JP2020075312A - 旋削加工装置及び旋削加工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】旋削加工時に、ワークの内周と外周とを完全に同軸に加工するとともに、クランプしたときのワークの径方向のひずみを小さくする。【解決手段】軸を中心として回転する主軸11と、軸の方向を軸方向として、主軸11の軸方向一方側の端部に設置され、ワーク90を主軸11と略同軸に保持する第1保持部12と、ワーク90の軸方向一方側に配置されてワーク90と軸方向に当接する当接部22と、当接部22をワーク90に向けて軸方向に進退可能に保持する第2保持部24と、を備えている。当接部22は、ワーク90の外周面を加工するときに、ワーク90と当接してワーク90を軸方向他方側に向けて付勢し、ワーク90の内周面を加工するときに、第1保持部がワーク90を保持した状態のままでワーク90から退避する。【選択図】図1
Description
本発明は、環状のワークを旋削によって加工する旋削加工装置及び旋削加工方法に関する。
転がり軸受の内輪や外輪等の環状の部品は、通常、旋削加工、熱処理の各工程を経て、研削加工によって仕上げ加工が施される。しかしながら、製造コストを削減する目的で、仕上げ工程を研削加工に替えて、旋盤等の加工装置を用いた旋削加工とする場合がある。
内輪や外輪等の部品は、内周面と外周面を高い精度で同軸に加工することが要求される。研削加工で仕上げ加工をする場合には、加工時の抵抗が小さいので、マグネットチャックやエアチャックを用いて、ワークを固定することができる。このため、被加工面にクランプが突出しないようにワークの端面を固定することにより、内周面と外周面を同時に加工して、内周面と外周面を高い精度で同軸に加工することができる。
しかしながら、旋削加工では加工時の抵抗が大きいため、より強固な固定方法が必要となる。具体的には、図5及び図6に示すような加工装置を用いて、環状のワーク90の内周面92及び外周面93が、切削によって加工されている。図5では、第1工程として、ワーク90の外周側に設けた複数のクランパー91でワーク90を固定して、内周面92を加工している。このクランプ方法では、クランパー91が外周面93を覆っているため、内周を加工した後、そのままの状態で外周を加工することができない。そこで、一旦ワーク90を加工装置から取り外し、第2工程として、図6に示すように、コレットチャック94でワーク90の内周を再度クランプし直して、外周面93を加工している。
なお、仮に、第1工程でワーク90の外周面93を加工した場合であっても、コレットチャック94が内周面92を覆っているので、外周を加工した後、そのままの状態で内周を加工することができない。このため、第2工程では、ワーク90を再度クランプし直す必要がある。
なお、仮に、第1工程でワーク90の外周面93を加工した場合であっても、コレットチャック94が内周面92を覆っているので、外周を加工した後、そのままの状態で内周を加工することができない。このため、第2工程では、ワーク90を再度クランプし直す必要がある。
旋削加工では、ワーク90は旋盤の主軸と同軸に加工される。このため、内周と外周を同軸に加工するためには、第2工程でワーク90をクランプするときに、第1工程で加工した内周面92を、旋盤の主軸に、完全に同軸となるように固定する必要がある。しかしながら、ワーク90をクランプするときの固定状態にはばらつきがあり、ワーク90の軸は、旋盤の主軸に対してある程度の取付誤差をもって固定される。このため、内周面92と外周面93を完全に同軸に仕上げることは極めて困難であった。
また、旋削加工で外周面93を加工するときには、仕上げ面の精度を向上させたり、加工時間を短縮するために、ハードスカイビング工法が使用される場合がある。ハードスカイビング工法では、工具とワーク90の接触幅が拡大して、切削抵抗が通常の旋削加工に比べて更に大きくなるので、ワーク90を固定するときには、把持力が大きい機械式のクランプ装置が使用される。しかしながら、三つ爪のチャックのように、周方向の複数個所をクランプした場合には、ワーク90が多角形状に弾性変形する場合がある。この場合には、加工終了時に、ワーク90を加工装置から取り外したときに、弾性的に元の形状に復元することによって、ワーク90の真円度が悪化する場合がある。
上記のような状況に鑑み、本発明は、切削によって環状のワークを加工する場合に、ワークの内周と外周とを完全に同軸に加工することができて、更に、磁力やエアで吸着する方法に比べてワークを強固にクランプしてもワークが変形せず、径方向のひずみを小さくできる旋削加工装置及び旋削加工方法を提供することを目的としている。
本発明の一形態は、切削加工により環状のワークを加工する旋削加工装置であって、軸を中心として回転する主軸と、前記軸の方向を軸方向として、前記主軸の軸方向一方側の端部に設置され、前記ワークを前記主軸と略同軸に保持する第1保持部と、前記ワークの軸方向一方側に配置されて前記ワークと軸方向に当接する当接部と、前記当接部を前記ワークに向けて軸方向に進退可能に保持する第2保持部と、を備えており、前記当接部は、前記ワークの外周面を加工するときに、前記ワークと当接して前記ワークを軸方向他方側に向けて付勢し、前記ワークの内周面を加工するときに、前記第1保持部が前記ワークを保持した状態のままで前記ワークから退避することを特徴としている。
