JP2011011293A - ワークの内径加工方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、簡易な構成で高精度な内径加工を可能とするワークの内径加工方法及び装置を提供する。
【解決手段】シリンダブロック２００に形成された穴２０２を内径加工するシリンダブロック２００の内径加工装置１０であって、回転駆動機構３００にてシリンダブロック２００を回転させた状態でシリンダブロック２００の穴２０２の内径面と接触可能に設けられた加工チップ３４と、シリンダブロック２００に対して加工チップ３４を穴２０２の深さ方向に相対移動させる移動機構１２と、加工チップ３４を穴の半径方向に進退させるピエゾアクチュエータ４２と、既に内径加工されたモデルブロックのボアの内面形状に基づいて加工チップ３４が進退されるようにピエゾアクチュエータ４２に印加される電圧を制御する制御部１６とを備え、加工チップ３４が、ピエゾアクチュエータ４２とシリンダブロック２００との間に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧電素子等を利用してワークに形成された穴を内径加工するワークの内径加工方法及び装置に関する。

圧電素子を利用したワークの加工方法として、ピエゾ素子の伸縮を利用して固定ドラムの半径方向にバイトを進退させることにより、該固定ドラムの外周面に磁気テープを走行させるためのテープ走行面を加工する方法が開示されている。この文献には、前記バイトと並列して配置された前記ピエゾ素子が該バイトよりも前記固定ドラム側に突出していることも記載されている。

特開平１０−１５７１３号公報

特許文献１の方法を用いてワークに形成された穴を内径加工する場合、ピエゾ素子がバイトよりも突出しているので、該ピエゾ素子が前記穴の内面に当たり内径加工をすることができないことがある。この不具合を解消するために、前記バイトを前記穴の内部に、前記ピエゾ素子を前記穴の外側にそれぞれ配置することも考えられるが、この場合、前記穴の形状（穴の深さ）に応じて前記ピエゾ素子と前記バイトの間隔を調整する必要があり、装置が複雑化する。

なお、特許文献１は、磁気テープをテープ走行面に確実に走行させるために、固定ドラムのテープ走行面ではない部位の外周面を基準に加工する必要がある。そのため、予め固定ドラムの外面形状を精度の高い真円形状に加工しなければならない。このような加工方法を用いてワークに形成された穴を内径加工する場合、予め前記穴の内径形状を精度の高い真円形状に加工する必要があるので内径加工の前段階の工程（ワークに穴を形成するボーリング工程）においてサイクルタイムが増加するという問題もある。

そこで、本発明は、簡易な構成で高精度な内径加工を可能とするワークの内径加工方法及び装置を提供することを目的とする。

本願の請求項１で特定される発明は、ワークに形成された穴を内径加工するワークの内径加工方法であって、回転手段にて前記ワークを回転させた状態で、刃具を圧電素子又は超磁歪材料にて前記穴の半径方向に進退させつつ、該穴の深さ方向に相対移動させることにより、該穴を内径加工する加工ステップを備え、前記刃具が、前記圧電素子又は前記超磁歪材料と前記ワークとの間に配置されていることを特徴とする。

本願の請求項１で特定される発明によれば、刃具をワークと圧電素子又は超磁歪材料（以下、圧電素子等と称することがある。）との間に配置しているので、圧電素子等が前記穴の内径面に当たることがない。従って、穴の形状に応じて刃具と圧電素子等の位置を調整する必要がない。また、刃具を進退させる手段として圧電素子等の伸縮を利用しているので、刃具を進退させる手段としてカム機構等を利用した場合と比較して刃具の進退動作の応答性が良くなる。よって、簡易な構成で高精度な内径加工を可能とすることができる。

本願の請求項２で特定される発明は、請求項１記載のワークの内径加工方法において、既に内径加工されたワークモデルの内径形状を測定する測定ステップをさらに備え、前記測定ステップにて測定された内径形状に基づいて前記刃具が進退されるように前記圧電素子に印加される電圧又は前記超磁歪材料に印加される磁場を制御部にて制御することを特徴とする。

本願の請求項２で特定される発明によれば、測定ステップにて測定されたワークモデルの内径形状に基づいてワークに形成された穴の内径加工を行うので、前記穴の中心を通る前記ワークの回転軸線を基準として刃具の進退量を設定することができる。これにより、前記ワークの内径面を基準として前記刃具の進退量を設定する必要がないので、内径加工工程よりも前工程である前記ワークに穴を形成するボーリング工程において、該穴の内面形状を精度の高い真円形状にしなくても、前記ワークに形成された穴を前記ワークモデルの内径形状に内径加工することができる。よって、ボーリング工程のサイクルタイムが増加することを抑えることができる。

