(57)【要約】【課題】フランジ状部材の端面よりピン部が偏心して突出されたワークのフランジ部端面をエンドミルにより側面加工する場合、加工能率向上、工具寿命の延長及び加工精度向上を可能とするワークの加工方法及び装置を提供する。【解決手段】ワークＷを回転軸（Ｃ軸）に対し直交して設けられた工具Ｅにより、回転軸（Ｃ軸）に直交するように設けられたワークＷのフランジ状部材５の端面５ａを側面加工する場合、工具Ｅをエンドミルとし、エンドミルの少なくとも先端部における軸方向力による切削量が曲げ方向力による切削量よりも大きくなるように制御しつつ、エンドミルをワークＷに対し回転軸（Ｃ軸）に対し直交する２軸（Ｘ軸，Ｙ軸）方向に同時に移動させることを特徴とする。【選択図】図４
2009196069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを回転軸（Ｃ軸）に対し直交して設けられた工具により、前記回転軸に直交するように設けられた前記ワークのフランジ状部材の端面を側面加工するワークの加工方法であって、
前記工具をエンドミルとし、当該エンドミルの少なくとも先端部における軸方向力による切削の仕事量が曲げ方向力による切削の仕事量よりも大きくなるように制御しつつ、前記エンドミルを前記ワークに対し前記回転軸（Ｃ軸）に対し直交する２軸（Ｘ軸，Ｙ軸）方向に同時に移動させることを特徴とするワークの加工方法。
【請求項２】
前記エンドミルに作用する曲げ応力が、前記エンドミルの根元部で最大で、先端部が最小となるように、単位時間当たりの切削面積を制御して加工することを特徴とする請求項１に記載のワークの加工方法。
【請求項３】
前記エンドミルは、前記ワークを回転させて側面加工するとき、当該エンドミルを保持する工具ホルダから突出する長さが、前記フランジ状部材の端面の最長部の長さより短くしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のワークの加工方法。
【請求項４】
前記ワークが、回転軸に直交するフランジ状部材の端面よりピン部が突出されているとき、前記エンドミルの先端部が、前記ピン部の外周面の接線方向に向うように前記２軸（Ｘ軸，Ｙ軸）により形成される平面内で前記エンドミルを移動させることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のワークの加工方法。
【請求項５】
前記エンドミルの先端部は、前記ピン部の中心と一定の距離を保ちながら移動することを特徴とする請求項４に記載のワークの加工方法。
【請求項６】
ワークを回転軸（Ｃ軸）の回りで回転させ、この回転軸に対し直交して設けられた工具により、前記回転軸に直交配置された前記ワークのフランジ状部材の端面を側面加工するワークの加工装置であって、
前記工具として使用されるエンドミルと、
当該エンドミルの少なくとも先端部における軸方向力による切削の仕事量が曲げ方向力による切削の仕事量よりも大きくなるように制御する制御部と、
を有し、
前記エンドミルを前記ワークに対し前記回転軸（Ｃ軸）に対し直交する２軸（Ｘ軸，Ｙ軸）方向に同時に移動させることを特徴とするワークの加工装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記エンドミルに作用する曲げ応力が、前記エンドミルの根元部で最大で、先端部が最小となるように、単位時間当たりの切削面積を制御することを特徴とする請求項６に記載のワークの加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、クランクシャフトのカウンターウェイト部のようなフランジ状部材の端面を側面加工するワークの加工方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、鋳造成形されたクランクシャフトは、シャフト部、ジャーナル部、クランクピン部、カウンターウェイト部などに機械加工を施している。カウンターウェイト部の機械加工は、その端面を面に沿って加工（側面加工）することをいうが、端面よりピン部が回転軸線に対し偏心した位置に設けられているので、例えば、クランクシャフトミラーと称される専用の工作機械が使用される。