本発明の他の形態は、切削により環状のワークを加工する旋削加工方法であって、軸を中心として回転する主軸と、前記軸の方向を軸方向として、前記主軸の軸方向一方側の端部に設置され、前記ワークを、前記主軸と略同軸に保持する第1保持部と、前記ワークの軸方向一方側に配置されて前記ワークと軸方向に当接する当接部と、前記当接部を前記ワークに向けて軸方向に進退可能に保持する第2保持部と、を備えた旋削加工装置を使用し、前記第1保持部に前記ワークを固定するワーク固定ステップと、前記当接部が前記ワークと当接して、前記ワークを軸方向他方側に向けて付勢した状態で、前記ワークの外周を加工する外周加工ステップと、前記第1保持部が前記ワークを保持した状態のままで、前記当接部を前記ワークから退避させ、前記ワークの内周を加工する内周加工ステップとを備えたことを特徴としている。
本発明によると、切削によって環状のワークを加工する場合に、ワークの内周と外周とを完全に同軸に加工することができて、更に、磁力やエアで吸着する方法に比べてワークを強固にクランプしてもワークが変形せず、径方向のひずみを小さくできる旋削加工装置及び旋削加工方法を提供することができる。また、ワークを強固に固定できるので、外周面を加工するときにハードスカイビング工法を使用できる。これにより、ワークの仕上げ面の精度が向上する。
本発明の実施形態を図を用いて詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態(以下、本実施形態)である旋削加工装置10の軸方向断面図である。図1では、円すいころ軸受の内輪を旋削加工している状態を示している。この旋削加工装置10は、例えば、マシニングセンターに組み込まれた旋削ユニットであって、主軸11の軸端に加工素材(以下、ワーク90)をクランプして、工具ホルダーに取り付けたチップ等の刃具(図示を省略する)によってワーク90の表面を切削加工している。以下の説明では、主軸11の軸mの方向を軸方向といい、軸mと直交する方向を径方向、軸mの周りを周回する方向を周方向という。
まず、被加工物としてのワーク90を加工して製造される内輪82について説明する。図2は、内輪82を構成部品とする円すいころ軸受80の軸方向断面図である。
円すいころ軸受80は、外輪81と内輪82と複数の円すいころ83で構成される。外輪81及び内輪82は、それぞれ軸受鋼等の鋼材で製造されている。外輪81の内周には、円錐面からなる外側軌道面84が形成されており、内輪82の外周には、円錐面からなる内側軌道面85が形成されている。複数の円すいころ83が、外側軌道面84と内側軌道面85との間に転動自在に組み込まれており、内輪82は、外輪81に対して、回転することができる。
円すいころ軸受80は、外輪81と内輪82と複数の円すいころ83で構成される。外輪81及び内輪82は、それぞれ軸受鋼等の鋼材で製造されている。外輪81の内周には、円錐面からなる外側軌道面84が形成されており、内輪82の外周には、円錐面からなる内側軌道面85が形成されている。複数の円すいころ83が、外側軌道面84と内側軌道面85との間に転動自在に組み込まれており、内輪82は、外輪81に対して、回転することができる。
円すいころ軸受80に荷重が負荷されたときには、円すいころ83は、各軌道面84,85に強く押し付けられた状態で転動する。このため、内輪82及び外輪81は、熱処理が施されて60HRC程度の硬さに焼入れされており、各軌道面84,85に剥離等の疲労破損が生じるのを防止している。
内側軌道面85の小径側に、内側軌道面85よりわずかに大径の小つば86が形成されている。また、内側軌道面85の大径側に、内側軌道面85より大径の大つば87が形成されている。大つば87の、内側軌道面85の側の側面は、円すいころ83の端面と当接して、円すいころ83が周方向に転動するときの案内面88となっている。
内輪82及び外輪81の軸方向両側の端面は、それぞれ軸と直交する平面で形成されている。以下の説明では、内輪82の大つば87の側の端面を大端面78といい、小つば86の側の端面を小端面79という。
内側軌道面85の小径側に、内側軌道面85よりわずかに大径の小つば86が形成されている。また、内側軌道面85の大径側に、内側軌道面85より大径の大つば87が形成されている。大つば87の、内側軌道面85の側の側面は、円すいころ83の端面と当接して、円すいころ83が周方向に転動するときの案内面88となっている。
内輪82及び外輪81の軸方向両側の端面は、それぞれ軸と直交する平面で形成されている。以下の説明では、内輪82の大つば87の側の端面を大端面78といい、小つば86の側の端面を小端面79という。
円すいころ軸受80は、図示を省略するが、通常、外輪81の外周が軸箱の内周に嵌め合わされ、内輪82の内周にシャフトが嵌め合わされた形態で使用され、シャフトが円すいころ軸受80によって回転自在に支持されている。
