JP2015031537A - Measuring method and measuring apparatus for incomplete round bore shape - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a measuring method and a measuring apparatus for an incomplete round bore shape capable of high-accuracy measurement in a short cycle time at measurement and at low costs, using a cam mechanism.SOLUTION: A measuring method for an incomplete round bore shape comprises: a pretension step (step S111) for controlling the torque of a shaft motor 24 constant to apply pretension to a contact needle 14 through a cam 122; and a synchronization control rotation step (step S112) for rotating the cam 122 and a rotation drive mechanism 20 under synchronous control. The measuring method controls the torque of the shaft motor 24 constant with the contact needle 14 in contact with the irregularity on an inner peripheral surface of the incomplete round bore to displace the cam angle θ of the cam 122, and causes the contact needle 14 to make one rotation along the inner peripheral surface of the incomplete round bore to determine the displaced cam angle θ of the cam 122 by a second rotary encoder 241 and a first rotary encoder 252 to thereby measure the incomplete round bore shape.

Description

本発明は、非真円ボア形状の測定方法および測定装置に関する。詳しくは、既に形成された断面非真円ボアと同一形状のワークに形成された穴の形状を測定するカム機構を利用した非真円ボア形状の測定方法および測定装置に関する。   The present invention relates to a non-circular bore shape measuring method and measuring apparatus. More specifically, the present invention relates to a non-circular bore shape measuring method and measuring apparatus using a cam mechanism that measures the shape of a hole formed in a workpiece having the same shape as a cross-sectional non-circular bore already formed.

従来、自動車の製造工程では、エンジンのシリンダブロックのボアを切削加工し、その後、シリンダヘッドやクランクケースなどをシリンダブロックに組み付けることが行われる。
ここで、ボアに収容されるピストンは断面真円形状であるため、ボアの断面形状が真円に近い状態になるように切削加工している。
Conventionally, in an automobile manufacturing process, a bore of a cylinder block of an engine is cut and then a cylinder head, a crankcase, and the like are assembled to the cylinder block.
Here, since the piston accommodated in the bore has a perfect circular cross section, the bore is cut so that the cross sectional shape of the bore is close to a perfect circle.

ところが、シリンダブロックのボアを断面真円形状に加工したとしても、シリンダヘッドやクランクケースなどが組み付けられると、ボアの形状が変形してしまう。このようにボアが変形すると、エンジンの使用時におけるボアとピストンとの摺動抵抗が増加する要因になり、エンジンが所望の性能を発揮できないおそれがある。   However, even if the bore of the cylinder block is processed into a perfect circular cross section, the shape of the bore is deformed when a cylinder head, a crankcase, or the like is assembled. If the bore is deformed in this way, it becomes a factor that increases the sliding resistance between the bore and the piston when the engine is used, and the engine may not exhibit the desired performance.

そこで、シリンダブロックのボアを加工する際、シリンダヘッドを模したダミーヘッドを取り付けてボアの加工を行い、ボアの加工が終了すると、ダミーヘッドを取り外していた。
しかしながら、シリンダブロックのボア加工の都度、ダミーヘッドなどの取り付け、取り外しを行うと、生産性が大幅に低下する、という問題がある。
Therefore, when machining the bore of the cylinder block, a dummy head imitating the cylinder head is attached and the bore is machined. When the bore machining is finished, the dummy head is removed.
However, there is a problem in that productivity is greatly reduced if a dummy head or the like is attached or removed each time the cylinder block is bored.

この問題を解決するため、以下のような手法が提案されている(特許文献1,2参照)。
すなわち、まず、ダミーヘッドをシリンダブロックに装着して、工作機械によりボアを断面真円形状に加工する。
In order to solve this problem, the following methods have been proposed (see Patent Documents 1 and 2).
That is, first, the dummy head is mounted on the cylinder block, and the bore is machined into a perfect circular shape by a machine tool.

次に、シリンダブロックからダミーヘッドを取り外す。すると、ダミーヘッドの組付けによる応力が解消されるので、ボア形状が変形して断面非真円形状となる。この断面非真円形状のボアの全体形状を測定して、NCデータを生成しておく。
このNCデータは、具体的には、ダミーヘッドを取り外して断面非真円形状となったボアに対して、ボアの軸線に沿って所定間隔おきに測定点を設定し、各測定点でのボアの断面形状を測定したものである。
Next, the dummy head is removed from the cylinder block. Then, since the stress due to the assembly of the dummy head is eliminated, the bore shape is deformed to become a non-circular cross section. NC data is generated by measuring the overall shape of the bore having a non-circular cross section.
Specifically, the NC data is obtained by setting measurement points at predetermined intervals along the bore axis of the bore having a non-circular cross section when the dummy head is removed, and the bore at each measurement point. The cross-sectional shape is measured.

その後、生成したNCデータに基づいて、ダミーヘッドを装着せずに、未加工のシリンダブロックのボーリング加工を行って、非真円形状のボアを形成する。
このようにすれば、シリンダブロックにダミーヘッドを取り付けずにボアを加工しても、シリンダヘッドを装着すると、ボアが真円形状となる。
Thereafter, based on the generated NC data, a non-circular bore is formed by boring a non-processed cylinder block without mounting a dummy head.
In this way, even if the bore is processed without attaching the dummy head to the cylinder block, the bore becomes a perfect circle when the cylinder head is mounted.

特開2007−313619号公報JP 2007-313619 A 国際公開2009/125638号International Publication No. 2009/125638

このようなシリンダブロックに形成された非真円形状のボアが設計通りに加工されているか確認するために、レーザセンサ、渦電流センサ或いはエア定寸センサなどの非接触型の専用のセンサを用いてボア形状を測定していた。   In order to check whether the non-circular bore formed in the cylinder block is processed as designed, a non-contact dedicated sensor such as a laser sensor, eddy current sensor or air sizing sensor is used. The bore shape was measured.

しかし、専用のセンサは、高価であり、加えてロータリー部品の磨耗や有線通信によりロータリー部品の回転制限が生じ、測定時のサイクルタイムを悪化させる課題があった。
また、専用のセンサにボアの内周面に空気を吹き付けてその背圧を検出するエア定寸センサを用いると、非真円形のボアが対象の場合には放出するエアが拡散してしまい、測定精度が悪化する課題があった。
However, the dedicated sensor is expensive, and in addition, there is a problem that the rotation time of the rotary part is restricted due to wear of the rotary part or wired communication, and the cycle time at the time of measurement is deteriorated.
In addition, when using an air sizing sensor that detects the back pressure by blowing air on the inner peripheral surface of the bore to the dedicated sensor, the air to be released diffuses in the case of a non-circular bore, There was a problem that the measurement accuracy deteriorated.

本発明は上記課題を解決するためのものであり、その目的は、安価で測定時のサイクルタイムが短く、高精度な測定が可能な非真円ボア形状の測定方法および測定装置を提供することにある。   The present invention is intended to solve the above-described problems, and an object thereof is to provide a non-circular bore shape measuring method and measuring apparatus that are inexpensive, have a short cycle time during measurement, and are capable of highly accurate measurement. It is in.

(1)非真円ボア形状を測定する非真円ボア形状の測定装置(例えば、後述の非真円ボア形状の測定装置1)は、非真円ボアに挿入されるカム機構(例えば、後述のカム122)と、前記カム機構に連結され、前記カム機構を回転させるサーボモータ(例えば、後述のシャフトモータ24)と、前記カム機構の回転角を検出するサーボモータ用エンコーダ(例えば、後述の第2ロータリエンコーダ241)と、前記カム機構を回転させることで外周面に突没可能な接触針(例えば、後述の接触針14)を保持し、回転可能なスピンドル機構(例えば、後述の回転駆動機構20)と、前記スピンドル機構の回転角を検出するスピンドル機構用エンコーダ(例えば、後述の第1ロータリエンコーダ252)と、を有し、前記サーボモータのトルクを一定制御し、前記カム機構を介して前記接触針にプリテンションを掛けるプリテンション工程(例えば、後述のステップS111)と、前記カム機構と前記スピンドル機構とを同期制御で回転させる同期制御回転工程(例えば、後述のステップS112)と、を含み、前記プリテンション工程によって前記非真円ボアの内周面の凹凸に前記接触針を接触させた状態で前記サーボモータのトルクを一定制御することで、前記カム機構のカム角度を変位させ、前記同期制御回転工程によって前記接触針を前記非真円ボアの内周面に沿って1周させることで、前記サーボモータ用エンコーダと前記スピンドル機構用エンコーダとを用いて前記非真円ボアの1周における前記カム機構の変位したカム角度を特定し、前記非真円ボア形状を測定することを特徴とする非真円ボア形状の測定方法。   (1) A non-circular bore shape measuring device (for example, a non-circular bore shape measuring device 1 described later) that measures a non-circular bore shape is a cam mechanism (for example, described later) that is inserted into the non-circular bore. Cam 122), a servo motor (for example, a shaft motor 24 described later) connected to the cam mechanism and rotating the cam mechanism, and a servo motor encoder (for example, described later) for detecting the rotation angle of the cam mechanism. The second rotary encoder 241) and a contact mechanism (for example, contact needle 14 described later) that can protrude and retract on the outer peripheral surface by rotating the cam mechanism, and a rotatable spindle mechanism (for example, rotation drive described later). A mechanism 20) and a spindle mechanism encoder (for example, a first rotary encoder 252 described later) for detecting the rotation angle of the spindle mechanism, and the torque of the servo motor A pre-tensioning step (for example, step S111 described later) for pre-tensioning the contact needle through the cam mechanism, and a synchronous control rotation step for rotating the cam mechanism and the spindle mechanism with synchronous control ( For example, step S112), which will be described later, includes a constant control of the torque of the servo motor in a state in which the contact needle is brought into contact with the unevenness of the inner peripheral surface of the non-circular bore by the pretensioning process, The servo angle of the cam mechanism and the encoder for the spindle mechanism are changed by displacing the cam angle of the cam mechanism and causing the contact needle to make one turn along the inner peripheral surface of the non-circular bore by the synchronous control rotation step. Is used to identify the displaced cam angle of the cam mechanism in one round of the non-circular bore and measure the non-circular bore shape. Method of measuring the non-circular bore shapes characterized by.

(1)の発明によると、サーボモータのトルクを一定制御し、カム機構を介して接触針にプリテンションを掛けるプリテンション工程と、カム機構とスピンドル機構とを同期制御で回転させる同期制御回転工程と、を実施して非真円ボア形状を測定する。
プリテンション工程では、非真円ボアの内周面の凹凸に接触針を接触させた状態でサーボモータのトルクを一定制御することで、カム機構のカム角度を変位させ、サーボモータ用エンコーダとスピンドル機構用エンコーダとを用いてカム機構の変位したカム角度を特定する。この特定したカム角度が非真円ボアの円周上のある位置における内径形状に対応する。
同期制御回転工程では、プリテンション工程での一定制御したサーボモータのトルクを維持し、接触針を非真円ボアの内周面に沿って1周させることで、サーボモータ用エンコーダとスピンドル機構用エンコーダとを用いて非真円ボアの1周上の各位置におけるカム角度を特定する。これにより、非真円ボアの全円周上のカム角度を特定し、非真円ボアの全円周上の内径形状を測定する。
上記発明によれば、カム機構とサーボモータとサーボモータ用エンコーダとスピンドル機構とスピンドル機構用エンコーダとを有する簡易な構成であるため、安価に製造できる。また、接触針をスピンドル機構によって回転制限なく回転でき、測定時のサイクルタイムを短縮できる。さらに、接触針の接触時のサーボモータのトルクを一定制御することでカム機構の変位したカム角度を特定し、非真円ボアの内径形状を測定するため、高精度な測定が実現できる。
According to the invention of (1), the torque of the servo motor is controlled to be constant, a pre-tensioning step for pre-tensioning the contact needle via the cam mechanism, and a synchronous control rotation step for rotating the cam mechanism and the spindle mechanism by synchronous control. And measure the non-circular bore shape.
In the pretensioning process, the cam angle of the cam mechanism is displaced by constant control of the servomotor torque with the contact needle in contact with the irregularities on the inner peripheral surface of the non-circular bore, and the servomotor encoder and spindle The displaced cam angle of the cam mechanism is specified using a mechanism encoder. This specified cam angle corresponds to the inner diameter shape at a certain position on the circumference of the non-circular bore.
In the synchronous control rotation process, the servomotor torque controlled constant in the pretensioning process is maintained, and the contact needle is rotated once along the inner peripheral surface of the non-circular bore so that the servomotor encoder and spindle mechanism Using the encoder, the cam angle at each position on the circumference of the non-circular bore is specified. Thereby, the cam angle on the entire circumference of the non-circular bore is specified, and the inner diameter shape on the entire circumference of the non-circular bore is measured.
According to the above invention, since it has a simple configuration including the cam mechanism, the servo motor, the servo motor encoder, the spindle mechanism, and the spindle mechanism encoder, it can be manufactured at low cost. Further, the contact needle can be rotated without any rotation limitation by the spindle mechanism, and the cycle time at the time of measurement can be shortened. In addition, by controlling the torque of the servo motor at the time of contact with the contact needle to identify the cam angle displaced by the cam mechanism and measuring the inner diameter shape of the non-circular bore, high-precision measurement can be realized.

(2)前記プリテンション工程によって前記カム機構のカム角度を所定角度(例えば、後述の所定角度θo)に設定して前記非真円ボアの内周面の凹凸に前記接触針を接触させた状態で前記サーボモータのトルクを一定制御することで、前記サーボモータのトルクに出力される前記接触針からの反力(例えば、後述の推定反力Fe)に応じて前記カム機構のカム角度を補正し、前記カム機構のカム角度を前記所定角度から変位させ、前記同期制御回転工程によって前記接触針を前記非真円ボアの内周面に沿って1周させることで、前記サーボモータ用エンコーダと前記スピンドル機構用エンコーダとを用いて前記非真円ボアの1周における前記カム機構の変位したカム角度を特定することを特徴とする(1)に記載の非真円ボア形状の測定方法。   (2) A state in which the cam angle of the cam mechanism is set to a predetermined angle (for example, a predetermined angle θo described later) by the pre-tensioning step and the contact needle is brought into contact with the irregularities on the inner peripheral surface of the non-circular bore. The cam angle of the cam mechanism is corrected in accordance with a reaction force (for example, an estimated reaction force Fe described later) output from the contact needle by constant control of the torque of the servo motor. The cam angle of the cam mechanism is displaced from the predetermined angle, and the contact needle is rotated once along the inner peripheral surface of the non-circular bore by the synchronous control rotation step, thereby The method for measuring a non-circular bore shape according to (1), wherein the displaced cam angle of the cam mechanism in one circumference of the non-circular bore is specified using the spindle mechanism encoder. .

