JP2011056623A - Boring machining system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、中ぐり加工システムに関する。詳しくは、ワークの穴の内面を中ぐり加工する中ぐり加工システムに関する。 The present invention relates to a boring system. Specifically, the present invention relates to a boring system for boring the inner surface of a workpiece hole.
従来より、自動車の製造工程では、エンジンのシリンダブロックのボアを切削加工し、その後、シリンダヘッドやクランクケース等をシリンダブロックに組み付けることが行われる。
ここで、シリンダブロックおよびこのシリンダブロックのボアに収容されるピストンは、エンジンの運転時に、熱膨張して変形する。よって、ピストンの断面形状は、エンジンの運転時に真円形状になるように、冷間状態では略楕円形状となっている。したがって、シリンダブロックについても、シリンダヘッドやクランクケース等の部品をシリンダブロックに組み付けた状態でかつエンジンの運転時にボアの断面形状が真円形状になるように、冷間状態では、ボアの断面形状を所望の形状とする必要がある。
Conventionally, in the manufacturing process of an automobile, a bore of a cylinder block of an engine is cut and then a cylinder head, a crankcase, and the like are assembled to the cylinder block.
Here, the cylinder block and the piston accommodated in the bore of the cylinder block are thermally expanded and deformed during operation of the engine. Therefore, the cross-sectional shape of the piston is substantially elliptical in the cold state so that it becomes a perfect circle when the engine is operated. Therefore, the cylinder block also has a sectional shape of the bore in a cold state so that the sectional shape of the bore becomes a perfect circle when the engine is operating with parts such as a cylinder head and a crankcase assembled to the cylinder block. Must have a desired shape.
また、シリンダヘッドやクランクケース等の部品をシリンダブロックに組み付けると、ボアの近傍に応力が発生してボアの形状が変形する。よって、部品を組み付けると所望の断面形状になるように、部品を組み付けていない状態でのシリンダブロックのボアを、高精度で加工する必要がある。 Further, when components such as a cylinder head and a crankcase are assembled to the cylinder block, stress is generated in the vicinity of the bore and the shape of the bore is deformed. Therefore, it is necessary to process the bore of the cylinder block in a state where the parts are not assembled with high accuracy so that the desired cross-sectional shape is obtained when the parts are assembled.
ワークを高精度で加工する場合、例えば、以下のような工作機械が用いられる(特許文献1参照)。すなわち、この工作機械は、ワークである固定ドラムと、固定ドラムの中心軸を回転軸として固定ドラムを回転させるモータと、切削バイトと、この切削バイトを固定ドラムの外周面に対して接近、離間させる圧電素子と、を備えている。 When machining a workpiece with high accuracy, for example, the following machine tool is used (see Patent Document 1). That is, the machine tool includes a fixed drum as a workpiece, a motor that rotates the fixed drum about the central axis of the fixed drum, a cutting tool, and the cutting tool that approaches and separates from the outer peripheral surface of the fixed drum. A piezoelectric element to be operated.
この工作機械によれば、圧電素子により切削バイトの位置を高速かつ高精度で調整できる。よって、モータを駆動して固定ドラムを回転させながら、圧電素子に電圧を印加することで、切削バイトの固定ドラムに対する相対位置を調整して、ワークを高精度で加工できる。 According to this machine tool, the position of the cutting tool can be adjusted with high speed and high accuracy by the piezoelectric element. Therefore, by applying a voltage to the piezoelectric element while driving the motor to rotate the fixed drum, the relative position of the cutting tool with respect to the fixed drum can be adjusted, and the workpiece can be processed with high accuracy.