このようなシャフトの支持構造では、外輪81の外周面71と外側軌道面84の同軸度、及び、内輪82の内周面72と内側軌道面85の同軸度を小さくすることによって、シャフトが回転するときの振れ回りを抑制することができる。同軸度が不良の場合(同軸度の値が大きい場合)には、シャフトの振れ回りが大きくなるので、回転中に大きな振動や騒音を生じるようになる。更に、外側軌道面84及び内側軌道面85の真円度を小さくすることによって、円すいころ軸受80の回転精度が向上して騒音や振動を小さくすることができるとともに、各軌道面に生じる接触応力の変動を低減して円すいころ軸受80の転がり寿命を向上させることができる。
このように、円すいころ軸受80の内輪82や外輪81のような環状のワーク90を加工する加工装置では、外周と内周の同軸度を小さくするとともに、内周及び外周の真円度を小さくする高い精度の加工能力が要望されている。
このようなシャフトの支持構造では、外輪81の外周面71と外側軌道面84の同軸度、及び、内輪82の内周面72と内側軌道面85の同軸度を小さくすることによって、シャフトが回転するときの振れ回りを抑制することができる。同軸度が不良の場合(同軸度の値が大きい場合)には、シャフトの振れ回りが大きくなるので、回転中に大きな振動や騒音を生じるようになる。更に、外側軌道面84及び内側軌道面85の真円度を小さくすることによって、円すいころ軸受80の回転精度が向上して騒音や振動を小さくすることができるとともに、各軌道面に生じる接触応力の変動を低減して円すいころ軸受80の転がり寿命を向上させることができる。
このように、円すいころ軸受80の内輪82や外輪81のような環状のワーク90を加工する加工装置では、外周と内周の同軸度を小さくするとともに、内周及び外周の真円度を小さくする高い精度の加工能力が要望されている。
次に、図1によって、旋削加工装置10について説明する。
旋削加工装置10は、ワーク90を保持して回転する主軸11と、ワーク90を軸方向に押圧するクランプ装置20と、を備えている。
旋削加工装置10は、ワーク90を保持して回転する主軸11と、ワーク90を軸方向に押圧するクランプ装置20と、を備えている。
主軸11は、図示を省略するが、アンギュラ玉軸受や円すいころ軸受等の転がり軸受で支持されており、軸mの回りで回転自在で、かつ、軸方向に変位不能である。
主軸11の軸方向の一方の端部には、ワーク90を保持するマグネットチャック12(第1保持部)が取り付けられている。以下、図1では、主軸11に対してマグネットチャック12が取り付けられている側(図の左側である)を軸方向一方側といい、その反対側(図の右側である)を軸方向他方側という。マグネットチャック12の軸方向一方側に、ワーク90を固定するワーク取付面13が、軸mと直交する向きに形成されている。マグネットチャック12は、内蔵された電磁石によって、鉄系材料で製造されたワーク90をワーク取付面13に吸着固定することができる。
図1では、ワーク90が、鋼製のバッキングプレート14を介してワーク取付面13に固定されている。バッキングプレート14は、環状で、ワーク取付面13と当接する面と、ワーク90と当接する面とは、互いに平行である。ワーク90は、大端面78がバッキングプレート14と当接する向きで、主軸11と略同軸に固定されている。
主軸11の軸方向の一方の端部には、ワーク90を保持するマグネットチャック12(第1保持部)が取り付けられている。以下、図1では、主軸11に対してマグネットチャック12が取り付けられている側(図の左側である)を軸方向一方側といい、その反対側(図の右側である)を軸方向他方側という。マグネットチャック12の軸方向一方側に、ワーク90を固定するワーク取付面13が、軸mと直交する向きに形成されている。マグネットチャック12は、内蔵された電磁石によって、鉄系材料で製造されたワーク90をワーク取付面13に吸着固定することができる。
図1では、ワーク90が、鋼製のバッキングプレート14を介してワーク取付面13に固定されている。バッキングプレート14は、環状で、ワーク取付面13と当接する面と、ワーク90と当接する面とは、互いに平行である。ワーク90は、大端面78がバッキングプレート14と当接する向きで、主軸11と略同軸に固定されている。
次に、図1及び図3によって、クランプ装置20について説明する。図3は、図1の旋削加工装置10を、軸方向一方側から軸方向他方側に向かって軸方向にみた側面図であって、支持アーム21が変位する様子を示している。
クランプ装置20は、マグネットチャック12に固定したワーク90を軸方向に押し付けることによって、更に強固にワーク90を保持する装置である。クランプ装置20は、ワーク90と当接する当接部22と、当接部22を保持する揺動支持台24(第2保持部)とを備えている。
揺動支持台24は、支持アーム21と回転軸23を有する。回転軸23は、ハウジング26の内側で、円すいころ軸受等の転がり軸受(図示を省略)によって支持されるとともに、主軸11と平行に設置されており、支持アーム21は、回転軸23の軸方向一方側の端部に固定されて、径方向外方に延在している。回転軸23は、軸nを中心として回転自在で、かつ、ハウジング26に対して軸方向に変位不能である。
