JP5427159B2 - 加工装置及び加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、ワークに形成されたクランクシャフト等が配置されるジャーナル孔のような孔を加工する加工装置及び加工方法に関する。

従来、車両のエンジンを構成するシリンダブロック等のワークに機械加工を施す場合に用いられる加工装置として、ワークが載置される載置台と、この載置台を鉛直方向に移動させ、ワークの高さ方向における位置を調整するボールねじと、載置台に載置されたワークの側方に配置されてワークに所定の加工を施す加工工具と、この加工工具をワークに対して水平方向に進退させる進退機構と、を備えた装置が広く用いられている。以上の加工装置によれば、加工の目的に応じて加工工具を適宜取り替えることで、載置台に載置されたワークの側面にボーリング加工やドリル加工等の種々の加工を施せる。
また、以上のようなワークへの機械加工のうち、シリンダブロック等のワークに設けられたクランクシャフトが配置されるジャーナル孔を加工する場合には、長軸の加工工具が用いられる。

ところで、従来の加工装置では、加工工具に対するワークの高さ方向の位置調整は、ワークが載置された載置台の鉛直方向への移動、又は加工工具の鉛直方向への移動によって行われる。しかしながら、ワークが載置された載置台及び加工工具は、いずれも重量物であり、重力の影響を大きく受けるため、載置台又は加工工具の鉛直方向における位置を調整した場合に、わずかな誤差が生じやすい。特に、長軸の加工工具を用いたジャーナル孔のような孔の加工においては、このようなわずかな誤差により、加工されるジャーナル孔の精度が低下してしまう場合があった。

そこで、ワークへのより精度の高い加工を行うために、加工工具をワークの上方に配置すると共に、この加工工具を鉛直方向に上下させてワークの上面に加工を施す加工装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１で提案された加工装置によれば、加工工具に対するワークの位置調整を行う際に、載置台を鉛直方向に移動させる必要がなく、加工工具に対するワークの位置調整を精度よく行える。

特開２００５−１４４４７５号公報

しかしながら、特許文献１で提案された加工装置によりジャーナル孔を加工する場合、他の加工に用いられる従来の加工装置とは別に、専用の加工装置を設置する必要がある。

従って、本発明は、加工工具を水平方向に進退させてワークに加工を施す技術を利用しつつ、精度よく孔を加工できる加工装置及び加工方法を提供することを目的とする。

本発明は、ワーク（例えば、後述のシリンダブロックＷ）に形成された孔（例えば、後述のジャーナル孔）を加工する加工装置であって、水平方向（例えば、後述のＺ軸方向）に延びる加工主軸（例えば、後述のボーリングバー２１）及び該加工主軸を進退させる駆動機構（例えば、後述の駆動機構２２）を有する加工工具（例えば、後述の加工工具２０）と、前記ワークが載置される載置台（例えば、後述の載置台１１）と、前記載置台に直接的又は間接的に連結され、前記加工主軸の先端側が当接して該加工主軸の位置を固定するテールストック（例えば、後述のテールストック１３）と、鉛直方向（例えば、後述のＹ軸方向）に延びる軸（例えば、後述の第１軸Ｂ）を中心に前記載置台を回動させる第１回動機構と、水平面上で前記加工主軸に直交する軸（例えば、後述の第２軸Ａ）を中心に前記載置台を回動させる第２回動機構と、を備える加工装置に関する。

この発明によれば、テールストックを載置台に連結して加工装置を構成した。これにより、載置台を回動させることで、加工主軸の位置を固定するテールストックを、載置台に載置されたワークと一体的に回動させられる。よって、載置台に載置されたワークにおける孔を加工する位置がわずかにずれた場合に、載置台を回動させてワークの位置調整を行うことで、テールストックの位置調整も行えるので、ワークにおける孔を加工する位置の微調整を正確に行える。
また、加工主軸の位置と、第２回動機構の軸の位置と、を水平面上で一致する位置に位置させた。これにより、ワークにおける孔を加工する位置と、第２回動機構の軸の位置とを水平面上で一致させられるので、孔を加工するときに、ワークに対して付加される第２回動機構の軸を中心とした回動方向へのモーメントを低減でき、ワークが回動することを防止できる。
よって、加工工具を水平方向に進退させてワークに加工を施す技術を利用しつつ、精度よく孔を加工できる。

