JP6561140B2 - ホーニング加工工具によって円筒状でない回転対称のボアを製作する方法 - Google Patents

Description

本発明は、ホーニング加工工具によって円筒状のボアを円錐化する方法、及び副請求項１１に記載されている円筒状のボアを成形加工するためのプロセスチェーンに関する。

自動車の製造者は、ピストン往復機関を搭載した全車両の燃料消費量を継続して削減していくという恒常的課題の前に立たされている。ピストン往復機関では、ピストン又はピストンリングとシリンダボアとの間の摩擦が、内部摩擦損失に占める最大３５％の高い割合を有している。したがってシリンダボアの領域における摩擦の低減は、燃料消費量を削減するための著しい潜在的可能性を提供する。

ピストンとシリンダボアとの間の摩擦を低減するための１つの取り組みが、特許文献１に詳細に記載されている、出願人によって開発された成形ホーニング加工である。この方法では、シリンダボアの組立時及び／又は熱膨張時の応力によって引き起こされる円筒のジオメトリとの差異が均一化され、それは、成形ホーニング加工のときに相補的な隆起又は凹部が形成されることによる。この方法は非常に効率的であり、さまざまなピストン往復機関の製造で成功裏に適用されている。

内燃機関のシリンダボアにボトル形状を与えるために用いられるホーニング加工方法が、特許文献２より公知である。ここでボトル形状とは、それぞれ異なる直径を有する２つの円筒状の区域をシリンダボアが有している形状が意味される。小さいほうの直径を有する区域はシリンダヘッドの領域に設けられ、それに対して、大きいほうの直径を有する区域はクランクシャフトの領域に設けられる。これらの領域の間に、ボア長さの５％〜２０％を占める円錐台形の移行領域が構成される。

シリンダボアの軸方向に連続する、それぞれ硬度の異なる２つの区域を加工できるようにするために用いられる方法が、特許文献３より公知である。この方法及びこれに対応する工具は、シリンダボアが部分領域で硬化されていて、その結果、硬化された区域と硬化されていない区域とをそれぞれ異なる仕方でホーニング加工しなければならない場合に好ましく適用可能である。

この文献より、シリンダボアをその開いた端部のところで、すなわち後にシリンダヘッドが組み付けられるところで、シリンダボアの予備幅が生じるように構成することが公知である。このことは同文献の図６に図面で示されている。予備幅とは、シリンダボアの上側区域での若干の拡張を意味する。このような予備幅が対象とするのは、シリンダボアのもっとも上側のほぼ４分の１だけである。

欧州特許第２１７０５５６Ｂ１号明細書 ドイツ特許出願公開第１０２０１３２０４７１４Ａ１号明細書 ドイツ特許出願公開第１０３５８１５０Ａ１号明細書

本発明の課題は、ピストンリングと、特にピストンスカートと、シリンダボアとの間の摩擦が最低限に抑えられ、その結果として、このようなシリンダを搭載する内燃機関のエミッション挙動と燃料消費量が最適化される、シリンダボアの低コストで再現可能な製作を可能にするホーニング加工方法、プロセスチェーン、及びこの方法を実施するのに適したホーニング加工工具を提供することにある。

ここで追求される「シリンダボア」のジオメトリは円錐台である。状況によっては、ボアは１つ又は２つの追加の円筒状の区域も含む。本発明の意味における円錐台形のボア（シリンダボア）は、その直径が半分を超える長さにわたって、好ましくはシリンダボアの長さの少なくとも３／４にわたって、連続的に変化しているボアである。理想的な場合、円錐台はシリンダボアの長さの８５％超を占め、少なからぬケースでは最大１００％を占める。

この課題は本発明によると、請求項１及び請求項６に記載されている、円筒状のボア又は円筒状のボアの一部を円錐化する方法によって解決される。請求項１に記載の方法では、加工されるべきボアの長さの３分の１よりも小さい長さをホーニング砥石が有するホーニング加工工具が使用されるのが好ましい。

本発明による方法は次の各工程、ホーニング加工工具のホーニング砥石をボアに当て付けること、最大のストロークＨｍａｘ（＝ＯＰ１−ＵＰ）でボアをその全体の長さにわたってホーニング加工すること、を含む。このプロセスステップを、本発明との関連では「円筒状のホーニング加工」と呼ぶ。これは、（まだ）円筒状であるボアのジオメトリと直径を、所望の値にするための役目を果たす。

