JP4185176B2 - 非円形中ぐり加工装置 - Google Patents
非円形中ぐり加工装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4185176B2 JP4185176B2 JP35148897A JP35148897A JP4185176B2 JP 4185176 B2 JP4185176 B2 JP 4185176B2 JP 35148897 A JP35148897 A JP 35148897A JP 35148897 A JP35148897 A JP 35148897A JP 4185176 B2 JP4185176 B2 JP 4185176B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tool
- boring
- circular
- axis
- piezoelectric element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Drilling And Boring (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばピストンにピストンピン穴を明ける場合のように、機械部品の円筒状内面の中ぐり加工において、軸直角断面を非円形形状に切削可能な中ぐり加工装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年の内燃機関用ピストンにおいては、そのピン穴にかかる圧力がますます増大する傾向にあり、従来の如くピン穴中心軸直角断面が真円のピン穴ではこの圧力に抗することができず、亀裂を生じることも稀ではなかった。
これを解決するため、最近では軸直角断面が非円形のピン穴が採用されるようになってきた。
【0003】
而して、非円形の中ぐり加工を行うには、これまで、倣い加工方式、油圧サーボ方式、サーボモータ方式、ワーク揺動方式などの加工方式が用いられていた。これら各方式の概要と問題点を略記すれば以下の通りである。
【0004】
倣い加工方式は、主軸と工具ホルダーとの間に弾性変形体を設け、バネ力等で弾性変形体を軸直角な一方向に変形させることにより、主軸の軸線に対して変形量だけ工具ホルダーの軸線をずらせるようになっている。また、工具ホルダーの軸線をずらす方向にスタイラスと工具(バイト)を設置する。
一方、加工したい非円形の円筒内面を有するマスタを、主軸と同心に工具ホルダー外周ベッド上に固定する。このとき、工具ホルダーに固定されたスタイラスを、弾性変形体に設けられたバネ力等によりマスタ内面に押し付けるようにする。
加工時は、ワークを主軸と同心に取り付けた後、弾性変形体の変形によりスタイラスがマスタ内面に押し付けられた状態で工具ホルダーが回転するので、マスタ内面に倣って工具ホルダー及び工具は主軸に対して半径方向に振動しながら回転する。その結果、ワーク内面は非円形形状に加工される。
【0005】
このような倣い加工方式の問題点は、マスタや固定治具(ベッドへの)の製作及び段取り替えに多くの時間とコストがかかること、マスタへの倣いの追従性の点から、加工形状に制限(特定の長円のみ加工可能)があり、変化の大きい形状には対応できず、高速回転加工も困難であること、などである。
【0006】
油圧サーボ方式は、主軸と工具ホルダーとの間に弾性変形体を設け、油圧により弾性変形体を軸直角な一方向に規定量変形させることにより、主軸の軸線に対して変形量だけ工具ホルダーの軸線をずらせるようになっている。また、工具ホルダーの軸線をずらす方向に工具を設置する。
この場合、倣い加工方式と異なり、非円形加工を行うには、軸方向の位置と回転角度毎の工具の変位量(弾性変形体の変形量)を記憶させ、その通り実行させるための油圧のコンピュータ制御が必要となる。
切削抵抗が加わった場合の実際の工具変位をより精度良く行うためには、工具変位量のフィードバック制御を行う。
【0007】
このような油圧サーボ方式の問題点は、油圧制御による油圧シリンダの応答性が低いこと、油温の変化で油圧が変わり加工精度に影響するため油温の管理が必要となるが、この管理が難しいこと、そしてこれらの理由により高速回転加工が困難であること、などである。
【0008】
サーボモータ方式は、油圧サーボ方式における弾性変形体の変形を、主軸に取り付けたサーボモータにより行うようにしたもので、その点を除き油圧サーボ方式と同様である。
このようなサーボモータ方式の問題点は、頻繁にモータの正逆転を行うため、モータの慣性力が増大し、ボールネジや送りテーブルに弾性変形が発生すること、そのため、工具変位量の正確な制御ができず、応答性も悪くなり、最終的には加工精度も悪くなること、である。
【0009】