本願の請求項３で特定される発明は、請求項２記載のワークの内径加工方法において、前記ワークがシリンダブロックであることを特徴とする。

通常、シリンダブロックのボアは、シリンダヘッドを組み付けた状態で断面真円形状となるように加工されている。

本願の請求項３で特定される発明によれば、予め製品のシリンダヘッドを模したダミーヘッドをシリンダブロックに取り付けた状態で断面真円形状となるようにボアを加工し、その後、前記ダミーヘッドを前記シリンダブロックから取り外して応力が除去された状態のボアをワークモデルとしてその内面形状が測定される。この時、前記ボアは断面非真円形状となっている。そして、新しいシリンダブロックのボアを加工する際に、予めボーリング工程においてシリンダブロックに穴を形成しておき、その形成された穴を前記ボアの内面形状に基づいて内径加工するので、シリンダブロックへのダミーヘッドの取り付け取り外し作業をする必要がなくなる。これにより、シリンダブロックのボア加工のサイクルタイムを短縮することができる。

本願の請求項４で特定される発明は、ワークに形成された穴を内径加工するワークの内径加工装置であって、回転手段にて前記ワークを回転させた状態で前記穴の内径面と接触可能に設けられた刃具と、前記ワークに対して前記刃具を前記穴の深さ方向に相対移動させる移動手段と、前記刃具を前記穴の半径方向に進退させる圧電素子又は超磁歪材料と、を備え、前記刃具が、前記圧電素子又は前記超磁歪材料と前記ワークとの間に配置されていることを特徴とする。

また、本願の請求項５で特定される発明は、請求項４記載のワークの内径加工装置において、既に内径加工されたワークモデルの内径形状に基づいて前記刃具が進退されるように前記圧電素子に印加される電圧又は前記超磁歪材料に印加される磁場を制御する制御部をさらに備えることを特徴とする。

さらに、本願の請求項６で特定される発明は、請求項５記載のワークの内径加工装置において、前記ワークがシリンダブロックであることを特徴とする。

この発明によれば、刃具をワークと圧電素子又は超磁歪材料との間に配置しているので、圧電素子等が前記穴の内径面に当たることがなく、穴の形状に応じて刃具と圧電素子等の位置を調整する必要がない。よって、簡易な構成で高精度な内径加工を可能とすることができる。

本願発明に係る内径加工装置とその周辺装置を示した図である。 加工ヘッド及びホルダー部の一部断面拡大図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 シリンダブロックのボアを加工する手順を示すフローチャートである。 図５Ａはダミーヘッドが取り付けられたモデルブロックに断面真円形状のボアが形成された状態を示す図であり、図５Ｂは図５Ａのダミーヘッドが取り外された時のボアの内面形状を示す図であり、図５Ｃは本発明に係る内径加工装置にて内径加工されたボアを有するシリンダブロックにシリンダヘッドが取り付けられた状態を示す図である。 図６Ａはダミーヘッドが取り付けられたモデルブロックの一部断面図であり、図６Ｂはボアが断面楕円形状に変形している状態を示す図であり、図６Ｃはボアが断面四角形状に変形している状態を示す図である。 図４のフローチャート中のステップＳ４〜Ｓ７の手順を詳細に示したフローチャートである。 モデルブロックの測定点で測定したボアの内径形状を示す模式図である。 モデルブロックの１つの測定点で測定したボアの内径形状を示す断面図である。 モデルブロックの１つの測定点で測定したボアの内径形状を、回転軸を横軸として表した図である。 モデルブロックのボアの内径形状を構成する周波数成分を示す図である。 モデルブロックのボアの内径形状を構成する周波数成分を合成して反転させた状態を示す図である。 図１３Ａは加工チップ進退マップを示した図であり、図１３Ｂは図１３Ａの一部拡大図である。

以下、本発明に係る実施形態例について図１〜図１３を参照しながら説明する。

先ず、本実施形態に係る内径加工装置は、ワークに形成された穴を内径加工するための装置であり、例えば、直列４気筒エンジンのシリンダブロックのボアを形成するために用いられる。但し、本実施形態に係る内径加工装置は、単気筒エンジンのシリンダブロックのボアを形成するために用いてもよい。

