WO2009125638A1 - 非真円形穴加工方法および非真円形穴加工装置 - Google Patents

非真円形穴加工方法および非真円形穴加工装置 Download PDF

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diameter shape
round hole
bore
analysis
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正夫 久米
仁 福光
直也 松永
啓介 高橋
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本田技研工業株式会社
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    • Y10T82/122—Forming non-circular bore

Definitions

  • the present invention relates to a non-round hole drilling method and a non-round hole drilling apparatus. More specifically, the present invention relates to a non-round hole drilling method and a non-round hole drilling apparatus for forming in a work a hole having the same shape as a previously formed cross-sectional non-round hole shape hole.
  • a bore of a cylinder block of an engine is cut, and thereafter, a cylinder head, a crankcase and the like are assembled to the cylinder block.
  • the piston accommodated in the bore has a perfect circular shape in cross section, it is cut so that the cross sectional shape of the bore is close to a perfect circle.
  • Patent Document 1 In order to solve this problem, the following methods have been proposed (see Patent Document 1). That is, first, the dummy head is attached to the cylinder block, and the bore is processed into a round perfect circular shape by a machine tool.
  • the processing head of the following machine tools includes a cylindrical spindle shaft, a shaft axially accommodated in the spindle shaft, and a boring tool provided in a distal end of the spindle shaft so as to be able to be moved in a centrifugal direction. Equipped with The distal end of the shaft is provided with a tapered portion that abuts on the proximal end side of the cutting tool and the grinding wheel.
  • the cross-sectional shapes of the bores at the respective measurement points are different from each other. Therefore, if the cross-sectional shape at each measurement point is converted as it is into NC data, the amount of data becomes so large that the data can not be processed and the machining speed of the machine tool is reduced. Furthermore, since the measured cross-sectional shape includes high-order noise, generating NC data including this noise causes a problem that the motor of the machine tool vibrates. In order to solve this problem, it is necessary to filter data. However, depending on the filtering method, the phase may be shifted around the cutoff frequency, and the processing accuracy may be reduced.
  • An object of the present invention is to provide a non-round hole drilling device capable of high-speed machining a workpiece into a desired cross-sectional shape with a simple configuration.
  • Another object of the present invention is to provide a non-round hole drilling method and a non-round hole drilling device capable of machining a workpiece with high speed and high accuracy.
  • the non-round hole drilling apparatus of the present invention (for example, a non-round hole drilling apparatus 1 described later) includes a cylindrical first rotation axis (eg, arbors 11 and 21 described below) and the inside of the first rotation axis. And a processing tool (for example, a cutting bit 13 described later, for honing described later) provided projectingly and retractably on the outer peripheral surface of the first rotating shaft (for example, the shafts 12 and 22 described later) Grinding wheels 14A and 14B), a cam (for example, cams 121 to 125 described later) provided on the second rotary shaft and pressing the processing tool in the projecting direction, and the rotation angle and rotation amount of the first rotary shaft A first detection unit (for example, a first rotary encoder 252 described later) to detect, and a second detection unit (for example, a second rotary encoder 241 described later) for detecting a rotation angle and a rotation amount of the second rotation shaft; Rotate the first rotation axis Moving first drive means (for example, arbor motor 23 described later),
  • the processing tool is preferably a cutting bit.
  • the phase of the rotation angle of the second rotation axis is advanced or retarded with respect to the phase of the rotation angle of the first rotation axis to generate a phase difference, and the phase difference is generated according to this phase difference.
  • the amount of pressure of the cam against the processing tool was changed to adjust the projecting dimension of the processing tool. Therefore, since only the cam needs to be formed, the shaft can not be advanced and retracted as in the conventional case, so that the workpiece can be processed at high speed into a desired cross-sectional shape with a simple configuration.
  • the non-round hole drilling method of the present invention measures the shape of a hole having an already formed cross-sectional non-round shape, and forms another hole in the work having the same shape as the hole already formed and measured.
  • a non-round hole drilling method wherein a plurality of measurement points (for example, measurement points M1 to M4 described later) are set on the axis of the already formed hole, and the hole of the corresponding hole at each of the plurality of measurement points
  • the analysis inner diameter shape parameter calculation step of calculating as the analysis inner diameter shape parameter, and the analysis inner diameter shape parameter storage step of storing the inner diameter shape parameter in the electronic storage medium of the processing apparatus.
  • a bore having the same shape as a bore (for example, a bore 61 described below) formed in a cylinder block (for example, a cylinder block 60 described below) is described.
  • a non-round hole drilling method for forming the bore 61A of the present invention in another cylinder block material e.g. cylinder block 60A described later
  • a dummy head e.g.
  • dummy head 70 described later imitating a product cylinder head Mounting the cylinder block material, forming a bore by boring, forming the bore, and then preparing to remove the dummy head from the cylinder block; and measuring a plurality of measurement points (for example, Set the measurement points M1 to M4) described later, measure the inner diameter shape of the bore at each of the plurality of measurement points, and set the inner diameter shape data
  • Inner diameter shape data acquisition step and frequency analysis of the inner diameter shape data to calculate the amplitude value and phase value of the 0th to nth (n is a natural number) frequency components as analysis inner diameter shape parameters
  • An inner diameter shape parameter calculating step and an analysis inner diameter shape parameter storing step for storing the inner diameter shape parameter in an electronic storage medium of the processing device are characterized.
  • the inner diameter shape data is subjected to frequency analysis, and the amplitude value and phase value of the zeroth to nth frequency components are calculated as analysis inner diameter shape parameters. Therefore, the data amount is significantly reduced compared to the prior art. Because it can, it can process the work at high speed. Also, only low-order frequency components are extracted from complex bore shape data including high-order noise, and an analysis bore shape parameter is generated using only the extracted low-order frequency components, so high-order noise As well as having a very sharp filter effect and suppressing the phase collapse.
  • phase is broken means that the phase on the tip end side, that is, the processing head side is delayed with respect to the phase on the base end side, that is, the driving side, for the shaft connected to the processing head as shown in the Bode diagram of FIG. It is. Therefore, when the processing apparatus is driven based on the analysis inner diameter shape parameter, the vibration can be reduced, and therefore, the workpiece can be processed with high accuracy.
  • a Bode diagram is generated by plotting the relationship between the drive frequency of the processing head (for example, the processing head 10 described later) and the gain and phase delay of the processing head, and the Bode diagram is processed as a Bode map.
  • a board diagram storing step to be stored in an electronic storage medium of the device, and frequency components from the 0th to nth order of the use drive frequency of the processing head are determined, and based on the board diagram, gain and frequency components for each frequency component
  • An error parameter calculation step of calculating phase lag as an error parameter, and an amplitude value and a phase value of the 0th to n-th frequency components calculated in the analysis inner diameter shape parameter calculation step are calculated in the error parameter calculation step
  • the amplitude of the inverted data is corrected by combining the gain and the phase delay for each component and then synthesized, and the amplitude of the inverted data is And a step of generating a projection amount map showing the relationship between the projection amount and the rotation angle of the processing tool, and the above-mentioned
  • the n-th order is preferably a fourth order.
  • the gain and the phase delay are obtained from the Bode diagram and used as an error parameter. Then, using this error parameter, the amplitude value and the phase value of the 0th to nth frequency components were corrected. Therefore, boring can be performed in consideration of the mechanical characteristics of the processing head.
  • the non-round hole drilling device of the present invention measures the shape of a hole having a cross-sectional non-round shape which has already been formed, and this hole already formed and measured. It is a non-round hole drilling device which forms another hole of the same shape as a workpiece in a work, and sets a plurality of measurement points on the axis of the already formed hole, and the corresponding ones at each of the plurality of measurement points
  • An inner diameter shape data acquisition means (for example, a roundness measuring device 51 described later, for example) which measures the inner diameter shape of the hole and acquires it as inner diameter shape data and analyzes the frequency of the inner diameter shape data.
  • Analysis inner diameter shape parameter calculation means (for example, upper computer 52 described later) which calculates amplitude value and phase value of frequency components up to natural number) as analysis inner diameter shape parameter, and calculation by the analysis inner diameter shape parameter calculation means
  • Inner diameter analysis internal diameter shape parameter storage means for storing shape parameters (e.g., the host computer 52 described later), characterized in that it comprises a a.
  • a board diagram storing means (for example, a host computer 52 described later) which stores a Bode diagram in which the relationship between the drive frequency of the processing head and the gain and phase delay of the processing head is plotted as a Bode map.
  • Error parameter calculation means (for example, for calculating the gain and phase delay for each frequency component based on the Bode diagram as an error parameter) for obtaining frequency components from the 0th to nth of the use drive frequency of the processing head; And an amplitude value and a phase value of the 0th to nth frequency components calculated by the synchronous controller 42) and the analysis inner diameter shape parameter calculating means, which will be described later, gains and frequency components for each frequency component calculated in the error parameter calculating step The amplitude of the inverted data is corrected and synthesized by phase delay and then inverted, and the amplitude of the inverted data is said processing head Synthetic inner diameter shape map generation means (for example, a synchronous controller 42 described later) that generates a projection amount map that indicates the relationship between the relationship
  • the n-th order is preferably a fourth order.
  • the shaft can not be advanced and retracted as in the conventional case, so that the workpiece can be machined at a high speed into a desired cross-sectional shape with a simple configuration.
  • the inner diameter shape data is subjected to frequency analysis, and the amplitude value and the phase value of the 0th to nth frequency components are calculated as analysis inner diameter shape parameters. Therefore, the data amount is significantly reduced compared to the prior art. Because it can, it can process the work at high speed. Also, only low-order frequency components are extracted from complex bore shape data including high-order noise, and an analysis bore shape parameter is generated using only the extracted low-order frequency components, so high-order noise As well as having a very sharp filter effect and suppressing the phase collapse. Therefore, when the processing apparatus is driven based on the analysis inner diameter shape parameter, the vibration can be reduced, and therefore, the workpiece can be processed with high accuracy.
  • Non-round hole drilling device 10 Machining head 11, 21 Arbor (1st axis of rotation) 12, 22 shaft (second rotation axis) 13 Cutting tool (machining tool) 23 Arbor motor (1st drive means) 24 shaft motor (second drive means) 40
  • Control device (control means) 42 Synchronous controller (Composite diameter shape map generation means, error parameter calculation means, machining tool control means) 51 Roundness measuring instrument (inner diameter shape data acquisition means) 52
  • Host computer analysis inside diameter shape parameter calculation means, analysis inside diameter shape parameter storage means, Bode diagram storage means) 60 cylinder block 60A cylinder block 61 bore 61A bore 70 dummy head 121 to 125 cam 241 second rotary encoder (second detecting means) 252 1st rotary encoder (1st detection means) M1 to M4 measurement points
  • FIG. 1 is a schematic configuration view of a non-round hole drilling device 1 according to a first embodiment of the present invention.
  • the non-round hole drilling apparatus 1 inserts a machining head 10 into a work (for example, a bore of a cylinder block of an automobile engine) to perform boring and honing.
  • the non-round hole drilling apparatus 1 includes a rotational drive mechanism 20 for rotating the processing head 10, an advancing and retracting mechanism 30 for advancing and retracting the rotational drive mechanism 20, and a control device 40 as control means for controlling these. .
  • the rotation drive mechanism 20 includes an arbor 21 as a cylindrical first rotation shaft, a shaft 22 as a second rotation shaft housed inside the arbor 21, and an arbor motor as a first drive means for rotationally driving the arbor 21.
  • a shaft motor 24 as a second driving means for rotationally driving the shaft 22 and a housing 25 for housing the arbor motor 23 are provided.
  • the rotation axis of the arbor 21 and the rotation axis of the shaft 22 are coaxial.
  • the housing 25 is provided with a bearing 251 for holding the arbor 21 rotatably and a first rotary encoder 252 as a first detection means for detecting the rotation angle and the rotation amount of the arbor 21. There is.
  • the shaft motor 24 is provided with a second rotary encoder 241 as a second detection unit that detects the rotation angle and the rotation amount of the shaft 22.
  • the advancing and retracting mechanism 30 is a feed screw mechanism, and has a shaft 31 with a screw cut, an advancing and retracting motor 32 that rotationally drives the shaft 31, and a third rotary encoder 33 that detects the amount of rotation of the shaft 31. And.
  • the shaft portion 31 is screwed into the housing 25 of the rotational drive mechanism 20. According to this advancing and retracting mechanism 30, the shaft 31 can be rotated by driving the advancing and retracting motor 32, and the rotational driving mechanism 20 can be advanced and retracted.
  • the processing head 10 includes a cylindrical arbor 11 as a first rotation shaft integrally coupled to the arbor 21 and a shaft 12 as a second rotation shaft housed inside the arbor 11 and integrally coupled to the shaft 22. And a cutting bit 13 as a processing tool provided on the outer peripheral surface of the arbor 11 so as to be able to protrude and retract, and honing stones 14A and 14B.
  • a through hole 111 is formed on the distal end side of the arbor 11, and a pair of through holes 112 and 113 is formed on the proximal end side of the through hole 111 of the arbor 11. Furthermore, on the opposite side of the pair of through holes 112 and 113 of the arbor 11, the through holes 114 and 115 are formed.
  • the through holes 111 to 115 extend in the direction intersecting the rotation axis of the arbor 11.
  • the cutting bit 13 is rod-shaped, is inserted into the through hole 111, and is biased toward the shaft 12 by biasing means (not shown).
  • the honing stones 14A and 14B each include a grinding wheel portion 141 extending along the rotation axis of the arbor 11, and a pair of rod-like neck portions 142 provided on the grinding wheel portion 141.
  • a pair of neck portions 142 of the honing stones 14A and 14B are inserted into the through holes 112 to 115 and biased toward the shaft 12 by biasing means (not shown).
  • the shaft 12 has a cam 121 for pressing the cutting bit 13 in the protruding direction, cams 122 and 123 for pressing the honing stone 14A in the protruding direction, and a cam 124 for pressing the honing stone 14B in the protruding direction. , And 125 are provided.
