JP6365825B2

JP6365825B2 - 加工工具のサポート装置

Info

Publication number: JP6365825B2
Application number: JP2014120892A
Authority: JP
Inventors: 奥田　謙造; 謙造奥田; 晴久日笠山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-06-11
Filing date: 2014-06-11
Publication date: 2018-08-01
Anticipated expiration: 2034-06-11
Also published as: JP2016000437A

Description

本発明は、加工工具のサポート装置に関するものである。

金型等の製作において、ワークに幅が狭い深溝等を加工する際、従来から、加工工具による切削加工ではなく、放電加工が用いられている。これは、加工工具により深溝等を加工するには、加工工具の突き出し量と直径との比が高い（以下、「高Ｌ／Ｄ」という。）加工工具が必要となり、このような高Ｌ／Ｄの加工工具を用いて切削加工を行うと、工具の折損・たわみやびびり現象が発生し、加工精度が損なわれてしまうためである。なお、ここでの高Ｌ／Ｄとは、Ｌ／Ｄ＞４０である。一方、びびり現象を抑制する発明として、エンドミル等の回転する加工工具をサポートする装置が開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開平８−２５７８２３号公報特開２００３−１３６３２４号公報

しかしながら、上述した放電加工は、専用の放電加工機の操作に訓練が必要であり、又、専用設備へのワークの移動、電極製作等の段取り、実加工に時間を要し、コストも高額であった。
又、上述したサポート装置は、回転工具の外周面に、サポート部材の摺動面やローラを接触させることにより、びびり現象を防止するものであるため、回転工具とサポート部材との間に、摩擦やこれに伴う熱が発生し、温度が上昇して焼き付きが発生してしまうという問題があった。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、加工工具とサポート部材との間の摩擦や熱の低減により焼き付きを抑制しながら、切削加工の精度を高めることにある。

（発明の態様）
以下の発明の態様は、本発明の構成を例示するものであり、本発明の多様な構成の理解を容易にするために、項別けして説明するものである。各項は、本発明の技術的範囲を限定するものではない。そのため、発明を実施するための最良の形態を参酌しつつ、各項の構成要素の一部を置換し、削除し、又は、更に他の構成要素を付加したものについても、本願発明の技術的範囲に含まれ得るものである。

（１）工作機械の加工ヘッドの主軸に保持される加工工具のサポート装置であって、前記加工ヘッドから延び、前記加工工具の先端近傍の外周の一部に近接する、少なくとも１つのサポート部と、前記加工工具と前記サポート部との近接箇所の隙間に流体を供給する流体供給手段と、制御手段とを含み、前記サポート部は、前記加工工具に近接する近接面に、流体を保持するための溝部を有し、前記流体供給手段は、流体を供給する流体供給部と、一端が前記流体供給部に接続され、前記サポート部を通って、他端が前記サポート部の近接面の前記溝部に開口した流体供給経路と、前記近接箇所の隙間の大きさを測定するギャップセンサとを含み、前記制御手段は、前記ギャップセンサの測定結果に基づいて、前記近接箇所の隙間の大きさを制御するものである加工工具のサポート装置（請求項１）。

（２）上記（１）項において、前記制御手段は、前記ギャップセンサの測定結果に基づいて、前記流体供給部から供給する流体の圧力を制御するものである加工工具のサポート装置（請求項２）。

（３）上記（１）項において、前記制御手段は、前記ギャップセンサの測定結果に基づいて、前記加工工具の回転数を制御するものである加工工具のサポート装置（請求項３）。

（４）上記（１）から（３）項において、前記サポート部は、前記加工工具に近接する近接面が、前記加工工具の外周形状に倣った形状である加工工具のサポート装置（請求項４）。

（５）上記（１）から（４）項において、前記加工ヘッドに固定されるベース部を含み、前記サポート部は、前記ベース部から前記加工工具の先端近傍まで延び、前記加工工具によりワークを加工する際に、少なくとも前記加工工具のたわむ方向に配置された、加工工具の軸方向と直交する方向の厚みが前記加工工具の接触部位の幅以下である、バックアップ部材を含む加工工具のサポート装置。

