅狭の部位が常に上位にある。
ボルト３７を回すことによって、第１偏心筒２１などを、孔４９の長円に沿って上下に移動させることができる。
【００２１】
この様な第１偏心筒２１に収納する第２偏心筒２３も、外径円２３ａに対して内径円２３ｂを偏心させた偏心断面の第２偏心筒２３である。第２偏心筒２３は回転させるため、常に図の様に上部が幅広で下部が幅狭であるとは限らない。
【００２２】
図４（ａ）〜（ｃ）は本発明に係る第２偏心筒の作用図である。
（ａ）において、工具２６を囲う２つの円のうち、実線の円は仕上げ加工直前の孔であり、これを下孔５１と呼ぶ。想像線の円は仕上げ加工後の孔であり、これを仕上り孔５２と呼ぶことにする。今、下孔５１の中央に工具２６があるため、この状態で工具２６を回しても加工は始まらない。
【００２３】
図３で第２偏心筒２３のみを反時計回りに回すと、工具２６は左上へ移動する。
この移動により、図４（ｂ）に示す通りに、工具２６を下孔５１に接触させることができる。工具２６を高速で回転させつつ、図３の第２偏心筒２３をさらに反時計回りに回すと、工具２６は更に左上へ移動し、図４（ｃ）に示す通りに仕上り孔５２に達する。図中、ｅは図１に示したｅと同じである。
すなわち、第２偏心筒２３を適当角度回すことにより、切込み量を決定することができる。
【００２４】
以上の構成からなるクランク軸半体加工装置の作用を次に説明する。
図５（ａ），（ｂ）は本発明のクランク軸半体加工装置の作用説明図（その１）である。
（ａ）は図２と図４（ｂ）とを合成した図面であり、便宜上、回転体１６に目印として白丸５３を付し、工具２６の接触点に目印としての黒点５４を付した。この状態で、工具２６を高速回転させつつ、回転体１６を図時計回りに回し始める。すると、回転体１６とともに、クランク軸半体１４及びスライド部材１８は同期して時計回りに回り始める。一方、第１偏心筒２１及びスピンドル軸回転手段２４は回転せずに図面の上下、左右、斜めにのみ移動し得る。
【００２５】
（ｂ）は白丸５３の位置で明らかなように、回転体１６などが９０゜回転し、クランク軸半体１４も９０゜回転したことを示す。一方、工具２６の黒点５４は方位が変化しない。
このことは、高速回転する工具２６の回りをクランク軸半体１４が９０゜だけ旋回し、結果、ピン孔１３の１／４周（９０゜分）が加工できたことになる。
【００２６】
図６（ａ），（ｂ）は本発明のクランク軸半体加工装置の作用説明図（その２）である。
（ａ）は白丸５３の位置で明らかなように、回転体１６などが１８０゜回転し、クランク軸半体１４も１８０゜回転したことを示す。一方、工具２６の黒点５４は方位が変化しない。
このことは、高速回転する工具２６の回りをクランク軸半体１４が１８０゜だけ旋回し、結果、ピン孔１３の１／２周（１８０゜分）が加工できたことになる。
【００２７】
（ｂ）は白丸５３の位置で明らかなように、回転体１６などが２７０゜回転し、クランク軸半体１４も２７０゜回転したことを示す。一方、工具２６の黒点５４は方位が変化しない。
このことは、高速回転する工具２６の回りをクランク軸半体１４が２７０゜だけ旋回し、結果、ピン孔１３の３／４周（２７０゜分）が加工できたことになる。
【００２８】
図５（ａ），（ｂ）と図６（ａ），（ｂ）とを繰り返す間に、図４（ｂ），（ｃ）の要領で、工具の切込み量を制御すれば、下孔５１を仕上り孔５２に仕上げることができる。
【００２９】
図７（ａ），（ｂ）は本発明のクランク軸半体加工装置の作用説明図（その３）である。
（ａ）は孔加工図であり、クランク軸半体１４を回転主軸２９に心合せし、クランプ手段３１，３２でクランプした上で、クランク軸半体１４を回しつつ工具２６でピン孔１３を加工する（図５，図６参照）。このときには、砥石５６は待機させておく。
（ｂ）は軸部加工図であり、クランク軸半体１４はそのままで工具２６を待機させる。次に、クランク軸半体１４を高速で回転させつつ砥石５６を当てることにより、軸部５７の加工を実施する。
【００３０】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、クランク軸半体加工装置にクランク軸半体を１度セットするだけで、孔加工と軸部加工とを順に実施することができる。従来は、異なる工作機械でピン孔加工や軸部加工を個別に加工していたので、段取り工数が嵩む。この点、本発明によれば段取り工数を大幅に低減することができる。
