JP5354172B2 - 内面加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、管状部材、例えばジェットエンジンのタービンとファン又はコンプレッサを連結するロングシャフトのような長尺シャフトの内面を加工する装置に関する。

ジェットエンジンのタービンとファン又はコンプレッサを連結するために、ロングシャフトと呼ばれる細長い中空軸（例えば全長約３ｍ、主要部の外径１０〜２０ｃｍ）が用いられる。かかるロングシャフトは、軽量化のため薄肉であり、かつタービンと共に高速回転するため高い回転バランス精度が要求される。そのため、通常の内面加工装置（例えば中ぐり盤）の適用は困難であり、図７に例示するような加工工程が適用される。

すなわち、（Ａ）ロングシャフト５１の外面を粗加工後、（Ｂ）コアバー５２とロングシャフト５１との隙間へ硫黄５３を鋳込み、（Ｃ）硫黄の凝固後、コアバー５２とほぼ同径のボーリングバー５４を挿入し、（Ｄ）ボーリングバー５４を引き抜きながら、先端部５５の工具５６で内面を加工する手段が用いられる。
かかる手段により、ボーリングバー５４の先端部５５を凝固した硫黄５３で支持することができ、先端工具５６の芯振れを防ぎ、硫黄５３と共に内面を加工することにより、内径振れの少ないロングシャフトを加工することができる。

本発明に関連する内壁倣い装置として、特許文献１が開示されている。また上述したロングシャフトの内面加工装置として、例えば特許文献２が既に開示されている。

特許文献１の「管の内壁の倣い切削装置」は、鋼管等の管の内面の切削に切削刃を適用するに際し、鋼管の内径が真円でない場合でもその内径に沿って一定の厚みでの切削を可能とすると共に良質の面粗度に仕上げることを目的とする。

そのため、この発明は、図８（Ａ）（Ｂ）に示すように、管Ａの一端を保持してその軸線回りに回転させる回転駆動装置６９と、前記管の軸線方向に進退可能なボーリングバー６１と、該ボーリングバーの先端に取り付けられて前記管の中に挿入可能な切削刃６３を備えたボーリングヘッド６２とを備えた管の内壁の倣い切削装置において、前記ボーリングヘッド６２は、その先端側の周面から半径方向内方に設けたスプリングを内蔵した取付ブッシュ６７ａと該スプリングに支持された保持体６６ｃと該保持体の外方端に固定されて出没自在且つ該ボーリングヘッドの外側へ向けて付勢された１個の可動シュー６６と、該可動シューと相対向する位置で切削刃６３の近傍に設けた該ボーリングヘッドの周面から突き出た１個の固定シュー６４と、該固定シューの管の回転方向の後方側で前記可動シュー６６との中間位置に設けた同一高さの１個の固定シュー６５とを設けたものである。

特許文献２の「ロングシャフト内面加工装置」は、硫黄滑り止めペンキを用いることなく硫黄のスリップによる空回りを防止することを目的とする。

そのため、この発明は、図９に示すように、ロングシャフト７１を軸心Ｚ−Ｚを中心に回転駆動するシャフト回転装置７２と、加工工具７４をロングシャフト内の軸心に沿って移動させる工具移動装置７６とを備える。加工工具７４は、ロングシャフトの軸心に沿って延びる中空管８９と、その内部を貫通する拡縮用ロッド８２と、ローレット８３を有するローレット支持部８４と、ローレット支持部と中空管の先端部とを連結する平行リンク８５と、ローレット支持部とロッドの先端部とを連結する拡縮リンク８６とからなるものである。

特公平７−２４６号公報、「管の内壁の倣い切削装置」 特開平１０−２０２４３４号公報、「ロングシャフト内面加工装置」

図１は、本発明が対象とするロングシャフトの模式図である。このロングシャフト１は、バランス調整済みであり、軸線に対して内面２（下穴）が真円かつ同心に加工されており、この下穴２に倣って正確に中ぐり加工を行う必要がある。このようなロングシャフトの内面加工装置として、特許文献１、特許文献２が既に開示されている。

