JP7275848B2 - 加工機の制御装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本開示は、加工機の制御装置及びその制御方法に関するものである。

従来より、研削液（クーラント）の温度を用いて研削盤の研削目標値を補正することが行われている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、温度センサの測定した研削液温に変化があった場合にその変化量に基づいて研削目標値の補正値を演算し、その補正値に基づいて研削盤の研削目標値を補正する技術が開示されている。

特開２０１３－９４９０２号公報

しかしながら、実際には、クーラントの温度は加工作業中比較的安定しているため、ワーク温度の変動を精確に反映していない可能性があり、加工位置の精度を向上させる上で、改善の余地があった。

そこで本開示では、加工位置の精度を向上させることができる加工機の制御装置及びその制御方法を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するために、ここに開示する第１の技術に係る加工機の制御装置は、ワークの第１部位と、該第１部位とは異なる位置であり且つ該ワークの基準面から離れた位置の第２部位とを、この順で加工する加工機の制御装置であって、前記加工機は、加工作業中に前記ワークの前記第２部位へクーラントを供給するクーラント供給装置と、前記クーラントの温度を検出する温度検出装置と、を備え、加工作業の開始から所定時間以後の前記クーラントの温度を前記ワークの温度と推定して該ワークの熱膨張による変形量を算出する算出部と、前記変形量に基づいて、前記第２部位の前記基準面に対する加工位置を補正する補正部と、前記所定時間以後に、前記補正された加工位置において、前記第２部位の加工を開始させる指令部と、を備え、前記所定時間は、予め定められた、前記加工作業の開始から前記ワークの前記第２部位近傍の温度と前記クーラントの温度との差が所定範囲以内となるまでの時間であることを特徴とする。

加工機によるワークの加工作業を行う場合、加工機側の治具位置等の補正を行うことで、ワークの加工位置の精度を向上させることが行われている。しかしながら、ワークの加工作業によりワークの温度が上昇し、ワーク自体が熱膨張を起こして加工位置にずれが生じ得る。詳細には、第１部位と第２部位とを加工する加工機において、第１部位及び第２部位を加工することによりワークの温度が上昇し、ワークは熱膨張を起こす。そうすると、基準面から離れた位置にある第２部位の加工位置にずれが生じる。また、第２部位を第１部位よりも先に加工すると、第２部位自身の加工によりワークの温度が上昇するから、ワーク温度の変動幅が大きく、第２部位の加工中に加工位置のずれが生じてしまう。このようなワーク自体の熱膨張による加工位置のずれは、加工機側の治具位置等の補正では対応することは困難であった。また、加工作業中はワークの温度を直接測定することが困難であるため、ワーク温度からワークの加工位置の補正を行うことも困難であった。

本願発明者らは、加工作業開始から、第１部位の加工を経て上昇したワークの温度が、やがてクーラントの温度と近くなること、及び、加工作業の開始からワークの温度とクーラントの温度とが近くなるまでの時間は、外気温によらずほぼ一定であることを見出した。本構成によれば、加工作業の開始から所定時間以後のクーラントの温度をワークの温度と推定して、ワークの変形量を算出し、その変形量に基づいて第２部位の加工位置を補正するから、ワーク自体の温度を測ることなく、ワークの熱膨張量をより精確に考慮して第２部位の加工位置を補正することができる。また、ワークの温度とクーラントの温度が近くなってから第２部位の加工を始めるから、第２部位の加工中のワーク温度の変動が小さく、加工位置のずれが小さくなる。そうして、第２部位の加工位置の精度を高めることができる。

第２の技術は、第１の技術において、前記ワークの前記第２部位近傍の温度と前記クーラントの温度との差の前記所定範囲は、±１℃以内であることを特徴とする。

クーラントの温度とワークの温度との誤差を±１℃以内とすることにより、第２部位の加工位置の精度をより高めることができる。

第３の技術は、第１又は第２の技術において、前記加工作業の開始から時間を計測する時間計測装置を備え、前記指令部は、前記所定時間の経過を示す前記時間計測装置の計測信号をトリガーとして、前記加工機に、前記第２部位の加工を開始させることを特徴とする。

時間計測装置の計測信号をトリガーとすることにより、第２部位の加工開始タイミングをより容易に制御することができる。

第４の技術は、第１乃至第３の技術のいずれか一において、前記ワークは、エンジンのシリンダブロックであり、前記基準面は、シリンダヘッドとの締結面であるアッパーデッキ面であり、前記第２部位は、クランク軸受穴であることを特徴とする。

本構成によれば、シリンダブロックのアッパーデッキ面とクランク軸受穴との距離寸法精度が向上する。そうして、クランク軸受穴の加工位置の精度に起因するエンジン圧縮比の誤差を低減させることができる。

第５の技術は、第４の技術において、前記加工機は、前記クランク軸受穴の加工を行うための、第１ツール及び該第１ツールよりも全長が長い第２ツールを備えており、前記指令部は、前記加工機に、前記第１ツールを用いて前記クランク軸受穴の加工を開始させた後、前記第２ツールを用いて該クランク軸受穴の追加工を行わせることを特徴とする。

クランク軸受穴は気筒列方向に長い形状を有しているため、その加工には、全長が長い加工ツールが必要となる。しかしながら、クランク軸受穴の加工を最初から長い加工ツールを用いて行うと、加工ツールの垂れ等により、加工位置の正確性を担保することが困難となる。本構成によれば、長いクランク軸受穴の最初の加工を比較的短い第１ツールで行うことにより、その加工位置の精度を向上させることができる。また、比較的短い第１ツールで最初の加工を行うことにより、長い第２ツールのガイド孔が形成され、その後の追加工の精度が向上する。

