JP5617070B2

JP5617070B2 - 精密加工装置

Info

Publication number: JP5617070B2
Application number: JP2010116715A
Authority: JP
Inventors: 廣志上岡
Original assignee: 株式会社竹沢精機
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2010-04-30
Publication date: 2014-11-05
Anticipated expiration: 2030-04-30
Also published as: JP2011235430A

Description

本発明は油圧機器等に使用するシリンダ−等の内径最終仕上げ精度を向上する精密加工装置に関する発明である。

従来、油圧機器等に使用されるシリンダ−等の内径最終仕上げは、ボ−ル盤、旋盤或いはマシニングセンタ−等で明けた下穴を、マシニングセンタ−、ホ−ニングマシ−ン、ボアフィニッシングマシ−ン等に取り付けたホ−ニングリ−マ（ダイヤモンドリ−マ）で行っていた。
この例には特開２００４−２７６２２６号公報がある。
そして、精密加工の一手段としては、ひずみゲ−ジ等の力センサ−を取り付け、加工物と工具との間に働く研削抵抗を測定し、その研削抵抗を演算装置（ＮＣ装置）にフィードバックして、上記研削抵抗を抑制するよう工具の回転数並びに送り速度を変えていた。
この例には特開平１０−６１８２号公報がある。

特開２００４−２７６２２６号公報特開平１０−６１８２号公報

途中に複数の横穴、若しくは横溝があり、直径が３．０〜５０ｍｍで、深さが１００〜３００ｍｍある深穴を、加振装置を備えたマシニングセンタ−、ホ−ニングマシ−ン、ボアフィニッシングマシ−ン等で真円度１μ、円筒度１μに精密加工する技術手段は提示されていなかった。

即ち、特開２００４−２７６２２６号公報に示されたものは、下穴をボ−ル盤、旋盤或いはマシニングセンタ−等で明け、それを熱処理し、その後第一弾として内面研削機で熱処理時の変形を矯正、修正しボアフィニッシングマシ−ンを使って、真円度１μ、円筒度１μに精密加工する技術手段が示されているが、この精密加工手段であると加工装置が大掛かりになることは勿論、途中に複数個の横穴、若しくは横溝があり、直径が３．０〜５０ｍｍで、深さが１００〜３００ｍｍある深穴に対しするものではなかった。

また、特開平１０−６１８２号公報に示されたものは、途中に複数の横穴、若しくは横溝があり直径が３．０〜５０ｍｍで、深さが１００〜３００ｍｍの深穴としたシリンダ−の精密加工手段でなく、加工物と工具との間に働く研削抵抗を測定し、その研削抵抗を演算装置（ＮＣ装置）にフィードバックして、上記研削抵抗を抑制するよう工具の回転数並びに送り速度を変えたものであった。

ところが、先の如く複数個の横穴、若しくは横溝がある深穴であった場合、工具の回転数並びに送り速度を研削抵抗の変化で変えるようにしたものであった場合、所望する真円度１μ、円筒度１μの精密加工が難しかった上、測定手段が必要になることは勿論、切粉（切屑）による加工物の２次的損傷が防げない、更には加工油浸透不足による工具の損傷等が防止できなかった。
即ち、横溝と横溝にはさまれる加工部寸法が短かかったり、長かったりすると当然切粉（切屑）の排出性並びに切削油浸透性が変る。
従来提案されている加工装置はこの加工部の変化に付いては何等考慮していなかった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、その目的とする所は、複数個の横穴、若しくは横溝がある深穴であった場合でも、加工装置を大掛かりにすることなく、真円度１μ、円筒度１μの加工精度が得られる加工装置を提供することにある。

本発明は上記目的を解決するものである。
即ち、途中に複数個の横穴、若しくは横溝があり、直径が３．０〜５０ｍｍで、深さ１００ｍｍ〜３００ｍｍの深穴としたシリンダ−を、加振装置を備えたマシニングセンター、ホーニングマシーン、ボアフィニッシングマシ−ン等で精密加工する加工装置に於いて、上記ホーニングマシーン等のＮＣ操作部に複数個の横穴若しくは横溝を持つ深穴の横穴若しくは横溝間寸法に合わせ、選定される要因を上記加工装置に加工条件として入力することが出来るようにした精密加工装置である。