  • the cams 121 to 125 have a circular shape shown in FIG. 2 (a), and the shaft 12 passes through a position shifted from the center of the circular shape. Thereby, the distance from the shaft 12 to the peripheral edge of the cams 121 to 125 changes continuously. For example, as shown in FIG. 2 (a), by rotating the angle by [delta] 1, the distance from the shaft 12 to the peripheral edge of the cam 121-125 changes by t 1.
  • the cams 121 to 125 have the shape shown in FIG. 2A, but the present invention is not limited to this, and the cams 121 to 125 may have the shape shown in FIG. That is, the portion below the position of the shaft 12 may be semicircular, and the portion above the position of the shaft 12 may be half oval. As a result, in the portion above the position of the shaft 12, the distance from the shaft 12 to the peripheral edge of the cams 121 to 125 changes continuously. For example, as shown in FIG. 2 (b), by rotating the angle by [delta] 2, the distance from the shaft 12 to the peripheral edge of the cam 121-125 changes by t 2.
  • cams 121 to 125 the cam 122 and the cam 123 for pressing the honing stone 14A are in the same phase. Further, the cam 124 and the cam 125 for pressing the honing stone 14B are also in the same phase. The base end edge of the cutting bit 13 and the base end edge of the neck portion 142 of the honing stones 14A and 14B abut on the peripheral edge of the cams 121 to 125.
  • changing the angle of the shaft 12 with respect to the arbor 11 changes the portions of the peripheries of the cams 121 to 125 that come in contact with the cutting bit 13 and the neck portions 142 of the honing stones 14A and 14B, and the cutting bit 13 and honing
  • the protrusion amount of the grinding stone 14A, 14B from the outer peripheral surface of the arbor 11 changes.
  • control device 40 includes a main control device 41, a synchronous controller 42, a first servo amplifier 43, a second servo amplifier 44, and a third servo amplifier 45.
  • the main controller 41 drives the arbor motor 23 and the advancing and retracting motor 32 via the first servo amplifier 43 and the third servo amplifier 45 to control the relative positions of the cutting bit 13 and the honing stones 14A and 14B to the work. . Further, according to the relative position, the shaft motor 24 is driven via the synchronous controller 42 and the second servo amplifier 44 to adjust the projecting dimensions of the cutting bit 13 and the honing stones 14A and 14B.
  • the synchronization controller 42 synchronizes the operation of the shaft motor 24 with the operation of the arbor motor 23 and the advancing and retracting motor 32. That is, the synchronous controller 42 via the second servo amplifier 44 based on the rotation angle and the rotation amount of the arbor 21 detected by the first rotary encoder 252 and the rotation amount of the shaft portion 31 detected by the third rotary encoder. Drive the shaft motor 24. At this time, the second servo amplifier 44 performs feedback control of the shaft motor 24 in accordance with the rotation angle of the shaft 22 detected by the second rotary encoder 241.
  • the control device 40 described above performs cutting by advancing or retarding the phase of the rotation angle of the shaft 22 with respect to the phase of the rotation angle of the arbor 21 while rotating the arbor 21 and the shaft 22 in synchronization.
  • the protrusion amount from the outer peripheral surface of the arbor 11 of the cutting tool 13 and the honing stones 14A and 14B is adjusted.
  • FIG. 3 is a view showing the relationship between the cutting position and the amount of protrusion of the cutting bit 13.
  • a solid line is an inner wall surface of the work in the case of processing the work into a substantially square cross section
  • a broken line is an inner wall surface in the case of processing the work into a circular cross section.
  • the protrusion amount of the cutting tool is reduced at a portion corresponding to the center of each side forming the substantially rectangular shape of the work.
  • the protrusion amount of the cutting tool is increased in the portion which becomes the substantially square corner portion.
  • the protrusion amount of the cutting tool is increased as the rotation angle goes from 0 ° to 45 °, and the projection of the cutting tool as the rotation angle goes from 45 ° to 90 ° Reduce the amount.
  • the protrusion amount of the cutting tool is increased as the rotation angle goes from 90 ° to 135 °, and the protrusion amount of the cutting tool is decreased as the rotation angle goes from 135 ° to 180 °.
  • the protrusion amount of the cutting tool is increased as the rotation angle goes from 180 ° to 225 °, and the protrusion amount of the cutting tool is reduced as the rotation angle goes from 225 ° to 270 °.
  • the protrusion amount of the cutting tool is increased, and as the rotation angle goes from 315 ° to 360 °, the protrusion amount of the cutting tool is decreased.
  • the angle between the reference line P of the cam and the reference line Q of the cutting bit is an obtuse angle.
  • the angle between P and the reference line Q of the cutting bit is approximately perpendicular.
  • the angle between the reference line P of the cam and the reference line Q of the cutting bit is an acute angle.
  • the angle formed by the reference line P of the cam and the reference line Q of the cutting bit is greatly exaggerated for easy understanding.
  • the angle formed by the reference line P of the cam and the reference line Q of the cutting bit fluctuates within the range of about 0 ° to 5 °.
  • the dummy head 70 is attached by a bolt 71 to the cylinder block 60 which is a cylinder block material.
  • the dummy head 70 has a shape and a material that simulates a product cylinder head, and a hole 73 larger in diameter than the bore 61 of the cylinder block 60 is formed.
  • step S2 the cylinder block 60 is disposed at a fixed position, and under the control of the control device 40, the bore 61 is made by the non-round hole drilling apparatus 1 and the desired roundness (by the cutting tool 13) Process into shape).
  • step S3 the dummy head 70 is removed from the cylinder block 60. Then, as shown in FIG. 6 (b), the inner diameter of the bore 61 of the cylinder block 60 is somewhat deformed from the state of FIG. 6 (a). This is because the stress due to the assembly of the dummy head 70 is released.
  • step S4 the cylinder inner diameter (bore diameter) for each axial position of the cylinder block 60 after removing the dummy head 70 is measured in the same manner as step S3.
  • This measurement data is recorded as inner diameter data, for example, in the synchronous controller 42.
  • NC data is created based on the inner diameter data.
  • the NC data created in this manner is the boring of the cylinder block material without mounting the dummy head 70, and then the cylinder inner diameter (bore diameter) is desired roundness when the dummy head 70 is mounted. Data created to be
  • step S6 the created NC data is input to the control device 40 of the non-round hole drilling device 1.
  • step S7 first, a cylinder block 60A, which is a new cylinder block material different from the cylinder block 60 already subjected to boring, is disposed at a predetermined position. Then, under the control of the control device 40, boring is performed on the cylinder block 60A in accordance with the input NC data.
  • the cutting tool is moved along the two-dot chain line by the non-round hole drilling apparatus 1 so that d1 to d4 are lowered from the upper end of the work according to the NC data.
  • the cross-sectional shape of the bore 61A at the position is as shown in (a) to (d) of FIG.
  • step S8 unlike the dummy head 70, a product cylinder head 80 used as an actual product is prepared, and as shown in FIG. 6 (c), a new cylinder block 60A subjected to boring processing is a product cylinder head Attach 80 with bolt 81. Then, the cylinder inner diameter (bore diameter) of the cylinder block 60A becomes a desired roundness.
  • the following effects can be obtained.
  • (1) The phase of the rotation angle of the shaft 12 is advanced or retarded with respect to the phase of the rotation angle of the arbor 11 to generate a phase difference, and the cutting bit 13 for the cam 121 according to this phase difference.
  • the protruding amount of the cutting bit 13 was adjusted by changing the amount of pressure applied to the cutting tool. Therefore, since it is sufficient to form the cam 121, the shaft can not be advanced and retracted as in the related art, so that the workpiece can be processed at high speed into a desired cross-sectional shape with a simple configuration.
  • FIG. 1 is a schematic configuration view of a non-round hole drilling device 1 according to a second embodiment of the present invention.
  • the non-round hole drilling apparatus 1 inserts a machining head 10 into a bore of a cylinder block of an automobile engine as a work, for example, and performs boring.
  • the non-round hole drilling apparatus 1 has a rotary drive mechanism 20 for rotating the machining head 10, an advancing and retracting mechanism 30 for advancing and retracting the rotary drive mechanism 20, a control device 40 for controlling these, and an inner diameter shape of a bore of a work.
  • a host computer 52 that analyzes the measurement result of the roundness measurement unit 51 and outputs the analysis result to the control device 40.
  • the rotational drive mechanism 20 accommodates a cylindrical arbor 21, a shaft 22 housed inside the arbor 21, an arbor motor 23 for rotationally driving the arbor 21, a shaft motor 24 for rotationally driving the shaft 22, and the arbor motor 23. And a housing 25.
  • the rotation axis of the arbor 21 and the rotation axis of the shaft 22 are coaxial.
  • a bearing 251 rotatably holding the arbor 21, a first rotary encoder 252 detecting a rotational speed and a rotational angle of the arbor 21, and a nut portion And 253 are provided.
  • the shaft motor 24 is provided with a second rotary encoder 241 that detects the rotational speed and the rotational angle of the shaft 22.
  • the advancing and retracting mechanism 30 is a feed screw mechanism, and has a shaft 31 with a screw formed thereon, an advancing and retracting motor 32 for rotationally driving the shaft 31, and a third rotary for detecting the rotation speed and rotation angle of the shaft 31. And an encoder 33.
  • the shaft portion 31 is screwed into the nut portion 253 of the housing 25. According to this advancing and retracting mechanism 30, the shaft 31 can be rotated by driving the advancing and retracting motor 32, and the rotational driving mechanism 20 can be advanced and retracted.
  • the machining head 10 is capable of projecting and retracting to the outer peripheral surface of the arbor 11, a cylindrical arbor 11 integrally connected to the arbor 21, a shaft 12 housed inside the arbor 11 and integrally connected to the shaft 22, and And a cutting tool 13 provided.
  • a through hole 111 extending in a direction intersecting the rotation axis of the arbor 11 is formed on the tip end side of the arbor 11.
  • the cutting bit 13 is rod-shaped, is inserted into the through hole 111, and is biased toward the shaft 12 by biasing means (not shown).
  • the shaft 12 is provided with a cam 121 that presses the cutting bit 13 in the direction in which it protrudes.
  • the cam 121 is, for example, a perfect circle, and the shaft 12 is provided at a position deviated from the center of the perfect circle. Thereby, the distance from the rotation center of the shaft 12 to the peripheral edge of the cam 121 changes continuously.
  • the shape of the cam 121 is not limited to the perfect circular shape, the true circular shape is preferable in order to reduce the cost.
  • the base end edge of the cutting bit 13 abuts on the peripheral edge of the cam 121. Therefore, by changing the angle of the shaft 12 with respect to the arbor 11, the portion of the peripheral edge of the cam 121 which abuts on the cutting bit 13 changes, and the amount of protrusion of the cutting bit 13 from the outer peripheral surface of the arbor 11 changes. .
  • FIG. 9A is a schematic view showing a state in which the amount of projection of the cam 121 is t
  • FIG. 9B is a schematic view showing a state in which the amount of projection of the cutting bit 13 is zero.
  • a straight line extending from the rotation center of the cam 121 to a portion of the rim of the cam 121 farthest from the shaft 12 is taken as a reference line Q of the cam 121
  • a straight line passing the central axis of the cutting bit 13 is a cutting bit
  • an angle between the reference line Q of the cam 121 and the reference line R of the cutting bit 13 is defined as a cam angle.
  • the cam angle In a state where the amount of projection of the cutting bit 13 is t, the cam angle is ⁇ . This ⁇ is an initial angle. On the other hand, in a state where the amount of projection of the cutting bit 13 becomes zero, the cam angle is ( ⁇ + ⁇ ). Assuming that the radius of the cam 121 is Cr and the offset dimension from the center of the cam 121 to the rotation center is Co, the maximum dimension L1 and the minimum dimension L2 from the rotation center of the cam 121 to the base edge of the cutting bit 13 are It is represented by Formula (1) of (2).
  • L1 Co ⁇ cos ( ⁇ ) + Cr (1)
  • L2 Co ⁇ cos ( ⁇ + ⁇ ) + Cr (2)
  • the relationship between the cam angle and the cutting tool protrusion amount is shown in FIG.
  • the amount of projection of the cutting bit 13 changes in a non-linear manner, that is, in an arc shape with respect to a change in the cam angle.
  • the amount of projection of the cutting bit changes in a linear manner. Therefore, compared with the case where the amount of projection of the cutting bit is changed in a linear manner, the error of the amount of projection of the cutting bit 13 is intermediate between the cam angle ⁇ (initial angle) and the cam angle ( ⁇ + ⁇ ). It becomes the largest near.
  • the cam angle ( ⁇ + ⁇ ) corresponding to the projection amount ( ⁇ t) is set as the command value of the cam angle.
  • the amount of protrusion can be easily changed in a linear manner.
  • a table in which the projection amount ( ⁇ t) and the command value ( ⁇ + ⁇ ) of the cam angle correspond is generated and stored in advance in the memory, and this command value is generated by the synchronization controller 42 described later. Make it possible to call ( ⁇ + ⁇ ).
  • the control device 40 advances or retards the phase of the rotation angle of the shaft 22 with respect to the phase of the rotation angle of the arbor 21 while synchronously rotating the arbor 21 and the shaft 22. Thereby, the protrusion amount of the cutting bit 13 from the outer peripheral surface of the arbor 11 of the cutting bit 13 can be adjusted.
  • the control device 40 includes a main control device 41, a synchronous controller 42, a first servo amplifier 43, a second servo amplifier 44, and a third servo amplifier 45.
  • the main controller 41 drives the arbor motor 23 and the advancing and retracting motor 32 via the first servo amplifier 43 and the third servo amplifier 45 according to the output from the host computer, and the cutting speed and axial line of the cutting bit 13 for the work Control the position of That is, the main control device 41 is a device that operates in the same manner as a so-called NC (numerical value) control device.
