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圧入作業方法 - 特開2008−49422 | j-tokkyo
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【発明の名称】 圧入作業方法
【発明者】 【氏名】滝瀬 真一郎

【氏名】酒井 鐘太郎

【氏名】菊地 哲也

【氏名】渡部 剛

【要約】 【課題】回転主軸を備えた工作機械を用いて、母材に孔を穿設するとともに、その孔に嵌合部材を無理なく圧入できる一連の作業を能率よく行なえる圧入作業方法を提供する。

【構成】工作機械のワークテーブルなどの所定位置に母材Aを搬入してセットする。(a)工作機械の主軸11に装着したツール13aにより母材Aに孔を穿ける穿孔工程を行なう。(b、c)穿孔工程に用いた工作機械の主軸11にツール自動交換装置により圧入装置を装着し、円筒状に形成した嵌合部材B、Cを工作機械内に供給してセットする。(d)主軸11の回転運動を直線運動に変換する螺合部31a、31bを介して上記孔に嵌合部材B、Cを圧入する圧入工程を行なう。(e)圧入工程の後に、この圧入工程に用いた工作機械の主軸11にツール自動交換装置により仕上ツール31cを挿着して、嵌合部材B、Cの内径仕上げをする。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転主軸を備えた工作機械により母材に孔を穿ける穿孔工程と、
この穿孔工程に用いた工作機械により回転主軸の回転運動を直線運動に変換する運動変換部を介して上記孔に嵌合部材を圧入する圧入工程と
を具備したことを特徴とする圧入作業方法。
【請求項2】
嵌合部材は円筒状に形成され、
圧入工程の後に、この圧入工程に用いた工作機械により嵌合部材の内径仕上げをする仕上工程を備えた
ことを特徴とする請求項1記載の圧入作業方法。
【請求項3】
工作機械は、ツール自動交換装置を備えたマシニングセンタを用いる
ことを特徴とする請求項1または2記載の圧入作業方法。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【0001】
本発明は、母材に嵌合部材を圧入する圧入作業方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ワークにブッシュを圧入する作業は、油圧シリンダで行なうことが一般的である。
【0003】
また、加工機の主軸に圧入用工具を装着し、主軸の軸方向運動機能を利用して、ワークにメタルを圧入するものがある(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
さらに、マシニングセンタのスピンドルにブッシュホルダ付の工具ホルダを挿着し、スピンドルとテーブルとの相対的な軸方向運動機能を利用して、ワークにブッシュを圧入するものがある(例えば、特許文献2参照)。
【特許文献1】特開2002−283150号公報(第1頁、図1)
【特許文献2】実開昭63−107533号マイクロフィルム(第1頁、第1図)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記加工機の主軸およびマシニングセンタのスピンドルは、軸方向運動も可能であるが、回転運動を主とするものであり、軸方向の仕事をするようには設計されていないので、大きな軸方向荷重を受けるブッシュ圧入作業に用いることは、望ましくない。
【0006】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、回転主軸を備えた工作機械を用いて、母材に孔を穿設するとともに、その孔に嵌合部材を無理なく圧入できる一連の作業を能率よく行なえる圧入作業方法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】
