(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸物ワーク（Ｗ）の一方の軸端面に形成したセンタ穴（Ｗ1 ）に嵌合可能なセンタ（３１）と、そのセンタ（３１）が中心部を貫通するコレットガイド（２８）と、そのコレットガイド（２８）内に嵌装されて該ガイド（２８）と協働して前記軸物ワーク（Ｗ）の一方の軸端外周をチャック可能なコレットチャック（４８）とを備え、センタ（３１）がコレットチャック（４８）及びコレットガイド（２８）に対して軸方向に移動可能である工作機械の主軸台において、
センタ（３１）を後退させて軸物ワーク（Ｗ）のセンタ穴（Ｗ1 ）に嵌合させた状態で、チャック（４８）は軸物ワーク（Ｗ）の軸端外周をチャック可能であり、
コレットチャック（４８）及びコレットガイド（２８）には、径方向内方に付勢されて軸物ワーク（Ｗ）の軸端外周の溝（Ｗ2 ）に係合し得る位置決めピン（５１）が径方向摺動可能に支持され、
その位置決めピン（５１）は、該位置決めピン（５１）が前記溝（Ｗ2 ）に係合しない状態ではエア源（５５）に連通するが前記溝（Ｗ2 ）に該位置決めピン（５１）が係合した状態ではエア源（５５）から遮断されるエア導入開口（５１4 ）と、そのエア導入開口（５１4 ）をコレットチャック（４８）内の空間に連通させるエア排出通路（５１6 ）とを備えていることを特徴とする工作機械の主軸台。
【請求項２】
センタ（３１）を前進させて軸物ワーク（Ｗ）のセンタ穴（Ｗ1 ）に嵌合させた状態で、チャック（４８）はセンタ（３１）の外周をチャック可能であることを特徴とする、請求項１に記載の工作機械の主軸台。
【請求項３】
前記コレットチャック（４８）の端部には、放射状のスリット（４８1 ）によって相互に分割される複数のチャック爪（４８2 ）が形成されていて、それらチャック爪（４８2 ）の外周と前記コレットガイド（２８）の端部内周とがテーパ嵌合しており、前記コレットチャック（４８）を前記コレットガイド（２８）に対し軸方向に駆動し得る油圧シリンダ（４２，４３）を設けた部材（２６，２７）が、主軸台に支持される主軸（２３）の先端部に結合され、前記部材（２６，２７）の先端外周面に前記コレットガイド（２８）の内周面がテーパー状の位置決め面（５６）で相互に係合していることを特徴とする、請求項１又は２に記載の工作機械の主軸台。
【請求項４】
前記請求項２に記載の工作機械の主軸台を使用した軸物ワークの加工方法であって、
前記センタ（３１）を前進させて軸物ワーク（Ｗ）のセンタ穴（Ｗ1 ）に嵌合させた状態で、前記チャック（４８）でセンタ（３１）の外周をチャックしつつ、その軸物ワーク（Ｗ）を機械加工するセンタ前進加工工程と、
前記センタ（３１）を後退させて軸物ワーク（Ｗ）のセンタ穴（Ｗ1 ）に嵌合させ且つ前記位置決めピン（５１）を前記溝（Ｗ2 ）に係合させた状態で、前記チャック（４８）で軸物ワーク（Ｗ）の端部外周をチャックしつつ、その軸物ワーク（Ｗ）を機械加工するセンタ後退加工工程とを備え、
前記センタ後退加工工程の開始に当たり、前記位置決めピン（５１）を前記溝（Ｗ2 ）に係合させるまでは、前記エア排出通路（５１6 ）から前記コレットチャック（４８）内の空間にエアが排出され、また前記位置決めピン（５１）を前記溝（Ｗ2 ）に係合させてからは前記エアの排出が停止することを特徴とする、軸物ワークの加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸物ワークの一方の軸端面に形成したセンタ穴に嵌合可能なセンタと、前記軸物ワークの一方の軸端外周をチャック可能なチャックとを備えた工作機械の主軸台、及びその主軸台を用いた軸物ワークの加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軸物ワークの外周面を加工する工作機械において、その主軸台に設けたセンタおよびチャックの両方を用いて軸物ワークの一方の端部をクランプするものが、特開平６−３９０６５号公報、特開平９−３００１９３号公報により公知である。このように軸物ワークの一端部をセンタおよびチャックで同時にクランプすることにより、クランプ剛性を高めるとともに軸物ワークの心振れを防止して加工精度を高めることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、軸物ワークの主軸台側の端部外周を加工する場合にチャックを使用すると、工具がチャックと干渉して前記軸端部外周の加工ができなくなるため、チャックを使用せずにセンタだけで軸物ワークの一端部をクランプすることが必要となる。このようにセンタだけで軸物ワークの一端部をクランプすると、センタおよびチャックの両方でクランプする場合に比べてクランプ剛性が低下するため、軸物ワークが心振れを起こして加工精度が低下することが懸念される。
