JP4185176B2 - Non-circular boring machine - Google Patents

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JP4185176B2
JP4185176B2 JP35148897A JP35148897A JP4185176B2 JP 4185176 B2 JP4185176 B2 JP 4185176B2 JP 35148897 A JP35148897 A JP 35148897A JP 35148897 A JP35148897 A JP 35148897A JP 4185176 B2 JP4185176 B2 JP 4185176B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばピストンにピストンピン穴を明ける場合のように、機械部品の円筒状内面の中ぐり加工において、軸直角断面を非円形形状に切削可能な中ぐり加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年の内燃機関用ピストンにおいては、そのピン穴にかかる圧力がますます増大する傾向にあり、従来の如くピン穴中心軸直角断面が真円のピン穴ではこの圧力に抗することができず、亀裂を生じることも稀ではなかった。
これを解決するため、最近では軸直角断面が非円形のピン穴が採用されるようになってきた。
【0003】
而して、非円形の中ぐり加工を行うには、これまで、倣い加工方式、油圧サーボ方式、サーボモータ方式、ワーク揺動方式などの加工方式が用いられていた。これら各方式の概要と問題点を略記すれば以下の通りである。
【0004】
倣い加工方式は、主軸と工具ホルダーとの間に弾性変形体を設け、バネ力等で弾性変形体を軸直角な一方向に変形させることにより、主軸の軸線に対して変形量だけ工具ホルダーの軸線をずらせるようになっている。また、工具ホルダーの軸線をずらす方向にスタイラスと工具(バイト)を設置する。
一方、加工したい非円形の円筒内面を有するマスタを、主軸と同心に工具ホルダー外周ベッド上に固定する。このとき、工具ホルダーに固定されたスタイラスを、弾性変形体に設けられたバネ力等によりマスタ内面に押し付けるようにする。
加工時は、ワークを主軸と同心に取り付けた後、弾性変形体の変形によりスタイラスがマスタ内面に押し付けられた状態で工具ホルダーが回転するので、マスタ内面に倣って工具ホルダー及び工具は主軸に対して半径方向に振動しながら回転する。その結果、ワーク内面は非円形形状に加工される。
【0005】
このような倣い加工方式の問題点は、マスタや固定治具(ベッドへの)の製作及び段取り替えに多くの時間とコストがかかること、マスタへの倣いの追従性の点から、加工形状に制限(特定の長円のみ加工可能)があり、変化の大きい形状には対応できず、高速回転加工も困難であること、などである。
【0006】
油圧サーボ方式は、主軸と工具ホルダーとの間に弾性変形体を設け、油圧により弾性変形体を軸直角な一方向に規定量変形させることにより、主軸の軸線に対して変形量だけ工具ホルダーの軸線をずらせるようになっている。また、工具ホルダーの軸線をずらす方向に工具を設置する。
この場合、倣い加工方式と異なり、非円形加工を行うには、軸方向の位置と回転角度毎の工具の変位量(弾性変形体の変形量)を記憶させ、その通り実行させるための油圧のコンピュータ制御が必要となる。
切削抵抗が加わった場合の実際の工具変位をより精度良く行うためには、工具変位量のフィードバック制御を行う。
【0007】
このような油圧サーボ方式の問題点は、油圧制御による油圧シリンダの応答性が低いこと、油温の変化で油圧が変わり加工精度に影響するため油温の管理が必要となるが、この管理が難しいこと、そしてこれらの理由により高速回転加工が困難であること、などである。
【0008】
サーボモータ方式は、油圧サーボ方式における弾性変形体の変形を、主軸に取り付けたサーボモータにより行うようにしたもので、その点を除き油圧サーボ方式と同様である。
このようなサーボモータ方式の問題点は、頻繁にモータの正逆転を行うため、モータの慣性力が増大し、ボールネジや送りテーブルに弾性変形が発生すること、そのため、工具変位量の正確な制御ができず、応答性も悪くなり、最終的には加工精度も悪くなること、である。
【0009】
