(57)【要約】鋳造されたシリンダブロック（６０）にボア（６１，６２，６３，６４）の内径加工を行う非真円形穴加工装置（１）は、鋳造の際にシリンダブロック（６０）に残留する応力に基づく応力変形量を、シリンダブロック（６０）の部位毎に記憶する応力変形量対応テーブル（４０６）と、この応力変形量対応テーブル（４０６）から読み出した応力変形量に基づいて加工形状を予測する加工形状予測部（４０２）と、予測された加工形状を目標形状に対して反転し、ワークに対して反転加工を行うモータ制御部（４０３）と、を備える。
2015016224.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造ワークに内径加工する円形穴加工方法であって、
前記鋳造ワークの部位毎の応力変形量を記憶する第１マスターデータを備え、
前記内径加工に際して、前記第１マスターデータから読み出した応力変形量に基づいて前記鋳造ワークの加工形状を予測する工程と、
前記工程により予測された加工形状を目標形状に対して反転した反転形状が形成されるように前記鋳造ワークに対して内径加工を行う工程と、
を含むことを特徴とする円形穴加工方法。
【請求項２】
前記内径加工の際に刃先に掛かる加工負荷に対応する加工負荷データを取得する工程を更に備え、
前記鋳造ワークの加工形状を予測する工程は、前記加工負荷データに対応した鋳造ワークの弾性変形量、及び前記応力変形量に基づいて、前記鋳造ワークの加工形状を予測する、
ことを特徴とする請求項１に記載の円形穴加工方法。
【請求項３】
前記加工負荷データを取得する工程は、直前の鋳造ワークを加工する際のトルク変動に基づいて前記加工負荷データを取得することを特徴とする請求項２に記載の円形穴加工方法。
【請求項４】
鋳造ワークの加工台数と刃先の摩耗量に応じた加工負荷とを対応付けた第２マスターデータを備え、
前記加工負荷データを取得する工程は、加工台数に応じた加工負荷を前記第２マスターデータから読み出すことで前記加工負荷データを取得する、請求項２に記載の円形穴加工方法。
【請求項５】
前記内径加工は、ボーリング用刃具を用いて行うことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の円形穴加工方法。
【請求項６】
鋳造ワークに内径加工する円形穴加工装置であって、
前記鋳造ワークの部位毎の応力変形量を記憶する第１マスターデータと、
前記内径加工に際して、前記第１マスターデータから読み出した応力変形量に基づいて前記鋳造ワークの加工形状を予測する加工形状予測部と、
予測された加工形状を目標形状に対して反転した反転形状が形成されるように前記鋳造ワークに対して内径加工を行うモータ制御部と、
を備えることを特徴とする円形穴加工装置。
【請求項７】
前記内径加工の際に刃先に掛かる加工負荷に対応する加工負荷データを取得する加工負荷データ取得部を更に備え、
前記加工形状予測部は、前記加工負荷データに対応した鋳造ワークの弾性変形量、及び前記応力変形量に基づいて、前記鋳造ワークの加工形状を予測する、
ことを特徴とする請求項６に記載の円形穴加工装置。
【請求項８】
前記加工負荷データ取得部は、直前の鋳造ワークを加工する際のトルク変動に基づいて前記加工負荷データを取得することを特徴とする請求項７に記載の円形穴加工装置。
【請求項９】
鋳造ワークの加工台数と刃先の摩耗量に応じた加工負荷とを対応付けた第２マスターデータを備え、
前記加工負荷データ取得部は、加工台数に応じた加工負荷を前記第２マスターデータから読み出すことで前記加工負荷データを取得する、請求項７に記載の円形穴加工装置。
【請求項１０】
ボーリング用刃具を用いた加工装置であることを特徴とする請求項６から９の何れかに記載の円形穴加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円形穴加工方法及び円形穴加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。【０００３】
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。【０００４】
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。【０００５】
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１，２参照）。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真円形となる。この断面非真円形状のボアの全体形状を測定して、ＮＣデータを生成しておく。【０００６】
このＮＣデータは、具体的には、ダミーヘッドを取り外して断面非真円形状となったボアに対して、ボアの軸線に沿って所定間隔おきに測定点を設定し、各測定点でのボアの断面形状を測定したものである。【０００７】
