JP2018099746A - ホーニング加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的簡単な構成で、ホーニングツールの上昇時と下降時とで、砥石の切り込み力を一定とすることができるホーニング加工装置を提供する。【解決手段】ホーニングツール２０を回転させながら上昇及び下降を繰り返すことでワークＷを加工するのにあたって、コーン部２５を下方に向かって移動させることで、砥石装着プレート３０を径方向外方に押し出すようにしている。そして、コーン部２５の下方への移動に伴って、圧力室Ｓ内の油が流動することで、挟持部材３５が上方に押し上げられ、コーン部２５と挟持部材３５との間に砥石装着プレート３０が挟持される。【選択図】図３

Description

本発明は、ホーニング加工装置に関するものである。

従来より、ワークに形成された孔の内周面を研磨するためのホーニング加工装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、複数の砥石が周方向に並んだ状態で径方向に移動可能に装着され且つ全体が回転駆動されるツールヘッドと、各砥石を径方向に移動させる砥石径拡縮手段とを備えた構成が開示されている。砥石径拡縮手段は、下方に向かって縮径するテーパー状の押出し部で構成され、押出し部が下降することにより、砥石装着板が径方向外側に押し出されて全砥石の外接円の径が拡大されるようになっている。

そして、ワークの孔にツールヘッドを挿入し、砥石を径方向外側に押し出して孔の内周面に押し付けながらツールヘッドを回転させ、ツールヘッドの上昇及び下降を繰り返すことで、ワークの孔を研磨することができる。

ところで、一般的に、ホーニング加工装置では、ツールヘッドの上昇時と下降時とで、砥石姿勢が変化することで、全砥石の外接円の径が異なってしまい、切り込み力が変化することがある。

具体的に、図５及び図６に示すように、ツールヘッド１２０の周壁部には、砥石１３０ａが径方向に移動可能に嵌め込まれる開口孔１２１ａが形成されている。この開口孔１２１ａは、砥石装着板１３０をスムーズに移動させるために、砥石装着板１３０よりも若干大きく開口している。なお、図５及び図６では、この隙間Ｃを強調して表現している。

そのため、ツールヘッド１２０が下降する場合には、砥石１３０ａがワークＷの孔Ｗａの内周面に押し付けられながら下降することにより、砥石装着板１３０が開口孔１２１ａの上縁部に当接して上側に片寄りした状態となる。そして、開口孔１２１ａの下縁部と砥石装着板１３０との間に隙間Ｃが生じるとともに、砥石１３０ａが押出し部１２５のテーパー部１２７に沿って径方向外側に移動することとなる（図５参照）。

一方、ツールヘッド１２０が上昇する場合には、砥石１３０ａがワークＷの孔Ｗａの内周面に押し付けられながら上昇することにより、砥石装着板１３０が開口孔１２１ａの下縁部に当接して下側に片寄りした状態となる。そして、開口孔１２１ａの上縁部と砥石装着板１３０との間に隙間Ｃが生じるとともに、砥石１３０ａが押出し部１２５のテーパー部１２７に沿って径方向内側に移動することとなる（図６参照）。

このように、ツールヘッドが下降する場合には、全砥石の外接円の径Ｄ１が、目標の仕上げ寸法の径よりも大きくなる一方、ツールヘッドが上昇する場合には、全砥石の外接円の径Ｄ２が、目標の仕上げ寸法の径よりも小さくなる傾向にある。そのため、図７に示すように、ツールヘッドの上昇時と下降時とで、加工誤差が生じてしまう。また、ツールヘッドの上昇時には、加工効率が下がるため、結果として、加工時間が長くなってしまう。

そこで、特許文献１の発明では、砥石がワークに接触しているかを検知しながら、油圧シリンダやエアシリンダによって、ツールホルダの上昇時と下降時とで砥石の切り込み力が一定となるように制御することで、ワークに対する砥石の過度の食い込みを防ぐようにしている。

特開平５−３１８３０８号公報

しかしながら、従来のように、ツールホルダの上昇時と下降時とで、切り込み力が一定となるように油圧シリンダやエアシリンダを制御する構成では、構造が複雑化するとともに部品点数が増えてしまい、コストが増大するという問題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、比較的簡単な構成で、ホーニングツールの上昇時と下降時とで、砥石の切り込み力を一定とすることができるホーニング加工装置を提供することにある。

