JP5976617B2 - リング状ワークの加工機 - Google Patents

Description

本発明は、ベアリングの外輪や内輪等のリング状ワークを旋盤加工する加工機に関する。

ベアリングの外輪や内輪等は、旋盤を使用して、外周面や端面の外側角部等を切削する加工（以下、外側の加工と称す）と、内周面や端面の内側角部等を切削する加工（以下、内側の加工と称す）が行われる。したがって、この種の加工機には、外側の加工を行うためにワークの内側を保持する第一チャック部、内側の加工を行うためにワークの外側を保持する第二チャック部、第一又は第二チャック部が支持するワークの向きを軸方向に反転させるワーク反転装置等が設けられている。

また、上記のように、１つのワークに対して複数の加工を行うので、先の旋盤加工で発生した切粉の処理も重要となる。例えば、第一チャック部を用いて内側の加工した後で第二チャック部を用いて外側の加工をしたり、同じチャック部を用いてワークの軸方向の２つの端部を順番に加工をしたりするので、ワークを何回も持ち替える必要がある。したがって、先の加工で発生した切粉がワークに付着していると、後の加工に用いるチャック部に対して、ワークを正確に受け渡して保持させることができなくなる。

外側の加工で発生する切粉の処理については、ほとんどの切粉がワークの下方に落下すること、ワークの外側面であれば容易にエアブローできることから、さほど問題にならない。しかし、内側の加工で発生する切粉の処理については、加工中にエアブローしにくく、切粉がワークの内側に残留しやすいことから、問題になりやすい。

従来、切粉の処理に関して、例えば特許文献１に開示されているように、旋盤等を用いて切削加工された筒状部品を支持する支持装置と、筒状部品の内側空間に入ってエアを噴き出す空気吹出装置を備えた筒状部品の切粉除去装置があった。この支持装置は、高機能のロボットハンド等であり、ワークを移送してチャック部との間で受け渡しを行うローダの働きと、上述したワーク反転装置の働きをする。空気吹出装置は、筒状部品の内側に残留した切粉を除去する働きと、支持装置から受け渡されたワークを製品シュート等に移送するローダの働きをする。

特開２０００−２３３３４１号公報

特許文献１の切粉除去装置は、支持装置と空気吹出装置が、共に高機能で複雑な制御が必要な装置であり、既存の加工機に付加したり、改造して実現することも難しく、設置費用が高額になる。また、ワーク（筒状部品）の大きさや加工内容が変更になる毎に、空気吹出装置のヘッド部分を交換したり、複雑な制御プログラムを見直したりしなければならないという問題があった。

本発明は、上記背景技術に鑑みて成されたものであり、簡単な構造で安価に構成することが可能であり、既存の加工機にも容易に適用することができ、効率よく切粉の除去を行うことができるリング状ワークの加工機を提供することを目的とする。

本発明は、リング状のワークの旋盤加工を行う加工機であって、前記ワークの中心軸を自己の回転軸の位置に配して前記ワークの外周面を保持し、前記ワークと共に回転し前記ワークの内側が加工される第一チャック部と、前記ワークの中心軸を自己の回転軸の位置に配して前記ワークの内周面を保持し、前記ワークと共に回転し前記ワークの外側が加工される第二チャック部と、前記ワークの外周面を保持する第一保持部及び第二保持部を有し、前記第一及び第二保持部の少なくとも一方が移動して互いに近づき、前記第一保持部が保持している前記ワークを前記第二保持部に受け渡すことによって、前記ワークの向きを中心軸方向に反転させるワーク反転装置と、前記ワークを保持して前記各チャック部と前記各保持部との間を移動可能なローダと、前記第一及び第二保持部の少なくとも一方に設けられ、前記ワークを保持した状態で、前記ワークの内周面に向けてエアを噴射可能に取り付けられた第一エアブローノズルとを備え、前記ワークが前記第一保持部又は前記第二保持部に保持された状態で、前記第一エアブローノズルが前記ワークの内周面に向けてエアを噴射可能に設けられたリング状ワークの加工機である。

