JP3939959B2 - クランクシャフト加工機のピン径測定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばクランクシャフト研削盤等のクランクシャフト加工機において、ジャーナルの軸線を中心に回転するクランクピンの外径寸法を測定するためのピン径測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、クランクシャフト研削盤においては、クランクシャフトが両端にて一対の主軸台間に支持された状態で、そのジャーナルの軸線を中心に回転されながら、砥石車によりクランクピンの外周面が研削加工されるようになっている。この研削加工時には、クランクピンがジャーナルの軸線を中心に公転されるため、砥石車はクランクピンの公転運動に追随して進退移動されるようになっている。
【０００３】
従来のこの種のクランクシャフト研削盤では、クランクピンの外径寸法を測定するためのピン径測定装置が装備されている。そして、クランクピンの研削加工中に、ゲージによりクランクピンの外径寸法が測定されて、その測定値が所定値に達したときに、研削加工が停止されるようになっている。この場合、ゲージはクランクピンの公転運動に追随して移動されて測定位置を変化させるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この従来のピン径測定装置により、研削加工中のクランクピンの外径寸法を測定した場合には、例えば図７中に実測データＭ１で示すように、外径寸法の測定値に大きなバラツキが生じて、正確な測定値を得ることができなかった。また、この実測データＭ１を例えば最小二乗法の関数近似方法により解析して真のデータの中心を求めるようにした場合でも、同図に解析データＭ２で示すように、測定値に大きな振れ（うねり）が生じて、正確な測定値を得ることができなかった。この測定値に振れが生じる原因を調べたところ、クランクピンの公転に追従して砥石台に設けられたゲージが前後、上下に移動するため、ゲージの測定位置がジャーナルの軸線に対して相対的に回動移動して、ゲージに慣性モーメントが作用しているためであることが判明した。
【０００５】
この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、クランクピンの公転に追随してゲージの測定位置が回動変化している場合でも、クランクピンの外径寸法を測定値に振れが生じることなく正確に測定することができるクランクシャフト加工機のピン径測定方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、主軸を回転させることにより、クランクシャフトをジャーナルの軸線を中心に回転させ、そのジャーナルの回転によって旋回されるクランクピンを加工する際に、加工と同時にクランクピンの外径寸法を測定するクランクシャフト加工機のピン径測定方法において、予めマスターワークをジャーナル軸線を中心に回転させて、その回転角度に対応したクランクピンの外径寸法をクランクピンの旋回に追従して移動するゲージにより測定して、そのマスターワークのピン径測定値から周波数スペクトラム分析を行い、ゲインの大きい順に複数の周波数を抽出し、抽出した周波数をフーリエ級数展開により振れ補正係数を算出することにより、ゲージの移動方向変換に伴う振れ量を求めておき、実際のクランクピンの加工時に、主軸の回転角度に対応したクランクピンの外径寸法をゲージにより測定して、そのピン径測定値から前記振れ量を除去することにより、クランクピンの正しい外径寸法を求めることを特徴とするものである。
【０００７】
従って、この請求項１に記載の発明によれば、クランクピンの公転に追随してゲージの測定位置が回動変化している場合でも、クランクピンの外径寸法を測定値からゲージの振れ量を除去して正確に測定することができる。よって、その測定値に基づいてクランクピンを所定の外径寸法に高精度に加工することができる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記振れ量を、ゲインの大きい順に３〜７波までの周波数を抽出し、抽出した周波数をフーリエ級数展開により振れ補正係数を算出して求めることを特徴とするものである。