以上の3種の方式は、ワークを固定し、工具ホルダーを半径方向に全範囲にわたって振動させるのに対して、ワーク揺動方式はワークの方を振動(揺動)させるようにしたものである。ワークの揺動は、原理的には前記3方式と同様に、倣い、油圧、サーボモータ等の手段で行うことができる。
このようなワーク揺動方式の問題点は、原理的には全角度の揺動が可能であっても実際には難しく、一方向の揺動(振動)しかできないこと、そのため加工可能な形状が限定(特定の長円のみ加工可能)されること、ワークとその取付け治具の重量が大きくなり、揺動による慣性力も大きくなるので、主軸の高速回転に対応できないこと、などである。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解決するためなされたものであり、その目的とするところは、加工形状に応じたマスタや固定治具を作製する必要がなく、複雑な非円形の内面形状を高速かつ高精度に加工することが可能な非円形中ぐり加工装置を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記の課題は、主軸に、工具偏心振動装置を介して中ぐり工具を取り付け、主軸の回転に同期して中ぐり工具を偏心振動させることによりワークに非円形中ぐり加工を施す装置において、主軸に弾性変形体を介して工具ホルダーを取り付け、当該弾性変形体を圧電素子により中ぐり工具の取付け軸に直角な2軸方向に変形振動させることにより、中ぐり工具にその取付け軸に直角な2軸方向の偏心振動を行わせることを特徴とする上記の非円形中ぐり加工装置によって達成できる。
上記圧電素子に代えて磁歪素子により中ぐり工具の偏心振動を行わせるようにしてもよい。
また、上記弾性変形体の軸直角方向変位量を変位センサーにより検知してフィードバック制御を行うことが望ましい。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつゝ本発明を具体的に説明する。
図1は、中ぐり工具に、その取付け軸に直角な1軸方向の偏心振動を加えるようにした非円形中ぐり加工装置の一実施例の概略図、図2は、その主軸先端部の構成を示す斜視図、図3は、図1に示した加工装置の制御系統図、図4は、中ぐり工具に、その取付け軸に直角な1軸方向の偏心振動を加えるようにした非円形中ぐり加工装置のもう1つの実施例の概略図、図5は、中ぐり工具に、その取付け軸に直角な2軸方向の偏心振動を加えるようにした本発明に係る非円形中ぐり加工装置の一実施例の主軸先端部の構成を示す斜視図、図6は、図5に示した実施例を主軸の先端側から見た拡大図、図7は、本発明に係る非円形中ぐり加工装置によるピストンピン穴の加工例を示すグラフである。
【0013】
図1ないし図3中、1は加工装置の主軸、2は主軸の先端に取り付けた弾性変形体、3は弾性変形体の先端に取り付けた工具ホルダー、4は工具ホルダーに取り付けた中ぐり工具、5は弾性変形体2の内部に設けた圧電素子(又は磁歪素子)、6は弾性変形体2の軸直角方向変位量を検知する変位センサー、7は主軸回転用モータ、8は主軸の回転角検出用のロータリーエンコーダ、9は変位センサー6の出力を取り出すと共に、圧電素子5への駆動電流を供給するスリップリング、11は加工送りその他の動作を制御するNC装置、12はNC装置11からの制御信号及び変位センサー6、ロータリーエンコーダ8からの出力信号に基づいて圧電素子5の動作を制御することにより、非円形中ぐり形状の加工を制御するコンピューター、13はD/Aコンバーター、14はA/Dコンバーター、15はコンピューター12からの制御信号に基づいて圧電素子の動作を制御する圧電素子コントローラ、16は圧電素子5へ駆動電流を供給する圧電素子ドライバ、21は送りテーブル、22は送りテーブルのX軸方向駆動用サーボモータ、23はY軸方向駆動用サーボモータ、24は中ぐり加工を施すべきワークである。
【0014】
上記実施例において、主軸1に取り付けられた弾性変形体2に圧電素子又は磁歪素子5が組み付けられ、この圧電素子又は磁歪素子5に、ロータリーエンコーダ8で検知した主軸1の回転数及び回転角に同期するようスリップリング9を介して、所望の非円形軌跡に合わせて制御された出力電圧をかける。
これにより、弾性変形体2を軸直角方向の一方向(工具4の取付け方向)に加圧変形させ、弾性変形体と一体となった工具ホルダー3及び工具4を弾性変形体の変形量分だけ軸直角方向に変位させる。
即ち、図2及び図3に示すように、弾性変形体2の外壁面には凹溝2a及び2bが形成され、圧電素子5の伸縮振動によりこれらの溝より先端側が図中において上下方向へ変位し、これによって、主軸1の回転により工具ホルダー3が偏心回転する。
この軸直角方向の工具変位量を、NC装置11及びコンピューター12を用いて、軸方向位置と回転角毎にコントロールしながら主軸を回転させることによって、所望の非円形中ぐり加工を行うことができる。
ワーク24は、例えば図3に示した例においてはピストンであり、これに断面が非円形のピン穴24aを中ぐり加工する様子を示している。
