(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中途部および端部を備えた、金属材料よりなる長尺状の被加工物に対して、切削加工を行う加工装置において、
前記加工装置は、
相互に離れた部位で前記被加工物の前記端部を載置して保持する１対の端部保持具と、
前記１対の端部保持具の間の位置で前記被加工物の前記中途部を押圧して保持する中途保持具と、を有し、
前記１対の端部保持具が、前記被加工物に上方に向かう力を加え、前記中途保持具が、前記被加工物に下方に向かう力を加えることにより、前記１対の端部保持具と前記中途保持具が、相互に反対向きの力を前記被加工物に印加することで、
前記被加工物を、固定台上で、長軸に沿って全体を一様に上下方向に撓ませた状態で保持して、切削工具を、前記被加工物に対して上方から下方に向けて接触させ、前記被加工物に対して運動させて、前記中途部を含む部位に対して切削加工を行うことを特徴とする加工装置。
【請求項２】
前記加工装置は、前記中途部に板状部を有する被加工物を切削する加工装置であって、
前記中途保持具は、前記被加工物の前記板状部を前記固定台との間に挟んで保持するクランプ装置であることを特徴とする請求項１に記載の加工装置。
【請求項３】
前記切削工具は、前記被加工物の長軸に沿って全域で切削を行う切削工具であることを特徴とする請求項１または２に記載の加工装置。
【請求項４】
前記被加工物は、円環状に膨出された胴部を有し、
前記胴部の両面は、円環形状を有する端面となっており、
前記胴部の径方向両側に、筒状部を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の加工装置。
【請求項５】
前記中途保持具は、前記胴部の前記円環形状の内側に、前記胴部の中心に対して複数が軸対称に配置されており、前記端面のうち一方において、前記被加工物の前記中途部を前記固定台に向かって押圧し、前記切削工具は、前記端面のうち他方に対して、上方から接触して、前記機械加工を行うことを特徴とする請求項４に記載の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工装置に関し、さらに詳しくは、固定台上に保持された被加工物に対して機械加工を行う加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接を経て金属製品を製造する場合、溶接部には溶接ビードが形成される。生じた溶接ビードは、他の部材との干渉を避ける等の目的で、切削、研磨等によって除去されることが多い。
【０００３】
例えば、トラックをはじめとする大型車両の後車軸等を収容するのに用いられるアクスルハウジングを製造する際、特許文献１，２に記載されるように、２つに分割して成形した本体部を溶接によって接合するとともに、三角板と称される別部材を溶接によって取り付ける（図２参照）。その後、本体部の接合部および三角板の取り付け部の溶接箇所において、切削によって溶接ビードを除去する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−３２８７６５号公報
【特許文献２】特開２０１０−２４７７６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように金属よりなる被加工物において、溶接ビードのような突起物を切削するに際し、突起物が形成された部位を正確に切削するためには、被加工物を固定台の上に据え付けて固定し、被加工物と切削工具の間に切削中に生じる振動（びびり振動）を、できる限り小さく抑えることが求められる。びびり振動が生じると、加工の精度が低下したり、切削工具等、加工装置の構成部材に損傷を与えたりする可能性がある。切削に限らず、研磨、切断等、工具を被加工物に対して運動させて機械加工を行う際には、同様に、被加工物の振動が加工精度に影響を与えることが多い。
【０００６】
被加工物を固定するに際し、従来一般には、被加工物を固定台に載置し、クランプ装置やチャック装置等、固定台に固定された保持具を用いて、両端部を含む被加工物の複数箇所を、上方から固定台に向かって押さえつけていた。しかし、この場合には、加工中における被加工物の振動を十分に抑えることが難しかった。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、機械加工を行う加工装置において、加工中に被加工物と工具の間に生じる振動を低減することができる加工装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明にかかる加工装置は、金属材料よりなる長尺状の被加工物を、固定台上で長軸に沿って撓ませた状態で保持して、機械加工を行うことを要旨とする。
