JP2003170345A - ホーニング加工方法、ホーニング盤の砥石切込み装置およびホーニング盤 - Google Patents
ホーニング加工方法、ホーニング盤の砥石切込み装置およびホーニング盤Info
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Abstract
工において、加工サイクルタイムを短縮するとともに、
ホーニング砥石の精密な切込み制御ができるホーニング
加工技術を提供する。 【解決手段】 強制切込み(定量)加工方式のホーニン
グ加工において、ホーニング砥石10のトルクTまたは
トルクTと切削背分力Pの両者を計測して、この計測さ
れた計測値に応じて、ホーニング砥石の切込み量を制御
する。これにより、ホーニング砥石10の急速拡張工程
からホーニング加工工程開始への境界点の検出が、自動
的にかつ確実に行うことが可能で、ホーニング加工の加
工サイクルタイムの短縮を図ることができるとともに、
ホーニング加工工程におけるホーニング砥石の切込み動
作を精密に制御できる。
Description
法、ホーニング盤の砥石切込み装置およびホーニング盤
に関し、さらに詳細には、ホーニング砥石を、工作物の
内周面に対して、機械的に一定の切込み量をもって積極
的に切込みながらホーニング加工を行うホーニング加工
技術に関する。
げる加工法の一つとしてホーニング加工がある。このホ
ーニング加工においては、ホーニング砥石とワークを相
対的に浮動の状態におくとともに、ホーニング砥石に回
転と往復運動を与えて、ばね弾発力等によるホーニング
砥石の拡張によりワーク内周面に精密仕上げを行う。
一定圧力(ばね弾発力)でワークに押し付けて、ワーク
内周面を少しずつ削り取るものであったが、近時は、研
削加工の場合と同様、高い圧力で仕上量の大きいホーニ
ング加工を行うホーニング盤が種々開発され、現在主流
となっている。
石を油圧駆動手段等により一定の加圧力をもって切込み
動作させる定圧加工方式のものと、ホーニング砥石を機
械的駆動手段により一定の切込み量をもって切込み動作
させる強制切込み(定量)加工方式のものとがあるが、
いずれの形式のホーニング盤にあっても、ボール盤や中
ぐり盤による前加工から、研削加工等を省略していきな
りホーニング加工に移る、つまり旧来の研削加工とホー
ニング加工を複合的に行う加工法をとることもできるよ
うになり、効率の良い精密仕上げの実現が可能となっ
た。
(定量)加工方式のホーニング加工においては、上述し
たように、ホーニング砥石を機械的駆動手段により、切
込み加工当初から加工終了まで一定の切込み量をもって
連続的に切込み動作(等速切込み)させるところ、ホー
ニング砥石がワークの内周面に当たるまでは、全くホー
ニング加工に寄与しない状態にある。
縮を図るには、この全くホーニング加工に寄与しない状
態をできるだけ短縮することが有効であり、そのために
は、ホーニング砥石をワークの内周面に当たる直前まで
高速で移動(切込み動作)させる必要があり、これの実
現には、それに続くホーニング加工工程との境界つまり
加工開始点を求めて、ホーニング加工工程におけるホー
ニング砥石の切込み速度を制御する必要がある。
業は、作業者が実際の加工状態を見ながら目測で行って
いたところ、加工前の個々のワーク内径にはバラツキが
あり、さらに、図12に示すように、ホーニング砥石1
0がワークWの内周面Waに当たる加工初期は、内周面
Waが歪んでいて、ホーニング砥石10が全面当たりし
ない。これがため、ホーニング砥石10が全くホーニン
グ加工に寄与しない状態から上記ホーニング加工工程開
始への境界点を見極めるには熟練を要するとともに、上
記設定作業も精度良く行うことが困難な状況にあった。
の切込み動作を、従来のような単純に連続した一定の切
込み量をもった制御でなく、ホーニング砥石10の砥石
寿命やワークWの材質等も考慮した、より精密な制御を
したいとする要望もあった。
されたものであって、その目的とするところは、強制切
込み(定量)加工方式のホーニング加工において、加工
サイクルタイムを短縮することができ、しかもホーニン
グ砥石の精密な切込み制御ができるホーニング加工技術
を提供することにある。
め、本発明の第一のホーニング加工方法は、ホーニング
砥石を備えるホーニングツールを、ワークの内周面の軸
線方向へ往復移動するとともに、軸線まわりに回転させ
ながら、上記ホーニング砥石に機械的駆動手段により一
定の切込み量をもって切込み動作を与えて、ワークの内
周面をホーニング加工する方法であって、上記ホーニン
グ砥石のトルクを計測して、この計測されたトルクに応
じて、ホーニング砥石の切込み量を制御するように構成
したことを特徴とする。
は、ホーニング砥石を備えるホーニングツールを、ワー
クの内周面の軸線方向へ往復移動するとともに、軸線ま
わりに回転させながら、上記ホーニング砥石に機械的駆
動手段により一定の切込み量をもって切込み動作を与え
て、ワークの内周面をホーニング加工する方法であっ
て、上記ホーニング砥石のトルクと切削背分力を計測し
て、この計測されたトルクと切削背分力に応じて、ホー
ニング砥石の切込み量を制御するように構成したことを
特徴とする。
法は、ホーニング砥石を備えるホーニングツールを、ワ
ークの内周面の軸線方向へ往復移動するとともに、軸線
まわりに回転させながら、上記ホーニング砥石に機械的
駆動手段により一定の切込み量をもって切込み動作を与
えて、ワークの内周面をホーニング加工する方法であっ
て、上記ホーニング砥石のトルクと切削背分力を計測し