この場合、加工装置は、前記ワークと前記載置台との間に介在配置され、前記ワークの鉛直方向の位置を調整するパレット台（例えば、後述のパレット台４０）を更に備えることが好ましい。

この発明によれば、パレット台をワークと載置台との間に介在させて配置し、ワークの鉛直方向の位置を調整した。これにより、重量物であって重力の影響を大きく受ける載置台や加工工具を鉛直方向に移動させずに加工工具に対するワークの位置調整を行える。

この場合、前記ワークはエンジン（例えば、後述のシリンダブロックＷ）であり、前記孔はジャーナル孔であることが好ましい。

この発明によれば、加工装置を、エンジンのジャーナル孔の加工に用いた。よって、エンジンに形成された長孔であるジャーナル孔を、長軸の加工工具を用いて精度よく加工できる。

本発明は、水平方向（例えば、後述のＺ軸方向）に延びる加工主軸（例えば、後述のボーリングバー２１）及び該加工主軸を水平方向に進退させる駆動機構（例えば、後述の駆動機構２２）を有する加工工具（例えば、後述の加工工具２０）と、ワーク（例えば、後述のシリンダブロックＷ）が載置される載置台（例えば、後述の載置台１１）と、前記載置台に直接的又は間接的に連結され、前記加工主軸の先端側が当接して該加工主軸の位置を固定するテールストック（例えば、後述のテールストック１３）と、鉛直方向（例えば、後述のＹ軸方向）に延びる軸（例えば、後述の第１軸Ｂ）を中心に前記載置台を回動させる第１回動機構と、水平面上で前記加工主軸に直交する軸（例えば、後述の第２軸Ａ）を中心に前記載置台を回動させる第２回動機構と、を備える加工装置（例えば、後述のジャーナル孔加工装置１）を用いて前記ワークに形成された孔を加工する加工方法であって、前記ワークの鉛直方向の位置を調整するパレット台（例えば、後述のパレット台４０）を前記ワークと前記載置台との間に介在させて配置し、前記第２回動機構の前記軸の位置と、前記ワークの孔を加工する位置と、を水平面上で一致させるステップを備える加工方法に関する。

この発明によれば、パレット台を、ワークと載置台との間に介在させて配置し、第２回動機構の軸の位置と、ワークの孔を形成する位置と、を水平面上で一致させるステップを設けた。これにより、重量物であって重力の影響を大きく受ける載置台や加工工具を鉛直方向に移動させずに加工工具に対するワークの位置調整を行える。
また、加工主軸の位置と、第２回動機構の軸の位置と、を水平面上で一致する位置に位置させた。これにより、ワークにおける孔を加工する位置と、第２回動機構の軸の位置とを水平面上で一致させられるので、孔を加工するときに、ワークに対して付加される第２回動機構の軸を中心とした回動方向へのモーメントを低減でき、ワークが回動することを防止できる。
よって、加工工具を水平方向に進退させてワークに加工を施す技術を利用しつつ、精度よく孔を加工できる。

本発明によれば、テールストックを載置台に連結して加工装置を構成した。これにより、載置台を回動させることで、加工主軸の位置を固定するテールストックを、載置台に載置されたワークと一体的に回動させられる。よって、載置台に載置されたワークにおける孔を加工する位置がわずかにずれた場合に、載置台を回動させてワークの位置調整を行うことで、テールストックの位置調整も行えるので、ワークにおける孔を加工する位置の微調整を正確に行える。
また、加工主軸の位置と、第２回動機構の軸の位置と、を水平面上で一致する位置に位置させた。これにより、ワークにおける孔を加工する位置と、第２回動機構の軸の位置とを水平面上で一致させられるので、孔を加工するときに、ワークに対して付加される第２回動機構の軸を中心とした回動方向へのモーメントを低減でき、ワークが回動することを防止できる。
よって、加工工具を水平方向に進退させてワークに加工を施す技術を利用しつつ、精度よく孔を加工できる。

