JP3664349B2 - クランクピンの研削方法および研削装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クランクシャフトのクランクピンを断面円形に研削するクランクピン研削技術の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から広く実施されている技術としては、クランクピンの中心を割り出してクランクピンの中心軸周りにクランクシャフトを回転させながらクランクピンを砥石で研削する装置が一般的であった。同装置では、被研削中のクランクピンが自転するのみで公転（旋回運動）しないので、クランクピンの砥石に対して背向する側に撓み止めのレストを当接させて研削が行われている。それゆえ、同装置によれば、真円度が高いクランクピンの研削が可能である。
【０００３】
かような研削盤の一例として、特開平８−９０３９５号公報に開示されている研削盤がある。同研削盤には、クランクシャフトの両端を主軸等に固定しているチャックの偏心量を補正してピンストロークを補正するピンストローク補正装置が装備されている。その結果、上記公報の研削盤によれば、全自動で全てのクランクピンのピンストローク精度を向上させることができるようになっている。
【０００４】
本明細書では、上記公報に開示されている研削装置を従来技術として、以下に本発明の課題を設定する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、次の二点の不都合があった。第１に、クランクピンの中心軸を割り出すための機構が主軸台に必要であるので、主軸台が大型化してしまうだけではなく研削装置が高価になるという不都合があった。第２に、位相（ジャーナル回転軸周りの角度位置）が異なるクランクピンを加工する度に、クランクピンの中心軸の割り出しを行う必要があるので、研削加工以前の段取りに工数がかかってしまい、生産性があまり良くないという不都合がある。
【０００６】
そこで、ジャーナル回転軸だけを中心としてクランクシャフトを回転させ、旋回運動（公転運動）するクランクピンに同期させて砥石台を進退させて研削を行う研削盤（以下同期型研削盤と称する）が提案されている。このような研削盤によれば、上記不都合が解消され、比較的小型の研削装置で生産性がよい研削加工が可能になる。
【０００７】
しかしながら、かような研削盤ではレストが使用されていないので、研削加工されるクランクピンの真円度が低下するという不都合がある。かといってクランクピンの旋回運動と同期して進退するレストを備えると、研削装置が大型化し高価になるというジレンマを抱えている。
そこで本発明は、同期型研削盤の生産性をあまり損なうことなく、生産されるクランクシャフトのピン部（クランクピン）の真円度を向上させることができるクランクピンの研削方法および研削装置を提供することを解決すべき課題とする。併せて、同装置に装備され同方法に使用されて好適なクランクシャフトの剛性測定装置を提供することをも課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記課題を解決するために、発明者は以下の手段を発明した。
（第１手段）
本発明の第１手段は、請求項１記載のクランクピンの研削方法である。
本手段では、クランクシャフトをジャーナル回転軸周りに回転させながら、クランクシャフトのクランクピンの旋回運動に同期させて砥石台を進退させ、砥石台が回転駆動する円盤状の砥石によってクランクピンの断面形状が円形になるように研削するクランクピンの研削方法において、剛性測定工程とデータ生成工程と研削工程とを備えていることを特徴としている。
【０００９】
先ず剛性測定工程では、クランクピンに所定の荷重をかけ、クランクピンの変位を測定することにより、当該クランクピンの位置でのクランクシャフトの剛性を算出する剛性測定が、複数の所定の角度位置について行なわれる。剛性測定工程により、複数の角度位置でのクランクピンの剛性が測定されるので、砥石切り込み速度に対応して所定の押圧力が砥石からクランクピンにかかった場合に、どの程度の変位がクランクピンに生じるかを推算することが可能になる。
【００１０】
次にデータ生成工程では、上記剛性測定工程での測定結果に基づいて各角度位置におけるクランクピンに研削時にかかる荷重によって生じる変位を推算し、変位に基づいてクランクピンの旋回運動に同期して砥石台を進退させるべき位置に補正を加えた補正位置データが生成される。
そして研削工程では、上記補正位置データに基づいてクランクピンが研削されるので、旋回運動をするクランクピンの各角度位置において常に適正量に補正された切り込み量で、砥石がクランクピンを研削加工し続ける。それゆえ、旋回運動するクランクピンの角度位置によってクランクピンの剛性が変化し撓み変位が変化するにも係わらず、クランクピンの全周に渡ってクランクピンの撓み分が補正されて研削加工される。その結果、研削加工の仕上がり時のクランクピンの断面形状の真円度は、撓み変位の補正がされている分だけ向上する。
【００１１】
したがって本手段によれば、同期型研削盤の生産性をあまり損なうことなく、生産されるクランクシャフトのピン部（クランクピン）の真円度を向上させ得るクランクピンの研削方法を提供することができるという効果がある。
（第２手段）
本発明の第２手段は、請求項２記載のクランクピンの研削方法である。
【００１２】
