JP5682998B2 - フライス加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、フライス加工方法に関し、特に、薄肉状のワークに高い平面度でフライス加工を施すための方法する。

フライス加工を行うにあたり、ワークを固定する手段として、ワークを挟持固定するクランプと、ワークを一方側から支持するナチュラルクランプとを併用した固定方法が知られている。

例えば、特許文献１に示されているクランプ装置は、薄肉状のワークの少なくとも長手方向中央よりの位置をクランプアームで挟持固定すると共に、ワークの裏面をナチュラルクランプで支持している。この状態でワークの表面にフライス加工を施すことにより、薄肉状のワークを高い平面度で加工することを狙っている。

特開平１０−２０２４５６号公報

しかし、上記のようなクランプ装置を用いてフライス加工を行っても、ワークの平面度を十分に高められるとは言えず、さらなる工夫が求められている。

ところで、一回のみのフライス加工でワークを所望の平面度に仕上げようとすると、一回の加工あたりのワークの削り量が多くなるため、ワーク表面の精度が出しにくい上、フライス工具への負担が大きくなる。このため、フライス加工は、複数回に分けて行うことが一般的である。

しかし、フライス加工を複数回に分けて行った場合でも、以下のような理由からワークの平面度を高めることは難しい。すなわち、フライス加工に先立って、ワークはクランプ装置で支持される。具体的には、クランプ部でワークを挟持固定すると共に、ナチュラルクランプ部をワークに接近させ、ワークを支持するために最適な位置に配置される。ナチュラルクランプ部の最適位置は、ワークの形状や材質、フライス加工を施す場所、クランプ部の位置等によって異なり、例えば、ワークに当接させた位置、あるいは、ワークから少しだけ離れた位置に配される。こうしてクランプ装置でワークを支持した状態でワークに１回目のフライス加工を施すと、ワークに加工歪が生じるため、ナチュラルクランプ部が最適位置からずれる恐れがある。この状態でワークに２回目のフライス加工を施すと、ナチュラルクランプ部による支持が十分でないため、所望の平面度が得られない恐れがある。

例えば、ワークの位置情報をフィードバック制御して、ナチュラルクランプ部を常に最適位置に配することも考えられるが、このようなフィードバック制御は大幅なコスト高を招く。

本発明の解決すべき課題は、高い平面度のワークを低コストに得ることができるフライス加工方法を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明は、ワークの表面にフライス加工を施す方法であって、クランプ部でワークを挟持固定するクランプ工程と、ナチュラルクランプ部をワークに接近させ、ワークに対する最適位置に配置することにより、ワークを一方側から支持するナチュラルクランプ工程と、ワークの表面にフライス加工を施す第１フライス加工工程と、前記クランプ部でワークを挟持固定した状態で、ナチュラルクランプ部をワークから一旦離反させ、改めてワークに対する前記最適位置に配置する再ナチュラルクランプ工程と、ワークの表面にさらにフライス加工を施す第２フライス加工工程と、を順に経て行うものである。

このように、本発明のフライス加工方法では、第１フライス加工を終えた後、ナチュラルクランプ部をワークから一旦離反させ、改めてワークに対する最適位置に配置し直す。これにより、ナチュラルクランプ部でワークを良好に支持した状態で、第２フライス加工を施すことができるため、ワークの加工面の平面度を高めることができる。このようなフライス加工方法は、加工歪の生じ易い薄肉状のワーク（例えばエンジンのタイミングチェーンカバーなど）に対して好適に適用される。

以上のように、本発明のフライス加工方法によれば、薄肉状のワークであっても、高コストなフィードバック制御を設けることなく、ナチュラルクランプ部を改めて最適位置に配置するという簡単な工程を経るだけで、ワークを高い平面度に仕上げることができる。

（ａ）はワーク（タイミングチェーンカバー）の平面図であり、（ｂ）は（ａ）図をＡ方向から見た側面図である。 （ａ）はフライス盤の平面図であり、（ｂ）は（ａ）図をＢ方向から見た側面図である。 上記フライス盤のクランプ部の側面図である。 上記フライス盤のナチュラルクランプ部の側面図である。 本発明の一実施形態に係るフライス加工方法の手順を示すブロック図である。

以下、本発明の一実施形態に係るフライス加工方法を、図面に基づいて説明する。

本実施形態では、ワークＷとして、図１に示すような薄肉状のタイミングチェーンカバーをフライス加工する方法について説明する。ワークＷは、ダイカスト成形され、表面（図１（ａ）で見えている側の面）の外縁に沿った平面状の加工面Ｆ（図１（ａ）に散点で示す）にフライス加工を施す。尚、本実施形態では、ワークＷの表面を上向き、裏面を下向きとした状態でフライス加工を行う場合を説明する。