【０００９】
従って、この請求項２に記載の発明によれば、ゲージの移動方向変換に伴う測定値の振れ量を一層容易に求めることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明をクランクシャフト研削盤におけるピン径測定装置に具体化した一実施形態を、図１〜図６に基づいて説明する。
【００１３】
図１に示すように、この研削盤においては、基台１１上にはテーブル１２が一対のガイドレール１３を介してＸ方向へ移動可能に支持されている。基台１１の一側部にはテーブル移動用モータ１４が配設され、このモータ１４により図示しないボールネジを介してテーブル１２が前記Ｚ軸方向へ移動されるようになっている。テーブル１２の上面にはそれぞれ主軸１５ａ，１６ａを載置した一対の主軸台１５，１６がガイドレール１７，１７を介してＺ軸方向へ移動可能に支持されている。主軸台１５，１６の対向端部にはクランクシャフト１８を両端にて支持するためのチャック１５ｂ，１６ｂが設けられている。
【００１４】
前記クランクシャフト１８と対応するように、基台１１上には砥石台１９が一対のガイドレール２０を介してＸ軸方向へ移動可能に支持され、その上面には加工ヘッド２１が配設されている。加工ヘッド２１には回転軸２２が回転可能に支持され、その先端には砥石車２３が取り付けられている。砥石台１９上には砥石回転用モータ２４が配設され、このモータ２４により、プーリ２５，２６及びベルト２７を介して砥石車２３が回転されるようになっている。基台１１の後端部には砥石台移動用モータ２８が配設され、このモータ２８により図示しないボールネジを介して砥石台１９がＸ軸方向へ移動されるようになっている。
【００１５】
そして、前記クランクシャフト１８のクランクピン１８ａを研削加工する場合には、そのクランクシャフト１８が一対の主軸台１５，１６間に装着された状態で、テーブル移動用モータ１４によりテーブル１２がＺ軸方向に往復移動される。このＺ軸方向移動により、クランクシャフト１８上の所定のクランクピン１８ａが砥石車２３と対応配置される。この状態で、図示しないシャフト回転用モータにより、クランクシャフト１８がジャーナル１８ｂの軸線Ｌ１を中心に一方向に回転される。
【００１６】
それとともに、砥石車２３が砥石回転用モータ２４により回転されながら、砥石台移動用モータ２８によりクランクピン１８ａに対する研削位置に向かってＸ軸方向に移動される。このＸ軸方向移動により、砥石車２３がクランクピン１８ａに接触されて、そのクランクピン１８ａの外周面が研削される。この場合、図３に示すように、クランクピン１８ａがジャーナル１８ｂの軸線Ｌ１を中心に公転されるため、その公転運動に追随して前記砥石台移動用モータ２８により砥石車２３の研削位置がＸ軸方向に往復移動されて変移されるようになっている。
【００１７】
図１及び図２に示すように、前記砥石台１９上にはピン径測定装置２９が配設されている。そして、クランクシャフト１８のクランクピン１８ａが研削加工される際に、そのクランクピン１８ａの外径寸法がこのピン径測定装置２９により測定されるようになっている。
【００１８】
すなわち、砥石台１９上にはブラケット３１が取り付けられ、そのブラケット３１には支持アーム３２が支軸３３を介して回動可能に支持されている。支持アーム３２の先端には取付部材３４が支軸３５を介して回動可能に支持され、その先端下部にはゲージ３６が取り付けられている。このゲージ３６には、クランクピン１８ａの外周面に接触可能な一対のガイド片３６ａ及び測定子３６ｂが設けられている。
【００１９】
