JP2005118957A

JP2005118957A - ホーニング加工工具

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Publication number: JP2005118957A
Application number: JP2003357920A
Authority: JP
Inventors: Junichi Maeda; 淳一前田
Original assignee: Makino J Co Ltd
Current assignee: Makino J Co Ltd
Priority date: 2003-10-17
Filing date: 2003-10-17
Publication date: 2005-05-12
Anticipated expiration: 2023-10-17
Also published as: JP4169678B2

Abstract

【課題】マシニングセンタにおいて、工具交換を行うことなく２種類の砥石を使用してホーニング加工の荒仕上げ及び精密仕上げを行うことを可能とさせる。
【解決手段】ホーニング加工工具１０は、主軸に装着される工具本体１３と、その周方向に互いに離間して設けられ半径方向に進退可能となっている２種類の砥石３９、４０と、各砥石を保持する砥石ホルダ３７、３８と、回転軸線方向において互いに逆向きに傾斜した第１のテーパ面２９ａ及び第２のテーパ面２９ｂを有し且つ工具本体１３内を回転軸線方向に移動する移動体２９とを備える。移動体２９が外部から工具本体１３に供給されるクーラントの流体圧によって回転軸線方向に移動したときに、第１及び第２のテーパ面の何れかが一方の種類の砥石を保持する砥石ホルダと係合して、当該一方の種類の砥石を工具本体１３から半径方向に選択的に突出せしめ、円筒ボア内面に接触させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、工作機械の主軸に装着され、ワークに形成された円筒ボア内面を加工するホーニング加工工具に関する。

ホーニング加工は、精密中ぐり盤や内面研削盤などにより加工されたワークの円筒ボア内面の真円度を向上させるために行われる。ホーニング加工に用いるホーニング加工工具は、工具の外周部に複数の角形棒状の細粒砥石を保持しており、砥石とワークの円筒ボア内面とを面接触又は線接触状態に保ちながら二次元的な運動を与えられることにより加工を行う。このようなホーニング加工は、大別して、バネ又は油圧によって一定圧力で砥石をワーク内面に接触させながら加工を行う定圧ホーニングと、一定の速度で砥石を工具の半径方向外側に送りながら加工を行う定速ホーニングとに分けられる。

従来、ホーニング加工を行うときには、予めマシニングセンタなどの工作機械を用いてワークに円筒ボア等の下穴を形成した後、前処理加工済みのワークを専用機であるホーニング盤等に再度取り付けてホーニング加工を行うことが一般的であった。このため、一連の加工に複数種類の工作機械が必要とされており、マシニングセンタを用いてホーニング加工を行うことが所望されていた。

この要望に応える第１の従来技術として、特許文献１に開示されるホーニングヘッドが挙げられる。これは、工作機械の主軸に装着されるホーニング加工工具であって、スルースピンドル方式で供給される冷却液をホーニングヘッドの拡径用流体通路に供給することにより、流体の圧力でヘッド本体内においてその軸線方向に押圧軸体を移動させ、押圧軸体の外周面に形成されたテーパ部と砥石保持具のテーパ部との摺接により砥石保持具に保持される砥石を拡径させてワークの円筒ボア内面に接触させ、ホーニング加工を行うものである。したがって、このホーニングヘッドは一般的なスルースピンドル方式で加工液を工具に供給するマシニングセンタにおいて使用可能であり、定圧ホーニングに向いている。

また、上記要望に応える第２の従来技術として、特許文献２に開示される数値制御ホーニング装置もある。この装置で用いられるホーニングユニットは、連結軸と、連結軸に係合するナットと、ナットと連接して軸方向に移動するくさび形の径方向制御軸とを備え、径方向制御軸の軸方向への移動によって径方向制御軸の斜面に摺接配置された径方向に移動可能な砥石ホルダの外面に取り付けられた砥石を径方向に移動させるようにしたものである。そして、マシニングセンタとして、主軸内のドローバーの貫通孔内に設けられた制御軸と、制御軸に数値制御によって主軸と相対的な回転を与えるホーニングユニット制御機構とを備えるマシニングセンタを使用し、主軸に上記ホーニングユニットを装着したときに制御軸が連結軸と係合させ、制御軸によって連結軸に回転を与えて砥石を径方向に移動させるようにしている。したがって、この数値制御ホーニング装置は、機械的に砥石を径方向に移動させるので、定速ホーニングに向いている。

特開平２−１０６２６７号公報特開平８−２１６０１５号公報

ホーニング加工では、砥石の目詰まりや摩耗などを考慮して、荒仕上げ用の荒い砥石から精密仕上げ用の細かい砥石へ砥石を交換しながら段階的に加工を行うことが一般的である。このため、異なる粗さの砥石を有したホーニング工具を準備する必要があると共に、工具交換が原因で加工時間を長くさせているという問題があった。

また、上記従来技術１及び２の装置は、マシニングセンタでホーニング加工を行えるようにし、マシニングセンタからホーニング盤へのワークの移動など段取り作業を省略させ、加工効率を向上させている。しかしながら、上記従来技術１及び２で使用されるホーニングヘッド及びホーニングユニットはいずれも一種類の砥石しか使用していないので、砥石の目詰まりや摩耗を起こしやすく、これを回避させるためには、工具交換が必要となる。このため、同様に、異なる粗さの砥石を有したホーニング工具を準備する必要があると共に、工具交換が原因で加工時間を長くさせているという問題があった。

本発明は前述の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、マシニングセンタにおいて、工具交換を行うことなく２種類の砥石を使用してホーニング加工の荒仕上げ及び精密仕上げを行うことを可能とさせるホーニング加工工具を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、工作機械の主軸に設けられた１つの流体供給口から供給される流体を用いて２種類の砥石の切り換えを行うことを可能にすることにある。

