JP6092461B2 - Honing finishing method and honing finishing tool - Google Patents
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Description
本発明は、請求項1の前提部に記載されている少なくとも1回のホーニング仕上げ作業により工作物のボアの内面を機械加工するホーニング仕上げ方法及び請求項6の前提部に記載されたホーニング仕上げ方法を実施するために使用できるホーニング仕上げツールに関する。好ましい利用分野は、往復ピストンエンジンのためのシリンダブロック又はシリンダライナの製造の際におけるシリンダフェースのホーニング仕上げである。 The present invention relates to a honing finishing method for machining the inner surface of a bore of a workpiece by at least one honing finishing operation described in the premise of claim 1, and a honing finishing method described in the premise of claim 6 The invention relates to a honing finish tool that can be used to carry out. A preferred field of application is the honing finish of cylinder faces in the manufacture of cylinder blocks or cylinder liners for reciprocating piston engines.
内燃エンジン又は他の往復ピストンエンジンのシリンダブロック(シリンダクランクケース)又はシリンダライナのシリンダフェースは、作動中、過酷な摩擦学的応力を受ける。したがって、シリンダブロック又はシリンダライナの製造中、シリンダフェースは、潤滑剤の膜による十分な潤滑が次にあらゆる作動条件下で保証され、互いに対して動く部品相互間の摩擦抵抗ができるだけ小さく保たれるように機械加工されなければならない。 The cylinder block (cylinder crankcase) of an internal combustion engine or other reciprocating piston engine or the cylinder face of a cylinder liner is subjected to severe tribological stress during operation. Thus, during the manufacture of a cylinder block or cylinder liner, the cylinder face is guaranteed to be adequately lubricated by a lubricant film under all operating conditions and the frictional resistance between the parts moving against each other is kept as small as possible. Must be machined as follows.
かかる摩擦学的応力が加わる内面の品質を決定する仕上げ機械加工は、一般に、適当なホーニング仕上げ方法で行われ、かかるホーニング仕上げ方法は、典型的には、複数回の連続したホーニング仕上げ作業を含む。ホーニング仕上げは、幾何学的に不定の切れ刃を用いた切削プロセスである。ホーニング仕上げ作業中、拡張可能なホーニング仕上げツールを往復周期数でのボアの軸方向における往復運動を生じさせるために、機械加工されるべきボア内で上下又は前後に動かすと同時に往復運動と組み合わされる回転運動を所与の回転周期数で生じさせるために回転させる。ホーニング仕上げツールに取り付けられた切削材料本体を送り込みシステムによって機械加工されるべき内面に押し付け、この送り込みシステムは、ツール軸線に対して半径方向に作用する送り込み力を有する。ホーニング仕上げ中、ホーニング仕上げによる機械加工に特有であり、そして「ホーニング仕上げ溝」とも呼ばれている互いに交差した仕上げマークを有する十字研削パターンが内面上に作られる。 Finish machining that determines the quality of the inner surface to which such tribological stress is applied is generally performed by a suitable honing method, which typically includes multiple successive honing operations. . The honing finish is a cutting process using a geometrically indefinite cutting edge. During the honing operation, the expandable honing tool is combined with reciprocating motions while moving up and down or back and forth within the bore to be machined to produce a reciprocating motion of the bore in the axial direction at the number of reciprocating cycles. Rotate to produce rotational movement at a given number of rotations. The body of cutting material attached to the honing finish tool is pressed against the inner surface to be machined by the infeed system, the infeed system having an infeed force acting radially on the tool axis. During the honing finish, a cross-grinding pattern is created on the inner surface with crossed finish marks that are characteristic of honing finish machining and are also referred to as “honed finish grooves”.
エンジンの経済的及び環境的な調和並びにピストン/ピストンリングの摩擦学的系の最適化に関する要件の増大につれて、低レベルの摩擦、低レベルの摩耗及び低油消費量を達成するためにはシリンダフェースは、特に重要である。ピストン群の摩擦部分は、最大35%になる場合があり、従って、この領域における摩擦減少が望ましい。 In order to achieve low levels of friction, low levels of wear and low oil consumption as the requirements for economic and environmental harmony of the engine and optimization of the piston / piston ring tribological system increase, cylinder faces Is particularly important. The frictional portion of the piston group can be up to 35%, and therefore friction reduction in this region is desirable.
エンジンの機械的損失を減少させる種々の方式が追求されている。これら方式としては、とりわけ、熱的に溶射されたシリンダフェースの使用、被覆ピストンリングの使用、特に最適化されたホーニング仕上げ面の開発等が挙げられる。 Various schemes have been pursued to reduce engine mechanical losses. These include, among other things, the use of a thermally sprayed cylinder face, the use of a coated piston ring, and the development of a particularly optimized honing surface.
摩擦及び摩耗を減少させる上でますます重要になっている技術は、組立て中及び/又は作動中におけるエンジンブロック(シリンダクランクケース)のシリンダゆがみ又は変形の回避又は減少である。従来型ホーニング仕上げ機械作業後、シリンダボアは、典型的には、理想的な円筒形からできるだけ逸脱が少ない、例えば、最大で数マイクロメートルしか逸脱していないボア形状を有するようになっている。しかしながら、エンジンの組立て又は作動中、相当大きな形状の誤差が起こる可能性があり、かかる誤差は、最大1ミリメートルの数百分の1に達し、エンジンの性能を損ねる場合がある。ゆがみ又は変形の原因は、様々である。かかる原因としては、静的又は事実上静的熱的及び/又は機械的荷重又は動的荷重が挙げられる。シリンダブロックの構成及び設計も又、変形傾向に影響を及ぼす。ピストンリングパッケージの封止機能は、典型的には、制御するのが難しい場合のあるかかる変形によって悪化し、その結果、ブローバイ、油消費量及び更に摩擦が増大する場合がある。 An increasingly important technique in reducing friction and wear is to avoid or reduce cylinder distortion or deformation of the engine block (cylinder crankcase) during assembly and / or operation. After conventional honing machine operations, the cylinder bore typically has a bore shape that deviates as little as possible from the ideal cylindrical shape, eg, deviates by only a few micrometers at most. However, during engine assembly or operation, significant shape errors can occur, which can be as high as a few hundredths of a millimeter and impair engine performance. There are various causes of distortion or deformation. Such causes include static or virtually static thermal and / or mechanical or dynamic loads. The configuration and design of the cylinder block also affects the deformation tendency. The sealing function of a piston ring package is typically exacerbated by such deformations that can be difficult to control, which can result in increased blow-by, oil consumption and even friction.
組立て中における又は或る特定の作動状態におけるゆがみに起因した問題を軽減するため、例えば、独国特許第2810322(C2)号明細書では、次の変形がシリンダヘッドによってシミュレートされるような仕方でホーニング仕上げ機械加工のためにエンジンブロックを変形させる張力調整装置を用いることが提案された。次に組立て後に存在する状態に対応した補強状態では、ホーニング仕上げ機械加工は、円筒形のボア形状を作るために行われ、かかる円筒形ボア形状は又、次に、組立て後に再び定められるようになっている。 In order to alleviate problems due to distortion during assembly or in certain operating conditions, for example in DE 2810322 (C2) the following deformation is simulated by the cylinder head: It was proposed to use a tension adjustment device to deform the engine block for honing finishing machining. Next, in a reinforced state corresponding to the condition that exists after assembly, honing finish machining is performed to produce a cylindrical bore shape, which is then again defined after assembly. It has become.
仕上げ機械加工中、シリンダゆがみ(誤差のネガの形状の作製)を逆にすることによって、エンジンの組立て後又は作動状態において理想的な形状の作製を保証し又はほぼ保証するようになった別の技術は、シェープホーニング(shape honing)と呼ばれる技術である。この場合、円筒形という形状から規定された仕方で逸脱したボア形状、例えばクローバー形の形状がホーニング仕上げによって非補強状態の工作物上に作製される。かかるボア形状は、一般的にいって非対称である。というのは、シリンダブロックの変形が一般的にはこれ又、対称ではないからである。作動状態では、考えられる限り理想的な円筒形は、ピストンリングパッケージがボアの周囲全体にわたって良好なシールを提供することができるように作製されるようになっている。シェープホーニングの種々の形態が例えば、欧州特許第1790435(B1)号明細書及びこの欧州特許明細書中に引用されている先行技術に記載されている。 During finish machining, reversing cylinder distortion (making the error negative shape) ensures that the ideal shape is made or nearly guaranteed after assembly of the engine or in the operating state. The technique is a technique called shape honing. In this case, a bore shape deviating from the cylindrical shape in a defined manner, for example a clover shape, is produced on the unreinforced workpiece by honing. Such a bore shape is generally asymmetric. This is because the deformation of the cylinder block is generally not symmetrical either. In operation, the ideal cylindrical shape as possible is designed so that the piston ring package can provide a good seal over the entire circumference of the bore. Various forms of shape honing are described, for example, in EP 1790435 (B1) and the prior art cited therein.
本発明が解決しようとする課題は、摩擦損失、油消費量及びブローバイに関して向上した特性を有する往復ピストンエンジンを製造することができるようにする問題の形式のホーニング仕上げ方法及びこのホーニング仕上げ方法を実施するために使用できるホーニング仕上げツールを提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to implement a honing method in the form of a problem and to implement this honing method so that it is possible to produce a reciprocating piston engine with improved properties in terms of friction loss, oil consumption and blow-by. It is to provide a honing finishing tool that can be used to do so.
この課題を解決するため、本発明は、請求項1の特徴を備えたホーニング仕上げ方法を提供する。さらに、ホーニング仕上げ方法の範囲内で使用できる請求項6の特徴を備えたホーニング仕上げツールが提供される。 In order to solve this problem, the present invention provides a honing method with the features of claim 1. Furthermore, a honing tool with the features of claim 6 that can be used within the scope of a honing method is provided.
有利な実施形態は、従属形式の請求項に記載されている。特許請求の範囲の請求項の全ての記載は、本明細書の内容を参照することによって理解される。 Advantageous embodiments are described in the dependent claims. The full description of the claims is understood by reference to the content of the specification.
ホーニング仕上げ方法では、壜形ボア、即ち壜形状を有するボアを作る。「壜形ボア」は、ボア入口に直ぐ続いて、第1の直径を備えた第1のボア区分、第1の直径よりも大きい第2の直径を備えていてボア入口から離れて位置する第2のボア区分、及び第1の直径から第2の直径まで連続的に移行していて第1のボア区分と第2のボア区分との間に位置する移行区分を有する。第1のボア区分と第2のボア区分は、一般に、円筒形の基本形状を有し、互いに対して同軸状に位置している。移行区分は、部分的に円錐形に形作られるのが良く、かかる移行区分は、外側のボア区分に向いたその端部のところが、隣接のボア区分に合体するのが良く、それぞれ、適当な半径を備えている。 In the honing finish method, a bowl-shaped bore, that is, a bore having a bowl shape is formed. A “saddle-shaped bore” immediately follows the bore inlet, a first bore section with a first diameter, a second bore having a second diameter greater than the first diameter and located away from the bore inlet. Two bore sections and a transition section continuously transitioning from the first diameter to the second diameter and located between the first bore section and the second bore section. The first bore section and the second bore section generally have a cylindrical basic shape and are located coaxially with respect to each other. The transition section may be partly conically shaped, such that its transition section towards the outer bore section may merge into an adjacent bore section, each with a suitable radius. It has.
