(57)【要約】【課題】回転中のワークの遠心力による変形を押圧力によって補正してワークの旋削加工を行うクランクシャフト製造装置を提供すること。【解決手段】チャック装置３は、ワーク２０を軸方向で保持するとともに、ワーク２０に押圧力を加える。回転機構１は、ワーク２０を回転させる。工具２は、ワーク２０の軸方向に移動可能に構成され、ワーク２０を旋削する。回転速度検出部４は、回転機構１の回転速度を検出する。回転数算出部５は、ワーク２０の非加工部の直径と検出された回転機構１の回転速度とから、ワーク２０の回転数を算出する。変形量算出部６は、ワーク２０の剛性、ワーク２０の重心位置及び算出されたワーク２０の回転数に基づいて、遠心力によるワーク２０の変形量を算出する。押圧力制御部７は、算出された変形量に基づいて、ワーク２０に加える押圧力を制御する。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを前記ワークの軸方向で保持するとともに、前記ワークに押圧力を加えるチャック装置と、
前記ワークを回転させる回転機構と、
前記ワークの軸方向に移動可能に構成され、前記ワークを旋削する工具と、
前記回転機構の回転速度を検出する回転速度検出部と、
前記ワークの非加工部の直径と、検出された前記回転機構の回転速度と、から前記ワークの回転数を算出する回転数算出部と、
前記ワークの剛性、前記ワークの重心位置及び算出された前記ワークの回転数に基づいて、遠心力による前記ワークの変形量を算出する変形量算出部と、
算出された変形量に基づいて、前記ワークに加える押圧力を制御する押圧力制御部と、を備える、
クランクシャフト製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランクシャフト製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、クランクシャフトは、加工前のワークを回転させつつ切削又は研削することで製造される。このようなクランクシャフトの製造方法として、ターニング＆ブローチングマシンの一例が提案されている（特許文献１）。このターニング＆ブローチングマシンは、第１及び第２エンコーダと、第１及び第２振動センサと、制御部と、を有している。第１及び第２エンコーダは、素材クランクシャフトの回転中に、回転軸を中心とする素材クランクシャフトの位相を検出し、検出された位相を示す位相データを出力する。第１及び第２振動センサは、素材クランクシャフトの回転中に、径方向における素材クランクシャフトの振動を検出し、検出された振動を示す振動データを出力する。制御部は、位相データと振動データとに基づいて、素材クランクシャフトの回転アンバランス量を算出する。これにより、加工中にアンバンランス量をフィードバックすることで、修正を加えながら加工を行えるので、不良品の数を減少させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−４４２４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記のクランクシャフトの製造方法のようにアンバランス量を補正したとしても、クランクシャフトのワークの重心が中心軸からずれてしまう。そのため、このまま旋削加工を行うと、重心のずれによって、回転中のワークが遠心力によって変形してしまい、加工部位が中心軸に対して傾いてしまう。これにより、ワークの旋削加工時の軸振れ精度が劣化してしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様であるクランクシャフト製造装置は、ワークを前記ワークの軸方向で保持するとともに、前記ワークに押圧力を加えるチャック装置と、前記ワークを回転させる回転機構と、前記ワークの軸方向に移動可能に構成され、前記ワークを旋削する工具と、前記回転機構の回転速度を検出する回転速度検出部と、前記ワークの非加工部の直径と、検出された前記回転機構の回転速度と、から前記ワークの回転数を算出する回転数算出部と、前記ワークの剛性、前記ワークの重心位置及び算出された前記ワークの回転数に基づいて、遠心力による前記ワークの変形量を算出する変形量算出部と、算出された変形量に基づいて、前記ワークに加える押圧力を制御する押圧力制御部と、を有するものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、回転中のワークの遠心力による変形を押圧力によって補正してワークの旋削加工を行うクランクシャフト製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】クランクシャフトの一例を示す図である。
【図２】クランクシャフトを旋削加工で製造する場合の面精度の加工周速依存性を示す図である。
【図３】Ｌ３クランクにおける重量バランスを示す図である。
【図４】Ｌ４クランクにおける重量バランスを示す図である。
【図５】遠心力によるワークの変形の一例を示す図である。
【図６】押圧力によるワークの変形の一例を示す図である。
【図７】押圧力を制御することで遠心力による変形が相殺されたワークの一例を示す図である。
【図８】実施の形態１にかかるクランクシャフト製造装置の構成を模式的に示す図である。
【図９】実施の形態１にかかるクランクシャフト製造装置の押圧力制御動作を示す図である。