（６）上記（５）項において、前記ベース部は、前記加工ヘッドの主軸に前記加工工具を固定している固定器具を内周に通す態様で、前記加工ヘッドに固定される環状部を含み、前記バックアップ部材は、少なくとも、前記加工工具によりワークを加工する際の前記加工工具の進行方向後方側に、前記加工工具の進行方向と平行に、前記固定器具を避ける態様で、前記ベース部から前記加工工具の先端近傍まで延びる、板状部材を含む加工工具のサポート装置。

本発明はこのように構成したので、加工工具とサポート部材との間の摩擦や熱の低減により焼き付きを抑制しながら、切削加工の精度を高めることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る加工工具のサポート装置の構成を示す概略図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は底面図である。本発明の実施の形態に係る加工工具のサポート装置の構成の一部を示す概略図である。サポート部に設けられた溝部を示しており、（ａ）は溝部の一例の正面図、（ｂ）は（ａ）の溝部の断面図、（ｃ）は溝部の別例の正面図である。高Ｌ／Ｄの加工工具を用いて幅が狭い深溝を加工する様子を示す概略図である。本発明の実施の形態に係る加工工具のサポート装置を用いながら、加工工具により切削加工を行う際の、力の関係を概略的に示したイメージ図である。（ａ）は加工工具とサポート部との近接箇所近傍を示す概略縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ´での断面図である。加工工具とサポート部との間の速度分布を示すモデル図である。加工工具とサポート部との間における、せん断応力と流体膜圧力との関係を示すモデル図である。本発明の実施の形態に係る加工工具のサポート装置を用いながら、加工工具により切削加工を行う際の、加工工具とサポート部との隙間に形成する流体の膜厚と、負荷との関係を示すグラフである。本発明の実施の形態に係る加工工具のサポート装置による、加工工具とサポート部との隙間の大きさの制御方法を示す簡略的な処理ブロック図である。図１０とは別の隙間の大きさの制御方法を示しており、（ａ）は隙間の大きさを流体圧力に変換する制御方法の簡略的な処理ブロック図、（ｂ）は加工工具の回転数を調整する制御方法の簡略的な処理ブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。ここで、従来技術と同一部分、若しくは相当する部分については、詳しい説明を省略する。
図１及び図２は、本発明の実施の形態に係る加工工具のサポート装置１０の構成を概略的に示している。加工工具のサポート装置１０は、図１に示すように、図中左右両側から加工工具２４に近接する２つのサポート部１２と、サポート部１２を加工ヘッド２６に固定するベース部１８とを含んでいる。更に、加工工具のサポート装置１０は、図１での図示は省略しているが、図２に示すように、流体供給手段４０と制御手段５０とを含んでいる。なお、図１の加工工具２４は、図４に示すような幅が狭い深溝等を加工する際に用いられる、高Ｌ／Ｄの回転工具であり、ホルダ３０ａ及びチャック３０ｂからなる固定器具３０により、加工ヘッド２６の回転主軸２８に固定されている。

図１の例において、ベース部１８は、環状部締付ボルト３２により加工ヘッド２６に固定される環状部２０と、サポート部１２の各々を環状部２０に固定している２つの固定部２２とを含んでいる。環状部２０は半割りの環状部材であり、外周の対向位置にある２つの環状部締付ボルト３２の締め付けにより、加工ヘッド２６の外周部に環状部２０の外壁２０ａの内周面が圧接されることで、加工ヘッド２６に固定されている。又、環状部２０の内周の空間部には、加工工具２４、固定器具３０、回転主軸２８が配置されている。又、固定部２２は、環状部２０の外壁２０ａから、内周方向へ突出した底部２０ｂの底面に、溶接等で固定された、ブロック状のブラケットである。

