JP2010502457A - 送り力センシングを具備したホーニング送り系を使用する加工前および加工後のボア測定の方法 - Google Patents

Abstract

本発明の方法は、プロセス制御と、特に、工具または砥石の磨損およびその他の要因の補償と、加工データ収集とを改善するために、加工前および加工後の両方のワークピースのボアの寸法を正確かつ一様に決定する能力を提供する。本方法は、所定の比率のような所定の方法でボア内において工具を拡大させることを含めて、制御された静的な、非ホーニング条件の下で、ホーニング工具を使って、ワークピースボアとキャリブレーションリングまたはサンプルワークピースボアとの両方のボア測定を含む、すべての必要とされるボア測定を行う。本発明の方法は、単一の道具を使って複数のワークピースを仕上げ寸法まで研磨するために役立ち、さらに複数のスピンドル用途のためにも役立つ。
【選択図】 図１

Description

本出願は２００６年９月５日に出願された米国仮出願第６０／８４２，３２１号の優先権を主張する。

本発明は、一般に、研磨前のボア、および、研磨後のボアの測定に関し、特に、精度改善を実現するような目的のため、および、ホーニング補償のため予想される工具磨損を補償するため、ホーニング機械の送り系の送り力センシング能力を使用するボア測定方法に関する。

名称がＨｏｎｉｎｇ Ｆｅｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ｈａｖｉｎｇ Ｆｕｌｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｆｅｅｄ Ｆｏｒｃｅ， Ｒａｔｅ ａｎｄ ＰｏｓｉｔｉｏｎであるＣｌｏｕｔｉｅｒらによる係属中の米国特許出願第１１／５９６，８３６号は、参照によって全体として本明細書に組み込まれている。２００６年９月５日に出願されたＣｌｏｕｔｉｅｒらによる米国仮出願第６０／８４２，３２１号も同様に参照によって全体として本明細書に組み込まれている。

現在、Ｓｕｎｎｅｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なホーニング機械のある種の新しいモデルは、ホーニング工程の制御および結果を改善するために送り力センシング装置を使用している。この技術は、上記の引用された係属中の米国特許出願および国際特許出願であるＣｌｏｕｔｉｅｒらによるＨｏｎｉｎｇ Ｆｅｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ｈａｖｉｎｇ Ｆｕｌｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｆｅｅｄ Ｆｏｒｃｅ， Ｒａｔｅ ａｎｄ Ｐｏｓｉｔｉｏｎに詳細に記載されている。

本質的に、本発明によれば、上記の引用された係属中の特許出願に記載されたタイプの送り系、および、力センシング能力をもつ他の送り系が、ホーニング工具自体と共に使用されることがある。それは、信頼性の高い加工前および加工後の仕上げボア、または、本明細書中で互換的にボアという用語で呼ばれることがある孔を作るためである。さらに、このステップ中に機械制御コンピュータによって収集され処理されるデータは、ホーニング工具の磨損の精密な補償を行うため使用されることがある。

現在のボア測定方法は、一般に加工後方法と加工時方法として分類される。加工時方法は、主として、加工中にボアに入るようにされるプラグゲージまたはエアゲージプローブのいずれかで構成され、別々であるか、または、加工中のボアを測定するように工具に組み込まれるかいずれかである。加工後測定は、ボア内へのボアゲージの手動取り付けから、ボアに入り複数の読み取りを行う自動エアゲージプローブまで精巧さが変化することがある。専用の測定用アタッチメントを欠いている工具自体が仕上げボアの寸法を測定するために使用される既知の方法は存在しない。

従来、殆どのホーニング送り系は、送り力および送り位置の両方を精密に測定する能力を備えていなかった。送り系およびホーニング工具の要素は、完全に剛性ではなく、ある程度の弾性を示すので、力および位置の両方が精密に測定できない限り、ボア測定システムとしてホーニング送り系を使用しようとすることは非現実的である。