【０００３】
例えば、下記特許文献１に開示されている方法では、クランクシャフトの回転軸であるＣ軸の回りに等速度で回転させ、Ｃ軸に直角のＸ軸方向に移動自在としたカッターでピンジャーナルの切削する場合、切削中に変動する切削負荷が概ね均一になるように切削回転速度を制御して加工している。
【０００４】
しかし、クランクシャフトミラーは、少品種多量生産する場合には、その生産能力を発揮するが、生産量の少ないものを生産する場合には、設備コスト的に好ましくない。
【０００５】
このような場合には、一般に、ターニングセンタが使用される。ターニングセンタは、旋盤機能に加えミーリング機能を併せ持つので、多工程の加工を１台の機械で集約的に行うことができる。
【０００６】
例えば、下記非特許文献１では、ターニングセンタを用いた加工事例として、クランクシャフトのシャフト部やピンジャーナル部は旋削加工で行い、偏芯部分はエンドミルを用い、Ｃ軸にＸ，Ｙ軸を同期させて行うという加工方法が紹介されている。
【０００７】
このようなＣ軸にＸ，Ｙ軸を同期させて行う加工は、図８に示すように、Ｃ軸を中心としてクランクシャフトを回転させるとき、カウンターウェイト部ｗから突出しているピンジャーナルｐが偏心回転するので、ピンジャーナルｐにエンドミルｅが当らないように、エンドミルｅをＣ軸に対しＸ，Ｙ軸方向に直線的に移動させつつカウンターウェイト部の側面加工をする。
【０００８】
このような加工を行うには、長尺なエンドミルが必要となるが、長尺なエンドミルであれば、加工中、エンドミルの先端部に曲げ応力が掛かると、折損する恐れがあり、折損を回避しようとすれば、その突き出し長さを抑制しなければならず、切削速度も極めて低速にしなければならない。この結果、加工能率、工具寿命、加工精度の点で問題が生じることとなっている。
【特許文献１】特開２００４-９２１１公報（要約、段落番号「００１３」及び図１参照）
【非特許文献１】雑誌２００１年８月号「機械と工具」「大型ターニングセンタの機能と効率的加工技術」（２５頁、第１０図参照）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、回転軸に直交するフランジ状部材を有するワークにおいて、前記フランジ状部材の端面をエンドミル
により側面加工する場合、加工能率向上、工具寿命の延長及び加工精度向上を可能とするワークの加工方法及び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】
【００１０】
上記目的を達成する本発明は、ワークを回転軸（Ｃ軸）に対し直交して設けられた工具により、前記回転軸（Ｃ軸）に直交する前記ワークのフランジ状部材の端面を側面加工する場合、前記工具をエンドミルとし、当該エンドミルの少なくとも先端部における軸方向力による切削の仕事量が曲げ方向力による切削の仕事量よりも大きくなるように制御しつつ、前記エンドミルを前記ワークに対し前記回転軸（Ｃ軸）に対し直交する２軸（Ｘ軸，Ｙ軸）方向に同時に移動させることを特徴とするワークの加工方法と加工装置である。
【００１１】
ここに、本明細書では、「エンドミル」とは、先端部と側面部に刃部を有する切削工具の総称として使用する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ワークの回転軸に対し直交するＸ，Ｙの２軸方向にエンドミルを同時に移動させてフランジ状部材の端面を側面加工するとき、エンドミルの少なくとも先端部における軸方向力による切削の仕事量が曲げ方向力による切削の仕事量よりも大きくなるように制御しつつ行うと、エンドミルの先端部分に作用する力を殆ど軸方向力とすることができ、曲げ応力が大幅に低減し、切削能力を最大限発揮でき、工具寿命も延びる。
【００１３】
