JP2007313619A - 複合工作機械及び該複合工作機械を用いたシリンダブロックのボアのボーリング加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度な加工を実現する複合工作機械を提供すると共に、該複合工作機械を用いたシリンダブロックのボア加工での生産性を向上させる。
【解決手段】複合工作機械１０は、スピンドル軸２４と、スピンドル軸２４を内部に軸支するハウジング２８と、スピンドル軸２４の内部に収納され、軸方向に進退自在なシャフト６６、６８と、スピンドル軸２４の先端に連結される加工ヘッド１２とを備える。加工ヘッド１２に設けられたボーリング用バイト４２及びホーニング砥石３６、３８を拡張する拡張手段には、第１ギアセット１６及び第２ギアセット１８が設けられ、シャフト６６、６８を進退移動可能に構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の異なる機械加工を行うことができる複合工作機械及び該複合工作機械を用いたシリンダブロックのボアのボーリング加工方法に関する。

従来のボーリング加工やホーニング加工に用いられる工作機械によれば、例えば、ワークであるシリンダブロックのボアに対して真円に近い状態まで加工を行うことができる。

ところが、例えば、自動車エンジンのシリンダブロックのボア等を単品で真円状態まで加工したとしても、その後の生産工程において、シリンダヘッドやクランクケース等が組み付けられることによりボアが変形してしまう。このようにボアが変形すると、エンジンの使用時におけるボアとピストンとの摺動抵抗が増加する要因になり、エンジンが所望の出力を発揮できない懸念がある。

そこで、特許文献１には、シリンダブロックのボアよりも大径の孔を有し、且つシリンダヘッドと剛性が近似したダミーヘッドをシリンダブロックに装着し、該シリンダブロックをシリンダヘッドを締め付けた使用状態と同じ条件下とした後、前記大径の孔からボア加工を行うことが記載されている。なお、上記のようなダミーヘッドについては、例えば、特許文献２に示すように、ボアをより高精度に加工するための様々な提案がなされている。

また、特許文献３には、前記ダミーヘッドの替わりに、シリンダブロックのシリンダ周辺部を押圧器により押圧した状態で、ボア加工を行うことが記載されている。

しかしながら、上記従来の技術では、生産時、各シリンダブロックのボア加工の都度、ダミーヘッド等の取り付け、取り外しをする必要がある。このため、生産性が大幅に低下してしまう。さらに、上記のような、いわゆるダミー部品では、製品での完全な組み付け状態を再現することが困難であるという問題もある。

従って、シリンダブロックのボア加工については、製品での組み付け状態により近い状態を再現可能であり、且つ生産性の高い加工方法が希求されている。ところが、このような加工方法を実現するためには、より高精度にボア加工を行うことができる工作機械が求められることになる。

このような工作機械において、本出願人は、ボーリング加工（ボア加工）やホーニング加工を複合的に実施可能な複合工作機械を提案している（特許文献４）。該複合工作機械によれば、ホーニング加工時に使われるオシレーション機構を省略して、加工ラインの省スペース化、設備の簡略化及び加工品の製造コストの低廉化を実現することが可能である。そして、加工負荷の大きなボーリング加工時に、より大きな軸剛性を有した状態で加工を行うことができ、ボア加工を高精度に行うことも可能となる。

上記のような工作機械では、ボーリング用バイトのボア径方向への拡張力や位置コントロールが油圧等により行われている。このため、前記拡張力や拡張位置のコントロール（微調整）が難しく、より高精度にボア加工を行うには限界があった。

特公昭５１−２５５２３号公報 特開２０００−５２２２８号公報 特公昭６１−５７１２１号公報 特許第３２７０６８３号公報

本発明は、係る従来の課題を考慮してなされたものであり、例えば、シリンダブロックのボア加工時に、より高精度な加工を行うことを可能とする複合工作機械を提供することを目的とする。さらに、本発明は、このような複合工作機械を用いることで、シリンダブロックのボア加工において、製品での組み付け状態により近い状態を再現可能であり、且つ生産性を向上させることを可能とするシリンダブロックのボアのボーリング加工方法を提供することを目的とする。

本発明の複合工作機械は、駆動手段により回転される中空形状のスピンドル軸と、前記スピンドル軸を内部に軸支するハウジングと、前記スピンドル軸の内部に収納され、軸方向に進退自在に前記スピンドル軸とスプライン嵌合したシャフトと、前記スピンドル軸の先端に連結され、遠心方向に拡縮自在に支承されたボーリング用バイト及びホーニング用砥石を配設した加工ヘッドとを備え、前記加工ヘッドには、前記シャフトが進退移動することにより前記ボーリング用バイト及び前記ホーニング用砥石を、所定の位置に且つ所定の拡張力で拡張する拡張手段が設けられ、前記ボーリング用バイトと前記ホーニング用砥石を拡張させることにより、ボーリング加工及びホーニング加工を行う複合工作機械であって、前記拡張手段は、前記ハウジングに固定されたサーボモータと、前記サーボモータにより回転又は所望の位相に固定されるピニオンギアと、外周の歯が前記ピニオンギアに噛合し、内周にねじ部が形成され、前記ハウジングに軸支された筒状のリングギアと、外周に形成されたねじ部が、前記リングギアのねじ部に噛合することで、前記シャフトの軸線方向に移動自在な筒状のボールねじと、前記シャフトの外周に嵌合されるインナレース、及び前記ボールねじの内周に嵌合されるアウタレースにより構成される軸受とを有して、前記シャフトを進退移動可能に構成されていることを特徴とする。

また、本発明の複合工作機械は、駆動手段により回転される中空形状のスピンドル軸と、前記スピンドル軸を内部に軸支するハウジングと、前記スピンドル軸の内部に収納され、軸方向に進退自在に前記スピンドル軸とスプライン嵌合したシャフトと、前記スピンドル軸の先端に連結され、遠心方向に拡縮自在に支承されたボーリング用バイト及びホーニング用砥石を配設した加工ヘッドとを備え、前記加工ヘッドには、前記シャフトが進退移動することにより前記ボーリング用バイト及び前記ホーニング用砥石を、所定の位置に且つ所定の拡張力で拡張する拡張手段が設けられ、前記ボーリング用バイトと前記ホーニング用砥石を拡張させることにより、ボーリング加工及びホーニング加工を行う複合工作機械であって、前記拡張手段は、振動遮断機構を備え、回転動力を直線動力に変換する動力変換手段を有し、前記シャフトを進退移動可能に構成されていることを特徴とする。

