JP2017127925A - ホーニング加工機 - Google Patents

Abstract

【課題】ホーニング加工機の、砥石の回転半径の拡張制御をより適切に行うことで、円筒部内周面をより高精度に加工する。
【解決手段】砥石１４の研磨面に加わる面圧を、レシプロ作動部１８に配置された第１ロードセル３４Ａにより計測する。一方、レシプロ作動部１８には第２ロードセルが３４Ｂ設けられており、第１ロードセル３４Ａ自体に加わる荷重を計測する。そして、拡張作動機構を作動制御する制御手段５２において、第１ロードセル３４Ａ及び第２ロードセル３４Ｂの計測値の差分値を算出することで、第１ロードセル３４Ａの計測値から、第１ロードセル３４Ａのレシプロ作動に起因するノイズ（慣性力）を除去した補正値を求める。制御手段５２は、この補正値即ち差分値に基づき、砥石１４の研磨面に加わる面圧が、管理値の範囲内に収まっているか否かの判断を行い、判断結果に応じ、拡張作動機構を作動制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、砥石の回転半径を制御可能なホーニング加工機に関するものである。

従来から、円筒部を備えるワークにおいて、円筒部内周面の径寸法の精度を高めるために、円筒部内周面に対してホーニング加工が実施されている。このホーニング加工に用いられる加工機としては、例えば、主軸に保持された砥石をレシプロ作動させるレシプロ作動機構と、該レシプロ作動機構のレシプロ作動部に設けられた、砥石の回転半径を拡張させる拡張作動機構と、拡張作動機構を作動制御する制御手段とを備えた、ホーニング加工機が用いられている。このホーニング加工機は、砥石を回転させかつレシプロ作動させながら、砥石の回転半径を徐々に拡張させることで、円筒部内周面を仕上げ径へと加工するものである。

このようなホーニング加工機を用いてホーニング加工を行う場合、砥石と円筒部内周面との接触面圧が、円筒内周面の形状精度に影響を及ぼすこととなる。そこで、従来のホーニング加工機では、砥石の研磨面に加わる面圧を計測する計測器として、拡張作動機構の動力伝達系にロードセルを介在させ、このロードセルで砥石と円筒部内周面との接触反力を受けることで、砥石の研磨面に加わる面圧を計測している。そして、この面圧の上限閾値・下限限閾値を管理値として予め定め、ロードセルで計測された面圧が管理値の範囲内に収まるように、ホーニング加工機の拡張作動機構の制御手段により拡張作動機構を作動制御することで、砥石と円筒部内周面との接触面圧を調整している。

特開２００４−１３０４０４号公報

ところで、上述の如くホーニング加工機の拡張作動機構の動力伝達系に配置されたロードセルは、ホーニング加工の際に、砥石をレシプロ作動させるためのレシプロ作動部と共にレシプロ作動しながら、砥石と円筒部内周面との接触反力を受ける構成となっている。このため、図５に示されるように、ロードセルによる面圧の計測値Ｐは、ロードセルの自重に起因してレシプロ作動時に生じる慣性力をノイズとして含み、レシプロ作動に同調して変動する値として把握されてしまう。そして、計測値Ｐに上記変動が生じることで、この計測値Ｐを拠り所として拡張制御機構を作動制御する制御手段による、砥石の回転半径の拡張制御が、適切に行われないといった問題が生じることとなる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ホーニング加工機の、砥石の回転半径の拡張制御をより適切に行うことで、円筒部内周面をより高精度に加工することにある。

（発明の態様）
上記課題を解決するための、本発明に係るホーニング加工機は、主軸に保持された砥石をレシプロ作動させるレシプロ作動機構と、該レシプロ作動機構のレシプロ作動部に設けられた、砥石の回転半径を拡張させる拡張作動機構とを含むホーニング加工機であって、ホーニング加工時に前記砥石の研磨面に加わる面圧を計測するための、前記レシプロ作動部に設けられた第１計測器と、前記第１計測器のレシプロ作動に起因して、前記第１計測器自体に加わる荷重を計測するための、前記レシプロ作動部に設けられた第２計測器と、前記第１計測器及び前記第２計測器の計測値の差分値が所定範囲内となるように、前記拡張作動機構を作動制御する制御手段とを備えることを特徴とするものである。

