(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に中ぐりユニット又はホーニングユニットを選択的に装着して回転する主軸と、
この主軸に貫通して設けられた制御軸に、数値制御によって主軸と相対的な回転を与えるホーニングユニット制御機構とを有し、
前記ホーニングユニットが、前記制御軸と係合し、前記制御軸とともに回転する前記中ぐりユニットと同様の連結軸と、この連結軸の先端に形成されたねじとかみ合い当該連結軸の回転によって軸方向に移動を行なうナットと、このナットと連接し軸方向に移動を行なう径方向制御軸と、この径方向制御軸の周面に配設され、径方向制御軸の軸方向への移動によって砥石が径方向に移動するホーニング工具とからなり、
前記中ぐりユニット又は前記ホーニングユニットを前記主軸に選択的に装着して中ぐり加工又はホーニング加工を行なうときに、前記ホーニングユニット制御機構によって、前記中ぐりユニットにおける中ぐり工具の刃先の径方向位置制御と、ホーニングユニットにおけるホーニング工具の砥石の径方向位置制御を同様に行なうことを特徴とする数値制御ホーニング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ホーニング加工中に、砥石の径方向調整を行なえるようにした数値制御ホーニング装置に関し、特に、マシニングセンタや中ぐり盤等に、交換可能に装着して使用できるようにした数値制御ホーニング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、各種工作物に対する穴あけ加工は、マシニングセンタあるいは中ぐり盤等を用いて中ぐり（穴あけ）を行なった後、ホーニング盤を用いて穴の円筒内面に対する仕上げ加工を行なっている。この場合におけるホーニング加工は、加工径に対応してあらかじめ用意された粗加工用，中仕上加工用及び仕上加工用のホーニング工具を順次交換しながら行なっていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来は、穴あけ加工を行なうには、中ぐり用の工作機械とホーニング加工用の工作機械を別個に用意し、それぞれの工作機械において別々に加工を行なっていた。このため、二種類の工作機械を用意しなければならないとともに、二度の段取り工程を必要としていた。
【０００４】
また、ホーニング加工を行なうには、上述したように、加工する穴径に対応した複数の工具を用意しなければならないとともに、加工工程が変わるたびに使用工具を交換する必要があった。
【０００５】
このように、従来の穴あけ加工には、設備の効率化及び作業性等の観点からすると大きな改善の余地があった。
さらに、ホーニング時の加工精度は、用意されたホーニング工具によって決まることから、ホーニング砥石に摩耗等があるとその影響を大きく受けて加工精度が低下するとともに、ホーニング砥石の摩耗に対してはなんら対策も講じることができなかった。
【０００６】
本発明は上記の事情にかんがみてなされたものであり、工具の径方向制御機能を有する工作機械を利用することによって、一台の工作機械で、しかも一本の中ぐり工具と、他の一本のホーニング工具のみで穴あけに必要な一連の加工を行なえるようにして、設備の効率化及び作業性の効率化を図ることができるようにした数値制御ホーニング装置の提供を目的とする。
また、本発明は、ホーニング工具の径方向の制御を可能とすることによって、一本のホーニング工具で粗，中仕上及び仕上の各加工を行えるようにし、かつまた、ホーニング砥石の摩耗等による寸法誤差を修正しながら高精度の穴加工を行なえるようにした数値制御ホーニング装置の提供を目的とする。
【０００７】
なお、工具の径方向制御機能を有する工作機械によって回転工具の径方向切込み制御を行なう装置として、特公昭６２−４２７２６号で開示されているものがある。この回転工具の径方向の切込み制御を行なう装置は、主軸に偏心機構を内蔵していないので、主軸の剛性の低下や、主軸の外径を特に増大することがなく、しかも、従来の主軸に偏心機構を内蔵した方式に比べてより大きな径方向の切込みの制御を行なえるといった優れた特徴を有している。
【０００８】