請求項1に記載された発明は、回転主軸を備えた工作機械により母材に孔を穿ける穿孔工程と、この穿孔工程に用いた工作機械により回転主軸の回転運動を直線運動に変換する運動変換部を介して上記孔に嵌合部材を圧入する圧入工程とを具備した圧入作業方法である。
【0008】
請求項2に記載された発明は、請求項1記載の圧入作業方法において、嵌合部材は円筒状に形成され、圧入工程の後に、この圧入工程に用いた工作機械により嵌合部材の内径仕上げをする仕上工程を備えた方法である。
【0009】
請求項3に記載された発明は、請求項1または2記載の圧入作業方法における工作機械が、ツール自動交換装置を備えたマシニングセンタを用いる方法である。
【発明の効果】
【0010】
請求項1に記載された発明によれば、母材に孔を穿ける工作機械の回転主軸の回転運動を直線運動に変換する運動変換部を介して上記孔に嵌合部材を圧入するので、回転主軸を備えた工作機械を用いて、母材に孔を穿設するとともに、その孔に嵌合部材を無理なく圧入できる一連の作業を能率よく行なうことができる。
【0011】
請求項2に記載された発明によれば、穿孔作業と、圧入作業と、円筒状に形成された嵌合部材の内径仕上げをする仕上作業の一連の作業を能率よく行なうことができる。
【0012】
請求項3に記載された発明によれば、マシニングセンタのツール自動交換装置を用いてツール交換することで、他の加工作業とともに母材内への嵌合部材圧入作業を能率よく行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
以下、本発明を、図1乃至図12に示された一実施の形態を参照しながら詳細に説明する。
【0014】
図12に示されるように、マシニングセンタなどの工作機械10は、回転主軸(以下、「主軸11」という)を有する装置であり、この主軸11には、ツールホルダ12aが嵌着され、このツールホルダ12aを介してツール13aが保持されている。上部にはツールマガジン14が設けられ、多数のツールホルダ12cを介してツール13cが保持されている。主軸11とツールマガジン14との間には、ツール自動交換装置15が配置され、このツール自動交換装置15によりツールの自動交換が可能に構成されている。
【0015】
図3に示されるように、主軸11のツールホルダ12は、主軸11内に嵌着されるテーパシャンク部16の後端に、主軸内クランプ機構(図示せず)により挟持され引張られるプルスタッド部17が設けられ、テーパシャンク部16の前端にツール自動交換装置嵌着用のフランジ部18を介してツール取付部19が設けられている。
【0016】
このツール取付部19に、ツールに替えて圧入装置21が設けられている。この圧入装置21は、トルクリミッタ22と、スラスト吸収機構23と、圧入反力相殺機構24とが順次設けられたものである。
【0017】
圧入反力相殺機構24は、回転トルクを圧入推進力に変換する運動変換部としての螺合部30を備え、主軸11により回転されるネジ部31と、このネジ部31に螺合されて母材A内に嵌合部材B,Cを圧入する回転止めされたナット部32とを具備している。
【0018】
母材Aは、例えばポンプ本体などであり、図示しない母材ホルダにより定位置に固定されている。嵌合部材B,Cは、例えば軸受に用いられるブッシュなどの円筒部材である。
【0019】
圧入反力相殺機構24は、ネジ部31に相反する方向の圧入反力を作用させて相殺させるものであり、ネジ部31に設けられた正ネジ部分31aと、この正ネジ部分31aと同軸上に設けられた逆ネジ部分31bと、正ネジ部分31aと螺合し一方の嵌合部材Bを保持する正ナット部分32aと、逆ネジ部分31bと螺合し他方の嵌合部材Cを保持する逆ナット部分32bとを具備した構造である。
【0020】
正ネジ部分31aと逆ネジ部分31b、正ナット部分32aと逆ナット部分32bには、それぞれ等しいピッチのネジ溝が逆方向に形成されている。
【0021】
正ナット部分32aには、取付板33を介して第1の回止体34が取付けられ、この回止体34は、第1の移動案内台35のレール36に移動自在にかつ嵌脱自在に嵌合されている。
【0022】
