(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
砥石を回転駆動する回転駆動機構と、前記砥石をその回転軸に沿って往復移動させる往復移動機構とを備えてワークを研削する研削装置であって、前記往復移動機構により往復移動される前記砥石の転向点近傍における前記砥石の移動速度の変化に基づいて前記回転駆動機構による前記砥石の回転速度を減速し、前記砥石の移動速度がゼロになると前記砥石の回転速度をゼロにすると共に、前記砥石の移動速度の変化と回転速度の変化を研削の間、常に同期させる回転速度制御手段を備えたことを特徴とする研削装置。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで砥石の往復移動は、一般的には砥石がワークの両端部(上端と下端)からそれぞれ1/3程度突出する位置を移動方向の転向点(上死点,下死点)として、両転向点間を往復移動させている。この際、往復移動機構の構成上、転向点近傍においてその移動速度が低下してしまう。特に機械式の往復移動機構では、ボールねじ機構等に大きな慣性力が作用するので、むしろ積極的に砥石の移動速度を減速しながらその移動方向を反転させることが必要である。
【0005】
このように転向点近傍において砥石の移動速度が低下すると、例えば
図6に示すように、ワークWの上端近傍領域Uおよび下端近傍領域Dにおけるクロスハッチ線の交差角θu、θdが、その中央領域Cにおけるクロスハッチ線の一定の交差角θcに比較して小さくなってしまう(
図6はワークWの研削面に形成されるクロスハッチの様子を周方向に展開して模式的に示している)。このようなワークWの両端近傍に生じる不均一なクロスハッチは、ワークWの全加工領域における研削面の均質性を損なう要因となる。
【0006】
これに対処すべく従来においては、例えば特許文献1のような提案も行われている。特許文献1の研削装置はエンジンシリンダの内壁面を研削するホーニング装置であって、回転駆動機構により回転駆動される砥石をその回転軸(砥石回転軸)に沿って往復移動させる往復移動機構を備えている。そして、ワークの円筒状内壁面を研削することができ、前記往復移動機構により往復移動される砥石の転向点近傍における当該砥石の移動速度の変化に応じて、前記回転駆動機構による砥石の回転速度を減速制御している。しかしながら、この研削装置であっても、ワークの上端及び下端近傍における加工領域では「ダレ」が生じてしまう(即ち、クロスハッチ交差角がワーク中央領域におけるクロスハッチ交差角より小さくなってしまう)。その結果、ワークWの全加工領域おいて完全に均一なクロスハッチを形成することはできなかった。
【0007】
また、従来、転向点における砥石の回転速度については最低回転速度を設定するのが常識であり、転向点において砥石の回転速度をゼロにすることはなかった。
【0008】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、ワークの全加工領域において完全に均質な研削面を得ることができる研削装置を提供することである。特に本発明は、回転駆動しながらその回転軸方向に往復移動させる砥石の転向点近傍であるワークの両端部においても完全に均一なクロスハッチを形成することができ、簡易な制御の下で研削加工精度の向上を図ることのできるホーニング装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上述した目的を達成するべく本発明は、砥石を回転駆動する回転駆動機構と、前記砥石をその回転軸に沿って往復移動させる往復移動機構とを備えてワークを研削する研削装置であって、前記往復移動機構により往復移動される前記砥石の転向点近傍における前記砥石の移動位置に基づいて前記回転駆動機構による前記砥石の回転速度を減速し、前記砥石が前記転向点に到達すると前記砥石の回転速度をゼロにする回転速度制御手段を備えたことを特徴とする研削装置を提供する。
【0010】
本発明では、砥石の移動位置を検出して、当該砥石が転向点に近づいたことが検出されると、当該砥石の移動速度を減速すると共に当該砥石の回転速度(周速度)を減速する。そして、前記砥石が転向点に至ると、当該砥石の移動速度をゼロにすると共に当該砥石の回転速度(周速度)もゼロにする。
【0011】
また、本発明によれば、砥石を回転駆動する回転駆動機構と、前記砥石をその回転軸に沿って往復移動させる往復移動機構とを備えてワークを研削する研削装置であって、前記往復移動機構により往復移動される前記砥石の転向点近傍における前記砥石の移動速度の変化に基づいて前記回転駆動機構による前記砥石の回転速度を減速し、前記砥石の移動速度がゼロになると前記砥石の回転速度もゼロにする回転速度制御手段を備えたことを特徴とする研削装置が提供される。
