JP6909190B2 - ホーニング加工方法およびホーニング加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、ホーニング加工方法およびホーニング加工装置に関する。

エアマイクロメータが内蔵されたホーニングツールを用いてワークの内径を計測しながら加工を行い、ワークの内径が予め設定された目標内径に到達した時点で加工を終了するホーニング加工制御装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。また、雌雄嵌合する一対の部品の加工では、一方の部品の仕上がり寸法に対して他方の部品の仕上がり寸法を合わせるいわゆるマッチング加工が行われることがある。この場合、一方の部品の基となるワークについて予め設定された内径に加工した後、他の部品の仕上がり寸法に合わせるために加工後のワークの内径寸法の計測結果に基づいて必要な切削量を算出し、算出した切削量だけワークを追加で切削することがある。このとき、特許文献１に記載されたホーニング加工制御装置を用いる場合、加工後のワークをホーニング加工制御装置に再度セットして、初めのワーク加工時における砥石の拡張まで拡張させる。そして、砥石の拡張後においてエアマイクロメータによりワークの内径を計測し、計測したワークの内径よりも必要な切削量に相当する長さだけ長い内径を目標内径に設定して再度ワークを加工する。

特開平５−２７７９２８号公報

ところで、発明者らは、エアマイクロメータによるワークの内径の計測結果がワークの内壁の表面状態に応じて変化しうることを見出した。従って、特許文献１に記載されたホーニング加工制御装置を用いてマッチング加工を行う場合、初回のワーク加工終了時と２回目以降のワーク加工終了時とでワークの内壁の表面状態が変化してしまう場合がある。この場合、ワークの内径の計測誤差が大きくなり、ワークの加工精度が低下してしまう虞がある。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、ワークの加工精度が向上するホーニング加工方法およびホーニング加工装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るホーニング加工方法は、
砥石が設けられたホーニングツールをワークの加工孔に挿入した状態で、前記ホーニングツールを前記加工孔の中心軸方向へ往復移動させるとともに、前記中心軸周りに回転させながら、前記砥石を前記中心軸に直交し且つ前記中心軸から離れる第１方向へ第１基準位置から拡張移動させることにより前記ワークを加工するホーニング加工方法であって、
前記砥石を、前記第１基準位置から第１拡張量だけ前記第１方向へ拡張移動させることにより前記ワークを切削加工する第１加工工程と、
前記第１加工工程の後における前記加工孔の内径寸法を計測する計測工程と、
前記計測工程において計測された前記内径寸法に基づいて第２拡張量を決定する拡張量決定工程と、
前記砥石を、前記第１加工工程が終了したときの第１拡張終了位置よりも前記第１方向とは反対方向の第２方向側に位置し且つ前記砥石が前記加工孔に接触しない第２基準位置から前記第１加工工程の終了時における第１拡張速度よりも速い第２拡張速度で前記第１加工工程が終了した第１拡張終了位置まで前記第１方向へ拡張移動させた後、さらに前記第２拡張量だけ前記第１方向へ拡張移動させることにより前記ワークを切削加工する第２加工工程と、を含む。

他の観点から見た本発明に係るホーニング加工装置は、
砥石が設けられたホーニングツールと、
前記ホーニングツールが先端部に固定された回転主軸と、
前記回転主軸をワークの加工孔の中心軸方向へ往復移動させる往復駆動部と、
前記回転主軸を前記中心軸周りに回転させる回転駆動部と、
前記砥石を前記中心軸に直交し且つ前記中心軸から離れる第１方向へ拡張移動させる拡張駆動部と、
前記往復駆動部、前記回転駆動部および前記拡張駆動部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記砥石を、第１基準位置から第１拡張量だけ前記第１方向へ拡張移動させることにより前記ワークを切削加工した後において、該切削加工が終了した第１拡張終了位置を記憶し、前記切削加工後における前記加工孔の内径寸法に基づいて第２拡張量を決定した後、
前記砥石を、前記第１拡張終了位置よりも前記第１方向とは反対方向の第２方向側に位置し且つ前記砥石が前記加工孔に接触しない第２基準位置から前記切削加工において前記第１拡張終了位置に到達したときの第１拡張速度よりも速い第２拡張速度で前記第１拡張終了位置まで前記第１方向へ拡張移動させた後、更に前記砥石を、前記第２拡張量だけ前記第１方向へ拡張移動させるよう前記拡張駆動部を制御する。

本発明によれば、砥石を、第１基準位置から第１拡張量だけ第１方向へ拡張移動させることによりワークを切削加工する。その後、砥石を、第１加工工程が終了したときの第１拡張終了位置よりも第１方向とは反対方向の第２方向側に位置し且つ砥石が加工孔に接触しない第２基準位置から第１加工工程の終了時における第１拡張速度よりも速い第２拡張速度で第１加工工程が終了した第１拡張終了位置まで第１方向へ拡張移動させた後、更に第２拡張量だけ第１方向へ拡張移動させることによりワークを切削加工する。これにより、ワークを切削加工した後における加工孔の内壁の表面状態の変化が抑制されるので、加工孔の内壁の表面状態の変化に起因した加工精度の低下が抑制される。

