JP4550063B2 - ボアの表面に荒ホーニングを行う方法 - Google Patents

Description

本発明は、ボアの表面に荒ホーニングする方法に関する。研削能力と生産量が見込めるという理由で、精密スピンドルを荒ホーニングに代えることがすでに提案されている。そうすればホーニング法の長所をより大規模に利用することができる。しかし、角度付けと位置決め正確さの点では、精密スピンドルに匹敵するクォーリティ修正を得ようとしても、ホーニングツールとワークには、通常、自由度があり、それを荒ホーニングにそのまま得ることはできない。

したがって精密中ぐりの代わりに荒ホーニングを用いるというコンセプトは、ツール軸の固定された配置と、ワークの固定された装着を意図する。割り出しポジションによって、ツール軸に対する十分な正確さをもって、ワークを装着することができる。ツールを上下で案内することにより、ボアの目標ポジションにツールの固定された配置が得られる。こうしてツール軸の角度上の位置が安定する。ツール軸から前加工されたボア軸にいたる間で、ポジションと角度位置における位置上の差は、修正が必要となる潜在的可能性を持つ。

荒ホーニング加工の開始時には、ホーニングバーはボア表面の一部だけを加工する。除去が進行するとともに、研削はボア全体に全面的に拡大する。材料の除去される量が周囲の場所によって異なるので、新たなボア中心が生じ、これはツール中心と同一である。削り始めの際には、わずかなホーニングバーだけが、ボア内壁に押し付け圧力を及ぼす。したがってこのため形状結合的な押し付け機能、すなわちスプリング押し付け機能が必要となる。この押し付け機能は間歇的な押し付け運動の形を取り、この運動は、決められた大きさの押し付けステップと押し付け休止時間で構成される。この休止時間には、それに先立って形成された押し付け圧力が解消される。

この荒ホーニングの方法は、Ｕ・クリンク／Ｇ・フローレスの論文「ＣＶ黒鉛鋳鉄製シリンダーボアのホーニング」、「工場と事業所（略称ＷＢ）」１３３、２０００年第４号、カール・ハンザー・フェアラーク（ミュンヘン）刊に掲載されている。しかしこれが実行可能であるのは、ボアへのアクセス可能性に対してまったく特定の前提条件が満たされるワークの場合だけである。したがって応用分野は著しく限定される。これは貫通型のボアには利用可能であるが、たとえばピストン摺動部に見られるような袋穴形のボアには利用できない。

したがって本発明の課題は、ボア表面に荒ホーニングを行う方法として、汎用的に応用可能なものを得ることである。

この課題は請求項１の内容を持つ方法によって解決される。

本発明の方法によって、一方からしかアクセスできないワークのボアをも、荒ホーニングによって加工することが可能となる。この場合、割り出しボアに対するボアポジションの修正も、ボア軸の角度位置の修正も可能である。後者はとくにシリンダーブロックの場合に非常に重要である。なぜならば、クランクシャフト軸に対する角度位置が重要だからである。荒ホーニング動作によるホーニング加工は、まず部分的研削として行われ、この場合ツールはまだ全面的には接触しない。ボアが全面的に加工され、ホーニングバーが両側で接触するようになって始めて、全面的研削に達する。

本方法の１つの好ましい発展形の場合、次のことを意図する。すなわち、ボアのうちキャリッジユニットと反対側に位置する部分を加工する少なくともその間、ホーニングツールの往復運動をキャリッジユニットによって行い、したがってキャリッジユニットが代わって、ワークスピンドルをその縦軸方向に運動させる。このキャリッジユニットによって、そのときどきのポジションのいかんにかかわらず、このスピンドルの変わらぬ案内安定性が得られる。このときホーニングスピンドルは、上側の末端位置にある。キャリッジユニットと搭載されたホーニングスピンドルとの組み合わせを用いることにより、部分的研削のときにはキャリッジユニットの高い安定性が、全面的研削のときは、ホーニングスピンドルから得られる高い往復速度が可能となる。このような実施形態によって、片側取り付けされたワークスピンドルの構造長さを、最小限に抑えることができる。この場合最小限の構造長さとは、ツールが通常の最大ストローク長さで、下方の往復運動転換点に達するとき、ツール取り付け具がボア上部末端に達する直前に位置するときの長さをいう。これは最小限構造長さとして、それを下回ることがあり得ない長さ、かつホーニングされるべきボア長さを指定する長さに相当する。

最初に行われる部分的研削の間、ホーニングバーの電気機械的押し付けを、定められた休止時間をともなって行うのが、合目的と考えられる。部分的研削から全面的研削への切り替えは、出力消費のモニタリングによって作動することができる。なぜならば、研削バーが全面的に接触するとともに、トルクが増加するからである。これはキャリッジ運動を終了するための信号でもある。したがって往復運動はホーニングスピンドルによって開始され、ホーニングスピンドルが交代しての縦方向運動が、全面的に行われる。往復駆動装置としてキャリッジユニットを用いる場合、スピンドルの安定性を著しく高めることができる。