本発明はこのように構成したので、ホーニング加工機の、砥石の回転半径の拡張制御を、より適切に行い、円筒部内周面をより高精度に加工することが可能となる。

本発明の実施の形態に係るホーニング加工機の構成を、一部断面で示した模式図である。 図１に示されるホーニング加工機の作動手順を示すフローチャートである。 図１に示されるホーニング加工機の第１計測器と第２計測器とで計測された計測値と、これらの計測値の差分値とを示すグラフである。 図３に示される差分値が、砥石の研磨面に加わる面圧の管理値から外れる場合を例示するグラフである。 従来のホーニング加工機において、ロードセルによる砥石の研磨面に加わる面圧の計測値が、自重に起因してレシプロ作動時に生じる慣性力を含むことで、レシプロ作動に同調して変動する値となることを示すグラフである。

以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて説明する。
本発明の実施の形態に係るホーニング加工機１０は、概略的に図１に示されるように、主軸１２と、この主軸１２に保持された砥石１４と、砥石１４を矢印Ｘで示されるようにレシプロ作動させるレシプロ作動機構１６と、レシプロ作動機構１６のレシプロ作動部１８（後述する）に設けられた、砥石１４の回転半径を拡張させる拡張作動機構２０とを含む構成を有している。

主軸１２は、基端側（本説明では、図１の上側を意味する。）が中実状をなし、先端側（本説明では、図１の下側を意味する。）の所定範囲は、複数の中空軸が連結されて構成される中空部１２ａを有している。この中空部１２ａには、拡張作動機構２０の動力伝達系を構成する砥石駆動軸２２が、主軸１２の軸方向（図１の上下方向）に摺動可能に保持されている。砥石駆動軸２２の先端側には、先端方向に向けて突出する円錐台状の砥石駆動ブロック２４が設けられている。主軸１２の先端部の砥石１４は、この砥石駆動ブロック２４によって、主軸１２周りの回転半径が拡径（縮径）作動するように駆動される。

砥石１４は、例えば、全体として板状をなし、径方向外側面１４ａに研磨材が保持されて研磨面として構成されものであり、主軸１２の周方向に複数等間隔に配置されている。そして、各砥石１４の径方向内側面１４ｂは、砥石駆動ブロック２４の円錐面２４ａと相補的な円錐面状をなしている。又、各砥石片１４は、例えば各砥石１４を外周側から拘束する、いわゆるガータースプリングなどの適切な付勢手段ないし拘束手段によって、円周方向内側へと付勢され、各砥石１４の径方向内側面１４ｂは、砥石駆動ブロック２４の外周面に密着するように保持されている。又、各砥石１４は、砥石駆動軸２２に形成されたスリット状のガイド穴１２ｂに対し、径方向に摺動可能に嵌め込まれており、各砥石１４の径方向外側面１４ａはガイド穴１２ｂから主軸１２の外側へと露出している。従って、砥石駆動軸２２を先端側へと移動させることで、各砥石１４は砥石駆動ブロック２４により径方向外側へと押し出され、砥石１４の径方向外周面１４ａの回転半径が、拡張されることとなる。なお、砥石駆動軸２２を基端側へと移動させると、砥石１４の各砥石１４は径方向内側へと引き戻され、砥石１４の径方向外周面１４ａの回転半径が縮小する。

砥石駆動軸２２の基端側は、砥石駆動軸２２と直交するピン２６に軸支されている。このピン２６は、リニアガイド２８を介して、主軸１２の外周面に対し軸方向に移動可能に軸支されている。併せて、主軸１２には、軸方向に延びる長穴１２ｃが形成されており、ピン２６はこの長穴１２ｃに挿通され、保持されており、主軸１２に対してピン２６が軸方向に移動可能となっている。又、リニアガイド２８は、軸受３０を介して、主軸１２と共に回転可能な状態で砥石駆動ブラケット３２に保持されている。砥石駆動ブラケット３２は、第１ロードセル（第１計測器）３４Ａを介して、砥石駆動ボールねじ機構３６のナット３６ｂに固定されている。図示の第１ロードセル３４Ａは、円筒状の外形をなしており、ナット３６ｂの外周部を囲むようにして、ナット３６ｂと対をなす、ボールねじ３６ａと同心上に配置されている。砥石駆動ボールねじ機構３６のボールねじ３６ａは、砥石拡張モータ３８に駆動される。砥石拡張モータ３８は、レシプロ駆動ブラケット４０に固定されており、ボールねじ３６ａは、レシプロ駆動ブラケット４０を貫通する態様で、レシプロ駆動ブラケット４０に支持されている。