しかしながら、上記装置は、主として穴加工に用いる中ぐり用の回転工具を対象としたものであって、ホーニング工具のように、砥石を保持具の円周上に複数個取付けてあるような工具の半径方向への制御を行なうことはできなかった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の数値制御ホーニング装置は、先端部に中ぐり工具又はホーニングユニットを交換可能に装着して回転する主軸と、この主軸に貫通して設けられた制御軸に、数値制御によって主軸と相対的な回転を与えるホーニングユニット制御機構とを有し、前記ホーニングユニットが、前記制御軸と係合し、前記制御軸とともに回転する前記中ぐり工具と同様の連結軸、この連結軸の先端に形成されたねじとかみ合い連結軸の回転によって軸方向に移動を行なうナット、このナットと連接し軸方向に移動を行なう径方向制御軸、この径方向制御軸の周面に配設され、径方向制御軸の軸方向への移動によってホーニング砥石が径方向に移動するホーニング工具とからなり、前記中ぐり工具又は前記ホーニングユニットを前記主軸に選択的に装着して中ぐり加工又はホーニング加工を行うときに、前記ホーニングユニット制御機構によって前記中ぐり工具又はホーニングユニットの径方向位置制御を同様に行う構成としてある。
【００１１】
また、請求項２に記載の数値制御ホーニング装置は、前記主軸及び前記ホーニングユニット制御機構が、各種工具を主軸に交換可能に装着して回転させる工作機械に内蔵されており、前記ホーニングユニットがこの工作機械の主軸に装着されたときに数値制御ホーニング装置を構成するとともに、前記工作機械が工具の交換に先立って前記主軸と制御軸を所定の基準角度位置に停止させる位置検出手段を有する構成としてある。
【００１２】
さらに、請求項３に記載の数値制御ホーニング装置は、前記ホーニングユニット制御機構が、前記制御軸を主軸と同期して回転させる制御歯車群と、この制御歯車群の中間に介装した差動歯車と、この差動歯車を介して前記制御軸に所望の回転を付与するサーボモータとからなり、前記ホーニングユニットが、前記工作機械の主軸に装着されたときに前記連結軸の回転を可能とする錠止手段を具備する構成としてある。
【００１３】
【作用】
本発明の数値制御ホーニング装置によれば、ホーニングユニット制御機構によって径方向制御軸を軸方向に移動させるとホーニング工具の砥石が径方向に移動する。これにより、ホーニング工具における砥石径の連続的な調整が可能となり、一本のホーニング工具で粗，中仕上及び仕上の各加工を行なえるとともに、ホーニング砥石の摩耗に起因する加工誤差を容易に修正することができる。
【００１４】
また、本発明の数値制御ホーニング装置は、ホーニングユニット制御機構として、工具の径方向制御機能を備えた工作機械に内蔵してある制御機構を用いることによって、中ぐり工具等の径方向制御と同様にしてホーニング工具の径方向制御を行なっている。これにより、一台の工作機械で中ぐり加工からホーニング加工までを連続して行なうことができる。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の数値制御ホーニング装置を、マシニングセンタにホーニングユニットを取り付けて構成した実施例にもとづいて説明する。
図１はホーニングユニットの断面図を示し、図２及び図３はマシニングセンタ内に組み込まれているホーニングユニットの制御機構と、ホーニングユニットを制御系に連結する機構の構成を示す断面図である。
【００１６】
［ホーニングユニットの制御機構］
まず、図２及び図３によってマシニングセンタの内部に組み込まれているホーニングユニットの制御機構の構成について説明する。
主軸頭１には、主軸２が回転自在に支承されており、この主軸２は、図示しない駆動機構によって回転駆動される。これにより、主軸２は加工のための高速回転を行なう。
また、主軸２の貫通孔内には、後述するドローバー２３が挿設してあり、さらに、ドローバー２３の貫通孔内には、上述する制御軸２４が挿設してある。
【００１７】
また、主軸２の後端部には歯車３が取り付けてあり、この歯車３は制御歯車箱４に回転自在に軸支されている歯車５をアイドル歯車として歯車６と連接している。歯車６は、差動歯車箱７に回転自在に軸支されている軸８に固定されており、差動歯車箱７内の歯車９と連接している。
【００１８】
ここで、制御歯車箱４は、主軸頭１に固定されており、差動歯車箱７は、制御歯車箱４に軸受１０及び１１によって回転自在に軸支されている。歯車９は、差動歯車箱７に回転自在に軸支されている軸１２に取り付けられた歯車１３とかみ合っている。
また、この軸１２に取り付けられた歯車１４は、差動歯車箱７の回転中心と同心である貫通穴に軸受１６及び１７によって軸支されている軸１８に固定されている歯車１５にかみ合っている。したがって、歯車１４の回転は、軸１８を介して差動歯車箱７の外部においてその軸１８の上に固定された歯車１９に伝達される。
【００１９】
