JP2962126B2 - ホーニング加工方法及びホーニング加工装置 - Google Patents

ホーニング加工方法及びホーニング加工装置

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    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、研削砥石が被加工物
の加工孔内面に対し所定の拡張圧力で拡張移動して押付
けられつつ、その砥石が取付けられたホーニングヘッド
が回転かつ軸方向移動して加工孔内面を研削加工するホ
ーニング加工方法及びホーニング加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】被加工物の加工孔内面、例えばエンジン
のシリンダボア内面に対する精密仕上げ加工には、砥石
が取付けられるホーニングヘッドが回転しつつ軸方向移
動すなわち上下動して研削加工を行うホーニング加工が
一般に用いられる(特開昭56−76374号公報参
照)。
【0003】図3は、シリンダボア内面をホーニング加
工する際の加工効率(単位時間当りの研削量[mm3 /mi
n ])の変化を、加工数(被加工物の数)に対応して、
つまり時間的な推移として示したものである。これによ
れば、加工効率は、加工効率がほぼ安定化する加工数N
s 以降から上限値と下限値との間にて±50%以下の幅
で周期的に変動しつつ推移している。これは、砥石の表
面が、ある程度研削加工が進行すると目詰まりして加工
効率が低下し、さらにそのまま研削を続けると、砥石に
掛かるストレスが増大して砥石表面が剥げ落ち、新しい
表面が現れるという、いわゆる砥石の自生作用が生じ、
これにより再び加工効率が上昇するためである。
【0004】図4は、上記したような加工効率と、加工
後のシリンダボア内面の表面粗さとの相関を示したもの
であり、これによれば、これら両者間には強い正の相関
が見られ、加工効率が良い(大きい)場合、つまり単位
時間当りの研削量が多い場合には、ボアの表面粗さが粗
く、逆に加工効率が悪い(小さい)場合、つまり単位時
間当りの研削量が少ない場合には、ボアの表面粗さは細
かくなるということが言える。
【0005】このため、加工効率が図3のように加工数
に伴って変化していると、加工後のシリンダボアの表面
粗さも、図5に示すように加工数に伴って周期的に変動
しつつ推移するものとなる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、シリンダボ
アの表面粗さは、オイルの消費性能に影響を及ぼすもの
で、粗くなるとオイル消費性能が悪化し、細かくなりす
ぎるとピストンがボア内面にかじるなどにより損傷を与
え、いわゆるスカッフが発生しやすくなるという特性が
ある。これは、シリンダボアの表面粗さが粗い場合に
は、多量のオイルがボア表面に保持され、保持されたオ
イルが燃焼室で燃焼してオイル消費量が増大してしま
い、一方シリンダボアの表面粗さが細かい場合には、オ
イルの保持が充分なされないからである。
【0007】このため、オイル消費性能及び耐スカッフ
性能双方を考慮した場合、シリンダボアの表面粗さは、
最適なものとした上で、加工数によって変動することな
く安定化させる必要がある。
【0008】しかしながら、前述したように従来のホー
ニング加工では、シリンダボアの表面粗さが加工数によ
って変動するので、オイル消費性能が悪いもの、あるい
は耐スカッフ性能が劣るものなどが発生することにな
る。したがって、後の検査を綿密に工数をかけて行うこ
とで、オイル消費性能が悪いもの、あるいは耐スカッフ
性が劣るものは、再加工などの処理を施しているのが現
状である。
【0009】そこで、この発明は、加工孔内面の表面粗
さを最適で、かつ加工数毎に変動することなく安定化さ
せることを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、第1に、ホーニングヘッドに設けた研
削砥石が、拡張圧力を付与されて加工孔内面に向けて拡
張移動し、この加工孔内面に押し付けられつつ、前記ホ
ーニングヘッドが回転及び軸方向移動して研削を行うホ
ーニング加工方法において、1加工サイクル毎に前記砥
