JP7072419B2 - クランクシャフトの切削装置 - Google Patents

Description

本発明は、クランクシャフトの切削装置に関し、特にクランクシャフトの外周面を切削するための技術に関する。

例えば、自動車エンジン用のクランクシャフトは、通常、鍛造等で成形したクランクシャフト素材（以下、本明細書では単にクランクシャフトと称する。）に対して、まずその軸方向両端面を切削し、センタリング加工を施すことで、クランクシャフトの全長決めと、回転中心の設定を行う。次いで、ジャーナル部の外周面に切削加工を施すと共に、ピン部の外周面に切削加工を施す。また、油穴開け加工やねじタップ加工などの加工を施す（例えば、特許文献１を参照）。また、必要に応じて、熱処理後にリセンタ加工などの機械加工を施す場合もある。これら一連の機械加工は、機械加工工程ごとに設けられた専用の設備（マシニングセンタ、旋盤、ミラー加工機など）により順次実施される。

ところで、この種の加工ラインにおいては、今まで以上に生産変動に強い加工ラインの構築が望まれている。また、上記加工ラインを低コストに構築することが望まれている。しかしながら、従来の加工ラインだと、上述のように、工程ごとに専用の設備が必要となるため、各工程での加工時間差に起因して遊びの時間が不可避的に発生し、必ずしも生産性が良好であるとは言えなかった。また、工程の数だけ設備が必要になるため、設置スペースが巨大化し、レイアウト変更の自由度低下を招いていた。

例えば、ピン部の外周面に切削加工を施す場合には、ミラー加工機と呼ばれる専用の切削加工装置を用いるのが一般的である。この場合、ワークとなるクランクシャフトはチャックで固定され、固定された状態のワークに対し内刃式の切削用カッタを回転させることにより、切削加工を行う方式が主流である（例えば、特許文献２を参照）。

特開平６－３１５４２号公報 特許第４４７１６７４号公報

しかしながら、特許文献２に記載の加工装置では、クランクシャフトを固定した状態で切削加工を施すことから、例えばジャーナル部外周面の切削加工など、クランクシャフトをセンタリングした状態で回転させながら行う機械加工を同一の加工装置で実施することは困難であった。また、特許文献２に記載の加工装置は、ピン部の外周面切削に専用の装置であるから、たとえクランクシャフトを固定した状態で加工を施すタイプの機械加工（センタリング加工など）であっても、それぞれ別個の加工装置を用いる必要があった。

以上の事情に鑑み、本発明では、工程の集約を図ることで、生産性の向上を図ると共に、設備コストひいては生産コストの低減化を可能とすることを、解決すべき技術課題とする。

前記課題の解決は、本発明に係るクランクシャフトの切削装置によって達成される。すなわち、この切削装置は、クランクシャフトを主軸で支持する旋盤と、クランクシャフトの外周面に切削加工を行うための切削用カッタと、切削用カッタを回転させる回転装置とを備え、回転装置は、旋盤の駆動装置に接続され、駆動装置で発生させた駆動力で切削用カッタを回転可能とした点をもって特徴付けられる。

このように、本発明では、従来、専用の加工装置（ミラー加工機など）を用いて行っていたクランクシャフト外周面の切削加工に着目し、この切削加工を、旋盤を用いて実施可能とした。具体的には、旋盤と、クランクシャフトの外周面に切削加工を施すための切削用カッタと、切削用カッタを回転させる回転装置とを備えた切削装置を構成すると共に、回転装置を、旋盤の駆動装置に接続し、駆動装置で発生させた駆動力で切削用カッタを回転可能とした。このように旋盤の主軸でクランクシャフトを支持した状態で、クランクシャフトに切削加工を実施可能な構成とすることで、例えば、クランクシャフトのピン部外周面の切削加工だけでなく、同じくクランクシャフトの回転が必要となるジャーナル部の外周面切削などの他の機械加工についても一台の加工装置で行うことができる。これにより複数の機械加工工程を集約することができるので、生産性の向上を図ることができ、また設備コストひいては生産コストの大幅な低減化が可能となる。

また、本発明に係る切削装置では、旋盤の駆動装置を利用して切削用カッタを回転可能としたので、新たに切削用カッタ専用の駆動装置を旋盤に取付けることなく、当該機械加工工程を実施することができる。これにより、専用の装置を取付けたり取り外したりする手間を省いて、一台の旋盤上で複数の機械加工工程をスムーズに順次実施することが可能となる。

また、本発明に係るクランクシャフトの切削装置においては、切削用カッタは、外刃切削用カッタであって、回転装置は、駆動装置としての電動モータに接続される油圧ポンプと、電動モータの駆動により油圧ポンプで生じた油圧で作動する油圧モータとを有し、油圧モータで外刃切削用カッタを回転可能としてもよい。

