(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラック(36)を有するシャフトワーク(35)の加工装置であって、先端にチャック(5)を備えた中空主軸の旋盤と、ワークの後端を把持して上記主軸の中空孔を通して旋盤の加工領域に当該ワークを送り込むワーク送入装置(1)と、このワーク送入装置と上記旋盤との間に配置されたワーク回転装置(3)及び位相合せ装置(2)とを備え、上記ワーク回転装置は、ワークを軸回りに回転させる摩擦体(18)と、ワークが供給されたときに上記摩擦体を回転させ下記検出器(16)の検出信号により停止させる電動機(27)と、上記摩擦体(18)の進退装置(28)とを備え、上記位相合せ装置は、上記ワーク回転装置で回転駆動されているワークの周面に弾圧される位相合せピース(12)と、この位相合せピースの進退装置(15)と、上記位相合せピースの所定の進出端を検出する検出器(16)とを備え、上記旋盤のチャック(5)は、把持端にラック歯形(33a)を形成した把持爪(30)を備えている、ラックシャフトの加工装置。
【請求項２】
前記把持爪(30)がその把持端にラック歯形(33a)と共にワークの外周面を把持する外周把持部(30a)を備え、上記ラック歯形は上記外周把持部がワークの外周面に当接したときにワークのラック(36)の歯面との間に許容寸法差の隙間を残す形状に形成されている、請求項１記載のラックシャフトの加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、周面の一箇所にラックが加工されている棒状のワーク（この明細書で「ラックシャフト」という）に旋盤で当該ラックの加工位置を基準とする加工を行う装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
旋盤の刃物台に歯切り加工用のホブカッタを設けて、旋盤の主軸に把持されたワークに歯車を加工する装置は公知である。この種の装置は、比較的大型の工具であるホブと、その駆動装置とを刃物台に搭載しなければならないので、機械構造が複雑になり、装置も大型になる。更にこの種の装置でラック加工を行おうとすると、ホブカッタの回転軸を９０度近く旋回して固定する機構と、ホブカッタを搭載した刃物台のＹ軸送り機構とが必要になり、機械構造がますます複雑になり、高価になると共に、加工精度や加工能力にも限界が生ずる。
【０００３】
そこで棒材に軸方向のラックを加工するときは、旋盤で必要な加工を行った後、歯切り盤でラック加工を行うというのが一般的である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
旋盤で前加工したワークにラックを加工するときは、旋盤の加工面を基準としてラックを加工する必要があるため、歯切り盤にワークを正確に位置決めして固定するための治具を、形状や寸法の異なるワークのそれぞれについて、予め準備しなければならないという面倒がある。
【０００５】
そこでこの発明は、前加工でラックを加工したワークをラックを基準として旋盤上での後加工を行うことを可能にした汎用性のある装置を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明のラックシャフトの加工装置、すなわちラック３６を有するシャフトワーク３５の加工装置は、先端にチャック５を備えた中空主軸の旋盤と、ワークの後端を把持して上記主軸の中空孔を通して旋盤の加工領域に当該ワークを送り込むワーク送入装置１と、このワーク送入装置と上記旋盤との間に配置されたワーク回転装置３及び位相合せ装置２とを備え、上記ワーク回転装置は、ワークを軸回りに回転させる摩擦体１８と、ワークが供給されたときに上記摩擦体を回転させ下記検出器１６の検出信号により停止させる電動機２７と、上記摩擦体１８の進退装置２８とを備え、上記位相合せ装置は、上記ワーク回転装置で回転駆動されているワークの周面に弾圧される位相合せピース１２と、この位相合せピースの進退装置１５と、上記位相合せピースの所定の進出端を検出する検出器１６とを備え、上記旋盤のチャック５は、把持端にラック歯形３３ａを形成した把持爪３０を備えている。
【０００７】
ワークの軸心を基準とする正確な加工を行なうためには、把持爪３０の把持端にラック歯形３３ａと共に、ワークの外周面を把持する外周把持部３０ａを設ける。このときの上記ラック歯形３３ａは、外周把持部３０ａがワークの外周面に当接したときに、ワークのラック３６の歯面との間に許容寸法差の隙間を残す形状とする。
【０００８】
ラック３６がワークの送り込み方向先端側に加工されているワーク３５を加工するときは、ワーク回転装置３をワーク送入装置１側に配置し、位相合せ装置２を旋盤側に配置する。ラックがワークの送り込み方向後端側に配置されているときは、ワーク回転装置３と位相合せ装置２との配置を逆にする。この段取り換えを容易にするため、ワーク回転装置３と位相合せ装置２とは、同一の機台フレーム３７に同一構造の固定手段で簡単な操作で着脱できるように設けておくことが好ましい。ワーク回転装置の摩擦体１８は、例えば摩擦ローラや摩擦ベルトである。
