JP5808467B1 - 内面加工装置 - Google Patents

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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