JP2008119767A

JP2008119767A - 機械加工方法と機械加工システム

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Publication number: JP2008119767A
Application number: JP2006303703A
Authority: JP
Inventors: Yuya Ogawa; 祐哉小川; Satoshi Iwaasa; 聡岩浅
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-11-09
Filing date: 2006-11-09
Publication date: 2008-05-29

Abstract

【課題】製品に対して過大な粗材を用意するという無駄をなくし、製品に対して適切な寸法の粗材を利用することを可能とする。
【解決手段】機械加工方法は、基準面と第１被加工面と第２被加工面が形成されている粗材を用意する工程と、粗材に形成されている基準面と第２被加工面との相対位置を測定する測定工程と、粗材を基準面で支持するとともに加工工具を第１の工具軌跡に沿って移動させて粗材の第１被加工面に機械加工を行う第１加工工程と、粗材を第１加工工程による加工面で支持するとともに加工工具を第２の工具軌跡に沿って移動させて粗材の第２被加工面に機械加工を行う第２加工工程を備えている。そして、前記第１加工工程では、測定工程で測定した基準面と第２被加工面との相対位置に基づいて、粗材の基準面を支持する支持位置および／又は前記第１の工具軌跡を修正することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、機械加工技術に関する。特に、製品の粗形状を有する粗材に機械加工を行って製品の形状に加工する技術に関する。

鋳造や鍛造等によって製品の粗形状を有する粗材を用意し、用意した粗材に機械加工を行って製品の形状に加工する技術が知られている。この種の技術は、比較的に大型で複雑な形状を有するとともに、部分的に厳しい寸法精度が要求される部品の成形に適している。例えば特許文献１には、この種の技術を採用したタービンブレードの生産ラインが記載されている。
粗材を機械加工によって製品の形状に加工する場合、粗材の複数箇所（例えば表面と裏面）に機械加工を行うことが多い。この場合、第１の機械加工では、粗材に形成されている基準面で粗材を支持（位置決め）し、第１被加工面（例えば表面）に機械加工を実施する。続いて第２の機械加工では、第１の機械加工で形成した加工面で粗材を支持（位置決め）し、第２被加工面（例えば裏面）に機械加工を実施する。このように、粗材の複数箇所に機械加工を行う場合、後の機械加工では、先の機械加工で形成した加工面を、粗材を位置決めするための基準面に用いる。それにより、例えば用意した粗材に寸法誤差が生じている場合でも、各々の機械加工で形成した加工面の相対位置は変化することがない。先の機械加工で形成した加工面を基準に用いて後の機械加工を進めることにより、粗材を製品の形状に精度よく加工することができる。

特開２００４−１７１４８４号公報

粗材に第１の機械加工を行う際は、粗材に予め形成されている基準面で粗材を支持する必要がある。粗材は鋳造や鍛造等によって成形されることから、設計寸法に対して寸法誤差が生じやすい。従って、用意された粗材では、基準面が必ずしも本来の位置に形成されていない。基準面の形成位置が変動すれば、第１の機械加工による加工面の形成位置も変動する。第１の機械加工による加工面の形成位置が変動すれば、第２の機械加工による加工面の形成位置も変動する。粗材の基準面は、第１の機械加工を受ける第１被加工面側に偏って形成されることもあれば、第２の機械加工を受ける第２被加工面側に偏って形成されることもある。そのことから、粗材の設計では、基準面が第１被加工面側に偏って形成されることを想定して、第１被加工面に加工代（余肉）を設ける必要がある。また、基準面が第２被加工面側に偏って形成されることを想定して、第２被加工面にも加工代（余肉）を設ける必要がある。その結果、製品寸法に対して過大な寸法の粗材が必要となってしまう。
本発明は、上記の問題を解決する。本発明は、製品に対して適切な寸法の粗材を利用することが可能となる技術を提供する。

