JP4412735B2 - ブローチ盤 - Google Patents

Description

各種の機械部品や電気部品などの工作物と刃具としてのブローチ工具を相対移動させることにより、工作物の内面あるいは外面を所定形状に加工するようにされたブローチ盤に関し、特に、工作物とブローチ工具の相対移動速度が高速になるようにされたブローチ盤に関する。

例えば、立形の内面ブローチ盤（例えばドーナツ状の工作物の内面を加工するブローチ盤）には、工作物（以下「ワーク」と記す）と刃具としてのブローチ工具の相対移動において、ワークを移動させるようにしたワーク移動式と、ブローチ工具を移動させるようにした刃具移動式とがある。このうちワーク移動式のブローチ盤では、ブローチ工具の前つかみ部をフレームに固定されたプルヘッドで把持し、ワークはラムと呼ばれる移動体に取り付けられたボルスタと呼ばれるワークを受ける台上に置かれ、ラムがフレームに対して移動することにより、移動体であるワークが静止状態にあるブローチ工具により加工される。一方、刃具移動式のブローチ盤では、ワークはフレームに固定されたボルスタ上に置かれ、ラムに取り付けられたプルヘッドにブローチ工具の前つかみ部を把持し、ラムがフレームに対して移動することにより、移動体であるブローチ工具が静止状態にあるワークを加工する。

ここで、移動体を動作させるラムの駆動機構については、これを大別すると、油圧式とメカニカル式がある。油圧式の駆動機構では、電動機を有する油圧ユニットにて発生させた油圧を動力とし、油圧シリンダによる送り機構により動作させる形態のものが一般的である。一方、メカニカル式の駆動機構では、サーボモータ等の電動モータを動力とし、ボールねじあるいはラック＆ピニオンによる送り機構により動作させる形態のものが一般的である。

近年、ブローチ工具の改良により、切削速度が５０ｍ／ｍｉｎを超えるような高速切削の可能なブローチ工具が登場してきた。前述した従来のブローチ盤において５０ｍ／ｍｉｎを超える切削速度を実現するためには、ワーク移動式あるいは刃具移動式のいずれの形態のブローチ盤においても、移動体を動作させるラムを５０ｍ／ｍｉｎを超える速度にて移動させる必要がある。しかし、油圧式の駆動機構において５０ｍ／ｍｉｎを超える速度を実現しようとすると、パッキン寿命が短くなるという欠点がある。また、メカニカル式の駆動機構において５０ｍ／ｍｉｎを超える速度を実現しようとすると、発熱や騒音の問題が発生する。さらに、油圧式あるいはメカニカル式のいずれの駆動機構においても、５０ｍ／ｍｉｎを超える速度を実現しようとすると、動力源として大型のモータを設ける必要が生じ、また、高速移動状態から停止する際には送り端にてショックや振動が発生するという問題が生じる。

そこで、特許文献１では、ワークとブローチ工具の双方をそれぞれの切削方向に向けて同時に移動させる機構を設けることにより、ワークとブローチ工具の相対移動速度が高速になるようにしている。具体的には、１つの駆動ユニット（電動モータ）により回転動作する２本の送りねじを設け、この２本の送りねじにより互いに接近あるいは離反する方向に同期して直線動作するテーブル及びプラットフォームを設け、テーブル上にワークを載置し、プラットフォームによりブローチ工具を把持する構成としている。

係る構成によれば、駆動ユニットの動作によりテーブルの上昇と同期してプラットフォームが下降したとき、上昇するワークが下降するブローチ工具により切削加工が施されることになる。そして、このときの切削速度は、テーブルの上昇速度とプラットフォームの下降速度が合わさったものとなる。したがって、例えば、テーブルの上昇速度とプラットフォームの下降速度のそれぞれを、前述した問題が生じない５０ｍ／ｍｉｎになるように駆動ユニット（電動モータ）の回転速度を設定すれば、１００ｍ／ｍｉｎという高速な切削速度を得ることも可能である。このように、特許文献１によれば、切削速度が５０ｍ／ｍｉｎを超えるような高速切削が可能なブローチ盤を実現することも可能である。
米国特許第５９８４６００号公報

