JPH068105A

JPH068105A - 円筒形状加工装置

Info

Publication number: JPH068105A
Application number: JP4170960A
Authority: JP
Inventors: Tomohisa Kimura; 友久木村; Akira Ikoma; 晃生駒
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1992-06-29
Filing date: 1992-06-29
Publication date: 1994-01-18
Also published as: DE4392930C2; DE4392930T1; WO1994000272A1; KR0167626B1; US5465474A

Abstract

(57)【要約】【目的】加工されるワークの真円度の向上。【構成】ワークの外周が所定間隔ごとに分割され、加工
の終了したワークの半径と目標半径との偏差が所定間隔
ごとに検出される。そして、これら検出された所定間隔
ごとの偏差に基づき工具の所定回転角度ごとの位置が補
正される。そして、これら補正された位置に基づき工具
の軌跡が補間演算される。そしてこうして補間演算され
た軌跡に沿って工具が回転され、ワークが精度よく加工
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はクランクシャフトミラー
等の円筒形状加工装置に関し、特に加工されるワークの
真円度を向上させることができる円筒形状加工装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ワークを固定しこのワークの
外周へ内歯のフライスカッタを当て、このカッタを高速
で回転させることによりクランクシャフトのジャーナル
を円筒形状に加工するクランクシャフトミラーが公知と
なっている。その動きはおよそ図１４（ａ）〜（ｄ）に
示すように表され、フライスカッタ１の中心ｃが、ワー
クＷＫの中心ａから所定距離ｒだけ離間した軌跡（円
周）ｂに沿って矢印ｄ方向に移動するというものであ
る。なお、フライスカッタ１における内側の複数のカッ
タ１ａ…も上記中心ｃを回転中心にして回転し、これに
より切削が行われる。フライスカッタ１のかかる動き
は、ＮＣ装置で作成されたプログラムにしたがって行わ
れる。すなわち、ＮＣプログラム上は、Ｇ０２Ｘ９０．Ｙ７５．Ｉ０．Ｊ３５．というような単一のコマンドによって上記動きが規定さ
れる。上記コマンドにおける「Ｇ０２」は「円弧補間指
定」という内容を示し、「Ｘ９０．Ｙ７５．」は「フラ
イスカッタ１の中心ｃの始点Ｓおよび終点Ｅ（始点Ｓと
同じ）のＸ、Ｙ座標位置」を、「Ｉ０．Ｊ３５．」は回
転中心ｃの上記始点Ｓに対する相対的なＸ、Ｙ座標位
置」をそれぞれ示している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ワークＷＫ
の外周を加工する際には、そのワークＷＫがたとえばク
ランクシャフトであれば、各回転位置ごとに剛性が異な
っている。このため加工後のワークＷＫの真円度を測定
すると、図１５のＣ´に示すごとくなり、真円Ｃに対し
て斜線分だけ誤差が生じることになるここで、ワーク
ＷＫの外周Ｃ´の各部ｅ、ｆ、ｇ、ｈをへこまし、ある
いは出して真円Ｃに一致させるには、図１６に示すよう
に各部ｅ、ｆ、ｇ、ｈの形状に応じてフライスカッタ１
の中心の軌跡をｂ´に示すようにｅ´、ｆ´、ｇ´、ｈ
´と補正してやればよいことがわかる。

【０００４】しかし、上記のごとくＮＣ装置で作成され
るコマンドの内容は「一定半径の円に沿って移動する」
というものであり、円全周にわたる一義的な補正しかな
し得ない。このため上記軌跡ｂ´のような円周の各部分
ごとに異なる内容の補正はできないこととなっており、
真円度を向上させる加工は事実上不可能となっている。

【０００５】本発明はこうした実状に鑑みてなされたも
のであり、工具の軌跡を各部分ごとに異なる内容で補正
することにより、真円度を飛躍的に向上させることがで
きる加工装置を提供することをその目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明では、
ワークの外周の軌跡に沿って工具を回転させて前記ワー
クの半径が目標半径になるように円筒形状に加工する円
筒形状加工装置において、前記ワークの外周を所定間
隔ごとに分割し、加工が終了したワークの半径と前記目
標半径との偏差を前記所定間隔ごとに検出する検出手段
と、前記検出手段によって検出された所定間隔ごとの偏
差に基づき前記工具の所定回転角度ごとの位置を補正
し、これら所定回転角度ごとの補正位置に基づき前記工
具の軌跡を補間演算する演算手段と、前記演算手段によ
って演算された軌跡に沿って前記工具を回転させる制御
手段とを具えている。