２つのサポート部１２の各々は、バックアップ部材１４を含んでおり、図１の例では、バックアップ部材１４が、第１の板状部材１６ａと第２の板状部材１６ｂとを含む、板状部材１６で構成されている。第１の板状部材１６ａは、サポート部固定ボルト３４により固定部２２に固定されており、又、第２の板状部材１６ｂは、中間ボルト３６により第１の板状部材１６ａに固定されている。すなわち、第１の板状部材１６ａと第２の板状部材１６ｂとは、加工工具２４の変更等の必要に応じて、取り替え可能となっている。又、板状部材１６は、図１（ａ）で確認できるように、固定器具３０を避けて、ベース部１８の環状部２０に固定された固定部２２から、加工工具２４の先端近傍に達するように、加工工具２４の軸心に向かって傾斜した形状を有している。又、第２の板状部材１６ｂは、厚み（図１（ｂ）における上下方向の厚み）が、加工工具２４の直径Ｄ（図４参照）以下（加工工具２４の直径Ｄが先端側に向けて縮小するような場合には、最細部の直径以下）に形成されている。一方、第１の板状部材１６ａは、第２の板状部材１６ｂのような厚みの制約は無く、第２の板状部材１６ｂを確実に保持するための、必要十分な厚みを有している。

又、サポート部１２は、板状部材１６の第２の板状部材１６ｂが、加工工具２４の先端近傍の外周の一部に近接するものである。第２の板状部材１６ｂの加工工具２４に対する近接面６０（図２、図６参照）の形状は、加工工具２４の外周面に倣った形状とし、例えば、加工工具２４の直径Ｄが先端側に向けて縮小するようにテーパがつけられている場合は、テーパに沿って傾斜した曲面となる。又、第２の板状部材１６ｂの各々が、加工工具２４に近接する範囲は、加工工具２４が受ける切削抵抗等を考慮して、適切な範囲を設定できる。例えば、周方向の近接範囲は、加工工具２４の外周の半分程度としてもよく、この場合は、２つの第２の板状部材１６ｂが、加工工具２４の外周の略全周を囲うようになる（図６（ｂ）参照）。又、詳細は後述するが、第２の板状部材１６ｂの各々には、加工工具２４に近接する近接面６０に、溝部６２が設けられている（図３参照）。なお、第２の板状部材１６ｂは、例えば、ＤＬＣコートが施された超鋼合金製である。

流体供給手段４０は、図２に示すように、流体供給部４２、流体供給経路４４、ギャップセンサ４６を含んでいる。流体供給部４２は、エアー、水、油等の流体を供給するものであり、本発明の実施の形態に係る加工工具のサポート装置１０では、流体としてエアーを供給するものである。流体供給経路４４は、流体供給部４２から供給されるエアーを、サポート部１２の第２の板状部材１６ｂの近接面６０に供給するための経路であり、流体供給部４２から延びて、第２の板状部材１６ｂの内部を通り、近接面６０に開口している。より詳しくは、流体供給経路４４は、図３に示すように、近接面６０に設けられた溝部６２に開口している。又、流体供給経路４４は、例えば、チューブ等で構成される。

ギャップセンサ４６は、加工工具２４とサポート部１２の近接面６０との間の、隙間の大きさを測定するものである。ここで、加工工具２４と近接面６０との隙間の大きさは、切削加工中にワークＷ（図４参照）に接触する加工工具２４の先端に近いほど、変動し易い傾向にある。このため、ギャップセンサ４６を、加工工具２４の先端に近い、第２の板状部材１６ｂの下端側に設置している。又、同じ理由により、上述した流体供給経路４４は、ギャップセンサ４６の直近に開口している。ギャップセンサ４６には、非接触で加工工具２４との隙間を測定可能な、各種のギャップセンサが用いられる。図２の例では、ギャップセンサ４６は、ギャップセンサのコントローラ５２により制御される。

制御手段５０は、図２の例では、コントローラ５２を制御して、ギャップセンサ４６による測定結果を取得し、又、流体供給部４２を制御して、近接面６０に供給するエアーの圧力等を調整するものである。更に、制御手段５０は、加工工具２４を具備する加工機の制御を行ってもよい。制御手段５０は、各種のコンピュータ等で構成される。
なお、図２は、図１に示した一方のサポート部１２についてのみ図示しているが、図２に示した構成の各々は、２つのサポート部１２の夫々に対して設置されるものである。しかしながら、例えば、２つのサポート部１２に対応する２つの流体供給部４２の制御を、１つの制御手段５０で機能的に分けて行ってもよい。

