JP4587623B2 - クランクシャフト加工ラインの加工方法 - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クランクシャフト加工ラインの加工方法に関し、詳しくはクランクシャフトミラーの加工工程及びクランクシャフト加工旋盤の加工工程の最適化技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来クランクシャフトの加工ラインにおいて、クランクシャフト(以下、ワークと言う)の加工は、そのピンジャーナル加工は勿論のこと、メインジャーナルの荒加工においても、旋削加工によるよりもクランクシャフトミラーでのミーリング加工の方にメリットが多いことが知られている。これは、ワークのメインジャーナルの両端にあるメインジャーナルチークが全周に無いため、旋削加工では断続加工となりエアーカット時間が長く非効率であるのに対し、クランクシャフトミラーによるミーリング加工によるとエアーカット無しの最短加工ができて加工能率が良いこと、クランクシャフトミラーは複数のチップを具備するフライスカッタでの多刃切削であるので、シングル刃を基本とする旋盤に対し工具交換インターバルが長いこと、またクランクシャフトミラーはワークにレスト(補助サポート)をかけてワーク剛性を上げて加工するため重切削が可能であり非常に生産効率が優れていることなどの理由からである。
【0003】
前述のように、近年クランクシャフトのメインジャーナル荒加工はクランクシャフトミラーで行なうのが最近の主流となっているが、このためには、クランクシャフトミラーがワークの両軸端をそれぞれチャックでクランプして加工する方式を採用している関係上、ワークの両軸端にチャッククランプのための加工基準をそれぞれ必要としている。
このため、従来よりメインジャーナルの荒加工をクランクシャフトミラーで行なう場合の加工ラインの構成では、例えば図14、図15に見られるように、ワークのフロント側、リヤ側加工基準を加工するそれぞれの旋盤をクランクシャフトミラーの前工程に設けている。
【0004】
また、従来クランクシャフトの加工ラインにおいては、例えば図14、図15に見られるように、クランクシャフトミラーでのメインジャーナルの荒加工の後工程に旋削系の機械(旋盤、ターンブローチ、ターンターンブローチなど)による中仕上げ旋削工程を設けているのが常である。
これは、クランクシャフトミラーによるミーリング加工は、多刃による断続切削となり、加工面が原理的に多角形となるため旋削加工に対し振れ精度を確保し難く、後工程での研削取代が多くなることは否めない、また、クランクシャフトは通常メインジャーナルの一箇所(例えばその両端にスラスト面を有するメインジャーナル)のみが他のメインジャーナルと僅かに形状が異なるケースが殆どである、などの理由からクランクシャフトミラーでの荒加工後にメインジャーナル形状を修正又は追加工する旋削加工が必要となるためである。
【0005】
上述したように従来のクランクシャフトの加工ラインにおいては、クランクシャフトミラーでのメインジャーナルの荒加工の前工程にワークのフロント側、リヤ側加工基準を加工するそれぞれの旋盤加工工程を設け、かつメインジャーナルの荒加工の後工程に旋削系の機械(旋盤、ターンブローチ、ターンターンブローチなど)による中仕上げ旋削工程を設けているのが一般的である。
【0006】
次に、図14、図15に基づいて従来のクランクシャフトの加工ラインのピンジャーナルおよびメインジャーナルの中仕上げ加工工程までの概要を説明する。
例えば図14における、従来のクランクシャフト加工ラインの加工工程は、まず初工程で、ワーク素材(鍛造または鋳物姿の状態)の両端幅決め加工(ワーク長さ決め)と両センタ加工(ワークの回転軸基準)を行なう。
次の工程で、前記クランクシャフトミラーでの加工の際にチャックのクランプ基準として使用するため、ワークのフロントシャフト外径(シャフトの最もフロントに近いメインジャーナルを採用する場合が多い)およびリヤフランジの外径(又はその一部)にそれぞれ専用の旋盤により旋削加工を行なう。
次の工程では、前記加工済みのクランプ基準をチャックでクランプしてクランクシャフトミラーでメインジャーナルのミーリング荒加工を行なう。
次の工程では、旋削系の機械(旋盤、ターンブローチ、ターンターンブローチなど)によりメインジャーナルを含めた中仕上げ旋削加工を行なう。
次の工程では、クランクシャフトミラーでピンジャーナルのミーリング加工を行なう。
以下、油穴あけ加工、フィレットロ−ル加工(ジャーナル両端部のR溝ロール加工)、ジャーナル研削仕上げ加工、ジャーナル研磨仕上げ加工などへと続くがここではその説明は割愛する。
【0007】
また、従来のクランクシャフトの加工ラインの他の加工工程の例を図15を基に説明する。前述のクランクシャフト加工ライン(図14の場合)においては、クランクシャフトミラーでのピンジャーナルの加工を独立工程として、旋削系の機械による中仕上げ旋削加工工程後に設けているが、これはラインの加工ピッチサイクルタイムが短い場合に採用され、このサイクルタイムが多少長くても許されるケースでは、例えば図15の加工ライン構成のように、ピンジャーナルの加工とメインジャーナルの加工とを同一のクランクシャフトミラーで全て行なわせる場合もある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記記載の従来技術においては、以下のような問題がある。