【０００７】

【作用】すなわち、かかる構成によれば、ワークの外周
が所定間隔ごとに分割され、加工の終了したワークの半
径と目標半径との偏差が所定間隔ごとに検出される。そ
して、これら検出された所定間隔ごとの偏差に基づき工
具の所定回転角度ごとの位置が補正される。そして、こ
れら補正された位置に基づき工具の軌跡が補間演算され
る。そしてこうして補間演算された軌跡に沿って工具が
回転され、ワークが精度よく加工される。

【０００８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明に係る円筒形状
加工装置の実施例について説明する。なお、実施例で
は、クランクシャフトミラーに適用した場合を想定して
説明する。なお、またクランクシャフトミラーにおける
フライスカッタの動きそれ自体はすでに説明した図１４
のものと同様であり、符号は図１４のものと同一のもの
を使用する。

【０００９】図１は実施例の処理手順を示している。同
図に示すようにまず、既知のデータからＮＣ装置におい
て加工プログラムが作成される（ステップ１０１）。す
なわち、図２に示すルーチンに移行され、図４に示すよ
うに加工しようとするワークＷＫ、つまりクランクシャ
フトジャーナル部ＷＫの加工径ｐ、および切削用の工具
であるフライスカッタ１の内径ｑが既知となっているこ
とから、これよりカッタ中心ｃの移動半径ｒが求められ
る（ステップ２０１）。つぎに、カッタ中心の軌跡ｂが
図５に示すように１５°ごとに２４分割され、分割され
た軌跡ｂ上の各点（１）、（２）…（２４）（（０））
のＸーＹ座標位置（ｘ1 、ｙ1 ）、（ｘ2 、ｙ2 ）…
（ｘ0 、ｙ0 ）がそれぞれ求められる（ステップ２０
２）。

【００１０】つぎに、フライスカッタ１の中心ｃを所定
の軌跡に沿って移動させるためのＮＣプログラムが作成
される。この場合、カッタ１の中心ｃが円周上を移動す
るので、分割した各円弧ごとに円弧の半径ｒおよび円弧
の中心ａが指定される。

【００１１】まず、円弧の半径を指定するＮＣプログラ
ムが各分割区間ごとに、のごとく作成される。これは下記表１で示される。

【００１２】ここで、「Ｘｘ1 Ｙｙ1 Ｒｒ」は、「始点（２４）ある
いは（０）から分割点（１）までの区間においてはの曲
率半径ｒの円弧上を移動せよ」という内容を意味してい
る。同様に「Ｘｘ2 Ｙｙ2 Ｒｒ」は、「分割点（１）か
ら分割点（２）までの区間においては曲率半径ｒの円弧
上を移動せよ」という内容を意味している。以下のコマ
ンドの内容も同様である（ステップ２０３）。

【００１３】なお、プログラムの内容としては、上記の
ごとく曲率半径ｒで指定するようにしてもよいし、また
円弧の中心位置ａを指定するようにしてもよい。この場
合、まず、各分割点ごとに円弧の中心位置ａが指定され
る。円弧の中心位置ａは、円弧の始点の中心位置ａに対
する相対距離（ｉn 、ｊn ）として特定される。すなわ
ち、図６に示すように分割点（２）から（３）までの円
弧を考えると、始点は分割点（２）でその座標位置は
（ｘ2 、ｙ2 ）であるから、この座標位置（ｘ2、ｙ2
）のａ点に対する相対距離ｉ2 、ｊ2 によって中心位
置ａが特定される。この場合、相対距離ｉ2 、ｊ2 には
Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に応じた極性が付与される。しかし
て、円弧の中心位置ａを指定するＮＣプログラムが各分
割区間ごとに、のごとく作成される。ここで、「Ｘｘ1 Ｙｙ1 Ｉｉ0 Ｊ
ｊ0 」は、「始点（２４）あるいは（０）から分割点
（１）までの区間においては円弧の中心位置を、始点
（２４）からＸ軸方向に距離ｉ0 離間し、かつＹ軸方向
にｊ0 離間した位置とせよ」という内容を意味してい
る。以下のコマンドの内容も同様である（ステップ２０
５）。

