JP2000271837A - 工作機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成により、短時間で自動的に高精度
の切削加工が可能な工作機械を提供する。 【解決手段】 工具４の外周部には加工物１の加工面１
ａに空気１５を噴射するノズル部１４が形成されてい
る。このノズル部１４にはノズル部１４に空気を供給す
るためのロータリージョイント１３が取付けられてい
る。ロータリージョイント１３にはノズル部１４の噴射
する空気１５の圧力を電圧に変換してノズル部１４と加
工面１ａとのクリアランスを測定する空電変換ユニット
１２が接続されている。パレット３上の主軸部６側に
は、空電変換ユニット１２の測定感度を調整するため
に、工具４が挿入可能な校正リング２が設置されてい
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、切削加工を行う工
作機械に係わり、特に、加工寸法の測定技術に改良を施
した工作機械に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、高精度の切削加工を行う場
合、ＮＣ制御の工作機械が用いられている。工作機械の
加工方式は多岐にわたるが、例えば、穴加工を実施する
工作機械ではボーリング工具による加工方式が知られて
いる。この加工方式では、図５に示すように工具の回転
中心と加工する穴１６の中心とが一致している。そのた
め、加工箇所を確認し易く、作業を確実に行うことがで
きる。

【０００３】しかし、上記の加工方式にて穴１６の内径
を拡大させる場合、その拡大代を測定してから、誤差分
だけ工具をＸ方向に移動させて加工を行う必要がある。
このときの工具の移動を自動化することは難しく、マニ
ュアルで行わざるを得なかった。したがって、ボーリン
グ工具による加工方式では自動サイクルの実施が困難と
なっていた。

【０００４】そこで、穴加工において自動サイクルを実
施するには、エンドミル等を用いた工作機械によるコン
タリング加工が採用されている。この加工方式では、図
６に示すように工具１７が自転すると共に公転するよう
になっており、穴１６の同心円の円周と工具１７の中心
軌跡とが一致している。そのため、工具１７の中心軌跡
すなわち工具１７の公転半径を拡大するように主軸部を
動かせば、穴１６の内径を拡大することができる。した
がって、前述したボーリング工具による加工方式のよう
に手作業で工具を移動させる必要がない。この結果、全
ての作業を自動化でき、自動サイクルを実現することが
できる。

【０００５】ところで、コンタリング加工を行う工作機
械では、工具１７により穴１６を削る作業と、穴１６の
内径寸法を測定する作業を交互に行うことによって、高
い加工精度を確保している。穴１６の内径寸法の測定作
業は次のようにして行っている。

【０００６】まず、工具１７を穴１６から退避させ、工
具１７を工作機械の主軸部から外し、測定治具であるタ
ッチプローブ（図示せず）を主軸部に装着する。そし
て、このタッチプローブを穴１６に挿入し、測定プログ
ラムにより穴１６の内径を測定する。測定結果に基づい
て加工径を修正すると、工作機械は工具１７の公転半径
を変更して再度コンタリング加工を行う。このような加
工作業と測定作業とを繰り返すことにより、所望の内径
寸法を高い精度で得ることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
コンタリング加工を行う工作機械には次のような課題が
あった。すなわち、加工作業と測定作業とを切替える際
に、工具と測定治具とを交換しなくてはならないため、
作業時間が長くかかった。また、大径の穴を加工する場
合、測定治具の径も大きくなるため、測定治具の収納ス
ペースである工具マガジンが大きくなり、工作機械の大
形化を招くといった問題が生じた。

【０００８】さらに、測定治具としてタッチプローブを
使用した場合、穴の内面にタッチプローブが接触するの
で仕上げ面に傷が付くおそれがあった。また、従来のタ
ッチプローブは精密測定機としての制約を受けており、
マシニングセンタ等の衝撃の大きい使用環境には必ずし
も適しているとはいえなかった。タッチプローブは高価
であり、これが損傷すればコスト面で不利となった。し
かも、タッチプローブを使う場合、工作機械の主軸部側
に電磁誘導ユニットや無線ユニットといった非接触方式
のデータ伝送手段を設置しなくてはならないが、非接触
方式のデータ伝送手段はノイズに弱い面があり、実用上
好ましくなかった。

【０００９】本発明は、上記の課題を解決するために提
案されたものであり、その目的は、簡単な構成により、
短い作業時間で高精度の加工が可能な工作機械を提供す
ることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明は、工具を移動自在に設置した工
作機械であって、加工物の加工面に空気を噴射するノズ
ル部を工具に形成し、このノズル部に空気を供給する空
気供給手段を取付け、さらに、ノズル部の噴射する空気
圧によりノズル部と加工面とのクリアランスを測定する
測定手段を前記空気供給手段に接続したことを特徴とし
ている。