ここに開示する第６の技術に係る加工機の制御方法は、ワークの第１部位と、該第１部位とは異なる位置であり且つ該ワークの基準面から離れた位置の第２部位とを、この順で加工する加工機の制御方法であって、前記加工機は、加工作業中に前記ワークの前記第２部位へクーラントを供給するクーラント供給装置と、前記クーラントの温度を検出する温度検出装置と、を備え、加工作業の開始から所定時間以後の前記クーラントの温度を前記ワークの温度と推定して該ワークの熱膨張による変形量を算出する算出工程と、前記変形量に基づいて、前記第２部位の前記基準面に対する加工位置を補正する加工位置補正工程と、前記加工位置補正工程後に、前記補正された加工位置において、前記第２部位の加工を開始させる第２部位加工工程と、を備え、前記所定時間は、予め定められた、前記加工作業の開始から前記ワークの前記第２部位近傍の温度と前記クーラントの温度との差が所定範囲以内となるまでの時間であることを特徴とする。

本構成によれば、加工作業の開始から所定時間以後のクーラントの温度をワークの温度と推定して、ワークの変形量を算出し、その変形量に基づいて第２部位の加工位置を補正するから、ワーク自体の温度を測ることなく、ワークの熱膨張量をより精確に考慮して第２部位の加工位置を補正することができる。そうして、第２部位の加工位置の精度を高めることができる。

第７の技術は、第６の技術において、前記ワークの前記第２部位近傍の温度と前記クーラントの温度との差の前記所定範囲は、±１℃以内であることを特徴とする。

クーラントの温度とワークの温度との誤差を±１℃以内とすることにより、第２部位の加工位置の精度をより高めることができる。

第８の技術は、第６又は第７の技術において、前記ワークは、エンジンのシリンダブロックであり、前記基準面は、シリンダヘッドとの締結面であるアッパーデッキ面であり、前記第２部位は、クランク軸受穴であることを特徴とする。

本構成によれば、シリンダブロックのアッパーデッキ面とクランク軸受穴との距離寸法精度が向上する。そうして、クランク軸受穴の加工位置の精度に起因するエンジン圧縮比の誤差を低減させることができる。

第９の技術は、第８の技術において、前記加工機は、前記クランク軸受穴の加工を行うための、第１ツール及び該第１ツールよりも全長が長い第２ツールを備えており、前記第２部位加工工程で、前記第１ツールを用いて前記クランク軸受穴の加工を行った後、前記第２ツールを用いて該クランク軸受穴の追加工を行うことを特徴とする。

本構成によれば、長いクランク軸受穴の最初の加工を比較的短い第１ツールで行うことにより、その加工位置の精度を向上させることができる。また、比較的短い第１ツールで最初の加工を行うことにより、長い第２ツールのガイド孔が形成され、その後の追加工の精度が向上する。

以上述べたように、本開示によると、加工作業の開始から所定時間以後のクーラントの温度をワークの温度と推定して、ワークの変形量を算出し、その変形量に基づいて第２部位の加工位置を補正するから、ワーク自体の温度を測ることなく、ワークの熱膨張量をより精確に考慮して第２部位の加工位置を補正することができる。そうして、第２部位の加工位置の精度を高めることができる。

マシニングセンタの構成を示す図である。 マシニングセンタ本体を示す斜視図である。 図２の治具周辺の拡大図であり、治具により位置決めされたワークを二点鎖線で示している。 制御装置の構成を示す図である。 加工対象のシリンダブロックの一例を示す断面図である。 クランク軸の一例を示す側面図である。 熱膨張によるアッパーデッキ面からのクランク軸受穴の加工位置の変化を説明するための図である。 マシニングセンタの制御方法のフローである。 座標系補正工程のフローである。 検証用ワークの各部の温度及びクーラント温度の時間変化を示すグラフである。 比較例のクーラント温度とサイズ変化量との関係を示すグラフである。 実施例のクーラント温度とサイズ変化量との関係を示すグラフである。

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

（実施形態１）
＜マシニングセンタ＞
図１に、本実施形態に係るマシニングセンタ１（加工機）の構成を示す。マシニングセンタ１は、マシニングセンタ本体１０と、クーラント供給装置２００と、自動工具交換装置（ＡＴＣ）３００と、制御装置４００と、を備える。

≪マシニングセンタ本体≫
図２は、マシニングセンタ本体１０の一例を示している。また、図３は、図２の治具１８周辺の拡大図である。図３中、二点鎖線で示すワークＷは、治具１８により位置決めされている。

マシニングセンタ本体１０は、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸からなるＸＹＺ座標系を機械座標系として有している。Ｘ軸方向およびＺ軸方向は水平方向であって、Ｙ軸方向は鉛直方向である。

マシニングセンタ本体１０は、スピンドル１４と、コラム１６と、加工テーブル２０と、回転機構２２と、送り機構２４と、を備える。スピンドル１４には、例えば、ドリル、エンドミル、フライスカッタ等の種々のツール１２が装着される。スピンドル１４は、Ｚ軸方向に延びる回転中心線Ｃｓ周りに、ツール１２を回転させる。コラム１６は、スピンドル１４をＹ軸方向に移動させるとともにＸ軸方向にも移動させる。加工テーブル２０は、ワークＷを位置決めする治具１８を載せるためのものである。回転機構２２は、加工テーブル２０を、Ｙ軸方向に延びる回転中心線Ｃｔを中心にして回転させる。送り機構２４は、回転機構２２をＺ軸方向に移動させる。