クランプ装置20は、マグネットチャック12に固定したワーク90を軸方向に押し付けることによって、更に強固にワーク90を保持する装置である。クランプ装置20は、ワーク90と当接する当接部22と、当接部22を保持する揺動支持台24(第2保持部)とを備えている。
揺動支持台24は、支持アーム21と回転軸23を有する。回転軸23は、ハウジング26の内側で、円すいころ軸受等の転がり軸受(図示を省略)によって支持されるとともに、主軸11と平行に設置されており、支持アーム21は、回転軸23の軸方向一方側の端部に固定されて、径方向外方に延在している。回転軸23は、軸nを中心として回転自在で、かつ、ハウジング26に対して軸方向に変位不能である。
当接部22は、その軸kが軸nと平行となる向きで、回転軸23から離れた側の支持アーム21の端部に取り付けられている。また、当接部22の軸kと回転軸23の軸nとの距離は、主軸11の軸mと回転軸23の軸nとの距離と等しくなっている。
当接部22は、回転軸23が回転することによって、軸nと直交する面内で軸nを中心に旋回する。また、図1から分かるように、当接部22は、ワーク90に対して軸方向一方側にずれた位置に配置されており、回転軸23が回転すると、図3に示すように、主軸11と同軸となる位置(図3にAで示す位置)に配置されたり、ワーク90から径方向に離れた位置(図3にBで示す位置)に退避させたりすることができる。
当接部22は、回転軸23が回転することによって、軸nと直交する面内で軸nを中心に旋回する。また、図1から分かるように、当接部22は、ワーク90に対して軸方向一方側にずれた位置に配置されており、回転軸23が回転すると、図3に示すように、主軸11と同軸となる位置(図3にAで示す位置)に配置されたり、ワーク90から径方向に離れた位置(図3にBで示す位置)に退避させたりすることができる。
揺動支持台24は、軸方向にスライドし得るように、マシニングセンターの台座15に載置されている。これにより、当接部22がワーク90に対して軸方向に進退可能に保持されている。揺動支持台24を軸方向に変位させる手段は、カム等を用いた機械的な変位手段や、ボールねじなどの送り装置が好適に使用される。
台座15には、軸方向に突出した位置決めピン16が設置されており、支持アーム21には、軸方向に貫通する基準穴25が設けられている。基準穴25と位置決めピン16とが軸方向に整列したときに、当接部22が軸mと同軸に配置されるようになっている。
台座15には、軸方向に突出した位置決めピン16が設置されており、支持アーム21には、軸方向に貫通する基準穴25が設けられている。基準穴25と位置決めピン16とが軸方向に整列したときに、当接部22が軸mと同軸に配置されるようになっている。
ワーク90を加工するときには、回転軸23が回転して、基準穴25と位置決めピン16が軸方向に整列する。この状態で、揺動支持台24が軸方向他方側に移動して、基準穴25に位置決めピン16が挿入されるとともに、当接部22がワーク90と軸方向に当接するようになっている。なお、位置決めピン16の先端部には、軸方向一方側に向かうにしたがって直径が小さくなるように面取りが設けられており、基準穴25は、面取りに案内されて、位置決めピン16と容易に嵌合できる。
図4を用いて、当接部22について詳細に説明する。図4は、図1の要部拡大図で、当接部22を含む軸方向断面を示している。当接部22は、円板状の面板30が、調心機構31と、支持軸受32で支持されている。
面板30は、ワーク90と当接するアタッチメント33と、アタッチメント33を保持する面板ベース34とが、ボルト35によって一体に組み合わされた形態である。アタッチメント33は、円板状で、ワーク90と当接する当接面36は、軸mと略直交する向きの平面状に形成されている。また、当接面36の直径寸法は、ワーク90の軸方向一方側の端面(本実施形態では、内輪82の小端面79である)の直径寸法より大きく、ワーク90と全周にわたって当接する。アタッチメント33は、ボルト35を取り外すことにより、加工するワーク90に応じて、適当な大きさのものに容易に交換することができる。
調心機構31は、ピン37と、ピン37を保持するケース38とで構成される。
ピン37は、ねじ部39と頭部40、及びねじ部39と頭部40の間に設けた中間軸部41が互いに同軸に配置され、一体に組み合わされた形態である。中間軸部41は、軸mと直交する向きの断面が、略正方形となっている。ねじ部39は、ピン37の軸方向他方側に配置されており、面板ベース34の中央に形成されたねじ穴に螺合されている。中間軸部41のねじ部39側の端面が面板ベース34と軸方向に当接して、ピン37と面板30とが強固に固定されている。頭部40は、中間軸部41より大径の円板状で、軸方向一方側の端面42は、軸方向一方側に凸となった球面で形成されている。
ケース38は、ピン37の頭部40と軸方向に当接するベース部材43と、ピン37の頭部40を保持する保持部材44とで構成されている。
