(57)【要約】    【課題】  装置構成を簡素化すると共に、ワークの高精度に位置決めして強固に固定し、容易に多面加工を行うことができるワークの位置決め加工方法を提供する。    【解決手段】  直交２軸で決定される平面上の所定の位置にシリンダブロックＳを位置決めして、所定の加工用データに基づいてを加工機で加工するワークの位置決め加工方法であって、パレットに備えられたチャック３０，３０によりブロックＳの長手方向がＸ軸方向に一致するようにブロックＳの長手方向の両端をＺ軸方向に位置決めし、次に、Ｘ軸方向のブロックＳの加工基準点の位置をタッチセンサで検出し、検出した加工基準点と加工用データ上の加工基準点とのずれ量を算出し、算出したずれ量に基づいて加工用データを補正した後、ブロックＳを加工機で加工する。【選択図】    図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直交２軸で決定される平面上の所定の位置にワークを位置決めして、所定の加工用データに基づいてワークを加工機で加工するワークの位置決め加工方法であって、ワークパレットに備えられた位置決め手段によりワークの水平方向におけるＸ軸方向の両端側を上記Ｘ軸方向と直交する水平方向におけるワークのＺ軸方向の位置決めを行い、次に、ワークのＸ軸方向のワークの加工基準点の位置を位置検出手段で検出し、検出した加工基準点と加工用データ上の加工基準点とのずれ量を算出し、算出したずれ量に基づいて加工用データを補正した後、ワークを加工機で加工することを特徴とするワークの位置決め加工方法。
【請求項２】
位置検出手段は、加工機の主軸に装着され、主軸の移動によりワークのＸ軸方向のワークの加工基準点の位置を検出し、該位置検出時における主軸の移動量に基づいて加工基準点のずれ量を算出することを特徴とする請求項１に記載のワークの位置決め加工方法。
【請求項３】
ワークは、エンジンのシリンダブロックであって、該ブロックのＸ軸方向の両端のシリンダボア部に位置決め手段を挿入してボア列方向と直交するＺ軸方向を位置決めし、位置検出手段は、シリンダブロックの中央部のシリンダボア部に設定された加工基準点のワークのＸ軸方向の位置を検出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のワークの位置決め加工方法。
【請求項４】
位置決め手段は、ワークのＺ軸方向に拡張してシリンダボア部の内壁に当接する拡張部材が備えられていることを特徴とする請求項３に記載のワークの位置決め加工方法。
【請求項５】
ワークパレットは、シリンダブロックを下方から支持する固定治具が備えられ、位置決め手段の拡張部材を拡張させつつ該拡張部材を下方に移動させることにより、シリンダブロックを上記固定治具に固定してクランプすることを特徴とする請求項４に記載のワークの位置決め加工方法。
【請求項６】
ワークパレットは、位置決め手段を挿入するシリンダボア部を除くシリンダボア部のいずれかに挿入するガイド手段が備えられ、位置決め手段をシリンダボア部に挿入する際に、上記ガイド手段が先にシリンダボア部に挿入して位置決め手段を案内することを特徴とする請求項３から請求項５のいずれかに記載のワークの位置決め加工方法。
【請求項７】
直交２軸で決定される平面上の所定の位置にワークを位置決めして、所定の加工用データに基づいてワークを加工機で加工するワークの位置決め加工装置であって、ワークパレットと、該ワークパレットに備えられて、ワークの水平方向におけるＸ軸方向の両端側を上記Ｘ軸方向と直交する水平方向におけるワークのＺ軸方向の位置決めを行う位置決め手段と、ワークのＸ軸方向のワークの加工基準点の位置を位置検出手段で検出する位置検出手段と、検出した加工基準点と加工用データ上の加工基準点とのずれ量を算出し、算出したずれ量に基づいて加工用データを補正する加工用データ補正手段とが備えられていることを特徴とするワークの位置決め加工装置。
【請求項８】
位置検出手段は、加工機の主軸に装着され、主軸の移動によりワークのＸ軸方向のワークの加工基準点の位置を検出し、主軸の移動量に基づいて加工基準点のずれ量を算出することを特徴とする請求項７に記載のワークの位置決め加工装置。
【請求項９】
ワークは、エンジンのシリンダブロックであって、該ブロックのＸ軸方向の両端のシリンダボア部に位置決め手段を挿入してボア列方向と直交するＺ軸方向を位置決めし、位置検出手段は、シリンダブロックの中央部のシリンダボア部に設定された加工基準点のワークのＸ軸方向の位置を検出することを特徴とする請求項７または請求項８に記載のワークの位置決め加工装置。
【請求項１０】
位置決め手段は、ワークのＺ軸方向に拡張してシリンダボア部の内壁に当接する拡張部材が備えられていることを特徴とする請求項９に記載のワークの位置決め加工装置。
【請求項１１】
ワークパレットは、シリンダブロックを下方から支持する固定治具が備えられ、位置決め手段の拡張部材を拡張させつつ該拡張部材を下方に移動させることにより、シリンダブロックを上記固定治具に固定してクランプすることを特徴とする請求項１０に記載のワークの位置決め加工装置。
【請求項１２】