図２及び図３に示すように、治具１８は、ベース３０と、治具本体３１と、開口部３２とを有するイケール治具である。ベース３０は、加工テーブル２０の上面に固定される（図２参照）。治具本体３１は、板状であり、ベース３０上に直立するように形成されている。開口部３２は、治具本体３１において、その厚さ方向に貫通するように設けられている。治具１８は、ベース３０、治具本体３１及び開口部３２に加え、複数のクランプ装置（不図示）を有する。クランプ装置は、ワークＷをクランプしてその位置を保持するためのものである。また、治具１８は、治具本体３１における開口部３２の上側に設けられた円筒状のマスターリング４０を有する。マスターリング４０は、後述する制御方法の座標系補正工程Ｓ１において、マシニングセンタ本体１０の座標系の補正に使用される。なお、図２及び図３に示すように、マスターリング４０の中心線をＣｍと称する。

図３に示すように、ワークＷは治具１８に保持された状態で加工される。なお、本実施形態では、ワークＷはエンジンのシリンダブロックであるが、後述するアッパーデッキ面１１１が、図３の符号Ｂの位置にくるように、ワークＷは治具１８に固定される。マシニングセンタ本体１０は、スピンドル１４のＸ軸方向及びＹ軸方向の移動、並びに、治具１８のＺ軸方向の移動及び回転機構２２による回転中心線Ｃｔ周りの回転により、ワークＷのスピンドル１４に対する相対位置を変化させて、ワークＷを全方向から加工できるようになっている。

また、マシニングセンタ本体１０は、数値制御式の加工機である。すなわち、マシニングセンタ本体１０は、ワークＷに対応して予め作成された後述する加工プログラムデータ４２１に従って種々の加工を設定された加工部位順に行うように構成されている。

≪クーラント供給装置≫
クーラント供給装置２００は、加工作業中にワークＷにクーラントを供給してワークＷの過度の温度上昇を抑制するためのものである。クーラントは、ワークＷの加工部位、すなわち、後述する補正対象外部位（第１部位）及び補正対象部位（第２部位）を含むワークＷ全体へ供給される。

具体的には例えば、クーラント供給装置２００は、図１に示すように、タンク２０２と、供給路２０１と、ポンプ２０３と、温度センサ２０４（温度検出装置）とを備える。タンク２０２は、クーラントを貯留する。供給路２０１は、マシニングセンタ本体１０とタンク２０２との間をクーラントが循環するように両者を接続する。ポンプ２０３は、供給路２０１上に設けられ、クーラントの流れを生み出す。温度センサ２０４は、タンク２０２内に配置され、当該タンク２０２内に貯留されたクーラントの温度を検出する。

供給路２０１を通じてマシニングセンタ本体１０内に送られたクーラントは、例えばマシニングセンタ本体１０においてワークＷの周囲に配置されたノズル（不図示）、スピンドル１４の先端及びツール１２の先端等からワークＷに向けて供給される。ワークＷに供給されたクーラントは、マシニングセンタ本体１０の下部に設けられたドレーン（不図示）を通じて供給路２０１に戻される。

≪自動工具交換装置（ＡＴＣ）≫
ＡＴＣ３００は、スピンドル１４に取付けるツール１２を交換するためのものである。図１に示すように、ＡＴＣ３００は、上述したような種々のツール１２を待機させる複数のツールマガジンを備えた収容部３０１を含む。ＡＴＣ３００は、後述する加工プログラムデータ４２１に従い（加工プログラムデータ４２１のツール番号に従い）、スピンドル１４に取付けられているツール１２を、ツールマガジンに待機する他のツール１２に交換する。これにより、マシニングセンタ本体１０は、種々のツール１２を使用して種々の加工を実行する。また、収容部３０１には、加工用のツール以外のツール１２も収容されている。具体的には例えば、後述する座標系補正工程Ｓ１において使用されるタッチセンサー等である。

≪制御装置≫
図４に示すように、制御装置４００は、制御部４１０と、記憶部４２０と、表示部４３０と、操作部４４０と、を備える。制御部４１０及び記憶部４２０は、例えば汎用のコンピュータ等により構成される。表示部４３０及び操作部４４０は、例えば、ディスプレイ、キーボード、液晶のタッチパネル等により構成される。

制御部４１０は、算出部４１１と、補正部４１２と、指令部４１３とを備える。記憶部４２０には、マシニングセンタ本体１０の動作に要する情報、具体的には例えば加工プログラムデータ４２１、位置データ４２２、温度データ４２３、座標系補正値データ４２４、加工位置補正値データ４２５等を含む各種データが格納されている。

加工プログラムデータ４２１は、数値制御プログラムデータであり、後述するマシニングセンタ１によるワークＷの一連の加工作業を順に行うように記述されている。特に、加工プログラムデータ４２１は、ワークＷの後述する補正対象外部位と、クランク軸受穴１３０とを、この順で加工するように記述されている。その他のデータの具体的な内容については、後の制御方法の項目において説明する。

≪ワーク≫
加工対象であるワークＷは、図５に示すように、自動車用の直列４気筒エンジンのシリンダブロックである。シリンダブロックは、４つのシリンダボア１１３Ａ，１１３Ｂ，１１３Ｃ，１１３Ｄを備えている。

シリンダブロックは、アッパーブロック１１０と、ロアブロック１２０とを備える。アッパーブロック１１０とロアブロック１２０とは、アッパーブロック１１０の下面１１５と、ロアブロック１２０の上面１２５とにおいて互いに接合されている。接合された状態で、接合面近傍には、図６に例示するクランク軸Ｃを配置するためのクランク軸受穴１３０（第２部位）が設けられている。

なお、本明細書において、ワークＷ及びクランク軸Ｃの方向は、便宜上図５及び図６に示すとおりとする。すなわち、シリンダブロックのアッパーブロック１１０側を上側、ロアブロック１２０側を下側、出力側を前側、出力側と反対側を後側とする。