本発明の実施の形態に係るホーニング加工装置の概略図である。 実施の形態に係るホーニングツールの一部を示し、（Ａ）は砥石が基準位置にある状態を示す断面図であり、（Ｂ）は砥石がワークの加工孔の内壁に接触した状態を示す断面図である。 実施の形態に係るエアマイクロメータの一部を示す側面図である。 実施の形態に係る制御部を示すブロック図である。 実施の形態に係るホーニング加工装置が実行するホーニング加工処理の流れの一例を示すフローチャートである。 実施の形態に係るホーニング加工装置の動作を説明するための図であり、（Ａ）は初回加工時の様子を示す図であり、（Ｂ）は２回目加工時の様子を示す図であり、（Ｃ）は３回目以降の加工時の様子を示す図である。 実施の形態に係るホーニング加工装置が実行する内径計測処理の流れの一例を示すフローチャートである。 実施の形態に係るホーニング加工方法において、拡張速度比の比率を変化させながらワークの加工孔の平均内径の変化量を測定した結果を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係るホーニング加工装置について、図面を参照しながら説明する。本実施の形態に係るホーニング加工装置は、砥石が設けられたホーニングツールと回転主軸と回転駆動部と拡張駆動部と制御部とを備える。回転主軸の先端部には、ホーニングツールが固定されている。往復駆動部は、回転主軸をワークの加工孔の中心軸方向へ往復移動させる。回転駆動部は、回転主軸を加工孔の中心軸周りに回転させる。拡張駆動部は、砥石を加工孔の中心軸に直交し且つその中心軸から離れる第１方向へ拡張移動させる。制御部は、往復駆動部、回転駆動部および拡張駆動部を制御する。そして、ホーニング加工装置は、ホーニングツールをワークの加工孔に挿入した状態で、ホーニングツールを加工孔の中心軸方向へ往復移動させるとともに、中心軸周りに回転させながら、砥石を拡張移動させることによりワークをホーニング加工する。ここで、ホーニング加工装置は、砥石を加工孔の中心軸に直交し且つその中心軸から離れる第１方向へ拡張移動させる。

図１に示すように、本実施の形態に係るホーニング加工装置は、ホーニング加工ユニット１と内径計測ユニット２００と制御部１００とを備える。ホーニング加工ユニット１は、ワークＷの加工孔Ｗｈの内壁Ｗａを加工するものであり、ホーニングツール２０と、回転主軸２と、回転駆動部５と、往復駆動部４と、拡張駆動部８と、を備える。図１では、ワークＷが、その加工孔Ｗｈの中心軸Ｊ２と回転主軸２の中心軸Ｊ１とが一致する姿勢で配置されている。ホーニングツール２０は、回転主軸２の下端部２ａに交換可能に装着されている。ホーニングツール２０の内部には、図２（Ａ）に示すように、径方向へ拡縮可能に設けられた複数の砥石３０と、砥石３０を拡張移動させるためのコーンロッド２１１と、砥石３０を収縮移動させて基準位置に復帰させるための復帰ばね（図示せず）と、を有する。砥石３０は、ワークＷの加工孔Ｗｈの内壁Ｗａに沿った砥石面３０ａを有する。コーンロッド２１１は、ホーニングツール２０内において上下方向へ移動可能であり、その先端部のウェッジ２１１ａが砥石３０の砥石台３０ｂを押圧可能となっている。また、コーンロッド２１１は、回転主軸２の内部におけるコーンロッド２１１の上方に配置された拡張ロッド（図示せず）に連結されている。また、砥石３０は、前述の復帰ばねにより常時収縮方向へ付勢されている。これにより、図２（Ｂ）に示すように、コーンロッド２１１が下方へ移動するのに伴って（図２（Ｂ）の矢印ＡＲ１参照）、砥石台３０ｂおよび砥石台３０ｂに固定された砥石３０がウェッジ２１１ａに押圧されて拡張方向へ移動する（図２（Ｂ）の矢印ＡＲ２参照）。一方、コーンロッド２１１が上方へ移動すると、砥石台３０ｂおよび砥石３０が収縮方向へ移動する。

図１に戻って、回転主軸２は、その上端側のスプラインシャフト部２ｂがボールスプライン軸受６１を介して機体３のヘッド部３ａに支持され、ボールスプライン軸受６１に対して鉛直方向へ移動可能であり且つ回転主軸２の長手方向に沿った中心軸Ｊ１周りに回転可能となっている。

回転駆動部５は、第１駆動モータ５１と、プーリ５２、５４と、ベルト５３と、を有する。プーリ５４には、回転主軸２のスプラインシャフト部２ｂがスプライン嵌合されている。プーリ５４は、ベルト５３を介して、第１駆動モータ５１のモータ軸５１ａに固定されたプーリ５２に連結されている。第１駆動モータ５１は、例えばロータリエンコーダのような位置検出センサとトルクセンサとが内蔵されたサーボモータであり、位置検出センサにより第１駆動モータ５１の回転量が検出される。第１駆動モータ５１によりプーリ５２が回転されると、スプラインシャフト部２ｂがプーリ５４にスプライン嵌合した回転主軸２と回転主軸２に固定されたホーニングツール２０とが回転する。

往復駆動部４は、スライド本体４２と、スライド本体４２を案内する案内レール４３と、スライド本体４２を駆動する送り螺子機構４１と、カップリング４５と、第２駆動モータ４４と、を有する。スライド本体４２は、回転主軸２を、軸受（図示せず）を介して回転可能に支持する。案内レール４３は、鉛直方向に直線状に延在しており、スライド本体４２が、案内レール４３上を上下方向へ摺動自在となっている。送り螺子機構４１は、スライド本体４２が固定されたナット体４１ａと、鉛直方向に沿って配置され機体３に回転可能に軸支されるとともにナット体４１ａが螺合された送り螺子４１ｂと、を有する。送り螺子４１ｂは、上端部がカップリング４５を介して第２駆動モータ４４のモータ軸４４ａに連結されている。第２駆動モータ４４は、例えばロータリエンコーダのような位置検出センサが内蔵されたサーボモータであり、位置検出センサにより第２駆動モータ４４の回転量が検出される。第２駆動モータ４４により送り螺子４１ｂが回転されると、ナット体４１ａおよびスライド本体４２が上下方向へ移動し、回転主軸２およびホーニングツール２０が昇降する。