(2)の発明によると、サーボモータのトルクに出力される接触針からの反力を用いることで、カム機構の変位したカム角度を特定するために余計な部品を設ける必要がなく、部品点数を少なくできる。これにより、簡易な構成であるため、安価に製造できる。   According to the invention of (2), by using the reaction force from the contact needle that is output to the torque of the servo motor, there is no need to provide extra parts to identify the displaced cam angle of the cam mechanism. Can be reduced. Thereby, since it is a simple structure, it can manufacture at low cost.

(3)前記プリテンション工程によって前記カム機構のカム角度を所定角度(例えば、後述の所定角度θo)に設定して前記非真円ボアの内周面の凹凸に前記接触針を接触させた状態で前記サーボモータのトルクを一定制御することで、前記サーボモータのトルク(例えば、後述のトルクTl)に基づく負荷力(例えば、後述の負荷力Fl)からメカ機構抵抗力(例えば、後述のメカ機構抵抗力Fm)を引算して前記接触針からの反力(例えば、後述の推定反力Fe)を算出し、算出された前記反力から前記カム機構のカム角度が所定角度の場合の反力に対応する一定力(例えば、後述の一定力Fwo)を引算した後に変換して前記カム機構のカム角度の反力対応角度(例えば、後述の反力対応角度θco)を算出し、算出された前記反力対応角度を前記所定角度に加算し、前記カム機構のカム角度を前記所定角度に前記反力対応角度を加算した補正角度(例えば、後述の補正角度θam)に応じて変位させ、前記同期制御回転工程によって前記接触針を前記非真円ボアの内周面に沿って1周させることで、前記サーボモータ用エンコーダと前記スピンドル機構用エンコーダとを用いて前記非真円ボアの1周における前記カム機構の変位したカム角度を特定することを特徴とする(1)または(2)に記載の非真円ボア形状の測定方法。   (3) The cam angle of the cam mechanism is set to a predetermined angle (for example, a predetermined angle θo described later) by the pre-tensioning step, and the contact needle is brought into contact with the irregularities on the inner peripheral surface of the non-circular bore. By controlling the torque of the servo motor to a constant value, a mechanical mechanism resistance force (for example, a later-described mechanism) is applied from a load force (for example, a later-described load force Fl) based on the torque (for example, a later-described torque Tl) of the servo motor. When the reaction force from the contact needle (for example, estimated reaction force Fe described later) is calculated by subtracting the mechanism resistance force Fm), the cam angle of the cam mechanism is a predetermined angle from the calculated reaction force. After subtracting a constant force corresponding to the reaction force (for example, a constant force Fwo described later), a reaction force corresponding angle of the cam angle of the cam mechanism (for example, a reaction force corresponding angle θco described later) is calculated, Calculated reaction force The angle is added to the predetermined angle, and the cam angle of the cam mechanism is displaced according to a correction angle (for example, a correction angle θam described later) obtained by adding the reaction force corresponding angle to the predetermined angle. The cam mechanism in one round of the non-circular bore using the servo motor encoder and the spindle mechanism encoder by causing the contact needle to make one round along the inner circumferential surface of the non-circular bore (1) or (2), wherein the displaced cam angle is specified.

(3)の発明によると、サーボモータのトルクからメカ機構抵抗力を引算することで、接触針からの反力を高精度に算出できる。このため、反力に応じて補正するカム機構の変位したカム角度も高精度に特定でき、高精度な測定が実現できる。   According to the invention of (3), the reaction force from the contact needle can be calculated with high accuracy by subtracting the mechanical mechanism resistance from the torque of the servo motor. For this reason, the displaced cam angle of the cam mechanism to be corrected according to the reaction force can be specified with high accuracy, and high-accuracy measurement can be realized.

(4)前記スピンドル機構は、カム機構を回転させることで外周面に突没可能なボア加工具(例えば、後述の切削バイト13)を有し、前記サーボモータによって前記ボア加工具のカム機構(例えば、後述のカム121)を回動させて前記ボア加工具の突出量を変化させ、前記サーボモータ用エンコーダと前記スピンドル機構用エンコーダとを用いて前記非真円ボアを加工することを特徴とする(1)〜(3)のいずれか1項に記載の非真円ボア形状の測定方法。   (4) The spindle mechanism has a bore working tool (for example, a cutting tool 13 described later) that can project and retract on an outer peripheral surface by rotating the cam mechanism, and the servo mechanism is used to drive the cam mechanism ( For example, the cam 121) described later is rotated to change the protruding amount of the bore processing tool, and the non-circular bore is processed using the servo motor encoder and the spindle mechanism encoder. The method for measuring a non-circular bore shape according to any one of (1) to (3).

(4)の発明によると、スピンドル機構とサーボモータとサーボモータ用エンコーダとスピンドル機構用エンコーダとが、非真円ボアの加工と非真円ボア形状の測定とで同じ部品を用い、部品点数を少なくできる。これにより、簡易な構成であるため、安価に製造できる。   According to the invention of (4), the spindle mechanism, the servo motor, the servo motor encoder, and the spindle mechanism encoder use the same parts for machining the non-circular bore and measuring the non-circular bore shape. Less. Thereby, since it is a simple structure, it can manufacture at low cost.

(5)非真円ボアに挿入されるカム機構(例えば、後述のカム122)と、前記カム機構に連結され、前記カム機構を回転させるサーボモータ(例えば、後述のシャフトモータ24)と、前記カム機構の回転角を検出するサーボモータ用エンコーダ(例えば、後述の第2ロータリエンコーダ241)と、前記カム機構を回転させることで外周面に突没可能な接触針(例えば、後述の接触針14)を保持し、回転可能なスピンドル機構(例えば、後述の回転駆動機構20)と、前記スピンドル機構の回転角を検出するスピンドル機構用エンコーダ(例えば、後述の第1ロータリエンコーダ252)と、前記サーボモータのトルクを一定制御し、前記カム機構を介して前記接触針にプリテンションを掛け、前記カム機構と前記スピンドル機構とを同期制御で回転させ、前記非真円ボアの内周面の凹凸に前記接触針を接触させた状態で前記サーボモータのトルクを一定制御することで、前記カム機構のカム角度を変位させ、前記接触針を前記非真円ボアの内周面に沿って1周させることで、前記サーボモータ用エンコーダと前記スピンドル機構用エンコーダとを用いて前記非真円ボアの1周における前記カム機構の変位したカム角度を特定し、前記非真円ボア形状を測定する測定手段(例えば、後述のステップS11)と、を有することを特徴とするカム機構を利用した非真円ボア形状の測定装置(例えば、後述の非真円形穴加工装置1)。   (5) A cam mechanism (for example, a cam 122 described later) inserted into the non-circular bore, a servo motor (for example, a shaft motor 24 described later) connected to the cam mechanism and rotating the cam mechanism, An encoder for a servo motor (for example, a second rotary encoder 241 described later) that detects the rotation angle of the cam mechanism, and a contact needle (for example, a contact needle 14 described later) that can project and retract on the outer peripheral surface by rotating the cam mechanism. ) And a rotatable spindle mechanism (for example, a rotation driving mechanism 20 described later), a spindle mechanism encoder (for example, a first rotary encoder 252 described later) for detecting a rotation angle of the spindle mechanism, and the servo A constant torque of the motor is controlled, a pretension is applied to the contact needle through the cam mechanism, and the cam mechanism and the spindle mechanism are connected. The cam mechanism is displaced in a cam angle by constantly controlling the torque of the servo motor with the contact needle in contact with the irregularities on the inner peripheral surface of the non-circular bore. Displacement of the cam mechanism in one round of the non-circular bore using the servo motor encoder and the spindle mechanism encoder by causing the contact needle to make one round along the inner circumferential surface of the non-circular bore. A non-circular bore shape measuring device (for example, a non-circular bore shape) using a cam mechanism, characterized in that it has a measuring means (for example, step S11 described later) for measuring the non-circular bore shape. Non-round hole drilling device 1) described later.

(5)の発明によれば、(1)の発明と同様な作用・効果を奏することができる。   According to the invention of (5), the same actions and effects as the invention of (1) can be achieved.

本発明によれば、安価で測定時のサイクルタイムが短く、高精度な測定が可能な非真円ボア形状の測定方法および測定装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a non-circular bore shape measuring method and measuring apparatus that are inexpensive, have a short cycle time during measurement, and are capable of highly accurate measurement.

本発明の一実施形態に係る非真円形穴加工装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the non-round hole drilling apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 上記実施形態に係る非真円形穴加工装置の切削バイトの突出量を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the protrusion amount of the cutting bit of the non-round hole drilling apparatus which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係る非真円形穴加工装置のカム角度と切削バイトの突出量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the cam angle of the non-round hole drilling apparatus which concerns on the said embodiment, and the protrusion amount of a cutting tool. 上記実施形態に係る非真円形穴加工装置の接触針の突出量を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the protrusion amount of the contact needle of the non-round hole processing apparatus according to the embodiment. 上記実施形態に係る非真円形穴加工装置のカム角度と接触針の突出量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the cam angle of the non-round hole processing apparatus which concerns on the said embodiment, and the protrusion amount of a contact needle. 上記実施形態に係る非真円形穴加工装置のボーリング加工時の同期コントローラの動作を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows operation | movement of the synchronous controller at the time of the boring process of the non-round hole drilling apparatus which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係る非真円形穴加工装置を用いてシリンダブロックのボアをボーリング加工する手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure which carries out the boring process of the bore | bore of a cylinder block using the non-round hole drilling apparatus which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係る非真円形穴加工装置を用いてボーリング加工されるシリンダブロックを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the cylinder block bored using the non-round hole drilling apparatus which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係るシリンダブロックの変形した状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the state which the cylinder block which concerns on the said embodiment deform | transformed. 上記実施形態に係る非真円形穴加工装置のボア形状測定時の同期コントローラの動作を示すブロック線図である。It is a block diagram which shows operation | movement of the synchronous controller at the time of the bore | bore shape measurement of the non-round hole drilling apparatus which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係る非真円形穴加工装置の接触針のカムが受けるトルクを示す図である。It is a figure which shows the torque which the cam of the contact needle of the non-round hole processing apparatus which concerns on the said embodiment receives. 上記実施形態に係る非真円形穴加工装置を用いてシリンダブロックの非真円ボアの内径形状を測定する手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the procedure which measures the internal-diameter shape of the non-circular bore | bore of a cylinder block using the non-round hole processing apparatus which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係るシリンダブロックの非真円ボアの内径形状を補正する補正マップを示す図である。It is a figure which shows the correction map which correct | amends the internal diameter shape of the non-circular bore of the cylinder block which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係るシリンダブロックの測定点で測定したボアの内径形状を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the internal diameter shape of the bore measured at the measurement point of the cylinder block which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係るシリンダブロックの1つの測定点で測定したボアの内径形状を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the internal diameter shape of the bore measured at one measuring point of the cylinder block which concerns on the said embodiment. 上記実施形態に係るシリンダブロックの1つの測定点で測定したボアの内径形状を、回転軸を横軸として表した図である。It is the figure which represented the internal diameter shape of the bore measured at one measuring point of the cylinder block which concerns on the said embodiment by making a rotating shaft into a horizontal axis. 上記実施形態に係る接触針測定方法と従来の測定方法とを比較した図である。It is the figure which compared the contact needle measuring method which concerns on the said embodiment, and the conventional measuring method.

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る非真円ボア形状の測定装置としての非真円形穴加工装置1の概略構成図である。
非真円形穴加工装置1は、例えば、ワークとしての自動車エンジンのシリンダブロックのボアに加工ヘッド10を挿入し、ボーリング加工を行う。そして、ボーリング加工を行って形成された非真円形状のボアに加工ヘッド10を挿入し、このボアの内径形状を測定する。
この非真円形穴加工装置1は、加工ヘッド10を回転させるとともに自身も回転可能な回転駆動機構(スピンドル機構)20と、この回転駆動機構20を進退させる進退機構30と、これらを制御する制御装置40と、ワークのボアの内径形状を測定した測定結果を解析する上位コンピュータ52と、を備える。
また、上位コンピュータ52には、ワークのシミュレーション解析を行うCAEシステム54、および、ワークの設計を行うCADシステム53が接続されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a non-round hole processing apparatus 1 as a non-round bore shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
The non-round hole drilling apparatus 1 inserts a machining head 10 into a bore of a cylinder block of an automobile engine as a workpiece, for example, and performs boring. Then, the machining head 10 is inserted into a non-circular bore formed by boring, and the inner diameter shape of the bore is measured.
The non-round hole processing apparatus 1 includes a rotation drive mechanism (spindle mechanism) 20 that rotates the machining head 10 and that can rotate itself, an advance / retreat mechanism 30 that moves the rotation drive mechanism 20 back and forth, and a control that controls these mechanisms. The apparatus 40 and the high-order computer 52 which analyzes the measurement result which measured the internal diameter shape of the bore | bore of a workpiece | work are provided.
The host computer 52 is connected to a CAE system 54 that performs workpiece simulation analysis and a CAD system 53 that performs workpiece design.

