CN109420977A - 内表面精加工工具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种内表面精加工工具，其抑制了在工件的内周面的加工的出入口部的变形或几何公差的恶化，并且能够加工需要较大的抛光量的材质的工件。对工件的内周面进行精加工的内表面精加工工具，具有：心轴(1)，其能够与工件相对旋转，并且具有多边形形状部(14)；和框架(3)，其为旋转自如地外嵌于心轴(1)的筒状，并且具有沿着心轴(1)的轴向的轴心，对在心轴(1)的外周面上滚动的多个第一辊(51)和多个第二辊(52)进行保持。多边形形状部(14)仅使多个第二辊(52)向框架(3)的径向出没的同时旋转。

Description

内表面精加工工具

技术领域

本发明涉及一种对工件的内周面进行精加工的内表面精加工工具。

背景技术

在汽车产业、电子设备产业、半导体产业中的任一个行业中，正在推进部件的高精度化。另外，在要求镜面精加工作为精加工后的表面粗糙度的部件中，严格规定尺寸公差或几何公差的部件也在变多。

在严格规定正圆度、圆筒度等几何公差的部件中，寻求能够进行满足要求精度的精加工的内表面精加工工具。

作为内表面精加工工具，已知有一种辊抛光工具，其对工件的内周面进行使辊一面按压一面旋转而提高加工面的表面粗糙度和表面硬度的加工(例如，实开昭62-25151号公报。以下，称为“专利文献1”)。

在专利文献1中，公开了一种通过多边形形状的轴的旋转使辊振动而同时进行硬化加工和抛光加工的辊硬化工具。

以往的辊硬化工具在使用时使金属表面塑性变形，因此有时会赋予大的压力(抛光量)。在此，抛光量是指工具径与加工前的内径之差。在这种情况下，在工件的内周面的加工的出入口部产生塌边等变形，有可能使正圆度、圆筒度等几何公差恶化。

以往的辊硬化工具通过将辊断续地击打在工件上而对工件的内周面进行精加工。因此，当赋予大的抛光量时，会阻碍保持辊的框架(保持器)的旋转，妨碍行星运动，有可能无法均匀地对工件的内周面整个面进行加工。因此，以往的辊硬化工具仅限于在能够以比较小的抛光量进行加工的铝等弹性系数低的材质的工件中使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抑制了在工件的内周面的加工的出入口部的变形或几何公差的恶化，并且能够加工需要较大的抛光量的材质的工件的内表面精加工工具。

本发明的一个方面所涉及的对工件的内周面进行精加工的内表面精加工工具，具有：心轴，其能够与所述工件相对旋转，并且具有多边形形状部；和框架，其为旋转自如地外嵌于所述心轴的筒状，并且具有沿着所述心轴的轴向的轴心，对在所述心轴的外周面滚动的多个第一辊和多个第二辊进行保持，

所述多边形形状部仅使多个所述第二辊向所述框架的径向出没的同时旋转。

发明效果

根据本发明的内表面精加工工具，抑制了在工件的内周面的加工的出入口部的变形或几何公差的恶化，并且能够加工需要较大的抛光量的材质的工件。

附图说明

图1是表示实施方式的内表面精加工工具的整体结构的侧视图，是将上半部分用截面图表示的图。

图2是沿着图1的II-II线的截面图。

图3A是表示图1所示的第一辊的侧视图，图3B是表示图1所示的第二辊的侧视图。

图4是第一辊处于与多边形形状部的平坦部对向的周向位置时沿着轴向的截面图。

符号说明

1 心轴

13 主体部

14 多边形形状部

15 平坦部

16 凸部

3 框架

5 辊

51 第一辊

52 第二辊

7 工具径调整机构

100 内表面精加工工具

W 工件

Wa 内周面

D1 第一辊的直径

D2 第二辊的直径

DA 工具径

具体实施方式

参照附图对实施方式进行详细说明。

另外，在各图中，对于共同的构成要素或同样的构成要素标注相同的标号，并适当省略其重复的说明。

图1是表示实施方式的内表面精加工工具100的整体结构的侧视图。图1的上半部分是截面图。图2是沿着图1的II-II线的截面图。图3A是表示图1所示的第一辊51的侧视图，图3B是表示图1所示的第二辊52的侧视图。以下，为了便于说明，将图1的右侧(柄11侧)作为“后”，将图1的左侧作为“前”或“头”。