しかしながら、ボアのような穴の内面を加工する際、工具をボアに挿入する必要がある。したがって、この工具の駆動機構もボアに挿入する必要があるが、ボアが比較的小径である揚合、特許文献1のような工作機械では、工具の駆動機構をこの小径のボアに挿入できず、結果的に、この小径のボアを加工できない、という問題があった。 However, when machining the inner surface of a hole, such as a bore, it is necessary to insert a tool into the bore. Therefore, it is necessary to insert the drive mechanism of the tool into the bore. However, in a machine tool such as a lift having a relatively small diameter, the tool drive mechanism cannot be inserted into the small diameter bore. As a result, there was a problem that this small diameter bore could not be processed.
本発明は、ワークの穴の内面を高精度で加工できる中ぐり加工システムを提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the boring system which can process the inner surface of the hole of a workpiece | work with high precision.
本発明の中ぐり加工システム(例えば、後述の中ぐり加工システム1)は、ワークの穴の内面を中ぐり加工する中ぐり加工システムであって、スピンドル軸(例えば、後述のスピンドル軸21)を回転させるスピンドル装置(例えば、後述のスピンドル装置2)と、前記スピンドル軸に装着されたホルダ(例えば、後述のホルダ3)と、を備え、当該ホルダは、円筒形状のホルダ本体(例えば、後述のホルダ本体11)と、当該ホルダ本体の内部に進退可能に収納されたロッド(例えば、後述のロッド12)と、前記ホルダ本体の外周面に支承されて前記ロッドに連結された工具カートリッジ(例えば、後述の工具カートリッジ13)と、を備え、前記工具カートリッジは、基端側で前記ホルダ本体に支承されたカートリッジ本体(例えば、後述のカートリッジ本体131)と、当該カートリッジ本体の先端側に支承されて前記ワークの穴の内面を加工する工具(例えば、後述の工具132)と、前記カートリッジ本体の先端側から前記ホルダ本体の半径方向に延在し前記ロッドに連結されたブラケット(例えば、後述のブラケット133)と、を備え、前記スピンドル装置は、前記スピンドル軸と、当該スピンドル軸に収容された圧電素子または磁歪部材(例えば、後述の圧電素子22)と、前記スピンドル軸を回転させる回転装置(例えば、後述の回転モータ23)と、前記スピンドル軸の回転位相を検出する回転位相センサ(例えば、後述の第1ロータリエンコーダ242)と、当該回転位相センサで検出された回転位相値に基づいて、前記圧電素子に印加する電圧または磁歪部材に印加する磁揚を制御する制御部(例えば、後述の制御装置40)と、を備え、前記制御部により圧電素子または磁歪部材を制御して、前記ロッドを前進させると、前記工具カートリッジのブラケットが前記ホルダ本体の半径方向外側に向かって移動し、前記工具の前記ホルダ本体の表面からの突出寸法が大きくなることを特徴とする。
The boring system (for example,
この場合、前記工具は、切削工具、研削工具、および研磨工具のうち少なくとも1つであることが好ましい。 In this case, the tool is preferably at least one of a cutting tool, a grinding tool, and a polishing tool.
この発明によれば、ホルダにロッドを設け、このロッドを進退させることで工具の突出寸法を調整するようにしたので、工具の駆動機構であるホルダをワークの穴に挿入できるから、ワークの穴の内面を容易に加工できる。
しかも、圧電素子または磁歪部材によりロッドを進退させたので、ロッドの移動量を高精度で調整できるから、ワークの穴の内面を高精度で加工できる。
According to the present invention, since the rod is provided in the holder and the protruding dimension of the tool is adjusted by moving the rod forward and backward, the holder that is the tool driving mechanism can be inserted into the hole of the workpiece. Can be easily machined.
In addition, since the rod is moved back and forth by the piezoelectric element or the magnetostrictive member, the amount of movement of the rod can be adjusted with high accuracy, so that the inner surface of the hole of the workpiece can be processed with high accuracy.
