JP4609789B2 - 内面ブローチ加工方法 - Google Patents

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Description

本発明は、内面ブローチ工具の前つかみ部及び後つかみ部を把持してブローチ加工を行う内面ブローチ加工方法に関する。
従来、内面ブローチ工具を使って内面ブローチ加工をする場合、特許文献1の従来技術に記載されているように、図11のような前つかみ部把持装置52が用いられていた。この前つかみ部把持装置52は、本体53にシャンク挿入穴54が設けられ、この本体53の軸線上に放射状に4個の爪55がシャンク挿入穴54内に突出可能にされた構造とされている。クランプされる前つかみ部56は長手方向一端にくびれ部57を有する構造とされている。この前つかみ部56を挿入穴54に挿入し、スリーブ58を本体53の先端側(図でみて上方向)にスライドさせることにより、爪55がくびれ部57を4方向から押すこととなる。これにより、前つかみ部56は挿入穴54内に爪55を介して本体53にクランプされる。59はスリーブ58を本体53の後端側(図でみて下方向)に戻すスプリングである。また、前つかみ部56のブローチ回転方向の規制方法として、図12に示すように、前つかみ部56に片平とり40を設け、本体53に前つかみ部56を挿入した後で、ピン67を本体53のピン穴68に挿入したものが開示されている。
また、特許文献2には、前つかみ部の把持装置として、前つかみ部に設けられた第1のくびれ部及び第2のくびれ部を、前つかみ部把持装置の本体に設けられた下爪及び上爪に各々クランプし、ブローチ工具のブローチ軸方向及びブローチ回転方向を規制した前つかみ部把持装置が開示されている。
また、出願人が先に出願した特願2003−49583号においては、ブローチ工具の前つかみ部及び後つかみ部にテーパ部を設け、このテーパ部と補合するテーパ面を有するプルヘッドを押し当ててクランプすることにより、ブローチ工具のブローチ軸方向及びブローチ軸直角方向を規制したブローチ工具把持装置がある。
特開平6−126526号公報 特開2003−165018号公報
しかしながら、特許文献1のような前つかみ部把持装置52を用いた場合、図11に示すように、爪55が前つかみ部56のくびれ部57に当接しても、くびれ部57と爪55との間にブローチ軸方向の隙間があり、ブローチ加工中に前つかみ部56は本体53との間でブローチ軸方向に動いたり振動したりして、ワークの加工精度やブローチ工具の寿命に悪い影響を与えていた。さらにブローチ回転方向の規制についても、図12に示すように、ピン67を挿入するための隙間69が必要になるため、この隙間によりブローチ加工中、前つかみ部56と本体53との間でブローチ回転方向に動いたり振動したりしてワークの加工精度やブローチ工具の寿命に悪い影響を与えていた。
また、特許文献2に記載の前つかみ部把持装置は、ブローチ工具のブローチ軸方向及び回転方向の振動を抑えることについて着目されており、クランプされるのはブローチ工具の前つかみ部側のみとされている。このため、特にワークの硬度が45HRC(ロックウエル硬さCスケール:以下同じ)を越える高硬度材のブローチ加工においては、ブローチ工具にかかるラジアル荷重も大きくなるため、ブローチ工具のブローチ軸直角方向に対しても固定してクランプすることができる前つかみ部把持装置が期待されている。
また、特願2003−49583号のブローチ工具把持装置は、ブローチ工具の前つかみ部及び後つかみ部の両方をクランプする構成とされているが、プルヘッドに設けたテーパ部への押し付け力は、ブローチ加工時にブローチ工具が軸方向に伸びてもテーパ部にすきまを生じさせないよう、クランプ力を切削荷重よりもさらに大きくする必要がある。このため切削力が大きい場合においては、油圧シリンダ等を用いた大パワーのクランプ装置が必要となり、プルヘッドが大型化するケースもある。このため、ブローチ加工時の切削力に左右されないブローチ工具把持装置が期待されている。