中ぐり加工を行う際、内面加工用の刃物の先端が長尺シャフトの内面にちょうど当たる位置を確認するため「刃合わせ」と呼ばれる作業が行われる。特許文献１、特許文献２の加工装置はいずれも刃合わせ作業のための機構を持たず、これらを含む従来の長尺シャフトの加工装置では刃物先端が長尺シャフトの内面に当たった音を作業員が聞いて、刃合わせを行っていた。あるいは、内径計測治具を用いて長尺シャフトの内面を計測し、切り込み量を決定していた。
しかし、人間の聴覚には個人差があるため、音を聞いて判断する方法では再現性がなかった。また、内径計測治具を用いる方法では、長尺シャフトを計測できるような長い治具が必要であるため治具自体に撓みが生じることから、精度よく計測することができなかった。このため、刃合わせを正確に行うことが困難であった。また、長尺シャフト以外の管状部材についても、同様の理由で刃合わせを正確に行うことが困難であった。

本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の第１の目的は、正確に刃合わせを行うことができる内面加工装置を提供することにある。
また、本発明の第２の目的は、例えば両端部の下穴が約１００ｍｍ、中間部の下穴が約１３０ｍｍ、全長が約３ｍの細長い長尺シャフトを対象とした場合でも、長尺シャフト内に挿入する加工ヘッドの最大径を長尺シャフトの両端部の下穴よりも細くでき、加工時の工具反力による加工精度の低下を防止でき、長尺シャフトの内面を下穴に倣って正確に内面加工することができる内面加工装置を提供することにある。

（１）本発明は、軸方向に貫通する下穴を有する管状部材の内面を前記下穴に倣って切削加工する内面加工装置であって、前記管状部材を固定する固定装置と、前記管状部材の下穴に軸方向に挿入可能であり、半径方向に移動可能な内面加工用の刃物をもつ加工ヘッドと、前記加工ヘッドを前記管状部材に対して軸方向に相対的に移動させる軸移動手段と、前記刃物を前記管状部材に対して相対的に回転させる回転手段と、前記刃物が前記下穴の内面に接触したことを検知するための接触検知用センサと、を備えることを特徴とする。

上記の本発明によれば、接触検知センサにより刃物が下穴の内面に接触したことを検知することができるので、刃物が下穴の内面にちょうど当たる位置（ゼロ点位置ないし基準位置）を正確に知ることができ、これにより、刃合わせを正確に行うことができる。

（２）また上記（１）の内面加工装置において、前記管状部材は、長尺シャフトであり、前記固定装置は、前記長尺シャフトを撓まないように固定し、前記加工ヘッドは、前記刃物をもち軸心まわりに回転可能な刃物ヘッドと、該刃物ヘッドを回転可能に支持するとともに該刃物ヘッドの回転中心を下穴の軸線に一致させかつ長尺シャフト内で前記刃物ヘッドを軸方向に移動可能に支持する内面倣いヘッドとを有し、前記軸移動手段は、前記長尺シャフトの一端から下穴を通して前記内面倣いヘッドに連結され、加工ヘッドを軸方向に移動させるヘッド移動装置として構成されており、前記回転手段は、前記長尺シャフトの他端から下穴を通して前記刃物ヘッドに連結され、該刃物ヘッドを軸線まわりに回転駆動する刃物回転装置として構成されている。

上記の構成によれば、加工ヘッドの軸方向移動と回転駆動は、長尺シャフトの下穴を通して加工ヘッドに連結されたヘッド移動装置と刃物回転装置により行うので、加工ヘッドの構成として、大きな駆動力を要する機構を設けなくてよい。すなわち、加工ヘッドは、半径方向に移動する刃物を有するとともに刃物ヘッドの回転中心を下穴の軸線に一致させかつ軸方向に移動可能に支持する機能を有していればよいため、加工ヘッドの最大径を、長尺シャフトの両端部の下穴よりも細くできる。
また、内面倣いヘッドにより、刃物ヘッドを回転可能に支持するとともに刃物ヘッドの回転中心を下穴の軸線に一致させかつ長尺シャフト内で刃物ヘッドを軸方向に移動可能に支持するので、ラジアル方向の加工反力をワークに逃がし、回転方向の反力を内面倣いヘッドに接続されるシャフト（ボーリングバー）が受け持つことで、長尺細径化が実現できる。
すなわち、内面倣いヘッドにより刃物ヘッドの軸線を下穴の軸線に一致させ、かつ軸方向に移動可能に支持することにより、加工ヘッドの小型化が更に容易となり、かつ加工時の工具反力を長尺シャフトの内面で受けるため、工具反力による加工精度の低下を防止することができる。
従って、加工時の工具反力による加工精度の低下を防止して、長尺シャフトの内面を、その下穴に倣って正確に中ぐり加工することができる。