本手段では、上記第１手段のクランクピンの研削方法において、剛性測定工程およびデータ生成工程に限定が加えられている。
すなわち、剛性測定工程では、クランクピンにかかる所定の荷重の方向に対して、クランクピンの角度位置が０°または１８０°である場合と、同角度位置が９０°または−９０°である場合とで、剛性測定が行われる。一方、データ生成工程では、前者の場合の変位を曲げ変位とし、後者の場合の変位を曲げ変位と捻り変位との合成変位としてとらえられる。そして、押圧力によって生じる変位は、クランクピンの角度位置および砥石の押圧力の関数として、曲げ変位と捻り変位との合成変位として推算される。
【００１３】
それゆえ、本手段では二箇所の角度位置での剛性測定が行われるだけでクランクピンの全ての角度位置での変位を推算することが可能となるので、剛性測定工程に要する工数が最小限で済む。しかも、比較的精密にクランクピンの全ての角度位置での変位を推算することが可能となるものと考えられるので、後述の他の手段に比べても真円度がそれほど劣ることはない。
【００１４】
したがって本手段によれば、前述の第１手段の効果に加えて、剛性測定工程に要する工数が最小限で済むので生産性が向上するという効果がある。
（第３手段）
本発明の第３手段は、請求項３記載のクランクピンの研削方法である。
本手段では、上記第１手段において、剛性測定工程では、クランクピンの角度位置を多数取って剛性測定が行われ、データ生成工程では、これらの多数の角度位置での測定結果を補間して補正位置データが生成される。クランクピンの角度位置の多数に渡って剛性測定がなされるので、クランクピンの撓みが、一定の曲げ剛性および捻り剛性だけでとらえられるものではなく、曲げ剛性の異方性等によるモデル化が比較的難しい撓み成分が無視できない場合にも、精密な撓み補正が可能となる。
【００１５】
したがって本手段によれば、前述の第１手段の効果に加えて、曲げ剛性および捻り剛性以外に起因する撓み成分が無視できない場合にも、より精密な補正ができるので、クランクピンの真円度がよりいっそう向上するという効果がある。
なお上記補間は、単純な線形補間であっても良いし、スプライン補間など他の補間方法による補間であっても良い。
【００１６】
（第４手段）
本発明の第４手段は、請求項４記載のクランクピンの研削方法である。
本手段では、上記第１手段において、前記剛性測定工程では、クランクピンの角度位置を全周のうち第１象限〜第４象限のうちいずれかの象限で四分の一周に渡って剛性測定が行われ、データ生成工程では、その象限で計測された測定結果を補間し、他の三つの象限にも敷衍して補正位置データが生成される。すなわち、一つの象限と他の象限との角度位置による剛性の分布は、例えば象限の境界線を対称軸とする線対称の関係にあるものとの仮定が導入されている。
【００１７】
それゆえ、一つの象限で多数の点（例えば両端部を含む三点以上）での剛性測定が行われて、その一つの象限での変位が推算されれば、その象限から例えば線対称であるとして推算された変位を折り返し、隣の象限の変位の推算に代えることができる。同様にして、上記一つの象限と対角位置にある象限に対しては、その隣の象限から線対称であるとして変位の分布を角度位置の折り返しにより、変位の推算に代えることができる。その結果、剛性測定をクランクピンの旋回運動の全周に渡る角度位置に関して行う必要がなく、四分の一周に渡って行うだけで済むので、剛性測定に要する工数が比較的少なくて済む。
【００１８】
したがって本手段によれば、上記第３手段の効果に加えて、剛性測定工程に要する工数が比較的少なくて済むので生産性が向上するという効果がある。
（第５手段）
本発明の第５手段は、請求項５記載のクランクピンの研削装置である。
本手段には、通常の同期型研削盤と同様に、クランクシャフトを回転駆動する主軸台と、砥石を軸支する砥石台と、クランクピンの角度位置と砥石台の位置とを対応させて数値制御する制御装置とが、装備されている。本手段のクランクピンの研削装置の特徴は、クランクシャフトの剛性測定装置とデータ生成手段とが装備されており、制御装置が、補正位置データに基づいてクランクピンの旋回に同期して前記砥石台を進退させることである。
【００１９】
より詳しく説明すると、クランクシャフトの剛性測定装置は、クランクピンの複数の所定の角度位置で、クランクピンに所定の荷重をかけてクランクピンの変位を測定する装置である。一方、データ生成手段は、上記剛性測定装置の測定結果に基づいてクランクピンに研削時にかかる荷重によって生じる変位を推算し、同変位に基づいてクランクピンの旋回運動に同期して砥石台を進退させるべき位置に補正を加えた補正位置データを生成する手段である。補正位置データが生成された結果、同補正位置データに基づき、制御装置はクランクピンの旋回に同期して砥石台を進退させることが可能になる。
【００２０】
すなわち、本手段のクランクピンの研削装置は、前述の第１手段ないし第４手段のクランクピンの研削方法を実施することができるように構成されている。したがって本手段によれば、同期型研削盤の生産性をあまり損なうことなく、生産されるクランクシャフトのクランクピンの真円度を向上させ得るクランクピンの研削装置を提供することができるという効果がある。
【００２１】
（第６手段）
本発明の第６手段は、請求項６記載のクランクシャフトの剛性測定装置である。