【０００９】
ここで、前記加工装置は、相互に離れた部位で前記被加工物を保持する１対の端部保持具と、前記１対の端部保持具の間の部位で前記被加工物を保持する中途保持具と、を有し、前記１対の端部保持具および前記中途保持具は、相互に反対向きの力を前記被加工物に印加することで前記被加工物を撓ませることが好ましい。
【００１０】
この場合、前記１対の端部保持具は、前記被加工物に上方に向かう力を加え、前記中途保持具は、前記被加工物に下方に向かう力を加えるものであるとよい。
【００１１】
さらに、前記加工装置は、中途部位に板状部を有する被加工物を加工する加工装置であって、前記中途保持具は、前記被加工物の前記板状部を前記固定台との間に挟んで保持するクランプ装置であるとよい。
【００１２】
また、前記工具は、切削工具であるとよい。
【発明の効果】
【００１３】
上記発明にかかる加工装置によると、被加工物が撓ませられた状態で保持されるので、被加工物に撓み方向と反対向きの反力が発生する。被加工物を撓ませるのに印加される外力と反力が釣り合うことで、撓ませられた状態の被加工物が、安定して保持される。これにより、機械加工中に工具が被加工物の表面に接触した状態で運動しても、被加工物が振動を生じにくくなる。
【００１４】
ここで、加工装置が、相互に離れた部位で被加工物を保持する１対の端部保持具と、１対の端部保持具の間の部位で被加工物を保持する中途保持具と、を有し、１対の端部保持具と中途保持具とが、相互に反対向きの力を被加工物に印加することで被加工物を撓ませる場合には、効果的に被加工物を撓ませ、安定に保持することができる。
【００１５】
この場合、１対の端部保持具が、被加工物に上方に向かう力を加え、中途保持具が、被加工物に下方に向かう力を加える構成によれば、工具を上方から被加工物に当てて加工を行う際の上下方向の振動を、効果的に抑制することができる。
【００１６】
さらに、加工装置が、中途部位に板状部を有する被加工物を加工するものである場合に、中途保持具が、被加工物の板状部を固定台との間に挟んで保持するクランプ装置である構成によれば、被加工物の中途部位を、強固に固定台に対して押し付けて固定することができるため、加工時の振動を効果的に防止することができる。
【００１７】
また、工具が切削工具である場合には、一般には、切削加工中に被加工物に振動が加えられる場合が多いが、上記のように被加工物を撓ませて保持することで、この振動を効果的に抑制し、高い加工精度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態にかかる切削装置を示す斜視図である。
【図２】上記切削装置において、被加工物近傍を示す拡大図である。
【図３】胴部近傍をさらに拡大して示す図である。図は、胴部手前の壁面の一部を切り欠いて表示している。
【図４】被加工物の撓みを示す説明図であり、（ａ）は中途部を下方に撓ませる場合、（ｂ）は中途部を上方に撓ませる場合を示している。
【図５】実施例における撓み量の測定位置を示す図である。
【図６】撓み量の測定結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の一実施形態にかかる加工装置について、図面を用いて詳細に説明する。
【００２０】
［切削装置の概略］
図１〜３に、本発明の一実施形態にかかる加工装置として、切削装置１の概略を示す。本切削装置１は、固定台３に据え付けられた被加工物５の表面の切削加工を行うものである。
【００２１】
固定台３には、１対の端部保持具４１と４個で１組の中途保持具４２とからなる保持具４が設けられている。保持具４の詳細は後述するが、固定台３に載置された被加工物５を安定に保持する役割を果たす。
【００２２】
切削装置１は、２台のロボットアーム１０ａ，１０ｂを有している。ロボットアーム１０ａ，１０ｂはそれぞれ、６軸を有し、それぞれの軸が、サーボモータ（１１等）によって駆動される。
【００２３】
２台のロボットアーム１０ａ，１０ｂの先端には、それぞれ、スピンドルモータ１２が取り付けられ、それぞれのスピンドルモータ１２の出力軸に、例えばフェースミルカッター等の切削工具１３が結合されている。２台のロボットアーム１０ａ，１０ｂは、第一のロボットアーム１０ａが被加工物５の右半分の領域を切削し、第二のロボットアーム１０ｂが被加工物５の左半分の領域を切削するというように、それぞれの可動範囲に応じて、被加工物５の異なる領域を切削し、協働して被加工物５の全領域を切削することができる。