【００１１】以上の構成を有する請求項１の発明では、
空気供給手段がノズル部に空気を供給し、ノズル部が加
工物の加工面に空気を噴射する。ノズル部が加工面に近
ければ、噴射された空気の圧力は大きくなり、反対にノ
ズル部が加工面から離れていれば、空気圧は小さくな
る。このようなノズル部が噴射する空気圧の変化に基づ
いて、測定手段がノズル部と加工面とのクリアランスを
測定することができる。

【００１２】上記の請求項１の発明によれば、特別な測
定治具を用いることなく、測定手段を工具自体に組込む
ことにより、加工面の測定作業を実現している。しか
も、ノズル部が噴射する空気によって加工作業時に生じ
た切り屑を加工面から吹き飛ばすので、測定不良を防止
できる。また、工具を加工面に近接させたままで測定作
業を実施可能であるため、工具と測定治具との交換が不
要である。したがって、測定作業を頻繁に行っても工具
の交換に時間が取られることがなく、優れた加工精度が
得られると同時に、作業時間の短縮化を図ることができ
る。

【００１３】さらに、測定治具が必要ないので、コスト
を削減することができ、且つ治具収納用の工具マガジン
を小さくして工作機械をコンパクトにすることが可能で
ある。また、ノズル部が噴射する空気によって加工面を
測定するため、タッチプローブのように加工面に接触す
るということがなく、仕上げ面が傷付く心配がない。

【００１４】ところで、空気圧を測定する測定手段の使
用環境は、精密測定機であるタッチプローブの使用環境
と比べて制約が緩い。そのため、衝撃の大きいマシニン
グセンタ等にも好適である。また、タッチプローブでは
非接触方式のデータ伝送手段を装備したのでノイズに弱
かったが、空気圧による測定では配管系の圧力損失を回
避するだけで十分実用に耐えることができる。さらに
は、工具本体が破損すると、ノズル部からの空気圧が極
端に低下する。そこで、自動運転中の工具の破損検知に
も適用することができる。

【００１５】請求項２の発明の特徴は、請求項１記載の
工作機械において、測定手段が測定したノズル部と加工
面とのクリアランスに基づいて工具の移動を制御する制
御手段を備えた点にある。

【００１６】この請求項２の発明では、測定手段が測定
したノズル部と加工面とのクリアランスに基づいて制御
手段が工具の移動を制御するので、測定結果を即座に加
工作業に反映させることができ、高い精度の加工作業を
効率良く行うことができる。

【００１７】請求項３の発明は、請求項１または２記載
の工作機械において、回転して穴加工を行うように工具
を構成し、この工具の外周部にノズル部を形成したこと
を特徴とする。

【００１８】以上の請求項３の発明では、コンタリング
加工を実施する場合に、上記請求項１または２の持つ作
用効果を発揮することができる。

【００１９】請求項４の発明は、請求項１、２または３
記載の工作機械において、工具が挿入可能な校正リング
を設け、工具のノズル部から校正リングの内周面に噴射
された空気の圧力に基づいて測定手段の測定感度を設定
したことを特徴としている。

【００２０】上記の請求項４の発明では、校正リングを
用いることにより測定手段の感度調整を簡単に行うこと
ができる。これにより、測定手段は常に優れた測定精度
を維持でき、加工精度の向上に貢献することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】［構成］以下、本発明の実施の形
態の一例について図面を参照して具体的に説明する。こ
の実施の形態は請求項１〜４を包含するものであり、コ
ンタリング加工を行う工作機械である。

【００２２】図１に示すように、工作機械の本体９の上
部には主軸部６が設けられている。主軸部６に対向して
パレット３が配置されており、この上に加工物１が載置
されている。主軸部６の前端面（図１中の左側端面）に
は工具ホルダ５が取付けられている。工具ホルダ５には
加工物１と対向して回転式の工具４が把持されている。
工具４はコンタリング加工を行う際、自転すると同時に
公転するように構成されている。工具４の外周部には加
工物１の加工面１ａに空気１５を噴射するノズル部１４
が形成されている。ノズル部１４の拡大断面図を図２に
示す。すなわち、工具４の内部には測定用の空気１５が
流動する貫通穴４ａが設けられており、この貫通穴４ａ
の端部にノズル部１４が形成されている。

