JP5283160B2 - 芯出し装置及びセンタ穴加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、軸径方向に分割した型等で鋳造や鍛造等で製造された軸の加工基準となる芯出し用のセンタ穴を加工するための芯出し装置及びセンタ穴加工装置に関する。

従来、例えば自動車エンジン用のクランクシャフトは、鋳造や鍛造等にて一体成型したものをまず軸部を用いて芯出しして、センタ穴加工を行い、センタ穴を加工基準としてその他の加工を行っている。かかるクランクシャフトは鋳造や鍛造等により製造する場合は、径方向に二分割した型で鋳造や鍛造を行うので、軸径方向で噛み違いを生じたり、幅狭又は幅広となるなど、軸部分で必ずしも真円とはならない。一方、センタ穴の精度が悪いと、余肉や偏肉が生じるので、バランス加工が複雑になったり、加工代を大きくしたりする必要がある。

そこで、特許文献１においては、質量芯出し機を用いて、ワークを計測して、芯出し位置を決定し、この計測データに基づきワークの位置決めをしてから芯出し加工を行っている。しかし、かかる計測は時間がかかり、計測と加工を一体にした場合は機構が複雑になり、また、分離した場合には設備が大きくなるという問題があった。

一方、特許文献２においては、ワークを狭持する一対のクランプアームと、それらのクランプアームをその狭持方向に対して傾斜した滑接面に沿って滑接させるためのガイドブロックと、各クランプアームに設けた係合部に、両端部において滑動自在に係合した回動リンクと、その回動リンクの中央部において枢支連結した作動装置を有した調芯狭持装置が開示されている。

このものは、作動装置を作動させると、回動リンクがその両端部における係合部を介して、各クランプアームをガイドブロックの滑接面に沿って滑動し、それにより各クランプアームが調芯を行いつつ、ワークを狭持するので、ワークが多少位置ずれしていても、そのままの状態で確実にワークを狭持することができ、調芯をおこないつつワークを確実に把持することができる。
特開２０００−１２１４７９号公報 特公昭５２−１７２８０号公報

しかし、特許文献２のものは、所定位置より若干ずれておかれたワークをそのままの位置で把持することができるが、ワーク中心を自動的に調芯するものではない。また、上下方向の調芯は考慮されていない。従って、真円であっても、このままでは芯出し加工用の芯出しは行えない。まして、クランク軸のような噛み違い等がある場合は、この調芯狭持装置のみでの芯出しは不可能である。本発明の課題はかかる問題点に鑑みて、鋳造や鍛造で製造されるクランクシャフトのような噛み違いや幅狭、幅広等を有する軸部のクランプにおいて、構造が簡単で、確実で、迅速で、精度の高い自動調心が行え、加工基準となる芯出し穴加工を可能にする芯出し装置及びセンタ穴加工装置を提供することである。

本発明においては、把持部と、前係合部と、後係合部と、が正面視で直線上となるようにそれぞれ順に備え、ワークを前記把持部で狭持するようにされた一対のクランプアームと、前記後係合部が加工用軸芯対称になるようにそれぞれに係合し、かつ前記後係合部を加工用軸芯に対して進退させる一対の駆動部と、一方の前記クランプアームの前係合部と、他方の前記クランプアームの前係合部と、が前記加工用軸芯対称となるように、前記一方のクランプアームの前係合部と、前記他方のクランプアームの前係合部と、に係合し、かつ前記加工用軸芯回りに揺動可能にされた揺動リンクと、を有する芯出し装置を提供することにより前述した課題を解決した。

即ち、クランプアームは前後係合部により、間接的に移動されるので、把持部がワークに容易に追従する。さらに、クランプアームの後係合部は加工用軸芯に対して揺動可能に進退するようにされているので、クランプアームは加工用軸芯を通る線上（正面視で直線上）を後係合部を中心に揺動可能にされている。また、クランプアームの前係合部は互いに揺動リンクによりその動きを加工用軸芯対称に規制されているので、一対のクランプアームは加工用軸芯を中心にして、互いに対称となるような動きとなる。