【００３１】
クランク軸半体加工装置１０を用いて座ぐり加工を実施することができるので、その説明を次に行う。
図８（ａ），（ｂ）は本発明に係る座ぐり加工説明図（その１）である。
（ａ）はピン孔１３の中央に工具２６がある中立状態を示す。図３において、第２偏心筒２３を最大１８０゜回すと、中央の工具２６は大幅に移動する。
（ｂ）は移動後の工具２６を示し、工具２６一部がピン孔１３からはみ出していることが分かる。
【００３２】
図９（ａ），（ｂ）は本発明に係る座ぐり加工説明図（その２）である。作動原理は図５（ａ），（ｂ）と同様であるから、異なる部分のみ説明する。
（ａ）において、工具２６を高速回転させることで、クランク軸半体１４の奥の面（斜線を施した部分）を研削することができる。
（ｂ）はクランク軸半体１４が９０゜時計回りに回転した状態を示し、工具２６を高速回転させることで、クランク軸半体１４の奥の面（斜線を施した部分）を研削することができる。
【００３３】
図１０（ａ），（ｂ）は本発明に係る座ぐり加工説明図（その３）である。
（ａ）はクランク軸半体１４が１８０゜時計回りに回転した状態を示し、工具２６を高速回転させることで、クランク軸半体１４の奥の面（斜線を施した部分）を研削することができる。
（ｂ）はクランク軸半体１４が２７０゜時計回りに回転した状態を示し、工具２６を高速回転させることで、クランク軸半体１４の奥の面（斜線を施した部分）を研削することができる。
【００３４】
図１１（ａ），（ｂ）は本発明に係る座ぐり加工説明図（その４）である。
（ａ）はピン孔加工図であり、クランク軸半体１４を回転主軸２９に心合せし、クランプ手段３１，３２でクランプした上で、クランク軸半体１４を回しながら工具２６の外周面２６ａでピン孔１３を加工する（図５，図６参照）。
（ｂ）は座ぐり加工図であり、クランク軸半体１４はそのままで、工具２６を後退させ、後退させた工具２６の前面２６ｂで、ピン孔１３回りの座ぐり５８を形成する（図９，図１０参照）。
【００３５】
本発明を図１１を参照しつつ整理をすれば、圧入組立型クランクシャフトの主要部品であるクランク軸半体１４にピン孔加工と座ぐり加工を施すクランク軸半体の加工方法において、
クランク軸半体１４を、回転体に設けた回転主軸２９に心合せするとともに回転体にクランプ手段３１，３２でクランプするワークセット工程と、
回転体に組込んであるスピンドル軸回転手段２４を、回転体内で相対的に旋回動作させることで、回転体とともに回るクランク軸半体１４のピン孔１３を、スピンドル軸回転手段２４に取付けた工具２６の外周面２６ａで加工するピン孔加工工程と、
スピンドル軸回転手段２４及び工具２６を後退させ、スピンドル軸回転手段２４の相対的旋回動作における旋回半径を増大側に設定し直した上で、回転体とともに回るクランク軸半体１４のピン孔１３周りを、工具２６の前面２６ｂで加工する座ぐり加工工程と、からなり、
ピン孔加工工程、座ぐり加工工程の順又は座ぐり加工工程、ピン孔加工工程の順で、一度セットしたクランク軸半体１４を取外すこと無く、クランク軸半体１４にピン孔加工と座ぐり加工とを施すことを特徴とする。
【００３６】
図１２（ａ），（ｂ）は本発明に係る工具の一例の断面図である。
（ａ）は工具２６の断面図であり、スピンドル軸２５の先端に設けた工具２６は例えばＣＢＮ（ｃｕｂｉｃ ｂｏｒｏｎ ｎｉｔｌｉｄｅ）砥石であり、先端面６１は幅Ｗで円環形状にし、内周面６２が角度θをなすようにスピンドル軸２５に向って縮径させる。角度θは４５゜が好適である。
【００３７】
（ｂ）はドレッシング工程で、想像線で示す工具２６を実線で示す位置まで削った後の工具２６を示す。想像線で示す工具２６を、半径でｔだけ削り、先端面６１をｔだけ削れば残った先端面６１の幅はＷとなる。従って、先端の幅Ｗを容易に一定に保つことができる。角度θを４０゜や５０゜にした場合は三角関数を利用して半径方向の削り量と、先端の削り量の関係を定めればよい。
【００３８】