【０００９】
加工されるラックシャフトは、旋盤に送り込まれる前にシュート、ローダ又はワーク送入装置１により、ワーク回転装置３と位相合せ装置２の配置領域に供給される。ワークの供給がその受取り位置に設けたセンサやローダの動作信号等より検出されると、摩擦体１８及び位相合せ装置の位相合せピース１２がワーク周面に向けて進出する。そして摩擦体１８が回転駆動され、ワークが回転してラック３６が位相合せピース１２に対向する位相になると、ワークの周面に当接していた位相合せピースがワークのラック３６の歯溝内に挿入され、ないしラックの歯先面に当接して、ワーク３５の軸回りの位相を規定する。ワークの位相が規定されると、位相合せピースは進出端に達するので、検出器１６が検出出力を発生し、摩擦体１８の回転が停止する。
【００１０】
この状態でワーク送入装置１がワーク３５の後端を把持し、摩擦体１８及び位相合せ装置の位相合せピースが退避した後、ワーク送入装置１が前進して、主軸の中空孔を通してワークを旋盤の加工領域に送り込む。ワークの軸方向の送り込み位置は、旋盤のタレット６に装着したワークストッパ７を主軸軸線上に位置決めして、送り込まれるワークの先端をこのワークストッパに当接させるようにすればよい。
【００１１】
ワークが所定の軸方向位置に送り込まれると、旋盤のチャック５が閉じる。ワークのラック３６に対向する把持爪３０には、その把持端にラック歯形３３ａが形成されており、これがワークのラック３６と噛み合って、最終的にワークの軸方向位置と軸回りの位相とを規定する。
【００１２】
把持爪３０の把持端にラック歯形３３ａのみを形成したときは、ラック３６の加工精度により、チャック５に把持されたワークの軸心の精度が規定される。ラックの精度は、ワーク外周の加工精度より低いので、ワークの軸心の位置をより正確に規定したいときは、ラック歯形３３ａを設けた把持爪３０の先端に、ラック歯形３３ａと共に外周把持部３０ａを形成しておき、最終的にはワークがこの外周把持部３０ａで把持されるようにする。
【００１３】
この場合には、把持されたワークのラックと把持爪のラック歯形３３ａとの間に隙間が生ずることになるが、送り込まれたワークの軸回りの位相は、外周把持部３０ａがワーク３５を最終的に把持する直前にラック３６と把持爪のラック歯形３３ａとの嵌合動作により許容寸法差内に修正されることになる。この許容寸法差は、把持爪３０のラック歯形３３ａと外周把持部３０ａとの加工精度によって決定されることとなる。
【００１４】
以上の手順でシャフトワークを旋盤のチャック５で把持した後、旋盤の刃物台に装着した旋削工具や回転工具でワーク３５の加工を行ってやれば、ラック３６との相対位置関係の正確な加工を行うことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施形態を説明する。図１は全体構成を模式的に示した図で、１はワーク送入装置、２は位相合せ装置、３はワーク回転装置、４は旋盤の中空主軸、５は主軸４に装着されたチャック、６は旋盤のタレット、７はタレット６の工具取付ステーションの一箇所に装着されたワークストッパである。
【００１６】
ワーク送入装置１は、軸方向（旋盤の主軸方向）のガイド８に案内されたキャリア９を備えており、このキャリアに図示しないチェン、ボールねじ、エアシリンダなどの直線往復駆動機構が連結されている。ワークの後端を把持するコレットチャック１０は、キャリア９から旋盤側に延びる支持バー４１の先端に装着されている。図では中間部を省略しているが、この支持バーの長さは、キャリア９がワーク回転装置３の直近に達したときに、コレットチャック１０が旋盤の主軸４の後端に達する長さである。
【００１７】
位相合せ装置２の詳細は図３に、ワーク回転装置３の詳細は図２にそれぞれ示されている。位相合せ装置２は、供給されるワークを受取る浅いＶ字断面の軸方向に細長い受台１１と、この受台に対向して上方に位置する位相合せピース１２とを備えている（図１及び３参照）。受台１１はシリンダ１３の２本のガイド３８で支持されて上下動するようになっており、下降位置で図示しないシュータから落下してくるワークを受取った後、上動する。この上動位置は、シリンダ１３の上方のストッパボルト１４で決められる。受台１１の上動位置でワークの軸心は旋盤の主軸４の軸心と一致する高さになる。位相合せピース１２は、エアシリンダ１５の下向きのロッドの先端固定されており、その下面に歯形が形成されている。この位相合せピースの歯形は、ワークに形成されたラック３６に噛み合う形状である。位相合せピース１２は、下降してワークの周面に当接し、ワークのラックと噛み合ったときに、最下降端に達する。この最下降端の位置は、検出器１６で検出されるようになっている。
【００１８】