壜形マクロ形状の適当な構成が与えられると、摩擦の減少、ブローバイの減少及び油消費量の減少に関して顕著な利点を得ることができる。さらに、ピストンリングパッケージの耐摩耗性の向上及び作動中における騒音発生に対するプラスの影響を得ることができる。内燃エンジン内における燃焼の相当な部分は、ボア入口の付近の比較的幅の狭い又は細い第1のボア区分、即ち、「壜の首(ボトルネック)」で起こる。この区分内における油の考えられる多量の提供により、エミッション及び油消費量に関する問題が生じる場合がある。この細い第1のボア区分内において、ピストンリングの環状パッケージは、縁応力が比較的高いので、その従来機能(特に、燃焼ガスに対する封止及び戻り運動の際の油膜のかき落とし)を容易に実施することができる。燃焼の圧力波によって、ピストンは、第1のボア区分内で加速され、そして次第に直径が増大する移行区分に達する。移行区分内において、直径が増大することによってピストンリング張力が減少する。しかしながら、相当高いピストン速度がここに既に存在すると共にシリンダ空間内の内圧が減少するので、ブローバイ、油消費量値及びエンジン放出騒音(ノイズエミッション)に悪影響を及ぼすことはない。移行区分と隣接の第1及び第2のボア区分との間の適当な半径により、ピストンリングの穏やかな出入りを移行区分のところで達成することができ、従って、リング摩耗又はエンジン焼き付きを回避することができる。下方運動の際、環状パッケージは、移行区分を通過した後、第2のボア区分に入る際にその最も低い張力に達し、従って、摩擦損失は、ピストンがその最大速度に達する時点で自動的に減少する。 Given the appropriate configuration of the saddle-shaped macro shape, significant advantages can be obtained with respect to reduced friction, reduced blow-by, and reduced oil consumption. Furthermore, it is possible to obtain a positive effect on the wear resistance of the piston ring package and the generation of noise during operation. A significant portion of the combustion within the internal combustion engine occurs at a relatively narrow or narrow first bore section near the bore inlet, or “bottleneck”. Probable supply of oil within this category may cause problems with emissions and oil consumption. Within this narrow first bore section, the piston ring annular package has a relatively high edge stress, making it easy to perform its conventional functions (especially sealing against combustion gases and scraping the oil film during return movement). can do. Due to the pressure wave of combustion, the piston is accelerated in the first bore section and reaches a transition section that gradually increases in diameter. Within the transition section, the piston ring tension decreases with increasing diameter. However, a considerably higher piston speed already exists here and the internal pressure in the cylinder space is reduced, so that blow-by, oil consumption values and engine emission noise (noise emissions) are not adversely affected. With a suitable radius between the transition section and the adjacent first and second bore sections, a gentle entry and exit of the piston ring can be achieved at the transition section, thus avoiding ring wear or engine seizure. Can do. During downward movement, the annular package reaches its lowest tension as it enters the second bore section after passing through the transition section, and therefore friction loss automatically occurs when the piston reaches its maximum speed. Decrease.
使用に関して表面構造最適条件を備えた壜形ボアが得られるようにするホーニング仕上げ方法との関連において、この目的に特に適していて、ホーニング仕上げツールの構成に鑑みて本明細書では「環状ツール」とも呼ばれるホーニング仕上げツールが用いられる。本願との関連における「環状ツール」は、3つ又は4つ以上の半径方向に送り込み可能な切削材料本体を有する少なくとも1つの環状切削群を有し、これら切削材料本体は、ホーニング仕上げツールのツール本体の周囲に沿ってぐるりと分布して配置されると共にホーニング仕上げセグメントとして構成されており、ホーニング仕上げセグメントは、ホーニング仕上げツールの円周方向において比較的幅が広く且つホーニング仕上げツールの軸方向において比較的幅が狭い。ホーニング仕上げツールの軸方向に測定したホーニング仕上げセグメントの軸方向長さは、この場合、円周方向に測定した幅よりも小さく、切削材料本体を備えた切削領域の軸方向長さは、ホーニング仕上げツールの有効外径よりも小さい。 Particularly suitable for this purpose in the context of a honing finish method that allows obtaining a saddle bore with surface structure optimums for use, and in the context of the honing finish tool configuration, an “annular tool” is referred to herein. A honing finishing tool, also called a honing tool, is used. An “annular tool” in the context of the present application has at least one annular cutting group with three or more radially feedable cutting material bodies, which are the tools of the honing tool. It is distributed around the circumference of the body and is configured as a honing finishing segment, which is relatively wide in the circumferential direction of the honing finishing tool and in the axial direction of the honing finishing tool It is relatively narrow. The axial length of the honing finish segment measured in the axial direction of the honing tool is in this case smaller than the width measured in the circumferential direction, and the axial length of the cutting area with the cutting material body is the honing finish. It is smaller than the effective outer diameter of the tool.
少なくとも3つのホーニング仕上げセグメントが設けられている場合、機械加工力を半径方向送り込みのゆえに利用できるホーニング仕上げツールの有効外径領域全体にわたって容易に且つ周囲全体にわたって比較的一様に分布させることができる。例えば、同一又は互いに異なる周囲幅の正確に3つ、正確に4つ、正確に5つ又は正確に6つのホーニング仕上げセグメントを切削群に設けることができる。切削群内の7つ以上のホーニング仕上げセグメントが可能であるが、これらホーニング仕上げセグメントは、構成をより複雑にするので、一般的には必要ではない。幾つかの場合、オプションとして、ホーニング仕上げツールがホーニング仕上げセグメントを2つしか備えない場合であっても間に合う場合がある。 When at least three honing finish segments are provided, the machining force can be easily distributed over the effective outer diameter area of the honing tool available due to radial feed and relatively uniformly distributed over the entire circumference. . For example, the cutting group can be provided with exactly three, exactly four, exactly five or exactly six honing finish segments of the same or different peripheral widths. Although seven or more honing segments in the cutting group are possible, these honing segments are generally not required because they make the configuration more complex. In some cases, as an option, the honing tool may be in time even if it only has two honing segments.
半径方向に送り込むことができるということによって(送り込み中における半径方向のホーニング仕上げセグメントの変位によって)達成できる作用効果は、切削材料本体とボア内面との間の係合条件が直径の設定とは無関係に事実上一定のままであるということにある。非一様な摩耗は、半径方向送り込み中、切削材料本体の傾動を回避することによって回避できる。 The effect that can be achieved by being able to feed in the radial direction (due to the displacement of the radial honing segment during feeding) is independent of the diameter setting of the engagement conditions between the cutting material body and the bore inner surface. The fact is that it remains practically constant. Non-uniform wear can be avoided by avoiding tilting of the cutting material body during radial feeding.
上述の手段は、個々に及び組み合わせ状態で、達成できる表面品質に対して、特に、互いに異なるボア区分全体にわたる表面品質の一様性に関してプラスの作用効果をもたらすことができる。 The means described above can have a positive effect on the surface quality that can be achieved individually and in combination, in particular with regard to the uniformity of the surface quality across different bore sections.
ホーニング仕上げセグメントの軸方向長さは、例えば、ホーニング仕上げツールの有効外径の30%未満であるのが良く、特にこの外径の10%〜20%であるのが良い。乗用車又はトラック用のエンジンブロック内に典型的なシリンダボアを機械加工するための環状ツールの場合、軸方向長さは、例えば、5mmから20mmまでの範囲内にあるのが良い。機械加工されるべきボアのボア長さに基づき、軸方向長さは、代表的には、このボア長さの10%未満である。上限をかなり超えた場合、これら輪郭の軸方向続き又はこれら輪郭の作製の可能性は、一般的に損なわれる。加うるに、僅かな軸方向長さは、機械加工に十分な表面圧力を生じさせる目的上、有利である。他方、軸方向における最小長さは、ボア端部を機械加工するためのホーニング仕上げオーバーランを可能にするため且つホーニング仕上げツールが傾動する傾向を制限する目的上、有利である。 The axial length of the honing finish segment should be, for example, less than 30% of the effective outer diameter of the honing finish tool, in particular 10% to 20% of this outer diameter. In the case of an annular tool for machining a typical cylinder bore in a passenger car or truck engine block, the axial length may be in the range of 5 mm to 20 mm, for example. Based on the bore length of the bore to be machined, the axial length is typically less than 10% of this bore length. If the upper limit is significantly exceeded, the axial continuation of these contours or the possibility of creating these contours is generally impaired. In addition, a small axial length is advantageous for the purpose of generating sufficient surface pressure for machining. On the other hand, the minimum length in the axial direction is advantageous for the purpose of allowing a honing finish overrun to machine the bore end and limiting the tendency of the honing tool to tilt.
この種の環状ツールは、ホーニング仕上げされたボアに僅かな形状誤差を得るため、軸方向に比較的長いが円周方向に比較的幅の狭いホーニング砥石を有するホーニング仕上げツールが用いられるべきである。環状ツールは、壜形ボア形状又は一般に軸方向に相当なばらつきのあるボア直径を有するボア形状の機械加工に特に容易に適合する。環状切削群内において、切削材料(適当な結晶粒度、密度及び硬度の結合切削結晶粒)は、軸方向に比較的幅の狭いリング内に集中して設けられ、この場合、代表的には、環状切削群の周長の半分超が切削手段で占められ、従って、材料の除去に効果的に寄与する。 This type of annular tool should be used with a honing tool having a honing wheel that is relatively long in the axial direction but relatively narrow in the circumferential direction in order to obtain a slight form error in the honed bore. . Annular tools are particularly easily adapted to machining of bore shapes or bore shapes that have bore diameters that generally vary considerably in the axial direction. Within the ring cutting group, cutting materials (bonded cutting crystal grains of appropriate grain size, density and hardness) are concentrated in a relatively narrow ring in the axial direction. In this case, typically, More than half of the circumference of the annular cutting group is occupied by the cutting means, thus effectively contributing to material removal.
ホーニング仕上げツールの有効外径と比較して、1つ又は2つ以上の環状切削群が位置している切削領域は、軸方向に短く又は幅が狭く、その結果、軸方向に延びる輪郭の作製及び/又は続きが可能である。 Compared to the effective outer diameter of the honing tool, the cutting area in which one or more annular cutting groups are located is short or narrow in the axial direction, so that a contour extending in the axial direction is produced. And / or a continuation is possible.
従来型ホーニング砥石と比較して、環状切削群は、切削材料本体と環状切削群によって覆われた軸方向区分内のボア内面との間には、従来型ホーニング仕上げツールの比較的幅の狭い軸方向区分の場合よりも実質的に広い接触面が存在しているという点で区別される。幾つかの実施形態では、環状切削群により、ホーニング仕上げツールの周長の60%超、場合によっては70%超又は80%超が切削手段によって占められる。 Compared to conventional honing stones, the annular cutting group has a relatively narrow shaft of the conventional honing finishing tool between the cutting material body and the bore inner surface in the axial section covered by the annular cutting group. A distinction is made in that there is a substantially wider contact surface than in the case of direction segments. In some embodiments, the annular cutting group occupies more than 60%, in some cases more than 70% or more than 80% of the circumference of the honing finish tool by the cutting means.
切削群は、好ましくは、切削群がもっぱらツール本体のスピンドルから見て遠くの半部内に位置するようにツール本体のスピンドルから見て遠くの端部の付近に配置される。複数個の環状切削群が設けられる場合、この条件は、あらゆる切削群に当てはまる。スピンドルから見て遠くの端部の付近の構成により、とりわけ、極めて小さなホーニング仕上げオーバーランで機械加工作業が可能である。 The cutting group is preferably arranged in the vicinity of the end far from the spindle of the tool body so that the cutting group is exclusively located in the half that is far from the spindle of the tool body. If multiple annular cutting groups are provided, this condition applies to any cutting group. The configuration near the end far from the spindle allows machining operations with, among other things, very small honing finish overruns.
