WO2020137832A1 - コネクティングロッドの加工装置、及びコネクティングロッドの製造方法 - Google Patents

コネクティングロッドの加工装置、及びコネクティングロッドの製造方法 Download PDF

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WO2020137832A1
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WO
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rotary cutting
cutting tool
connecting rod
end hole
small end
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PCT/JP2019/049931
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高弘 吉松
史高 武藤
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株式会社 安永
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23B39/00General-purpose boring or drilling machines or devices; Sets of boring and/or drilling machines
    • B23B39/16Drilling machines with a plurality of working-spindles; Drilling automatons
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23Q17/00Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C7/00Connecting-rods or like links pivoted at both ends; Construction of connecting-rod heads
    • F16C7/02Constructions of connecting-rods with constant length
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C9/00Bearings for crankshafts or connecting-rods; Attachment of connecting-rods
    • F16C9/04Connecting-rod bearings; Attachments thereof

Definitions

  • the present invention relates to a processing device for finishing a large end hole and a small end hole for a connecting rod that connects a piston and a crankshaft, and a manufacturing method of the connecting rod.
  • a connecting rod used in an engine of an automobile or the like connects a piston and a crankshaft and replaces the reciprocating motion of the piston with the rotary motion of the crankshaft.
  • a connecting rod cap is integrally molded, a lower surface to be a connecting rod cap is cut, a cut surface is processed, and a state in which a bolt and a nut are tightened is used. Circular processing is performed on the holes at the large end and the small end, and the work of disassembling the formed connecting rod and assembling it to the crankshaft is sequentially performed.
  • NC numerical control machining
  • a spindle unit which is an example of an NC machine tool
  • a large end hole formed in the large end portion of the connecting rod and a small end hole formed in the small end portion of the connecting rod are attached to the tip of the spindle unit.
  • the attached cutting tool is passed while being rotated, and the inner side surfaces of the large end portion and the small end portion are cut into a perfect circular shape having a roundness of 6 ⁇ m or less, for example.
  • the connecting rod has various dimensions and specifications depending on the size of the engine and vehicle installed, and the distance between the large end hole and the small end hole also differs depending on the connecting rod.
  • the support position of the rotary cutting tool for large end holes and the support position of the rotary cutting tool for small end holes are set. It is necessary for the operator to readjust the device specifications and switch the device specifications, resulting in an increase in manufacturing time and manufacturing cost.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a connecting rod which can easily and quickly finish a connecting rod of a different type. To provide a processing device and a method for manufacturing a connecting rod.
  • the connecting rod processing apparatus of the present invention is a holding portion for holding a connecting rod, and a large end hole formed in a large end portion of the connecting rod is inserted into the large end portion.
  • a rotary drive unit that supplies a rotary drive force to the first rotary cutting tool and the second rotary cutting tool; and a support mechanism that variably supports the distance between the first rotary cutting tool and the second rotary cutting tool. It is characterized by having.
  • a moving mechanism for integrally moving the first rotary cutting tool and the second rotary cutting tool with respect to the connecting rod may be further provided.
  • the first rotary cutting tool passes through the large end hole in a state parallel to the large end hole, and the second rotary cutting tool is inclined with respect to the small end hole. It is good to pass through the small end hole.
  • the support mechanism may include an angle adjusting unit that adjusts an inclination angle of the second rotary cutting tool with respect to the support mechanism.
  • the determination unit that determines the type of the connecting rod, and controls the support mechanism so as to adjust the interval between the first rotary cutting tool and the second rotary cutting tool according to the determination result of the determination unit. It is good to further have a control part.
  • the method of manufacturing a connecting rod according to the present invention includes a large end portion having a large end hole having a predetermined opening size, and a small end having a small end hole having an opening size smaller than the large end hole.
  • Part and a method for manufacturing a connecting rod comprising a rod part connecting these parts, wherein a first rotary cutting tool is inserted into the large end hole, and a machining diameter is smaller than the first rotary cutting tool in the small end hole.
  • a second rotary cutting tool having a small size, and a rotary cutting step of performing rotary cutting on the inner surface of the large end portion and the inner surface of the small end portion, before performing the rotary cutting step is characterized in that the support interval is adjusted by a support mechanism that variably supports the one-turn cutting tool and the second-turn cutting tool.
  • the first rotary cutting tool and the second rotary cutting tool may be integrally moved with respect to the connecting rod.
  • the first rotary cutting tool is made parallel to the large end hole to pass through the large end hole, and the second rotary cutting tool is inclined with respect to the small end hole. It is advisable to let it pass through the small end hole.
  • the method further includes a determination step of determining the type of the connecting rod, and an interval adjustment step of adjusting the interval between the first rotary cutting tool and the second rotary cutting tool according to the determination result of the determination step. Good.
  • it may further include an angle adjusting step of adjusting an inclination angle of the second rotary cutting tool with respect to the small end hole in accordance with the result of the determination of the determining step.
  • the rotary drive unit drives the first rotary cutting tool and the second rotary cutting tool, and the first rotary cutting tool performs rotary cutting on the inner surface of the large end hole of the large end of the connecting rod.
  • the large end hole and the small end hole can be finished. Since the interval between the first rotary cutting tool and the second rotary cutting tool is variably supported by the support mechanism, by changing the interval between the first rotary cutting tool and the second rotary cutting tool, a large end hole and a small end hole can be obtained. Even for different types of connecting rods having different distances from the end holes, finishing can be performed easily and in a short time.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a structure of a column in an NC machine tool according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an overall schematic configuration diagram of the NC machine tool of this embodiment.
  • FIG. 3 is an external view of a connecting rod (connecting rod).
  • FIG. 4 is a perspective view showing the structure of the support portion of the second rotary cutting tool of the NC machine tool of this embodiment.
  • the NC machine tool (machining device) of the present embodiment is a so-called horizontal NC machine tool in which the axis line of a spindle that is rotationally driven is arranged so as to extend in the horizontal direction, specifically, the horizontal direction.
  • This NC machine tool uses a connecting rod used for an engine as a work, and is used for finishing in which a large end hole and a small end hole in the connecting rod are precisely cut and finished.