ワーク回転装置３は、軸方向に所定の距離を隔てて２個ずつ配置した４個の下ローラ１８と、これらの下ローラに対向する４個の上ローラ１７とを備えている（図１及び２参照）。下ローラ１８と上ローラ１７とは、機台フレーム３７に立設した２本のガイド軸１９で上下動自在に案内されたローラブラケット２０、２１の先端部に軸着されている。上下のローラブラケット２０、２１は、３個のリンク２２、２３、２４をＺ字形に連結したパンタグラフ機構によって連結されている。センタリンク２３の中央は、支点ピン２５でガイド軸１９に固定のブラケット２６に枢支されており、従って下ローラブラケット２１を機台フレーム３７の下方に設置されたシリンダ２８で上下動すると、上ローラブラケット２０は、対称に上下動して、上ローラ１７と下ローラ１８と近接離隔させる。支点ピン２５は、旋盤の主軸４の中心と同じ高さに設けてあり、従って上下ローラ１７、１８が近接方向に移動したとき、この上下ローラで把持するワークの軸心は、旋盤の主軸中心になる。下ローラブラケット２１の反ローラ側端部には、電動機２７が設けられて、下ローラの奥側の２個をベルト２９を介して回転駆動している。すなわち、ワークを把持する８個のローラの内の奥側の２個の下ローラ１８がワークを回転駆動する摩擦車(摩擦体）となっている。ローラ１７、１８が接近したときのローラ周面の弾性摩擦材のワークでの変形代は、下ローラブラケット２１に立設してブラケット２６と上ローラブラケット２０を貫通するシャフト３９の上面に当接するねじ４０で調整される。
【００１９】
旋盤のチャック５の３つの把持爪３０、３１、３２の把持部は、ワークの外周に合せて円弧状に加工されている。この３つの把持爪の内の１個３０の把持端には、切欠が設けられて、下面にラック歯形を形成したブロック３３がボルト３４で固定されている（図４及び５参照）。このブロックによって把持爪３０の把持端に形成されたラック歯形３３ａは、当該把持端の円弧面（外周把持部）３０ａがワークの外周に当接したとき、ワークのラックの歯面との間に許容寸法差の隙間を残す位置関係で形成されている。
【００２０】
この実施例装置で供給されるラックシャフトのワーク３５は、図１に示すように、ワークの挿入方向前端側にラック３６が形成されたものである（従って、位相合せ装置２がワーク回転装置３と旋盤との間に設けられている）。このワークは、図１の紙面の前後方向に斜めに延びるワーク台から１個ずつ下動位置にある受台１１及び下ローラ１８の位置に供給される。ワークが供給されると、受台１１及び下ローラ１８が上動し（シリンダ１３、シリンダ２８による）、この上動動作に同期して上ローラ１７が下降して、ワーク３５の後端側（ワーク送入装置側）を８個のローラで挟持する。次にシリンダ１５に空気圧が供給され、位相合せピース１２がワークの周面に押接された後、電動機２７が回転し、摩擦車１８が回転してワーク３５を低速で回転させる。ワークのラック３６が上向きの位置に回動してくると、位相合せピース１２の歯がラックの歯溝に挿入され、位相合せピース１２が下降する。位相合せピース１２の下降量はワークのラック３６が真上を向いたときに最も大きくなり、この下降位置が検出器１６で検出されて、電動機が停止する。ラック３６の歯先面は、ワークの円筒外周より低い場合が多いので、位相合せピース１２はその下面に歯形のない平板状でも下降位置を検出可能であり、位相合せができる。
【００２１】
この状態でキャリア９が前進し、コレットチャック１０がワーク３５の後端を把持し、その後位相合せピース１２が上動し、受台１１と下ローラ１８とが下動し、これに同期して上ローラ１７が上動する。その後キャリア９が前進して、コレットチャック１０で把持したワークを中空主軸４の中空孔を通してワーク先端がワークストッパ７に当接するまで送り込む。送り込まれたワークの最終的な位置決めは、チャック５の把持爪がワークを掴んだときに、把持爪３０の把持端に形成されたラック歯形３３ａによって行われる。すなわち、ワークが把持される直前にラック歯形３３ａとワークのラック３６とが噛み合い、ワークの軸方向位置と位相とを合せた後、外周把持部３０ａによってワークが把持される。
【００２２】
【発明の効果】
この発明により、予めラックを加工した棒状のワークをラック基準で旋盤の主軸チャックに把持させることができ、ラックの歯面を基準とした旋盤でのワークの加工が容易にかつ効率よく行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の全体構成を模式的に示した説明図
【図２】図１のＡ−Ａ断面矢視図でワーク回転装置を示した図
【図３】図１のＢ−Ｂ矢視図で位相合せ装置を示した図
【図４】この発明のチャックの断面図
【図５】図４のＣ−Ｃ断面矢視図
【符号の説明】
１  ワーク送入装置
２  位相合せ装置
３  ワーク回転装置
５  チャック
12  位相合せピース
15  シリンダ
16  検出器
18  下ローラ
27  電動機
33a  ラック歯形
35  ラックシャフト
36  ラック
【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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