JP2023000631A - ホーニング加工制御装置、これを備えるホーニング加工装置、及び、ホーニング加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工穴の内面の加工精度を向上できるホーニング加工制御装置、これを備えるホーニング加工装置、及び、ホーニング加工方法を提供する。【解決手段】ホーニング加工制御装置９は、外側部に砥石４ａを有するホーニングヘッド４の回転及び軸方向の往復動によりワーク２の被加工穴３の内面３ａをホーニング加工させる。ホーニング加工制御装置９は、ホーニングヘッド４を往復動させる際にホーニングヘッド４の往復速度と回転速度との少なくともいずれか一方を被加工穴３の所定の切削範囲において変化させる可変速度切削を実施させるよう制御可能な制御手段１０を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、外側部に砥石を有するホーニングヘッドの回転及び軸方向の往復動によりワークの被加工穴の内面をホーニング加工させるホーニング加工制御装置、これを備えるホーニング加工装置、及び、ホーニング加工方法に関するものである。

ワークの被加工穴の内面をホーニング加工する動作においては、砥石が取り付けられているホーンヘッドを回転させつつ上下に往復動させることで、ワーク内面を研削加工する。

被加工穴が貫通しているワークの場合、被加工穴の深さを超えるように設定した往復距離でホーンヘッドを一定速度で往復させることにより、綺麗な円筒形状の内径を加工することが可能である。

それに対し、被加工穴が底面を有する止り穴であるワークの場合、止り穴底面に接触しない範囲でホーンヘッドを一定速度で往復させると、底面側が加工されない加工形状となってしまう。そのため、従来、ドゥエル切削と呼ばれる、底面側で一定時間、ホーンヘッドの往復動作を止める加工、あるいは、部分切削と呼ばれる、底面側の設定範囲をホーンヘッドが小刻みに往復する動作の加工を行うことで、加工されづらい被加工穴底面側の内面と砥石との接触時間を多くし、円筒形状の内形になるよう加工する。

特開２００９－１２１６３号公報 （第９頁）

しかしながら、ホーンヘッドの往復動作を止めたり、部分的に動作させたりする場合、被加工穴の内面において本来削りたくない箇所に対しても加工をすることとなるため、綺麗な円筒形状に加工しづらい。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、被加工穴の内面の加工精度を向上できるホーニング加工制御装置、これを備えるホーニング加工装置、及び、ホーニング加工方法を提供することを目的とする。

請求項１記載のホーニング加工制御装置は、外側部に砥石を有するホーニングヘッドの回転及び軸方向の往復動によりワークの被加工穴の内面をホーニング加工させるホーニング加工制御装置であって、前記ホーニングヘッドを往復動させる際に前記ホーニングヘッドの往復速度と回転速度との少なくともいずれか一方を前記被加工穴の所定の切削範囲において変化させる可変速度切削を実施させるよう制御可能な制御手段を備えるものである。

請求項２記載のホーニング加工制御装置は、請求項１記載のホーニング加工制御装置において、制御手段は、ホーニングヘッドを往復動させる際に前記ホーニングヘッドの往復速度と回転速度とをそれぞれ一定とする一定速度切削を実施させるよう制御可能であり、一つの被加工穴に対する前記一定速度切削と可変速度切削との実施回数バランスを設定可能であるものである。

請求項３記載のホーニング加工装置は、外側面に砥石を有し、回転及び軸方向の往復動が可能なホーニングヘッドと、請求項１または２記載のホーニング加工制御装置と、を備えるのである。

請求項４記載のホーニング加工方法は、外側部に砥石を有するホーニングヘッドの回転及び軸方向の往復動によりワークの被加工穴の内面をホーニング加工するホーニング加工方法であって、前記ホーニングヘッドの往復動の際に前記ホーニングヘッドの往復速度と回転速度との少なくともいずれか一方を前記被加工穴の所定の切削範囲において変化させる可変速度切削を実施するものである。

請求項５記載のホーニング加工方法は、請求項４記載のホーニング加工方法において、一つの被加工穴に対し、ホーニングヘッドの往復速度と回転速度とをそれぞれ一定として前記ホーニングヘッドを往復動する一定速度切削と可変速度切削とを設定された実施回数で実施するものである。

