KR100191146B1 - 호닝 가공량 보정장치 및 보정방법 - Google Patents

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아리히사 마스부치
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하나와 요시카즈
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Abstract

호닝 기공을 끝낸 워크를 내경 측정 공정으로 반송하는 사이에 워크의 온도 변화가 있더라도, 호닝 가공에 있어서 가공 구멍 내경의 측정치를 목표치에 가깝게 한다.
게이지 헤드(63)에 설치한 측정자(11) 및 열전대(65)에 의해 마스터 링(59)의 내경 및 온도와, 실린더 보어(25B)의 내경 및 온도를 각각 측정한다. 상기 측정치를 기초로 온도 차이를 고려한 실린더 보어(25B)의 내경을 제1연산 회로(67)가 연산하고, 이 연산한 내경치와 목표로 정한 실린더 보어(25B)의 내경치의 차이에 의하여 가공 구멍 내경의 보정치를 연산한다.

Description

호닝 가공량 보정 장치 및 보정 방법
제1도는 본 발명의 일실시예를 도시하는 호닝 가공량 보정장치를 포함하는 전체 구성도.
제2도는 온도 변화에 따른 실린더 보어의 목표로 하는 내경값에 대한 오차의 시간적 변화 특성도.
제3도는 호닝 가공을 끝낸 실린더 보어의 내경을 측정기로 측정할 때, 보정 값을 산출하기 위한 작업을 도시하는 흐름도.
제4도는 종래의 측정기의 전체 구성도.
제5도는 제4도의 측정기에 사용되고 있는 내경 측정용 센서의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 측정자(내경 측정 수단) 23A,23B : 실린더 블록(가공물)
25A,25B : 실린더 보어(가공 구멍) 59 : 마스터 링
63 : 게이지 헤드 5 : 열전대(온도 측정 수단)
67 : 제1 연산 회로(내경 연산 수단) 69 : 제2 연산 회로(보정값 연산 수단)
본 발명은 원형의 가공 구멍 내면을 연마석을 이용하여 오닝 가공함에 있어서, 상기 구멍 내면이 목표로 하는 내경에 근접하도록 가공량을 보정하는 호닝 가공량 보정 장치 및 보정 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 가공물의 가공 구멍의 내면, 가령 엔진의 실린더 블록에 있어서 실린더 보어의 내면을 마무리 가공할 경우, 호닝 가공은 호닝판을 이용하여 이루어진다. 이러한 호닝 가공은 가공 구멍의 내면을 연마석을 이용하여 연삭하는 것으로, 상기 연마석은 통상 장방형이고, 가공 구멍의 중심 축방향을 길이 방향으로하여 원주 방향으로 복수개가 일정 간격으로 배치되어 있다.
상기 복수개의 연마석은 가공 구멍내에 삽입되어 그 중심축에 대하여 방사형으로 배치된 호온이라 불리는 공구에 의해 가공 구멍 내면에 압착되며, 이와 동시에 회전 운동 및 축방향의 왕복 운동을 하여 가공 구멍을 내면을 평활(平滑)하면서도 정밀하게 가공한다(일본국 특허 공개 공보 제 56-76374 호 참조).
상기와 같은 호닝 가공에 의하여 실린더 보어 내면의 마무리 가공은 끝난 실린더 블록은 제4도에 도시된 바와 같은 측정기에 의해 미리 정한 가공 구멍의 목표로 하는 내경과 어느 정도의 오차가 있는지. 즉 허용 범위 내에 있는지의 여부가 판단된다. 제4도의 측정기에 있어서, 실린더 블록(1)의 가공구멍인 실린더 보어(3)의 중심과 중심이 일치하도록 실린더 블록(1)의 위쪽에 마스터 링(5)이 배치되며, 상기 마스터 링(5)의 위쪽으로부터 삽입 가능한 게이지 헤드(9)가 지지축(7)의 선단에 설치된다. 마스터 링(5)은 가공 구멍인 실린더 보어(3)의 가공 구멍의 목표로 하는 내경과 동일한 내경을 가지는 링 구멍(5a)을 구비하고 있다.