【0012】
この研削装置では、砥石の移動速度の減速に応じて砥石の回転速度を減速する。前記砥石が転向点に至ると砥石の移動速度はゼロになるので、当該砥石の回転速度(周速度)はゼロにされる。
【発明の効果】
【0013】
本発明に係る研削装置によれば、往復移動機構により往復移動される砥石の転向点における砥石の回転速度をゼロにしているので、特に砥石の転向点近傍であるワークの両端部においても完全に均一なクロスハッチを形成することができる。換言すれば砥石の往復移動速度と回転速度(周速度)との関係を完全に同期させることにより、クロスハッチ線の交差角をワークの全加工領域において完全に一定化することができる。よって、ワークの全加工領域において均質な研削面を形成することができる(研削精度の均質化を図ることができる)。従って、高い加工精度を発揮し得る簡易な構成の研削装置を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、添付図面を参照して本発明の研削装置の一例であるホーニング装置について説明をする。
【0016】
図1に示されているように、ホーニング装置のホーニングヘッド1の周面には複数の砥石2が設けられている。これら砥石2はホーニングヘッド1の周方向に等角度間隔で取り付けられている。砥石2はバネ力や油圧等により所定の圧力でホーニングヘッド1の径方向に押し出すことができるようになっている。ホーニングヘッド1は、アーム3に軸支されたシャフト(回転軸)4の下端に装着されている。アーム3上に設けられたモータ(回転駆動機構)5により、ホーニングヘッド1はシャフト4と一体に回転駆動される。アーム3はほぼ水平に延びており、シャフト4はアーム3の自由端近傍から垂直方向に延びている。ホーニングヘッド1は、シリンダ等のワークWの円筒内に位置されて回転し、砥石2によりシリンダの内壁面を研削する。モータ5には、モータ5の回転速度を検出するための回転速度センサ5a(
図2)が付設されている。
【0017】
アーム3の基端部は往復移動機構であるボールねじ6に支持されており且つ基端部の回転が規制されるようにボールねじ6に取り付けられている。ボールねじ6の下端にはモータ7が設けられており、ボールねじ6はモータ7の駆動により回転する。アーム3はボールねじ6の回転に伴ってボールねじ6の軸方向(
図1の矢印A方向)に移動可能に設けられている。ボールねじ6の両端はホーニング装置本体の筐体部8に軸支されている。下側の筐体部8の下面にモータ7が設けられている。ホーニングヘッド1の回転軸(シャフト4)は前記ボールねじ6の軸方向に平行に設けられ、矢印Bで示すように水平面内で回転しながら矢印Eで示すように垂直方向に上下移動可能に支持されている。モータ7には、アーム3の位置を検出するための位置センサ9(
図2参照)が内蔵されている。この位置センサ9は、モータ7の回転数(回転角度)をモニタすることによりボールねじ6の回転数(即ち、ボールねじ6の送り量)を検出しアーム3の位置を算出している。アーム3の上下移動とホーニングヘッド1の上下移動は一体的に行われるので、アーム3の位置が分かればホーニングヘッド1の位置がわかる。
【0018】
アーム3に支持されたホーニングヘッド1は、例えばモータ7の正転駆動によるボールねじ6の回転によりアーム3と共に下方向に移動される。モータ7が逆転駆動されるとボールねじ6が逆向きに回転するので、ホーニングヘッド1はアーム3と共に上方向に移動される。従ってモータ7の正転/逆転駆動によりホーニングヘッド1が上下に往復駆動される。ワークWの内面に形成されるべきクロスハッチの角度2θ(
図5)は予め設定されている。
【0019】
尚、
図1ではモータ5をシャフト4に直接連結しモータ7をボールねじ6に直接連結したものとして模式的に示してあるが、実際には減速機構等の回転伝達系を介してモータ5、7の回転力がシャフト4、ボールねじ6に伝達される。またモータ5、7としては、好ましくは、高精度に回転速度を制御することができるサーボモータが用いられる。
【0020】
ホーニング装置は制御ユニット10を有しており、モータ5、7は制御ユニット10に接続されている。制御ユニット10の詳細は
図2に示されている。以下、
