(57)【要約】【課題】比較的薄肉の軽合金鍛造品あるいは鋳造品のワークにおける加工後の変形によっても前工程で加工した貫通穴部位の形状精度の確保に好適なワーク加工方法および加工装置を提供する。【解決手段】比較的薄肉の軽合金鍛造品あるいは軽合金鋳造品のワーク１に対して、第１工程で貫通穴（１３）を機械加工し、第２工程により前記貫通穴（１３）周囲のワーク表面を機械加工するワーク加工方法または加工装置において、第２工程により変形する貫通穴（１３）の真円度が許容寸法内に治まるように、第１工程での工具撓み量を調整し、形成する貫通穴１３の形状を前記変形方向が長径となる加工形状に形成するようにした。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
比較的薄肉の軽合金鍛造品あるいは軽合金鋳造品のワークに対して、第１工程で貫通穴を機械加工し、第２工程により前記貫通穴周囲のワーク表面を機械加工するワーク加工方法において、
第２工程により変形する貫通穴の真円度が許容寸法内に治まるように、第１工程での工具撓み量を調整し、形成する貫通穴の形状を前記変形方向が長径となる加工形状に形成することを特徴とするワーク加工方法。
【請求項２】
前記第１工程の貫通穴の加工は、前記貫通穴の変形方向と直交する方向に貫通穴の中心から偏芯させて貫通穴より小径の粗加工穴を形成する粗加工工程と、比較的剛性の低い加工工具を用いて前記貫通穴の中心を加工中心として仕上げ加工する仕上げ加工工程と、により構成したことを特徴とする請求項１に記載のワーク加工方法。
【請求項３】
前記第１工程に使用する加工工具は、切削バイトの突き出し量を調整することにより工具撓み量が調整されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のワーク加工方法。
【請求項４】
比較的薄肉の軽合金鍛造品あるいは軽合金鋳造品のワークに対して、第１工程で貫通穴を機械加工し、第２工程により前記貫通穴周囲のワーク表面を機械加工するワーク加工装置において、
第２工程により変形する貫通穴の真円度が許容寸法内に治まるように、形成する貫通穴の加工形状を前記変形方向が長径となるように、第１工程での工具撓み量を調整する調整手段を備えることを特徴とするワーク加工装置。
【請求項５】
前記第１工程の貫通穴は、比較的剛性の高い加工工具により前記貫通穴の変形方向と直交する方向に貫通穴の中心から偏芯させて貫通穴より小径の粗加工穴を形成する粗加工手段と、比較的剛性の低い加工工具を用いて前記貫通穴の中心を加工中心として仕上げ加工穴を形成する仕上げ加工手段と、を備えることを特徴とする請求項４に記載のワーク加工装置。
【請求項６】
前記第１工程の貫通穴加工に使用する加工工具は、切削バイトの突き出し量を調整することにより工具撓み量を調整可能な加工工具であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のワーク加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金等の軽合金からなる鍛造製あるいは鋳造製のワークの加工方法および加工装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から軽量化のためにアルミニウム合金等の軽合金の鍛造製あるいは鋳造製の自動車用ナックルステアリングが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
この自動車用ナックルは、車輪の側方を迂回して上方に延び、サスペンション装置のアッパーアームにボールジョイントを介して連結されるアッパーアーム支持部と、サスペンション装置のロアアームにボールジョイントを介して連結されるロアアーム連結部と、両者間の中央位置に車輪の車軸を回転自在に支持する車軸支持部と、を備えるよう構成されている。
【０００４】
前記車軸支持部には、機械加工によりハブユニットが嵌合される大径の嵌合穴が形成され、この嵌合穴の車両外側の縁を機械加工して平面状のハブユニット取付面が形成され、この取付面には前記嵌合穴を取囲んでその周囲にハブユニットを固定するボルトが貫通するボルト穴が機械加工により形成されている。また車両内側の嵌合穴を取り囲む周囲には、前記ボルト穴を貫通するボルトの頭部が座金を介して着座するボルト座面が同様に機械加工により形成される。