如图1所示，本实施方式的内表面精加工工具100具有心轴1和筒状的框架3。心轴1安装在作为加工机的加工中心(未图示)上并旋转。框架3旋转自如地外嵌于心轴1。通过将框架3插入工件W的内周面Wa(参照图4)并使心轴1旋转，对内周面Wa进行精加工。

框架3为圆筒形状，具有后侧的第一框架31和前侧的第二框架32。第一框架31与第二框架32通过螺钉紧固而可分离地连接。框架3保持多个辊5，所述辊5通过心轴1的旋转而在心轴1的外周面滚动。多个辊5具有多个第一辊51和多个第二辊52。另外，使用辊5作为第一辊51和第二辊52的总称。

心轴1整体为圆棒形状，在轴向的后端侧具有安装在加工中心等加工机(未图示)上的柄11。心轴1在前端侧具有主体部13，在大致中央部具有中间部12。

主体部13具有随着朝向心轴1的前端侧(图1的左侧)而缩径的锥形状。主体部13在大致中央具有多边形形状部14。

多边形形状部14具有平坦部15和凸部16。平坦部15是从主体部13的外周面稍微凹陷的表面平坦的部分，沿着心轴1的圆周方向隔着微小的间隔形成有多个。凸部16位于相邻的两个平坦部15之间，在与主体部13的外周面相同的面(相同径)从平坦部15稍微突出。

如图2所示，多边形形状部14的截面成为以凸部16为顶点、以平坦部15为边的大致多边形(在此为大致正十边形)。即，多边形形状部14在轴直角方向截面图中为大致多边形。另外，从平坦部15到凸部16，以第二辊52能够顺利地滚动的方式形成平缓的曲率的面。

详细情况如后所述，如图1所示，当将框架3外嵌于心轴1时，第一辊51跨越比多边形形状部14靠前方的主体部13和靠后方的主体部13而配置。由此，第一辊51不与平坦部15接触而与主体部13的外周面接触。第二辊52仅与多边形形状部14接触。另外，柄11除了如本实施方式的笔直形状之外，还可以采用锥形状等、适合于安装的加工机的各种形状。

在框架3的同一圆周上，交替地隔开间隔地配置有第一辊51和第二辊52。辊5以如下方式安装在框架3上：辊5(第一辊51、第二辊52)的轴心沿着框架3、心轴1的轴向配置。

如图3A、图3B所示，第一辊51的长度L1大于第二辊52的长度L2。第二辊52的直径D2小于第一辊51的直径D1。

第一辊51和第二辊52具有随着朝向心轴1的后端侧(图3A、图3B的右侧)而缩径的锥形状、即与主体部13相反方向的锥形状。即，第一辊51和第二辊52的前端部的直径D1、D2稍大于后端部的直径D1a、D2a。在此，辊5的锥度比是主体部13的锥度比的1/2。

如图1所示，多边形形状部14的轴向长度L3大于第二辊52的长度L2，且小于第一辊51的长度L1。

图4是第一辊51处于与平坦部15对向的周向位置时沿着轴向的截面图。

如图4所示，第一辊51的轴向的两端部分别位于多边形形状部14的轴向的两端部的外侧。因此，第一辊51的两端部与主体部13的外周面接触，在第一辊51的大致中央部与平坦部15之间产生少许的间隙C。即，第一辊51的两端部被主体部13的外周面支撑，第一辊51的大致中央部不与平坦部15的表面接触。

另外，如图1所示，多边形形状部14的轴向的两端部分别位于第二辊52的轴向的两端部的外侧。因此，第二辊52能够与平坦部15接触。因此，第二辊52在与平坦部15接触时位于径向内侧，在与凸部16接触时位于径向外侧。即，多边形形状部14仅使多个辊5中的多个第二辊52向框架3的径向出入的同时旋转。

内表面精加工工具100具有通过使框架3沿轴向移动而调整工具径DA(参照图2)的工具径调整机构7。工具径DA是连结多个辊5的外周的包络圆的直径。

第一辊51的长度L1是即使通过工具径调整机构7使心轴1与框架3的轴向的相对位置发生变化，也始终跨越平坦部15的长度。即，即使操作工具径调整机构7，第一辊51也不与平坦部15的表面接触。