さらに、歯車１９の回転は、制御歯車箱４に回転自在に軸支された軸２０に取り付けられた歯車２１をアイドル歯車として歯車２２に伝えられる。この歯車２２は、スリーブ状に形成してあり、その貫通孔には制御軸２４が滑りキー２５を介して軸方向にスライドし、かつ歯車２２とともに回転するように支持されている。
また、歯車２２は、前部が、ドローバー２３に固定されているナットピース２６に軸受２７，２８及び２９によって回転自在に軸支されており、後部が、制御歯車箱４に、軸受３０によって回転自在に軸支されると共に滑りキー３１によって軸方向にスライドするように支持されている。
【００２０】
一方、制御歯車箱４に取り付けられている制御用サーボモータ４０の出力軸にキーによって連結されるとともに、制御歯車箱４に軸受４１及び４２によって回転自在に軸支されている歯車４３は、差動歯車箱７に固定されている歯車４４とかみ合っている。したがって、サーボモータ４０の回転により差動歯車箱７が回転する。
【００２１】
ここで、歯車３，６，９，１４，１５，１９及び２２の歯数は、回転主軸２と、制御軸２４との間において回転速度比が１：１になっている。
これにより、サーボモータ４０が回転しない場合には、回転主軸２と制御軸２４とは同期回転し、サーボモータ４０が回転する場合には、その回転は歯車４３を介して歯車４４に伝達され、差動歯車箱７を回転させ、軸８の回転角に差動歯車箱７の回転角、すなわち、軸１２の公転角と、歯車９，１３，１４及び１５によって決定される回転角とが重畳された回転角が軸１８に出力され、この出力が歯車１９及び２１を経て歯車２２に伝達される。
その結果、送りサーボモータ４０によって制御された回転角が、制御軸２４と主軸２との間に所望の相対速度で所望の相対回転を生じさせる。
【００２２】
［連結機構］
次に、ホーニングユニットを主軸に装着させ、上述したホーニングユニット制御機構と連結させる機構の構成について説明する。
制御軸２４の後部は、工具クランプ用シリンダ５０のピストン５１を貫通し、制御軸の係脱用シリンダ５４のピストン５４ａと連結する軸受５３に回転自在に支承されている。
したがって、係脱用シリンダ５４のピストン５４ａを主軸２の先端の側に前進させると、図３に示す、制御軸２４の先端に設けた係合用の凹部２４ａが、主軸２の先端部テーパ穴２ａ内に装着されているホーニングユニット１００（後で詳細に説明する）のプルスタッド１０１の貫通孔に設けた連結軸１０２の係合部１０２ａと連結し、係脱用シリンダ５４のピストン５４ａが後退すると両軸２４，１０２の係合部２４ａ，１０２ａの連結が解除される。
このとき、係脱用シリンダ５４のピストン５４ａの前進及び後退のストロークエンドは、それぞれ、シリンダ５４の後部に取り付けられた近接スイッチ５５及び５６によってその係合，離脱の位置を検出し、確認をするようにしてある。
【００２３】
また、連結時における制御軸２４は、サーボモータ４０によって所定の角度位置に位置決めされ、連結部の凹部２４ａが、ホーニングユニット１００の主軸２への装着時に位置決めされている連結軸１０２の係合凸部１０２ａと同じ位相となるようにされている。このときの角度位置は、回転角度位置検出用近接スイッチ５７によって検出される。
【００２４】
ホーニングユニット１００のクランプ及びアンクランプは、工具クランプ用シリンダ５０のピストン５１を前進させ、歯車２２及びナットピース２６を通じドローバ２３を主軸２の先端部方向に移動させたときにホーニングユニット１００の緊締を解いて押し出す。
一方、ピストン５１が後退して歯車２２及びナットピース２６をフリー状態にすると、ドローバー２３が、さらばね５８によって主軸２の後端部方向に引かれ、ホーニングユニット１００を主軸２に緊締する。
【００２５】
上述したホーニングユニット制御機構と連結機構は、中ぐり工具等の径方向切込み制御を行なう場合に用いる径方向制御機構及び連結機構と同様のものである。
【００２６】
［ホーニングユニット］
次に、マシニングセンタの主軸２に、図示しない自動工具交換装置などによって着脱自在に装着されるホーニングユニットを、図１によって説明する。
図３に示すように、ホーニングユニット１００は、主軸２の回転中心線Ｓと同心であって、プルスタット１０１の貫通孔を貫通し、テーパシャンク部１０３の内部で軸受１０４に回転自在に支承された連結軸１０２を有している。この連結軸１０２の後端には、前記したように主軸２に挿設され制御軸２４の先端係合部２４ａと係合する係合部１０２ａが形成してあり、先部には、キーによって歯車１０６が固定してある。
【００２７】
また、制御軸４５のさらに先端には、ねじ１０５が形成してあり、このねじ１０５にはナット１５１がかみ合っている。
