JPH10244409A - 加工装置及び加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １台の加工装置で、任意の角度のバルブシー
ト面のバイト加工と、ステムガイド穴のリーマ加工を同
時に行えるようにする。 【解決手段】 ビルトインモータ１７、バイト送り用モ
ータ２０、リーマ送り用モータ３３、送りユニット送り
用モータ３７を制御手段４５により制御して、バイト加
工時にバイト１５の送りに送りユニット３９の移動を合
成させるとともに、このバイト加工と同時に、主軸１２
の回転速度に同期した速度に、送りユニット３９の送り
速度を加減した送り速度でリーマ加工を行うようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、同心性が要求され
る複数の加工個所を同一の主軸に設けた異種の工具によ
って加工する加工装置及び加工方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の加工装置としては、自動
車エンジンのシリンダヘッド加工におけるバルブシート
面のバイト加工とステムガイド穴のリーマ加工を行う加
工装置があり、具体的には、特開平５−１６９３０５号
に記載されているものがある。この加工装置は、ヘッド
本体内に中空状の主軸が回転可能に支持され、主軸に固
定された工具ヘッドの先端には一対の粗加工用チップと
バイトが設けられており、主軸の基端には主軸回転用モ
ータが歯車を介して連結されている。この主軸内にはス
リーブが主軸と同心状で一体回転可能及び軸線方向へ相
対移動可能に挿通され、基端にはバイト送り用モータが
作動体及び回転スリーブを介して連結されている。この
スリーブ内にはロッドがスリーブと同心状で一体回転可
能及び軸線方向へ相対移動可能に挿通され、先端にはリ
ーマが取付けられ、基端には作動体及び回転スリーブを
介してリーマ送り用モータが連結されている。

【０００３】そして、シリンダヘッドの加工に際しては
図６のタイムチャートに示すように、バイト加工と同時
にバイト加工用の低速の主軸回転速度に同期したリーマ
の低速送り加工を行う。そして、バイト加工が終了した
ら主軸の回転速度を正規のリーマ加工の回転速度まで上
昇して、主軸回転速度に同期した正規の送り速度でのリ
ーマ加工を行うようにしたものである。このように、バ
イト加工中にリーマの低速送り加工を同時に行うこと
で、リーマ加工の時間が短縮でき、総加工時間の短縮が
できるという効果がある。

【０００４】しかし、特開平５−１６９３０５号はバイ
トが収容溝の傾斜面に沿って移動するので、このバイト
によって加工できるバルブシート面の角度は傾斜面の角
度によって決まるただ１種類のみとなり、他の角度のバ
ルブシート面は加工できず、汎用性がないという問題が
あった。そして、この問題を解決するために多種のバル
ブシート面角度のシリンダヘッドの加工に対応できる加
工装置として例えば、特開平６−３２８３０２号に記載
されているものがある。この加工装置は、ヘッド本体に
中空主軸が回転可能に支持され、ヘッド本体内に固定さ
れたビルトインモータにより回転駆動される。この中空
主軸内には中空主軸と同心状にスリーブが挿通され、そ
の先端には第１スライドを介して第１バイトが取付けら
れ、基端には第１バイト駆動装置が連結され、軸線方向
に移動可能になっている。このスリーブ内にはスリーブ
と同心状にロッドが挿通され、その先端には第２スライ
ドを介して第２バイトが取付けられ、基端には第２バイ
ト駆動装置が連結され、軸線方向に移動可能になってい
る。そして、ヘッド本体、第１バイト駆動装置、第２バ
イト駆動装置は送りユニットとしてのコラム上に設置さ
れ、中空主軸の軸線方向に移動可能となっている。