また、エンドミルの中間部や根元部に曲げ応力が作用しても、この部分は、エンドミルが支持されている工具ホルダに近いので、エンドミルは、この曲げ応力に充分対抗することができ、ビビリなどが発生することがなく、円滑な側面加工を広範囲に行うことができ、加工能率及び加工精度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００１５】
図１は本発明に係るワークの加工装置の一例を示す概略斜視図、図２はエンドミルによるカウンターウェイトの側面加工を示す要部正面図、図３は図２の３−３線に沿う断面図である。
【００１６】
本実施形態に係るワークの加工方法は、概して、エンドミルを用いて行うクランクシャフトのカウンターウェイト部の端面を側面加工するもので、エンドミルをワークの回転軸（Ｃ軸）に対し直交するＸ，Ｙの２軸方向に同時に移動させつつ行うものである。加工装置としては、例えば、ターニングセンタ、マシニングセンタなどを使用することができる。
【００１７】
本実施形態に係るワークの加工装置は、ターニングセンタの場合であり、図１に示すように、ベッド１上の両側端には、ワークＷであるクランクシャフトを支持する回転ユニット２が設けられている。なお、図１では回転ユニット２の一方のみを示す。
【００１８】
回転ユニット２は、ワークＷの端部を把持するチャック３と、チャック３を駆動するクランプシリンダ４と、回転軸Ｃ（Ｃ軸）を中心にワークＷを回転させるモータ（不図示）とを有し、ワークＷの軸方向長さに応じて位置調節できるようにＺ軸方向に摺動可能である。なお、これら回転ユニット２の少なくとも一方は、所定位置に位置固定的にロックされるような構成を有していることが好ましい。
【００１９】
ワークＷの支持方式は、両回転ユニットにより支持する両端支持方式でなく、片持ち支持方式でもよく、あるいは一端をテールストックにより支持する方式であってもよい。
【００２０】
本実施形態のワークＷは、図２，３に示すように、カウンターウェイト５（フランジ状部材）の端面５ａの回転中心より偏心した位置にピン部６が突出され、型抜きのため中心部より外周に向って肉厚が薄くなっている。図示のカウンターウェイト５は、図８に示すものと相違し、円盤状をしているが、この形状はどのようなものであってもよい。なお、図２，３に示す符号「７」は、カウンターウェイト５を削落して形成した凹溝である。このような薄肉形状や凹溝７が形成されたカウンターウェイト５であれば、後述するエンドミルＥの加工時の曲げ応力が低減し、好ましい。
【００２１】
ベッド１の後方には、エンドミルＥを駆動する駆動ユニット１０がベッド１に設けられている。駆動ユニット１０は、スライド１１を介してＹ軸方向に、スライド１２を介してＸ軸方向に、それぞれ摺動し得るように設けられ、駆動ユニット１０の端部に設けられた回動部１３に工具ホルダ１４を介してエンドミルＥが前方（Ｘ軸方向）に突出するように設けられている。したがって、エンドミルＥは、軸方向（Ｘ軸方向）と、軸に直交する方向（Ｙ軸方向）に移動可能である。なお、回動部１３は、内部にモータ及び減速歯車などの機構（不図示）を有している。
【００２２】
回転ユニット２、駆動ユニット１０、回動部１３は、制御部１５とそれぞれ接続されている。制御部１５は、これらの回転あるいは移動状態を制御すると共に、エンドミルＥがＣ軸に対し直交する２軸（Ｘ軸，Ｙ軸）方向に同時に移動する制御を行い、エンドミルＥの移動量や回転速度を制御し、切削量（切削の仕事量）を制御する。
【００２３】
このように制御すれば、エンドミルＥを回転軸（Ｃ軸）に対し直交するＸ，Ｙの２軸方向に同時に移動させとき、エンドミルＥの先端部において、フランジ状部材５の端面５ａから受ける力が、エンドミルＥの軸方向（Ｘ軸方向）に作用する軸方向力であり、エンドミルＥの軸に直交する方向（Ｙ軸方向）に作用する曲げ応力が極力作用しないようにすることができる。
【００２４】
特に、エンドミルＥに掛かる切削負荷が、エンドミルＥの曲げ強さを上回ると、折損する虞があるので、制御部１５は、これを上回らない範囲となるように制御することが好ましい。つまり、エンドミルＥの少なくとも先端部における軸方向力による切削の仕事量（切削量）が曲げ方向力による切削の仕事量（切削量）よりも大きくなるようにエンドミルＥの回転あるいは移動速度、つまり切削の仕事量（切削量）を制御しつつ、エンドミルＥをワークＷであるカウンターウェイト５に対し回転軸（Ｃ軸）に対し直交する２軸（Ｘ軸，Ｙ軸）方向に同時に移動させることが好ましい。