図１３は本発明の孔加工装置を装備した汎用工作機の斜視図であり、汎用工作機７０は、基台７１に本発明の孔加工装置１０を備えると共に、その回転体１６に対向させてテールストック７２を備え、且つ基台７１に対して矢印のごとく旋回可能に旋回テーブル７３を備え、この旋回テーブル７３にＸスライダ７４を移動可能に取付け、このＸスライダ７４にＺスライダ７５を移動可能に取付け、このＺスライダ７５に工具回転モータ７６を取付け、この工具回転モータ７６でベルト７７を介して回転工具７８を高速回転させるようにした。７９はＸ方向送りモータ、８０はＺ方向送りモータである。
【００３９】
回転体１６とテールストック７２とで工作物１４を把持しつつ回転させる。そこにＸ方向送りモータ７９及びＺ方向送りモータ８０の送り作用で回転工具７９を送りつつ工作物１４の研削を実行する。同時に、回転体１６内では図１に示す工具２６で孔１３などを加工する。
旋回テーブル７３を旋回させることで、工作物１４の円弧部分を容易に研削することができる。
【００４０】
以上に述べた汎用工作機７０は、工作物１４が小部品であれば卓上旋盤程度の大きさにすることができ、孔加工装置１０を除くとごく単純な構造物であるから、安価な汎用工作機にまとめることができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１によれば、軸心から偏心した位置に設けたピン孔の加工及び座ぐり加工を、加工装置から外すこと無く、１度のセットのみで実施することができるため、段取り工数を大幅に低減することができる。しかも、１基の加工装置で複数の工程が実施できるため、仕上り精度は良好となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るクランク軸半体加工装置の断面図
【図２】図１の２矢視図
【図３】図２からクランク軸半体を除いた図
【図４】本発明に係る第２偏心筒の作用図
【図５】本発明のクランク軸半体加工装置の作用説明図（その１）
【図６】本発明のクランク軸半体加工装置の作用説明図（その２）
【図７】本発明のクランク軸半体加工装置の作用説明図（その３）
【図８】本発明に係る座ぐり加工説明図（その１）
【図９】本発明に係る座ぐり加工説明図（その２）
【図１０】本発明に係る座ぐり加工説明図（その３）
【図１１】本発明に係る座ぐり加工説明図（その４）
【図１２】本発明に係る工具の一例の断面図
【図１３】本発明の孔加工装置を装備した汎用工作機の斜視図
【図１４】従来の圧入組立型クランクシャフトの分解図
【図１５】従来の圧入組立型クランクシャフトの組立図
【図１６】従来のクランク軸半体の加工法の説明図
【符号の説明】
１０…クランク軸半体加工装置、１１…工作機ベース、１２…軸心、１３…孔、１４…クランク軸半体、１６…回転体、１７…回転手段、１８…スライド部材、１９…移動手段、２１…第１偏心筒、２２…アンカー手段、２３…第２偏心筒、２４…スピンドル軸回転手段、２５…スピンドル軸、２６…工具、２６ａ…工具の外周面、２６ｂ…工具の前面、２９…回転主軸、３１，３２…クランプ手段、４１…第２偏心筒位置決め手段、４６…自在軸継手、５８…座ぐり。

Claims (1)

1. 圧入組立型クランクシャフトの主要部品であるクランク軸半体にピン孔加工と座ぐり加工を施すクランク軸半体の加工方法において、
   クランク軸半体を、回転体に設けた回転主軸に心合せするとともに回転体にクランプするワークセット工程と、
   前記回転体に組込んであるスピンドル軸回転手段を、回転体内で相対的に旋回動作させることで、前記回転体とともに回るクランク軸半体のピン孔を、スピンドル軸回転手段に取付けた工具の外周面で加工するピン孔加工工程と、
   前記スピンドル軸回転手段及び工具を後退させ、前記スピンドル軸回転手段の相対的旋回動作における旋回半径を増大側に設定し直した上で、前記回転体とともに回るクランク軸半体のピン孔周りを、前記工具の前面で加工する座ぐり加工工程と、からなり、
   前記ピン孔加工工程、座ぐり加工工程の順又は前記座ぐり加工工程、ピン孔加工工程の順で、一度セットしたクランク軸半体を取外すこと無く、クランク軸半体にピン孔加工と座ぐり加工とを施すことを特徴とするクランク軸半体の加工方法。

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