本発明は、製品の粗形状を有する粗材に機械加工を行って製品の形状に加工する機械加工方法に具現化することができる。この機械加工方法は、少なくとも基準面と第１被加工面と第２被加工面が形成されている粗材を用意する工程と、用意した粗材に形成されている基準面と第２被加工面との相対位置を測定する測定工程と、粗材を基準面で支持するとともに加工工具を第１の工具軌跡に沿って移動させることによって、粗材の第１被加工面に機械加工を行う第１加工工程と、第１加工工程で加工された加工面で粗材を支持するとともに加工工具を第２の工具軌跡に沿って移動させることによって、粗材の第２被加工面に機械加工を行う第２加工工程を備えている。そして、前記第１加工工程では、前記測定工程で測定した基準面と第２被加工面との相対位置に基づいて、粗材の基準面を支持する支持位置および／又は前記第１の工具軌跡を修正することを特徴とする。

この機械加工方法では、粗材に形成されている基準面で粗材を支持（位置決め）し、第１の被加工面に機械加工を実施する。次いで、その機械加工によって形成した加工面で粗材を支持（位置決め）し、第２の被加工面に機械加工を実施する。この点では従来の技術と共通しており、第１加工工程による加工面と第２加工工程による加工面の相対的な位置関係が保証される。
さらに、この機械加工方法では、第１加工工程に先だって、粗材に予め形成されている基準面と第２被加工面との相対位置を測定する。そして、第１加工工程では、測定した基準面と第２被加工面との相対位置に基づいて、粗材の基準面を支持する支持位置および／又は工具の移動軌跡を修正する。それにより、第１加工工程では、粗材に形成されている基準面で粗材を支持しながらも、第２加工工程で機械加工を受ける第２の被加工面を基準にして、第１の被加工面に機械加工を行うことができる。粗材に形成されている基準面の位置が変動しても、第１加工工程で形成する加工面の位置を、第２加工工程で機械加工を受ける第２の被加工面から所定の範囲に維持することができる。第１加工工程を実施する段階で、第２の加工工程における加工代を過不足なく確保することが可能となる。
この機械加工方法によれば、製品に対して過大な粗材を用意する必要がなくなり、製品に対して適切な寸法の粗材を利用することが可能となる。

上記した機械加工方法において、前記第１加工工程では、前記測定工程で測定した相対位置に基づいて、粗材の基準面を支持する支持位置を調整することが好ましい。
工具の軌跡を修正することに比して、粗材の基準面を支持する支持位置の修正は容易であり、上記した機械加工方法を簡便に実施することができる。

上記した機械加工方法では、前記測定工程で測定した基準面と第２被加工面との相対位置の設計値に対する寸法誤差を計算する誤差計算工程をさらに実施することが好ましい。この場合、前記第１加工工程では、誤差計算工程で計算した寸法誤差だけ、粗材の基準面を支持する支持位置を移動させることが好ましい。
この機械加工方法では、粗材に形成されている基準面の位置が変動しても、第１加工工程で形成する加工面の位置を、第２加工工程で機械加工を受ける第２の被加工面から常に一定の位置に維持ことができる。それにより、用意する粗材の設計寸法をより小さくすることが可能となる。

本発明はまた、製品の粗形状を有する粗材に機械加工を行って製品の形状に加工する機械加工システムに具現化することができる。この機械加工システムは、粗材に形成されている基準面と第２被加工面との相対位置を測定する測定手段と、粗材を基準面で支持するとともに加工工具を第１の工具軌跡に沿って移動させることによって、粗材の第１被加工面に機械加工を行う第１機械加工手段と、第１機械加工手段によって加工された加工面で粗材を支持するとともに加工工具を第２の工具軌跡に沿って移動させることによって、粗材の第２被加工面に機械加工を行う第２機械加工手段を備えている。そして、前記第１機械加工手段は、前記測定手段で測定された基準面と第２被加工面との相対位置に基づいて、粗材の基準面を支持する支持位置および／又は前記第１の工具軌跡を修正する手段を備えていることを特徴とする。
この機械加工装置によっても、製品に対して過大な粗材を用意するという無駄をなくし、製品に対して適切な寸法の粗材を利用することが可能となる。

本発明によって、製品に対して適切な寸法の粗材を利用することが可能となり、製品の製造コストを低減することが可能となる。

最初に、以下に説明する実施例の主要な特徴を列記する。
（特徴１）機械加工システムは、粗材の三次元形状を測定する形状測定器を備えている。
（特徴２）機械加工システムは、粗材に切削加工を行う加工装置を備えている。加工装置は、記憶している工具軌跡データに基づいて工具軸を移動させる。加工装置は、粗材の第１被加工面に機械加工を行うための第１工具経路データと、粗材の第２被加工面に機械加工を行うための第２工具経路データを記憶している。
（特徴３）機械加工システムは、３つの可動支持具を備えている。可動支持具は、粗材を支持する可動子と、可動子を進退可能させるアクチュエータを備えている。