このような構成によれば、前記拡張手段により、ボーリング用バイトやホーニング砥石の拡張動作時における拡張力や拡張位置の制御を容易且つ高精度に行うことができる。従って、高精度なボーリング加工及びホーニング加工を実現することが可能となる。

本発明のシリンダブロックのボアのボーリング加工方法は、上記複合工作機械を用いたシリンダブロックのボアのボーリング加工方法であって、前記加工ヘッドを挿入可能な開口を有し、製品シリンダヘッドを模したダミーヘッドをボーリング加工前のシリンダブロック素材に装着してボーリング加工を施し、前記ボアの軸線位置毎の内径を測定し、第１の内径データを取得する第１の工程と、前記第１の工程の後、前記シリンダブロックから前記ダミーヘッドを取り外し、前記ボアの軸線位置毎の内径を測定し、第２の内径データを取得する第２の工程と、前記第２の工程の後、前記第１の内径データを前記第２の内径データの補正値として利用することで、前記ダミーヘッドを装着せずにシリンダブロック素材のボーリング加工を行った後、前記ダミーヘッドを装着した場合に、前記ボアが所望の真円度となるようなＮＣデータを作成する第３の工程と、前記第３の工程の後、前記ＮＣデータを前記複合工作機械に入力して、前記ＮＣデータに則したボーリング加工をシリンダブロック素材に施し、該ボーリング加工後のシリンダブロックに製品シリンダヘッドを装着してボアの軸線位置毎の内径を測定し、第３の内径データを取得する第４の工程と、前記第４の工程の後、前記第３の内径データを補正値として利用することで前記ＮＣデータを補正し、前記ダミーヘッドを装着せずにシリンダブロック素材のボーリング加工を行った後、製品シリンダヘッドが装着された際には前記ボアが所望の真円度となるような修正ＮＣデータを作成する第５の工程と、を有することを特徴とする。

このような方法によれば、本発明に係る複合工作機械を用いたシリンダブロックのボアのボーリング加工において、前記第５の工程で作成した修正ＮＣデータを利用することにより、生産時、ダミーヘッド等を装着することなく所望の真円度を有するシリンダブロックを製造することができ、生産性が大幅に向上する。

本発明によれば、複合工作機械においてボーリング用バイトやホーニング用砥石を拡張する拡張手段が、例えば、サーボモータ、ピニオンギア及びリングギア等から構成される振動遮断機能を備えた動力変換手段を有するため、ボーリング用バイトやホーニング砥石の拡張動作時における拡張力や拡張位置の制御を容易且つ高精度に行うことができる。また、本発明によれば、シリンダブロックのボアのボーリング加工において、修正ＮＣデータを作成し、生産時、該修正ＮＣデータを有効に利用することができる。このため、ダミーヘッド等を装着することなく所望の真円度を有するシリンダブロックを製造することが可能となり、シリンダブロックの生産性が大幅に向上する。

以下、本発明に係るシリンダブロックのボアのボーリング加工方法について、この加工方法を実施する複合工作機械との関連で好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る複合工作機械１０の一部断面概略構成図である。図２は、複合工作機械１０に取り付けられる加工ヘッド１２の斜視図である。図３は、加工ヘッド１２の内部構造を説明するための斜視図である。複合工作機械１０は、ワーク１４（例えば、自動車エンジンのシリンダブロックのボア）内に加工ヘッド１２を挿入し、ボーリング加工やホーニング加工を行う工作機械である。

複合工作機械１０は、上記のようにワーク１４内に挿入され、拡径又は縮径させることが可能な略円柱形状からなる加工ヘッド１２と、第１ギアセット１６及び第２ギアセット１８と、第１ギアセット１６及び第２ギアセット１８を回転駆動するための第１サーボモータ２０及び第２サーボモータ２２と、加工ヘッド１２が連結されるスピンドル軸２４と、スピンドル軸２４を軸方向（矢印Ａ方向）に進退移動させるための移動機構２６とを備える。第１ギアセット１６及び第２ギアセット１８は、第１サーボモータ２０及び第２サーボモータ２２からの駆動力を拡張力として加工ヘッド１２に伝達する機能を果たす。そして、これら第１ギアセット１６、第２ギアセット１８、第１サーボモータ２０、第２サーボモータ２２及びスピンドル軸２４等は、ハウジング２８内に収納されている。

スピンドル軸２４は、ハウジング２８に対して図示しない軸受等を介して軸支され、その外表面に設けられているギア２３が図示しないモータ等の駆動手段により駆動されるギア２５と噛合されることで、回転駆動される。なお、スピンドル軸２４の回転には、例えば、ベルト・プーリ機構等を用いてもよい。

移動機構２６は、ハウジング２８に設けられるガイド部２８ａ、２８ｂを案内するレール２７と、レール２７に並設され、ハウジング２８の螺合部２８ｃとボール螺旋により螺合するボールねじ２９とを有する。従って、サーボモータ３１によりボールねじ２９が回転駆動されることで、スピンドル軸２４が矢印Ａ方向に進退駆動される。

さらに、複合工作機械１０には、加工ヘッド１２の拡張力、すなわち、第１サーボモータ２０及び第２サーボモータ２２の駆動や、サーボモータ３１の駆動等を制御する制御部３０が備えられる。制御部３０には、ワーク１４の加工に際しての各種ＮＣデータ等が記録される。

図２に示すように、加工ヘッド１２は、略円筒形状からなる本体部３２と、本体部３２の周面に等間隔で放射状に形成された孔部３４に交互に嵌挿される粗用ホーニング砥石３６及び仕上げ用ホーニング砥石３８とを有する。また、本体部３２の周面に形成された孔部４０には、ボーリング用バイト４２（ＦＢバイト、ファインボーリングバイト）が嵌挿されている。さらに、粗用ホーニング砥石３６と仕上げ用ホーニング砥石３８との間の本体部３２の周面には、エアマイクロ検出手段４４が放射状に、例えば、４個配設される。エアマイクロ検出手段４４は、加工ヘッド１２内に形成される図示しないエア通路により供給されるエアをエアノズル４４ａから噴出させることにより、ワーク１４の内径を測定するものである。

