(57)【要約】本発明は、円筒状の穴（３５）の複合型の精密旋削とホーニング加工をする装置（１）に関し、本発明による装置１は、送り可能なホーニング砥石（２９）だけを有してもよく、また、加工中に送り可能な切削チップ（７）を有してもよい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の穴（３５）を加工する装置であって、前記装置（１）は本体（３）と、少なくとも１つの幾何学的に規定される切れ刃（７）を備える加工工具と、少なくとも１つの幾何学的に規定されない切れ刃（２９）を備える加工工具とを有している、そのような装置において、少なくとも幾何学的に規定されない切れ刃（２９）を備える前記加工工具は前記本体（３）と同軸に配置された第１のスラストロッド（１７）を介して送られ、幾何学的に規定される切れ刃（７）を備える前記加工工具は前記本体（３）と同軸に配置された第２のスラストロッド（４３）を介して送られることを特徴とする装置。
【請求項２】
円筒状の穴（３５）を加工する装置であって、前記装置（１）は本体（３）と、少なくとも１つの幾何学的に規定される切れ刃（７）を備える加工工具とを有している、そのような装置において、少なくとも幾何学的に規定される切れ刃（２９）を備える前記加工工具は前記本体（３）と同軸に配置された第２のスラストロッド（４３）を介して送られることを特徴とする装置。
【請求項３】
前記第１および／または前記第２のスラストロッド（１７、４３）は少なくとも１つの送りテーパ部（２３、４１）を有しており、少なくとも１つの前記送りテーパ部（２３、４１）は前記加工工具（７、２９）の送り斜面（３３、３９）と協働作用することを特徴とする、請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記加工工具（７、２９）の前記送り斜面（３３、３９）は少なくとも１つの前記送りテーパ部（２３、４１）に当接したままに保たれることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
少なくとも１つの幾何学的に規定されない切れ刃（２９）を備える前記加工工具はホーニング工具として構成されていることを特徴とする、先行請求項のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
少なくとも幾何学的に規定される切れ刃（７）を備える前記加工工具は精密旋削、精密中ぐり、または面取りをするために構成されていることを特徴とする、先行請求項のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
穴直径を空気圧式に検出するための少なくとも１つの測定ノズル（３１）が前記本体（３）に設けられていることを特徴とする、先行請求項のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記第１の加工工具（７）、前記第２の加工工具（２９）、および／または少なくとも１つの前記測定ノズル（３１）は軸方向で見て少なくとも一部の鑞域で重なり合うように前記本体（３）に配置されていることを特徴とする、先行請求項のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
幾何学的に規定される切れ刃（７）を備える前記加工工具に作用する１つまたは複数の前記送りテーパ（４１）のテーパ角は、幾何学的に規定されない切れ刃（２９）を備える前記加工工具に作用する１つまたは複数の前記送りテーパのテーパ角よりも小さいことを特徴とする、請求項３から８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記第１および前記第２のスラストロッド（１７、４３）は互いに同軸に配置されていることを特徴とする、先行請求項のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
スピンドルを含む工作機械であって、前記スピンドルは回転方向および軸方向に駆動可能である工作機械において、先行請求項のうちいずれか一項に記載の装置で使用するために構成されていることを特徴とする工作機械。
【請求項１２】
請求項１から７に記載の前記装置（１）のために固定式またはリンク式の収容部を有していることを特徴とする、請求項１１に記載の工作機械。
【請求項１３】
少なくとも１つの幾何学的に規定されない切れ刃（２９）を備える前記加工工具のために第１の電気機械式の送り装置（６１、６７、６３、６５、５９、５７）を有していることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の工作機械。
【請求項１４】
少なくとも１つの幾何学的に規定される切れ刃（７）を備える前記加工工具のために第２の電気機械式の送り装置を有していることを特徴とする、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の工作機械。
【請求項１５】
前記第１および／または前記第２の送り装置は前記装置（１）の前記本体（３）に同軸に配置されたスラストロッド（１７、４３）を前記本体（３）に対して相対的にスライドさせ、それによって記第１および／または前記第２の加工工具（７、２９）を送ることを特徴とする、請求項１３または１４のいずれか一項に記載の工作機械。
【請求項１６】
前記第１および／または前記第２の電気機械式の送り装置は力制御式および距離制御式であり、および／または前記両方の送り装置は互いに独立して制御可能であることを特徴とする、請求項１１から１５のいずれか一項に記載の工作機械。
【請求項１７】
少なくとも１つの幾何学的に規定される切れ刃（７）を備える加工工具と、少なくとも１つの幾何学的に規定されない切れ刃（２９）を備える加工工具とを含む装置（１）によって円筒状の穴（３５）を加工する方法であって、幾何学的に規定されない切れ刃（２９）を備える前記加工工具は穴（３５）の加工中に送り可能である、そのような方法において、第１の加工ステップ（ステップＩ）で幾何学的に規定される切れ刃（７）を備える前記加工工具によって穴（３５）が加工され、第２の加工ステップ（ステップＩＩ）で穴（３５）の一部が短行程ホーニングにより加工され、第３の加工ステップ（ステップＩＩＩ）で穴（３５）が長行程ホーニングにより加工されることを特徴とする方法。
