JPH03500744A - 工作機械用の中ぐりヘッド及びそれに関連する機械加工方法 - 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】 工作機械用の中ぐりヘッド及びそれに関連する機械加工方法 本発明は、特に０ＮＣＩｌ！械加工に使用するための中ぐりヘッド及び前記ヘッ ドを使用する機械加工に係わる。

現在、正確な内側穴又は外側穴は、可調節の半径中ぐり棒を有する中ぐりヘッド を使用することによって、ＣＮＣ中ぐり及びフライス削り機械センタにより自動 的に且つ無人で得られる。

正確な直径の穴を得るために、可調節半径、即ちＵ軸は、内側の中ぐりについて は小さ過ぎる大きざの案内穴を、又は外側の中ぐりについては大き過ぎる大きさ の案内穴を意図的に与えるように自動的に調節される。その後で工具交換が行わ れ、前記案内穴の直径を計測するために使用される接触トリガプローブに、前記 中ぐりヘッドが置き換えられる。目標穴の直径と案内穴の直径との門の差異が機 械コンピュータによって測定され、前記中ぐりヘッドが機械工具スピンドルに再 び取り付けられる。

その次に前記Ｕ軸が前記差異の半分だけ直径を変化させられ、前２案内穴が再び 加工される。接触トリガブＯ−ブを使用する測定動作が反復され、前記穴が許容 差の範囲内にない時には中ぐりヘッドが再取付けされ、Ｕ軸が前記と同じように 調節され、穴が再加工される。その穴が許容差内に入るまで前記のプロセスが反 復される。

前段落に概説された方法は、シャンクの再取付は誤差、工具チップの摩耗、及び 中ぐり穴の偏りを主な原因とする、中ぐり穴直径の反復性の誤差を被る。接触ト リガプローブ及び中ぐりヘッドが交互に使用されるが故に、シャンク再取付は誤 差は上記の技術を用いる場合には取り除くことが不可能である。工具チップ摩耗 は、接触トリガプローブを使用する周期的な穴直径測定によって、又は専用の工 具チップ先端摩耗測定及び補償システムに・よって減少される。切削力によって 引き起こされる中ぐり穴の偏り誤差は、１つ以上の切削を行うことによって削減 されるが、これは時間を要し且つ工具チップ摩耗につれて効果が減少する。

本発明の第１の態様によって、内側及び外側の穴を目標直径に機械加工する方法 が提供され、この方法は、して垂直な方向に中ぐり棒を動かすために、その中ぐ り棒の一端部に結合された一体の工具チップ及びＵ軸駆動手段を伴う中ぐり棒を 有する中ぐりヘッドを工作機械スピンドルに取付けることと、 中ぐりヘッドと、目標直径を切削するように初期設定されるＵ軸を有する工作機 械とを使用することによって中ぐり動作を行うことと、 前記中ぐり作業が進む間で、工具チップと前記端部との間の中ぐり棒のどんな偏 りも表す信号を得ることと、前記偏り信号に基づき且つ中ぐり棒における遠心力 を計算に入れて、目標直径と工具チップ掃過直径（ｓｖｅｐｔ　ｄｉａｍｅｔｅ ｒ）との間のどんな差異をも最少化するためにＵ軸を調節することとから成る。

本発明の第２の態様によって工作機械中ぐりヘッドが提供され、この中ぐりヘッ ドが、 工具チップを有する細長い中ぐり棒と、工作機械スピンドルに前記中ぐりヘッド を取り付けるためのシャンクと、 工作機械によって回転される時に工具チップがその周りを回転する前記シャンク の軸に対して垂直な方向に中ぐり棒を動かすための、前記中ぐり棒の一端部に結 合されたＵ軸駆動手段と、工具チップと前記端部との間の中ぐり棒におけるどん な偏りをも表す信号を与えるための感知手段と、前記中ぐり棒の回転速度を表す 信号を与えるための手段とから成る。

前記Ｕ軸駆動手段が、工具チップの掃過直径を設定するために必要な調節を、実 質的に全て、与えることが可能であることが好ましい。又はその代わりにそのＵ 輪駆動手段が、工具チップの可能最大掃過直径の少なくとも５％（又は更に好ま しくは１０％）の範囲に亘る工具チップの調節を与えることが可能であってもよ い。

本発明の第３の態様によって、第２の態様の中ぐりヘッドから成るシステムと、 少なくとも偏り信号から工具チップの掃過直径の変化を測定するための、且つこ のように測定された掃過半径と目標半径との間の差異を表す誤差信号を与えるた めの手段とが提供され、前記手段が、前記誤差信号を最少化する方向に齢記中ぐ り棒を駆動するＵ軸駆動手段に結合されている。

