JP5808467B1 - 内面加工装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡単な構造で省スペースとなる内面加工装置を提供すること。【解決手段】工具110とワークMとを相対的に移動させて、ワークMの内面加工を行う内面加工装置100において、ベッド102と、ベッド102上を前後方向に移動するように設けられワークMを取り付けるテーブル114と、ベッド102上を前後方向に移動するように設けられ、該前後方向に延びる回転軸線を中心として主軸108を回転可能に支持する主軸台106と、前後方向に移動しないように固定され、工具110の前方端部を前後方向に支持する工具支持台120と、テーブル114と主軸台106とを前後方向に同期させて直線送りする制御装置118とを具備する。【選択図】図1

Description

本発明は、ワークの内面を加工するための内面加工装置に関する。
従来、ワークの内面を加工する際に、主軸の回転による遠心力や重力により工具がたわむことを防止するため、工具を工具支持台で支える内面加工装置が知られている。更に、内面に周方向に延びるリブを有したワークの内面を加工する技術として、特許文献1には、作動軸を軸線方向へ移動可能に円筒状の保持筒内に嵌挿し、作動軸を保持筒に対して軸方向に相対移動させ、該作動軸の軸方向移動をカム機構を通じてバイトの半径方向の移動に変換するようにした工具によって内面加工を行う技術が記載されている。特許文献1の発明では、ベッドに対して固定されているテーブルに対して主軸の反対側に心押体が配置され、主軸を回転可能に支持する主軸ヘッドがベッドに対して主軸の回転軸線方向へ直線送り可能になっている。テーブルに対して主軸ヘッドの反対側には心押体が主軸の回転軸線方向に直線送り可能に設けられている。主軸の先端に装着された工具がワークの孔内に挿入され、ワークの反対側で心押体によってその先端が支持される。工具の先端部から突出する作動軸の先端部を心押体によって押圧することによって、カム機構を通じて工具の側面からバイトが突出するようになっている。
特開平7−124806号公報
特許文献1の発明では、テーブルを挟んで主軸の反対側に心押体と、該心押体を主軸の回転軸線方向に直線送りする機構が必要となる。そのため、装置が大型化すると共に非常に高価になる。また、特許文献1の発明は、テーブルの両側に主軸と心押体の送り装置を配置しなければならないので、ワーク交換装置やワークをパレットと共に交換するようにしたパレット交換装置と組み合わせることが非常に困難である。
本発明は、こうした従来技術の問題点を解決することを技術課題としており、簡単な構造で省スペースとなる内面加工装置を提供することを目的としている。
上述の目的を達成するために、本発明によれば、工具とワークとを相対的に移動させて、ワークの内面加工を行う内面加工装置において、ベッドと、前記ベッド上を前後方向に移動するように設けられ、ワークを取り付けるテーブルと、前記ベッド上を前後方向に移動するように設けられ、該前後方向に延びる回転軸線を中心として主軸を回転可能に支持する主軸台と、前記ベッドに対して相対移動しない位置に固定され、前記主軸の前方に装着された工具の前方端部を前記前後方向に支持する工具支持台と、前記主軸台を前記前後方向に直線送りして工具を前記工具支持台に当接させて押圧することで、該工具の切刃を前記前後方向に対して垂直な方向に進退させるときに、前記テーブルと前記主軸台とを前記前後方向に同期させて直線送り可能な制御装置と、を備えた内面加工装置が提供される。
本発明によれば、内面加工装置の前後方向に移動しないように固定された工具支持台で工具の前方端部を支持し、主軸台とテーブルとを前後方向に同期させて直線送りするようにしたので、内面加工装置を小型化することができる。また、本発明によれば、内面加工装置の前方部分には、特許文献1のような送り機構を設ける必要がないので、例えば、内面加工装置をパレット交換装置と容易に組み合わせることが可能となる。
図2の矢印I-Iの方向に見た本発明の好ましい実施形態による内面加工装置の側面図である。 図1の矢印II-IIの方向に見た内面加工装置の正面図である。 ワークの内面を加工するために、工具をワーク内に導入した段階を示した図であり、図4の矢印III-IIIの方向に見た内面加工装置の側面図である。 工具のワーク内への導入開始と同時または導入開始の直前または直後に工具支持台の支持腕を工具支持位置へ向けて回転を開始した段階を示した図であり、図3の矢印IV-IVの方向に見た内面加工装置の正面図である。 主軸の回転を開始し、主軸をZ軸方向へ直線送りすると共に、テーブルをW軸方向に主軸の直線送りに同期させて直線送りする段階を示した図であり、図6の矢印V-Vの方向に見た内面加工装置の側面図である。 