て、この計測されたトルクと切削背分力から得られる切
削抵抗比に応じて、ホーニング砥石の切込み量を制御す
るように構成したことを特徴とする。
切込み装置は、上記第一のホーニング加工方法の実施に
適したものであって、ホーニング砥石に所定の切込み量
をもった切込み動作を機械的に与える切込み駆動手段
と、上記ホーニング砥石のトルクを検出するトルク検出
手段と、このトルク検出手段からの検出信号に応じて、
上記切込み駆動手段を駆動制御する切込み制御手段とを
備えてなることを特徴とする。
装置は、上記第二または三のホーニング加工方法の実施
に適したものであって、ホーニング砥石に所定の切込み
量をもった切込み動作を機械的に与える切込み駆動手段
と、上記ホーニング砥石のトルクを検出するトルク検出
手段と、上記ホーニング砥石による切削背分力を検出す
る背分力検出手段と、これらトルク検出手段および背分
力検出手段からの検出信号に応じて、上記切込み駆動手
段を駆動制御する切込み制御手段とを備えてなることを
特徴とする。
三のホーニング加工方法の実施に適したものであって、
ワークの内周面の軸線方向へ往復移動可能とされるとと
もに、軸線まわりに回転可能に軸支されてなる回転主軸
と、回転主軸を軸線回りに回転駆動する主軸回転手段
と、回転主軸を上記内周面の軸線方向へ往復動作させる
主軸往復手段と、回転主軸先端に装着され、上記内周面
に沿った砥石面を有するホーニング砥石を拡縮可能に備
えるホーニングツールと、このホーニングツールのホー
ニング砥石に所定の切込み動作を与える砥石切込み手段
と、上記主軸回転手段、主軸往復手段および砥石切込み
手段の動作を相互に連動して自動制御する制御手段とを
備えてなり、上記砥石切込み手段が上記第一または第二
の砥石切込み装置により構成されていることを特徴とす
る。
ホーニング砥石を備えるホーニングツールを、ワークの
内周面の軸線方向へ往復移動するとともに、軸線まわり
に回転させながら、上記ホーニング砥石に機械的駆動手
段により一定の切込み量をもって切込み動作を与えて、
ワークの内周面をホーニング加工するに際して、ホーニ
ング砥石の切込み量の制御を、上記ホーニング砥石のト
ルクまたはこのトルクと切削背分力の両者を計測して、
この計測された計測値に応じて行う。
ーニング砥石の急速拡張工程からホーニング加工工程開
始への境界点の検出が、上記トルクまたはこのトルクと
切削背分力の両者の計測により、自動的にかつ確実に行
うことが可能で、ホーニング加工の加工サイクルタイム
の短縮を図ることができる。
トルクと切削背分力の両者を常時計測することにより、
ホーニング加工工程におけるホーニング砥石の切込み動
作を、ホーニング砥石の砥石寿命等の切削性能変化やワ
ークWの材質等に対応して精密に制御することが可能と
なる。
説明する。
グ盤は、具体的にはワークWの円筒状の内周面Waを加
工する立形のもので、先端にホーニングツール1を備え
る回転主軸2、主軸回転駆動部(主軸回転手段)3、主
軸往復駆動部(主軸往復手段)4、砥石切込み部(砥石
切込み手段、砥石切込み装置)5および装置制御部(制
御手段)6などを主要部として備えてなる。7は電源を
示す。
ンドレルないしホーニングヘッド)1は、回転主軸2の
先端つまり下端に交換可能に装着され、その内部には、
図3に示すように、径方向へ拡縮可能に配された複数の
ホーニング砥石10、10、…、これを拡張動作させる
コーンロッド11およびホーニング砥石10、10、…
を復帰動作させる復帰ばね(図示省略)等を備える。各
ホーニング砥石10は、ワークWの内周面Waに沿った
砥石面10aを有する。また、コーンロッド11は、上
記ホーニングツール1内において上下方向へ移動可能に
設けられており、その先端ウェッジ11aが各ホーニン
グ砥石10の砥石台10bを押圧する砥石拡張部とされ
るとともに、その上部である基部ロッド11bが、後述
する砥石拡張ロッド35に連結されている。また、図示
しないが、ホーニング砥石10、10、…は上記復帰ば
ねにより常時縮閉方向へ弾発的に付勢されている。
…は、上記コーンロッド11の下動に伴って拡開動作さ
れる一方、コーンロッド11の上動に伴って上記復帰ば
ねにより縮閉動作されることとなる。
ル1を備えるとともに、駆動軸15、駆動モータ16等
を含む上記主軸回転駆動部3と、スライド本体17、油
圧シリンダ18等を含む上記主軸往復駆動部4とにそれ
ぞれ連係されている。
に回転可能に軸支されており、このスライド本体17
が、機体20上の上下方向へ延びる案内ロッドまたはレ
ール21上に昇降可能に設けられるとともに、機体20
に取り付けられた油圧シリンダ18のピストンロッド1
8aに連結されている。そして、この油圧シリンダ18
のピストンロッド18aが昇降動作することにより、ス
ライド本体17を介して、回転主軸2つまりはホーニン
グツール1が昇降動作されることとなる。
0のヘッド部20aに回転可能に設けられた駆動軸15
にキー嵌合またはスプライン嵌合されて、この駆動軸1
5に対して、上下方向(軸線方向)へ相対的に移動可能
でかつ一体回転可能に連結されている。
が取り付けられ、この伝動プーリ25aが、伝動ベルト
25bを介して、駆動モータ16のモータ軸に取り付け
られた伝動プーリ25cに連結されている。そして、こ
の駆動モータ16の回転駆動により、駆動軸15を介し
て、回転主軸2つまりはホーニングツール1が回転駆動
されることとなる。
0、10、…に切込み動作を与えるもので、図1および
図2に示すように、切込み駆動部(切込み駆動手段)3
