JP7192578B2 - 加工装置およびワークの支持治具 - Google Patents

Description

本開示は、加工装置およびワークの支持治具に関する。

例えば、特許文献１には、シリンダーブロックの加工工程の１つとして、シリンダーボア穴（以下、「ボア穴」という）の加工が開示されている。

ボア穴の加工は、例えば、次の工程で行われる。先ず、シリンダーブロックの粗材の下面を荒加工する（第１工程）。次に、加工した下面を基準面として、シリンダーのボア穴及び上面を荒加工する（第２工程）。次に、加工した上面を基準面として、下面の仕上げ加工を行う（第３工程）。次に、下面を基準面として、ボア穴の仕上げ加工を行う（第４工程）。

特許第５８６６２７２号公報

しかしながら、ボア穴の加工後に応力開放があるため、例えば、第２工程におけるボア穴の荒加工と第３工程における下面の仕上げ加工とを同時に行うことができない。その結果、第２工程における基準面を下面とし、第３工程における基準面を上面とするように基準面の変更等、加工基準の入れ替えが多くなる。加工基準の入れ替えが多くなることは、長い加工時間を要する原因となる。

また、例えば、第２工程における下面を基準面とする上面の加工（切削）および第３工程における上面を基準面とする下面の加工（切削）のように、基準面毎に各面を切削する際に、切削取り代が多くなる場合がある。切削取り代が多くなる場合、加工中に排出される切粉量が多くなり、切粉が治具に堆積し易くなって、ワークの密着不良を発生させる原因となり、また、ワークを固定するためのクランパーなどの動作機構の動作障害を発生させる原因となる。

また、切削取り代が多くなる場合、切削長が長くなる。これにより、長い加工時間を要する。加工時間を短縮するために、高剛性の治具や専用加工機などの対策を採る場合、設備投資が高騰する要因となる。

本開示の目的は、ワークの加工時間を短縮することが可能な加工装置およびワークの支持治具を提供することである。

上記の目的を達成するため、本開示における加工装置は、
シリンダーブロック又はシリンダーヘッドをワークとし、前記ワークの外周壁面のうち少なくとも互いに対向する２つの第１外周壁面を加工する加工装置であって、
前記第１外周壁面以外の外周壁面であって、前記第１外周壁面と直交する方向で互いに対向する第２外周壁面を支持する治具と、
前記直交する方向に延在する軸を有し、前記治具を介して前記軸回りに前記ワークを回転させる回転部と、
前記２つの第１外周壁面の一方の壁面に対応して配置される一方の押圧部材と、
前記２つの第１外周壁面の他方の壁面に対応して配置される他方の押圧部材と、
前記一方の壁面が加工された後に他方の壁面が加工部により加工される場合、前記他方の壁面が前記加工部により加工される方向に向けられるように前記回転部を制御し、前記一方の壁面を加工する場合、前記他方の押圧部材が前記他方の壁面を前記一方の壁面の方向に押圧し、前記一方の押圧部材が前記一方の壁面から退避し、前記他方の壁面を加工する場合、前記一方の押圧部材が前記一方の壁面を前記他方の壁面の方向に押圧し、前記他方の押圧部材が前記他方の壁面から退避する制御を実行する制御部と、
を備える。

本開示によれば、ワークの加工時間を短縮することができる。

図１は、本開示の実施の形態における加工装置の一例を概略的に示す正面図である。 図２は、本開示の実施の形態における加工装置の一例を概略的に示す平面図である。 図３は、ワークの加工工程を示すフローチャートである。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施の形態における加工装置の一例を概略的に示す正面図である。図１には、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸が描かれている。図１における左右方向をＸ方向又はワーク１の長手方向といい、左方向を左側又は「－Ｘ方向」、右方向を右側又は「＋Ｘ方向」という。また、図１における上下方向をＹ方向又はワーク１の短手方向といい、上方向を上側又は「＋Ｙ方向」、下方向を下側又は「－Ｙ方向」という。また、図１の紙面に直交する方向をＺ方向又はワーク１の奥行き方向といい、手前方向を手前側又は「＋Ｚ方向」、奥方向を奥側又は「－Ｚ方向」という。

図２は、本実施の形態における加工装置の一例を概略的に示す平面図である。図１および図２に示すように、ワーク１は、概略的に直方体の形状を有し、長手方向（Ｘ方向）、短手方向（Ｙ方向）および奥行き方向（Ｚ方向）にそれぞれ予め定められた長さを有する。ワーク１は、６つの外周壁面２を有する。６つの外周壁面２は、左側壁面２Ａ、右側壁面２Ｂ、上側壁面２Ｃ、下側壁面２Ｄ、手前側壁面２Ｅおよび奥側壁面２Ｆである。ワーク１は、例えば、シリンダーブロックである。なお、ワーク１はシリンダーヘッドでもよい。

