JPH10296590A - 非円形部材の補正加工方法及びその加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置の小型化、及び工具取り付け部のコンパ
クト化ができ、かつ、加工精度を向上できる非円形部材
の補正加工方法及びその加工装置を提供する。 【解決手段】 非円形で左右対称で、かつ、一部凹形状
の外周面を有する略円筒形状のワーク１をこの円筒のＣ
軸の回りに回転させながら外周面を加工し、この加工後
の外周形状の測定データに基づいて外周面を補正加工す
る非円形部材の補正加工方法において、前記Ｃ軸に垂直
な平面内で、所定方向に測定子３８を所定距離ずつ移動
させ、かつ、測定子３８でこの移動の方向に直交する線
上の基準点Ｐから外周面までの長さを測定し、この所定
距離毎の測定データに基づいて前記凹形状の最低点を求
め、この最低点を中心に左右に同じ角度だけワーク１を
回転させたときの前記外周面までの長さを測定子３８で
それぞれ測定し、両者の測定データが等しいとき、前記
最低点を測定子移動方向及びワーク回転角度の測定原点
とする。また、測定子３８の移動方向は、外周面加工の
Ｘ軸方向とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非円形部材、特に
はピストンリングの外周面の加工精度を向上できる非円
形部材の補正加工方法及びその加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えばピストンリング等のような
非円形部材の内周面又は外周面を精度良く加工するため
に、コンピュータによるＮＣ制御装置を用いた加工装置
が良く知られている。そして、このようなＮＣ加工装置
において、加工精度を向上させるために、被加工材の加
工後の形状を測定し、この測定データと、予め設定さ
れ、かつ、コンピュータ内に記憶された所定の加工形状
データとの比較に基づいて、この加工形状データの補正
データを求めて補正し、この新たな加工形状データによ
って次加工を行い、これによって、加工精度を改善でき
る加工装置が提案されている。

【０００３】例えば、図８は特開昭５５−１５０９０１
号公報に開示された周面加工用機械（加工装置）を示し
ており、以下同図に基づいて説明する。被加工材として
のピストンリング１（加工前は、非円形で左右対称で、
かつ、一部凹形状の外周面を有する略円筒形状を成して
いる）は、少なくとも１個以上のリング集合体として、
図示されていない工作軸と対向ヨーク２（把持装置）と
の間に回転軸３の回りに回転可能に取り付けられてお
り、このとき、ピストンリング１の軸芯方向は前記回転
軸３の軸方向に平行になっている。工具ホルダとしての
ダブルアーム揺れ腕４の一方のアーム５の先端部は刃物
６を把持し、また他方のアーム７は、サーボモータ９の
出力軸方向に直動されるシャフト９ａの先端部に回転軸
７ａの回りに回動自在に連結されている。サーボモータ
９によってダブルアーム揺れ腕４を介して刃物６をピス
トンリング１に向かってその径方向に加工送りすること
ができ、このサーボモータ９への加工送り指令はコンピ
ュータ１０によって出力されている。このコンピュータ
１０内の記憶装置には、ピストンリング１の外周面の設
計輪郭として非円形輪郭データが記憶されている。

【０００４】また、刃物６に回転軸３の方向に隣接し、
かつ、前記同様にピストンリング１に向かってその径方
向に動くことができる測定触針１１（測定子）が配設さ
れており、この測定触針１１の先端１２は回転軸３の方
向に刃物６の先端と整列している。また、この測定触針
１１の測定位置への前記径方向送りは、前記コンピュー
タ１０によって制御されているステップモータ１３によ
り行われる。ピストンリング１の外周面加工後に、ピス
トンリング１の少なくとも１回転の間に、測定触針１１
の先端部に一体化された誘導変位レシーバ８によって測
定された外周面に関する実輪郭データがディジタル値で
コンピュータ１０に入力される。そして、コンピュータ
１０は、この実輪郭ータと、記憶装置１５内に記憶され
た設定輪郭データとを比較し、この偏差値に基づいて前
記設定輪郭データを補正し、この補正データを新たな設
定輪郭データとして記憶装置１６内に記憶しておく。そ
して、次回の加工時に、この新たな設定輪郭データを用
いて周面加工を行うことにより、加工精度を改善するよ
うにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の加工装置においては、外周面の実輪郭デー
タを計測する上記測定触針１１を測定位置へ駆動する駆
動手段（ステップモータ１３）を、前記外周面加工用の
刃物６の駆動手段（例えばサーボモータ９等）と別個に
設ける必要がある。この結果、加工装置の制御軸数が多
くなり、装置全体の構成が大型化すると共に、コスト的
にも高価になると言う問題がある。また、測定触針１１
の駆動手段と刃物６の駆動手段とを配設しなければなら
ないので、ピストンリング１の外周近傍の装置構成が機
構的に複雑化し、これによって、作業者がピストンリン
グ１の加工状態を監視しにく、作業性が悪くなってい
る。

【０００６】本発明は、上記の問題点に着目してなされ
たものであり、装置の小型化、及び工具取り付け部のコ
ンパクト化ができ、かつ、加工精度を向上できる非円形
部材の補正加工方法及びその加工装置を提供することを
目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記の目
的を達成するために、請求項１に記載の発明は、非円形
で左右対称で、かつ、一部凹形状の外周面を有する略円
筒形状のワーク１をこの円筒の軸のＣ軸回りに回転させ
ながらワーク１の外周面を加工し、この加工後の外周形
状の測定データに基づいて外周面を補正加工する非円形
部材の補正加工方法において、前記外周面の凹形状の最
低点を求めるとき、ワーク１のＣ軸に垂直な平面内で、
所定の方向に測定子３８を所定距離ずつ移動させ、か
つ、この測定子３８でこの移動の方向に直交する線上の
所定の基準点Ｐから前記外周面までの長さを測定し、こ
の所定距離毎の測定データに基づいて前記最低点を求
め、この最低点を中心として左右方向に同じ所定角度だ
けＣ軸の回りにワーク１を回転させたときの前記所定の
基準点Ｐから前記外周面までの長さを前記測定子３８で
それぞれ測定し、両者の測定データが等しいとき、前記
最低点を前記測定子３８の移動方向とＣ軸回りの回転角
度との測定原点とする方法としている。