ワークパレットは、位置決め手段を挿入するシリンダボア部を除くシリンダボア部のいずれかに挿入するガイド手段が備えられ、位置決め手段をシリンダボア部に挿入する際に、上記ガイド手段が先にシリンダボア部に挿入して位置決め手段を案内することを特徴とする請求項９から請求項１１のいずれかに記載のワークの位置決め加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダブロック等のワークの加工を行う加工方法及び装置に関し、より詳しくは、所定の位置にワークを位置決めした後所定の加工用データに基づいてワークを加工機で加工するワークの位置決め加工方法およびその装置に関する技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、シリンダブロック等のワークは、鋳造等により粗成形された後、粗加工及び各種の精密加工等が行われる。これらの加工を一般的なマシニングセンタを用いて行う場合、まずワークを治具を介してパレットの所定の位置に固定した上で、該パレットを加工用データに対応した位置に搬送して位置決めを行い、所定の加工用データに従って工具を移動制御して加工が行われる。
【０００３】
従来、ワークを位置決めする際には、ワークの縦方向（Ｙ方向）は、ワークの特定形状部を治具の所定の位置に載置することにより位置決めし、加工機に対する前後方向（Ｚ方向）は、ワークの向きを決定すると共にパレット上で前後方向（Ｚ方向）を位置決めし、加工機に対する左右方向（Ｘ方向）は、治具上でパレットに対するワークの固定位置をＸ方向に移動させることにより位置決めを行っていた。
【０００４】
このようなワークの位置決めを行う装置の例として特許文献１に開示されている装置がある。これによると、装置は、位置決め装置を備えたパレットと、該パレット上にＸ方向に移動可能に立設された一対の円筒形状のチャックとを有している。
【０００５】
チャックの円筒部には、円周上に複数の凸部が等間隔に配設され、これらの凸部はそれぞれ同時に外側に同量突出可能とされている。また、チャックは、パレット上にＸ方向に延設されたスライダに移動可能に立設されていると共に、チャック間にはリンク機構が備えられている。リンク機構は、パレットの中心位置に設けられたセンターピンに回転自在に軸支された第１リンク部材と、該第１リンク部材の両端及び各側のチャックに対して揺動自在に連結する一対の第２リンク部材とが備えられている。
【０００６】
以上の構成により、まず、チャックは、シリンダブロックのシリンダボアに挿入されて該ブロックを所定のＹ軸方向の位置で保持する。そして、シリンダブロックのシリンダボアに各チャックを挿入する。そして、各チャックに備えられた凸部を同時に同量外側に突出させ、シリンダボアの内側からシリンダブロックを保持する。このとき、同時に、リンク機構を介して各チャックがスライダに沿って相反する方向に移動し、チャックを挿入したシリンダボアのＸ軸方向中心位置がセンターピンのＸ軸方向位置に重なることになり、Ｘ軸方向およびＺ軸方向のパレットに対するワークの位置決めが完了する。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−９９４２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記特許文献１に開示された装置は、ワークをＸ軸方向およびＺ軸方向に位置決めするためのチャック内部及び円筒部に備えられた凸部を突出させる機構や複数の部材を有するリンク機構等を有し、ワークを機械的に移動させて位置決めを行っているが、装置の機構が複雑であり、高精度の位置決めを行うためには装置構築のコストが増大するという問題がある。
【０００９】
また、ワークを加工する際、ワークはパレットに対して強固に固定されていなければならず、固定が弱い場合はワークが加工中に位置ずれを起こして加工の精度が低下するという問題がある。上記特許文献１に記載の装置においても、チャックの凸部を突出させる機構のみでは固定強度が十分でなく、加工の際に外部からワークを強固に固定するクランプ機構が必要になる。その結果、多面加工を行うために回転式のパレットを用いた場合、上記クランプ機構が邪魔になってパレットを回転させることができないので、ワークの面ごとにワークを位置決めし直さなければならず、無駄な作業や加工時間が増加する。
【００１０】
さらに、加工精度を確保するために加工用データに対応した所定の基準位置にワークが正確に固定されていなければならない。しかしながら、ワークがシリンダブロックの場合、例えば、アルミ合金を金型に注入した後冷却することにより成形して得られた鋳物は、季節や時間、環境による温度の変化等に応じて膨張の度合い、収縮の度合いが変化し、寸法、形状に個体差を生じることがある。特許文献１に開示された装置は、両チャックを挿入したシリンダボアのＸ軸方向中心位置がセンターピンのＸ軸方向位置に重ねて位置決めを行うが、上記のような個体差には対応できず、厳密な位置決めはできない。
【００１１】
そこで、本発明は、簡単な装置構成としてコストを削減すると共に、ワークの高精度な位置決め及び位置決めした位置にワークを強固に固定し、容易に多面加工を行うことができるワークの位置決め加工方法及びその装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明は次のように構成したことを特徴とする。
【００１３】
