(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
主軸に固定される主軸取付面部を有する円盤状のカッタ本体の外周部に複数の切削用のチップが装着されてなり、前記主軸の回転作動によって前記カッタ本体を回転させながら前記チップを加工対象であるクランクシャフトに接触させて切削するようにしたクランクシャフトミラーのカッタにおいて、
前記カッタ本体における前記主軸取付面部よりも大きい外形形状の押え板を、ばね要素と減衰要素とを有する粘弾性体を介して前記カッタ本体の盤面に取り付けることにより、膜振動を抑制するように構成したことを特徴とするクランクシャフトミラーのカッタ。
前記押え板および前記粘弾性体をそれぞれ複数備え、これら押え板および粘弾性体を交互に重ね合わせることを特徴とする請求項1に記載のクランクシャフトミラーのカッタ。
前記粘弾性体を介在させた状態での前記押え板から前記カッタ本体への押圧荷重を調整可能な締付機構を設けることを特徴とする請求項1または2に記載のクランクシャフトミラーのカッタ。
【背景技術】
【0002】
従来、自動車のエンジン等に用いられるクランクシャフトを、エクスターナルミラーにより外刃式のカッタを用いてミーリング加工することが行われている。
図6(a)に示されるように、外刃式のカッタ100は、エクスターナルミラーの主軸101に固定される主軸取付面部102を有する円盤状のカッタ本体103を備え、このカッタ本体103の外周部に、複数の切削用のチップ104が装着されて構成されている。このような外刃式のカッタ100によって加工されるクランクシャフト105は、
図6(b)に示されるように、メインジャーナル106およびピンジャーナル107と、これらジャーナル106,107を連結するクランクアーム108と、クランクアーム108に一体的に形成され、ピンジャーナル107の反対側に延設されるカウンタウェイト109とを備えてなるものである。
【0003】
エクスターナルミラーを用いたクランクシャフト105の加工は、エクスターナルミラーの主軸101の回転作動にてカッタ100を回転させるとともに、クランクシャフト105の両端部を支持する図示されないチャックの回転作動にてクランクシャフト105をメインジャーナル106の軸線回りに回転させ、クランクシャフト105のピンジャーナル107等にカッタ100のチップ104を接触させることによって行われる。
【0004】
ピンジャーナル107の外周部や隣り合うカウンタウェイト109の内側面部を加工する際には、隣り合うカウンタウェイト109の間にカッタ100を入り込ませる必要があるため、クランクシャフト105の形状によっては、カッタ本体103における主軸取付面部102の肉厚に対し、その主軸取付面部102からカッタ本体103の径方向外側部分の肉厚が薄くなることがある。この場合、例えばカッタ本体103の外周部に装着される複数のチップ104の配置に起因して、切削加工の際に、クランクシャフト105へのチップ104の食いつき時の衝撃力が、チップ104からカッタ本体103に対し、カッタ本体103の厚み方向にずれた一方側の位置と他方側の位置とから交互に繰り返し加えられるため、カッタ本体103における主軸取付面部102よりも径方向外側部分が膜振動することがある。かかる膜振動は、騒音の発生、工具寿命の低下、サイクルタイムの延長などを招くびびり現象の原因となる。このため、膜振動を抑制することが望まれている。
【0005】
上記膜振動を抑制し得る可能性のある技術として、減衰用部材を用いるようにしたものが提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明は、前述のような問題点に鑑みてなされたもので、切削加工に伴う膜振動を抑制することができるクランクシャフトミラーのカッタを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
前記目的を達成するために、本発明によるクランクシャフトミラーのカッタは、
主軸に固定される主軸取付面部を有する円盤状のカッタ本体の外周部に複数の切削用のチップが装着されてなり、前記主軸の回転作動によって前記カッタ本体を回転させながら前記チップを加工対象であるクランクシャフトに接触させて切削するようにしたクランクシャフトミラーのカッタにおいて、
前記カッタ本体における前記主軸取付面部よりも大きい外形形状の押え板を、ばね要素と減衰要素とを有する粘弾性体を介して前記カッタ本体の盤面に取り付けたことを特徴とするものである(第1発明)。
【0011】
本発明において、前記押え板および前記粘弾性体をそれぞれ複数備え、これら押え板および粘弾性体を交互に重ね合わせるのが好ましい(第2発明)。
【0012】
