JP7024301B2 - 孔内面切削加工ヘッド - Google Patents

Description

本発明は、ワークに形成された貫通孔の内面を切削する加工ヘッドに関する。

下記特許文献１は、長尺中空シャフト（ワーク）に形成された貫通孔の内面を切削する装置を開示している。特許文献１の従来技術を説明する項では、ジェットエンジンのタービンとファン（又は、コンプレッサ）とを連結する長尺中空シャフト（例えば、全長３ｍ、主要部の外径１０～２０ｃｍ）の貫通孔の内面を切削する工程が説明されている。

当該工程では、シャフトの貫通孔にコアバーが挿入され、コアバーと貫通孔内面との間に硫黄が鋳込まれる。硫黄の凝固後にコアバーが引き抜かれると、コアバーの存在した部分に切削加工ヘッド（ボーリングバー）の通過する貫通孔が形成される。この硫黄層の内側の貫通孔に沿って切削加工ヘッドが移動され、硫黄層と共にシャフトの内面が切削される。

コアバーは高精度に形成されているため、硫黄層の内側に形成される貫通孔の内面も高精度に形成される。そして、この貫通孔の内面が切削加工ヘッドの加工基準になると共に切削加工ヘッドを正確に保持するため、加工精度を確保することができる。また、硫黄層は、切削刃の摩擦低減（潤滑）や切削時の振動吸収にも寄与する。

特開２０１０－１８８４８４号公報（図７）

しかし、硫黄は扱いが難しく、切削後は回収が必要であるし、再利用するには後処理も必要になる。また、上述した工法で形成された硫黄層は、割れたり、ひびが入ったりすることがあり、切削加工上の問題となることもあった。また、切削量が大きな、いわゆる重切削の場合には、硫黄層では十分に切削加工ヘッドを保持しきれないという問題もあった。さらに、硫黄の化合物には毒性を有する物質もあるため、その管理にも留意する必要がある。従って、上述した硫黄を用いない工法が望まれている。

本発明の目的は、硫黄を用いずに、ワークに形成された貫通孔の内面を精度よく切削する（重切削を含む）ことのできる、孔内面切削加工ヘッドを提供することにある。

本発明の孔内面切削加工ヘッドは、ワークに形成された貫通孔の内面を切削するものであり、前記貫通孔に挿入されて、前記ワークに対して相対的に、当該貫通孔の中心軸回りに回転される円柱状のヘッド本体と、前記中心軸に対して径外方へとスライド可能に前記ヘッド本体に保持された、前記内面を切削する一対の第１バイト及び第２バイトと、前記中心軸に沿った少なくとも１カ所において、前記ヘッド本体の周面上に設けられた複数の液静圧パッドと、を備えており、前記第１バイト及び前記第２バイトが、前記中心軸に対して、前記ヘッド本体の周方向にほぼ１８０°離間して配置されている。前記第１バイトの前記ヘッド本体から径外方への突出量が前記第２バイトの突出量と異なっており、前記切削加工ヘッドが、前記第１バイトの前記突出量に対する前記第２バイトの前記突出量の比率を一定に維持しつつ、前記第１バイト及び前記第２バイトをスライドするバイトスライド機構をさらに備えておいる。前記バイトスライド機構が、前記ヘッド本体の中心に形成された挿通孔内に収納された、前記ヘッド本体に対して相対的にストローク可能なラックバーと、前記ラックバーの一部が板状に形成されて、その一面に形成された傾斜する複数の第１ラック溝、及び、その他面に形成された傾斜する複数の第２ラック溝と、前記第１バイトに形成された、前記第１ラック溝と係合する複数の第３ラック溝と、前記第２バイトに形成された、前記第２ラック溝と係合する複数の第４ラック溝と、を備えている。前記ラックバーのストローク方向に対する前記第１ラック溝の傾斜方向と前記ストローク方向に対する前記第２ラック溝の傾斜方向とが互いに逆であり、前記ストローク方向に対する前記第１ラック溝の傾斜の大きさが前記ストローク方向に対する前記第２ラック溝の傾斜の大きさと異なる。

本発明によれば、液静圧パッドとほぼ１８０°離間して配置された一対のバイトとを備えているので、硫黄を用いることなく、ワークに形成された貫通孔の内面を精度よく切削する（重切削を含む）ことができる。

孔内面切削加工ヘッドの実施形態の断面図である。 図１中のＩＩ－ＩＩ線断面図である。 図１中のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。 上記切削加工ヘッドを含む切削装置のブロック図である。