前記ブラケット３１上にはゲージ用シリンダ３７が配設され、そのピストンロッドが支持アーム３２に作動連結されている。そして、このシリンダ３７が出没動作されることにより、支持アーム３２が支軸３３を中心に回動されて、ゲージ３６が図２に示す上方の退避位置と、図３に示す下方の測定位置とに移動配置される。また、ゲージ３６が測定位置に移動配置された状態で、ガイド片３６ａ及び測定子３６ｂが研削加工中のクランクピン１８ａに砥石車２３に干渉されない上方から接触され、測定子３６ｂを介してクランクピン１８ａの外径寸法が測定されるようになっている。
【００２０】
さらに、このゲージ３６によるピン径測定時には、図３に示すように、クランクピン１８ａがジャーナル１８ｂの軸線Ｌ１を中心に公転されるのに追随して、取付部材３４が支軸３５を中心に回動される。この回動により、ゲージ３６の測定位置がクランクピン１８ａに対して常にほぼ定位置に保持されるようになっている。
【００２１】
次に、前記のように構成されたピン径測定装置２９を含むクランクシャフト研削盤の制御回路構成について説明する。図４に示すように、研削盤全体の動作を制御する制御装置４１には、諸データを記憶するためのメモリ４２が接続されている。また、制御装置４１には、ゲージ３６からのクランクピン１８ａの外径測定データや、キーボード等の入力装置４３からの入力データが入力されるようになっている。さらに、制御装置４１からは、前記テーブル移動用モータ１４、砥石回転用モータ２４、砥石台移動用モータ２８及びゲージ用シリンダ３７の切換バルブ４４に対して、駆動信号が出力されるようになっている。
【００２２】
次に、前記のように構成されたピン径測定装置２９の動作を、図５に示すフローチャートに基づいて説明する。
さて、このクランクシャフト研削盤において、クランクシャフト１８のクランクピン１８ａを研削する場合には、その研削加工に先立って、図示しないマスターワークが一対の主軸台１５，１６間に装着される。このマスターワークとしては、クランクシャフト１８の各クランクピン１８ａ及び各ジャーナル１８ｂを高精度に研削したものが使用されてもよい。そして、主軸台１５，１６の主軸１５ａ，１６ａの回転によりマスターワークがジャーナル１８ｂの軸線Ｌ１を中心に回転される。この回転中には、ピン径測定装置２９のゲージ３６により、各クランクピン１８ａの外径寸法が測定されて、そのマスターワークのピン径測定値が制御装置４１に入力される（ステップＳ１）。
【００２３】
このマスターワークのピン径測定時には、クランクピン１８ａがジャーナル１８ｂの軸線Ｌ１を中心に公転され、ゲージ３６の測定位置が公転運動に追随して変移している。このため、ゲージ３６に慣性モーメントが作用して、マスターワークのピン径測定値に大きな振れ（うねり）が生じている。制御装置４１は、マスターワークのピン径測定値よりゲージ３６の移動方向変換に伴う振れ量（振れ成分）を求めるために、周波数スペクトラム分析によりゲージ３６の振れに含まれる周波数成分の影響度の大きいゲインの上位の複数波を抽出する。これは結果的に、周波数スペクトラム分析により周波数の低い順に第１波から第５波を抽出することになる。
【００２４】
この場合、制御装置４１は、次のフーリエ級数展開の演算式（１），（２），（３）に基づいて、マスターワークの回転角度θｉに対応した振れ補正係数Ａｋ，Ｂｋ，ｒｋを算出する。
【００２５】
Ａｋ＝（２／ｎ）・Σ｛ｘｉ・cos（ｋ・θｉ）｝ …（１）
Ｂｋ＝（２／ｎ）・Σ｛ｘｉ・sin（ｋ・θｉ）｝ …（２）
ｒｋ＝√（Ａｋ＾２＋Ｂｋ＾２） …（３）
すなわち、ｋ＝１からｋ＝５までの５波分の振れ補正係数Ａ１〜Ａ５，Ｂ１〜Ｂ５，ｒ１〜ｒ５を次のようにフーリエ級数展開により算出して、それらの振れ補正係数をメモリ４２に記憶させる（ステップＳ２）。
【００２６】
Ａ１＝（２／ｎ）・Σ｛ｘｉ・cos（θｉ）｝
Ｂ１＝（２／ｎ）・Σ｛ｘｉ・sin（θｉ）｝
ｒ１＝√（Ａ１＾２＋Ｂ１＾２）
Ａ２＝（２／ｎ）・Σ｛ｘｉ・cos（２・θｉ）｝
Ｂ２＝（２／ｎ）・Σ｛ｘｉ・sin（２・θｉ）｝
ｒ２＝√（Ａ２＾２＋Ｂ２＾２）
Ａ３＝（２／ｎ）・Σ｛ｘｉ・cos（３・θｉ）｝
Ｂ３＝（２／ｎ）・Σ｛ｘｉ・sin（３・θｉ）｝
ｒ３＝√（Ａ３＾２＋Ｂ３＾２）
（以下、ｋ＝４，５についても同様に算出する。）