以上の3種の方式は、ワークを固定し、工具ホルダーを半径方向に全範囲にわたって振動させるのに対して、ワーク揺動方式はワークの方を振動(揺動)させるようにしたものである。ワークの揺動は、原理的には前記3方式と同様に、倣い、油圧、サーボモータ等の手段で行うことができる。
このようなワーク揺動方式の問題点は、原理的には全角度の揺動が可能であっても実際には難しく、一方向の揺動(振動)しかできないこと、そのため加工可能な形状が限定(特定の長円のみ加工可能)されること、ワークとその取付け治具の重量が大きくなり、揺動による慣性力も大きくなるので、主軸の高速回転に対応できないこと、などである。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解決するためなされたものであり、その目的とするところは、加工形状に応じたマスタや固定治具を作製する必要がなく、複雑な非円形の内面形状を高速かつ高精度に加工することが可能な非円形中ぐり加工装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、主軸に、工具偏心振動装置を介して中ぐり工具を取り付け、主軸の回転に同期して中ぐり工具を偏心振動させることによりワークに非円形中ぐり加工を施す装置において、主軸に弾性変形体を介して工具ホルダーを取り付け、当該弾性変形体を圧電素子により中ぐり工具の取付け軸に直角な2軸方向に変形振動させることにより、中ぐり工具にその取付け軸に直角な2軸方向の偏心振動を行わせることを特徴とする上記の非円形中ぐり加工装置によって達成できる。
上記圧電素子に代えて磁歪素子により中ぐり工具の偏心振動を行わせるようにしてもよい。
また、上記弾性変形体の軸直角方向変位量を変位センサーにより検知してフィードバック制御を行うことが望ましい。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつゝ本発明を具体的に説明する。
図1は、中ぐり工具に、その取付け軸に直角な1軸方向の偏心振動を加えるようにした非円形中ぐり加工装置の一実施例の概略図、図2は、その主軸先端部の構成を示す斜視図、図3は、図1に示した加工装置の制御系統図、図4は、中ぐり工具に、その取付け軸に直角な1軸方向の偏心振動を加えるようにした非円形中ぐり加工装置のもう1つの実施例の概略図、図5は、中ぐり工具に、その取付け軸に直角な2軸方向の偏心振動を加えるようにした本発明に係る非円形中ぐり加工装置の一実施例の主軸先端部の構成を示す斜視図、図6は、図5に示した実施例を主軸の先端側から見た拡大図、図7は、本発明に係る非円形中ぐり加工装置によるピストンピン穴の加工例を示すグラフである。
【0013】
図1ないし図3中、1は加工装置の主軸、2は主軸の先端に取り付けた弾性変形体、3は弾性変形体の先端に取り付けた工具ホルダー、4は工具ホルダーに取り付けた中ぐり工具、5は弾性変形体2の内部に設けた圧電素子(又は磁歪素子)、6は弾性変形体2の軸直角方向変位量を検知する変位センサー、7は主軸回転用モータ、8は主軸の回転角検出用のロータリーエンコーダ、9は変位センサー6の出力を取り出すと共に、圧電素子5への駆動電流を供給するスリップリング、11は加工送りその他の動作を制御するNC装置、12はNC装置11からの制御信号及び変位センサー6、ロータリーエンコーダ8からの出力信号に基づいて圧電素子5の動作を制御することにより、非円形中ぐり形状の加工を制御するコンピューター、13はD/Aコンバーター、14はA/Dコンバーター、15はコンピューター12からの制御信号に基づいて圧電素子の動作を制御する圧電素子コントローラ、16は圧電素子5へ駆動電流を供給する圧電素子ドライバ、21は送りテーブル、22は送りテーブルのX軸方向駆動用サーボモータ、23はY軸方向駆動用サーボモータ、24は中ぐり加工を施すべきワークである。
【0014】
上記実施例において、主軸1に取り付けられた弾性変形体2に圧電素子又は磁歪素子5が組み付けられ、この圧電素子又は磁歪素子5に、ロータリーエンコーダ8で検知した主軸1の回転数及び回転角に同期するようスリップリング9を介して、所望の非円形軌跡に合わせて制御された出力電圧をかける。
これにより、弾性変形体2を軸直角方向の一方向(工具4の取付け方向)に加圧変形させ、弾性変形体と一体となった工具ホルダー3及び工具4を弾性変形体の変形量分だけ軸直角方向に変位させる。
即ち、図2及び図3に示すように、弾性変形体2の外壁面には凹溝2a及び2bが形成され、圧電素子5の伸縮振動によりこれらの溝より先端側が図中において上下方向へ変位し、これによって、主軸1の回転により工具ホルダー3が偏心回転する。
