JP4609790B2

JP4609790B2 - 内面ブローチ加工方法

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Publication number: JP4609790B2
Application number: JP2004055022A
Authority: JP
Inventors: 宗一角谷; 康弘村井
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2024-02-27
Also published as: JP2005238425A

Description

本発明は、内面ブローチ工具の前つかみ部及び後つかみ部を把持してブローチ加工を行う内面ブローチ加工方法に関する。

従来、内面ブローチ工具を使って内面ブローチ加工をする場合、特許文献１の従来技術に記載されているように、図１２のような前つかみ部把持装置５２が用いられていた。この前つかみ部把持装置５２は、本体５３にシャンク挿入穴５４が設けられ、この本体５３の軸線上に放射状に４個の爪５５がシャンク挿入穴５４内に突出可能にされた構造とされている。クランプされる前つかみ部５６は長手方向一端にくびれ部５７を有する構造とされている。この前つかみ部５６をシャンク挿入穴５４に挿入し、スリーブ５８を本体５３の先端側（図でみて上方向）にスライドさせることにより、爪５５がくびれ部５７を４方向から押すこととなる。これにより、前つかみ部５６はシャンク挿入穴５４内に爪５５を介して本体５３にクランプされる。５９はスリーブ５８を本体５３の後端側（図でみて下方向）に戻すスプリングである。また、前つかみ部５６のブローチ回転方向の規制方法として、図１３に示すように、前つかみ部５６に片平とり４０を設け、本体５３に前つかみ部５６を挿入した後で、ピン６７を本体５３のピン穴６８に挿入したものが開示されている。

また、特許文献２には、前つかみ部の把持装置として、前つかみ部に設けられた第１のくびれ部及び第２のくびれ部を、前つかみ部把持装置の本体に設けられた下爪及び上爪に各々クランプし、ブローチ工具のブローチ軸方向及びブローチ回転方向を規制した前つかみ部把持装置が開示されている。

また、出願人が先に出願した特願２００３−４９５８３号においては、ブローチ工具の前つかみ部及び後つかみ部にテーパ部を設け、このテーパ部と補合するテーパ面を有するプルヘッドを押し当ててクランプすることにより、ブローチ工具のブローチ軸方向及びブローチ軸直角方向を規制したブローチ工具把持装置がある。
特開平６−１２６５２６号公報特開２００３−１６５０１８号公報

しかしながら、特許文献１のような前つかみ部把持装置５２を用いた場合、図１２に示すように、爪５５が前つかみ部５６のくびれ部５７に当接しても、くびれ部５７と爪５５との間にブローチ軸方向の隙間があり、ブローチ加工中に前つかみ部５６は本体５３との間でブローチ軸方向に動いたり振動したりして、ワークの加工精度やブローチ工具の寿命に悪い影響を与えていた。さらにブローチ回転方向の規制についても、図１３に示すように、ピン６７を挿入するための隙間６９が必要になるため、この隙間によりブローチ加工中、前つかみ部５６と本体５３との間でブローチ回転方向に動いたり振動したりしてワークの加工精度やブローチ工具の寿命に悪い影響を与えていた。

また、特許文献２に記載の前つかみ部把持装置は、ブローチ工具のブローチ軸方向及び回転方向の振動を抑えることについて着目されており、クランプされるのはブローチ工具の前つかみ部側のみとされている。このため、特にワークの硬度が４５ＨＲＣ（ロックウエル硬さＣスケール：以下同じ）を越える高硬度材のブローチ加工においては、ブローチ工具にかかるラジアル荷重も大きくなるため、ブローチ工具のブローチ軸直角方向に対しても固定してクランプすることができる前つかみ部把持装置が期待されている。

また、特願２００３−４９５８３号のブローチ工具把持装置は、ブローチ工具の前つかみ部及び後つかみ部の両方をクランプする構成とされているが、プルヘッドに設けたテーパ部への押し付け力は、ブローチ加工時にブローチ工具が軸方向に伸びてもテーパ部にすきまを生じさせないよう、クランプ力を切削荷重よりもさらに大きくする必要がある。このため切削力が大きい場合においては、油圧シリンダ等を用いた大パワーのクランプ装置が必要となり、プルヘッドが大型化するケースもある。このため、ブローチ加工時の切削力に左右されないブローチ工具把持装置が期待されている。