【００２５】
一方、エンドミルＥは、工具ホルダ１４に取り付けられている根元部の強度が強く、先端部の曲げ強さが弱いので、好ましくは、エンドミルＥの根元部に掛かる曲げ応力で最大で、先端部に掛かる曲げ応力が最小となるようにすることが好ましい。このようにするには、カウンターウェイト５の端面５ａ全体の加工面積を解析し、エンドミルＥの単位時間当たりの切削面積を割り出し、この切削量（取代）となるようにエンドミルＥの回転あるいは移動速度を制御することになる。この結果、エンドミルの能力を最大限発揮させ、切削能力を高めることができる。
【００２６】
次に、加工方法を説明する。
【００２７】
まず、第１の加工方法は、エンドミルＥの姿勢をＸ軸に沿った方向を維持しつつ加工する方法である。図４は第１の加工方法による側面加工状態を段階的に示す要部正面図で、（Ａ）は側面加工開始時点の状態、（Ｂ）は側面加工初期の状態、（Ｃ）は側面加工中期の状態、（Ｄ）は側面加工終期の状態をそれぞれ示している。
（１）加工開始（図４Ａ）
まず、ワークＷであるクランクシャフトの端部を回転ユニット２のチャック３で把持する。クランクシャフトが回転されることなく停止している状態のとき、エンドミルＥを軸中心に回転させつつ直進（Ｘ軸方向）し、ピン部６の周辺部分（破線ハッチ部分）を所定の取代で除去する側面加工を行う。
【００２８】
この場合、図中のエンドミルＥにその大きさと方向を白抜き矢印で示すように、エンドミルＥの先端から工具ホルダ１４に向う方向に軸方向力Ｆ（スラスト力）がかかるのみで、曲げ応力σは作用しない。
【００２９】
したがって、加工開始時点では、長尺なエンドミルＥを用いても、エンドミルＥの先端部に曲げ応力が掛かり折損する恐れはなく、円滑に加工できる。
（２）加工初期（図４Ｂ）
エンドミルＥがピン部６の幅Ｐの左端を越え、エンドミルＥを図中下方に下降させてもピン部６に当らない位置に至ると、モータを駆動することによりクランクシャフトを、Ｃ軸を中心に回転させる。これに伴ってフランジ状端面５ａは、図中右方向にスライドする。このとき、エンドミルＥは、Ｘ軸方向に下降するのみであるが、相対的にＹ軸方向にスライドすることにもなる。
【００３０】
したがって、エンドミルＥは、スライドしながら側面加工を行うことになるので、図中白抜き矢印で示すような曲げ応力σを受ける。エンドミルＥは、比較的周速の大きい外周に近い部分に最大曲げ応力σ１が掛かり、先端部分に最小の曲げ応力σ２が掛かることになる。
【００３１】
エンドミルＥは、工具ホルダ１４近傍（根元部）が工具ホルダ１４により覆われ、補強されている状態であるため、根元部は強度的に強く、大きな曲げ応力σ１が掛かっても、この曲げ応力がエンドミル自体の曲げ強さを上回らない範囲であれば、これに十分対抗することができる。一方、エンドミルＥの先端部は、根元部に比べると強度的に弱いが、この部分には僅かな曲げ応力σ２が作用するのみとなる。
【００３２】
したがって、この加工初期では、エンドミルＥの取り付け構造からしても、能力を最大限発揮させて、切削でき、ビビリなどのない円滑な側面加工を行うことができるが、本実施形態では、制御部１５が、エンドミルＥの回転や移動速度を制御し、エンドミルＥの先端部における軸方向力による切削の仕事量（切削量）が曲げ方向力による切削の仕事量（切削量）よりも大きくなるようにしている。この結果、エンドミルによる側面加工は、一層確実で円滑に行なわれることになる。
（３）加工中期（図４Ｃ）
このようにピン部６を回避しつつ直線的に下降してきたエンドミルＥは、さらに広い範囲を側面加工するために、この段階では、図中左下方にスライドされる。エンドミルＥは、フランジ状端面５ａ全面を側面加工することができる長さＬを有するものであってもよいが、この長さＬは、必ずしもフランジ状端面５ａの長軸方向最大長さと一致しなくてもよい。本実施形態では、クランクシャフトを回転させつつ加工するので、フランジ状端面５ａの長軸方向最大長さＬｍａｘより短くすることができる。つまり、エンドミルＥが長尺なものでなくても、円滑な側面加工を行うことができる。