前記第一エアブローノズルの設置位置とは異なる位置に第二エアブローノズルが設けられ、前記ローダにより前記ワークの外周面を保持して前記第二エアブローノズルの位置に移送し、前記第二エアブローノズルが前記ワークの内周面に向けてエアを噴射可能に設けられた構成を備えていても良い。

さらに、前記第二エアブローノズルの近傍には、前記ワークが前記第二エアブローノズル付近の所定位置に移送されたことを検知するセンサを備え、前記センサにより前記ワークが前記第二エアブローノズル付近の所定位置に移送されたことを検知して、前記第二エアブローノズルのエア噴射を開始するものでも良い。第二エアブローノズルは、前記第一エアブローノズルよりも強い圧力でエアを噴射することが好ましい。

本発明のリング状部材の加工機は、２つの保持部の間でワークを持ち替えるワーク反転装置を利用し、一方の保持部に第一エアブローノズルを取り付けてワークの内周面にエアを噴射して切粉を除去する、というシンプルな構造なので、例えば、既存の加工機を改造することによって安価に構成することができる。また、切粉除去の工程が追加になるが、ワークを持ち替える工程の間にエアを噴射するので、タクトタイムの増加がなく、切粉を確実に除去することができる。

さらに、第二エアブローノズルを付設し、例えば小形のワークの切粉の除去は第一エアブローノズルで行い、大形のワークを加工するときは第二エアブローノズルで行うようにすれば、面倒な段取り替えをしなくても、様々な大きさのワークに対応することができる。

本発明のリング状部材の加工機の第一実施形態の構造を示す左側面図である。 第一実施形態の構造を示す平面図である。 第一実施形態の構造を示す正面図である。 第一チャック部の構造及び動作を説明する正面図（ａ）、左側面図（ｂ）である。 第一チャック部の構造及び動作を説明する正面図（ａ）、左側面図（ｂ）である。 第一保持部の構造及び動作を説明する正面図（ａ）、（ｂ）である。 第二保持部の構造及び動作を説明する正面図（ａ）、（ｂ）である。 本発明のリング状部材の加工機の第二実施形態の構造を示す左側面図である。 第二エアブローノズルが設置されたエアブロー室の構造及び動作を説明する平面図（ａ）、正面図（ｂ）である。

以下、本発明のリング状ワークの加工機の第一実施形態について、図１〜図７に基づいて説明する。第一実施形態の加工機１０は、ベアリングの外輪や内輪等のワークＷに対し、旋盤を使用して、上記の外側及び内側の加工を行う装置である。以下、図３に示す正面図の左右方向をＸ方向、紙面と直交する方向をＹ方向、上下方向をＺ方向と称して説明する。

加工機１０は、図１〜図３に示すように、旋盤加工時にワークを保持して回転する第一及び第二チャック部１２，１４、ワークＷの向きを反転させるためのワーク反転装置１６、第一及び第二チャック部１２，１４とワーク反転装置１６等の間を移動してワークＷの受け渡しを行うローダ１８、エアを噴射する第一エアブローノズル５４、及び各部の動作を制御する図示しない制御装置を備えている。また、第一エアブローノズル５４には、エアを供給するコンプレッサ等の図示しないエア供給源が接続されている。

第一チャック部１２は、ワークＷに対して内側の加工を行う時に使用される。図４に示すように、第一チャック部１２は円盤状の基板２０を有し、その背面側の中心部が、モータ等の回転駆動装置２２の回転軸に取り付けられている。回転駆動装置２２の回転軸はＸ方向に配されており、基板２０は、回転駆動装置２２に駆動されてＹＺ平面と平行に回転する。

基板２０の正面には、同じ高さの突条である３つの受け部２４が、基板２０の中心から半径方向に放射状に設けられ、受け部２４の内側の端部が、薄い円板状のカバー板２６で覆われている。カバー板２６の直径は、ワークＷの内径よりも小さい。さらに、３つの受け部２４の間に、３つの外チャック部材２８が放射状に設けられ、外チャック部材２８は、それぞれ基板２０の中心から半径方向に同心的に往復移動できる。

ワークＷを保持するときは、ワークＷの加工しない側の端面を３つの受け部２４の先端面に当接させ、３つの外チャック部材２８が連動して基板の中心に向かって移動することによりワークＷの外周面の３箇所をしっかりと保持し、ワークＷの中心軸を回転駆動装置２２の回転軸と一致させるように位置合わせする。

