JP2010538845A - 製作品を精密加工する装置 - Google Patents

Abstract

製作品を精密加工する装置、好ましくは、内燃機関のクランクケースにおけるシリンダボアをホーニングおよび／または精密中ぐりする装置であって、モジュール（１）内部で互いに向かい合う２つの長手側面（２、３）に、それぞれ１つまたは２つの水平方向にスライド可能な加工ユニット（１０、１１、１２、１３）が、ホーニングおよび／または精密中ぐりのために設けられ、いずれの加工ユニット（１０、１１、１２、１３）も、スピンドル（１００）と、スピンドル（１００）の往復ストローク運動を生じかつ加工ユニットを作業ポジションにスライドさせる駆動装置と、剛性がある軸を有するツールホルダ（８）と、加工ツールを半径方向に繰り出す繰り出し装置（６０、６１、６２、６３、６４）とを備え、加工ユニット（１０、１１、１２、１３）を装着された長手側面の間に、末端面からアクセス可能なサービス室（７）が設けられ、加工ユニット（１０、１１、１２、１３）には、モジュール（１）の後部末端面（４）に接して少なくとも１つのツールマガジン（３０、３１）が設けられている、装置。

Description

本発明は、製作品を精密加工するための装置、好ましくは、内燃機関のクランクケースにおけるシリンダボアをホーニングおよび／または精密中ぐりするための装置に関する。

今日ではさまざまなホーニング法、たとえばピークホーニング、ワンパスホーニング、グライドホーニング、自由形状ホーニング、位置制御ホーニング、ブラシホーニング、液体ホーニング、レーザテクスチャリング等がある。これらすべての方法が、ツール、回転数、往復運動速度、そして場合によってはツールの構造とツールの繰り出し装置の点で異なる。いずれのホーニング法もホーニング盤を異にする。したがって、たとえば位置制御ホーニングは、同時に剛性スピンドル軸受を用いながら、最大２０００ｒｐｍまでのホーニングツール回転数を必要とする。これに対して、仕上げホーニング／プラトーホーニングは、関節式ツールホルダを用い、回転数約３００ｒｐｍを必要とする。素材または部品が変わるためにホーニング法を切り替えるときは、機械を編成替えするか、別のホーニング盤を用いなければならない。

さまざまに異なる作業ステーションを多数設けながら、その際いずれの作業ステーションも、作業ステップを少なくとも１つ実行するために構成し、少なくとも一部は、ホーニング工程を行うためのホーニングステーションとして装備することが公知である（ドイツ特許第１０ ２００４ ０５３ ５０３ Ａ１号明細書）。

ドイツ特許第１０２００４０５３５０３Ａ１号 ドイツ特許第１０３４８４１９Ｂ３号 ドイツ特許出願公開第１０２００７０３８１２３．０号

本発明の課題は、できるだけ多くのそれぞれ異なる加工方法を、少なくとも上記に挙げた種類のさまざまなホーニング法と、そしてまた精密中ぐり（精密スピンドルとも言う）とを、編成替えなしに実行できるような、それ自体完成した加工ユニットを得ることである。このユニットは、とくに内燃機関のクランクケースにおけるシリンダボアに、使用できるものとしたい。

本発明は、上記の課題を特許請求の範囲に記載の諸特徴によって解決する。

ホーニングおよび／または精密中ぐりのために形成された加工ユニットを最大４つまで装着する場合、中ぐりという精密加工の重要な手順を１つのモジュールに一体化することができ、その結果、１つの製作品に対し最大４つまでの加工プロセスを順次行うことができるようになるか、あるいはまた、２つまたはそれ以上の中ぐりを同時に加工できるようになる。前者のケースでは、１つの加工ステーションにおいて、第１の加工プロセス（たとえばプレホーニングまたは精密中ぐり）が、第１の加工ユニットで行われるとき、すでに第２の加工ユニットが、第２の加工プロセス（たとえば仕上げホーニング）に必要なツールを、ツールマガジンから取り上げることによって、加工時間が節約される。これは、２つの加工ユニットを―１つの長手側面で、またはその側面の近くで―２つの加工ステーションまたは加工プラットフォームの一方、および２つのツールマガジンの一方に割り当てることによる、コンパクト性によって可能となる。この配置の形状は、１つの長手側面にそって配置された加工ユニットが、この長手側面に割り当てられた加工ステーションにも、この長手側面に割り当てられたツールマガジンにも、アクセスできるようなものとする。

この加工ユニットは下記のコンポーネントを備える：
ａ）電動機で回転駆動されるスピンドル、
ｂ）加工中にスピンドルを往復運動させ、そして往復運動が行われる作業ポジションにスピンドルを動かすための、１つの共通の駆動装置、
ｃ）スピンドルに剛性固定された軸を有し、加工中同じ位置にスピンドルを突出させる（曲げモーメントの作用によって垂直位置から変位させる）ツールホルダ、
ｄ）加工ツールを半径方向に繰り出すための繰り出し装置（たとえばホーニングバー、精密中ぐりバイト）。