従来技術の一例は力測定と位置測定の両方を組み合わせる。欧州特許ＥＰ０５７５６７５Ｂ１（ＧｒｉｍｍらによるＭｅｔｈｏｄ ａｎｄ Ｍａｃｈｉｎｅ ｆｏｒ Ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ ａ Ｂｏｒｅ ｉｎ ａ Ｗｏｒｋ Ｐｉｅｃｅ）は、ホーニング工程が開始する前に目標終点（最終エンコーダ位置）を決定するため送り力測定装置を使用する。この方法は、所望の最終ボア寸法に等しいボア寸法で作られたキャリブレーションリング（またはサンプルワークピース）を使用する。ホーニング工具は、ある特定のレベルの力が送り力測定装置で測定されるまで、このキャリブレーションリングのボア内で拡大される。工具および送り系の弾性から生じる誤差を最小限に抑えるため、最後のホーニングサイクルの最後に記録された送り力が使用される。キャリブレーションリング内で工具がこの力に達するとき、送り系位置が次のホーニングサイクルのための目標位置として記録される。

しかし、上記のＧｒｉｍｍらによる開示内容の分かっている欠点は、研磨されたボアの加工後測定が所望のボア寸法の達成を検証するために行われないことである。よって、ホーニング工程の精度を改善するような目的のため精密な加工データを収集する能力が機械制御系に設けられていない。

Ｇｒｉｍｍらによる開示内容における別の分かっている欠点は、静的な条件下で行われた測定と動的な条件下で行われた測定との間の差が指摘または認識されていないことである。Ｇｒｉｍｍらでは、キャリブレーションリング内で、送り力および位置が静的な条件下で測定され、工具とワークピースの相対的な回転および／またはストローキングを伴わない。しかし、ワークピースボア内でホーニング工程の動的な条件下で測定が行われ、ここでは、ホーニング工具が少なくとも回転し、工具とボアとの間に相対的なストローク運動が存在する。動的な条件下で記録された力および位置は、同じレベルの力が静的な条件下で加えられているときと同じボア測定を正確に生じないことが経験的に分かっている。

さらに、Ｇｒｉｍｍらの開示内容では、工具磨損の補償は、少なくとも１個のワークピースが研磨される前後においてキャリブレーションリング内で行われた送り位置測定の間の差に基づいて、定期的に行われ、このため別の欠点として、補償は、直前に影響された１個または複数個のワークピースに適用されるのではなく、むしろ、その後に研磨されるワークピースに適用される。

したがって、求められていることは、所望のボア寸法を検証し、機械制御系がホーニング工程の精度改善および工具磨損の補償を含む目的のため精密な加工データを収集することを可能にさせる、被研磨ワークピースのボアの加工前測定および加工後測定を行う能力である。

本発明によれば、ホーニング工程の精度の改善を含む目的のための、ホーニング前にボア寸法を検証することを可能にさせ、除去されるべきストックまたは材料の量および付随する工具磨損を含む、所望の仕上げボア寸法に達するホーニングパラメータのより精密な決定を可能にさせる加工前および加工後の両方にワークピースのボアを測定する能力、および、機械制御系が精密な加工データを収集する能力が開示されている。

本発明の好ましい態様によれば、本発明は、静的な条件下で、すべての比較ボア測定、すなわち、ワークピースボア、および、キャリブレーションリングまたはサンプルワークピースボアの両方における比較ボア測定を行う。

本発明の別の好ましい態様によれば、本発明は、ホーニング作業中にワークピースから除去されるべきストックまたは材料の量に応じて、ワークピースボアが研磨される前に工具磨損補償を行う。

送り系、ホーニング工具、および、キャリブレーションリングを含み、研磨されるべき代表的なワークピースのボア内の所定の位置に配置されているホーニング工具を示している、本発明の方法のステップを実行する代表的なホーニング機械の態様の概略図である。 本発明の方法によるストック除去に対する砥石磨損の概略的なグラフ表現である。 スピンドル毎の送り系と、研磨されるべきワークピースのボア内に配置されたスピンドル毎のホーニング工具と、１台のホーニング工具と関連したキャリブレーションリングとを含み、本発明の方法のステップを実行する代表的なマルチスピンドルホーニング機械の態様の概略図である。 本発明の方法の好ましい実施形態のステップを説明する高水準フローチャートである。 本発明を使用することができる代表的なホーニング機械スピンドルの部分断面側面図である。