拡張駆動部８は、砥石３０を拡張移動させる。拡張駆動部８は、図１に示すコーンロッド２１１と拡張ロッド（図示せず）とロッド駆動機構８５とシャフト８６と歯車機構８２と第３駆動モータ８１とを有する。拡張ロッドは、回転主軸２の下端部に設けられた軸穴内において、鉛直方向に沿って移動可能であり、その下端部にコーンロッド２１１が連結され、その上端部がロッド駆動機構８５に連結されている。ロッド駆動機構８５は、拡張ロッドを鉛直方向に移動させるものである。ロッド駆動機構８５は、拡張ロッドに連結された従動体８５ａと従動体８５ａを上下移動させるためのボール螺子８５ｂとを有する。ボール螺子８５ｂは、回転主軸２と平行な姿勢でスライド本体４２に回転可能に軸支されている。従動体８５ａは、拡張ロッドに固定され、回転主軸２に対して相対的に鉛直方向へ摺動自在となっている。従動体８５ａは、ボール螺子８５ｂに螺合した雌ねじ部（図示せず）を有し、ボール螺子８５ｂがその中心軸周りに回転されると、それに伴い、鉛直方向へ移動する。

シャフト８６は、ボール螺子８５ｂと平行な姿勢で配置され、機体３のヘッド部３ａにボールスプライン軸受６２を介して固定されている。また、シャフト８６の上端側のスプラインシャフト部８６ａは、機体３のヘッド部３ａに回転可能に設けられた歯車機構８２の回転歯車軸８２ａにスプライン嵌合されている。これにより、シャフト８６は、回転歯車軸８２ａに対して上下方向へ移動可能であり且つ回転歯車軸８２ａと一体に回転可能となっている。回転歯車軸８２ａは、第３駆動モータ８１のモータ軸８１ａに固定された歯車８２ｂに噛合している。シャフト８６の下端部には、歯車機構８４の歯車８４ｂが設けられている。一方、ボール螺子８５ｂの上端部には、歯車８４ｂに噛合する歯車８４ａが設けられている。第３駆動モータ８１は、例えばロータリエンコーダのような位置検出センサとトルクセンサとが内蔵されたサーボモータであり、位置検出センサにより第３駆動モータ８１の回転量が検出される。第３駆動モータ８１によりシャフト８６が回転すると、ボール螺子８５ｂが回転してボール螺子８５ｂに螺合した従動体８５ａが、回転主軸２に対して相対的に上下へ移動する。ここで、従動体８５ａが下方へ移動すると、図２（Ａ）に示すように、拡張ロッドと拡張ロッドに結合されたコーンロッド２１１が下方へ移動し、砥石３０が拡張移動する。一方、従動体８５ａが上方へ移動すると、拡張ロッドと拡張ロッドに結合されたコーンロッド２１１が上方へ移動し、これに伴い復帰ばねにより砥石３０が収縮移動する。

内径計測ユニット２００は、エアマイクロメータ２００１と、エアマイクロメータ２００１を駆動する駆動部（図示せず）と、を備える。エアマイクロメータ２００１は、図３に示すように、本体部２０１１と、ゲージ２０１３と、接続部２０１４と、を備える。本体部２０１１は、長尺の円柱状の外形を有し、加工孔Ｗｈの内径寸法計測時において、長手方向の一端部側（図３における下端部側）が加工孔Ｗｈに挿入される。本体部２０１１の側壁には、気体を吐出するための吐出孔２０１２が設けられている。ゲージ２０１３は、円柱状であり、外径寸法Ｄ２が本体部２０１１の外径寸法Ｄ１よりも長い。ゲージ２０１３は、本体部２０１１の下端部に接続部２０１４を介して固定されている。駆動部は、本体部２０１１を移動させて本体部２０１１をワークＷの加工孔Ｗｈの内側へ挿入した状態で吐出孔２０１２から気体を吐出させることにより加工孔Ｗｈの内径寸法を計測する。内径計測ユニット２００は、ゲージ２１４がワークＷの加工孔Ｗｈ内に挿入可能か否かを示す挿入可否通知信号を制御部１００へ出力する。また、内径計測ユニット２００は、ゲージ２０１３が加工孔Ｗｈ内に挿入可能な場合、本体部２０１１の側壁と加工孔Ｗｈの内壁Ｗａとの間の隙間の大きさに応じた計測信号を制御部１００へ出力する。

制御部１００は、図４に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１と、主記憶部１０２と、補助記憶部１０３と、入力部１０４と、インタフェース１０６と、各部を接続するバス１０９と、を有する。また、制御部１００は、第１駆動回路１０７ａ、第２駆動回路１０７ｂおよび第３駆動回路１０７ｃを有する。主記憶部１０２は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性メモリであり、ＣＰＵ１０１の作業領域として使用される。補助記憶部１０３は、磁気ディスク、半導体メモリ等の不揮発性メモリであり、制御部１００の各種機能を実現するためのプログラムを記憶する。入力部１０４は、キーボード、タッチパネル等とバス１０９に接続するためのインタフェースとを有する。入力部１０４は、ユーザがキーボードまたはタッチパネルを操作することにより入力した各種操作情報を受け付けると、受け付けた各種操作情報をＣＰＵ１０１へ出力する。インタフェース１０６は、第１駆動回路１０７ａ、第２駆動回路１０７ｂおよび第３駆動回路１０７ｃに接続されており、ＣＰＵ１０１から入力される制御情報を制御信号に変換して、第１駆動回路１０７ａ、第２駆動回路１０７ｂおよび第３駆動回路１０７ｃへ出力する。また、インタフェース１０６は、内径計測ユニット２００に接続されており、内径計測ユニット２００から入力される計測信号をノズル７１とワークＷの加工孔Ｗｈの内壁Ｗａとの間の隙間Ｇ１の大きさを示す計測情報に変換してＣＰＵ１０１へ出力する。更に、インタフェース１０６は、内径計測ユニット２００から入力される挿入可否通知信号を挿入可否通知情報に変換してＣＰＵ１０１へ出力する。