この軸直角方向の工具変位量を、NC装置11及びコンピューター12を用いて、軸方向位置と回転角毎にコントロールしながら主軸を回転させることによって、所望の非円形中ぐり加工を行うことができる。
ワーク24は、例えば図3に示した例においてはピストンであり、これに断面が非円形のピン穴24aを中ぐり加工する様子を示している。
より精度のよい加工を行うため、弾性変形体2の軸直角方向変位量を変位センサー6によって検知し、フィードバック制御を行うことが望ましい。
【0015】
この動作を、具体的加工工程により説明すると次の通りである。
(1)送りテーブル21上にワーク24をセットする。
(2)主軸回転用モーター7を回転させる。これにより主軸1に取り付けてある弾性変形体2及び工具ホルダー3も回転する。
(3)サーボモータ22により送りテーブル21を主軸側へ移動させる。
(4)ワーク24が工具ホルダー3に取り付けた工具4の近くの所定位置に達した時、コンピューター12から圧電素子コントローラ15へ指令を送り、圧電素子ドライバ16を動作させる。
(5)圧電素子ドライバ16は、弾性変形体2の内部に設けた圧電素子5へスリップリング9を通じて駆動電流を供給する。
(6)圧電素子5はこの電流により変位し、弾性変形体2を変形させる。これにより、弾性変形体の先端面に取り付けてある工具ホルダー3及びこれに取り付けた工具4も変位する。
(7)主軸1に取り付けたロータリーエンコーダ8により主軸の回転角度位置を検出し、あらかじめコンピューター12に記憶してある形状に基づき加工断面の分割角度位置に応じて圧電素子の変位量を変化させ、任意の形状を加工する。
(8)弾性変形体2が変位する量は、変位センサー6で検出し、その出力信号をスリップリング9を通じてコンピューター12へ送って、圧電素子コントローラ15の動作をフィードバック制御し、加工精度を向上させる。
【0016】
図4に示した実施例においては、圧電素子5を弾性変形体2の外部に設けて、弾性変形体を変形させるように構成してある。
即ち、主軸1に支柱1aを設け、工具ホルダー3の基部に取り付けたベアリング10と支柱1aの間に圧電素子5を挿入し、圧電素子の伸縮により工具ホルダー3をその軸直角方向に変位させるようになっている。
【0017】
次に、図5及び図6に示した本発明に係る非円形中ぐり加工装置は、工具ホルダー3の軸に直角な2軸方向に圧電素子の振動を加えるようにしたものである。
即ち、主軸1に支柱1a及び1bを設け、工具ホルダー3の基部に取り付けたベアリング10と支柱1a及び1bの間にそれぞれ圧電素子5A及び5Bを挿入して、互いの出力方向が90°になるように構成し、弾性変形体2を2軸方向に加圧変形させるようになっている。その変形量は、変位センサー6A及び6Bで検知し、フィードバック制御を行いながら、工具の運動軌跡を2軸制御する。
この方法によれば、弾性変形体の駆動周波数の2倍の応答性が得られるため、1軸制御に比べ、より高速回転での安定した非円形中ぐり加工が可能となる。
【0018】
図7は、本発明に係る非円形中ぐり加工装置を用いて、長径36mmの楕円形状のピストンピン穴Pを加工した例を示している。グラフ上、0°の位置がピストンの頭部側、180°の位置がスカート側である。
【0019】
【発明の効果】
本発明による非円形中ぐり加工装置は、従来方式に比べて以下のような利点を有する。
(1)倣い加工方式に対して
▲1▼倣いマスタ等の製作が不要となり、段取り替え時間の短縮も含めて、コスト低減になる。
▲2▼変化の大きい形状も加工でき、高速回転加工も可能となる。
(2)油圧サーボ方式に対して
▲1▼油圧に比べて加圧の応答性がよい。
▲2▼油を使わないため、油温による影響がなく、正確な制御が可能となる。
▲3▼これら▲1▼▲2▼の理由から、変化の大きい形状でも加工でき、高速回転加工も可能となる。
▲4▼同じく▲1▼▲2▼の理由から、同一形状、同一回転加工の場合は特に加工精度が高い。
(3)サーボモータ方式に対して
▲1▼頻繁なモータの正逆回転がないので、モータの慣性力増大とボールネジ、送りテーブルの弾性変形もなく、正確な制御が可能となる。
▲2▼そのため、変化の大きい形状でも加工でき、高速回転加工も可能となる。また、同一形状、同一回転加工の場合の加工精度も高い。
(4)ワーク揺動方式に対して