図１を参照すると、ホーニング工具１はホーニング機械（図示せず）のスピンドル２内に固定され、このホーニング機械は、たとえば、研磨ボア仕上げ工程のための通常の所要の運動（スピンドルまたはワークピースのスピンドル回転および軸方向往復運動）のすべてを提供する多種多様の機械のうちのいずれかである。ホーニング工具は、送り系５によって軸方向に駆動されるウェッジ３を含む。（送り系の１つの可能な実施形態の詳細は、上記の参照によって本明細書中に組み込まれているＣｌｏｕｔｉｅｒらによる、Ｈｏｎｉｎｇ Ｆｅｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ｈａｖｉｎｇ Ｆｕｌｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｆｅｅｄ Ｆｏｒｃｅ， Ｒａｔｅ， ａｎｄ Ｐｏｓｉｔｉｏｎに開示された、図５に示されている。）ウェッジの端部は砥石６と当接し、それによって、砥石をワークピース７のボアに送り込む。

ウェッジおよび送り系に発生させられる送り力は、（必要に応じて）電子信号を増幅器１０に戻すロードセル９によって測定される。電力および信号は、増幅器とホーニング機械コンピュータ制御部１２との間を流れ、コンピュータ制御されたモータ駆動部１１へ流れる。これらの装置の制御は、送り系５の送りモータまたはその他の駆動コンポーネントを精密に制御する信号を生じる。

本発明の方法の一実施形態のステップを示すフローチャート１３を含む図４をさらに参照すると、１グループのワークピースを研磨するとき、第１のワークピースはどうにかして仕上げ寸法またはほぼ仕上げ寸法まで研磨されなければならない。この研磨は、どのような従来の初期化技術を使用しても行えるであろう。（一つの方法が以下に記載され、また上述の参照によって本書に組み込まれているＣｌｏｕｔｉｅｒらによる、Ｈｏｎｅｉｎｇ Ｆｅｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ｈａｖｉｎｇ Ｆｕｌｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｆｅｅｄ Ｆｏｒｃｅ， Ｒａｔｅ， ａｎｄ Ｐｏｓｉｔｉｏｎに記載されている。）

第１のワークピースの研磨が完了したとき、スピンドルおよびストローク運動は停止するであろう。送り系はそのとき砥石６を引っ込めるであろう。その後、送り系は、ワークピース７の同じボア内で砥石をもう一度拡大するために動くが、このとき、拡大は静的な条件の下にあり、すなわち、材料またはストックがボアの表面から除去される実際のホーニングのため使用されるようなホーニング工具およびワークピースの相対的な回転および／または往復運動は行われない。この拡大は、ロードセル９が所定の力または目標レベルの力に達したことを検知するまで、ある所定の比率で進行するであろう。その時点で、（送り系内のエンコーダによって決定されるような）送り系の位置は、目標送り系位置として、記録されるであろう。

送り系は、そのとき、砥石を再び引っ込め、機械は、砥石がキャリブレーションリング８の内側に一様に入るまで、ワークピースボアから上に工具を移動させる。キャリブレーションリングは、正確に所望の仕上げ寸法であるボアを有している可能性が高い。ここに記載されている方法は、リングの寸法と所望の仕上げ寸法との間の差が制御系計算に含まれている限り、あらゆるリングの寸法を使って機能するであろう。簡単にするため、ここで明らかにされている計算は、キャリブレーションリングが正確な所望の仕上げ寸法に作られていることを仮定する。

キャリブレーションリングの内側に砥石をもつ状態で、送り系は、同じ所定の目標送り力に達するまで、同じ所定の比率で再び拡大される。その時点で、この送り系の位置が再び記録される。この位置測定はワークピースボア内で行われた測定と比較され、ワークピースボアの本当の寸法が次に以下の式から計算される。
Ｄ_wp＝Ｄ_cr＋ｒ（ｘ_wp・ｘ_cr）
式中、
Ｄ_wp＝ワークピースボアの直径（ｍｍ）
Ｄ_cr＝キャリブレーションリングの直径（ｍｍ）
ｘ_wp＝ワークピース測定のエンコーダ位置（カウント）
ｘ_cr＝キャリブレーションリング測定のエンコーダ位置（カウント）
ｒ＝送り系および工具の合算比率（１エンコーダカウント当たりの直径方向の砥石拡大のｍｍ）
である。

この情報はその後に次のワークピースのホーニングのためボア寸法補償を行うために使用され得る。同様にこの情報は統計プロセス制御のため保存および／または出力されることがある。

この測定ステップはホーニング工程の必須部分ではないので、全てのワークピースで行われなくてもよい。ホーニング機械の操作者は最終的なボア寸法測定が行われる頻度を選択することができる。