第一チャック部１２の前方には、図２に示すように、内側の加工を行うための中ぐりバイト３１等が設けられている。

第二チャック部１４は、第一チャック部１２の側方に設けられ、ワークＷに対して外側の加工を行う時に使用される。図５に示すように、第二チャック部１４は円盤状の基板３０を有し、その背面側の中心部が、モータ等の回転駆動装置３２の回転軸に取り付けられている。回転駆動装置３２の回転軸はＸ方向に配されており、基板３０は、回転駆動装置３２に駆動されてＹＺ平面と平行に回転する。

基板３０の正面には、正面から見て扇状に形成された同じ高さの３つの可動式受け板３４が、基板２０の中心から半径方向に放射状に設けられている。可動式受け板３４には、扇状の内周側の端部に、基板３０と反対向きに起立する内チャック部材３６が一体に形成されている。内チャック部材３６の先端面は、薄い円板状のカバー板３８で覆われており、カバー板３８の直径は、ワークＷの内径よりも小さい（図５（ａ）では、カバー板３８が省略されている）。３つの可動式受け板３４は、それぞれ基板３０の中心から半径方向に同心的に往復移動でき、これによって内チャック部材３６も同方向に往復移動する。

ワークＷを保持するときは、ワークＷの加工しない側の端面を３つの可動式受け板３４の平坦面に当接させ、３つの内チャック部材３６が連動して基板３０の中心から離れる向きに移動することにより、ワークＷの内周面の３箇所をしっかりと保持し、ワークＷの中心軸を回転駆動装置３２の回転軸と一致させるように位置合わせする。

第二チャック部１４の前方には、図１，図２に示すように、外側の加工を行うための片刃バイト３９等が設けられている。

ワーク反転装置１６は、第一及び第二チャック部１２，１４の上方に設けられ、第一保持部４０と第二保持部４２とを有している。

第一保持部４０は、図６に示すように、Ｙ方向に配したレール４４に沿って往復移動するスライド部４６上に設けられ、正六面体状の本体４８(1)は、スライド部４６に対してＸＹ平面と平行に回転可能になっている。本体４８(1)の側面には、３つの長方形の板材を放射状に配して一体化したような形状の受け板５０(1)が、本体４８の側面と略平行に取り付けられている。さらに、受け板５０(1)の３つ長方形部分の間に、３つのチャック部材５２(1)が放射状に設けられ、チャック部材５２(1)は、それぞれ受け板５０(1)の中心から半径方向に同心的に往復移動できる。

ワークＷを保持するときは、ワークＷの一方の端面を受け板５０(1)に当接させ、３つのチャック部材５２(1)が連動して受け板５０(1)の中心に向かって移動することにより、ワークＷの外周面の３箇所をしっかりと保持し、ワークＷの中心軸を受け板５０(1)の中心の位置に合わせる。

受け板５０(1)の中心の位置には、第一エアブローノズル５４が取り付けられている。第一エアブローノズル５４は、例えば、６角ナット状の各側面に（又は１つおきに）エアの噴射口を形成し、エア供給管５６を通じてエア供給源から送られたエアを、受け板５０(1)と略平行な向きに噴射する。すなわち、第一保持部４０がワークＷを保持した状態で、ワークＷの内周面に向けてエアを噴射することができる。

第二保持部４２は、図７に示すように、レール４４の一端部の側方に設けられ、第一保持部４０と同様の本体４８(2)、受け板５０(2)、及び３つのチャック部材５２(2)を有し、受け板５０(2)とチャック部材５２(2)とでワークＷを保持する。第一保持部４０と異なるのは、本体４８(2)が固定板５８上に設けられ、固定板５８に対してＸＹ平面と平行に回転可能になっている点、第一エアブローノズル５４及びエア供給管５６が設けられていない点である。

