JP2972207B2 - 回転切削ツールおよび該回転切削ツールを工作機械と組み合わせて有した装置 - Google Patents

回転切削ツールおよび該回転切削ツールを工作機械と組み合わせて有した装置

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は回転切削ツールに関する。 背景技術 例えばDE3408352公報において知られるように、切削
半径を調整可能にした回転切削ツールが提供されてい
る。しかしながら、ここにおける切削半径の調整は、そ
のツールに対して外付けされる制御装置によって制御さ
れるものである。従って、切削ツールが接続される工作
機械のスピンドルと切削ツールそれ自身との間の専用の
接続形式が必要であり、これにより、モーターに制御信
号を転送して切削ツールの上記調整を行わせることがで
きる。このような切削ツールは、それ故、既存の工作機
械のスピンドルに適合させることはできず、また、その
自動交換も困難である。また、スピンドルに対する専用
の接続形式を備えた工作機械は製造コストが高くなる。 発明の開示 本発明の一側面によれば、切削半径を調整可能とし、
該切削半径を調整するための位置決め信号を供給する制
御装置（20）を有した工作機械のスピンドル（10）に装
着される回転切削ツールであって、前記回転切削ツール
はスピンドル（10）に取付けるためのベース（36）であ
って、回転の軸（30A）を有したベース（36）と、ビッ
ト（32）を支持して前記ベース（36）に接続させる支持
材（34）であって、前記ベース（36）の軸（30A）に垂
直は方向（Ｕ）に移動可能な支持材（34）と、該支持材
（34）を前記方向（Ｕ）に移動させるためのモータ（3
8）と、を具えた回転切削ツールにおいて、該回転切削
ツールに設けられるツール制御手段（40,41,52）であっ
て、工作機械の制御装置（20）から前記位置決め信号を
受信するためのワイヤレス受信手段（52）と、該位置決
め信号を、前記モータ（38）が前記支持材（34）を移動
させるのに必要な動作量に変換し、該動作量に基づいて
当該モータ（38）を操作するための処理手段（40）とを
有したツール制御手段（40,41,52）を具えたことを特徴
とする回転切削ツールが提供される。 好ましくは、前記回転切削ツールは、前記支持材上に
センサー（例えばピエゾ素子）を備え、これにより、前
記ツール制御手段は、前記回転切削ツールが表面の位置
を測定できるものである。 図面の簡単な説明 本発明の様々な側面および変形例が添付の図面を参照
して記述される。ここで、 第１図は中ぐり盤および中ぐり盤に結合する中ぐり切
削ツールの一部を示す部分立断面図である。 第２図は機械に取付けられたプローブを示すのを除い
て第１図と同じ機械の部分図である。 第３図は中ぐり切削ツールの差換刃物の位置を拡大し
て示す線図である。 第4a図〜第4e図はコンピュータ処理の流れ図である。 第５図はシステムの線図である。 第６図は変形例を具体化した第１図の詳細を示す図で
ある。 第７図は第６図のVII−VII断面図である。 発明を実施するための最良の形態 第１図において、中ぐり切削ツール30はテーパ31によ
ってスピンドル10に結合され、スピンドル10は軸10Aに
関して回転するよう、およびワークピース12に関してX,
Y,Z全方向に移動するよう支持される。スピンドル10は
機械の一部分であり、この機械は、スピンドル10の動作
を制御すること、および後述の他の目的のための第１コ
ンピュータ20を有する。この機械はそれ自体公知のもの
であって、第５図のシステム線図そのものとして描かれ
ているものである。第５図のシステム線図はコンピュー
タ20,ワークピース12の表面を基準とすることのできる
基準面に相対したスピンドル10の移動のためのモータで
ある機械駆動部15,およびスピンドル10の位置を監視す
るための機械測定システム16を具える。 切削ツール30はチップ33を有する切削刃物32を具え
る。刃物32はピエゾ素子35を媒介として部材34に固定さ
れ、ピエゾ素子35はチップ33がゲージ11あるいはワーク
ピース12と係合したときに出力信号35Aを生成するよう
に取付けられる。以上のようにして、刃物32は自身に作
用する力を検出するための検出部材をも構成し、ピエゾ
素子35はこれら力の変換器を構成する。部材34は１対の
平行リンク37によってベースあるいはハウジング36に支
持される。これにより切削ツールの軸30Aを横断するＵ
方向の動きが可能となり、軸30Aはスピンドル10の軸10A
と一直線となる。部材34の動きはステッパモータ38によ
って生じ、モータ38のステータはハウジング36に固定さ
れ、かつモータ38は部材34を動かすためのクランクおよ
びコネクティングロッドの集合体39を有する。刃物32と
部材34との間に接続されるスライド34Uは、方向Ｕにお
ける部材34に相対した刃物32の手操作による調整を可能
にする。ハウジング36は第２コンピュータ40を内装し、
コンピュータ40は入出力装置41および電源42をハウジン
グ36の内部に有する。コンピュータ40,モータ38,スライ
ド34Uおよびセンサ35は、第５図に示すように差換刃物
位置めシステム18を構成する。 コンピュータ20,40はワイヤレスの双方向通信リンク5
0によって連結され、リンク50は、例えばハウジング36
の外部に設けられ、入出力装置41に接続する発光および
受光ダイオード51,52と、スピンドルハウジング13に設
けられ、コンピュータ20に接続する発光および受光ダイ
オード53,54とを具える。 コンピュータ20は信号によってコンピュータ40と通信
し、この信号は操作の指示またはデータ、あるいはチッ
プ33が選択した位置を規定するための指示のいずれかを
表わす。後者のような指示はいずれも上述の位置へチッ
プ33を移動させるためのモータ38が必要とするステップ
数にコンピュータ40により変換される。上述した位置の
代表的なもの、およびこれらに相当するモータ38のステ
ップ数は第３図において、0,200,500,700,900,1200,140
0で示される位置で表わされる。位置“200"は位置“0"
からモータの動きで200ステップ離れていることを表わ
し、他の位置についても同様である。便宜上、モータの
１ステップがチップ33の0.5ミクロン（ミクロン＝マイ
クロメータ）の移動を示すようにモータが調整される。
それゆえ、チップ33の移動の全範囲は1400×0.5＝700ミ
クロン＝0.7mmとなる。上述のことからわかるように、
モータのステップの各々は、チップ33が動く円の半径で
0.5ミクロンの変化あるいは直径で１ミクロンの変化を
表わす。モータ38あるいはチップ33の位置で定められる
測定値は、ミクロンのような単位で与えられる“絶対”
測定値とは区別された“比較”測定値として、以下で言
及される。 59で示される搬送機構は切削ツール30をスピンドル10
から離脱させ、プローブ60（第２図）と交替するよう
に、またその逆を行なうように用いられる。スピンドル
10は、プローブのスタイラス61がワークピース12の面12
Aと係合するよう動くことができ、かつプローブが受光
ダイオード54に光学的に伝達可能なパルス信号60Aを出
力するように用いられることに応動する。 与えられた直径のボアを機械加工するために機械を使
用するにあたって、コンピュータ20および40の各々が具
えるプログラムP2およびP4を含む処理手順を要求され
る。要求目標直径DTD2（第３図）のボアを機械加工する
場合に含まれる操作の概略は、以下の如くである。 A.手動でモータ38を作用させ、チップ33を比較基準直径
DTD4（第３図）、例えば範囲33A内にある位置700の位置
へ移動させる。 B.手動でスライド34Uを調整し、チップ33を手動要求目
標直径BRD4の位置へ、例えばゲージ11を用いて移動させ
る。この結果、手動で設定されたチップ33の直径は、プ
リセット誤差PSEのみを含んでゲージ11の直径に近似す
る。 C.手操作により、絶対要求目標直径DTD2の値をプログラ
ムP2へロードする。 D.チップ33を比較要求規制直径DCD4として定義される例
えば500の位置まで引込め、規制ボアを切削する。比較