前述の目的を達成するため、工作機械の主軸に装着され、ワークに形成された円筒ボア内面を加工するホーニング加工工具において、前記工作機械の主軸に装着され回転軸線周りに回転する工具本体と、該工具本体の周方向に互いに離間して設けられ前記工具本体の半径方向に進退可能となっている２種類の砥石と、各砥石を保持する砥石ホルダと、前記回転軸線方向において互いに逆向きに傾斜した第１のテーパ面及び第２のテーパ面を有し且つ前記工具本体内を前記回転軸線方向に移動する移動体とを備え、前記移動体が前記工作機械を通して前記工具本体に供給される流体の流体圧によって前記中心軸線方向に移動したときに、前記第１のテーパ面と前記第２のテーパ面の何れかが一方の種類の砥石を保持する砥石ホルダと係合して該砥石ホルダに保持される砥石を前記工具本体から半径方向に選択的に突出せしめ、前記円筒ボア内面に接触させるホーニング加工工具が提供される。

工作機械から供給される流体の流体圧によって中心軸線方向に駆動される移動体が回転軸線方向において互いに逆向きに傾斜した第１のテーパ面と第２のテーパ面を有し、第１のテーパ面、第２のテーパ面にそれぞれ異なる種類の砥石を保持する砥石ホルダが対応付けられている。したがって、一方のテーパ面に係合する砥石ホルダに保持された砥石が工具本体から半径方向外方へ突出するとき、他方のテーパ面に係合する砥石ホルダに保持された砥石は半径方向内方へ工具本体内に後退する。したがって、例えば工作機械の主軸に設けられた一つの流体供給ポートから供給される流体を利用して、工具本体に設けられた２種類の砥石を工具本体から半径方向に選択的に突出させ、２種類の砥石の切り換えを行うことが可能となる。

なお、本願における「テーパ面」とは、工具本体の軸線に対して傾斜している面を意味し、円錐台の傾斜面、くさび形状体の傾斜面などを含むものとする。

また、前記工具本体内に形成されたピストン室内にピストンを移動可能に設けて該ピストン室を第１の空間と第２の空間とに隔て、供給路切換手段を用いて、前記工作機械を通して供給される流体を前記第１の空間又は前記第２の空間へ選択的に供給して前記ピストンを駆動し、前記移動体を前記ピストンと連動させて移動させるホーニング加工工具が提供される。例えば、このような構造をとることにより、工作機械側の流体供給源からの流体供給を停止させることなく、工具本体内で回転軸線方向にピストンを駆動することが可能となる。工作機械から供給される流体を加工領域（すなわち、砥石で円筒ボア内面を加工している領域）に噴射する加工液としても使用する場合、工作機械からの流体の供給を停止すると加工領域への加工液の噴射も停止してしまうので、工作機械からの流体供給を停止させることなく砥石の切り換えを行い得ることが有効となる。

また、前記供給路切換手段が前記工作機械から供給される加圧空気によってスプールを移動させるスプール弁であるホーニング加工工具が提供される。マシニングセンタの主軸頭などには、加圧空気を工具に供給する空気供給ポートを備えたものも多く、この加圧空気を利用して作動するスプール弁を供給路切換手段として使用することが可能である。

さらに、工作機械の主軸に装着され、ワークに形成された円筒ボア内面を加工するホーニング加工工具において、前記工作機械の主軸に装着され回転軸線周りに回転する工具本体と、該工具本体の周方向に互いに離間して設けられ前記工具本体の半径方向に進退可能となっている２種類の砥石と、各砥石を保持する砥石ホルダと、前記回転軸線方向に傾斜したテーパ面を有し且つ前記工具本体内を前記軸線方向に選択的に駆動される第１の移動体及び第２の移動体とを備え、前記第１の移動体が前記工作機械に設けられたアクチュエータによって前記回転軸線方向に機械的に駆動され、前記第２の移動体が前記工作機械を通して前記工具本体に供給された流体の流体圧によって前記回転軸線方向に駆動され、前記第１の移動体が前記回転軸線方向に駆動されたときに、前記第１の移動体のテーパ面が一方の種類の砥石を保持する砥石ホルダと係合して、この砥石ホルダにより保持された砥石を半径方向に円筒ボア内面に向かって移動させ、前記第２の移動体が前記中心軸線方向に駆動されたときに、前記第２の移動体のテーパ面が他方の種類の砥石を保持する砥石ホルダと係合して、この砥石ホルダにより保持された砥石を半径方向に前記円筒ボア内面に押し付けるホーニング加工工具が提供される。

工具本体内に回転軸線方向に第１の移動体及び第２の移動体が設けられており、第１の移動体のテーパ面、第２の移動体のテーパ面にそれぞれ異なる種類の砥石を保持する砥石ホルダが対応付けられている。そして、第１の移動体は工作機械の主軸頭などに設けられたアクチュエータによって回転軸線方向に機械的に駆動され、第２の移動体は工作機械から供給される流体の流体圧によって回転軸線方向に駆動されるので、第１の移動体及び第２の移動体が選択的に駆動され、駆動された移動体のテーパ面と係合する砥石ホルダに保持された砥石を選択的に工具本体から半径方向外方に移動させることができる。したがって、例えば工作機械の主軸に設けられた一つの流体供給ポートから供給される流体と、例えば工作機械の主軸頭に設けられたアクチュエータから機械的に付与される駆動力とを利用して、工具本体に設けられた２種類の砥石を工具本体から半径方向に選択的に突出させ、２種類の砥石の切り換えを行うことが可能となる。