プロセスステップ「円筒状のホーニング加工」の１つの代替案は精密中ぐり加工である。このプロセスステップを、本発明との関連では「円筒状の精密中ぐり加工」と呼ぶ。

次いで、縮小していくストロークでボアのホーニング加工が行われ、このときホーニング加工工具の下側の方向転換点ＵＰは実質的に変わらずに保たれる。このことは、ホーニング加工工具の下側の方向転換点に位置しているボアの部分が、ホーニング加工工具の上側の方向転換点に位置しているボアの部分よりも頻繁にホーニング砥石によって加工されることを意味する。したがって下側の方向転換点ＵＰでは、上側の方向転換点の領域におけるよりも直径の増加が大きい。その結果として、当初は円筒状だったボアが、下側の方向転換点に向かって次第に大きく拡張していく。縮小していくストロークによるボアのホーニング加工は、本発明によると、上側の方向転換点ＯＰが所定のＯＰ２（ＯＰ＝ＯＰ２）に達するとただちに終了する。このようにして、当初は円筒状であったボアを、若干円錐状のボアへと変えることができることが示されており、このときボアの円錐状の部分の領域はボアの長さの７５％超にわたって延びる。本発明による方法は非常に簡素に、かつ高いプロセス確実性で構成されており、外套線が円錐台に大筋で近似しているボアを製作することが可能である。

さらに、ホーニング加工工具が下側の方向転換点ＵＰの近傍にあるときにだけ、ホーニング加工工具の送りが行われると好ましいことが判明している。下側の方向転換点は、本発明の方法の実施後に最大の直径を有するボアの領域である。ホーニング加工工具の送りは、たとえばホーニング加工工具が所定の最終値ＯＰ２と下側の方向転換点ＵＰとの間にあるときにだけ行うことができる。ＯＰ２は、たえず縮小していくどのストロークのときでも到達される、ストローク経路の範囲内の点である。ＯＰ２からＵＰまでの経路の範囲内で、ホーニング加工工具がインクリメンタルに送られる。このように、ＯＰ２は最小のストロークの上側の方向転換点を規定し、それに伴って、加工サイクルの最後のストロークも規定する。この間隔ＯＰ２−ＵＰは、すべてのストロークの、共通して通過される最小の経路インターバルである。それによりホーニング砥石は、どのストロークのときでもその長さに関わりなく均等に送られる。

縮小していくストロークにもかかわらず切削速度がほぼ等しく保たれるようにするために、ストロークの縮小につれてホーニングスピンドルの回転数を引き上げることができる。

本発明による方法のこの実施形態は、ホーニング加工プロセス全体を通じて送りがホーニング加工工具のストロークに左右されず、したがって、制御工学的に良好に管理できるという利点がある。切削速度が同じままに保たれるので、表面の性質も、ホーニング加工されるボアの長さ全体を通じて同じままに保たれる。

このプロセスステップを、本発明との関連では「縮小していくストロークでのテーパ状のホーニング加工」と呼ぶ。

さらに上述した方式の送りは、完成したテーパ状のボアの改良されたジオメトリにつながる。下側の方向転換点ＵＰの領域でのボアの「表面へこみ」をほぼ防止することができるからである。それにより、２つの円筒状の区域と、短い円錐台形の中間領域とを有するボアの「ボトル形状」を回避することができる。

加工されるボアの円錐性をボアのほぼ長さ全体にわたって実現するために、最大のストロークＨ_ｍａｘ（＝ＯＰ１−ＵＰ）が最小のストロークＨ_ｍｉｎ（＝ＯＰ２−ＵＰ）の２倍超の大きさであると好ましい。最大のストロークが最小のストロークの３倍、さらには４倍の大きさであることも可能である。この比率が高くなるほど、ボアの円錐台形の部分が長くなる。それにより、円錐台形の部分がボアの長さ全体にわたって延びることも可能である。

プロセスステップ「テーパ状のホーニング加工」の１つの代替案は、「ダイナミックな送りによる精密中ぐり加工」である。このとき精密中ぐり加工工具の切れ刃は、加工されるべきボアの中での位置に依存して送られる。たとえばボアの開いた端部のところでは送りが最小になり、精密中ぐり加工工具がボアの反対側の端部の方向へさらに進むにつれて増加していく。

プロセスステップ「ダイナミックな送りによる精密中ぐり加工」は、これに前置されるプロセスステップ「円筒状のホーニング加工」及び「円筒状の精密中ぐり加工」に取って代わることができる。