回転駆動機構20は、円筒形状のアーバ21と、アーバ21の内部に収納されたシャフト22と、アーバ21を回転駆動するアーバモータ23と、シャフト22を回転駆動するシャフトモータ(サーボモータ)24と、アーバモータ23を収容するハウジング25と、を備える。
ここで、アーバ21の回転軸とシャフト22の回転軸とは、同軸である。
The rotational drive mechanism 20 includes a cylindrical arbor 21, a shaft 22 housed in the arbor 21, an arbor motor 23 that rotationally drives the arbor 21, a shaft motor (servo motor) 24 that rotationally drives the shaft 22, And a housing 25 that houses the arbor motor 23.
Here, the rotation axis of the arbor 21 and the rotation axis of the shaft 22 are coaxial.

ハウジング25には、アーバモータ23のほか、アーバ21を回転可能に保持するベアリング251と、アーバ21の回転速度および回転角を検出する第1ロータリエンコーダ(スピンドル機構用エンコーダ)252と、進退機構30が螺合されるナット部253と、が設けられている。   In addition to the arbor motor 23, the housing 25 includes a bearing 251 that rotatably holds the arbor 21, a first rotary encoder (spindle mechanism encoder) 252 that detects a rotation speed and a rotation angle of the arbor 21, and an advance / retreat mechanism 30. And a nut portion 253 to be screwed together.

シャフトモータ24には、シャフト22の回転速度および回転角(カム角度)を検出する第2ロータリエンコーダ(サーボモータ用エンコーダ)241が設けられている。   The shaft motor 24 is provided with a second rotary encoder (servo motor encoder) 241 that detects the rotation speed and rotation angle (cam angle) of the shaft 22.

進退機構30は、送りねじ機構であり、ねじが刻設された軸部31と、この軸部31を回転駆動する進退モータ32と、軸部31の回転速度および回転角を検出する第3ロータリエンコーダ33と、を備える。軸部31は、ハウジング25のナット部253に螺合されている。
この進退機構30によれば、進退モータ32を駆動することにより軸部31が回転し、回転駆動機構20を進退させることができる。
The advance / retreat mechanism 30 is a feed screw mechanism, and includes a shaft portion 31 in which a screw is engraved, an advance / retreat motor 32 that rotationally drives the shaft portion 31, and a third rotary that detects the rotation speed and rotation angle of the shaft portion 31. And an encoder 33. The shaft portion 31 is screwed into the nut portion 253 of the housing 25.
According to this advance / retreat mechanism 30, the shaft portion 31 rotates by driving the advance / retreat motor 32, and the rotation drive mechanism 20 can be advanced / retracted.

加工ヘッド10は、アーバ21に一体に連結される円筒形状のアーバ11と、アーバ11の内部に収納されてシャフト22に一体に連結されるシャフト12と、アーバ11の外周面に突没可能に設けられた切削バイト13と、切削バイト13よりもシャフト22の先端側でアーバ11の外周面に突没可能に設けられた接触針14と、を備える。   The machining head 10 is capable of projecting and retracting on the outer peripheral surface of the arbor 11, a cylindrical arbor 11 that is integrally connected to the arbor 21, a shaft 12 that is housed inside the arbor 11 and is integrally connected to the shaft 22, and the like. The cutting tool 13 is provided, and the contact needle 14 is provided on the outer peripheral surface of the arbor 11 so as to be able to project and retract on the distal end side of the shaft 22 with respect to the cutting tool 13.

アーバ11の先端側には、アーバ11の回転軸に交差する方向に延びる貫通孔111が形成されている。
切削バイト13は、棒状であり、貫通孔111に挿入されて、図示しない付勢手段により、シャフト12に向かって付勢されている。
A through-hole 111 extending in a direction intersecting the rotation axis of the arbor 11 is formed on the distal end side of the arbor 11.
The cutting tool 13 has a rod shape, is inserted into the through hole 111, and is biased toward the shaft 12 by a biasing means (not shown).

図2に示すように、シャフト12には、切削バイト13を突出する方向に押圧するカム121が設けられている。
カム121は、例えば、真円形状である。シャフト12は、この真円形のカム121の中心からずれた位置に挿通されている。これにより、シャフト12の回転中心からカム121の周縁までの距離は、連続的に変化する。
なお、カム121の形状は、真円形状に限らないが、コストを低減するため、真円形状が好ましい。
As shown in FIG. 2, the shaft 12 is provided with a cam 121 that presses the cutting tool 13 in a protruding direction.
The cam 121 has a perfect circle shape, for example. The shaft 12 is inserted in a position shifted from the center of the true circular cam 121. Thereby, the distance from the rotation center of the shaft 12 to the peripheral edge of the cam 121 changes continuously.
The shape of the cam 121 is not limited to a perfect circle, but a perfect circle is preferable in order to reduce costs.

このカム121の周縁には、切削バイト13の基端縁が当接する。したがって、アーバ11に対するシャフト12の角度を変化させることで、カム121の周縁のうち切削バイト13に当接する部分が変化し、切削バイト13のアーバ11の外周面からの突出量が変化する。   The base edge of the cutting tool 13 abuts on the periphery of the cam 121. Therefore, by changing the angle of the shaft 12 with respect to the arbor 11, the portion of the peripheral edge of the cam 121 that contacts the cutting bit 13 changes, and the amount of protrusion of the cutting bit 13 from the outer peripheral surface of the arbor 11 changes.

図2(a)は、カム121の突出量がt1である状態を示す模式図である。図2(b)は、切削バイト13の突出量がゼロである状態を示す模式図である。
図2中、カム121の回転中心からカム121の周縁のうちシャフト12から最も遠い部分に至る直線を、カム121の基準線Q1とし、切削バイト13の中心軸を通る直線を、切削バイト13の基準線K1とする。そして、カム121の基準線Q1と切削バイト13の基準線K1との成す角度を、カム角度とする。
FIG. 2A is a schematic diagram illustrating a state where the protruding amount of the cam 121 is t1. FIG. 2B is a schematic diagram showing a state where the protruding amount of the cutting tool 13 is zero.
In FIG. 2, a straight line from the rotation center of the cam 121 to the farthest part of the peripheral edge of the cam 121 from the shaft 12 is defined as a reference line Q <b> 1 of the cam 121, and a straight line passing through the central axis of the cutting bit 13 is The reference line is K1. The angle formed between the reference line Q1 of the cam 121 and the reference line K1 of the cutting bit 13 is defined as a cam angle.

切削バイト13の突出量がt1となる状態では、カム角度はα1である。このα1を初期角度とする。一方、切削バイト13の突出量がゼロとなる状態では、カム角度は(α1+β1)である。
カム121の半径をCr1とし、カム121の中心から回転中心までのオフセット寸法をCo1とすると、カム121の回転中心から切削バイト13の基端縁までの最大寸法L11および最小寸法L12は、以下の式(1)、(2)で表される。
In a state where the protruding amount of the cutting tool 13 is t1, the cam angle is α1. Let α1 be the initial angle. On the other hand, the cam angle is (α1 + β1) when the protruding amount of the cutting bit 13 is zero.
When the radius of the cam 121 is Cr1 and the offset dimension from the center of the cam 121 to the center of rotation is Co1, the maximum dimension L11 and the minimum dimension L12 from the rotation center of the cam 121 to the base edge of the cutting bit 13 are as follows: It is represented by formulas (1) and (2).

L11=Co1×cos(α1)+Cr1 ・・・式(1)
L12=Co1×cos(α1+β1)+Cr1 ・・・式(2)
L11 = Co1 × cos (α1) + Cr1 Formula (1)
L12 = Co1 × cos (α1 + β1) + Cr1 (2)

以上より、カム角度のストロークはβ1(揺動角)となり、切削バイト13の突出量のストロークはt1となり、以下の式(3)が成立する。   From the above, the stroke of the cam angle is β1 (swing angle), the stroke of the protruding amount of the cutting tool 13 is t1, and the following equation (3) is established.

t1=L11−L12=Co1×{cos(α1)−cos(α1+β1)}
・・・式(3)
t1 = L11−L12 = Co1 × {cos (α1) −cos (α1 + β1)}
... Formula (3)

この式(3)に基づいて、カム角度と切削バイト突出量との関係を図3に示す。
図3中実線で示すように、切削バイト13の突出量は、カム角度の変化に対して、非線形つまり円弧状に変化する。一方、図3中破線で示すように、理想的なカムでは、切削バイトの突出量は直線状(リニア)に変化する。よって、切削バイトの突出量を直線状(リニア)に変化させた場合に比べて、切削バイト13の突出量の誤差は、カム角度α1(初期角度)とカム角度(α1+β1)との中間付近で最も大きくなる。
Based on this equation (3), the relationship between the cam angle and the cutting tool protrusion amount is shown in FIG.
As shown by the solid line in FIG. 3, the protruding amount of the cutting tool 13 changes nonlinearly, that is, in an arc shape with respect to the change of the cam angle. On the other hand, as shown by a broken line in FIG. 3, with an ideal cam, the protruding amount of the cutting bit changes linearly. Therefore, as compared with the case where the protruding amount of the cutting bit is changed linearly, the error of the protruding amount of the cutting bit 13 is near the middle between the cam angle α1 (initial angle) and the cam angle (α1 + β1). Become the largest.

したがって、切削バイト13をΔt1だけ突出させたい場合には、この突出量(Δt1)に対応するカム角度(α1+Δβ1)を、カム角度の指令値とする。これにより、容易に突出量を直線状(リニア)に変化させることができる。
具体的には、例えば、突出量(Δt1)と、カム角度の指令値(α1+Δβ1)とが対応付けられた突出量カム角度対応テーブル90(図1参照)を生成して、予め主制御装置41のメモリ91に記憶させておき、後述の同期コントローラ42により、この指令値(α1+Δβ1)を呼び出せるようにする。なお、これに限らず、突出量カム角度対応テーブル90を、同期コントローラ42自体に記憶させてもよいし、また、上位コンピュータ52から同期コントローラ42に出力させてもよい。
Therefore, when it is desired to project the cutting tool 13 by Δt1, the cam angle (α1 + Δβ1) corresponding to the projecting amount (Δt1) is used as the cam angle command value. Thereby, the protrusion amount can be easily changed to a linear shape (linear).
Specifically, for example, a projection amount cam angle correspondence table 90 (see FIG. 1) in which the projection amount (Δt1) and the cam angle command value (α1 + Δβ1) are associated with each other is generated, and the main controller 41 is preliminarily generated. The command value (α1 + Δβ1) can be called by the synchronous controller 42 described later. The protrusion amount cam angle correspondence table 90 may be stored in the synchronization controller 42 itself, or may be output from the host computer 52 to the synchronization controller 42.

アーバ11の貫通孔111のより先端側には、アーバ11の回転軸に交差する方向に延びる貫通孔112が貫通孔111とアーバ21上の周方向位置を異ならせて形成されている。
接触針14は、カム122の外周と接触することで外径方向に突出する。接触針14は、チップ141と、進退ロッド142と、支持ロッド143と、リトラクトバネ144と、を有する。
チップ141は、金属製であり、アーバ11の外径方向に尖り、先端部に球状部を有し、貫通孔112に挿入された状態から突出することでボアの内周面に接触する。
進退ロッド142は、棒状であり、チップ141に連続して貫通孔112の内径側に挿入される。
支持ロッド143は、アーバ11の内部においてアーバ11の軸方向に延び、一端をチップ141と固定され、他端をリトラクトバネ144の一端と接続され、略中央部に支点を有する。
リトラクトバネ144は、弾性反発するバネであり、支持ロッド143の他端を内径側から外径方向に付勢する。これにより、チップ141が進退ロッド142によってアーバ11の外径方向に押圧されない待機状態では、リトラクトバネ144が支持ロッド143の他端を外径方向に押圧し、その作用を支点によって支持ロッド143の一端を内径方向に押圧する力に反転し、当該支持ロッド143の一端に固定されたチップ141をシャフト12に向かって退避させている。
A through hole 112 extending in a direction intersecting the rotation axis of the arbor 11 is formed at a more distal end side of the through hole 111 of the arbor 11 with different positions in the circumferential direction on the through hole 111 and the arbor 21.
The contact needle 14 protrudes in the outer diameter direction by contacting the outer periphery of the cam 122. The contact needle 14 includes a tip 141, an advance / retreat rod 142, a support rod 143, and a retract spring 144.
The tip 141 is made of metal, has a sharp point in the outer diameter direction of the arbor 11, has a spherical portion at the tip, and comes into contact with the inner peripheral surface of the bore by protruding from the state inserted in the through hole 112.
The advance / retreat rod 142 has a rod shape and is inserted into the inner diameter side of the through-hole 112 continuously to the tip 141.
The support rod 143 extends in the axial direction of the arbor 11 inside the arbor 11, one end is fixed to the tip 141, the other end is connected to one end of the retract spring 144, and has a fulcrum at a substantially central portion.
The retract spring 144 is a spring that repels elastically and urges the other end of the support rod 143 from the inner diameter side to the outer diameter direction. Thus, in a standby state where the tip 141 is not pressed in the outer diameter direction of the arbor 11 by the advance / retreat rod 142, the retract spring 144 presses the other end of the support rod 143 in the outer diameter direction, and the action of the support rod 143 is supported by the fulcrum. The tip 141 is fixed to one end of the support rod 143, and the tip 141 is retracted toward the shaft 12.

図4に示すように、シャフト12には、接触針14を突出する方向に押圧するカム122が設けられている。
カム122は、例えば、真円形状である。シャフト12は、この真円形のカム122の中心からずれた位置に挿通されている。これにより、シャフト12の回転中心からカム121の周縁までの距離は、連続的に変化する。
また、カム122は、シャフト12に固定される位置を切削バイト13のカム121の固定位置と異ならせ、カム121とカム122との偏心位置が互いに異なる。
なお、カム122の形状は、真円形状に限らないが、コストを低減するため、真円形状が好ましい。
As shown in FIG. 4, the shaft 12 is provided with a cam 122 that presses the contact needle 14 in a protruding direction.
The cam 122 has, for example, a perfect circle shape. The shaft 12 is inserted at a position shifted from the center of the true circular cam 122. Thereby, the distance from the rotation center of the shaft 12 to the peripheral edge of the cam 121 changes continuously.
In addition, the cam 122 is fixed to the shaft 12 at a position different from the fixing position of the cam 121 of the cutting tool 13, and the eccentric positions of the cam 121 and the cam 122 are different from each other.
The shape of the cam 122 is not limited to a perfect circle, but a perfect circle is preferable in order to reduce costs.

このカム122の周縁には、接触針14の進退ロッド142の内径側の基端縁が当接する。したがって、アーバ11に対するシャフト12の角度を変化させることで、カム122の周縁のうち進退ロッド142に当接する部分が変化し、接触針14のチップ141のアーバ11の外周面からの突出量が変化する。   The proximal end edge on the inner diameter side of the advance / retreat rod 142 of the contact needle 14 abuts on the peripheral edge of the cam 122. Therefore, by changing the angle of the shaft 12 with respect to the arbor 11, the portion of the peripheral edge of the cam 122 that contacts the advance / retreat rod 142 changes, and the amount of protrusion of the tip 141 of the contact needle 14 from the outer peripheral surface of the arbor 11 changes. To do.

図4(a)は、カム122の突出量がt2である状態を示す模式図である。図4(b)は、接触針14の突出量がゼロである状態を示す模式図である。
図4中、カム122の回転中心からカム122の周縁のうちシャフト12から最も遠い部分に至る直線を、カム122の基準線Q2とし、接触針14の中心軸を通る直線を、接触針14の基準線K2とする。そして、カム122の基準線Q2と接触針14の基準線K2との成す角度を、カム角度とする。
FIG. 4A is a schematic diagram showing a state where the protruding amount of the cam 122 is t2. FIG. 4B is a schematic diagram showing a state where the protruding amount of the contact needle 14 is zero.
In FIG. 4, a straight line from the rotation center of the cam 122 to the farthest part of the peripheral edge of the cam 122 from the shaft 12 is defined as a reference line Q <b> 2 of the cam 122, and a straight line passing through the central axis of the contact needle 14 is The reference line K2. The angle formed between the reference line Q2 of the cam 122 and the reference line K2 of the contact needle 14 is defined as a cam angle.

接触針14の突出量がt2となる状態では、カム角度はα2である。このα2を初期角度とする。一方、接触針14の突出量がゼロとなる状態では、カム角度は(α2+β2)である。
カム122の半径をCr2とし、カム122の中心から回転中心までのオフセット寸法をCo2とすると、カム122の回転中心から接触針14の進退ロッドの基端縁までの最大寸法L21および最小寸法L22は、以下の式(4)、(5)で表される。
In a state where the protruding amount of the contact needle 14 is t2, the cam angle is α2. Let α2 be the initial angle. On the other hand, when the protruding amount of the contact needle 14 is zero, the cam angle is (α2 + β2).
When the radius of the cam 122 is Cr2 and the offset dimension from the center of the cam 122 to the rotation center is Co2, the maximum dimension L21 and the minimum dimension L22 from the rotation center of the cam 122 to the base end edge of the advancing / retreating rod of the contact needle 14 are Are represented by the following formulas (4) and (5).

L21=Co2×cos(α2)+Cr2 ・・・式(4)
L22=Co2×cos(α2+β2)+Cr2 ・・・式(5)
L21 = Co2 × cos (α2) + Cr2 Formula (4)
L22 = Co2 × cos (α2 + β2) + Cr2 (5)

以上より、カム角度のストロークはβ2(揺動角)となり、接触針14の突出量のストロークはt2となり、以下の式(6)が成立する。   From the above, the stroke of the cam angle is β2 (swing angle), the stroke of the protruding amount of the contact needle 14 is t2, and the following equation (6) is established.

t2=L21−L22=Co2×{cos(α2)−cos(α2+β2)}
・・・式(6)
t2 = L21−L22 = Co2 × {cos (α2) −cos (α2 + β2)}
... Formula (6)

この式(6)に基づいて、カム角度と接触針突出量との関係を図5に示す。
図5中実線で示すように、接触針14の突出量は、カム角度の変化に対して、非線形つまり円弧状に変化する。一方、図5中破線で示すように、理想的なカムでは、接触針の突出量は直線状(リニア)に変化する。よって、接触針の突出量を直線状(リニア)に変化させた場合に比べて、接触針14の突出量の誤差は、カム角度α2(初期角度)とカム角度(α2+β2)との中間付近で最も大きくなる。
Based on this equation (6), the relationship between the cam angle and the contact needle protrusion amount is shown in FIG.
As shown by the solid line in FIG. 5, the protrusion amount of the contact needle 14 changes nonlinearly, that is, in an arc shape with respect to the change of the cam angle. On the other hand, as shown by a broken line in FIG. 5, with an ideal cam, the protruding amount of the contact needle changes linearly. Therefore, as compared with the case where the protruding amount of the contact needle is changed linearly, the error of the protruding amount of the contact needle 14 is near the middle between the cam angle α2 (initial angle) and the cam angle (α2 + β2). Become the largest.

したがって、接触針14をΔt2だけ突出させた場合には、この突出量(Δt2)に対応するカム角度(α2+Δβ2)を、カム角度の指令値とする。これにより、容易に突出量を直線状(リニア)に変化させることができる。
具体的には、例えば、突出量(Δt2)と、カム角度の指令値(α2+Δβ2)とが対応付けられた突出量カム角度対応テーブル90(図1参照)を生成して、予め主制御装置41のメモリ91に記憶させておき、後述の主制御装置41により、この指令値(α2+Δβ2)を呼び出せるようにする。
Therefore, when the contact needle 14 is protruded by Δt2, the cam angle (α2 + Δβ2) corresponding to the protrusion amount (Δt2) is used as the cam angle command value. Thereby, the protrusion amount can be easily changed to a linear shape (linear).
Specifically, for example, a projection amount cam angle correspondence table 90 (see FIG. 1) in which the projection amount (Δt2) and the cam angle command value (α2 + Δβ2) are associated with each other is generated, and the main controller 41 is preliminarily generated. The command value (α2 + Δβ2) can be called by the main control device 41 described later.

第1に、ワークのボアに加工ヘッド10を挿入し、ボーリング加工を行う場合を説明する。
図1に戻って、制御装置40は、アーバ21およびシャフト22を同期して回転させつつ、アーバ21の回転角の位相に対してシャフト22の回転角の位相を進角化または遅角化することにより、切削バイト13のアーバ11の外周面からの切削バイト13の突出量を調整することができる。
この制御装置40は、主制御装置41、同期コントローラ42、第1サーボアンプ43、第2サーボアンプ44、および第3サーボアンプ45を備える。
First, the case where the machining head 10 is inserted into the bore of the workpiece and boring is performed will be described.
Returning to FIG. 1, the control device 40 advances or retards the phase of the rotation angle of the shaft 22 with respect to the phase of the rotation angle of the arbor 21 while rotating the arbor 21 and the shaft 22 synchronously. Thereby, the protrusion amount of the cutting bit 13 from the outer peripheral surface of the arbor 11 of the cutting bit 13 can be adjusted.
The control device 40 includes a main control device 41, a synchronization controller 42, a first servo amplifier 43, a second servo amplifier 44, and a third servo amplifier 45.

主制御装置41は、上位コンピュータ52からの出力に従って、第1サーボアンプ43および第3サーボアンプ45を介して、アーバモータ23および進退モータ32を駆動し、ワークに対する切削バイト13の切削速度および軸線上の位置を制御する。すなわち、主制御装置41は、いわゆるNC(数値)制御装置と同様の動作をする装置である。この主制御装置41は、突出量カム角度対応テーブル90を記憶したメモリ91を備えている。   The main control device 41 drives the arbor motor 23 and the advance / retreat motor 32 via the first servo amplifier 43 and the third servo amplifier 45 according to the output from the host computer 52, and the cutting speed of the cutting bit 13 with respect to the workpiece and on the axis line Control the position of the. That is, the main control device 41 is a device that operates in the same manner as a so-called NC (numerical value) control device. The main control device 41 includes a memory 91 that stores a protrusion amount cam angle correspondence table 90.

前記同期コントローラ42は、ワークのボアに対する切削バイト13の向き(すなわちアーバ21の回転角)と、ワークのボアに対する切削バイト13の軸線上の位置(すなわち進退機構30の軸部31の回転角)とに応じて指令信号を出力する。これにより、第2サーボアンプ44を介してシャフトモータ24を駆動し、切削バイト13の突出寸法(すなわちアーバ11の外周面からの切削バイト13の突出量)を調整する。   The synchronous controller 42 is configured such that the direction of the cutting bit 13 with respect to the workpiece bore (that is, the rotation angle of the arbor 21) and the position on the axis line of the cutting bit 13 with respect to the bore of the workpiece (that is, the rotation angle of the shaft portion 31 of the advance / retreat mechanism 30). In response to the command signal is output. As a result, the shaft motor 24 is driven via the second servo amplifier 44 to adjust the protruding dimension of the cutting bit 13 (that is, the protruding amount of the cutting bit 13 from the outer peripheral surface of the arbor 11).

具体的には、アーバ21の回転角および加工ヘッド10の進退方向の位置(すなわち切削バイト13のワークのボアに対する軸線上の位置)と、切削バイト13の突出量との関係を示すマップが、上位コンピュータ52からの出力に基づいて生成され、このマップは、同期コントローラ42により、当該同期コントローラ42内のメモリに記憶される。
マップとは、パラメータを配列したものである。すなわち、上述のマップは、加工ヘッド10の進退方向の位置(すなわち切削バイト13のワークのボアに対する軸線上の位置)毎に、アーバ21の回転角および切削バイト13の突出量との関係を示すボアの断面2次元データを求め、軸線方向に配列したものである。
Specifically, a map showing the relationship between the rotation angle of the arbor 21 and the position of the machining head 10 in the forward / backward direction (that is, the position on the axis of the cutting bit 13 with respect to the bore of the workpiece) and the protruding amount of the cutting bit 13 The map is generated based on the output from the host computer 52, and this map is stored in the memory in the synchronization controller 42 by the synchronization controller 42.
A map is an array of parameters. That is, the above-described map shows the relationship between the rotation angle of the arbor 21 and the protruding amount of the cutting bit 13 for each position in the advancing / retreating direction of the machining head 10 (that is, the position on the axis of the cutting bit 13 with respect to the bore of the workpiece). The bore cross-sectional two-dimensional data is obtained and arranged in the axial direction.

そして、同期コントローラ42は、第1ロータリエンコーダ252で検出したアーバ21の回転速度および回転角(具体的には、単位時間当たりのロータリエンコーダが発生するパルス数、すなわち、サンプリング時間のパルス数)、ならびに、第3ロータリエンコーダで検出した軸部31の回転角(具体的には、単位時間当たりのロータリエンコーダが発生するパルス数、すなわち、サンプリング時間のパルス数)に基づいて、前記同期コントローラ42内のメモリに記憶された、切削バイト13の突出量の関係を示すマップを参照して、第2サーボアンプ44を介して、シャフトモータ24を駆動する。
このとき、第2サーボアンプ44により、第2ロータリエンコーダ241で検出したシャフト22の回転速度および回転角(具体的には、単位時間当たりのロータリエンコーダが発生するパルス数、すなわち、サンプリング時間のパルス数)に応じて、シャフトモータ24をフィードバック制御する。
The synchronous controller 42 then rotates the rotation speed and rotation angle of the arbor 21 detected by the first rotary encoder 252 (specifically, the number of pulses generated by the rotary encoder per unit time, that is, the number of pulses of the sampling time), In addition, based on the rotation angle of the shaft portion 31 detected by the third rotary encoder (specifically, the number of pulses generated by the rotary encoder per unit time, that is, the number of pulses of the sampling time), The shaft motor 24 is driven via the second servo amplifier 44 with reference to the map showing the relationship of the protruding amount of the cutting tool 13 stored in the memory.
At this time, the rotation speed and rotation angle of the shaft 22 detected by the second rotary encoder 241 by the second servo amplifier 44 (specifically, the number of pulses generated by the rotary encoder per unit time, that is, the pulse of the sampling time) The shaft motor 24 is feedback-controlled according to the number.

以上の同期コントローラ42によるシャフト22の制御について、図6を参照しながら説明する。
図6は、同期コントローラ42の動作を示すブロック線図である。
アーバ21とシャフト22とを完全に同期させる場合、まず、アーバ21の回転速度に、シャフト22の回転速度を検出する第2ロータリエンコーダ241の分解能(PG2)を乗算するとともに、シャフト22の回転速度に、アーバ21の回転速度を検出する第1ロータリエンコーダ252の分解能(PG1)を乗算し、両者の差分を算出する。
このような乗算を行ったのは、第1ロータリエンコーダ252の分解能(PG1)と、第2ロータリエンコーダ241の分解能(PG2)とが異なるので、これら分解能比を考慮して、分解能を合わせるためである。
The control of the shaft 22 by the synchronous controller 42 will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a block diagram showing the operation of the synchronization controller 42.
When the arbor 21 and the shaft 22 are completely synchronized, first, the rotational speed of the arbor 21 is multiplied by the resolution (PG2) of the second rotary encoder 241 that detects the rotational speed of the shaft 22, and the rotational speed of the shaft 22 is also multiplied. Is multiplied by the resolution (PG1) of the first rotary encoder 252 that detects the rotation speed of the arbor 21, and the difference between the two is calculated.
The reason for performing such multiplication is that the resolution (PG1) of the first rotary encoder 252 and the resolution (PG2) of the second rotary encoder 241 are different, so that the resolution is adjusted in consideration of these resolution ratios. is there.

次に、算出した差分を速度誤差として算出するとともに、この速度誤差を積分して位置誤差とする。
次に、アーバ21の回転速度からフィード・フォワード量を求めて、速度誤差および位置誤差を加算して、シャフトモータ24への速度指令とする。
すると、アーバとカムとの位相差が保持されて、切削バイト13の突出量は一定となる。
Next, the calculated difference is calculated as a speed error, and the speed error is integrated to obtain a position error.
Next, the feed forward amount is obtained from the rotation speed of the arbor 21 and the speed error and the position error are added to obtain a speed command to the shaft motor 24.
Then, the phase difference between the arbor and the cam is maintained, and the protruding amount of the cutting bit 13 becomes constant.

一方、アーバ21とシャフト22との位相をずらす場合、まず、加工ヘッド10を進退させる軸部31の回転角を取得すると、制御装置40により、加工ヘッド10の進退方向の位置(すなわち切削バイト13のボアに対する軸線上の位置)が算出されて、マップ切替え器にて、この算出された加工ヘッド10の進退方向の位置に応じて、上述のアーバ21の回転角および切削バイト13の突出量との関係を示すマップ(ボアの2次元断面データ)を切り替える。
また、マップアドレス変換器は、アーバ21の回転速度と回転角を取得すると、アーバ21の回転位置を求める。
次に、マップアドレス変換器は、上述のマップを参照して、アーバ21の回転角に応じた切削バイト13の突出量データを呼び出して、前回のデータとの差分を抽出し、この差分を変化量(すなわち速度)として、シャフトモータ24の回転速度指令に加算する。
On the other hand, when the phases of the arbor 21 and the shaft 22 are shifted, first, when the rotation angle of the shaft portion 31 for moving the machining head 10 back and forth is acquired, the position of the machining head 10 in the forward / backward direction (that is, the cutting bit 13 is obtained). The position of the arbor 21 and the amount of protrusion of the cutting tool 13 are calculated according to the calculated position of the machining head 10 in the advancing / retreating direction by the map changer. The map (two-dimensional cross-section data of the bore) is switched.
Further, when the map address converter acquires the rotation speed and rotation angle of the arbor 21, the map address converter obtains the rotation position of the arbor 21.
Next, the map address converter refers to the above-mentioned map, calls the protrusion amount data of the cutting bit 13 corresponding to the rotation angle of the arbor 21, extracts the difference from the previous data, and changes this difference. The amount (that is, speed) is added to the rotational speed command of the shaft motor 24.

次に、以上のように構成される非真円形穴加工装置1を用いて、自動車エンジンのシリンダブロックのボアをボーリング加工する手順について、図7のフローチャートを参照して説明する。   Next, a procedure for boring a bore of a cylinder block of an automobile engine using the non-round hole drilling apparatus 1 configured as described above will be described with reference to a flowchart of FIG.

まず、ステップS1において、図8(a)に示すように、シリンダブロック素材であるシリンダブロック60に、ダミーヘッド70をボルト71により装着する。ダミーヘッド70は、製品シリンダヘッドを模した形状および材質からなり、中央部には、非真円形穴加工装置1の加工ヘッド10が挿入可能な孔が形成されている。   First, in step S1, as shown in FIG. 8A, the dummy head 70 is attached to the cylinder block 60, which is a cylinder block material, with bolts 71. The dummy head 70 is made of a shape and material simulating a product cylinder head, and a hole into which the machining head 10 of the non-round hole machining apparatus 1 can be inserted is formed at the center.

次に、ステップS2において、シリンダブロック60を所定の位置に配置し、非真円形穴加工装置1により、ボア61を所望の真円度に加工する。   Next, in step S2, the cylinder block 60 is disposed at a predetermined position, and the bore 61 is machined to a desired roundness by the non-round hole drilling apparatus 1.

次に、ステップS3において、シリンダブロック60から、ボルト71の締付けを解除して、ダミーヘッド70を取り外す。すると、図8(b)に示すように、シリンダブロック60のボア61の内径が、図8(a)の状態から多少変形することになる。これは、ダミーヘッド70の組付けによる応力が解除されるからである。   Next, in step S <b> 3, the bolt 71 is released from the cylinder block 60 and the dummy head 70 is removed. Then, as shown in FIG. 8B, the inner diameter of the bore 61 of the cylinder block 60 is slightly deformed from the state of FIG. This is because the stress due to the assembly of the dummy head 70 is released.

具体的には、図9(a)に示すように、シリンダブロック60には、4つのボア61が一直線上に並んで形成されている。各ボア61の周囲には、ボルト71が螺合されるボルト穴72が形成されている。
シリンダブロック60からダミーヘッド70を取り外すと、ダミーヘッド70による押圧力が除去されるため、ボア61のダミーヘッド側の内径形状は、図9(b)に示すように、楕円形に変形する。また、ボルト穴72のねじ山とボルト71のねじ山との間に作用する応力が除去されるため、ボア61のクランクシャフト側の内径形状は、図9(c)に示すように、四角形に変形する。
Specifically, as shown in FIG. 9A, the cylinder block 60 is formed with four bores 61 arranged in a straight line. A bolt hole 72 into which the bolt 71 is screwed is formed around each bore 61.
When the dummy head 70 is removed from the cylinder block 60, the pressing force by the dummy head 70 is removed, so that the inner diameter shape of the bore 61 on the dummy head side is deformed into an ellipse as shown in FIG. 9B. Further, since the stress acting between the screw thread of the bolt hole 72 and the screw thread of the bolt 71 is removed, the inner diameter shape of the bore 61 on the crankshaft side is rectangular as shown in FIG. Deform.

ここで、ボアの内径形状を周波数解析する場合には、4次までの周波数解析をする。これは、4次までの周波数解析であればシリンダブロックのボアの変形をほぼ再現できるからである。
すなわち、4次成分は四角形状の成分を表し、3次成分は三角形状の成分を表し、2次成分は楕円形状の成分を表すので、0次〜4次までの周波数解析を行って余弦波で表し、これら余弦波を合成することで、シリンダブロックのボアの変形を再現でき、高次のノイズを除去できる。
Here, when frequency analysis is performed on the inner diameter shape of the bore, frequency analysis up to the fourth order is performed. This is because the deformation of the bore of the cylinder block can be almost reproduced by frequency analysis up to the fourth order.
That is, the quaternary component represents a quadrilateral component, the tertiary component represents a triangular component, and the secondary component represents an elliptical component. Therefore, the cosine wave is obtained by performing frequency analysis from the 0th to the 4th order. By synthesizing these cosine waves, the deformation of the cylinder block bore can be reproduced, and higher-order noise can be removed.

また、断面2次元形状(X,Y)を、通常のNCデータ形式で点群(X,Y)として記憶すればデータ量が膨大になるが、余弦波を用いて曲線デ一タ形式で記憶することで、データ量をかなり低減できデータ処理を高速化できる。
換言すれば、シリンダヘッドをシリンダブロックに組み付ける際のシリンダブロックのボアの変形を解消するように断面非真円形状の穴を形成するには、0次〜4次までの周波数分析を行えばよく、データ量も少なくて済む。
If the two-dimensional cross section (X I , Y I ) is stored as a point cloud (X I , Y I ) in the normal NC data format, the amount of data becomes enormous. By storing the data in the data format, the amount of data can be considerably reduced and the data processing can be accelerated.
In other words, in order to form a hole with a non-circular cross section so as to eliminate the deformation of the bore of the cylinder block when the cylinder head is assembled to the cylinder block, frequency analysis from the 0th order to the 4th order may be performed. The amount of data is small.

なお、4次の周波数解析までではなく、穴の形状に応じて50次でも、100次でも、更に高次でもよい。例えば、断面非真円形状の穴の形状の1周分を1°毎に通常のNCデータ形式で表現する場合、720個のパラメータが必要になるが、50次の曲線データ形式で表現する場合、101個のパラメータでよい。すなわち、半径誤差(0次)、50個のn次振幅および、50個のn次位相である。このように、50次までの周波数解析を実行しても、曲線データ形式で記憶することで、データ量を低減でき、データ処理を高速化できる。   In addition, it is not limited to the fourth-order frequency analysis, and may be 50th, 100th, or higher order depending on the shape of the hole. For example, when expressing one round of the shape of a hole with a non-circular cross section in the normal NC data format every 1 °, 720 parameters are required, but when expressing in the 50th order curve data format , 101 parameters are sufficient. That is, radius error (0th order), 50 nth order amplitudes and 50 nth order phases. As described above, even if frequency analysis up to the 50th order is executed, the amount of data can be reduced and the data processing can be speeded up by storing in the curve data format.

そこで、ステップS4において、ダミーヘッド70を取り外した後のシリンダブロック60のボア61の軸線上の所定間隔おきに内径形状を測定し、上位コンピュータ52に内径形状データとして記憶する。ボア61の内径形状の測定は、後述の方法を用いる。   Therefore, in step S4, the inner diameter shape is measured at predetermined intervals on the axis of the bore 61 of the cylinder block 60 after the dummy head 70 is removed, and stored in the host computer 52 as inner diameter shape data. The measurement of the inner diameter shape of the bore 61 uses the method described later.

ステップS5において、内径形状データに基づいて周波数解析を行い、分析内径形状パラメータを算出する。   In step S5, frequency analysis is performed based on the inner diameter shape data, and an analysis inner diameter shape parameter is calculated.

次に、ステップS6において、算出した分析内径形状パラメータを非真円形穴加工装置1の同期コントローラ42に入力して、合成内径形状マップを生成する。   Next, in step S6, the calculated analysis inner diameter shape parameter is input to the synchronous controller 42 of the non-round hole drilling apparatus 1 to generate a combined inner diameter shape map.

そして、ステップS7において、先ず、既にボーリング加工を行ったシリンダブロック60とは別の、新たなシリンダブロック素材であるシリンダブロック60Aを所定の位置に配置する。次いで、同期コントローラ42の制御下に、生成された合成内径形状マップに基づいたボーリング加工をシリンダブロック60Aに施す。   In step S7, first, a cylinder block 60A which is a new cylinder block material different from the cylinder block 60 which has already been subjected to boring is arranged at a predetermined position. Next, under the control of the synchronous controller 42, the cylinder block 60A is subjected to boring processing based on the generated composite inner diameter shape map.

ステップS8において、ダミーヘッド70と異なり、実際の製品として用いられる製品シリンダヘッド80を用意し、図8(c)に示すように、ボーリング加工が施された新たなシリンダブロック60Aに、製品シリンダヘッド80をボルト81により装着する。すると、シリンダブロック60Aのボア61Aの内径形状は、シリンダブロック60のボア61と同様の真円度となる。   In step S8, unlike the dummy head 70, a product cylinder head 80 to be used as an actual product is prepared. As shown in FIG. 8C, a new cylinder block 60A subjected to boring processing is provided on the product cylinder head 60A. 80 is attached with a bolt 81. Then, the bore 61A of the cylinder block 60A has the same roundness as the bore 61 of the cylinder block 60.

第2に、ボーリング加工を行ってシリンダブロック60Aに形成されたボア61Aに加工ヘッド10を挿入し、非真円形状のボアの内径形状を測定する場合を説明する。また、この測定は、上記ボーリング加工する際のステップS4においても実施される。
図1に戻って、制御装置40は、アーバ21およびシャフト22を同期して回転させつつ、アーバ21の回転角の位相に対してシャフト22の回転角の位相を進角化または遅角化することにより、接触針14のアーバ11の外周面からの接触針14の突出量を調整することができる。
Second, the case where the machining head 10 is inserted into the bore 61A formed in the cylinder block 60A by performing boring and the inner diameter shape of the non-circular bore is measured will be described. This measurement is also performed in step S4 when performing the boring process.
Returning to FIG. 1, the control device 40 advances or retards the phase of the rotation angle of the shaft 22 with respect to the phase of the rotation angle of the arbor 21 while rotating the arbor 21 and the shaft 22 synchronously. Thereby, the protrusion amount of the contact needle 14 from the outer peripheral surface of the arbor 11 of the contact needle 14 can be adjusted.

同期コントローラ42は、上位コンピュータ52からの出力に従って、第1サーボアンプ43および第3サーボアンプ45を介して、アーバモータ23および進退モータ32を駆動し、ボア61Aが形成されたシリンダブロック60Aのようなワークに対する接触針14の探針速度および軸線上の位置を制御する。   The synchronous controller 42 drives the arbor motor 23 and the advance / retreat motor 32 via the first servo amplifier 43 and the third servo amplifier 45 in accordance with the output from the host computer 52, such as a cylinder block 60A in which the bore 61A is formed. The probe needle speed with respect to the workpiece and the position on the axis are controlled.

同期コントローラ42は、まず、プリテンション工程として、シャフトモータ24のトルクを一定制御し、カム122を介した接触針14からボアにプリテンションを掛ける。すなわち、プリテンション工程は、カム122の外周と接触針14の進退ロッド142の基端とを接触させて非真円ボアの内周面の凹凸に接触針14を接触させた状態とし、シャフトモータ24に一定値のトルクを出力することで、カム122のカム角度を変位させるように制御する。   First, as a pretensioning process, the synchronous controller 42 controls the torque of the shaft motor 24 to be constant and applies pretension to the bore from the contact needle 14 via the cam 122. That is, in the pretensioning step, the outer periphery of the cam 122 and the proximal end of the advance / retreat rod 142 of the contact needle 14 are brought into contact with each other so that the contact needle 14 is brought into contact with the irregularities on the inner peripheral surface of the non-circular bore. By outputting a constant torque to 24, the cam angle of the cam 122 is controlled to be displaced.

そして、同期コントローラ42は、同期制御回転工程として、所定のマップを参照して、ワークの非真円ボアに対する接触針14の向き(すなわちアーバ21の回転角)と、ワークの非真円ボアに対する接触針14の軸線上の位置(すなわち進退機構30の軸部31の回転角)とを制御する。同期コントローラ42は、このときもプリテンション工程と同様に、非真円ボアの内周面の凹凸に接触針14を接触させた状態でシャフトモータ24に一定値のトルクを出力するように制御する。これにより、第2サーボアンプ44を介してシャフトモータ24を駆動し、一定値のトルクを出力した際の接触針14の突出寸法(すなわちアーバ11の外周面からの接触針14の突出量)に応じて変化するカム122のカム角度から非真円ボアの内径形状を測定する。   Then, as a synchronous control rotation process, the synchronization controller 42 refers to a predetermined map and refers to the direction of the contact needle 14 with respect to the non-circular bore of the work (that is, the rotation angle of the arbor 21) and the non-circular bore of the work. The position on the axis of the contact needle 14 (that is, the rotation angle of the shaft portion 31 of the advance / retreat mechanism 30) is controlled. At this time, similarly to the pretensioning process, the synchronous controller 42 controls to output a constant torque to the shaft motor 24 in a state where the contact needle 14 is in contact with the unevenness of the inner peripheral surface of the non-circular bore. . As a result, the shaft motor 24 is driven via the second servo amplifier 44, and the protruding dimension of the contact needle 14 (ie, the protruding amount of the contact needle 14 from the outer peripheral surface of the arbor 11) when a constant value of torque is output. The inner diameter shape of the non-circular bore is measured from the cam angle of the cam 122 that changes accordingly.