第一保持部４０と第二保持部４２との間でワークＷを受け渡しする動作は、次のように行う。例えば、第一保持部４０が、図６（ａ）に示すようにワークＷを保持しており、第二保持部４２が、第一保持部４０からワークＷを受け取る側だとすると、まず、第一保持部４０の本体４８(1)が回転し、図６（ｂ）に示すように、ワークＷを第二保持部４２の方向に向ける。第二保持部４２の本体４８(2)も回転し、受け板５０(2)を第一保持部４０の方向に向ける。この状態で、第一保持部４０の受け板５０(1)の中心と、第二保持部４２の受け板５０(2)の中心とが、Ｘ方向の直線上に配される。

次に、スライド部４６がレール４４に沿ってＸ方向にスライドし、第一保持部４０が第二保持部４２の近くまで移動する。そして、ワークＷの先端面が第二保持部４２の受け板５０(2)に当接すると、第二保持部４２は、チャック部材５２(2)が移動してワークＷを保持し、第一保持部４０は、チャック部材５２(1)が移動してワークＷの保持を解除する。その後、第一保持部４０は、スライド部４６がレール４４に沿って反対方向に移動し、本体４８(1)が反対方向に回転し、図６（ａ）に示す状態に戻る（ただし、ワークＷは保持していない）。また、第二保持部４０は、本体４８(2)が反対方向に回転し、図７（ａ）に示す状態になり、ワークＷの受け渡しが終了する。この一連の動作により、第一保持部４０に保持されていたワークＷは、向きが中心軸方向に反転して第二保持部４２に保持されることになる。

ローダ１８は、第二保持部４２と同様の本体４８(3)、受け板５０(3)、及び３つのチャック部材５２(3)を有し、受け板５０(3)とチャック部材５２(3)とでワークＷを保持する。第二保持部４２と異なるのは、本体４８(3)が図示しない移動機構に取り付けられてＸＹＺ方向に移動自在である点であり、自己と第一チャック部１２との間、第二チャック部１４との間、第一保持部４０との間、及び第二保持部４２との間で、それぞれワークＷの受け渡しを行う。受け渡しの際にワークＷを保持及び解除する動作は、上記の第一及び第二保持部４０，４２の間の受け渡しの動作と同様である。

次に、加工機１０で旋盤加工を行う動作を説明する。例えば、第１の加工パターンとして、ワークＷの内側の加工を行い、その後、外側の加工を行う場合、まず、加工機１０に搬入された旋盤加工前のワークＷをローダ１８が保持し、第一チャック部１２に向けて移送する。第一チャック部１２は、ローダ１８からワークＷを受け取り、その外周面をしっかり保持してワークＷと共に回転し、中ぐりバイト３１等を用いて内側の加工を行う。この加工で発生した切粉の一部は、下方に落下せずにワークＷの内側に残留する。

内側の加工が終わると、ローダ１８が第一チャック部１２からワークＷを受け取り、ワークＷをワーク反転装置１６の第一保持部４０に移送する。第一保持部４０は、ローダ１８からワークＷを受け取ってその外周面を保持し、第一エアブローノズル５４からワークＷの内周面にエアを噴射することによって、内周面に残留した切粉が除去される。その後、第二保持部４２が第一保持部４０からワークＷを受け取ることで、ワークＷの向きが反転される。

ワークＷの向きが反転されると、ローダ１８が第二保持部４２からワークＷを受け取り、ワークＷを第二チャック部１４に移送する。第二チャック部１４は、ローダ１８からワークＷを受け取り、その内周面をしっかり保持してワークＷと共に回転し、片刃バイト３９等を用いて外側の加工を行う。この加工で発生した切粉は下方に落下し、ワークＷの内周面には残らない。外側の加工が終わると、ローダ１８が第二チャック部１４からワークＷを受け取り、ワークＷを製品シュート等に移送し、１つのワークＷに対する作業が終了する。

また、第２の加工パターンとして、ワークＷの内側の加工及びワークＷの一端面側の外側の加工を行い、その後、反対側の外側の加工を行うようにしても良い。

以上説明したように、リング状ワークの加工機１０は、第一及び第二保持部４０，４２の間でワークＷを持ち替えるワーク反転装置１６を利用し、第一保持部４０に第一エアブローノズル５４を取り付けてワークＷの内周面にエアを噴射して切粉を除去する、というシンプルな構成なので、例えば、既存の加工機を改造することによって安価に構成することができる。また、切粉除去の工程が追加になるが、ワークＷを持ち替えるワーク反転装置１６に第一エアブローノズル５４を取り付けたので、タクトタイムには影響せず、切粉を確実に除去することができる。その他、内側の加工で使用される第一チャック部１２から第一保持部４０に移送されたワークＷに対してのみ、第一エアブローノズルからエア噴射するよう制御すれば、無駄なエアの消費を抑えることも可能である。

