JPH0641054B2 - 外面加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本願発明は、例えば原子力炉心構成要素ハンドリングヘ
ッドのセルフオリエンテーション部の形状のような特殊
形状を機械加工する装置に関する。

＜従来の技術＞ 原子炉の炉心部においては六角柱状の燃料集合体や制御
棒等の炉心構成要素は緻密に配列組合せられる。これら
の炉心構成要素の一本を取り出して再び組入れる場合、
挿入すべき空間は六角形状をなしているので、炉心構成
要素の位置・向きが正確でないと挿入できなくなってし
まう。そこで、炉心構成要素のハンドリングヘッドにセ
ルフオリエンテーション部を形成している。第８図はそ
の炉心構成要素の部分の斜視図、第９図はその側面図、
第１０図は第９図のVII-VII 矢視図、第１１図は第９図
のVIII-VIII 断面図である。第８図〜第１１図に示すよ
うに、炉心構成要素１の端部（ハンドリングヘッド）１
ａにおいて各側面１ｂに斜面２と当該斜面２により区画
される円弧面３とからなる位置決め案内部（セルフオリ
エンテーション部）４を形成し、炉心構成要素１の集合
体からその１本を取り出した後の空間が円弧面３が作る
円筒空間となって炉心構成要素１の挿入がしやすくなる
ようにすると共に、斜面２の作用により自動的に位置合
せができるようにしている。

上述の如く、セルフオリエンテーション部４は円弧面３
と斜面２の組合せという特殊な形状を有しているため、
通常の汎用工作機械ではそれを機械加工することができ
ない。それに対して、特開昭５９−１４６７０７号公報
ではこの種の機械加工を可能とした外面加工装置が開示
されている。これは、回転切削工具の回転と同期してワ
ークをその長手軸方向に移動させると共に、ワークを漸
次工具側に近づけて切込みを与えるようにしたものであ
る。

＜発明が解決しようとする問題点＞ ところが、上述の外面加工装置はセルフオリエンテーシ
ョン部４のような特殊形状の機械加工を可能とした点で
は有効であるが、この外面加工装置に使用される切削工
具は一枚刃のものであるため切削効率が悪く、加工時間
が多くかかるという問題点があった。

本発明は、ハンドリングヘッドのセルフオリエンテーシ
ョン部のような特殊形状の機械加工を可能とすると共
に、従来の一枚刃の切削工具に代えて多刃のカッターを
使用した外面加工装置を提供し、もって加工能率を増大
させて製造コストの大幅な低減を図ると共にその加工精
度と性能を向上させることを目的としている。

＜問題点を解決するための手段＞ この目的を達成するための本発明にかかる外面加工装置
の構成は多角柱状のワークの角形面にワークの軸方向に
対してリード角をもって円弧面が形成され、円弧面はリ
ード角に沿った斜面によって区画されると共に軸方向端
部で外径角一辺と等しくなる被加工面を加工する外面加
工装置において、前記斜面の傾斜角に対応する刃先形成
角を有すると共に前記円弧面に対応する外形刃先形成曲
線を有する刃先形状をもった多刃カッターと、前記多刃
カッターを回転駆動すると共にその回転軸が前記リード
角線に略直交するカッター回転駆動装置と、前記カッタ
ー回転駆動装置をワーク長手軸と直交する面内で回転さ
せるカッター旋回装置と、前記カッター旋回装置と同期
して駆動されて前記多刃カッターの切刃外径点が前記リ
ード角と同角度旋回する状態に前記カッター回転駆動装
置が回転する間にワークをその長手方向に前記被加工面
の長さと同距離移動させるワーク移動装置とを具えたこ
とを特徴とする。

＜作用＞ 本発明による外面加工装置では、ワーク被加工面に対応
した刃先形状をもった多刃カッターを用い、その回転軸
をワークに対してハンドリングヘッドのセルフオリエン
テーション部のリード角に対して直角となるように傾斜
させ、且つ切刃外径点がリード角と同角度旋回する状態
に多刃カッターをワーク長手軸と直交する面内で公転さ
せると同時にそれと同期してワークをその長手軸方向に
被加工面の長さ移動させるので、セルフオリエンテーシ
ョン部のような特殊形状が一回の多刃カッターの通過で
機械加工される。