なお、粗用ホーニング砥石３６及び仕上げ用ホーニング砥石３８としては、例えば、メタルボンドダイヤモンド砥石やビトリファイドボンド砥石等が用いられる。通常、粗用ホーニング砥石３６の方が仕上げ用ホーニング砥石３８よりも目の粗いものが用いられるが、これらは同一種類や同一のものとしてもよい。

さらに、加工ヘッド１２には、外周先端付近に図示しないスロアウェイチップが取り付けられたバイトホルダ４６が備えられている。バイトホルダ４６は、ボルト４６ａにより交換自在とされる。このようなバイトホルダ４６は、後述する拡張用部材（テーパコーン）と同様の図示しない拡張用部材に連結され、径方向に移動（拡張）自在とすることもできる。

図３に示すように、加工ヘッド１２は、粗用ホーニング砥石３６と仕上げ用ホーニング砥石３８とを夫々３個ずつ有する。粗用ホーニング砥石３６及び仕上げ用ホーニング砥石３８は、夫々粗用砥石シュー４８（砥石台）及び仕上げ用砥石シュー５０（砥石台）に固着されている。仕上げ用砥石シュー５０の先端側には、ボーリング用バイト４２が設けられている。ボーリング用バイト４２は、ボルト５２が本体部３２の図示しない雌ねじに螺着され、例えば、板ばね等の弾性部材からなるカートリッジ５４を介して、ピン５６に固着されている。

これら粗用ホーニング砥石３６及び仕上げ用ホーニング砥石３８は、加工ヘッド１２の軸方向同位置において、孔部３４に案内されつつ径方向（図３の矢印Ｂ方向）に移動（収縮）自在である。同様に、ボーリング用バイト４２は、孔部４０に案内されつつ径方向に移動（収縮）自在である。

また、加工ヘッド１２には、粗用砥石シュー４８を径方向に拡張するための粗用テーパコーン５８が摺動自在に収納されている。粗用テーパコーン５８の内部には、仕上げ用砥石シュー５０を径方向に拡張するための仕上げ用テーパコーン６０が、粗用テーパコーン５８とは個別に摺動自在な状態で挿入されている。図３及び図４に示すように、粗用テーパコーン５８のテーパ部５８ａ、５８ｂのテーパ面には、粗用砥石シュー４８の内側傾斜面４８ａ、４８ｂが摺動自在に当接している。同様に、図３及び図５に示すように、仕上げ用テーパコーン６０のテーパ部６０ａ、６０ｂのテーパ面には、仕上げ用砥石シュー５０の内側傾斜面５０ａ、５０ｂが摺動自在に当接している。さらに、図３及び図５に示すように、仕上げ用テーパコーン６０におけるテーパ部５８ａの先端側には、ピン５６（ボーリング用バイト４２）を径方向に拡張するためのバイト用テーパ部６２が設けられている。

図４に示すように、粗用テーパコーン５８の先部は三股状に分割されている。このように三股状に分割されることで形成される粗用テーパコーン５８の各間隙６４には、仕上げ用テーパコーン６０の各テーパ部６０ａ、６０ｂが挟入されている（図３参照）。この際、バイト用テーパ部６２を含む仕上げ用テーパコーン６０の先端部は、粗用テーパコーン５８の先端部から突出した状態である。

図６に、図３の線ＶＩ−ＶＩにおける断面図を示し、図７に、図３の線ＶＩＩ−ＶＩＩにおける断面図を示す。図６及び図７に示すように、加工ヘッド１２がスピンドル軸２４に連結された状態において、粗用テーパコーン５８と仕上げ用テーパコーン６０は、夫々シャフト６６、６８に連結されている。これらシャフト６６、６８は円筒形状（中空形状）であり、シャフト６６内部にシャフト６８が同軸状に挿入されている。

従って、ボーリング用バイト４２を拡張させる際は、シャフト６８を進動させ、仕上げ用テーパコーン６０を矢印Ａ２方向に押し込むと、バイト用テーパ部６２がピン５６を押圧する（図８参照）。このため、本体部３２に固着されているボルト５２を支点として、カートリッジ５４が弾性変形する（反る）ことで、ボーリング用バイト４２が矢印Ｂ方向（径方向外側）に向かって、本体部３２の孔部４０に案内されつつ拡張される。

一方、粗用ホーニング砥石３６を拡張させる際は、シャフト６６を退動させ、粗用テーパコーン５８を矢印Ａ１方向に引き込むと、テーパ部５８ａ、５８ｂが粗用砥石シュー４８の内側傾斜面４８ａ、４８ｂを押圧する（図９参照）。このため、矢印Ｂ方向（径方向外側）に向かって、各粗用ホーニング砥石３６が本体部３２の孔部３４に案内されつつ放射状に拡張される。なお、前記拡張した状態から粗用ホーニング砥石３６を収縮させる際には、シャフト６６を進動させ、粗用テーパコーン５８を矢印Ａ２方向に押し込む。そうすると、各粗用ホーニング砥石３６が孔部３４に案内されつつ矢印Ｂの反対方向（径方向内側）に向かって収縮される。

同様に、仕上げ用ホーニング砥石３８を拡張させる際は、シャフト６８を退動させ、仕上げ用テーパコーン６０を矢印Ａ１方向に引き込むと、テーパ部６０ａ、６０ｂが仕上げ用砥石シュー５０の内側傾斜面５０ａ、５０ｂを押圧する（図１０参照）。このため、矢印Ｂ方向（径の遠心方向）に向かって、各仕上げ用ホーニング砥石３８が本体部３２の孔部３４に案内されつつ放射状に拡張される。また、前記拡張した状態から仕上げ用ホーニング砥石３８を収縮させる際には、シャフト６６を進動させ、仕上げ用テーパコーン６０を矢印Ａ２方向に押し込む。そうすると、各仕上げ用ホーニング砥石３８が孔部３４に案内されつつ矢印Ｂの反対方向（径方向内側）に向かって収縮される。

従って、本実施形態における加工ヘッド１２では、粗用砥石シュー４８、仕上げ用砥石シュー５０、粗用テーパコーン５８及び仕上げ用テーパコーン６０が、ボーリング用バイト４２、粗用ホーニング砥石３６及び仕上げ用ホーニング砥石３８を拡張（収縮）するための拡張（収縮）用部材として機能することになる。