【００１４】このようにしてＮＣプログラムが作成され
ると、図１のステップ１０２にリターンされ、作成され
たＮＣプログラムに基づきフライスカッタ１がＮＣ制御
され、切削加工が行われる。この場合、フライスカッタ
１の中心ｃは図５に示すような軌跡ｂを描く（ステップ
１０２）。

【００１５】つぎに加工の終了したワークＷＫの真円度
が測定される（ステップ１０３）。ついで、測定結果に
基づき補正加工プログラムが作成される（ステップ１０
４）。手順は図３に示すルーチンに移行され、ワークＷ
Ｋの外周がステップ２０２と同様にして所定角度θ（１
５°）間隔で分割される（ステップ３０１）。そして、
ワークＷＫの加工径の目標値、つまり真円Ｃのときのワ
ークＷＫ中心ａから外周までの距離ｒと加工終了時のワ
ークＷＫの中心ａから外周Ｃ´までの距離との偏差Δｈ
0 、Δｈ1 …が、図８に示すように、上記所定角度θ
（１５°）間隔で、つまり分割位置（０）、（１）…ご
とに測定される（ステップ３０２）。

【００１６】ついで、上記測定された偏差Δｈ0 、Δｈ
1 …が、対応する分割位置（０）、（１）…の座標位置
（ｘ0 、ｙ0 ）、（ｘ1 、ｙ1 ）…に加算され、分割位
置（０）、（１）…の座標位置が下記式に示すごとく補
正される。

【００１７】ｘ´0 ＝ｘ0 ｙ´0 ＝ｙ0 ーΔｈ0 ｘ´1 ＝ｘ1 ーΔｈ1 ・ｓｉｎθ（ただし、ｘ1 ＝ーｒｓｉｎθ）ｙ´1 ＝ｙ1 ーΔｈ1 ・ｃｏｓθ（ただし、ｙ1 ＝ーｒｃｏｓθ） … … … ｘ´n ＝ｘn ーΔｈn ・ｓｉｎθ ｙ´n ＝ｘn ーΔｈn ・ｃｏｓθ …（１）このように、ワークＷＫの偏差が０°位置においてＣ´
がＣよりも大きいΔｈ0 となっていれば、対応する分割
点（０）においてワークＷＫの外周をその偏差Δｈ0 分
だけへこますべくカッタ１の中心をΔｈ1 だけ外側に移
動するようにされ、またワークＷＫの偏差が０°＋θ位
置においてＣ´がＣよりも大きいΔｈ1であれば、対応
する分割点（１）においてワークＷＫの外周をその偏差
Δｈ1 分だけへこますべくカッタ１の中心をΔｈ1 だけ
外側に移動するようにされる。他の分割点（２）、
（３）…についても同様である（ステップ３０３）。

【００１８】つぎに、上記補正座標位置（ｘn 、ｙn ）
（ｎ＝０、１…）に基づいて、隣接する分割点間が円弧
によって補間され、各円弧の移動半径ｒ´n （ｎ＝１、
２…）（図７参照）が演算されるか、あるいは各円弧の
中心ａ´が演算される。これは以下に示す種々の演算に
よって求めることができる（ステップ３０４、３０
６）。・第１の演算（図９）この演算は図９に示すように、隣接する分割点の中間点
を求め、これら中間点を含めた３点から移動半径ｒ´n
を演算しようとするものである。分割点（０）〜（１）
間を例にとれば、まずワークＷＫの外周位置０°と０°
＋θ（図８参照）との間の中間角度０°＋θ／２に対応
するカッタ中心位置（ｘ´´1 、ｙ´´1 ）が下記
（２）式のごとく生成される。