また、加工条件として、工具の回転数、工具の送り速度、工具の振動ストローク、工具の振動速度を選定すると共に加工条件を変える選定要因として、加工穴入り口からの距離、加工穴の長さ、加工部の切粉の排出性、加工部の切削油の浸透性等とした精密加工装置である。

複数個の横穴、若しくは横溝があるシリンダ−等の深穴加工であった場合でも特別な検出手段を設ける等することなく真円度１μ、円筒度１μの加工精度を得ることが出来る加工装置を提供するものである。また、切粉（切屑）による加工物の２次的損傷、更には加工油浸透不足による工具の損傷等の防止が図れるものである。

本発明に用いるボアフィニッシングマシ−ンの概要を説明する図である。図１のＰ部拡大断面図である。本発明に用いる工具であるダイヤモンドリ−マの概要を説明する図である。図１に示す（ＮＣ操作部）に加工条件を入力した時のボアフィニッシングマシ−ンの動作を説明する図である。超精密加工装置の操作部に入力する加工条件を決定する選定要因と加工条件との関係を説明する図である。図５の加工条件を設定した時と、しない時の各位置、加工径のバラツキ及び加工穴全体加振の真円度、円筒度とを比較した図である。

以下、本発明の詳細を図に示す一実施形態で説明する。
尚、図１は本発明に用いるボアフィニッシングマシ−ンの概要を説明する図であり、図２は図１のＰ部拡大断面図であり、図３は本発明に用いる工具であるダイヤモンドリ−マの概要を説明する図である。

先ず、図１〜図３に於いて、１はダイヤモンドリ−マを使ってワーク（加工物）の内径を超精密仕上げするボアフィニッシングマシ−ンである。
このボアフィニッシングマシ−ン１は後述するホ−ニング加振用アタッチメント５を駆動する主軸２及び加工物６をセットする為のテ−ブル（ベット）３を備えている。
４はＮＣ操作部で主軸２等の回転速度等の加工に必要となる各種操作を行なう。５は主軸２に取り付けられたホ−ニング加振用アタッチメントである。このホ−ニング加振用アタッチメントを構成する加振ホルダ−は上部にボアフィニッシングマシ−ン１の主軸２に装着するシャンクと下部に工具１８たるダイヤモンドリ−マを装着するコレット１７等より構成されている。

次に上記加振手段に付いて図２をもって説明すると、この加振手段はホーニング加振用アタッチメント５の側部に設けられている。そしてこの加振手段は外部操作にて調整出来るものである。
７はスピンドル１６を上下させる揺動板であり、８は平行板である、この平行板８が作る傾斜面を揺動板７に設けた回転部材９が倣うものである。１０は上記平行板８の傾斜面の傾斜量を変える加振量調節部材である。
この加振量調節部材１０は操作部１１と動作部１２とが２本のピン１３で結合されており操作部１１は加振ホルダ−本体１４の表面に、又動作部１２には先の平行板８と鋼球１５を介して連接している。
そして操作部１１を加振量調節目盛（図示せず）に合わせ回動する。こうすることにより、平行板８が鋼球１５の移動に伴って上下し、傾斜面の傾斜量を０〜１ｍｍの範囲で変える。

この加振手段はホーニング加工時に出る切粉（切屑）が引き起こすホーニングの精度低下を防止する役目を果たすものである。即ち、上記ボアフィニッシングマシーン１はダイヤモンドリーマを振動させることにより切粉（切屑）を細かく切断し強制的に排出するものである。
これにより、面粗度を大きく向上させ超高精度なホーニング加工が出来る。またこの加振手段は工具かじりなど、切粉（切屑）が工具を破壊させることを防ぎ、工具の高寿命化の働きも果たすものである。

次に、工具１８として本願に使用するダイヤモンドリーマ−に付いて説明する。
図３に於いて、１８はダイヤモンドリーマ−、２０はダイヤモンドリーマ−１８の拡縮刃物部で電着にてダイヤモンド粉が装着されている。２４はテーパーコーン、このテーパーコーン２４は外周にはテーパーがなく、円筒状のもので内径がテーパー２４ａを持っている。２６は上記テーパーコーン２４に設けられた切溝、この切溝２６は図ではスパイラル形状をしているが、ストレート形状であっても良い。

またコーンブッシュ２３は図３にも示す如く押ネジ２７の先端部に一体に形成され先端部は先細のテーパー部２３ａとされる。このテーパー部２３ａはテーパーコーン２４のテーパー２４ａに合致し押ネジ２７が矢印方向に推進すると、テーパー部２３ａがテーパーコーン２４のテーパー２４ａ内を進む。このことによりテーパーコーン２４の外形が切溝２６を広げながら拡張する。これにより拡張刃物部２０の平行部２０ａも拡張スリット２５を利用し拡張するものである。