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、未加工のシリンダブロックのボーリング加工を行って、非真円形状のボアを形成する。
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−３１３６１９号公報
【特許文献２】国際公開第２００９／１２５６３８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１，２の手法によれば、シリンダヘッド装着時に真円形状となるようにシリンダブロックのボアを加工することができるものの、近年では、加工精度を高める更なる工夫が求められている。すなわち、シリンダブロックは、高温で熱したアルミ合金等の金属を金型に流し込み冷却することで成型（鋳造）するものの、シリンダブロックには鋳造時に応力が残留し、この残留応力がボーリング（切削）加工により開放され、加工精度が低下してしまう。
この点、特許文献１，２の手法では、シリンダヘッド装着に伴う変形に着目しており、鋳造に伴う応力を考慮していなかった。【００１０】
ここで、鋳造に伴う応力による加工精度の低下を防止するため、切削の取代を小さくし、応力開放の影響を受けにくくする対応も考えられるが、取代を小さくした分だけ他の工程に影響を与えてしまう。すなわち、切削工程を荒工程及び仕上工程のような複数の工程に分割する必要や、切削工程の後に行う研磨工程において取代を大きくする必要等があり、全体のサイクルタイムが増大してしまう。【００１１】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、鋳造に伴う残留応力に関わらず精度良く加工可能な円形穴加工方法及び円形穴加工装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（１）鋳造ワーク（例えば、後述のシリンダブロック）に内径加工する円形穴加工方法であって、前記鋳造ワークの部位毎の応力変形量を記憶する第１マスターデータ（例えば、後述の応力変形量対応テーブル４０６）を備え、前記内径加工に際して、前記第１マスターデータから読み出した応力変形量に基づいて前記鋳造ワークの加工形状を予測する工程（例えば、後述の加工形状予測部４０２が実行する工程）と、前記工程により予測された加工形状を目標形状に対して反転した反転形状が形成されるように前記鋳造ワークに対して内径加工を行う工程（例えば、後述のモータ制御部４０３が実行する工程）と、を含むことを特徴とする円形穴加工方法。【００１３】
（１）の円形穴加工方法によれば、予め鋳造ワークの部位毎の応力変形量を第１マスターデータとして設けておき、内径加工に伴い鋳造ワークがどの程度応力変形するか予測可能にした。そして、予め予測した応力変形分だけ目標形状に対して反転し、鋳造ワークに対して内径加工を行う。これにより、鋳造の際に発生した応力に基づく誤差を相殺することができ、内径加工の精度を向上することができる。また、切削の取代を小さくし、開放する応力を小さくするといったことを行う必要がなく、サイクルタイムを抑えることができ、生産性を向上させることができる。【００１４】
（２）前記内径加工の際に刃先（例えば、後述の切削バイト１３の刃先）に掛かる加工負荷に対応する加工負荷データを取得する工程（例えば、後述の加工負荷データ取得部４０４が実行する工程）を更に備え、前記鋳造ワークの加工形状を予測する工程は、前記加工負荷データに対応した鋳造ワークの弾性変形量、及び前記応力変形量に基づいて、前記鋳造ワークの加工形状を予測することを特徴とする（１）に記載の円形穴加工方法。【００１５】
（２）の円形穴加工方法によれば、刃先に掛かる加工負荷に対応する加工負荷データを取得し、この加工負荷データによりワークに生じる弾性変形を加味してワークの加工形状を予測する。そして、この予測した加工形状を目標形状に対して反転して、ワークに対して加工を行う。これにより、鋳造の際に発生した応力だけでなく、加工負荷の増大に伴いワークに生じる弾性変形に基づく誤差を相殺することができる。その結果、刃先の摩耗度合いに関わらず、精度良くワークに対して円形の穴を加工することができる。また、刃先の交換頻度を抑えることができ、コストを低く抑えることができる。また、刃先の摩耗度合いに応じて切削の取代を小さくする必要もなく、サイクルタイムを抑えることができ、生産性を向上させることができる。【００１６】
（３）前記加工負荷データを取得する工程は、直前の鋳造ワークを加工する際のトルク変動に基づいて前記加工負荷データを取得することを特徴とする（２）に記載の円形穴加工方法。【００１７】
（３）の円形穴加工方法によれば、トルク変動から所定の演算で加工負荷データを算出できるため、マスターデータを予め用意する必要がない。【００１８】