このように、本発明に係る切削装置においては、旋盤に具備された駆動装置としての電動モータを利用して油圧を発生させ、かつ発生させた油圧で油圧モータを作動させることで、切削用カッタを回転させるようにした。例えばピン部の外周面切削に外刃切削用カッタを用いる場合、外刃切削用カッタはクランクシャフトの外径寸法に比べて大径になるので、上記切削用カッタを相対的に低速で回転させて相応の大きさのトルクを得る必要が生じる。ここで仮に電動モータの駆動力を直接利用して外刃切削用カッタを回転させようとした場合には、減速比の大きなギヤ機構が必要となり、ギヤ機構を含む回転装置の巨大化を招くおそれが生じる。これに対して、本発明のように、電動モータで発生させた駆動力を油圧ポンプで一旦油圧に変換し、変換した油圧で切削用カッタの回転駆動力を発生させる機構を採用することにより、電動モータのみで切削用カッタを回転させる場合と比べて、回転装置を小型化できる。また、ギヤ機構を使用せずに小型化できる分だけレイアウトの自由度を高めることができるので、本加工装置の旋盤上でより多くの機械加工が実施可能となる。言い換えると、更なる機械加工工程の集約化が可能となる。もちろん、電動モータの駆動力を利用して切削用カッタを作動可能としたので、旋盤の周囲から電線や油圧ホースなどを延長して接続せずに済む。これにより、旋盤の可動部との干渉を回避して、複数の機械加工をよりスムーズに一台の旋盤上で連続的に実施することが可能となる。

以上のように、本発明に係るクランクシャフトの切削装置によれば、工程の集約を図ることで、生産性の向上が可能となる。また、一台の旋盤上で複数の機械加工工程が実施可能となるので、設備コストひいては生産コストの低減化が可能となる。

本発明の一実施形態に係るクランクシャフトの加工方法の手順を示したフローである。 図１に示すクランクシャフトの加工方法を実施するための加工ラインの一構成例を概念的に示した平面図である。 図２に示す機械加工工程で使用される加工装置の平面図である。 図３に示す加工装置の側面図である。 図４に示すクランプ装置のアンクランプ状態におけるＡ矢視図である。 図４に示すクランク装置のクランプ状態におけるＡ矢視図である。 図４に示すクランプ装置の油圧回路図である。 図３に示す加工装置を用いたクランクシャフトの全長決め工程とセンタリング工程の一実施例を説明するための側面図である。 図３に示す加工装置を用いたクランクシャフトのジャーナル部切削工程の一実施例を説明するための側面図である。 ピン部切削用の切削ユニットの要部側面図である。 図１０に示す切削ユニットのＢ矢視図である。 図１０に示す切削ユニットを用いたクランクシャフトのピン部切削工程の一実施例を説明するための側面図である。 クランクシャフトの支持装置の側面図である。 図１３に示す支持装置のＣ矢視図である。 図１３に示す支持装置を具備した加工装置を用いたクランクシャフトのねじタップ加工工程の一実施例を説明するための側面図である。

以下、本発明の一実施形態に係るクランクシャフトの加工ラインの内容を図面に基づき説明する。

図１は、本実施形態に係るクランクシャフトの加工方法の手順を示したフローである。この加工方法は、例えば鍛造等で成形したクランクシャフトに対して所定の機械加工を施して所定の形状にクランクシャフトを加工する機械加工工程Ｓ１と、機械加工工程Ｓ１を経たクランクシャフトに所定の熱処理を施す熱処理工程Ｓ２と、熱処理工程Ｓ２後のクランクシャフトを所定の製品形状に仕上げる仕上げ加工工程Ｓ３とを具備する。

このうち、機械加工工程Ｓ１は、クランクシャフトの軸方向両端面を切削して、クランクシャフトの軸方向全長を設定する全長決め工程Ｓ１１と、クランクシャフトにセンタリング加工を施して軸方向両端面にセンタ穴を設けるセンタリング工程Ｓ１２と、クランクシャフトのジャーナル部に切削加工を施すジャーナル部切削工程Ｓ１３と、クランクシャフトのピン部に切削加工を施すピン部切削工程Ｓ１４と、クランクシャフトに油穴加工を施す油穴加工工程Ｓ１５、及びクランクシャフトの軸方向両端面にねじタップ加工を施すねじタップ加工工程Ｓ１６とを備える。また、仕上げ加工工程Ｓ３は、クランクシャフトの両端面を研削する端面研削工程Ｓ３１と、クランクシャフトのピン部を研削するピン部研削工程Ｓ３２と、クランクシャフトのジャーナル部を研削するジャーナル部研削工程Ｓ３３とを備える。なお、クランクシャフトの種類、仕様によっては、上記以外の加工工程をさらに具備することはもちろんである。

図２は、図１に示す手順でクランクシャフトを加工するためのクランクシャフトの加工ライン１の全体構成を示す平面図である。この図に示すように、本実施形態に係るクランクシャフトの加工ライン１は、機械加工工程Ｓ１と、熱処理工程Ｓ２と、仕上げ加工工程Ｓ３とを直列的に配設してなるもので、機械加工工程Ｓ１は、図１に示す全ての機械加工工程（全長決め工程Ｓ１１、センタリング工程Ｓ１２、ジャーナル部切削工程Ｓ１３、ピン部切削工程Ｓ１４、油穴加工工程Ｓ１５、ねじタップ加工工程Ｓ１６）を実施する機械加工装置１０を備える。また、熱処理工程Ｓ２は、クランクシャフトに所定の熱処理を施すための熱処理装置２０を備え、仕上げ加工工程Ｓ３は、端面研削工程Ｓ３１でクランクシャフトの両端面に研削加工を施すための第一研削加工装置３０ａと、ピン部研削工程Ｓ３２でクランクシャフトのピン部に研削加工を施すための第二研削加工装置３０ｂ、及びジャーナル部研削工程Ｓ３３でクランクシャフトのジャーナル部に研削加工を施すための第三研削加工装置３０ｃとを備える。以下、機械加工装置１０の詳細を説明する。