また、荒仕上げ用砥石が前記第１の移動体に係合する砥石ホルダに保持され、精密仕上げ用砥石が前記第２の移動体に係合する砥石ホルダに保持されるホーニング加工工具が提供される。第２の移動体は流体圧によって駆動されるので、それによって駆動される砥石ホルダに保持された砥石は圧力を制御しながら円筒ボア内面に押し付けられ得る。したがって、第２の移動体のテーパ面に係合する砥石ホルダに精密仕上げ用砥石が保持されていれば、精密仕上げ加工の際に精密仕上げに適した定圧ホーニングを行うことが可能となり、良好な仕上げ面を得ることができる。

マシニングセンタには、主軸を通すスルースピンドル方式や主軸を通さないスルーホルダ方式で工具にクーラントを供給するタイプのものがある。また、マシニングセンタには、主軸頭などにＵ軸モータを備えるものも市販されている。本願発明では、このように工作機械から供給されるクーラントの流体圧や工作機械に設けられたＵ軸モータなどのアクチュエータから機械的に伝達された駆動力を利用して、工具本体に設けられた砥石を工具本体に対して進退させている。したがって、本発明のホーニング加工工具を使用すれば、ホーニング盤を用いることなくマシニングセンタにおいてホーニング加工を行うことが可能となる。

また、本発明のホーニング加工工具は２種類の砥石を備え、２種類の砥石を選択的に使用することができるので、ホーニング加工工具を交換することなく、ホーニング加工の荒仕上げ及び精密仕上げを行うことが可能となり、加工時間を短縮させる効果を奏する。

さらに、本発明のホーニング加工工具では、工作機械から供給される流体の流体圧を利用して砥石を工具本体に対して半径方向に移動させている。したがって、円筒ボア内面に向かって一定圧力を砥石に付与した状態でホーニング加工を行ういわゆる定圧ホーニングが可能となり、ホーニング加工において精密仕上げを行うのに効果的であり、良好な加工面を得ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施形態によるホーニング加工工具の部分断面図、図２は図１のホーニング加工工具において異なる種類の砥石を突出させた状態を示す部分断面図、図３は図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図、図４は本発明の第２の実施形態によるホーニング加工工具の部分断面図、図５は本発明のホーニング加工工具が装着される工作機械の側面図である。

最初に、図５を参照して、本発明のホーニング加工工具が装着される工作機械の一例を説明する。マシニングセンタ２００は、機械の基台となるベッド２０１と、ベッド２０１上の後部でＸ軸方向に延びる案内２０３に沿って移動するコラム２０５と、ベッド２０１上の前部でＺ軸方向に延びる案内２０７に沿って移動し、ワークＷを載置するテーブル２０９と、コラム２０５の前部でＹ軸方向に延びる案内２１１に沿って移動し、先端に工具を装着する主軸２１３を有した主軸頭２１５と、コラム２０５、テーブル２０９、主軸頭２１５をそれぞれＸ、Ｙ、Ｚ軸方向に駆動するための送りモータ（図示せず）及び主軸２１３を回転させる主軸モータ（図示せず）を制御するＮＣ装置２１７とを主要素として備えている。また、主軸２１３の先端部には、ホーニング加工工具のテーパ部と係合するテーパ穴２１３ａが形成されている。

ここでは、コラム２０５がＸ軸方向、主軸頭２１５がＹ軸方向、テーブル２０９がＺ軸方向へ移動するものと説明しているが、本発明のホーニング加工工具が装着される工作機械の軸構成はこれに限定されるものではない。

マシニングセンタ２００は、さらに、所望される圧力でクーラントを供給することができるクーラント圧調整機能付きのクーラント供給源２１９と、加圧空気を供給するための空圧源２２１と、主軸頭にＵ軸アクチュエータとして設けられたＵ軸モータ２２３とを備えている。Ｕ軸モータ２２３は一般に複合加工工具などで使用される。クーラント供給源２１９は、ロータリジョイント２２５を介して主軸２１３の中心軸線に沿って延びるクーラント通路２１３ｂに連通しており、主軸２１３の先端部に形成されたテーパ穴２１３ａ内に設けられたクーラント供給ポートにいわゆるスルースピンドル方式で主軸２１３の内部を通過させてクーラントを供給するようになっている。また、空圧源２２１は、主軸頭２１５を通って延びる空気通路２１５ａに連通しており、主軸頭２１５に設けられた継手部２２７に形成された空気供給ポートにいわゆるスルーホルダ方式で主軸２１３の内部を通過させずに加圧空気を供給するようになっている。そして、主軸２１３のテーパ穴２１３ａ内にホーニング加工工具が装着されたときに、流体供給ポート及び空気供給ポートを通してホーニング加工工具にクーラント及び加圧空気を供給する。

ここでは、マシニングセンタ２００が、クーラントをスルースピンドル方式で、加圧空気をスルーホルダ方式で、ホーニング加工工具に供給するとして説明しているが、本発明のホーニング加工工具が装着される工作機械はこのタイプのものに限定されるものではない。例えば、クーラントをスルーホルダ方式で、加圧空気をスルースピンドル方式で、ホーニング加工工具に供給するタイプや、クーラント及び加圧空気を共にスルーホルダ方式でホーニング加工工具に供給するタイプの工作機械において本発明のホーニング加工工具を使用することも可能である。

次に、図１〜図３を参照して、本発明のホーニング加工工具１０の第１の実施形態を説明する。ホーニング加工工具１０は、主軸２１３に装着されて回転軸線１１周りに回転する工具本体１３と、工具本体１３の周囲に回転可能に結合された工具ホルダ１５とを備えている。工具本体１３の基端部には、図５に示されているマシニングセンタ２００の主軸２１３の先端部に形成されたテーパ穴２１３ａに係合するテーパ部１７が設けられている。

工具ホルダ１５は、主軸頭２１５等の静止部に連結するための継手部１５ａと、工具本体を通すための中央穴１５ｂとを有している。中央穴１５ｂの周囲には軸受１９が配設され、中央穴１５ｂの内周面には環状溝１５ｃが形成されている。また、環状溝１５ｃには継手部１５ａから延びる空気供給路１５ｄが連通している。