如图4所示，当将内表面精加工工具100插入工件W的内周面Wa时，成为辊5(第一辊51和第二辊52)夹置在主体部13与内周面Wa之间的状态。

由于心轴1、辊5以及框架3要求耐久性，因此由特殊合金钢形成，进行热处理而提高硬度及韧性。根据使用条件，也可以进行DLC、TIN、TICN等表面涂布处理而进一步提高耐久性。

工具径调整机构7具有外壳71、前盖72以及调节环73。另外，在由外壳71、前盖72以及调节环73覆盖的内部，设置有调节螺母74、键75、轴承76和弹簧77等。调节螺母74与形成于中间部12的螺纹部12a螺合。在调节螺母74的外周上设置有外设齿78，在前端部形成有与轴承76抵接的抵接面。通过卡环80，调节环73能够相互旋转且不会脱离地支撑于调节螺母74，以规定间隙宽松嵌合(游嵌)于中间部12的径向外侧。在调节环73的外周上，设置有与调节螺母74的外设齿78同样的外设齿79。通过嵌入形成于中间部12的键槽12b中的键75，对调节环73相对于心轴1向圆周方向的相对移动进行限制。

外壳71形成为圆筒状，在内侧分别设置有与外设齿78、79啮合的内设齿81、82。在外壳71的前部，配设有前盖72。弹簧77安装在安装于框架3的后端部附近的止动环83与前盖72的内侧之间。

在通过工具径调整机构7进行工具径DA的调整中，首先，把持外壳71，克服弹簧77的作用力使其向后方移动。于是，内设齿81、82以分别与外设齿78、79啮合的状态下移动，当进一步移动时，内设齿82与外设齿79脱离啮合。在该状态下，外设齿78为与内设齿81啮合的状态。

接着，以向后方按压外壳71的状态使其旋转。此时，内设齿81与外设齿78啮合，但内设齿82与外设齿79脱离啮合而自由地旋转。因此，当使外壳71旋转时，外壳71与调节螺母74一体地旋转，调节螺母74相对于螺纹部12a沿螺钉的引线向前或后移动。当调节螺母74一面旋转一面前后移动时，调节环73通过键75沿心轴1移动。

通过调节螺母74的前后移动，主体部13与辊5的接触位置沿心轴1的轴向移动。由此，根据主体部13的与辊5的接触位置的径的变化，工具径DA变化为所需的值。

在工具径DA设定为所需的值后，释放外壳71，完成工具径DA的调整。此时，被压缩的弹簧77伸出并将前盖72向前方推压，外壳71也一体地向前方移动，外壳71与调节环73抵接而停止。此时，内设齿81、82分别与外设齿78、79啮合，且调节环73由键75和键槽12b止转。因此，外壳71不会相对于心轴1进行相对旋转。

接下来，对使用内表面精加工工具100对工件W的内周面Wa进行精加工的操作工序进行说明。操作工序具有调整工序、加工工序、工具返回/拆卸工序。

在调整工序中，调整辊5的工具径DA。具体而言，把持外壳71使其向心轴1的驱动侧、即柄11侧移动后，使其旋转。在使外壳71旋转到成为所需的工具径DA的位置之后，若使手离开外壳71，则外壳71通过弹簧77的作用力而返回到初始位置，自动地锁定外壳71的旋转。由此，设置工具径DA。用量规(未图示)测定工具径DA，确认工具径DA是否正确地被设置。

在加工工序中，在加工机上安装柄11。然后，将内表面精加工工具100移动至内周面Wa中的应精加工的部位。接着，当驱动加工机时，心轴1旋转。例如，当从前端侧观察使心轴1以顺时针方向旋转时，辊5沿着心轴1的外周面以逆时针方向旋转(自转)。由于工件W被固定，因此当辊5以逆时针方向自转时，辊5沿着内周面Wa以及主体部13的外周面以顺时针方向公转。