図６に示すクランク軸Ｃは、図示しないコンロッドが接続されるクランクピンＣＰと、カウンタウエイトＣＷと、クランクジャーナルＣＪとを備えている。クランク軸Ｃは、クランク軸Ｃの中心軸Ｃ１がクランク軸受穴１３０の中心軸Ｐと一致するとともに、各クランクピンＣＰの位置がシリンダボア１１３Ａ，１１３Ｂ，１１３Ｃ，１１３Ｄの各々に対応するように、クランク軸受穴１３０内に配置される。

アッパーブロック１１０の上端には、シリンダヘッド（不図示）との締結面であるアッパーデッキ面１１１（基準面）が設けられている。クランク軸受穴１３０は、アッパーデッキ面１１１から離れた位置にある。

ここに、図５及び図７を参照して、クランク軸受穴１３０の加工位置とワークＷの熱膨張の影響について説明する。なお、図７は、ワークＷであるシリンダブロックが治具本体３１に固定された状態を前側から見た図であり、上側は熱膨張前、下側は熱膨張後のワークＷを示している。

図５及び図７に示すように、クランク軸受穴１３０の加工位置は、アッパーデッキ面１１１からクランク軸受穴１３０の中心軸Ｐまでの距離Ｄで決定される。この距離Ｄは、エンジンのピストンの往復動距離に影響する。すなわち、この距離Ｄには所望の圧縮比を実現する設計値が定められており、実際の距離Ｄが設計値よりも大きくずれるとピストンの往復動距離が変動し、圧縮比が変動してしまう虞がある。従って、製品の仕上がり時において、アッパーデッキ面１１１からクランク軸受穴１３０までの実際の距離Ｄと、その設計値との間の誤差ができる限り小さいことが望ましい。

しかし、シリンダブロックの加工では、クランク軸受穴１３０以外にも、クランク軸受穴１３０と異なる位置において細かい穴を明ける加工、ねじ切り加工、平面の仕上げ加工、製品の組み付け箇所の加工等を行う。従って、クランク軸受穴１３０及びそれ以外の部位の加工中にワークＷ全体の温度が上昇し得る。そうすると、図７に示すように、ワークＷ全体が膨張する。仮に、アッパーデッキ面１１１からクランク軸受穴１３０の中心軸Ｐまでの距離Ｄの設計値をＤ１とする。そして、膨張したワークＷで、距離Ｄ１の位置、すなわち図７の下側の図の二点鎖線の円の位置にクランク軸受穴１３０を加工すると、製品の仕上がり時、すなわちシリンダブロックが一定温度にまで冷却された状態では、クランク軸受穴１３０の位置が距離Ｄ１の位置よりも＋方向に移動してしまう。換言すると、アッパーデッキ面１１１からクランク軸受穴１３０の中心軸Ｐまでの距離Ｄが設計値Ｄ１よりも短くなる虞がある。従って、ワークＷが膨張した状態では、その膨張量を考慮して、クランク軸受穴１３０の加工位置を、距離Ｄ２の位置に補正する必要がある。

このように、クランク軸受穴１３０の加工位置は、エンジンの圧縮比に関連することから極めて重要であり、本明細書において、クランク軸受穴１３０を補正対象部位と称する。また、上述のクランク軸受穴１３０以外の加工（細かい穴を明ける加工、ねじ切り加工、平面の仕上げ加工、製品の組み付け箇所の加工等）は、加工位置の補正までは要しないから、これらの加工部位を補正対象外部位（第１部位）と称する。

＜制御方法＞
次に、マシニングセンタ１の制御方法を説明する。マシニングセンタ１の制御方法は、図８及び図９に示すように、座標系補正工程Ｓ１と、補正対象外部位加工工程Ｓ２と、クーラント温度測定工程Ｓ３と、クーラント温度判定工程Ｓ４と、推定ワーク温度決定工程Ｓ５（算出工程）と、加工位置補正値算出工程Ｓ６（算出工程）と、加工位置補正工程Ｓ７（補正工程）と補正対象部位加工工程Ｓ８（第２部位加工工程）と、を備える。

－座標系補正工程－
まず、マシニングセンタ本体１０の初期位置において、治具１８は、マシニングセンタ本体１０の加工テーブル２０上に、治具本体３１のマスターリング４０がスピンドル１４と対向するように固定されている（図２参照）。詳細には、初期位置において、治具１８は、マスターリング４０の中心線ＣｍがＺ軸方向と平行となるように加工テーブル２０に固定される。そして、ワークＷは、クランプ装置により、そのアッパーデッキ面１１１が図３の符号Ｂの位置に配置されるように、固定される。

ワークＷを精度よく加工するためには、ワークＷを保持する治具１８のＸＹＺ座標系における位置座標、基準点の座標を検出し、検出した座標に基づいて加工を実行する必要がある。

すなわち、座標系補正工程Ｓ１は、治具１８のＸＹＺ座標系を補正する工程である。マシニングセンタ本体１０自体のボールネジの軸の膨張、治具１８自体の位置のばらつきを補正することによりワークＷの加工精度が向上する。具体的には例えば、上述のタッチセンサー等を用いてマスターリング４０の位置を検出し、検出された座標位置データと所定の治具配置位置の座標とのずれ量を算出し、当該ずれ量に基づいて加工プログラムデータ４２１を補正する。

座標系補正工程Ｓ１の一例を図９に示す。まず、スピンドル１４に、ツール１２としてタッチセンサーを取り付け、当該タッチセンサーの先端でマスターリング４０の位置を検出する（マスターリング位置計測工程Ｓ１１）。検出されたマスターリング４０の位置情報は位置データ４２２として記憶部４２０に格納される（図４参照）。そして、位置データ４２２が基準値の範囲内に含まれているかどうかを判定する（マスターリング位置判定工程Ｓ１２）。