本発明はかかる従来技術の課題を解決するためになされたものであり、ブローチ工具のブローチ軸方向、軸直角方向を固定してクランプでき、ブローチ軸方向、軸直角方向及び回転方向の振動を抑制できるとともに、特に切削力の大きいブローチ加工においても把持装置が大型化しないブローチ加工方法を提供することにある。
このため本発明においては、前つかみ部と、くびれ部に隣接し前記前つかみ部とは反対方向に拡径するテーパ部と、前記くびれ部の前記前つかみ側に位置する肩部とを有する後ろつかみ部と、を備えた内面ブローチ工具と、前記前つかみ部に当接可能とされた2以上の爪を有し、クランプ時には前記前つかみ部が前記下部把持装置の爪に押し付けられることにより前記前つかみ部のブローチ軸直角方向を固定してクランプする下部把持装置と、前記後つかみ部の前記テーパ部に当接可能とされた2以上の上部把持装置の爪と、上部把持装置本体下部に前記ブローチ工具の肩面が圧接可能な荷重受け面とを有し、クランプ時には前記ブローチ工具のテーパ部が前記上部把持装置の爪に押し付けられるとともに前記荷重受け面が前記肩面に圧接され、前記後つかみ部のブローチ軸方向及びブローチ軸直角方向を固定してクランプする上部把持装置と、を備え、前記ブローチ工具の前記後案内部を前記上部把持装置でクランプし、下部把持装置をアンクランプし、硬度が45〜65HRC(ロックウエル硬さCスケール)の高硬度材で中空円筒状とされた未加工ワークを取付後、前記未加工ワークを上昇させ、前記前つかみ部を挿通させ、前記下部把持装置を上昇し、前記前つかみ部を前記下部把持装置でクランプし、前記上部把持装置で前記後つかみ部のブローチ軸方向及びブローチ軸直角方向を固定し、同時に前記下部把持装置で前記前つかみ部のブローチ軸直角方向のみを固定し、前記後つかみ部及び前記前つかみ部を同時に固定したまま、前記内面ブローチ工具に圧縮荷重がかかるようにして前記未加工ワークをブローチ加工し、前記ブローチ加工後に、前記上部把持装置をアンクランプし、前記下部把持装置を下方に移動させて前記加工されたワークを取り出すようにしたことを特徴とする内面ブローチ加工方法とした。即ち、前つかみ部及び後つかみ部を有する内面ブローチ工具をクランプするにあたり、ブローチ盤に設けられた下部把持装置により内面ブローチ工具の前つかみ部のブローチ軸直角方向のみを把持固定し、同時に上部把持装置によりブローチ工具の後つかみ部のブローチ軸方向及び軸直角方向を把持固定する。この上部把持装置のブローチ軸方向のクランプは、後つかみ部に設けられた肩面を上部把持装置の荷重受け面に押し当てることにより規制する。これにより、ブローチ加工時においても、内面ブローチ工具のブローチ軸方向及び軸直角方向が固定されるため振動したり動いたりすることはない。また、下部把持装置及び上部把持装置の内面ブローチ工具をクランプする摩擦力により、ブローチ工具のブローチ回転方向の振動を抑制するので、ブローチ加工時に内面ブローチ工具がブローチ回転方向に動いたり振動することはない。
また、前つかみ部下部把持装置に設けられた爪を押し付けることにより、ブローチ加工時に起こる振動などに対し、内面ブローチ工具の前つかみ部のブローチ軸直角方向が振動したり動かないように規制する。
また、上部把持装置に設けられた爪を内面ブローチ工具の後つかみ部のテーパ部に押し付けることにより、内面ブローチ工具の後つかみ部はブローチ盤の上部把持装置側に引張られるよう作用する。さらに、後つかみ部の肩面を上部把持装置の荷重受け面に押し当てることにより、ブローチ加工時に起こる振動などに対し、内面ブローチ工具がブローチ工具の後つかみ部のブローチ軸方向及び軸直角方向に振動したり動かないように規制する。
さらに、内面ブローチ工具に圧縮荷重がかかるようにして、中空円筒状とされたワークの硬度が45〜65HRCの高硬度材を加工する内面ブローチ加工方法としたので上述した課題を解決することができた。