第１駆動回路１０７ａは、インタフェース１０６を介して入力される制御信号に基づいて、第１駆動モータ５１を駆動する。また、第１駆動回路１０７ａは、第１駆動モータ５１の位置検出センサおよびトルクセンサから入力される第１駆動モータ５１の回転数およびトルクを示す検出信号をインタフェース１０６へ出力する。第２駆動回路１０７ｂと、インタフェース１０６から入力される制御信号に基づいて、第２駆動モータ４４を駆動する。また、第２駆動回路１０７ｂは、第２駆動モータ４４の位置検出センサから入力される検出信号をインタフェース１０６へ出力する。第３駆動回路１０７ｃは、インタフェース１０６を介して入力される制御信号に基づいて、第３駆動モータ８１を駆動する。また、第３駆動回路１０７ｃは、第３駆動モータ８１の位置検出センサおよびトルクセンサから入力される検出信号をインタフェース１０６へ出力する。インタフェース１０６は、第１駆動回路１０７ａ、第２駆動回路１０７ｂおよび第３駆動回路１０７ｃから入力される検出信号を検出情報に変換してＣＰＵ１０１へ出力する。

ＣＰＵ１０１は、補助記憶部１０３が記憶する前述のプログラムを主記憶部１０２に読み出して実行することにより、回転制御部１１１、往復制御部１１２、拡張制御部１１３、寸法算出部１１４、接触検知部１１５、加工状態判別部１１６および決定部１１７として機能する。また、補助記憶部１０３は、ワークＷの加工孔Ｗｈの目標内径を示す目標寸法情報を記憶する目標内径記憶部１３１と、砥石３０を拡張移動させる際の拡張速度を記憶する拡張速度記憶部１３２と、拡張量記憶部１３３と、基準位置記憶部１３４と、を有する。基準位置記憶部１３４は、砥石３０を拡張移動させる際の基準位置を示す情報を記憶する。ゲージ寸法記憶部１３５は、内径計測ユニット２００のエアマイクロメータ２００１が備えるゲージ２０１３の外径寸法を示す情報を記憶する。寸法記憶部１３６は、内径計測ユニット２００からインタフェース１０６を介して入力される計測情報に基づいて算出された計測寸法を示す計測寸法情報を記憶する。

回転制御部１１１は、第１駆動モータ５１の回転数、即ち、回転主軸２の回転数を示す検出情報が示す回転数が予め設定された指令値に一致するように制御情報を生成してインタフェース１０６へ出力する。このとき、第１駆動回路１０７ａは、検出情報が示す回転数と指令値との誤差に比例した電力を第１駆動モータ５１へ出力する。

往復制御部１１２は、第２駆動モータ４４が予め設定された周期で、ワークＷの加工孔Ｗｈの長さに応じた回転数だけ回転した後逆向きに同じ回転数だけ回転することを繰り返すように制御情報を生成してインタフェース１０６へ出力する。このとき、第２駆動回路１０７ｂは、制御情報に対応する制御信号に応じて、第２駆動モータ４４へ出力する電流の向きを一定の周期で変更することにより、第２駆動モータ４４が一定の周期で回転方向を変更させる。これにより、スライド本体４２が鉛直方向に一定の周期で往復移動し、それに伴い回転主軸２が鉛直方向に往復移動する。

拡張制御部１１３は、第３駆動モータ８１の回転数、即ち、シャフト８６の回転数を示す検出情報が示す回転数が予め設定された指令値に一致するように制御情報を生成してインタフェース１０６へ出力する。このとき、第３駆動回路１０７ｃは、検出情報が示す回転数と指令値との誤差に比例した電力を第３駆動モータ８１へ出力する。

寸法算出部１１４は、ワークＷの加工孔Ｗｈの内径寸法を算出する。そして、寸法算出部１１４は、算出した加工孔Ｗｈの内径寸法を示す計測寸法情報を、寸法記憶部１３６に記憶させる。

接触検知部１１５は、第１駆動モータ５１および第３駆動モータ８１から得られる検出情報と制御情報とに基づいて、砥石３０がワークＷの加工孔Ｗｈの内壁Ｗａへの接触を検知する。接触検知部１１５は、検出情報に含まれる第１駆動モータ５１および第３駆動モータ８１それぞれの回転数、トルクおよび溜まりパルス数を示す情報と、制御情報に含まれる電流値を示す情報とに基づいて、砥石３０のワークＷへの接触を検知する。

加工状態判別部１１６は、例えばユーザが入力部１０４を介して入力した１つのワークＷに対する加工回数を示す加工回数情報に基づいて、ワークＷについて行う加工内容を判別する。

決定部１１７は、砥石３０を拡張移動させる際の拡張量を決定し、決定した拡張量を拡張量記憶部１３３に記憶させる。

次に、本実施の形態に係るホーニング加工方法について図５乃至図７を参照しながら説明する。このホーニング加工処理は、ユーザが入力部１０４を介して内径寸法情報を入力した後、ワークＷの加工を開始するための操作を行い、ホーニングツール２０が加工孔Ｗｈの内側に配置されたことを契機として開始される。このホーニング加工処理中において、回転駆動部５は、回転主軸２を回転主軸２の中心軸Ｊ１周りに回転させるとともに、往復駆動部４は、回転主軸２を中心軸Ｊ１方向に往復移動させているものとする。このとき、回転制御部１１１および往復制御部１１２は、それぞれ、継続的に回転主軸２を回転および往復させるための制御情報を生成して出力している。なお、回転主軸２の回転速度と往復速度とは、砥石３０の拡張速度に応じて随時変化する。