本手段では、当接子がクランクピンに当接して所定の押圧力を加える一方で、変位計測手段は、クランクピンの表面上の所定の測定点において、当接子の押圧力によってクランクピンに生じる変位を計測する。当接子は、砥石台に保持されているので、比較的小型軽量に構成することが可能である。一方、変位計測手段は、クランクピンの角度位置に合わせて測定点を移動できるように構成されているので、クランクピンの任意の角度位置での変位計測が可能である。また、同様の理由で、クランクピンの軸長方向の位置や旋回半径や断面の直径が異なる各種のクランクシャフトにも適用ができる。
【００２２】
その結果、前述の第１手段ないし第４手段のクランクピンの研削方法において剛性測定工程が容易に実施できるようになる。同様に、上記第５手段のクランクシャフトの剛性測定装置を比較的容易に構成できるようになる。
したがって本手段によれば、本発明のクランクピンの研削方法および研削装置の剛性測定に好適なクランクシャフトの剛性測定装置を提供することができるという効果がある。
【００２３】
なお、変位計測手段は、接触式の変位センサに限定されることはなく、光学式を含め多くの種類の非接触型の変位センサをも、変位計測手段として採用することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態および実施例】
本発明のクランクピンの研削方法および研削装置ならびにクランクシャフトの剛性測定装置の実施の形態については、当業者に実施可能な理解が得られるよう、以下の実施例で明確かつ十分に説明する。
［実施例１］
（実施例１のクランクピンの研削装置）
本発明の実施例１としてのクランクピンの研削装置は、図１に示すように、クランクシャフトＳを軸支してジャーナル回転軸周りに回転駆動する主軸３２を有する主軸台３と、円盤状の砥石５５を回転駆動し砥石５５をクランクシャフトＳに対して進退可能に支持する砥石台５とを、ベッド１の上に移動可能に有する。
【００２５】
より詳しく説明すると、工作物テーブル２は、一対のレール２２に沿って図中横方向に移動可能にベッド１に搭載されている。工作物テーブル２の横方向への移動は、ＣＮＣ装置８に制御されたテーブル移動モータ２１が、図示しないボールねじを回転駆動することにより行われる。
工作物テーブル２の上には、一端（図中左端）に主軸台３が固定されており、他端（図中右端）には、軸長方向（図中横方向）に移動可能な心押台４が保持されていて、両者３，４のセンタ３３，４３は同軸に対向している。主軸台３には、クランクシャフトＳの一端（図中左端）が主軸センタ３３に軸支されており、主軸３２に固定されている駆動チャック３４を介して、クランクシャフトＳは、主軸３２ごと主軸回転モータ３１により回転駆動される。一方、心押台４には、クランクシャフトＳの他端（図中右端）が心押センタ４３に押されて軸支されており、クランクシャフトＳは心押軸４２を連れて回転する。すなわち、クランクシャフトＳは、主軸台３と心押台４とによって軸支されており、主軸台３によりジャーナル回転軸Ｃ（図２参照）周りに回転駆動される。
【００２６】
砥石台５は、砥石台移動用モータ５１に駆動されて、ベッド１の上を一対の案内レール５６に沿ってクランクシャフトＳの軸長方向と直交する方向（図中縦方向）に移動可能に装備されている。砥石台５は、円盤状の砥石５５と、砥石５５を回転自在に軸支している砥石軸５４と、砥石軸５４をベルト５３を介して回転駆動する砥石回転モータ５２とを備えている。
【００２７】
また、本実施例のクランクピンの研削装置は、ジャーナル回転軸周りに旋回するクランクシャフトＳのクランクピンＰの角度位置と砥石台５の位置とから算出されるプロフィールデータに基づき、クランクピンＰの角度位置と砥石台５の位置とを対応させて数値制御する制御装置としてのＣＮＣ装置８を有する。ＣＮＣ装置８は、上記各モータ２１，４１，５１，５２等を、内蔵する研削加工プログラムに沿って数値制御する。
【００２８】
さて、本実施例のクランクピンの研削装置の特徴は、クランクシャフトの剛性測定装置と補正位置データを生成するデータ生成手段とを有し、ＣＮＣ装置８が上記補正位置データに基づいて砥石台５の位置を制御することである。
すなわち、クランクシャフトの剛性測定装置は、砥石台５に装備されている押圧装置６と、工作物テーブル２の上に移動可能に装備されている変位計測装置７とからなる。剛性測定装置を構成している押圧装置６および変位計測装置７の構成と作用とについては、項を改めて後述する。要するに剛性測定装置６，７は、クランクピンＰの複数の所定の角度位置で、クランクピンＰに所定の荷重をかけてクランクピンＰの変位を測定する装置である。
【００２９】
本実施例のクランクピンの研削装置はまた、砥石台５を進退させるべき位置に補正を加えた補正位置データを生成するさらにデータ生成手段を有する。データ生成手段は、剛性測定装置６，７の測定結果に基づいて、クランクピンＰに研削時にかかる荷重によって生じる変位を推算する。さらにデータ生成手段は、同変位に基づいて、クランクピンＰの旋回運動に同期して砥石台５を進退させるべき位置に補正を加えた補正位置データを生成する。そして制御装置８は、データ生成手段によって生成された補正位置データに基づいて、クランクピンＰの旋回に同期させて砥石台５を進退させる。
【００３０】
（実施例１のクランクシャフトの剛性測定装置）
本実施例のクランクシャフトの剛性測定装置は、図２に示すように、クランクピンＰに当接して所定の押圧力を加える当接子としての押し付け板６１を有する押圧装置６と、クランクピンＰの変位を計測する変位計測手段としての変位計測装置７とからなる。