機械加工装置１０は、旋盤４０と、切削ユニット６０（図１０～図１２を参照）とを有する。この場合、機械加工装置１０が、本発明に係るクランクシャフトの切削装置に相当する。本実施形態では、機械加工装置１０は、さらにクランプ装置５０を有する（図３を参照）。このうち、旋盤４０は、ベッド４１と、ベッド４１に取付けられる主軸４２と、主軸４２に対して相対移動する心押し台４３と、第一工具台４４及び第二工具台４５とを有する。第一工具台４４及び第二工具台４５はベッド４１に対して三次元に移動可能（図３でいえばＸＹＺ全ての方向に移動可能）に構成されている。本実施形態では、第一工具台４４の工具取付け部４４ａに、フライス４６やドリル４７などの工具が装着され、第二工具台４５の工具取付け部４５ａに本発明に係るクランプ装置５０が装着されている。切削ユニット６０については後述する。

クランプ装置５０は、図４～図６に示すように、油圧ポンプ５１と、油圧ポンプ５１で発生させた油圧で作動する油圧アクチュエータ５２と、油圧アクチュエータ５２の作動によりクランクシャフトＷ（図５中、二点鎖線で示している）をクランプする一対のクランプ部５３，５３とを主に有する。本実施形態では、長尺ワークとしてのクランクシャフトＷを軸方向に離間した二箇所でクランプするため、二対のクランプ部５３，５３，５４，５４が油圧アクチュエータ５２に取付けられている（図４を参照）。

ここで、油圧ポンプ５１は、第二工具台４５の工具取付け部４５ａ外周に装着されている。工具取付け部４５ａには駆動装置としての電動モータ４５ｂが内蔵されており（図４中、破線で示している）、この電動モータ４５ｂの駆動力で油圧ポンプ５１が油圧を発生可能なように、電動モータ４５ｂの出力軸４５ｂ１と油圧ポンプ５１の入力軸（図示は省略）とが連結可能に構成されている。なお、本実施形態では、工具取付け部４５ａが回転することで、工具取付け部４５ａに装着されたクランプ装置５０も一体的に回転する。そして、工具台４５に内蔵される電動モータ４５ｂの位相と油圧ポンプ５１の位相とを一致させることで、電動モータ４５ｂの出力軸４５ｂ１に油圧ポンプ５１の入力軸が連結されるようになっている。後述する切削ユニット６０の油圧ポンプ６３と電動モータ４５ｂとの連結態様、及び、支持装置７０の油圧ポンプ７３と電動モータ４５ｂとの連結態様についても同様である。

油圧アクチュエータ５２は、本実施形態では図５に示すように、油圧シリンダ５５と、油圧シリンダ５５の運動方向を、一対のクランプ部５３，５３のクランプ方向に転換するリンク部５６と、油圧ポンプ５１で発生させた油圧を油圧シリンダ５５内に供給する油圧供給路５７ａ，５７ｂとを有する。本実施形態では、油圧シリンダ５５は、いわゆる復動式の油圧シリンダであって、油圧ポンプ５１の第一ポート５１ａと、油圧シリンダ５５の第一油室５５ａとが、第一油圧供給路５７ａで接続されている。また、油圧ポンプ５１の第二ポート５１ｂと、油圧シリンダ５５の第二油室５５ｂとが、第二油圧供給路５７ｂで接続されている。第一油室５５ａと第二油室５５ｂとは、直動部５５ｃで区画されている。これにより、油圧ポンプ５１の回転駆動方向に応じて、油圧シリンダ５５の第一油室５５ａと第二油室５５ｂの何れか一方に油圧が供給され、油圧シリンダ５５の直動部５５ｃが所定の向きに直線移動するようになっている。

具体的には、油圧ポンプ５１が、電動モータ４５ｂ（図４を参照）の回転駆動方向に応じて、第一の方向Ｒ１（図７を参照）に回転した場合、第一ポート５１ａから第一油圧供給路５７ａを介して所定の油圧が油圧シリンダ５５の第一油室５５ａに供給される。これにより、油圧シリンダ５５の直動部５５ｃは油圧ポンプ５１側に押し込まれるので、リンク部５６を介して一対のクランプ部５３，５３が互いに接近する向きに移動する（図６に示す状態）。また、油圧ポンプ５１が、電動モータ４５ｂの回転駆動方向に応じて、第二の方向Ｒ２（図７を参照）に回転した場合、第二ポート５１ｂから第二油圧供給路５７ｂを介して所定の油圧が油圧シリンダ５５の第二油室５５ｂに供給される。これにより、油圧シリンダ５５の直動部５５ｃはクランクシャフトＷ側に押し込まれるので、リンク部５６を介して一対のクランプ部５３，５３が互いに離れる向きに移動する（図５に示す状態）。なお、図５及び図６には、油圧シリンダ５５とリンク部５６が一個ずつ示されているが、実際には、二対のクランプ部５３，５３（５４，５４）それぞれに油圧シリンダ５５とリンク部５６が設けられている。

