JP5583545B2

JP5583545B2 - 工作機械

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Publication number: JP5583545B2
Application number: JP2010236146A
Authority: JP
Inventors: 俊幸野本; 誠次荒木; 和夫村沢; 正博恩田; 秀也折田; 治彦阿部
Original assignee: 倉敷機械株式会社
Priority date: 2010-10-21
Filing date: 2010-10-21
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2030-10-21
Also published as: JP2012086322A

Description

この発明は、ホーン或はリーマ等の回転工具を利用して、各種機械装置の部品等に形成する円孔の内面（内径面、内周面）を仕上げる為に使用する、例えば、前記回転工具を、加工すべき円孔の内側で１往復させる、所謂ワンパスでの精密孔仕上加工に用いるワンパスホーニング盤等の工作機械の改良に関する。具体的には、前記回転工具の加工部の拡縮（拡縮の要否判定、拡縮動作等）を、無人で行える工作機械の実現を図るものである。

ホーン或はリーマ等の回転工具を利用して、各種機械装置の部品等に形成する円孔の内径面を、所望の寸法及び性状（特に表面粗さ）に仕上げる為の工作機械として、孔加工機が従来から各種知られている。又、加工後の孔の内面の性状が異なる（例えば内径が異なる）被加工物を加工する為に、回転工具を交換する場合に、これら回転工具を自動的に交換できる孔加工機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図７〜９は、この特許文献１に記載された孔加工機の構造を示している。この孔加工機１は、主軸２と、主軸頭３と、回転工具把持具であるコレットチャック４と、工具用マガジン５と、マガジン移動手段６とを備える。
この様な孔加工機１は、工具用マガジン５に設けた複数の保持切り欠き７、７に、それぞれ回転工具８、８を保持している。又、前記コレットチャック４を構成している内筒９を、前記主軸２により回転駆動自在としている。尚、この構造の場合、この内筒９を前記主軸２の先端部（図７、８の下端部）に一体に形成している。
又、前記マガジン移動手段６により前記何れか１個所の保持切り欠き７を前記コレットチャック４の直下位置に前進させると共に前記主軸頭３を下降させた状態で、前記工具用マガジン５の上面に設けた係止凸部１０と、前記コレットチャック４を構成する外筒１１の下端部外周面に形成した係止凹部１２とを係合させて、この外筒１１の回転を阻止している。この状態で前記主軸２を回転させれば、前記コレットチャック４を構成する把持筒１３の内径が拡縮する。この様にして、このコレットチャック４の内径の拡縮を自動的に行い、前記回転工具８の交換を無人で行える構造を実現している。

上述した様な特許文献１に記載された孔加工機１の場合、前記回転工具８の交換を無人で行う事ができる。但し、この回転工具８の加工部が摩耗して、この加工部の外径が、ひとたび所望の加工精度を得られる外径よりも小さくなってしまうと、この回転工具８を継続して使用する事はできなくなる。即ち、前記加工部に設けた摩擦材等が、十分な厚さを有している場合でも、前記回転工具８を前記工具用マガジン５に保持された別の回転工具８に交換しなければならなくなる。

この様な事情に鑑みて、例えば特許文献２、３に記載される様に、加工部の外径を拡縮可能とした回転工具を使用する事が従来から考えられている。図１０は、このうちの特許文献２に記載されている、回転工具の構造を示している。この回転工具８ａは、リーマと呼ばれる回転工具であり、加工部の外径を拡縮可能な構造を有している。この為に、この回転工具８ａは、加工部１８が設けられた先端部（乃至中間部）に複数のスリット（図示省略）を設けて拡縮自在とした略円管状の主体１４と、この主体１４の先端部に内嵌されたテーパコーン１５と、このテーパコーン１５にその先端部（図１０の下端部）を結合固定し、前記主体１４の内側にこの主体１４に対して回転不能に且つ軸方向変位を可能に配置した引っ張りロッド１６と、この引っ張りロッド１６の基端部に螺合した回転スリーブ１７とを備える。この様な回転工具８ａの加工部の外径を拡張する場合、この回転スリーブ１７の基端部に形成された六角穴形状等の係止部に、六角レンチ等の工具を係止して、この回転スリーブ１７を回転させる。これにより、前記引っ張りロッド１６を介して前記テーパコーン１５を前記主体１４の基端側に引き込む。この結果、前記主体１４の先端部の外径が拡がって、この先端部外周面に設けた加工部１８の外径が大きくなる。
又、図示は省略するが、前記特許文献２に記載されている孔加工機によれば、前記回転工具８ａを、孔加工機に装着した状態で、この回転工具８ａの加工部１８の外径（回転直径）を、この孔加工機に備えられている拡縮機能により拡縮する事ができる。

この様な前記特許文献２に記載された構造の回転工具８ａ、及び孔加工機の場合、この回転工具８ａの加工部１８が摩耗しても、この加工部１８の外径を、孔加工機に装着したままの状態で拡張できる。この為、回転工具を孔加工機から取り外して、この回転工具の加工部の外径を調整する作業が不要になり、作業効率の向上を図る事ができる。但し、前記特許文献２に記載された発明の場合には、前記回転工具８ａの加工部１８の外径を拡張する作業を、作業者が手動ボタンを操作する事により行う必要がある。この為、孔加工の工程を全自動化する事はできず、加工回数の増加に伴い、作業者の負担が増大してしまう事が考えられる。又、作業者がボタン操作を誤ったり、ボタン操作自体を忘れる可能性もあり、回転工具の加工部の外径を適正に維持する事が難しくなる可能性もある。

特開２００６−１１６６４４号公報特開２０００−８４７３３号公報特開２０００−３４３３２７号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、加工部の外径を拡縮自在な回転工具の加工部が摩耗しても、この回転工具の加工部の拡縮を無人で行える工作機械を実現すべく発明したものである。

