JP2006292632A - Crank shaft machining system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジン等に使用されるクランク軸を加工するクランク軸加工システムであって、特にクランク軸のバランス修正を行うものに関する。 The present invention relates to a crankshaft machining system for machining a crankshaft used in an engine or the like, and more particularly to a crankshaft balance correction.
エンジンに使用されるクランク軸は、一般に鍛造にて加工される。鍛造にて加工された機械要素はアンバランス成分を含み、また熱処理による黒皮（酸化膜）が表面に形成される。この寸法誤差の修正、及び黒皮の除去のため、クランク軸は切削加工される。また、この切削加工と同時にクランク軸のバランス調整が行われる。このバランス調整は、クランクアームに設けられたカウンタウエイトに穴を穿孔することによって行われる。 A crankshaft used for an engine is generally processed by forging. The machine element processed by forging contains an unbalance component, and a black skin (oxide film) is formed on the surface by heat treatment. In order to correct this dimensional error and remove the black skin, the crankshaft is machined. At the same time as the cutting, the balance of the crankshaft is adjusted. This balance adjustment is performed by making a hole in a counterweight provided in the crank arm.
より詳細には、クランク軸の加工は、例えば特許文献１の加工システムを用いて、以下の手順で実施される。
最初に、鍛造されたクランク軸を保持し、両仮穴を結ぶ線を回転軸としてクランク軸を回転させ、この時クランク軸に発生する遠心力からクランク軸の慣性主軸の位置を計測する（マスセンタリング工程）。 First, the forged crankshaft is held, the crankshaft is rotated with the line connecting both temporary holes as the rotation axis, and the position of the inertial spindle of the crankshaft is measured from the centrifugal force generated at this time (mass Centering process).
次いで、マスセンタリング工程にて計測された慣性主軸に基づいて、クランク軸をエンジンに取り付けた時の回転軸を決定し、この回転軸とクランク軸の両端との交点に穴（センタ穴）を穿孔する（センタ穴加工工程）。 Next, based on the inertial spindle measured in the mass centering process, the rotation axis when the crankshaft is attached to the engine is determined, and a hole (center hole) is drilled at the intersection of this rotation axis and both ends of the crankshaft. (Center hole drilling process).
次いで、センタ穴加工工程で決定された回転軸を基準として、黒皮除去、クランクジャーナル加工を行う（クランク軸加工過程）。この加工により、新たなアンバランス成分が発生するため、この回転軸を基準にしてバランス測定を行う（バランス計測工程）。次いで、バランス計測工程の結果に基づいてカウンタウエイトにバランス調整用の穴を穿孔する（バランス修正工程）。以上の工程により、鍛造によって形成されたクランク軸は加工され、エンジンに取り付け可能な状態となる。 Next, black skin removal and crank journal processing are performed using the rotation shaft determined in the center hole machining step as a reference (crank shaft machining process). As a result of this processing, a new unbalance component is generated, and therefore, the balance measurement is performed with reference to the rotation axis (balance measurement step). Next, a hole for balance adjustment is drilled in the counterweight based on the result of the balance measurement process (balance correction process). Through the above steps, the crankshaft formed by forging is processed and is ready to be attached to the engine.
近年、自動車には低振動・低騒音・軽量化がますます望まれている。このため、自動車用エンジンの構成要素であるクランク軸には、軽量且つアンバランス成分の小さいことが求められる。一方、エンジン及びクランク軸の小型化が進み、バランス調整用の穴を形成するためのカウンタウエイトの大きさ、形成位置は限定される傾向にある。従って、センタ穴加工工程においては、クランク軸加工工程後のアンバランス成分を、限定されたカウンタウエイト上に穴を形成することによって除去可能であるように、回転軸を決定する必要がある。換言すると、限られた方向且つ限られた大きさの穴を形成することによって最終加工工程後のアンバランス成分が除去できるように、回転軸を決定する必要がある。 In recent years, automobiles are increasingly desired to have low vibration, low noise, and light weight. For this reason, the crankshaft, which is a component of an automobile engine, is required to be lightweight and have a small unbalance component. On the other hand, downsizing of the engine and the crankshaft has progressed, and the size and forming position of the counterweight for forming the balance adjusting hole tend to be limited. Therefore, in the center hole machining step, it is necessary to determine the rotation axis so that the unbalance component after the crankshaft machining step can be removed by forming a hole on the limited counterweight. In other words, it is necessary to determine the rotation axis so that an unbalanced component after the final processing step can be removed by forming a hole with a limited direction and a limited size.
従来は、センタ穴加工用の装置を操作する操作者が、過去に行われたバランス計測の結果からクランク軸加工工程によって生じる慣性主軸のずれを予測し、予測したずれ量をセンタ穴加工用の装置に入力することによって、適切な位置にセンタ穴を形成していた。 Conventionally, an operator operating a center hole drilling device predicts the deviation of the inertia spindle caused by the crankshaft machining process from the result of the balance measurement performed in the past, and the predicted deviation amount is calculated for the center hole machining. By inputting to the apparatus, a center hole was formed at an appropriate position.
従って、従来のクランク軸加工システムにおいては、クランク軸の自動生産ができず、またクランク軸１本あたりの製造にかかる時間が長くなっていた。 Therefore, in the conventional crankshaft machining system, the crankshaft cannot be automatically produced, and the time required for manufacturing per crankshaft is long.
本発明は、上記の問題に鑑み、アンバランス成分の少ないクランク軸を自動的且つ短時間で製造できるよう、自動的に回転軸の位置を適切に決定可能なクランク軸加工システムを提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention provides a crankshaft machining system capable of automatically and appropriately determining the position of a rotary shaft so that a crankshaft having a small unbalance component can be manufactured automatically and in a short time. Objective.