位置データ４２２が基準値の範囲内に含まれている場合には、検出された位置データ４２２と所定の治具配置位置の座標とのずれ量、すなわち座標系補正値を算出する（座標系補正値算出工程Ｓ１３）。算出された座標系補正値情報は、座標系補正値データ４２４として記憶部４２０に格納される。そして、座標系補正値データ４２４に基づいて加工プログラムデータ４２１を修正する（加工プログラムデータ修正工程Ｓ１４）。そして、次の補正対象外部位加工工程Ｓ２へと進む。

一方、検出された位置データ４２２が基準値の範囲外であれば、マスターリング４０の洗浄を行う（マスターリング洗浄工程Ｓ１５）。そして、洗浄後のマスターリング４０の位置データ４２２を再度タッチセンサーにより検出する（マスターリング位置再計測工程Ｓ１６）。再度検出された位置データ４２２が基準値の範囲内に含まれているかどうかを判定する（マスターリング位置再判定工程Ｓ１７）。基準値の範囲内であれば、座標系補正値算出工程Ｓ１３に進む。基準値の範囲外であれば、マスターリング計測異常によりマシニングセンタ１の動作は停止する（Ｓ１８）。

なお、例えば特許５２７２５９８号公報に記載された方法のように、タッチセンサーと、該タッチセンサーよりも検出精度が高く信頼性が高いスモールテスター等とを組み合わせて、より精度の高い補正を行う方法を採用してもよい。

－補正対象外部位加工工程－
上述のごとく、加工プログラムデータ４２１は、マシニングセンタ本体１０が、ワークＷの補正対象外部位と補正対象部位であるクランク軸受穴１３０とをこの順で加工するように記述されている。従って、座標系補正工程Ｓ１が終了すると、加工プログラムデータ４２１のプログラム内容に従って、補正対象外部位の加工が始まる（補正対象外部位加工工程Ｓ２）。補正対象外部位は、上述のごとく、細かい穴を明ける加工、ねじ切り加工、平面の仕上げ加工、製品の組み付け箇所の加工等の対象部位であるが、補正対象外部位加工工程Ｓ２では、これら全ての加工を終了してもよいし、しなくてもよい。全ての加工が終了していない場合は、図８には図示していないが、補正対象部位加工工程Ｓ８終了後に残りの補正対象外部位の加工を行うようにすることができる。

－クーラント温度測定工程－
マシニングセンタ１の加工作業の開始、すなわち、座標系補正工程Ｓ１の動作開始から所定時間以後のクーラントの温度を温度センサ２０４により検出する（クーラント温度測定工程Ｓ３）。具体的には、マシニングセンタ１の動作開始から動作終了までクーラント温度を温度センサ２０４によりモニターする。そして、その温度データ４２３は、例えばマシニングセンタ１のマクロ変数として制御装置４００に取り込まれ、記憶部４２０に格納される。そして、記憶部４２０に格納された温度データ４２３のうち、加工開始、すなわち座標系補正工程Ｓ１の動作開始から所定時間以後におけるクーラントの温度を次工程において用いる。なお、上記所定時間の詳細については後述する。

－クーラント温度判定工程－
クーラント温度判定工程Ｓ４において、上述の座標系補正工程Ｓ１の動作開始から所定時間以後のクーラントの温度について、当該温度と、マシニングセンタ１の前回動作時の後述する推定ワーク温度との差が基準値以内かどうかを判定する（Ｓ４１）。また、クーラントの温度が、上限値以下及び下限値以上であるかどうかを判定する（Ｓ４２，Ｓ４３）。なお、基準値は、限定する意図ではないが、前回動作時の推定ワーク温度との差が例えば±５℃以内とすることができる。また、上限値は、限定する意図ではないが、夏場の高温環境下でのマシニングセンタ１の動作を考慮して、例えば約４０℃とすることができる。そして、下限値は、限定する意図ではないが、冬場の低温環境下でのマシニングセンタ１の動作を考慮して、例えば約１７℃とすることができる。

－推定ワーク温度決定工程－
クーラントの温度が、基準値以内であり、上限値以下及び下限値以上である場合には、算出部４１１は、推定ワーク温度決定工程Ｓ５において、当該クーラントの温度を、座標系補正工程Ｓ１の動作開始から所定時間以後のワークＷ自体の温度と推定する（Ｓ５１）。本明細書において、こうして推定されたワークＷ自体の温度を推定ワーク温度と称する。

一方、クーラント温度が、基準値外、あるいは、上限値超又は下限値未満である場合には、温度センサ２０４の異常として、マシニングセンタ１の動作は停止する（Ｓ５２）。

－加工位置補正値算出工程－
算出部４１１は、上述のごとく決定された推定ワーク温度に基づいて、ワークＷの熱膨張による変形量、すなわち加工位置補正値を算出する（加工位置補正値算出工程Ｓ６）。

具体的に、熱膨張による変形量ΔＬ（ｍ）は下記式（１）により算出することができる。
ΔＬ＝Ｌ×α×ΔＴ ・・・（１）
但し、式（１）中、Ｌは材料の長さ（ｍ）、αは熱膨張係数（１０^－６／℃）、ΔＴは温度変化量（℃）である。本実施形態では、Ｌは、アッパーデッキ面１１１からクランク軸受穴１３０の中心軸までの距離Ｄである。温度変化量ΔＴは、ワークＷの設計値の基準温度（具体的には例えば常温）と、上記推定ワーク温度との差である。

算出された変形量ΔＬは、加工位置補正値データ４２５として記憶部４２０に格納される。

－加工位置補正工程－
補正部４１２は、上記算出された加工位置補正値データ４２５に基づいて、加工プログラムデータ４２１中のクランク軸受穴１３０のアッパーデッキ面１１１からの加工位置の情報を修正する（加工位置補正工程Ｓ７）。