円筒状のボアの円錐化を補助するために、又は完結させるために、ホーニング砥石がボアに対して押圧される送り力が、ボアの中でのホーニング加工工具の位置に依存して制御されることがさらに意図されていてよい。このケースでは、送り力は下側の方向転換点ＵＰの方向で増加していき、上側の方向転換点の方向で減少していく。このプロセスステップを、本発明との関連では「ダイナミックな送りによるテーパ状のホーニング加工」と呼ぶ。

冒頭に掲げた課題は、ホーニング加工に関連するパラメータが、特にボアの素材硬度や剛性（たとえば壁厚の変化によって引き起こされる）が、ボアの長さ全体にわたって同じである、円筒状のボアを円錐化する方法によっても解決され、次の各工程を含んでいる。

加工されるべきボアにホーニング加工工具のホーニング砥石が当て付けられ、ボアがその長さ全体にわたってボアに対するホーニング砥石の一定の圧着力でホーニング加工される（「円筒状のホーニング加工」）。

次いでボアのホーニング加工が行われ、ホーニング砥石がボアに対して押圧される送り力が、ボアの中でのホーニング加工工具の位置に依存して制御される（「ダイナミックな送りによるテーパ状のホーニング加工」）。すなわち、プロセスステップ「ダイナミックな送りによるテーパ状のホーニング加工」は、「縮小していくストロークによるテーパ状のホーニング加工」の後に適用できるだけでなく、これに取って代わることもできる。

この方法によっても、当初は円筒状であったボアの良好な円錐化が実現される。ボアのテーパ状の部分が長くなるほど、所望の円錐化を容易かつ正確に実現することができる。したがって送り力は、通常、ボアのほぼ長さ全体にわたって変化する（たとえば７５％超）。

方向転換点からのホーニング加工工具の間隔が増すにつれて送り力が上昇していくと、好ましいことが判明している。

方向転換点からのホーニング加工工具の間隔が増すにつれて送り力が線形に、累進的に、又は累減的に上昇していくことが可能である。それにより、所望の円錐台形のボアの形状からの逸脱につながる現象を補正することが可能である。あるいは、幾何学的に理想的な円錐台形状からの逸脱を的確に行うことも可能である。たとえばボアは、下側の方向転換点の領域で直径に関して特別に大きくなっていてよく、それにより、本発明の方法に基づいて製作されるボアは−大きく誇張して言うと−トロンボーンのベルのように構成される。ボアの長さにわたって局所的に変化するボア壁部の剛性も、局所的に変化する送りによって補正することができる。

ボアの円錐化を補助するために、この方法では、縮小していくストロークにより部分的にホーニング加工をすることが可能であり、ホーニング加工工具の下側の方向転換点ＵＰは実質的に変わらずに保たれる。本発明による方法のこの態様においても、上側の方向転換点が所定の最終値に達するとただちに、ホーニングプロセスが終了することが意図される。

所望のクロスハッチをできる限り少ない方向転換点で実現するために、テーパ状のホーニング加工の最後にホーニングスピンドルのストロークをホーニング砥石が１回のストロークでボアの長さ全体を加工する程度まで再び拡大するのが特に好ましいことが保証される。このことは、表面の機能性にとって多大な意義があり得る。

当初は円筒状であったボアから大部分が円錐台形のボアを製作するための本発明の方法は、円筒状のボアを大量生産で成形加工するための１つのプロセスチェーンに統合することができ、このプロセスチェーンはボアの予備ホーニング加工を含んでいる。その際には、第１のホーニング加工工具又はホーニング加工工具の第１のホーニング砥石を利用することができる。ボアの予備ホーニング加工は、まだ円筒状であるボアの、又はまだ円筒状のままであるボアの区域の、所望の直径を製作して、非常に良好なボアの幾何学的精度を実現するという役割がある。

次いで、当初は円筒状であったボアが、請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の方法に基づいて部分的に円錐化される。

次のステップで、円錐化されたボアが仕上ホーニング加工され、それにより、円錐化されたボアの所望の表面品質と表面性質が実現される。このことは、相応に切削を分割して多段階式に行うこともできる。

任意選択で行われる最後の加工工程で、ボアが平滑化される。

下に掲げる表には、本発明に基づくもっとも重要なプロセスチェーンが各欄にまとめられている。表に記載されているすべてのプロセスチェーンは、統一的な粗さプロフィルを有する非円筒状の回転対称のボアをもたらす。