本発明を実施した実施例について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施例の機械加工システム１０を示している。本実施例の機械加工システム１０は、自動車用エンジンのシリンダヘッドを製造する製造システムの一部を構成している。この機械加工システム１０は、シリンダヘッドの粗形状を有する粗材１００に機械加工を施すことによって、所定の製品形状を有するシリンダヘッドを製造する。粗材１００は、図示しない鍛造装置や鋳造装置によって製造され、本実施例の機械加工システム１０に供給される。

最初に、図２、図３を参照して、製品であるシリンダヘッドの形状について説明する。図２は、シリンダヘッド２００の正面図を示している。図３は、図２中のIII方向矢視図を示している。図２、３に示すように、シリンダヘッド２００には、主に、上端面２１０と、下端面２２０と、３つのシリンダヘッドチャンバ２２４と、第１基準面２３０ａと、第２基準面２３０ｂと、第３基準面２３０ｃが形成されている。上端面２１０と下端面２２０は、それぞれが平坦面であるとともに、互いに平行に形成されている。以下、上端面２１０と下端面２２０との距離Ｈｔを、シリンダヘッド２００の設計高さＨｔということがある。３つのシリンダヘッドチャンバ２２４は、下端面２２０から球状に窪んで形成されている。３つの基準面２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃは、同一平面上に位置しており、上端面２１０と下端面２２０に平行に形成されている。各基準面２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃは、下端面２２０に対して上端面２１０側に寸法Ｄｔだけオフセットしている。各基準面２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃは粗材の製造時に形成され、機械加工時に粗材を支持するために用いられる。各基準面２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃには、位置決め用の孔２３２が形成されている。

次いで、図４を参照して、粗材１００の形状について説明する。図４は、粗材１００の正面図を示している。粗材１００の図４中における下側面の形状は、図３に示したシリンダヘッド２００のIII方向矢視図と略同一である。図４に示すように、粗材１００には、主に、上端面１１０と、下端面１２０と、３つのシリンダヘッドチャンバ１２４と、第１基準面１３０ａと、第２基準面１３０ｂと、第３基準面１３０ｃ（図示省略）が形成されている。上端面１１０と下端面１２０は、それぞれが略平坦面であるとともに、互いに略平行に形成されている。以下、上端面１１０と下端面１２０との距離Ｈｒを、粗材１００の設計高さＨｒということがある。３つのシリンダヘッドチャンバ１２４は、下端面１２０から球状に窪んで形成されている。３つの基準面１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃは、同一平面上に位置しているとともに、上端面２１０と下端面２２０に略平行に形成されている。各基準面１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃは、下端面１２０に対して上端面１１０側に寸法Ｄｒだけオフセットしている。粗材１００の上端面１１０と下端面１２０とシリンダヘッドチャンバ１２４は、後述する機械加工によって、それぞれシリンダヘッド２００の上端面２１０と下端面２２０とシリンダヘッドチャンバ２２４へ加工される。

粗材１００の各部の寸法は、機械加工における加工代（削り代）を考慮して定められている。例えば、粗材１００の設計高さＨｒは、シリンダヘッド２００の設計高さＨｔよりも大きく設定されている。また、粗材１００における基準面１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃの下端面１２０に対するオフセット寸法Ｄｒは、シリンダヘッド２００における基準面１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃのオフセット寸法Ｄｔよりも大きく設定されている。
なお、上記した粗材１００の形状や寸法等は設計値であり、鋳造や鍛造によって製造した粗材１００には寸法誤差（ばらつき）が生じる。例えば、実際に製造される粗材１００では、上端面１１０と下端面１２０とが必ずしも平行とはならず、上端面１１０と下端面１２０との距離が必ずしも設計高さＨｒに等しくならない。また、各基準面１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃの下端面１２０に対するオフセット寸法も互いに相違し、必ずしも設計値Ｄｒに等しくならない。厳密に言えば、粗材１００は個体毎に異なる寸法で製造される。後述するように、本実施例の機械加工システム１０は、実際の寸法が異なる個々の粗材１００に対して、個々の粗材１００の寸法を加味した機械加工を行うことができる。

