JP5659874B2 - 加工径補正装置 - Google Patents

Description

本発明は、ボーリング加工におけるチップによる加工径を補正するための装置である加工径補正装置の技術に関する。

従来、孔加工用工具を備えたボーリング装置を用いて孔加工（ボーリング加工）を行う場合、チップの摩耗状況に応じて加工径が変化するため、加工作業の進行に伴って、随時加工径の補正を行う必要がある。
そこで、加工径を補正するための加工径補正装置に係る技術が種々開発されており、例えば、以下に示す特許文献１にその技術が開示され、公知となっている。

特許文献１において開示されている第一の実施形態に係る加工径補正装置では、工具ホルダーに形成されたネジ部と保持ナットの螺合動作の相対運動により、チップを支持する部材であって可撓性を有する可撓工具を撓ませることによって、加工径を補正する構成としている。
また、特許文献１において開示されている第二の実施形態に係る加工径補正装置では、工具ホルダー（スライドベース）の回転動作により、チップを支持する部材であって偏心カムを有するロッドを撓ませることによって、加工径を補正する構成としている。

このように、特許文献１に開示されているような従来の加工径補正装置では、加工径の補正を行うための機構が複雑であり、加工径補正装置の構成が大掛かりなものとなっていたため、より簡易な構成で、加工径の補正を行うことができる加工径補正装置の開発が望まれていた。

そこで、本発明の出願人によって、より簡易な構成の加工径補正装置が開発されるに至っている。
本出願人の開発に係る加工径補正装置は、押圧部を備え、該押圧部を所定のストロークで押圧することによって、所定の補正量だけチップを変位させて加工径を補正する構成としている。また、押圧部を押圧するための機構には、工具ホルダーを変位させる機構を活用しており、工具ホルダーの変位動作によって、被押圧部に対して、押圧部を押圧する構成としている。

特開昭５５−１３１４１３号公報

本出願人が提案する加工径補正装置では、押圧部を所定のストロークで押圧することによって、加工径の補正ができる簡易な構成としているが、補正が適切に行われたかどうかを確認する手段を有していなかったため、補正後の加工径を測定してみて始めて補正量が適切であったか否かの判断が可能であった。
このため、補正がうまく行われなかった場合（即ち、押圧部が所定のストロークで押圧されなかった場合）には、規格に合わない加工品が生成されてしまい、手戻りが発生することもあるため、加工径の補正を思うように自動化できないという課題があった。

本発明は、斯かる現状の課題を鑑みてなされたものであり、より簡易な構成の加工径補正装置において、孔加工の自動化を進めるべく、加工径の補正が適切に行われたことをフィードバックしながら、孔加工をすすめることができる加工径補正装置を提供することを目的としている。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、ボーリング加工におけるチップによる加工径を補正するための装置であり、押圧することによって変位する部位である入力部と、前記入力部が所定のストロークで変位することによって、所定のストロークだけ変位する部位である出力部と、前記入力部の変位を前記出力部の変位に変換する変換機構と、を備え、前記チップを支持する主軸が、変位機構によって変位可能に支持される加工径補正装置であって、前記入力部に対する押圧力を測定するための圧力センサと、前記入力部に対する押圧力の許容値に係る情報が予め記憶されるとともに、前記圧力センサにより測定した押圧力が、前記許容値に適合するか否かを判断する制御部と、をさらに備え、前記変位機構によって、前記入力部に対する押圧力を発生させるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、より簡易な構成の加工径補正装置を備えたボーリング装置において、加工径の補正を自動化することができる。

本発明の一実施形態に係る加工径補正装置の全体構成を示す模式図、（ａ）Ｙ軸方向（側面）視における断面模式図、（ｂ）Ｘ軸方向（正面）視における模式図。 加工径補正装置による加工径の補正状況を示す模式図、（ａ）正常な補正状況を示す模式図、（ｂ）異常な補正状況を示す模式図。 本発明の一実施形態に係る加工径補正装置による補正方法を示すフロー図。 圧力センサによる押圧力の検出状況を示す模式図。

次に、発明の実施の形態を説明する。
まず始めに、本発明の一実施形態に係る加工径補正装置について、図１および図２を用いて説明をする。
図１に示す如く、本発明の一実施形態に係る加工径補正装置１は、金属製の素材に孔を切削する加工（ボーリング加工）を行うための装置たるボーリング装置（図示せず）において用いられる装置であり、補正部２、被押圧部３、制御部４等を備えている。