【図１０】単純支持梁の遠心力による変形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
実施の形態１
本実施の形態では、ワークを回転させながら切削する旋削加工によってクランクシャフトを製造する場合、回転によってワークに遠心力が加わって生じるワークの変形を補正するクランクシャフト製造装置について説明する。以下、ワーク２０が遠心力によって変形するメカニズムについて説明する。
【０００９】
図１は、クランクシャフトの一例を示す図である。図１では、ワーク２０は、Ｌ３クランクを製造するためのワークとして構成されている。クランクシャフトを製造するには、必要とされる面精度を実現するため、切削工具の刃先における周速を所定速度以上にする必要がある。図２に、クランクシャフトを旋削加工で製造する場合の面精度の加工周速依存性を示す。面精度は、周速が速くなるにしたがって、高精度で安定する。一般に、面精度が規格値より小さな領域で、クランクシャフトを切削する工具の耐久性などを考慮して、加工に用いられる周速が決定される。また、ワーク２０を保持するため、ワーク２０には、後述するチャック装置から軸方向に沿った押圧力ＰＦが加えられている。
【００１０】
しかし、Ｌ３クランクのように、カウンターウェイトがアンバランスに配置されている場合には、重量バランスがアンバランスとなる。図３に、Ｌ３クランクにおける重量バランスを示す。図３に示すように、Ｌ３クランクでは、リヤ側２１とフロント側２２の重量バランスは、逆位相となっている。
【００１１】
ここで、クランクシャフトにアンバランスが生じない比較例として、Ｌ４クランクについて説明する。図４に、Ｌ４クランク３０における重量バランスを示す。リヤ側３１及びフロント側３２ともに、重量のバランス位置が中心軸、すなわち回転軸と一致している。なお、図４において、重量バランスを示す点は、チャート中心付近に白点として表示している。
【００１２】
図３で説明したような、アンバランスが生じているクランクシャフトを旋削加工で製造しようとすると、回転による遠心力に起因する変形が生じてしまう。図５は、遠心力によるワークの変形の一例を示す図である。図５では、実線が変形後のワーク２０の形状を表し、二点鎖線が変形前のワーク２０の形状を表している。図５に示すように、Ｌ３クランクであるワーク２０に設けられたカウンターウェイトには遠心力が加わるため、対向配置された２枚のカウンターウェイト２３及び２４を連結するクランクピン２５を基点として、カウンターウェイト２３及び２４の間の距離が広がるように変形する。その結果、ワーク２０の加工部であるフロント側２２の軸部が回転軸に対して傾いてしまい、旋削加工による面精度の低下を招いてしまう。なお、図５においては、代表となるカウンターウェイトとクランクピンのみに符号を付しているが、符号を付したもの以外の他のカウンターウェイトについても同様の変形が生じることはいうまでもない。
【００１３】
次いで、ワーク２０の変形と押圧力との関係について検討する。図６は、押圧力によるワークの変形の一例を示す図である。図６では、実線が変形後のワーク２０の形状を表し、二点鎖線が変形前のワーク２０の形状を表している。図６に示すように、ワーク２０の軸部には、両端から押圧力が加わり、ワーク２０は変形する。このとき、ワーク２０は、対向配置された２枚のカウンターウェイトを連結する軸部を基点として、カウンターウェイトの距離が狭まるように変形する。つまり、押圧力によるワーク２０の変形は、遠心力によるワークの変形と逆であることがわかる。その結果、ワーク２０の加工部であるフロント側２２の軸部が、回転軸に対して遠心力による変形の場合とは反対方向に傾くこととなる。なお、図６においては、代表となるカウンターウェイトとクランクピンのみに符号を付しているが、符号を付したもの以外の他のカウンターウェイトについても同様の変形が生じることはいうまでもない。
【００１４】
なお、図６では、押圧力による変形量をわかりやすくするため、大きな押圧力を加えた例について表示しているが、通常の旋削加工を行う際に加えられる押圧力は、ワーク２０の加工精度を劣化させない程度の大きさに設定される。
【００１５】
以上より、本実施の形態では、ワーク２０の旋削加工の際に、遠心力による変形が相殺されるように押圧力を制御することで、ワーク２０の変形を相殺する。図７に、押圧力を制御することで遠心力による変形が相殺されたワークの一例を示す図である。図７では、実線が変形を相殺した後のワーク２０の形状を表し、二点鎖線が変形前のワーク２０の形状を表している。図７に示すように、押圧力を制御して遠心力による変形を相殺することで、ワーク２０の加工部である軸部が回転軸に対して並行となり、回転軸を中心として回転するようになる。これにより、ワーク２０の旋削加工時の軸振れ精度を向上させることができる。
【００１６】
以下、実施の形態１にかかるクランクシャフト製造装置１０について説明する。図８は、実施の形態１にかかるクランクシャフト製造装置の構成を模式的に示す図である。図９は、実施の形態１にかかるクランクシャフト製造装置の押圧力制御動作を示す図である。クランクシャフト製造装置１０は、回転機構１、工具２、チャック装置３、回転速度検出部４、回転数算出部５、変形量算出部６及び押圧力制御部７を有する。
【００１７】
チャック装置３は、ワーク２０を回転軸方向でチャックするように構成される。図８では、チャック装置３はチャック３Ａ及び３Ｂを有し、チャック３Ａがワーク２０のリヤ側２１の一端をチャックし、チャック３Ｂがワーク２０のフロント側２２の一端をチャックしている。この例では、チャック３Ｂは、例えばワーク２０のフロント側２２の端部に設けられた孔部に突起を挿入することでワーク２０を回転可能に保持する構成としてもよい。