そして、上述した砥石駆動軸２２、砥石駆動ブロック２４、ピン２６、リニアガイド２８、軸受３０、砥石駆動ブラケット３２、第１ロードセル３４Ａ、砥石駆動ボールねじ機構３６、砥石拡張モータ３８の各要素によって、砥石１４の拡張作動機構が構成されている。
砥石拡張モータ３８が固定されたレシプロ駆動ブラケット４０には、軸受４２を介して主軸１２の中実状の部分が軸支されている。又、主軸１２を回転駆動する主軸回転モータ４４は、適切な支持構造を介して、レシプロ駆動ブラケット４０に支持されている。

レシプロ駆動ブラケット４０は、レシプロ駆動ボールねじ機構４６のナット４６ｂに固定されている。ナット４６ｂと対をなすボールねじ４６ａは、レシプロ駆動モータ４８に駆動される。レシプロ駆動モータ４８は、支持フレーム５０に固定されており、ボールねじ４６ａは、支持フレーム５０を貫通する態様で、支持フレーム５０に支持されている。支持フレーム５０は、ホーニング加工機１０の重量や、ホーニング加工機１０に加わる荷重を受け止めるものであり、例えば、ワークの円筒部内周面に対してホーニング加工機１０の位置決めを行うための、支持装置やロボット等の、構成要素の一部である。
そして、レシプロ駆動ブラケット４０、レシプロ駆動ボールねじ機構４６及びレシプロ駆動モータ４８によりレシプロ作動機構が構成され、レシプロ駆動ブラケット４０に支持された主軸１２と、主軸１２に支持された砥石１４と、上述した拡張作動機構とは、全てレシプロ駆動ブラケット４０と共にレシプロ作動することから、レシプロ作動機構のレシプロ作動部１８を構成する要素である。

さらに、砥石駆動ブラケット３２には、第２ロードセル（第２計測器）３４Ｂが設けられている。第２ロードセル３４Ｂは、レシプロ作動部１８において、ホーニング加工時に砥石１４の径方向外周面（研磨面）１４ａに加わる面圧の反力を、受けることのない位置に配置されるものである。なお、図示の例では、第２ロードセル３４Ｂは、駆動ブラケット３２の下面に対して、第１ロードセル３４Ａに対して同心上に位置するように、固定されている。従って、第１ロードセル３４Ａと第２ロードセル３４Ｂとは、いずれもレシプロ作動部１８、即ち同一のレシプロ作動系に設けられている。又、本実施の形態では、第２ロードセル３４Ｂは、第１ロードセル３４Ａと同一仕様のものが用いられている。
なお、第１ロードセル３４Ａと第２ロードセル３４Ｂとは、各々の機能を発揮し得る限り、レシプロ作動部１８の他の位置に設けられていても良い。

そして、第１ロードセル３４Ａ及び第２ロードセル３４Ｂの計測値の差分値が、所定範囲内となるように、拡張作動機構を作動制御する制御手段５２を備えている。図示の例では、制御手段５２は、ホーニング加工機１０の各部作動制御に係る、砥石拡張モータ３８、主軸回転モータ４４及びレシプロ駆動モータ４８を各々制御する制御手段としても機能するものである。従って、制御手段５２は、ホーニング加工機１０の制御手段にその機能を持たせたものであっても良い。又、適宜、ホーニング加工機１０の制御手段と情報交換可能な態様で、個別にパーソナルコンピュータ等の電子演算器を用いて、制御手段５２を構成することとしても良い。又、制御手段５２は、図示の如く、第１ロードセル３４Ａ及び第２ロードセル３４Ｂの計測値の差分値を計算する、演算プログラム５２ａを備えるものであっても良い。