孔内面切削加工ヘッド１の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１に示されるように、本実施形態におけるワークＷは、長尺中空シャフトであり、その貫通孔Ｈに切削加工ヘッド１が挿入され、貫通孔Ｈの内面が切削加工ヘッド１によって切削される。切削されるシャフトＷは、切削装置の保持機構（図示せず）によって固定される。この際、貫通孔Ｈの中心軸が、切削加工ヘッド１の中心軸と一致するように保持される。切削装置の一部である切削加工ヘッド１は、一対の第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂを保持する円柱状のヘッド本体２を備えている。第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂについては追って詳しく説明する。ヘッド本体２の基端にはジョイントロッド４が固定されている。

ヘッド本体２は、ジョイントロッド４を介して、ヘッド回転装置１０４に接続されている。貫通孔Ｈに挿入されたヘッド本体２（切削加工ヘッド１）は、ヘッド回転装置１０４によって、ジョイントロッド４を介して、その中心軸回りに回転される。なお、本実施形態では、ワークＷが固定されてヘッド本体２が回転されるが、ヘッド本体２がワークＷに対して相対的に回転されればよい。即ち、ヘッド本体２が回転されずに固定されてワークＷが中心軸周りに回転されてもよい。この場合、ヘッド本体２が切削装置に固定され、ヘッド回転装置１０４がワーク回転装置として機能する。

ヘッド本体２は、ジョイントロッド４を介して、ヘッドストローク装置１０２にも接続されている。切削加工ヘッド１（ヘッド本体２）は、ヘッドストローク装置１０２によって、ジョイントロッド４を介して、その中心軸方向に貫通孔Ｈ内でストロークされる。ジョイントロッド４は、シャフトＷの全長にわたって切削加工ヘッド１をストロークさせるのに十分な長さを有している。

ヘッド本体２及びジョイントロッド４の内部には、それらの中心軸に沿って挿通孔５が形成されている。挿通孔５内には、第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂの径方向への突出量を制御するラックバー６が収納されている。径方向は、ヘッド本体２の中心軸に対して直角である。ラックバー６の基端は、ラックストローク装置１０３に接続されている。ラックバー６は、ラックストローク装置１０３によって、上述した中心軸に沿って、ヘッド本体２に対して相対的にストロークされる。

ここで、一対の第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂ、並びに、ラックバー６について、図１及び図２を参照しつつ詳しく説明する。ラックバー６の断面形状は、基本的には円形だが、先端近傍の一部は板状の断面を有しており、その一面には傾斜する複数の第１ラック溝６ａが形成され、他面には傾斜する複数の第２ラック溝６ｂが形成されている。ラックバー６は、第１ラック溝６ａ及び第２ラック溝６ｂが形成されている部分のみが切削されている。

一方、第１バイト３ａの内側面には傾斜する複数の第３ラック溝３０ａが形成されると共に、第２バイト３ｂの内側面には傾斜する複数の第４ラック溝３０ｂが形成されている。ラックバー６のストローク方向（貫通孔Ｈの中心軸）に対する第３ラック溝３０ａ及び第４ラック溝３０ｂの傾斜方向は互いに逆である。そして、複数の第１ラック溝６ａは複数の第３ラック溝３０ａと係合しており、複数の第２ラック溝６ｂは複数の第４ラック溝３０ｂと係合している。

第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂは、図１及び図２に示されるように、径方向にスライド可能にヘッド本体２に保持されている。第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂは中心軸に沿って見ると周方向にほぼ１８０°離間されており、互いに正反対に向けて配置されている。言い換えると、第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂは、中心軸に沿って見ると、中心軸に対して互いに反対側に配置されている。ラックバー６のストローク方向に対する第３ラック溝３０ａ及び第４ラック溝３０ｂの傾斜方向が互いに逆であるので、第３ラック溝３０ａと係合する第１ラック溝６ａ及び第４ラック溝３０ｂと係合する第２ラック溝６ｂのラックバー６のストローク方向に対する傾斜方向も互いに逆である（図１参照）。

従って、例えば、ラックバー６が、ヘッド本体２に対して、図１中左方にストロークされると、第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂはヘッド本体２に格納されるようにスライドされる。即ち、第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂのヘッド本体２からの突出量が減る。一方、ラックバー６が、ヘッド本体２に対して、図１中右方にストロークされると、第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂはヘッド本体２から突出されるようにスライドされる。