逆ナット部分32bには、取付板41を介して第2の回止体42が取付けられ、この回止体42は、第2の移動案内台43のレール44に移動自在に嵌合されている。この第2の移動案内台43には、レールの両端にストッパ45,46が設けられ、一方のストッパ46と回止体42との間に復帰用のスプリング47が設けられている。
【0023】
また、前記スラスト吸収機構23は、主軸11と圧入反力相殺機構24との間に設けられて、ネジ部31から主軸11に作用するスラストを吸収するもので、一方の回転部材51と、この一方の回転部材51に対し回転方向一体にかつスラスト方向に一定の範囲内で移動自在に嵌合された他方の回転部材52と、一方の回転部材51に対し他方の回転部材52を伸長方向に付勢するスプリング53とを具備した構造である。
【0024】
例えば、一方の回転部材51は、角形断面の長尺部材であり、他方の回転部材52は、この一方の回転部材51と嵌合する角形断面の穴をスラスト方向に穿設した部材であり、回転運動は伝達するが、スラスト方向の相対移動は可能にしてスラストを吸収する。
【0025】
さらに、一方の回転部材51にスラスト方向の長穴54を穿設し、この長穴54に他方の回転部材52を通してピン55を挿入することで、一方の回転部材51に対する他方の回転部材52の移動範囲を規制する。
【0026】
このスラスト吸収機構23は、スプライン嵌合またはキー溝嵌合などの構造を採用しても良い。
【0027】
また、前記トルクリミッタ22は、主軸11とネジ部31との間に設けられて設定値を超える主軸11の回転トルク伝達を遮断するもので、主軸11側の回転伝達部材(図示せず)とネジ部31側の回転伝達部材(図示せず)とを皿状スプリング56の反発力により圧接係合させて、一定の回転トルクを伝達するとともに、主軸11にかかる負荷トルクが設定値を超えるとトルクの伝達を遮断する。このトルクリミッタ22の設定値は、嵌合部材圧入終了時の回転トルクに設定する。
【0028】
次に、圧入装置21の作用を説明する。
【0029】
図4は、原理を示し、螺合部30により、主軸11の回転トルクTを圧入推進力Fp1,Fp2に変換し、この圧入推進力Fp1,Fp2により母材A内に嵌合部材B,Cを圧入する。
【0030】
このとき、螺合部30には、摩擦力f1,f2に基づく相反する方向の圧入反力F1,F2が作用するが、母材Aの両側から同時に嵌合部材B,Cを圧入することで、圧入反力F1,F2が相殺され、主軸11および母材Aに対するスラストftがゼロとなる。
【0031】
図5に示されるように、一方の正ネジ部分31aを主軸11により回転させて、一方の嵌合部材Bを保持した正ナット部分32aを、この一方の正ネジ部分31aに螺合セットする。
【0032】
図6に示されるように、第2の移動案内台43上の逆ナット部分32bに他方の嵌合部材Cを嵌合セットする。
【0033】
図7に示されるように、主軸11を移動して、正ナット部分32aを備えた第1の回止体34を第1の移動案内台35のレール36に位置合せするとともに、一方の嵌合部材Bと他方の嵌合部材Cとを対向させる。
【0034】
図8に示されるように、第1の回止体34を第1の移動案内台35のレール36に嵌合するとともに、逆ネジ部分31bを逆ナット部分32bと螺合開始させる。
【0035】
図9に示されるように、正ナット部分32aにより一方の嵌合部材Bを母材Aの一側から孔内に圧入開始すると同時に、逆ナット部分32bにより他方の嵌合部材Cを母材Aの他側から孔内に圧入開始する。
【0036】
図10に示されるように、一方の嵌合部材Bと他方の嵌合部材Cの圧入が完了した後も、主軸11の回転を短時間継続し、その間はトルクリミッタ22により主軸11からの回転伝達を遮断する。
【0037】
図11に示されるように、主軸11を逆回転させて、正ナット部分32aを一方の嵌合部材Bから解放するとともに、第1の回止体34を第1の移動案内台35のレール36から外し、同時に逆ナット部分32bを他方の嵌合部材Cから解放する。第2の回止体42は、スプリング47により原位置に復帰する。
【0038】
