JP5577166B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械、特に、第1姿勢で搬入されてきた軸物のワークを加工する工作機械に関する。

クランクシャフト等の軸物ワークを加工する際には、例えば特許文献１に示された装置が用いられる。この特許文献１に示された装置は、ワークの両端をクランプする1対のチャックと、1対のチャックを同期回転させるワーク駆動モータと、を備えている。ワーク駆動モータはチャック毎に設けられている。この装置では、制御手段によって両ワーク駆動モータが同期制御され、これにより1対のチャックが同期回転させられる。

また、特許文献２には、複数の工程を含むクランクシャフトの加工システムが示されている。この特許文献２では特に記載されていないが、各工程においては、クランクシャフトをセットする姿勢が異なる場合が多い。たとえば、クランクシャフトのジャーナルを加工する工程の前工程では第１姿勢でセットされて加工され、また後工程では第２姿勢でセットされて加工される。なお、第１姿勢と第２姿勢とでは、回転角度位置、すなわちワークの位相が異なる。

特開２００１−１０５２０９号公報 特開２００３−９４２６２号公報

特許文献２に関連して、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旋削加工機が備えられた加工ラインについて、詳細に説明する。

一般的に、クランクシャフトのジャーナルが加工される工程の前工程では、初工程が実行される。この初工程では、クランクシャフト（ワーク）は第１姿勢でセットされ、両端面の切削加工や、両端面へのセンタ穴加工が実行される。この初工程が終了したワークは、ローダによってクランクシャフト旋削加工機に搬送される。そして、クランクシャフト旋削加工機においてジャーナルが加工されたワークは、ローダによって次工程に搬出される。この次工程では、クランクシャフトのピン部分が加工されるが、この工程においては、ワークの位相が変更された第２姿勢でワークをセットする必要がある。

ここで、クランクシャフト旋削加工機にはワークをクランプするための１対のチャックが設けられており、各チャックには１つのワーク落とし口が設けられている。ローダによって搬送されてきたワークは、このワーク落とし口を通して各チャックのセット位置に搬入される。また、加工の終了したワークは、このワーク落とし口を通してローダによって搬出される。このため、クランクシャフト旋削加工機では、ワークは、ある位相（姿勢）で搬入された場合、加工終了後は、搬入時と同じ位相（姿勢）で搬出されることになる。

以上のようなクランクシャフト旋削加工機を含む加工ラインでは、ワークをセットする姿勢が異なる工程を含んでいるので、ワークの姿勢を変更する、すなわちワークの位相替えをするための機構を加工ラインに設ける必要がある。このようなワークの位相替えのための機構を加工ラインに設置すると、加工ラインが長くなるだけでなく、加工ラインを構築するためのコストが高くなる。

本発明の課題は、クランクシャフトを加工する工作機械の構成を大幅に変更することなく、加工ラインを簡単かつ安価に構築できるようにすることにある。

第１発明に係る工作機械は、第１姿勢で搬入されてきた軸物のワークを加工するものであって、第１チャック及び第２チャックと、第１駆動手段及び第２駆動手段と、加工工具と、制御手段と、を備えている。第１チャック及び第２チャックは、それぞれが中央から径方向外方に向けて開口するワーク落とし口を有し、ワーク落とし口を通過して搬入されたワークの両端部をクランプする。第１駆動手段及び第２駆動手段は、第１チャック及び第２チャックのそれぞれに対応して設けられ、各チャックを回転駆動する。加工工具は第１チャック及び第２チャックのうちの少なくとも一方にクランプされたワークを加工する。制御手段は、各チャックによるワークのクランプを制御するとともに、各駆動手段による各チャックの回転角度を制御して、ワークの姿勢を第１姿勢から第２姿勢に変更する。

