(57)【要約】  【課題】回転工具を回転させながらその先端部をワークの表面部に押し込んで表面処理を施す表面処理装置において、工具押込量が基準押込量よりも過大になることがないように維持しつつ、回転工具の実先端位置を検出する周期を変更して、その位置検出に要するトータルの時間を低減し、ワークの生産性を格段に高める。  【解決手段】位置検出手段６が、回転工具１０の先端基準位置に対する実先端位置を検出し、その実先端位置に基づいて、押込量補正手段７が回転工具１０をワークＷの表面部Ｗａに押し込む工具押込量を基準押込量とするように補正し、指令手段８が、位置検出手段６と押込量補正手段７とを作動させる指令を出力し、その際、位置検出手段６により複数の回転工具１０の実先端位置を検出する検出周期について、複数の回転工具１０のローテーション回数が所定値以下の場合の検出周期を所定値よりも大きい場合の検出周期よりも短くする。【選択図】  図１
2007319907.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械の主軸に着脱可能に取り付けられた回転工具を回転させながらその先端部をワークの表面部に押し込み、そのワークの表面部を摩擦熱により軟化させ塑性流動させて改質する表面処理を行い、この表面処理に供する複数の回転工具をローテーションさせて使用し、この一連の表面処理を１又は複数回行う毎に使用に供した回転工具を交換するように構成したワークの表面処理装置において、
前記主軸に取り付けられ使用に供する回転工具の所定の先端基準位置に対する実先端位置を検出可能な位置検出手段と、
前記位置検出手段で検出された実先端位置に基づいて、前記表面処理の際に回転工具をワークの表面部に押し込む工具押込量を、基準押込量とするように補正する押込量補正手段と、
前記位置検出手段と押込量補正手段とを作動させる指令を出力する指令手段であって、前記位置検出手段により前記複数の回転工具の実先端位置を検出する検出周期について、前記複数の回転工具のローテーション回数が所定値以下の場合の検出周期を所定値よりも大きい場合の検出周期よりも短くする指令手段と、
を備えたことを特徴とするワークの表面処理装置。
【請求項２】
前記指令手段は、工作機械の始動時からの前記ローテーション回数が第１の所定値よりも大きい場合の前記検出周期を一定周期にすることを特徴とする請求項１に記載のワークの表面処理装置。
【請求項３】
前記指令手段は、工作機械の始動時からの前記ローテーション回数が前記第１の所定値よりも小さい第２の所定値以下の場合に、前記ローテーション回数が１回増加する毎に位置検出手段と押込量補正手段とを作動させることを特徴とする請求項２に記載のワークの表面処理装置。
【請求項４】
前記指令手段は、前記表面処理に供する回転工具の本数が少ない程、前記第２の所定値を大きくすることを特徴とする請求項３に記載のワークの表面処理装置。
【請求項５】
前記指令手段は、前記表面処理に供する回転工具の本数が少ない程、前記検出周期を全体的に短くすることを特徴とする請求項１に記載のワークの表面処理装置。
【請求項６】
前記ワークがエンジンのシリンダヘッドであることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のワークの表面処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械の主軸に取り付けられた回転工具を回転させながらその先端部をワークの表面部に押し込み、そのワークの表面部を回転工具との摩擦熱により軟化させ塑性流動させて改質する表面処理を行うワークの表面処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記ワークの表面処理装置を用いて、鋳造成形品からなるアルミニウム合金製のワークの表面部を改質する技術が周知であり、この表面処理が施されたワークの表面部では、金属組織の微細化、共晶シリコン粒子の均一分散化、鋳造欠陥の減少等が図られ、耐久性（熱疲労強度、耐衝撃性）が高められる。例えば、特許文献１、２には、エンジンのシリンダヘッドのうち隣り合う給排気ポート間の弁間部に、前記表面処理を施す技術が開示されている。
【０００３】
このワークの表面処理装置では、主に回転工具とワークとの摩擦熱によって、また、外気や装置作動油の温度変化によって、回転工具、主軸の温度変化に伴う寸法変化（熱膨張）が生じ、この寸法変化に起因して、回転工具をワークの表面部に押し込む工具押込量にバラツキが生じる。そして、工具押込量が基準押込量よりも過小になっても過大になっても、ワークの表面部を適正に改質できなくなり、例えば、工具押込量が基準押込量よりも過小になると、内部未充填欠陥の発生が懸念され、工具押込量が基準押込量よりも過大になると、ワークの表面部に回転工具の痕跡が残存する虞がある。
【０００４】