（３）また上記（２）の内面加工装置において、前記刃物ヘッドは、前記刃物が先端に取り付けられ半径方向に移動可能なツール台と、軸方向に駆動され軸方向移動によって前記ツール台を半径方向に移動させる軸方向移動部材とを有し、前記刃物回転装置は、前記軸方向移動部材を軸方向に移動させる刃物駆動ロッドを有し、前記接触検知用センサは、前記ツール台、前記軸方向移動部材又は前記刃物駆動ロッドに付帯して設けられた圧力センサ又はひずみゲージである。

上記の構成によれば、圧力センサ又はひずみゲージにより、刃物が下穴の内面に当たったときの衝撃による圧力変動又はひずみ変動を検出することにより、刃物が下穴の内面に当たったことを精度よく検出できる。

（４）また上記（１）又は（２）の内面加工装置において、前記接触検知用センサは、前記加工ヘッドに取り付けられた音センサ又は振動センサである。

上記の構成によれば、刃物が下穴の内面に当たったときの音又は振動を音センサ又は振動センサにより検出することにより、刃物が下穴の内面に当たったことを精度よく検出できる。

本発明の内面加工装置によれば、正確に刃合わせを行うことができる。また、長尺シャフト内に挿入する加工ヘッドの最大径を長尺シャフトの両端部の下穴よりも細くでき、加工時の工具反力による加工精度の低下を防止でき、長尺シャフトの内面を下穴に倣って正確に内面加工することができる。

本発明が対象とするロングシャフトの模式図である。 本発明の実施形態による内面加工装置の全体構成図である。 図２の加工ヘッドの拡大断面図である。 接触検知用センサの別の配置構成例を示す図である。 接触検知用センサの別の構成例を示す図である。 本発明の実施形態による内面加工装置の動作を説明する図である。 ロングシャフトの従来の加工工程の説明図である。 特許文献１の「管の内壁の倣い切削装置」の構成図である。 特許文献２の「ロングシャフト内面加工装置」の構成図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。

本発明の内面加工装置は、図１に示したように軸方向に貫通し軸線に対して線対称の下穴２を有する管状部材、例えば細長い長尺シャフト１の内面をその下穴２に倣って内面加工する内面加工装置である。

図２は、本発明の実施形態による内面加工装置の全体構成図である。この図に示すように、本実施形態における内面加工装置は、固定装置１０、加工ヘッド２０、ヘッド移動装置３０および刃物回転装置４０を備える。

固定装置１０は、長尺シャフトを固定するための装置である。本実施形態において固定装置１０は、水平に延びるメインフレーム１１、メインフレーム１１の上面に沿って移動可能に設けられ長尺シャフト１の両端部を同心に把持する１対のチャック装置１２、１３、及びメインフレーム１１の上面に沿って間隔をおいて配置され長尺シャフト１を支持する複数の支持金具１４からなる。このように構成された固定装置１０により、長尺シャフト１を撓まないように固定できる。

加工ヘッド２０は、長尺シャフト１の下穴２の少なくとも一方から軸方向に挿入可能な寸法を有し、半径方向に移動可能な内面加工用の刃物２９をもつ。本実施形態において加工ヘッド２０は、刃物ヘッド２２と内面倣いヘッド２１とを有する。
刃物ヘッド２２は、上記の刃物２９を有し軸心まわりに回転可能に構成されている。
内面倣いヘッド２１は、刃物ヘッド２２を回転可能に支持するとともに、刃物ヘッド２２の回転中心を下穴２の軸線に一致させかつ長尺シャフト１内で刃物ヘッド２２を軸方向に移動可能に支持する。
加工ヘッド２０の詳細な構造に関しては、後述する。

ヘッド移動装置３０は、ボーリングバー３２と、バー移動装置３４と、液圧供給装置３６とを備える。このヘッド移動装置３０は、本発明における「加工ヘッドを長尺シャフトに対して軸方向に相対的に移動させる軸移動手段」を構成している。

ボーリングバー３２は、中空円筒形の細長い部材であり、一端（図で左端）が加工ヘッド２０（内面倣いヘッド２１）に連結され軸方向に水平に延びる。このボーリングバー３２は、軸線に沿って貫通する中空穴３２ａ（図３参照）を有する。

バー移動装置３４は、ボーリングバー３２の後端部（図で右端部）を回転不能に把持する移動部材３４ａと、移動部材３４ａと螺合してこれを軸方向に移動させるスクリューネジ３４ｂと、スクリューネジ３４ｂを軸線を中心に回転駆動する回転駆動装置３４ｃ（例えば減速器付きモータ）とを有し、回転駆動装置３４ｃによりスクリューネジ３４ｂとボーリングバー３２を介して加工ヘッド２０を軸方向に移動させるようになっている。