  • the synchronous controller 42 controls the direction of the cutting bit 13 with respect to the bore of the work (ie the rotation angle of the arbor 21) and the position on the axis of the cutting bit 13 with respect to the bore of the work (ie the rotation of the shaft 31 of the advancing and retracting mechanism 30). Outputs a command signal according to the angle. Thereby, the shaft motor 24 is driven through the second servo amplifier 44, and the projection size of the cutting bit 13 (that is, the amount of projection of the cutting bit 13 from the outer peripheral surface of the arbor 11) is adjusted.
  • a map showing the relationship between the rotation angle of the arbor 21 and the position in the advancing / retracting direction of the processing head 10 (that is, the position on the axis relative to the bore of the work of the cutting bit 13) and the projection amount of the cutting bit 13 are generated based on the output from the host computer, and this map is stored by the synchronization controller 42 in a memory in the synchronization controller 42.
  • a map is an array of parameters. That is, as shown in FIG.
  • the above-mentioned map shows the rotation angle of the arbor 21 and the cutting bit for each position in the advancing / retreating direction of the processing head 10 (that is, the position on the axis relative to the bore of the work of the cutting bit 13)
  • the cross section two-dimensional data of the bore showing the relationship with the amount of projection of 13 is obtained and arranged in the axial direction.
  • the synchronous controller 42 then detects the rotational speed and rotational angle of the arbor 21 detected by the first rotary encoder 252 (specifically, the number of pulses generated by the rotary encoder per unit time, ie, the number of pulses in the sampling time), And within the synchronous controller 42 based on the rotation angle of the shaft 31 detected by the third rotary encoder (specifically, the number of pulses generated by the rotary encoder per unit time, ie, the number of pulses during the sampling time).
  • the shaft motor 24 is driven via the second servo amplifier 44 with reference to a map stored in the memory of FIG.
  • the rotational speed and the rotational angle of the shaft 22 detected by the second rotary encoder 241 by the second servo amplifier 44 (specifically, the number of pulses generated by the rotary encoder per unit time, that is, the pulses of the sampling time
  • the shaft motor 24 is feedback controlled according to the number.
  • FIG. 11 is a block diagram showing the operation of the synchronous controller 42.
  • the rotational speed of the arbor 21 is multiplied by the resolution (PG2) of the second rotary encoder 241 for detecting the rotational speed of the shaft 22 and the rotational speed of the shaft 22 , And the resolution (PG1) of the first rotary encoder 252 that detects the rotational speed of the arbor 21 to calculate the difference between the two.
  • Such multiplication is performed because the resolution (PG1) of the first rotary encoder 252 and the resolution (PG2) of the second rotary encoder 241 are different, so the resolutions are matched in consideration of these resolution ratios. is there.
  • the calculated difference is calculated as a velocity error, and this velocity error is integrated to be a position error.
  • the feed / forward amount is obtained from the rotational speed of the arbor 21 and the speed error and the position error are added to obtain a speed command to the shaft motor 24. Then, the phase difference between the arbor and the cam is maintained, and the amount of projection of the cutting bit 13 becomes constant.
  • the control device determines the position of the processing head 10 in the back and forth direction Position on the axial line with respect to the bore of the above-mentioned bore is calculated, and the rotation angle of the above-mentioned arbor 21 and the amount of projection of the cutting bit 13 according to the calculated position of the processing head 10 in the forward / backward direction Switch the map (two-dimensional sectional data of the bore) showing the relationship with.
  • the map address converter obtains the rotational speed and the rotational angle of the arbor 21
  • the map address converter obtains the rotational position of the arbor 21.
  • the map address converter refers to the above-mentioned map, calls up the projection amount data of the cutting bit 13 according to the rotation angle of the arbor 21, extracts the difference from the previous data, and outputs this difference
  • the amount of change i.e., the speed
  • the amount of change is added to the rotational speed command of the shaft motor 24.
  • the dummy head 70 is attached by a bolt 71 to the cylinder block 60 which is a cylinder block material.
  • the dummy head 70 is made of a shape and a material that simulates a product cylinder head, and a hole is formed in the central portion, into which the processing head 10 of the non-round hole drilling device 1 can be inserted.
  • step S2 the cylinder block 60 is disposed at a predetermined position, and the bore 61 is machined to a desired roundness by the non-round hole drilling apparatus 1.
  • step S3 the bolt 71 is released from the cylinder block 60 and the dummy head 70 is removed. Then, as shown in FIG. 13 (b), the inner diameter of the bore 61 of the cylinder block 60 is somewhat deformed from the state of FIG. 13 (a). This is because the stress due to the assembly of the dummy head 70 is released.
  • FIG. 14A in the cylinder block 60, four bores 61 are formed in line on a straight line.
  • a bolt hole 72 in which a bolt 71 is screwed is formed.
  • the pressing force by the dummy head 70 is removed, so the inner diameter shape of the bore 61 on the dummy head side is deformed into an elliptical shape as shown in FIG. 14 (b).
  • the inner diameter shape of the bore 61 on the crankshaft side is a quadrangle as shown in FIG. 14 (c). Deform.
  • the step of frequency analyzing the inner diameter shape of the bore (analysis inner diameter shape parameter calculating step) an example of performing frequency analysis up to the fourth order has been described.
  • the deformation of the bore of the cylinder block can be substantially reproduced by the frequency analysis up to the fourth order. That is, since the fourth-order component represents a square-shaped component, the third-order component represents a triangular-shaped component, and the second-order component represents an elliptical-shaped component, the cosine wave is subjected to frequency analysis from the zeroth to fourth orders. By combining these cosine waves, the deformation of the bore of the cylinder block can be reproduced, and high-order noise can be removed.
  • storing data in the form of curve data it is possible to considerably reduce the amount of data and to speed up data processing.
  • frequency analysis from zero order to fourth order may be performed Also, the amount of data can be reduced.
  • an example up to the fourth-order frequency analysis is shown, but the order may be 50, 100, or higher depending on the shape of the hole.
  • the order may be 50, 100, or higher depending on the shape of the hole.
  • one round of the shape of a cross-sectional non-circular hole is represented in 1 ° in the usual NC data format, 720 parameters are required, but in the case of a 50th-order curve data format , 101 parameters are sufficient.
  • Radius error (0th order), 50 nth order amplitudes, and 50 nth order phases.
  • step S4 the inner diameter shape is measured at predetermined intervals on the axis of the bore 61 of the cylinder block 60 after removing the dummy head 70, and stored in the host computer 52 as inner diameter shape data.
  • step S5 frequency analysis is performed based on the inside diameter shape data to calculate an analysis inside diameter shape parameter.
  • step S6 the calculated inside diameter shape parameter is input to the synchronous controller 42 of the non-round hole drilling device 1 to generate a combined inside diameter shape map.
  • step S7 first, a cylinder block 60A, which is a new cylinder block material different from the cylinder block 60 already subjected to boring, is disposed at a predetermined position. Then, under the control of the synchronous controller 42, the cylinder block 60A is subjected to boring based on the generated combined inner diameter shape map.
  • step S8 unlike the dummy head 70, a product cylinder head 80 to be used as an actual product is prepared, and as shown in FIG. 13 (c), a new cylinder block 60A subjected to boring is manufactured as a product cylinder head Attach 80 with bolt 81. Then, the inner diameter shape of the bore 61A of the cylinder block 60A becomes the same roundness as the bore 61 of the cylinder block 60.
  • step S11 for example, for all cylinders, four measuring points M1 to M4 are set at predetermined intervals on the axis of the bore by the roundness measuring device 51, and the bores at each measuring point M1 to M4 Measure the inside diameter shape of.
  • sensors such as an air micro sensor, proximity sensor, and laser sensor are inserted into the bore and moved along the axis while being rotated, and the inside diameter shape of the bore at each measurement point is measured.
  • Inside diameter shape data for all cylinders, sensors such as an air micro sensor, proximity sensor, and laser sensor are inserted into the bore and moved along the axis while being rotated, and the inside diameter shape of the bore at each measurement point is measured.
  • FIG. 16 is a schematic view showing inner diameter shapes R1 to R4 of bores measured at measurement points M1 to M4. As shown in FIG. 16, the inner diameter shapes R1 to R4 of the bores at the respective measurement points M1 to M4 are different from each other, and are non-perfect circular shapes such as oval, triangle, square or eccentric perfect circle. .
  • FIG. 17 is a cross-sectional view showing an inner diameter shape R2 of the bore measured at one of the measurement points M1 to M4, here, the measurement point M2.
  • FIG. 18 is a view representing the inner diameter shape R2 of the bore in FIG. 17 with the rotation angle as the horizontal axis.
  • the position of the inner circumferential surface of the bore when the deformation amount of the bore is zero is taken as a reference line L0
  • the inside by ⁇ L is made L1 from the reference line L0
  • only ⁇ L is made from the reference line L0.
  • the measured inner diameter shape of the bore has unevenness of about ⁇ L and further includes high-order noise.
  • step S12 the upper computer 52 analyzes the frequency of the inner diameter of the bore of each measurement point M1 to M4 to extract the n-order component of the error with respect to the true circle, and obtain the amplitude and phase of each.
  • An analytical inside diameter shape parameter (A n , P n ) for the phase is generated.
  • the amount of protrusion from the reference line L0 is represented by a function x ( ⁇ ) of the angle ⁇ according to the following equations (4) to (7), Fourier transform is performed according to the following equation, and the amplitude of the nth order component Determine An and phase P n .
  • the amplitude A 0 represents an error of the radius with respect to a true circle which is a reference line
  • the amplitude A 1 represents an eccentricity from the true circle which is a reference line
  • the amplitude A 2 represents an elliptically shaped component
  • amplitude a 3 represents a triangular component
  • the amplitude a 4 represents a rectangular component.
  • P 0 is unnecessary.
  • the k value in equation (8) is determined according to the following procedure according to the Bode diagram of the non-round hole drilling device 1 shown in FIG.
  • This Bode diagram shows the characteristic by the torsional rigidity from the shaft motor 24 to the tip of the cutting bit 13, and is created in the following procedure. That is, a sine wave signal of constant frequency and amplitude is applied to the shaft motor 24. Then, the rotation angle of the proximal end side of the shaft 22 is detected by the second rotary encoder 241, and the displacement of the tip of the cutting bit 13 is detected by a sensor (not shown). These two outputs are subjected to Fourier transform, and the amplitude ratio and the phase difference of the tip side of the cutting bit 13 with respect to the shaft motor 24 are determined and plotted for each frequency component.
  • step S13 based on the Bode diagram of FIG. 19, the host computer 52 generates a gain / phase map for gain / phase, and outputs this gain / phase map to the synchronous controller 42.
  • step S14 the host computer 52 outputs an analysis inner diameter shape parameter (A n , P n ) for one cylinder to the synchronous controller 42.
  • step S15 the synchronization controller 42, with reference to the gain and phase map, determine the error parameter in response to the operational rotational speed ( ⁇ a n, ⁇ p n).
  • the gain is about +6 dB
  • the phase is about ⁇ 27 °. Therefore, in this case, the protrusion amount of the cutting bit is delayed by about 27 ° and operates with an amplitude of about twice (10 6/20 2 2, 20 Log 10 (2) 6 6 dB), so the amplitude correction ⁇ a
  • the third to first order analysis inner diameter shape parameters are corrected.
  • step S16 the synchronization controller 42, analyzes the inner diameter shape parameters (A n, P n) were corrected by the error parameter ( ⁇ a n, ⁇ p n), inverse Fourier transform.
  • step S17 the data subjected to the inverse Fourier transform is corrected by the synchronous controller 42 according to the cam error map of FIG. 10 and converted to the amount of protrusion of the cutting bit 13, and the rotation angle and the amount of protrusion of the cutting bit 13 are converted.
  • a protrusion amount map synthetic inner diameter shape map
  • step S18 the synchronous controller 42 generates a detailed protrusion amount map for boring by proportional interpolation processing based on the protrusion amount map of the cutting bit 13. This is because, as shown in FIG. 22A, assuming that the loci of the tip of the cutting bit 13 of the projection amount map are R1A to R4A, the actual locus S of the cutting bit 13 is helical, and this locus is Since the distance between S is narrower than the distance between the trajectories R1A to R4A, a detailed protrusion amount map is required.
  • the position of the point S1 on the trajectory S located between the trajectories R1A and R2A adjacent to each other in the vertical direction is obtained.
  • a straight line V passing through the point S1 is drawn, and the points of intersection of the straight line V and the trajectories R1A and R2A are taken as points V1 and V2.
  • the distance between the points V1 and V2 in the height direction is ⁇ Z
  • the distance between the points V1 and V2 in the horizontal direction is ⁇ R
  • the distance from the points V2 to S1 in the height direction is ⁇ z.
  • the position of the point S1 is determined according to the following equation (9), where ⁇ r is the horizontal interval up to the point S1.
  • step S19 the synchronous controller 42 determines the amount of protrusion of the cutting bit 13 according to the stored map based on the rotation angle of the arbor 21 and the position of the processing head 10 in the forward and backward directions.
  • step S20 the synchronous controller 42 processes the non-round shape while adjusting the phase of the arbor 21 and the shafts 12, 22 in accordance with the amount of protrusion of the cutting bit 13.
  • step S21 it is determined whether or not machining has been completed for all cylinders. If the determination is YES, the process is ended. If NO, the process returns to step S14.
  • the following effects can be obtained.
  • 360 lines of G-code instructions are required for the shape of one bore.
  • it is possible to represent the shape of one bore with a total of nine parameters of A0 to A4 and P1 to P4 it is possible to significantly reduce the amount of data compared to the prior art. it can.
  • only low-order frequency components are extracted from complex bore shape data including high-order noise, and an analysis bore shape parameter is generated using only the extracted low-order frequency components, so high-order noise As well as having a very sharp filter effect and suppressing the phase collapse. Therefore, when the non-round hole drilling device 1 is driven based on the analysis inner diameter shape parameter, the vibration can be reduced, so that the workpiece can be machined with high accuracy.