工具本体１３には、テーパ部１７から延びるクーラント供給路１３ａが形成されている。工具本体１３のクーラント供給路１３ａは、工具本体１３のテーパ部１７がマシニングセンタ２００の主軸２１３のテーパ穴２１３ａに装着されたときに、マシニングセンタ２００のクーラント供給ポートと連通し、クーラント供給源２１９からクーラントの供給を受けるようになっている。クーラント供給路１３ａは流路切換手段に接続されており、流路切換手段によって二つのクーラント分岐路１３ｂ、１３ｃに選択的に連通するようになっている。また、工具本体１３にはピストン室１３ｄが形成されており、ピストン室１３ｄは、回転軸線１１方向に移動可能に収容されているピストン２１によって、先端側空間２３と基端側空間２５とに隔てられている。そして、二つのクーラント分岐路の一方１３ｂが先端側空間２３に連通し、他方のクーラント分岐路１３ｃが基端側空間２５に連通しており、流路切換手段により先端側空間２３及び基端側空間２５の何れか一方に選択的にクーラントを供給することにより、ピストン２１を回転軸線１１の方向に移動させることができるようになっている。図１〜図３の実施形態では流路切換手段として、付勢バネ２７ｂによって一方の極端位置に付勢されたスプール２７ａを加圧空気によって他方の極端位置に移動させることによって流路の切り換えを行うスプール弁２７が使用されている。しかしながら、流路切換手段はスプール弁２７に限定されるものではなく、流路の切り換えを行うことができれば、他の切換弁など他の装置を使用することも可能である。

工具本体１３内には、さらに、一端がスプール弁２７に接続している空気通路１３ｅが形成されており、その他端は工具ホルダ１５の中央穴１５ｂの内周面に形成された環状溝１５ｃ内に開口している。この構成により、工具ホルダ１５に対して工具本体１３が回転しても、工具ホルダ１５の空気供給路１５ｄと工具本体１３の空気通路１３ｅとが環状溝１５ｃを介して常時連通する。したがって、工具ホルダ１５の継手部１５ａを主軸頭２１５の継手部２２７に形成された空気供給ポートに接続することによって、静止部に設けられた空圧源２２１から回転部である工具本体１３に設けられたスプール弁２７に加圧空気を供給することが可能となり、空圧源２２１のオンオフによってスプール弁２７のスプール２７ａを図１に示されている位置と図２に示されている位置との間で切り換えることができるようになる。

さらに、工具本体１３の先端部領域の内部には、一つの移動体２９が回転軸線１１の方向に移動可能に配設されており、この移動体２９がピストン２１から先端部に向かって延びる連結棒３１の途中に固定的に結合されている。なお、連結棒３１の先端は付勢バネ３３によって工具本体１３の基端部に向かって付勢されており、ピストン室１３ｄへの流体供給が停止されると、ピストン２１を図１に示されている位置と図２に示されている位置との中間の中立位置に復帰させるようになっている。移動体２９は二つの切頭円錐台を細い頂部が両端にくるように逆向きに接合したような形状をしており、回転軸線１１の方向において互いに逆向きに傾斜したテーパ面２９ａ、２９ｂを有している。また、工具本体１３の先端部領域の外周部には、砥石ホルダ収容部としての六つの凹部３５（図３参照）が周方向に等間隔で配置されており、各凹部３５に砥石ホルダ３７、３８が半径方向に進退可能に収容されている。

砥石ホルダ３７、３８は、半径方向内側に延び且つ先端部にテーパ面３７ｂ、３８ｂを有した脚部３７ａ、３８ａを備えており、各脚部３７ａ、３８ａは移動体２９のテーパ面２９ａ、２９ｂに対して摺動可能に係合している。また、砥石ホルダ３７、３８の外面には柱状の砥石３９、４０が取り付けられており、砥石３９、４０の周囲には、砥石３９、４０及び砥石ホルダ３７、３８を半径方向内側に付勢するための環状の戻りバネ４１が配設されている。なお、加工の際に戻りバネ４１が円筒ボアＷｂの内面に接触することを防止するために、戻りバネ４１は工具本体１３の外周に設けられた環状溝１３ｆ内に収容されている。

本発明のホーニング加工工具１０は、砥石として、２種類の砥石３９、４０を備えており、荒仕上げ用砥石３９と精密仕上げ用砥石４０とからなる２種類の砥石が、図３に示されているように、周方向に配置された六つの砥石ホルダ３７、３８上に交互に配置されている。そして、荒仕上げ用砥石３９を保持する砥石ホルダ３７の脚部３７ａが移動体２９の二つのテーパ面のうちの一方２９ａに係合し、精密仕上げ用砥石４０を保持する砥石ホルダ４０が移動体２９の他方のテーパ面２９ｂに係合している。したがって、ピストン２１を回転軸線１１の方向に駆動することにより移動体２９が回転軸線１１の方向に移動すると、各砥石３９、４０を保持する砥石ホルダ３７、３８が移動体２９のテーパ面２９ａ、２９ｂ上を摺動して、一方の種類の砥石３９、４０を保持する砥石ホルダ３７、３８を同期して半径方向外側に進出させ、他方の種類の砥石４０、３９を保持する砥石ホルダ３８、３７を同期して半径方向内側に後退させる。すなわち、ピストン２１を駆動して移動体２９を回転軸線１１の方向に移動させることによって、図３に示されているように、２種類の砥石３９、４０の一方のみを工具本体１３から選択的に突出させることができるようになっている。