【００１９】ｘ´´1 ＝ーｒ・ｓｉｎθ／２ー｛（Δｈ0 ＋Δｈ1 ）／２｝ｓｉｎθ／２ｙ´´1 ＝ーｒ・ｃｏｓθ／２ー｛（Δｈ0 ＋Δｈ1 ）／２｝ｃｏｓθ／２ …（２）これは角度０°＋θ／２における偏差が０°のときの偏
差Δｈ0 とθのときの偏差Δｈ1 との平均であろう、と
の仮定に基づくものである。そして３点（ｘ´0 、ｙ´
0 ）、（ｘ´´1 、ｙ´´1 ）、（ｘ´1 、ｙ´1 ）を
通過する円弧の半径ｒ´1 が、下記の連立方程式を解い
て求められ、それがカッタ中心の移動半径ｒ´1 とされ
る。

【００２０】（ｘ´0 ーＸ）2 ＋（ｙ´0 ーＹ）2 ＝（ｒ´1 ）2 （ｘ´´1 ーＸ）2 ＋（ｙ´´1 ーＹ）2 ＝（ｒ´1 ）
2 （ｘ´1 ーＸ）2 ＋（ｙ´1 ーＹ）2 ＝（ｒ´1 ）2 ただし、Ｘ：円弧の中心のＸ方向座標位置Ｙ：円弧の中心のＹ方向座標位置 …（３）一方、図６と同様にして相対距離（ｉ´0 、ｊ´0 ）
が、ｉ´0 ＝Ｘーｘ´0 ｊ´0 ＝Ｙーｙ´0 …（４）のごとく演算され、カッタ１の移動中心（円弧補間の移
動の中心）ａ´が特定される。以下、（３）、（４）式
と同様にしてｎ＝２、３…についての半径ｒ´nあるい
はｎ＝１、２…についての相対距離（ｉ´n 、ｊ´n ）
が順次演算される。・第２の演算（図１０）この演算は連続する３つの分割点の補正座標位置に基づ
き移動半径ｒ´n および相対距離（ｉ´n 、ｊ´n ）を
得ようとするものである。

【００２１】すなわち、図１０に示すよう分割点
（０）、（１）、（２）を例にとれば、対応する３点
（ｘ´0 、ｙ´0 ）、（ｘ´1 、ｙ´1 ）、（ｘ´2 、
ｙ´2 ）を通過する円弧の半径ｒ´1 （＝ｒ´2 ）が、
下記の連立方程式を解いて求められ、それがカッタ中心
の移動半径ｒ´1 とされる。

【００２２】（ｘ´0 ーＸ）2 ＋（ｙ´0 ーＹ）2 ＝（ｒ´1 ）2 （ｘ´1 ーＸ）2 ＋（ｙ´1 ーＹ）2 ＝（ｒ´1 ）2 （ｘ´2 ーＸ）2 ＋（ｙ´2 ーＹ）2 ＝（ｒ´1 ）2 ただし、Ｘ：円弧の中心のＸ方向座標位置Ｙ：円弧の中心のＹ方向座標位置 …（５）一方、相対距離（ｉ´0 、ｊ´0 ）および（ｉ´1 、ｊ
´1 ）は、ｉ´0 ＝Ｘーｘ´0 ｊ´0 ＝Ｙーｙ´0 ｉ´1 ＝Ｘーｘ´1 ｊ´1 ＝Ｙーｙ´1 …（６）のごとく演算され、カッタ１の移動中心ａ´が特定され
る。以下、（５）、（６）式と同様にしてｎ＝３、４…
についての半径ｒ´n あるいはｎ＝２、３…についての
相対距離（ｉ´n 、ｊ´n ）が順次演算される。

【００２３】・第３の演算（図１２、図１３）この演算は、分割点の座標位置に偏差を加えたものを移
動半径ｒ´n とするものであり、図１２に示すように分
割点（０）を例にとれば、ｒ´1 ＝ｒ＋Δｈ0 …（７）のごとく（０）〜（１）間の円弧の半径ｒ´1 が演算さ
れる。そして、円弧の中心ａ´の座標位置（Ｘ、Ｙ）は
下記の連立方程式を解いて求められる（図１３参照）。