従って、例えば、ワークが真円の場合は、両クランプアームは互いに真っ直ぐに加工用軸芯に向かって進み、ワークに接触する。このとき、一対のクランプアームの把持部、前後係合部、ワークは一直線上に並びワーク中心が加工用軸芯と一致するように働く。一方、ワークが噛み違っている場合は、ワーク断面は半円が互いにそれぞれ上方、下方にずれた断面となる。この場合は、一方のクランプアームが上方にずれた側のワークに倣って上方にずれていくと、他方のクランプアームは揺動リンクに規制され、下方にずれていくが、同時に、ワークの他方は下方に位置するので、丁度下方側でワークを把持することになる。さらに、揺動リンクにより、加工用軸芯対称にされるので、単にワークを把持するだけでなく、ワークの噛み違いの中心の位置を加工用軸芯に一致させるように働くのである。従来のものでは、揺動リンクがないので、両方の把持部で、単にワークを把持するだけで、強制的にワーク位置をずらすことはできない。

このように、本発明によれば、従来のように単にワークを把持するだけではなく、ワークを強制的に加工用軸芯に合わせることが可能になる。なお、ワークは噛み違いの半円がそれぞれのワーククランプと対峙するように配置するのが好ましい。また、ワークは、ほぼ同芯になるような簡単な載置装置に載置したり、搬入装置の把持部で半自由状態（クランプアームによりワークが移動できる程度）で保持すればよい。

前係合部の係合にあたって、揺動リンク側を長穴にしたり、カム機構等では全体が大きく、また、複雑になるので、請求項２に記載の発明においては、前記前係合部は正面視で前記把持部と前記後係合部を結ぶ直線に沿った長穴であり、前記長穴に回転及び直線方向に移動可能に嵌挿されたピンで前記前係合部と前記揺動リンクとが係合されているようにした。また、後係合部は強度を確保し、組み付けを容易にしたいので、請求項３に記載の発明においては、前記後係合部は丸穴であり、前記丸穴に回転可能に嵌挿された丸ピンで前記後係合部と前記駆動部とが係合されているようにした。

さらに、請求項４に記載の発明においては、前記揺動リンクは前記加工用軸芯を中心とし、ワーク搬入側が開口するＣ字形状であり、前記加工用軸芯を中心とした弧状に配置された一又は複数の軸受で揺動可能に支持するようにした。これにより、ワークをＣ字形状の開口部で出し入れできるので、軸端の干渉を無くせる。また、弧状軸受とすることにより、揺動リンクに発生する荷重を確実に支えることができる。

かかる芯出し装置は、そのままセンタ加工が可能であり、請求項５に記載の発明においては、前記芯出し装置を有し、前記加工用軸芯と回転軸が一致し、かつ、前記加工用軸芯の軸方向に進退可能にされたセンタ穴加工用刃具を備えたセンタ穴加工装置を提供する。これにより、芯出し及びセンタ穴加工を同一の機械で行うことができる。

さらに、芯出し装置により、ワークを確実にクランプ（把持）できるので、芯出し装置全体を移動させて、刃具側の回転軸芯になるよう移動させて加工することもできる。そこで、請求項６に記載の発明においては、前記加工用軸芯と、前記センタ穴加工用刃具の前記回転軸と、が相対的に軸直角方向に移動可能にされ、互いの軸芯の一致又は離間を選択可能にされているセンタ穴加工装置とした。これにより、センタ穴加工装置の配置や構成の自由度が向上する。

本発明の芯出し装置によれば、クランプアームによりワークを確実に把持し、揺動リンクによりワークの噛み違いの中心の位置を加工用軸芯に一致させることができるので、クランクシャフトのような噛み違い軸部の加工中心の精度の高い自動調心を確実、迅速で簡単な構造、操作で行うことができるものとなり、容易に加工基準となる芯出し穴加工を可能にできるものとなった。

また、請求項２に記載の発明においては、前係合部を長穴とし、ピンを介して前係合部と揺動リンクとを係合させる。また、請求項３に記載の発明においては、後係合部を丸穴とし、丸ピンで駆動部と係合させるので、構造も簡単で、自動調心精度の高い芯出しが可能となった。