＜実施例＞ 以下本発明の一実施例を図面により詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例の縦断面図、第２図は第１図
のII-II 断面図、第３図は第１図のIII-III 断面図であ
る。第１図〜第３図において、本実施例の外面加工装置
２０は汎用旋盤のベッド２２上に取付けられると共に、
旋盤の主軸チャック２３には外面加工装置２０の駆動軸
２４がチャッキングされ、図示しない旋盤主軸の駆動源
により回転駆動されるようになっている。尚、本実施例
では汎用旋盤を利用してそのベッド２２や主軸チャック
２３と駆動機構をそのまま使用して、大幅な経費節減を
図っているが、汎用旋盤を流用しないで本外面加工装置
専用のベッド及び主軸駆動機構を設けるようにしてもよ
い。

主軸ヘッド２５は押え金２６ａ，２６ｂによりベッド２
２に固定されると共に主軸ヘッド２５には複数の歯車が
配設された歯車箱２７がボルトにより固定される。ま
た、歯車箱２７には軸受蓋２８がボルトで固定されてお
り、従って主軸ヘッド２５、歯車箱２７、軸受蓋２８は
一体化してベッド２２に固定される。歯車箱２７に軸支
された駆動歯車３０は、前述の駆動軸２４と軸継手２９
を介して連結され、旋盤の主軸の回転により回転駆動さ
れる。駆動歯車３０は中間歯車軸３２に固定された中間
減速歯車３１ａと噛み合うと共に、同じ中間減速軸３２
に固定された減速歯車３１ｂは遊星駆動歯車３３と噛み
合っている。遊星駆動歯車３３を固定した軸には平行キ
ー３４を介して遊星歯車アーム３５が一体回転するよう
に取付けられており、従って駆動軸２４の回転は減速し
て遊星歯車アーム３５に伝達される。

また、主軸ヘッド２５の軸受内周部２５ａには主軸３８
が摺動回転自在に支承される一方、主軸３８の基端部に
隣接して固定歯車３６が主軸ヘッド２５にボルトで固定
されると共に、その固定歯車３６に並んで同芯に差動歯
車３７が主軸３８にボルトで固定されている。遊星歯車
アーム３５の先端には遊星歯車軸４０が固定され、その
遊星歯車軸４０には玉軸受４１を介して遊星歯車３９が
回転自在に支承されると共に、遊星歯車３９は固定歯車
３６及び差動歯車３７と噛み合っている。従って、遊星
歯車アーム３５の回転によって遊星歯車３９は固定歯車
３６と差動歯車３７に噛み合った状態でその外周を遊星
回転する。これら固定歯車３６の歯数Ｎ１と差動歯車３
７の歯数Ｎ２と間にはＮ２＝Ｎ１−１の関係があり、本
実施例ではＮ１＝３６０枚、Ｎ２＝３５９枚としてい
る。これは円の円周角度３６０゜を基準としたもので、
計算を容易にするために選択されたものであるが、限ら
ずしもこの歯数に限られるものではない。いま、駆動歯
車３０を右方向（旋盤の主軸チャック２３側から見て時
計回転方向）に回転させると、中間減速歯車３１ａ、減
速歯車３１ｂ、遊星駆動歯車３３、遊星歯車アーム３５
を介して遊星歯車３９が右方向に回転し、固定歯車３６
と差動歯車３７の歯数Ｎ１対Ｎ２の関係から差動歯車３
７は減速されて左方向に回転する。従って、差動歯車３
７と一体化されている主軸３８も左方向に回転する。
尚、第１図においては、歯車各々の回転方向を、
「右」、「左」で表わしている。

主軸３８の端面にはカッターヘッド取付フランジ４２が
合ピン４３及びボルト４４で固定されている。また、主
軸ヘッド２５の軸受部２５ｂと主軸３８との間にはスラ
スト調整軸受４５が配設されており、スラスト調整軸受
４５は主軸３８と軸受円錐面３８ａに摺動自在に当接す
ると共に、押しねじ４６とボルト４７で軸方向に移動調
整可能に主軸ヘッド２５に固定され、主軸ヘッド２５の
軸受端面２５ｃと主軸３８の軸受円錐面３８ａとのスラ
スト力を調整できるようになっている。さらに、カッタ
ーヘッド取付フランジ４２にはカッターヘッド４８がボ
ルト４９で固定される。ここで、カッターヘッド４８は
カッター５０の再研磨等による外径の変化に対応して上
下に移動調節できるよう取付けられている。すなわち、
カッターヘッド４８の取付板の両側にはそれを上下に摺
動自在に案内するそれぞれ押え板５３ａ，５３ｂが取付
フランジ４２にボルトで固定される一方、取付フランジ
４２の上端及び下端にそれぞれ当板５１ａ，５１ｂが固
定されると共に当板５１ａ，５１ｂに螺合する押しねじ
５２ａ，５２ｂがそれぞれカッターヘッド４８の取付板
の上端及び下端に当接している。従って、押しねじ５２
ａ，５２ｂの突出量を調節することにカッターヘッド４
８の上下位置を調節することが可能である。

