JP7067013B2 - ワーク芯出し方法 - Google Patents

Description

本発明は、ワーク芯出し装置及びこれを備えた加工装置、並びにワーク芯出し方法に関する。

例えば、転がり軸受の外輪及び内輪は、内周面及び外周面等の寸法精度を高めるために製造過程において表面仕上げ加工が行われる。この表面仕上げ加工としては、一般に研削加工が行われるが、最近では、ＣＢＮ工具等の切削工具の性能向上に伴い、焼後のワークを高精度に切削するハードターニング加工が行われることもある。いずれの場合も、高精度な表面仕上げを実現するために、ワークを回転させる主軸の軸心とワークの軸心とを正確に一致させる「芯出し作業」が行われる。

下記特許文献１には、主軸に設けられたマグネットチャックにより保持されたワークの芯出しを行う技術が開示されている。この技術は、弱励磁状態のマグネットチャックに円環状のワークを吸着させ、主軸によってワークを回転させながらワークの外周面に向けて２つの駆動部をラジアル方向に移動させ、両駆動部の先端をワークの外周面に接触させることでワークの位置を調整する。同時に、計測器でワークの位置を確認し、ワークの軸心が所定の芯出しレンジの数値内に収まったときにワークの芯出し作業を終了する。

特開平１０－４３９８５号公報

特許文献１の技術では、計測器によってワークの位置を計測しながら２つの駆動部によってワークの位置を調整しているので、芯出し作業に時間がかかる。また、計測器と、計測器を移動させるための機構とが必要となり、ワーク芯出し装置の構造が複雑となる。

本発明は、簡単な構成で短時間にワークの芯出しを行うことができるワーク芯出し装置及びワーク芯出し方法を提供することを目的とする。

（１）本発明は、加工装置の主軸に設けられたマグネットチャックにより保持された円周面を有するワークの芯出しを行うワーク芯出し装置であって、前記主軸と同心に配置される基準軸心回りに周方向に間隔をあけて配置される複数の芯出し具と、前記複数の芯出し具をそれぞれ前記基準軸心から互いに等距離にある所定の芯出し位置まで径方向に移動させ、前記マグネットチャックに保持された前記ワークの円周面に前記各芯出し具を接触させる駆動部と、を備えている。
なお、上記構成において、「円周面」とは、例えば、環状、筒状、円板状、又は円柱状に形成されたワークにおける、円形状の内周面又は外周面をいう。

上記構成のワーク芯出し装置によれば、複数の芯出し具をそれぞれ基準軸心から等距離にある芯出し位置まで径方向に移動させることで、ワークの軸心を主軸の軸心に一致させることが可能となり、計測器を用いることなく短時間かつ簡単な構成で芯出し作業を行うことができる。

（２）好ましくは、前記複数の芯出し具が、互いに前記基準軸心から径方向に等距離の位置に配置され、前記駆動部は、前記複数の芯出し具を同一のストロークで同時に径方向に移動させる。
このような構成により、各芯出し具を異なるタイミングで径方向に移動させる場合に比べて、ワークの芯出し作業をより短時間で行うことができる。

（３）好ましくは、前記駆動部が、エアシリンダである。
このような構成により、もともとエア供給装置を備えた加工装置、例えばマシニングセンタやＮＣ旋盤等に対して好適に適用することが可能となる。

（４）好ましくは、前記芯出し具が、前記基準軸心回りに間隔をあけて３箇所に設けられている。
このような構成によって、ワークの円周面に対して芯出し具が３箇所で接触することになるため、可及的に少ない芯出し具を用いて短時間かつ高精度に芯出し作業を行うことができる。

（５）本発明の加工装置は、主軸と、前記主軸に設けられ円周面を有するワークを保持するマグネットチャックと、上記（１）～（５）のいずれか１つに記載のワーク芯出し装置と、を備えている。

（６）本発明は、上記（１）～（５）のいずれか１つのワーク芯出し装置を用いたワーク芯出し方法であって、加工装置の主軸に設けられたマグネットチャックを弱励磁状態にして円周面を有するワークを前記マグネットチャックで保持する工程、前記主軸を回転駆動する工程、前記主軸と同心に前記ワーク芯出し装置の基準軸心を配置した状態で、複数の芯出し具をそれぞれ前記基準軸心から互いに等距離にある芯出し位置まで移動させ、前記ワークの円周面に前記芯出し具を接触させる工程、を含む。