以下、図１〜図３に示されているホーニング加工工具１０を用いたホーニング加工の手順について説明する。ワークＷには、中ぐり加工工具などを用いて円筒ボアＷｂが加工されているものとする。ホーニング加工の開始に先立って、ホーニング加工工具１０のテーパ部１７をマシニングセンタ２００の主軸２１３のテーパ穴２１３ａに嵌合させてホーニング加工工具１０を主軸２１３に装着する。このとき、工具ホルダ１５の継手部１５ａは、静止部であるマシニングセンタ２００の主軸頭２１５に設けられた対応の継手部２２７に接続され、そこに設けられた空気供給ポートと工具ホルダ１５の継手部１５ａの空気供給路１５ｄとを連通させる。ホーニング加工工具１０を主軸２１３に装着すると、クーラント供給源２１９が主軸２１３の中心軸線に沿って設けられたクーラント通路２１３ｂを介して工具本体１３のクーラント供給路１３ａに連通する。これと同時に、空圧源２２１が、主軸頭２１５の空気通路２１５ａ、工具ホルダ１５の空気供給路１５ｄ、環状溝１５ｃ、工具本体１３の空気通路１３ｅを介してスプール弁２７に連通する。

ワークＷはホーニング加工工具１０に対向して配置されたテーブル２０９上に載置、固定される。ワークＷがテーブル２０９上に固定されると、ＮＣ装置２１７からの移動指令に基づいてＸ、Ｙ及びＺ軸の各送りモータにより主軸２１３とワークＷとを相対移動させ、ホーニング加工工具１０の回転軸線１１とワークＷの円筒ボアＷｂの中心軸線とを一致させ、主軸２１３とワークＷとをＺ軸方向に接近させる。このとき、クーラント供給源２１９は、ＮＣ装置２１７からの指令に基づいてクーラントの供給を停止させる。すると、ピストン２１が付勢バネ３３の作用によってピストン室１３ｄ内において中立位置に移動し、移動体２９も中立位置に移動する。このとき、２種類の砥石３９、４０を保持する砥石ホルダ３７、３８は、工具本体１３の凹部３５内において、砥石３９、４０を円筒ボアＷｂの内面に接触させない位置へ配置される。

円筒ボアＷｂ内にホーニング工具１０の先端部が挿入されると、ＮＣ装置２１７の指令により、クーラント供給源２１９からホーニング加工工具１０へクーラントの供給を開始する。このとき、空圧源２２１は加圧空気の供給を停止しており、スプール弁２７のスプール２７ａは付勢バネ２７ｂによって図１の位置に付勢されている。したがって、クーラント供給源２１９から供給されたクーラントは、スプール弁２７からクーラント分岐路１３ｂを通って先端側空間２３に供給され、ピストン２１を基端側に移動させる。これによって、ピストン２１と連結されている移動体２９も基端側に移動し、移動体２９の基端側テーパ面２９ａに係合する砥石ホルダ３７を半径方向外方へ移動させ、この砥石ホルダ３７に保持された荒仕上げ用砥石３９を工具本体１３から突出させて円筒ボアＷｂの内面に押し付ける一方、移動体２９の先端側テーパ面２９ｂに係合する砥石ホルダ３８を半径方向内方へ移動させ、この砥石ホルダ３８に保持された精密仕上げ用砥石４０を工具本体１３内に後退させて円筒ボアＷｂの内面に接触しないようにさせる。そして、ＮＣ装置２１７の指令に基づいて主軸２１３を回転させつつＺ軸方向に往復動作させ、荒仕上げ用砥石３９によるホーニング加工を行う。このとき、荒仕上げ用砥石３９のみがクーラントの圧力に応じた力で円筒ボアＷｂの内面に押し付けられ、定圧ホーニングを行う。なお、クーラント供給源２１９は、ＮＣ装置２１７の圧力指令に基づいて、供給するクーラントの圧力を調整することができるようになっており、所望される圧力で定圧ホーニングを行うことができる。

荒仕上げ工程が終了すると、ホーニング加工工具１０を円筒ボアＷｂから引き抜くことなく、引き続き、精密仕上げ砥石４０を用いた精密仕上げ工程が開始される。ＮＣ装置２１７は空圧源２２１に動作指令を出して、空圧源２２１からホーニング加工工具１０への加圧空気の供給を開始させる。空圧源２２１は、主軸頭２１５の空気通路２１５ａ、工具ホルダ１５の空気供給路１５ｄ、工具本体１３の空気通路１３ｅを介してスプール弁２７に加圧空気を供給し、スプール２７ａを付勢バネ２７ｂの付勢力に抗して図２に示されている位置に移動させる。これにより、クーラント供給路１３ａは、スプール弁２７、クーラント分岐路１３ｃを介して基端側空間２５に連通し、クーラント供給源２１９から供給されるクーラントは基端側空間２５に供給され、ピストン２１を先端側に移動させる。このピストン２１の移動により、移動体２９も先端側に移動し、移動体２９の基端側テーパ面２９ａに係合する砥石ホルダ３７を半径方向内方へ移動させ、荒仕上げ用砥石３９を工具本体１３内に後退させて円筒ボアＷｂの内面と接触しないようにする一方、移動体２９の先端側テーパ面２９ｂに係合する砥石ホルダ３８を半径方向外方へ移動させ、精密仕上げ用砥石４０を工具本体１３から突出させて円筒ボアＷｂの内面に押し付ける。そして、ＮＣ装置２１７の指令に基づいて主軸２１３を回転させつつＺ軸方向に往復動作させ、精密仕上げ用砥石４０によるホーニング加工を行う。このときも荒仕上げ工程と同じように定圧ホーニングが行われる。

その後、精密仕上げ工程が完了すると、主軸２１３をワークＷから後退させて、ホーニング加工工具１０を円筒ボアＷｂから引き抜き、ホーニング加工を終了する。なお、このとき、クーラント供給源２１９からホーニング加工工具１０へのクーラントの供給を停止させ、全ての砥石３９、４０を工具本体１３内に後退させ、砥石３９、４０が円筒ボアＷｂの内面から離れた状態にして引き抜くことが好ましい。