上記の課題を解決するため、本発明のクランク軸加工システムは、クランク軸の慣性主軸を求めるマスセンタリングステーションと、マスセンタリングステーションで求めた慣性主軸に基づいてクランク軸の回転軸を決定する回転軸決定手段と、回転軸決定手段によって決定されたクランク軸の回転軸に基づいてクランク軸を加工する加工ステーションと、加工ステーションによって加工されたクランク軸のアンバランス量を計測するバランス計測ステーションと、バランス計測ステーションによって計測されたクランク軸のアンバランス量に基づいてクランク軸のバランス修正を行うバランス修正ステーションと、バランス計測ステーションによって計測されたクランク軸のアンバランス量を用いて回転軸決定手段がクランク軸の回転軸を決定する際に使用される係数を算出する係数算出手段と、を有する。好ましくは、回転軸決定手段は、加工ステーションによるクランク軸の加工によって発生するアンバランス成分が相殺されるように回転軸を決定する。 In order to solve the above-described problems, a crankshaft machining system according to the present invention includes a mass centering station that obtains an inertia spindle of the crankshaft, and a rotary shaft that determines a rotation axis of the crankshaft based on the inertia spindle obtained by the mass centering station. A determining unit, a processing station that processes the crankshaft based on the rotation axis of the crankshaft determined by the rotating shaft determination unit, a balance measuring station that measures an unbalance amount of the crankshaft processed by the processing station, and a balance The balance correction station that corrects the crankshaft balance based on the crankshaft unbalance amount measured by the measurement station, and the rotation axis determination means uses the crankshaft unbalance amount measured by the balance measurement station to The axis of rotation It has a coefficient calculating means for calculating a coefficient to be used in a constant, a. Preferably, the rotation axis determination means determines the rotation axis so that an unbalance component generated by processing of the crankshaft by the processing station is canceled out.
このような構成とすることによって、カウンタウエイトの大きさ、位置が限定されてしまうような小型のクランク軸に対して、加工後のアンバランス量が低く抑えられたクランク軸を自動的に製造可能となる。 With this configuration, it is possible to automatically manufacture a crankshaft with a low unbalance after machining against a small crankshaft that limits the size and position of the counterweight. It becomes.
例えば、係数は、クランク軸加工システムによって以前アンバランス量が計測された少なくとも１つのクランク軸における、マスセンタリングステーションで求めた慣性主軸に対する加工ステーションによって加工されたクランク軸の慣性主軸の相対位置である。 For example, the coefficient is the relative position of the inertial spindle of the crankshaft machined by the machining station relative to the inertial spindle determined at the mass centering station in at least one crankshaft for which the unbalance amount was previously measured by the crankshaft machining system. .
この係数は、複数のクランク軸における、マスセンタリングステーションで求めた慣性主軸に対す記加工ステーションによって加工されたクランク軸の慣性主軸の相対位置の平均値である。或いは、この係数は、複数のクランク軸における、マスセンタリングステーションで求めた慣性主軸に対する前記加工ステーションによって加工されたクランク軸の慣性主軸の相対位置の中央値である。 This coefficient is an average value of the relative positions of the inertial main shafts of the crankshaft processed by the processing station with respect to the inertial main shaft obtained by the mass centering station in a plurality of crankshafts. Alternatively, this coefficient is the median value of the relative positions of the inertial spindles of the crankshaft machined by the machining station with respect to the inertial spindles obtained by the mass centering station in a plurality of crankshafts.
また、この係数は、クランク軸加工システムによってクランク軸のアンバランス量が計測される度にアンバランス量に基づいて更新されてもよい。例えば、係数は、常に直近にバランス計測された所定個数のクランク軸のアンバランス量の測定結果に基づいて設定される。 Further, this coefficient may be updated based on the unbalance amount every time the crankshaft unbalance amount is measured by the crankshaft machining system. For example, the coefficient is set based on the measurement result of the unbalance amount of a predetermined number of crankshafts that have always been most recently measured for balance.
以上のように、本発明によれば、黒皮除去等の加工をクランク軸に対して行ったあとのアンバランス成分の量、方向を所定範囲内に収めることができるような位置に回転軸を決定可能である。このため、小型でバランス修正の余地が少ないクランク軸であっても、アンバランス成分を除去可能となる。 As described above, according to the present invention, the rotational shaft is placed at a position where the amount and direction of the unbalance component after the processing such as black skin removal is performed on the crankshaft can be within a predetermined range. Can be determined. For this reason, even if it is a small crankshaft with little room for balance correction, an unbalance component can be removed.
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。図１は、本実施形態のクランク軸加工システムの構成を示すブロック図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a crankshaft machining system according to the present embodiment.
クランク軸加工システム１は、仮穴加工ステーション１００、マスセンタリングステーション２００と、加工ステーション３００と、バランス計測ステーション４００と、バランス調整ステーション５００と、ローダ６００と、制御部７００から構成されている。
The crankshaft machining system 1 includes a temporary hole machining station 100, a
鍛造によって形成された自動車エンジン用クランク軸は最初に仮穴加工ステーション１００に搬入される。仮穴加工ステーション１００は、クランク軸の両端にマスセンタリングにおける支持点としての仮穴を穿孔する。 The crankshaft for automobile engine formed by forging is first carried into the temporary hole machining station 100. The temporary hole machining station 100 drills temporary holes as support points in mass centering at both ends of the crankshaft.