石の表面粗さを検出し、前記砥石の表面粗さが、目詰ま
りにより細かくなっているときには、前記拡張圧力を高
くした状態で次加工サイクルのホーニング加工を行う一
方、粗いときには拡張圧力を低くした状態で次加工サイ
クルのホーニング加工を行う方法としてある。
【0011】第2に、ホーニングヘッドに設けた研削砥
石が、拡張圧力付与手段により拡張圧力が付与されて加
工孔内面に向けて拡張移動し、この加工孔内面に押し付
けられつつ、前記ホーニングヘッドが回転及び軸方向移
動して研削を行うホーニング加工装置において、1加工
サイクル毎に前記砥石の表面粗さを検出する表面粗さ検
出手段と、この表面粗さ検出手段が検出した表面粗さ
が、加工時での目詰まりにより細かくなっているときに
は、前記拡張圧力を高める一方、粗いときには拡張圧力
を低くするよう前記拡張圧力付与手段を制御する制御手
段とを設けた構成としてある。
【0012】第3に、第2の構成において、制御手段
は、前回加工サイクルの加工前の砥石の表面粗さと前回
加工サイクルの加工後の同表面粗さとを比較し、加工後
の表面粗さが加工前より細かくなっているときには、前
記拡張圧力を高める一方、粗いときには拡張圧力を低く
するよう前記拡張圧力付与手段を制御する構成としてあ
る。
【0013】
【作用】上記した方法または構成によれば、1加工サイ
クルの加工後の砥石の表面粗さが細かすぎるときには、
この状態でのホーニング加工による加工孔内面の表面粗
さが細かすぎることになるので、拡張圧力を高くした状
態で次加工サイクルのホーニング加工を行うことで、砥
石の自生作用がなされて砥石の表面粗さが粗くなり、こ
れに伴い加工孔内面の表面粗さも粗くなって最適化され
る。一方、1加工サイクルの加工後の砥石の表面粗さが
粗すぎるときには、この状態でのホーニング加工による
加工孔内面の表面粗さが粗すぎることになるので、拡張
圧力を低くした状態で次加工サイクルのホーニング加工
を行うことで、砥石の表面粗さが細かくなり、これに伴
い加工孔内面の表面粗さも細かくなって最適化される。
【0014】
【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づき説明
する。
【0015】図1は、この発明の一実施例に係わるホー
ニング加工装置により、自動車用エンジンのシリンダブ
ロック1におけるシリンダボア3の加工孔内面5をホー
ニング加工している状態を示している。ホーニング加工
装置の図示しないホーニング盤本体には、ホーニグヘッ
ド7が上下動可能及び回転可能に設けられている。ホー
ニグヘッド7におけるホーニングボディ9の外周には複
数の砥石11が配置され、この砥石11は、ホーニング
ボディ9内に設けられて加工孔内面5に対して接近離反
する方向に移動可能なシュー13の外周に装着されてい
る。ホーニングボディ9内には砥石拡張用のテーパコー
ン15を備えた上下動可能な拡張ロッド17が収納さ
れ、拡張ロッド17には、拡張圧力付与手段としての油
圧シリンダ19により拡張圧力Pが付与される。
【0016】ホーニグヘッド7が加工孔に挿入された状
態で、拡張ロッド17に拡張圧力Pが付与されると、砥
石11はテーパコーン15及びシュー13を介して加工
孔内面5に所定の押付圧力で押付けられた状態となる。
この状態でホーニグヘッド7は、全体として図示しない
上下シリンダ及び回転モータを駆動源として上下動する
と同時に回転しながらホーニング加工を行う。上下シリ
ンダ及び回転モータの駆動停止によるホーニング加工の
開始及び停止などは、制御回路21によりなされる。
【0017】油圧シリンダ19は油圧配管23を介して
油圧ポンプなどを備えた油圧源25に接続されており、
この油圧配管23には、油圧源25側からバルブ27及
び圧力ゲージ29がそれぞれ設けられ、圧力ゲージ29
により測定された拡張圧力Pに対応する油圧値は、制御
手段としての拡張圧力制御回路31に入力され、またバ
ルブ27は拡張圧力制御回路31によって開閉制御され
て拡張圧力Pが制御される。
【0018】ホーニングボディ7内には、上下方向に延
長されるエア通路が形成され、エア通路は、下部側がホ
ーニング加工時に加工孔内面5に対向して開口するエア
