JP5155847B2

JP5155847B2 - 工作機械による偏芯穴加工方法

Info

Publication number: JP5155847B2
Application number: JP2008330744A
Authority: JP
Inventors: 政喜田上; 勲原口
Original assignee: Seibu Electric and Machinery Co Ltd
Current assignee: Seibu Electric and Machinery Co Ltd
Priority date: 2008-12-25
Filing date: 2008-12-25
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2028-12-25
Also published as: JP2010149239A

Description

この発明は，例えば，ワークを把持した主軸に対して往復移動するＸ軸ユニットに砥石やバイトを取り付ける工具ホルダを配設し，中心から偏芯した内径，貫通穴，凹部等の穴を備えたワークをチャックによって回転中心に位置調節し，ワークに対して穴を研削加工するＮＣ工作機械による偏芯穴加工方法に関する。

近年，携帯カメラレンズやブルーレイディスク等のピックアップレンズ等の光学レンズの製作が行われるようになった。従来の光学レンズの製作において，金型を射出成型機にセットし，金型を成型し製作を行う際に，今までの主流の射出成型機は金型のセット数が１個であった。しかしながら，近年は多数個取りの射出成型機の普及が進み，マルチスリーブと呼ばれるワークの高精度加工の要求が高まってきた。従来のマルチスリーブの加工方法は，ワークをテーブルに固定し，縦型又は横型のマシニングセンターで，ボーリングバイトや砥石側を偏芯運動や偏芯回転させてワークを加工している。

従来，工作物の孔加工装置として，孔を有する工作物を仕上げる場合，孔は内面研削盤で加工し，軸部は別の外面研削盤で加工していた。工作物を移し換え，その度に芯出しを実施するため，段取り工数が嵩むという問題があったが，それを解消させるための工作物の孔加工装置が知られている。該工作物の孔加工装置は，ピン孔加工する場合には，工作物を回転主軸に心合わせし，クランプ手段でクランプした上で，工具で孔を加工する時には，砥石を待機させておく。軸部を加工する場合には，工作物はそのままで工具を待機させ，次いで，工作物を高速で回転させつつ砥石を当てることにより，軸部の加工を実施する（例えば，特許文献１参照）。

また，偏心チャックとして，小型で簡単な構造であり，偏心ピッチが相違する多種類のワークをチャック交換無しで取り付けるものが知られている。該偏心チャックは，主軸にチャック本体を一体回転可能に取り付け，チャック本体に旋回軸を主軸に対して偏心した軸線の周りで旋回可能に支持する。旋回軸を旋回シリンダによりロッド及びギヤを介して駆動する。旋回軸の前面にワークを取り付けるアダプタを装着する。旋回軸の外周に係合部材を突設する。チャック本体の内部に係合部材に係合するストッパ機構を設け，これによって旋回軸を複数の割出位置に停止する（例えば，特許文献２参照）。
特開２００３−１３６３７７号公報実開平６−７１００９号公報

ところで，近年，多数個取りの射出成型機の普及が進んでマルチスリーブと呼ばれるワークの高精度加工の要求が高まってきたが，従来のマルチスリーブの加工方法は，ワークをテーブルに固定し，縦型又は横型のマシニングセンターで，ボーリングバイトや砥石側を偏芯運動や偏芯回転させてワークを加工しているので，加工ワークの加工面粗さが不十分であり，そのため，後加工としてみがき工程を必要とし，みがき工程によってワークの形状精度が悪化し，加工真円度や円筒度も高精度に加工できないのが現状である。そこで，ワーク外径に対するワーク中心に対して偏芯した位置に任意の多数の穴を備えたワークについて，ワーク中心に対して偏芯した複数の穴を高精度に穴加工するには，如何にすればよいかの課題があった。

この発明の目的は，上記の問題を解決することであり，ワーク外径に対して偏芯した位置に内径，貫通穴，凹部等の多数の穴が予め形成されているワークに穴加工を施すにあたって，穴加工を高精度に確実に容易に達成することができるＮＣ工作機械によるワークの偏芯穴加工方法を提供することである。

この発明は，調整用ボルトを有するスクロールチャックを備え且つ外径に対して偏芯した穴が形成されたワークが取り付けられる主軸及び前記主軸を搭載したＺ軸，及びＺ軸方向に直交するＸ軸方向に移動可能なＸ軸ユニットを備え，前記Ｘ軸ユニットにはＺ軸方向に平行なＹ軸ユニットが搭載され，前記Ｙ軸ユニットには加工スピンドルを備え且つ前記ワークを加工する砥石，バイト等の工具が取付け可能な工具ホルダが装着されていることから成る工作機械によるワークの偏芯穴加工方法において，
前記スクロールチャックには前記ワークに適合する形状に加工されたワークホルダが位置調節可能に取り付けられ，前記ワークホルダには前記ワークの前記穴のラフな位置決めを行う一対の位置決めピンが設けられ，
前記ワークの前記穴にダイヤルゲージを当接させて前記主軸を回転させつつ前記スクロールチャックの前記調整用ボルトによって前記ワークホルダを位置調整して前記ワークの前記穴の中心を前記主軸の回転中心に合わせ，前記加工スピンドルによって回転する工具で前記ワークの前記穴を加工することを特徴とする偏芯穴加工方法に関する。