ホーニング仕上げによる機械加工中、ボア内におけるホーニング仕上げツールのストローク位置を指令変数として用いることができ、その目的は、高い局所分解能により、環状切削群のストローク位置の関数として押し付け圧力又は送り込み力をあらかじめ決定することにある。その結果、送り込み可能な環状切削群により、望ましくない接触圧力又は力のピークなしに既にあらかじめ作られて軸方向に変化している輪郭を辿る軸方向に可変の輪郭等を備えたボアを作ることが可能である。環状ツールが用いられる場合、作業を実質的に同一のオーバーラップ状態でボアの全ての軸方向領域内で実施するのが良く、その結果、必要が生じた場合、極めて一様な粗さの画像又は表面構造を作ることができる。環状ツールが用いられる場合、作業は、オプションとして、これ又切削本体の非一様な摩耗に関する問題が起こることなく、ボアの軸方向端部のところの極めて少ないホーニング仕上げオーバーランで実施することができる。 During machining by honing, the stroke position of the honing tool in the bore can be used as a command variable, the purpose of which is to determine the preload pressure or feed force as a function of the stroke position of the annular cutting group with high local resolution. It is to decide. The result is a bore with a variable contour in the axial direction that follows the contour that has already been pre-made and changes in the axial direction without undesired contact pressure or force peaks due to the feedable annular cutting group. Is possible. If an annular tool is used, the work should be carried out in all axial regions of the bore with substantially the same overlap, so that if required, a very uniform roughness image Or a surface structure can be made. If an annular tool is used, the operation can optionally be carried out with a very low honing finish overrun at the axial end of the bore without any problems with non-uniform wear of the cutting body. it can.
この作業は、好ましくは、電気機械的切削群送り込みシステムにより実施される。それにより、油圧拡張とは対照的に、送り込み移動量を厳密にあらかじめ決定すること(移動量制御)が可能であり、その結果、軸方向輪郭を特定の仕方で作ることができると共に/或いは所定の軸方向輪郭を厳密に辿ることができる。 This operation is preferably performed by an electromechanical cutting group feed system. As a result, in contrast to hydraulic expansion, it is possible to precisely determine the amount of feed movement in advance (movement amount control), so that an axial contour can be created in a specific way and / or predetermined The axial contour of can be traced precisely.
直径測定システムの1つ又は2つ以上のセンサは、ホーニング仕上げツール上に配置されるのが良く、従って、プロセス内直径測定が可能である。例えば、空気圧直径測定システムの測定ノズルは、それぞれ、隣り合うホーニング仕上げセグメント相互間でツール本体に取り付けられるのが良い。これは、達成できるボア輪郭の精度を向上させることができるということを意味している。 One or more sensors of the diameter measurement system may be placed on the honing tool, thus allowing in-process diameter measurements. For example, the measurement nozzles of the pneumatic diameter measurement system may each be attached to the tool body between adjacent honing finish segments. This means that the accuracy of the bore contour that can be achieved can be improved.
環状ツールの使用によって、切削材料本体の一様な摩耗並びにボアの極めて良好な形状値及び一様な表面粗さが環状切削群の表面寿命全体にわたって保証される。 The use of an annular tool ensures uniform wear of the cutting material body as well as very good shape values and uniform surface roughness of the bore over the entire surface life of the annular cutting group.
環状ツールの種々の構成が可能であり、ユーザは、実施されるべき機械加工タスクに応じて、これらの形態の中から選択することができる。 Various configurations of the annular tool are possible and the user can choose from these forms depending on the machining task to be performed.
幾つかの実施形態では、環状ツールは、単一の環状切削群を有し、かかる切削群のホーニング仕上げセグメントを単一の共通の送り込みシステムにより半径方向に送り込むことができ又は引き戻すことができる。環状切削群は、代表的には、ホーニング仕上げツールの周囲全体にわたって一様に又は非一様に分布して設けられた3つ又は4つ以上、一般的には6つ以下のホーニング仕上げセグメントを有する。単一の環状切削群は、好ましくは、ツール本体のスピンドルから見て遠くの自由端部の付近に、例えば、スピンドルから見て遠くの端部側と面一をなして配置される。この種の構成は、ホーニング仕上げオーバーランを減少させた状態でシリンダボアを機械加工するのに特に好適である。機械加工におけるこの種の制約は、例えば、止まり穴形ボアの場合又はモノブロックエンジン又はV形エンジン用のエンジンブロックのシリンダボアの場合に起こる。 In some embodiments, the annular tool has a single annular cutting group, and the honing finish segments of such a cutting group can be fed or pulled back radially by a single common feeding system. Annular cutting groups typically include three or more, typically no more than six honing finish segments that are uniformly or non-uniformly distributed throughout the perimeter of the honing tool. Have. The single annular cutting group is preferably arranged in the vicinity of the free end far from the spindle of the tool body, for example flush with the end side far from the spindle. This type of configuration is particularly suitable for machining cylinder bores with reduced honing finish overruns. This kind of restriction in machining occurs, for example, in the case of a blind bore or in the case of a cylinder bore of an engine block for a monoblock engine or a V-type engine.
また、環状切削群が互いに別個独立に送り込み可能な2つの群をなすホーニング仕上げセグメントを有することが可能であり、この場合、これら群に属するホーニング仕上げセグメントは、円周方向に交互に配置される。このことは、単一の環状切削群の利点(例えば、ホーニング仕上げオーバーランを短くした状態のボアの機械加工に関して)と互いに別個独立であるホーニング仕上げセグメントの2つの群の二重送り込みの利点を組み合わせることが可能である。この種のツールにより、2つの連続して行われるホーニング仕上げ作業をツールの中間の変更なしで互いに異なる切削材料で実施することができる。ホーニング仕上げセグメントの1つの群に属するホーニング仕上げセグメントは、通常、同一の切削層を有し、これら群は、互いに異なる切削層、例えば互いに異なる結晶粒度のダイヤモンド層を有する。 It is also possible for the annular cutting group to have two groups of honing finishing segments that can be fed separately and independently, in which case the honing finishing segments belonging to these groups are arranged alternately in the circumferential direction. . This has the advantages of a single annular cutting group (for example, for machining bores with a shortened honing finish overrun) and the dual feed of two groups of honing segments that are independent of each other. It is possible to combine them. With this type of tool, two consecutive honing operations can be performed with different cutting materials without any intermediate modification of the tool. The honing segments that belong to one group of honing segments usually have the same cutting layer, which groups have different cutting layers, for example diamond layers of different grain sizes.
また、環状ツールが第1の環状切削群及び第1の環状切削群に対して軸方向にオフセットした仕方で配置されると共に第1の環状切削群とは別個独立に送り込み可能な少なくとも1つの第2の環状切削群を有することが可能である。このことは、2つの連続して行われるホーニング仕上げ作業がこれまたツールの中間の変更なしで互いに異なる切削材料で可能であることを意味している。互いに異なる切削材料が互いに対して軸方向にオフセットすると共に各々がホーニング切削ツールの周囲の大部分に及ぶことができる少なくとも2つの環状切削群に配分されるので、この場合、両方のホーニング仕上げ作業において特に高い除去能力又は比較的短いホーニング仕上げ時間が可能である。この種の環状ツールを十分なホーニング仕上げオーバーランを可能にする全てのボアについて用いることができる。2つ又は3つ以上の環状切削群により、脈動窓若しくは横方向ボアの橋渡し又は任意形式のボア中断も又、特に簡単な仕方で可能である。かかる環状ツールは、好ましくは、厳密にいって2つの環状切削群を有し、その結果、単一の構成にもかかわらず融通性のある使用が可能である。 The annular tool is disposed in an axially offset manner with respect to the first annular cutting group and the first annular cutting group, and at least one first tool capable of being fed independently from the first annular cutting group. It is possible to have two annular cutting groups. This means that two consecutive honing operations can also be performed with different cutting materials without any intermediate changes in the tool. In this case, in both honing finishing operations, different cutting materials are axially offset with respect to each other and each is distributed into at least two annular cutting groups that can span most of the circumference of the honing cutting tool. A particularly high removal capacity or a relatively short honing time is possible. This type of annular tool can be used for all bores that allow sufficient honing finish overrun. With two or more annular cutting groups, pulsation windows or transverse bore bridging or any form of bore interruption is also possible in a particularly simple manner. Such an annular tool preferably has exactly two annular cutting groups, so that it can be used flexibly despite a single configuration.
好ましい実施形態では、一体形の多軸可動継手、例えば球面継手又はカルダン継手がツール本体上に設けられる。それにより、機械の位置の誤差及び/又はボアのコアオフセットは、ボア位置を変えることなく補償できる。継手が設けられていない例示の実施形態も又実現可能である。この種の環状ツールは、ホーニング仕上げスピンドルに剛性的に結合でき又はホーニング仕上げスピンドルに剛性的に結合された駆動ロッドに剛性的に結合できる。 In a preferred embodiment, an integral multi-axis movable joint, such as a spherical joint or a cardan joint, is provided on the tool body. Thereby, machine position errors and / or bore core offsets can be compensated without changing the bore position. An exemplary embodiment in which no joint is provided is also feasible. This type of annular tool can be rigidly coupled to a honing spindle or rigidly coupled to a drive rod that is rigidly coupled to the honing spindle.
ボアの壜形状を任意適当なチップ除去機械加工法、例えば精密旋削(高精度スピンドル)によって、即ち、幾何学的に決定された切れ刃を用いる機械加工法により若しくはホーニング仕上げによって作ることができる。これを行った後に1回又は2回以上のホーニング仕上げ作業を行うのが良く、その目的は、適当な表面構造を備えた最終的に望まれるボア幾何学的形状を得ることにある。 The bore shape of the bore can be made by any suitable chip removal machining method, for example by precision turning (high precision spindle), i.e. by machining with a geometrically determined cutting edge or by honing. Once this has been done, one or more honing operations may be performed, the goal being to obtain the final desired bore geometry with the appropriate surface structure.
円筒形のボア形状を備えたボアが好ましくは、当初、精密旋削又はホーニング仕上げにより作られ、次に、壜ホーニング仕上げ作業では、壜形ボア形状を軸方向に変化するホーニング仕上げ除去が行われるホーニングによって作られる。精密旋削と比較して、ホーニング仕上げによって周辺マークなしで特に一様な表面品質を備えた状態で表面を作製することができる。切削材料本体の自生作用効果は又、表面品質の一様性に寄与する。ホーニング仕上げの場合、連続プロセスモニタが可能である。 A bore with a cylindrical bore shape is preferably made initially by precision turning or honing, and then in hoisting honing operations honing finish removal is performed that changes the hoisting bore shape in the axial direction. Made by. Compared to precision turning, the surface can be produced with a particularly uniform surface quality without peripheral marks by honing. The self-acting effect of the cutting material body also contributes to the uniformity of the surface quality. In the case of honing, continuous process monitoring is possible.
変形例としての方法では、壜ホーニング仕上げ作業の際、少なくとも1つの環状切削群を有する拡張型ホーニング仕上げツール、即ち環状ツールが用いられる。切削群のホーニング仕上げセグメントをこの場合、ストローク位置に応じて壜形状に従い、下向きのストロークにおいて移動及び/又は力制御方式で半径方向外方に送り込み、上方ストロークの際、かかるホーニング仕上げセグメントをストローク位置に応じて壜形状に従って半径方向に引っ込める。この機械加工変形例により、比較的に滑らかな輪郭形状を特に機械加工が困難な移行区分のはじめから作る。 In an alternative method, an extended honing tool having at least one annular cutting group, i.e. an annular tool, is used during the saddle honing operation. In this case, the honing finish segment of the cutting group follows the shape of the saddle according to the stroke position, and is fed radially outward by a movement and / or force control method in the downward stroke, and in the upward stroke, the honing finish segment is moved to the stroke position. Retract in the radial direction according to the heel shape. This machining variant creates a relatively smooth contour shape from the beginning of the transition segment, which is particularly difficult to machine.