本発明の工作機械は、
複数の回転工具と、孔加工機と、測定器と、制御器とを備える。
このうちの各回転工具は、その基端部を回転させる事によって、先端部乃至中間部に設けられた加工部を拡縮可能としたものである。
又、前記孔加工機は、前記複数の回転工具のうち主軸に支持された回転工具と、工具用マガジンに保持された回転工具とを自動交換可能なものであり、主軸と、拡縮用軸部材と、駆動源とを備えている。このうちの、主軸は、中空状であり、前記各回転工具を回転自在に支持する。又、前記拡縮用軸部材は、この主軸の内側にこの主軸と相対回転可能に支持され、その先端部を前記各回転工具に対して回転力を伝達可能な状態に係止可能としている。又、前記駆動源は、前記拡縮用軸部材を回転駆動する為のものである。
又、前記測定器は、前記孔加工機により加工された被加工物の孔の内面の加工精度を測定するものである。この加工精度とは、孔の内径、内周面の性状（特に表面粗さ、真円度）等である。
又、前記制御器は、前記測定器を制御する為の測定制御手段と、この測定器による測定結果に基づいて、前記主軸に支持された回転工具の加工部の拡縮の要否を判定する拡縮要否判定手段と、この拡縮要否判定手段による判定の結果に基づいて前記駆動源を制御する拡縮制御手段と、前記各回転工具毎の、拡縮積算量を記憶する拡縮積算量記憶手段とを有する。
尚、前記拡縮積算量記憶手段が記憶する拡縮積算量とは、拡張積算量、縮小積算量の両方を含むものであり、初期状態の加工部の外径寸法に対する変化量を示す量である。

この様な本発明を実施する場合に、好ましくは請求項２に記載した発明の様に、前記制御器に、拡縮量設定手段と、使用可否記憶手段と、交換可否判定手段とを更に備える。
このうちの拡縮量設定手段は、前記各回転工具毎に、１回の拡縮動作に於ける拡縮量を設定する。
又、使用可否記憶手段は、前記拡縮積算量記憶手段により記憶された使用中の回転工具の拡縮積算量と、閾値とを比較して、この回転工具が使用可能であるか否かを判定し、この判定結果を記憶する。
前記交換可否判定手段は、前記使用可否記憶手段により記憶された判定結果に基づいて、前記工具用マガジンに保持された回転工具の中に、交換可能な回転工具が存在するか否かを判定する。

又、上述した様な本発明の工作機械を実施する場合に具体的には、請求項３に記載した発明の様に、前記孔加工機を、主軸頭と、回転工具把持具と、前記工具用マガジンと、マガジン移動手段とを備えたものとする。
このうちの主軸頭は、前記主軸を回転自在に支持した状態でこの主軸と共にこの主軸の軸方向に移動可能である。
又、前記回転工具保持具は、前記主軸の先端部にこの主軸と同心に支持されており、内径の拡縮に基づいて、前記各回転工具を着脱する。
又、前記工具用マガジンは、複数の前記回転工具を、それぞれの中心軸の方向と前記回転工具把持具の中心軸の方向とを一致させた状態で保持する為の複数の保持部を備えたものとする。
又、前記マガジン移動手段は、前記工具用マガジンのうちの何れか１個所の保持部を前記回転工具把持具に対向する位置に対し進退させる為のものとする。

上述の様な本発明の工作機械によれば、回転工具の加工部が摩耗しても、この回転工具の加工部の拡縮を無人で行う事ができる。この為、孔加工工程（孔仕上工程）を全自動化する事が可能である。
又、前記回転工具の加工部を構成する摩擦材の摩耗が進んだ場合にも、この摩擦材の厚みが被加工物の孔の性状等に関する許容誤差を満たす限り、この回転工具を繰り返し使用し続ける事ができる。この為、この回転工具の交換作業の回数を減らす事で加工効率の向上を図る事ができ、且つ、回転工具に掛かるコストの低減を図る事ができる。
又、請求項２に記載した発明によれば、回転工具の加工部の摩耗が進み、この回転工具に対して行った拡縮の積算量が閾値を超えた場合には、この回転工具を使用不可能な状態であると自動的に判定し、その判定結果を記憶しておく事ができる。この為、所望の加工精度を得られない回転工具を、使用し続ける状態が発生せず、加工効率の向上、及び歩留りの向上を図る事ができる。尚、工具用マガジンには、複数の回転工具が保持されている為、これら複数の回転工具のうちの、使用可能な回転工具に自動交換して孔加工を続ければ、全ての回転工具が使用不可能と判定されるまでの十分な時間、全自動化を実現できる。

本発明の実施の形態の１例を示す断面図。同じく、回転工具を交換する際、主軸頭及び主軸が下方に下がっている状態を示す断面図。同じく、右半部に拡縮用軸部材の回転が回転工具へと伝達可能な状態を、左半部に拡縮用軸部材の回転が回転工具へと伝達不能な状態を示す部分断面図。同じく、拡縮用軸部材の軸方向への動作を説明する為の図。同じく、図１のＢ矢視図。同じく、本発明の工作機械における制御手順を示す図。従来構造の１例を示す、孔加工機の一部を省略した状態で示す、部分断面図。同じく、図７のＸ部拡大図。同じく、図７のA矢視図。加工部を拡縮する事が可能な回転工具の従来構造の１例を示す、断面図。

図１〜６は、本発明の実施の形態の１例を示している。尚、本発明の特徴は、回転工具の加工部が摩耗した場合に、この加工部の外径を自動的に拡張或いは必要に応じて縮小できる構造を設けた点にある。本発明の特徴部分以外の基本的構造は、前述した特許文献１に記載された孔加工機１、及び前記特許文献２に記載された回転工具８ａの構造と基本的に同じである。この為、以下、本発明の特徴部分を中心に説明する。