ここで、第１ラック溝６ａ及び第３ラック溝３０ａの傾斜角αと、第２ラック溝６ｂ及び第４ラック溝３０ｂの傾斜角βとは異なる（角度方向は考慮せず、角度の大きさを考える）。このように傾斜角α及びβを設定することで、第２バイト３ｂのヘッド本体２からの突出量が、常に、第１バイト３ａのヘッド本体２からの突出量の２倍となっている。言い換えれば、第１バイト３ａの切削半径は、常に、第２バイト３ｂの切削半径よりも小さい（図２参照）。このように常に異なる突出量（切削半径）を持つ一対の第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂが、単一のラックバー６によって制御される。本実施形態では、上述した第１ラック溝６ａ及び第２ラック溝６ｂが形成されたラックバー６、第１バイト３ａに形成された第３ラック溝３０ａ、第２バイト３ｂに形成された第４ラック溝３０ｂ、並びに、ラックストローク装置１０３によって、バイトスライド機構が構築されている。バイトスライド機構は、第１バイト３ａの突出量に対する第２バイト３ｂの突出量の比率を一定に維持しつつ（本実施形態では、１：２）、第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂをスライドする。

さらに、ここでは、突出量の少ない第１バイト３ａの切削インサート３１ａの切削面は、突出量の多い第２バイト３ｂの切削インサート３１ｂの切削面よりも、わずかに切削加工ヘッド１（ヘッド本体２）の基端側に寄せられている（なお、図１では視認できない）。即ち、第１バイト３ａの切削インサート３１ａの方が、第２バイト３ｂの切削インサート３１ｂよりも中心軸に沿って切削先行側に位置されている。従って、図１に示されるように、切削加工ヘッド１が回転されつつ右方にストロークされることでシャフトＷの内面が切削されるが、その際に、突出量の少ない第１バイト３ａの切削インサート３１ａの方が先行して貫通孔Ｈの内面を切削する。そして、第１バイト３ａによって部分的に切削された内面の切削されていない部分が、続いて第２バイト３ｂによって切削される。

このため、切削によって第１バイト３ａの切削インサート３１ａ及び第２バイト３ｂの切削インサート３１ｂに作用する反力が均一化される（分散される）。この結果、一回の切削量が多い（深い）重切削も行いやすくなる。また、第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂが互いに周方向にほぼ１８０°離間されているので、切削時の背分力が互いに打ち消し合い、シャフトＷの貫通孔Ｈ内で切削加工ヘッド１を偏心させる力を小さくでき、切削精度が向上する。さらに、切削時の主分力や送り分力が中心軸に対してほぼ対称となるので、貫通孔Ｈに対して切削加工ヘッド１を偏心させる力を小さくでき、切削精度が向上する。

本実施形態のように第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂを互いに周方向にほぼ１８０°離間させて配置することで切削加工ヘッド１に作用する力（主分力・背分力・送り分力など）が均衡されるので、一つのバイトしか有しない従来の切削加工ヘッドに比較すると、切削加工ヘッド１を径方向にたわませる力が重切削の場合は約１／５にまで低減できる。

切削加工ヘッド１の構成の説明に戻る。ヘッド本体２は、複数の液静圧パッド８を備えている。なお、複数の液静圧パッド８は、ヘッド本体２の位置を保持するパッドとして機能するだけでなく、静圧クーラント軸受としても機能する。即ち、液静圧パッド８は、軸受として、ワークＷに対して相対的に回転するヘッド本体２を支持する。本実施形態では、複数の液静圧パッド８は切削加工ヘッド１の中心軸に沿って２カ所に配置されており、１カ所あたり４つの液静圧パッド８が設けられている。図３に示されるように、４つの液静圧パッド８は、周方向に均等に配置されている。液静圧パッド８は、回転する切削加工ヘッド１とシャフトＷの内面との間に液膜を形成させて両者の間の摩擦を低減すると共に、シャフトＷ（貫通孔Ｈ）に対して切削加工ヘッド１を安定して位置決めする。液静圧パッド８が中心軸に沿って２カ所に設けられることで、切削加工ヘッド１の軸振れが抑止される。また、２カ所のうちの１カ所はできるだけ一対の第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂに近づけて設けられており、切削インサート３１ａ及び３１ｂ（切削箇所）の位置を高精度に位置決めするようになっている。

液静圧パッド８は、シャフトＷとの接触を考慮して、シャフトＷの金属よりも軟らかい金属、例えば、銅によって形成されている。また、各液静圧パッド８は、ヘッド本体２に４本のボルトで固定されており、交換可能である。液静圧パッド８の底面は、ヘッド本体２に安定して取り付けることができるように平面とされている。一方、液静圧パッド８の上面８ａは、図３に示されるように、ヘッド本体２の外周面に沿った曲面とされている。液静圧パッド８の上面８ａはヘッド本体２の外周面よりわずかに突出されており、ヘッド本体２とシャフトＷの内面との接触を防止している。