  • the NC machine tool 1 has a column 3 (moving mechanism) that is movable on the upper surface of a bed 2 in the left-right direction.
  • the column 3 is moved left and right by an actuator (not shown).
  • the column 3 is provided with two saddles 4 and 5 arranged side by side in the vertical direction.
  • the lower saddle 4 arranged on the lower side of the two saddles 4 and 5 is configured to be vertically movable with respect to the column 3 by an actuator 6.
  • the upper saddle 5 arranged on the upper side of the two saddles 4 and 5 is supported by the lower end portion of the slide portion 8.
  • the slide portion 8 is configured to be vertically movable with respect to the column 3 by the actuator 7.
  • the saddles 4 and 5 and the actuators 6 and 7 correspond to the support mechanism of the present invention.
  • the lower saddle 4 supports two spindles 12 that are driven to rotate by a motor 10 (rotational drive unit). Further, the upper saddle 5 supports two spindles 13 which are rotationally driven by a motor 11 (rotational driving unit).
  • the two spindles 12 and 13 respectively arranged in the saddles 4 and 5 are arranged so that their axes extend in the left-right direction, and are arranged in parallel to each other in the front-rear direction.
  • the rotary cutting tools 14 and 15 are detachably fixed to the left end portions of the spindles 12 and 13.
  • a first rotary cutting tool 14 for cutting a hole having a relatively large diameter is fixed to each of the two spindles 12 arranged on the lower saddle 4.
  • a second rotary cutting tool 15 for cutting a hole having a relatively small diameter is fixed to each of the two spindles 13 arranged on the upper saddle 5.
  • a work holding portion 18 which is fixed to the bed 2 and supports the connecting rod 20 which is a work.
  • the connecting rod 20 has a large end hole 23 at one end of the rod portion 21 and a large end hole 23 at the other end of the rod portion 21.
  • a small end hole 25 having an opening size smaller than that of 23 is provided. The crankshaft of the engine is inserted into the large end hole 23 of the connecting rod 20, and the piston pin is inserted into the small end hole 25.
  • the connecting rod 20 is provided with an upper and lower reference surface 26 that defines a reference position in the up and down direction, a left and right reference surface 27 that defines a reference surface in the left and right direction, and a front and rear reference surface 28 that defines a reference surface in the front and rear direction. ..
  • the axes of the upper and lower reference surfaces 26, the large end hole 23, and the small end hole 25 are parallel to each other.
  • the work holding portion 18 is capable of holding the connecting rod 20 upright and holding the large end hole 23 downward and the small end hole 25 upward.
  • the connecting rod 20 is arranged so that the axis of the large end hole 23 and the axis of the small end hole 25 extend in the left-right horizontal direction.
  • the connecting rod 20 is held at a prescribed position of the work holding portion 18 by aligning the reference surfaces 26, 27, 28 with a reference surface (not shown) provided on the work holding portion 18.
  • the work holding unit 18 can hold two connecting rods 20 side by side in the front-rear direction.
  • the work holding unit 18 holds the connecting rod 20 which is roughly rough-machined in advance with a hole having a diameter slightly smaller than the required diameter of the large end hole 23 and the small end hole 25, and the rotary cutting tools 14 and 15 are attached to the tips thereof.
  • the NC machine tool 1 moves the column 3 to the left while rotating the four spindles 12 and 13 so that the large end holes 23 and the small end holes 25 of the two connecting rods 20 are formed. Each can be finished at the same time.
  • the NC machine tool 1 of the present embodiment conveys, for example, a predetermined number of connecting rods 20 having different sizes as workpieces to the workpiece holding portion 18 for processing, and the workpiece holding portion 18 has a type of connecting rod 20.
  • a work detection sensor 30 (determination unit) for detecting is provided.
  • the work detection sensor 30 is a sensor that detects the weight of the connecting rod 20, which is a work, for example.
  • the control unit 31 (judgment unit, control unit) that controls the operation of each actuator of the NC machine tool 1 has various dimensions such as a distance between the large end hole 23 and the small end hole 25, which correspond to the type of the connecting rod 20 in advance. Is remembered. Further, the weight is stored in the control unit 31 according to the type of the connecting rod 20.
  • the control unit 31 determines the type classified by the size of the connecting rod 20 based on the weight value of the workpiece detected by the workpiece detection sensor 30, and adjusts the actuator 6 according to the type of the connecting rod 20 held by the workpiece holding unit 18. , 7 are operated to automatically adjust the vertical positions of the upper saddle 5 and the lower saddle 4.
  • an angle adjustment block 40 (angle adjustment unit) is sandwiched between the slide portion 8 and the upper saddle 5.
  • the right end portion of the upper saddle 5 and the lower end portion of the slide portion 8 are connected via a pin 41 extending in the front-rear direction.
  • a lower end surface 42 extending in the horizontal direction is provided on the lower end portion on the left side of the slide portion 8.
  • an upper surface 43 is formed at a position facing the lower end surface 42 on the upper portion of the upper saddle 5, and the angle adjustment block 40 is provided between the upper surface 43 of the upper saddle 5 and the lower end surface 42 of the slide portion 8. It is pinched.
  • the lower end surface 42 of the slide portion 8 and the upper surface 43 of the upper saddle 5 are set to be parallel to each other with a predetermined distance Lb of several cm, for example.
  • the angle adjustment block 40 is, for example, a substantially rectangular block material formed of steel, is not parallel to the upper surface and the lower surface, and is separated from the upper surface and the lower surface by a predetermined distance Lb, and one of the upper surface and the lower surface has a predetermined angle ⁇ 1. It is formed so as to be inclined in the vertical direction.
  • the left part of the upper saddle 5 is fixed to the lower end part on the left side of the slide part 8 by sandwiching the angle adjustment block 40 with a bolt (not shown).
  • the axis line of the spindle 13 of the upper saddle 5 is arranged so as to be inclined at a predetermined angle ⁇ 1 with respect to the horizontal.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing the shapes of the rotary cutting tools 14 and 15 and the relative positions with respect to the connecting rod 20.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the shape of the hole after the rotary cutting.