また，この偏芯穴加工方法は，前記ワークホルダには，前記ワークを配設するワーク設置穴が形成され，前記ワーク設置穴内に隔置した一対の位置決めピンが位置している。

この偏芯穴加工方法において，前記ワークは，前記ワークホルダの前記ワーク設置穴に配設されて前記ワークホルダに押え板で保持されるものである。また，前記ワークホルダは，前記スクロールチャックにホルダフランジを介して取り付けられている。更に，前記スクロールチャックは，前記主軸にアダプタを介して取り付けられる。

この偏芯穴加工方法において，前記Ｙ軸ユニットに装着された前記工具ホルダに取り付けられた前記軸付き砥石は，前記ワークの前記穴を加工するものである。

この偏芯穴加工方法において，前記Ｘ軸ユニットには前記加工スピンドルに並設してタッチセンサによって，前記ワークの前記穴の加工終了時に前記ワークの加工内径寸法及び／又は円筒度を測定し，最終加工時に前記ワークの前記穴の残り取り代及び／又は円筒の補正加工をするものである。

この発明によるＮＣ工作機械における偏芯穴加工方法は，上記のように構成されているので，ワーク側を主軸に取り付けて回転させるので，加工真円度を０．１マイクロメータに，また，加工円筒度を０．５マイクロメータの高精度に加工することができ，面粗度も超硬材料で砥石粒度＃１５００番程度で０．２マイクロメータ以下の高精度な研削加工を実現することができ，ワーク内径の寸法公差も±０．５マイクロメータ以内が図面スペックであり，それを実現するために，高精度のタッチセンサを機内に設置し，加工終了時に，加工内径寸法や円筒度を測定し，最終加工時に残り取り代や円筒補正を行い，ワークの穴を加工することができる。

以下，図面を参照して，この発明によるＮＣ工作機械における偏芯穴加工方法の実施例を説明する。この偏芯穴加工方法を達成するためのＮＣ工作機械は，主軸台（図示せず）に回転可能に配設され，複数の調整用ボルト６を有するスクロールチャック７を備え且つ外径に対して偏芯した内径，貫通穴，凹部等の多数の穴２が形成されたワーク１が取り付けられるワークスピンドルである主軸３，及び主軸３の延びるＺ軸方向に直交するＸ軸方向に移動可能なＸ軸ユニット９を備え，Ｘ軸ユニット９にはＹ軸ユニット１３が固定状態で載置され，Ｙ軸ユニット１３には加工スピンドル１０を備え且つ軸付き砥石，バイト等の工具１１が取付け可能な工具ホルダ１２が装着されている。ここでは，主軸３は，Ｚ軸方向には移動可能であり，ワーク１の穴２に対する工具１１による研削又は切削加工が進行するものである。

ワーク１には，ワイヤ放電加工機等（図示せず）の工作機械によって，ワーク１の外径に対して偏芯した予め複数の内径，貫通穴，凹部等の穴２が予め粗加工等で形成されている。ここで，ワーク１は，例えば，光学レンズ等を加工するのに用いる金型等である。スクロールチャック７は，ここでは３爪チャックを用いており，一般に，スクロールと小歯車によって自動調心することができ，精密な調整はチャックの取付けボルトを緩めないで行うことができるものである。また，３個のチャック爪８によって締め付けられたワーク１は，スクロールチャック７の３つの接線方向に配置された調整用軸（図示せず）によって所望の同心度に調整することができる。

このＮＣ工作機械における偏芯穴加工方法は，特に，スクロールチャック７にはワーク１に適合する形状に加工され且つワーク１を押え板１９で保持可能なワークホルダ４が位置調節可能に取り付けられ，ホルダフランジ１５には，一対の位置決めピン２４が設けられ，位置決めピン２４をホルダフランジ１５に固定するため，取付けボルト２０がホルダフランジ１５の取付けねじ孔２２に螺入している。ワーク１をワークホルダ４に位置調節するには，ワーク１の加工対象外の２つの穴２が位置決めピン２４にそれぞれ嵌め込まれるように，ワーク１をワークホルダ４のワーク設置穴５に配設して，押え板１９によってワーク１をワークホルダ４に堅固に固定する。次いで，ワークホルダ４にセットされたワーク１の加工するべき１つの穴２の内径にダイヤルゲージ（図示せず）を当接させて主軸３を手動で回転させて，スクロールチャック７の調整用ボルト６によって，ホルダフランジ１５及びワークホルダ４を位置調整してワーク１の加工すべき穴２の中心を主軸３の回転中心に合わせる。ワーク１をワークホルダ４に固定した状態で，加工スピンドル１０を回転させて加工スピンドル１０を装着した工具ホルダ１２に設けられた軸付き工具やバイト等の工具１１で，ワーク１の穴２の内径を研削又は切削加工するものである。この偏芯穴加工方法では，スクロールチャック７は，特に，ワーク１のワイヤ放電加工機等で既に粗加工して形成された穴２の偏芯度を調節して主軸３の回転中心に手動で整合させるために使用して好ましいものである。

