1     非真円形穴加工装置
 10   加工ヘッド
 11、21 アーバ(第1回転軸)
 12、22 シャフト(第2回転軸)
 13    切削用バイト(加工工具)
 23    アーバモータ(第1駆動手段)
 24    シャフトモータ(第2駆動手段)
 40    制御装置(制御手段)
 42   同期コントローラ(合成内径形状マッ� ��生成手段、誤差パラメータ算出手段、加工� ��具制御手段)
 51   真円度測定器(内径形状データ取得手� ��)
 52   上位コンピュータ(分析内径形状パラ� ��ータ算出手段、分析内径形状パラメータ記� ��手段、ボード線図記憶手段)
 60   シリンダブロック
 60A  シリンダブロック
 61   ボア
 61A  ボア
 70   ダミーヘッド
 121~125  カム
 241   第2ロータリエンコーダ(第2検出手段)
 252   第1ロータリエンコーダ(第1検出手段)
 M1~M4   測定点

 以下、本発明の各実施形態を図面に基づい� ��説明する。
[第1実施形態]
 図1は、本発明の第1実施形態に係る非真円� �穴加工装置1の概略構成図である。
 非真円形穴加工装置1は、ワーク(例えば、� �動車エンジンのシリンダブロックのボア)に� ��工ヘッド10を挿入し、ボーリング加工やホ� �ニング加工を行う。
 この非真円形穴加工装置1は、加工ヘッド10� ��回転させる回転駆動機構20と、この回転駆� �機構20を進退させる進退機構30と、これらを� ��御する制御手段としての制御装置40と、を� �える。

 回転駆動機構20は、円筒形状の第1回転軸と� ��てのアーバ21と、アーバ21の内部に収納され た第2回転軸としてのシャフト22と、アーバ21� ��回転駆動する第1駆動手段としてのアーバモ ータ23と、シャフト22を回転駆動する第2駆動� ��段としてのシャフトモータ24と、アーバモ� �タ23を収容するハウジング25と、を備える。
 ここで、アーバ21の回転軸とシャフト22の回 転軸とは、同軸である。

 ハウジング25には、アーバモータ23のほか 、アーバ21を回転可能に保持するベアリング2 51と、アーバ21の回転角および回転量を検出� �る第1検出手段としての第1ロータリエンコー ダ252と、が設けられている。

 シャフトモータ24には、シャフト22の回転 角および回転量を検出する第2検出手段とし� �の第2ロータリエンコーダ241が設けられてい� ��。

 進退機構30は、送りねじ機構であり、ねじ� �刻設された軸部31と、この軸部31を回転駆動� ��る進退モータ32と、軸部31の回転量を検出す る第3ロータリエンコーダ33と、を備える。軸 部31は、回転駆動機構20のハウジング25に螺合 されている。
 この進退機構30によれば、進退モータ32を駆 動することにより軸部31が回転し、回転駆動� ��構20を進退させることができる。

 加工ヘッド10は、アーバ21に一体に連結さ れる円筒形状の第1回転軸としてのアーバ11と 、アーバ11の内部に収納されてシャフト22に� �体に連結される第2回転軸としてのシャフト1 2と、アーバ11の外周面に突没可能に設けられ た加工工具としての切削用バイト13およびホ� ��ニング用砥石14A、14Bと、を備える。

 アーバ11の先端側には、貫通孔111が形成さ� �、アーバ11の貫通孔111よりも基端側には、一 対の貫通孔112、113が形成されている。さらに 、アーバ11の一対の貫通孔112、113の反対側に� ��、貫通孔114、115が形成されている。
 これら貫通孔111~115は、アーバ11の回転軸に� ��差する方向に延びている。

 切削用バイト13は、棒状であり、貫通孔11 1に挿入されて、図示しない付勢手段により� �シャフト12に向かって付勢されている。

 ホーニング用砥石14A、14Bは、それぞれ、� ��ーバ11の回転軸に沿って延びる砥石部141と� �この砥石部141に設けられた棒状の一対の首� �142と、を備える。ホーニング用砥石14A、14B� �一対の首部142は、貫通孔112~115に挿入されて� ��図示しない付勢手段により、シャフト12に� �かって付勢されている。

 シャフト12には、切削用バイト13を突出す る方向に押圧するカム121と、ホーニング用砥 石14Aを突出する方向に押圧するカム122、123と 、ホーニング用砥石14Bを突出する方向に押圧 するカム124、125と、が設けられている。

 カム121~125は、図2(a)に示す円形状であり、� �ャフト12は、この円形の中心からずれた位置 を通っている。これにより、シャフト12から� ��ム121~125の周縁までの距離は、連続的に変化 する。例えば、図2(a)に示すように、角度をδ ₁ だけ回転させると、シャフト12からカム121~125 の周縁までの距離は、t ₁ だけ変化する。