【０００５】そして、第１バイト駆動装置のみの駆動に
よる第１スライドの移動によって４５度の傾斜面を加工
し、第２バイト駆動装置の駆動による第２スライドの移
動とＺ軸送りモータの駆動によるコラムの移動の合成移
動によって、４５度以外の任意の角度の傾斜面を加工す
るようにしたものである。このように、第２バイトの移
動とコラムの移動との合成移動により、任意の角度のバ
ルブシート面を加工できるようになっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
６−３２８３０２号に記載されている加工装置は、別の
工作機械によって予めリーマ加工を行い、その後でこの
リーマ加工を行った個所を軸心測定装置により測定し、
その測定値に基づき加工装置の軸心位置を補正してバイ
ト加工を行うことでリーマ加工とバイト加工の同心性を
保つようにしている。このため、１つのシリンダヘッド
を加工するために加工装置が２台必要である。また、２
台の加工装置間のシリンダヘッドの搬送やリーマ加工と
バイト加工の同心性を保つための軸心測定に時間がかか
り、１つのシリンダヘッドを加工するのに長時間を要す
るという問題があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたもので、請求項１のものについて
は、工作物に対して相対移動可能な送りユニット上に加
工ヘッドを備え、前記加工ヘッドに設けられた主軸の回
転中心に対して半径位置を異にする第１工具及び第２工
具により、第１加工箇所及び第２加工箇所を加工する加
工装置において、前記第１工具を相対送りする第１の送
り手段と、前記第２工具を相対送りする第２の送り手段
と、前記送りユニットを相対送りする第３の送り手段
と、前記第１工具の移動と前記送りユニットの移動の合
成移動により前記第１加工箇所を任意の角度に加工する
ように前記第１の送り手段及び前記第３の送り手段を制
御するとともに、前記主軸の回転速度及び前記送りユニ
ットの移動速度に同期して前記第２工具を移動させて前
記第１加工箇所の加工と同時に前記第２加工箇所を加工
するように前記第２の送り手段を制御する制御手段とを
設けたことを特徴とするものである。

【０００８】請求項２のものについては、工作物に対し
て相対移動可能な送りユニット上に加工ヘッドを備え、
前記加工ヘッドに設けられた主軸の回転中心に対して半
径位置を異にする第１工具及び第２工具により、第１加
工箇所及び第２加工箇所をそれぞれ主軸の回転速度を変
えて加工する加工装置において、前記主軸を前記第１工
具用の低速回転と前記第２工具用の高速回転とに切り換
えて駆動する主軸駆動手段と、前記第１工具を相対送り
する第１の送り手段と、前記第２工具を相対送りする第
２の送り手段と、前記送りユニットを相対送りする第３
の送り手段と、前記主軸駆動手段により前記主軸を低速
回転させ、前記第１工具の移動と前記送りユニットの移
動の合成移動により前記第１加工箇所を任意の角度に加
工するように前記第１の送り手段及び前記第３の送り手
段を制御するとともに、前記主軸の低速回転及び前記送
りユニットの移動速度に同期して前記第２工具を移動さ
せて前記第１加工箇所の加工と同時に前記第２加工箇所
を加工するように前記第２の送り手段を制御し、前記第
１加工箇所の加工終了後、前記主軸駆動手段により前記
主軸を低速回転から高速回転に切り換え、前記主軸の高
速回転に同期して前記第２工具を移動させて前記第２加
工箇所を加工するように前記第２の送り手段を制御する
制御手段とを設けたことを特徴とするものである。

【０００９】請求項３のものについては、工作物に対し
て相対移動可能な送りユニット上に載置された加工ヘッ
ドと、前記加工ヘッドに設けられた主軸の回転中心に対
して半径位置を異にする第１工具及び第２工具と、前記
第１工具を相対送りする第１の送り手段と、前記第２工
具を相対送りする第２の送り手段と、前記送りユニット
を相対送りする第３の送り手段とを備え、前記第１工具
及び第２工具により第１加工箇所及び第２加工箇所を加
工する加工装置において、前記第１工具の移動と前記送
りユニットの移動の合成移動により前記第１加工箇所を
任意の角度に加工するように前記第１の送り手段及び前
記第３の送り手段を制御するとともに、前記主軸の回転
速度及び前記送りユニットの移動速度に同期して前記第
２工具を移動させて前記第１加工箇所の加工と同時に前
記第２加工箇所を加工するように前記第２の送り手段を
制御するようにしたことを特徴とするものである。

