(57)【要約】【課題】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。【解決手段】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に装着されたホルダ３と、を備える。このホルダ３は、円筒形状のホルダ本体１１と、このホルダ本体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。工具カートリッジ１３は、カートリッジ本体１３１と、工具１３２と、ブラケット１３３と、を備える。スピンドル装置２は、スピンドル軸２１と、このスピンドル軸２１に収容された圧電素子２２と、スピンドル軸２１を回転させる回転モータ２３と、スピンドル軸２１の回転位相を検出する第１ロータリエンコーダ２４２と、を備える。【選択図】図１
2011056623.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
請求項１に記載の中ぐり加工システムにおいて、
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。
【請求項３】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１５７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【発明の効果】
【００１４】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る中ぐり加工システムの概略構成図である。
【図２】前記実施形態に係る中ぐり加工システムのホルダの先端部分の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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）。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
（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。
【００３２】
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。
【符号の説明】
【００３３】
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）
【図１】
2011056623.tif 000003
【図２】
2011056623.tif 000004