KR101446637B1 - 처리 장치, 센터공 가공 시스템, 센터공의 위치 결정 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체 및 센터공의 위치 결정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 처리 장치, 센터공 가공 시스템, 센터공의 위치 결정 프로그램, 및 센터공의 위치 결정 방법에 관한 것으로서, 크랭크샤프트(crankshaft)의 센터공(center-hole)의 위치를 용이하고 적절히 결정할 수 있는 기술을 제공한다. 상기 처리 장치는, 3차원 형상 데이터 취득 수단과, 센터공 가결정 수단과, 형상 특정 수단과, 밸런스 판정 수단과, 센터공 확정 수단을 포함하고 있다. 3차원 형상 데이터 취득 수단은 소재 크랭크샤프트의 3차원 형상 데이터를 취득한다. 센터공 가결정 수단은 3차원 형상 데이터에 기초하여 소재 크랭크샤프트의 센터공의 위치를 가정한다. 형상 특정 수단은, 가정(假定)된 센터공의 위치를 기준으로 하여 소재 크랭크샤프트에 대한 가공을 시뮬레이션(simulation)하여, 소재 크랭크샤프트의 가공 시뮬레이션 후의 형상을 특정한다. 밸런스 판정 수단은 소재 크랭크샤프트의 가공 시뮬레이션 후의 형상에서의 회전 불균형량이 소정의 허용 범위 내에 있는지 여부를 판정한다. 센터공 확정 수단은, 회전 불균형량이 소정의 허용 범위 내에 있는 경우에, 가정된 센터공의 위치를 실제 가공 시의 센터공의 위치로서 결정한다.

크랭크샤프트, 데이터 취득 수단, 센터공 가결정 수단, 형상 특정 수단, 밸 런스 판정 수단, 센터공 확정 수단

Description

처리 장치, 센터공 가공 시스템, 센터공의 위치 결정 프로그램이 기록된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체 및 센터공의 위치 결정 방법{TREATING APPARATUS, CENTER-HOLE WORKING SYSTEM, A COMPUTER-READABLE RECRDING MEDIUM RECODING THEREON A CENTER-HOLE POSITION DECIDING PROGRAM, AND CENTER-HOLE POSITION DECIDING METHOD}

본 발명은, 자동차 등의 엔진에 사용되는 크랭크샤프트(crankshaft)의 센터공(center-hole)을 형성할 때의, 센터공의 위치를 결정하는 처리 장치, 센터공 가공 시스템, 센터공의 위치 결정 프로그램, 및 센터공의 위치 결정 방법에 관한 것이다.

크랭크샤프트는, 엔진에 내장되어 사용되므로, 회전의 불균형량이 있으면, 엔진 회전 시에 진동이 생기는 등의 문제가 발생한다. 이 때문에, 크랭크샤프트의 회전 불균형량(이하, 단지 언밸런스값이라고 함)을 소정의 허용값 이내로 하는 것이 필요하다. 이 크랭크샤프트의 언밸런스값을 허용값 내로 하기 위해서는, 크랭크샤프트의 가공 기준이 되는 센터공의 위치가 중요해진다.

그래서, 예를 들면, 다음과 같이 하여 센터공이 형성된다. 먼저, 밸런스 측정기에 의해 소재(素材) 상태의 크랭크샤프트(이하 소재 크랭크샤프트라고 함)를 실제로 회전 시켜 소재의 밸런스 측정을 행하고, 소재 크랭크샤프트의 밸런스 중심축을 찾아낸다. 그리고, 찾아낸 중심축 상의 크랭크샤프트 양 단면에 센터공이 형 성된다. 또한, 가공의 최종 단계에서 재차 밸런스 측정기에 의해 중심축 주위의 밸런스 측정을 행하여, 언밸런스가 있었을 경우에는, 카운터웨이트(counterweight)에 구멍을 형성함으로써 밸런스 조정이 행해진다.

여기서, 소재 상태의 크랭크샤프트가 설계 데이터대로의 이상적(理想的)인 형상으로 마무리되면, 메인 저널(main journal)의 중심에 센터공을 형성함으로써, 언밸런스값을 용이하게 허용값 내로 할 수 있다. 만일, 그 후의 가공에 의해 밸런스가 어긋났다고 해도, 최종적으로 카운터웨이트에 구멍을 형성하여 밸런스 조정을 용이하게 행할 수 있다.

그러나, 실제로는, 주조형(鑄造型), 단조형(鍛造型)의 불량이나, 트리밍(trimming)·형분리(mold stripping) 시의 영향 등에 의해, 소재 크랭크샤프트에는 두께의 편육(偏肉) 즉 불균일이 생기는 경우가 있다. 여기서, 소재 크랭크샤프트의 대부분의 가공은 메인 저널 원통부 및 핀 저널(pin journal) 원통부에 대하여 행해지므로, 각 원통부에 있어서의 불균일은 해소되게 된다. 그러나, 가공이 거의 행해지지 않는 카운터웨이트는 불균일한 상태로 남아 있다. 따라서, 전체적으로는, 여전히 질량 언밸런스가 남아 있게 된다.

가공 후에 남아 있는 질량 언밸런스가 크면, 카운터웨이트에 구멍을 형성하여 밸런스를 조정해도, 언밸런스값을 허용값 내로 할 수 없는 경우가 있다. 또한, 예를 들면, 소정의 사이클 타임 이내에 밸런스를 조정할 수 없으면 불량품인 것으로 취급되도록 한 경우에는, 밸런스 조정 시에 형성할 수 있는 구멍의 양에 한계가 있어, 언밸런스값을 허용값 내로 할 수 없게 된다.

또한, 크랭크샤프트로서 필요 불가결한 개소를 제거하지 않는 한 밸런스를 허용값 내로 할 수 없는 경우도 생기게 된다.

이와 같이, 크랭크샤프트의 언밸런스값을 최종적으로 허용값 내로 할 수 없는 경우에는, 가공 공정의 수정이 필요해진다. 구체적으로는, 가공 후의 크랭크샤프트의 밸런스 측정에 의해 센터공 가공 위치의 편차량을 산출하여, 센터공 가공 공정으로 그 편차량을 피드백하고, 센터공 가공 공정의 처리의 수정을 행한다. 이 경우에는, 편차량이 피드백되기 전에 센터공이 가공된 소재 크랭크샤프트는 불량품으로 되어 버린다. 또한, 소재 제작 로트(lot)가 변해버리면, 변해버릴 때마다 편차량의 피드백을 행할 필요가 있어, 많은 공정수가 소요되는 문제가 있다.

여기서, 크랭크샤프트의 센터공의 위치를 결정하는 기술로서, 특허 문헌 1에 개시된 방법이 있다. 여기서는, 먼저 복수 개의 소재가 샘플로서 추출된다. 그리고, 추출된 소재에 대하여, 센터공을 가공할 때의 기준이 된 축 중심과, 가공하여 얻어진 센터공의 위치와의 차이 등을 구한다. 그리고, 구해진 값이 마무리 가공 후의 언밸런스량에 주는 영향을 통계적으로 처리함으로써, 센터공의 위치를 결정할 때의 보정량을 얻고 있다.

또한, 특허 문헌 2에는, 다른 센터공의 위치를 결정하는 기술이 개시되어 있다. 여기서는, 소재 크랭크샤프트의 양 단면에 있어서의 동적(動的; dynamic) 밸런스 포인트가 동적 밸런스 시험에 의해 구해진다. 그 후에, 소재 크랭크샤프트의 저널부 등의 형상이 측정되고, 그 측정 결과로부터 가공 후에 발생하는 언밸런스가 연산에 의해 구해진다. 그리고, 동적 밸런스 포인트로부터 언밸런스량만큼 이동한 보정 위치에 센터공이 형성된다.

그리고, 공작물의 형상을 측정하고, 공작물의 축심(軸心)을 산출하는 방법이 알려져 있다(특허 문헌 3 참조).

[특허 문헌 1] 일본공개특허 제1997-174382호 공보

[특허 문헌 2] 일본공개특허 제1976-76682호 공보

[특허 문헌 3] 일본공개특허 제2001-91244호 공보

특허 문헌 1에서는, 미리 많은 샘플에 대하여 가공 등을 행하여 통계적인 데이터를 수집하지 않으면 안되므로, 수고, 시간, 비용이 소요되는 문제가 있다. 또한, 제작 로트가 상이한 경우에는, 통계적인 경향이 크게 변해 버린다는 문제도 있다.

이에 대하여, 특허 문헌 2에 의하면, 샘플을 사용하지 않고 센터공을 결정할 수 있다. 그러나, 센터공을 결정하기 위한 기준으로 하는 위치를 검출하기 위하여, 먼저, 동적 밸런스 시험을 행하지 않으면 안된다. 동적 밸런스 시험을 행하기 위해서는, 매우 고가의 밸런스 측정기를 준비하여 두지 않으면 안되는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 크랭크샤프트의 센터공의 위치를 용이하고 적절히 결정할 수 있는 기술을 제공하는 것에 있다.