このワーク芯出し方法によれば、マグネットチャックを弱励磁状態にしてワークを保持することで、芯出しのためにワークの位置調整を可能とする。また、主軸を回転駆動することでワークを回転させ、複数の芯出し具をそれぞれワークの円周面の全体に接触させて高精度に芯出しを行うことができる。そして、複数の芯出し具をそれぞれ基準軸心から互いに等距離にある所定の芯出し位置まで移動させることで、計測器を用いることなくワークの芯出しを行うことができる。

本発明によれば、短時間で正確にワークの芯出しを行うことができる。

第１の実施形態に係るワーク芯出し装置の正面図である。 ワーク芯出し装置の側面図（一部、図１のＡ－Ａ線に相当する断面図）である。 駆動部の斜視図である。 芯出し具の斜視図である。 第２の実施形態に係るワーク芯出し装置の図２に相当する側面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
［第１の実施形態］
図１は第１の実施形態に係るワーク芯出し装置の正面図である。図２は、ワーク芯出し装置の側面図（一部、図１のＡ－Ａ線に相当する断面図）である。
第１の実施形態のワーク芯出し装置１０は、例えば、高硬度の切削工具を用いてワークＷの表面を切削するハードターニング等を行う加工装置５０に適用され、当該加工装置５０の工具主軸５１に装着して用いられる。この加工装置５０としては、例えば、マシニングセンタ又はＮＣ旋盤等を挙げることができる。加工装置５０は、ワークＷを回転させる主軸５２と、この主軸５２と同心に配置可能な工具主軸５１とを有する。主軸５２には、ワークＷを保持するマグネットチャック５３が設けられている。

本実施形態のワークＷは、例えば、転がり軸受の外輪又は内輪のように円環状に形成され、内周面Ｗａ及び外周面Ｗｂからなる円周面を有している。なお、本実施形態では、ワークＷとして、円錐ころ軸受の外輪を例示しており、当該外輪は、円錐状の内周面Ｗａと円筒状の外周面Ｗｂとを有している。

ワーク芯出し装置１０は、駆動部１１と、芯出し具１２とを有する。
本実施形態の駆動部１１はエアシリンダにより構成されている。したがって、以下の説明では、エアシリンダにも駆動部と同一の符号１１を付する。エアシリンダ１１は、図３にも示すように、円筒形状のシリンダ本体２１と、シリンダ本体２１の軸方向の一端面に設けられた複数の可動部２２とを有している。

図１及び図３に示すように、エアシリンダ１１の可動部２２は、シリンダ本体２１の軸心（中心）Ｃ１回りに周方向に等間隔に配置されている。本実施形態では、３つの可動部２２が、軸心Ｃ１回りに１２０°の角度をあけて等間隔に配置されている。また、複数の可動部２２は、軸心Ｃ１からの距離が同一とされており、エアシリンダ１１の作動によって同一のストロークで同時に径方向に移動するように構成されている。

図２に示すように、ワーク芯出し装置１０は、シリンダ本体２１の軸方向の他端面に装着されたアダプタ１３をも備えている。アダプタ１３は、シリンダ本体２１の他端面にネジ等により固定される円板部１３ａと、円板部１３ａの中心から略垂直に延びる軸部１３ｂとを有している。また、ワーク芯出し装置１０は、アダプタ１３の軸部１３ｂに装着された工具ホルダ１４をも備えている。この工具ホルダ１４は、例えばハイドロチャックと呼ばれるものが採用される。工具ホルダ１４は、アダプタ１３の軸部１３ｂが挿入される挿入孔１４ａを備え、この挿入孔１４ａに挿入されたアダプタ１３の軸部１３ｂを油圧によって把持する機能を有している。

