(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端にオルダム継手を介装したラインボーリングバーが装着される主軸と、
加工対象となるワークが位置決め固定されるワークテーブルと、
主軸の軸線と直交する方向にスライド可能であって且つ上記ワークテーブルが搭載されたスライドテーブルと、
スライドテーブル上に当該スライドテーブルと同方向にスライド可能に搭載されたバーサポートスライダと、
バーサポートスライダに装着されて上記ラインボーリングバーを両持ち支持することになるスリーブと、
複数のラインボーリングバーを収容しているツールマガジンと、
このツールマガジンと主軸との間を走行移動して両者の間でのラインボーリングバーの自動交換を行うツールスライダと、
を備えていて、
上記主軸に装着されたラインボーリングバーをワークに挿入するとともに、ラインボーリングバーのうちワークの両側から突出した部分をそのラインボーリングバーに外挿されるスリーブにて支持した状態でボーリング加工を行うようになっているとともに、
上記ラインボーリングバーを両持ち支持するスリーブを主軸とほぼ同一軸線に位置することになる加工位置とボーリング加工に関与しない退避位置との間でバーサポートスライダごとスライド可能に構成してあることを特徴とするマシニングセンタ。
【請求項２】
ラインボーリング加工の完了後に主軸に装着されているラインボーリングバーがバーサポートスライダおよびワークから抜き取られると、バーサポートスライダは加工位置から退避位置に移動する一方、
代わってツールスライダが主軸側に移動して、使用済みのラインボーリングバーを主軸からツールスライダに移載するようになっていることを特徴とする請求項１に記載のマシニングセンタ。
【請求項３】
ショートツール用のツールマガジンとアームとからなるショートツール用の自動工具交換機構とは別に、ロングツールであるラインボーリングバー用の上記ツールマガジンと上記ツールスライダとからなるロングツール用の自動工具交換機構を備えていることを特徴とする請求項２に記載のマシニングセンタ。
【請求項４】
主軸を有するコラムと水平方向にスライド可能な水平な上記ワークテーブルを備えていて、上記コラムに隣接してショートツール用の自動工具交換機構が配置されているとともに、上記ワークテーブルのスライド方向端部にロングツール用の自動工具交換機構が配置されていることを特徴とする請求項３に記載のマシニングセンタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマシニングセンタの改良に関し、特に長尺なボーリングバーを使用することになるラインボーリング加工を可能としたマシニングセンタの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関用シリンダブロックのクランクシャフト取付穴となるジャーナル部等にボーリング加工を施す場合、各穴相互間の同軸精度を高精度に維持しつつ穴径違いやジャーナルピッチ違い等の多車種の仕様のものに対応できるようにするためにマシニングセンタを使用した加工法がある。図１１はその一例を示し、ベッド１０１上にマシニングセンタのコラムに相当する左右一対のコラム１０２，１０３を対向配置していわゆる双頭型の配置とするとともに、ワークＷに挿入した長尺なラインボーリングバー１０４の両端をそれぞれ主軸１０５にて支持し、そのラインボーリングバー１０４に所定の張力を加えながら送りを与えて加工を行うようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の構造では、マシニングセンタのコラムに相当する一対のコラム１０２，１０３を対向配置する必要があるため、設備費の高騰が余儀なくされるほか、特に長尺且つ大径のラインボーリングバー１０４を使用した場合には、自重によるバーの垂れ下がりが発生し、加工精度の向上が望めないことになる。