（４）鋳造ワークの加工台数と刃先の摩耗量に応じた加工負荷とを対応付けた第２マスターデータ（例えば、後述の加工台数負荷対応テーブル４０７）を備え、前記加工負荷データを取得する工程は、加工台数に応じた加工負荷を前記第２マスターデータから読み出すことで前記加工負荷データを取得する（２）に記載の円形穴加工方法。【００１９】
（４）の円形穴加工方法によれば、適切なマスターデータを一度用意してしまえば、オートマチックに加工を進めることができる。【００２０】
（５）前記内径加工は、ボーリング用刃具を用いて行うことを特徴とする（１）から（４）の何れかに記載の円形穴加工方法。【００２１】
（５）の円形穴加工方法によれば、刃先の摩耗が著しいボーリング用刃具を用いた加工において、刃先の摩耗に関わらず加工精度を向上させることができ好適である。【００２２】
（６）鋳造ワーク（例えば、後述のシリンダブロック）に内径加工する円形穴加工装置（例えば、後述の非真円形穴加工装置１）であって、前記鋳造ワークの部位毎の応力変形量を記憶する第１マスターデータ（例えば、後述の応力変形量対応テーブル４０６）と、前記内径加工に際して、前記第１マスターデータから読み出した応力変形量に基づいて前記鋳造ワークの加工形状を予測する加工形状予測部（例えば、後述の加工形状予測部４０２）と、予測された加工形状を目標形状に対して反転した反転形状が形成されるように前記鋳造ワークに対して内径加工を行うモータ制御部（例えば、後述のモータ制御部４０３）と、を備えることを特徴とする円形穴加工装置。【００２３】
（７）前記内径加工の際に刃先に掛かる加工負荷に対応する加工負荷データを取得する加工負荷データ取得部（例えば、後述の加工負荷データ取得部４０４）を更に備え、前記加工形状予測部は、前記加工負荷データに対応した鋳造ワークの弾性変形量、及び前記応力変形量に基づいて、前記鋳造ワークの加工形状を予測することを特徴とする（６）に記載の円形穴加工装置。【００２４】
（８）前記加工負荷データ取得部は、直前の鋳造ワークを加工する際のトルク変動に基づいて前記加工負荷データを取得することを特徴とする（７）に記載の円形穴加工装置。【００２５】
（９）鋳造ワークの加工台数と刃先の摩耗量に応じた加工負荷とを対応付けた第２マスターデータ（例えば、後述の加工台数負荷対応テーブル４０７）を備え、前記加工負荷データ取得部は、加工台数に応じた加工負荷を前記第２マスターデータから読み出すことで前記加工負荷データを取得する（７）に記載の円形穴加工装置。【００２６】
（１０）ボーリング用刃具を用いた加工装置であることを特徴とする（６）から（９）の何れかに記載の円形穴加工装置。【００２７】
（６）〜（１０）の円形穴加工装置によれば、（１）〜（５）と同様の効果を奏する。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、鋳造に伴う残留応力に関わらずワークに対する加工を精度良く行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一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。
【図２】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。
【図３】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バイトの突出量との関係を示す図である。
【図４】前記実施形態に係る非真円形穴加工装置の制御装置の機能構成を示すブロック図である。
【図５】鋳造されたワークに残留する応力の関係を示す図である。
【図６】ワークに４つのボアを加工した場合の応力変形の一例を示す図である。
【図７】ワークの応力変形とワークの深さとの関係を示す図である。
【図８】加工台数、刃先の摩耗及び加工負荷の関係を模式的に示す図である。
【図９】加工負荷とワークの弾性変形量（剛性データ）との関係を模式的に示す図である。
【図１０】ワークの応力変形及び弾性変形から予測される加工形状、加工形状を目標形状に対して反転した反転形状、及びワークの目標形状の断面図である。
【図１１】前記実施形態に係る非真円形穴加工装置の処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一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。
また、上位コンピュータ５２には、ワークのシミュレーション解析を行うＣＡＥシステム５４、及び、ワークの設計を行うＣＡＤシステム５３が接続されている。
【００３１】
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。