そして、内径加工装置１０は、ワークとしてのシリンダブロック２００を回転させる回転手段としての回転駆動機構３００と、内面形状測定器４００と、上位コンピュータ４０２と協働して用いられる。

回転駆動機構３００には、回転台３０２と、回転台３０２に設けられてシリンダブロック２００を保持するチャック３０４と、回転台３０２を回転駆動する第１モータ３０６と、回転台３０２の回転速度及び回転角を検出する第１ロータリエンコーダ３０８とが設けられている。第１ロータリエンコーダ３０８は、第１モータ３０６に流れるアナログ電流を検出し、検出されたアナログ電流をアナログ電圧に変換し、変換されたアナログ電圧をデジタル電圧に変換し、そのデジタル電圧を出力する。

シリンダブロック２００は、チャック３０４に保持される前に、ボーリング工程において内径加工を行うための穴２０２が直列に４つ形成される（図１では１つの穴のみ示している。）。また、シリンダブロック２００は、内径加工を行う穴２０２の中心が回転台３０２の回転軸線Ａ上に位置するようにチャック３０４に保持される。

内面形状測定器４００は、ワークモデルの内面形状を測定する。ワークモデルとしては、図５Ｂに示すシリンダブロック２０４のボア２０６が用いられる。図５Ｂに示すシリンダブロック２０４のボア２０６は以下に示す手順で形成される。先ず、図５Ａに示すように、内径加工を行うシリンダブロック２００と同じ型のシリンダブロック（以下モデルブロックと称することがある。）２０４にダミーヘッド２０８を取り付ける。次に、ダミーヘッド２０８が取り付けられたモデルブロック２０４に断面真円形状のボア２０６を加工（ボーリング加工及び内径加工）する。その後、ダミーヘッド２０８を取り外すことにより、モデルブロック２０４のボア２０６が形成される。また、内面形状測定器４００は、測定したワークモデルの内面形状データを上位コンピュータ４０２に出力する。

図１に示すように、内径加工装置１０は、移動手段としての移動機構１２と、装置本体１４と、制御部１６とを備えている。

移動機構１２は、装置本体１４をシリンダブロック２００の穴の深さ方向（図１のＸ方向）に移動させるためのものであり、送りねじ機構として構成されている。また、移動機構１２には、一方向に延びて外周にねじが形成されている軸部１８と、軸部１８に螺合するナット部２０と、軸部１８の端部に設けられて軸部１８を回転させる第２モータ２２と、軸部１８の回転速度及び回転角を検出する第２ロータリエンコーダ２４とが設けられている。第２ロータリエンコーダ２４は、第１ロータリエンコーダ３０８と同様に、第２モータ２２に流れるアナログ電流をデジタル電圧に変換し、そのデジタル電圧を出力する。

装置本体１４には、ナット部２０が接続される支持部２６と、支持部２６に設けられて軸部１８の軸線方向に延びるホルダー部２８と、シリンダブロック２００の穴２０２に挿入される加工ヘッド３０とが設けられている。

図２及び図３に示すように、加工ヘッド３０には、ホルダー部２８の端部に接続されたヘッド部３２と、シリンダブロック２００の穴２０２の内径面に接触する刃具としての加工チップ３４と、加工チップ３４を保持するチップホルダ３６と、チップホルダ３６を付勢するための付勢機構３８とが設けられている。

ヘッド部３２は、ヘッド部３２内に形成されたアクチュエータ室４０と、アクチュエータ室４０内に隙間が形成されるように配置された圧電素子としてのピエゾアクチュエータ４２とを有する。

ピエゾアクチュエータ４２は、加工チップ３４を進退させるためのものであり、電線４４を通して電圧が印加されることで一方向（図２のＹ方向）に伸縮するピエゾ素子（不図示）がその伸縮方向に複数配列されたアクチュエータ本体４６と、アクチュエータ本体４６の伸縮方向の一端面から突出する突出部４８とを有している。ピエゾ素子の個数は、ワークモデルの内面形状の凹凸度合いに応じて任意に設定すればよい。ピエゾ素子の個数によって、加工チップ３４の進退度幅を調節できるからである。アクチュエータ本体４６は、その伸縮方向の他端面がアクチュエータ室４０の壁面と接触した状態でボルト５０にてヘッド部３２に固定されている。突出部４８は、チップホルダ３６と接触する湾曲面５２を有している。また、ピエゾアクチュエータ４２は、アクチュエータ本体４６の変位に応じてデジタル電圧を電線５４に出力する。なお、電線４４、５４は、制御部１６に接続されている。