本実施形態によれば、ホーニング加工工具１０が２種類の砥石３９、４０を備え、マシニングセンタ２００から供給される加圧空気及びクーラントを利用して２種類の砥石３９、４０を選択的に使用することができるので、マシニングセンタ２００において、工具交換を行うことなく、ホーニング加工の荒仕上げ工程から精密仕上げ工程までを行うことが可能となる。

次に、図４を参照して、本発明の第２の実施形態によるホーニング加工工具１１０を説明する。図４に示されているホーニング加工工具１１０は、第１の実施形態と同様に、主軸２１３に装着されて回転軸線１１１周りに回転する工具本体１１３と、工具本体１１３の周囲に回転可能に結合された工具ホルダ１１５とを備えている。工具本体１１３の基端部には、図５に示されているマシニングセンタ２００の主軸２１３の先端に形成されたテーパ穴２１３ａに係合するテーパ部１１７が設けられている。

工具ホルダ１１５は、図１に示されている実施形態と同様に、主軸頭２１５の静止部に連結するための継手部１１５ａと、工具本体１１３を通すための中央穴１１５ｂとを有し、中央穴１１５ｂの周囲には軸受１１９が配設されている。しかしながら、工具ホルダ１１５は、回転軸線１１１と平行に延び且つ継手部１１５ａに回転可能に保持されたボールネジ１４３と、このボールネジ１４３と係合するナット部１４５ａを備え且つボールネジ１４３の回転により工具ホルダ１１５内を回転軸線１１１の方向に移動する連結ブラケット１４５とを備えている点において、図１に示されている実施形態と異なっている。連結ブラケット１４５は、工具ホルダ１１５の中央穴１１５ｂと同軸の貫通孔１４５ｂを有し、この貫通孔１４５ｂを工具本体１１３が通るようになっている。

工具本体１１３の内部には、外側駆動ロッド１４７が回転軸線１１１の方向に移動可能に収容されており、その先端部に配設された付勢バネ１４９によって基端部へ向けて付勢されている。外側駆動ロッド１４７は、図４中の上下方向に延びる２本の突出柱部１４７ａを有しており、この突出柱部１４７ａの外側端部は軸受１５１を介して連結ブラケット１４５の貫通孔１４５ｂの内周面に回転可能に保持されており、外側駆動ロッド１４７は、連結ブラケット１４５に対して、回転軸線１１１周りに回転可能に且つ回転軸線１１１の方向に移動不能になっている。なお、外側駆動ロッド１４７の突出柱部１４７ａは工具本体１１３に形成された回転軸線１１１の方向に延びたスロット１５３を貫通しており、工具本体１１３に対して回転軸線１１１の方向に移動できるようになっている。また、外側駆動ロッド１４７の内部には、ピストン１５５を回転軸線１１１の方向に移動可能に収容しているピストン室１４７ｂが形成されており、ピストン１５５からは外側駆動ロッド１４７の内部を通って工具本体１１３の先端部に向けて内側駆動ロッド１５７が延びている。

ピストン室１４７ｂの基端側端部には、外側駆動ロッド１４７及び工具本体１１３を通って工具本体１１３のテーパ部１１７まで延びるクーラントジョイント１５９が接続されている。クーラントジョイント１５９は、工具本体１１３のテーパ部１１７がマシニングセンタ２００の主軸２１３のテーパ穴２１３ａに装着されたときに、マシニングセンタ２００のクーラント供給ポートと連通し、クーラント供給源２１９からクーラントの供給を受けるようになっている。そして、クーラント供給源２１９からピストン室１４７ｂにクーラントを供給することにより、ピストン１５５を回転軸線１１１の方向に先端部に向けて移動させることができるようになっている。なお、内側駆動ロッド１５７はその先端部に配設された付勢バネ１６１によって基端部へ向けて付勢されており、クーラント供給源２１９からピストン室１４７ｂへのクーラントの供給が停止すると、付勢バネ１６１の付勢力が内側駆動ロッド１５７を介してピストン１５５に伝達し、ピストン１５５がピストン室１４７ｂにおいて基端部側に移動する。

外側駆動ロッド１４７及び内側駆動ロッド１５７の先端部には、それぞれ、移動体としてのテーパコーン部１６３、１６５が設けられており、それぞれのテーパコーン部１６３、１６５は回転軸線１１１の方向に傾斜したテーパ面１６３ａ、１６５ａを有している。また、工具本体１１３の先端部領域の外周部には、砥石ホルダ収容部としての六つの凹部が周方向に等間隔で配置されており、各凹部に砥石ホルダ１３７、１３８が半径方向に進退可能に収容されている。

砥石ホルダ１３７、１３８は、半径方向内側に延び且つ先端部にテーパ面１３７ｂ、１３８ｂを有した脚部１３７ａ、１３８ａを備えており、各脚部１３７ａ、１３８ａは外側駆動ロッド１４７又は内側駆動ロッド１５７のテーパコーン部１６３、１６５のテーパ面１６３ａ、１６５ａに対して摺動可能に係合している。砥石ホルダ１３７、１３８の外面に取り付けられている砥石としては、図１の実施形態と同じく、荒仕上げ用砥石１３９と精密仕上げ用砥石１４０の２種類の砥石が用いられており、周方向に配置された六つの砥石ホルダ１３７、１３８上に交互に配置されている。荒仕上げ用砥石１３９を保持する砥石ホルダ１３７は外側駆動ロッド１４７のテーパコーン部１６３のテーパ面１６３ａに係合し、精密仕上げ加工用砥石１４０を保持する砥石ホルダ１３８は内側駆動ロッド１５７のテーパコーン部１６５のテーパ面１６３ａ、１６５ａに係合している。なお、内側駆動ロッド１５７のテーパコーン部１６５は外側駆動ロッド１４７のテーパコーン部１６３の内部に形成されたボア１４７ｃ内に配置されており、内側駆動ロッド１５７のテーパコーン部１６５と砥石ホルダ１３８との係合は、外側駆動ロッド１４７のテーパコーン部１６３に形成され且つ外側駆動ロッド１４７の外周面からボア１４７ｃまで貫通するスロット１４７ｄを通して行われる。

