(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荒加工用砥石および仕上加工用砥石をそれぞれ備えたホーニングヘッドをワークの加工孔に挿入し、前記各砥石の新規な状態での初期なじみ取りを行うべく前記加工孔内面を研削加工する際に、最初に仕上加工用砥石を使用し、次に荒加工用砥石を使用し、最後に再度仕上加工用砥石を使用することを特徴とするホーニングヘッドの砥石なじませ方法。
【請求項２】
最初の仕上加工用砥石による加工は、荒加工用砥石による研削量と加工孔内径の許容公差とを加えた量より少なく、かつ全加工量から荒加工砥石による加工量を差し引いた量の半分の量以上を研削加工することを特徴とする請求項１記載のホーニングヘッドの砥石なじませ方法。
【請求項３】
荒加工用砥石および仕上加工用砥石がそれぞれ別々にワークの加工孔内面に対し接近離反する方向に移動可能に設けられたホーニングヘッドと、前記荒加工用砥石を加工孔内面に対して接近離反移動させる荒加工砥石駆動機構と、前記仕上加工用砥石を加工孔内面に対して接近離反移動させる仕上加工砥石駆動機構と、前記ホーニングヘッドに検出部が設けられ、前記荒加工用砥石あるいは仕上加工用砥石による加工孔に対する研削量を検出する研削量検出手段と、この研削量検出手段の検出信号を受けて前記各砥石による研削量が所定量に達するように、前記荒加工砥石駆動機構および仕上加工砥石駆動機構に対し、最初に仕上加工用砥石で、次に荒加工用砥石で、最後に再度仕上加工用砥石でそれぞれ加工が行えるよう動作させる砥石拡張制御手段とを有することを特徴とするホーニングヘッドの砥石なじませ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ホーニングヘッドに取付けられた荒加工用砥石および仕上加工用砥石を新規なものとして使用する際に、ワークに対してホーニング加工を行いつつ各砥石のなじみ取りを行うホーニングヘッドの砥石なじませ方法および同砥石なじませ装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、ワークに対してホーニング加工を行いつつ荒加工用砥石および仕上加工用砥石のなじみ取りを行う際の、なじみ取り加工回数（なじみ取り加工用ワーク数）を減少させ、生産性を向上させることを目的としている。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明は、第１に、荒加工用砥石および仕上加工用砥石をそれぞれ備えたホーニングヘッドをワークの加工孔に挿入し、前記各砥石の新規な状態での初期なじみ取りを行うべく加工孔内面を研削加工する際に、最初に仕上加工用砥石を使用し、次に荒加工用砥石を使用し、最後に再度仕上加工用砥石を使用する砥石なじませ方法としてある。
【０００４】
上記した最初の仕上加工用砥石での加工では、硬質な荒加工用砥石に比べてなじみ取り作業が特に必要とされる軟質な仕上加工用砥石のなじみ取りを行い、次の荒加工用砥石での加工では、最初の仕上加工用砥石により発生する加工孔内面の幾何学的精度の悪化分を補正し、さらに最後の仕上加工用砥石での加工では、荒加工用砥石による発生する加工孔内面の粗い面粗度を微細なものとする。
【０００５】
第２に、前記第１の砥石なじませ方法において、最初の仕上加工用砥石による加工は、荒加工用砥石による研削量と加工孔内径の許容公差とを加えた量より少なく、かつ全加工量から荒加工用砥石による加工量を差し引いた量の半分の量以上を研削加工するものとしてある。これにより、柔らかい材料からなる仕上加工用砥石により発生する加工孔内面の幾何学的精度の悪化分が、荒加工砥石によって取り去られるとともに、特になじみ取りが必要とされる仕上加工用砥石のなじみ取りが充分になされる。
【０００６】