アクチュエータ室４０は、ヘッド部３２の中心よりも先端側に形成されている。これにより、図１に示すように、ピエゾアクチュエータ４２、チップホルダ３６及び加工チップ３４がヘッド部３２の中心よりも先端側に位置されるので、回転駆動機構３００の回転台３０２とシリンダブロック２００との間隔を狭めることができる。これにより、チャック３０４によって回転台３０２に近い位置にシリンダブロック２００を保持して回転させることができるので、シリンダブロック２００の回転を安定させることができる。

図２に示すように、チップホルダ３６は、付勢機構３８にてピエゾアクチュエータ４２側に付勢されている。これにより、チップホルダ３６は、シリンダブロック２００の穴２０２の半径方向（図２のＹ方向）に進退可能となる。また、図３に示すように、チップホルダ３６には、貫通孔５６が形成されている。これにより、アクチュエータ室４０と外部とが連通するので、ピエゾ素子の伸縮によってピエゾアクチュエータ４２が発熱した場合でもその熱を外部に逃がすことができる。さらに、突出部４８の湾曲面５２を貫通孔５６の開口部で受ける形態をしているため、ピエゾアクチュエータ４２の進退を正確に加工チップ３４に伝えることができる。図１に示すように、加工チップ３４は、ピエゾアクチュエータ４２とシリンダブロック２００との間に位置している。

図２に示すように、付勢機構３８は、ボルト５８、５８にてヘッド部３２に固定されるカートリッジ６０と、カートリッジ６０に設けられてチップホルダ３６をピエゾアクチュエータ４２側に付勢する付勢部材６２を有している。付勢部材６２としては、例えば、ばね部材等を用いればよい。

次に、加工チップ３４の進退動作について簡単に説明する。制御部１６が電線４４を通してアクチュエータ本体４６に電圧を印加すると、複数のピエゾ素子が印加された電圧の大きさに比例して伸びるので、アクチュエータ本体４６がチップホルダ３６側に伸びる。この時、アクチュエータ本体４６は、チップホルダ３６に生じている付勢部材６２からの付勢力に抗して突出部４８の湾曲面５２を介してチップホルダ３６を押圧する。これにより、加工チップ３４が初期位置からシリンダブロック２００の穴２０２の半径方向外側に移動する。なお、加工チップ３４の初期位置は、例えば、シリンダブロック２００の穴２０２の半径方向に関して加工チップ３４の先端の位置がカートリッジ６０の外面の位置と一致するように設定すればよい。

また、制御部１６が電線４４を通してアクチュエータ本体４６に印加されている電圧を増加すると、加工チップ３４は、電圧が増加される前の位置からシリンダブロック２００の穴２０２の半径方向外側に移動する。

一方、制御部１６が電線４４を通してアクチュエータ本体４６に印加されている電圧を低減すると、複数のピエゾ素子が縮むので、アクチュエータ本体４６がボルト５０側に縮む。この時、チップホルダ３６は、アクチュエータ本体４６からの押圧力が低減された状態で付勢部材６２にて押圧される。これにより、加工チップ３４は、電圧が低減される前の位置からシリンダブロック２００の穴２０２の半径方向内側に移動する。

また、制御部１６が電線４４を介してアクチュエータ本体４６に印加されている電圧を停止すると、加工チップ３４が初期位置に復帰する。

図１に示すように、制御部１６には、主制御装置６４、同期コントローラ６６、第１サーボアンプ６８、第２サーボアンプ７０及びピエゾドライバ７２が設けられている。

主制御装置６４は、上位コンピュータ４０２からの出力に従って、第１サーボアンプ６８を介して第１モータ３０６を、第２サーボアンプ７０を介して第２モータ２２をそれぞれ駆動し、回転台３０２の回転速度及びＸ方向に対する加工チップ３４の位置を制御する。すなわち、主制御装置６４は、いわゆるＮＣ（数値）制御装置と同様の動作をする装置である。

