JP5557587B2

JP5557587B2 - 中空ワークの内面加工装置

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Publication number: JP5557587B2
Application number: JP2010103716A
Authority: JP
Inventors: 元小川; 恵史鈴山
Original assignee: Fuji Machine Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Fuji Corp
Priority date: 2010-04-28
Filing date: 2010-04-28
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2030-04-28
Also published as: JP2011230250A; CN102233437B; CN102233437A; US8479621B2; US20110265615A1

Description

本発明は、デフケースのような中空ワークの内側球面を球面加工する中空ワークの内面加工装置に関するものである。

例えば、差動ギヤ機構が収容される自動車のデフケースにおいては、一対のサイドギヤに噛合う一対のピニオンギヤの各背面が摺接する内側球面を高精度に加工することが要求されている。特に、中空状をなす一体形のデフケースにおいては、主軸に装着されたカッタをデフケースの外部から挿入して内側球面を加工することが難しいため、例えば、特許文献１に記載されているように、刃具を備えた複数の加工ユニットをデフケース内に順次挿入し、これら加工ユニットを保持アーバーによって回転不能に保持するとともに、保持アーバー内に挿通された回転駆動部材の回転によって刃具を所定の方向に移動させることにより、内側平面および内側球面を加工するようになっている。

すなわち、特許文献１に記載された内面加工装置においては、内側球面を球面加工する場合には、一対のユニット保持アーバーの協働により加工ユニットを軸線方向に移動させる軸線方向移動手段と、一方のユニット保持アーバー内を通して加工ユニットに保持された刃具を径方向に移動させる径方向移動手段との２軸同時制御によって、刃具を球面に沿って移動させるようになっている。

特開２００６−２７２４６８号公報

上記した特許文献１に記載の内面加工装置においては、デフケースのような内側平面および内側球面を、加工ユニットの交換によって１台の機械で旋削加工することができる特徴を有している。しかしながら、加工ユニットを軸線方向に移動させる軸線方向移動手段と、加工ユニットに保持された刃具を径方向に移動させる径方向移動手段との２軸同時制御によって、刃具を球面に沿って移動させ、デフケースの内側球面を球面加工するようになっている。このために、各軸の運動方向が反転する象限切替え時や、刃具の動作が係合穴とカムフォロアによる変換運動であることにより、摩擦力の影響等によって軌跡誤差を発生し、球面加工精度（真球度）が厳しく要求されるワークに対しては適用することが難しい問題がある。

本発明は、上記した従来の不具合を解消するためになされたもので、加工ユニットに設けた刃具を旋回させることにより、内側球面を高精度に加工できる内面加工装置を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の特徴は、中空ワークの内面を加工する内面加工装置において、前記中空ワークを回転駆動する主軸を回転可能に支持した主軸台と、該主軸台に対向して配設された心押台と、刃具を保持し前記中空ワーク内に挿入される加工ユニットと、前記主軸台および心押台にそれぞれ進退移動可能に設けられ前記中空ワーク内に挿入された前記加工ユニットを両側より回転不能に挟持する一対のユニット保持アーバーと、前記一方のユニット保持アーバー内を通して前記加工ユニットに保持された前記刃具を前記ユニット保持アーバーの軸線と直交する軸線の回りに旋回させる旋回手段と、前記加工ユニットを把持して中空ワーク内に挿入し、中空ワークの加工時は前記加工ユニットを中空ワーク内に置き去りにして退避されるユニット供給装置とによって構成したことである。

請求項２に係る発明の特徴は、請求項１において、前記加工ユニットは、前記一対のユニット保持アーバーによって回転不能に保持されるユニット本体と、該ユニット本体に前記ユニット保持アーバーの軸線と直交する軸線の回りに回転可能に支持され前記刃具を保持した旋回中心軸と、前記ユニット保持アーバー内に回転可能に挿通され前記旋回中心軸を中心にして前記刃具を旋回する回転駆動部材とを備えたことである。

請求項３に係る発明の特徴は、請求項１において、前記加工ユニットは、異なる刃具を保持した少なくとも２種類の加工ユニットからなり、これら加工ユニットが順次中空ワーク内に挿入されて加工に供せられるようになっていることである。