第３に、荒加工用砥石および仕上加工用砥石がそれぞれ別々にワークの加工孔内面に対し接近離反する方向に移動可能に設けられたホーニングヘッドと、前記荒加工用砥石を加工孔内面に対して接近離反移動させる荒加工砥石駆動機構と、前記仕上加工用砥石を加工孔内面に対して接近離反移動させる仕上加工砥石駆動機構と、前記ホーニングヘッドに検出部が設けられ、前記荒加工用砥石あるいは仕上加工用砥石による加工孔に対する研削量を検出する研削量検出手段と、この研削量検出手段の検出信号を受けて前記各砥石による研削量が所定量に達するように、前記荒加工砥石駆動機構および仕上加工砥石駆動機構に対し、最初に仕上加工用砥石で、次に荒加工用砥石で、最後に再度仕上加工用砥石でそれぞれ加工が行えるよう動作させる砥石拡張制御手段とを有する構成としてある。
【０００７】
上記第３の構成によれば、ホーニングヘッドを加工孔に挿入した状態で、まず砥石拡張制御手段が、仕上加工砥石駆動機構を動作させて仕上加工用砥石を加工孔内面に向けて接近させるべく拡張させ、この状態で加工孔内面を研削加工する。この仕上加工用砥石による研削量は研削量検出手段にて検出され、この研削量が所定量に達したら、砥石拡張制御手段は仕上加工用砥石を加工孔内面から離反させるべく仕上加工砥石駆動機構を動作させる。次に、砥石拡張制御手段は、荒加工砥石駆動機構を動作させて荒加工用砥石を加工孔内面に向けて接近させるべく拡張させ、この状態で加工孔内面を研削加工する。この荒加工用砥石による研削量は研削量検出手段にて検出され、この研削量が所定量に達したら、砥石拡張制御手段は荒加工用砥石を加工孔内面から離反させるべく荒加工砥石駆動機構を動作させる。そして最後に砥石拡張制御手段は、再度仕上加工砥石駆動機構を動作させて仕上加工用砥石を加工孔内面に向けて接近させるべく拡張させて加工孔内面を研削加工し、この仕上加工用砥石による研削量が研削量検出手段にて検出されて所定量に達したら、砥石拡張制御手段は仕上加工用砥石を加工孔内面から離反させるべく仕上加工砥石駆動機構を動作させる。
【０００８】
【発明の効果】
第１の発明または第３の発明によれば、最初に仕上加工用砥石を使用することで、仕上加工用砥石のなじみ取りがなされ、次に荒加工用砥石を使用することで、最初の仕上加工用砥石により発生する加工孔内面の幾何学的精度の悪化分が補正され、さらに最後に仕上加工用砥石を使用することで、荒加工用砥石による発生する加工孔内面の粗い面粗度を微細なものとすることができ、特に柔らかい材料で構成されてなじみ取りを必要とする仕上加工用砥石のなじみ取りが効率よくなされ、なじみ取り加工回数を減少させることができ、加工初期のワークにおいても、精度よい加工径が得られて加工孔内面の面粗度も良好なものとすることができ、生産性の向上を図ることができる。
【０００９】
第２の発明によれば、最初の仕上加工用砥石による加工を、荒加工用砥石による研削量と加工孔内径の許容公差とを加えた量より少なくすることで、柔らかい材料からなる仕上加工用砥石により発生する加工孔内面の幾何学的精度の悪化分を荒加工砥石によって取り去ることができ、また最初の仕上加工用砥石による加工を、全加工量から荒加工砥石による加工量を差し引いた量の半分の量以上とすることで、特になじみ取りが必要とされる仕上加工用砥石のなじみ取りが充分になされることになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１１】
図１は、この発明の実施の一形態に係わるホーニングヘッドの砥石なじませ装置の全体構成を示すブロック図で、図２はその砥石なじませ装置を備えたホーニング加工装置の全体構成図である。ここにおけるワークＷは、エンジンのシリンダブロックであり、このワークＷの加工孔Ｈとなるシリンダボアに対してホーニングヘッド１によりホーニング加工がなされる。ホーニングヘッド１は回転可能かつ軸方向（図１中で上下方向）に移動可能であり、その駆動機構を以下に説明する。
【００１２】