このダイヤモンドリーマー１８を後述する加工条件でボアフィニッシングマシ−ン１を運転することにより、円筒度、真円度ともに１．０μ以下の加工が可能となるものである。勿論このものは従来のホーニングに比較し加工時間も大幅に短縮出来る装置となる。

本発明は横穴、若しくは横溝があり、直径が３．０〜５０ｍｍで、深さ１００ｍｍ〜３００ｍｍの深穴としたシリンダ−を、上記加工装置を用いて加工することにより精度及び加工時間の短縮を確保するものである。

以下、この特殊な深穴の加工を精度良く行なう加工装置に付いて説明する。
尚、図４は図１に示す（ＮＣ操作部）に加工条件を入力した時のボアフィニッシングマシ−ンの動作を説明する図である。
図４に於いて、
ＮＣ操作部を備えたボアフィニッシングマシ−ンにはＳｔｅｐ１で上記ＮＣ操作部に後述する選定要因の項目に従い測定、評価された数値が加工条件（後述する）として入力される。

加工条件（後述する）が入力されたボアフィニッシングマシ−ンはＳｔｅｐ２で、その加工条件に合わせサーボモ−タ等で駆動されるスピンドルを回転させると共に、Ｓｔｅｐ３で示す加工具を加振する加振量調整手段を運転する。
Ｓｔｅｐ４に示す工具は回転数、送り速度が制御されると共に加振量制御されＳｔｅｐ５の加工物の加工を行うものである。
換言すると、本発明の精密加工装置は工具の回転数、送り速度（加工物を送る速度であっても良い）を制御するだけでなく、加振量を制御しながら加工物の仕上げ加工を行うものである。

次に図５に於いて、本発明の選定要因と加工条件に付いて説明する。
尚、この時の選定要因と加工条件は図４中に示す加工物略図に基づくものであって当然加工物に依って要因の数値、評価並びに加工条件の速度等は変化するもので、以下に説明するものは一例である。
要は精密加工装置であるボアフィニッシングマシ−ン等の操作部に本発明で特定する選定要因の数値若しくは評価等を加工物の形状及び実験結果値等に基づき入力し、該ボアフィニッシングマシ−ンを運転し加工物を精密加工するものである。
又、図５は超精密加工装置の操作部に入力する加工条件を決定する選定要因と加工条件との関係を説明する図である。

図に於いて、６は加工物であり、６ａがこの加工物６に旋盤等により明けられた下穴であり、６ｂがこの下穴６ａの途中に複数個設けられた横溝（横穴）を示す．
而して、ボアフィニッシングマシ−ンの操作部に入力する加工条件を決定する選定要因として、図５に示すように本発明に於いては被加工物より決定される加工形状（加工入り口からの距離、加工部穴長さ）を特定すると共に加工時の切粉排除性、加工部切削油浸透性を図面段階及び実験結果値等で決定し、これを選定要因として、ボアフィニッシングマシ−ン等を運転する加工条件として超精密加工仕上げを行なうべく操作部に入力するものである。

以下、具体的に例を挙げ説明する。例えば途中、途中にＤｏ寸法の横溝径が複数箇所あり、加工径Ｄ寸法の加工部が該横溝間にあり長さ寸法がＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ寸法（精密加工する寸法）であった場合、上記の加工物の加工上の選定要因は次のように決定される。
先ず選定要因の一つである加工入り口からの距離は図面上から読み取り概数で決定される。即ち、（ａ）（ｂ）（ｃ）寸法に付いては加工物の図面寸法を勘案し、（ａ）（ｂ）が１０ｍｍ、（ｂ）が１０ｍｍ、（ｃ）が２０ｍｍ、そして（ｄ）が１０ｍｍとそれぞれ概数で設定されるものである。

次いで加工物略図中の加工部穴長さ寸法Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは図面上からＡが１０ｍｍ、Ｂが１５ｍｍ、Ｃが３０ｍｍ、Ｄが１０ｍｍと概数で決定される。
次いで切粉排除性及び加工部切削油浸透性はＡ部が優、Ｂ部が良、Ｃ部が可、Ｄ部が良となる。各部を上記の如く選定する理由は加工入り口からの距離と加工寸法の長さ等を基準とする為である。