以上のように構成される加工ヘッド１２は、図１に示すように、スピンドル軸２４に連結されており、従って、スピンドル軸２４が回転駆動されることに追従して加工ヘッド１２も回転駆動される。

一方、円筒形状（中空形状）からなるスピンドル軸２４の内部には、図１及び図１１に示すように、矢印Ａ方向に移動自在且つ同軸状にシャフト６６、６８が収納されている。スピンドル軸２４の内周面とシャフト６６の外周面、及びシャフト６６の内周面とシャフト６８の外周面は、夫々スプライン嵌合により当接している（図１２参照）。このため、シャフト６６、６８は、スピンドル軸２４内で、個別又は同時に矢印Ａ方向に移動自在（摺動自在）である一方、回転方向にはスピンドル軸２４と略一体に回転する。

シャフト６６、６８は、加工ヘッド１２の粗用テーパコーン５８及び仕上げ用テーパコーン６０に連結される先端側とは反対の後端側では、夫々第１ギアセット１６及び第２ギアセット１８に連結されている。従って、複合工作機械１０では、第１サーボモータ２０により第１ギアセット１６が駆動されるとシャフト６６が進退移動する。同様に、第２サーボモータ２２により第２ギアセット１８が駆動されるとシャフト６８が進退移動する。

ここで、図１１及び図１３を参照して、第１ギアセット１６及び第２ギアセット１８の構成について説明する。図１３は、第１ギアセット１６における各ギアの噛合状態を説明するための一部省略概略斜視図である。なお、第２ギアセット１８における各ギアの噛合状態も、図１３に示す第１ギアセット１６のものと略同様である。

第１ギアセット１６は、第１サーボモータ２０の駆動軸２０ａに連結されるピニオンギア７０と、外周の平歯車７２ａがピニオンギア７０と噛合し、内周にボールねじの雌ねじ７２ｂ（ねじ部）が刻設される筒状のリングギア７２と、外周の雄ねじ７４ａ（ねじ部）がリングギア７２の雌ねじ７２ｂと噛合いする筒状のボールねじ７４とを有する。さらに、第１ギアセット１６は、シャフト６８の外周に嵌合されるインナレース７６ａ（内輪）と、ボールねじ７４の内周に嵌合されるアウタレース７６ｂ（外輪）と、転動体７６ｃとで構成される軸受７６を有する。ピニオンギア７０は、軸受７８、８０によりハウジング２８に軸支される。リングギア７２は、軸受８２、８４によりハウジング２８に軸支される。なお、インナレース７６ａは、シャフト６８の外周と一体に形成してもよく、同様に、アウタレース７６ｂは、ボールねじ７４の内周と一体に形成してもよい。

同様に、第２ギアセット１８は、第２サーボモータ２２の駆動軸２２ａに連結されるピニオンギア８６と、外周の平歯車８８ａがピニオンギア８６と噛合いし、内周にボールねじの雌ねじ８８ｂ（ねじ部）が刻設される筒状のリングギア８８と、外周の雄ねじ９０ａ（ねじ部）がリングギア８８の雌ねじ８８ｂと噛合いする筒状のボールねじ９０とを有する。さらに、第２ギアセット１８は、シャフト６６の外周に嵌合されるインナレース９２ａ（内輪）と、ボールねじ９０の内周に嵌合されるアウタレース９２ｂ（外輪）と、転動体９２ｃとで構成される軸受９２を有する。ピニオンギア８６は、軸受９４、９６によりハウジング２８に軸支される。リングギア８８は、軸受９８、１００によりハウジング２８に軸支される。なお、インナレース９２ａは、シャフト６６の外周と一体に形成してもよく、同様に、アウタレース９２ｂは、ボールねじ９０の内周と一体に形成してもよい。

従って、第１ギアセット１６では、制御部３０の制御下に、第１サーボモータ２０が回転駆動されると、ピニオンギア７０が回転駆動される。次いで、リングギア７２が回転駆動されることにより、ボールねじ７４がその回転方向に応じて、矢印Ａ方向に進退移動する。ここで、ボールねじ７４とシャフト６８とは軸受７６を介して連結されていることから、ボールねじ７４の進退移動に伴って、シャフト６８も進退移動することになる。

この際、ピニオンギア７０は、第１サーボモータ２０により回転自在且つ所望の位相に固定自在である。このため、シャフト６８も進退移動自在且つ所望の位置（矢印Ａ方向）で固定自在である。つまり、シャフト６８に連結される仕上げ用テーパコーン６０も同様に、進退移動自在且つ所望の位置で固定自在であるため、ボーリング用バイト４２及び仕上げ用ホーニング砥石３８は、拡張（収縮）自在且つ所望の位置（矢印Ｂ方向）で固定自在に構成される。

第２のギアセット１８においても同様に、制御部３０の制御下に、ピニオンギア８６は、第２サーボモータ２２により回転自在且つ所望の位相に固定自在である。このため、シャフト６６も進退移動自在且つ所望の位置（矢印Ａ方向）で固定自在である。従って、シャフト６６に連結される粗用テーパコーン５８も同様に、進退移動自在且つ所望の位置で固定自在であるため、粗用ホーニング砥石３６は、拡張（収縮）自在且つ所望の位置（矢印Ｂ方向）で固定自在に構成される。

上記のように、複合工作機械１０において、第１サーボモータ２０、第２サーボモータ２２、ピニオンギア７０、８６、リングギア７２、８８、ボールねじ７４、９０及び軸受７６、９２が、ボーリング用バイト４２、粗用ホーニング砥石３６及び仕上げ用ホーニング砥石３８を拡張（収縮）するための拡張（収縮）手段として機能する。

なお、複合工作機械１０では、図１及び図１１に示すように、第１サーボモータ２０と第２サーボモータ２２とを逆向きで、且つシャフト６６、６８を挟んで平行に配置している。さらに、リングギア７２、８８、ボールねじ７４、９０及び軸受７６、９２を、同じ軸線上に配置することで、複合工作機械１０では、全体構成の大幅な小型化（コンパクト化）がなされている。

次に、基本的には、以上のように構成される複合工作機械１０により、ワークとして、自動車エンジンのシリンダブロックのボアのボーリング加工及びホーニング加工を行う方法につき、図１４のフローチャートを参照して説明する。