まず、本願の請求項１に記載の発明は、直交２軸で決定される平面上の所定の位置にワークを位置決めして、所定の加工用データに基づいてワークを加工機で加工するワークの位置決め加工方法であって、ワークパレットに備えられた位置決め手段によりワークの水平方向におけるＸ軸方向の両端側を上記Ｘ軸方向と直交する水平方向におけるワークのＺ軸方向の位置決めを行い、次に、ワークのＸ軸方向のワークの加工基準点の位置を位置検出手段で検出し、検出した加工基準点と加工用データ上の加工基準点とのずれ量を算出し、算出したずれ量に基づいて加工用データを補正した後、ワークを加工機で加工することを特徴とする。
【００１４】
次に、請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載のワークの位置決め加工方法において、位置検出手段は、加工機の主軸に装着され、主軸の移動によりワークのＸ軸方向のワークの加工基準点の位置を検出し、該位置検出時における主軸の移動量に基づいて加工基準点のずれ量を算出することを特徴とする。
【００１５】
次に、請求項３に記載の発明は、上記請求項１または請求項２に記載のワークの位置決め加工方法において、ワークは、エンジンのシリンダブロックであって、該ブロックのＸ軸方向の両端のシリンダボア部に位置決め手段を挿入してボア列方向と直交するＺ軸方向を位置決めし、位置検出手段は、シリンダブロックの中央部のシリンダボア部に設定された加工基準点のワークのＸ軸方向の位置を検出することを特徴とする。
【００１６】
次に、請求項４に記載の発明は、上記請求項３に記載のワークの位置決め加工方法において、位置決め手段は、ワークのＺ軸方向に拡張してシリンダボア部の内壁に当接する拡張部材が備えられていることを特徴とする。
【００１７】
次に、請求項５に記載の発明は、上記請求項４に記載のワークの位置決め加工方法において、ワークパレットは、シリンダブロックを下方から支持する固定治具が備えられ、位置決め手段の拡張部材を拡張させつつ該拡張部材を下方に移動させることにより、シリンダブロックを上記固定治具に固定してクランプすることを特徴とする。
【００１８】
次に、請求項６に記載の発明は、上記請求項３から請求項５のいずれかに記載のワークの位置決め加工方法において、ワークパレットは、位置決め手段を挿入するシリンダボア部を除くシリンダボア部のいずれかに挿入するガイド手段が備えられ、位置決め手段をシリンダボア部に挿入する際に、上記ガイド手段が先にシリンダボア部に挿入して位置決め手段を案内することを特徴とする。
【００１９】
次に、請求項７に記載の発明は、直交２軸で決定される平面上の所定の位置にワークを位置決めして、所定の加工用データに基づいてワークを加工機で加工するワークの位置決め加工装置であって、ワークパレットと、該ワークパレットに備えられて、ワークの水平方向におけるＸ軸方向の両端側を上記Ｘ軸方向と直交する水平方向におけるワークのＺ軸方向の位置決めを行う位置決め手段と、ワークのＸ軸方向のワークの加工基準点の位置を位置検出手段で検出する位置検出手段と、検出した加工基準点と加工用データ上の加工基準点とのずれ量を算出し、算出したずれ量に基づいて加工用データを補正する加工用データ補正手段とが備えられていることを特徴とする。
【００２０】
次に、請求項８に記載の発明は、上記請求項７に記載のワークの位置決め加工装置において、位置検出手段は、加工機の主軸に装着され、主軸の移動によりワークのＸ軸方向のワークの加工基準点の位置を検出し、主軸の移動量に基づいて加工基準点のずれ量を算出することを特徴とする。
【００２１】
次に、請求項９に記載の発明は、上記請求項７または請求項８に記載のワークの位置決め加工装置において、ワークは、エンジンのシリンダブロックであって、該ブロックのＸ軸方向の両端のシリンダボア部に位置決め手段を挿入してボア列方向と直交するＺ軸方向を位置決めし、位置検出手段は、シリンダブロックの中央部のシリンダボア部に設定された加工基準点のワークのＸ軸方向の位置を検出することを特徴とする。
【００２２】
次に、請求項１０に記載の発明は、上記請求項９に記載のワークの位置決め加工装置において、位置決め手段は、ワークのＺ軸方向に拡張してシリンダボア部の内壁に当接する拡張部材が備えられていることを特徴とする。
【００２３】
次に、請求項１１に記載の発明は、上記請求項１０に記載のワークの位置決め加工装置において、ワークパレットは、シリンダブロックを下方から支持する固定治具が備えられ、位置決め手段の拡張部材を拡張させつつ該拡張部材を下方に移動させることにより、シリンダブロックを上記固定治具に固定してクランプすることを特徴とする。
【００２４】
そして、請求項１２に記載の発明は、上記請求項９から請求項１１に記載のワークの位置決め加工装置において、ワークパレットは、位置決め手段を挿入するシリンダボア部を除くシリンダボア部のいずれかに挿入するガイド手段が備えられ、位置決め手段をシリンダボア部に挿入する際に、上記ガイド手段が先にシリンダボア部に挿入して位置決め手段を案内することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