ノズル33を構成し、上部側が上面に開口してエアマイ
クロメータ35に接続されている。エアマイクロメータ
35は、エアノズル33から加工孔内面5にエアを吹き
付けることにより、そのときの背圧が電気信号に変換さ
れ、背圧に応じた加工孔の所定の加工寸法が内径算出回
路37により算出される。内径算出回路37は、加工孔
寸法が所定値に達したら、制御回路21に加工動作を停
止させるよう信号出力する。
【0019】シリンダブロック1の上方の前記図示しな
いホーニング盤本体側には、ガイドリング39及びマス
タリング41,43がそれぞれ設けられている。ガイド
リング39は、ホーニングヘッド7を加工孔に挿入する
ときの案内となるガイド孔39aを備えている。一方、
二つのマスタリング41,43は、ホーニング加工によ
る加工孔内径の目標とする上限値及び下限値とそれぞれ
同じ内径を有しており、ホーニング加工に先立ち、加工
サイクル毎にエアマイクロメータ35のエアノズル33
及びエアノズル33より上方位置にある図示しないエア
ノズルからのエア圧力を受けて、加工孔内径の上限値及
び下限値の範囲を設定する。
【0020】上記マスタリング43上には、砥石11の
表面粗さを検出するための表面粗さ検出手段としての非
接触式表面粗さセンサ45が設置されている。非接触式
表面粗さセンサ45は、レーザ光を照射するもので、そ
の反射光を受光して光電変換し、粗さ算出回路47に電
気信号を出力することで、表面粗さが算出される。粗さ
算出回路47により算出された砥石11の表面粗さデー
タは、拡張圧制御回路31に入力され、拡張圧制御回路
31に内蔵されるメモリに格納される。拡張圧制御回路
31は、格納された表面粗さデータを、前回の加工前に
測定した表面粗さデータと比較し、表面粗さが前回より
も細かい場合にはバルブ29を開方向に作動させて拡張
圧力Pを高くし、逆に粗い場合にはバルブ29を閉じ方
向に作動させて拡張圧力Pを低くするよう油圧シリンダ
19を制御する。
【0021】図2は、上記したようなホーニング加工装
置における拡張圧力制御回路31の拡張圧制御を含む加
工動作を示すフローチャートである。まず、ホーニグヘ
ッド7が上下方向にその移動領域内での上端位置となる
よう制御回路21が図示しない上下動シリンダを動作さ
せる(ステップ101)。このとき、ホーニグヘッド7
は、図1に示すように、マスタリング41,43に挿入
されるとともに、非接触式表面粗さセンサ45が複数の
砥石11のうちの一つの砥石11の上部表面に対向する
状態となる。
【0022】この状態で、非接触式表面粗さセンサ45
がレーザ光を砥石11の表面に照射し、その反射光の光
電変換信号が粗さ算出回路47に入力されることで、砥
石11の表面粗さが算出される(ステップ103)。こ
の算出された測定値つまり表面粗さデータは、拡張圧力
制御回路31内のメモリに格納され(ステップ10
5)、前回の加工前に測定してメモリに既に格納されて
いる砥石11の表面粗さデータと比較される(ステップ
107)。
【0023】ここで、今回測定した表面粗さが前回の表
面粗さよりも細かい場合には、砥石11が前回加工サイ
クルにて目詰まりが発生して、この状態で加工を行うと
加工孔内面5の表面粗さが細かすぎることになるので、
拡張圧力制御回路31はバルブ29を開方向に作動させ
て油圧シリンダ19による拡張圧力Pを高くする(ステ
ップ109)。逆に、今回測定した表面粗さが前回の表
面粗さよりも粗い場合には、前回加工サイクルの際に砥
石11の表面の目詰まり部が剥げ落ちて砥石11の自生
がなされた状態であるか、あるいは砥石11が新品のも
のであるかであり、このような状態で加工を行うと加工
孔内面5の表面粗さが粗すぎることになるので、拡張圧
力制御回路31はバルブ29を閉じ方向に作動させてじ
て油圧シリンダ19による拡張圧力Pを低くする(ステ
ップ111)。このような拡張圧力制御回路31による
拡張圧力Pの制御は、圧力ゲージ29により測定される
油圧値の入力を受けながら行う。
【0024】上記のように拡張圧力Pの可変制御を行っ
た後、制御回路21は図示しない上下動シリンダ及び回
転モータを動作させて、ホーニグヘッド7を上下動させ
つつ回転させることで、前記設定した拡張圧力によりホ