【請求項１８】
少なくとも１つの幾何学的に規定される切れ刃（７）を備える加工工具と、少なくとも１つの幾何学的に規定されない切れ刃（２９）を備える加工工具とを含む装置（１）によって円筒状の穴（３５）を加工する方法であって、幾何学的に規定されない切れ刃（２９）を備える前記加工工具と少なくとも１つの幾何学的に規定されない切れ刃（２９）を備える前記加工工具は穴（３５）の加工中に送り可能である、そのような方法において、第１の加工ステップ（ステップＩ）で幾何学的に規定される切れ刃（７）を備える前記加工工具によって穴（３５）が加工され、次の加工ステップ（ステップＩＩＩ）の前に少なくとも１つの幾何学的に規定されない切れ刃（２９）が半径方向に引き込まれ、次の第３の加工ステップ（ステップＩＩＩ）で穴（３５）が長行程ホーニングにより加工されることを特徴とする方法。
【請求項１９】
穴（３５）の加工中（ステップＩ、ＩＩおよび／またはＩＩＩ）に穴の直径が検出され、および／または切削チップ（７）および／またはホーニング砥石（２９）の押圧力が検出されることを特徴とする、請求項１７または１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
切削チップ（７）および／またはホーニング砥石（２９）の押圧力は穴加工の監視および／または制御のために評価されることを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
１つまたは複数の前記加工工具の送りは距離制御式および／または力制御式に行われることを特徴とする、請求項１７から２０のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒状の穴、特に内燃機関のシリンダボアを加工する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
円筒状の穴、特に内燃機関のシリンダボアを加工する装置は、たとえばドイツ特許第１０３５９３４７Ｂ３号明細書から公知となっているように、本体と、少なくとも１つの幾何学的に規定される切れ刃を備える第１の加工工具と、少なくとも１つの幾何学的に規定されない切れ刃を備える第２の加工工具とを含んでいる。このような装置では、精密中ぐり工具とホーニング工具が１つの本体に統合されており、精密中ぐり工具は本体の端面に配置されており、第１の加工プロセスのときに穴を所望の寸法にする。次いで、装置がさらに深くシリンダボアに入り込むと、ホーニング工具のホーニング砥石が利用されて、所望の機能粗さに合わせて表面がホーニング加工される。これら両方の工具の固定された………….割当と配置によって、１回のチャッキングで精密中ぐりとホーニング加工を行うことができ、したがって、ホーニング加工に必要な材料余裕を最低限に抑えられることが確保される。さらには工具を交換するための、ないしは工作物をクランプし直すための付帯時間がなくなる。それにより、全体として加工時間の短縮が得られる。
【０００３】
しかしながら、精密中ぐり工具が軸方向で見てホーニング工具の手前に配置されているため、このような複合型工具は、工作物へ十分に深く入り込むことができる場合にしか適用可能ではない。しかも長さのある造りのため、精密中ぐり工具の剛性が低下し、このことは加工精度や性能にマイナスの影響を及ぼす。
【０００４】
さらに、ホーニング砥石の上方でホーンに面取り切れ刃を設けることも知られている。幾何学的に規定される切れ刃を有する面取り切れ刃は、ホーニングプロセスの終了後にシリンダボアへ面取りを設ける役目をする。
【０００５】
切れ刃とホーニング砥石を送り可能である複合型の精密中ぐり・ホーニング工具が、欧州特許第００４６８０６Ｂ１明細書より公知である。同文献に記載されている種類の送りの欠点は、実現可能な送りの精度にある。さらに、ホーニング砥石と工具の間に生じる押圧力を検出可能ではない。
【０００６】
ドイツ特許出願第１０２００７０４５６１９号明細書より、ホーニング加工および／または精密中ぐりをするための変位可能な加工ユニットを備えるフレキシブルな加工機械として、本発明による装置を適用するのに適したベース機械(Grundmaschine)が知られている。これをもって同出願の開示内容を援用する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、円筒状の穴でのさまざまな加工および加工ステップを１回のチャッキングで可能にし、それによって生産性を向上させ、品質を改善するとともに、１つの工作機械を用いて多種多様な顧客の要求をフレキシブルに、かつ高いコストのかかる設備変更なしに実現可能である装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
円筒状の穴を加工する装置であって、この装置は本体と、少なくとも１つの幾何学的に規定される切れ刃を備える加工工具と、少なくとも１つの幾何学的に規定されない切れ刃を備える加工工具と、を有し、両方の加工工具が別々のスラストロッドを介して送られる装置に係る本発明によって、この課題は解決される。
【０００９】
本発明に基づき、スラストロッドを介して互いに独立して行われる両方の加工工具の送りにより、送りを非常に高い精度で行い、その結果として、シリンダ直径を製作できる精度を高めることが可能である。
【００１０】
上記の課題は、円筒状の穴を加工する装置であって、この装置は本体と、少なくとも１つの幾何学的に規定される切れ刃を備える加工工具とを有しており、スラストロッドを介して加工工具を送ることを可能とすることによっても解決される。
【００１１】