【００２３】主軸部６の後端面（図中１の右側端面）に
はノズル部１４に空気１５を供給するためのロータリー
ジョイント１３が取付けられており、ここに空電変換ユ
ニット１２が接続されている。空電変換ユニット１２は
空気１５の空気圧の変化を電圧の変化に変換して加工面
１ａとノズル部１４とのクリアランスを測定する測定手
段である。この空電変換ユニット１２の測定感度につい
ては後段で説明する。また、図３に示すように、主軸部
６内部にはベアリング１０によりドローバ１１が設置さ
れている。ドローバ１１は主軸部６に工具ホルダ５を把
持すると共に、ロータリージョイント１３から供給され
る空気１５を工具ホルダ５まで流すようになっている。

【００２４】さらに、図１に示すように、パレット３上
の主軸部６側には工具４が挿入可能な校正リング２が設
置されている。校正リング２はキャリブレーションリン
グからなり、空電変換ユニット１２が測定感度を調整す
るときに使用するものである。すなわち、空電変換ユニ
ット１２の測定感度は、工具４のノズル部１４から校正
リング２の内周面に空気を噴射させたときの空気１５の
圧力が所定値となるよう設定される。なお、主軸部６に
隣接して工具４を収納するための工具マガジン７が設置
されている。また、工作機械本体９には主軸部６に様々
な指令を出すＮＣ制御装置８が接続されている。

【００２５】［作業］続いて、本実施の形態による作業
について説明する。 加工作業 工作機械本体９は工具ホルダ５に工具４を把持した状態
でＮＣ制御装置８の指令を受ける。これにより、工具４
が自転しつつ加工物１の加工面１ａの内径を公転して穴
加工を行う。

【００２６】切り屑除去作業 続いて、ノズル部１４が空気１５を噴射しながら、工具
４が加工面１ａの内径を一周し、加工作業時に生じた切
り屑を加工面１ａから吹き飛ばす。

【００２７】感度調整作業 次に、ＮＣ制御装置８の指令により工具４は加工面１ａ
から退避し、パレット３上方に移動して校正リング２に
入る。そして、工具４は校正リング２内で位置決めを行
い、ノズル部１４と校正リング２の内周面とのクリアラ
ンスを一定に保持する。この状態でノズル部１４が空気
１５を校正リング２の内周面に噴射し、このときの空気
１５の圧力を空電変換ユニット１２が測定する。そし
て、空気１５の圧力が所定値となるように空電変換ユニ
ット１２の測定感度を調整する。

【００２８】測定作業 その後、ＮＣ制御装置８の指令により工具４は校正リン
グ２から退避し、再度、加工面１ａまで移動して、ノズ
ル部１４が測定ポイントに近付いた時点で主軸部６が回
転（オリエンテーリング）する。そして、ノズル部１４
は空気１５を噴射し、噴射を続けながら主軸部６の移動
により小径側から徐々に測定ポイントに移動する。

【００２９】ノズル部１４と測定ポイントとのクリアラ
ンスが狭くなるにつれて、空気１５の空気圧は上昇し、
空電変換ユニット１２の測定値が上がる。この測定値が
所定の値に達したとき、ＮＣ制御装置８は主軸部６の移
動を停止させる指令を出し、そのときの主軸部６の位置
を読取る。ＮＣ制御装置８はこの位置データと前記クリ
アランスとを加算して測定ポイントの座標を獲得する。
図４に示すように、このような測定作業を加工面１ａに
おける対向する位置で複数回行うことにより、ＮＣ制御
装置８は加工面１ａの内径寸法を正確に得ることができ
る。

【００３０】修正加工作業 さらに、得られた加工面１ａの内径寸法に基づいて、Ｎ
Ｃ制御装置８は目標とする内径寸法との補正量を算出
し、工具４の中心座標をシフトして、上述の加工作業を
再度行う。そして、目標の内径寸法が得られるまで、
〜の作業を自動サイクルで繰り返す。

【００３１】［作用効果］上記のような実施の形態の作
用効果は次の通りである。すなわち、本実施の形態によ
れば、ノズル部１４を工具４に埋設し、ノズル部１４に
空電変換ユニット１２を接続することにより、空気マイ
クロメータの原理を応用して、タッチプローブ等の特別
な測定治具を用いることなく、加工面１ａの内径寸法を
正確に測定することができる。このとき、ノズル部１４
が噴射する測定用の空気１５によって加工作業時に生じ
た切り屑を加工面から吹き飛ばすことができるため、測
定不良が発生するおそれがない。なお、測定感度に関し
ては、タッチプローブが加工面１ａの表面粗さに依存す
るのに対して、空電変換ユニット１２による測定では加
工面１ａの平均値を求めることができ、表面粗さに依存
しない。