加工装置１００は、ワーク１の奥行き方向（Ｚ方向）で互いに対向する手前側壁面２Ｅおよび奥側壁面２Ｆを加工する。が本開示の「第１外周壁面」に対応する。手前側壁面２Ｅおよび奥側壁面２Ｆは、シリンダー３の軸方向と直交する面である。左側壁面２Ａ、右側壁面２Ｂ、上側壁面２Ｃおよび下側壁面２Ｄが本開示の「第２外周壁面」に対応する。以下の説明においては、手前側壁面２Ｅおよび奥側壁面２Ｆのような加工される外周壁面を「第１外周壁面」という。また、左側壁面２Ａ等のような加工されない外周壁面を「第２外周壁面」という。なお、第１外周壁面および第２外周壁面の両方をいう場合、「外周壁面」という。

加工装置１００は、コラム１１、ベース２１、治具３０、動力部４０（本開示の「回転部」に対応する）、および、制御部５０を備える。

コラム１１は、主軸１２およびツール１３を有する。

主軸１２は、軸回りに回転可能に構成され、かつ、左右方向（Ｘ方向）、上下方向（Ｙ方向）および奥行き方向（Ｚ方向）にそれぞれ移動可能に構成されている。

ツール１３は、主軸１２に取り付けられる。ツール１３が本開示の「加工部」に対応する。ツール１３には、例えば、ワーク１の第１外周壁面２を荒加工する工具、ワーク１の第１外周壁面２を仕上げ加工する工具、ボア穴の荒加工を行う工具、ボア穴の仕上げを行う工具（ボーリング工具、ホーニング工具）、その他の工具が含まれる。主軸１２に取り付けられるツール１３と、ツールマガジンに収容されるツール（不図示）とは、ワーク１の加工工程に応じて自動的に交換される。

ベース２１は、ベッド（図示略）に固定されている。ワーク１は、主軸１２のＸ方向、Ｙ方向、およびＺ方向の移動、および、主軸１２の回転により、加工（切削）される。

ベース２１には、ポール２２，２２がＸ方向に互いに離間して配置される。ポール２２，２２は、上方向（＋Ｙ方向）に延在している。

治具３０は、回転軸部３２、枠状部材３４、および、支持部材３６を有する。

回転軸部３２は、ポール２２の上端部に設けられる。回転軸部３２は、図１に示すように、枠状部材３４の短手方向（Ｙ方向）および奥行き方向（Ｚ方向）の中央位置に配置され、長手方向（Ｘ方向）に延在し、ＹＺ平面上で回転する。

枠状部材３４は、矩形状の枠体形状を有する。枠状部材３４は、図１に示すように、左側枠部３４Ａ、右側枠部３４Ｂ、上側枠部３４Ｃおよび下側枠部３４Ｄを有する。枠状部材３４は、ワーク１の外周壁面２を囲むように配置される。枠状部材３４は、回転軸部３２回りに回転可能に構成される。

左側枠部３４Ａは、枠体形状における左側に位置し、短手方向（Ｙ方向）に延在する。右側枠部３４Ｂは、枠体形状における右側に位置し、短手方向に延在する。上側枠部３４Ｃは、枠体形状における上側に位置し、長手方向（Ｘ方向）に延在する。下側枠部３４Ｄは、枠体形状における下側に位置し、長手方向に延在する。

支持部材３６は、左側支持部材３６Ａ、右側支持部材３６Ｂ、上側支持部材３６Ｃおよび下側支持部材３６Ｄを有する。

左側支持部材３６Ａは、左側枠部３４ＡのＹ方向及びＺ方向の中央位置（回転軸部３２の位置とＹＺ平面上で一致する）からワーク１の左側壁面２Ａの方向へ延在し、左側壁面２Ａに当接する。

右側支持部材３６Ｂは、右側枠部３４ＢのＹ方向及びＺ方向の中央位置（回転軸部３２の位置とＹＺ平面上で一致する）からワーク１の右側壁面２Ｂの方向へ延在し、右側壁面２Ｂに当接する。右側支持部材３６Ｂは、ピストンロッドを有し、ピストンロッドにエア圧又は油圧が作用することにより、ピストンロッドが押し出されて右側壁面２Ｂを押圧する。左側支持部材３６Ａおよび右側支持部材３６Ｂは、長手方向（Ｘ方向）でワーク１を挟むようにして支持する。