砥石磨損測定、予測および補償
砥石はホーニング工程中に連続的に磨損するので、仕上げワークピースボアを少なくとも定期的に測定することが必要である。工具磨損と呼ばれることもあるこの砥石磨損は、ボア寸法誤差を生じさせる。多数の要因がホーニングサイクル中に起こる砥石磨損または工具磨損の量に影響を与えるが、これらの要因の大半は加工を通じて一定に保たれるので、砥石磨損の短期変動の一因とはならない。一方のワークピースと次のワークピースとの間で多くの場合に非常に変化する一つの重大な要因は、ボアから除去されるべきストックまたはワークピース材料の量（ストック除去）である。砥石磨損または工具磨損は、ストック除去の量が増加すると共に増加する。次のワークピースボアの条件および硬度に応じて、この関係は単比例であるかもしれず、または、この関係はより複雑であるかもしれない。実施例は図２に示されている。殆どの用途で、砥石磨損とストック除去との間の関係の直線近似で十分であるが、特定の用途が砥石磨損とストック除去との間にこのような十分に非直線的な関係を示すならば、より複雑な曲線当てはめ技術が使用されても構わないことが予見される。

本発明は、所与のホーニングサイクルまたは一連のホーニングサイクルの間にストック除去と砥石磨損の両方を精密に測定する方法を提供する。上記のプロセスは、１組の所要の測定を構成する。別の測定も同様に必要とされるであろう。ワークピースボアの初期直径を測定することが必要であろう。この測定は、前のサイクルからのボア補償が制御系によって行われた後に、サイクルの始めに行われるであろう。この測定方法は、上述されている測定方法と同一である。静的な条件下で、送り系は、所定の力がロードセルによって測定されるまで、所定の比率で砥石をワークピースボアの中に拡大させる。（このプロセスは、ＣｌｏｕｔｉｅｒらによるＨｏｎｉｎｇ Ｆｅｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ｈａｖｉｎｇ Ｆｕｌｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｆｅｅｄ Ｆｏｒｃｅ， Ｒａｔｅ， ａｎｄ Ｐｏｓｉｔｉｏｎに自動ボア検出として記載されている特徴と等価的である。）

ホーニングサイクルが終了し、最終ボア寸法測定が上述されているように行われた後、制御系は以下の３個の測定量、
ｘ_i＝初期送り系位置（カウント）
ｘ_f＝最終送り系位置（カウント）
ｘ_t＝目標送り系位置（カウント）
を記録している。
送り系および工具の合算比率を適用することにより、これらの測定量は、直径、
Ｄ_i＝ｒ（ｘ_i−ｘ₀）、但し、Ｄ_i＝初期直径（ｍｍ）
Ｄ_f＝ｒ（ｘ_f−ｘ₀）、但し、Ｄ_f＝最終直径（ｍｍ）
Ｄ_t＝ｒ（ｘ_t−ｘ₀）、但し、Ｄ_t＝目標直径、すなわち、キャリブレーションリング（ｍｍ）
として等価的に表現されることがあり、式中、ｘ₀＝直径が零に等しいエンコーダ位置に対応するあるオフセット（カウント）である。
ストック除去ｓ（ｍｍ）および砥石磨損ｗ（ｍｍ）はその後に以下の式、
ｗ＝Ｄ_t・Ｄ_f＝ｒ（ｘ_t−ｘ_f）
ｓ＝Ｄ_f・Ｄ_i＝ｒ（ｘ_f−ｘ_i）またはｓ＝Ｄ_t−Ｄ_i・ｗ
のとおり計算される。
次のワークピースを研磨する目標送り位置ｘ_tnext、および、砥石磨損の調節ｘ_tadjは、図４のフローチャートの下部に示された式を使用して決定されることがある。