液静圧パッド８の上面８ａは方形の二次曲面となるが、その中央には方形の液溜まり８ｂが形成されている。液溜まり８ｂは、上面８ａがわずかに掘り下げられて形成されている。液溜まり８ａの深さは一定であるが、内部には上述したボルトの取付孔が４カ所設けられている（図３参照）。液溜まり８ａの中心には、液溜まり８ａに作動液を供給する供給孔８ｃが形成されている。圧力をかけて作動液を液溜まり８ａに供給することで、液静圧パッド８とシャフトＷの内面との間に液膜が形成され、両者の間の摩擦が低減される。本実施形態における作動液には、一対の第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂによる切削箇所に供給される切削クーラント（切削フルード）が利用されている。

各液静圧パッド８への切削クーラントの供給経路について説明する。図１に示されるように、ラックバー６の中心には、第１クーラント供給路９ａが形成されている。第１クーラント供給路９ａは、ラックバー６の基端まで延設されており、切削クーラントを圧送するクーラントユニット１０５に接続されている。第１クーラント供給路９ａの末端は、径方向に屈曲されており、ラックバー６の周面上に開口されている。

第１クーラント供給路９ａの開口された部分には、クーラントチャンバ９ｂが形成されている。クーラントチャンバ９ｂは、ラックバー６とヘッド本体２の挿通孔５の内面との間の隙間、及び、ヘッド本体２の基端面とジョイントロッド４の先端面との間の隙間によって構成されている。クーラントチャンバ９ｂを構成するラックバー６とヘッド本体２の挿通孔５の内面との間の隙間には、各液静圧パッド８の供給孔８ｃに接続される二本の第２クーラント供給路９ｃが開口されている（図３参照）。

各第２クーラント供給路９ｃは、クーラントチャンバ９ｂの開口から径方向に延在された後、ヘッド本体２の内部でその中心軸に平行に延在されている。各第２クーラント供給路９ｃは、その途中で２つの液静圧パッド８の供給孔８ｃに向けて分岐されていると共に、その末端も径方向に屈曲されてもう２つの液静圧パッド８の供給孔８ｃに接続されている（図３参照）。即ち、１つの第２クーラント供給路９ｃによって、４つの液静圧パッド８の液溜まり８ｂに切削クーラントが供給される。

なお、クーラントチャンバ９ｂには、一対の第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂに切削クーラントを供給する２本の第３クーラント供給路９ｄも開口されている（図示せず）。第３クーラント供給路９ｄも、ヘッド本体２の内部でその中心軸に平行に延在されている（図３参照）。第３クーラント供給路９ｄの末端は、一対の第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂに向けて開口されている（図１参照）。一対の第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂに供給された切削クーラントは、通常通り、切削時の摩擦を低減するとともに、切削により生じる熱を冷却する。

即ち、本実施形態では、全ての液静圧パッド８及び一対の第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂへの切削クーラントの供給は、供給源（クーラントユニット１０５のクーラントタンク１０５ａ及びクーラントポンプ１０５ｂ）によって行われている。なお、液静圧パッド８の液溜まり８ｂから排出された切削クーラントや一対の第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂに供給された切削クーラントは、シャフトＷの貫通孔Ｈから流出した後にクーラントユニット１０５に回収される。

このようにして、合計８カ所の液静圧パッド８の液溜まり８ｂに供給された切削クーラントは、シャフトＷの内面との間に液膜を形成し、切削クーラントの圧力によって切削加工ヘッド１を貫通孔Ｈの内部で浮かした状態とする。この結果、切削加工ヘッド１の貫通孔Ｈ内での回転が潤滑されると共に、切削加工ヘッド１が貫通孔Ｈ内で正確に位置決めされる。

なお、中心軸に沿って２カ所に設けられた複数の液静圧パッド８は、基本的に同じ構成を有しており、どちらも図１中のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である図３として示した。しかし、本実施形態では、一対の第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂ（切削箇所）に近い方の（図１中左側の）各液静圧パッド８の液溜まり８ｂの面積は、遠い方の（図１中右側の）各液静圧パッド８の液溜まり８ｂの面積よりも広くされている。従って、液静圧パッド８による保持力は、一対の第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂに近い複数の液静圧パッド８の方が高い。

即ち、２カ所のうち一対の第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂに近い一方（図１中左側）における４つの液静圧パッド８による切削加工ヘッド１の保持力は、２カ所のうち一対の第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂから遠い他方（図１中右側）における４つの液静圧パッド８による切削加工ヘッド１の保持力よりも高く設定されている。この結果、切削時の反力に対抗しつつ一対の第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂの切削位置をより正確に維持できると共に、切削時の振動をより抑えることができる。また、このような構成にすることで、２カ所のうち一対の第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂから遠い他方（図１中右側）における４つの液静圧パッド８で使用される切削クーラントの量を減らすことができ、切削クーラントの全体使用量が減る。さらに、このような構成にすることで、切削クーラントが単一の供給源から供給される場合、即ち、切削クーラントが単一の供給圧しか有していない場合でも、液静圧パッド８の保持力を位置によって変えることができる。