第一辊51以跨越平坦部15并与主体部13的外周面接触的方式配置。因此，即使心轴1的旋转方向位置在任何位置，第一辊51也不会与平坦部15接触。因此，虽然第一辊51与心轴1的旋转从动地自转，但是不会相对于框架3的径向移动。因此，操作者能够通过第一辊51稳定地对内周面Wa进行抛光加工。在此，第一辊51始终与内周面Wa接触并使框架3行星运动。只要能够得到使行星运动的程度的负荷即可，因此抛光量可以尽可能少。

伴随心轴1的旋转的第二辊52的动作与第一辊51不同。与第一辊51同样地，随着心轴1的旋转，第二辊52也沿着主体部13的外周面一面以逆时针方向自转一面以顺时针方向公转。此时，第二辊52交替通过平坦部15和凸部16而前进。因此，第二辊52通过平坦部15与凸部16的高低差(图4的间隙C)，一面在框架3的径向上振动一面沿着内周面Wa滚动。通过第二辊52的径向的出没动作，第二辊52撞击内周面Wa。即，多边形形状部14排斥第二辊52，断续地击打在内周面Wa上。利用此时的撞击，通过第二辊52进行将内周面Wa的凹凸平整化的硬化加工。

在工具返回/拆卸工序中，使内表面精加工工具100沿轴向移动至脱离内周面Wa的位置。此时，内表面精加工工具100通过与内周面Wa的摩擦力(阻力)使弹簧77收缩，相对地使框架3向心轴1的前方移动。于是，工具径DA自动地缩径。因此，在使内表面精加工工具100返回到原来的位置的工序中，不会进行加工。并且，若从加工机取下内表面精加工工具100，则对内周面Wa进行精加工的操作工序结束。

在本实施方式中，保持在框架3上的多个辊5具有多个第一辊51和多个第二辊52。而且，在心轴1上，设置有仅使多个第二辊52向框架3的径向出入的同时旋转的多边形形状部14。

因此，第一辊51作为使框架3行星运动的引导部发挥功能，同时进行抛光加工，第二辊52断续地击打在内周面Wa上进行硬化加工。由此，通过使框架3规则正确地进行行星运动，能够均匀地对内周面Wa进行加工，并且通过硬化加工能够使内周面Wa的凹凸平整化。另外，通过第一辊51和第二辊52的侧面与内周面Wa接触，能够在大范围内得到良好的精加工面。进而，通过由硬化加工产生的加工面的硬度增加和压缩残留应力的赋予，提高了工件W的强度。

由于能够通过硬化加工而提高内周面Wa的表面粗糙度，因此能够不增大抛光量地加工工件W。因此，抛光量能够成为使框架3行星运动的必要最低限度的值。因此，抑制了在以往抛光加工时成为问题的在内周面Wa中的加工的出入口部的塌边等的变形、正圆度、圆筒度等几何公差的恶化，能够进行高精度的精加工。

对工件W进行精加工的辊5具有作为由保证框架3的行星运动的第一辊51形成的引导部的功能、和由使凹凸平整化的第二辊52形成的硬化部的功能。以往，由于阻碍了行星运动，因此无法增大抛光量，可加工的工件W的材质限定于铝。在本实施方式中，能够将加工范围扩大到铁系的材质的工件W。

工件W例如是发动机部件的缸膛、活塞、连杆、摇臂、制动部件的主缸、转向装置、变速装置、悬架。这样，本实施方式的内表面精加工工具100，作为在滑动面上要求表面粗糙度和强度的部件的加工用，广泛的用途值得期待。

根据内表面精加工工具100，抑制了在内周面Wa的加工的出入口部的变形或几何公差的恶化，并且能够加工需要较大的抛光量的材质的工件W。

工件W的精加工质量以往一般通过抛光量的增减进行调节。在本实施方式的内表面精加工工具100中，能够通过加工时的心轴1的旋转速度的增减而调节精加工质量。通过心轴1的旋转速度的增减，调节第二辊52击打在内周面Wa上的撞击力，调节表面粗糙度。因此，省略了工具径DA的调整，能够使精加工时的程序效率化。