【００３２】
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の回転速度及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。
【００３３】
シャフトモータ２４には、シャフト２２の回転速度及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。
【００３４】
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の回転速度及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。
【００３５】
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バイト１３と、を備える。
【００３６】
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。
【００３７】
図２に示すように、シャフト１２には、切削バイト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。
【００３８】
このカム１２１の周縁には、切削バイト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の周縁のうち切削バイト１３に当接する部分が変化し、切削バイト１３のアーバ１１の外周面からの突出量が変化する。
【００３９】
図２（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２（ｂ）は、切削バイト１３の突出量がゼロである状態を示す模式図である。
図２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、切削バイト１３の中心軸を通る直線を、切削バイト１３の基準線Ｒとする。そして、カム１２１の基準線Ｑと切削バイト１３の基準線Ｒとの成す角度を、カム角度とする。
【００４０】
切削バイト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バイト１３の基端縁までの最大寸法Ｌ１及び最小寸法Ｌ２は、以下の式（１）、（２）で表される。
【００４１】
Ｌ１＝Ｃｏ×ｃｏｓ（α）＋Ｃｒ      ・・・（１）
Ｌ２＝Ｃｏ×ｃｏｓ（α＋β）＋Ｃｒ      ・・・（２）
【００４２】
以上より、カム角度のストロークはβ（揺動角）となり、切削バイト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。
【００４３】
ｔ＝Ｌ１−Ｌ２＝Ｃｏ×｛ｃｏｓ（α）−ｃｏｓ（α＋β）｝      ・・・（３）
【００４４】
この式（３）に基づいて、カム角度と切削バイト突出量との関係を図３に示す。
図３中実線で示すように、切削バイト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３中破線で示すように、理想的なカムでは、切削バイトの突出量は直線状（リニア）に変化する。よって、切削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。
【００４５】
したがって、切削バイト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）とが対応付けられた突出量カム角度対応テーブル９１（図１参照）を生成して、予め主制御装置４１のメモリ９０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。なお、これに限らず、突出量カム角度対応テーブル９１を、同期コントローラ４２自体に記憶させてもよいし、また、上位コンピュータ５２から同期コントローラ４２に出力させてもよい。
【００４６】
図１に戻って、制御装置４０は、アーバ２１及びシャフト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、切削バイト１３のアーバ１１の外周面からの切削バイト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、及び第３サーボアンプ４５を備える。
【００４７】
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及び第３サーボアンプ４５を介して、アーバモータ２３及び進退モータ３２を駆動し、ワークに対する切削バイト１３の切削速度及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。この主制御装置４１は、突出量カム角度対応テーブル９１を記憶したメモリ９０を備えている。