次いで、クランク軸は、マスセンタリングステーション２００に搬入される。マスセンタリングステーション２００は、クランク軸を両仮穴で支持し、さらにこれを回転させ、クランク軸の慣性主軸の位置を特定する。
Next, the crankshaft is carried into the
次いで、クランク軸は、加工ステーション３００に搬入される。加工ステーション３００は、マスセンタリングステーション２００によって特定されたクランク軸の慣性主軸の位置に基づいてクランク軸の両端にセンタ穴を穿孔する。この両センタ穴を結ぶ直線が、エンジンにマウントされた後のクランク軸の回転軸となる。また、加工ステーション３００は、この回転軸を中心とする円柱形状にクランク軸の各クランクジャーナルを加工する。また、この際にクランク軸の黒皮除去が行われる。
Next, the crankshaft is carried into the
次いで、クランク軸は、バランス計測ステーション４００に搬入される。バランス計測ステーション４００は、クランク軸のバランス計測を行い、クランク軸Ｃから除去すべき部分の位置と質量を算出する。
Next, the crankshaft is carried into the
次いで、クランク軸は、バランス修正ステーション５００に搬入される。バランス修正ステーション５００は、バランス計測ステーション４００の計測結果に基づいて、クランク軸のクランクアームに設けられたカウンタウエイトを切削し、クランク軸のアンバランス修正を行う。以上の手順にてバランス修正がなされたクランク軸は、バランス修正ステーション５００より搬出される。
Next, the crankshaft is carried into the
なお、各ステーションへのクランク軸の搬入、および各ステーションからのクランク軸の搬出は、ガントリーローダ６００によって行われる。また、制御部７００は、各ステーションを制御して所定の計測・加工をクランク軸に行うと共に、ガントリーローダ６００の搬送動作を制御する。
Note that the loading of the crankshaft to each station and the unloading of the crankshaft from each station are performed by the
図２は、本実施形態におけるクランク軸Ｃの一例の側面図である。クランク軸Ｃは、クランク軸端ＣＬ、ＣＲ、クランクジャーナルＣＪ１〜４、クランクアームＣＡ１〜９、クランクピンＣＰ１〜６を有する。これらは、図２中左から、左側クランク軸端ＣＬ、第１クランクジャーナルＣＪ１、第１クランクアームＣＡ１、第１クランクピンＣＰ１、第２クランクアームＣＡ２、第２クランクピンＣＰ２、第３クランクアームＣＡ３、第２クランクジャーナルＣＪ２、第４クランクアームＣＡ４、第３クランクピンＣＰ３、第５クランクアームＣＡ５、第４クランクピンＣＰ４、第６クランクアームＣＡ６、第３クランクジャーナルＣＪ３、第７クランクアームＣＡ７、第５クランクピンＣＰ５、第８クランクアームＣＡ８、第６クランクピンＣＰ６、第９クランクアームＣＡ９、第４クランクジャーナルＣＪ４、右側クランク軸端ＣＲの順で配置されている。 FIG. 2 is a side view of an example of the crankshaft C in the present embodiment. The crankshaft C has crankshaft ends CL and CR, crank journals CJ1 to CJ4, crank arms CA1 to CA9, and crank pins CP1 to CP6. From the left in FIG. 2, these are the left crankshaft end CL, the first crank journal CJ1, the first crank arm CA1, the first crank pin CP1, the second crank arm CA2, the second crank pin CP2, and the third crank arm CA3. , Second crank journal CJ2, fourth crank arm CA4, third crank pin CP3, fifth crank arm CA5, fourth crank pin CP4, sixth crank arm CA6, third crank journal CJ3, seventh crank arm CA7, The fifth crankpin CP5, the eighth crank arm CA8, the sixth crankpin CP6, the ninth crank arm CA9, the fourth crank journal CJ4, and the right crankshaft end CR are arranged in this order.
仮穴形成ステーション１００（図１）では、クランク軸端ＣＬおよびＣＲの端部平面部略中央に仮穴ＴＨＬ、ＴＨＲを穿孔する。仮穴の穿孔は、以下の手順で行われる。 In the temporary hole forming station 100 (FIG. 1), the temporary holes THL and THR are drilled in the approximate center of the end flat portions of the crankshaft ends CL and CR. The temporary hole is drilled in the following procedure.
クランク軸６００は、ガントリーローダ６００によって仮穴形成ステーションに取り付けられる。仮穴加工ステーション１００は、所定の軸線上に対向して配列された２本のドリルを備え、一方のドリル先端が左側クランク軸端ＣＬの端面に、また他方のドリル先端が右側クランク軸端ＣＲの端面に、それぞれ来るように、クランク軸を保持する。この時、両ドリルに対するクランク軸Ｃの位置、姿勢が所定の状態となるように、クランク軸Ｃは保持される。例えば、特定のクランクピン、クランクアーム、及び／またはクランクジャーナルを所定の位置で把持固定し、次いでドリルを前進駆動して仮穴を穿孔する。このように、クランク軸Ｃの姿勢を一定にした状態で仮穴を穿孔することにより、同一形式のクランク軸においては、クランク軸に関わらず略一定の位置に仮穴が形成される。この特徴は、後述のセンタ穴加工工程で用いられる。
The
以上の処理によって、クランク軸Ｃに仮穴ＴＨＬ、ＴＨＲが形成される。仮穴ＴＨＬ、ＴＨＲは、以下説明するマスセンタリング処理において、クランク軸Ｃの回転軸を定義するものである。仮穴ＴＨＬ、ＴＨＲは、それぞれ円錐形状の穴である。 Through the above processing, temporary holes THL and THR are formed in the crankshaft C. The temporary holes THL and THR define the rotation axis of the crankshaft C in the mass centering process described below. The temporary holes THL and THR are conical holes, respectively.
続いてローダ６００によって、クランク軸Ｃはマスセンタリングステーション２００に取り付けられる。マスセンタリングステーション２００の構成を以下に示す。
Subsequently, the crankshaft C is attached to the
図３は、本実施形態のマスセンタリングステーション２００の構成を示すブロック図である。図３に示されているように、マスセンタリングステーション２００は、測定部２１０と演算部２６０を有する。
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the
図４は、測定部２１０の正面図である。なお、以下の説明においては、クランク軸Ｃの回転軸に略平行な水平方向をＸ軸、鉛直方向をＹ軸、Ｘ軸およびＹ軸に垂直な方向をＺ軸と定義している。
FIG. 4 is a front view of the
測定部２１０の装置フレームは、ベース２２３と、テーブル２２５とから成っている。テーブル２２５は、ベース２２３とテーブル２２５の間に介設されたばね２２４ａ、２２４ｂによって略水平に弾性支持されている。なお、ばね２２４a、２２４ｂはＺ軸方向に撓むことのできる板バネであり、従って、テーブル２２５はＺ軸方向のみに変位可能である。
The apparatus frame of the
テーブル２２５の上面には鉛直上方に互いに平行な第１のテーブル側壁２２７ａおよび第２のテーブル側壁２２７ｂが固定されている。第１のテーブル側壁２２７ａおよび第２のテーブル側壁２２７ｂはほぼ剛体として機能する。第１のテーブル側壁２２７ａには軸受２２６ａが、また、第２のテーブル側壁２２７ｂには軸受２２６ｂがそれぞれ固定されている。軸受２２６ａ、２２６ｂには、尖った先端部を有するピン２２８ａ、２２８ｂが回転可能に貫入されている。ピン２２８ａ、２２８ｂの先端部は互いに向かい合うように配置されている。
A first
クランク軸Ｃの一端ＣＬと他端ＣＲの端面の略中心には、円錐形状の仮穴ＴＨＬ、ＴＨＲが形成されている。この仮穴ＴＨＬ、ＴＨＲにピン２２８ａ、２２８ｂの先端部を挿入することによって、クランク軸Ｃは回転可能に支持される。
Conical temporary holes THL and THR are formed at substantially the center of the end surfaces of the one end CL and the other end CR of the crankshaft C. The crankshaft C is rotatably supported by inserting the tip portions of the
また、ピン２２８ａの他端(図２中左端)には、プーリ２２９が取り付けられている。プーリ２２９は、ベース２２３内に固定されたモータ２４２の回転軸２４２ａに取り付けられた駆動プーリ２３０と、無端ベルト２３１を介して連結されている。従ってモータ２４２を駆動すると、このベルト−プーリ伝達系によって、ピン２２８ａが回転するようになっている。
A
ピン２２８ａの先端側には、ディスク２３２が固定されている。なお、ディスク２３２の中心軸とピン２２８ａの回転軸とが一致するように、ディスク２３２はピン２２８ａに取り付けられている。また、ディスク２３２のクランク軸Ｃと対抗する面上からは、ピン２２８ａの回転軸に平行な方向にシャフト２３３が延びている。ピン２２８ａを回転させると、ディスク２３２及びシャフト２３３もまたピン２２８ａの回転軸を中心に回転するが、この時、シャフト２３３がクランク軸Ｃと接触しないよう、シャフト２３３はピン２２８ａの回転軸から十分離れた位置に固定されている。
A
シャフト２３３には、ケレー(回し金)２３４が取り付けられている。図５は、ケレー２３４の形状を示したものである。ケレー２３４は、略台形状の板部材であり、その基部には係合孔２３４ａが形成されている。係合孔２３４ａにシャフト２３３が貫入されることによって、ケレー２３４はシャフト２３３に固定される。従って、ピン２２８ａを回転すると、ケレー２３４もまたピン２２８ａの回転軸周りに回転する。なお、本実施形態においては、モータ２４２を駆動すると、クランク軸Ｃが図４左側からクランク軸Ｃを見たときに時計回りとなる方向(以下この方向を「時計回り」と定義する)に回転するようになっている。
The
ケレー２３４にはアーム部２３４ｂ、２３４ｃが形成されている。クランク軸Ｃがピン２２８ａ、２２８ｂによって保持されているときに、アーム部２３４ｂ、２３４ｃのいずれか一方に１番クランクピンＣＰ１を当接させることが可能である。なお、アーム部２３４ｂ、２３４ｃのどちらが第１クランクピンＣＰ１と当接するかは、ディスクの回転方向によって決まる。従って、クランクピン係合部２３４ｂ、２３４ｃと第１クランクピンＣＰ１が係合しているときにモータ２４２を駆動してケレー２３４を回転させると、１番クランクピンＣ１にピン２２８ａの回転中心軸を中心とする円周方向の力がケレー２３４から伝達され、クランク軸Ｃはピン２２８ａの回転軸周りに回転する。
図４に示されるように、テーブル２２５の側面の所定位置には変位センサ２３６ａ、２３６ｂが備えられている。変位センサ２３６ａ、２３６ｂは、各変位センサが取り付けられた位置におけるテーブル２２５のＺ軸方向の変位を測定するものである。変位センサ２３６ａ、２３６ｂは例えば速度検出器を用いた変位センサである。回転するクランク軸Ｃのアンバランスによって発生する遠心力とばね２２４ａ、２２４ｂの反発力によってテーブル２２５はＺ軸方向に振動する。
As shown in FIG. 4,
クランク軸Ｃの一端にアンバランス成分が存在する場合、このアンバランス成分に基づく遠心力は、テーブル側壁２２７ａ、２２７ｂの双方に伝達される。クランク軸Ｃの一端で発生した遠心力がどのような配分でテーブル側壁２２７ａ、２２７ｂに伝達されるかは、クランク軸Ｃとテーブル側壁２２７ａ、２２７ｂの相対位置によって決まる。
When an unbalance component exists at one end of the crankshaft C, the centrifugal force based on the unbalance component is transmitted to both the
同様に、クランク軸Ｃの他端にアンバランス成分が存在する場合、このアンバランス成分に基づく遠心力は、テーブル側壁２２７ａ、２２７ｂの双方に伝達される。クランク軸Ｃの他端で発生した遠心力がどのような配分でテーブル側壁２２７ａ、２２７ｂに伝達されるかは、クランク軸Ｃとテーブル側壁２２７ａ、２２７ｂの相対位置によって決まる。
Similarly, when an unbalance component exists at the other end of the crankshaft C, the centrifugal force based on this unbalance component is transmitted to both the
次いで、第１のテーブル側壁２２７ａに伝達された遠心力は、ばね２２４ａ及び２２４ｂに伝達される。第１のテーブル側壁２２７ａに伝達された遠心力がどのような配分でばね２２４ａ及び２２４ｂに伝達されるかは、第１のテーブル側壁２２７ａとばね２２４ａ及び２２４ｂの相対位置によって決まる。また、同様に、第２のテーブル側壁２２７ｂに伝達された遠心力も、ばね２２４ａ及び２２４ｂに伝達される。第２のテーブル側壁２２７ａに伝達された遠心力がどのような配分でばね２２４ａ及び２２４ｂに伝達されるかは、第２のテーブル側壁２２７ｂとばね２２４ａ及び２２４ｂの相対位置によって決まる。
Next, the centrifugal force transmitted to the first
変位センサ２３６ａ、２３６ｂの出力、すなわち、変位センサ２３６ａ、２３６ｂの設置位置におけるテーブル２２５の変位量は、ばね２２４ａ及び２２４ｂに伝達された遠心力、ばね２２４ａ及び２２４ｂのばね定数、ばね２２４ａ及び２２４ｂに対する変位センサ２３６ａ、２３６ｂの相対位置によって決まる。
The outputs of the
