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JP7588015B2 - Center hole determination device and center hole determination method - Google Patents
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Description

本発明は、センタ穴決定装置およびセンタ穴決定方法に関する。 The present invention relates to a center hole determination device and a center hole determination method.

エンジンに組み込まれるクランクシャフトは、鍛造又は鋳造によって形成される素材クランクシャフトの両端面にセンタ穴を形成した後、センタ穴を基準として素材クランクシャフトの素材表面を切削加工される。 The crankshaft to be assembled into the engine is made by forming a center hole in both end faces of the raw crankshaft, which is formed by forging or casting, and then machining the surface of the raw crankshaft using the center hole as a reference.

特許文献1では、素材クランクシャフトのうちカウンタウェイトの形状からセンタ穴を決定する手法が開示されている。具体的には、特許文献1では、カウンタウェイトの設計形状を幾何中心周りに複数の領域に分割し、各領域の形状をカウンタウェイトの実形状に合わせたときの伸縮率に基づいて、センタ穴が決定される。 Patent Document 1 discloses a method for determining the center hole from the shape of the counterweight of a raw crankshaft. Specifically, in Patent Document 1, the design shape of the counterweight is divided into multiple regions around the geometric center, and the center hole is determined based on the expansion and contraction rate when the shape of each region is matched to the actual shape of the counterweight.

特開2018-179044号公報JP 2018-179044 A

しかしながら、特許文献1の手法では、素材クランクシャフトのうちカウンタウェイトの形状のみからセンタ穴が決定されるため、そのセンタ穴を基準として素材クランクシャフトの素材表面を切削すると、素材クランクシャフトの両端部(具体的には、フロントシャフト及びリヤフランジ)の素材表面が残ってしまうおそれがある。 However, in the method of Patent Document 1, the center hole is determined only from the shape of the counterweight of the raw crankshaft, so if the surface of the raw crankshaft is cut based on the center hole, there is a risk that the surface of the raw crankshaft at both ends (specifically, the front shaft and rear flange) will remain.

そのため、切削後においても素材クランクシャフトの両端部の素材表面が残るか否かをセンタ穴決定時に判定できることが望まれている。 Therefore, it is desirable to be able to determine when determining the center hole whether the material surface at both ends of the raw crankshaft will remain even after cutting.

本発明の目的は、素材クランクシャフトの切削後において両端部の素材表面が残るか否かを判定可能なセンタ穴決定装置およびセンタ穴決定方法を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a center hole determination device and a center hole determination method that can determine whether the material surface at both ends remains after cutting a raw crankshaft.

本発明に係るセンタ穴決定装置は、第1端部と第2端部との間に位置するカウンタウェイトを有する素材クランクシャフトのセンタ穴を決定する。センタ穴決定装置は、慣性主軸取得部と、判定部と、センタ穴決定部とを備える。慣性主軸取得部は、カウンタウェイトの実形状に基づいて素材クランクシャフトの慣性主軸を取得する。判定部は、第1端部の実形状と慣性主軸とに基づいて、素材クランクシャフトの切削後において第1端部の素材表面が残るか否かを判定する。センタ穴決定部は、第1端部の素材表面が残らないと判定された場合に、慣性主軸に基づいて素材クランクシャフトのセンタ穴を決定する。 The center hole determination device according to the present invention determines the center hole of a raw crankshaft having a counterweight located between a first end and a second end. The center hole determination device includes a principal axis of inertia acquisition unit, a determination unit, and a center hole determination unit. The principal axis of inertia acquisition unit acquires the principal axis of inertia of the raw crankshaft based on the actual shape of the counterweight. The determination unit determines whether or not the material surface of the first end remains after cutting the raw crankshaft based on the actual shape and the principal axis of inertia of the first end. When it is determined that the material surface of the first end does not remain, the center hole determination unit determines the center hole of the raw crankshaft based on the principal axis of inertia.

本発明によれば、素材クランクシャフトの切削後において両端部の素材表面が残るか否かを判定可能なセンタ穴決定装置およびセンタ穴決定方法を提供することができる。 The present invention provides a center hole determination device and a center hole determination method that can determine whether the material surface at both ends remains after cutting a raw crankshaft.

素材クランクシャフトの斜視図。FIG. 素材クランクシャフトの加工システムの構成を示す模式図。FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a machining system for a material crankshaft. センタ穴決定装置の構成を示す模式図。FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of a center hole determining device. カウンタウェイトの設計形状と実形状とを示す図。FIG. 4 is a diagram showing the design shape and actual shape of the counterweight. カウンタウェイトの設計形状の実形状へのベストフィットについて説明するための図。FIG. 13 is a diagram for explaining a best fit of the design shape of the counterweight to the actual shape. カウンタウェイトの各分割領域の伸縮について説明するための図。6A and 6B are diagrams for explaining expansion and contraction of each divided area of the counterweight. カウンタウェイトの分割領域を示す図。FIG. 4 is a diagram showing divided regions of a counterweight. フロントシャフトの素材表面が残るか否かを判定する工程を説明するための図。11A and 11B are diagrams for explaining a process for determining whether or not the material surface of the front shaft remains. センタ穴決定方法を説明するためのフロー図。FIG. 4 is a flow chart for explaining a center hole determining method.

(素材クランクシャフト1)
図1は、素材クランクシャフト1の構成を示す斜視図である。素材クランクシャフト1は、例えば鍛造又は鋳造により成形される。本実施形態に係る素材クランクシャフト1は、直列4気筒エンジン用の素材クランクシャフトである。
(Material crankshaft 1)
1 is a perspective view showing the configuration of a material crankshaft 1. The material crankshaft 1 is formed, for example, by forging or casting. The material crankshaft 1 according to this embodiment is a material crankshaft for an in-line four-cylinder engine.

図1において、Z軸は素材クランクシャフト1の中心軸であり、X軸はZ軸に垂直な軸であり、Y軸はZ軸及びX軸に垂直な軸である。 In FIG. 1, the Z axis is the central axis of the raw crankshaft 1, the X axis is an axis perpendicular to the Z axis, and the Y axis is an axis perpendicular to the Z axis and the X axis.

素材クランクシャフト1は、フロントシャフトE1、リヤフランジE2、8つのカウンタウェイトCW(CW1~CW8)、4つのメインジャーナルJ(J1~J5)及び4つのピンジャーナルP(P1~P4)を有する。 The raw crankshaft 1 has a front shaft E1, a rear flange E2, eight counterweights CW (CW1-CW8), four main journals J (J1-J5), and four pin journals P (P1-P4).

素材クランクシャフト1では、Z軸方向において、フロントシャフトE1、メインジャーナルJ1、カウンタウェイトCW1、ピンジャーナルP1、カウンタウェイトCW2、メインジャーナルJ2、カウンタウェイトCW3、ピンジャーナルP2、カウンタウェイトCW4、メインジャーナルJ3、カウンタウェイトCW5、ピンジャーナルP3、カウンタウェイトCW6、メインジャーナルJ4、カウンタウェイトCW7、ピンジャーナルP4、カウンタウェイトCW8、メインジャーナルJ5、リヤフランジE2の順に並んでいる。 In the raw crankshaft 1, the following order is arranged in the Z-axis direction: front shaft E1, main journal J1, counterweight CW1, pin journal P1, counterweight CW2, main journal J2, counterweight CW3, pin journal P2, counterweight CW4, main journal J3, counterweight CW5, pin journal P3, counterweight CW6, main journal J4, counterweight CW7, pin journal P4, counterweight CW8, main journal J5, and rear flange E2.

フロントシャフトE1及びリヤフランジE2は、素材クランクシャフト1の両端部に位置する。フロントシャフトE1及びリヤフランジE2それぞれは、本発明に係る「第1端部」及び「第2端部」の一例である。 The front shaft E1 and the rear flange E2 are located at both ends of the raw crankshaft 1. The front shaft E1 and the rear flange E2 are examples of the "first end" and "second end" of the present invention, respectively.

フロントシャフトE1は、後工程においてセンタ穴が形成される第1端面S1を有する。リヤフランジE2は、後工程においてセンタ穴が形成される第2端面S2を有する。 The front shaft E1 has a first end surface S1 in which a center hole will be formed in a later process. The rear flange E2 has a second end surface S2 in which a center hole will be formed in a later process.

なお、素材クランクシャフト1の構成は、図1に示された構成に限られない。素材クランクシャフト1は、少なくとも1つのカウンタウェイトCWと、フロントシャフトE1及びリヤフランジE2のうち少なくとも一方とを有していればよい。 The configuration of the raw crankshaft 1 is not limited to the configuration shown in FIG. 1. The raw crankshaft 1 only needs to have at least one counterweight CW and at least one of the front shaft E1 and the rear flange E2.

(クランクシャフト加工システム100)
次に、本実施形態に係るクランクシャフト加工システム100について、図2を参照しながら説明する。図2は、クランクシャフト加工システム100の構成を示す模式図である。
(Crankshaft machining system 100)
Next, the crankshaft machining system 100 according to this embodiment will be described with reference to Fig. 2. Fig. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the crankshaft machining system 100.

クランクシャフト加工システム100は、センタ穴加工機10、センタ穴決定装置20及びクランクシャフト加工機30を有する。 The crankshaft machining system 100 has a center hole machining machine 10, a center hole determination device 20, and a crankshaft machining machine 30.

センタ穴加工機10は、実形状測定部11及びセンタ穴加工部12を備える。 The center hole machining machine 10 is equipped with an actual shape measuring unit 11 and a center hole machining unit 12.

実形状測定部11は、素材クランクシャフト1の実形状を測定するための測定手段の一例である。 The actual shape measuring unit 11 is an example of a measuring means for measuring the actual shape of the raw crankshaft 1.

実形状測定部11は、例えば、レーザ変位計、赤外線変位計、LED式変位センサ等の非接触変位計、又は、作動トランス等の接触式変位計を有する。実形状測定部11は、変位計からの測定値に基づいて、素材クランクシャフト1のうちフロントシャフトE1、リヤフランジE2及び8つのカウンタウェイトCWそれぞれの実形状を測定する。後述するように、8つのカウンタウェイトCWの実形状は、慣性主軸を求めるために用いられ、フロントシャフトE1及びリヤフランジE2の実形状は、フロントシャフトE1及びリヤフランジE2の素材表面が切削後に残るか否かを判定するために用いられる。 The actual shape measuring unit 11 has, for example, a non-contact displacement meter such as a laser displacement meter, an infrared displacement meter, or an LED-type displacement sensor, or a contact displacement meter such as a differential transformer. The actual shape measuring unit 11 measures the actual shapes of the front shaft E1, rear flange E2, and eight counterweights CW of the raw crankshaft 1 based on the measured values from the displacement meter. As described below, the actual shapes of the eight counterweights CW are used to determine the principal axis of inertia, and the actual shapes of the front shaft E1 and rear flange E2 are used to determine whether the material surfaces of the front shaft E1 and rear flange E2 remain after cutting.

なお、変位計を用いた実形状の測定方法としては、例えば、素材クランクシャフト1を回転させながら固定された変位計で測定する方法、固定された素材クランクシャフト1の周りに変位計を回転させながら測定する方法、或いは、素材クランクシャフト1を左右から挟み込むように配置した変位計を直線移動させながら測定する方法が挙げられるが、これに限られるものではない。 Methods for measuring the actual shape using a displacement gauge include, but are not limited to, a method in which the raw crankshaft 1 is rotated while measuring with a fixed displacement gauge, a method in which a displacement gauge is rotated around the fixed raw crankshaft 1 while measuring, or a method in which a displacement gauge is positioned so as to sandwich the raw crankshaft 1 from the left and right while measuring while moving it in a straight line.