補正部２は、ボーリング加工用の工具であるツール７と、該ツール７を保持するための軸部である主軸８の間に配置して使用されるものである。
即ち、図１に示すように、加工径補正装置１の補正部２は、主軸８により保持され、また、ツール７は、補正部２により保持される構成としている。

主軸８は、その一端部が、ボーリング装置の変位装置（図示せず）によって回転可能に支持されるとともに、ボーリング装置のモータ等の回転駆動装置（図示せず）によって回転駆動される部位である。また主軸８は、その他端部において、加工径補正装置１を（あるいは、ツール７を直接）保持するためのチャック機構たる保持部８ａを備えている。
さらに主軸８は、図示しない変位装置によって、図１（ａ）（ｂ）中に示すＸ軸・Ｙ軸・Ｚ軸の各方向に変位可能に構成されている。

ツール７は、チップ（切削刃）９を備える回転工具であって、加工径補正装置１によって保持できる形状を有する部位である基部７ａと、チップ９を保持するための部位である軸部７ｂを備えている。またツール７において、基部７ａと軸部７ｂは、軸心を共通としている。そして、軸部７ｂの先端部において、半径方向外側に向けてチップ９を突設する構成としている。
また、基部７ａと軸部７ｂの軸心方向における中間の部位には、基部７ａおよび軸部７ｂに比して拡径した部位である鍔部７ｃを備えている。

ツール７は、基部７ａが補正部２により保持されることによって、基部７ａおよび軸部７ｂの軸心が主軸８の軸心Ｐと略一致するように構成されており、ツール７は、主軸８の回転に伴って、軸心Ｐを軸心として回転される。
このため、チップ９の先端部９ａの軸心Ｐに対する距離Ｒを変更することによって、ツール７による加工径Ａ（即ち、Ａ＝２Ｒ）を設定する構成としている。

加工径補正装置１を構成する補正部２は、ツール７における軸部７ｂの軸心Ｐに対する傾きを調整することができる装置であり、入力部１１、出力部１２、保持部１３、本体部１４、ケース１５等を備えている。
補正部２は、保持部１３を主軸８の保持部８ａにより保持することによって、主軸８に対して一体的に固定されており、主軸８の変位に伴って、図１（ａ）（ｂ）中に示すＸ軸・Ｙ軸・Ｚ軸の各方向に変位可能であるとともに、主軸８の回転に伴って、軸心Ｐを軸心として回転される構成としている。

入力部１１は、軸心Ｐに対して直交する方向に押し込むことができる押圧部１１ａを備えており、押圧部１１ａが押圧されることによって、補正部２に対する補正動作の指示が入力される。また押圧部１１ａは、押圧されることによって、所定のストロークで変位させることができる。
尚、以後の説明では、押圧部１１ａを押圧して、該押圧部１１ａを所定のストロークＬで変位させる動作を押し込み動作と呼ぶものとする。

出力部１２は、ケース１５によって覆われる本体部１４の内部に形成される略円筒状の空隙部である支持孔１４ａの内部に挿入され、支持孔１４ａによって、該支持孔１４ａの軸心方向に変位可能に支持されている。
支持孔１４ａは、その軸心方向が軸心Ｐと略平行となるように形成されており、出力部１２を軸心Ｐと略平行に変位させることができる構成としている。

また、本体部１４には、軸心Ｐに直交する方向への切り込み部である割り部１４ｂが形成されている。このため本体部１４は、割り部１４ｂの最も切り込みが深い部位に形成された支点部１４ｃを支点として、割り部１４ｂの切り込み形状が略扇形となるように変形させることができる。

さらに、本体部１４内部には、押圧部１１ａに対する軸心Ｐに直交する方向への押圧力を、軸心Ｐに平行な方向への応力に変換する機構である変換機構１６を備えている。
本実施形態における変換機構１６は油圧シリンダ１６ａにより構成され、該油圧シリンダ１６ａに形成された軸心Ｐに対して傾斜した面である傾斜部１６ｂによって、応力の作用方向を変換する構成としている。

出力部１２は、傾斜部１６ｂと当接しており、油圧シリンダ１６ａが軸心Ｐと直交する方向に変位したときに、傾斜部１６ｂによって、軸心Ｐと略平行な方向に押圧される（本実施形態では、油圧シリンダ１６ａが図１における上方に変位したときに、出力部１２がツール７の鍔部７ｃ側に押圧される）。そして、出力部１２を、支持孔１４ａに沿って、軸心Ｐと略平行な方向に変位させる構成としている。

出力部１２が軸心Ｐと略平行に、ツール７の鍔部７ｃに接近する方向に変位されると、出力部１２が、支持孔１４ａの端部に形成された係止部１４ｄを押圧する。
このとき、本体部１４は、割り部１４ｂの切り込み形状が略扇形となるように変形されるため、該本体部１４の端面１４ｅによって、隣接するツール７の鍔部７ｃを押圧することができる。

このように出力部１２からは、入力部１１に対する補正動作の指示に応じて、端面１４ｅで鍔部７ｃを軸心Ｐと略平行な方向に押圧する態様で出力がなされ、出力部１２の出力に応じて、軸部７ｂの軸心Ｐに対する傾きを変更する構成としている。
そして、軸部７ｂの軸心Ｐに対する傾きを変更することによって、チップ９における先端部９ａの軸心Ｐに対する距離Ｒ（即ち、チップ９による加工径Ａ）を補正する構成としている。

即ち、補正部２では、押圧部１１ａに対する押し込み動作によって、出力部１２は、軸心Ｐに対して平行であって、鍔部７ｃに接近する方向に、所定のストロークＳだけ変位される構成としている。
押圧部１１ａの押し込み動作による出力部１２の変位は、図示しない保持機構（例えば、ラチェット機構等）によって保持され、押圧部１１ａに対する押圧を解除しても、出力部１２の変位は保持される構成としている。
一方、押圧部１１ａの変位量が所定のストロークＬ未満であった場合には、押圧部１１ａに対する押圧を解除すると、出力部１２の変位は、押圧部１１ａを押圧する前の位置に復元される構成としている。

また、加工径補正装置１では、押圧部１１ａを所定のストロークＬで変位させるごとに、出力部１２の変位が所定のストロークＳずつステップ状に変化する構成としており、入力部１１の押し込み動作の回数に応じて、段階的に軸部７ｂの傾きを変化させることができる構成としている。
これにより、押圧部１１ａに対して押し込み動作を行った回数によって、チップ９の補正量（即ち、先端部９ａの軸心Ｐに対する距離Ｒの変化量、以下では補正量ΔＲと呼ぶ）を変更することができる。

尚、本実施形態では示していないが、加工径補正装置の本体部内に入力部、出力部、変換機構等をそれぞれさらに一系統追加で備える構成とし、二つの出力部によって、軸心Ｐの軸心方向視において、軸心Ｐに対して点対称となる各位置を押圧する構成とすることによって、加工径を増大させる方向と減少させる方向にチップの補正量ΔＲを調整することが可能になる。

また、加工径補正装置１では、図１（ａ）に示すような、被押圧部材３ａ、圧力センサ３ｂ、ベース部材３ｃ等を有する被押圧部３と、制御部４を備える構成としている。
被押圧部３は、補正部２における入力部１１の押圧部１１ａを押圧するための部位であり、主軸８による押圧部１１ａの可動域内において、ツール７によるボーリング加工の妨げとならない位置に配置している。

被押圧部材３ａは、入力部１１に挿入可能な形状を有する凸状の部位であって、一端が押圧部１１ａに当接されるとともに、他端がベース部材３ｃにより支持された圧力センサ３ｂに当接される。

圧力センサ３ｂは、被押圧部材３ａに作用する押圧力Ｆを検出するためのセンサであって、例えば、歪みゲージ等を採用することができる。
また、圧力センサ３ｂによる押圧力Ｆの測定結果は、制御部４に入力される構成としている。

また制御部４は、加工径の測定結果に基づいて、必要な補正量を演算することができる。そしてさらに、制御部４によって、求めた必要な補正量に基づいて、押圧部１１ａに対する必要な押圧回数を設定する。
例えば、押圧部１１ａを１回所定のストロークＬで変位させたときにおけるチップ９の補正量ΔＲが１μｍであった場合に、必要な補正量が５μｍであれば、押圧部１１ａに対する必要な押圧回数を５回と設定することができる。

そして、加工径補正装置１では、図２（ａ）に示すように、被押圧部材３ａを入力部１１に挿入し、被押圧部材３ａを押圧部１１ａに押圧させた状態で、補正部２をＺ軸方向下向きに変位させることによって、押圧部１１ａの押し込み動作を実現する構成としている。