【０００４】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、軸物ワークの心振れを最小限に抑えて加工精度を高めることが可能な工作機械の主軸台、および軸物ワークの加工方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、軸物ワークの一方の軸端面に形成したセンタ穴に嵌合可能なセンタと、そのセンタが中心部を貫通するコレットガイドと、そのコレットガイド内に嵌装されて該ガイドと協働して前記軸物ワークの一方の軸端外周をチャック可能なコレットチャックとを備え、センタがコレットチャック及びコレットガイドに対して軸方向に移動可能である工作機械の主軸台において、センタを後退させて軸物ワークのセンタ穴に嵌合させた状態で、チャックは軸物ワークの軸端外周をチャック可能であり、コレットチャック及びコレットガイドには、径方向内方に付勢されて軸物ワークの軸端外周の溝に係合し得る位置決めピンが径方向摺動可能に支持され、その位置決めピンは、該位置決めピンが前記溝に係合しない状態ではエア源に連通するが前記溝に該位置決めピンが係合した状態ではエア源から遮断されるエア導入開口と、そのエア導入開口をコレットチャック内の空間に連通させるエア排出通路とを備えていることを特徴とする工作機械の主軸台が提案される。
【０００６】
上記構成によれば、主軸台のチャックで軸物ワークの一方の軸端外周をチャックする際に、後退させたセンタを軸物ワークのセンタ穴に嵌合させることにより、軸物ワークの心振れを防止して加工精度を高めることができる。また、軸物ワークの軸端外周の溝に位置決めピンが係合する前は、エア源から供給されたエアが位置決めピンのエア導入開口およびエア排出通路を経てコレットチャックの内部に排出されるが、位置決めピンが溝に係合すべく移動すると、エア導入開口が閉塞されてエアの流通が遮断されるので、位置決めピンが軸物ワーク軸端の溝に正しく係合したことを検出することができる。
【０００７】
また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、センタを前進させて軸物ワークのセンタ穴に嵌合させた状態で、チャックはセンタの外周をチャック可能であることを特徴とする工作機械の主軸台が提案される。
【０００８】
上記構成によれば、主軸台のセンタで軸物ワークの一方の軸端面に形成したセンタ穴を支持する際に、前進させたセンタを軸物ワークのセンタ穴に嵌合させた状態でチャックがセンタの外周をチャックするので、センタの剛性を高めて軸物ワークの心振れを防止し、その加工精度を高めることができる。
【０００９】
また請求項３に記載された発明によれば、請求項１又は２の構成に加えて、前記コレットチャックの端部には、放射状のスリットによって相互に分割される複数のチャック爪が形成されていて、それらチャック爪の外周と前記コレットガイドの端部内周とがテーパ嵌合しており、前記コレットチャックを前記コレットガイドに対し軸方向に駆動し得る油圧シリンダを設けた部材が、主軸台に支持される主軸の先端部に結合され、前記部材の先端外周面に前記コレットガイドの内周面がテーパー状の位置決め面で相互に係合していることを特徴とする工作機械の主軸台が提案される。
【００１０】
上記構成によれば、コレットガイドの内周面と部材の外周面とはテーパー状の位置決め面で相互に係合するため、この位置決め面を係合させてコレットガイドを部材に組み付けるだけで、コレットガイドを精密に位置決めして心振れの発生を防止できる。
【００１１】
さらに請求項４に記載された発明によれば、前記請求項２に記載の工作機械の主軸台を使用した軸物ワークの加工方法であって、前記センタを前進させて軸物ワークのセンタ穴に嵌合させた状態で、前記チャックでセンタの外周をチャックしつつ、その軸物ワークを機械加工するセンタ前進加工工程と、前記センタを後退させて軸物ワークのセンタ穴に嵌合させ且つ前記位置決めピンを前記溝に係合させた状態で、前記チャックで軸物ワークの端部外周をチャックしつつ、その軸物ワークを機械加工するセンタ後退加工工程とを備え、前記センタ後退加工工程の開始に当たり、前記位置決めピンを前記溝に係合させるまでは、前記エア排出通路から前記コレットチャック内の空間にエアが排出され、また前記位置決めピンを前記溝に係合させてからは前記エアの排出が停止することを特徴とする軸物ワークの加工方法が提案される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１３】
