JP2660296B2 - ホーニング加工装置及びホーニング加工方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はホーニング加工装置に関し、特に短寸砥石と
長寸砥石とを設けそれらを選択的に拡張駆動出来るよう
にしたものに関する。

〔従来技術〕

一般に、シリンダボアなど機械部品の各種摺動孔の内
周面の機械加工においては高い加工精度が要求されるの
で、精密中ぐりにより仕上げ加工した後ホーニング加工
を施して、内周面を平滑にするとともに加工精度を向上
させている。

通常、上記ホーニング加工を行うホーニング加工装置
では、ツールボディーの外周部に円周適当間隔おきに拡
張移動可能な砥石を装着し、各砥石を油圧或いはバネに
より拡張駆動して加工穴の内周面に当設させるととも
に、ツールボディーを回転駆動しつつ進退駆動してホー
ニング加工するように構成してある。

上記ホーニング加工装置では、加工負荷の最も大きい
砥石の先端近傍部が偏摩耗するので、加工精度を低下さ
せないように定期的に砥石を交換している。

一方、実開昭60−74940号公報には、荒仕上砥石と仕
上砥石とを選択的に切換え可能にツールボディーに装着
し、用途に応じて砥石を切換えるように構成したものが
記載されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のホーミング加工装置では、加工穴の途中部に小
径部分がある場合でも、小径部分を無視して加工穴全体
に対して一律にホーニング加工を施していたので、砥石
の先端近傍部の加工負荷が増大して偏摩耗が助長され、
砥石交換の頻度が高かった。

また、有底の加工穴に加工を施す場合には、加工穴の
奥端部を砥石の先端部分でしか加工出来ないため、加工
穴の奥端部が小径になりその加工精度が低下していた。

また、ホーニング加工に必要な加工負荷が加工穴の各
部で軸方向に異なる場合には、砥石の進退速度を低下さ
せないかぎり、研磨抵抗の少ない部分が大径になり研磨
抵抗の大きい部分が小径になる。

発明の目的は、砥石の先端近傍部の偏摩耗を抑えて砥
石の寿命を延ばし、加工穴の加工精度を向上し得るホー
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
にある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係るホーニング加工装置は、ワークの加工穴
をホーニング加工するツールボディーを備えたホーニン
グ加工装置において、上記ツールボディーの外周部の円
周適当間隔おきに交互に装着され且つツールボディーの
半径方向に拡張移動可能な複数の短寸砥石及び長寸砥石
と、上記短寸砥石と長寸砥石のうちの所望の一方を選択
的に拡張駆動する拡張駆動手段と、上記加工穴の所定部
分を短寸砥石でホーニング加工した後、加工穴全体と長
寸砥石でホーニング加工するように拡張駆動手段を制御
する制御手段とを備えたものである。本発明に係るホー
ニング加工方法は、ワークの加工穴をホーニング加工す
るツールボディーを備えたホーニング加工装置によりホ
ーニング加工する方法において、上記ホーニング加工装
置に、上記ツールボディーの外周部の円周適当間隔おき
に交互に装着され且つツールボディーの半径方向に拡張
移動可能な複数の短寸砥石及び長寸砥石と、上記短寸砥
石と長寸砥石のうちの所望の一方を選択的に拡張駆動す
る拡張駆動手段とを予め設け、上記加工穴の所定部分を
短寸砥石でホーニング加工した後、加工穴全体を長寸砥
石でホーニング加工することを特徴とするものである。

〔作用〕

本発明に係るホーニング加工装置においては、ワーク
の加工穴をホーニング加工する複数の短寸砥石及び長寸
砥石が、ツールボディーの半径方向に拡張移動可能に且
つツールボディーの外周部に円周適当間隔おきに交互に
装着され、短寸砥石と長寸砥石のうちの所望の一方が拡
張駆動手段により選択的に拡張駆動される。そして、加
工穴の加工時、制御手段により拡張駆動手段が制御さ
れ、加工穴の所定部分が短寸砥石でホーニング加工さ
れ、その後加工穴全体が長寸砥石でホーニング加工され
る。