以上のように本発明によれば、前つかみ部と、くびれ部に隣接し前記前つかみ部とは反対方向に拡径するテーパ部と、前記くびれ部の前記前つかみ側に位置する肩部とを有する後ろつかみ部と、を備えた内面ブローチ工具と、前記前つかみ部に当接可能とされた2以上の爪を有し、クランプ時には前記前つかみ部が前記下部把持装置の爪に押し付けられることにより前記前つかみ部のブローチ軸直角方向を固定してクランプする下部把持装置と、前記後つかみ部の前記テーパ部に当接可能とされた2以上の上部把持装置の爪と、上部把持装置本体下部に前記ブローチ工具の肩面が圧接可能な荷重受け面とを有し、クランプ時には前記ブローチ工具のテーパ部が前記上部把持装置の爪に押し付けられるとともに前記荷重受け面が前記肩面に圧接され、前記後つかみ部のブローチ軸方向及びブローチ軸直角方向を固定してクランプする上部把持装置と、を備え、前記ブローチ工具の前記後案内部を前記上部把持装置でクランプし、下部把持装置をアンクランプし、硬度が45〜65HRC(ロックウエル硬さCスケール)の高硬度材で中空円筒状とされた未加工ワークを取付後、前記未加工ワークを上昇させ、前記前つかみ部を挿通させ、前記下部把持装置を上昇し、前記前つかみ部を前記下部把持装置でクランプし、前記上部把持装置で前記後つかみ部のブローチ軸方向及びブローチ軸直角方向を固定し、同時に前記下部把持装置で前記前つかみ部のブローチ軸直角方向のみを固定し、前記後つかみ部及び前記前つかみ部を同時に固定したまま、前記内面ブローチ工具に圧縮荷重がかかるようにして前記未加工ワークをブローチ加工し、前記ブローチ加工後に、前記上部把持装置をアンクランプし、前記下部把持装置を下方に移動させて前記加工されたワークを取り出すようにしたことを特徴とする内面ブローチ加工方法としたので、ブローチ加工時にブローチ工具がブローチ軸方向及び軸直角方向及び回転方向に振動したり動いたりしないため、ワークを高精度に加工でき、使用する内面ブローチ工具も長寿命とすることができた。さらに、切削力の大きいブローチ加工の場合でも把持装置が大型化しないブローチ盤を提供することができた。
また、中空円筒状とされたワークの硬度が45〜65HRCの高硬度材の内面ブローチ加工方法であって、ブローチ工具に圧縮荷重がかかるようにしてワークを加工する内面ブローチ加工方法としたので、硬度が45〜65HRCの高硬度材のブローチ加工時においても、ブローチ工具がブローチ軸方向及び軸直角方向及び回転方向に振動したり動いたりしないためワークを高精度に加工でき、さらに使用する内面ブローチ工具も長寿命とすることができた。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。図1は本発明の実施の形態を示す上部把持装置の立面半断面図、図2は本発明の実施の形態を示す下部把持装置の立面半断面図、図3は図1のA−A線矢視断面図(クランプ状態)、図4は図1のB−B線矢視断面図、図5は図2のC−C線矢視断面図、図6は図2のD−D線矢視断面図(クランプ状態)、図7(a)は本発明の実施の形態で使用するブローチ工具の正面図、(b)は(a)の左側面図、図8はワーク移動式のブローチ盤に本発明の上下把持装置を用いた状態を示す部分断面図である。
上部把持装置64の詳細構成について、図1を参照して説明する。なお、図1に示すように、本発明に用いられる上部把持装置64の爪25は、右半断面図では開き状態(アンクランプ状態)、左半断面図では閉じ状態(クランプ状態)を示している。この上部把持装置64は、後つかみ部6の長手方向に設けられたくびれ部7と、このくびれ部7に隣接したテーパ部8と、くびれ部7の図示しない前つかみ部側に位置する肩面9を有する後つかみ部6をクランプする。この上部把持装置64は、上部把持装置本体1の半径方向穴4に移動可能に嵌合され、内方端部5が後つかみ部6のテーパ部8に当接可能な爪25と、後つかみ部の肩面9に当接される荷重受け面10を有する。スリーブ2の内面にはテーパ部12を有する逃げ溝11が設けられている。また、図4に示すように、後つかみ部6のブローチ回転方向の規制については、ブローチに設けられた切り欠き35と、上部把持装置本体1に設けたピン24により規制される。また、図3に示すように、2本の爪25は荷重バランスがとれるように対向に配置されているが、爪本数は2本にこだわる必要はなく、切削荷重によっては3本以上であっても良い。