ここで、特許文献１、２に開示されているように、複数本の回転工具をローテーションさせて使用する場合、１本の回転工具を連続して使用する場合に比べると、各回転工具の使用時間（稼働時間）を短縮でき冷却期間が長くなるため、回転工具の熱膨張を抑制できるが、複数の回転工具のローテーション回数が増加していくと、回転工具に摩擦熱が蓄積されていくため、また、主軸の熱膨張は抑制できないため、工具押込量が基準押込量よりも過大になる傾向を抑えることができない。
【０００５】
そこで、特許文献１には、主軸に取り付けられた回転工具の所定の先端基準位置に対する実先端位置をタッチセンサ等で検出し、その実先端位置に基づいて、工具押込量を適正な押込量（基準押込量）とするように補正する技術が記載されている。
【特許文献１】特開２００３−４８０６４号公報
【特許文献２】特開２００３−１２０４１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の技術のように、主軸に取り付けられた回転工具の所定の先端基準位置に対する実先端位置をタッチセンサ等で検出すると、その実先端位置に基づいて工具押込量を基準押込量とするように補正できるが、回転工具の実先端位置の検出に要する時間（例えば、約２０秒）は比較的長く、この回転工具の位置検出を、ローテーション回数が１回増加する毎に常に行うようにすると、この位置検出に要するトータルの時間が大きくなるため、ワークの生産性が著しく低下する。
【０００７】
本発明の目的は、表面処理の際に回転工具をワークの表面部に押し込む工具押込量を基準押込量とするように補正して、ワークの表面部を確実に改質し、しかも、複数の回転工具をローテーションさせて使用する際の、回転工具の所定の先端基準位置に対する実先端位置の変化傾向を加味して、工具押込量が基準押込量よりも過大になることがないように維持しつつ、回転工具の実先端位置を検出する周期を変更して、回転工具の位置検出を適切に間引きして行って、その位置検出に要するトータルの時間を大幅に低減し、ワークの生産性を格段に高めることができる、ワークの表面処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１のワークの表面処理装置は、工作機械の主軸に着脱可能に取り付けられた回転工具を回転させながらその先端部をワークの表面部に押し込み、そのワークの表面部を摩擦熱により軟化させ塑性流動させて改質する表面処理を行い、この表面処理に供する複数の回転工具をローテーションさせて使用し、この一連の表面処理を１又は複数回行う毎に使用に供した回転工具を交換するように構成したワークの表面処理装置において、前記主軸に取り付けられ使用に供する回転工具の所定の先端基準位置に対する実先端位置を検出可能な位置検出手段と、前記位置検出手段で検出された実先端位置に基づいて、前記表面処理の際に回転工具をワークの表面部に押し込む工具押込量を、基準押込量とするように補正する押込量補正手段と、前記位置検出手段と押込量補正手段とを作動させる指令を出力する指令手段であって、前記位置検出手段により前記複数の回転工具の実先端位置を検出する検出周期について、前記複数の回転工具のローテーション回数が所定値以下の場合の検出周期を所定値よりも大きい場合の検出周期よりも短くする指令手段とを備えたものである。
【０００９】
このワークの表面処理装置では、工作機械の主軸に回転工具が着脱可能に取り付けられ、この回転工具が回転し先端部がワークの表面部に押し込まれて、そのワークの表面部が回転工具との摩擦熱により軟化し塑性流動して改質される。表面処理に供する複数の回転工具がローテーションして使用され、一連の表面処理が１又は複数回行われる毎に使用に供した回転工具が交換され、これにより、１本の回転工具を連続して使用する場合に比べると、各回転工具の使用時間（稼働時間）が短縮され冷却期間が長くなるため、回転工具の熱膨張を抑制できる。但し、回転工具のローテーション回数が増加していくと、回転工具に摩擦熱が蓄積されていくため、また、主軸の熱膨張は抑制できないため、工具押込量が基準押込量よりも過大になる傾向を抑えることができない。
【００１０】
そこで、位置検出手段により、主軸に取り付けられ使用に供する回転工具の所定の先端基準位置に対する実先端位置が検出されると、押込量補正手段により、位置検出手段で検出された実先端位置に基づいて、表面処理の際に回転工具をワークの表面部に押し込む工具押込量が基準押込量となるように補正されて、この工具押込量の補正が行われた回転工具では表面処理が適正に施され、この表面処理後のワーク表面部では、金属組織の微細化等が図られ、耐久性（熱疲労強度、耐衝撃性）が高められる。しかし、回転工具の実先端位置の検出に要する時間は比較的長く、この回転工具の位置検出を、ローテーション回数が１回増加する毎に常に行うようにすると、ワークの生産性が著しく低下する。
【００１１】