【０００４】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、主軸とラインボーリングバーとの結合部に自在継手を介在させるべくバー自体の一端部に予めオルダム継手を内蔵したタイプのラインボーリングバーを使用することを前提とした上で、汎用型のマシニングセンタにて多品種のラインボーリング加工に対応できるようにしたマシニングセンタを提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、一端にオルダム継手を介装したラインボーリングバーが装着される主軸と、加工対象となるワークが位置決め固定されるワークテーブルと、主軸の軸線と直交する方向にスライド可能であって且つ上記ワークテーブルが搭載されたスライドテーブルと、スライドテーブル上に当該スライドテーブルと同方向にスライド可能に搭載されたバーサポートスライダと、バーサポートスライダに装着されて上記ラインボーリングバーを両持ち支持することになるスリーブと、複数のラインボーリングバーを収容しているツールマガジンと、このツールマガジンと主軸との間を走行移動して両者の間でのラインボーリングバーの自動交換を行うツールスライダと、を備えている。そして、上記主軸に装着されたラインボーリングバーをワークに挿入するとともに、ラインボーリングバーのうちワークの両側から突出した部分をそのラインボーリングバーに外挿されるスリーブにて支持した状態でボーリング加工を行うようになっているとともに、上記ラインボーリングバーを両持ち支持するスリーブを主軸とほぼ同一軸線に位置することになる加工位置とボーリング加工に関与しない退避位置との間でバーサポートスライダごとスライド可能に構成してあることを特徴とする。
この場合、請求項２に記載のように、ラインボーリング加工の完了後に主軸に装着されているラインボーリングバーがバーサポートスライダおよびワークから抜き取られると、バーサポートスライダは加工位置から退避位置に移動する一方、代わってツールスライダが主軸側に移動して、使用済みのラインボーリングバーを主軸からツールスライダに移載するようになっていることが望ましい。
【０００６】
ここで、ラインボーリングバーとしてオルダム継手を内蔵したものを使用しているのは、ラインボーリングバーの回転トルクおよび推力は主軸側から直接受けることになるものの、ラインボーリングバーによる穴加工精度は最終的にはそのラインボーリングバーを両持ち支持しているスリーブの同軸精度に依存することになるためである。
【０００７】
加工対象となるワークは先に例示したように内燃機関のシリンダブロックやシリンダヘッドであって、シリンダブロックの場合にはクランクシャフト取付穴として機能することになるジャーナル部に、シリンダヘッドの場合にはカムシャフト取付穴として機能することになるジャーナル部にそれぞれラインボーリング加工を施すものとする。
【０００８】
また、母機となるマシニングセンタは自動工具交換機能を備えた汎用型のものであって、例えば加工対象ワークがシリンダブロックである場合には前後左右の各面での各種穴加工等の一環として上記ラインボーリング加工が行われる。そして、例えばいわゆるショートツールであるフライスカッタ等のツールマガジンとは別にロングツールであるラインボーリングバー専用のツールマガジンを備えており、ショートツールの自動工具交換の場合と同様にして、ロングツールであるラインボーリングバーもワークの仕様に応じて適宜自動交換される。
【０００９】
より具体的には、請求項３に記載のように、ショートツール用のツールマガジンとアームとからなるショートツール用の自動工具交換機構とは別に、ロングツールであるラインボーリングバー用の上記ツールマガジンと上記ツールスライダとからなるロングツール用の自動工具交換機構を備えているものとする。
望ましくは、請求項４に記載のように、主軸を有するコラムと水平方向にスライド可能な水平な上記ワークテーブルを備えていて、上記コラムに隣接してショートツール用の自動工具交換機構が配置されているとともに、上記ワークテーブルのスライド方向端部にロングツール用の自動工具交換機構が配置されているものとする。
【００１０】
