JP5113883B2 - クランクシャフト加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、クランクシャフト加工装置、特に、クランクシャフトのジャーナルを加工するためのクランクシャフト加工装置に関する。

エンジンなどに用いられるクランクシャフトを切削加工する加工装置として、クランクシャフトミラーが用いられている。このクランクシャフトミラーは、ベッド上に設置されてワークの両端部を支持する１対のワークヘッドと、両ワークヘッド間に配置されワークを加工するカッタユニットと、を備えている。

カッタユニットは、ベッドの長手方向（Ｚ軸方向）に移動自在なサドルを備えるとともに、このサドル上にＺ軸と直交するＹ軸方向（奥行方向）へ移動自在なスライドを備えている。そして、このスライドには、一端部が揺動軸に揺動自在に支持されるとともに、他端部がそのスライド上に設けられた揺動機構により上下方向（Ｘ軸方向）に揺動されるスイングヘッドが装着されている。

スイングヘッド内にはモータにより回転されるカッタドラムが設けられ、カッタドラムにはカッタアダプタを介してカッタが装着されている。このカッタは、リング状のカッタ本体と、カッタ本体の内周部に円周方向に間隔をあけて配置された複数のカッタチップとより構成されている。カッタチップは、ワークのジャーナル外周面や、ワークのジャーナル両端部の溝等を切削加工するものである。

このような装置において、カッタドラムを回転するための駆動機構が、特許文献１（特に図５）に示されている。この駆動機構では、スイングヘッドの揺動軸内部に駆動軸が回転自在に支持され、駆動軸の一端に第１ギアが固定されるとともに、他端に第２ギアが固定されている。第１ギアはカッタ駆動用モータの出力軸に固定されたドライブギアに噛み合っている。また、カッタドラムと駆動軸との間にはアイドル軸が設けられ、このアイドル軸には第２ギアに噛み合うアイドルギアが回転自在に支持されている。アイドルギアはカッタドラムの外周に設けられたドリブンギアに噛み合っている。

以上のような駆動機構では、カッタ駆動用モータの出力軸からの回転駆動力は、ドライブギア、第１ギア、駆動軸、第２ギア、アイドルギア及びドリブンギアを介してカッタドラムに伝達され、カッタ駆動用モータによりカッタドラムが回転駆動されるようになっている。

特開２００８−４９４０７号公報（図５）

特許文献１に示されるカッタドラムの駆動機構は、スイングヘッドの揺動軸の内部に、揺動軸と同心で駆動軸が配置されている。このような従来の駆動機構では、構成が複雑で、かつ高価になる。すなわち、揺動軸とカッタドラムの駆動軸とは相対回転可能に支持される必要があり、各軸を支持するための構成が複雑になる。また、揺動軸の内部に駆動軸を配置した場合は、カッタ駆動用モータをカッタドラムに近づけることができないために、比較的長い駆動軸が必要になる。さらに、カッタ駆動用モータと他の構造物との干渉を避けるために、モータを駆動軸からさらにオフセットする必要があり、そのためのギア列が必要になる。

また、従来の装置では、前述のように、スイングヘッドの揺動軸の内部に駆動軸が配置されているので、カッタ駆動用モータを揺動軸の中心から遠く離して配置することが困難である。一方で、スライドには、内部をワークヘッドが貫通する開口部が設けられているので、この開口部から切粉が飛散するのを防止するために、切粉飛散防止用のカバーが必要になる。

以上のような状況においては、スライドがY軸方向に移動するとともに、スイングヘッドがＸ軸方向に揺動するので、カッタ駆動用モータが切粉飛散防止用カバーに干渉するおそれがある。

そこで、従来の装置では、切粉飛散防止用のカバーを巻取り式にして、スライド及びスイングヘッドの移動に伴ってカバーを巻き取ったり、あるいは巻き出したりするようにしている。このようなカバーによってカッタ駆動用モータとの干渉を避けることができるが、カバーが高価になるという問題がある。

本発明の課題は、カッタドラムの駆動機構を簡素化し、コストを抑えることにある。

本発明の別の課題は、切粉飛散防止用のカバーを固定式にした場合でも、カバーとカッタ駆動用モータとが干渉しないようにすることにある。

第１発明に係るクランクシャフト加工装置は、クランクシャフトのジャーナルを加工するための装置であって、ベッドと、１対のワークヘッドと、スイングヘッドと、カッタドラム駆動機構と、を備えている。１対のワークヘッドは、ベッド上に主軸である第1軸に沿って対向して配置され、クランクシャフトを支持する。スイングヘッドは、1対のワークヘッド間に配置され、内部を貫通するクランクシャフトを加工するカッタドラムを有し、第1軸と平行な揺動軸を中心として揺動可能で、かつ第1軸と直交する第２軸に沿って移動可能である。カッタドラム駆動機構は、スイングヘッドに設けられ、スイングヘッドの揺動軸からオフセットして配置された駆動軸と、駆動軸を回転させるカッタ駆動用モータと、を有し、カッタドラムを駆動する。