－補正対象部位加工工程－
そして、補正された加工プログラムデータ４２１に基づいて、指令部４１３の指令により、マシニングセンタ本体１０は、上述の所定時間以後に、補正された加工位置において、クランク軸受穴１３０の加工を行う（補正対象部位加工工程Ｓ８）。

なお、加工プログラムデータ４２１は、マシニングセンタ本体１０が、ショートツール３１１（第１ツール）を用いてクランク軸受穴１３０の加工を行った後、ショートツール３１１よりも全長が長いロングツール３１２（第２ツール）を用いて該クランク軸受穴１３０の追加工を行うようにプログラムされている（図１参照）。

具体的には、図１中二点鎖線で示すように、収容部３０１のツールマガジンに、ワークＷのクランク軸受穴１３０を加工するためのショートツール３１１及びロングツール３１２を待機させておく。そして、加工プログラムデータ４２１のプログラム内容に従って、クランク軸受穴１３０の最初の加工をショートツール３１１で行う。一定時間、ショートツールで加工を行った後、ＡＴＣ３００によりショートツール３１１をロングツール３１２に変更して、ショートツール３１１により形成された孔の追加工を行う。

クランク軸受穴１３０は気筒列方向に長い形状を有しているため、その加工には、全長が長いツール１２が必要となる。しかしながら、クランク軸受穴１３０の加工を最初から長いツール１２を用いて行うと、ツール１２の垂れ等により、加工位置の正確性を担保することが困難となる。本構成によれば、長いクランク軸受穴１３０の最初の加工を比較的短いショートツール３１１で行うことにより、その加工位置の精度を向上させることができる。また、比較的短いショートツール３１１で最初の加工を行うことにより、ロングツール３１２のガイド孔が形成され、その後の追加工の精度が向上する。

なお、ショートツール３１１及びロングツール３１２のサイズ等は、ワークＷの構成により適宜決定されるが、ショートツール３１１としては、例えばロングツール３１２の１／５程度の長さのツール１２を用いてもよい。

そして、補正対象外部位も含めて全ての加工部位の加工が終了した時点で、マシニングセンタ１による加工作業は終了する。

＜特徴及び作用効果＞
ここに、本実施形態に係る制御装置及び制御方法は、クーラント温度判定工程Ｓ４における所定時間を、例えば実験、シミュレーション解析等の試験的手法により予め定められた、加工作業の開始からワークＷのクランク軸受穴１３０近傍の温度とクーラントの温度との差が所定範囲以内となるまでの時間とすることを特徴とする。

以下、実験により所定時間を定める方法の一例を説明する。検証用のワークＷのクランク軸受穴１３０近傍、具体的には図５において、それぞれ符号１３１，１３３，１３５で示す位置（図６に例示するクランク軸ＣのクランクジャーナルＣＪのうち、それぞれ１番のクランクジャーナルＣＪ１、３番のクランクジャーナルＣＪ３及び５番のクランクジャーナルＣＪ５が配置される軸受部）に熱電対を溶接し、マシニングセンタ１による加工中のワークＷの温度をモニターした。また、同時にクーラント温度もモニターした。経過時間に対する各温度変化の結果を図１０に示す。なお、加工プログラムデータ４２１は、補正対象外部位の加工を全て行ってから、クランク軸受穴１３０の加工を行うようにプログラムされている。

クーラント温度は、加工開始から加工終了まで、ほぼ一定の温度であることが判る。一方、ワークＷの上記３箇所の温度は、補正対象外箇所の加工に伴って、徐々に温度が上昇していることが判る。そして、図１０中矢印と円で示すように、加工開始から２５０秒～３００秒程度経過した時点で、ワークＷの上記３箇所の温度と、クーラントの温度とがほぼ同一、すなわちワークＷの上記３箇所の温度とクーラントの温度との差が±０．５℃以内になることが判る。また、本願発明者らの検証により、加工作業の開始からワークＷの上記３箇所の温度とクーラントの温度とが近くなるまでの時間は、外気温によらずほぼ一定であることが判った。

従って、本実施形態に係る制御装置及び制御方法では、加工作業の開始から所定時間以後のクーラントの温度を推定ワーク温度と決定して加工位置補正値を算出し、当該加工位置補正値に基づいてクランク軸受穴１３０の加工位置を補正するから、ワークＷ自体の温度を測ることなく、ワークＷの熱膨張による変形量を考慮してクランク軸受穴１３０の加工位置を補正することができる。

また、本構成では、ワークＷの温度とクーラントの温度が近くなってからクランク軸受穴１３０の加工を始めるから、クランク軸受穴１３０の加工中のワークＷの温度の変動もある程度抑制され、加工位置のずれが小さくなり、クランク軸受穴１３０の加工位置の精度を高めることができる。そうして、クランク軸受穴の加工位置の精度に起因するエンジン圧縮比の誤差を低減させることができる。

所定時間は、ワークＷの種類、機種等により変動し得るものであり、特に限定されるものではないが、本実施形態に係る制御装置及び制御方法では、例えば２５０秒～３００秒程度に設定することができる。なお、所定時間の設定は、加工プログラムデータ４２１における加工部位の順序の設定により行うことができる。

具体的には例えば、補正対象外部位が５個所存在すると仮定して、座標系補正工程Ｓ１の開始から、５個所の補正対象外部位のうち５個所全ての加工が終わった時点で、２８０秒程度であったとする。そうすると、当該全ての補正対象外部位の加工が終わった後に、クーラント温度測定工程Ｓ３～補正対象部位加工工程Ｓ８までの工程を行うように加工プログラムデータ４２１を作成すればよい。