２つの加工工具を備える装置についても、１つの加工工具を備える本発明の装置についても、圧力操作式のスラストロッドを介しての送りは、１つまたは両方の工具と、加工されるべきシリンダボアとの間の押圧力を監視して、プロセス制御のために利用するのに特別に適している。それによっても加工結果の改善が、同時に加工時間を削減するとともに不良率を減らしながら実現される。
【００１２】
第１および／または第２のスラストロッドの軸方向の送り運動を、第１および／または第２の加工工具の半径方向の送り運動へ変換できるようにするために、第１および第２のスラストロッドは少なくとも１つの送りテーパ部を有している。この送りテーパ部は、加工工具にある送り斜面とともに、スラストロッドの軸方向の送り運動を加工工具の半径方向の送り運動に変換するように作用する。それにより、スラストロッドから加工工具への送り運動の伝達が、非常に正確かつクリアランスなしに行われる。送り斜面と、これに対応する送りテーパ部とを介して、お送りテーパ部と加工工具との間に比較的広い接触面が生じるので、生じる可能性のある摩減が少ない。
【００１３】
スラストロッドが引き戻されたとき、加工工具も半径方向内側に向かって復帰運動をするようにするために、加工工具は形状による接合、および／または付勢力による接合、好ましくはばねによる付勢によって、スラストロッドの少なくとも１つの送りテーパ部に当接した構造が保持される。それにより、送りスラストロッドと加工工具の間にクリアランスが生じないことが確実となる。
【００１４】
さらに、加工工具と穴壁との間の押圧力を半径方向において正確に、かつリアルタイムで検出できるようにするために、スラストロッド自体に、またはその前に配置された連結ロッドに、ロードセルを設けることができる。加工工具と穴壁との間の押圧力の知見は１つの重要なパラメータであり、これを用いて加工を制御し、加工結果を最適化することができる。さらに、たとえば切れ刃の破損を認識して加工を中断することができる。
【００１５】
送り力が押圧力としてスラストロッドを介して本装置へ伝達されれば、リアルタイムでの加工の監視も、是認できるコストで可能である。引張りによる伝達をした場合、このことははるかに高いコストと結びついており、ないしは明らかに高い設計上、装置上のコストと結びついている。
【００１６】
本発明の好ましい実施形態では、幾何学的に規定されない切れ刃を少なくとも１つ備える加工工具は、円周にわたって配分された複数のホーニング砥石を含むホーニング工具として構成されており、それに対して少なくとも１つの幾何学的に規定される切れ刃を備える工具は、精密旋削、精密中ぐり、または面取りをするために構成されている。精密中ぐりまたは精密旋削のために工具が構成されていると好ましいのは、加工されるべきシリンダボアがホーニング加工前にその位置、軸の向き、および／またはジオメトリーに関してさらに改善されてから、本来のホーニングプロセスを始めなければならない場合である。
【００１７】
本発明による装置が面取りをするための工具を装備しているとき、この面取り工具の切れ刃は、本体の端面だけでなく、工作機械のほうを向いている本体の端部にも設けられていてよい。すなわちその場合、両方の端部のところで同時にシリンダボアを面取りすることが可能である。このことは特に、シリンダボアがたとえばプラズマコーティングによって摩耗層を施されており、剥離を回避するために両方の端部でこの摩耗層を面取りしなければならないときに特別に好ましい場合がある。
【００１８】
加工されるべきシリンダボアの直径を空気圧式に検出するための少なくとも１つの測定ノズルを本体に設けることにより、加工結果のいっそうの改善が実現され、さらには、加工時間のいっそうの削減も実現される。それにより加工中に、特に精密中ぐり中およびホーニング加工中に、シリンダボアの直径を検出し、そのようにして一定の少ないばらつきで、ボア直径の所望の目標値を最短の時間で実現することが可能である。
【００１９】
本発明の好ましい実施形態では、この少なくとも１つの測定ノズルは軸方向にホーニング砥石と重なり合うように配置される。このことは、シリンダボアがホーニング加工される個所で、ボア直径が直接検出されることを意味している。それによってリアルタイムで、かつ場所的に高い解像度で、ボア直径を検出することができる。このような測定結果を踏まえたうえで、シリンダボアの軽微な円錐度を補正し、および／またはシリンダボアのさまざまな個所で直径を的確に制御することができる。測定ノズルは、計測したボア直径を通じて、切削チップが摩耗しているかどうかも間接的に報知する。
【００２０】
本発明による装置の利点は、特に、工作機械で行われる第１のスラストロッドおよび／または第２のスラストロッドの送りが電気機械式に行われる場合に、全面的に具体化することができる。すなわちその場合、ステッピングモータとねじ付きスピンドルを用いて、スラストロッドを所望の正確さと反復精度で軸方向へ本体に対して相対的に動かすことが可能であり、それにより、送りテーパ部と送り斜面とによる方向転換を通じて、加工工具の所望の半径方向の送りがもたらされる。
【００２１】
加工結果をいっそう改善し、加工時間をいっそう短縮できるようにするために、送りが力制御式に行われると特別に好ましい。すなわち、第１のスラストロッドおよび／または第２のスラストロッドの適当なセンサを通じて、シリンダボアへの加工工具の押圧力が加工中に検出されれば、プロセス管理をいっそう最適化することができ、このことはいっそう改善された加工結果として結実する。さらに、たとえば破損した切れ刃のような障害をすぐに認識することができるので、機械のスイッチを切って二次障害が回避される。さらに機械停止時間が短縮され、このことは本発明による装置の経済性のいっそうの向上という帰結をもたらす。
【００２２】
本発明のその他の利点や好ましい実施形態は、以下の図面とその説明、および特許請求の範囲から明らかとなる。図面、発明の詳細な説明、および特許請求の範囲に記載されている一切の構成要件は、単独でも相互の任意の組み合わせの形でも、発明の要部となり得る。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