上側支持部材３６Ｃは、図１および図２に示すように、上側壁面２Ｃにおける３箇所（三角形の頂点に相当する位置）に対応して配置されている。上側壁面２Ｃにおける３箇所は、具体的には、上側壁面２Ｃにおける上側中央部、下側左端部、および、下側右端部である。

上側支持部材３６Ｃは、上側枠部３４Ｃからワーク１の上側壁面２Ｃの方向へ延在し、上側壁面２Ｃに当接する。上側支持部材３６Ｃは、ピストンロッドを有し、ピストンロッドにエア圧又は油圧が作用することにより、ピストンロッドが押し出されて上側壁面２Ｃを押圧する。

下側支持部材３６Ｄは、図１および図２に示すように、下側壁面２Ｄにおける３箇所（三角形の頂点に相当する位置）に対応して配置されている。下側壁面２Ｄにおける３箇所は、具体的には、下側壁面２Ｄにおける上側中央部、下側左端部、および、下側右端部である。

下側支持部材３６Ｄは、下側枠部３４Ｄからワーク１の下側壁面２Ｄの方向へ延在し、下側壁面２Ｄに当接する。下側壁面２Ｄにおける３箇所の位置と上側壁面２Ｃにおける３箇所の位置とは、ＸＺ平面上で一致している。上側支持部材３６Ｃおよび下側支持部材３６Ｄは、短手方向（Ｙ方向）でワーク１を挟むようにして支持する。

支持部材３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ，３６Ｄは、図１に示すように、ワーク１の第２外周壁面２に沿って互いに隙間を空けて配置され、枠状部材３４から第２外周壁面２に向かって延在してワーク１の第２外周壁面２を支持する。

押圧部材３８は、左手前側押圧部材３８Ａ、右手前側押圧部材３８Ｂ、左奥側押圧部材３８Ｃおよび右奥側押圧部材３８Ｄを有する。なお、図１および図２は、押圧部材３８を駆動するためのアクチュエータを省略して示す。

左手前側押圧部材３８Ａは、左側枠部３４Ａの短手方向（Ｙ方向）の中央位置を間にして上下２箇所に設けられている。左手前側押圧部材３８Ａは、手前側壁面２Ｅを奥側壁面２Ｆの方向（－Ｚ方向）に押圧する位置と手前側壁面２Ｅから退避する位置との間を移動可能に構成される。左手前側押圧部材３８Ａは、奥側壁面２Ｆを加工する場合、手前側壁面２Ｅを押圧する。左手前側押圧部材３８Ａは、手前側壁面２Ｅを加工する場合、手前側壁面２Ｅから退避する。図２は、手前側壁面２Ｅを押圧する左手前側押圧部材３８Ａを示す。

右手前側押圧部材３８Ｂは、右側枠部３４Ｂの短手方向（Ｙ方向）の中央位置を間にして上下２箇所に設けられている。右手前側押圧部材３８Ｂは、手前側壁面２Ｅを奥側壁面２Ｆの方向（－Ｚ方向）に押圧する位置と手前側壁面２Ｅから退避する位置との間を移動可能に構成される。右手前側押圧部材３８Ｂは、奥側壁面２Ｆを加工する場合、手前側壁面２Ｅを押圧する。右手前側押圧部材３８Ｂは、手前側壁面２Ｅを加工する場合、手前側壁面２Ｅから退避する。図２は、手前側壁面２Ｅを押圧する右手前側押圧部材３８Ｂを示す。

左奥側押圧部材３８Ｃは、左側枠部３４Ａの短手方向（Ｙ方向）の中央位置を間にして上下２箇所に設けられている。左奥側押圧部材３８Ｃは、奥側壁面２Ｆを手前側壁面２Ｅの方向（＋Ｚ方向）に押圧する位置と奥側壁面２Ｆから退避する位置との間を移動可能に構成される。左奥側押圧部材３８Ｃは、手前側壁面２Ｅを加工する場合、奥側壁面２Ｆを押圧する。左奥側押圧部材３８Ｃは、奥側壁面２Ｆを加工する場合、奥側壁面２Ｆから退避する。図２は、奥側壁面２Ｆから退避する左奥側押圧部材３８Ｃを示す。

