JP5275095B2

JP5275095B2 - 内面研削工具

Info

Publication number: JP5275095B2
Application number: JP2009062432A
Authority: JP
Inventors: 正夫久米; 浩二齊藤
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-03-16
Filing date: 2009-03-16
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2029-03-16
Also published as: JP2010214499A

Description

本発明は、例えばエンジンの複数のジャーナル軸受けを同時に精密加工するのに好適な内面研削工具に関する。

従来、ワークの内面を研削するにあたり、内径を拡縮させて加工径精度を高めるような技術として、例えばエンジンのシリンダボアなどの個別の加工を行うような際、砥石を拡開させるカム部材を拡張ネジ杆でネジ送り駆動することで刃具径を制御するような技術（例えば、特許文献１参照。）が知られている。
また、例えば、エンジンのクランク軸を受けるジャーナル軸受け部などを加工する際、複数の加工部を同時に加工する同時複数加工用の内面研削工具などが使用されることもある。

特開平６−１９０７１３号広報

ところが、従来の技術では、複数の穴を同時に加工する同時複数加工用の内面研削工具において、刃具径を個別に制御するような技術はないため、例えば一律に径を制御する場合には、ワークの剛性や、刃具の初期切れ味のバラツキ影響や、磨耗の進行度合いなどの違いによって径精度がバラつくなどの問題が発生していた。また、一般的な拡縮機構を持たない同時複数加工用でジャーナル軸受け部などを加工する際は、工具をワークの中心穴に挿入・排出するときに、仕上げ面に干渉して傷がつくのを防止するため、ワーク中心に対してアーバー中心をオフセットさせた状態で挿入・排出しているため、ジャーナル軸受け部ごとに１つの工具しか取り付けることができず、加工効率が悪いという問題もあった。

さらに、ジャーナル軸受け部の同時複数加工では、加工部位の全長が長くなるため、必然的にアーバーの全長も長くなり、しかも、従来の工具ではアーバーの中心軸に対して対向する位置に刃具をレイアウトすることが難しいため、バランス加工ができなかった。このため、アーバーは一方向からの加工負荷を複数同時に受けることになり、加工負荷によってアーバーが変形しやすく、狙った精度が得られにくいという問題もあった。

そこで本発明は、例えば多気筒エンジンのジャーナル軸受け部などの複数の加工部を加工するにあたり、これらを同時に加工して加工効率の向上を図ると同時に、すべての軸受け部の加工精度が保証できる工具を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、ワークの複数個所の内面を同時に加工するため複数の加工ユニットを備えた内面研削工具において、前記工具の軸中心には回転自在なコントロールシャフトを配設し、前記複数の加工ユニットに、前記コントロールシャフトの近傍に一列に配置されるネジ状減速機構と、刃具を拡縮させる拡縮機構を設けるとともに、前記コントロールシャフトとそれぞれのネジ状減速機構との間には、個別に制御することでコントロールシャフトとネジ状減速機構とを接触あるいは離脱させることのできる電磁クラッチを設け、制御ユニットの制御によって、前記電磁クラッチを介してコントロールシャフトとネジ状減速機構を接触させてコントロールシャフトの回転をネジ状減速機構に伝達させると、前記拡縮機構によってそれぞれの刃具の内径が個別に拡縮自在になるようにした。

このように、各刃具の内径を拡縮自在にすれば、例えばジャーナル軸受け部の加工を行うような場合に、各刃具の内径を縮めた状態にして挿入・排出するような手順を踏むことで仕上げ面を損傷させるような不具合が是正され、従来のように、アーバーの中心軸をオフセットさせて挿入・排出する必要性がなくなって一連の加工を効率良く行えるとともに、刃具の磨耗の進行度や、ワークの加工部位の剛性等に応じて各刃具の内径を個別に制御すれば、径精度のバラツキを防止することができる。また、刃具を拡縮させる構造として、工具軸中心に配設される回転自在なコントロールシャフトに対し、それぞれの電磁クラッチを介して個別にコントロールシャフトとネジ状減速機構が接触あるいは離脱するようにし、コントロールシャフトの回転をネジ状減速機構に伝達するよう制御してそれぞれの拡縮機構で刃具を拡縮させることで、拡縮機構にバネや弾性体などを必要とせず、軸方向にコンパクトに纏めることができる。

また、本発明では、加工ユニットの刃具を、工具軸の円周方向に均等な角度で二刃以上設けるようにした。
このように、刃具をアーバー中心軸の円周方向に均等な角度で二刃以上設ければ、回転バランスが良くなって高速回転が可能となり、加工効率が向上する。また、この結果、加工精度も向上する。