【００２４】
さらに、本切削装置１においては、２台のロボットアーム１０ａ，１０ｂのうち１台（図１では第一のロボットアーム１０ａ）の先端部に、スピンドルモータ１２と隣接させて、形状計測装置１４が取り付けられてもよい。形状計測装置１４は、光学測定によって、金属表面の形状を計測するものであり、例えば、被加工物５の表面にライン状のレーザー光を出射し、光切断方式によって２次元面上で距離測定を行う計測装置を例示することができる。切削装置１には、さらに、ロボットアーム１０ａ，１０ｂの運動やスピンドルモータ１２の回転、形状計測装置１４による計測を制御する制御部（不図示）が設けられる。
【００２５】
［被加工物］
本実施形態にかかる切削装置１を用いて切削加工を施される被加工物５は、除去されるべき突起物５４を有し、中央部がクランプ装置により固定可能で、両端部にて押し上げ可能な金属材料よりなる長尺物であれば、どのようなものであってもかまわない。被加工物５は、一部あるいは全体に筒状部を有していてもよい。除去されるべき突起物５４としては、溶接ビード、いわゆるバリ、材料の歪み等を例示することができる。
【００２６】
ここでは、被加工物の例として、アクスルハウジング５を扱う。アクスルハウジング５は、トラック等の大型車両の後車軸部等に用いられ、車軸およびディファレンシャルギア等を収容する。図２に示すように、アクスルハウジング５は、胴部５１と筒状部５２を本体部としてなっている。胴部５１は、鋼板が半筒形（断面略Ｕ字形又は断面略コの字形）に曲げられ、略円環状に膨出形成されたものであり、ディファレンシャルギアを収容する。胴部５１の両面は、略円環形状を有する板状の端面５１ａとなっており、この円環形状の内側には、鋼板の端縁５１ｂが露出している。そして、胴部５１の径方向両側に、車軸が挿通される中空の筒状部５２が形成されている。胴部５１と筒状部５２の間に形成されている空隙部には、略三角形の三角板５３が取り付けられている。
【００２７】
このようなアクスルハウジング５の本体部は、２つの分割部材から製造される。つまり、胴部５１の円環形状および筒状部５２の筒形状を半分に分割した分割部材を２つ製造し、２つの分割部材の端縁を筒状部５２において突き合わせて溶接することで、本体部が形成される。その後、胴部５１と筒状部５２の間の部位に、三角板５３が配置され、本体部と三角板５３の間の部位が溶接される。
【００２８】
このように形成されたアクスルハウジング５は、２つの分割部材の接合部および本体部と三角板５３の間の部位に、溶接ビード５４を有する。これらの溶接ビード５４は、後の工程でアクスルハウジング５に取り付けられる部材との干渉を防止する等の観点から、できる限り平坦に除去する必要がある。そこで、本実施形態にかかる切削装置１を用いて、これらの溶接ビード５４を切削する。
【００２９】
［保持具の構成と被加工物の保持］
ここで、被加工物５を固定台３上で保持する保持具４の詳細について説明する。上記のように、保持具４は、１対の端部保持具４１と、１組の中途保持具４２とからなっている。
【００３０】
端部保持具４１は、被加工物であるアクスルハウジング５の筒状部５２の端部が配置される位置において、固定台３上に固定されている。各端部保持具４１は、上方に、端部保持凹部４１ａを有している。端部保持凹部４１ａは、アクスルハウジング５の筒状部５２の外形の一部と略同一かそれよりも一回り大きい曲面形状または略Ｖ字形状に切りかかれた凹構造であり、アクスルハウジング５の筒状部５２を接触させて載置することができる。固定台３からの端部保持凹部４１ａの高さは、固定台３上に載置されたアクスルハウジング５の筒状部５２を上方に押し上げるように、定められている。なお、固定台３には、適宜、アクスルハウジングの胴部５１を載置するために、端部保持具４１が固定されている面よりも高くなった段差部３１が設けられている。
【００３１】
１組の中途保持具４２はそれぞれ、クランプ装置、具体的にはスイングクランプよりなっている。各中途保持具４２は、アクスルハウジング５の胴部５１の円環形状の内側となる位置において、基部４２ａが固定台３上に固定されている。そして、基部４２ａに、間隔調節可能に連結された押圧部４２ｂで、アクスルハウジング５の胴部５１の一方の端面５１ａの端縁５１ｂを、固定台３に向かって押圧して保持する。４つの中途保持具４２は、胴部５１の中心に対して略軸対称に配置されている。
