JP2010082801A - ホーニングによって超仕上げ加工する機械 - Google Patents

Abstract

【課題】高い方向変換精度を維持すると共に一層高い往復運動速度を可能にするホーニングによって超仕上げ加工する機械を提供する。
【解決手段】本発明は、工具を保持して回転駆動可能な主軸（７）と、主軸を回転させるモータとを備え、主軸が走行部（１２）に配置され、この走行部が駆動装置によって機械フレーム（１６）上で主軸の回転軸線の方向に移動可能である、例えばホーニングによって工作物を超仕上げするためのホーニング盤に関する。駆動装置は平らな一次部分（１３）と、この一次部分の上で直線的に摺動可能な二次部分（１７）とからなるリニアモータ（１８）によって形成され、リニアモータ（１８）の一次部分（１３）と二次部分（１７）の一方（１３）は機械フレーム（１６）に設けられ、他方は走行部（１２）に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前提部分に記載した、ホーニングまたは精密研磨によって工作物を超仕上げ加工するための機械に関する。

ホーニング盤の場合、適当なライニング（例えばダイヤモンドまたはコランダムからなる）を被覆したホーニング工具が穴に挿入され、回転と往復運動を同時に行い、それによって穴の内面が加工される。ホーニング工具の摩耗を考慮に入れるために、ホーニング工具は特に、ホーニングライニングを有するホーン条片を備えるように形成されている。このホーン条片は、ホーニング工具と一緒に回転しホーニング工具内で軸方向に摺動可能な拡開棒によって、半径方向に調節可能である。

このようなホーニング盤の場合更に、工具の回転運動の軸線方向と同じ方向に、工具を工作物の方に送らなければならない。これはホーニング工具（例えばいわゆる「アーバーホーニング」におけるホーニング工具）でもよいし、ラップ工具でもよい。例えば既に予め研削された弁座面を、最後に超仕上げ加工するための精密研磨工具でもよい。この場合、正確に定めて数マイクロメートル削り取り、同時に表面の改善を行わなければならない。

ホーニング盤の場合従来は、ホーニング主軸を支持する走行部の往復運動が一般的に油圧式駆動装置によって行われ、ホーニング主軸の回転運動と、その中に収容されたホーニング工具の回転運動が普通のモータによって行われる。ホーニングの際に、ホーニング工具の回転運動と往復運動を同時に行うことによって、この加工にとって典型的な交叉研磨パターンが、加工すべき表面に生じる。この交叉研削パターンは加工された工作物の当たりおよび潤滑特性並びに他の部品（例えばピストン）の嵌め込み精度にとって重要である。わずか数ミリメートルの直径の小さな穴を加工する際および同時に、加工時間を短縮するためにホーニング工具の回転速度を高める際に、往復運動速度を高めなければならない。その際、往復運動のために使用される油圧式駆動装置は、その内在的な理由から、速度と方向変換可能性に関して限界がある。これは、穴の加工深さが数ミリメートルの範囲内にあるときのように、往復運動が小さいときに益々顕著である。

本発明の根底をなす課題は、このような欠点の回避である。特に、高い方向変換精度を維持すると共に一層高い往復運動速度を可能にする、往復運動を行う手段の提供が望まれる。それによって、小さくて短い穴を、ホーニング工具の高い回転速度で、これまでよりも一層正確にかつ速く加工できる。課題は更に、例えば弁座面を精密研磨する際のように、ホーニング主軸を支持する走行部によって、きわめて短い送りストロークの実現を含んでいる。更に、可動部品を少なくすることによって全体構造を簡単化し、それによってコストの低減が望まれる。

この課題は本発明に従い、請求項の特徴部分に記載した手段によって解決される。

すなわち、高い往復運動速度および送り速度を可能にし、部品の数が非常に少なく、方向変換を正確に実施し、高速で短い送りストローク運動が可能な、いわゆるリニアモータが使用される。