上述した切削加工ヘッド１を備えた切削装置１００について、図４を参照しつつ説明する。なお、上述したヘッドストローク装置１０２、ラックストローク装置１０３、ヘッド回転装置１０４、クーラントユニット１０５等は、公知の装置と同様の構成を有しているため、その詳しい構成の説明は省略する。以下には、切削装置１００の全体構成について説明する。

ヘッドストローク装置１０２は、ジョイントロッド４を介して、切削加工ヘッド１をストロークさせるストローク駆動源１０２ａを備えている。ストローク機構が送りねじで構成されている場合、ストローク駆動源１０２ａは送りねじを回転させる送りモータである。ストローク駆動源１０２ａは、後述する制御部１０１に接続されており、制御部１０１によって制御される。なお、ストローク機構は、高精度に切削加工ヘッド１をストロークさせることができれば、上述した機構に限定されない。例えば、ボールねじ機構、ラックアンドピニオン機構、ベルト／チェーン駆動機構、リニアアクチュエータ、なども利用可能である。これらの場合、ストローク駆動源１０２ａは切削加工ヘッド１をストロークさせるアクチュエータである。

ラックストローク装置１０３は、ヘッド本体２に対してラックバー６をストロークさせるアクチュエータ１０３aを備えている。ストローク機構が送りねじで構成されている場合、アクチュエータ１０３ａは送りねじを回転させる送りモータである。アクチュエータ１０３ａも、後述する制御部１０１に接続されており、制御部１０１によって制御される。なお、ストローク機構は、高精度にラックバー６をストロークさせることができれば、上述した機構に限定されない。例えば、ボールねじ機構、ラックアンドピニオン機構、ベルト／チェーン駆動機構、リニアアクチュエータ、なども利用可能である。

ヘッド回転装置１０４は、ジョイントロッド４を介して、切削加工ヘッド１を回転させる回転駆動源１０４ａを備えている。回転駆動源１０４ａは、ジョイントロッド４を回転可能に保持するとともに、その回転モータでジョイントロッド４を回転させる。回転駆動源１０４ａも、後述する制御部１０１に接続されており、制御部１０１によって制御される。なお、ジョイントロッド４がギア機構を介して回転モータによって回転されてもよい。

上述したクーラントユニット１０５も制御部１０１と接続されており、制御部１０１によって制御されている。上述したように、クーラントユニット１０５は、クーラントタンク１０５ａ及びクーラントポンプ１０５ｂを備えている。なお、回収された切削クーラントは、再処理装置１０５ｃで切削屑などが除去された後に再度クーラントタンク１０５ａに戻される。

上述したように、制御部１０１は、ヘッドストローク装置１０２のストローク駆動源１０２ａに接続されており、切削加工ヘッド１のストローク位置（切削位置）を制御している。この際、切削加工ヘッド１のストローク位置は、ストローク駆動源１０２ａとしての送りモータの回転数（ストローク駆動源１０２ａの制御情報）に基づいて、制御部１０１によって把握されている。なお、送りモータの回転数ではなく、送りねじの回転数や、ギア機構が介在する場合はギアの回転数によって、切削加工ヘッド１のストローク位置が把握されてもよい。なお、シャフトＷを保持装置で保持した後、切削を始める前に切削加工ヘッド１のストローク位置が初期設定される。

制御部１０１は、ヘッド回転装置１０４の回転駆動源１０４ａにも接続されてもよい。この場合、切削加工ヘッド１の回転位置、即ち、一対の第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂの回転位置も制御することができる。このようにすれば、一対の第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂの回転位置は、回転駆動源１０４ａの状態に基づいて、制御部１０１によって把握される。なお、回転駆動源１０４ａ自体の状態ではなく、ギア機構が介在する場合はギアの回転数によって、一対の第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂの回転位置が把握されてもよい。このような制御を行う場合は、シャフトＷを保持装置で保持した後、切削を始める前に切削加工ヘッド１の回転位置が初期設定される。

また、制御部１０１は、ラックストローク装置１０３のアクチュエータ１０３ａにも接続されており、一対の第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂの切削半径も制御している。この際、一対の第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂの切削半径（径方向位置）は、アクチュエータ１０３ａの制御状態に基づいて、制御部１０１によって把握されている。制御部１０１は、アクチュエータ１０３ａを制御することで、切削中に第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂの突出量（切削半径）を可変制御することもできる。なお、アクチュエータ１０３ａの状態ではなく、ヘッド本体２に対するラックバー６のストローク位置を検出する検出器を設けて一対の第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂの切削半径を把握してもよい。なお、シャフトＷを保持装置に保持した後、切削を始める前に一対の第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂの切削半径が初期設定される（切削インサート３１ａ及び３１ｂの先端位置が初期設定される）。

