JPH09131606A - 加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】１つの治具にセットされたワークの異なる座標
位置に位置する複数の穴を治具の段取り替えを行うこと
なく加工可能とした。 【解決手段】主軸ヘッド４に鉛直軸線回りに回転可能に
軸承された主軸５に上端が着脱可能に挿着されるボーリ
ングバー９を備えた加工ユニット３をコラム２に昇降可
能に設け、ワークＷの加工位置において前記ボーリング
バー９を支持する上下一対のサポートヘッド３１，３２
を前記コラム２に設け、ワークＷを治具２４の鉛直面上
に位置決め支持し、前記コラム２に対し前後左右方向に
移動して前記上下一対のサポートヘッド３１，３２間の
加工位置にワークを位置決めする治具ユニット１７を設
けた。また、前記治具２４にチルト機構とコラム２の倒
れを測定する倒れ測定装置３５を設け、ワークＷを位置
決め支持する治具２４の鉛直面をコラム２の倒れに追従
して補正するするようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ボーリングバーを
鉛直に設置した立型中ぐり加工装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ボーリングバーを鉛直に設置した立型中
ぐり加工装置は、例えば実公平２−１７７６６号で開示
されている。このものは、搬送機構によって加工ステー
ションに搬送されたワークを前進後退のみの１方向に移
動するワーク支持機構で支持し、コラム側に設けられた
上下一対のボーリングバー支持治具の間にワークを前進
させて位置決めし、ボーリングバーを下降動してボーリ
ングバー支持治具で支持させ、ボーリングバーの撓みや
振動の発生を防止した状態でワークの中ぐり加工を行う
ようにしたものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば、ク
ランク軸穴及びカム軸穴を有するエンジンのシリンダブ
ロックのように、異なる座標位置に位置する複数の穴を
有するワークを加工する場合がある。このような場合、
上記従来の加工装置ではワーク支持機構は前進後退のみ
の１方向移動であるため、異なる座標に位置することが
できず、治具の段取り替えが必要となり、精度確保が困
難となると共に、作業性が悪くコスト大となる問題があ
る。

【０００４】本発明の目的は、上記従来の問題点を解消
するために、１つの治具にセットされたワークの異なる
座標位置に位置する複数の穴を治具の段取り替えを行う
ことなく加工可能とした加工装置を提供することであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の構成要旨は、コラムに昇降可能に設けら
れ、鉛直軸線回りに回転可能な主軸を備えた主軸ヘッド
と、上端が前記主軸に着脱可能に挿着されるボーリング
バーとからなる加工ユニットと、ワークの加工位置にお
いて前記ボーリングバーを支持するために前記コラムに
設けられた上下一対のサポートヘッドと、ワークを治具
の鉛直面上に位置決め支持し、前記コラムに対し前後左
右方向に移動可能であり、前記上下一対のサポートヘッ
ド間の加工位置にワークを位置決めする治具ユニットと
を備えたことを特徴とするものである。

【０００６】また、上記の構成において、前記治具にチ
ルト機構を設けると共に、コラムの倒れを測定し前記治
具の姿勢をコラムの倒れに追従して補正する倒れ測定装
置を備えたものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施例を図面に基づ
いて説明する。図１及び図２において、１はベッド、２
は前記ベッド１０上に直立したコラムであり、このコラ
ム２には加工ユニット３が昇降可能に設けられ、また、
前記ベッド１上には治具ユニット１７が前記コラム２に
対し前後左右方向に移動可能設けられている。

【０００８】前記加工ユニット３の構成は、コラム２に
昇降可能に案内され、鉛直軸線回りに回転可能な主軸５
を備えた主軸ヘッド４と、上端が前記主軸５に着脱可能
に挿着されるボーリングバー９とから構成され、主軸ヘ
ッド４には主軸回転用モータ６を備え、前記コラム２に
は加工ユニットＺ軸駆動用サーボモータ７が設けられて
いる。