要求規制直径DCD4は、位置700によって表わされる絶対
要求目標直径DTD2の許容差TOL4から十分に離れた位置に
あるように調整される。 E.チップ33によって規制ボア12Aの実際の直径を測定す
る。この測定結果である比較規制直径MCD4と比較要求規
制直径DCD4とを比較し、これによりDCDとMCD4との間の
モーターの位置の数に換算して第１切削誤差CTEを定め
る。この誤差は切削ツールの撓みや遠心力によるもので
ある。 F.プローブ60により絶対測定値として規制ボアの直径を
測定する。このプローブによって測定された絶対規制直
径MCD2と絶対要求目標直径DTD2とを比較し、これにより
絶対目標直径誤差TDE2を定める。規制ボア12Aの直径、
これはここまでは比較値でのみ検出されてきたが、ここ
で、絶対値として検出される。プローブ60を用いること
は、スピンドル10が横方向に移動し、最終的に規制ボア
の中心へ復帰する操作を含む場合がある。すなわち、こ
の操作はスピンドル位置の繰り換し誤差を生じさせる。
しかしながら、切削ツールはそれ自体公知の心合わせ処
理によってボア12Aの中心に心合わせされ得る。 G.絶対目標直径誤差TDE2をプログラムP2からプログラム
P4へ転送し、プログラムP4はこの転送された実際の値
を、対応する比較目標誤差に変換して、この変換された
値を比較要求規制直径DCD4へ加える。これにより比較要
求目標直径DTD4が定められる。この結果、この位置の値
は、後の切削操作によって生ずる直径を測定する場合の
比較のための要求目標直径の基準となる。 H.切削誤差CTEを比較要求規制直径DTD4に加え、比較重
み付き目標直径WTD4を定める。この結果、この重み付き
目標直径WTD4は、絶対目標直径誤差TDEばかりでなく、
切削誤差CTEを考慮に入れたものとなる。 I.チップ33を重み付き目標直径WTD4の位置にして切削加
工を行ない、拡大されたボア12Bを得る。 J.切削ツール30を用い、ボア12Bの比較直径DTD4を測定
する。 K.必要に応じ、比較要求目標直径が得られるまで切削加
工および比較測定操作を行なう。 以下、プログラムP2,P4を詳細に述べる（第３図およ
び第4a図〜第4e図）。 プログラムP2は以下の変形を有する。 DCD2＝絶対要求規制直径。 MCD2＝プローブ60およびプログラムP2によって測定さ
れ絶対規制直径。 DTD2＝絶対要求目標直径。 TDE2＝DTD2とMCD2との間の絶対目標直径誤差。 TOL2＝DTD2の許容差。 プログラムP4は以下の変数を有する。 DCD4＝位置500に相当する比較要求規制直径。 MCD4＝切削ツール30によって測定される比較測定規制
直径。 DTD4＝位置700に相当する比較要求目標直径。 WTD4＝コンピュータ40によって決定される比較重み付
き直径。 MMD4＝位置200に相当する比較最小測定直径。 TDE4＝コンピュータ40によって決定される比較目標直
径誤差。 プリセッティング 操作者は、コンピュータ40がモータ38を自動的に範囲
33Aの中間点、すなわち、おおよそモータ38が０から700
ステップ（第３図）歩進した位置へ進めたら、これに応
じてハウジング36上のスイッチボタン43を押下する。そ
の後、手動でスライド34Uを調整し、ツールチップ33をB
RD4の位置へ移動させる。この位置は絶対要求目標直径D
TD2に可能な限り近い方がよい。上述した操作のために
切削ツール30はジグ（不図示）に装着されてもよく、こ
のジグはスピンドルに類似し、ゲージ11（第１図）を含
む。スライド34Uは操作者によってチップ33がこのゲー
ジの内径面11Aに接触するまで移動させられる。BRD4の
値は誤差PSE（第３図）が存在することによってDTD2の
値とは異なる場合がある。 寸法規制（Calibration） ツール30は機械のツール格納部（不図示）に置かれ、
プログラムP2はツールをスピンドルに搬送する動作によ
って起動される（ステップ1020）。マニュアルでプリセ
ットしたDTD2,DCD2およびTOL2の値はプログラムP2に読
込まれ（ステップ1022）るとともに、ステップ1024にお