具体的には、同期コントローラ42は、所定のマップを参照して、第1ロータリエンコーダ252で検出するアーバ21の回転速度および回転角(具体的には、単位時間当たりのロータリエンコーダが発生するパルス数、すなわち、サンプリング時間のパルス数)、ならびに、第3ロータリエンコーダで検出する軸部31の回転角(具体的には、単位時間当たりのロータリエンコーダが発生するパルス数、すなわち、サンプリング時間のパルス数)を制御する。
このとき、同期コントローラ42は、同時に、シャフトモータ24がメモリに記憶された一定値のトルクを出力するように、カム122の外周と接触針14の進退ロッド142の基端とを接触させて非真円ボアの内周面の凹凸に接触針14を接触させた状態で、第2サーボアンプ44により、第2ロータリエンコーダ241で検出したシャフト22の回転速度および回転角(具体的には、単位時間当たりのロータリエンコーダが発生するパルス数、すなわち、サンプリング時間のパルス数)に応じて、シャフトモータ24をフィードバック制御する。
Specifically, the synchronization controller 42 refers to a predetermined map, and the rotation speed and rotation angle of the arbor 21 detected by the first rotary encoder 252 (specifically, pulses generated by the rotary encoder per unit time). And the rotation angle of the shaft portion 31 detected by the third rotary encoder (specifically, the number of pulses generated by the rotary encoder per unit time, that is, the pulse of the sampling time) Number).
At this time, the synchronous controller 42 simultaneously brings the outer periphery of the cam 122 into contact with the proximal end of the advancing / retreating rod 142 of the contact needle 14 so that the shaft motor 24 outputs a constant value torque stored in the memory. The rotation speed and rotation angle of the shaft 22 detected by the second rotary encoder 241 by the second servo amplifier 44 in a state where the contact needle 14 is in contact with the irregularities on the inner peripheral surface of the perfect circular bore (specifically, the unit The shaft motor 24 is feedback-controlled according to the number of pulses generated by the rotary encoder per time, that is, the number of pulses of the sampling time.

以上の同期コントローラ42によるシャフト22の制御について、図10を参照しながら説明する。
図10は、同期コントローラ42の動作を示すブロック線図である。図11は、カム角度θのときに発生するトルクを示す図である。
同期コントローラ42は、まず、所定角度θoの角度指令をシャフトモータ24に伝達する。これにより、カム122のカム角度が角度θとなった状態で、非真円ボアの内周面の凹凸に接触針14を接触させる。
このとき、図11に示すように、カム122のカム角度が角度θの状態で接触針14をボアの内周面に接触させたことによるワーク反力Fwと、アーバ11と進退ロッド142との間の摩擦力やリトラクトバネ144による抵抗力などに起因するメカ機構抵抗力Fmと、が生じる。
このため、シャフトモータ24に掛かるトルクTlは、カム122によるモーメントとして、以下の式(7)で表される。
The control of the shaft 22 by the synchronous controller 42 will be described with reference to FIG.
FIG. 10 is a block diagram showing the operation of the synchronization controller 42. FIG. 11 is a diagram illustrating torque generated at the cam angle θ.
First, the synchronous controller 42 transmits an angle command of a predetermined angle θo to the shaft motor 24. Thus, the contact needle 14 is brought into contact with the irregularities on the inner peripheral surface of the non-circular bore in a state where the cam angle of the cam 122 is the angle θ.
At this time, as shown in FIG. 11, the workpiece reaction force Fw caused by bringing the contact needle 14 into contact with the inner peripheral surface of the bore with the cam angle of the cam 122 being the angle θ, and the arbor 11 and the advance / retreat rod 142 And a mechanical mechanism resistance force Fm caused by a friction force between them and a resistance force by the retract spring 144 are generated.
For this reason, the torque Tl applied to the shaft motor 24 is expressed by the following equation (7) as a moment by the cam 122.

Tl=(Fm+Fw)×Co2×sin(θ) ・・・式(7)   Tl = (Fm + Fw) × Co2 × sin (θ) (7)

次に、角度θとシャフトモータ24のトルクTlとから負荷力Flを算出し、また所定角度θoの角度指令から無負荷時の無負荷力計算により算出されたメカ機構抵抗力Fmを算出し、負荷力Flからメカ機構抵抗力(無負荷力)Fmを引算して接触針14からの推定反力Feを算出する。具体的には、式(7)を変形して負荷力Fl=Fm+Fw=Tl/{Co2×sin(θ)}を算出し、メカ機構抵抗力Fm=無負荷時トルクTo/{Co2×sin(θo)}を算出し、推定反力Fe≒Fw=負荷力Fl−メカ機構抵抗力Fmを算出する。   Next, the load force Fl is calculated from the angle θ and the torque Tl of the shaft motor 24, and the mechanical mechanism resistance force Fm calculated by the no-load force calculation at the time of no load is calculated from the angle command of the predetermined angle θo. The estimated reaction force Fe from the contact needle 14 is calculated by subtracting the mechanical mechanism resistance force (no load force) Fm from the load force Fl. Specifically, the load force Fl = Fm + Fw = Tl / {Co2 × sin (θ)} is calculated by modifying the equation (7), and the mechanical mechanism resistance force Fm = no-load torque To / {Co2 × sin ( θo)} is calculated, and the estimated reaction force Fe≈Fw = load force Fl−mechanical mechanism resistance force Fm is calculated.

次に、算出された推定反力Feからカム122のカム角度が所定角度θoの場合の反力に対応する一定力Fwoを引算して、差分反力を対応するカム角度に変換するインピーダンスコントローラに入力し、カム122のカム角度の反力対応角度θcoを算出し、算出された反力対応角度θcoを角度指令の所定角度θoに加算した角度指令を伝達する。これにより、カム122のカム角度を所定角度θoに反力対応角度θcoを加算した補正角度θam(=θo+θco)である角度指令に基づきPIDコントローラを用いて変位させ、第2エンコーダと第1エンコーダとを用いてカム122の変位したカム角度θを特定する。   Next, an impedance controller that subtracts a constant force Fwo corresponding to the reaction force when the cam angle of the cam 122 is the predetermined angle θo from the calculated estimated reaction force Fe, and converts the differential reaction force into a corresponding cam angle. , The reaction force corresponding angle θco of the cam angle of the cam 122 is calculated, and an angle command obtained by adding the calculated reaction force corresponding angle θco to the predetermined angle θo of the angle command is transmitted. As a result, the cam angle of the cam 122 is displaced using the PID controller based on the angle command which is the correction angle θam (= θo + θco) obtained by adding the reaction force corresponding angle θco to the predetermined angle θo, and the second encoder and the first encoder Is used to identify the displaced cam angle θ of the cam 122.

以上により、非真円ボアの円周上のある位置におけるカム角度θが特定できる。そして、このような制御を行いながら同期制御回転工程によってボアの軸線上の位置を変更せずに接触針14をボア内周面に沿って1周させることで、非真円ボアの全円周上のカム角度θを特定し、カム角度θから内径寸法Lreにより算出して非真円ボアの全円周上の内径形状を測定する。
内径寸法Lreは、カム122の中心から回転中心までのオフセット寸法をCo2とし、カム122の半径をCr2とし、接触針14の長さをLsとすると、図11に示す以下の式(8)で表される。
As described above, the cam angle θ at a certain position on the circumference of the non-circular bore can be specified. And while performing such control, the contact needle 14 is rotated once along the inner peripheral surface of the bore without changing the position on the axis of the bore by the synchronous control rotation process, so that the entire circumference of the non-circular bore is obtained. The upper cam angle θ is specified, and the inner diameter shape on the entire circumference of the non-circular bore is measured by calculating from the cam angle θ by the inner diameter dimension Lre.
The inner diameter dimension Lre is expressed by the following equation (8) shown in FIG. 11 when the offset dimension from the center of the cam 122 to the center of rotation is Co2, the radius of the cam 122 is Cr2, and the length of the contact needle 14 is Ls. expressed.

Lre=Co2×cos(θ)+Cr2+Ls ・・・式(8)   Lre = Co2 × cos (θ) + Cr2 + Ls (8)

この測定を、非真円ボアの軸線上で所定の間隔おきに測定する。   This measurement is made at predetermined intervals on the axis of the non-circular bore.

以上のように構成される非真円形穴加工装置1を用いて、自動車エンジンのシリンダブロックに形成された非真円ボア形状を測定する手順について、図12のフローチャートを参照して説明する。   The procedure for measuring the non-round bore shape formed in the cylinder block of the automobile engine using the non-round hole processing apparatus 1 configured as described above will be described with reference to the flowchart of FIG.

ステップS11では、ワークの非真円ボアに非真円形穴加工装置1の加工ヘッド10を挿入した後、ボアの軸線上の所定位置に設定された測定点に接触針14のチップ141を合わせ、測定点でのボアの内径寸法Lreを測定する。
具体的には、S111として、シャフトモータ24のトルクを一定制御し、カム122を介した接触針14のチップ141からボアの内周面にプリテンションを掛けるプリテンション工程を実行する。次に、S112として、所定のマップを参照して、ワークの非真円ボアに対する接触針14の向き(すなわちアーバ21の回転角)と、ワークの非真円ボアに対する接触針14の軸線上の位置(すなわち進退機構30の軸部31の回転角)とを制御する同期制御回転工程を実行する。S112の実行中は、S111も同時に実行される。そして、S113として、所定の軸線上の非真円ボアの全円周上のカム角度θを特定し、カム角度θから式(8)により、内径寸法Lre(=オフセット寸法Co2×cos(θ)+カム122の半径Cr+接触針長Ls)を算出して測定工程を実行する。
In step S11, after inserting the machining head 10 of the non-round hole machining apparatus 1 into the non-round bore of the workpiece, the tip 141 of the contact needle 14 is aligned with the measurement point set at a predetermined position on the bore axis, The bore size Lre of the bore at the measurement point is measured.
Specifically, as S111, a pre-tensioning process is executed in which the torque of the shaft motor 24 is controlled to be constant and pre-tensioning is applied from the tip 141 of the contact needle 14 to the inner peripheral surface of the bore via the cam 122. Next, as S112, referring to a predetermined map, the direction of the contact needle 14 with respect to the non-circular bore of the work (that is, the rotation angle of the arbor 21) and the axis of the contact needle 14 with respect to the non-circular bore of the work The synchronous control rotation process which controls a position (namely, rotation angle of the axial part 31 of the advance / retreat mechanism 30) is performed. During the execution of S112, S111 is also executed at the same time. Then, in S113, the cam angle θ on the entire circumference of the non-circular bore on the predetermined axis is specified, and the inner diameter dimension Lre (= offset dimension Co2 × cos (θ) is calculated from the cam angle θ by the equation (8). (+ Radius Cr of cam 122 + contact needle length Ls) is calculated and the measurement process is executed.

ステップS12では、チップ磨耗補正項(Lam)を算出する。
図13は、本実施形態に係るチップ磨耗補正項(Lam)の算出マップを示す図である。図13の横軸は、チップ使用回数Nを表す。図13の縦軸は、チップ磨耗補正項(Lam)を表す。図16に示すチップ使用回数Nとチップ磨耗補正項(Lam)との関係は、チップ新品当初がLam=1と規定され、チップ使用回数Nが増大してチップ磨耗が進む程、チップ磨耗補正項が0よりも大きくかつ1よりも低下する関係である。チップ磨耗が増大すると、接触針14を一定の突出量に突出させるためにカム122のカム角度θをより小さくする必要があることに起因する。この算出マップは、予め実験などにより求められて制御装置40に記憶されている。
チップ磨耗補正項(Lam)は、制御装置40のメモリ91に記憶されていくチップ使用回数Nを用いて、図13のチップ磨耗補正項(Lam)の算出マップを検索することで算出される。
In step S12, a tip wear correction term (Lam) is calculated.
FIG. 13 is a diagram showing a calculation map of the tip wear correction term (Lam) according to the present embodiment. The horizontal axis of FIG. 13 represents the number N of times of chip use. The vertical axis in FIG. 13 represents the tip wear correction term (Lam). The relationship between the chip use frequency N and the chip wear correction term (Lam) shown in FIG. 16 is defined as Lam = 1 at the beginning of a new chip, and the chip wear correction term increases as the chip use frequency N increases and the chip wear progresses. Is larger than 0 and lower than 1. When the tip wear increases, the cam angle θ of the cam 122 needs to be made smaller in order to cause the contact needle 14 to protrude to a constant protrusion amount. This calculation map is obtained in advance by experiments or the like and stored in the control device 40.
The chip wear correction term (Lam) is calculated by searching the calculation map of the chip wear correction term (Lam) in FIG. 13 using the chip usage count N stored in the memory 91 of the control device 40.

ステップS13では、ステップS11で測定したボアの内径寸法Lreに、ステップS12で算出したチップ磨耗補正項(Lam)を乗算してボアの実際の内径寸法Lprを算出する。
内径寸法Lprは、以下の式(9)で表される。
In step S13, the bore internal diameter Lre measured in step S11 is multiplied by the tip wear correction term (Lam) calculated in step S12 to calculate the bore internal diameter Lpr.
The inner diameter Lpr is expressed by the following formula (9).

Lpr=Lre×Lam ・・・式(9)   Lpr = Lre × Lam (9)

以上より、ボアの実際の内径寸法Lprが算出される。   From the above, the actual inner diameter dimension Lpr of the bore is calculated.