【特許文献１】特開２００５−２４７０４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ナックルステアリング等の横断面が概略Ｕ字状となる形状が複雑な比較的薄肉の軽合金鍛造品あるいは鋳造品のワークにおいては、強度向上のために溶体化処理等により内部応力を残留させる熱処理が加えられ、均一な強度を備えるものでないことから、ハブユニット嵌合穴等の貫通穴を加工した後に、加工後の貫通穴を基準にその表面を切削により削り取る加工が加えられた場合に、いずれかの加工時点で、ワークの内部応力のバランスが崩れて微小変形し、前工程で高精度に加工した貫通穴の形状精度が低下するという不具合が発生する。
【０００６】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、比較的薄肉の軽合金鍛造品あるいは鋳造品のワークにおける加工後の変形によっても前工程で加工した貫通穴部位の形状精度の確保に好適なワーク加工方法および加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、比較的薄肉の軽合金鍛造品あるいは軽合金鋳造品のワークに対して、第１工程で貫通穴を機械加工し、第２工程により前記貫通穴周囲のワーク表面を機械加工するワーク加工方法または加工装置において、第２工程により変形する貫通穴の真円度が許容寸法内に治まるように、第１工程での工具撓み量を調整し、形成する貫通穴の形状を前記変形方向が長径となる加工形状に形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
したがって、本発明では、第２工程により変形する貫通穴の真円度が許容寸法内に治まるように、第１工程での工具撓み量を調整し、形成する貫通穴の形状を前記変形方向が長径となる加工形状に形成することにより、貫通穴の形状精度を向上させることができ、ワークの不良率を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明のワーク加工方法および加工装置の一実施形態を図１〜図１２に基づいて説明する。図１〜図３は本実施形態のワーク加工方法を適用するナックルステアリングを含む自動車用サスペンション装置の要部断面図、図４，５は機械加工工程および部位を示す正面図および背面図、図６はナックルステアリングの側面図、である。
【００１０】
図１〜図３により、先ず、本実施形態のワーク加工方法を適用するナックルステアリング１を含む自動車用サスペンション装置を説明する。図示のサスペンション装置は右前輪のダブルウイッシュボーン式サスペンション装置であり、アッパーアーム２およびロアアーム３によって図示しない車体に支持された軽合金（鍛造若しくは鋳造）製のナックルステアリング１（以下「ナックル」という）を備える。ナックル１は、車輪４の車軸を回転自在に支持する横断面が概略Ｕ字状をなす車軸支持部１０と、車軸支持部１０から上方に車輪４を迂回して湾曲して延び、上端にボールジョイント５を介してアッパーアーム２の車幅方向外端が枢支されるアッパーアーム支持部１１と、車軸支持部１０から下方に延びてアーチ状をなし、ボールジョイント６を介してロアアーム３の車幅方向外端が枢支されるロアアーム支持部１２とを備えている。
【００１１】
前記車軸支持部１０は、ハブベアリング７が嵌合される大径の嵌合穴１３を備え、この嵌合穴１３に車輪４を回転自在に支持するハブベアリング７が嵌合されている。ハブベアリング７は、図３に示すように、外周部に設けた取付フランジ７Ａを車軸支持部１０の嵌合穴１３の車両外側の縁に形成した取付け面１４に接触させて、車軸支持部１０の背面からボルト貫通穴１５を貫通させたボルト８により車軸支持部１０に固定されている。
【００１２】
前記ハブベアリング７には、図示しない変速機・差動装置に連結されたドライブシャフトのアウタージョイントのシャフト９が貫通固定され、その外周フランジ２１に設けたホイールボルト２２にはブレーキロータ２３および車輪４のロードホイール２４が嵌合されてホイールナット２５により固定されている。なお、車輪４が駆動輪でない場合には、図３に示すように、ドライブシャフトの取付け貫通穴を備えないハブベアリング７が同様にして車軸支持部１０に固定される。
【００１３】
前記ハブベアリング７を支持固定するために車軸支持部１０には、機械加工により車両外側の面を平面状に切削してハブベアリング７の取付面１４が形成され、この取付け面１４から背面側に貫通させて、ハブベアリング７を固定するボルト８が貫通するボルト穴１５と、ハブベアリング７を嵌合させるために大径の嵌合穴１３が形成される。また、車軸支持部１０の背面（車両内側）には、前記嵌合穴１３を取り囲む周囲において、前記ボルト穴１５を貫通するボルト８の頭部が座金を介して着座するボルト座面１６が同様に機械加工により形成される。
【００１４】