したがって、これらの請求項１〜３に記載の発明では、ラインボーリングバー以外のフライスカッタ等のいわゆるショートツールによる加工を行う場合には、加工もしくは工具交換の障害とならないようにスリーブはバーサポートスライダとともに退避位置で待機しており、母機であるマシニングセンタは本来の汎用型のマシニングセンタとしての機能が発揮される。
【００１１】
その一方、ラインボーリングバーによる加工を行う場合には、ロングツール専用のツールマガジンと主軸との間で自動工具交換機構による工具交換が行われて、所定のラインボーリングバーが主軸に装着される。これと相前後して、スリーブを支持しているバーサポートスライダが加工位置まで前進し、加工時における主軸の軸線とほぼ同一軸線上に位置するように双方のスリーブが位置決めされる。スリーブが正しい位置に位置決めされると、主軸はラインボーリングバーをワークおよび各スリーブに挿入して、ラインボーリングバーのうちワークの両側から突出している部分をスリーブにて両持ち支持させる。
【００１２】
この状態で主軸が回転駆動されることにより所定のラインボーリング加工が施される。この時、ラインボーリングバーによる加工精度はそのラインボーリングバーを両持ち支持しているスリーブの位置精度に依存することになり、主軸の軸線と加工中のラインボーリングバーの軸線との相対位置誤差はラインボーリングバーに内蔵されたオルダム継手によって吸収されることになる。
【００１３】
また、仕様が異なるワークについて同様にラインボーリング加工を行う場合には、ロングツール専用のツールマガジンと主軸との間で適宜ラインボーリングバーの自動交換が行われる。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１，２に記載の発明によれば、汎用型のマシニングセンタを基本とした上でラインボーリングバーを両持ち支持することになるスライド移動可能なスリーブを付加するだけで各種のラインボーリング加工に無理なく対応できるようになり、加工設備のコンパクト化と併せて占有面積および設備費を低減できるほか、長尺なラインボーリングバーを使用した場合にもスリーブにて両持ち支持しているために自重による垂れ下がり現象が生じにくく、加工精度の一層の向上が期待できるのはもちろんのこと、スリーブが退避位置まで退避できることによって主軸正面に障害物がなくなり、各種の加工だけでなくそれに付帯することになる寸法測定等に際しても汎用型のタッチプローブを使用することが可能となり、ショートツールやロングツールに測定プローブを含めたいわゆるツーリングの自由度がきわめて高いものとなる。
【００１５】
また、ラインボーリングバーを両持ち支持するスリーブをバーサポートスライダに装着したものであるから、スリーブ同士の同軸もしくは同心精度が一段と高くなるほか、特にツールマガジンと主軸との間でツールスライダによるラインボーリングバーの自動交換が可能となっているため、選択使用できるラインボーリングバーの制約がなくなり、使用できるツール数の増大化によって設備としての一層の汎用化が図れるようになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１〜３は本発明に係るマシニングセンタの好ましい実施の形態としてその概略構成を示し、特に図１は機械全体の正面図を、図２は図１の右側面図を、図３は図１の平面図をそれぞれ示している。
【００１７】
図１〜３に示すように、ベッド１上にはＺ方向にスライド可能なコラム２が搭載されているとともに、コラム２には主軸３を備えた昇降可能（Ｙ方向にスライド可能）なスピンドルヘッド４が搭載されており、さらにベッド１上においてコラム２の前面側にはＸ方向にスライド可能なスライドテーブル５が搭載されていて、これによりマシニングセンタ全体として直交３軸の動作自由度を有している。図１〜３のほか図４にも示すように、スライドテーブル５上には鉛直軸を回転中心とする図示外のカービック式のインデックス装置（割り出し装置）によって割り出し回転駆動されるワークテーブル６が搭載されていて、ワークテーブル６は水平面内で割り出し回転可能なインデックステーブルとして機能することになる。そして、ワークテーブルには後述するように加工対象となるワークＷとして例えば内燃機関用のシリンダブロックが位置決め固定される。