本発明はかかる従来技術の課題を解決するためになされたものであり、ブローチ工具のブローチ軸方向、軸直角方向を固定してクランプでき、ブローチ軸方向、軸直角方向及び回転方向の振動を抑制できるとともに、特に切削力の大きいブローチ加工においても把持装置が大型化しないブローチ加工方法を提供することにある。

このため本発明においては、長手方向一端に設けられた下テーパ部と、該下テーパ部に隣接して設けられたランドと、該ランド部に隣接して設けられた上テーパ部と、からなる前つかみ部と、後ろつかみ部と、を有する内面ブローチ工具と、前記前つかみ部の前記下テーパ部に当接可能とされた２以上の下爪と、前記上テーパ部に当接可能とされた２以上の上爪と、を有し、クランプ時には前記下テーパ部が前記下爪に押し付けられることにより前記前つかみ部のブローチ軸方向及びブローチ軸直角方向が圧縮クランプされ固定する下部把持装置と、前記後つかみ部に当接可能とされた２以上の爪を有し、クランプ時には前記上部把持装置の爪により前記後つかみ部が挟持されることにより、前記後つかみ部のブローチ軸直角方向のみを固定してクランプする上部把持装置と、を備え、硬度が４５〜６５ＨＲＣ（ロックウエル硬さＣスケール）の高硬度材で中空円筒状とされた未加工ワークを取付後、前記後つかみ部をクランプした前記上部把持装置を下降させ、前記前つかみ部を前記未加工ワークに挿入して、前記前つかみ部を前記下部把持装置でクランプし、前記上部把持装置で前記後つかみ部のブローチ軸直角方向のみを固定し、同時に前記下部把持装置で前記前つかみ部のブローチ軸直角方向及びブローチ軸方向を固定し、前記前つかみ部及び前記後つかみ部を同時に固定したまま、前記内面ブローチ工具に引張り荷重がかかるようにして前記未加工ワークをブローチ加工し、前記ブローチ加工後に、前記上部把持装置をアンクランプし、上方に移動させて前記加工されたワークを取り出すようにしたことを特徴とする内面ブローチ加工方法とした。即ち、前つかみ部及び後つかみ部を有する内面ブローチ工具をクランプするにあたり、ブローチ盤に設けられた下部把持装置により内面ブローチ工具の前つかみ部のブローチ軸方向及び軸直角方向を圧縮して把持固定し、同時に上部把持装置によりブローチ工具の後つかみ部のブローチ軸直角方向のみを把持固定して内面ブローチ加工を行う。これにより、ブローチ加工時においても、内面ブローチ工具のブローチ軸方向及び軸直角方向が固定されるため振動したり動いたりすることはない。また、下部把持装置及び上部把持装置の内面ブローチ工具をクランプする摩擦力により、ブローチ工具のブローチ回転方向の振動を抑制するので、ブローチ加工時に内面ブローチ工具がブローチ回転方向に動いたり振動することはない。

また、前つかみ部に設けられた下テーパ部及び上テーパ部を下部把持装置本体に設けられた２以上の下爪及び上爪を押し付けることにより前つかみ部を圧縮クランプする。これにより、ブローチ加工時に起こる振動などに対し、内面ブローチ工具の前つかみ部のブローチ軸方向及び軸直角方向が振動したり動かないように規制する。

また、上部把持装置本体に設けられた２以上の爪により後つかみ部を挟持することにより、ブローチ加工時に起こる振動などに対し、内面ブローチ工具の後つかみ部がブローチ軸直角方向に振動したり動かないように規制する。