【００３３】
クランクシャフトの回転によりカウンターウェイト部５の端面５ａは、図中右方向にスライドし、エンドミルＥも、図中左下方にスライドするので、やはり比較的周速の大きい外周に近い部分に大きな曲げ応力σ１が掛かり、先端部分の曲げ応力σ２は小さくなるが、その方向は、図中白抜き矢印で示すように、前述の加工初期の場合とは異なる。この場合も、エンドミルＥの根元部には、大きな曲げ応力σ１が掛かるが、先端部の曲げ応力σ
２は小さい。
【００３４】
ただし、この加工中期での側面加工は、広い面積のフランジ状端面５ａを加工することになるので、制御部１５においてエンドミルＥの曲げ強さを上回らない範囲で制御する側面加工が行なわれる。つまり、この段階でも、制御部１５が、エンドミルＥの回転や移動速度を制御し、エンドミルＥの先端部における軸方向力による切削の仕事量（切削量）が曲げ方向力による切削の仕事量（切削量）よりも大きくなるようにしている。具体的には、エンドミルＥの根元部に掛かる曲げ応力σ１が最大で、エンドミルＥの先端部に掛かる曲げ応力σ２が最小となるように、加工面積を解析し、単位時間当たりの切削面積を割り出し、切削量を制御して加工するように制御する。この結果、広い面積を側面加工するときであっても、より一層ビビリなどのない円滑な側面加工を行うことができる。
（４）加工終期（図４Ｄ）
最後に、エンドミルＥは、図中左方向にスライドし、ピン部６を避けつつフランジ状端面５ａ全面の加工を終える。
【００３５】
次に、第２の加工方法について説明する。第２の加工方法は、エンドミルＥの先端部がピン部６の外周面の接線方向に向うように回動しつつ加工する方法である。図５は第２の加工方法の一例による側面加工状態を段階的に示す要部正面図で、（Ａ）は側面加工開始時点の状態、（Ｂ）は側面加工初期の状態、（Ｃ）は側面加工中期の状態、（Ｄ）は側面加工終期の状態をそれぞれ示している。
（１）加工開始（図５Ａ）は、前記第１の加工方法と同様に、ワークＷであるクランクシャフトの端部を回転ユニット２のチャック３に把持し、クランクシャフトの停止状態のとき、エンドミルＥを軸中心に回転させつつ直進（Ｘ軸方向）し、ピン部６の周辺部分を所定の取代で除去する側面加工を行う。
【００３６】
この場合も、エンドミルＥには、先端から工具ホルダ１４に向う方向に軸方向力（スラスト力）Ｆのみがかかり、曲げ応力σは作用しない。
（２）加工初期〜加工終期（図５Ｂ〜図５Ｄ）
次に、エンドミルＥの先端部を、ピン部６の外周面の接線方向に向うようにＸ，Ｙ２軸により形成される平面内で回動させる。つまり、エンドミルＥを軸線方向に下降しつつ反時計方向に移動させる。
【００３７】
この場合、モータ駆動によりクランクシャフトをＣ軸中心に回転させてもよく、回転させなくてもよいが、回転させる方がエンドミルＥの移動量を少なくでき、側面加工を円滑に行うことができる。
【００３８】
加工中、エンドミルＥの先端部は、常にピン部６の外周に沿って移動するので、大きな軸方向力Ｆを受けることになるが、ここに曲げ応力σが作用することは殆どない。したがって、エンドミルＥは、軸方向力Ｆであるため折損するという虞はなく、円滑な側面加工（破線ハッチ部分）ができる。一方、エンドミルＥの根元部は、スライドしながら側面加工を行うことになるので、大きな曲げ応力σが作用することになるが、加工する部分は、工具ホルダ１４近傍であるため、この曲げ応力σに十分対抗することができる。ただし、エンドミルＥの根元部に作用する曲げ応力σは、加工中期から加工終期に至るに従って低減することになる。
【００３９】
しかも、制御部１５が、エンドミルＥの回転や移動速度を制御し、エンドミルＥの先端部における軸方向力による切削の仕事量（切削量）が曲げ方向力による切削の仕事量（切削量）よりも大きくなるようにしているので、より一層ビビリなどのない円滑な側面加工を行うことができる。
【００４０】