しかし、特許文献１に開示されている構成では、テーブルとプラットフォームを互いに接近する方向または互いに離反する方向のいずれかに動作させる必要があるために、２本の送りねじのそれぞれについて右ねじ及び左ねじを設けなければならず、送りねじの工作が複雑になるという問題が生じる。また、左右２本の送りねじによりテーブルやプラットフォームを動作させているために、２本の送りねじの相互差を抑える必要が生じ、テーブルやプラットフォームの組付けの際に、テーブルやプラットフォームと送りねじとの直角度や、テーブルとプラットフォームの平行度を精密にしなければならないという問題が生じる。さらに、テーブルとプラットフォームをブローチ盤本体から取り外す際に、テーブルやプラットフォームを２本の送りねじから分離しなければならないという問題も生じる。

さらにまた、状況によっては、テーブルあるいはプラットフォームのいずれか一方のみを動作させることにより、前述したワーク移動式ブローチ盤や刃具移動式ブローチ盤のような加工形態としたいことも考えられるが、前述した米国特許に開示されている構成では、テーブルとプラットフォームの動作は必ず同期することになるので、テーブルあるいはプラットフォームのいずれか一方のみを動作させることはできず、その結果、ブローチ工具を静止させてワークを移動させるワーク移動式ブローチ盤のような加工形態や、ワークを静止させてブローチ工具を移動させる刃具移動式ブローチ盤のような加工形態は、構造上できないという問題もある。

本発明は、係る従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、ブローチ工具とワークのそれぞれが互いに独立してそれぞれの切削方向に向けて移動可能にされたブローチ盤を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために、請求項１に係る発明では、ブローチ工具を動作させるブローチ移動用アクチュエータとワークを動作させるワーク移動用アクチュエータとを有し、前記ブローチ移動用アクチュエータと前記ワーク移動用アクチュエータとは互いに独立して動作可能にされ、これにより、以下の３つの加工形態、すなわち前記ブローチ移動用アクチュエータを駆動することによりブローチ工具をその切削方向に向けて移動させると同時に前記ワーク移動用アクチュエータを駆動することによりワークをその切削方向に向けて移動させる加工形態、前記ブローチ移動用アクチュエータのみを駆動することによりブローチ工具のみをその切削方向に向けて移動させる加工形態、および前記ワーク移動用アクチュエータのみを駆動することによりワークのみをその切削方向に向けて移動させる加工形態のいずれの加工形態についても実施可能にしたことを特徴とするブローチ盤を提供した。

ここで、ブローチ工具の切削方向とは、ワークに対してブローチ工具を相対移動させる場合に、ブローチ工具がワークに対してブローチ加工を施すときのブローチ工具の移動方向を指す。また、ワークの切削方向とは、ブローチ工具に対してワークを相対移動させる場合に、ブローチ工具がワークに対してブローチ加工を施すときのワークの移動方向を指す。したがって、ブローチ工具の切削方向とワークの切削方向とは、互いに正反対の向きとなる。係る構成としたことにより、ワーク移動用アクチュエータのみを駆動することによりブローチ工具を静止させてワークをその切削方向に向けて移動させてブローチ加工を行ったり、ブローチ移動用アクチュエータのみを駆動することによりワークを静止させてブローチ工具をその切削方向に向けて移動させてブローチ加工を行ったりすることが可能であることは勿論のこと、ブローチ移動用アクチュエータを駆動することによりブローチ工具をその切削方向に向けて移動させると同時に、ワーク移動用アクチュエータを駆動することによりワークをその切削方向に向けて移動させることにより、切削速度が高速になるようなブローチ加工を行うことも可能となる。