なお、バー移動装置３４において、移動部材３４ａ、スクリューネジ３４ｂ及び回転駆動装置３４ｃを有する構成に代えて、ボーリングバー３２を軸方向に移動できるその他の構成を採用してもよい。例えば、ラックアンドピンオン機構、ベルト機構あるいはチェーン機構などを回転モータで駆動してボーリングバー３２を軸方向に移動させる構成や、リニアモータによりボーリングバー３２を直接、軸方向に移動させる構成を採用してもよい。

上述した構成のバー移動装置３４により、長尺シャフト１の一端から下穴２を通してボーリングバー３２の一端（左端）を加工ヘッド２０に連結し、ボーリングバー３２の移動により加工ヘッド２０を軸方向に移動させることができる。

液圧供給装置３６は、液圧ユニット３６ａとボーリングバー３２の末端（図で右端）に連結された液圧ホース３６ｂからなり、ボーリングバー３２の中空穴３２ａ（図３参照）を通して加工ヘッド２０を作動させるための液圧作動液（後述する）を供給するようになっている。

刃物回転装置４０は、回転ロッド４２と、刃物駆動ロッド４４と、回転駆動装置４６と、軸移動装置４８とを有する。この刃物回転装置４０は、本発明における「刃物を長尺シャフトに対して相対的に回転させる回転手段」を構成している。

回転ロッド４２は、中空円筒形の細長い部材であり、一端（図で右端）が加工ヘッド２０（刃物ヘッド２２）に連結され軸方向に水平に延びる。
刃物駆動ロッド４４は、回転ロッド４２の中空穴を通して軸方向に延び、加工ヘッド２０の後述する軸方向移動部材２８（図３参照）に相対回転不可能に連結されている。

回転駆動装置４６は、メインフレーム１１の上面に沿って水平に移動可能に設けられた水平移動台４６ａと、水平移動台４６ａ上に設置された回転駆動チャック４６ｂとを有する。水平移動台４６ａは、図示しない水平レールとこれに案内されたガイドを有し、低抵抗で水平に移動するようになっている。また、回転駆動チャック４６ｂは、回転ロッド４２の軸端（図で左端）を把持するチャック装置と、チャック装置を軸線まわりに回転駆動するチャック回転駆動機構からなる。

上述した構成により、刃物回転装置４０により、長尺シャフト１の他端（図で左端）から下穴２を通して加工ヘッド２０に連結された回転ロッド４２を軸線まわりに回転駆動するとともに、加工ヘッド２０の移動に追従して水平移動台４６ａを軸方向に移動させることができる。

軸移動装置４８は、水平移動台４６ａの上に設置された直動アクチュエータであり、回転駆動装置４６と共に軸方向に移動し、刃物駆動ロッド４４を回転ロッド４２に対して相対的に軸移動させるようになっている。軸移動装置４８を構成する直動アクチュエータとしては、回転モータと動力変換機構（ラックアンドピニオン機構、ボールねじ機構、ベルト機構など）の組合せや、リニアモータや、油圧シリンダ装置を採用することができる。また、軸移動装置４８は、刃物駆動ロッド４４を回転可能に支持している。このため、刃物駆動ロッド４４は、後述する軸方向移動部材２８とともに回転できるようになっている。

図３は、図２の加工ヘッド２０の拡大断面図である。
この例において、内面倣いヘッド２１は、円筒形のメイン本体２３と、メイン本体２３の軸方向に間隔をおいた位置に設けられた１対の内面チャック２４と、メイン本体２３の軸方向に間隔をおいた位置に設けられた１対のピストン２５を有する。
円筒形のメイン本体２３は、長尺シャフト１の下穴２に軸方向に挿入可能な直径を有する。

各内面チャック２４は、軸方向に転動可能な回転ロータ２４ａと、メイン本体２３内に半径方向に移動可能に設けられ回転ロータ２４ａを半径方向に進退移動させるガイド部材２４ｃとの組を、周方向に３組以上有している。図３の構成例では、各内面チャック２４において回転ロータ２４ａとガイド部材２４ｃの組が１２０度間隔で３組配置されている。各ガイド部材２４ｃは、軸線に対し傾斜したテーパ面２４ｂを有している。