いてプログラムP4にロードされ、そこでモータ38の対応
した位置に変換される。従って、ここにおいてこれら値
は指示値DTD4,DCD4およびTOL4を持つことになる。マニ
ュアルでプリセットしたMMD4の値はプログラムP4に読込
まれる（ステップ1040）。プログラムP4のステップ1060
はコンピュータ40にモータ38を比較要求規制直径DCD4に
駆動させるように指示する。これは、本例ではモータの
ステップ位置500に等しい。 位置500が得られると、ステップ1070にてプログラムP
2に復帰する。そこで、コンピュータ20は、ツール30のD
CD4を位置を用い、ワークピース中の規制ボア12Aの工作
を行なわせる（ステップ1080）。当該位置は要求された
目標直径DTD4を定める700のモータステップ位置以下で
ある200のモータステップであり、このような構成によ
り許容差TOL4がいかに低くても、DCD4位置はこれより小
となり、要求目標直径DTD4を可変とすることができる。
規制ボアの完成はプログラムP2によってプログラムP4に
通知され（ステップ1082）、これに応じてプログラムP4
は位置200に等しい比較最小測定直径MMD4へツールを設
定をする（ステップ1090）。当該ステップはプログラム
P2に通知を行ない（ステップ1092）、これに応じてプロ
グラムP2はツール30を規制ボアに戻し、この旨をプログ
ラムP4に通知する（ステップ1095,1096）。 これに応じてプログラムP4は測定動作に進む。この測
定動作は、規制ボアの壁面に向けて１ステップずつモー
タ38を駆動することにより差換刃物32を伸ばす処理（ス
テップ1100）、モータステップの数Ｎを計数する処理
（ステップ1101）、およびチップ33がボアの壁面に係合
したときに発生させられるべき信号35Aを待機する処理
（ステップ1102）を含む。判定処理1103では信号35Aを
受信したか否かを判定し、「ノー」であればプログラム
がステップ1100に復帰する。「イエス」であればプログ
ラムはモータ38を停止させ（ステップ1104）、Ｎの現在
値はMCD4をセットする（ステップ1105）。すなわち、測
定規制直径MCD4は、信号35Aの入力の瞬間でモータが取
る位置に等しくなる。この測定は絶対的要求規制直径DC
D2から独立しており、実質的に切削誤差CTEが考慮され
る。すなわち、切削中に生ずる負荷の下での偏位の影響
および遠心力の影響が考慮される。最後に、プログラム
P4はツール30を最小測定直径MMD4に戻す（ステップ110
6）。 次に、プログラムP2はツール交換機を動作させてプロ
ーブ60をスピンドルに結合させ（ステップ1140）、機械
を動作させて絶対測定規制直径MCD2を決定するための操
作（これは、英国特許第2,108,751号あるいは米国特許
第4,542,267号（本願人の整理番号29）によってそれ自
体公知である。）を行なわせる（ステップ1150）。そこ
でプログラムP2は、絶対目標直径誤差TDE2を、絶対要求
目標直径DTD2と絶対測定規制直径MCD2との差として決定
する（ステップ1160）。そしてプログラムP2はツール30
をスピンドル10に戻し（ステップ1162）、TDE2の値をプ
ログラムP4に伝達する。そこでTDE2は値TDE4に変換され
る。値TDE4は、目標直径DTD4を得るべく、規制ボア12A
が広げられなければならない量を定める。ステップ1162
に応じ、プログラムP4は、和MCD4＋TDE4を形成すること
によって比較要求目標直径DTD4を再度確定する。プログ
ラムP2の制御の下に行なわれるプローブ60による規制ボ
ア12Aの測定により、プリセットの際に生じうるかいか
なる誤差PSEも除去される。 しかしながら、プローブ60を使用することを望まない
のであれば、ツール30自体を絶対的な意味において直径
を決定するためのプローブとして用いてもよい。この場
合、コンピュータ40が信号35Aをコンピュータ20に伝達
するものとすれば、機械は前記英国特許または米国特許
で開示されたような操作によって直径を決定することが
できる。 ツール位置に関して考慮される切削誤差CTEおよび目