右奥側押圧部材３８Ｄは、右側枠部３４Ｂの短手方向（Ｙ方向）の中央位置を間にして上下２箇所に設けられている。右奥側押圧部材３８Ｄは、奥側壁面２Ｆを手前側壁面２Ｅの方向（＋Ｚ方向）に押圧する位置と奥側壁面２Ｆから退避する位置との間を移動可能に構成される。右奥側押圧部材３８Ｄは、手前側壁面２Ｅを加工する場合、奥側壁面２Ｆを押圧する。右奥側押圧部材３８Ｄは、奥側壁面２Ｆを加工する場合、奥側壁面２Ｆから退避する。図２は、奥側壁面２Ｆから退避する右奥側押圧部材３８Ｄを示す。

動力部４０は、ポール２２の上端部に設けられている。動力部４０は、回転軸部３２回りにワーク１を回転させる。例えば、動力部４０は、電動モータを有する。電動モータの出力軸と回転軸部３２とが接続される。

制御部５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入力装置、および、出力装置を有する。ＣＰＵは、ＲＯＭに格納されたプログラムをＲＡＭに展開して、ベース２１のＸ方向およびＹ方向の移動制御、主軸１２のＹ方向の移動制御、主軸１２の回転制御、動力部４０の制御、上記ピストンロッドの制御、および、上記アクチュエータの制御などの種々の制御を実行する。

制御部５０は、ワーク１が加工される場合、主軸１２が、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向にそれぞれ移動する制御を実行する。また、制御部５０は、手前側壁面２Ｅが加工された後に奥側壁面２Ｆが加工される場合、奥側壁面２Ｆがツール１３（加工部）に加工される方向に向くように動力部４０を制御する。具体的には、制御部５０は、ワーク１が手前側壁面２Ｅと奥側壁面２Ｆとが成す角度θ（ここでは、１８０度）だけ回転するように動力部４０を制御する。これにより、奥側壁面２Ｆがツール１３の方向に向けられる。

次に、ワーク１の加工工程について図３を参照して説明する。図３は、ワーク１の加工工程を示すフローチャートである。ステップＳ１００において、ワーク１の手前側壁面２Ｅを荒加工する。その後、治具３０を回転軸部３２回りに１８０度回転して、ワーク１の奥側壁面２Ｆを荒加工するとともに、ボア穴を荒加工する。

次に、ステップＳ１１０において、ワーク１の奥側壁面２Ｆを仕上げ加工した後、ボア穴のボーリング加工（仕上げ加工）を行う。また、ボア焼き入れや、その他複数の仕上げ加工を行った後、ボア穴のホーニング加工（仕上げ加工）を行う。

上記実施の形態における加工装置１００によれば、ワーク１の外周壁面２のうち少なくとも互いに対向する２つの第１外周壁面２を加工する加工装置であって、第１外周壁面２以外の外周壁面であって、第１外周壁面２と直交する方向で互いに対向する第２外周壁面２を支持する治具３０と、直交する方向に延在する軸を有し、治具３０を介して軸回りにワーク１を回転させる動力部４０と、２つの第１外周壁面２のうち一方の壁面が加工された後に他方の壁面が加工部により加工される場合、他方の壁面が加工部により加工される方向に向けられるように動力部４０を制御する制御部５０と、を備える。

これにより、回転軸部３２の軸を加工基準とし、治具３０を介してワーク１を回転軸部３２回りに回転することで、加工基準を入れ替えることなく、手前側壁面２Ｅおよび奥側壁面２Ｆの加工が可能となるため、加工時間を短縮することが可能となる。

また、回転軸部３２を加工基準として手前側壁面２Ｅおよび奥側壁面２Ｆを加工する場合、基準面毎に手前側壁面２Ｅ等を切削しなくて済むため、手前側壁面２Ｅを基準面として奥側壁面２Ｆを加工し、奥側壁面２Ｆを基準面として手前側壁面２Ｅを加工する場合と比較して、基準面の入れ替わりを少なくすることができる。これによって、製品の最終的な寸法品質を確保し易くなるため、信頼性を向上することが可能となる。

また、この場合、切削長を短くすることが可能となる。これにより、加工時間を短縮することが可能となる。

また、上記実施の形態における加工装置１００によれば、支持部材３６Ａ等がワーク１の第２外周壁面２に沿って互いに隙間を空けて配置されている。これにより、加工中に排出される切粉が隙間を通って落下するため、切粉が治具３０に堆積しにくくなって、ワークの密着不良や、クランパーなどの動作不良が発生するのを防止することが可能となる。