本発明の中ぐり加工方法は、ワークの穴の内面を中ぐり加工する中ぐり加工方法であって、CAMシステム(例えば、後述のCAMシステム51)により、前記ワークに部品が組み付けられた状態、または、前記ワークに部品が組み付けられてかつ前記ワークおよび部品が熱膨張した状態での、当該ワークの穴の内面形状をシミュレーションする工程と、上位コンピュータ(例えば、後述の上位コンピュータ52)により、前記シミュレーション結果を解析して、前記ワークの穴を形成するためのNCデータを生成する工程と、制御部(例えば、後述の制御装置40)により、前記上位コンピュータで生成されたNCデータを、電子記憶媒体に記憶させる工程と、を備えることを特徴とする。
The boring method according to the present invention is a boring method for boring the inner surface of a hole in a workpiece, in which a part is assembled to the workpiece by a CAM system (for example, a
この発明によれば、CAMシステムにより、前記ワークに部品が組み付けられた状態、または、前記ワークに部品が組み付けられてかつ前記ワークおよび部品が熱膨張した状態での、当該ワークの穴の内面形状をシミュレーションして、上位コンピュータにより、シミュレーション結果を解析して、ワークの穴を形成するためのNCデータを生成した。よって、このNCデータに基づいて、ワークの穴を加工することで、このワークの穴を高精度で加工できる。
例えば、CAMシステムのシミュレーション結果を解析してNCデータを生成し、このNCデータに基づいてエンジンのシリンダブロックのボアを加工すれば、シリンダブロックやピストンが熱膨張した場合でも、ピストンを円滑に摺動させることができる。
また、例えば、CAMシステムのシミュレーション結果を解析してNCデータを生成し、このNCデータに基づいて軸受部の穴を加工すれば、回転軸や軸受部が熱膨張した場合でも、軸受部で回転軸を円滑に回転させることができる。
According to the present invention, the shape of the inner surface of the hole of the workpiece when the component is assembled to the workpiece by the CAM system or when the component is assembled to the workpiece and the workpiece and the component are thermally expanded. The simulation result was analyzed by a host computer, and NC data for forming a hole in the workpiece was generated. Therefore, by machining a hole in the workpiece based on the NC data, the hole in the workpiece can be machined with high accuracy.
For example, if NC data is generated by analyzing the simulation results of the CAM system and the bore of the cylinder block of the engine is processed based on this NC data, the piston can be smoothly slid even when the cylinder block or the piston is thermally expanded. Can be moved.
For example, if NC data is generated by analyzing the simulation result of the CAM system, and the hole of the bearing part is processed based on this NC data, even if the rotating shaft or the bearing part is thermally expanded, the bearing part is rotated. The shaft can be rotated smoothly.
本発明によれば、ホルダにロッドを設け、このロッドを進退させることで工具の突出寸法を調整するようにしたので、工具の駆動機構であるホルダをワークの穴に挿入できるから、ワークの穴の内面を容易に加工できる。しかも、圧電素子または磁歪部材によりロッドを進退させたので、ロッドの移動量を高精度で調整できるから、ワークの穴の内面を高精度で加工できる。 According to the present invention, since the rod is provided in the holder and the protruding dimension of the tool is adjusted by moving the rod back and forth, the holder that is the tool driving mechanism can be inserted into the hole of the workpiece. Can be easily machined. In addition, since the rod is moved back and forth by the piezoelectric element or the magnetostrictive member, the amount of movement of the rod can be adjusted with high accuracy, so that the inner surface of the hole of the workpiece can be processed with high accuracy.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る中ぐり加工システム1の概略構成図である。