【００１０】請求項４のものについては、工作物に対し
て相対移動可能な送りユニット上に載置された加工ヘッ
ドと、前記加工ヘッドに設けられた主軸の回転中心に対
して半径位置を異にする第１工具及び第２工具と、前記
主軸を前記第１工具用の低速回転と前記第２工具用の高
速回転とに切り換えて駆動する主軸駆動手段と、前記第
１工具を相対送りする第１の送り手段と、前記第２工具
を相対送りする第２の送り手段と、前記送りユニットを
相対送りする第３の送り手段とを備え、前記第１工具及
び第２工具により第１加工箇所及び第２加工箇所をそれ
ぞれ主軸の回転速度を変えて加工する加工装置におい
て、前記主軸駆動手段により前記主軸を低速回転させ、
前記第１工具の移動と前記送りユニットの移動の合成移
動により前記第１加工箇所を任意の角度に加工するよう
に前記第１の送り手段及び前記第３の送り手段を制御す
るとともに、前記主軸の低速回転及び前記送りユニット
の移動速度に同期して前記第２工具を移動させて前記第
１加工箇所の加工と同時に前記第２加工箇所を加工する
ように前記第２の送り手段を制御し、前記第１加工箇所
の加工終了後、前記主軸駆動手段により前記主軸を低速
回転から高速回転に切り換え、前記主軸の高速回転に同
期して前記第２工具を移動させて前記第２加工箇所を加
工するように前記第２の送り手段を制御するようにした
ことを特徴とするものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
基づいて説明する。図１に示すように、加工ヘッド１０
はヘッド本体１１を備えており、このヘッド本体１１の
内部には中空状の主軸１２が軸受１３を介して回転可能
に支持され、ヘッド本体１１に固定されたビルトインモ
ータ（主軸駆動手段）１７により回転駆動されるように
なっている。

【００１２】主軸１２の後端にはフランジ２１が固定さ
れており、このフランジ２１には外周歯車状のリング２
２が固定されている。リング２２に対向する外周位置に
はセンサ２３がヘッド本体１１の後端面に取付けられて
いる。このリング２２とセンサ２３によって、主軸１２
の回転速度が検出される。主軸１２内にはスリーブ２４
が主軸１２に対して同心状で相対回転不能及び軸線方向
へ相対移動可能に挿通され、その先端には後述する係合
子４２が固定され、後端はヘッド本体１１より突出さ
れ、軸受２６を介してブラケット１９に対して回転のみ
可能に連結されている。このブラケット１９にはナット
１８が固定され、このナット１８にはバイト送り用モー
タ（第１の送り手段）２０に連結された送りねじ２７が
螺合している。

【００１３】前記スリーブ２４内にはロッド２８がスリ
ーブ２４に対して同心状で相対回転不能及び軸線方向へ
相対移動可能に挿通され、先端はリーマ保持体３８に連
結され、後端はヘッド本体１１、スリーブ２４より突出
され、軸受２９を介してブラケット３０に対して回転の
み可能に連結されている。このブラケット３０にはナッ
ト３１が固定され、このナット３１にはリーマ送り用モ
ータ（第２の送り手段）３３に連結された送りねじ３２
が螺合している。

【００１４】第３の送り手段としての送りユニット送り
用モータ３７には送りねじ３６が連結されており、この
送りねじ３６に螺合するナット３５は送りユニット３９
に固定されるブラケット３４に固定されている。前記加
工ヘッド１０、バイト送り用モータ２０、リーマ送り用
モータ３３は送りユニット３９に固定されており、同様
に送りユニット３９に固定される送りユニット送り用モ
ータ３７により主軸１２の軸線方向に移動可能になって
いる。

【００１５】前記工具ヘッド１４は図２に示すように、
主軸１２先端に主軸１２に対して一体的に取付けられて
いる。この工具ヘッド１４前面には主軸１２の軸線方向
に対して４５度傾斜した収容溝４０が形成されており、
この収容溝４０にはスライド４１が摺動可能に案内され
ている。このスライド４１には収容溝４０と直交する係
合溝４３が形成され、この係合溝４３に案内される係合
子４２は、前記スリーブ２４の先端部にボルトにより固
定されている。スライド４１にはバイト１５（第１工
具）が設けられ、このバイト１５はスリーブ２４が後方
（図面において右方向）に移動することにより、主軸１
２の軸線方向に対して４５度傾斜した収容溝４０に沿っ
て径方向で外方に移動し、バルブシート面（第１加工箇
所）を４５度の円錐状に加工するようになっている。