ここでは、前工程において第１姿勢で加工されたワークは、ローダによって第１姿勢のまま搬送され、第１チャック及び第２チャックのワーク落とし口を通して搬入される。そして、ワーク両端部が各チャックにセットされる。その後、加工工程中において、各チャックによるワークのクランプ及び各チャックの回転位置が制御され、この制御によってワークの姿勢が第２姿勢に変更される。そして、第２姿勢のワークが、ワーク落とし口を介して搬出される。

ここでは、ワークに加工を行う工作機械によってワークの姿勢が変更されるので、加工ラインにワークの姿勢を変更するための特別な機構が不要になる。このため、簡単な加工ラインを構築することができる。また、各チャックのクランプ及び回転位置を制御することによってワークの姿勢を変更するので、姿勢変更のための特別な機構を新たに設ける必要がない。

第２発明に係る工作機械は、第１発明の工作機械において、制御手段は、以下の処理手順でワークの姿勢を変更する。

（ａ）第１チャックによりワークの第1端をクランプさせるとともに第２チャックによるワークの第２端のクランプを解除させる。

（ｂ）第１駆動手段により第１チャックを回転させてワークを第２姿勢に変更する。

（ｃ）第２チャックによりワークの第２端をクランプさせるとともに、第１チャックによるワークの第１端のクランプを解除させる。

（ｄ）第１駆動手段により第１チャックを回転させて、ワーク落とし口がワーク搬入・搬出方向を向くように第１チャックを搬入・搬出回転位置に位置させる。

このような処理手順を実行することにより、特別な機構を追加することなく、制御プログラムの変更のみでワークの姿勢を変更することができる。

第３発明に係る工作機械は、第１又は第２発明の工作機械において、制御手段は、ワークの軸方向一端側及び他端側をそれぞれ加工する際のワークつかみ替え時にワークの姿勢変更を実行する。

ここでは、ワークの加工工程中にワークの姿勢を変更するので、ワークの姿勢変更のために全体の加工時間が長くなるのを抑えることができる。

第４発明に係る工作機械は、第１発明の工作機械において、制御手段は、以下の処理手順でワークの姿勢変更及び加工を実行する。

（ａ）第１チャックによりワークの第1端をクランプさせるとともに第２チャックによるワークの第２端のクランプを解除させる。

（ｂ）第１駆動手段により第１チャックを回転させてワークを第２姿勢に変更する。

（ｃ）加工工具によりワークの第２チャック側領域を加工させる。

（ｄ）第２チャックによりワークの第２端をクランプさせるとともに、第１チャックによるワークの第１端のクランプを解除させる。

（ｅ）第１駆動手段により第１チャックを回転させて、ワーク落とし口がワーク搬入・搬出方向を向くように第１チャックを搬入・搬出回転位置に位置させる。

（ｆ）加工工具によりワークの第１チャック側領域を加工させる。

（ｇ）第１チャック及び第２チャックによりワークの両端をクランプさせて、加工工具によりワークの残り領域を加工させる。

ここでは、第３発明と同様に、ワークの加工工程中におけるワークつかみ替えの際にワークの姿勢を変更するので、ワークの姿勢変更のために全体の加工時間が長くなるのを抑えることができる。

第５発明に係る工作機械は、第１から第４発明のいずれかにおいて、ワークはクランクシャフトである。

第６発明に係る工作機械は、第５発明の工作機械において、加工工具はクランクシャフトのジャーナル及びジャーナルより軸方向外側の端部を切削加工する。

以上のような本発明では、各工程における加工機の構成を大幅に変更することなく、加工ラインの構成を簡単にすることができる。

本発明の一実施形態によるクランクシャフト旋削加工機の概略ブロック図。 クランクシャフト旋削加工機に対するワークの搬入及び搬出状態を示す図。 ワークの位相替えの処理手順を説明するための図。

［全体構成］
図1に、本発明の一実施形態による工作機械としてのクランクシャフト旋削加工機のブロック構成図を示している。このクランクシャフト旋削加工機は、図示しないベッド上に載置された1対の回転駆動装置２Ｒ，２Ｌ及び１対の工具駆動ユニット３Ｒ，３Ｌを備えている。