次に、図３には、各サポート部１２の近接面６０に設ける溝部６２の例を示している。溝部６２は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、加工工具２４に近接する第２の板状部材１６の近接面６０に、加工工具２４の外周面に倣った形状である近接面６０に沿って設けられている。そして、上述したように、溝部６２には、流体供給部４２から延びる流体供給経路４４が開口している。又、溝部６２は、図３（ｃ）に示すように、２つに分かれて設けられていてもよく、この場合には、２つの溝部６２に跨って流体供給経路４４が開口しており、各々の溝部６２が近接面６０に沿って設けられている。なお、図３では、ギャップセンサ４６の図示を省略している。

ここで、サポート部１２の板状部材１６は、加工工具２４によりワークを加工する際に、少なくとも加工工具２４のたわむ方向に配置されるものである。図１の例では、ワークを加工する際の、加工工具２４の進行方向後方側と前方側とに、加工工具２４の進行方向と平行な配置になるように、２つのサポート部１２が図中左右方向に配置されている。よって、本例は、加工の際に図中左方向又は右方向に加工工具２４がたわむ場合の、サポート部１２の配置例を示している。より詳しくは、図４に示すように、ワークＷに加工工具２４の直径Ｄよりも僅かに大きい幅の深溝を形成する際に、加工工具２４を紙面手前方向と奥方向とに往復移動させて、図中下方向に徐々に深く（段階的に）溝を加工する。そして、加工工具２４は、紙面手前方向へ移動する加工の際に、紙面奥方向へたわむ傾向にあり、又、紙面奥方向へ移動する加工の際に、紙面手前方向へたわむ傾向にある。このため、図４の深溝を加工する場合には、図１に示す２つのサポート部１２が、図４の紙面手前方向と奥方向とに配置されるように、サポート装置１０を設置する。

続いて、加工工具２４により切削加工を行う際に、本発明の実施の形態に係る加工工具のサポート装置１０を用いた場合の作用について説明する。加工工具のサポート装置１０は、流体供給手段４０により加工工具２４とサポート部１２との間にエアーを供給しながら、サポート部１２により加工工具２４をサポートするものである。例えば、図５の例において、図中左方向に加工工具２４を移動させて、ワークＷ（図４参照）に切削加工を行う場合を想定すると、加工工具２４には、ワークＷとの接触箇所において、図中右方向への切削抵抗Ｆが発生する。この際、図中右側から加工工具２４をサポートするサポート部１２には、接触抵抗Ｆに応じた図中右方向への力Ｆ´が加わるが、流体供給経路４４を介して圧力Ｐのエアーを供給することで、加工工具２４とサポート部１２との間にエアー膜を形成する。

より詳細には、図６に示すように、加工工具２４と第２の板状部材１６ｂの近接面６０との間に、図中ドットで示すようなエアー膜を形成する。ここで、加工工具２４に近接面６０が近接している状態では、溝部６２を構成する各面と、加工工具２４の外周面とにより、略閉鎖された空間が形成される。このため、エアー膜は、主に、近接面６０に設けた溝部６２において維持されることとなる。更に、詳細は後述するが、エアー膜を形成するために流体供給部４２から供給するエアーの圧力Ｐは、ギャップセンサ４６により測定する、加工工具２４と近接面６０との間の隙間の大きさ（エアー膜の膜厚）Ｇｒ、Ｇｌの夫々に基づいて、２つのサポート部１２側で別々に制御される。

ここで、上述したエアー（流体）膜の形成の理論について言及する。
図７のモデル図において、隙間ｈの２面間がエアーで満たされている状態で、下側の面が固定され、上側の面がｘ方向に速度Ｖで移動すると仮定する。エアーの絶対粘度をηとすると、エアー膜内のせん断応力τ（Ｐａ）は、〔数１〕で与えられる。