本実施形態においては、前述のような手段で仮穴を形成しているため、同一の型のクランク軸の計測を行う限り、クランク軸Ｃとテーブル側壁２２７ａ、２２７ｂの相対位置、テーブル側壁２２７ａ、２２７ｂとばね２２４ａ、２２４ｂの相対位置、ばね２２４ａ及び２２４ｂのばね定数、ばね２２４ａ及び２２４ｂに対する変位センサ２３６ａ、２３６ｂの相対位置は変らない。従って、クランク軸の左端に第１の遠心力ベクトルＰａが、また右端に第２の遠心力ベクトルＰｂが発生している場合、発生した遠心力と変位センサ２３６ａ、２３６ｂの出力Ｏａ、Ｏｂの間には、数１に従う関係が成立する。
なお、Ｐａｚ、Ｐｂｚは、それぞれＰａ、ＰｂのＺ軸方向成分である。 Paz and Pbz are Z-axis direction components of Pa and Pb, respectively.
λ１、λ２、λ３、λ４は、クランク軸Ｃとテーブル側壁２２７ａ、２２７ｂの相対位置、テーブル側壁２２７ａ、２２７ｂとばね２２４ａ、２２４ｂの相対位置、ばね２２４ａ及び２２４ｂのばね定数、ばね２２４ａ及び２２４ｂに対する変位センサ２３６ａ、２３６ｂの相対位置によって決まる定数である。すなわち、λ１、λ２、λ３、λ４は、測定部２１０の構成及びクランク軸Ｃの型が変らない限り一定である。
λ1, λ2, λ3, and λ4 are relative positions of the crankshaft C and the
図６に演算部２６０のブロック図を示す。変位センサ２３６ａ、２３６ｂには、それぞれ増幅回路２７９ａ、２７９ｂを介してフィルタ２８４ａおよび２８４ｂが接続されている。フィルタ２８４ａおよび２８４ｂは、入力されたアナログ信号のノイズを低減する。
FIG. 6 shows a block diagram of the
各フィルタ２８４ａ、２８４ｂの出力側は、それぞれＡ／Ｄ変換器２８５ａ、２８５ｂを介してコントローラ２８６のＣＰＵデータバス２９３に接続される。Ａ／Ｄ変換器２８５ａはノイズが低減されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換してクランク軸Ｃの回転軸の一端ＣＬ（図４）での初期信号Ｗａを作りだす。同様に、フィルタ２８４ｂは、ノイズが低減されたアナログ信号をＡ／Ｄ変換してクランク軸Ｃの回転軸の他端ＣＲ（図４）での初期信号Ｗｂを作りだす。
The outputs of the
各Ａ／Ｄ変換器２８５ａ、２８５ｂの出力側は、それぞれコントローラ２８６のＣＰＵデータバス２９３に接続される。この結果、Ａ／Ｄ変換器２８５ａ、２８５ｂの出力から出力された初期信号Ｗａ、Ｗｂは、コントローラ２８６で読み込み可能となる。
The output sides of the A /
コントローラ２８６に読込まれた初期信号Ｗａ、Ｗｂは、ＣＰＵ２９０によって処理され、初期信号Ｗａ、Ｗｂのそれぞれについての初期データが得られる。本実施形態による初期データは、１番クランクピンＣＰ１(図４)を基準とする位相θの変化に応じて整理されたデータ群Ｗａ（θ）、Ｗｂ（θ）として示される。位相θは、１番クランクピンＣＰ１の位置を検出するセンサＤ(図４)によって検出される。
The initial signals Wa and Wb read by the
以上求めたデータ群Ｗａ（θ）、Ｗｂ（θ）を用いて、ＣＰＵ２９０は、クランク軸Ｃのマスセンタリングのための慣性主軸の位置の計測が行われる。
Using the data groups Wa (θ) and Wb (θ) obtained as described above, the
慣性主軸と回転軸との間にずれがあるクランク軸を回転させたときに、クランク軸の左右両端に発生する遠心力ベクトルＰａ、Ｐｂは、慣性主軸からピン２２８ａへの変位量ベクトルＵａ(xa, ya)、慣性主軸からピン２２８ｂへの変位量ベクトルＵｂ(xb, yb)、クランク軸の形状及びその質量分布によって決まる。同一の型のクランク軸の計測を行っている限り、Ｐａ、Ｐｂ、Ｕａ、Ｕｂの間には、数２の関係が成立する。
κ１、κ２、κ３、κ４は、クランク軸の形状及びその質量分布によって決まる定数である。すなわち、κ１、κ２、κ３、κ４は、測定部２１０の構成及びクランク軸Ｃの型が変らない限り一定である。
κ1, κ2, κ3, and κ4 are constants determined by the shape of the crankshaft and its mass distribution. That is, κ1, κ2, κ3, and κ4 are constant as long as the configuration of the
従って、数１及び数２から、数３のようにベクトルＡ、Ｂ、２次元行列Ｎを定義すると、Ａ、Ｂ、Ｕａ、Ｕｂの間には、数４のような関係が成立する。なお、数３においては、Ｗａ（θ）の最大値をＷａｍ、その時の角度をθａｍ、Ｗｂ（θ）の最大値をＷｂ１ｍ、その時の角度をθｂｍと定義している。
ν１、ν２、ν３、ν４は、クランク軸Ｃとテーブル側壁２２７ａ、２２７ｂの相対位置、テーブル側壁２２７ａ、２２７ｂとばね２２４ａ、２２４ｂの相対位置、ばね２２４ａ及び２２４ｂのばね定数、ばね２２４ａ及び２２４ｂに対する変位センサ２３６ａ、２３６ｂの相対位置、クランク軸の形状及びその質量分布によって決まる定数である。すなわち、ν１、ν２、ν３、ν４は、測定部２１０の構成、クランク軸Ｃの型、および仮穴の位置が変らない限り一定である。
ν1, ν2, ν3, and ν4 are relative positions of the crankshaft C and the
従って、係数ν１、ν２、ν３、ν４(影響係数)をあらかじめ求めることによって、xa、ya、xb、ybを求めることができる。この影響係数は、クランク軸Ｃと同型かつ慣性主軸の位置が既知である複数のクランク軸（マスターワーク）の初期信号Ｗａ、Ｗｂをマスセンタリングステーション２００で計測することによって算出可能である。
Therefore, xa, ya, xb, yb can be obtained by obtaining the coefficients ν1, ν2, ν3, ν4 (influence coefficients) in advance. The influence coefficient can be calculated by measuring the initial signals Wa and Wb of a plurality of crankshafts (master work) having the same shape as the crankshaft C and the positions of the inertia main spindles with the
以上の処理によって、クランク軸Ｃの慣性主軸の位置が特定される。この慣性主軸の位置に基づいて、クランク軸Ｃの回転軸を求める。この処理は制御部７００にて行われる。なお、回転軸を決定する具体的な手順については後述する。次いで、クランク軸はガントリーローダ６００によって、加工ステーション３００に搬送される。
Through the above processing, the position of the inertia main shaft of the crankshaft C is specified. Based on the position of the inertia main shaft, the rotation axis of the crankshaft C is obtained. This process is performed by the
加工ステーション３００は、仮穴形成ステーションと同様、互いに対向する２つのドリルを備えており、クランク軸Ｃの回転軸とクランク軸両端ＣＬ、ＣＲの交点にセンタ穴を穿孔する。この機能を実現するため、加工ステーション３００は、ドリルとクランク軸Ｃの相対位置を任意に変更可能な機構を備えている。具体的には、ドリルの前進方向と垂直な面上でドリルを移動させる機構、またはクランク軸Ｃの姿勢を調整し、両ドリルの先端を結ぶ直線とクランク軸の回転軸を一致させるようにする機構を備えている。以上の機構により、回転軸の位置を特定するためのセンタ穴が、クランク軸Ｃに形成される。