また、請求項１に係る発明の具体的な構成として、請求項２に係る発明では、設置面に固定載置された本体フレームと、本体フレームに固定設置されたブローチ移動用ガイド及びワーク移動用ガイドと、ブローチ移動用ガイドに対して摺動可能に設けられたブローチ移動用スライドと、ワーク移動用ガイドに対して摺動可能に設けられたワーク移動用スライドと、ブローチ移動用スライドを動作させるブローチ移動用アクチュエータと、ワーク移動用スライドを動作させるワーク移動用アクチュエータと、ブローチ移動用スライドに取り付けられるとともにブローチ工具を把持可能にされたプルヘッドと、ワーク移動用スライドに取り付けられるとともにワークを載置可能にされたワーク載置台と、を有し、前記ブローチ移動用アクチュエータと前記ワーク移動用アクチュエータとは互いに独立して動作可能にされ、これにより、以下の３つの加工形態、すなわち前記ブローチ移動用アクチュエータを駆動することによりブローチ工具をその切削方向に向けて移動させると同時に前記ワーク移動用アクチュエータを駆動することによりワークをその切削方向に向けて移動させる加工形態、前記ブローチ移動用アクチュエータのみを駆動することによりブローチ工具のみをその切削方向に向けて移動させる加工形態、および前記ワーク移動用アクチュエータのみを駆動することによりワークのみをその切削方向に向けて移動させる加工形態のいずれの加工形態についても実施可能にしたことを特徴とするブローチ盤を提供した。

請求項２に係る構成としたことにより、ブローチ移動用アクチュエータを駆動することにより、ブローチ移動用ガイドに対して摺動可能に設けられたブローチ移動用スライドが動作し、これによりプルヘッドを介してブローチ移動用スライドに取り付けられたブローチ工具が動作する。同様に、ワーク移動用アクチュエータを駆動することにより、ワーク移動用ガイドに対して摺動可能に設けられたワーク移動用スライドが動作し、これによりワーク移動用スライドに取り付けられたワーク載置台に載置されたワークが動作する。係る構成としたことにより、ワーク移動用アクチュエータのみを駆動することによりブローチ工具を静止させてワークをその切削方向に向けて移動させてブローチ加工を行ったり、ブローチ移動用アクチュエータのみを駆動することによりワークを静止させてブローチ工具をその切削方向に向けて移動させてブローチ加工を行ったりすることが可能であることは勿論のこと、ブローチ移動用アクチュエータを駆動することによりブローチ工具をその切削方向に向けて移動させると同時に、ワーク移動用アクチュエータを駆動することによりワークをその切削方向に向けて移動させることにより、切削速度が高速になるようなブローチ加工を行うことも可能となる。

本発明によれば、ブローチ工具とワークはそれぞれ独立した２つの移動用アクチュエータにより動作されるようにしたので、ブローチ工具とワークのそれぞれが互いに独立してそれぞれの切削方向に向けて移動可能にされ、これにより以下の３つの加工形態のいずれの加工形態についても実施可能なブローチ盤を提供できるものとなった。すなわち、従来技術（前述の特許文献１）のようにブローチ工具とワークの双方をそれぞれの切削方向に向けて移動させることにより、切削速度が高速になるような加工形態を行うことができるのは勿論のこと、ワーク移動式ブローチ盤のようにブローチ工具を静止させてワークをその切削方向に向けて移動させたりする加工形態や、刃具移動式ブローチ盤のようにワークを静止させてブローチ工具をその切削方向に向けて移動させたりする加工形態を行うことも可能になった。

これにより、ブローチ工具の長さに対応した柔軟な加工形態とすることが可能になった。また、ブローチ移動用のアクチュエータとワーク移動用のアクチュエータに分けたことにより、従来技術のもの（前述の特許文献１）に比して一つのアクチュエータを小型にできるので、ブローチ盤全体の小型化が可能となった。さらに、ブローチ工具とワークを移動させる各移動用スライドは、独立した個別の移動用ガイド上を摺動するようにされているので、点検や組付けの際には、各移動用スライド単位での分解が可能であり、その結果、保守が容易なものとなった。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明が適用される立形の内面ブローチ盤の構造を示した機構図であり、（ａ）図は加工開始前の各部材の配置を示した機構図であり、（ｂ）図は加工終了後の各部材の配置を示した機構図である。

まず、本実施形態に係るブローチ盤の構成について説明する。本体フレーム１は設置面１４に固定載置されている。本体フレーム１にはブローチ移動用ガイド４及びワーク移動用ガイド９が固定設置されている。ブローチ移動用ガイド４にはブローチ移動用スライド５がブローチ移動用ガイド４に対して摺動可能に取り付けられている。同様に、ワーク移動用ガイド９にはワーク移動用スライド８がワーク移動用ガイド９に対して摺動可能に取り付けられている。これにより、ブローチ移動用スライド５及びワーク移動用スライド８は、設置面１４に対して垂直方向に移動可能になっている。