  • the connecting rod 20 in FIG. 5 is a sectional view taken along the line AA in FIG.
  • the first rotary cutting tool 14 and the second rotary cutting tool 15 have shaft portions 45 and 46 fixed coaxially with the spindles 12 and 13 of the saddles 4 and 5, and shaft portions 45 and 46.
  • Cutting tips 47 and 48 are provided at the tip end portion and extend radially outward. As the shafts 45 and 46 rotate with the rotation of the spindles 12 and 13, the cutting tips 47 and 48 rotate.
  • the axis of the first rotary cutting tool 14 is arranged coaxially with the axis of the large end hole 23 of the connecting rod 20 held by the workpiece holder 18.
  • the axis line of the second rotary cutting tool 15 is arranged at a predetermined angle ⁇ 1 with respect to the axis line of the small end hole 25 of the connecting rod 20 held by the work holding section 18.
  • the column 3 is moved to the left by bringing it into contact with the inner surfaces of the large end holes 23 and the small end holes 25 of the connecting rod 20 that have been rough-machined in advance, thereby moving the large end of the connecting rod 20.
  • the inner surfaces of the hole 23 and the small end hole 25 are cut by the cutting tips 47 and 48 (rotation cutting step). Therefore, the moving path of the tip of the rotating cutting tip 47 becomes the working diameter of the large end hole 23, and the moving path of the tip of the cutting tip 48 becomes the working diameter of the small end hole 25.
  • the large end hole 23 has a perfect circular shape which is the same as the rotation diameter of the tip of the cutting tip 47 of the first rotary cutting tool 14.
  • the small end hole 25 has an elliptical shape whose major axis is the rotational diameter of the tip of the cutting tip 48 of the second rotary cutting tool 15.
  • the hole formed by inclining the second rotary cutting tool 15 as in the present embodiment has an elliptical shape.
  • the second rotary cutting tool 15 is not tilted from the moving direction, that is, the hole R1 corresponding to the small end hole 25 formed by inclining in the vertical direction from the axis of the small end hole 25 and the moving direction.
  • the diameter of the hole R0 formed in 1 is the same in the left-right direction, when the second rotary cutting tool 15 is tilted in the vertical direction, the trajectory of the tip of the cutting tip 48 of the second rotary cutting tool 15 passes through. Since the hole R1 is inclined from the vertical direction, the hole R1 has an elliptical shape that is shorter in the vertical direction than the diameter in the horizontal direction.
  • the rotation diameter ⁇ 0 of the tip of the cutting tip 48 is set and the inclination angle from the axis of the small end hole 25 of the second rotary cutting tool 15 is set to ⁇ 1
  • the locus of the tip of the cutting tip 48 of the second rotary cutting tool 15 is a spiral having the axis of the small end hole 25 as the center line.
  • the locus of the tip of the cutting tip 48 has a spiral shape with the center line inclined with respect to the axis of the small end hole 25.
  • the ground surface between the piston pin and the small end portion 24, which is deformed from a perfect circle shape to a slightly elliptical shape under load, can be made into a small end hole 25. It can be made larger than when it is formed in a circular shape. Therefore, the minimum hydraulic film region between the piston pin and the small end portion 24 of the connecting rod 20 can be enlarged, and seizure at the small end portion 24 of the connecting rod 20 can be suppressed.
  • the first rotary cutting tool 14 and the second rotary cutting tool 15 that match the type of the connecting rod 20 are provided before the rotary cutting step is performed. It has a tool changing step of fixing it to the column 3. Further, in the present embodiment, before the rotary cutting step, a determination step of determining the type of connecting rod, a gap adjusting step of adjusting the gap between the first rotary cutting tool 14 and the second rotary cutting tool 15, and a second rotary cutting. There is an angle adjusting step of adjusting the inclination angle of the tool 15.
  • control unit 31 determines the type classified by the size of the connecting rod 20 based on the weight value of the workpiece detected by the workpiece detection sensor 30 as described above.
  • the actuators 6 and 7 are operated and controlled according to the type of the connecting rod 20 determined in the determining step to vertically move the upper saddle 5 and the lower saddle 4, and The distance between the rotary cutting tool 14 and the second rotary cutting tool 15 is adjusted so as to match the distance between the large end hole 23 and the small end hole 25 of the connecting rod 20.
  • the angle adjusting step adjusts the inclination angle of the second rotary cutting tool 15 provided on the upper saddle 5 according to the type of the connecting rod 20 determined in the determining step.
  • the operator installs the angle adjustment block 40 prepared in advance in accordance with the type of the connecting rod 20 to be processed, between the upper saddle 5 and the slide portion 8. It can be done by sandwiching it between them. If a display device that displays the type of connecting rod 20 determined in the determination step is provided, the operator can select and replace the angle adjustment block 40 according to the displayed type of connecting rod 20. Therefore, the angle adjustment can be accurately performed without making a mistake in the angle adjustment block 40.
  • the NC machine tool 1 of the present embodiment is provided with the upper saddle 5 and the lower saddle 4 which are vertically spaced apart from each other on the column 3 standing on the bed 2, and the lower saddle 4 has the first saddle 5 and the lower saddle 4.
  • the one-rotation cutting tool 14 is supported, and the upper saddle 5 supports the second rotation cutting tool 15.
  • the column 3 is moved toward the connecting rod 20 held in the work holding portion, and the cutting tip 47 of the first rotary cutting tool 14 is moved to the large end hole.
  • the upper saddle 5 and the lower saddle can be moved in the vertical direction with respect to the column 3, and the distance between the first rotary cutting tool 14 and the second rotary cutting tool 15 can be adjusted, It is possible to easily and quickly finish the connecting rods 20 of different types in a short time.
  • both the first rotary cutting tool 14 and the second rotary cutting tool 15 are provided in the column 3, by moving the column 3 toward the connecting rod 20 held in the work holding portion in the rotary cutting process.
  • the first rotary cutting tool 14 and the second rotary cutting tool 15 can be integrally moved to finish the large end hole 23 and the small end hole 25 of the connecting rod 20 at the same time.