0、トルクセンサ(トルク検出手段)31および切込み
制御部(切込み制御手段)32を主要部として備えてな
る。
0、10、…に所定の切込み量をもった切込み動作を機
械的に与えるもので、具体的には、上記ホーニングツー
ル1のコーンロッド(砥石拡張部材)11(図3)、砥
石拡張ロッド35、切込み駆動機構36およびステッピ
ングモータ37等を備える。
に、回転主軸2の下半部に設けられた軸穴38内におい
て、その軸線方向(上下方向)へ移動可能に設けられて
おり、その下端部35aが上記コーンロッド11の基部
ロッド11bに連結されるとともに(図3参照)、その
上端部35bが切込み駆動機構36に連結されている。
ド35を上下方向(軸線方向)へ移動させるもので、従
来公知のように、砥石拡張ロッド35に連結された従動
体40およびこの従動体40を上下動させる駆動ねじ軸
部材41を主要部として構成されている。
的に上下方向へ摺動可能に設けられるとともに、この回
転主軸2内に配された上記砥石拡張ロッド35に対し
て、上下方向へ一体的に連結されている。
bには、連結ピン42が水平状に取り付けられており、
この連結ピン42の両端部が、回転主軸2に開口された
軸線方向の長穴43、43を介して、回転主軸2の外部
へ突出されている。一方、上記従動体40は、軸受装置
44により、回転主軸2上に摺動可能かつ回転可能に装
着されるとともに、この軸受装置44のスライドスリー
ブ44aの下端部に、上記連結ピン42の両端部が固定
されている。
た雌ねじ部材45を介して、上記駆動ねじ軸部材41に
上下方向へ螺進退可能に係合されている。この駆動ねじ
軸部材41は、スライド本体17に、回転主軸2と平行
にかつ回転可能に軸支される。
部20aに回転可能に設けられた回転伝達軸46に連係
されている。具体的には、この回転伝達軸46は、駆動
ねじ軸部材41と同一軸線上に軸支されるとともに、そ
の下部46aが、駆動ねじ軸部材41の上端部41aの
軸穴42にキー嵌合またはスプライン嵌合されている。
これにより、駆動ねじ軸部材41は、上記回転伝達軸4
6に対して、上下方向(軸線方向)へ相対的に移動可能
でかつ一体回転可能に連結されている。
る水平状の切込み駆動軸47に、歯車機構48を介して
連係されている。この切込み駆動軸47の先端部は、切
込み設定ダイヤル49に連結されるとともに、その基端
部は、カップリング50を介して上記ステッピングモー
タ37のモータ軸37aに連結されている。
ンコーダ等の位置検出センサ52が一体的に内蔵されて
おり、この位置検出センサ52によりステッピングモー
タ37の回転量が検出される。また、上記切込み設定ダ
イヤル49は、ステッピングモータ37の回転角を表示
するものである。
転駆動により、切込み駆動軸47と回転伝達軸46を介
して、駆動ねじ軸部材41が回動させられると、これに
螺進退可能に螺合された従動体40が、回転主軸2に対
して相対的に下動または上動されることとなる。つま
り、従動体40の下動時は、これと一体の砥石拡張ロッ
ド35がコーンロッド11を下方へ押動して、ホーニン
グ砥石10、10、…が拡張動作される。一方、従動体
40の上動時は、砥石拡張ロッド35の上動に伴って、
ホーニングツール1内の復帰ばね(図示省略)によりホ
ーニング砥石10、10、…が縮閉動作される。
ホーニング砥石10、10、…のトルクTを検出するも
ので、図示の実施形態においては、回転主軸2、具体的
には図1に示すごとく、回転主軸2の上端部2aと駆動
軸15の境界部位に組み込まれている。
後述する装置制御部6の一部を構成して(図5参照)、
トルクセンサ31からの検出信号に応じて、上記切込み
駆動部30を駆動制御するものであり、図5に示すよう
に、演算部32aとモータ駆動部32bとから構成され
ている。
の主制御部60から制御信号として切込みタイミング信
号が入力されるとともに、トルクセンサ31からのトル
ク信号および位置検出センサ52からの位置信号が検出
信号としてそれぞれ入力される。
されたトルクTを予め設定された各種トルク設定値Tx
と比較演算して、その演算結果に基づき、位置検出セン
サ52で検出された位置信号に対応した制御信号を上記
モータ駆動部32bに出力し、このモータ駆動部32b
からステッピングモータ37に切込みパルスが送られ
る。
ば、 (a)ホーニング砥石10、10、…がワークWの内周
面Waに当たる時にホーニング砥石10、10、…に生
じるトルク値(ワーク接触時設定値)Ta
ークWの内周面Waに全面当たりしてホーニング加工す
る時にホーニング砥石10、10、…に生じるトルク値
(ホーニング加工時設定値)Tb
常な状態になった時に生じるトルク値(異常値)Tc などがあり、これらの設定値Ta〜Tcは、ホーニング
砥石10の砥石面10aの切れ刃の性状やワークWの材
質等、各種の加工条件に対応して実験的に測定され設定
される。また、図示の実施形態においては、上記ホーニ
ング加工時設定値Tbが単一の一定値とされて、図6に
示すように、ホーニング加工工程が所定負荷(トルクT
b=Tb1 )の一工程で構成されている。
ピングモータ37の回転動作が、トルクセンサ31によ
り検出されたホーニング砥石10、10、…のトルクT
に応じて、切込み制御部32により駆動制御され、これ
により、切込み駆動機構36、砥石拡張ロッド35およ
びコーンロッド11を介して、ホーニング砥石10、1
0、…の切込み動作(切込み量=拡張位置)が制御され
ることとなる。なお、この切込み動作は、具体的には、
後述するように、ホーニングツール1の往復動作と回転