より精度のよい加工を行うため、弾性変形体2の軸直角方向変位量を変位センサー6によって検知し、フィードバック制御を行うことが望ましい。
【0015】
この動作を、具体的加工工程により説明すると次の通りである。
(1)送りテーブル21上にワーク24をセットする。
(2)主軸回転用モーター7を回転させる。これにより主軸1に取り付けてある弾性変形体2及び工具ホルダー3も回転する。
(3)サーボモータ22により送りテーブル21を主軸側へ移動させる。
(4)ワーク24が工具ホルダー3に取り付けた工具4の近くの所定位置に達した時、コンピューター12から圧電素子コントローラ15へ指令を送り、圧電素子ドライバ16を動作させる。
(5)圧電素子ドライバ16は、弾性変形体2の内部に設けた圧電素子5へスリップリング9を通じて駆動電流を供給する。
(6)圧電素子5はこの電流により変位し、弾性変形体2を変形させる。これにより、弾性変形体の先端面に取り付けてある工具ホルダー3及びこれに取り付けた工具4も変位する。
(7)主軸1に取り付けたロータリーエンコーダ8により主軸の回転角度位置を検出し、あらかじめコンピューター12に記憶してある形状に基づき加工断面の分割角度位置に応じて圧電素子の変位量を変化させ、任意の形状を加工する。
(8)弾性変形体2が変位する量は、変位センサー6で検出し、その出力信号をスリップリング9を通じてコンピューター12へ送って、圧電素子コントローラ15の動作をフィードバック制御し、加工精度を向上させる。
【0016】
図4に示した実施例においては、圧電素子5を弾性変形体2の外部に設けて、弾性変形体を変形させるように構成してある。
即ち、主軸1に支柱1aを設け、工具ホルダー3の基部に取り付けたベアリング10と支柱1aの間に圧電素子5を挿入し、圧電素子の伸縮により工具ホルダー3をその軸直角方向に変位させるようになっている。
【0017】
次に、図5及び図6に示した本発明に係る非円形中ぐり加工装置は、工具ホルダー3の軸に直角な2軸方向に圧電素子の振動を加えるようにしたものである。
即ち、主軸1に支柱1a及び1bを設け、工具ホルダー3の基部に取り付けたベアリング10と支柱1a及び1bの間にそれぞれ圧電素子5A及び5Bを挿入して、互いの出力方向が90°になるように構成し、弾性変形体2を2軸方向に加圧変形させるようになっている。その変形量は、変位センサー6A及び6Bで検知し、フィードバック制御を行いながら、工具の運動軌跡を2軸制御する。
この方法によれば、弾性変形体の駆動周波数の2倍の応答性が得られるため、1軸制御に比べ、より高速回転での安定した非円形中ぐり加工が可能となる。
【0018】
図7は、本発明に係る非円形中ぐり加工装置を用いて、長径36mmの楕円形状のピストンピン穴Pを加工した例を示している。グラフ上、0°の位置がピストンの頭部側、180°の位置がスカート側である。
【0019】
【発明の効果】
本発明による非円形中ぐり加工装置は、従来方式に比べて以下のような利点を有する。
(1)倣い加工方式に対して
▲1▼倣いマスタ等の製作が不要となり、段取り替え時間の短縮も含めて、コスト低減になる。
▲2▼変化の大きい形状も加工でき、高速回転加工も可能となる。
(2)油圧サーボ方式に対して
▲1▼油圧に比べて加圧の応答性がよい。
▲2▼油を使わないため、油温による影響がなく、正確な制御が可能となる。
▲3▼これら▲1▼▲2▼の理由から、変化の大きい形状でも加工でき、高速回転加工も可能となる。
▲4▼同じく▲1▼▲2▼の理由から、同一形状、同一回転加工の場合は特に加工精度が高い。
(3)サーボモータ方式に対して
▲1▼頻繁なモータの正逆回転がないので、モータの慣性力増大とボールネジ、送りテーブルの弾性変形もなく、正確な制御が可能となる。
▲2▼そのため、変化の大きい形状でも加工でき、高速回転加工も可能となる。また、同一形状、同一回転加工の場合の加工精度も高い。
(4)ワーク揺動方式に対して
▲1▼工具を360°全方向に自在に変位可能なため、加工可能形状が限定されず、さまざまな非円形の加工が可能である。
▲2▼重いワーク等の揺動に比べ、同一形状であれば、より高速での回転加工が可能となる。
【0020】
以上の如く、本発明によるときは、加工形状に応じたマスタや固定治具を作製する必要がなく、複雑な非円形の内面形状を高速かつ高精度に加工することが可能であるなど、多くの利点を有する非円形中ぐり加工装置を提供し得るものである。
【0021】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものでなく、弾性変形体の形状や取付け方法、これに対する圧電素子又は磁歪素子の取付け形態等々は、必要に応じて適宜設計変更し得るものであり、従って、本発明はその目的の範囲内において上記の説明から当業者が容易に想到し得るすべての変更実施例を包摂するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 中ぐり工具に、その取付け軸に直角な1軸方向の偏心振動を加えるようにした非円形中ぐり加工装置の一実施例の概略図である。