ベース部材43には、軸方向一方側に延在するねじ軸45が一体に形成されている。保持部材44は、ピン37の中間軸部41が軸方向に貫通する貫通孔46を備えている。貫通孔46は、軸mと直交する向きの断面が、中間軸部41よりわずかに大きい略正方形で、これにより、ピン37はケース38に対して径方向に変位可能であるが、軸kの回りで回転不能となっている。
ベース部材43には、軸方向一方側に延在するねじ軸45が一体に形成されている。保持部材44は、ピン37の中間軸部41が軸方向に貫通する貫通孔46を備えている。貫通孔46は、軸mと直交する向きの断面が、中間軸部41よりわずかに大きい略正方形で、これにより、ピン37はケース38に対して径方向に変位可能であるが、軸kの回りで回転不能となっている。
また、ベース部材43と保持部材44との間で、頭部40が収容される空間の寸法は、ピン37の頭部40の寸法より大きく、ピン37の頭部40は、軸方向及び径方向にわずかなすきまをもって組み込まれている。これにより、ピン37は、ベース部材43と保持部材44との間で、当該すきまの分だけ径方向及び軸方向に自由に動くことができ、また、ケース38に対して任意の方向に傾くことができる。これにより、面板30がワーク90に当接するときに、ワーク90の端面(本実施形態では内輪82の小端面79)の向きと面板30の当接面36の向きが、互いに傾いている場合であっても、当接部22がワーク90の小端面79に倣って任意の方向に自動的に傾くことができる(傾斜可能)ので、小端面79と面板30とが全周にわたって均等に接触することができる。また、ピン37の頭部40の端面が球面であり、ケース38と一点で当接しているので、ピン37が傾いたときであっても、面板30に作用する軸方向の荷重を確実に支持することができる。
なお、頭部40の直径は、貫通孔46より大径であり、ピン37がケース38から脱落するのを防止している。
なお、頭部40の直径は、貫通孔46より大径であり、ピン37がケース38から脱落するのを防止している。
次に、支持軸受32について説明する。
支持軸受32は、一のラジアル軸受47と、ラジアル軸受47の軸方向両側に配置された一対のスラスト軸受48,49とで構成される。ラジアル軸受47の外輪は、支持アーム21に固定されている。ラジアル軸受47の内輪は、ベース部材43に設けられたねじ軸45の外周に挿通されており、ねじ軸45の軸端にナットを螺合することによって、ケース38と一体に固定されている。
ラジアル軸受47はころ軸受であり、円筒形状の内輪は、外輪に対して軸方向に変位することができる。当接部22をワーク90に押し当てて軸方向の荷重が作用したときには、軸方向他方側のスラスト軸受48でその荷重を支持している。なお、軸方向一方側のスラスト軸受49は、内輪が、軸方向他方側に抜け出るのを防止している。また、各スラスト軸受48,49のラジアル軸受47の側の軌道輪は、ラジアル軸受47の外輪と一体となっている。
支持軸受32は、一のラジアル軸受47と、ラジアル軸受47の軸方向両側に配置された一対のスラスト軸受48,49とで構成される。ラジアル軸受47の外輪は、支持アーム21に固定されている。ラジアル軸受47の内輪は、ベース部材43に設けられたねじ軸45の外周に挿通されており、ねじ軸45の軸端にナットを螺合することによって、ケース38と一体に固定されている。
ラジアル軸受47はころ軸受であり、円筒形状の内輪は、外輪に対して軸方向に変位することができる。当接部22をワーク90に押し当てて軸方向の荷重が作用したときには、軸方向他方側のスラスト軸受48でその荷重を支持している。なお、軸方向一方側のスラスト軸受49は、内輪が、軸方向他方側に抜け出るのを防止している。また、各スラスト軸受48,49のラジアル軸受47の側の軌道輪は、ラジアル軸受47の外輪と一体となっている。
こうして、本実施形態の旋削加工装置10では、ワーク90を加工するときに、軸方向に同軸に付勢することができる。これにより、ワーク90をマグネットチャック12に押し付けることができるので、マグネットチャック12だけで保持する場合に比べて格段に大きな力でワーク90を保持することができる。
加工時には、ワーク90と面板30との間にはすべり摩擦が生じるので、面板30はワーク90とともに回転している。また、ケース38は、貫通孔46がピン37の中間軸部41と周方向に相対的に回転不能に嵌め合わされるとともに、支持軸受32で支持されているので、面板30とともに回転する。こうして、面板30は、ワーク90とともに滑らかに回転し、調心機構31によって径方向に変位できるので、ワーク90の回転を阻害しない。これにより、ワーク90を常にマグネットチャック12に確実に保持して、精度良く加工することができる。
また、当接部22は、回転軸23を回転させることにより、ワーク90から径方向に退避させることができる。これにより、当接部22を軸方向に退避させるためのスペースを必要としないので、クランプ装置20の軸方向の寸法をコンパクトにすることができる。このため、マシニングセンターのように、軸方向のスペースが小さい設備であっても、本実施形態の旋削加工装置10を容易に組み込むことができる。