  • the measurement pitch is set larger than the processing pitch, and based on the shape data of the bore measured at the measurement pitch, a projection amount map (synthetic inner diameter shape map) at the processing pitch is generated by proportional interpolation processing. Therefore, the amount of data can be further reduced, and the time and labor required for processing can be reduced. For example, when the bore length of the engine is about 100 to 150 mm, the processing pitch is 0.1 mm, and the measurement pitch is 5 mm, the amount of data can be reduced to 1/50 compared to when the shape of the bore is measured at the processing pitch.

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Abstract

　簡易な構成でワークを所望の断面形状に加工できる非真円形穴加工装置を提供すること。 　非真円形穴加工装置１は、円筒形状のアーバ１１、２１と、このアーバ１１、２１の内部に収納されたシャフト１２、２２と、アーバ１１の外周面に設けられた切削用バイト１３と、シャフト１２に設けられ切削用バイト１３を押圧するカム１２１と、第１ロータリエンコーダ２５２と、第２ロータリエンコーダ２４１と、アーバ１１、２１を回転駆動するアーバモータ２３と、シャフト１２、２２を回転駆動するシャフトモータ２４と、制御装置４０と、を備える。制御装置４０は、アーバ１１、２１およびシャフト１２、２２を同期して回転させつつ、アーバ１１、２１の回転角の位相に対してシャフト１２、２２の回転角の位相を進角化または遅角化させることで、切削用バイト１３をカム１２１で押圧して、切削用バイト１３の突出寸法を調整する。

Description

非真円形穴加工方法および非真円形穴加工装置
　本発明は、非真円形穴加工方法および非真円形穴加工装置に関する。詳しくは、既に形成された断面非真円形状の穴と同一形状の穴を、ワークに形成する非真円形穴加工方法および非真円形穴加工装置に関する。
　従来より、自動車の製造工程では、エンジンのシリンダブロックのボアを切削加工し、その後、シリンダヘッドやクランクケース等をシリンダブロックに組み付けることが行われる。
　ここで、ボアに収容されるピストンは断面真円形状であるため、ボアの断面形状が真円に近い状態になるように切削加工している。
　ところが、シリンダブロックのボアを断面真円形状に加工したとしても、シリンダヘッドやクランクケース等が組み付けられると、ボアの形状が変形してしまう。このようにボアが変形すると、エンジンの使用時におけるボアとピストンとの摺動抵抗が増加する要因になり、エンジンが所望の性能を発揮できないおそれがある。
　そこで、シリンダブロックのボアを加工する際、シリンダヘッドを模したダミーヘッドを取り付けてボアの加工を行い、ボアの加工が終了すると、ダミーヘッドを取り外していた。
　しかしながら、シリンダブロックのボア加工の都度、ダミーヘッド等の取り付け、取り外しを行うと、生産性が大幅に低下する、という問題がある。
　この問題を解決するため、以下のような手法が提案されている（特許文献１参照）。
　すなわち、まず、ダミーヘッドをシリンダブロックに装着して、工作機械によりボアを断面真円形状に加工する。
　次に、シリンダブロックからダミーヘッドを取り外す。すると、ダミーヘッドの組付けによる応力が解消されるので、ボアの形状が変形して断面非円形となる。このダミーヘッドを取り外した後のボアの全体形状を測定して、ＮＣデータを生成しておく。
　その後、生成したＮＣデータに基づいて、ダミーヘッドを装着せずに、シリンダブロックのボーリング加工を行う。このようにすれば、シリンダブロックにダミーヘッドを取り付けずにボアを加工しても、シリンダヘッドを装着すると、ボアが真円形状となる。
　また、特許文献１では、上述のように断面形状が非円形のボアを形成するために、以下のような工作機械の加工ヘッドが提案されている。
　すなわち、加工ヘッドは、円筒形状のスピンドル軸と、このスピンドル軸の内部に軸方向に進退自在に収納されたシャフトと、スピンドル軸の先端に遠心方向に突没可能に設けられたボーリング用バイトとを備える。シャフトの先端には、バイトおよび砥石の基端側に当接するテーパ部が設けられている。
　この工作機械によれば、シャフトを進退させることにより、テーパ部でバイトおよび砥石の基端側を押圧して、これらバイトの突出量を調整できる。よって、スピンドル軸を回転させながらバイトおよび砥石の突出量を調整することにより、ボアを所望の断面形状に加工できる。
特開２００７－３１３６１９号公報
　ところで、サイクルタイムを短縮するため、上述のように断面非円形のボアを高速で加工することが要請されている。
　そこで、特許文献１に示された工作機械を用いて、断面非円形のボアを高速で加工しようとすると、シャフトを高速で進退させる必要がある。しかしながら、シャフトを高速で進退させるためには、リニアモータを用いて、リニアガイドやロータリージョイント等を設ける必要があり、工作機械の構造が複雑となる。
　また、シリンダブロックからダミーヘッドを取り外した際のボア変形量は、必ずしも均一ではないため、各測定点でのボアの断面形状は互いに異なる。よって、各測定点での断面形状をそのままＮＣデータに変換すると、データ量が膨大となってデータを処理しきれず、工作機械の加工速度が低下する。
　さらに、実測した断面形状には高次のノイズが含まれるので、このノイズを含んでＮＣデータを生成すると、工作機械のモータが振動する、という問題がある。この問題を解決するため、データをフィルタリングする必要があるが、フィルタリング方式によっては、カットオフ周波数付近で位相がずれてしまい、加工精度が低下するおそれがある。
　本発明は、簡易な構成で、ワークを所望の断面形状に高速加工できる非真円形穴加工装置を提供することを目的とする。
　また、本発明は、高速かつ高精度でワークを加工できる非真円形穴加工方法および非真円形穴加工装置を提供することを目的とする。
　本発明の非真円形穴加工装置（例えば、後述の非真円形穴加工装置１）は、円筒形状の第１回転軸（例えば、後述のアーバ１１、２１）と、当該第１回転軸の内部に収納された第２回転軸（例えば、後述のシャフト１２、２２）と、前記第１回転軸の外周面に突没可能に設けられた加工工具（例えば、後述の切削用バイト１３、ホーニング用砥石１４Ａ、１４Ｂ）と、前記第２回転軸に設けられ、前記加工工具を突出方向に押圧するカム（例えば、後述のカム１２１～１２５）と、前記第１回転軸の回転角および回転量を検出する第１検出手段（例えば、後述の第１ロータリエンコーダ２５２）と、前記第２回転軸の回転角および回転量を検出する第２検出手段（例えば、後述の第２ロータリエンコーダ２４１）と、前記第１回転軸を回転駆動する第１駆動手段（例えば、後述のアーバモータ２３）と、前記第２回転軸を回転駆動する第２駆動手段（例えば、後述のシャフトモータ２４）と、前記第１検出手段および第２検出手段で検出した回転角および回転量に基づいて、前記第１駆動手段および第２駆動手段を制御する制御手段（例えば、後述の制御装置４０）と、を備え、当該制御手段は、前記加工工具を突出制御するための加工工具制御手段（例えば、後述の同期コントローラ４２）を有するとともに、前記第１回転軸および前記第２回転軸を同期して回転させつつ、前記第１回転軸の回転角の位相に対して前記第２回転軸の回転角の位相を進角化または遅角化させることで、前記加工工具の基端側を前記カムで押圧して、前記加工工具の突出寸法を調整することを特徴とする。
　この場合、前記加工工具は、切削用バイトであることが好ましい。
　この発明によれば、第１回転軸の回転角の位相に対して第２回転軸の回転角の位相を進角化または遅角化させて、位相差を生じさせ、この位相差に応じてカムの加工工具に対する押圧量を変化させて、加工工具の突出寸法を調整した。
　よって、カムを形成するだけでよいので、従来のようにシャフトを進退させないため、簡易な構成で、ワークを所望の断面形状に高速加工できる。
　本発明の非真円形穴加工方法は、既に形成された断面非真円形状の穴の形状を測定し、既に形成されかつ測定されたこの穴と同一形状の他の穴を、ワークに形成する非真円形穴加工方法であって、前記既に形成された穴の軸線上に複数の測定点（例えば、後述の測定点Ｍ１～Ｍ４）を設定し、前記複数の測定点それぞれでの当該穴の内径形状を測定して、内径形状データとして取得する内径形状データ取得工程と、前記内径形状データを周波数解析し、当該０次からｎ次（ｎは自然数）までの周波数成分の振幅値および位相値を分析内径形状パラメータとして算出する分析内径形状パラメータ算出工程と、前記内径形状パラメータを、加工装置の電子記憶媒体に記憶させる分析内径形状パラメータ記憶工程と、を備えることを特徴とする。
　本発明の非真円形穴加工方法は、シリンダブロック（例えば、後述のシリンダブロック６０）に形成された断面非真円形状のボア（例えば、後述のボア６１）と同一形状のボア（例えば、後述のボア６１Ａ）を、他のシリンダブロック素材（例えば、後述のシリンダブロック６０Ａ）に形成する非真円形穴加工方法であって、製品シリンダヘッドを模したダミーヘッド（例えば、後述のダミーヘッド７０）を前記シリンダブロック素材に装着して、ボーリング加工によりボアを形成し、ボアを形成した後に、前記シリンダブロックから前記ダミーヘッドを取り外す準備工程と、前記ボアの軸線上に複数の測定点（例えば、後述の測定点Ｍ１～Ｍ４）を設定し、前記複数の測定点それぞれでの前記ボアの内径形状を測定して、内径形状データとして取得する内径形状データ取得工程と、前記内径形状データを周波数解析し、当該０次からｎ次（ｎは自然数）までの周波数成分の振幅値および位相値を分析内径形状パラメータとして算出する分析内径形状パラメータ算出工程と、前記内径形状パラメータを、加工装置の電子記憶媒体に記憶させる分析内径形状パラメータ記憶工程と、を備えることを特徴とする。
　この発明によれば、内径形状データを周波数解析し、０次からｎ次までの周波数成分の振幅値および位相値を分析内径形状パラメータとして算出したので、従来に比べて、データ量を大幅に低減できるから、高速でワークを加工できる。
　また、高次のノイズを含む複雑な内径形状データの中から低次の周波数成分のみを抽出して、この抽出した低次の周波数成分のみで分析内径形状パラメータを生成したので、高次のノイズを除去して非常にシャープなフィルタ効果を有するとともに、位相が崩れるのを抑制できる。ここで、位相が崩れるとは、図１２のボード線図に示すように、加工ヘッドに接続されたシャフトについて、先端側つまり加工ヘッド側の位相が、基端側つまり駆動側の位相よりも遅れることである。よって、この分析内径形状パラメータに基づいて加工装置を駆動すると、振動を低減できるから、高精度でワークを加工できる。
　この場合、加工ヘッド（例えば、後述の加工ヘッド１０）の駆動周波数と当該加工ヘッドのゲインおよび位相遅れとの関係をプロットしたボード線図を生成し、当該ボード線図をボード線図マップとして加工装置の電子記憶媒体に記憶するボード線図記憶工程と、前記加工ヘッドの使用駆動周波数の０次からｎ次までの周波数成分を求め、前記ボード線図に基づいて、当該周波数成分毎のゲインおよび位相遅れを誤差パラメータとして算出する誤差パラメータ算出工程と、前記分析内径形状パラメータ算出工程で算出した０次からｎ次までの周波数成分の振幅値および位相値を、前記誤差パラメータ算出工程で算出した周波数成分毎のゲインおよび位相遅れで補正して合成した後に反転させて、当該反転させたデータの振幅を前記加工ヘッドに突没可能に設けられた加工工具の突出量とし、当該突出量と前記加工工具の回転角との関係を示す突出量マップを生成する合成内径形状マップ生成工程と、前記突出量マップに従って前記加工工具を突出させて、未加工のワークにボーリング加工を施すボーリング工程と、を備えることが好ましい。
　この場合、前記ｎ次は、４次であることが好ましい。
　この発明によれば、ボード線図からゲインおよび位相遅れを求めて、誤差パラメータとする。そして、この誤差パラメータを用いて、０次からｎ次までの周波数成分の振幅値および位相値を補正した。よって、加工ヘッドの機械的特性を考慮して、ボーリング加工できる。
　本発明の非真円形穴加工装置（例えば、後述の非真円形穴加工装置１）は、既に形成された断面非真円形状の穴の形状を測定し、既に形成されかつ測定されたこの穴と同一形状の他の穴を、ワークに形成する非真円形穴加工装置であって、前記既に形成された穴の軸線上に複数の測定点を設定し、前記複数の測定点それぞれでの当該穴の内径形状を測定して、内径形状データとして取得する内径形状データ取得手段（例えば、後述の真円度測定器５１）と、前記内径形状データを周波数解析し、当該０次からｎ次（ｎは自然数）までの周波数成分の振幅値および位相値を分析内径形状パラメータとして算出する分析内径形状パラメータ算出手段（例えば、後述の上位コンピュータ５２）と、前記分析内径形状パラメータ算出手段で算出された内径形状パラメータを記憶する分析内径形状パラメータ記憶手段（例えば、後述の上位コンピュータ５２）と、を備えることを特徴とする。
　この場合、加工ヘッドの駆動周波数と当該加工ヘッドのゲインおよび位相遅れとの関係をプロットしたボード線図を、ボード線図マップとして記憶するボード線図記憶手段（例えば、後述の上位コンピュータ５２）と、前記加工ヘッドの使用駆動周波数の０次からｎ次までの周波数成分を求め、前記ボード線図に基づいて、当該周波数成分毎のゲインおよび位相遅れを誤差パラメータとして算出する誤差パラメータ算出手段（例えば、後述の同期コントローラ４２）と、前記分析内径形状パラメータ算出手段で算出した０次からｎ次までの周波数成分の振幅値および位相値を、前記誤差パラメータ算出工程で算出した周波数成分毎のゲインおよび位相遅れで補正して合成した後に反転させて、当該反転させたデータの振幅を前記加工ヘッドに突没可能に設けられた加工工具の突出量とし、当該突出量と前記加工工具の回転角との関係を示す突出量マップを生成する合成内径形状マップ生成手段（例えば、後述の同期コントローラ４２）と、前記突出量マップに従って前記加工工具を突出制御する加工工具制御手段（例えば、後述の同期コントローラ４２）と、を備えることが好ましい。