【００１６】リーマ１６（第２工具）はロッド２８に連
結されたリーマ保持体３８により柄部が保持され、工具
ヘッド１４に対してブッシュ４４を介して進退可能に案
内されている。そして、ロッド２８が前進（図面におい
て左方向）することにより、バルブステムガイド穴（第
２加工箇所）を加工するようになっている。制御手段４
５は図１に示すように、制御装置４６、入力装置５１、
出力装置５２、駆動回路５３、５４、５５、５６により
構成されている。制御装置４６は、ＣＰＵ４７、加工プ
ログラム等を記憶しているメモリ４８、インターフェー
ス４９、５０から構成されており、インターフェース４
９にはキーボード等の入力装置５１とＣＲＴ等の出力装
置５２が接続され、インターフェース５０にはモータ駆
動回路５３、５４、５５、５６及びエンコーダ２０ａ、
３３ａ、３７ａ、センサ２３が接続されている。

【００１７】そして、ＣＰＵ４７から指令が与えられる
とインターフェース５０、駆動回路５３、５４、５５、
５６、を介して各モータ１７、２０、３３、３７が駆動
されるとともに、エンコーダ２０ａ、３３ａ、３７ａ及
びセンサ２３からインターフェース５０を介して駆動状
態がフィードバックされる。このように、この加工装置
は、制御手段４５により各モータ１７、２０、３３、３
７が制御されて、工作物であるシリンダヘッドの加工を
行うようになっている。

【００１８】次に、上記構成の加工装置の動作を主に図
３のフローチャートに基づいて説明する。まず、ビルト
インモータ１７を駆動して主軸１２をバイト１５加工用
の低速度で回転させ、バイト１５が所定の加工位置に来
るまで送りユニット送り用モータ３７を駆動して、送り
ユニット３９を前進させる（ステップ１）。

【００１９】そして、バイト送り用モータ２０を駆動し
てバイト１５を主軸１２の軸線方向に対して４５度傾斜
した収容溝４０に沿って径方向外方に移動させるととも
に、送りユニット送り用モータ３７を駆動して送りユニ
ット３９を後退させる。このバイト１５と送りユニット
３９の合成移動により、図４に示すようにバルブシート
面の内α面が３０度に加工される。バイト１５と送りユ
ニット３９の合成移動は、加工すべきバルブシート面の
角度（本実施の形態ではα面の３０度）に対応して、バ
イト１５と送りユニット３９の送り速度が制御されるよ
うになっている。また、図５のタイムチャートに示すよ
うに、このバイト加工と同時にリーマ送り用モータ３３
を駆動して、リーマ１６を前進させる（ステップ２）。
この時のリーマ１６の送り速度は基本的にはバイト加工
用の主軸１２の低速回転と同期した速度になるが、この
場合は、送りユニット３９が後退移動中であるため、リ
ーマ１６は主軸１２の回転速度に同期した速度に、送り
ユニット３９の速度を加えた速度で前進するように制御
される。

【００２０】次に、図４のＢ点からはバイト１５は径方
向外方へそのままの送りを維持し、送りユニット３９を
停止させる。これにより、バルブシート面の内β面が収
容溝４０の傾斜角度である４５度に加工される。そし
て、図５のタイムチャートに示すように、このバイト加
工と同時にリーマ１６の前進を続けるが、この場合のリ
ーマの送り速度は、バイト加工用の主軸１２の低速回転
に同期した速度に制御される（ステップ３）。

【００２１】次に、図４のＣ点からは、バイト１５は径
方向外方へそのままの送りを維持し、送りユニット３９
を前進させる。このバイト１５と送りユニット３９の合
成移動により、バルブシート面の内γ面が６０度に加工
される。バイト１５と送りユニット３９の合成移動は、
加工すべきバルブシート面の角度（本実施の形態ではγ
面の６０度）に対応して、バイト１５と送りユニット３
９の送り速度が制御されるようになっている。また、図
５のタイムチャートに示すように、このバイト加工と同
時にリーマ１６を引き続き前進させるが、この場合のリ
ーマ１６の送り速度は、送りユニット３９が前進移動中
であるため、主軸１２の回転速度に同期した速度から、
送りユニット３９の速度を減じた速度で前進するように
制御される（ステップ４）。