１対のピストン２５は、１対の内面チャック２４間のメイン本体２３内において、軸方向の反対方向に移動可能に設けられている。
また各ピストン２５は、その軸方向一端に各ガイド部材２４ｃのテーパ面２４ｂと同一の傾斜をもつテーパ面２５ａを有する。テーパ面２４ｂ、２５ａは平面でよい。

また、メイン本体２３は、ボーリングバー３２に形成された中空穴３２ａから１対のピストン２５の間に液圧作動液を供給する液圧流路２３ａを有する。

上述した構成により、内面倣いヘッド２１に液圧供給装置３６から供給される液圧作動液により１対の内面チャック２４を放射状に拡径して刃物ヘッド２２の軸線を下穴２の軸線に一致させ、かつ回転ロータ２４ａにより内面倣いヘッド２１を軸方向に移動可能に支持することができる。

また、下穴２がテーパ穴である場合でも、１対のピストン２５はそれぞれ独立に移動するので、１対の内面チャック２４をそれぞれ独立に放射状に拡径して刃物ヘッド２０の軸線を下穴２の軸線に一致させることができる。

刃物ヘッド２２は、中空円筒形のサブ本体２６と、先端に刃物２９が取り付けられたツール台２７と、サブ本体２６内に設けられた軸方向移動部材２８を有する。
サブ本体２６は、軸受２６ａを介して、内面倣いヘッド２１に軸線まわりに回転可能に連結されている。
ツール台２７は、サブ本体２６内において半径方向に移動可能に案内され、軸線に対し傾斜した傾斜歯２７ａを有する。

軸方向移動部材２８は、ツール台２７の傾斜歯２７ａと歯合する傾斜歯２８ａを有している。また、軸方向移動部材２８は、刃物駆動ロッド４４と同芯で互いに相対回転不可能な状態で連結されており、刃物駆動ロッド４４とともに軸方向に移動しかつ軸心を中心に回転する。

上述した構成により、刃物ヘッド２２を、内面倣いヘッド２１にその軸線まわりに回転可能に支持できる。また、刃物駆動ヘッド４４を軸移動装置４８で軸方向に移動させることで刃物駆動ヘッド４４に連結された軸方向移動部材２８を軸方向に移動させ、この軸方向移動を傾斜歯２７ａと傾斜歯２８ａを介してツール台２７の半径方向移動に変換することより刃物２９を半径方向に移動させることができる。

図３に示すように、本発明の内面加工装置は、さらに、刃物２９が下穴２の内面に接触したことを検知するための接触検知用センサ１５を備える。
図３の構成例において、接触検知用センサ１５は、ツール台２７に付帯して設けられた圧力センサ１５Ａ又はひずみゲージ１５Ｂである。図示例では、圧力センサ１５Ａとひずみゲージ１５Ｂの両方が示されているが、いずれか一方のみを有する構成でよい。

ツール台２７に設ける接触検知用センサ１５として圧力センサ１５Ａを採用する場合、ツール台２７を、傾斜歯２７ａが形成された部分と、刃物２９を取り付ける部分とに分割し、その間に圧力センサ１５Ａを配置することで、圧力センサ１５Ａをツール台２７に設けることができる。圧力センサとしては、たとえば、圧電素子（ピエゾ素子）やロードセルを用いることができる。

ツール台２７に設ける接触検知用センサとしてひずみゲージ１５Ｂを採用する場合、ツール台２７の移動方向（刃物ヘッド２２の半径方向）のひずみを計測できる位置にひずみゲージ１５Ｂを取り付けることで、ひずみゲージ１５Ｂをツール台２７に設けることができる。

圧力センサ１５Ａ又はひずみゲージ１５Ｂからの検出信号の外部への伝送方法については、たとえば、軸方向移動部材２８と刃物駆動ロッド４４の内部に軸方向の穴を設け、その穴に圧力センサ１５Ａ又はひずみゲージ１５Ｂと接続した信号ケーブルを通し、信号を伝送するという構成を採用してよい。この構成の場合、軸方向移動部材２８と刃物駆動ロッド４４はともに回転する部材であるため、静止部との間で信号伝送を可能とするために、スリップリングなどの電気的接続手段を設ける必要がある。

上記の構成によれば、刃物２９を下穴２の内面に向けて移動させていくとき、接触検知センサ１５により刃物２９が下穴２の内面に接触したことを検知することができるので、刃物２９が下穴の内面にちょうど当たる位置（ゼロ点位置ないし基準位置）を正確に知ることができ、これにより、刃合わせを正確に行うことができる。

