JP6322351B1 - デフケース加工用の刃具、デフケースの加工機及びデフケースの加工方法 - Google Patents

Abstract

加工機に装着してデフケース（１０）の球面状の内面を切削加工するためのデフケース加工用の刃具（３５）であって、軸部（５０）と、軸部（５０）から横方向に突出した切削刃（５１）と、軸部（５０）の一端側に形成され、軸部（５０）を加工機に固定するための固定部（５３）と、軸部（５０）の他端側に形成され、軸部（５０）を加工機で保持するための保持部（５４）とを備えており、固定部（５３）及び保持部（５４）の両方が加工機に支持された両持ち状態で、回転中のデフケース（１０）の球面状の内面を切削加工できるようにしている。

Description

本発明は、デフケース（ディファレンシャルギアケース）の球面状の内面を切削加工するための刃具に関し、あわせて同刃具を用いたデフケースの加工機及びデフケースの加工方法に関する。

従来より、デフケースの球面状の内面の切削加工を行う各種加工機が知られている。例えば特許文献１に記載のワーク加工用治具装置は、モータにより回転する基台に、デフケースを支持して、刃具（加工ツール）により、デフケース内面の切削加工を行うことができる。より具体的には、デフケースをセットした基台を回転させながら、ＮＣ制御される刃具をデフケース内面の加工面下端に当接させる。そして、加工面下端部から上端部にかけて円弧状に刃具を移動させて、切削加工を行う。

以下、図１５を参照しながら、従来のデフケースの球面状の内面の切削加工についてより具体的に説明する。図１５は、ワーク１００（デフケース）の加工状態の従来例の要部を示す概略図である。ワーク１００は断面状態で図示しており、円筒部１０１の側面にシャフト穴１０２が形成され、円筒部１０１の上下には一対の窓状の開口１０３が形成されている。ワーク１００の内面１０４は球面を形成している。円筒部１０１内には先端に切削刃２０１を有する刃具２００が進入している。

ワーク１００の切削加工中は、刃具２００の切削刃２０１がワーク１００の内面１０４に当接し、ワーク１００は中心軸１０５を中心に矢印Ｂ方向に回転しながら内面１０４が球面状に切削加工される。以後、切削刃２０１はワーク１００の内面１０４に沿って移動し、内面１０４全体が球面状に切削加工される。

実開昭６３−１２０７０１号公報

しかしながら、前記のようなデフケースの切削加工は、刃具が片持ち状態であるため、重切削には適しておらず、切り込み量を少なくして切削回数を増加させる必要があり、かつ切削送りを遅くする必要があった。このため、１個分のワーク１００の切削時間が長くなるという問題があった。また、切削時間が長くなると、切削距離（回転方向に沿った内面１０４の切削刃２０１の軌跡）が長くなり、刃具寿命が短くなるという問題もあった。

本発明は、前記のような従来の問題を解決するものであり、重切削が可能になる上、ワークの切削時間を短縮でき、かつ刃具寿命が長くなるデフケース加工用の刃具、デフケースの加工機及びデフケースの加工方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明のデフケース加工用の刃具は、加工機に装着してデフケースの球面状の内面を切削加工するためのデフケース加工用の刃具であって、軸部と、前記軸部から横方向に突出した切削刃と、前記軸部の一端側に形成され、前記軸部を前記加工機に固定するための固定部と、前記軸部の他端側に形成され、前記軸部を前記加工機で保持するための保持部とを備えており、前記固定部及び前記保持部の両方が前記加工機に支持された両持ち状態で、回転中の前記デフケースの球面状の内面を切削加工できるようにしたことを特徴とする。

この構成によれば、両持ち状態で加工することにより、加工中における刃具の共振を防止することができるので、切削刃による切り込み量を多くでき、切削送りも速くできる。すなわち、本発明に係る切削は重切削が可能になる上、１個分のワークの切削時間を短縮できる。また、共振を防止できることにより、切削刃が傷みにくくなり、刃具寿命が長くなる。さらに、切削送りを速くできることにより、切削時間が短くなるため、切削距離（ワークの回転方向に沿った内面の切削刃の軌跡）が短くなり、このことによっても刃具寿命が長くなる。