本発明の主要な利点は、１つの作業で、又は少なくとも別の方法で必要とされる 作業よりは少ない作業で、工具チップが穴を目標直径に加工することが可能であ るということである。上記のシャンク再取付は誤差が取り除かれることが可能で あり、また工具チップ摩耗及び中ぐり棒偏り誤差が実質的に除去されることが可 能である。更に普通は１つの切削だけが必要とされ、且つ測定と切削とを交互に 繰り返す技術が避けられるが故に、各々の穴を加工するための時間が大きく削減 される。

感知手段は、Ｕ軸駆動手段に結合されるその端部の付近で中ぐり棒に軸方向に取 り付けた４つの歪みゲージを含んでもよい。

工具チップの掃過半径の変化を測定するための手段は、−前記歪みゲージからの 入力信号を受け取るために結合されたコンピュータと、Ｕ軸方向の工具チップの 動きを表す信号を与えるためのＵ軸変位センサと、工具チップの回転速度を表す 信号を与えるための回転位置センサとから成ってもよい。

Ｕ軸駆動手段は、中ぐり棒の前記端部に結合された親ねじと、工作機械スピンド ル上に取り付けられた駆動モータを噛み合わせるためのクラッチと、加工が行わ れる間に前記親ねじを駆動するための手段を前記クラッチに結合するベルト駆動 手段とから成ってもよい。

以下では本発明の幾つかの実施例が、添付の図面を参照して例として説明される こととなる。

第１図は、本発明による中ぐりヘッドを示す概略的な横断面図、 第２図は、第１図の中ぐり棒の方向Ｉ−Ｉの横断面図、第３図は、機械加工の進 行中に、中ぐりヘッドの工具チップの位置を補正する信号を得る為のアルゴリズ ムのフローチャート図、 第４ａ図は、ブレーナばねを使用する回転式データミングブローブの概略的な斜 視図、 第４ｂ図及び第４Ｃ図は、第４ａ図のプローブの一部の平面図、及びいかにそれ らが実際に使用されるのかを示す別の実施例の平面図、 第５図は、プレーナばねの偏りとそのばねを支持するスピンドルの回転との対応 関係を示すグラフ、第６図は、固定弧状表面を使用する回転式データミング接触 トリガプローブ（ＲＤＴＰ）の拡大図、第７図は、内部及び外部データ伝送器を 可能にする、３つの弧状表面を使用するＲＤＴＰを示す図、第８図は、゛工具チ ップが弧状表面に接触させられる時に「超過移動（オーバートラベル）」を可能 にする、第６図の配置のだめの据え付は台の図、 第９図は、弧状表面の４つの部分及び４つの超過移動ユニットを使用するＲＤＴ Ｐを示す図である。

第１図に示される中ぐりヘッド１１０は、ＣＮＣ中ぐり、フライス削り及びフレ キシブル製造工作機械と共に使用するための工作機械スピンドル上に取り付けら れることが可能な、工具取替可能な装置である。作動中にはこの場合には内径と して示される直径Ｄ１を切削するために、工具チップ１１４を有する中ぐり棒１ １３が回転されるように、シャンク１１１が工作機械スピンドル１１２上に取り 付けられる。Ｕ軸１１５が、工作機械スピンドル１１２上に取り付けられた外部 モータ１１Ｂによって駆動される。

モータ１１６はクラッチ１１１を介して、静止カラー１１９内に含まれるベルト 駆動装置１１８を駆動する。静止カラー内ではベルト駆動装置１１８は、軸受１ ２２を有する（断面で示される）車輪１２１を駆動する。歯車１２３はウオーム １２４及び親ねじ１２６に固定されたウオーム歯車１２５を駆動する車輪１２１ と内側で噛み合う。中ぐり棒１１３の付は根が、親ねじ１２６が回転するのにつ れて共に動くように取り付けられる。こうしてＵ軸１１５は、駆動モータ１１６ によって調節されることが可能である。

４つの歪みゲージ１２１〜１３０は、親ねじに結合された端部に隣接して中ぐり 棒の上に軸方向に取り付けられる。それらの歪みゲージは歪みゲージ増幅器１３ ２に接続され、その後データ伝送器１３３及び非接触インターフェース１３４及 び１３５を経由して、中ぐりヘッドと組み合わされたコンピュータ１３６に接続 されている。Ｕ軸変位センサー３７は中ぐり棒の位置の変化を表す信号を与え、 またこの信号はデータ伝送器１３３並びにインターフェース１３４及び１３５を 経由してコンビュ讃夕１３６に送られる。中ぐりヘッドの回転速度を表す信号は 、インターフェース１３５を経由してコンピュータ１３６に結合された回転式セ ンサー３８によって与えられる。歪みゲージ増幅器及びデータ伝送器のための電 力は、概略的に図示されている２つの接触又は非接触インク−フェース１３９及 び１４０によって供給される。