請求項４に係る発明の特徴は、請求項３において、前記加工ユニットの少なくとも１つは、前記刃具が半径方向に移動可能に保持されており、前記一対のユニット保持アーバーの協働により前記加工ユニットを軸線方向に移動させる軸線方向移動手段と、前記一方のユニット保持アーバー内を通して前記加工ユニットに保持された前記刃具を半径方向に移動させる半径方向移動手段とを有することである。
請求項５に係る発明の特徴は、中空ワークの内面を加工する内面加工装置において、前記中空ワークを回転駆動する主軸を回転可能に支持した主軸台と、該主軸台に対向して配設された心押台と、刃具を保持し前記中空ワーク内に挿入される加工ユニットと、前記主軸台および心押台にそれぞれ進退移動可能に設けられ前記中空ワーク内に挿入された前記加工ユニットを両側より回転不能に挟持する一対のユニット保持アーバーと、前記一方のユニット保持アーバー内を通して前記加工ユニットに保持された前記刃具を前記ユニット保持アーバーの軸線と直交する軸線の回りに旋回させる旋回手段とによって構成され、前記加工ユニットは、異なる刃具を保持した少なくとも２種類の加工ユニットからなり、これら加工ユニットが順次中空ワーク内に挿入されて加工に供せられるようになっており、前記加工ユニットの少なくとも１つは、前記刃具が半径方向に移動可能に保持されており、前記一対のユニット保持アーバーの協働により前記加工ユニットを軸線方向に移動させる軸線方向移動手段と、前記一方のユニット保持アーバー内を通して前記加工ユニットに保持された前記刃具を半径方向に移動させる半径方向移動手段とを有することである。

上記したように、請求項１に係る発明は、中空ワークを回転駆動する主軸を回転可能に支持した主軸台と、主軸台に対向して配設された心押台と、刃具を保持し中空ワーク内に挿入される加工ユニットと、主軸台および心押台にそれぞれ進退移動可能に設けられ中空ワーク内に挿入された加工ユニットを両側より回転不能に挟持する一対のユニット保持アーバーと、一方のユニット保持アーバー内を通して加工ユニットに保持された刃具をユニット保持アーバーの軸線と直交する軸線の回りに旋回させる旋回手段とによって構成したので、従来のように軸線方向と半径方向とに同時制御することにより円弧運動させる必要がなく、刃具を旋回させるだけで、中空ワークの内面を高精度に球面加工することができる。

しかも、請求項１に係る発明によれば、加工ユニットを把持して中空ワーク内に挿入し、中空ワークの加工時は加工ユニットを中空ワーク内に置き去りにして退避されるユニット供給装置を有するので、加工ユニットを一対のユニット保持アーバーの間に自動的に挟持させることができ、加工ユニットの取替えを簡単かつ迅速に行えるようになり、加工効率を向上することができる。

請求項２に係る発明によれば、加工ユニットは、前記一対のユニット保持アーバーによって回転不能に保持されるユニット本体と、該ユニット本体に前記ユニット保持アーバーの軸線と直交する軸線の回りに回転可能に支持され前記刃具を保持した旋回中心軸と、前記ユニット保持アーバー内に回転可能に挿通され前記旋回中心軸を中心にして前記刃具を旋回する回転駆動部材とを備えているので、回転駆動部材をサーボモータによって回転することにより、刃具を旋回させることができ、刃具によって中空ワークの内側球面を球面加工することができる。従って、従来のような象限切替え等による影響を受けることなく、内側球面を高精度に球面加工することができる。

請求項３に係る発明によれば、加工ユニットは、異なる刃具を保持した少なくとも２種類の加工ユニットからなり、これら加工ユニットが順次中空ワーク内に挿入されて加工に供せられるようになっているので、例えば、ワークの直交する２個所に加工個所を有するものにおいても、ワークを旋回させることなく、加工できるようになり、また、特に精度が厳しいワークに対しては、刃具を荒加工用と仕上げ加工用の２種類の加工ユニットで対応することも容易に可能となる。

請求項４、５に係る発明によれば、加工ユニットの少なくとも１つは、工具シャンクが半径方向に移動可能に保持されており、一対のユニット保持アーバーの協働により加工ユニットを軸線方向に移動させる軸線方向移動手段と、一方のユニット保持アーバー内を通して加工ユニットに保持された工具シャンクを半径方向に移動させる半径方向移動手段とを有するので、通常のＮＣ旋盤と同様に、ワークを回転させた状態で、刃具を軸方向および半径方向に移動することにより、中空ワークの両側内面を旋削加工することができる。

本発明の実施に好適な中空ワークの内面加工装置を示す全体図である。本発明の第１の実施の形態を示す内面加工装置の断面図である。中空ワーク内への加工ユニットの挿入状態を示す断面図である。図２の要部を拡大した加工ユニットを示す断面図である。図４の５−５線に沿って切断した加工ユニットの断面図である。図４の６方向から矢視した加工ユニットの側面図である。本発明の第２の実施の形態を示す要部断面図である。図７の８−８線に沿って切断した断面図である。本発明の第３の実施の形態を示す要部断面図である。図９の１０−１０線に沿って切断した断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。まず初めに、中空状の加工対象ワーク、すなわち、デフケースＷの形状について図２および図３に基づいて説明する。デフケースＷには、一対のサイドギヤをそれぞれ支持する同心的な支持穴Ｗ１１、Ｗ１２と、各サイドギヤに噛合う一対のピニオンギヤをそれぞれ支持する同心的な支持穴Ｗ２１、Ｗ２２と、これら支持穴Ｗ２１、Ｗ２２と直交する方向に、サイドギヤおよびピニオンギヤを組み込むための開口窓Ｗ３１、Ｗ３２がそれぞれ貫通されている。本実施の形態における内面加工装置は、上記したデフケースＷの各ピニオンギヤの背面に摺接する円弧状の内側球面Ｗ１、Ｗ２、および各サイドギヤの背面に摺接する内側平面Ｗ３、Ｗ４を、それぞれ球面加工および平面加工するものである。