本発明の加工装置の一実施形態を示す斜視図である。 図１に示す加工装置にシリンダブロックを載置した状態を示す正面図である。 シリンダブロックのジャーナル孔を加工する手順を説明するフローチャートである。 シリンダブロックのジャーナル孔を加工する手順を説明する図であり、（Ａ）は、第２軸鉛直方向の位置とボーリングバーの鉛直方向の位置とを一致させた状態を示す側方模式図であり、（Ｂ）は、シリンダブロックを、所定の厚さのパレット台を介して載置台に載置した状態を示す側方模式図である。

以下、本発明の加工装置の好ましい一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の加工装置の一実施形態としてのジャーナル孔加工装置１を示す斜視図である。図２は、図１に示すジャーナル孔加工装置１にシリンダブロックＷを載置した状態を示す正面図である。尚、図面の簡略化のため、適宜構成の図示を省略する。

本発明の加工装置の好ましい一実施形態としてのジャーナル孔加工装置１は、図１及び図２に示すように、車両のエンジンを構成するシリンダブロックＷ等のワークに形成された孔であるジャーナル孔を加工する場合に用いられる。このジャーナル孔加工装置１は、車両の製造ラインに配置される。

ジャーナル孔加工装置１は、図１及び図２に示すように、ワークとしてのシリンダブロックＷを支持する支持装置１０と、加工主軸としてのボーリングバー２１を含んで構成される加工工具２０と、支持装置１０及び加工工具２０の動作を制御する制御装置３０と、シリンダブロックＷ及び支持装置１０の間に配置されるパレット台４０と、を備える。

支持装置１０は、シリンダブロックＷが載置される載置台１１と、この載置台１１を、載置台１１の上面に直交する第１軸Ｂを中心に回動可能に支持する本体部１２と、この本体部１２に連結されるテールストック１３と、本体部１２を、第１軸Ｂに直交すると共に水平方向に延びる第２軸Ａを中心に回動可能に支持する本体支持部（図示せず）と、本体部１２を鉛直方向（Ｙ軸方向）に移動させ、載置台１１に載置されたシリンダブロックＷの鉛直方向の位置を変更する一対のボールねじ（図示せず）と、備える。

載置台１１は、円板状に構成される。この載置台１１の上面には、パレット台４０が固定され、このパレット台４０を介してシリンダブロックＷが固定される。

本体部１２は、載置台１１を支持する第１支持部１２１と、この第１支持部１２１の両端において第１支持部１２１に対して屈曲して設けられる一対の第２支持部１２２と、第１支持部１２１における一対の第２支持部１２２が設けられていない一の側部に連結される第３支持部１２３と、を備える。
第１支持部１２１は、載置台１１を、第１軸Ｂを中心に回動可能に支持する。より具体的には、載置台１１は、第１軸Ｂと同軸の軸部材及びこの軸部材を回動させるモータを含んで構成される第１回動機構（図示せず）を介して第１支持部１２１に支持される。
一対の第２支持部１２２は、第１支持部１２１における第２軸Ａの延びる方向の両端から第１軸Ｂの延びる方向に屈曲している。
第３支持部１２３は、第１支持部１２１における第２軸Ａに沿って延びる側部に連結される。

テールストック１３は、第３支持部１２３の上面に固定される。本実施形態では、テールストック１３は、本体部１２（第３支持部１２３及び第１支持部１２１）を介して、間接的に載置台１１に連結されている。このテールストック１３は、図１に示すように、テールストック本体１３１と、このテールストック本体１３１の上端側に配置される当接部１３２と、を備える。
テールストック本体１３１は、第３支持部１２３に連結されて固定される。当接部１３２は、第１軸Ｂに直交し、かつ、第２軸Ａに直交する方向に延びる柱状の部材である。この当接部１３２は、長手方向に進退可能にテールストック本体１３１に支持される。この当接部１３２の先端には、後述のボーリングバー２１の先端側が当接する。
以上のテールストック１３は、当接部１３２の先端にボーリングバー２１の先端を当接させることで、ボーリングバー２１の位置を固定する。