本実施形態のフライス加工は、図２に示すフライス盤１を用いて行われる。フライス盤１は、ワークＷの加工面Ｆにフライス加工を施す加工部２と、ワークＷを保持するクランプ装置３とを備える。尚、図２（ａ）では、加工部２の図示を省略している。

加工部２は、図２（ｂ）に示すように、円盤状のフライス刃２ａと、フライス刃２ａを鉛直方向の回転軸を中心に回転駆動するモータ２ｂとを備える。加工部２は、鉛直方向及び水平方向に移動可能とされる。

クランプ装置３は、ベース４と、ベース４上に固定されたクランプ部１０及びナチュラルクランプ部２０とを備える。本実施形態では、クランプ部１０が３箇所、ナチュラルクランプ部２０が１箇所に設けられる（図２（ａ）参照）。

クランプ部１０は、図３に示すように、クランプアーム１１と、シート１２とを備える。クランプアーム１１は、基端部にプランジャ１３が取り付けられると共に、中間部にリンク１４が取り付けられる。プランジャ１３は、エアシリンダ等の駆動部（図示省略）により昇降可能に設けられる。シート１２の上面にワークＷを載置した状態で、プランジャ１３を上昇させてクランプアーム１１の先端部を下降させることにより、クランプアーム１１とシート１２とでワークＷが上下から挟持固定される。

ナチュラルクランプ部２０は、図４に示すように、本体部２１と、プランジャ２２と、パッド２３とを備える。プランジャ２２は、エアシリンダ等の駆動部（図示省略）により昇降可能に設けられる。プランジャ２２を昇降させることにより、パッド２３をワークＷの一側面（本実施形態では下面）に接近・離反させることができる。ナチュラルクランプ部２０は、ワークＷに対する最適位置を検知する検知手段が設けられる。本実施形態では、パッド２３をワークＷに当接させた位置を最適位置とし、検出手段として圧力センサが設けられる。

本発明の一実施形態に係るフライス加工方法は、図５に示すように、クランプ工程、ナチュラルクランプ工程、第１フライス加工工程、再ナチュラルクランプ工程、及び、第２フライス加工工程を経て行われる。

（１）クランプ工程
まず、３箇所のクランプ部１０のシート１２にワークＷを載置する（図２（ａ）参照）。このとき、クランプ部１０のプランジャ１３は、図３に実線で示すように最下方位置まで後退しており、これによりクランプアーム１１の先端部がシート１２より外側（ワークＷから離反する側）に退避する。また、このとき、ナチュラルクランプ部２０のプランジャ２２は最下方位置まで後退しており、パッド２３の上面がシート１２の上面よりも下方に位置している。従って、この状態ではナチュラルクランプ部２０のパッド２３はワークＷの下面に当接していない。尚、クランプ装置３には、ワークＷを水平方向で位置決めする位置決めピンを設けても良い。

この状態で、各クランプ部１０のプランジャ１３を上昇させ、クランプアーム１１の先端部を下降させる。これにより、図３に鎖線で示すように、クランプアーム１１とシート１２とでワークＷが上下から挟持固定される。この状態で、クランプアーム１１の上面は、ワークＷの加工面Ｆよりも下方に配される。これにより、後のフライス加工工程において、フライス刃２ａとクランプアーム１１とが干渉する事態が回避される。このため、クランプ部１０によるクランプ箇所は、ワークＷの加工面Ｆよりも一段下がった箇所に限定される。本実施形態では、図１のＣ１，Ｃ２，及びＣ３で示す箇所がクランプされる。

（２）ナチュラルクランプ工程
３箇所のクランプ部１０でワークＷをクランプした状態で、ナチュラルクランプ部２０のプランジャ２２を上昇させ、パッド２３の上面をワークＷに対する最適位置に配置する。本実施形態では、パッド２３がワークＷの下面に当接した状態を最適位置とする。プランジャ２２を上昇させたとき、圧力センサがパッド２３とワークＷの下面との当接を検知したら（すなわち微小な圧力を検知したら）、プランジャ２２を停止する。この最適位置に配されたパッド２３により、ワークＷが下方から支持される。尚、上記のようにパッド２３がワークＷに当接した瞬間にプランジャ２２を止めた位置を最適位置とする他、パッド２３を所定の圧力でワークＷに押し付けた状態でプランジャ２２を停止させた位置を最適位置としてもよい。

上述のように、クランプ部１０によるクランプ箇所は限定されるため、クランプ部１０による挟持固定のみでは、ワークＷを安定した状態で支持できない恐れがある。例えば、フライス加工時のフライス刃２ａによる上方からの加工圧により、ワークＷの支持されていない部分が撓んだり、振動したりする恐れがある。特に、本実施形態のように、ワークＷが薄肉状である場合、クランプ箇所の制限が厳しく、且つ、加工圧による撓みや振動が生じ易い。そこで、クランプ部１０でクランプできない箇所のうち、撓みや振動が生じる恐れが高い箇所をナチュラルクランプ部２０で支持することで、ワークＷを安定した状態で支持することができる。本実施形態では、図１のＮで示す箇所がナチュラルクランプ部２０で支持される。