▲1▼工具を360°全方向に自在に変位可能なため、加工可能形状が限定されず、さまざまな非円形の加工が可能である。
▲2▼重いワーク等の揺動に比べ、同一形状であれば、より高速での回転加工が可能となる。
【0020】
以上の如く、本発明によるときは、加工形状に応じたマスタや固定治具を作製する必要がなく、複雑な非円形の内面形状を高速かつ高精度に加工することが可能であるなど、多くの利点を有する非円形中ぐり加工装置を提供し得るものである。
【0021】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものでなく、弾性変形体の形状や取付け方法、これに対する圧電素子又は磁歪素子の取付け形態等々は、必要に応じて適宜設計変更し得るものであり、従って、本発明はその目的の範囲内において上記の説明から当業者が容易に想到し得るすべての変更実施例を包摂するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 中ぐり工具に、その取付け軸に直角な1軸方向の偏心振動を加えるようにした非円形中ぐり加工装置の一実施例の概略図である。
【図2】 その主軸先端部の構成を示す斜視図である。
【図3】 図1に示した加工装置の制御系統図である。
【図4】 中ぐり工具に、その取付け軸に直角な1軸方向の偏心振動を加えるようにした非円形中ぐり加工装置のもう1つの実施例の概略図である。
【図5】 中ぐり工具に、その取付け軸に直角な2軸方向の偏心振動を加えるようにした本発明に係る非円形中ぐり加工装置の一実施例の主軸先端部の構成を示す斜視図である。
【図6】 図5に示した実施例を主軸の先端側から見た拡大図である。
【図7】 本発明に係る非円形中ぐり加工装置によるピストンピン穴の加工例を示すグラフである。
【符号の説明】
1 加工装置の主軸
1a,1b 支柱
2 弾性変形体
2a,2b 凹溝
3 工具ホルダー
4 中ぐり工具
5 圧電素子(又は磁歪素子)
6 変位センサー
7 主軸回転用モータ
8 回転角検出用ロータリーエンコーダ
9 スリップリング
10 ベアリング
11 NC装置
12 コンピューター
13 D/Aコンバーター
14 A/Dコンバーター
15 圧電素子コントローラ
16 圧電素子ドライバ
21 送りテーブル
22 X軸方向駆動用サーボモータ
23 Y軸方向駆動用サーボモータ
24 ワーク
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a boring apparatus capable of cutting a cross section perpendicular to an axis into a noncircular shape in boring of a cylindrical inner surface of a machine part, for example, when a piston pin hole is made in a piston.
[0002]
[Prior art]
In recent internal combustion engine pistons, the pressure applied to the pin holes tends to increase more than before, and the pin hole center axis perpendicular cross-section as in the past cannot resist this pressure. It was not uncommon for cracks to occur.
In order to solve this problem, a pin hole having a non-circular cross section at right angles has recently been adopted.
[0003]
Thus, in order to perform non-circular boring, machining methods such as a copying method, a hydraulic servo method, a servo motor method, and a workpiece swing method have been used. The outline and problems of each system are as follows.