中ぐり加工システム1は、例えば、ワークとしての自動車エンジンのシリンダブロックのボアに工具132を挿入し、切削加工を行う。
この中ぐり加工システム1は、スピンドル軸21を回転させるスピンドル装置2と、スピンドル軸21に装着されて工具132を有するホルダ3と、を備える。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a
For example, the
The
スピンドル装置2は、スピンドル軸21を回転させる回転駆動機構20と、この回転駆動機構20を進退させる進退機構30と、これらを制御する制御部としての制御装置40と、エンジンが運転された状態でのシリンダブロックのボアの内面形状の変化をシミュレーションするCAM(Computer Aided Manufacturing)システム51と、このCAMシステム51の測定結果を解析して制御装置40に出力する上位コンピュータ52と、を備える。
The
CAMシステム51は、シリンダブロック、シリンダヘッド、クランクケース等の3次元モデル形状を、図示されていないCAD(Computer Aided Design)システムから受信し、その後、シリンダヘッドやクランクケースが組み付けられた状態でのシリンダブロックのボアの内面形状をシミュレーションしたり、シリンダヘッドやクランクケースが組み付けられてさらにエンジンを運転した状態でのシリンダブロックのボアの内面形状をシミュレーションしたりする。
The
回転駆動機構20は、円筒形状のスピンドル軸21と、スピンドル軸21の内部に収容された圧電素子22と、スピンドル軸21を回転させる回転装置としての回転モータ23と、この回転モータ23を収容するハウジング24と、を備える。
The
ハウジング24には、回転モータ23のほか、スピンドル軸21を回転可能に保持するベアリング241と、スピンドル軸21の回転位相を検出する回転位相センサとしての第1ロータリエンコーダ242と、進退機構30が螺合されるナット部243と、が設けられている。
In addition to the
進退機構30は、送りねじ機構であり、ねじが刻設された軸部31と、この軸部31を回転駆動する進退モータ32と、軸部31の回転位相を検出する第2ロータリエンコーダ33と、を備える。軸部31は、ハウジング24のナット部243に螺合されている。
この進退機構30によれば、進退モータ32を駆動することにより軸部31が回転し、回転駆動機構20を進退させることができる。
The advance /
According to this advance /
ホルダ3は、スピンドル軸21に一体に連結される円筒形状のホルダ本体11と、ホルダ本体11の内部に進退可能に収納されたロッド12と、ホルダ本体11の外周面に支承されてロッド12に連結された工具カートリッジ13と、を備える。
ロッド12の基端縁には、圧電素子22が連結されている(図1参照)。
The
A piezoelectric element 22 is connected to the base end edge of the rod 12 (see FIG. 1).
図2は、ホルダ3の先端部分の拡大断面図である。
工具カートリッジ13は、基端側でホルダ本体11に支承されたカートリッジ本体131と、このカートリッジ本体131の先端側に支承されてボアの内壁を切削する工具132と、カートリッジ本体131の先端側からホルダ本体11の半径方向に延在しロッド12にリンク134を介して連結されたブラケット133と、を備える。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the tip portion of the
The
図2中破線で示すように、圧電素子22に電圧を印加してロッド12を前進させると、ブラケット133がホルダ本体11の半径方向外側に向かって移動し、工具カートリッジ13が撓んで、この工具カートリッジ13の先端側が拡径して、工具132の突出寸法が大きくなる。
一方、圧電素子22に印加する電圧を解除してロッド12を後退させると、ブラケット133がホルダ本体11の半径方向内側に向かって移動し、工具カートリッジ13の先端側が縮径して、工具132の突出寸法が元の位置に戻る。
As indicated by a broken line in FIG. 2, when a voltage is applied to the piezoelectric element 22 to advance the
On the other hand, when the voltage applied to the piezoelectric element 22 is released and the
図1に戻って、制御装置40は、主制御装置41、同期コントローラ42、第1サーボアンプ43、第2サーボアンプ44、およびピエゾドライバ45を備える。
Returning to FIG. 1, the
主制御装置41は、上位コンピュータからの出力に従って、第1サーボアンプ43および第2サーボアンプ44を介して、回転モータ23および進退モータ32を駆動し、ボアに対する工具132の向きおよび軸線上の位置を制御する。すなわち、主制御装置41は、いわゆるNC(数値)制御装置と同様の動作をする。
The
同期コントローラ42は、第1ロータリエンコーダ242で検出されたスピンドル軸21の回転位相値に基づいて、ボアに対する工具132の向きを求めるとともに、第2ロータリエンコーダ33で検出された軸部31の回転位相値に基づいて、ボアに対する工具132の軸線上の位置を求める。
そして、この同期コントローラ42は、ボアに対する工具132の向きと、ボアに対する工具132の軸線上の位置と、に応じて、指令信号を出力する。
ピエゾドライバ45は、この指令信号に基づいて圧電素子22に印加する電圧を制御し、工具132の突出寸法(すなわち、工具132のホルダ本体11の外周面からの突出量)を調整する。
The
The
The