Similar to the temporary hole forming station, the
前述のように、クランク軸Ｃは一般に鍛造によって形成される。鋼等の金属部材を鍛造、特に熱間鍛造すると、その表面には黒皮と呼ばれる酸化皮膜が形成される。この黒皮が形成された面は、表面粗さが大きく、特に摺動面であるクランクジャーナル部から除去すべきものである。このため、加工ステーション３００は、この黒皮除去を切削加工にて除去する機構を有する。更に、加工ステーション３００は、クランク軸Ｃのクランクジャーナルの断面が回転軸を中心とする所定径の真円となるようにクランク軸Ｃを切削加工する。
As described above, the crankshaft C is generally formed by forging. When a metal member such as steel is forged, particularly hot forged, an oxide film called a black skin is formed on the surface thereof. The surface on which the black skin is formed has a large surface roughness and should be removed from the crank journal part which is a sliding surface. For this reason, the
以上の加工を行ったクランク軸Ｃには、「加工前のクランク軸Ｃの回転軸と慣性主軸の差異に起因するアンバランス成分」に「クランク軸の切削加工によって新たに生じたアンバランス成分」が加算されたアンバランスを有する。バランス計測ステーション４００では、このアンバランスを計測する。
The crankshaft C that has been subjected to the above machining has “an unbalanced component newly generated by cutting of the crankshaft” in addition to “an unbalanced component resulting from the difference between the rotating shaft of the crankshaft C before machining and the inertia spindle”. Has an added imbalance. The
バランス計測ステーション４００は、マスセンタリングステーション２００と同様に、アンバランス成分を残したクランク軸Ｃを回転させることによって生じる振動を計測する測定部と、この振動から、クランク軸Ｃのアンバランス成分、および後述のバランス修正ステーション５００がクランク軸Ｃのどの位置をどれだけ加工するかを計測する演算部とを有する。バランス計測ステーション４００においては、マスセンタリングステーション２００と異なり、加工ステーション３００で形成されたセンタ穴でクランク軸Ｃを支持して回転させる。すなわち、バランス測定ステーション４００では、回転軸を中心にクランク軸Ｃを回転させる。
Similar to the
クランク軸Ｃのアンバランス成分を除去するには、クランクアームＣＡ１〜９に設けられたカウンタウエイトに穴を穿孔して、カウンタウエイトの位置におけるクランク軸の質量を軽減することによって行われる。この処理はバランス修正ステーションにて行われる。バランス測定ステーション４００が得た振動量から、各カウンタウエイトに形成する穴の深さを求める方法は公知であるので、詳細な説明は省略する。
In order to remove the unbalanced component of the crankshaft C, holes are made in counterweights provided in the crank arms CA1 to CA9 to reduce the mass of the crankshaft at the position of the counterweight. This process is performed at the balance correction station. Since a method for obtaining the depth of the hole formed in each counterweight from the vibration amount obtained by the
小型のクランク軸においては、バランス修正用の穴が形成されるカウンタウエイトの取り付け位置および大きさは限定される。このようなクランク軸Ｃを製造するためには、加工ステーション３００での処理が終わった時点でのアンバランス成分をできる限り少なくすべきである。すなわち、加工ステーション３００での黒皮除去・ジャーナル切削によって発生するアンバランス成分をあらかじめ予測し、この予測されたアンバランス成分を相殺するように、クランク軸の回転軸を（加工前の）クランク軸の慣性主軸からずらす。このずれ量を、以下に説明する統計的手法を用いて予測し、クランク軸の好適な回転軸の位置を決定する。
In a small crankshaft, the mounting position and size of the counterweight in which the balance correcting hole is formed are limited. In order to manufacture such a crankshaft C, the unbalance component at the time when the processing at the
本出願人らの検討によれば、単一の型から形成された複数のクランク軸は、鍛造時の温度・湿度が一定であれば、加工前の慣性主軸の位置に対する加工後の慣性主軸の位置のずれの分布は、一定の範囲内に納まる。従って、あるクランク軸の回転軸を決定するにあたり、それ以前にバランス計測された複数のクランク軸における、加工前の慣性主軸の位置に対する加工後の慣性主軸の位置のずれを参考にしてクランク軸の回転軸を決定することにより、バランス修正における修正量をより少なくすることができる。 According to the study by the present applicants, the crankshafts formed from a single die can be used as long as the temperature and humidity at the time of forging are constant. The distribution of positional deviations falls within a certain range. Therefore, when determining the rotation axis of a certain crankshaft, the crankshaft position of the crankshaft is determined by referring to the displacement of the position of the inertial spindle after machining with respect to the position of the inertial spindle before machining in a plurality of crankshafts previously measured for balance. By determining the rotation axis, the amount of correction in balance correction can be reduced.