また、変形例として、壜ホーニング仕上げ作業の際、ホーニング砥石を備えた拡張型ホーニング仕上げツールが用いられ、その長さは、ボアの長さの50%を超える。ホーニング砥石の長さは、例えば、ボアの長さの50%〜80%であるのが良い。壜ホーニング仕上げ作業の際、第1の段階では、次にホーニング仕上げツールを第1のストローク位置において上側逆転箇所と下側逆転箇所との間で上下又は前後に動かしてボアを当初、その長さ全体にわたり円筒形の形状にする。次に、第2の段階において、上側逆転箇所を下側逆転箇所の方向に小刻みに、即ち、複数回のストロークによって変化させ、従って、ストローク長さを次第に減少させる。その結果、ストローク位置を第2のボア区分の付近に位置する第2のストローク位置の方向にシフトさせる。次に、第3の段階において、ホーニング仕上げツールを第2のストローク位置で前後に動かす。この変形例としての方法では、移行区分の基本的な形状は、実質的に、ストローク位置の漸次シフト及びストローク高さの減少の第2段階の際に作られ、この場合、第2のボア区分の直径の増大も又、同時に且つ第3の段階で作られる。 Further, as a modification, an extended honing finishing tool equipped with a honing grindstone is used during the honing finishing work, and its length exceeds 50% of the length of the bore. The length of the honing grindstone is preferably, for example, 50% to 80% of the length of the bore.壜 During the honing operation, in the first stage, the honing finish tool is then moved up and down or back and forth between the upper and lower reversal positions at the first stroke position to initially adjust the length of the bore. Use a cylindrical shape throughout. Next, in the second stage, the upper reverse position is changed in small increments in the direction of the lower reverse position, that is, by a plurality of strokes, and therefore the stroke length is gradually reduced. As a result, the stroke position is shifted in the direction of the second stroke position located near the second bore segment. Next, in a third stage, the honing finish tool is moved back and forth at the second stroke position. In this alternative method, the basic shape of the transition section is made substantially during the second stage of the gradual shift of the stroke position and the reduction of the stroke height, in this case the second bore section. An increase in diameter is also made simultaneously and in a third stage.
壜ホーニング仕上げ作業が比較的長いホーニング砥石を有するホーニング仕上げツールによって実施される場合、のこ歯輪郭形状とほぼ同じ輪郭形状を備えた比較的粗い表面構造を移行区分に作ることができる。したがって又、移行区分に所望の一様な表面構造を得るためには、移行区分又は領域のボア輪郭形状を滑らかにする平滑化ホーニング仕上げ作業が好ましくは壜ホーニング仕上げ作業後に実施され、この場合、環状ツール、即ち少なくとも1つの環状切削群を備えた拡張型ホーニング仕上げツールが平滑化ホーニング仕上げ作業で用いられる。環状ツールにより、移行区分の溝又はばり(まくれ)をなくすことができ、しかも移行区分のアールを丸く(丸形化)することができる。 When the honing finish operation is performed by a honing tool having a relatively long honing wheel, a relatively rough surface structure with a profile that is approximately the same as the sawtooth profile can be created in the transition section. Therefore, in order to obtain the desired uniform surface structure in the transition section, a smoothing honing operation that smoothes the bore contour shape of the transition section or region is preferably performed after the heel honing operation, An annular tool, i.e. an extended honing tool with at least one annular cutting group, is used in the smoothed honing operation. With the annular tool, the grooves or burr of the transition section can be eliminated and the round of the transition section can be rounded (rounded).
平滑化ホーニング仕上げ作業の際、環状切削群の切削材料本体が一定の送り込み力でボアの内面に押し付けられると、有利であることが判明した。これは、幾つかの変形例としての方法では、環状ツール用の油圧送り込みシステムを備えたホーニング盤(ホーニングマシーンと呼ばれることもある)が用いられることによって達成される。環状ツールのホーニング仕上げセグメントによる壜形ボアの輪郭の続きは、この場合、油圧拡張の設計により得られる融通性に基づいて既に作れる。 During the smoothing honing operation, it has proved advantageous if the cutting material body of the annular cutting group is pressed against the inner surface of the bore with a constant feed force. This is achieved in some alternative methods by using a honing machine (sometimes called a honing machine) with a hydraulic feed system for the annular tool. The continuation of the profile of the bowl bore by the honing finish segment of the annular tool can already be made in this case based on the flexibility gained by the design of the hydraulic expansion.
本発明は又、ホーニング仕上げ方法を実施するのに特に適しているが、本発明によってではない他のホーニング仕上げ方法にも用いることができるホーニング仕上げツールに関する。 The present invention also relates to a honing tool that is particularly suitable for carrying out a honing method, but can also be used in other honing methods that are not in accordance with the present invention.
本発明は又、ホーニング仕上げされた内面を備える少なくとも1つのボアを有する工作物に関し、この場合、ボアは、壜形ボアであり、この壜形ボアは、ボア入口に続き、第1の直径を備えた第1のボア区分、第1の直径よりも大きい第2の直径を備えていてボア入口から離れて位置する第2のボア区分、及び第1の直径から第2の直径まで連続的に移行していて第1のボア区分と第2のボア区分との間に位置する移行区分を有する。工作物は、本発明のホーニング仕上げツールを用いて機械加工される。 The invention also relates to a workpiece having at least one bore with a honing finished inner surface, wherein the bore is a saddle bore, the saddle bore following the bore inlet and having a first diameter. A first bore section provided, a second bore section having a second diameter greater than the first diameter and located away from the bore inlet, and continuously from the first diameter to the second diameter There is a transition section that is transitioned and located between the first bore section and the second bore section. The workpiece is machined using the honing tool of the present invention.
特に、工作物は、往復ピストン機械用のシリンダブロック又はシリンダライナであるのが良い。往復ピストン機械は、例えば、内燃エンジン(燃焼エンジン)又は圧縮機であるのが良い。 In particular, the workpiece may be a cylinder block or cylinder liner for a reciprocating piston machine. The reciprocating piston machine may be, for example, an internal combustion engine (combustion engine) or a compressor.
以下は、端機械加工状態では壜のマクロ形状を有するようになった1つ又は2つ以上のボアを有する材料除去機械加工中、本発明の実施形態との関連で使用できるホーニング仕上げ方法及びホーニング仕上げツールの例示の実施形態の説明である。
The following is a honing finishing method and honing that can be used in connection with embodiments of the present invention during material removal machining with one or more bores that now have a trough macro shape in the
図1は、内燃エンジン用のエンジンブロック(シリンダクランクケース)の形態をした工作物100の1つのかかる壜形ボア110の概略縦断面図である。このボアは、そのボア軸線112に関して回転対称であり、このボアは、取り付け状態ではシリンダヘッドに向いたボア入口114から反対側のボア出口116までボア長さLにわたって延びている。ボアを異なる機能の3つの相互に隣接した区分に分割することができ、これら区分は、互いに摺動的に、即ち、段部又は縁部の形成なしに互いに合体している。
FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view of one such bowl-shaped
入口側端部のところの第1のボア区分120は、第1の直径D1及び第1の長さL1を有している。反対側の出口側端部のところに位置する第2のボア区分130は、第2の長さL2にわたって延び、この第2のボア区分の内径(第2の直径)D2は、第1の直径D1よりも大きい。部分的に円錐形の移行区分140は、第1のボア区分120と第2のボア区分130の間に配置され、この移行区分140では、第1の直径から第2の直径までの連続した移行が生じている。第1の変形R1が移行区分の中央の実質的に円錐形の部分と第1のボア区分との間に形成され、第2の半径R2が移行区分と第2のボア区分との間に形成されている。半径R1,R2は、実質的に同一であるのが良いが、第1の直径が第2の直径よりも小さく又は大きくても良い。
The
典型的なボア幾何学的形状の場合、第1の長さL1は、例えば、ボア長さLの15%〜40%であるのが良い。第2の長さL2は、代表的には第1の長さよりも大きく、多くの場合、ボア長さLの40%〜60%である。移行区分は、通常、隣接のボア区分に対して比較的短い。代表的な第3の長さL3は、ボア長さLの5%から20%までの範囲内にあるのが良い。これらの幾何学的比率からの逸脱も又可能である。 For a typical bore geometry, the first length L1 may be 15% to 40% of the bore length L, for example. The second length L2 is typically larger than the first length, and in many cases is 40% to 60% of the bore length L. The transition segment is usually relatively short relative to the adjacent bore segment. The representative third length L3 may be in the range of 5% to 20% of the bore length L. Deviations from these geometric ratios are also possible.
第1の直径D1と第2の直径D2の直径の差が、ホーニング仕上げ機械加工にとって特有の公差とかなり範囲外にあり、シリンダ形状の場合、最大10μm(直径を基準とする)のオーダの範囲内にある。70mm〜150mmのオーダの内径の絶対値の場合、直径の差は、例えば、20μm〜90μmにあるのが良い。 The difference in diameter between the first diameter D1 and the second diameter D2 is well outside the tolerances specific to honing finish machining, and in the case of a cylinder shape, a range of the order of up to 10 μm (based on diameter) Is in. In the case of the absolute value of the inner diameter of the order of 70 mm to 150 mm, the difference in diameter may be, for example, 20 μm to 90 μm.
半径R1,R2、外側ボア区分及び移行区分の長さ並びにボア軸線と移行区分の接線とのなす接線角度Tは、低いブローバイ、低い油消費量及びピストンリングの低い摩耗がエンジンの典型的な作動状態で生じるよう最適化されるのが良い。 The radii R1, R2, the length of the outer bore section and the transition section, and the tangent angle T between the bore axis and the transition section tangential, low blow-by, low oil consumption and low piston ring wear are typical of engine operation. It should be optimized to occur in the state.