前記本発明のデフケース加工用の刃具においては、前記切削刃は円弧状であることが好ましい。この構成によれば、切削刃は広範囲にワークに対する切削を担うので、切削刃の負担が軽減され、切削刃の摩耗が少なくなり、刃具寿命が長くなる。また、切削刃が広範囲にワークに対する切削を担うことにより、刃具の水平方向の移動距離が短くなり、軸部とワークの開口との干渉防止に有利になり、刃具の軸部の径を太くする余地が生じる。刃具の軸部の径を太くして剛性を高めれば、切削刃による切り込み量を多くでき、切削送りも速くでき、重切削に有利になる。

本発明のデフケースの加工機は、前記各デフケース加工用の刃具を用いるデフケースの加工機であって、前記保持部と係合する係合部を備えていることを特徴とする。本発明のデフケースの加工方法は、前記各デフケース加工用の刃具を用いるデフケースの加工方法であって、前記固定部及び前記保持部の両方を前記加工機で支持した両持ち状態で、回転中の前記デフケースの内面に前記切削刃を当接させ、前記デフケース又は前記刃具を移動させて、前記切削刃と前記デフケースの内面との当接位置を変化させながら前記デフケースの球面状の内面を切削加工することを特徴とする。

前記本発明のデフケースの加工機及びデフケースの加工方法によれば、前記本発明のデフケース加工用の刃具を用いるので、重切削が可能になる上、ワークの切削時間を短縮でき、かつ刃具寿命が長くなる。

本発明の効果は、前記のとおりであり、両持ち状態で加工することにより、加工中における刃具の共振を防止することができるので、切削刃による切り込み量を多くでき、切削送りも速くできる。すなわち、本発明に係る切削は重切削が可能になる上、１個分のワークの切削時間を短縮できる。また、共振を防止できることにより、切削刃が傷みにくくなり、刃具寿命が長くなる。さらに、切削送りを速くできることにより、切削時間が短くなるため、切削距離（ワークの回転方向に沿った内面の切削刃の軌跡）が短くなり、このことによっても刃具寿命が長くなる。

本発明の一実施形態に係るデフケースの加工機の加工対象物であるワークの斜視図。 図１に示したワークの縦断面図。 図１に示したワークの横断面図。 本発明の一実施形態において、ワークの開口部から刃具が進入する直前の状態の斜視図。 図４に示した刃具を別の角度から見た斜視図。 図５のＡＡ線における断面図。 本発明の一実施形態において、ワークの回転基台へのセット状態の要部を示す断面図。 本発明の一実施形態において、刃具が刃具保持体に保持される直前の状態の要部を示す斜視図。 本発明の一実施形態において、ワークの加工直前状態の要部を示す断面図。 本発明の一実施形態において、ワークの加工開始状態の要部を示す断面図。 本発明の一実施形態において、ワークの加工状態の要部を示す断面図。 本発明の一実施形態において、ワークの加工が進んだ状態の要部を示す断面図。 本発明の一実施形態において、ワークの加工が完了した状態の要部を示す断面図。 本発明の一実施形態において、ワークの加工状態の要部を示す概略図。 ワークの加工状態の従来例の要部を示す概略図。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。最初に図１〜３を参照しながら、加工対象物であるワーク１０について説明する。ワーク１０は差動変速機構の内蔵用ケースであるデフケースである。図１はワーク１０の斜視図、図２は図１に示したワーク１０の縦断面図、図３は図１に示したワーク１０の横断面図を示している。

図２において、円筒部１１の側面には一対の貫通孔であるシャフト穴１２が形成されており、円筒部１１の上下には一対の貫通孔であるアクスル穴１３が形成されている。さらに、図３において、円筒部１１の側面には一対の窓状の開口部１４が形成されている。ワーク１０の内面１５は半径Ｒの球面を形成している。

図４はワーク１０の開口部１４から、刃具３５が進入する直前の状態の斜視図を示している。ワーク１０を刃具３５で加工する際には加工機を用いる。刃具３５は固定部５３を加工機に固定し、加工機に保持したワーク１０を刃具３５で加工する。加工機は、汎用的なものでよく、例えば、刃具３５を固定したツール台を上下方向、左右方向及び前後方向に移動でき、ワーク１０を保持するクランパ、ワーク１０を回転させる回転基台を備えたものであればよい。