上記のように、加工穴の所定部分を短寸砥石でホーニ
ング加工出来るので、加工穴に軸方向に比較的短かい小
径部分がある場合には、予め小径部分を短寸砥石でホー
ニング加工してから偏摩耗してない長寸砥石で加工穴を
高精度に加工することが出来る。また加工穴が有底の場
合には、長寸砥石で精度よくホーニング加工できない加
工穴の奥端部を予め短寸砥石でホーニング加工出来、ま
た加工穴の軸方向の各部における加工負荷が異なる場合
には、予め短寸砥石で加工負荷の大きい部分をホーニン
グ加工出来る。

しかも、長寸砥石を用いる場合よりも短寸砥石を用い
る場合の方が研磨力が強いので小径部分を能率的に研磨
できるし、短寸砥石は長寸砥石に比較して偏摩耗しにく
いので有利であるばかりでなく、偏摩耗した短寸砥石を
交換するにしても従来のように偏摩耗した長寸砥石を交
換するのに比較して砥石コスト面で有利である。本発明
に係るホーニング加工方法においては、ホーニング加工
装置に、上記ツールボディーの外周部の円周適当間隔お
きに交互に装着され且つツールボディーの半径方向に拡
張移動可能な複数の短寸砥石及び長寸砥石と、上記短寸
砥石と長寸砥石のうちの所望の一方を選択的に拡張駆動
する拡張駆動手段とを予め設け、上記加工穴の所定部分
を短寸砥石でホーニング加工した後、加工穴全体を長寸
砥石でホーニング加工するので、基本的に前記と同様の
作用が得られる。

〔発明の効果〕

本発明に係るホーニング加工装置によれば、以上説明
したように、予め加工穴の小径部分や加工穴の奥端部や
加工負荷の高い部分などの所定部分を短寸砥石でホーニ
ング加工するので、その所定部分を能率的る加工出来、
また加工穴全体をホーニング加工する長寸砥石の先端近
傍部の偏摩耗を抑えて長寸砥石で高精度に加工すること
が出来る。

また、長寸砥石では精度良く加工出来ない部分を、予
め短寸砥石でホーニング加工出来るので、加工穴全体の
加工精度を向上出来る。

加えて、短寸砥石は偏摩耗しにくいので有利であるだ
けでなく、偏摩耗した短寸砥石を交換する場合にも砥石
コスト面で有利である。本発明に係るホーニング加工方
法によれば、ホーニング加工装置に、上記ツールボディ
ーの外周部の円周適当間隔おきに交互に装着され且つツ
ールボディーの半径方向に拡張移動可能な複数の短寸砥
石及び長寸砥石と、上記短寸砥石と長寸砥石のうちの所
望の一方を選択的に拡張駆動する拡張駆動手段とを予め
設け、上記加工穴の所定部分を短寸砥石でホーニング加
工した後、加工穴全体を長寸砥石でホーニング加工する
ので、基本的に前記ホーニング加工装置と同様の効果が
得られる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。

本実施例は、自動車エンジンのシリンダブロックのシ
リンダボアの内周面をホーニング加工するホーニング加
工装置に本発明を適用した場合のものである。

第１図に示すように、ホーニング加工装置１は、昇降
用シリンダ２により昇降駆動されるとともに回転駆動機
構３により回転駆動されるツールボディー４と、ツール
ボディー４の下端部に設けられその円周８等分位置に短
寸砥石５及び長寸砥石６が交互に装着されたツールヘッ
ド７と、ツールヘッド７のストロークを検出するストロ
ーク検出器８と、短寸砥石５と長寸砥石６とを選択的に
切換える砥石切換機構９と、短寸砥石５及び長寸砥石６
の拡張移動量を調節する切込調節機構10と、シリンダボ
ア11の内径を測定する内径測定器12と、ストローク検出
器８及び内径測定器12からの検出信号に基いて昇降用シ
リンダ２と回転駆動機構３と砥石切換機構９と切込調節
機構10とを制御する制御装置13とを備えている。尚、符
号4aはツールボディー４に付設されてスイベルジョイン
ト機構である。

