JP2010175280A - クランクシャフトのアンバランス修正方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】クランクシャフトのアンバランス量を測定する工程と、アンバランス量の測定結果に基づきカウンタウェイトへの穴開け加工深さを算出する工程と、カウンタウェイトの外径寸法を実測する外径実測工程と、外径実測工程で得た外径実測値に基づき穴開け加工深さを補正する工程、とを経て取得した補正後の深さまで前記穴開け加工を行うことでクランクシャフトのアンバランスを修正する。
【選択図】図1
Description
まず、鍛造で粗成形したクランクシャフトの素材を形成し、この素材に対して機械加工を含む各種加工を完了したものに対して回転バランスを評価し、その際のアンバランス量を測定する。この実施形態では、工数削減のため、カウンタウェイトの外周面に対して何らの加工を施していない状態(いわゆる黒皮が残った状態)の素材に対してアンバランス量の測定を行うようにしている。
次いで、上記工程(A)で判明したアンバランス量を打ち消し得るアンバランス修正量gAを定めると共に、定めたアンバランス修正量gAに応じてカウンタウェイトの全部又は一部にドリルで所定深さの穴開け加工を行う際の穴開け加工深さhAを算出する。ここで、一般に、アンバランス修正量gと穴開け加工深さhとの間には所定の相関:
g=f(h) ・・・(式1)
が経験的に認められており、f(h)は例えば穴開け加工深さhの他に、カウンタウェイトの密度ρ、外径R、加工穴の大きさ(ドリル径)rをパラメータとして含む高次の関数である。従って、穴開け加工深さhのみを変数として、関数f(h)の逆関数:
h=F(g) ・・・(式2)
を求めることで、g=gAのときの穴開け加工深さhAが、
hA=F(gA) ・・・(式3)
として求まる。なお、カウンタウェイトの穴開け加工位置(外周面の円周方向位置)およびその数は、先の工程(A)で求めたアンバランス量(ベクトル量)に基づき、各カウンタウェイトごとに定めるようにする。
上記のようにして穴開け加工深さhAを求めた後、カウンタウェイトの実際の外径寸法を測定する。この実施形態では、ワークとなるクランクシャフトを穴開け加工機にセットし、図2に示すように、所定のカウンタウェイト1の外周面所定位置に対してドリル2で所定深さの穴3を開けるための加工を開始する際、ドリル2とカウンタウェイト1との当接位置に基づいてカウンタウェイト1の外径実測値RBを求める。ここでは、ドリル2がカウンタウェイト1の外周面に到達した際、ドリル2のトルクが急激に増大したことを検知することで、この際のドリル先端位置(カウンタウェイト1との当接位置)を求め、この情報に基づきカウンタウェイト1の外径実測値RBを求めるようにしている。
上記工程(B)で求めた穴開け加工深さhAは、穴開け加工の対象となるカウンタウェイトの外径寸法を設計値RAとした場合の値であるから、これを外径実測値RBとした場合の真の穴開け加工深さhBを求め直す必要がある。ここで、一番正確なのは、(式1)の如く、カウンタウェイトの外径寸法を実測値RBとした場合のアンバランス修正量gと穴開け加工深さhとの相関関数を新たに求め、これから(式2)、(式3)と同様の導出手順で真の(補正後の)穴開け加工深さhBを算出することであるが、かかる作業には多大な演算時間を要する。(式1)は通常高次の関数で与えられ、この逆関数で与えられる(式2)も高次かつ複雑になる可能性が高いためである。以上の事情に鑑み、この実施形態では、ドリルによる穴開け加工と当該補正作業とを平行して実施し、かつ、ドリルによる穴開け加工が終了するまでに補正後の穴開け加工深さhBを算出するために、hBの算出に係る演算作業を以下の手順で実施する。
上記の外径実測工程(C)の前に、想定し得る外径実測値(以下、単に外径想定値と呼ぶ)の大きさ別に、穴開け加工深さhとその際の補正深さ分Δhとの相関を示す複数の補正深さ関数を予め導出しておく。具体的には、まず図3に示すように、カウンタウェイトの実際の外径寸法として種々の値を想定した際の、アンバランス修正量gを表す穴開け加工深さhの関数を求める。ここで、図3中の1点鎖線で描かれた曲線は、第1の外径想定値R1が設計値RAに等しい場合のhの関数を示している。また、同図中の実線で描かれた曲線は、第2の外径想定値R2が設計値RAより小さい場合(R2<RAの場合)のhの関数を示しており、2点鎖線で描かれた曲線は、第3の外径想定値R3が設計値RAより大きい場合(R3>RA)のhの関数を示している。これを一般化すれば、実際の外径寸法をRi(i=1,2,…,n)とした場合のアンバランス修正量gと穴開け加工深さhとの間には、
g=ki(h) ・・・(式4)
および、この逆関数として、
h=Ki(g) ・・・(式5)
がそれぞれ成立する。
Δh=hi−hA=Ki(gA)−F(gA)=Ji(hA) ・・・(式6)
