(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通中心線に沿って複数の加工穴が設けられたワークを支持したベッドと、
上記ワークの共通中心線が上記ベッド上に設定される加工軸線に一致するようにワークをベッド上に解除可能に固定する取り付け具と、
上記ベッドに装着され上記ワークに対して接離する方向である送り方向及び送り方向と直交する上下方向に移動可能な主軸を備えた切削機本体と、
上記主軸に一端部が取付けられ、上記各加工穴を貫通する軸部に各加工穴を中ぐり加工する各切刃をそれぞれ突設したボーリング軸と、
上記ベッド上に上記加工軸線に沿って移動可能に支持され、上記ボーリング軸の先端部を枢支する前進位置とボーリング軸より離脱する後退位置とに移動自在な先端軸受と、
上記加工軸線に共通中心線を一致させた各加工穴を上記ボーリング軸で中ぐり加工するに先立ち、同ボーリング軸を上記加工軸線に対して各加工穴と上記切刃の干渉を防止できる量だけオフセットした状態で送り方向に移動し、次いで、上記ボーリング軸が上記オフセット量だけ移動することで加工軸線とボーリング軸の芯合わせをし、その上で、上記先端軸受を上記後退位置より前進位置に移動させてボーリング軸の先端を枢支するよう制御する制御手段と、
を具備したことを特徴とする穴加工装置。
【請求項２】
上記切削機本体はマシニングセンタであることを特徴とする請求項１記載の穴加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークの穴の内壁を切削する中ぐり加工用の穴加工装置、特に、複数の直列状に配備された複数の加工穴を同時に切削可能な穴加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数の加工穴を同時に中ぐり加工する中ぐり加工機としては各ワークの形状に応じた専用機が使用されている。
たとえば、シリンダヘッドのようにカム軸の長手方向に沿って軸受穴を複数備えたような場合、図５に示すシリンダヘッド用の中ぐり専用機が用いられる。この専用機１００は、ベッド１０１上に切削加工機本体１０２とテーブル１０３と先端軸受１０４とを備え、加工軸線Ｌに沿って配備したワークとしてのシリンダヘッド１０９の複数の軸受穴ｈを中ぐり加工する。切削加工機本体１０２はベッド１０１に対して図面左右方向である送り方向Ｘおよび上下方向Ｚに移動可能な主軸１０５を備え、同主軸にボーリング軸１０６の一端を固定する。テーブル１０３はテーブル駆動装置１０７を介してベッド１０１に支持され、テーブル駆動装置１０７により少なくとも上下方向Ｚに移動可能に保持される。テーブル１０３上には取付け具１０８が設けられ、これによってシリンダヘッド１０９をテーブル上に固定できる。先端軸受１０４にはボーリング軸１０６の先端を加工軸線Ｌに沿って差し込むことが可能な軸受穴ｈ１が形成されている。
【０００３】
ボーリング軸１０６はシリンダヘッド１０９の軸受穴ｈより小径の軸部を備え、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、同軸部の中間部にはシリンダヘッド１０９の各軸受穴ｈと対向する位置に切刃１１０がそれぞれ突設される。切刃１１０は、ボーリング軸１０６の中心線と加工軸線Ｌとが一致した状態（図６（ｂ）の状態）で、ボーリング軸１０６と共に回転駆動した際に、各軸受穴ｈに所定の形状の加工穴を中ぐり加工できるようにその突設量ｅが予め調整される。
【０００４】
このようなシリンダヘッド用の中ぐり専用機１００は、予め、テーブル１０３上にシリンダヘッド１０９を載置し、この際、図６（ａ）に示すように、シリンダヘッド１０９の加工穴ｈの共通中心線（中心線位置をＯａで示す）が加工軸線Ｌ（中心線位置をＯｂで示す）よりオフセット量αだけ上方に保持されるような位置に保持される。この後、ボーリング軸１０６を加工軸線Ｌ上であって後退位置（先端部位置を符号Ｄ１で示す）に保持し、しかも、主軸１０５が切刃１１０を下に向けた状態で送り方向Ｘである加工軸線Ｌの方向に移動され、ボーリング軸１０６の先端が先端軸受１０４の軸受穴ｈ１に差し込まれ，加工位置Ｄ２に保持される。この後、テーブル駆動装置１０７が駆動して、ベッド１０１に支持されたシリンダヘッド１０９をオフセット量αだけ降下させて各軸受穴ｈを図６（ｂ）に示す状態に保持し、加工軸線Ｌと各軸受穴ｈの共通中心線を一致させる。