1対の回転駆動装置２Ｒ，２Ｌは、ベッドの前面において左右両端部に配置されており、左右方向に移動自在である。各回転駆動装置２Ｒ，２Ｌは、チャック６Ｒ，６Ｌと駆動手段としてのモータ７Ｒ，７Ｌとを有している。

チャック６Ｒ，６Ｌは、一方の回転駆動装置２Ｒ，２Ｌの、他方の回転駆動装置２Ｌ，２Ｒに対向する面に設けられている。チャック６Ｒ，６Ｌのそれぞれには、加工すべきクランクシャフト（以下、ワークと記す）の両端部を支持するための３つの爪が設けられている。また、このチャック６Ｒ，６Ｌには、中央部から径方向外方に開口するワーク落とし口６ｂ（図３参照）が設けられている。ワークは、このワーク落とし口６ｂを通して、チャック６Ｒ，６Ｌにセットされる。なお、各チャック６Ｒ，６Ｌには、図３で示すように、ワークの両端面に形成されたセンタ穴を支持するセンタ６ｃが設けられている。

モータ７Ｒ，７Ｌは、それぞれチャック６Ｒ，６Ｌを回転駆動するものであり、左右のチャック６Ｒ，６Ｌをそれぞれ同期して、あるいは独立して回転させることが可能である。

１対の工具駆動ヘッド３Ｒ，３Ｌは、ワークの軸方向（Ｚ軸）に移動自在であるとともに、この軸方向に直交する方向（図示の前後方向のＸ軸）に移動自在である。そして、各工具ヘッド３Ｒ，３ＬのＺ軸方向に対向する面には、工具台８が固定されている。この工具台８の先端に工具９が取り外し自在に装着されている。

また、１対の回転駆動装置２Ｒ，２Ｌに設けられたモータ７Ｒ，７Ｌは、それぞれコントローラ１２によって駆動制御されるようになっている。そして、このコントローラ（制御手段）１２によって、各チャック６Ｒ，６Ｌによるワークのクランプ及びその解除と、各チャック６Ｒ，６Ｌの回転角度と、が制御され、ワークの位相替えが実行される。

［加工ライン］
次に、クランクシャフト旋削加工機の前後の工程について、図２を用いて簡単に説明する。クランクシャフト旋削加工機では、ワークであるクランクシャフトのジャーナルの切削加工が行われる。このジャーナルの切削加工の前段階では、前加工機によって初工程が実施される。この初工程では、鍛造又は鋳造によって形成されたワーク素材が搬入され、両端幅決め加工や両センタ穴加工等が実行される。両端幅決め加工とは、ワーク端面を切削してワークの長さを決める加工である。また、両センタ穴加工とは、ワークの回転基準としてのセンタ穴を両端面に形成する加工である。初工程で加工されたワークは、図２に示すように、ローダによってクランクシャフト旋削加工機に搬入される。そして、ワークは、クランクシャフト旋削加工機でジャーナルが加工された後、ローダによって次の加工機によるクランクピン加工工程に搬出される。クランクピン加工工程では、クランクシャフトミラーによってクランクピンが加工される。

以上のような加工ラインにおいて、初工程においては、治具の構造上、ワークは、クランクピンが水平方向を向いた状態（第1姿勢)で加工される。図２において、「＃１P水平」は、１番（最もエンジンに近い側）のクランクピンが水平方向を向いていることを示している。そして、ローダは、この第1姿勢のワークをその姿勢のままクランクシャフト旋削加工機に搬入する。

ここで、図３に示すように、クランクシャフト旋削加工機にワークを搬入、搬出する場合、ワークは各チャック６Ｒ，６Ｌのワーク落とし口６ｂを通して搬入、搬出される。このため、従来の加工機では、ワークは、第1姿勢で搬入されると、加工後には同じ第1姿勢のまま搬出されることになる。また、矢視Ａ及びＢの図において、クランクピンは符号「Ｃｐ」が付された部分である。