게이지 헤드(9)는 마스터 링(5) 및 실린더 보어(3)의 내경보다 약간 작은 외경을 가지는 원형 외주면(9a)을 구비하며, 상기 외주면(9a)에는 마스터 링(5)과 실린더 보어(3)의 내경을 각각 측정하는 제5도에 도시된 바와 같은 센서(10)의 일부인 복수개의 측정자(11)가 설치되어 있다.
제5도에 도시된 바와 같이, 측정자(11)는 코일(13)이 감겨있는 보빈(15,bobbin)에 대하여 스프링(17)에 의해 케이스(19) 내부로부터 돌출하는 방향(제5도에서 좌측 방향)으로 힘이 가해진 상태이며, 상기 측정자(11)는 케이스(19)에 대하여 제5도의 좌우 방향으로 이동 가능하게 설치되어 있다. 측정자(11)는 코일(13) 내부에 배치된 코어(21)와 연결되며, 측정자(11)의 이동에 따라 코어(21)가 코일(13) 내부에서 이동하는 양을 자속의 변화로서 코일(13)이 포착하여 전기 신호로 변환함으로써, 내경을 측정할 수 있다.
상기와 같은 측정기에 있어서, 먼저 게이지 헤드(9)를 마스터 링(5)의 링 구멍(5a) 내부에 삽입하여 마스터 링(5)의 내경을 측정한 후, 게이지 헤드(9)를 더욱 하강시켜 실린더 보어(3) 재부에 삽입하여 실린더 보어(3)의 내경을 측정한다. 측정한 실린더 보어(3)의 내경과, 가공 구멍의 목표로 하는 내경과 일치하는 미리 측정한 마스터 링(5)의 링 구멍(5a)의 내경의 차이에 따라, 가공을 끝낸 실린더 보어(3)의 내경이 허용 범위 내에 있는지의 여부를 판단한다.
그런데, 호닝 가공이 끝난 실린더 블록은 일단 창고와 같은 별도의 장소에 다수 적재 보관되며, 어느 정도 시간이 흐른 후 측정기에 의해 내경이 측정된다. 이로 인해, 창고 등에서 반송(搬送)되어 온 실린더 블록의 온도는 측정기가 설치된 분위기 온도와 차이가 발생하는 경우가 있으며, 이러한 상태에서 내경을 측정하면, 마스터 링과 실린더 블록의 온도 차이에 의해서 측정 정밀도가 저하된다.
따라서, 본 발명은 호닝 가공이 종료된 후 내경을 측정하는 동안에 가공물의 온도 변화가 있더라도 측정 정밀도를 향상시키는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 제1 구성으로서, 호닝 가공된 가공 구멍이 있는 가공물과 상기 가공물의 가공 구멍의 호닝 가공에 의해 목표로 하는 내경과 동일한 내경을 가지는 마스터 링 각각의 온도를 측정할 수 있는 온도 측정 수단과, 상기 가공물과 마스터 링 각각의 내경을 측정할 수 있는 내경 측정 수단과, 상기 온도 측정 수단이 측정한 가공물과 마스터 링의 상호 온도 차이와 상기 내경 측정 수단이 측정한 가공물과 마스터 링 각각의 내경을 기초로 가공물과 마스터 링의 온도 차이가 고려된 가공 구멍의 내경을 연산하는 내경 연산 수단과, 상기 내경 연산 수단이 연산한 가공물의 내경과 가공 구멍의 목표로 하는 내경의 차이로부터 상기 가공 구멍의 목표로 하는 내경의 보정값을 연산하는 보정값 연산 수단을 구비한다.
제2 구성은, 제1 구성에 있어서, 내경 연산 수단이 연산하는 가공물의 내경의 값은 복수의 가공물을 측정한 평균값이다.