図2を参照して制御ユニット10の構成と動作を説明する。制御ユニット10は高さ管理部11を有しており、高さ管理部11には、ホーニングヘッド1の高さの上限ULと下限DLに関するデータが入力されると共に、位置センサ9によって検出されるホーニングヘッド1(アーム3)の高さ位置Hのデータが入力される。上限ULと下限DLはワークWの加工仕様に応じて決められる値であり、切削加工が始まる前に制御ユニット10に入力される。上限ULと下限DLはワークWの加工仕様(加工領域)に応じて予め設定されてホーニングヘッド1の往復移動範囲を規定する高さ上限と高さ下限である。高さ管理部11は回転速度・方向制御部12に接続され、回転速度・方向制御部12は駆動アンプ13に接続され、駆動アンプ13はモータ7に接続されている。モータ7は、高さ管理部11により管理されるホーニングヘッド1の高さ位置Hのデータに従い、回転速度・方向制御部12の制御の下で駆動アンプ13を介して回転駆動される。高さ管理部11は、上限ULおよび下限DLと、位置センサ9によって検出されるホーニングヘッド1(アーム3)の高さ位置Hとを比較する。高さ管理部11は、常時は一定の移動速度Vhでホーニングヘッド1を往復移動させるべく指令を発しているが、ホーニングヘッド1が転向点(上死点または下死点)近傍に到達したとき、その移動速度を減速させるべく減速指令を発する。更に、高さ管理部11は、ホーニングヘッド1の高さ位置Hがその上限ULまたは下限DLに達したとき、ホーニングヘッド1の移動速度をゼロにし移動の向きを反転させるべく反転指令を発する。回転速度・方向制御部12には関数テーブル19が接続されている。
【0021】
上記のような指令を高さ管理部11から受けて作動する回転速度・方向制御部12は、常時は一定の速度Vhでホーニングヘッド1を上方向または下方向に移動するべく、モータ7を所定の回転速度で駆動する。そして高さ管理部11が前記減速指令を発したとき、回転速度・方向制御部12は関数テーブル19の所定の関数に従ってホーニングヘッド1の移動速度Vhを徐々に減速するべくモータ7の回転速度を徐々に減速する。また、高さ管理部11が前記反転指令を発したとき、回転速度・方向制御部12はモータ7の回転速度をゼロにし、モータ7の回転方向を反転させる。その後、回転速度・方向制御部12はモータ7の回転速度を速やかに上昇させてホーニングヘッド1を一定の速度Vhで移動させる。
【0022】
尚、位置センサ9と高さ管理部11によるホーニングヘッド1の上限UL及び下限DLへの到達検出は省略することができる。省略する場合は、位置センサ9からの検出データは用いず、ホーニングヘッド1を設定ストロークだけ移動したならば(前記上限ULまたは下限DLに到達するはずである)、モータ7の回転を停止・反転すればよい。またモータ7の回転速度をフィードバック制御することで、ホーニングヘッド1の往復移動速度Vhを、その往復移動範囲の全域において高精度に管理することも可能である。
【0023】
上述した如くホーニングヘッド1の高さ位置に応じて可変制御されるモータ7の回転速度の情報は、モータ5に対する制御系(回転速度制御手段)に供給される。モータ5に対する制御系は、回転速度・方向制御部12の出力側に接続された変換テーブル14と、演算器16と、PID制御部17と、駆動アンプ18と、回転速度センサ5aと、フィードバッ回路15とを含む。この制御系はホーニングヘッド1の高さ位置(モータ7の回転速度)に応じて変換テーブル14を介して求められる情報を制御目標値としてモータ5の回転速度(ホーニングヘッド1の回転周速度Vθ)をフィードバック制御するように構成されている。具体的にはこの制御系は、モータ5の回転速度センサ5aにより検出されたモータ5の回転速度を、フィードバック回路15を介してフィードバックし、変換テーブル14から求められる制御目標値としての設定速度情報との差分(回転速度のずれ)を演算器16により求め、この差分を零(0)とするべくPID制御部17の制御の下で駆動アンプ18を介してモータ5を回転駆動する。
【0024】
このような制御系(回転速度制御手段)により、ホーニングヘッド1を回転駆動するモータ5の回転速度が当該ホーニングヘッド1の高さ位置に応じて、特にその往復移動の転向点近傍におけるホーニングヘッド1の移動速度Vhの低下に応じて減速制御及び停止制御される。変換テーブル14を介して求められるホーニングヘッド1の移動速度Vhに対応した回転速度でモータ5が回転駆動され、その移動速度Vhに見合う回転周速度Vθでホーニングヘッド1が回転・停止するように制御される。
【0025】
上述したホーニング装置の動作タイミングが