【０００９】前記ボーリングバー９は図３にも示すよう
に、上端に後述する自動工具交換装置１０（以下ＡＴＣ
ユニットという）の把持爪に把持する把持部９ｃを有
し、後述する上側サポートヘッド３１と下側サポートヘ
ッド３２に支持される上側サポートガイド９ａと下側サ
ポートガイド９ｂとが設けられ、この上側サポートガイ
ド９ａと下側サポートガイド９ｂとの間の軸部９ｄの外
周面には刃具９ｅが刃具ホルダ９ｆを介して設けられて
いる。この刃具９ｅは刃具ホルダ９ｆを介して捩じ込ま
れており、図略の刃具調整装置により径方向の刃具せり
出し量が調整可能である。

【００１０】また、ボーリングバー９は、前記上側サポ
ートガイド９と下側サポートガイド９ｂは共通寸法であ
るが、刃具９ｅが設けられている軸部９ｄが加工径によ
り異なる専用径の複数本がＡＴＣユニット１０に貯蔵さ
れ、主軸５にクランプ機構４０によって着脱可能に挿着
される。

【００１１】前記ＡＴＣユニット１０は図２に示すよう
に、ベッド１上にコラム２と並設された支持体１１にＡ
ＴＣ本体１２が加工ユニット３の側方に対しＡＴＣ本体
Ｘ軸進退用シリンダ１３によって前進後退移動可能に支
持され、ＡＴＣ本体１２には、割り出しモータ１６によ
って割り出し回転する回転体１４に放射方向に多数の把
持爪１５が設けられた構成であり、前記把持爪１５に刃
具９ｅが設けられている軸部９ｄが加工径により異なる
専用径のボーリングバー９が貯蔵されるようになってい
る。

【００１２】前記上側サポートヘッド３１と下側サポー
トヘッド３２は、後述する治具ユニット１７に位置決め
されたワークＷの加工位置において、ボーリングバー９
の上側サポートガイド９ａと下側サポートガイド９ｂと
を支持するようコラム２に設けられている。前記上側サ
ポートヘッド３１はコラム２に固設されているが、下側
サポートヘッド３２は、コラム２に下側サポートヘッド
Ｚ軸調整用サーボモータ３３（又はシリンダ）により昇
降可能に案内され、ワークＷの上下方向の大きさによっ
て前記固定の上側サポートヘッド３１との間隔を適正に
調整可能となっている。

【００１３】前記上側サポートヘッド３１には図３で示
すように、ボーリングバー９の上側サポートガイド９ａ
を挿入支持するブッシュ３１ａがベアリングを介して回
転可能に設けられ、また、下側サポートヘッド３２に
は、ボーリングバー９の下側サポートガイド９ｂを挿入
支持するブッシュ３２ａがベアリングを介して回転可能
に設けられている。

【００１４】次に前記治具ユニット１７の構成を説明す
る。前記コラム２の前方のベッド１上に平面座標のＹ軸
方向に延在する固定テーブル１８が固設され、この固定
テーブル１８上に平面座標のＸ軸方向に延在する第１ス
ライドテーブル１９が送りねじ２０ａと、この送りねじ
２０ａを正逆回転する治具本体Ｙ軸駆動用サーボモータ
２０とによってＹ軸方向（コラム２に対し前後方向）に
スライド可能に案内されている。また、前記第１スライ
ドテーブル１９上には第２スライドテーブル２２が送り
ねじ２３ａと、この送りねじ２３ａを正逆回転する治具
本体Ｙ軸駆動用サーボモータ２３とによってＸ軸方向に
（コラム２に対し前後方向）にスライド可能に案内され
ている。

【００１５】さらに、前記第２スライドテーブル２２上
には治具本体２４が設けられている。この治具本体２４
のコラム２側にはワークＷを位置決め支持する鉛直面を
有しており、パレットＰを介して搬入されるワークＷを
前記鉛直面にクランプするワーク用クランパ３０を備え
ている。