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、その説明、及び特許請求の範囲から読み取ることができる。その際には、いくつかのプロセスチェーンについてのみ段階を踏んで図示し、説明する。１つのプロセスチェーンの個々のプロセスステップに関して述べたことは、別のプロセスチェーンとの関連においても該当する。

本発明の方法を用いて円錐化された、当初は円筒状であったボアを示す模式図である。 本発明の方法を用いて円錐化された、当初は円筒状であったボアを示す模式図である。 本発明によるプロセスチェーンの第１の工程としての円筒状の予備ホーニング加工である。 本発明によるホーニング加工プロセスの第１の態様である。 本発明によるホーニング加工プロセスの第２の態様である。 第１の実施形態における仕上ホーニング加工である。 ばね付勢されるホーニング砥石による平滑化ホーニング加工の第４のプロセスステップである。 本発明によるテーパホーニング加工の第１の態様を示す図である。 本発明によるテーパホーニング加工の第２の態様を示す図である。 平滑化（第４のプロセスステップ）のさまざまな選択肢である。 ダイナミックな送りによる第３及び第４のプロセスステップを示す図である。 予備ホーニング加工及びテーパ状のホーニング加工のプロセスステップのために複式送りが行われるホーニング加工工具のコンビネーション工具である。 仕上ホーニング加工及び平滑化ホーニング加工のための複式送り可能なホーニング加工工具を示す図である。

図１ａには、直径Ｄｏとボア長さＬとを有するシリンダボアが模式的に示されている。

直径Ｄ_０は、ボアがまだ円筒状のときの、予備ホーニング加工の後のボアの直径を表す。すなわちこのボアは、全体の長さＬにわたって直径Ｄ_０を有している。

本発明による方法の目的は、主としてテーパ状であるボアを製作することにある。図示した図１の例では、本発明に基づくテーパ状のホーニング加工が実行された後、ボアは全体の長さＬにわたってテーパ状になる。一例としてこれに関連する直径Ｄ_０が、ボアの上端よりも下方の第１の測定平面と、ボアの下側端部のすぐ近傍に配置される第２の測定平面とにおいて（＋０．０１０〜＋０．０８０ｍｍ）、図１に記入されている。テーパ状にホーニング加工されたボアの外套線が、図１に符号１で表されている。原則として、同じ符号は同じ構成部品又はプロセスについて使用され、そのつど相違点だけを説明することがどの図面にも当てはまる。原則として、それ以外の点では他の実施例に関して述べることが相応に当てはまる。

図１ｂには、同じく機能にとって重要であり好ましいが、提案される方法により相応のパラメータ化に基づいてテーパ状のボアとは相違するように製作可能であるボア形状が示されている。

図２には、本発明に基づくテーパ状のホーニング加工のためのボアの準備が模式的に示されている。このような加工プロセスを再現可能に、迅速に、かつ低コストに実行できるようにするために、加工されるべきボアが準備されなければならない。本来のプロセスチェーンに前置される加工工程３で、ボアが工作物に穿設される。このことは、たとえば精密中ぐり加工、粗ホーニング加工、又は予備ホーニング加工によって行うことができる。このプロセスステップは、図２では符号３でまとめて図示されている。所望の円筒状のボアがブロック３に線４で示されている。ボアが設けられる加工材料が破線６で示されている。

ブロック５には、本発明によるプロセスチェーンの第１のプロセスステップ（「円筒状のホーニング加工」）が模式的に示されている。これは従来式のホーニング加工プロセスであり、これによって、たとえば精密中ぐり加工により事前に製作された円筒状のボアが、ジオメトリ、直径、及び表面に関してさらに改良される。予備ホーニング加工は従来式のホーニング加工工具で実行することができ、そのホーニング砥石はたとえばダイヤモンドを研削材料として装備している。「円筒状のホーニング加工」でのストロークは一定である。このような事実関係がブロック５の中央部分に、ストローク長Ｈをホーニング加工時間ｔ_ｈｏｎに対して示すグラフによって示されている。円筒状のホーニング加工は、インプロセス測定によって目標値への到達が検知されるとただちに終了する。

このように第１のプロセスステップの終了後には、ジオメトリが非常に正確に円筒に呼応するボアが作成されている。さらに、大量生産ですべてのシリンダボアが非常に類似する表面構造を有する。この両者が相まって、「テーパ状のホーニング加工」の後続するプロセスステップも、小さい生産のばらつきと再現可能な結果とをもって効率的に、かつ高いプロセス確実性で実行することを可能にする。その１つの代替案は、プロセスステップ「円筒状の精密中ぐり加工」である。