前述したように、従来のクランクシャフト加工ラインにおいては、メインジャーナルの荒加工はクランクシャフトミラーで行い、このメインジャーナルの荒加工の後工程に旋削系の機械(旋盤、ターンブローチ、ターンターンブローチなど)による中仕上げ旋削工程を設けるのが良策である。
しかし、この条件を満足させるためには、クランクシャフトミラーがワークの両軸端をそれぞれチャックでクランプして加工する方式を採用している関係上、ワークの両軸端部にチャッククランプのための加工基準をそれぞれ必要とし、例えば図14、図15に見られるように、ワークのフロント側、リヤ側加工基準を加工するそれぞれの旋盤をクランクシャフトミラーの前工程に設けている。
つまりこのクランクシャフトミラーでのメインジャーナル荒加工の前工程に直列に2台の旋盤を設けていることになる。加工ラインとして考えた場合、この2台の旋盤の機械設備費が必要であるのは当然のこと、加工ライン全長は長くなりその設置フロア−面積が大きくなるため建屋の費用も合わせて嵩む問題がある。
【0009】
また、これら旋盤では、クランクシャフトミラー用のチャッククランプのための加工基準の加工を主とした工程としているのは言うまでもないが、稼動効率を考えると、この加工だけでは加工ラインのタクトタイムに余裕がでるため、ワークのフロント側の旋削工程においては、この加工基準の加工に加えて、フロント関連の外径旋削加工(例えば図2においてフロントポスト外径13、フロントシャフト段付き外径14、NO1メインジャーナルJ1、メインジャーナルチークJCなどの加工)を行なっており、またワークのリヤ側の旋削工程においても前記フロント側の旋削工程と同様の理由から、この加工基準の加工に加えて、リヤ関連の外径旋削加工(例えば図2においてリヤフランジ外径23、リヤフランジ端面21、NO5メインジャーナルJ5、メインジャーナルチークJCなどの加工)を行なっている。
この場合メインジャーナルチーク部の加工は、前述のようにチーク部が全周に無いため、旋削加工では断続加工となりエアーカット時間が長く非効率である。
また、一般的には、各工程の工具寿命を長くし、工具交換頻度を少なくできれば、加工ライン全体の工具交換時間およびその頻度が少なくなり加工ライン全体の稼働率が上がり、生産効率が良くなるのが自明であるが、本旋削加工工程ではシングルバイトによる加工のため工具寿命は短く、工具交換頻度が多くなり、加工ライン全体の稼働率を上げられないと言った問題を抱えている。
【0010】
また、ワークの形状(特にメインジャーナルチーク部の有無)によりフロント関連の外径旋削加工およびリヤ関連の外径旋削加工の加工工程が異なり、このためメインジャーナル荒加工の後工程での旋削系の機械による中仕上げ旋削工程をワーク毎に別々に計画する必要があり、クランクシャフト加工ラインにおける工程設計を難しくさせ、クランクシャフト加工ライン設置納期の短縮の困難性、および既設クランクシャフト加工ラインの異種ワークへの転用や改造の困難性を改善できなかった。
【0011】
本発明は、上記の問題点に着目してなされたものであり、旋削機械の台数の削減によりクランクシャフト加工ラインの設備費の低減を図ると伴に、クランクシャフトの加工工程を最適化することにより、旋削の工程を集約可能としたクランクシャフト加工ラインの加工方法を提供することを目的としている。
【0012】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、第1発明は、クランクシャフト加工ラインの加工方法において、クランクシャフト加工ラインの初加工工程の際に、ワークを同一のクランプ治具を用いて継続的にクランプ保持した状態で、前記ワークの両端にセンタ穴加工を行なうセンタリング加工工程と、後工程でクランクシャフトミラーでの加工の際にチャックのクランプ基準として使用するため、前記ワークのフロントシャフト段付き外径の一部にフロントシャフト外径基準、およびリヤフランジ外径の一部にリヤフランジ外径基準を設ける外径加工を刃具の回転にて行う外径加工工程と、を有することを特徴とするクランクシャフト加工ラインの加工方法としている。
【0013】
第1発明によると、クランクシャフト加工ラインの初加工工程の際に、ワークであるクランクシャフトを同一のクランプ治具を用いて継続的にクランプ保持した状態で、センタリング加工工程と外径基準の外径加工工程を集約したので、従来、ワークのフロント側およびリヤ側それぞれの加工基準の加工用として設けていた各1台計2台の旋盤を不要にできる。
よって、この2台の旋盤の機械設備費が削減でき、本第1発明におけるクランクシャフト加工ラインの初加工工程に追加した装置、即ち前記ワークのフロントシャフト段付き外径およびリヤフランジ外径の一部に外径加工を行なう装置の設備費を差し引いても加工ライン全体としての機械設備費が大幅削減できる。
また旋盤2台を不要とすることにより、加工ライン全長は短くでき、その設置フロア−面積を縮小できるため、設置建屋の費用も合わせて低減できる。
合わせて、加工ラインが小型化できることによりライン稼動のためのエネルギーは省力化され、加工ラインの機械台数が減ることによりそのメンテナンスコストが低減される効果が期待できる。
また、ワークを同一のクランプ手段を用いて継続的にクランプ保持し、掴み替えをすることの無い状態でセンタリング加工工程と、外径加工工程とを行なうため、加工ワークのワークセンタ(回転軸)に対するフロントシャフト外径加工部およびリヤフランジ外径加工部の同芯度が良い。