図3に示されている。図示されているように、ホーニングヘッド1の高さhに応じてホーニングヘッド1の移動速度Vhとその回転速度(周速度)Vθが制御される。即ち、所定の待機位置SBに位置付けられたホーニングヘッド1をワークWの内筒部まで下降させた後、砥石2をワークWの内壁面に押し付け、同時にモータ5を駆動してホーニングヘッド1(砥石2)の回転駆動を開始する(タイミングt1)。このホーニングヘッド1(砥石2)の回転駆動は、その回転速度(周速度)Vθを速やかに所定の速度まで立ち上げることにより行われる。
【0026】
その後、ホーニングヘッド1(砥石2)の回転速度(周速度)Vθを一定に保ちながらホーニングヘッド1を下降させ、予め設定された高さ下限DLに近付いたならばホーニングヘッド1の下降速度Vhを減速すると共に、その回転速度(周速度)Vθを減速する(タイミングt2)。そしてホーニングヘッド1が高さ下限DLに到達したとき(タイミングt3)、ホーニングヘッド1の移動を停止すると共にホーニングヘッド1の回転を停止する。その後、ホーニングヘッド1の移動方向を反転させて上昇させると共に、その回転速度(周速度)Vθを速やかに前述した所定の速度まで高める。
【0027】
所定の速度に達したならば、ホーニングヘッド1(砥石2)の回転速度(周速度)Vθを維持しながらホーニングヘッド1の上方移動を続ける。上昇するホーニングヘッド1(砥石2)が予め設定された高さ上限
ULに近付いたならば、ホーニングヘッド1の上昇速度Vhを減速すると共に、その回転速度(周速度)Vθを減速する(タイミングt4)。そしてホーニングヘッド1が高さ上限ULに到達したとき(タイミングt5)、ホーニングヘッド1の移動を停止すると共に回転も停止する。その後、ホーニングヘッド1の移動方向を反転させて下降させると共に、その回転速度(周速度)Vθを速やかに前述した所定の速度まで上昇させる。
【0028】
尚、ホーニングヘッド1の回転速度(周速度)Vθを減速するとき(例えば、t2からt3の間)、ワークWに対する砥石2の押し付け力を調整して、研削加工条件を一定に保つようにしても良い。具体的には回転速度(周速度)Vθに応じて砥石2に加える押圧力を調整し、その切削粗さ(切り込み量)を調整するようにすれば良い。
【0029】
図3に示されるように、ホーニング加工は、上述したホーニングヘッド1の回転速度(周速度)Vθの減速停止制御を伴う上下の往復移動を所定回数繰り返すことにより行われる。そしてワークWに対するホーニング加工が終了したならば、ホーニングヘッド1の回転速度(周速度)Vθを一定に保ちながら一定の移動速度Vhでホーニングヘッド1をワークWから抜き出す(タイミングt6)。つまりホーニングヘッド1を所定回数往復移動させてワークWの研削を終了する最終段階においては、前述した高さ上限ULに応じてホーニングヘッド1の移動速度Vhおよび回転速度(周速度)Vθをそれぞれ減速制御することなく、移動速度Vhおよび回転速度(周速度)Vθを一定に保ちながらワークWから抜き出してホーニング加工を終了する。
【0030】
図5には上記のようにホーニング加工されたワークの内面が示されている。上記したようなホーニン加工を行うと、ワークWに形成されるクロスハッチ線の傾斜角度は、ワークWの全加工領域においてホーニングヘッド1の移動方向に応じて完全に一定(2θ)に保たれる。従ってクロスハッチ線の交差角2θがワークWの全加工領域において一定となり、均質な研削面を得ることが可能となる。よって、本発明によれば、前述したような簡単な制御だけで研削品質の向上を図ることができる。
図4は
図5で使用されている符号X、Y、θ、a、bを説明するための図である。Xはワーク水平方向を示し、Yはワーク垂直方向を示し、aはワーク上端を示し、bはワーク下端を示している。
【0031】
本実施例によれば、上述したようにホーニングヘッド1の回転速度を制御するので、ホーニングヘッド1の転向点(上死点,下死点)を、それぞれその軸方向に余裕を見込んで拡張設定する必要がない。換言すればワークWの加工長に応じてホーニングヘッド1の往復移動長を設定することができ、必要最小限のストロークでホーニングヘッド1を往復移動させることで高効率に研削加工を実行することができる。
【0032】
また、
図5のような内壁を有するシリンダをエンジンに採用すると、燃費の向上と排気ガス中の有害成分の減少を達成することができる。
【0033】
尚、本発明は上述した第1実施例に限定されるものではない。例えば、上記第1実施例ではモータ7を用いてホーニングヘッド1を上下に往復駆動する機械式のものについて説明をしたが、油圧シリンダを用いてホーニングヘッド1を上下に移動駆動するようにしても良い。