切削ユニット６０は、例えば図１０及び図１１に示すように、旋盤４０の第二工具台４５に装着した状態で使用するもので、旋盤４０と共に本発明に係るクランクシャフトＷの切削装置を構成する。ここで、切削ユニット６０は、クランクシャフトＷの外周面に切削加工を行うための切削用カッタ６１と、切削用カッタ６１を回転させる回転装置６２とを有する。本実施形態では、切削用カッタは外刃切削用カッタである。また、回転装置６２は、第二工具台４５の電動モータ４５ｂに接続される油圧ポンプ６３と、電動モータ４５ｂの駆動により油圧ポンプ６３で生じた油圧で作動する油圧モータ６４とを有する。

ここで、電動モータ４５ｂの出力軸４５ｂ１と油圧ポンプ６３の入力軸（図示は省略）とは、電動モータ４５ｂの駆動力で油圧ポンプ６３が油圧を発生可能なように、相互に連結可能とされている。また、油圧モータ６４の一次側と油圧ポンプ６３とは、油圧供給路６５ａを介して接続されており、油圧モータ６４の二次側は油圧排出路６５ｂに接続されている。これにより、油圧ポンプ６３で発生させた油圧が油圧供給路６５ａを介して一次側から油圧モータ６４に供給され、油圧モータ６４の二次側から排出される（油圧ポンプ６３に供給される）。このような油圧の循環移動に伴い、油圧モータ６４の回転軸６４ａが所定の向きに回転し、回転軸６４ａと連結部材６６を介して連結される切削用カッタ６１が所定の向きに回転するようになっている。

また、本実施形態に係る機械加工装置１０は、旋盤４０と、クランプ装置５０と、切削ユニット６０に加えて、クランクシャフトＷを回転可能に支持するための支持装置７０（図１３を参照）とをさらに有する。

支持装置７０は、センタリングした状態のクランクシャフトＷを回転可能に支持するための装置であって、図１３に示すように、第二工具台４５の工具取付け部４５ａに装着される。この支持装置７０は、図１４に示すように、クランクシャフトＷの外周面に当接可能な複数の爪部７１，７１，７１と、油圧で作動し、各爪部７１，７１，７１をそれぞれクランクシャフトＷの外周面に対して進退可能に駆動する爪部と同数の油圧アクチュエータ部としての油圧シリンダ７２，７２，７２と、三つの油圧シリンダ７２，７２，７２に油圧を供給する油圧供給部としての油圧ポンプ７３とを有する。本実施形態では、それぞれ三つの爪部７１，７１，７１と油圧シリンダ７２，７２，７２と、一つの油圧ポンプ７３とが支持装置７０に設けられている。

また、油圧ポンプ７３は、分岐して三つの油圧シリンダ７２，７２，７２にそれぞれ接続される油圧供給路７４を有する。具体的には、油圧供給路７４は、図１４に示すように、油圧ポンプ７３の第一ポート７３ａと、各油圧シリンダ７２，７２，７２の第一油室７２ａ，７２ａ，７２ａとを相互に接続する第一油圧供給路７４ａと、油圧ポンプ７３の第二ポート７３ｂと、各油圧シリンダ７２，７２，７２の第二油室７２ｂ，７２ｂ，７２ｂとを相互に接続する第二油圧供給路７４ｂとを有する。第一油室７２ａと第二油室７２ｂとは、直動部７２ｃで区画されている。これにより、油圧ポンプ７３の回転駆動方向に応じて、各油圧シリンダ７２の第一油室７２ａと第二油室７２ｂの何れか一方に油圧が供給され、油圧シリンダ７２の直動部７２ｃが所定の向きに直線移動するようになっている。

また、上述した三つの油圧シリンダ７２，７２，７２の各第一油室７２ａ，７２ａ，７２ａは、第一油圧供給路７４ａを介して、相互に油圧の伝達媒体（通常、油）を流通可能としている。また、三つの油圧シリンダ７２，７２，７２の各第二油室７２ｂ，７２ｂ，７２ｂは、第二油圧供給路７４ｂを介して、相互に油圧の伝達媒体を流通可能としている。そのため、各油圧シリンダ７２の第一油室７２ａ側及び第二油室７２ｂ側から直動部７２ｃに作用する油圧の大きさが、全ての油圧シリンダ７２，７２，７２において均等になるよう、油圧の均等化が自動的に図られるようになっている。

また、油圧ポンプ７３は、第二工具台４５に内蔵された電動モータ４５ｂとの間で動力伝達が可能なように構成されている。具体的には、クランプ装置５０の油圧ポンプ５１と同様、電動モータ４５ｂの駆動力で油圧ポンプ７３が油圧を発生可能なように、電動モータ４５ｂの出力軸４５ｂ１と油圧ポンプ７３の出力軸（図示は省略）とが連結可能に構成されている。

上記構成の機械加工装置１０を用いたクランクシャフトＷの機械加工工程Ｓ１は、例えば以下のようにして行われる。

（Ｓ１１）全長決め工程
（Ｓ１２）センタリング工程
上記工程では、旋盤４０の第二工具台４５に装着したクランプ装置５０を用いて、クランクシャフトＷを保持した状態で、クランクシャフトＷの両端面Ｗｃ，Ｗｃに切削加工を施す。また、両端面Ｗｃ，Ｗｃにセンタリング加工（図示しないセンタ穴を開ける加工）を施す。具体的には、まず図８に示すように、第二工具台４５の工具取付け部４５ａを回転させて、二対のクランプ部５３，５３（５４，５４）がともに上方（図８でいえばＺ方向）を指向する位置に、クランプ装置５０を配置する。そして、図示しないガントリローダ等で吊り下げ支持した状態のクランクシャフトＷをクランプ装置５０上に移動させ、あるいはクランクシャフトＷの下方位置まで第二工具台４５を移動させた状態から、クランクシャフトＷを下降させる。これにより、各一対のクランプ部５３，５３（５４，５４）間にクランクシャフトＷのジャーナル部Ｗａを導入する（図５に示す状態）。