図１を参照して、機械加工システム１０の構成について説明する。図１に示すように、機械加工システム１０は、主に、形状測定器２０と、加工装置４０と、計算装置７０を備えている。
形状測定器２０は、光学式の形状測定器であり、本実施例では粗材１００の三次元形状を測定する。形状測定器２０は、粗材１００の表面までの距離を測定する光学式のセンサヘッド２２と、センサヘッド２２を平面内で移動させるセンサ移動機構２４と、粗材１００を載置するための基台２６を備えている。形状測定器２０による粗材１００の形状測定結果は、計算装置７０に入力される。なお、形状測定器２０は、光学式の形状測定器に限られず、探触子を有する接触式の形状測定器等をはじめ、他の形態の形状測定器を用いることができる。

加工装置４０は、数値制御式の加工装置（いわゆるマシニングセンタ）であり、本実施例では粗材１００に機械加工を行う。加工装置４０は、工具４２ａを回転させる工具軸４２と、工具軸４２を三次元空間内で移動させる移動機構４４と、移動機構４４の動作を制御する工具制御部５０を備えている。工具制御部５０は、第１工具軌跡データ５２と第２工具軌跡データ５４を記憶している。第１工具軌跡データ５２は、粗材１００の上端面１１０を機械加工（切削）するための工具軌跡を記述している。第２工具軌跡データ５２は、粗材１００の下端面１２０やシリンダヘッドチャンバ１２４を機械加工（切削）するための工具軌跡を記述している。工具制御部５０は、記憶している工具軌跡データ５２、５４に従って、工具軸４２の軌跡を制御することができる。
加工装置４０は、粗材１００を載置するための基台４６と、基台４６上に設けられている３つの可動支持具４８ａ、４８ｂ、４８ｃと、可動支持具４８ａ、４８ｂ、４８ｃの動作を制御する支持具制御部５８を備えている。各可動支持具４８ａ、４８ｂ、４８ｃは、粗材１００を支持する可動子４９ａ、４９ｂ、４９ｃ（図７参照）と、可動子４９ａ、４９ｂ、４９ｃを進退させる直動型アクチュエータを備えている。支持具制御部５８は、各可動支持具４８ａ、４８ｂ、４８ｃの動作を制御することによって、粗材１００の支持位置（高さや向き）を調節することができる。

計算装置７０は、汎用のコンピュータ装置を用いて構成されており、ハードディスクドライブやＲＯＭやＲＡＭ等の記憶装置や、ＣＰＵ等の演算装置を備えている。また、計算装置７０には、出力装置であるディスプレイ８２や、入力装置８４が接続されている。計算装置７０は、機能的に、設計形状データ７２の記憶部と、測定形状データ７４の記憶部と、誤差計算部７６を備えている。設計形状データ７２は、粗材１００の設計形状を記述する形状データ（ＣＡＤデータ）である。設計形状データ７２は、計算装置７０に予め教示しておくことができる。測定形状データ７４は、形状測定器２０によって測定された粗材１００の形状を記述するデータである。測定形状データ７４は、形状測定器２０によって作成され、計算装置７０に入力される。誤差計算部７６は、設計形状データ７２と測定形状データ７４を入力し、用意された粗材１００の設計寸法に対する寸法誤差を計算することができる。誤差計算部７６が実行する処理については、後段において詳細に説明する。誤差計算部７６が計算した寸法誤差は、加工装置４０の支持具制御部５８に入力される。支持具制御部５８は、入力した寸法誤差に基づいて、各可動支持具４８ａ、４８ｂ、４８ｃの動作を制御する。その結果、用意された粗材１００に対する機械加工が、その寸法誤差に応じて調整される。