この装置では、１対のワークヘッドによってクランクシャフトが支持される。このクランクシャフトは、スイングヘッドのカッタドラム内部を貫通している。スイングヘッドは、揺動可能で、かつクランクシャフトの軸と直交する方向に移動可能である。クランクシャフトは、スイングヘッド、すなわちカッタドラムの揺動及び移動によって加工される。このとき、カッタドラムは、スイングヘッドの揺動軸からオフセットされた駆動軸と、駆動軸を回転させるモータによって駆動される。

ここでは、従来装置において、揺動軸の内部に配置されていた駆動軸が、揺動軸とは別の位置にオフセットされている。このため、揺動軸及び駆動軸を支持するための構成が簡素化される。また、駆動軸を揺動軸から離すことができるので、駆動軸を回転させるモータを、揺動軸近傍の他の構造物から離してそれらとの干渉を避けることができる。このため、カッタ駆動用モータを第1軸方向においてカッタドラムに近づけることが可能になり、従来装置に比較して駆動軸の寸法を短くすることができる。さらに、駆動軸とモータとを第1軸と直交する第２軸方向に離す必要がなく、従来装置において設けられていた駆動軸とモータとの間のギア列が不要になる。

第２発明に係るクランクシャフト加工装置は、第１発明の装置において、カッタドラム駆動機構は、駆動軸に固定されたピニオンギアと、カッタドラムの外周に設けられたドラムギアと、ピニオンギアの回転をドラムギアに伝達するアイドルギアと、をさらに備えている。

ここでは、駆動軸の回転は、ピニオンギアからアイドルギアを介してドラムギアに伝達され、これによりカッタドラムが回転される。このため、駆動軸を揺動軸から離れた任意の位置に配置することができる。

第３発明に係るクランクシャフト加工装置は、第２発明の装置において、モータは出力軸を有し、出力軸は駆動軸と同心に配置されている。

この場合は、カッタドラム駆動機構の構成がさらに簡素化される。

第４発明に係るクランクシャフト加工装置は、第２発明の装置において、モータは、第２軸方向において、揺動軸を挟んでカッタドラムとは逆側に配置されている。

ここでは、モータが、揺動軸を挟んでカッタドラムとは逆側に配置されているので、スイングヘッドを揺動させる際のウェイトとして機能する。このため、従来装置において設けられていたスイングヘッドのバランス用のウェイトをなくす、あるいは小型化することができる。

第５発明に係るクランクシャフト加工装置は、第２発明の装置において、サドルと、スライドと、固定カバーと、をさらに備えている。サドルはベッドに対して第１軸方向に移動自在である。スライドは、スイングヘッドが取り付けられるとともにワークヘッドの一部が貫通する開口部を有し、サドル上に第２軸に沿って移動自在に支持されている。固定カバーは、サドルに固定され、スライドの開口部を塞ぐ。そして、モータは、モータ可動範囲において固定カバーと干渉しない位置でスイングヘッドに装着されている。

ここでは、カッタドラム駆動機構の駆動軸が揺動軸から離して配置され、またモータが切粉飛散防止用のカバーと干渉しない位置に配置されている。このため、従来装置において、巻取り式で構成されていたカバーを、固定カバーにすることができ、装置のコストダウンを図ることができる。

以上のような本発明では、カッタドラムの駆動機構を簡素化し、コストを抑えることができる。また、切粉飛散防止用のカバーを固定式にすることができ、さらにコストを抑えることができる。

本発明の一実施形態によるクランクシャフトミラーの外観斜視図。 カッタドラム駆動機構の断面平面図。 カッタドラム駆動機構の正面模式図。 スライド、移動するカッタモータ、及び固定カバーの位置関係を説明するための図。

［全体構成］
図１は、本発明の一実施形態によるクランクシャフト加工装置の外観斜視図である。このクランクシャフト加工装置は、内刃式の回転カッタを備えたクランクシャフトミラーと呼ばれる装置である。

このクランクシャフトミラー１は、ベッド２と、ベッド２上に互いに対向するように配置された１対のワークヘッド３と、１対のワークヘッド３間に配置された第１カッタユニット４ａ及び第２カッタユニット４ｂと、を備えている。