図面は次のものを示している。
【図１】図１は、ホーニング砥石の送り部と、精密中ぐりをするために固定的に調整された切れ刃とを備える本発明による装置の第１の実施例である。
【図２】図２は、ホーニング砥石と精密中ぐり工具の切れ刃をいずれも半径方向へ送り可能である、本発明による装置の第２の実施例である。
【図３】図３は、半径方向へ送り可能なホーニング砥石と、シリンダボア面取り部とを備える本発明による装置の第３の実施例である。
【図４】図４は、本発明による装置の第１のスラストロッドと第２のスラストロッドの両方についての、好ましくは力制御式である本発明に基づく電気機械式の送りである。
【図５】図５は、本発明による加工方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
実施例の説明
図１には、本発明による装置１の第１の実施例の縦断面が示されている。装置１は実質的に回転対称の本体１を含んでいる。装置１は図１の上側端部のところで、工作機械の図示しない工具収容部に固定的に収容されている。本体３が半径方向と軸方向で振れないことを保証するため、本体３にはこの目的のために工作機械の対応する収容部と協働作用する、軸方向中心での位置決めのための段部５が設けられている。本例では、本体は図示しない工作機械のスピンドルと固定的に結合されている。
【００２５】
本体３の図１の下側端部には、切削チップ支持体９によって本体３のポケット１１の中でねじ固定された切削チップ７を見ることができる。切削チップ７と切削チップ支持体９を含むこの切削インサートは、加工中に送ることはできない。むしろ、切削チップ支持体９にある対応する雌ねじと協働作用する無頭ねじ１３により、切削チップ支持体９およびこれとともに切削チップ７を本体３に対して相対的に半径方向へ動かせるようになっている。それにより、工作機械の外部においてそのために特別に設置された作業場所で行われるのが好ましい、切削チップ７の予備調整が可能である。それにより、加工されるべき穴の穴直径を非常に正確に調整することが可能である。
【００２６】
本体３は、第１のスラストロッド１７が中で案内されるセンタ穴１５を有している。第１のスラストロッド１７は、本体３の上側端部のところで、軸受ブッシュ１９に軸方向へスライド可能なように案内されている。第１のスラストロッド１７は図１の下側端部に、すなわち本体３の端面２１の近傍に、２つの送りテーパ部２３を有している。
【００２７】
送りテーパ部２３および２３は、円筒状の案内区域２５へと移行している。案内区域２５は、第１のスラストロッド１７の半径方向の支承が行われると同時に、スラストロッド１７が軸方向へ本体３に対して相対的にスライド可能であるように、中心穴１５の直径に合わせて調節されている。
【００２８】
切削チップ７に向かい合うように、ホーニング砥石２９が半径方向へスライド可能なように中で案内される窓２７が本体３に切り欠かれている。ホーニング砥石２９は、第１のスラストロッド１７の送りテーパ部２３と協働作用する２つの送り斜面３３を有している。ホーニング砥石２９が２つの送り斜面３３を介して、第１のスラストロッド１７の両方の送りテーパ部２３と協働作用することにより、ホーニング砥石２９が常に正確に半径方向外側に向かって送られて、「揺動」しないことが確保される。ホーニング砥石２９を送りテーパ部２３に当接するように保持するばね部材は、図面を見やすくする都合上図示していない。
【００２９】
第１のスラストロッド１７の送り運動は、図１では矢印（符号なし）によって図示されている。その結果としてホーニング砥石２９の半径方向の送りが生じる。この送り力は押圧力として第１のスラストロッド１７を介して本発明の装置１へ導入されるので、第１のスラストロッド１７またはその前に配置された図示しない工作機械の駆動部に、力測定装置を設けることも可能である。それにより、ホーニング砥石２９と、加工されるべきシリンダボアとの間に発生する押圧力をリアルタイムで検出し、加工プロセスの制御のために加工中に活用することが可能となる。
【００３０】
自明のことながら、たとえば複数の切削チップ７およびホーニング砥石２９を、円周にわたって配分されて本体３に設けられてもよい。たとえば２つまたは３つの切削チップ７ないし３つまたは５つのホーニング砥石２９が、円周にわたって配分されて本体に配置されていてよい。それぞれの切削チップ７は、軸方向で互いにオフセットされて本体３に配置されていてよい。それにより、シリンダボアが異なる切削チップ７で順次加工されるようにすることができる。
【００３１】
加工されるべきシリンダボアの直径を加工中に検出し、シリンダボア３５の直径に依存して加工を制御できるようにするために、本体３には１つまたは複数の測定ノズル３１が配置されている。本発明によれば、測定ノズル３１は、軸方向で見てほぼホーニング砥石２９の高さに配置されており、それにより、長行程ホーニング中だけでなく場合により短行程ホーニング中にも、ホーニング砥石２９により達成されたシリンダボア３５の直径を加工中に検出し、加工プロセスの制御のために利用することができる。
【００３２】
図１および図２においては、測定ノズル３１は、破線の円でのみ示唆されているが、これは、測定ノズル３１が第１のスラストロッド１７の背後に配置されているからである。本体３の内部での測定ノズル３１への圧縮空気の供給は、図示していない。
【００３３】
いずれの場合にも、測定ノズル３１は切削チップ７よりも上方で本体３に配置され、そのようにして、加工プロセス中にボア直径の検出を可能にする。
【００３４】
ホーニング砥石２９の高さに合わせて軸方向に測定ノズル３１を位置決めすることで、短行程ホーニング（図５参照）のときでも、短行程ホーニングにより加工されるシリンダボアの領域でボア直径を検出し、機械制御部で相応に考慮することができる。
【００３５】
切削チップ７あるいはホーニング砥石２９に冷却潤滑剤を供給することができる冷却剤供給部は図示していない。
【００３６】