エンドミルの先端部は、ピン部６の外周面の接線方向に進むようにすればよいが、ピン部６の中心と一定の距離を保ちながら移動することが好ましい。このようにすれば、不必要に曲げ応力σを受けず、円滑な側面加工ができる。
【００４１】
図６は本発明に係るワークの加工装置の他の実施形態を示す概略斜視図、図７は同他の実施形態におけるカウンターウェイトの側面加工を示す要部正面図であり、図１などに示す部材と共通する部材には同一符号を付し、説明は省略する。
【００４２】
本実施形態は、立型マシニングセンタを使用する加工例である。このマシニングセンタは、図６に示すように、ベッド１上に回転可能な主軸台８が設けられ、主軸台８は、ワークＷであるクランクシャフトを直立に支持した状態で、Ｚ軸方向に摺動可能とされている。
【００４３】
エンドミルＥは、Ｙ軸方向に摺動可能に設けられた後方コラム９ａに設けられ、後方コラム９ａの側部には、Ｚ軸方向に摺動可能な側部コラム９ｂと、Ｘ軸方向に摺動可能な側部コラム９ｃが設けられている。
【００４４】
したがって、ワークＷに対してエンドミルＥは、図７に示すように、カウンターウェイト５の端面５ａをＸ，Ｙ面内で加工することになる。なお、加工方法は、先のターニングセンタと同様であるため、ここでは省略する。
【００４５】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。例えば、上述した実施形態では、エンドミルＥをワークＷに対してＸ，Ｙ２軸方向に移動させているが、これのみでなく、エンドミルＥを固定し、ワークＷを移動するようにしてもよい。ワークは、クランクシャフトであり、カウンターウェイトの端面より偏心位置にピン部が突出されたものであるが、これのみに限定されるものではなく、カムシャフトであってもよく、また、ピン部が突出されていない平坦なものであってもよく、回転軸に直交するように設けられたフランジ状部材であればどのようなものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、クランクシャフトのフランジ状部材の端面をエンドミルにより広範囲に、加工能率よく高精度で側面加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係るワークの加工装置の一例を示す概略斜視図である。
【図２】エンドミルによるカウンターウェイトの側面加工を示す要部正面図である。
【図３】図２の３−３線に沿う断面図である。
【図４】第１の加工方法による側面加工状態を段階的に示す要部正面図で、（Ａ）は側面加工開始時点の状態、（Ｂ）は側面加工初期の状態、（Ｃ）は側面加工中期の状態、（Ｄ）は側面加工終期の状態をそれぞれ示している。
【図５】第２の加工方法の一例による側面加工状態を段階的に示す要部正面図で、（Ａ）は側面加工開始時点の状態、（Ｂ）は側面加工初期の状態、（Ｃ）は側面加工中期の状態、（Ｄ）は側面加工終期の状態をそれぞれ示している。
【図６】本発明に係るワークの加工装置の他の例を示す概略斜視図である。
【図７】前記他の例によるカウンターウェイトの側面加工を示す要部正面図である。
【図８】ターニングセンタを用いた従来の加工事例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
５…フランジ状部材、
５ａ…フランジ状部材の端面、
６…ピン部、
１４…工具ホルダ、
１５…制御部、
Ｃ…回転軸、
Ｅ…エンドミル（工具）、
Ｌ…エンドミルの長さ、
Ｘ…エンドミルの軸線方向、
Ｙ…エンドミルの軸に直交する方向、
Ｗ…ワーク。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2009196069.tif 000005
【図４】
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【図５】
2009196069.tif 000007
【図６】
2009196069.tif 000008
【図７】
2009196069.tif 000009
【図８】
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