［ワークヘッド］
１対のワークヘッド３は、ワークとしてのクランクシャフトの両端を支持するものである。１対のワークヘッド３のそれぞれの端面（対向面）には、クランクシャフトをクランプするチャック（図示せず）が設けられている。

［カッタユニット］
各カッタユニット４ａ，４ｂは、サドル１０と、このサドル１０上に設けられたスライド１１と、を備えている。

＜サドル＞
サドル１０は、Ｚ軸送り機構によって、ベッド２の長手方向（第１軸（主軸）方向＝Ｚ軸方向）に移動自在である。Ｚ軸送り機構は、周知の機構であるので詳細は省略するが、サドル１０に固定されたナット部材と、Z軸に沿って延びナット部材が螺合するボールねじ軸と、このボールねじ軸に連結されたＺ軸送りモータと、を有している。そして、Ｚ軸送りモータによってボールねじ軸を正逆回転させることにより、サドル１０をＺ軸方向に移動させることができる。

＜スライド＞
各スライド１１は、Ｙ軸送り機構によって、Ｚ軸と直交するＹ軸（第２軸）方向（ベッド２の奥行方向）に移動自在である。このスライド１１は、Ｙ軸に沿って延びる縦向きの支持壁１１ａを有している。支持壁１１ａの一端部には揺動軸１２が設けられ、また支持壁１１ａの他端部には鉛直方向に延びる角筒状のケース１１ｂが設けられている。Ｙ軸送り機構は、周知の機構であって、スライド１１に固定されたナット部材と、Y軸に沿って延びナット部材が螺合するボールねじ軸と、このボールねじ軸が連結されたＹ軸送りモータと、を有している。そして、Ｙ軸送りモータによってボールねじ軸を正逆回転させることにより、スライド１１をＹ軸方向に移動させることができる。

−スイングヘッド−
各スライド１１にはスイングヘッド１４が装着されている。スイングヘッド１４は、一端部が揺動軸１２に支持されるとともに、他端部がケース１１ｂ内のガイド部材１３に対してＹ軸方向に摺動自在に支持されている。

ガイド部材１３はケース１１ｂ内において上下動自在である。具体的には、ガイド部材１３にはナット部材１５が固定されている。そして、ナット部材１５は、ケース１１ｂ内に上下方向に設けられているＸ軸に沿って延びるボールねじ軸１６に螺合している。ボールねじ軸１６は、ケース１１ｂのＺ軸方向の側面に装着されたＸ軸スイングモータ（ＡＣサーボモータ）１７に連結されている。

以上のような構成により、Ｘ軸スイングモータ１７によってボールねじ軸１６が正逆回転され、これにより、スイングヘッド１４は揺動軸１２を中心に上下方向（Ｘ軸方向）に揺動されるようになっている。

−カッタドラム−
スイングヘッド１４の内部には、図２に示すように、軸受２０を介してカッタドラム２１が回転自在に支持されている。カッタドラム２１の加工ステージ側（図２において下側）の開口部２１ａには、カッタアダプタ２２を介してカッタ２３が装着されている。カッタ２３は、リング状のカッタ本体２３ａと、このカッタ本体２３ａの内周部に円周方向に間隔をあけて配置された複数のカッタチップ（図示せず）と、を有している。

［カッタドラム駆動機構］
スイングヘッド１４には、カッタドラム２１を駆動するためのカッタドラム駆動機構２５が設けられている。カッタドラム駆動機構２５の断面平面図を図２に示し、その正面図を図３に示す。なお、図３は、カッタドラム駆動機構２５を構成する各部材の配置を模式的に示したものであり、カッタドラム駆動機構２５を説明するために不要な構成は省略している。

カッタドラム駆動機構２５は、駆動軸３０と、カッタ駆動用モータ（以下、単にカッタモータと記す）３１と、複数のギアを含むギア列３２と、を有している。

駆動軸３０は、図３から明らかなように、揺動軸１２からオフセットして配置されている。すなわち、駆動軸３０は、揺動軸１２と平行であって、揺動軸１２の上方で、かつ揺動軸１２からさらに外側（カッタドラム２１から離れる側）に配置されている。この駆動軸３０は、スイングヘッド１４に軸受３４を介して回転自在に支持されている。

カッタモータ３１は、スイングヘッド１４の加工ステージと逆側の面１４ａに固定されている。また、カッタモータ３１は、その出力軸３１ａが駆動軸３０と同心になるように配置されている。カッタモータ３１の出力軸３１ａと駆動軸３０とはカップリング３５によって連結されている。