この加工ユニットは、すべてのホーニング法を行うのに適している。すなわちたとえば、それぞれ異なるツールを装着された４つの加工ユニットを用い、１つのモジュールで同一の製作品に順次、あるいは２つの同じ製作品に対して同時に、たとえばプレホーニング（または精密中ぐり）、仕上げホーニング（たとえば位置制御ホーニングを含む）、表面に対するレーザ表面テクスチャリング、そして場合によっては面取りを行うことができる。

したがって、完全で、それ自体完成しており、弾力的で、モジュラー構造の加工セルを提案する。この加工セルは、一方で独立したそれ自体複数の工程を必要とする製作品を完全に加工でき、そしてまた、もっとも短い取り付け時間および／または装着替え時間で、ほかの製造ラインに組み込むことができる。外側寸法は、コンポーネントの取り外しをしないで、道路（幅２．２０ｍ、高さ３．３５ｍ）、海路（コンテナ）、および空路（厚板）で輸送できる寸法が選ばれている。

モジュール全体としては、往復運動と作業ポジションへの移動のためのスピンドルの駆動装置として、直接駆動する電動リニアモータを用いるのが有利である。このリニアモータはその発展形として、リニアモータがＵ字形構造（インターデジタル仕様）の形状とするのが有利である。これによりリニアモータは、運転中に横の力を生じない。

ツールホルダの剛性支承部は、スピンドル軸受が中ぐり開始箇所からできるだけ小さい間隔のところに位置するように形成する。好ましくは、剛性取り付けされた短いホーニングツールが用いられ、スピンドル軸受がストローク往復運動にともなうものとする。これにより加工ユニットを、いわゆる位置制御ホーニングにも用いることができる（ドイツ特許第第１０３ ４８ ４１９ Ｂ３号明細書）。用途の多様性はさらに、ホーニングおよび精密中ぐりに、機械側に組み込み可能な繰り出し機構を用いることによって得られる。そのような繰り出し機構は、２００７年８月４日付の旧特許出願であるドイツ特許出願公開第１０ ２００７ ０３８ １２３．０号明細書に記載されている。この繰り出し装置は、ホーニングツールを従来の方法で繰り出して、精密中ぐりツールの事前調整と再調整に用いられる。

下記では本発明の実施例を、添付の図面を参照しながらさらに詳しく説明する。図面の示す内容は次の通りである。

４つの加工ユニットを有するモジュールの模式図である。 図１のモジュールであるが、側面のカバーを記載しないので、内部の装備の一部を見ることができる。 図１、２のモジュールの模式的上面図である。 図１〜３のモジュールの左半分の透視図である。 モジュールの一方の半分の構成を示す、図４の変形形態である（模式図。側壁を記載しない）。 加工ユニットをスライドさせるため用いられるリニアモータの断面図である。 モジュール１の右半分の透視図である（図４に対応する）。 繰り出しユニットの断面図である。 モジュール１を２つ連結したものである。 ある１つの製作品を完全に加工するため設計されたモジュールの動作形態の模式図である（これら製作品の２つがモジュール内にある）。 連結された搬送装置のため設計された第２の動作形態である。 完全な加工のため、たとえばシリンダボアのプレホーニングとクランクシャフトボアの同時加工のために設計された第３の動作形態である。

図１は、全図面共通の参照符号１を付したモジュールを示す。このモジュールは、両方の長手側面２および３、後部末端面４、および前部末端面５にそって位置する壁と、中央のサービス室７へのアクセス口６とを有するキャビンとして形成されている。操作担当者Ｐは、このアクセス口６を通ってサービス室７に到達できる（図３参照）。

図２からは、両方の長手側面にそって、加工ユニット１０、１１、１２及び１３が２つずつ設けられ、長手側面２には加工ユニット１０および１１が、そして長手側面３には加工ユニット１２および１３が配置されていることが見てとれる。長手側面の末端部分に接するスイッチキャビネット９ａと、末端面４に接するスイッチキャビネット９ｂとには、割り当てられた制御装置が収められている。

製作品２０（この例では内燃機関のクランクケース）は、たがいに一直線上に並ぶポータル１５、１６を通って、それぞれの加工ステーション１７、１８に搬送することができ、これら加工ステーションで、製作品は、それぞれ割り当てられた長手側面に配置された、長手側面２の加工ユニット１０、１１または、長手側面３の加工ユニット１２、１３に到達することができ、加工ユニットは、そこに置かれた製作品２０に対して作業プロセスを行うことができる。