本発明は、砥石を有するホーニングツールを回転させながらワークに対して上昇及び下降させることで、該ワークを加工するホーニング加工装置を対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明は、前記ホーニングツールは、
周方向に間隔をあけて複数の開口孔が形成された円筒状のヘッド部と、
前記砥石が装着され且つ前記ヘッド部の開口孔に嵌め込まれて径方向にスライド可能な砥石装着プレートと、
下方に向かって移動するにつれて前記砥石の外接円の径が大きくなるように前記砥石装着プレートを径方向外方に押し出すコーン部と、
前記砥石装着プレートを挟んで前記コーン部に対向するように配設され、該コーン部の下方への移動に連動して上方に移動することで、該コーン部との間に該砥石装着プレートを狭持する挟持部材とを有することを特徴とするものである。

第１の発明では、ホーニングツールを回転させながら上昇及び下降を繰り返すことでワークを加工するのにあたって、コーン部を下方に向かって移動させることで、砥石装着プレートを径方向外方に押し出すようにしている。そして、コーン部の下方への移動に連動して、挟持部材が上方に移動することで、コーン部と挟持部材との間に砥石装着プレートが挟持される。

これにより、ホーニングツールの上昇時と下降時とで、砥石の切り込み力を一定とすることができる。具体的に、開口孔は、砥石装着プレートよりも若干大きく開口しているため、この隙間によって、ホーニングツールの上昇時と下降時とで、砥石装着プレートが下側又は上側に片寄りした状態となり、砥石の外接円の径が異なってしまい、切り込み力が変化することがある。

そこで、本発明では、コーン部と挟持部材とで砥石装着プレートを挟持することで、砥石装着プレートが片寄りした状態となるのを抑えるようにしている。これにより、ホーニングツールの上昇時と下降時とで、砥石の外接円の径、つまり、切り込み力を略一定にすることができるので、仕上げ寸法に差が生じるのを抑えることができる。また、ホーニングツールの上昇時にも、加工効率が下がることがなく、加工時間を短縮することができる。

第２の発明は、第１の発明において、
前記挟持部材は、前記ヘッド部の筒内にスライド可能に嵌め込まれた円筒状の部材で構成され、該挟持部材の外周面の上縁部には、上方に向かって先細となる挟持側テーパー部が設けられ、
前記コーン部は、下方に向かって先細となるコーン側テーパー部が設けられたコーン本体と、該コーン本体から下方に延びて前記挟持部材の筒内にスライド可能に嵌め込まれたピストン部とを有し、
前記ヘッド部には、該ヘッド部の下側開口を塞ぐ蓋部が設けられ、
前記砥石装着プレートには、前記挟持側テーパー部に対応した下側テーパー部と、前記コーン側テーパー部に対応した上側テーパー部とが設けられ、
前記ピストン部、前記挟持部材、前記ヘッド部、及び前記蓋部によって区画される圧力室内には、非圧縮性の液体が封入され、
前記砥石装着プレートは、前記コーン部の下方への移動に伴って前記圧力室内の液体が流動して前記挟持部材が上方に押し上げられることで、該コーン部と該挟持部材との間で挟持されるとともに径方向外方に押し出されることを特徴とするものである。

第２の発明では、コーン部の下方への移動に伴って圧力室内の液体が流動することで挟持部材が上方に押し上げられ、砥石装着プレートがコーン部と挟持部材との間に狭持される。

このような構成とすれば、コーン部の下方への移動に連動して挟持部材を上方に移動させるための駆動機構を別途設ける必要がなく、コストを低減させることができる。

第３の発明は、第２の発明において、
前記上側テーパー部の傾斜角度は、前記下側テーパー部の傾斜角度と略等しいことを特徴とするものである。

第３の発明では、上側テーパー部と下側テーパー部との傾斜角度が略等しいので、砥石装着プレートには、コーン部と挟持部材とから均等に力が加わり、砥石装着プレートを径方向外方にスムーズに押し出すことができる。

本発明によれば、ホーニングツールの上昇時と下降時とで、砥石の外接円の径、つまり、切り込み力を略一定にすることができるので、仕上げ寸法に差が生じるのを抑えて高精度の加工を行うとともに、加工時間を短縮することができる。