ステップS14では、ボアの軸線上の所定位置に設定された各測定点の測定を完了したか否かを判定する。
具体的には、各測定点Mn(n=1,2,3,4)を設定し、nが1から4となるまで測定が完了されたか否かを判定する。
ステップS14で肯定判定された場合には、本ルーチンを終了する。一方、否定判定された場合には、ステップS11に戻る。
In step S14, it is determined whether or not the measurement at each measurement point set at a predetermined position on the bore axis has been completed.
Specifically, each measurement point Mn (n = 1, 2, 3, 4) is set, and it is determined whether or not the measurement is completed until n becomes 1 to 4.
If an affirmative determination is made in step S14, this routine ends. On the other hand, if a negative determination is made, the process returns to step S11.

図14は、各測定点M1〜M4で測定したボアの内径形状R1〜R4を示す模式図である。
図14に示すように、各測定点M1〜M4でのボアの内径形状R1〜R4は、互いに異なり、楕円形、三角形、四角形状や、偏心した真円など、非真円形状となっている。
FIG. 14 is a schematic diagram showing bore inner diameter shapes R1 to R4 measured at each measurement point M1 to M4.
As shown in FIG. 14, the bore inner diameter shapes R1 to R4 at the respective measurement points M1 to M4 are different from each other, and are non-circular shapes such as an ellipse, a triangle, a quadrangular shape, and an eccentric perfect circle. .

図15は、測定点M1〜M4のうちの1つ、ここでは、測定点M2で測定したボアの内径形状R2を示す断面図である。図16は、図15のボアの内径形状R2を、回転角を横軸として表した図である。
図15および図16中、ボアの変形量をゼロとした場合のボアの内周面の位置を基準線Loとし、この基準線LoよりもΔLだけ内側をLAとし、基準線LoよりもΔLだけ外側をLBとしてある。
FIG. 15 is a cross-sectional view showing an inner diameter shape R2 of the bore measured at one of the measurement points M1 to M4, here, the measurement point M2. FIG. 16 is a view showing the bore shape R2 of the bore of FIG. 15 with the rotation angle as the horizontal axis.
In FIGS. 15 and 16, the position of the inner peripheral surface of the bore when the deformation amount of the bore is zero is set as a reference line Lo, the inner side is ΔL from the reference line Lo, and the inner side is LA by ΔL from the reference line Lo. The outside is LB.

本実施形態によれば、以下のような効果を奏する。   According to this embodiment, there are the following effects.

(1)シャフトモータ24のトルクを一定制御し、カム122を介して接触針14にプリテンションを掛けるプリテンション工程(ステップS111)と、カム122と回転駆動機構20とを同期制御で回転させる同期制御回転工程(ステップS112)と、を実施して非真円形ボア形状を測定する。
プリテンション工程(ステップS111)では、シャフトモータ24のトルクを一定制御するように、非真円ボアの内周面の凹凸に接触針14を接触させた状態でシャフトモータ24のトルクを一定制御することで、カム122のカム角度を変位させ、第2ロータリエンコーダ241と第1ロータリエンコーダ252とを用いてカム122の変位したカム角度θを特定する。この特定したカム角度θが非真円ボアの円周上のある位置における内径形状に対応する。
同期制御回転工程(ステップS112)では、プリテンション工程(ステップS111)での一定制御したシャフトモータ24のトルクを維持し、接触針14を非真円ボアの内周面に沿って1周させることで、第2ロータリエンコーダ241と第1ロータリエンコーダ252とを用いて非真円ボアの1周上の各位置におけるカム角度θを特定する。これにより、非真円形ボアの全円周上のカム角度θを特定し、非真円ボアの全円周上の内径形状を測定する。
本実施形態によれば、カム122とシャフトモータ24と第2ロータリエンコーダ241と回転駆動機構20と第1ロータリエンコーダ252とを有する簡易な構成であるため、安価に製造できる。また、接触針14を回転駆動機構20によって回転制限なく回転でき、測定時のサイクルタイムを短縮できる。さらに、接触針14の接触時のシャフトモータ24のトルクを一定制御することでカム122の変位したカム角度θを特定し、非真円ボアの内径形状を測定するため、高精度な測定が実現できる。
(1) A constant tension control for controlling the torque of the shaft motor 24 and pretensioning the contact needle 14 via the cam 122 (step S111), and synchronization for rotating the cam 122 and the rotary drive mechanism 20 by synchronous control. The control rotation step (step S112) is performed to measure the non-true circular bore shape.
In the pretensioning step (step S111), the torque of the shaft motor 24 is controlled to be constant with the contact needle 14 being in contact with the irregularities on the inner peripheral surface of the non-circular bore so that the torque of the shaft motor 24 is controlled to be constant. Thus, the cam angle of the cam 122 is displaced, and the displaced cam angle θ of the cam 122 is specified using the second rotary encoder 241 and the first rotary encoder 252. The specified cam angle θ corresponds to the inner diameter shape at a certain position on the circumference of the non-circular bore.
In the synchronous control rotation process (step S112), the torque of the shaft motor 24 controlled in the pretension process (step S111) is maintained, and the contact needle 14 is rotated once along the inner peripheral surface of the non-circular bore. Thus, the cam angle θ at each position on the circumference of the non-circular bore is specified using the second rotary encoder 241 and the first rotary encoder 252. Thus, the cam angle θ on the entire circumference of the non-circular bore is specified, and the inner diameter shape on the entire circumference of the non-circular bore is measured.
According to the present embodiment, the cam 122, the shaft motor 24, the second rotary encoder 241, the rotary drive mechanism 20, and the first rotary encoder 252 have a simple configuration, and therefore can be manufactured at low cost. Further, the contact needle 14 can be rotated by the rotation drive mechanism 20 without rotation limitation, and the cycle time at the time of measurement can be shortened. Furthermore, by controlling the torque of the shaft motor 24 at the time of contact with the contact needle 14 to identify the cam angle θ displaced by the cam 122 and measuring the inner diameter shape of the non-circular bore, highly accurate measurement is realized. it can.

図17は、本実施形態に係る測定方法と従来技術の測定方法とを比較した図である。図17では、従来技術のエア定寸測定方法、レーザー測定方法および渦電流測定方法と、本実施形態に係る接触針測定方法とを比較した。図17中では、各要因に対して○が良好、△がやや悪影響、×が悪影響を示す。   FIG. 17 is a diagram comparing the measurement method according to the present embodiment and the measurement method of the prior art. In FIG. 17, the conventional air sizing measurement method, laser measurement method, and eddy current measurement method are compared with the contact needle measurement method according to this embodiment. In FIG. 17, “Good” indicates that each factor is good, “Δ” indicates a slight adverse effect, and “X” indicates an adverse effect.

従来技術のエア定寸測定方法、レーザー測定方法および渦電流測定方法は、いずれも非接触式センサを用いた方式である。エア定寸測定方法は、ボアの内周面に空気を吹き付けてその背圧を検出する。レーザー測定方法は、射出させたレーザーをボアの内周面に反射させ、レーザーの送受信の時間差で測定する。渦電流測定方法は、センサコイルから発生させた高周波磁束によりボアの内周面に渦電流を発生させ、そのときに変化したセンサコイルのインピーダンスを測定する。
測定精度では、エア定寸測定方法によると高いが、本実施形態での対象である非真円ボア形状を測定する場合には、放出するエアが拡散してしまい測定精度が悪化する。材質影響では、電流を通電させる渦電流測定方法によると悪影響が及ぶ。温度影響では、エア定寸測定方法によると空気流動の変化を受けて悪影響が及ぶ。切粉影響では、レーザー測定方法および渦電流測定方法によると切粉の付着により相対距離変化や通電量の変化を受けて悪影響が及ぶ。面粗度影響では、レーザー測定方法によるとレーザー反射の精度が低下して悪影響が及ぶ。計測速度では、エア定寸測定方法によるとエアの背圧が安定するまで時間がかかるため計測速度が悪化する。信号経路では、レーザー測定方法および渦電流測定方法によると有線経路となり、これによりロータリー部品の回転制限が生じ測定時のサイクルタイムが悪化する。
The conventional air sizing measurement method, laser measurement method, and eddy current measurement method are all methods using a non-contact sensor. In the air sizing measurement method, air is blown onto the inner peripheral surface of the bore to detect the back pressure. In the laser measurement method, the emitted laser is reflected on the inner peripheral surface of the bore and measured by the time difference between transmission and reception of the laser. In the eddy current measurement method, an eddy current is generated on the inner peripheral surface of the bore by the high-frequency magnetic flux generated from the sensor coil, and the impedance of the sensor coil changed at that time is measured.
Although the measurement accuracy is high according to the air sizing measurement method, when measuring the non-circular bore shape which is the object in the present embodiment, the released air diffuses and the measurement accuracy deteriorates. The material effect is adversely affected by the eddy current measurement method in which current is applied. In the temperature effect, the air sizing measurement method is adversely affected by changes in air flow. As for the influence of chips, according to the laser measuring method and the eddy current measuring method, adverse effects are exerted due to changes in the relative distance and the amount of energization due to the adhesion of the chips. With respect to the surface roughness effect, the laser measurement method has an adverse effect because the accuracy of laser reflection decreases. In the measurement speed, according to the air sizing measurement method, the measurement speed deteriorates because it takes time until the back pressure of the air is stabilized. The signal path is a wired path according to the laser measurement method and the eddy current measurement method, which restricts the rotation of the rotary component and deteriorates the cycle time during measurement.

これに対し、本実施形態に係る接触針測定方法では、接触式センサを用いた方式となる。測定精度では、接触針測定方法によるとエア定寸測定方法よりも測定精度が低いが、本実施形態における対象である非真円ボアでもエア定寸測定方法のような測定精度の悪化が生じないため、高く安定した測定精度となる。材質影響では、接触針測定方法によるとボアの内周面に接触針14を接触するだけであり影響がない。温度影響では、接触針測定方法によると空気流動の変化を受けずボアの内周面に接触針14を接触するだけであり影響がない。切粉影響では、接触針測定方法によるとボアの内周面に接触針14を接触するときに接触針14が切粉にも接触するためやや悪影響がある。面粗度影響では、接触針測定方法によるとボアの内周面に接触針14を接触するだけであり影響がない。計測速度では、接触針測定方法によるとボアの内周面に接触針14を接触させて一定トルクとなるときのカム122のカム角度θを検出しながら1周するため、計測速度が多少遅い。信号経路では、接触針測定方法によるとアーバ内部のカム機構によるトルク演算で構成され、有線経路を必要としない。このため、ロータリー部品の回転制限が生じず測定時のサイクルタイムが悪化しない。   On the other hand, the contact needle measurement method according to the present embodiment uses a contact sensor. In the measurement accuracy, the measurement accuracy is lower than the air sizing measurement method according to the contact needle measurement method, but the non-circular bore which is the object in this embodiment does not deteriorate the measurement accuracy like the air sizing measurement method. Therefore, the measurement accuracy becomes high and stable. In the influence of the material, according to the contact needle measurement method, the contact needle 14 is merely brought into contact with the inner peripheral surface of the bore, and there is no influence. In the temperature influence, according to the contact needle measurement method, the contact needle 14 is merely brought into contact with the inner peripheral surface of the bore without being affected by the change in air flow, and there is no influence. In the influence of chips, according to the contact needle measurement method, there is a slight adverse effect because the contact needle 14 also contacts the chip when the contact needle 14 contacts the inner peripheral surface of the bore. In the surface roughness effect, according to the contact needle measurement method, only the contact needle 14 is brought into contact with the inner peripheral surface of the bore and there is no influence. In the measurement speed, according to the contact needle measurement method, one round is performed while detecting the cam angle θ of the cam 122 when the contact needle 14 is brought into contact with the inner peripheral surface of the bore to obtain a constant torque, so the measurement speed is somewhat slow. In the signal path, according to the contact needle measurement method, the signal path is configured by torque calculation by a cam mechanism inside the arbor, and a wired path is not required. For this reason, the rotation limit of a rotary component does not arise and the cycle time at the time of measurement does not deteriorate.

(2)プリテンション工程(ステップS111)によってカム122のカム角度θを所定角度θoに設定して非真円ボアの内周面の凹凸に接触針14を接触させた状態でシャフトモータ24のトルクを一定制御することで、シャフトモータ24のトルクに出力される接触針14からの反力(推定反力Fe)に応じてカム122のカム角度θを補正し、カム122のカム角度θを所定角度θoから変位させ、同期制御回転工程(ステップS112)によって接触針14を非真円ボアの内周面に沿って1周させることで、第2ロータリエンコーダ241と第1ロータリエンコーダ252とを用いて非真円ボアの1周におけるカム122の変位したカム角度θを特定する。
本実施形態によれば、シャフトモータ24のトルクに出力される接触針14からの反力(推定反力Fe)を用いることで、カム122の変位したカム角度θを特定するために余計な部品を設ける必要がなく、部品点数を少なくできる。これにより、簡易な構成であるため、安価に製造できる。
(2) The torque of the shaft motor 24 in a state where the cam angle θ of the cam 122 is set to a predetermined angle θo by the pretensioning step (step S111) and the contact needle 14 is in contact with the irregularities on the inner peripheral surface of the non-circular bore. , The cam angle θ of the cam 122 is corrected according to the reaction force (estimated reaction force Fe) from the contact needle 14 output to the torque of the shaft motor 24, and the cam angle θ of the cam 122 is set to a predetermined value. The second rotary encoder 241 and the first rotary encoder 252 are used by displacing from the angle θo and causing the contact needle 14 to make one round along the inner peripheral surface of the non-circular bore by the synchronous control rotation process (step S112). Thus, the displaced cam angle θ of the cam 122 in one round of the non-circular bore is specified.
According to the present embodiment, by using the reaction force (estimated reaction force Fe) from the contact needle 14 that is output as the torque of the shaft motor 24, extra parts are used to specify the cam angle θ that the cam 122 has displaced. The number of parts can be reduced. Thereby, since it is a simple structure, it can manufacture at low cost.