第２図に示すように、多刃のカッター５０に切削回転駆
動力を与える駆動モータ５４はカッターヘッド４８に固
定された軸受蓋５５に固定されている。駆動モータ５４
の出力軸５４ａにはモータ軸付歯車５６が平行キー５７
を介して取付けられる一方、モータ軸付歯車５６は中間
歯車軸５８に平行キー６０を介して固定された中間減速
歯車５９ａと噛み合うと共に、同じ中間歯車軸５８に固
定された減速歯車５９ｂはカッター回転軸６２に平行キ
ー６１を介して固定された駆動歯車１００と噛み合って
いる。従って、駆動モータ５４の出力軸５４ａの回転は
減速してカッター回転軸６２に伝えられる。また、円錐
ころ軸受６３ａ，６３ｂは、軸受カラー６４を介して軸
受押え板６５でカッターヘッド４８にボルトで固定さ
れ、カッター回転軸６２を回転自在に支承する。

エンドカラー６６はカッター５０と主軸３８の回転中心
との位置を調整するものである。中間カラー６７ａ，６
７ｂ及び軸受カラー６８は平行キー６９を介してカッタ
ー回転軸６２に挿嵌され、ナット７０によりカッター５
０、エンドカラー６６と共にカッター回転軸６２に締付
け固定される。軸受カラー６８に挿嵌された軸受ブッシ
ュ７１の外周面は、カッターヘッド４８にテーパピン７
５で位置決めされ且つボルト７６で固定された軸受フラ
ンジ７２のテーパ内周面に嵌合されると共に軸受フラン
ジ７２に螺合した止めねじ７３で回り止めされ、丸ナッ
ト７４で軸受フランジ７２に固定されて軸受カラー６８
を回転自在に支承している。このカッター回転軸６２は
後述の取付台９１に固定されるハンドリングヘッド１ａ
のセルフオリエンテーション部４の斜面２のリード角θ
に対して直角となるように傾斜して取付けられている。

一方、第１図に示すように、中間減速軸３２の減速歯車
３１ｂは、歯車箱２７及び軸受蓋２８に玉軸受を介して
回転自在に支承された歯車７７とも噛み合っている。電
磁クラッチ７８は、その固定軸が軸受蓋２８に固定され
たクラッチ箱７９に固定されると共に、電磁クラッチ７
８の回転継手の一方が送りねじ８１に平行キー８２を介
して固定される一方、他方は歯車７７にボルトで固定さ
れている。送りねじ８１の一端側は主軸ヘッド２５に玉
軸受を介して回転自在に支承されると共に、他端はベッ
ド２２に押え金８３で固定された固定軸受８０に内装さ
れた軸受ブッシュ８４及びスラスト玉軸受８５ａ，８５
ｂで回転自在に支承されている。そして、電磁クラッチ
７８がオフの時は歯車７７は玉軸受を介して送りねじ８
１上を遊転する一方、電磁クラッチ７８がオンの時は歯
車７７と送りねじ８１が一体化されて送りねじ８１は歯
車７７と共に回転するようになっている。この電磁クラ
ッチ７８はハンドリングヘッド１ａとカッター５０との
切削開始位置を調節するためのもので、送りねじ８１の
軸端スパナ掛け部８１ａにスパナを掛けて手動で初期位
置を設定した後は加工完了まで電磁クラッチ７８はオン
状態に維持される。