すなわち、ホーニング加工装置の本体フレーム３に、支持部材５を介して回転スリーブ７が設けてあり、この回転スリーブ７側方の本体フレーム３側に固定したヘッド回転用モータ９が、スプロケット１１，１３およびチェーン１５を介して回転スリーブ７に連動連結されている。上記回転スリーブ７には、スピンドル１７が上下方向に移動可能に設けてあり、このスピンドル１７は、キーまたはスプラインの作用によって回転スリーブ７に対して回転不能である。上記スピンドル１７を上下方向へ移動させるため、本体フレーム３の上部には上下方向へ移動可能なピストンロッド１９を備えたヘッド軸移動用シリンダ２０が設けてあり、上記ピストンロッド１９の先端部がスピンドル１７の上端部に適宜手段を介して回転可能に連結してある。そして、上記スピンドル１７の下端には、ホーニングヘッド１における筒状のヘッド本体２１が一体的に連結してある。
【００１３】
図３は、上記ヘッド本体２１の拡大された横断面図で、その円周方向には、軸方向に延長される複数のスリット２３が適宜間隔で形成されている。上記各スリット２３には、荒加工用砥石２５Ａを備えた第１砥石シュー２７Ａおよび、仕上加工用砥石２５Ｂを備えた第２砥石シュー２７Ｂがヘッド本体２１の径方向（放射方向）へ移動可能に設けてある。
【００１４】
上記ヘッド本体２１内には、軸方向（図１中で上下方向）に向けて移動可能に外ロッド２９を設けてあり、この外ロッド２９には、仕上加工用砥石２５Ｂを備えた第２砥石シュー２７Ｂを、放射外方向へ押圧拡張する拡張テーパ部３１が設けてある。さらに、前記外ロッド２９内には、図１では省略してあるが、内ロッド３３が軸方向へ移動可能に設けてあり、この内ロッド３３には、荒加工用砥石２５Ａを備えた第１砥石シュー２７Ａを放射外方向へ拡張するための拡張テーパ部３５が設けてある。なお、図３より理解されるように、外ロッド２９の拡張テーパ部３１には、第１砥石シュー２７Ａの背部が侵入可能となるスリット３１Ｓが形成してある。各砥石シュー２７Ａ，２７Ｂの上端部および下端部には、これらを径方向内側へ付勢するリング状のリターンスプリング３６が設けてある。
【００１５】
前記外ロッド２９および内ロッド３３は、スピンドル１７の上端に備えた二重構造の油圧シリンダ３７に設けた二重のピストンロッドによって個別に押し下げられるものとする。油圧シリンダ３７は、前記ヘッド軸移動用シリンダ２０とともに、油圧シリンダ制御器３８によって油圧制御され、荒加工用砥石２５Ａによる加工動作および仕上加工用砥石２５Ｂによる加工動作を個別に行わせるべく、外ロッド２９および内ロッド３３を個別に上下動させる。すなわち、上記油圧シリンダ制御器３８、油圧シリンダ３７、内ロッド３３、拡張テーパ部３５、第１砥石シュー２７Ａなどにより、荒加工用砥石２５Ａを放射外方向へ拡張させる荒加工砥石駆動機構３９Ａを構成し、一方油圧シリンダ制御器３８、油圧シリンダ３７、外ロッド２９、拡張テーパ部３１、第２砥石シュー２７Ｂなどにより、仕上加工砥石駆動機構３９Ｂを構成している。
【００１６】
上記した油圧シリンダ制御器３８とヘッド回転用モータ９は砥石拡張制御手段４０ａを含む制御回路４０によって制御される。つまり、制御回路４０は、ホーニングヘッド１の加工孔Ｈに対する挿入，引出しおよび、ホーニングヘッド１の加工時での回転および軸方向移動ならびに、各砥石２５Ａ，２５Ｂの拡張移動を制御して、ホーニング加工の駆動制御を行うことになる。
【００１７】
上記ヘッド本体２１の外周面には、ホーニングヘッド１をワークＷの加工孔Ｈに案内するガイド部材４１が、円周方向に沿って９０度間隔に設けてある。このガイド部材４１には、加工孔Ｈの内径を測定するために、加工孔Ｈの内面に向けてエアを噴出する検出部としてのエアノズル４３が形成してある。各エアノズル４３は、ヘッド本体２１内のエア通路４５に接続され、これら各エア通路４５は、エア配管４７を介して、空気圧を電気信号に変換するＡ／Ｅ変換器４９およびエア圧供給源５１に接続してある。
【００１８】
Ａ／Ｅ変換器４９は、エア圧供給源５１から供給されてエアノズル４３から加工孔Ｈの内面に向けて噴出されるエアの背圧Ｐを電気信号Ｖに変換し、この電気信号Ｖは演算回路５３に入力される。演算回路５３は、入力した電気信号Ｖと、内蔵するメモリにあらかじめ格納されている基準値とを比較し、電気信号Ｖが基準値に対して許容値内にあるときには、ワークＷの加工孔Ｈの内径寸法が許容径に加工されたものとして制御回路４０へ停止信号を出力し、ワークＷに対するホーニング加工が停止される。