次に、本発明のリング状部材の加工機の第二実施形態について、図８、図９に基づいて説明する。ここで、上記実施形態と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。

第二実施形態の加工機６０は、図８に示すように、ワーク反転装置１６の第一保持部４０の側方にエアブロー室６２が設けられ、その中に、第二エアブローノズル６４が設置されている。第二エアブローノズル６４は、比較的大形のワークＷを加工する場合に使用される。

エアブロー室６４は、図９に示すように、Ｘ方向の手前側が開放した略矩形のフード６６の内側に設けられ、フード６６の背面６６ａの中央部に、回転軸部材６８が設けられている。回転軸部材６８には、小形の回転体７０が回転自在に取り付けられている。さらに回転体７０には、回転軸部材６８の回転軸に沿って突出する筒状の第二エアブローノズル６４と、回転軸と直角方向に突出する筒状の補助ノズル７２ａ，７２ｂとが取り付けられている。３箇所のノズル６４，７２ａ，７２ｂは、回転体７０を中心にしてＴ字状に配されている。

回転体７０は、内側が中空になっており、回転軸部材６８側の部分にエア供給管７４を通じてエアが供給され、エアを３箇所のノズル６４，７２ａ，７２ｂに分流させ、各ノズル先端部の噴射口から噴射させる。図９（ｂ）に示すように、補助ノズル７２ａの噴射口は、先端部の側面の図面上側の部分に設けられ、補助ノズル７２ｂの噴射口は、先端部の側面の図面下側の部分に設けられているので、補助ノズル７２ａ，７２ｂからエアを噴射すると、その噴射力によって回転体７０が反時計回りに回転する。第二エアブローノズル６４の噴射口は、先端部の側面に設けられ、回転軸と直角方向にエアを噴射しながら回転体７０と共に回転する。第二エアブローノズル６４が噴射するエアの圧力は、上記の第一エアブローノズル５４よりも強い。

フード６６の開放端のやや内側に、図示しない制御装置の一部である光学式センサ７６が設けられている。制御装置は、光学式センサ７６によりフード６６の内側にワークＷが差し入れられたことを検出すると、３箇所のノズル６４，７２ａ，７２ｂへのエア供給を開始させ、ワークＷが引き出されたことを検出すると、エア供給を停止させる制御を行う。特に、既存の加工機に第二エアブローノズル６４を付設する場合、光学式センサ７６を使用することで、必要なときだけエアを噴射させる、という制御を容易に実現することができる。

次に、加工機６０で旋盤加工を行う動作を説明する。ここでは、比較的大形のワークＷに対して上記の第１の加工パターンを行う場合（ワークＷの内側の加工を行い、その後、外側の加工を行う場合）の動作を説明する。

まず、加工機６０に搬入された旋盤加工前のワークＷをローダ１８が保持し、第一チャック部１２に向けて移送する。第一チャック部１２は、ローダ１８からワークＷを受け取り、外周面をしっかり保持してワークＷと共に回転し、中ぐりバイト３１等を用いて内側の加工を行う。この動作は、加工機１０で小形のワークＷを加工する場合と同様である。

内側の加工が終わると、ローダ１８が第一チャック部１２からワークＷを受け取り、ワークＷをエアブロー室６２に移送し、ワークＷの内側に第二エアブローノズル６４の先端部を配置させる。フード６６の内側にワークＷが差し入れられると、制御装置の指令により、ノズル６４，７２ａ，７２ｂがエアの噴射を開始し、第二エアブローノズル６４から噴射される強い圧力のエアによって、ワークＷの内周面に残留した切粉が除去される。