この偏芯穴加工方法を達成するＮＣ工作機械では，ワークホルダ４には，ワーク１を配設するワーク設置穴５が形成され，ワーク設置穴５内に隔置した一対の位置決めピン２４が設けられ，位置決めピン２４のボス部の中心に取付けボルト２０が配設されて突設している。この実施例では，ワーク設置穴５は，ワーク１の円形形状に対応させて円形形状に形成されている。また，ワーク１は，ワークホルダ４のワーク設置穴５に配設されてワークホルダ４に押え板１９（図では，３個）で保持されている。押え板１９は，ワークホルダ４に取付けボルト２５で取り付けられる。また，ワークホルダ４は，スクロールチャック７にホルダフランジ１５を介して取り付けられる。ワークホルダ４には取付け孔２３が形成され，ホルダフランジ１５には取付けねじ孔２２が形成されている。ワークホルダ４の取付け孔２３に取付けボルト２１を挿通して，取付けボルト２１をホルダフランジ１５の取付けねじ孔２２に螺入して，ワークホルダ４がホルダフランジ１５に固定されている。また，ホルダフランジ１５の取付けねじ孔２２には，位置決めピン２４の取付け孔を挿通した取付けボルト２０が螺入して，位置決めピン２４がホルダフランジ１５に固定されている。

スクロールチャック７は，主軸３にマニホールドフランジ１８及びアダプタ１６，１７を介して取り付けられている。即ち，主軸３にマニホールドフランジ１８を介してアダプタ１６が取り付けられ，アダプタ１６に取り付けられたアダプタ１７にスクロールチャック７が取り付けられている。スクロールチャック７には３個のチャック爪８が設けられ，チャック爪８によってホルダフランジ１５が固定されている。

更に，Ｙ軸ユニット１３に装着された工具ホルダ１２に取り付けられた軸付き砥石，研削バイト等の工具１１は，ワーク１の穴２を加工するのに適用される。また，この偏芯穴加工方法は，Ｘ軸ユニット９には加工スピンドル１０に並設してタッチセンサ１４によって，ワーク１の穴２の加工終了時に，ワーク１の加工内径寸法及び／又は円筒度を測定し，最終加工時にワーク１の穴２の残り取り代及び／又は円筒の補正加工をするものである。ワーク１の穴２の加工は，超硬や焼入れ鋼等は，カップ状の軸付き砥石で行うが，非鉄金属や一般鋼等は，旋削でも同様に可能である。

この偏芯穴加工方法を達成するためのＮＣ工作機械は，例えば，ワーク１に形成された複数の穴２の１つの内径を主軸３の回転中心に合わせるために，ホルダフランジ１５やワークホルダ４といった治具を使用するものである。ワークホルダ４は，予めワーク１の形状に適合する形状にワイヤ放電加工機等の工作機械で製作されているものである。ワークホルダ４に対して加工するワーク１の穴２の内径のラフな位置決めを位置決めピン２４で行って，ワーク１をワークホルダ４にセットし，ワーク上面を３つの押え板１９で保持固定する。位置決めピン２４をホルダフランジ１５にボルト２０で取り付け，ワークホルダ４はホルダフランジ１５にボルト２１で取り付けられている。位置決めピン２４は，各穴２の位相位置や偏芯量に合わせて製作し，ワーク１の加工箇所が多くなれば，任意の２つの穴２にてワーク１の位置決めをする。ホルダフランジ１５やワークホルダ４の治具を用いてワーク１の加工すべき各穴２等のスピンドル中心に対する同心を調整するが，加工素材の位相ずれや位置決めピン２４と内径の寸法差等から，厳密な同心度の調整が不十分であるため，偏芯調整の可能なスクロールチャック７を用いるのが適している。