図２には、本発明による装置の第２の実施例が示されている。同じ構成部品には同じ符号が付されており、他の図面で述べたことが相応に当てはまる。図２には、大まかに予備加工されたシリンダボア３５を精密旋削するときの装置１が示されている。図示しない工作機械での本体３の固定的な収容により、シリンダボア３５の位置と方向を精密旋削によって修正することが可能である。このことは図２では、装置１の回転軸と、大まかに予備加工されたシリンダボア３５の中心軸との間の角度αによって示唆されている。精密旋削によるシリンダボア３５の位置の修正は、図２では、切削チップ７が右側よりも左側で明らかに少ない材料を剥離することによって明らかとなる。それにより、シリンダボア３５の位置の修正がもたらされる。
【００３７】
図２に示す実施例では、切削チップ７ないし切削チップ支持体９を半径方向へ送り可能である。このことは、切削チップホルダ９の半径方向内側において、送り斜面３９を備えるラグ３７が構成されていることによって齎される。送り斜面３９は、第２のスラストロッド４３の送りテーパ部４１と協働作用する。第２のスラストロッド４３は、第１のスラストロッド１７を半径方向で案内する役目をする内穴４５を有している。さらに第２のスラストロッド４３は、図２の上側端部のところで軸受ブッシュ１９の役割を担う（図１参照）。
【００３８】
さらに第２のスラストロッド４３は、本体３の中心穴１５に支承されている。このように本実施例では、切削チップ７とホーニング砥石２９はいずれも加工中に互いに別々に半径方向へ送り可能である。
【００３９】
それぞれ送りテーパ部２３および４１を備えるスラストロッド１７および４３は半径方向で対称になっているので、原則として、任意の個数のホーニング砥石２９および切削チップ７を送ることができる。当然ながら、守らなくてはならない技術上の周辺条件があり、また、本体３に十分なスペースが存在していなければならない。第２のスラストロッド４３も、同じく図２に矢印で示す押圧力を介して切れ刃チップ７に送り運動を伝達するので、この場合にも、ロードセル（図示せず）を通じて送り運動を検出し、精密旋削プロセスの制御ないし監視のために利用することが可能である。
【００４０】
精密旋削による図２に示すシリンダボア３５の加工中には、ホーニング砥石２９は引き込まれており、それにより、精密旋削をされるシリンダボア３５と接触することはない。シリンダボア３５が精密旋削されると、ただちに第２のスラストロッド４３を繰り出すことによって切削チップ７を再び半径方向内側に向かって動かすことができ、それと同時に、第１のスラストロッド１７の操作によってホーニング砥石２９が半径方向外側に向かって送られる。精密旋削されたシリンダボア３５にホーニング砥石２９が当接することで有意な送り力が生じると、ただちに力制御式および／または遠隔制御式の送りを行うことができ、それにより、加工時間を同時に短縮しながら最適な加工結果が実現される。
【００４１】
力制御式の送り運動とは、押圧力が加工中にリアルタイムで監視される、ホーニング砥石２９の段階的な送りを意味している。ホーニング砥石２９とシリンダボア３５の間の押圧力が所定の閾値を下回ったときに初めて、さらなる送りが行われる。
【００４２】
このような力制御式の送り運動により、一方では、常に技術的に最適な押圧力が存在することが確保される。それと同時に、たとえばホーニング砥石２９の研磨体(Schleifkorper)の摩耗や金属摩減によるホーニング砥石２９の付着物などを考慮することができるので、許容されないほど高い押圧力が生じないことが保証される。
【００４３】
精密旋削のときには、切削チップ７とシリンダボア３５の間に生じる送り力ないし半径方向力を、同じく精密旋削プロセスの制御と監視のために援用することができる。たとえば押圧力を連続的に高くしていけば、切削チップ７の先が鈍くなっているかどうかを認識することができる。
【００４４】
押圧力が急激に低下すると、それは切削チップ７が破断したことを示す兆候であり、加工を中断してエラーメッセージを出力するのに利用することができる。
【００４５】
図３には、本発明による装置の第３の実施例が示されている。この実施例では、軸方向で見てホーニング砥石２９の前後に、シリンダボア３５を上側端部と下側端部のところで面取りする役目をする切削チップ７が配置されている。
【００４６】
切削チップ７は、図１および図２の実施例と同様に、切削チップ支持体９に取り付けられている。上に説明した実施例とは異なり、切削チップ支持体９は、半径方向へスライド可能なように本体３に配置された中間片５１に取り付けられている。中間片５１は、第１のスラストロッド１７の対応する送りテーパ部２３と協働作用する送り斜面３９を有している。それにより、切削チップ７が本体３の端面２１およびこれと反対側の端部のところで平行に送られ、そのようにして、シリンダボア３５の上側端部と下側端部の面取りが同時に製作されることが確保される。
【００４７】
図３の図面では、面取りのための切削チップ７と中間支持体５１を特別に良く見ることができる。これらが互いに１８０°オフセットされて配置されているからである。それに応じてホーニング砥石２９は、切断面に直接図示されてはいないので、この実施例ではそれほど良く見ることができない。しかし図３の右下に、１つのホーニング砥石２９を見ることができる。このホーニング砥石２９は、見えていない他のホーニング砥石と同じく、第２のスラストロッド４３を介して、それぞれの送りテーパ部４１およびこれと協働作用する送り斜面（符号なし）によって半径方向へ送られる。
【００４８】
図１と図２の実施例、および図３の実施例を比較することで明らかなように、切削チップ７は第１のスラストロッド１７により操作することができ、または、第２のスラストロッド４３により操作することができる。それに応じてホーニング砥石２９も、必要性と実際の必要性に応じて、第１または第２のいずれかのスラストロッド１７、４３で送ることができる。
【００４９】