＜初回判定（ステップＳ１）＞
図５に示すように、加工状態判別部１１６は、例えばユーザが入力部１０４を介して入力した１つのワークＷに対する加工回数を示す加工回数情報に基づいて、加工が砥石交換直後の初回加工であるかどうかを判定する（ステップＳ１）。加工状態判別部１１６により砥石交換直後の加工であると判定された場合（Ｓ１：Ｙｅｓ）、接触検知工程（ステップＳ２）が実行される。

＜接触検知工程（ステップＳ２）＞
接触検知工程では、拡張駆動部８は、砥石３０を加工孔Ｗｈの中心軸Ｊ２から離れる方向へ接触検知用の拡張速度で拡張移動させる。なお、拡張駆動部８の制御は、拡張制御部１１３が第３駆動モータ８１を制御するために生成し、インタフェース１０６へ生成・出力した制御情報によって行われる。また、拡張速度に関する情報は、拡張速度記憶部１３２から取得する。このとき、接触検知部１１５は、砥石３０がワークＷの加工孔Ｗｈの内壁Ｗａに接触したか否かを判定する。接触検知部１１５により砥石３０のワークＷへの接触が検知されない限り、拡張駆動部８は、砥石３０を接触検知用の拡張速度で拡張移動させ続ける。他方で接触検知部１１５により砥石３０のワークＷへの接触が検知されたと判定すると、接触検知部１１５は、砥石３０がワークＷの内壁Ｗａに接触した位置Ｏから予め設定された量だけ中心軸Ｊ２に近づく方向へ移動した第１基準位置Ｐ１を算出して基準位置記憶部１３４に記憶し、拡張駆動部８は砥石３０を初期位置Ｐｓまで収縮移動させる。ここで第１基準位置Ｐ１は砥石３０がワークＷの内壁Ｗａに接触し得ない位置である。

なお、砥石交換直後の加工でない場合（ステップＳ２：Ｎｏ）には、接触検知工程（ステップＳ２）を経ずに第１加工工程へと移る。このとき、前回の加工時に基準位置記憶部１３４において記憶されている第１基準位置を今回の加工における第１基準位置Ｐ１としてそのまま用いる。

＜第１加工工程（ステップＳ３）＞
第１加工工程（ステップＳ３）では、まず第１基準位置Ｐ１まで加工孔Ｗｈの中心軸Ｊ２から離れる方向へ初期拡張速度Ｖｓで拡張移動させる。続いて、拡張駆動部８は砥石３０を加工孔Ｗｈの中心軸Ｊ２から離れる方向へ拡張移動しながら、第１基準位置Ｐ１からの拡張量が予め設定された第１拡張量Ｌ１になるまでワークＷを加工する（ステップＳ３）。

図６（Ａ）は、第１加工工程における砥石３０の動きを示した図である。拡張駆動部８は、砥石３０を第１拡張速度Ｖ１で第１基準位置Ｐ１から第１拡張量Ｌ１だけ拡張移動させることにより、ワークＷの表面位置は位置ＲＩ１から位置ＲＥ１になる。基準位置記憶部１３４は、このときの加工終了位置である第１拡張終了位置Ｐ１１を記憶する。このとき、第１拡張速度Ｖ１は、例えば０．８μｍ／ｓｅｃに設定される。

ここで、第１加工工程（ステップＳ３）において第１拡張終了位置Ｐ１１に到達したときの回転主軸２の回転速度Ｖｒ１と往復移動速度Ｖｒ２とを合成した合成周速度Ｖｒ３を用いると、第１加工工程終了時における拡張速度比である第１拡張速度比Ｒ１は、下記式（１）のように表される。

式（１）では、第１拡張速度比Ｒ１が、第１拡張速度Ｖ１の大きさを、回転主軸２の回転速度Ｖｒ１（周速度）と回転主軸２の往復移動速度Ｖｒ２とを合成した合成周速度Ｖｒ３の大きさで除した値であり、第１拡張速度比Ｒ１が大きいほど、砥石３０の周方向の単位移動距離あたりの拡張移動距離は大きくなり、切削時のワークＷの加工孔Ｗｈの内壁Ｗａの表面状態に対する影響を小さくすることができる。

なお、第１加工工程は、例えば荒加工、中加工、仕上げ加工のような、拡張速度の異なる複数工程を含んで良い。第１加工工程終了時におけるワークＷの加工孔Ｗｈの内壁Ｗａの表面状態に関わるのは最後の工程の終了時における拡張速度比であるから、この場合には仕上げ加工の終了時における拡張速度比が第１拡張速度比Ｒ１となる。

＜内径計測工程＞
図５に戻って、次に、拡張駆動部８は、砥石３０を回転主軸２の中心軸Ｊ１、即ち、加工孔Ｗｈの中心軸Ｊ２に近づく第２方向へ収縮移動させて砥石３０を初期位置Ｐｓに復帰させる。この後、ワークＷは、ホーニング加工ユニット１から取り出され、内径計測ユニット２００に投入される。そして、内径計測ユニット２００において、ワークＷの加工孔Ｗｈの内径寸法の計測が行われる（ステップＳ４）。

内径計測工程では、例えば図７に示すように、まず、ワークＷの加工孔Ｗｈ内にゲージ２０１３を挿入可能であるか否かを決定部１１７が判定する（ステップＳ２０１）。ここでは、寸法算出部１１４が、インタフェース１０６から入力される挿入可否通知情報の内容に基づいて判定を実行する。決定部１１７が、インタフェース１０６からエアマイクロメータ２００１の本体部２０１１のワークＷの加工孔Ｗｈへの挿入が可能であることを示す挿入可否通知情報が入力されたと判定、即ち、ゲージ２０１３が加工孔Ｗｈ内に挿入可能であると判定したとする（ステップＳ２０１：Ｙｅｓ）。この場合、寸法算出部１１４は、エアマイクロメータ２００１により計測された値を示す計測寸法情報を、加工孔Ｗｈの内径寸法として寸法記憶部１３６に記憶する（ステップＳ２０２）。