【００１９】
なお、上記演算回路５３に入力された電気信号Ｖが基準値の許容値外にあるときには、許容値になるまで、ワークＷのホーニング加工が継続される。
【００２０】
演算回路５３が、電気信号Ｖと格納済みの基準値とを比較するに際し、この基準値を演算回路５３のメモリに格納するために、基準孔５５の内周面を高精度に加工したマスタリング５７が、ワークＷの上方にて、本体フレーム３に固定された環状部材５９に取付けられている。この環状部材５９には、冷却液であるクーラントを加工部位に供給するためのクーラント流路６１を形成してある。
【００２１】
上記したような加工孔Ｈを測定しつつホーニング加工を行う際には、荒加工用砥石２５Ａおよび仕上加工用砥石２５Ｂによる加工孔Ｈに対するそれぞれの研削量を、演算回路５３により演算する。つまり、上記エアノズル４３、Ａ／Ｅ変換器４９および演算回路５３などにより、加工孔Ｈに対する研削量を検出する研削量検出手段６２を構成していることになる。
【００２２】
具体的には、荒加工用砥石２５Ａおよび仕上加工用砥石２５Ｂが新規な状態で、これら各砥石２５Ａ，２５Ｂに対し、ホーニング加工を行いつつ、いわゆるなじみ取りを行う際に、上記研削量に基づき、制御回路４０が、油圧シリンダ制御器３８に対し、荒加工用砥石２５Ａを拡張させる内ロッド３３および、仕上加工用砥石２５Ｂを拡張させる外ロッド２９を上下動させる。このなじみ取り作業は、新規な砥石を使用することによる、ワークＷに対する加工精度の低下を回避するためのもので、まず最初に仕上加工用砥石２５Ａを使用し、次に荒加工用砥石２５Ｂを使用し、最後に再び仕上加工砥石２５Ａを使用する。
【００２３】
次に、上記したなじみ取り作業を図４に示すフローチャートに基づき説明する。まず、加工停止（ステップ１０１）の状態から、作業者が、加工孔Ｈの内径が仕上がり径（マスタリング５７の基準孔径）より小さくなるように、ホーニング加工装置における図示しない、例えば制御盤から径補正入力を行う（ステップ１０３）。その後、ヘッド軸移動用シリンダ２０を動作させてホーニングヘッド１をマスタリング５７内に挿入し、エアノズル４３からエアを噴出することにより基準孔５５の内径を測定し、この測定値は演算回路５３のメモリに格納される。
【００２４】
さらに、ホーニングヘッド１を下降させて加工孔Ｈ内に挿入し、加工孔Ｈに対する加工を開始する（ステップ１０５）。このときまず、制御回路４０は、油圧シリンダ制御器３８を介して、外ロッド２９を下降させて第２砥石シュー２７Ｂに取付けられた仕上加工用砥石２５Ｂを拡張させ（ステップ１０７）、仕上加工用砥石２５Ｂにより加工孔Ｈの内面を研削加工する。このときの研削量は、当初の目的である仕上加工用砥石２５Ｂに対するなじみ取りを行うために、次の荒加工用砥石２５Ａによる研削量と加工孔Ｈの内径の許容公差とを加えた量より少なく、かつなじみ取り作業における全加工量から荒加工用砥石２５Ａによる加工量を差し引いた量の半分の量以上とする。
【００２５】
これにより、柔らかい材料からなる、ＧＣ砥石と呼ばれる仕上加工用砥石２５Ｂにより発生する加工孔Ｈ内面の幾何学的精度の悪化分を、次の荒加工用砥石２５Ａによって取り去ることができるとともに、特になじみ取りが必要とされる仕上加工用砥石２５Ｂのなじみ取りが充分になされることになる。
【００２６】
最初の仕上加工用砥石２５Ｂによる研削加工量をエアノズル４３からのエアの噴出によって検出し、この検出量が所定量に達したら、制御回路４０は、外ロッド２９を上昇させるべく油圧シリンダ制御器３８に信号出力する。これにより、仕上加工用砥石２５Ｂは、第２砥石シュー２７Ｂとともにリターンスプリング３６によってヘッド本体２１内に収納される（ステップ１０９）。
【００２７】