上述したように構成された切削装置１００によって、シャフトＷに対する切削加工ヘッド１のストローク位置、シャフトＷに対する切削加工ヘッド１の回転位置及び回転速度、一対の第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂの突出量（切削半径：ラックバー６のストローク量）、並びに、切削クーラントの供給量及び供給圧力（液静圧パッド８の圧力）等が制御部１０１によって制御されつつ、切削が行われる。

本実施形態では、中心軸に沿った少なくとも１カ所において、ヘッド本体２の周面上に複数の液静圧パッド８が設けられると共に、径方向にスライド可能にヘッド本体２に保持された、周方向にほぼ１８０°離間して配置された一対の第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂが設けられている。従って、液静圧パッド８によって、切削加工ヘッド１を貫通孔Ｈ内で回転可能に正確に位置決めでき、かつ、切削加工ヘッド１の回転を潤滑することができる。また、一対の第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂが周方向にほぼ１８０°離間されているので、切削時の反力が相殺され、反力の大きさを小さくできる。この結果、一回の切削量が多い（深い）重切削も確実に行うことができる。さらに、切削時の反力が中心軸に対してほぼ対称となるので、貫通孔Ｈ内での切削加工ヘッド１の偏心が抑制され、かつ、切削加工ヘッド１を貫通孔Ｈ内で傾かせる力も小さくでき、切削精度が向上する。

また、本実施形態では、一対の第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂの径方向に沿ったヘッド本体２からの各突出量が異なっている。従って、突出量の少ない第１バイト３ａによる切込量と突出量の多い第２バイト３ｂによる切込量とを同じにすることで反力を同じにしている。この結果、反力が均一化（分散）されるので、確実に切削が行われる。同時に、突出量の少ない第１バイト３ａと共に突出量の多い第２バイト３ｂを併用することで、切削量（切込量）が大きな重切削も確実に行うことができる。

ここで、本実施形態では、ヘッド本体２からの突出量が少ない第１バイト３ａの切削インサート３１ａが、突出量が多い第２バイト３ｂの切削インサート３１ｂよりも、中心軸に沿って切削先行側に位置されている。即ち、突出量が少ない第１バイト３ａの切削インサート３１ａが確実に先にシャフトＷの内面を切削する。そして、突出量が多い第２バイト３ｂの切削インサート３１ｂは、突出量が少ない第１バイト３ａの切削インサート３１ａによって部分的に切削された内面の切削されていない部分を切削する。従って、二つの切削インサート３１ａ及び３１ｂに作用する反力が均一化され（分散され）、重切削もさらに確実に行うことができる。また、二つの切削インサート３１ａ及び３１ｂで切削を分担することになるので、切削時の反力や振動を低減でき、切削精度もより向上する。

また、本実施形態では、挿通孔５内のラックバー６に第１ラック溝６ａ及び第２ラック溝６ｂが形成され、第１ラック溝６ａと係合する第３ラック溝３０ａが第１バイト３ａに形成され、第２ラック溝６ｂと係合する第４ラック溝３０ｂが第２バイト３ｂに形成されている。ここで、第１ラック溝６ａの傾斜方向と第２ラック溝６ｂの傾斜方向とが互いに逆であり、かつ、第１ラック溝６ａの傾斜の大きさが第２ラック溝６ｂの傾斜の大きさと異なる。従って、単一のラックバー６をストロークさせることで、突出量の異なる２つのバイト（第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂ）を同時に径方向にスライドさせることができる。また、これらの構成要素は回転する切削加工ヘッド１内に構築されるが、その機構は簡素であり、動作信頼性も向上する。

また、本実施形態では、液静圧パッド８の作動液が切削クーラントである。液静圧パッド８の作動液として切削クーラントを流用するため、液静圧パッド８の作動液のために新たな供給系統を回転する切削加工ヘッド１の内部に構築する必要がない。切削クーラントは、バイト（第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂ）による切削箇所に供給されるものであるため、そのための供給系統を活用することができる。従って、切削加工ヘッド１の構成を簡略化でき、切削クーラントの流用は軽量化や部品数削減に寄与する。さらに、液静圧パッド８の作動液及びバイト（第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂ）による切削箇所に供給される切削クーラントとは混ざり合ってワークＷの貫通孔Ｈから排出される。本実施形態では、液静圧パッド８の作動液が切削クーラントであるため、排出された作動液とクーラントを分離させる分離機器などの付帯設備も不要となる。