【0015】
また、本発明の加工方式は固定した同一ワークの加工を共通して刃具の回転により行っているので、これら刃具の回転駆動系を共用することができる。従ってこれらセンタ穴加工および外径加工の装置をコンパクトに構成することが可能となり、その機械設備費用を安価に提供できる。
【0016】
発明は、前記第1発明におけるクランクシャフトの加工方法において、さらに、前記外径加工工程で行った、前記ワーク(1)のフロントシャフト外径基準(14a)、リヤフランジ外径基準(23a)をチャックによりそれぞれクランプ支持して、少なくとも前記ワーク(1)のメインジャーナル外径をクランクシャフトミラーでミーリング荒加工するミーリング荒加工工程と、
前記クランクシャフトミラーでのメインジャーナル外径のミーリング荒加工後に、フロントポスト外径(13)、フロントシャフト段付き外径(14)、リヤフランジ外径(23)及びリヤフランジ端面(21)などの前記ワークの両軸端部加工、および全てのメインジャーナル外径とその側面などの中仕上げ加工を全て旋削加工により行う旋削加工工程と、
を有することを特徴とするクランクシャフト加工ラインの加工方法としている。
【0017】
発明によると、クランクシャフト加工ラインの初加工工程の際に、ワークを同一のクランプ治具を用いて継続的にクランプ保持した状態で、センタリング加工と、外径基準の外径加工とを行い、続いて、これらの外径基準を、チャックによりそれぞれクランプ支持して、少なくとも前記ワークのメインジャーナル外径をクランクシャフトミラーでミーリング荒加工し、続いてワークの両軸端部加工と、全てのメインジャーナル外径および、その側面などの中仕上げ加工と、を全て旋削加工により行う。この加工方法により、前記第1発明による効果に加えて、従来はクランクシャフトミラーによるメインジャーナルの荒加工工程の前後に分散されていた旋削系の機械(旋盤、ターンブローチ、ターンターンブローチなど)による旋削工程を、本発明においてはメインジャーナルの荒加工工程の後工程に集約できる。即ち、クランクシャフトミラーによるメインジャーナルの荒加工工程で、旋削系の機械での加工によるとデメリットの多いジャーナルチークも加工し、続いて旋削系の機械で、フロントポスト外径、フロントシャフト段付き外径、リヤフランジ外径およびリヤフランジ端面などのワーク両軸端部の中仕上げ加工と、全てのメインジャーナル外径およびその側面などの中仕上げ加工とを全て旋削加工工程でまとめて行うことが可能となる。この旋削加工工程の集約化によりワークの加工形状(例えばジャーナルチークの有無など)に左右されることなく、クランクシャフト加工ラインにおける工程設計の容易化、ひいては標準化を可能とし、クランクシャフト加工ライン設置納期の短縮、設備費用の低減、およびクランクシャフト加工ラインの異種ワークへの転用、改造の容易化などに寄与できる。
【0018】
また、本第発明によると、ワークを同一のクランプ治具を用いて継続的にクランプ保持し、掴み替えをすることの無い状態でセンタリング加工工程と、外径加工工程とを行うため、加工ワークのワークセンタ(回転軸)に対するフロントシャフト外径加工部およびリヤフランジ外径加工部の同芯度が良い。このことは、前記外径加工部を使用してのクランクシャフトミラーによるメインジャーナルの荒加工外径と、前記センタリング加工のワークセンタを使用しての旋削系の機械により中仕上げ加工したメインジャーナル外径との同芯度が良く、前記中仕上げ加工時の取り代が均一であることを意味している。また取り代が均一であれば、等負荷切削が可能となり加工精度が良くなるのは自明であり、本第発明の加工方法によれば、旋削系の機械によるワークの中仕上げ外径加工の振れ精度の向上が図れる。この中仕上げ外径加工の振れ精度の良いことは、クランクシャフト加工ラインの後工程(本発明に記載せず)におけるジャーナル研削代の均一性に寄与し、ジャーナル研削加工精度が向上できるといった絶大な効果を創出する。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の第1実施形態を説明する。
先ず、図1、図2〜図12により第1実施形態を説明する。図1は本発明のクランクシャフト加工ラインの加工工程フローチャートを、図2〜図6はその各加工工程におけるワークの加工詳細を、また図7〜図12は図2におけるOP10の加工詳細を表している。
【0020】
図1により、本発明のクランクシャフト加工ラインの加工工程フローを、自動車用の4気筒ワークを実施例にあげ説明する。まず、OP10(図2に詳細を示す)ではワークの両端幅決め加工と、両端センタ加工と、フロントおよびリヤ外径基準加工とを行い、以下順を追って、OP20(図3に詳細を示す)では全メインジャーナルのミーリング加工を、OP30A(図4に詳細を示す)、OP30B(図5に詳細を示す)ではフロントおよびリヤの旋削加工と全メインジャーナルの旋削加工とを、またOP40(図6に詳細を示す)では全ピンジャーナルのミーリング加工を行なっている。
【0021】
以下図2〜図12によりこれらの各加工工程の詳細を説明する。
OP10(図2に詳細を示す)では、鍛造または鋳造された素材状態の自動車用4気筒ワーク1の両端幅決め加工と、両端センタ加工と、フロントおよびリヤ外径基準加工とを専用工作機(図示せず)で行なっている。