そして、各一対のクランプ部５３，５３（５４，５４）間にクランクシャフトＷが導入された状態で、第二工具台４５の電動モータ４５ｂを駆動し、電動モータ４５ｂの出力軸４５ｂ１と連結状態にあるクランプ装置５０の油圧ポンプ５１を作動させる。これにより、油圧が発生すると共に、発生した油圧が、第一ポート５１ａ、さらには第一油圧供給路５７ａを介して、油圧シリンダ５５の第一油室５５ａに供給される。これにより、油圧シリンダ５５の直動部５５ｃが油圧ポンプ５１側に押し込まれ、リンク部５６と各一対のクランプ部５３，５３（５４，５４）との協働により、各一対のクランプ部５３，５３（５４，５４）が互いに接近する向きに移動する。この結果、図６に示すように、各一対のクランプ部５３，５３（５４，５４）によりクランクシャフトＷのジャーナル部Ｗａが二箇所でクランプされ、所定の位置で固定される。

このようにして、旋盤４０の主軸４２から外れた位置でクランクシャフトＷを固定した状態で、第一工具台４４の工具取付け部４４ａを回転する等して、工具取付け部４４ａに装着した状態のフライス４６を第一工具台４４に内蔵した電動モータ４４ｂの出力軸４４ｂ１と連結した状態とする。そして、電動モータ４４ｂの駆動によりフライス４６を回転させながら、クランクシャフトＷの軸方向両端面Ｗｃ，Ｗｃに当接させる。これにより、クランクシャフトＷの両端面Ｗｃに対する切削加工を開始する。この結果、クランクシャフトＷの軸方向全長が所定の大きさに設定される（全長決め工程Ｓ１１）。なお、この際、クランクシャフトＷを完全に固定した状態で、フライス４６（第一工具台４４）のみを移動させて、両端面Ｗｃ，Ｗｃに順次切削加工を施してもよいし、第一工具台４４と共に第二工具台４５を移動させて、両端面Ｗｃ，Ｗｃに順次切削加工を施してもよい。何れにしても、上記切削加工の間、クランクシャフトＷや各工具台４４，４５との干渉を回避する目的で、心押し台４３を主軸４２に対して後退させておくのがよい。後述するセンタリング工程Ｓ１２の際も同様である。

また、工具取付け部４４ａの回転等により、フライス４６と同じく第一工具台４４の工具取付け部４４ａに装着したドリル４７を電動モータ４４ｂの出力軸４４ｂ１と連結した状態とし、電動モータ４４ｂの駆動によりドリル４７を回転させながら、クランクシャフトＷの両端面Ｗｃ，Ｗｃに押し込む。これにより、クランクシャフトＷの両端面Ｗｃ，Ｗｃにセンタリング加工を施し、センタ穴（図示は省略）を各端面Ｗｃ，Ｗｃに形成する（センタリング工程Ｓ１２）。

（Ｓ１３）ジャーナル部切削工程
この工程では、図８に示す状態から、第二工具台４５を移動させて、クランプ装置５０で保持されているクランクシャフトＷを主軸４２と心押し台４３との間に移載する。具体的には、第二工具台４５とともにクランプ装置５０を移動させて、クランクシャフトＷの軸方向一端部を主軸４２に導入し、主軸４２のチャック部４２ａでクランクシャフトＷの一端部を保持する。そして、心押し台４３を主軸４２に接近させ、両端面Ｗｃ，Ｗｃに形成したセンタ穴を利用して、主軸４２と心押し台４３とでクランクシャフトＷをセンタリングした状態で支持する。このようにして、主軸４２と心押し台４３とでクランクシャフトＷが回転支持された状態を確認した後、電動モータ４５ｂの回転駆動により油圧ポンプ５１を第二の方向Ｒ２に回転させ（図７を参照）、各一対のクランプ部５３，５３（５４，５４）によるクランプ状態を解除する（図５に示す状態）。クランプ状態の解除後、第二工具台４５を移動させてクランプ装置５０をクランクシャフトＷから離脱させる。

そして、主軸４２の回転駆動により、クランクシャフトＷを回転させた状態で、フライス４６やドリル４７と同じく第一工具台４４の工具取付け部４４ａに装着した切削用バイト４８をクランクシャフトＷのジャーナル部Ｗａに当接させる（図９を参照）。これにより、クランクシャフトＷの各ジャーナル部Ｗａの外周面を所定の外径寸法に切削する（ジャーナル部切削工程Ｓ１３）。