その後で、ボーリング軸１０６が両持ち状態で回転および送り駆動して各軸受穴ｈを同時に中ぐり加工し、加工終了後は再度シリンダヘッド１０９をオフセット量αだけ上昇させ、主軸１０５が切刃１１０を下に向けた状態（図６（ｂ）に示す状態）で送り方向Ｘに移動操作されて各軸受穴ｈよりボーリング軸１０６を抜き取ることで、シリンダヘッド１０９のボーリング加工が終了する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、シリンダヘッドの複数の軸受部の中ぐり加工で用いる専用機１００はシリンダヘッドの複数の加工穴ｈを同時に加工精度を確保して加工できるが、テーブル駆動装置１０７を駆動制御する必要があり、加工制御が比較的複雑化している。しかも、装置が専用機として作成されるため、この点で比較的複雑で高価なものとなっていた。なお、マシニングセンタを用いて片持ちのリーマ加工を行う穴加工装置があるが、構造上先端軸受を使用できず、片持ちのリーマで加工穴を開けると、順次その加工済みの穴を軸受として利用して次の加工穴の加工に入り、各加工穴の入り口側と出口側とで穴中心位置にずれが生じ易く、加工精度が低下し易いという問題がある。
本発明は上述の課題を考察し、加工精度を確保した上で比較的簡素化された加工制御を行える穴加工装置を提供すること、さらに、設備費の低減をも図れることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、請求項１の発明では、共通中心線に沿って複数の加工穴が設けられたワークを支持したベッドと、上記ワークの共通中心線が上記ベッド上に設定される加工軸線に一致するようにワークをベッド上に解除可能に固定する取り付け具と、上記ベッドに装着され上記ワークに対して接離する方向である送り方向及び送り方向と直交する上下方向に移動可能な主軸を備えた切削機本体と、上記主軸に一端部が取付けられ、上記各加工穴を貫通する軸部に各加工穴を中ぐり加工する各切刃をそれぞれ突設したボーリング軸と、上記ベッド上に上記加工軸線に沿って移動可能に支持され、上記ボーリング軸の先端部を枢支する前進位置とボーリング軸より離脱する後退位置とに移動自在な先端軸受と、上記加工軸線に共通中心線を一致させた各加工穴を上記ボーリング軸で中ぐり加工するに先立ち、同ボーリング軸を上記加工軸線に対して各加工穴と上記切刃の干渉を防止できる量だけオフセットした状態で送り方向に移動し、次いで、上記ボーリング軸が上記オフセット量だけ移動することで加工軸線とボーリング軸の芯合わせをし、その上で、上記先端軸受を上記後退位置より前進位置に移動させてボーリング軸の先端を枢支するよう制御する制御手段と、を具備するようにしている。
【０００７】
ここでは、加工軸線に共通中心線を一致させた各加工穴をボーリング軸で中ぐり切削加工するに先立ち、まず、ボーリング軸を加工軸線に対して加工穴と切刃の干渉を防止できる量だけオフセットした状態で送り移動して加工前の各加工穴に軸部を差し込み、次いで、ボーリング軸を送り方向と直交する方向に移動させて加工軸線とボーリング軸の芯合わせをし、その上で、先端軸受が後退位置より前進位置に移動してボーリング軸を枢支し、その後、両持ち状態のボーリング軸で複数の加工穴を中ぐり作動している。このため、全加工穴を同時に中ぐり切削加工するに当たり、ボーリング軸及び先端軸受だけの位置制御をし、ワーク側の位置を切り換え制御する必要がなく、加工制御が比較的簡素化される。しかも、ボーリング軸のみを送り方向及び同送り方向と直交する方向に移動させた上で前進後退式の先端軸受にボーリング軸を差し込み両持ち状態とし、その上で中ぐり駆動でき、加工穴の加工精度が向上し、専用機並の加工精度を確保できる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１記載の穴加工装置において、上記切削機本体はマシニングセンタであることを特徴とする。この場合、マシニングセンタを用いてワークに対するボーリング軸の位置をそれに対応する数値情報で精度よく位置制御でき、精度のよい中ぐり加工を行え、しかも、既存のマシニングセンタを有効利用でき、設備費の低減を図れる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１、図２には本発明の一実施形態例としての穴加工装置を示した。この穴加工装置Ｍは略矩形の載置台であるベッド１と、その載置面２の一側に配設される切削加工機本体としてのマシニングセンタ３と、載置面２の他側に配設される先端軸受４と、中央に配備され載置部５０１を有するテーブル５と、ベッド１の側壁の一部に装着される制御盤６とを備える。ここで、マシニングセンタ３は後述するベース９と一体のカバー３０１に制御部１７を装備し、同制御部１７と制御盤６とは信号回線ｒで接続され、相互に信号の授受が可能な状態で連結される。