 なお、本実施形態では、カム121~125を図2(a)� �示す形状としたが、これに限らず、図2(b)に� ��す形状としてもよい。
 すなわち、シャフト12の位置よりも下側の� �分を半円形状とし、シャフト12の位置よりも 上側の部分を、楕円形を半分にした形状とし てもよい。これにより、シャフト12の位置よ� ��も上側の部分では、シャフト12からカム121~1 25の周縁までの距離は、連続的に変化する。� ��えば、図2(b)に示すように、角度をδ ₂ だけ回転させると、シャフト12からカム121~125 の周縁までの距離は、t ₂ だけ変化する。

 以上のカム121~125のうち、ホーニング用砥石 14Aを押圧するカム122およびカム123は、同位相 となっている。また、ホーニング用砥石14Bを 押圧するカム124およびカム125も、同位相とな っている。
 これらカム121~125の周縁には、切削用バイト 13の基端縁およびホーニング用砥石14A、14Bの� ��部142の基端縁が当接する。
 したがって、アーバ11に対するシャフト12角 度を変化させることで、カム121~125の周縁の� �ち切削用バイト13およびホーニング用砥石14A 、14Bの首部142に当接する部分が変化し、切削 用バイト13およびホーニング用砥石14A、14Bの� ��ーバ11の外周面からの突出量が変化する。

 図1に戻って、制御装置40は、主制御装置4 1、同期コントローラ42、第1サーボアンプ43、 第2サーボアンプ44、および第3サーボアンプ45 を備える。

 主制御装置41は、第1サーボアンプ43およ� �第3サーボアンプ45を介して、アーバモータ23 および進退モータ32を駆動し、ワークに対す� ��切削用バイト13およびホーニング用砥石14A� �14Bの相対位置を制御する。また、この相対� �置に応じて、同期コントローラ42および第2� �ーボアンプ44を介して、シャフトモータ24を� ��動し、切削用バイト13およびホーニング用� �石14A、14Bの突出寸法を調整する。

 同期コントローラ42は、シャフトモータ24 の動作を、アーバモータ23および進退モータ3 2の動作に同期させるものである。すなわち� �同期コントローラ42は、第1ロータリエンコ� �ダ252で検出したアーバ21の回転角および回転 量、ならびに、第3ロータリエンコーダで検� �した軸部31の回転量に基づいて、第2サーボ� �ンプ44を介して、シャフトモータ24を駆動す� ��。このとき、第2サーボアンプ44により、第2 ロータリエンコーダ241で検出したシャフト22� ��回転角に応じて、シャフトモータ24をフィ� �ドバック制御する。

 以上の制御装置40は、アーバ21およびシャ フト22を同期して回転させつつ、アーバ21の� �転角の位相に対してシャフト22の回転角の位 相を進角化または遅角化することにより、切 削用バイト13およびホーニング用砥石14A、14B� ��アーバ11の外周面からの突出量を調整する� �

 以下、非真円形穴加工装置1によりワークを 断面略四角形状に加工する場合について、図 3および図4を参照しながら説明する。
 図3は、切削位置と切削用バイト13の突出量� ��の関係を示す図である。
 図3中、実線は、ワークを断面略四角形状に 加工する場合のワークの内壁面であり、破線 は、ワークを断面円形状に加工する場合の内 壁面である。
 図3に示すように、ワークの略四角形状を構 成する各辺の中央に相当する部分では、バイ トの突出量を小さくする。一方、略四角形状 の角部となる部分では、バイトの突出量を大 きくする。

 すなわち、切削位置を基準位置からの回転� ��で表すと、回転角が0°から45°に向かうに従 って、バイトの突出量を増加させ、回転角が 45°から90°に向かうに従って、バイトの突出� ��を減少させる。
 次に、回転角が90°から135°に向かうに従っ� ��、バイトの突出量を増加させ、回転角が135� �から180°に向かうに従って、バイトの突出量 を減少させる。

 次に、回転角が180°から225°に向かうに従っ て、バイトの突出量を増加させ、回転角が225 °から270°に向かうに従って、バイトの突出� �を減少させる。
 次に、回転角が270°から315°に向かうに従っ て、バイトの突出量を増加させ、回転角が315 °から360°に向かうに従って、バイトの突出� �を減少させる。

 以上の0°から360°までの回転角に対応して� �削位置(a)~(p)を想定すると、各切削位置での� ��削用バイト13とカム121との相対位置は、図4( a)~(c)に示すようになる。
 なお、図4(a)~(c)中、カム121について、シャ� �ト12と、カム121の周縁のうちシャフト12から� ��も遠い部分と、を通る直線を、カムの基準� ��Pとする。一方、切削用バイトの中心軸を通 る直線を、切削用バイトの基準線Qとする。

 切削位置(a)、(e)、(i)、(m)では、図4(a)に示す ように、カムの基準線Pと切削用バイトの基� �線Qとの成す角度を鈍角とする。
 切削位置(b)、(d)、(f)、(h)、(j)、(l)、(n)、(p)� ��では、図4(b)に示すように、カムの基準線P� �切削用バイトの基準線Qとの成す角度を略直� ��とする。
 切削位置(c)、(g)、(k)、(o)では、図4(c)に示す ように、カムの基準線Pと切削用バイトの基� �線Qとの成す角度を鋭角とする。