本実施形態では、刃具３５によるデフケースの内面（球面）加工について説明するが、刃具を左右方向に移動させる機構を備えた加工機を用いて、例えば、デフケースのシャフト穴、ノック穴、サイドギア穴、アクスル穴等の加工を行ってもよい。

図４において、ワーク１０の内面加工を行う際には、刃具３５を固定したツール台を下降させ、刃具３５をワーク１０内に進入させる。図４において、刃具３５は、軸部５０と、軸部５０から横方向に突出し、円弧状の切削刃５１を有するチップ５２と、軸部５０の一端側に形成され、軸部５０を加工機に固定するための固定部５３と、軸部５０の他端側に形成され、軸部５０を加工機に保持するための保持部５４とを備えている。詳細は後に説明するとおり、固定部５３及び保持部５４の両方が加工機に支持された両持ち状態で、回転中のデフケース１０を切削刃５１で内面加工する。

切削刃５１の円弧部分の半径は、ワーク１０の内面１５の加工時の負荷を考慮して、内面１５を形成する球面の半径よりも小さくすることが好ましい。例えば、内面１５を形成する球面の半径が３５ｍｍであれば、切削刃５１の円弧部分の半径は３０ｍｍである。

図５は、図４に示した刃具３５を別の角度から見た斜視図である。軸部５０の先端に形成された保持部５４は、軸部５０とは異なる面を形成している。詳細は後に説明するとおり、例えば図８において、保持部５４は、加工機の回転基台５の内部に備えた刃具保持体６０に形成された係合部６３に差し込まれて、刃具３５の先端側が支持される。図１０〜図１３に工程順に示したように、保持部５４は係合部６３に差し込まれた状態で左右方向に移動する必要があるため、保持部５４には図５に示したように一対の平行な面を形成している。

図６は、図５のＡＡ線における断面図であり、チップ５２近傍の断面図である。チップ５２は先端に切削刃５１が形成されており、チップ５２は軸部５０と一体の受け部５５上に置かれている。図５に示したように、チップ５２は受け部５５と支持板５６に挟まれており、軸部１０にねじ５８で固定された支持爪５７の先端が支持板５６を押さえている。このことにより、チップ５２は軸部１０に固定されている。

図６に示したように切削刃５１は鋭利に形成されているので、刃具３５は、仕上げ加工用に適している。例えば、ツール台に固定された複数の刃具のうち、いずれかを荒削り用の刃具とし、ワーク１０の内面１５を荒削りした後に、刃具３５により仕上げ加工を行なうようにすればよい。

以下、刃具３５を用いたワーク１０の内面加工について説明する。図７は、ワーク１０の回転基台６へのセット状態の要部を示す断面図である。回転基台６は加工機の構成部品であり、加工機の１部である。ワーク１０及び回転基台６は断面状態で図示している。ワーク１０は、図１〜図３に示したワーク１０と同一物であるが、切削加工の説明の便宜のため、ワーク１０の内面における切削代１６を誇張して図示している、また、刃具３５のチップ５２の近傍は簡略化して図示している。これらの図示は、図９以降においても同様である。

回転基台６は、刃具保持体６０と回転体６２を備えており、両者の間にベアリング６１が介在している。回転体６２は複数の部品で構成されているが、便宜のため総称して回転体６２と呼ぶ。回転体６２は中心軸６４を中心に回転するが（矢印Ｂ参照）、回転体６２が回転しても、ベアリング６１の内側に配置された刃具保持体６０は静止状態が維持される。

ワーク１０は、クランパ７０により、回転体６２に固定されており、回転体６２の回転と一体に中心軸６４を中心に回転する（矢印Ｂ参照）。便宜のため、図４にも回転体６２の中心軸６４を図示しており、図４においてワーク１０は、中心軸６４を中心に矢印Ｂ方向に回転する。回転数は、例えば４００〜６００ｒｐｍである。