【００４８】
同期コントローラ４２は、ワークのボアに対する切削バイト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バイト１３の突出量）を調整する。
【００４９】
具体的には、アーバ２１の回転角及び加工ヘッド１０の進退方向の位置（すなわち切削バイト１３のワークのボアに対する軸線上の位置）と、切削バイト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、加工ヘッド１０の進退方向の位置（すなわち切削バイト１３のワークのボアに対する軸線上の位置）毎に、アーバ２１の回転角及び切削バイト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。
【００５０】
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の回転速度及び回転角（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３３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の回転速度及び回転角（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。
【００５１】
以上のように構成される非真円形穴加工装置１では、シリンダブロックを鋳造する際に残留する応力に応じて、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。以下、詳細に説明する。
図４は、制御装置４０の機能的構成を示すブロック図である。なお、以下に示す構成は、制御装置４０を構成する主制御装置４１が備えることとしてもよく、また、同期コントローラ４２が備えることとしてもよい。
【００５２】
図４を参照して、制御装置４０は、応力変形算出部４０１と、加工形状予測部４０２と、モータ制御部４０３と、加工負荷データ取得部４０４と、メモリ４０５と、を含んで構成される。メモリ４０５は、応力変形量対応テーブル４０６と、加工台数負荷対応テーブル４０７と、加工負荷変形量対応テーブル４０８と、を含んで構成される。
【００５３】
応力変形算出部４０１は、切削バイト１３がワークを内径加工する際に開放される応力を、メモリ４０５の応力変形量対応テーブル４０６（第１マスターデータ）から読み出す。
【００５４】
ここで、図５（ａ）を参照して、４つのボア６１，６２，６３，６４が一直線状に並んで形成されるシリンダブロック６０について考える。シリンダブロック６０には、鋳造時の冷却収縮に伴い引張りの残留応力が発生する。この残留応力は、ボア６１が内径加工されると開放され、図５（ｂ）に示すように、ボア６１を縦方向に引張り変形させる。また、複数のボア６１，６２，６３，６４を順に内径加工する場合、隣接するボアの加工に伴い他のボアが変形する。具体的には、ボア６１が既に加工された状態で隣接するボア６２が加工された場合について考える。図５（ｃ）に示すように、ボア６２は、内径加工に伴う応力開放により縦方向に引張られ、縦楕円に変形する。ボア６２が縦方向に引張られることから、隣接するボア６１は、横方向に引張られ、横楕円に変形する。
【００５５】
このような鋳造応力による変形は、鋳造過程においてばらつきは生じるものの、ボア毎に一定の傾向を持っている。具体的には、ボア６１、ボア６２、ボア６３、ボア６４の順に内径加工する場合、図６のような傾向を有することになる。すなわち、先に加工するボア６１及びボア６２は、横方向に引張られ、横楕円形に変形する。この横方向への引張りは、加工を進めるたびに弱くなり、ボア６３やボア６４では、縦方向への引張りが強い傾向を有する。応力変形量対応テーブル４０６は、複数のボア６１，６２，６３，６４を加工する際に生じるボア毎の変形量を予め経験的に記憶しておくデータテーブルである。
なお、鋳造応力による変形は、ワークの深さによっても異なる。具体的には、ボーリング加工は、図７のように深さＲ１〜Ｒ３まで連続して行われるが、ワークの表面（深さＲ１，Ｒ３）は、ワークの内部（深さＲ２）よりも変形し易い。そこで、応力変形量対応テーブル４０６は、ワークの深さ毎にボア毎の応力変形量を記憶しておくことが好ましい。また、鋳造過程におけるばらつきを減少するため、応力変形量対応テーブル４０６は、鋳造ロットや金型毎に応力変形量を記憶しておくこととしてもよい。
【００５６】
加工形状予測部４０２は、応力変形量対応テーブル４０６から読み出した応力変形量に基づいてボアを内径加工した際の加工形状を予測する。すなわち、加工形状予測部４０２は、目標とする目標形状に応力変形量を加味して加工形状を予測する。
【００５７】