また、この第１波から第５波までの振れ補正係数Ａｋ，Ｂｋから、研削加工中のクランクピン１８ａを測定する際のゲージ３６の振れをリアルタイムで計算するために必要な位相αｋを、次式（４）に基づいて算出する。
【００２７】
αｋ＝tan-1（Ｂｋ／Ａｋ）／（ｋ） …（４）
すなわち、ｋ＝１からｋ＝５までの位相α１〜α５を次のように算出して、それらの位相をメモリ４２に記憶させる。
【００２８】
α１＝tan-1（Ｂ１／Ａ１）
α２＝tan-1（Ｂ２／Ａ２）／２・０
α３＝tan-1（Ｂ３／Ａ３）／３・０
（以下、ｋ＝４，５についても同様に算出する。）
なお、このマスターワークを使用した振れ補正係数Ａｋ，Ｂｋ、ｒｋの算出は、マスターワークを少なくとも１回転させて平均値を求めればよく、２〜３回転させて平均値を求めるのがより望ましい。
【００２９】
続いて、ワークとしてのクランクシャフト１８が一対の主軸台１５，１６間に装着されて、主軸１５ａ，１６ａの回転によりジャーナル１８ｂの軸線Ｌ１を中心に回転され、砥石車２３によりクランクピン１８ａの研削加工が行われる。この研削加工中には、ピン径測定装置２９のゲージ３６により、クランクピン１８ａの外径寸法が測定されて、そのプロファイル角度θｉ及びピン径測定値ｘｉが制御装置４１に入力される（ステップＳ３）。このピン径測定値ｘｉからなる実測データＭ１には、ゲージ３６の移動方向変換に伴う振れ量が含まれているため、図６の実測データＭ１に示すように、データに大きなうねりが生じている。
【００３０】
制御装置４１は、前記メモリ４２から振れ補正係数Ａｋ，Ｂｋ，ｒｋを読み出し、現在の振れ量（振れ成分）ｘ´（θｉ）を、次式（５）の周波数の低い順に第１波から第５波の合成によって算出する。
【００３１】
ｘ´（θｉ）＝Σ［ｒｋ・cos｛（ｋ）・（θｉ−αｋ）｝］…（５）
そして、制御装置４１は、次式（６）に基づいて前記ピン径測定値ｘ（θｉ）から振れ量ｘ´（θｉ）を差し引いて、補正ピン径測定値Ｘｉを算出する（ステップＳ４）。
【００３２】
Ｘｉ＝ｘ（θｉ）−ｘ´（θｉ） …（６）
よって、この補正ピン径測定値Ｘｉからなる振れ補正データＭ３としては、図６に示すように、大きなうねりのＭ２が除去されたデータを得ることができる。
【００３３】
その後、制御装置４１は、前記補正ピン径測定値Ｘｉからなる振れ補正データＭ３を、最小二乗法の関数近似方法により解析して平均化し、図６に示すような外乱変動のない最終解析データＭ４を求める（ステップＳ５）。そして、この最終解析データＭ４が、クランクピン１８ａの研削された寸法として制御され、研削プログラムに基づいてクランクピン１８ａの外形寸法が所定値に達したとき、クランクピン１８ａの研削加工が停止される。
【００３４】
従って、この実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１） このピン径測定方法においては、クランクシャフト１８がジャーナル１８ｂの軸線Ｌ１を中心に回転されながら、クランクピン１８ａが研削加工される際に、そのクランクピン１８ａの外径寸法がゲージ３６により測定されるようになっている。この場合、予めマスターワークの外径寸法がゲージ３６により測定されて、そのマスターワークのピン径測定値から周波数スペクトラム分析を行い、ゲインの大きい順に複数の周波数を抽出し、抽出した周波数をフーリエ級数展開により振れ補正係数を算出することによりゲージ３６の移動方向変換に伴う振れ量が求められる。そして、実際のクランクピン１８ａの研削加工中に、クランクピン１８ａの外径寸法がゲージ３６により測定されたとき、そのピン径測定値から前記振れ量が除去されて、振れ補正したピン径測定値が求められるようになっている。
【００３５】
このため、クランクピン１８ａの公転に伴ってゲージ３６の測定位置が回動変化している場合でも、クランクピン１８ａの外径寸法を測定値に振れが生じることなく正確に測定することができる。よって、その測定値に基づいてクランクピン１８ａを所定の外径寸法に高精度に研削加工することができる。
【００３６】