ボアが壜の形になっている結果として、ボアは、入口の付近の領域では比較的幅が狭く(細く)、従って、ボア内で動いているピストンのピストンリングは、高い縁部応力下でボア内面118に押し付けられる。その結果、燃焼が主として起こると共に高い圧力が生じる場所では確実な封止が達成され、油膜が下向きストロークの際にかき取られる。燃焼により加速されるピストンは、ボア入口の方向に動き、ピストンリングは、最初に、内径が次第に大きくなる移行区分を通って走り(部分的に)次に、第2のボア区分を通って走る。ピストンリングは、移行区分内で次第に弛む場合があり、封止は、圧力差がピストンリングのところで低下するので十分な程度まで残存する。第2のボア区分の始まりのところで、リングパッケージは、その最も低い応力状態に達し、従って、縁部応力の減少の故に正確に言えば最大ピストン速度の付近で摩擦損失が減少する。次に、上向きストローク中、縁部応力は、ピストンリングが移行区分の出口側アールに達して第1のボア区分の方向に移行区分を通って走るやいなや再び増大する。
As a result of the bore being in the shape of a saddle, the bore is relatively narrow (thin) in the region near the inlet, so the piston ring of the piston moving in the bore is subject to high edge stresses. It is pressed against the bore
マクロ形状(壜形状)に関すると共に摩擦学的に応力の加わるボア内面に関してかかるボアを高品質で経済的に作ることができる精密加工プロセスは、本発明の実施形態では、少なくとも1回のホーニング仕上げ作業を含み、かかるホーニング仕上げ作業では、本願では「環状ツール」とも呼ばれる特定の構成のホーニング仕上げツールが用いられる。環状ツールは、ツール本体に環状的に取り付けられると共に切削材料本体を含む少なくとも1つの切削群を有し、切削材料本体は、ツール本体の周囲に沿ってぐるりと分布して配置され、これら切削材料本体を関連の送り込みシステムによって半径方向に送り込むことができ又は引っ込めることができる。切削材料本体は、ホーニング仕上げセグメントとして設計され、これらホーニング仕上げセグメントの幅は、軸方向に見てその長さよりも円周方向の方が著しく大きい。工作物から材料を除去する役割を担う切削材料本体は、軸方向に比較的幅の狭い領域(切削群のリング)に集中して配置され、ホーニング仕上げツールの周囲の比較的大部分を占める。その結果、直径の異なるボア区分が軸方向に互いに隣接して位置するボア形状を比較的高い材料除去能力で作ることができる。 A precision machining process that is capable of making such a bore with high quality and economy with respect to the macro shape (saddle shape) as well as the inner surface of the bore that is tribologically stressed is, in an embodiment of the present invention, at least one honing finish operation. In such honing operations, a particular configuration of honing tool, also referred to herein as an “annular tool”, is used. The annular tool has at least one cutting group that is annularly attached to the tool body and includes a cutting material body, the cutting material body being arranged distributed around the periphery of the tool body. The body can be fed or retracted radially by an associated feeding system. The body of the cutting material is designed as a honing finish segment, the width of these honing finish segments being significantly greater in the circumferential direction than in their length when viewed in the axial direction. The cutting material body responsible for removing material from the work piece is concentrated in a relatively narrow area (ring of the cutting group) in the axial direction and occupies a relatively large portion around the honing finishing tool. As a result, bore shapes in which bore sections having different diameters are located adjacent to each other in the axial direction can be produced with a relatively high material removal capability.
図2の部分図である図2Aは、単一の環状切削群220を備え、1回の拡張が行われる環状ツール200の実施形態の縦断面図である。図2Bは、切削群の横断面図である。環状ツール200は、ツール軸線212を定めたツール本体210を有し、ツール軸線212は、それと同時に、ホーニング仕上げ機械加工中にリングツールの回転軸線で回る。環状ツールをホーニング盤又はスピンドル軸線回りに回転可能であると共にスピンドル軸線に平行に前後に振動する仕方で動くことができる作業スピンドルを有する別の加工機械の駆動ロッドに結合する結合構造体(具体的には示されていない)が環状ツールのスピンドル側端部のところ(図2Aの頂部のところ)に配置されている。
FIG. 2A, which is a partial view of FIG. 2, is a longitudinal cross-sectional view of an embodiment of an
環状切削群220が複数個(この実施例の場合には3つ)の切削材料本体220‐1,220‐2,220‐3を有し、これら切削材料本体がツール本体の周囲にわたって一様に分布して配置され、これら切削材料本体を切削材料本体送り込みシステムによりツール軸線212に対して半径方向外方に送り込むことができ、その目的は、切削材料本体の研磨的に作用する外方側部を規定された接触圧力又は押圧力で、機械加工されるべきボアの内面に押し付けることにより、このような環状切削群220がツール本体のスピンドルから見て遠くの端部のところ(図2Aの底部のところ)に配置されている。弧状に湾曲した3つの切削材料本体の各々は、円周方向に極めて幅が広いが軸方向に幅が狭くしかも115°〜120°の円周方向角度領域にわたるホーニング仕上げセグメントとして設計されている。ホーニング仕上げセグメントは、ツール本体から結合解除されてツール軸線212に関してツール本体に対して半径方向に変位可能である。ホーニング仕上げセグメントにより形成されるリングは、ツール本体と面一をなすスピンドルから見て遠くの側部のところで終端し、その結果、リングが、環状ツールのスピンドルから見て遠くの端部のところでツール本体のスピンドルから見て遠くに位置する半部内に完全に嵌まり込んでいる。
The
ホーニング仕上げセグメントの軸方向長さLHSは、ボア長さLの15%未満、特に10%未満である。ホーニング仕上げセグメントの高さは、約4mm〜35mmであり、特に約10mm(軸方向)であり、これは、この実施例の場合、切削部分の有効外径の5%〜30%、特に10%〜20%に相当している。軸方向長さLHSは、この場合、それと同時に、ホーニング仕上げツールの切削領域全体の軸方向長さに相当している。 The axial length LHS of the honing finish segment is less than 15%, in particular less than 10% of the bore length L. The height of the honing finish segment is about 4 mm to 35 mm, in particular about 10 mm (axial direction), which in this example is 5% to 30%, in particular 10% of the effective outer diameter of the cutting part. It corresponds to ~ 20%. In this case, the axial length LHS corresponds to the axial length of the entire cutting area of the honing finish tool.
各切削材料本体は、関連の鋼製の支持ストリップ224‐1,224‐2の外側の側部へのはんだ付けによって取り付けられている。変形例として、切削材料本体は又、接着又はねじによって取り付けられても良く、その結果、容易な交換が可能である。各支持ストリップの内側の側部は、軸方向に変位可能な送り込みコーン232の円錐形外面と相互作用し、かかる相互作用は、送り込みコーンが機械側の送り込み装置によって復元ばね234,226,228の斜めの表面を有し、この斜めの表面は、234,226,228の力とは逆に向いた環状ツールのスピンドルから見て遠くの端部の方向に押されたときに、支持ストリップがこれらによって支持された切削材料本体と共に半径方向内方に送り込まれるようなものである。逆の送り込み運動の場合、支持ストリップは、周辺戻しばね226,228によりホーニング仕上げセグメントと共に半径方向内方に戻される。その結果、切削材料本体の半径方向位置は、送り込みコーン232の軸方向位置により遊びのない状態で制御される。
Each body of cutting material is attached by soldering to the outer side of the associated steel support strips 224-1, 224-2. As a variant, the cutting material body may also be attached by gluing or screws, so that an easy exchange is possible. The inner side of each support strip interacts with the conical outer surface of the axially
このツールに関する技術的概念は、ホーニング仕上げオーバーランが減少した状態で、例えば、ホーニング仕上げ減少ランが最大でも5mmの状態でシリンダボアを機械加工するのに特に適している。この種の幾何学的形状は、代表的には、止まり穴型ボアの場合、又はモノブロックエンジン若しくはV形エンジンで生じる。 The technical concept for this tool is particularly suitable for machining cylinder bores with reduced honing finish overrun, for example with a honing finish reduced run of at most 5 mm. This type of geometry typically occurs in a blind hole bore or in a monoblock engine or a V-shaped engine.
図3は、例示の実施形態としての環状ツール300を示しており、この環状ツールは、同様に、ツール本体310のスピンドルから見て遠くの端部側の端のところに配置された単一の環状切削群320を有している。図3Aは、環状ツールの縦断面図であり、図3Bは、切削群の横断面図である。しかしながら、図2の例示の実施形態とは対照的に、二重拡張が行われるホーニング仕上げツールが提供されている。環状切削群320は、互いに別個独立に送り込み可能なホーニング仕上げセグメントの2つの群を有し、これら群に属するホーニング仕上げセグメントは、各々、円周方向において互いに対して交互に位置した状態で配置されている。ホーニング仕上げセグメントの第1の群は、互いに対してそれぞれ120°だけ円周方向にオフセットした状態で配置された3つの第1のホーニング仕上げセグメント320‐1を有している。ホーニング仕上げセグメントの第2の群に属する3つの第2のホーニング仕上げセグメント320‐2は、それぞれ、これら第1のホーニング仕上げセグメントの間に配置されている。第1の群は、比較的粗い切削層を備えた切削材料本体を有し、第2の群は、これら粗い切削層に対して比較的細かい切削層を備えた切削材料本体を有する。軸方向案内ストリップ326がそれぞれすぐ隣り合うホーニング仕上げセグメント相互間に配置されている。球面継手350がツール本体310と結合構造体340との間に設けられ、この結合構造体は、ホーニング仕上げツールを作業スピンドル等に結合するために設けられ、従って、ホーニング仕上げツールは、ホーニングスピンドルに対して複数本の軸線において制限された程度まで動くことができる。
FIG. 3 shows an
第1のホーニング仕上げセグメントは、第1の送り込みシステムにより半径方向に送り込み可能である。第1の送り込みシステムは、第1の送り込みロッド332‐Iを含み、この第1の送り込みロッドは、ツール本体の中央上を延び、スピンドルから見て遠くの端部のところには、円錐形断面を有し、この円錐形断面は、ホーニング仕上げセグメントの第1の群の支持ストリップの斜めの表面と相互作用する。第2の送り込みシステムがホーニング仕上げセグメントの第2の群を送り込むのに役立ち、この第2の送り込みシステムは、管状送り込み要素332‐Aを有し、この管状送り込み要素332‐Aは、送り込みロッド332‐Iを包囲し、そのスピンドルから見て遠くの端部のところには、円錐形外面を有し、この円錐形外面は、第2のホーニング仕上げセグメントの支持ストリップの斜めの表面と相互作用する。 The first honing finish segment can be fed radially by the first feeding system. The first infeed system includes a first infeed rod 332-I that extends over the center of the tool body and has a conical cross section at the end far from the spindle. And this conical cross section interacts with the beveled surface of the first group of support strips of the honing segment. A second infeed system serves to deliver a second group of honing finish segments, the second infeed system having a tubular infeed element 332-A, which in turn includes an infeed rod 332 -I surrounds and at its end far from the spindle has a conical outer surface that interacts with the oblique surface of the support strip of the second honing finish segment .
ホーニング仕上げセグメントの第1の群に属する3つのホーニング仕上げセグメントを第1の送り込みシステムによって拡張することができ、その目的は、或る特定のホーニング仕上げ作業、例えば平滑化ホーニング仕上げ作業又は構造体ホーニング仕上げ作業を実施することにある。この代わりに、異なる形式の切削層を有するホーニング仕上げセグメントの他の群を送り込む場合、異なるホーニング仕上げ作業、例えばばり取りホーニング仕上げ作業又はプラトーホーニング仕上げ作業を実施することができる。二重拡張方式の環状ツールにより、2つの互いに異なるホーニング仕上げ作業を連続して実施することができ、この場合、他方において、ツールの変更が行われず又は機械加工のための別のホーニングスピンドルは用いられない。 Three honing segments belonging to the first group of honing segments can be expanded by the first infeed system, the purpose of which is a certain honing operation, for example a smoothing honing operation or a structure honing. It is to carry out finishing work. Alternatively, when feeding another group of honing finish segments having different types of cutting layers, different honing finishing operations, such as deburring honing finishing operations or plateau honing finishing operations can be performed. With the double-expanded annular tool, two different honing finishing operations can be carried out in succession, in which case no tool changes are made or another honing spindle for machining is used. I can't.