図１０に示すように，ワーク１に粗加工で形成された３個の貫通した穴２が形成されている。ワーク１をワークホルダ４に設定するには，ワーク１の２個の穴２にワークホルダ４の設けられた位置決めピン２４に挿通させ，ワーク１をワークホルダ４に３個の押え板１９で固定し，次いで予めラフに位置決めされた加工素材のワーク１の位置決めピン２４が存在していない加工するべき内径等の穴２にダイヤルゲージを当て，手動でワークスピンドルの主軸３を回し，ワーク１の穴２の中心が主軸３の回転中心になるように，スクロールチャック７の偏芯調整ボルト６にて数マイクロメータ以内に位置調整する。主軸３に対するワーク１の位置調整が完了すると，次いで，研削スピンドル等の加工スピンドル１０を回転させてＸ軸ユニット９及びＹ軸ユニット１３を作動し，軸付き砥石等の工具１１をワーク１の穴２の内径に移動させ，工具１１で穴２の内径を高精度に研削加工する。ワーク１の１つの穴２の加工が完了すると，ワーク１の加工対象外であった残りの穴２を加工するため，上記と同様な操作で，残りの穴２をワークホルダ４へ位置決めして設定し，ワーク１の形成された加工すべき穴２の加工を順次行う。

この発明による偏芯穴加工方法は，例えば，ワークにワイヤ放電加工機等によって予め形成されたワーク中心から偏芯した各種の穴を，バイト，砥石等の工具で高精度に研削又は切削加工するＮＣ旋盤等の工作機械に適用して好ましいものである。

この発明による偏芯穴加工方法を達成する工作機械の概略を示す平面図である。図１の工作機械における主軸側を示す正面図である。図１の工作機械におけるホルダフランジとワークホルダとを取り除いた状態でスクロールチャックを示す側面図である。図１の工作機械におけるワークを保持したワークホルダを示す側面図である。図４のＡ−Ｏ−Ａ断面を示すワークホルダと該ワークホルダを取り付けるためのホルダフランジとを示す断面図である。図４のＢ−Ｏ−Ｂ断面を示すワークホルダと該ワークホルダを取り付けるためのホルダフランジとを示す断面図である。図２の主軸側のスクロールチャックを示す斜視図である。図１のＮＣ工作機械によるホルダフランジと該ホルダフランジに取り付けられたワークホルダを示す斜視図である。図８のワークを装着した状態のワークホルダを示す斜視図である。この偏芯穴加工方法によって加工されるワークを示す斜視図である。

符号の説明

１ワーク
２穴
３主軸
４ワークホルダ
５ワーク設置穴
６調整用ボルト
７スクロールチャック
８チャック爪
９Ｘ軸ユニット
１０加工スピンドル
１１工具
１２工具ホルダ
１３Ｙ軸ユニット
１４タッチセンサ
１９押え板
２４位置決めピン

Claims

調整用ボルトを有するスクロールチャックを備え且つ外径に対して偏芯した穴が形成されたワークが取り付けられる主軸及び前記主軸を搭載したＺ軸，及びＺ軸方向に直交するＸ軸方向に移動可能なＸ軸ユニットを備え，前記Ｘ軸ユニットにはＺ軸方向に平行なＹ軸ユニットが搭載され，前記Ｙ軸ユニットには加工スピンドルを備え且つ前記ワークを加工する砥石，バイト等の工具が取付け可能な工具ホルダが装着されていることから成る工作機械によるワークの偏芯穴加工方法において，
前記スクロールチャックには前記ワークに適合する形状に加工されたワークホルダが位置調節可能に取り付けられ，前記ワークホルダには前記ワークの前記穴のラフな位置決めを行う一対の位置決めピンが設けられ，
前記ワークの前記穴にダイヤルゲージを当接させて前記主軸を回転させつつ前記スクロールチャックの前記調整用ボルトによって前記ワークホルダを位置調整して前記ワークの前記穴の中心を前記主軸の回転中心に合わせ，前記加工スピンドルによって回転する工具で前記ワークの前記穴を加工することを特徴とする偏芯穴加工方法。
前記ワークホルダには，前記ワークを配設するワーク設置穴が形成され，前記ワーク設置穴内に隔置した一対の位置決めピンが位置していることを特徴とする請求項１に記載の偏芯穴加工方法。
前記ワークは，前記ワークホルダの前記ワーク設置穴に配設されて前記ワークホルダに押え板で保持されることを特徴とする請求項１又は２に記載の偏芯穴加工方法。
前記ワークホルダは，前記スクロールチャックにホルダフランジを介して取り付けられ，前記スクロールチャックは，前記主軸にアダプタを介して取り付けられることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の偏芯穴加工方法。
前記Ｙ軸ユニットに装着された前記工具ホルダに取り付けられた前記軸付き砥石は，前記ワークの前記穴を加工することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の偏芯穴加工方法。
前記Ｘ軸ユニットには前記加工スピンドルに並設してタッチセンサによって，前記ワークの前記穴の加工終了時に前記ワークの加工内径寸法及び／又は円筒度を測定し，最終加工時に前記ワークの前記穴の残り取り代及び／又は円筒の補正加工をすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の偏芯穴加工方法。