本体支持部は、支持装置１０の土台を構成する。この本体支持部は、本体部１２を、一対の第２支持部１２２の先端側において第２軸Ａを中心に回動可能に支持する。これにより、本体部１２（第１支持部１２１）に支持された載置台１１は、第２軸Ａを中心に回動可能となっている。つまり、本体部１２及び本体支持部は、第２軸Ａを中心に載置台１１を回動させる第２回動機構として機能する。
一対のボールねじは、本体支持部に取り付けられる。

以上の支持装置１０によれば、制御装置３０の制御により第１回動機構を動作させることで、載置台１１を、第１軸Ｂを中心に回動させられる。また、制御装置３０の制御により第２回動機構を動作させることで、本体部１２を、第２軸Ａを中心に回動させて、載置台１１を、第２軸Ａを中心に回動させられる。また、制御部３０の制御によりボールねじを回転させて本体支持部を鉛直方向に移動させることで、載置台１１の鉛直方向の位置を変更できる。
このように、制御装置３０により第１回動機構、第２回動機構及びボールねじを動作させることで、載置台１１にパレット台４０を介して載置されたシリンダブロックＷを、所望の姿勢に調整できる。

加工工具２０は、ボーリングバー２１と、このボーリングバー２１を駆動させる駆動機構２２と、を備える。
ボーリングバー２１は、水平方向に延びる円柱状の軸部と、この軸部の周面に設けられた複数の刃部と、を備える。このボーリングバー２１は、軸部の延びる方向が水平で、かつ、上述の第２軸Ａに直交する方向（Ｚ軸方向）を向いて配置される。また、ボーリングバー２１は、先端側が載置台１１に載置されたシリンダブロックＷの一の側面を向いて配置される。
駆動機構２２は、ボーリングバー２１の基端側に連結され、ボーリングバー２１を回転させる回転機構、ボーリングバー２１をＺ軸方向に進退させる進退機構、及びボーリングバー２１をＺ軸方向に直交する水平方向（Ｘ軸方向）に移動させる移動機構を備える。

以上の加工工具２０によれば、制御装置３０の制御下において、駆動機構２２（移動機構）によってボーリングバー２１をＸ軸方向に移動させることで、ボーリングバー２１を所望の水平方向に位置に配置できる。また、駆動機構２２によってボーリングバー２１を、このボーリングバー２１の先端側がテールストック１３に当接するまでシリンダブロックＷに向けて前進させて、シリンダブロックＷに形成されたジャーナル孔に挿入する。そして、その後、ボーリングバー２１を回転させながら更に前進させることで、ジャーナル孔の径を所定の大きさに加工できる。
尚、ボーリングバー２１を回転させながら前進させるときには、テールストック１３の当接部１３２は、ボーリングバー２１の前進にあわせて後退する。

制御装置３０は、支持装置１０及び加工工具２０の各機能の処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）や、データを記憶するテーブルや各機能を実行するプログラムを記憶するメモリ等（いずれも図示省略）を含んで構成される。

パレット台４０は、第２軸Ａの位置と、シリンダブロックＷのジャーナル孔を加工する位置と、を水平面上で一致させる厚みを有する。このパレット台４０の厚みは、シリンダブロックＷの種類毎に異なる。パレット台４０は、ボーリングバー２１に対するシリンダブロックＷの鉛直方向の位置調整を行う。

次に、上記のジャーナル孔加工装置１を利用して、シリンダブロックＷのジャーナル孔を加工する方法について、図３及び図４を参照しながら説明する。
図３は、シリンダブロックＷのジャーナル孔を加工する手順を示すフローチャートである。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、それぞれ、シリンダブロックＷのジャーナル孔を加工する手順を説明する図であり、図４（Ａ）は、第２軸Ａ鉛直方向の位置とボーリングバー２１の鉛直方向の位置とを一致させた状態を示す側方模式図である。図４（Ｂ）は、シリンダブロックＷを、所定の厚さのパレット台４０を介して載置台１１に載置した状態を示す側方模式図である。