本発明の工作機械は、回転工具８ｂと、孔加工機１ａと、測定器（図示省略）と、制御器１９（図６参照）とを備えている。
このうちの回転工具８ｂは、その基端部２０を回転させる事によって、先端部乃至中間部に設けられた加工部１８を拡縮可能としたものである。
前記基端部２０の外周面には、後述する前記孔加工機１ａの拡縮用軸部材２２を構成するジョイントスリーブ２５の内周面に形成された雌スプライン部２７と係合可能な雄スプライン部２１が形成されている。前記基端部２０が所定の方向に、所定の角度だけ回転されると、前記回転工具８ｂの加工部１８の外径が、前記基端部２０の回転量に対応して拡縮される。

この回転工具８ｂの加工部１８の拡縮動作は、例えば、前記基端部２０を時計回りに回転した場合に前記加工部１８の外径が拡張し、反時計回りに回転した場合に前記加工部１８の外径が縮小する。この様な回転工具８ｂの加工部１８を拡縮させる構造自体は、前記図１０に示した回転工具８ａと基本的には同じである。即ち、前記基端部２０を回転させる事によって、前記回転工具８ｂを構成する主体１４ａの内側に設けたテーパコーン１５ａを、引っ張りロッド１６ａを介してこの主体１４ａの軸方向に変位させ、この主体１４ａの先端部乃至中間部に形成したスリット３５、３５の円周方向に関する幅寸法を変化させる事により、前記加工部１８を拡縮させる。尚、前記基端部２０は、前記引っ張りロッド１６ａにねじ係合した回転スリーブ１７ａの基端部に相当する。

又、前記基端部２０の回転量と、前記加工部１８の拡縮量との関係は、例えば、１８度回転する毎に１μｍ拡張（縮小）する様に、前記引っ張りロッド１６ａの送り量と前記テーパコーン１５ａのテーパ量（傾斜角度）等を設定しておく。この様な関係は、回転工具の種類、又は加工条件等より適宜設定されるものである。又、前記加工部１８を構成する摩擦材としては、材料除去率の高いダイヤモンドやボラゾンＣＢＮ素材の砥粒を、母材に電着したものを好ましく採用できる。
尚、前記回転工具８ｂのこの他の構造、及び主軸２ａへの組み付け構造は、前記特許文献１、及び特許文献２に記載されている回転工具８、８ａとほぼ同様である。

又、前記孔加工機１ａは、前記回転工具８ｂを、加工すべき円孔の内側で１往復させる、所謂ワンパスでの精密孔仕上加工に用いるワンパスホーニング盤であり、前述した特許文献１に記載されている孔加工機１と同様に、主軸２ａと、この主軸２ａと共にこの主軸２ａの軸方向（図１〜４の上下方向）に移動可能である主軸頭３ａと、回転工具把持具であるコレットチャック４と、工具用マガジン５と、マガジン移動手段６と、駆動源であるサーボモータ等の電動モータ３９（図４参照）を備えている。

このうちの主軸２ａは、円筒状の中空状部材であり、その基端部は、前記電動モータ３９に対して、複数の部材を介してこの電動モータ３９の回転運動を伝達可能な状態に組み付けられており、その中間部が前記主軸頭３ａに回転自在に支持されており、その先端部に前記コレットチャック４が装着されている。

この様な主軸２ａの基端部外周面には、雄スプライン部４０が形成されている。そして、この雄スプライン部４０と、この基端部の径方向外方に配置されている中空軸状の第一の外側回転伝達部材４１の内周面に形成された雌スプライン部４２とを係合させている。この為、この第一の外側回転伝達部材４１と、前記主軸２ａとは、回転力の伝達が可能な状態で組み付けられている。又、この第一の外側回転伝達部材４１は、ハウジング５４に対し回転不能に内嵌された鍔付円筒状の固定側部材５５の内側に、複数の転がり軸受けを介して回転自在に支持されている。

又、前記第一の外側回転伝達部材４１の基端部の周囲で、前記固定側部材５５の上方には、鍔付円筒状の第二の外側回転伝達部材４３が配置されており、この第二の外側回転伝達部材４３の内周面と前記第一の外側回転伝達部材４１の基端部外周面とを、スプライン係合又はキー係合させている。この為、この第二の外側回転伝達部材４３と、前記第一の外側回転伝達部材４１とは、回転力の伝達が可能で、且つ、軸方向の相対変位が可能な状態に組み付けられている。又、前記第二の外側回転伝達部材４３の基端側外周面には、径方向外方へ突出したフランジ部４４が形成されている。そして、前記第二の外側回転伝達部材４３を構成する円筒部４６の周囲で、このフランジ部４４と前記固定側部材５５との間部分にコイルばね４７を配置している。これにより、前記第二の外側回転伝達部材４３に、上方へ向いたの弾力を付与している。

又、前記第二の外側回転伝達部材４３の軸方向両端面には、円周方向の等間隔複数個所に係止孔４５ａ、４５ｂが形成されている。これに対して、前記固定側部材５５の上端面の円周方向等間隔複数個所には、複数の係止孔５６、５６が形成されており、これら各係止孔５６、５６に係止ピン５３ｂ、５３ｂが植立する状態で設けられている。

又、前記第二の外側回転伝達部材４３のフランジ部４４の上方（図４の上方）には、エアシリンダ等のアクチュエータにより上下方向（図４の上下方向）へ変位が可能な状態で、カムフォロア４８が設けられている。又、前記電動モータ３９の回転軸５０には、連結部材を介して、断面略Ｔ字形のモータ側回転体５１が連結されている。このモータ側回転体５１は、軸部５９と、この軸部５９の基端部に設けられたフランジ部５２とから成り、このフランジ部５２の円周方向等間隔複数個所に、このフランジ部５２の下面から突出させた状態で複数の係止ピン５３ａ、５３ａを設けている。