（Ｓ１４）ピン部切削工程
この工程では、図９に示す状態から、すなわち主軸４２と心押し台４３とでクランクシャフトＷを回転可能に支持した状態から、第一工具台４４を退避させると共に、第二工具台４５の工具取付け部４５ａに装着した状態の切削ユニット６０を、工具取付け部４５ａの回転等により第二工具台４５に内蔵した電動モータ４５ｂの出力軸４５ｂ１と連結した状態とする。そして、主軸４２の回転駆動によりクランクシャフトＷを回転させると共に、電動モータ４５ｂの駆動により油圧ポンプ６３で油圧を発生させ、発生させた油圧で油圧モータ６４を回転駆動する。これにより、油圧モータ６４の回転軸６４ａに連結された切削ユニット６０の切削用カッタ６１を回転させながら、切削用カッタ６１の外周面をクランクシャフトＷのピン部Ｗｂ外周面に当接させる（図１２を参照）。また、クランクシャフトＷの回転に応じて切削用カッタ６１（第二工具台４５）を移動させる。以上の動作により、ピン部Ｗｂの外周面を全周及び軸方向全長にわたって切削する（ピン部切削工程Ｓ１４）。

（Ｓ１５）油穴加工工程
この工程では、図１２に示す状態から、第一工具台４４の工具取付け部４４ａに装着した状態の油穴開け用ドリル（図示は省略）を電動モータ４４ｂの出力軸４４ｂ１と連結した状態とする。そして、電動モータ４４ｂの駆動により油穴開け用ドリルを回転させながら、クランクシャフトＷの所定部位に油穴開け用ドリルを押し込む。これにより、クランクシャフトＷの所定部位に所定の油穴を形成する（油穴加工工程Ｓ１５）。

（Ｓ１６）ねじタップ加工工程
この工程では、主軸４２と心押し台４３とで回転可能に支持された状態のクランクシャフトＷを、第二工具台４５の工具取付け部４５ａに装着した状態の支持装置７０で回転可能に支持する。具体的には、工具取付け部４５ａの回転等により、支持装置７０の油圧ポンプ７３を第二工具台４５の電動モータ４５ｂの出力軸４５ｂ１に連結した状態とする。そして、第二工具台４５を移動させて、クランクシャフトＷの所定部位（例えば最も主軸４２から離れたジャーナル部Ｗａ）を、支持装置７０の三つの爪部７１，７１，７１間に導入する（図１４及び図１５を参照）。

然る後、第二工具台４５の電動モータ４５ｂを回転駆動して、油圧ポンプ７３で所定の油圧を発生させると共に、発生させた油圧を、第一ポート７３ａ、さらには第一油圧供給路７４ａを介して、三つの油圧シリンダ７２，７２，７２の各第一油室７２ａ，７２ａ，７２ａに供給する。これにより、三つの油圧シリンダ７２，７２，７２の各直動部７２ｃ，７２ｃ，７２ｃがクランクシャフトＷ側に向けて押し込まれ、各直動部７２ｃ，７２ｃ，７２ｃに連結した状態の爪部７１，７１，７１がクランクシャフトＷの外周面に押し付けられる。また、この際、各直動部７２ｃ，７２ｃ，７２ｃに均等な大きさの油圧が作用することで、クランクシャフトＷが三方向から均等な力で押圧されるので、主軸４２と心押し台４３とでセンタリングされた状態を維持した状態で、クランクシャフトＷが支持装置７０により回転可能に支持される。

然る後、心押し台４３を後退させて、心押し台４３によるクランクシャフトＷの支持状態を解消する。これにより、クランクシャフトＷは、従前のセンタリング状態を維持したままで、主軸４２と支持装置７０により回転可能に支持された状態となる（図１５を参照）。

そして、この状態から、第一工具台４４の工具取付け部４４ａに装着した状態のねじタップ４９を、第一工具台４４の電動モータ４４ｂの出力軸４４ｂ１と連結した状態とし、電動モータ４４ｂの回転駆動によりねじタップ４９を回転させながら、クランクシャフトＷの主軸４２から遠い側の軸方向端面Ｗｃに予め形成しておいたねじ穴内部に導入する（図１５を参照）。これにより、軸方向端面Ｗｃにねじ穴が形成される（ねじタップ加工工程Ｓ１６）。

以上のようにして、クランクシャフトＷに対する複数の機械加工工程Ｓ１（Ｓ１１～Ｓ１６）を施した後、図示しない搬送手段により、一又は複数のクランクシャフトＷを熱処理工程Ｓ２に搬送する。そして、熱処理装置２０で所定の熱処理（例えば焼入れ処理）を施した後、同じく図示しない搬送手段により、一又は複数のクランクシャフトＷを仕上げ加工工程Ｓ３に搬送する。そして、各研削加工装置３０ａ～３０ｃ…でクランクシャフトＷの所定部位に研削等の仕上げ加工を施すことにより、クランクシャフトＷを所定の製品形状に仕上げる。この後、必要に応じて、洗浄、検査等を行うことで、製品としてのクランクシャフトＷが得られる。

このように、本発明に係るクランクシャフトＷの切削装置においては、当該切削装置を、旋盤４０と、クランクシャフトＷのピン部Ｗｂ外周面に切削加工を施すための切削用カッタ６１と、切削用カッタ６１を回転させる回転装置６２とを備えた切削ユニット６０とで構成すると共に、この切削ユニット６０を旋盤４０の第二工具台４５に装着し、第二工具台４５の電動モータ４５ｂで発生させた駆動力を利用して、切削用カッタ６１を回転可能とした。このように切削ユニット６０を構成することによって、旋盤４０の主軸４２でクランクシャフトＷを支持した状態で、ピン部Ｗｂの外周面に切削加工を実施することができる。これにより、ピン部切削工程Ｓ１４だけでなく、旋盤４０の主軸４２でクランクシャフトＷを支持した状態で行う機械加工（例えばジャーナル部切削工程Ｓ１３や油穴加工工程Ｓ１５、及びねじタップ加工工程Ｓ１６）についても一台の旋盤４０（機械加工装置１０）で行うことが可能となる。従って、複数の機械加工工程を集約することができ、生産性の向上を図ることができると共に、設備コストひいては生産コストの低減化が可能となる。

