JP2018099747A

JP2018099747A - ホーニング加工装置

Info

Publication number: JP2018099747A
Application number: JP2016245691A
Authority: JP
Inventors: 省二青木; Seiji Aoki
Original assignee: Toyo Advanced Technologies Co Ltd
Current assignee: Toyo Advanced Technologies Co Ltd
Priority date: 2016-12-19
Filing date: 2016-12-19
Publication date: 2018-06-28
Anticipated expiration: 2036-12-19
Also published as: JP6900183B2

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】制御装置６０は、ホーニングツール２０を回転させながら下降及び上昇を繰り返すように回転機構５０及び昇降機構４１を制御する。そして、切り込み調整機構５５を制御して、ホーニングツール２０を下降から上昇、又は上昇から下降に方向変換する際の減速時に、コーン部を上方に移動させて砥石の切り込み力を低減させる。そして、方向変換した後の加速時に、コーン部の位置を、上昇時の方が下降時よりも下方に位置するように移動させる。【選択図】図１

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８及び図９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８及び図９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８参照）。

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９参照）。

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１０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と、該ホーニングツールを駆動するツール駆動装置と、該ツール駆動装置の動作を制御する制御装置とを備えた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該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該砥石の外接円の径が大きくなるように該砥石装着プレートを径方向外方に押し出すコーン部とを有し、
前記ツール駆動装置は、前記ホーニングツールを昇降させる昇降機構と、該ホーニングツールを回転させる回転機構と、前記コーン部の上下方向の移動量を調整することで前記砥石の切り込み力を調整する切り込み調整機構とを有し、
前記制御装置は、
前記ホーニングツールを回転させながら下降及び上昇を繰り返すように前記回転機構及び前記昇降機構を制御するとともに、
前記ホーニングツールを下降から上昇、又は上昇から下降に方向変換する際の減速時に、前記コーン部を上方に移動させて前記砥石の切り込み力を低減させる一方、該ホーニングツールを方向変換した後の加速時に、上昇時の該コーン部の位置を下降時よりも下方位置に移動させるように、前記切り込み調整機構を制御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下降及び上昇を繰り返す際に、下降から上昇、又は上昇から下降に方向変換する際の減速時に、砥石の切り込み力を一旦低減させる。そして、方向変換した後の加速時に、コーン部の位置を、上昇時の方が下降時よりも下方に位置するように移動させる。

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、ホーニングツールの上昇時に砥石の外接円の径が小さくなる傾向があることに着目して、コーン部の位置を、上昇時の方が下降時よりも下方に位置するように移動させている。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。

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斜視図である。ホーニングツールの構成を示す側面断面図である。コーン部の移動量に応じて砥石が押し出される状態を示す側面断面図である。ホーニングツールの下降時及び上昇時におけるコーン部の位置を比較するための側面断面図である。切込力と上下ストローク速度との関係を示すタイミングチャート図である。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及び図３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、粗研磨用の砥石３１ａが装着された第１砥石装着プレート３１と、仕上げ研磨用の複数の砥石３２ａが装着された第２砥石装着プレート３２とを有する。以下、粗研磨用と仕上げ研磨用とを区別する必要が無いときには、砥石３０ａ及び砥石装着プレート３０と記載して説明する。

ホーニング加工装置１０は、１つのホーニングツール２０で、粗研磨と仕上げ研磨の２つの段階を、自動的に切り替えて加工できるように構成されている。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、研磨する砥石を切り替える切替処理を実行する切替プログラム等、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３に示すように、コーン部２５は、頂部を下に向けた円錐形状のコーン体２５ａが上下二段に連なる構造体からなり、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いる。コーン部２５は、ロッド２３とともにスライド及び回転する。

コーン体２５ａには、複数の凹部２６と、複数のテーパー部２７とが設けられている。凹部２６は、回転軸Ｊ方向に延びる長溝からなり、周方向に等間隔で放射状に配置されている。テーパー部２７は、隣接する凹部２６の間の部分によって構成されており、周方向に等間隔で放射状に配置されている。テーパー部２７は、回転軸Ｊに対して傾斜した傾斜面を有している。

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３０ａは、粗研磨用の砥石３１ａと、仕上げ研磨用の砥石３２ａとを有し、周方向に交互に配設されている。粗研磨用の砥石３１ａは、第１砥石装着プレート３１に装着され、仕上げ研磨用の砥石３２ａは、第２砥石装着プレート３２に装着されている。

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、ゴムリング３５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、コーン部２５の上下のテーパー部２７の傾斜面と略同一の傾斜角度を有し、これらと対向し得る接触部３３が形成されている。

砥石装着プレート３０の基端は、コーン部２５の凹部２６に出入り可能であるとともにテーパー部２７に接触可能となっている。

図４に示す例では、粗研磨用の砥石３１ａを有する第１砥石装着プレート３１は、テーパー部２７に接触し、仕上げ研磨用の砥石３２ａを有する第２砥石装着プレート３２は、凹部２６に入り込んだ状態を表している。

第２砥石装着プレート３２の基端が凹部２６に入り込むと、その先端の砥石３２ａ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、第１砥石装着プレート３１の基端の接触部３３がテーパー部２７に接触すると、その先端の砥石３１ａ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、使用位置にある第１砥石装着プレート３１は、コーン部２５が図３の位置から下方に移動するにつれて、テーパー部２７に接触部３３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、第１砥石装着プレート３１の砥石３１ａ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。