すなわち、せん断応力τは、エアー膜の厚さ方向（ｙ方向）の速度勾配Ｖ／ｈに比例する。

次に、微小要素ｄｘ×ｄｙ×１に働く力のつり合いは、ｘ軸が速度Ｖで動く運動片の方向、ｙ軸が隙間ｈの方向、隙間ｈ＝ｈ（ｘ）とすると、〔数２〕のように示される。

又、せん断応力τは、ｘ方向のエアーの流速をｖとすると、〔数３〕のように示される。

次に、図８のモデル図において、エアー膜圧力ｐは、隙間方向（ｙ方向）に一定である。このため、境界条件をｙ＝０でｖ＝Ｖ、ｙ＝ｈでｖ＝０とし、ｙについて２回積分すると、流速と圧力分布との関係は、〔数４〕のように示される。

更に、流速と圧力分布との関係式（ナビエ・ストークスの方程式）は、〔数５〕のようになる。

又、隙間を流れる単位幅あたりのエアーの流量Ｑは、

と示され、流量は連続して変化なく、ｄＱ／ｄｘ＝０であるため、

と示される。

更に、〔数７〕を変形し、ｈについて求めると、

となる。この関係式を、膜厚をｈ、負荷をＬＤとしてグラフで表すと、図９のようになる。すなわち、加工工具２４とサポート部１２の近接面６０との間には、切削抵抗による力とエアー圧との関係の力（負荷力）に応じて、図９で示される膜厚ｈのエアー膜が生じる。上記のような計算を採用する際には、予め実験的に値を求めておき、以下に説明する隙間ｈの大きさの制御方法のための、各パラメータ等を設定する。

続いて、切削加工中の切削抵抗の変動による負荷の変化に対応して、加工工具２４とサポート部１２との間の隙間の大きさ（膜厚）を制御する方法について説明する。
例えば、図６の例において、加工工具２４により切削加工を行うと、切削抵抗が不規則に変化し、これに伴い、膜厚Ｇｒ、Ｇｌの変化や、エアー漏れ等が発生する。このため、図１０に示す方法等で、膜厚Ｇｒ、Ｇｌ等を制御する必要がある。以下、図１０に示す処理の流れに沿って説明する。なお、加工工具のサポート装置１０の構成については図１及び図２を、加工工具２４とサポート部１２との近接箇所のイメージについては図６を、適宜、参照されたい。

Ｓ１０（エアー発生）：加工工具２４を具備する加工機の運転に先立ち、流体供給手段４０によりエアー圧Ｐ０でエアーを供給し、加工工具２４とサポート部１２の近接面６０との間にエアーを供給した状態にする。
Ｓ２０（加工機設定）：加工機の各運転状態を設定する。すなわち、加工機の制御を行う制御手段５０等に、加工工具２４の回転数Ｓ（ｒｐｍ）、送り速度Ｆ（ｍｍ／ｍｉｎ）、切込み量ｔ（ｍｍ）、ピックフィードｐ（ｍｍ）を設定する。この際、１刃あたりの送りｆ＝Ｆ／（刃数×Ｓ）（１／ｍｉｎ）を計算する。
Ｓ３０（ギャップ設定）：加工工具２４と２つのサポート部１２の夫々との間の、隙間（ギャップ）Ｇｒ及びＧｌの所定値Ｇ０を設定する。この所定値Ｇ０には、切削抵抗Ｆに応じてサポート部１２に加わる力Ｆ´（図５参照）や、〔数８〕に示した膜厚と負荷の関係を考慮して、適切な値を設定する。

Ｓ４０（エアー圧力制御計算）：エアー圧力を制御するための計算を行い、この計算結果に基づいてエアー圧力を制御する。具体的には、加工工具２４とサポート部１２との間の隙間Ｇｒ及びＧｌを検出量、エアー圧Ｐを制御量として、以下の計算を行う。
後述するＳ８０においてギャップセンサ４６により測定する測定値をＧｘとすると、隙間の所定値Ｇ０と測定値Ｇｘとの偏差ｅは、〔数９〕のようになる。