動作に同期して制御される。
の動作を相互に連動して自動制御するもので、具体的に
は、CPU、ROM、RAMおよびI/Oポートなどか
らなるマイクロコンピュータで構成されている。
実行させるための加工プログラム等が組み込まれてお
り、図5に示すように、主制御部60、主軸回転駆動部
3の駆動源を制御する主軸回転制御部61、主軸往復駆
動部4の駆動源を制御する主軸往復制御部62、および
砥石切込み部5の駆動源を制御する前記切込み制御部3
2などから構成される。
5の駆動源の駆動に必要な種々の情報、例えば、ホーニ
ングツール1の回転速度および昇降速度、あるいは、ホ
ーニング砥石10、10、…の基準位置(ストローク位
置)A、Bおよびストローク幅S(図3参照)、または
切込み速度および切込みタイミング等が、NC(数値制
御)データとして予めまたは操作盤のキーボード等によ
り適宜選択的に入力設定されており、これらのデータに
従って上記各制御部61、62、32を制御する。
は、駆動モータ16、油圧シリンダ18の油圧制御弁1
8b、ステッピングモータ37、位置検出センサ52お
よびトルクセンサ31のほか、スライド本体17に設け
られたスケール70からこのスライド本体17の位置を
検出する位置検出センサ71、ならびにその他の駆動部
等が電気的に接続されており、これらから得られる実際
値情報が、上記主制御部61により予め設定された上記
各種設定値と比較演算されて、その演算結果に基づき各
駆動部3、4、5の動作が駆動制御される。
ング盤において、上記各駆動部3、4、5は、装置制御
部6により、以下に述べるように相互に関連して自動制
御され、これにより、ホーニングツール1が、ワーク保
持冶具80に浮動状態で支持されたワークWの内周面W
aに対して、定量または定寸加工、つまりホーニング領
域全体(つまり図3におけるストローク幅S)にわたっ
て所定の切込み量をもった均一なホーニング加工が行わ
れる。
転駆動部3によりワークWの内周面Waの軸線まわりに
回転するとともに、主軸往復駆動部4によりワークWの
内周面Waの軸線方向へ往復移動しながら、砥石切込み
部(砥石切込み装置)5によりホーニング砥石10、1
0、…が一定の切込み量をもって切込み動作を与えられ
て、ワークWの内周面Waがホーニング加工される。こ
の際、ホーニング砥石10、10、…の切込み量の制御
は、トルクセンサ31により計測されたホーニング砥石
10、10、…のトルクTに応じて行われる。
ツール1の前記往復動作と回転動作に同期して、まず、
ホーニング砥石10、10、…が、その切込み動作開始
時から計測されるトルクTが予め設定したワーク接触時
設定値Taになるまで急速に拡張される(急速拡張工
程)。
ング砥石10、10、…の切込み量(拡張位置)は、計
測されるトルクTが予め設定したホーニング加工時設定
値Tbとなるように制御される。
ごとく、加工初期において急激な傾斜角度をもって上昇
しているが、これは図12に示すように、ホーニング砥
石10がワークWの内周面Waに当たる加工初期は、ワ
ークWの内周面Waが歪んでいて、ホーニング砥石10
が全面当たりしない片当たり状態にあるためであり、全
面当たりした後は所定のホーニング加工時設定値Tbと
なるように制御されて安定した一定圧力をもってホーニ
ング加工が行われる。
グ砥石10、10、…の切込み量が予め設定した仕上げ
寸法設定値になると、ホーニング砥石10、10、…が
急速に縮小復帰されて(戻し工程)、ホーニング加工1
サイクルが終了する。
石表面の目詰や砥石寿命等により、計測されるトルクT
が予め設定された許容値から外れた、つまり許容値より
大きな異常値Tcになったときには、ホーニング砥石1
0、10、…が急速に縮小復帰されるとともに(異常回
避工程)、警報ランプや警報ブザー等により、作業者に
対して異常事態発生が警告される。
ーニング砥石10、10、…の急速拡張工程からホーニ
ング加工工程開始への境界点の検出が、トルクTを計測
することにより自動的にかつ確実に行うことが可能で、
図6に示すように、従来のホーニング加工の加工サイク
ルタイム(点線参照)に比べて大幅な加工サイクルタイ
ム(実線参照)の短縮を図ることが可能となる。
ルクTを常時計測することにより、ホーニング加工工程
におけるホーニング砥石10、10、…の切込み動作
を、ホーニング砥石10の砥石寿命等の切削性能変化や
ワークWの材質等に対応して精密に制御することが可能
となる。
ホーニング加工時設定値Tbが単一の一定値とされて、
ホーニング加工工程が所定負荷(トルクTb=Tb1 )
の一工程で構成されているが(図6参照)、目的に応じ
て、ホーニング加工時設定値Tbが大きさの異なる複数
の一定値からなり、図7に示すように、ホーニング加工
工程が複数の所定負荷(トルクTb=Tb1 、Tb2 、
Tb3 、…、Tbn)の複数工程で構成されても良い。
における砥石切込み部5の制御因子として、前述したト
ルクTに加えて、切削背分力Pも併せて用いる構成とさ
れている。
は、前述した構成つまり、切込み駆動部30、トルクセ
ンサ31および切込み制御部32に加えて、さらに力検
出センサ(背分力検出手段)33を主要部として備えて
なる。
10、10、…による切削背分力Pを検出するもので、
圧電素子等からなり、図示の実施形態においては、切込
み駆動機構36の従動体40、具体的には図8に示すご
とく、軸受装置44のスライドスリーブ44aと従動体
40の軸方向接合部位に組み込まれている。
ては、本来ならば、ホーニング砥石10、10、…にで
きるだけ近い部位、理想的にはコーンロッド11の先端