また、実形状測定部11は、測定対象を複数の異なる位置から測定することによって素材クランクシャフト1全体の実形状を3次元形状データとして生成する3次元デジタイザ(イメージスキャナ)であってもよい。 The actual shape measuring unit 11 may also be a three-dimensional digitizer (image scanner) that generates three-dimensional shape data of the actual shape of the entire raw crankshaft 1 by measuring the measurement object from multiple different positions.

センタ穴加工部12は、センタ穴決定装置20によって決定されたセンタ穴を素材クランクシャフト1の第1及び第2端面S1,S2に加工する。 The center hole machining unit 12 machines the center holes determined by the center hole determination device 20 into the first and second end faces S1, S2 of the raw crankshaft 1.

センタ穴決定装置20は、素材クランクシャフト1の第1及び第2端面S1,S2に加工されるセンタ穴の位置を決定するための処理装置である。センタ穴決定装置20は、CPU(Central Processing Unit)20a、ROM(Read Only Memory)20b及びRAM(Random Access Memory)20cを有する。 The center hole determination device 20 is a processing device for determining the positions of the center holes to be machined on the first and second end faces S1, S2 of the raw crankshaft 1. The center hole determination device 20 has a CPU (Central Processing Unit) 20a, a ROM (Read Only Memory) 20b, and a RAM (Random Access Memory) 20c.

ROM20bは、CPU20aに実行させる各種プログラムや各種情報を記憶する。本実施形態では、ROM20bは、素材クランクシャフト1のセンタ穴の位置を決定する処理のプログラムを記憶している。また、ROM20bは、素材クランクシャフト1のうちフロントシャフトE1、リヤフランジE2及び8つのカウンタウェイトCWそれぞれの設計形状を示す設計形状データを記憶している。RAM20cは、プログラムやデータを記憶する記憶領域、或いは、CPU20aにおける処理データを格納する作業領域として利用される。 The ROM 20b stores various programs and information to be executed by the CPU 20a. In this embodiment, the ROM 20b stores a program for processing to determine the position of the center hole of the raw crankshaft 1. The ROM 20b also stores design shape data indicating the design shapes of the front shaft E1, rear flange E2, and eight counterweights CW of the raw crankshaft 1. The RAM 20c is used as a storage area for storing programs and data, or as a working area for storing processing data in the CPU 20a.

クランクシャフト加工機30は、センタ穴加工部12においてセンタ穴が加工された素材クランクシャフト1の素材表面を切削する。クランクシャフト加工機30は、設計形状に基づいて、主にフロントシャフトE1、リヤフランジE2、各カウンタウェイトCW、各ピンジャーナルP及び各メインジャーナルJそれぞれの素材表面を主に切削する。 The crankshaft processing machine 30 cuts the surface of the raw crankshaft 1 whose center hole has been machined in the center hole processing section 12. The crankshaft processing machine 30 mainly cuts the surface of the raw material of the front shaft E1, rear flange E2, each counterweight CW, each pin journal P, and each main journal J based on the design shape.

(センタ穴決定装置20)
図3は、センタ穴決定装置20の構成を示す模式図である。センタ穴決定装置20は、実形状データ取得部21、伸縮率算出部22、補正部23、慣性主軸取得部24、判定部25及びセンタ穴決定部26を備える。
(Center hole determining device 20)
3 is a schematic diagram showing the configuration of the center hole determination device 20. The center hole determination device 20 includes an actual shape data acquisition unit 21, an expansion/contraction ratio calculation unit 22, a correction unit 23, a principal axis of inertia acquisition unit 24, a judgment unit 25, and a center hole determination unit 26.

<実形状データ取得部21>
実形状データ取得部21は、素材クランクシャフト1のうちフロントシャフトE1、リヤフランジE2及び8つのカウンタウェイトCWそれぞれの実形状を示す実形状データを実形状測定部11から取得する。
<Actual shape data acquisition unit 21>
The actual shape data acquiring unit 21 acquires actual shape data indicating the actual shapes of the front shaft E1, the rear flange E2, and the eight counterweights CW of the material crankshaft 1 from the actual shape measuring unit 11.

実形状データ取得部21は、8つのカウンタウェイトCWそれぞれの実形状を示す実形状データを伸縮率算出部22に送信し、フロントシャフトE1及びリヤフランジE2それぞれの実形状を示す実形状データを判定部25に送信する。 The actual shape data acquisition unit 21 transmits actual shape data indicating the actual shape of each of the eight counterweights CW to the expansion/contraction ratio calculation unit 22, and transmits actual shape data indicating the actual shape of each of the front shaft E1 and rear flange E2 to the determination unit 25.

<伸縮率算出部22>
伸縮率算出部22は、各カウンタウェイトCWの実形状を示す実形状データを実形状データ取得部21から取得する。伸縮率算出部22は、素材クランクシャフト1の各カウンタウェイトCWの設計形状を示す設計形状データをROM20bから取得する。
<Stretch rate calculation unit 22>
The expansion/contraction ratio calculation unit 22 acquires actual shape data indicating the actual shape of each counterweight CW from the actual shape data acquisition unit 21. The expansion/contraction ratio calculation unit 22 calculates the design shape of each counterweight CW of the material crankshaft 1 by The design shape data shown in FIG.

図4は、カウンタウェイトCWの設計形状(実線)及び実形状(プロット●)を示す模式図である。 Figure 4 is a schematic diagram showing the design shape (solid line) and actual shape (plot ●) of the counterweight CW.

図4に示すように、実形状の位置及び角度は、設計形状の位置及び角度に対してずれている。図4において、設計形状は実線で示されているが、実際の設計形状は多数の極座標によって示される。極座標の個数は特に制限されないが、例えば、カウンタウェイトCWの中心P1周りに等角度(1度)で360個設定することができる。 As shown in FIG. 4, the position and angle of the actual shape are offset from the position and angle of the design shape. In FIG. 4, the design shape is shown by solid lines, but the actual design shape is shown by a large number of polar coordinates. There is no particular limit to the number of polar coordinates, but for example, 360 polar coordinates can be set at equal angles (1 degree) around the center P1 of the counterweight CW.

ここで、図4に示すように、設計形状には、カウンタウェイトCWの中心P1周りに複数の分割領域DRが設定されている。各分割領域は、略扇形である。分割領域DRの個数は特に制限されないが、図4では、カウンタウェイトCWの中心P1周りに等角度(11.25度)で32個設定されている。カウンタウェイトCWの中心P1は、平面視におけるカウンタウェイトCWの幾何中心である。設計形状には、各分割領域DRの重心Q1(図4では、1つの重心Q1だけ図示)の座標(x、y、z)と、各分割領域Rの体積Vとが含まれている。伸縮率算出部22は、全ての分割領域DRについて、重心Q1の座標(x、y、z)と体積Vとを紐付けて記憶する。なお、座標を示すx、y及びzは、図1のX軸、Y軸及びZ軸に対応している。 Here, as shown in FIG. 4, multiple divided regions DR are set around the center P1 of the counterweight CW in the design shape. Each divided region is approximately fan-shaped. The number of divided regions DR is not particularly limited, but in FIG. 4, 32 divided regions DR are set at equal angles (11.25 degrees) around the center P1 of the counterweight CW. The center P1 of the counterweight CW is the geometric center of the counterweight CW in a plan view. The design shape includes the coordinates (x, y, z) of the center of gravity Q1 of each divided region DR (only one center of gravity Q1 is shown in FIG. 4) and the volume V of each divided region R. The expansion/contraction ratio calculation unit 22 associates the coordinates (x, y, z) of the center of gravity Q1 with the volume V for all divided regions DR and stores them. Note that x, y, and z, which indicate the coordinates, correspond to the X-axis, Y-axis, and Z-axis in FIG. 1.

次に、伸縮率算出部22は、図5に示すように、ベストフィット法を用いて、設計形状を実形状に合うように移動及び/又は回転させることによって、設計形状と実形状との誤差の二乗和が最小になる位置を見つけ出す。そして、伸縮率算出部22は、ベストフィット前のカウンタウェイトCWの中心P1と、ベストフィット後のカウンタウェイトCWの中心P2とを比較して、X軸方向の位置変位M1、Y軸方向の位置変位M2、及び、Z軸周りの角度変位M3を算出する。 Then, as shown in FIG. 5, the expansion/contraction ratio calculation unit 22 uses the best-fit method to move and/or rotate the design shape to match the actual shape, thereby finding the position where the sum of squares of the error between the design shape and the actual shape is minimized. The expansion/contraction ratio calculation unit 22 then compares the center P1 of the counterweight CW before the best fit with the center P2 of the counterweight CW after the best fit, and calculates the position displacement M1 in the X-axis direction, the position displacement M2 in the Y-axis direction, and the angular displacement M3 around the Z-axis.

次に、伸縮率算出部22は、図5に示すように、位置変位M1、位置変位M2及び角度変位M3を用いて、ベストフィット後の各分割領域DRの重心Q2の座標(x’、y’、z)を求める。伸縮率算出部22は、ベストフィット後の各分割領域DRの重心Q2の座標(x’、y’、z)と体積Vとを紐付けて記憶する。なお、ベストフィット後の各分割領域DRの重心Q2のz座標は、ベストフィット前の各分割領域DRの重心Q1のz座標と同じである。また、ベストフィット後の各分割領域DRの体積Vは、ベストフィット前の各分割領域DRの体積Vと同じである。 Next, as shown in FIG. 5, the expansion/contraction ratio calculation unit 22 uses the position displacement M1, the position displacement M2, and the angle displacement M3 to determine the coordinates (x', y', z) of the center of gravity Q2 of each divided region DR after the best fit. The expansion/contraction ratio calculation unit 22 associates the coordinates (x', y', z) of the center of gravity Q2 of each divided region DR after the best fit with the volume V and stores them. Note that the z coordinate of the center of gravity Q2 of each divided region DR after the best fit is the same as the z coordinate of the center of gravity Q1 of each divided region DR before the best fit. Also, the volume V of each divided region DR after the best fit is the same as the volume V of each divided region DR before the best fit.

なお、図5では、重心Q1と重心Q2の位置関係を示すためにベストフィット後の設計形状における1つの分割領域DRのみが図示されているが、ベストフィット後の設計形状においても、図4に示したように32個の分割領域DRが設定されている。 Note that in Figure 5, only one divided region DR in the design shape after best fit is shown to show the positional relationship between center of gravity Q1 and center of gravity Q2, but 32 divided regions DR are set in the design shape after best fit as shown in Figure 4.