図８は、刃具３５が刃具保持体６０に保持される直前の状態の要部を示す斜視図である。刃具３５先端の保持部５４は、刃具保持体６０に形成された係合部６３に対し着脱可能である。刃具３５によるワーク１０の切削加工中には、刃具３５先端の保持部５４が刃具保持体６０に保持される。刃具保持体６０は係合部６３が形成されており、係合部６３に刃具３５先端の保持部５４が差し込まれて、刃具３５先端が保持された状態で、切削刃５１による切削加工が行われる。

以下、ワーク１０の内面加工について工程順に説明する。図９は、ワーク１０の加工直前状態の要部を示す断面図である。本図は図７の状態から刃具３５が下降した状態を示しており、図示を見易くするため、図９以降では、図７に示したクランパ７０、ワーク１０のシャフト穴１３の図示は省略する。刃具３５の固定部５３は、加工機の構成部品であるツール台３３に固定されている。

図９の状態は、刃具３５のチップ５２は、ワーク１０の円筒部１１内部に進入中である。刃具３５は、ツール台３３の移動と一体に、上下・左右方向には移動するが、軸部１０回りに回転するものではない。他方、ワーク１０は、中心軸６４を中心に矢印Ｂ方向に回転しており、ワーク１０は内面加工の待機状態にある。

図１０は、ワーク１０の加工開始状態の要部を示す断面図である。本図の状態では、刃具３５は図９の状態から下降し（矢印ａ方向）、ワーク１０の外側に水平移動し（矢印ｂ方向）、刃具３５の切削刃５１がワーク１０の切削代１６に当接している。刃具３５の下降がさらに進んだことにより、刃具３５先端の保持部５４が刃具保持体６０の係合部６３に差し込まれている。このことにより、刃具３５は先端及び後端の両方が支持された両持ち状態となり、この両持ち状態で、切削刃５１により回転中のデフケース１０の切削代１６の切削加工が開始する。

両持ち状態で加工することにより、加工中における刃具３５の共振を防止することができるので、切削刃５１による切り込み量を多くでき、切削送りも速くできる。すなわち、本実施形態に係る切削は重切削が可能になる上、１個分のワーク１０の切削時間を短縮できる。また、共振を防止できることにより、切削刃５１が傷みにくくなり、刃具寿命が長くなる。さらに、切削送りを速くできることにより、切削時間が短くなるため、切削距離（ワーク１０の回転方向に沿った内面１５の切削刃５１の軌跡）が短くなり、このことによっても刃具寿命が長くなる。これに対し、図１５に示したような刃具２００を片持ち状態で加工する場合は、共振が生じ易くなり、切り込み量を少なくして、かつ切削送りを遅くする必要があり、このことにより１個分のワーク１０の切削時間も長くなり、前記のような効果を得るには不利になる。

図１１は、ワーク１０の加工状態の要部を示す断面図である。本図の状態では、図１０の状態から刃具３５が下降し（矢印ａ方向）、ワーク１０の外側に水平移動している（矢印ｂ方向）。このことにより、切削代１６の切削が進行し、切削代１６の一部が球面に切削されている。係合部６３は貫通孔であるため、保持部５４は下降（矢印ａ方向）可能であり、保持部５４は係合部６３に沿って、水平移動（矢印ｂ方向）可能である。本図の状態においても、刃具３５先端の保持部５４が刃具保持体６０の係合部６３に差し込まれており、刃具３５は両持ち状態になっている。

図１２は、ワーク１０の加工が進んだ状態の要部を示す断面図である。本図の状態では、図１１の状態から刃具３５が下降し（矢印ａ方向）、ワーク１０の外側に水平移動している（矢印ｂ方向）。このことにより、切削代１６の切削が進行し、切削代１６の半分以上が球面に切削されている。前記のとおり、係合部６３は貫通孔であるため、保持部５４は下降（矢印ａ方向）可能であり、保持部５４は係合部６３に沿って、水平移動（矢印ｂ方向）も可能である。本図の状態においても、刃具３５先端の保持部５４が刃具保持体６０の係合部６３に差し込まれており、刃具３５は両持ち状態になっている。

図１３は、ワーク１０の加工が完了した状態の要部を示す断面図である。本図の状態では、図１２の状態から切削刃５１が切削代１６に沿って移動しており、刃具３５は下降し（矢印ａ方向）、ワーク１０の中心側に水平移動している（矢印ｃ方向）。このことにより、切削代１６の切削が完了し、ワーク１０の内周面１５が球面に切削加工されている。