本実施形態に係るホーニング加工装置の構成を示す側面図である。 ホーニングツールの構成を示す側面断面図である。 ワーク加工中のホーニングツールの構成を示す側面断面図である。 加工径と目標径との差を示すグラフ図である。 従来技術に係るツールヘッドを下降させたときの砥石の位置を示す側面断面図である。 従来技術に係るツールヘッドを上昇させたときの砥石の位置を示す側面断面図である。 従来技術に係るホーニング加工装置における目標径と加工径との差を一部拡大して示す示すグラフ図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１に示すように、ホーニング加工装置１０は、ワークＷに形成された孔Ｗａの内周面を研磨するホーニングツール２０と、ホーニングツール２０を駆動するツール駆動装置４０と、ツール駆動装置４０の動作を制御する制御装置６０とを備えている。

図２にも示すように、ホーニングツール２０は、ヘッド部２１と、主軸部２２と、ロッド２３とを有する。主軸部２２は、中空の軸部材からなり、その中心を回転軸Ｊに一致させた状態で上下方向に延びている。主軸部２２の上端部分は、ツール駆動装置４０に、回転軸Ｊ回りに回転可能に支持されている。

ロッド２３は、その中心を回転軸Ｊに一致させた状態で主軸部２２の内部に収容されている。ロッド２３は、主軸部２２から独立して回転軸Ｊ方向にスライド可能且つ回転可能に構成され、後述する切り込み調整モータ５６の回転駆動に伴って、上下方向に進退可能となっている。

主軸部２２の下端には、円筒状のヘッド部２１が設けられている。ヘッド部２１は、その中心を回転軸Ｊに一致させた状態で、主軸部２２と一体に構成されている。ヘッド部２１は、コーン部２５と、砥石３０ａが装着された砥石装着プレート３０と、砥石装着プレート３０を挟んでコーン部２５に対向するように配設された挟持部材３５とを有する。なお、ヘッド部２１の詳細については後述する。

図１に示すように、ツール駆動装置４０は、ホーニングツール２０を昇降させる昇降機構４１と、ホーニングツール２０を回転軸Ｊを中心に回転させる回転機構５０と、ホーニングツール２０の砥石３０ａの切り込み力を調整する切り込み調整機構５５とを有する。昇降機構４１、回転機構５０、及び切り込み調整機構５５は、ホーニング加工装置１０のコラム１１に搭載されている。

昇降機構４１は、ホーニングツール２０を回転可能に保持する主軸テーブル４２と、主軸テーブル４２を上下方向にスライド可能なガイドレール４３と、図示しないボールネジを回転させることで主軸テーブル４２を上昇及び下降させる送り駆動モータ４４とを有する。

回転機構５０は、ホーニングツール２０に回転力を伝動する伝動ベルト５１と、伝動ベルト５１を介してホーニングツール２０を回転軸Ｊを中心に回転させる回転駆動モータ５２とを有する。

切り込み調整機構５５は、ホーニングツール２０のロッド２３を上昇及び下降させ、コーン部２５の上下方向の移動量を調整することで、砥石３０ａの径方向の突出量、つまり、砥石３０ａの切り込み力を調整する切り込み調整モータ５６を有する。

昇降機構４１、回転機構５０、及び切り込み調整機構５５等のホーニング加工装置１０に搭載されているモータは、制御装置６０によって総合的に駆動制御されている。例えば、制御装置６０には、一連の研磨処理を実行する加工プログラム等、各種制御プログラムが実装されている。

制御装置６０は、ホーニング加工装置１０のベッド１２の内部に収容されている。ベッド１２には、ワークＷを載置するワーク載置台１５が配設されている。本実施形態では、ワークＷは、円筒状の部材で構成され、ワークＷの孔Ｗａの内周面が研磨される。

図２に示すように、挟持部材３５は、ヘッド部２１の筒内にスライド可能に嵌め込まれた円筒状の部材で構成されている。挟持部材３５の外周面の上縁部には、上方に向かって先細となる挟持側テーパー部３６が設けられている。挟持部材３５の外周面には、周方向の全周に亘ってシール溝３８が形成されている。シール溝３８には、シールリング３９が嵌め込まれており、シールリング３９により、ヘッド部２１の内周面と挟持部材３５の外周面とがシールされる。

コーン部２５は、頂部を下に向けた円錐形状のコーン本体２６を有する。コーン部２５は、ロッド２３の下端に一体に連なって、ヘッド部２１の内部中央に配置されており、ロッド２３とともにスライド及び回転する。