ギア列３２は、ピニオンギア３６、ドラムギア３７、及びアイドルギア３８を有している。ピニオンギア３６は駆動軸３０の先端に固定されている。ドラムギア３７はカッタドラム２１の外周に固定されている。また、アイドルギア３８は、ピニオンギア３６及びドラムギア３７に噛み合っており、両ギア３６，３７の間で回転を伝達する。アイドルギア３８は、スイングヘッド１４に、軸受４０によって回転自在に支持されたアイドル軸４１の先端に固定されている。

［ワークレスト］
図１に示すように、２つのカッタユニット４ａ，４ｂのうち第２カッタユニット４ｂにおけるサドル１０には、カッタユニット４ｂとの相対位置を一定に保った状態でワークレスト２０が固定されている。このため、サドル１０の移動に伴ってカッタユニット４ｂとワークレスト２０とが共に移動されるようになっている。このワークレスト２０は、詳細は省略するが、クランクシャフトのピンジャーナルを加工する際に、その加工部に隣接するメインジャーナルをクランプして、加工中にクランクシャフトが振れないように支持するためのものである。

［切粉飛散防止用カバー］
図４に示すように、スライド１１のほぼ中央部には、ワークヘッド３が貫通する開口部１１ｃが形成されている。そして、ワークヘッド３にクランプされたクランクシャフトをカッタドラム２１によって切削すると、切削によって生じた切粉は、主に加工ステージとは逆側に飛散する。この飛散した切粉がスライド１１の開口部１１ｃを通じてさらに外部に飛散しないように、1対の切粉飛散防止用のカバー４３が設けられている。

各カバー４３のそれぞれは、スライド１１の後方（スイングヘッド１４とは逆側）に配置されている。より詳細には、ワークヘッド３は、チャックが設けられた先端部と、図1において台形状で示す後部３ａと、それらの間に設けられた中間部３ｂ（図４参照）と、を有している。そして、ワークヘッド３の中間部３ｂが、スライド１１の開口１１ｃを貫通している。カバー４３は、軸方向の両端が開放された箱状に形成されており、下端部がサドル１０に固定され、ワークヘッド３の中間部３ｂと後部３ａとを覆っている。また、このカバー４３の上部は、カッタモータ３１が配置された側に傾斜部を有しており、カッタモータ３１との干渉を避けるようになっている。

図４において、スライド１１及びカッタモータ３１がＹ方向に移動したときの位置を、二点差線で示している。また、開口１１ｃの移動位置も二点差線で示している。このように、この実施形態では、スライド１１及びカッタモータ３１がＹ軸方向に移動しても、切粉飛散防止用カバー４３がカッタモータ３１と干渉しないようになっている。

［動作］
クランクシャフトの加工動作については、従来のクランクシャフトミラーにおける加工動作と同様である。すなわち、ワークレスト２０によるクランクシャフトのクランプ及びアンクランプが制御され、また、２つのカッタユニット４ａ，４ｂの加工位置が制御されて、複数のメインジャーナル及びピンジャーナルが切削される。なお、カウンタウェイトの外周面が加工される場合もある。なお、カッタユニット４ａ，４ｂの加工位置は、サドル１０をＺ軸送り機構によって移動することによって制御される。また、各ジャーナルについては、Ｙ軸送り機構によってスライド１１をＹ軸方向に移動させつつ、Ｘ軸送り機構によってスイングヘッド１４を揺動させて加工される。

以上の加工において、カッタモータ３１の回転は、モータ出力軸３１ａ及びカップリング３５を介して駆動軸３０に伝達される。また、駆動軸３０の回転は、ピニオンギア３６及びアイドルギア３８によってドラムギア３７に伝達される。これにより、カッタドラム２１が回転し、内周部に装着されたカッタ２３によってクランクシャフトが切削される。

加工時においては、前述のように、Ｙ軸送り機構及びＸ軸送り機構の作動によって、カッタモータ３１は、図４の二点差線で示す可動範囲内で移動することになる。このカッタモータ３１の可動範囲は、揺動軸の内部に駆動軸が設けられていた従来装置に比較して、主軸からより離れた領域である。特に、カッタモータ３１の可動範囲は、スライド１１に設けられたワークヘッド貫通用の開口部１１ａから大きく離れている。このため、サドル１０に箱状に形成された切粉飛散防止用のカバー４３を固定して設置しても、この固定カバー４３とカッタモータ３１とが干渉することはない。