【００１６】前記ワークＷはパレットＰから突出した図
略のノックピンにより位置決めされる。また、ワークＷ
を搬出入するスライド部はＬＭガイド等が用いられる。
さらに、前記ワーク用クランパ３０は、通常３点で支持
すればワークＷの位置が決まるため、治具本体２４の一
側には上下方向の中間部位に１つを、他側には上下２つ
を配置している。

【００１７】前記治具本体２４は、ワークＷを位置決め
支持する鉛直面をコラム２と平行ににして第２スライド
テーブル２２上に固定してもよいが、チルト機構によっ
てチルト可能にすることが望ましい。これは、治具本体
２４の姿勢、すなわち、治具本体２４のワークＷを位置
決め支持する鉛直面をコラム２の倒れに追従して補正を
可能にし、加工精度をより一層向上させるためである。

【００１８】このチルト機構は、第２スライドテーブル
２２上の前方に半円状の軸部材２５をＸ軸線方向に固設
し、治具本体２４の軸部材２５に嵌まり込む半円状の凹
部を設け、治具本体２４が軸部材２５の軸心を揺動中心
０にしてＸ軸回りに前後傾動可能とした構成である。

【００１９】前記チルト機構によりＸ軸回りに前後傾す
る治具本体２４をコラム２の倒れに追従して補正する治
具本体２４の揺動機構は、第２スライドテーブル２２の
後端部に治具本体Ｘ軸回り揺動用サーボモータ２６を設
け、この治具本体Ｘ軸回り揺動用サーボモータ２６によ
って正逆回転するボールネジ２７を鉛直方向に設置し、
このボールネジ２７にナット２８を螺合させ、治具本体
２４の後端に突設した係合凸起２９を前記ナット２８に
係合し、ボールネジ２７の正逆回転で上下方向に送り移
動するナット２８によって前記係合凸起２９を介して治
具本体２４をＸ軸回り前後傾動するようにした構成であ
る。

【００２０】さらに、前記Ｘ軸回り前後傾動した治具本
体２４を、コラム２の倒れに追従して補正した位置でク
ランプする治具本体クランプシリンダ３７が第２スライ
ドテーブル２２に設けられている。

【００２１】前記治具本体２４をコラム２の倒れに追従
して補正するための、コラム２の倒れ測定装置３５が治
具本体２４に設けられている。この倒れ測定装置３５
は、前記上側サポートヘッド３１と下側サポートヘッド
３２との先端面３８，３９と対面するワークＷを位置決
め支持する治具本体２４の鉛直面の上下位置に、前記上
側サポートヘッド３１と下側サポートヘッド３２の先端
面に当接する接触子３３ａを備えた差動トランス等の測
定ヘッド３４ａを設けた構成であり、上側サポートヘッ
ド３１と下側サポートヘッド３２との先端面３８，３９
を基準面として、上下の接触子３３ａによる基準位置か
らのずれ量でもって、その接触位置を検出するようにな
っている。

【００２２】また、コラム２には治具本体２４に位置決
め支持されたワークＷの鉛直端面に接触してワーク端面
位置を測定するワーク端面測定装置３６が配置されてい
る。このワーク端面測定装置３６は治具本体２４の倒れ
補正後、ワークＷの端面位置測定データからワーク端面
位置の位置補正を行うものである。

【００２３】前記加工ユニット３及び治具ユニット１７
の各サーボモータは数値制御装置からの指令に基づいて
制御されるモータ駆動装置によって数値制御される。そ
の回路構成を図４によって説明する。４１は数値制御装
置であり、中央処理装置４２と、メモリ４３と、入出力
装置４５と接続されているインタフェース４４と、駆動
回路４７〜５０及び上側サポートヘッド端面位置検出部
３５ａと下側サポートヘッド端面位置検出部３５ｂ，ワ
ーク端面検出部３６ａと接続されているインタフェース
４６とから構成されている。