제3 구성은, 제1 구성에 있어서, 마스터 링의 중심이 가공물의 가공 구멍의 중심과 동일선상에 있으며, 온도 측정 수단 및 내경 측정 수단이 상기 마스터 링과 가공물 안에 삽입 가능한 게이지 헤드의 주위에 장착되어 있다.
제4 방법은, 가공물의 목표로 하는 내경과 동일한 내경을 가지는 마스터 링의 온도 및 내경을 각각 측정하고 동시에 상기 가공물의 온도 및 가공 구멍의 내경을 각각 측정하여, 상기 가공물과 마스터 링의 상호 온도 차이 및 상기 가공물과 마스터 링 각각의 내경에 기초하여, 가공물과 마스터 링의 온도 차이가 고려된 가공 구멍의 내경을 연산하고, 상기 연산된 내경과 목표로 하는 내경의 차이로부터 목표로 하는 내경의 보정값을 연산하는 호닝 가공량 보정 방법이다.
제1 구성 또는 제4 방법에 의하면, 마스터 링의 온도와 가공물의 온도의 차이를 기초로, 상기 온도 차이가 고려된 가공물의 가공 구멍의 내경값을 연산하고, 상기 연산된 내경값과 가공 구멍의 목표로 하는 내경의 차이로부터, 목표로 하는 내경에 대한 보정값을 연산하고, 호닝 가공을 끝낸 가공물을 내경 측정 공정으로 반송 할 때 주위 온도의 영향에 따라 가공물의 온도가 변하더라도 상기 보정값을 고려하여 호닝 가공을 끝낸 가공 구멍 내경의 측정값은 목표값에 접근하게 된다.
제 2구성에 의하면, 내경 연산 수단이 연산하는 가공물의 내경의 값을 복수의 가공물을 측정한 평균값으로 정함으로써 보다 정확한 보정값을 얻을 수 있다.
제3 구성에 의하면, 게이지 헤드를 마스터 링에 삽입후 연속하여 가공물의 가공 구멍 내에 삽입 할 수 있으므로, 측정 작업이 용이해진다.
[실시예]
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 기초로 설명한다.
제1도는 본 발명의 일실시예를 도시하는 호닝 가공량 보정 장치를 구비한 호닝 가공 장치의 전체 구성도이다. 가공물인 엔진의 실린더 블록(23A)은 호닝판 본체(도시 생략)의 가공 테이블 상에 설치되며, 실린더 블록(23A)의 가공 구멍인 실린더 보어(25A) 안으로 호닝 헤드(27)가 삽입되어 그 내면을 연삭 가공한다.
도면에서, 호닝 헤드(27)는, 본체(29) 내부에 삽입되고 유압 실린더(도시 생략)에 의하여 상하로 이동 가능한 두 개의 테이퍼 콘(31)과, 테이퍼 콘(31)의 하강에 의해서 실린더 보어(25A)의 내면에 압착되도록 원주 방향으로 복수 배치된 슈우(33)와, 슈우(33)의 외주면에 장착되어 실린더 보어(25A)의 내면을 연삭 가공하며 상하 방향이 긴 장방형의 연마석(35)을 구비한다. 이러한 호닝 헤드(27)는 테이퍼 콘(31) 및 슈우(33)에 의해서 연마석(35)이 실린더 보어(25A)의 내면에 소정의 압착 압력(확장압)으로 압착된 상태로, 상하 이동 실린더 및 회전 모터(도시 생략)를 구동원으로 전체가 상하 이동함과 동시에 회전하면서 호닝 가공한다.