デフケースＷは、後述するように、支持穴Ｗ１１、Ｗ１２の中心が主軸中心に一致するように、位置決めピンとクランプ装置によって位置決めクランプされ、後述する加工ユニット４０によって、各ピニオンギヤの背面に摺接する円弧状の内側曲面Ｗ１、Ｗ２が球面加工されるようになっている。なお、図３においては、便宜上、後述するユニット供給装置６０によって、加工ユニット４０をデフケースＷ内に挿入した状態を示している。

図１は本発明の第１の実施の形態に係る内面加工装置の全体を示すもので、１０はベッドで、このベッド１０上には互いに対向して主軸台１１と心押台１２が設置されている。主軸台１１はベッド１０上に固定され、心押台１２はベッド１０上に設けられた案内ベース１３上にＺ軸方向に進退可能に装架されている。心押台１２はサーボモータ１４により図略のボールねじを介してＺ軸方向に進退移動され、その移動量はサーボモータ１４に連結されたエンコーダ１４ａによって検出される。

主軸台１１には、図２に示すように、固定軸２０がＺ軸方向と平行に固定されている。固定軸２０の外周には円筒状の主軸２１が回転可能に支持され、主軸駆動モータ２２によって回転駆動されるようになっている。主軸２１の先端部には主軸面板２１ａが取付けられ、この主軸面板２１ａにデフケースＷが位置決めピン２３によって回転方向に位置決めされるとともに、ピンアーバチャック２４によってクランプされるようになっている。ピンアーバチャック２４はよく知られているように、円周上複数（例えば３個）のピンアーバー２４ａが傾斜方向に移動可能に設けられ、これらピンアーバー２４ａの移動により、その先端に取付けたチャック爪２４ｂにてデフケースＷの外周を主軸面板２１ａの基準面に押圧しながらクランプするものである。しかしながら、チャック２４としては、３つ爪チャック等別の構成のクランプ装置も利用できる。

固定軸２０の中心部にはユニット保持アーバー２５がキー部材２６によって軸線方向移動のみ可能に貫挿され、このユニット保持アーバー２５は固定軸２０の後部に設置されたアーバー進退用シリンダ２７によって進退されるようになっている。ユニット保持アーバー２５はデフケースＷの支持穴Ｗ１１を貫通して、先端がデフケースＷの中空部に挿入されるようになっている。ユニット保持アーバー２５の先端には、後述するように加工ユニット４０の本体に嵌合するテーパ面２５ａが形成されている。

前記心押台１２の先端には、円筒状のユニット保持アーバー３１がユニット保持アーバー２５と同心上に固設されており、ユニット保持アーバー３１はデフケースＷの支持穴Ｗ１２を貫通して、先端がデフケースＷの中空部に挿入されるようになっている。ユニット保持アーバー３１の先端には、後述する加工ユニットの本体に嵌合するテーパ穴３１ａが形成されており、このテーパ穴３１ａの内周に加工ユニット４０の本体に係合する係合爪３１ｂが形成されている。

また、心押台１２には駆動主軸３０が回転可能に支持され、この駆動主軸３０に心押台１２に設置されたサーボモータ３３（図１参照）が連結されている。駆動主軸３０の先端には回転駆動部材３７が回転を規制されて軸方向に所定量だけ相対移動可能に支持されている。回転駆動部材３７はユニット保持アーバー３１を貫通して先端がユニット保持アーバー３１より突出され、その突出端にキー係合部３７ａが形成されている。回転駆動部材３７は駆動主軸３０との間に設けられた図略のスプリングのばね力により常に前進方向に付勢され、通常前進端位置に保持されている。

上記した構成により、サーボモータ３３が駆動されると、駆動主軸３０とともに回転駆動部材３７が回転され、その回転量はサーボモータ３３に連結されたエンコーダ３３ａにて検出される。

４０は、デフケースＷの加工時にデフケースＷの中空部に挿入されて内側曲面Ｗ１、Ｗ２を球面加工する加工ユニットを示す。加工ユニット４０は、図４、図５および図６に示すように、ユニット本体４１の中心軸心Ｏ１上の一端に、ユニット保持アーバー２５の先端に形成されたテーパ面２５ａに嵌合するテーパ穴４１ａを有している。一方、ユニット本体４１の中心軸心Ｏ１上の他端には、ユニット保持アーバー３１の先端に形成されたテーパ穴３１ａに嵌合するテーパ面４２ａと、テーパ穴３１ａに形成された係合部３１ｂに係脱可能に係合する係合爪部４２ｂを形成した円筒状の係合部材４２が固定されている。