【００２４】（ｘ´0 ーＸ）2 ＋（ｙ´0 ーＹ）2 ＝（ｒ´1 ）2 （ｘ´1 ーＸ）2 ＋（ｙ´1 ーＹ）2 ＝（ｒ´1 ）2 …（８）よって相対距離（ｉ´0 、ｊ´0 ）は、ｉ´0 ＝Ｘーｘ´0 ｊ´0 ＝Ｙーｙ´0 …（９）のごとく演算され、カッタ１の移動中心ａ´が特定され
る。以下、（７）、（９）式と同様にしてｎ＝２、３…
についての半径ｒ´n あるいはｎ＝１、２…についての
相対距離（ｉ´n 、ｊ´n ）が順次演算される。

【００２５】・第４の演算これは分割点については補正するものの、移動半径ｒ´
n については最初に設定した半径ｒそのままとするもの
である。一方、分割点（０）〜（１）間の円弧を例にと
れば、円弧の中心ａ´の座標位置（Ｘ、Ｙ）は下記の連
立方程式を解いて求められる。

【００２６】（ｘ´0 ーＸ）2 ＋（ｙ´0 ーＹ）2 ＝ｒ2 （ｘ´1 ーＸ）2 ＋（ｙ´1 ーＹ）2 ＝ｒ2 …（１０）よって相対距離（ｉ´0 、ｊ´0 ）は、ｉ´0 ＝Ｘーｘ´0 ｊ´0 ＝Ｙーｙ´0 …（１１）のごとく演算され、カッタ１の移動中心ａ´が特定され
る。以下、同様にしてｎ＝２、３…についての半径ｒ´
n あるいはｎ＝１、２…についての相対距離（ｉ´n 、
ｊ´n ）が順次演算される。

【００２７】・第５の演算（図１１）これは、分割点の補正後の座標位置とワーク中心位置ａ
との距離を移動半径ｒ´n とするものである。したがっ
て、分割点（０）〜（１）間の円弧を例にとれば、移動
半径ｒ´1 はワーク中心ａの座標位置を（Ｘ0 、Ｙ0 ）
として、ｒ´1 ＝｛（ｘ´1 ーＸ0 ）2 ＋（ｙ´1 ーＹ0 ）2 ｝1/2 …（１２）のごとく演算される。これは、上記第３の演算と実質的
には同じである。

【００２８】よって、図１３に示したものと同様にし
て、円弧の中心ａ´の座標位置（Ｘ、Ｙ）が下記の連立
方程式を解いて求められ、（ｘ´0 ーＸ）2 ＋（ｙ´0 ーＹ）2 ＝（ｒ´1 ）2 （ｘ´1 ーＸ）2 ＋（ｙ´1 ーＹ）2 ＝（ｒ´1 ）2 …（１３）相対距離（ｉ´0 、ｊ´0 ）が、ｉ´0 ＝Ｘーｘ´0 ｊ´0 ＝Ｙーｙ´0 …（１４）のごとく演算され、カッタ１の回転中心ａ´が特定され
る。以下、同様にしてｎ＝２、３…についての半径ｒ´
n あるいはｎ＝１、２…についての相対距離（ｉ´n 、
ｊ´n ）が順次演算される。

【００２９】つぎに、上記のごとく演算された半径ｒ´
n に基づき各区間ごとのＮＣプログラムが各区間ごと
に、のごとく作成される。これは下記表２に示される。

【００３０】ここで、「Ｘｘ´1 Ｙｙ´1 Ｒｒ´1 」とあるのは、
「始点（２４）あるいは（０）から分割点（１）までの
区間においては曲率半径ｒ´1 の円弧上を移動せよ」と
いう内容を意味している。同様に「Ｘｘ´2 Ｙｙ´2 Ｒ
ｒ´2 」は、「分割点（１）から分割点（２）までの区
間においては曲率半径ｒ´2 の円弧上を移動せよ」とい
う内容を意味している。以下のコマンドの内容も同様で
ある（ステップ３０５）。