この専用工作機の概要を図7により説明すると、この専用工作機には、その略中央にワーク1の軸を水平にしてクランプ爪52,52でこれをクランプするバイスクランパ51と、ワーク1の長手方向の位置決めを行なう長手位置決め装置57と、回転位相方向の位置決めを行なう位相決め装置58とを装備したクランプ治具50が設けられている。
このクランプ治具50のバイスクランパ51は、図12に示すように、液圧シリンダ53で直接ワーク軸直角方向に駆動される一端側のクランプ爪52と、ラック54、ラックピニオン55、ラック56を介して該一端側のクランプ爪52と逆方向に前記一端側のクランプ爪52に同期して駆動される他端側のクランプ爪52とを備えている。
またこの専用工作機は、前述のクランプ治具50を挟んでワーク軸方向の両側にそれぞれワーク1のフロント側およびリヤ側を加工するための、フロント側端面加工ユニット60と、リヤ側端面加工ユニット70とを装備している。
【0022】
そしてフロント側端面加工ユニット60は、ワーク軸と平行な方向(X方向)および直角な方向(Z方向)に移動自在であり、かつ、それぞれワーク軸と平行な軸周りに刃具を回転自在とすると共に、互いにその駆動源を共用したフロント側外径加工ユニット61、フロント側センタ加工ユニット62およびフロント側幅決め加工ユニット63を有している。
また、フロント側外径加工ユニット61にはフロント側バイト回転工具61aを、フロント側センタ加工ユニット62にはフロント側センタドリル62aを、またフロント側幅決め加工ユニット63にはフロント側幅決めカッタ63aをそれぞれ着脱可能に設けている。
【0023】
またリヤ側端面加工ユニット70は、ワーク軸と平行な方向(X方向)および直角な方向(Z方向)に移動自在であり、かつ、それぞれワーク軸と平行な軸周りに刃具を回転自在とすると共に、互いにその駆動源を共用したリヤ側外径加工ユニット71、リヤ側センタ加工ユニット72およびリヤ側幅決め加工ユニット73を有している。
また、これらのリヤ側外径加工ユニット71にはリヤ側バイト回転工具71aを、リヤ側センタ加工ユニット72にはリヤ側センタドリル72aを、またリヤ側幅決め加工ユニット73にはリヤ側幅決めカッタ73aをそれぞれ着脱可能に設けられている。
さらに、フロント側端面加工ユニット60、リヤ側端面加工ユニット70には、それぞれワーク1の軸直角方向にフロント基準座カッタ81aおよびリヤ基準座カッタ82aを回転自在に備えた、フロント側位相基準座加工ユニット81およびリヤ位相基準座加工ユニット82を設けている。
【0024】
なお、本実施例では、クランプ治具50を固定し、かつフロント側端面加工ユニット60とリヤ側端面加工ユニット70とをそれぞれZ方向に移動自在な構成としているが、他の実施例として、フロント側端面加工ユニット60とリヤ側端面加工ユニット70を固定し、かつ両ユニットの略中央に設置したクランプ治具50をZ方向に移動自在な構成としても良い。
また、本実施例では本加工工程(OP10)を専用工作機で行なっているが、専用工作機に限定することなく、例えばワーク1をクランプした状態で、その軸を含む平面方向にインデックス(直線方向または回転方向の割り出し)可能なATC付きマシニングセンタ等を用いても良い。
【0025】
次にOP10の作用を図2、図7〜図11に基づき説明する。
OP10では鍛造または鋳造された素材状態の自動車用の4気筒ワーク1を専用工作機で加工するが、それには先ず、専用工作機の略中央に設けられたクランプ治具50にワーク1をその軸を水平にして搬入し、それぞれバイスクランパ51、51を、ラック54とラックピニオン55とラック56とを介して液圧シリンダ53により駆動させて、クランプ爪52,52のV形状部分で前記ワーク1のメインジャーナルJ1およびメインジャーナルJ5をそれぞれクランプする。
この際、ワーク1の長手方向の位置決めは長手位置決め装置57で、また回転位相方向の位置決めは位相決め装置58でそれぞれ行なわれる。
ここで、OP10の加工は、ワーク1をクランプ治具50により全工程を通じて継続的にクランプ保持した状態で行なわれる。
【0026】
そして最初に行なう両端幅決め加工は、フロント側端面加工ユニット60とリヤ側端面加工ユニット70とをそれぞれワーク1へ接近するようにX方向へ移動させて、フロント側幅決め加工ユニット63のフロント側幅決めカッタ63aの先端をフロント端面11の位置に、リヤ側幅決め加工ユニット73のリヤ側幅決めカッタ73aの先端をリヤ端面21の位置に合わせた後、フロント側端面加工ユニット60とリヤ側端面加工ユニット70とをそれぞれZ方向(本実施例では図7の紙面において下から上)へ移動させて、フロント側幅決めカッタ63aでフロント端面11を、リヤ側幅決めカッタ73aでリヤ端面21をそれぞれミーリング加工する。
【0027】
次に行なう両端センタ加工は、フロント側端面加工ユニット60とリヤ側端面加工ユニット70とをそれぞれX方向へ移動させて、フロント側センタ加工ユニット62の回転軸とリヤ側センタ加工ユニット72の回転軸とをワーク1の回転軸に合致させた後、フロント側センタドリル62aでフロントセンタ12を、リヤ側センタドリル72aでリヤセンタ22をそれぞれセンタリング加工する。
【0028】