 なお、図3および図4(a)~(c)では、理解を容� ��にするため、カムの基準線Pと切削用バイト の基準線Qとの成す角度を、大きく誇張して� �したが、実際は、カムの基準線Pと切削用バ� ��トの基準線Qとの成す角度は、0°から5°程度 の範囲内で変動する。

 次に、以上のように構成される非真円形� ��加工装置1を用いて、ワークとしての自動車 エンジンのシリンダブロックのボアをボーリ ング加工する手順について、図5のフローチ� �ートを参照して説明する。

 まず、ステップS1において、図6(a)に示す� ��うに、シリンダブロック素材であるシリン� ��ブロック60に、ダミーヘッド70をボルト71に� ��り装着する。ダミーヘッド70は、製品シリ� �ダヘッドを模した形状および材質からなり� �シリンダブロック60のボア61よりも大径な孔� ��73が形成されている。

 次に、ステップS2において、シリンダブ� �ック60を定の位置に配置し、制御装置40の制� ��下に、非真円形穴加工装置1により、ボア61� ��、切削用バイト13により所望の真円度(形状) に加工する。

 次に、ステップS3において、シリンダブ� �ック60から、ダミーヘッド70を取り外す。す� ��と、図6(b)に示すように、シリンダブロック 60のボア61の内径が、図6(a)の状態から多少変� ��することになる。これは、ダミーヘッド70� �組付けによる応力が解除されるからである� �

 そこで、ステップS4において、ダミーヘ� �ド70を取り外した後のシリンダブロック60の� ��線位置毎のシリンダ内径(ボア径)を、ステ� �プS3と同様に測定する。この測定データは、 内径データとして、例えば、同期コントロー ラ42に記録される。

 ステップS5において、内径データに基づ� �て、NCデータを作成する。このように作成さ れたNCデータは、ダミーヘッド70を装着せず� �シリンダブロック素材のボーリング加工を� �った後、ダミーヘッド70を装着した場合に、 シリンダ内径(ボア径)が所望の真円度となる� ��うに作成されたデータである。

 次に、ステップS6において、作成したNCデ ータを非真円形穴加工装置1の制御装置40に入 力する。

 そして、ステップS7において、先ず、既� �ボーリング加工を行ったシリンダブロック60 とは別の、新たなシリンダブロック素材であ るシリンダブロック60Aを所定の位置に配置す る。次いで、制御装置40の制御下に、入力さ� ��たNCデータに則したボーリング加工をシリ� �ダブロック60Aに施す。

 すなわち、非真円形穴加工装置1により、 図7に示すように、2点鎖線に沿って切削用バ� ��トを移動させることで、NCデータに則して� �ワークの上端からd1~d4だけ下降した位置のボ ア61Aの断面形状を図7の(a)~(d)に示すような形� ��とする。

 ステップS8において、ダミーヘッド70と異 なり、実際の製品として用いられる製品シリ ンダヘッド80を用意し、図6(c)に示すように、 ボーリング加工が施された新たなシリンダブ ロック60Aに、製品シリンダヘッド80をボルト8 1により装着する。すると、シリンダブロッ� �60Aのシリンダ内径(ボア径)は、所望の真円度 となる。

 本実施形態によれば、以下のような効果が� ��る。
 (1)アーバ11の回転角の位相に対してシャフ� �12の回転角の位相を進角化または遅角化させ て、位相差を生じさせ、この位相差に応じて カム121の切削用バイト13に対する押圧量を変� ��させて、切削用バイト13の突出寸法を調整� �た。よって、カム121を形成するだけでよい� �で、従来のようにシャフトを進退させない� �め、簡易な構成でワークを所望の断面形状� �高速加工できる。

[第2実施形態]
 図1は、本発明の第2実施形態に係る非真円� �穴加工装置1の概略構成図である。
 非真円形穴加工装置1は、例えば、ワークと しての自動車エンジンのシリンダブロックの ボアに加工ヘッド10を挿入し、ボーリング加� ��を行う。
 この非真円形穴加工装置1は、加工ヘッド10� ��回転させる回転駆動機構20と、この回転駆� �機構20を進退させる進退機構30と、これらを� ��御する制御装置40と、ワークのボアの内径� �状を測定する真円度測定器51と、この真円度 測定器51の測定結果を解析して制御装置40に� �力する上位コンピュータ52と、を備える。

 回転駆動機構20は、円筒形状のアーバ21と、 アーバ21の内部に収納されたシャフト22と、� �ーバ21を回転駆動するアーバモータ23と、シ� ��フト22を回転駆動するシャフトモータ24と、 アーバモータ23を収容するハウジング25と、� �備える。
 ここで、アーバ21の回転軸とシャフト22の回 転軸とは、同軸である。