本発明において、前記粘弾性体を介在させた状態での前記押え板から前記カッタ本体への押圧荷重を調整可能な締付機構を設けるのが好ましい(第3発明)。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、カッタ本体における主軸取付面部よりも大きい外形形状の押え板が、ばね要素と減衰要素とを有する粘弾性体を介してカッタ本体の盤面に取り付けられるので、カッタ本体における主軸取付面部の径方向外側部分が膜振動した際に、押え板がその膜振動を肩代わりして振動され、該振動が粘弾性体によって減衰されることになり、カッタ本体の膜振動を抑制することができる。したがって、カッタの固有振動数周辺での共振現象を抑制することができて、びびり現象の発生を抑制することができる。
【0014】
また、前記押え板および前記粘弾性体をそれぞれ複数備え、これら押え板および粘弾性体を交互に重ね合わせることにより、カッタ本体の膜振動を広い振動数域でより効果的に抑制することができる。
【0015】
また、前記粘弾性体を介在させた状態での前記押え板から前記カッタ本体への押圧荷重を調整可能な締付機構を設けることにより、締付機構によって押圧荷重を増加させれば粘弾性体のばね定数を高めることができ、これとは逆に押圧荷重を減少させれば粘弾性体のばね定数を低めることができるといった具合に、粘弾性体のばね定数を、膜振動を抑制する上で最適なものに容易に調整することができる。
【発明を実施するための形態】
【0017】
次に、本発明によるクランクシャフトミラーのカッタの具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【0018】
<クランクシャフトミラーの概略説明>
図1に示されるクランクシャフトミラー1は、エクスターナルミラーと称されるもので、クランクシャフト105におけるピンジャーナル107(
図6(b)参照)の外周部や隣り合うカウンタウェイト109の内側面部を外刃式の回転切削工具で加工するミーリング加工機である。
【0019】
このクランクシャフトミラー1において、その土台部分を構成するベッド2上の前面の左右両端部には、加工すべきクランクシャフト105の両端部を支持するとともに、そのクランクシャフト105を回転させる2基の回転支持装置3が設置されている。
回転支持装置3は、クランプシリンダ4の作動にてクランクシャフト105の端部を強固に掴むようにしたチャック5を装置本体に回転自在に設けてなり、C軸回転駆動モータ6によってそのチャック5を回転駆動することにより、クランクシャフト105をチャック5で支持しながら回転させることができるようになっている。
【0020】
2基の回転支持装置3の間には、クランクシャフト105のメインジャーナル106を回転自在に挟み付けて支持する補助サポータ7が配設されている。この補助サポータ7を用いてクランクシャフト105を支持することにより、切削負荷に抗するクランクシャフト105の曲げ剛性を向上させることができる。
2基の回転支持装置3の後方には、2基のカッタ駆動ユニット8が配設されている。これら2基のカッタ駆動ユニット8は、左右一対のサドル9上にそれぞれ設置されており、Z軸駆動モータ10により、クランクシャフト105の軸方向(Z軸)に移動自在であるとともに、X軸駆動モータ11により、クランクシャフト105の軸直角方向(X軸)に移動自在とされている。
2基のカッタ駆動ユニット8のZ軸方向の対向面側に臨ませたそれぞれの主軸12には、外刃式のカッタ20が装着されている。カッタ20は、主軸モータ13からの回転動力が動力伝達機構14を介して主軸12に伝達されることによって回転駆動される。
【0021】
次に、上記の外刃式のカッタ20について主に
図2〜
図4を用いて詳述する。
【0022】
<カッタの概略説明>
図2(a)(b)に示されるように、カッタ20は、円盤状のカッタ本体21を備え、このカッタ本体21の外周部に複数の切削用のチップ22,23が装着されて構成されている。
【0023】
<カッタ本体の説明>
カッタ本体21は、主軸取付面部21a、厚肉部21bおよび薄肉部21cを有している。
主軸取付面部21aは、カッタ本体21の一方の盤面側を主軸12へと臨ませてその主軸12への取付に際して主軸12と密着状態で接触する面部である。この主軸取付面部21aは、カッタ本体21においてその中心点を基準に所定径寸法D
1で規定される範囲の部位であり、図示されない公知の固定手段によって着脱可能に主軸12に固定される。
厚肉部21bは、主軸取付面部21aを含みその主軸取付面部21aの径寸法D
1よりも大きい所定径寸法D
2の範囲の部位であり、比較的肉厚が厚く形成されている。なお、厚肉部21bは、カッタ本体21の一方の盤面から他方の盤面に向かって進むに従って径寸法が大きくなるような円錐台形状とされている。
薄肉部21cは、厚肉部21bの径方向外側に所定径寸法D
3の範囲でその厚肉部21bと一体的に形成され、厚肉部21bよりも肉厚が薄く、クランクシャフト105における隣り合うカウンタウェイト109(