  • the positional tolerance and dimensional accuracy of the large end hole 23 and the small end hole 25 can be made excellent, and particularly, The positional tolerance between the large end hole 23 and the small end hole 25 can be easily and satisfactorily ensured.
  • the angle adjusting block 40 having an inclined surface is sandwiched between the slide portion 8 of the column 3 and the upper saddle 5, and the inclined surface of the angle adjusting block 40 is sandwiched so that the column The upper saddle 5 is fixed in an inclined state with respect to 3.
  • the second rotary cutting tool 15 passes through the small end hole 25 in an inclined state with respect to the small end hole 25, so that the small end hole 25 can be easily finished into an elliptical shape.
  • the upper saddle 5 is tilted and fixed with respect to the column 3, and the upper saddle 5 is simply moved by moving the column 3 toward the connecting rod 20. Since the small end hole 25 can be formed into an elliptical shape by the second rotary cutting tool 15 supported by, the second rotary cutting tool 15 is moved in the vertical direction or the front-rear direction in order to form the small end hole 25 into an elliptical shape. No need to control. Therefore, the structure of the NC machine tool 1 can be simplified, the control can be simplified, and the accuracy of the elliptical shape of the small end hole 25 can be improved.
  • the number of parts is smaller than that of fitting the bush into the small end hole 25 processed into a perfect circle and making the inner surface thereof into an elliptical shape. Can be suppressed, and cost and weight can be reduced.
  • the angle adjusting step a simple operation of sandwiching the angle adjusting block 40 prepared in advance according to the type of the connecting rod 20 between the slide portion 8 of the column 3 and the upper saddle 5.
  • the inclination angle of the second rotary cutting tool 15 can be easily adjusted.
  • the accuracy of the inclination angle of the second rotary cutting tool 15 is regulated by the manufacturing accuracy of the inclined surface provided in the angle adjustment block 40, the dimensional accuracy of the small end hole 25 after machining the small diameter and the large diameter is excellent. Can be something.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • both the upper saddle 5 and the lower saddle 4 are movable in the vertical direction with respect to the column 3, but the connecting rod 20 is adjusted in the vertical position with respect to the bed 2 in the work holding unit 18.
  • the lower saddle 4 may be fixed to the column 3 and only the upper saddle 5 may be vertically movable.
  • the configuration of the column 3 in the NC machine tool 1 can be simplified.
  • the upper saddle 5 is tilted by using the angle adjustment block 40, but a mechanism for changing the tilt angle may be provided without using the angle adjustment block 40.
  • a mechanism that adjusts the inclination angle of the upper saddle 5 with respect to the slide portion 8 by an actuator is provided, and the control unit 31 controls the actuator according to the type of the connecting rod 20 determined in the determination step, and the second rotary cutting tool.
