(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の材料からなる円筒状の第１の内周面と、前記第１の材料よりも硬度が低くて粘着性の高い第２の材料からなる、前記第１の内周面と径の異なる円筒状の第２の内周面とが軸方向に並ぶワークの両内周面を加工するための方法であって、
単一の工具軸に、当該工具軸から径方向に突出する状態で砥石車と切削用チップとを軸方向に相互位置をずらしかつ前記砥石車及び切削用チップのうち径方向寸法が小さいものが前記工具軸の先端側に位置するように固定しておき、
前記ワークを主軸先端に保持したまま、当該主軸及び前記工具軸を回転させながら、前記第１の内周面及び前記第２の内周面のうち大径の内周面の側から前記工具軸を挿入することにより、前記第１の内周面に前記砥石車の外周面を接触させて当該第１の内周面を研削加工する研削工程と、
前記主軸及び前記工具軸を回転させながら、前記第１の内周面及び前記第２の内周面のうち大径の内周面の側から前記工具軸を挿入することにより、前記第２の内周面に前記切削工具を接触させて当該第２の内周面を切削加工する切削工程とを行うことを特徴とする内面加工方法。
【請求項２】
請求項１記載の内面加工方法において、前記ワークは、鉄鋼材料からなる本体を有し、この本体の内周面の一部に前記鉄鋼材料よりも硬度が低くて粘着性の高い非鉄金属合金からなる筒状の軸受が固定されたものであり、この軸受の内周面を前記切削工程により切削加工し、当該軸受が固定されている部分以外の前記本体が露出している内周面を前記研削工程により研削加工することを特徴とする内面加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒状内周面をもつワークの当該内周面を加工するための方法及び工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ワークの円筒状内周面を切削加工する手段として、次のようなものが知られている。
【０００３】
Ａ）内面切削加工：工具軸の端部に切削加工用のバイトを固定し、当該工具軸を高速回転させながらワーク内周面に接触させ、かつ、切削送りすることにより、当該内周面を切削加工する（例えば特開平１０−１５６６１０号公報参照）。
【０００４】
Ｂ）研削加工：砥石車が固定された砥石軸を高速回転させながら当該砥石車の外周面をワーク内周面に接触させ、当該内周面を研削加工する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ワークの中には、互いに材質の異なる内周面をもつものが存在する。その一例を図５に示す。図示のワーク２０は、車両の自動変速機に設けられる遊星歯車装置のサンギアであり、その本体が例えば炭素鋼といった比較的硬質の鉄鋼材料により一体に形成され、その外周面に歯２２が形成されている。このワーク２０の内周面のうち、前半部の内周面２４は前記本体の材質がそのまま露出し、この内周面２４の内側に図略のクラッチが固定されるように当該内周面２４の内径が設定されている。一方、後半部の内周面２６の内側には銅合金やホワイトメタル（鉛系軸受合金）といった非鉄金属材料からなる筒状の軸受２８が圧入等の手段で固定され、この軸受２８の内側に前記自動変速機の入力軸が相対回転可能に挿入されるようになっている。
【０００６】
このようなワーク２０において、前記鉄鋼材料からなる内周面２４及び非鉄金属からなる軸受２８の内周面２９の双方を前記Ａ）の切削加工で加工しようとすると、内周面２４が硬すぎるためにバイトの摩耗が早くてバイトの交換を頻繁に行わねばならず、場合によっては折損等が生じるおそれがある。一方、前記両内周面をＢ）の研削加工で加工しようとすると、軸受２８の材料である非鉄金属合金が軟らかくて粘着性が高いために砥石が目詰まりしやすく、また、砥粒による切削痕が著しくて当該切削痕の周囲の盛り上がりにより表面精度が低下する不都合がある。
【０００７】
従って、前記従来方法を用いて両内周面２４，２９を良好に加工するには、まずボーリング盤にワーク２０をセットしてその軸受２８の内周面２９を切削加工した後、当該ワーク２０をボーリング盤から取り外して今度は内面研削盤にセットし、ここで内周面２４を研削加工するという手順を踏まなければならず、きわめて作業効率が悪い。また、２つの工作機械に加えて、両機械の間に設置されるワーク搬送装置を具備しなければならず、設備も大掛かりとなる。さらに、両内周面をそれぞれ別の工作機械で加工するために、両内周面２４，２９間で高い同心度が得られにくいという欠点もある。