 ハウジング25には、アーバモータ23のほか 、アーバ21を回転可能に保持するベアリング2 51と、アーバ21の回転速度および回転角を検� �する第1ロータリエンコーダ252と、進退機構3 0が螺合されるナット部253と、が設けられて� �る。

 シャフトモータ24には、シャフト22の回転 速度および回転角を検出する第2ロータリエ� �コーダ241が設けられている。

 進退機構30は、送りねじ機構であり、ねじ� �刻設された軸部31と、この軸部31を回転駆動� ��る進退モータ32と、軸部31の回転速度および 回転角を検出する第3ロータリエンコーダ33と 、を備える。軸部31は、ハウジング25のナッ� �部253に螺合されている。
 この進退機構30によれば、進退モータ32を駆 動することにより軸部31が回転し、回転駆動� ��構20を進退させることができる。

 加工ヘッド10は、アーバ21に一体に連結さ れる円筒形状のアーバ11と、アーバ11の内部� �収納されてシャフト22に一体に連結されるシ ャフト12と、アーバ11の外周面に突没可能に� �けられた切削用バイト13と、を備える。

 アーバ11の先端側には、アーバ11の回転軸に 交差する方向に延びる貫通孔111が形成されて いる。
 切削用バイト13は、棒状であり、貫通孔111� �挿入されて、図示しない付勢手段により、� �ャフト12に向かって付勢されている。

 図9に示すように、シャフト12には、切削用� ��イト13を突出する方向に押圧するカム121が� �けられている。
 カム121は、例えば、真円形状であり、シャ� ��ト12は、この真円形の中心からずれた位置� �設けられている。これにより、シャフト12の 回転中心からカム121の周縁までの距離は、連 続的に変化する。
 なお、カム121の形状は、真円形状に限らな� ��が、コストを低減するため、真円形状が好� ��しい。

 このカム121の周縁には、切削用バイト13� �基端縁が当接する。したがって、アーバ11に 対するシャフト12の角度を変化させることで� ��カム121の周縁のうち切削用バイト13に当接� �る部分が変化し、切削用バイト13のアーバ11� ��外周面からの突出量が変化する。

 図9(a)は、カム121の突出量がtである状態を� �す模式図であり、図9(b)は、切削用バイト13� �突出量がゼロである状態を示す模式図であ� �。
 図9中、カム121の回転中心からカム121の周縁 のうちシャフト12から最も遠い部分に至る直� ��を、カム121の基準線Qとし、切削用バイト13� ��中心軸を通る直線を、切削用バイト13の基� �線Rとする。そして、カム121の基準線Qと切削 用バイト13の基準線Rとの成す角度を、カム角 度とする。

 切削用バイト13の突出量がtとなる状態では� ��カム角度はαである。このαを初期角度とす る。一方、切削用バイト13の突出量がゼロと� ��る状態では、カム角度は(α+β)である。
 カム121の半径をCrとし、カム121の中心から� �転中心までのオフセット寸法をCoとすると、 カム121の回転中心から切削用バイト13の基端� ��までの最大寸法L1および最小寸法L2は、以下 の式(1)、(2)で表される。

 L1=Co×cos(α)+Cr   ・・・(1)
 L2=Co×cos(α+β)+Cr   ・・・(2)

 以上より、カム角度のストロークはβ(揺� ��角)となり、切削用バイト13の突出量のスト� ��ークはtとなり、以下の式(3)が成立する。

 t=L1-L2=Co×{cos(α)-cos(α+β)}   ・・・(3)

 この式(3)に基づいて、カム角度と切削用バ� ��ト突出量との関係を図10に示す。
 図10中実線で示すように、切削用バイト13の 突出量は、カム角度の変化に対して、非線形 つまり円弧状に変化する。一方、図10中破線� ��示すように、理想的なカムでは、切削用バ� ��トの突出量は直線状(リニア)に変化する。� �って、切削用バイトの突出量を直線状(リニ� ��)に変化させた場合に比べて、切削用バイト 13の突出量の誤差は、カム角度α(初期角度)と カム角度(α+β)との中間付近で最も大きくな� �。

 したがって、切削用バイト13をδtだけ突出� �せたい場合には、この突出量(δt)に対応する カム角度(α+δβ)を、カム角度の指令値とする 。これにより、容易に突出量を直線状(リニ� �)に変化させることができる。
 具体的には、例えば、突出量(δt)と、カム� �度の指令値(α+δβ)とが対応するテーブルを� �成して、予めメモリに記憶させておき、後� �の同期コントローラ42により、この指令値(α +δβ)を呼び出せるようにする。

 図8に戻って、制御装置40は、アーバ21およ� �シャフト22を同期して回転させつつ、アーバ 21の回転角の位相に対してシャフト22の回転� �の位相を進角化または遅角化することによ� �、切削用バイト13のアーバ11の外周面からの� ��削用バイト13の突出量を調整することがで� �る。
 この制御装置40は、主制御装置41、同期コン トローラ42、第1サーボアンプ43、第2サーボア ンプ44、および第3サーボアンプ45を備える。

 主制御装置41は、上位コンピュータから� �出力に従って、第1サーボアンプ43および第3� ��ーボアンプ45を介して、アーバモータ23およ び進退モータ32を駆動し、ワークに対する切� ��用バイト13の切削速度および軸線上の位置� �制御する。すなわち、主制御装置41は、いわ ゆるNC(数値)制御装置と同様の動作をする装� �である。

 前記同期コントローラ42は、ワークのボ� �に対する切削用バイト13の向き(すなわちア� �バ21の回転角)と、ワークのボアに対する切� �用バイト13の軸線上の位置(すなわち進退機� �30の軸部31の回転角)とに応じて指令信号を出 力する。これにより、第2サーボアンプ44を介 してシャフトモータ24を駆動し、切削用バイ� ��13の突出寸法(すなわちアーバ11の外周面か� �の切削用バイト13の突出量)を調整する。

 具体的には、アーバ21の回転角および加工� �ッド10の進退方向の位置(すなわち切削用バ� �ト13のワークのボアに対する軸線上の位置)� �、切削用バイト13の突出量との関係を示すマ ップが、上位コンピュータからの出力に基づ いて生成され、このマップは、同期コントロ ーラ42により、当該同期コントローラ42内の� �モリに記憶される。
 マップとは、パラメータを配列したもので� ��る。すなわち、上述のマップは、図22に示� �ように、加工ヘッド10の進退方向の位置(す� �わち切削用バイト13のワークのボアに対する 軸線上の位置)毎に、アーバ21の回転角および 切削用バイト13の突出量との関係を示すボア� ��断面2次元データを求め、軸線方向に配列し たものである。

 そして、同期コントローラ42は、第1ロータ� ��エンコーダ252で検出したアーバ21の回転速� �および回転角(具体的には、単位時間当たり� ��ロータリエンコーダが発生するパルス数、� ��なわち、サンプリング時間のパルス数)、な らびに、第3ロータリエンコーダで検出した� �部31の回転角(具体的には、単位時間当たり� �ロータリエンコーダが発生するパルス数、� �なわち、サンプリング時間のパルス数)に基� ��いて、前記同期コントローラ42内のメモリ� �記憶された、切削用バイト13の突出量の関係 を示すマップを参照して、第2サーボアンプ44 を介して、シャフトモータ24を駆動する。
 このとき、第2サーボアンプ44により、第2ロ ータリエンコーダ241で検出したシャフト22の� ��転速度および回転角(具体的には、単位時間 当たりのロータリエンコーダが発生するパル ス数、すなわち、サンプリング時間のパルス 数)に応じて、シャフトモータ24をフィードバ ック制御する。

 以上の同期コントローラ42によるシャフト22 の制御について、図11を参照しながら説明す� ��。
 図11は、同期コントローラ42の動作を示すブ ロック線図である。
 アーバ21とシャフト22とを完全に同期させる 場合、まず、アーバ21の回転速度に、シャフ� ��22の回転速度を検出する第2ロータリエンコ� ��ダ241の分解能(PG2)を乗算するとともに、シ� �フト22の回転速度に、アーバ21の回転速度を� ��出する第1ロータリエンコーダ252の分解能(PG 1)を乗算し、両者の差分を算出する。
 このような乗算を行ったのは、第1ロータリ エンコーダ252の分解能(PG1)と、第2ロータリエ ンコーダ241の分解能(PG2)とが異なるので、こ� ��ら分解能比を考慮して、分解能を合わせる� ��めである。

 次に、算出した差分を速度誤差として算出� ��るとともに、この速度誤差を積分して位置� ��差とする。
 次に、アーバ21の回転速度からフィード・� �ォワード量を求めて、速度誤差および位置� �差を加算して、シャフトモータ24への速度指 令とする。
 すると、アーバとカムとの位相差が保持さ� ��て、切削用バイト13の突出量は一定となる� �

 一方、アーバ21とシャフト22との位相をずら す場合、まず、加工ヘッド10を進退させる軸� ��31の回転角を取得すると、制御装置により� �加工ヘッド10の進退方向の位置(すなわち切� �用バイト13のボアに対する軸線上の位置)が� �出されて、マップ切替え器にて、この算出� �れた加工ヘッド10の進退方向の位置に応じて 、上述のアーバ21の回転角および切削用バイ� ��13の突出量との関係を示すマップ(ボアの2次 元断面データ)を切り替える。
 また、マップアドレス変換器は、アーバ21� �回転速度と回転角を取得すると、アーバ21の 回転位置を求める。
 次に、マップアドレス変換器は、上述のマ� ��プを参照して、アーバ21の回転角に応じた� �削用バイト13の突出量データを呼び出して、 前回のデータとの差分を抽出し、この差分を 変化量(すなわち速度)として、シャフトモー� ��24の回転速度指令に加算する。

 次に、以上のように構成される非真円形� ��加工装置1を用いて、自動車エンジンのシリ ンダブロックのボアをボーリング加工する手 順について、図12のフローチャートを参照し� ��説明する。

 まず、ステップS1において、図13(a)に示す ように、シリンダブロック素材であるシリン ダブロック60に、ダミーヘッド70をボルト71に より装着する。ダミーヘッド70は、製品シリ� ��ダヘッドを模した形状および材質からなり� ��中央部には、非真円形穴加工装置1の加工ヘ ッド10が挿入可能な孔が形成されている。

 次に、ステップS2において、シリンダブ� �ック60を所定の位置に配置し、非真円形穴加 工装置1により、ボア61を所望の真円度に加工 する。

 次に、ステップS3において、シリンダブ� �ック60から、ボルト71の締付けを解除して、� ��ミーヘッド70を取り外す。すると、図13(b)に 示すように、シリンダブロック60のボア61の� �径が、図13(a)の状態から多少変形することに なる。これは、ダミーヘッド70の組付けによ� ��応力が解除されるからである。

 具体的には、図14(a)に示すように、シリン� �ブロック60には、4つのボア61が一直線上に並 んで形成されている。各ボア61の周囲には、� ��ルト71が螺合されるボルト穴72が形成されて いる。
 シリンダブロック60からダミーヘッド70を取 り外すと、ダミーヘッド70による押圧力が除� ��されるため、ボア61のダミーヘッド側の内� �形状は、図14(b)に示すように、楕円形に変形 する。また、ボルト穴72のねじ山とボルト71� �ねじ山との間に作用する応力が除去される� �め、ボア61のクランクシャフト側の内径形状 は、図14(c)に示すように、四角形に変形する� ��

 よって、以下、ボアの内径形状を周波数解� ��するステップ(分析内径形状パラメータ算出 工程)においては、4次までの周波数解析をす� ��例を記載した。これは、4次までの周波数解 析であればシリンダブロックのボアの変形を ほぼ再現できるからである。
 すなわち、4次成分は四角形状の成分を表し 、3次成分は三角形状の成分を表し、2次成分� ��楕円形状の成分を表すので、0次~4次までの� ��波数解析を行って余弦波で表し、これら余� ��波を合成することで、シリンダブロックの� ��アの変形を再現でき、高次のノイズを除去� ��きる。

 また、断面2次元形状(X _I ,Y _I )を、通常のNCデータ形式で点群(X _I ,Y _I )として記憶すればデータ量が膨大になるが� �本発明のように余弦波を用いて曲線デ一タ� �式で記憶することで、データ量をかなり低� �できデータ処理を高速化できる。
 換言すれば、シリンダヘッドをシリンダブ� ��ックに組み付ける際のシリンダブロックの� ��アの変形を解消するように断面非真円形状� ��穴を形成するには、0次~4次までの周波数分� ��を行えばよく、データ量も少なくて済む。
 なお、本実施形態では4次の周波数解析まで の例を示したが、穴の形状に応じて50次でも� ��100次でも、さらに高次でもよい。例えば、� ��面非真円形状の穴の形状の1周分を1°毎に通 常のNCデータ形式で表現する場合、720個のパ� ��メータが必要になるが、50次の曲線データ� �式で表現する場合、101個のパラメータでよ� �。すなわち、半径誤差(0次)、50個のn次振幅� �よび、50個のn次位相である。このように、50 次までの周波数解析を実行しても、曲線デー タ形式で記憶することで、データ量を低減で き、データ処理を高速化できる。

 そこで、ステップS4において、ダミーヘ� �ド70を取り外した後のシリンダブロック60の� ��ア61の軸線上の所定間隔おきに内径形状を� �定し、上位コンピュータ52に内径形状データ として記憶する。

 ステップS5において、内径形状データに� �づいて周波数解析を行い、分析内径形状パ� �メータを算出する。

 次に、ステップS6において、算出した分� �内径形状パラメータを非真円形穴加工装置1� ��同期コントローラ42に入力して、合成内径� �状マップを生成する。

 そして、ステップS7において、先ず、既� �ボーリング加工を行ったシリンダブロック60 とは別の、新たなシリンダブロック素材であ るシリンダブロック60Aを所定の位置に配置す る。次いで、同期コントローラ42の制御下に� ��生成された合成内径形状マップに基づいた� ��ーリング加工をシリンダブロック60Aに施す� ��

 ステップS8において、ダミーヘッド70と異 なり、実際の製品として用いられる製品シリ ンダヘッド80を用意し、図13(c)に示すように� �ボーリング加工が施された新たなシリンダ� �ロック60Aに、製品シリンダヘッド80をボルト 81により装着する。すると、シリンダブロッ� ��60Aのボア61Aの内径形状は、シリンダブロッ� ��60のボア61と同様の真円度となる。

