JP3687324B2 - シリンダボアの高精度微細溝加工装置及び加工方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＸＹテーブルやＺ軸に沿って移動するＺ軸部材をＮＣ制御装置により自動制御すべく形成される例えば、マシニングセンタのような装置本体に装着され、前記ＸＹテーブル上に載置されたシリンダブロックのシリンダボアの内面に極薄のスライシングブレードにより高精度微細溝を加工するに好適なシリンダボアの高精度微細溝加工装置及び加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの高性能化，高速化に伴いシリンダブロックのシリンダボアの内面には微細溝が形成され、潤滑油を該微細溝内に溜めてピストンリングの摩擦抵抗を低減する手段が採用されている。この微細溝は、例えば、溝深さ２０μｍ±５μｍ程度で溝幅も３０乃至１００μｍ程度の微小のものであり、かつ微細溝の真円度や複数列の微細溝の形状のバラツキが極めて厳しいバラツキ精度内に保持される必要がある。そのため、従来から採用されているプラトホーニングやレーザホーニングによる微細溝加工では前記精度を保持することは困難であり、極薄の刃厚を有する円盤状のスライシングブレードを用いた加工方法が採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スライシングブレードを用いて微細溝を加工する場合、スライシングブレード自体の寸法バラツキの他にシリンダボアの円筒度や真円度のバラツキもあり、かつシリンダボアとスライシングブレードとの位置合わせを高精度に行うことが必要となる。従って、単にスライシングブレードをシリンダボアに係合せしめて微細溝を加工しても前記精度の微細溝を形成することは困難である。また、スライシングブレードは前記のように極薄のものであり、シリンダブロックが鋳鉄製のため、外周に砥粒を付着した円盤状のブレードから形成される。従って、スライシングブレードは砥粒の脱落や破損が生じ易く、インプロセスにスライシングブレードの形状変化を検出しながら加工を進めないと高精度の微細溝が加工されないという問題点がある。また、シリンダブロックには複数個のシリンダボアが穿孔されているため、加工効率を向上するためには複数個のシリンダボア，少なくとも２個のシリンダボアに同時に微細溝を加工することが必要となる。
【０００４】
本発明は、以上の事情に鑑みて創案されたものであり、シリンダボアやスライシングブレードの寸法バラツキや真円度のバラツキ等に関係なく、常に一定の形状の微細溝が加工できると共に加工効率の向上が図れるシリンダボアの高精度微細溝加工装置及び加工方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上の目的を達成するために、ＮＣ制御装置により制御されるＸＹテーブル及びＺ軸に沿って移動するＺ軸部材を有する装置本体に装着され、ＸＹ平面と平行に配設される円盤状のスライシングブレードにより前記ＸＹテーブル上に載置されるシリンダブロックのシリンダボアに微細溝を加工するシリンダボアの高精度微細溝加工装置であって、該加工装置は、前記スライシングブレードに連結される支持軸を回転駆動する機構部を有する支持軸駆動機構部と、該支持軸駆動機構部と前記Ｚ軸部材との間に介設され前記支持軸駆動機構部をＸ軸及び／又はＹ軸方向に微動させる電歪素子と、前記支持軸駆動機構部側に固着される第１のセンサ及び第２のセンサとを有するものからなり、前記第１のセンサは前記スライシングブレードの加工時の状態を検出するセンサからなり、前記第２のセンサは前記スライシングブレードと前記シリンダボアの内面との間隔を検出するセンサからなり、前記支持軸駆動機構部，電歪素子，第１のセンサ及び第２のセンサは、前記ＮＣ制御装置により自動制御されるシリンダボアの高精度微細溝加工装置を構成するものである。
【０００６】
更に具体的に、前記支持軸駆動機構部は、シリンダブロックの複数個のシリンダボアに対応して複数個配設され、複数個の前記シリンダボアに同時に前記微細溝を加工するものであり、前記スライシングブレードが、前記支持軸に複数枚装着されることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、以上の目的を達成するために、ＮＣ制御装置により制御されるＸＹテーブル及びＺ軸に沿って移動するＺ軸部材を有する装置本体に装着され、前記ＸＹテーブル上に載置されるシリンダブロックのシリンダボアに微細溝を加工すべくＸＹ平面と平行に配設される円盤状のスライシングブレードと、該スライシングブレードを支持する支持軸を回転駆動する機構部を有する支持軸駆動機構部と、該支持軸駆動機構部と前記Ｚ軸部材との間に介設され前記支持軸駆動機構部をＸ軸及び／又はＹ軸方向に微動させる電歪素子と、前記スライシングブレードの加工時の状態を検出する第１のセンサと、前記スライシングブレードと前記シリンダボアの内面との間隔を検出する第２のセンサとを有し、前記各機構部，電歪素子，第１のセンサ及び第２のセンサ等が前記ＮＣ制御装置により自動制御されるシリンダボアの高精度微細溝加工装置により前記シリンダボアの内面に微細溝を加工するためのシリンダボアの高精度微細溝加工方法であって、前記スライシングブレードをＺ軸に沿って前記シリンダボア内の第１の微細溝の加工位置まで下降させる第１の手順と、前記スライシングブレードの外周を前記シリンダボアの内面の任意の４箇所に接触させ、前記第１のセンサで接触位置を検出しながら前記スライシングブレードの中心位置を求め、前記４箇所の前記中心位置から前記シリンダボアの中心点である第一原点を求める第２の手順と、前記ＸＹテーブル及び電歪素子を作動して、前記スライシングブレードの中心を前記第一原点に芯出しする第３の手順と、前記ＸＹテーブルを作動し、前記スライシングブレードの外周をシリンダボアの内面に接触させ前記第１のセンサで接触点を検出し、その状態におけるスライシングブレード側と前記シリンダボアの内面との間の間隔を求め、この値からこの位置における前記スライシングブレードの中心を加工原点として求め、前記第２のセンサに前記加工原点をインプットする第４の手順と、前記加工原点から前記微細溝の溝深さに対応する切り込み量分だけマイナスさせた位置に前記スライシングブレードの中心位置を移動させる第５の手順と、前記第５の手順によって位置決めされた前記スライシングブレードをその位置に固定した状態でＸＹテーブルを円弧運動させて前記シリンダボアの内面の全周に前記微細溝を加工する第６の手順と、前記第１の微細溝に引き続いて第２の微細溝及びそれ以降の多数列の微細溝を加工する必要がある場合には、前記スライシングブレードを更に第２の微細溝等に対応する位置までＺ軸方向に移動して前記各手順を繰り返し行う第７の手順を行うシリンダボアの高精度微細溝加工方法を特徴とするものである。
【０００８】
装置本体のＸＹテーブルやＺ軸部材を自動制御するＮＣ制御装置により本発明のシリンダボアの高精度微細溝加工装置を構成する支持軸駆動機構部，電歪素子，第１のセンサ及び第２のセンサは自動制御される。加工物であるシリンダブロックはＸＹテーブル上に載置される。支持軸駆動機構部側に装着されるスライシングブレードをまずシリンダボアの中心に位置決めするための第一原点が求められる。なお、微動可能な電歪素子を用いることにより第一原点が正確に求められる。次に、スライシングブレードをシリンダボアの内面に接触せしめ、加工原点を求め、更に、これから微細溝の溝深さ分だけマイナスさせた位置にスライシングブレードを位置決めする。これ等は電歪素子や第１のセンサ及び第２のセンサを用いることにより高精度に行われる。この状態でＸＹテーブルを円弧運動させシリンダブロックを回転することによりシリンダボアの内面に微細溝が高精度に形成される。また、複数列の微細溝を加工するには第１の微細溝の加工後にスライシングブレードをＺ軸方向に移動位置決めして前記同様な手順を行えばよい。なお、スライシングブレードを支持軸に複数枚装着することにより複数列の微細溝を同時に加工することができる。また、前記加工方法は複数のシリンダボアに対して同時に行うことができる。これにより、加工効率の向上が図れる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のシリンダボアの高精度微細溝加工装置の実施の形態を図面を参照して詳述する。本発明のシリンダボアの高精度微細溝加工装置はＮＣ制御装置により自動制御されるマシニングセンタのような装置本体に装着されるものであるが、図１では装置本体１は概要構造のみが示されている。装置本体１にはＸＹテーブル２及びＺ軸方向に立設するコラム３と、コラム３に摺動自在に支持されてＺ軸方向に移動するＺ軸部材４が設けられている。また、ＸＹテーブル２及びＺ軸部材４はＮＣ制御装置５により自動制御される。また、ＮＣ制御装置５にはパソコン（ＰＣ）６が付設され、制御に必要な各演算を行う。
【００１０】
以上の概要構造の装置本体１のＸＹテーブル２上には加工品であるシリンダブロック７が図略の位置決め手段等を介して所定位置に位置決め固定される。なお、シリンダブロック７には複数個（図示では４個）のシリンダボア８が穿孔されている。本例のシリンダボアの高精度微細溝加工装置は装置本体１に装着され、２個のシリンダボア８，８に微細溝９（図６）を同時に加工する構成からなるが、これに限定するものではない。
【００１１】
シリンダボアの高精度微細溝加工装置は、大別してスライシングブレード１０の支持軸１１を回転駆動する支持軸駆動機構部１２と、２個の支持軸駆動機構部１２，１２とＺ軸部材４との間に介設される電歪素子１３と、第１のセンサの１つであるＡＥセンサ１４と、第２のセンサである表面位置計測センサ１５等とから構成される。なお、支持軸駆動機構部１２，電歪素子１３，ＡＥセンサ１４及び表面位置計測センサ１５はそれぞれＮＣ制御装置５に連結され、自動制御される。また、支持軸駆動機構部１２側にはクーラントノズル１６が設けられ、その噴出口から噴出する冷却油によりスライシングブレード１０の刃部の冷却を行う。
【００１２】
支持軸駆動機構部１２は電歪素子１３に連結されるケース本体１７と、このケース本体１７内に収納され支持軸１１を回転駆動する図略の駆動機構部とを有するものからなる。なお、支持軸１１はＺ軸方向に軸線を有するものからなり、その下端には図略の挟持手段を介してスライシングブレード１０が固定される。スライシングブレード１０は極薄（３０乃至１００μｍ）のブレードを外周に形成する円盤状の部材からなる。なお、切刃部は砥粒からなる。
【００１３】
電歪素子１３は、本例では支持軸駆動機構部１２をＸ軸方向及び／又はＹ軸方向に高精度に微動させるものであり、ピエゾ素子を用いたものからなる。ＮＣ制御装置５により、移動指令を電歪素子１３に入力することにより、スライシングブレード１０を所定の位置に高精度に微動させることができる。なお、電歪素子１３は公知技術である。
【００１４】
ＡＥセンサ１４はＡＥ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）センサである。ＡＥとは、工具やワーク等の固体の変形及び破壊等に伴って解放されるエネルギーが弾性波（ＡＥ波）として伝播する現象をいい、ＡＥセンサ１４はこの弾性波を検出するセンサである。具体的に説明すると、スライシングブレード１０がシリンダボア８の内面に接触するとＡＥ波が発生するが、前記ＡＥセンサ１４はこの接触瞬間を検出するセンサとして使用される。勿論、ＡＥ波は加工中にも生じ、かつスライシングブレード１０の破損時にも発生する。従って、ＡＥセンサ１４を設けることにより、その波形からスライシングブレード１０とシリンダボア８との接触や正常加工の状態やスライシングブレード１０の破壊状態を検出することができる。なお、本例では検出精度を考慮して前記ＡＥセンサ１４は図１に示すように支持軸駆動機構部１２のケース本体１７に装着されているが、ＡＥ波を検出できるならば装置本体１の他のいずれの場所でも構わない。