（第２図参照）を原因とする工具チップの掃過直径の変化を、歪みゲージ１２１ 〜１３０からの信号から測定する。これらの偏りは、中ぐり棒に負荷される遠心 力と共に、半径方向及び接線方向の切削力Ｆ　及びＦ、の各々によって引き起こ される。中ぐり棒はその長さに沿ってほぼ均一に配分される遠心負荷を受けて偏 り、また片持ち中ぐり棒の端部における集中負荷である切削力は、中ぐり棒に更 なる偏りを引き起こす。コンピュータ１３６は、中ぐり棒の質量及び形状と、セ ンサ１３７によって感知されたＵ軸の変位と、センサ１３８によって感知された 中ぐりヘッドの回転速度とからその遠心負荷を計算する。

目標穴直径を表す信号がこのコンピュータに与えられ、このコンピュータは、送 られた来たデータから中ぐり作業の間の工具チップ１１１の掃過直径の変化を測 定する。このコンピュータからの出力信号が、掃過直径Ｄ□が目標直径に等しく なるようにＵ軸を調整するモータ駆動制御装置１４１に送られる。

上記の手続きでは、機械加工が開始される以前に、どのようにして工具チップの 位置がＵ軸に関してデータム化されるのかを説明していない。例えばこの動作は 、同一日付の同時係属中の出願（発明者：　Ｆ、Ｈ，Ｊ、Ｎ１ｃｋｏｌｓ）に説 明され且つ水用ｉ書においても後述される、回転式データミングブローブ（ＲＤ Ｐ＞又は回転式データミング接触トリガプローブ（ＲＤＴＰ）のどちらかを使用 することによって、工程中に工作機械上で無人で行われることが可能である。Ｒ ＤＰ又はＲＤＴＰは、コンビュ−タ１３６がＵ軸についてのオフセットＵ　ＯＦ Ｆを測定することを可能にし、従って掃過直径Ｄ工は次の方程式からコンピュー タによって計算される。

Ｄ、　＝２（Ｕ＋ＵＯＦＦ　）十Δ０ 上記式中で、Δ０は切削力及び遠心力によって引き起こされた工具チップ掃過直 径の増大であり、ＵはＵ軸センサの出力である。

Ｕ軸は必要な値ＤＩを与えるためにＤ　１＝　２（Ｌｌ　＋　ＬＩ　ＯＦＦ　） に初期設定され、その後に機械が始動するや否や、Δ０が計算に入れられ且つ補 正が自動的に行われる。

生じる恐れのある誤差は、中ぐりヘッド回転の中心を通り且つＵ軸に平行な線に 関して一直線に合わせられていない工具チップによって引き起こされる。この側 方非整列Δ、は掃過直径誤差を生じさせ、この誤差はデータムされた半径におい てはゼロであるが、誤差の大きさは、この直径を増大させる方向に又は減少させ る方向に漸進的に増大する。コンピュータ１３６は、種々の半径における校正さ れた複数の値Ｕ。ＦＦがら非整列Δ。

を測定するための計算を行うことが可能である。非整列値は、その後でＤＩを計 算する際にコンピュータによって使用される。

工具チップの切削力は工作機械及び被加工物自体に偏りを生じさせ、コンピュー タ１３６は、別の方法では穴直径及び円形性に誤差を生じさせるようなこれらの 偏りを計算に入れる。しがし、普通は、非常に正確な穴が必要とされる場合には 、最終的な微妙な切削は、工作機械及び被加工物の偏りが無視できる時に行われ る。

様々な力の影響の下での掃過直径又は半径の変化がコンピュータによって計算さ れる方法が以下に示される。

中ぐり棒のを過半径の変化は次の力を原因とする。

ａ）遠心力（中ぐり棒に沿って作用する配分された負荷）、ｂ）切削力の半径方 向成分ＦＲ１ Ｃ）切削力の接線方向成分Ｆ工、及び、ｄ）影響の少ない作用しか有しないよう なねじり力。

歪みゲージ１２７〜１３０及びセンサ１３８からの信号は、掃過半径の変化が計 算されることを可能にする。

遠心力に起因する掃過半径の増加は、次式によって与えられる。

等しい定数であり、 前記中で、しは中ぐり棒の長さであり、ｍは中ぐり棒の質量であり、 Ｅは中ぐり棒の材料に関するヤング率であり、及び、ｒは中ぐり棒の横断面の２ 次モーメントである。

切削力の半径方向成分に起因する掃過半径の変化は、歪みゲージ１２８〜１３０ の出力から得られる半径方向歪みεＲから計算される。しかし半径方向の切削力 成分に起因する歪みε、を与えるためには、最初に遠心力ε。、に起因する歪み が、ε、から減じられなければならない。