図４および図５に前記車軸支持部１０の機械加工の工程を示す。図４に示す第１工程においては、ナックル１の車両外側に位置する面を上方にして車軸支持部１０の下方の２箇所と上方の一箇所、アッパーアーム支持部１１の一箇所をクランプＣＬにより図示しない治具に固定すると共に、アッパーアーム２へ連結するボールジョイント５を固定する部位にワーク回り止めＣＬ１を当接させて位置決めした状態で、機械加工が開始される。
【００１５】
前記機械加工は、先ずハブベアリング７の外周フランジ７Ａが固定される取付け面１４を切削加工により形成し、次いで取付け面１４から車軸支持部１１を貫通させて、ハブベアリング７の固定ボルト８が貫通する複数のボルト穴１５がドリルにより穴あけ加工により形成される。そして、最後にハブベアリング７を嵌合させるための大径の嵌合穴１３がボーリングツールＢＴにより形成される。この大径の嵌合穴１３は、先ず粗ボーリングツールＢＴ１による強切削により下穴が粗加工され、次いで仕上げボーリングツールＢＴ２により夫々形状精度を段階的に上げてボーリング加工が実施される。
【００１６】
図５に示す第２工程においては、第１工程で形成したハブベアリング７の取付け面１４を図示しない治具上に接触させて車軸支持部１０の車両内側を上方にして車軸支持部１０の前記嵌合穴１３の左右位置の２箇所をクランプＣＬにより固定した状態で、機械加工が開始される。この機械加工においては、前記嵌合穴１３を取り囲む周囲において、前記ボルト穴１５を貫通するボルト８の頭部が座金を介して着座するボルト座面１６を切削加工により形成し、次いで、ロアアーム３と連結するボールジョイント６のスタッドが挿入される図示しないテーパ穴がロアアーム支持部１２にボーリング加工される。
【００１７】
ところで、ハブベアリング７の嵌合穴１３を加工した後に、加工後の嵌合穴１３を基準に車軸支持部１０の背面側のボルト座面１６を切削により削り取る加工を実施しているが、加工工程を終えたナックル１においては、図６の矢印の方向への微小変形が発生することを発見した。
【００１８】
前記微小変形により、前工程で高精度に加工した嵌合穴１３の形状は、設定した第１工程での加工直後においては、公差内に治まっているが、嵌合穴１３の上下方向の直径が左右方向の直径より若干（０．０１０ｍｍ）大きい状態であった（図８（Ａ）参照）。しかしながら、第２工程の加工を終了した段階においては、図８（Ｂ）に示すように、同様に公差内に治まっているが、嵌合穴１３の左右方向の直径が上下方向の直径より若干（０．０３０ｍｍ）大きい状態となっていた。なお、図８（Ａ）および（Ｂ）はいずれも現象を分かり易くするために誇張して図示している。
【００１９】
この現象は、ワークとしてのナックル１が横断面をＵ字状とする複雑な形状であり且つ比較的薄肉の軽合金鍛造品あるいは軽合金鋳造品のワークであり、強度向上のために溶体化処理等により内部応力を残留させる熱処理が加えられ、均一な強度を備えるものでないことから、加工後にナックル１の内部応力のバランスが崩れて微小変形するものと推察される。
【００２０】
以上に説明した変形現象は一定していることに着目し、本実施形態の加工方法においては、第１工程で形成する嵌合穴１３の形状を、図７（Ａ）に示すように、上下方向の直径が左右方向の直径よりある程度大きい形状の嵌合穴１３を形成することを特徴とするものである。このような形状の嵌合穴１３を第１工程において、予め形成することにより、第２工程の加工が完了した段階では、図７（Ｂ）に示すように、略真円に近い嵌合穴１３が得られるようにした。
【００２１】
前記上下方向の直径が大きい嵌合穴１３の形成方法の第１実施例は、ボーリング加工において、同一穴内に径差が生じる現象が削り取代による切削負荷と工具剛性に着目した加工方法を利用するものである。
【００２２】
即ち、図９に示すように、ボーリング工具ＢＴの刃３０による切削取代が厚いと工具ＢＴは変形して逃げるが、工具ＢＴの剛性が高いと真円に限りなく接近させて加工することができる。この原理を踏まえ、工具ＢＴの剛性を落としつつ、同一径内の取代を変化させることができれば、径大径小差の大きい穴加工が可能である。
【００２３】
図１０は切削負荷を利用した工具イメージ図であり、刃３０の逃げ量が不足する場合は突き出しを伸ばして、モーメント荷重を増大させるか、もしくは、刃３０部分を細く別体式にして、その剛性を落とすようにする。
【００２４】
また、切削負荷を上下方向と左右方向とで変化させる方法として、図１１に示すように、嵌合穴１３の粗加工位置（芯）を嵌合穴１３の中心位置Ｘ０から左右方向に微少に偏芯Ｘ１（例えば、０．０１ｍｍ程度）させて、嵌合穴１３よりも小径であり、仕上げボーリングツールＢＴ２での取代が残された状態の粗加工穴１３Ａ（嵌合穴１３より小径）を、工具剛性の高いボーリングツールＢＴ１により真円に近づけて形成する。
【００２５】