〔数９〕の量を、例えばＰＩＤ制御すると、〔数１０〕のようになる。

〔数１０〕において、ＫＰ１、ＫＰ２、及びＫＰ３は、定数である。
〔数１０〕の計算式を、２つのサポート部１２の夫々の隙間Ｇｒ、Ｇｌについて、制御手段５０に設定しておき、加工機の運転中は常に、エアー圧Ｐを算出する。そして、算出したエアー圧Ｐで、加工工具２４とサポート部１２との間にエアーが供給されるように、２つのサポート部１２の夫々について、制御手段５０により流体供給部４２を制御する。なお、加工機の運転開始前の場合は、〔数１０〕の計算は行わずに、上記Ｓ１０でのエアー圧Ｐ０のままエアーを供給すればよい。

Ｓ５０（加工機運転）：加工工具２４を具備する加工機を運転し、加工工具２４により切削加工を行う。
Ｓ６０（切削抵抗変動）：上記Ｓ５０により、加工機の運転を継続すると、加工工具２４の切削抵抗Ｆが変動する。
Ｓ７０（ギャップ発生）：上記Ｓ６０により、加工工具２４の切削抵抗Ｆが変動すると、加工工具２４とサポート部１２との間に、変動した切削抵抗Ｆに応じた隙間（ギャップ）が発生する。
Ｓ８０（ギャップ検出）：ギャップセンサ４６により、加工工具２４とサポート部１２との間の隙間（ギャップ）を測定する。隙間の測定は、加工機の運転中は常に行うものとする。

すなわち、図１０に示す制御方法は、切削抵抗Ｆの変動に伴って変化する隙間の大きさを常に測定し、この測定値から、隙間の大きさが予め設定した所定値になるようなエアー圧を算出して、算出したエアー圧でエアーを供給することにより、隙間の大きさを制御するものである。
なお、隙間の大きさを制御する方法は、例えば、図１１に示すような方法であってもよい。詳細な説明は控えるが、図１１（ａ）に示す制御方法は、ギャップセンサ４６により測定した隙間を、これに対応するエアー圧力に変換し（Ｓ１９０）、予め設定した（Ｓ１３０）エアー圧力と、変換したエアー圧力との偏差を利用して、エアー圧力を制御する（Ｓ１４０）ものである。一方、図１１（ｂ）に示す制御方法は、隙間の測定値と所定値との偏差を利用して、加工工具２４の回転数を制御する（Ｓ２４０）ものである。

なお、図１では、加工ヘッド２６の主軸が回転主軸２８であり、加工工具２４が回転工具である例を示しているが、本発明の実施の形態に係る加工工具のサポート装置１０は、加工ヘッド２６の主軸が固定主軸であり、加工工具２４が固定工具であってもよい。又、加工工具のサポート装置１０は、第１の板状部材１６ａと第２の板状部材１６ｂとが一体化されていてもよく、更に固定部２２が加えられて一体化されていてもよい。更に、流体供給手段４０の流体供給経路４４は、図２等の例では、第２の板状部材１６ｂの下方側端からサポート部１２を貫通しているが、これに限定されるものではない。流体供給経路４４は、加工工具２４による切削加工やサポート部１２による加工工具２４のサポートに影響を与えず、かつ、溝部６２に開口していれば、どのようなルートであってもよい。

さて、上記構成をなす本発明の実施の形態によれば、次のような作用効果を得ることが可能である。すなわち、本発明の実施の形態に係る加工工具のサポート装置１０は、図１に示すような構成であることで、加工工具２４の先端近傍の外周の一部に近接する、２つのサポート部１２により、加工工具２４をサポートする。詳細には、サポート部１２は、加工ヘッド２６に固定されるベース部１８から、加工工具２４の先端近傍まで延びる、バックアップ部材１４を有している。このバックアップ部材１４は、加工工具２４によりワークＷ（図４参照）を加工する際の、少なくとも加工工具２４のたわむ方向に配置され、加工工具２４に近接する。これにより、特に高Ｌ／Ｄの加工工具２４を用いる際に発生するたわみの要因である、加工工具２４の軸方向と直交する方向に発生する切削抵抗を、バックアップ部材１４で受け、加工工具２４のたわみや折損を抑制することができる。更に、加工工具２４のたわみの抑制と共に、回転工具である加工工具２４の切刃がワークＷから不規則に離れることが抑制されるため、切削加工の加工精度を高めることができる。