そして、前記カムフォロア４８が動作していない状態（図４の左半部に示す状態）では、前記第二の外側回転伝達部材４３の軸方向上端面の各係止孔４５ａ、４５ａと、前記モータ側回転体５１のフランジ部５２に設けられた複数の係止ピン５３ａ、５３ａとが係合している。この為、前記電動モータ３９の回転は、前記モータ側回転体５１を介して、前記第二の外側回転伝達部材４３、第一の外側回転体４１、主軸２ａへと伝達可能となる。尚、この状態で、前記第二の外側回転伝達部材４３の軸方向下端面に設けられた各係止孔４５ｂ、４５ｂは、前記固定側部材５５に設けられた複数の係止ピン５３ｂ、５３ｂとは係合していない（図４の左半部を参照）。

一方、前記エアシリンダにより前記カムフォロア４８を下方へと移動させると、このカムフォロア４８により前記第二の外側回転伝達部材４３のフランジ部４４が下方へと押圧され、この第二の外側回転伝達部材４３は、前記コイルばね４７の上方への弾性力に抗して下方へと移動する。
すると、前記第二の外側回転伝達部材４３の軸方向上端面の各係止孔４５ａ、４５ａと、前記モータ側回転体５１に結合されている各係止ピン５３ａ、５３ａとの係合が外れる。そして、前記第二の外側回転伝達部材４３が下方へと移動仕切った状態（図４の右半部に示す状態）では、前記第二の外側回転伝達部材４３の軸方向下端面に形成された各係止孔４５ｂ、４５ｂと、前記固定側部材５５に設けられた係止ピン５３ｂ、５３ｂとが係合する（図４の右半部を参照）。従って、前記第二の外側回転伝達部材４３、第一の外側回転伝達部材４１、及び主軸２ａは、前記ハウジング５４に対して相対回転せずロック状態となる。

又、上述の様にして、前記電動モータ３９による回転駆動状態とロック状態との切り替えが行われる前記主軸２ａの内径側には、この主軸２ａと相対回転可能な状態で、且つ、前述したカムフォロア４８の動作に伴う軸方向への相対変位が可能な状態に拡縮用軸部材２２が設けられている。
この拡縮用軸部材２２は、軸部（ドローバー）２３と、連結部材２４と、ジョイントスリーブ２５とで構成されており、前記電動モータ３９により回転駆動される。

前記軸部２３は、その基端部の外周面と、筒状である第一の内側回転伝達部材５７の先端寄り（図４の下方）内周面とを、回転力の伝達が可能で、且つ、軸方向に関する相対変位を不能な状態に係合している。又、この第一の内側回転伝達部材５７の基端寄り（図４の上方）内周面と、第二の内側回転伝達部材５８の基端寄り外周面とを、回転力の伝達が可能な状態で、且つ、軸方向に関する相対変位を不能に係合している。そして、この第二の内側回転伝達部材５８の内周面と、前記モータ側回転体５１の中央部下面に設けられた軸部５９とを、スプライン係合又はキー係合により、回転伝達可能、且つ、軸方向の相対変位可能な状態に係合している。即ち、電動モータ３９の回転は、前記モータ側回転体５１を介して、前記第二の内側回転伝達部材５８、第一の内側回転伝達部材５７、前記拡縮用軸部材２２へと伝達可能である。

又、前記拡縮用軸部材２２を構成する連結部材２４は、外周面の断面形状を多角形状（例えば六角形状）としており、その基端部を、前記軸部２３の先端部に回転不能に係合させる事により、前記連結部材２４とこの軸部２３とが相対回転不能な状態で結合している。

又、前記ジョイントスリーブ２５は、基半部（図１〜４の上半部）の内周面の断面形状を多角形状（例えば六角形状）としており、先半部の内周面の断面形状を円形として、この先半部内周面には雌スプライン部２７を形成している。この様な前記ジョイントスリーブ２５は、基半部を、前記連結部材２４の先端部の外周面に外嵌固定する（連結部２４の先端部外周面をジョイントスリーブ２５の基半部に挿入する）事で、前記軸部２３、及びこの連結部材２４に対する相対回転を不能な状態に連結（接続）されている。

この様な孔加工機１の拡縮用軸部材２２は、前記回転工具８ｂを用いて被加工物に孔加工（仕上加工）を施す際には、図１〜４の上方に退避（図１、２、及び図３、４の左半部に示す状態）して、前記ジョイントスリーブ２５の雌スプライン部２７と、前記回転工具８ｂの基端部２０に形成された雄スプライン部２１とが係合しない状態となる。一方、被加工物への孔加工が実施されていない状態で、後述する様な、前記回転工具８ｂの加工部１８の拡縮を行う際には、前述したカムフォロア４８の下方への移動に伴い、前記第二の外側回転伝達部材４３を下方へと移動させる。そして、この移動に伴ない、この前記第二の外側回転伝達部材４３の内側に、複数の転がり軸受けを介して配置されている前記第二の内側回転伝達部材５８及び第一の内側回転伝達部材５７を下方へと変位させ、更に前記拡縮用軸部材２２を下方へ変位（前記主軸２ａに対して下方に相対変位）させる。そして、前記ジョイントスリーブ２５の内周面に形成された雌スプライン部２７を、前記コレットチャック４により把持された前記回転工具８ｂの雄スプライン部２１に、回転力の伝達を可能な状態にスプライン係合させる（図３、４の右半部に示す状態）。この結果、前記拡縮用軸部材２２の回転力は、前記回転工具８ｂの基端部２０へと伝達可能となる。