仕上げ加工においては、工具剛性を低下させた仕上げボーリングツールＢＴ２を使用して、嵌合穴１３の中心位置Ｘ０に加工芯を位置させてボーリング加工を実施する。仕上げボーリングツールＢＴ２は、図中のＡ位置で最も加工負荷が小さくなり、Ｂ位置で加工負荷が最も大きくなる。したがって、Ａ位置では取代が小さく、Ｂ位置でも加工負荷の増加により工具ＢＴ２の刃３０の逃げが発生して取代が然程増加しない。結果として嵌合穴１３の左右方向の直径寸法が小さく、上下方向の直径が大きい嵌合穴１３を形成することができる。嵌合穴１３の平均直径は、仕上げ加工での狙いとする工具軌跡により設定できる。
【００２６】
この加工方法においては、嵌合穴１３の加工角度位置に応じて、ＮＣ加工装置によりボーリングツールを上下方向直径が左右方向直径よりも大きくなるように位置制御して、削り取代が上下方向に大きくなるようにする複雑な制御が不要とでき、比較的容易に上下方向直径を拡大する加工を実現できる特徴を備える。
【００２７】
前記上下方向の直径が大きい嵌合穴１３の形成方法の第２実施例は、図１２に示すように、粗加工位置（芯）を嵌合穴１３の中心Ｘ０に位置させて嵌合穴１３より小径の粗加工穴１３Ａを形成し、次いで、仕上げ加工において、仕上げツールの加工位置（芯）を嵌合穴１３の加工領域に応じて上下方向に変化させることにより、上下方向の取代を大きくして、上下方向の直径が大きい嵌合穴１３を実現させるものである。この方法によれば、ＮＣ加工装置の制御を複雑にすることがないため、より一般的に多種部品に採用することが可能である。
【００２８】
本実施形態においては、以下に記載する効果を奏することができる。
【００２９】
（ア）比較的薄肉の軽合金鍛造品あるいは軽合金鋳造品のワーク１に対して、第１工程で貫通穴（１３）を機械加工し、第２工程により前記貫通穴（１３）周囲のワーク表面を機械加工するワーク加工方法または加工装置において、第２工程により変形する貫通穴（１３）の真円度が許容寸法内に治まるように、第１工程での工具撓み量を調整し、形成する貫通穴１３の形状を前記変形方向が長径となる加工形状に形成するようにした。このため、貫通穴（１３）の形状精度を向上させることができ、ワーク１の不良率を低減することができる。
【００３０】
（イ）第１工程の貫通穴（１３）の加工は、前記貫通穴（１３）の変形方向と直交する方向に貫通穴（１３）の中心から偏芯させて貫通穴（１３）より小径の粗加工穴１３Ａを形成する粗加工工程と、比較的剛性の低い加工工具を用いて前記貫通穴（１３）の中心を加工中心として仕上げ加工する仕上げ加工工程と、により構成したことにより、貫通穴（１３）の加工角度位置に応じて、ＮＣ加工装置によりボーリングツールを上下方向直径が左右方向直径よりも大きくなるように位置制御して、削り取代が上下方向に大きくなるようにする複雑な制御が不要とでき、比較的容易に上下方向直径を拡大する加工を実現できる特徴を備える。
【００３１】
（ウ）第１工程に使用する加工工具ＢＴ２は、切削バイトの突出し量を調整することにより工具撓み量が調整されることにより、一種類の加工工具によりワークの変形量に対応して削り取代を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施形態を示すワーク加工方法を適用するナックルステアリングを含む自動車用サスペンション装置の要部断面図。
【図２】同じくハブベアリングの取付け部の断面図。
【図３】同じく被駆動輪で構成される自動車用サスペンション装置の要部断面図。
【図４】機械加工の第１工程の加工部位を示す正面図。
【図５】機械加工の第２工程の加工部位を示す背面図。
【図６】ナックルステアリングの側面図。
【図７】第１工程により形成する貫通穴（Ａ）と第２工程後の貫通穴（Ｂ）の形状を説明する説明図。
【図８】比較例における第１工程により形成する貫通穴（Ａ）と第２工程後の貫通穴（Ｂ）の形状を説明する説明図。
【図９】主に粗加工工程で使用されるボーリングツールを示す説明図。
【図１０】仕上げ加工工程で使用されるボーリングツールを示す説明図。
【図１１】第１実施例の粗加工工程と仕上げ加工工程を説明する説明図。
【図１２】第２実施例の粗加工工程と仕上げ加工工程を説明する説明図。
【符号の説明】
【００３３】
１  ナックルステアリング、ナックル
２  アッパーアーム
３  ロアアーム
４  車輪
５、６  ボールジョイント
７  ハブベアリング
８  ボルト
９  シャフト
１０  車軸支持部
１１  アッパーアーム支持部
１２  ロアアーム支持部
１３  嵌合穴
１４  取付け面
１５  ボルト穴
１６  ボルト座面
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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