後つかみ部6のクランプについては、図1左半分に示すように、スリーブ2を図示しないエアシリンダにより下部把持装置側(下方向)へ押し下げることにより行われる。これにより、爪25は外方端部72がスリーブ2の逃げ溝11に設けられたテーパ部12に当接され、エアシリンダの押し下げ力によりテーパ部12を介して、後つかみ部6のテーパ部8は上部把持装置側(上方向)に押し上げられることになる。そして、後つかみ部の肩面9が上部把持装置の荷重受け面10に押し当てられることにより、後つかみ部6のブローチ軸方向及び軸直角方向が固定してクランプされることになる。このとき、爪25のクランプ力は、ブローチ加工時の切削力より小さいものであっても、上部把持装置64により後つかみ部6は固定してクランプされるが、ブローチ加工時に発生するブローチ軸方向及び軸直角方向の振動を抑える程度の力は最低限必要である。本実施例では、爪25の後つかみ部6のブローチ軸直角方向のクランプ力をブローチ加工時の切削荷重の1/10程度とした。このクランプ力については、ブローチ加工対象によってはさらに強いほうが良い場合や弱くても良い場合があるが、切削荷重よりも大きくする必要はない。なお、本実施例ではクランプをエアシリンダの力で行うようにしているが、ばねなどの他の手段を用いても良いことはいうまでもない。また、ブローチのアンクランプは、図1右半分に示すように、スリーブ2を、図示しないエアシリンダにより上部把持装置側(上方向)に移動させ、爪25をスリーブ2の逃げ溝11に嵌まり込む状態にすることにより行われる。
次に、下部把持装置63の詳細構成について、図2を参照して説明する。なお、図2に示すように、本発明に用いられる下部把持装置63の爪33は、右半断面図では開き状態(アンクランプ状態)、左半断面図では閉じ状態(クランプ状態)を示している。この下部把持装置63は、円筒部20を設けた前つかみ部19をクランプする。下部把持装置63は、下部把持装置本体16と、下部把持装置本体16の外周38に嵌合し、上下移動可能に設置されたスリーブ17と、2本の爪33を有し、スリーブ17の内面には、テーパ部23を有する逃げ溝22が設けられている。爪33は、下部把持装置本体16の半径方向穴18に移動可能に嵌合され、内方端部13が前つかみ部19の円筒部20と当接可能とされている。このとき、前つかみ部19の回転方向の規制については、図5に示すように、前つかみ部に設けた切り欠き27と、下部把持装置本体16に設けたピン39により規制される。また、図6に示すように、前つかみ部19の円筒部20をクランプするにあたり、2本の爪33は荷重バランスがとれるように対向に配置されている。なお、爪本数は2本にこだわる必要はなく、切削荷重によっては3本以上としても良い。
また、前つかみ部19のクランプについては、図2左半分(クランプ状態)に示すように、スリーブ17を、ばね32により上部把持装置側(上方向)へ押し上げることにより行われる。これにより、爪33は外方端部31がスリーブ17の逃げ溝22に設けられたテーパ部23に当接されているので、ばね32の押し上げ力によりテーパ部23を介して、くびれ部20を内側に加圧し、前つかみ部19をクランプする。このときのクランプ力は、前つかみ部19のブローチ軸直角方向のみの振動を抑えるに足る強さとし、本実施例では切削荷重の1/10程度としたが、加工対象によってはさらに強いほうが良い場合や弱くても良い場合がある。また、下部把持装置アンクランプは、図2右半分(アンクランプ状態)に示すように、スリーブ17を下部把持装置側(下方向)に移動させ、爪33をスリーブ17の逃げ溝23に嵌まり込む状態とすることにより行われる。なお、本実施例ではクランプをばね32により行うようにしたが、エアシリンダなど他の手段を用いても良い。なお、本実施例では前つかみ部19にくびれ部20を設けたものを使用したが、本発明は爪33により前つかみ部を内側に加圧し、ブローチ軸直角方向を固定してクランプできればよいため、本発明はくびれ部を設けることについて限定されるものではない。