原則として、本発明に基づく２つの相違する方式でボアを円錐化することが可能である。図３では、第２のプロセスステップ「テーパ状のホーニング加工」の第１の態様がブロック７に示されている。ブロック７の左側部分には、破線で示す円筒状のボア９から所望のテーパ状のボア１１への移行が大きく誇張して模式的に示されている。ブロック７の中央には、第２のプロセスステップ「テーパ状のホーニング加工」の時間的な経過が模式的に示されている。ここではホーニング加工工具のストローク長Ｈが、時間ｔに対して示されている。このときホーニング加工工具の各々のストロークは２つの方向転換点、すなわち下側の方向転換点ＵＰと上側の方向転換点ＯＰとを有する。第２のプロセスステップで通過される最大のストローク長Ｈ_ｍａｘは、ブロック７では上側の方向転換点ＯＰ１と下側の方向転換点ＵＰとによって規定される。第２のプロセスステップは、一定のストローク長を有する１回又は少数回のストロークをもって開始され、このときストローク長はＯＰ１−ＵＰである。この時点ではまだ円筒状である加工されるべきボアにホーニング砥石が当て付けられる時点ｔ_１で、ストローク長Ｈが縮小される。このとき本発明による方法の１つの特徴は、方向転換点が、好ましくは下側の方向転換点ＵＰが、変わらずに保たれ、上側の方向転換点ＯＰは、所定の限界値ＯＰ２に達するまで段階的に縮小されることにある。その後、プロセスステップ２が終了する。

下側の方向転換点ＵＰを同じままに保ちながら、ストローク長Ｋをインクリメンタルに縮小することによるホーニング加工工具のストロークＨの制御は、ボアが所望の円錐台形の外套面を与えられることにつながる。本発明による方法は非常に正確であり、非常にわずかな時間しか必要としない。上側の方向転換点についての所定の限界値ＯＰ２への到達をもって、ホーニング操作が終了するからである。

このことは、ドイツ特許出願公開第１０２０１３２０４７１４Ａ１号明細書から公知の方法に対する重要な利点である。同文献では、ストローク長を縮小させながらストロークが同じままに保たれることを特徴とする、従来式の加工段階がさらに後続する。驚くべきことに、最終的に２つの工程しか含まない本発明の方法により、短時間で非常に良好な品質で、良好に円錐化されたボア又はテーパ状のボアを製作できることが判明している。

下側の方向転換点及び上側の方向転換点ＯＰ１及びＯＰ２の適当な位置によって、ボアを部分領域でのみ拡張させ、それによってボアのボトル形状を製作することも可能である。

図３に示す第２のプロセスステップは時間制御式に行われるか、又は、ホーニング加工工具の実行されたストロークの回数に依存して行われ、又は、ストローク位置最終値ＯＰ２への到達によって行われる。図４には、第２のプロセスステップ「テーパ状のホーニング加工」の第２の態様が示されている。

第２のプロセスステップのこの態様では、ホーニング砥石１３の送りが、加工されるべきボアの中でのホーニング加工工具の位置に依存して行われる。このことは、ボアの上側端部のところでは、すなわち上側の方向転換点ＯＰ１の近傍では、ホーニング砥石が下側の方向転換点ＵＰにおけるよりも短い距離で送られることを意味する。この関係は、ホーニング加工工具の位置に依存して送りＺが示されているグラフにおいて、線１５の形態で示されている。この線形の関係は当然ながら一例にすぎない。上側の方向転換点と下側の方向転換点の間での、送りＺとホーニング加工工具の位置との間の累進的又は累減的な関係を設定して、ホーニング加工工具の送りを相応に制御することも可能である。

送りの特性曲線が加工中に変化することも可能である。それにより、ホーニング砥石１３の負荷を均等化して過負荷を回避することが可能である。

第２のプロセスステップは、時間制御式又はストローク制御式に処理される。

この方法においても、テーパ状のボアを作成することだけが可能なのではない。むしろ、ボアのボトル形状を作成し、必要に応じて、ボアの上側端部及び／又はボアの下側端部のところで円筒状のボアの予備拡張を行うことも可能である。

この態様は、成形ホーニング加工に適していて、ホーニング砥石の位置依存的な送りを可能にするホーニング加工工具を前提とする。該当するホーニング加工工具はたとえば出願人のＤＥ１０２００７０３８１２３から公知である。あるいは、ボトルネック状の目標外套線に合致するように、ホーニング加工工具のストローク位置に依存して送りＺを等間隔に変化させることは、ボトルネックボアの製作を可能にする。