또한, 호닝 헤드(27)의 본체(29)에는 상하 방향으로 연장되는 에어 통로(37)가 형성되며, 이 에어 통로(37)는 선단 부분이 호닝 가공시에 실린더 보어(25A)의 내면에 대항하게 개방되어 에어 노즐(39)을 형성하고, 단부측은 제1도의 윗면으로 개방되어 에어 마이크로미터(41, 도시생략)에 연결되어 있다. 에어 마이크로미터(41)는 에어 노즐(39)로부터 실린더 보어(25A)의 내면에 에어를 뿜어버 부착시키며, 그 때의 배압 또는 유량이 전기 신호로 변환되며, 배압 또는 유량에 따른 실린더 보어(25A)의 소정 가공 치수가 치수 결정 장치(43)에 의해 산출된다. 치수 결정 장치(43)는 산출한 가공 치수가 목표로 하는 내경에 이를 때까지, 전술한 상하 이동 실린더 및 회전 모터(도시 생략)의 구동을 제어하고, 호닝판의 동작을 제어한다.
실린더 블록(23A)의 상부에는 상부 플레이트(47)가 배치되어 있다. 상부 플레이트(47)의 관통 구멍(47a)에는 안내 링(49)이 끼워 넣어지며 동시에, 안내 링(49)의 상부에는 마스터 링(51, 53)이 설치되고, 안내 링(49) 및 마스터 링(51, 53)은 상부 플레이트(47) 위에 장착되는 고정 부재(55)에 의해 고정된다.
안내 링(49)은 호닝 헤드(27)를 실린더 보어(25A) 내부에 삽입 할 때, 이를 안내하는 안내 구멍(49a)을 가진다. 두 개의 마스터 링(51, 53)은 호닝 가공에 의한 실린더 보어(25A)의 목표로 하는 내경의 상한치 및 하한치와 각각 동일한 지름을 가지며, 호닝 가공에 앞서 에어 마이크로미터(41)의 노즐(39)로부터 에어 압력을 받아 실린더 보어(25A) 내경의 상한치 및 하한치의 범위를 설정한다.
상기 호닝 헤드(27)를 이용한 호닝 가공 후의 가공물은 실린더 블록(23B)으로, 동일 가공 구멍은 실린더 보어(25B)로서 도시되어 있으며, 이 실린더 보어(25B)내 내경을 측정한다. 측정기 본체의 측정 테이블(도시 생략)상에 설치된 실린더 블록(23B)의 위쪽에는 측정기 본체에 고정된 고정 부재(57)에 장치되는 마스터 링(59)이 배치되어 있다. 마스터 링(59)은 실린더 보어(23B)의 목표로 하는 내경과 동일한 내경을 가지는 링 구멍(59a)을 갖추고 있다.
마스터 링(59)의 링 구멍(59a)은 실린더 블록(23B)의 실린더 보어(25B)의 중심과 중심이 일치하며, 유압 실린더(도시 생략)에 의해서 상하 이동 가능한 지지축(61)의 선단에 설치된 게이지 헤드(63)는 마스터 링(59)의 위쪽으로부터 마스터 링(59) 및 실린더 보어(25B) 내부에 삽입 가능하게 되어 있다. 게이지 헤드(63)는 마스터 링(59) 및 실린더 보어(25B) 내경보다 약간 작은 외경을 가지는 원형 외주면(63a)을 구비하며, 이 외주면(63a)에는 마스터 링(59) 및 실린더 보어(25B)의 내면 온도를 각각 측정하는 열전대(熱戰對, 65)와, 마스터 링(59) 및 실린더 보어(25B)의 내경을 각각 측정하는 상기 제5도에 도시한 것과 동일한 센서(10)의 일부인 복수 개의 측정자(11)가 설치되어 있다.