【００１５】
表面位置計測センサ１５は、シリンダボア８の内面とスライシングブレード１０との関係位置を検出するものであるが、本例では支持軸１１の外周に固着される。スライシングブレード１０と支持軸１１との関係位置は固定されており、支持軸１１の外周とスライシングブレード１０の外周との寸法関係も既知のため、支持軸１１に表面位置計測センサ１５を固定して支持軸１１の外周とシリンダボア８の内面との間隔ｈ（図５）を検出することによりシリンダボア８の内面とスライシングブレード１０との関係寸法を検出することが可能である。勿論、この表面位置計測センサ１５は支持軸１１以外の所に装着してもよい。表面位置計測センサ１５としては接触式や非接触式の各種のセンサが適用される。接触式としては、例えば、接触式タッチセンサが挙げられ、非接触式としては、非接触高精度レーザ変位計等が挙げられる。なお、これ等はすべて公知技術であり、説明を省略する。
【００１６】
次に、本発明のシリンダボアの高精度微細溝加工方法を図８のフローチャート及び図２乃至図７を用いて説明する。前記したように、シリンダブロック７はＸＹテーブル２上の所定位置に載置される。図２に示すように、本例では第１乃至第４の４個のシリンダボア８を有するシリンダブロック７の第１及び第３のシリンダボア８，８に微細溝９，９を同時に加工し、次に、第２及び第４のシリンダボア８，８に微細溝９，９を同時に加工する方法を採用する。従って、２個のシリンダボア８，８に対応して支持軸駆動機構部１２，１２が配設されるが、それぞれのシリンダボア８，８に対する加工方法は同一のため以下の説明では１個の支持軸駆動機構部１２によるシリンダボア８の微細溝加工に絞って加工方法を説明する。
【００１７】
図２に示すように、ＸＹテーブル２を移動させ、支持軸駆動機構部１２の支持軸１１の中心とシリンダボア８の中心を概略一致させ、Ｚ軸部材４をＺ軸に沿って下降させ、スライシングブレード１０を第１の微細溝９の加工位置に位置決めする（ステップ１００）。次に、図３に示すように、スライシングブレード１０の外周をシリンダボア８の内面の任意の４箇所に接触させる。図示では４等分された位置においてスライシングブレード１０はシリンダボア８の内面に接しているが勿論これに限定するものではない。スライシングブレード１０をシリンダボア８の内面に接触させるにはＸＹテーブル２をＸ軸及び／又はＹ軸方向に移動させると共に電歪素子１３によるＸ軸及び／又はＹ軸方向の微動によって行う。また、接触したか否かの検出はＡＥセンサ１４のＡＥ波の検出により正確に行われる。４箇所におけるスライシングブレード１０の中心点を求めることによりシリンダボア８の中心が正確にＰＣ６等により演算され、第一原点（図３のＯで示す）が求められる（ステップ１０１）。次に、スライシングブレード１０を第一原点に芯出し位置決めする（ステップ１０２）。この場合、電歪素子１３による微調整を行う。
【００１８】
次に、図４，図５に示すように、ＸＹテーブル２をＸ軸又はＹ軸方向に移動し、スライシングブレード１０の外周をシリンダボア８の内面に接触させて加工原点を求め、この位置を表面位置計測センサ１５にインプットする（ステップ１０３）。なお、スライシングブレード１０とシリンダボア８の接触はＡＥセンサ１４により正確に検出される。また、図５に示すように、支持軸１１に固定された表面位置計測センサ１５により間隔ｈが正確に求められ、支持軸１１とスライシングブレード１０とは所定の関係位置にあるため、間隔ｈを求めることにより加工原点が正確に求められる。
【００１９】
次に、図６に示すように、微細溝９の溝深さδに相当する分だけ加工原点を移動する。すなわち、表面位置計測センサ１５にインプットされた値から溝深さδに相当する切り込み量をマイナスさせた位置にスライシングブレード１０の中心位置を移動させる（ステップ１０４）。この移動量の確認は表面位置計測センサ１５による間隔ｈ′（図６）を計測することにより正確に求められる。
【００２０】
次に、図７に示すように、ＸＹテーブル２をＮＣ制御装置５によりシリンダボア８の内周に等しい輪郭１８に沿う円弧運動をさせる。これにより、溝深さδの微細溝９がシリンダボア８の内周の全周に沿って形成される（ステップ１０５）。以上により、第１の微細溝９の加工が終了する。
【００２１】
引き続き第２の微細溝９の加工が必要か否かがチェックされ（ステップ１０６）、必要時（ｙｅｓ）にはスライシングブレード１０をＺ軸方向に移動させ第２の微細溝９に対応する位置にセットする（ステップ１０７）。勿論この場合、スライシングブレード１０を前記第一原点又は加工原点に戻した上でＺ軸方向に移動させ、以下、ステップ１０４以下を前記と同様に行えばよい。更に、第３，第４・・・の微細溝９を加工する場合は同様の手順を繰り返し行えばよい。また、微細溝９の加工完了後に、更に引き続き微細溝の加工が不要の場合（ｎｏ）にはエンドとなる。
【００２２】
なお、前記したように、前記の加工手順は第１のシリンダボア８のみならず、第３のシリンダボア８においても同時に進行される。従って、４個のシリンダボア８があっても前記の加工手順を２回行うことによりシリンダブロック７の全シリンダボア８に微細溝９をすべて加工することができる。これにより、加工効率の向上が図れる。また、本発明のシリンダボアの高精度微細溝加工方法は、前記のように微調整可能な電歪素子１３とＡＥセンサ１４及び表面位置計測センサ１５を用いて第一原点，加工原点を正確に求めて微細溝９を加工するため、極めて高精度な微細溝９を形成することができる。