次に行なうフロントおよびリヤ外径加工は、フロント側端面加工ユニット60とリヤ側端面加工ユニット70とをそれぞれX方向へ移動させて、フロント側外径加工ユニット61の回転軸とリヤ側外径加工ユニット71の回転軸とをワーク1の回転軸に合致させた後、図8に見られるように、クランプ治具50を用いて前記のセンタリング加工工程から継続的にワーク1をクランプ保持した状態で、フロント側バイト回転工具61aでフロントシャフト外径の一部にフロントシャフト外径基準14aを、リヤ側バイト回転工具71aでリヤフランジ外径の一部にリヤフランジ外径基準23aをそれぞれバイト回転により加工する。
ここでフロントシャフト外径の一部に設けるフロントシャフト外径基準14aの加工はフロントシャフト外径14bに行なっても何ら問題は無い。
また、本実施例ではフロントおよびリヤ外径加工は、図8に示したバイト回転により行なったが、この加工は図9~図11に見られるように、フロントシャフト外径基準14aをミーリング工具61bのコンタリング加工で、またリヤフランジ外径基準23aをミーリング工具71bのコンタリング加工で行なってもよい。
【0029】
さらに、本工程においては、後にOP40でピンジャーナル加工の際に必要となるフロント位相基準15およびリヤ位相基準24を加工している。この加工は、フロント側端面加工ユニット60、リヤ側端面加工ユニット70をそれぞれX方向へ移動させて、フロント側位相基準座加工ユニット81およびリヤ位相基準座加工ユニット82の略中心をそれぞれワーク1のフロント位相基準15、リヤ位相基準24のワーク軸方向の中心に合わせた後、フロント側端面加工ユニット60、リヤ側端面加工ユニット70をそれぞれZ方向(本実施例では図7の紙面において下から上)へ移動させてフロント基準座カッタ81aおよびリヤ基準座カッタ82aによりそれぞれフロント位相基準15およびリヤ位相基準24をミーリング加工している。
なおこのフロント位相基準15およびリヤ位相基準24のミーリング加工は、加工サイクルタイムの短縮化のため、前述のフロント端面11およびリヤ端面21のミーリング加工と同期して行なうのが望ましい。
【0030】
OP20(図3に詳細を示す)では全メインジャーナルのミーリング荒加工を、両端のチャックで水平に固定したワーク1に対しそのフロント側にメインジャーナル加工用のカッタ(以後左カッタと呼ぶ)およびレスト(以後左レストと呼ぶ)を設けたカッタヘッドと、またワーク1に対しそのリヤ側にピンカウンターウエイト外周加工用のカッタ(以後右カッタと呼ぶ)を設けたカッタヘッドとを左右に備えた、クランクシャフトミラーで行なう。
【0031】
次に、この工程の作用を説明すると、先ず、クランクシャフトミラーの左右のチャックにそれぞれ設けられたセンタを、OP10で加工されたフロントセンタ12とリヤセンタ22にそれぞれ挿入して、ワーク1を水平に軸支持する。続いて左右のチャックで、OP10で加工されたフロントシャフト外径基準14aとリヤフランジ外径基準23aとをそれぞれ強固にクランプする。
【0032】
次に加工を始めるが、その加工個所および加工順序は、図3の下表に表したように、
(1)加工順序1では,左レストを使用しないで、左カッタでNO5メインジャーナルJ5のミーリング荒加工と、メインジャーナルチークJCのミーリング加工とを行い、
(2)加工順序2では、NO5メインジャーナルJ5を左レストで補助サポートして、左カッタでNO4メインジャーナルJ4のミーリング荒加工を行い、
(3)加工順序3では、NO4メインジャーナルJ4を左レストで補助サポートして、左カッタでNO3メインジャーナルJ3のミーリング荒加工を、また右カッタでNO4カウンターウエイトC4の外周のミーリング加工を行い、
(4)加工順序4では、NO3メインジャーナルJ3を左レストで補助サポートして、左カッタでNO2メインジャーナルJ2のミーリング荒加工を、また右カッタでNO4カウンターウエイトC4とNO3カウンターウエイトC3の外周のミーリング加工を行い、
(5)加工順序5では、NO2メインジャーナルJ2を左レストで補助サポートして、左カッタでNO1メインジャーナルJ1のミーリング荒加工と、メインジャーナルチークJCのミーリング加工とを行い、また右カッタでNO3カウンターウエイトC3とNO2カウンターウエイトC2の外周のミーリング加工を行い、
(6)加工順序6では、NO1メインジャーナルJ1を左レストで補助サポートして、右カッタでNO2カウンターウエイトC2とNO1カウンターウエイトC1の外周のミーリング加工を行い、
(7)加工順序7では、左レストを使用しないで、右カッタでNO1カウンターウエイトC1の外周のミーリング加工を行う。
【0033】
OP30A(図4に詳細を示す)ではリヤ側の旋削加工とリヤ側のメインジャーナルの旋削加工とを片チャックのNC旋盤にて行なう。
その加工工程の詳細を、図4に基づき以下に説明する。
NC旋盤のチャックに設けられたセンタを、OP10で加工されたワーク1のフロントセンタ12に、またテールストックに設けられたセンタを、OP10で加工されたワーク1のリヤセンタ22にそれぞれ挿入し、テールストック側のセンタを押し込むことによりワーク1を水平に軸支持する。このワーク1のセンタリング後、OP10で加工されたフロントシャフト外径基準14aをチャック爪によりクランプし、ワーク1を回転駆動させる。次に旋盤の刃物台に装備した所定のバイトをNC制御送りさせて、リヤフランジ端面21、リヤフランジ外径23、NO5メインジャーナルJ5、NO4メインジャーナルJ4、NO3メインジャーナルJ3、各メインジャーナル両側面、および各メインジャーナル両端のR溝加工などの中仕上げ旋削加工を行なう。