即ち、Ａ部は加工入り口からの距離も１０ｍｍと近く、しかも加工寸法の長さも１０ｍｍと小さいことより当然切粉排除性及び加工部切削油浸透性は優評価となる。
Ｂ部は加工入り口からの距離が３０ｍｍで加工寸法が１５ｍｍであることより切粉排除性及び加工部切削油浸透性は優ではなく良評価となる。

Ｃ部は加工入り口からの距離が６５ｍｍと長くなり加工寸法の長さが３０ｍｍと、これまた長いことより切粉排除性及び加工部切削油浸透性は良ではなく一段下の可評価となる。
Ｄ部は加工入り口からの距離が１０５ｍｍと最大の長さとなるが加工寸法の長さが１０ｍｍと短いことより、切粉排除性及び加工部切削油浸透性は良となる。可でないのはＤ部の加工寸法長さが１０ｍｍと短いことが優先される為である。
以上の切粉排除性及び加工部切削油浸透性は図面で判断出来るものと実験しなければ判らないものとがあるので、加工物により実験で求めることもある。

上記で選定された要因をもとにボアフィニッシングマシ−ン等の操作部に加工条件を入力する。加工条件としては切削速度（リーマ刃部周速）ｍ／分、加工送り速度ｍｍ／ｒｅｖ、加振ストロ−クｍｍ／ｒｅｖ、加振速度回／分等である。
又、図中上記加工条件の表し方は中心の破線が標準速度で、＋（プラス）側がその標準速度に対して速度等の増加した分を表し、−（マイナス）側が速度等を減少した分を表しており、実線が標準運転状態を表している。

先ず、切削速度（リーマ刃部周速）ｍ／分、であるが被加工物の（ａ）部は標準速度とし、Ａ部では標準速度に対し２割の減速を開始する。
（ｂ）部ではこれを継続し、Ｂ部で標準運転より１割増の運転速度とする。尚Ａ部で減速する主な理由はリーマ刃部を安定させる為でもあるが、この寸法部分切削効率が良い為である。
次いでＢ部後端に於いて、標準状態に戻るべく減速を開始し、（ｃ）部ではこれを継続させる。Ｃ部では速度を標準状態に対し２割増にあげる。またＣ部後端では標準状態に戻すべく減速を開始し、（ｄ）部では標準状態ととし、Ｄ部に於いては一割減の速度とする。これはＤ部の加工寸法が１０ｍｍと短く評価が良である為である。

換云すると、切粉の排除性が良くなく、且つ加工部切削油浸透性の悪い所は切削速度を標準速度より＋（プラス）側に上げ、切粉の排除性が良く、加工部切削油浸透性の良い所は切削速度を標準速度より−（マイナス）側に下げると云うことである。
これに依り効率が良く、しかもバラツキ、及び加工穴全体の真円度、円筒度が確保出来るものである。

次に加工速度ｍｍ／ｒｅｖであるが、区域（ａ）Ａ（ｂ）は標準運転状態とし、区域Ｂ（ｃ）に入る所で標準運転に対し、１割減の送り速度とし、区域Ｃ（ｄ）に入る所で、更に落として２割減とする送りとする。そしてＤ部に入る所で標準運転状態に戻すものである。
換云すると、切粉の排除性が悪く、加工部切削油浸透性の悪い所は切削速度を上げ、加工送り速度を減らし、切粉の排除性が良く加工部切削油浸透性の良い所は切削速度を落として、加工送り速度を減じるものである。

次に加振ストロークｍｍ／ｒｅｖ、加振速度回／分であるが、この加振手段はホーニング加工時に出る切粉（切屑）が引き起こすホーニングの精度低下を防止する役目を果するもので、ダイヤモンドリーマーを振動させることにより切粉（切屑）を細かく切断し強制的に排出するものである。
従って、本発明を実施するに当たってはマシニングセンターにこの加振手段を備えるか、専用のボアフィニッシングマシ−ンでの加工となる。

これにより、面粗度を大きく向上させ超高精度なホーニング加工ができる。
また、この加振手段は工具かじりなど、切粉（切屑）が工具を破壊させることを防ぎ、工具の高寿命化の働きも果するものである。