【００１８】
コラム２に隣接して、ショートツール用のＡＴＣ機構（自動工具交換機構）を構成することになるツールマガジン７と旋回式のＡＴＣアーム８が設けられていて、このツールマガジン７にはフライスカッタ等のいわゆるショートツールが多数収容されている。したがって、周知のようにツールマガジン７と主軸３との間でＡＴＣアーム８によりフライスカッタ等のショートツールの自動交換が行われるようになっている。
【００１９】
上記ワークテーブル５のスライド方向の端部にはロングツール用のツールマガジン９が配置されているとともに、そのツールマガジン９にはロングツールとして複数のラインボーリングバー１１，１１…が収容されている。スライドテーブル５の上方にはそのスライドテーブル５と同方向にスライド可能な天井設置タイプのツールスライダ１２が配置されていて、ツールマガジン９とともにロングツール用のＡＴＣ機構を構成している。このツールスライダ１２はツールマガジン９と主軸３との間を走行移動して、その両者の間でラインボーリングバー１１の自動交換を行う機能を有している。
【００２０】
すなわち、本実施の形態のマシニングセンタはショートツールの自動交換機能とロングツールの自動交換機能とを有しているために、双方のツールを使い分けながら多岐にわたる機械加工を行うことができるようになっている。
【００２１】
図３およびその要部拡大図である図４に示すように、スライドテーブル５上にはワークテーブル６を取り囲むようにして平面視にて略コ字状をなすバーサポートスライダ３２がスライドテーブル５と同方向にスライド可能に搭載されている。このバーサポートスライダ３２は、後述するようにその両側のサポートアーム１３にラインボーリングバー１１を内挿可能なスリーブ２５，２６を備えていて、主軸３に装着されたラインボーリングバー１１のうちワークＷの両側から突出する部分を両持ち支持するようになっている。
【００２２】
ここで、ラインボーリング加工のためのラインボーリングバー１１は、図５，６に示すようにバー本体１４とそれを支持することになるツールホルダ１５との間にオルダム継手（オルダムカップリング）１７を内蔵もしくは介装したもので、後述するように主軸３側からの回転トルクおよび推力をバー本体１４側に伝達しながらも、加工時においてツールホルダ１５が装着される主軸３と実際の加工を司るバー本体１４との間に相対軸心誤差が生じた場合にこれを吸収する機能を有している。
【００２３】
なお、図１〜４において、図示しないワーク搬送コンベヤによって搬送されてきたワークと加工済みのワークは、パレット入れ替え装置１８上で待機しているパレットとの間でその入れ替えが行われるとともに、そのパレット入れ替え装置１８とワークテーブル６との間で加工前のワークと加工済みのワークの入れ替えがパレットごと行われるようになっている。
【００２４】
図７以下の図面は上記スライドテーブル５とバーサポートスライダ３２のスライド駆動系の詳細を示しており、図７，８に示すようにベッド１のガイドウェイ１９上にはスライドテーブル５が搭載されていて、スライドテーブル５は駆動モータ２０の起動によりボールねじ２１を介してストロークＳｔ１のもとでスライド可能となっている。また、スライドテーブル５のガイドウェイ２２の上にはワークテーブル５に対しバーサポートスライダ３２が接近離間可能に搭載されていて、バーサポートスライダ３２はエアシリンダ２３の伸縮作動に応じてストロークＳｔ２（Ｓｔ２＞Ｓｔ１）のもとでスライド移動可能となっている。
【００２５】
バーサポートスライダ３２の左右一対のサポートアーム１３には後述するようにラインボーリングバー１１が内挿されてこれを案内することになるスリーブ２５，２６が装着されていることから、加工時においてこのスリーブ２５，２６が主軸３の軸心とほぼ一致する位置すなわち図７に実線で示す位置を加工位置Ｐ１とすると、バーサポートスライダ３２は加工位置Ｐ１と退避位置Ｐ２との間でスライド移動可能となっている。なお、バーサポートスライダ３２が加工位置Ｐ１まで前進したときには、そのバーサポートスライダ３２に付設されたストッパ部材２４がワークテーブル６に当接することで機械的に位置決めされる。