[0004]
In the copying method, an elastic deformable body is provided between the main shaft and the tool holder, and the elastic deformable body is deformed in one direction perpendicular to the axis by a spring force or the like, so that the tool holder is deformed by an amount of deformation with respect to the axis of the main shaft. The axis is shifted. A stylus and a tool (tool) are installed in the direction to shift the axis of the tool holder.
On the other hand, a master having a non-circular cylindrical inner surface to be processed is fixed on the outer circumference bed of the tool holder concentrically with the main shaft. At this time, the stylus fixed to the tool holder is pressed against the inner surface of the master by a spring force or the like provided on the elastic deformable body.
During machining, after the work is mounted concentrically with the spindle, the tool holder rotates while the stylus is pressed against the inner surface of the master due to deformation of the elastic deformable body. Rotate while vibrating in the radial direction. As a result, the work inner surface is processed into a non-circular shape.
[0005]
The problem with such a profiling method is that it takes a lot of time and cost to manufacture and change over the master and fixing jig (to the bed), and the shape of the processing from the point of followability of profiling to the master. For example, there are limitations (only specific ellipses can be machined), it is not possible to deal with shapes with large changes, and high-speed rotation machining is difficult.
[0006]
In the hydraulic servo system, an elastic deformable body is provided between the spindle and the tool holder, and the elastic deformable body is deformed by a specified amount in one direction perpendicular to the axis by hydraulic pressure, so that the amount of deformation of the tool holder with respect to the axis of the main spindle is reduced. The axis is shifted. In addition, the tool is installed in the direction of shifting the axis of the tool holder.
In this case, unlike the profiling method, in order to perform non-circular machining, the amount of displacement of the tool (the amount of deformation of the elastic deformation body) for each axial position and rotation angle is stored, and the hydraulic pressure to be executed as it is is stored. Computer control is required.
In order to perform actual tool displacement more accurately when cutting resistance is applied, feedback control of the amount of tool displacement is performed.
[0007]
The problems with this hydraulic servo system are that the response of the hydraulic cylinder by hydraulic control is low, and the oil pressure changes due to changes in the oil temperature, which affects the machining accuracy. Difficult things, and high speed rotary machining is difficult for these reasons.
[0008]
The servo motor system is the same as the hydraulic servo system except that the elastic deformation body in the hydraulic servo system is deformed by a servo motor attached to the main shaft.
The problem with the servo motor system is that the motor's inertial force increases and the ball screw and feed table are elastically deformed because the motor is frequently rotated forward and backward. Therefore, accurate control of the amount of tool displacement is possible. In other words, the responsiveness is deteriorated, and the processing accuracy is finally deteriorated.
[0009]
The above three methods fix the workpiece and vibrate the tool holder over the entire range in the radial direction, whereas the workpiece rocking method vibrates (swings) the workpiece. . In principle, the workpiece can be swung by means such as copying, hydraulic pressure, servo motor, and the like, as in the above-described three methods.
The problem with such a workpiece swing method is that, in principle, even if it can swing at all angles, it is difficult in practice, and it can only swing in one direction (vibration). They are limited (only a specific ellipse can be machined), and the weight of the workpiece and its mounting jig is increased, and the inertial force due to swinging is also increased.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the purpose thereof is to produce a complicated non-circular inner surface shape without the necessity of producing a master or a fixing jig according to the processing shape. An object of the present invention is to provide a non-circular boring apparatus capable of processing at high speed and with high accuracy.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The above problem is that in a device for attaching a boring tool to a main shaft via a tool eccentric vibration device and performing non-circular boring on a workpiece by causing the boring tool to vibrate eccentrically in synchronization with the rotation of the main shaft. attaching the tool holder via an elastic deformation body, by deforming the vibration perpendicular two axial to the mounting axis of the boring tool by a piezoelectric element to the elastic deformable body, perpendicular to its mounting axis boring tool 2 This can be achieved by the above non-circular boring apparatus characterized by causing axial eccentric vibration.
An eccentric vibration of the boring tool may be performed by a magnetostrictive element instead of the piezoelectric element.