本実施形態に係るホーニング加工装置１０では、研磨する砥石を、粗研磨用の砥石３１ａと仕上げ研磨用の砥石３２ａのいずれかに切り替えることができる。具体的に、コーン部２５が、図３に示す切替位置にあるときに、砥石装着プレート３０の基端は、凹部２６及びテーパー部２７から離れた状態となり、コーン部２５は、砥石装着プレート３０から独立して回動可能になる。

そして、コーン部２５が切替位置から変位（下降）すれば、図４に示す使用状態に復帰する。その際、切替位置において、コーン部２５がヘッド部２１に対して相対的に、所定の角度（切替角度：３６０°／砥石装着プレート３０の総数）だけ回転することで、研磨する砥石を、粗研磨用の砥石３１ａと仕上げ研磨用の砥石３２ａとのいずれかに切り替えることができる。

ところで、ホーニングツール２０のヘッド部２１に形成された開口孔２１ａは、砥石装着プレート３０を径方向にスムーズに移動させるために、砥石装着プレート３０よりも若干大きく開口している。図５では、この隙間Ｃを強調して表現している。

そして、ホーニング加工装置１０では、この隙間Ｃ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３０ａの姿勢が変化して、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、ホーニングツール２０の上昇時と下降時とで、コーン部２５の移動量を変更することで、砥石３０ａの切り込み力が一定となるようにしている。

図５に示すように、ホーニングツール２０を回転させながら下降及び上昇を繰り返すのにあたって、ホーニングツール２０が下降する場合には、砥石３０ａ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、砥石装着プレート３０が開口孔２１ａ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２１ａの下縁部と砥石装着プレート３０との間に隙間Ｃが生じるとともに、砥石３０ａがコーン部２５のテーパー部２７に沿って径方向外側に移動することとなる。

一方、ホーニングツール２０が上昇する場合には、砥石３０ａ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、砥石装着プレート３０が開口孔２１ａ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２１ａの上縁部と砥石装着プレート３０との間に隙間Ｃが生じるとともに、砥石３０ａがコーン部２５のテーパー部２７に沿って径方向内側に移動することとなる。

このように、ホーニングツール２０が上昇する場合には、砥石３０ａの外接円の径Ｄ２が、下降時の砥石３０ａの径Ｄ１よりも小さくなる傾向にあることに着目して、コーン部２５の位置を、上昇時の方が下降時よりも長さＬだけ下方に位置するように移動させている。

具体的に、図６のタイミングチャート図に示すように、ホーニングツール２０を下降から上昇、又は上昇から下降に方向変換する際の減速時に、コーン部２５を上方に移動させて砥石３０ａの切り込み力を低減させる。そして、ホーニングツール２０を方向変換した後の加速時に、上昇時のコーン部２５の位置を下降時よりも下方位置に移動させるように、切り込み調整モータ５６を制御している。

その結果、ホーニングツール２０の上昇時には、コーン部２５の位置が下降時よりも長さＬだけ下方に位置することで、図５にハッチングで示す分だけ、切り込み力が大きくなるが、隙間Ｃによる砥石３０ａの片寄りによって、上昇時の砥石３０ａの外接円の径Ｄ２は、下降時の砥石３０ａの外接円の径Ｄ１と略等しくなる。

これにより、図６に示すように、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７参照）。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。

《その他の実施形態》
前記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

本実施形態では、凹部２６やテーパー部２７の個数を任意に設定することができる。また、本実施形態では、周方向に等間隔で配置したが、凹部２６やテーパー部２７、砥石装着プレート３０の配置は必ずしも等間隔でなくてもよい。また、コーン部２５は、一段のコーン体２５ａで構成されたものであってもよい。

また、本実施形態では、コーン部２５のテーパー部２７を、下方に向かって先細となる形状としているが、この形態に限定するものではなく、上方に向かって先細となる形状としてもよい。この場合、砥石３０ａの外接円の径は、コーン部２５の上昇時に大きくなり、下降時に小さくなる。

また、本実施形態では、立形のホーニング加工装置１０について説明したが、横形のホーニング加工装置においても、本実施形態の構成を同様に適用可能である。

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
２５コーン部
３０砥石装着プレート
３０ａ砥石
４０ツール駆動装置
４１昇降機構
５０回転機構
５５切り込み調整機構
６０制御装置

Claims

砥石を有するホーニングツールと、該ホーニングツールを駆動するツール駆動装置と、該ツール駆動装置の動作を制御する制御装置とを備えた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該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該砥石の外接円の径が大きくなるように該砥石装着プレートを径方向外方に押し出すコーン部とを有し、
前記ツール駆動装置は、前記ホーニングツールを昇降させる昇降機構と、該ホーニングツールを回転させる回転機構と、前記コーン部の上下方向の移動量を調整することで前記砥石の切り込み力を調整する切り込み調整機構とを有し、
前記制御装置は、
前記ホーニングツールを回転させながら下降及び上昇を繰り返すように前記回転機構及び前記昇降機構を制御するとともに、
前記ホーニングツールを下降から上昇、又は上昇から下降に方向変換する際の減速時に、前記コーン部を上方に移動させて前記砥石の切り込み力を低減させる一方、該ホーニングツールを方向変換した後の加速時に、上昇時の該コーン部の位置を下降時よりも下方位置に移動させるように、前記切り込み調整機構を制御することを特徴とするホーニング加工装置。