【0034】
また、上記第1実施例において位置センサ9はモータ7の回転数(回転角度)をモニタしながらアーム3の位置を検出すると説明したが、アーム3の位置を直接的(機械的、光学的、磁気的)に検出するものでもよい。ホーニングヘッド1を上下に往復駆動する機構が油圧駆動型の場合には、位置センサにより油圧シリンダの作動位置を検出し、検出結果からアーム3の位置を算出しても良い。さらに、アーム3の位置からホーニングヘッド1の位置を求めるのではなく、ホーニングヘッド1の高さ位置を直接検出してホーニングヘッド1の回転速度を制御することも可能である。また、アーム3の垂直方向(矢印E方向)の移動速度を検出するセンサを設け、当該センサの検出結果(アーム3の移動速度の変化)に応じて砥石2の回転速度を減速・停止するようにしてもよい。アーム3の移動速度は砥石2の移動速度と同じであるので、上記のようにすると砥石2の移動速度の変化に基づいて砥石2の回転速度を制御(減速・停止)することになる。
【0035】
次に
図1、
図3、
図5及び
図7に基づいて本発明の第2実施例を説明する。
【0036】
上記した第1実施例では位置センサ9を使用して砥石2の移動位置を検出し、砥石2の移動位置(または移動速度)に基づいて砥石2の回転速度を制御(減速・停止)したが、第2実施例では位置センサ9を用いずに砥石2の移動速度の変化に基づいて砥石2の回転速度を減速・停止する。
【0037】
第2実施例の基本構成は第1実施例(
図1に示されている構成)と同じであるが、制御ユニットの構成が異なる。
図7には第2実施例で用いられる制御ユニット20が示されている。以下の説明において第1実施例と同じ要素には第1実施例と同じ符号を用いて説明する。また、第1実施例と同じ部分についての詳細な説明は省略する。
【0038】
図7に示されているように、研削加工前に高さ上限ULと高さ下限DLが回転速度・方向制御部12に入力される。高さ上限ULと高さ下限DLはワークWの研削仕様(研削条件)に基づいて決められている。研削加工の上限ULと下限DLが入力されると、回転速度・方向制御部12は砥石2の移動速度プロフィール(以下、設定移動速度プロフィールと称する)を作成する。砥石2の設定移動速度プロフィールとは、
図3の「移動速度Vh」のようなプロフィールであり、上限ULと下限DLの間で、砥石2がどのような速度変化をするかを設定するものである。この設定移動速度プロフィールは関数テーブル19に基づいて作成される。関数テーブル19は実験及び/または理論計算等により、予め用意しておく。設定移動速度プロフィールに基づいて、回転速度・方向制御部12は駆動アンプ13を介してモータ7を駆動する。よって、砥石2の垂直方向の移動速度は
図3の「移動速度Vh」のような変化をする。
【0039】
砥石2の設定移動速度プロフィールが設定された後、研削加工の上限ULと下限DLの間で砥石2の回転速度(つまりモータ5の回転速度)がどのように変化すべきか(以下、設定回転速度プロフィールと称する)を変換テーブル14に基づいて決める。モータ5の設定回転速度プロフィールは
図3の「回転速度Vθ」のようなプロフィールである。第2実施例では、回転速度・方向制御部12の出力(つまり、設定移動速度プロフィール)に基づいて変換テーブル14により設定回転速度プロフィールを作成する。変換テーブル14は実験及び/または理論計算等により予め用意しておく。
【0040】
変換テーブル14から出力されるものは第1実施例と同じである。即ち、モータ5の制御目標値である。この制御目標値と、実際のモータ回転速度(センサ5aの出力15)との差分がゼロになるように演算子16及びPID制御部17を用いてフィードバック制御を行う。このフィードバック制御の動作内容は第1実施例と同じである。
【0041】
第2実施例では、予め作成された設定移動速度プロフィールに基づいて砥石2の移動速度が制御される。移動速度制御の詳細は
図3の「移動速度Vh」と同じであり、常時は一定速度で砥石2を移動し、転向点近傍になると移動速度を減速し、転向点に至ると移動速度をゼロにして、移動方向を反転する。この移動速度の変化に応じて、砥石2の回転速度が設定回転速度プロフィールに基づいて制御される。設定回転速度プロフィールの詳細は
図3の「回転速度Vθ」と同じであり、常時は一定速度でホーニングヘッド1を回転し、転向点近傍になると回転速度を減速し、転向点に至ると回転速度をゼロにする。よって、第1実施例と同じようにワークの全加工領域において完全に均一なクロスハッチ角度(
図5)を得ることができる。