측정자(11)에 의한 내경 치수와 열전대965)에 의한 온도 측정치는 내경 연산 수단인 제1 연산 회로(67)에 입력된다. 제1 연산 회로(67)는 열전대(65)가 측정한 실린더 보어(25B)의 온도(t1)와 마스터 링(59)의 온도(t0) 상호간의 차이와 측정자(11)가 측정한 실린더 보어(25B)의 내경(D1)과 마스터 링(59)의 내경(D0)을 기초로 다음 식을 이용하여 실린더 보어(25B)의 온도 변화가 고려된 내경(D)을 연산한다
단, α:실린더 보어(25B)의 선 팽창 계수
제1 연산 회로(67)는 복수의 실린더 보어(25B)에 대해 온도 변화를 고려한 내경(D)을 연산하고, 그 복수의 내경(D)의 값을 보정값 연산 수단인 제2 연산 회로(69)에 입력한다. 제2 연산 회로(69)는 연산한 복수의 실린더 보어(25B)의 내경(D)의 평균값(DM)과, 실린더 보어(25B)의 목표로 하는 내경(DX)의 차이로부터 실린더 보어(25B)의 목표로 하는 내경의 보정값[△d(=DX-DM)]을 연산한다.
호닝 가공을 끝낸 실린더 보어(25B)의 내경은 제2도에 도시된 바와 같이, (a)의 온실(실온) 변화에 대응하여, (b)의 목표로 하는 내경값에 대한 오차가 변화한다. 상기 실온은 호닝 가공시에 실린더 블록(23A)에 공급되는 냉각액인 냉각제의 온도에 영향을 주며, 이 때문에 냉각제 온도에 의해서 마무리 가공 지름이 변화하게 되고, 따라서 전술한 복수의 실린더 보어(25B)에 대한 내경측 치수(D1)는 냉각제 온도에 의해서 변화된 것이라 말할 수 있다.
상기 연산된 보정값(△d)의 신호는 전술한 치수 결정 장치(43)에 입력되고, 치수 결정 장치(43)는 상하 이동 실린더 및 회전 모터에 대한 구동 신호를 출력하며, 보정값(△d)을 고려한 내경이 되도록 실린더 보어(25A)에 대하여 호닝 가공한다.
제3도는 실린더 보어(25A)를 호닝판으로 호닝 가공한 후, 가공된 실린더 보어(25B)의 내경을 측정기를 이용하여 측정할 때, 보정값(△d)을 연산하기 위한 동작을 도시하는 흐름도이다. 먼저, 게이지 헤드(63)를 목표로 정한 가공 지름과 지름이 동일한 마스터 링(59)의 링 구멍(59a)에 삽입하고, 측정자(11)에 의해 내경(D0)을 측정하는 동시에, 열전대(65)에 의해 마스터 링(59)의 온도(t0)를 측정한다 [단계(S1)].
게이지 헤드(63)를 마스터 링(59)의 위치에서 더욱 하강시켜 실린더 보어(25B)의 내부에 삽입하고, 이 상태에서 측정자(11)에 의해 실린더 보어(25B)의 내경(D1)을 측정하고 동시에, 열전대(65)에 의해 실린더 보어(25B) 내벽의 온도(t1)를 측정한다 [단계(S2)]. 그리고, 전술한 식(1)을 이용해서 제1 연산 회로(67)에 의해 실린더 보어(25B)의 온도 변화를 고려한 내경(D)을 연산한 후 [단계(S3)], 제2 연산 회로(69)에 의해 내경(D)의 평균값(DM)과 실린더 보어(25B)의 목표로 하는 내경(DX)의 차이로부터 실린더 보어(25B)의 목표로 하는 내경의 보정값(△d)을 연산한다 [단계(S4)].
이렇게 하여 연산된 보정값(△d)은 치수 결정 장치(43)에 입력되고, 치수 결정 장치(43)는 상하 이동 실린더 및 회전 모터에 대한 구동 신호를 출력하며, 보정값(△d)을 고려한 내경이 되도록 실린더 보어(25A)에 대하여 호닝 가공한다. 이것에 의해, 실린더 블록(23A)이 호닝 가공 공정 종료 후, 내경 측정 공정 중에 주위 온도의 영향을 받아 온도 변화가 있더라도 보정값(△d)을 고려한 후에 호닝 가공하는 것으로, 측정 내경을 목표로 하는 내경에 일치시키는 것이 가능하며, 보다 고정밀도인 호닝 가공을 달성할 수 있다.