【図2】 その主軸先端部の構成を示す斜視図である。
【図3】 図1に示した加工装置の制御系統図である。
【図4】 中ぐり工具に、その取付け軸に直角な1軸方向の偏心振動を加えるようにした非円形中ぐり加工装置のもう1つの実施例の概略図である。
【図5】 中ぐり工具に、その取付け軸に直角な2軸方向の偏心振動を加えるようにした本発明に係る非円形中ぐり加工装置の一実施例の主軸先端部の構成を示す斜視図である。
【図6】 図5に示した実施例を主軸の先端側から見た拡大図である。
【図7】 本発明に係る非円形中ぐり加工装置によるピストンピン穴の加工例を示すグラフである。
【符号の説明】
1 加工装置の主軸
1a,1b 支柱
2 弾性変形体
2a,2b 凹溝
3 工具ホルダー
4 中ぐり工具
5 圧電素子(又は磁歪素子)
6 変位センサー
7 主軸回転用モータ
8 回転角検出用ロータリーエンコーダ
9 スリップリング
10 ベアリング
11 NC装置
12 コンピューター
13 D/Aコンバーター
14 A/Dコンバーター
15 圧電素子コントローラ
16 圧電素子ドライバ
21 送りテーブル
22 X軸方向駆動用サーボモータ
23 Y軸方向駆動用サーボモータ
24 ワーク
Claims (3)
- 主軸(1)に、工具偏心振動装置を介して中ぐり工具(4)を取り付け、主軸の回転に同期して中ぐり工具を偏心振動させることによりワークに非円形中ぐり加工を施す装置において、主軸(1)に弾性変形体(2)を介して工具ホルダー(3)を取り付け、当該弾性変形体(2)を圧電素子(5A,5B)により中ぐり工具(4)の取付け軸に直角な2軸方向に変形振動させることにより、中ぐり工具(4)にその取付け軸に直角な2軸方向の偏心振動を行わせることを特徴とする上記の非円形中ぐり加工装置。
- 上記圧電素子(5A,5B)に代えて磁歪素子により中ぐり工具(4)の偏心振動を行わせることを特徴とする請求項1に記載の非円形中ぐり加工装置。
- 上記弾性変形体(2)の軸直角方向変位量を変位センサー(6A,6B)により検知してフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項1に記載の非円形中ぐり加工装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35148897A JP4185176B2 (ja) | 1997-12-19 | 1997-12-19 | 非円形中ぐり加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35148897A JP4185176B2 (ja) | 1997-12-19 | 1997-12-19 | 非円形中ぐり加工装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11179605A JPH11179605A (ja) | 1999-07-06 |
JP4185176B2 true JP4185176B2 (ja) | 2008-11-26 |
Family
ID=18417641
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP35148897A Expired - Fee Related JP4185176B2 (ja) | 1997-12-19 | 1997-12-19 | 非円形中ぐり加工装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4185176B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE10360917A1 (de) * | 2003-12-23 | 2005-07-21 | Franz Haimer Maschinenbau Kg | Werkzeughalter mit elektrostriktiven Aktorenkörpern zur Beeinflussung des Rundlaufverhaltens des Werkzeughalters |
JP5126947B2 (ja) * | 2007-04-12 | 2013-01-23 | 学校法人金沢工業大学 | 変位変換ユニット、加工機械 |
US9071120B2 (en) | 2011-07-19 | 2015-06-30 | Kanzaki Kokyukoki Mfg. Co., Ltd. | Linear actuator and boring device |