また、本実施形態では、中心軸に沿った２カ所において、それぞれ、複数の液静圧パッド８がヘッド本体２の周面上に配置されている。従って、貫通孔Ｈ内での切削加工ヘッド１の軸振れ（貫通孔Ｈの中心軸に対する切削加工ヘッド１の中心軸の傾き）をより効果的に抑止することができる。また、同時に、切削加工ヘッド１の回転の潤滑をより確実に行うことができる。

また、本実施形態では、ラックバー及び第１～４ラック溝を備えたバイトスライド機構によって、切削中に第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂの突出量（切削半径）を可変制御することができる。このため、切削中に切削内径を可変させつつ貫通孔Ｈの内面を切削することで、貫通孔Ｈの内面を自由な形状に切削することができる。例えば、貫通孔Ｈを徐々に拡径又は縮径するテーパー孔に切削することもできるし、貫通孔Ｈの内面を中心軸方向に曲面として切削することもできる（周方向には当然曲面）し、局部的に拡径又は縮径する形状にも切削できる。

さらに、本実施形態の複数の液静圧パッド８は、ワークＷに対して相対的に回転するヘッド本体２を支持する静圧クーラント軸受でもある。即ち、液静圧パッド８は、ワークＷの貫通孔Ｈをガイド孔（下孔）として、貫通孔Ｈの内面を切削する際に軸受けとして機能する。上述したように、貫通孔Ｈの内面を自由な形状に切削するには、大きな切削力が切削加工ヘッド１（第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂ）に負荷される状況、例えば、切削量が多い状況であっても、安定的に切削できなければならない。液静圧パッド８が静圧クーラント軸受であれば、安定的な切削をより確実に保証することができる。即ち、液静圧パッド８が静圧クーラント軸受として機能すれば、貫通孔Ｈの内面を上述した複雑な形状に切削するのに都合がよい。なお、液静圧パッド８が静圧クーラント軸受であれば、貫通孔Ｈの内面を一定半径に切削する上でも、安定的に切削できるので、より高精度な切削を実現できる。

ここで、本実施形態では、２カ所のうちバイト（第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂ）に近い一方における４つの液静圧パッド８による切削加工ヘッド１の保持力が、バイトから遠い他方における４つの液静圧パッド８による切削加工ヘッド１の保持力よりも高く設定されている。従って、バイトに近い位置で切削加工ヘッド１をしっかりと保持して、切削時の反力に対抗しつつバイトの切削位置をより正確に維持できると共に切削時の振動をより抑えることができる。一方、バイトから遠い液静圧パッド８は、回転する切削加工ヘッド１を保持し、かつ、その回転を潤滑するのに必要十分な保持力に維持されるが、切削クーラントの消費を抑制することに寄与する。

なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、本実施形態のワークＷは中空シャフトであるが、切削すべき孔が予め形成されていれば、中空シャフトに限定されない。

また、上記実施形態では、１カ所に４つの液静圧パッド８が設けられたが、１カ所に複数設けられればよい。１カ所に３つ以上の液静圧パッド８が設けられるのが、回転する切削加工ヘッド１を均等に保持する上で好ましい。１カ所に２つの液静圧パッド８を設けてもよい。この場合は、２つの液静圧パッド８を中心軸に対して１８０°離間させる。さらに、もう１カ所にも２つの液静圧パッド８を設け、これらの二つの液静圧パッド８も中心軸に対して１８０°離間させる。そして、２カ所の液静圧パッド８の位置を９０°ずらすのが好ましい。

また、上記実施形態では、１カ所に設けられた４つの液静圧パッド８は周方向に均等に設けられた。しかし、ヘッド本体２内の配管の配置などの都合で、正確に均等に設けにくい場合もあるので、周方向に均等に設けられなくてもよい。

また、上記実施形態では、液静圧パッド８への切削クーラントの供給と、一対の第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂ（切削箇所）への切削クーラントの供給とが統合された。しかし、液静圧パッド８への切削クーラントの供給と、一対の第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂ（切削箇所）への切削クーラントの供給とが別系統とされ、かつ、供給圧が異なっていてよい。

また、上記実施形態では、ヘッド本体２からの突出量が少ないバイト（第１バイト３ａ）の切削インサート３１ａが、突出量が多いバイト（第２バイト３ｂ）の切削インサート３１ｂよりも、中心軸に沿って切削先行側に位置されている。このようにすれば、二つの切削インサート３１ａ及び３１ｂで確実に切削を分担することができ好ましいが、二つの切削インサート３１ａ及び３１ｂは中心軸に沿って同じ位置に配置されてもよい。

また、上記実施形態では、第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂは、貫通孔Ｈの中心軸に対して直角な径方向にスライド可能に設けられた。しかし、第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂは、中心軸に対して径外方へとスライド可能に設けられればよい。即ち、第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂのスライド方向は、中心軸に対して直角でなく、中心軸に対して斜めであってもよい。なお、第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂは、径外方へとスライド可能な場合、径内方に戻るようにもスライド可能である。