ーニング加工を行う(ステップ113)。
【0025】このように、砥石11の表面粗さを非接触
式表面粗さセンサ45により1加工サイクル毎に検出
し、検出した表面粗さが細かい場合には次加工サイクル
での拡張圧力Pを前加工サイクル時より高め、逆に粗い
場合には前回加工サイクル時より低くすることで、その
ときの砥石11の表面粗さ状態に対応した最適な拡張圧
力Pが常に得られ、このような状態でホーニング加工を
行うことで、前記図3に示した加工効率、つまり単位時
間当り研削量が一定し、これに伴って加工孔内面5の表
面粗さも、加工数によって変動することなく最適な状態
で安定化する。このような表面粗さを備えた加工孔内面
5を有するシリンダボア3は、オイル消費性能及び耐ス
カッフ性能共に優れたものとなる。
【0026】
【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、1加工サイクル毎に砥石の表面粗さを検出し、検
出した表面粗さが目詰まりにより細かすぎるときには次
加工サイクルでの拡張圧力を高くする一方、粗すぎると
きには次加工サイクルでの拡張圧力を低くするようにし
て、拡張圧力をそのときの砥石の表面粗さ状態に対応し
たものとし、これにより加工孔内面の加工後の表面粗さ
を最適かつ、加工数によって変動することなく安定化さ
せることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示すホーニング加工装置
による加工状態を示す全体構成図である。
【図2】図1のホーニング加工装置による拡張圧力制御
動作を示すフローチャートである。
【図3】従来のホーニング加工装置による加工効率の時
間的推移を示す加工効率特性図である。
【図4】加工効率と加工孔内面の表面粗さとの相関図で
ある。
【図5】従来のホーニング加工装置による加工孔内面の
表面粗さの時間的推移を示す粗さ特性図である。
【符号の説明】
5 加工孔内面 7 ホーニングヘッド 11 研削砥石 19 油圧シリンダ(拡張圧力付与手段) 31 拡張圧力制御回路(制御手段) 45 非接触式表面粗さセンサ(表面粗さ検出手段)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ホーニングヘッドに設けた研削砥石が、
    拡張圧力を付与されて加工孔内面に向けて拡張移動し、
    この加工孔内面に押し付けられつつ、前記ホーニングヘ
    ッドが回転及び軸方向移動して研削を行うホーニング加
    工方法において、1加工サイクル毎に前記砥石の表面粗
    さを検出し、前記砥石の表面粗さが、目詰まりにより細
    かくなっているときには、前記拡張圧力を高くした状態
    で次加工サイクルのホーニング加工を行う一方、粗いと
    きには拡張圧力を低くした状態で次加工サイクルのホー
    ニング加工を行うことを特徴とするホーニング加工方
    法。
  2. 【請求項2】 ホーニングヘッドに設けた研削砥石が、
    拡張圧力付与手段により拡張圧力が付与されて加工孔内
    面に向けて拡張移動し、この加工孔内面に押し付けられ
    つつ、前記ホーニングヘッドが回転及び軸方向移動して
    研削を行うホーニング加工装置において、1加工サイク
    ル毎に前記砥石の表面粗さを検出する表面粗さ検出手段
    と、この表面粗さ検出手段が検出した表面粗さが、加工
    時での目詰まりにより細かくなっているときには、前記
    拡張圧力を高める一方、粗いときには拡張圧力を低くす
    るよう前記拡張圧力付与手段を制御する制御手段とを設
    けたことを特徴とするホーニング加工装置。
  3. 【請求項3】 制御手段は、前回加工サイクルの加工前
    の砥石の表面粗さと前回加工サイクルの加工後の同表面
    粗さとを比較し、加工後の表面粗さが加工前より細かく
    なっているときには、前記拡張圧力を高める一方、粗い
    ときには拡張圧力を低くするよう前記拡張圧力付与手段
    を制御する構成であることを特徴とする請求項2記載の
    ホーニング加工装置。
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