JP2013163240A - 孔明け加工機 - Google Patents

Abstract

【課題】被加工孔における深さ加工精度の向上を図ることができる孔明け加工機を提供する。
【解決手段】主軸１６に装着された工具Ｔにより座ぐり孔ＷｈをワークＷに加工する孔明け加工機において、ワークＷの表面を押圧して、当該ワークＷの振動を抑制するプレッシャフット１７と、所定の基準距離Ｌｏに位置決めされた主軸１６の端面１６ａとワークＷを押圧した状態のプレッシャフット１７との間における主軸１６の軸方向の距離Ｌを測定する変位センサ１８とを備え、主軸１６の軸方向位置を、距離Ｌと基準距離Ｌｏとの差となる補正距離ΔＬを用いて補正して、当該主軸を基準距離Ｌｏに位置決めした後、この主軸１６を、座ぐり孔Ｗｈのさら座ぐり部Ｗｈｂの深さに応じて、その軸方向に移動させて、工具Ｔによる孔明け加工を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、主軸の軸方向における加工精度の向上を図ることができる孔明け加工機に関する。

被加工物の表面に孔を明ける場合には、被加工物の取付状態や、被加工孔の使い勝手等によっては、その被加工孔に対して、高精度な深さ寸法が要求されることがある。そこで、従来から、被加工孔における深さ加工精度の向上を図ることを目的とした孔明け加工機が、種々提供されており、このような孔明け加工機は、例えば、特許文献１に開示されている。

特開平１０−２４４４４０号公報

上記従来の孔明け加工機においては、工具を装着可能な主軸と、この主軸を回転可能に支持するハウジングとを備えており、これら主軸とハウジングとの間における主軸の軸方向の隙間を測定可能としている。そして、機械の熱変形等に起因した主軸の軸方向変位量を、その測定した隙間量とし、この隙間量に基づいて、主軸の軸方向位置を補正した後、当該主軸に装着された工具によって、被加工孔を加工するようにしている。

しかしながら、被加工孔の深さ寸法は、被加工物の表面を基準としたものであるため、従来の孔明け加工機のように、主軸とハウジングとの間の隙間量に基づいて、主軸の軸方向位置を補正したのでは、被加工孔の深さ加工精度が低下するおそれがある。

従って、本発明は上記課題を解決するものであって、被加工孔における深さ加工精度の向上を図ることができる孔明け加工機を提供することを目的とする。

上記課題を解決する第１の発明に係る孔明け加工機は、
主軸に装着された工具により被加工孔を被加工物に加工する孔明け加工機において、
被加工物の表面を押圧して、当該被加工物の振動を抑制する押圧部材と、
前記主軸を、被加工物を押圧した状態の前記押圧部材との間における前記主軸の軸方向の距離が所定の基準距離となるように位置決めする位置決め手段と、
前記位置決め手段により位置決めされた前記主軸と被加工物を押圧した状態の前記押圧部材との間における前記主軸の軸方向の距離を測定する測定手段と、
前記測定手段により測定された測定距離と前記基準距離との差を補正距離として求め、前記位置決め手段により位置決めされた前記主軸の軸方向位置を前記補正距離を用いて補正して、当該主軸を、被加工物を押圧した状態の前記押圧部材との間における前記主軸の軸方向の距離が前記基準距離となるように位置決めする位置補正手段と、
前記位置補正手段により位置決めされた前記主軸を、被加工孔の深さに応じて、その軸方向に移動させて、前記工具による孔明け加工を行う主軸移動手段とを備える
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第２の発明に係る孔明け加工機は、
前記位置補正手段により求められた前記補正距離が、所定の基準補正距離以上であるか否かを判定し、前記補正距離が前記基準補正距離以上である場合には、前記位置補正手段による前記主軸の軸方向位置の補正を中止させる一方、前記補正距離が前記基準補正距離以上でない場合には、前記位置補正手段による前記主軸の軸方向位置の補正を許可する補正距離判定手段を備える
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第３の発明に係る孔明け加工機は、
前記位置補正手段により今回の孔明け加工時に求められた前記補正距離と、前記位置補正手段により前回の孔明け加工時に求められた前記補正距離との補正距離差が、所定の基準補正距離差以上であるか否かを判定し、前記補正距離差が前記基準補正距離差以上である場合には、前記位置補正手段による前記主軸の軸方向位置の補正を中止させる一方、前記補正距離差が前記基準補正距離差以上でない場合には、前記位置補正手段による前記主軸の軸方向位置の補正を許可する補正距離差判定手段を備える
ことを特徴とする。