まず、請求項１に記載の発明によれば、まず、位置決め手段によりワークの水平方向におけるＸ軸方向と直行する水平方向におけるワークのＺ軸方向の位置決めを行うことによって、ワークパレット上でのワークの姿勢が決まる。このとき、ワークのＸ軸方向の両端を位置決めすることによってワークの方向性を容易に修正することができると共に、より安定的にワークを保持することが可能になる。
【００２６】
次に、ワークのＸ軸方向のワークの加工基準点の位置を位置検出手段で検出し、検出した加工基準点と加工用データ上の加工基準点とのずれ量を算出し、算出したずれ量に基づいて加工用データを補正することによって、該データに応じたワークの所定の位置に所定の加工を正確に行うことができる。このように、ワークの機械的な位置決めをワークのＺ軸方向においてのみ行うので、位置決め装置の簡素化及び該装置構築のコストの低減を図ることができる。
【００２７】
また、ワークのＸ軸方向については、位置決め手段による位置決め位置のずれやワークの膨張収縮によるワークの個体差により生じる加工基準点のずれに対して、ずれ量を位置検出手段で検出し、ずれ量に基づいて加工用データを補正する構成としたことによって、上記位置決め位置のずれやワークの個体差に応じて簡単に高精度の位置決めを行うことができ、加工精度を確保することができる。
【００２８】
次に、請求項２に記載の発明によれば、加工機の主軸の位置及び移動量は既知のパラメータであるから、主軸に位置検出手段を装着し、該主軸の移動によりワークの加工基準点のＸ軸方向の位置を検出して、この検出時の主軸の移動量に基づいてずれ量を算出して、算出したずれ量に基づいてデータを補正するように構成することができる。これによって、位置検出手段としての独立の装置は必要とせず、主軸を加工と位置検出との両方に使用することができる。
【００２９】
次に、請求項３に記載の発明によれば、ワークをシリンダブロックとした場合には、シリンダブロックの両端のシリンダボア部に位置決め手段を挿入してボア列方向と直交するＸ軸方向を位置決めすることによって、ワークパレット上でのシリンダブロックの姿勢が決まる。このとき、シリンダブロックの両端のシリンダボア部に位置決め手段を挿入して位置決めすることによってシリンダブロックの方向性を容易に修正することができると共に、より安定的にシリンダブロックを保持することができる。
【００３０】
また、鋳造で得られたシリンダブロックの場合、加工箇所が加工基準点から離れているほど鋳物の膨張収縮度合いに応じて位置誤差が大きくなるが、シリンダブロックの中央部のシリンダボア部に加工基準点を設定することによって、該基準点から最も遠い加工箇所への距離が最小になるので、各加工箇所の位置誤差を減少させることができ、加工精度をより一層向上することができる。
【００３１】
一方、シリンダブロックを安定的に保持するために、位置決め手段で該ブロックの両端のシリンダボア部で保持しているので、シリンダボア内で位置決め手段がワークがＸ軸方向とずれて保持している場合や、鋳物の膨張収縮によって中央部のシリンダボア部の加工基準点は一意に決まらない。そこで、加工基準点のワークのＸ軸方向の位置を位置検出手段で検出して、検出した加工基準点の加工用データ上の加工基準点に対するずれ量を算出し、算出したずれ量に基づいて加工用データを補正し、シリンダブロックを加工することにより、シリンダブロックの安定保持による加工精度の向上と加工箇所の位置誤差の減少とを両立させることができる。
【００３２】
次に、請求項４に記載の発明によれば、位置決め手段にＺ軸方向で拡張してシリンダボア部の内壁に当接する拡張部材を備えたことにより、両端のシリンダボア部に挿入した位置決め手段において拡張部材をＺ軸方向に同時に同量拡張させることによってワークの方向性を厳密・緻密に調整することができる。また、拡張部材がシリンダボア部の内壁を押圧することになって、より安定的にシリンダブロックを保持固定することができる。
【００３３】
次に、請求項５に記載の発明によれば、シリンダブロックを下方から支持する固定治具を有し、拡張部材を拡張させつつ該拡張部材を下方に移動させることにより、拡張部材とシリンダボア部の内壁との摩擦によってシリンダブロックを固定治具に押し付けて強固に固定・クランプすることができ、シリンダブロックが加工中にぐらついたり位置ずれしたりせず加工精度を向上することができる。
【００３４】
また、シリンダボア部の内部からシリンダブロックを保持固定することによって、シリンダブロックを外部から固定する機構を必要とせず、その結果、ワークを任意に回転させることができ、容易に多面加工を実施することができる。
【００３５】
次に、請求項６に記載の発明によれば、位置決め手段をシリンダボア部に挿入する際に、先ず、ガイド手段が、位置決め手段が挿入される両端を除くシリンダボア部のいずれかに挿入されてシリンダブロックを案内することにより、大きく姿勢を崩したシリンダブロックが位置決め手段に直接当接することを防止することができる。つまり、位置決め手段は、シリンダボア部の内面から当接してシリンダブロックのワークのＺ軸方向の位置決めを行うので、その外面精度は重要であり、上記ガイド手段により、挿入の際にシリンダブロックが当接することによる位置決め手段の外面の損傷、変形を回避することができる。
【００３６】
そして、請求項７から請求項１２に記載の発明は、上記請求項１から請求項６に記載のワークの位置決め加工方法の発明に対応したワークの位置決め加工装置の発明であって、それぞれ同様の作用効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明に係る実施の形態について説明する。
【００３８】
図１は、直列４気筒エンジン用のシリンダブロックＳを加工するマシニングセンタ１の全体図である。マシニングセンタ１は、主な構成要素として、ベース１０と、該ベース１０上にＸ軸方向に移動可能とされたコラム１１と、該コラム１１に対してＹ方向に移動可能に支持された主軸１２と、ベース１０上にＺ軸方向に移動可能とされたテーブル１３と、該テーブル１３上に回転機構１４を介して回転可能に支持されたパレット１５とを有している。
【００３９】
ベース１０は、Ｘ軸方向に水平に延設された一対のＸ軸レール２０，２０と、これと水平面内で直交するＺ軸方向に延設された一対のＺ軸レール２１，２１とが設けられている（直交２軸）。
【００４０】
コラム１１は、上記Ｘ軸レール２０，２０に沿ってＸ軸方向に移動可能とされ、Ｙ軸方向に垂直に延設された一対のＹ軸レール２２，２２が設けられている。そして、Ｙ軸レール２２，２２にはスライド部材２３がＹ軸方向に移動可能に支持されており、該スライド部材２３には主軸１２がＺ軸方向に突設されている。主軸１２は、Ｚ軸方向に伸縮可能であり、先端には回転工具が交換可能に取り付けられる。
【００４１】
テーブル１３は、上記Ｚ軸レール２０，２０に沿って移動可能とされ、テーブル１３上には、回転機構１４が載置固定され、回転機構１４は上部にパレット１５を回転可能に支持している。そして、図２に示すように、パレット１５にはシリンダブロックＳの第１、第４シリンダボア部ＳＢ１，ＳＢ４（図４参照）に挿入して該ブロックＳを保持する一対のチャック３０，３０と、該チャック３０，３０の挿入の際に先に第２、第３シリンダボア部ＳＢ２，ＳＢ３に挿入されて、シリンダブロックＳを適正な姿勢に矯正し、チャック３０，３０のシリンダボア部ＳＢ１，ＳＢ４への案内を行う一対のガイド部材３１，３１とが立設されている。ガイド部材３１，３１は、チャック３０，３０よりもＹ方向、つまりシリンダボア部ＳＢ１〜ＳＢ４の挿通方向に高くなるように設けられている。両チャック３０，３０及びガイド部材３１，３１は、Ｘ軸方向に直列に並べて配置されている。なお、パレット１５の側面には、油圧通路のための一対の開口３２，３２が設けられている。
【００４２】
図２及び図３に示すように、チャック３０は、該チャック３０をパレット１５に固着された略Ｕ字状の脚部４０と、該脚部４０の上部に設けられた段部４１と、該段部４１上方に設けられた固定部４２と、固定部４２上方に設けられて該固定部４２に対して上下方向に所定量移動可能とされたヘッド部４３とで構成されている。ヘッド部４３は、Ｚ軸方向に相反する方向に同量突出可能とされた一対の拡張部材５０，５０を有する他、該拡張部材５０，５０を突出させる図示しない油圧作動式のテーパ機構を内蔵する。また、テーパ機構は、テーパ面が設けられたロッドが油圧により降下して、該ロッドのテーパ面に係合して拡張部材５０，５０が拡張する構成である。
【００４３】
また、段部４１は、Ｚ方向に一対の水平面５１，５１を有し（図３参照）、第４シリンダボア部ＳＢ４に挿入するチャック３０（図２の左端のチャック）の段部４１には、揺動機構５２が備えられている。揺動機構５２は、図３に示すように、段部４１に設けられた切欠き部６０にＸ軸方向にピン６１が突設され、該ピン６１に揺動部材６２が揺動可能に支持されている。揺動部材６２のＺ軸方向両端部には、段部４１の上記水平面５１，５１より幾分上方に突出する突出部６３，６３が設けられている。なお、第１シリンダボア部ＳＢ１に挿入するチャック３０は、第４シリンダボア部ＳＢ４に挿入するチャック３０から揺動機構５２を取り除いた構成である。
【００４４】
ガイド部材３１は、上記チャック３０と同様の構成の脚部７０を有し、該脚部７０の上部にシャフト７１を介して挿入部７２が設けられている。挿入部７２は、上端にテーパ面７２ａを有し、他方のガイド部材側に切欠き７２ｂが設けられている。
【００４５】
ところで、図４に示すように、主軸１２には、タッチセンサ８０が装着されている。タッチセンサ８０は、先端に球状のプローブ８０ａを有し、プローブが当接すると検出信号を送信することができる。
【００４６】
一方、図５に示すように、加工対象であるシリンダブロックＳは、直列４気筒エンジン用のものであって、４つのシリンダボア部ＳＢ１〜ＳＢ４を有し、第１、第４シリンダボア部ＳＢ１，ＳＢ４の両側部には、それぞれ合計４つの固定面９０…９０が設けられている。各固定面９０…９０は、水平に展設され、上記チャック３０の水平面５１または揺動機構５２の突出部６３に対接する。
【００４７】
次に、本実施の形態に係るマシニングセンタ１による加工プロセス及び作用効果を説明する。
【００４８】
まず、アルミ合金を金型に注入した後冷却することによりシリンダブロックＳの粗成形を行う。このとき、鋳鉄製のシリンダライナを所定のボア軸心位置に鋳込むことによって、シリンダボアＳＢ１〜ＳＢ４の位置精度及び表面精度を向上することができる。
【００４９】
一方、ＣＡＤにより加工すべきシリンダブロックＳの形状を定義し、このＣＡＤによる形状データをＣＡＭにより解析してシリンダブロックＳの加工形状に対するＮＣデータを作成し、かつ持つべき工具を決定する。そして、これらのＮＣデータ及び工具データをマシニングセンタ１側に転送する。マシニングセンタ１においては、シリンダブロックＳの位置決め制御及び工具を移動させる加工制御を行う。