【００２３】
本発明のシリンダボアの高精度微細溝加工装置ではＡＥセンサ１４を用いているため、スライシングブレード１０の回転時における異常が正確に把握される。すなわち、スライシングブレード１０が正常の加工を行っている場合のＡＥ波を基にし、加工状態をモニタリングするとスライシングブレード１０の摩耗や破損の状態がインプロセスで把握される。従って、異常の発生が直ちに検知されるため、任意の位置に配設されているブレードツルーイングやドレスステーションでスライシングブレード１０の更新、修理が迅速に行われる。これにより、常時高精度の微細溝を加工することができる。
【００２４】
図９は、支持軸１１に複数枚のスライシングブレード１０を装着した場合を示す。各スライシングブレード１０は挟持手段１９により所定位置に固定される。以上により、シリンダボア８の内面に複数列の微細溝９を同時に加工することができ、加工時間の短縮が図れる。
【００２５】
【発明の効果】
１）本発明の請求項１に記載のシリンダボアの高精度微細溝加工装置によれば、微動可能な電歪素子と、スライシングブレードの位置等を検出し得る第１及び第２のセンサを採用することにより、シリンダブロックのシリンダボアの内面に高精度の微細溝を自動的に形成することができる。また、加工が自動制御により自動的に行われ、加工効率の向上が図れる。また、第１のセンサを用いることにより加工状態がモニタリングされ、スライシングブレードの加工時における異常がすべてインプロセスに迅速に把握され、更新処理等がタイムリーに行われる。以上により、高精度の微細溝加工ができる。
２）本発明の請求項２に記載のシリンダボアの高精度微細溝加工装置によれば、支持軸駆動機構部が、複数のシリンダボアに対応して複数個配設され、同時に複数のシリンダボアの内面に微細溝が加工されるため、加工効率を向上することができる。
３）本発明の請求項３に記載のシリンダボアの高精度微細溝加工装置によれば、支持軸にスライシングブレードが複数枚装着されるため、複数列の微細溝を同時に加工することができ、加工時間の短縮が図れる。
４）本発明の請求項４に記載のシリンダボアの高精度微細溝加工方法によれば、電歪素子や第１及び第２のセンサを用いて第一原点や加工原点を求めて切り込み量をコントロールするため、高精度の微細溝を加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシリンダボアの高精度微細溝加工装置の全体概要構成を示す構成図。
【図２】本発明のシリンダボアの高精度微細溝加工方法の第１の手順を説明するための模式図。
【図３】本発明のシリンダボアの高精度微細溝加工方法の第２の手順を説明するための模式図。
【図４】本発明のシリンダボアの高精度微細溝加工方法の第３及び第４の手順を説明するための模式図。
【図５】図４におけるシリンダボアとスライシングブレード及び表面位置計測センサ等との関係を示す拡大部分正面図。
【図６】本発明のシリンダボアの高精度微細溝加工方法の第５の手順を説明するための模式図。
【図７】本発明のシリンダボアの高精度微細溝加工方法の第６の手順を説明するための模式図。
【図８】本発明のシリンダボアの高精度微細溝加工方法を説明するためのフローチャート。
【図９】１本の支持軸に複数枚のスライシングブレードを装着した場合を示す模式図。
【符号の説明】
１ 装置本体
２ ＸＹテーブル
３ コラム
４ Ｚ軸部材
５ ＮＣ制御装置
６ パソコン（ＰＣ）
７ シリンダブロック
８ シリンダボア
９ 微細溝
１０ スライシングブレード
１１ 支持軸
１２ 支持軸駆動機構部
１３ 電歪素子
１４ ＡＥセンサ
１５ 表面位置計測センサ
１６ クーラントノズル
１７ ケース本体
１８ 輪郭
１９ 挟持手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＸＹテーブルやＺ軸に沿って移動するＺ軸部材をＮＣ制御装置により自動制御すべく形成される例えば、マシニングセンタのような装置本体に装着され、前記ＸＹテーブル上に載置されたシリンダブロックのシリンダボアの内面に極薄のスライシングブレードにより高精度微細溝を加工するに好適なシリンダボアの高精度微細溝加工装置及び加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの高性能化，高速化に伴いシリンダブロックのシリンダボアの内面には微細溝が形成され、潤滑油を該微細溝内に溜めてピストンリングの摩擦抵抗を低減する手段が採用されている。この微細溝は、例えば、溝深さ２０μｍ±５μｍ程度で溝幅も３０乃至１００μｍ程度の微小のものであり、かつ微細溝の真円度や複数列の微細溝の形状のバラツキが極めて厳しいバラツキ精度内に保持される必要がある。そのため、従来から採用されているプラトホーニングやレーザホーニングによる微細溝加工では前記精度を保持することは困難であり、極薄の刃厚を有する円盤状のスライシングブレードを用いた加工方法が採用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、スライシングブレードを用いて微細溝を加工する場合、スライシングブレード自体の寸法バラツキの他にシリンダボアの円筒度や真円度のバラツキもあり、かつシリンダボアとスライシングブレードとの位置合わせを高精度に行うことが必要となる。従って、単にスライシングブレードをシリンダボアに係合せしめて微細溝を加工しても前記精度の微細溝を形成することは困難である。また、スライシングブレードは前記のように極薄のものであり、シリンダブロックが鋳鉄製のため、外周に砥粒を付着した円盤状のブレードから形成される。従って、スライシングブレードは砥粒の脱落や破損が生じ易く、インプロセスにスライシングブレードの形状変化を検出しながら加工を進めないと高精度の微細溝が加工されないという問題点がある。また、シリンダブロックには複数個のシリンダボアが穿孔されているため、加工効率を向上するためには複数個のシリンダボア，少なくとも２個のシリンダボアに同時に微細溝を加工することが必要となる。