多数の用途における砥石磨損は、研磨されるワークピース毎に最終ボア寸法を測定する必要がない程度に十分に小さいということが理解される。したがって、最終ボア検査の頻度はワークピースｎ個につき１回ずつであると仮定する。（注・次のボア寸法は変化する可能性があるので、あらゆるワークピースの初期ボア寸法が記録され、ｎ個のワークピースのグループについて合算される。）ｎ個のワークピースのグループに対し、したがって、
・ｗ＝Ｄ_t・Ｄ_f（最後のワークピースだけで測定される）
・ｓ＝ｎＤ_t・・ｄ_i−・ｗ
である。
砥石磨損とストック除去との間の関係が線形であると仮定すると、その関数の形は、
単一のワークピースに対して、ｗ＝Ａ＋Ｂｓ、または
ｎ個のワークピースのグループに対して、・ｗ＝ｎＡ＋Ｂ・ｓ
として記述され、式中ＡおよびＢは未知定数である。
少なくとも２個のグループが従来の線形回帰技術によってＡおよびＢを決定するために測定される必要がある。ＡおよびＢが決定された後、砥石磨損とストック除去との間の関係が分かっていると仮定され、ホーニングサイクルが開始する前に、上記の関係が砥石磨損の予想量を計算するために使用されることがある。その砥石磨損の量は、したがって、最小誤差範囲内に収まる目標ボア寸法に非常に近い仕上げボア寸法という結果を生じるためにホーニングサイクルの始めに適用される予想砥石磨損の精密なボア寸法補償をもたらす。このワークピース固有のボア寸法補償は、その特定のボアのストック除去の測定量に基づき、ｗに対する上記式から計算されることがある。

ホーニングの条件は経時的に変化することがあり、ストック除去に対する砥石磨損の関係も経時的に変化するかもしれないことが理解される。最新の測定のグループに基づいて定数ＡおよびＢを連続的に更新する方が望ましいことがある。この連続的な更新は容易に行われるが、上記の式は、ボア寸法補償が測定中の一連のグループ全体に亘って行われない、という仮定に基づいている。ボア寸法補償が（上述されているように、手動または自動のいずれかで）一連のグループの間に行われるならば、これらの補償は合算されるべきである。上記の・ｗに対する式は、したがって、
・ｗ＝Ｄ_t・Ｄ_f＋・ｃ
によって置き換えられるべきであり、式中、・ｃ＝一連のグループの間に行われたすべてのボア寸法補償の合算である。

上記のすべての説明および計算は、ボア測定が一定の送り力レベルで行われることを仮定している。このことは、工具および送り系弾性のあらゆる影響を本質的に取り除く。しかし、弾性の影響を取り除く既知の方法は、ＣｌｏｕｔｉｅｒらによるＨｏｎｉｎｇ Ｆｅｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ｈａｖｉｎｇ Ｆｕｌｌ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｆｅｅｄ Ｆｏｒｃｅ， Ｒａｔｅ ａｎｄ Ｐｏｓｉｔｉｏｎに記載されているので、本発明によって記載される方法は、この従来技術の方法が測定プロセスの間に適用される限り、実際には様々な送り力のレベルで達成されることが予想される。
マルチスピンドルホーニング工程

図３をさらに参照すると、ある種のホーニング機械は、最終仕上げボアを実現するために連続して複数のスピンドル（すなわち、工具）を使用する（たとえば、より細かい仕上げホーニング工具が後に続けられる粗いホーニング工具）。たとえば、本例では、３台のホーニング工具１Ａ、１Ｂおよび１Ｃが使用されている。工具１Ａ、１Ｂおよび１Ｃは、研磨ボア仕上げ工程のため通常必要とされる運動（スピンドルまたはワークピースのスピンドル回転および軸方向往復運動）の全てを与えるホーニング機械の別個のスピンドル２Ａ、２Ｂおよび２Ｃに搭載されている。ホーニング工具は、送り系５Ａ、５Ｂまたは５Ｃによってそれぞれ軸方向に駆動されるウェッジ３Ａ、３Ｂおよび３Ｃを含んでいる。（送り系の別の可能な実施形態の詳細は、ＣｌｏｕｔｉｅｒらによるＨｏｎｉｎｇ Ｆｅｅｄ Ｓｙｓｔｅｍ Ｈａｖｉｎｇ Ｆｕｌｌ Ｃｏｔｒｏｌ ｏｆ Ｆｅｅｅｄ Ｆｏｒｃｅ， Ｒａｔｅ， ａｎｄ Ｐｏｓｉｔｉｏｎにみることができる。）工具の１台ずつにおいて、ウェッジの端部は砥石６Ａ、６Ｂまたは６Ｃと当接し、それによって、砥石をワークピース７のボアの中に送る。

工具の１台ずつに対し、ウェッジおよび送り系で発生させられた送り力は、（必要に応じて）増幅器１０Ａ、１０Ｂまたは１０Ｃへ電子信号を戻すロードセル９Ａ、９Ｂまたは９Ｃによって測定される。電力および信号は、増幅器とホーニング機械コンピュータ制御部１２との間を流れ、工具毎のコンピュータ制御されたモータ駆動部１１Ａ、１１Ｂまたは１１Ｃへ流れる。キャリブレーションリング８が各スピンドル２Ａ、２Ｂおよび２Ｃにあることは必要でない。最後のスピンドル２Ｃだけがキャリブレーションリング８、または、ある種の他の加工後に最終ボア寸法を精密に測定する方法があれば十分である。