尚、本例の場合、図４に示す様に、前記主軸２ａとこの拡縮用軸部材２２とを回転駆動する電動モータ３９は共通である。そして、前述したカムフォロア４８の上下方向への移動により、前記電動モータ３９から前記主軸２ａへと回転が伝達する状態（図４の左半部に示す状態）と、前記電動モータ３９から前記主軸２ａへと回転が伝達しない状態（図４の右半部に示す状態）とを切り換える。又、前記電動モータ３９から、前記拡縮用軸部材２２へは、常に回転が伝達する状態である。尚、前記主軸２ａ、拡縮用軸部材２２のそれぞれに駆動源である電動モータを設けても良い。

又、前記測定器は、前記制御器１９により動作を制御されており、この制御器１９の指示に従い、前記孔加工機１ａにより加工された被加工物の孔の内面の加工精度を測定（計測）する。本例の場合、前記測定器として、流体式内径測定器であるエアマイクロメータを用いて、前記被加工物の孔の内径を測定する様にしている。尚、測定器としては、例えば、この他の流体式内径測定器、電気式内径測定器、光学式内径測定器等の各種内径測定器、又は、表面粗さを測定する為の各種測定器、各種の真円度測定器を用いる事が可能である。
又、この様な測定器は、前記孔加工機１と一体に設ける構造、或いは、この孔加工機１と別体として設ける構造の、何れの構造を採用しても良い。
又、前記測定器による測定の頻度は、回転工具８ｂの種類（加工部１８を構成する摩擦材の種類）、被加工物の材質、性状、回転工具の回転速度、送り速度等の加工条件により適宜決定すれば良い。一度の加工（ワンパス加工）により加工部１８が摩耗する摩耗量が極めて小さい加工条件の場合には、測定をそれほど頻繁に行わなくても、特に問題は生じないからである。

又、前記制御器１９は、測定制御手段２８と、拡縮要否判定手段２９と、拡縮制御手段３０と、拡縮量設定手段３１と、拡縮積算量記憶手段３２と、使用可否記憶手段３３と、交換可否判定手段３４とを備えている。
このうちの測定制御手段２８は、前記測定器に対して、測定の実行、中断、中止等の指示を行い、測定器（測定子、ロボットアーム等）の動作を制御すると共に、得られた測定結果（測定値）の送信等の指示を行う。
又、前記拡縮要否判定手段２９は、前記測定器により送信された測定値（測定結果）に基づいて、前記主軸２ａに支持された回転工具８ｂの加工部１８の拡縮の要否を判定するものである。
具体的には、前記制御器１９のメモリに予め記憶した、設計値そのものである、加工後の孔の所望の内周面の性状（内径寸法α、表面粗さ、真円度等）、更には、この所望の内周面の性状に対して、最大限許容できる加工誤差である、第一の閾値δ₁と、前記測定器による測定結果とを比較する。尚、以下の説明は、加工後の孔の所望の内周面の性状、及び第一の閾値δ₁として、内径寸法に関する値として行う。

この前記拡縮要否判定手段２９による判定は、例えば、前記内径寸法αと、前記測定器の測定値βとの差γ（α−β）を算出する。次いで、この差γと、前記第一の閾値δ₁とを比較する。この比較の結果、前記差γがこの第一の閾値δ₁以上の場合（γ≧δ₁）には、前記回転工具８ｂの加工部１８の摩耗量が過大になり、孔の内径が小さ過ぎる為、この加工部１８の拡張が必要であると判定する。
一方、前記差γが、前記第一の閾値δ₁よりも小さい場合（γ＜δ₁）には、前記回転工具８ｂの加工部１８は、それほど摩耗していない為、この加工部１８の拡張は不要であると判定する。
尚、上述の場合、拡張の要否の判断に就いて述べたが、例えば、前記差γ（α−β）が負になり、この差が所定の閾値よりも小さい場合には、前記加工部１８の外径を縮小する制御を行う事もできる。

又、前記拡縮制御手段３０は、前記拡縮要否判定手段２９による判定の結果に基づいて前記電動モータ３９の始動、停止、及び回転量等の動作を制御するものである。
前記拡縮制御手段３０は、前記拡縮要否判定手段２９が、前記コレットチャック４により把持された使用中の前記回転工具８ｂの加工部１８を、拡縮する必要があると判定した場合に、前記電動モータ３９に対して、所定の回転量（後述する拡縮量設定手段３１により設定された１回の拡縮動作で拡縮する拡縮量に対応した回転量）だけ回転駆動する旨の指示を出す。すると、この指示を受けた前記電動モータ３９が回転駆動して、この回転力が前記拡縮用軸部材２２へと伝達される。そして、この拡縮用軸部材２２の回転力が、前記回転工具８ｂの基端部２０へと伝達され、この基端部２０が回転し、前記加工部１８の外径が拡縮される。

又、前記拡縮量設定手段３１は、前記各回転工具８ｂ毎に、１回の拡縮動作で拡縮する拡縮量を、この制御器１９のメモリに記憶する事ができる。尚、この拡縮量は、前記孔加工機１ａに設けた入力装置を利用して、作業者が予め入力したものであっても良いし、前記差γに基づき算出されたものであっても良い。例えば、前記拡縮量は、一般的にはリーマの場合で、０．５μｍ〜５μｍ程度に設定する。