ナット１５１は、テーパシャンク部１０３と結合するナットボディ１５２の内部に、滑りキー１５１ａによって連結軸１０２の軸方向にスライドのみ可能な状態で設けられている。
【００２８】
また、ナットボディ１５２の先端側には、中空状のホーニングバー１５４が結合してあり、このホーニングバー１５４の先端にはホルダガイド１６０が結合してある。
このホルダガイド１６０も中空状に形成してあり、かつ、その先端には軸線と直交する方向にあり溝状のガイド部１６０ａが形成してある。
【００２９】
これらナットボディ１５２，ホーニングバー１５４及びホルダガイド１６０の各貫通孔には、ナット１５１に固定された第二連結軸１５３が移動可能に貫通している。この第二連結軸１５３のホルダガイド１６０側の端部にはくさび形をした径方向制御軸１５５が固定してある。
【００３０】
砥石ホルダ１５６は、ホルダガイド１６０のガイド部１６０ａと同方向に二分割された状態で、径方向制御軸１５５のくさび面に摺接配置してあり、その首部１５６ａはあり状に形成してあって、あり溝状のガイド部１６０ａにガイドされつつ径方向に移動可能となっている。
また、二分割された砥石ホルダ１５６は弾性リング１５７及び１５８によって、常時、中心方向へ付勢されつつ束ねられており、かつ、それぞれの砥石ホルダ１５６の外周にはホーニング砥石１５９が取り付けてある。
【００３１】
したがって、径方向制御軸１５５がその軸線方向（左右）に移動すると、砥石ホルダ１５６がホルダガイドに沿って径方向に移動し、ホーニング砥石１５９の径を変化させる。
なお、砥石ホルダ１５６、弾性リング１５７，１５８及びホーニング砥石１５９は、全体でホーニング工具を構成している。
【００３２】
このホーニングユニット１００の主軸２の着脱時には、回転角度位置検出器３０１及び３０２の検出によって、あらかじめ所定角度位置に割出された（主軸オリエンテーション）主軸２の先端部係合駆動キー１３０に、ホーニングユニット１００のテーパシャンク１０３のグリップ部のキー溝１３１が自動工具交換時に入るようになっている。
これにより、図５に示すように、テーパシャンク１０３に設けられているピン１３２の先端部１３２ａが主軸２のキー１３０の先端部に押し当てられるので、ピン１３２はばね１３３に抗して図中左方向にスライドする。
【００３３】
その結果、ピン１３２に取り付けられている溝カム用ピン１３４が、図５中左方向にスライドし、歯車１０６の所定位置における歯溝内に飛び込んでいる溝カム付のロックピン１３５を放射方向に移動させて引き抜き連結軸１０２を回転可能な状態とする。
すなわち、連結軸１０２をホーニングユニット１００が主軸２と離脱状態のときの鎖錠状態から、回転可能な状態に解除する。
【００３４】
ホーニングユニット１００が主軸２から取り外されたときは、主軸２の先端からホーニングユニット１００が離れるとスライドピン１３２がフリー状態になり、ばね１３３によって溝カム用ピン１３４が押し出され、ロックピン１３５が溝カムによって歯車１０６の所定位置の歯溝に飛び込み、鎖錠状態となる。
【００３５】
次に、上記した本実施例のホーニング装置の動作について説明する。
（１）工具交換指令が出されると、主軸２は、検出器３０１及び３０２の検出信号によって定位置に割出されている（先端キー１３０が一定位置に位置決めされる）。
（２）サーボモータ４０によって制御軸２４は、基準角度位置θ＝０に位置決めされる（制御軸２４の凹部２４ａが、一定位置に位置決めされる工具保持具１００の基準角度位置に対応する位置）。
（３）制御軸２４は、係脱用シリンダ５４によって係合の外れた位置にある。すなわち、ピストン５４ａは図２において右端に後退している。
（４）ドローバー２３は、アンクランプ状態にある（工具クランプ用シリンダ５０のピストン５１は、図２において左端の前進位置にある）。
（５）ばね１３３により、突出したロックピン１３５と歯車１０６との係合によって、ホーニングユニット１００の連結軸１０２が基準角度位置（θ＝０）に鎖錠されている。
【００３６】
以上の（１）〜（５）の条件を備えているときに、ホーニングユニット１００は、図示しない自動工具交換装置によって、主軸２の先端キー１３０にホーニングユニット１００の溝１３１が入るように位置決めされ、装着される。
その後、ドローバー２３は、ピストン５１の右端への後退と、さらばね５８の弾力によりクランプ状態になり、ホーニングユニット１００をクランプする。次いで、シリンダ５４のピストン５４ａが左側に前進すると、制御軸２４と連結軸１０２の係合凹凸部２４ａ及び１０２ａが係合し、切込み制御軸２４と連結軸１０２とは連結される。