標直径誤差TDE2の双方を確保するために、ステップ1180
は値DCD4とTDE4との和として重み付き目標直径WTD4を形
成する。ここで、値TDE4はDTD4−MCD4の差に換算された
ものである。そこで、値WTD4はモータ38に出力され（ス
テップ1190）、この動作の終了はプログラムP2に通知さ
れる（ステップ1192）。 第１目標ボアの作成 新たな切削動作が行なわれ（ステップ1195）、これに
よって新規ボア12Aが目標ボア12Bまたはそれに近く拡大
される。その後、ツール30は上述のステップ1100から11
04と同様のステップ1200から1204にて新たなボア寸法を
測定するのに用いられる。信号35Aを受信したとき、モ
ータ38は停止され（ステップ1204）、モータ38により作
成されるステップの数Ｎの値はMTD4として格納され、さ
らにモータ38はツールを引き込むように駆動される（ス
テップ1206）。その後、プログラムP4は、TDE4＝DTD4−
DMD4とする処理により、新たな目標直径誤差TDE4を演算
する（ステップ1220）。次に、プログラムP4は、ツール
30はボアから引き抜くような動作（ステップ1230）を行
なわせた後、TDE4がコンピュータ40に格納されている許
容差TOL4以内にあるか否かを決定する（ステップ124
0）。もし「イエス」であればプログラムは終了し、
「ノー」であればボアが寸法以上であるか否かの決定処
理を行なう（ステップ1250）。再び「イエス」であれば
適当な「スクラップ」信号を出力し（ステップ1260）、
終了する。「ノー」であればステップ1270に進んで、要
求目標直径DTD4と最新の測定目標直径MTD4との差に基づ
いて新たな値WTD4を演算する。そこでさらなる中ぐり動
作が必要であるので、プログラムはステップ1190に復帰
する。 第６図，第７図の変形例においては、検知部材をスラ
イド34Uの差換刃物32とは反対側に設けた突起132として
構成してある。突起132はモータ38の動作により測定さ
れるべき表面、例えば12Aに係合するようになされる。
部材132はピエゾ素子135を介してスライド34Uに接続さ
れていてもよく、これにより、測定されるべき表面に対
する係合が行なわれたときに、素子135に作用する力が
変換される。突起132を用いた測定動作は、チップ33を
表面から後退させるためにモータ38を逆転するステッピ
ングを含むが、その他の点では当該動作は差換刃物32に
よる検知動作とほぼ同様である。 さらなる変形例（第７図）としては、ピエゾ素子35ま
たは135をリンク37に設けたストレインゲージ235に置換
えることがあげられる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B23B 39/00 B23Q 15/013 B23B 29/034

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 １．切削半径を調整可能とし、該切削半径を調整するた
    めの位置決め信号を供給する制御装置（20）を有した工
    作機械のスピンドル（10）に装着される回転切削ツール
    であって、 前記回転切削ツールをスピンドル（10）に取付けるため
    のベース（36）であって、回転の軸（30A）を有したベ
    ース（36）と、 ビット（32）を支持して前記ベース（36）に接続させる
    支持材（34）であって、前記ベース（36）の軸（30A）
    に垂直は方向（Ｕ）に移動可能な支持材（34）と、 該支持材（34）を前記方向（Ｕ）に移動させるためのモ
    ーター（38）と、を具えた回転切削ツールにおいて、 該回転切削ツールに設けられるツール制御手段（40,41,
    52）であって、工作機械の制御装置（20）から前記位置
    決め信号を受信するためのワイヤレス受信手段（52）
    と、該位置決め信号を、前記モータ（38）が前記支持材
    （34）を移動させるのに必要な動作量に変換し、該動作
    量に基づいて当該モータ（38）を操作するための処理手