  • the inclination angle of 15 may be automatically adjusted. Thereby, the angle of inclination can be easily adjusted according to the connecting rods of different types.
  • the detailed shapes of the first rotary cutting tool 14 and the second rotary cutting tool 15 may be appropriately changed. Further, the detailed configuration of the NC machine tool 1 may be changed as appropriate.

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Abstract

コンロッド20の大端部22に形成された大端穴23に挿入され、大端部22の内側面を回転切削加工する第1回転切削工具14と、コンロッド20の小端部24に形成された小端穴25に挿入され、小端部24の内側面を回転切削加工する第2回転切削工具15と、第1回転切削工具14を支持する下サドル4と、第2回転切削工具を支持する上サドル5を有し、下サドル4及び上サドル5を上下作動して第1回転切削工具14と第2回転切削工具15との間隔を可変自在にしたNC工作機械1を使用して、コンロッド20の大端穴23及び小端穴25を仕上げ加工する。

Description

コネクティングロッドの加工装置、及びコネクティングロッドの製造方法
 本発明は、ピストンとクランクシャフトとを連結するコネクティングロッド用の大端穴及び小端穴の仕上げ加工をするための加工装置、及びコネクティングロッドの製造方法に関する。
 自動車等のエンジンに使用されるコンロッド(コネクティングロッド)は、ピストンとクランクシャフトとを連結し、当該ピストンの往復運動を当該クランクシャフトの回転運動に代えるものであり、当該エンジンが搭載された自動車においては必須の部品となっている。例えば特許文献1においては、一般的なコンロッドの製造工程として、コンロッドキャップを含めた本体を一体成型し、コンロッドキャップとなる下部を切断した後に切断面を加工し、ボルト及びナットで締め付けた状態の大端部及び小端部の穴に対して真円加工を施し、成型されたコンロッドを分解してクランクシャフトに組み付ける作業が順次行われる。
 また、コンロッドの内径の仕上げ加工においては、NC(numerical control machining)加工が施される。例えば、NC工作機械の一例であるスピンドルユニットを使用し、コンロッドの大端部に形成された大端穴及びコンロッドの小端部に形成された小端穴に対して、当該スピンドルユニットの先端に装着された切削工具を回転させつつ通過させ、大端部及び小端部の内側面を例えば真円度6μm以下の真円状に切削加工する。
特開平11-108039号公報
 コンロッドは搭載されるエンジン及び車両のサイズに応じて様々な寸法及び仕様が存在しており、大端穴と小端穴との間隔もコンロッドに応じて異なっている。しかしながら、従来の仕上げ用の加工装置においては、種別の異なるコンロッドに対して仕上げ加工を行う場合に、大端穴用の回転切削工具の支持位置と小端穴用の回転切削工具の支持位置を作業者が再度調整して、装置仕様を切り替える必要があり、製造時間及び製造コストの増加につながっていた。
 本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、種別の異なるコネクティングロッドに対しても、容易且つ短時間で対応して仕上げ加工をすることができるコネクティングロッドの加工装置、及びコネクティングロッドの製造方法を提供することにある。
 上記の目的を達成するため、本発明のコネクティングロッドの加工装置は、コネクティングロッドを保持する保持部と、前記コネクティングロッドの大端部に形成された大端穴に挿入され、前記大端部の内側面を回転切削加工する第1回転切削工具と、前記コネクティングロッドの小端部に形成された小端穴に挿入され、前記小端部の内側面を回転切削加工する第2回転切削工具と、前記第1回転切削工具及び第2回転切削工具に回転駆動力を供給する回転駆動部と、前記第1回転切削工具及び第2回転切削工具の間隔を可変自在に支持する支持機構と、を有することを特徴とする。
 好ましくは、前記第1回転切削工具及び第2回転切削工具を前記コネクティングロッドに対して一体的に移動させる移動機構を更に有するとよい。
 好ましくは、前記第1回転切削工具は、前記大端穴に対して平行な状態で前記大端穴を通過し、前記第2回転切削工具は、前記小端穴に対して傾斜した状態で前記小端穴を通過するとよい。
 好ましくは、前記支持機構は、前記支持機構に対する前記第2回転切削工具の傾斜角度を調整する角度調整部を備えるとよい。
 好ましくは、前記コネクティングロッドの種別を判定する判定部と、前記判定部の判定結果に応じて、前記第1回転切削工具及び第2回転切削工具の間隔を調整するように前記支持機構を制御する制御部と、を更に有するとよい。
 また、本発明のコネクティングロッドの製造方法は、所定の開口寸法を備える大端穴が形成された大端部、前記大端穴よりも小なる開口寸法を備える小端穴が形成された小端部、及びこれらの間をつなぐロッド部からなるコネクティングロッドの製造方法であって、前記大端穴に第1回転切削工具を挿入し、前記小端穴に前記第1回転切削工具よりも加工径の小さい第2回転切削工具を挿入し、前記大端部の内側面及び前記小端部の内側面を回転切削加工する回転切削工程と、を含み、前記回転切削工程を行う前に、前記第1回転切削工具及び第2回転切削工具を可変自在に支持する支持機構による支持間隔を調整することを特徴とする。
 好ましくは、前記回転切削工程においては、前記第1回転切削工具及び第2回転切削工具を前記コネクティングロッドに対して一体的に移動させるとよい。
 好ましくは、前記回転切削工程においては、前記第1回転切削工具を前記大端穴に対して平行にして前記大端穴を通過させ、前記第2回転切削工具を前記小端穴に対して傾斜させて前記小端穴を通過させるとよい。
 好ましくは、前記コネクティングロッドの種別を判定する判定工程と、前記判定工程の判定結果に応じて、前記第1回転切削工具及び第2回転切削工具の間隔を調整する間隔調整工程と、を更に含むとよい。
 好ましくは、前記判定工程の判定結果に応じて、前記小端穴に対する前記第2回転切削工具の傾斜角度を調整する角度調整工程を更に有するとよい。
 本発明によれば、回転駆動部により第1回転切削工具及び第2回転切削工具を駆動して、第1回転切削工具によりコネクティングロッドにおける大端部の大端穴の内側面を回転切削加工し、第2回転切削工具によりコネクティングロッドにおける小端部の小端穴の内側面を回転切削加工することで、大端穴及び小端穴の仕上げ加工を行うことができる。第1回転切削工具及び第2回転切削工具は、支持機構によって間隔が可変自在に支持されるので、第1回転切削工具及び第2回転切削工具の間隔を変更することで、大端穴と小端穴との間隔が異なるような種別の異なるコネクティングロッドに対しても、容易且つ短時間で対応して仕上げ加工をすることができる。