ところで、このような構成の加工径補正装置１では、所定の回数だけ押し込み動作を行ったつもりであっても、各回の押し込み動作が適切でなければ、チップ９に対して所望する補正量を与えることができないという問題がある。
例えば、図２（ｂ）に示すように、被押圧部３が、被押圧部３の他端の全面がベース部材３ｃに当接していなくて傾斜姿勢になっているなど、押圧部１１ａに対して適切に配置されていないと、被押圧部３によって押圧部１１ａを押圧し、所定のストロークＬで変位させたつもりであっても、押圧部１１ａの変位ストロークが所定のストロークＬ未満のストロークＵとなり、これにより、出力部１２の変位量が所定のストロークＳ未満のストロークＶとなって、適切に加工径Ａの補正をすることができない。

このため、制御部４には、圧力センサ３ｂによる押圧力Ｆの測定結果が入力されるとともに、正常に押し込み動作が行われたときの押圧力Ｆに係る情報（押圧力Ｆの許容値）を予め記憶する構成としている。
そして、加工径補正装置１では、制御部４によって、押圧力Ｆの測定結果と正常に押し込み動作が行われたときの押圧力Ｆに係る情報を比較することによって、正常に押し込み動作が行われたか否かの判定を行うようにしている。

次に、本発明の一実施形態に係る加工径補正装置による加工径の補正方法について、図２〜図４を用いて説明をする。
本発明の一実施形態に係る加工径補正装置１を用いて加工径の補正を行う場合、まず、図３に示す如く、そのときのツール７の状態で、ワーク２０に対して孔２０ａの加工を行う（ＳＴＥＰ−１）。

次に、孔２０ａの加工径Ａを測定する（ＳＴＥＰ−２）。例えば、ここでの孔２０ａに対する加工径Ａの測定は、作業者がノギス等を用いて行うことができる。

次に、測定した孔２０ａの加工径Ａに基づく判定を行う（ＳＴＥＰ−３）。
具体的には、測定した孔２０ａの加工径Ａを、作業者が制御部４に対して入力し、制御部４によって、孔２０ａの加工径Ａが、所望する加工径の誤差範囲に収まっているか否かの判定を行う。前記所望する加工径の誤差範囲は、加工径の誤差値が、加工径補正装置１による加工径の自動補正を行うことが可能である値の範囲である。

そして、測定した孔２０ａの加工径Ａが誤差範囲に収まっている場合には、次に必要な補正量の演算を行うとともに（ＳＴＥＰ−４）、演算により求めた補正量に基づく補正動作に移行する。

また、加工径補正装置１では、演算により求めた必要な補正量に基づいて、制御部４によって、押圧部１１ａに対する必要な押圧回数を設定する。

尚、必要な補正量の演算は孔２０ａの加工を行う度に（毎回）行わなくてもよく、例えば、所望する加工径に対する誤差が、補正を行わなくてもよい許容範囲を３回連続で越えた場合に補正量の演算を行って補正動作を行う設定としてもよい。これにより、加工時間の短縮を図ることができる。

一方、測定した孔２０ａの加工径Ａが前記誤差範囲に収まっていない場合には、自動補正の継続が困難であるため、作業者による確認を行うべくボーリング装置を停止させてボーリング加工を中止する（ＳＴＥＰ−１２）。

加工径補正装置１におけるチップ９に対する補正動作では、まず図示しない変位装置に対して、制御部４により算出した押圧回数を設定する（ＳＴＥＰ−５）。
また、主軸８と被押圧部材３ａの配置から、制御部４によって、必要な主軸８の移動量を算出する（ＳＴＥＰ−６）。
そして、主軸８を所定の補正位置に変位させるとともに、その補正位置における押圧部１１ａと被押圧部材３ａが当接する位置を基準として、主軸８をＺ軸方向下向きに所定のストロークＬで変位させる（ＳＴＥＰ−７）。
これにより、被押圧部材３ａによって、押圧部１１ａを、所定のストロークＬで変位させることができる。

またこのとき、被押圧部材３ａに作用する押圧力Ｆを圧力センサ３ｂにより測定するとともに、その測定結果を制御部４に入力する（ＳＴＥＰ−８）。

そしてここで、所定の補正動作が正常に行われているか否かの判定をする（ＳＴＥＰ−９）。
加工径補正装置１における補正動作（所定の押し込み動作）は、図２（ｂ）に示すようい、図示しない変位装置による主軸８の変位位置がずれたり、あるいは、被押圧部材３ａがずれたりした場合には、被押圧部材３ａが、入力部１１の所定位置に当接しないため、図示しない変位装置によって、主軸８を所定のストロークＬで変位させても、出力部１２が所定のストロークＳで変位されない場合がある。
そこで、加工径補正装置１では、圧力センサ３ｂにより検出した押圧力Ｆに基づいて、所定の押し込み動作が正常に行われているか否かの判定を行う構成としている。