動作中に、最後のホーニング工具１Ｃによって仕上げられたばかりのワークピース７Ｃは、（キャリブレーションリング８を使用する）上述の方法、または、ある種の他の加工後のボア測定方法のいずれかによって測定される。最後の工具に対して続いて決定されるボア寸法補償がその後にその最後の工具に対して行われる。ワークピース搬送装置（図示せず）は、その後に、次のワークピースを割り出し、各スピンドルに渡す。このとき最後のスピンドルの下にあるワークピースは前のスピンドルによって完成されたワークピースである。工具はワークピースに入り、静的な条件下で、工具は、砥石がボア壁と接触するまで拡大される。この接触が行われ、送りが停止するとき、送り系のエンコーダが読み取られることがある。上述された方法の後に続いて、このエンコーダの読みは、その特定のワークピースのボア寸法に数学的に変換されることがある。その寸法が前の工具に対する目標ボア寸法と異なるならば、後の工具で取得された情報だけを使用して適切なボア寸法補償が前の工具のため行われる（すなわち、前の工具のキャリブレーションリングは不要であろう）。

３台以上のスピンドルが存在するならば、ちょうど補償された工具より前の工具は、この場合に、同じ方法を使用して測定され補償されることがある。これは、最後の工具から最初の工具まで流れる一連の補償のある状態で任意の台数のスピンドルに対して続けることが可能であり、各工具はホーニング動作中に後続するが、キャリブレーション動作中に先行している工具から作成されたボア測定を用いて校正されている。

図５は、本発明の方法を使用することができる一つの可能な送り系５の付加的な態様を示している。駆動部１１の送りモータ１４はエンコーダ１５に接続されている（または、エンコーダ１５と一体化している）。必要に応じて、出力トルク、出力速度、および、エンコーダカウント毎の直線移動距離の所望の特性を実現するため、ギア減速機１６が送りモータ１４のシャフトに取り付けられることがある。ギア減速機出力シャフトは、継手１８によってボールネジ組立体１７に接続されている。ボールネジ組立体１７は送り系筐体２０に保持されているボールベアリング１９を用いて軸方向運動に抵抗する。（送り系筐体２０は製造および組立を簡単にする必要に応じて数個の部品により構成されることがある。）このボールネジは、ボールナットキャリア２２に取り付けられているボールナット２１を係止する。ボールナットキャリア２２は、送り系筐体２０内のスロット２４を係止するキー２３によって回転を阻止される。送りモータ１４の回転、続いて、ギア減速機１６の出力シャフトの回転はボールネジを回転させ、ボールネジの回転がボールナット２１およびボールナットキャリア２２に直線運動を加える。本実施形態では、キー２３は、丸いディスク２６を保持するためにポケットを有しているリテイナー２５と一体化されている。丸いディスク２６はロードセル９の一方のネジ付き端部に取り付けられている。ポケットは、丸いディスク２６がロードセル９に望ましくない応力を加えることなく下にあるコンポーネントと位置合わせすることを可能にさせるため、丸いディスク２６と非常に少量の隙間を有する。ロードセル９は、送り系筐体２０内の上述されたスロット２４を同様に係止するキー２８によって回転を阻止されている非回転送りロッド２７に締め付けられている。非回転送りロッド２７は、アンギュラコンタクトベアリング２９の仕組みを保持する管に取り付けられている。ベアリング２９の回転溝は回転送りロッド３０に取り付けられている。回転送りロッド３０は、ある種の手段によってキー溝またはキーが付けられているので、回転送りロッドはホーニング機械スピンドルシャフト２と共に回転し、さらに、スピンドルシャフト２と送りロッド３０との間で相対的な軸方向運動を可能にさせる。スピンドルシャフト２は、研磨ホーニング要素６をワークピース７のボア内に広げるウェッジを含むホーニング工具１を保持する。ウェッジは送りロッド３に取り付けられ、工具１が工具のスピンドルシャフト２への接続によって軸方向運動を抑止されている間に、送りロッド３と共に軸方向に運動することが可能にされる。このウェッジと工具１の相対的な軸方向運動は、研磨ホーニング要素６の拡大／引き込み運動を生じさせる。送り系筐体２０およびスピンドルシャフト２は両方共に、ホーニング工程の軸方向往復運動を生成するために、送り系筐体および研磨ホーニング要素を一体としてストローク運動させるホーニング機械の台車に接続されている。