本発明の一実施形態に係るNC工作機械におけるコラムの構造を示す斜視図である。 本実施形態のNC工作機械の全体概略構成図である。 コンロッドの外形図である。 本実施形態のNC工作機械の第2回転切削工具の支持部の構造を示す斜視図である。 回転切削工具の形状、及びコンロッドとの相対位置を示す説明図である。 回転切削加工による加工後の穴の形状を示す説明図である。
 以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
 図1は、本発明の一実施形態に係るNC工作機械におけるコラムの構造を示す斜視図である。図2は、本実施形態のNC工作機械の全体概略構成図である。図3は、コンロッド(コネクティングロッド)の外形図である。図4は、本実施形態のNC工作機械の第2回転切削工具の支持部の構造を示す斜視図である。
 本実施形態のNC工作機械(加工装置)は、回転駆動するスピンドルの軸線が横方向、詳しくは水平方向に延びるように配置された、所謂、横型のNC工作機械である。このNC工作機械は、エンジンに使用するコンロッドをワークとし、コンロッドにおける大端穴及び小端穴を精密に切削して仕上げる仕上げ加工に使用される。
 図1、2に示すように、NC工作機械1は、ベッド2の上面に左右方向に移動可能なコラム3(移動機構)が載置されている。コラム3は、図示しないアクチュエータによって左右方向に移動する。コラム3には、上下方向に並んで配置された2個のサドル4、5が備えられている。2個のサドル4、5のうち下側に配置される下サドル4は、アクチュエータ6によってコラム3に対して上下方向に移動可能に構成されている。2個のサドル4、5のうち上側に配置される上サドル5は、スライド部8の下端部に支持されている。スライド部8は、アクチュエータ7によって、コラム3に対して上下方向に移動可能に構成されている。なお、サドル4、5及びアクチュエータ6、7は、本発明の支持機構に該当する。
 下サドル4には、モータ10(回転駆動部)によって回転駆動されるスピンドル12が2個支持されている。また、上サドル5には、モータ11(回転駆動部)によって回転駆動されるスピンドル13が2個支持されている。各サドル4、5に夫々配置される2個のスピンドル12、13は、軸線が左右方向に延びるように配置され、互いに前後方向に平行に配置されている。
 スピンドル12、13の左側先端部には、回転切削工具14、15が着脱可能に固定されている。下サドル4に配置された2個のスピンドル12には、比較的大径の穴を切削する第1回転切削工具14が夫々固定される。上サドル5に配置される2個のスピンドル13には比較的小径の穴を切削する第2回転切削工具15が夫々固定される。
 コラム3の左方には、ベッド2に固定され、ワークであるコンロッド20を支持するワーク保持部18が備えられている。
 図3に示すように、コンロッド20は、ロッド部21の一端部である大端部22に大端穴23が備えられるとともに、ロッド部21の他端部である小端部24に大端穴23よりも開口寸法が小さい小端穴25が備えられて構成されている。コンロッド20の大端穴23にはエンジンのクランクシャフトが挿入され、小端穴25にはピストンピンが挿入される。
 また、コンロッド20には、上下方向の基準位置を規定する上下基準面26、左右方向の基準面を規定する左右基準面27、前後方向の基準面を規定する前後基準面28が備えられている。上下基準面26と大端穴23の軸線と小端穴25の軸線は互いに平行である。
 図2に示すように、ワーク保持部18は、コンロッド20を立設して大端穴23を下方に小端穴25を上方に位置するように保持することが可能となっている。このとき、コンロッド20は、大端穴23の軸線と小端穴25の軸線が左右水平方向に延びるように配置される。コンロッド20は、ワーク保持部18に設けられた図示しない基準面に各基準面26、27、28を合わせて、ワーク保持部18の規定の位置に保持される。ワーク保持部18は、前後方向に2個のコンロッド20を並べて保持可能である。
 そして、ワーク保持部18は、あらかじめ大端穴23及び小端穴25の要求される径よりもわずかに小径の穴を粗削り加工したコンロッド20を保持し、回転切削工具14、15を先端に装着したスピンドル12、13を回転させながら、コラム3をワーク保持部18に向かって左方に移動することで、第1回転切削工具14によってコンロッド20の大端穴23の内側面が精密に回転切削加工され、第2回転切削工具15によってコンロッド20の小端穴25の内側面が精密に回転切削加工される。したがって、本実施形態のNC工作機械1は、4個のスピンドル12、13を回転しながらコラム3を左方に移動させることで、2個のコンロッド20の大端穴23及び小端穴25を夫々同時に仕上げ加工することができる。
 なお、本実施形態のNC工作機械1は、ワークとして例えば所定数毎に大きさの異なるコンロッド20をワーク保持部18に搬送して加工するものであり、ワーク保持部18にコンロッド20の種別を検出するワーク検出センサ30(判定部)を備えている。
 ワーク検出センサ30は、例えばワークであるコンロッド20の重量を検出するセンサである。NC工作機械1の各アクチュエータを作動制御するコントロールユニット31(判定部、制御部)には、あらかじめコンロッド20の種別に応じた例えば大端穴23と小端穴25との間隔のような各種寸法が記憶されている。更に、コントロールユニット31には、コンロッド20の種別に応じて重量が記憶されている。
 コントロールユニット31は、ワーク検出センサ30により検出したワークの重量値より、コンロッド20の大きさで区分された種別を判定し、ワーク保持部18に保持されたコンロッド20の種別に合わせて、アクチュエータ6、7を作動させて上サドル5及び下サドル4の上下位置を自動的に調整する機能を有する。
 図4に示すように、本実施形態のNC工作機械1においては、スライド部8と上サドル5との間に角度調整ブロック40(角度調整部)が挟持されている。上サドル5の右端部とスライド部8の下端部とは、前後方向に延びるピン41を介して連結されている。また、スライド部8の左側の下端部には、水平方向に延びる下端面42が設けられている。一方、上サドル5の上部には、下端面42と対向した位置に上面43が形成されており、この上サドル5の上面43とスライド部8の下端面42との間に角度調整ブロック40が挟持される。
 スライド部8の下端面42と上サドル5の上面43とは例えば数cmの所定間隔Lbをおいて平行となるように設定されている。
 角度調整ブロック40は、例えば鋼材で形成された略矩形体状のブロック材であり、上面及び下面とは平行ではなく、所定間隔Lb離間した状態から、上面及び下面のいずれか一方が所定角θ1上下方向に傾斜するように形成されている。
 上サドル5の左部は、スライド部8の左側の下端部と、図示しないボルトによって角度調整ブロック40を挟んで固定される。このように上面と下面とが平行でない角度調整ブロック40を挟んで上サドル5を固定することで、上サドル5のスピンドル13の軸線が水平よりも所定角θ1傾斜するように配置される。