上記課題を解決する第４の発明に係る孔明け加工機は、
前記主軸を回転させた状態で前記測定手段により測定された複数の前記測定距離における最大値と最小値との測定距離差が、所定の基準測定距離差以上であるか否かを判定し、前記測定距離差が前記基準測定距離差以上である場合には、前記測定手段による測定を再度行わせる一方、前記測定距離差が前記基準測定距離差以上でない場合には、前記位置補正手段による前記補正距離の演算を許可する異物付着判定手段を備える
ことを特徴とする。

従って、本発明に係る孔明け加工機によれば、被加工物を押圧可能な押圧部材を設け、孔明け加工前に位置決めされた主軸と、被加工物を押圧した状態の押圧部材との間の距離を、測定手段により測定することにより、被加工物を押圧する押圧部材を被加工物と見なすことができるので、測定手段により測定した測定距離を、主軸と被加工物との間を直接的に測定したものと見なすことができる。これにより、その測定手段により測定された測定距離に基づいて、主軸の軸方向位置を補正した後、この位置補正された主軸を、被加工孔の深さに応じて移動させることにより、被加工孔における深さ加工精度の向上を図ることができる。

本発明の一実施例に係る孔明け加工機の側面図である。 本発明の一実施例に係る孔明け加工機における加工の様子を示した要部側面図である。

以下、本発明に係る孔明け加工機について、図面を用いて詳細に説明する。

図１及び図２に示すように、ワーク（被加工物）Ｗに対して孔明け加工を行う孔明け加工機１には、ベッド１１が移動可能に支持されている。そして、ベッド１１の上面には、ガイドレール１２がＺ軸方向（後述する主軸１６の軸方向）に延設されており、このガイドレール１２には、可動台１３がＺ軸方向に移動可能に支持されている。

更に、可動台１３の上面には、ガイドレール１４がＺ軸方向に延設されており、このガイドレール１４には、主軸ハウジング１５がＺ軸方向に移動可能に支持されている。そして、主軸ハウジング１５内には、主軸１６が、その軸心周り（Ｚ軸周り）に回転可能に支持されており、この主軸１６の先端には、座ぐり孔加工用の工具Ｔが着脱可能に装着されている。

また、可動台１３の上面におけるＺ軸方向前端、即ち、ガイドレール１４のＺ軸方向前方には、中空状のプレッシャフット（押圧部材）１７が設けられている。プレッシャフット１７には、円筒状の円筒押圧部１７ａが、Ｚ軸方向に開口するように形成されており、この円筒押圧部１７ａは、孔明け加工時において、ワークＷの表面を押圧することにより、当該ワークＷのずれ、浮き上がり、びびり振動を防止するものとなっている。そして、プレッシャフット１７の内部には、貫通孔１７ｂが、主軸１６（工具Ｔ）と同軸上に配置されるように形成されており、この貫通孔１７ｂ内には、主軸１６に装着された工具Ｔが挿通可能となっている。

更に、プレッシャフット１７の後端面には、レーザ式の変位センサ（測定手段）１８が、主軸１６の先端面１６ａと対向するように埋設されている。即ち、変位センサ１８は、出力したレーザ光を主軸１６の先端面１６ａに照射することにより、当該変位センサ１８から先端面１６ａまでの距離（測定距離）Ｌを測定可能となっている。