更に、加工工具のサポート装置１０は、サポート部１２のバックアップ部材１４の、加工工具２４の軸方向と直交する方向（図１（ｂ）の上下方向）の厚みが、加工工具２４の接触部位の幅以下となっている。すなわち、バックアップ部材１４の当該方向の厚みは、少なくとも加工工具２４の直径Ｄ以下である。このため、図４に示すように、高Ｌ／Ｄの加工工具２４を用いて、加工工具２４の直径Ｄよりも僅かに大きい幅の深溝等を加工する場合でも、加工工具２４をサポートしているサポート部１２のバックアップ部材１４が、ワークＷに接触することはない。より詳しくは、加工工具２４に対するバックアップ部材１４の接触部位が、ワークＷの加工開始前の表面（図４中上面）よりも深い位置に達した場合でも、それまでに加工した溝幅よりも小さい厚みを有するバックアップ部材１４が、ワークＷに接触することなく、加工工具２４をサポートすることができる。これにより、従来は放電加工を用いていた幅が狭い深溝等の加工を、高Ｌ／Ｄの加工工具２４を用いて高精度で行うことが可能となるため、設備の省スペース化、加工時間の短縮、加工費の低減を図ることができる。

又、ベース部１８の環状部２０が、加工ヘッド２６の回転主軸２８に加工工具２４を固定している固定器具３０を内周に通す態様で、加工ヘッド２６に固定されている。更に、バックアップ部材１４の板状部材１６が、固定器具３０を避ける態様で、ベース部１８から加工工具２４の先端近傍まで延びているものである。このように、固定器具３０に接触しない構造でありながらも、加工ヘッド２６に固定されたベース部１８から延びる板状部材１６が、加工工具２４の先端近傍に近接する。このため、加工時の加工工具２４の回転運動等を妨げることなく、加工工具２４をより確実にサポートすることが可能となる。

更に、本発明の実施の形態に係る加工工具のサポート装置１０は、図２のような構成を有していることで、加工工具２４をサポートする際に、流体供給手段４０により、加工工具２４とサポート部１２との近接箇所の隙間に、流体としてエアーを供給し、エアー膜を形成するものである。更に、図３に示すように、加工工具２４に近接するサポート部１２の近接面６０には、溝部６２が設けられており、又、流体供給手段４０は、流体供給部４２から、サポート部１２を通って溝部６２に開口している流体供給経路４４を介してエアーを供給する。このため、図６に示すように、流体供給手段４０により供給するエアーを、加工工具２４をサポートしているサポート部１２と加工工具２４との間において溝部６２に保持することができ、エアー膜を維持することが可能となる。なお、溝部６２は、図３に示した形状に限定されるものではなく、幅、長さ、深さ、傾斜等を任意に設定できるものである。例えば、溝部６２は、流体供給経路４４の開口部に向かって溝の深さが徐々に大きくなるように、傾斜している形状であってもよい。

又、流体供給手段４０が、加工工具２４とサポート部１２との近接箇所の隙間の大きさを測定するギャップセンサ４６を含んでおり、このギャップセンサ４６の測定結果に基づいて、制御手段５０が、近接箇所の隙間の大きさを制御するものである。すなわち、制御手段５０は、ギャップセンサ４６により測定される近接箇所の隙間の大きさＧｒ、Ｇｌを監視しながら、例えば、近接箇所の隙間が所定の大きさに維持されるように、制御を行う。換言すれば、近接箇所の隙間に形成しているエアー膜が、所定の膜厚に維持されるように、制御を行う。これにより、切削加工を行う加工工具２４と、加工工具２４をサポートするサポート部１２との間に、常に、所定の膜厚のエアー膜を形成することができる。このため、加工工具２４とサポート部１２との間の摩擦や熱を低減することができ、焼き付きを抑制することが可能となる。