【００５０】
一方、シリンダブロックＳの位置決め制御として、チャック３０，３０の図示しない内蔵テーパ機構に油圧を供給すると共にテーブル１３をＺ軸方向の所定の位置に移動及び停止させるＺ軸方向位置決め制御と、後述するＸ軸方向のデータ補正制御とを行う。図１に示すように、テーブル１３には、回転機構１４、パレット１５、チャック３０，３０が一体に固定され、テーブル１３のＺ方向の位置が決まればチャック３０，３０のＺ方向の位置も一意に決まることになる。なお、回転機構１４は、シリンダブロックＳを水平方向に回転及び停止固定させる。これは、シリンダブロックＳを回転させて多面加工を行うためのものであり、主に９０度ごとに回転制御が行われる。
【００５１】
また、加工を行うための制御として、コラム１１をＸ軸方向に移動させる制御、スライド部材２３をＹ軸方向に移動させる制御、及び主軸１２をＺ軸方向に伸縮させる制御を行う。これによって、主軸１２の先端が３次元的に移動可能となり、主軸１２の先端に工具を装着することによりＮＣデータに従って３次元的な加工を行うことができる。
【００５２】
一方、粗成形が終了したシリンダブロックＳは、シリンダボア部ＳＢ１〜ＳＢ４を介してチャック３０，３０及びガイド手段３１，３１に上から挿入されるが、チャック３０，３０より背が高く設けられているガイド手段３１，３１が先に第２，第３シリンダボア部ＳＢ２，ＳＢ３に挿入されることになって、シリンダブロックＳの姿勢を修正した上で、チャック３０，３０が両端の第１，第４シリンダボア部ＳＢ１，ＳＢ４にそれぞれ挿入されるようにする。また、大きく姿勢が乱れたシリンダブロックＳがチャック３０，３０に挿入されようとする場合は、ガイド手段３１，３１が先に当接してチャック３０，３０への挿入を阻止し、その結果シリンダブロックＳのチャック３０，３０への当接を阻止することができる。このように、ガイド手段３１，３１を設けることによって、シリンダブロックＳのチャック３０，３０への当接により生じ得るチャック３０，３０の外周面損傷、変形を未然に防止することができ、ボアの保持精度ひいては加工精度を確保することができる。また、ガイド部材３１の挿入部７２に設けられたテーパ面７２ａによって、より確実にシリンダブロックＳを案内することができると共に、切欠き７２ｂを設けたことによって、後述のＸ軸方向のデータ補正制御の際のタッチセンサ８０の移動に邪魔にならないという作用が得られる。
【００５３】
次に、シリンダブロックＳをチャック３０，３０に挿入した後、該ブロックＳのＺ軸方向の位置決めのためのシリンダブロックＳの軸心方向合せ及び該ブロックＳのチャック３０，３０への固定・クランプの制御が行われる。この軸心方向合せ及び固定・クランプは、図６に示すように、拡張部材５０，５０及びテーパ機構を介して行われる。すなわち、油圧制御によりテーパ機構のロッドが下方に降下すると、拡張部材５０，５０がＺ軸方向に拡張すると共に（矢印Ａ参照）、ヘッド部４３が固定部４２側に移動する（矢印Ｂ参照）。その結果、拡張部材５０，５０の拡張によりシリンダブロックＳのＺ軸方向の方向合せを行うことができると共に、拡張部材５０，５０がシリンダボア部ＳＢ１，ＳＢ４の内壁に当接した状態でヘッド部４３が下方に降下することになり、拡張部材５０，５０のシリンダボア部ＳＢ１，ＳＢ４の内壁への摩擦でシリンダブロックＳに設けられた４つの固定面９０…９０を第１シリンダボア部ＳＢ１に挿入するチャック３０では段部４１の水平面５１，５１及び第４シリンダボアＳＢ４に挿入するチャック３０では揺動機構５２の突出部６３，６３に下方へ押圧し、チャック３０，３０に対してシリンダブロックＳの位置、姿勢を固定・クランプする。
【００５４】
上記のＺ軸方向の方向合せは、まず図７（ａ）で示すように、チャック３０，３０に挿入されたシリンダブロックＳの第１、第４シリンダボア部ＳＢ１，ＳＢ４の円筒中心を結ぶ軸心線ｘ′が、チャック３０，３０の円筒中心を結ぶ基準軸心線ｘに対してずれた位置にあるとすると、両方のチャック３０，３０を同時に拡張部材５０，５０をＺ軸方向の相反する方向（矢印Ｃ、Ｃ′参照）に同量移動させることによって、図７（ｂ）に示すように、上記軸心線ｘ′と基準軸心線ｘとが一致することになり、自動的にシリンダブロックＳの軸心方向合せを行うことができる。
【００５５】
また、シリンダブロックＳの固定面９０…９０は、粗成形においてもある程度精度よく成形されており、該固定面９０…９０を水平面５１…５１に載置することによりＮＣデータに対応したＹ軸方向の位置決めを自動的に行うことができるが、４つの固定面９０…９０が厳密に同一水平面上にあることは稀で、これらの固定面９０…９０を両チャック３０，３０の段部４１，４１に設けられた水平面５１…５１に載置しても１つの固定面９０が浮いてしまい、シリンダブロックＳが安定して固定できないことになる。そのため、第４シリンダボア部ＳＢ４に挿入するチャック３０の段部４１においては、固定面９０，９０を揺動機構５２により柔軟に支持し、固定面９０…９０が全て厳密に同一水平面上にない場合でも、揺動部材６２が揺動して第４シリンダボア側ＳＢ４の固定面９０，９０の両方を支持することができるので、安定してシリンダブロックＳをチャック３０，３０に支持固定することができる（図６参照）。