（２） このピン径測定方法においては、前記振れに含まれる周波数成分から周波数の低い順に複数の周波数を、すなわち３〜７波の範囲内で例えば第１波から第５波までを抽出するようになっている。このため、ゲージ３６の移動方向変換に伴う測定値の振れ量を容易に求めることができる。
【００３７】
（３） このピン径測定方法においては、前記振れ量を数値化して求められるようになっている。このため、測定値の振れ量を演算式に基づいて容易に算出することができる。
【００３８】
（４） このピン径測定方法においては、前記振れ量がメモリ４２に記憶され、実際のクランクピン１８ａの研削加工時に、メモリ４２から振れ量が読み出されてピン径測定値の振れ補正が行われるようになっている。このため、メモリ４２に記憶された振れ量に基づいて、ピン径測定値の振れ補正を容易に行うことができる。
【００３９】
（変更例）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
【００４０】
・ 前記実施形態においては、特定周波数成分の除去を演算により行っている。これに対し、特定周波数成分のデータを記憶しておき、クランクシャフトの加工に際してゲージ３６の測定データから記憶されたデータを除く演算を行って特定周波数成分を除去すること。このように構成した場合でも、前記実施形態とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上、実施形態で例示したように、この発明においては、クランクピンの公転に追随してゲージの測定位置が回動変化している場合でも、クランクピンの外径寸法を測定値に振れが生じることなく正確に測定することができるという効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 一実施形態のクランクシャフト研削盤を示す平面図。
【図２】 図１の研削盤におけるピン径測定装置を拡大して示す側面図。
【図３】 図２のピン径測定装置の動作状態を示す側面図。
【図４】 図１の研削盤の回路構成を示すブロック図。
【図５】 ピン径測定装置の測定動作を説明するフローチャート。
【図６】 ピン径測定装置による測定値の処理方法を説明する説明図。
【図７】 従来のピン径測定装置による測定値の処理方法を示す説明図。
【符号の説明】
１２…テーブル、１４…テーブル移動用モータ、１５ａ…主軸、１６ａ…主軸、１８…クランクシャフト、１８ａ…クランクピン、１８ｂ…ジャーナル、１９…砥石台、２１…加工ヘッド、２３…砥石車、２４…砥石回転用モータ、２８…砥石台移動用モータ、２９…ピン径測定装置、３２…支持アーム、３６…ゲージ、３６ｂ…測定子、３７…ゲージ用シリンダ、４１…制御装置、４２…メモリ、Ｌ１…軸線。

Claims (2)

1. 主軸を回転させることにより、クランクシャフトをジャーナルの軸線を中心に回転させ、そのジャーナルの回転によって旋回されるクランクピンを加工する際に、加工と同時にクランクピンの外径寸法を測定するクランクシャフト加工機のピン径測定方法において、
   予めマスターワークをジャーナル軸線を中心に回転させて、その回転角度に対応したクランクピンの外径寸法をクランクピンの旋回に追従して移動するゲージにより測定して、そのマスターワークのピン径測定値から周波数スペクトラム分析を行い、ゲインの大きい順に複数の周波数を抽出し、抽出した周波数をフーリエ級数展開により振れ補正係数を算出することにより、ゲージの移動方向変換に伴う振れ量を求めておき、
   実際のクランクピンの加工時に、主軸の回転角度に対応したクランクピンの外径寸法をゲージにより測定して、そのピン径測定値から前記振れ量を除去することにより、クランクピンの正しい外径寸法を求めることを特徴とするクランクシャフト加工機のピン径測定方法。
2. 前記振れ量を、ゲインの大きい順に３〜７波までの周波数を抽出し、抽出した周波数をフーリエ級数展開により振れ補正係数を算出して求めることを特徴とする請求項１に記載のクランクシャフト加工機のピン径測定方法。

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