なお、図３の構成例において、圧力センサ１５Ａとひずみゲージ１５Ｂの両方を設け、２つのセンサを併用して検出精度を高めてもよい。
また、軸移動装置４８を構成する直動アクチュエータが油圧シリンダ装置である場合、油圧シリンダ装置の油圧変動を感知することで刃物２９が下穴２の内面に接触したことを検知してもよく、このような構成を本発明における接触検知用センサとして採用してもよい。

図４は、接触検知用センサ１５の別の配置構成例を示す図である。図４の構成例では、接触検知用センサとしての圧力センサ１５Ａが、軸方向移動部材２８と刃物駆動ロッド４４の間に配置されている。この構成において、刃物２９を下穴２の内面に向けて移動させ、刃物２９が下穴２の内面に接触したとき、その接触による衝撃がツール台２７と軸方向移動部材２８を介して圧力変動として圧力センサ１５Ａに伝わるので、圧力センサ１５Ａによりこれを検出することで、刃物２９が下穴２の内面に接触したことを検知することができる。

また、図４に示すように、接触検知用センサとしてのひずみゲージ１５Ｂを軸方向移動部材２８に取り付けてもよい。この構成の場合、刃物２９が下穴２の内面に接触したときの衝撃が、ツール台２７と軸方向移動部材２８を介してひずみ変動としてひずみゲージ１５Ｂに伝わるので、ひずみゲージ１５Ｂによりこれを検出することで、刃物２８が下穴２の内面に接触したことを検知することができる。なお、図４の構成例において、圧力センサ１５Ａとひずみゲージ１５Ｂの両方を設け、２つのセンサを併用して検出精度を高めてもよい。

図５は、接触検知用センサ１５の別の構成例を示す図である。図５の構成例において、接触検知用センサ１５は、加工ヘッド２０に取り付けられた音センサ１５Ｃ又は振動センサ１５Ｄである。図示例では、音センサ１５Ｃと振動センサ１５Ｄの両方が示されているが、いずれか一方のみを有する構成でよい。

音センサ１５Ｃ（又は振動センサ１５Ｄ）は、刃物２９の近傍に設置するのがよい。また、図５に示すように、音センサ１５Ｃ（又は振動センサ１５Ｄ）を回転しない部品である内面倣いヘッド２１に設置するのがよく、このような構成により、音センサ１５Ｃ（又は振動センサ１５Ｄ）の信号ケーブルの配線が容易となる。

上記の構成によれば、刃物２９を下穴２の内面に向けて移動させていき、刃物２９が下穴の内面に当たったときの音又は振動を音センサ１５Ｃ又は振動センサ１５Ｄにより検出することができるので、刃物２９が下穴の内面にちょうど当たる位置（ゼロ点位置ないし基準位置）を正確に知ることができ、これにより、刃合わせを正確に行うことができる。

なお、図５の構成例において、音センサ１５Ｃと振動センサ１５Ｄの両方を設け、２つのセンサを併用して検出精度を高めてもよい。

次に、図６を参照し、本発明の内面加工装置の動作について説明する。
図６において、（Ａ）は図１の長尺シャフト１の左端側（反フランジ側）、（Ｂ）は右端側（フランジ側）の内面加工状態を示している。なお、図６に示す内面加工装置における接触検知センサは、ツール台２７に設けた圧力センサ１５Ａであるが、以下に説明する動作は、図３〜図５に示した他の構成の接触検知センサ（１５Ａ〜１５Ｄ）を用いる場合も同様である。

図６（Ａ）において、図１の長尺シャフト１の左端側（反フランジ側）の最小径の下穴２ａに、サブ本体２２側を向けて加工ヘッド２０を挿入する。
次に、ボーリングバー３２の中空穴３２ａを通して１対のピストン２５の間に液圧を付与するための液体（作動液）を供給し１対のピストン２５を互いに離れる方向に移動させることで、１対の内面チャック２４を放射状に拡径する。この内面チャック２４の拡径により、刃物ヘッド２２の軸線（回転中心）を下穴２の軸線に一致させ、内面チャック２４によって下穴２内で内面倣いヘッド２１及び刃物ヘッド２２を軸方向に移動可能に支持する。

刃物ヘッド２２の軸線を下穴２の軸線と一致させたら、刃物駆動ロッド４４を軸方向に駆動することで、軸方向移動部材２８及びツール台２７を介して刃物２９を半径方向外方に移動させていき、接触検知用センサ１５からの検出に基づいて、刃物２９が下穴２の内面にちょうど当たる位置を基準位置（ゼロ点位置）に設定する作業（刃合わせ）を行う。基準位置が分かったら、基準位置からさらに所定の切り込み量だけ刃物２９を下穴の内面に向けて移動させる。