(3)プリテンション工程(ステップS111)によってカム122のカム角度θを所定角度θoに設定して非真円ボアの内周面の凹凸に接触針14を接触させた状態でシャフトモータ24のトルクを一定制御することで、シャフトモータ24のトルクTlに基づく負荷力Flからメカ機構抵抗力Fmを引算して接触針14からの反力(推定反力Fe)を算出し、算出された反力(推定反力Fe)からカム122のカム角度θが所定角度θoの場合の反力に対応する一定力Fwoを引算した後に変換してカム122のカム角度の反力対応角度θcoを算出し、算出された反力対応角度θcoを所定角度θoに加算し、カム122のカム角度を所定角度θoに反力対応角度θcoを加算した補正角度θamである角度指令に基づき変位させ、同期制御回転工程(ステップS112)によって接触針14を非真円ボアの内周面に沿って1周させることで、第2ロータリエンコーダ241と第1ロータリエンコーダ252とを用いて非真円ボアの1周におけるカム122の変位したカム角度θを特定する。
本実施形態によれば、シャフトモータ24のトルクからメカ機構抵抗力Fmを引算することで、接触針14からの反力(推定反力Fe)を高精度に算出できる。このため、反力(推定反力Fe)に応じて補正するカム122の変位した回動角θも高精度に特定でき、高精度な測定が実現できる。
(3) The torque of the shaft motor 24 in a state where the cam angle θ of the cam 122 is set to a predetermined angle θo by the pretensioning step (step S111) and the contact needle 14 is in contact with the irregularities on the inner peripheral surface of the non-circular bore. Is controlled to calculate the reaction force (estimated reaction force Fe) from the contact needle 14 by subtracting the mechanical mechanism resistance force Fm from the load force Fl based on the torque Tl of the shaft motor 24. A constant force Fwo corresponding to the reaction force when the cam angle θ of the cam 122 is the predetermined angle θo is subtracted from the force (estimated reaction force Fe) and then converted to calculate the reaction force corresponding angle θco of the cam angle of the cam 122. Then, the calculated reaction force corresponding angle θco is added to the predetermined angle θo, and the cam angle of the cam 122 is displaced based on an angle command which is a correction angle θam obtained by adding the reaction force corresponding angle θco to the predetermined angle θo, and synchronous control is performed. By rotating the contact needle 14 once along the inner peripheral surface of the non-circular bore by the rolling process (step S112), one round of the non-circular bore is performed using the second rotary encoder 241 and the first rotary encoder 252. The cam angle θ of the displaced cam 122 is specified.
According to the present embodiment, the reaction force (estimated reaction force Fe) from the contact needle 14 can be calculated with high accuracy by subtracting the mechanical mechanism resistance force Fm from the torque of the shaft motor 24. For this reason, the displaced rotation angle θ of the cam 122 corrected according to the reaction force (estimated reaction force Fe) can be specified with high accuracy, and high-accuracy measurement can be realized.

(4)シャフトモータ24によって切削バイト13のカム121を回動させて切削バイト13の突出量を変化させ、第2ロータリエンコーダ241と第1ロータリエンコーダ252とを用いて非真円ボアを加工する。
本実施形態によれば、回転駆動機構20とシャフトモータ24と第2ロータリエンコーダ241と第1ロータリエンコーダ252とが、非真円ボアの加工と非真円ボア形状の測定とで同じ部品を用い、部品点数を少なくできる。これにより、簡易な構成であるため、安価に製造できる。
(4) The cam motor 121 of the cutting bit 13 is rotated by the shaft motor 24 to change the protruding amount of the cutting bit 13, and the non-round bore is machined using the second rotary encoder 241 and the first rotary encoder 252. .
According to the present embodiment, the rotary drive mechanism 20, the shaft motor 24, the second rotary encoder 241, and the first rotary encoder 252 use the same components for processing the non-round bore and measuring the non-round bore shape. The number of parts can be reduced. Thereby, since it is a simple structure, it can manufacture at low cost.

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれるものである。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements and the like within a scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.

本実施形態では、接触針14を切削バイト13と別体で設けていた。しかし、接触針14を切削バイト13と別体で設けず、切削バイト13が接触針を兼ね、同じ部品であってもよい。これによると、非真円ボアの加工と非真円ボア形状の測定とで全く同じ構成の非真円形穴加工装置を用い、部品点数を少なくできる。よって、簡易な構成であるため、安価に製造できる。   In the present embodiment, the contact needle 14 is provided separately from the cutting tool 13. However, the contact needle 14 may not be provided separately from the cutting bit 13, and the cutting bit 13 may also serve as the contact needle and be the same part. According to this, the number of parts can be reduced by using a non-round hole drilling apparatus having exactly the same configuration for processing a non-round bore and measuring a non-round bore shape. Therefore, since it is a simple structure, it can be manufactured at low cost.

1…非真円形穴加工装置(非真円ボア形状の測定装置)
13…切削バイト(ボア加工具)
14…接触針
20…回転駆動機構(スピンドル機構)
24…シャフトモータ(サーボモータ)
121…カム(ボア加工具のカム機構)
122…カム(カム機構)
241…第2ロータリエンコーダ(サーボモータ用エンコーダ)
252…第1ロータリエンコーダ(スピンドル機構用エンコーダ)
1. Non-round hole drilling device (non-round bore shape measuring device)
13 ... Cutting tool (bore processing tool)
14 ... Contact needle 20 ... Rotation drive mechanism (spindle mechanism)
24 ... Shaft motor (servo motor)
121 ... Cam (cam mechanism of bore processing tool)
122 ... Cam (cam mechanism)
241 ... Second rotary encoder (servo motor encoder)
252 ... 1st rotary encoder (encoder for spindle mechanism)

Claims (5)

非真円ボア形状を測定する非真円ボア形状の測定装置は、
非真円ボアに挿入されるカム機構と、
前記カム機構に連結され、前記カム機構を回転させるサーボモータと、
前記カム機構の回転角を検出するサーボモータ用エンコーダと、
前記カム機構を回転させることで外周面に突没可能な接触針を保持し、回転可能なスピンドル機構と、
前記スピンドル機構の回転角を検出するスピンドル機構用エンコーダと、を有し、
前記サーボモータのトルクを一定制御し、前記カム機構を介して前記接触針にプリテンションを掛けるプリテンション工程と、
前記カム機構と前記スピンドル機構とを同期制御で回転させる同期制御回転工程と、を含み、
前記プリテンション工程によって前記非真円ボアの内周面の凹凸に前記接触針を接触させた状態で前記サーボモータのトルクを一定制御することで、前記カム機構のカム角度を変位させ、前記同期制御回転工程によって前記接触針を前記非真円ボアの内周面に沿って1周させることで、前記サーボモータ用エンコーダと前記スピンドル機構用エンコーダとを用いて前記非真円ボアの1周における前記カム機構の変位したカム角度を特定し、前記非真円ボア形状を測定することを特徴とする非真円ボア形状の測定方法。
Non-circular bore shape measuring device that measures non-circular bore shape is
A cam mechanism inserted into the non-circular bore;
A servo motor connected to the cam mechanism and rotating the cam mechanism;
An encoder for a servo motor that detects a rotation angle of the cam mechanism;
A rotating spindle mechanism that holds a contact needle that can project and retract on the outer peripheral surface by rotating the cam mechanism;
A spindle mechanism encoder for detecting a rotation angle of the spindle mechanism;
A pre-tensioning step for controlling the torque of the servo motor to be constant and pre-tensioning the contact needle through the cam mechanism;
A synchronous control rotation step of rotating the cam mechanism and the spindle mechanism by synchronous control,
The cam angle of the cam mechanism is displaced by constant control of the torque of the servo motor while the contact needle is in contact with the irregularities of the inner peripheral surface of the non-circular bore by the pre-tensioning process, and the synchronization is performed. By rotating the contact needle once along the inner peripheral surface of the non-circular bore by a controlled rotation step, the servo needle and the spindle mechanism encoder are used in one turn of the non-circular bore. A non-circular bore shape measuring method, wherein a cam angle displaced by the cam mechanism is specified and the non-circular bore shape is measured.
前記プリテンション工程によって前記カム機構のカム角度を所定角度に設定して前記非真円ボアの内周面の凹凸に前記接触針を接触させた状態で前記サーボモータのトルクを一定制御することで、前記サーボモータのトルクに出力される前記接触針からの反力に応じて前記カム機構のカム角度を補正し、前記カム機構のカム角度を前記所定角度から変位させ、前記同期制御回転工程によって前記接触針を前記非真円ボアの内周面に沿って1周させることで、前記サーボモータ用エンコーダと前記スピンドル機構用エンコーダとを用いて前記非真円ボアの1周における前記カム機構の変位したカム角度を特定することを特徴とする請求項1に記載の非真円ボア形状の測定方法。   The cam angle of the cam mechanism is set to a predetermined angle by the pre-tensioning process, and the torque of the servo motor is controlled to be constant while the contact needle is in contact with the unevenness of the inner peripheral surface of the non-circular bore. The cam angle of the cam mechanism is corrected according to the reaction force from the contact needle output to the torque of the servo motor, the cam angle of the cam mechanism is displaced from the predetermined angle, and the synchronous control rotation step By causing the contact needle to make one round along the inner circumferential surface of the non-circular bore, the cam mechanism on the first round of the non-circular bore can be obtained using the servo motor encoder and the spindle mechanism encoder. 2. The non-circular bore shape measuring method according to claim 1, wherein the displaced cam angle is specified. 前記プリテンション工程によって前記カム機構のカム角度を所定角度に設定して前記非真円ボアの内周面の凹凸に前記接触針を接触させた状態で前記サーボモータのトルクを一定制御することで、前記サーボモータのトルクからメカ機構抵抗力を引算して前記接触針からの反力を算出し、算出された前記反力から前記カム機構のカム角度が所定角度の場合の反力に対応する一定力を引算した後に変換して前記カム機構のカム角度の反力対応角度を算出し、算出された前記反力対応角度を前記所定角度に加算し、前記カム機構のカム角度を前記所定角度に前記反力対応角度を加算した補正角度に応じて変位させ、前記同期制御回転工程によって前記接触針を前記非真円ボアの内周面に沿って1周させることで、前記サーボモータ用エンコーダと前記スピンドル機構用エンコーダとを用いて前記非真円ボアの1周における前記カム機構の変位したカム角度を特定することを特徴とする請求項1または2に記載の非真円ボア形状の測定方法。   The cam angle of the cam mechanism is set to a predetermined angle by the pre-tensioning process, and the torque of the servo motor is controlled to be constant while the contact needle is in contact with the unevenness of the inner peripheral surface of the non-circular bore. The reaction force from the contact needle is calculated by subtracting the mechanical mechanism resistance force from the torque of the servo motor, and corresponds to the reaction force when the cam angle of the cam mechanism is a predetermined angle from the calculated reaction force. After subtracting the constant force to be converted, a reaction force corresponding angle of the cam angle of the cam mechanism is calculated, the calculated reaction force corresponding angle is added to the predetermined angle, and the cam angle of the cam mechanism is The servo motor is displaced according to a correction angle obtained by adding the reaction force corresponding angle to a predetermined angle, and the contact needle is rotated once along the inner peripheral surface of the non-circular bore by the synchronous control rotation step. For encoder The method for measuring a non-circular bore shape according to claim 1 or 2, wherein a displaced cam angle of the cam mechanism in one round of the non-circular bore is specified using an encoder for a spindle mechanism. . 前記スピンドル機構は、カム機構を回転させることで外周面に突没可能なボア加工具を有し、
前記サーボモータによって前記ボア加工具のカム機構を回動させて前記ボア加工具の突出量を変化させ、前記サーボモータ用エンコーダと前記スピンドル機構用エンコーダとを用いて前記非真円ボアを加工することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の非真円ボア形状の測定方法。
The spindle mechanism has a bore processing tool that can project and retract on an outer peripheral surface by rotating a cam mechanism;
The cam mechanism of the bore working tool is rotated by the servo motor to change the protrusion amount of the bore working tool, and the non-circular bore is machined using the servo motor encoder and the spindle mechanism encoder. The non-circular bore shape measuring method according to any one of claims 1 to 3.
非真円ボアに挿入されるカム機構と、
前記カム機構に連結され、前記カム機構を回転させるサーボモータと、
前記カム機構の回転角を検出するサーボモータ用エンコーダと、
前記カム機構を回転させることで外周面に突没可能な接触針を保持し、回転可能なスピンドル機構と、
前記スピンドル機構の回転角を検出するスピンドル機構用エンコーダと、
前記サーボモータのトルクを一定制御し、前記カム機構を介して前記接触針にプリテンションを掛け、前記カム機構と前記スピンドル機構とを同期制御で回転させ、前記非真円ボアの内周面の凹凸に前記接触針を接触させた状態で前記サーボモータのトルクを一定制御することで、前記カム機構のカム角度を変位させ、前記接触針を前記非真円ボアの内周面に沿って1周させることで、前記サーボモータ用エンコーダと前記スピンドル機構用エンコーダとを用いて前記非真円ボアの1周における前記カム機構の変位したカム角度を特定し、非真円ボア形状を測定する測定手段と、を有することを特徴とする非真円ボア形状の測定装置。

A cam mechanism inserted into the non-circular bore;
A servo motor connected to the cam mechanism and rotating the cam mechanism;
An encoder for a servo motor that detects a rotation angle of the cam mechanism;
A rotating spindle mechanism that holds a contact needle that can project and retract on the outer peripheral surface by rotating the cam mechanism;
An encoder for a spindle mechanism for detecting a rotation angle of the spindle mechanism;
The torque of the servo motor is controlled to be constant, the contact needle is pretensioned via the cam mechanism, the cam mechanism and the spindle mechanism are rotated by synchronous control, and the inner peripheral surface of the non-circular bore is The cam angle of the cam mechanism is displaced by constant control of the torque of the servo motor while the contact needle is in contact with the unevenness, and the contact needle is moved along the inner peripheral surface of the non-circular bore by 1 Measurement by measuring the shape of the non-circular bore by specifying the displaced cam angle of the cam mechanism in one round of the non-circular bore using the servo motor encoder and the spindle mechanism encoder. Means for measuring a non-circular bore shape.

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