つまり、可動台１３をＺ軸方向に移動させることにより、ワークＷの表面に対するプレッシャフット１７における円筒押圧部１７ａの押圧及び離脱を行うことができる。更に、その円筒押圧部１７ａの先端をワークＷの表面に押圧させた状態で、主軸ハウジング１５をＺ軸方向に移動させると共に、主軸１６を回転させることにより、その主軸１６に装着された工具Ｔを、円筒押圧部１７ａの貫通孔１７ｂに挿通させながら、当該工具ＴによるワークＷに対する孔明け加工を行うことができる。

なお、上述した、座ぐり孔加工用の工具Ｔは、先端側に形成される軸状の軸部Ｔａと、基端側に形成されるテーパ状のテーパ部Ｔｂとを有している。そして、このような工具Ｔを用いて孔明け加工を行うことにより、ワークＷに座ぐり孔（被加工孔）Ｗｈが加工されることになり、この座ぐり孔Ｗｈは、軸部Ｔａにより加工された孔部（被加工孔）Ｗｈａと、テーパ部Ｔｂにより加工されたさら座ぐり部（被加工孔）Ｗｈｂとを備えることになる。

ここで、上述した孔明け加工機１には、当該孔明け加工機１を統合的に制御するＮＣ装置（位置決め手段、位置補正手段、主軸移動手段、補正距離判定手段、補正距離差判定手段、異物付着判定手段）１９が設けられている。このＮＣ装置１９には、例えば、ベッド１１、可動台１３、主軸ハウジング１５、主軸１６、変位センサ１８等が接続されている。

即ち、ＮＣ装置１９においては、ベッド１１、可動台１３、主軸ハウジング１５の移動、主軸１６の回転、及び、変位センサ１８の測定を、それぞれ独立して行わせることができる。これにより、ワークＷに加工する座ぐり孔Ｗｈの形状及び深さ加工精度や、変位センサ１８の測定結果に基づいて、主軸１６の軸方向の移動及び位置決めや、位置決めした主軸１６の位置補正及びその位置補正量を制御すると共に、主軸１６の先端面１６ａへの異物付着の有無を判定して、ワークＷへの孔明け加工を可能としている。

従って、孔明け加工機１を用いてワークＷに座ぐり孔Ｗｈを加工する場合には、先ず、ベッド１１を移動させ、プレッシャフット１７の円筒押圧部１７ａを、ワークＷの表面における孔位置に対向させる。

次いで、可動台１３をＺ軸方向に前進させ、プレッシャフット１７の円筒押圧部１７ａを、所定の押圧力でワークＷの表面に押し付ける。

そして、主軸１６を回転させると共に、主軸ハウジング１５をＺ軸方向に前進させ、その主軸１６に装着した工具Ｔを、プレッシャフット１７の貫通孔１７ｂに挿通させた後、ワークＷの表面に接触させることにより、ワークＷへの孔明け加工が開始される。

次いで、主軸ハウジング１５を、更にＺ軸方向に前進させた後、主軸１６の先端面１６ａと変位センサ１８との間の距離が、予め設定された所定の基準距離Ｌｏに到達すると、当該主軸ハウジング１５を一端停止させ、主軸１６の軸方向の位置決めを行う。

なお、本実施形態における基準距離Ｌｏは、工具Ｔの軸部ＴａがワークＷに孔部Ｗｈａを加工した状態で、且つ、工具Ｔのテーパ部Ｔｂが孔部Ｗｈａに到達する直前の主軸１６の端面１６ａと、変位センサ１８との間の距離としている。即ち、基準距離Ｌｏは、工具Ｔのテーパ部Ｔｂによるさら座ぐり部Ｗｈｂの加工開始直前における、主軸１６の先端面１６ａと変位センサ１８との間の距離となっている。

そして、変位センサ１８を作動させて、当該変位センサ１８から主軸１６の先端面１６ａまでの距離（測定距離）Ｌを測定する。このとき、主軸１６は回転したままの状態となっており、この主軸１６の先端面１６ａまでの距離Ｌを測定することにより、被測定面となる先端面１６ａに切屑等の異物が付着しているか否かが判定される。