また、本発明では、前記コントロールシャフトの回転を、工具の回転数と同期または位相差をもたせるよう制御するようにした。
このように、工具の回転数と同期または位相差をもたせるよう制御することにより、コントロールシャフトの適切な正逆回転が簡単に行えるようになる。

複数の加工ユニットを備えた内面研削工具において、それぞれの加工ユニットの電磁クラッチと拡縮機構によって、各刃具の内径を拡縮自在にすることで、ワークの加工穴に挿入・排出する手順の簡素化が図れると同時に、各刃具の状態に応じて各刃具の内径が個別に制御でき、径精度のバラツキを防止することができる。この際、刃具を拡縮させる機構として、ネジ状減速機構と拡縮機構を組み合わせることで、軸方向にコンパクトに纏めることができる。
また、加工ユニットの刃具を工具軸の円周方向に均等な角度で二刃以上設ければ、回転バランスの向上が図られて、加工効率や加工精度が向上する。
また、コントロールシャフトの回転を、工具の回転数と同期または位相差をもたせるよう制御することで、コントロールシャフトの正逆回転を簡単にかつ適切に行えるようになる。

加工ユニットを５セット備えた内面研削工具の外観図加工ユニットの拡縮機構を説明するための説明図加工ユニット部位の縦断面図拡縮機構の作用図で、（ａ）は刃具径を縮めた状態図、（ｂ）は刃具径を拡げた状態図内面研削工具全体の作用図で（ａ）は待機時の状態図、（ｂ）は加工時の状態図内面研削工具が装着される研削装置全体の説明図４気筒エンジンの５箇所のジャーナル軸受け部を加工する状態の説明図

本発明の実施の形態について添付した図面に基づき説明する。
ここで図１は加工ユニットを５セット備えた内面研削工具の外観図、図２は加工ユニットの拡縮機構を説明するための説明図、図３は加工ユニット部位の縦断面図、図４は拡縮機構の作用図で、（ａ）は刃具径を縮めた状態図、（ｂ）は刃具径を拡げた状態図、図５は内面研削工具全体の作用図で（ａ）は待機時の状態図、（ｂ）は加工時の状態図、図６は内面研削工具が装着される研削装置全体の説明図、図７は４気筒エンジンの５箇所のジャーナル軸受け部を加工する状態の説明図である。

本発明に係る内面研削工具は、例えば多気筒エンジンのジャーナル軸受け部などの複数の加工部位をそれぞれの加工ユニットで同時に加工する際、効率良く加工することができ、しかもすべての軸受け部の加工精度が良好になるような工具として構成され、複数の加工ユニットの各刃具の拡縮が別箇に制御可能にされることを特徴としている。

すなわち、アーバーとしての本内面研削工具１は、図１乃至図３に示すように、筒状ケース２内に組み込まれる同軸上の５セットの加工ユニット３を備えており、例えば図７に示すようなシリンダブロックＷ_１とロアブロックＷ_２から構成される４気筒エンジンにおいて、シリンダブロックＷ_１とロアブロックＷ_２を締結した状態で、それぞれ半円の５箇所のジャーナル軸受け部ｊを同時に加工できるようにされている。

本内面研削工具１が適用される研削装置全体の構成の概要は、図６に示すように、研削加工において内面研削工具１を回転駆動させるためのスピンドルモータ４や、工具軸の中心に配設されるコントロールシャフト５を駆動するためのコントロールシャフトモータ６や、加工ユニット３の各刃具の拡縮を制御するための制御ユニット７を備えており、この制御ユニット７は、ＮＣコントローラ８や、後述する加工ユニット３の電磁クラッチ１４を個別に非接触で制御するための非接触給電ユニット９や、非接触通信ユニット１０や、各加工ユニット３の刃具の拡張径を個別に制御するための制御部１２などを備えており、またコントロールシャフトモータ６の軸線上には、コントロールシャフト５の回転数を制御するロータリーエンコーダ１３が設けられている。

そして、前記制御ユニット７は、加工仕上げ寸法を揃える等のため個別に加工ユニット３の刃具の拡張量を調整するときは、当該加工ユニット３の電磁クラッチ１４のみを制御するが、ワークへの研削工具１の挿入・排出時や切り込み加工時には、すべての加工ユニット３の電磁クラッチ１４を同時に制御するようにしている。

