JP4672564B2 - ボーリング加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、主軸に対し長手方向に複数の工具を備えた回転ロッドを連結し、該回転ロッドを支持ジグの同一軸線上に並ぶ複数の筒状支持孔と、被加工物の同一軸線上に並ぶ複数の被加工孔に挿入した状態で、該回転ロッドと被加工物を軸方向に相対移動させながら被加工孔の内面を前記工具により切削加工するようにしたボーリング加工方法に関する。

従来、この種のボーリング加工装置として、特許文献１には、回転ロッドと支持部との間に静圧流体軸受を設けることにより、工具により被加工物の被加工孔を加工する際に、回転ロッドを支持部の筒状支持面から浮上した状態で支持するようになっている。前記流体軸受は回転ロッドの内部に複数に分岐形成された作動流体の吐出流路から回転ロッド側に形成した複数のポケットに作動流体を供給するようになっている。そして、加工時における回転ロッドと支持部との同軸度を確保して加工精度を向上する。又、回転ロッド及び支持部相互の磨耗が回避されることから相互間の隙間の維持管理が不要になる。

又、流体軸受を備えたボーリング加工装置として、特許文献２には、前記支持ジグにブッシュを嵌合固定し、該ブッシュの内側の支持面と工具（回転ロッド）の外周面との隙間に対し、支持ジグに形成された流体供給流路から流体を供給することにより工具（回転ロッド）の外周面とブッシュの支持面との間に流体軸受を形成するようにした構成が開示されている。
特開２００１−１７９５１４号公報 特開２００４−１４１９８２号公報

ところが、特許文献１に記載されたボーリング加工装置は、回転ロッドの内部に作動流体の分岐吐出流路が形成され、各吐出流路に絞り調整用プラグが設けられているので、各ポケットに供給される作動流体の圧力を調整することができる。しかし、回転ロッドに分岐吐出流路及び絞り調整用プラグが設けられているので、吐出流路及び分岐吐出流路の形成が難しく、製造が面倒であるという問題があった。

一方、特許文献２に記載されたボーリング加工装置は、支持ジグ側に流体の供給路を形成しているので、流路の形成作業を容易に行うことができるが、ブッシュの内側の支持面と工具（回転ロッド）の外周面との隙間に単に流体を供給するだけのため、隙間に供給される流体の圧力を調整することができない。このため、工具（回転ロッド）とブッシュの支持面との同軸度が確保できず、被加工物の加工精度が低下するという問題があった。

本発明は、上記従来の技術に存する問題点を解消して、流体の供給路の形成を容易に行うことができるとともに、支持ジグに形成された静圧流体軸受の各静圧ポケットに供給される流体の圧力を容易に調整することができ、被加工物の加工精度を向上することができるボーリング加工方法を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、主軸に対し長手方向に複数の工具を備えた回転ロッドを連結し、該回転ロッドを支持ジグの同一軸線上に並ぶ複数の軸受部にそれぞれ形成された筒状支持孔と、被加工物の同一軸線上に並ぶ複数の被加工孔に挿入した状態で、該回転ロッドと被加工物を軸方向に相対移動させながら被加工孔の内面を前記工具により切削加工するようにしたボーリング加工方法において、前記支持ジグの複数の軸受部の筒状支持孔と回転ロッドとの間に静圧流体軸受を形成するようにし、前記筒状支持孔に対し少なくとも三箇所に静圧ポケットを設け、各静圧ポケットに対し流体供給源から供給路を介してそれぞれ流体を供給可能にし、前記各供給路のうち少なくとも一つの供給路に圧力調整手段を設けたボーリング加工装置を用いて、前記回転ロッドを前記支持ジグの複数の軸受部の筒状支持孔に静圧流体軸受を介して支持するとともに、被加工物の複数の被加工孔に回転ロッドを挿入し、前記回転ロッドを回転させるとともに、回転ロッドと被加工物を軸方向に相対移動しながら被加工孔の内面を切削加工し、この加工後の加工孔を測定することにより、回転ロッドの軸線と筒状支持孔の軸線との同軸度のズレ量を計り、次の被加工物の被加工孔の加工開始前に前記同軸度のズレ量に応じ、前記圧力調整手段を用いて回転ロッドの軸線が筒状支持孔の軸線と同軸となるように各静圧ポケットの圧力を調整して適正な静圧流体軸受を形成した状態に修正してから、被加工孔の内面を切削加工することを要旨とする。

本発明のボーリング加工方法は、前記圧力調整手段を用いて回転ロッドの軸線が支持ジグの筒状支持孔の軸線と同軸となるように各静圧ポケットの圧力を調整して適正な静圧流体軸受を形成した状態で、被加工孔の内面を切削加工するようにしたので、被加工物の加工精度を向上することができる。