さらに、請求項４に記載の発明においては、揺動リンクはＣ字形状とし、軸端の干渉を無くしたので、種々の軸長さのものに対応でき、クランプ操作も容易なものとなった。また、揺動リンクは弧状軸受により荷重を確実に支えるようにしたので、揺動リンクの剛性が高く、芯出し精度も向上する。また、芯出し装置をコンパクトにまとめられ他の機器との干渉が少なくなり、関連機器の配置が容易になる。また、芯出し装置のみを一体化として、芯出しをしたワークと一体に移動することも可能となった。

また、請求項５に記載の発明のセンタ穴加工装置においては、加工用軸芯と同芯に進退可能にされたセンタ穴加工用刃具を備えることにより、容易に芯出しとセンタ穴加工を行え、芯出し時間が短時間であり、加えて、ワークの移動、センタ穴加工も容易で短時間となった。

さらにまた、請求項６に記載の発明においては、芯出し装置全体を軸直角方向に相対移動させて、センタ穴加工用刃具との軸芯の一致又は離間を行えるようにしたので、刃具との干渉を気にせず、ワークの搬入や搬出が容易なものとなった。また、センタ穴加工装置の配置や構成の自由度が向上するので、レイアウトも容易になった。

本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態を示す芯出し装置の正面図及び図２のＢ−Ｂ線部分断面図、図２は図１のＡ−Ａ線部分断面図である。図に示すように、本発明芯出し装置１は、ワーク２をクランプ（把持固定）する一対のクランプアーム４をワーク軸２ｃに向かって進退することにより行う。クランプアーム４はワーク２に当接する把持部５、前係合部６、後係合部７が設けられ、これらは正面視で直線上（図では符号Ｌ上）に並んでいる。把持部５の先端は二股に分かれＶ又はＵ字状等にされ、弧状断面ワーク２を側面から２箇所で接触把持できるようにされている。前係合部６は正面視で把持部５と後係合部７を結ぶ直線（図では符号Ｌ上）と平行な長穴にされている。後係合部７はピン穴とされており、後係合ピン８が嵌合されている。クランプアーム４は後係合ピン８の中心８ｃ回りに揺動可能にされている。

サドル１０上に左右一対の駆動部９及び略記号で示す駆動シリンダ１２が載置されている。一対の後係合ピン８は一対の駆動部９にそれぞれ取り付けられ、一対の駆動部９は設計上の加工用軸芯１１を中心に軸対称に後係合ピン８が進退移動できるようにされている。駆動部９はシリンダ１２のロッド１２ａに接続され、ロッドの出入りにより進退する。ロッド１２ａは油圧により同調制御される。

加工用軸芯１１を中心にして複数の軸受からなる弧状軸受１３、１４がサドル１０上に設けられている。弧状軸受に回転可能に正面視Ｃ字形状の揺動リンク１５が、開口部１６を上にして取り付けられ、揺動リンク１５は加工用軸芯１１を中心に揺動する。揺動リンク１５の開口部１６を上向きにして、揺動リンクの加工用軸芯１１を中心とした対称位置にピン１７，１７が加工用軸芯１１と平行に固定されており、前係合ピン１７，１７はクランプアーム４の前係合部６である長穴と係合するようにされている。

かかる構成によれば、クランプアーム４は、後係合部７が加工用軸芯１１に進退する駆動部９の後係合ピン８を中心（８ｃ）に揺動可能にされているので、把持部５側は自由に揺動できる。一方、前係合部は揺動リンク１５のピン１７，１７が嵌合しているので、前後方向には自由であるが、上下方向ではピン１７の嵌合部で上下方向に互いにその動きを制限される。更に前後方向には駆動ピン８で同調されている。その結果、クランプアーム４は加工用軸芯１１を中心に軸対称となる。これにより、ワーク２の軸芯２ｃを加工用軸芯１１に位置決めできる。

なお、揺動リンク１５の過回転は、異常負荷やクランプアームの損傷につながるので、軸受１４の上辺にストッパ２０を設ける。また、スペースを節約するため、クランプアームは上方からみてＬ字形とし、把持部、前係合部、後係合部は直線上ではないが、正面視では直線になるように配置されている。また、駆動部９の進退は油圧の他空気圧、モータ等でもよい。また、進退の同調精度は、油圧の場合では絞り制御程度でよい。また、芯出し装置は１箇所でもよいが、ワーク軸の芯出しは両側で行うのが好ましく、前後２箇所に配置するのがよい。

次に本芯出し装置の動作について説明する。説明の簡単の為、後退時は左右アームクランプは水平状態にあるものとする。図示しないワークローダあるいは手作業にて、ワーク２軸芯２ｃと思われる位置が加工用軸芯１１の近傍となるよう載置し、シリンダ１２を作動させ駆動部９を加工用軸芯に向かって移動させる。まず、ワーク２に噛み違いのない真円の場合は、図１に示すように、把持部５、前係合部６、後係合部７は直線であり、互いにそのまま進み、把持部５が軸２に当接する。ワーク軸芯２ｃが加工用軸芯１１と同一なので、そのまま進みワーク２を把持する。

次に、真円であるが、ワーク軸２ｃが加工用軸芯１１とずれていた場合について説明する。図３はワーク軸２ｃが加工用軸芯１１より下側にずれたまま把持された場合のクランプ完了時の作動状態を示す説明図である。図３に示すように、把持部は左右の当接部でほぼワーク軸の中心２ｃに向かって左右のクランプアーム４，４が下向きに当接してワーク２を把持することになる。しかし、図３の状態では、揺動リンク１５の前係合ピン１７とクランプアーム４の前係合長穴６とが一致しない。

しかしながら、本発明の実施の形態においては、ワーク２把持時に、、揺動リンク１５の前係合ピン１７とクランプアーム４の前係合長穴６とが一致するように、クランプアーム４，４は揺動リンク１５により規制され、ワークをもち上げるように動き、前述した図１の位置でワーク２がクランプアーム４，４により、両側から把持され、かつ、ワーク軸２Ｃと加工用軸芯１１とが一致することとなる。一方、ワーク軸２Ｃが加工用軸芯１１より上側にずれていた場合は、ワーク２把持時に、クランプアームは４，４は揺動リンク１５により規制され、ワークを下げるように動き、芯出しを行う。

次に、鍛造や鋳造製のクランク軸等の噛み違い軸の場合について、ワーク２は噛み違い位置２ｋを垂直にして右側２Ｒ（中心２ｃＲ）が上側、左側２Ｌ（中心２ｃＬ）が下側になるように配置された場合について説明する。なお、噛み違いの大きさは図では説明の為に誇張して記載している。図４はワーク軸２ｃと加工用軸芯１１が一致した状態で把持された場合のクランプ完了時の作動状態を示す説明図である。図４に示すように、後退端で、把持部５、前係合部６、後係合部７は直線であり、互いにそのまま進み、それぞれワーク２軸に当接する。ワーク軸芯２ｃが加工用軸芯１１と同一であるので、把持部５，５は左右の当接部でほぼ左右軸の中心２ｃＲ、２ｃＬに向かって左側が下向きに、右側が上向きに当接する。揺動リンクにより規制されているので、互いに加工用軸芯１１対称となるように、揺動リンク１５が左回転し、そのまま把持される。

一方、ワーク軸芯２ｃが加工用軸芯１１より下側にあるときは、揺動リンク１５がなければ、図５に示すように、クランプアーム４，４は、それぞれ把持部５，５でワーク２軸に当接する。ワーク軸芯２ｃが加工用軸芯１１より下側であるので、左側クランプアームは中心２ｃＬに向かって下向きに、右側クランプアームは中心２ｃＲに向かってやや上向きに当接する。従って、左右のクランプアーム４，４は加工用軸芯１１に対して対称とならず、揺動リンク１５の前係合ピン１７とクランプアーム４の前係合長穴６とが一致しない。

しかしながら、本発明の実施の形態においては、前述したと同様に、ワーク２把持時に、揺動リンク１５の前係合ピン１７とクランプアーム４の前係合長穴６とが一致するように、ワークをもち上げるように動き（矢印）、前述した図４に示すように、ワーク２がクランプアーム４，４により、両側から把持され、かつ、ワーク軸２Ｃと加工用軸芯１１とが一致する。

同様に、ワーク軸芯２ｃが加工用軸芯１１より上側にあるときは、揺動リンク１５がなければ、図６に示すように、クランプアーム４，４は、それぞれ把持部５，５でワーク２軸に当接する。ワーク軸芯２ｃが加工用軸芯１１より上側であるので、左側クランプアームは中心２ｃＬに向かってやや下向きに、右側クランプアームは中心２ｃＲに向かって上向きに当接する。従って、左右のクランプアーム４，４は加工用軸芯１１に対して対称とならず、揺動リンク１５の前係合ピン１７とクランプアーム４の前係合長穴６とが一致しない。

本発明の実施の形態においては、前述したと同様に、ワーク２把持時に、揺動リンク１５の前係合ピン１７とクランプアーム４の前係合長穴６とが一致するように、ワークを下げるように動き（矢印）、前述した図４の位置でワーク２がクランプアーム４，４により、両側から把持され、かつ、ワーク軸２ｃと加工用軸芯１１とが一致する。このように、本発明の実施の形態においては、揺動リンクにより、自動調心が働き、ワーク軸芯２ｃを加工用軸芯１１に一致させることができるのである。

次に、本発明の芯出し装置１を用いたセンタ穴加工装置について説明する。図７は本発明の実施の形態を示すセンタ穴加工装置の平面図（模式図）である。図７に示すように、センタ穴加工装置１００は搬入部１０１、加工部１０２，搬出部１０３が順次配置されている。搬入部及び加工部間にはレール１０４が敷かれており、芯出しユニット１１１が搬入部及び加工部に移動可能にされている。芯出しユニット１１１は前述した芯出し装置１を前後（図で見て上下）に対向して配置し、センタ穴加工すべきワーク２をクランプするとともに、芯出し装置１の加工用軸芯１１がワーク２の軸芯２ｃとなるように自動芯出しされ、芯出し装置は加工用軸芯１１に対して軸直角方向に移動される。

加工部１０２は芯出し装置１にクランプ（把持）されたワーク２の両端のセンタ穴３ａ，３ｂを加工するドリル等のセンタ穴加工用刃具１０５，１０５がチャック１０６，１０６に回転自在に取り付けられている。チャックはドリルヘッド１０７，１０７に回転自在に取り付けられ、図示しない電動機で駆動される。ドリルヘッド１０７，１０７は図でみて上下に対向して配置され、互いに回転軸である加工軸芯１０５ｃの軸方向に進退可能にされている。さらに、芯出しユニット１１１と共に芯出し装置１が加工部１０２に移動した時には、ドリル等のセンタ穴加工用刃具１０５，１０５の加工軸芯１０５ｃが芯出し装置１の加工用軸芯１１に一致するように、位置決め固定される。これにより、芯出し装置１上のワーク２の軸端のセンタ穴３ａ，３ｂを加工できるようにされている。チャック１０６，１０６は図示しないＡＴＣやハンドリング装置により交換刃具１０８，１０８と交換可能とされ、下穴、さらもみ加工等複数の加工を行うようにされる。

搬出部１０３には仮置台１０９が設けられ、図示しないオートローダにより加工部１０２で加工されたワーク２を取り出し、仮置き台１０９に置き、さらに、外部へ搬出できるようにされている。詳細な機構等については一般的な工作機械と同様であるので説明を省略する。

かかる構成において、クランク軸のような、噛み違い軸を有する軸（ワーク）２を芯出しユニット１１１の芯出し装置１に載置し、芯出し装置１の加工用軸芯１１にワーク２の軸芯２ｃを合わせクランプする。クランプされたワーク２と共に、芯出しユニット１１１（芯出し装置１）を加工用軸芯１１の直角方向にレール１０４上を移動させ加工部１０２に固定する。加工部においては、刃具の加工軸芯１０５ｃと芯出し装置１との加工用軸芯１１とが一致するようにされる。刃具１０５の加工軸芯１０５ｃと芯出し装置１の加工軸芯１１とは、それぞれ決まった位置であるので、フィードバック位置決めやピンやストッパ等１０４，１０４の機械的な位置決め装置により容易に行うことができる。従って、加工部１０２でセンタ穴３ａ，３ｂを加工するに当たって、ワーク２軸の理想的なセンタ位置にセンタ穴加工が行える。