本発明によれば、被加工穴の内面の加工精度を向上できる。

一実施の形態に係るホーニング加工装置のシステム構成図である。 （ａ）はワークの被加工穴が底面を有する場合を示す模式図、（ｂ）は（ａ）に対し可変往復速度切削を実施する際のホーニングヘッドの往復位置と回転速度とを示すグラフ、（ｃ）は（ａ）に対し可変回転速度切削を実施する際のホーニングヘッドの往復位置と回転速度とを示すグラフである。 （ａ）はワークの被加工穴の一部の材質が異なる場合を示す模式図、（ｂ）は（ａ）に対し可変往復速度切削を実施する際のホーニングヘッドの往復位置と回転速度とを示すグラフ、（ｃ）は（ａ）に対し可変回転速度切削を実施する際のホーニングヘッドの往復位置と回転速度とを示すグラフである。 （ａ）は可変往復速度切削のみを実施する際のホーニングヘッドの往復位置と回転速度とを示すグラフ、（ｂ）は可変往復速度切削と一定速度切削とを交互に実施する際のホーニングヘッドの往復位置と回転速度とを示すグラフ、（ｃ）は可変往復速度切削と一定速度切削とを所定回数ずつ実施する際のホーニングヘッドの往復位置と回転速度とを示すグラフである。 （ａ）は可変回転速度切削のみを実施する際のホーニングヘッドの往復位置と回転速度とを示すグラフ、（ｂ）は可変回転速度切削と一定速度切削とを交互に実施する際のホーニングヘッドの往復位置と回転速度とを示すグラフ、（ｃ）は可変回転速度切削と一定速度切削とを所定回数ずつ実施する際のホーニングヘッドの往復位置と回転速度とを示すグラフである。

本発明の一実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１において、１はホーニング加工装置を示す。ホーニング加工装置１は、被削材であるワーク２に形成された被加工穴３の被加工面である内面３ａを研削するものである。ホーニング加工装置１は、被加工穴３に挿入されるホーニングヘッド４を備える。ホーニングヘッド４には、外側部に砥石４ａが取り付けられている。砥石４ａが被加工穴３の内面３ａに押圧されて内面３ａを研削する。ホーニングヘッド４は、軸５に取り付けられている。ホーニングヘッド４は、往復動駆動手段である往復動モータ６により往復動する。本実施の形態において、ホーニングヘッド４は、往復動モータ６により上下動する。ホーニングヘッド４の往復動の位置は、センサ等の位置検出手段７によって検出される。すなわち、本実施の形態では、位置検出手段７により、ホーニングヘッド４の上下の位置が検出される。また、ホーニングヘッド４は、回転駆動手段である回転モータ８により軸５とともに回転される。

往復動モータ６、位置検出手段７、及び、回転モータ８は、ホーニング加工制御装置９に電気的に接続されている。ホーニング加工制御装置９は、制御手段１０を備える。制御手段１０は、位置検出手段７によるホーニングヘッド４の位置の検出情報を受け取るとともに、往復動モータ６及び回転モータ８のそれぞれを制御する信号を出力する。

制御手段１０は、位置検出手段７により検出したホーニングヘッド４の往復動の位置に応じて、往復動モータ６及び回転モータ８を制御する。そして、制御手段１０は、ホーニングヘッド４の回転及び軸方向の往復動によってワーク２の被加工穴３の内面３ａをホーニング加工させる。

本実施の形態において、制御手段１０は、ホーニングヘッド４を往復動させる際に、ホーニングヘッド４の往復速度と回転速度との少なくともいずれか一方を被加工穴３の所定の切削範囲Ｒにおいて変化させる可変速度切削を実施させるよう制御可能である。つまり、制御手段１０は、被加工穴３の切削上限Ｔと切削下限Ｂとの間の所定の切削範囲Ｒにて、被加工穴３の内面３ａと砥石４ａとの接触時間を被加工穴３の他の切削範囲と異ならせるようにホーニングヘッド４の往復速度と回転速度との少なくともいずれか一方を可変制御することが可能である。

切削範囲Ｒは、ワーク２（被加工穴３）の形状、種類または特性、例えば剛性、材質、あるいは性質等に応じて設定される。換言すれば、切削範囲Ｒは、被加工穴３における内面３ａの切削効率に応じて設定される。すなわち、被加工穴３がワーク２において異なる剛性の部位に亘り形成されている場合には、制御手段１０は、その異なる剛性毎に異なる切削効率に応じてホーニングヘッド４の往復速度と回転速度との少なくともいずれかを可変させることが可能である。

例えば、制御手段１０は、ホーニングヘッド４の往復速度を、所定の切削範囲Ｒにおいて他の切削範囲よりも速くまたは遅くなるように制御することで接触時間を短くまたは長くする（可変往復速度切削）。特に、本実施の形態では、制御手段１０は、ホーニングヘッド４の往復速度を、所定の切削範囲Ｒにおいても徐々に変化させる。

可変往復速度切削の一例として、制御手段１０は、図２（ａ）に示すように底面３ｂを有する被加工穴３に対し、ホーニングヘッド４の往復速度が、底面３ｂ側すなわち切削下限Ｂに近い側の所定の切削範囲Ｒにて底面３ｂに近い位置ほど遅くなるように制御する。

あるいは、可変往復速度切削の他の例として、制御手段１０は、図３（ａ）に示すように上側部に材質（性質）が異なる部位３ｃを有する被加工穴３に対し、ホーニングヘッド４の往復速度が、被加工穴３の部位３ｃに応じた所定の切削範囲Ｒにて切削上限Ｔに近いほど遅くなるように制御する。

図２（ｂ）及び図３（ｂ）に、可変往復速度切削時のホーニングヘッド４の往復位置と回転速度とを示すグラフ（動作線図）を示す。図２（ｂ）は、例えば図２（ａ）の被加工穴３をホーニング加工する際のグラフであり、図３（ｂ）は、例えば図３（ａ）の被加工穴３をホーニング加工する際のグラフである。これらの例では、ホーニングヘッド４の回転速度は一定としている。

また、例えば、制御手段１０は、ホーニングヘッド４の回転速度を、所定の切削範囲Ｒにおいて他の切削範囲よりも速くまたは遅くなるように制御することで接触時間を長くまたは短くする（可変回転速度切削）。特に、本実施の形態では、制御手段１０は、ホーニングヘッド４の回転速度を、所定の切削範囲Ｒにおいても徐々に変化させる。

可変回転速度切削の一例として、制御手段１０は、図２（ａ）に示すように底面３ｂを有する被加工穴３に対し、ホーニングヘッド４の回転速度が、底面３ｂ側の所定の切削範囲Ｒにて底面３ｂに近い位置ほど速くなるように制御する。

あるいは、可変往回転度切削の他の例として、制御手段１０は、図３（ａ）に示すように上側部に材質（性質）が異なる部位３ｃを有する被加工穴３に対し、ホーニングヘッド４の回転速度が、被加工穴３の部位３ｃに応じた所定の切削範囲Ｒにて上側に近いほど速くなるように制御する。

図２（ｃ）及び図３（ｃ）に、可変回転速度切削時のホーニングヘッド４の往復位置と回転速度とを示すグラフ（動作線図）を示す。図２（ｃ）は、例えば図２（ａ）の被加工穴３をホーニング加工する際のグラフであり、図３（ｃ）は、例えば図３（ａ）の被加工穴３をホーニング加工する際のグラフである。これらの例では、ホーニングヘッド４の往復速度は一定としている。

なお、制御手段１０は、ホーニングヘッド４の往復速度、回転速度を所定の切削範囲Ｒにおいて可変させる際、段階的に（徐々に）変化させてもよいし、無段階（連続的）に変化させてもよい。往復速度、回転速度を可変させる際、制御手段１０は、例えば所定の移動距離毎に往復速度、回転速度を可変させる。

所定の切削範囲Ｒは、被加工穴３の下側部あるいは上側部のいずれかに限らず、下側部と上側部との双方に設定されていてもよいし、被加工穴３の切削上限Ｔと切削下限Ｂとの間の任意の箇所に複数設定されていてもよい。この場合、それぞれの切削範囲Ｒに対して、制御手段１０は、個別にホーニングヘッド４の往復速度、あるいは回転速度を設定してよい。

また、可変往復速度切削と可変回転速度切削とは、いずれか一方のみを実施しもよいし、ワーク２の種類または特性、例えば被加工穴３の形状、被加工穴３におけるワーク２の剛性、材質、性質等に応じて、任意に組み合わせてよい。すなわち、制御手段１０は、ホーニングヘッド４の往復速度の制御と回転速度の制御とを同時に実施してもよい。この場合、好ましくはホーニングヘッド４の往復速度と回転速度との制御タイミングを同期する。

好ましくは、制御手段１０は、ホーニングヘッド４を往復動させる際にホーニングヘッド４の往復速度と回転速度とをそれぞれ一定とする一定速度切削を実施させるよう制御可能である。

そして、制御手段１０は、一つの被加工穴３の内面３ａに対するホーニング加工時に、一定速度切削と可変速度切削とを設定された実施回数で実施する制御モードを有する。この制御モードにおいて、制御手段１０は、一定速度切削と可変速度切削とを任意の順序で実施してよい。また、この制御モードにおいて、制御手段１０は、ホーニング加工装置１に、少なくとも１回の可変速度切削と任意回数の一定速度切削とを実施させるよう制御可能とする。これらの実施回数や順序は、所定の切削範囲Ｒとともに、ユーザによりタッチパネル等の入力画面や入力手段を介して手動で入力設定されてもよいし、プログラムにより予め設定されていてもよい。

なお、制御手段１０は、可変速度切削のみを実施する制御モード、あるいは、一定速度切削のみを実施する制御モードを別個に備えていてもよい。

次に、一実施の形態の動作を説明する。

まず、ユーザは、例えばワーク２の形状、被加工穴３の要求精度等に応じて、制御手段１０に対し、制御モードにおける切削範囲Ｒ、ホーニングヘッド４の往復動及び／または回転の減速可変率または高速可変率、一定速度切削と可変速度切削とのそれぞれの実施回数すなわち一定速度切削と可変速度切削との実施回数バランス、及び、これらの順序等を入力することで、ホーニング加工装置１の動作の詳細を設定する。

制御手段１０は、設定された動作の詳細に従い、ホーニングヘッド４の動作を制御する。すなわち、制御手段１０は、位置検出手段７により検出されるホーニングヘッド４の位置に応じた信号を受け取り、その信号に応じて、往復動モータ６、及び／または、回転モータ８を動作させる信号を出力することで、ホーニングヘッド４を設定された動作に制御する。

制御手段１０は、ホーニングヘッド４を往復動させる際にホーニングヘッド４の往復速度と回転速度との少なくともいずれか一方を被加工穴３の所定の切削範囲Ｒにて変化させる可変速度切削を実施させるよう制御する。そのため、ワーク２の被加工穴３の内面３ａとホーニングヘッド４の砥石４ａとの接触時間を所定の切削範囲Ｒと被加工穴３のその他の範囲とで変化させることができ、特にワーク２（被加工穴３）の形状、種類または特性、例えば剛性、材質、あるいは性質等に応じて被加工穴３の内面３ａの加工精度を向上でき、綺麗な円筒形状を加工できる。

また、制御手段１０は、ホーニングヘッド４の往復速度と回転速度とをそれぞれ一定としてホーニングヘッド４を往復動させる一定速度切削を実施させるよう制御可能であり、一つの被加工穴３に対し、一定速度切削と可変速度切削との実施回数バランスを設定可能とし、設定された実施回数で一定速度切削と可変速度切削とを実施することで、ワーク２の形状や被加工穴３の要求精度に応じて、加工時間と加工精度とのバランスを最適化することが可能になる。

図２（ａ）に示すような底面３ｂを有する被加工穴３を加工する際の例を挙げると、図４（ａ）、あるいは図５（ａ）に示すように、可変速度切削のみを実施する場合には、所定の切削範囲Ｒでのホーニングヘッド４の砥石４ａと被加工穴３の内面３ａとの接触時間が長くなり、加工精度を確保しつつ、一定速度切削のみを繰り返し実施する場合と比較して所望の切削状態となるまでの加工時間をより短縮できる。

また、図４（ｂ）、あるいは図５（ｂ）に示すように、可変速度切削と一定速度切削とを１回ずつ交互に実施する際には、所定の切削範囲Ｒでの被加工穴３の内面３ａとの接触時間を適切に抑制し、接触時間が長くなり過ぎてホーニングヘッド４の砥石４ａが偏摩耗することに起因する加工精度の低下を抑制できる。

さらに、図４（ｃ）、あるいは図５（ｃ）に示すように、可変速度切削と一定速度切削とを所定回数ずつ、図示される例では一定速度切削を３回、可変速度切削を１回等実施する際には、所定の切削範囲Ｒでの被加工穴３の内面３ａとの接触時間をより抑制してホーニングヘッド４の砥石４ａの摩耗を抑制しつつ、加工精度を確保でき、例えば被加工面３の底面３ｂから所定の範囲Ｒまでの距離が長い場合等に好適である。

このように、ワーク２の被加工穴３において切削効率や剛性等が異なる部分があることで一定速度切削のみでは精度（円筒度）が得られないワーク２に対して、適切な範囲及び回数で可変速度切削を実施することにより、被加工穴３の内面３ａの良好な加工精度を得ることができる。

そして、ホーニング加工制御装置９をホーニング加工装置１に適用することで、一般的なホーニング加工装置１に対し、可変速度切削を実施可能な機能を容易に付与できる。

なお、上記一実施の形態においては、可変速度切削を複数回実施する場合、同一制御の可変往復速度切削のみを複数回、あるいは、同一制御の可変回転速度切削のみを複数回実施するものを例に挙げたが、これに限らず、例えば可変往復速度切削を１回、可変回転速度切削を１回等、可変往復速度切削と可変回転速度切削とを混在させて実施してもよいし、ホーニングヘッド４の往復速度と回転速度とを同時に可変させてもよい。さらに、複数回の可変速度切削のそれぞれにおいて、制御手段１０によるホーニングヘッド４の往復速度や回転速度の制御が毎回同一である必要もない。

１ ホーニング加工装置
２ ワーク
３ 被加工穴
３ａ 内面
４ ホーニングヘッド
４ａ 砥石
９ ホーニング加工制御装置
１０ 制御手段
Ｒ 切削範囲

Claims (5)

1. 外側部に砥石を有するホーニングヘッドの回転及び軸方向の往復動によりワークの被加工穴の内面をホーニング加工させるホーニング加工制御装置であって、
   前記ホーニングヘッドを往復動させる際に前記ホーニングヘッドの往復速度と回転速度との少なくともいずれか一方を前記被加工穴の所定の切削範囲において変化させる可変速度切削を実施させるよう制御可能な制御手段を備える
   ことを特徴とするホーニング加工制御装置。
2. 制御手段は、ホーニングヘッドを往復動させる際に前記ホーニングヘッドの往復速度と回転速度とをそれぞれ一定とする一定速度切削を実施させるよう制御可能であり、一つの被加工穴に対する前記一定速度切削と可変速度切削との実施回数バランスを設定可能である
   ことを特徴とする請求項１記載のホーニング加工制御装置。
3. 外側面に砥石を有し、回転及び軸方向の往復動が可能なホーニングヘッドと、
   請求項１または２記載のホーニング加工制御装置と、
   を備えることを特徴とするホーニング加工装置。
4. 外側部に砥石を有するホーニングヘッドの回転及び軸方向の往復動によりワークの被加工穴の内面をホーニング加工するホーニング加工方法であって、
   前記ホーニングヘッドの往復動の際に前記ホーニングヘッドの往復速度と回転速度との少なくともいずれか一方を前記被加工穴の所定の切削範囲において変化させる可変速度切削を実施する
   ことを特徴とするホーニング加工方法。
5. 一つの被加工穴に対し、ホーニングヘッドの往復速度と回転速度とをそれぞれ一定として前記ホーニングヘッドを往復動する一定速度切削と可変速度切削とを設定された実施回数で実施する
   ことを特徴とする請求項４記載のホーニング加工方法。

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