ウェッジ11aとホーニング砥石10の砥石台10bと
の間部位がより現実的な信号が取り込め望ましい。しか
しながら、ホーニングツール1の外径が小さくなると、
上記部位に力検出センサ33を組み込むことが困難また
は不可能となる。また、本実施形態のような強制切込み
(定量)加工方式のものにおいては、1回のホーニング
砥石10、10、…の張出し量(切込み量)が小さく設
定されるため、上記先端ウェッジ11aの傾斜角(ウェ
ッジ角)θは鋭角なものが使われるが、この場合は、図
示のような従動体40の部位においても大きな信号が取
り出せることが実験的に判明しており、しかも、この部
位は回転主軸2の外部にあって回転しない。このような
理由から、本実施形態においては、従動体40の部位に
力検出センサ33が設けられている。
い、上記切込み制御部32の演算部32aには、検出信
号として、力検出センサ33からの切削背分力信号も入
力される(図10参照)。
1で検出されたトルクTを予め設定された各種トルク設
定値Txと比較演算するとともに、力検出センサ33で
検出された切削背分力Pについても予め設定された各種
背分力設定値Pxと比較演算して、これらの演算結果に
基づき、位置検出センサ52で検出された位置信号に対
応した制御信号を上記モータ駆動部32bに出力し、こ
のモータ駆動部32bからステッピングモータ37に切
込みパルスが送られる(図9参照)。
した各種トルク設定値Txに対応して、例えば、 (a)ホーニング砥石10、10、…がワークWの内周
面Waに当たる時にホーニング砥石10、10、…に生
じる背分力値(ワーク接触時設定値)Pa
ークWの内周面Waに全面当たりしてホーニング加工す
る時にホーニング砥石10、10、…に生じる背分力値
(ホーニング加工時設定値)Pb
常な状態になった時に生じる背分力値(異常値)Pcな
どが設定される。
力Pの検出値は実際の加工時における環境や条件に影響
されるため、演算部32aには常に安定した信号あるい
は大きな信号が取り込めるとは限らない。したがって、
上記演算部32aでは、これら両検出値の比較演算結果
のうち、最適と思われる方を、あるいはその平均をとっ
て上記演算結果として、上記モータ駆動部32bに制御
信号を出力する構成とされている。
ずれか速く所定の設定値Tx またはPx になったときに
必要な制御信号が上記モータ駆動部32bに出力される
構成とされている。
ング盤において、各駆動部3、4、5は、装置制御部6
により、以下に述べるように相互に関連して自動制御さ
れる。
転駆動部3によりワークWの内周面Waの軸線まわりに
回転するとともに、主軸往復駆動部4によりワークWの
内周面Waの軸線方向へ往復移動しながら、砥石切込み
部5によりホーニング砥石10、10、…が一定の切込
み量をもって切込み動作を与えられて、ワークWの内周
面Waがホーニング加工される。この際、ホーニング砥
石10、10、…の切込み量の制御は、トルクセンサ3
1および力検出センサ33によりそれぞれ計測されたホ
ーニング砥石のトルクTおよび切削背分力Pに応じて行
われる。この場合の加工サイクルは、具体的には図示し
ないが、実施形態1の図6に対応したものとなる。
復動作と回転動作に同期して、まず、ホーニング砥石1
0、10、…が、その切込み動作開始時から計測される
トルクTまたは切削背分力Pが予め設定したワーク接触
時設定値TaまたはPaになるまで急速に拡張される
(急速拡張工程)。
ング砥石10、10、…の切込み量(拡張位置)は、計
測されるトルクTまたは切削背分力Pが予め設定したホ
ーニング加工時設定値TbまたはPbとなるように制御
される。
グ砥石10、10、…の切込み量が予め設定した仕上げ
寸法設定値になると、ホーニング砥石10、10、…が
急速に縮小復帰されて(戻し工程)、ホーニング加工1
サイクルが終了する。
石表面の目詰や砥石寿命等により、計測されるトルクT
または切削背分力Pが予め設定された許容値から外れ
た、つまり許容値より大きな異常値TcまたはPcにな
ったときには、ホーニング砥石10、10、…が急速に
縮小復帰されるとともに(異常回避工程)、警報ランプ
や警報ブザー等により、作業者に対して異常事態発生が
警告される。
施形態1において述べた加工サイクルタイムの短縮およ
び精密制御の効果がより確実に得られる。
サ31によるトルク検出に加えて、力検出センサ33に
より切削背分力Pも検出するようにしているところ、切
削背分力Pは小径ワークWでも大きな信号が取り込める
ため有利である。つまり、トルクセンサ31を用いて、
軸の捩れで負荷検出をする場合には、ワーク径が検出精
度に影響し、小径穴のホーニング加工では小さな信号し
か取り込めないが、切削背分力Pは小径穴のホーニング
加工でも大きな信号が取り込める。
10、10、…の切込量が微小な微小切込み切削なの
で、トルクTに比べて、切削背分力Pが相対的に大きく
なり、よってこの点においても、切削背分力Pの測定が
有効である。
り、切削抵抗比(切削主分力/切削背分力)が減小する
傾向があるため、セラミックスのような高硬度材料のワ
ークWの加工に際しては特に切削背分力Pの測定が有効
である。
おり、実施形態2をさらに改変したものである。
込み部5の制御因子として、トルクTx と切削背分力P
x から算出されるホーニング加工における切削抵抗比R
x を用いる構成とされている。
切削抵抗比Rは、図11(a) に示すように、ホーニング
砥石10によりワークWの内周面Waをホーニング加工
する場合に、トルクTから算出される切削主分力Qと切