同期コントローラ６６は、回転台３０２（シリンダブロック２００）の回転角とＸ方向に対する加工チップの位置とに基づいて、加工チップ進退マップを参照してピエゾドライバ７２に指令信号を出力し、ピエゾドライバ７２がその指令信号に従ってピエゾアクチュエータ４２に電圧を印加することにより、加工チップ３４の進退を制御する。加工チップ進退マップは、回転台３０２の回転軸線Ａを基準とした時のＹ方向に対する加工チップ３４の位置を制御するためのものである。具体的には、加工チップ進退マップは、Ｘ方向に対する加工チップ３４の位置毎に、シリンダブロック２００の回転角及び回転台３０２の回転軸線Ａを基準とした時のＹ方向に対する加工チップ３４の位置との関係を示すボアの断面２次元データを求め、回転軸線Ａ方向に配列したもの（図１３Ａ参照）であり、上位コンピュータ４０２で生成されて同期コントローラ６６に記憶される。なお、シリンダブロック２００の回転角及び回転速度は、第１ロータリエンコーダ３０８からの出力信号を参照して取得されるデジタル電圧の単位時間当たりのパルス数、すなわちサンプリング時間のパルス数から求められる。また、Ｘ方向に対する加工チップ３４の位置は、第２ロータリエンコーダ２４からの出力信号を参照して取得されるデジタル電圧の単位時間当たりのパルス数、すなわちサンプリング時間のパルス数から求められる。

ピエゾドライバ７２は、ピエゾアクチュエータ４２からの出力信号を参照することにより、ピエゾアクチュエータ４２の変位量が同期コントローラ６６から指令された加工チップ３４の進退量に合うようにフィードバック制御する。

次に、シリンダブロックのボアを加工する手順について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。

まず、ステップＳ１において、図５Ａに示すように、シリンダブロック素材であるモデルブロック２０４にダミーヘッド２０８を複数のボルト２１０…２１０（図では２つのみ示す。）により装着する。ダミーヘッド２０８は、製品シリンダヘッドを模した形状及び材質からなり、中央部には、不図示のボーリング加工装置の加工ヘッドが挿入可能な孔２１２が形成されている。

次に、ステップＳ２において、モデルブロック２０４を所定の位置に配置し、ボーリング加工装置により、モデルブロック２０４に所望の真円度のボア２０６を加工する。

次に、ステップＳ３において、モデルブロック２０４から複数のボルト２１０…２１０の締め付けを解除して、ダミーヘッド２０８を取り外す。すると、図５Ｂに示すように、モデルブロック２０４のボア２０６の内径が図５Ａの状態から多少変形することになる。これは、ダミーヘッド２０８の組み付けによる応力が解除されるからである。

具体的には、図６Ａに示すように、モデルブロック２０４には、４つのボア２０６が一直線上に並んで形成されている。各ボア２０６の周囲には、複数のボルトが螺合される複数のボルト穴２１４…２１４が形成されている。図５及び図６に示すように、モデルブロック２０４からダミーヘッド２０８を取り外すと、ダミーヘッド２０８による押圧力が除去されるため、ボア２０６のダミーヘッド２０８側の内径形状は、楕円形に変形する（図６Ｂ参照）。また、ボルト穴２１４…２１４のねじ山とボルトのねじ山との間に作用する応力が除去されるため、ボア２０６のダミーヘッド２０８とは反対側（クランクシャフト側）の内径形状は図６Ｃに示すように、四角形に変形する。

よって、以下、ボア２０６の内径形状を周波数解析するステップにおいては、４次までの周波数解析をする例を記載した。これは、４次までの周波数解析であればモデルブロック２０４のボア２０６の変形をほぼ再現できるからである。すなわち、４次成分は四角形状の成分を表し、３次成分は三角形状の成分を表し、２次成分は楕円形状の成分を表すので、０次〜４次までの周波数解析を行って余弦波で表し、これら余弦波を合成することでモデルブロック２０４のボア２０６の変形を再現でき、高次のノイズを除去できる。

また、断面２次元形状（Ｘ_I，Ｙ_I）を、通常のＮＣデータ形式で点群（Ｘ_I，Ｙ_I）として記憶すればデータ量が膨大になるが、余弦波を用いて曲線デ一タ形式で記憶することで、データ量をかなり低減でき、データ処理を高速化できる。換言すれば、シリンダヘッドをシリンダブロックに組み付ける際のボアの変形が解消されるように断面非真円形状の穴を形成するには、０次〜４次までの周波数分析を行えばよく、データ量も少なくて済む。なお、本実施形態では４次の周波数解析までの例を示したが、穴の形状に応じて５０次でも、１００次でも、更に高次でもよい。例えば、断面非真円形状の穴の形状の１周分を１°毎に通常のＮＣデータ形式で表現する場合、７２０個のパラメータが必要になるが、５０次の曲線データ形式で表現する場合、１０１個のパラメータでよい。すなわち、半径誤差（０次）、５０個のｎ次振幅、及び５０個のｎ次位相である。このように、５０次までの周波数解析を実行しても、曲線データ形式で記憶することで、データ量を低減でき、データ処理を高速化できる。