【００３２】
固定台３上に載置されたアクスルハウジング５は、両端の筒状部５２の先端を、端部保持具４１によって、上方に向かって力を印加された状態で保持されている。そして、中途の胴部５１を、中途保持具４２によって、下方に向かって力を印加された状態で保持されている。このように、端部保持具４１と中途保持具４２によって上下方向逆向きに力を印加されることにより、アクスルハウジング５は、端部が上方、中途部が下方に撓ませられた（湾曲された）状態となる。撓みを極端に示すと、図４（ａ）のようになる。
【００３３】
このように撓ませられたアクスルハウジング５においては、金属材料（鋼板）が有する弾性により、反力が働く。図４（ａ）に示すように、反力Ｆｒは、アクスルハウジング５の撓み方向と逆の方向、つまり中途部を上方に持ち上げる方向に働く。反力Ｆｒの大きさは、端部保持具４１と中途保持具４２によってアクスルハウジング５に加えられる外力Ｆｅと釣り合う。
【００３４】
このように、アクスルハウジング５を撓ませる外力Ｆｅと、その外力Ｆｅと反対向きに及ぼされる反力Ｆｒが釣り合うことで、アクスルハウジング５が固定台３上の所定の位置で、安定に保持される。これにより、切削工具１３をアクスルハウジング５の表面に上方から接触させ、切削加工を行う際に、切削工具１３が回転しても、アクスルハウジング５が振動（びびり振動）を起こしにくくなる。その結果、アクスルハウジング５の振動による加工精度の低下を抑制することができる。例えば、アクスルハウジング５の表面の溶接ビード５４を切削する際に、単に上方からアクスルハウジング５を押さえつけて固定を行う場合や、筒状部５２の両端から中央に向かって押し付けるようにして固定を行う場合等と比較して、高い表面平滑度を達成することができる。
【００３５】
アクスルハウジング５をはじめとする被加工物を撓ませる方向は、上記のように、端部を上方、中途部を下方に撓ませるものに限られないが、被加工物５に切削工具１３が接触される方向に沿って撓ませることで、切削工具１３の運動に伴って、その方向に沿って被加工物５が振動するのを、効果的に抑制することができる。つまり、上記のように切削工具１３が被加工物５の上方から切削を行う場合には、アクスルハウジング５を上下方向に沿って撓ませることで、切削に伴う上下方向への振動を効果的に抑制することができる。
【００３６】
上下方向への撓みとしては、図４（ａ）のように中途部を下げる方向に撓ませる場合と、図４（ｂ）のように中途部を上げる方向に撓ませる場合が考えられ、いずれの場合にも、上下方向の振動を抑制する効果が得られる。被加工物が、アクスルハウジング５のように、両端部に筒状部５２を有し、中途部に端面５１ａのような板状部を有するものである場合には、上記で説明したように、両端を上げ、中途部を下げる方向に撓ませる方が、保持の安定性において優れる。なぜなら、端面５１ａのような中途部に存在する板状部は、クランプ装置によって固定台３との間に挟みこみ、固定台３に押圧しながら保持することが容易であり、一方、筒状の端部は、クランプ装置等によって固定台３に向かって押し下げながら保持することは比較的難しいものの、上記の端部保持具４１のような保持具を用いて、載置して下方から押し上げるように保持することは容易だからである。
【００３７】
このように、反力を利用して被加工物５を固定することで、単に被加工物５の端部や中途部位を上方から固定台に押さえつけて固定する場合よりも、小さな外力を印加するだけで、効果的に加工時の被加工物５の振動を抑制することができる。このため、被加工物５の固定に簡素な構成の保持具４を用いることができる。特に、アクスルハウジング５を固定するための中途保持具４２としてスイングクランプを用いる場合に、上記のように胴部５１の内側にバランスよくスイングクランプを配置すれば、油圧式ではなく、空気圧式のクランプを用いて、切削工具１３で溶接ビード５４を切削する際の振動を十分に抑えることができる（下記実施例参照）。空気圧式のスイングクランプは、油圧式のものに比べ、出力においては劣るが、簡素な構成を有し、取扱い性にも優れる。
【００３８】
被加工物５の撓み量は、十分な反力を発生させられ、かつ保持具４を外した後に撓みを解消させられる範囲で、適宜選択すればよい。例えば、被加工物５が鋼板製のアクスルハウジング５である場合に、撓み量は、最大の箇所で、全長の０．１〜０．３％程度であることが好ましい。また、具体的な端部保持具４１および中途保持具４２の構造や設置部位は、１対の端部保持具４１を相互に離して設置し、それら端部保持具４１の間に中途保持具４２を設置して、被加工物５に相互に反対向きの力を印加できるようにさえしておけば、被加工物５の形状や撓みの方向等に応じて適宜選択すればよい。