本体フレーム１にはブローチ移動用アクチュエータ６及びワーク移動用アクチュエータ１０が固定設置されている。これらの移動用アクチュエータ６、１０は、機構的に互いに独立しているので、それぞれ個別に駆動が可能である。ブローチ移動用アクチュエータ６は前述したブローチ移動用スライド５と連結されているので、ブローチ移動用スライド５はブローチ移動用アクチュエータ６の駆動により動作することになる。同様に、ワーク移動用アクチュエータ１０は前述したワーク移動用スライド８と連結されているので、ワーク移動用スライド８はワーク移動用アクチュエータ１０の駆動により動作することになる。

なお、前述した駆動機構としてのアクチュエータ６、１０の構成については、油圧式であってもメカニカル式であってもよい。油圧式の場合は、電動機を有する図示しない油圧ユニットにて発生させた油圧を動力とし、油圧シリンダによる送り機構により、前述した移動用スライド５、８を動作させることになる。一方、メカニカル式の場合は、サーボモータ等の電動モータを動力とし、ボールねじあるいはラック＆ピニオンによる送り機構により、前述した移動用スライド５、８を動作させることになる。

ブローチ移動用スライド５にはプルヘッド７が取り付けられており、このプルヘッド７が加工中にブローチ工具２の下端部を把持するようにされている。また、ワーク移動用スライド８にはワーク載置台１３が取り付けられており、加工中はこのワーク載置台１３上にワーク３が載置されることになる。なお、ワーク載置台１３にはブローチ工具２を挿通可能にするための穴が設けられている。

本体フレーム１にはブローチリフタ１２が設置されている。油圧式の駆動機構により、ブローチリフタ１２は上下方向（設置面１４に対して垂直方向）に移動可能にされている。ブローチリフタ１２の下端には、ブローチ工具２の上端部を把持することが可能にされたリトリュービングヘッド１１が設けられている。

以上に述べた機構を有することにより、ブローチ工具２はブローチ移動用アクチュエータ６により上下に動作し、ワーク３はワーク移動用アクチュエータ１０により上下に動作するとになる。ここで、ブローチ移動用アクチュエータ６とワーク移動用アクチュエータ１０とは、それぞれ独立した駆動機構となっているので、これらのアクチュエータ６、１０により動作されるブローチ工具２とワーク３についても、それぞれ独立して動作可能である。なお、係る形態のブローチ盤においては、ブローチ工具２の切削方向はブローチ工具２が下降する方向であり、ワーク３の切削方向はワーク３が上昇する方向である。

次に、前述した本実施形態に係るブローチ盤における動作すなわち加工工程について説明する。

ステップ１：ブローチ工具２は、その上端部をリトリュービングヘッド１１に把持された状態で、ブローチリフタ１２に吊り下げられている。このとき、ブローチ工具２の下端部は、プルヘッド７には把持されておらず、解放されている。また、このときのワーク載置台１３はブローチ工具２の下端部よりも下に位置しており、そのためワーク載置台１３上へのワーク３の装着が可能な状態となっている。

ステップ２：ワーク載置台１３上へワーク３を装着する。この作業は、図示しないワーク搬入装置により自動的に行ってもよいし、オペレータが手作業で行ってもよい。なお、本実施形態に係るブローチ盤は内面加工用なので、ワーク３の形状は筒状の空洞を有するものとなっている。

ステップ３：ブローチリフタ１２が下降することにより、リトリュービングヘッド１１に把持されたブローチ工具２が下降する。この下降の過程で、ブローチ工具２の下端部は、ワーク載置台１３に載置されたワーク３の筒状の空洞を通過し、さらにワーク載置台１３の穴を通過し、プルヘッド７に至る。そして、ブローチ工具２の下端部はプルヘッド７に把持される。