また、本実施形態では、図１に示されている環状の戻りバネ４１に代えて、外側駆動ロッド１４７及び内側駆動ロッド１５７に、カムピン１６７を設けている一方、砥石ホルダ１３７、１３８には、対応するテーパコーン部１６３、１６５のテーパ面１６３ａ、１６５ａと平行となるように傾斜したピン穴１６９が形成されている。このピン穴１６９にカムピン１６７が摺動可能に挿入されることにより、外側駆動ロッド１４７及び内側駆動ロッド１５７の移動に応じて砥石ホルダ１３７、１３８を半径方向に強制的に進退させることができる。

次に、図４に示されているホーニング加工工具１１０を用いたホーニング加工の手順について説明する。ホーニング加工の開始に先立って、ホーニング加工工具１００のテーパ部１１７をマシニングセンタ２００の主軸２１３のテーパ穴２１３ａに嵌合させてホーニング加工工具１１０を主軸２１３に装着する。このとき、工具ホルダ１１５の継手部１１５ａは、静止部であるマシニングセンタ２００の主軸頭２１５に設けられた対応する継手部に接続され、継手部１１５ａに保持されたボールネジ１４３をマシニングセンタ２００のＵ軸モータ２２３に接続する。ホーニング加工工具１１０を主軸２１３に装着すると、クーラント供給源２１９が主軸２１３の中心軸線に沿って設けられたクーラント通路２１３ｂを介して工具本体１１３のクーラントジョイント１５９に連通する。

ワークＷはホーニング加工工具１１０に対向して配置されたテーブル２０９上に載置、固定される。ワークＷがテーブル２０９上に固定されると、ＮＣ装置２１７からの移動指令に基づいてＸ、Ｙ及びＺ軸の各送りモータにより主軸２１３とワークＷとを相対移動させ、ホーニング加工工具１１０の回転軸線１１１とワークＷの円筒ボアＷｂの中心軸線とを一致させ、主軸２１３とワークＷとをＺ軸方向に接近させる。このとき、Ｕ軸モータ２２３を用いて、連結ブラケット１４５に機械的に力を伝達させ、連結ブラケット１４５を基端側に移動させておく。すると、突出柱部１４７ａを介して連結ブラケット１４５に保持される外側駆動ロッド１４７が内側駆動ロッド１５７と共に基端側に移動し、外側駆動ロッド１４７のテーパコーン部１６３が基端部側極端位置に移動する。また、クーラント供給源２１９もクーラントの供給を停止させておく。すると、内側駆動ロッド１５７を付勢する付勢バネ１６１の付勢力がピストン１５５に伝達され、ピストン１５５が外側駆動ロッド１４７のピストン室１４７ｂ内において基端側極端位置に移動し、内側駆動ロッド１５７のテーパコーン部１６５も基端側極端位置に移動する。これにより、２種類の砥石１３９、１４０を保持する砥石ホルダ１３７、１３８は共に、工具本体１１３の凹部内において、砥石１３９、１４０を円筒ボアＷｂの内面に接触させない位置へ移動せしめられる。

円筒ボアＷｂ内にホーニング加工工具１１０の先端部が挿入されると、ＮＣ装置２１７の指令により、Ｕ軸モータ２２３を作動させ、連結ブラケット１４５を先端側に移動させる。すると、連結ブラケット１４５の移動に伴って連結部ロケット１４５に保持される外側駆動ロッド１４７が内側駆動ロッド１５７と共に先端側に移動する。これによって、外側駆動ロッド１４７のテーパコーン部１６３も先端側に移動し、そのテーパ面１６３ａに係合する砥石ホルダ１３７を半径方向外方へ移動させ、この砥石ホルダ１３７に保持された荒仕上げ用砥石１３９を工具本体１１３から突出させて円筒ボアＷｂの内面に接触させる。なお、外側駆動ロッド１４７が先端側極端位置にあるときでも、内側駆動ロッド１５７に結合されるピストン１５５がピストン室１４７ｂにおける基端側極端位置にあるときには、荒仕上げ用砥石１３９が精密仕上げ用砥石１４０よりも工具本体１１３の半径方向外側に位置するように設定されているものとし、上記の状態では、内側駆動ロッド１５７のテーパコーン部１６５のテーパ面１６５ａに係合する砥石ホルダ１３８に保持された精密仕上げ用砥石１４０は、円筒ボアＷｂの内面に接触しない。

次に、ＮＣ装置２１７は、その指令により、主軸２１３を回転させつつＺ軸方向に往復動作させ、荒仕上げ用砥石１３９によるホーニング加工を行わせる。このとき、ＮＣ装置２１７は、Ｕ軸モータ２２３を一定の回転速度で回転させて、荒仕上げ用砥石１３９を一定の速度（単位時間当たり一定の送り量）で半径方向外方に進出させ、いわゆる定速ホーニングを行う。