あるいは、プロセスステップ「縮小していくストロークによるテーパ状のホーニング加工」と「ダイナミックな送りによるテーパ状のホーニング加工」とを順次実行することも可能である。それにより、変化していく上側の方向転換点ＯＰの領域で、縮小していくストロークによって作成される反転曲線が、これに続くダイナミックな送りによるホーニング加工によって剥離される。そうすれば、ホーニング角と粗さに関して統一的な構造をもつホーニング加工像が生じる。このようにトポグラフィ的に均一化されて形状を改良された穿孔面は、後続するプロセスステップ「ばね力による平滑化」を容易にするとともに迅速化する。

すなわち重要なのは、第２のプロセスステップの２つの態様が上述した順序で組み合わされることにある。この組み合わせは異なる加工ステーションで行うことができる。異なるホーニング砥石を装備する複式送りの工具によって、又は、１つのホーニング砥石仕様を有する単式送りの工具によって、１つのスピンドルで両方のオペレーションを順次実行することも同様に可能である。

しかしいずれのケースでも、まず、変化するストロークで加工が行われ、次いで、変化する送りで加工が行われることが保証されていなければならない。すなわち、円筒状でない回転対称のボアを成形ホーニング加工するために最大で４つの工程がある。

円筒状のボアのホーニング加工
変化するストローク長によるテーパ状のホーニング加工
変化する送りによるテーパ状のホーニング加工
ばね支承されたホーニング砥石による平滑化ホーニング加工

図５では、第３のプロセスステップ「仕上ホーニング加工」が、所望により第４のプロセスステップ「平滑化ホーニング加工」との組み合わせで、同じく模式的な図面としてブロック１５に示されている。先行するプロセスステップでテーパ状にホーニング加工されたボアに、符号１７が付されている。第３のプロセスステップ「仕上ホーニング加工」の目的は、テーパ状のジオメトリ又はボア１７のジオメトリを維持しながら、その表面を適用ケースの要求事項に即してさらに加工することにある。このことは、図５に示すとおり、ダイナミックな送りによるホーニング加工によって、第２のプロセスステップの第２の態様（図４参照）に類似して行うことができる。このケースでは、別の切削材料がホーニング砥石１９で適用される。たとえば切削材料として、シリコンカーバイドへの変更を行うことができる。それ以外の点では、仕上ホーニング加工は図５に示す第１の態様に準じて、同じくボアの中でのホーニング加工工具の位置に依存したホーニング砥石１９の送りを可能にするホーニング加工工具を用いて行われる。この第３のプロセスステップは、同じく時間制御式又はストローク制御式に行われ、又はテーパ状の成形と表面平滑化のいずれのオペレーションでも適用することができる空気圧式のインプロセス測定によって行われる。

第３のプロセスステップにすぐ引き続いて、第４のプロセスステップ「平滑化ホーニング加工」を後続させることも可能である。

このケースでは、仕上ホーニング加工のために利用されたホーニング砥石１９がボアとの係合を外され、テーパ状のボアの表面を平滑化する別のセットのホーニング砥石（図５には図示せず）が、テーパ状にホーニング加工されたボア１７と係合させられる。この第４の加工工程／プロセスステップも、時間制御式又はストローク制御式に行われる。

図６には、第４のプロセスステップ「平滑化ホーニング加工」の別案の実施形態が示されている。ここではホーニング砥石２３が、ホーニング加工が完了した加工されるべきボア１８に対してばね作用により押圧される。このことはブロック２１の中央部分で、圧着力ＦをストロークＨに対して示すグラフによって図解されている。平滑化ホーニングによって、ホーニング加工が完了したボア１８のジオメトリはもはや変更されない。この第４のプロセスステップも、時間制御式又はストローク制御式に行うことができる。

図７には、図３との関連ですでに簡単に言及した、第２のプロセスステップの第１の態様が再度明示されて図解されている。図７は、Ｘ軸に秒を単位とするホーニング加工時間、又はホーニング加工工具のダブルストロークの回数のいずれかがプロットされたグラフを示す。換言すると図７は、時間制御式にもストローク制御式にも作動させることができる、本発明によるプロセスステップ「テーパ状のホーニング加工」の態様を図解する。