【００２４】また、各サーボモータ７，２０，２３，２
６にて駆動された前記加工ユニット３及び治具ユニット
１７の絶対位置は、各エンコーダ７ｂ，２０ｂ，２３
ｂ，２６ｂにて検出され、その検出信号が各モータ駆動
回路４７，４８，４９，５０に帰還されて位置のフィー
ドバック制御が行われるとともに数値制御装置４１に入
力されるようになっている。

【００２５】次に上記の構成による本発明装置の動作に
ついて説明する。中ぐり加工するワークＷは、その１例
として異なる径で、かつ異なる座標位置に位置するクラ
ンク軸穴Ｈ１及びカム軸穴Ｈ２を有するエンジンのシリ
ンダブロックである。このワークＷを図３で示すシリン
ダヘッド取付面Ｗ１側をコラム２側に向けた先端面と
し、オイルパン取付面Ｗ２側を治具本体２４側にして治
具本体２４に位置決め支持する。

【００２６】そして、治具ユニット１７のダブルスライ
ド構成になっている第１スライドテーブル１９と第２ス
ライドテーブル２２を数値制御することにより、治具本
体２４を平面座標のＸ−Ｙ軸方向に移動してワークＷを
上側サポートヘッド３１と下側サポートヘッド３２との
間の加工位置に移動させ、ワークＷのクランク軸穴Ｈ１
を仮位置決めする。この仮位置決めの位置は、ボーリン
グバー９の軸線とクランク軸穴Ｈ１の中心とは偏心した
位置にあり、ボーリングバー９をクランク軸穴Ｈ１内に
挿入させる際に、せり出された刃具９ｅとクランク軸穴
Ｈ１とが干渉しない位置である。

【００２７】この状態で加工ユニット３、すなわち、主
軸ヘッド４を下降動してボーリングバー９を下降させ、
クランク軸穴Ｈ１内に挿入させると共に、下側サポート
ガイド９ｂを下側サポートヘッド３２のブッシュ３２ａ
に挿入支持させ、上側サポートガイド９ａを上側サポー
トヘッド３１のブッシュ３１ａに挿入支持させる。

【００２８】次に、ボーリングバー９の軸線とクランク
軸穴Ｈ１の中心とが一致する位置に治具ユニット１７を
正位置決めした後に倒れ測定装置３５の測定データに基
づいて治具本体２４をコラム２の倒れに追従して補正す
る。

【００２９】この補正としては、倒れ測定装置３５の上
下の接触子３３ａが上側サポートヘッド３１と下側サポ
ートヘッド３２との各先端面３８，３９に接触すること
により検出される測定データの差に基づいて上下におけ
る測定データの差を０とする補正量を演算し、この補正
量に基づいて、治具本体Ｘ軸回り揺動用サーボモータ２
６へ補正指令を出力する。これにより、ボールネジ２７
が回転され、ナット２８が所定量移動して治具本体２４
を揺動中心０を中心にして揺動し、治具本体２４の姿
勢、すなわち、治具本体２４のワークＷを位置決め支持
する鉛直面がコラム２の倒れに追従して補正され、ボー
リングバー９の軸線とクランク軸穴Ｈ１の軸線とが平行
となる。

【００３０】この治具本体２４の姿勢を補正した状態で
治具本体クランプシリンダ３７を作動して補正位置を保
持する。

【００３１】次に、ワーク端面測定装置３６によってワ
ークＷの端面位置、すなわち、ワークＷのシリンダヘッ
ド取付面Ｗ１位置を測定し、この測定データに基づい
て、ワーク端面位置の位置補正を行う。ここでは、前工
程において加工済のシリンダヘッド取付面Ｗ１を基準と
したクランク軸穴Ｈ１の中心の位置補正が行われる。

【００３２】このワーク端面位置の位置補正としては、
基準位置からのずれ量を検出し、このずれ量に基づい
て、このずれ量が所定のずれ量となるように治具本体Ｙ
軸駆動用サーボモータ２０へ補正指令（ずれ量と所定の
ずれ量との差が０とする補正量）を出力する。これによ
って、ワーク端面位置から所定の位置にクランク軸穴Ｈ
１の加工を行うためのワーク位置決めがなされる。