Further, it is desirable to perform feedback control by detecting a displacement amount of the elastic deformable body in the direction perpendicular to the axis with a displacement sensor.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic view of an embodiment of a non-circular boring apparatus in which a uniaxial eccentric vibration perpendicular to its mounting axis is applied to a boring tool, and FIG. FIG. 3 is a control system diagram of the machining apparatus shown in FIG. 1, and FIG. 4 is a non-circular medium in which eccentric vibration in one axial direction perpendicular to the mounting axis is applied to the boring tool . FIG. 5 is a schematic view of another embodiment of a boring apparatus, and FIG. 5 is a schematic view of a non-circular boring apparatus according to the present invention in which a biaxial eccentric vibration perpendicular to its mounting axis is applied to a boring tool . perspective view showing the structure of the spindle tip of the embodiment, FIG. 6 is an enlarged view of the embodiment shown in FIG. 5 from the front end side of the spindle, FIG. 7, the non-circular boring machining apparatus according to the present invention It is a graph which shows the example of a process of the piston pin hole by.
[0013]
1 to 3, 1 is a main shaft of the processing apparatus, 2 is an elastic deformation body attached to the tip of the main shaft, 3 is a tool holder attached to the tip of the elastic deformation body, 4 is a boring tool attached to the tool holder, 5 is a piezoelectric element (or magnetostrictive element) provided inside the elastic deformable body 2, 6 is a displacement sensor for detecting the amount of displacement of the elastic deformable body 2 in the direction perpendicular to the axis, 7 is a motor for rotating the main shaft, and 8 is a rotation angle of the main shaft. A rotary encoder for detection, 9 is a slip ring that takes out the output of the displacement sensor 6 and supplies a drive current to the piezoelectric element 5, 11 is an NC device that controls machining feed and other operations, and 12 is from the NC device 11 A computer that controls processing of a non-circular boring shape by controlling the operation of the piezoelectric element 5 on the basis of the control signal and the output signal from the displacement sensor 6 and the rotary encoder 8. Is a D / A converter, 14 is an A / D converter, 15 is a piezoelectric element controller that controls the operation of the piezoelectric element based on a control signal from the computer 12, 16 is a piezoelectric element driver that supplies a drive current to the piezoelectric element 5, 21 is a feed table, 22 is a servo motor for driving the X-axis direction of the feed table, 23 is a servo motor for driving in the Y-axis direction, and 24 is a workpiece to be subjected to boring.
[0014]
In the above embodiment, the piezoelectric element or the magnetostrictive element 5 is assembled to the elastic deformable body 2 attached to the main shaft 1, and the rotation speed and the rotation angle of the main shaft 1 detected by the rotary encoder 8 are attached to the piezoelectric element or the magnetostrictive element 5. A controlled output voltage is applied through the slip ring 9 in synchronism with the desired non-circular locus.
As a result, the elastic deformable body 2 is pressed and deformed in one direction perpendicular to the axis (attachment direction of the tool 4), and the tool holder 3 and the tool 4 integrated with the elastic deformable body are deformed by the amount of deformation of the elastic deformable body. Displace in the direction perpendicular to the axis.
That is, as shown in FIGS. 2 and 3, the grooves 2 a and 2 b are formed on the outer wall surface of the elastic deformable body 2, and the distal end side of these grooves is displaced in the vertical direction in the drawing by the expansion and contraction vibration of the piezoelectric element 5. As a result, the tool holder 3 rotates eccentrically by the rotation of the main shaft 1.
A desired non-circular boring process can be performed by rotating the spindle while controlling the amount of tool displacement in the direction perpendicular to the axis for each axial position and rotation angle using the NC device 11 and the computer 12. .
The workpiece 24 is, for example, a piston in the example shown in FIG. 3, and shows a state in which a pin hole 24a having a non-circular cross section is bored.
In order to perform processing with higher accuracy, it is desirable to detect the amount of displacement of the elastic deformation body 2 in the direction perpendicular to the axis by the displacement sensor 6 and perform feedback control.
[0015]
This operation will be described below with a specific processing step.
(1) The work 24 is set on the feed table 21.