全面的ホーニングの間電気機械的な押し付けが行われ、このときホーニングバーに働く押し付け力がモニタリングされる。ここからストロークを制御された押し付けと、力を制御された押し付けの組み合わせが生じる。本発明のもう１つの発展形では、部分的研削のとき第１のホーニングバーセットを作用させ、全面的研削のときは第２のホーニングバーセットを作用させる。

本発明の実施例を、下記に図面を用いてさらに詳しく説明する。

図１はワーク１、この実施例ではシリンダーブロックを示す。このワーク１は複数のボア２を備え、これらのボアはシリンダーボアとして設けられて表面３を持つが、この表面が加工される。いずれのボア２も縦軸Ｍ_Bを持つ。シリンダーブロック１は、下側領域に複数のクランクシャフトベアリング４を設けられ、これらベアリングは共通の軸Ｍ_K、すなわちクランクシャフトの縦軸Ｍ_Kを持つ。シリンダーブロック１は、割り出しピン９によってワークキャリッジ８に正確な位置決めで取り付けられている。したがってワーク１の相対的な位置は、正確に位置決めされている。

同様にボア軸の角度位置の修正は、ワークを正確な角度で取り付けることを意味する。したがって、軸Ｍ_AとＭ_Kとをたがいに直角に方向付けできなければならない。

ワーク１の上にホーニングツール５が示されているが、これは片側取り付けされたワークスピンドル６に配置され、複数のホーニングバー７を備える。これらホーニングバーは、ボア２の表面３を加工するために設けられている。ワークスピンドル６とホーニングツール５自体は縦軸Ｍ_Aを持つ。この場合、ホーニングツール５で加工する前に、ワークスピンドルの縦軸Ｍ_Aとボアの縦軸Ｍ_Bとの間にオフセットＳが生じることが、図１から看取される。わずかな例外を除けば、軸のこの種のオフセットは、最大０．３ｍｍまでのものが生じる。

荒ホーニング加工の開始時には、ホーニングバーはボア表面の一部だけを加工する。削り始めの際には、わずかなホーニングバーだけが、ボア内壁に押し付け圧力を及ぼす。このため形状結合的な押し付け機能は間歇的な押し付け運動の形を取り、この運動は、決められた大きさの押し付け（送り出し）ステップ、すなわちステップ的送り出しと押し付け（送り出し）休止時間で構成される。荒ホーニングによる作業段階によって、このオフセットＳを同時に解消しながら、それに対応する材料除去を行い、こうしてボアの縦軸Ｍ_Bを移動させることができる。この移動は、この縦軸が、実際にシリンダーブロック１の中で必要な位置に正確に対応し、縦軸Ｍ_Aに近づくまで行われる。同時にクランクシャフトの縦軸Ｍ_Kに対して、ボア２の縦軸Ｍ_Bの高度な角度正確さが得られる。

ボアの縦軸Ｍ_Bに対するワークスピンドルの縦軸Ｍ_AのオフセットＳが大きくて、ボア２へのホーニングツール５の自由な挿入が不可能であるようなときは、ワークスピンドルの縦軸Ｍ_Aに、次のような角度をつける。すなわち、これによりボア２の中に達し、ボアの表面３を加工できるような角度である。加工の間、縦軸Ｍ_AとＭ_B相互のオフセットＳが解消されるだけではない。縦軸Ｍ_Aが１つの角度をとるとき、すなわちシリンダーブロック１の製作公差によってそのような角度を生じる可能性があるが、この角度も解消される。

図２は、図１のシリンダーブロック１の断面図を示す。しかしこの場合ホーニングツール５はボア２の中に位置し、加工終了に近い状態が示されている。図１の部品と同じものには同じ参照記号をつけた。ワークスピンドル６がキャリッジユニット１０の中を案内されることが、図２から看取される。この場合キャリッジユニット１０は、本方法のある特定の段階（たとえば部分的研削の動作）に対しては、ワークスピンドル６と、ワークスピンドル６ないし縦軸Ｍ_Aの縦方向にロック可能である。図２に示す場合、荒ホーニングによる加工はすでに進行して、ワークスピンドルの縦軸Ｍ_Aがボアの縦軸Ｍ_Bと同軸に位置し、最後には均一にホーニングされた表面が得られる。この最初の動作段階では、ワークスピンドル６がキャリッジユニット１０の縦方向にロックされ、キャリッジユニット１０によって往復運動が行われるのが利点である。なぜならばこうして、キャリッジユニット１０から突出するワークスピンドル６の自由な末端ができるだけ短く抑えられ、ワークスピンドル６の曲げに対する高い強度が得られるからである。それに対応して本方法の最初の段階では、ワークスピンドル６はキャリッジユニット１０の上側の末端位置にあり、そのため横からの研削力に対する安定が得られる。これにより、案内精度も法線力安定性も高まる。