ホーニング盤として使用する際、すなわち半径方向に調節可能なホーン条片を備えたホーニング工具を使用する場合、簡単化される。すなわち、ホーニング盤内に配置されたスラスト棒によって操作されるホーン条片の半径方向の調節のために、拡開棒がこれまでよりも非常に簡単にサーボモータによって軸方向に移動させられる。スラスト棒の調節は好ましくは他のリニア駆動装置によって行われる。本発明は更に、例えば弁座を加工するために、精密研磨工具の正確に定めたきわめて小さな送り運動を、迅速かつ正確に行うために使用可能である。

本発明の実施の形態によるホーニング盤の概略図である。 主軸ケーシング８、主軸７、走行部１２およびレール１４、並びに、レール１４を支持しながら機械フレーム１６に配置されている支持体１５を示す図である。 図２の矢印ＩＩＩ方向の矢視図である。 主軸ケーシング８の断面図である。 主軸ケーシング８にフランジ止めされた連結ケーシング５１の断面図である。 本発明の第２の実施の形態の連結ケーシング５１の断面図である。この連結ケーシングは特に軸方向における小さな送り運動のために適している。 図６の矢印ＶＩＩ方向の矢視図である。 工作物３０１と、それに関連する、図６，７の実施の形態で使用可能であるような工具３００の概略図である。

次に、添付の図を参照して本発明の実施の形態を詳しく説明する。

図１はホーニング盤を示している。加工テーブル１には工作物２が固定されている。この工作物の穴３がホーニング加工される。ホーニング主軸７の端部のテーパ穴６内に保持されたホーニング工具４は、ホーニング主軸７によって上下運動させられる。それによって、公知のごとく、ホーニング加工の一部であるホーニング過程の往復運動が行われる。ホーニング主軸７の軸方向移動はこの往復運動を生じる働きをする。ホーニング工具４は半径方向に調節可能なホーン条片（条片状ホーニング砥石）を備えている。ホーニング主軸７は主軸ケーシング８に一体化されたモータ９によって駆動される。主軸ケーシング８の（図１において）上側の端部には、連結ケーシング５１が同軸にフランジ止めされ、この連結ケーシングにはサーボモータ１０が同軸にフランジ止めされている。このサーボモータ１０はホーニング工具４内に配置された拡開棒１１を軸方向に移動させる働きをする。この拡開棒は回転するホーニング主軸７を通過しホーン条片５を半径方向に調節する。

主軸ケーシング８は走行部１２に配置されている。この走行部にはリニアモータ１８の二次部分１７が一体化されている。この二次部分１７は垂直に延設された支持体１５（図３参照）に一体化された一次部分１３と共に、リニアモータ１８を形成している。このリニアモータ１８は主軸ケーシング８を往復運動させる。支持体１５は機械フレーム１６に取付けられている。二次部分１７を一体化した走行部１２はレール１４上で上下に移動可能である。レール１４は支持体１５に固定配置されている。二次部分１７はリニアモータ８の可動部分であり、一次部分１３は定置された部分である。

リニアモータの可動部分はホーニング主軸７を支持し、必要な速度でおよび方向変換精度で往復運動を行う。このリニアモータの使用が重要である。穴３を加工するために、主軸ケーシング８がホーニング主軸７およびそれに保持されたホーニング工具４と共に下降させられ、ホーン条片５が穴３内に挿入される。そして、ホーニング主軸７が往復（上下）運動と回転運動を同時に行う。両運動は、ホーニングにとって典型的である、例えば１０〜５０°の角度の「交叉研磨パターン」が工作物表面に生じるように互いに調和させられる。これを達成するために、加工すべき穴３の径が小さく、回転数が高い場合には、ホーニング主軸７を比較的に速く上下運動させる必要がある。この運動はリニアモータ１８によって保証される。本発明によるホーニング盤によって、例えば８０ｍｍの往復運動ストロークの場合、０．０５ｍｍ以下の方向変換精度で（方向変換は一方の方向の運動から逆の方向の運動への交替である）、５０ｍ／分の往復運動速度が実現可能であるかあるいは２０ｍｍの往復運動ストロークの場合、０．０４ｍｍ以下の方向変換精度で、２５ｍ／分の往復運動速度が実現可能である。