ホーニング要素を拡大するウェッジの軸方向力は送りモータのトルクから発生され、ボールネジおよびナットによって直線的な力に変換され、その後にロードセルを介して送りロッドおよびウェッジに伝達される。ロードセルは、したがって、ホーニング工程の完全な軸方向送り力を常に感知する。ロードセルケーブル３１は（必要に応じて）ケーブルキャリアを介して増幅器１０へ達する。ロードセルへの電力およびロードセルからの信号は、このケーブルおよび増幅器を介して、モータ１４およびエンコーダ１５と共に、プロセッサベースの送り制御部と送り駆動部のサーボコントローラとへ流れる。これらの装置の制御は、送りモータの運動を正確に制御する信号を生じさせる。

２つの基本的な送り制御方法が存在する。第１の制御方法は、制御系が送りモータを一定速度で運動する状態に保つか、または、その速度を少なくとも部分的に送り位置の関数であるある種のプログラムされたプロファイルに制御する、送り速度制御である。第２の基本的な送り制御方法は、送り力が一定に維持されるか、または、少なくとも部分的に送り位置の関数であるある種のプログラムされたプロファイルに追従するように、制御系が送りモータを運動する状態に維持する、力制御である。

コンピュータ制御は、これらの２つの基本的な方法をホーニングサイクル内で、たとえば、ある種の条件が満たされるまで制御された速度でのホーニングで、その後に、ボアが最終寸法になるまで制御された力でのホーニングで混合させることも可能にさせる。さらに、コンピュータ制御は、送り制御プログラミング中に高度の柔軟性を可能にする。送り速度、送り力、スピンドルトルク、時間、反復ストロークの回数、ワークピース温度、および、その他といったパラメータが制御された送りパラメータを適合させるか、または、簡単または複雑なプログラムされた方法で送り制御方法をさらに変更するリアルタイム制御ロジックで使用される可能性がある。

本発明の本質を説明するために記載され、かつ、例証された詳細、材料、ステップ、および、部品の配置の変更は、本発明の原理および意図の範囲内で本開示内容を読むことにより当業者が想到し、当業者によってなされるかもしれないことが理解されるであろう。上記の説明は本発明の好ましい実施形態を例証するが、説明に基づいているような概念は、本発明の範囲から逸脱することなく他の実施形態で用いられることがある。したがって、請求項は、明らかにされた特定の形式だけでなく、広範に本発明を保護することが意図されている。

Claims (18)