(2) The spindle rotating motor 7 is rotated. Thereby, the elastic deformation body 2 and the tool holder 3 attached to the main shaft 1 also rotate.
(3) The feed table 21 is moved to the spindle side by the servo motor 22.
(4) When the workpiece 24 reaches a predetermined position near the tool 4 attached to the tool holder 3, a command is sent from the computer 12 to the piezoelectric element controller 15 to operate the piezoelectric element driver 16.
(5) The piezoelectric element driver 16 supplies a driving current to the piezoelectric element 5 provided inside the elastic deformable body 2 through the slip ring 9.
(6) The piezoelectric element 5 is displaced by this current and deforms the elastic deformable body 2. Thereby, the tool holder 3 attached to the front end surface of the elastic deformation body and the tool 4 attached thereto are also displaced.
(7) The rotational angle position of the main shaft is detected by the rotary encoder 8 attached to the main shaft 1, and the displacement amount of the piezoelectric element is changed according to the divided angle position of the machining section based on the shape stored in the computer 12 in advance. Process any shape.
(8) The amount of displacement of the elastic deformable body 2 is detected by the displacement sensor 6, the output signal is sent to the computer 12 through the slip ring 9, and the operation of the piezoelectric element controller 15 is feedback controlled to improve the processing accuracy. .
[0016]
In the embodiment shown in FIG. 4, the piezoelectric element 5 is provided outside the elastic deformable body 2 so as to deform the elastic deformable body.
That is, the main shaft 1 is provided with a column 1a, the piezoelectric element 5 is inserted between the bearing 10 attached to the base of the tool holder 3 and the column 1a, and the tool holder 3 is displaced in the direction perpendicular to the axis by expansion and contraction of the piezoelectric element. It has become.
[0017]
Next, the non-circular boring apparatus according to the present invention shown in FIGS. 5 and 6 applies the vibration of the piezoelectric element in two axial directions perpendicular to the axis of the tool holder 3.
That is, the main shaft 1 is provided with columns 1a and 1b, and the piezoelectric elements 5A and 5B are inserted between the bearing 10 attached to the base of the tool holder 3 and the columns 1a and 1b, respectively. The elastic deformation body 2 is configured to be pressure-deformed in the biaxial direction. The amount of deformation is detected by the displacement sensors 6A and 6B, and the motion trajectory of the tool is biaxially controlled while performing feedback control.
According to this method, responsiveness twice as high as the driving frequency of the elastic deformable body can be obtained, so that stable non-circular boring with higher speed rotation is possible compared to single-axis control.
[0018]
FIG. 7 shows an example in which an elliptical piston pin hole P having a major axis of 36 mm is machined using the non-circular boring machine according to the present invention. On the graph, the 0 ° position is the piston head side, and the 180 ° position is the skirt side.
[0019]
【The invention's effect】
The non-circular boring apparatus according to the present invention has the following advantages over the conventional method.
(1) With respect to the copying method, (1) it becomes unnecessary to manufacture a copying master and the like, and the cost is reduced including shortening of the setup change time.
(2) Shapes with large changes can be processed, and high-speed rotation processing is also possible.
(2) Pressurization response is better than (1) hydraulic pressure compared to hydraulic servo system.
(2) Since no oil is used, there is no effect of oil temperature, and accurate control is possible.
(3) For these reasons (1) and (2), it is possible to process even a shape having a large change, and high-speed rotation processing is also possible.
(4) For the same reason (1) and (2), the machining accuracy is particularly high in the case of the same shape and the same rotational machining.
(3) With respect to the servo motor system, (1) since there is no frequent forward / reverse rotation of the motor, there is no increase in the inertia force of the motor, and there is no elastic deformation of the ball screw and feed table, enabling accurate control.
(2) Therefore, it is possible to process even a shape having a large change, and high-speed rotation processing is also possible. In addition, the machining accuracy in the case of the same shape and the same rotational machining is also high.
(4) With respect to the workpiece swinging method, (1) since the tool can be freely displaced in all 360 ° directions, the shape that can be machined is not limited, and various non-circular machining is possible.