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑み、互いに材質の異なるワーク内周面を簡単な設備で効率良く高精度で加工できる内面加工方法及び内面加工用工具を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、第１の材料からなる円筒状の第１の内周面と、前記第１の材料よりも硬度が低くて粘着性の高い第２の材料からなる、前記第１の内周面と径の異なる円筒状の第２の内周面とをもつワークの両内周面を加工するための方法であって、単一の工具軸に、当該工具軸から径方向に突出する状態で砥石車と切削用チップとを軸方向に相互位置をずらしかつ前記砥石車及び切削用チップのうち径方向寸法が小さいものが前記工具軸の先端側に位置するように固定しておき、前記ワークを主軸先端に保持したまま、当該主軸及び前記工具軸を回転させながら、前記第１の内周面及び前記第２の内周面のうち大径の内周面の側から前記工具軸を挿入することにより、前記第１の内周面に前記砥石車の外周面を接触させて当該第１の内周面を研削加工する研削工程と、前記主軸及び前記工具軸を回転させながら、前記第１の内周面及び前記第２の内周面のうち大径の内周面の側から前記工具軸を挿入することにより、前記第２の内周面に前記切削工具を接触させて当該第２の内周面を切削加工する切削工程とを行うものである。
【００１０】
この方法によれば、主軸からワークを外すことなく、単一の工作機械及び工具を用いて、比較的硬くて粘着性の低い第１の内周面と比較的軟らかくて粘着性の高い第２の内周面とを、それぞれ研削、切削によって精度良く加工することができる。
【００１１】
本発明は、例えば、鉄鋼材料からなる本体を有し、この本体の内周面の一部に前記鉄鋼材料よりも硬度が低くて粘着性の高い非鉄金属合金からなる筒状の軸受が固定されたワークの加工に特に好適である。このワークに対しては、前記軸受の内周面を前記切削工程により切削加工し、当該軸受が固定されている部分以外の前記本体が露出している内周面を前記研削工程により研削加工することで、各内周面を精度良く加工することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施の形態を図１〜図３に基づいて説明する。この実施の形態は、前記図５に示したワーク２０を加工するものである。
【００１４】
図１は、本発明方法を実施するための工作機械の一例を示したものである。この工作機械は、ベッド１０を備え、このベッド１０上にワーク駆動装置１２及び工具駆動装置１４が相対向する状態で配設されている。
【００１５】
ワーク駆動装置１２は、主軸台１５を備え、この主軸台１５に図略の主軸がＺ軸方向（図１の左右方向）に延びる状態で回転可能に支持されている。この主軸の後端（図１では左端）には主軸駆動モータ１６が連結され、前端（同図右端）には前記図５に示したワーク２０を把持するチャック１８が設けられている。そして、このワーク２０の本体が前記チャック１８に把持された状態で主軸駆動モータ１６が作動することにより、図略の主軸と一体にワーク２０がその中心軸Ｘｗ（図３参照）回りに回転駆動されるようになっている。
【００１６】
工具駆動装置１４は、固定台３０を備え、この固定台３０はベッド１０上に固定されている。固定台３０上には、Ｘ軸テーブル３２が前記主軸と直交するＸ軸方向（図１では上下方向）にスライド可能に設置され、このＸ軸テーブル３２はＸ軸駆動モータ３４及び図略の送りねじ機構によってＸ軸方向にスライド駆動されるようになっている。
【００１７】
Ｘ軸テーブル３２上には、Ｚ軸テーブル３６が前記主軸と平行なＺ軸方向（図１では左右方向）にスライド可能に設置され、このＺ軸テーブル３６はＺ軸駆動モータ３８及び図略の送りねじ機構によってＺ軸方向にスライド駆動されるようになっている。そして、このＺ軸テーブル３６上に工具支持台４０が設けられている。
【００１８】
この工具支持台４０には、スピンドルが回転可能に支持され、このスピンドルも前記主軸と同様にＺ軸方向に延びている。このスピンドルの後端（図１では右端）には工具駆動モータ４４が連結され、前端（同図左端）には工具把持部４２が設けられている。そして、この工具把持部４２に本発明にかかる内面加工用工具Ｔが着脱可能に把持されるようになっている。
【００１９】
図２に示すように、内面加工用工具Ｔは、単一の工具軸４６を備え、その後端側が前記工具把持部４２に把持される一方、前端側に切削用バイト４７及び砥石車５０が固定されるようになっている。
【００２０】
詳しくは、前記工具軸４６の先端側に他の部分よりも小径の砥石装着部４６ａが形成され、さらにその外側に前記砥石装着部４６ａよりもさらに小径の先端軸部４６ｂが形成されており、この先端軸部４６ｂの先端面の一部に先端側かつ径方向外側に向く傾斜面４６ｄが形成されている。そして、この傾斜面４６ｄに当該傾斜面４６ｄの法線方向に切削用バイト（図例では剣バイト）４７が立設され、その先端の切削刃４８が工具軸４６の先端側でかつ径方向外側を向いた状態となっている。