図３の装置１では、本体３は固定的にではなくリンク式に工作機械と結合されており、それにより、本発明による装置はホーニング砥石２９を通じて既存の穴３５の中で当て付けられてアライメントされる。このことは、加工されるべき穴の位置と軸の向きを修正しようとするのでなく、シリンダ表面全体で均等な材料剥離を実現しようとする場合には常に有益である。これが該当するのは、たとえばシリンダボアが摩耗防護層でコーティングされており、この摩耗層がジオメトリー、直径、および表面構造に関して利用ケースの要求事項に応じて、ホーニング加工により相応に加工されなくてはならないケースである。その場合、シリンダボア３５の上側と下側の端部を切削チップ７で面取りして、シリンダボア３５の各端部での摩耗防護層の剥離を防止することが必要になることも多い。
【００５０】
図３では、本体３の上側端部に明らかに見られるように、スラストロッド１７および４３は連結ロッド５３および５５を介して操作される。連結ロッド５３および５５は、本発明による装置１を駆動する工作機械の一部である。
【００５１】
図４では、電気機械式の送りの機能形態を模式的に図解する、本発明による工作機械の一部分が示されている。
【００５２】
第１の連結ロッド５３の上側端部には、定置のナット５９と協働作用するねじ山５７が設けられている。ナット５９は、ホーニング加工の際にも精密旋削の際にも往復の送り運動に関与する。このことは、ナット５９のそばの二重矢印で図示されている。本発明による装置（図４には図示せず）の収容部５を介して、この往復の昇降運動が本発明による装置の本体３にも伝達される。
【００５３】
連結ロッド５３を本体３に対して相対的に軸方向へ動かせるようにするために、第１の電動ステッピングモータ６１が設けられており、これが２つの歯車６３、６５を介して連結ロッド５３を段階的に、ナット５９に対して相対的に回転させることができる。それにより、往復する第１のナット５９に対して、および本発明による装置の本体３に対しても、軸方向の相対運動が行われる。
【００５４】
第２の歯車６５は、たとえば第１の連結ロッド５３に焼き嵌めされていてよい。このことは、歯車６３および６５が常に互いに噛み合っているためには、第１の歯車６３が往復の昇降運動に関与しなければならないことも意味している。
【００５５】
したがって第１の電動モータ６１は、第１の電動モータ６１のシャフト６７に対して相対的な第１の歯車６３の軸方向変位を可能にする、２倍の長さまたは別のシャフト・ハブ結合部を有する比較的長い出力軸６７を有している。
【００５６】
当然ながら、第１の歯車６３をシャフト６７と固定的に結合し、第２の歯車６５を工作機械で固定式に支承し、第１の連結ロッド５３が第２の歯車に対して相対的に軸方向へ動くことができると同時に、第２の歯車６５と第１の連結ロッド５３の間で嵌合式のトルク伝達が可能であるように、歯車６５と第１の連結ロッド５３の間の結合を構成することも可能であろう。これは、いわば図４に示す状況を運動学的に反転させたものである。
【００５７】
第２のホーニング砥石２９と加工されるべきシリンダボア３５の間で作用する押圧力を加工中にリアルタイムで検出できるようにするために、第１の連結ロッド５３に作用する軸方向の押圧力の推定を可能にする第１の力測定センサ６９が、第１の連結ロッド５３に組み込まれている。第１の力測定センサ６９から提供されるこの出力信号を、加工プロセスの監視および／または制御のために機械制御部で利用することができる。このように第１の連結ロッド５３の駆動は、第１の連結ロッド５３の電気機械式の力制御式の送り運動を提供する。
【００５８】
第２の連結ロッド５５もこれに類似する仕方で操作される。ここでは、同じく工作機械により提供される昇降運動に関与する第２のナット７１が設けられている。この第２のナット７１に、第２の連結ロッド５５のねじ山がねじ込まれている。さらに第２の連結ロッド５５は、第２の電動モータ７３を通じて、出力軸７５ならびに第１の歯車７７および第２の歯車７９により、第１の連結ロッド５３の場合と同様の仕方で必要に応じて回転し、それにより、第２の連結ロッド５と結合された本発明１の工具の送りを惹起することができる。当然ながらこの場合にも、第１の歯車７７が第２の電動モータ７３のシャフト６５と固定的に結合され、第２のナット７１の歯車７９の昇降の結果として生じる第２の連結ロッド５５の往復運動を、第２の歯車７９と第２の連結ロッド５５の間の軸方向の変位可能性によって保証することが可能である。
【００５９】
第２の連結ロッド５５にも、送り力の検出を加工中にリアルタイムで可能にする力測定センサ８１が設けられている。このようにして、第２の連結ロッド５５の電気機械式の力制御式の送り運動も可能である。
【００６０】
図５には、一例として図１の装置によってシリンダボア３５を加工するための本発明による方法のフローチャートが示されている。この装置１では、幾何学的に規定される切れ刃５は固定的に設定されており、加工中に送ることはできない。
【００６１】
この略図には連続する３つの加工ステップＩ、ＩＩおよびＩＩがプロットされている。個々の区域の長さは、当然ながら、加工されるべきシリンダボア３５の周辺条件に左右され、時間制御式に、または実現された加工結果に依存して、たとえば測定ノズルを用いたシリンダボアの連続的な直径監視によって行うことができる。
【００６２】
Ｙ軸には、加工されるべき穴の縦座標Ｘが標準化されてプロットされている。座標方向Ｘは、加工されるべきシリンダボアの長軸と平行に延びている。値Ｘ＝Ｏはシリンダボアの下側端部に相当しており、そこでは、たとえばクランクシャフトベアリングの軸受ブロックが配置される。
【００６３】
第１の加工ステップＩでは、大まかに加工された既存のシリンダボア３５が精密旋削によって加工される。このとき本発明による装置は、上側すなわちＸ＝１のところでシリンダボア３５に入り込み、加工されるべきシリンダボア３５の精密加工を実行する。このとき、すでに述べたとおり、場合により生じる穴中心の位置変化や軸の誤差が補正され、非常に狭い公差の範囲内でボア直径が製作される。
【００６４】
第１の加工ステップＩでは装置１は、切削チップ７がシリンダボア３５の下側端部に達するまで、上から下に向かってシリンダボア３５の中に入る。そして第１の加工ステップＩが完了する。