ここで、回転工具、主軸の温度変化に伴う寸法変化については、この工作機械の始動時からローテーション回数が増加するに連れて、主に回転工具とワークとの間に発生する摩擦熱に起因して大きくなり、その寸法変化量は徐々に小さくなる傾向がある。そこで、指令手段により、位置検出手段により複数の回転工具の実先端位置を検出する検出周期について、ローテーション回数が所定値以下の場合の検出周期を所定値よりも大きい場合の検出周期よりも短くするようにして、位置検出手段と押込量補正手段とを作動させる指令を出力することで、回転工具の所定の先端基準位置に対する実先端位置の変化傾向を加味して、工具押込量が基準押込量よりも過大になることがないように維持しつつ、工具押込量の補正のために回転工具の実先端位置を検出する周期が変更される。
【００１２】
請求項１の発明においては、前記指令手段は、工作機械の始動時からの前記ローテーション回数が第１の所定値よりも大きい場合の前記検出周期を一定周期にする（請求項２）、前記指令手段は、工作機械の始動時からの前記ローテーション回数が前記第１の所定値よりも小さい第２の所定値以下の場合に、前記ローテーション回数が１回増加する毎に位置検出手段と押込量補正手段とを作動させる（請求項３）、前記指令手段は、前記表面処理に供する回転工具の本数が少ない程、前記第２の所定値を大きくする（請求項４）、前記指令手段は、前記表面処理に供する回転工具の本数が少ない程、前記検出周期を全体的に短くする（請求項５）、前記ワークがエンジンのシリンダヘッドである（請求項６）、等の構成を採用可能である。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１のワークの表面処理装置によれば、位置検出手段と押込量補正手段とを設けたので、主軸に取り付けられ使用に供する回転工具の先端基準位置に対する実先端位置を検出し、この実先端位置に基づいて、表面処理の際に回転工具をワークの表面部に押し込む工具押込量を基準押込量とするように補正できるので、ワークの表面部を確実に改質し、金属組織の微細化等を図り、耐久性を高めることができ、しかも、指令手段を設けたので、複数の回転工具の実先端位置を検出する検出周期について、ローテーション回数が所定値以下の場合の検出周期を所定値よりも大きい場合の検出周期よりも短くするようにして、位置検出手段と押込量補正手段とを作動させる指令を出力することで、複数の回転工具をローテーションさせて使用する際の、回転工具の先端基準位置に対する実先端位置の変化傾向を加味して、工具押込量が基準押込量よりも過大になることがないように維持しつつ、回転工具の実先端位置を検出する周期を変更して、回転工具の位置検出を適切に間引きして行って、この位置検出に要するトータルの時間を大幅に低減し、ワークの生産性を高めることができる。
【００１４】
請求項２のワークの表面処理装置によれば、指令手段は、工作機械の始動時からのローテーション回数が第１の所定値よりも大きい場合の検出周期を一定周期にするので、この第１の所定値よりも大きい場合には、回転工具の熱膨張による寸法変化が小さく主軸の温度変化も小さいため、回転工具の先端基準位置に対する実先端位置の変化が小さくなる回数に、この第１の所定値を設定して、工具押込量が基準押込量よりも過大になることがないように維持して、回転工具の位置検出を一定周期にて間引きして行うことができる。
【００１５】
請求項３のワークの表面処理装置によれば、指令手段は、工作機械の始動時からのローテーション回数が第１の所定値よりも小さい第２の所定値以下の場合に、ローテーション回数が１回増加する毎に位置検出手段と押込量補正手段とを作動させるので、特に、回転工具の温度変化に伴う寸法変化の上昇率が大きくなる期間（回転工具や主軸が冷間状態）において、工具押込量が基準押込量よりも過大にならないように、工具押込量を基準押込量とするように確実に補正できる。
【００１６】
請求項４のワークの表面処理装置によれば、指令手段は、表面処理に供する回転工具の本数が少ない程、第２の所定値を大きくするので、表面処理に供する回転工具の本数が少ない程、回転工具の先端基準位置に対する実先端位置の変化が小さくなる迄のローテーション回数は大きくなるため、第２の所定値を大きくすることで、工具押込量が基準押込量よりも過大にならないように、工具押込量を基準押込量とするように確実に補正できる。
【００１７】
請求項５のワークの表面処理装置によれば、指令手段は、表面処理に供する回転工具の本数が少ない程、検出周期を全体的に短くするので、表面処理に供する回転工具の本数に応じて、検出周期を適切に設定して、工具押込量が基準押込量よりも過大になることがないように、工具押込量を基準押込量とするように確実に補正できる。
【００１８】