又、前記拡縮積算量記憶手段３２は、前記各回転工具８ｂ毎の、拡縮した積算量を前記制御器１９のメモリに記憶しておく事ができる。更に、これら各回転工具８ｂ毎の拡縮可能な最大の拡縮積算量として、第二の閾値δ₂を前記制御器１９のメモリに記憶しておく事ができる。尚、この第二の閾値δ₂に就いても、前記入力装置を利用して、作業者が予め入力したものであっても良いし、前記各回転工具８ｂの加工部１８を構成する摩擦材の初期の厚さ、拡縮積算量等に基づき算出されたものであっても良い。例えば、前記拡縮積算量は、一般的なリーマの場合で、５０μｍ〜１００μｍ程度に設定する。

又、前記使用可否記憶手段３３は、前記拡縮積算量記憶手段３２が記憶している、使用中の前記回転工具８ｂに対応する拡縮積算量σと、前記第二の閾値δ_２とを比較して、使用可否の判定をする。
前記拡縮積算量σがこの第二の閾値δ_２以上の場合（σ≧δ_２）には、これ以上、前記加工部１８を拡張する事ができない為、前記回転工具８ｂを使用不可能と判定し、前記制御器１９のメモリに記憶されている使用可否フラグを「使用不可能」に変更する。そして、必要に応じて、工具用マガジン５に保持された他の（使用可能な）回転工具８ｂと自動交換したり、ランプ点灯、ブザーによる警報等を発する。一方、前記拡縮積算量σがこの第二の閾値δ_２より小さい場合（σ＜δ_２）には、特に動作する必要はない。
尚、前記孔加工機１ａの工具用マガジン５に各回転工具８ｂを取り付けた時点で、使用可否フラグの初期値として「使用可能」に設定しておく事が好ましい。

次に、この様な本例の工作機械により、前記回転工具８ｂの加工部１８を拡縮する動作のフローに就いて、図６を用いて説明する。
尚、孔を加工する際の動作、及び、主軸に保持された回転工具と工具用マガジンに保持された回転工具とを自動で交換する動作は、前記特許文献１、又は特許文献２等に記載される等して従来から知られている動作と同様である為、詳しい説明は省略する。又、本例の工作機械によれば、前記回転工具８ｂの加工部１８の拡張及び縮小を行う事が可能であるが、以下の説明では、拡張動作を行う場合のみに就いて説明する。

先ず、ステップ１で、前記回転工具８ｂを装着した主軸２ａを回転・加工（上昇）させて、この回転工具８ｂにより被加工物の孔の内周面の加工を行う。これにより孔の内周面の加工が行われた被加工物を得る。

次いで、ステップ２で、前記制御器１９を構成する測定制御手段２８により、前記測定器に対して、この被加工物の孔の内径を測定する旨の指示を出す。すると、この測定器が、この孔の被加工物の孔の内径を測定し、測定値βを前記制御器１９に送信する。
尚、この測定は、前記孔加工機１ａに被加工物を取り付けた状態のまま行う場合や、この被加工物を一度、前記孔加工機１ａから取り外し、ロボットアーム等の搬送手段により別の場所に移動した後に行う場合がある。測定の場所に拘わらず、前記測定器の動作を、制御器１９により制御可能であれば良い。
又、図示は省略しているが、前記測定器による測定の頻度は、加工条件等によって適宜決定（選択）するものである。この為、測定を行った場合のみ、ステップ２以降の動作を行い、測定を行わなかった場合には、孔加工機１ａに固定されている被加工物をロボットアーム等の搬送手段により、次の被加工物と入れ替えて、次の加工を行う。

次いで、ステップ３では、前記制御器１９を構成する前記拡縮要否判定手段２９により、予め前記制御器１９のメモリに設定しておいた加工後の孔の所望の内径寸法αと、前記制御器１９により制御された測定器から送信された前記測定値βと、予めこの制御器１９のメモリに設定しておいた第一の閾値δ₁とに基づいて、前記回転工具８ｂの加工部１８を拡張する必要があるか否かの判定を行う。即ち、この判定は、前述した様に、前記内径寸法αと、前記測定値βとの差γ（α−β）を算出し、この差γと前記第一の閾値δ₁との比較を行う。この比較の結果、この差γが前記第一の閾値δ₁以上である場合（γ≧δ₁）には、前記回転工具８ｂの加工部１８の摩耗が進んでいる（十分な加工量を確保できていない）為、この加工部１８の拡張が必要であるとの判定を行う。一方、前記差γが、前記第一の閾値δ₁よりも小さい場合（γ＜δ₁）には、この加工部１８はそれほど摩耗していない為、拡張は不要であるとの判定を行う。この判定の結果、この加工部１８の拡張が不要（ＮＯ）と判定された場合には、ステップ１に戻って、加工を継続する。
一方、前記回転工具８ｂの加工部１８の拡張が必要（ＹＥＳ）と判定された場合には、ステップ４へと進む。

このステップ４では、前記拡縮積算量記憶手段３２により前記制御器１９のメモリに記憶されている、現在使用しているコレットチャック４に把持されている回転工具８ｂの、それまでの拡縮積算量σと、予め前記制御器１９のメモリに設定しておいた第二の閾値δ₂とを比較する。
この結果、前記拡縮積算量σが、この第二の閾値δ₂よりも小さい（拡縮積算量にまだ余裕がある）場合には、ステップ５へ進む。尚、本例の場合、この第二の閾値δ₂は、前記各回転工具８ｂ毎の拡張可能な量の上限値であり、この上限値は、予め前記制御器１９のメモリに記憶しておく。又、各回転工具８ｂ毎に設定しておく方法ではなく、例えば形状（径、全長等）や材質が異なったり、摩擦材の材質等が異なる回転工具の種類毎に設けた識別子に対応する第二の閾値を、予めメモリ等にマップとして設定しておき、この識別子に基づいて対応する第二の閾値を呼び出す様な方法でも良い。