先ず、図１４におけるステップＳ１において、シリンダブロック素材であるシリンダブロック１０２ａに、ダミーヘッド１０４をボルト１０４ａにより装着する。ダミーヘッド１０４は、製品シリンダヘッドを模した形状及び材質からなり、シリンダブロック１０２ａのボア１０３よりも大径な孔部１０４ｂが形成されている（図１５Ａ参照）。

次に、ステップＳ２において、シリンダブロック１０２ａが所定の位置に配置されると、制御部３０の制御下に、移動機構２６により加工ヘッド１２（スピンドル軸２４）が、ボア１０３（矢印Ａ１方向）に向けて進動される。

ステップＳ３において、制御部３０の制御下に、第１サーボモータ２０が駆動され、第１ギアセット１６の作用によりシャフト６８が矢印Ａ２方向に進動する。この際、シャフト６８により仕上げ用テーパコーン６０が進動するため、バイト用テーパ部６２によりピン５６が径方向（矢印Ｂ方向）に押圧される。すなわち、ボーリング用バイト４２が拡張される。

次いで、ステップＳ４において、ボーリング用バイト４２によりシリンダブロック１０２ａのボア１０３のボーリング加工を行う。この際、制御部３０の制御下に、サーボモータ３１及び第１サーボモータ２０が適切に駆動制御される。すなわち、加工ヘッド１２の軸方向位置と、ボーリング用バイト４２の径方向位置及び拡張力が適切に制御される。このため、ボア１０３は、ボーリング用バイト４２により所望の真円度（形状）に確実に加工されることになる。

ステップＳ５において、制御部３０の制御下に、ボーリング加工が施された後のシリンダブロック１０２ａの軸線位置毎（矢印Ａ方向各位置）のシリンダ内径（ボア径）を、図示しない光学式や機械式等の測定器により測定する。この測定データは、第１の内径データ（Ｄ１）として、例えば、制御部３０に記録される。このような内径の測定は、エアマイクロ検出手段４４を用いて行うこともできる。

上記のように、第１の内径データ（Ｄ１）を測定するのは加工による熱影響を測定するためである。ボーリング加工では、切削抵抗等による熱影響が生じるため、加工後に常温となったボア１０３は、通常収縮しているからである。なお、該収縮はボア１０３の軸線位置でよって異なり、熱影響、つまり、熱膨張が大きな部分程その収縮量も大きくなっている。

次に、ステップＳ６において、上記のようにボーリング加工が施され、内径が測定されたシリンダブロック１０２ａから、ダミーヘッド１０４を取り外す。すると、図１５Ｂに示すように、シリンダブロック１０２ａのボア１０３の内径が、ステップＳ４及びステップＳ５での状態から多少変形することになる。すなわち、他部品の組付け、換言すると製品シリンダヘッド１０６の組付けによる応力で内径形状が変形してしまう。今回は、ダミーヘッド１０４の組付けによる応力を、製品シリンダヘッド１０６の組付けによる応力とみなしている。故に、ダミーヘッド１０４を取り外すと、前記応力がなくなるため、ステップＳ４及びステップＳ５での状態から多少変形するという訳である。なお、ステップＳ４及びステップＳ５での状態は、本実施形態の加工ヘッド１２や上記拡張手段等を具備した複合工作機械１０でボーリングされているため、略真円状態である。

そこで、ステップＳ７において、ダミーヘッド１０４を取り外した後のシリンダブロック１０２ａの軸線位置毎のシリンダ内径（ボア径）を、上記ステップＳ５と同様に測定する。この測定データは、第２の内径データ（Ｄ２）として、例えば、制御部３０に記録される。ステップＳ７での状態は、ステップＳ４及びステップＳ５での略真円状態から前記応力が開放されて変形した状態であり、少し変形した真円ではない状態である。

ステップＳ８において、上記ステップＳ５で取得した第１の内径データ（Ｄ１）を、上記ステップＳ７で取得した第２の内径データ（Ｄ２）の補正値として利用して、該第２の内径データ（Ｄ２）を補正し、ＮＣデータ（ＤＮ）を作成する。このように作成されたＮＣデータ（ＤＮ）は、ダミーヘッド１０４を装着せずにシリンダブロック素材のボーリング加工を行った後、ダミーヘッド１０４を装着した場合に、シリンダ内径（ボア径）が所望の真円度となるように作成されたデータである。

次に、ステップＳ９において、上記ステップＳ８にて作成したＮＣデータ（ＤＮ）を複合工作機械１０の制御部３０に入力する。

そして、ステップＳ１０において、先ず、上記ステップＳ４にてボーリング加工を行ったシリンダブロック１０２ａとは別の、新たなシリンダブロック素材であるシリンダブロック１０２ｂを所定の位置に配置する。次いで、制御部３０の制御下に、上記のように入力されたＮＣデータ（ＤＮ）に則したボーリング加工をシリンダブロック１０２ｂに施す。

ステップＳ１１において、上記のようにボーリング加工が施されたシリンダブロック１０２ｂに、製品シリンダヘッド１０６をボルト１０６ａにより装着する（図１５Ｃ参照）。製品シリンダヘッド１０６とは、ダミーヘッド１０４と異なり、実際の製品として用いられるシリンダヘッドのことである。

そして、製品シリンダヘッド１０６が装着された状態で、シリンダブロック１０２ｂの軸線位置毎のシリンダ内径（ボア径）を、上記ステップＳ５等と同様に測定する。この測定データは、第３の内径データ（Ｄ３）として、例えば、制御部３０に記録される。この際、内径を測定するための測定器は、製品シリンダヘッド１０６に形成されている点火プラグ挿入孔１０６ｂから挿入すれば、製品シリンダヘッド１０６に特別に加工等を行う必要がないため好適である。

なお、第３の内径データ（Ｄ３）を取得する際には、実際の自動車エンジンが常用される際のシリンダブロック１０８のボア１１０の温度まで、上記のようにボーリング加工が施されたシリンダブロック１０２ｂを加温して、シリンダ内径（ボア径）を測定しても構わない。そうすれば、次のステップＳ１２で作成されるデータが、製品シリンダヘッド１０６を装着した場合に、実際にエンジンが自動車に搭載され常用される際にシリンダブロックの温度が上昇して、シリンダ内径（ボア径）が所望の真円度となるように作成されたデータとなる。上記のようなシリンダブロック１０２ｂを加温する際には、図示しない電磁誘導加熱器を使用して、シリンダ内径（ボア）側から加温すればよい。そうすると、簡便で、且つ迅速な加温をすることができて好適である。