請求項６のワークの表面処理装置によれば、ワークがエンジンのシリンダヘッドであるので、例えば、シリンダヘッドのうち給排気ポート間の弁間部に表面処理を施して、弁間部の耐久性を高め、高品質のシリンダヘッドの生産性を高めることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明のワークの表面処理装置では、位置検出手段により、主軸に取り付けられ使用に供する回転工具の所定の先端基準位置に対する実先端位置が検出され、押込量補正手段により、位置検出手段で検出された実先端位置に基づいて、表面処理の際に回転工具をワークの表面部に押し込む工具押込量が基準押込量となるように補正され、指令手段により、位置検出手段と押込量補正手段とを作動させる指令が出力され、この場合、位置検出手段により複数の回転工具の実先端位置を検出する検出周期について、複数の回転工具のローテーション回数が所定値以下の場合の検出周期を所定値よりも大きい場合の検出周期よりも短くする。
【実施例】
【００２０】
図１は本発明のワークの表面処理装置１の構成図であり、図２は回転工具１０の先端部分の側面図、図３は図１の回転工具１０とワークＷを含む要部の断面図である。図１に示すように、表面処理装置１は、回転工具１０が着脱可能に取り付けられる主軸２と、回転工具１０（主軸２）を回転させる工具回転手段３と、回転工具１０（主軸２）をワークＷに対して相対的に移動させる工具相対移動手段４を備え、主軸２に取り付けられた回転工具１０を主軸２と共に回転させながらその先端部をワークＷの表面部Ｗａに押し込み、そのワークＷの表面部Ｗａを回転工具１０との摩擦熱により軟化させ塑性流動させて改質する表面処理（摩擦攪拌処理）が行われる。
【００２１】
図１〜図３に示すように、回転工具１０は、ワークＷの材料（例えば、アルミニウム合金）よりも硬度の高い材料（例えば、炭素鋼等の鋼材）で構成され、回転基部１１と、回転基部１１の先端中央部から突出したプローブ部１２からなり、このプローブ部１２にはネジ山が形成され、回転基部１１の先端面には平坦なショルダー部１３が形成されている。尚、この回転工具１０において、プローブ部１２にネジ山を形成しないもの、プローブ部を省略したもの、ショルダー部を基端側へテーパ状に凹ませたもの等、種々の回転工具を採用可能である。
【００２２】
この表面処理では、先ず、回転工具１０が回転しながら回転工具１０のプローブ部１２がワークＷの表面部Ｗａに押し込まれて位置決めされ、続いて、回転基部１１の先端部がショルダー部１３からワークＷの表面部Ｗａに押し込まれて、そのワークＷの表面部Ｗａが回転工具１０との摩擦熱により軟化され塑性流動を起こし攪拌されて改質される。図１では、回転工具１０の先端部がワークＷの表面部Ｗａに押し込まれた状態で、ワークＷに対して回転工具１０が相対的に移動され、ワークＷの表面部Ｗａに連続的に表面処理が施される形態を示している。但し、ワークＷの表面部Ｗａにスポット的に表面処理を施すことも可能である。
【００２３】
ワークＷは、アルミニウム合金製の鋳造成形品であり、表面処理が施されたワークＷの表面部Ｗａでは、金属組織の微細化、共晶シリコン粒子の均一分散化、鋳造欠陥の減少等が図られ、耐久性（熱疲労強度、耐衝撃性）が高められる。このワークＷは、例えば、図８に示すエンジンのシリンダヘッドＷであり、このシリンダヘッドＷのうち隣り合う給排気ポートＷｂ，Ｗｃ間の弁間部Ｗｄに表面処理が施される。尚、ワークＷとして、アルミニウム合金以外の軽金属製のもの、軽金属以外の金属製のもの、鍛造成形品であるもの、シリンダヘッド以外のワーク等、種々のワークを適用可能である。
【００２４】
図１に示すように、この表面処理装置１は、主軸２に取り付けられた回転工具１０を交換する工具交換手段５を備え、表面処理に供する複数（例えば、４本）の回転工具１０をローテーションさせて使用し、一連の表面処理を複数回行う毎に使用に供した回転工具１０を交換するように構成されている。ここで、ワークＷが図８のシリンダヘッドＷの場合、４気筒に対応する４箇所の弁間部Ｗｄの全部に表面処理を施すが、一連の表面処理とは、各弁間部Ｗｄの表面処理の開始から完了までをいい、故に、一連の表面処理を４回行う毎に、つまり、シリンダヘッドＷ１台毎に、使用に供した回転工具１０を交換する。
【００２５】
この表面処理装置１は、主軸２に取り付けられ使用に供する回転工具１０の所定の先端基準位置に対する実先端位置を検出可能な位置検出手段６と、位置検出手段６で検出された実先端位置に基づいて、表面処理の際に回転工具１０をワークＷの表面部Ｗａに押し込む工具押込量Ｆを基準押込量ＦＢとするように補正する押込量補正手段７と、位置検出手段６と押込量補正手段７とを作動させる指令を出力する指令手段８であって、位置検出手段６により複数の回転工具１０の実先端位置を検出する検出周期について、複数の回転工具１０のローテーション回数Ｒｎが所定値以下の場合の検出周期を所定値よりも大きい場合の検出周期よりも短くするとともに、所定値よりも大きい場合の検出周期を一定周期にする指令手段８を備えている。
【００２６】
ここで、主軸２と複数の前記手段３〜８を備えた表面処理装置１について具体的に説明する。図４、図５に示すように、表面処理装置１はマシニングセンタ等の工作機械１５を主体に構成され、この工作機械１５において、主軸２が回転可能に且つ昇降可能に鉛直向きに支持され、主軸２の下側においてテーブル１６が水平直交２方向（Ｘ方向とＹ方向）へ移動可能に支持され、このテーブル１６にワークＷが位置決めされ載置支持される。