より詳細には、以下に説明する手順によって、クランク軸Ｃの回転軸の位置を決定する。なお、この処理は制御部７００が図７に示すフローを実行することによって実現される。
More specifically, the position of the rotating shaft of the crankshaft C is determined by the procedure described below. This process is realized by the
図７に示すフローは、あるクランク軸Ｃがマスセンタリングステーション２００によって計測された後に実行される。最初に、ステップＳ１０１が実行される。
The flow shown in FIG. 7 is executed after a certain crankshaft C is measured by the
クランク軸Ｃの両端の各仮穴に対するクランク軸Ｃの慣性主軸両端の位置、すなわちベクトル−Ｕａ、−Ｕｂは、マスセンタリングステーション２００によって計測される。ステップＳ１０１では、制御部７００は、ベクトル−Ｕａ、−Ｕｂをマスセンタリングステーション２００から取得する。次いでステップＳ１０２が実行される。
The positions of both ends of the inertia main shaft of the crankshaft C with respect to the temporary holes at both ends of the crankshaft C, that is, the vectors -Ua and -Ub are measured by the
ステップＳ１０２では、「加工前の慣性主軸のクランク軸両端それぞれにおける位置に対する、（加工ステーションによる）加工後の慣性主軸のクランク軸両端それぞれにおける相対位置」を、クランク軸Ｃと同型の５０本のクランク軸（以前にバランス修正を行ったもの）について演算したデータを、制御部７００内に構築された図示しないデータベースから抽出する。このデータをＤａｎ、Ｄｂｎとする。クランク軸を示す１−５０までの数字であり、ｎがより小さいデータは、バランス修正をより以前に行ったクランク軸に関するデータである。すなわち、Ｄａ１、Ｄｂ１は、５０本のクランク軸のうち、バランス修正時間が最も古いものについてのデータであり、Ｄａ５０、Ｄｂ５０はバランス修正時間が最も新しいものについてのデータである。Ｄａｎはクランク軸の左端ＣＬ（図２）についてのデータであり、Ｄｂｎはクランク軸の右端ＣＲについてのデータである。Ｄａｎ、Ｄｂｎそれぞれの具体的な演算方法については後述する。次いでステップＳ１０３が実行される。
In step S102, "the relative positions of the inertia main shaft after machining (according to the machining station) at both ends of the crankshaft with respect to the positions at both ends of the crankshaft of the inertia spindle before machining" are set to 50 cranks of the same type as the crankshaft C. Data calculated for the axis (previously subjected to balance correction) is extracted from a database (not shown) built in the
ステップＳ１０３では、Ｄａ１〜５０の平均値ＤａｍおよびＤｂ１〜５０の平均値Ｄｂｍを演算する。次いで、ステップＳ１０４が実行される。 In step S103, it calculates the average value Db m of the average value Da m and Db 1 to 50 of Da 1 to 50. Next, step S104 is executed.
ステップＳ１０４では、−Ｕａ＋Ｄａｍ、−Ｕｂ＋Ｄｂｍを演算する。クランク軸Ｃの両端のセンタ穴の位置はそれぞれ、仮穴ＴＨＬからベクトル（−Ｕａ＋Ｄａｍ）だけ離れた位置、および仮穴ＴＨＲからベクトル（−Ｕｂ＋Ｄｂｍ）だけ離れた位置となる。以上の手順で演算されたセンタ穴位置データは加工ステーション３００に送られ、センタ穴加工が行われる。
In step S104, the arithmetic -Ua + Da m, a-Ub + Db m. Each position of the center hole of the opposite ends of the crankshaft C is a position where the temporary hole THL apart vector (-Ua + Da m), and from Kariana THR apart vector (-Ub + Db m) position. The center hole position data calculated in the above procedure is sent to the
その後、加工ステーション３００はクランク軸Ｃに対して黒皮除去等の加工を行い、次いでバランス計測ステーション４００にてクランク軸Ｃのアンバランス量が計算される。アンバランス量の計測は、マスセンタリングと同様、クランク軸の回転によって生じる振動を計測することによって行われるので、バランス計測ステーション４００の振動ピックアップの出力から、数１−４に基づいた手法で、「加工済のクランク軸Ｃをセンタ穴を中心に回転させた時のクランク軸Ｃの慣性主軸の両端の位置の、両センタ穴に対する位置」を算出することが可能である。この「慣性主軸の位置の、センタ穴に対する位置」をＣａ、Ｃｂとする。Ｃａはクランク軸の左端ＣＬ（図２）についてのデータであり、Ｃｂはクランク軸の右端ＣＲについてのデータである。制御部７００は、バランス計測ステーション４００によるクランク軸Ｃのバランス測定が終了した後、ステップＳ１０５を実行してバランス計測ステーション４００の振動ピックアップの出力データを取得する。次いで、ステップＳ１０６を実行してＣａおよびＣｂを演算する。
Thereafter, the
Ｃａ、Ｃｂはセンタ穴に対する慣性主軸の位置を示すベクトルである。従って、「加工前のクランク軸における慣性主軸」に対する「加工後のクランク軸における慣性主軸」のずれは、Ｄａｍ＋Ｃａ、Ｄｂｍ＋Ｃｂとなる。 Ca and Cb are vectors indicating the position of the inertial spindle with respect to the center hole. Therefore, the deviation of the "principal axes of inertia in the crankshaft after working" for "principal axes of inertia in the processing prior to the crank axis", Da m + Ca, the Db m + Cb.