図３から判るように、リニアモータ１８の一次部分１３はボルト１９によって支持体１５に固定されている。レール１４はボルト２０によって支持体１５に固定されている。レール１４の形状はスライド要素２１の形状に一致している。このスライド要素はボルト２２によって走行部１２に固定されている。リニアモータ１８の二次部分１７はボルト２３によって走行部１２に固定されている。

リニアモータの構造は専門家によく知られている。従って、ここでは一層詳細な説明は不要である。リニアモータはいろいろなメーカから調達可能である。その際、リニアモータは観念的には、普通の三相交流モータのステータを「薄く切断し」て一平面内に展開することにより、三相交流モータから生じる駆動要素である。ロータは同様に面状に形成され、それによってステータの直線的な延長方向に沿って移動し、しかもステータの巻線に沿って変化する交番磁界に沿って移動する。本実施の形態の場合、一次部分１３はリニアモータのステータに相当し、二次部分１７はロータに相当する。長いステータモータとして形成された同期機械である。速度の制御は付設の制御装置のコンバータにおける周波数変換によって行われる。プログラミング可能な制御装置（図示せず）は上記のように速度の調節を可能にする。

支持体１５には、ボルト１７０によって支持台１７１が固定されている。このボルトは図において１本だけが見える。支持台上には、ボルト１７２によって測定値トランスミッタ１７３が取付けられている。この測定値トランスミッタは公知のごとく、測定マーク（図示せず）を備えている。この測定マークは走行部１２が図３の図面の平面に対して垂直に運動するときに走行部に取付けられたセンサ（図示せず）内で測定信号を発生する。この測定信号は走行部１２の瞬時の位置を示し、制御装置（図示せず）に伝送される。１７４はカバープレートである。

主軸ケーシング８の構造は図４から明らかである。主軸ケーシング８内には電動機９が一体化して設けられている。この電動機は巻線２５′を有するステータ２５とロータ２６からなり、ホーニング主軸７を回転させる。ステータ２５はスリーブ３７に圧入されている。このスリーブはボルト３６によって端板３３，３４に固定されている（３４においてのみ、この固定が示してある）。ロータ２６はホーニング主軸７に外側から押し付けて嵌められている。ステータ２５の給電は端子２７を経て行われる。ロータ２６は永久磁石である。主軸ケーシング８はボルト３０によって走行部１２に固定されている。主軸ケーシング８内におけるホーニング主軸７の支承は、前側または後側の端板３３または３４内の軸受３１または３２によって行われる。端板３３または３４はボルト３５によって主軸ケーシング８に固定されている。スリーブ３７内にはらせん状の冷却通路３８が設けられている。冷却媒体が冷却媒体供給管路３９を経てこの冷却通路に供給される。冷却媒体の排出管路は図示していない。排出管路は他方の側に設けられている。