상기 목적 달성을 위하여, 본 발명의 제1 관점에 관한 처리 장치는, 소재 크랭크샤프트에 형성되는 센터공의 위치를 결정하는 처리 장치로서, 3차원 형상 데이터 취득 수단과, 센터공 가결정(假決定) 수단과, 형상 특정 수단과, 밸런스 판정 수단과, 센터공 확정 수단을 포함하고 있다. 3차원 형상 데이터 취득 수단은 소재 크랭크샤프트의 3차원 형상 데이터를 취득한다. 센터공 가결정 수단은 3차원 형상 데이터에 기초하여 소재 크랭크샤프트의 센터공의 위치를 가정(假定)한다. 형상 특정 수단은, 가정된 센터공의 위치를 기준으로 하여 소재 크랭크샤프트에 대한 소정의 가공 공정을 시뮬레이션(simulation)하여, 소재 크랭크샤프트의 가공 시뮬레이션 후의 형상을 특정한다. 밸런스 판정 수단은 소재 크랭크샤프트의 가공 시뮬레이션 후의 형상에서의 회전 불균형량이 소정의 허용 범위 내에 있는지 여부를 판정한다. 센터공 확정 수단은, 회전 불균형량이 소정의 허용 범위 내에 있는 경우에, 가정된 센터공의 위치를 실제 가공 시의 센터공의 위치로서 결정한다.

이와 같은 처리 장치에 의하면, 센터공의 위치를 가결정하고, 이 가결정한 센터공의 위치에 따라 소재 크랭크샤프트에 대한 가공을 시뮬레이션하고, 가공 시뮬레이션 후의 회전 불균형량이 소정의 허용 범위 내로 되도록, 센터공의 위치를 실제로 가공하기 전에 적절히 결정할 수 있다. 이로써, 소재 크랭크샤프트가 불량품이 되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 가공 후의 크랭크샤프트에 대한 최종의 밸런스 조정의 필요성을 저감할 수 있다.

또한, 상기 처리 장치에 있어서, 소재 크랭크샤프트의 일부를 측정하여 얻어진 측정 데이터와, 소재 크랭크샤프트의 설계 상의 데이터인 3차원 형상 설계 데이터에 기초하여 소재 크랭크샤프트의 3차원 형상 데이터를 생성하는 3차원 형상 데이터 생성 수단을 더 포함하고, 3차원 형상 데이터 취득 수단은, 3차원 형상 데이터 생성 수단이 생성한 3차원 형상 데이터를 취득하도록 해도 된다.

이와 같은 처리 장치에 의하면, 소재 크랭크샤프트의 전체 형상을 측정하지 않아도, 소재 크랭크샤프트의 3차원 형상 데이터를 생성할 수 있다. 그러므로, 소재 크랭크샤프트의 전체 형상을 측정하는 구성을 필요로 하지 않는다.

또한, 상기 처리 장치에 있어서, 형상 특정 수단에 의해 특정된 가공 시뮬레이션 후의 형상에 있어서, 크랭크샤프트로서 필요한 부분이 결손(缺損)되어 있지 않는지 여부를 판단하는 가공 상황 판단 수단을 더 포함하고, 센터공 가결정 수단은, 필요한 부분이 결손되어 있는 것으로 판단된 경우에, 새로운 센터공의 위치를 가정하도록 해도 된다.

이와 같은 처리 장치에 의하면, 실제로 가공을 행하기 전에, 필요한 부분이 결손되어 있는지 여부를 판정하고, 결손되어 있는 경우에는, 새로운 센터공의 위치를 가정하도록 하고 있으므로, 실제로 가공하여 버려, 소재 크랭크샤프트가 불량품이 되는 것을 적절히 방지할 수 있다.

또한, 상기 처리 장치에 있어서, 센터공 가결정 수단은, 회전 불균형량이 소정의 허용 범위에 없는 것으로 판단된 경우에, 새로운 센터공의 위치를 가정하도록 해도 된다.

이와 같은 처리 장치에 의하면, 실제로 가공을 행하기 전에, 가공 후의 크랭크샤프트의 회전 불균형량을 판단하도록 하고 있으므로, 실제로 가공하여 버려, 소재 크랭크샤프트가 불량품이 되는 것을 적절히 방지할 수 있다.

또한, 상기 처리 장치에 있어서, 밸런스 판정 수단은, 특정된 가공 시뮬레이션 후의 형상으로부터 크랭크샤프트의 부조화를 계산하고, 부조화가 소정값 이내인 경우에, 소정의 허용 범위 내에 있는 것으로 측정하도록 해도 된다.

이와 같은 처리 장치에 의하면, 실제로 가공하기 전에, 가공 후의 크랭크샤프트의 회전 불균형량을 적절히 판단할 수 있다.

또한, 상기 목적 달성을 위하여, 본 발명의 제2 관점에 관한 센터공 가공 시스템은, 처리 장치와 가공 수단을 포함한다. 처리 장치는, 3차원 형상 데이터 취득 수단과, 센터공 가결정 수단과, 형상 특정 수단과, 밸런스 판정 수단과, 센터공 확정 수단을 포함하고 있다. 3차원 형상 데이터 취득 수단은 소재 크랭크샤프트의 3차원 형상 데이터를 취득한다. 센터공 가결정 수단은 3차원 형상 데이터에 기초하여 소재 크랭크샤프트의 센터공의 위치를 가정한다. 형상 특정 수단은, 가정된 센터공의 위치를 기준으로 하여 소재 크랭크샤프트에 대한 소정의 가공 공정을 시뮬레이션하여, 소재 크랭크샤프트의 가공 시뮬레이션 후의 형상을 특정한다. 밸런스 판정 수단은 소재 크랭크샤프트의 가공 시뮬레이션 후의 형상에서의 회전 불균형량이 소정의 허용 범위 내에 있는지 여부를 판정한다. 센터공 확정 수단은, 회전 불균형량이 소정의 허용 범위 내에 있는 경우에, 가정된 센터공의 위치를 실제 가공 시의 센터공의 위치로서 결정한다. 가공 수단은, 소재 크랭크샤프트의 센터공 확정 수단에 의해 결정된 위치에 센터공을 실제로 가공한다.

이와 같은 센터공 가공 시스템에 의하면, 소재 크랭크샤프트에 적절히 센터공을 가공할 수 있다.

또한, 상기 센터공 가공 시스템에 있어서, 소재 크랭크샤프트의 일부의 형상을 측정하는 측정 수단을 더 포함하도록 해도 된다. 이와 같은 센터공 가공 시스템에 의하면, 소재 크랭크샤프트의 형상을 측정하여, 센터공의 위치를 결정할 수 있다.

또한, 상기 목적 달성을 위하여, 본 발명의 제3 관점에 관한 센터공의 위치 결정 프로그램은, 컴퓨터에, 소재 크랭크샤프트에 형성되는 센터공의 위치를 결정시키기 위한 센터공의 위치 결정 프로그램으로서, 컴퓨터로 하여금, 3차원 형상 데이터 취득 수단과, 센터공 가결정 수단과, 형상 특정 수단과, 밸런스 판정 수단과, 센터공 확정 수단으로서 기능하게 한다. 3차원 형상 데이터 취득 수단은 소재 크랭크샤프트의 3차원 형상 데이터를 취득한다. 센터공 가결정 수단은 3차원 형상 데이터에 기초하여 소재 크랭크샤프트의 센터공의 위치를 가정한다. 형상 특정 수단은, 가정된 센터공의 위치를 기준으로 하여 소재 크랭크샤프트에 대한 소정의 가공 공정을 시뮬레이션하여, 소재 크랭크샤프트의 가공 시뮬레이션 후의 형상을 특정한다. 밸런스 판정 수단은 소재 크랭크샤프트의 가공 시뮬레이션 후의 형상에서의 회전 불균형량이 소정의 허용 범위 내에 있는지 여부를 판정한다. 센터공 확정 수단은, 회전 불균형량이 소정의 허용 범위 내에 있는 경우에, 가정된 센터공의 위치를 실제 가공 시의 센터공의 위치로서 결정한다.

이와 같은 센터공의 위치 결정 프로그램이 컴퓨터에 의해 실행되면, 소재 크랭크샤프트에 대하여 소정의 가공 공정을 행하기 전에, 가공 공정을 행한 후에 회전 불균형량이 소정의 허용 범위 내로 되도록, 센터공의 위치를 적절히 결정할 수 있다. 이로써, 소재 크랭크샤프트가 불량품이 되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 가공 후의 크랭크샤프트에 대한 최종의 밸런스 조정의 필요성을 저감할 수 있다.