このホーニング加工工具は一般に知られているとおりストローク運動を行い、下側の方向転換点ＵＰと上側の方向転換点ＯＰの間で往復運動をする。

第２のプロセスステップで、まず、まだ円筒状であるボアにホーニング砥石が当接するまで、ホーニング加工工具の数回のストロークが最大のストローク長ＯＰ１−ＵＰで行われる。これらのストロークは図７には示していない。時点ｔ＝ｔ１のとき、ボアはまだ円筒状である。

ボアの所望のテーパ状の形状は、本発明に基づき、最大ストロークＨｍａｘ＝ＯＰ１−ＵＰを起点として最小ストロークＨｍｉｎ＝ＯＰ２−ＵＰに至るまで、ストローク長Ｈがストロークごとに縮小されることによって実現される。このとき下側の方向転換点ＵＰの位置は変わらずに保たれる。換言するとボアの下側部分は、ボアの上側部分よりも頻繁に、図示しないホーニング加工工具のホーニング砥石によって加工される。それにより、所望のボアのテーパ状の形状がもたらされる。

ストローク長が限界値ＯＰ２に達すると、又はこれを下回ると、ただちに本発明に基づいて第２のプロセスステップが終了し、テーパ状のボアが製作される。

テーパ状のボアに代えて、いわゆるボトル形状をホーニング加工しようとするとき、すなわち、ボアが比較的狭い上側の円筒状の区域と、これに続くテーパ状の部分と、さらにこれに続く別の円筒状の区域とを有するとき、このことは本発明の方法により、下側の方向転換点ＵＰを適当に選択することによって同じく非常に低コストに、かつ高いプロセス確実性で実現することができる。このケースでは、下側の方向転換点ＵＰが上側の方向転換点ＯＰの方向へさらに若干変位することになる。

本発明による第２のプロセスステップの特別に好ましい実施形態では、ホーニング砥石の送りが常に、かつ排他的に、ホーニング加工工具が限界値ＯＰ２と下側の方向転換点ＵＰ又はＵＰ２との間にある時間中に行われる。このことは図７では別のグラフによって図示されている。このことは、ホーニング加工工具がＯＰ１とＯＰ２との間にあるときには常に、送りが行われないことを意味する。工具がＯＰ２とＵＰとの間の領域にあるときにのみ、送りが行われる。

このことは複数のポジティブな効果を有する。一方では、拡張されるべきボアの下側端部のところで常に短時間のうちに圧着力が上昇し、その結果として、そこでいっそう多い材料剥離が起こるので、所望のボアのテーパ状の形状が非常に良好な近似で実現される。さらに、一定のストローク速度が前提とされ、ホーニング加工工具が下側の方向転換点へと向かう経路で限界値ＯＰ２に達するとただちに送りを開始できるから、このような方式は制御工学的に特別に容易に管理することができる。下側の方向転換点から上側の方向転換点の方向への帰路では、同じ個所で送り運動が中断される。

図８には、第２のプロセスステップの第２の実施形態が再度詳しく説明されている。ここでは図４に示すホーニング砥石１３を支持する支持片３３が、送りロッド２９と送りテーパ３１とを介して、電気機械式の送り部２７によってストロークに依存してどのように送られるかを見ることができる。ここでグラフには、一方ではホーニング砥石の押圧がブロック３４の形態で図示されている。送りは直線３５としてこのグラフにプロットされている。

電気機械式の送り部２７、及びホーニング砥石１３の送り運動へのその変換は、たとえばドイツ特許出願公開第１０３５８１５０Ａ１号明細書に記載されている。

図９には、第３及び第４のプロセスステップ（仕上ホーニング加工と平滑化ホーニング加工）又はその具体化が図示されている。

図９の左側部分には、特に仕上ホーニング加工又は平滑化ホーニング加工のためにホーニング砥石１９又は２３がテーパ状のボア１１に当接されることを示している。このことは、ばね（コイルばね、板ばね、その他）として構成されていてよい可撓の部材によって行われる。ホーニング加工工具は、図９の左側部分では２つの異なる位置で、すなわち一方では下側の方向転換点ＵＰの近傍で、もう一方では上側の方向転換点ＯＰの近傍においてそれぞれ示されている。

そして図９の中央には、仕上ホーニング加工及び／又は平滑化ホーニング加工をする工具の第１の具体化可能性が示されている。ここでは送り運動の具体化は図８とまったく同様である。唯一の相違点は、支持片３３が、振り子式に支承されてばね２５によりボア１１の壁部に対して押圧されるホーニング砥石２３を支持していることにある。このホーニング砥石２３の回転中心は、図９に符号３５で表されている。ここで留意すべきは、回転中心を形成するピンが長孔３７の中で案内されており、それにより、ホーニング砥石２３がボアの壁部１１の輪郭に最善に当接できることである。