そこで、ステップＳ４において、ダミーヘッド２０８を取り外した後のモデルブロック２０４のボア２０６において、ボア２０６の深さ方向の所定間隔おきに内径形状を測定し、上位コンピュータ４０２に内径形状データとして記憶する。

ステップＳ５において、内径形状データに基づいて周波数解析を行い、分析内径形状パラメータを算出する。

次に、ステップＳ６において、算出した分析内径形状パラメータに基づいて上位コンピュータ４０２にて加工チップ進退マップを生成し、内径加工装置１０の同期コントローラ６６に記憶する。

そして、ステップＳ７において、先ず、モデルブロック２０４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２００を所定の位置に配置する。次いで、シリンダブロック２００にボーリング加工を行った後に、同期コントローラ６６の制御下に、記憶されている加工チップ進退マップに基づいた内径加工をシリンダブロック２００の穴２０２に施す。

ステップＳ８において、図５Ｃに示すように、ダミーヘッド２０８と異なり、実際の製品として用いられるシリンダヘッド２１６を用意し、内径加工が施されたシリンダブロック２００に、シリンダヘッド２１６を複数のボルト２１８…２１８により装着する。すると、シリンダブロック２００の穴（ボア）２０２の内径形状は、モデルブロック２０４のボア２０６と同様の真円度となる。

次に、上述したステップＳ４のボア内径形状の測定からステップＳ７の内径加工までの詳細な手順について、図７のフローチャートを参照しながら説明する。

ステップＳ１１（Ｓ４）では、例えば、図８に示すように、全気筒について、内面形状測定器４００により、ボア２０６の深さ方向に所定間隔おきに４つの測定点Ｍ１〜Ｍ４を設定し、各測定点Ｍ１〜Ｍ４でのボア２０６の内径形状を測定する。

具体的には、全気筒について、空気マイクロセンサ、近接センサ、レーザセンサなどのセンサをボア２０６に挿入し、回転させながらボア２０６の深さ方向に移動して、各測定点でのボア２０６の内径形状を測定して、内径形状データとする。なお、所定間隔おきに測定した例を示したが、非等間隔、例えば、モデルブロック２０４のシリンダヘッド側の数箇所や、逆に、モデルブロック２０４のクランクシャフト側の数箇所を測定してもよい。なお、図８において、各測定点Ｍ１〜Ｍ４でのボア２０６の内径形状Ｒ１〜Ｒ４は、互いに異なり、楕円形、三角形、四角形状や、偏心した真円など、非真円形状となっている。

図９及び図１０に示すように、測定したボア２０６の内径形状には、ΔＬ程度の凹凸があり、さらに、高次のノイズが含まれていることが判る。なお、図９及び図１０では、ボア２０６の変形量をゼロとした場合のボア２０６の内周面の位置を基準線Ｌ０とし、この基準線Ｌ０よりもΔＬだけ内側をＬ１とし、基準線Ｌ０よりもΔＬだけ外側をＬ２としている。

ステップＳ１２では、上位コンピュータ４０２により、各測定点Ｍ１〜Ｍ４のボア２０６の内径形状を周波数解析することで、真円に対する誤差のｎ次成分を抽出し、それぞれの振幅及び位相を求めて、振幅・位相についての分析内径形状パラメータ（Ａ_n，Ｐ_n）を生成する。

具体的には、以下の式（１）〜（４）に従って、基準線Ｌ０からの突出量を角度θの関数ｘ（θ）で表し、以下の式に従ってフーリエ変換を行い、ｎ次成分の振幅Ａ_n及び位相Ｐ_nを求める。

ここで、振幅Ａ₀は、基準線である真円に対する半径の誤差を表し、振幅Ａ₁は、基準線である真円からの偏心を表し、振幅Ａ₂は、楕円形状の成分を表し、振幅Ａ₃は、三角形状の成分を表し、振幅Ａ₄は、四角形状の成分を表す。また、Ｐ₀は不要である。