또한, 상기 목적 달성을 위하여, 본 발명의 제4 관점에 관한 센터공 위치 결정 방법은, 소재 크랭크샤프트에 형성되는 센터공의 위치를 결정하기 위한 센터공의 위치 결정 방법으로서, 3차원 형상 데이터 취득 단계와, 센터공 가결정 단계와, 형상 특정 단계와, 밸런스 판정 단계와, 센터공 확정 단계를 포함하고 있다. 3차원 형상 데이터 취득 단계는 소재 크랭크샤프트의 3차원 형상 데이터를 취득한다. 센터공 가결정 단계는 3차원 형상 데이터에 기초하여 소재 크랭크샤프트의 센터공의 위치를 가정한다. 형상 특정 단계는, 가정된 센터공의 위치를 기준으로 하여 소재 크랭크샤프트에 대한 소정의 가공 공정을 시뮬레이션하여, 소재 크랭크샤프트의 가공 시뮬레이션 후의 형상을 특정한다. 밸런스 판정 단계는 소재 크랭크샤프트의 가공 시뮬레이션 후의 형상에서의 회전 불균형량이 소정의 허용 범위 내에 있는지 여부를 판정한다. 센터공 확정 단계는, 회전 불균형량이 소정의 허용 범위 내에 있는 경우에, 가정된 센터공의 위치를 실제 가공 시의 센터공의 위치로서 결정한다.

이와 같은 센터공의 위치 결정 방법에 의하면, 소재 크랭크샤프트에 대하여 소정의 가공 공정을 행하기 전에, 가공 공정을 행한 후에 회전 불균형량이 소정의 허용 범위 내로 되도록, 센터공의 위치를 적절히 결정할 수 있다. 이로써, 소재 크랭크샤프트가 불량품이 되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 가공 후의 크랭크샤프트에 대한 최종의 밸런스 조정의 필요성을 저감할 수 있다.

도 1은 소재 크랭크샤프트의 일례의 외관 사시도이다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 관한 크랭크샤프트 가공 시스템의 구성도이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 관한 크랭크샤프트 가공 처리의 플로차트이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 관한 소재 크랭크샤프트의 3차원 형상의 작성을 설명하는 제1 도면이다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 관한 소재 크랭크샤프트의 3차원 형상의 작성을 설명하는 제2 도면이다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 관한 크랭크샤프트의 회전 불균형량을 설명하는 도면이다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 관한 크랭크샤프트의 부조화를 설명하는 도면이다.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

1: 소재 크랭크샤프트

10: 센터공 가공기

11: 형상 측정기

20: 컴퓨터

21: CPU

22: ROM

23: RAM

30: 크랭크샤프트 가공기

100: 크랭크샤프트 가공 시스템

J1, J2, J3, J4: 메인 저널

P1, P2, P3, P4: 핀 저널

CW1, CW2, CW3, CW4, CW5, CW6, CW7, CW8: 카운터웨이트

본 발명의 실시예에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다. 그리고, 이하에 설명하는 실시예는 특허 청구의 범위에 관한 발명을 한정하는 것은 아니고, 또한 실시예 중 설명되어 있는 특징의 조합 모두가 발명의 해결 수단에 필수인 것으로 한정되지는 않는다.

＜소재 크랭크샤프트＞

먼저, 본 발명의 일실시예에 관한 처리 장치를 포함하는 크랭크샤프트 가공 시스템을 설명하기 전에, 소재 크랭크샤프트의 일례에 대하여 설명한다.

도 1은, 본 발명의 일실시예에 관한 소재 크랭크샤프트의 외관 사시도이다. 이 소재 크랭크샤프트는 직렬 4기통 엔진용이다.

소재 크랭크샤프트(1)는, 예를 들면, 상부 주형(鑄型)(상부 몰드) 및 하부 주형(하부 몰드)을 사용하여 단조(鍛造)된다. 소재 크랭크샤프트(1)는, 메인 저널 J(J1~J5)과, 핀 저널 P(P1~P4)과, 카운터웨이트 CW(CW1~CW8)를 가진다. 소재 크랭크샤프트(1)에 있어서는, Z축 방향으로, 메인 저널 J1, 카운터웨이트 CW1, 핀 저널 P1, 카운터웨이트 CW2, 메인 저널 J2, 카운터웨이트 CW3, 핀 저널 P2, 카운터웨이 트 CW4, 메인 저널 J3, 카운터웨이트 CW5, 핀 저널 P3, 카운터웨이트 CW6, 메인 저널 J4, 카운터웨이트 CW7, 핀 저널 P4, 카운터웨이트 CW8, 메인 저널 J5의 차례로 정렬되어 있다.

＜가공 시스템＞

다음에, 본 발명의 일실시예에 관한 처리 장치를 포함하는 크랭크샤프트 가공 시스템을 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 관한 크랭크샤프트 가공 시스템의 구성도이다. 도 2의 (a)는 본 발명의 일실시예에 관한 크랭크샤프트 가공 시스템의 하드웨어 구성도이다. 도 2의 (b)는 본 발명의 일실시예에 관한 컴퓨터(20)의 기능 구성도이다.

크랭크샤프트 가공 시스템(100)은, 가공 수단의 일례로서의 센터공 가공기(10)와, 처리 장치의 일례로서의 컴퓨터(20)와, 크랭크샤프트 가공기(30)를 가진다. 센터공 가공기(10)는 소재 크랭크샤프트(1)의 양 단면에 센터공을 가공하는 장치이다. 컴퓨터(20)는 소재 크랭크샤프트(1)의 양 단면에 가공되는 센터공의 위치를 결정한다. 크랭크샤프트 가공기(30)는 센터공이 가공된 소재 크랭크샤프트에 대하여 소정의 가공을 행하는 장치이다. 그리고, 본 실시예에 있어서는, 센터공 가공기(10)와 처리 장치로서의 컴퓨터(20)에 의해 센터공 가공 시스템이 구성되어 있다.

센터공 가공기(10)는 측정 수단의 일례로서의 형상 측정기(11)를 구비하고 있고, 형상 측정기(11)는 소재 크랭크샤프트의 형상을 측정한다.

형상 측정기(11)는, 예를 들면, 레이저 변위계, 적외선 변위계, LED식 변위 센서 등의 비접촉 변위계, 또는 작동 트랜스 등의 접촉식 변위계를 가지고, 변위계로부터의 측정값에 기초하여 소재 크랭크샤프트(1)의 형상을 측정한다. 본 실시예에서는, 예를 들면, 소재 크랭크샤프트의 카운터웨이트(1)의 외형 형상만을 측정하고 있다. 그리고, 형상 측정기(11)는, 측정 대상을 복수 개의 상이한 위치로부터 측정함으로써, 소재 크랭크샤프트의 형상 전체를 3차원 형상 데이터로서 생성하는 3차원 디지타이저(digitizer)(이미지 스캐너)라도 된다.

컴퓨터(20)는, CPU(Central Processing Unit)(21)와, ROM(Read Only Memory)(22)과, RAM(Random Access Memory)(23)을 가진다.

ROM(22)은, CPU(21)로 하여금 실행시키는 각종 프로그램이나 각종 정보를 기억한다. 본 실시예에서는, ROM(22)은, 후술하는 소재 크랭크샤프트(1)의 센터공의 위치를 결정하는 처리의 프로그램(센터공의 위치 결정 프로그램)을 기억한다. 또한, ROM(22)은, 소재 크랭크샤프트(1)의 설계 상의 3차원 형상 데이터(이하, 3차원 형상 설계 데이터라고 함)를 기억한다. 이 3차원 형상 설계 데이터로부터는, 소재 크랭크샤프트(1)의 각 카운터웨이트의 설계 상의 외형 형상 데이터를 취득할 수 있다. 또한, ROM(22)은, 소재 크랭크샤프트(1)에 대한 크랭크샤프트 가공기(30)로 실행하는 가공 내용을 기억한다. 이 가공 내용은, 소재 크랭크샤프트(1)에 있어서의 후술하는 중심선과, 후술하는 위상 기준선을 기준으로 한 가공의 내용이 포함되어 있다.

RAM(23)은, 프로그램이나 데이터를 기억하는 영역으로서, 또는 CPU(21)에 의 한 처리에 사용하고 있는 데이터를 저장하는 작업 영역으로서 사용된다.

CPU(21)가, ROM(22)에 저장되어 있는 프로그램을 RAM(23)에 판독하여 실행함으로써, 컴퓨터(20)는, 도 2의 (b)에 나타낸 바와 같이, 3차원 형상 데이터 생성 수단(20a), 3차원 형상 데이터 취득 수단(20b), 센터공 가결정 수단(20c), 형상 특정 수단(20d), 가공 상황 판단 수단(20e), 밸런스 판정 수단(20f), 및 센터공 확정 수단(20g)으로서의 기능을 가진다. 실행하는 각 처리에 대하여는 후술한다.