【００３１】
押圧装置６は、砥石台５に搭載されており、砥石台５に固定されている油圧シリンダ６３と、油圧シリンダ６３に駆動されるピストン６４と、ピストンの先端に固定されている押し付け板６１と、押し付け板６１にかかる押圧力を検出する押圧力センサ６２とからなる。押し付け板６１は、ＣＮＣ装置８によって制御された油圧シリンダ６３によって、破線の位置６１’にまで押し出され、クランクピンＰに当接して水平方向に所定の押圧力を及ぼす。同押圧力は、歪み計型の押圧力センサ６２によって検出され、ＣＮＣ装置８にフィードバックされる。
【００３２】
一方、変位計測装置７は、クランクピンＰの角度位置に合わせて測定点の移動ができるように、研削装置の工作物テーブル２の上面に対し摺動可能にベッド１に保持されており、押圧装置６と対向する位置に配設されている。そして変位計測装置７は、上記測定点において、押し付け板６１の押圧力によってクランクピンＰに生じる変位を計測する。すなわち変位計測装置７は、クランクピンＰの表面にある測定点に軽く当接して同測定点の変位をピックアップする測定子７２と、測定子７２に連結され測定子７２の変位を計測する差動コイル型の変位センサ７１とを有する。
【００３３】
変位計測装置７はまた、変位センサ７１を上下方向に精密に移動可能に支持するボールねじ７４、その送りモータ７３、支柱７５および台座７６と、台座７６を水平方向（図中左右方向）に精密に移動させるボールねじ７７および送りモータ８７とを有する。以上の構成の変位計測装置７はベッド１に摺動可能に搭載されており、クランクシャフトＳの剛性測定時には、油圧シリンダ７９およびピストン７９’によって図中右方に突き出され、剛性測定が終わると図中左方へ撤退させられる。
【００３４】
なお、再び図１に示すように、クランクシャフトＳを支持している工作物テーブル２は軸長方向に移動可能であり、砥石台５に搭載されている押圧装置６およびベッド１に保持されている変位計測装置７の位置に、任意のクランクピンＰを持ってくることができる。それゆえ、クランクシャフトＳに複数あるクランクピンＰのうち任意のものに押圧力を及ぼして変位を計測し、クランクシャフトＳの剛性を測定することが可能である。
【００３５】
（実施例１のクランクピンの研削方法）
実施例１としてのクランクピンの研削方法は、以上のクランクシャフトの剛性測定装置６，７を含む前述のクランクピンの研削装置を使用して実施される。本実施例のクランクピンの研削方法は、クランクシャフトＳをジャーナル回転軸周りに回転させながら、クランクピンＰの旋回運動に同期させて砥石台５を進退させ、回転する砥石５５によってクランクピンＰの断面形状が円形になるように研削する方法である。
【００３６】
本実施例のクランクピンの研削方法の特徴は、以下に説明する剛性測定工程、データ生成工程および研削工程を有することである。
剛性測定工程では、クランクピンＰに所定の荷重をかけ、クランクピンＰの変位を測定することにより、当該クランクピンＰの位置でのクランクシャフトＳの剛性を算出する剛性測定が、複数の所定の角度位置について行われる。データ生成工程では、上記剛性測定工程での測定結果に基づいて、各角度位置におけるクランクピンＰに研削時にかかる荷重によって生じる変位を推算し、推算された変位に基づいてクランクピンＰの旋回運動に同期して砥石台５を進退させるべき位置に補正を加えた補正位置データが生成される。そして研削工程では、上記補正位置データに基づいて砥石台５の進退位置が制御され、クランクピンＰの研削が行われる。
【００３７】
上記剛性測定工程および上記データ生成工程は、具体的には以下のようにして実施される。
先ず剛性測定工程では、図３に示すように、押圧装置６の押し付け板６１が及ぼす荷重の方向に対して、クランクピンＰの角度位置が０°である場合（図中右方）と、同角度位置が９０°である場合（図中上方）とで、剛性測定が行われる。この剛性測定により、クランクピンＰの角度位置が０°である場合には水平方向に生じる変位ｄｘ₀ が計測され、同角度位置が９０°である場合には同じく水平方向に生じる変位ｄｘ₁ が計測される。
【００３８】
次にデータ生成工程では、クランクピンＰの角度位置が０°である場合のクランクピンＰの変位ｄｘ₀ が曲げ変位としてとらえられる。一方、同角度位置が９０°である場合の同変位ｄｘ₁ は、曲げ変位ｄｘ₀ と、捻り変位（ｄｘ₁−ｄｘ₀）＝ｒ_S ・ξとの合成変位としてとらえられる。ここで、ξ rad ＝（ｄｘ₁−ｄｘ₀）／ｒ_S は、上記押圧力によって生じたクランクシャフトＳのねじれ変形角度である。すなわち、クランクシャフトＳのねじれ変形角度ξは、クランクピンＰの旋回半径をｒ_S として、次の数１で算出される。
【００３９】
【数１】
ξ ［rad］ ＝（ｄｘ₁−ｄｘ₀）／ｒ_S
そして、図４に示すように、押圧力Ｆによって生じる上方への変位ｄｘおよび水平方向への変位ｄｙが定義されるものとする。すると変位ｄｘ，ｄｙは、クランクピンＰの角度位置θおよび砥石５５の押圧力Ｆの関数として、曲げ変位と捻り変位との合成変位として推算される。
【００４０】
すなわち、図５に示すように、角度位置θにあるクランクピンＰの中心ｃと砥石５５の中心Ｃ’とを通る直線が、クランクシャフトＳのジャーナル回転軸Ｃと砥石５５の回転軸Ｃ’との間に引かれた水平線となす角度φは、次の数２で算出される。