前記加工ユニット３は、図２、図３に示すように、コントロールシャフト５のうち、加工ユニット３周辺に局部的に設けられる電磁クラッチ１４と、この電磁クラッチ１４の周辺に配設され、且つ電磁クラッチ１４が離接自在なネジ状減速機構１５のオネジ筒１５ａと、このオネジ筒１５ａのネジ部に噛合し且つオネジ筒１５ａの回転によって軸方向に進退動自在なメネジ筒１５ｂを備え、電磁クラッチ１４をオンにしてコントロールシャフト５とオネジ筒１５ａが一体化されると、メネジ筒１５ｂにコントロールシャフト５の回転が伝達され、電磁クラッチ１４がオフとなって、コントロールシャフト５とオネジ筒１５ａが離隔すると、メネジ筒１５ｂに対するコントロールシャフト５の回転伝達が遮断されるようになっている。

また、メネジ筒１５ｂの上部と下部には、以下に述べる刃具１７の係合部１８が係合するアリ溝型のスロープ溝部１６が上下対称位置に形成されている。そして、このスロープ溝部１６は軸方向に対して傾斜しており、本実施例では、このスロープ溝部１６の傾斜は、図４にも示すように、左方向から右方向に向けて僅かに低くなるような傾斜とされている。

前記刃具１７は、刃具ホルダ２０と一体に組み付けられて刃具ホルダ２０に対して上下にスライド可能にされており、また、この刃具１７の内方側に一体に設けられるアリホゾ型の係合部１８はアリ溝型のスロープ溝部１６内に嵌め込まれて係合している。また、この刃具１７の頂面には研削砥石が取り付けられるとともに、このような刃具１７とその係合部１８がメネジ筒１５ｂの上下のスロープ溝部１６内にそれぞれ配設されている。
このため、本実施例では、図４（ａ）に示すように、電磁クラッチ１４をオンにしてメネジ筒１５ｂを正回転させ、メネジ筒１５ｂが図の左方に移動すると、傾斜の低いスロープ溝部１６に係合する係合部１８によって上下一対の刃具１７が径方向の内側に向けて縮小し、図４（ｂ）に示すように、メネジ筒１５ｂが図の右方に移動すると、上下一対の刃具１７が径方向の外側に向けて拡張するようにされている。すなわち、オネジ筒１５ａやメネジ筒１５ｂからなるネジ状減速機構１５やスロープ溝部１６や係合部１８等によって拡縮機構１９が構成されている。

また、刃具ホルダ２０と刃具１７との間には、スロープ溝部１６と係合部１８とのガタを吸収するためのスプリング２１を内装している。
なお、本実施例では、スロープ溝部１６や刃具１７について、工具軸を中心に対称位置に一対設けているが、工具軸の円周方向に均等な角度で二刃以上設けるようにしても良い。

ところで、本実施例では、前記コントロールシャフト５を回転させる際、工具１を回転させる回転数に対して微妙にずらして位相差を生じさせてネジ状減速機構１５に伝達しているため、以下、その点について説明する。

工具１の中心軸上に位置するコントロールシャフト５は、通常工具１と同一回転数で回転しているが、刃具１７を拡縮する際は、当該電磁クラッチ１４をオンにし、コントロールシャフト５を駆動しているコントロールシャフトモータ６の回転数を、工具１の回転数に対して微妙にずらして位相差を生じさせることでメネジ筒１５ｂを回転させている。この際、例えば、コントロールシャフトモータ６の回転数を工具１の回転数より上げ、位相を進ませることで刃具１７を拡張させ、逆にコントロールシャフトモータ６の回転数を工具１の回転数より下げ、位相を遅らせることで、刃具１７を収縮させるように制御することができる。

この際、刃具１７の拡縮量は、工具１とコントロールシャフト５の回転数の位相差に比例する関係となる。従って、この同期回転制御のため、工具１を回転駆動しているスピンドル軸上に直結されたロータリーエンコーダーを配置して回転速度を検出し、コントロールシャフトモータ６軸上のモータ制御用ロータリーエンコーダ１３との比を演算してコントロールシャフトモータ６を同期制御するようにしている。

このような回転速度制御の一例は、例えば、pReso1＝スピンドルエンコーダのパルス分解能とし、pReso2＝コントロールシャフトエンコーダのパルス分解能とし、V1＝スピンドル軸の回転速度値（単位時間当たりのエンコーダ発生パルス数）とし、V2＝コントロールシャフト軸の回転速度値（単位時間当たりのエンコーダ発生パルス数）とし、ｔAdj＝刃具拡張量とし、ｋ＝メネジ筒回転当たりの刃具拡張量（pReso2パルス分解能換算値）とした場合、下記の二式が成立するようコントロールシャフトモータ６の回転速度（V2）を制御する。