図１〜図９は本発明の一実施例を示すもので、図１は円筒研削盤の全体正面図、図２は図１の２部拡大断面図、図３は図２の３−３線拡大断面図、図４は図２の４−４線拡大断面図、図５は図２の５−５線拡大断面図、図６は図２の６部拡大図、図７は図２に対応する作用説明図、図８は図７の８−８線拡大断面図、図９は図７の９−９線拡大断面図である。
【００１４】
図１に示すように、円筒研削盤１１はベース１２と、ベース１２上に移動自在に支持されたテーブル１３と、テーブル１３の一端側に設けられた主軸台１４と、テーブル１３の他端側に設けられた心押台１５とを備える。本発明の軸物ワークを構成するエンジンのカムシャフトＷは主軸台１４および心押台１５間に支持され、主軸台１４から伝達される駆動力で回転駆動される。そしてテーブル１３上に設けた図示せぬ砥石ユニットによってカムシャフトＷの外周面が研削される。
【００１５】
次に、図２〜図９に基づいて主軸台１４の構造を説明する。
【００１６】
主軸台１４のハウジング２１に複数のボールベアリング２２を介して支持された円筒状の主軸２３は、図示せぬ駆動源に接続されて回転駆動される。主軸２３の右端にセンタガイド２４がボルト２５で結合され、このセンタガイド２４の右端に第１シリンダ部材２６がボルト２９で結合され、更にその右端に第２シリンダ部材２７が図示せぬボルトで結合される。そして第２シリンダ部材２７の右端にコレットガイド２８が軸方向に重ね合わされてボルト３０で結合される。主軸２３の内部に同軸に配置されたセンタ３１は、円錐台形状に形成されてカムシャフトＷの端部に形成したセンタ穴Ｗ1 に嵌合可能なセンタ頭部３２と、センタ頭部３２の左端にネジ結合された軸状のセンタ軸部３３と、センタ軸部３３の左端に一体に形成されたピストン３４とから構成される。
【００１７】
センタ３１は、そのセンタ軸部３３がセンタガイド２４に摺動自在に支持されており、センタ軸部３３と一体のピストン３４は主軸２３の中心に形成したシリンダ３５に摺動自在に嵌合する。ピストン３４の左右にそれぞれ一対の油室３６，３７が形成されており、それら油室３６，３７はバルブ３８を介して油圧源３９に接続される。従って、左側の油室３６に油圧を供給するとセンタ３１は右方向に前進し、右側の油室３７に油圧を供給するとセンタ３１は左方向に後退する。
【００１８】
センタ軸部３３の外周に摺動自在に嵌合する段付きのピストン４１が、第１シリンダ部材２６および第２シリンダ部材２７に形成されたシリンダ４２，４３に摺動自在に嵌合する。ピストン４１と第１シリンダ部材２６とはピン４４で連結されており、ピストン４１は摺動を許容されながら第１シリンダ部材２６と一体に回転する。ピストン４１の左右にそれぞれ一対の油室４５，４６が形成されており、それら油室４５，４６はバルブ４７を介して前記油圧源３９に接続される。従って、左側の油室４５に油圧を供給するとピストン４１は右方向に前進し、右側の油室４６に油圧を供給するとピストン４１は左方向に後退する。
【００１９】
コレットガイド２８およびセンタ３１間に同軸に嵌合するコレットチャック４８の右端部には、放射状に延びる６本のスリット４８1 によって６個のチャック爪４８2 が形成されるとともに、それらチャック爪４８2 の外周に右側に向けて拡径するテーパ面４８3 が形成される。前記テーパ面４８3 はコレットガイド２８の内周に形成したテーパ面２８1 に摺動自在に当接する。コレットチャック４８の左端部には４個の突起４８4 が半径方向外側に突出しており、このコレットチャック４８の半径方向外側に嵌合するピストン４１の内周に４個の切欠４１1 および４個の突起４１2 が形成される。従って、コレットチャック４８の４個の突起４８4 をピストン４１の４個の切欠４１1 を通過させた後に４５°回転させると、コレットチャック４８の４個の突起４８4 がピストン４１の４個の突起４１2 に係合するため、コレットチャック４８およびピストン４１が軸方向に一体に結合される。
【００２０】