また、送りねじ８１には摺動台８７が挿通され、送りね
じ８１と螺合するめねじ８６が摺動台８７にボルトによ
り固定されている。摺動台８７の下面には間隔板８８を
挟んでベッド２２に摺動自在に当接する当板８９ａ，８
９ｂがボルトで固定されており、それにより摺動台８７
はベッド２２に沿って摺動自在に支持されている。従っ
て、送りねじ８１の回転により摺動台８７は第１図中左
右に摺動移動する。摺動台８７の上面には、ベッド２２
の長手方向と直角な方向に刻設されたキー溝に嵌入した
キー９０を介して取付台９１がボルトで固定される。こ
こで、取付台９１はそこに取付けられるハンドリングヘ
ッド１ａの中心線と主軸３８の回転中心とが第２図にお
いて同一垂直線上に位置するように第２図中左右に移動
調節できるように取付けられている。すなわち、摺動台
８７の両側面にボルトで固定された当板９２ａ，９２ｂ
に螺合する押しねじ９３ａ，９３ｂがそれぞれ取付け台
９１の両側面に当接しており、その押しねじ９３ａ，９
３ｂの突出量を調節することで取付台９１の左右位置を
調節することが可能である。さらに、取付台９１の端面
にはハンドリングヘッド１ａの加工時の推力を支えるた
めの当板９４がボルトで固定されており、ハンドリング
ヘッド１ａはその当板９４に当接した状態で押え金９５
ａ，９５ｂによって取付台９１に固定される。

このような構成の外面加工装置２０において、以下第４
図を参照してハンドリングヘッド１ａを加工する状態を
説明する。第４図において、点ＯＡは主軸３８の回転中
心、点ＯＢはハンドリングヘッド１ａの取付け中心を示
している。また、主軸３８の回転に伴うカッター５０の
切刃外径点５０ａの旋回半径をＲ１、その旋回軌跡を
Ｚ、またその旋回方向を矢印Ｙで示している。角度γは
点ＯＡ中心とハンドリングヘッド１ａの外径六角一辺
イ、ウとを結んでなる角度である。すなわち、カッター
５０の切刃外径点５０ａで旋回軌跡Ｚ中でハンドリング
ヘッド１ａのセルフオリエンテーション部４を切削する
領域となる角度である。点アから点イをカッター５０の
切刃外径点５０ａで切削通過させて加工するためには、
カッター５０の切刃外径点５０ａが旋回角度γだけ旋回
する間にハンドリング１ａのセルフオリエンテーウーシ
ョン部４の長さｌだけハンドリングヘッド１ａをその長
さ方向に移動させればよい。

この時カッター５０の切削回転中心線ＯＣは、ハンドリ
ングヘッド１ａのセルフオリエンテーション部４の斜面
２のリード角θ、すなわち点ア、ウを結んだ線に対する
点ア、イを結んだ線とからなる角度θと直角に交差させ
ている、この中心線ＯＣは第２図におけるカッター回転
軸６２の回転中心と一致するものである。また、カッタ
ー５０の外径刃先形成曲線Ｒ２は、セルフオリエンテー
ション部４の円弧面３を形成する旋回半径Ｒ１とその切
削深さＴとからなる形状を点ア、イを結んだ線に対して
直角に交差した点エ、オを結んだ線上に展開した曲線で
ある。従って、カッター５０に駆動モータ５４により切
削回転を与えて、カッター５０を旋回させてその切刃外
径点５０ａが旋回角度γだけ旋回する間にハンドンリン
グヘッド１ａをｌだけ移動させると、カッター５０の外
径刃先形成曲線Ｒ２で形成された外周切刃でハンドリン
グヘッド１ａのセルフオリエンテーション部４が切削加
工される。尚、カッター５０の切刃形成角度αは第１１
図における角度αと一致するものである。