まず、図４（Ａ）に示すように、一対のボールねじによって支持装置１０を鉛直方向に移動させ、第２軸Ａの位置とボーリングバー２１の位置とを水平面上で一致させる（ステップ（以下において、Ｓと略す。）１１）。

次いで、図４（Ｂ）に示すように、載置台１１の上面に、所定の厚さのパレット台４０を固定し、このパレット台４０の上面にシリンダブロックＷを載置する（Ｓ１２）。ここで、パレット台４０は、このパレット台４０の上面にシリンダブロックＷを載置した状態で、シリンダブロックＷにおけるジャーナル孔が形成された位置（ジャーナル孔を加工する位置）が第２軸Ａの鉛直方向の位置と一致する厚さのものが用いられる。
このように、載置台１１とシリンダブロックＷとの間にパレット台４０を介在させることで、第２軸Ａの位置と、シリンダブロックＷのジャーナル孔を加工する位置と、を水平面上で一致させる。

尚、このステップＳ１２においては、必要に応じて、駆動機構２２によりボーリングバー２１を、第２軸Ａに平行な水平方向（Ｘ軸方向）に移動させ、ボーリングバー２１の水平方向の位置を調整すると共に、載置台１１を、第１軸Ｂを中心に回動させ、又は、本体部１２を、第２軸Ａを中心に回動させ、シリンダブロックＷの姿勢を調整する。

次いで、駆動機構２２によってボーリングバー２１をシリンダブロックＷに向けて前進させて、ボーリングバー２１の先端側がテールストック１３に当接するまでジャーナル孔に挿入する。これにより、ボーリングバー２１の位置が固定される。
次いで、駆動機構２２によってボーリングバー２１を回転させながら更に前進させる。また、ボーリングバー２１の前進にあわせてテールストック１３の当接部１３２を後退させる。これにより、ジャーナル孔の径は、所定の大きさに加工される（Ｓ１３）。

以上説明した本実施形態のジャーナル孔加工装置１及びジャーナル孔加工方法によれば、以下のような効果を奏する。

テールストック１３を載置台１１に連結して加工装置１を構成した。これにより、載置台１１を回動させることで、ボーリングバー２１の位置を固定するテールストック１３を、載置台１１に載置されたシリンダブロックＷと一体的に回動させられる。よって、載置台１１に載置されたシリンダブロックＷにおけるジャーナル孔を加工する位置がわずかにずれた場合に、載置台１１を回動させてシリンダブロックＷの位置調整を行うことで、テールストック１３の位置調整も行えるので、シリンダブロックＷにおけるジャーナル孔を加工する位置の微調整を正確に行える。
また、ボーリングバー２１の位置と、第２軸Ａの位置と、を水平面上で一致する位置に位置させた。これにより、シリンダブロックＷにおけるジャーナル孔を加工する位置と、第２軸Ａの位置とを水平面上で一致させられるので、ジャーナル孔を加工するときに、シリンダブロックＷに対して付加される第２軸Ａを中心とした回動方向へのモーメントを低減でき、シリンダブロックＷが回動することを防止できる。
よって、加工工具２０を水平方向に進退させてシリンダブロックＷに加工を施す技術を利用しつつ、精度よくジャーナル孔を加工できる。

また、パレット台４０をシリンダブロックＷと載置台１１との間に介在させて配置し、シリンダブロックＷの鉛直方向の位置を調整した。これにより、重量物であって重力の影響を大きく受ける載置台１１や加工工具２０を鉛直方向に移動させずに、加工工具２０に対するシリンダブロックＷの位置調整を行える。

また、本発明を、シリンダブロックＷのジャーナル孔を加工するジャーナル孔加工装置に適用した。よって、シリンダブロックＷに形成された長孔であるジャーナル孔を、長軸の加工工具であるボーリングバー２１を用いて精度よく加工できる。