【0034】
この旋盤加工においてはチャックのセンタを挿入するフロントセンタ12と同一のチャックの爪でクランプするフロントシャフト外径基準14aとの同芯度が良いことが求められる。何故ならこの同芯度が悪いとチャッククランプの際チャックの爪でワークを曲げてしまう(弾性変位)ことになり、このまま加工すれば、クランプの解放時には曲げられたワークは元通りになるため、加工された各ジャーナルの中心は加工時の中心から偏芯してしまう。
本発明においては、ワーク1を、OP10で、同一のクランプ治具を用いて継続的にクランプ保持し、掴み替えをすることの無い状態でフロントセンタ12とフロントシャフト外径基準14aとの加工を行なうため、これらの同芯度は格段に良く、従って本工程における各メインジャーナルの振れ精度が優れている。
【0035】
OP30B(図5に詳細を示す)ではフロント側の旋削加工とフロント側のメインジャーナルの旋削加工とを片チャックのNC旋盤にて行なう。
その加工工程の詳細を、図5に基づき説明する。
NC旋盤のチャックに設けられたセンタを、OP10で加工されたワーク1のリヤセンタ22に、またテールストックに設けられたセンタを、OP10で加工されたワーク1のフロントセンタ12にそれぞれ挿入し、テールストック側のセンタを押し込むことによりワーク1を水平に軸支持する。このワーク1のセンタリング後、OP30Aで加工されたリヤフランジ外径23をチャック爪によりクランプし、ワーク1を回転駆動させる。次に旋盤の刃物台に装備した所定のバイトをNC制御送りさせて、フロントポスト13、フロントシャフト段付き外径14、NO1メインジャーナルJ1、NO2メインジャーナルJ2、各メインジャーナル両側面、および各メインジャーナル両端のR溝加工などの中仕上げ旋削加工を行なう。
【0036】
OP40(図6に詳細を示す)では全ピンジャーナルのミーリング加工を、両端のチャックで水平に固定したワーク1に対しそのフロント側にピンジャーナルおよびカウンターウエイト側面の加工用のカッタ(以後左カッタと呼ぶ)並びにレスト(以後左レストと呼ぶ)を設けたカッタヘッドと、またワーク1に対しそのリヤ側にピンジャーナルおよびR溝の加工用のカッタ(以後右カッタと呼ぶ)を設けたカッタヘッドとを左右に備えたクランクシャフトミラーで行なう。
次に、この工程の作用を説明する。
先ず、クランクシャフトミラーの左右のチャックにそれぞれ設けられたセンタにより、OP10で加工されたフロントセンタ12とリヤセンタ22との位置でワーク1を水平に軸支持する。このセンタリング後、左のチャックでフロント位相基準15(リヤ位相基準24を使用してもよい)を同チャックに設けた位相基準受け座に当接させて位相位置決めを行い、続いて左右のチャックで、OP30Bで加工されたNO1メインジャーナルJ1とOP30Aで加工されたリヤフランジ外径23とをそれぞれ強固にクランプする。
【0037】
次に加工を始めるが、その加工個所および加工順序は、図6の下表に表したように、
(1)加工順序1では、NO5メインジャーナルJ5を左レストで補助サポートして、左カッタでNO4ピンジャーナルP4とNO4カウンターウエイトC4の側面とのミーリング荒加工を行い、
(2)加工順序2では、NO4メインジャーナルJ4を左レストで補助サポートして、左カッタでNO3ピンジャーナルP3とNO3カウンターウエイトC3の側面とのミーリング荒加工を、また右カッタでNO4ピンジャーナルP4とこのピンジャーナル両端のR溝のミーリング仕上げ加工とを行い、
(3)加工順序3では、NO3メインジャーナルJ3を左レストで補助サポートして、左カッタでNO2ピンジャーナルP2とNO2カウンターウエイトC2の側面とのミーリング荒加工を、また右カッタでNO3ピンジャーナルP3とこのピンジャーナル両端のR溝のミーリング仕上げ加工とを行い、
(4)加工順序4では、NO2メインジャーナルJ2を左レストで補助サポートして、左カッタでNO1ピンジャーナルP1とNO1カウンターウエイトC1の側面とのミーリング荒加工を、また右カッタでNO2ピンジャーナルP2とこのピンジャーナル両端のR溝のミーリング仕上げ加工とを行い、
(5)加工順序5では、左レストを使用しないで、右カッタでNO1ピンジャーナルP1とこのピンジャーナル両端のR溝のミーリング仕上げ加工を行う。
【0038】
以上述べたように本発明の第1実施形態では、初工程のセンタリング加工工程(OP10)に、後工程のクランクシャフトミラーで使用する、フロントシャフト外径基準およびリヤフランジ外径基準の外径加工工程を新たに設けた構成により、旋盤台数を削減できると共に、旋削系の加工工程(OP30A、OP30B)を集約可能としたクランクシャフト加工ラインの加工方法を達成している。
【0039】
次に本発明の第2実施形態になるクランクシャフト加工ラインの加工工程フローを、図13により説明する。
クランクシャフト加工ラインの第2実施形態の加工工程フローは、まずOP10では、第1実施形態と同じく、図2に示すように、ワークの両端幅決め加工と、両端センタ加工と、フロントおよびリヤ外径基準加工とを行う。次に、OP21では全メインジャーナルのミーリング荒加工および全ピンジャーナルのミーリング加工を行う。続いてOP30A(図4に詳細を示す)、OP30B(図5に詳細を示す)では、第1実施形態と同じく、フロントおよびリヤ旋削加工と全メインジャーナルの旋削加工とを行なっている。