図5の矢印VI-VIの方向に見た内面加工装置の正面図である。 カッターボディを主軸の回転軸線に対して垂直方向に押し出して、ワークのリブの軸方向側面を加工している様子を示す図であり、図8の矢印VII-VIIの方向に見た内面加工装置の側面図である。 図7の矢印VIII-VIIIの方向に見た内面加工装置の正面図である。 カッターボディが工具本体の側面へ後退した状態を示す工具の断面図である。 カッターボディが工具本体の側面から突出した状態を示す工具の断面図である。 退避位置にある支持腕を示す図1〜8に示した内面加工装置の工具支持台の正面図である。 工具支持位置にある支持腕を示す図1〜8に示した内面加工装置の工具支持台の正面図である。 退避位置にある支持腕を示す他の実施形態による工具支持台の正面図である。 工具支持位置にある支持腕を示す図13の工具支持台の正面図である。 パレット交換装置を備えた内面加工装置の側面図である。 カッターボディに取り付けるチップを図10とは逆向きに取り付けた工具の断面図である。
以下、図1、2を参照して、本発明の好ましい実施形態を説明する。
本発明の好ましい実施形態による内面加工装置100は、工場の床面に固定され基台となるベッド102、ベッド102の上面に固定されたコラム104、水平左右方向(X軸方向)、上下方向(Y軸方向)および水平前後方向(Z軸方向)に移動可能にコラム104に主軸台として設けられた主軸頭106、水平前後方向の回転軸線を中心として主軸頭106に回転可能に支持され前方端部に工具110が装着される主軸108、ベッド102の上面に設けられたW軸駆動装置112、W軸駆動装置112によってZ軸と平行な水平前後方向(W軸方向)に移動可能にベッド102の上面に取り付けられたテーブル114、工具110の前方端部と当接可能にベッド102に固定された工具支持台120、内面加工装置100の各軸送りおよび主軸108の回転を制御する数値制御装置118を主要な構成要素として具備している。コラム104は、内面加工装置100のZ軸(W軸)方向に後方側(図1において右側)に配置され、テーブル114はコラム104の反対側、内面加工装置100の前方側(図1において左側)に配置されている。テーブル114の上面には、ワーク取り付具としてのパレット116を介してワークMが取り付けられる。
図11、12を参照すると、工具支持台120は、Z軸(W軸)方向(内面加工装置100の前後方向)に移動しないようにベッド102に固定された固定部としての支柱122と、支柱122の先端部に旋回軸122aによって主軸108の回転軸線Oに対して垂直な平面内で回転可能に取り付けられた支持部材としての支持腕124と、支持腕124を回転させるためのアクチュエーターとしての油圧シリンダー126とを具備している。本実施形態において、油圧シリンダー126は鉛直に配向されており、シリンダー側がベッド102に固定され、ピストン棒が支持腕124に形成された長穴内に摺動可能に連結されている。油圧シリンダー126内に加圧流体を供給し、図11に示すように、ピストン棒を伸長させることによって、支持腕124は、旋回軸122aを中心として上方に90°旋回して退避位置へ移動する。油圧シリンダー126に反対向きに加圧流体を供給し、図12に示すように、ピストン棒をシリンダー内に後退させることによって、支持腕124は退避位置から旋回軸122aを中心として90°旋回して当接位置へ移動する。支持腕124が退避位置にあるとき工具支持台120の退避形態と称し、支持腕124が工具支持位置にあるとき工具支持台120の支持形態と称する。
図9、10を参照すると、ワークMは、例えば、内燃機関のシリンダーブロック下端部と、クランクケースとによって形成されるクランク軸受部のように、円筒状の内周面を有した複数のリブ30を有している。図9、10では、リブ30が4枚の例を示しているが、リブは何枚あってもよい。各リブ30の内周面は同一の直径を有し、また、回転軸線Oに関して同心に配置されている。
工具110は、有底状の中空部10aを有した円筒状の本体10、該本体10の側面から半径方向に進退可能に設けられたカッターボディ12、カッターボディ12を半径方向に駆動する駆動機構を具備している。本体10の前方端部には凹所10bが形成されており、中空部10aは該凹所10bに開口している。本体10の後方端には、主軸108の前方端部に形成されいる工具装着穴108aに嵌合するテーパ部10cが結合されている。
カッターボディ12の半径方向の先端部分には少なくとも1つの、図9、10の例では4つのチップ(切刃)14が取り付けられている。カッターボディ12のための駆動機構は、中空部10a内に回転軸線O方向に往復動可能に配設された駆動部材としての作用棒20と、作用棒20を本体10の前方端方向へ押圧する圧縮ばね22と、回転軸線Oに沿った作用棒20の本体10に対する相対移動をカッターボディ12の半径方向の動作に変換するカム24とを具備する。作用棒20の前方端部には、凹所10bに収容される大径の当接部20aが形成されている。