先ず、加振ストロークｍｍ／ｒｅｖについて、区域（ａ）、Ａ部は切粉の排除性が良いことにより標準の加振ストロークに対し、２割小さい加振ストロークとし、Ｂ部に向け（ｂ）部の途中で加振ストロークを標準状態より１割大きい加振ストロークに上げる。
次いでＣ部と（ｃ）部の途中まではその１割大きい加振ストロークで継続加工し、切粉の排除性及び、加工部切削油浸透性の悪いＣ部に入るに当たり、更に加振ストロークを標準運転に対し２割大きくすべく（ｃ）部の途中で加振ストロークを拡大するものである。
そして（ｄ）部に於いて標準運転に対し１割減の加振ストロークまで下げ、Ｄ部及び（ｅ）部を加振するようにしたものである。

又、加振速度回／分に付いては、上記加振ストロークにほぼリンクして運転されるように実線の如く、加工条件が設定されるものである。

次に図６に於いて、
尚図６は図５の加工条件を設定した時としない時の各位置の加工径のバラツキ及び加工穴全体の真円度、円筒度とを比較した図である。
図からも判るように、加工条件を設定しない時の各位置の加工径のバラツキ及び加工穴全体の真円度、円筒度は３〜５μ（ミクロン）と大きく、１０μ（ミクロン）以上になることもあるのに対し、上記加工条件を設定した時の各位置の加工径のバラツキ及び加工穴全体の真円度、円筒度は０〜１μ（ミクロン）に抑えることが出来るものである。

本発明は以上説明した如き構成を有するものであるから、次のような効果が得られるものである。
即ち、途中に複数個の横穴、若しくは横溝があり、直径が３．０〜５０ｍｍで、深さ１００ｍｍ〜３００ｍｍの深穴を、加振装置を備えたマシニングセンター、ホーニングマシーン、ボアフィニッシングマシン等で精密加工する加工装置に於いて、上記ホーニングマシーン等のＮＣ操作部に複数個の横穴若しくは横溝を持つ深穴の横穴若しくは横溝間寸法に合わせ、選定される選定要因を上記加工装置に加工条件として入力することが出来るようにした精密加工装置である。
従って、複数個の横穴、若しくは横溝がある深穴であった場合でも特別な検出手段を設ける等することなく真円度１μ、円筒度１μの加工精度を得ることが出来る加工装置を提供することが出来るものである。
また、切粉（切屑）による加工物の２次的損傷、更には加工油浸透不足による工具の損傷等の防止が図れるものである。

また、加工条件として、工具の回転数、工具の送り速度、工具の振動ストローク、工具の振動速度等を選定すると共に、加工条件を変える選定要因として、加工穴入り口からの距離、加工穴の長さ、加工部の切粉の排出性、加工部の切削油の浸透性等とした精密加工装置である。
従って切粉の排出性、切削油の浸透性との関係に於いて、複数個の横穴のある加工物、各位置の加工径のバラッキ及び加工穴全体の真円度１μ、円筒度１μ（ミクロン）に抑えることが出来るものである。

尚、本発明では精密加工装置として選定要因と加工条件とをとらえ縷々説明して来たが、加工方法としても本発明の効果は得られるものだある。

１ボアフィニッシングマシン
２主軸
３テーブル（ベッド）
４ＮＣ操作部
５加振用アタッチメント
６加工物６ａ下穴６ｂ横溝
７揺動板
８平行板
９回転部材
１０加振量調節部材
１１操作部
１２動作部
１３ピン
１４加振ホルダー本体
１５鋼球
１６スピンドル
１７コレット
１８工具（ダイヤモンドリーマー）
２０拡縮刃物部２０ａ平行部
２３コーンブッシュ２３ａテーパー部
２４テーパーコーン２４ａテーパー部
２５拡縮スリット
２６切溝
２７押ネジ

Claims

途中に複数個の横穴、若しくは横溝があり、直径が３．０〜５０ｍｍで、深さ１００〜３００ｍｍの深穴とした加工物を加工する加振装置付き加工装置に於いて、加工入り口からの距離、加工部穴長さを測定し、その測定結果に基づき切粉排除性、加工部切削油浸透性を評価し、その切粉排除性、加工部切削油浸透性の評価が悪い所では、切削速度を上げて、良い所では下げて運転すると共に、加工送り速度はそれが悪い所では減らし、良い所では上げて運転すると共に、加振ストロークはそれが悪い所ではストロークを大きくし、良い所では小さくし、加振速度はそれが悪い所では増して、良い所では減じて運転するようにした精密加工装置。