ユニット本体４１には、旋回中心軸としての回転軸４３が中心軸心Ｏ１と直交する軸線Ｏ２の回りに回転可能に支持されている。回転軸４３の両端部には、一対の回転円盤４５、４６がユニット本体４１を挟んで取付けられ、一方の回転円盤４５とユニット本体４１の一端（図３の上面）は、回転円盤４５に貼付けられたターカイト４７を介して相対回転可能に面接触するようになっており、他方の回転円盤４６とユニット本体４１の他端（図３の下面）との間には、スラストベアリング４８が介挿されている。また、一方の回転円盤４５は、回転軸４２の一端部に形成されたねじ部４３ａに螺合され、他方の回転円盤４６は、回転軸４３の他端に形成されたフランジ部４３ｂに固定されている。

従って、一方の回転円盤４５を締付けることにより、一対の回転円盤４５、４６がターカイト４７およびスラストベアリング４８を介してユニット本体４１を両側（上下）より挟持するように取付けられる。なお、４９は、回転軸４３の端部に形成されたロック用のねじ部４３ｃに螺合するロックナットであり、ロックナット４９を締付けて回転円盤４５に接合させることにより、回転円盤４５の緩みを防止するようになっている。このようにして、一対の回転円盤４５、４６はユニット本体４１に対し、軸線Ｏ２の回りに回転のみ可能に支持される。

刃具５１を微調整移動可能に取付けた刃具ユニット５２が、一対の回転円盤４５、４６に跨って固定され、刃具５１は回転円盤４５、４６の回転により、軸線Ｏ２を中心とする円弧軌跡Ａ１（図４参照）に沿って旋回されるようになっており、刃具５１によって内側曲面Ｗ１、Ｗ２を球面加工できるようになっている。

一方の回転円盤４５にターカイト４７を介して面接触するユニット本体４１の端面には、環状の凹部５３が形成されている。凹部５３には、回転軸４３に嵌合する被動傘歯車５４が収容され、被動傘歯車５４は回転円盤４５に固定されている。ユニット本体４１には、被動傘歯車５４に噛合う駆動傘歯車５５の軸部５６が係合部材４２の内周に相対回転可能に嵌合されて、中心軸心Ｏ１の回りに回転のみ可能に支持されている。駆動傘歯車５５の軸部５６の端面には、回転駆動部材３７の先端に形成されたキー係合部３７ａに係脱可能に係合するテーパ状のキー溝５６ａが形成されている。なお、図４中５７は後述するユニット供給装置のユニット把持爪によって把持される把持部である。

上記したサーボモータ３３によって回転駆動される駆動主軸３０、回転駆動部材３７、駆動傘歯車５５、被動傘歯車５４に噛合う駆動傘歯車５５、回転軸４３、および回転円盤４５、４６等によって、刃具５１を中心軸心Ｏ１と直交する回転軸４３の中心（軸線Ｏ２）の回りに旋回する旋回手段５８（図４参照）を構成している。

内側曲面Ｗ１、Ｗ２加工用の加工ユニット４０は、例えば、ベッド１０に設置されたロボット等からなるユニット供給装置６０のユニット把持爪６１に把持部５７を把持されて、デフケースＷの開口窓Ｗ３１（Ｗ３２）を通してデフケースＷ内に挿入される。

次に、数値制御装置７０について説明する。図１において、数値制御装置７０は、中央処理装置（ＣＰＵ）７１、メモリ７２、およびインタフェース（Ｉ／Ｆ）７３、７４より構成されている。インタフェース（Ｉ／Ｆ）７３にはＮＣ制御に必要な制御パラメータや、ＮＣプログラムを入力する入出力装置７５が接続されている。

また、インタフェース（Ｉ／Ｆ）７４には、サーボモータ駆動ユニット（ＤＵＣ、ＤＵＺ）７７、７８および主軸駆動ユニット（ＤＵＡ）７９が接続されている。このサーボモータ駆動ユニット（ＤＵＣ、ＤＵＺ）７７、７８、主軸駆動ユニット（ＤＵＡ）７９は、中央処理装置７１からの指令を受けて各サーボモータ１４、３３および主軸駆動モータ２２を駆動する。

メモリ７２には、入出力装置７５から入力された制御パラメータとＮＣプログラムをそれぞれ記憶する記憶エリアが設けられている。サーボモータ１４、３３は、メモリ７２に記憶されたＮＣプログラムの目標位置指令とエンコーダ１４ａ、３３ａからの現在位置信号との偏差によって制御され、心押台１２をＺ軸方向の目標位置に位置決め制御するとともに、工具シャンク５２を軸線Ｏ２を中心として所定の角度範囲旋回制御する。

上記した第１の実施の形態における動作について説明する。デフケースＷは、手動で、もしくは搬送装置によって自動的に、支持穴Ｗ１１にユニット保持アーバー２５を挿通させながら、主軸面板２１ａの先端面に搬送され、位置決めピン２３とピンアーバーチャック２４によって主軸面板２１ａの先端面に位置決めクランプされる。その状態で、内側球面Ｗ１、Ｗ２加工用の加工ユニット４０が把持部５７をユニット供給装置６０のユニット把持爪６１に把持されて、デフケースＷの開口窓Ｗ３１よりデフケースＷ内に挿入され、中心軸心Ｏ１がユニット保持アーバー２５、３１に一致するように位置される。

次いで、ＮＣ指令に基づいてサーボモータ１４が駆動され、図略のボールねじを介して心押台１２が前進される。これにより、ユニット保持アーバー３１がデフケースＷの支持穴Ｗ１２を貫通して、先端のテーパ穴３１ａがユニット本体４１に固定された係合部材４２のテーパ面４２ａに嵌合されるとともに、係合部材４２の係合爪部４２ｂにユニット保持アーバー３１の係合部３１ｂが係合して回り止めする。同時に、ユニット保持アーバー３１を挿通する回転駆動部材３７の先端に形成されたキー係合部３７ａが、駆動傘歯車５５の軸部５６のキー溝５６ａに係合される。この際、回転駆動部材３７のキー係合部３７ａが軸部５６のキー溝５６ａにうまく係合しない場合が生ずるが、その後の回転駆動部材３７の回転によってキー係合部３７ａは、回転駆動部材３７に作用する図略のスプリングのばね力にてキー溝５６ａに確実に係合される。

このようにして、心押台１２が定められた位置まで前進されると、続いて、ユニット保持アーバー２５がアーバー進退用シリンダ２７によって前進され、その先端のテーパ面２５ａがユニット本体４１のテーパ穴４１ａに嵌合され、ユニット本体４１をユニット保持アーバー３１に押圧する。これにより、ユニット本体４１は、両端をユニット保持アーバー２５、３１により挟持されて芯出しされるとともに、回り止めされる。

ユニット本体４１の両端がユニット保持アーバー２５、３１によって挟持されると、ユニット把持爪６１が開放され、ユニット供給装置６０は加工ユニット４０をデフケースＷ内に置き去りにして退避される。この原位置状態においては、加工ユニット４０の刃具５１が、図２に示すように、デフケースＷの支持穴Ｗ２１に対応する角度位置に保持されており、この状態において、主軸２１が主軸駆動モータ２２により回転駆動され、デフケースＷが回転される。同時に、ＮＣ指令に基づいてサーボモータ３３が正転方向に所定の回転速度で駆動され、駆動主軸３０が一方向に回転される。これにより、回転駆動部材３７を介してユニット本体４１に支持された駆動傘歯車５５が回転され、被動傘歯車５４を介して回転軸４３とともに一対の回転円盤４５、４６が回転される。

かかる回転円盤４５、４６の回転により、回転円盤４５、４６に跨って固定された刃具ユニット５２が軸線Ｏ２を旋回中心として、例えば、図４の時計回りに所定角度θ１旋回され、刃具ユニット５２に取付けた刃具５１が、サーボモータ３３の回転速度に応じた旋回速度で円弧軌跡Ａ１に沿って移動される。かかる刃具ユニット５２の所定角度θ１の旋回により、内側球面Ｗ１、Ｗ２の半分（図２における右半分）が球面加工される。続いて、サーボモータ３３が逆転方向に駆動され、駆動主軸３０が他方向に回転される。これにより、回転円盤４５、４６に跨って固定された刃具ユニット５２が軸線Ｏ２を旋回中心として、図４の反時計回りに旋回され、図４に示す原位置を挟んで反対方向に所定角度θ１旋回される。これによって、内側球面Ｗ１、Ｗ２の残りの半分（図２における左半分）が球面加工される。

このようにして、内側球面Ｗ１、Ｗ２の球面加工が完了すると、主軸２１が一定の角度位置に停止されるとともに、サーボモータ３３が原位置に復帰され、次いで、ユニット供給装置６０が作動されてユニット把持爪６１がデフケースＷ内の加工ユニット４０の把持部５７を把持する。続いて、心押台１２およびユニット保持アーバー２５が原位置に後退され、ユニット供給装置６０によって加工ユニット４０がデフケースＷ内より取り出される。その後、加工が完了したデフケースＷの位置決めクランプが解除され、デフケースＷは手動で、もしくは搬送装置によって搬出される。

なお、内側球面Ｗ１、Ｗ２の径が異なるワークＷを加工する場合には、刃具５１を径に応じて位置調整するか、あるいは異なる径に応じた別の加工ユニットを用意することによって対応可能である。

上記した第１の実施の形態によれば、一対のユニット保持アーバー２５、３１によって両側を回転不能に挟持される加工ユニット４０が、ユニット本体４１にユニット保持アーバー２５、３１の軸線と直交する軸線の回りに回転可能に支持され径方向外方位置に刃具ユニット５２を保持した回転軸４３と、回転軸４３に設けた被動傘歯車５４に噛合されユニット本体４１に回転可能に支持され回転駆動部材３７に係脱可能に係合されて回転駆動される駆動傘歯車５５とを備えている。これにより、回転駆動部材３７がサーボモータ３３によって回転されると、駆動傘歯車５５および被動傘歯車５４を介して回転軸４３とともに刃具５１を軸線０２の回りに旋回させることができるので、刃具５１によって、ワークＷの内側球面Ｗ１、Ｗ２を球面加工することができる。この場合、従来のような象限切替え等による影響を受けることなく、内側球面Ｗ１、Ｗ２を高精度に球面加工することができる。

また、第１の実施の形態によれば、加工ユニット４０を把持して中空ワークＷ内に挿入し、中空ワークＷの加工時は加工ユニット４０を中空ワークＷ内に置き去りにして退避されるユニット供給装置６０を有するので、加工ユニット４０を一対のユニット保持アーバー２５、３１の間に自動的に挟持させることができ、加工ユニット４０の取替えを簡単かつ迅速に行えるようになり、加工効率を向上することができる。

しかも、第１の実施の形態によれば、ユニット本体４１を貫通した回転軸４１の両端部に、第１および第２の回転円盤４５、４６がそれぞれ取付けられ、これら第１および第２の回転円盤４５、４６の外面に跨って刃具ユニット５２が取付けられ、被動傘歯車５４および駆動傘歯車５５がユニット本体４１と回転円盤４５とで囲まれた凹部５３内に収容されているので、加工ユニット４０内部への切屑の侵入を防止することができ、高精度な球面加工を長期に亘って安定的に行うことができる。

図７および図８は、本発明の第２実施の形態を示すもので、第１の実施の形態と異なる点は、加工ユニットの構成の簡素化を図ったことである。なお、第１の実施の形態で述べたと同一の構成部品については同一の参照番号を付し、説明を省略する。

図７および図８において、ユニット保持アーバー２５、３１によって両端を保持される加工ユニット８０のユニット本体８１には、旋回中心軸としての支持軸８２が中心軸心Ｏ１と直交する軸線Ｏ２上に設けられ、この支持軸８２上に工具ホルダ８３が旋回可能に嵌装されている。工具ホルダ８３の円周上一部は、放射方向に延在され、ユニット本体８１に形成された開口部８４よりユニット本体８１の外部に突出されている。支持軸８２の一端には締付けナット８５が螺着され、この締付けナット８５の締付けにより、スラストベアリング８６および後述する被動傘歯車を介して工具ホルダ８３をユニット本体８１の摺接面８７に回転のみ可能に押圧している。

工具ホルダ８３の径方向の先端には、刃具８８を取付けた工具シャンク８９が固定されている。工具ホルダ８３には、支持軸８２に回転可能に嵌装された被動傘歯車９０が固定され、この被動傘歯車９０に回転駆動部材３７によって駆動される駆動傘歯車５５が噛合されている。なお、図７中の８１ａは、ユニット供給装置６０のユニット把持爪６１によって把持される把持部であり、把持部８１ａは開口部８４の一端を閉塞するようにユニット本体８１に固定されている。また、８１ｂは、支持軸８２の一端を支持する支持ブロックであり、ユニット本体８１に固定されている。

これにより、第１の実施の形態で述べたと同様に、サーボモータ３３の駆動により、駆動主軸３０とともに回転駆動部材３７が所定角度回転されると、駆動傘歯車５５および被動傘歯車９０を介して工具ホルダ８３が軸線Ｏ２の回りに旋回され、刃具８８が軸線Ｏ２を中心とした円弧軌跡Ａ１に沿って移動されることにより、内側球面Ｗ１、Ｗ２が球面加工される。

かかる第２の実施の形態の加工ユニット８０によれば、第１の実施の形態で述べた加工ユニット４０に比べて、ユニットの構成を簡素化することができる。なお、第２の実施の形態における加工ユニット８０においては、ユニット本体８１の開口部８４より、内側球面Ｗ１、Ｗ２の加工によって発生した切屑が被動傘歯車９０と駆動傘歯車５５との噛合い部に侵入することが懸念されるが、ユニット本体８１と工具ホルダ８３との間に、開口部８４を閉塞する、例えばスライド可能に重合するカバーを設けることにより、切屑の侵入を防止することが可能となる。

次に本発明の第３の実施の形態を図９および図１０に基づいて説明する。第３の実施の形態においては、２種類の加工ユニット（第１および第２の加工ユニット）９０Ａ、９０Ｂを用いて、デフケースＷの内側球面Ｗ１、Ｗ２と、内側平面Ｗ３、Ｗ４を順次加工できるようにしたものである。なお、内側球面Ｗ１、Ｗ２を加工する第１の加工ユニット９０Ａについては、第１の実施の形態で述べた加工ユニット４０と同じであるので、図示を省略し、以下においては、内側平面Ｗ３、Ｗ４を加工する第２の加工ユニット９０Ｂについて、図９および図１０に基づいて説明する。

第２の加工ユニット９０Ｂの本体９１には、中心軸心Ｏ１上の一端に、ユニット保持アーバー２５の先端に形成されたテーパ面２５ａに係合するテーパ穴９１ａが形成されている。ユニット本体９１の中心軸心Ｏ１上の他端には、ユニット保持アーバー３１の先端に形成されたテーパ穴３１ａに嵌合するテーパ面９１ｂと、ユニット保持アーバー３１の先端内周に形成された係合部３１ｂに係脱可能に係合する係合爪部９１ｃが形成されている。ユニット本体９１には工具シャンク９２が径方向に移動可能に保持され、その一端はユニット本体９１より外部に突出されている。工具シャンク９２の一端には、両端部にスローアウェイのチップ９３ａ、９３ｂを取付けた刃具９３が固定されている。刃具９３は中心軸心Ｏ１より径方向に所定量偏倚され、かつ工具シャンク９２の径方向移動により、各スローアウェイチップ９３ａ、９３ｂによりデフケースＷの内側平面Ｗ３、Ｗ４を順次旋削可能である。

ユニット本体９１の中心部には、工具シャンク９２を貫通して偏心ピン９４が中心軸心Ｏ１上に回転可能に収納されている。偏心ピン９４には、工具シャンク９２に形成された係合穴９２ａの係合面に係合する偏心部９４ａが設けられ、偏心ピン９４の回転による偏心部９４ａの円弧運動により工具シャンク９２を径方向に移動できるようになっている。工具シャンク９２とユニット本体９１との間には、係合穴９２ａの係合面を常に偏心ピン９４に当接させるスプリング９５が介挿されている。偏心ピン９４の一端には、前記回転駆動部材３７のキー係合部３７ａに係合するテーパ状のキー溝９４ｂが形成され、回転駆動部材３７の回転によって偏心ピン９４が回転される。

従って、第１の実施の形態で述べたと同様に、サーボモータ３３によって駆動主軸３０を回転駆動することにより、回転駆動部材３７を介して偏心ピン９４が回転され、偏心ピン９４と係合穴９２ａとの係合作用により、工具シャンク９２が径方向に直線移動される。

上記したサーボモータ３３、駆動主軸３０、回転駆動部材３７ならびに偏心ピン９４等によって、工具シャンク９２を径方向に移動させる径方向移動手段を構成しており、また、上記したサーボモータ１４、図略のボールねじ、心押台１２、ユニット保持アーバー３１、ならびにユニット保持アーバー２５、アーバー進退用シリンダ２７等によって、第２の加工ユニット９０ＢをデフケースＷの軸線方向に移動させる軸線方向移動手段を構成している。

上記した第３の実施の形態においては、第１の実施の形態で述べたと同様な、図略の第１の加工ユニット９０ＡによるデフケースＷの内側球面Ｗ１、Ｗ２の球面加工が完了すると、第１の加工ユニット９０Ａが、ユニット供給装置６０によってデフケースＷの開口窓Ｗ３１より取り出された後、第２の加工ユニット９０Ｂがユニット供給装置６０によってデフケースＷ内に搬入される。

第２の加工ユニット９０ＢがデフケースＷ内に搬入され、ユニット供給装置６０が退避されると、主軸２１が主軸駆動モータ２２により回転駆動され、デフケースＷが回転される。同時に、ＮＣ指令に基づいてサーボモータ１４が駆動され、心押台１２がＺ軸方向（例えば図２の左方向）に所定量移動され、一方の内側平面Ｗ３に対してスローアウェイチップ９３ａを切込む。次いで、ＮＣ指令に基づいてサーボモータ３３が駆動され、駆動主軸３０が所定速度で所定量回転される。これにより、回転駆動部材３７によって偏心ピン９４が所定角度回動され、工具シャンク９２が径方向に所定速度で所定量移動されて、一方のスローアウェイチップ９３ａにより一方の内側平面Ｗ３を旋削加工する。

一方の内側平面Ｗ３の旋削加工が終了すると、ＮＣ指令に基づいてサーボモータ１４が前記と逆方向に駆動され、心押台１２が図２の右方向に定められた距離だけ移動され、他方の内側平面Ｗ４に対してスローアウェイチップ９３ｂを切込む。次いで、前述したと同様に、駆動主軸３０をサーボモータ３３により回転し、回転駆動部材３７および偏心ピン９４を介して工具シャンク９２を径方向に移動させ、他方のスローアウェイチップ９３ｂにより他方の内側平面Ｗ４を旋削加工する。

なお、心押台１２およびユニット保持アーバー３１のＺ軸方向移動に伴い、ユニット保持アーバー２５はアーバー進退用シリンダ２７に抗して、あるいはアーバー進退用シリンダ２７によって、ユニット保持アーバー３１に追従して移動され、第２の加工ユニット９０Ｂを常に両端で安定的に保持する。