【００５６】
上記の方向合せが完了した後、テーブル１３をＮＣデータに対応したＺ軸方向の所定の位置まで移動させ、シリンダブロックＳのＺ軸方向の位置決めが完了する。
【００５７】
そして、Ｚ軸方向の位置決めの後、Ｘ軸方向のデータ補正制御を行う。すなわち、ＮＣデータのＸ軸方向の加工基準点は第２、第３シリンダボア部ＳＢ２，ＳＢ３の隔壁のＸ軸方向の中心に設定され（図７（ａ）、（ｂ）でＺ軸を図示した位置）、この加工基準点を基に加工が行われるが、チャック３０，３０に固定されたシリンダブロックＳの第２、第３シリンダボア部ＳＢ２，ＳＢ３の隔壁のＸ軸方向の中心点の位置（実位置）が、ＮＣデータ上の加工基準点に対してどれほどずれているかのずれ量に基づいて上記ＮＣデータを補正する。
【００５８】
Ｘ軸方向のデータ補正制御は、図８に示すフローチャートに従って実行される。まず、ステップＳ１において、第２シリンダボア部ＳＢ２の第３シリンダボア部ＳＢ３側の内壁面のＸ座標を検出する。より詳しくは、図９に示すように、初期位置において、主軸１２に装着されたタッチセンサ８０の先端のプローブ８０ａがゼロ点Ｏに設定されており、このゼロ点Ｏは上記のＺ軸方向に位置合せをしたシリンダブロックＳの各シリンダボア部ＳＢ１〜ＳＢ４の中心を通る軸上にあることになる（図７（ｂ）参照）。そして、プローブ８０ａを所定量（ａ）下方に移動させ、次に、所定量（ｂ）Ｘ方向に移動させた後、所定量（ｃ）下方に移動させる。次にプローブ８０ａを（−）Ｘ方向に移動させ、第２シリンダボア部ＳＢ２の壁面に当接するまでの主軸１２の移動距離Ｌ１を検出する。そして、同じ経路を通ってプローブ８０ａをゼロ点Ｏに戻す。
【００５９】
次に、ステップＳ２において、第３シリンダボア部ＳＢ３の第２シリンダボア部ＳＢ２側の内壁面のＸ座標を検出する。より詳しくは、図１０に示すように、プローブ８０ａを所定量（ａ）下方に移動させ、次に、所定量（−ｂ）Ｘ方向移動させた後、所定量（ｃ）下方に移動させる。次にプローブ８０ａを（＋）Ｘ方向に移動させ、第３シリンダボア部ＳＢ３の壁面に当接するまでの主軸１２の移動距離Ｌ２を検出する。そして、同じ経路を通ってプローブ８０ａをゼロ点Ｏに戻す。
【００６０】
次に、ステップＳ３において、ゼロ点Ｏから検出した加工基準点の実位置のずれ量Ｄを算出する。すなわち、上記ステップＳ１で求めたＬ１と上記ステップＳ２で検出したＬ２を用い、（Ｌ２−Ｌ１）／２を演算することによって、ゼロ点Ｏに対する加工基準点のずれ量Ｄを算出することができる。
【００６１】
そして、ステップＳ４に進んで上記ステップＳ３で算出したずれ量Ｄが妥当なものであるかどうかを検証する。すなわち、ずれ量Ｄが予めずれ量の妥当な許容範囲として設定されたα＜Ｄ＜β（α：負の値、β：正の値）の範囲内であれば、ステップＳ５でずれ量Ｄに基づいてＮＣデータを補正して加工を開始する。一方、ずれ量Ｄがα＜Ｄ＜βの範囲外であれば、ステップＳ６で計測異常アラームを出力し、マシニングセンタ１を停止させる。
【００６２】
以上のように、まず、チャック３０，３０によりシリンダブロックＳの両端をクランプすることによってシリンダブロックＳの方向性をボア列方向がＸ軸方向に一致するように容易に修正することができる。さらに、両端のシリンダボア部ＳＢ１〜ＳＢ４からクランプすることによって、より安定的にシリンダブロックＳを保持することが可能になる。
【００６３】
また、Ｘ軸方向のシリンダブロックＳの加工基準点の位置をタッチセンサ８０で検出し、検出した加工基準点のゼロ点Ｏに対するずれ量Ｄを算出し、算出したずれ量Ｄに基づいてＮＣデータを補正することによって、ＮＣデータに応じたシリンダブロックＳの所定の位置に所定の加工を正確に行うことができる。
【００６４】
このように、シリンダブロックＳの位置決めに際して、該ブロックＳの機械的な位置決めをＺ軸方向においてのみ行うので、位置決め装置（チャック３０）の簡素化及び該装置構築のコストの低減を図ることができる。
【００６５】
また、Ｘ軸方向については、チャック３０，３０ひいては拡張部材５０，５０によるクランプ位置のずれやシリンダブロックＳの温度等による膨張収縮による個体差により生じる加工基準点のずれに対して、ずれ量Ｄをタッチセンサ８０で検出し、ずれ量Ｄに基づいてＮＣデータを補正する構成としたことによって、上記クランプ位置のずれやシリンダブロックＳの個体差に応じて簡単に高精度の位置決めを行うことができ、加工精度を確保することができる。
【００６６】
一方、マシニングセンタ１においては主軸１２の位置及び移動量は既知のパラメータであるから、主軸１２にタッチセンサ８０を装着し、該主軸１２の移動によりシリンダブロックＳの加工基準点のＸ軸方向の位置を検出して、この検出時の主軸１２の移動量に基づいて加工基準点のずれ量Ｄを算出し、ＮＣデータを補正するように構成することができる。これによって、タッチセンサ８０を具備する独立の装置は必要とせず、主軸１２を加工と位置検出との両方に使用することができる。
【００６７】
また、シリンダブロックＳの両端のシリンダボア部ＳＢ１，ＳＢ４にチャック３０，３０を挿入して保持することにより、シリンダブロックＳの回動を規制してより安定的にシリンダブロックＳ保持することができ、加工精度を向上することができる。
【００６８】