【０００８】請求項１に記載の発明による作用は、加工
後のワークの外周形状データが精度良く測定されること
にある。この外周形状データを精度良く測定するために
は、測定子の測定方向をワーク回転中心に向け、かつ、
外周の特定点を測定原点として前記ワーク回転中心から
の外周径長さを測定する必要がある。そして、前記特定
点を、外周の凹形状の中心点、すなわち、前記ワーク回
転中心からの外径方向長さが最も短い最低点とする方が
好ましい。ところが、ワークの加工中は把持装置によっ
て前記回転軸の軸芯方向（以下の実施形態では、上下方
向）から非常に大きなクランプ力（例えば１０トン）で
ワークがクランプされているので、ワークの前記回転軸
芯が歪み、これにより加工後のワークの回転中心位置が
変位してしまう。また、加工時に工具がワークに押し当
てられるので切削負荷が変化し、これによりワークの回
転中心位置が変位する。さらに、加工中に発生する熱に
よる、あるいは、回転中心と外周面加工用工具の芯ずれ
による回転中心位置の変位が発生する。したがって、加
工後のワークの回転軸芯や外周面の凹形状の位置等が、
加工前の目標とした位置と異なっている。このことか
ら、加工後のワークの真の回転中心位置及び前記最低点
をサーチする必要がある。

【０００９】すなわち、請求項１に記載の発明による
と、加工後のワークを回転させて凹形状の外周面を測定
子のおおよその測定方向に向け、この状態で測定子の測
定方向に直交する方向にこの測定子を所定距離ずつ移動
させ、測定子での測定データが最小（又は、測定子の測
定方法によっては最大）となるときの測定子の移動位置
及びワークの回転角度を仮の最低点とする。そして、こ
の仮の最低点を中心に左右に同じ所定角度だけワークを
回転させたときの各測定データが等しいときは、前記仮
の最低点が真の最低点であることが確認され、この最低
点を測定子の前記移動方向及び前記回転角度の測定原点
とする。これによって、測定子の測定方向がワーク回転
中心を向いたような測定原点を精度良く検出し、設定で
きる。この結果、測定データの精度が良くなり、目標の
外周形状データの補正を精度良く行え、よって加工精度
が向上する。

【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１記載の
非円形部材の補正加工方法において、前記測定子３８の
測定方向と直交する方向は、ワーク１の外周面を加工す
る工具３５が移動するＸ軸方向とする方法としている。

【００１１】請求項２に記載の発明によると、測定子の
測定方向と直交する方向、つまり測定子の移動方向を外
周面加工用の工具の移動方向（すなわち、Ｘ軸方向）と
しているので、測定子の移動手段として新たに設ける必
要が無くなる。したがって、補正加工装置の制御軸数が
少なくなるので装置を小型化できると共に、コスト的に
も安価にできる。また、ワークの外周近傍の装置構成が
コンパクトになるので、ワークの加工状態を作業者が監
視し易くなり、よって作業性が向上する。

【００１２】請求項３に記載の発明は、請求項１記載の
非円形部材の補正加工方法において、前記最低点を前記
Ｃ軸の回りの回転角度の原点とするときに、所定のＣ軸
角度での外径方向の長さの測定データと、ワーク１を前
記所定のＣ軸角度から１８０°回転させた点での外径方
向の長さの測定データとの差値が、予め設定された所定
長さであることによって前記測定子３８が回転中心方向
を向いていることを確認する方法としている。

【００１３】請求項３に記載の発明によると、前記求め
た最低点でのワーク回転角度を回転角度の原点（０°）
とし、この原点に対して所定の回転角度での外径方向の
長さの測定データと、ワークをこの所定回転角度から１
８０°回転させた点での外径方向の長さの測定データと
の差値が、予め設定された所定長さであるとき、前記測
定子が回転中心方向を向いていることが分かる。そし
て、この確認作業において前記差値が所定の許容範囲内
に入るまで前記最低点のサーチを繰り返すことによっ
て、測定子の測定方向が回転中心方向と一致する精度が
良くなり、かつ、前記最低点（測定原点）が精度良く求
められる。したがって、この測定原点を測定開始位置と
する測定データと目標のプロフィルデータとの比較によ
り、加工誤差が精度良く求められ、この加工誤差に基づ
いて目標のプロフィルデータが補正されるので、補正後
の加工精度を向上することができる。

【００１４】請求項４に記載の発明は、請求項１記載の
非円形部材の補正加工方法において、前記最低点を前記
Ｃ軸の回りの回転角度の原点とするときに、この最低点
での外径方向の長さと、ワーク１を前記最低点から１８
０°回転させた点での外径方向の長さとが等しいことに
よって、前記測定子３８が回転中心方向を向いているこ
とを確認する方法としている。

【００１５】請求項４に記載の発明によると、前記求め
た最低点でのワーク回転角度を回転角度の原点（０°）
とし、この原点（最低点）での外径方向長さの測定デー
タと、ワークをこの所定回転角度から１８０°回転させ
た点での外径方向長さの測定データとが等しいとき、前
記測定子が回転中心方向を向いていることが分かる。こ
れによって、測定子の測定方向が回転中心方向と一致す
る精度が良くなり、かつ、前記最低点（測定原点）が容
易に、精度良く求められる。したがって、この測定原点
を測定開始位置とする測定データと目標のプロフィルデ
ータとの比較により、加工誤差（加工後のリフト量誤
差）が精度良く求められ、この加工誤差に基づいて目標
のプロフィルデータが補正されるので、補正後の加工精
度を向上することができる。

【００１６】請求項５に記載の発明は、非円形で左右対
称で、かつ、凸凹形状の外周面を有する略円筒形状のワ
ーク１をこの円筒のＣ軸の回りに回転させ、予め設定し
た目標の外径形状のプロフィルデータに基づいてワーク
１の外周面を加工し、この加工後の外径方向長さの測定
データに基づいて外周面を補正加工する非円形部材の補
正加工方法において、外径方向長さの前記測定データに
基づいて外周面の最低点を求めた後、この最低点を開始
位置として前記ワーク１を所定角度ずつ回転させたとき
のそれぞれの外径方向長さを測定し、この各測定データ
と前記最低点での測定データとの差値に基づいて各回転
角度毎の前記最低点からの外径方向のリフト量を求め、
この測定データのリフト量の全周にわたる推移の位相
と、前記目標のプロフィルデータから求めたリフト量の
全周にわたる推移の位相とを比較し、両位相が一致する
ように前記測定データの各回転角度をシフトさせた後
に、前記各回転角度毎の両方のリフト量間の誤差を求
め、この誤差に基づいて前記目標のプロフィルデータを
補正する方法としている。

【００１７】請求項５に記載の発明によると、測定デー
タから原点（測定原点）を求め、この原点を開始位置と
してワークを所定角度ずつ回転させながら外径方向長さ
を測定し、この測定データ及び前記原点での測定データ
に基づいて各回転角度毎の前記原点からのリフト量を求
める。このリフト量の前記開始位置からの位相は、加工
中に発生したワークの回転軸と外周切削工具の移動軸と
の同期ずれによって、目標のプロフィルデータの原点か
らのリフト量の位相とずれが生じているので、このずれ
を無くした状態で、前記測定データと前記目標プロフィ
ルデータの前記リフト量とを比較する必要がある。そこ
で、本発明では、両方の位相が略一致するように前記測
定データの各回転角度をシフトさせた後に、前記各回転
角度毎の両方の前記リフト量を比較して誤差を求めてい
る。したがって、両リフト量の誤差が正確に求められる
ので、この誤差データに基づく目標プロフィルデータの
補正値が精度良く求められる。この結果、ワークの加工
精度が向上する。

【００１８】請求項６に記載の発明は、請求項５記載の
非円形部材の補正加工方法において、前記両方のリフト
量の位相を一致させるときは、この両方のリフト量間の
誤差の最大値が最小になるように、前記測定データの各
回転角度をシフトさせる方法としている。

【００１９】請求項６に記載の発明によると、測定デー
タと前記目標プロフィルデータの両リフト量の位相を一
致させるときに、この両リフト量間の誤差の最大値が最
小になるように、前記測定データの各回転角度をシフト
させる。これによって、前記各回転角度毎の両リフト量
間の誤差が正確に求められるので、この誤差データに基
づく目標プロフィルデータの補正値が精度良く求めら
れ、したがって、ワークの加工精度が向上する。

【００２０】請求項７に記載の発明は、請求項５記載の
非円形部材の補正加工方法において、前記両方のリフト
量の位相を一致させるときは、この両方のリフト量間の
誤差を最小２乗法によって最小にするように、前記測定
データの各回転角度をシフトさせる方法としている。

【００２１】請求項７に記載の発明によると、測定デー
タと前記目標プロフィルデータの両リフト量の位相を一
致させるときに、この両リフト量間の誤差を最小２乗法
によって最小にするように、前記測定データの各回転角
度をシフトさせる。これによって、前記各回転角度毎の
両リフト量間の誤差が正確に求められるので、この誤差
データに基づく目標プロフィルデータの補正値が精度良
く求められ、したがって、ワークの加工精度が向上す
る。

【００２２】請求項８に記載の発明は、非円形で左右対
称で、かつ、一部凹形状の外周面を有する略円筒形状の
ワーク１をこの円筒のＣ軸の回りに回転させるＣ軸モー
タ２４と、前記ワーク１の外周面を加工する工具３５を
ワーク１に対してＸ軸方向に接近・離反させるＸ軸モー
タ３１と、予め設定したワーク１の外周形状のプロフィ
ルデータに基づいてＣ軸モータ２４及びＸ軸モータ３１
の速度及び位置を同時制御して外周面を加工する制御器
６２と、加工後の外周形状を測定する測定子３８とを備
え、加工後の外周形状の測定データに基づいて前記プロ
フィルデータを補正し、この補正したプロフィルデータ
に基づいて補正加工する非円形部材の補正加工装置にお
いて、前記Ｘ軸方向と平行に移動すると共に、このＸ軸
方向に直交する線上の所定の基準点Ｐからワーク１の外
周面までの長さを測定する前記測定子３８と、前記Ｘ軸
モータ３１を駆動してこの測定子３８をＸ軸方向に所定
距離ずつ移動させながら、この測定子３８でワーク１の
外周面までの長さを測定し、この測定データに基づい
て、前記外周面の凹形状の最低点を求める前記制御器６
２とを備えた構成としている。

【００２３】請求項８に記載の発明によると、加工後の
ワークを回転させて凹形状の外周面を測定子のおおよそ
の測定方向に向け、この状態で測定子の測定方向に直交
する方向にこの測定子を所定距離ずつ移動させ、測定子
での測定データが最小（又は、測定子の測定方法によっ
ては最大）となるときの測定子の移動位置及びワークの
回転角度を最低点とする。そして、この最低点を測定子
の前記移動方向及び前記回転角度の測定原点とする。こ
れによって、前記請求項１記載の発明と同様に、例え
ば、ワーク把持装置の大きなクランプ力（例えば１０ト
ン）によるワーク回転軸芯の歪み、加工時の工具切削負
荷の変化、加工中に発生する熱、あるいは、回転中心と
外周面加工用工具の芯ずれ等によりワーク回転中心位置
の変位が発生しても、加工後のワークの真の回転中心位
置及び前記最低点をサーチすることができる。したがっ
て、測定子の測定方向がワーク回転中心を向いたような
測定原点を精度良く検出し、設定できる。この結果、測
定データの精度が良くなり、目標の外周形状データの補
正を精度良く行え、よって加工精度が向上する。

【００２４】請求項９に記載の発明は、請求項８記載の
非円形部材の補正加工装置において、前記制御器６２
は、前記最低点を前記Ｃ軸の回りの回転角度の原点とす
るときに、この原点に対して前記ワーク１を所定のＣ軸
角度、及びこの所定のＣ軸角度から１８０°回転させる
と共に、前記測定子３８でそれぞれのＣ軸角度でのこの
ワーク１の外周面までの長さを測定する指令を出力し、
この両測定データ間の差値が予め設定された所定長さで
あるとき、前記測定子３８が前記Ｃ軸を向いていると判
断するようにしている。

【００２５】請求項９に記載の発明によると、制御器
は、前記求めた最低点でのワーク回転角度を回転角度の
原点（０°）とし、この原点に対して所定の回転角度で
の外径方向の長さと、この所定回転角度から１８０°回
転させた点での外径方向の長さとを測定し、この両方の
測定データの差値が予め設定された所定長さであるとき
に、前記測定子が回転中心方向を向いていると判断して
いる。そして、この確認作業において前記差値が所定の
許容範囲内に入るまで前記最低点のサーチを繰り返すこ
とによって、測定子の測定方向が回転中心方向と一致す
る精度が良くなり、かつ、前記最低点（測定原点）が精
度良く求められる。したがって、この測定原点を測定開
始位置とする測定データのリフト量と目標のプロフィル
データのリフト量との比較により、加工誤差が精度良く
求められ、この加工誤差に基づいて目標のプロフィルデ
ータが補正されるので、補正後の加工精度を向上するこ
とができる。

【００２６】請求項１０に記載の発明は、請求項８記載
の非円形部材の補正加工装置において、前記測定子３８
を前記Ｘ軸方向と平行に移動させる手段は、前記工具３
５を移動させるＸ軸ユニット３０である構成としてい
る。

【００２７】請求項１０に記載の発明によると、測定子
を測定方向と直交する方向、すなわち、Ｘ軸方向と平行
に移動させる手段として、外周面加工用の工具のＸ軸駆
動手段（Ｘ軸ユニット）を兼用するので、測定子の移動
手段として新たに設ける必要が無くなる。したがって、
補正加工装置の制御軸数が少なくなるので装置を小型化
できると共に、コスト的にも安価にできる。また、ワー
ク１の外周近傍の装置構成がコンパクトになるので、ワ
ークの加工状態を作業者が監視し易くなり、よって作業
性が向上する。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明に係わる実施形態を説明する。図１は、本実施形態の
一例を表すピストンリングの加工装置の構成図である。
なお、本実施形態に示す加工装置は本発明者が既に特願
平８−２４９５７２号により提案した加工装置と略同様
の構成であり、よって、ここでは同一構成については概
要を説明する。ベッド５１上に、コラム５２が設けられ
ている。コラム５２の前面側にはガイドレール（図示せ
ず）が上下方向に配設され、このガイドレール上にはＺ
軸スライド２１が昇降自在に支持されて配設されてい
る。また、コラム５２の上部には例えばサーボモータ等
からなるＺ軸モータ２６が配設されており、このＺ軸モ
ータ２６は例えばボールネジ等のような回転伝達手段
（図示せず）を介してスライド２１を昇降駆動してい
る。

【００２９】Ｚ軸スライド２１は中空の箱形状を成して
おり、この内部の上部及び下部にはそれぞれ互いに対向
して把持装置２２、２３が配設されている。また、Ｚ軸
スライド２１の上部で、かつ、前記把持装置２２の上方
には図示しない円筒状の油圧シリンダが配設されてお
り、この油圧シリンダの下方に伸縮するピストンの下部
に前記把持装置２２の上端部が取着されている。そし
て、この油圧シリンダの伸縮によって把持装置２２が上
下動し、把持装置２２の下部に設けられた上部クランプ
ヘッドと、把持装置２３の上部に設けられた下部クラン
プヘッドとの間で非円形で左右対称の略円筒形状のワー
ク１（例えば、ピストンリングの素材の積層体）がクラ
ンプされる。また、前記ピストン及び把持装置２２、２
３は同軸線上に配設されており、かつ、Ｚ軸スライド２
１に例えばボールベアリング等によってワーク１のＣ軸
（前記略円筒形状のワークの軸芯）の回りに回転自在に
支持されている。

【００３０】また、コラム５２の上部には例えばサーボ
モータ等からなるＣ軸モータ２４が配設されており、こ
のＣ軸モータ２４によって図示しないギヤ列及びＣ駆動
軸を介して前記油圧シリンダのピストン及び把持装置２
２、２３は回転駆動されるようになっている。なお、前
記把持装置２２は前記Ｃ駆動軸の上部にスプライン係合
されており、前記油圧シリンダによる上下動のときに上
下動可能となっている。

【００３１】ワーク１及び把持装置２３は中心部が中空
の円筒形状を成しており、この中空部にワーク１の内周
面を切削加工するＵ軸ユニット４０のボーリングバー４
４の上端部が進入できるようになっている。Ｕ軸ユニッ
ト４０はベッド５１上に配設されており、前記ボーリン
グバー４４をワーク１の径方向に往復移動させる。この
Ｕ軸ユニット４０は、このボーリングバー４４と、ボー
リングバー４４の上端部に取着された工具４５と、ボー
リングバー４４に固設されたＵ軸スライド４３と、例え
ばリニアモータ等のサーボモータからなり、かつ、Ｕ軸
スライド４３を前記径方向に往復駆動させるＵ軸モータ
４２と、ベッド５１上に配設され、かつ、Ｕ軸スライド
４３を移動可能に支持するガイドレール４１とを備えて
いる。

【００３２】また、コラム５２の側面には、ワーク１の
外周面を切削加工するＸ軸ユニット３０が配設されてい
る。Ｘ軸ユニット３０の円筒状のガイド部材３３がコラ
ム５２の側面部中間に前記円筒の軸芯を水平に、かつ、
ワーク１の径方向（Ｘ軸方向）に向けて固着され、この
ガイド部材３３の軸芯方向のワーク１と反対側にはカバ
ー３６を介してＸ軸モータ３１が取着されている。ガイ
ド部材３３の内面にＸ軸方向に設けられたスプラインに
係合して水平移動可能な工具支持部材３４が設けられて
おり、この工具支持部材３４の先端部（ワーク１側）に
ワーク１の外周面を加工する工具３５が取着されてい
る。また、工具支持部材３４にはボールネジのナット部
３２が固着されており、このナット部３２に係合するボ
ールネジがＸ軸モータ３１の出力軸に取着されている。
そして、Ｘ軸モータ３１の回転によって前記ボールネジ
及びナットを介して工具支持部材３４が水平移動し、工
具３５で外周面が切削加工される。

【００３３】また、工具支持部材３４の先端部には、略
Ｘ軸方向に突出した測定バー３７が取着されており、こ
の測定バー３７の先端部に電気マイクロ測定子３８（以
後、単に測定子３８と言う）が取着されている。図２に
示したように、測定子３８は、その測定方向がＸ軸方向
とワーク回転軸（Ｃ軸）方向とに垂直になるように設け
られている。ここで、この測定方向の測定子３８の軸芯
と工具支持部材３４の先端面との距離Ｌ1 は予め決めら
れた所定値に設定されており、例えば、工具３５によっ
て切削加工中に、測定子３８がワーク１に接触しないよ
うな長さとなっている。また、工具３５と測定バー３７
の各軸芯間の距離Ｌ2 は、測定子３８の先端がワーク１
の１回転の間にワーク１の全周に接触している、すなわ
ち、外径方向長さを測定可能となるように設定されてい
る。そして、測定子３８で測定された外周形状データ
（以後、プロフィルデータと呼ぶ）はデータ出力装置３
９に取り込まれ、補正値演算装置６１に入力される。

【００３４】図３は、本発明に係わるピストンリングの
補正加工装置のハード構成ブロック図を示している。制
御器６２は、例えばマイクロコンピュータ等を主体にし
たコンピュータ装置により構成されている。この制御器
６２に備えられた記憶装置には予め加工対象のワーク１
の加工形状に対応したプロフィルデータが記憶されてお
り、切削加工時には、制御器６２はこの目標のプロフィ
ルデータに基づいて各軸が同期をとって移動するよう
に、各軸駆動手段２０の各軸サーボモータ２４、２６、
３１、４２の回転速度及び位置を同時制御する。さら
に、加工完了したら、制御器６２は加工後の実際の形状
（プロフィルデータ）を測定するために、所定のシーケ
ンスに従って各軸サーボモータ２４、２６、３１を移動
させてワーク１と測定子３８の所定の測定開始位置をサ
ーチする。そして、このサーチした所定の測定開始位置
から測定データの取り込みを開始し、Ｃ軸を所定角度ず
つ回転させる毎にこの測定データの出力指令をデータ出
力装置３９に出力する。

【００３５】各軸駆動手段２０は、前述の各軸サーボモ
ータ２４、２６、３１、４２と、各軸のサーボアンプ
と、各軸の速度検出器及び位置検出器とからなってい
る。各軸の位置信号は位置検出器から制御器６２に入力
され、また、速度信号は速度検出器からサーボアンプに
入力される。前記制御器６２は、加工時に前記目標のプ
ロフィルデータに沿って各軸の位置指令値を演算した
り、また加工後にワーク外周形状を測定するために測定
子３８を所定量移動させる位置指令値を演算したりし、
この位置指令値と前記位置信号との偏差を小さくするよ
うに速度指令をサーボアンプに出力する。各軸のサーボ
アンプはこの速度指令値と前記速度検出器からの速度信
号との速度偏差を小さくするように、各軸サーボモータ
２４、２６、３１、４２の駆動電流を制御する。

【００３６】データ出力装置３９は、制御器６２からの
前記所定Ｃ軸角度毎の出力指令を入力したとき、測定子
３８によって測定したプロフィルデータを取り込んで、
補正値演算装置６１に出力する。なお、この測定データ
は、例えばシリアル通信やパラレル通信等のデータ通信
によって送信される。補正値演算装置６１は、例えばマ
イクロコンピュータ等を主体としたコンピュータ装置
（例えば、パソコン）で構成されている。補正値演算装
置６１はデータ出力装置３９からの前記プロフィルデー
タを入力し、この入力データに基づいて加工後のワーク
１のプロフィル誤差（リフト量誤差）を加工誤差として
算出した後、このプロフィル誤差データに基づいて、予
め記憶装置内に記憶している加工ワークの目標のプロフ
ィルデータを補正する。そして、次ワークを加工するた
めに、この補正したプロフィルデータを例えばシリアル
通信等によって制御器６２に転送する。これによって、
制御器６２は次ワークを精度良く加工することができ
る。

【００３７】図４は本実施発明に係わる補正加工方法を
説明するフローチャートを示しており、以下同図に基づ
いて説明する。なお、各処理のステップ番号をＳを付し
て表す。Ｓ１で、制御器６２はＸ軸を所定距離移動させ
て測定子３８をワーク１の外周面に接触させる。次にＳ
２で、ワーク１の凹形状の外周面の最低点、すなわち、
ワーク１の回転中心からの外径方向長さが最小の位置が
測定子３８側を向くように回転させ、この後、Ｃ軸を所
定角度ずつ回転させると共に、Ｘ軸を所定距離ずつ移動
させ、このときの各測定データを入力する。そして、Ｓ
３で、この測定データの内で、外径方向長さが最小にな
るＣ軸回転角度及びＸ軸位置をサーチし、このときのＣ
軸角度を０°とする。これによって、測定子３８の測定
方向はＣ軸回転中心を向いている筈であり、次ステップ
以降においてこれを確認する。

【００３８】すなわち、次にＳ４で、上記サーチした新
たな０°での外径方向長さの測定データｒ0 を入力し、
さらにＳ５で、この０°位置を中心に±α°（αは予め
設定された所定角度）だけＣ軸を左右に回転させ、この
それぞれのときの径方向長さｒ1+、ｒ1-を測定する。な
お、これらの測定データｒ0 、ｒ1+、ｒ1-は、測定子３
８による測定方向の所定の基準点Ｐからの距離を示して
いる。図５に、この測定の説明図を示す。そして、Ｓ６
で測定した径方向長さｒ1+と径方向長さｒ1-が等しいか
をチェックし、等しくないときは、Ｓ７でこの径方向長
さｒ1+と径方向長さｒ1-との差を小さくするように、Ｘ
軸を所定距離移動させると共に、Ｃ軸を所定角度回転さ
せ、この後Ｓ２に戻って以上の処理を繰り返す。また、
上記Ｓ６で等しいときは、Ｓ８で前記０°位置に対して
Ｃ軸を１８０°回転させたときの測定データｒ2 を入力
する。次に、Ｓ９で、Ｃ軸が０°の時の前記測定データ
ｒ0 と、この１８０°の時の測定データｒ2 との差の絶
対値データ｜ｒ0 −ｒ2 ｜が０か、すなわち「ｒ0 ＝ｒ
2 」か否かをチェックし、等しくないときはＳ２に戻っ
て正確なＣ軸０°位置及び最低点がサーチされるまで以
上の処理を繰り返す。上記Ｓ９で前記絶対値データ｜ｒ
0 −ｒ2 ｜が０のときは、ピストンリング１の外周面の
プロフィルデータに基づいて、測定子３８の測定方向が
Ｃ軸回転中心を向いていて、このときの測定子３８の先
端位置が前記最低点にあることが確認され、前記求めた
Ｃ軸０°を測定の開始位置とする。

【００３９】そして、Ｓ１０で、制御器６２はこのＣ軸
０°を開始位置にして所定のＣ軸角度毎に前記出力指令
をデータ出力装置３９に出力して外周面の全周を測定す
る。このとき、補正値演算装置６１はデータ出力装置３
９から前記所定のＣ軸角度毎の外径方向長さの測定デー
タを入力する。次にＳ１１では、補正値演算装置６１
は、前ステップで得られた測定データに対して、前記最
低点での測定データとの差値をリフト量として各所定Ｃ
軸角度毎に演算し、リフト量テーブルとして記憶する。
図６は、このリフト量のグラフを示しており、横軸はＣ
軸角度、縦軸はリフト量を表している。同図において、
実線は現在記憶している目標のプロフィルデータに基づ
いて求められるリフト量を表しており、点線は上記測定
データに基づくリフト量を表している。そして、補正値
演算装置６１は、両リフト量の全周にわたる推移の位相
が一致するように、測定データのリフト量テーブルに対
してＣ軸角度データを所定角度シフトする。すなわち、
前記測定データのリフト量グラフを図示の矢印方向にず
らして、両方のグラフが重なるようにする。ここで、Ｃ
軸角度データの最適なシフト角度値は、測定データのＣ
軸角度データを所定角度シフトしたときのリフト量と、
目標のプロフィルデータのリフト量との誤差を演算し、
この誤差の最大値が最小となるように求められる。ある
いは、この誤差値の２乗をＣ軸の全周にわたって積算
し、この積算値が最小となるような最適なシフト角度値
を算出するようにしてもよい。図７は、上記リフト量の
誤差のグラフを示している。そして、前記測定データに
対して、この求めた最適なシフト角度値だけＣ軸角度を
シフトした新たなリフト量テーブルを作成する。この
後、Ｓ１２で、この新たなリフト量テーブルに基づい
て、前記目標のプロフィルデータのリフト量との加工誤
差（プロフィル誤差）を演算する。この加工誤差に基づ
いて、目標のプロフィルデータの補正値を演算して記憶
する。次に、Ｓ１３で、補正値演算装置６１はこの算出
したプロフィルデータの補正値を制御器６２に通信等に
より転送し、Ｓ１４では、制御器６２は、この補正値に
基づいて次の加工ワークのプロフィルデータを補正し、
このプロフィルデータに従って次加工を行う。

【００４０】以上説明したように、非円形部材の外周面
を加工後に外径方向長さを測定する測定子３８の移動方
向を、この測定子３８の測定方向に直交する方向として
いるので、外周面の凹形状部の最低点（つまり、回転中
心位置からの外径方向長さが最短である点）を容易に、
そして精度良くサーチすることが可能となる。また、こ
の最低点を測定開始点として所定Ｃ軸角度毎に測定した
外径方向長さデータと、目標のプロフィルデータとのリ
フト量を互いに比較して、このリフト量の誤差の大きさ
に基づいて前記プロフィルデータの補正データを求めて
いるので、この補正データが精度良く演算される。これ
によって、補正後の加工精度が向上する。さらに、前記
測定子３８の測定方向と直交する方向への移動手段を、
外周面加工手段であるＸ軸ユニットと兼用しているの
で、移動手段を新たに設ける必要がなく、制御軸数を少
なくすることができる。したがって、加工装置が小型化
されると共に、コスト的にも安価に構成することができ
る。また、ワーク周辺の工具取り付け部が非常にコンパ
クトになり、作業者がワークの加工状態を監視し易くな
って作業性が向上する。

【００４１】また、前記最低点をサーチするときに、サ
ーチした仮の最低点を中心にしてＣ軸を左右に所定角度
回転させ、この両位置での測定データが等しい場合に前
記仮の最低点を真の最低点としている。さらに、この最
低点での測定データと、最低点からＣ軸を１８０°回転
させた位置での測定データとが等しいことをチェックす
ることによって、この最低点における測定子３８の測定
方向がＣ軸回転中心を向いていることを確認している。
これによって、例えば、ワーク把持装置の大きなクラン
プ力（例えば１０トン）によるワーク回転軸芯の歪み、
加工時の工具切削負荷の変化、加工中に発生する熱、あ
るいは、回転中心と外周面加工用工具の芯ずれ等により
ワーク回転中心位置の変位が発生しても、加工後のワー
クの真の回転中心位置及び真の最低点をサーチすること
ができる。したがって、外径方向長さデータが精度良く
測定され、よってこの測定データのリフト量と目標のプ
ロフィルデータのリフト量との誤差が正確に求まる。こ
の結果、目標のプロフィルデータの補正データが精度良
く演算されるので、補正後の加工精度が向上する。

【００４２】なお、前記実施形態においては、測定子３
８の測定方向がワーク回転中心を向いていることを確認
する方法として、ワーク外周面の凹形状の最低点を測定
原点、すなわちＣ軸回転角度の０°位置とし、この０°
位置及び１８０°位置での外径方向長さの測定データが
等しい否かによって確認しているが、これに限定されな
い。例えば、０°位置に対して、回転角度が所定角度の
とき、及びこの所定角度から１８０°回転したときの両
外径方向長さの測定データの差値が、予め設定されてい
る目標のプロフィルデータに基づく所定値か否かによっ
て確認してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる実施形態を表すピストンリング
の補正加工装置の構成図である。

【図２】本発明に係わるピストンリングの補正加工装置
の要部説明図である。

【図３】本発明に係わる実施形態のハード構成ブロック
図を示す。

【図４】本発明に係わる補正加工方法を表すフローチャ
ート例を示す。

【図５】本発明に係わる補正のための測定原点測定方法
の説明図である。

【図６】本発明に係わるリフト量シフトを説明するグラ
フである。

【図７】本発明に係わるリフト量（加工）誤差を表すグ
ラフである。

【図８】従来技術に係わるピストンリング加工装置の要
部説明図を示す。

【符号の説明】

１…ワーク（ピストンリング）、２…対向ヨーク、３、
７ａ…回転軸、４…ダブルアーム揺れ腕、５、７…アー
ム、６…刃物、８…誘導変位レシーバ、９…サーボモー
タ、９ａ…シャフト、１０…コンピュータ、１１…測定
触針、１３…ステップモータ、１５、１６…記憶装置、
２１…Ｚ軸スライド、２２、２３…把持装置、２４…Ｃ
軸モータ、２６…Ｚ軸モータ、３０…Ｘ軸ユニット、３
１…Ｘ軸モータ、３２…ナット部、３３…ガイド部材、
３４…工具支持部材、３５、４５…工具、３６…カバ
ー、３７…測定バー、３８…測定子（電気マイクロ測定
子）、３９…データ出力装置、４０…Ｕ軸ユニット、４
１…ガイドレール、４２…Ｕ軸モータ、４３…Ｕ軸スラ
イド、４４…ボーリングバー、５１…ベッド、５２…コ
ラム、６１…補正値演算装置、６２…制御器。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非円形で左右対称で、かつ、一部凹形状
   の外周面を有する略円筒形状のワーク(1) をこの円筒の
   Ｃ軸の回りに回転させながらワーク(1) の外周面を加工
   し、この加工後の外周形状の測定データに基づいて外周
   面を補正加工する非円形部材の補正加工方法において、 前記外周面の凹形状の最低点を求めるとき、ワーク(1)
   のＣ軸に垂直な平面内で、所定の方向に測定子(38)を所
   定距離ずつ移動させ、かつ、この測定子(38)でこの移動
   の方向に直交する線上の所定の基準点Ｐから前記外周面
   までの長さを測定し、この所定距離毎の測定データに基
   づいて前記最低点を求め、この最低点を中心として左右
   方向に同じ所定角度だけＣ軸の回りにワーク(1) を回転
   させたときの前記所定の基準点Ｐから前記外周面までの
   長さを前記測定子(38)でそれぞれ測定し、両者の測定デ
   ータが等しいとき、前記最低点を前記測定子(38)の移動
   方向とＣ軸回りの回転角度との測定原点とすることを特
   徴とする非円形部材の補正加工方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の非円形部材の補正加工方
   法において、 前記測定子(38)の測定方向と直交する方向は、ワーク
   (1) の外周面を加工する工具(35)が移動するＸ軸方向と
   することを特徴とする非円形部材の補正加工方法。
3. 【請求項３】 前記最低点を前記Ｃ軸の回りの回転角度
   の原点とするときに、所定のＣ軸角度での外径方向の長
   さの測定データと、ワーク(1) を前記所定のＣ軸角度か
   ら１８０°回転させた点での外径方向の長さの測定デー
   タとの差値が、予め設定された所定長さであることによ
   って前記測定子(38)が回転中心方向を向いていることを
   確認することを特徴とする請求項１記載の非円形部材の
   補正加工方法。
4. 【請求項４】 前記最低点を前記Ｃ軸の回りの回転角度
   の原点とするときに、この最低点での外径方向の長さ
   と、ワーク(1) を前記最低点から１８０°回転させた点
   での外径方向の長さとが等しいことによって、前記測定
   子(38)が回転中心方向を向いていることを確認すること
   を特徴とする請求項１記載の非円形部材の補正加工方
   法。
5. 【請求項５】 非円形で左右対称で、かつ、凸凹形状の
   外周面を有する略円筒形状のワーク(1) をこの円筒のＣ
   軸の回りに回転させ、予め設定した目標の外径形状のプ
   ロフィルデータに基づいてワーク(1) の外周面を加工
   し、この加工後の外径方向長さの測定データに基づいて
   外周面を補正加工する非円形部材の補正加工方法におい
   て、 外径方向長さの前記測定データに基づいて外周面の最低
   点を求めた後、この最低点を開始位置として前記ワーク
   (1) を所定角度ずつ回転させたときのそれぞれの外径方
   向長さを測定し、この各測定データと前記最低点での測
   定データとの差値に基づいて各回転角度毎の前記最低点
   からの外径方向のリフト量を求め、この測定データのリ
   フト量の全周にわたる推移の位相と、前記目標のプロフ
   ィルデータから求めたリフト量の全周にわたる推移の位
   相とを比較し、両位相が一致するように前記測定データ
   の各回転角度をシフトさせた後に、前記各回転角度毎の
   両方のリフト量間の誤差を求め、この誤差に基づいて前
   記目標のプロフィルデータを補正することを特徴とする
   非円形部材の補正加工方法。
6. 【請求項６】 請求項５記載の非円形部材の補正加工方
   法において、 前記両方のリフト量の位相を一致させるときは、この両
   方のリフト量間の誤差の最大値が最小になるように、前
   記測定データの各回転角度をシフトさせることを特徴と
   する非円形部材の補正加工方法。
7. 【請求項７】 請求項５記載の非円形部材の補正加工方
   法において、 前記両方のリフト量の位相を一致させるときは、この両
   方のリフト量間の誤差を最小２乗法によって最小にする
   ように、前記測定データの各回転角度をシフトさせるこ
   とを特徴とする非円形部材の補正加工方法。
8. 【請求項８】 非円形で左右対称で、かつ、一部凹形状
   の外周面を有する略円筒形状のワーク(1) をこの円筒の
   Ｃ軸の回りに回転させるＣ軸モータ(24)と、前記ワーク
   (1) の外周面を加工する工具(35)をワーク(1) に対して
   Ｘ軸方向に接近・離反させるＸ軸モータ(31)と、予め設
   定したワーク(1) の外周形状のプロフィルデータに基づ
   いてＣ軸モータ(24)及びＸ軸モータ(31)の速度及び位置
   を同時制御して外周面を加工する制御器(62)と、加工後
   の外周形状を測定する測定子(38)とを備え、加工後の外
   周形状の測定データに基づいて前記プロフィルデータを
   補正し、この補正したプロフィルデータに基づいて補正
   加工する非円形部材の補正加工装置において、 前記Ｘ軸方向と平行に移動すると共に、このＸ軸方向に
   直交する線上の所定の基準点Ｐからワーク(1) の外周面
   までの長さを測定する前記測定子(38)と、 前記Ｘ軸モータ(31)を駆動してこの測定子(38)をＸ軸方
   向に所定距離ずつ移動させながら、この測定子(38)でワ
   ーク(1) の外周面までの長さを測定し、この測定データ
   に基づいて、前記外周面の凹形状の最低点を求める前記
   制御器(62)とを備えたことを特徴とする非円形部材の補
   正加工装置。
9. 【請求項９】 請求項８記載の非円形部材の補正加工装
   置において、 前記制御器(62)は、前記最低点を前記Ｃ軸の回りの回転
   角度の原点とするときに、この原点に対して前記ワーク
   (1) を所定のＣ軸角度、及びこの所定のＣ軸角度から１
   ８０°回転させると共に、前記測定子(38)でそれぞれの
   Ｃ軸角度でのこのワーク(1) の外周面までの長さを測定
   する指令を出力し、この両測定データ間の差値が予め設
   定された所定長さであるとき、前記測定子(38)が前記Ｃ
   軸を向いていると判断することを特徴とする非円形部材
   の補正加工装置。
10. 【請求項１０】 請求項８記載の非円形部材の補正加工
    装置において、 前記測定子(38)を前記Ｘ軸方向と平行に移動させる手段
    は、前記工具(35)を移動させるＸ軸ユニット(30)である
    ことを特徴とする非円形部材の補正加工装置。