【００２７】
工作機械１５は、ＮＣコントローラ２１を含む制御ユニット２０、工具回転モータ２２、工具昇降モータ２３、テーブルＸ，Ｙモータ２４，２５、ツールチェンジャー２６、ツールマガジン２７、タッチセンサ２７を有する。工具回転モータ２２が工具回転手段３に相当し、工具昇降モータ２３とテーブルＸ，Ｙモータ２４，２５が工具相対移動手段４に相当し、ツールチェンジャー２６が工具交換手段５に相当し、制御ユニット２０と工具昇降モータ２３とテーブルＸ，Ｙモータ２４，２５とタッチセンサ２７が位置検出手段６に相当し、制御ユニット２０が押込量補正手段７と指令手段８に相当する。
【００２８】
制御ユニット２０により、ワークＷに応じて予め設定されたＮＣプログラムに基づいて、工具回転モータ２２が駆動され、工具昇降モータ２３、テーブルＸ，Ｙモータ２４，２５が数値制御されて、テーブル１６に載置されたワークＷに表面処理を施し、ワークＷが図８のシリンダヘッドＷの場合に、４箇所の弁間部Ｗｄにおいて、夫々、矢印で示す経路に沿って回転工具１０がワークＷに対して相対移動されて表面処理が施される。
【００２９】
ツールマガジン２７には、少なくとも表面処理に供する複数（例えば、４本）の回転工具１０が収容され、制御ユニット２０により、ツールチェンジャー２６が駆動制御されて、使用に供した回転工具１０をツールマガジン２７内の新たな回転工具１０に交換し、ワークＷが図８のシリンダヘッドＷの場合に、１台のシリンダヘッドＷの表面処理が完了する毎に回転工具１０が交換される。尚、ツールマガジン２７にはバリ除去用工具も収容され、必要に応じて、ワークＷの表面処理後、主軸２にバリ除去用工具が装着されて、ワークＷに発生した不要なバリが除去される。
【００３０】
図６、図７に示すように、タッチセンサ２８は、テーブル１６の上面部のワークＷ及びその表面処理の邪魔にならない部位に上向きに配置固定され、制御ユニット２０に電気的に接続されている。主軸２に取り付けられた回転工具１０の所定の先端基準位置に対する実先端位置を検出する場合、制御ユニット２０により、テーブルＸ，Ｙモータ２４，２５が制御されて、タッチセンサ２８を回転工具１０の下側に位置させると共に、工具昇降モータ２３が制御されて、回転工具１０を下降させてタッチセンサ２８のタッチ部２８ａに接触させ、そのタッチ信号がタッチセンサ２８から制御ユニット２０に送信される。
【００３１】
制御ユニット２０では、回転工具１０の先端基準位置が記憶されており、この先端基準位置に対して、タッチセンサ２８からタッチ信号を受信したときの工具昇降モータ２３の駆動量に基づいて、回転工具１０の実先端位置が演算され検出される。そして、この実先端位置に基づいて、表面処理の際に回転工具１０をワークＷの表面部Ｗａに押し込む工具押込量Ｆが基準押込量ＦＢとなるように補正される。
【００３２】
ここで、主に回転工具１０とワークＷとの摩擦熱によって、また、外気や装置作動油の温度変化によって、回転工具１０、主軸２の温度変化に伴う寸法変化（主に、熱膨張）が生じ、この寸法変化に起因して、工具押込量Ｆが過大にならいなように、前記実先端位置の検出と工具押込量の補正が必要になるが、ここで、図１０に示すように、工作機械１５の始動時からの経過時間に対して、回転工具１０の先端基準位置に対する実先端位置の変化量（工具長の変化量）について、ワークＷが図８のシリンダヘッドＷの場合に、実施例及び比較例１，２のデータを複数採取した。
【００３３】
比較例２では、８８台のワークＷに１本の回転工具１０を連続的に使用するとともに、回転工具１０の交換毎にタッチセンサ２８を用いて工具押込量が検出されるようにして表面処理を施し、工作機械１５の始動時を含めてワークＷ１台毎に検出した回転工具１０の工具長の変化量を示し、比較例１では、８８台のワークＷに４本の回転工具１０をローテーションさせて使用して、１台のワークＷの表面処理が完了する毎に使用した回転工具１０を交換するとともに、回転工具１０の交換毎にタッチセンサ２８を用いて工具押込量が検出されるようにして表面処理を施し、１本の回転工具１０について、工作機械１５の始動時を含めてワークＷ１台毎に検出した回転工具１０の工具長の変化量を示している。
【００３４】
実施例では、８８台のワークＷを４本の回転工具１０をローテーションさせて使用して、１台のワークＷの表面処理が完了する毎に使用した回転工具１０を交換するとともに、後述のローテーション回数のときだけタッチセンサ２８を用いて工具押込量が検出されるようにして表面処理を施し、１本の回転工具１０について、工作機械１５の始動時を含めてワークＷ１台毎に検出した回転工具１０の工具長の変化量を示している。尚、約１７０〜２２０分の間は、例えば、昼食休憩等で工作機械１５が休止している期間である。
【００３５】