接続板３４の上部に接続する連結ケーシング５１と、ホーニング工具４のホーン条片５の拡開棒１１を調節する働きをするサーボモータ１０が図４，５に示してある。

主軸７は貫通する穴４０を備えている。この穴内に、スラスト棒１１０が軸方向に摺動可能に配置されている。スラスト棒１１０の右端において、めねじを有する穴１１２が設けられている。この穴に拡開棒１１がねじ込み固定されている。それによって、スラスト棒１１０と拡開棒１１はユニットを形成し、回転軸線Ａの縦方向（軸方向）に一緒に摺動可能である。従って、ホーン条片５の半径方向外側への摺動が達成される。このようなホーニング工具４は公知である。このホーニング工具では、ホーン条片５がばねによって半径方向内側に引っ張られ、その内面に斜めに延びる調節面を備えている。この調節面は拡開棒１１の端部に設けられた、対応する傾斜調節面と協働し、それによって拡開棒１１が軸方向に摺動する際に、ホーン条片５が半径方向に調節される（拡開機構）。スラスト棒１１０、ひいては拡開棒１１はホーニング主軸７と共に回転するがしかし、それにもかかわらず上述のように軸方向（縦方向）に摺動可能である。これは、ピン４６がスラスト棒１１０を貫通していることによって達成される。このピンの端部はホーニング主軸７の両側の溝４６′内を案内される。ホーニング主軸７の穴４０は段差４３を有する。リング４１がばね４５によってこの段差に押し付けられる。このばねの他端はピン４６に支持されている。静止位置において、スラスト棒１１０はばね４５によって、図４に示したその最も外側の上側位置に押圧される。スラスト棒１１０はばね４５の力に抗して下方へ摺動可能である。

突棒４７は連結部材４９の突起である。この連結部材の軸方向凹部４９′には、サーボモータ１０の被駆動軸５０が挿入されている。縦方向に摺動可能にすると同時に回転方向に連結することは、キー溝１５２とキー１５１によって形成されたキー／キー溝継手によって行われる。

連結ケーシング５１は主軸ケーシング８の前側の端板３４にボルト止めされている。ボルトは図示していない。連結ケーシング５１にはスリーブ５２が挿入されている。このスリーブ５２はこの連結ケーシング５１内で軸方向に摺動可能である。なぜなら、スリーブ５２にねじ込まれこのスリーブから半径方向に突出するブロック１６０が、スリーブ５２の溝１６１に挿入され、この溝内を案内されるからである。従って、連結ケーシング５１はスリーブ５２と相対的にストロークＨだけ摺動可能である。スリーブ５２には、スラスト棒１１０の上端が軸受１６５によって回転可能に支承されている。軸受１６５の内側軸受メタルはスラスト棒１１０に固定連結されている。軸受１６５を保持するために、カバー１６６がスラスト棒１１０に螺合されている。

スリーブ５２内には更に、調節スリーブ５３が縦方向に摺動可能および調節可能に収容されている。この連結はキー５４とキー溝５５によって形成されたキー／キー溝継手によって行われる。めねじ５６を有する穴が調節スリーブ５３を貫通している。このめねじには突棒４７のおねじ５６′が螺合している。調節スリーブ５３はスリーブ５３内でカバー１６７によって保持されている。このカバーはスリーブ５２に螺合されている。サーボモータ１０が回転し、その出力軸５０が回転すると、キー／キー溝継手１５１，１５２に続いて連結部材４９が回転する。ねじ５６，５６′が螺合しているので、スリーブ５２は軸方向に摺動する。そうすると、スラスト棒１１０、ひいては拡開棒１１がばね４５の力に抗してホーニング主軸７に対して下部側に摺動し、ホーニング工具４内で上述のようにホーン条片５を半径方向に調節する。

７０はリミットスイッチを有するセンサである。このセンサはスリーブ５２、ブロック１６０、軸受１６５およびスラスト棒１１０からなるユニットの図示した端位置を検出し、測定信号を制御装置（図示せず）に供給する。