以上の中ぐり加工システム1は、以下のように動作する。
すなわち、CAMシステム51により、シリンダブロック、シリンダヘッド、クランクケース等の3次元モデル形状を、図示されていないCADシステムから受信し、その後、シリンダヘッドやクランクケースが組み付けられた状態でのシリンダブロックのボアの内面形状をシミュレーションしたり、シリンダヘッドやクランクケースが組み付けられてさらにエンジンを運転した状態でのシリンダブロックのボアの内面形状をシミュレーションしたりする。
そして、上位コンピュータ52より、このCAMシステム51のシミュレーション結果を解析してNCデータを生成し、制御装置40に出力する。出力されたNCデータは、制御装置40の主制御装置41内の図示しない電子記憶媒体により記憶される。
The above
That is, the
Then, the
次に、主制御装置41により、NCデータに基づいて、第1サーボアンプ43および第2サーボアンプ44を介して、回転モータ23および進退モータ32を駆動し、ボアに対する工具132の向きおよび軸線上の位置を制御する。
また、同期コントローラ42により、ボアに対する工具132の向きと、ボアに対する工具132の軸線上の位置と、に応じて、ピエゾドライバ45を介して圧電素子22を駆動し、工具132の突出寸法を調整する。
Next, the
In addition, the
本実施形態によれば、以下のような効果がある。
(1)ホルダ3にロッド12を設け、このロッド12を進退させることで工具132の突出寸法を調整するようにしたので、工具132の駆動機構であるホルダをシリンダブロックのボアに挿入できるから、ボアを容易に加工できる。
しかも、圧電素子22によりロッド12を進退させたので、ロッド12の移動量を高精度で調整できるから、ボアを高精度で加工できる。
According to this embodiment, there are the following effects.
(1) Since the
Moreover, since the
(2)CAMシステム51のシミュレーション結果を解析してNCデータを生成し、このNCデータに基づいてエンジンのシリンダブロックのボアを加工したので、シリンダブロックやピストンが熱膨張した場合でも、ピストンを円滑に摺動させることができる。
(2) The simulation result of the
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、本実施形態では、スピンドル軸21の内部に圧電素子22を設け、この圧電素子22に印加する電圧を制御することでロッド12を進退させたが、これに限らない。すなわち、スピンドル軸の内部に磁歪部材を設け、この磁歪部材に印加する磁揚を制御することで、ロッドを進退させてもよい。
また、本実施形態では、工具132を切削工具としたが、これに限らず、研削工具や研磨工具としてもよい。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, etc. within a scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
For example, in the present embodiment, the piezoelectric element 22 is provided inside the spindle shaft 21 and the
In the present embodiment, the
1 中ぐり加工システム
2 スピンドル装置
3 ホルダ
11 ホルダ本体
12 ロッド
13 工具カートリッジ
21 スピンドル軸
22 圧電素子
23 回転モータ(回転装置)
40 制御装置(制御部)
51 CAMシステム
52 上位コンピュータ
131 カートリッジ本体
132 工具
133 ブラケット
242 第1ロータリエンコーダ(回転位相センサ)
DESCRIPTION OF
40 Control device (control unit)
51
Claims (3)
スピンドル軸を回転させるスピンドル装置と、
前記スピンドル軸に装着されたホルダと、を備え、
当該ホルダは、円筒形状のホルダ本体と、
当該ホルダ本体の内部に進退可能に収納されたロッドと、
前記ホルダ本体の外周面に支承されて前記ロッドに連結された工具カートリッジと、を備え、
前記工具カートリッジは、基端側で前記ホルダ本体に支承されたカートリッジ本体と、
当該カートリッジ本体の先端側に支承されて前記ワークの穴の内面を加工する工具と、
前記カートリッジ本体の先端側から前記ホルダ本体の半径方向に延在し前記ロッドに連結されたブラケットと、を備え、
前記スピンドル装置は、前記スピンドル軸と、
当該スピンドル軸に収容された圧電素子または磁歪部材と、
前記スピンドル軸を回転させる回転装置と、
前記スピンドル軸の回転位相を検出する回転位相センサと、
当該回転位相センサで検出された回転位相値に基づいて、前記圧電素子に印加する電圧または磁歪部材に印加する磁揚を制御する制御部と、を備え、
前記制御部により圧電素子または磁歪部材を制御して、前記ロッドを前進させると、前記工具カートリッジのブラケットが前記ホルダ本体の半径方向外側に向かって移動し、前記工具の前記ホルダ本体の表面からの突出寸法が大きくなることを特徴とする中ぐり加工システム。 A boring system that boring the inner surface of a workpiece hole,
A spindle device for rotating the spindle shaft;
A holder mounted on the spindle shaft,
The holder includes a cylindrical holder body,
A rod housed inside the holder body so as to be able to advance and retreat;
A tool cartridge supported on the outer peripheral surface of the holder body and connected to the rod;