比較例２では、工具長の変化量が、工作機械１５の始動時から約５０分、約１２台のワークＷの表面処理を行う迄は極めて大きくなり、その後も徐々に大きくなり最終的には安定するが不安定な所もある。比較例１では、工具長の変化量が、工作機械１５の始動時から約５０分、約１２台のワークＷの表面処理を行う際迄は徐々に大きくなり、その後も多少大きくなるが安定し、工作機械１５の始動時から約１００分、約４４台のワークＷの表面処理を行う際以降は安定する。
【００３６】
例えば、１台のワークＷの表面処理に要する時間は約６分であるが、工具長の計測に要する１本の回転工具１０あたりの時間は約２１秒必要であり、４００台のワークＷの１台毎に工具長の計測を行うと、２１×４００＝８４００秒＝１４０分必要になり、ワークＷの生産性が極めて低くなる。そこで、こうした試験結果を加味して、本発明の表面処理装置１では、工具押込量Ｆが基準押込量ＦＢよりも過大になることがないように維持しつつ、ワークＷの生産性を向上し得るように、回転工具１０の実先端位置を検出する周期を変更するように構成されている。
【００３７】
次に、この表面処理装置１の制御ユニット２０が実行する表面処理を含む処理について、図９のフローチャート（図中のＳｉ（ｉ＝１、２、３・・・）は各ステップを示す）に基づいて説明する。尚、この処理を実行する為のプログラムが制御ユニット２０の記憶部（コンピュータのＲＯＭ等）に格納されている。尚、表面処理に供する４本の回転工具１０をローテーションさせて使用し、これら回転工具１０に工具番号１〜４が夫々対応付けられており、シリンダヘッドＷからなるワークＷに一連の表面処理を４回行ってワークＷを交換する毎に使用に供した回転工具１０を交換する。
【００３８】
図９に示すように、この処理は工作機械１５の作動時（起動時）に開始され、先ず、複数の回転工具１０のローテーション回数Ｒｎが１にセットされるとともに、工具番号Ｔｎが１にセットされる（Ｓ１）。次に、Ｒｎ≦３又はＲｎ＝７又はＲｎ＝１１であるか否か判定され（Ｓ２）、Ｓ２；Yes の場合、実先端位置検出処理（Ｓ３）と工具押込量補正処理（Ｓ４）とが実行されて、前記のように、回転工具１０の所定の先端基準位置に対する実先端位置が検出され、その実先端位置に基づいて、表面処理の際に回転工具１０をワークＷの表面部Ｗａに押し込む工具押込量Ｆが基準押込量ＦＢとなるように補正される。
【００３９】
Ｓ４の後、表面処理（Ｓ５）が実行され、前記のように、回転工具１０が回転されながらその先端部がワークＷの表面部Ｗａに押し込まれ、そのワークＷの表面部Ｗａが回転工具１０との摩擦熱により軟化し塑性流動して改質され、この場合、シリンダヘッドＷの４箇所の弁間部Ｗｄの全部に表面処理が施される（Ｓ５）。その後、Ｔｎ＝４か否か判定され（Ｓ６）、Ｓ６；Noの場合、ＴｎがＴｎ＋１にインクリメントされ（Ｓ７）、そのＴｎに対応する回転工具１０に交換され（Ｓ８）、Ｓ３へリターンする。
【００４０】
一方、Ｓ２；Noの場合、Ｓ５〜Ｓ８と同様に、表面処理（Ｓ９）が実行され、Ｔｎ＝４か否か判定され（Ｓ１０）、Ｓ１０；Noの場合、ＴｎがＴｎ＋１にインクリメントされ（Ｓ１１）、そのＴｎに対応する回転工具１０に交換され（Ｓ１２）、Ｓ９へリターンする。こうして、４本の回転工具１０によって４台のワークＷに表面処理が施され、その際、Ｒｎ≦３又はＲｎ＝７又はＲｎ＝１１の場合には、各回転工具１０に対して実先端位置検出処理と工具押込量補正処理とが実行され、Ｒｎ≦３又はＲｎ＝７又はＲｎ＝１１以外の場合には、実先端位置検出処理と工具押込量補正処理とが省略される。
【００４１】
４本の回転工具１０によって４台のワークＷに表面処理が施されると、Ｔｎ＝４となるため、Ｓ６；Yes 又はＳ１０；Yes となり、次に、ローテーション総数Ｒｎａ＜設定回数であるか否か判定される（Ｓ１３）。このＲｎａは回転工具１０の寿命を測るために用いられ、工作機械１５の未作動時にも記憶保持される。Ｓ１３；Noの場合、Ｒｎ＝２１であるか否か判定され（Ｓ１４）、Ｓ１４；Noの場合には、ＲｎがＲｎ＋１にインクリメントされ（Ｓ１５）、Ｓ１４；Yes の場合には、Ｒｎが１１にセットされ（Ｓ１６）、その後、ＲａｎがＲｎａ＋１にインクリメントされ（Ｓ１７）、Ｓ２へリターンする。
【００４２】
ここで、Ｓ１３；Yes の場合、工具切換報知（Ｓ１８）が実行され、この工具切換報知では、音声やランプ等で回転工具１０の切り換えが報知され、この報知に基づいて、ローテーションして使用する４本の回転工具１０が新たな４本の回転工具１０に切り換えられ、その４本の回転工具１０に工具番号１〜４が夫々対応付けられる。こうして、工具切換が完了すると（Ｓ１９；Yes ）、Ｒｎａが１にセットされ（Ｓ２０）、リターンする。
【００４３】
つまり、各回転工具１０について、ローテーション回数Ｒｎが１〜３回の場合には、ローテーション回数Ｒｎが１回増加する毎に、実先端位置検出処理（Ｓ３）と工具押込量補正処理（Ｓ４）とが実行され、ローテーション回数Ｒｎが４〜１１回の場合には、ローテーション回数Ｒｎが３回目から４回増加する毎に、実先端位置検出処理（Ｓ３）と工具押込量補正処理（Ｓ４）とが実行され、ローテーション回数Ｒｎがトータルで１２回以上になると、ローテーション回数Ｒｎが１０回増加する毎に、実先端位置検出処理（Ｓ３）と工具押込量補正処理（Ｓ４）とが実行される。