図５は、機械加工システム１０による製造工程の流れを示すフローチャートを示している。図５に示すフローチャートに沿って、機械加工システム１０による製造工程の流れを説明する。
ステップＳ２では、シリンダヘッド２００の粗形状を有する粗材１００を用意する。粗材１００は、図示しない鍛造装置や鋳造装置によって製造され、本実施例の機械加工システム１０に供給される。
ステップＳ４では、形状測定器２０によって粗材１００の形状測定を行う。図６は、形状測定器２０によって粗材１００の形状を測定する様子を示している。図６に示すように、このステップＳ４では、粗材１００を上端面１１０で支持し、粗材１００の下端面１２０側の形状測定が行われる。上端面側の形状測定は、必ずしも必要とされない。このステップＳ４の形状測定によって、下端面１２０と各シリンダチャンバ１２４と各基準面１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃを含む形状面の測定が行われる。それにより、第１基準面１３０ａの下端面１２０に対する実際のオフセット寸法Ｄａや、第２基準面１３０ｂの下端面１２０に対する実際のオフセット寸法Ｄｂや、第３基準面１３０ｃの下端面１２０に対する実際のオフセット寸法Ｄｃ（図示省略）を計測することができる。また、上端面１１０と下端面１２０との距離（即ち、粗材１００の高さ寸法）Ｈを計測することもできる。形状測定器２０による測定結果は、計算装置７０に入力される。計算装置７０は、入力した形状測定結果を測定形状データ７４として記憶する。

図５のステップＳ６では、計算装置７０の誤差計算部７６によって、粗材１００に生じている寸法誤差が計算される。誤差計算部７６は、先ず、設計形状データ７２を参照して、各基準面１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃの下端面１２０に対するオフセット寸法の設計値Ｄｔを特定する。次いで、測定形状データ７４を参照して、各基準面１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃの下端面１２０に対するオフセット寸法の実測値Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃを特定する。そして、各基準面１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃの下端面１２０に対するオフセット寸法の寸法誤差Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃを計算する。ここで、第１基準面１３０ａに関する寸法誤差Ｅａは、Ｅａ＝Ｄａ−Ｄｔと計算することができる。第２基準面１３０ｂに関する寸法誤差Ｅｂは、Ｅｂ＝Ｄｂ−Ｄｔと計算することができる。第３基準面１３０ｃに関する寸法誤差Ｅｃは、Ｅｃ＝Ｄｃ−Ｄｔと計算することができる。誤差計算部７６が計算した寸法誤差Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃは、加工装置４０の支持具制御部５８に入力される。

ステップＳ８〜Ｓ１２では、加工装置４０によって、粗材１００に第１の機械加工が行われる。図７は、粗材１００に第１の機械加工を行っている様子を示している。図７に示すように、第１の機械加工では、粗材１００の上端面１１０に機械加工が行われる。先ず、ステップＳ８では、形状測定器２０によって形状測定を行った粗材１００を、上端面１１０を上側にして加工装置４０にセットする。粗材１００は、可動支持具４８ａ、４８ｂ、４８ｃの上に載置する。このとき、第１基準面１３０ａを第１可動支持具４８ａの可動子４９ａによって支持させ、第２基準面１３０ｂを第２可動支持具４８ｂの可動子４９ｂによって支持させ、第３基準面１３０ｃを第３可動支持具４８ｃの可動子４９ｃによって支持させる。
ステップＳ１０では、加工装置４０の支持具制御部５８によって、各可動支持具４８ａ、４８ｂ、４８ｃの位置調整が行われる。支持具制御部５８は、第１基準面１３０ａに関する寸法誤差Ｅａに基づいて、第１可動支持具４８ａの可動子４９ａを上方に向けて距離Ｅａだけ移動させる。なお、寸法誤差Ｅａが負の値であれば、可動子４９ａを下方に移動させる。同様に、第２基準面１３０ｂに関する寸法誤差Ｅｂに基づいて、第２可動支持具４８ｂの可動子４９ｂを上方に距離Ｅｂだけ移動させる。第３基準面１３０ｃに関する寸法誤差Ｅｃに基づいて、第３可動支持具４８ｃの可動子４９ｃを上方に距離Ｅｃだけ移動させる。それにより、粗材１００の支持位置が調整される。この支持位置の調整によって、各基準面１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃのオフセット寸法Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃに寸法誤差Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃが生じているのか否かに関わらず、また、粗材１００の高さ寸法Ｈに寸法誤差Ｅｈが生じているのか否かに関わらず、粗材１００の下端面１２０は加工装置４０内の所定位置に存在することとなる。