　この場合、前記ｎ次は、４次であることが好ましい。
　この発明によれば、上述の効果と同様の効果がある。
　本発明によれば、カムを形成するだけでよいので、従来のようにシャフトを進退させないため、簡易な構成で、ワークを所望の断面形状に高速加工できる。
　本発明によれば、内径形状データを周波数解析し、０次からｎ次までの周波数成分の振幅値および位相値を分析内径形状パラメータとして算出したので、従来に比べて、データ量を大幅に低減できるから、高速でワークを加工できる。
　また、高次のノイズを含む複雑な内径形状データの中から低次の周波数成分のみを抽出して、この抽出した低次の周波数成分のみで分析内径形状パラメータを生成したので、高次のノイズを除去して非常にシャープなフィルタ効果を有するとともに、位相が崩れるのを抑制できる。よって、この分析内径形状パラメータに基づいて加工装置を駆動すると、振動を低減できるから、高精度でワークを加工できる。
本発明の第１実施形態に係る非真円形穴加工装置の概略構成図である。 前記実施形態に係る非真円形穴加工装置のカムの形状を示す図である。 前記実施形態に係る非真円形穴加工装置の切削位置と切削用バイトの突出量との関係を示す図である。 前記実施形態に係る非真円形穴加工装置の切削位置での切削用バイトとカムとの相対位置関係を示す図である。 前記実施形態に係る非真円形穴加工装置を用いてシリンダブロックのボアをボーリング加工する手順を示すフローチャートである。 前記実施形態に係る非真円形穴加工装置を用いてボーリング加工されるシリンダブロックを示す断面図である。 前記実施形態に係る非真円形穴加工装置を用いてボーリング加工されたシリンダブロックのボアを示す斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る非真円形穴加工装置の概略構成図である。 前記実施形態に係る非真円形穴加工装置のカムの突出量を示す模式図である。 前記実施形態に係る非真円形穴加工装置のカム角度と切削用バイトの突出量との関係を示す図である。 前記実施形態に係る非真円形穴加工装置の同期コントローラの動作を示すブロック線図である。 前記実施形態に係る非真円形穴加工装置を用いてシリンダブロックのボアをボーリング加工する手順を示すフローチャートである。 前記実施形態に係る非真円形穴加工装置を用いてボーリング加工されるシリンダブロックを示す断面図である。 前記実施形態に係るシリンダブロックの変形した状態を説明するための図である。 前記実施形態に係る非真円形穴加工装置のボア内径形状の測定からボーリング加工までの詳細な手順を示すフローチャートである。 前記実施形態に係るシリンダブロックの測定点で測定したボアの内径形状を示す模式図である。 前記実施形態に係るシリンダブロックの１つの測定点で測定したボアの内径形状を示す断面図である。 前記実施形態に係るシリンダブロックの１つの測定点で測定したボアの内径形状を、回転軸を横軸として表した図である。 前記実施形態に係る非真円形穴加工装置のボード線図である。 前記実施形態に係るシリンダブロックのボアの内径形状を構成する周波数成分を示す図である。 前記実施形態に係るシリンダブロックのボアの内径形状を構成する周波数成分を合成して反転させた状態を示す図である。 前記実施形態に係る非真円形穴加工装置により生成した突出量マップを用いた比例補間処理を説明するための図である。
符号の説明
　１　　　　　非真円形穴加工装置
　１０　　　加工ヘッド
　１１、２１　アーバ（第１回転軸）
　１２、２２　シャフト（第２回転軸）
　１３　　　　切削用バイト（加工工具）
　２３　　　　アーバモータ（第１駆動手段）
　２４　　　　シャフトモータ（第２駆動手段）
　４０　　　　制御装置（制御手段）
　４２　　　同期コントローラ（合成内径形状マップ生成手段、誤差パラメータ算出手段、加工工具制御手段）
　５１　　　真円度測定器（内径形状データ取得手段）
　５２　　　上位コンピュータ（分析内径形状パラメータ算出手段、分析内径形状パラメータ記憶手段、ボード線図記憶手段）
　６０　　　シリンダブロック
　６０Ａ　　シリンダブロック
　６１　　　ボア
　６１Ａ　　ボア
　７０　　　ダミーヘッド
　１２１～１２５　　カム
　２４１　　　第２ロータリエンコーダ（第２検出手段）
　２５２　　　第１ロータリエンコーダ（第１検出手段）
　Ｍ１～Ｍ４　　　測定点
発明を実施するための形態
　以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。
［第１実施形態］
　図１は、本発明の第１実施形態に係る非真円形穴加工装置１の概略構成図である。
　非真円形穴加工装置１は、ワーク（例えば、自動車エンジンのシリンダブロックのボア）に加工ヘッド１０を挿入し、ボーリング加工やホーニング加工を行う。
　この非真円形穴加工装置１は、加工ヘッド１０を回転させる回転駆動機構２０と、この回転駆動機構２０を進退させる進退機構３０と、これらを制御する制御手段としての制御装置４０と、を備える。
　回転駆動機構２０は、円筒形状の第１回転軸としてのアーバ２１と、アーバ２１の内部に収納された第２回転軸としてのシャフト２２と、アーバ２１を回転駆動する第１駆動手段としてのアーバモータ２３と、シャフト２２を回転駆動する第２駆動手段としてのシャフトモータ２４と、アーバモータ２３を収容するハウジング２５と、を備える。
　ここで、アーバ２１の回転軸とシャフト２２の回転軸とは、同軸である。
　ハウジング２５には、アーバモータ２３のほか、アーバ２１を回転可能に保持するベアリング２５１と、アーバ２１の回転角および回転量を検出する第１検出手段としての第１ロータリエンコーダ２５２と、が設けられている。
　シャフトモータ２４には、シャフト２２の回転角および回転量を検出する第２検出手段としての第２ロータリエンコーダ２４１が設けられている。
　進退機構３０は、送りねじ機構であり、ねじが刻設された軸部３１と、この軸部３１を回転駆動する進退モータ３２と、軸部３１の回転量を検出する第３ロータリエンコーダ３３と、を備える。軸部３１は、回転駆動機構２０のハウジング２５に螺合されている。
　この進退機構３０によれば、進退モータ３２を駆動することにより軸部３１が回転し、回転駆動機構２０を進退させることができる。
　加工ヘッド１０は、アーバ２１に一体に連結される円筒形状の第１回転軸としてのアーバ１１と、アーバ１１の内部に収納されてシャフト２２に一体に連結される第２回転軸としてのシャフト１２と、アーバ１１の外周面に突没可能に設けられた加工工具としての切削用バイト１３およびホーニング用砥石１４Ａ、１４Ｂと、を備える。
　アーバ１１の先端側には、貫通孔１１１が形成され、アーバ１１の貫通孔１１１よりも基端側には、一対の貫通孔１１２、１１３が形成されている。さらに、アーバ１１の一対の貫通孔１１２、１１３の反対側には、貫通孔１１４、１１５が形成されている。
　これら貫通孔１１１～１１５は、アーバ１１の回転軸に交差する方向に延びている。
　切削用バイト１３は、棒状であり、貫通孔１１１に挿入されて、図示しない付勢手段により、シャフト１２に向かって付勢されている。
　ホーニング用砥石１４Ａ、１４Ｂは、それぞれ、アーバ１１の回転軸に沿って延びる砥石部１４１と、この砥石部１４１に設けられた棒状の一対の首部１４２と、を備える。ホーニング用砥石１４Ａ、１４Ｂの一対の首部１４２は、貫通孔１１２～１１５に挿入されて、図示しない付勢手段により、シャフト１２に向かって付勢されている。
　シャフト１２には、切削用バイト１３を突出する方向に押圧するカム１２１と、ホーニング用砥石１４Ａを突出する方向に押圧するカム１２２、１２３と、ホーニング用砥石１４Ｂを突出する方向に押圧するカム１２４、１２５と、が設けられている。
　カム１２１～１２５は、図２（ａ）に示す円形状であり、シャフト１２は、この円形の中心からずれた位置を通っている。これにより、シャフト１２からカム１２１～１２５の周縁までの距離は、連続的に変化する。例えば、図２（ａ）に示すように、角度をδ１だけ回転させると、シャフト１２からカム１２１～１２５の周縁までの距離は、ｔ１だけ変化する。
　なお、本実施形態では、カム１２１～１２５を図２（ａ）に示す形状としたが、これに限らず、図２（ｂ）に示す形状としてもよい。
　すなわち、シャフト１２の位置よりも下側の部分を半円形状とし、シャフト１２の位置よりも上側の部分を、楕円形を半分にした形状としてもよい。これにより、シャフト１２の位置よりも上側の部分では、シャフト１２からカム１２１～１２５の周縁までの距離は、連続的に変化する。例えば、図２（ｂ）に示すように、角度をδ２だけ回転させると、シャフト１２からカム１２１～１２５の周縁までの距離は、ｔ２だけ変化する。
　以上のカム１２１～１２５のうち、ホーニング用砥石１４Ａを押圧するカム１２２およびカム１２３は、同位相となっている。また、ホーニング用砥石１４Ｂを押圧するカム１２４およびカム１２５も、同位相となっている。
　これらカム１２１～１２５の周縁には、切削用バイト１３の基端縁およびホーニング用砥石１４Ａ、１４Ｂの首部１４２の基端縁が当接する。
　したがって、アーバ１１に対するシャフト１２角度を変化させることで、カム１２１～１２５の周縁のうち切削用バイト１３およびホーニング用砥石１４Ａ、１４Ｂの首部１４２に当接する部分が変化し、切削用バイト１３およびホーニング用砥石１４Ａ、１４Ｂのアーバ１１の外周面からの突出量が変化する。
　図１に戻って、制御装置４０は、主制御装置４１、同期コントローラ４２、第１サーボアンプ４３、第２サーボアンプ４４、および第３サーボアンプ４５を備える。
　主制御装置４１は、第１サーボアンプ４３および第３サーボアンプ４５を介して、アーバモータ２３および進退モータ３２を駆動し、ワークに対する切削用バイト１３およびホーニング用砥石１４Ａ、１４Ｂの相対位置を制御する。また、この相対位置に応じて、同期コントローラ４２および第２サーボアンプ４４を介して、シャフトモータ２４を駆動し、切削用バイト１３およびホーニング用砥石１４Ａ、１４Ｂの突出寸法を調整する。
　同期コントローラ４２は、シャフトモータ２４の動作を、アーバモータ２３および進退モータ３２の動作に同期させるものである。すなわち、同期コントローラ４２は、第１ロータリエンコーダ２５２で検出したアーバ２１の回転角および回転量、ならびに、第３ロータリエンコーダで検出した軸部３１の回転量に基づいて、第２サーボアンプ４４を介して、シャフトモータ２４を駆動する。このとき、第２サーボアンプ４４により、第２ロータリエンコーダ２４１で検出したシャフト２２の回転角に応じて、シャフトモータ２４をフィードバック制御する。
　以上の制御装置４０は、アーバ２１およびシャフト２２を同期して回転させつつ、アーバ２１の回転角の位相に対してシャフト２２の回転角の位相を進角化または遅角化することにより、切削用バイト１３およびホーニング用砥石１４Ａ、１４Ｂのアーバ１１の外周面からの突出量を調整する。
　以下、非真円形穴加工装置１によりワークを断面略四角形状に加工する場合について、図３および図４を参照しながら説明する。
　図３は、切削位置と切削用バイト１３の突出量との関係を示す図である。
　図３中、実線は、ワークを断面略四角形状に加工する場合のワークの内壁面であり、破線は、ワークを断面円形状に加工する場合の内壁面である。
　図３に示すように、ワークの略四角形状を構成する各辺の中央に相当する部分では、バイトの突出量を小さくする。一方、略四角形状の角部となる部分では、バイトの突出量を大きくする。
　すなわち、切削位置を基準位置からの回転角で表すと、回転角が０°から４５°に向かうに従って、バイトの突出量を増加させ、回転角が４５°から９０°に向かうに従って、バイトの突出量を減少させる。
　次に、回転角が９０°から１３５°に向かうに従って、バイトの突出量を増加させ、回転角が１３５°から１８０°に向かうに従って、バイトの突出量を減少させる。
　次に、回転角が１８０°から２２５°に向かうに従って、バイトの突出量を増加させ、回転角が２２５°から２７０°に向かうに従って、バイトの突出量を減少させる。
　次に、回転角が２７０°から３１５°に向かうに従って、バイトの突出量を増加させ、回転角が３１５°から３６０°に向かうに従って、バイトの突出量を減少させる。
　以上の０°から３６０°までの回転角に対応して切削位置（ａ）～（ｐ）を想定すると、各切削位置での切削用バイト１３とカム１２１との相対位置は、図４（ａ）～（ｃ）に示すようになる。
　なお、図４（ａ）～（ｃ）中、カム１２１について、シャフト１２と、カム１２１の周縁のうちシャフト１２から最も遠い部分と、を通る直線を、カムの基準線Ｐとする。一方、切削用バイトの中心軸を通る直線を、切削用バイトの基準線Ｑとする。
　切削位置（ａ）、（ｅ）、（ｉ）、（ｍ）では、図４（ａ）に示すように、カムの基準線Ｐと切削用バイトの基準線Ｑとの成す角度を鈍角とする。
　切削位置（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）、（ｈ）、（ｊ）、（ｌ）、（ｎ）、（ｐ）、では、図４（ｂ）に示すように、カムの基準線Ｐと切削用バイトの基準線Ｑとの成す角度を略直角とする。
　切削位置（ｃ）、（ｇ）、（ｋ）、（ｏ）では、図４（ｃ）に示すように、カムの基準線Ｐと切削用バイトの基準線Ｑとの成す角度を鋭角とする。
　なお、図３および図４（ａ）～（ｃ）では、理解を容易にするため、カムの基準線Ｐと切削用バイトの基準線Ｑとの成す角度を、大きく誇張して示したが、実際は、カムの基準線Ｐと切削用バイトの基準線Ｑとの成す角度は、０°から５°程度の範囲内で変動する。
　次に、以上のように構成される非真円形穴加工装置１を用いて、ワークとしての自動車エンジンのシリンダブロックのボアをボーリング加工する手順について、図５のフローチャートを参照して説明する。
　まず、ステップＳ１において、図６（ａ）に示すように、シリンダブロック素材であるシリンダブロック６０に、ダミーヘッド７０をボルト７１により装着する。ダミーヘッド７０は、製品シリンダヘッドを模した形状および材質からなり、シリンダブロック６０のボア６１よりも大径な孔部７３が形成されている。