ステップ４：ブローチ工具２の上端部を把持していたリトリュービングヘッド１１は、ブローチ工具２の把持を止め、しかる後、ブローチリフタ１２が上昇する。その結果、図１（ａ）に示すように、ブローチ工具２はその下端部がプルヘッド７に把持され上端部が解放され、ワーク３がブローチ工具２の下端部と切れ刃部の間に挿通された状態となる。

ステップ５：ブローチ移動用アクチュエータ６が動作することによりブローチ移動用スライド５が下降し、これと同時に、ワーク移動用アクチュエータ１０が動作することによりワーク移動用スライド８が上昇する。その結果、ブローチ工具２がその切削方向である下降方向に向けて移動すると同時に、ワーク３がその切削方向である上昇方向に向けて移動するので、ワーク３の内面はブローチ工具２の切れ刃により切削加工されることになる。

ステップ６：図１（ｂ）に示すように、ブローチ移動用スライド５が下降端に到達し、ワーク移動用スライド８が上昇端に到達すると、切削加工が終了する。このとき、図１（ｂ）に示すように、ブローチ工具２はワーク３に挿通されていないので、ワーク３を何らかの手段、例えば図示しない搬出装置や手作業などにより、ワーク載置台１３から搬出する。

ステップ７：ブローチ移動用アクチュエータ６が動作することによりブローチ移動用スライド５が上昇し、これにより上昇したブローチ工具２はその上端部をリトリュービングヘッド１１に把持される。しかる後、プルヘッド７はブローチ工具２の下端部を解放し、ブローチ移動用アクチュエータ６が動作することによりブローチ移動用スライド５が下降する。一方、ワーク移動用アクチュエータ１０が動作することによりワーク移動用スライド８が下降する。これにより、ブローチ盤を構成する各部材は初期の状態に戻るので、次のワーク３を加工する際には、再度前述したステップ１以降の処理を行うことになる。

次に、本実施形態における特徴について説明する。まず、切削速度について述べる。ブローチ移動用スライド５の切削方向移動時すなわち下降時の送り速度をＶ1 、ワーク移動用スライド８の切削方向移動時すなわち上昇時の送り速度をＶ2 とすると、ワーク３の切削速度Ｖは、Ｖ＝Ｖ1 ＋Ｖ2 となる。したがって、例えばＶ1 とＶ2 がそれぞれ５０ｍ／ｍｉｎとなるようにそれぞれのアクチュエータ６、１０を動作させれば、１００ｍ／ｍｉｎの高速な切削速度Ｖを得ることも可能になる。

次に、切削ストロークについて述べる。ブローチ工具２の長さをＬとすれば、ブローチ加工に必要なストロークはＬ＋αとなる。ワーク移動式のブローチ盤や刃具移動式のブローチ盤においては、ワーク３あるいはブローチ工具２を移動させる移動用スライドのストロークはＬ＋α必要となり、移動用ガイドもこれに相当する長さが必要となる。しかし、本実施形態に係るブローチ盤においては、切削加工時は移動用スライド５、８が互いに離反する方向に動作するので、各移動用スライド５、８のストロークは（Ｌ＋α）／２でよいことになる。したがって、本実施形態に係るブローチ盤においては、移動用アクチュエータは２台必要となるが、各移動用アクチュエータ６、１０のそれぞれの大きさは、一つの移動用アクチュエータによりブローチ工具とワークの双方を移動させる従来のもの（前述の特許文献１）に比して小型にできるので、ブローチ盤全体の小型化が可能となる。

次に、分解性について述べる。本実施形態においては、各移動用ガイド４、９が独立して設けられ、そのそれぞれに移動用スライド５、８が設けられているので、点検や組付けの際には、各移動用スライド単位での分解が可能であり、保守が容易なものとなっている。

最後に、フレキシビリティについて述べる。前述したように、従来技術である米国特許第５９８４６００号に開示されている構成では、ブローチ工具２の動作とワーク３の動作は連動しているため、ブローチ工具２を静止させてワーク３を移動させるワーク移動式ブローチ盤のような加工形態や、ワーク３を静止させてブローチ工具２を移動させる刃具移動式ブローチ盤のような加工形態は、構造上できないものとなっている。しかし、本実施形態の構成では、ブローチ工具２とワーク３はそれぞれ独立した移動用アクチュエータ６、１０により動作されるため、ブローチ工具２を静止させてワーク３を移動させるワーク移動式ブローチ盤のような加工形態や、ワーク３を静止させてブローチ工具２を移動させる刃具移動式ブローチ盤のような加工形態も可能である。