＜가공 처리＞

도 3은 본 발명의 일실시예에 관한 크랭크샤프트 가공 처리의 플로차트이다. 본 크랭크샤프트 가공 처리는, 도시하지 않은 자동 반입 장치에 의해, 단조된 소재 크랭크샤프트(1)가 센터공 가공기(10) 내의 도시하지 않은 가받이 부재(temporary receiver) 상에 내려진 후에 개시된다.

<가공 처리: 위치 결정＞

센터공 가공기(10)는, 도시하지 않은 공작물 클램퍼(clamper) 및 위상 결정 클램퍼에 의해 가받이 부재 상의 소재 크랭크샤프트(1)를 지지하고, 소정의 위치에 정확하게 위치결정한다.

＜가공 처리: 공작물 척(workpiece chuck)＞

이어서, 센터공 가공기(10)에 있어서, 소재 크랭크샤프트(1)의 형상 측정을 행하기 위해, 소재 크랭크샤프트(1)를 자동 구심(求芯) 척에 지지시킨다. 구체적으로는, 자동 구심 공작물 척 중심이 소재 크랭크샤프트(1)의 중심 위치에 오도록 조정하고, 이들을 소재 크랭크샤프트(1)의 축방향 외측으로부터 소재 크랭크샤프 트(1)를 향해 전진시켜, 소재 크랭크샤프트(1)를 파지시킨다. 이 때, 소재 크랭크샤프트(1)는, 자동 구심 공작물 척에 의해 자동적으로 구심된다. 즉, 소재 크랭크샤프트(1)의 중심이 공작물 척에 파지되게 된다.

소재 크랭크샤프트(1)가 공작물 척에 파지된 후에, 센터공 가공기(10)는, 소재 크랭크샤프트(1)를 지지하고 있는 공작물 클램퍼 및 위상 결정 클램퍼를 언클램프시킨다.

＜가공 처리: 형상 측정 및 3차원 형상 데이터의 재현＞

이어서, 회전 테이블에 의해 공작물 척을 회전시킴으로써, 소재 크랭크샤프트(1)를 회전시키면서, 형상 측정기(11)가 복수 개의 변위계를 사용하여 소재 크랭크샤프트의 복수 개의 카운터웨이트의 전 주위 형상을 한번에 측정한다(단계 S1). 측정을 위한 회전은, 일회전으로 된다. 이 때, 형상 측정기(11)는, 변위계의 측정값과 회전 테이블과 관련하여 설치된 인코더의 측정값을 동시에 취득함으로써, 극(極) 좌표를 산출하고, 이것을 전 주위에 걸쳐 산출함으로써, 전 주위의 극 좌표(형상 데이터: 측정 데이터)를 산출한다. 이 형상 데이터는, 형상 측정기(11)로부터 컴퓨터(20)에 송신된다. 그리고, 각 카운터웨이트의 형상의 측정은, 적어도 수 개소(예를 들면, 도 4에 나타낸 1~6점)에 대하여 행해진다. 그리고, 메인 저널이나 핀 저널의 형상을 측정하도록 해도 된다. 또한, 수 개소에 한정되지 않고, 보다 많은 개소에서 측정하도록 해도 된다. 또한, 측정 시에 있어서의 소재 크랭크샤프트(1)의 굴곡량에 기초하여 형상 데이터를 보정하도록 해도 된다.

본 실시예에 있어서는, 형상 측정기(11)에 있어서, 소재 크랭크샤프트(1)를 회전시키면서 소재 크랭크샤프트(1)의 형상의 측정을 행하는 것으로 하였으나, 형상의 측정은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 소재 크랭크샤프트(1)를 고정한 채의 상태에서, 2개의 변위계를, 소재 크랭크샤프트(1)를 상하로부터 협지한 상태로 이동시키고, 카운터웨이트의 전 주위 형상을 한번에 측정하도록 한 것이어도 된다. 이 경우, 형상 측정기(11)는, 변위계의 측정값과 인코더로 판독되는 변위계의 위치에 따라 형상 데이터(XY 좌표)를 산출한다.

본 실시예에서는, 변위계 등은, 센터공 가공기(10)의 가공을 행하는 공간과 셔터에 의해 분리할 수 있는 위치에 배치되어 있다. 그리고, 측정 시에는 셔터가 열려 형상의 계측이 가능해지고, 가공 시에는, 셔터가 닫혀 가공에 의한 분진(粉塵) 등의 영향이 미치지 않도록 되어 있다. 상기한 형상의 측정 후에는, 셔터가 폐쇄된다.

단계 S1이 종료하면, 컴퓨터(20)의 CPU(21)는, 형상 측정기(11)로부터 형상 데이터를 수신한다. 이어서, CPU(21)는, 수신한 실제의 카운터웨이트의 형상 데이터와, ROM(22)에 저장된 카운터웨이트의 3차원 형상 설계 데이터로부터 얻어지는 형상 데이터를 비교하여, 이들 차이를 나타낸 수치(예를 들면, 크기의 상이, 상하 좌우 방향의 변위, 각도 변위 등)를 산출한다.

이어서, CPU(21)는, 산출한 수치를 사용하여, 카운터웨이트의 3차원 형상 설계 데이터를 수정한다. 이로써, 실제의 카운터웨이트의 형상에 대응하는 3차원 형상 데이터를 생성할 수 있다. 또한, CPU(21)는, 재현된 실제의 카운터웨이트끼리가 원활하게 연결되도록, 저널의 3차원 형상 설계 형상 데이터에 대하여, 카운터웨 이트 사이의 저널(메인 저널 및 핀 저널)의 크기나, 상하 좌우 방향의 변위, 각도 변위를 수정한다(단계 S2). 이로써, 측정한 실제의 소재 크랭크샤프트(1)와 대응하는 3차원 3D 형상 데이터가 재현된다. 그리고, 형상 측정기(11)가 3차원 디지타이저인 경우에는, 당연한 것으로서 3차원 형상 설계 데이터는 필요없고, 3차원 디지타이저로부터 출력되는 형상 데이터가 3차원 형상 데이터로 되어 있다.

A: L4 크랭크샤프트의 3차원 형상 데이터 재현

여기서, 직렬 4기통 엔진용의 크랭크샤프트(L4 크랭크샤프트)의 3차원 형상 데이터를 재현하는 처리예를 보다 상세하게 설명한다.

소재 크랭크샤프트에 언밸런스가 생기는 이유로서는, 주형에 기인하는 다음과 같은 불량을 생각할 수 있다. 즉, 상부 몰드와 하부 몰드의 상호 간의 어긋남에 기인하는 불량과, 소재를 주형으로부터 꺼낼 때의 휨에 기인하는 불량과, 소재의 버(burr)를 제거하는 트리밍 시의 휨에 기인하는 불량을 생각할 수 있다.

상부 몰드와 하부 몰드의 상호 간의 어긋남에 기인하는 불량이란, 소재 크랭크샤프트가 상부 몰드와 하부 몰드의 형상대로 생성되어 있지만, 그 형끼리에 어긋남이 있는 경우이며, 구체적으로는, 재료가 너무 많아서 상부 몰드와 하부 몰드가 이격되어 버려 소재 전체가 두꺼워져 있는 경우, 상부 몰드와 하부 몰드가 어긋나 버려 소재에도 어긋남이 생기고 있는 경우, 상부 몰드와 하부 몰드가 서로 각도를 가지고 있는 경우, 상기 복수 개의 불량이 복합되어 있는 경우 등이 있다.

(a) 상부 몰드와 하부 몰드의 상호 간의 어긋남에 대한 대응

먼저, 소재 크랭크샤프트에 있어서, 상부 몰드와 하부 몰드의 상호 간의 어 긋남이 생기고 있는 경우에 대응할 수 있는 3차원 형상 데이터의 재현예에 대하여 설명한다.

상부 몰드와 하부 몰드의 변위량에는, 각각 6개의 자유도가 있다. 즉, X, Y, Z축(도 1 참조)의 각각에 평행한 방향의 변위와, 각 축의 회전 방향의 변위가 있다. 여기서, X, Y, Z축과 평행한 방향의 변위량을 X, Y, Z라 하고, 각각의 축의 회전 방향의 변위량을 A, B, C라고 한다. Z축 방향의 변위는, 크랭크샤프트의 회전 방향으로 언밸런스하게는 거의 영향을 미치지 않기 때문에, 이들 변위량 중에서, 크랭크샤프트의 회전 방향으로 언밸런스하게 영향을 미치는 것은, 변위량 X, Y, A, B, C이다. 그래서, 본 실시예에서는, 이들 5개의 변위량을 산출하기 위해 카운터웨이트의 형상을 측정하고 있다. 이들, 5개의 변위량을 모든 카운터웨이트에 대하여 측정하면, 소재의 휨을 산출할 수 있다.