このように、ネジ部31に嵌合部材B,Cを同軸上に配置し、同様にネジ部31に回転止されたナット部32を螺合し、ネジ部31を回転することによりナット部32を移動させ、このナット部32の圧入推進力により、嵌合部材B,Cを母材Aの孔に嵌込む。
【0039】
このとき、正ネジ部31aと逆ネジ部31bにより、母材Aの両側から同時に嵌合部材B,Cを圧入することで、圧入反力F1,F2が相殺され、主軸11および母材Aに対するスラストftが0となる。
【0040】
そして、このように本来は、ネジ部31に作用する相反する方向の圧入反力F1,F2が相殺されて0になるはずであるが、正ナット部分32aと逆ナット部分32bとが保持する一方の嵌合部材Bと他方の嵌合部材Cとの圧入量に差が生じたり、一方の嵌合部材Bと他方の嵌合部材Cとに作用する摩擦力の相違で圧入反力F1,F2が異なることによりスラストftが発生するので、このスラストftを0にするため、スラスト吸収機構23の角形断面の一方の回転部材51を、角形断面の穴を有する他方の回転部材52内で相対的にスラスト方向に移動させて、スラストftを吸収する。
【0041】
また、主軸11の回転速度と時間との積により、回転停止位置を設定するが、このとき、主軸11の回転速度と時間との積が必要な値より大きくなるように時間を設定し、必要な値以上の回転トルク伝達はトルクリミッタ22により遮断する。
【0042】
次に、この圧入装置21の効果を説明する。
【0043】
主軸11の回転トルクから変換された圧入推進力により、母材A内に嵌合部材B,Cを圧入するので、主軸11に過大な圧入反力を受けずに嵌合部材B,Cを無理なく圧入できる。特に、螺合部30により、主軸11の小さな回転トルクから必要な圧入推進力が得られる。
【0044】
螺合部30に相反する方向の圧入反力F1,F2を作用させて相殺させることにより、主軸11に作用するスラストを軽減できる。
【0045】
主軸11の回転速度と時間との積により、位置センサを設置することなく母材A内に嵌合された嵌合部材B,Cの回転停止位置を設定することができる。
【0046】
その際、回転速度と時間との積を必要な値より大きく設定した上で、不必要な回転トルク伝達をトルクリミッタ22により遮断するので、母材Aの所定の位置まで確実に嵌合部材B,Cを圧入できるとともに、主軸11に過大な負荷が作用することを防止できる。
【0047】
主軸11の回転トルクから、ネジ部31およびナット部32の螺合を介して変換された圧入推進力Fp1,Fp2により、母材A内に嵌合部材B,Cを圧入するので、主軸11に過大な圧入反力F1,F2を受けずに嵌合部材B,Cを無理なく圧入できる。
【0048】
圧入反力相殺機構24によりネジ部31に相反する方向の圧入反力F1,F2を作用させて相殺させることで、主軸11に作用するスラストを軽減できる。
【0049】
正ネジ部分31aおよび逆ネジ部分31bにより、ネジ部31に作用する圧入反力F1,F2を相殺させて、主軸11に作用するスラストを軽減できるとともに、2つの嵌合部材B,Cを同時に効率よく母材Aに圧入できる。
【0050】
正ナット部分32aと逆ナット部分32bとが保持する一方の嵌合部材Bと他方の嵌合部材Cとの圧入量に差が生じたり、一方の嵌合部材Bと他方の嵌合部材Cとに作用する摩擦力の相違で圧入反力が異なることにより、主軸11に作用するおそれのあるスラストが圧入反力相殺機構24にて発生しても、主軸11と圧入反力相殺機構24との間に設けられたスラスト吸収機構23により主軸11へのスラストを吸収し遮断できる。
【0051】
一方の回転部材51と他方の回転部材52とスプリング53とにより、スラスト吸収機構23を簡単に構成でき、また、一方の回転部材51に対し他方の回転部材52をスプリング53により伸長方向に付勢するので、ネジかみ合わせ開始時の押し付け力を得ることができる。
【0052】
トルクリミッタ22により、ネジ部31側に作用した過負荷が主軸11に及ぶことを防止でき、圧入終了後の急激なトルク上昇による過負荷から主軸11を保護できる。
【0053】