【００６５】
そして、仮に何らかの予備措置を講じることなくそのまま仕上げホーニング（加工ステップＩＩＩ参照）を続けて実行すると、このことは、切削チップ７の先端がシリンダボアの下側部分で筋目を生成するという望ましくない帰結を生むことになる。このような筋目が望ましくない理由は、そうした筋目が仕上げホーニングや長行程ホーニングの後も完全には消えないからである。そのうえ切削チップ７で切れ刃の欠けを生じる場合があり、このことも同じく望ましくない。
【００６６】
これを回避するために第２の加工ステップＩＩでは、第３の加工ステップＩＩＩ（仕上げホーニング）中に切削チップ７が入り込むシリンダボア３５の部分で、短行程ホーニング（ステップＩＩ）が実行される。その際に考慮すべきなのは、図１を見るとわかるとおり、ホーニング砥石２９が切削チップ７よりも軸方向で長い形状を有していることである
【００６７】
このことがステップＩＩのために利用される。ステップＩＩでは、シリンダボア３５の直径が下側領域で拡張され、それにより、これに続く長行程ホーニングまたは仕上げホーニング（ステップＩＩＩ)のときに固定された切削チップ７が筋目を引き起こさないようにされる。短行程ホーニング（ステップＩＩ）のときのストロークは、長行程ホーニング（ステップＩＩＩ）のときの切削チップ７と下から同程度まで、ホーニング砥石２９がシリンダボア３５に入り込むように決められる。
【００６８】
その際に、このような第２の加工ステップＩＩでの短行程により、すでにたとえば０．０１ｍｍ〜０．０５ｍｍの過剰寸法をもって穴を最終直径にすることができる。
【００６９】
この状態に達したときに、実現された直径に依存して、または時間制御式に、第２の加工ステップＩＩを終了して、シリンダボア３５を第３の加工ステップＩＩＩで仕上げホーニングすることができる。
【００７０】
このような本発明の方法により、送り可能な切削チップ７を備えていない本発明の装置によっても、非常に高性能で品質的に高価値の加工を実行することが可能である。切削チップ７を加工中に送り可能である装置の場合、第２の加工ステップＩＩを省略することができる。切削チップ７を加工後に再び半径方向内側に向かって引き込むことができ、そのようにして、これに続く加工ステップＩＩＩ（仕上げホーニング）中のシリンダボアの損傷を心配しなくてよくなるからである。重要なのは、短行程ホーニングが、これに続く長行程ホーニングの際に切削チップ７の衝突のない軸方向移動を保証するストロークを有していることである。すなわち短行程ホーニングは、後続する長行程ホーニング（加工ステップＩＩＩ）のとき固定式に設定された切削チップ７が上死点に達する長さに合わせて実行される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年1月23日(2012.1.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の穴（３５）を加工する装置であって、前記装置（１）は本体（３）と、少なくとも１つの幾何学的に規定される切れ刃（７）を備える加工工具と、少なくとも１つの幾何学的に規定されない切れ刃（２９）を備える加工工具とを有しており、少なくとも幾何学的に規定されない切れ刃（２９）を備える前記加工工具は、前記本体（３）と同軸に配置された第１のスラストロッド（１７）を介して送られ、幾何学的に規定される切れ刃（７）を備える前記加工工具は前記本体（３）と同軸に配置された第２のスラストロッド（４３）を介して送られる、そのような装置において、少なくとも１つの幾何学的に規定される切れ刃（７）を備える前記加工工具は精密旋削または精密中ぐりのために構成されており、少なくとも１つの幾何学的に規定される切れ刃（７）を備える前記加工工具は、前記本体（３）の収容部（５）と反対を向いているほうの端部に配置されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
円筒状の穴（３５）を加工する装置であって、前記装置（１）は本体（３）と、少なくとも１つの幾何学的に規定される切れ刃（７）を備える加工工具と、少なくとも１つの幾何学的に規定されない切れ刃（２９）を備える加工工具とを有しており、幾何学的に規定されない切れ刃（２９）を備える前記加工工具は前記本体（３）と同軸に配置されたスラストロッド（１７）を介して送られる、そのような装置において、少なくとも１つの幾何学的に規定される切れ刃（７）を備える前記加工工具は精密旋削または精密中ぐりのために構成されており、少なくとも１つの幾何学的に規定される切れ刃（７）を備える前記加工工具は、前記本体（３）の収容部（５）と反対を向いているほうの端部に配置されていることを特徴とする装置。
【請求項３】
円筒状の穴（３５）を加工する装置であって、前記装置（１）は本体（３）と、少なくとも１つの幾何学的に規定される切れ刃（７）を備える加工工具とを有しており、幾何学的に規定される切れ刃（７）を備える前記加工工具は前記本体（３）と同軸に配置されたスラストロッド（４３）を介して送られる、そのような装置において、少なくとも１つの幾何学的に規定される切れ刃（７）を備える前記加工工具は精密旋削または精密中ぐりのために構成されており、少なくとも１つの幾何学的に規定される切れ刃（７）を備える前記加工工具は、前記本体（３）の収容部（５）と反対を向いているほうの端部に配置されていることを特徴とする装置。
【請求項４】
前記第１および／または前記第２のスラストロッド（１７、４３）は少なくとも１つの送りテーパ部（２３、４１）を有しており、少なくとも１つの前記送りテーパ部（２３、４１）は前記加工工具（７、２９）の送り斜面（３３、３９）と協働作用することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記加工工具（７、２９）の前記送り斜面（３３、３９）は少なくとも１つの前記送りテーパ部（２３、４１）に当接したままに保たれることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