【００３３】この状態で、主軸回転用モータ６を回転駆
動して、数値制御装置４１からの送り指令により、加工
ユニットＺ軸駆動用サーボモータ７を作動して主軸ヘッ
ド４を所定量上昇移動させ、ボーリングバー９の刃具９
ｅによってクランク軸穴Ｈ１を加工する。

【００３４】次に、主軸回転を停止して、主軸５を所定
位置に割り出し、再び前記仮位置決めの位置にワークＷ
を移動させる。この状態で、主軸ヘッド４を図１の実線
位置の工具交換位置まで上昇させる。

【００３５】一方、治具ユニット１７側は、次の加工穴
であるカム軸穴Ｈ２の加工のために、カム軸穴Ｈ２を前
述の要領で仮位置決めし、他方、主軸ヘッド４側では、
クランク軸穴Ｈ１を加工したボーリングバー９とカム軸
穴Ｈ２を加工するボーリングバー９との工具交換が行わ
れる。

【００３６】この工具交換は、ＡＴＣ本体１２が主軸ヘ
ッド４に向かって前進することにより、ＡＴＣユニット
１０側の把持爪１５に主軸５に装着されているクランク
軸穴Ｈ１を加工したボーリングバー９の把持部９ｃを把
持する。そして、ボーリングバー９のプルスタッドのア
ンクランプを行い、主軸ヘッド４を図１の点線で示す上
昇端位置まで上昇させ、ボーリングバー９を主軸５から
抜き取る。

【００３７】ＡＴＣ本体１２側では、割り出しモータ１
６を作動して回転体１４回転してカム軸穴Ｈ２を加工す
るボーリングバー９を工具交換位置に割り出す。この状
態で、主軸ヘッド４を図１の実線位置の工具交換位置ま
で下降し、主軸５にボーリングバー９をクランプして後
にＡＴＣ本体１２を後退移動させ、工具交換動作を完了
する。

【００３８】次に、主軸ヘッド４を再び下降させ、前記
クランク軸穴Ｈ１と同様に治具ユニット１７を仮位置決
めし、カム軸穴Ｈ２を加工するボーリングバー９の下側
サポートガイド９ｂを下側サポートヘッド３２のブッシ
ュ３２ａに挿入支持させ、上側サポートガイド９ａを上
側サポートヘッド３１のブッシュ３１ａに挿入支持さ
せ、ボーリングバー９の軸線とカム軸穴Ｈ２の中心とが
一致する位置に治具ユニット１７を正位置決めし、加工
ユニットＺ軸駆動用サーボモータ７を作動して主軸ヘッ
ド４を所定量上昇移動させ、ボーリングバー９の刃具９
ｅによってカム軸穴Ｈ２を加工する。尚、このカム軸穴
Ｈ２の加工の際には、治具本体２４の姿勢をコラム２の
倒れに追従して補正する動作は省略してもよい。

【００３９】上記の本発明の実施例においては、コラム
２の倒れ補正を行った後に、ワーク端面位置補正を行う
ようにしたので、ワーク端面よりボーリングバー９まで
のピッチを一定とすることができる。従って、ワークＷ
がシリンダブロックの場合、シリンダヘッド取付面Ｗ１
よりクランク軸穴Ｈ１までのピッチ精度の向上により、
圧縮比のバラツキが抑えられる。