次に、伸縮率算出部22は、図6(a)、(b)に示すように、ベストフィット後の分割領域DRと実形状とを比較して、ベストフィット後のカウンタウェイトCWの中心P2を中心とする径方向における両者の誤差値aを求める。そして、伸縮率算出部22は、図6(c)に示すように、径方向における分割領域DRの全長Sと誤差値aとの和T(=S+a)を求め、さらに、和Tを全長Sで除すことによって伸縮率U(=T/S)を求める。後述するように、伸縮率Uは、各分割領域DRを、径方向において、カウンタウェイトCWの実形状と合うように伸縮させるために用いられる。図6(a)~(c)に示す例では、実形状のプロットが分割領域DRの径方向外側に位置しているため、伸縮率Uは1よりも大きいが、実形状のプロットが分割領域DRの径方向内側に位置する場合、伸縮率Uは1よりも小さくなる。 Next, as shown in Figs. 6(a) and (b), the expansion ratio calculation unit 22 compares the divided region DR after the best fit with the actual shape, and calculates the error value a between the two in the radial direction centered on the center P2 of the counterweight CW after the best fit. Then, as shown in Fig. 6(c), the expansion ratio calculation unit 22 calculates the sum T (= S + a) of the total length S of the divided region DR in the radial direction and the error value a, and further calculates the expansion ratio U (= T/S) by dividing the sum T by the total length S. As will be described later, the expansion ratio U is used to expand and contract each divided region DR in the radial direction so that it matches the actual shape of the counterweight CW. In the example shown in Figs. 6(a) to (c), the expansion ratio U is greater than 1 because the plot of the actual shape is located radially outside the divided region DR, but if the plot of the actual shape is located radially inside the divided region DR, the expansion ratio U is less than 1.

<補正部23>
補正部23は、伸縮率Uに基づいて、ベストフィット後の各分割領域DRの重心Q2の座標(x’、y’、z)を補正する。具体的には、補正部23は、伸縮後の各分割領域DRの重心Q2の補正座標(x’×U、y’×U、z)を求める。伸縮後の重心Q2のz座標は、伸縮前の重心Q2のz座標と同じである。
<Correction unit 23>
The correction unit 23 corrects the coordinates (x', y', z) of the center of gravity Q2 of each divided region DR after best fit based on the expansion/contraction rate U. Specifically, the correction unit 23 obtains the corrected coordinates (x' x U, y' x U, z) of the center of gravity Q2 of each divided region DR after expansion/contraction. The z coordinate of the center of gravity Q2 after expansion/contraction is the same as the z coordinate of the center of gravity Q2 before expansion/contraction.

また、補正部23は、伸縮率Uに基づいて、ベストフィット後の各分割領域DRの体積Vを補正する。具体的には、補正部23は、伸縮後の各分割領域DRの補正体積V×Uを求める。各分割領域DRの体積Vを補正することは、各分割領域DRの質量(体積Vと材料密度の乗算値)を補正することを意味する。 Furthermore, the correction unit 23 corrects the volume V of each divided region DR after the best fit based on the expansion/contraction rate U. Specifically, the correction unit 23 calculates the corrected volume V× U2 of each divided region DR after expansion/contraction. Correcting the volume V of each divided region DR means correcting the mass of each divided region DR (the product of the volume V and the material density).

そして、補正部23は、補正体積V×UにカウンタウェイトCWの材料密度αを乗算することによって、各分割領域DRの補正質量M(=V×U×α)を求める。 Then, the correction unit 23 obtains the correction mass M (=V×U 2 ×α) of each divided region DR by multiplying the correction volume V×U 2 by the material density α of the counterweight CW.

このように、伸縮率Uに基づいて分割領域DRのサイズを伸縮(図6(a)~(c)では伸張)させることによって、分割領域DRを実形状のプロット位置まで全体的に等比伸縮させることができる。このことは、カウンタウェイトCWの設計形状が分割領域DRごとに実形状に合わされることを意味している。従って、カウンタウェイトCWの実形状を容易かつ正確に再現することができる。 In this way, by expanding or contracting (expanding in Figures 6(a) to (c)) the size of the divided region DR based on the expansion rate U, the divided region DR can be expanded or contracted proportionally as a whole to the plot position of the actual shape. This means that the design shape of the counterweight CW is matched to the actual shape for each divided region DR. Therefore, the actual shape of the counterweight CW can be easily and accurately reproduced.

補正部23は、1つのカウンタウェイトCWごとに32組の補正座標(x’×U、y’×U、z)と補正質量Mとを求める。従って、補正座標(x’×U、y’×U、z)と補正質量Mとの組み合わせは、1本の素材クランクシャフト1につき32×8=256組(8つのカウンタウェイトCWごとに32組)となる。 The correction unit 23 determines 32 sets of correction coordinates (x' x U, y' x U, z) and correction mass M for each counterweight CW. Therefore, there are 32 x 8 = 256 combinations of correction coordinates (x' x U, y' x U, z) and correction mass M for each raw crankshaft 1 (32 sets for each of the 8 counterweights CW).

<慣性主軸取得部24>
慣性主軸取得部24は、図7に示すように、全てのカウンタウェイトCWの全ての分割領域DRに係る256個の補正座標(x’×U、y’×U、z)を補正質量Mの質点と捉えて、慣性主軸周りの慣性乗積が0(ゼロ)であるという条件から3次元の直線方程式を解くことによって、256個の質点の慣性主軸を取得する。
<Inertia principal axis acquisition unit 24>
As shown in FIG. 7, the principal axis of inertia acquisition unit 24 calculates 256 correction coordinates (x′×U, y′×U, z) related to all divided regions DR of all counterweights CW as the correction mass M. The principal axes of inertia of the 256 mass points are obtained by treating them as mass points and solving a three-dimensional linear equation under the condition that the product of inertia about the principal axes of inertia is zero.

慣性主軸取得部24は、取得した慣性主軸を素材クランクシャフト1の慣性主軸として判定部25に送信する。 The principal axis of inertia acquisition unit 24 transmits the acquired principal axis of inertia to the determination unit 25 as the principal axis of inertia of the raw crankshaft 1.

<判定部25>
判定部25は、フロントシャフトE1及びリヤフランジE2それぞれの実形状を示す実形状データを実形状データ取得部21から取得する。判定部25は、素材クランクシャフト1の慣性主軸を取得する。
<Determination unit 25>
The determination unit 25 obtains actual shape data indicating the actual shapes of the front shaft E1 and the rear flange E2 from the actual shape data obtaining unit 21. The determination unit 25 obtains the principal axis of inertia of the material crankshaft 1.

判定部25は、フロントシャフトE1の実形状と慣性主軸とに基づいて、クランクシャフト加工機30において素材クランクシャフト1の素材表面が切削された後にフロントシャフトE1の素材表面が残るか否かを判定する。 The determination unit 25 determines whether the material surface of the front shaft E1 remains after the material surface of the raw crankshaft 1 is cut in the crankshaft processing machine 30, based on the actual shape and the principal axis of inertia of the front shaft E1.

具体的には、判定部25は、慣性主軸とフロントシャフトE1の素材表面との最小距離Rminを算出した後、設計形状によって示される設計寸法R1が最小距離Rminよりも大きいか否かを判断する。図8(a)に示すように、設計寸法R1が最小距離Rminよりも大きい場合、判定部25は、クランクシャフト加工機30における切削後においてフロントシャフトE1の素材表面が残ると判定する。図8(b)に示すように、設計寸法R1が最小距離Rmin以下である場合、判定部25は、クランクシャフト加工機30における切削後においてフロントシャフトE1の素材表面が残らないと判定する。 Specifically, the determination unit 25 calculates the minimum distance Rmin between the principal axis of inertia and the material surface of the front shaft E1, and then determines whether the design dimension R1 indicated by the design shape is greater than the minimum distance Rmin. As shown in FIG. 8(a), if the design dimension R1 is greater than the minimum distance Rmin, the determination unit 25 determines that the material surface of the front shaft E1 will remain after cutting in the crankshaft processing machine 30. As shown in FIG. 8(b), if the design dimension R1 is equal to or less than the minimum distance Rmin, the determination unit 25 determines that the material surface of the front shaft E1 will not remain after cutting in the crankshaft processing machine 30.

フロントシャフトE1と同様、判定部25は、リヤフランジE2の実形状と慣性主軸とに基づいて、クランクシャフト加工機30において素材クランクシャフト1の素材表面が切削された後にリヤフランジE2の素材表面が残るか否かを判定する。 Similar to the front shaft E1, the determination unit 25 determines whether or not the material surface of the rear flange E2 remains after the material surface of the raw crankshaft 1 is cut in the crankshaft processing machine 30, based on the actual shape and the principal axis of inertia of the rear flange E2.

<センタ穴決定部26>
センタ穴決定部26は、判定部25において、フロントシャフトE1及びリヤフランジE2それぞれの素材表面が残らないと判定された場合、慣性主軸に基づいて素材クランクシャフト1のセンタ穴を決定する。
<Center hole determining unit 26>
When the determination unit 25 determines that no material surfaces of the front shaft E1 and the rear flange E2 remain, the center hole determination unit 26 determines the center hole of the material crankshaft 1 based on the principal axis of inertia.

具体的には、センタ穴決定部26は、慣性主軸のx、yの式に、素材クランクシャフト1の第1及び第2端面S1,S2それぞれのz座標を慣性主軸のx、yの式に代入することによって、第1及び第2端面S1,S2それぞれにおけるセンタ穴の位置を決定する。その後、センタ穴決定部26は、センタ穴を示す位置データをセンタ穴加工部12に送信する。 Specifically, the center hole determination unit 26 determines the positions of the center holes on the first and second end faces S1 and S2 of the raw crankshaft 1 by substituting the z coordinates of each of the first and second end faces S1 and S2 of the raw crankshaft 1 into the x, y equation of the principal axis of inertia. The center hole determination unit 26 then transmits position data indicating the center holes to the center hole processing unit 12.

一方、センタ穴決定部26は、判定部25において、フロントシャフトE1及びリヤフランジE2のうち少なくとも一方の素材表面が残ると判定された場合、クランクシャフト加工機30において素材クランクシャフト1を切削しても不良品になってしまうため、第1及び第2端面S1,S2それぞれにおけるセンタ穴の位置を決定しない。その後、センタ穴決定部26は、素材クランクシャフト1をラインから除外することを示す指示データをセンタ穴加工部12に送信する。 On the other hand, if the judgment unit 25 judges that the material surface of at least one of the front shaft E1 and the rear flange E2 remains, the center hole determination unit 26 does not determine the positions of the center holes on the first and second end faces S1, S2, respectively, because cutting the material crankshaft 1 in the crankshaft processing machine 30 would result in a defective product. The center hole determination unit 26 then transmits instruction data to the center hole processing unit 12 to remove the material crankshaft 1 from the line.

(センタ穴決定方法)
図9は、センタ穴決定方法を説明するためのフロー図である。
(Center hole determination method)
FIG. 9 is a flow chart for explaining the center hole determining method.

ステップS1において、実形状データ取得部21は、素材クランクシャフト1のうちフロントシャフトE1、リヤフランジE2及び8つのカウンタウェイトCWそれぞれの実形状を示す実形状データを取得する。 In step S1, the actual shape data acquisition unit 21 acquires actual shape data indicating the actual shapes of the front shaft E1, rear flange E2, and eight counterweights CW of the raw crankshaft 1.

ステップS2において、慣性主軸取得部24は、各カウンタウェイトCWの実形状に基づいて素材クランクシャフト1の慣性主軸を取得する。本実施形態において、慣性主軸取得部24は、各分割領域DRの形状をカウンタウェイトCWの実形状に合わせたときの伸縮率Uから算出される補正座標(x’×U、y’×U、z)と補正質量Mの質点との組み合わせに基づいて慣性主軸を取得する。 In step S2, the principal axis of inertia acquisition unit 24 acquires the principal axis of inertia of the raw crankshaft 1 based on the actual shape of each counterweight CW. In this embodiment, the principal axis of inertia acquisition unit 24 acquires the principal axis of inertia based on a combination of the correction coordinates (x' x U, y' x U, z) calculated from the expansion/contraction rate U when the shape of each divided region DR is matched to the actual shape of the counterweight CW, and the mass point of the correction mass M.