上記ツールボディー４は、ホーニング加工装置１のフ
レームに上下方向に移動可能に設けられた支持フレーム
14にベアリングなどを介して回転自在に支持された円筒
状の長軸で、その下部にはツールヘッド７を構成する厚
肉円筒状の砥石保持部15が形成されている。

上記昇降用シリンダ２は、複動油圧シリンダで、その
ピントンロッド2aは支持フレーム14を介してツールボデ
ィー４に連結され、昇降用シリンダ２の各ポートは電磁
制御弁16のポートに夫々接続されている。電磁制御弁16
は制御装置13からの切換信号に基いて、油圧供給源17か
らの油圧の供給を昇降用シリンダ２の一方のポートから
他方のポートへ切換え、これによりピストンロッド2aが
退入駆動或いは進出駆動されてツールボディー４が昇降
駆動される。

上記回転駆動機構３は、電動モータ18と電動モータ18
の回転駆動軸にベルト及びプーリを介して連結された回
転主軸19とを備え、電動モータ18はモータ駆動回路を介
して制御装置13に接続されている。ツールボディー４
は、その上端部において回転主軸19に連結され、制御装
置13からの回転信号に応じた所定回転数で電動モータ18
により回転駆動される。

上記内径測定器12は、一般的な構成のエアマイクロメ
ータで、ツールヘッド７の外周面に開口する上下１対の
小径の開口孔20と、開口孔20へ定圧エアを供給する定圧
エア供給装置21と、定圧エア供給装置21から各開口孔20
へ至るエア通路のエア圧を検出する圧力センサ22とを備
え、圧力センサ22からはエア通路のエア圧に応じた圧力
信号が制御装置13へ出力される。

上記ストローク検出器８は、ホーニング加工装置１の
フレームに固定されたマグネスケール23と、ツールボデ
ィー４の途中部に設けられマグネスケール23に近接に支
持された検出ヘッド24と、検出ヘッド24に接続されたコ
ントロールボックス24aとを備え、コントロールボック
ス24aからはツールヘッド７のストロークを表わすスト
ローク信号が制御装置13へ出力される。

上記ツールヘッド７について説明すると、第２図〜第
４図に示すように、砥石保持部15の周壁には、軸方向に
沿う砥石保持溝25とその底部の案内孔26とが円周８等分
位置に半径方向向きに凹設され、各砥石保持溝25の両側
に案内溝27が２個づつ凹設されている。また、砥石保持
部15の外周部には各砥石保持溝25の間に案内片28が埋設
されている。

砥石ホルダ29は、各砥石保持溝25内に半径方向に摺動
可能に挿入された角柱状部材で、これらの上下両端部に
は環状の収縮バネ30が２個づつ巻き付けられており、砥
石ホルダ29の全部を締め付ける方向に付勢している。ま
た、各砥石ホルダ29の両側面には２個の案内ピン31が突
出しており、これら突出部分は案内溝27の上壁又は下壁
に接触して砥石ホルダ29が軸方向に移動しないように規
制している。

短寸砥石５と長寸砥石６は、いずれも角柱状研磨砥石
からなり、夫々４個づつが交互に各砥石保持溝25内に摺
動自在に挿入され、短寸砥石５は長寸砥石６の約1/3〜1
/4の長さを有し砥石ホルダ29の外端面下部に固着され、
長寸砥石６は砥石ホルダ29の全長と略同一の長さを有し
砥石ホルダ29の外端面に固着されている。

上記切込調節機構10は短寸砥石５及び長寸砥石６の拡
張移動量を調節するためのものであり、また砥石切換機
構９は拡張駆動する砥石を短寸砥石５或いは長寸砥石６
に切換えるためのもので、これらは次のように構成され
ている。尚、切込調節機構10と砥石切換機構９とが拡張
駆動手段に相当するものである。

ツールボディー４の中空部32には円形断面の軸状の砥
石拡張部材33が軸方向に移動自在に挿通され、その下部
にはテーパ部34が、中段部には案内部35が、上部には被
動部36が形成されている。

テーパ部34には、上下２組の同形の下方に向って細く
なる円錐面37が同方向に形成され、両円錐面37の中間部
と先端部には２組の同径の平行部38が形成され、両円錐
面37の表面には上下に直列状に対応するように逃し溝39
が円周４等分位置に刻設されている。上方の円錐面37の
大径部40は、中空部32の内周壁により回転及び軸方向に
摺動可能に支持されている。