図4の部分図である図4Aは、二重拡張方式の一実施形態としての環状ツール400の縦断面図であり、この環状ツール400は、図3の例示の実施形態とは対照的に、2つの環状切削群420‐1,420‐2を有し、これら環状切削群は、ツール本体410のスピンドルから見て遠くの部分内で互いに対して軸方向にオフセットした仕方で取り付けられている。環状切削群の各々(図4Bでは断面)は、3つの共通の送り込み可能なホーニング仕上げセグメントを有し、これらホーニング仕上げセグメントは各々、周囲の約110°〜115°に及んでいる。これとは対照的に、ホーニング仕上げセグメントの軸方向長さは、僅かであり、代表的には、ボア長さの10%未満であり且つ/或いは切削材料本体の付近におけるホーニング仕上げツールの有効外径の10%〜20%である。空気圧直径測定システムの測定ノズル440が、それぞれ、隣り合うホーニング仕上げセグメント相互間でツール本体に取り付けられている。切削群は、互いに対して軸方向に近接して配置され、その結果、2つの環状切削群が配置されているホーニング仕上げツールの切削領域は、ホーニング仕上げツールの有効外径よりも軸方向において実質的に短い。
4A, a partial view of FIG. 4, is a longitudinal cross-sectional view of an
幾つかの実施形態では、切削材料本体は、ツール本体に対して弾性的に撓むことができる仕方で設けられている。その結果、軸方向運動の際に輪郭を辿る可能性をオプションとして向上させることができる。例えば、ばね要素(例えば、板ばね、圧縮コイルばね等)をキャリヤ要素と切削材料本体との間に連結するのが良い。また、例えば適当な箇所のところに構造的に提供されるスロット等の形態でキャリヤ材料の断面を弱めることによってキャリヤ要素がそれ自体弾性的に撓むことができるよう設計することが可能である。 In some embodiments, the cutting material body is provided in a manner that allows it to flex elastically with respect to the tool body. As a result, the possibility of following the contour during the axial movement can be improved as an option. For example, a spring element (eg, a leaf spring, a compression coil spring, etc.) may be connected between the carrier element and the cutting material body. It is also possible to design the carrier element so that it can flex elastically by weakening the cross-section of the carrier material, for example in the form of a slot provided structurally at a suitable location.
本願において説明している形式の1つ又は2つ以上の環状ツールを用いることによりボア内面の所望の表面構造を備えた壜形ボアを作ることができる種々の形態が存在する。図5及び図6と関連して第1の例示の実施形態について説明する。 There are various configurations that can make a saddle bore with the desired surface structure of the bore inner surface by using one or more annular tools of the type described herein. A first exemplary embodiment will be described in connection with FIGS.
この変形例としての方法の場合、最初に、例えば精密穴あけによってあらかじめ機械加工されたボアから始まって軸方向に比較的に長く且つ幅の狭い(細い)ホーニング砥石を有する従来型ホーニング仕上げツールを用いて円筒形の形状のホーニング仕上げされたボアを作る。軸方向砥石長さIは、この場合、ボア長さL全体の約1/2〜2/3であった。第1のホーニング仕上げ作業(予備ホーニング仕上げ)では、タイプD107のダイヤモンド砥石を用いてこの作業を実施し、次に細かい結晶粒度(結晶粒度D54)を用いて中間のホーニング仕上げ作業を実施した)。その結果、理想的な形状から僅かに逸脱すると共に比較的滑らかな表面(Rz<8μm)の実質的に円筒形のボア形状を作った。この場合、入口側及び出口側のホーニングオーバーランSは、従来方法の場合とほぼ同様に砥石長さの約1/3であった。ホーニングオーバーランをV形エンジン又はモノブロックエンジンの機械加工中に減少させることができる。 In the case of this alternative method, first a conventional honing tool is used, starting with a bore that has been machined beforehand, for example by precision drilling, and having a relatively long and narrow (thin) honing wheel in the axial direction. To make a honed bore with a cylindrical shape. In this case, the axial grinding wheel length I was about 1/2 to 2/3 of the entire bore length L. In the first honing finishing operation (preliminary honing finishing), this operation was performed using a diamond grindstone of type D107, and then an intermediate honing finishing operation was performed using a fine grain size (grain size D54). The result was a substantially cylindrical bore shape with a slight deviation from the ideal shape and a relatively smooth surface (R z <8 μm). In this case, the honing overrun S on the inlet side and the outlet side was about 1/3 of the grindstone length in the same manner as in the conventional method. The honing overrun can be reduced during machining of the V or monoblock engine.
壜ホーニング仕上げ作業として次の第3のホーニング仕上げ作業を設計した。壜ホーニング仕上げ作業により、幾何学的に不定の切れ刃を用いて材料の軸方向に変化する除去を行うことによって壜形ボア形状を作る。第3のホーニング仕上げ作業(壜ホーニング仕上げ作業)では、砥石長さIが2/3Lの比較的長いホーニング砥石を持ち且つ図6を参照して説明する専用のストローク制御によりこの作業を同様に実施した。図6は、壜ホーニング仕上げ作業中におけるホーニング時間tの関数としてのホーニング仕上げツールのストローク位置HPを概略的に示している。ホーニング仕上げツールの挿入後、シリンダフェースの機械加工は、当初、第1のストローク位置において円筒形ボアの機械加工の場合と正確に同一のストローク長さで第1の時刻t1から時刻t2まで進む。この場合、「ストローク位置」という用語は、往復運動の上側逆転箇所UOと下側逆転箇所UUとの間の領域を意味している。したがって、逆転箇所の各シフトも又、ストローク位置を変化させる。 The following third honing finishing work was designed as a honing finishing work. By a honing finish operation, a saddle-shaped bore shape is created by performing removal that changes in the axial direction of the material using a geometrically indefinite cutting edge. In the third honing finishing operation (saddle honing finishing operation), this operation is similarly performed by a special stroke control which has a relatively long honing stone having a grinding wheel length I of 2/3 L and will be described with reference to FIG. did. FIG. 6 schematically shows the stroke position HP of the honing tool as a function of the honing time t during the hoisting work. After insertion of the honing tool, the cylinder face is initially machined from the first time t 1 to the time t 2 with exactly the same stroke length as the machining of the cylindrical bore at the first stroke position. move on. In this case, the term “stroke position” means a region between the upper reverse position UO and the lower reverse position UU of the reciprocating motion. Thus, each shift in the reverse location also changes the stroke position.
規定された第2の時刻t2から、ホーニング盤は、自動的に、ストローク位置の小刻みな変化に切り替わり、そして、各ストローク後、上側逆転箇所UOを下側逆転箇所UUの方向に小刻みにさせる。第2の時刻t2の一時的な位置を例えば、ストロークの或る特定の回数、所定のホーニング時間、材料の所定の除去分又は別のトリガとなるパラメータによって定めることができる。同様に、2つの連続して行われるストローク相互間における上側逆転箇所の変化の増分INの程度を必要に応じて調節することができる。ストロークシフト段階が第3の時刻t3で終わった後、到達した新たな第3のストローク位置でボアをホーニング仕上げし、ついには、第2のボア区分が所望の直径に達し、壜形状(図1を比較参照されたい)が作られる。 From the prescribed second time t 2 , the honing machine automatically switches to small changes in the stroke position and, after each stroke, causes the upper reversal point UO to be chopped in the direction of the lower reversal point UU. . The temporary position of the second time t 2 can be determined, for example, by a certain number of strokes, a predetermined honing time, a predetermined removal of material or another triggering parameter. Similarly, the degree of incremental IN of the change in the upper reversal point between two consecutive strokes can be adjusted as needed. After the stroke shift phase ends at the third time t 3 , the bore is honed at the new third stroke position reached, and finally the second bore section reaches the desired diameter and the saddle shape (see FIG. (See 1 for comparison).
ストロークシフトの小刻みな変化及びストロークシフトの一時的な順序がどのようにあらかじめ定められるかに応じて、種々の半径及び接戦角度が移行区分に作られる。したがって、これらパラメータをストロークシフトのパラメータによりあらかじめ定めることができる。壜ホーニング仕上げ作業は、ホーニング砥石により都合良く実施され、これらホーニング砥石の切削材料結晶粒は、予備ホーニング仕上げ又は中間ホーニング仕上げのための切削材料結晶粒よりも細かい。例えば、ダイヤモンド結晶粒がD35の範囲内にある状態でこの作業を実施するのが良く、その目的は、既に比較的細かい表面構造を有する壜形状を得ることにある。 Depending on the minute changes in stroke shift and how the temporal order of stroke shift is predetermined, various radii and contact angles are created in the transition section. Therefore, these parameters can be determined in advance by stroke shift parameters. The honing finish operation is conveniently performed with a honing wheel, and the cutting material grains of these honing wheels are finer than the cutting material grains for pre-honing or intermediate honing. For example, this operation may be performed with diamond crystal grains in the range of D35, the purpose of which is to obtain a bowl shape that already has a relatively fine surface structure.
比較的長いホーニングストリップ及び小刻みなストロークシフトにより壜形状を作っている間、のこ歯輪郭形状とほぼ同じ小さな段部を有する比較的粗い表面構造体を移行領域に作るのが良い。この種の構造体は、一般的には望ましくない。したがって、移行区分及び隣接のアールを含むボアの内面全体上に一様に所望の表面構造体を得るため、本明細書において説明している方法では、壜ホーニング仕上げ作業後、アールを丸形化すること及び表面を滑らかにすることを環状ツールにより実施する。この場合、この作業を例えば、D10〜D15の範囲内の、特にD12の更に細かい切削手段を用いて実施するのが良い。適当な環状ツールの選択(例えば、単一の拡張、共通のリングの状態に配列された2つの切削群を備えた二重拡張、又は2つの軸方向にオフセットした環状切削群の状態に配置された2つの切削群を有する二重拡張)は、とりわけ、シリンダブロックの設計で決まる。ツールの選択は、例えば、考えられるホーニングオーバーランの程度及び/又は横方向ボアの位置及びサイズに合わせるのが良い。例えば、シリンダクランクケースが大きな横方向ボアを有する場合、一般的には、単一拡張方式の環状ツールを用いてこの作業を実施することが好都合である(例えば図2を比較参照されたい)。例示のプロセスでは、壜ホーニング仕上げ作業という機械加工中に移行区分に生じた溝又はばりを滑らかにするために環状切削群を備えたかかる環状ツールが用いられている。環状ツールにより、移行領域のアールも又、丸形化され、表面値をこれらが隣り合う第1のボア区分と第3のボア区分の表面値と実質的に同一であるように変化させる。 While creating a ridge shape with a relatively long honing strip and small stroke shifts, a relatively rough surface structure having a small step similar to the sawtooth profile may be created in the transition region. This type of structure is generally undesirable. Therefore, to obtain the desired surface structure uniformly over the entire inner surface of the bore including the transition section and adjacent radius, the method described herein rounds the radius after the hoisting honing operation. And smoothing the surface with an annular tool. In this case, for example, this operation may be performed using a finer cutting means within the range of D10 to D15, particularly D12. Selection of a suitable annular tool (e.g. arranged in a single expansion, a double expansion with two cutting groups arranged in a common ring state, or two axially offset annular cutting groups) The double expansion with only two cutting groups) depends, inter alia, on the design of the cylinder block. The choice of tool may be tailored to the degree of honing overrun considered and / or the position and size of the lateral bore, for example. For example, if the cylinder crankcase has a large transverse bore, it is generally convenient to perform this task using a single expansion type annular tool (see, eg, FIG. 2). In an exemplary process, such an annular tool with an annular cutting group is used to smooth the grooves or burrs created in the transition section during the machining of the heel honing operation. With the annular tool, the radius of the transition region is also rounded, changing the surface values so that they are substantially identical to the surface values of the adjacent first and third bore sections.
この目的のため、図7は、図示のプロセスにおける単一拡張方式の環状ツールの使用後の壜形シリンダの丸形輪郭形状の測定図である。この図のx軸(ボア軸線に平行である)上の尺度は、図示の測定単位当たり5mmであり、y軸(ボアの半径方向)上の尺度は、10μmの測定単位である。 For this purpose, FIG. 7 is a measurement of the round profile of a saddle cylinder after use of a single expansion type annular tool in the illustrated process. The scale on the x-axis (parallel to the bore axis) in this figure is 5 mm per unit of measurement shown, and the scale on the y-axis (in the radial direction of the bore) is 10 μm.