この際、V1およびV2は、それぞれのエンコーダから単位時間当たりに発生するパルス数を表すため、分解能が異なる場合は、回転速度が同じでも数値は異なる。
また、定数ｋは、メネジ筒回転当たりのネジピッチと、スロープ溝部１６のスロープ角度（スライド量に対する刃具拡張量）とから次式のように算出される。なお、この式において、pSq＝メネジ筒のネジピッチであり、θ＝スロープ角度である。

以上のような内面研削工具１において、図７に示すような４気筒エンジンのジャーナル軸受け部を加工する際は、研削工具１の各加工ユニット３の刃具１７を全て収縮させて格納した状態（図５（ａ））で、シリンダブロックＷ_１とロアブロックＷ_２の締結によって形成されるジャーナル軸受け部ｊ内に挿入する。

そして、挿入が終えると、制御ユニット７からの信号で全ての電磁クラッチ１４をオンにして全ての加工ユニット３のオネジ筒１５ａを逆回転させ、メネジ筒１５ｂを後退させることで全ての刃具１７を径方向の外側にスライドさせ拡張し（図５（ｂ））、その後、全ての電磁クラッチ１４をオフにする。

そしてスピンドルモータ４を駆動して切削加工が行われるが、各加工ユニット３では左右対称の刃具１７のためバランス加工が可能となり、内面研削工具１全体の加工負荷によるたわみなどが軽減され、また回転バランスも狂いにくいため高速回転が可能となって、結果的に加工時間の短縮が図られる。

また、工具磨耗や、ワークの加工部位の剛性ばらつき等によって仕上がり径が変化するような場合、個別の加工ユニット３の刃具１７の拡張量を制御できるため、例えば、個別の加工ユニット３の刃具１７を制御して拡張後の仕上がり径を計測し、個別の目標拡張径へフィードバックさせる機能と組み合わせる等によって、仕上がり径を一定に揃えることができる。

そして、加工が終了すると、制御ユニット７からの信号でオネジ筒１５ａを正回転させ、メネジ筒１５ｂを前進させることで各刃具１７を径方向の内側にスライドさせ収縮させた状態（図５（ａ））にした後、でワークから排出する。

以上のような要領により、複数の加工穴の径精度のばらつきを抑えることができ、しかも、ワークへの挿入・排出作業が効率的に行われるため、加工効率が極めて良好になる。
また、コントロールシャフトの回転を工具の回転数と同期または位相差を持たせて制御することにより、コントロールシャフトの正逆回転を適切にかつ簡単に行うことができる。

なお、本発明は以上のような実施形態に限定されるものではない。本発明の特許請求の範囲に記載した事項と実施的に同一の構成を有し、同一の作用効果を奏するものは本発明の技術的範囲に属する。
例えば、ワークの種類等は一例である。

ワークの複数個所の内面を複数の刃具で同時に加工する際、それぞれの刃具の拡張径を個別に制御できるため、仕上がり精度を均一にでき、しかも効率良く作業できるため、例えば、エンジンのジャーナル軸受け部の加工等に極めて有効である。

１…内面研削工具、３…加工ユニット、６…コントロールシャフト、７…制御ユニット、１４…電磁クラッチ、１５…ネジ状減速機構、１７…刃具、１９…拡縮機構。

Claims

ワークの複数個所の内面を同時に加工するため複数の加工ユニットを備えた内面研削工具であって、前記工具の軸中心には回転自在なコントロールシャフトが配設され、前記複数の加工ユニットは、前記コントロールシャフトの近傍に一列に配置されるネジ状減速機構と、刃具を拡縮させる拡縮機構を備えるとともに、前記コントロールシャフトとそれぞれのネジ状減速機構との間には、個別に制御することでコントロールシャフトとネジ状減速機構とを接触あるいは離脱させることのできる電磁クラッチが設けられ、制御ユニットの制御によって、前記電磁クラッチを介してコントロールシャフトとネジ状減速機構を接触させてコントロールシャフトの回転をネジ状減速機構に伝達させると、前記拡縮機構によってそれぞれの刃具の内径が個別に拡縮自在になるようにされることを特徴とする内面研削工具。
前記加工ユニットの刃具は、工具軸の円周方向に均等な角度で二刃以上設けられることを特徴とする請求項１に記載の内面研削工具。
前記コントロールシャフトの回転は、工具の回転数と同期または位相差をもたせるよう制御されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内面研削工具。