JP2008539089A - 切歯を有する被加工材用の加工・計測装置 - Google Patents

Abstract

切歯（Ｓ）を有する被加工材，例えばプレート状又は円筒状の被加工材を加工し，かつ計測するための加工・計測装置は，ベース部（12）に対してそれぞれ可動とした加工・計測手段（14）及び被加工材位置決め手段（16）を具える。加工・計測手段（14）は，旋回軸線（E1）周りで旋回し得るようベース部（12）に対して可動とした旋回ヘッド（26）を有する。旋回ヘッド（26）上に加工工具（28）及び計測プローブ（30）が設けられており，加工工具（28）は旋回ヘッド（26）の一側から突出し，計測プローブは旋回軸線（E1）に関して旋回ヘッド（26）の反対側から突出する。

Description

本発明は，切歯を有する被加工材，例えばプレート状又は円筒状の被加工材を加工し，かつ計測するための装置に関し，特に，ベース部と，ベース部に対して移動可能な加工・計測手段と，ベース部に対して移動可能な被加工材位置決め手段とを具え，加工・計測手段が旋回ヘッドを有し，該旋回ヘッドは旋回軸線を中心として旋回し得るようベース部に対して移動可能であり，該旋回ヘッド上に加工工具及び計測プローブが設けられている加工・計測装置に関するものである。

上述した構成を有する装置は従来既知である。例えば，国際公開第 92/19410号パンフレット（特許文献１）に開示されている加工・計測装置は，請求項１の前段に対応するものであり，計測プローブ及びワイヤ電極の両者を旋回軸線方向に突出するように旋回ヘッド上に配置した構成とされている。この加工・計測装置は，特定の使用条件下で計測プローブ及びワイヤ電極が移動途上で相互干渉することがあり，所期の計測又は加工を達成可能とするためには，各加工軸線周りでの，又は各加工軸線に沿う複雑な運動が必要となる点で便利とは言い難い。
国際公開第 92/19410号パンフレット

欧州特許出願公開第 1273392号明細書（特許文献２）に開示されている加工・計測装置においては，加工工具としての研削ディスクと計測プローブが装置に取り付けられている。加工工具及び計測プローブは，互いに90°の角度をなすように配置されている。この加工・計測装置においても，特定の使用条件下で計測プローブ及びワイヤ電極が相互に干渉する難点が指摘されており，装置の使用範囲を制約する結果となっている。
欧州特許出願公開第 1273392号明細書

上述した従来技術に照らし，本発明が解決しようとする課題は，冒頭に記載した形式の加工・計測装置において，計測プローブ及びワイヤ電極が相互に及ぼす望ましくない影響を大幅に緩和することである。

この課題は，本発明に従い，請求項１に記載した特徴を有する加工・計測装置により解決されるものであり，この加工・計測装置は，冒頭に列記した特徴に加えて，加工工具を旋回ヘッドの一側から突出させ，計測プローブを旋回軸線に関して旋回ヘッドの反対側から突出させた独自の構成を有している。

本発明によれば，加工工具及び計測プローブをそれぞれ旋回ヘッドの反対側から突出させた構成に基づき，前述した従来技術と対比して加工・計測装置の使用範囲を拡大することが可能である。すなわち，計測プローブ及び加工工具の移動途上における相互干渉がなくなるからである。特定の用途に際して，被加工材について加工を行うか計測を行うかに応じて旋回ヘッドを対応する旋回位置まで移動させ，計測プローブ又は加工工具を被加工材に接触させることが可能である。本発明に係る配置は異なる形態を有する被加工材，例えば右勝手切削用又は左勝手切削用の切歯を有する被加工材について，計測を容易と実行可能とするものである。加工工具及び計測プローブを被加工材に対して旋回軸線周りで旋回させることにより，ほぼ任意の所望角度位置まで移動させることができ，これにより本発明装置の使用範囲は大幅に拡大される。

本発明の好適な実施形態においては，加工・計測手段を旋回ヘッドに対し，駆動軸線を中心として回転駆動可能に取り付ける。この場合，駆動軸線を旋回軸線に対して直交させることが可能である。その結果，旋回軸線周りで旋回ヘッドを旋回させるための，又は加工工具を駆動軸線周りで駆動するための，個別的な駆動手段をコンパクトな構成とすることが可能となる。