次に、制御回路４０は、油圧シリンダ制御器３８を介して、内ロッド３３を下降させて第１砥石シュー２７Ａに取付けられた荒加工用砥石２５Ａを拡張させ（ステップ１１１）、荒加工用砥石２５Ａにより加工孔Ｈの内面を研削加工する。このときの研削量は、最初の仕上加工用砥石２５Ｂの加工により発生する加工孔Ｈの内面の幾何学的精度の悪化分が補正される量とする。荒加工用砥石２５Ａは、通常ダイヤモンドで構成されて仕上加工用砥石２５Ｂに比べて極めて硬度が高いので、幾何学的精度の悪化分を修正可能である。
【００２８】
上記した荒加工用砥石２５Ａによる研削加工量をエアノズル４３からのエアの噴出によって検出し、この検出量が所定量に達したら、制御回路４０は、内ロッド３３を上昇させるべく油圧シリンダ制御器３８に信号出力する。これにより、荒加工用砥石２５Ａは、第１砥石シュー２７Ａとともにリターンスプリング３６によってヘッド本体２１内に収納される（ステップ１１３）。
【００２９】
最後に、制御回路４０は、油圧シリンダ制御器３８を介して、外ロッド２９を下降させて仕上加工用砥石２５Ｂを拡張させ（ステップ１１５）、再度仕上加工用砥石２５Ｂにより加工孔Ｈの内面を研削加工する。このときの研削量は、上記した荒加工用砥石２５Ａの加工によって形成された加工孔Ｈの内面の面粗度を、より微細にして製品として信頼できるものとなるまでとする。
【００３０】
上記した仕上加工用砥石２５Ｂによる研削加工量をエアノズル４３からのエアの噴出によって検出し、この検出量が所定量に達すると同時に、加工孔Ｈの内径が前記ステップ１０３で設定した加工径に達したら、制御回路４０は、外ロッド２９を上昇させるべく油圧シリンダ制御器３８に信号出力する。これにより、仕上加工用砥石２５Ｂは、第２砥石シュー２７Ｂとともにリターンスプリング３６によってヘッド本体２１内に収納され（ステップ１１７）、さらに、ヘッド軸移動用シリンダ２０を動作させてホーニングヘッド１を上昇させて加工を停止させる（ステップ１１９）。加工停止後は、ワークＷをホーニング加工装置から取外し、加工孔Ｈについて、加工径と面粗度をチェックし（ステップ１２１）、所望の加工径および面粗度に達していない場合には、再度上記したなじみ取り作業を新規のワークに対して行う。加工径および面粗度が所望の値に達している場合には、上記したなじみ取り作業を停止し、通常のホーニング加工に移行する。
【００３１】
通常、ホーニングヘッド１においては、硬質の荒加工用砥石２５Ａに比べて、軟質の仕上加工用砥石２５Ｂの方がなじみ取りを必要としており、上記したなじみ取り作業によれば、仕上加工用砥石２５Ｂでの研削量を多くでき、しかも単に多くしただけでは加工孔Ｈの内面の幾何学的精度が悪化してしまうことから、最初に仕上加工用砥石、次に荒加工用砥石、最後に再度仕上加工用砥石をそれぞれ使用することで、加工孔Ｈにおける加工径および面粗度の精度を充分確保しつつ、なじみ取り作業が効率よくでき、結果としてなじみ取り加工回数を減少させることができる。なじみ取り加工回数を減少させることで、なじみ取り加工を行うことによるラインの停止回数が減少するとともに、不良となるワークも減少し、生産性も向上することになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の一形態に係わるホーニングヘッドの砥石なじませ装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】図１の砥石なじませ装置を備えたホーニング加工装置の全体構成図である。
【図３】図１のホーニングヘッドにおけるヘッド本体の拡大された横断面図である。
【図４】図１の砥石なじませ装置におけるなじみ取り作業を示すフローチャートである。
【符号の説明】
Ｗ  ワーク
Ｈ  加工孔
１  ホーニングヘッド
２５Ａ  荒加工用砥石
２５Ｂ  仕上加工用砥石
３９Ａ  荒加工砥石駆動機構
３９Ｂ  仕上加工砥石駆動機構
４０ａ  砥石拡張制御手段
４３  エアノズル（検出部）
６２  研削量検出手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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