ツールボディー４の各案内孔26内には、押出片41が半
径方向に摺動自在に嵌装されている。押出片41は上下に
係合部42を有するコ字形部材で、各係合部42先端には円
錐面37と同じ傾斜のテーパ面43が形成されている。両係
合部42の間隔は、各係合部42先端が前後の円錐面37ある
いは平行部38に同時に接触しうるように設定されてい
る。また、押出片41の外面は砥石ホルダ29の内面に接触
している。

砥石拡張部材33の案内部35は、ツールボディー４の中
空部32の内周壁により回転及び軸方向に摺動可能に支持
されている。案内部35と中空部32の隔壁44との間には、
スラスト軸受45を介して圧縮バネ46が介設されており、
砥石拡張部材33を後退させる方向に付勢している。

切込調節機構10は、制御装置13にモータ駆動回路を介
して接続された電動モータ47と、電動モータ47の回転軸
の回転運動を砥石拡張部材33の上下方向の運動に切換え
る切換機構（図示略）を備え、砥石拡張部材33を所定距
離昇降駆動することにより、円錐面37及びテーパ面43を
介して短寸砥石５及び長寸砥石６の拡張移動量を調節す
るようになっている。

上記砥石切換機構９は、第２図に示すように、ツール
ボディー４の上端と回転主軸19の下端部との間に介設さ
れ固定ナット48により両者に固定された回転割出機構49
を備え、この回転割出機構49で砥石拡張部材33を45゜回
転駆動させ、逃し溝39の位置を切換えることにより、拡
張駆動する砥石を切換えるようになっている。

回転割出機構49は、第２図・第５図・第６図に示すよ
うに、ディスク50の内部にラック部材51とピニオン部材
52を配設したものである。

ディスク50は、円盤状を呈し、中央に透孔53が穿設さ
れており、内部にはシリンダ孔54が透孔53と直角の方向
に、かつ、一部が透孔53と互いに交差するように形成さ
れている。その交差部には開孔55が形成されている。シ
リンダ孔54の両端はプラグ56・57により密閉されてお
り、両プラグ56・57の近傍部にはシリンダ孔54内に開口
する油圧給排通路58・59が形成されている。これら油圧
給排通路58・59は、制御装置13により切換制御される電
磁制御弁60のポートに夫々接続されている。

ラック部材51は、シリンダ孔54内に摺動自在に嵌装さ
れたピストンで、外周の開孔55側には軸方向にラック61
が刻設されており、両端部にＯリング62が嵌着されてい
る。両端部にはプラグ56・57に夫々当接するストッパ51
a・51bがあり、かつ端面中央より案内棒63・64が突設さ
れていおり、案内棒63はプラグ56に穿設された孔65内に
摺動自在に挿入され、案内棒64はプラグ57に穿設された
透孔66内を摺動自在に貫通して外部に突出できるように
している。

ピニオン部材52は、透孔53内に遊嵌されるとともに、
砥石保持部材33の被動部36の外周に摺動可能に外嵌され
た筒状部材で、その下端部はツールボディー４の内周壁
上端により回動自在に支持されており、中段部にはピニ
オン67が刻設されている。ピニオン67は開孔55において
ラック61と噛合している。また、係止ピン68がピニオン
67の部分に軸直交状に圧入されており、砥石拡張部材33
の被動部36の長孔69を貫通して、ピニオン部材52が被動
部36に対して回転することを防止している。

上記砥石切換機構９においては、外部の油圧供給源17
からの圧油が電磁制御弁60を介して油圧給排通路58へ供
給されると、ラック部材51及ピニオン部材52を介して砥
石拡張部材33が反時計方向に回転駆動され、拡張される
砥石が短寸砥石５に切換えられ、また油圧給排通路59へ
供給されると、砥石拡張部材33が時計方向に回転駆動さ
れて拡張される砥石が長寸砥石６に切換えられる。

上記制御装置13は、CPU（中央演算装置）と、CPUにデ
ータバスなどを介して接続されたROM（リード・オンリ
・メモリ）及びRAM（ランダム・アクセス・メモリ）と
入出力インターフェイスとを有するマイクロコンピュー
タを主体とし、その他に圧力センサ22からの圧力信号を
A/D変換するA/D変換器、コントロールボックス24aから
のストローク信号をA/D変換するA/D変換器、電磁制御弁
16・60の為の駆動回路などを備えた一般的なも構成のも
のである。

ROMには、圧力センサ22からの圧力信号に基いてシリ
ンダボア11の内径R_Zを演算するプログラムと、コントロ
ールボックス24aからのストローク信号からツールヘッ
ド７のストロークL_Zを演算するプログラムと、後述のホ
ーニング加工制御の制御プログラムが予め入力格納され
ている。

RAMには、ツールヘッド７のストロークL_Zに対応させ
てシリンダボア11の内径R_Zを記憶するデータメモリと、
CPUで演算処理した結果を一時的に記憶する各種メモリ
などが設けられている。

次に、ホーニング加工装置１の制御装置で行われるホ
ーニング加工制御のルーチンについて、第７図のフロー
チャートに基いて説明する。

シリンダブロックがホーニング加工装置の１の所定位
置に位置決めされるとこの制御が開始され、データメモ
リをクリアするなどの初期設定が実行される（S1）。

次に、シリンダボア11の内径R_Zを測定するため、昇降
用シリンダ２によりツールヘッド７が下降駆動され（S
2）、ツールヘッド７が所定ストロークL_Z移動する毎に
内径測定器12でエア圧が測定され、この測定値に基いて
シリンダボア11の内径R_Zが演出され、各ストロークL_Zに
おけるシリンダボア11の内径R_Zがデータメモリに記憶さ
れる（S4）。そしてツールヘッド７が下限位置に位置す
ると（S4）、昇降用シリンダ２が停止され（S5）、シリ
ンダボア11の各ストロークL_Zにおける内径R_Zのうち正規
の内径Ｒより所定範囲以上に小さい小径部分が軸方向所
定ストローク範囲に亙って有るか否かが判定され（S
6）、小径部分が有る場合には短寸砥石５で小径部分を
ホーニング加工した後に長寸砥石６でシリンダボア11全
体をホーニング加工し、また小径部分がない場合には短
寸砥石５でホーニング加工することなく長寸砥石６でシ
リンダボア11全体をホーニング加工することになる。

小径部分が有る場合には、小径部分が検出された位置
へツールヘッド７が上昇駆動され、（S7）、砥石切換機
構９により拡張駆動される砥石が短寸砥石５に切換えら
れて切込調節機構10により短寸砥石５が拡張駆動される
（S8）。そして、ツールヘッド７が回転駆動されつつ昇
降駆動されて小径部分がホーニング加工され（S9）、ホ
ーニング加工時のストロークL_Zにおけるシリンダボア11
の内径R_Zが順々に読取られて更新される（S10）。そし
て小径部分の内径R_Zが他の部分の内径R_Zと同一になった
か否かが判定され（S11）、略同一径になるまでホーニ
ング加工が施される。

小径部分が他の部分と略同一径になると、モータ18が
停止され（S12）、短寸砥石５が収縮駆動され、（S1
3）、ホーニング加工を施した小径部分以外に小径部分
が有るか否かが判定され（S12）、有る場合には上記と
同様に短寸砥石５でホーニング加工される。

次に、小径部分がなくなると、シリンダボア11全体を
長寸砥石６でホーニング加工するために、ツールヘッド
７がホーニング開始位置へ上昇駆動され、砥石が長寸砥
石６に切換えられ（S15）て拡張駆動される。（S16）。
そして、ツールへッド７が回転駆動されるとともにホー
ニング開始位置から下限位置に亙って昇降駆動され、シ
リンダボア11全体がホーニング加工され（S17）、ホー
ニング加工時のストロークL_Zにおけるシリンダボア11の
内径R_zが順々に読取られて更新される（S18）。そし
て、シリンダボア11の各ストロークL_Zにおける内径R_Zの
平均値R_ZMが演算され（S19）、平均値R_ZMがプログラム
定数として記憶された或いは操作盤から入力して記憶さ
れた正規の内径Ｒと同一径か否かが判定され（S20）、
同一径と判定されるまでホーニング加工が施される。