【０００４】
本発明は、以上の事情に鑑みて創案されたものであり、シリンダボアやスライシングブレードの寸法バラツキや真円度のバラツキ等に関係なく、常に一定の形状の微細溝が加工できると共に加工効率の向上が図れるシリンダボアの高精度微細溝加工装置及び加工方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上の目的を達成するために、ＮＣ制御装置により制御されるＸＹテーブル及びＺ軸に沿って移動するＺ軸部材を有する装置本体に装着され、ＸＹ平面と平行に配設される円盤状のスライシングブレードにより前記ＸＹテーブル上に載置されるシリンダブロックのシリンダボアに微細溝を加工するシリンダボアの高精度微細溝加工装置であって、該加工装置は、前記スライシングブレードに連結される支持軸を回転駆動する機構部を有する支持軸駆動機構部と、該支持軸駆動機構部と前記Ｚ軸部材との間に介設され前記支持軸駆動機構部をＸ軸及び／又はＹ軸方向に微動させる電歪素子と、前記支持軸駆動機構部側に固着される第１のセンサ及び第２のセンサとを有するものからなり、前記第１のセンサは前記スライシングブレードの加工時の状態を検出するセンサからなり、前記第２のセンサは前記スライシングブレードと前記シリンダボアの内面との間隔を検出するセンサからなり、前記支持軸駆動機構部，電歪素子，第１のセンサ及び第２のセンサは、前記ＮＣ制御装置により自動制御されるシリンダボアの高精度微細溝加工装置を構成するものである。
【０００６】
更に具体的に、前記支持軸駆動機構部は、シリンダブロックの複数個のシリンダボアに対応して複数個配設され、複数個の前記シリンダボアに同時に前記微細溝を加工するものであり、前記スライシングブレードが、前記支持軸に複数枚装着されることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、以上の目的を達成するために、ＮＣ制御装置により制御されるＸＹテーブル及びＺ軸に沿って移動するＺ軸部材を有する装置本体に装着され、前記ＸＹテーブル上に載置されるシリンダブロックのシリンダボアに微細溝を加工すべくＸＹ平面と平行に配設される円盤状のスライシングブレードと、該スライシングブレードを支持する支持軸を回転駆動する機構部を有する支持軸駆動機構部と、該支持軸駆動機構部と前記Ｚ軸部材との間に介設され前記支持軸駆動機構部をＸ軸及び／又はＹ軸方向に微動させる電歪素子と、前記スライシングブレードの加工時の状態を検出する第１のセンサと、前記スライシングブレードと前記シリンダボアの内面との間隔を検出する第２のセンサとを有し、前記各機構部，電歪素子，第１のセンサ及び第２のセンサ等が前記ＮＣ制御装置により自動制御されるシリンダボアの高精度微細溝加工装置により前記シリンダボアの内面に微細溝を加工するためのシリンダボアの高精度微細溝加工方法であって、前記スライシングブレードをＺ軸に沿って前記シリンダボア内の第１の微細溝の加工位置まで下降させる第１の手順と、前記スライシングブレードの外周を前記シリンダボアの内面の任意の４箇所に接触させ、前記第１のセンサで接触位置を検出しながら前記スライシングブレードの中心位置を求め、前記４箇所の前記中心位置から前記シリンダボアの中心点である第一原点を求める第２の手順と、前記ＸＹテーブル及び電歪素子を作動して、前記スライシングブレードの中心を前記第一原点に芯出しする第３の手順と、前記ＸＹテーブルを作動し、前記スライシングブレードの外周をシリンダボアの内面に接触させ前記第１のセンサで接触点を検出し、その状態におけるスライシングブレード側と前記シリンダボアの内面との間の間隔を求め、この値からこの位置における前記スライシングブレードの中心を加工原点として求め、前記第２のセンサに前記加工原点をインプットする第４の手順と、前記加工原点から前記微細溝の溝深さに対応する切り込み量分だけマイナスさせた位置に前記スライシングブレードの中心位置を移動させる第５の手順と、前記第５の手順によって位置決めされた前記スライシングブレードをその位置に固定した状態でＸＹテーブルを円弧運動させて前記シリンダボアの内面の全周に前記微細溝を加工する第６の手順と、前記第１の微細溝に引き続いて第２の微細溝及びそれ以降の多数列の微細溝を加工する必要がある場合には、前記スライシングブレードを更に第２の微細溝等に対応する位置までＺ軸方向に移動して前記各手順を繰り返し行う第７の手順を行うシリンダボアの高精度微細溝加工方法を特徴とするものである。
【０００８】
装置本体のＸＹテーブルやＺ軸部材を自動制御するＮＣ制御装置により本発明のシリンダボアの高精度微細溝加工装置を構成する支持軸駆動機構部，電歪素子，第１のセンサ及び第２のセンサは自動制御される。加工物であるシリンダブロックはＸＹテーブル上に載置される。支持軸駆動機構部側に装着されるスライシングブレードをまずシリンダボアの中心に位置決めするための第一原点が求められる。なお、微動可能な電歪素子を用いることにより第一原点が正確に求められる。次に、スライシングブレードをシリンダボアの内面に接触せしめ、加工原点を求め、更に、これから微細溝の溝深さ分だけマイナスさせた位置にスライシングブレードを位置決めする。これ等は電歪素子や第１のセンサ及び第２のセンサを用いることにより高精度に行われる。この状態でＸＹテーブルを円弧運動させシリンダブロックを回転することによりシリンダボアの内面に微細溝が高精度に形成される。また、複数列の微細溝を加工するには第１の微細溝の加工後にスライシングブレードをＺ軸方向に移動位置決めして前記同様な手順を行えばよい。