【００１０】
ベッド１の載置面２の一側にはマシニングセンタ３を送り方向Ｘに案内する送りレール７が形成される。この送りレール７に摺動可能にマシニングセンタ３が載置される。ベース９は送り用アクチュエータ９０１を装着し、同アクチュエータ９０１は制御部１７の送り駆動出力に応じて駆動し、ベース９側を送り方向Ｘに移動操作する。送りレール７に摺動可能に載置されるベース９には横方向（紙面垂直方向）に延びる横レール１０が形成され、同レール１０に摺動可能に載置されたコラムベース８は横送り用アクチュエータ８０１を装着し、同アクチュエータ８０１は制御部１７の横送り駆動出力に応じて駆動し、コラムベース８側を横方向（紙面垂直方向）に移動操作する。コラムベース８の上面からはコラム１１が立設され、コラムの縦レール１２に摺動可能に主軸頭１３が装着される。主軸頭１３は縦送り用アクチュエータ１３０を装着し、同アクチュエータ１３０は制御部１７の縦送り駆動出力に応じて駆動し、主軸頭１３を上下方向Ｚに移動操作する。
【００１１】
主軸頭１３は主軸１３１及び同主軸を回転駆動する主軸駆動部１５，主軸１３１内に装着される自動チャック機構１６を備える。マシニングセンタ３の制御部を成す制御部１７は主軸頭１３の送り方向Ｘ、横方向（紙面垂直方向）及び上下方向Ｚにおける位置を切り換え制御する位置制御手段Ａ１の機能を備える。位置制御手段Ａ１は主軸頭１３の送り方向Ｘ、横方向（紙面垂直方向）及び上下方向Ｚにおける位置に対応する数値情報を処理し、主軸頭１３を数値化された位置指令信号によって、位置切り換え制御する。しかも、制御部１７は主軸駆動部１５及び自動チャック機構１６の各駆動を制御する主軸制御手段Ａ２の機能を備える。主軸制御手段Ａ２はボーリング軸１４及びその他の図示しない切刃の装着指令に応じて各切刃及びその位置に対応する数値情報を処理し、主軸１３１に装備中の他の切刃を指定の場所に戻し、新たに指定されたボーリング軸１４を受取る操作と、それに伴う自動チャック機構１６の解除、締め付けの切り換え制御を順次行う。
【００１２】
ボーリング軸１４は後述のシリンダヘッドＨの複数の軸受穴ｈを同時に中ぐり切削加工する専用工具で、その軸部１４１の中間部にはシリンダヘッドＨの複数の軸受穴ｈと同時に対向する位置に切刃ｃが夫々配備される。尚、各切刃ｃは軸部１４１の軸中心線と軸直角な放射方向に突出し、その突出し量は前以て調整される。即ち、図３に示すように、シリンダヘッドＨの軸受ｂの軸受穴ｈにボーリング軸１４が嵌挿された際に、その軸部１４１の中心線（その中心点をＯ２として示した）が軸受穴ｈの中心線（ここでは加工軸線Ｌと一致する）と一致した、即ち、芯合わせされた状態で回転駆動した際に、軸受穴ｈの内壁を所定の内径に切削できるような突出し量に調整されている。なお、ボーリング軸１４の軸部１４１は軸受穴ｈの内径より十分に小さく、軸部１４１をオフセット量ｕだけずらし、その中心点をＯ１に移動した場合でも、切刃ｃを上に向けた状態の軸部１４１と軸受穴ｈの内壁との干渉を避けられるように形成されている。
【００１３】
テーブル５はワークであるシリンダヘッドＨを載置する凹形状の載置部５０１が形成され、その端部に取付け具１８を装着する。尚、ここでのシリンダヘッドＨはその上面側に図示しないカム軸を枢支する複数の軸受ｂを突設し、各軸受ｂは中央に軸受穴ｈを形成される。この軸受穴ｈは中ぐり切削に先立ち周知の前加工が施されている。しかも、ここでの複数の軸受ｂの軸受穴ｈは図示しない共通中心線に沿って互いに所定間隔を保って直状に順次配設されるように形成される。
【００１４】