また、本実施形態では、切削ユニット６０として、電動モータ４５ｂで発生させた駆動力を油圧ポンプ６３で一旦油圧に変換し、変換した油圧で切削用カッタ６１の回転駆動力を発生させる機構を採用したので（図１０～図１２を参照）、電動モータ４５ｂのみで切削用カッタ６１を回転させる場合と比べて、回転装置６２を小型化できる。また、ギヤ機構を使用せずに小型化できる分だけレイアウトの自由度を高めることができるので、本機械加工装置１０の旋盤４０上でより多くの機械加工が実施可能となる。言い換えると、更なる機械加工工程の集約化が可能となる。もちろん、電動モータ４５ｂの駆動力を利用して切削用カッタ６１を作動可能としたので、旋盤４０の周囲から電線や油圧ホースなどを延長して接続せずに済む。これにより、旋盤４０の可動部との干渉を回避して、複数の機械加工をよりスムーズに一台の旋盤４０上で連続的に実施することが可能となる。

また、本実施形態に係るクランクシャフトＷの加工ライン１においては、センタリング工程Ｓ１２を実施するための装置を旋盤４０で構成すると共に、同一の旋盤４０で、センタリング工程Ｓ１２後の機械加工工程（例えばジャーナル部切削工程Ｓ１３など）を実施するための装置を構成した。これにより、ジャーナル部切削工程Ｓ１３後の機械加工工程Ｓ１４～Ｓ１６だけでなく、全長決め工程Ｓ１１とセンタリング工程Ｓ１２についても全て一台の旋盤４０（機械加工装置１０）で行うことができる。これにより各機械加工工程Ｓ１１～Ｓ１６をさらに集約することができ、更なる生産性の向上を図ることができると共に、設備コストひいては生産コストの更なる低減化が可能となる。

また、本実施形態では、全ての機械加工工程Ｓ１１～Ｓ１６で、旋盤４０の駆動装置（各工具台４４，４５に内蔵の電動モータ４４ｂ，４５ｂ）を利用して、クランクシャフトＷの保持及び機械加工を行うようにしたので、新たに専用の保持装置や加工装置を旋盤４０に取付けることなく、各機械加工工程Ｓ１１～Ｓ１６を実施することができる。これにより、専用の装置を取付けたり取り外したりする手間を省いて、一台の旋盤４０上で各機械加工工程Ｓ１１～Ｓ１６をスムーズに順次実施することが可能となる。

また、上述のように全ての機械加工工程Ｓ１１～Ｓ１６を一台の機械加工装置１０で実施できるようにしたので、従来、場合によっては必要であった熱処理工程Ｓ２後のリセンタ加工工程を省略できる。すなわち、焼入れ等の熱処理を施すことによりクランクシャフトＷは少なからずひずみを生じる。そのため、従来の加工ラインにおいては、熱処理後にセンタリング加工をやり直す（リセンタ加工工程を熱処理工程Ｓ２の後に設ける）ことは半ば必須であったところ、本実施形態に係る加工ライン１のように、全ての機械加工工程Ｓ１１～Ｓ１６を熱処理工程Ｓ２の前に実施することで、リセンタ加工工程を省略することができ、これにより更なる生産コストの低減化を図ることが可能となる。

また、本実施形態では、旋盤４０の駆動装置（第二工具台４５の電動モータ４５ｂ）でクランプ装置５０の油圧ポンプ５１を作動させ、当該作動により発生した油圧で油圧アクチュエータ５２（油圧シリンダ５５）を作動させて、クランクシャフトＷをクランプ可能な構成とした。これにより、電動モータ４５ｂを駆動源としつつも、電動モータ４５ｂで直接一対のクランプ部５３（５４）を作動させる場合と比べて大きなクランプ力を発揮することができる。よって、クランクシャフトＷを強固に保持して精度よく各種加工（端面切削加工、センタリング加工）を施すことが可能となる。また、電動モータ４５ｂを動力源として油圧アクチュエータ５２を作動可能としたので、旋盤４０の周囲から電線や油圧ホースなどを延長して接続せずに済む。これにより、旋盤４０の可動部（心押し台４３、第一及び第二工具台４４，４５など）との干渉を回避して、複数の機械加工を一台の旋盤４０（機械加工装置１０）上でよりスムーズに順次実施することが可能となる。