図９の右側部分には、仕上ホーニング加工及び平滑化をするのに好適な工具の別の実施例が示されている。この工具はドイツ特許出願公開第１０２０１４０００４７６Ａ１号明細書から公知であり、これをもって同文献を引用する。

図１０には、図２に示すダイナミックな送りの具体化（第２のプロセスステップの第２の態様）と、ホーニング加工工具でのその具体化とが再度示されている。破線で示すブロック３９は、ホーニング加工工具４１のストローク位置に依存する、さまざまな位置でのホーニング砥石１３を表す。ホーニング加工工具のストロークは、図１０では二重矢印で示唆されている。

図１１には、２つのグループのホーニング砥石を備えるホーニング加工工具が模式的に示されている。このホーニング加工工具によって、第１のプロセスステップ（円筒状のホーニング加工）と第２のプロセスステップ（テーパ状のホーニング加工）を実行することができる。第１のプロセスステップを実行するために、長いホーニング砥石４３が加工されるべきボア（図示せず）と係合させられる。送りは、支持バー４５の対応する傾斜面とそれ自体公知の仕方で協同作用する２つの送りテーパ（図示せず）を通じて行われる。

ホーニング砥石１３は、予備ホーニング加工されたボアをテーパ状にホーニング加工する役目を果たす。このホーニング砥石１３は、予備ホーニング加工をするためのホーニング砥石４３と比べて比較的短い。このホーニング砥石１３も、支持バー４７と、ホーニング加工工具の第２の送り装置（図示せず）とを通じて送られる。

図１２には、複式送り可能なホーニング加工工具の実施例が示されている。この工具によって、プロセスステップ３（仕上ホーニング加工）及び４（平滑化ホーニング加工）を実行することができる。ホーニング加工工具それ自体は従来技術から周知である。

この工具はさまざまなホーニング砥石を有する。比較的短いホーニング砥石４５は仕上ホーニング加工のために利用される。比較的長いホーニング砥石４７は平滑化ホーニング加工のために利用される。

Claims (7)

1. ホーニング加工工具によって円筒状のボアを円錐化する方法において、前記ホーニング加工工具はホーニング砥石（１３）を含んでおり、その長さ（Ｌ_Ｈ１）は加工されるべきボアの長さ（Ｌ_Ｂ）の１／３よりも短く、次の各工程、
   前記ホーニング加工工具の前記ホーニング砥石（１３）をボアに当接すること、
   ボアをその全体の長さ（Ｌ_Ｂ）にわたって最大のストローク（Ｈ_Ｍａｘ＝ＯＰ１−ＵＰ）でホーニング加工すること、及び
   上側の方向転換点（ＯＰ）が所定の最終値（ＯＰ２）に達するか、または縮小していくストローク（Ｈ）のストローク回数が所定値に達するまで、前記ホーニング加工工具の下側の方向転換点（ＵＰ）を変化させずに保持しつつ、縮小していくストローク（Ｈ）でボアをホーニング加工すること、を含み、
   前記最大のストローク（Ｈ _Ｍａｘ ＝ＯＰ１−ＵＰ）は、最小のストローク（Ｈ _Ｍｉｎ ＝ＯＰ２−ＵＰ）の長さの３倍よりも長い
   方法。
2. 前記ホーニング加工工具が下側の方向転換点（ＵＰ）の近傍にあるときにのみ、前記ホーニング加工工具のボアに向かう方向の送りが行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記ホーニング加工工具が所定の最終値（ＯＰ２）と下側の方向転換点（ＵＰ）との間にあるときにのみ、前記ホーニング加工工具のボアに向かう方向の送りが行われることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 縮小していくストロークとともにホーニングスピンドルの回転数が引き上げられることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
5. ホーニング砥石（１３）がボアに対して押圧される送り力がボアの中でのホーニング加工工具の位置に依存して制御されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 縮小していくストローク（Ｈ）でボアをホーニング加工した後、円錐化されたボアにばね部材を介して当接されるホーニング砥石（１３）でホーニングするステップを備える請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 少なくとも２つのホーニング加工工具によって円筒状のボアを成形加工するためのプロセスチェーンにおいて、次の各工程、
   ボアを予備ホーニング加工すること、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法に基づいてボアを円錐化すること、
   ボアを仕上ホーニング加工すること、及び
   ボアを平滑化すること、を含む方法。