【００４１】
【数２】
φ＝ｓｉｎ^-1｛ｓｉｎθ・ｒ_S／（ｒ＋Ｒ）｝
すると、任意の角度位置θでのクランクピンＰの変位ｄｘ，ｄｙは、次の数３に従って曲げ変位と捻り変位との合成変位として推算される。
【００４２】
【数３】
ｄｘ＝ｄｘ₀・ｃｏｓφ＋ｒ_S・ξ・ｓｉｎ（θ＋φ）・ｓｉｎφ
ｄｙ＝ｄｘ₀・ｓｉｎφ＋ｒ_S・ξ・ｓｉｎ（θ＋φ）・ｃｏｓφ
最後に、砥石台５をクランクシャフトＳへ近づける方向へ移動させる位置補正量をｆとすると、砥石半径Ｒとピン半径ｒとの和を底辺とする直角三角形に関して、ピタゴラスの定理から次の数４が成り立つ。
【００４３】
【数４】
（Ｒ＋ｒ）² ＝｛（Ｒ＋ｒ）ｓｉｎφ＋ｄｙ｝²＋｛（Ｒ＋ｒ）ｃｏｓφ＋ｄｘ−ｆ｝²
したがって、砥石台５の位置補正量ｆは、次の数５に従って算出される。
【００４４】
【数５】
ｆ＝ｄｘ＋（Ｒ＋ｒ）ｃｏｓφ−［（Ｒ＋ｒ）² −｛（Ｒ＋ｒ）ｓｉｎφ +ｄｙ｝² ］^1/2
そして、クランクシャフトＳの曲げ変形および捻り変形によって生じるクランクピンＰの変位分の補正量ｆが、クランクピンＰの旋回に同期した砥石台５の進退位置の理想プロフィルに加算されて、砥石台５の補正位置データが生成される。ここで理想プロフィルとは、クランクピンＰの角度位置θに対し、クランクシャフトＳを剛体と見た砥石台５の進退位置である。その結果、研削工程では、補正位置データに基づいて砥石台５の進退位置が制御され、クランクピンＰの研削が行われる。
【００４５】
ところで、砥石５の切り込み速度によるクランクピンＰへの押圧力が、剛性測定工程での押圧力と異なる場合には、両押圧力の比率に等しい倍数を補正量ｆにかけて、補正位置データを生成すればよい。
なお、補正位置データの生成は、砥石台５に押圧力センサを装備させておき、研削加工を行いながらリアルタイムで行っても良い。
【００４６】
（実施例１の作用）
本実施例のクランクピンの研削装置および研削方法とクランクシャフトの剛性測定装置とは、以上のように構成されているので、以下のような作用を有する。本作用については、図６および図７に示すフローチャートを参照しながら説明する。
【００４７】
図６に示すように、研削プログラムがスタートすると、先ず、ステップＳ１１で、ＮＣ（数値制御）プログラムの１ブロックが制御装置８のメモリから演算処理装置によって読み出される。読み出されたＮＣプログラムの１ブロックがデータエンドであれば、続くステップＳ１３の判定ブロックで、実行中の研削プログラムは終了させられるが、そうでない場合には、研削プログラムは次のステップＳ１３に進む。
【００４８】
ステップＳ１３の判定ブロックでは、ステップＳ１１で先ほど読み出されたＮＣプログラムの１ブロックが、砥石台進退位置のプロフィルデータを補正すべしという命令であるか否かが判定される。同プロフィルデータの補正命令であった場合には、研削プログラムはステップＳ２１の処理ブロックに進み、砥石台進退位置のプロフィルデータの補正処理が行われる。この補正処理については、後ほど図７を参照して詳しく説明する。逆に、ステップＳ１１で先ほど読み出されたＮＣプログラムの１ブロックが、上記プロフィルデータの補正命令でなかったと判定された場合には、次のステップＳ１４へ研削プログラムは進む。
【００４９】
ステップＳ１４の判定ブロックでは、ステップＳ１１で先ほど読み出されたＮＣプログラムの１ブロックが、砥石台５を移動させる命令であるか否かが判定される。砥石台移動命令であった場合には、ステップＳ３１に進み、後ほど説明するように砥石台５の移動処理が行われる。逆に、砥石台移動命令でなかった場合には、研削プログラムは次のステップＳ１５に進む。
【００５０】
ステップＳ１５の判定ブロックでは、ステップＳ１１で先ほど読み出されたＮＣプログラムの１ブロックが、工作物テーブル２の移動命令であるか否かが判定される。工作物テーブル２の移動命令であった場合には、研削プログラムはステップＳ１６の処理ブロックに進み、工作物テーブル２の移動動作が行われる。逆に、工作物テーブル２の移動命令でなかった場合には、ステップＳ１７の処理ブロックに進み、砥石５５の始動、回転速度の調整および停止や、研削液の吐出量の調整等の各種処理が行われる。
【００５１】
ステップＳ１６およびステップＳ１７のうちいずれが行われた場合にも、研削プログラムは、再びステップＳ１１のメモリからの読み込み処理ブロックから再スタートする。
さて、前述のように、ステップＳ１４の判定ブロックで、ステップＳ１１で先ほど読み出されたＮＣプログラムの１ブロックが、砥石台５を移動させる命令であると判定された場合には、研削プログラムはステップＳ３１に進む。ステップＳ３１の判定ブロックで、ステップＳ１１で読み出されたＮＣプログラムの１ブロックが、砥石台５の早送り命令であるか否かが判定される。砥石台５の早送り命令であった場合には、研削プログラムはステップＳ４１の処理ブロックに進み、砥石台５の早送り動作が実行されたのち、研削プログラムはステップＳ１１から再スタートする。逆に、砥石台５の早送り命令でなかった場合には、研削プログラムは次のステップＳ３２に進む。
【００５２】
ステップＳ３２の判定ブロックでは、ステップＳ１１で読み出されたＮＣプログラムの１ブロックが、クランクピンＰの研削命令であるか否かが判定される。そして、クランクピンＰの研削命令であると判定された場合には、制御装置８のメモリから、ステップＳ５１でクランクピンＰの研削データ（理想プロフィル）が読み出され、ステップＳ５２で砥石台５の進退位置の補正プロフィルデータが読み出される。そして次のステップＳ５３で、上記研削データと補正プロフィルデータとが重合されて出力され、クランクピンＰの精密な研削が行われる。