なお、スライシングブレードを支持軸に複数枚装着することにより複数列の微細溝を同時に加工することができる。また、前記加工方法は複数のシリンダボアに対して同時に行うことができる。これにより、加工効率の向上が図れる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のシリンダボアの高精度微細溝加工装置の実施の形態を図面を参照して詳述する。本発明のシリンダボアの高精度微細溝加工装置はＮＣ制御装置により自動制御されるマシニングセンタのような装置本体に装着されるものであるが、図１では装置本体１は概要構造のみが示されている。装置本体１にはＸＹテーブル２及びＺ軸方向に立設するコラム３と、コラム３に摺動自在に支持されてＺ軸方向に移動するＺ軸部材４が設けられている。また、ＸＹテーブル２及びＺ軸部材４はＮＣ制御装置５により自動制御される。また、ＮＣ制御装置５にはパソコン（ＰＣ）６が付設され、制御に必要な各演算を行う。
【００１０】
以上の概要構造の装置本体１のＸＹテーブル２上には加工品であるシリンダブロック７が図略の位置決め手段等を介して所定位置に位置決め固定される。なお、シリンダブロック７には複数個（図示では４個）のシリンダボア８が穿孔されている。本例のシリンダボアの高精度微細溝加工装置は装置本体１に装着され、２個のシリンダボア８，８に微細溝９（図６）を同時に加工する構成からなるが、これに限定するものではない。
【００１１】
シリンダボアの高精度微細溝加工装置は、大別してスライシングブレード１０の支持軸１１を回転駆動する支持軸駆動機構部１２と、２個の支持軸駆動機構部１２，１２とＺ軸部材４との間に介設される電歪素子１３と、第１のセンサの１つであるＡＥセンサ１４と、第２のセンサである表面位置計測センサ１５等とから構成される。なお、支持軸駆動機構部１２，電歪素子１３，ＡＥセンサ１４及び表面位置計測センサ１５はそれぞれＮＣ制御装置５に連結され、自動制御される。また、支持軸駆動機構部１２側にはクーラントノズル１６が設けられ、その噴出口から噴出する冷却油によりスライシングブレード１０の刃部の冷却を行う。
【００１２】
支持軸駆動機構部１２は電歪素子１３に連結されるケース本体１７と、このケース本体１７内に収納され支持軸１１を回転駆動する図略の駆動機構部とを有するものからなる。なお、支持軸１１はＺ軸方向に軸線を有するものからなり、その下端には図略の挟持手段を介してスライシングブレード１０が固定される。スライシングブレード１０は極薄（３０乃至１００μｍ）のブレードを外周に形成する円盤状の部材からなる。なお、切刃部は砥粒からなる。
【００１３】
電歪素子１３は、本例では支持軸駆動機構部１２をＸ軸方向及び／又はＹ軸方向に高精度に微動させるものであり、ピエゾ素子を用いたものからなる。ＮＣ制御装置５により、移動指令を電歪素子１３に入力することにより、スライシングブレード１０を所定の位置に高精度に微動させることができる。なお、電歪素子１３は公知技術である。
【００１４】
ＡＥセンサ１４はＡＥ（Ａｃｏｕｓｔｉｃ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎ）センサである。ＡＥとは、工具やワーク等の固体の変形及び破壊等に伴って解放されるエネルギーが弾性波（ＡＥ波）として伝播する現象をいい、ＡＥセンサ１４はこの弾性波を検出するセンサである。具体的に説明すると、スライシングブレード１０がシリンダボア８の内面に接触するとＡＥ波が発生するが、前記ＡＥセンサ１４はこの接触瞬間を検出するセンサとして使用される。勿論、ＡＥ波は加工中にも生じ、かつスライシングブレード１０の破損時にも発生する。従って、ＡＥセンサ１４を設けることにより、その波形からスライシングブレード１０とシリンダボア８との接触や正常加工の状態やスライシングブレード１０の破壊状態を検出することができる。なお、本例では検出精度を考慮して前記ＡＥセンサ１４は図１に示すように支持軸駆動機構部１２のケース本体１７に装着されているが、ＡＥ波を検出できるならば装置本体１の他のいずれの場所でも構わない。
【００１５】
表面位置計測センサ１５は、シリンダボア８の内面とスライシングブレード１０との関係位置を検出するものであるが、本例では支持軸１１の外周に固着される。スライシングブレード１０と支持軸１１との関係位置は固定されており、支持軸１１の外周とスライシングブレード１０の外周との寸法関係も既知のため、支持軸１１に表面位置計測センサ１５を固定して支持軸１１の外周とシリンダボア８の内面との間隔ｈ（図５）を検出することによりシリンダボア８の内面とスライシングブレード１０との関係寸法を検出することが可能である。勿論、この表面位置計測センサ１５は支持軸１１以外の所に装着してもよい。表面位置計測センサ１５としては接触式や非接触式の各種のセンサが適用される。接触式としては、例えば、接触式タッチセンサが挙げられ、非接触式としては、非接触高精度レーザ変位計等が挙げられる。なお、これ等はすべて公知技術であり、説明を省略する。
【００１６】
次に、本発明のシリンダボアの高精度微細溝加工方法を図８のフローチャート及び図２乃至図７を用いて説明する。前記したように、シリンダブロック７はＸＹテーブル２上の所定位置に載置される。図２に示すように、本例では第１乃至第４の４個のシリンダボア８を有するシリンダブロック７の第１及び第３のシリンダボア８，８に微細溝９，９を同時に加工し、次に、第２及び第４のシリンダボア８，８に微細溝９，９を同時に加工する方法を採用する。従って、２個のシリンダボア８，８に対応して支持軸駆動機構部１２，１２が配設されるが、それぞれのシリンダボア８，８に対する加工方法は同一のため以下の説明では１個の支持軸駆動機構部１２によるシリンダボア８の微細溝加工に絞って加工方法を説明する。