ワーク芯出し装置１０の工具ホルダ１４は、加工装置５０の工具主軸５１に着脱可能に装着される。加工装置５０がマシニングセンタである場合には、ツールマガジンにワーク芯出し装置１０が収容され、芯出し作業を行う際にオートツールチェンジャー（ＡＴＣ）によってツールマガジンからワーク芯出し装置１０が取り出され工具ホルダ１４が工具主軸５１に装着される。また、加工装置５０がＮＣ旋盤である場合には、コレットにワーク芯出し装置１０が装着され、芯出し作業を行う際に当該ワーク芯出し装置１０が所定の位置に移動される。したがって、ワーク芯出し装置１０は、ツールマガジン又はコレットのような工具収容部に収容され、さらに芯出し作業を行う際に、工具搬送部によって工具の使用位置にまで搬送され、芯出し作業に供せられる。

工具主軸５１は、芯出し作業を行う際に、加工装置５０の主軸５２の軸心Ｏ２と同心に配置される。そして、ワーク芯出し装置１０のエアシリンダ１１は、シリンダ本体２１の軸心Ｃ１を、工具主軸５１の軸心Ｏ１と一致させた状態で、工具主軸５１に装着される。したがって、芯出し作業を行う際に、主軸５２、工具主軸５１、及びワーク芯出し装置１０（エアシリンダ１１）は、すべて同心に配置される。本明細書では、ワーク芯出し装置１０の軸心Ｃ１を各芯出し具１２の位置の基準となる「基準軸心Ｃ１」ともいう。

加工装置５０の工具主軸５１は、スルースピンドル型であり、その軸心Ｏ１には軸方向に沿って空気通路５１ａが形成されている。加工装置５０は、エアモータ等のエア供給装置（図示省略）を備えており、工具主軸５１の空気通路５１ａからエアを排出することが可能となっている。エアシリンダ１１は、工具主軸５１の空気通路５１ａから、工具ホルダ１４及びアダプタ１３に形成された空気通路１４ｃ、１３ｃを介して軸方向の端面にエアが供給されることによって作動する。したがって、エアシリンダ１１は、もともと加工装置５０に備わっているエア供給装置を駆動源として作動する。

なお、エアシリンダ１１は、例えば、特開２００５－２１９１３６号公報、特開２００４－９１５１号公報等により公知のものを使用することができる。より具体的には、ＳＭＣ株式会社製のＭＨＳ３－６７３Ｃ－Ｘ８４（平行開閉型エアチャック／３爪タイプ）等を使用することができる。本実施形態のエアシリンダ１１は、エアの供給によって可動部２２が径方向外側へ移動し、エアの供給を停止すると可動部２２が径方向内側に戻る単動タイプとされている。ただし、エアシリンダ１１は、上記に例示したものに限られず、同様の機能を有するものを適用することができる。

図１及び図２に示すように、エアシリンダ１１の各可動部２２には、それぞれ芯出し具１２が取り付けられている。芯出し具１２は、図４に示すように、第１板部３１と第２板部３２とを有し略Ｌ字状に屈曲された本体部３０と、本体部３０の第２板部３２に取り付けられた接触部材３３とからなる。本体部３０の第１板部３１には、複数の挿通孔３１ａが形成されている。また、図３に示すように、エアシリンダ１１の可動部２２には、複数の雌ねじ孔２２ａが形成されている。そして、芯出し具１２は、挿通孔３１ａに挿通された固定ネジ３４を雌ねじ孔２２ａに螺合することによって可動部２２に固定される。

接触部材３３は、円筒形状のケーシング３５と、ケーシング３５の先端に設けられた接触子３６とを有している。ケーシング３５は、外周面に雄ねじを有しており、本体部３０の第２板部３２に形成された雌ねじ孔３２ａに螺合される。また、ケーシング３５は、外周面に螺合されたナット３７によって回り止めされている。接触子３６は、セラミック製の球からなり、ケーシング３５の先端に回転自在に支持され、一部がケーシング３５から突出している。芯出し具１２は、接触子３６をエアシリンダ１１の径方向外側に向けた状態でエアシリンダ１１に取り付けられている。

加工装置５０のマグネットチャック５３は、円盤状に形成され、加工装置５０の主軸５２の先端に連結されている。マグネットチャック５３の中心は、主軸５２の軸心Ｏ２と一致している。したがって、マグネットチャック５３は、主軸５２とともに主軸５２の軸心Ｏ２回り、すなわち自身の中心回りに回転する。マグネットチャック５３の一側面は、磁性体を吸着する吸着面５３ａとされている。