さらに、中空円筒状とされたワークの硬度が４５〜６５ＨＲＣの高硬度材の内面ブローチ加工方法としたので上述した課題を解決することができた。

以上のように本発明によれば、長手方向一端に設けられた下テーパ部と、該下テーパ部に隣接して設けられたランドと、該ランド部に隣接して設けられた上テーパ部と、からなる前つかみ部と、後ろつかみ部と、を有する内面ブローチ工具と、前記前つかみ部の前記下テーパ部に当接可能とされた２以上の下爪と、前記上テーパ部に当接可能とされた２以上の上爪と、を有し、クランプ時には前記下テーパ部が前記下爪に押し付けられることにより前記前つかみ部のブローチ軸方向及びブローチ軸直角方向が圧縮クランプされ固定する下部把持装置と、前記後つかみ部に当接可能とされた２以上の爪を有し、クランプ時には前記上部把持装置の爪により前記後つかみ部が挟持されることにより、前記後つかみ部のブローチ軸直角方向のみを固定してクランプする上部把持装置と、を備え、硬度が４５〜６５ＨＲＣ（ロックウエル硬さＣスケール）の高硬度材で中空円筒状とされた未加工ワークを取付後、前記後つかみ部をクランプした前記上部把持装置を下降させ、前記前つかみ部を前記未加工ワークに挿入して、前記前つかみ部を前記下部把持装置でクランプし、前記上部把持装置で前記後つかみ部のブローチ軸直角方向のみを固定し、同時に前記下部把持装置で前記前つかみ部のブローチ軸直角方向及びブローチ軸方向を固定し、前記前つかみ部及び前記後つかみ部を同時に固定したまま、前記内面ブローチ工具に引張り荷重がかかるようにして前記未加工ワークをブローチ加工し、前記ブローチ加工後に、前記上部把持装置をアンクランプし、上方に移動させて前記加工されたワークを取り出す内面ブローチ加工方法としたので、ブローチ加工時にブローチ工具が振動したり動いたりしないため、ワークを高精度に加工でき、使用する内面ブローチ工具も長寿命とすることができた。さらに、切削力の大きいブローチ加工の場合でも、つかみ部把持装置が大型化しないブローチ盤を提供することができた。

また、中空円筒状とされたワークの硬度が４５〜６５ＨＲＣの高硬度材の内面ブローチ加工方法であって、ブローチ工具に引張り荷重がかかるようにしてワークを加工する内面ブローチ加工方法としたので、硬度が４５〜６５ＨＲＣの高硬度材をブローチ加工する場合においても、ブローチ加工時にブローチ工具が振動したり動いたりしないため、ワークを高精度に加工でき、使用する内面ブローチ工具も長寿命とすることができた。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施の形態を示す下部把持装置の立面半断面図、図２は本発明の実施の形態を示す上部把持装置の立面半断面図、図３は図１のＡ−Ａ線矢視断面図、図４は図１のＢ−Ｂ線矢視断面図(クランプ状態)、図５は図１のＣ−Ｃ線矢視断面図(クランプ状態)、図６は図２のＤ−Ｄ線矢視断面図(クランプ状態）、図７は図２のＥ−Ｅ線矢視断面図(クランプ状態）、図８（ａ）は本発明の実施の形態で使用するブローチ工具の正面図、（ｂ）は（ａ）の左側面図、図９はワーク移動式のブローチ盤に本発明の上下把持装置を用いてブローチ加工を行う状態を示す部分断面図である。

下部把持装置３６の詳細構成について、図１を参照して説明する。図１に示すように、本発明に用いられる下部把持装置３６の上爪３及び下爪４は、右半断面図では開き状態（アンクランプ状態）、左半断面図では閉じ状態（クランプ状態）を示すものである。この下部把持装置３６は、図１に示すように、前つかみ部６の先端に設けられた下テーパ部９と、下テーパ部に隣接するランド部８と、ランド部に隣接する上テーパ部７とが連続して設けられた前つかみ部６をクランプする。下部把持装置３６の下部把持装置本体１は、図１に示すように、外周４３に嵌合し上下移動可能に設置されたスリーブ２と、下部把持装置本体１のガイド穴２６に移動可能に嵌合され、内方端部３７が下テーパ部９と当接可能な２本の下爪４と、本体１の半径方向穴３９に移動可能に嵌合され、内方端部４９が上テーパ部７と当接可能な２本の上爪３と、を有する。スリーブ２の内面には、逃げ溝１１と、テーパ部１３を有する逃げ溝１２とが設けられている。このとき、図３に示すように、前つかみ部６のブローチ回転方向は、ブローチ工具に設けられた切り欠き２９と、下部把持装置本体１に設けたピン２７により規制される。また、図４、図５に示すように、上爪３、下爪４は、荷重バランスがとれるようにそれぞれ対向に配置されているが、爪本数は２本にこだわる必要はなく、切削荷重によっては３本以上としても良い。