図６から明らかなように、コレットガイド２８および１つのチャック爪４８2 をピン孔２８2 ，４８5 が半径方向に貫通しており、このピン孔２８2 ，４８5 に位置決めピン５１が半径方向に摺動自在に嵌合する。コレットガイド２８の右端に嵌合するキャップ５２がボルト５３で固定されており、このキャップ５２との間に縮設したスプリング５４で位置決めピン５１が半径方向内側に付勢される。位置決めピン５１はコレットガイド２８に嵌合する円柱部５１1 と、チャック爪４８2 に嵌合する偏平部５１2 と、偏平部５１2 の先端に円弧状に形成されてカムシャフトＷの左端近傍の外周面に形成したキー溝Ｗ2 に係合可能な係合部５１3 とを備える。位置決めピン５１の内部にエア導入開口５１4 、スプリング収納室５１5 およびエア排出通路５１6 が形成されており、エア導入開口５１4 はコレットガイド２８に形成したエア供給通路２８3 を介してエア源５５に連通し、エア排出通路５１6 はコレットチャック４８内の空間に連通する。
【００２１】
次に、前述の構成を備えた本発明の実施例の作用を説明する。
【００２２】
カムシャフトＷを主軸台１４にセンタ方式でクランプする場合には、図２に示すように、油室３６に油圧を供給してセンタ３１を右方向に前進させ、そのセンタ頭部３２をカムシャフトＷの左端面のセンタ穴Ｗ1 に係合させる。このとき、カムシャフトＷの右端面のセンタ穴は心押台１５のセンタによりクランプされる。また油室４６に油圧を供給してピストン４１と共にコレットチャック４８を左方向に駆動することにより、コレットチャック４８のチャック爪４８2 の外周のテーパ面４８3 をコレットガイド２８のテーパ面２８1 に圧接し、該チャック爪４８2 を閉方向に駆動してセンタ頭部３２をクランプする。而して、主軸２３と共に回転するセンタ３１でカムシャフトＷを回転駆動しながら、砥石ＧでカムシャフトＷの外周面を研削することができる。
【００２３】
このようにセンタ頭部３２をコレットチャック４８でクランプすることにより、センタ頭部３２の心振れを抑えてカムシャフトＷの加工精度を高めることが可能になるだけでなく、コレットチャック４８でカムシャフトＷの外周面をクランプしないので、砥石Ｇはコレットチャック４８と干渉することなくカムシャフトＷの外周面を研削することができる。
【００２４】
カムシャフトＷを主軸台１４にチャック方式でクランプする場合には、図７に示すように、油室３７に油圧を供給してセンタ３１を左方向に後退させ、そのコレットチャック４８の内部に挿入したカムシャフトＷの左端面のセンタ穴Ｗ1 をセンタ頭部３２に係合させる。このときも、カムシャフトＷの右端面のセンタ穴は心押台１５のセンタによりクランプされる。そして油室４６に油圧を供給してチャック爪４８2 を閉方向に駆動し、カムシャフトＷの左端部の外周面をクランプする。尚、コレットチャック４８でカムシャフトＷをクランプするとき、コレットチャック４８に設けた位置決めピン５１がカムシャフトＷの外周面に凹設したキー溝Ｗ2 に係合し、カムシャフトＷを所定の位相に位置決めしてカム面の研削を可能にする。
【００２５】
また図６に示すように、キー溝Ｗ2 に位置決めピン５１が係合する前は、エア源５５から供給されたエアが、コレットガイド２８のエア供給通路２８3 と、位置決めピン５１のエア導入開口５１4 、スプリング収納室５１5 およびエア排出通路５１6 とを経て排出されるが、キー溝Ｗ2 に係合した位置決めピン５１が移動すると、前記エア導入開口５１4 が閉塞されてエアの流通が遮断される。これにより、位置決めピン５１がキー溝Ｗ2 に正しく係合したことを検出することができる。而して、主軸２３と共に回転するコレットチャック４８でカムシャフトＷを回転駆動しながら、砥石ＧでカムシャフトＷの外周面を研削することができる。
【００２６】
このようにセンタ頭部３２をカムシャフトＷの左端面のセンタ穴Ｗ1 に係合させた状態で該カムシャフトＷの左端部をコレットチャック４８でクランプすることにより、カムシャフトＷの心振れを抑えて加工精度を高めることができる。
【００２７】
本実施例の円筒研削盤１１によれば、研削加工の途中でカムシャフトＷの姿勢を反転させることなく、その全ての外周面の研削を行うことができる。即ち、最初に図２に示すセンター方式でカムシャフトＷをクランプし、砥石ＧでカムシャフトＷの左端部の外周面を研削する。このとき、前述したように砥石Ｇはコレットチャック４８と干渉することなく、カムシャフトＷの左端部の外周面を研削することができる。続いて図７に示すチャック方式でカムシャフトＷをクランプし、砥石ＧでカムシャフトＷの残りの外周面を全て研削する。このように、センター方式およびチャック方式を切り換えるだけで、カムシャフトＷの姿勢を反転させることなく該カムシャフトＷの全ての外周面の研削を行うことができ、加工時間の短縮に寄与することができる。
【００２８】