環状ツールの使用は、軸方向におけるボア輪郭の滑らかな縁のない輪郭形状について利点を提供するだけではない。また、図示の形式の環状ツールの場合、環状切削群の切削材料本体がホーニング仕上げツールの周囲の大部分(例えば、70%〜80%)を占めているので、機械加工されたボア内面の極めて一様なオーバーラップ状態がホーニング仕上げ中、あらゆる軸方向位置において作られる。「オーバーラップ」という用語は、本明細書では、ボア長さ全体及び周囲にわたるホーニング仕上げ溝の分布の一様性を定量的に意味している。軸方向に比較的長いホーニング砥石を有する従来型ホーニング仕上げツールが用いられる場合、幾つかの周囲環境下においては、ボアに非一様な粗さ又は波きず又は表面うねりが生じる場合がある。ブロックの設計に応じて、この問題は、例えばエンジンブロックが短いホーニング仕上げツール出口で機械加工されなければならない場合、深刻な状態で生じる場合がある。長さがほんの数ミリメートルのホーニング仕上げツール出口の場合、長いホーニング砥石の非一様な摩耗が生じる場合があり、従って、ボアは、上側逆転箇所よりも下側逆転箇所の方で得られる直径が小さい場合がある。かかる問題を従来型ホーニング仕上げツール(長いホーニング砥石を備えている)が用いられる場合に適当なホーニング仕上げパラメータの選択によって実質的に回避する必要があるが、対応のホーニング仕上げプロセスの構成は、比較的時間がかかり且つ費用がかかる。長い砥石による非一様な機械加工が回避されるようホーニング仕上げプロセス形態が最適化されるまで複数回の試験を実施しなければならない場合が多い。環状ツールが用いられる場合、多くの従来生じていた問題を回避することができる。環状ツールの利点としては、とりわけ、以下が挙げられる。
1.環状切削群の付近のホーニング仕上げツールの周囲の大部分が切削材料本体で占められるので、ボアの内面を環状ツールによる方が砥石ツールによる場合よりも極めて迅速に構造化することができる。その結果、オプションとしてサイクル時間を短縮することができる。
2.例えば形状を是正するためにストローク長さを調節すれば、環状ツールが用いられる場合に粗さの分布のやっかいな非一様性が生じることがない。というのは、ストローク長さを変化させる場合であってもオーバーラップ状態が保持されるからである。
3.環状切削群が実質的に一様に摩耗し、従って、環状ツールが用いられる場合、特に下側逆転箇所の付近における望ましくないコニシティを回避することができる。
4.新規なホーニング仕上げプロセス用のホーニング盤の設置は、従来型砥石ホーニング仕上げツールが用いられる場合よりも環状ツールが用いられる場合の方が極めて簡単且つ迅速に進むことができる。オーバーラップ状態は、ツール構成の故に要件の範囲内で十分に一様である。
The use of an annular tool not only provides advantages for the smooth edgeless contour shape of the bore contour in the axial direction. In the case of the annular tool of the type shown in the figure, the cutting material body of the annular cutting group occupies most of the periphery (for example, 70% to 80%) of the honing finish tool. A uniform overlap condition is created at every axial position during honing. The term “overlap” as used herein quantitatively means the uniformity of the distribution of honing finish grooves over the entire bore length and perimeter. When conventional honing tools with relatively long honing wheels are used, the bore may have non-uniform roughness or waviness or surface waviness under some ambient conditions. Depending on the design of the block, this problem can occur in serious situations, for example if the engine block has to be machined with a short honing tool exit. In the case of a honing finish tool exit that is only a few millimeters in length, non-uniform wear of the long honing wheel may occur, so the bore has a diameter that is obtained at the lower reversing point rather than the upper reversing point It may be small. Such problems need to be substantially avoided by selecting appropriate honing parameters when conventional honing tools (with long honing wheels) are used, but the configuration of the corresponding honing process is comparable. Time and cost. Often, multiple tests must be performed until the honing finish process configuration is optimized to avoid non-uniform machining with long wheels. Many conventional problems can be avoided when an annular tool is used. Among the advantages of an annular tool are, among others:
1. Since most of the periphery of the honing finish tool in the vicinity of the annular cutting group is occupied by the cutting material body, the inner surface of the bore can be structured much faster with the annular tool than with the grinding wheel tool. As a result, the cycle time can be shortened as an option.
2. For example, adjusting the stroke length to correct the shape will not cause the troublesome non-uniformity of the roughness distribution when an annular tool is used. This is because the overlap state is maintained even when the stroke length is changed.
3. When the annular cutting group wears substantially uniformly, and therefore an annular tool is used, undesirable conicities, especially near the lower reversal point, can be avoided.
4). The installation of a honing machine for a new honing finish process can proceed much easier and faster when an annular tool is used than when a conventional grinding wheel honing tool is used. The overlap state is sufficiently uniform within the requirements due to the tool configuration.
単一拡張方式の環状ツールではなく、構造化のために単一の切削群リングを有すると共に二重拡張方式の(例えば、図3を比較参照されたい)の環状ツールを用いる場合、一様なオーバーラップ状態を保証するためには、一般的には、単一拡張方式の環状ツールの使用と比較して、ストローク回数を増大させることが必要になろう。しかしながら、環状ツールの利点が維持されると共にボア内面の一様な構造化のためのストロークの所要の回数は、依然として、長いホーニング砥石を備えた従来型ホーニング仕上げツールの使用の際のストロークの多様の数よりも常に少ない。 Uniformity when using a single tool group ring for structuring and a double tool tool (for example, see FIG. 3) In order to guarantee an overlap condition, it will generally be necessary to increase the number of strokes compared to the use of a single expansion type annular tool. However, the advantage of the annular tool is maintained and the required number of strokes for the uniform structuring of the bore inner surface still varies with the stroke when using a conventional honing finish tool with a long honing wheel. Always less than the number of.
環状ツールが用いられる場合、油圧拡張によって送り込み力を好都合に及ぼす頃ができ、従って、表面を一定の力で実質的に機械加工することができる。軸方向に変化する輪郭の続きを油圧拡張の融通性の故に設計によってのみ生じさせることができる。 When an annular tool is used, it is possible to conveniently exert the feed force by hydraulic expansion, and thus the surface can be substantially machined with a constant force. An axially changing contour continuation can only be produced by design due to the flexibility of hydraulic expansion.
環状ツールによってボア内面を滑らかにすると共にアールを丸形化した後、次に、1回又は2回以上のそれ以上のホーニング仕上げ作業を実施して壜形ボアに最終的に所望の表面構造を生じさせることができる。 After smoothing the bore inner surface with an annular tool and rounding the radius, one or more further honing finish operations are then performed to finally give the desired surface structure to the saddle bore. Can be generated.
一例として今説明したプロセスを最初に実施し、次に、本明細書において「環状ツールによる螺旋構造体ホーニング」と呼ばれる第5のホーニング仕上げ作業を実施する。このホーニング仕上げ作業では、ホーニング仕上げツールの軸方向速度及び回転速度を互いに協調させて例えば140°オーダの比較的大きなホーニング角度を生じさせる。当然のことながら、他の別の方法では、別のホーニング角度及び/又は粗さプロフィールも又生じさせても良い。実施例の場合、螺旋構造体ホーニングは、材料の事実上大部分ではない除去が得られるよう構成されているが、適当な深さ及び分布状態の溝が表面に作られるだけであり、この表面は、低い切断結晶粒密度を有する比較的粗い結晶粒の切削材料本体によって丸形化作業後では極めて滑らかである。例えば、1.25体積%〜15体積%の切削材結晶粒密度及び/又は35〜200μmの結晶粒度を有する切削材料本体を用いることができる(例えば、独国特許出願公開第102005018277(A1)号明細書を比較参照されたい)。 As an example, the process just described is first performed, and then a fifth honing finish operation, referred to herein as “spiral structure honing with an annular tool”, is performed. In this honing operation, the axial speed and rotational speed of the honing tool are coordinated to produce a relatively large honing angle, for example on the order of 140 °. Of course, in other alternative methods, other honing angles and / or roughness profiles may also be produced. In the example, the helical structure honing is configured to provide removal of virtually no material, but only grooves of appropriate depth and distribution are created on the surface. Is very smooth after the rounding operation due to the relatively coarse grain cutting material body having a low cutting grain density. For example, a cutting material body having a cutting material crystal grain density of 1.25 to 15% by volume and / or a crystal grain size of 35 to 200 μm can be used (for example, German Patent Application Publication No. 102005018277 (A1)). See the description for comparison).
次に、第6の最終のホーニング仕上げ作業では、先に構造化された表面も又ばり取りする(ばり取りホーニング)。この目的のため、好ましくは、同様に、細かい切削材を含む環状ツール、例えば、これ又第4のホーニング仕上げ作業(アールの丸み付け及び平滑ホーニング)のために用いられた同じ環状ツールを用いる。この場合の作業を互いに異なる拡張形式で実施するのが良い。拡張形式は、油圧式/油圧式、油圧式/機械式、又は機械式/機械式で構成されるのが良い。機械式拡張の場合、例えば、サーボ機械式拡張(油圧のような拡張)による力制御方式で又はピストン及び力制御方式で動きを実施するのが良い。 Next, in the sixth final honing operation, the previously structured surface is also deburred (deburring honing). For this purpose, it is also preferable to use an annular tool containing fine cutting material, for example the same annular tool which is also used for the fourth honing operation (R rounding and smooth honing). The work in this case is preferably performed in different extended formats. The expansion type may be configured as hydraulic / hydraulic, hydraulic / mechanical, or mechanical / mechanical. In the case of mechanical expansion, for example, the movement may be performed by a force control system by servo mechanical expansion (expansion such as hydraulic pressure) or by a piston and force control system.
別の形態の方法では、壜ホーニング仕上げ作業では、即ち、先の依然として円筒形のボア形状から壜形ボア形状を作る場合、拡張可能な環状ツールが用いられる。この目的のため、ホーニング仕上げセグメントの半径方向送り込みのための拡張システムの制御は、ストローク位置のための制御装置に結合され、環状ツールが漸変直径の移行区分を生じさせることができ、しかも円筒形の第1及び第2のボア区分(図8を比較参照されたい)内で適当な一定の圧力で作動するようになっている。壜ホーニング仕上げ作業は、予備ホーニング仕上げ直後の第2のホーニング仕上げ作業として提供されるのが良く、この点に関し、この壜ホーニング作業は、第1の例示の実施形態の第2〜第4のホーニング仕上げ作業に取って代わることができる。この場合、拡張のストローク依存制御が切削群のホーニング仕上げセグメントをストローク位置に応じて壜に従って下向きストロークの際に移動及び力制御方式で半径方向外方に送り込んだりストローク位置に応じて壜形状に従って上方ストローク中に移行区分の付近で再び半径方向に引っ込めたりするように起こる。かくして、滑らかな輪郭形状を最初から移行区分で達成することができる。 In another form of the method, an expandable annular tool is used in the saddle honing operation, i.e., when creating a saddle bore shape from the previous still cylindrical bore shape. For this purpose, the control of the expansion system for the radial feeding of the honing finish segment is coupled to a control device for the stroke position so that the annular tool can produce a transitional section with a gradual diameter and the cylinder It is adapted to operate at a suitable constant pressure within the first and second bore sections of the shape (see FIG. 8 for comparison). The dredge honing operation may be provided as a second honing operation immediately after the preliminary honing finish, and in this regard, the dredge honing operation is the second to fourth honing of the first exemplary embodiment. Can replace the finishing work. In this case, the stroke-dependent control of the expansion moves the honing finish segment of the cutting group according to the stroke position according to the heel according to the downward stroke and moves it in the radial direction by the movement and force control method or moves upward according to the heel shape according to the stroke position During the stroke it happens to retract again in the radial direction near the transition section. Thus, a smooth contour shape can be achieved in the transition segment from the beginning.