その後、ローダ１８は、ワークＷをワーク反転装置１６の第一保持部４０に移送する。第一保持部４０は、ローダ１８からワークＷを受け取ってその外周面を保持する。ここでは、既に切粉の除去が終了しているので、第一エアブローノズル５４からエアを噴射しなくてもよい。その後、第二保持部４２が第一保持部４０からワークＷを受け取ることで、ワークＷの向きが反転される。この後は、上述した加工機１０と同様に、外側の加工と、ワーククＷの搬出を行う。

第一保持部４０に設けた第一エアブローノズル５４は、エア噴射の圧力が比較的小形のワークＷ用に設定されているので、大形のワークＷの切粉を除去することは難しい。例えば、ワークＷの大きさに合わせて第一エアブローノズル５４を交換したり、エア噴射の圧力を高くすれば対応可能であるが、多品種少量生産を行う場合、段取り替えに時間が掛かってしまい、全体として作業効率が低下する。しかしながら、加工機６０は、小径のワークＷ用の第一エアブローノズル５４と、大径のワークＷ用の強力な第二エアブローノズル６４が別々に設けられているので、面倒な段取り替えを行うことなく、様々な大きさのワークに対応できる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、第一及び第二エアブローノズルは、近傍に配置されたワークの内周面に向けてエアを噴射可能なものであれば、ノズルの形状を上記以外の形状に変更してもよい。また、第一及び第二エアブローノズルは、固定式でもよいし回転式でもよい。また、第一エアブローノズルは、第一保持部に設けることが好ましいが、第一保持部と第二保持部の少なくとも一方に設けられていれば良く、両方に取り付けてもよい。

ワーク反転装置は、上記のワーク反転装置１６の構造に限定されず、例えば、ワークを受け渡しするとき、第二保持部が第一保持部に近づく構造でもよいし、双方が互いに近づく構造でもよい。

１０，６０ リング状ワークの加工機
１２ 第一チャック部
１４ 第二チャック部
１６ ワーク反転装置
１８ ローダ
４０ 第一保持部
４２ 第二保持部
５４ 第一エアブローノズル
６４ 第二エアブローノズル
７４ 光学式センサ
Ｗ ワーク

Claims (4)

1. リング状のワークの旋盤加工を行う加工機であって、前記ワークの中心軸を自己の回転軸の位置に配して前記ワークの外周面を保持し、前記ワークと共に回転し前記ワークの内側が加工される第一チャック部と、前記ワークの中心軸を自己の回転軸の位置に配して前記ワークの内周面を保持し、前記ワークと共に回転し前記ワークの外側が加工される第二チャック部と、前記ワークの外周面を保持する第一保持部及び第二保持部を有し、前記第一及び第二保持部の少なくとも一方が移動して互いに近づき、前記第一保持部が保持している前記ワークを前記第二保持部に受け渡すことによって、前記ワークの向きを中心軸方向に反転させるワーク反転装置と、前記ワークを保持して前記各チャック部と前記各保持部との間を移動可能なローダと、前記第一及び第二保持部の少なくとも一方に設けられ、前記ワークを保持した状態で、前記ワークの内周面に向けてエアを噴射可能に取り付けられた第一エアブローノズルとを備え、
   前記ワークが前記第一保持部又は前記第二保持部に保持された状態で、前記第一エアブローノズルが前記ワークの内周面に向けてエアを噴射可能に設けられたことを特徴とするリング状ワークの加工機。
2. 前記第一エアブローノズルの設置位置とは異なる位置に第二エアブローノズルが設けられ、前記ローダにより前記ワークの外周面を保持して前記第二エアブローノズルの位置に移送し、前記第二エアブローノズルが前記ワークの内周面に向けてエアを噴射可能に設けられた請求項１記載のリング状ワークの加工機。
3. 前記第二エアブローノズルの近傍には、前記ワークが前記第二エアブローノズル付近の所定位置に移送されたことを検知するセンサを備え、前記センサにより前記ワークが前記第二エアブローノズル付近の所定位置に移送されたことを検知して、前記第二エアブローノズルのエア噴射を開始する請求項２記載のリング状ワークの加工機。
4. 第二エアブローノズルは、前記第一エアブローノズルよりも強い圧力でエアを噴射するものである請求項２記載のリング状ワークの加工機。
   

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