のようにhAの関数(補正深さ関数)として表すことができる。ここで、図4中の実線で描かれた曲線は、第2の外径想定値R2が設計値RAより小さい場合のhAの補正深さ関数を例示している。
以上のようにして、各外径想定値Ri(i=2,3,…,n)の場合の補正深さ関数が求まるが、この実施形態では、さらに、i個の補正深さ関数をそれぞれ、穴開け加工深さhAの所定幅ごとに区分し、区分した各領域内に含まれる補正深さ関数Ji(hA)を、この関数より低次の関数に近似する。この一例として、図5には、実際の外径寸法を第2の外径想定値R2とした場合の図4に示す補正深さ関数J2(hA)を所定の穴開け加工深さの幅ごとにm個の領域に区分し、区分したj(j=1,2,…,m)番目の領域内に含まれる補正深さ関数J2(hA)を、
Δh=J2(hA)≒αjhA+βj (式7)
のように直線近似した場合を示している。なお、導出過程より明らかなように、係数αj,βjは穴開け加工深さhAの大きさに応じて定まる値である。また、区分の幅は全領域にわたって均一である必要はなく、図4に示すように加工深さhAの値が大きくなるにつれてその勾配が増加する場合には、hAが大きい領域ほどその区分幅を小さくする等の調整が可能である。
このようにして、予め複数の補正深さ関数およびその近似関数(それぞれ(式6)、(式7)を参照)を求めておき、ドリルによる穴開け加工の開始時に取得したカウンタウェイトの外径実測値RBに最も対応する一の補正深さ関数を上記複数の補正深さ関数の中から選択する。具体的には、外径実測値RBに最も近い外径想定値Riをカウンタウェイトの外径寸法とした場合に導出した補正深さ関数Ji(hA)を選択する。そして、例えば選択した補正深さ関数Ji(hA)が図4に示す関数であった場合(i=2)、その近似関数に上記工程(B)で求めた所定の穴開け加工深さhAを代入することで、以下のように穴開け加工深さの補正分Δhが求まる。
Δh=J2(hA)≒αjhA+βj ・・・(式8)
この場合、求めるべき補正後の穴開け加工深さhBは、
hB=hA+Δh=(αj+1)hA+βj ・・・(式9)
として求めることができる。
そして、穴開け加工深さの指示値をhAから上記工程(D1)〜(D4)で求めたhBに変更する指令を出すことで、図2に示すように加工穴3の深さがhBに達するまでドリルによる穴開け加工が継続実施される。これにより、カウンタウェイト1に対して適正な深さの穴開け加工が施される。
以上のようにして、穴開けによるアンバランス修正加工が実施された後、再度クランクシャフトに対してアンバランス量の測定が実施される。そして、修正後のアンバランス量が閾値以下であれば良品と判定され、閾値を超えていれば、再度上記(B)〜(E)の工程を経ることでクランクシャフトの更なるアンバランス修正が行われる。
2 ドリル
3 加工穴
RA 外径寸法の設計値
RB 外径寸法の実測値
gA アンバランス修正量
hA 穴開け加工深さ
hB 補正後の穴開け加工深さ
Claims (4)
- カウンタウェイトに対して所定深さの穴開け加工を行うことでクランクシャフトのアンバランスを修正する方法であって、
前記クランクシャフトのアンバランス量を測定する工程と、アンバランス量の測定結果に基づき前記カウンタウェイトへの穴開け加工深さを算出する工程とを有するものにおいて、
前記カウンタウェイトの外径寸法を実測する外径実測工程と、
外径実測工程で得た外径実測値に基づき前記穴開け加工深さを補正する工程とをさらに有し、この補正工程で得た補正後の深さまで前記穴開け加工を行うことを特徴とするクランクシャフトのアンバランス修正方法。 - 前記補正工程は、
前記外径実測工程の前に、想定される前記外径実測値の大きさ別に、前記穴開け加工深さとその際の補正深さ分との相関を示す複数の補正深さ関数を予め導出しておく工程と、
前記外径実測工程で得た前記外径実測値に最も対応する一の補正深さ関数を前記複数の補正深さ関数の中から選択する工程と、
前記選択した補正深さ関数と、前記穴開け加工深さ算出工程で得た前記穴開け加工深さとから前記補正深さ分を算出する工程とをさらに有する請求項1に記載のアンバランス修正方法。 - 前記補正工程は、前記補正深さ関数導出工程で作成された全ての前記補正深さ関数を、前記穴開け加工深さの所定幅ごとに複数の領域に区分し、区分した各領域内の前記補正深さ関数をこの関数より低次の関数に近似する近似工程をさらに有し、かつ、
前記補正深さ分算出工程において、前記補正深さ関数に代えて前記近似工程で取得した近似関数を使用するようにした請求項2に記載のアンバランス修正方法。 - 前記穴開け加工はドリルを用いて行うものであって、
前記外径実測工程では、前記穴開け加工開始時の前記ドリルと前記カウンタウェイトとの実際の当接位置に基づいて前記外径実測値を求めるものとし、かつ、
前記補正工程を、前記ドリルによる穴開け加工の間に行う請求項1〜3の何れかに記載のアンバランス修正方法。
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