컴퓨터(20)의 CPU(21)는, 형상 측정기(11)로부터 수신한 각 카운터웨이트의 외주부의 형상 데이터(측정 형상 데이터)와, 설계 상의 카운터웨이트 외주의 형상 데이터(설계 형상 데이터)를 사용하여, 실제의 소재 카운터웨이트와 설계 상의 카운터웨이트가 베스트 피팅(best fitting)하는 위치를 검출한다. 예를 들면, CPU(21)는, 측정 형상 데이터가 나타내는 형상을 상하 좌우방향으로 움직여, 이동했을 때의 형상에 대응하는 각 좌표와 그 좌표에 대응하는 설계 상의 형상의 각 좌표와의 좌표값의 2승(乘) 오차의 합이 최소로 되는 위치를 검출한다.

베스트 피팅하는 위치를 검출한 후에, CPU(21)는, 카운터웨이트의 전 주위에 걸쳐 실제 측정한 형상과 설계 상의 형상과의 오차(프로필(profile) 오차)를 산출 하고, 이들 오차로부터 상부 몰드, 하부 몰드의 축방향의 평행 어긋남이나, 그 축의 회전 방향의 어긋남에 기인하는 각 카운터웨이트의 변형을 계산하고, 그 변형을 3차원 형상 설계 데이터에 반영시켜, 실제의 카운터웨이트의 형상 및 위치를 나타내는 3차원 형상 데이터를 작성한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 관한 소재 크랭크샤프트의 3D 형상의 작성을 설명하는 제1 도면이다.

본 실시예에서는, 예를 들면, 도 4에 나타낸 바와 같이, 양단의 카운터웨이트 CW1와, 카운터웨이트 CW8와의 (1)~(12)의 개소에 있어서의 실제의 형상 RCW1, RCW8와, 설계 상의 형상 ICW1, ICW8와의 오차를 취득하고, 이들 12개소에 있어서의 오차로부터, 변위량 X, Y, A, B, C를 산출하고, 상기 변위량에 기초하여 ROM(22)에 저장된 3차원 형상 설계 데이터를 수정하여, 실제의 카운터웨이트를 나타내는 3차원 형상 데이터를 작성한다. 그리고, 상부 몰드와 하부 몰드와의 상호 간의 어긋남이 생기고 있는 경우에 있어서는, 카운터웨이트 CW1 및 CW8의 사이의 카운터웨이트(CW2~CW7)의 형상은, 카운터웨이트 CW1 및 카운터웨이트 CW8와의 사이에서 선형적인 관계가 있으므로, 이들 카운터웨이트 CW1 및 CW8의 변위량으로부터, 상기 카운터웨이트의 변위량을 산출할 수 있다. 이로써, 이들 카운터웨이트를 포함하는 3차원 형상 데이터를 작성할 수 있다.

다음에, CPU(21)는, 카운터웨이트 사이의 메인 저널, 핀 저널에 대하여, 각각의 저널 양쪽의 카운터웨이트로부터 각 저널의 중심부가 원활하게 연결되도록 3차원 형상 설계 데이터의 대응 부분을 스트레칭(stretching; 신축) 등으로 하여 수 정한다. 이상의 처리에 의해, 소재 크랭크샤프트(1)의 실제 형상을 적절히 나타내는 3차원 형상 데이터를 작성할 수 있다.

(b) 소재의 휨에 대한 대응

다음에, 소재 크랭크샤프트에 있어서, 소재를 주형으로부터 꺼낼 때의 휨에 기인하는 불량이나, 소재의 버를 제거하는 트리밍 시의 휨에 기인하는 불량이 발생한 경우, 즉 소재가 상부 몰드와 하부 몰드의 형상대로 형성되어 있지 않은 경우에도 대응할 수 있는 3차원 형상 데이터의 재현예에 대하여 설명한다.

소재가 상부 몰드와 하부 몰드의 형상대로 형성되어 있지 않은 경우에는, 구체적으로는, 소재를 주형으로부터 꺼낼 때, 또는 트리밍할 때, 각 저널, 카운터웨이트가 각각 독립적으로 변형되어 버리고 있는 경우이다. 그리고, 경험적으로, 이와 같은 휨에 기인하는 소재의 불량이 많다.

이에 대응하기 위하여, 설계 상의 3차원 형상 데이터를 보다 많은 부분마다 나눈 것을 준비하고, 각각의 부분에 대하여 신축, 이동, 회전 등을 행하고, 실제의 소재 크랭크샤프트의 3차원 형상 데이터를 생성할 필요가 있다.

그래서, 3차원 형상 설계 데이터로서, 각 카운터웨이트를 개별적인 부분으로서 취급하는 것이 가능하도록 하고 있다. 그리고, 이 경우에는, 형상 측정기(11)에 있어서는, 모든 카운터웨이트의 형상을 측정하여 둘 필요가 있다.

본 예에서는, CPU(21)는, 각 카운터웨이트의 외주부의 형상 데이터(측정 형상 데이터)와 설계 상의 카운터웨이트의 형상 데이터(3차원 형상 설계 데이터)를 사용하여, 실제의 소재 카운터웨이트와 설계 상의 카운터웨이트가 베스트 피팅하는 위치를 검출한다. 본 예에 있어서는, CPU(21)는, 측정 형상 데이터가 나타내는 형상을, 상하 좌우 방향 이동에 더하여, 회전 이동도 행하여 베스트 피팅하는 위치를 검출한다.

그리고, 베스트 피팅한 후에, CPU(21)는, 각 카운터웨이트의 프로필 오차를 산출하고, 각 카운터웨이트에 대하여, 도 4에 나타낸 (1)~(6)에 대응하는 개소의 오차를 취득한다. 이어서, 이들 오차로부터 상부 몰드, 하부 몰드의 축방향의 평행 어긋남이나, 그 축의 회전 방향의 어긋남에 기인하는 각 카운터웨이트의 변형을 계산하고, 그 변형을 각 카운터웨이트의 3차원 형상 설계 데이터에 반영시킨다. 이어서, CPU(21)는, 각 카운터웨이트의 3차원 모델이 원활하게 접속하도록 변형을 행하여 소재 크랭크샤프트의 3차원 형상 데이터를 생성한다. 여기서, 각 카운터웨이트를 접속할 때는, 각 카운터웨이트에 끼워져 있는 각 저널을 변형시키는 수정을 행함으로써 3차원 형상 데이터를 생성한다. 이상의 처리에 의해, 소재 크랭크샤프트의 형상을 적절히 나타내는 3차원 형상 데이터를 작성할 수 있다.

B: V6 크랭크샤프트의 3차원 형상 데이터 재현

다음에, V형 6기통 엔진용의 크랭크샤프트(V6 크랭크샤프트)의 3차원 형상 데이터를 재현하는 처리예를 보다 상세하게 설명한다.

V6 크랭크샤프트는, 통상, 단조된 소재 크랭크샤프트에 대하여 트위스트(twist; 비틀림) 가공이 행해진다. 그러므로, 트위스트 가공을 행하는 트위스트기에 기인하는, 트위스트 각도가 너무 크거나 너무 작거나 한다는 불량을 고려할 필요가 있다. 여기서, 실제의 트위스트 각도와 설계 상의 트위스트 각도와의 회전 방향의 변위량(오차) D는, 상부 몰드와 하부 몰드에 의해 형성되는 카운터웨이트 전체의 각도 변위에 상당한다.

(a) 상부 몰드와 하부 몰드의 상호 간의 어긋남에 대한 대응

먼저, 소재 크랭크샤프트에 있어서, 상부 몰드와 하부 몰드의 상호 간의 어긋남이 생기고 있는 경우에 대응할 수 있는 3차원 형상 데이터의 재현예에 대하여 설명한다.

본 예에서는, CPU(21)는, 각 카운터웨이트의 외주부의 형상 데이터(측정 형상 데이터)와, 설계 상의 카운터웨이트의 형상 데이터(3차원 형상 설계 데이터)를 사용하여, 실제의 소재 카운터웨이트와 설계 상의 카운터웨이트가 베스트 피팅하는 위치를 검출한다. 본 예에 있어서는, CPU(21)는, 형상 데이터가 나타내는 형상을, 상하 좌우 방향 이동에 더하여, 회전 이동도 행하여 베스트 피팅하는 위치를 검출한다. 이 베스트 피팅하는 위치를 검출했을 때에 있어서의 실제의 카운터웨이트의 형상의 회전량은, 설계 상의 카운터웨이트와 실제의 카운터웨이트와의 각도 오차인 변위량 D에 상당한다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 관한 소재 크랭크샤프트의 3차원 형상 데이터의 작성을 설명하는 제2 도면이다.

V6 크랭크샤프트는, 도 5의 (c)에 나타낸 바와 같이, 9개의 카운터웨이트 CW1~CW9를 가지고 있다. V6 크랭크샤프트의 단조 후에 있어서는, 도 5의 (c)를 좌측(프론트 측)으로부터 보면, 핀 저널 P1~P6는, 도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이, 4개소 중 어느 하나에 배치되어 있다.