以下、本発明を具体化したボーリング加工装置の一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。
図３に示すように、ベッド１１にはＸ軸案内レール１２を介してＸ軸サドル１３が図示しない駆動機構によりＸ軸（図３の紙面直交）方向の往復動可能に装着されている。該Ｘ軸サドル１３の上面には図示しないワークジグが装着され、該ワークジグにより被加工物としてのシリンダヘッド１４を所定位置に保持するようになっている。このシリンダヘッド１４は４気筒エンジンに用いられるもので、図２に示すようにヘッド本体には、図示しないクランクシャフトを挿入するための同一軸線上に並ぶ複数の挿入孔が被加工孔１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅとして予め形成されている。

図３に示すように、ベッド１１にはＺ軸案内レール１５によりＺ軸サドル１６が図示しない駆動機構によりＺ軸（図３の左右）方向の往復動可能に装着され、該Ｚ軸サドル１６の前面（図３の右側面）にはＹ軸案内レール１７によりＹ軸サドル１８が図示しない駆動機構によりＹ軸（図３の上下）方向の往復動可能に装着されている。該Ｙ軸サドル１８には主軸装置１９がＺ軸方向に指向するように装着され、該主軸装置１９には図示しないビルトインモータにより回転される主軸２０が装着されている。該主軸２０には図２に示すようにオルダム継手２１及びスラスト軸受２２を介して回転ロッド２３がＺ軸方向に指向するように直列に連結されている。

上記回転ロッド２３は、大径軸部２３ａと、該大径軸部２３ａに一体に直列に連結された中径軸部２３ｂと、該中径軸部２３ｂに一体に直列に連結された小径軸部２３ｃとにより構成されている。前記回転ロッド２３には長手方向に複数の工具が備えられ、大径軸部２３ａには前記シリンダヘッド１４の被加工孔１４ａの端縁を面取り加工する工具２４ａと、内面を仕上げ加工する工具２４ｂが取り付けられている。又、小径軸部２３ｃには前記被加工孔１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅの内周面を仕上げ加工するための工具２４ｃ，２４ｄ，２４ｅ，２４ｆが取り付けられている。

図２及び図３に示すように前記Ｘ軸サドル１３の上面には、支持ジグ３０が装着されている。該支持ジグ３０は平板状のジグ本体３０ａと、この本体３０ａ上に対し回転ロッド２３の大径軸部２３ａを静圧流体軸受により支持する第１軸受部２５と、前記小径軸部２３ｃを静圧流体軸受により支持する第２軸受部２６及び第３軸受部２７とにより構成されている。第１〜第３軸受部２５〜２７はＺ軸方向に指向する同一軸線上に並んで配置されている。第１〜第３軸受部２５〜２７は同様に構成されているので、それらを代表して第２軸受部２６について説明し、他の軸受部の構成の説明を省略する。

図１に示すように、前記第２軸受部２６の取付孔２６ａには、円筒状のブッシュ３１が嵌着固定され、このブッシュ３１の内側には回転ロッド２３の小径軸部２３ｃを緩く貫通する円筒状の筒状支持孔３１ａが形成されている。該筒状支持孔３１ａの内周面と前記小径軸部２３ｃの外周面２３ｄとの間には、例えば１０〜３０μｍ程度の隙間ｇが形成されている。前記筒状支持孔３１ａの内周面には第１〜第３静圧ポケット３２ａ，３２ｂ，３２ｃが周方向にほぼ等しいピッチで全て同じ容積となるように形成されている。前記第２軸受部２６及びブッシュ３１には、各静圧ポケット３２ａ，３２ｂ，３２ｃに外部から流体としてのオイルを供給するための第１〜第３ポート３３ａ，３３ｂ，３３ｃが形成されている。各ポート３３ａ，３３ｂ，３３ｃには流体供給源としてのオイル供給源３４から供給路としての第１〜第３供給管３５ａ，３５ｂ，３５ｃを介してオイルを供給するようになっている。前記第１〜第３供給管３５ａ，３５ｂ，３５ｃには圧力調整手段としての第１〜第３圧力調整弁３６ａ，３６ｂ，３６ｃが接続されている。前記オイル供給源３４から例えば圧力が０．１〜３ＭＰａ程度のオイルが前記各静圧ポケット３２ａ，３２ｂ，３２ｃに供給されるようになっている。