また、鋳造で得られたシリンダブロックＳの場合、加工すべき箇所が加工基準点から離れているほど鋳物の膨張収縮の度合いに応じて位置誤差が大きくなるが、第２，第３シリンダボア部ＳＢ２，ＳＢ３に加工基準点を設定することによって、該基準点から各加工箇所への距離が最小になる傾向にあるので、各加工箇所の位置誤差を減少させることができ、加工精度をより一層向上することができる。
【００６９】
一方、シリンダブロックＳを安定的に保持するために、両端のシリンダボア部ＳＢ１，ＳＢ４をチャック３０，３０で保持しているので、チャック３０，３０がシリンダボア部ＳＢ１，ＳＢ４内でＸ軸方向にずれて保持している場合や、鋳物の膨張収縮によってシリンダボア部ＳＢ２，ＳＢ３の中間部に設定される加工基準点は一意に決まらない。そこで、加工基準点のＸ軸方向の位置をタッチセンサ８０で検出して、検出した加工基準点の所定位置に対するずれ量Ｄを算出し、算出したずれ量Ｄに基づいてＮＣデータを補正し、シリンダブロックＳを加工することにより、シリンダブロックＳの安定保持による加工精度の向上と加工箇所の位置誤差の減少とを両立させることができる。
【００７０】
また、チャック３０は、シリンダボア部ＳＢ１，ＳＢ４にＺ軸方向に拡張して該ボア部ＳＢ１，ＳＢ４の内壁に当接する拡張部材５０，５０を備えたことにより、該拡張部材５０，５０を同時に同量拡張させることによりシリンダブロックＳの方向性を厳密・緻密に調整することができる。また、拡張部材５０，５０がシリンダボア部ＳＢ１，ＳＢ４の内壁を押圧することになって、より安定的にシリンダブロックＳを保持固定することができる。
【００７１】
また、シリンダボア部ＳＢ１，ＳＢ４の内部からシリンダブロックＳを保持固定することによって、シリンダブロックＳを外部からクランプ・固定する機構を必要とせず、その結果、シリンダブロックＳを回転機構１４によってを任意に回転させることができ、容易に多面加工を実施することができる。
【００７２】
さらに、チャック３０は、シリンダブロックＳを下方から支持する水平面５１，５１及び揺動部材６２を有し、拡張部材５０，５０を拡張させた状態で該拡張部材５０，５０を下方に移動させることにより、拡張部材５０，５０とシリンダボア部ＳＢ１，ＳＢ４の内壁との摩擦によってシリンダブロックＳを強固に固定・クランプすることができ、シリンダブロックＳが加工中にぐらついたり位置ずれしたりせず加工精度を向上することができる。
【００７３】
なお、本発明は、直列４気筒エンジン用のシリンダブロックＳに限らず、また、シリンダブロックＳ以外のワークに対しても、加工基準点を設定してＮＣデータ上の加工基準点とのずれ量を算出し、ＮＣデータを補正することによって適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明は、簡単な装置構成としてコストを削減すると共に、ワークの高精度な位置決め及び位置決めした位置にワークを強固に固定し、容易に多面加工を行うことができるワークの位置決め加工方法及びその装置を提供する。本発明は、シリンダブロック等のワークの加工を行う加工方法及び装置に関し、より詳しくは、所定の位置にワークを位置決めした後所定の加工用データに基づいてワークを加工機で加工するワークの位置決め加工方法およびその装置に関する技術分野に広く好適である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の実施の形態に係るマシニングセンタの全体構成を示す斜視図である。
【図２】上記マシニングセンタに用いられた位置決め手段であるチャック及びガイド部材の正面図である。
【図３】上記チャックがワークであるシリンダブロックのシリンダボア部に挿入された状態の拡大の側断面図である。
【図４】主軸に装着されたタッチセンサの動作状態を正面から見た縦断面図である。
【図５】シリンダブロックの底面図である。
【図６】上記チャックの拡張部材の拡張時の状態を示す図３と類似の側断面図である。
【図７】ワーク搬入方向であるＺ軸方向の位置決めの説明図である。
【図８】Ｘ軸方向のデータ補正制御のフローチャートである。
【図９】タッチセンサによるずれ量検出時の説明図である。
【図１０】タッチセンサによるずれ量検出時の説明図である。
【符号の説明】
【００７６】
１            加工機（マシニングセンタ）
１２          主軸
１５          ワークパレット（パレット）
３０          位置決め手段（チャック）
３１          ガイド手段（ガイド部材）
５０          拡張部材
５１          固定治具（水平部）
８０          位置検出手段（タッチセンサ）
Ｓ            ワーク（シリンダブロック）
ＳＢ１〜ＳＢ４      シリンダボア部
【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】
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【図９】
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【図１０】
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