次に、以上のようなツール自動交換装置15および圧入装置21を備えた工作機械10による圧入作業方法を、図1および図2を参照しながら説明する。
【0054】
工作機械10のワークテーブルなどの所定位置に母材(ワーク)Aを搬入してセットする(図1ステップS1)。
【0055】
図2(a)は、ワーク穿孔工程を示し、主軸11に装着されたツール13aにより母材Aに孔を穿ける(図1ステップS2)。
【0056】
図2(b)は、ブッシュ供給工程を示し、穿孔工程に用いた工作機械10の主軸11にツール自動交換装置15により圧入装置21を装着するとともに、図2(b)、(c)に示されるように、円筒状に形成された嵌合部材(ブッシュ)B,Cを工作機械10内に供給してセットする(図1ステップS3)。
【0057】
図2(d)は、ブッシュ圧入工程を示し、主軸11の回転運動を直線運動に変換する螺合部30を介して母材Aの孔に両側から嵌合部材B,Cを圧入する(図1ステップS4)。
【0058】
図2(e)は、仕上工程を示し、圧入工程の後に、この圧入工程に用いた工作機械10の主軸11にツール自動交換装置15により仕上ツール13cを挿着して、嵌合部材B,Cの内径仕上げをする(図1ステップS5)。
【0059】
最後に、母材Aに嵌合部材B,Cが一体化されたワークを工作機械10より搬出する(図1ステップS6)。
【0060】
この圧入作業方法によれば、母材Aに孔を穿ける工作機械10の主軸11の回転運動を直線運動に変換する螺合部30を介して上記孔に嵌合部材B,Cを圧入するので、主軸11を備えた工作機械10を用いて、母材Aに孔を穿設するとともに、その孔に嵌合部材B,Cを無理なく圧入できる一連の作業を能率よく行なうことができる。
【0061】
さらに、穿孔作業と、圧入作業と、円筒状に形成されたブッシュなどの嵌合部材B,Cの内径仕上げをする仕上作業の一連の作業を能率よく行なうことができる。
【0062】
また、マシニングセンタなどのツール自動交換装置15を用いてツール交換することで、他の加工作業とともに母材A内への嵌合部材B,Cの圧入作業を能率よく行なうことができる。
【0063】
本発明は、ブッシュのみでなく、種々の部品の圧入に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0064】
【図1】本発明に係る圧入作業方法の一実施の形態を示すブロック図である。
【図2】同上圧入作業方法の一連の工程を示す断面図である。
【図3】同上圧入作業方法に用いる圧入装置の一実施の形態を示す断面図である。
【図4】同上圧入装置の作動原理を示す説明図である。
【図5】同上圧入装置を用いた圧入方法の一方の嵌合部材セット状態を示す断面図である。
【図6】同上圧入方法の他方の嵌合部材セット状態を示す断面図である。
【図7】同上圧入方法の一方および他方の嵌合部材を対向させた状態を示す断面図である。
【図8】同上圧入方法の逆ネジ部分が逆ナット部分と螺合開始する状態を示す断面図である。
【図9】同上圧入方法による一方および他方の嵌合部材の同時圧入状態を示す断面図である。
【図10】同上圧入方法の圧入が終了した状態を示す断面図である。
【図11】同上圧入方法の圧入終了後のナット部解放状態を示す断面図である。
【図12】作業機械の正面図である。
【符号の説明】
【0065】
A 母材
B,C 嵌合部材
10 工作機械
11 回転主軸(主軸)
30 運動変換部としての螺合部
【出願人】 【識別番号】000190297
【氏名又は名称】新キャタピラー三菱株式会社
【出願日】 平成18年8月23日(2006.8.23)
【代理人】 【識別番号】100062764
【弁理士】
【氏名又は名称】樺澤 襄

【識別番号】100092565
【弁理士】
【氏名又は名称】樺澤 聡

【識別番号】100112449
【弁理士】
【氏名又は名称】山田 哲也


【公開番号】 特開2008−49422(P2008−49422A)
【公開日】 平成20年3月6日(2008.3.6)
【出願番号】 特願2006−226325(P2006−226325)