センタ穴加工を終了したワーク２は図示しないオートローダにより把持され、センタ穴加工装置１００外に搬出される。芯出し装置１はクランプを解除し、搬入部１０１へ移動し次のワークが載荷される。これを繰り返し、クランクシャフトのような噛み違い軸のセンタ穴加工を精度よく行える。また、センタ穴加工以外の装置と組み合わせることも容易である。

なお、本実施の形態においては、芯出し装置を移動したが、芯出し装置を移動することなく、センタ穴加工装置をＸ−Ｙ−Ｚ方向に移動可能なインデックステーブルに搭載して、センタ穴加工するようにしてもよい。さらに、搭載されるスピンドルの角度も制御できるようにすれば、センタ穴加工以外の広範囲な角度からの加工を行える。また、クランクシャフトの例をあげたがクランクシャフト以外の噛み違いのある棒状加工物の芯出し及びセンタ穴加工に適用できることはいうまでもない。

本発明の実施の形態を示す芯出し装置の正面図及び図２のＢ−Ｂ線部分断面図である。 図１のＡ−Ａ線部分断面図である。 ワーク軸が加工用軸芯より下側にずれたまま把持された場合のクランプ完了時の作動状態を示す説明図である。 噛み違いワーク軸と加工用軸芯が一致した状態で把持された場合のクランプ完了時の作動状態を示す説明図である。 噛み違いワーク軸が加工用軸芯より下側にずれたまま把持された場合のクランプ完了時の状態を示す説明図である。 噛み違いワーク軸が加工用軸芯より上側にずれたまま把持された場合のクランプ完了時の状態を示す説明図である。 本発明の実施の形態を示すセンタ穴加工装置の平面図（模式図）である。

符号の説明

１ 芯出し装置
２ ワーク
４ クランプアーム
５ 把持部
６ 前係合部（長穴）
７ 後係合部（丸穴）
８ 丸ピン（後係合ピン）
９ 駆動部
１１ 加工用軸芯
１３、１４ 軸受
１５ 揺動リンク
１６ 開口
１７ ピン（前係合ピン）
１００ センタ穴加工装置
１０５ センタ穴加工用刃具
１０５ｃ 回転軸
Ｌ 直線

Claims (6)

1. 把持部と、前係合部と、後係合部と、が正面視で直線上となるようにそれぞれ順に備え、ワークを前記把持部で狭持するようにされた一対のクランプアームと、前記後係合部が加工用軸芯対称になるようにそれぞれに係合し、かつ前記後係合部を加工用軸芯に対して進退させる一対の駆動部と、一方の前記クランプアームの前係合部と、他方の前記クランプアームの前係合部と、が前記加工用軸芯対称となるように、前記一方のクランプアームの前係合部と、前記他方のクランプアームの前係合部と、に係合し、かつ前記加工用軸芯回りに揺動可能にされた揺動リンクと、を有することを特徴とする芯出し装置。
   
2. 前記前係合部は正面視で前記把持部と前記後係合部を結ぶ直線に沿った長穴であり、前記長穴に回転及び直線方向に移動可能に嵌挿されたピンで前記前係合部と前記揺動リンクとが係合されていることを特徴とする請求項１記載の芯出し装置。
3. 前記後係合部は丸穴であり、前記丸穴に回転可能に嵌挿された丸ピンで前記後係合部と前記駆動部とが係合されていることを特徴とする請求項１又は２記載の芯出し装置。
4. 前記揺動リンクは前記加工用軸芯を中心とし、ワーク搬入側が開口するＣ字形状であり、前記加工用軸芯を中心とした弧状に配置された一又は複数の軸受で揺動可能に支持されていることを特徴とする請求項１又は２又は３記載の芯出し装置。
5. 請求項１乃至４のいずれか記載の前記芯出し装置を有し、前記加工用軸芯と回転軸が一致し、かつ、前記加工用軸芯の軸方向に進退可能にされたセンタ穴加工用刃具を備えたことを特徴とするセンタ穴加工装置。
6. 前記加工用軸芯と、前記センタ穴加工用刃具の前記回転軸と、が相対的に軸直角方向に移動可能にされ、互いの軸芯の一致又は離間を選択可能にされていることを特徴とする請求項５記載のセンタ穴加工装置。

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