 次に、上述のステップS4のボア内径形状� �測定からステップS7のボーリング加工までの 詳細な手順について、図15のフローチャート� ��参照しながら説明する。

 ステップS11(S4)では、例えば、全気筒につい て、真円度測定器51により、ボアの軸線上に� ��定間隔おきに4つの測定点M1~M4を設定し、各� ��定点M1~M4でのボアの内径形状を測定する。
 具体的には、全気筒について、空気マイク� ��センサ、近接センサ、レーザセンサ等のセ� ��サをボアに挿入し、回転させながら軸線に� ��って移動して、各測定点でのボアの内径形� ��を測定して、内径形状データとする。
 なお、所定間隔おきに測定した例を示した� ��、非等間隔、例えば、シリンダブロックの� ��リンダヘッド側の数箇所や、逆に、シリン� ��ブロックのクランクシャフト側の数箇所を� ��定してもよい。

 図16は、各測定点M1~M4で測定したボアの内径 形状R1~R4を示す模式図である。
 図16に示すように、各測定点M1~M4でのボアの 内径形状R1~R4は、互いに異なり、楕円形、三� ��形、四角形状や、偏心した真円等、非真円� ��状となっている。

 図17は、測定点M1~M4のうちの1つ、ここでは� �測定点M2で測定したボアの内径形状R2を示す� ��面図である。図18は、図17のボアの内径形状 R2を、回転角を横軸として表した図である。
 図17および図18中、ボアの変形量をゼロとし た場合のボアの内周面の位置を基準線L0とし� ��この基準線L0よりもδLだけ内側をL1とし、基 準線L0よりもδLだけ外側をL2とする。
 図17および図18に示すように、測定したボア の内径形状には、δL程度の凹凸があり、さら に、高次のノイズが含まれていることが判る 。

 ステップS12では、上位コンピュータ52によ� �、各測定点M1~M4のボアの内径形状を周波数解 析することで、真円に対する誤差のn次成分� �抽出し、それぞれの振幅および位相を求め� �、振幅・位相についての分析内径形状パラ� �ータ(A _n ,P _n )を生成する。

 具体的には、以下の式(4)~(7)に従って、基準 線L0からの突出量を角度θの関数x(θ)で表し、 以下の式に従ってフーリエ変換を行い、n次� �分の振幅A _n および位相P _n を求める。
 ここで、振幅A ₀ は、基準線である真円に対する半径の誤差を 表し、振幅A ₁ は、基準線である真円からの偏心を表し、振 幅A ₂ は、楕円形状の成分を表し、振幅A ₃ は、三角形状の成分を表し、振幅A ₄ は、四角形状の成分を表す。また、P ₀ は不要である。

 これらn次成分の分析内径形状パラメータ(A _n ,P _n )を、フーリエ逆変換して、基準線L0からの突 出量を角度θの関数T(θ)で表すと、式(8)のよ� �になる。

 次に、式(8)中のk値を、図19に示す非真円形� ��加工装置1のボード線図に従って、以下の手 順で求める。
 このボード線図は、シャフトモータ24から� �削用バイト13の先端までのねじり剛性による 特性を示すものであり、以下の手順で作成さ れる。
 すなわち、シャフトモータ24に対して一定� �周波数および振幅の正弦波信号を与える。� �して、第2ロータリエンコーダ241により、シ� ��フト22の基端側の回転角を検出し、図示し� �いセンサにより、切削用バイト13の先端の変 位を検出する。これら2つの出力をフーリエ� �換し、各周波数成分について、シャフトモ� �タ24に対する切削用バイト13の先端側の振幅� ��および位相差を求めて、プロットする。

 図19のボード線図によれば、500Hz付近では、 共振周波数が存在し、位相が大きくずれて、 挙動が不安定になることが判る。よって、使 用可能な周波数領域は、200~300Hz付近までにな る、と判断できる。
 よって、駆動機構の応答性の限界を考慮す� ��と、切削加工するのに必要かつ最小の値と� ��て、k=4が実用的であることが判る。

 よって、式(8)中において、k=4として、A ₁ ×cos(θ+P ₁ )、A ₂ ×cos(2θ+P ₂ )、A ₃ ×cos(3θ+P ₃ )、A ₄ ×cos(4θ+P ₄ )の4つの周波数の波形をプロットすると、図2 0のようになる。

 次に、これら4つの周波数の波形を合成し て、形状補正するために極性を反転させて、 プロットすると、図21のようになる。

 ステップS13では、上位コンピュータ52によ� �、図19のボード線図に基づいて、ゲイン・位 相についてのゲイン・位相マップを生成し、 このゲイン・位相マップを同期コントローラ 42に出力する。
 ステップS14では、上位コンピュータ52によ� �、1つの気筒についての分析内径形状パラメ� ��タ(A _n ,P _n )を同期コントローラ42に出力する。

 ステップS15では、同期コントローラ42によ� �、ゲイン・位相マップを参照して、使用回� �数に応じた誤差パラメータ(δa _n ,δp _n )を求める。

 つまり、図19のボード線図に示すように、� �用可能領域内でシャフトモータ24を駆動して も、ゲインおよび位相がずれて、加工誤差が 生じてしまう。そこで、使用回転域でのn次� �波数を求め、そこからゲインと位相遅れを� �めて、誤差パラメータ(δa _n ,δp _n )を求める。