コーン本体２６には、下方に向かって先細となるコーン側テーパー部２７が設けられている。コーン本体２６には、下方に延びて挟持部材３５の筒内にスライド可能に嵌め込まれたピストン部２８が一体形成されている。ピストン部２８の外周面には、周方向の全周に亘ってシール溝３８が形成されている。シール溝３８には、シールリング３９が嵌め込まれており、シールリング３９により、挟持部材３５の内周面とピストン部２８の外周面とがシールされる。

ヘッド部２１の下部には、ヘッド部２１の下側開口を塞ぐ蓋部２４が取り付けられている。蓋部２４は、ヘッド部２１の筒内に嵌め込み可能なように段差状に形成されている。蓋部２４の嵌め込み部分には、周方向の全周に亘ってシール溝３８が形成されている。シール溝３８には、シールリング３９が嵌め込まれており、シールリング３９により、ヘッド部２１の内周面と蓋部２４の嵌め込み部分とがシールされる。

このような構成とすることで、ピストン部２８、挟持部材３５、ヘッド部２１、及び蓋部２４によって圧力室Ｓが区画される。圧力室Ｓには、非圧縮性の液体、例えば、油が封入されている。

コーン部２５の周囲には、プレート形状を有する複数の砥石装着プレート３０が放射状に配置されている。ヘッド部２１には、周方向に等間隔で複数の開口孔２１ａが形成されており、砥石装着プレート３０は、開口孔２１ａに嵌め込まれて径方向にスライド可能となっている。

砥石装着プレート３０の先端には、砥石３０ａが装着されている。砥石装着プレート３０は、ヘッド部２１に、径方向にスライド変位可能に支持されており、図示しないゴムリング等の弾性部材により、径方向内側に引き込まれるように常時付勢されている。

砥石装着プレート３０の基端には、コーン本体２６のコーン側テーパー部２７に対応した上側テーパー部３１と、挟持側テーパー部３６に対応した下側テーパー部３２とが設けられている。上側テーパー部３１の傾斜角度と、下側テーパー部３２の傾斜角度とは、略等しく形成されている。なお、上側テーパー部３１の傾斜角度と、下側テーパー部３２の傾斜角度とが異なっていても構わない。

ここで、図２に示すコーン部２５の位置では、砥石装着プレート３０がコーン部２５によって押し出されておらず、その先端の砥石３０ａが引っ込んで研磨不能な状態となる（退避位置）。それに対して、図３に示すように、砥石装着プレート３０の基端の上側テーパー部３１がコーン側テーパー部２７に接触すると、その先端の砥石３０ａが径方向外側に突出し、研磨可能な状態となる（使用位置）。

具体的に、使用位置にある砥石装着プレート３０は、コーン部２５が図２の位置から下方に移動するにつれて、コーン側テーパー部２７に上側テーパー部３１が接触して、径方向外側に徐々に押し出される。それにより、砥石装着プレート３０の砥石３０ａの外面によって形成される外接円の軌跡は、径方向に拡張することとなる。

このとき、コーン部２５の下方への移動に伴って、圧力室Ｓ内の油がピストン部２８によって押されることで流動する。つまり、コーン部２５の下方への移動に連動して、挟持部材３５が上方に移動することとなる。そして、砥石装着プレート３０は、コーン部２５と挟持部材３５とで狭持されるとともに、径方向外方に押し出されることとなる。これにより、ホーニングツール２０の上昇時と下降時とで、砥石３０ａの切り込み力を一定とすることができる。

具体的に、開口孔２１ａは、砥石装着プレート３０よりも若干大きく開口しているため、この隙間によって、ホーニングツール２０の上昇時と下降時とで、砥石装着プレート３０が下側又は上側に片寄りした状態となり、砥石３０ａの外接円の径が異なってしまい、切り込み力が変化することがある。

そこで、本実施形態では、コーン部２５と挟持部材３５との間に砥石装着プレート３０を挟持することで、砥石装着プレート３０が片寄りした状態となるのを抑えるようにしている。

これにより、ホーニングツール２０の上昇時と下降時とで、砥石３０ａの外接円の径、つまり、切り込み力を略一定にすることができるので、仕上げ寸法に差が生じるのを抑えることができる（図４参照）。また、ホーニングツール２０の上昇時にも、加工効率が下がることがなく、加工時間を短縮することができる。