このステップ５では、前記制御器１９を構成する前記拡縮制御手段３０により、前記電動モータ３９を駆動する事で、前記回転工具８ｂの加工部１８の拡張を行う。
尚、この拡張動作を行う以前に、前記制御器１９の指示により、前記主軸２ａが前記電動モータ３９により回転されない状態、且つ、この主軸２ａが、前記拡縮用軸部材２２が回転する事によって連れ回りされない状態（図４の右半部に示す状態）へと切り換える。
これと同時に、前述した様に、前記制御器１９の指示により、前記拡縮用軸部材２２を下方（図１〜４の下方）へと変位させる（図３、４の右半部に示す状態）。これにより、この拡縮用軸部材２２を構成するジョイントスリーブ２５の雌スプライン部２７を、前記回転工具８ｂの基端部２０の雄スプライン部２１とを、回転力の伝達を可能な状態にスプライン係合させる。

前記拡張動作は、前記拡縮要否判定手段２９の判定に従い、前記拡縮量設定手段３１により前記制御器１９のメモリに予め記憶されている、現在使用している回転工具８ｂに対応する拡縮量を呼び出す。次いで、前記拡縮制御手段３０が、前記電動モータ３９に対して、前記呼び出された拡縮量に対応する回転角度（例えば、１μｍの拡張に対して１８度）だけ回転駆動する旨の指示を出す。

この様な前記制御器１９の指示により、回転駆動された前記電動モータ３９の回転力が、前記拡縮用軸部材２２に伝達され、更に、この拡縮用軸部材２２を構成する軸部２３、及び前記連結部材２４を介して、前記ジョイントスリーブ２５へと伝わる。そして、このジョイントスリーブ２５の雌スプライン部２７と、前記回転工具８ｂの基端部２０の雄スプライン部２１とのスプライン係合に基づいて、この基端部２０が、前記回転角度に対応した角度だけ回転する。すると、この基端部２０の回転に伴い、前記回転工具８ｂの加工部１８が拡張する。

前記回転工具８ｂの加工部１８の拡張が終了した後には、前記制御器１９の指示により、前記主軸２ａのロック状態を解除し、前記電動モータ３９の回転がこの主軸２ａへと伝達可能な状態（図４の左半部に示す状態）へと切り換える。
又、前記制御器１９の指示により、前記拡縮用軸部材２２を上方（図１〜３の上方）へと変位させて（図１、２又は図３、４の左半部に示す状態）、この拡縮用軸部材２２の雌スプライン部２７と、前記回転工具８ｂの雄スプライン部２１との、係合を解除する。
そして、ステップ１へと戻り、加工を継続する。

一方、前記ステップ４で、前記呼び出された前記拡張積算量σが、前記第二の閾値δ₂以上（σ≧δ₂）の場合には、ステップ６へ進む。

このステップ６では、前記使用可否記憶手段３３により、前記制御器１９のメモリに記憶されている使用可否フラグを「使用不可能」に変更する。即ち、前記ステップ４で、前記拡縮積算量記憶手段３２により呼び出された前記拡張積算量σが、前記第二の閾値δ₂以上の場合、使用中の回転工具８ｂは、この回転工具８ｂの加工部１８の摩耗が進み（摩擦材の厚みも不十分であり）、これ以上拡張する事ができない為、これ以上継続して使用する事ができないと判断する。そして、ステップ７へと進む。

このステップ７では、制御器１９を構成する交換可否判定手段３４により、前記工具用マガジン５に保持されている複数の回転工具８ｂのうち、前記制御器１９のメモリに記憶されている使用可否フラグが、「使用可能」である回転工具８ｂが、存在するか否かを判定する。判定の結果、前記使用可否フラグが「使用可能」である回転工具８ｂが存在するならば、ステップ８へと進み、回転工具の自動交換を行う。尚、この自動交換も前記制御器１９により制御されている。

そして、ステップ８で、回転工具を自動で交換した後、ステップ１へと戻り、加工を継続する。尚、この回転工具の自動交換の動作は、前記特許文献１に記載されている孔加工機１の動作とほぼ同様である。

一方、ステップ７に於いて、前記工具用マガジン５に保持されている複数の回転工具８ｂのうち、前記制御器１９のメモリに記憶されている使用可否フラグが、「使用可能」である回転工具８ｂが、存在しないと判断した場合には、加工を終了する。そして、必要に応じて、ランプを点灯させたり、アラーム等の警報を発する。

尚、本例は、孔加工機１ａを構成する工具用マガジン５に保持されている回転工具８ｂが、総て同種の物で、それぞれが互いに代替工具として使用され得る場合に就いて説明した。一方で、加工後の内径の性状が異なる複数の被加工物を加工等する場合には、前記工具用マガジン５に複数種類の回転工具８ｂを保持しておき、被加工物が変わる毎に、この被加工物に対応する前記回転工具８ｂを自動的に選択して加工を行う場合が考えられる。この様な場合には、前記制御器１９のメモリに、各回転工具８ｂに対して、工具の種類に基づく識別子を付しておく。

この様にしてこれら回転工具を種類別にグループ化しておけば、ステップ７に於いて、代替可能な回転工具８ｂを探す際、同一の識別子が付されており、且つ、使用可否フラグが「使用可能」である回転工具８ｂを探す事で、代替可能な回転工具８ｂが存在するか否かを判断する事ができる。
又、本例では、回転工具８ｂの加工部１８が摩耗して、この摩耗の分だけ小径となったこの加工部１８の外径を、自動的に拡張する場合に就いて説明した。但し、本発明によれば、加工部の拡張だけでなく、加工部を縮小する事もできる。