一方、クランクシャフトミラーでは、ワークは、クランクピンＣｐが下方を向いた姿勢（第２姿勢）でセットされなければならない。図２のワークにおいて「＃１P下」の記載は、１番のクランクピンＣｐが下方を向いている状態を示している。すなわち、ワークが初工程からクランクシャフトミラーに搬送される間に、ワークの位相を９０°変更する必要がある。

そこで、本実施形態では、クランクシャフト旋削加工機において、ワークを９０°回転させて、すなわちワークの位相替えを行い、搬入時には第１姿勢であったワークを、搬出時には第２姿勢に変更している。

［位相替え及び加工］
クランクシャフト旋削加工機において位相替え及び加工を行う場合の手順を、図３を用いて説明する。図３（ａ）に示すように、ワークがクランクシャフト旋削加工機に搬入された時点では、前述のように、ワークは第１姿勢（クランクピンＣｐが水平方向を向いた姿勢）となっている。

＜手順１＞
以上のような状態から、図３（ｂ）に示すように、右側チャック６Ｒによるクランプを解除し、左側チャック６Ｌのみによってワークをクランプする。そして、左側チャック６Ｌのみを９０°回転させる。これより、クランクピンＣｐが下方を向いた第２姿勢となる。なお、右側チャック６Ｒでは、センタ６ｃによってワークのセンタ穴が支持されている。

＜手順２＞
同図（ｃ）に示すように、（ｂ）のクランプ状態のままで、すなわち右側チャック６Ｒはセンタ支持、左側チャック６Ｌはクランプの状態で、ワークを回転させて工具９によってワークの右側のジャーナルを含む右側領域を切削加工する。

＜手順３＞
同図（ｄ）に示すように、左側チャック６Ｌによるクランプを解除し、右側チャック６Ｒのみによってワークをクランプする。そして、左側チャック６Ｌのみを、先とは逆方向に９０°回転させて、ワーク落とし口６ｂがローダを向くようにする。このとき、左側チャック６Ｌはワークをクランプしていないので、ワークが回転することはなく、ワークは、クランクピンＣｐが下方を向いた第２姿勢のままである。なお、左側チャック６Ｌでは、センタ６ｃによってワークのセンタ穴が支持されている。

＜手順４＞
同図（ｅ）に示すように、（ｄ）のクランプ状態のままで、ワークを回転させて工具９によってワークの左側のジャーナルを含む左側領域を切削加工する。

＜手順５＞
同図（ｆ）に示すように、両チャック６Ｒ，６Ｌによってワーク両端部をクランプし、ワークを回転させて２つの工具９によって残りのジャーナル等を加工する。

＜手順６＞
同図（ｇ）に示すように、加工終了後において、チャック６Ｒ，６Ｌの回転位置を搬出位置にした場合、すなわちワーク落とし口６ｂが上方のローダに向くようにした場合は、ワークはクランピンＣｐが下方を向いた第２姿勢となっている。

以上の第２姿勢のワークを、ローダによってクランクシャフト旋削加工機から搬出し、そのままの姿勢で次工程のクランクピン加工工程のクランクシャフトミラーに搬入する。クランクシャフトミラーでは、第２姿勢でセットされたワークのクランクピンが加工される。

［特徴］
（１）クランクシャフト旋削加工機において、チャック６のクランプ及び回転を制御することによってワークの位相替えを行うことができる。このため、加工ラインに特別な位相替えのための機構を設ける必要がない。

（２）クランクシャフト旋削加工機は、従来の加工機に比較して構造物等の追加をする必要がなく、処理プログラムの変更のみで対応可能であり、加工機の大幅な変更が不要である。

（３）クランクシャフト旋削加工機において、加工中のワークのクランプ変更作業の際にワークの位相替えを行うので、全体としての加工時間が増加するのを抑えることができる。