次に、上述した本発明の上部把持装置64及び下部把持装置63を用いたブローチ盤にて、高硬度材の内面ブローチ加工を行った例を図8に示す。加工されるワーク82はスプライン穴歯面に取り代を残してブローチ前加工した後、表面硬度60HRCに浸炭焼入れした浸炭鋼とする。このワークを加工するブローチ工具は、図7に示すように、棒状の本体13に前つかみ部19と、後つかみ部6と、前部案内51と、後部案内34と、寸法順に配置された超硬合金の切れ刃50が設けられた内面ブローチ工具60とする。
図8に示すように、内面ブローチ工具60の前つかみ部19は下部把持装置63の爪33により、スリーブ17を介してばね32により円筒部20を固定してクランプされている。また、後つかみ部6は上部把持装置64の爪25により、スリーブ2のテーパ部12を介して、エアシリンダ71によりクランプされている。上部把持装置本体1は、十分剛性のある上部ブラケット65を介して、図示しない機械コラムに固定されている。また、下部把持装置63は、図示しない剛性のあるレールガイドに案内され、下部把持装置本体16の下部に上下動作可能に設置された移動テーブル79に固定されている。この下部把持装置63及び上部把持装置64により内面ブローチ工具60の前つかみ部19及び後つかみ部6を固定してクランプした状態では、内面ブローチ工具60のブローチ軸方向、ブローチ軸直角及びブローチ回転方向のガタはなくなり、適正な把握力でしっかりと固定されることになる。ブローチ加工前のワーク82は、ワーク移動テーブル80に固定されたワーク置き台81上に載置され、ワークの前加工溝に内面ブローチ工具60の前部案内51が挿通されている。ブローチ加工はこの状態からワーク移動テーブル80を図示しない駆動装置で後部案内34の位置までワーク82を移動することにより行われ、ブローチの最終切れ刃62の加工後減速し、二点鎖線83で示した位置にて停止する。この間、内面ブローチ工具60は上部把持装置63及び下部把持装置64により強固にクランプされているので、ブローチ加工による内面ブローチ工具60の振動は非常に小さなものとなる。
ブローチ加工後のワーク82の取り出しは、上部把持装置64をアンクランプして、内面ブローチ工具60をクランプしている下部把持装置63を下方に移動して行う。さらに、次の未加工ワークの取り付けは、下部把持装置63を上昇して内面ブローチ工具60を上部把持装置64でクランプするとともに下部把持装置をアンクランプし、内面ブローチ工具60を下部把持装置から上部把持装置に掴み替え、下部把持装置63、ワーク移動テーブル80を下方に移動して行う。未加工ワーク取り付け後、ワーク移動テーブル80を上方に移動し、ワークを内面ブローチ工具に挿通した後、下部把持装置を上昇しワークを内面ブローチ工具60の前部案内51に挿通し、ブローチ後つかみ部を上部把持装置64によりクランプして再び図8の状態となり、ブローチ加工を繰り返すことができる。
本実施例では、上部把持装置として図1に示す上部把持装置64を用いたが、後つかみ部6のブローチ軸方向及び軸直角方向を強固にクランプできるものであれば良く、他のクランプ形態も考えられる。以下にその別例を示す。図9に本発明の上部把持装置の別例を示す部分断面図、図10に図9のE−E線矢視断面図(クランプ状態)を示す。上部把持装置99は、図9の左半分に示すように、上部把持装置本体90に設けた爪92を、後つかみ部6のくびれ部7のテーパ部8にばね93により押し付け、後つかみ部6の肩面9を上部把持装置本体90の荷重受け面96に押し付け、ブローチ軸方向及び軸直角方向をクランプする。また、スリーブ91は、図10に示すように、内周面に逃げ溝43,44が設けられており、レバー45を矢印46の方向に図示しないシリンダにより回転させることにより、逃げ溝が点線で示した47,48の位置となり、爪92が逃げ溝に嵌まり込み、後つかみ部6がアンクランプされる。