具体的には、主軸１６を回転させながら、変位センサ１８のレーザ光をその先端面１６ａに照射すると、複数の距離Ｌが連続的に測定される。このとき、測定された複数の距離Ｌのうち、最大値と最小値との測定距離差が、閾値となる所定の基準測定距離差以上であるか否かが判定される。そして、測定距離差が基準測定距離差以上である場合には、被測定面となる先端面１６ａに異物が付着しているとして、変位センサ１８による測定を再度行う。一方、測定距離差が基準測定距離差以上でない場合（基準測定距離差未満である場合）には、被測定面となる先端面１６ａに異物が付着していないとして、後述する、補正距離ΔＬの演算を実施（許可）する。

次いで、上述した、先端面１６ａに異物が付着していないと判定されたときの距離Ｌ（複数の距離Ｌの平均値）と、基準距離Ｌｏとに基づいて、主軸１６（主軸ハウジング１５）の軸方向位置を補正する。

具体的には、測定された距離Ｌと予め設定された基準距離Ｌｏとの差となる補正距離ΔＬを求めた後、この補正距離ΔＬを主軸１６の軸方向位置補正量として、主軸１６をその軸方向に補正距離ΔＬの分だけ移動させる。これにより、位置補正された主軸１６の先端面１６ａと変位センサ１８との間の距離は、基準距離Ｌｏとなる。

ここで、上述したように、補正距離ΔＬが求められたときには、下記に示すような判定も行われるようになっている。

１つ目の判定処理として、補正距離ΔＬが、閾値となる所定の基準補正距離以上であるか否かが判定される。そして、補正距離ΔＬが基準補正距離以上である場合には、変位センサ１８に不具合が発生したとして、主軸１６の軸方向位置の補正を中止する。一方、補正距離ΔＬが基準補正距離以上でない場合（基準補正距離未満である場合）には、変位センサ１８が正常に作動しているとして、主軸１６の軸方向位置の補正を実施（許可）する。

２つ目の判定処理として、今回の孔明け加工時に求められた補正距離ΔＬと、前回の孔明け加工時に求められた補正距離ΔＬとの差となる補正距離差を求め、この補正距離差が、閾値となる所定の基準補正距離差以上であるか否かが判定される。そして、補正距離差が基準補正距離差以上である場合には、深さ加工精度が均一にならないとして、主軸１６の軸方向位置の補正を中止する。一方、補正距離差が基準補正距離差以上でない場合（基準補正距離差未満である場合）には、深さ加工精度が均一となるとして、主軸１６の軸方向位置の補正を実施（許可）する。

そして、上述したように、位置補正された主軸ハウジング１５を、Ｚ軸方向に、さら座ぐり部Ｗｈｂの深さの分だけ移動させる。これにより、工具Ｔのテーパ部Ｔｂによって、その軸部Ｔａにより加工されたワークＷの孔部Ｗｈａに対して、更に、さら座ぐり部Ｗｈｂが加工されることになり、当該ワークＷに座ぐり孔Ｗｈが形成される。

従って、本発明に係る孔明け加工機１によれば、ワークＷを押圧可能なプレッシャフット１７に、変位センサ１８を設け、この変位センサ１８によって、ワークＷを押圧した状態のプレッシャフット１７から、孔明け加工前に位置決めされた主軸１６の端面１６ａまでの距離を、測定することにより、ワークＷを押圧するプレッシャフット１７を当該ワークＷと見なすことができるので、変位センサ１８により測定した距離Ｌを、主軸１６とワークＷとの間を直接的に測定したものと見なすことができる。これにより、変位センサ１８により測定された距離Ｌと、予め設定された基準距離Ｌｏとの差となる補正距離ΔＬに基づいて、主軸１６の軸方向位置を補正した後、この位置補正された主軸１６を、座ぐり孔Ｗｈにおけるさら座ぐり部Ｗｈｂの深さに応じて移動させることにより、さら座ぐり部Ｗｈｂにおける深さ加工精度の向上を図ることができる。