マグネットチャック５３は、電流を流すことによって磁力を発生する電磁石により構成されている。したがって、マグネットチャック５３は、電流の大きさを変えることによって磁力の大きさを変えることができる。本実施形態のマグネットチャック５３は、加工を行う際の磁力よりも芯出し作業を行う際の磁力を小さくする（弱励磁とする）ことによって、ワークＷの保持力を弱めるように構成されている。

（芯出し作業の手順）
以下、芯出し作業の手順について説明する。
まず、加工装置５０のマグネットチャック５３に、弱励磁の状態でワークＷを吸着させる。また、加工装置５０の工具主軸５１にワーク芯出し装置１０を装着する。
そして、工具主軸５１を軸心Ｏ１に沿って移動させ、マグネットチャック５３に保持されたワークＷの径方向内側に、ワーク芯出し装置１０の芯出し具１２を配置する。

次いで、主軸５２を回転駆動するによってワークＷを回転させながら、エアシリンダ１１を作動させて各芯出し具１２を径方向外側に移動させ、径方向外端部の接触子３６をワークＷの内周面Ｗａに接触させる。ワークＷの回転速度は、例えば５０～１００ｒｐｍとされる。また、接触子３６を接触させる時間は、数秒～十数秒とされる。

ワークＷが主軸５２の軸心Ｏ２に対して偏心した状態でマグネットチャック５３に保持されていた場合、いずれかの芯出し具１２がワークＷの内周面Ｗａに接触し、さらに当該芯出し具１２がそのまま径方向外側へ移動することにより、ワークＷはマグネットチャック５３に吸着されたまま位置が調整され、全ての芯出し具１２がワークＷの内周面Ｗａに接触することによってワークＷの位置が所定に定められ、正確に芯出しされる。

各芯出し具１２は、ワークＷの内周面Ｗａに全ての芯出し具１２が接触することによって所定の位置で径方向の移動が制限され、結果として当該位置が、各芯出し具１２によってワークＷを芯出しするための「芯出し位置」となる。各芯出し具１２の芯出し位置は、互いに基準軸心Ｃ１から等距離の位置にある。したがって、言い換えると、各芯出し具１２をそれぞれ基準軸心Ｃ１から互いに等距離にある所定の芯出し位置にまで移動させることで、ワークＷの芯出しを行うことができる。

本実施形態のワーク芯出し装置１０は、複数の芯出し具１２を同時に同一ストロークで移動させてワークＷの内周面Ｗａに接触させているので、短時間かつ正確にワークＷの芯出しを行うことができる。
また、本実施形態のワーク芯出し装置１０は、芯出し作業を行う際に、マグネットチャック５３を弱励磁の状態としているので、芯出し具１２との接触でワークＷが移動し易くなり、ワークＷを歪ませることなく位置調整を容易に行うことができる。

また、本実施形態のワーク芯出し装置１０は、芯出し作業を行う際にワークＷを回転させているので、各芯出し具１２をワークＷの内周面Ｗａ全周に接触させることでき、芯出しの精度をより高めることができる。
本実施形態のワーク芯出し装置１０は、エアシリンダ１１及び接触部材３３として市販されているものを適用することが可能であり、可及的に安価に製造することができる。

芯出し具１２の先端には、回転自在な接触子３６が設けられているので、ワークＷとの接触による抵抗を小さくすることができ、ワークＷの回転を妨げることがない。また、接触子３６はセラミック製であるため、金属製の接触子よりも軽く、ワークＷとの接触によって回転しやすくなり、抵抗をより低減することができる。

［第２の実施形態］
図５は、第２の実施形態に係るワーク芯出し装置１０の図２に相当する一部断面図である。
本実施形態のワーク芯出し装置１０は、芯出し具１２がワークＷの外周面Ｗｂに接触することによって芯出しを行うものとなっている。ワーク芯出し装置１０の駆動部１１は、第１の実施形態と略同様であり、エアシリンダによって構成されている。ただし、本実施形態のエアシリンダ１１は、エアの供給によって可動部２２が径方向内側に移動し、エアの供給を停止すると可動部２２が径方向外側に戻るように構成されている。