【0040】
本第2実施形態になるクランクシャフト加工ラインの加工工程と第1実施形態のそれとの違いは、第1実施形態では全メインジャーナルのミーリング荒加工と全ピンジャーナルのミーリング加工とをそれぞれのクランクシャフトミラーで別工程で行っているのに対して、本第2実施形態では全メインジャーナルのミーリング荒加工と全ピンジャーナルのミーリング加工とを、例えば1台のクランクシャフトミラーにより同一の工程(例えば1台のクランクシャフトミラーにより)で行っている点にある。
この実施2形態の使い分けは、クランクシャフト加工ラインのサイクルタイムが短い場合、または前記ジャーナル以外の加工、例えばピンジャーナル両端のR溝加工、カウンターウエイト外周加工などの加工を行いたい場合は、全メインジャーナルのミーリング荒加工と全ピンジャーナルのミーリング加工とを工程分割する必要があるため、第1実施形態を採択すべきであり。また、クランクシャフト加工ラインのサイクルタイムに余裕があり、かつ全メインジャーナルのミーリング荒加工およびピンジャーナルのミーリング加工のみをクランクシャフトミラーで行いたい場合は第2実施形態を採択すればよいことになる。
【0041】
以上説明したように、本発明によると次のような効果を奏する。
(1)本発明では、クランクシャフト加工ラインの初加工工程の際に、ワークを同一のクランプ手段を用いて継続的にクランプ保持した状態で、センタリング加工工程と、後工程でのクランクシャフトミラーのチャックのクランプ基準として、ワークのフロントシャフト段付き外径の一部にフロントシャフト外径基準を、およびリヤフランジ外径の一部にリヤフランジ外径基準をそれぞれ設ける外径加工を行なう外径加工工程とを集約したので、従来、クランクシャフトミラーでのメインジャーナル荒加工の前工程に、ワークのフロント側およびリヤ側それぞれにクランクシャフトミラーの加工基準を加工するため設けていた2台の旋盤工程を不要にできる。
これにより、2台もの旋盤の機械設備費が削減でき、クランクシャフト加工ラインの初加工工程に追加した装置、即ち前記ワークのフロントシャフト段付き外径およびリヤフランジ外径の一部にクランクシャフトミラー用の外径基準加工を行なう装置、の設備費を差し引いても、加工ライン全体としての機械設備費が大幅削減できる。
【0042】
また旋盤2台を不要とすることにより、加工ライン全長は短くでき、その設置フロア−面積を縮小できるため、設置建屋の費用も合わせて低減できる。併せて加工ラインが小型化できることにより、ライン稼動のためのエネルギーは省力化される。さらに、加工ラインの機械台数が減ることにより、そのメンテナンスコストが低減される効果が期待できる。
【0043】
また、ワークを同一のクランプ手段を用いて継続的にクランプ保持し、掴み替えをすることの無い状態でセンタリング加工工程と外径加工工程とを行なうため、加工ワークのワークセンタ(回転軸)に対するフロントシャフト外径加工部およびリヤフランジ外径加工部の同芯度が良い。
【0044】
(2)本発明では、クランクシャフト加工ラインの初加工工程でのワークの両端に行なうセンタ穴加工と、ワークにフロントシャフト外径基準、およびリヤフランジ外径基準を設ける外径加工とを、刃具の回転にて行なっている。これらの加工方式は固定した同一ワークの加工を共通して刃具の回転により行なっているので、これら刃具の回転駆動系を共用することができる。従ってこれらセンタ穴加工および外径加工の装置をコンパクトに構成することが可能となり、その機械設備費用を安価に提供できる。
【0045】
(3)本発明では、少なくともワークのメインジャーナル外径をクランクシャフトミラーでミーリング荒加工し、続いてフロントポスト、フロントシャフト段付き外径、リヤフランジ外径及びリヤフランジ端面などのワークの両軸端部加工と、全てのメインジャーナル外径およびその側面などの中仕上げ加工と、を全て旋削加工により行う。この加工方法により、従来はクランクシャフトミラーによるメインジャーナルの荒加工工程の前後に分散されていた旋削系の機械(旋盤、ターンブローチ、ターンターンブローチなど)による旋削工程が、本発明においてはメインジャーナルの荒加工工程の後工程に集約される。
【0046】
即ち、クランクシャフトミラーによるメインジャーナルの荒加工工程で、まず旋削系の機械での加工によるとデメリットの多いジャーナルチークも加工し、続いてフロントポスト、フロントシャフト段付き外径、リヤフランジ外径及びリヤフランジ端面などのワークの両軸端部加工、並びに、全てのメインジャーナル外径およびその側面などの中仕上げ加工を全て旋削加工により行うことが可能となる。この旋削加工工程の集約化によりワークの加工形状(例えばジャーナルチークの有無など)に左右されることの少ない、クランクシャフト加工ラインにおける工程設計の容易化、ひいては標準化を可能とし、クランクシャフト加工ライン設置納期の短縮、設備費用の低減、およびクランクシャフト加工ラインの異種ワークへの転用、改造の容易化などに寄与できる。
【0047】
また、本発明によると、前述したように、加工ワークのワークセンタ(回転軸)に対するフロントシャフト外径加工部およびリヤフランジ外径加工部の同芯度が非常に良い。このことは、前記外径加工部を使用してのクランクシャフトミラーによるメインジャーナルの荒加工外径と、前記センタリング加工のワークセンタを使用しての旋削系の機械により中仕上げ加工したメインジャーナル外径との同芯度が良く、前記中仕上げ加工時の取り代が均一であることを意味している。