상기 단조 후의 소재 크랭크샤프트는, 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이, 트위스트기에 의해, 카운터웨이트 CW1~CW3를 포함하는 부위가 메인 저널 J2에 있어서 시계 방향으로 60도 트위스트되고, 카운터웨이트 CW7~CW9를 포함하는 부위가 메인 저널 J3에 있어서 반시계 방향으로 60도 트위스트되어, V6 엔진용의 핀 저널 배치로 된다. 그리고, 카운터웨이트 CW4~CW6는, 트위스트 기준으로 되므로 회전되지 않는다.

이와 같이, V6 크랭크샤프트에 있어서 트위스트되는 개소는, 메인 저널 J2 및 J3의 2개소이므로, 카운터웨이트의 베스트 피팅을 행함으로써, 이들 2개소에서의 변위량 D를 얻을 수 있다.

그래서, CPU(21)는, 측정된 카운터웨이트의 형상을 소정의 트위스트의 양(예를 들면 60도)에 대하여 트위스트 오차를 고려한 분만큼, 트위스트와 역방향으로 회전시킴으로써, 트위스트 가공이 행해지기 전의 카운터웨이트의 형상, 즉 단조 직후의 소재 카운터웨이트의 형상을 재현한다. 이로써, V6 크랭크샤프트의 단조 시의 설계 상의 형상과의 비교를 행하는 것이 가능하게 된다.

그래서, CPU(21)는, 단조 직후의 소재 카운터웨이트에 대응하는 측정값에 기초하여, 상기한 L4 크랭크샤프트의 처리와 마찬가지로, 상부 몰드, 하부 몰드의 축방향의 평행 어긋남이나, 그 축의 회전 방향의 어긋남에 기인하는 각 카운터웨이트의 변형을 계산하고, 그 변형을 단조 시점의 V6 크랭크샤프트의 3차원 형상 설계 데이터에 반영시켜, 단조 시(트위스트 전)의 실제의 크랭크샤프트를 나타내는 3차원 형상 데이터를 작성한다. 이어서, CPU(21)는, 이 3차원 형상 데이터의 트위스 트 대상의 부분에 대하여, 트위스트의 양에 트위스트 오차(변위량 D)를 고려한 트위스트 가공에 대응하는 변형을 행함으로써, 트위스트 후의 소재 크랭크샤프트의 3차원 형상 데이터를 작성한다. 이상의 처리에 의해, 실제의 소재 크랭크샤프트를 적절히 나타내는 3차원 형상 데이터를 작성할 수 있다.

(b) 소재의 휨에 대한 대응

소재의 버를 제거하는 트리밍 시의 휨에 기인하는 불량이 발생한 경우, 즉 소재가 상부 몰드와 하부 몰드의 형상대로 형성되어 있지 않은 경우에서의 V6 크랭크샤프트의 3차원 형상 데이터의 재현에 대하여는, 상기한 L4 크랭크샤프트에 있어서의 소재의 휨에 대한 대응과 같은 처리에 의해 실현할 수 있다.

구체적으로는, V6 크랭크샤프트의 경우에는, 카운터웨이트를 베스트 피팅한 후에, CPU(21)는, 각 카운터웨이트의 프로필 오차를 산출하고, 각 카운터웨이트에 대하여, 도 4에 나타낸 (1)~(6)에 대응하는 개소의 오차와 베스트 피팅했을 때 회전시킨 각도(오차를 포함하는 트위스트 각도에 상당)를 포함하는 카운터웨이트의 형상 정보를 취득한다.

그리고, CPU(21)가, 이들 형상 정보에 기초하여, 소재 크랭크샤프트의 3차원 형상 설계 데이터를 수정한다. 이상의 처리에 의해, 실제의 소재 크랭크샤프트의 형상을 적절히 나타내는 3차원 형상 데이터를 작성할 수 있다.

C: V8 크랭크샤프트의 3차원 형상 모델 재현

다음에, V형 8기통 엔진용의 크랭크샤프트(V8 크랭크샤프트)의 3차원 형상 데이터를 재현하는 처리예를 보다 상세하게 설명한다.

V8 크랭크샤프트는, V6 크랭크샤프트와 마찬가지로, 통상 단조된 소재 크랭크샤프트에 대하여 트위스트(비틀림) 가공이 행해진다. 그러므로, 트위스트 가공을 행하는 트위스트기에 기인하는, 트위스트 각도가 너무 크거나 너무 작거나 하는 경우의 불량을 고려할 필요가 있다.

(a) 상부 몰드와 하부 몰드의 상호 간의 어긋남에 대한 대응

V8 크랭크샤프트는, 도 5의 (f)에 나타낸 바와 같이, 8개의 카운터웨이트 CW1~CW8를 가지고 있다. V8 크랭크샤프트의 단조 후에 있어서는, 도 5의 (f)를 좌측(프론트 측)으로부터 보면, 각 핀 저널 P1~P4는, 도 5의 (d)에 나타낸 바와 같이, 2개소에 배치되어 있다.

상기 단조 후의 소재 크랭크샤프트는, 트위스트기에 의해, 카운터웨이트 CW1, CW2를 포함하는 부위가 메인 저널 J2에 있어서 프론트 측으로부터 보아 시계 방향으로 45도 트위스트되고, 카운터웨이트 CW7, CW8를 포함하는 부위가 메인 저널 J4에 있어서 시계 방향으로 45도 트위스트되고, 또한 카운터웨이트 CW3, CW4, CW5, CW6를 포함하는 부위가 메인 저널 J2 및 J4에 있어서 반시계 방향으로 45도 트위스트되어, 도 5의 (e)에 나타낸 바와 같은 V8 엔진용의 핀 저널 배치로 된다.

이와 같이, V8 크랭크샤프트의 트위스트되는 개소는, 메인 저널 J2, J4의 2개소이므로, 베스트 피팅을 행함으로써, 2개소에서의 변위량 D를 얻을 수 있다.

그래서, CPU(21)는, 측정된 카운터웨이트의 형상을 소정의 트위스트의 양(예를 들면 45도)에 대하여 트위스트 오차를 고려한 분만큼, 트위스트와 역방향으로 회전시킴으로써, 트위스트 가공이 행해지기 전의 카운터웨이트의 형상, 즉 단조 직 후의 소재 카운터웨이트의 형상을 재현한다. 이로써, V8 크랭크샤프트의 단조 시의 설계 상의 형상과의 비교를 행하는 것이 가능하게 된다.

그래서, CPU(21)는, 단조 직후의 소재 카운터웨이트에 대응하는 측정값에 기초하여, 상기한 L4 크랭크샤프트의 처리와 마찬가지로, 상부 몰드, 하부 몰드의 축방향의 평행 어긋남이나, 그 축의 회전 방향의 어긋남에 기인하는 각 카운터웨이트의 변형을 계산하고, 그 변형을 단조 시점의 V8 크랭크샤프트의 3차원 형상 설계 데이터에 반영시켜, 단조 시(트위스트 전)의 실제의 크랭크샤프트를 나타내는 3차원 형상 데이터를 작성한다. 이어서, CPU(21)는, 이 3차원 형상 데이터의 트위스트 대상의 부분에 대하여, 트위스트의 양에 트위스트 오차를 고려한 트위스트 가공에 대응하는 변형을 행함으로써, 트위스트 후의 소재 크랭크샤프트의 3차원 형상 데이터를 작성한다. 이상의 처리에 의해, 실제의 소재 크랭크샤프트의 형상을 적절히 나타내는 3차원 형상 데이터를 작성할 수 있다.

(b) 소재의 휨에 대한 대응

소재의 버를 제거하는 트리밍 시의 휨에 기인하는 불량이 발생한 경우, 즉 소재가 상부 몰드와 하부 몰드의 형상대로 형성되어 있지 않은 경우에서의 V8 크랭크샤프트의 3차원 형상 데이터의 재현에 대하여는, 상기한 L4 크랭크샤프트에 있어서의 소재의 휨에 대한 대응과 같은 처리에 의해 실현할 수 있다.

구체적으로는, V8 크랭크샤프트의 경우에는, 베스트 피팅한 후에, CPU(21)는, 각 카운터웨이트의 프로필 오차를 산출하고, 각 카운터웨이트에 대하여, 도 4에 나타낸 (1)~(6)에 대응하는 개소의 오차와 베스트 피팅했을 때 회전시킨 각도 (오차를 포함하는 트위스트 각도에 상당)를 포함하는 카운터웨이트의 형상 정보를 취득한다. 그리고, CPU(21)가, 이들 형상 정보에 기초하여, 소재 크랭크샤프트의 3차원 형상 설계 데이터를 수정한다. 이상의 처리에 의해, 소재 크랭크샤프트의 형상을 적절히 나타내는 3차원 형상 데이터를 작성할 수 있다.