少なくとも１つの幾何学的に規定されない切れ刃（２９）を備える前記加工工具はホーニング工具として構成されていることを特徴とする、請求項１〜５のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
少なくとも１つの幾何学的に規定される切れ刃（７）を備える前記加工工具は精密旋削、精密中ぐり、または面取りをするために構成されていることを特徴とする、請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
穴直径を空気圧式に検出するための少なくとも１つの測定ノズル（３１）が前記本体（３）に設けられていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記第１の加工工具（７）、前記第２の加工工具（２９）、および／または少なくとも１つの前記測定ノズル（３１）は軸方向で見て少なくとも一部の鑞域で重なり合うように前記本体（３）に配置されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
幾何学的に規定される切れ刃（７）を備える前記加工工具に作用する１つまたは複数の前記送りテーパ（４１）のテーパ角は、幾何学的に規定されない切れ刃（２９）を備える前記加工工具に作用する１つまたは複数の前記送りテーパのテーパ角よりも小さいことを特徴とする、請求項４から９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１および前記第２のスラストロッド（１７、４３）は互いに同軸に配置されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
スピンドルを含む工作機械において、前記スピンドルが回転方向および軸方向に駆動可能である、そのような工作機械において、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置で使用するために構成されていることを特徴とする工作機械。
【請求項１３】
請求項１から７に記載の前記装置（１）のための固定式またはリンク式の収容部を有していることを特徴とする、請求項１２に記載の工作機械。
【請求項１４】
少なくとも１つの幾何学的に規定されない切れ刃（２９）を備える前記加工工具のための第１の電気機械式の送り装置（６１、６７、６３、６５、５９、５７）を有していることを特徴とする、請求項１２または１３に記載の工作機械。
【請求項１５】
少なくとも１つの幾何学的に規定される切れ刃（７）を備える前記加工工具のための第２の電気機械式の送り装置を有していることを特徴とする、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の工作機械。
【請求項１６】
前記第１および／または前記第２の送り装置は前記装置（１）の前記本体（３）に同軸に配置されたスラストロッド（１７、４３）を前記本体（３）に対して相対的にスライドさせ、それによって記第１および／または前記第２の加工工具（７、２９）を送ることを特徴とする、請求項１４または１５のいずれか一項に記載の工作機械。
【請求項１７】
前記第１および／または前記第２の電気機械式の送り装置は力制御式および距離制御式であり、および／または前記両方の送り装置は互いに独立して制御可能であることを特徴とする、請求項１２から１６のいずれか一項に記載の工作機械。
【請求項１８】
少なくとも１つの幾何学的に規定される切れ刃（７）を備える加工工具と、少なくとも１つの幾何学的に規定されない切れ刃（２９）を備える加工工具とを含む装置（１）によって円筒状の穴（３５）を加工する方法であって、幾何学的に規定されない切れ刃（２９）を備える前記加工工具は穴（３５）の加工中に送り可能である、そのような方法において、第１の加工ステップ（ステップＩ）で幾何学的に規定される切れ刃（７）を備える前記加工工具によって穴（３５）が加工され、第２の加工ステップ（ステップＩＩ）で穴（３５）の一部が短行程ホーニングにより加工され、第３の加工ステップ（ステップＩＩＩ）で穴（３５）が長行程ホーニングにより加工されることを特徴とする方法。
【請求項１９】
少なくとも１つの幾何学的に規定される切れ刃（７）を備える加工工具と、少なくとも１つの幾何学的に規定されない切れ刃（２９）を備える加工工具とを含む装置（１）によって円筒状の穴（３５）を加工する方法であって、幾何学的に規定されない切れ刃（２９）を備える前記加工工具と少なくとも１つの幾何学的に規定されない切れ刃（２９）を備える前記加工工具は穴（３５）の加工中に送り可能である、そのような方法において、第１の加工ステップ（ステップＩ）で幾何学的に規定される切れ刃（７）を備える前記加工工具によって穴（３５）が加工され、次の加工ステップ（ステップＩＩＩ）の前に少なくとも１つの幾何学的に規定されない切れ刃（２９）が半径方向に引き込まれ、次の第３の加工ステップ（ステップＩＩＩ）で穴（３５）が長行程ホーニングにより加工されることを特徴とする方法。
【請求項２０】
穴（３５）の加工中（ステップＩ、ＩＩおよび／またはＩＩＩ）に穴の直径が検出され、および／または切削チップ（７）および／またはホーニング砥石（２９）の押圧力が検出されることを特徴とする、請求項１８または１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
切削チップ（７）および／またはホーニング砥石（２９）の押圧力は穴加工の監視および／または制御のために評価されることを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
１つまたは複数の前記加工工具の送りは距離制御式および／または力制御式に行われることを特徴とする、請求項１８から２１のいずれか一項に記載の方法。
【国際調査報告】
2013529142.tif 000008
2013529142.tif 000009
2013529142.tif 000010
2013529142.tif 000011