図6(b)参照)の間に入り込ませることが可能な形状に形成されている。
なお、カッタ本体21、後述する第1押え板25および第2押え板26のそれぞれの中央には、軽量化のために、強度上問題のない大きさの丸孔が設けられている。
【0024】
<切削用チップの説明>
複数のチップ22,23は、ピンジャーナル107(
図6(b)参照)の外周部を加工する複数の外周加工用チップ22と、隣り合うカウンタウェイト109の内側面を加工する複数の側面加工用チップ23とよりなるものである。
複数の外周加工用チップ22は、カッタ本体21の薄肉部21cの外周面に、周方向に所定の間隔をあけ、かつ薄肉部21cの厚み方向に相互の位置をずらしたような配置で着脱可能に取り付けられている。
複数の側面加工用チップ23は、カッタ本体21の薄肉部21cの両側に、周方向に向けて千鳥配置で着脱可能に取り付けられている。
【0025】
図2(a)および(b)並びに
図3に示されるように、カッタ本体21の他方の盤面には、複数の押え板25,26および複数の粘弾性体27,28が交互に重ね合わされた状態で取り付けられている。
【0026】
<押え板の説明>
複数の押え板25,26は、第1押え板25および第2押え板26よりなるものである。
図2(b)に示されるように第1押え板25は、主軸取付面部21aの径寸法D
1よりも大きく、厚肉部21bと薄肉部21cとの境界を径方向外側に向けてやや越える所定径寸法D
4の円盤形状に形成され、広い振動数域で万遍なく膜振動の抑制を図る観点から板厚が比較的厚くされている。なお、この第1押え板の径寸法D
4は、隣り合うカウンタウェイト109(
図6(b)参照)の間に薄肉部21cを入り込ませてピンジャーナル107の外周部を切削加工する際に、第1押え板25がカウンタウェイト109に干渉しない範囲で最大値に設定するようにするのが、膜振動の抑制の観点から好ましく、また、適宜に外側コーナ部に面取りを施すのがよい。
第2押え板26は、主軸取付面部21aの径寸法D
1よりも大きく、第1押え板25の径寸法D
4よりもやや小さい所定径寸法D
5の円盤形状に形成され、第1押え板25よりも板厚が薄くされている。
【0027】
<粘弾性体の説明>
複数の粘弾性体27,28は、第1粘弾性体27および第2粘弾性体28よりなり、いずれの粘弾性体27,28もばね要素と減衰要素とを有するものであり、非線形のばね定数を有するものである。つまり、荷重を加えることによって粘弾性体27,28を変形させた場合、該粘弾性体27,28のばね定数は荷重の大きさによって変化することになる。粘弾性体27,28としては例えばゴム等が挙げられ、第1粘弾性体27は第1押え板25の形状に、第2粘弾性体28は第2押え板26の形状にそれぞれ合わせた所定厚みのゴムシートにより構成されている。
【0028】
<締付機構の説明>
本実施形態においては、
図3に示されるように、カッタ本体21の他方の盤面上に第1粘弾性体27、第1押え板25、第2粘弾性体28および第2押え板26が順に重ね合わされ、このように粘弾性体27,28を介在させた状態で重ね合わされた押え板25,26からカッタ本体21への押圧荷重を調整可能な締付機構30が設けられている。
図2(a)に示されるように、締付機構30は、カッタ本体21の周方向に配置される第1のボルト31および第2のボルト32を備えてなり、第1のボルト31は、等角度間隔(60°間隔)で配されて、押え板25,26および粘弾性体27,28のそれぞれの外周寄りの部位を貫通してカッタ本体21にねじ込まれるものであり、第2のボルト32は、等角度間隔(90°間隔)で配されて、押え板25,26および粘弾性体27,28のそれぞれの内周寄りの部位を貫通してカッタ本体21にねじ込まれるものであり、これらボルト31,32の締付操作によって押圧荷重を増加させれば粘弾性体27,28のばね定数を高めることができ、これとは逆にそれらボルト31,32を緩める操作によって押圧荷重を減少させれば粘弾性体27,28のばね定数を低めることができるといった具合に、粘弾性体27,28のばね定数を、膜振動を抑制する上で最適なものに容易に調整することができる。
【0029】
<ボルト緩み防止装置の説明>
第1のボルト31および第2のボルト32は、それぞれ押え板25,26とカッタ本体21との間に軸力を作用させて粘弾性体27,28を挟み付けるようにするものであるから、切削時の衝撃等によって緩むことが起こり易い傾向にある。そこで、第1のボルト31の緩みを防止するために、第1のボルト緩み防止装置35が、第2のボルト32の緩みを防止するために、第2のボルト緩み防止装置36が、それぞれ第2押え板26上に設置されている。
【0030】
図4(a)に示されるように、第
2のボルト緩み防止装置