The tool cartridge includes a cartridge body supported on the holder body on the base end side, and
A tool that is supported on the tip side of the cartridge body and processes the inner surface of the hole of the workpiece;
A bracket extending in a radial direction of the holder body from the tip side of the cartridge body and connected to the rod,
The spindle device includes the spindle shaft,
A piezoelectric element or a magnetostrictive member housed in the spindle shaft;
A rotating device for rotating the spindle shaft;
A rotational phase sensor for detecting a rotational phase of the spindle shaft;
A control unit for controlling the voltage applied to the piezoelectric element or the magnetostriction applied to the magnetostrictive member based on the rotational phase value detected by the rotational phase sensor;
When the control unit controls the piezoelectric element or the magnetostrictive member to advance the rod, the bracket of the tool cartridge moves outward in the radial direction of the holder body, and the tool is moved from the surface of the holder body. Boring processing system characterized by an increase in protruding dimensions.
前記工具は、切削工具、研削工具、および研磨工具のうち少なくとも1つであることを特徴とする中ぐり加工システム。 In the boring system according to claim 1,
The boring system, wherein the tool is at least one of a cutting tool, a grinding tool, and a polishing tool.
CAMシステムにより、前記ワークに部品が組み付けられた状態、または、前記ワークに部品が組み付けられてかつ前記ワークおよび部品が熱膨張した状態での、当該ワークの穴の内面形状をシミュレーションする工程と、
上位コンピュータにより、前記シミュレーション結果を解析して、前記ワークの穴を形成するためのNCデータを生成する工程と、
制御部により、前記上位コンピュータで生成されたNCデータを、電子記憶媒体に記憶させる工程と、を備えることを特徴とする中ぐり加工方法。 A boring method for boring the inner surface of a workpiece hole,
Simulating the shape of the inner surface of the hole of the workpiece when the component is assembled to the workpiece by the CAM system, or when the component is assembled to the workpiece and the workpiece and the component are thermally expanded;
Analyzing the simulation result by a host computer and generating NC data for forming the hole of the workpiece;
A boring method comprising: a step of storing NC data generated by the host computer in an electronic storage medium by a control unit.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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RU2457926C1 (en) * | 2011-04-08 | 2012-08-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) | Cutting tool |
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JPH11239904A (en) * | 1998-02-25 | 1999-09-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Working device |
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2009
- 2009-09-10 JP JP2009208994A patent/JP2011056623A/en active Pending
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