前つかみ部６のクランプについては、図１左半分に示すように、スリーブ２をコイルばね５により上部把持装置側（上方向）へ押し上げることにより行われる。上爪３はスリーブ２の内周部１４と前つかみ部６の上テーパ部７とに当接されており、上爪にかかる切削荷重の半径方向分力は、スリーブ２の内周面１４で受けるようにされている。また、下爪４は、外方端部３１がスリーブ２の逃げ溝１２に設けられた下テーパ部９に当接され、コイルばね５の押上げ力により上テーパ部１３を介して、前つかみ部の下テーパ部９を内側に加圧し、前つかみ部６を上部把持装置側（上方向）に押し上げ、ランド部８を上爪３との間に挟みこみ、圧縮クランプする。このとき、下爪４のクランプ力は、切削力より小さいものであっても、上爪と前つかみ部と下爪との間に隙間が生じることはないが、ブローチ加工時に発生するブローチ軸方向及び軸直角方向の振動を抑える程度の力は最低限必要である。本実施例では、下爪４のブローチ軸直角方向のクランプ力を切削荷重の１／１０程度とした。このクランプ力は、加工対象によってはさらに強いほうが良い場合、弱くても良い場合があるが、切削荷重より大きくする必要はない。なお、本実施例ではクランプをばね５により行うようにしたが、エアシリンダなど他の手段を用いても良い。次に、前つかみ部６のアンクランプについては、スリーブ２を、図１右半分に示すように、図示しないエアシリンダにより下部装置側（下方向）に移動させ、上爪３をスリーブ２の逃げ溝１１に、下爪４を逃げ溝１２に各々嵌まり込む状態とすることにより行われる。

次に、上部把持装置３２の詳細構成について、図２を参照して説明する。図２に示すように、本発明の上部把持装置３２は、溝部２１が設けられた後つかみ部１９を使用した。上部把持装置３２は、上部把持装置本体２２と、上部把持装置の外周８０に嵌合し上下移動可能に設置されたスリーブ２３と、下爪１６と、上爪１５と、を有する。下爪１６は、上部把持装置本体２２の半径方向下穴８１に移動可能に嵌合されており、内方端部８２が後つかみ部１９を挟持可能とされている。上爪１５は、上部把持装置本体２２の半径方向上穴９７に移動可能に嵌合され、内方端部８３が後つかみ部１９に設けられた溝部２１に嵌まり込めるようにされている。スリーブ２３の内面には、逃げ溝２４と、テーパ部１７を有する逃げ溝２５が設けられている。後つかみ部１９のクランプは、図６に示すように、２本の上爪１５により後つかみ部１９が落下するのを防止し、さらに図７に示すように、対向に配置された２本の下爪１６により後つかみ部１９が挟持されクランプされる。なお、下爪本数は２本にこだわる必要はなく、切削荷重によっては３本以上としても良い。なお、上爪１５はブローチ落下防止用として安全のために設けたものであり、後つかみ部のクランプするにあたって必ずしも必要としない。

後つかみ部１９のクランプは、図２左半分（クランプ状態）に示すように、スリーブ２３を、図示しないエアシリンダにより下部把持装置側（下方向）へ押し下げることにより行われる。これにより、上爪１５はスリーブ２３の内周部８４に押され、ブローチ溝２１に嵌まり込み、後つかみ部１９の落下を防止する。このとき、上爪１５と溝２１との間に隙間があるため、上爪によるクランプ力は発生しない。下爪１６は、外方端部８５がスリーブ２３の逃げ溝２５に設けられたテーパ部１７に当接され、エアシリンダの押し下げ力によりテーパ部１７を介して、後つかみ部１９を内側に加圧し、後つかみ部１９をクランプする。このときのクランプ力は、ブローチ軸直角方向のみの振動を抑えるに足る強さとし、本実施例では、切削荷重の１／１０程度としたが、加工対象によってはさらに強いほうが良い場合、弱くても良い場合がある。また、本実施例ではクランプをエアシリンダにより行うものとしたが、ばねなどの他の手段を用いても良い。次に、後つかみ部１９のアンクランプについては、スリーブ２３を、図２右半分（アンクランプ状態）に示すように、図示しないエアシリンダにより上部把持装置側（上方向）に移動させ、上爪１５をスリーブ２３の逃げ溝２４に、下爪１６を逃げ溝２５に各々嵌まり込む状態とすることにより行われる。