［特徴］
（１）カッタドラム駆動機構２５の駆動軸３０が、揺動軸１２とは別の位置にオフセットされている。このため、揺動軸１２及び駆動軸３０を支持するための構成が簡素化される。

（２）駆動軸３０が揺動軸１２とは別に配置されていることに加えて、カッタモータ３１がスイングヘッド１４の側面に直接固定されているために、従来装置において揺動軸の内部を貫通する軸が不要になり、さらに構成を簡素化することができる。また、第１軸（主軸）方向の寸法を短くすることができる。

（３）駆動軸３０が揺動軸１２から離れて配置され、かつこの駆動軸３０と同心でカッタモータ３１が装着されているので、カッタモータ３１と揺動軸１２近傍の他の構造物との干渉を避けることが容易になる。また、駆動軸３０とカッタモータ３１とを離す必要がなく、従来装置において設けられていた駆動軸３０とカッタモータ３１との間のギア列が不要になる。

（４）カッタモータ３１が揺動軸１２を挟んでカッタドラム２１とは逆側に配置されているので、カッタモータ３１はスイングヘッド１４を揺動させる際のウェイトとして機能する。このため、スイングヘッド１４のバランス用のウェイトをなくしたり、あるいは小型化したりすることができる。

（５）駆動軸３０が揺動軸１２からオフセットされており、カッタモータ３１を揺動軸１２から離して配置することができるために、加工中においてカッタモータ３１が切粉飛散防止用のカバー４３に干渉しない。このため、切粉飛散防止用カバー４３を固定式にすることができ、従来装置における巻取り式のカバーに比較して安価に構成することができる。

［他の実施形態］
本発明は以上のような実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。

（ａ）本発明の主な特徴は、カッタドラム駆動機構の駆動軸を揺動軸からオフセットして配置した点にあり、各構成部材の具体的な配置は前記実施形態に示された配置に限定されるものではない。

（ｂ）前記実施形態では、カッタモータを駆動軸と同心に配置したが、カッタモータを駆動軸からさらにオフセットして配置してもよい。

１ クランクシャフトミラー
２ ベッド
３ ワークヘッド
４ａ，４ｂ カッタユニット
１０ サドル
１１ スライド
１１ｃ 開口部
１２ 揺動軸
１４ スイングヘッド
２１ カッタドラム
２５ カッタドラム駆動機構
３０ 駆動軸
３１ カッタモータ
３５ カップリング
３６ ピニオンギア
３７ ドラムギア
３８ アイドルギア
４３ 切粉飛散防止用カバー

Claims (5)

1. クランクシャフトのジャーナルを加工するためのクランクシャフト加工装置であって、
   ベッドと、
   前記ベッド上に主軸である第1軸に沿って対向して配置され、クランクシャフトを支持する1対のワークヘッドと、
   前記1対のワークヘッド間に配置され、内部を貫通するクランクシャフトを加工するカッタドラムを有し、前記第1軸と平行な揺動軸を中心として揺動可能で、かつ前記第1軸と直交する第２軸に沿って移動可能なスイングヘッドと、
   前記スイングヘッドに設けられ、前記スイングヘッドの揺動軸からオフセットして配置された駆動軸と、前記駆動軸を回転させるモータと、を有し、前記カッタドラムを駆動するカッタドラム駆動機構と、
   を備えたクランクシャフト加工装置。
2. 前記カッタドラム駆動機構は、前記駆動軸に固定されたピニオンギアと、前記カッタドラムの外周に設けられたドラムギアと、前記ピニオンギアの回転を前記ドラムギアに伝達するアイドルギアと、をさらに備えている、請求項１に記載のクランクシャフト加工装置。
3. 前記モータは出力軸を有し、前記出力軸は前記駆動軸と同心に配置されている、請求項２に記載のクランクシャフト加工装置。
4. 前記モータは、前記第２軸方向において、前記揺動軸を挟んで前記カッタドラムとは逆側に配置されている、請求項２に記載のクランクシャフト加工装置。
5. 前記ベッドに対して前記第１軸方向に移動自在なサドルと、
   前記スイングヘッドが取り付けられるとともにワークヘッドの一部が貫通する開口部を有し、前記サドル上に前記第２軸に沿って移動自在に支持されたスライドと、
   前記サドルに固定され、前記スライドの開口部を塞ぐ固定カバーと、
   をさらに備え、
   前記モータは、モータ可動範囲において前記固定カバーと干渉しない位置で前記スイングヘッドに装着されている、
   請求項２に記載のクランクシャフト加工装置。

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