また、本実施形態では、それぞれ油圧シリンダ７２，７２，７２で駆動する三つの爪部７１，７１，７１でクランクシャフトＷの外周面を支持すると共に、三つの油圧シリンダ７２，７２，７２に油圧を供給する油圧ポンプ７３に、分岐して三つの油圧シリンダ７２，７２，７２にそれぞれ接続される油圧供給路７４（７４ａ，７４ｂ）を設けてなる支持装置７０を用いて、クランクシャフトＷの端面Ｗｃに所定の加工（ねじタップ加工）を施すようにした（図１３～図１５を参照）。このように、分岐して三つの油圧シリンダ７２，７２，７２にそれぞれ接続される油圧供給路７４（７４ａ，７４ｂ）を通じて、各油圧シリンダ７２，７２，７２に油圧を供給可能とした支持装置７０を用いることにより、均等な大きさの油圧が各油圧シリンダ７２，７２，７２に供給される。よって、各油圧シリンダ７２，７２，７２の作動により、対応する各爪部７１，７１，７１を介して自動的に三方向から均等な力でクランクシャフトＷの外周面を支持することができる。これにより、既にセンタリングされた状態のクランクシャフトＷの位置（センタリング位置）を維持しつつ、クランクシャフトＷの外周面を支持することが可能となる。従って、各機械加工工程Ｓ１１～Ｓ１６の集約化による更なる低コスト化を図りつつも、旋盤４０の主軸４２によりセンタリング状態で支持されるクランクシャフトＷに対して高精度な端面加工を施すことが可能となる。

以上、本発明の一実施形態について述べたが、本発明に係るクランクシャフトの切削装置は、その趣旨を逸脱しない範囲において、上記以外の構成を採ることも可能である。

例えば上記実施形態では、切削ユニット６０の回転装置６２を、油圧ポンプ６３と油圧モータ６４とで構成し、電動モータ４５ｂで発生させた駆動力を油圧ポンプ６３で一旦油圧に変換し、変換した油圧で切削用カッタ６１の回転駆動力を発生させる機構を採用した場合を例示したが、この構成に限定されないことはもちろんである。例えば、レイアウト上の問題がないのであれば、所定の減速比を有するギヤ機構（減速機構）を介して電動モータ４５ｂを切削用カッタ６１に連結した構成を採用することも可能である。

また、上記実施形態では、切削用カッタ６１として外刃切削用カッタを採用する場合を例示したが、もちろん、切削用カッタ６１として内刃切削用カッタを採用してピン部Ｗｂの外周面に切削加工を施すことも可能である。

また、上記実施形態では、第二工具台４５に内蔵の電動モータ４５ｂを駆動装置として切削ユニット６０を作動させる構成を例示したが、もちろん、これ以外の駆動装置を切削ユニット６０の駆動源として用いてもかまわない。また、その場合、切削ユニット６０を工具台（第一工具台４４，第二工具台４５）以外の旋盤４０の可動部に取付けて使用してもかまわない。

また、本発明に係るクランクシャフトＷの加工ライン１によれば、従来に比べて、設置スペースを大幅に縮小することができるので、各工程間のクランクシャフトＷの搬送手段の自由度を高めることができる。また、本発明に係る加工ライン１であれば、各工程Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の配置態様も比較的自由であり（必ずしも一工程ずつ直列に配置しなくてもよいため）、これによっても搬送手段の自由度を高めることができる。

１ クランクシャフトの加工ライン
１０ 機械加工装置
２０ 熱処理装置
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ 研削加工装置
４０ 旋盤
４１ ベッド
４２ 主軸
４２ａ チャック部
４３ 心押し台
４４，４５ 工具台
４４ａ，４５ａ 工具取付け部
４４ｂ，４５ｂ 電動モータ
４６ フライス
４７ ドリル
４８ 切削用バイト
４９ ねじタップ
５０ クランプ装置
５１ 油圧ポンプ
５２ 油圧アクチュエータ
５３，５４ 一対のクランプ部
５５ 油圧シリンダ
５５ａ 第一油室
５５ｂ 第二油室
５５ｃ 直動部
５６ リンク部
５７ａ，５７ｂ 油圧供給路
５８ 切替え弁
５９ 貯油タンク
６０ 切削ユニット
６１ 切削用カッタ
６２ 回転装置
６３ 油圧ポンプ
６４ 油圧モータ
６４ａ 回転軸
６６ 連結部材
７０ 支持装置
７１ 爪部
７２ 油圧シリンダ
７２ａ 第一油室
７２ｂ 第二油室
７２ｃ 直動部
７３ 油圧ポンプ
７４，７４ａ，７４ｂ 油圧供給路
Ｓ１ 機械加工工程
Ｓ２ 熱処理工程
Ｓ３ 仕上げ加工工程
Ｓ１１ 全長決め工程
Ｓ１２ センタリング工程
Ｓ１３ ジャーナル部切削工程
Ｓ１４ ピン部切削工程
Ｓ１５ 油穴加工工程
Ｓ１６ タップ加工工程
Ｗ クランクシャフト
Ｗａ ジャーナル部
Ｗｂ ピン部
Ｗｃ 軸方向端面

Claims (1)

1. クランクシャフトを主軸で支持する旋盤と、
   前記クランクシャフトの外周面に切削加工を行うための外刃切削用カッタと、
   前記外刃切削用カッタを回転させる回転装置とを備え、
   前記旋盤は、ベッド上を移動でき工具を装着可能な工具台を有し、前記工具台は前記工具に駆動力を付与可能な電動モータを有し、
   前記回転装置は前記工具台に装着可能に構成されると共に、
   前記回転装置は、前記工具台の電動モータに接続される油圧ポンプと、前記電動モータの駆動により前記油圧ポンプで生じた油圧で作動する油圧モータとを有し、前記油圧モータで前記外刃切削用カッタを回転可能とした、クランクシャフトの切削装置。

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