【００１７】
図２に示すように、ＸＹテーブル２を移動させ、支持軸駆動機構部１２の支持軸１１の中心とシリンダボア８の中心を概略一致させ、Ｚ軸部材４をＺ軸に沿って下降させ、スライシングブレード１０を第１の微細溝９の加工位置に位置決めする（ステップ１００）。次に、図３に示すように、スライシングブレード１０の外周をシリンダボア８の内面の任意の４箇所に接触させる。図示では４等分された位置においてスライシングブレード１０はシリンダボア８の内面に接しているが勿論これに限定するものではない。スライシングブレード１０をシリンダボア８の内面に接触させるにはＸＹテーブル２をＸ軸及び／又はＹ軸方向に移動させると共に電歪素子１３によるＸ軸及び／又はＹ軸方向の微動によって行う。また、接触したか否かの検出はＡＥセンサ１４のＡＥ波の検出により正確に行われる。４箇所におけるスライシングブレード１０の中心点を求めることによりシリンダボア８の中心が正確にＰＣ６等により演算され、第一原点（図３のＯで示す）が求められる（ステップ１０１）。次に、スライシングブレード１０を第一原点に芯出し位置決めする（ステップ１０２）。この場合、電歪素子１３による微調整を行う。
【００１８】
次に、図４，図５に示すように、ＸＹテーブル２をＸ軸又はＹ軸方向に移動し、スライシングブレード１０の外周をシリンダボア８の内面に接触させて加工原点を求め、この位置を表面位置計測センサ１５にインプットする（ステップ１０３）。なお、スライシングブレード１０とシリンダボア８の接触はＡＥセンサ１４により正確に検出される。また、図５に示すように、支持軸１１に固定された表面位置計測センサ１５により間隔ｈが正確に求められ、支持軸１１とスライシングブレード１０とは所定の関係位置にあるため、間隔ｈを求めることにより加工原点が正確に求められる。
【００１９】
次に、図６に示すように、微細溝９の溝深さδに相当する分だけ加工原点を移動する。すなわち、表面位置計測センサ１５にインプットされた値から溝深さδに相当する切り込み量をマイナスさせた位置にスライシングブレード１０の中心位置を移動させる（ステップ１０４）。この移動量の確認は表面位置計測センサ１５による間隔ｈ′（図６）を計測することにより正確に求められる。
【００２０】
次に、図７に示すように、ＸＹテーブル２をＮＣ制御装置５によりシリンダボア８の内周に等しい輪郭１８に沿う円弧運動をさせる。これにより、溝深さδの微細溝９がシリンダボア８の内周の全周に沿って形成される（ステップ１０５）。以上により、第１の微細溝９の加工が終了する。
【００２１】
引き続き第２の微細溝９の加工が必要か否かがチェックされ（ステップ１０６）、必要時（ｙｅｓ）にはスライシングブレード１０をＺ軸方向に移動させ第２の微細溝９に対応する位置にセットする（ステップ１０７）。勿論この場合、スライシングブレード１０を前記第一原点又は加工原点に戻した上でＺ軸方向に移動させ、以下、ステップ１０４以下を前記と同様に行えばよい。更に、第３，第４・・・の微細溝９を加工する場合は同様の手順を繰り返し行えばよい。また、微細溝９の加工完了後に、更に引き続き微細溝の加工が不要の場合（ｎｏ）にはエンドとなる。
【００２２】
なお、前記したように、前記の加工手順は第１のシリンダボア８のみならず、第３のシリンダボア８においても同時に進行される。従って、４個のシリンダボア８があっても前記の加工手順を２回行うことによりシリンダブロック７の全シリンダボア８に微細溝９をすべて加工することができる。これにより、加工効率の向上が図れる。また、本発明のシリンダボアの高精度微細溝加工方法は、前記のように微調整可能な電歪素子１３とＡＥセンサ１４及び表面位置計測センサ１５を用いて第一原点，加工原点を正確に求めて微細溝９を加工するため、極めて高精度な微細溝９を形成することができる。
【００２３】
本発明のシリンダボアの高精度微細溝加工装置ではＡＥセンサ１４を用いているため、スライシングブレード１０の回転時における異常が正確に把握される。すなわち、スライシングブレード１０が正常の加工を行っている場合のＡＥ波を基にし、加工状態をモニタリングするとスライシングブレード１０の摩耗や破損の状態がインプロセスで把握される。従って、異常の発生が直ちに検知されるため、任意の位置に配設されているブレードツルーイングやドレスステーションでスライシングブレード１０の更新、修理が迅速に行われる。これにより、常時高精度の微細溝を加工することができる。
【００２４】
図９は、支持軸１１に複数枚のスライシングブレード１０を装着した場合を示す。各スライシングブレード１０は挟持手段１９により所定位置に固定される。以上により、シリンダボア８の内面に複数列の微細溝９を同時に加工することができ、加工時間の短縮が図れる。
【００２５】
【発明の効果】
１）本発明の請求項１に記載のシリンダボアの高精度微細溝加工装置によれば、微動可能な電歪素子と、スライシングブレードの位置等を検出し得る第１及び第２のセンサを採用することにより、シリンダブロックのシリンダボアの内面に高精度の微細溝を自動的に形成することができる。また、加工が自動制御により自動的に行われ、加工効率の向上が図れる。また、第１のセンサを用いることにより加工状態がモニタリングされ、スライシングブレードの加工時における異常がすべてインプロセスに迅速に把握され、更新処理等がタイムリーに行われる。以上により、高精度の微細溝加工ができる。
２）本発明の請求項２に記載のシリンダボアの高精度微細溝加工装置によれば、支持軸駆動機構部が、複数のシリンダボアに対応して複数個配設され、同時に複数のシリンダボアの内面に微細溝が加工されるため、加工効率を向上することができる。
３）本発明の請求項３に記載のシリンダボアの高精度微細溝加工装置によれば、支持軸にスライシングブレードが複数枚装着されるため、複数列の微細溝を同時に加工することができ、加工時間の短縮が図れる。