　次に、ステップＳ２において、シリンダブロック６０を定の位置に配置し、制御装置４０の制御下に、非真円形穴加工装置１により、ボア６１を、切削用バイト１３により所望の真円度（形状）に加工する。
　次に、ステップＳ３において、シリンダブロック６０から、ダミーヘッド７０を取り外す。すると、図６（ｂ）に示すように、シリンダブロック６０のボア６１の内径が、図６（ａ）の状態から多少変形することになる。これは、ダミーヘッド７０の組付けによる応力が解除されるからである。
　そこで、ステップＳ４において、ダミーヘッド７０を取り外した後のシリンダブロック６０の軸線位置毎のシリンダ内径（ボア径）を、ステップＳ３と同様に測定する。この測定データは、内径データとして、例えば、同期コントローラ４２に記録される。
　ステップＳ５において、内径データに基づいて、ＮＣデータを作成する。このように作成されたＮＣデータは、ダミーヘッド７０を装着せずにシリンダブロック素材のボーリング加工を行った後、ダミーヘッド７０を装着した場合に、シリンダ内径（ボア径）が所望の真円度となるように作成されたデータである。
　次に、ステップＳ６において、作成したＮＣデータを非真円形穴加工装置１の制御装置４０に入力する。
　そして、ステップＳ７において、先ず、既にボーリング加工を行ったシリンダブロック６０とは別の、新たなシリンダブロック素材であるシリンダブロック６０Ａを所定の位置に配置する。次いで、制御装置４０の制御下に、入力されたＮＣデータに則したボーリング加工をシリンダブロック６０Ａに施す。
　すなわち、非真円形穴加工装置１により、図７に示すように、２点鎖線に沿って切削用バイトを移動させることで、ＮＣデータに則して、ワークの上端からｄ１～ｄ４だけ下降した位置のボア６１Ａの断面形状を図７の（ａ）～（ｄ）に示すような形状とする。
　ステップＳ８において、ダミーヘッド７０と異なり、実際の製品として用いられる製品シリンダヘッド８０を用意し、図６（ｃ）に示すように、ボーリング加工が施された新たなシリンダブロック６０Ａに、製品シリンダヘッド８０をボルト８１により装着する。すると、シリンダブロック６０Ａのシリンダ内径（ボア径）は、所望の真円度となる。
　本実施形態によれば、以下のような効果がある。
　（１）アーバ１１の回転角の位相に対してシャフト１２の回転角の位相を進角化または遅角化させて、位相差を生じさせ、この位相差に応じてカム１２１の切削用バイト１３に対する押圧量を変化させて、切削用バイト１３の突出寸法を調整した。よって、カム１２１を形成するだけでよいので、従来のようにシャフトを進退させないため、簡易な構成でワークを所望の断面形状に高速加工できる。
［第２実施形態］
　図１は、本発明の第２実施形態に係る非真円形穴加工装置１の概略構成図である。
　非真円形穴加工装置１は、例えば、ワークとしての自動車エンジンのシリンダブロックのボアに加工ヘッド１０を挿入し、ボーリング加工を行う。
　この非真円形穴加工装置１は、加工ヘッド１０を回転させる回転駆動機構２０と、この回転駆動機構２０を進退させる進退機構３０と、これらを制御する制御装置４０と、ワークのボアの内径形状を測定する真円度測定器５１と、この真円度測定器５１の測定結果を解析して制御装置４０に出力する上位コンピュータ５２と、を備える。
　回転駆動機構２０は、円筒形状のアーバ２１と、アーバ２１の内部に収納されたシャフト２２と、アーバ２１を回転駆動するアーバモータ２３と、シャフト２２を回転駆動するシャフトモータ２４と、アーバモータ２３を収容するハウジング２５と、を備える。
　ここで、アーバ２１の回転軸とシャフト２２の回転軸とは、同軸である。
　ハウジング２５には、アーバモータ２３のほか、アーバ２１を回転可能に保持するベアリング２５１と、アーバ２１の回転速度および回転角を検出する第１ロータリエンコーダ２５２と、進退機構３０が螺合されるナット部２５３と、が設けられている。
　シャフトモータ２４には、シャフト２２の回転速度および回転角を検出する第２ロータリエンコーダ２４１が設けられている。
　進退機構３０は、送りねじ機構であり、ねじが刻設された軸部３１と、この軸部３１を回転駆動する進退モータ３２と、軸部３１の回転速度および回転角を検出する第３ロータリエンコーダ３３と、を備える。軸部３１は、ハウジング２５のナット部２５３に螺合されている。
　この進退機構３０によれば、進退モータ３２を駆動することにより軸部３１が回転し、回転駆動機構２０を進退させることができる。
　加工ヘッド１０は、アーバ２１に一体に連結される円筒形状のアーバ１１と、アーバ１１の内部に収納されてシャフト２２に一体に連結されるシャフト１２と、アーバ１１の外周面に突没可能に設けられた切削用バイト１３と、を備える。
　アーバ１１の先端側には、アーバ１１の回転軸に交差する方向に延びる貫通孔１１１が形成されている。
　切削用バイト１３は、棒状であり、貫通孔１１１に挿入されて、図示しない付勢手段により、シャフト１２に向かって付勢されている。
　図９に示すように、シャフト１２には、切削用バイト１３を突出する方向に押圧するカム１２１が設けられている。
　カム１２１は、例えば、真円形状であり、シャフト１２は、この真円形の中心からずれた位置に設けられている。これにより、シャフト１２の回転中心からカム１２１の周縁までの距離は、連続的に変化する。
　なお、カム１２１の形状は、真円形状に限らないが、コストを低減するため、真円形状が好ましい。
　このカム１２１の周縁には、切削用バイト１３の基端縁が当接する。したがって、アーバ１１に対するシャフト１２の角度を変化させることで、カム１２１の周縁のうち切削用バイト１３に当接する部分が変化し、切削用バイト１３のアーバ１１の外周面からの突出量が変化する。
　図９（ａ）は、カム１２１の突出量がｔである状態を示す模式図であり、図９（ｂ）は、切削用バイト１３の突出量がゼロである状態を示す模式図である。
　図９中、カム１２１の回転中心からカム１２１の周縁のうちシャフト１２から最も遠い部分に至る直線を、カム１２１の基準線Ｑとし、切削用バイト１３の中心軸を通る直線を、切削用バイト１３の基準線Ｒとする。そして、カム１２１の基準線Ｑと切削用バイト１３の基準線Ｒとの成す角度を、カム角度とする。
　切削用バイト１３の突出量がｔとなる状態では、カム角度はαである。このαを初期角度とする。一方、切削用バイト１３の突出量がゼロとなる状態では、カム角度は（α＋β）である。
　カム１２１の半径をＣｒとし、カム１２１の中心から回転中心までのオフセット寸法をＣｏとすると、カム１２１の回転中心から切削用バイト１３の基端縁までの最大寸法Ｌ１および最小寸法Ｌ２は、以下の式（１）、（２）で表される。
　Ｌ１＝Ｃｏ×ｃｏｓ（α）＋Ｃｒ　　　・・・（１）
　Ｌ２＝Ｃｏ×ｃｏｓ（α＋β）＋Ｃｒ　　　・・・（２）
　以上より、カム角度のストロークはβ（揺動角）となり、切削用バイト１３の突出量のストロークはｔとなり、以下の式（３）が成立する。
　ｔ＝Ｌ１－Ｌ２＝Ｃｏ×{ｃｏｓ（α）－ｃｏｓ（α＋β）}　　　・・・（３）
　この式（３）に基づいて、カム角度と切削用バイト突出量との関係を図１０に示す。
　図１０中実線で示すように、切削用バイト１３の突出量は、カム角度の変化に対して、非線形つまり円弧状に変化する。一方、図１０中破線で示すように、理想的なカムでは、切削用バイトの突出量は直線状（リニア）に変化する。よって、切削用バイトの突出量を直線状（リニア）に変化させた場合に比べて、切削用バイト１３の突出量の誤差は、カム角度α（初期角度）とカム角度（α＋β）との中間付近で最も大きくなる。
　したがって、切削用バイト１３をΔｔだけ突出させたい場合には、この突出量（Δｔ）に対応するカム角度（α＋Δβ）を、カム角度の指令値とする。これにより、容易に突出量を直線状（リニア）に変化させることができる。
　具体的には、例えば、突出量（Δｔ）と、カム角度の指令値（α＋Δβ）とが対応するテーブルを生成して、予めメモリに記憶させておき、後述の同期コントローラ４２により、この指令値（α＋Δβ）を呼び出せるようにする。
　図８に戻って、制御装置４０は、アーバ２１およびシャフト２２を同期して回転させつつ、アーバ２１の回転角の位相に対してシャフト２２の回転角の位相を進角化または遅角化することにより、切削用バイト１３のアーバ１１の外周面からの切削用バイト１３の突出量を調整することができる。
　この制御装置４０は、主制御装置４１、同期コントローラ４２、第１サーボアンプ４３、第２サーボアンプ４４、および第３サーボアンプ４５を備える。
　主制御装置４１は、上位コンピュータからの出力に従って、第１サーボアンプ４３および第３サーボアンプ４５を介して、アーバモータ２３および進退モータ３２を駆動し、ワークに対する切削用バイト１３の切削速度および軸線上の位置を制御する。すなわち、主制御装置４１は、いわゆるＮＣ（数値）制御装置と同様の動作をする装置である。
　前記同期コントローラ４２は、ワークのボアに対する切削用バイト１３の向き（すなわちアーバ２１の回転角）と、ワークのボアに対する切削用バイト１３の軸線上の位置（すなわち進退機構３０の軸部３１の回転角）とに応じて指令信号を出力する。これにより、第２サーボアンプ４４を介してシャフトモータ２４を駆動し、切削用バイト１３の突出寸法（すなわちアーバ１１の外周面からの切削用バイト１３の突出量）を調整する。
　具体的には、アーバ２１の回転角および加工ヘッド１０の進退方向の位置（すなわち切削用バイト１３のワークのボアに対する軸線上の位置）と、切削用バイト１３の突出量との関係を示すマップが、上位コンピュータからの出力に基づいて生成され、このマップは、同期コントローラ４２により、当該同期コントローラ４２内のメモリに記憶される。
　マップとは、パラメータを配列したものである。すなわち、上述のマップは、図２２に示すように、加工ヘッド１０の進退方向の位置（すなわち切削用バイト１３のワークのボアに対する軸線上の位置）毎に、アーバ２１の回転角および切削用バイト１３の突出量との関係を示すボアの断面２次元データを求め、軸線方向に配列したものである。
　そして、同期コントローラ４２は、第１ロータリエンコーダ２５２で検出したアーバ２１の回転速度および回転角（具体的には、単位時間当たりのロータリエンコーダが発生するパルス数、すなわち、サンプリング時間のパルス数）、ならびに、第３ロータリエンコーダで検出した軸部３１の回転角（具体的には、単位時間当たりのロータリエンコーダが発生するパルス数、すなわち、サンプリング時間のパルス数）に基づいて、前記同期コントローラ４２内のメモリに記憶された、切削用バイト１３の突出量の関係を示すマップを参照して、第２サーボアンプ４４を介して、シャフトモータ２４を駆動する。
　このとき、第２サーボアンプ４４により、第２ロータリエンコーダ２４１で検出したシャフト２２の回転速度および回転角（具体的には、単位時間当たりのロータリエンコーダが発生するパルス数、すなわち、サンプリング時間のパルス数）に応じて、シャフトモータ２４をフィードバック制御する。
　以上の同期コントローラ４２によるシャフト２２の制御について、図１１を参照しながら説明する。
　図１１は、同期コントローラ４２の動作を示すブロック線図である。
　アーバ２１とシャフト２２とを完全に同期させる場合、まず、アーバ２１の回転速度に、シャフト２２の回転速度を検出する第２ロータリエンコーダ２４１の分解能（ＰＧ２）を乗算するとともに、シャフト２２の回転速度に、アーバ２１の回転速度を検出する第１ロータリエンコーダ２５２の分解能（ＰＧ１）を乗算し、両者の差分を算出する。
　このような乗算を行ったのは、第１ロータリエンコーダ２５２の分解能（ＰＧ１）と、第２ロータリエンコーダ２４１の分解能（ＰＧ２）とが異なるので、これら分解能比を考慮して、分解能を合わせるためである。
　次に、算出した差分を速度誤差として算出するとともに、この速度誤差を積分して位置誤差とする。
　次に、アーバ２１の回転速度からフィード・フォワード量を求めて、速度誤差および位置誤差を加算して、シャフトモータ２４への速度指令とする。
　すると、アーバとカムとの位相差が保持されて、切削用バイト１３の突出量は一定となる。
　一方、アーバ２１とシャフト２２との位相をずらす場合、まず、加工ヘッド１０を進退させる軸部３１の回転角を取得すると、制御装置により、加工ヘッド１０の進退方向の位置（すなわち切削用バイト１３のボアに対する軸線上の位置）が算出されて、マップ切替え器にて、この算出された加工ヘッド１０の進退方向の位置に応じて、上述のアーバ２１の回転角および切削用バイト１３の突出量との関係を示すマップ（ボアの２次元断面データ）を切り替える。
　また、マップアドレス変換器は、アーバ２１の回転速度と回転角を取得すると、アーバ２１の回転位置を求める。
　次に、マップアドレス変換器は、上述のマップを参照して、アーバ２１の回転角に応じた切削用バイト１３の突出量データを呼び出して、前回のデータとの差分を抽出し、この差分を変化量（すなわち速度）として、シャフトモータ２４の回転速度指令に加算する。
　次に、以上のように構成される非真円形穴加工装置１を用いて、自動車エンジンのシリンダブロックのボアをボーリング加工する手順について、図１２のフローチャートを参照して説明する。
　まず、ステップＳ１において、図１３（ａ）に示すように、シリンダブロック素材であるシリンダブロック６０に、ダミーヘッド７０をボルト７１により装着する。ダミーヘッド７０は、製品シリンダヘッドを模した形状および材質からなり、中央部には、非真円形穴加工装置１の加工ヘッド１０が挿入可能な孔が形成されている。
　次に、ステップＳ２において、シリンダブロック６０を所定の位置に配置し、非真円形穴加工装置１により、ボア６１を所望の真円度に加工する。
　次に、ステップＳ３において、シリンダブロック６０から、ボルト７１の締付けを解除して、ダミーヘッド７０を取り外す。すると、図１３（ｂ）に示すように、シリンダブロック６０のボア６１の内径が、図１３（ａ）の状態から多少変形することになる。これは、ダミーヘッド７０の組付けによる応力が解除されるからである。
　具体的には、図１４（ａ）に示すように、シリンダブロック６０には、４つのボア６１が一直線上に並んで形成されている。各ボア６１の周囲には、ボルト７１が螺合されるボルト穴７２が形成されている。
　シリンダブロック６０からダミーヘッド７０を取り外すと、ダミーヘッド７０による押圧力が除去されるため、ボア６１のダミーヘッド側の内径形状は、図１４（ｂ）に示すように、楕円形に変形する。また、ボルト穴７２のねじ山とボルト７１のねじ山との間に作用する応力が除去されるため、ボア６１のクランクシャフト側の内径形状は、図１４（ｃ）に示すように、四角形に変形する。