次に、図1、図3を参照しつつ、旋削加工装置10を用いてワーク90を加工する旋削加工方法の手順を説明する。
加工手順は、ワーク準備ステップ、ワーク固定ステップ、外周加工ステップ、内周加工ステップの各工程が、順次行われる。
加工手順は、ワーク準備ステップ、ワーク固定ステップ、外周加工ステップ、内周加工ステップの各工程が、順次行われる。
ワーク準備ステップでは、鍛造等の塑性加工によって環状の内輪加工素材を製造した後、旋盤等を用いて、旋削加工装置10で加工するワーク90が形成される。ワーク90の被加工面は、内輪82の最終の仕上がり形状に比べて寸法が大きくなっており、取り代を有する形状となっている。
その後、ワーク90は、焼入れ焼き戻し等の熱処理が施されて、60HRC程度の硬さに焼入れされる。
その後、ワーク90は、焼入れ焼き戻し等の熱処理が施されて、60HRC程度の硬さに焼入れされる。
ワーク固定ステップでは、ワーク準備ステップで熱処理が施されたワーク90が、鋼製のバッキングプレート14を介してマグネットチャック12のワーク取付面13に固定される(図1参照)。ワーク90は、大端面78がバッキングプレート14と当接する向きで、その軸を軸方向に向けて固定されている。このとき、ワーク90を取付けるときの位置の精度は、その後の工程(外周加工ステップ、内周加工ステップ)で、取り代を加工し得る程度であればよく、必ずしもワーク90の中心線と主軸11の軸mとが完全に一致する必要はない。
次に、外周加工ステップについて説明する。
外周加工ステップでは、クランプ装置20によってワーク90が軸方向に付勢された状態で、ワーク90の外周面が旋削加工されている。外周面とは、内側軌道面85、大つば87の外周面、円すいころの案内面88、小つば86の外周面など、径方向外方から切削する面の全体又はその一部をいう。以下、外周加工ステップで加工される面を「外周面A」として説明する。
外周加工ステップでは、クランプ装置20によってワーク90が軸方向に付勢された状態で、ワーク90の外周面が旋削加工されている。外周面とは、内側軌道面85、大つば87の外周面、円すいころの案内面88、小つば86の外周面など、径方向外方から切削する面の全体又はその一部をいう。以下、外周加工ステップで加工される面を「外周面A」として説明する。
外周加工ステップでは、クランプ装置20の回転軸23が回転して、当接部22が、主軸11と同軸となる位置(図3のAの位置)に移動する。次いで、揺動支持台24が軸方向他方側に移動する。このとき、支持アーム21に設けた基準穴25と位置決めピン16が嵌合して、当接部22の周方向の位置が主軸11と同軸となり、当接部22の面板30が、ワーク90と軸方向に当接する。なお、図1は、面板30とワーク90とが当接する前の状態を示している。
本実施形態では、面板30が調心機構31によって支持されているので、アタッチメント33の当接面36が、ワーク90の小端面79に倣って全面で接触するように自動的に向きを変えることができる。このため、ワーク90の端面を全周にわたって均等な力で押しつけることができる。
なお、面板30は、必ずしもワーク90と全周にわたって接触する必要はない。例えば、当接面36に異物を排出するための放射状の溝が複数形成されることによって、周方向に断続的に接触していてもよい。しかしながら、従来のクランプ爪のように、局所的にクランプした場合にはワーク90が多角形に変形する。このため、接触する周方向の長さは、好ましくは、ワーク90の全周の長さの概ね3分の2以上であればよい。
本実施形態では、面板30が調心機構31によって支持されているので、アタッチメント33の当接面36が、ワーク90の小端面79に倣って全面で接触するように自動的に向きを変えることができる。このため、ワーク90の端面を全周にわたって均等な力で押しつけることができる。
なお、面板30は、必ずしもワーク90と全周にわたって接触する必要はない。例えば、当接面36に異物を排出するための放射状の溝が複数形成されることによって、周方向に断続的に接触していてもよい。しかしながら、従来のクランプ爪のように、局所的にクランプした場合にはワーク90が多角形に変形する。このため、接触する周方向の長さは、好ましくは、ワーク90の全周の長さの概ね3分の2以上であればよい。
こうして、当接部22によって、ワーク90がマグネットチャック12に向けて軸方向に付勢された状態で、外周面Aに切削加工がおこなわれる。このように、ワーク90を軸方向に押し付けるクランプ方法とすることによって、ワーク90とマグネットチャック12との間には大きなすべり摩擦力が生じるので、磁力だけで保持する場合に比べて、ワーク90を更に強固に固定することができる。このため、本実施形態の旋削加工装置10では、ワーク90の外周面Aを、切削抵抗が大きいハードスカイビング工法で加工することが可能になり、外周面Aを、表面粗さの小さい良好な面に形成することができる。また、ハードスカイビング工法では、加工速度を早くすることができ、また、チップの寿命が長くなるので、加工コストを低減することができる。
こうして、ワーク90はの外周面Aは、軸mと同軸の円筒面に加工される。
