JPH01501213A - 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Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
回転切削ツール
技術分野
本発明は、回転切削ツールに関し、より詳しくは、回転軸を有する本体と、本体
に相対してかつ回転軸を横断する方向に変位するよう本体に支持される差換刃物
支持体とを具えた回転切削ツールに関する。
また、本発明は切削ツールを固定可能なスピンドルを有してワークピースに切削
加工を施すための機械と結合する上述の切削ツールに関する。
発明の開示
本発明の目的は概略において、独自の位置調整手段を有する切削ツールを提供す
ることであり、この位置調整手段により回転軸に関して差換刃物支持体の位置調
整を行なう。さらに、本発明の目的は上述の切削ツールを備えたaN械の操作方
法を提供することである。
本発明の範囲はこの明細書の請求の範囲において記述される。
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
量断面図である。
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図の詳細を示す区第7図は第6図の■−■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1o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コンピユータ20を有する。こ
の機成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3〇八はスピンドル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34
11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コンピユータ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34tlおよびセンサ35は、第5図に示すように
差換刃物位置決めシステム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50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8勤
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.
1400で示される位置で表わされる。位置“200”は位置“O”からモータ
の動きで200ステツ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ステツプがチップ33の0.5ミクロン(ミクロン二マ
イクロメータ)のり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1400x O,5−70000ミフロン=、7mmとなる。
上述のことかられかるように、モータのステ”ツブの各々は、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3oをスピンドルlOから離脱させ、プロ
ーブ60(第2図)と交替するよう、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12A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BOAを出力するよう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4oの各々が具えるプログラムP2およびP4を含む処理手順
が要求される。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。
A1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。
B2手動でスライド340を調整し、チップ33をプリセット直径または手動要
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の基準直径は、プリセット誤差PSEのみを含ん
で比較要求目標直径BRD4に近似する。
C0手操作により、絶対要求目標直径DTD2の値をプログラムP2ヘロードす
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要求目標直径の許容差TOj4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lOが横方向に8勅し、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返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。
H1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。
■、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は以下の変数を有する。
DCD2 =絶対要求規制直径。
MCD2=プローブ60およびプログラムP2によって測定された絶対規制直径
。
D丁D2=絶対要求目標直径。
TDE2= DTD2とM CD 2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。
MeO2=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。
ブリセツティング
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Oから700ステツプ(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340を調整し、ツールチップ33をBRD4の位置へ移動
させる。この位置は絶対要求目標直径DTD2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341Jは操
作者によってチップ33がこのゲージの内径面11^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。
・法 制(Cal tbration)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 、DC
D2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。従りて、ここにおいてこれら値は指示値DT
D4 、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P2に復帰する。そ
こで、コンピュータ20は、ツール30のDCD4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i丁OL4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1o80) 、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ヘ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ステツプずつモータ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110