ステップS3において、判定部25は、フロントシャフトE1及びリヤフランジE2それぞれの実形状と慣性主軸とに基づいて、素材クランクシャフト1の素材表面が切削された後にフロントシャフトE1及びリヤフランジE2それぞれの素材表面が残るか否かを判定する。フロントシャフトE1及びリヤフランジE2いずれの素材表面も残らないと判定された場合、処理はステップS4に進む。フロントシャフトE1及びリヤフランジE2いずれかの素材表面が残ると判定された場合、処理はステップS5に進む。 In step S3, the determination unit 25 determines whether or not the material surfaces of the front shaft E1 and the rear flange E2 remain after the material surface of the raw crankshaft 1 is cut based on the actual shapes and principal axes of inertia of the front shaft E1 and the rear flange E2. If it is determined that the material surfaces of neither the front shaft E1 nor the rear flange E2 remain, the process proceeds to step S4. If it is determined that the material surfaces of either the front shaft E1 or the rear flange E2 remain, the process proceeds to step S5.

ステップS4において、センタ穴決定部26は、慣性主軸に基づいて素材クランクシャフト1のセンタ穴を決定する。 In step S4, the center hole determination unit 26 determines the center hole of the raw crankshaft 1 based on the principal axis of inertia.

ステップS5において、センタ穴決定部26は、素材クランクシャフト1を切削しても不良品になってしまうため、センタ穴を決定しない。 In step S5, the center hole determination unit 26 does not determine a center hole because cutting the raw crankshaft 1 would result in a defective product.

(実施形態の変形例)
<変形例1>
上記実施形態において、慣性主軸取得部24は、各分割領域DRの形状をカウンタウェイトCWの実形状に合わせたときの伸縮率Uから算出される補正座標(x’×U、y’×U、z)と補正質量Mの質点との組み合わせに基づいて慣性主軸を取得することとした。しかしながら、慣性主軸取得部24における慣性主軸の取得方法はこれに限られない。慣性主軸取得部24は、カウンタウェイトCWの実形状に基づいて素材クランクシャフト1の慣性主軸を取得すればよい。
(Modification of the embodiment)
<Modification 1>
In the above embodiment, the principal axis of inertia acquiring unit 24 acquires the principal axis of inertia based on a combination of the corrected coordinates (x' x U, y' x U, z) calculated from the expansion/contraction rate U when the shape of each divided region DR is matched to the actual shape of the counterweight CW and the mass point of the corrected mass M. However, the method of acquiring the principal axis of inertia in the principal axis of inertia acquiring unit 24 is not limited to this. The principal axis of inertia acquiring unit 24 may acquire the principal axis of inertia of the material crankshaft 1 based on the actual shape of the counterweight CW.

例えば、慣性主軸の他の取得方法としては、最小二乗法によるベストフィットを適用する手法が挙げられる。具体的には、各カウンタウェイトCWの実形状と設計形状とをベストフィット比較することによって各カウンタウェイトCWにおける最小二乗中心を算出し、これらの最小二乗中心点を平均的に通る最小二乗軸線を慣性主軸とする。 For example, another method of obtaining the principal axis of inertia is to apply a best fit using the least squares method. Specifically, the least squares center of each counterweight CW is calculated by performing a best fit comparison between the actual shape and the design shape of each counterweight CW, and the least squares axis that passes through these least squares center points on average is determined as the principal axis of inertia.

<変形例2>
上記実施形態において、判定部25は、フロントシャフトE1及びリヤフランジE2それぞれの実形状と慣性主軸とに基づいて、素材クランクシャフト1の素材表面が切削された後にフロントシャフトE1及びリヤフランジE2それぞれの素材表面が残るか否かを判定した。しかしながら、判定部25は、フロントシャフトE1及びリヤフランジE2のうち経験的に素材表面が残りやすい一方だけに素材表面が残るか否かを判定してもよい。
<Modification 2>
In the above embodiment, the determination unit 25 determines whether or not the material surface of each of the front shaft E1 and the rear flange E2 remains after the material surface of the material crankshaft 1 is cut, based on the actual shapes and principal axes of inertia of the front shaft E1 and the rear flange E2. However, the determination unit 25 may determine whether or not the material surface remains of only one of the front shaft E1 and the rear flange E2, which is empirically more likely to have its material surface remain.

<変形例3>
上記実施形態において、センタ穴決定部26は、フロントシャフトE1及びリヤフランジE2のうち少なくとも一方の素材表面が残ると判定された場合、第1及び第2端面S1,S2それぞれにおけるセンタ穴の位置を決定しないこととした。しかしながら、フロントシャフトE1及びリヤフランジE2のうち少なくとも一方の素材表面が残ると判定された場合には、慣性主軸を補正してもよい。例えば、フロントシャフトE1及びリヤフランジE2のうち素材表面が残る領域の反対方向に慣性主軸を微少量移動させた後、判定部25において再度判定してもよい。
<Modification 3>
In the above embodiment, the center hole determination unit 26 does not determine the positions of the center holes in the first and second end faces S1, S2 when it is determined that the material surface of at least one of the front shaft E1 and the rear flange E2 remains. However, when it is determined that the material surface of at least one of the front shaft E1 and the rear flange E2 remains, the principal axis of inertia may be corrected. For example, the principal axis of inertia may be moved slightly in the direction opposite to the area where the material surface of the front shaft E1 and the rear flange E2 remains, and then the determination unit 25 may make a determination again.