第５図は切削開示始時おける第１図のII-II 断面図、第
６図は切削終了時の外面加工装置の縦断面図、第７図は
第６図中のＳ−Ｓ断面図である。

本外面加工装置２０では、ハンドリングヘッド１ａのセ
ルフオリエンテーション部４を切削加工するための所要
の条件、すなわち前述の旋回半径Ｒ１と旋回角度γ及び
セルフオリエンテーション部４の切削長さｌとカッター
５０の刃先形成曲線Ｒ２並びに刃先形成角度α等の関係
がすべて満たされる。切削に当っては先ず、予めカッタ
ー５０の切刃外径点５０ａとハンドリングヘッド１ａの
セルフオリエンテーション部４の切削開始点アとを一致
させるために電磁クラッチ７８をオフにし、送りねじ８
１の軸端スパナ掛け部８１ａにスパナを掛けて手動操作
して送りねじ８１を回転させ、摺動台８７の構成部全
体、すなわちハンドリングヘッド１ａを摺動調整して位
置決めする（第１図、第５図）。摺動調整位置決めした
後に電磁クラッチ７８をオンにして歯車７７と送りねじ
８１とを一体化する。この状態で駆動モーター５４を作
動させてカッター５０に切削回転動力を与える。次に主
軸チャック２３を回転駆動させると、駆動軸２４が同時
に回転し軸接手２９を介して駆動歯車３０、中間減速歯
車３１ａ、減速歯車３１ｂへと同時に回転が伝達され
る。減速歯車３１ｂに伝達された回転動力は遊星駆動歯
車３３及び歯車７７に同時に分配伝達される。遊星駆動
歯車３３側からは平行キー３４を介して遊星歯車アーム
３５及び遊星歯車アーム３５に回転自在に取付けられた
遊星歯車３９が固定歯車３６及び差動歯車３７の外周を
回動する。この回動によって差動歯車３７と一体化され
た主軸３８及びカッターヘッド取付フランジ４２並びに
カッターヘッド４８構成部全体が主軸ヘッド２５の軸受
内周部２５ａに支承された状態で回動する。一方、同時
に減速歯車３１ｂから歯車７７に伝達された回転動力は
電磁クラッチ７８を介して送りねじ８１を回転させる。
この送りねじ８１の回転によりめねじ８６を介して摺動
台８７構成部全体、すなわちハンドリングヘッド１ａも
同時にベッド２２上を摺動移動する。この摺動台８７構
成部の摺動方向は第１図中各歯車の回転方向「右」、
「左」記号に対して矢印方向即ち第１図において右方向
に摺動移動する（第６図、第７図）。従って、カッター
ヘッド４８構成部の回転と摺動台８７構成部の摺動移動
の同期作動によってカッター５０が切削回転しながらハ
ンドリングヘッド１ａのセルフオリエンテーション部４
の斜面２のリード角度θにそって切削加工が行われ、ハ
ンドリングヘッド１ａの六角柱形状の一面に対して一回
の同期作動で加工が完了するので加工時間が従来に比し
て大幅に低減できる。ハンドリングヘッド１ａ六面体の
一面の加工が完了すると（カッター５０の切刃外径点５
０ａが第４図の点イから完全に離れた状態）、外面加工
装置２０全体をそのままで停止させてハンドリングヘッ
ド１ａを取付台９１から取り外す。次に、主軸チャック
２３を逆転させて前述加工開始前の状態に外面加工装置
２０を復帰させる。この状態でハンドリングヘッド１ａ
の未加工面を上面側にして取付台９１に取付け固定す
る。このようにして再度、前述したように外面加工装置
２０を作動させることでハンドリングヘッド１ａのセル
スオリエンテーション部４が切削加工される。

＜発明の効果＞ 以上一実施例を挙げて詳細に説明したように本発明によ
れば、ハンドリングヘッドのセルフオリエンテーション
部のような特殊な形状を能率よく機械加工することがで
き、製造コストの大幅な低減と加工精度の向上が図れ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第１１図は本発明の一実施例にかかり、第１図
は本発明の一実施例の縦断面図、第２図は第１図のII-I
I 断面図、第３図は第１図のIII-III 断面図、第４図は
加工説明図、第５図は切削開始時の第１図のII-II 断面
図、第６図は切削終了時の外面加工装置の縦断面図、第
７図は第６図のＳ−Ｓ断面図、第８図は炉心構成要素の
部分の斜視図、第９図はその側面図、第１０図は第９図
のVII-VII 矢視図、第１１図は第９図のVIII-VIII 断面
図である。 図面中、 １ａはハンドリングヘッド、 ４はセルフオリエンテーション部、 ３８は主軸、 ４８はカッターヘッド、 ５０はカッター、 ６２はカッター回転軸、 ８１は送りねじ、 ８７は摺動台、 ９１は取付台である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多角柱状のワークの角形面にワークの軸方
   向に対してリード角をもって円弧面が形成され、円弧面
   はリード角に沿った斜面によって区画されると共に軸方
   向端部で外径角一辺と等しくなる被加工面を加工する外
   面加工装置において、前記斜面の傾斜角に対応する刃先
   形成角を有すると共に前記円弧面に対応する外形刃先形
   成曲線を有する刃先形状をもった多刃カッターと、前記
   多刃カッターを回転駆動すると共にその回転軸が前記リ
   ード角線に略直交するカッター回転駆動装置と、前記カ
   ッター回転駆動装置をワーク長手軸と直交する面内で回
   転させるカッター旋回装置と、前記カッター旋回装置と
   同期して駆動されて前記多刃カッターの切刃外径点が前
   記リード角と同角度旋回する状態に前記カッター回転駆
   動装置が回転する間にワークをその長手方向に前記被加
   工面の長さと同距離移動させるワーク移動装置とを具え
   たことを特徴とする外面加工装置。