なお、本実施形態では、挟持部材３５の内径をＤとしたときに、挟持部材３５の外径をＤ・√２に設定するようにしている。これにより、コーン部２５の下方への移動量と、挟持部材３５の上方への移動量が等しくなる。

具体的に、コーン部２５の下方への移動量、挟持部材３５の上方への移動量を共にＨとし、挟持部材３５の外径をＸとすると、コーン部２５のピストン部２８によって押しのけた油の量は、下記の（１）式で表される。

（Ｄ／２）^２・π・Ｈ ・・・（１）
一方、挟持部材３５を上方へ移動量Ｈだけ移動させる油の量は、下記の（２）式で表される。

（（Ｘ／２）^２−（Ｄ／２）^２）・π・Ｈ ・・・（２）
両者の油の量は等しいので、下記の（３）式が成立する。

（Ｄ／２）^２・π・Ｈ＝（（Ｘ／２）^２−（Ｄ／２）^２）・π・Ｈ ・・・（３）
そして、（３）式を計算していくと、下記の（４）式となり、最終的に、下記の（５）式を得ることができる。

Ｘ^２／４＝Ｄ^２／２ ・・・（４）
Ｘ＝Ｄ・√２ ・・・（５）
これにより、挟持部材３５の内径Ｄ、外径をＤ・√２のときに、コーン部２５の下方への移動量と、挟持部材３５の上方への移動量が等しくなることが分かる。

以上説明したように、本発明は、比較的簡単な構成で、ホーニングツールの上昇時と下降時とで、砥石の切り込み力を一定とすることができるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。

１０ ホーニング加工装置
２０ ホーニングツール
２１ ヘッド部
２１ａ 開口孔
２４ 蓋部
２５ コーン部
２６ コーン本体
２７ コーン側テーパー部
２８ ピストン部
３０ 砥石装着プレート
３０ａ 砥石
３１ 上側テーパー部
３２ 下側テーパー部
３５ 挟持部材
３６ 挟持側テーパー部
Ｓ 圧力室
Ｗ ワーク

Claims (3)

1. 砥石を有するホーニングツールを回転させながらワークに対して上昇及び下降させることで、該ワークを加工するホーニング加工装置であって、
   前記ホーニングツールは、
   周方向に間隔をあけて複数の開口孔が形成された円筒状のヘッド部と、
   前記砥石が装着され且つ前記ヘッド部の開口孔に嵌め込まれて径方向にスライド可能な砥石装着プレートと、
   下方に向かって移動するにつれて前記砥石の外接円の径が大きくなるように前記砥石装着プレートを径方向外方に押し出すコーン部と、
   前記砥石装着プレートを挟んで前記コーン部に対向するように配設され、該コーン部の下方への移動に連動して上方に移動することで、該コーン部との間に該砥石装着プレートを狭持する挟持部材とを有することを特徴とするホーニング加工装置。
2. 請求項１において、
   前記挟持部材は、前記ヘッド部の筒内にスライド可能に嵌め込まれた円筒状の部材で構成され、該挟持部材の外周面の上縁部には、上方に向かって先細となる挟持側テーパー部が設けられ、
   前記コーン部は、下方に向かって先細となるコーン側テーパー部が設けられたコーン本体と、該コーン本体から下方に延びて前記挟持部材の筒内にスライド可能に嵌め込まれたピストン部とを有し、
   前記ヘッド部には、該ヘッド部の下側開口を塞ぐ蓋部が設けられ、
   前記砥石装着プレートには、前記挟持側テーパー部に対応した下側テーパー部と、前記コーン側テーパー部に対応した上側テーパー部とが設けられ、
   前記ピストン部、前記挟持部材、前記ヘッド部、及び前記蓋部によって区画される圧力室内には、非圧縮性の液体が封入され、
   前記砥石装着プレートは、前記コーン部の下方への移動に伴って前記圧力室内の液体が流動して前記挟持部材が上方に押し上げられることで、該コーン部と該挟持部材との間で挟持されるとともに径方向外方に押し出されることを特徴とするホーニング加工装置。
3. 請求項２において、
   前記上側テーパー部の傾斜角度は、前記下側テーパー部の傾斜角度と略等しいことを特徴とするホーニング加工装置。

Images