また、パレット台４０を、シリンダブロックＷと載置台１１との間に介在させて配置し、第２軸Ａの位置と、シリンダブロックＷのジャーナル孔を加工する位置と、を水平面上で一致させるステップ（Ｓ１２）を設けた。これにより、シリンダブロックＷにおけるジャーナル孔を加工する位置と、第２軸Ａの位置とを水平面上で一致させられるので、ジャーナル孔を加工するときに、に対して負荷される第２回動機構の軸を中心とした回動方向へのモーメントを低減でき、ワークが回動することを防止できる。よって、加工工具を水平方向に進退させてワークに加工を施す技術を利用しつつ、精度よくジャーナル孔を加工できる。

以上、本発明の好適な一実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されることなく、種々の形態で実施することができる。
例えば、本実施形態では、パレット台４０は、シリンダブロックＷの種類毎に異なる一定の厚みを有するが、パレット台４０の厚みはこれに限らない。即ち、パレット台４０は、シリンダブロックＷを鉛直方向に移動させる昇降機構（図示省略）を備えてもよい。この場合、昇降機構は、制御装置３０の制御下において動作し、第２軸Ａの位置と、シリンダブロックＷのジャーナル孔を形成する位置と、を水平面上で一致させる。

これにより、シリンダブロックＷの種類毎に厚みの異なるパレット台を必要としない。よって、一つのパレット台を複数種類のシリンダブロックに適用できるので、複数種類のシリンダブロックＷにジャーナル孔を形成する場合に用いる機材の点数を削減できる。

また、本実施形態では、テールストック１３を、本体部１２を介して間接的に載置台１１に連結したが、これに限らない。即ち、テールストックを、載置台１１に直接的に連結してもよい。

また、本実施形態では、本発明を、ワークとしてのシリンダブロックＷのジャーナル孔を加工するジャーナル孔加工装置１に適用したが、これに限らない。即ち、本発明を、ワークとしてのシリンダヘッドやクランクケースのジャーナル孔を加工するジャーナル孔加工装置に適用してもよい。

１ ジャーナル孔加工装置（加工装置）
１１ 載置台
１２ 本体部
１３ テールストック
２０ 加工工具
２１ ボーリングバー（加工主軸）
２２ 駆動機構
４０ パレット台
Ａ 第２軸
Ｂ 第１軸
Ｗ シリンダブロック（ワーク）

Claims (4)

1. ワークに形成された孔を加工する加工装置であって、
   水平方向に延びる加工主軸及び該加工主軸を進退させる駆動機構を有する加工工具と、
   前記ワークが載置される載置台と、
   前記載置台に直接的又は間接的に連結され、前記加工主軸の先端側が当接して該加工主軸の位置を固定するテールストックと、
   鉛直方向に延びる軸を中心に前記載置台を回動させる第１回動機構と、
   水平面上で前記加工主軸に直交する軸を中心に前記載置台を回動させる第２回動機構と、を備える加工装置。
2. 前記ワークと前記載置台との間に介在配置され、前記ワークの鉛直方向の位置を調整するパレット台を更に備える請求項１に記載の加工装置。
3. 前記ワークはエンジンであり、前記孔はジャーナル孔である請求項１又は２に記載の加工装置。
4. 水平方向に延びる加工主軸及び該加工主軸を進退させる進退機構を有する加工工具と、ワークが載置される載置台と、前記載置台に直接的又は間接的に連結され、前記加工主軸の先端側が当接して該加工主軸の位置を固定するテールストックと、鉛直方向に延びる軸を中心に前記載置台を回動させる第１回動機構と、水平面上で前記加工主軸に直交する軸を中心に前記載置台を回動させる第２回動機構と、を備える加工装置を用いて前記ワークに形成された孔を加工する加工方法であって、
   前記ワークの鉛直方向の位置を調整するパレット台を前記ワークと前記載置台との間に介在させて配置し、前記第２回動機構の前記軸の位置と、前記ワークの孔を形成する位置と、を水平面上で一致させるステップを備える加工方法。

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