一方、寸法算出部１１４が、インタフェース１０６からエアマイクロメータ２００１の本体部２０１１のワークＷの加工孔Ｗｈへの挿入が不可能であることを示す挿入可否通知情報が入力されたと判定、即ち、ゲージ２０１３が加工孔Ｗｈ内に挿入不可能であると判定したとする（ステップＳ２０１：Ｎｏ）。この場合、寸法算出部１１４は、ゲージ寸法記憶部１３５に予め記憶されたゲージ２０１３の外径寸法に基づいた値を加工孔Ｗｈの内径寸法として寸法記憶部１３６に記憶する（ステップＳ２０３）。

＜目標径到達判定＞
図５に戻って、以上のようにして測定された加工孔Ｗｈの内径が目標内径記憶部１３１に記憶された目標径に到達していれば（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、すなわち目標径より径が大きくなっている場合にはホーニング加工は終了する。対して、目標径に到達していない場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、すなわち目標径より小さい場合には、続いて、拡張量決定工程へ移行する。なお、ゲージ２０１３が加工孔Ｗｈ内に挿入不可能と判定した場合には目標内径に到達していないことは明らかであるから、目標径到達に達しているか否かの判定を経ることなく次の拡張量決定工程へと移行してもよい。

＜拡張量決定工程＞
また、目標径に到達していない場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、決定部１１７は、寸法算出部１１４により算出され寸法記憶部１３６に記憶された計測寸法情報を取得し、目標内径記憶部１３１から目標内径寸法を示す情報を取得する。そして、決定部１１７は、取得した計測寸法情報が示す加工孔Ｗｈの内径の寸法と、目標寸法情報が示す目標内径寸法と、の差分量に基づいて、第２拡張量を決定する（ステップＳ６）。なお、ゲージ２０１３が加工孔Ｗｈ内に挿入不可能と判定して直接、拡張量決定工程へと移行した場合には、ゲージ寸法記憶部１３５に予め記憶されたゲージ２０１３の外径寸法と目標内径寸法との差分量に基づいて第２拡張量を決定する。

＜第２加工工程＞
拡張量決定工程に続いて再度ワークＷがホーニング加工ユニット１に投入され、ホーニングツール２０が加工孔Ｗｈの内側に配置されると、拡張駆動部８は、砥石３０を初期位置Ｐｓから第２基準位置Ｐ２まで加工孔Ｗｈの中心軸Ｊ２から離れる方向へ初期拡張速度Ｖｓで拡張移動させる。その後、拡張駆動部８は、第２拡張速度Ｖ２で前回の加工終了位置である第１拡張終了位置Ｐ１１まで砥石３０を拡張移動させた後、さらに拡張量が第２拡張量Ｌ２になるまで砥石３０を拡張移動させ、ワークを加工する（ステップＳ７）。第２基準位置Ｐ２は、基準位置記憶部１３４に記憶されている直前の拡張終了位置である第１拡張終了位置Ｐ１１から導かれる砥石３０がワークＷに接触しえない位置であり、例えば第１基準位置Ｐ１と等しくても良い。また第２拡張速度Ｖ２は、例えば５μｍ／ｓｅｃに設定される。

図６（Ｂ）は、第２加工工程における砥石３０の動きを示した図である。まず、拡張駆動部８は、砥石３０を初期位置Ｐｓから初期拡張速度Ｖｓで第２基準位置Ｐ２まで拡張移動させる。次に、拡張駆動部８は、砥石３０を第２基準位置Ｐ２から第１拡張終了位置Ｐ１１に到るまで第２拡張速度Ｖ２で拡張移動させる。これにより、砥石３０のワークＷの加工孔Ｗｈの内壁Ｗａに対する切削を開始する。その後、拡張駆動部８は、砥石３０を第２拡張量Ｌ２だけ仕上用の第３拡張速度Ｖ３で拡張移動させる。これにより、ワークＷの表面位置が位置ＲＥ１から位置ＲＥ２になる。

ここで、第２加工工程（ステップＳ７）において第１拡張終了位置Ｐ１１に到達したときの第２拡張速度比Ｒ２は、前述の式（１）と同様の式で表される。本実施の形態に係るホーニング加工処理では、前回の加工終了時の表面状態に関わる第１拡張速度比Ｒ１よりも大きい第２拡張速度比Ｒ２で切削を開始することで、ワークＷの切削開始時における加工孔Ｗｈの内壁Ｗａの表面状態の変化が抑制される。

＜内径計測、目標径到達判定＞
その後、再度内径計測工程（ステップＳ４）、目標径到達判定Ｓ５を経て、加工孔Ｗｈの内径が目標径に到達していると判定されれば（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、拡張駆動部８は、砥石３０を回転主軸２の中心軸Ｊ１、即ち、加工孔Ｗｈの中心軸Ｊ２に近づく第２方向へ収縮移動させて砥石３０を初期位置に復帰させる。こうして、ホーニング加工処理が終了する。対して、加工孔Ｗｈの内径が目標径に到達していないと判定されれば（Ｓ５：Ｎｏ）、再度第２拡張量決定（ステップＳ６）、第２加工工程（ステップＳ７）を実施してから内径計測（ステップＳ４）および目標径到達判定（ステップＳ５）を行う。このようにして、目標径を達成したと判定される（ステップＳ５：Ｙｅｓ）まで第２拡張量の決定と第２加工工程とを繰り返す。