長手側面２、３の後部末端部分領域の末端面４の近くには、２つのツールマガジン３０、３１が設けられている。これらツールマガジンを配置するに当たっては、ツールマガジン３０からは加工ユニット１０、１１が、そして加工マガジン３１からは加工ユニット１２、１３が、それぞれツールを取り上げることができるように配置している。これらツールは、たとえばさまざまな種類のホーニングツールの場合もあるし、あるいは精密中ぐりツールの場合もある。

図４は、加工ユニット１０、１１を備えるモジュール１の半分（図１〜３の左半分を示す）を透視図で示す。この場合とくにレール４０、４１を見ることができ、このレール上を、加工ユニット１０、１１が水平にスライドすることができる。製作品２０は、２つの旋回可能なキャリヤ２２によって形成された旋回可能な作業プラットフォームに保持されている。Ｖ型エンジンでボアの列がたがいに角度を取って位置する場合、その加工にはこの旋回性を利用する。

図４ａが示すレール４５は、その上を、作業プラットフォームを形成するキャリッジ４６が、１つのポジション（作業ポジション）に移動できる。それは、上記両方の加工ユニットが、キャリッジ上に取り付けられた製作品２０にアクセスできる、すなわちそこで作業できるポジションである。さらに、ツールマガジン３０が回転可能なトレイによって形成され、このトレイはツール収納具５０を受ける収容開口４７を備えることが見てとれる。収容開口はこの実施例では、２つの同心円状に配置されている。好ましくは、左側の加工ユニット１０（図４）が取り上げるツールは、トレイ上の開口４７の外側の円にあるツール収納具５０に配置されるが、右側の加工ユニットのためのツールは、収容開口４７の内側の円上に置かれるものとする。このような方法で、加工ユニット１０、１１をツールマガジン３０に導く経路を、最小限に抑えることができる。しかし、ツールマガジンをただ１つとし、これを後部末端面の前の中央に設けることもできる。このツールマガジンの大きさは、いずれのツールも、両側の加工ユニットによってアクセス可能な大きさとする。

ツールマガジン３０を形成するトレイは、１本の垂直な軸を中心に回転可能であるため、同調された制御においては、その時々に把握されるべきツールが、加工ユニットがそのツールを受け取るのに適したポジションにもたらされる。スイッチキャビネット９ａ、９ｂに配置された制御装置から、加工ユニットに配置されたモータへの信号供給は、可撓ケーブル５１、５２中の配線を経由して行われる（図４ａ参照）。

加工ユニット１０、１１、１２および１３は、ホーニングツールの繰り出しロッドだけでなく、精密中ぐりツールの繰り出しロッドも取り付けることができる。この種のツールは、２００７年８月４日付特許出願第１０ ２００７ ０３８ １２３．０号明細書に記載されており、この特許出願の内容は、本開示の対象物となる。

繰り出しユニットの構造、たとえばホーニングツールだけでなく精密中ぐりツールをも取り付け、動かし、繰り出すことができる加工ユニット１１のための繰り出しユニットの構造を、図６に示す。この繰り出しユニットは、インクリメンタルな回転変位センサ６０を備えており、このセンサは直流モータ６１の回転角度を測定する。この回転はギヤシステム６２で変換されて、ボールスクリュースピンドル６４およびこのスピンドルと連結されている繰り出しロッド６３の軸方向スライドを生じる。この繰り出しロッドは、ツールにおいて、ホーニングバー（ホーニングツールの場合）または中ぐりバイト（精密中ぐりツールの場合）の半径方向拡幅を生じる。

加工ユニット１０（図４参照）はプレート７５によって形成され、このプレートはレール４０および４１にそって、しかもモータ４３に回転駆動されるスピンドル４２によって、移動することができる。プレート上には垂直なレール６７、６８があり（図４ｂも参照）、これらレールにそって、縦方向ガイド７７によりギヤケース６６が案内される。このギヤケース６６は、スピンドル１００およびツールホルダ８０を含み、ツールホルダはレール６７、６８にそって垂直に移動可能である。この垂直駆動装置は、たとえば電動リニアモータとすることができ、このリニアモータは、好ましくは次のようにして、横力のないものに形成されるものとする。すなわち、フレーム７３の足の内側に磁石７１および７２を配置し、これらの磁石がセカンダリ（固定子）を形成するようにする。プライマリ（可動部分）７４は、このフレーム７３内部に配置されて、ギヤケース６６に保持される。駆動装置は、油圧式あるいはスピンドルドライブとして形成することができる。両方の加工ユニット１０、１１におけるスピンドル１００の配置は、これらスピンドルが、それぞれ加工ユニットのたがいに隣接する側に配置され、このポジションで隣り合いながら同時に、製作品２０の隣接するボアを加工できるような配置とする。ボアの間隔はたとえば１５０ｍｍとする。