又、加工工具のサポート装置１０は、制御手段５０が、ギャップセンサ４６の測定結果に基づいて、流体供給手段４０の流体供給部４２から供給するエアーの圧力を制御するものである。すなわち、図１０、図１１（ａ）に示すように、切削加工中に加工工具２４が受ける切削抵抗が変動して（Ｓ６０、Ｓ１６０）、加工工具２４とサポート部１２との近接箇所の隙間の大きさが変化する（Ｓ７０、Ｓ１７０）場合であっても、当該隙間の大きさの変化を加味して、エアーの圧力を制御する（Ｓ４０、Ｓ１４０）ものである。このように、サポート部１２の溝部６２内のエアー圧力を調整することにより、エアーの膜厚をより正確に維持することができる。

一方、本発明の実施の形態に係る加工工具のサポート装置１０は、制御手段５０が、ギャップセンサ４６の測定結果に基づいて、加工工具２４の回転数を制御するものであってもよい。すなわち、図１１（ｂ）に示すように、切削加工中に加工工具２４が受ける切削抵抗が変動して（Ｓ２６０）、加工工具２４とサポート部１２との近接箇所の隙間の大きさが変化する（Ｓ２７０）場合であっても、当該隙間の大きさの変化を加味して、加工工具の回転数を制御する（Ｓ２４０）。これにより、加工工具２４が受ける切削抵抗が調整されるため、切削抵抗に影響される、加工工具２４とサポート部１２との隙間の大きさを、効率よく維持することが可能となる。

更に、加工工具のサポート装置１０は、加工工具２４に近接するサポート部１２の近接面６０が、加工工具２４の外周形状に倣った形状を有している。これにより、加工工具２４の外周とサポート部１２の近接面６０との間の隙間が、近接面６０の全体にわたって略一様の大きさとなるため、切削抵抗を近接面６０の全体で略均等に受けることができ、バランスよく加工工具２４をサポートすることが可能となる。
又、本発明の実施の形態に係る加工工具のサポート装置１０は、加工工具２４とサポート部１２との間にエアー膜を形成するため、加工工具２４とサポート部１２との隙間に、切削加工によるワークＷの切粉等が入り込むことを防止する効果も期待される。更に、加工工具２４とサポート部１２との間の摩擦や熱の低減に伴い、加工工具２４とワークＷとの間の摩擦や熱の低減も期待できるものである。

１０：加工工具のサポート装置、１２：サポート部、２４：加工工具、２６：加工ヘッド、２８：主軸、４０：流体供給手段、４２：流体供給部、４４：流体供給経路、４６：ギャップセンサ、５０：制御手段、６０：近接面、６２：溝部

Claims

工作機械の加工ヘッドの主軸に保持される加工工具のサポート装置であって、
前記加工ヘッドから延び、前記加工工具の先端近傍の外周の一部に近接する、少なくとも１つのサポート部と、前記加工工具と前記サポート部との近接箇所の隙間に流体を供給する流体供給手段と、制御手段とを含み、
前記サポート部は、前記加工工具に近接する近接面に、流体を保持するための溝部を有し、
前記流体供給手段は、流体を供給する流体供給部と、一端が前記流体供給部に接続され、前記サポート部を通って、他端が前記サポート部の近接面の前記溝部に開口した流体供給経路と、前記近接箇所の隙間の大きさを測定するギャップセンサとを含み、
前記制御手段は、前記ギャップセンサの測定結果に基づいて、前記近接箇所の隙間の大きさを制御するものであることを特徴とする加工工具のサポート装置。
前記制御手段は、前記ギャップセンサの測定結果に基づいて、前記流体供給部から供給する流体の圧力を制御するものであることを特徴とする請求項１記載の加工工具のサポート装置。
前記制御手段は、前記ギャップセンサの測定結果に基づいて、前記加工工具の回転数を制御するものであることを特徴とする請求項１記載の加工工具のサポート装置。
前記サポート部は、前記加工工具に近接する近接面が、前記加工工具の外周形状に倣った形状であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の加工工具のサポート装置。