【００３７】
また、このとき、連結軸１０２のロックピン１３２は、主軸２の先端に押し当てられ、ホーニングユニット１００の連結軸１０２は、鎖錠を解除される。これにより、ホーニングユニット１００におけるホーニング砥石１５９の径方向への調整が可能となる。
すなわち、サーボモータ４０を回転させて、制御軸２４を主軸２との間で相対回転させると、この回転は係合部２４ａ，１０２ａを介して連結軸１０２に伝達されねじ１０５を回転させる。ねじ１０５の回転はナット１５１の軸方向への移動（この場合、図１における左方向への直線運動）に変換され、第二連結軸１５３を左方向へ移動（前進）させる。
【００３８】
第二連結軸１５３の前進は、径方向制御軸１５５を前進させることになり、その結果、二分割された砥石ホルダ１５６がくさび状の径方向制御軸１５５によって、ホルダガイド１６０にガイドされつつ径方向外方（放射方向）へ押し拡げられ、その外周に取り付けてあるホーニング砥石１５９の径を大きくする。
【００３９】
なお、径方向制御軸１５５が後退すると、二分割されている砥石ホルダ１５６は弾性リング１５７，１５８の収縮作用によって径方向内方（中心方向）へ移動し、ホーニング砥石１５９の径を小さくさせるように作用する。
このホーニング砥石１５９の径方向への変化（位置調整）は連続的に行なうことができ、また、この連続的な径方向への変化（位置調整）は主軸２の回転中にも行なうことができる。
【００４０】
上述のように、本実施例の数値制御ホーニング装置は、中ぐり工具等の径方向制御を行なう機能を備えたマシニングセンタに装着して用いることができるので、中ぐり加工の終了後、自動工具交換装置によって工具を中ぐり工具から上記ホーニングユニットに交換するだけで、新たな段取りを必要とすることなく直ちにホーニング加工を行なうことができる。
したがって、中ぐり加工とホーニング加工を一台の機械によって行なうことができるとともに、中ぐり加工からホーニング加工への移行を、自動的に、しかも短時間のうちに行なうことができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、本発明の数値制御ホーニング装置によれば、一つのホーニングユニットで粗加工，中加工，仕上加工の三加工を行なうことができ、作業効率を著しく向上させることができるとともに、ホーニング加工を高精度に行なうことができる。
【００４３】
さらに、ホーニング砥石の径方向制御を連続的に行なうことができるので、砥石の摩耗によって発生する加工誤差の修正にも簡単かつ迅速に対応でき、より一層高精度な加工が可能となる。
【００４４】
また、径方向制御機能を有する工作機械に装着して用いる構成とした場合には、ホーニング加工を中ぐり加工等を行なう機械によって行なえるので、中ぐり加工とホーニング加工を一台の機械で連続的に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の数値制御ホーニング装置におけるホーニングユニットを示す断面図。
【図２】本発明の一実施例の数値制御ホーニング装置におけるホーニングユニット制御機構を示す断面図（マシニングセンタの主軸系の構成）。
【図３】本発明の一実施例の数値制御ホーニング装置におけるホーニングユニットと主軸系の連結機構を示す断面図。
【図４】本発明の一実施例の数値制御ホーニング装置におけるホーニングユニットの一部平面截断図。
【図５】本発明の一実施例の数値制御ホーニング装置におけるホーニングユニットの錠止機構を説明する部分断面図。
【図６】本発明の一実施例の数値制御ホーニング装置におけるホーニングユニットの錠止機構の一部平面図。
【符号の説明】
２  主軸
４  制御歯車箱
７  差動歯車箱
２２  歯車
２３  ドローバー
２４  制御軸
４０  サーボモータ
５０  工具クランプ用シリンダ
５４  係脱用シリンダ
１００  ホーニングユニット
１０２  連結軸
１０３  テーパシャンク部
１５０  ねじ
１５１  ナット
１５３  第二連結軸
１５４  ホーニングバー
１５５  径方向制御軸
１５６  砥石ホルダ
１５７，１５８  弾性リング
１５９  ホーニング砥石
１６０  ホーニングガイド
【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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【図６】
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