【実施例】
【００３９】
端部保持具と中途保持具を用いてアクスルハウジングを撓ませた場合の撓み量と、加工精度への影響を、実際に調べた。
【００４０】
（実施例）
具体的には、全長１３３０ｍｍ、胴部の外径３９５ｍｍ、筒状部の外径１２０ｍｍ、胴部の厚さ（両端面の外壁面の距離）１２４ｍｍ、鋼板の厚さ８ｍｍのアクスルハウジング５を、被加工物として用いた。図５に示すように、このアクスルハウジング５の筒状部５２の一端を、端部保持具４１を用いて１３５ｋｇｆの力で押し上げるとともに、スイングクランプ４２を用いて、胴部５１の４か所を、それぞれ６３０ｋｇｆの力で固定台に押し付け、アクスルハウジング５を撓ませた。この際、胴部５１の中心から１４０ｍｍの位置に支点７を設けて固定台に対して固定した。
【００４１】
そして、支点から外側に２４５ｍｍ、３６５ｍｍ、４８５ｍｍ（筒状部の端部から２８０ｍｍ、１６０ｍｍ、４０ｍｍ）の位置に、それぞれダイヤルゲージを配置しておいた。このようにして、撓みによる各位置の変位量を計測し、撓み量とした。
【００４２】
図６に、計測された各位置での撓み量を示す。これによると、最大で１．５ｍｍの撓みが発生していることが分かる。また、図中に近似曲線を示すように、撓み量は、支点からの距離に比例している。これにより、上記のように、端部を押し上げ、胴部を押し下げることで、アクスルハウジング全体を一様に撓ませられることが分かる。
【００４３】
さらに、上記のように撓ませた状態で、ロボットアームに取り付けたフェースミルカッターを用いて、上方から溶接ビードの切削を行った。切削後、面粗さ標準片を用いて、切削を行った部位の表面粗さを評価した。その結果、表面粗さ（Ｒｍａｘ）は、１２Ｓ相当と見積もられた。
【００４４】
（比較例）
上記実施例で用いたのと同様のアクスルハウジング５を撓ませることなく、固定台上に固定した。具体的には、アクスルハウジング５の筒状部５２の両端の中空部に、それぞれテーパ状のセンターコーンを先端側から挿入し、１２５０ｋｇｆの力で中央に向かって押し付けた。また、固定台上に設けた押し上げ治具を用いて、胴部５１の下側の端面５１ａを７８０ｋｇｆの力で押し上げるとともに、水平出しを行った。この状態で、実施例の場合と同様に、上方から溶接ビードの切削を行った。切削を行った部位の表面粗さ（Ｒｍａｘ）は、５０〜１００Ｓ相当と見積もられた。
【００４５】
以上のように、アクスルハウジングを撓ませて保持することで、撓ませずに保持する場合と比べて、切削加工によって平滑な表面が得られることが分かった。
【００４６】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。例えば、本発明にかかる加工装置は、切削装置に限られず、研磨、切断等、任意の機械加工を行う加工装置とすることができ、上記のように、被加工物を撓ませて保持することで、加工時の振動を抑制することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１                切削装置
１０ａ，１０ｂ    ロボットアーム
１１              サーボモータ
１２              スピンドルモータ
１３              切削工具
１４              形状計測装置
３                固定台
４                保持具
４１              端部保持具
４１ａ            端部保持凹部
４２              中途保持具（スイングクランプ）
５                アクスルハウジング（被加工物）
５１              胴部
５１ａ            端面
５１ｂ            端縁
５２              筒状部
５３              三角板
５４              溶接ビード（突起物）
Ｆｅ              外力
Ｆｒ              反力
【図１】
0006528392.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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