ステップＳ１２では、加工装置４０によって、粗材１００に第１の機械加工が行われる。加工装置４０の工具制御部５０は、記憶している第１工具軌跡データ５２に基づいて、工具軸４２を移動させる。それにより、図７に示すように、粗材１００の上端面１１０に機械加工が行われる。粗材１００の下端面１２０は、先のステップＳ１０における支持位置の調整によって、加工装置４０内の所定位置に存在している。従って、工具軸４２の移動軌跡と粗材１００の下端面１２０との相対的な位置関係は、粗材１００の寸法誤差Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃ、Ｅｈに関わらず、一定の関係が維持される。その結果、粗材１００に寸法誤差Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃ、Ｅｈが生じているのか否かに関わらず、第１の機械加工後の粗材１００では、その高さ寸法Ｈが所定値に等しくなっている。
本実施例の機械加工システム１０では、工具軸４２の移動軌跡と粗材１００の下端面１２０との相対的な位置関係を一定にするために、各基準面１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃのオフセット寸法Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃに関する寸法誤差Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃに基づいて、粗材１００の支持位置を調整している。ただし、工具軸４２の移動軌跡と粗材１００の下端面１２０との相対的な位置関係を一定にするためには、前記の寸法誤差Ｅａ、Ｅｂ、Ｅｃに基づいて、工具軸４２の移動軌跡を調整する手法を採用することもできる。この場合、工具軸４２の移動軌跡のみを調整してもよいし、工具軸４２の移動軌跡と粗材１００の支持位置の両者を調整してもよい。

図５のステップＳ１４〜Ｓ１８では、加工装置４０によって、第１の機械加工後の粗材１００に、第２の機械加工が行われる。図８は、粗材１００に第２の機械加工を行っている様子を示している。図８に示すように、第２の機械加工では、粗材１００の下端面１２０やシリンダチャンバ１２４に機械加工が行われる。先ず、ステップＳ１４では、第１の機械加工後の粗材１００を、下端面１２０を上側にして加工装置４０にセットする。粗材１００を可動支持具４８ａ、４８ｂ、４８ｃの上に載置し、粗材１００の上端面１１０を可動支持具４８ａ、４８ｂ、４８ｃによって支持させる。
ステップＳ１６では、加工装置４０の支持具制御部５８によって、各可動支持具４８ａ、４８ｂ、４８ｃの原点復帰が行われる。この段階では、粗材１００の高さ寸法Ｈに寸法誤差（ばらつき）は生じないので、粗材１００の支持位置を個々に調整する必要はない。
ステップＳ１８では、加工装置４０によって、粗材１００に第２の機械加工が行われる。加工装置４０の工具制御部５０は、記憶している第２工具軌跡データ５４に基づいて、工具軸４２を移動させる。それにより、図８に示すように、粗材１００の下端面１２０やシリンダヘッドチャンバ１２４に機械加工が行われる。以上の工程によって、機械加工システム１０による機械加工が終了する。機械加工後のシリンダヘッドは、下流工程において洗浄、検査等が行われる。

本実施例の機械加工システム１０では、粗材１００に予め形成されている各基準面１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃによって粗材１００を支持し、粗材１００に第１の機械加工を行う。次いで、第１の機械加工による加工面によって粗材１００を支持し、粗材１００に第２の機械加工を行う。この点では従来の技術と共通しており、第１の機械加工で形成する加工面（上端面１１０）と第２の機械加工で形成する加工面（下端面１２０）の相対的な位置関係が保証される。しかしながら、鍛造や鋳造によって製造される粗材１００では、各基準面１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃの形成位置に誤差が生じていることも多い。各基準面１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃの形成位置が変動すれば、第１の機械加工による加工面の形成位置も変動する。第１の機械加工による加工面の形成位置が変動すれば、第２の機械加工による加工面の形成位置も変動する。そのことから、各機械加工における加工代（余肉）を確保するために、粗材１００の設計寸法を比較的に大きく設定しておく必要が生じる。例えば、粗材１００の設計高さＨｒを、シリンダヘッド２００の設計高さＨｔに対して、十分に大きく設定する必要が生じる。粗材１００の設計寸法を大きくすれば、機械加工における加工量が増大し、製造にかかるコストが増大してしまう。