全面的研削において初めて、キャリッジユニット１０は固定したポジションにとどまることになり、ワークスピンドル６は、停止しているキャリッジユニット１０に対して往復運動を行う。この場合、より高い往復運動速度で運転することができ、したがって全面的研削では短い加工時間で荒ホーニングを行うことができる。

図３は、加工開始時におけるボア２とホーニングツール５の半径方向断面図を示す。ボア２の縦軸Ｍ_Bが、ワークスピンドルないしホーニングツール５の縦軸Ｍ_Aに対して、間隔ないしオフセットＳを持つことが、この図から看取される。ホーニングツール５の中心に押し付けロッド１１があり、これは押し付けウェッジ１２を介してホーニングバー７に作用する。押し付けロッド１１によって、押し付けウェッジ１２を半径方向外側に押すことができる。これによりホーニングバー７も、半径方向外側に向かう運動を行う。

図３に示すように、加工開始時にはホーニングツール５の一部だけが、ボア２の表面３に接触する。したがって荒ホーニング動作としてはまず部分的研削が行われ、このときホーニングツール５は全面的には接触しない。表面３の一部だけの材料が除去されるので、ボア中心とボアの縦軸Ｍ_Bは移動する。したがってワークスピンドルの縦軸Ｍ_Aとボアの縦軸Ｍ_Bはたがいに接近する。ボア２が全面的に加工されるとき、かつ軸間のオフセットＳが解消されたときになって初めて、ボア２は全面的に加工される。したがってホーニングバー７は、ボア２の周囲全体に接触する。これにより全面的研削が得られ、均一にホーニングされた表面３が生じる。

図４は、シリンダーボア２のボア内壁ないし表面３の一部分の透視図を示す。この場合、旋盤切削プロフィールを持つ部分１３がボア２の左側領域に見え、他方では、ホーニングプロフィールを持つ部分１４がボア２の右側部分にある。当初行われる部分的研削では、表面３のある特定部分だけが荒ホーニング加工され、旋盤切削プロフィールからホーニングプロフィールへの移行部が生じることは、この図から明らかである。

シリンダーブロックとその上に置かれたホーニングツールの模式的な断面図である。 加工終了間近の、図１のシリンダーブロックとホーニングツールの断面図である。 加工開始時の、ボアとホーニングツールの半径方向断面図である。 ボア内壁の一部分であって、旋盤切削プロフィールからホーニングプロフィールに移行する部分の透視図である。 図４のボア内壁一部分の展開図である。

Claims (5)

1. ボア（２）の表面（３）を荒ホーニングする方法であって、すなわち、片側取り付けされたワークスピンドル（６）にホーニングバー（７）を備えるホーニングツール（５）による部分的研削時には、そのワークスピンドルの縦軸（Ｍ_A）が、ボア（２）の縦軸（Ｍ_B）に対してオフセット（Ｓ）を持つ場合、ホーニング前にワークスピンドルの縦軸がボア（２）に偏心的に挿入され、ホーニング動作の間、ボア（２）内における材料除去を行う際には、製造されるボア（２）の縦軸（Ｍ _B ）がワークスピンドル（６）の縦軸（Ｍ _A ）と同軸となるまで、ボア（２）の縦軸（Ｍ _B ）の変位が行われるようにして、上記の材料除去が行われ、この場合に、次には、縦軸（Ｍ_A、Ｍ_B）が同軸になった位置で、全面的研削の荒ホーニングにより表面が均一にホーニングされる、方法。
2. ボア（２）のうちキャリッジユニット（１０）と反対側に位置する部分が加工される少なくともその間、ホーニングツール（５）の往復運動がキャリッジユニット（１０）によって行われ、その結果としてワークスピンドル（６）がキャリッジユニット（１０）から送り出され、その結果としてワークスピンドル（６）が、キャリッジユニット（１０）に代わって、その縦軸（Ｍ_A）方向に動くことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 部分的研削として荒ホーニングが行われる間、ホーニングバー（７）の大きさの定まったステップ的送り出しが、定められた休止時間をともなって行われることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 部分的研削として荒ホーニングが行われる間、大きさの定まったステップ的送り出しが行われ、その際ホーニングバー（７）に働く押し付け力がモニタリングされることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
5. 部分的研削として荒ホーニングが行われる間、ホーニングツール（５）の一部だけが、ボアの表面に接触し、全面的研削時の荒ホーニングではホーニングバー（７）は、ボアの周囲全体に接触することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。

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