【００２６】
図７，８のほか図９，１０に示すように、バーサポートスライダ３２における左右一対のサポートアーム１３には互いに同一軸線上に位置するようにしてスリーブ２５，２６が装着されており、各スリーブ２５，２６はベアリング２７にて回転可能に支持されている。そして、本実施の形態では一方のスリーブ２５の内径よりも他方のスリーブ２６の内径の方が予め小さくなるように設定されている。
【００２７】
その一方、一対のスリーブ２５，２６に案内支持されることになるラインボーリングバー１１は、図５，６に示すようにオルダム継手１７を内蔵したツールホルダ１５に長尺なバー本体１４を支持させたものであって、バー本体１４の長手方向中央部には刃物である複数のバイト２８，２８…が装着されているほか、長手方向両端部には各スリーブ２５，２６に内挿されることになるガイド軸部２９，３０が形成されている。そして、根元部側のガイド軸部２９の直径は一方のスリーブ２５に内挿し得る大きさに、また先端部側のガイド軸部３０の直径は反対側のガイド軸部２９の直径よりも小さく且つスリーブ２６に内挿し得る大きさに設定されている。つまり、ガイド軸部２９の直径を最大直径として、バー本体１１の回転によりバイト２８先端が描く軌跡や他方のガイド軸部３０の直径はそれよりも小さく形成されており、これらの関係はラインボーリングバー１１の仕様の違いにかかわらず予め共通化されている。なお、各ガイド軸部２９，３０にはキー３１が固定されており、ラインボーリングバー１１が各スリーブ２５，２６に内挿される際には各ガイド軸部２９，３０がスリーブ２５，２６とキー結合されて両者の相対回転が阻止されるようになっている。
【００２８】
このように構成されたマシニングセンタによれば、ショートツール用マガジン７に収容されたいわゆるショートツールを自動交換しながらの加工は既存のものと同様であるから、ここではロングツールであるラインボーリングバー１１を使ってのラインボーリング加工の手順についてのみ説明すると、ラインボーリング加工に際して特定のラインボーリングバー１１の選択指令が与えられると、ツールスライダ１２はロングツール用のツールマガジン９からその特定のラインボーリングバー１１を把持した上で主軸３側に向かって走行し、主軸３との間でラインボーリングバー１１が受け渡し可能な位置で停止する。そして、主軸３側に別のラインボーリングバー１１が装着されている場合にはツールスライダ１２はその使用済みのラインボーリングバー１１を主軸３から受け取った上で、新たな特定のラインボーリングバー１１を主軸３に装着する。この後、ツールスライダ１２は加工に支障のないようにロングツール用のツールマガジン９側に移動して、使用済みのラインボーリングバー１１をツールマガジン９に戻した上で待機する。
【００２９】
このような工具交換作業と並行して、それまで図７，８に示す退避位置Ｐ２で待機していたバーサポートスライダ３２が加工位置Ｐ１まで前進して、図９，１０に示すようにワークＷの両側にサポートアーム１３に支持されたリーブ２５，２６を位置させる。スリーブ２５，２６の位置出しが行われると、主軸３はその自律動作によりワークＷおよび左右一対のスリーブ２５，２６に対してラインボーリングバー１１をゆっくりと挿入し、同図に示すように根元部側のガイド軸部２９を一方のスリーブ２５に、先端部側のガイド軸部３０を他方のスリーブ２６にそれぞれ両持ち支持形態で案内支持させる。なお、ラインボーリングバー１１を低速回転させながらスリーブ２５，２６への挿入作業を行うと、各スリーブ２５，２６とガイド軸部２９，３０が互いにキー結合される。
【００３０】
なお、先に述べたようにカービック式のインデックス装置による割り出し回転が可能なワークテーブル６は、その特殊性として数ミリ程度の噛み合い代のものでのリフトアップ，リフトダウンが可能となっていることから、ラインボーリングバー１１の挿入時には上記噛み合い代分だけワークＷをワークテーブル６ごとリフトアップさせて中間位置に位置させるものとし、ラインボーリングバー１１の挿入完了を待って再びワークＷをリフトダウンさせて元の加工位置に位置決めするものとする。