上記の問題に対して、本実施例の機械加工システム１０では、第１の機械加工に先だって粗材１００の形状を測定し、粗材１００に形成されている各基準面１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃと第２の被加工面（下端面１２０）との相対位置を把握する。そして、各基準面１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃと第２の被加工面との相対位置（オフセット寸法Ｄａ、Ｄｂ、Ｄｃ）を加味して、第１の機械加工を行う。それにより、第１の機械加工では、後に第２の機械加工を受ける第２の被加工面を基準に、機械加工を行うことができる。第１の機械加工後の粗材では、粗材１００に形成されている基準面１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃの位置に関わらず、第１の機械加工による加工面と、第２の機械加工を受ける被加工面との相対的な位置関係が一定となる。本実施例では、図７に示す粗材１００の高さＨが一定となる。その結果、第２の機械加工では、常に同じ形状の粗材１００に機械加工を行うこととなる。基準面１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃの形成位置に生じている寸法誤差が、第２の機械加工に影響することがない。粗材１００に過剰な加工代（余肉）を設けておく必要がなく、粗材１００の設計寸法を比較的に小さく抑えることが可能となる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

機械加工システムの構成を示す模式図。シリンダヘッドの正面図。図２中のIII方向矢視図であり、シリンダヘッドの下面図。粗材の正面図。機械加工システムによる加工手順を示すフローチャート。粗材の形状を測定する様子を示す図。粗材に第１の機械加工を行っている様子を示す図。粗材に第２の機械加工を行っている様子を示す図。

符号の説明

１０：機械加工システム
２０：形状測定器
２２：センサヘッド
２４：形状測定器の移動機構
２６：形状測定器の基台
４０：加工装置
４２：工具軸
４４：加工装置の移動機構
４６：加工装置の基台
４８ａ、４８ｂ、４８ｃ：可動支持具
５０：工具制御部
５２：第１工具軌跡データ
５４：第２工具軌跡データ
５８：支持具制御部
７０：計算装置
７２：設計形状データ
７４：測定形状データ
７６：誤差計算部
１００：シリンダヘッドの粗材
１１０：粗材の上端面
１２０：粗材の下端面
１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ：粗材の基準面
２００：シリンダヘッド

Claims

製品の粗形状を有する粗材に機械加工を行って製品の形状に加工する機械加工方法であって、
少なくとも基準面と第１被加工面と第２被加工面が形成されている粗材を用意する工程と、
用意した粗材に形成されている基準面と第２被加工面との相対位置を測定する測定工程と、
粗材を基準面で支持するとともに加工工具を第１の工具軌跡に沿って移動させることによって、粗材の第１被加工面に機械加工を行う第１加工工程と、
第１加工工程で加工された加工面で粗材を支持するとともに加工工具を第２の工具軌跡に沿って移動させることによって、粗材の第２被加工面に機械加工を行う第２加工工程を備え、
前記第１加工工程では、前記測定工程で測定した基準面と第２被加工面との相対位置に基づいて、粗材の基準面を支持する支持位置および／又は前記第１の工具軌跡を修正することを特徴とする機械加工方法。
前記第１加工工程では、前記測定工程で測定した相対位置に基づいて、粗材の基準面を支持する支持位置を調整することを特徴とする請求項１の機械加工方法。
前記測定工程で測定した基準面と第２被加工面との相対位置の設計値に対する寸法誤差を計算する誤差計算工程をさらに備え、
前記第１加工工程では、誤差計算工程で計算した寸法誤差だけ、粗材の基準面を支持する支持位置を移動させることを特徴とする請求項２の機械加工方法。
製品の粗形状を有する粗材に機械加工を行って製品に成形する機械加工システムであって、
粗材に形成されている基準面と第２被加工面との相対位置を測定する測定手段と、
粗材を基準面で支持するとともに加工工具を第１の工具軌跡に沿って移動させることによって、粗材の第１被加工面に機械加工を行う第１機械加工手段と、
第１機械加工手段によって加工された加工面で粗材を支持するとともに加工工具を第２の工具軌跡に沿って移動させることによって、粗材の第２被加工面に機械加工を行う第２機械加工手段を備え、
前記第１機械加工手段は、測定手段で測定された基準面と第２被加工面との相対位置に基づいて、粗材の基準面を支持する支持位置および／又は前記第１の工具軌跡を修正する手段を備えていることを特徴とする機械加工システム。