　よって、以下、ボアの内径形状を周波数解析するステップ（分析内径形状パラメータ算出工程）においては、４次までの周波数解析をする例を記載した。これは、４次までの周波数解析であればシリンダブロックのボアの変形をほぼ再現できるからである。
　すなわち、４次成分は四角形状の成分を表し、３次成分は三角形状の成分を表し、２次成分は楕円形状の成分を表すので、０次～４次までの周波数解析を行って余弦波で表し、これら余弦波を合成することで、シリンダブロックのボアの変形を再現でき、高次のノイズを除去できる。
　また、断面２次元形状（ＸＩ，ＹＩ）を、通常のＮＣデータ形式で点群（ＸＩ，ＹＩ）として記憶すればデータ量が膨大になるが、本発明のように余弦波を用いて曲線デ一タ形式で記憶することで、データ量をかなり低減できデータ処理を高速化できる。
　換言すれば、シリンダヘッドをシリンダブロックに組み付ける際のシリンダブロックのボアの変形を解消するように断面非真円形状の穴を形成するには、０次～４次までの周波数分析を行えばよく、データ量も少なくて済む。
　なお、本実施形態では４次の周波数解析までの例を示したが、穴の形状に応じて５０次でも、１００次でも、さらに高次でもよい。例えば、断面非真円形状の穴の形状の１周分を１°毎に通常のＮＣデータ形式で表現する場合、７２０個のパラメータが必要になるが、５０次の曲線データ形式で表現する場合、１０１個のパラメータでよい。すなわち、半径誤差（０次）、５０個のｎ次振幅および、５０個のｎ次位相である。このように、５０次までの周波数解析を実行しても、曲線データ形式で記憶することで、データ量を低減でき、データ処理を高速化できる。
　そこで、ステップＳ４において、ダミーヘッド７０を取り外した後のシリンダブロック６０のボア６１の軸線上の所定間隔おきに内径形状を測定し、上位コンピュータ５２に内径形状データとして記憶する。
　ステップＳ５において、内径形状データに基づいて周波数解析を行い、分析内径形状パラメータを算出する。
　次に、ステップＳ６において、算出した分析内径形状パラメータを非真円形穴加工装置１の同期コントローラ４２に入力して、合成内径形状マップを生成する。
　そして、ステップＳ７において、先ず、既にボーリング加工を行ったシリンダブロック６０とは別の、新たなシリンダブロック素材であるシリンダブロック６０Ａを所定の位置に配置する。次いで、同期コントローラ４２の制御下に、生成された合成内径形状マップに基づいたボーリング加工をシリンダブロック６０Ａに施す。
　ステップＳ８において、ダミーヘッド７０と異なり、実際の製品として用いられる製品シリンダヘッド８０を用意し、図１３（ｃ）に示すように、ボーリング加工が施された新たなシリンダブロック６０Ａに、製品シリンダヘッド８０をボルト８１により装着する。すると、シリンダブロック６０Ａのボア６１Ａの内径形状は、シリンダブロック６０のボア６１と同様の真円度となる。
　次に、上述のステップＳ４のボア内径形状の測定からステップＳ７のボーリング加工までの詳細な手順について、図１５のフローチャートを参照しながら説明する。
　ステップＳ１１（Ｓ４）では、例えば、全気筒について、真円度測定器５１により、ボアの軸線上に所定間隔おきに４つの測定点Ｍ１～Ｍ４を設定し、各測定点Ｍ１～Ｍ４でのボアの内径形状を測定する。
　具体的には、全気筒について、空気マイクロセンサ、近接センサ、レーザセンサ等のセンサをボアに挿入し、回転させながら軸線に沿って移動して、各測定点でのボアの内径形状を測定して、内径形状データとする。
　なお、所定間隔おきに測定した例を示したが、非等間隔、例えば、シリンダブロックのシリンダヘッド側の数箇所や、逆に、シリンダブロックのクランクシャフト側の数箇所を測定してもよい。
　図１６は、各測定点Ｍ１～Ｍ４で測定したボアの内径形状Ｒ１～Ｒ４を示す模式図である。
　図１６に示すように、各測定点Ｍ１～Ｍ４でのボアの内径形状Ｒ１～Ｒ４は、互いに異なり、楕円形、三角形、四角形状や、偏心した真円等、非真円形状となっている。
　図１７は、測定点Ｍ１～Ｍ４のうちの１つ、ここでは、測定点Ｍ２で測定したボアの内径形状Ｒ２を示す断面図である。図１８は、図１７のボアの内径形状Ｒ２を、回転角を横軸として表した図である。
　図１７および図１８中、ボアの変形量をゼロとした場合のボアの内周面の位置を基準線Ｌ０とし、この基準線Ｌ０よりもΔＬだけ内側をＬ１とし、基準線Ｌ０よりもΔＬだけ外側をＬ２とする。
　図１７および図１８に示すように、測定したボアの内径形状には、ΔＬ程度の凹凸があり、さらに、高次のノイズが含まれていることが判る。
　ステップＳ１２では、上位コンピュータ５２により、各測定点Ｍ１～Ｍ４のボアの内径形状を周波数解析することで、真円に対する誤差のｎ次成分を抽出し、それぞれの振幅および位相を求めて、振幅・位相についての分析内径形状パラメータ（Ａｎ，Ｐｎ）を生成する。
　具体的には、以下の式（４）～（７）に従って、基準線Ｌ０からの突出量を角度θの関数ｘ（θ）で表し、以下の式に従ってフーリエ変換を行い、ｎ次成分の振幅Ａｎおよび位相Ｐｎを求める。
　ここで、振幅Ａ０は、基準線である真円に対する半径の誤差を表し、振幅Ａ１は、基準線である真円からの偏心を表し、振幅Ａ２は、楕円形状の成分を表し、振幅Ａ３は、三角形状の成分を表し、振幅Ａ４は、四角形状の成分を表す。また、Ｐ０は不要である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　これらｎ次成分の分析内径形状パラメータ（Ａｎ，Ｐｎ）を、フーリエ逆変換して、基準線Ｌ０からの突出量を角度θの関数Ｔ（θ）で表すと、式（８）のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
　次に、式（８）中のｋ値を、図１９に示す非真円形穴加工装置１のボード線図に従って、以下の手順で求める。
　このボード線図は、シャフトモータ２４から切削用バイト１３の先端までのねじり剛性による特性を示すものであり、以下の手順で作成される。
　すなわち、シャフトモータ２４に対して一定の周波数および振幅の正弦波信号を与える。そして、第２ロータリエンコーダ２４１により、シャフト２２の基端側の回転角を検出し、図示しないセンサにより、切削用バイト１３の先端の変位を検出する。これら２つの出力をフーリエ変換し、各周波数成分について、シャフトモータ２４に対する切削用バイト１３の先端側の振幅比および位相差を求めて、プロットする。
　図１９のボード線図によれば、５００Ｈｚ付近では、共振周波数が存在し、位相が大きくずれて、挙動が不安定になることが判る。よって、使用可能な周波数領域は、２００～３００Ｈｚ付近までになる、と判断できる。
　よって、駆動機構の応答性の限界を考慮すると、切削加工するのに必要かつ最小の値として、ｋ＝４が実用的であることが判る。
　よって、式（８）中において、ｋ＝４として、Ａ１×ｃｏｓ（θ＋Ｐ１）、Ａ２×ｃｏｓ（２θ＋Ｐ２）、Ａ３×ｃｏｓ（３θ＋Ｐ３）、Ａ４×ｃｏｓ（４θ＋Ｐ４）の４つの周波数の波形をプロットすると、図２０のようになる。
　次に、これら４つの周波数の波形を合成して、形状補正するために極性を反転させて、プロットすると、図２１のようになる。
　ステップＳ１３では、上位コンピュータ５２により、図１９のボード線図に基づいて、ゲイン・位相についてのゲイン・位相マップを生成し、このゲイン・位相マップを同期コントローラ４２に出力する。
　ステップＳ１４では、上位コンピュータ５２により、１つの気筒についての分析内径形状パラメータ（Ａｎ，Ｐｎ）を同期コントローラ４２に出力する。
　ステップＳ１５では、同期コントローラ４２により、ゲイン・位相マップを参照して、使用回転数に応じた誤差パラメータ（Δａｎ，Δｐｎ）を求める。
　つまり、図１９のボード線図に示すように、使用可能領域内でシャフトモータ２４を駆動しても、ゲインおよび位相がずれて、加工誤差が生じてしまう。そこで、使用回転域でのｎ次周波数を求め、そこからゲインと位相遅れを求めて、誤差パラメータ（Δａｎ，Δｐｎ）を求める。
　例えば、図１９から、シャフトモータ２４の回転数を３０００ｒｐｍとすると、４次成分の周波数は、３０００／６０×４＝２００Ｈｚとなり、ゲインは＋６ｄＢ程度、位相は－２７°程度と読み取れる。
　よって、この場合、切削用バイトの突出量は約２７°遅れて、約２倍（１０６／２０≒２、２０Ｌｏｇ１０（２）≒６ｄＢ）の振幅で動作することになるため、振幅補正Δａ４＝０．５、位相補正Δｐ４＝＋２７として、４次の分析内径形状パラメータを補正する。同様に、３次～１次の分析内径形状パラメータの補正を行う。
　ステップＳ１６では、同期コントローラ４２により、分析内径形状パラメータ（Ａｎ，Ｐｎ）を誤差パラメータ（Δａｎ，Δｐｎ）で補正し、フーリエ逆変換する。
　ステップＳ１７では、同期コントローラ４２により、フーリエ逆変換したデータを、図１０のカム誤差マップにより修正し、切削用バイト１３の突出量に変換して、回転角と切削用バイト１３の突出量との関係を表す突出量マップ（合成内径形状マップ）を生成する。
　ステップＳ１８では、同期コントローラ４２により、切削用バイト１３の突出量マップに基づいて、比例補間処理により、ボーリング加工するための詳細な突出量マップを生成する。
　これは、図２２（ａ）に示すように、突出量マップの切削用バイト１３の先端の軌跡をＲ１Ａ～Ｒ４Ａとすると、実際の切削用バイト１３の軌跡Ｓは、螺旋状であり、この軌跡Ｓ同士の間隔は、軌跡Ｒ１Ａ～Ｒ４Ａの間隔よりも狭くなるため、詳細な突出量マップが必要になるのである。
　具体的には、例えば、図２２（ｂ）に示すように、互いに上下に隣り合う軌跡Ｒ１Ａ、Ｒ２Ａの間に位置する軌跡Ｓ上の点Ｓ１の位置を求める。
　点Ｓ１を通る直線Ｖを引き、この直線Ｖと各軌跡Ｒ１Ａ、Ｒ２Ａとの交点を点Ｖ１、Ｖ２とする。
　さらに、点Ｖ１と点Ｖ２との高さ方向の間隔をΔＺ、点Ｖ１と点Ｖ２との水平方向の間隔をΔＲとし、点Ｖ２から点Ｓ１まで高さ方向の間隔をδｚとし、点Ｖ２から点Ｓ１までの水平方向の間隔をδｒとして、以下の式（９）に従って、点Ｓ１の位置を求める。
　ΔＲ：δｒ＝ΔＺ：δｚ　　　・・・（９）
　ステップＳ１９では、同期コントローラ４２により、アーバ２１の回転角度および加工ヘッド１０の進退方向の位置に基づいて、記憶したマップに従い、切削用バイト１３の突出量を求める。
　ステップＳ２０では、同期コントローラ４２により、切削用バイト１３の突出量に従って、アーバ２１とシャフト１２、２２との位相を調整しながら非真円形加工する。
　ステップＳ２１は、全気筒について加工が完了したか否かを判定し、この判定がＹＥＳの場合は終了し、ＮＯの場合はステップＳ１４に戻る。
　本実施形態によれば、以下のような効果がある。
　（２）従来では、例えば、１度ステップのＸ－Ｙテーブルでボアの形状を加工しようとすると、１つのボアの形状につき、３６０ラインのＧコード命令が必要になる。
　しかしながら、本発明では、Ａ０～Ａ４、Ｐ１～Ｐ４の合計９個のパラメータで１つのボアの形状を表現できるので、従来に比べて、データ量を大幅に低減できるから、高速でボアをボーリング加工できる。
　また、高次のノイズを含む複雑な内径形状データの中から低次の周波数成分のみを抽出して、この抽出した低次の周波数成分のみで分析内径形状パラメータを生成したので、高次のノイズを除去して非常にシャープなフィルタ効果を有するとともに、位相が崩れるのを抑制できる。よって、この分析内径形状パラメータに基づいて非真円形穴加工装置１を駆動すると、振動を低減できるから、高精度でワークを加工できる。
　（３）Ａ０～Ａ４、Ｐ１～Ｐ４を個別に編集することで、非真円形穴加工装置１による加工形状を自由に調整できる。
　（４）測ピッチを加工ピッチよりも大きく設定し、測定ピッチで測定したボアの形状データに基づいて、比例補間処理により、加工ピッチでの突出量マップ（合成内径形状マップ）を生成した。よって、データ量をさらに低減できるうえに、加工にかかる時間や労力を削減できる。
　例えば、エンジンのボア長が１００～１５０ｍｍ程度で、加工ピッチを０．１ｍｍとし測定ピッチを５ｍｍとすると、加工ピッチでボアの形状を測定した場合に比べて、データ量を１／５０にできる。
　（５）誤差パラメータ（Δａｎ，Δｐｎ）を用いて、分析内径形状パラメータ（Ａｎ，Ｐｎ）を補正したので、加工ヘッド１０の機械的特性を考慮して、ボーリング加工できる。
　なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

Claims (9)

  1. 　円筒形状の第１回転軸と、
    　当該第１回転軸の内部に収納された第２回転軸と、
    　前記第１回転軸の外周面に突没可能に設けられた加工工具と、
    　前記第２回転軸に設けられ、前記加工工具を突出方向に押圧するカムと、
    　前記第１回転軸の回転角および回転量を検出する第１検出手段と、
    　前記第２回転軸の回転角および回転量を検出する第２検出手段と、
    　前記第１回転軸を回転駆動する第１駆動手段と、
    　前記第２回転軸を回転駆動する第２駆動手段と、
    　前記第１検出手段および第２検出手段で検出した回転角および回転量に基づいて、前記第１駆動手段および第２駆動手段を制御する制御手段と、を備え、
    　当該制御手段は、前記加工工具を突出制御するための加工工具制御手段を有するとともに、前記第１回転軸および前記第２回転軸を同期して回転させつつ、前記第１回転軸の回転角の位相に対して前記第２回転軸の回転角の位相を進角化または遅角化させることで、前記加工工具の基端側を前記カムで押圧して、前記加工工具の突出寸法を調整することを特徴とする非真円形穴加工装置。
  2. 　請求項１に記載の非真円形穴加工装置において、
    　前記加工工具は、切削用バイトであることを特徴とする非真円形穴加工装置。
  3. 　既に形成された断面非真円形状の穴の形状を測定し、既に形成されかつ測定されたこの穴と同一形状の他の穴を、ワークに形成する非真円形穴加工装置であって、
    　前記既に形成された穴の軸線上に複数の測定点を設定し、前記複数の測定点それぞれでの当該穴の内径形状を測定して、内径形状データとして取得する内径形状データ取得手段と、
    　前記内径形状データを周波数解析し、当該０次からｎ次（ｎは自然数）までの周波数成分の振幅値および位相値を分析内径形状パラメータとして算出する分析内径形状パラメータ算出手段と、
    　前記分析内径形状パラメータ算出手段で算出された内径形状パラメータを記憶する分析内径形状パラメータ記憶手段と、を備えることを特徴とする非真円形穴加工装置。