４）本発明の請求項４に記載のシリンダボアの高精度微細溝加工方法によれば、電歪素子や第１及び第２のセンサを用いて第一原点や加工原点を求めて切り込み量をコントロールするため、高精度の微細溝を加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシリンダボアの高精度微細溝加工装置の全体概要構成を示す構成図。
【図２】本発明のシリンダボアの高精度微細溝加工方法の第１の手順を説明するための模式図。
【図３】本発明のシリンダボアの高精度微細溝加工方法の第２の手順を説明するための模式図。
【図４】本発明のシリンダボアの高精度微細溝加工方法の第３及び第４の手順を説明するための模式図。
【図５】図４におけるシリンダボアとスライシングブレード及び表面位置計測センサ等との関係を示す拡大部分正面図。
【図６】本発明のシリンダボアの高精度微細溝加工方法の第５の手順を説明するための模式図。
【図７】本発明のシリンダボアの高精度微細溝加工方法の第６の手順を説明するための模式図。
【図８】本発明のシリンダボアの高精度微細溝加工方法を説明するためのフローチャート。
【図９】１本の支持軸に複数枚のスライシングブレードを装着した場合を示す模式図。
【符号の説明】
１ 装置本体
２ ＸＹテーブル
３ コラム
４ Ｚ軸部材
５ ＮＣ制御装置
６ パソコン（ＰＣ）
７ シリンダブロック
８ シリンダボア
９ 微細溝
１０ スライシングブレード
１１ 支持軸
１２ 支持軸駆動機構部
１３ 電歪素子
１４ ＡＥセンサ
１５ 表面位置計測センサ
１６ クーラントノズル
１７ ケース本体
１８ 輪郭
１９ 挟持手段
Claims (4)
- ＮＣ制御装置により制御されるＸＹテーブル及びＺ軸に沿って移動するＺ軸部材を有する装置本体に装着され、ＸＹ平面と平行に配設される円盤状のスライシングブレードにより前記ＸＹテーブル上に載置されるシリンダブロックのシリンダボアに微細溝を加工するシリンダボアの高精度微細溝加工装置であって、該加工装置は、前記スライシングブレードに連結される支持軸を回転駆動する機構部を有する支持軸駆動機構部と、該支持軸駆動機構部と前記Ｚ軸部材との間に介設され前記支持軸駆動機構部をＸ軸及び／又はＹ軸方向に微動させる電歪素子と、前記支持軸駆動機構部側に固着される第１のセンサ及び第２のセンサとを有するものからなり、前記第１のセンサは前記スライシングブレードの加工時の状態を検出するセンサからなり、前記第２のセンサは前記スライシングブレードと前記シリンダボアの内面との間隔を検出するセンサからなり、前記支持軸駆動機構部，電歪素子，第１のセンサ及び第２のセンサは、前記ＮＣ制御装置により自動制御されることを特徴とするシリンダボアの高精度微細溝加工装置。
- 前記支持軸駆動機構部は、シリンダブロックの複数個のシリンダボアに対応して複数個配設され、複数個の前記シリンダボアに同時に前記微細溝を加工するものである請求項１に記載のシリンダボアの高精度微細溝加工装置。
- 前記スライシングブレードが、前記支持軸に複数枚装着されるものである請求項１に記載のシリンダボアの高精度微細溝加工装置。
- ＮＣ制御装置により制御されるＸＹテーブル及びＺ軸に沿って移動するＺ軸部材を有する装置本体に装着され、前記ＸＹテーブル上に載置されるシリンダブロックのシリンダボアに微細溝を加工すべくＸＹ平面と平行に配設される円盤状のスライシングブレードと、該スライシングブレードを支持する支持軸を回転駆動する機構部を有する支持軸駆動機構部と、該支持軸駆動機構部と前記Ｚ軸部材との間に介設され前記支持軸駆動機構部をＸ軸及び／又はＹ軸方向に微動させる電歪素子と、前記スライシングブレードの加工時の状態を検出する第１のセンサと、前記スライシングブレードと前記シリンダボアの内面との間隔を検出する第２のセンサとを有し、前記各機構部，電歪素子，第１のセンサ及び第２のセンサ等が前記ＮＣ制御装置により自動制御されるシリンダボアの高精度微細溝加工装置により前記シリンダボアの内面に微細溝を加工するためのシリンダボアの高精度微細溝加工方法であって、前記スライシングブレードをＺ軸に沿って前記シリンダボア内の第１の微細溝の加工位置まで下降させる第１の手順と、前記スライシングブレードの外周を前記シリンダボアの内面の任意の４箇所に接触させ、前記第１のセンサで接触位置を検出しながら前記スライシングブレードの中心位置を求め、前記４箇所の前記中心位置から前記シリンダボアの中心点である第一原点を求める第２の手順と、前記ＸＹテーブル及び電歪素子を作動して、前記スライシングブレードの中心を前記第一原点に芯出しする第３の手順と、前記ＸＹテーブルを作動し、前記スライシングブレードの外周をシリンダボアの内面に接触させ前記第１のセンサで接触点を検出し、その状態におけるスライシングブレード側と前記シリンダボアの内面との間の間隔を求め、この値からこの位置における前記スライシングブレードの中心を加工原点として求め、前記第２のセンサに前記加工原点をインプットする第４の手順と、前記加工原点から前記微細溝の溝深さに対応する切り込み量分だけマイナスさせた位置に前記スライシングブレードの中心位置を移動させる第５の手順と、前記第５の手順によって位置決めされた前記スライシングブレードをその位置に固定した状態でＸＹテーブルを円弧運動させて前記シリンダボアの内面の全周に前記微細溝を加工する第６の手順と、前記第１の微細溝に引き続いて第２の微細溝及びそれ以降の多数列の微細溝を加工する必要がある場合には、前記スライシングブレードを更に第２の微細溝等に対応する位置までＺ軸方向に移動して前記各手順を繰り返し行う第７の手順を行うことを特徴とするシリンダボアの高精度微細溝加工方法。
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