【００２２】そして、図４のＤ点まで加工してバルブシ
ート面の加工が終了すると、バイト１５と送りユニット
３９の送りが停止される（ステップ５）。そして、バイ
ト加工の終了後、図５のタイムチャートに示すように、
主軸１２の回転速度はバイト加工用の低速度から正規の
リーマ加工用の高速度に上昇されるが、この回転速度の
上昇と同期して、リーマ１６の送り速度も低速から高速
へ上昇するように制御される（ステップ６）。

【００２３】そして、主軸１２の回転速度が正規のリー
マ加工の速度に達した後、この回転速度と同期した送り
速度でリーマ１６が前進され、引き続きリーマ加工が行
われ、リーマ加工が終了する（ステップ７）。以上のよ
うに、バイト加工時に、バイト１５の移動と送りユニッ
ト３９の移動を合成させるとともに、このバイト加工と
同時に、主軸１２の回転速度に同期した速度に、送りユ
ニット３９の送り速度を加減した送り速度でリーマ加工
を行うようにしたので、収容溝４０の傾斜角度に限定さ
れない任意の角度のバルブシート面のバイト加工と、ス
テムガイド穴のリーマ加工を１台の加工装置で同時に行
うことができるので能率的である。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、第１工具の移動と送り
ユニットの移動の合成移動により第１加工箇所を任意の
角度に加工するように第１の送り手段及び第３の送り手
段を制御するとともに、主軸の回転速度及び送りユニッ
トの移動速度に同期して第２工具を移動させて第１加工
箇所の加工と同時に第２加工箇所を加工するように第２
の送り手段を制御するようにしたので、第１工具による
任意の角度の第１加工箇所の加工と、第２工具による第
２加工箇所の加工を１台の加工装置で同時に行うことが
できるので、従来の加工装置に比べて汎用性があるとと
もに、加工能率が向上し、総加工時間が短縮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における加工装置の断面図
である。