加工工具は浸蝕電極で構成することが可能である。また，加工工具を研削ディスクで構成することも可能である。

本発明の一実施形態では，計測プローブをアングル形状とし，その先端部を旋回ヘッドから突出させる。これに関連して，特に，計測プローブを旋回軸線に対して平行に配置することができる。その場合，計測プローブが旋回ヘッドから自由空間に向けて下向きに突出するので，旋回ヘッドの最短移動による被加工材への容易なアクセスが保障され，かつ許容されるものである。しかし，他の形式の計測プローブ，例えばリニア計測プローブを配置し，これらの計測プローブを旋回ヘッドから所要に応じて水平方向，直角方向又は斜め方向に向けて延在させることもできる。また，他の任意形式の計測手段，例えば光学式（レーザ式）計測プローブを旋回軸線に対して平行に，又は任意の所望方向に向けて配置することも可能である。このように，本発明に係る加工・計測装置は，側主な加工又は計測条件に対して特に有利に適合するものである。

以下，本発明を図示の好適な実施形態について更に詳述する。

図１は，本発明に係る加工・計測装置10の概要を示すものである。加工・計測装置10は，床上に堅固に据え付けたベース部12を具える。ベース部12上には，加工手段14及び計測手段16が設けられている。加工手段14は加工ブリッジ18を具え，同加工ブリッジ18は工具軸線を通過する空間軸線Y1に沿ってガイドされながら一定の制御下でベース部12に対して移動可能とされている。そのために，対応するリニアガイド及び駆動手段をベース部12上に設けて，空間軸線Y1に沿う加工アーム20の正確な直線運動を許容する。加工ブリッジ18には加工アーム20を取り付ける。加工アーム20は，加工ブリッジ18上で，空間軸線Y1に対して直交する空間軸線X1に沿って，一定の制御下で移動可能とされている。そのためにリニアガイド22, 24を設けて，空間軸線X1に沿う加工アーム20の正確な直線運動を許容する。

図１を参照すれば，加工アーム20は加工ブリッジ18から左側に向けてカンチレバー状に突出している。加工アーム20の遊端には，旋回ヘッド26として構成された加工ユニットを取り付ける。旋回ヘッド26は，前述した２本の空間軸線X1, Y1により限定される仮想面に対して直交する旋回軸線E1を中心として旋回可能とする。旋回ヘッド26は，旋回軸線E1を中心とする360°の範囲内で，任意の角度位置まで旋回可能とする。旋回ヘッド26には，浸蝕ディスク28及び計測プローブ30を取り付ける。計測プローブ30は，浸蝕ディスク28から離間した側に位置する旋回ヘッド26の端部から，下向きに突出させる。このように計測プローブ30を配置したことにより，旋回ヘッド26の下方に配置した計測対象の被加工材に対して，最短経路で容易にアクセスすることが可能である。浸蝕ディスク28は，旋回ヘッド26内に組み込まれた回転駆動手段により，駆動軸線L1を中心として回転駆動可能とする。旋回軸線E1に関して，浸蝕ディスク28は旋回ヘッド26の一側に位置し，計測プローブ30は旋回ヘッド26の反対側に位置する。

図１に更に示すように，ベース部12の垂直な側面には，被加工材位置決め手段を配置する。被加工材位置決め手段は，第３の空間軸線Z1に沿って一定の制御下で移動可能なベアリングキャリッジ32で構成する。そのために，リニアガイド34, 36をベース部12に取り付けて，対応する駆動手段によるベアリングキャリッジ32の空間軸線Z1に沿う正確な直線運動を許容する。

ベアリングキャリッジ32の上端には，第１ベアリングストラット40及び第２ベアリングストラット42を有するベアリングフォーク38を設ける。ベアリングストラット40, 42の相互間にスペースを設け，そのスペース内に被加工材保持手段44を配置する。被加工材保持手段44は，傾動軸線B1を中心として±約30°の範囲内で傾動可能とする。傾動軸線B1は，第３の空間軸線Z1に対して直交させる。自動的な傾動を行わせるため，制御可能なリニアアクチュエータ46を設け，その一端をベアリングキャリッジ32上のピボットベアリング48内に，他端を被加工材保持手段44上のピボットベアリング50内にそれぞれ取り付けることにより，リニアアクチュエータ46を枢動可能とする。付言すれば，被加工材保持手段44は，可動ベアリング52及び固定ベアリング54によってベアリングフォーク38内に配置されるものである。

被加工材保持手段44上に，回転駆動可能な被加工材保持スピンドル56を設ける。この目的のために設けられる回転駆動手段58により，加工対象としてのディスク状被加工材，例えば浸蝕加工で研ぎ出しを行うべき丸鋸板70（図２参照）の，被加工材回動軸線A1周りでの回動を可能とする。被加工材回動軸線A1は，傾動軸線B1に対してほぼ直交する方向に延在させる。