1. ホーニング工具に対して加えられる送り力および前記工具の送り位置を表す送り系位置を測定する能力があるホーニング機械送り系に組み付けられた前記工具を使用して、研磨されるワークピースのボアの寸法を決定する方法であって、
   所定の送り力に達するまで、静的な条件下で、前記ワークピースの前記ボアの内部で前記工具を拡大させ、前記送り系位置を測定するステップと、
   既知寸法のボア内で前記工具を位置決めし、前記所定の送り力に達するまで、前記静的な条件下で前記工具を拡大させ、前記送り系位置を測定するステップと、
   既知寸法の前記ボア内の前記工具の前記測定された送り系位置、および、前記ワークピースの前記ボア内の前記工具の前記測定された送り系位置に応じて、前記ワークピースの前記ボアの前記寸法を表す値を決定するステップと、
   を備える方法。
2. 統計プロセス制御のため前記ワークピースの前記ボアの前記寸法を表す前記値を利用するステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
3. 前記ワークピースの前記ボアを研磨する前に、
   前記ワークピースの前記ボアを研磨する予測される砥石磨損を表す値を決定するステップと、
   目標寸法および予測される砥石磨損を表す前記値に応じて、前記ワークピースの前記ボアを前記目標寸法まで研磨する目標送り系位置を決定するステップと、
   前記目標送り系位置に達するまで前記ワークピースの前記ボアを研磨するステップと、
   を備える、請求項１に記載の方法。
4. 予測される砥石磨損を表す前記値が、前記目標送り系位置まで前記ボアを研磨することによって除去されるべきストックの量に応じて決定される、請求項３に記載の方法。
5. 予測される砥石磨損を表す前記値が、少なくとも１個の前に研磨されたワークピースの砥石磨損の測定から、少なくとも部分的に決定される、請求項４に記載の方法。
6. 前記工具を拡大させるステップが前記工具を所定の比率で拡大させるステップを備える、請求項１に記載の方法。
7. 既知寸法の前記ボア内の前記工具の前記測定された送り系位置、および、前記ワークピースの前記ボア内の前記工具の前記測定された送り系位置に応じて、送り系補償値を決定するさらなるステップを備える、請求項１に記載の方法。
8. 前記送り系補償値、および、後続の研磨ステップの予測される砥石磨損を表す値に応じて、目標送り系位置を決定するさらなるステップを備える、請求項７に記載の方法。
9. 別のホーニング工具を使用して前記ボアを研磨する目標送り系位置を決定するため前記送り系補償値を使用するさらなるステップを備える、請求項７に記載の方法。
10. 既知寸法の前記ボアがキャリブレーションリングまたはサンプルワークピースのボアを備える、請求項１に記載の方法。
11. ホーニング工具に対して加えられる送り力および前記工具の送り位置を表す送り系位置を測定する能力があるホーニング機械送り系に組み付けられた前記工具を使用して、ワークピースのボアを研磨する方法であって、
    所定の送り力に達するまで、静的な条件下で、前記ワークピースの前記ボアの内部で前記工具を拡大させ、前記送り系位置を測定するステップと、
    少なくとも前記測定された送り系位置、前記目標寸法、および、送り系位置に応じた工具磨損の所定の値に応じて、目標寸法まで前記ボアを研磨する工具磨損の予測される送り系補償値を決定するステップと、
    工具磨損の前記予測された値および前記目標寸法に応じて、前記ボアを研磨する目標送り系位置を決定するステップと、
    前記目標送り系位置に達するまで前記ボアを研磨するステップと、
    を備える方法。
12. 前記工具を拡大させるステップにおいて、前記工具が所定の比率で拡大される、請求項１１に記載の方法。
13. 前記研磨されたボア内で前記工具を引っ込め、その後に、前記静的な条件下で、かつ、前記所定の比率で、前記所定の送り力に達するまで、前記ボアの内部で前記工具を拡大させ、前記送り系位置を測定するステップと、
    既知寸法のボア内で前記工具を位置決めし、前記静的な条件下で、かつ、前記所定の比率で、前記所定の送り力に達するまで、前記工具を拡大させ、前記送り系位置を測定するステップと、
    既知寸法の前記ボア内の前記工具の少なくとも前記測定された送り系位置、および、前記研磨されたボア内の前記工具の前記測定された送り系位置に応じて、送り系補償値を決定するステップと、
    をさらに備える、請求項１２に記載の方法。
14. 前記送り系補償値に応じて新しい送り系目標値を決定するさらなるステップを備える、請求項１３に記載の方法。
15. 前記送り系目標値が後続のワークピースを研磨するため使用される、請求項１４に記載の方法。
16. 工具磨損の前記所定の値が少なくとも２個の前のワークピースのボアの研磨からの工具磨損の決定から決定される、請求項１１に記載の方法。
17. ホーニング工具に対し加えられる送り力および前記工具の送り位置を表す送り系位置を測定する能力があるホーニング機械送り系に組み付けられた前記工具を使用して、複数個のワークピースのボアを目標寸法まで自動的に研磨する方法であって、
    前記ワークピースの少なくとも一部のそれぞれの前記ボアを研磨する前に、静的な条件下で、所定の送り力に達するまで、前記ワークピースの前記ボアの内部で前記工具を所定の方法で拡大させ、前記送り系位置を測定するステップと、
    前記ボアの少なくとも一部の研磨と研磨の間に、既知寸法のボア内で前記工具を位置決めし、前記静的な条件下で、前記所定の送り力に達するまで、前記工具を前記所定の方法で拡大させ、前記送り系位置を測定するステップと、
    前記測定された送り系位置および予測された砥石磨損値に応じて、前記ワークピースの前記ボアのそれぞれを前記目標寸法まで研磨する目標送り系位置を決定するステップと、
    を備える方法。
18. 前記予測された砥石磨損値が、前記ボアを研磨することにより前記ボアから除去されるべき材料の量に応じて決定される、請求項１７に記載の方法。

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