 例えば、図19から、シャフトモータ24の回転 数を3000rpmとすると、4次成分の周波数は、3000 /60×4=200Hzとなり、ゲインは+6dB程度、位相は-2 7°程度と読み取れる。
 よって、この場合、切削用バイトの突出量� ��約27°遅れて、約2倍(10 ^6/20 ≒2、20Log ₁₀ (2)≒6dB)の振幅で動作することになるため、� �幅補正δa ₄ =0.5、位相補正δp ₄ =+27として、4次の分析内径形状パラメータを� ��正する。同様に、3次~1次の分析内径形状パ� ��メータの補正を行う。

 ステップS16では、同期コントローラ42によ� �、分析内径形状パラメータ(A _n ,P _n )を誤差パラメータ(δa _n ,δp _n )で補正し、フーリエ逆変換する。
 ステップS17では、同期コントローラ42によ� �、フーリエ逆変換したデータを、図10のカム 誤差マップにより修正し、切削用バイト13の� ��出量に変換して、回転角と切削用バイト13� �突出量との関係を表す突出量マップ(合成内� ��形状マップ)を生成する。

 ステップS18では、同期コントローラ42によ� �、切削用バイト13の突出量マップに基づいて 、比例補間処理により、ボーリング加工する ための詳細な突出量マップを生成する。
 これは、図22(a)に示すように、突出量マッ� �の切削用バイト13の先端の軌跡をR1A~R4Aとす� �と、実際の切削用バイト13の軌跡Sは、螺旋� �であり、この軌跡S同士の間隔は、軌跡R1A~R4A の間隔よりも狭くなるため、詳細な突出量マ ップが必要になるのである。

 具体的には、例えば、図22(b)に示すように� �互いに上下に隣り合う軌跡R1A、R2Aの間に位� �する軌跡S上の点S1の位置を求める。
 点S1を通る直線Vを引き、この直線Vと各軌跡 R1A、R2Aとの交点を点V1、V2とする。
 さらに、点V1と点V2との高さ方向の間隔をδZ 、点V1と点V2との水平方向の間隔をδRとし、� �V2から点S1まで高さ方向の間隔をδzとし、点V 2から点S1までの水平方向の間隔をδrとして、 以下の式(9)に従って、点S1の位置を求める。

 δR:δr=δZ:δz   ・・・(9)

 ステップS19では、同期コントローラ42によ� �、アーバ21の回転角度および加工ヘッド10の� ��退方向の位置に基づいて、記憶したマップ� ��従い、切削用バイト13の突出量を求める。
 ステップS20では、同期コントローラ42によ� �、切削用バイト13の突出量に従って、アーバ 21とシャフト12、22との位相を調整しながら非 真円形加工する。
 ステップS21は、全気筒について加工が完了� ��たか否かを判定し、この判定がYESの場合は� ��了し、NOの場合はステップS14に戻る。

 本実施形態によれば、以下のような効果が� ��る。
 (2)従来では、例えば、1度ステップのX-Yテー ブルでボアの形状を加工しようとすると、1� �のボアの形状につき、360ラインのGコード命� ��が必要になる。
 しかしながら、本発明では、A0~A4、P1~P4の合 計9個のパラメータで1つのボアの形状を表現� ��きるので、従来に比べて、データ量を大幅� ��低減できるから、高速でボアをボーリング� ��工できる。
 また、高次のノイズを含む複雑な内径形状� ��ータの中から低次の周波数成分のみを抽出� ��て、この抽出した低次の周波数成分のみで� ��析内径形状パラメータを生成したので、高� ��のノイズを除去して非常にシャープなフィ� ��タ効果を有するとともに、位相が崩れるの� ��抑制できる。よって、この分析内径形状パ� ��メータに基づいて非真円形穴加工装置1を駆 動すると、振動を低減できるから、高精度で ワークを加工できる。

 (3)A0~A4、P1~P4を個別に編集することで、非 真円形穴加工装置1による加工形状を自由に� �整できる。

 (4)測ピッチを加工ピッチよりも大きく設定� ��、測定ピッチで測定したボアの形状データ� ��基づいて、比例補間処理により、加工ピッ� ��での突出量マップ(合成内径形状マップ)を� �成した。よって、データ量をさらに低減で� �るうえに、加工にかかる時間や労力を削減� �きる。
 例えば、エンジンのボア長が100~150mm程度で� ��加工ピッチを0.1mmとし測定ピッチを5mmとす� �と、加工ピッチでボアの形状を測定した場� �に比べて、データ量を1/50にできる。

 (5)誤差パラメータ(δa _n ,δp _n )を用いて、分析内径形状パラメータ(A _n ,P _n )を補正したので、加工ヘッド10の機械的特性 を考慮して、ボーリング加工できる。

 なお、本発明は前記実施形態に限定され� ��ものではなく、本発明の目的を達成できる� ��囲での変形、改良等は本発明に含まれるも� ��である。