削背分力Pとの比、つまりR=Q/P、Q=2T/d
(d:ワークWの内径)で表される。
す有効な値であり、ワークWの加工面である内周面Wa
の加工残留応力との相関関係が認められていることか
ら、ホーニング加工面品位の制御、評価にも活用の可能
性がある。
ーニング砥石10の切削現象の変化を確認することがで
きる。すなわち、ホーニング加工時のホーニング砥石1
0の切れ刃(砥粒)とワークWの内周面Waとの接触形
態としては、弾性上すべり、塑性変形および切削という
現象があるところ、これらの現象は、弾性上すべり→塑
性変形→切削と進むにつれて、切削抵抗比Rが大きくな
っていく。
影響として、(i) 切れ刃すくい角αが−(マイナス)方
向へ大きいほど、切削抵抗比Rは減少することとなる
(図11(b))。また、(ii)逃げ面接触幅(面積)Lが大
きいほど、切削抵抗比Rは減少する(図11(c))。
1で検出されたトルクTと力検出センサ33で検出され
た切削背分力Pから切削抵抗比Rを算出するとともに、
この算出された切削抵抗比Rを予め設定された各種切削
抵抗比設定値Rxと比較演算して、この演算結果に基づ
き、位置検出センサ52で検出された位置信号に対応し
た制御信号を上記モータ駆動部32bに出力し、このモ
ータ駆動部32bからステッピングモータ37に切込み
パルスが送られる。
)としては、前述した各種トルク設定値Txおよび背
分力設定値Px に対応して、例えば、 (a)ホーニング砥石10、10、…がワークWの内周
面Waに当たる時にホーニング砥石10、10、…に生
じる切削抵抗比(ワーク接触時設定値)Ra
ークWの内周面Waに全面当たりしてホーニング加工す
る時にホーニング砥石10、10、…に生じる切削抵抗
比(ホーニング加工時設定値)Rb
常な状態になった時に生じる切削抵抗比(異常値)Rc
などが設定される。
ング盤において、各駆動部3、4、5は、装置制御部6
により、以下に述べるように相互に関連して自動制御さ
れる。
転駆動部3によりワークWの内周面Waの軸線まわりに
回転するとともに、主軸往復駆動部4によりワークWの
内周面Waの軸線方向へ往復移動しながら、砥石切込み
部5によりホーニング砥石10、10、…が一定の切込
み量をもって切込み動作を与えられて、ワークWの内周
面Waがホーニング加工される。この際、ホーニング砥
石10、10、…の切込み量の制御は、トルクセンサ3
1および力検出センサ33によりそれぞれ計測されたホ
ーニング砥石のトルクTおよび切削背分力Pから算出さ
れた切削抵抗比Rに応じて行われる。この場合の加工サ
イクルは、具体的には図示しないが、実施形態1の図6
に対応したものとなる。
復動作と回転動作に同期して、まず、ホーニング砥石1
0、10、…が、その切込み動作開始時から計測される
トルクTまたは切削背分力Pから得られる切削抵抗比R
が予め設定したワーク接触時設定値Raになるまで急速
に拡張される(急速拡張工程)。
ング砥石10、10、…の切込み量(拡張位置)は、算
出される切削抵抗比Rが予め設定したホーニング加工時
設定値Rbとなるように制御される。
グ砥石10、10、…の切込み量が予め設定した仕上げ
寸法設定値になると、ホーニング砥石10、10、…が
急速に縮小復帰されて(戻し工程)、ホーニング加工1
サイクルが終了する。
石表面の目詰や砥石寿命等により、計測されるトルクT
または切削背分力Pから算出される切削抵抗比Rが予め
設定された許容値から外れた、つまり、許容値よりも大
きなまたは小さな異常値Rcになったときには、ホーニ
ング砥石10、10、…が急速に縮小復帰されるととも
に(異常回避工程)、警報ランプや警報ブザー等によ
り、作業者に対して異常事態発生が警告される。
施形態1において述べた加工サイクルタイムの短縮およ
び精密制御の効果が確実に得られるとともに、切削抵抗
比Rが、加工表面生成現象の変化を示す有効な値である
という特徴を生かして、ホーニング加工面品位を有効に
制御、評価することが可能となる。
加工の1サイクル全体わたって、ホーニング砥石10、
10、…の切込み量の制御が切削抵抗比Rに応じて行わ
れているが、実施形態2の制御と複合した制御方法も採
用可能である。
て、例えば、急速拡張工程のホーニング砥石10、1
0、…の切込み量の制御を、実施形態2と同様に、トル
クTまたは切削背分力Pに応じて行うとともに、これに
続くホーニング加工工程のホーニング砥石10、10、
…の切込み量の制御を、上述したように、切削抵抗比R
に応じて行うように構成されてもよい。
明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれ
ら実施形態に限定されることなく、その範囲内において
種々設計変更可能である。
5、6等の具体的な構成は、同一機能を有する限り他の
構成としてもよい。
強制切込み(定量)加工方式のホーニング加工におい
て、ホーニング砥石のトルクまたはこのトルクと切削背
分力の両者を計測して、この計測された計測値に応じ
て、ホーニング砥石の切込み量を制御するように構成し
たから、加工サイクルタイムを短縮することができ、し
かもホーニング砥石の精密な切込み制御ができるホーニ
ング加工技術を提供することができる。
おいては、ホーニング砥石を備えるホーニングツール
を、ワークの内周面の軸線方向へ往復移動するととも
に、軸線まわりに回転させながら、上記ホーニング砥石
に機械的駆動手段により一定の切込み量をもって切込み
動作を与えて、ワークの内周面をホーニング加工するに
際して、ホーニング砥石の切込み量の制御を、上記ホー