次に、上述した本発明の下部把持装置３６及び上部把持装置３２を用いたブローチ盤により高硬度材料の加工例を図９に示す。加工されるワーク８６はスプライン穴歯面に取り代を残してブローチ前加工した後、表面硬度６０ＨＲＣに浸炭焼入れされた浸炭鋼とする。ワーク８６を加工するブローチ工具は、図８に示すように、棒状の本体９０に前つかみ部６と、溝２１を有する後つかみ部１９と、前案内部７５と、後部案内９４と、寸法順に配置された超硬合金の切れ刃７４が設けられた内面ブローチ工具７２とする。

図９に示すように、ばね５によりスリーブ２が上部把持装置３２側に押し上げられ、内面ブローチ工具７２の前つかみ部６は下部把持装置３６の下爪３及び上爪４により圧縮クランプされている。また、後つかみ部１９はエアシリンダ９１によりスリーブ２３を介して、上部把持装置３２に設けられた下爪１６により挟持され、ブローチ軸直角方向をクランプされている。下部把持装置３６は、十分剛性のある取り付け台４５を介して、機械ベース４６に固定され、上部把持装置３２は、図示しない剛性のあるレールガイドに案内され、機械本体に上下動作可能に設置、位置決めされた、リフタテーブル４７に固定されている。この内面ブローチ工具７２の前つかみ部６及び後つかみ部１９を固定してクランプした状態により、内面ブローチ工具７２のブローチ軸方向、ブローチ軸直角及びブローチ回転方向のガタはなくなり、適正な把握力でしっかりと固定される。ブローチ加工前のワーク８６は、ワーク移動テーブル９３に固定されたワーク置き台９２上に載置され、ワークの前加工溝に内面ブローチ工具７２の前部案内７５が挿通されている状態である。ブローチ加工はこの状態からワーク移動テーブル９３を図示しない駆動装置で後部案内９４の位置までワーク８６を移動することにより行われ、ブローチの最終切れ刃９５の加工後減速し、二点鎖線７３で示した位置にて停止する。この間、内面ブローチ工具７２は上部把持装置３６及び下部把持装置３２により強固にクランプされているので、ブローチ加工による内面ブローチ工具７２の振動は非常に小さなものとなる。

ブローチ加工後のワーク８６の取り出しは、上部把持装置３２をアンクランプして、上部把持装置３２を上方に移動することにより行う。さらに、次の未加工ワークの取り付けは、ワーク移動テーブル９３を元の位置に戻した後、上部把持装置３２を下降して内面ブローチ工具７２をクランプすると同時に下部把持装置３６をアンクランプし、上部把持装置３２を上方に移動することにより内面ブローチ工具７２を持ち上げ、ワークの取り付けが可能となる。未加工ワーク取り付け後、後つかみ部１９をクランプしている上部把持装置３２を再度下降してワークに挿入し、下部把持装置３６により前つかみ部６をクランプして再び図９の状態となり、ブローチ加工を繰り返すことができる。

本実施例では、下部把持装置として図１に示す下部把持装置３６を用いたが、前つかみ部のブローチ軸方向及び軸直角方向を強固にクランプできるものであれば良く、他のクランプ形態も考えられる。例えば、図１０に示すように、下部把持装置本体１の下爪４が嵌合されるガイド穴２６については、半径方向に限定されるわけではなく、斜め方向に形成してもよい。このガイド穴に嵌合された下爪４によっても、前つかみ部６のテーパ部９を内側に加圧し、前つかみ部６を押し上げ、ランド部８を上爪３との間に挟みこみ、圧縮クランプすることが可能となる。