【００２１】
砥石車５０は、中央に貫通穴をもつリング状をなし、当該貫通穴の前側部周囲には前方に開口する凹部５０ａが形成されている。一方、工具軸４６においては、その砥石装着部４６ａの前方部分（すなわち小径軸４６ｂのつけ根部分）に雄ねじ４６ｃが刻まれており、前記砥石装着部４６ａの外側に前記砥石車５０が嵌合された状態で、前記雄ねじ４６ｃにナット５１を螺合し、凹部５０ａの奥側へ締め付けることにより、このナット５１と砥石装着部４６ａの後端側段部との間に砥石車５０が挟み込まれるようになっている。
【００２２】
なお、前記工具軸４６の中心軸Ｘｔから切削用バイト４７の先端（切削刃）４８までの径方向寸法は、前記図５に示したワーク２０における軸受２９の内径の半分（内側半径）よりも小さい寸法に設定され、前記砥石車５０の外径（ドレスする前の新品の状態での外径）は前記ワーク２０の内周面２４の内径よりも小さい寸法に設定されている。
【００２３】
一方、前記ワーク駆動装置１２側には、図１に示すようなアーム５２を介してドレス用工具５４が支持されている。アーム５２は、前記ワーク駆動装置１２側から工具駆動装置１４側に延び、かつ、その先端から径方向内側に延びる平面視略Ｌ字状をなし、その先端面に内向きに前記ドレス用工具５４が固定されている。このドレス用工具５４は、前記砥石車５０の整形を行うためのもので、周知のドレス用ダイヤモンド等が適用可能である。
【００２４】
次に、この工作機械を用いた内面加工方法を説明する。
【００２５】
▲１▼  初期段階ではワーク２０からスピンドルを後退させ、ワーク２０の中心軸とスピンドルの中心軸とをほぼ合致させておく。そして、主軸前端のチャック１８にワーク２０を、スピンドル前端の工具把持部４２に内面加工用工具Ｔの工具軸４６を、それぞれ装着する。
【００２６】
▲２▼  ワーク２０及びスピンドルをそれぞれについて設定された目標回転数で各々回転駆動し、かつ、Ｚ軸駆動モータ３８によって内面加工用工具先端の切削用バイト４８をワーク２０における軸受２８の直前位置まで早送りする。なお、この時のワーク２０の回転の向きとスピンドルの回転の向き（図３（ａ）矢印）とは同じでもよいし、逆でもよい。
【００２７】
▲３▼  Ｘ軸駆動モータ３４によりスピンドルをＸ軸方向に静かに移動させ（切込み送り）、バイト先端の切削刃４８をワーク２０の軸受内周面２９に接触するような径方向位置に位置決めする。そして、Ｚ軸駆動モータ３８によってバイト４７を図３（ａ）の矢印方向に所定の送り速度で切削送りする。この動作により、ワーク中心軸Ｘｗと工具中心軸Ｘｔとが所定量ｅ（図３（ａ））だけ偏心した状態で、軸受内周面２９の切削加工を行うことができる。
【００２８】
▲４▼  切削加工終了後、ワーク２０をチャック１８に装着したままの状態で、一旦工具中心軸Ｘｔをワーク中心軸Ｘｗにほぼ合致する位置まで戻し、次いで、内面加工用工具Ｔをさらに前進させてその砥石車５０をワーク内周面２４の内側に位置させる。そして、スピンドル回転数を予め設定された研削用回転数に切換えた後、今度は砥石車５０の外周面を内周面２４に内側から接触させて当該内周面の研削加工を行う（図３（ｂ））。このとき、砥石車５０を工具軸４６と一体にオシレートする（軸方向に微振動させる）ことにより、面精度をさらに高めることが可能である。
【００２９】
▲５▼  加工終了後、スピンドル及びその先端の内面加工用工具Ｔを初期位置に戻し、主軸及びスピンドルの回転駆動を停止して、ワーク２０の取替えを行う。
【００３０】
▲６▼  前記研削加工により砥石車５０が摩耗した場合、あるいは形状が崩れた場合には、Ｘ軸駆動モータ３４及びＺ軸駆動モータ３８を駆使して砥石車５０をドレス用工具５４に接触させ、そのドレスを行う。ドレス後は、そのドレス量と同じ量だけ研削加工時における砥石の切込み量を増加方向に補正する。また、切削刃４８についても、その摩耗量と同じ量だけ切削加工時におけるバイト４７の切込み量を増加方向に補正する。この補正は、経験値に基づき、所定個数のワークを加工するたびに所定の補正量を切込み量に増加させるようなものでもよいし、加工後のワーク内径を測定してその測定値と目標寸法との差分から補正値を算出するようにしてもよい。
【００３１】
以上の方法によれば、ワーク２０の内周面のうち、その本体材料である鉄鋼材料が露出している内周面２４、すなわち、比較的硬度が高くて粘着性の低い第１の内周面については、これに砥石車５０の外周面を接触させることにより、当該内周面を精度良く研削加工することができる一方、非鉄金属合金からなる軸受内周面２９、すなわち、比較的硬度が低くて粘着性の高い第２の内周面については、これに切削用バイト４７の切削刃４８を接触させることにより、当該内周面２９を精度良く切削加工することができる。