【００５３】
逆に、ステップＳ３２の判定ブロックで、クランクピンＰの研削命令ではないと判定された場合には、ステップＳ３３の処理ブロックで、通常の研削送り動作が行われ、クランクピンＰ以外の部分（例えばジャーナル部分）の研削が行われる。
ステップＳ３３およびステップＳ５１，５２，５３のいずれかが行われた場合にも、研削プログラムは、再びステップＳ１１の読み込み処理ブロックから再スタートする。
【００５４】
さて、前述のように、ステップＳ１３の判定ブロックで、ステップＳ１１で読み出されたＮＣプログラムの１ブロックが、砥石台５の進退位置のプロフィルデータを補正させる命令であると判定された場合には、研削プログラムはステップＳ２１に進む。ステップ２１の処理ブロックでは、図７に示すように、多数の処理ステップが実行されてプロフィルデータの補正処理が行われる。
【００５５】
先ず、図７の左半分にわたる処理ステップＳ６１〜７０で、クランクシャフトの剛性測定装置によるクランクシャフトＳの剛性の測定が行われる。
すなわち、ステップＳ６１の処理ブロックで、押圧装置６が、砥石台５ごと前進させられてクランクシャフトＳに接近させられる。続いてステップＳ６２の処理ブロックで、クランクピンＰの単位角度あたりの切り込み量が演算により求められ、同切り込み量に相当する研削加工時の砥石５５による押圧力がテーブルデータ等から求められる。さらにステップＳ６３の処理ブロックでは、変位計測装置７が、待機位置から当該のクランクピンＰに測定子７２を当接させる位置にまで移動させられる。
ステップＳ６４では、クランクシャフトＳがジャーナル回転軸と一致している主軸周りに回転させられて、θ（図４参照）＝０°の角度位置（図３の右側参照）に、研削加工されるクランクピンＰが固定される。そしてステップＳ６５で、砥石５５の切り込み量に対応した押圧力（ステップＳ６２で算出済み）が、押圧装置６の押し付け板６１から当該のクランクピンＰに加えられる。その状態で、ステップＳ６７でクランクピンＰの水平変位ｄｘ₀ が計測され、メモリに格納される。
【００５６】
ステップＳ６８では、クランクシャフトＳが主軸周りに回転させられて、θ＝９０°の角度位置（図３の上側参照）に、研削加工されるクランクピンＰが固定される。そしてステップＳ６９で、砥石５５の切り込み量に対応した押圧力が、押圧装置６の押し付け板６１から当該のクランクピンＰに加えられる。その状態で、ステップＳ７０の処理ブロックでクランクピンＰの水平変位ｄｘ₁ が計測され、メモリに格納される。
【００５７】
以上で剛性測定工程は終わり、砥石台５に搭載されている押圧装置６の押し付け板６１は後退し、変位計測装置７もクランクピンＰから離れて元あった待機位置まで後退する。
次に、図７の右半分に示されているステップＳ７１〜７８で、砥石台５の進退位置プロフィルデータの補正データが作成される。
【００５８】
すなわち、ステップＳ７１の処理ブロックで、上記数１に従って、クランクピンＰの水平変位ｄｘ₁ 中に占めるクランクシャフトＳの捻り変形によるクランクピンＰの変位分（最大捻り変位）ξが求められる。続いてステップＳ７２の処理ブロックで、クランクピンＰの角度位置θがゼロに初期化される。
ステップＳ７３の処理ブロックでは、上記数２に従って、砥石５５とクランクピンＰとの接触点（研削部位）とジャーナル回転軸とが砥石５５の軸心周りになす角度φ（図５参照）が算出される。続いて、ステップＳ７４の処理ステップでは、研削加工中のクランクピンＰの水平方向の変位ｄｘおよび上方への変位ｄｙが、上記数３に従って推算される。さらに処理ステップＳ７５では、上記数５に従って、砥石台５の進退位置の補正量ｆが算出され、続く処理ステップＳ７６で、クランクピンＰの角度位置θと一対一に対応付けられた表形式で補正量ｆがメモリに格納される。
【００５９】
処理ステップＳ７７および判断ステップＳ７８で、角度位置θのΔθだけのインクリメントが行われ、角度位置θが３６０°に達しないうちはステップＳ７３以降が繰り返される。その結果、角度位置θの一周分に相当する補正値データテーブル（各角度位置θに対応する補正量ｆの表）が、制御装置８のメモリ内に格納されるに至る。
【００６０】
格納された上記補正値データテーブルは、前述のように、ステップＳ５２（図６参照）でメモリから読み出され、続くステップＳ５２で研削データ（理想プロフィル）と重合して出力される。それゆえ、クランクピンＰの角度位置θによって砥石５５の押圧力による変位が異なるにもかかわらず、クランクピンＰに対する砥石台５の進退位置は上記変位分が補正されているので、クランクピンＰの真円度が高い研削加工がなされる。
【００６１】
（実施例１の効果）
以上詳述したように、本実施例のクランクピンの研削装置およびクランクシャフトの剛性測定装置を使用して、本実施例のクランクピンの研削方法を実施すれば、研削加工されたクランクピンＰの真円度を向上させることができるという効果がある。
【００６２】