この様な、本例の孔加工機１ａによれば、前記回転工具８ｂの加工部１８が摩耗しても、この回転工具８ｂの加工部１８の拡縮を無人で行う事ができる。この為、孔加工工程を全自動化する事が可能である。
又、前記回転工具８ｂの加工部１８を構成する摩擦材の摩耗が進み、この回転工具８ｂの加工部１８が寿命を迎えるまで、この回転工具８ｂを繰り返し使用する事ができる。この為、この回転工具８ｂの交換作業の回数を減らす事で加工効率の向上を図る事ができ、且つ、この回転工具８ｂに掛かるコストの低減を図る事ができる。
又、前記回転工具８ｂの加工部１８の摩耗が進み、この回転工具８ｂに対して行った拡縮の積算量が予め設定した閾値を超えた場合には、この回転工具８ｂを使用不可能な状態と自動的に判定し記憶しておく事ができる。この為、所望の加工精度を得られない回転工具８ｂを、使用し続ける状態が発生せず、加工効率の向上、及び、歩留りの向上を図る事ができる。
尚、前記工具用マガジン５には、複数の回転工具が保持されている為、これら複数の回転工具のうちの、使用可能な回転工具に自動的に交換して孔加工を続ければ、全ての回転工具が使用不可能となるまでの十分な時間、全自動化を実現できる。

前述した実施の形態の構造では、前記回転工具８ｂの基端部２０と、前記拡縮用軸部材２２とは、スプライン係合により回転運動を伝達しているが、この様な回転運動を伝達する為の構造は、本例の構造に限定されるものではない。例えば、前記回転工具８ｂの基端部２０の基端面に形成した断面形状が六角状の凹部と、前記拡縮用軸部材２２の先端部に形成した断面形状が六角状の凸部とを凹凸係合させる構造等、回転運動を伝達する事が可能な各種構造を適用することができる。

１、１ａ孔加工機
２、２ａ主軸
３、３ａ主軸頭
４コレットチャック
５工具用マガジン
６マガジン移動手段
７保持切り欠き
８、８ａ、８ｂ回転工具
９内筒
１０係止突部
１１外筒
１２係止凹部
１３把持筒
１４、１４ａ主体
１５、１５ａテーパコーン
１６、１６ａ引っ張りロッド
１７、１７ａ回転スリーブ
１８加工部
１９制御器
２０基端部
２１雄スプライン部
２２拡縮用軸部材
２３軸部
２４連結部材
２５ジョイントスリーブ
２６フランジ部
２７雌スプライン部
２８測定制御手段
２９拡縮要否判定手段
３０拡縮制御手段
３１拡縮量設定手段
３２拡縮積算量記憶手段
３３使用可否記憶手段
３４交換可否判定手段
３５スリット
３６小径軸部
３７大径軸部
３８係合凹部
３９電動モータ
４０雄スプライン部
４１第一の外側回転伝達部材
４２雌スプライン部
４３第二の外側回転伝達部材
４４フランジ部
４５ａ、４５ｂ係止孔
４６円筒部
４７コイルばね
４８カムフォロア
５０回転軸
５１モータ側回転体
５２フランジ部
５３ａ、５３ｂ係止ピン
５４ハウジング
５５固定側部材
５６係止孔
５７第一の内側回転伝達部材
５８第二の内側回転伝達部材
５９軸部

Claims

複数の回転工具と、
前記複数の回転工具のうち主軸に支持された回転工具と、工具用マガジンに保持された回転工具とを自動交換可能とした孔加工機と、
前記孔加工機により加工された被加工物の孔の内面の加工精度を測定する測定器と、
制御器とを備え、
前記各回転工具が、その基端部を回転させる事によって、先端部乃至中間部に設けられた加工部を拡縮可能としたものであり、
前記孔加工機が、前記各回転工具を回転自在に支持する為の中空状の主軸と、この主軸の内側にこの主軸と相対回転可能に支持され、その先端部を前記各回転工具に対して回転力を伝達可能な状態に係止可能とした拡縮用軸部材と、この拡縮用軸部材を回転駆動する駆動源とを有するものであり、
前記制御器が、前記測定器を制御する測定制御手段と、この測定器による測定結果に基づいて、前記主軸に支持された回転工具の加工部の拡縮の要否を判定する拡縮要否判定手段と、この拡縮要否判定手段による判定の結果に基づいて前記駆動源を制御する拡縮制御手段と、前記各回転工具毎の、拡縮積算量を記憶する拡縮積算量記憶手段とを有するものである、
事を特徴とする工作機械。
前記制御器が、
前記各回転工具の１回の拡縮動作に於ける拡縮量を設定する拡縮量設定手段と、
前記拡縮積算量記憶手段により記憶された、使用中の回転工具の拡縮積算量と、設定された閾値とを比較して、この回転工具が使用可能であるか否かを判定し、この判定結果を記憶する使用可否記憶手段と、
前記使用可否記憶手段により記憶された判定結果に基づいて、前記工具用マガジンに保持された回転工具の中に、交換可能な回転工具が存在するか否かを判断する、交換可否判定手段とを備える請求項１に記載した工作機械。
前記孔加工機が、主軸頭と、回転工具把持具と、前記工具用マガジンと、マガジン移動手段とを備えており、
このうちの主軸頭は、前記主軸を回転自在に支持した状態でこの主軸と共にこの主軸の軸方向に移動可能なものであり、
前記回転工具把持具は、この主軸の先端部にこの主軸と同心に支持されており、内径の拡縮に基づいて、前記回転工具を着脱するものであり、
前記工具用マガジンは、複数の前記回転工具を、それぞれの中心軸の方向とこの回転工具把持具の中心軸の方向とを一致させた状態で保持する為の複数の保持部を備えたものであり、
前記マガジン移動手段は、前記工具用マガジンのうちの何れか１個所の保持部を前記回転工具把持具に対向する位置に対し進退させるものである、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載した工作機械。