また、上記実施の形態における加工装置１００によれば、上側支持部材３６Ｃおよび下側支持部材３６Ｄがワーク１の上側壁面２Ｃおよび下側壁面２Ｄにおける３箇所（三角形の頂点の位置）でワーク１を上下方向から挟むように支持するため、ワーク１を安定的に支持することが可能となる。

また、上記実施の形態における加工装置１００によれば、例えば、奥側壁面２Ｆを加工する場合、押圧部材３８が手前側壁面２Ｅを奥側壁面２Ｆに向かって押圧するため、ツール１３がワーク１を手前側壁面２Ｅの方へ押すような場合でも、ワーク１が手前側壁面２Ｅの方へ移動するようなことがなく、ワーク１を確実に支持するため、ワーク１の加工精度が低下するのを防止することが可能となる。

また、回転軸部３２は、短手方向（Ｙ方向）の中央位置であって、長手方向（Ｘ方向）に沿って延在する。このように回転軸部３２が短手方向の中央位置にある構造（短手型構造）において、ツール１３がワーク１の短手方向端部を加工する場合にワーク１が受ける回転軸部３２回りのトルクは、回転軸部３２が長手方向の中央位置にある構造（長手型構造）において、ツール１３がワーク１の長手方向端部を加工する場合にワーク１が受ける回転軸部３２回りのトルクより小さい。つまり、短手型構造を、加工中に回転軸部３２回りのトルクを比較的に受けにくい構造とすることができる。

その他、上記実施の形態は、何れも本開示の実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本開示の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本開示はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本開示は、ワークの加工時間を短縮することが要求される工作機械に好適に利用される。

１ ワーク
２ 外周壁面
２Ａ 左側壁面
２Ｂ 右側壁面
２Ｃ 上側壁面
２Ｄ 下側壁面
２Ｅ 手前側壁面
２Ｆ 奥側壁面
３ シリンダー
１１ コラム
１２ 主軸
１３ ツール
２１ ベース
２２ ポール
３０ 治具
３２ 回転軸部
３４ 枠状部材
３４Ａ 左側枠部
３４Ｂ 右側枠部
３４Ｃ 上側枠部
３４Ｄ 下側枠部
３６ 支持部材
３６Ａ 左側支持部材
３６Ｂ 右側支持部材
３６Ｃ 上側支持部材
３６Ｄ 下側支持部材
３８ 押圧部材
３８Ａ 左手前側押圧部材
３８Ｂ 右手前側押圧部材
３８Ｃ 左奥側押圧部材
３８Ｄ 右奥側押圧部材
４０ 動力部
５０ 制御部
１００ 加工装置

Claims (3)

1. シリンダーブロック又はシリンダーヘッドをワークとし、前記ワークの外周壁面のうち少なくとも互いに対向する２つの第１外周壁面を加工する加工装置であって、
   前記第１外周壁面以外の外周壁面であって、前記第１外周壁面と直交する方向で互いに対向する第２外周壁面を支持する治具と、
   前記直交する方向に延在する軸を有し、前記治具を介して前記軸回りに前記ワークを回転させる回転部と、
   前記２つの第１外周壁面の一方の壁面に対応して配置される一方の押圧部材と、
   前記２つの第１外周壁面の他方の壁面に対応して配置される他方の押圧部材と、
   前記一方の壁面が加工された後に他方の壁面が加工部により加工される場合、前記他方の壁面が前記加工部により加工される方向に向けられるように前記回転部を制御し、前記一方の壁面を加工する場合、前記他方の押圧部材が前記他方の壁面を前記一方の壁面の方向に押圧し、前記一方の押圧部材が前記一方の壁面から退避し、前記他方の壁面を加工する場合、前記一方の押圧部材が前記一方の壁面を前記他方の壁面の方向に押圧し、前記他方の押圧部材が前記他方の壁面から退避する制御を実行する制御部と、
   を備える、加工装置。
2. 前記治具は、
   前記ワークの前記第２外周壁面を囲むように配置された枠状部材と、
   前記ワークの前記第２外周壁面に沿って互いに隙間を空けて配置され、前記枠状部材から前記第２外周壁面に向かって延在して前記ワークの前記第２外周壁面を支持する複数の支持部材と、
   を備える、
   請求項１に記載の加工装置。
3. 前記ワークは、長手方向および長手方向に対して直交する短手方向にそれぞれの予め定められた長さを有し、
   前記軸は、前記短手方向の中央位置であって、前記長手方向に沿って延在する、
   請求項１または２に記載の加工装置。

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