 図5は、回転切削工具14、15の形状、及びコンロッド20との相対位置を示す説明図である。図6は、回転切削加工による加工後の穴の形状を示す説明図である。なお、図5におけるコンロッド20は、図3に記載したA-A部の断面図である。
 図5に示すように、第1回転切削工具14及び第2回転切削工具15は、サドル4、5のスピンドル12、13と同軸に固定される軸部45、46と、軸部45、46の先端部において径方向外方に延びる切削チップ47、48を備えている。スピンドル12、13の回転に伴って軸部45、46が回転することで、切削チップ47、48が回転する。
 第1回転切削工具14の軸線は、ワーク保持部18に保持されたコンロッド20の大端穴23の軸線と同軸上に配置される。第2回転切削工具15の軸線は、ワーク保持部18に保持されたコンロッド20の小端穴25の軸線に対して所定角度θ1傾斜して配置されることになる。
 そして、スピンドル12、13を回転させながら、あらかじめ粗削り加工したコンロッド20の大端穴23及び小端穴25の内側面に接触させてコラム3を左方に移動させることで、コンロッド20の大端穴23及び小端穴25の内側面が切削チップ47、48によって切削される(回転切削工程)。したがって、回転する切削チップ47の先端の移動経路が大端穴23の加工径となり、切削チップ48の先端の移動経路が小端穴25の加工径となる。
 これにより、大端穴23は、第1回転切削工具14の切削チップ47の先端の回転径と同一の真円形状となる。一方、小端穴25は、第2回転切削工具15の切削チップ48の先端の回転径を長径とする楕円形状となる。
 ここで、図6を用いて、本実施形態のように第2回転切削工具15を傾斜して切削された穴が楕円形状となる説明をする。
 図6では、本実施形態のように第2回転切削工具15の軸線を移動方向から傾斜させた場合に形成される穴R1と、第2回転切削工具15の軸線を移動方向と同一にした場合に形成される穴R0の形状を示している。
 図6に示すように、第2回転切削工具15を移動方向から、即ち小端穴25の軸線から上下方向に傾斜させて形成した小端穴25に該当する穴R1と、移動方向から傾斜させないで形成した穴R0の左右方向の直径は同一となるが、第2回転切削工具15を上下方向に傾斜させた場合には、第2回転切削工具15の切削チップ48の先端が通過する軌跡が上下方向から傾斜するので、穴R1は左右方向の直径よりも上下方向に短い楕円形状となる。
 例えば、切削チップ48の先端の回転径Φ0とし、第2回転切削工具15の小端穴25の軸線からの傾斜角をθ1とすると、回転切削加工により形成される穴R1の上下方向の短径Φ1は、Φ1=cosθ1×Φ0より求められる。また、回転径Φ0と同一である穴R1の長径と短径Φ1との差ΔΦは、ΔΦ=Φ0-cosθ1×Φ0より求められる。
 なお、第2回転切削工具15の軸線を小端穴25の軸線と同一にした場合では第2回転切削工具15の切削チップ48の先端の軌跡が小端穴25の軸線を中心線とする螺旋状になるのに対し、第2回転切削工具15を傾斜した場合では、切削チップ48の先端の軌跡は小端穴25の軸線に対し中心線が傾斜した螺旋状となる。
 このように、エンジンのピストンピンが挿入されるコンロッド20の小端穴25を楕円形状にすることで、ピストンピンとコンロッド20の小端部24の内側面との間に部分的に微少な隙間が設けられる。そして、ピストンピンが受ける負荷によってピストンピンが形状変化することで、ピストンピンとコンロッド20の隙間に潤滑油が吸引され、ピストンピンとコンロッド20の小端部24との間の潤滑性を向上させることができる。また、コンロッド20の小端穴25を楕円形状にすることで、負荷を受けて真円状からわずかに楕円形状に変形するピストンピンと小端部24との接地面を、小端穴25を真円状に形成した場合よりも大きくすることができる。したがって、ピストンピンとコンロッド20の小端部24との間の最小油圧膜領域を拡大することができ、コンロッド20の小端部24における焼き付きを抑制することができる。このように、ピストンピンが挿入されるコンロッド20の小端穴25を楕円形状にすることで、摩擦を抑制することができ、コンロッド20を使用したエンジンの燃費性能を向上させることができる。
 本実施形態のNC工作機械1を使用したコンロッド20の製造方法は、上記の回転切削工程を実施する前に、コンロッド20の種別に合わせた第1回転切削工具14及び第2回転切削工具15をコラム3に固定する工具交換工程を有する。更に、本実施形態では、回転切削工程の前に、コンロッドの種別を判定する判定工程、第1回転切削工具14と第2回転切削工具15との間隔を調整する間隔調整工程、第2回転切削工具15の傾斜角度を調整する角度調整工程を有する。
 判定工程は、上記のようにコントロールユニット31において、ワーク検出センサ30により検出したワークの重量値より、コンロッド20の大きさで区分された種別を判定する。
 間隔調整工程は、上記のようにコントロールユニット31において、判定工程にて判定したコンロッド20の種別に応じてアクチュエータ6、7を作動制御して上サドル5及び下サドル4を上下作動させ、第1回転切削工具14と第2回転切削工具15との間隔をコンロッド20の大端穴23と小端穴25との間隔に一致させるように調整する。
 角度調整工程は、判定工程において判定したコンロッド20の種別に応じて、上サドル5に設けた第2回転切削工具15の傾斜角度を調整する。ここで、第2回転切削工具15の傾斜角度を調整するには、加工するコンロッド20の種別に合わせてあらかじめ用意されている角度調整ブロック40を、作業者が上サドル5とスライド部8との間に挟ませることで行えばよい。また、判定工程において判定したコンロッド20の種別を表示する表示装置を備えていれば、この表示されたコンロッド20の種別に応じて作業者が角度調整ブロック40を選択して交換することができるので、角度調整ブロック40を間違えずに角度調整を正確に行うことができる。
 以上のように、本実施形態のNC工作機械1は、ベッド2上に立設するコラム3に上下方向に離間して上サドル5及び下サドル4が備えられており、下サドル4には第1回転切削工具14が支持され、上サドル5には第2回転切削工具15が支持されている。第1回転切削工具14及び第2回転切削工具15を回転させながら、コラム3をワーク保持部に保持したコンロッド20に向かって移動させて、第1回転切削工具14の切削チップ47を大端穴23に対して平行な状態で通過させ、また第2回転切削工具15の切削チップ48を小端穴25に対して通過させる回転切削工程を実施することで、コンロッド20の大端穴23と小端穴25を仕上げ加工することができる。
 更に、本実施形態では、上サドル5及び下サドルがコラム3に対して上下方向に移動可能であり、第1回転切削工具14と第2回転切削工具15との間隔を調整可能であるので、種別の異なるコンロッド20に対しても、容易且つ短時間で対応して仕上げ加工をすることができる。
 また、第1回転切削工具14及び第2回転切削工具15はいずれもコラム3に備えられているので、回転切削工程において、コラム3をワーク保持部に保持したコンロッド20に向かって移動させることで、第1回転切削工具14及び第2回転切削工具15を一体的に移動させ、コンロッド20の大端穴23と小端穴25を同時に仕上げ加工することができる。