精密中ぐりもホーニング（プレホーニング及び仕上げホーニング）も遂行できるようにするには、駆動装置は、ホーニングには典型的な回転数２５０〜３５０ｒｐｍのみならず、精密中ぐりに典型的な回転数１.０００ｒｐｍ以上をも出せる必要がある。このとき精密中ぐりの場合、軸方向の繰り出し１ｍｉｎ／ｍｉｎ以下、ホーニングの場合は繰り出し２０〜６０ｍ／ｍｉｎが得られなければならない。

図７のように、この種の複数のモジュール１を隣り合わせに配置することができる。この場合２つのモジュール１の間には、空モジュール８０がもう１つずつ挿入されている。この空モジュールを経由して、隣接するモジュールのポータル間で、製作品へのアクセスと、場合によっては点検のためのその他の措置とが可能である。

図８が模式的に示すモジュールの場合、製作品２０は、左からも右からも別々に供給および排出できる。この場合、左から供給された製作品２０は加工ユニット１０および１１によって、右から供給された製作品は加工ユニット１２および１３によって加工される。加工ユニット１０および１１と加工ユニット１２および１３とが、２つの加工ステップを行うこともできる。

図９が示す実施例の場合、製作品２０を搬入、搬出する搬送レールが、たがいに連結されたこの種の両方のモジュール１の一直線に並んだポータル１５、１６を貫通している。

図１０が示す実施例の場合、水平な加工ユニット９０が、垂直方向に一直線に並んだボア部分を加工するため、水平に変位可能に設けられている。このボア部分には、クランクケースにおいてクランクシャフトの軸受が取り付けられる。

Claims (3)

1. 製作品を精密加工する装置、好ましくは、内燃機関のクランクケースにおけるシリンダボアをホーニングおよび／または精密中ぐりする装置であって、
   ａ）モジュール（１）内部において、
   ｂ）ほぼ四角形の輪郭を有し、
   ｃ）前記モジュール内部でたがいに向かい合う２つのモジュール長手側面（２、３）が、ホーニングおよび／または精密中ぐりのために、それぞれ１つまたは２つの水平方向にスライド可能な加工ユニット（１０、１１、１２、１３）を設けられており、
   ｄ）いずれの加工ユニット（１０、１１、１２、１３）も、
   ａａ）電気モータで駆動されるスピンドル（１００）と、
   ｂｂ）前記スピンドル（１００）の往復ストローク運動を生じるためだけでなく、前記加工ユニットを作業ポジションにスライドさせるためにも用いられる電気モータまたは油圧による駆動装置と、
   ｃｃ）前記スピンドル（１００）の軸と比べて剛性がある軸を有するツールホルダ（８）と、
   ｄｄ）前記加工ツールを半径方向に繰り出す、繰り出し装置（６０、６１、６２、６３、６４）とを備え、
   ｅ）前記モジュール内では、前記加工ユニット（１０、１１、１２、１３）を装着された長手側面の間に、サービス室（７）が設けられており、
   ｆ）前記サービス室は、前記長手側面を結ぶ末端面（５）の１つからアクセス口（６）を有し、
   ｇ）前記モジュール内部で前記モジュールの長手側面（２、３）に接する、加工ユニット（１０、１１、１２、１３）と、前記モジュール（１）の後部末端面（４）に接する少なくとも１つのツールマガジン（３０、３１）とが配置されていることと、
   ｈ）前記モジュール内部で各長手側面に接して、または各長手側面の近くに、加工ステーション（１７、１８）が設けられていることと、
   ｉ）前記加工ステーションの前記製作品（２０）を、前記長手側面（２、３）に設けられたポータル（１５、１６）を通って供給でき、
   ｊ）両方のポータル（１５、１６）は一直線上に並び、
   ｋ）いずれの加工ステーション（１７、１８）にも、割り当てられた前記長手側面に配置された加工ユニットから、加工のため到達可能であり、
   ｌ）前記製作品（２０）を供給、排出する搬送レール（４５）が、一直線上に並ぶ前記ポータル（１５、１６）を貫通していることとを特徴とする、装置。
2. 請求項１に記載の装置で製作品を精密加工する方法、好ましくは、内燃機関のクランクケースにおけるシリンダボアをホーニングおよび／または精密中ぐりする方法であって、前記モジュール内で、同一の製作品に順次加工プロセスを、すなわちプレホーニングまたは精密中ぐり、仕上げホーニング、レーザテクスチャリング、または面取りを行うことを特徴とする、方法。
3. 請求項１に記載の装置で製作品を精密加工する方法、好ましくは、内燃機関のクランクケースにおけるシリンダボアをホーニングおよび／または精密中ぐりする方法であって、２つの同様な製作品に同時に複数の加工プロセスを、すなわちプレホーニングまたは精密中ぐり、仕上げホーニング、レーザ表面テクスチャリング、または面取りを行うことを特徴とする、方法。

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