また、本実施形態のようなワーク90の保持方法では、ワーク90が、当接部22とマグネットチャック12とで軸方向に挟持されているに過ぎず、径方向に力を受けていない。このため、ワーク90は、径方向に歪の無い状態で加工されている。したがって、加工終了後、旋削加工装置10から取り外されたときにおいても、外周面Aの真円度を小さくすることができる。
また、本実施形態のようなワーク90の保持方法では、ワーク90が、当接部22とマグネットチャック12とで軸方向に挟持されているに過ぎず、径方向に力を受けていない。このため、ワーク90は、径方向に歪の無い状態で加工されている。したがって、加工終了後、旋削加工装置10から取り外されたときにおいても、外周面Aの真円度を小さくすることができる。
次に、内周加工ステップについて説明する。
内周加工ステップでは、当接部22をワーク90から退避させ、図3のBで示す位置に配置した状態で、内周面を切削加工によって加工している。内周面とは、内輪82の内周面72、その他の径方向内方から切削する面の全体又はその一部をいう。以下、内周加工ステップで加工される面を「内周面B」として説明する。
当接部22を退避させるときには、まず揺動支持台24を軸方向一方側に移動させ、面板30がワーク90から軸方向に後退した状態にし、その後、回転軸23を回転させることによって、当接部22がワーク90から径方向に退避した位置に移動する。
内周加工ステップでは、当接部22をワーク90から退避させ、図3のBで示す位置に配置した状態で、内周面を切削加工によって加工している。内周面とは、内輪82の内周面72、その他の径方向内方から切削する面の全体又はその一部をいう。以下、内周加工ステップで加工される面を「内周面B」として説明する。
当接部22を退避させるときには、まず揺動支持台24を軸方向一方側に移動させ、面板30がワーク90から軸方向に後退した状態にし、その後、回転軸23を回転させることによって、当接部22がワーク90から径方向に退避した位置に移動する。
ワーク90は、マグネットチャック12の磁力によって主軸11に固定されており、主軸11とともに回転する。内周加工ステップでは、当接部22がワーク90から退避しており、ワーク90の内周が、軸方向一方側に向けて開口しているので、チップなどの刃具を挿入して、ワーク90の内周面Bを容易に加工することができる。なお、内周面Bを加工するときには、切削抵抗が大きくないので、マグネットチャック12によって固定することができる。
こうして、内周加工ステップでは、内周面Bは、軸mと同軸の円筒面に加工される。
このとき、ワーク90は、外周加工ステップでマグネットチャック12に固定されたままの状態であって、外周加工ステップを終了した後においても、旋削加工装置10から取り外されていない。したがって、内周加工ステップで内周面Bを加工するときには、ワーク90の外周面Aは、軸mと同軸に取り付けられているので、この状態で内周面Bを加工することによって、ワーク90の内周面Bは、外周面Aと完全に同軸に加工することができる。
このとき、ワーク90は、外周加工ステップでマグネットチャック12に固定されたままの状態であって、外周加工ステップを終了した後においても、旋削加工装置10から取り外されていない。したがって、内周加工ステップで内周面Bを加工するときには、ワーク90の外周面Aは、軸mと同軸に取り付けられているので、この状態で内周面Bを加工することによって、ワーク90の内周面Bは、外周面Aと完全に同軸に加工することができる。
また、内周加工ステップでは、ワーク90は、マグネットチャック12によって軸方向に吸着されているだけであり、径方向に力を受けていない。したがって、ワーク90は、径方向に歪の無い状態で加工されており、加工終了時には、ワーク90が弾性変形することがなく、真円に加工された形状のままで旋削加工装置10から取り外される。
こうして、本実施形態では、ワーク90の内周面Bと外周面Aとを完全に同軸に加工することができるとともに、外周面Aと内周面Bの真円度を小さくすることができる。更に、磁力やエアで吸着する方法に比べてワーク90を強固にクランプできるので、外周面Aを加工するときにハードスカイビング工法を使用できる。これにより、ワーク90の仕上げ面の精度を更に向上することができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、ここに説明した事項は例示であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更することができる。
例えば、本実施形態では、マシニングセンターの旋削ユニットとして使用した場合について説明したが、一般的な旋盤による加工に使用してもよい。
また、本実施形態では、内輪82を加工する場合について説明したが、同様にして、外輪81やその他の環状のワーク90について、内外周を同軸に精度良く加工することができる。
例えば、本実施形態では、マシニングセンターの旋削ユニットとして使用した場合について説明したが、一般的な旋盤による加工に使用してもよい。
また、本実施形態では、内輪82を加工する場合について説明したが、同様にして、外輪81やその他の環状のワーク90について、内外周を同軸に精度良く加工することができる。