次いで、ステップＳ１２において、上記ステップＳ１１で取得した第３の内径データ（Ｄ３）を、上記ステップＳ８で作成したＮＣデータの補正値として利用して、該ＮＣデータを補正し、修正ＮＣデータ（ＤＮ´）を作成する。このように作成される修正ＮＣデータ（ＤＮ´）は、ダミーヘッド１０４を装着せずにシリンダブロック素材のボーリング加工を行った後、製品シリンダヘッド１０６を装着した場合に、シリンダ内径（ボア径）が所望の真円度となるように作成されたデータである。

本実施形態におけるボーリング加工方法によれば、以上のようにして作成された修正ＮＣデータ（ＤＮ´）を生産工程で用い、順次シリンダブロック素材のボーリング加工を施すことにより、ダミーヘッド１０４を用いることなくシリンダ内径（ボア径）を所望の真円度とする加工を行うことが可能となる。

すなわち、ステップＳ１３において、上記ステップＳ１２にて作成された修正ＮＣデータ（ＤＮ´）を複合工作機械１０の制御部３０に入力する。

次いで、ステップＳ１４において、複合工作機械１０に新たなシリンダブロック素材であるシリンダブロック１０８を所定の位置に配置して、制御部３０の制御下に、修正ＮＣデータ（ＤＮ´）に則したボーリング加工を施す。

このように、修正ＮＣデータ（ＤＮ´）によるボーリング加工を施すと、シリンダブロック１０８のボア１１０には、製品シリンダヘッド１０６を装着した後の変形分を考慮した加工が施されることになる（図１５Ｄ参照）。すなわち、修正ＮＣデータ（ＤＮ´）に基づき加工されたシリンダブロック１０８に製品シリンダヘッド１０６を装着することにより、シリンダブロック１０８のボア１１０は、製品として必要な真円度を得ることができる（図１５Ｅ参照）。

上記のように、シリンダブロック１０８への修正ＮＣデータ（ＤＮ´）に則したボーリング加工が完了すると、次に、ボア１１０を所望の表面粗さとするためにホーニング加工を実行する。

すなわち、ステップＳ１５において、シリンダブロック１０８に対し、粗用ホーニング砥石３６及び仕上げ用ホーニング砥石３８を用いるホーニング加工を実行する。具体的には、先ず、制御部３０の制御下に、第１サーボモータ２０又は第２サーボモータ２２により、第１ギアセット１６又は第２ギアセット１８の駆動を制御する。すると、シャフト６６（粗用テーパコーン５８）又はシャフト６８（仕上げ用テーパコーン６０）が適宜所定の位置（矢印Ａ方向）に進退移動することで、粗用ホーニング砥石３６や仕上げ用ホーニング砥石３８に拡張力又は収縮力が生じる。この際、スピンドル軸２４は、ギア２５により回転駆動されると共に、移動機構２６により進退移動される。従って、粗用ホーニング砥石３６と仕上げ用ホーニング砥石３８とが必要に応じて選択されながらシリンダブロック１０８に対してホーニング加工が実行されることになる。

この場合、ワークであるシリンダブロック１０８が本実施形態の複合工作機械１０の加工ヘッド１２で加工されることから、１回のチャッキングでシリンダブロック１０８（ワーク）をクランプし、ボーリングした後に、引き続いて前記クランプをアンクランプすることなくホーニングすることができる。従って、チャッキングの影響を少なくすることができ、精度のよいホーニング加工をすることができる。すなわち、チャッキング回数が多いほどチャッキングの際の位置決め制度の誤差を加味するので、素材の加工取り代が多くなり、単位加工時間当たり取り代が多くなれば、重研削となり、精度が悪くなる傾向となる。

この場合、加工精度を一層向上させるために、エアマイクロ検出手段４４により、ボア１１０の変化量を検出すると共に、制御部３０により加工経過時間等を計測しながら、第１サーボモータ２０や第２サーボモータ２２の駆動を制御するとよい。複合工作機械１０では、粗用ホーニング砥石３６や仕上げ用ホーニング砥石３８の拡張力（収縮力）を精度よく変化させながら加工を行うことで、一層高精度なホーニング加工を実現できる。

以上のように、本実施形態に係る複合工作機械１０によれば、シリンダブロックのボアのボーリング加工において、修正ＮＣデータ（ＤＮ´）を作成することで、量産時（生産時）にダミーヘッド１０４等を装着することなく所望の真円度を有するシリンダブロックを得ることができるため、生産性が大幅に向上する。

また、ボーリング用バイト４２、粗用ホーニング砥石３６及び仕上げ用ホーニング砥石３８の拡張動作が、第１サーボモータ２０及び第２サーボモータ２２により第１ギアセット１６及び第２ギアセット１８を介して行われるように構成されている。このため、ボーリング用バイト４２、粗用ホーニング砥石３６及び仕上げ用ホーニング砥石３８の拡張位置や拡張力の制御が容易且つ高精度である。

さらに、ボーリング用バイト４２と同軸状に設けられた粗用ホーニング砥石３６や仕上げ用ホーニング砥石３８により、ボーリング加工に続けてホーニング加工を施すことができるので、加工精度を一層向上させることができる。

ところで、上記のように、修正ＮＣデータ（ＤＮ´）によりシリンダブロック１０８のボア１１０を所望の形状に加工する場合、上記従来技術のように、ボーリング用バイトの拡張を油圧により制御する構成では、該ボーリング用バイトの拡張力や拡張位置の微妙な制御が難しい。このため、このような構成の工作機械では、本実施形態に係るシリンダブロックのボアのボーリング加工方法の実現が困難である。

しかしながら、本実施形態に係る複合工作機械１０では、第１サーボモータ２０及び第１ギアセット１６によりシャフト６８、すなわち、ボーリング用バイト４２の拡張制御を行うように構成されている。従って、上記従来構成の工作機械に比して一層高精度なボーリング加工を施すことができ、修正ＮＣデータ（ＤＮ´）に基づく前記ボーリング加工方法を実現できる。