前記ブッシュ３１の筒状支持孔３１ａには、前記第１〜第３静圧ポケット３２ａ，３２ｂ，３２ｃの間に位置するように、前記回転ロッド２３に取り付けられた工具２４ｄ，２４ｅ，２４ｆの素通りを許容するための第１〜第３逃し溝３７ａ，３７ｂ，３７ｃが筒状支持孔３１ａの周方向にほぼ等しいピッチで形成されている。

次に、前記のように構成したボーリング加工装置の動作について説明する。
前記回転ロッド２３を用いて、前記シリンダヘッド１４の被加工孔１４ａ〜１４ｅを加工する場合には、図３に示すように前記Ｘ軸サドル１３上に図示しないワークジグによりシリンダヘッド１４を所定位置に装着する。次に、Ｘ軸サドル１３をＸ軸方向に移動するとともに、前記Ｙ軸サドル１８を上下方向に位置調節して、回転ロッド２３の中心軸線Ｏ１とブッシュ３１の筒状支持孔３１ａの中心軸線Ｏ２とが一致するように調整する。

次に、図３に示すように、Ｚ軸サドル１６を移動して、前記主軸２０に連結された回転ロッド２３を、シリンダヘッド１４の各被加工孔１４ａ〜１４ｅに貫通する。このとき、図２に示すように前記ブッシュ３１に形成した逃し溝３７ａ〜３７ｃにより全工具２４ａ〜２４ｆのうち工具２４ｄ〜２４ｆがブッシュ３１と干渉することなく素通りする。図２に示すように各工具２４ａ〜２４ｆが加工開始位置に移動された後、オイル供給源３４を作動させて、第１〜第３供給管３５ａ〜３５ｃを通して第１〜第３静圧ポケット３２ａ〜３２ｃにオイルを供給する。この状態では、回転ロッド２３の大径軸部２３ａが第１軸受部２５のブッシュ３１の筒状支持孔３１ａの各静圧ポケット３２ａ〜３２ｃにより静圧流体軸受が形成され、小径軸部２３ｃの二箇所は第２及び第３軸受部２６，２７のブッシュ３１の筒状支持孔３１ａの各静圧ポケット３２ａ〜３２ｃにより静圧流体軸受が形成される。

この状態で、主軸装置１９を作動させて主軸２０を回転するとともに、Ｚ軸サドル１６をＺ軸方向前方（図２の右方）に移動して、各工具２４ａ〜２４ｆにより前記シリンダヘッド１４の被加工孔１４ａ〜１４ｅを切削して仕上げ加工する。

各静圧ポケット３２ａ〜３２ｃへのオイルの供給が実際にはアンバランスで回転ロッド２３の中心軸線Ｏ１と、ブッシュ３１の筒状支持孔３１ａの中心軸線Ｏ２の同軸度が得られなかった場合には、シリンダヘッド１４の被加工孔１４ａ〜１４ｅの加工精度が低下する。このため、加工後のシリンダヘッド１４の加工孔１４ａ〜１４ｅの加工精度が測定装置（図示略）を用いて測定され、前記同軸度のズレ量が判明する。従って、次回のシリンダヘッド１４の加工開始前に、同軸度のズレ量に応じて、前記第１〜第３圧力調整弁３６ａ〜３６ｃの少なくとも一つの調整弁により各静圧ポケット３２ａ〜３２ｃの少なくとも一つの静圧ポケットへ供給されるオイルの圧力を調整し、静圧ポケット３２ａ〜３２ｃ内の圧力を同軸度が修正される方向に調整する。

上記実施形態のボーリング加工装置によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）上記実施形態では、ブッシュ３１に形成された第１〜第３静圧ポケット３２ａ〜３２ｃにオイルを供給する第１〜第３供給管３５ａ〜３５ｃに第１〜第３圧力調整弁３６ａ〜３６ｃを設けた。このため、各静圧ポケット３２ａ〜３２ｃ内の圧力を変更、調整することができ、回転ロッド２３の軸線Ｏ１が、ブッシュ３１の筒状支持孔３１ａの軸線Ｏ２に一致するように同軸度を修正し、シリンダヘッド１４の被加工孔１４ａ〜１４ｅに対する回転ロッド２３の同軸度のズレ量を調整することができ、これにより回転ロッド２３の支持精度を高め、加工精度を向上することができる。

（２）上記実施形態では、支持ジグ３０により回転ロッド２３を複数箇所で静圧流体軸受により支持したので、加工時、筒状支持孔３１ａと回転ロッド２３の外周面２３ｄが接触するのを防止することができ、両面の磨耗を防止するこができる。さらに、静圧流体軸受により回転ロッド２３の回転時の自動振動を抑制することができ、シリンダヘッド１４の被加工孔１４ａ〜１４ｅの加工精度を向上することができる。