또한, 상기 보정값은 냉각제 온도의 변화에 대응한 실린더 보어(25A)의 내경값 변화를 기초로 산출하였으므로, 보다 정밀도가 높다.
이상 설명한 바와 같이, 제1 구성 또는 제4 방법에 의하면, 마스터 링과 가공물의 온도 차이를 기초로 측정한 가공물의 가공 구멍의 내경을 온도 차이를 고려하여 연산하고, 이 가공 구멍의 연산한 내경값과 목표로 하는 내경의 차이로부터 이 가공 구멍의 목표로 하는 내경에 대한 보정값을 연산하도록 하였으므로, 호닝 가공을 끝낸 가공물을 내경 측정 공정으로 반송 할 때 주위 온도의 영향에 의해 가공물의온도 변화가 있더라고 상기 보정값을 고려하였기 때문에, 호닝 가공 후의 가공 구멍 내경을 측정값을 목표로 하는 값에 가깝게 할 수 있으며, 극히 정밀도가 높은 호닝 가공을 달성할 수 있다.
제2 구성에 의하면, 내경 연산 수단이 연산하는 가공물의 내경의 값은 복수의 가공물의 평균값이므로 보다 정확한 보정값을 얻을 수 있으며, 이 보정값을 이용하여, 보다 정밀도가 높은 호닝 가공을 달성할 수 있다.
제3 구성에 의하면, 게이지 헤드를 마스터 링에 삽입한 후, 뒤이어 가공물의 가공 구멍내에 삽입할 수 있으므로 측정 작업이 용이하다.

Claims (4)

  1. 호닝 가공이 종료된 가공 구멍이 있는 가공물과 이 가공물의 가공 구멍의 호닝 가공에 의해 목표로 하는 내경과 동일한 내경을 가지는 마스터 링 각각의 온도를 측정할 수 있는 온도 측정 수단과, 상기 가공물과 마스터 링 각각의 내경을 측정할 수 있는 내경 측정 수단과, 상기 온도 측정 수단이 측정한 가공물과 마스터 링 각각의 상호 온도 차이 및 상기 내경 측정 수단이 측정한 가공물과 마스터 링 각각의 내경을 기초로 가공물과 마스터 링의 온도 차이가 고려된 가공 구멍의 내경을 연산하는 내경 연산 수단과, 상기 내경 연산 수단이 연산한 가공물의 내경과 가공 구멍의 목표로 하는 내경의 차이로부터 가공 구멍의 목표로 하는 내경의 보정값을 연산하는 보정값 연산 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 호닝 가공량 보정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 내경 연산 수단이 연산하는가공물의 내경의값은 복수의 가공물의 평균값인 것을 특징으로 하는 호닝 가공량 보정 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 마스터 링의 중심은 가공물의 가공 구멍 중심과 동일 선상에있고, 상기 온도 측정 수단과 내경 측정 수단은 상기 마스터 링과 가공물 안에 삽입될 수 있는 게이지 헤드의 둘레에 장착되는 것을 특징으로 하는 호닝 가공량 보정 장치.
  4. 가공물의 가공 구멍의 목표로 하는 내경과 동일한 내경을 가지는 마스터 링의 온도와 내경을 각각 측정함과 동시에 상기 가공물의 온도 및 가공 구멍 내경을 각각 측정하며, 상기 가공물 및 마스터 링 각각의 상호 온도 차이와 상기 가공물과 마스터 링 각각의 내경을 기초로 가공물과 마스터 링의 온도 차이가 고려된 가공 구멍의 내경을 연산하며, 상기 연산한 가공 구멍의 내경과 목표로 하는 내경의 차이로부터 가공 구멍의 목표로 하는 내경의 보정값을 연산하는 것을 특징으로 하는 호닝 가공량 보정 방법.
KR1019950044603A 1994-12-01 1995-11-29 호닝 가공량 보정장치 및 보정방법 KR100191146B1 (ko)

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