また、仮に、座標系補正工程Ｓ１の開始から、５個所の補正対象外部位のうち例えば３個所の加工が終わった時点で、２８０秒程度であったとする。この場合、上述の例のように５個所の補正対象外部位全ての加工が終わった後に、クーラント温度測定工程Ｓ３～補正対象部位加工工程Ｓ８までの工程を行うように加工プログラムデータ４２１を作成してもよい。また、上記３個所の加工が終わった後に、クーラント温度測定工程Ｓ３～補正対象部位加工工程Ｓ８までの工程を行い、図８には図示していないが、その後に残りの２個所の補正対象外部位の加工を行うように加工プログラムデータ４２１を作成してもよい。

このようにして、加工作業の開始から所定時間以降にクランク軸受穴１３０の加工を開始するようプログラムする。

ワークＷのクランク軸受穴１３０近傍の温度とクーラントの温度との差の所定範囲は、好ましくは±１℃以内、より好ましくは±０．５℃以内である。これにより、クランク軸受穴１３０の加工位置の精度をより高めることができる。

また、図１０の検証では、符号Ｋ０の一点鎖線で示すように、経過時間が３００秒を過ぎた頃からクランク軸受穴１３０のショートツール３１１によるクランクジャーナルＣＪ５側からの加工を開始している。そして、符号Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４，Ｋ５の一点鎖線で示す経過時間から、ロングツール３１２による、それぞれクランクジャーナルＣＪ５，ＣＪ４，ＣＪ３，ＣＪ２，ＣＪ１の軸受部の加工をこの順に開始している。そして、符号Ｋ６の一点鎖線で示す経過時間において、クランク軸受穴１３０の加工は終了している。クランクジャーナルＣＪ５，ＣＪ３，ＣＪ５の軸受部の温度が各軸受部の加工開始とともに、約１℃程度増加しているのは、ツール１２先端からのクーラントの吐出圧がやや高いことによる。各軸受部の温度上昇のタイミングを比較すると、温度上昇は局所的なものであり、加工中のクランク軸受穴１３０近傍全体の温度は大きく上昇していないと考えられる。

（実施形態２）
以下、本開示に係る他の実施形態について詳述する。なお、これらの実施形態の説明において、実施形態１と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

上記実施形態において、所定時間の設定は、加工プログラムデータ４２１における加工部位の順序の設定により行う構成あったが、当該構成に限られない。具体的には例えば、制御装置４００は、ワークＷの加工作業の開始から時間を計測する不図示の時間計測装置をさらに備えるようにしてもよい。そして、制御装置４００は、所定時間の経過を示す時間計測装置の計測信号をトリガーとして、マシニングセンタ本体１０に、クランク軸受穴１３０の加工を開始させるようにしてもよい。時間計測装置の計測信号をトリガーとすることにより、クランク軸受穴１３０の加工開始タイミングをより容易に制御することができる。なお、時間計測装置の時間情報は時間データとして記憶部４２０に格納される。

（その他の実施形態）
上記実施形態では、クーラント温度判定工程Ｓ４を設ける構成であったが、当該構成に限られるものではなく、クーラント温度判定工程Ｓ４を設けなくてもよい。この場合、クーラント温度測定工程Ｓ３で測定された座標系補正工程Ｓ１の動作開始から所定時間以後におけるクーラントの温度をそのまま、次の推定ワーク温度決定工程Ｓ５で、推定ワーク温度として決定することができる。

上記実施形態では、温度センサ２０４は、タンク２０２内に配置されていたが、クーラントの温度を検出できれば当該構成に限られるものではなく、供給路２０１上等の他の位置に配置されていてもよい。

上記実施形態の図４に示す制御装置４００の構成は例示であり、図４に示す構成以外の構成を含んでもよい。また、上記実施形態のマシニングセンタ本体１０及びＡＴＣ３００の構成は、例示であり、当該構成に限られない。例えば、上記実施形態のマシニングセンタ本体１０は横型の４軸制御方式であったが、マシニングセンタ本体１０は、立型等であってもよいし、３軸制御、５軸制御その他の多軸制御方式であってもよい。上記実施形態では、ＡＴＣ３００はマガジン式であったが、タレット式等であってもよい。

上記実施形態では、ショートツール３１１及びロングツール３１２を用いてクランク軸受穴１３０の加工を行う構成であったが、当該構成に限られるものではない。具体的には例えば、クランク軸受穴１３０が短い場合には、単一のツール１２で加工を行ってもよい。３本以上のツール１２を用いて加工を行ってもよい。ツール１２の選択はワークＷの構成に応じて適宜変更することができる。

上記実施形態の図１０の検証では、クランク軸受穴１３０の加工を５番のクランクジャーナルＣＪ５の軸受部側から行う構成であったが、当該構成には限られるものではなく、１番のクランクジャーナルＣＪ１の軸受部側から行うようにしてもよい。

上記実施形態では、ワークＷは自動車用エンジンのシリンダブロックであったが、当該構成に限られない。具体的には、自動車に限らず、車両用エンジン、産業用エンジンのシリンダブロックであってもよい。また、直列４気筒エンジンに限らず、単気筒エンジン、その他の多気筒エンジンであってもよい。また、シリンダブロックに限らず、シリンダヘッド等であってもよい。シリンダヘッドの場合は、カムシャフト軸受穴が第２部位となる。このように、ワークＷは、複数の加工箇所があり、そのうちの１つは、基準面から離れた位置にあり、その位置を基準面からの距離で特定するような加工を施すワークであれば本開示の制御装置及び制御方法を適用することができる。