これは、第1〜第3のボア区分に対応した或る特定のストローク範囲が制御プログラムに入力され、従って、切削群が移動量及び力制御拡張によって下向きストローク中、第1のボア区分の端から拡張するということによって、ホーニング盤のところで達成できる。次に、上向きストローク中、切削群の拡張によりこれが第3のボア区分の端から引っ込み、その結果、所望のプログラムされた壜形状のシリンダが得られるようになる。この目的のため、図8は、一例として、環状ツールを用いた壜ホーニングの際におけるホーニング仕上げ時間tの関数としての軸方向ストローク位置HP(実線)及び半径方向拡張位置AP(破線)の依存性を示す略図である。 This is because a specific stroke range corresponding to the first to third bore sections is input to the control program, and therefore the end of the first bore section is being cut while the cutting group is moving downward and stroke due to force control expansion. Can be achieved at the honing machine. Next, during the upward stroke, the expansion of the cutting group retracts from the end of the third bore section, resulting in the desired programmed saddle-shaped cylinder. For this purpose, FIG. 8 shows, as an example, the dependence of the axial stroke position HP (solid line) and the radial extension position AP (dashed line) as a function of the honing finish time t during the hoisting with an annular tool. FIG.
本明細書において説明した形式の環状ツールを壜形ボアを作り又は機械加工するために用いることができるだけでなく、異なる幾何学的形状を有するボアの機械加工中、改造を行わなくても顕著な利点を提供することができる。例えば、非円形のボア断面がボアに作られた状態の自由形状を作るために図3の例示の実施形態と同一又はほぼ同一の仕方で二重拡張方式を採用すると共に単一の切削群リングを備えた環状ツールを用いることが可能である。これは、慣例的に「シェープホーニング(shape honing)」と呼ばれている。例えば、断面がクローバー形又は楕円系のボア区分を環状ツールにより作ることができる。この目的のためには、ホーニング盤は、第1の送り込みシステムと第2の送り込みシステムを同時に制御できなければならず、各場合においてボアに対する切削群のストローク位置及び角度位置に応じて、自由形状が生じることができるように異なる力/位置で拡張を制御しなければならない。 Not only can an annular tool of the type described herein be used to create or machine a saddle bore, but it is also prominent without modification during machining of bores having different geometric shapes. Can provide benefits. For example, in order to create a free shape with a non-circular bore cross-section made in the bore, a double expansion scheme is employed in the same or substantially the same manner as the exemplary embodiment of FIG. It is possible to use an annular tool with This is customarily called “shape honing”. For example, a bore section with a clover-shaped or elliptical cross-section can be made with an annular tool. For this purpose, the honing machine must be able to control the first feeding system and the second feeding system simultaneously, depending on the stroke position and the angular position of the cutting group relative to the bore in each case. Expansion must be controlled at different forces / positions so that can occur.
また、切頭円錐形ボア区分(円錐形区分)を有するボア形状を作ると共に/或いは機械加工するために環状ツールを用いることが可能であり、この切頭円錐形ボア区分は、別のボア区分の連結なしで比較的急に又は移行丸みにより隣接の円筒形ボア区分に合体する。その結果、例えば、漏斗形のボアを作ることができ、この漏斗形は、第1の直径の入力側の円筒形の第1のボア区分を有し、この第1の直径は、隣接の第2のボア区分内で最大直径までボアベースに向かって円錐形の形をなして増大する。円筒形の第1のボア区分と円錐形の第2のボア区分の最大直径の直径差は、例えば、約20μm〜約90μmであるのが良い。円筒形の第1のボア区分の軸方向長さは、例えば、ボア長さ全体の20%〜80%であるのが良い。 It is also possible to use an annular tool to create and / or machine a bore shape having a frustoconical bore section (conical section), this truncated cone bore section being a separate bore section. Merge into adjacent cylindrical bore sections relatively abruptly or without transition rounding. As a result, for example, a funnel-shaped bore can be made, which has a cylindrical first bore section on the input side of a first diameter, the first diameter being Increases in a conical shape toward the bore base up to a maximum diameter within the two bore sections. The maximum diameter difference between the cylindrical first bore section and the conical second bore section may be, for example, about 20 μm to about 90 μm. The axial length of the cylindrical first bore section may be, for example, 20% to 80% of the entire bore length.
さらに、環状ツールにより、ボア内に樽形のボア区分、即ち、もしそうでなければ実質的に円筒形のボア内に膨らみ部を作ることが可能である。膨らみ部は、ほぼ中央に又はボア端部のうちの一方の付近に位置することができる。 In addition, the annular tool makes it possible to create a barrel-shaped bore section in the bore, i.e. a bulge in an otherwise substantially cylindrical bore. The bulge can be located approximately in the middle or near one of the bore ends.
また、環状ツールが用いられる場合、上死点の付近及び/又は下死点の付近に最も高いピストン速度の中央領域の場合とは異なる表面構造体を有する幅の狭いストリップが設けられるような仕方でシリンダフェースを機械加工することが比較的費用効果が良い。この形態は、本明細書では「ストリップホーニング(strip honing)」と呼ばれる。この目的に適した従来方法及びこれに対応して構成されたホーニング仕上げツールが例えば独国特許第19542892(C2)号明細書に記載されている。長いホーニング砥石によってホーニング仕上げツールの軸方向長さ全体を機械加工するホーニング機械加工に加えて、本明細書では、短ストロークのホーニング機械加工が短いホーニング砥石により実施され、このホーニング機械加工は、上死点及び/又は下死点の付近だけに及ぶ。 Also, when an annular tool is used, a narrow strip having a surface structure different from that in the central region of the highest piston speed is provided near the top dead center and / or near the bottom dead center. It is relatively cost effective to machine the cylinder face. This form is referred to herein as “strip honing”. A conventional method suitable for this purpose and a honing tool constructed correspondingly are described, for example, in DE 195 54 922 (C2). In addition to honing machining in which the entire axial length of the honing tool is machined by a long honing wheel, short stroke honing machining is here performed by a short honing wheel, which is Covers only near dead center and / or bottom dead center.
二重拡張方式であって2つの軸方向にオフセットした切削群を有する環状ツールが用いられる場合(例えば、図4を比較参照されたい)、対応の表面機械加工が同様に可能である。例えば、第1の環状切削群により、ボア長さ全体の長ストローク機械加工を実施するのが良く、その後、例えば、第2の切削群により短ストローク機械加工を上死点の付近で実施して上死点の付近に特定の構造体を生じさせる。 If a double tool is used and an annular tool with two axially offset cutting groups is used (see for example FIG. 4), corresponding surface machining is possible as well. For example, the first annular cutting group may perform long stroke machining of the entire bore length, and then, for example, the second cutting group may perform short stroke machining near top dead center. Create a specific structure near top dead center.
また、作業スピンドルのストローク周期数と回転周期数の比の対応の可変制御が行われる場合、かかるストリップホーニングを互いに異なる軸方向ボア区分内で互いに異なるホーニング角度により実施することができるという作用効果を達成することが簡単な仕方で可能である(これについては、例えば、独国特許出願公開第102007032370(A1)号明細書の図4を比較参照されたい)。 Further, when variable control corresponding to the ratio between the number of stroke cycles and the number of rotation cycles of the work spindle is performed, such an effect is obtained that such strip honing can be performed with different honing angles in different axial bore sections. This can be achieved in a simple manner (for example, see FIG. 4 of DE 102007032370 (A1)).
Claims (16)
壜形ボアを作り、前記ボアは、ボア入口に続き、第1の直径を備えた第1のボア区分、前記第1の直径よりも大きい第2の直径を備えていて前記ボア入口から離れて位置する第2のボア区分、及び前記第1の直径から前記第2の直径まで連続的に移行していて前記第1のボア区分と前記第2のボア区分との間に位置する移行区分を有し、少なくとも1回のホーニング仕上げ作業中、ツール本体の周囲に沿ってぐるりと分布して配置されると共に円周方向に幅が広く且つ軸方向に幅が狭いホーニング仕上げセグメントとして設計されている複数個の半径方向に送り込み可能な切削材料本体を含む少なくとも1つの環状切削群(220,320,420)を有する環状ツール(200,300,400)を用い、軸方向に測定した前記ホーニング仕上げセグメントの軸方向長さは、円周方向に測定した幅よりも小さく、切削材料本体を備えた前記切削群の軸方向長さは、前記ホーニング仕上げツールの有効外径よりも小さい、ホーニング仕上げ方法。 A honing finishing method in which an inner surface of a bore of a workpiece is machined by at least one honing finishing operation, and in the honing finishing operation, an expandable honing finishing tool is moved up and down in the bore to move in the axial direction of the bore. Producing a bore shape that deviates from a cylindrical shape by causing the reciprocating motion at the same time to rotate the extended honing finishing tool to produce a rotational motion combined with the reciprocating motion.
Creating a bowl-shaped bore, the bore following the bore inlet, having a first bore section with a first diameter, a second diameter greater than the first diameter and away from the bore inlet; A second bore section located, and a transition section continuously transitioning from the first diameter to the second diameter and located between the first bore section and the second bore section. Designed as a honing finish segment that is distributed around the circumference of the tool body and is wide in the circumferential direction and narrow in the axial direction during at least one honing finish operation. The honing measured axially using an annular tool (200, 300, 400) having at least one annular cutting group (220, 320, 420) comprising a plurality of radially feedable cutting material bodies. The axial length of the raised segment is smaller than the width measured in the circumferential direction, and the axial length of the cutting group provided with the cutting material body is smaller than the effective outer diameter of the honing finishing tool. Method.
前記ホーニング仕上げツール(200,300,400)は、環状ツールとして設計され、前記ホーニング仕上げツールは、ツール本体の周囲に沿ってぐるりと分布して配置されると共に円周方向に幅が広く且つ軸方向に幅が狭いホーニング仕上げセグメントとして設計されている3つ又は4つ以上の半径方向に送り込み可能な切削材料本体(220‐1,220‐2,220‐3)を含む少なくとも1つの環状切削群(220,320,420)を有し、軸方向に測定した前記ホーニング仕上げセグメントの軸方向長さ(LHS)は、円周方向に測定した幅よりも小さく、切削材料本体を備えた前記切削群の軸方向長さは、前記ホーニング仕上げツールの有効外径よりも小さい、ホーニング仕上げツール。 A tool body (210, 310, 410) defining a tool axis, at least one cutting group (220, 320, 420) attached to said tool body and having a cutting material body for material removal machining of the inner surface of the bore; And a honing finishing tool having a cutting group feeding system assigned to the cutting group and exerting a feeding force and acting on the cutting material body of the cutting group in a radial direction with respect to the tool axis,
The honing finishing tool (200, 300, 400) is designed as an annular tool, the honing finishing tool being distributed around the circumference of the tool body and having a wide and circumferential axis. At least one annular cutting group comprising three or more radially feedable cutting material bodies (220-1, 220-2, 220-3) designed as a narrow honing finish segment in the direction (220, 320, 420) The axial length (LHS) of the honing finish segment measured in the axial direction is smaller than the width measured in the circumferential direction, and the cutting group including the cutting material body The honing finish tool has an axial length smaller than the effective outer diameter of the honing finish tool.
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