＜가공 처리: 센터공의 가정＞

도 3으로 복귀하여, 소재 크랭크샤프트(1)의 3차원 형상 데이터를 작성한 후에는, CPU(21)는, 3차원 형상 데이터가 나타내는 3차원 모델에 있어서의 소재 크랭크샤프트의 양단의 메인 저널의 중심을 통과하는 선을 센터공의 위치를 나타내는 중심선으로서 가정하고, 기준이 되는 소정의 핀 저널(예를 들면, 핀 저널 P1)의 중심으로부터 중심선에 내린 수직선을 가공 시의 위상 기준이 되는 위상 기준선으로서 가정한다(단계 S3).

＜가공 처리: 가공 시뮬레이션＞

이어서, CPU(21)는, 작성한 실제의 소재 크랭크샤프트(1)의 3차원 형상 데이터를 사용하여, 가정한 중심선 및 위상 기준선을 기준으로 하여, ROM(22)에 기억된 소정의 가공 공정(예를 들면, 각 저널에 대한 가공의 최종 공정)이 종료될 때까지의 가공을 시뮬레이션한다(단계 S4).

＜가공 처리: 가공 불량의 판정＞

이어서, CPU(21)는, 소정의 가공 공정의 시뮬레이션을 종료한 시점에서, 크랭크샤프트로서 필요한 두께가 부족하지 않은지 여부를 판정한다(단계 S5). 필요한 두께가 부족한 상태로서는, 가공했을 때, 최종적으로 외형이 되는 부분보다 내 측으로 오목한 부분이 남아 있는 상태이다.

이 판정의 결과, 필요한 두께가 부족한 경우(단계 S5의 NO)에는, 크랭크샤프트로서 필요한 강성(剛性) 등을 구비하고 있지 않아, 현재의 가정한 중심선 및 위상 기준선에서는 적절한 크랭크샤프트를 얻을 수 없는 것을 의미하고 있으므로, CPU(21)는, 단계 S3으로 돌아와, 중심선 또는 위상 기준선 중 적어도 한쪽을, 필요한 두께가 부족하지 않은 위치로 고쳐서 가정한다.

＜가공 처리: 밸런스의 판정＞

한편, 필요한 두께가 부족하지 않은 경우(단계 S5의 YES)에는, 가공 후의 크랭크샤프트의 밸런스 계산을 행한다(단계 S6).

여기서, 크랭크샤프트의 밸런스 계산에 대하여 상세하게 설명한다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 관한 크랭크샤프트의 회전 불균형량을 설명하는 도면이다.

일반적으로, 회전하는 물체의 밸런스를 고려하는 경우에는, 정적 밸런스와 동적 밸런스와의 양쪽을 고려할 필요가 있다. 정적 밸런스란, 회전축에 대한 대칭성이다. 정적 밸런스가 취해져 있다는 것은, 회전축이 수평인 상태로 물체를 360도 임의의 위치를 향해도 그 위치에서 정지하고 있는 것을 의미하고 있다. 정적 밸런스가 취해져 있는 경우에는, 회전축은, 물체의 중심을 통하고 있다. 한편, 동적 밸런스가 취해져 있다는 것은, 축방향에 대하여도 정적 밸런스가 양호한 것을 의미하고 있다.

예를 들면, 도 6의 (a)은, 정적 밸런스 및 동적 밸런스가 취해져 있는 물체 를 나타내고 있다. 한편, 도 6의 (b)는, 정적 밸런스는 취해져 있지만, 동적 밸런스가 취해져 있지 않은 물체를 나타내고 있다. 도 6의 (b)에 나타낸 동적 밸런스가 취해져 있지 않은 물체를 회전축의 주위로 회전시킨 경우에는, 축의 위치에 따라 원심력이 상이하여, 전체적으로 진동이 발생한다. 이것은 도 6의 (a)에 있어서는 회전축과 관성 주축이 일치하고 있지만, 도 6의 (b)에 있어서는 회전축과 관성 주축이일치하고 있지 않기 때문이다.

전술한 바와 같이, 동적 밸런스가 취해져 있다는 것은, 회전축과 관성 주축이 일치하고 있는 것이다.

그래서, 본 실시예에서는, 크랭크샤프트의 회전 불균형량을 판정할 때, 최초에 가정한 중심선과 관성 주축의 거리를 산출하고, 그 차이가 소정값 내이면 크랭크샤프트 전체의 동적 밸런스가 취해져 있는 것으로 생각한다.

다음에, 보다 구체적으로, 크랭크샤프트의 회전 불균형량을 판정하는 처리를 설명한다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 관한 크랭크샤프트의 부조화의 산출을 설명하는 도면이다.

먼저, CPU(21)는, 3차원 형상 데이터에 기초하여, 소정의 공정까지 가공 시뮬레이션을 실행한 크랭크샤프트의 형상을 파악하고, 상기 크랭크샤프트의 관성 주축을 산출한다.

크랭크샤프트의 관성 주축 산출을 종료한 후에는, CPU(21)는, 크랭크샤프트의 축방향이 있는 특정한 2위치의, 중심선에 수직인 단면에 있어서, 중심선과 관성 주축의 거리를 산출하고, 양쪽이 규정 내인지 여부, 바꾸어 말하면 부조화가 소정의 허용 범위 내인지 여부를 판정한다(단계 S7). 본 실시예에서는, CPU(21)는, 크랭크샤프트의 2위치에서의 부조화가 각각 소정값 이내인지 여부를 판정하고, 양쪽이 모두 소정값 이내인 경우에는, 언밸런스가 규정 내로서 회전 불균형량이 허용 범위 내인 것으로 판정하는 한편, 적어도 어느 한쪽이라도 소정값을 넘었을 경우에는, 언밸런스가 규정 밖으로서 회전 불균형량이 허용 범위 밖인 것으로 판정하고 있다.

이 결과, 언밸런스가 규정 밖인 경우(단계 S7의 NO)에는, 가공 후의 크랭크샤프트의 진동이 크고, 이 가공에서는 품질이 양호한 크랭크샤프트를 얻을 수 없는 것을 의미하고 있다. 따라서, 이 경우에는, 단계 S3로 돌아와, CPU(21)는, 중심선 또는 위상 기준선 중 적어도 한쪽을, 언밸런스를 감소시키는 위치로 고쳐서 가정한다.

그리고, V6, V8 크랭크샤프트에 있어서는, 원리적으로 크랭크샤프트 유닛에서는 동적 밸런스가 취해지지 않는다. 따라서, 상기 관성 주축을 산출할 때, 계산 상의 카운터웨이트를 부가함으로써, L4 크랭크샤프트와 동등한 결과를 얻을 수 있다.

한편, 언밸런스가 규정 이내인 경우(단계 S7의 YES)에는, 가정하고 있는 중심선 및 위상 기준선을 기준으로 이후의 가공을 행함으로써, 회전 시에 진동이 적은 크랭크샤프트를 얻을 수 있는 것을 의미하고 있다. 따라서, 이 경우에는, CPU(21)는, 상기 가정하고 있는 중심선 및 위상 기준선을 가공 시의 기준으로서 확 정하고, 상기 중심선 및 위상 기준선을 나타내는 정보를 센터공 가공기(10)에 통지한다.

그리고, 밸런스의 판정에 있어서는, 상기한 예에 한정되지 않고, 카운터웨이트부만을 추출하고, 이들 카운터웨이트부만의 동적 밸런스가 취해지는 중심축을 구해도 된다. 이것은, 가공에 의해 생성되는 메인 저널 부분과 핀 저널 부분은, 이론상 밸런스가 취해지고 있어, 밸런스 계산 상으로는 무시해도 지장을 주지 않기 때문이다.

＜가공 처리: 센터공의 실제 가공＞

통지를 받은 센터공 가공기(10)는, 공작물 클램퍼로 소재 크랭크샤프트(1)를 클램프하고, 공작물 척을 언척(unchuck)하여 퇴피시킨다. 이어서, 센터공 가공기(10)는, 통지된 중심선 및 위상 기준선이 되도록, 소재 크랭크샤프트(1)의 양 단면에, 밀링 커터(milling cutter)에 의해 밀링 가공을 실행한다(단계 S8).

이어서, 센터공 가공기(10)는, 양측에 설치된 센터 드릴을, 통지된 소재 크랭크샤프트(1)의 중심선을 따른 위치에 오도록 조정하고, 소재 크랭크샤프트(1)의 양 단면에 중심선을 따른 구멍, 즉 센터공을 가공한다(단계 S9). 이같이 하여, 가공 후에 있어서 적절한 크랭크샤프트를 얻을 수 있는 센터공을 가공할 수 있다. 또한, 본 실시예에서는, 형상 측정기(11)에 의해 측정한 소재 크랭크샤프트(1)를, 외부에 반송하지 않고 그 장소에서 동일한 공작물 클램퍼로 지지하여, 센터공 가공기(10)에 의해 센터공을 가공할 수 있도록 하고 있으므로, 소재 크랭크샤프트(1)의 각 부의 좌표가 측정 시와 어긋나 버리는 것을 적절히 방지할 수 있다. 따라서, 센터공을 적절한 위치에 고정밀도로 형성할 수 있다.