シリンダヘッドＨは図示しない搬送手段で載置部５０１近傍に搬送され、手動で載置部５０１に載置される。この載置部５０１はここにシリンダヘッドＨが載置された際に、複数の軸受穴ｈの共通中心線が予め設定されている加工軸線Ｌと一致するように載置できる。なお、取付け具１８はエアアクチュエータ式のクランプ機構を有し、制御盤６の有するワーク固定操作手段Ａ３により適時に切り換え制御され、これにより、加工時のシリンダヘッドが載置部５０１よりずれないように締め付け固定できる。
【００１５】
載置面２の他側に配設される先端軸受４は、ベッド１に支持台１９を介して固定されるガイドレール２０と、同レール上に摺動可能に載置される軸受本体２１と、支持台１９の端部に装着され軸受本体２１をガイドレール２０に沿って摺動させるエア式アクチュエータからなる切り換え駆動部２２とを備える。軸受本体２１はボーリング軸１４の先端部を捕まえて枢支する枢支穴ｈ１を形成される。軸受本体２１はガイドレール２０に沿って移動幅ｄだけ移動可能に形成され、その際、枢支穴ｈ１が常に予め設定される加工軸線Ｌと一致した状態で摺動できる。切り換え駆動部２２は制御盤６の有する軸受操作手段Ａ４により適時に切り換え制御される。軸受操作手段Ａ４は非作動時に軸受本体２１をボーリング軸１４の先端部より離脱する後退位置Ｑ１に保持し、作動時に軸受本体２１をボーリング軸１４の先端部を捕まえて枢支する前進位置Ｑ２に切り換え移動し、これにより、作動時にボーリング軸１４を両持ち状態で回転駆動できるようにしている。
【００１６】
次に、図１の穴加工装置ＭによるシリンダヘッドＨの軸受穴ｈの中ぐり加工を図２及び図４の穴加工説明図と共に説明する。
穴加工装置Ｍの制御手段を成す制御部１７及び制御盤６にシリンダヘッドＨの加工モードが入力される。これにより、制御盤６のワーク固定操作手段Ａ３はワーク取付け処理に入る。ここでは取付け具１８を駆動し、初期状態である解除状態に保持し、シリンダヘッドＨがテーブル５に載置され図示しない載置検出センサの信号を受けると、その時点で取付け具１８をクランプ作動させる。しかも、軸受操作手段Ａ４が軸受本体２１を後退位置Ｑ１に切り換え保持する。
【００１７】
一方、制御部１７の主軸制御手段Ａ２はボーリング軸１４のセット処理に入り、主軸１３１に装備中の他の切刃を指定の場所に戻し、ボーリング軸１４を受取り、それに伴う自動チャック機構１６の解除、締め付けの切り換えを順次行い、ボーリング軸１４を加工軸線Ｌ上で先端が加工待機位置である基準位置Ｓ１に達するように保持する。
【００１８】
次ぎに、穴加工装置Ｍは、制御部１７及び制御盤６が一切削工程と、軸受セット工程を連続して実行する。
まず、位置制御手段Ａ１は加工軸線Ｌ上の基準位置Ｓ１のボーリング軸１４の切刃ｃを上に向け，その状態のボーリング軸１４をオフセット量ｕだけ下方に切り換え保持する状態にセットする（▲１▼工程）。
次いで、ボーリング軸１４を加工開始位置Ｓ２に向けて前進移動させ（図２参照）、各軸受穴ｈを通過した軸部１４１の先端を加工開始位置Ｓ２に保持する（▲２▼工程）。
【００１９】
次いで、ボーリング軸１４をオフセット量ｕだけ上昇させ、図３に示すように、軸部１４１の中心線（その中心点をＯ２として示した）が軸受穴ｈの中心線と一致した状態、即ち、ボーリング軸１４を加工軸線Ｌと芯合わせした状態に保持する（▲３▼工程）。
この状態を検出した制御盤６の軸受操作手段Ａ４は先端軸受４を後退位置Ｑ１より前進位置Ｑ２に前進させ，ボーリング軸１４の先端を捕まえ枢支する（▲４▼工程）。
【００２０】
この状態を検出した制御部１７の位置制御手段Ａ１は両持ちされたボーリング軸１４を加工開始位置Ｓ２より加工終了位置Ｓ３まで回転しつつ前進させ、幅Ｂの軸受穴ｈの内壁を連続して中ぐり加工し、軸受穴ｈを所定内径に加工する（▲５▼工程）。
次いで、加工終了位置Ｓ３より加工開始位置Ｓ２までボーリング軸１４を引き戻す（▲６▼工程）。
この状態を検出した制御盤６の軸受操作手段Ａ４は先端軸受４を前進位置Ｑ２より後退位置Ｑ１に後進させ，ボーリング軸１４の先端より離脱する（▲７▼工程）。
【００２１】
この状態を検出した制御部１７の位置制御手段Ａ１は先端が開放されたボーリング軸１４の切刃ｃを上に向け，その状態のボーリング軸１４をオフセット量ｕだけ下方に切り換え保持した状態にセットする（▲８▼工程）。
次いで、切刃ｃを上に向けたボーリング軸１４を加工開始位置Ｓ２より基準位置Ｓ１に向けて後進移動させ、各軸受穴ｈを通過した軸部１４１の先端を基準位置Ｓ１に保持し（▲９▼工程）、一切削工程を完了する。