【図２】本発明の実施の形態における加工装置の前部拡
大断面図である。

【図３】本発明の実施の形態におけるバルブシート面の
バイト加工とステムガイド穴のリーマ加工の動作を示す
フローチャートである。

【図４】本発明の実施の形態におけるバルブシート面の
加工工程を示した図である。

【図５】本発明の実施の形態における主軸の回転速度と
バイトの送り速度とリーマの送り速度と送りユニットの
送り速度の関係を示すタイムチャートである。

【図６】従来の主軸の回転速度とバイトの送り速度とリ
ーマの送り速度の関係を示すタイムチャートである。

【符号の説明】

１０ 加工ヘッド １１ ヘッド本体 １２ 主軸 １５ バイト（第１工具） １６ リーマ（第２工具） １７ ビルトインモータ（主軸駆
動手段） ２０ バイト送り用モータ（第１
の送り手段） ２４ スリーブ ２８ ロッド ３３ リーマ送り用モータ（第２
の送り手段） ３７ 送りユニット送り用モータ
（第３の送り手段） ３９ 送りユニット ４５ 制御手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】工作物に対して相対移動可能な送りユニッ
   ト上に加工ヘッドを備え、前記加工ヘッドに設けられた
   主軸の回転中心に対して半径位置を異にする第１工具及
   び第２工具により、第１加工箇所及び第２加工箇所を加
   工する加工装置において、前記第１工具を相対送りする
   第１の送り手段と、前記第２工具を相対送りする第２の
   送り手段と、前記送りユニットを相対送りする第３の送
   り手段と、前記第１工具の移動と前記送りユニットの移
   動の合成移動により前記第１加工箇所を任意の角度に加
   工するように前記第１の送り手段及び前記第３の送り手
   段を制御するとともに、前記主軸の回転速度及び前記送
   りユニットの移動速度に同期して前記第２工具を移動さ
   せて前記第１加工箇所の加工と同時に前記第２加工箇所
   を加工するように前記第２の送り手段を制御する制御手
   段とを設けたことを特徴とする加工装置。
2. 【請求項２】工作物に対して相対移動可能な送りユニッ
   ト上に加工ヘッドを備え、前記加工ヘッドに設けられた
   主軸の回転中心に対して半径位置を異にする第１工具及
   び第２工具により、第１加工箇所及び第２加工箇所をそ
   れぞれ主軸の回転速度を変えて加工する加工装置におい
   て、前記主軸を前記第１工具用の低速回転と前記第２工
   具用の高速回転とに切り換えて駆動する主軸駆動手段
   と、前記第１工具を相対送りする第１の送り手段と、前
   記第２工具を相対送りする第２の送り手段と、前記送り
   ユニットを相対送りする第３の送り手段と、前記主軸駆
   動手段により前記主軸を低速回転させ、前記第１工具の
   移動と前記送りユニットの移動の合成移動により前記第
   １加工箇所を任意の角度に加工するように前記第１の送
   り手段及び前記第３の送り手段を制御するとともに、前
   記主軸の低速回転及び前記送りユニットの移動速度に同
   期して前記第２工具を移動させて前記第１加工箇所の加
   工と同時に前記第２加工箇所を加工するように前記第２
   の送り手段を制御し、前記第１加工箇所の加工終了後、
   前記主軸駆動手段により前記主軸を低速回転から高速回
   転に切り換え、前記主軸の高速回転に同期して前記第２
   工具を移動させて前記第２加工箇所を加工するように前
   記第２の送り手段を制御する制御手段とを設けたことを
   特徴とする加工装置。
3. 【請求項３】工作物に対して相対移動可能な送りユニッ
   ト上に載置された加工ヘッドと、前記加工ヘッドに設け
   られた主軸の回転中心に対して半径位置を異にする第１
   工具及び第２工具と、前記第１工具を相対送りする第１
   の送り手段と、前記第２工具を相対送りする第２の送り
   手段と、前記送りユニットを相対送りする第３の送り手
   段とを備え、前記第１工具及び第２工具により第１加工
   箇所及び第２加工箇所を加工する加工装置において、前
   記第１工具の移動と前記送りユニットの移動の合成移動
   により前記第１加工箇所を任意の角度に加工するように
   前記第１の送り手段及び前記第３の送り手段を制御する
   とともに、前記主軸の回転速度及び前記送りユニットの
   移動速度に同期して前記第２工具を移動させて前記第１
   加工箇所の加工と同時に前記第２加工箇所を加工するよ
   うに前記第２の送り手段を制御するようにしたことを特
   徴とする加工方法。
4. 【請求項４】工作物に対して相対移動可能な送りユニッ
   ト上に載置された加工ヘッドと、前記加工ヘッドに設け
   られた主軸の回転中心に対して半径位置を異にする第１
   工具及び第２工具と、前記主軸を前記第１工具用の低速
   回転と前記第２工具用の高速回転とに切り換えて駆動す
   る主軸駆動手段と、前記第１工具を相対送りする第１の
   送り手段と、前記第２工具を相対送りする第２の送り手
   段と、前記送りユニットを相対送りする第３の送り手段
   とを備え、前記第１工具及び第２工具により第１加工箇
   所及び第２加工箇所をそれぞれ主軸の回転速度を変えて
   加工する加工装置において、前記主軸駆動手段により前
   記主軸を低速回転させ、前記第１工具の移動と前記送り
   ユニットの移動の合成移動により前記第１加工箇所を任
   意の角度に加工するように前記第１の送り手段及び前記
   第３の送り手段を制御するとともに、前記主軸の低速回
   転及び前記送りユニットの移動速度に同期して前記第２
   工具を移動させて前記第１加工箇所の加工と同時に前記
   第２加工箇所を加工するように前記第２の送り手段を制
   御し、前記第１加工箇所の加工終了後、前記主軸駆動手
   段により前記主軸を低速回転から高速回転に切り換え、
   前記主軸の高速回転に同期して前記第２工具を移動させ
   て前記第２加工箇所を加工するように前記第２の送り手
   段を制御するようにしたことを特徴とする加工方法。