以下、図1〜図12を参照して、本実施形態の作用を説明する。
先ず、図1、2に示すように、テーブル114がベッド102の前方側に配置されているときに、例えばオペレーターによってテーブル114の上面にパレット116を介してワークMが固定される。次いで、矢印1で示すように、テーブル114が、W軸駆動装置112によって、コラム104へ向けて接近するように送られる。
テーブル114が、図3に示すように、W軸方向に工具支持台120を超えて所定の加工位置に送られると、図4において矢印2で示すように、工具支持台120の支持腕124が、旋回軸122aを中心として下方へ当接位置(図12参照)へ向けて旋回動作を開始する。支持腕124の旋回動作の開始と同時或いは旋回動作の直前または直後に、図3の矢印3で示すように、工具110の前方端の当接部20aが工具支持台120と当接するように、主軸頭106がZ軸方向へ送られる。
当接位置にある工具支持台120の支持腕124に工具110の当接部20aが接触したとき、或いは、接触の直前または直後に、図5の矢印4で示すように、主軸108が回転駆動される。工具110の当接部20aが支持腕124に当接した後、図5の矢印5aで示すように、主軸頭106がZ軸方向に工具支持台120へ向けて送られ、これと同期して矢印5bで示すように、テーブル114がW軸方向に送られる。ここでは、主軸頭106のZ軸の送りと、テーブル114のW軸の送りが同じ送り速度、同じ方向、同じ移動量になるように同期させている。このように、主軸頭106のZ軸送りとテーブル114のW軸送りとを同期させることによって、工具110の本体10およびカッターボディ12はワークMに対してZ軸方向へ相対的に静止する。
このとき、当接部20aは支持腕124に当接しているので、主軸頭106がZ軸方向へ駆動されても、作用棒20はZ軸方向へ変位しない。従って、主軸頭106をZ軸方向へ送ることによって、作用棒20は、回転軸線Oに沿って工具110の本体10に対して相対的に後方へ、つまりテーパ部10cの方へ移動する。このように、作用棒20が本体10に対して回転軸線方向に後方へ相対移動することによって、カッターボディ12がカム24を通じて半径方向外側へ駆動される。こうして、カッターボディ12に取り付けられたチップ14によって、ワークMのリブ30の両側面(スラスト面)30aが同時に切削される。
既述した実施形態では、支持腕124は、主軸108の回転軸線Oに対して垂直な平面内で固定部としての支柱122に対して旋回するようになっていた。本発明は、これに限定されず、例えば図13、14に示すように、支持部材としての支持腕124′は、主軸108の回転軸線Oに対して垂直な平面内で工具支持位置と退避位置との間で水平方向に進退可能としてもよい。図13、14において、図11、12の実施形態の構成要素に対応する構成要素には「′」記号を付して同じ参照番号にて示されている。
図13、14において、工具支持台120′は、Z軸(W軸)方向に移動しないようにベッド102に固定された固定部としての支柱122′と、支柱122′の先端部において、主軸108の回転軸線Oに対して垂直な平面内で、支持位置(図14)と退避位置(図13)との間で往復動可能に取り付けられた支持部材としての支持腕124′と、支持腕124′を直線動作させるためのアクチュエーターとしての油圧シリンダー126′とを具備している。本実施形態において、油圧シリンダー126′は水平に配向されており、シリンダー側が支柱122′に固定され、ピストン棒が支持腕124′に連結されている。油圧シリンダー126′内に加圧流体を供給し、図13に示すように、ピストン棒を伸長させることによって、支持腕124′が水平方向に退避位置へ移動する。油圧シリンダー126′に反対向きに加圧流体を供給し、図14に示すように、ピストン棒をシリンダー内に後退させることによって、支持腕124′は退避位置から当接位置へ移動する。支持腕124′が退避位置にあるとき工具支持台120′の退避形態と称し、支持腕124′が工具支持位置にあるとき工具支持台120′の支持形態と称することは図11、12の例と同様である。