第２加工工程（ステップＳ７）終了時における拡張速度比である仕上用の第３拡張速度比Ｒ３は、前述の式（１）と同様の式で表される。よって、一度目の第２加工工程（ステップＳ７）を実施した後に加工孔Ｗｈの内径が目標径に到達していないと判定され（ステップＳ５：Ｎｏ）、二度目の第２加工工程を実施する際の第２拡張速度比Ｒ２は、一度目の第２加工工程終了時における拡張速度比である仕上用の第３拡張速度比Ｒ３よりも大きくなるよう設定する。

次に、本実施の形態に係るホーニング加工方法について、前述の第１拡張速度比Ｒ１、第２拡張速度比Ｒ２の比率Ｒ２／Ｒ１と、２回目以降の加工時において初期状態と第２基準位置から第２拡張量だけ第２拡張速度で拡張移動させた後の状態とでのワークＷの加工孔Ｗｈの内径の変化量ΔＤＷｈとの関係について説明する。比率Ｒ２／Ｒ１を変化させながらワークＷの加工孔Ｗｈの平均内径の変化量ΔＤＷｈを測定した結果を図８に示す。ここで、加工孔Ｗｈの平均内径の変化量ΔＤＷｈは、初回の加工が完了したワークＷの加工孔Ｗｈの平均内径と、そのワークＷの加工孔Ｗｈにホーニングツール２０を挿入して砥石３０を第２基準位置から第２拡張量だけ第２拡張速度比Ｒ２で拡張移動させた後、第１基準位置に復帰させた場合の加工孔Ｗｈの平均内径と、の差分量に相当する。図８において、目標内径は、２５ｍｍ、砥石３０の回転方向の平均速度は、３９．３ｍ／ｍｉｎ、砥石３０のホーニングツール２０の中心軸方向の平均速度は、１０ｍ／ｍｉｎとした。また、第１拡張速度Ｖ１は、１．６７μｍ／ｓｅｃとした。更に、砥石３０としては、メッシュ１７０、４００、１０００の３種類を使用した。なお、図８中の凡例は、砥石３０の粒度を示す。図８に示す結果から、砥石３０の粒度に関わらず、比率Ｒ２／Ｒ１が、８以上であれば加工孔Ｗｈの平均内径の変化量ΔＤＷｈが、２μｍ未満に収まることが判った。従って、ワークＷの加工孔Ｗｈの内径誤差の絶対値を２μｍ未満にするためには、比率Ｒ２／Ｒ１が８以上となるように第１拡張速度比Ｒ１、第２拡張速度比Ｒ２を設定すればよいことが判った。

以上説明したように、本実施の形態に係るホーニング加工装置は、まず、砥石３０を第１基準位置から第１拡張量だけ加工孔Ｗｈの中心軸Ｊ２から離れる方向へ拡張移動させてワークＷを切削加工し、第１拡張終了位置Ｐ１１を記憶する。次に、砥石３０を、第２基準位置から第１拡張終了位置まで前回の加工が終了したときの第１拡張速度比Ｒ１よりも大きい第２拡張速度比Ｒ２にて第１方向へ拡張移動させた後、さらに第２拡張量だけ拡張移動させることによりワークＷを切削加工する。これにより、ワークＷの切削を開始する際における加工孔Ｗｈの内壁の表面状態の変化が抑制されるので、加工孔Ｗｈの内壁の表面状態の変化に起因した加工精度の低下が抑制される。

また、本実施の形態に係る内径計測ユニット２００は、エアマイクロメータ２００１を備える。ここで、エアマイクロメータ２００１は、長尺の円柱状の外形を有し、加工孔Ｗｈの内径寸法計測時において、長手方向の一端部側が加工孔Ｗｈに挿入される本体部２０１１と、円柱状であり外径寸法が本体部２０１１の外径寸法よりも長く本体部２０１１に固定されたゲージ２０１３と、を備える。そして、決定部１１７は、ゲージ２０１３が加工孔Ｗｈ内に挿入不可能な場合、ゲージ２０１３の外径寸法に基づいて第３拡張量を決定する。一方、決定部１１７は、ゲージ２０１３が加工孔Ｗｈ内へ挿入可能な場合、エアマイクロメータ２００１により計測された加工孔Ｗｈの内径寸法に基づいて第３拡張量を決定する。これにより、エアマイクロメータ２００１の本体部２０１１が加工孔Ｗｈの内壁Ｗａに接触する頻度を低減させることができるので、本体部２０１１の摩耗を抑制しエアマイクロメータ２００１の寿命を延ばすことができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は前述の実施の形態の構成に限定されるものではない。例えば、内径計測ユニット２００を備えず、接触検知部１１５により砥石３０がワークＷの加工孔Ｗｈの内壁Ｗａに接触したときの砥石３０の拡張量に基づいて、加工孔Ｗｈの内径を計測するものであってもよい。

以上、本発明の実施の形態および変形例（なお書きに記載したものを含む。以下、同様。）について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。本発明は、実施の形態および変形例が適宜組み合わされたもの、それに適宜変更が加えられたものを含む。