 このようにコンロッド20の大端穴23と小端穴25を同時に仕上げ加工することで、大端穴23及び小端穴25の位置度公差及び寸法精度を優れたものにすることができ、特に大端穴23と小端穴25との間の位置度公差を容易にかつ良好に確保することができる。
 また、NC工作機械1は、コラム3のスライド部8と上サドル5との間に傾斜面を有する角度調整ブロック40が挟持されており、角度調整ブロック40の傾斜面が挟まれることで、コラム3に対して上サドル5が傾斜した状態で固定される。これにより第2回転切削工具15が小端穴25に対して傾斜した状態で小端穴25を通過するので、小端穴25を容易に楕円形状に仕上げることができる。
 また、回転切削工程における小端穴25の仕上げ加工の際に、コラム3に対して上サドル5が傾斜して固定されており、コラム3をコンロッド20に向かって移動させるだけで、上サドル5に支持された第2回転切削工具15によって小端穴25を楕円形状にすることができるので、小端穴25を楕円形状にするために第2回転切削工具15を上下方向または前後方向に移動制御する必要がない。したがって、NC工作機械1の構造を簡素化することができるとともに、制御を簡単なものにするができ、更には小端穴25の楕円形状の精度を向上させることができる。
 また、本実施形態ではコンロッド20の小端穴25を楕円形状に加工することで、例えば真円に加工した小端穴25にブッシュを嵌入してその内側面を楕円形状にするよりも部品点数を抑制することができ、コスト及び重量の低減を図ることができる。
 また、本実施形態では角度調整工程において、コンロッド20の種別に合わせてあらかじめ用意しておいた角度調整ブロック40を、コラム3のスライド部8と上サドル5との間に挟持させるといった簡単な作業で、第2回転切削工具15の傾斜角度の調整を容易に行うことができる。また、角度調整ブロック40に設けた傾斜面の製作精度によって第2回転切削工具15の傾斜角度の精度が規定されるので、小端穴25の小径及び大径の加工後の寸法精度を優れたものにすることができる。
 なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。
 例えば上記実施形態では、上サドル5及び下サドル4の両方がコラム3に対して夫々上下方向に移動可能であるが、ワーク保持部18においてコンロッド20をベッド2に対して上下位置を調整して保持できる構成であれば、下サドル4をコラム3に固定し上サドル5のみ上下方向に移動可能な構成にしてもよい。これにより、NC工作機械1におけるコラム3の構成を簡単にすることができる。
 また、本実施形態では、角度調整ブロック40を使用して上サドル5を傾斜させているが、角度調整ブロック40を使用しなくても傾斜角度を変更させる機構を備えていればよい。例えばアクチュエータによってスライド部8に対して上サドル5の傾斜角を調整する機構を備え、コントロールユニット31が判定工程において判定したコンロッド20の種別に応じて当該アクチュエータを制御して、第2回転切削工具15の傾斜角を自動的に調整するようにしてもよい。これにより、種別の異なるコンロッドに合わせて、容易に傾斜角の角度調整を行うことができる。
 また、上述した実施形態において、第1回転切削工具14及び第2回転切削工具15の詳細な形状については適宜変更してもよい。また、NC工作機械1の詳細な構成についても適宜変更してもよい。
  1 NC工作機械(加工装置)
  3 コラム(移動機構)
  4、5 サドル(支持機構)
  6、7 アクチュエータ(支持機構)
  10、11 モータ(回転駆動部)
  14 第1回転切削工具
  15 第2回転切削工具
  18 ワーク保持部(保持部)
  20 コンロッド(コネクティングロッド)
  22 大端部
  23 大端穴
  24 小端部
  25 小端穴
  30 ワーク検出センサ(判定部)
  31 コントロールユニット(判定部、制御部)
  40 角度調整ブロック(角度調整部)

 

Claims (10)

  1.  コネクティングロッドを保持する保持部と、
     前記コネクティングロッドの大端部に形成された大端穴に挿入され、前記大端部の内側面を回転切削加工する第1回転切削工具と、
     前記コネクティングロッドの小端部に形成された小端穴に挿入され、前記小端部の内側面を回転切削加工する第2回転切削工具と、
     前記第1回転切削工具及び第2回転切削工具に回転駆動力を供給する回転駆動部と、
     前記第1回転切削工具及び第2回転切削工具の間隔を可変自在に支持する支持機構と、を有するコネクティングロッドの加工装置。
  2.  前記第1回転切削工具及び第2回転切削工具を前記コネクティングロッドに対して一体的に移動させる移動機構を更に有する請求項1に記載のコネクティングロッドの加工装置。
  3.  前記第1回転切削工具は、前記大端穴に対して平行な状態で前記大端穴を通過し、
     前記第2回転切削工具は、前記小端穴に対して傾斜した状態で前記小端穴を通過する請求項1又は2に記載のコネクティングロッドの加工装置。
  4.  前記支持機構は、前記支持機構に対する前記第2回転切削工具の傾斜角度を調整する角度調整部を備える請求項1乃至3のいずれか1項に記載のコネクティングロッドの加工装置。
  5.  前記コネクティングロッドの種別を判定する判定部と、
     前記判定部の判定結果に応じて、前記第1回転切削工具及び第2回転切削工具の間隔を調整するように前記支持機構を制御する制御部と、を更に有する請求項1乃至4のいずれか1項に記載のコネクティングロッドの加工装置。
  6.  所定の開口寸法を備える大端穴が形成された大端部、前記大端穴よりも小なる開口寸法を備える小端穴が形成された小端部、及びこれらの間をつなぐロッド部からなるコネクティングロッドの製造方法であって、
     前記大端穴に第1回転切削工具を挿入し、前記小端穴に前記第1回転切削工具よりも加工径の小さい第2回転切削工具を挿入し、前記大端部の内側面及び前記小端部の内側面を回転切削加工する回転切削工程と、を含み、
     前記回転切削工程を行う前に、前記第1回転切削工具及び第2回転切削工具を可変自在に支持する支持機構による支持間隔を調整するコネクティングロッドの製造方法。
  7.  前記回転切削工程においては、前記第1回転切削工具及び第2回転切削工具を前記コネクティングロッドに対して一体的に移動させる請求項6に記載のコネクティングロッドの製造方法。
  8.  前記回転切削工程においては、前記第1回転切削工具を前記大端穴に対して平行にして前記大端穴を通過させ、前記第2回転切削工具を前記小端穴に対して傾斜させて前記小端穴を通過させる請求項6又は7に記載のコネクティングロッドの製造方法。
  9.  前記コネクティングロッドの種別を判定する判定工程と、
     前記判定工程の判定結果に応じて、前記第1回転切削工具及び第2回転切削工具の間隔を調整する間隔調整工程と、を更に含み請求項6乃至8いずれか1項に記載のコネクティングロッドの製造方法。
  10.  前記判定工程の判定結果に応じて、前記小端穴に対する前記第2回転切削工具の傾斜角度を調整する角度調整工程を更に有する請求項9に記載のコネクティングロッドの製造方法。
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