これは、以下の理由による。すなわち、研削加工中に砥石５５がクランクピンＰに及ぼす押圧力によってクランクシャフトＳが撓むことによって生じるクランクピンＰの変位は、クランクシャフトＳの曲げ変形による変位成分と捻り変形による変位成分との剛性変位である。そこで、クランクピンＰの角度位置θが０°と９０°との二つの場合について、本実施例のクランクシャフトの剛性測定装置を使用して両変位成分を割り出し、一周にわたる各角度位置θに対応した変位を推算することが可能になる。その結果、クランクシャフトＳの曲げ変形および捻り変形に対応したクランクピンＰの変位量を、砥石５５の進退位置を補正することによって相殺することができるからである。
【００６３】
（実施例１の変形態様１）
本実施例の変形態様１として、クランクシャフトの剛性測定装置の変位計測手段として、光変調法による光学変位計を採用したクランクピンの研削装置の実施が可能である。
本変形態様では、光学変位計が非接触型の変位計であり、計測対象であるクランクピンＰの表面との距離の大小に関係なく変位の計測ができるので、光学変位計をクランクシャフトＳに対して進退させる機構が不要になる。すなわち、図２において、台座７６を水平方向（図中左右方向）に精密に移動させるボールねじ７７および送りモータ８７とは不要であり、同様に油圧シリンダ７９およびピストン７９’も不要である。
【００６４】
その結果、光学変位計を水平に保ったまま、クランクシャフトＳの軸長方向に動かす機構と上下方向に動かす機構とがあれば、変位計測装置を構成することができる。したがって本変形態様によれば、変位計測装置の構成が簡素になって可動部分が減るので、コストダウンとともに信頼性の向上が得られるという効果がある。
【００６５】
あるいは、本変形態様のさらなる変形態様として、光学変位計は位置を変えることなく保持されており、同光学変位計の指向する方向だけをサーボモータにより変更して、当該クランクピンＰの表面までの距離を測定するようにしたクランクシャフトの剛性測定装置を製作することもできる。当該クランクピンＰまでの上記距離の変化は、簡単な幾何学の計算（三角関数の計算）により容易にクランクピンＰの水平変位に換算できるので、同換算によりクランクピンＰの水平変位が求められる。この変形態様によれば、可動部分が少なく故障しにくいクランクシャフトの剛性測定装置を、よりいっそう安価に製造することが可能になるという効果がある。
【００６６】
（実施例１の変形態様２）
本実施例の変形態様２として、剛性測定工程では、クランクピンＰの角度位置を多数取って剛性測定が行われ、データ生成工程では、これら多数の角度位置での測定結果を補間して補正位置データが生成される、クランクピンの研削方法の実施が可能である。
【００６７】
本変形態様では、クランクピンＰの角度位置θの一周分に渡ってその変位が実測されるので、前述の実施例１の推算の仮定が十分に近似しない場合においても、なお精密な変位の補正が可能になる。この場合は、たとえば、角度位置θが一周する間に起こるクランクピンＰの変位の変化が、クランクシャフトＳの曲げ変形および捻り変形にだけ起因するのではなく、クランクシャフトＳの曲げ剛性の異方性による成分をも含んでいる場合などである。
【００６８】
したがって本変形態様によれば、いかなる剛性特性をもつクランクシャフトＳに対しても、クランクピンＰの角度位置θの一周分に渡ってその変位が実測されるので、なお精密な変位の補正が可能になるという効果がある。
（実施例１の変形態様３）
本実施例の変形態様３として、剛性測定工程では、クランクピンの角度位置を全周のうち第１象限に限定して剛性測定が行われ、データ生成工程では、第１象限で計測された測定結果が他の三つの象限にも敷衍されて、補正位置データが生成される、クランクピンの研削方法の実施が可能である。
【００６９】
本変形態様では、第２象限および第４象限では、第１象限の剛性測定データが線対称に折り返して使用され、第３象限では第２象限または第４象限のデータが線対称に折り返して使用される。
本変形態様によれば、上記変形態様２の四分の一の工数で剛性測定工程を完了することができるので、生産性を変形態様２よりも向上させることができるという効果がある。
【００７０】
（実施例１のその他の変形態様）
前述の実施例１およびその各変形態様では、クランクシャフトＳの撓みによるクランクピンＰの変位は、研削加工中の砥石５５からの押圧力によって生じる変位だけを補正対象としていた。しかし、実際の研削加工では、砥石５５からの摩擦力によって生じる接線方向の力に起因するクランクピンＰの変位も生じており、厳密にはこの摩擦力による変位をも補正対象とすることが望ましい。
【００７１】
砥石５５の押圧力による変位に加えて摩擦力による変位の補正を行う方法としては、たとえば次の二つの方法が考えられる。
第１に、研削加工中のクランクピンＰの変位に関する統計データをたくさん取り、砥石台５の進退位置の補正値ｆに対して、補正係数ａが付加ないし乗ぜられるようにする方法がある。この方法によっても、ある程度の摩擦力に起因する変位の補正が可能になり、仕上がったクランクピンＰの真円度をより向上させることが可能である。
【００７２】
第２に、研削加工中の砥石５５がクランクピンＰに及ぼす摩擦力を推定し、押圧力による変位と同様に幾何学的な計算をして摩擦力による変位成分を算出して補正する方法がある。摩擦力を推定する方法としては、切り込み速度から統計的に割り出す方法と、砥石５５を一定の回転数で回転駆動している砥石回転モータ５２の電流を計測して摩擦力によるトルクから推算する方法とがある。いずれの方法によっても、仕上がったクランクピンＰの真円度を、上記第１の方法よりもさらに向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１としてのクランクピンの研削装置の構成を示す平面図