芯出し具１２は、第１の実施形態の芯出し具１２よりも第１板部３１が径方向に長く形成された本体部３０を備え、本体部３０の第２板部３２には、接触子３６を径方向内側に向けた状態で接触部材３３が取り付けられている。
本実施形態では、複数の芯出し具１２を径方向外側に移動させた状態で、軸心Ｏ１に沿ってワーク芯出し装置１０をワークＷに近づけ、芯出し具１２をワークＷの径方向外側に位置させる。そして、芯出し具１２を径方向内側に移動させて接触子３６をワークＷの外周面Ｗｂに接触させることで、ワークＷの位置を調整し、芯出しを行うことができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において変更することが可能である。
例えば、ワーク芯出し装置１０の駆動部１１は、複数の芯出し具１２のそれぞれに対して個別に設けられていてもよく、複数の芯出し具１２を異なるタイミングで個別に移動させてもよい。

芯出し具１２の数は、３個に限らず、２個又は４個以上であってもよい。ただし、３個とすることによって、可及的に少ない芯出し具１２で短時間かつ正確にワークＷの芯出しを行うことができる。
駆動部１１としてのエアシリンダは、単動タイプのものに限られず、複動タイプのものを用いてもよい。

上記実施形態では、転がり軸受の内輪又は外輪のように円環状のワークＷを例示したが、これに限定されず、少なくとも円形状の内周面又は外周面を有しているワークＷであればよく、例えば、円形状の内周面と多角形状の外周面とを有するワークＷや、その逆のワーク等であってもよい。

上記実施形態では、ワーク芯出し装置１０が加工装置５０の工具主軸５１に装着されていたが、これに限定されず、主軸５２と同心に配置される他の軸に装着されてもよい。例えば、ワーク芯出し装置１０は、旋盤における芯押し台に装着して使用することができる。
また、本発明が適用される加工装置５０は、切削装置に限らず、研削装置等の他の装置であってもよい。

１０：ワーク芯出し装置、１１：エアシリンダ（駆動部）、１２：芯出し具、３６：接触子、５０：加工装置、５２：主軸、５３：マグネットチャック、Ｗ：ワーク、Ｗａ：内周面、Ｗｂ：外周面

Claims (5)

1. 加工装置の主軸に設けられたマグネットチャックにより保持された円周面を有するワークの芯出しを行うワーク芯出し装置であって、
   前記主軸は前記マグネットチャックおよび前記ワークとともに回転駆動が可能となっており、
   前記主軸と同心に配置される基準軸心回りに周方向に間隔をあけて配置される複数の芯出し具と、
   前記複数の芯出し具をそれぞれ前記基準軸心から互いに等距離にある所定の芯出し位置まで径方向へ直進的に移動させ、前記マグネットチャックに保持された前記ワークの円周面に前記各芯出し具を接触させる駆動部と、を備えており、
   前記複数の芯出し具の先端に、二軸以上の軸回りに回転自在な球状の接触子が設けられている、ワーク芯出し装置を用いたワーク芯出し方法であって、
   加工装置の主軸に設けられたマグネットチャックを弱励磁状態にして円周面を有するワークを前記マグネットチャックで保持する工程、
   前記主軸を回転駆動する工程、
   前記主軸と同心に前記ワーク芯出し装置の基準軸心を配置した状態で、複数の芯出し具をそれぞれ前記基準軸心から互いに等距離にある芯出し位置まで移動させ、前記ワークの円周面に前記芯出し具を接触させる工程、を含む、ワーク芯出し方法。
2. 前記複数の芯出し具が、互いに前記基準軸心から径方向に等距離の位置に配置され、
   前記駆動部は、前記複数の芯出し具を同一のストロークで同時に径方向に移動させる、請求項１に記載のワーク芯出し方法。
3. 前記駆動部が、エアシリンダである、請求項１又は２に記載のワーク芯出し方法。
4. 前記芯出し具が、前記基準軸心回りに間隔をあけて３箇所に設けられている、請求項１～３のいずれか１項に記載のワーク芯出し方法。
5. 主軸と、
   前記主軸に設けられ円周面を有するワークを保持するマグネットチャックと、
   前記ワーク芯出し装置と、を備えている、加工装置を用いる、請求項１～４のいずれか１項に記載のワーク芯出し方法。

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