次いでステップＳ１０７を実行する。ステップＳ１０７では、Ｄａｎ、Ｄｂｎの更新が行われる。具体的にはＤａｌにＤａ（ｌ＋１）が、ＤｂｌにＤｂ（ｌ＋１）がそれぞれ代入される。なお、ｌは１から４９までの整数である。また、Ｄａ５０に（Ｄａｍ＋Ｃａ）が、Ｄｂ５０に（Ｄｂｍ＋Ｃｂ）が、それぞれ代入される。この結果、バランス測定時間が最も古いクランク軸に関するデータは今後使用されなくなり、代わりに最新の測定結果であるクランク軸Ｃに関するデータが使用されるようになる。 Next, step S107 is executed. In step S107, Da n, updating the Db n is performed. Specifically is Da (l + 1) to Da l, Db (l + 1 ) is substituted respectively Db l. Note that l is an integer from 1 to 49. Further, Da 50 is (Da m + Ca), the Db 50 is (Db m + Cb), are respectively substituted. As a result, the data on the crankshaft with the oldest balance measurement time is not used in the future, and the data on the crankshaft C which is the latest measurement result is used instead.
従って、本実施形態によれば、常に直近にバランス計測された５０本のクランク軸の測定結果に基づいて、クランク軸の回転軸（センタ穴）の位置が決定される。 Therefore, according to the present embodiment, the position of the rotation shaft (center hole) of the crankshaft is determined based on the measurement results of the 50 crankshafts that have always been subjected to the balance measurement.
なお、本実施形態においては回転軸の位置特定のために参照するクランク軸の数（ｎ数）を５０としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ｎ数を任意の値とすることができる。最適なｎ数は装置の稼働条件等によって変わり、それは主として経験則に基づいて決定される。 In this embodiment, the number of crankshafts (n number) referred to for specifying the position of the rotating shaft is 50, but the present invention is not limited to this, and the n number is an arbitrary value. can do. The optimum n number varies depending on the operating conditions of the apparatus and the like, and is determined mainly based on empirical rules.
また、本実施形態においては、複数のクランク軸における「加工前のクランク軸における慣性主軸に対する加工後のクランク軸における慣性主軸のずれ」の平均値を、あるクランク軸における「加工前の慣性主軸に対するセンタ穴の相対位置」としているが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、他の指標、例えば複数のクランク軸における「加工前のクランク軸における慣性主軸に対する加工後のクランク軸における慣性主軸のずれ」の中央値を、あるクランク軸における「加工前の慣性主軸に対するセンタ穴の相対位置」としてもよい。 Further, in the present embodiment, the average value of “the deviation of the inertia main axis in the crankshaft after machining with respect to the inertia main axis in the crankshaft before machining” in a plurality of crankshafts is expressed as “with respect to the inertia main spindle before machining in a certain crankshaft. The “relative position of the center hole” is used, but the present invention is not limited to this. That is, the median of other indices, for example, “the deviation of the inertia spindle in the crankshaft after machining relative to the inertia spindle in the crankshaft before machining” in a plurality of crankshafts, is set to the “center relative to the inertia spindle before machining” in a certain crankshaft. The relative position of the hole may be used.
１ クランク軸加工システム
１００ 仮穴形成ステーション
２００ マスセンタリングステーション
３００ 加工ステーション
４００ バランス計測ステーション
５００ バランス修正ステーション
６００ ガントリーローダ
７００ 制御部
1 Crankshaft Machining System 100 Temporary
Claims (7)
該マスセンタリングステーションで求めた慣性主軸に基づいて該クランク軸の回転軸を決定する回転軸決定手段と、
該回転軸決定手段によって決定された該クランク軸の回転軸に基づいて該クランク軸を加工する加工ステーションと、
該加工ステーションによって加工されたクランク軸のアンバランス量を計測するバランス計測ステーションと、
該バランス計測ステーションによって計測されたクランク軸のアンバランス量に基づいて該クランク軸のバランス修正を行うバランス修正ステーションと、
前記バランス計測ステーションによって計測されたクランク軸のアンバランス量を用いて、前記回転軸決定手段が該クランク軸の回転軸を決定する際に使用される係数を算出する係数算出手段と、
を有する、クランク軸加工システム。 A mass centering station for determining the inertial spindle of the crankshaft;
A rotation axis determination means for determining a rotation axis of the crankshaft based on the inertial main axis determined by the mass centering station;
A machining station for machining the crankshaft based on the rotation axis of the crankshaft determined by the rotation axis determination means;
A balance measuring station for measuring an unbalance amount of the crankshaft processed by the processing station;
A balance correction station for correcting the balance of the crankshaft based on an unbalance amount of the crankshaft measured by the balance measurement station;
Coefficient calculation means for calculating a coefficient used when the rotation axis determination means determines the rotation axis of the crankshaft using the unbalance amount of the crankshaft measured by the balance measurement station;
A crankshaft machining system.
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