ここで、図１に示されるホーニング加工機１０を用いて、円筒部を備えるワークの、円筒部内周面に対してホーニング加工を行う手順を、図２も合わせて参照しながら説明する。なお、各ステップの順序は一例であり、適宜入れ替えを行うこととしても良い。
以下の各ステップに先立ち、ワーク（図示省略）の円筒部に対してホーニング加工機１０の主軸１２を挿通し、円筒部内周面に対して主軸１２の砥石１４を対面させる。
ステップＳ１０：制御手段５２の指令により、主軸回転モータ４４を駆動して、主軸１２を回転させる。
ステップＳ２０：制御手段５２の指令により、レシプロ駆動モータ４８を駆動して、レシプロ作動機構の、レシプロ作動部１８のレシプロ作動を開始する。
ステップＳ３０：制御手段５２の指令により、砥石拡張モータ３８を駆動して、砥石１４を拡径作動させ、ワークの円筒部内周面に対して砥石１４の径方向外周面１４ａを当接させる。
ステップＳ４０：砥石と円筒部内周面との接触反力が、拡張作動機構の動力伝達系に配置された第１ロードセル３４Ａによって検出されることで、砥石１４と円筒部内周面との接触面圧ＰＡ（図３参照）が、測定される。同時に、レシプロ作動部１８に設けられた第２ロードセル３４Ｂによって、レシプロ作動部１８のレシプロ作動に起因して、第２ロードセル自体に加わる荷重ＰＢ（図３参照）が、測定される。

ステップＳ５０：制御手段５２において、第１ロードセル３４Ａ及び第２ロードセル３４３Ｂの計測値の差分値ＰＣ（図３参照）が算出される。
ステップＳ６０：制御手段５２において、第１ロードセル３４Ａ及び第２ロードセル３４Ｂの計測値の差分値ＰＣが、砥石１４の研磨面に加わる面圧の上限閾値ＰＵ及び下限限閾値ＰＬの範囲内にあるか否かを判断する。そして、図４の上図のごとく、差分値ＰＣが面圧の上限閾値ＰＵを上回る、又は、図４の下図のごとく、面圧の下限閾値ＰＬを下回ると判断される場合には、ステップＳ３０へと戻り、制御手段５２の指令により、砥石拡張モータ３８を駆動する。そして、差分値ＰＣが面圧が上限閾値ＰＵ及び下限閾値ＰＬの間の管理値の範囲内に収まるように、砥石１４の回転半径を補正する。
ステップＳ７０：ステップＳ６０において、第１ロードセル３４Ａ及び第２ロードセル３４Ｂの計測値の差分値ＰＣが、図３に示されるように、面圧が上限閾値ＰＵ及び下限閾値ＰＬの間の管理値の範囲内に収まっていると判断される場合には、砥石１４の回転半径を補正することなく、ワークの円筒部内周面を仕上げ径まで加工する。

上記ステップＳ１０からステップＳ７０までの加工工程に係る、ホーニング加工機の制御方法の特徴をまとめると、以下のようになる。
砥石をレシプロ作動させるレシプロ作動機構と、砥石の回転半径を拡張させる拡張作動機構とを含むホーニング加工機の制御方法であって、
前記レシプロ作動機構のレシプロ作動部に、ホーニング加工時に前記砥石の研磨面に加わる面圧を計測するための第１計測器と、前記第１計測器のレシプロ作動に起因して、前記第１計測器自体に加わる荷重を計測するための第２計測器とを設け、
前記第１計測器及び前記第２計測器の計測値の差分値が所定範囲内となるように、前記拡張作動機構を作動制御することを特徴とするホーニング加工機の制御方法。

以上のような構成を有する、本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能である。
まず、ホーニング加工時に砥石１４の研磨面に加わる面圧Ｐを、レシプロ作動機構において実際にレシプロ作動する部分である、レシプロ作動部１８に設けられた、第１ロードセル３４Ａにより計測する。このため、図３の左図上段のグラフに示されるように、第１ロードセル３４Ａによる計測値ＰＡは、第１ロードセル３４Ａの自重に起因してレシプロ作動時に生じる慣性力をノイズとして含み、第１ロードセル３４Ａにより計測される面圧の測定値ＰＡは、レシプロ作動に同調して変動する値として把握される。