また、補正距離ΔＬが所定の基準補正距離以上であるか否かを判定することにより、変位センサ１８の故障や取付不良等の不具合を検出することができる。

更に、今回の孔明け加工時に求められた補正距離ΔＬと、前回の孔明け加工時に求められた補正距離ΔＬとの差となる補正距離差が、所定の基準補正距離差以上であるか否かを判定することにより、複数の座ぐり孔ＷｈをワークＷに加工する場合であっても、加工する全ての座ぐり孔Ｗｈのさら座ぐり部Ｗｈｂにおいて、深さ加工精度の均一化を図ることができる。

また更に、測定された複数の距離Ｌにおいて、その最大値と最小値との測定距離差が、所定の基準測定距離差以上であるか否かを判定することにより、被測定面となる先端面１６ａへの異物付着の有無を検出することができる。これにより、変位センサ１８の誤測定を防止することができる。

本発明は、被加工物の曲面に対して、被加工孔を高精度な深さ精度で加工することができる孔明け装置に適用可能である。

１ 孔明け加工機
１１ ベッド
１２ ガイドレール
１３ 可動台
１４ ガイドレール
１５ 主軸ハウジング
１６ 主軸
１６ａ 先端面
１７ プレッシャフット
１７ａ 円筒押圧部
１７ｂ 貫通孔
１８ 変位センサ
１９ ＮＣ装置
Ｔ 工具
Ｔａ 軸部
Ｔｂ テーパ部
Ｗ ワーク
Ｗｈ 座ぐり孔
Ｗｈａ 孔部
Ｗｈｂ さら座ぐり部

Claims (4)

1. 主軸に装着された工具により被加工孔を被加工物に加工する孔明け加工機において、
   被加工物の表面を押圧して、当該被加工物の振動を抑制する押圧部材と、
   前記主軸を、被加工物を押圧した状態の前記押圧部材との間における前記主軸の軸方向の距離が所定の基準距離となるように位置決めする位置決め手段と、
   前記位置決め手段により位置決めされた前記主軸と被加工物を押圧した状態の前記押圧部材との間における前記主軸の軸方向の距離を測定する測定手段と、
   前記測定手段により測定された測定距離と前記基準距離との差を補正距離として求め、前記位置決め手段により位置決めされた前記主軸の軸方向位置を前記補正距離を用いて補正して、当該主軸を、被加工物を押圧した状態の前記押圧部材との間における前記主軸の軸方向の距離が前記基準距離となるように位置決めする位置補正手段と、
   前記位置補正手段により位置決めされた前記主軸を、被加工孔の深さに応じて、その軸方向に移動させて、前記工具による孔明け加工を行う主軸移動手段とを備える
   ことを特徴とする孔明け加工機。
2. 請求項１に記載の孔明け加工機において、
   前記位置補正手段により求められた前記補正距離が、所定の基準補正距離以上であるか否かを判定し、前記補正距離が前記基準補正距離以上である場合には、前記位置補正手段による前記主軸の軸方向位置の補正を中止させる一方、前記補正距離が前記基準補正距離以上でない場合には、前記位置補正手段による前記主軸の軸方向位置の補正を許可する補正距離判定手段を備える
   ことを特徴とする孔明け加工機。
3. 請求項１または２に記載の孔明け加工機において、
   前記位置補正手段により今回の孔明け加工時に求められた前記補正距離と、前記位置補正手段により前回の孔明け加工時に求められた前記補正距離との補正距離差が、所定の基準補正距離差以上であるか否かを判定し、前記補正距離差が前記基準補正距離差以上である場合には、前記位置補正手段による前記主軸の軸方向位置の補正を中止させる一方、前記補正距離差が前記基準補正距離差以上でない場合には、前記位置補正手段による前記主軸の軸方向位置の補正を許可する補正距離差判定手段を備える
   ことを特徴とする孔明け加工機。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の孔明け加工機において、
   前記主軸を回転させた状態で前記測定手段により測定された複数の前記測定距離における最大値と最小値との測定距離差が、所定の基準測定距離差以上であるか否かを判定し、前記測定距離差が前記基準測定距離差以上である場合には、前記測定手段による測定を再度行わせる一方、前記測定距離差が前記基準測定距離差以上でない場合には、前記位置補正手段による前記補正距離の演算を許可する異物付着判定手段を備える
   ことを特徴とする孔明け加工機。

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