また、本実施形態では、突出量の比率を一定に維持しつつ第１バイト３ａ及び第２バイト３ｂをスライドするバイトスライド機構が、ラックバー６（第１ラック溝６ａ、第２ラック溝６ｂ）、第３ラック溝３０ａ、第４ラック溝３０ｂ、及び、ラックストローク装置１０３を備えたラック機構によって構築された。しかし、バイトスライド機構は、送りねじ機構などによって構築されてもよい。

１ 切削加工ヘッド
２ ヘッド本体
３ａ 第１バイト
３ｂ 第２バイト
４ ジョイントロッド
５ 挿通孔
６ ラックバー（バイトスライド機構）
６ａ 第１ラック溝（バイトスライド機構）
６ｂ 第２ラック溝（バイトスライド機構）
８ 液静圧パッド
９ａ 第１クーラント供給路
９ｂ クーラントチャンバ
９ｃ 第２クーラント供給路
９ｄ 第３クーラント供給路
３０ａ 第３ラック溝（バイトスライド機構）
３０ｂ 第４ラック溝（バイトスライド機構）
３１ａ 切削インサート
３１ｂ 切削インサート
１３０ ラックストローク装置（バイトスライド機構）
Ｗ ワーク（シャフト）
Ｈ 貫通孔

Claims (6)

1. ワークに形成された貫通孔の内面を切削する孔内面切削加工ヘッドであって、
   前記貫通孔に挿入されて、前記ワークに対して相対的に、当該貫通孔の中心軸回りに回転される円柱状のヘッド本体と、
   前記中心軸に対して径外方へとスライド可能に前記ヘッド本体に保持された、前記内面を切削する一対の第１バイト及び第２バイトと、
   前記中心軸に沿った少なくとも１カ所において、前記ヘッド本体の周面上に設けられた複数の液静圧パッドと、を備えており、
   前記第１バイト及び前記第２バイトが、前記中心軸に対して、前記ヘッド本体の周方向にほぼ１８０°離間して配置されており、
   前記第１バイトの前記ヘッド本体から径外方への突出量が前記第２バイトの突出量と異なっており、
   前記切削加工ヘッドが、前記第１バイトの前記突出量に対する前記第２バイトの前記突出量の比率を一定に維持しつつ、前記第１バイト及び前記第２バイトをスライドするバイトスライド機構をさらに備えており、
   前記バイトスライド機構が、前記ヘッド本体の中心に形成された挿通孔内に収納された、前記ヘッド本体に対して相対的にストローク可能なラックバーと、前記ラックバーの一部が板状に形成されて、その一面に形成された傾斜する複数の第１ラック溝、及び、その他面に形成された傾斜する複数の第２ラック溝と、前記第１バイトに形成された、前記第１ラック溝と係合する複数の第３ラック溝と、前記第２バイトに形成された、前記第２ラック溝と係合する複数の第４ラック溝と、を備えており、
   前記ラックバーのストローク方向に対する前記第１ラック溝の傾斜方向と前記ストローク方向に対する前記第２ラック溝の傾斜方向とが互いに逆であり、
   前記ストローク方向に対する前記第１ラック溝の傾斜の大きさが前記ストローク方向に対する前記第２ラック溝の傾斜の大きさと異なる、ことを特徴とする孔内面切削加工ヘッド。
2. 前記第１バイト及び前記第２バイトがそれぞれ切削インサートを備えており、
   前記突出量が少ない前記第１バイトの前記切削インサートが、前記突出量が多い前記第２バイトの前記切削インサートよりも、前記中心軸に沿って切削先行側に位置されている、ことを特徴とする請求項１に記載の孔内面切削加工ヘッド。
3. 前記液静圧パッドの作動液が、前記第１バイト及び前記第２バイトによる前記内面の切削箇所に供給される切削クーラントである、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の孔内面切削加工ヘッド。
4. 前記中心軸に沿った２カ所において、それぞれ、複数の前記液静圧パッドが前記ヘッド本体の前記周面上に配置されている、請求項１～３の何れか一項に記載の孔内面切削加工ヘッド。
5. 前記２カ所のうち一対の前記第１バイト及び前記第２バイトに近い一方における複数の前記液静圧パッドによる前記切削加工ヘッドの保持力が、前記２カ所のうち一対の前記第１バイト及び前記第２バイトから遠い他方における複数の前記液静圧パッドによる前記切削加工ヘッドの保持力よりも高く設定されている、請求項４に記載の孔内面切削加工ヘッド。
6. 前記液静圧パッドが、静圧クーラント軸受でもある、請求項１～３の何れか一項に記載の孔内面切削加工ヘッド。

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