【００３２】また、校正リング２を用いることによって
空電変換ユニット１２の感度調整を簡単に行うことがで
きる。そのため、空電変換ユニット１２は常に優れた測
定精度を維持することができ、加工精度の向上に貢献す
ることができる。さらに、ノズル部１４から噴射する空
気１５によって加工面１ａを測定するので、加工面１ａ
に対して非接触であり、仕上げ面の損傷を防止すること
ができる。

【００３３】しかも、工具４を加工面１ａに近接させた
状態で測定作業を実施可能なので加工作業と測定作業の
切替えをスムーズに行うことができ、工具４と測定治具
とを交換する手間がかからない。したがって、測定作業
と加工作業を繰り返し行っても、工具交換の時間がいら
ない分だけ、作業時間の短縮化を図ることが可能であ
る。そして、空電変換ユニット１２が測定したノズル部
１４と加工面１ａとのクリアランスに基づいてＮＣ制御
装置８が主軸部６の移動を制御し、測定作業から即座に
加工作業に移行できる。これにより、高精度の加工作業
を効率良くスピーディに実施することができる。

【００３４】さらに、高価なタッチプローブを使用しな
いことで、コストの削減に寄与することができ、且つ工
具マガジン７も小さく済み、工作機械全体をコンパクト
にまとめることができる。また、精密測定機であるタッ
チプローブが使用環境に厳しい制約が受けるのに対し
て、空気圧を測定する空電変換ユニット１２の使用環境
は比較的ラフでも良く、衝撃の大きいマシニングセンタ
等に好適である。しかも、タッチプローブでは電磁誘導
ユニットや無線ユニット等の非接触方式のデータ伝送手
段を装備しなくてはならなかったのでノイズに弱かった
が、空気１５の空気圧を測定する場合には配管系の圧力
損失さえ回避すれば、十分実用に耐えることができる。
また、工具４が破損した場合、ノズル部１４からの空気
圧が極端に低下するので、自動運転中の工具４の破損検
知にも適用することが可能である。

【００３５】［他の実施の形態］なお、本発明は以上の
実施の形態に限定されるものではなく、構成部材の設置
箇所等は適宜変更可能である。例えば、上記の実施の形
態では、測定用の空気供給部として工具に貫通穴を設け
ているが、工具に対して主軸部近傍に空気供給部設置し
ても良い。また、ノズル部の形成位置についても工具の
外周面に限らず、底刃の部分に形成することができ、こ
れにより穴加工ではなく、平面加工にも適用することが
可能となる。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の工作機械
によれば、空気を噴射するノズル部を工具に形成し、ノ
ズル部の噴射する空気圧によりノズル部と加工面とのク
リアランスを測定する測定手段を設けるといった簡単な
構成により、短い作業時間で高精度の加工を実施するこ
とができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の代表的な実施の形態の構成図。

【図２】本実施の形態のノズル部の拡大断面図。

【図３】本実施の形態の主軸部の断面図。

【図４】本実施の形態による測定作業の説明図。

【符号の説明】

１…加工物 ２…校正リング ３…パレット ４，１７…工具 ５…工具ホルダ ６…主軸部 ７…工具マガジン ８…ＮＣ制御装置 ９…工作機械本体 １０…ベアリング １１…ドローバ １２…空電変換ユニット １３…ロータリージョイント １４…ノズル部 １５…空気 １６…穴

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加工物に切削加工を施す工具が移動自在
   に設置された工作機械であって、 前記工具には前記加工物の加工面に空気を噴射するノズ
   ル部が形成され、 このノズル部には該ノズル部に空気を供給する空気供給
   手段が取付けられ、 前記空気供給手段には前記ノズル部の噴射する空気圧に
   より前記ノズル部と前記加工面とのクリアランスを測定
   する測定手段が接続されたことを特徴とする工作機械。
2. 【請求項２】 前記クリアランスに基づいて前記工具の
   移動を制御する制御手段が設けられたことを特徴とする
   請求項１記載の工作機械。
3. 【請求項３】 前記工具が回転して穴加工を行うように
   構成され、 前記ノズル部が前記工具の外周部に形成されたことを特
   徴とする請求項１または２記載の工作機械。
4. 【請求項４】 前記工具が挿入可能な校正リングが設け
   られ、 前記測定手段の測定感度が、前記ノズル部から前記校正
   リングの内周面に噴射された空気の圧力に基づいて設定
   されたことを特徴とする請求項１、２または３記載の工
   作機械。