【００３１】
この後、主軸３に装着されたラインボーリングバー１１を主軸３とともに回転駆動させる一方で軸心方向の送りを与えることでラインボーリング加工が施される。例えば、図９，１０に示すように加工対象ワークＷが直列４気筒タイプのシリンダブロックである場合、ならびにＶ型８気筒タイプのシリンダブロックの場合のいずれであっても、互いに同一軸線上にあってクランクシャフト取付穴となるべき複数のジャーナル部に高い同心精度をもって一斉にラインボーリング加工が施されることになる。
【００３２】
ラインボーリング加工が完了するとワークＷがワークテーブル６とともに中間位置までリフトアップし、主軸３側の自律動作によってラインボーリングバー１１がバーサポートスライダ３２側のスリーブ２５，２６やワークＷから抜き取られる。そして、バーサポートスライダ３２が加工位置Ｐ１から退避位置Ｐ２まで後退してその位置で待機する一方、ツールマガジン９側で待機していたツールスライダ１２が再び主軸３側まで走行し、主軸３は使用済みのラインボーリングバー１１をツールスライダ１２に移載するとともに、ツールスライダ１２には再びツールマガジン９側に走行してそのラインボーリングバー１１を返却する。
【００３３】
さらに、この段階に至ると、それまでショートツール用のツールマガジン７に収容されていた寸法測定用の図示外のタッチプローブが選択されてＡＴＣアーム８に把持されており、主軸３はＡＴＣアーム８からそのタッチプローブを受け取って把持した上で、先にラインボーリング加工を施したジャーナル部の寸法測定を行う。
【００３４】
この寸法測定を終えると、主軸３は再びＡＴＣアーム８との間でショートツール用のツールマガジン７に収容されているショートツールの自動交換を適宜行って、以降はワークＷの前後左右の各面の面加工もしくは穴加工を行うことになる。
【００３５】
このように本実施の形態によれば、オルダム継手１７を内蔵したラインボーリングバー１１のほか、そのラインボーリングバー１１を両持ち支持するスライド式のスリーブ２５，２６の使用を前提とした加工形態としたので、いわゆる汎用型のマシニングセンタの使用で十分に対応可能であり、設備のコンパクト化や占有面積の削減とともに設備補の低減化の上で有利となる。しかも、スリーブ２５，２６がスライド可能であるために一般的なショートツール等の工具交換の際の支障となることもなければ、その工具を使用した加工の際の支障となることもなく、ツーリング自由度も十分に高いものとなる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施の形態としてマシニングセンタの概略構造を示す正面図。
【図２】図１の右側面図。
【図３】図１の平面図。
【図４】図３の要部拡大図。
【図５】ラインボーリングバー単体での説明図。
【図６】図５の要部断面図。
【図７】図１〜３におけるスライドテーブルおよびバーサポートスライダのスライド駆動系の説明図。
【図８】図７の要部断面図。
【図９】図７，８におけるバーサポートスライダの垂直断面図。
【図１０】同じく図７，８におけるバーサポートスライダの水平断面図。
【図１１】従来のラインボーリング加工用設備の一例を示す正面説明図。
【符号の説明】
２…コラム
３…主軸
５…スライドテーブル
６…ワークテーブル
７…ショートツール用のツールマガジン（自動工具交換機構）
８…ＡＴＣアーム（自動工具交換機構）
９…ロングツール（ラインボーリングバー）用のツールマガジン（自動工具交換機構）
１１…ラインボーリングバー
１２…ツールスライダ（自動工具交換機構）
１３…サポートアーム
１７…オルダム継手
２５，２６…スリーブ
３２…バーサポートスライダ
Ｐ１…加工位置
Ｐ２…退避位置
Ｗ…ワーク
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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