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

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)

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。