以下、具体的に行った実施例について説明する。

図１１は、比較例として、クランク軸受穴１３０の加工位置の補正を行わずにワークＷとしてのシリンダブロックの加工を行った場合の距離Ｄのサイズ変化量（μｍ）と推定ワーク温度（℃）との関係を示している。具体的には、図８の補正対象外部位加工工程Ｓ２で全ての補正対象外部位の加工を行った後、クーラント温度測定工程Ｓ３から加工位置補正工程Ｓ７までの工程を行わずに、補正対象部位加工工程Ｓ８に進み、クランク軸受穴１３０の加工を行った。一方、図１２は、実施例として、図８に示すとおり、クランク軸受穴１３０の加工位置の補正を行った場合の距離Ｄのサイズ変化量と推定ワーク温度との関係を示している。なお、比較例及び実施例ともに、推定ワーク温度は、マシニングセンタ１による加工作業の開始から補正対象外部位加工工程Ｓ２が終了した時点（約２８０秒後）のクーラントの温度である。また、距離Ｄのサイズ変化量の測定は、加工終了後のワークＷを２０℃まで冷却して行った。さらに、図１１及び図１２において、距離Ｄの設計値を０としている。

図１１に示すように、比較例では、設計値を０としてその前後約３５μｍの幅でサイズ変化量にばらつきがあった。一方、図１２に示すように、実施例では、そのばらつきの幅は約１０μｍにまで低減された。

本開示は、加工機の制御装置及びその制御方法の分野において、極めて有用である。

１ マシニングセンタ（加工機）
１０ マシニングセンタ本体
１１０ アッパーブロック（シリンダブロック）
１１１ アッパーデッキ面（基準面）
１２０ ロアブロック（シリンダブロック）
１３０ クランク軸受穴（第２部位）
２００ クーラント供給装置
２０４ 温度センサ（温度検出装置）
３１１ ショートツール（第１ツール）
３１２ ロングツール（第２ツール）
４００ 制御装置
４１１ 算出部
４１２ 補正部
４１３ 指令部
Ｗ ワーク

Claims (9)

1. ワークの第１部位と、該第１部位とは異なる位置であり且つ該ワークの基準面から離れた位置の第２部位とを、この順で加工する加工機の制御装置であって、
   前記加工機は、
   加工作業中に前記ワークの前記第２部位へクーラントを供給するクーラント供給装置と、
   前記クーラントの温度を検出する温度検出装置と、を備え、
   加工作業の開始から所定時間以後の前記クーラントの温度を前記ワークの温度と推定して該ワークの熱膨張による変形量を算出する算出部と、
   前記変形量に基づいて、前記第２部位の前記基準面に対する加工位置を補正する補正部と、
   前記所定時間以後に、前記補正された加工位置において、前記第２部位の加工を開始させる指令部と、
   を備え、
   前記所定時間は、予め定められた、前記加工作業の開始から前記ワークの前記第２部位近傍の温度と前記クーラントの温度との差が所定範囲以内となるまでの時間である
   ことを特徴とする加工機の制御装置。
2. 請求項１において、
   前記ワークの前記第２部位近傍の温度と前記クーラントの温度との差の前記所定範囲は、±１℃以内である
   ことを特徴とする加工機の制御装置。
3. 請求項１又は請求項２において、
   前記加工作業の開始から時間を計測する時間計測装置を備え、
   前記指令部は、前記所定時間の経過を示す前記時間計測装置の計測信号をトリガーとして、前記加工機に、前記第２部位の加工を開始させる
   ことを特徴とする加工機の制御装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
   前記ワークは、エンジンのシリンダブロックであり、
   前記基準面は、シリンダヘッドとの締結面であるアッパーデッキ面であり、
   前記第２部位は、クランク軸受穴である
   ことを特徴とする加工機の制御装置。
5. 請求項４において、
   前記加工機は、前記クランク軸受穴の加工を行うための、第１ツール及び該第１ツールよりも全長が長い第２ツールを備えており、
   前記指令部は、前記加工機に、前記第１ツールを用いて前記クランク軸受穴の加工を開始させた後、前記第２ツールを用いて該クランク軸受穴の追加工を行わせる
   ことを特徴とする加工機の制御装置。
6. ワークの第１部位と、該第１部位とは異なる位置であり且つ該ワークの基準面から離れた位置の第２部位とを、この順で加工する加工機の制御方法であって、
   前記加工機は、
   加工作業中に前記ワークの前記第２部位へクーラントを供給するクーラント供給装置と、
   前記クーラントの温度を検出する温度検出装置と、を備え、
   加工作業の開始から所定時間以後の前記クーラントの温度を前記ワークの温度と推定して該ワークの熱膨張による変形量を算出する算出工程と、
   前記変形量に基づいて、前記第２部位の前記基準面に対する加工位置を補正する加工位置補正工程と、
   前記加工位置補正工程後に、前記補正された加工位置において、前記第２部位の加工を開始させる第２部位加工工程と、
   を備え、
   前記所定時間は、予め定められた、前記加工作業の開始から前記ワークの前記第２部位近傍の温度と前記クーラントの温度との差が所定範囲以内となるまでの時間である
   ことを特徴とする加工機の制御方法。
7. 請求項６において、
   前記ワークの前記第２部位近傍の温度と前記クーラントの温度との差の前記所定範囲は、±１℃以内である
   ことを特徴とする加工機の制御装置。
8. 請求項６又は請求項７において、
   前記ワークは、エンジンのシリンダブロックであり、
   前記基準面は、シリンダヘッドとの締結面であるアッパーデッキ面であり、
   前記第２部位は、クランク軸受穴である
   ことを特徴とする加工機の制御方法。
9. 請求項８において、
   前記加工機は、前記クランク軸受穴の加工を行うための、第１ツール及び該第１ツールよりも全長が長い第２ツールを備えており、
   前記第２部位加工工程で、前記第１ツールを用いて前記クランク軸受穴の加工を行った後、前記第２ツールを用いて該クランク軸受穴の追加工を行う
   ことを特徴とする加工機の制御方法。

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