ニング砥石のトルクまたはこのトルクと切削背分力の両
者を計測して、この計測された計測値に応じて行う。
ーニング砥石の急速拡張工程からホーニング加工工程開
始への境界点の検出が、上記トルクまたはこのトルクと
切削背分力の両者を計測することにより、自動的にかつ
確実に行うことが可能で、ホーニング加工の加工サイク
ルタイムの短縮を図ることができる。
トルクと切削背分力の両者を常時計測することにより、
ホーニング加工工程におけるホーニング砥石の切込み動
作を、ホーニング砥石の砥石寿命等の切削性能変化やワ
ークWの材質等に対応して精密に制御することが可能と
なる。
量)加工方式のホーニング盤の概略構成を一部断面で示
す正面図である。
正面断面図である。
内周面の加工状態を拡大して示す正面断面図である。
の構成を示すブロック図である。
ック図である。
る。
線図である。
量)加工方式のホーニング盤の砥石切込み部を拡大して
示す正面断面図である。
の構成を示すブロック図である。
ロック図である。
(定量)加工方式のホーニング盤の説明図で、図11
(a) はホーニング砥石によりワーク内周面をホーニング
加工する場合に生じる切削主分力と切削背分力との関係
を示す模式図、図11(b) はホーニング砥石の砥石面に
おける砥粒の切れ刃すくい角を示す模式図、図11(c)
は同じく同砥石面における砥粒の逃げ面接触幅を示す模
式図である。
内周面の加工初期の状態を拡大して示す模式図である。
値 Pc 切削背分力の異常値 Q 切削主分力 R 切削抵抗比 Ra 切削抵抗比のワーク接触時設定値 Rb 切削抵抗比のホーニング加工時設定
値 Rc 切削抵抗比の異常値 1 ホーニングツール 2 回転主軸 3 主軸回転駆動部(主軸回転手段) 4 主軸往復駆動部(主軸往復手段) 5 砥石切込み部(砥石切込み手段、砥
石切込み装置) 6 装置制御部(制御手段) 10 ホーニング砥石 11 コーンロッド(砥石拡張部材) 30 切込み駆動部(切込み駆動手段) 31 トルクセンサ(トルク検出手段) 32 切込み制御部(切込み制御手段) 33 力検出センサ(背分力検出手段) 35 砥石拡張ロッド 36 切込み駆動機構 37 ステッピングモータ 40 従動体 41 駆動ねじ軸部材 45 雌ねじ部材
Claims (19)
- 【請求項1】 ホーニング砥石を備えるホーニングツー
ルを、工作物の内周面の軸線方向へ往復移動するととも
に、軸線まわりに回転させながら、前記ホーニング砥石
に機械的駆動手段により一定の切込み量をもって切込み
動作を与えて、工作物の内周面をホーニング加工する方
法であって、 前記ホーニング砥石のトルクを計測して、この計測され
たトルクに応じて、ホーニング砥石の切込み量を制御す
るように構成したことを特徴とするホーニング加工方
法。 - 【請求項2】 前記ホーニング砥石を、その切込み動作
開始時から前記トルクが予め設定したワーク接触時設定
値になるまで急速に拡張させる急速拡張工程と、 前記ホーニング砥石の切込み量を、前記トルクが予め設
定したホーニング加工時設定値となるように制御するホ
ーニング加工工程と、 前記ホーニング砥石を、その切込み量が予め設定した仕
上げ寸法設定値になると急速に縮小復帰させる戻し工程
とからなることを特徴とする請求項1に記載のホーニン
グ加工方法。 - 【請求項3】 ホーニング砥石を備えるホーニングツー
ルを、工作物の内周面の軸線方向へ往復移動するととも
に、軸線まわりに回転させながら、前記ホーニング砥石
に機械的駆動手段により一定の切込み量をもって切込み
動作を与えて、工作物の内周面をホーニング加工する方
法であって、 前記ホーニング砥石のトルクと切削背分力を計測して、
これら計測されたトルクと切削背分力に応じて、ホーニ
ング砥石の切込み量を制御するように構成したことを特
徴とするホーニング加工方法。 - 【請求項4】 前記ホーニング砥石を、その切込み動作
開始時から前記トルクまたは切削背分力が予め設定した
ワーク接触時設定値になるまで急速に拡張させる急速拡
張工程と、 前記ホーニング砥石の切込み量を、前記トルクまたは切
削背分力が予め設定したホーニング加工時設定値となる
ように制御するホーニング加工工程と、 前記ホーニング砥石を、その切込み量が予め設定した仕
上げ寸法設定値になると急速に縮小復帰させる戻し工程
とからなることを特徴とする請求項3に記載のホーニン
グ加工方法。 - 【請求項5】 ホーニング砥石を備えるホーニングツー
ルを、工作物の内周面の軸線方向へ往復移動するととも
に、軸線まわりに回転させながら、前記ホーニング砥石
に機械的駆動手段により一定の切込み量をもって切込み
動作を与えて、工作物の内周面をホーニング加工する方
法であって、 前記ホーニング砥石のトルクと切削背分力を計測して、
これら計測されたトルクと切削背分力から得られる切削
抵抗比に応じて、ホーニング砥石の切込み量を制御する
ように構成したことを特徴とするホーニング加工方法。 - 【請求項6】 前記ホーニング砥石を、その切込み動作
開始時から前記切削抵抗比が予め設定したワーク接触時
設定値になるまで急速に拡張させる急速拡張工程と、 前記ホーニング砥石の切込み量を、前記切削抵抗比が予
め設定したホーニング加工時設定値となるように制御す
るホーニング加工工程と、 前記ホーニング砥石を、その切込み量が予め設定した仕
上げ寸法設定値になると急速に縮小復帰させる戻し工程
とからなることを特徴とする請求項5に記載のホーニン
グ加工方法。 - 【請求項7】 前記ホーニング加工時設定値が単一の一