  4. 　請求項３に記載の非真円形穴加工装置において、
    　加工ヘッドの駆動周波数と当該加工ヘッドのゲインおよび位相遅れとの関係をプロットしたボード線図を、ボード線図マップとして記憶するボード線図記憶手段と、
    　前記加工ヘッドの使用駆動周波数の０次からｎ次までの周波数成分を求め、前記ボード線図に基づいて、当該周波数成分毎のゲインおよび位相遅れを誤差パラメータとして算出する誤差パラメータ算出手段と、
    　前記分析内径形状パラメータ算出手段で算出した０次からｎ次までの周波数成分の振幅値および位相値を、前記誤差パラメータ算出工程で算出した周波数成分毎のゲインおよび位相遅れで補正して合成した後に反転させて、当該反転させたデータの振幅を前記加工ヘッドに突没可能に設けられた加工工具の突出量とし、当該突出量と前記加工工具の回転角との関係を示す突出量マップを生成する合成内径形状マップ生成手段と、
    　前記突出量マップに従って前記加工工具を突出制御する加工工具制御手段と、を備えることを特徴とする非真円形穴加工装置。
  5. 　請求項３または４に記載の非真円形穴加工装置において、
    　前記ｎ次は、４次であることを特徴とする非真円形穴加工装置。
  6. 　既に形成された断面非真円形状の穴の形状を測定し、既に形成されかつ測定されたこの穴と同一形状の他の穴を、ワークに形成する非真円形穴加工方法であって、
    　前記既に形成された穴の軸線上に複数の測定点を設定し、前記複数の測定点それぞれでの当該穴の内径形状を測定して、内径形状データとして取得する内径形状データ取得工程と、
    　前記内径形状データを周波数解析し、当該０次からｎ次（ｎは自然数）までの周波数成分の振幅値および位相値を分析内径形状パラメータとして算出する分析内径形状パラメータ算出工程と、
    　前記内径形状パラメータを、加工装置の電子記憶媒体に記憶させる分析内径形状パラメータ記憶工程と、を備えることを特徴とする非真円形穴加工方法。
  7. 　シリンダブロックに形成された断面非真円形状のボアと同一形状のボアを、他のシリンダブロック素材に形成する非真円形穴加工方法であって、
    　製品シリンダヘッドを模したダミーヘッドを前記シリンダブロック素材に装着して、ボーリング加工によりボアを形成し、ボアを形成した後に、前記シリンダブロックから前記ダミーヘッドを取り外す準備工程と、
    　前記ボアの軸線上に複数の測定点を設定し、前記複数の測定点それぞれでの前記ボアの内径形状を測定して、内径形状データとして取得する内径形状データ取得工程と、
    　前記内径形状データを周波数解析し、当該０次からｎ次（ｎは自然数）までの周波数成分の振幅値および位相値を分析内径形状パラメータとして算出する分析内径形状パラメータ算出工程と、
    　前記内径形状パラメータを、加工装置の電子記憶媒体に記憶させる分析内径形状パラメータ記憶工程と、を備えることを特徴とする非真円形穴加工方法。
  8. 　請求項６または７に記載の非真円形穴加工方法において、
    　加工ヘッドの駆動周波数と当該加工ヘッドのゲインおよび位相遅れとの関係をプロットしたボード線図を生成し、当該ボード線図をボード線図マップとして加工装置の電子記憶媒体に記憶するボード線図記憶工程と、
    　前記加工ヘッドの使用駆動周波数の０次からｎ次までの周波数成分を求め、前記ボード線図に基づいて、当該周波数成分毎のゲインおよび位相遅れを誤差パラメータとして算出する誤差パラメータ算出工程と、
    　前記分析内径形状パラメータ算出工程で算出した０次からｎ次までの周波数成分の振幅値および位相値を、前記誤差パラメータ算出工程で算出した周波数成分毎のゲインおよび位相遅れで補正して合成した後に反転させて、当該反転させたデータの振幅を前記加工ヘッドに突没可能に設けられた加工工具の突出量とし、当該突出量と前記加工工具の回転角との関係を示す突出量マップを生成する合成内径形状マップ生成工程と、
    　前記突出量マップに従って前記加工工具を突出させて、未加工のワークにボーリング加工を施すボーリング工程と、を備えることを特徴とする非真円形穴加工方法。
  9. 　請求項６から８のいずれかに記載の非真円形穴加工方法において、
    　前記ｎ次は、４次であることを特徴とする非真円形穴加工方法。
PCT/JP2009/054068 2008-04-11 2009-03-04 非真円形穴加工方法および非真円形穴加工装置 WO2009125638A1 (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101885079A (zh) * 2009-05-15 2010-11-17 本田技研工业株式会社 凸轮驱动设备及加工方法
US20120259452A1 (en) * 2010-01-28 2012-10-11 Komatsu Ntc Ltd. Center hole machining method for shaft blank and center hole machining apparatus
US9862034B2 (en) 2013-07-30 2018-01-09 Honda Motor Co., Ltd. Round hole machining method and round hole machining device
US9914177B2 (en) 2013-07-30 2018-03-13 Honda Motor Co., Ltd. Round hole machining method and round-hole machining device

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2796698B1 (en) * 2011-12-22 2017-05-03 Nissan Motor Co., Ltd Method for manufacturing cylinder block, and cylinder block
CN102528557B (zh) * 2012-01-11 2014-09-24 江苏高精机电装备有限公司 镗刀杆误差补偿装置
JP5910480B2 (ja) * 2012-12-12 2016-04-27 マツダ株式会社 鍛造回転体のセンタ穴の加工方法及びその加工システム
US9808896B2 (en) * 2013-02-26 2017-11-07 Apex Brands, Inc. Positive feed tool with a modular architecture
EP3183094B1 (en) 2014-08-20 2020-12-09 Apex Brands, Inc. Positive feed tool with improved shift from forward to retract
EP3321021B1 (en) * 2015-09-10 2023-08-30 Korea Institute of Machinery & Materials Hybrid cutting apparatus and grooving method using same
BR102015024034B1 (pt) * 2015-09-17 2022-01-11 Vallourec Soluções Tubulares Do Brasil S.A. Sistema e método automáticos de medição e usinagem de extremidade de elementos tubulares
US10220479B2 (en) 2016-04-25 2019-03-05 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Machining apparatus
JP7098926B2 (ja) * 2017-12-22 2022-07-12 トヨタ自動車株式会社 加工方法及び加工装置
JP6867695B2 (ja) * 2018-07-24 2021-05-12 エンシュウ株式会社 孔加工機および孔加工機を用いた楕円孔および内径変化孔の加工方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0655318A (ja) * 1992-04-28 1994-03-01 Toyoda Mach Works Ltd 中ぐり加工装置
JP2000205854A (ja) * 1999-01-14 2000-07-28 Nsk Ltd 機械部品の寸法計測方法
JP2005246494A (ja) * 2004-03-01 2005-09-15 Toyoda Mach Works Ltd 研削装置
JP2007313619A (ja) 2006-05-29 2007-12-06 Honda Motor Co Ltd 複合工作機械及び該複合工作機械を用いたシリンダブロックのボアのボーリング加工方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB556532A (en) * 1942-04-27 1943-10-08 Automotive Prod Co Ltd Improvements in or relating to gauges or measuring instruments for internal cylindrical surfaces
US4432258A (en) * 1981-08-26 1984-02-21 Kearney & Trecker Corporation Controllable tool feeding apparatus
US4612831A (en) * 1985-02-19 1986-09-23 Lehmkuhl Robert A Automatic boring tool
US4979852A (en) * 1986-01-06 1990-12-25 Gte Valenite Corporation Automatic pivot head
CN1011128B (zh) * 1988-08-24 1991-01-09 窦迎峰 任意形状孔和轴的镗切装置
CN2110534U (zh) * 1991-12-04 1992-07-22 山东活塞厂 异形孔镗床
EP0654315A1 (en) * 1993-11-19 1995-05-24 Wilson Varghese Differential cam mechanism for control of revolving tools
DE19758611C5 (de) * 1997-03-24 2004-09-23 Ex-Cell-O Gmbh Radial zustellbares rotierendes Schneidwerkzeug
CA2431137A1 (en) * 2000-12-18 2002-06-27 Cardemon Inc., D/B/A Car-Tec Company Adjustment method and apparatus for a boring tool
JP3533650B2 (ja) * 2002-05-31 2004-05-31 ホーコス株式会社 穴開け加工制御方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0655318A (ja) * 1992-04-28 1994-03-01 Toyoda Mach Works Ltd 中ぐり加工装置
JP2000205854A (ja) * 1999-01-14 2000-07-28 Nsk Ltd 機械部品の寸法計測方法
JP2005246494A (ja) * 2004-03-01 2005-09-15 Toyoda Mach Works Ltd 研削装置
JP2007313619A (ja) 2006-05-29 2007-12-06 Honda Motor Co Ltd 複合工作機械及び該複合工作機械を用いたシリンダブロックのボアのボーリング加工方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2283956A4 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101885079A (zh) * 2009-05-15 2010-11-17 本田技研工业株式会社 凸轮驱动设备及加工方法
US20100300713A1 (en) * 2009-05-15 2010-12-02 Honda Motor Co., Ltd. Cam driving device and processing method
US8770312B2 (en) 2009-05-15 2014-07-08 Honda Motor Co., Ltd. Cam driving device and processing method
DE102010028977B4 (de) * 2009-05-15 2014-11-20 Honda Motor Co., Ltd. Nockenantriebsvorrichtung und Bearbeitungsverfahren
US20120259452A1 (en) * 2010-01-28 2012-10-11 Komatsu Ntc Ltd. Center hole machining method for shaft blank and center hole machining apparatus
US9120161B2 (en) * 2010-01-28 2015-09-01 Komatsu Ntc Ltd. Center hole machining method for shaft blank and center hole machining apparatus
US9862034B2 (en) 2013-07-30 2018-01-09 Honda Motor Co., Ltd. Round hole machining method and round hole machining device
US9914177B2 (en) 2013-07-30 2018-03-13 Honda Motor Co., Ltd. Round hole machining method and round-hole machining device

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