［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。

ワークの一例としてクランクシャフトを例にとって説明したが、例えばカムシャフト等の他の軸物ワークにも本発明を同様に適用することができる。

２Ｒ，２Ｌ 回転駆動装置
３Ｒ，３Ｌ 工具駆動ユニット
６Ｒ，６Ｌ チャック
７Ｒ，７Ｌ モータ
６ｂ ワーク落とし口
８ 工具台
９ 工具
１２ コントローラ

Claims (5)

1. 第1姿勢で搬入されてきた軸物のワークを加工する工作機械であって、
   それぞれが中央から径方向外方に向けて開口するワーク落とし口を有し、前記ワーク落とし口を通過して搬入されたワークの両端部をクランプする第１チャック及び第２チャックと、
   前記第１チャック及び第２チャックのそれぞれに対応して設けられ、各チャックを回転駆動するための第１駆動手段及び第２駆動手段と、
   前記第１チャック及び第２チャックのうちの少なくも一方にクランプされたワークを加工する加工工具と、
   前記各チャックによるワークのクランプを制御するとともに、前記各駆動手段による前記各チャックの回転角度を制御して、ワークの姿勢を前記第１姿勢から前記第２姿勢に変更する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記第１チャックによりワークの第1端をクランプさせるとともに前記第２チャックによるワークの第２端のクランプを解除させ、
   前記第１駆動手段により前記第１チャックを回転させてワークを第２姿勢に変更し、
   前記第２チャックによりワークの第２端をクランプさせるとともに、前記第１チャックによるワークの第１端のクランプを解除させ、
   前記第１駆動手段により前記第１チャックを回転させて、前記ワーク落とし口がワーク搬入・搬出方向を向くように前記第１チャックを搬入・搬出回転位置に位置させる、
   工作機械。
2. 前記制御手段は、ワークの軸方向一端側及び他端側をそれぞれ加工する際のワークつかみ替え時にワークの姿勢変更を実行する、請求項１に記載の工作機械。
3. 第1姿勢で搬入されてきた軸物のワークを加工する工作機械であって、
   それぞれが中央から径方向外方に向けて開口するワーク落とし口を有し、前記ワーク落とし口を通過して搬入されたワークの両端部をクランプする第１チャック及び第２チャックと、
   前記第１チャック及び第２チャックのそれぞれに対応して設けられ、各チャックを回転駆動するための第１駆動手段及び第２駆動手段と、
   前記第１チャック及び第２チャックのうちの少なくも一方にクランプされたワークを加工する加工工具と、
   前記各チャックによるワークのクランプを制御するとともに、前記各駆動手段による前記各チャックの回転角度を制御して、ワークの姿勢を前記第１姿勢から前記第２姿勢に変更する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記第１チャックによりワークの第1端をクランプさせるとともに前記第２チャックによるワークの第２端のクランプを解除させ、
   前記第１駆動手段により前記第１チャックを回転させてワークを第２姿勢に変更し、
   前記加工工具によりワークの第２チャック側領域を加工させ、
   前記第２チャックによりワークの第２端をクランプさせるとともに、前記第１チャックによるワークの第１端のクランプを解除させ、
   前記第１駆動手段により前記第１チャックを回転させて、前記ワーク落とし口がワーク搬入・搬出方向を向くように前記第１チャックを搬入・搬出回転位置に位置させ、
   前記加工工具によりワークの第１チャック側領域を加工させ、
   前記第１チャック及び前記第２チャックによりワークの両端をクランプさせて、前記加工工具によりワークの残り領域を加工させる、
   工作機械。
4. 前記ワークはクランクシャフトである、請求項１から３のいずれかに記載の工作機械。
5. 前記加工工具は前記クランクシャフトのメインジャーナル及び前記メインジャーナルより軸方向外側の端部を切削加工する、請求項４に記載の工作機械。

Images