【図２】 実施例１のクランクピンの研削装置の要部構成を示す要部側面図
【図３】 角度位置０°および９０°でのクランクピンの変位を示す模式図
【図４】 クランクピンの撓み変位の座標変換を示す模式図
【図５】 研削加工中のクランクピンの撓み変位を示す模式図
【図６】 実施例１としてのクランクピンの研削方法の研削プログラムを示すフローチャート
【図７】 実施例１としてのクランクピンの研削方法の補正プログラムを示すフローチャート
【符号の説明】
１：研削装置のベッド
２：工作物テーブル ２１：テーブル移動モータ ２２：レール
３：主軸台
３１：主軸回転モータ ３２：主軸
３３：主軸センタ ３４：駆動チャック
４：心押台
４１：心押台移動モータ ４２：心押軸 ４３：心押センタ
７：変位計測装置（剛性測定装置の変位計測手段として）
７１：変位センサ（差動コイル接触型センサ） ７２：測定子
７３：送りモータ ７４：ボールねじ ７５：支柱
７６：台座 ７７：ボールねじ ７８：送りモータ
７９：油圧シリンダ ７９’：ピストン
５：砥石台
５１：砥石台移動モータ ５２：砥石回転モータ ５３：ベルト
５４：砥石軸 ５５：砥石 ５６：案内レール
６：押圧装置（剛性測定装置の一部として）
６１，６１’：押し付け板（当接子として）
６２：押圧力センサ ６３：油圧シリンダ ６４：ピストン
８：ＣＮＣ装置（制御装置として）
Ｓ：クランクシャフト Ｐ：クランクピン
Ｃ：ジャーナル回転軸 Ｔ：クランクピンの旋回軌道

Claims (5)

1. クランクシャフトをジャーナル回転軸周りに回転させながら、該クランクシャフトのクランクピンの旋回運動に同期させて砥石台を進退させ、該砥石台が回転駆動する円盤状の砥石によって該クランクピンの断面形状が円形になるように研削するクランクピンの研削方法において、
   前記クランクピンに所定の荷重をかけて該クランクピンの変位を測定することにより、該クランクピンの位置での前記クランクシャフトの剛性を算出する剛性測定を、複数の所定の角度位置について行う剛性測定工程と、
   該剛性測定工程での測定結果に基づいて各角度位置における該クランクピンに研削時にかかる荷重によって生じる変位を推算し、該変位に基づいて該クランクピンの前記旋回運動に同期して前記砥石台を進退させるべき位置に補正を加えた補正位置データを生成するデータ生成工程と、
   該補正位置データに基づいて該クランクピンを研削する研削工程と、
   を有することを特徴とする、
   クランクピンの研削方法。
2. 前記剛性測定工程は、前記荷重の方向に対して前記クランクピンの角度位置が０°または１８０°である場合と、該角度位置が９０°または−９０°である場合との、二箇所の角度位置で、前記剛性測定を行う工程であり、
   前記データ生成工程は、前者の場合の前記変位を曲げ変位とし、後者の場合の前記変位を該曲げ変位と捻り変位との合成変位としてとらえ、該クランクピンの角度位置および前記砥石の押圧力の関数として、該押圧力によって生じる変位を該曲げ変位と該捻り変位との合成変位として推算する工程である、
   請求項１記載のクランクピンの研削方法。
3. 前記剛性測定工程は、前記クランクピンの角度位置の一周分に渡って前記剛性測定を行う工程であり、
   前記データ生成工程は、各該角度位置での測定結果を補間して前記補正位置データを生成する工程である、
   請求項１記載のクランクピンの研削方法。
4. 前記剛性測定工程は、前記クランクピンの角度位置を全周のうち第１象限（該角度位置が０°以上９０°以下）、第２象限（同９０°以上１８０°以下）、第３象限（同１８０°以上２７０°以下）および第４象限（同２７０°以上３６０°以下）のうちいずれかの象限で、四分の一周に渡って前記剛性測定が行われる工程であり、
   前記データ生成工程は、該象限で計測された測定結果を補間し、他の三つの象限にも敷衍して前記補正位置データを生成する工程である、
   請求項１記載のクランクピンの研削方法。
5. クランクシャフトを軸支してジャーナル回転軸周りに回転駆動する主軸を有する主軸台と、
   円盤状の砥石を回転駆動し、該砥石を該クランクシャフトに対して進退可能に支持する砥石台と、
   該ジャーナル回転軸周りに旋回するクランクピンの角度位置と該砥石台の位置とから算出されるプロフィールデータに基づき、該クランクピンの該角度位置と該砥石台の該位置とを対応させて数値制御する制御装置と、
   を有するクランクピンの研削装置において、
   前記クランクピンの複数の所定の角度位置で、該クランクピンに所定の荷重をかけて該クランクピンの変位を測定するクランクシャフトの剛性測定装置と、
   該剛性測定装置の測定結果に基づいて該クランクピンに研削時にかかる荷重によって生じる変位を推算し、該変位に基づいて該クランクピンの前記旋回運動に同期して前記砥石台を進退させるべき位置に補正を加えた補正位置データを生成するデータ生成手段とを有し、
   前記制御装置は、該補正位置データに基づいて、該クランクピンの前記旋回に同期して前記砥石台を進退させることを特徴とする、
   クランクピンの研削装置。

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