【００３２】
しかも、前記切削加工及び研削加工は、チャック１８及び工具把持部４２にそれぞれワーク２０及び内面加工用工具Ｔを把持したまま、単一の工作機械で行うことができるので、簡単な設備でしかも効率良く両加工が実行でき、かつ、両内周面２４，２９について高い同心度を得ることができる。
【００３３】
また、内周面２４，２９の内径が異なったワークであっても、内径に応じて切削時及び研削時における、ワーク中心軸Ｘｗと工具中心軸Ｘｔとの偏心量ｅを変えるのみで両内周面２４，２９の加工を、工具を交換することなく行うことができる。
【００３４】
さらに、切削刃４８の摩耗や砥石車５０の摩耗・ドレスによって切削刃４８の径方向突出寸法や砥石車５０の外径が変化しても、これに応じて切込み量を補正するだけで、高い加工精度を維持できる利点もある。
【００３５】
この第１の実施の形態では、ワーク２０の本体に形成された２つの内周面２４，２６のうち、小径側の内周面２６の内側に軸受２８が固定されたものを示したが、第２の実施の形態として図４（ａ）（ｂ）に示すように、大径側の内周面２４に軸受２８が固定された場合（すなわち小径側の内周面２６が第１の内周面である場合）についても、本発明を適用することが可能である。
【００３６】
この場合は、例えば同図に示すように、工具軸４６の先端側に小径軸部４６ｅを形成し、さらにその先端側にさらに小径の砥石装着部４６ａを形成してこの砥石装着部４６ａの外側に小径の砥石車５０を固定する一方、前記小径軸部４６ｅよりも後側の大径軸部分に前記第１の実施の形態と同様の傾斜面４６ｄを形成し、これに切削用バイト４７を固定するようにすればよい。この場合も、工具軸４６の中心から切削刃４８までの径方向寸法を軸受２８の内径の半分（内側半径）よりも小さく設定し、砥石車５０の外径をワーク内周面２６の内径の半分よりも小さく設定しておくことが、より好ましい。
【００３７】
その他、本発明は例えば次のような実施形態をとることも可能である。
【００３８】
・本発明では切削用バイト４７の具体的な形状を問わず、図示のような剣バイトの他、曲がりバイト、片刃バイト、穴ぐりバイト、クランプバイトなど、種々の切削用バイトが適用可能である。
【００３９】
・本発明にかかるワーク内周面の材質は前記のものに限らず、研削加工に適した第１の材料からなる第１の内周面（すなわち比較的硬度が高くて粘着性の低い内周面）と、切削加工に適した第２の材料からなる第２の内周面（すなわち比較的硬度が低くて粘着性の高い内周面）とを併せもつワークの加工について広く本発明を適用できる。例えば、前記第２の材料としては、前記銅合金や鉛合金、あるいはアルミニウム合金といった非鉄金属材料の他、カーボン等の非金属材料であっても本発明の適用が可能である。
【００４０】
ワークの種類についても、前記のような自動変速機のサンギアにかかわらず、互いに材質の異なる複数の内周面をもつワークに本発明を広く適用することができる。
【００４１】
・前記実施形態では、切削工程を行ってから研削工程を行うようにしているが、その順序は問わず、研削工程を行ってから切削工程を行うようにしてもよい。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように本発明は、単一の工具軸に砥石車と切削用バイトとを固定しておき、第１の内周面及びそれよりも硬度が低くて粘着性の高い第２の内周面をもつワークを主軸に保持したまま、その第１の内周面を前記砥石車で、第２の内周面を前記切削用バイトでそれぞれ加工するようにしたものであるので、互いに材質の異なる両内周面を簡単な設備で効率良く高精度で加工することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態にかかる内面加工方法を実施するための工作機械を示す平面図である。
【図２】前記第１の実施の形態にかかる内面加工用工具の要部を示す断面正面図である。
【図３】（ａ）は前記第１の実施の形態にかかる切削工程を示す断面正面図、（ｂ）は研削工程を示す断面正面図である。
【図４】（ａ）は第２の実施の形態にかかる切削工程を示す断面正面図、（ｂ）は研削工程を示す断面正面図である。
【図５】第１の内周面と第２の内周面とを併せもつワークの一例を示す断面正面図である。
【符号の説明】
２０  ワーク
２４，２６  本体部分が露出したワーク内周面
２８  軸受
２９  軸受内周面
４６  工具軸
４７  切削用バイト
５０  砥石車
Ｔ  内面加工用工具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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