定値であることを特徴とする請求項2、4および6のい
ずれか一つに記載のホーニング加工方法。 - 【請求項8】 前記ホーニング加工時設定値が大きさの
異なる複数の一定値からなることを特徴とする請求項
2、4および6のいずれか一つに記載のホーニング加工
方法。 - 【請求項9】 前記ホーニング砥石を、前記トルクまた
は切削背分力が予め設定された許容値から外れた異常値
になったときに急速に縮小復帰させる異常回避工程を含
むことを特徴とする請求項1から8のいずれか一つに記
載のホーニング加工方法。 - 【請求項10】 ホーニング砥石を備えるホーニングツ
ールを、工作物の内周面の軸線方向へ往復移動するとと
もに、軸線まわりに回転させながら、前記ホーニング砥
石により工作物の内周面をホーニング加工するホーニン
グ盤に備えられて、前記ホーニング砥石に切込み動作を
与える装置であって、 前記ホーニング砥石に所定の切込み量をもった切込み動
作を機械的に与える切込み駆動手段と、 前記ホーニング砥石のトルクを検出するトルク検出手段
と、 このトルク検出手段からの検出信号に応じて、前記切込
み駆動手段を駆動制御する切込み制御手段とを備えてな
ることを特徴とするホーニング盤の砥石切込み装置。 - 【請求項11】 前記切込み制御手段は、請求項1また
は2に記載のホーニング加工方法におけるホーニング砥
石の切込み動作を実行するように構成されていることを
特徴とする請求項10に記載のホーニング盤の砥石切込
み装置。 - 【請求項12】 ホーニング砥石を備えるホーニングツ
ールを、工作物の内周面の軸線方向へ往復移動するとと
もに、軸線まわりに回転させながら、前記ホーニング砥
石により工作物の内周面をホーニング加工するホーニン
グ盤に備えられて、前記ホーニング砥石に切込み動作を
与える装置であって、 前記ホーニング砥石に所定の切込み量をもった切込み動
作を機械的に与える切込み駆動手段と、 前記ホーニング砥石のトルクを検出するトルク検出手段
と、 前記ホーニング砥石による切削背分力を検出する背分力
検出手段と、 前記トルク検出手段および背分力検出手段からの検出信
号に応じて、前記切込み駆動手段を駆動制御する切込み
制御手段とを備えてなることを特徴とするホーニング盤
の砥石切込み装置。 - 【請求項13】 前記切込み制御手段は、請求項3から
6のいずれか一つに記載のホーニング加工方法における
ホーニング砥石の切込み動作を実行するように構成され
ていることを特徴とする請求項12に記載のホーニング
盤の砥石切込み装置。 - 【請求項14】 前記トルク検出手段は、前記回転主軸
に設けられていることを特徴とする請求項10または1
2に記載のホーニング盤の砥石切込み装置。 - 【請求項15】 前記切込み駆動手段は、前記ホーニン
グ盤の回転主軸の軸穴内においてその軸線方向へ移動可
能に設けられた砥石拡張ロッドと、この砥石拡張ロッド
を軸線方向へ移動させる切込み駆動機構と、前記ホーニ
ングツール内に設けられ、前記砥石拡張ロッドの軸線方
向への移動により前記ホーニング砥石を拡張させる砥石
拡張部材とを備えてなることを特徴とする請求項10ま
たは12に記載のホーニング盤の砥石切込み装置。 - 【請求項16】 前記切込み駆動機構は、前記回転主軸
を軸支するスライド本体に、駆動ねじ軸部材が前記回転
主軸と平行にかつ回転可能に軸支されるとともに、この
駆動ねじ軸部材に、前記砥石拡張ロッドと一体的に連結
された従動体が螺進退可能に係合されてなる請求項15
に記載のホーニング盤の砥石切込み装置。 - 【請求項17】 前記背分力検出手段は、前記切込み駆
動機構の従動体に設けられていることを特徴とする請求
項16に記載のホーニング盤の砥石切込み装置。 - 【請求項18】 工作物の内周面の軸線方向へ往復移動
可能とされるとともに、軸線まわりに回転可能に軸支さ
れてなる回転主軸と、 回転主軸を軸線回りに回転駆動する主軸回転手段と、 回転主軸を前記内周面の軸線方向へ往復動作させる主軸
往復手段と、 回転主軸先端に装着され、前記内周面に沿った砥石面を
有するホーニング砥石を拡縮可能に備えるホーニングツ
ールと、 このホーニングツールのホーニング砥石に所定の切込み
動作を与える砥石切込み手段と、 前記主軸回転手段、主軸往復手段および砥石切込み手段
の動作を相互に連動して自動制御する制御手段とを備え
てなり、 前記砥石切込み手段が請求項10から17のいずれか一
つに記載の砥石切込み装置により構成されていることを
特徴とするホーニング盤。 - 【請求項19】 前記制御手段は、前記主軸回転手段、
主軸往復手段および砥石切込み手段の動作を相互に連動
して自動制御して、請求項1から9のいずれか一つに記
載のホーニング加工方法を実行するように構成されてい
ることを特徴とする請求項18に記載のホーニング盤。
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KR101625845B1 (ko) * | 2015-07-27 | 2016-06-01 | (주)제이에이치테크 | 호닝장치 |
KR20170133320A (ko) * | 2015-03-31 | 2017-12-05 | 미쓰이금속광업주식회사 | 가공 지그 및 스퍼터링 타깃재의 제조 방법 |
CN107443178A (zh) * | 2017-08-22 | 2017-12-08 | 上海奥林汽车配件有限公司 | 一种自动化进给超声波珩磨机 |
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