36は、緩み止めプレート41と、この緩み止めプレート41を第2押え板26に固定するための一対の固定ボルト42とを備えて構成されている。
緩み止めプレート41の中央には、第
2のボルト
32における六角形状の頭部に係合可能な係合部43を有している。係合部43は、第
2のボルト
32の頭部が嵌合可能な2つの六角孔を互いに30°位相をずらして重ね合わせたような孔よりなり、第
2のボルト
32の頭部に対し30°毎にぴったりと嵌って引っ掛かるような形状に形成されている。
緩み止めプレート41における係合部43を挟むようにして左右両側部には、外側に凸の円弧状の長孔44が形成され、これら長孔44を通して一対の固定ボルト42が第2押え板26にねじ込み可能とされている。
第
2のボルト緩み防止装置
36においては、第
2のボルト
32に対する緩み止めプレート41の角度位置を、長孔44の長さの範囲内で複数段階に調整可能とされており、第
2のボルト
32に対する緩み止めプレート41の複数の角度位置の中から選択された一の角度位置で、第
2のボルト
32の頭部に係合部43を係合させた状態で一対の固定ボルト42を締め付けることにより、第
2のボルト
32が緩むのを確実に防ぐことができる。
【0031】
図4(b)に示されるように、第
1のボルト緩み防止装置
35は、第
2のボルト緩み防止装置
36における緩み止めプレート41に代えて、該緩み止めプレート41の係合部43が半分程度切り欠かれて外向きに開放されたような切欠き形状の係合部45を有する緩み止めプレート46が用いられる点のみが異なり、その他は第
2のボルト緩み防止装置
36と同様のものであり、第
1のボルト
31に対する緩み止めプレート46の複数の角度位置の中から選択された一の角度位置で、第
1のボルト
31の頭部に係合部45を係合させた状態で一対の固定ボルト42を締め付けることにより、第
1のボルト
31が緩むのを確実に防ぐことができる。
【0032】
以上に述べたように構成されるカッタ20を用いたクランクシャフト105の加工は、
図1に示されるクランクシャフトミラー1において、主軸モータ13の作動によりカッタ20を回転させるとともに、C軸回転駆動モータ6の作動によりクランクシャフト105をメインジャーナル106(
図6(b)参照)の軸線回りに回転させ、X軸駆動モータ11およびZ軸駆動モータ10によるサドル9の送り制御でカッタ20の位置決め制御を行いながらクランクシャフト105のピンジャーナル107等にチップ22,23を接触させることによって行われる。
【0033】
例えばピンジャーナル107の外周部や隣り合うカウンタウェイト109の内側面部を複数の外周加工用チップ22と複数の側面加工用チップ23とによって切削する場合、例えばそれらチップ22,23の配置に起因して、すなわち、複数の外周加工用チップ22は、カッタ本体21の薄肉部21cの外周面に、周方向に所定の間隔をあけ、かつ薄肉部21cの厚み方向に相互の位置をずらしたような配置であり、複数の側面加工用チップ23は、カッタ本体21の薄肉部21cの両側に、周方向に向けて千鳥配置であることに起因して、クランクシャフト105へのチップ22,23の食いつき時の衝撃力が、チップ22,23からカッタ本体21に対し、カッタ本体21の厚み方向にずれた一方側の位置と他方側の位置とから交互に繰り返し加えられるため、カッタ本体21における主軸取付面部21aよりも径方向外側部分が膜振動することがある。なお、カッタ本体21における主軸取付面部21aの部分は、主軸12に固定されているため、膜振動が起こりにくい。
【0034】
<作用効果の説明>
本実施形態では、カッタ本体21における主軸取付面部21aよりも大きい外形形状の押え板25,26が、ばね要素と減衰要素とを有する粘弾性体27,28を介してカッタ本体21の他方の盤面に取り付けられるので、カッタ本体21における主軸取付面部21aの径方向外側部分が膜振動した際に、押え板25,26がその膜振動を肩代わりして振動され、該振動が粘弾性体27,28によって減衰されることになり、
図5(b)のグラフから明らかなように、幅広い振動数域において1次振動〜4次振動のそれぞれを確実に抑制することができる。したがって、カッタ20の固有振動数周辺での共振現象を抑制することができて、びびり現象の発生を抑制することができる。
【0035】
さらに、本実施形態では、カッタ本体21の他方の盤面に複数の押え板25,26および複数の粘弾性体27,28が交互に重ね合わされた状態で取り付けられるので、
図5(b)と同図(a)のグラフを比べて見て明らかなように、1枚の押え板25と1枚の粘弾性体27を重ね合わせたものよりも、カッタ本体21の膜振動を広い振動数域でより効果的に抑制することができる。
【0036】
以上、本発明のクランクシャフトミラーのカッタについて、一実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。