そこで、次に、複合工作機械１０において、第１サーボモータ２０及び第１ギアセット１６を備えることによるボーリング加工時での作用効果について説明する。

上記のように、第１ギアセット１６では、第１サーボモータ２０の駆動軸２０ａに連結されるピニオンギア７０と、実際にシャフト６８を移動させるボールねじ７４との間にリングギア７２が介在している。すなわち、ピニオンギア７０とボールねじ７４とが直接ボール螺旋による噛合をしていない。

ところで、仮に、リングギア７２を介在させず、ピニオンギア７０とボールねじ７４とが直接ボール螺旋により噛合している場合には、第１サーボモータ２０が断続的に回転・停止又は正転・逆転する際（例えば、起動時や停止時）に、ピニオンギア７０に伝達される回転トルク変動が不規則な状態（不安定なギクシャクした状態）でボールねじ７４に伝達される。これにより、シャフト６８が応答性の悪い不規則な進退移動を行うことになる。換言すれば、第１サーボモータ２０が断続的に回転・停止又は正転・逆転する際のピニオンギア７０に伝達された回転トルク変動が、不規則な状態でボールねじ７４に伝達されると、その反力を受けてピニオンギア７０が軸方向（矢印Ａ方向）に振動する。従って、第１サーボモータ２０も振動してしまうことになる。

これに対して、本実施形態における第１ギアセット１６のように、回転するピニオンギア７０がリングギア７２を介してボールねじ７４に連結されていると、第１サーボモータ２０が断続的に回転・停止又は正転・逆転する際のピニオンギア７０に伝達された回転トルク変動は、先ず、リングギア７２に伝達されることになる。リングギア７２は、軸受８２、８４にラジアル支承されているので、不規則な回転トルク変動の影響を受けた状態で第１サーボモータ２０に追従して回転する。ここで、リングギア７２とボールねじ７４とはボール螺旋により噛合している。従って、リングギア７２の回転が、前記不規則な回転トルク変動の影響を受けた状態でボールねじ７４に伝達されると、その反力を受けてリングギア７２は軸方向（矢印Ａ方向）に振動させられそうになる。ところが、上記のように、リングギア７２は軸受８２、８４にスラスト支承されているので、前記軸方向に振動することはない。

また、第１ギアセット１６によれば、仮にリングギア７２が軸方向に振動した場合としても、リングギア７２とピニオンギア７０とは平歯車で連結されているため、ピニオンギア７０には前記軸方向の振動が伝わることはない。つまり、リングギア７２は、第１ギアセット１６において、各種振動を遮断する機能を果たしている。従って、被加工面（切削面）の凹凸形状や切削抵抗等によりボーリング用バイト４２に生じる振動がシャフト６８に伝達されたとしても、その振動はリングギア７２により遮断され、第１サーボモータ２０等には伝達されることはない。

ところで、上記のような第１サーボモータ２０が断続的に回転・停止又は正転・逆転する際の不規則な回転トルク変動は、電気的制御により解消することもできるため、複合工作機械１０における第１サーボモータ２０の回転位相制御の精度に影響が及ぶことはない。そして、リングギア７２により、ボーリング用バイト４２からの振動を遮断可能であり、且つ、第１サーボモータ２０自体が振動することもない。従って、このような振動による影響がボーリング用バイト４２の拡張動作に影響を与えるような不都合が生じることも回避することができる。

上記のような第１ギアセット１６のリングギア７２による振動遮断機能は、ホーニング加工時においても同様に作用することは言うまでもない。また、第２ギアセット１８も第１ギアセット１６と略同様な構成であり、リングギア８８を有していることから、第２ギアセット１８を使用したホーニング加工（粗ホーニング加工）時でも、上記のような振動を遮断する作用が得られることは勿論である。すなわち、複合工作機械１０では、リングギア７２、８８が振動遮断機構として機能する。また、第１ギアセット１６や第２ギアセット１８が、第１サーボモータ２０や第２サーボモータ２２からの回転動力をシャフト６６、６８への直線動力に変換する動力変換手段として機能する。

なお、本発明は上記実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは当然可能である。

例えば、加工ヘッド１２において、ボーリング用バイト４２を粗用テーパコーン５８側に設けるようにしてもよい。また、例えば、ボーリング用バイト４２を複数設けるようにして、各々異なる形状のものにすることも可能である。

粗用テーパコーン５８の先部は、上記三股状に分割されるものに限らず、例えば、二股状や四股状等でもよい。このようにすれば、粗用ホーニング砥石３６や仕上げ用ホーニング砥石３８の配置数を容易に変更可能である。

また、上記実施形態では複合工作機械１０による加工方法の一例として、図１４のフローチャートを用いた加工方法について説明したが、複合工作機械１０による加工方法はこの方法に限定されるものではない。

本発明の実施形態に係る複合工作機械の一部断面概略構成図である。 前記複合工作機械に取り付けられる加工ヘッドの斜視図である。 前記加工ヘッドの内部構造を説明するための斜視図である。 前記加工ヘッドにおける粗用テーパコーンの一部省略斜視図である。 前記加工ヘッドにおける仕上げ用テーパコーンの一部省略斜視図である。 図３の線ＶＩ−ＶＩにおける断面図である。 図３の線ＶＩＩ−ＶＩＩにおける断面図である。 前記加工ヘッドにおけるボーリング用バイトを拡張させた状態を説明するための説明図である。 前記加工ヘッドにおける粗用ホーニング砥石を拡張させた状態を説明するための説明図である。 前記加工ヘッドにおける仕上げ用ホーニング砥石を拡張させた状態を説明するための説明図である。 前記複合工作機械における第１ギアセット及び第２ギアセット周辺を拡大した一部断面概略構成図である。 図１１の線ＸＩＩ−ＸＩＩにおける断面図である。 前記第１ギアセットにおける各ギアの噛合状態を説明するための一部省略断面斜視図である。 前記複合工作機械によるボーリング加工方法及びホーニング加工方法の手順を説明するためのフローチャートである。 図１５Ａは、シリンダブロックにダミーヘッドを装着した状態を説明するための断面図であり、図１５Ｂは、ダミーヘッドを装着した状態でシリンダブロックを加工した後の状態を説明するための断面図であり、図１５Ｃは、シリンダブロックに製品シリンダヘッドを装着した状態を説明するための断面図であり、図１５Ｄは、ダミーヘッドを装着せずにボーリング加工した後のシリンダブロックの状態を説明するための断面図であり、図１５Ｅは、ダミーヘッドを装着せずにボーリング加工をした後のシリンダブロックに製品シリンダヘッドを装着した状態を説明するための断面図である。