この後、制御盤６のワーク固定操作手段Ａ３はワーク解除処理に入り、取付け具１８を駆動し、取付け具１８をクランプ作動させ、加工済みのシリンダヘッドＨをテーブル５から取り出し、次の工程に進む。
【００２２】
図１の穴加工装置Ｍでは、ワークとしてのシリンダヘッドＨの全軸受穴ｈを同時に中ぐり加工する際、切刃ｃと各軸受穴ｈとの干渉を防止するためシリンダヘッドＨ側を上下に切り換えるという制御を行わず、ボーリング軸１４側の位置制御と先端軸受４の前後進移動制御のみで済ませており、加工制御が比較的簡素化される。しかも、ボーリング軸１４のみを送り方向Ｘ及び上下方向Ｚに移動させた上で前後進式の先端軸受４にボーリング軸１４を差し込み両持ち状態とし、その上で中ぐり駆動でき、全軸受穴ｈの加工精度が向上し、専用機並の加工精度を確保できる。ここでは、特にマシニングセンタ３を用いてボーリング軸１４の位置切り換え制御を精度よく数値制御でき、精度のよい中ぐり加工を行え、しかも、既存のマシニングセンタを有効利用でき、設備費の低減を図れる。しかも、ボーリング軸１４を用い複数の軸受穴を同時加工するので、リーマ加工により一つずつ軸受穴を加工する場合より、工具全体の寿命が長くなり、工具費の低減を図れる。
【００２３】
上述の穴加工装置Ｍは切削機本体としてマシニングセンタを用いたが、場合により、ボーリング軸１４を送り方向Ｘと上下方向Ｚとに切り換え制御できるその他のＮＣ加工機として切削機本体を形成してもよく、この場合も図１の穴加工装置Ｍと同様の作用効果を得られる。上述の穴加工装置ＭはワークであるシリンダヘッドＨを中ぐり切削加工していたが、その他の複数加工穴を有したワークの中ぐり加工用の穴加工装置を構成でき、この場合も図１の穴加工装置Ｍと同様の作用効果を得られる。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明では、ここでは、全加工穴を同時に中ぐり加工するに当たり、ワークの位置を切り換え制御する必要がなく、加工制御が比較的簡素化される。しかも、ボーリング軸のみを送り方向及び同送り方向と直交する方向に移動させた上で前進後退式の先端軸受を加工軸線上で後退位置より前進位置に移動することでボーリング軸を差し込み両持ち状態とし、その上で中ぐり切削加工でき、加工穴の加工精度が向上し、専用機並の加工精度を確保できる。
【００２５】
請求項２の発明は、マシニングセンタを用いてワークに対するボーリング軸の位置をそれに対応する数値情報で精度よく位置制御でき、精度のよい中ぐり加工を行え、しかも、既存のマシニングセンタを有効利用でき、設備費の低減を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例としての穴加工装置の概略側面図である。
【図２】図１の穴加工装置の中ぐり加工工程におけるボーリング軸と先端軸受の切り換え移動説明図である。
【図３】図１の穴加工装置で中ぐり加工される軸受穴の加工時断面図である。
【図４】図１の穴加工装置が行う中ぐり加工工程のブロック説明図である。
【図５】従来の穴加工装置の概略切欠側断面図である。
【図６】従来の穴加工装置による軸受穴の加工時断面図で、（ａ）はボーリング軸オフセット時を、（ｂ）はボーリング軸加工時を示す。
【符号の説明】
１        ベッド
３        マシニングセンタ
５０１    載置部
６        制御盤
１３１    主軸
１４      ボーリング軸
１４１    軸部
１７      制御部
１８      取付け具
ｃ        切刃
ｈ        軸受穴
Ｈ        シリンダヘッド
Ｌ        加工軸線
Ｍ        穴加工装置
Ｏ２      加工穴中心線
Ｑ１      後退位置
Ｑ２      前進位置
Ｘ        送り方向
Ｚ        上下方向
【図１】
0003716681.tif 000002
【図２】
0003716681.tif 000003
【図３】
0003716681.tif 000004
【図４】
0003716681.tif 000005
【図５】
0003716681.tif 000006
【図６】
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