次に、回転ロッド４２により刃物ヘッド２２を長尺シャフト１の外部から軸線まわりに回転駆動するともに、バー移動装置３４により長尺シャフト１の外部からボーリングバー３２を介して内面倣いヘッド２１を軸方向に移動させることにより、長尺シャフト１の内面を下穴２に倣って内面加工する。
上述した加工手順により、長尺シャフト１における最小径の下穴２ａの近傍まで、本発明の装置を用いて内面加工することができる。

次に、図６（Ｂ）において、長尺シャフト１の軸方向を反転させて、図１の長尺シャフト１の右端側（フランジ側）の下穴に、サブ本体２２側を向けて加工ヘッド２０を挿入し、同様に内面加工する。これにより、長尺シャフト１のフランジ近傍まで、本発明の装置を用いて内面加工する。
このように、加工ヘッド２０に対して長尺シャフト１の軸方向を反転させて、下穴２に倣って内面加工することにより、加工不可範囲を最小にできる。

なお、長尺シャフト１の軸方向を容易に反転できるように、加工ヘッド２０の両端部は、ボーリングバー３２、回転ロッド４２および刃物駆動ロッド４４とボルト等で容易に着脱できるようになっている。

上述した構成の内面加工装置によれば、加工ヘッド２０の軸方向移動及び回転駆動に必要な駆動力を軸方向の両側に配置した２本のシャフト（ボーリングバー３２及び回転ロッド４２）から供給することによって加工ヘッド２０を小型化し、かつ細径化することができる。
すなわち、長尺シャフト１の下穴２を通して加工ヘッド２０に連結されたヘッド移動装置３０と刃物回転装置４０により、内面加工用の刃物２９を有する加工ヘッド２０の軸方向移動と回転駆動を行うように構成したことで、加工ヘッド２０は、半径方向に移動する刃物２を有するとともに刃物ヘッド２２の回転中心を下穴２の軸線に一致させかつ軸方向に移動可能に支持する機能を有していればよく、加工ヘッド２０の構成として、大きな駆動力を要する機構を設けなくてよいので、加工ヘッド２０の最大径を、長尺シャフト１の両端部の少なくとも一方の下穴２よりも細くできる。

また、加工ヘッド２０に内面チャック２４を設けラジアル方向の加工反力をワーク（長尺シャフト１）に逃がし、回転方向の加工反力をシャフト（ボーリングバー３２）が受け持つことで長尺細径化が実現できる。
すなわち、ヘッド移動装置３０から供給される液圧作動液により内面チャック２０が放射状に拡径して刃物ヘッド２２の軸線を下穴２の軸線に一致させかつ刃物ヘッド２２を軸方向に移動可能に支持することにより、加工ヘッド２０の小型化が更に容易となり、かつ加工時の工具反力を長尺シャフト１の下穴２の内面で受けるため、工具反力による加工精度の低下を防止することができる。

さらに、加工ヘッド２０が一対の内面チャック２４を備えることで、下穴２に対する加工ヘッド２０の同軸度を正確に確保でき、またテーパ状の下穴でも同軸度を確保できる。
すなわち、内面倣いヘッド２１が軸方向に間隔を隔てて位置する１対の内面チャック２４を有し、１対のピストン２５によりそれぞれ独立して作動するので、下穴２が円筒形またはテーパ状であっても、加工ヘッド２０を下穴に対して常に同心に保持できる。

さらに、刃物回転装置４０の軸移動装置４８により軸方向移動部材２８を軸方向に移動させ、この軸方向移動部材２８の軸方向移動により刃物２９を半径方向に移動させることで、加工ヘッド２０の小型化が更に容易となる。
従って、加工時の工具反力による加工精度の低下を防止して、長尺シャフト１の内面を、その下穴２に倣って正確に中ぐり加工することができる。

また、接触検知センサ１５により刃物２９が下穴２の内面に接触したことを検知することができるので、刃物２９が下穴２の内面にちょうど当たる位置（ゼロ点位置ないし基準位置）を正確に知ることができ、これにより、刃合わせを正確に行うことができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。例えば以下のような変更を加えた構成も本発明の範囲に含まれる。