在本实施方式中，第一辊51的长度L1大于第二辊52的长度L2，在框架3的同一圆周上交替地隔开间隔地配置第一辊51和第二辊52。另外，多边形形状部14的轴向的长度L3大于第二辊52的长度L2，且小于第一辊51的长度L1。而且，多边形形状部14的轴向的两端部分别位于第二辊52的轴向的两端部的外侧。另外，第一辊51的轴向的两端部分别位于多边形形状部14的轴向的两端部的外侧。这样，将第一辊51和第二辊52配置在同一圆周上，同时使第一辊51跨过平坦部15并与主体部13的外周面接触，并且能够使第二辊52与平坦部15接触。由此，能够使内表面精加工工具100更加小型轻量化。

在本实施方式中，第二辊52的直径D2小于第一辊51的直径D1。因此，作为由第一辊51形成的引导部的功能和作为由第二辊52形成的硬化部的功能，分别被更加明确地分开而被切实地发挥。因此，能够进行更稳定的精加工。

在本实施方式中，与心轴1的辊5接触的外周面形成为随着朝向心轴1的前端而缩径的锥形状。另外，辊5形成为随着朝向心轴1的后端而缩径的锥形状。而且，内表面精加工工具100具有通过使框架3沿轴向移动而调整工具径DA的工具径调整机构7。因此，能够进行内周面Wa的精加工尺寸或表面粗糙度的调整。

以上，根据实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不限定于上述实施方式所记载的结构。本发明包含将上述实施方式中记载的结构适当组合或选择，在不脱离其主旨的范围内能够适当地变更其结构。另外，对于上述实施方式的结构的一部分，能够进行追加、删除、置换。

例如，在实施方式中，第一辊51和第二辊52配置在框架3的同一圆周上，但也可以沿轴向错开配置。例如，第一辊51可以在框架3的前侧配置在同一圆周上，第二辊52可以在比第一辊51靠框架3的后侧配置在同一圆周上。在这种情况下，第一辊51的长度L1与第二辊52的长度L2可以相同也可以不同。另外，第一辊51的框架3的圆周方向位置与第二辊52的框架3的圆周方向位置可以相同也可以错开。

在实施方式中，多边形形状部14在轴直角方向的截面图中为大致正十边形，但也可以是大致正八边形等其他的大致多边形。

在实施方式中，主体部13和辊5具有锥形状，但也可以是直线形状(圆柱形状)。在这种情况下，可以省略工具径调整机构7。

在实施方式中，使用加工中心作为安装内表面精加工工具100的加工机，但并不限定于此，例如也可以使用车床等其他加工机。在使用车床作为加工机的情况下，使工件在心轴被固定的状态下旋转。在这种情况下，作为结果，心轴与工件相对旋转。

Claims (4)

1.一种内表面精加工工具，其特征在于，所述内表面精加工工具对工件的内周面进行精加工，并且具有：

心轴(1)，所述心轴(1)能够与所述工件相对旋转，并且具有多边形形状部(14)；和

框架(3)，所述框架(3)为旋转自如地外嵌于所述心轴(1)的筒状，并且具有沿着所述心轴(1)的轴向的轴心，对在所述心轴(1)的外周面上滚动的多个第一辊(51)和多个第二辊(52)进行保持，

所述多边形形状部(14)仅使多个所述第二辊(52)向所述框架(3)的径向出没的同时旋转。

2.根据权利要求1所述的内表面精加工工具，其特征在于，

所述第一辊(51)的长度大于所述第二辊(52)的长度，

所述第一辊(51)和所述第二辊(52)交替并隔着间隔地配置在所述框架(3)的同一圆周上，

所述多边形形状部(14)的所述轴向的长度大于所述第二辊的长度，并且，小于所述第一辊的长度，

在所述轴向上，所述多边形形状部(14)的两端位于所述第二辊(52)的两端的外侧，所述第一辊(51)的两端位于所述多边形形状部(14)的两端的外侧。

3.根据权利要求1或2所述的内表面精加工工具，其特征在于，

所述第二辊(52)的直径小于所述第一辊(51)的直径。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的内表面精加工工具，其特征在于，

所述心轴(1)的外周面具有朝向前端缩径的锥形状，

所述第一辊(51)和所述第二辊(52)具有朝向所述心轴(1)的后端缩径的锥形状，

所述内表面精加工工具还具有工具径调整机构(7)，所述工具径调整机构(7)通过使所述框架(3)沿着所述轴向移动，调整连结多个所述第二辊(51)和所述第二辊(52)的外周的包络圆的直径即工具径。