（３）上記実施形態では、主軸２０に対しオルダム継手２１を介して回転ロッド２３を連結したので、第１〜第３軸受部２５〜２７のブッシュ３１の各筒状支持孔３１ａ内において回転ロッド２３が図１に示すＸ，Ｙ方向に自由に変位され、回転ロッド２３を適正な静圧流体軸受状態に調整することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・図４に示すように、ブッシュ３１の筒状支持孔３１ａに第１〜第４静圧ポケット３２ａ〜３２ｄを形成するとともに、第１〜第４逃し溝３７ａ〜３７ｄを形成し、さらに第１〜第４ポート３３ａ〜３３ｄに接続された第１〜第４供給管３５ａ〜３５ｄに第１〜第４圧力調整弁３６ａ〜３６ｄを接続してもよい。

この実施形態においては、四箇所に静圧ポケット３２ａ〜３２ｄが形成されているので、三箇所の構造と比較して各静圧ポケットへ供給されるオイルの圧力を調整する自由度が増大し回転ロッド２３の軸線とブッシュ３１の筒状支持孔３１ａの軸線との同軸度の修正を容易に行うことができる。

・図４に示す別の実施形態において、前記第１〜第４圧力調整弁３６ａ〜３６ｄのうち第１圧力調整弁３６ａ及び第２圧力調整弁３６ｂを省略してもよい。
・図３に示す前記Ｘ軸サドル１３をＺ軸方向に往復動するボーリング加工装置に具体化したり、Ｘ軸サドル１３をＹ軸方向に往復動するボーリング加工装置に具体化したり、回転ロッドと被加工物を軸方向に相対移動させながら被加工孔の内面を工具により切削加工するようにしたボーリング加工装置に具体化したりしてもよい。

・図示しないが、前記静圧ポケットを五箇所以上にしてもよい。
・前記各実施形態において、前記圧力調整弁を各供給管のうち少なくとも一箇所又は二箇所以上に設けるようにしてもよい。一箇所の場合には、同軸度の修正方向が一方向に限定されるので、二箇所以上が望ましい。

この発明のボーリング加工装置を具体化した一実施形態を示す第２軸受部の断面図。 主軸、回転ロッド、シリンダヘッド、第１〜第３軸受部を示す正断面図。 ボーリング加工装置全体を示す一部破断正面図。 この発明の別の実施形態を示す支持ジグの断面図。

符号の説明

２４ｄ〜２４ｆ…工具、１４…被加工物としてのシリンダヘッド、１４ａ〜１４ｅ…被加工孔、２３…回転ロッド、３０…支持ジグ、３１…ブッシュ、３１ａ…筒状支持孔、３２ａ〜３２ｄ…静圧ポケット、３４…流体供給源としてのオイル供給源、３５ａ〜３５ｃ…供給路としての第１〜第３供給管、３６ａ〜３６ｃ…圧力調整手段としての第１〜第３圧力調整弁。

Claims (1)

1. 主軸に対し長手方向に複数の工具を備えた回転ロッドを連結し、該回転ロッドを支持ジグの同一軸線上に並ぶ複数の軸受部にそれぞれ形成された筒状支持孔と、被加工物の同一軸線上に並ぶ複数の被加工孔に挿入した状態で、該回転ロッドと被加工物を軸方向に相対移動させながら被加工孔の内面を前記工具により切削加工するようにしたボーリング加工方法において、
   前記支持ジグの複数の軸受部の筒状支持孔と回転ロッドとの間に静圧流体軸受を形成するようにし、前記筒状支持孔に対し少なくとも三箇所に静圧ポケットを設け、各静圧ポケットに対し流体供給源から供給路を介してそれぞれ流体を供給可能にし、前記各供給路のうち少なくとも一つの供給路に圧力調整手段を設けたボーリング加工装置を用いて、前記回転ロッドを前記支持ジグの複数の軸受部の筒状支持孔に静圧流体軸受を介して支持するとともに、被加工物の複数の被加工孔に回転ロッドを挿入し、前記回転ロッドを回転させるとともに、回転ロッドと被加工物を軸方向に相対移動しながら被加工孔の内面を切削加工し、この加工後の加工孔を測定することにより、回転ロッドの軸線と筒状支持孔の軸線との同軸度のズレ量を計り、次の被加工物の被加工孔の加工開始前に前記同軸度のズレ量に応じ、前記圧力調整手段を用いて回転ロッドの軸線が筒状支持孔の軸線と同軸となるように各静圧ポケットの圧力を調整して適正な静圧流体軸受を形成した状態に修正してから、被加工孔の内面を切削加工することを特徴とするボーリング加工方法。

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