(2) Compared with the swinging of a heavy workpiece or the like, if it has the same shape, it can be rotated at a higher speed.
[0020]
As described above, according to the present invention, there is no need to prepare a master or a fixing jig according to a processing shape, and a complicated non-circular inner surface shape can be processed at high speed and with high accuracy. A non-circular boring apparatus having the following advantages can be provided.
[0021]
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the shape and attachment method of the elastic deformation body, the attachment form of the piezoelectric element or magnetostrictive element to this, and the like can be appropriately changed as necessary. Accordingly, the present invention includes all modifications that can be easily conceived by those skilled in the art from the above description within the scope of the object.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of an embodiment of a non-circular boring apparatus in which a uniaxial eccentric vibration perpendicular to its mounting axis is applied to a boring tool .
FIG. 2 is a perspective view showing a configuration of a tip end portion of the main shaft.
FIG. 3 is a control system diagram of the machining apparatus shown in FIG.
FIG. 4 is a schematic view of another embodiment of a non-circular boring apparatus in which a boring tool is subjected to uniaxial eccentric vibration perpendicular to its mounting axis .
FIG. 5 is a perspective view showing a configuration of a spindle tip portion of an embodiment of a non-circular boring apparatus according to the present invention in which an eccentric vibration in a biaxial direction perpendicular to the mounting axis is applied to a boring tool . It is.
6 is an enlarged view of the embodiment shown in FIG. 5 as viewed from the front end side of the main shaft. FIG.
FIG. 7 is a graph showing an example of processing of a piston pin hole by the non-circular boring apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main axis | shaft of processing apparatus 1a, 1b Support | pillar 2 Elastic deformation body 2a, 2b Groove 3 Tool holder 4 Boring tool 5 Piezoelectric element (or magnetostrictive element)
6 Displacement sensor 7 Spindle motor 8 Rotary angle detection rotary encoder 9 Slip ring 10 Bearing 11 NC device 12 Computer 13 D / A converter 14 A / D converter 15 Piezo element controller 16 Piezo element driver 21 Feed table 22 X-axis direction Servo motor for driving 23 Servo motor for driving in Y-axis direction 24 Workpiece

Claims (3)

主軸(1)に、工具偏心振動装置を介して中ぐり工具(4)を取り付け、主軸の回転に同期して中ぐり工具を偏心振動させることによりワークに非円形中ぐり加工を施す装置において、主軸(1)に弾性変形体(2)を介して工具ホルダー(3)を取り付け、当該弾性変形体(2)を圧電素子(5A,5B)により中ぐり工具(4)の取付け軸に直角な2軸方向に変形振動させることにより、中ぐり工具(4)にその取付け軸に直角な2軸方向の偏心振動を行わせることを特徴とする上記の非円形中ぐり加工装置。In the apparatus for attaching the boring tool (4) to the main spindle (1) via a tool eccentric vibration device and performing non-circular boring on the workpiece by causing the boring tool to vibrate eccentrically in synchronization with the rotation of the main spindle, The tool holder (3) is attached to the main shaft (1) via the elastic deformation body (2), and the elastic deformation body (2) is perpendicular to the attachment axis of the boring tool (4) by the piezoelectric elements (5A, 5B). The non-circular boring apparatus described above , wherein the boring tool (4) is caused to vibrate eccentrically in a biaxial direction perpendicular to its mounting axis by deforming and vibrating in a biaxial direction . 上記圧電素子(5A,5B)に代えて磁歪素子により中ぐり工具(4)の偏心振動を行わせることを特徴とする請求項1に記載の非円形中ぐり加工装置。The non-circular boring apparatus according to claim 1, wherein eccentric vibration of the boring tool (4) is performed by a magnetostrictive element instead of the piezoelectric element ( 5A, 5B ). 上記弾性変形体(2)の軸直角方向変位量を変位センサー(6A,6B)により検知してフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の非円形中ぐり加工装置。2. The non-circular boring apparatus according to claim 1, wherein a feedback control is performed by detecting a displacement amount in a direction perpendicular to the axis of the elastic deformable body (2) by a displacement sensor ( 6A, 6B ).
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