モータ制御部４０３は、加工形状予測部４０２が予測した加工形状を目標形状に対して反転させた反転形状が加工されるように、各種モータ２３，２４，３２を制御し、ワークに対して内径加工を行う。
このような反転加工により、鋳造時にワーク（シリンダブロック）に発生した応力が開放されることによる誤差を相殺することができ、精度良く加工することができる。
【００５８】
ところで、切削加工における加工精度の低下は、切削バイト１３の刃先の摩耗によっても生じる。すなわち、シリンダブロックの切削加工では、刃具を押し当てて切削するため、ワークは、刃具により押圧される。刃具による押圧力（以下、加工負荷と呼ぶ）は、刃先の摩耗が進むと大きくなり、ワークには弾性変形が生じてしまい、加工精度が低下する。
そこで、本実施形態の非真円形穴加工装置１では、鋳造時に発生した応力だけでなく、刃先の摩耗に伴う加工負荷による加工精度の低下も抑制することとしている。
【００５９】
具体的には、加工負荷データ取得部４０４は、切削バイト１３がワークを加工する際に刃先に掛かる加工負荷に対応する加工負荷データを取得する。ここで、刃先に掛かる加工負荷とは、切削バイト１３がワークを押圧する力であり、加工負荷が大きくなるとアーバモータ２３のトルクが増大する。そこで、加工負荷データ取得部４０４は、アーバモータ２３のトルクを監視し、トルクの変動から所定の演算により加工負荷データを取得する。
【００６０】
また、切削バイト１３の刃先が摩耗すると、ワークを切削せずに押圧する力が増大することから、刃先に掛かる加工負荷は、切削バイト１３の刃先が摩耗するほど増大する。ここで、ワークが同一であるため、刃先の摩耗度は加工したワークの台数（加工台数）と対応付けて定量的に算出することができる。
図８は、加工台数、刃先の摩耗及び加工負荷の関係を模式的に示す図である。対応関係Ｇ１は、加工台数と刃先の摩耗との関係を示しており、加工台数が増加すると、刃先の摩耗も増大する。また、対応関係Ｇ２は、加工台数と加工負荷との関係を示しており、加工台数が増加すると、刃先に掛かる加工負荷も増大する。このような関係（特に対応関係Ｇ２）を予め算出しておき、加工台数負荷対応テーブル４０７（第２マスターデータ）としてメモリ４０５に記憶する。
そして、加工負荷データ取得部４０４は、現在の加工台数に応じた加工負荷を加工台数負荷対応テーブル４０７から読み出して、加工負荷データを取得することとしてもよい。
【００６１】
そして、加工形状予測部４０２は、加工負荷データ取得部４０４が取得した加工負荷データとワークの剛性データとを利用して加工負荷に伴う弾性変形量を算出する。なお、加工負荷データ取得部４０４がアーバモータ２３のトルクから加工負荷データを取得する場合、取得した加工負荷データは、加工負荷データを取得しているワークの次のワークに対する加工形状の予測に用いられる。
図９は、加工負荷とワークの弾性変形量（剛性データ）との関係を模式的に示す図である。対応関係Ｇ３は、加工負荷とワークの弾性変形量との関係を示しており、加工負荷が増大すると、弾性変形量も増大する。そこで、このような関係を予め算出しておき、加工負荷変形量対応テーブル４０８としてメモリ４０５に記憶する。
【００６２】
なお、ワークの弾性変形量は、ワークによって一定ではなく、切削バイト１３の刃先が接触する部分によって異なる。そこで、加工負荷変形量対応テーブル４０８は、切削バイト１３の刃先が接触する円周上の部分毎に加工負荷と弾性変形量との関係を規定しておくことが好ましい。
また、ワークの弾性変形量は、ワークの円周上の部分だけでなく、ワークの深さによっても異なる。そこで、加工負荷変形量対応テーブル４０８は、ワークの深さ毎に加工負荷と弾性変形量との関係を規定しておくことが好ましい。
【００６３】
加工形状予測部４０２は、加工負荷データ取得部４０４が取得した加工負荷データに対応した弾性変形量を加工負荷変形量対応テーブル４０８から読み出す。そして、加工形状予測部４０２は、この弾性変形量と、応力変形量対応テーブル４０６から読み出した応力変形量とに基づいて、ボアを内径加工した際の加工形状を予測する。すなわち、加工形状予測部４０２は、目標とする目標形状に弾性変形量と応力変形量とを加味して加工形状を予測する。
また、モータ制御部４０３は、加工形状予測部４０２が予測した加工形状を目標形状に対して反転させた反転形状が加工されるように、各種モータ２３，２４，３２を制御し、ワークに対して加工を行う。
【００６４】
図１０は、ボアの加工形状の断面図である。図１０において加工目標とするボアの内周面の位置（目標形状）を基準線Ｔ０とする。
図１０（ａ）を参照して、加工形状予測部４０２が予測した加工形状Ｓ１について説明する。応力開放による変形に加え、加工負荷に応じた弾性変形に伴い、図１０（ａ）に示すように、加工形状予測部４０２が予測する加工形状Ｓ１は、加工目標の基準線Ｔ０に対して所定の誤差を有する。
【００６５】