符号の説明

１０…複合工作機械 １２…加工ヘッド
１４…ワーク １６…第１ギアセット
１８…第２ギアセット ２０…第１サーボモータ
２２…第２サーボモータ ２４…スピンドル軸
２６…移動機構 ２８…ハウジング
２９、７４、９０…ボールねじ ３０…制御部
３２…本体部 ３６…粗用ホーニング砥石
３８…仕上げ用ホーニング砥石 ４２…ボーリング用バイト
４８…粗用砥石シュー ５０…仕上げ用砥石シュー
５４…カートリッジ ５６…ピン
５８…粗用テーパコーン ６０…仕上げ用テーパコーン
６６、６８…シャフト ７０、８６…ピニオンギア
７２、８８…リングギア ７２ａ、８８ａ…平歯車
７２ｂ、８８ｂ…雌ねじ ７４ａ、９０ａ…雄ねじ
７６、７８、８０、８２、８４、９２、９４、９６、９８、１００…軸受
７６ａ、９２ａ…インナレース ７６ｂ、９２ｂ…アウタレース
１０２ａ、１０２ｂ、１０８…シリンダブロック
１０３、１１０…ボア １０４…ダミーヘッド
１０６…製品シリンダヘッド １０６ｂ…点火プラグ挿入孔

Claims (5)

1. 駆動手段により回転される中空形状のスピンドル軸と、
   前記スピンドル軸を内部に軸支するハウジングと、
   前記スピンドル軸の内部に収納され、軸方向に進退自在に前記スピンドル軸とスプライン嵌合したシャフトと、
   前記スピンドル軸の先端に連結され、遠心方向に拡縮自在に支承されたボーリング用バイト及びホーニング用砥石を配設した加工ヘッドとを備え、
   前記加工ヘッドには、前記シャフトが進退移動することにより前記ボーリング用バイト及び前記ホーニング用砥石を、所定の位置に且つ所定の拡張力で拡張する拡張手段が設けられ、前記ボーリング用バイトと前記ホーニング用砥石を拡張させることにより、ボーリング加工及びホーニング加工を行う複合工作機械であって、
   前記拡張手段は、前記ハウジングに固定されたサーボモータと、
   前記サーボモータにより回転又は所望の位相に固定されるピニオンギアと、
   外周の歯が前記ピニオンギアに噛合し、内周にねじ部が形成され、前記ハウジングに軸支された筒状のリングギアと、
   外周に形成されたねじ部が、前記リングギアのねじ部に噛合することで、前記シャフトの軸線方向に移動自在な筒状のボールねじと、
   前記シャフトの外周に嵌合されるインナレース、及び前記ボールねじの内周に嵌合されるアウタレースにより構成される軸受とを有して、前記シャフトを進退移動可能に構成されていることを特徴とする複合工作機械。
2. 請求項１記載の複合工作機械において、
   前記拡張手段と前記シャフトとが複数備えられ、
   各拡張手段に対応するシャフトのうち、少なくとも１つは中空形状であり且つその内部を残りのシャフトが挿通しており、
   少なくとも各拡張手段における夫々の前記リングギア及び前記ボールねじ及び軸受は、同じ軸線上に配置されていることを特徴とする複合工作機械。
3. 駆動手段により回転される中空形状のスピンドル軸と、
   前記スピンドル軸を内部に軸支するハウジングと、
   前記スピンドル軸の内部に収納され、軸方向に進退自在に前記スピンドル軸とスプライン嵌合したシャフトと、
   前記スピンドル軸の先端に連結され、遠心方向に拡縮自在に支承されたボーリング用バイト及びホーニング用砥石を配設した加工ヘッドとを備え、
   前記加工ヘッドには、前記シャフトが進退移動することにより前記ボーリング用バイト及び前記ホーニング用砥石を、所定の位置に且つ所定の拡張力で拡張する拡張手段が設けられ、前記ボーリング用バイトと前記ホーニング用砥石を拡張させることにより、ボーリング加工及びホーニング加工を行う複合工作機械であって、
   前記拡張手段は、振動遮断機構を備え、回転動力を直線動力に変換する動力変換手段を有し、前記シャフトを進退移動可能に構成されていることを特徴とする複合工作機械。
4. 請求項１又は３記載の複合工作機械を用いたシリンダブロックのボアのボーリング加工方法であって、
   前記加工ヘッドを挿入可能な開口を有し、製品シリンダヘッドを模したダミーヘッドをボーリング加工前のシリンダブロック素材に装着してボーリング加工を施し、前記ボアの軸線位置毎の内径を測定し、第１の内径データを取得する第１の工程と、
   前記第１の工程の後、前記シリンダブロックから前記ダミーヘッドを取り外し、前記ボアの軸線位置毎の内径を測定し、第２の内径データを取得する第２の工程と、
   前記第２の工程の後、前記第１の内径データを前記第２の内径データの補正値として利用することで、前記ダミーヘッドを装着せずにシリンダブロック素材のボーリング加工を行った後、前記ダミーヘッドを装着した場合に、前記ボアが所望の真円度となるようなＮＣデータを作成する第３の工程と、
   前記第３の工程の後、前記ＮＣデータを前記複合工作機械に入力して、前記ＮＣデータに則したボーリング加工をシリンダブロック素材に施し、該ボーリング加工後のシリンダブロックに製品シリンダヘッドを装着してボアの軸線位置毎の内径を測定し、第３の内径データを取得する第４の工程と、
   前記第４の工程の後、前記第３の内径データを補正値として利用することで前記ＮＣデータを補正し、前記ダミーヘッドを装着せずにシリンダブロック素材のボーリング加工を行った後、製品シリンダヘッドが装着された際には前記ボアが所望の真円度となるような修正ＮＣデータを作成する第５の工程と、
   を有することを特徴とするシリンダブロックのボアのボーリング加工方法。
5. 請求項４記載のシリンダブロックのボアのボーリング加工方法において、
   前記第４の工程での内径の測定時には、前記製品シリンダヘッドに設けられた点火プラグ挿入孔から測定器を挿入することを特徴とするシリンダブロックのボアのボーリング加工方法。

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