<変形例4>
上記実施形態において、クランクシャフト加工システム100は、センタ穴加工機10、センタ穴決定装置20及びクランクシャフト加工機30を有することとしたが、これらに含まれる機能部は適宜分離又は結合することができる。例えば、センタ穴加工機10は、実形状測定部11及びセンタ穴加工部12を備えることとしたが、実形状測定部11及びセンタ穴加工部12それぞれを別々の機械としてもよい。
<Modification 4>
In the above embodiment, the crankshaft machining system 100 has the center hole machining machine 10, the center hole determination device 20, and the crankshaft machining machine 30, but the functional units included therein can be separated or combined as appropriate. For example, the center hole machining machine 10 has an actual shape measuring unit 11 and a center hole machining unit 12, but the actual shape measuring unit 11 and the center hole machining unit 12 may each be separate machines.

1 素材クランクシャフト
10 センタ穴加工機
20 センタ穴決定装置
21 実形状データ取得部
22 伸縮率算出部
23 補正部
24 慣性主軸取得部
25 判定部
26 センタ穴決定部
30 クランクシャフト加工機
100 クランクシャフト加工システム
Reference Signs List 1: Material crankshaft 10: Center hole machining machine 20: Center hole determination device 21: Actual shape data acquisition unit 22: Expansion/contraction ratio calculation unit 23: Correction unit 24: Principal axis of inertia acquisition unit 25: Judgment unit 26: Center hole determination unit 30: Crankshaft machining machine 100: Crankshaft machining system

Claims (4)

第1端部と第2端部との間に位置するカウンタウェイトを有する素材クランクシャフトのセンタ穴を決定するセンタ穴決定装置であって、
前記カウンタウェイトの実形状に基づいて前記素材クランクシャフトの慣性主軸を取得する慣性主軸取得部と、
前記第1端部の実形状と前記慣性主軸とに基づいて、前記素材クランクシャフトの切削後において前記第1端部の素材表面が残るか否かを判定する判定部と、
前記第1端部の素材表面が残らないと判定された場合に、前記慣性主軸に基づいて前記素材クランクシャフトのセンタ穴を決定するセンタ穴決定部と、
を備えるセンタ穴決定装置。
A center hole determination device for determining a center hole of a raw crankshaft having a counterweight located between a first end and a second end, comprising:
a principal axis of inertia acquisition unit that acquires a principal axis of inertia of the material crankshaft based on an actual shape of the counterweight;
a determination unit that determines whether or not a material surface of the first end portion remains after cutting of the material crankshaft, based on an actual shape of the first end portion and the principal axis of inertia;
a center hole determination unit that determines a center hole of the raw crankshaft based on the principal axis of inertia when it is determined that no material surface of the first end portion remains;
A center hole determining device comprising:
前記判定部は、前記第1端部及び前記第2端部それぞれの実形状と前記慣性主軸とに基づいて、前記素材クランクシャフトの切削後において前記第1端部及び前記第2端部それぞれの素材表面が残るか否かを判定し、
前記センタ穴決定部は、前記第1端部及び前記第2端部それぞれの素材表面が残らないと判定された場合に、前記慣性主軸に基づいて前記素材クランクシャフトのセンタ穴を決定する、
請求項1に記載のセンタ穴決定装置。
the determination unit determines whether or not a material surface of each of the first end and the second end remains after cutting the material crankshaft, based on the actual shapes of each of the first end and the second end and the principal axis of inertia;
the center hole determination unit determines a center hole of the raw crankshaft based on the principal axis of inertia when it is determined that no material surfaces of the first end portion and the second end portion remain.
2. The center hole determining device according to claim 1.
第1端部と第2端部との間に位置するカウンタウェイトを有する素材クランクシャフトのセンタ穴を決定するセンタ穴決定方法であって、
前記カウンタウェイトの実形状に基づいて前記素材クランクシャフトの慣性主軸を取得する取得工程と、
前記第1端部の実形状と前記慣性主軸とに基づいて、前記素材クランクシャフトの切削後において前記第1端部の素材表面が残るか否かを判定する判定工程と、
前記第1端部の素材表面が残らないと判定された場合に、前記慣性主軸に基づいて前記素材クランクシャフトのセンタ穴を決定するセンタ穴決定工程と、
を備えるセンタ穴決定方法。
A center hole determination method for determining a center hole of a raw crankshaft having a counterweight located between a first end and a second end, comprising the steps of:
obtaining a principal axis of inertia of the material crankshaft based on an actual shape of the counterweight;
a determining step of determining whether or not a material surface of the first end portion remains after cutting of the material crankshaft, based on an actual shape of the first end portion and the principal axis of inertia;
a center hole determining step of determining a center hole of the raw crankshaft based on the principal axis of inertia when it is determined that no raw material surface of the first end portion remains;
The center hole determining method includes the steps of:
前記判定工程では、前記第1端部及び前記第2端部それぞれの実形状と前記慣性主軸とに基づいて、前記素材クランクシャフトの切削後において前記第1端部及び前記第2端部それぞれの素材表面が残るか否かを判定し、
前記センタ穴決定工程では、前記第1端部及び前記第2端部それぞれの素材表面が残らないと判定された場合に、前記慣性主軸に基づいて前記素材クランクシャフトのセンタ穴を決定する、
請求項3に記載のセンタ穴決定方法。
in the determining step, it is determined whether or not a material surface of each of the first end and the second end remains after cutting the material crankshaft, based on the actual shapes of each of the first end and the second end and the principal axis of inertia;
in the center hole determining step, when it is determined that no material surfaces remain at the first end portion and the second end portion, a center hole of the material crankshaft is determined based on the principal axis of inertia.
4. The method for determining a center hole according to claim 3.
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