一方、レシプロ作動部１８には第２ロードセルが３４Ｂ設けられており、この第２ロードセル３４Ｂによって、第１ロードセル３４Ａのレシプロ作動に起因して、第１ロードセル３４Ａ自体に加わる荷重を計測する。上述のごとく、第２ロードセル３４Ｂは、レシプロ作動部１８において、ホーニング加工時に砥石１４の研磨面に加わる面圧の反力を受けることのない位置に、配置されている。そして、第２ロードセル３４Ｂの自重に起因してレシプロ作動時に生じる慣性力のみを、第２ロードセル３４Ｂにより計測値ＰＢとして検出する。この、第２ロードセル３４Ｂの計測値ＰＢは、第１ロードセル３４Ａ自体に加わる荷重に相当する値であり、第２ロードセル３４Ｂによって、第１ロードセル３４Ａ自体に加わる荷重を間接的に計測するものである。このため、図３の左図下段のグラフに示されるように、第２ロードセル３４Ｂによる計測値ＰＢは、第１ロードセル３４Ａの自重に起因してレシプロ作動時に生じる慣性力が、レシプロ作動に同調して変動する値として把握されたものである。

そして、拡張作動機構を作動制御する制御手段５２において、第１ロードセル３４Ａ及び第２ロードセル３４Ｂの計測値ＰＡ、ＰＢの差分値ＰＣを、図３の右図のグラフに示されるように算出することで、第１ロードセル３４Ａの計測値ＰＡから、第１ロードセル３４Ａのレシプロ作動に起因するノイズ（慣性力）を除去した補正値を求める。制御手段５２は、この補正値即ち差分値ＰＣに基づき、砥石１４の研磨面に加わる面圧が、管理値の範囲内に収まっているか否かの判断を行い、かかる判断結果に応じ、拡張作動機構を作動制御する。このため、拡張制御機構は、ワークの円筒部内周面の形状精度を損なうことなく、砥石１４の回転半径を、適切に拡張し、拡張速度を適宜補正するように作動することとなる。

なお、制御手段５２は、図３に示されるような、１ロードセル３４Ａ及び第２ロードセル３４Ｂの計測値ＰＡ、ＰＢに係る、測定波形の倍率の変更や、計測値ＰＡ、ＰＢに係る測定波形の時間ｔのずれ量を補正する機能ないし制御プログラムを備えることとしても良い。これにより、第１ロードセル３４Ａ及び第２ロードセル３４Ｂの、初期校正時の誤差の調整、第１ロードセル３４Ａに付与される与圧による初期値のばらつきの調整、第１ロードセル３４Ａ及び第２ロードセル３４Ｂ間のゲインのずれ（第２ロードセル３４Ｂ）を補正することが可能である。
よって、上述の如く第１ロードセル３４Ａ及び第２ロードセル３４Ｂに同じ仕様のものを用いることと併せて、第２ロードセル３４Ｂによる計測値ＰＢを、第１ロードセル３４Ａ自体に加わる荷重と同値として扱うことが可能となる。又、第１ロードセル及び第２ロードセルが異なる仕様のものであっても、両者の特性を考慮して適宜数値補正を行うことで、第２ロードセルによる計測値ＰＢに基づき、第１ロードセル自体に加わる荷重を適切に導き出すことが可能である。

１０：ホーニング加工機、 １２：主軸、 １４：砥石、 １４ａ：径方向外周面、 １６：レシプロ作動機構、 １８：レシプロ作動部、 ２０：拡張作動機構、 ３４Ａ：第１計測器、 ３４Ｂ：第２計測器、 ５２：制御手段、Ｐ：面圧の測定値

Claims (1)

1. 主軸に保持された砥石をレシプロ作動させるレシプロ作動機構と、該レシプロ作動機構のレシプロ作動部に設けられた、砥石の回転半径を拡張させる拡張作動機構とを含むホーニング加工機であって、
   ホーニング加工時に前記砥石の研磨面に加わる面圧を計測するための、前記レシプロ作動部に設けられた第１計測器と、
   前記第１計測器のレシプロ作動に起因して、前記第１計測器自体に加わる荷重を計測するための、前記レシプロ作動部に設けられた第２計測器と、
   前記第１計測器及び前記第２計測器の計測値の差分値が所定範囲内となるように、前記拡張作動機構を作動制御する制御手段とを備えることを特徴とするホーニング加工機。

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