    段（40）とを有したツール制御手段（40,41,52）を具え
    たことを特徴とする回転切削ツール。 ２．前記回転切削ツールに設けられ前記モーター（38）
    の動力源となる動力供給源（42）をさらに具えたことを
    特徴とする請求の範囲第１項記載の回転切削ツール。 ３．前記モーター（38）はステツパモーターであり、お
    よび前記ベースの軸（30A）に対する前記支持材（34）
    の位置は、前記モーター（38）のステップ数（Ｎ）に換
    算して前記ツール制御手段（40,41,52）によって定めら
    れることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項記
    載の回転切削ツール。 ４．前記支持材（34）に接続された検出部材（32;13
    2）、および該検出部材（32;132）が表面（12A,12B）と
    接触関係を達成するのに応答して検出信号（35A）を生
    成する手段（35;135）をさらに具えたことを特徴とする
    請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の回転
    切削ツール。 ５．切削半径を調整可能とした回転切削ツールを工作機
    械と組合わせて有した装置において、 前記回転切削ツールが着脱可能に固定されるスピンドル
    （10）および該スピンドルを基準に対して位置決めする
    ための手段と、 ツール制御手段（40,41,51,52）に転送する位置決めデ
    ータを生成するための機械制御手段（20）と、 前記回転切削ツールのワイヤレス受信手段（52）に対し
    て前記機械制御装置（20）から前記位置決めデータを転
    送するためのワイヤレス転送手段（53,54）と、 前記回転切削ツールをスピンドル（10）に取付けるため
    のベース（36）であって、回転の軸（30A）を有したベ
    ース（36）と、 ビット（32）を支持して前記ベース（36）に接続させる
    支持材（34）であって、前記ベース（36）の軸（30A）
    に垂直な方向（Ｕ）に移動可能な支持材（34）と、 該支持材（34）を前記方向（Ｕ）に移動させるためのモ
    ーター（38）と、 を具え、 前記ツール制御手段（40,41,52）は、前記回転切削ツー
    ルに設けられ、工作機械の制御装置（20）から前記位置
    決め信号を受信するためのワイヤレス受信手段（52）
    と、該位置決め信号を、前記モータ（38）が前記支持材
    （34）を移動させるのに必要な動作量に変換し、該動作
    量に基づいて当該モータ（38）を操作するための処理手
    段（40）とを有したことを特徴とする装置。 ６．ツール制御手段（40,41,52）から機械制御装置に対
    してデータを転送するためのワイヤレス転送手段（51）
    をさらに具えたことを特徴とする請求の範囲第５項記載
    の装置。 ７．前記回転切削ツールに設けられ前記モーター（38）
    の動力源となる動力供給源（42）をさらに具えたことを
    特徴とする請求の範囲第５項または第６項に記載の装
    置。 ８．前記モーター（38）はステッパモーターであり、お
    よび前記ベースの軸（30A）に対する前記支持材（34）
    の位置は、前記モーター（38）のステップ数（Ｎ）に換
    算して前記ツール制御手段（40,41,52）によって定めら
    れることを特徴とする請求の範囲第５項ないし第７項の
    いずれか記載の装置。 ９．前記支持材（34）に接続された検出部材（32;13
    2）、および該検出部材（32;132）が表面（12A,12B）と
    接触関係を達成するのに応答して検出信号（35A）を生
    成する手段（35;135）をさらに具えたことを特徴とする
    請求の範囲第５項ないし第８項のいずれかに記載の装
    置。
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