シリンダボア11の内径R_Zの平均値R_ZMが正規の内径Ｒ
と同一径になると、モータ18が停止され（S21）、長寸
砥石６が収縮駆動され（S22）、ツールへヘッド７が上
限位置へ上昇駆動され（S23）。こうして、上記操作が
繰返され、シリンダブロックの各シリンダボア11に順々
にホーニング加工が施される。

以上のように、シリンダボア11の内壁に小径部分が有
る場合には、予め短寸砥石５でその小径部分を他の部分
と略動一内径にするので、最後にシリンダボア11全体を
ホーニング加工する長寸砥石６の偏摩耗を抑えて長寸砥
石６で高精度に研磨することが出来る。

尚、本実施例では、シリンダボア11のホーニング加工
について説明したが、第８図に示すように、有底の加工
穴70をホーニング加工する場合には、加工穴70の奥端部
70aを予め短寸砥石５で所定の内径にした後、加工穴70
全体を長寸砥石６でホーニング加工することにより、奥
端部70aが小径になることを防止して、加工穴70の加工
精度を向上できる。また、第９図に示すように、加工穴
71を構成する筒状部材の肉厚が各部において異なる場合
には、厚肉部分71aを予め短寸砥石５で所定の内径にホ
ーニング加工した後、加工穴71全体を長寸砥石６でホー
ニング加工することにより、厚肉部分71aが小径になる
ことを防止して、加工穴70の加工精度を向上出来る。

更に、第10図に示すように、ホーニング加工を施す部
分が加工穴72に断続的に形成され、各加工部分の加工幅
が異なる場合には、加工負荷の大きな幅広部分72aを予
め短寸砥石５で所定の内径にホーニング加工した後、加
工穴72全体を長寸砥石６でホーニング加工することによ
り、幅広部分72aが小径なることを防止して、加工穴72
の加工精度を向上出来る。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例に係るもので、第１図はホーニン
グ加工装置の全体構成図、第２図はツールボディーの縦
断面図、第３図はツールヘッドの縦断面図、第４図はツ
ールヘッドの要部横断面図、第５図は回転割出機構の縦
断面図、第６図は第５図VI−VI線断面図、第７図はホー
ニング加工制御のルーチンのフローチャート、第８図〜
第10図は夫々ホーニング加工の対象となる加工穴の縦断
面図である。 １……ホーニング加工装置、２……昇降用シリンダ、３
……回転駆動機構、４……ツールボディー、５……短寸
砥石、６……長寸砥石、７……ツールヘッド、９……砥
石切換機構、10……切込調節機構、11……シリンダボ
ア、12……内径測定器、13……制御装置、70・71・72…
…加工穴。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワークの加工穴をホーニング加工するツー
   ルボディーを備えたホーニング加工装置において、 上記ツールボディーの外周部の円周適当間隔おきに交互
   に装着され且つツールボディーの半径方向に拡張移動可
   能な複数の短寸砥石及び長寸砥石と、 上記短寸砥石と長寸砥石のうちの所望の一方を選択的に
   拡張駆動する拡張駆動手段と、 上記加工穴の所定部分を短寸砥石でホーニング加工した
   後、加工穴全体を長寸砥石でホーニング加工するように
   拡張駆動手段を制御する制御手段とを備えたことを特徴
   とするホーニング加工装置。
2. 【請求項２】ワークの加工穴をホーニング加工するツー
   ルボディーを備えたホーニング加工装置によりホーニン
   グ加工する方法において、 上記ホーニング加工装置に、上記ツールボディーの外周
   部の円周適当間隔おきに交互に装着され且つツールボデ
   ィーの半径方向に拡張移動可能な複数の短寸砥石及び長
   寸砥石と、上記短寸砥石と長寸砥石のうちの所望の一方
   を選択的に拡張駆動する拡張駆動手段とを予め設け、 上記加工穴の所定部分を短寸砥石でホーニング加工した
   後、加工穴全体を長寸砥石でホーニング加工することを
   特徴とするホーニング加工方法。