(本実施形態)10:旋削加工装置、11:主軸、12:マグネットチャック(第1保持部)、13:ワーク取付面、14:バッキングプレート、15:台座、16:位置決めピン、20:クランプ装置、21:支持アーム、22:当接部、23:回転軸、24:揺動支持台(第2保持部)、25:基準穴、30:面板、31:調心機構、32:支持軸受、33:アタッチメント、34:面板ベース、36:当接面、37:ピン、47:ラジアル軸受、48,49:スラスト軸受、
(円すいころ軸受)71:外周面(外輪)、72:内周面(内輪)、80:円すいころ軸受、81:外輪、82:内輪、84:外側軌道面、85:内側軌道面、
(従来技術)90:ワーク、91:クランパー、94:コレットチャック
(円すいころ軸受)71:外周面(外輪)、72:内周面(内輪)、80:円すいころ軸受、81:外輪、82:内輪、84:外側軌道面、85:内側軌道面、
(従来技術)90:ワーク、91:クランパー、94:コレットチャック
Claims (5)
- 切削加工により環状のワークを加工する旋削加工装置であって、
軸を中心として回転する主軸と、
前記軸の方向を軸方向として、
前記主軸の軸方向一方側の端部に設置され、前記ワークを前記主軸と略同軸に保持する第1保持部と、
前記ワークの軸方向一方側に配置されて前記ワークと軸方向に当接する当接部と、
前記当接部を前記ワークに向けて軸方向に進退可能に保持する第2保持部と、を備えており、
前記当接部は、前記ワークの外周面を加工するときに、前記ワークと当接して前記ワークを軸方向他方側に向けて付勢し、前記ワークの内周面を加工するときに、前記第1保持部が前記ワークを保持した状態のままで前記ワークから退避することを特徴とする旋削加工装置。 - 前記当接部は、前記ワークと軸方向に当接する面板を有しており、前記面板は、前記ワークとともに回転自在で、かつ、前記ワークに倣って任意の方向に傾斜可能であることを特徴とする、請求項1に記載する旋削加工装置。
- 前記面板は、前記主軸から径方向に離れた位置で前記主軸と平行に設けられた回転軸の周りで旋回しうるように支持されており、前記ワークから径方向に退避することを特徴とする請求項2の旋削加工装置。
- 前記ワークの外周を、ハードスカイビング工法で加工することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載する旋削加工装置。
- 切削により環状のワークを加工する旋削加工方法であって、
軸を中心として回転する主軸と、
前記軸の方向を軸方向として、前記主軸の軸方向一方側の端部に設置され、前記ワークを、前記主軸と略同軸に保持する第1保持部と、
前記ワークの軸方向一方側に配置されて前記ワークと軸方向に当接する当接部と、
前記当接部を前記ワークに向けて軸方向に進退可能に保持する第2保持部と、を備えた旋削加工装置を使用し、
前記第1保持部に前記ワークを固定するワーク固定ステップと、
前記当接部が前記ワークと当接して、前記ワークを軸方向他方側に向けて付勢した状態で、前記ワークの外周を加工する外周加工ステップと、
前記第1保持部が前記ワークを保持した状態のままで、前記当接部を前記ワークから退避させ、前記ワークの内周を加工する内周加工ステップと、
を備えたことを特徴とする旋削加工方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018209287A JP2020075312A (ja) | 2018-11-06 | 2018-11-06 | 旋削加工装置及び旋削加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2018209287A JP2020075312A (ja) | 2018-11-06 | 2018-11-06 | 旋削加工装置及び旋削加工方法 |
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JP2020075312A true JP2020075312A (ja) | 2020-05-21 |
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ID=70724789
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JP (1) | JP2020075312A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114233854A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-03-25 | 南通市电站阀门有限公司 | 一种阀门用金属自密封圈、加工工装及加工方法 |
-
2018
- 2018-11-06 JP JP2018209287A patent/JP2020075312A/ja active Pending
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