【００４０】また、このことは、従来、クランク軸穴加
工後にシリンダヘッド取付面Ｗ１を加工することにより
ピッチ精度を確保していたことに比べて、非常に容易に
かつ高精度にピッチ精度を確保できるものである。すな
わち、従来のように、クランク軸穴を基準としてシリン
ダヘッド取付面を加工する場合には、クランク軸穴加工
後、シリンダヘッド取付面の加工のためのワークの位置
決めに精度を確保することは非常に面倒かつ困難なこと
になるが、本発明では、コラム２側にワーク端面測定装
置３６を設けた簡単な構成を付加し、前工程で予め加工
を完了したシリンダヘッド取付面Ｗ１を基準としてクラ
ンク軸穴Ｈ１の加工を行うことによって、シリンダヘッ
ド取付面Ｗ１よりクランク軸穴Ｈ１までのピッチ精度を
容易に確保することができる。

【００４１】上記本発明の実施例においては、コラムの
倒れ補正及びワーク端面位置補正を行う加工サイクルを
説明したが、上記の構成の他に、加工後のワーク加工穴
径測定装置と、ボーリングバーの刃具自動せり出し装置
を設けて、ワーク加工後に穴径をワーク加工穴径測定装
置によって測定し、測定データに基づいて刃具のせり出
しを補正し、次のワークの加工を行う加工サイクルとし
てもよい。

【００４２】また、治具本体２４をＸ軸回りに揺動可能
な構成に加えて、Ｚ軸回りに揺動可能な構成とすると共
に、倒れ測定を治具本体２４の前面及び両側面の３点で
測定するようにしてもよい。これによれば、さらに、正
確にボーリングバー９の軸線方向と加工穴（クランク軸
穴Ｈ１，カム軸穴Ｈ２）の軸線方向とを一致させること
ができる．

【００４３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によると、請求
項１に記載の構成では、ボーリングバーの径方向への撓
みが防止された高精度な加工かつ加工回転速度を高めた
高能率な加工が行える利点に加えて、ワークがサポート
ヘッドのサポート中心に対して任意の位置に正確に位置
決めできるので、異なる座標に位置する加工穴を有する
ワークの穴加工を段取り替えすることなく、同軸度が確
保された高精度に量産加工を行うことができ、また、多
種類ワークに容易に対応することができる。

【００４４】また、請求項２に記載の構成では、コラム
の倒れを測定し、測定データに基づいて治具本体の姿勢
を補正することにより、ボーリングバーと加工穴の両軸
線が一致した状態で常に加工を行うことができ、さらに
高精度な加工を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による加工装置の側面図

【図２】図１の平面図

【図３】穴加工状態を示す断面図

【図４】本発明による加工装置の制御回路図

【符号の説明】

１ ベッド ２ コラム ３ 加工ユニット ４ 主軸ヘッド ５ 主軸 ６ 主軸回転用モータ ７ 加工ユニットＺ軸駆動用サーボモータ ９ ボーリングバー １０ 自動工具交換装置 １７ 治具ユニット １８ 固定テーブル １９ 第１スライドテーブル ２０ 治具本体Ｙ軸駆動用サーボモータ ２２ 第２スライドテーブル ２３ 治具本体Ｙ軸駆動用サーボモータ ２４ 治具本体 ２６ 治具本体Ｘ軸回り揺動用サーボモータ ３１ 上側サポートヘッド ３２ 下側サポートヘッド ３５ 倒れ測定装置 ３６ ワーク端面測定装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 コラムに昇降可能に設けられ、鉛直軸線
   回りに回転可能な主軸を備えた主軸ヘッドと、上端が前
   記主軸に着脱可能に挿着されるボーリングバーとからな
   る加工ユニットと、ワークの加工位置において前記ボー
   リングバーを支持するために前記コラムに設けられた上
   下一対のサポートヘッドと、ワークを治具の鉛直面上に
   位置決め支持し、前記コラムに対し前後左右方向に移動
   可能であり、前記上下一対のサポートヘッド間の加工位
   置にワークを位置決めする治具ユニットとを備えたこと
   を特徴とする加工装置。
2. 【請求項２】 前記治具にチルト機構を設けると共に、
   コラムの倒れを測定し前記治具の姿勢をコラムの倒れに
   追従して補正する倒れ測定装置を備えた請求項１に記載
   の加工装置。