本発明は、エンジンのシリンダブロックのシリンダボアを加工するホーニング加工装置に好適である。

１：ホーニング加工ユニット、２：回転主軸、２ａ：下端部、２ｂ，８６ａ：スプラインシャフト部、３：機体、３ａ：ヘッド部、４：往復駆動部、５：回転駆動部、７：エアマイクロメータ、８：拡張駆動部、２０：ホーニングツール、３０：砥石、３０ａ：砥石面、３０ｂ：砥石台、４１：送り螺子機構、４１ａ：ナット体、４１ｂ：送り螺子、４２：スライド本体、４３；案内レール、４４：第２駆動モータ、４４ａ，５１ａ，８１ａ：モータ軸、４５：カップリング、５１：第１駆動モータ、５２，５４：プーリ、５３：ベルト、６１，６２：ボールスプライン軸受、７１：ノズル、８１：第３駆動モータ、８２，８４：歯車機構、８２ａ：回転歯車軸、８２ｂ，８４ａ，８４ｂ：歯車、８５：ロッド駆動機構、８５ａ：従動体、８５ｂ：ボール螺子、８６：シャフト、１００：制御部、１０１：ＣＰＵ、１０２：主記憶部、１０３：補助記憶部、１０４：入力部、１０６：インタフェース、１０７ａ：第１駆動回路、１０７ｂ：第２駆動回路、１０７ｃ：第３駆動回路、１０９：バス、１１１：回転制御部、１１２：往復制御部、１１３：拡張制御部、１１４：寸法算出部、１１５：接触検知部、１１６：加工状態判別部、１１７：決定部、１３１：目標内径記憶部、１３２：拡張速度記憶部、１３３：拡張量記憶部、１３４：基準位置記憶部、１３５：ゲージ寸法記憶部、１３６：寸法記憶部、２００：内径計測ユニット、２１１：コーンロッド、２１１ａ：ウェッジ、２００１：エアマイクロメータ２００１１：本体部、２０１２：吐出孔、２０１３：ゲージ、２０１４：接続部、Ｄ１，Ｄ２：外径寸法、Ｇ１：隙間、Ｊ１，Ｊ２：中心軸、Ｌ１：第１拡張量、Ｌ２：第２拡張量、Ｐ１：第１基準位置、Ｐ２：第２基準位置、Ｐ１１：第１拡張終了位置、Ｒ１：第１拡張速度比、Ｒ２：第２拡張速度比、Ｒ３：第３拡張速度比、ＲＥ１，ＲＥ２，ＲＩ１：位置、Ｖｓ：初期拡張速度、Ｖ１：第１拡張速度、Ｖ２：第２拡張速度、Ｖ３：第３拡張速度、Ｖｒ１：回転速度、Ｖｒ２：往復移動速度、Ｖｒ３：合成周速度、Ｗ：ワーク、Ｗａ：内壁、Ｗｈ：加工孔

Claims (4)

1. 砥石が設けられたホーニングツールをワークの加工孔に挿入した状態で、前記ホーニングツールを前記加工孔の中心軸方向へ往復移動させるとともに、前記中心軸周りに回転させながら、前記砥石を前記中心軸に直交し且つ前記中心軸から離れる第１方向へ第１基準位置から拡張移動させることにより前記ワークを加工するホーニング加工方法であって、
   前記砥石を、前記第１基準位置から第１拡張量だけ前記第１方向へ拡張移動させることにより前記ワークを切削加工する第１加工工程と、
   前記第１加工工程の後における前記加工孔の内径寸法を計測する計測工程と、
   前記計測工程において計測された前記内径寸法に基づいて第２拡張量を決定する拡張量決定工程と、
   前記砥石を、前記第１加工工程が終了したときの第１拡張終了位置よりも前記第１方向とは反対方向の第２方向側に位置し且つ前記砥石が前記加工孔に接触しない第２基準位置から前記第１加工工程の終了時における第１拡張速度よりも速い第２拡張速度で前記第１加工工程が終了した第１拡張終了位置まで前記第１方向へ拡張移動させた後、さらに前記第２拡張量だけ前記第１方向へ拡張移動させることにより前記ワークを切削加工する第２加工工程と、を含む、
   ホーニング加工方法。
2. 前記計測工程において、エアマイクロメータを用いて前記加工孔の内径寸法を計測する、
   請求項１に記載のホーニング加工方法。
3. 前記エアマイクロメータは、
   長尺の円柱状の外形を有し、前記加工孔の内径寸法計測時において、長手方向の一端部側が前記加工孔に挿入される本体部と、
   円柱状であり外径寸法が前記本体部の外径寸法よりも長く前記本体部の前記一端部に固定されたゲージと、を備え、
   前記拡張量決定工程において、前記ゲージが前記加工孔内に挿入不可能な場合、前記ゲージの外径寸法に基づいて前記第２拡張量を決定し、前記ゲージが前記加工孔内に挿入可能な場合、前記エアマイクロメータにより計測された前記加工孔の内径寸法に基づいて前記第２拡張量を決定する、
   請求項２に記載のホーニング加工方法。
4. 砥石が設けられたホーニングツールと、
   前記ホーニングツールが先端部に固定された回転主軸と、
   前記回転主軸をワークの加工孔の中心軸方向へ往復移動させる往復駆動部と、
   前記回転主軸を前記中心軸周りに回転させる回転駆動部と、
   前記砥石を前記中心軸に直交し且つ前記中心軸から離れる第１方向へ拡張移動させる拡張駆動部と、
   前記往復駆動部、前記回転駆動部および前記拡張駆動部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記砥石を、第１基準位置から第１拡張量だけ前記第１方向へ拡張移動させることにより前記ワークを切削加工した後において、該切削加工が終了した第１拡張終了位置を記憶し、前記切削加工後における前記加工孔の内径寸法に基づいて第２拡張量を決定した後、
   前記砥石を、前記第１拡張終了位置よりも前記第１方向とは反対方向の第２方向側に位置し且つ前記砥石が前記加工孔に接触しない第２基準位置から前記切削加工において前記第１拡張終了位置に到達したときの第１拡張速度よりも速い第２拡張速度で前記第１拡張終了位置まで前記第１方向へ拡張移動させた後、更に前記砥石を、前記第２拡張量だけ前記第１方向へ拡張移動させるよう前記拡張駆動部を制御する、
   ホーニング加工装置。

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