【００４４】
ここで、図１１に示すように、工作機械１５の始動時からの経過時間に対して、回転工具１０の工具押込量Ｆの変化量について、ワークＷが図８のシリンダヘッドＷの場合に、実施例及び比較例１，２のデータを複数採取した。比較例２では、８８台のワークＷに１本の回転工具１０を連続的に使用して表面処理を施し、工作機械１５の始動時を含めてワークＷ１台毎に工具押込量Ｆを補正した場合の工具押込量Ｆの変化量を示し、比較例１では、８８台のワークＷに４本の回転工具１０をローテーションさせて使用して、工具押込量Ｆを補正しない場合の工具押込量Ｆの変化量を示している。
【００４５】
比較例２では、ワークＷ１台毎に工具押込量Ｆを補正するため、工具押込量Ｆの変化量が略０に安定するが、前記のように、工具長の計測に要する時間が長くなり、ワークＷの生産性が極めて低くなる。比較例１では、４本の回転工具１０をローテーションさせて使用するものの、工具押込量Ｆを補正しないため、工具押込量Ｆが過大になり、ワークＷの表面部Ｗａを適正に改質できなくなり、ワークＷの表面部Ｗａに回転工具１０の痕跡が残存する虞も高くなる。そこで、比較例１，２の試験結果を踏まえて、本実施例においては、工具長の計測に要する時間を短くすることと、工具押込量Ｆが過大になり過ぎないようにすることを、工具長の検出周期を前記のように変更することにより達成した。
【００４６】
この表面処理装置１によれば、位置検出手段５と押込量補正手段６とを設けたので、主軸２に取り付けられ使用に供する回転工具１０の先端基準位置に対する実先端位置を検出し、この実先端位置に基づいて、表面処理の際に回転工具１０をワークＷの表面部Ｗａに押し込む工具押込量Ｆを基準押込量ＦＢとするように補正できるので、ワークＷの表面部Ｗａを確実に改質し、金属組織の微細化等を図り、耐久性を高めることができる。
【００４７】
しかも、指令手段８を設けたので、４本の回転工具１０の実先端位置を検出する検出周期について、ローテーション回数Ｒｎが所定値（第１の所定値の１１又は第２所定値の３）以下の場合の検出周期を所定値よりも大きい場合の検出周期よりも短くするようにして、位置検出手段６と押込量補正手段７とを作動させる指令を出力することで、４本の回転工具１０をローテーションさせて使用する際の、回転工具１０の先端基準位置に対する実先端位置の変化傾向を加味して、工具押込量Ｆが基準押込量ＦＢよりも過大になることがないように維持しつつ、回転工具１０の実先端位置を検出する周期を変更して、回転工具１０の位置検出を適切に間引きして行って、この位置検出に要するトータルの時間を大幅に低減し、ワークＷの生産性を高めることができる。
【００４８】
しかも、指令手段８は、工作機械１５の始動時からのローテーション回数Ｒｎが第１の所定値（１１回）よりも大きい場合の検出周期を一定周期（１０ローテーション周期）にするので、この第１の所定値よりも大きい場合には、回転工具１０の熱膨張による寸法変化が小さく主軸２の温度変化も小さいため、回転工具１０の先端基準位置に対する実先端位置の変化が小さくなる回数に、この第１の所定値を設定して、工具押込量Ｆが基準押込量ＦＢよりも過大になることがないように維持して、回転工具１０の位置検出を一定周期にて間引きして行うことができる。
【００４９】
また、工作機械１５の始動時からのローテーション回数Ｒｎが第２の所定値（３）以下の場合に、ローテーション回数Ｒｎが１回増加する毎に位置検出手段６と押込量補正手段７とを作動させるので、特に、回転工具１０の温度変化に伴う寸法変化の上昇率が大きくなる期間（回転工具１０や主軸２が冷間状態）において、工具押込量Ｆが基準押込量ＦＢよりも過大にならないように、工具押込量Ｆを基準押込量ＦＢとするように確実に補正することができる。
【００５０】
つまり、ローテーション回数Ｒｎが３回（第２の所定置）以下の場合の検出周期（１ローテーション周期）を３回よりも大きい場合の検出周期（４ローテーション周期又は１０ローテーション周期）よりも短くして、また、ローテーション回数Ｒｎが１１回（第１の所の定値）以下の場合の検出周期（１ローテーション周期又は４ローテーション周期）を第１１回よりも大きい場合の検出周期（１０ローテーション周期）よりも短くして、その結果、４００台のワークＷに表面処理を行う場合、工具長の計測が５２回の必要となり３４８回省略でき、工具長の計測に要する１本の回転工具１０あたりの時間を約２１秒とする場合、２１×３４８＝１２１．８分の生産時間の短縮が可能になる。
【００５１】
こうして、ワークＷがエンジンのシリンダヘッドＷである場合に、シリンダヘッドＷのうち給排気ポートＷｂ，Ｗｃ間の弁間部Ｗｄに表面処理を施して、弁間部Ｗｄの耐久性を高め、高品質のシリンダヘッドＷの生産性を高めることが可能になる。
【００５２】