そこで、図１０（ｂ）に示すように、モータ制御部４０３は、加工形状Ｓ１を加工目標の基準線Ｔ０に対して反転し、反転形状Ｓ２を生成する。すなわち、加工形状Ｓ１において基準線Ｔ０よりもΔＴだけ内側に位置する部分を基準線Ｔ０で反転し、基準線Ｔ０よりもΔＴだけ外側に位置することとする。
そして、モータ制御部４０３は、この反転形状Ｓ２が加工されるように、各種モータ２３，２４，３２を制御する。これにより、応力開放及び弾性変形に基づく誤差が相殺され、基準線Ｔ０と略一致する目標形状Ｓ０（図１０（ｃ）参照）が加工されることになり、加工精度を向上することができる。
【００６６】
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１１のフローチャートを参照して説明する。
【００６７】
初めに、応力変形算出部４０１は、ボア毎の応力変形量を応力変形量対応テーブルから読み出し取得する（ステップＳＴ１）。続いて、加工負荷データ取得部４０４は、切削バイト１３が加工する際に刃先に掛かる加工負荷を部位（円周及び深さ）毎に測定して加工負荷データを取得する（ステップＳＴ２）。なお、加工負荷データの取得は、上述のように切削バイト１３を回転させるアーバモータ２３のトルクの変動から算出することとしてもよく、また、切削バイト１３が加工したワークの加工台数から算出することとしてもよい。
【００６８】
続いて、加工形状予測部４０２は、ステップＳＴ２で取得した加工負荷データからワークに生じる弾性変形量を算出するとともに、目標形状に対して、ステップＳＴ１で取得した応力変形量、及び算出した弾性変形量を加味して、ボーリング加工した際の加工形状を予測する（ステップＳＴ３）。続いて、モータ制御部４０３は、ステップＳＴ３で予測した加工形状を目標形状に対して反転し、この反転形状が加工されるように各種モータ２３，２４，３２を制御し、ワークに対して非真円形加工を行う（ステップＳＴ４）。
【００６９】
以上説明した本実施形態によれば、以下のような効果がある。
鋳造ワーク（シリンダブロック）に対してボーリング加工を行う場合、加工に伴い鋳造時に発生した残留応力が開放され、加工精度が低下してしまう。そこで、本実施形態の非真円形穴加工装置１では、予め鋳造ワークの部位毎の応力変形量を応力変形量対応テーブルとして設けておき、ボーリング加工に伴い鋳造ワークがどの程度応力変形するか予測可能にした。そして、非真円形穴加工装置１では、予め予測した応力変形分だけ目標形状に対して反転し、鋳造ワークに対してボーリング加工を行う。
これにより、鋳造の際に発生した応力に基づく誤差を相殺することができ、ボーリング加工の精度を向上することができる。また、切削の取代を小さくし、開放する応力を小さくするといったことを行う必要がなく、サイクルタイムを抑えることができ、生産性を向上させることができる。
【００７０】
また、切削バイト１３を用いた加工を繰り返すと、切削バイト１３の刃先が摩耗し加工精度が低下する。この点、本実施形態の非真円形穴加工装置１では、摩耗による加工精度の低下を抑制するように各種モータ２３，２４，３２を制御し、ワークに対して非真円形加工を行う。具体的には、摩耗による加工精度の低下がワークの弾性変形に基づくものであることに着目し、刃先に掛かる加工負荷に対応する加工負荷データを取得し、この加工負荷データからワークの弾性変形量を算出する構成とした。そして、算出した弾性変形量を加味（反転）してワークに対して加工を行うことで、ワークの弾性変形に基づく誤差を相殺する。
これにより、本実施形態の非真円形穴加工装置１によれば、切削バイト１３の刃先の摩耗度合いに関わらず、精度良くワークに対して非真円形加工を行うことができる。その結果、刃先の交換頻度を抑えることができ、コストを低く抑えることができる。また、刃先の摩耗度合いに応じて切削の取代を小さくする必要もなく、サイクルタイムを抑えることができ、生産性を向上させることができる。
【００７１】
なお、加工負荷は、ワークを加工する際のアーバモータ２３のトルク変動から所定の演算により算出することとしてもよく、また、加工台数と加工負荷とを対応付けたマスターデータを設け、このマスターデータを参照して算出することとしてもよい。
トルク変動から算出する場合、マスターデータを予め用意する必要がなく好適である。また、マスターデータを参照して算出する場合、一度マスターデータを用意してしまえば、オートマチックに加工を行うことができ好適である。
【００７２】
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。
【００７３】
本実施形態では、ワークであるシリンダブロックを固定し、この状態で、加工ヘッド１０を回転させてボアを加工したが、これに限らない。すなわち、加工ヘッドを回転させずに、ワークであるシリンダブロックを回転させて、ボアを加工してもよい。このような加工にも、本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１        非真円形穴加工装置