【００１８】
回転機構１は、ワーク２０の軸方向を回転軸として、ワーク２０を回転可能に構成される。図１では、回転機構１は、チャック３Ａに接合された軸部材により構成される。この軸部材は、例えばモータなどの駆動装置（不図示）によってワーク２０の軸方向を回転軸として回転することで、ワーク２０が回転する。図８では、駆動装置を表示していないが、ここでいう回転機構に駆動装置が含まれるものとして取り扱ってもよい。
【００１９】
工具２は、ワーク２０の軸方向及び径方向に移動が可能な切削工具であり、先端に設けられた刃がワーク２０の表面に押し付けられることで、ワーク２０が切削される。
【００２０】
回転速度検出部４は、ワーク２０の非加工部の回転機構の回転速度Ｖｒを検出可能に構成される。
【００２１】
回転数算出部５は、ワーク２０の加工部である軸部（旋削加工後に残存する軸部）の直径Ｄと回転速度検出部４が検出した回転速度Ｖｒから、ワーク２０の回転数ＮＲを算出する。
【００２２】
変形量算出部６は、ワーク２０の諸元と回転数ＮＲとから、ワーク２０に加わる遠心力を算出し、算出した遠心力によるワーク２０の変形量を算出する。
【００２３】
説明の簡略化のため、単純支持梁の例における遠心力による変形量算出について説明する。図１０は、単純支持梁の遠心力による変形を示す図である。図１０では、長さＬ、高さＨ、奥行きＢの単純支持梁に剪断方向からのクランプ力（すなわち遠心力）Ｆが加わる場合を想定している。単純支持梁のヤング率をＥ、単純支持梁の２次モーメントをＩとすると、変形量σの最大値は、以下の式（１）で表される。
【数１】
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【００２４】
ワーク２０の変形量を具体的に算出するには、上述の（１）式を用いたＣＡＥ（Computer Aided Engineering）解析によってワーク２０の変形解析を行うことで、ワーク２０の変形量を推定することができる。換言すれば、遠心力によるワーク２０の変形量は、回転数、ワーク２０の剛性（ヤング率）及びワーク２０の重量アンバランスから算出することが可能である。なお、ワーク２０の重量アンバランスは、ワーク２０の形状とワーク２０の材料特性（例えば密度）とから重心位置を算出することで求めることが可能である。
【００２５】
また、旋削加工においては、チャック装置３を介して、ワーク２０を保持するための押圧力が加えられる。図６を参照して説明したように、押圧力によってもワーク２０は変形するため、変形量算出部６は、遠心力の場合と同様に、押圧力による変形量を算出する。
【００２６】
そして、変形量算出部６は、遠心力による変形量と押圧力による変形量とを合算して、旋削加工による変形量を算出する。しかしながら、押圧力による変形量は、通常は遠心力による変形量よりも小さいので、ここで算出されるワーク２０の変形量は実質的に遠心力による変形量であるものとして取り扱ってもよい。
【００２７】
押圧力制御部７は、算出された変形量に基づいて、変形を相殺するための押圧力を決定する。そして、押圧力制御部７は、算出した押圧力がワーク２０に加わるように、チャック装置３からワーク２０に加わる押圧力ＰＦを制御する。これにより、遠心力によるワーク２０の変形が相殺される。
【００２８】
以上、本構成によれば、ワークの旋削加工時に遠心力によって生じる変形を、ワークに加える押圧量を制御することで相殺し、加工精度を向上させることができるクランクシャフト製造装置を実現することができる。加えて、押圧力を制御するだけでよいので、クランクシャフト製造装置に特別な機構などを追加することなく、遠心力によるワークの変形を相殺することができる。
【００２９】
また、本構成によれば、旋削加工でクランクシャフトを製造できるので、研削加工と比べて、より低コストにクランクシャフトを製造できる点で有利である。
【００３０】
その他の実施の形態
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上述の実施の形態では周速について説明したが、例えば工具の靭性を低くすることで、旋削加工時の周速を低下させることも可能である。これにより、遠心力によるワークの変形を相殺するための押圧力を小さくしてもよい。
【００３１】
また、チャック装置がワークを確実に保持できるように必要な押圧力をワークに加えるために、適宜ワーク材料の剛性を選択してもよい。
【符号の説明】
【００３２】
１  回転機構
２  工具
３  チャック装置
３Ａ  チャック
３Ｂ  チャック
４  回転速度検出部
５  回転数算出部
６  変形量算出部
７  押圧力制御部
１０  クランクシャフト製造装置
２０  ワーク
２１  リヤ側
２２  フロント側
２３、２４  カウンターウェイト
２５  クランクピン
３０  Ｌ４クランク
３１  リヤ側
３２  フロント側
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2018118342.tif 000011
【図９】
2018118342.tif 000012
【図１０】
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