図１に更に示すように，旋回ヘッド26上の浸蝕ディスク28に対して固定された空間関係をもたせて流体冷却手段62を配置する。すなわち，流体冷却手段62により，旋回ヘッド26の各位置において，ほぼ定常的に流れる冷却流体ジェットを，重力の影響を伴わずに浸蝕ディスク28に向けて常時流すものである。空間軸線X1, Y1に沿う直線運動と，旋回軸線E1周りでの旋回運動とによる旋回ヘッド26の可動性により，浸蝕ディスク28に対する冷却流体の一貫した，かつ重力の影響を伴わない流れを可能とし，これにより浸蝕ディスク28の近傍において，ほぼ層流状態での冷却流体の流れを実現することが可能である。

本発明に係る加工・計測装置10は，各種の加工及び計測を実行可能とするものであり，その適用例について図１に加えて図２〜６を参照しつつ説明する。

図２及び３は，それぞれ円筒状の被加工材，例えばエンドミル70（図２）又は70’（図３）を計測する適用例を示すものである。エンドミル70及び70’の相違点は，エンドミル70が右勝手の切削用であり，図２に示す右勝手の切歯Ｓを有することである。これに対して，図３に示すエンドミル70’は，図２に示す切歯Ｓとは逆向きの切歯Ｓ’を有するものである。

図２及び３から明らかなとおり，本発明に従って計測プローブ30及び加工工具28を旋回ヘッド26の両側に配置したことにより，計測プローブ30を，被加工材70及び70’の計測にそれぞれ最適の位置まで旋回させることが可能である。その結果，計測プローブ30の異なる配向状態で被加工材70又は70’の計測作業を直ちに実行することが可能である。

図２は，被加工材70，例えば右勝手のエンドミルを計測プローブ30により１２時位置（垂直方向の最高領域）で計測する適用例を示す。これに対して，図３は，左勝手のエンドミル70’として形成された被加工材を，旋回ヘッド26から下向きに突出する計測プローブ30により計測する適用例を示し，この場合に旋回ヘッド26は旋回軸線E1周りで180°の角度に亙って旋回させている。

図４は，丸鋸板72を，旋回ヘッド26に取り付けられた鉢状の回転浸蝕ディスク74によって加工する適用例を示す。その加工は，丸鋸板72の半径方向外側の角度領域76において行われ，この角度領域76は時計文字盤における対応する位置に準じて「３時位置」と称されている。浸蝕ディスク74は，丸鋸板72に対してその前面部における半径方向外側の角度領域78において接触し，その角度領域78は時計文字盤における対応する位置に準じて「６時位置」と称されている。

本発明に係る加工・計測装置の独自の構成によれば，その時点で角度領域76に位置する丸鋸板72の切歯を，旋回ヘッド26を空間軸線X1, Y1に沿って移動させたり，旋回軸線E1回りで旋回させることにより，その前面及び側面の全てについて加工可能とするものである。この場合，丸鋸板72は図４に示す位置に維持される。同様に，その角度領域78のみにおいて，丸鋸板72の角度領域76内に位置する加工対象の切歯と接触させるものであり，これにより高品質の加工結果を実現することが可能である。このような効果は，一方では加工手段14の各加工軸線を，他方では被加工材位置決め手段16を，本発明に従って分配したことに基づくものである。さらに，本発明に従って計測プローブ30を，浸蝕ディスク74から離間した側に位置する旋回ヘッド26の端部に配置したことにより，この種の加工の間に計測プローブ30が他の機械部品と不所望の相互干渉を生じるのを回避することも可能である。

なお，図４に示す適用例において，傾動軸線B1周りでの傾動は行われない。

図５は，図４の加工とは異なる加工を行う場合の適用例を示すものである。図５の適用例は，いわゆる平フライス80を皿状の浸蝕ディスク82により加工するものである。平フライス80の特別の特徴はその傾斜した前面にあり，したがって図５に示す位置において加工を行うためには被加工材保持手段44を傾動軸線B1周りで傾動させる必要がある。この傾動を，図５では矢印ｂで示す。しかし，図４における丸鋸板72の場合と同様に，平フライス80はその３時位置で加工され，浸蝕ディスク82はその外周面において平フライス80と３時位置で接触する。

図６は，図５の平フライス80を，その１２時位置で加工する適用例を示す。浸蝕ディスク82は，その６時位置における前側面で平フライス80と接触する。この適用例の場合，被加工材保持手段44を傾動軸線B1周りで矢印ｂで示すように傾動させることにより，平フライス80も傾動している。

図２〜６に示した適用例は，本発明に係る加工・計測装置により，特殊な形態を有し，又は特殊な用途に供される被加工材についても，各種の加工及び計測を行えることを例示するものである。本発明に係る加工軸線及び回動軸線又は旋回軸線の配置，並びに本発明に係る旋回ヘッド上における浸蝕ディスク及び計測プローブの配置によれば，加工対象としての被加工材につき，その３時位置から１２時位置を経て９時位置に至るまでの角度範囲に亙り，その両側面及び外周面に対してアクセスすることが可能となり，ひいては，浸蝕ディスクを用いて浸蝕加工を行う場合に，被加工材につき，その３時位置から１２時位置を経て９時位置に至るまでの角度範囲に亙り，その両面及び外周面に対して浸蝕ディスクを接触させることが可能となる利点が達成されるものである。さらに留意すべき点は，被加工材を傾動軸線B1周りで傾動可能としたことにより，図５及び６に示すように更なる加工の可能性が拡張されたことである。

換言すれば，本発明は，旋回ヘッド及び被加工材を相互に可動として，被加工材に対し，加工工具による加工又は計測プローブによる計測のために，１２時位置として定義される頂点から出発してその両側における３時位置及び９時位置の間の角度範囲内で，被加工材の外周領域と接触可能とするものである。その結果，本発明は，極めて柔軟性に富んだ範囲内で適用可能であり，異なる形態を有する被加工材に対して各種の加工及び計測を実行可能とするものである。

本発明の他の重要な特質は，流体冷却手段62が浸蝕ディスク28, 74又は82に対して，常に固定された空間関係をもって配置されていることである。その結果，入射角及び入射位置に関してほぼ一定の冷却流体を浸蝕ディスク74に向けて定常的に流すことができ，高品質の浸蝕結果を得るために例外なく回避すべき，浸蝕点における気泡の発生を，確実に防止できることにある。本発明によれば，さしたるコスト増を要せずに浸蝕点において常に一定の冷却流体流を確保することが可能である。これとの関連で，従来技術において既知のとおり，旋回ヘッドを傾動させると被加工材に対する冷却流体の入射角及び入射位置が重力の影響下で変化するため，冷却流体の層流状態での流れを定常的に確保するのがより困難であった。

最後に，図７は，図１の加工・計測装置10に対して，被加工材及び工具のローディング手段100を付設した変形例を示す。この場合，更なる空間軸線及び旋回軸線が追加され，これらは全て該当する参照符号に「２」を付加している。しかし，本発明に係る加工・計測装置10の作動モードに関する前述した説明は，変更を要するものではない。

本発明に係る加工・計測装置の斜視図である。 本発明装置の一適用例を示す斜視図である。 本発明装置の他の適用例を示す斜視図である。 本発明装置の他の適用例を示す斜視図である。 本発明装置の他の適用例を示す斜視図である。 本発明装置の他の適用例を示す斜視図である。 本発明装置の変形例を示す斜視図である。

符号の説明

10 加工・計測装置
12 ベース部
14 加工・計測手段
16 位置決め手段
26 旋回ヘッド
28 加工工具
30 計測プローブ
E1 旋回軸線
L1 駆動軸線

Claims (6)

1. 切歯（Ｓ）を有する被加工材，例えばプレート状又は円筒状の被加工材を加工し，かつ計測するための装置（10）であって，
   ベース部（12）と，
   ベース部（12）に対して移動可能な加工・計測手段（14）と，
   ベース部（12）に対して移動可能な被加工材位置決め手段（16）とを具え，
   加工・計測手段（14）が旋回ヘッド（26）を有し，該旋回ヘッド（26）は旋回軸線（E1）を中心として旋回し得るようベース部（12）に対して移動可能であり，該旋回ヘッド（26）上に加工工具（28）及び計測プローブ（30）が設けられている加工・計測装置において，
   加工工具（28）を旋回ヘッド（26）の一側から突出させ，計測プローブ（30）を前記旋回軸線（E1）に関して旋回ヘッド（26）の反対側から突出させたことを特徴とする加工・計測装置。
2. 請求項１記載の装置（10）であって，加工・計測手段（14）を旋回ヘッド（26）に対し，駆動軸線（L1）を中心として回転駆動可能に取り付けたことを特徴とする加工・計測装置。
3. 請求項２記載の装置（10）であって，前記駆動軸線（L1）を前記旋回軸線（E1）に対して直交させたことを特徴とする加工・計測装置。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の装置（19）であって，前記加工工具を浸蝕電極（28）で構成したことを特徴とする加工・計測装置。
5. 請求項２又は３記載の装置であって，前記加工工具を研削ディスクで構成したことを特徴とする加工・計測装置。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載の装置であって，前記計測プローブ（10）をアングル形状とし，その先端部を旋回ヘッド（26）から突出させたことを特徴とする加工・計測装置。

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