次に、図６，７に基づいて、他の実施の形態を説明する。この実施の形態の場合、サーボモータ１０はリニアモータ２００によって置き換えられ、仕上げ加工工具を送る働きをする。この仕上げ加工工具は棒３０６の端部に配置されている。この棒はスラスト棒１２０に連結されている。スラスト棒１２０は軸受２６５によって調節スリーブ２５３に回転可能に支承されている。この場合、カバー２６６が調節スリーブ２５３にねじ込まれている。それによって、スラスト棒１２０は調節スリーブ２５３内で回転可能であるが調節スリーブと相対的に軸方向に摺動不可能である。調節スリーブ２５３にはランナ、すなわち他のリニアモータ２００の可動の一次部分２０１が固定連結されている。リニアモータ２００は更に、二次部分（図示せず）を備えている。その際、このリニアモータの構造の場合、ランナが円形に形成され、ステータの内室が同様に円形に形成されている。リニアモータのこのような構造形式はそれ自体知られている。明らかなように、スラスト棒１１０とそれに連結された棒３０６の調節運動のためにもリニアモータを使用することにより、摩耗が非常に小さいきめて少数の部品で済む。図７は、挟持板２１０による、この他のリニアモータ２００の懸吊を示している。

図６，７に示した、棒３０６を軸方向に送る実施の形態は、図８に基づいて説明する加工のために役立つ。工具は弁座面３０５を加工するための円錐状の仕上げ砥石３００である。その際、弁座面３０５を所定の寸法、例えば１００分の数ミリメートルだけ削り取らなければならない。この寸法は例えばセンサによって計算される。円錐状の仕上げ砥石３００は棒３０６に設けられている。この棒の端部はねじ３０７を備えている。このねじはスラスト棒１２０の端部に連結される。これにより、サーボモータ１０または他のリニアモータ２００によって、最小の送りが実現可能である。これは１つのストローク運動または複数の小さなストローク運動によって行うことができる。この小さなストローク運動は例えば、比較的に少ない回転の後のスパークアウトのためまたは１回のストローク運動の後でその都度冷却媒体で洗浄するために、間欠的に用いられる。

Claims (3)

1. ホーニングまたは精密研磨によって工作物を超仕上げ加工するための機械であって、
   主軸ケーシング（８）と、
   前記主軸ケーシング（８）内に配置されたホーニング主軸（７）と、
   前記主軸ケーシング（８）に一体化されたステ−タ（２５）と前記ステータ（２５）内で回転可能なロータ（２６）を有する第１モータ（９）であって、前記ロータ（２６）内に前記ホーニング主軸（７）が配置され、前記ロータ（２６）が前記ホーニング主軸（７）を回転させる、前記第１モータ（９）と、
   前記主軸ケーシング（８）を支承し、前記ホーニング主軸（７）の往復運動を行なうリニアモータ（１８）と、
   前記ホーニング主軸（７）内に該ホーニング主軸（７）と共に回転するように配置された棒（１１）であって、前記ホーニング主軸（７）内で軸方向に摺動する、前記棒（１１）と、
   前記主軸ケーシング（８）の軸方向の上端部に固定される第２モータ（１０）であって、前記主軸ケーシング（８）の中心軸と前記第２モータ（１０）の中心軸が同軸であり、前記第２モータ（１０）が前記棒（１１）の軸方向に摺動を行うことにより前記ホーニング主軸（７）に配置されるホーニング工具の拡開または仕上げ加工が行われる、前記第２モータ（１０）と、
   を含む機械。
2. 前記第２モータ（１０）は、連結部材（４９）に係合して該連結部材（４９）を回転させる出力軸（５０）を備え、
   前記連結部材（４９）は、調節スリーブ（５３）のめねじ（５６）に係合するおねじ（５６’）を有する突棒（４７）を有し、
   前記おねじ（５６’）とめねじ（５６）の係合によって前記連結部材（４９）の回転時に前記調節スリーブ（５３）が軸方向に摺動し、
   前記調節スリーブ（５３）に他のスリーブ（５２）が連結され、前記他のスリーブ（５２）が回転なしで軸方向に摺動し、
   前記突棒（１１）に連結されるスラスト棒（１１０）は、前記他のスリーブ（５２）内で回転可能に配置される、
   請求項１記載の機械。
3. 前記第２モータは、円形に形成されるランナとステータを含むリニアモータ（２００）を含み、
   前記ランナが前記ステータ内に配置され、前記棒（３０６）に連結される、請求項１記載の機械。

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