図４に示す如く、圧力センサ３ｂにより検出する押圧力Ｆは、被押圧部材３ａと入力部１１が接触した時刻ｔ１から上昇し始め、そして、図示しない変位装置による主軸８の下方への変位が終了する時刻ｔ２まで上昇する。
そして、図示しない変位装置による主軸８の下方への変位が下死点まで到達した状態で押圧力Ｆが最大となり、この状態で一定時間（本実施形態では、時刻ｔ２から時刻ｔ３まで）保持するようにしている。
そして、この一定時間保持しているときの押圧力Ｆを、予め制御部４に記憶されている正常な押し込み動作の場合の押圧力Ｆに係る情報と比較して、所定の許容範囲に収まっていれば、被押圧部材３ａが入力部１１に正常に挿入され、正常に補正動作が行われているものと判定する構成としている。

仮に、このような判定を行わない場合には、補正動作が正常に行われた否かの判断は、補正後に孔２０ａの加工径を測定して始めてわかることになるため、無駄が多く、補正をやり直すことになるため、加工径の補正を自動化することが困難になる。
一方、本発明の一実施形態に係る加工径補正装置１のように、補正動作の良否をフィードバックすることによって、より完全な自動化を図ることが可能になる。

ここで、被押圧部材３ａおよび入力部１１の配置が正常であることを判定した場合には、続いて、必要な残りの回数だけ押し込み動作を行う（ＳＴＥＰ−１０）。
これにより、チップ９に対して必要な補正量を与えて、補正動作を完了する。

そしてその後、次のワーク２０に対するボーリング加工に移行するとともに（ＳＴＥＰ−１１）、前述した（ＳＴＥＰ−１）に戻って、ボーリング装置によるワーク２０に対するボーリング加工を継続する。

一方、被押圧部材３ａおよび入力部１１の配置が正常でないと判定した場合には、自動補正の継続が困難であるため、作業者による確認を行うべくボーリング装置を停止させて、ボーリング加工を中止する（ＳＴＥＰ−１２）。

即ち、本発明の一実施形態に係る加工径補正装置１は、ボーリング加工におけるチップ９による加工径Ａを補正するための装置であり、押圧することによって変位する部位である入力部１１と、入力部１１が所定のストロークＬで変位することによって、所定のストロークＳだけ変位する部位である出力部１２と、入力部１１の変位を出力部１２の変位に変換する変換機構１６と、を備えるものであって、入力部１１に対する押圧力Ｆを測定するための圧力センサ３ｂと、入力部１１に対する押圧力Ｆの許容値に係る情報が予め記憶されるとともに、圧力センサ３ｂにより測定した押圧力Ｆが、許容値に適合するか否かを判断する制御部４と、をさらに備えるものである。
このような構成により、より簡易な構成の加工径補正装置１を備えたボーリング装置において、加工径Ａの補正を自動化することができる。

１ 加工径補正装置
２ 補正部
３ 被押圧部
３ａ 被押圧部材
３ｂ 圧力センサ
３ｃ ベース部材
４ 制御部
７ ツール
８ 主軸
９ チップ
１１ 入力部
１２ 出力部
１６ 変換機構

Claims (1)

1. ボーリング加工におけるチップによる加工径を補正するための装置であり、
   押圧することによって変位する部位である入力部と、
   前記入力部が所定のストロークで変位することによって、所定のストロークだけ変位する部位である出力部と、
   前記入力部の変位を前記出力部の変位に変換する変換機構と、
   を備え、
   前記チップを支持する主軸が、変位機構によって変位可能に支持される加工径補正装置であって、
   前記入力部に対する押圧力を測定するための圧力センサと、
   前記入力部に対する押圧力の許容値に係る情報が予め記憶されるとともに、前記圧力センサにより測定した押圧力が、前記許容値に適合するか否かを判断する制御部と、
   をさらに備え、
   前記変位機構によって、
   前記入力部に対する押圧力を発生させる、
   ことを特徴とする加工径補正装置。

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