また取り代が均一であれば等負荷切削が可能となり加工精度が良くなり、本発明の加工方法によれば、旋削系の機械によるワークの中仕上げ外径加工の振れ精度の向上が図れる。
しかも、この中仕上げ外径加工の振れ精度の良いことは、クランクシャフト加工ラインの後工程のジャーナル研削加工工程(本発明に記載せず)におけるジャーナル研削代の均一性に寄与し、研削加工精度が向上できるといった絶大な効果をも創出する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第1実施形態のクランクシャフト加工ラインの加工工程フロ−チャートである。
【図2】第1実施形態のOP10に係る加工工程図である。
【図3】第1実施形態のOP20に係る加工工程図である。
【図4】第1実施形態のOP30Aに係る加工工程図である。
【図5】第1実施形態のOP30Bに係る加工工程図である。
【図6】第1実施形態のOP40に係る加工工程図である。
【図7】第1実施形態のOP10に係る専用工作機の加工概要を表す図である。
【図8】第1実施形態のOP10に係る専用工作機のバイトによる外径加工の概要を表す図である。
【図9】第1実施形態のOP10に係る専用工作機のミーリングカッタによるコンタリング外径加工の概要を表す図である。
【図10】図9におけるA−A矢視図である。
【図11】図9におけるB−B矢視図である。
【図12】第1実施形態のOP10に係る専用工作機のクランプ治具の概要図である。
【図13】本発明に係る第2実施形態のクランクシャフト加工ラインの加工工程フロ−チャートである。
【図14】従来のクランクシャフト加工ラインの加工工程フロ−チャートである。
【図15】従来のクランクシャフト加工ラインの別の加工工程フロ−チャートである
【符号の説明】
1…ワーク(クランクシャフト)、11…フロント端面、12…フロントセンタ、13…フロントポスト外径、14…フロントシャフト段付き外径、14a…フロントシャフト外径基準、14b…フロントシャフト外径、15…フロント位相基準、21…リヤフランジ端面、22…リヤセンタ、23…リヤフランジ外径、23a…リヤフランジ外径基準、24…リヤ位相基準、50…クランプ治具、51…バイスクランパ、52…クランプ爪、53…液圧シリンダ、54…ラック、55…ラックピニオン、56…ラック、57…長手位置決め装置、58…位相決め装置、60…フロント側端面加工ユニット、61…フロント側外径加工ユニット、61a…フロント側バイト回転工具、61b…ミーリング工具、62…フロント側センタ加工ユニット、62a…フロント側センタドリル、63…フロント側幅決め加工ユニット、63a…フロント側幅決めカッタ、70…リヤ側端面加工ユニット、71…リヤ側外径加工ユニット、71a…リヤ側バイト回転工具、71b…ミーリング工具、72…リヤ側センタ加工ユニット、72a…リヤ側センタドリル、73…リヤ側幅決め加工ユニット、73a…リヤ側幅決めカッタ、81…フロント側位相基準座加工ユニット、81a…フロント基準座カッタ、82…リヤ側位相基準座加工ユニット、82a…リヤ基準座カッタ、C1…NO1カウンターウエイト、C2…NO2カウンターウエイト、C3…NO3カウンターウエイト、C4…NO4カウンターウエイト、J1…NO1メインジャーナル、J2…NO2メインジャーナル、J3…NO3メインジャーナル、J4…NO4メインジャーナル、J5…NO5メインジャーナル、JC…メインジャーナルチーク、P1…NO1ピンジャーナル、P2…NO2ピンジャーナル、P3…NO3ピンジャーナル、P4…NO4ピンジャーナル、PC…ピンジャーナルチーク。

Claims (2)

  1. クランクシャフト加工ラインの加工方法において
    クランクシャフト加工ラインの初加工工程の際に、ワーク(1)を同一のクランプ治具(50)を用いて継続的にクランプ保持した状態で、
    前記ワーク(1)の両端にセンタ穴加工を行うセンタリング加工工程と、
    後工程でクランクシャフトミラーでの加工の際にチャックのクランプ基準として使用するため、前記ワーク(1)のフロントシャフト段付き外径(14)の一部にフロントシャフト外径基準(14a)、およびリヤフランジ外径(23)の一部にリヤフランジ外径基準(23a)を設ける外径加工を刃具の回転にて行う外径加工工程と、
    を有することを特徴とするクランクシャフト加工ラインの加工方法。
  2. さらに、前記外径加工工程で行った、前記ワーク(1)のフロントシャフト外径基準(14a)、リヤフランジ外径基準(23a)をチャックによりそれぞれクランプ支持して、少なくとも前記ワーク(1)のメインジャーナル外径をクランクシャフトミラーでミーリング荒加工するミーリング荒加工工程と、
    前記クランクシャフトミラーでのメインジャーナル外径のミーリング荒加工後に、フロントポスト外径(13)、フロントシャフト段付き外径(14)、リヤフランジ外径(23)及びリヤフランジ端面(21)などの前記ワークの両軸端部加工、および全てのメインジャーナル外径とその側面などの中仕上げ加工を全て旋削加工により行う旋削加工工程と、
    を有することを特徴とする請求項1に記載のクランクシャフト加工ラインの加工方法。
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