そのため、例えば、図１に示した本実施形態に係るブローチ盤が長さＬのブローチ工具に対応した仕様である場合は、長さＬのブローチ工具２を使用する際には、前述したように両移動用スライド５、８を動作させるようにするが、長さＬ／２のブローチ工具２を使用する際には、ブローチ移動用スライド５のみを動作させることによる刃具移動式ブローチ盤のような加工形態としたり、あるいはワーク移動用スライド８のみを動作させることによるワーク移動式ブローチ盤のような加工形態とすることも可能である。

以上、本発明の一実施形態について説明した。本実施形態はワークの内面を加工する立形の内面ブローチ盤に対して本発明を適用したものであったが、ワークの表面を加工する外面ブローチ盤や切削方向が設置面１４に対して水平な横形のブローチ盤において本発明を適用することも容易に可能である。

本発明が適用される立形の内面ブローチ盤の構造を示した機構図であり、（ａ）図は加工開始前の各部材の配置を示した機構図であり、（ｂ）図は加工終了後の各部材の配置を示した機構図である。

符号の説明

１ 本体フレーム
２ ブローチ工具
３ ワーク
４ ブローチ移動用ガイド
５ ブローチ移動用スライド
６ ブローチ移動用アクチュエータ
７ プルヘッド
８ ワーク移動用スライド
９ ワーク移動用ガイド
１０ ワーク移動用アクチュエータ
１１ リトリュービングヘッド
１２ ブローチリフタ
１３ ワーク載置台
１４ 設置面

Claims (2)

1. ブローチ工具を動作させるブローチ移動用アクチュエータとワークを動作させるワーク移動用アクチュエータとを有し、
   前記ブローチ移動用アクチュエータと前記ワーク移動用アクチュエータとは互いに独立して動作可能にされ、
   これにより、以下の３つの加工形態、すなわち前記ブローチ移動用アクチュエータを駆動することによりブローチ工具をその切削方向に向けて移動させると同時に前記ワーク移動用アクチュエータを駆動することによりワークをその切削方向に向けて移動させる加工形態、前記ブローチ移動用アクチュエータのみを駆動することによりブローチ工具のみをその切削方向に向けて移動させる加工形態、および前記ワーク移動用アクチュエータのみを駆動することによりワークのみをその切削方向に向けて移動させる加工形態のいずれの加工形態についても実施可能にしたことを特徴とするブローチ盤。
2. 設置面に固定載置された本体フレームと、
   該本体フレームに固定設置されたブローチ移動用ガイド及びワーク移動用ガイドと、
   前記ブローチ移動用ガイドに対して摺動可能に設けられたブローチ移動用スライドと、
   前記ワーク移動用ガイドに対して摺動可能に設けられたワーク移動用スライドと、
   前記ブローチ移動用スライドを動作させるブローチ移動用アクチュエータと、
   前記ワーク移動用スライドを動作させるワーク移動用アクチュエータと、
   前記ブローチ移動用スライドに取り付けられるとともにブローチ工具を把持可能にされたプルヘッドと、
   前記ワーク移動用スライドに取り付けられるとともにワークを載置可能にされたワーク載置台と、を有し、
   前記ブローチ移動用アクチュエータと前記ワーク移動用アクチュエータとは互いに独立して動作可能にされ、
   これにより、以下の３つの加工形態、すなわち前記ブローチ移動用アクチュエータを駆動することによりブローチ工具をその切削方向に向けて移動させると同時に前記ワーク移動用アクチュエータを駆動することによりワークをその切削方向に向けて移動させる加工形態、前記ブローチ移動用アクチュエータのみを駆動することによりブローチ工具のみをその切削方向に向けて移動させる加工形態、および前記ワーク移動用アクチュエータのみを駆動することによりワークのみをその切削方向に向けて移動させる加工形態のいずれの加工形態についても実施可能にしたことを特徴とするブローチ盤。
   

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