この場合、最初に、第２の加工ユニット９０Ｂによって一対の内側平面Ｗ３、Ｗ４を加工し、しかる後、第１の加工ユニット９０Ａによって内側球面Ｗ１、Ｗ２を加工するようにしてもよい。

上記した第１および第２の実施の形態においては、回転駆動部材３７の回転を、駆動傘歯車５５および被動傘歯車５４、９０を介して旋回中心軸（回転軸、支持軸）４３、８２上に保持された刃具５１、８８に伝達することにより、刃具５１、８８を旋回中心軸４３、８２を中心にして旋回させるようにしたが、駆動傘歯車５５および被動傘歯車５４、９０に代えて、ウォーム軸とこれに噛合うウォームホイールからなるウォーム減速機構や、リード溝とこれに係合するカムフォロアからなるリード溝機構を設けることもできる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。

本発明に係る内面加工装置は、デフケースのような中空ワークの内側球面を球面加工するものに用いるのに適している。

１１…主軸台、１２…心押台、２５、３１…ユニット保持アーバー、３０…駆動主軸、３３…サーボモータ、３７…回転駆動部材、４０、８０…加工ユニット、４１、８１…ユニット本体、４３、８２…旋回中心軸（回転軸、支持軸）、４５、４６…回転円盤、５１、８８…刃具、５２…刃具ユニット、５３…凹部、５４…被動傘歯車、５５…駆動傘歯車、５８…旋回手段、６０…ユニット供給装置、Ｗ…中空ワーク（デフケース）、Ｗ１、Ｗ２…内側球面、Ｗ３、Ｗ４…内側平面、Ｗ３１、Ｗ３２…開口窓。

Claims

中空ワークの内面を加工する内面加工装置において、
前記中空ワークを回転駆動する主軸を回転可能に支持した主軸台と、該主軸台に対向して配設された心押台と、刃具を保持し前記中空ワーク内に挿入される加工ユニットと、前記主軸台および心押台にそれぞれ進退移動可能に設けられ前記中空ワーク内に挿入された前記加工ユニットを両側より回転不能に挟持する一対のユニット保持アーバーと、前記一方のユニット保持アーバー内を通して前記加工ユニットに保持された前記刃具を前記ユニット保持アーバーの軸線と直交する軸線の回りに旋回させる旋回手段と、前記加工ユニットを把持して中空ワーク内に挿入し、中空ワークの加工時は前記加工ユニットを中空ワーク内に置き去りにして退避されるユニット供給装置とによって構成したことを特徴とする中空ワークの内面加工装置。
請求項１において、前記加工ユニットは、前記一対のユニット保持アーバーによって回転不能に保持されるユニット本体と、該ユニット本体に前記ユニット保持アーバーの軸線と直交する軸線の回りに回転可能に支持され前記刃具を保持した旋回中心軸と、前記ユニット保持アーバー内に回転可能に挿通され前記旋回中心軸を中心にして前記刃具を旋回する回転駆動部材とを備えたことを特徴とする中空ワークの内面加工装置。
請求項１において、前記加工ユニットは、異なる刃具を保持した少なくとも２種類の加工ユニットからなり、これら加工ユニットが順次中空ワーク内に挿入されて加工に供せられるようになっていることを特徴とする中空ワークの内面加工装置。
請求項３において、前記加工ユニットの少なくとも１つは、前記刃具が半径方向に移動可能に保持されており、前記一対のユニット保持アーバーの協働により前記加工ユニットを軸線方向に移動させる軸線方向移動手段と、前記一方のユニット保持アーバー内を通して前記加工ユニットに保持された前記刃具を半径方向に移動させる半径方向移動手段とを有することを特徴とする中空ワークの内面加工装置。
中空ワークの内面を加工する内面加工装置において、
前記中空ワークを回転駆動する主軸を回転可能に支持した主軸台と、該主軸台に対向して配設された心押台と、刃具を保持し前記中空ワーク内に挿入される加工ユニットと、前記主軸台および心押台にそれぞれ進退移動可能に設けられ前記中空ワーク内に挿入された前記加工ユニットを両側より回転不能に挟持する一対のユニット保持アーバーと、前記一方のユニット保持アーバー内を通して前記加工ユニットに保持された前記刃具を前記ユニット保持アーバーの軸線と直交する軸線の回りに旋回させる旋回手段とによって構成され、
前記加工ユニットは、異なる刃具を保持した少なくとも２種類の加工ユニットからなり、これら加工ユニットが順次中空ワーク内に挿入されて加工に供せられるようになっており、
前記加工ユニットの少なくとも１つは、前記刃具が半径方向に移動可能に保持されており、前記一対のユニット保持アーバーの協働により前記加工ユニットを軸線方向に移動させる軸線方向移動手段と、前記一方のユニット保持アーバー内を通して前記加工ユニットに保持された前記刃具を半径方向に移動させる半径方向移動手段とを有することを特徴とする中空ワークの内面加工装置。