これらｎ次成分の分析内径形状パラメータ（Ａ_n，Ｐ_n）を、フーリエ逆変換して、基準線Ｌ０からの突出量を角度θの関数Ｔ（θ）で表すと、式（５）のようになる。

次に、式（５）において、ｋ＝４として計算する。上述したように、０次〜４次までの周波数解析を行うことでモデルブロック２０４のボア２０６の変形をほぼ再現できるからである。

よって、式（５）中において、ｋ＝４として、Ａ₁×ｃｏｓ（θ＋Ｐ₁）、Ａ₂×ｃｏｓ（２θ＋Ｐ₂）、Ａ₃×ｃｏｓ（３θ＋Ｐ₃）、Ａ₄×ｃｏｓ（４θ＋Ｐ₄）の４つの周波数の波形をプロットすると、図１１のようになる。

次に、これら４つの周波数の波形を合成して、形状補正するために極性を反転させて、プロットすると、図１２のようになる。

ステップＳ１３では、上位コンピュータ４０２により、分析内径形状パラメータ（Ａ_n，Ｐ_n）をフーリエ逆変換する。

ステップＳ１４では、上位コンピュータ４０２により、フーリエ逆変換したデータを、回転台３０２の回転軸線Ａに対する加工チップ３４のＹ方向の位置に変換して、シリンダブロック２００の回転角と加工チップ３４の突出量との関係を表す加工チップ進退マップを生成する。

ステップＳ１５では、上位コンピュータ４０２により、加工チップ進退マップに基づいて、比例補間処理により、内径加工するための詳細な加工チップ進退マップを生成し、その詳細な加工チップ進退マップを同期コントローラ６６に記憶する。詳細な加工チップ進退マップは、図１３Ａに示すように、加工チップ進退マップの加工チップ３４の先端の軌跡をＲ１Ａ〜Ｒ４Ａとすると、実際の加工チップ３４の軌跡Ｓは、螺旋状であり、この軌跡Ｓ同士の間隔は、軌跡Ｒ１Ａ〜Ｒ４Ａの間隔よりも狭くなるため、必要になるのである。

具体的には、例えば、図１３Ｂに示すように、互いに上下に隣り合う軌跡Ｒ１Ａ、Ｒ２Ａの間に位置する軌跡Ｓ上の点Ｓ１の位置を求める。点Ｓ１を通る直線Ｖを引き、この直線Ｖと各軌跡Ｒ１Ａ、Ｒ２Ａとの交点を点Ｖ１、Ｖ２とする。さらに、点Ｖ１と点Ｖ２との高さ方向の間隔をΔＺ、点Ｖ１と点Ｖ２との水平方向の間隔をΔＲとし、点Ｖ２から点Ｓ１まで高さ方向の間隔をδｚとし、点Ｖ２から点Ｓ１までの水平方向の間隔をδｒとして、以下の式（６）に従って、点Ｓ１の位置を求める。
ΔＲ：δｒ＝ΔＺ：δｚ ・・・（６）

ステップＳ１６では、同期コントローラ６６により、シリンダブロック２００の回転角度及び加工チップ３４のＸ方向の位置に基づいて、記憶した加工チップ進退マップに従い、回転台３０２の回転軸線に対する加工チップ３４のＹ方向の位置を求める。

ステップＳ１７では、同期コントローラ６６により、加工チップ３４のＹ方向の位置に従って、シリンダブロック２００の穴２０２を内径加工する。

ステップＳ１８は、全気筒について加工が完了したか否かを判定し、この判定がＹＥＳの場合は終了し、ＮＯの場合はステップＳ１３に戻る。

以上の制御において、ステップＳ７及びステップＳ１７が加工ステップに、ステップＳ４及びステップＳ１１が測定ステップにそれぞれ相当する。

本実施形態の内径加工装置１０においては、加工チップ３４をピエゾアクチュエータ４２とシリンダブロック２００との間に配置しているので、ピエゾアクチュエータ４２がシリンダブロック２００の穴２０２の内径面に当たることがない。これにより、ピエゾアクチュエータを加工チップよりもシリンダブロック側に突出するように前記加工チップと並列に配置した場合と比べて、シリンダブロックの穴の深さに応じてピエゾアクチュエータと加工チップの位置を調整する必要がないので、内径加工装置の構成を簡易にすることができる。また、加工チップ３４が複数のピエゾ素子の伸縮によって進退するので、カム機構等を利用して加工チップを進退させる場合と比較して加工チップの進退動作の応答性が良くなる。よって、簡易な構成で高精度な内径加工を可能とすることができる。