パレット交換装置と組み合わせた内面加工装置100の実施形態を図15に示す。図15において、パレット交換装置200は、内面加工装置100の前後方向にベッド102の前方に配置されている。パレット交換装置200は、工場の床面に固定される基台となるベッド202と、ベッド202の上面に固定された段取り台204と、交換アーム210とを具備している。交換アーム210は、交換腕214、216を鉛直方向に上下動させると共に、水平面内で180°旋回させるアクチュエーター212を具備している。段取り台204には、パレット206を位置決めする位置決め手段として複数のテーパーコーン(図示せず)と、パレット206の下面に設けられている係合部をクランプするクランパー(図示せず)とを有している。
W軸駆動装置112でテーブル114を前方に移動し、パレット116を交換腕216と係合する位置に移送する。パレット交換動作が開始されると、交換アーム210は、その交換腕214、216によって、図15に示すように、段取り台204上にある未加工ワークM′を取り付けたパレット206と、パレット交換位置にあるテーブル114上の加工済ワークMを取り付けたパレット116とに同時に係合する。次いで、アクチュエーター212が交換腕214、216を同時に上動させ、パレット206、116を段取り台204およびテーブル114から同時に離反させる。次いで、アクチュエーター212は、交換腕214、216を水平面内で旋回させ、未加工ワークM′と加工済ワークMとを同時に入れ換え、その下動動作によって、夫々段取り台204とテーブル114上に載置する。
オペレーターは、段取り台204上に未加工ワークM′をパレット206と共に載置したり、或いは、段取り台204から加工済ワークMをパレット116と共に取り外す等の段取り作業を行うことができる。
このように、本発明の内面加工装置100は、ベッド102の前方に空きスペースがあるので、パレット交換装置200と組み合わせることに適している。また、W軸駆動装置112がワークの内面加工する手段と、パレット116をパレット交換位置へ移送する移送手段とを兼ねているため、構造が簡単となり省スペースにできる。
図9、10に記載の工具では、リブ30を挟み込むようにカッターボディ12に対して2個1組にした2組のチップ14を互いに内向きに配置しているが、図16に示すようにカッターボディ12に対して2個1組にした2組のチップ14を互いに外側向きに配置してもよい。この形態において、主軸頭106をZ軸方向に送る速度と、テーブル114をW軸方向に送る速度とを同じ送り速度、同じ方向になるように同期させることで、ワークMのリブ30のスラスト面30aを片側面ずつ切削することができる。また、同じ速度ではなく、速度比を一定に維持しながら同期して送ると、リブ30のスラスト面30aをテーパー形状に加工することもできる。それ以外にも、速度差を時間と共に増減させることで、テーパー以外の曲面形状に加工することもできる。
更に、特に図示はしていないが、本発明は、円筒内面の内側を切削してOリング溝等、リング状の溝を形成する場合にも適用することができる。
14 チップ
30 リブ
100 内面加工装置
102 ベッド
104 コラム
106 主軸頭
108 主軸
110 工具
112 W軸駆動装置
114 テーブル
116 パレット
118 数値制御装置
120 工具支持台
122 支柱
124 支持腕
126 油圧シリンダー

Claims (4)

  1. 工具とワークとを相対的に移動させて、ワークの内面加工を行う内面加工装置において、
    ベッドと、
    前記ベッド上を前後方向に移動するように設けられ、ワークを取り付けるテーブルと、
    前記ベッド上を前後方向に移動するように設けられ、該前後方向に延びる回転軸線を中心として主軸を回転可能に支持する主軸台と、
    前記ベッドに対して相対移動しない位置に固定され、前記主軸の前方に装着された工具の前方端部を前記前後方向に支持する工具支持台と、
    前記主軸台を前記前後方向に直線送りして工具を前記工具支持台に当接させて押圧することで、該工具の切刃を前記前後方向に対して垂直な方向に進退させるときに、前記テーブルと前記主軸台とを前記前後方向に同期させて直線送りする制御装置と、
    を備えたことを特徴とする内面加工装置。
  2. 前記工具は、前記前後方向に対して垂直な半径方向に進退可能な切刃を有し、
    前記切刃は、前記工具の前方端部を後方に押圧すると半径方向に進出し、前記工具の前方端部の押圧を止めると半径方向に後退する請求項1に記載の内面加工装置。
  3. 前記工具支持台は、前記ベッドに固定された固定部と、該固定部に取り付けられた可動部とを備え、前記可動部は、前記工具の前方端部を支持する工具支持位置と、前記工具の回転軸線上から外れた退避位置との間で移動する請求項1に記載の内面加工装置。
  4. 前記工具支持台の可動部は、前記固定部に対して旋回可能に取り付けられている請求項3に記載の内面加工装置。
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