次に、前記実施例の変更形態について説明する。
１］指令手段８は、表面処理に供する回転工具１０の本数が少ない程、前記検出周期を全体的に短くしてもよい。例えば、図１２は、表面処理に供する回転工具１０の本数が３本の場合と４本の場合の、８８台のワークＷに４本の回転工具１０をローテーションさせて使用して、１台のワークＷの表面処理が完了する毎に使用した回転工具１０を交換して表面処理を施し、１本の回転工具１０について、工作機械１５の始動時を含めてワークＷ１台毎に検出された回転工具１０の工具長の変化量を示している。
【００５３】
この図からわかるように、表面処理に供する回転工具１０の本数が３本の場合の工具長の変化量は、４本の場合と比べて大きく、且つ、工作機械１５の始動時から安定する迄の時間も長くなる。従って、指令手段８が、表面処理に供する回転工具１０の本数が少ない程、検出周期を全体的に短くすることで、表面処理に供する回転工具１０の本数に応じて、検出周期を適切に設定して、工具押込量Ｆが基準押込量ＦＢよりも過大になることがないように、工具押込量Ｆを基準押込量ＦＢとするように確実に補正できる。
【００５４】
２］この場合、指令手段８は、表面処理に供する回転工具１０の本数が少ない程、第２の所定値を大きくしてもよい。例えば、表面処理に供する回転工具１０の本数が３本の場合には、第２の所定値を４又は５回にする。つまり、表面処理に供する回転工具１０の本数が少ない程、回転工具１０の先端基準位置に対する実先端位置の変化が小さくなる迄のローテーション回数Ｒｎは大きくなるため、第２の所定値を大きくすることで、工具押込量Ｆが基準押込量ＦＢよりも過大にならないように、工具押込量Ｆを基準押込量ＦＢとするように確実に補正できる。
【００５５】
３］ロボットアームに主軸を回転可能に装着し、この主軸に回転工具１０を着脱可能に装着し、このロボットアームを作動させて、回転工具１０をワークＷの表面部Ｗａに押し込んで表面処理を施してもよい。
４］実先端位置の検出については、タッチセンサ２８以外に、カメラで回転工具１０を撮像して画像解析により行ってもよいし、或いは、赤外線カメラで主軸２、回転工具１０を撮像し、画像解析にて得られた主軸２、回転工具１０の温度から、予め設定された主軸２、回転工具１０の温度に基づく実先端位置（工具長の変化量）を割り出してもよい。
【００５６】
５］図９のフローチャートにおいて、表面処理終了後から次の表面処理の開始迄の時間を計時し、その時間が一定時間（例えば、１〜２時間）経過した場合には、Ｓ１へリターンするようにしてもよい。これにより、昼食休憩等で工作機械１５が休止している場合、主軸２や回転工具１０が冷却され、再度、熱膨張が一定期間生じて、工具長の検出と補正が連続的に必要となるが、これに対応することが可能になる。
【００５７】
６］回転工具１０の交換については、一連の表面処理をメイン実施例のように４回とする以外の複数回行う毎に行ってもよい。即ち、１台のワークＷについて、全表面処理が完了しなくても、その途中で回転工具１０を交換するようにしてもよい。
７］表面処理に供する回転工具１０の数については、メイン実施例の４本に限らず、２本又は３本又は５本以上にしてもよい。
８］第１の所定値、第２所定値については、適宜変更可能である。
【００５８】
９］その他、本発明について、その趣旨を逸脱しない範囲において、前記開示事項以外の種々の変更を付加して実施可能であり、シリンダヘッド以外の種々のワークＷの表面部Ｗａに、回転工具１０を回転させながらその先端部を押し込み、そのワークＷの表面部Ｗａを摩擦熱により軟化させ塑性流動させて改質する表面処理装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】実施例の表面処理装置の構成図である。
【図２】図１の要部の断面図である。
【図３】回転工具の先端部分の側面図である。
【図４】表面処理装置の側面図である。
【図５】表面処理装置のブロック図である。
【図６】タッチセンサの側面図である。
【図７】タッチセンサの平面図である。
【図８】シリンダヘッドの平面図である。
【図９】表面処理装置の制御ユニットが実行する処理のフローチャートである。
【図１０】工具長の変化量を示す実施例と比較例の対比図である。
【図１１】工具押込量の変化量を示す実施例と比較例の対比図である。
【図１２】変更形態の工具数が３本と４本の場合の工具長の変化量を示す対比図である。
【符号の説明】
【００６０】
Ｗ  ワーク
１  表面処理装置
２  主軸
６  位置検出手段
７  押込量補正手段
８  指令手段
１０  回転工具
１５  工作機械
【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】
2007319907.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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