3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の現在値にMeO2をセットする(ステップ1
105)。すなわち、測定規制直径MCD4は、信号35^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DCD2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1108) 。
次に、プログラムP4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TDε2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3
0をスピンドルlOに戻しくステップ1162) 、 TDE2の値をプログラ
ムP4に伝達する。そこでTDE2は値丁Dε4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
形成することによフて比較要求目標直径DTD4を再度確定する。プログラムP
2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つるいかなる誤差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) 、これによって規制ボア12
A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1104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M7C3として格納され、ざらにモータ38はツールを引き込むように駆
動される(ステップ120B)。その後、プログラムP4は、TDE4・DTD
4−M7C3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を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TOLJ以内にあるか否かを決定する(ステップ1240)
。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」信号を出力しくステップ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34tlの差換刃物3
2とは反対側に設けた突起132として構成しである。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340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保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。
国際調査報告
国際調査報告
GB 8700794
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1)回転軸(30A)を有するベース(361と、該ベース(36)に支持され 、前記軸(30A)を横切る方向に相対変位が可能な差換刃物支持部(34)と 、位置デマンド信号(DTD2)を受信する受信手段(52)と、前記位置デマ ンド信号(DTD2)に従って前記差換刃物支持部(32)の変位を行なわせる 制御手段(40)とを具えたことを特徴とする回転切削ツール。 2)請求の範囲第1項記載の切削ツールにおいて、前記ベースに相対し前記軸( 30A)を横切る方向の変位を検知すべく前記ベースに支持された検知手段(3 2,132)と、該検知手段(32,132)に応答し、前記ツール付近にある 表面(12A,12B)の検知関係を示すセンサ信号35Aを発生する手段(3 5,135)とを具えたことを特徴とする切削ツール。 3)請求の範囲第1項または第2項記載の切削ツールにおいて、前記受信手段( 52)に対して前記位置デマンド信号(DTD2)を伝送するためのワイヤレス 伝送システム(50)を具えたことを特徴とする切削ツール。 4)請求の範囲第1項ないし第3項のいずれかの項に記載の切削ツールと工作機 械との結合体であって、前記工作機械は、前記切削ツール(30)を固着可能な スピンドル(10)と、基準面に対して前記スピンドルを位置決めするための手 段(15)と、前記基準面に対する前記スピンドル(10)の位置を測定するた めの機械測定システム(16)と、前記受信手段(52)に伝送するための位置 デマンド信号(DTD2)を発生する制御手段(20)とを有することを特徴と する結合体。 5)請求の範囲第1項ないし第3項のいずれかの項に記載の切削ツールにおいて 、前記差換刃物支持部(32)に前記変位を行なわせるためのモータ(38)を 具え、前記制御手段(40)は前記受信した位置デマンド信号(DTD2)を前 記モータ(38)に対する駆動信号(DTD4)に変換するようにされている( 1022,102)ことを特徴とする切削ツール。 6)請求の範囲第5項記載の切削ツールにおいて、前記モータ(38)はステッ バモータであり、前記駆動信号(DTD4)は前記モータ(38)のステップの 数(N)に換算した前記差換刃物支持部(32)の位置を決定することを特徴と する切削ツール。 7)請求の範囲第5項記載の切削ツールにおいて、前記ツールの制御手段(40 )から機械の制御手段(20)にデータを伝送するための伝送手段(40,51 )を具えたことを特徴とする切削ツール。 8)請求の範囲第4項記載の結合体を用い、a.前記刃物モータ(38)により 前記軸に対する第1位置(WTD4)に前記差換刃物支持部を移動させる処理( 1190)を行なうステップであって、当該処理において前記第1位置で前記差 換刃物により表面が切削されうるステップ、 b.前記機械により前記ツールを回転させて第1表面(12A)を切削させる処 理(1195)を行なうステップ、c.前記センサモータ(38)により、前記 検知部材(32,132)を前記第1表面に向けて検知関係(1203)が確定 するまで移動させ、それにより前記検知部材(32)の変位を測定するための手 段(38)の読みを確定する処理(1200〜1204)を行なうステップ、d .当該読み(MTD4)と前記第1位置(WTD4)との差を加えた前記第1位 置によって与えられる位置である前記差換刃物支持部(34U)の第2位置を決 定する処理(1270)を行なうステップ、 e.刃物モータ(38)により、差換刃物(32)を前記第2位置(WTD4) に移動させる処理(1190)を行なうステップ、および f.前記機械により前記ツールを回転させて第2表面を切削させる処理を行なう ステップ を具えたことを特徴とするワークピースの加工方法。 9)請求の範囲第4項の結合体を用い、a.規制表面(12A)を提供する処理 を行なうステップ、 b.前記センサモータ(38)により前記軸(10A)に対する前記規制表面( 12A)の位置を測定させ、前記規制表面(12A)の位置の相対的測定量(M CD4)を確定する処理(1100〜1104)を行なうステップ、c.前記機 械により、前記軸に対する規制表面(12A)の位置を前記機械測定システム( 16)の読みに換算して測定させ、前記規制表面(12A)の位置の絶対的測定 量(MCD2)を確定する処理(1150)を行なうステップ、および d.前記絶対的測定量(MCD2)を示すデータ(TD2)を前記切削ツール( 30)に伝送し、前記刃物位置決めシステム(18)に前記絶対的測定量(MC D2)に対応した換算量(WTD4)で差換刃物を位置決めすることを可能にす る伝送処理(1164)を行なうステップを具えたことを特徴とする前記ツール の規制方法。
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