前記のとおり、本実施形態に係る切削は、両持ち状態の加工により共振を防止でき、このことにより、重切削が可能になり、かつ１個分のワーク１０の切削時間を短縮でき、あわせて刃具寿命も長くなる。この効果は、両持ち状態の加工によって得られるので、切削刃５１の形状は円弧状でなくてもよい。例えば、図１５に示した切削刃２０１のように、鋭角の先端を有するものであってもよい。他方、円弧状の切削刃５１を有していることによっても、刃具寿命が長くなる。このことについて、図１４を参照しながら説明する。

図１４は、ワーク１０の加工状態の要部を示す図である。実線で示した刃具３５は、切削刃５１がワーク１０の内面１５に当接を開始した状態を示している。２点鎖線で示した刃具３５は、円弧状の切削刃５１の頂点がワーク１０の内面１５に当接した状態を示しており、刃具３５が水平方向に移動し切った状態を示している。円弧状の切削刃５１は、図１５に示した従来例のように、特定の点が内面１５に終始当接するのではなく、切削刃５１が内面１５に当接していれば切削可能であり、切削刃５１が内面１５に終始当接して切削点を変えながら切削が進行する。すなわち、切削刃５１は広範囲にワーク１０に対する切削を担うので、切削刃５１の負担が軽減され、切削刃５１の摩耗が少なくなり、刃具寿命が長くなる。

また、前記のように、切削刃５１が広範囲にワーク１０に対する切削を担うことにより、図１４におけるワーク１０と図１５におけるワーク１００とが同一の場合、図１４における刃具３５の水平方向の移動距離ｄ２は、図１５における従来例における刃具２００の移動距離ｄ１よりも短くなる。刃具３５の移動距離が短いと、軸部５０とワーク１０の開口１４との干渉防止に有利になり、刃具３５の軸部５０の径Ｄ２を太くする余地が生じる。刃具３５の軸部１０の径Ｄ２を太くして剛性を高めれば、切削刃５１による切り込み量を多くでき、切削送りも速くでき、重切削に有利になる。

以上、本発明の実施形態について説明したがこれらは一例であり、適宜変更したものであってもよい。例えば、前記実施形態では、刃具３５が移動してワーク１０を加工するものであったが、ワーク１０を移動させて加工してもよい。また、刃具保持体６０に設けた係合部６３は貫通孔の例で説明したが、刃具３５の保持体５４が係合できればよく、貫通していない溝状の穴であってもよい。

１ 加工機
１０ ワーク（デフケース）
１４ 開口
５０ 軸部
３５ 刃具
５１ 切削刃
５２ チップ
５３ 固定部
５４ 保持部
６３ 係合部

Claims (4)

1. 加工機に装着してデフケースの球面状の内面を切削加工するためのデフケース加工用の刃具であって、
   軸部と、
   前記軸部から横方向に突出した切削刃と、
   前記軸部の一端側に形成され、前記軸部を前記加工機に固定するための固定部と、
   前記軸部の他端側に形成され、前記軸部を前記加工機で保持するための保持部とを備えており、
   前記固定部及び前記保持部の両方が前記加工機に支持された両持ち状態で、回転中の前記デフケースの球面状の内面を切削加工できるようにしたことを特徴とするデフケース加工用の刃具。
2. 前記切削刃は円弧状である請求項１に記載のデフケース加工用の刃具。
3. 請求項１又は２に記載のデフケース加工用の刃具を用いるデフケースの加工機であって、前記保持部と係合する係合部を備えていることを特徴とするデフケースの加工機。
4. 請求項１又は２に記載のデフケース加工用の刃具を用いるデフケースの加工方法であって、
   前記固定部及び前記保持部の両方を前記加工機で支持した両持ち状態で、
   回転中の前記デフケースの内面に前記切削刃を当接させ、
   前記デフケース又は前記刃具を移動させて、前記切削刃と前記デフケースの内面との当接位置を変化させながら前記デフケースの球面状の内面を切削加工することを特徴とするデフケースの加工方法。

Images