（３）第１フライス加工工程
次に、加工部２で、ワークＷの上面の加工面Ｆに第１フライス加工（粗加工）を施す。具体的には、モータ２ｂを駆動してフライス刃２ａを回転させた状態で加工部２を降下させ、フライス刃２ａを加工面Ｆに接触させてこの面を平面切削する。この状態で加工部２を水平方向に移動させ、加工面Ｆ全体を切削して所定の平面度に仕上げる。

（４）再ナチュラルクランプ工程
第１フライス加工工程が終了したら、ナチュラルクランプ部２０によるワークＷの支持を一旦解除する。具体的には、ナチュラルクランプ部２０のプランジャ２２を降下させ、パッド２３をワークＷの下面から離反させる。そして、再度プランジャ２２を上昇させ、パッド２３を最適位置に配置する。すなわち、パッド２３がワークＷに当接した瞬間にプランジャ２２を停止し、パッド２３をこの位置で保持する。

（５）第２フライス加工工程
そして、加工部２で、ワークＷの加工面Ｆに第２フライス加工（仕上げ加工）を施し、加工面Ｆを所望の平面度に仕上げる。第２フライス加工工程の具体的内容は、第１フライス加工工程と同様であるため、重複説明を省略する。

以上のフライス加工方法によれば、加工面Ｆを高い平面度で仕上げることができる。すなわち、第１フライス加工工程によりワークＷに加工歪が生じるため、ナチュラルクランプ部２０の位置が最適位置からずれる場合がある。そこで上記のように、再ナチュラルクランプ工程において、ナチュラルクランプ部２０のパッド２３を改めて最適位置に配置し直すことにより、ワークＷを安定した状態で支持することができる。この状態で第２フライス加工工程が行うことにより、加工面Ｆを高い平面度で仕上げることができる。

本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、上記の実施形態では、ナチュラルクランプ部２０のパッド２３の最適位置が、ワークＷの下面に当接する位置である場合を示しているが、これに限られない。例えば、ワークＷの下面から所定の距離だけ離れた位置を、パッド２３の最適位置としてもよい。この場合、ナチュラルクランプ部２０に、パッド２３とワークＷとの距離を測定する距離センサ（図示省略）が設けられる。

また、上記の実施形態では、クランプ部１０によるワークＷのクランプ箇所が３箇所（図１のＣ１〜Ｃ３）、ナチュラルクランプ部２０によるワークＷの支持箇所が１箇所（図１のＮ）であるが、これらの数や位置を変更してもよい。

また、上記の実施形態では、ワークＷがタイミングチェーンカバーである場合を示したが、これに限られず、例えばエンジンのカムシャフトハウジングに本発明の加工方法を適用することもできる。このように本発明のフライス加工方法は、第１フライス加工による歪が生じやすい薄肉状のワークに好適に適用される。

また、上記の実施形態では、フライス加工工程を２段階（第１フライス加工工程及び第２フライス加工工程）に分けて行っているが、３段階以上に分けて行ってもよい。この場合、特に加工歪の生じ易い、すなわち削り量の大きいフライス加工の後に、再ナチュラルクランプ工程を設けることが好ましい。

また、上記の実施形態では、ワークＷの加工面Ｆが上面となるように配置した場合を示しているが、これに限らず、例えば加工面Ｆが下向きや横向きとなるようにワークＷを配置してもよい。

１ フライス盤
２ 加工部
２ａ フライス刃
２ｂ モータ
３ クランプ装置
４ ベース
１０ クランプ部
１１ クランプアーム
１２ シート
１３ プランジャ
１４ リンク
２０ ナチュラルクランプ部
２１ 本体部
２２ プランジャ
２３ パッド
Ｆ 加工面
Ｗ ワーク

Claims (1)

1. ワークの表面にフライス加工を施す方法であって、
   クランプ部でワークを挟持固定するクランプ工程と、
   ナチュラルクランプ部をワークに接近させ、ワークに対する最適位置に配置することにより、ワークを一方側から支持するナチュラルクランプ工程と、
   ワークの表面にフライス加工を施す第１フライス加工工程と、
   前記クランプ部でワークを挟持固定した状態で、ナチュラルクランプ部をワークから一旦離反させ、改めてワークに対する前記最適位置に配置する再ナチュラルクランプ工程と、
   ワークの表面にさらにフライス加工を施す第２フライス加工工程と、
   を順に経て行うフライス加工方法。

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