上述した実施形態では、加工ヘッド２０の構成例として、内面チャック２４が液圧によって拡径することで下穴２の中心に軸心を一致させかつ軸方向に移動可能な構成を示したが、これに限定されず、たとえば他の公知の加工ヘッドの構成を採用してもよい。

上述した実施形態では、本発明における「加工ヘッドを長尺シャフトに対して軸方向に相対的に移動させる軸移動手段」の構成例として、長尺シャフトの位置を固定したままで加工ヘッドを軸方向に移動させるヘッド移動装置３０を示したが、軸移動手段としては、加工ヘッドの位置を固定したままで長尺シャフトを軸方向に移動させる構成であってもよい。

上述した実施形態では、本発明における「刃物を長尺シャフトに対して相対的に回転させる回転手段」の構成例として、長尺シャフトを固定したままで刃物を回転させる刃物回転装置４０を示したが、回転手段としては、刃物の位置を固定したままで長尺シャフトを軸心を中心に回転させる構成であってもよい。

１ 長尺シャフト（管状部材）
２ 下穴
２ａ 最小径の下穴
１０ 固定装置
１１ メインフレーム
１２，１３ チャック装置
１４ 支持金具
１５ 接触検知用センサ
１５Ａ 圧力センサ
１５Ｂ ひずみゲージ
１５Ｃ 音センサ
１５Ｄ 振動センサ
２０ 加工ヘッド
２１ 内面倣いヘッド
２２ 刃物ヘッド
２３ メイン本体
２３ａ 液圧流路
２４ 内面チャック
２４ａ 回転ロータ
２４ｂ テーパ面
２４ｃ ガイド部材
２５ ピストン
２５ａ テーパ面
２６ サブ本体
２７ ツール台
２７ａ 傾斜歯
２８ 軸方向移動部材
２８ 傾斜歯
２９ 内面加工用の刃物
３０ ヘッド移動装置
３２ ボーリングバー
３４ バー移動装置
３４ａ 移動部材
３４ｂ スクリューネジ
３４ｃ 回転駆動装置
３６ 液圧供給装置
３６ａ 液圧ユニット
３６ｂ 液圧ホース
４０ 刃物回転装置
４２ 回転ロッド
４４ 刃物駆動ロッド
４６ 回転駆動装置
４６ａ 水平移動台
４６ｂ 回転駆動チャック
４８ 軸移動装置

Claims (3)

1. 軸方向に貫通する下穴を有する管状部材の内面を前記下穴に倣って切削加工する内面加工装置であって、
   前記管状部材を固定する固定装置と、
   前記管状部材の下穴に軸方向に挿入可能であり、半径方向に移動可能な内面加工用の刃物をもつ加工ヘッドと、
   前記加工ヘッドを前記管状部材に対して軸方向に相対的に移動させる軸移動手段と、
   前記刃物を前記管状部材に対して相対的に回転させる回転手段と、
   前記刃物が前記下穴の内面に接触したことを検知するための接触検知用センサと、を備え、
   前記管状部材は、長尺シャフトであり、
   前記固定装置は、前記長尺シャフトを撓まないように固定し、
   前記加工ヘッドは、前記刃物をもち軸心まわりに回転可能な刃物ヘッドと、該刃物ヘッドを回転可能に支持するとともに該刃物ヘッドの回転中心を下穴の軸線に一致させかつ長尺シャフト内で前記刃物ヘッドを軸方向に移動可能に支持する内面倣いヘッドとを有し、
   前記軸移動手段は、前記長尺シャフトの一端から下穴を通して前記内面倣いヘッドに連結され、加工ヘッドを軸方向に移動させるヘッド移動装置として構成されており、
   前記回転手段は、前記長尺シャフトの他端から下穴を通して前記刃物ヘッドに連結され、該刃物ヘッドを軸線まわりに回転駆動する刃物回転装置として構成されている、ことを特徴とする内面加工装置。
2. 前記刃物ヘッドは、前記刃物が先端に取り付けられ半径方向に移動可能なツール台と、軸方向に駆動され軸方向移動によって前記ツール台を半径方向に移動させる軸方向移動部材とを有し、
   前記刃物回転装置は、前記軸方向移動部材を軸方向に移動させる刃物駆動ロッドを有し、
   前記接触検知用センサは、前記ツール台、前記軸方向移動部材又は前記刃物駆動ロッドに付帯して設けられた圧力センサ又はひずみゲージである、請求項１記載の内面加工装置。
3. 前記接触検知用センサは、前記加工ヘッドに取り付けられた音センサ又は振動センサである、請求項１記載の内面加工装置。
   
   

Images