なお、本実施の形態では、ワーク移動式のブローチ盤によるブローチ加工例を示したが、ワーク移動テーブルを固定して、前述した上部把持装置及び下部把持装置によりブローチをクランプし、上部把持装置及び下部把持装置をNC装置により下部把持装置側(下方向)へ同期移動して加工するようにしても同様の効果が得られることはいうまでもない。
かかる本発明の実施の形態で述べた図8に示すブローチ盤にて、ワークの加工を行った。結果、内面ブローチ工具に発生する振動は非常に小さいものとなり、切れ刃の欠けが発生せず長寿命となった。また、内面ブローチ工具を完全に固定、静止して加工が行われるので、加工中もブローチの姿勢は変化することはない状態に保たれ、ワークの加工精度が良好なものとなった。
本発明の実施の形態を示す上部把持装置の立面半断面図である。 本発明の実施の形態を示す下部把持装置の立面半断面図である。 図1のA−A線矢視断面図(クランプ状態)である。 図1のB−B線矢視断面図である。 図2のC−C線矢視断面図である。 図2のD−D線矢視断面図(クランプ状態)である。 (a)は本発明の実施の形態で使用するブローチ工具の正面図、(b)は(a)の左側面図である。 ワーク移動式のブローチ盤に本発明の上下把持装置を用いた状態を示す部分断面図である。 本発明の実施の形態の別例を示す上部把持装置の部分断面図である。 図9のE−E線矢視断面図である。 従来例の前つかみ部把持装置を示す部分断面図である。 図11のF−F線矢視断面図である。
符号の説明
1 上部把持装置本体
6 後つかみ部
7 くびれ部
8 テーパ部
9 肩面
10 荷重受け面
15 ブローチ盤
19 前つかみ部
25、33 爪
60 内面ブローチ工具
63 下部把持装置
64 上部把持装置
82 ワーク

Claims (1)

  1. 前つかみ部と、くびれ部に隣接し前記前つかみ部とは反対方向に拡径するテーパ部と、前記くびれ部の前記前つかみ側に位置する肩部とを有する後ろつかみ部と、を備えた内面ブローチ工具と、
    前記前つかみ部に当接可能とされた2以上の爪を有し、クランプ時には前記前つかみ部が前記下部把持装置の爪に押し付けられることにより前記前つかみ部のブローチ軸直角方向を固定してクランプする下部把持装置と、
    前記後つかみ部の前記テーパ部に当接可能とされた2以上の上部把持装置の爪と、上部把持装置本体下部に前記ブローチ工具の肩面が圧接可能な荷重受け面とを有し、クランプ時には前記ブローチ工具のテーパ部が前記上部把持装置の爪に押し付けられるとともに前記荷重受け面が前記肩面に圧接され、前記後つかみ部のブローチ軸方向及びブローチ軸直角方向を固定してクランプする上部把持装置と、を備え、
    前記ブローチ工具の前記後案内部を前記上部把持装置でクランプし、下部把持装置をアンクランプし、硬度が45〜65HRC(ロックウエル硬さCスケール)の高硬度材で中空円筒状とされた未加工ワークを取付後、前記未加工ワークを上昇させ、前記前つかみ部を挿通させ、前記下部把持装置を上昇し、前記前つかみ部を前記下部把持装置でクランプし、
    前記上部把持装置で前記後つかみ部のブローチ軸方向及びブローチ軸直角方向を固定し、同時に前記下部把持装置で前記前つかみ部のブローチ軸直角方向のみを固定し、前記後つかみ部及び前記前つかみ部を同時に固定したまま、前記内面ブローチ工具に圧縮荷重がかかるようにして前記未加工ワークをブローチ加工し、
    前記ブローチ加工後に、前記上部把持装置をアンクランプし、前記下部把持装置を下方に移動させて前記加工されたワークを取り出すようにしたことを特徴とする内面ブローチ加工方法。
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