US9399259B2 (en) | 2013-07-17 | 2016-07-26 | Kanzaki Kokyukoki Mfg. Co., Ltd. | Boring device |
JP6268511B2 (ja) * | 2013-07-23 | 2018-01-31 | 株式会社 神崎高級工機製作所 | 中ぐり加工装置 |
JP6867695B2 (ja) | 2018-07-24 | 2021-05-12 | エンシュウ株式会社 | 孔加工機および孔加工機を用いた楕円孔および内径変化孔の加工方法 |
CN114535633B (zh) * | 2022-04-01 | 2022-08-02 | 哈尔滨理工大学 | 一种旋转式变刚度变阻尼减振镗杆 |
-
1997
- 1997-12-19 JP JP35148897A patent/JP4185176B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH11179605A (ja) | 1999-07-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5278758B2 (ja) | カム駆動装置及び加工方法 | |
EP2283956B1 (en) | Device for boring a non-round hole | |
JP6693457B2 (ja) | 加工装置 | |
JP2008030190A (ja) | 同心性を向上させた工作機械 | |
JP4185176B2 (ja) | 非円形中ぐり加工装置 | |
JP5350104B2 (ja) | ワークの内径加工方法及び装置 | |
JPH10118811A (ja) | 加工装置 | |
JP6029761B2 (ja) | 円形穴加工方法及び円形穴加工装置 | |
JP2000291487A (ja) | シリンダボアの加工方法および加工装置 | |
JP3571050B2 (ja) | 非円形の孔を形成するための精密穿孔機 | |
US5116171A (en) | Pressure controlled cutter bit retainer with precision adjustable cutter bit | |
JP2010017809A (ja) | 小径テーパ孔の放電加工方法と装置 | |
JP2005007560A (ja) | 円筒内面加工方法および加工装置 | |
JP4761679B2 (ja) | 非円形加工機 | |
JPH05138484A (ja) | 精密位置決め微動送り装置およびシステム | |
JPH10166204A (ja) | 加工装置 | |
JPH0655318A (ja) | 中ぐり加工装置 | |
US5274564A (en) | Method and apparatus for machining a non-circular workpiece | |
JP6266913B2 (ja) | 非真円ボア形状の測定方法および測定装置 | |
KR20050108454A (ko) | 상ㆍ하 병렬배치된 압전액츄에이터를 구비한 진동절삭공구대 | |
JP3736039B2 (ja) | 加工方法 | |
US4842450A (en) | Method and apparatus for self-adjusting boring bar | |
JP2005288604A (ja) | 中ぐり加工装置 | |
JP2002126901A (ja) | 切削加工方法及び切削加工装置及び金型 | |
JP2002144101A (ja) | 振動切削加工装置及び方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041203 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080117 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080313 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080828 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080905 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110912 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120912 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130912 Year of fee payment: 5 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |