CN111836697B - 旋转工具的平衡以及振动调整系统、平衡以及振动测量装置、平衡以及振动调整方法、以及工具夹具 - Google Patents

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Abstract

旋转工具的平衡以及振动调整系统(100)具有：旋转工具(11)，由安装于旋转主轴(2)的工具夹具(10)构成；平衡测量装置(20)，在旋转工具(11)旋转时，获取旋转工具(11)的外周位置数据，根据该外周位置数据测量旋转工具(11)的质量平衡；以及振动测量装置(20)，在旋转工具(11)旋转时，获取旋转工具(11)的形状数据，根据该形状数据测量旋转工具(11)的振动量，旋转工具(11)构成为，能够基于平衡测量装置(20)的测量结果进行质量平衡的调整，并且能够基于振动测量装置(20)的测量结果进行振动量的调整。

Description

旋转工具的平衡以及振动调整系统、平衡以及振动测量装置、 平衡以及振动调整方法、以及工具夹具
技术领域
本发明涉及旋转工具的平衡以及振动调整系统、平衡以及振动测量装置、平衡以及振动调整方法、以及工具夹具。
背景技术
例如，对被加工物的切削加工是通过使切削工具安装于在机床的旋转主轴上安装的工具夹具来进行的。在这种情况下，由于包括有切削工具的工具夹具(旋转工具)产生振动，因此，降低了被加工物的加工精度。作为旋转工具产生振动的主要原因，认为是旋转工具的质量的不平衡、切削工具所具有的刃部的振动等。
在专利文献1中，公开了一种能够进行质量平衡的调整的工具夹具(旋转工具)的结构。在专利文献1中，旋转工具具有凸缘部，在该凸缘部的工具侧的端面上，多个螺纹孔设置在以轴线为中心的同一圆周上，并且能够在各螺纹孔上组装不同质量的砝码。根据本结构，旋转工具通过基于利用平衡机进行的平衡测试的结果，将组装至螺纹孔的砝码更换成不同重量的砝码，进行质量平衡的调整。
另外，在专利文献2中，公开了能够调整安装的工具的振动量的工具夹具(旋转工具)的结构。在专利文献2的工具夹具中，工具夹具具有凸缘部，在凸缘部的工具侧的端面上，三个螺纹孔在以轴线为中心的同一圆周上分散地配置。在各螺纹孔中组装有螺纹构件，通过变更螺纹构件相对于螺纹孔的紧固量，能够调整安装于工具夹具的工具的振动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本实开平3-87539号公报
专利文献2：美国专利第5286042号说明书
发明内容
发明要解决的问题
近年来，在对例如用于制造光学透镜等的精密模具的加工中，有时对加工面进行镜面精加工。这种镜面精加工是在对精密模具进行切削加工后，通过研磨加工而进行的。在精密模具中，有时微小的尺寸变化可能会导致产品出现问题。因此，在利用旋转工具进行加工的情况下，需要高精度地调整质量平衡以及振动量。
在专利文献1的工具夹具中，不能调整安装于工具夹具的工具的振动量，在专利文献2的工具夹具中，不能调整质量平衡。在进行镜面精加工时，需要使旋转工具高速地旋转，但是难以高精度地调整高速旋转的旋转工具的质量平衡以及振动量。因此，在调整旋转工具的质量平衡以及振动量这两方面还存在改善的余地。
鉴于上述情况，需求能够容易且高精度地调整旋转工具的质量平衡以及振动量的旋转工具的平衡以及振动调整系统
解决问题的手段
本发明的平衡以及振动调整系统，其特征结构在于，
包括：
旋转工具，构成为在安装于旋转主轴的工具夹具上安装有工具；
平衡测量装置，在所述旋转工具旋转时，获取所述旋转工具的外周位置数据，根据该外周位置数据测量所述旋转工具的质量平衡；以及
振动测量装置，在所述旋转工具旋转时，获取所述旋转工具的形状数据，根据该形状数据测量所述旋转工具的振动量，
所述旋转工具构成为，能够基于所述平衡测量装置的测量结果进行所述质量平衡的调整，并且能够基于所述振动测量装置的测量结果进行所述振动量的调整。
根据本结构，在旋转工具旋转时，能够利用平衡测量装置测量旋转工具的质量平衡，并且利用振动测量装置测量旋转工具的振动量。由此，能够容易地测量旋转工具的质量平衡以及振动量。另外，旋转工具的质量平衡的调整以及振动量的调整是分别基于平衡测量装置以及振动测量装置的测量结果而进行的，因此，能够高精度地进行质量平衡以及振动量的调整。其结果，能够提高旋转工具对被加工物的加工精度。
另一特征结构在于，
所述振动测量装置包括：
拍摄元件，拍摄所述旋转工具；以及
控制部，每隔规定时间执行由所述拍摄元件进行的拍摄，
所述控制部能够将所述规定时间设定为小于所述旋转工具的旋转周期的一半的时间或/和比旋转周期长的时间。
在本结构中，测量旋转工具的振动量的振动测量装置包括：拍摄元件，拍摄旋转工具；以及控制部，每隔规定的时间执行由拍摄元件进行的拍摄。在这种振动测量装置中，若旋转工具的转速为低速，则将由拍摄元件进行拍摄的规定时间设定为小于旋转工具的旋转周期的一半，因此，在旋转工具旋转一周的期间，能够进行多次拍摄。但是，在对精密模具等被加工物进行切削加工进而进行镜面精加工等的情况下，需要使旋转工具高速旋转。
例如，在旋转工具高速地旋转且旋转工具的旋转周期小于拍摄元件(照相机)的最小拍摄间隔时间(最大帧率的倒数)的2倍的情况下，在旋转工具旋转一周的期间，拍摄元件不能进行多次的拍摄。因此，在本结构中，每隔规定的时间执行由拍摄元件进行的拍摄的控制部能够将该规定时间(拍摄周期)设定为比旋转工具的旋转周期长的时间。由此，能够在每次旋转时对旋转工具的多个不同的旋转角度下的工具进行拍摄。其结果，在旋转工具以低速旋转和高速旋转来使用的情况下，都能够适当地测量旋转工具的振动量。
另一特征结构在于，
所述工具夹具构成为，在安装于所述旋转主轴的状态下，能够进行所述质量平衡以及所述振动量的调整。
在本结构中，工具夹具构成为在安装于旋转主轴的状态下，能够进行质量平衡以及振动量的调整，因此，能够通过一个装置进行质量平衡以及振动量的调整。由此，在旋转工具的平衡以及振动调整系统中，提高了在调整质量平衡以及振动量方面的操作性，并且使装置的占有空间变小。另外，由于能够在保持暂时安装的机床主轴、工具夹具、旋转工具的位置关系的状态下进行测量以及调整操作，因此，能够在非常接近实际的加工环境的状态下进行旋转工具的质量平衡以及振动量的调整。
本发明的工具夹具的特征结构在于，
包括：
柄部，在旋转轴方向上设置于所述工具夹具的一端侧且安装于旋转主轴；
夹头部，在所述旋转轴方向上设置于所述工具夹具的另一端侧且能够安装工具；
多个插入孔，在设置于所述柄部和所述夹头部之间的中间部中围绕旋转轴心形成；以及
插入构件，容纳在所述插入孔中，能够紧固于所述插入孔，
具有不同质量的多个所述插入构件能够分别组装于多个所述插入孔，并且通过变更所述插入构件相对于所述插入孔的紧固量，能够使所述夹头部的顶端侧在与所述旋转轴正交的方向上变形。
根据本结构，在工具夹具中，能够分别将具有不同质量的多个插入构件组装于形成在中间部的多个插入孔，因此，能够通过调整组装于多个插入孔的插入构件的质量来调整质量平衡。另外，工具夹具构成为，通过变更插入构件相对于插入孔的紧固量，能够使顶端侧在与旋转轴正交的方向上变形，因此，能够调整顶端侧的振动量。这样，本结构的工具夹具能够通过多个插入孔和组装于插入孔的插入构件，调整质量平衡以及振动量。因此，工具夹具能够通过简单的结构调整质量平衡以及振动量。
本发明的旋转工具的平衡以及振动测量装置，所述旋转工具构成为在安装于旋转主轴的工具夹具上安装有工具，所述旋转工具的平衡以及振动测量装置的特征结构在于，
包括：
拍摄元件，拍摄所述旋转工具；以及
运算部，基于由所述拍摄元件拍摄的拍摄图像，测量所述旋转工具的质量平衡以及振动量，
在所述旋转工具旋转时，所述运算部基于所述拍摄图像获取所述旋转工具的外周位置数据，根据该外周位置数据测量所述旋转工具的质量平衡，
在所述旋转工具旋转时，所述运算部基于所述拍摄图像获取所述旋转工具的形状数据，根据该形状数据测量所述旋转工具的振动量。
根据本结构的旋转工具的平衡以及振动测量装置，在旋转工具旋转时，能够利用拍摄元件以及运算部测量旋转工具的质量平衡以及振动量。即，能够利用一个装置进行质量平衡的测量以及振动量的测量。由此，能够提高测量旋转工具的质量平衡和振动量这两者时的操作性。另外，在构成旋转工具的平衡以及振动调整系统时，不需要分别设置平衡测量装置和振动测量装置，因此，能够使平衡以及振动调整系统的占有空间变小。
本发明的旋转工具的平衡以及振动调整方法，所述旋转工具构成为在安装于旋转主轴的工具夹具上安装有工具，所述旋转工具的平衡以及振动调整方法的特征结构在于，
包括：
平衡测量工序，在所述旋转工具旋转时，获取所述旋转工具的外周位置数据，根据该外周位置数据测量所述旋转工具的质量平衡；
平衡调整工序，在所述工具夹具安装于所述旋转主轴的状态下，基于所述平衡测量工序的测量结果，增减所述工具夹具的质量，从而调整所述旋转工具的质量平衡；
振动测量工序，在所述旋转工具旋转时，获取所述旋转工具的形状数据，根据该形状数据测量所述旋转工具的振动量；以及
振动调整工序，在所述工具夹具安装于所述旋转主轴的状态下，基于所述振动测量工序的测量结果，使所述工具夹具的顶端侧在与所述旋转工具的旋转轴正交的方向上变形，从而调整所述旋转工具的振动量。
根据本结构的旋转工具的平衡以及振动调整方法，在旋转工具旋转时，能够在平衡测量工序中测量旋转工具的质量平衡，并且能够在振动测量工序中测量旋转工具的振动量。由此，能够容易地测量旋转工具的质量平衡以及振动。另外，旋转工具的质量平衡以及振动量的调整均在安装于旋转主轴的状态的工具夹具中进行。其结果，能够容易且高精度地进行基于测量结果的旋转工具的质量平衡以及振动量的调整。
附图说明
图1是旋转工具的平衡以及振动调整系统的概略图。
图2是表示安装于主轴的旋转工具的图。
图3是表示旋转工具的工具部分的图。
图4是从旋转工具的工具顶端侧观察的图。
图5是工具夹具的立体图。
图6是工具夹具的侧剖视图。
图7是表示旋转工具的每个旋转角度的振动量的图表。
图8是将旋转工具的每个旋转角度的振动量附加至XY坐标上的图。
图9是将图8所示的振动量的最小值移动至原点的图。
图10是表示在工具夹具上附加了试验砝码的状态的侧剖视图。
图11是表示通过在工具夹具上附加了试验砝码而位移后的旋转中心的位置的图。
图12是表示通过在工具夹具上附加了试验砝码而作用的向量的图。
图13是表示因试验砝码引起的偏负载点和修正砝码的位置的图。
图14是表示振动测量工序的流程图。
图15是表示工具的刃部和相位检测部之间的位置关系的图。
图16是表示工具的刃部和相位检测部之间的位置关系的图。
图17是表示工具的刃部和相位检测部之间的位置关系的图。
图18是表示工具的刃部和相位检测部之间的位置关系的图。
图19是表示工具的刃部和相位检测部之间的位置关系的图。
图20是表示工具的刃部和相位检测部之间的位置关系的图。
图21是表示测量周期的图表。
图22是表示第二实施方式的振动测量工序的流程图。
图23是表示第二实施方式的测量周期的图表。
具体实施方式
基于附图对本发明的实施方式进行说明。
(第一实施方式)
平衡以及振动调整系统在调整旋转工具的质量平衡以及振动量时使用，所述旋转工具具有用于例如精密模具等的镜面精加工等的切削工具。如图1所示，平衡以及振动调整系统100包括具有工具5的旋转工具11以及拍摄装置20。在本实施方式中，利用拍摄装置20测量旋转工具11的质量平衡以及振动量。拍摄装置20由拍摄部21和控制器22构成。拍摄部21设置于安装有旋转工具11的计算机数控(CNC)式的机床1。
如图1～图4所示，旋转工具11构成为，在安装于机床1的旋转主轴2的工具夹具10上安装有工具5。在旋转主轴2上，作为旋转相位的基准点的第一标记3设置于上部，在与工具夹具10相邻的部分设置有第二标记4。在工具夹具10上，在与旋转主轴2相邻的部分设置有第三标记13，在与工具5相邻的部分设置有第四标记14。在旋转主轴2上，第一标记3以及第二标记4被设置于圆周方向上的相同位置。另外，在工具夹具10上，第三标记13以及第四标记14被设置于圆周方向上的相同位置。这样一来，第一标记3以及第二标记4和第三标记13以及第四标记14沿着旋转主轴2的旋转轴Z配置。
如图2所示，工具夹具10以使第三标记13的位置与第二标记4对准的方式安装于旋转主轴2。
(工具夹具)
如图4～图6所示，工具夹具10具有：柄部15，在旋转轴Z方向(参照图2)上设置于工具夹具10的一端侧，安装于机床1的旋转主轴2；以及夹头部17，在旋转轴Z方向上设置于工具夹具10的另一端侧，能够安装工具5，在柄部15和夹头部17之间设置有凸缘部19(中间部的一例)。柄部15以及夹头部17形成为越朝向顶端直径越小的锥形状。工具5例如通过热装、弹簧夹头等安装于工具夹具10的夹头部17。工具5也可以作为插入刀片安装于工具夹具10。
在凸缘部19中，在夹头部17侧的端面19a上设置有12个螺纹孔18(插入孔的一例)，所述螺纹孔18在以工具夹具10的轴心为中心的同一圆周上隔开30度的间隔。螺纹孔18以越朝向柄部15侧越接近轴心的方式倾斜。12个螺纹孔18的直径以及深度全部相同。螺纹孔18具有供螺纹构件41插入而进行组装的圆柱状的第一孔部18a和与第一孔部18a的里侧连续地形成的锥形状的第二孔部18b。在螺纹孔18中，球体40插入第二孔部18b，在螺纹构件41(插入构件的一例)与球体40抵接的状态下，将螺纹构件41组装至第一孔部18a。为了不使螺纹构件41从端面19a突出，球体40和螺纹构件41的轴向长度的和设定为比螺纹孔18的深度短。另外，第一孔部18a的内螺纹部设置为在螺纹构件41和球体40抵接之后也能够紧固螺纹构件41的足够的长度。
如图6所示，螺纹构件41为固定螺栓状，并且准备有多种类的质量略有不同即具有不同长度的螺纹构件41。多个螺纹构件41也可以由不同密度的多种类的材料以相同的长度形成，进而使多个螺纹构件41的质量不同。
规定质量的螺纹构件41a预先被拧入工具夹具10的多个螺纹孔18。在该状态下，利用平衡机对旋转工具11进行测试，基于该结果能够调整旋转工具11旋转时的动态质量平衡。
利用平衡机测试旋转工具11的测试结果，在旋转工具11的质量存在不平衡的情况下，旋转工具11的径向的振动被表现出来。其结果，在平衡机上显示不平衡的部位的与旋转相位的基准点的角度以及相对于旋转轴Z的调整直径的质量。因此，在旋转工具11中为了使最大的振动量接近零，代替规定质量的螺纹构件41a，将与规定质量不同的质量的螺纹构件41拧入螺纹孔18。这样调整旋转工具11旋转时的动态质量平衡。
(拍摄装置)
如图1所示，拍摄装置20由拍摄部21和控制器22(运算部的一例)构成。拍摄部21具有：投光部23，朝向工具5发射照射光；拍摄元件24，接收照射光而对工具5进行拍摄；以及物镜25和拍摄透镜26，使作为拍摄对象的工具5的像在拍摄元件24的受光面上成像。投光部23由发光二极管(LED)等构成。拍摄元件24构成为经由反射镜27接收照射光。拍摄部21具有作为控制部28的控制基板，该控制部28每隔规定时间执行由拍摄元件24进行的拍摄。在控制部28中设置有执行拍摄的触发电路29。
控制器22构成为，能够进行机床1以及拍摄装置20的拍摄图像等的数据处理、工具5所具有的刃部5A的片数(刀片数)、后述的用于拍摄的转速等各种数据的输入。相位检测部31具有检测设置于旋转主轴2的第一标记3的光电传感器，用于检测旋转主轴2的旋转相位的基准点(旋转角度变为0度的部位)。若在相位检测部31中检测到第一标记3，则从相位检测部31向控制部28发送检测信号。
在平衡以及振动调整系统100中，旋转工具11通过如下的工序调整平衡以及振动量。
在机床1上配置拍摄装置20的拍摄部21。
将安装有具有多个刃部5A的工具5的工具夹具10(旋转工具11)安装于机床1的旋转主轴2。此时，机床1的旋转主轴2的基准点(第一标记3、第二标记4)的位置与工具夹具10的工具基准点(第三标记13)的位置对准。
接下来，利用平衡测量装置(在本实施方式中为拍摄装置20)测量旋转时的旋转工具11的质量平衡(平衡测量工序)。然后，基于在平衡测量装置中测量的旋转工具11的质量平衡，在工具夹具10安装于机床1的旋转主轴2的状态下，对工具夹具10(旋转工具11)进行平衡调整(平衡调整工序)。
接下来，利用振动测量装置(在本实施方式中为拍摄装置20)测量旋转时的工具5(旋转工具11)的振动量(振动测量工序)。然后，基于在振动测量装置中测量的振动量，在工具夹具10安装于机床1的旋转主轴2的状态下，对工具夹具10(旋转工具11)进行振动调整(振动调整工序)。
根据本结构，在旋转工具11旋转时，能够利用拍摄装置20测量旋转工具11的质量平衡，并且能够测量旋转工具11所具有的工具5(刃部5A)的振动量。由此，能够容易地测量旋转工具11的质量平衡以及振动量。另外，旋转工具11的质量平衡以及振动量的调整是由安装于机床1的旋转主轴2的状态的工具夹具10进行，因此，基于测量结果能够容易且高精度地进行旋转工具11的质量平衡以及振动量的调整。
以下，对平衡测量工序、平衡调整工序、振动测量工序、以及振动调整工序的具体内容进行说明。
(平衡测量工序以及平衡调整工序)
在本实施方式中，利用拍摄装置20进行平衡测量工序。具体地说，拍摄元件24对旋转工具11进行拍摄，进而基于得到的旋转工具11的拍摄图像来获取旋转工具11的外周位置数据(径向的振动量)，并利用控制器22(运算部)根据该外周位置数据测量旋转工具11的质量平衡。使拍摄装置20从图1的状态上升或使旋转主轴2和相位检测部31从图1的状态下降，以使来自投光部23的照射光照射至旋转工具11。
具体地说，来自投光部23的照射光照射至旋转时的工具夹具10的圆筒部分(例如，夹头部17)，进而基于该圆筒部分的振动测量旋转工具11的质量平衡。由拍摄装置20进行的旋转工具11的振动的测量通过分割拍摄以及延迟拍摄中的任意一种拍摄方法进行。分割拍摄是低速旋转时的拍摄方法，延迟拍摄是高速旋转时的拍摄方法。关于分割拍摄以及延迟拍摄，在如下的振动测量工序中进行详述。
利用拍摄装置20测量旋转工具11的圆筒部分(夹头部17)旋转一周中的每个规定旋转角度的振动量。图7表示测量结果的一例。由此可知，当旋转角度为160度时，振动量为最大的16μm，当旋转角度为340度时，振动量为最小的4μm。图8是将图7的结果在XY坐标上展开的图。具体地说，将图7所示的振动量的最小值(340度、4.0μm)设为从XY坐标的原点至X轴上的正方向的规定位置，并将该位置作为基准，将全部的角度的振动量在XY坐标上展开。从XY坐标的原点至各点的距离表示振动量。在图8中，将XY坐标上的X轴的正方向设定为旋转工具11的旋转相位的基准点(0度)。在图8中，将旋转工具11的圆筒部分的振动的中心位置设为Z1。
接下来，将图7中的振动量的最小值(340度、4.0μm)与XY坐标的原点对准来重新计算每个旋转角度的振动量。具体地说，将构成图8的圆的各点向X轴的负方向上移动4.0μm。重新计算的每个旋转角度的振动量能够在图9的图表上展开，如图9所示，旋转工具11的振动的中心位置从Z1移动至Z2。Z2的坐标能够通过将旋转相位相差180度角度的振动量中的X值和Y值分别平均来计算。在图9所示的示例中，在将从XY坐标的原点延伸的X轴的正部分作为相对于XY坐标的原点的角度为0度的基准线(以下，称为基准线S)的情况下，位置Z2位于以XY坐标的原点为中心逆时针旋转的角度θ1为160度的位置。另外，从XY坐标的原点至位置Z2的向量的大小为10μm。表示该向量的方向的角度θ1是图7所示的振动量变为最大、最小时的旋转角度，大小是该角度下的振动量的最大值和最小值的平均。以下，将该向量称为向量V1。
在此，相对于以位置Z2作为旋转中心的旋转工具11，在工具夹具10上附加试验砝码并求出试验砝码对质量平衡的影响。具体地说，如图10所示，从在工具夹具10的圆周方向上分散地配置的12处螺纹孔18中的一处(例如0号、0度)的螺纹孔18拔出标准的螺纹构件41a，取而代之，组装在螺纹构件41a的质量上附加了试验砝码(例如，200mg)的螺纹构件41b。然后，使旋转工具11以相同转速旋转来测量旋转工具11的振动的变化。
通过附加试验砝码，工具夹具10的振动的中心位置从Z2移动至Z3(参照图11)。位置Z3位于从基准线S逆时针旋转的角度θ2为200度的位置。另外，从XY坐标的原点至位置Z3的向量的大小为6.5μm，小于从原点至位置Z2的向量的大小10μm。以下，将该向量称为向量V2。
图12所示的使旋转工具11的振动的中心位置移动的试验砝码的影响的由试验砝码产生的振动，能够通过基于向量V1和向量V2的向量计算而求得向量V3。向量V1和向量V3的和为向量V2，因此，向量V3能够通过从向量V2减去向量V1而求得。
在表示试验砝码的影响的向量V3中，X分量V3x能够由如下的数式1表示。
[数式1]
V3x＝V2cosθ2-V1cosθ1＝3.29
另外，Y分量V3y能够由如下的数式2表示。
[数式2]
V3y＝V2sinθ2-V1sinθ1＝-5.64
由此，从基准线S至向量V3的顺时针旋转的角度θ3和向量V3的大小由如下的数式3以及数式4计算出。
[数式3]
θ3＝tan-1(V3y/V3x)
[数式4]
Figure BDA0002660190750000111
在图12所示的例中，角度θ3为-59.8度，向量V3的大小为6.5μm。
在图13中示出了试验砝码C的位置、偏负载D的位置、附加偏负载D以修正旋转工具11的偏负载的位置(修正点)E。根据表示试验砝码C的影响的向量V3和试验砝码C的位置(0号、0度)之间的关系，由如下的数式5计算出旋转工具11的偏负载D。在此，偏负载D定义为，在旋转时的旋转工具11中产生不平衡的负载的大小。
[数式5]
偏负载D＝((向量V1的大小/向量V3的大小)×试验砝码的质量)＝308mg
在旋转工具11的圆周方向上，偏负载D的位置是与基准线S成角度θ4的位置，角度θ4由如下的数式6来计算。
[数式6]
θ4＝(向量V1的角度θ1-向量V3的角度θ3)＝219.8度
图13所示的偏负载D是在旋转工具11中存在偏负载D的位置，因此，例如，通过从工具夹具10去除偏负载D，旋转工具11的振动量变为最小。相反，在工具夹具10上附加平衡修正用的砝码以抵消偏负载D的情况下，则会在图13所示的位置E附加砝码。位置E是相对于原点与角度θ4的位置对称的对称位置即与基准线S成角度θ5的位置，角度θ5由如下的数式7来计算。
[数式7]
θ5＝θ4-180度
在图7～图12所示的实施例中，在图13中，偏负载D为308mg，从基准线S至偏负载D的位置的角度θ4为219.8度，因此，从基准线S至位置E的角度θ5为39.8度。螺纹孔18在工具夹具10的圆周方向上以30度的间隔设置，因此，通过例如对编号1的螺纹孔18和编号2的螺纹孔18分别附加抵消偏负载D的负载(308mg)，能够适当地调整旋转工具11的质量平衡。由此，完成旋转工具11的平衡调整。
(振动测量工序)
在拍摄装置20中，测量旋转工具11的振动量。
具体地说，在旋转工具11旋转时，拍摄装置20的拍摄元件24拍摄旋转工具11，并基于得到的旋转工具11的拍摄图像获取工具5的刃部5A(旋转工具11)的形状数据，进而使用控制器22(运算部)根据该形状数据测量刃部5A(旋转工具11)的振动量。
拍摄装置20利用上述的分割拍摄以及延迟拍摄中的任意一个进行旋转工具11的多个刃部5A的振动量的测量。分割拍摄是在旋转体旋转一周的期间内进行多次拍摄的拍摄方法。另一方面，延迟拍摄是通过将比旋转体的旋转周期(一个旋转周期或多个旋转周期)稍长的时间作为拍摄周期而发挥频闪效果来拍摄旋转体的拍摄方法。
在旋转工具11以低速旋转来使用且旋转工具11的旋转周期为拍摄元件24(照相机)的最高拍摄周期的2倍以上的情况下，在旋转工具11旋转一周的期间内，拍摄元件24能够进行多次的拍摄。因此，在这种情况下，拍摄装置20能够利用分割拍摄进行旋转工具11的多个刃部5A的振动量的测量。
另一方面，在使旋转工具11高速旋转且旋转工具11的旋转周期小于拍摄元件24(照相机)的最高拍摄周期的2倍的情况下，在旋转工具11旋转一周的期间内，拍摄元件24不能进行多次的拍摄。因此，在这种情况下，拍摄装置20使用延迟拍摄来代替分割拍摄，进行旋转工具11的多个刃部5A的振动量的测量。这样，通过分开使用两个拍摄方法，能够有效地测量旋转工具11的多个刃部5A的振动量。
为了利用旋转工具11对精密模具等施加镜面加工等高精度的加工，需要使具有刃部5A的旋转工具11高速旋转。因此，在下述中，基于图14所示的流程图，对利用延迟拍摄的旋转工具11的振动测量工序进行说明。在利用延迟拍摄的振动测量工序中，相对于多个刃部5A，基于决定的起点对多个刃部5A依次赋予识别编号(例如，5A1、5A2、…n)，并且使工具5(旋转工具11)连续地旋转，进而以恒定的周期进行多个刃部5A的振动的测量。图15～图20示出了振动测量工序中的工具5(旋转工具11)相对于相位检测部31的旋转相位的推移。
在步骤#1中，计算测量周期M。作为一例，假设测量对象的旋转工具11以5000转/分进行旋转且刃部5A为两片的情况。在这种情况下，旋转工具11的旋转周期为12.00毫秒。在此，具有拍摄元件24的照相机的最小拍摄间隔时间(最大帧率的倒数)为12.67毫秒。在这种情况下，旋转工具11的旋转周期小于照相机的最小拍摄间隔时间的2倍，因此，进行延迟拍摄来测量旋转工具11的刃部5A的振动量。
在延迟拍摄中，由控制器22设定用于使拍摄元件24的拍摄时机比旋转工具11的旋转周期延迟的转速(称为延迟拍摄用转速)。由此，初始拍摄用转速利用如下的数式8来计算。
[数式8]
初始拍摄用转速＝旋转工具的转速-延迟拍摄用转速
例如，若将延迟拍摄用转速设为5转/分，则初始拍摄用转速为4995转/分。
在此，若将作为初始拍摄用转速计算出的4995转/分换算为拍摄间隔时间，则为12.01毫秒，比拍摄元件24的最小拍摄间隔时间12.67毫秒小。因此，不能将拍摄元件24的拍摄间隔时间设为延迟拍摄用的周期(12.01毫秒)。因此，将初始拍摄用转速换算为拍摄周期的12.01毫秒乘以拍摄元件24的最小拍摄间隔时间(12.67毫秒)以上的整数(在本实施例中为“2”)。由此，拍摄元件24的拍摄间隔时间被设定为比旋转工具11的两个旋转周期稍长的时间(24.02毫秒)，进而能够适当地测量刃部5A的振动量。由拍摄元件24进行的拍摄通过设置于控制部28的触发电路29的触发信号被输出至包括拍摄元件24的照相机而被执行。
接下来，在步骤#2中，设定以成为起点的第一标记3的位置作为基准的拍摄开始相位，并且计算出到初次拍摄开始为止的延迟时间W。在本实施例中，拍摄开始相位被设定为0.75周，延迟时间W被设定为9毫秒。
通过步骤#3～步骤#13，测量工具5的刃部5A的振动量。
在步骤#3中，作为起点的第一标记3(第四标记14)被相位检测部31检测(图15参照)。在步骤#4中，刃部5A1被设定为初始测量刃(N＝1)。接下来，在经过延迟时间W之后开始进行拍摄，进而开始检测刃部5A1的位置(从旋转工具11的旋转轴Z至刃部5A的外表面的距离)的最大值(步骤#5、步骤#6，参照图16)。图16示出开始拍摄刃部5A1时的工具5(旋转工具11)的旋转相位。
继续根据测量周期M的拍摄，并随时更新刃部5A1的位置的最大值(步骤#7、步骤#8)。图17示出刃部5A1的拍摄范围(拍摄区域)完成一半时的工具5的旋转相位。在步骤#9中，确认第N片(例如第一片)的刃(刃部5A1)的拍摄范围(拍摄区域)的拍摄是否完成，若拍摄范围的拍摄未完成，则回到步骤#7，继续刃部5A1的拍摄，若刃部5A1的拍摄范围的拍摄完成，则记录刃部5A1的位置的最大值(步骤#10)。刃部5A1的位置的最大值被存储至拍摄部21的控制部28或设置于控制器22的未图示的运算部等。在步骤#10中，存储刃部5A的刃数(N个)的最大值。图18示出开始拍摄刃部5A2时的工具5的旋转相位。图19示出刃部5A2的拍摄区域的拍摄完成一半时的工具5的旋转相位。图20示出刃部5A2的拍摄区域的拍摄全部完成时的工具5的旋转相位。
在步骤#11中，确认达到目标刃数N。若未达到目标刃数N，则重置刃部5A1的位置的最大值，并执行下一刃(在本实施方式中为刃部5A2)的测量(步骤#12、步骤#6)。在步骤#11中，若确认达到目标刃数N，则在步骤#13中计算旋转工具11的多个刃部5A的振动量。
图21示出了旋转工具11的旋转波形(正弦波形)和旋转工具11的刃部5A的位置的测量周期M(拍摄元件24的拍摄间隔时间)之间的关系。相位检测部31的光电传感器检测到第一标记3并经过延迟时间W时，起动来自触发电路29的外部触发以开闭包括拍摄元件24的照相机的快门(未图示)。由此，通过拍摄元件24进行旋转工具11的工具5的最初的拍摄。然后，每经过测量周期M重复由拍摄元件24进行的拍摄。
(振动调整工序)
基于振动测量工序的测量结果调整旋转工具11的多个刃部5A的振动量。具体地说，在工具夹具10中，调整组装至一部分的螺纹孔18的螺纹构件的41的紧固量。具体地说，使螺纹构件41朝向螺纹孔18的底面拧入。由此，与螺纹构件41的顶端面抵接的球体40按压螺纹孔18的底部(第二孔部18b的内表面)。螺纹孔18以越朝向工具夹具10的基端侧越接近工具夹具10的轴心的方式倾斜地设置。因此，通过螺纹构件41被拧入，夹头部17的顶端受到作用于工具夹具10的基端部的螺纹构件41的反作用力。
由此，在夹头部17中，从螺纹构件41被拧入的螺纹孔18的部位朝向顶端的部分能够径向外侧变形。通过选择组装至多个螺纹孔18的螺纹构件41并适当地变更螺纹构件41的紧固量，能够在旋转工具11中进行调整，以使多个刃部5A的振动量变小。
在此，优选地，螺纹构件41和球体40的接触面积在螺纹构件41的轴心方向上较小。通过使螺纹构件41和球体40的轴心方向上的接触面积变小，使两者的接触阻力变小。即，紧固螺纹构件41而由螺纹构件41按压球体40时的按压效率得到提高。由此，能够提高球体40向螺纹孔18的底部的按压力，因此，能够容易地使夹头部17的变形量增加。为了使螺纹构件41和球体40之间的接触面积变小，例如，也可以在螺纹构件41的顶端侧轴心部分设置比螺纹构件41的主体部的直径小的小径的凸部。
(第二实施方式)
在本实施方式中，振动测量工序中的延迟拍摄方法与第一实施方式不同。其他的结构与第一实施方式相同。
在本实施方式中，利用延迟拍摄进行的旋转工具11的振动测量是基于图22所示的流程图而进行的。具体地说，以如下的顺序进行。相对于多个刃部5A，基于决定的起点对刃部5A依次赋予识别编号(例如，5A1、5A2、…n)，并且使工具5(旋转工具11)连续地旋转，使测量周期M(拍摄间隔时间)比旋转周期(基准周期M1)长，来进行刃部5A的位置的测量。
在步骤#21中，计算基准周期M1和在相位检测部31检测到作为起点的第一标记3后每经过基准周期M1相加的相位等待时间α。与第一实施方式所示的示例相同，在测量对象的旋转工具11以5000转/分旋转且刃部5A为两片的情况下，基准周期M1为旋转工具11的两个旋转周期(24毫秒)。相位等待时间α能够由如下的数式9来计算。
[数式9]
相位等待时间α＝(旋转工具的一个旋转周期)/(旋转工具的一个旋转周期的拍摄次数)
例如，在以每一度的旋转角度拍摄旋转工具的情况下，在上述的数式9中，代入一个旋转周期12毫秒和拍摄次数360次。由此，相位等待时间α为0.033毫秒。
通过步骤#22～步骤#30，测量工具5的多个刃部5A的位置(从旋转工具11的旋转轴Z至刃部5A的外表面的距离)。在步骤#22中，若相位检测部31检测到作为起点的第一标记3，则开始由拍摄元件24进行的拍摄，并开始刃部5A1的位置的最大值的检测。
在步骤#24中，在经过基准周期M1之后，若相位检测部31检测到作为起点第一标记3，则累计相位等待时间α(步骤#25)。例如，若为第二次的拍摄，则相位等待时间为α，若为第三次的拍摄，则相位等待时间为2α(参照图23)。在步骤#26中，随时更新刃部5A1的位置的最大值。具体地说，在测量的刃部5A1的位置(位置n)的值比之前刚测量的位置(位置n-1)的值大的情况下，更新最大值。在刃部5A1的位置的测量中，若位置(位置n)的值比之前刚测量的位置(位置n-1)的值小(步骤#27：是)，则将当前的最大值识别为峰值的刃尖位置来进行记录(步骤#28)。在步骤#28中，存储刃部5A的刃数(N个)的最大值。在步骤#28中，在不是位置n＜(位置n-1)的情况下(步骤#27：否)，返回至步骤#24继续拍摄。
在步骤#29中，确认达到目标刃数N，若未达到，则执行下一刃部5A(在本实施例中为刃部5A2)的测量(步骤#30、步骤#23)。在步骤#29中，若确认达到目标刃数N(或者，相位等待时间α的累计值为旋转工具11的旋转一周的值时)，则在步骤#31中计算旋转工具11的多个刃部5A的振动量。
图23示出了旋转工具11的旋转波形(正弦波形)和旋转工具11的刃部5A的位置的测量周期M(拍摄元件24的拍摄间隔时间)之间的关系。在图23中，示出了作为起点的第一标记3的位置为拍摄开始相位的例子。即，从相位检测部31检测到第一标记3至初次拍摄开始为止的延迟时间W为零(没有相位等待)。
如图23所示，在由拍摄元件24进行工具5的初次拍摄中，若相位检测部31的光电传感器检测到第一标记3，则来自触发电路29的外部触发立即起动，从而使包括拍摄元件24的照相机的快门(未图示)开闭。第二次拍摄在基准周期M1(两个旋转周期)上加上相位等待时间α之后进行。然后，每次相位检测部31的光电传感器以基准周期M1(两个旋转周期)的间隔检测到第一标记3，就累计相位等待时间。这样，使测量周期M(拍摄间隔时间)长于旋转周期(基准周期M1)来进行工具5的位置的测量。或者，也能够仅检测比旋转周期(基准周期M1)长的规定的测量周期M来进行测量，而不用每次检测到第一标记3都相加相位等待时间α。
(另一实施方式)
(1)平衡以及振动调整系统100也可以构成为，例如，利用场平衡器作为平衡测量装置来测量旋转工具11的质量平衡。
(2)在上述的实施方式中，示出了平衡以及振动调整系统100先进行平衡测量工序以及平衡调整工序，然后进行振动测量工序以及振动调整工序的例子，但也可以构成为，先进行振动测量工序以及振动调整工序，然后进行平衡测量工序以及平衡调整工序。
(3)在上述的实施方式中，示出了在工具夹具10中向螺纹孔18(插入孔)插入球体40和螺纹构件41(插入构件)来进行组装的例子，但也可以构成为，利用由圆柱状、棱柱状等其他的形状形成的按压用构件按压螺纹孔18的底部，以代替球体40。为了使该按压构件和螺纹构件41的接触面积变小，可以使螺纹构件41的顶端侧轴心部分的直径小于螺纹构件41的主体部的直径，也可以将螺纹构件41与按压用构件抵接的两个端面中的至少一个端面由曲面状的凸部构成。另外，也可以是向螺纹孔18(插入孔)仅插入螺纹构件41(插入构件)来进行组装的结构。在这种情况下，螺纹构件41的顶端侧需要形成为能够与螺纹孔18的底部(第二孔部18b的内表面)抵接的形状。
(4)工具夹具10只要是安装于机床1的旋转主轴2且安装有工具5的工具夹具10，则能够以任意的形式实施，
工业上可利用性
本发明能够广泛地应用于旋转工具的质量平衡以及振动量的调整。
附图标记的说明：
1：机床
2：旋转主轴
3：第一标记
4：第二标记
5：工具
5A：刃部
10：工具夹具
11：旋转工具
13：第三标记
14：第四标记
19：凸缘部(中间部)
19a：端面
18：螺纹孔(插入孔)
20：拍摄装置(平衡测量装置、振动测量装置)
21：拍摄部
22：控制器(运算部)
23：投光部
24：拍摄元件
28：控制基板(控制部)
29：触发电路
31：相位检测部
40：球体
41：螺纹构件(插入构件)
100：平衡以及振动调整系统
S：基准线
V1、V2、V3：向量
Z：旋转轴

Claims (8)

1.一种旋转工具的平衡以及振动调整系统，其中，
包括：
旋转工具，构成为在安装于旋转主轴的工具夹具上安装有工具；
投光部，朝向所述旋转工具发射照射光；
拍摄元件，拍摄所述旋转工具；
平衡测量装置，在所述旋转工具在安装于所述旋转主轴的状态下旋转时，对于在所述工具夹具的规定位置附加规定质量的情况和不附加规定质量的情况，分别基于由所述拍摄元件接收所述照射光而拍摄的所述旋转工具的拍摄图像获取所述旋转工具的外周位置数据，根据是否附加所述规定质量的外周位置数据的比较，测量所述旋转工具的质量平衡；以及
振动测量装置，在所述旋转工具在安装于所述旋转主轴的状态下旋转时，获取所述旋转工具的形状数据，根据该形状数据测量所述旋转工具的振动量，
所述旋转工具构成为，在安装于所述旋转主轴的状态下，能够基于所述平衡测量装置的测量结果进行所述质量平衡的调整，并且在安装于所述旋转主轴的状态下，能够基于所述振动测量装置的测量结果进行所述振动量的调整。
2.如权利要求1所述的旋转工具的平衡以及振动调整系统，其中，
所述振动测量装置包括控制部，所述控制部每隔规定时间执行由所述拍摄元件进行的拍摄，
所述控制部能够将所述规定时间设定为小于所述旋转工具的旋转周期的一半的时间或/和比旋转周期长的时间。
3.一种工具夹具，其中，
包括：
柄部，在旋转轴方向上设置于所述工具夹具的一端侧且安装于旋转主轴；
夹头部，在所述旋转轴方向上设置于所述工具夹具的另一端侧且能够安装工具；
中间部，设置于所述柄部和所述夹头部之间；
多个插入孔，在所述中间部中围绕旋转轴心形成；以及
插入构件，容纳在所述插入孔中，能够紧固于所述插入孔，
所述柄部、所述夹头部以及所述中间部全部形成为一个构件，
具有不同质量的多个所述插入构件能够分别组装于多个所述插入孔，并且通过一边使所述插入构件的顶端侧向所述插入孔的底部按压一边变更所述插入构件相对于所述插入孔的紧固量，能够使所述夹头部的顶端侧在与所述旋转轴正交的方向上变形。
4.一种旋转工具的平衡以及振动测量装置，所述旋转工具构成为在安装于旋转主轴的工具夹具上安装有工具，其中，
所述旋转工具的平衡以及振动测量装置包括：
投光部，朝向所述旋转工具发射照射光；
拍摄元件，拍摄所述旋转工具；以及
运算部，基于由所述拍摄元件接收所述照射光而拍摄的所述旋转工具的拍摄图像，测量所述旋转工具的质量平衡以及振动量，
在所述旋转工具在安装于所述旋转主轴的状态下旋转时，对于在所述工具夹具的规定位置附加规定质量的情况和不附加规定质量的情况，所述运算部分别基于所述拍摄图像获取所述旋转工具的外周位置数据，根据是否附加所述规定质量的外周位置数据的比较，测量所述旋转工具的质量平衡，
在所述旋转工具在安装于所述旋转主轴的状态下旋转时，所述运算部基于所述拍摄图像获取所述旋转工具的形状数据，根据该形状数据测量所述旋转工具的振动量。
5.一种旋转工具的平衡以及振动调整方法，所述旋转工具构成为在安装于旋转主轴的工具夹具上安装有工具，其中，
所述旋转工具的平衡以及振动调整方法包括：
平衡测量工序，在所述旋转工具在安装于所述旋转主轴的状态下旋转时，对于在所述工具夹具的规定位置附加规定质量的情况和不附加规定质量的情况，分别基于朝向所述旋转工具照射照射光并由拍摄元件接收该照射光而拍摄的所述旋转工具的拍摄图像获取所述旋转工具的外周位置数据，根据是否附加所述规定质量的外周位置数据的比较，测量所述旋转工具的质量平衡；
平衡调整工序，在所述旋转工具安装于所述旋转主轴的状态下，基于所述平衡测量工序的测量结果，增减所述工具夹具的质量，从而调整所述旋转工具的质量平衡；
振动测量工序，在所述旋转工具在安装于所述旋转主轴的状态下旋转时，获取所述旋转工具的形状数据，根据该形状数据测量所述旋转工具的振动量；以及
振动调整工序，在所述旋转工具安装于所述旋转主轴的状态下，基于所述振动测量工序的测量结果，使所述工具夹具的顶端侧在与所述旋转工具的旋转轴正交的方向上变形，从而调整所述旋转工具的振动量。
6.一种工具夹具，其中，
包括：
柄部，在旋转轴方向上设置于所述工具夹具的一端侧且安装于旋转主轴；
夹头部，在所述旋转轴方向上设置于所述工具夹具的另一端侧且能够安装工具；
中间部，设置于所述柄部和所述夹头部之间；
多个插入孔，在所述中间部中围绕旋转轴心形成；以及
插入构件，容纳在所述插入孔中，能够紧固于所述插入孔，
所述柄部、所述夹头部以及所述中间部全部形成为一个构件，
所述插入孔具有供所述插入构件插入而进行组装的圆柱状的第一孔部、以及与所述第一孔部的里侧连续地形成的锥形状的第二孔部，
通过一边使所述插入构件的顶端侧按压所述插入孔的所述第二孔部的内表面一边变更所述插入构件相对于所述插入孔的紧固量，能够使所述夹头部的顶端侧在与所述旋转轴正交的方向上变形。
7.一种工具夹具，其中，
包括：
柄部，在旋转轴方向上设置于所述工具夹具的一端侧且安装于旋转主轴；
夹头部，在所述旋转轴方向上设置于所述工具夹具的另一端侧且能够安装工具；
中间部，设置于所述柄部和所述夹头部之间；
多个插入孔，在所述中间部中围绕旋转轴心形成；以及
插入构件，容纳在所述插入孔中，能够紧固于所述插入孔，
所述柄部、所述夹头部以及所述中间部全部形成为一个构件，
所述插入孔为具有底面的盲孔，具有不同质量的多个所述插入构件能够分别组装于多个所述插入孔，并且通过一边使所述插入构件的顶端侧向所述插入孔的底部按压一边变更所述插入构件相对于所述插入孔的紧固量，能够使所述夹头部的顶端侧在与所述旋转轴正交的方向上变形。
8.一种工具夹具，其中，
包括：
柄部，在旋转轴方向上设置于所述工具夹具的一端侧且安装于旋转主轴；
夹头部，在所述旋转轴方向上设置于所述工具夹具的另一端侧且能够安装工具；
中间部，设置于所述柄部和所述夹头部之间；
多个插入孔，在所述中间部中围绕旋转轴心形成；以及
插入构件，容纳在所述插入孔中，能够紧固于所述插入孔，
所述柄部、所述夹头部以及所述中间部全部形成为一个构件，
具有不同质量的多个所述插入构件能够分别组装于多个所述插入孔，并且通过一边使所述插入构件的顶端侧向所述插入孔的底部按压一边变更所述插入构件相对于所述插入孔的紧固量，利用所述插入构件从所述插入孔的底部沿该插入构件的插入方向受到的反作用力，能够使所述夹头部的顶端侧在与所述旋转轴正交的方向上变形。
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