本実施形態の内径加工装置１０は、回転台３０２の回転軸線Ａを基準として加工チップ３４のＹ方向の位置が設定されるので、シリンダブロック２００の穴２０２の内径面を基準として加工チップ３４の進退量を設定する必要がない。そのため、内径加工工程よりも前工程であるボーリング工程において、シリンダブロック２００の穴２０２の内面形状を精度の高い真円形状にしなくても、シリンダブロック２００の穴２０２の内面形状をモデルブロック２０４のボア２０６の内面形状に内径加工することができる。よって、ボーリング工程のサイクルタイムが増加することを抑えることができる。

一般的に、シリンダブロックの穴の内径加工において、シリンダブロックを固定した状態で加工ヘッド（加工チップ）を回転させながら内径加工を行う装置が知られている。このような装置に本発明に係る内径装置に利用したピエゾアクチュエータを用いると、加工ヘッドが回転することでアクチュエータ本体に接続している電線が絡まるおそれがある。しかしながら、本実施形態の内径加工装置では、加工ヘッドを固定した状態でシリンダブロックを回転させているので、電線が絡まることはない。

本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の形態で実施できる。

本発明に係る内径加工装置は、本実施形態において加工チップを進退させる手段として圧電素子を利用しているが、圧電素子に替えて超磁歪材料を利用してもよい。この場合、ピエゾドライバから電線を介して超磁歪材料に電流を供給することで超磁歪材料に磁場を印加させ、超磁歪材料を伸縮させればよい。これにより、圧電素子を利用した本実施形態と同様の効果を奏することができる。

本実施形態では、移動機構にて加工チップをシリンダブロックに対して相対移動させているが、前記移動機構を省略して装置本体を固定した状態で、回転駆動機構をシリンダブロックの穴の深さ方向に移動させることにより、加工チップをシリンダブロックに対して相対移動させてもよい。

本発明に係る内径加工装置にて内径加工ができるワークは、上述したシリンダブロックに限らない。例えば、前記ワークとして、ベアリング等を利用することができる。

１０…内径加工装置 １２…移動機構
１６…制御部 ３０…加工ヘッド
３４…加工チップ ４２…ピエゾアクチュエータ
６６…同期コントローラ ７２…ピエゾドライバ
２００…シリンダブロック ２０２…穴
２０４…モデルブロック ２０６…ボア
４００…内面形状測定器 ４０２…上位コンピュータ

Claims (6)

1. ワークに形成された穴を内径加工するワークの内径加工方法であって、
   回転手段にて前記ワークを回転させた状態で、刃具を圧電素子又は超磁歪材料にて前記穴の半径方向に進退させつつ、該穴の深さ方向に相対移動させることにより、該穴を内径加工する加工ステップを備え、
   前記刃具が、前記圧電素子又は前記超磁歪材料と前記ワークとの間に配置されていることを特徴とするワークの内径加工方法。
2. 請求項１記載のワークの内径加工方法において、
   既に内径加工されたワークモデルの内径形状を測定する測定ステップをさらに備え、
   前記測定ステップにて測定された内径形状に基づいて前記刃具が進退されるように前記圧電素子に印加される電圧又は前記超磁歪材料に印加される磁場を制御部にて制御することを特徴とするワークの内径加工方法。
3. 請求項２記載のワークの内径加工方法において、
   前記ワークがシリンダブロックであることを特徴とするワークの内径加工方法。
4. ワークに形成された穴を内径加工するワークの内径加工装置であって、
   回転手段にて前記ワークを回転させた状態で前記穴の内径面と接触可能に設けられた刃具と、
   前記ワークに対して前記刃具を前記穴の深さ方向に相対移動させる移動手段と、
   前記刃具を前記穴の半径方向に進退させる圧電素子又は超磁歪材料と、を備え、
   前記刃具が、前記圧電素子又は前記超磁歪材料と前記ワークとの間に配置されていることを特徴とするワークの内径加工装置。
5. 請求項４記載のワークの内径加工装置において、
   既に内径加工されたワークモデルの内径形状に基づいて前記刃具が進退されるように前記圧電素子に印加される電圧又は前記超磁歪材料に印加される磁場を制御する制御部をさらに備えることを特徴とするワークの内径加工装置。
6. 請求項５記載のワークの内径加工装置において、
   前記ワークがシリンダブロックであることを特徴とするワークの内径加工装置。

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