【００３１】あるいは、各分割区間点ごとに円弧の中心
位置ａ´、つまり相対距離（ｉ´n、ｊ´n ）を指定す
るＮＣプログラムが、のごとく作成される。ここで、「Ｘｘ´1 Ｙｙ´1 Ｉｉ
´0 Ｊｊ´0 」は、「始点（２４）あるいは（０）から
分割点（１）までの区間においては円弧の中心位置を、
始点（２４）からＸ軸方向に距離ｉ´0 離間し、かつＹ
軸方向にｊ´0 離間した位置として移動せよ」という内
容を意味している。以下のコマンドの内容も同様である
（ステップ３０７）。

【００３２】このようにしてＮＣプログラムが作成され
ると、図１のステップ１０５にリターンされ、作成され
たＮＣプログラムに基づきフライスカッタ１がＮＣ制御
され、切削加工が行われる。この場合、フライスカッタ
１の中心ｃは図７に示すような軌跡ｂ´を描くこととな
り、ワークＷＫが誤差なく加工される（ステップ１０
５）。

【００３３】なお、実施例では、クランクシャフトミラ
ーを想定して内歯のカッタで加工するようにしている
が、使用する工具は内歯に限定されることなく、ワーク
の外周を加工できるものであれば外歯であってもよく、
工具の形態としては任意である。

【００３４】また、実施例では１５°ごとの２４分割と
したが、分割数はこれに限定されることなく１０°ごと
の３６分割等任意に設定可能である。

【００３５】さらに、特に等分割に限る必要はなく、加
工ワークの特性に合わせて、０°、３０°、６０°、８
０°、８５°、９０°、１２０°…といった不等分分割
をして実施してもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、工
具の軌跡を分割し、分割した区間ごとに軌跡を補正する
ようにしたので、加工されるワークの真円度が向上し、
精度向上による工作機械の信頼性が飛躍的に向上する。

【００３７】また、真円度向上により後工程である仕上
げ工程の工数が低減され、生産コストが大幅に低減され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明に係る円筒形状加工装置の実施例
の処理手順を例示したフローチャートである。

【図２】図２は図１に示す加工プログラムの作成処理の
手順を示すフローチャートである。

【図３】図３は図１に示す補正加工プログラムの作成処
理の手順を示すフローチャートである。

【図４】図４は実施例に適用されるクランクシャフトミ
ラーの各部の位置関係を示す図である。

【図５】図５はフライスカッタの中心位置の軌跡を分割
した様子を示す図である。

【図６】図６はワークの中心とフライスカッタの中心位
置の軌跡との関係を示す図である。

【図７】図７はフライスカッタの中心位置の軌跡を補正
した軌跡を示す図である。

【図８】図８はワークの加工誤差とフライスカッタの中
心の補正量との関係を説明するために用いた図である。

【図９】図９は実施例の補正演算を説明するために用い
た図である。

【図１０】図１０は実施例の補正演算を説明するために
用いた図である。

【図１１】図１１は実施例の補正演算を説明するために
用いた図である。

【図１２】図１２は実施例の補正演算を説明するために
用いた図である。

【図１３】図１３は実施例の補正演算を説明するために
用いた図である。

【図１４】図１４はクランクシャフトミラーにおけるフ
ライスカッタの動きを説明するために用いた図である。

【図１５】図１５はフライスカッタにより加工されたワ
ークの真円度の測定結果を示す図である。

【図１６】図１６は図１５の測定結果に応じて補正され
るフライスカッタの中心の軌跡を示す図である。

【符号の説明】

１フライスカッタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ワークの外周の軌跡に沿って工具を
回転させて前記ワークの半径が目標半径になるように円
筒形状に加工する円筒形状加工装置において、前記ワークの外周を所定間隔ごとに分割し、加工が終了
したワークの半径と前記目標半径との偏差を前記所定間
隔ごとに検出する検出手段と、前記検出手段によって検出された所定間隔ごとの偏差に
基づき前記工具の所定回転角度ごとの位置を補正し、こ
れら所定回転角度ごとの補正位置に基づき前記工具の軌
跡を補間演算する演算手段と、前記演算手段によって演算された軌跡に沿って前記工具
を回転させる制御手段とを具えた円筒形状加工装置。
【請求項２】前記工具は、内歯のフライスカッタ
であり、前記軌跡は、前記フライスカッタの中心が描く
軌跡である請求項１記載の円筒形状加工装置。