１０      加工ヘッド
１３      切削バイト（刃具）
４０      制御装置
４１      主制御装置
４２      同期コントローラ
４０１    応力変形算出部
４０２    加工形状予測部
４０３    モータ制御部
４０４    加工負荷データ取得部
【図１】
2015016224.tif 000003
【図２】
2015016224.tif 000004
【図３】
2015016224.tif 000005
【図４】
2015016224.tif 000006
【図５】
2015016224.tif 000007
【図６】
2015016224.tif 000008
【図７】
2015016224.tif 000009
【図８】
2015016224.tif 000010
【図９】
2015016224.tif 000011
【図１０】
2015016224.tif 000012
【図１１】
2015016224.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成28年10月31日(2016.10.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳造ワークに内径加工する円形穴加工方法であって、
前記鋳造ワークの部位毎に発生する残留応力が加工により解放され変形する残留応力変形量を記憶する第１マスターデータを備え、
前記内径加工に際して、前記第１マスターデータから読み出した残留応力変形量に基づいて前記鋳造ワークの加工形状を予測する工程と、
前記工程により予測された加工形状を目標形状に対して反転した反転形状が形成されるように前記鋳造ワークに対して内径加工を行う工程と、
を含むことを特徴とする円形穴加工方法。
【請求項２】
前記内径加工の際に刃先に掛かる加工負荷に対応する加工負荷データを取得する工程を更に備え、
前記鋳造ワークの加工形状を予測する工程は、前記加工負荷データに対応した鋳造ワークの弾性変形量、及び前記残留応力変形量に基づいて、前記鋳造ワークの加工形状を予測する、
ことを特徴とする請求項１に記載の円形穴加工方法。
【請求項３】
前記加工負荷データを取得する工程は、直前の鋳造ワークを加工する際のトルク変動に基づいて前記加工負荷データを取得することを特徴とする請求項２に記載の円形穴加工方法。
【請求項４】
鋳造ワークの加工台数と刃先の摩耗量に応じた加工負荷とを対応付けた第２マスターデータを備え、
前記加工負荷データを取得する工程は、加工台数に応じた加工負荷を前記第２マスターデータから読み出すことで前記加工負荷データを取得する、請求項２に記載の円形穴加工方法。
【請求項５】
前記内径加工は、ボーリング用刃具を用いて行うことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の円形穴加工方法。
【請求項６】
鋳造ワークに内径加工する円形穴加工装置であって、
前記鋳造ワークの部位毎に発生する残留応力が加工により解放され変形する残留応力変形量を記憶する第１マスターデータと、
前記内径加工に際して、前記第１マスターデータから読み出した残留応力変形量に基づいて前記鋳造ワークの加工形状を予測する加工形状予測部と、
予測された加工形状を目標形状に対して反転した反転形状が形成されるように前記鋳造ワークに対して内径加工を行うモータ制御部と、
を備えることを特徴とする円形穴加工装置。
【請求項７】
前記内径加工の際に刃先に掛かる加工負荷に対応する加工負荷データを取得する加工負荷データ取得部を更に備え、
前記加工形状予測部は、前記加工負荷データに対応した鋳造ワークの弾性変形量、及び前記残留応力変形量に基づいて、前記鋳造ワークの加工形状を予測する、
ことを特徴とする請求項６に記載の円形穴加工装置。
【請求項８】
前記加工負荷データ取得部は、直前の鋳造ワークを加工する際のトルク変動に基づいて前記加工負荷データを取得することを特徴とする請求項７に記載の円形穴加工装置。
【請求項９】
鋳造ワークの加工台数と刃先の摩耗量に応じた加工負荷とを対応付けた第２マスターデータを備え、
前記加工負荷データ取得部は、加工台数に応じた加工負荷を前記第２マスターデータから読み出すことで前記加工負荷データを取得する、請求項７に記載の円形穴加工装置。
【請求項１０】
ボーリング用刃具を用いた加工装置であることを特徴とする請求項６から９の何れかに記載の円形穴加工装置。
【国際調査報告】
2015016224.tif 000014
2015016224.tif 000015
2015016224.tif 000016
2015016224.tif 000017