また、本実施例では、上部把持装置として図２に示す上部把持装置３２を用いたが、後つかみ部１９のブローチ軸直角方向のみをしっかりとクランプできるものであれば良く、他のクランプ形態も考えられる。例えば、図１１に示すように、後つかみ部１９にくびれ部７６を形成し、このくびれ部７６を上部把持装置本体６２に設けられた爪７７によりクランプするようにしても良い。

また、本実施例では、ワーク移動式のブローチ盤による加工実施例を示したが、ワーク移動テーブル９３を固定して、前述した上部把持装置及び下部把持装置により内面ブローチ工具をクランプし、上部把持装置及び下部把持装置をＮＣ装置により下部把持装置側（下方向）へ同期移動するようにしてブローチ加工しても同様の効果が得られることはいうまでもない。

図９に示すブローチ盤を用いて、本発明に係る内面ブローチ加工方法によりワークの加工を行った。結果、内面ブローチ工具に発生する振動は非常に小さいものとなり、切れ刃の欠けが発生せず長寿命となった。また、内面ブローチ工具を完全に固定、静止して加工が行われるので、加工中もブローチの姿勢は変化することはない状態に保たれ、ワークの加工精度が良好なものとなった。

本発明の実施の形態を示す下部把持装置の立面半断面図である。本発明の実施の形態を示す上部把持装置の立面半断面図である。図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。図１のＢ−Ｂ線矢視断面図(クランプ状態)である。図１のＣ−Ｃ線矢視断面図(クランプ状態)である。図２のＤ−Ｄ線矢視断面図(クランプ状態)である。図２のＥ−Ｅ線矢視断面図(クランプ状態)である。（ａ）は本発明の実施の形態で使用するブローチ工具の正面図、（ｂ）は（ａ）の左側面図である。ワーク移動式のブローチ盤に本発明の上下把持装置を用いた状態を示す部分断面図である。本発明の実施の形態に示した下部把持装置の別例の部分断面図である。本発明の実施の形態に示した上部把持装置の別例の部分断面図である。従来例の前つかみ部把持装置を示す部分断面図である。図１１のＦ−Ｆ線矢視断面図である。

符号の説明

３、１５上爪
４、１６下爪
６前つかみ部
７上テーパ部
８ランド部
９下テーパ部
１５爪
１９後つかみ部
３２上部把持装置
３６下部把持装置
６５ブローチ盤
７２内面ブローチ工具
８６ワーク

Claims

長手方向一端に設けられた下テーパ部と、該下テーパ部に隣接して設けられたランドと、該ランド部に隣接して設けられた上テーパ部と、からなる前つかみ部と、後ろつかみ部と、を有する内面ブローチ工具と、
前記前つかみ部の前記下テーパ部に当接可能とされた２以上の下爪と、前記上テーパ部に当接可能とされた２以上の上爪と、を有し、クランプ時には前記下テーパ部が前記下爪に押し付けられることにより前記前つかみ部のブローチ軸方向及びブローチ軸直角方向が圧縮クランプされ固定する下部把持装置と、
前記後つかみ部に当接可能とされた２以上の爪を有し、クランプ時には前記上部把持装置の爪により前記後つかみ部が挟持されることにより、前記後つかみ部のブローチ軸直角方向のみを固定してクランプする上部把持装置と、を備え、
硬度が４５〜６５ＨＲＣ（ロックウエル硬さＣスケール）の高硬度材で中空円筒状とされた未加工ワークを取付後、前記後つかみ部をクランプした前記上部把持装置を下降させ、前記前つかみ部を前記未加工ワークに挿入して、前記前つかみ部を前記下部把持装置でクランプし、
前記上部把持装置で前記後つかみ部のブローチ軸直角方向のみを固定し、同時に前記下部把持装置で前記前つかみ部のブローチ軸直角方向及びブローチ軸方向を固定し、
前記前つかみ部及び前記後つかみ部を同時に固定したまま、前記内面ブローチ工具に引張り荷重がかかるようにして前記未加工ワークをブローチ加工し、
前記ブローチ加工後に、前記上部把持装置をアンクランプし、上方に移動させて前記加工されたワークを取り出すようにしたことを特徴とする内面ブローチ加工方法。