荒仕上げ工程が終了すると、ホーニング加工工具１１０を円筒ボアＷｂから引き抜くことなく、引き続き、精密仕上げ砥石１４０による精密仕上げ工程が開始される。ＮＣ装置２１７は、Ｕ軸モータ２２３に動作指令を出して逆回転させ、連結ブラケット１４５を基端側に移動させる。これにより、外側駆動ロッド１４７及びそのテーパコーン部１６３も基端側に移動して、このテーパコーン部１６３のテーパ面１６３ａに係合する砥石ホルダ１３７に保持される荒仕上げ用砥石１３９が半径方向内方に後退せしめられ、円筒ボアＷｂの内面から引き離される。さらに、ＮＣ装置２１７はクーラント供給源２１９に指令を出して、クーラント供給源２１９からホーニング加工工具１１０へのクーラントの供給を開始させる。クーラント供給源２１９は、マシニングセンタ２００のクーラント通路２１３ｂ、工具本体１１３のクーラントジョイント１５９を介してピストン室１４７ｂにクーラントを供給し、ピストン１５５を先端側に移動させる。すると、ピストン１５５に連結された内側駆動ロッド１５７及びそのテーパコーン部１６５が先端側に移動するのに伴って、このテーパコーン部１６５のテーパ面１６５ａに係合する砥石ホルダ１３８に保持される精密仕上げ用砥石１４０が半径方向外方に移動し、円筒ボア内面に接触せしめられる。そして、ＮＣ装置２１７の指令に基づいて主軸２１３を回転させつつＺ軸方向に往復動作させ、精密仕上げ用砥石１４０によるホーニング加工を行う。このとき、精密仕上げ用砥石１４０のみがクーラントの圧力に応じた力で円筒ボアＷｂの内面に押し付けられ、定圧ホーニングを行う。

その後、精密仕上げ工程が完了すると、主軸２１３をワークＷから後退させて、ホーニング加工工具１１０を円筒ボアＷｂから引き抜き、ホーニング加工を終了する。

本実施形態によれば、ホーニング加工工具１１０が２種類の砥石１３９、１４０を備え、マシニングセンタ２００から供給されるクーラントの圧力及びＵ軸モータから機械的に伝達される駆動力を利用して２種類の砥石１３９、１４０を選択的に使用することができるので、マシニングセンタ２００において、工具交換を行うことなく、ホーニング加工の荒仕上げ工程から精密仕上げ工程までを行うことが可能となる。また、要求精度の低いホーニング加工の荒仕上げ工程では加工速度の速い定速ホーニングを行い、要求精度の高い精密仕上げ工程では精密な仕上げ面を得られる定圧ホーニングを行うことが可能となる。

本発明の第１の実施形態によるホーニング加工工具の部分断面図である。図１のホーニング加工工具において他の種類の砥石を突出させた状態を示す部分断面図である。図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った断面図である。本発明の第２の実施形態によるホーニング加工工具の部分断面図である。本発明のホーニング加工工具が装着される工作機械の側面図である。

符号の説明

１０ホーニング加工工具
１１回転軸線
１３工具本体
２１ピストン
２３先端側空間
２５基端側空間
２７スプール弁
２９移動体
２９ａ、２９ｂテーパ面
３７砥石ホルダ
３８砥石ホルダ
３９荒仕上げ用砥石
４０精密仕上げ用砥石

Claims

工作機械の主軸に装着され、ワークに形成された円筒ボア内面を加工するホーニング加工工具において、
前記工作機械の主軸に装着され回転軸線周りに回転する工具本体と、該工具本体の周方向に互いに離間して設けられ前記工具本体の半径方向に進退可能となっている２種類の砥石と、各砥石を保持する砥石ホルダと、前記回転軸線方向において互いに逆向きに傾斜した第１のテーパ面及び第２のテーパ面を有し且つ前記工具本体内を前記回転軸線方向に移動する移動体とを備え、前記移動体が前記工作機械を通して前記工具本体に供給される流体の流体圧によって前記中心軸線方向に移動したときに、前記第１のテーパ面と前記第２のテーパ面の何れかが一方の種類の砥石を保持する砥石ホルダと係合して該砥石ホルダに保持される砥石を前記工具本体から半径方向に選択的に突出せしめ、前記円筒ボア内面に接触させることを特徴としたホーニング加工工具。
前記工具本体内に形成されたピストン室内にピストンを移動可能に設けて該ピストン室を第１の空間と第２の空間とに隔て、供給路切換手段を用いて、前記工作機械を通して供給される流体を前記第１の空間又は前記第２の空間へ選択的に供給して前記ピストンを駆動し、前記移動体を前記ピストンと連動させて移動させる請求項１に記載のホーニング加工工具。
前記供給路切換手段は、前記工作機械から供給される加圧空気によってスプールを移動させるスプール弁である請求項２に記載のホーニング加工工具。
工作機械の主軸に装着され、ワークに形成された円筒ボア内面を加工するホーニング加工工具において、
前記工作機械の主軸に装着され回転軸線周りに回転する工具本体と、該工具本体の周方向に互いに離間して設けられ前記工具本体の半径方向に進退可能となっている２種類の砥石と、各砥石を保持する砥石ホルダと、前記回転軸線方向に傾斜したテーパ面を有し且つ前記工具本体内を前記軸線方向に選択的に駆動される第１の移動体及び第２の移動体とを備え、前記第１の移動体が前記工作機械に設けられたアクチュエータによって前記回転軸線方向に機械的に駆動され、前記第２の移動体が前記工作機械を通して前記工具本体に供給された流体の流体圧によって前記回転軸線方向に駆動され、前記第１の移動体が前記回転軸線方向に駆動されたときに、前記第１の移動体のテーパ面が一方の種類の砥石を保持する砥石ホルダと係合して、この砥石ホルダにより保持された砥石を半径方向に円筒ボア内面に向かって移動させ、前記第２の移動体が前記中心軸線方向に駆動されたときに、前記第２の移動体のテーパ面が他方の種類の砥石を保持する砥石ホルダと係合して、この砥石ホルダにより保持された砥石を半径方向に前記円筒ボア内面に押し付けることを特徴としたホーニング加工工具。
荒仕上げ用砥石が前記第１の移動体に係合する砥石ホルダに保持され、精密仕上げ用砥石が前記第２の移動体に係合する砥石ホルダに保持される請求項４に記載のホーニング加工工具。