＜가공 처리: 크랭크샤프트의 실제 가공＞

이어서, 도시하지 않은 자동 반송기가, 센터공이 형성된 소재 크랭크샤프트(1)를 크랭크샤프트 가공기(30)로 반송한다. 크랭크샤프트 가공기(30)는, 형성된 센터공을 기준으로 하여 소재 크랭크샤프트(1)를 장착하여, 소정의 가공을 행한다(단계 S10). 이로써, 밸런스가 취해진 적절한 크랭크샤프트를 얻을 수 있다.

[다른 실시예]

이상, 본 발명을 실시예에 기초하여 설명하였으나, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고, 다른 다양한 태양에 적용할 수 있다.

예를 들면, 형상 측정기(11)와 컴퓨터(20)를 일체의 장치로 해도 되고, 또한 센터공 가공기(10) 및 컴퓨터(20)를 일체의 장치로 해도 된다.

또한, 상기 실시예에 있어서, 크랭크샤프트 가공기(30)에 의해 가공한 후에, 크랭크샤프트에 대하여 밸런스 조정을 행하도록 해도 된다. 이 경우에 있어서는, 밸런스 조정에 관한 시간을 단축할 수 있다. 또한, 불량품이 되는 크랭크샤프트의 수를 줄일 수 있다.

이상과 같은 처리 장치에 의하면, 소재 크랭크샤프트의 전체 형상을 측정하지 않아도, 소재 크랭크샤프트의 3차원 형상 데이터를 생성할 수 있다. 그러므로, 소재 크랭크샤프트의 전체 형상을 측정하는 구성을 필요로 하지 않는다.

Claims (9)

1. 소재(素材) 크랭크샤프트(crankshaft)에 형성되는 센터공(center-hole)의 위치를 결정하는 처리 장치로서,

   상기 소재 크랭크샤프트의 3차원 형상 데이터를 취득하는 3차원 형상 데이터 취득 수단과,

   상기 3차원 형상 데이터에 기초하여 상기 소재 크랭크샤프트의 센터공의 위치를 가정(假定)하는 센터공 가결정(假決定) 수단과,

   상기 가정된 센터공의 위치를 기준으로 하여 상기 소재 크랭크샤프트에 대한 소정의 가공을 시뮬레이션(simulation)하여, 상기 소재 크랭크샤프트의 가공 시뮬레이션 후의 형상을 특정하는 형상 특정 수단과,

   상기 소재 크랭크샤프트의 가공 시뮬레이션 후의 형상에서의 회전 불균형량이 소정의 허용 범위 내에 있는지 여부를 판정하는 밸런스 판정 수단과,

   상기 회전 불균형량이 소정의 허용 범위 내에 있는 경우에, 상기 가정된 상기 센터공의 위치를 실제 가공 시의 센터공의 위치로서 결정하는 센터공 확정 수단

   을 포함하는 처리 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 소재 크랭크샤프트의 일부를 측정하여 얻어진 측정 데이터와, 상기 소 재 크랭크샤프트의 설계 상의 데이터인 3차원 형상 설계 데이터에 기초하여 상기 소재 크랭크샤프트의 상기 3차원 형상 데이터를 생성하는 3차원 형상 데이터 생성 수단을 더 포함하고,

   상기 3차원 형상 데이터 취득 수단은, 상기 3차원 형상 데이터 생성 수단이 생성한 상기 3차원 형상 데이터를 취득하는, 처리 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 형상 특정 수단에 의해 특정된 상기 가공 시뮬레이션 후의 형상에 있어서, 상기 크랭크샤프트로서 필요한 부분이 결손(缺損)되어 있는지 여부를 판단하는 가공 상황 판단 수단을 더 포함하고,

   상기 센터공 가결정 수단은, 상기 필요한 부분이 결손되어 있는 것으로 판단된 경우에는 새로운 센터공의 위치를 가정하는, 처리 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 센터공 가결정 수단은, 상기 회전 불균형량이 소정의 허용 범위에 없는 것으로 판단된 경우에는 새로운 센터공의 위치를 가정하는, 처리 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 밸런스 판정 수단은, 상기 가공 시뮬레이션 후의 형상의 회전 불균형량을 계산하고, 상기 회전 불균형량이 소정값 이내인 경우에, 상기 소정의 허용 범위 내에 있는 것으로 판정하는, 처리 장치.
6. 소재 크랭크샤프트에 형성되는 센터공의 위치를 결정하는 처리 장치와,

   상기 소재 크랭크샤프트의 양 단면에 센터공을 실제로 가공하는 가공 수단

   을 포함하고,

   상기 처리 장치는,

   상기 소재 크랭크샤프트의 3차원 형상 데이터를 취득하는 3차원 형상 데이터 취득 수단과,

   상기 3차원 형상 데이터에 기초하여 상기 소재 크랭크샤프트의 센터공의 위치를 가정하는 센터공 가결정 수단과,

   상기 가정된 센터공의 위치를 기준으로 하여 상기 소재 크랭크샤프트에 대한 소정의 가공을 시뮬레이션하여, 상기 소재 크랭크샤프트의 가공 시뮬레이션 후의 형상을 특정하는 형상 특정 수단과,

   상기 소재 크랭크샤프트의 가공 시뮬레이션 후의 형상에서의 회전 불균형량이 소정의 허용 범위 내에 있는지 여부를 판정하는 밸런스 판정 수단과,

   상기 회전 불균형량이 소정의 허용 범위 내에 있는 경우에, 상기 가정된 상기 센터공의 위치를 실제 가공 시의 센터공의 위치로서 결정하는 센터공 확정 수단을 포함하고,

   상기 가공 수단은, 상기 소재 크랭크샤프트의 상기 센터공 확정 수단에 의해 결정된 위치에 상기 센터공을 실제로 가공하는,

   크랭크샤프트의 센터공 가공 시스템.
7. 제6항에 있어서,

   상기 소재 크랭크샤프트의 일부의 형상을 측정하는 측정 수단을 더 포함하는, 크랭크샤프트의 센터공 가공 시스템.
8. 소재 크랭크샤프트에 형성되는 센터공의 위치를 결정시키기 위한 센터공의 위치 결정 프로그램이 기록된, 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체로서,

   상기 컴퓨터로 하여금,

   상기 소재 크랭크샤프트의 3차원 형상 데이터를 취득하는 3차원 형상 데이터 취득 수단과,

   상기 3차원 형상 데이터에 기초하여 상기 소재 크랭크샤프트의 센터공의 위치를 가정하는 센터공 가결정 수단과,

   상기 가정된 센터공의 위치를 기준으로 하여 상기 소재 크랭크샤프트에 대한 소정의 가공을 시뮬레이션하여, 상기 소재 크랭크샤프트의 가공 시뮬레이션 후의 형상을 특정하는 형상 특정 수단과,

   상기 소재 크랭크샤프트의 가공 시뮬레이션 후의 형상에서의 회전 불균형량이 소정의 허용 범위 내에 있는지 여부를 판정하는 밸런스 판정 수단과,

   상기 회전 불균형량이 소정의 허용 범위 내에 있는 경우에, 상기 가정된 상기 센터공의 위치를 실제 가공 시의 센터공의 위치로서 결정하는 센터공 확정 수단으로서 기능하게 하는,

   센터공의 위치 결정 프로그램이 기록된, 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
9. 소재 크랭크샤프트에 형성되는 센터공의 위치를 결정하기 위한 센터공의 위치 결정 방법으로서,

   상기 소재 크랭크샤프트의 3차원 형상 데이터를 취득하는 3차원 형상 데이터 취득 단계와,

   상기 소재 크랭크샤프트의 센터공의 위치를 가정하는 센터공 가결정 단계와,

   상기 가정된 센터공의 위치를 기준으로 하여 상기 소재 크랭크샤프트에 대한 소정의 가공을 시뮬레이션하여, 상기 소재 크랭크샤프트의 가공 시뮬레이션 후의 형상을 특정하는 형상 특정 단계와,

   특정된 상기 소재 크랭크샤프트의 상기 가공 시뮬레이션 후의 형상에서의 회전 불균형량이 소정의 허용 범위 내에 있는지 여부를 판정하는 밸런스 판정 단계와,

   상기 불균형량이 소정의 허용 범위 내에 있는 경우에, 상기 가정된 상기 센터공의 위치를 실제 가공 시의 센터공의 위치로서 결정하는 센터공 확정 단계

   를 포함하는 센터공의 위치 결정 방법.

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