ところで、主軸台１４のコレットガイド２８、コレットチャック４８およびセンタ頭部３２はワークの機種変更や、摩耗の進行に応じて交換する必要があるが、本実施例の主軸台１４では前記交換作業を短時間で行うことができ、しかも交換後のセンタ頭部３２の位置を高精度で再現することができる。前記交換作業は以下のような手順で行われる。
【００２９】
先ず、油室３７に油圧を供給してセンタ３１を左方向に後退させた状態で、６本のボルト３０および図示せぬ１本の位相決めボルトを外した後に、コレットガイド２８およびコレットチャック４８を一体で取り外す。このとき、コレットチャック４８の突起４８4 がピストン４１の突起４１2 に係合しているが、コレットチャック４８を４５°回転させることにより前記係合を解除することができる。このようにしてコレットガイド２８およびコレットチャック４８を取り外すとセンタ頭部３２が露出するため、そのセンタ頭部３２をスパナで回転させて取り外すことができる。新たなコレットガイド２８、コレットチャック４８およびセンタ頭部３２の取付け作業は、上述した取外し作業逆の手順で行うことができる。
【００３０】
コレットガイド２８の内周面と第２シリンダ部材２７の外周面とはテーパーした位置決め面５６（図２および図７参照）で相互に係合するため、前記位置決め面５６を係合させてコレットガイド２８を第２シリンダ部材２７に組み付けるだけで、コレットガイド２８を精密に位置決めして心振れの発生を防止することができる。而して、コレットガイド２８の内周にコレットチャック４８を介してセンタ軸部３３が支持され、またコレットガイド２８によってコレットチャック４８を介してセンタ頭部３２をクランプするので、そのセンタ頭部３２を精密に位置決めして心振れの発生を防止することができる。
【００３１】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【００３２】
例えば、実施例では軸物ワークとしてカムシャフトＷを例示したが、本発明はカムシャフトＷ以外の軸物ワークに対しても適用することができる。また実施例では工作機械として円筒研削盤１１を例示したが、本発明は旋盤等の他の工作機械に対しても適用することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、主軸台のチャックで軸物ワークの一方の軸端外周をチャックする際に、後退させたセンタを軸物ワークのセンタ穴に嵌合させることにより、軸物ワークの心振れを防止して加工精度を高めることができる。また、軸物ワークの軸端外周の溝に位置決めピンが係合する前は、エア源から供給されたエアが位置決めピンのエア導入開口およびエア排出通路を経てコレットチャックの内部に排出されるが、位置決めピンが溝に係合すべく移動すると、エア導入開口が閉塞されてエアの流通が遮断されるので、位置決めピンが軸物ワーク軸端の溝に正しく係合したことを検出することができる。
【００３４】
また請求項２の発明発明によれば、主軸台のセンタで軸物ワークの一方の軸端面に形成したセンタ穴を支持する際に、前進させたセンタを軸物ワークのセンタ穴に嵌合させた状態でチャックがセンタの外周をチャックするので、センタの剛性を高めて軸物ワークの心振れを防止し、その加工精度を高めることができる。
【００３５】
また請求項３の発明によれば、コレットガイド内周面と部材外周面とはテーパー状の位置決め面で相互に係合するため、この位置決め面を係合させてコレットガイドを部材に組み付けるだけで、コレットガイドを精密に位置決めして心振れの発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  円筒研削盤の全体正面図
【図２】  図１の２部拡大断面図
【図３】  図２の３−３線拡大断面図
【図４】  図２の４−４線拡大断面図
【図５】  図２の５−５線拡大断面図
【図６】  図２の６部拡大図
【図７】  図２に対応する作用説明図
【図８】  図７の８−８線拡大断面図
【図９】  図７の９−９線拡大断面図
【符号の説明】
Ｗ・・・・カムシャフト（軸物ワーク）
Ｗ1 ・・・センタ穴
Ｗ2 ・・・溝
２６，２７・・部材
２８・・・コレットガイド
３１・・・センタ
４２，４３・・油圧シリンダ
４８・・・コレットチャック
４８1 ・・スリット
４８2 ・・チャック爪
５１・・・位置決めピン
５１4 ・・エア導入開口
５１6 ・・エア排出通路
５５・・・エア源
５６・・・位置決め面
【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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