即ち、ε　−εＲ−εＣＦである。

「 遠心力に起因する歪みε。、は、 εＣＦ’＝に２ω　ｒによって与えられ、Ｌｍ 前式中でに２は経験的に発見され、近似的に　に等しＥ１ い定゛数であり、 ωは中ぐり棒の角速度であり、 ｒは回転軸からの中ぐり棒の重心の距離であり、及び、ｙは（円筒形であると仮 定される）中ぐり棒の半径である。

εＣＦを見出すことによってε、が見出されることが可能になり、その後で切削 力の半径方向成分に起因する掃過半径Δ、の前記式中で、Ｋ３は経験的に発見さ れ、近似的に　に等ｙ しい定数である。

半径方向の切削力が掃過半径を減少させることが留意されなければならない。

接線方向成分に起因する掃過半径の変化δ、が、前記式中で、ε１が歪みゲージ １２１及び１２９から得られる接線方向の歪みであり、且つ、 に４は経験的９発見され・近似的に　３ｙ　に等し°゛定数ある。

中ぐり棒の中ねじれに起因する掃過半径の変化δ８はε□及びｒの関数であり、 ここでｆ（ｒ、ε、）は理論的に決定され、且つ実験によって確認される。

従って掃過半径の変化全体Δ８は、 ΔＲ−ΔＣＦ＋Δ、＋δＲ＋δ、によって与えられる。

ΔＲを決定するためのコンピュータ３６のためのアルゴリズムが第３図に示され る。δ、は第３図に示されるが通常はねじれに起因する掃過半径の変化を計算に 入れる必要はない。

本発明は上記の特定の方法以外の他の多くの方法によって、例えば様々のタイプ の機械加工作業において、且つ様々なタイプＵ軸駆動装置を使用することによっ て実施されることが可能である。中ぐり棒の偏りは、歪みゲージ使用の代替方法 として好ましくはレーザを使用して光学的に測定され得る。

ＲＤＰ及びＲＤＴＰの説明は次の通りである。

第４ａ図では、回転式データムプローブ（ＲＤＰ）は、円形のスピゴット１０． 焼入鋼の半円！１１１１、ブレーナばね１２、及び車軸１３を含み、これらはす べて固定部材１４によって機械テーブル１５上に取り付けられている。スピゴッ ト１０．半円筒１１及び車軸１３の軸はすべて共軸である。更に例えば、構成部 品１０．１１及び１３のすべては、半円１１ｉ１１を提供するために旋盤によっ て切削され且つその後でフライス削りされる円筒全体の半分と共に、また前記半 円筒１１と車輪１３との間の区画中へとフライス削りされるブレーナばねと共に 、旋盤で旋削することによって製造されびを取り除くために軸方向に予荷重され た２つの精密角接触軸受１６及び１７を介して、車軸１３に回転するよう取り付 けられる。

平プレート１８が半円筒の軸に合致する平面上で半円筒１１に取り付けられる。

プレート１８は半円筒の直径を越えて僅かに突き一出る。

作動中は工作機械は、破線によって様々な位置に図示される接触トリガプローブ ２１を使用してビゴット１０の位置を確認する。

その後に接触トリガプローブは、その回転軸が車軸１３とごく優かだけ合致する ように、中ぐりヘッドと交換される。中ぐりヘッドは切削工具チップ２３を持つ 中ぐり工具２２を有する。工具２２の半径方向位置は、工具チップによって描か れる半径を変化さぜるために、Ｕ軸に沿って工具を動かす駆動装ぼによって制御 される。

その後に中ぐりヘッドは、半円ＷＪ１１の半径より大きな半径に工具チップを動 かすために使用され、中ぐり棒は、典型的にはＸ軸に対して５゛の角度２４（第 ４図参照）でＵ軸を位置決めするだめに回転させられる。その後に中ぐりヘッド は、工具チップが第４ｂ図で２５に示されるように半円筒の側に並んで位置を占 めるように下げられ、その後に工具チップを半円筒に接触させるために、第４ｂ 図で２６に示されるようにＸ、Ｙ又はＺ座標に関する変化を伴わずに、Ｕ軸が動 かされる。工具チップが半円筒に向かって更に僅かだけ動かされ、従ってブレー ナばねを偏らせる。

その後にＵ軸が、プレート１８に工具チップを接触させるために回転させられる （第４ｂ図の位置２７を参照）。この段階までに半円筒１１は、車軸１３上に取 り付けられた円板２８がら成り且っばね負荷式プランジャ３２上に取り付けられ た回転軸受３１と噛み合うインセット２９を有する戻り止めシステムによって、 静止状態に保持されている。工具チップ２３がプレート１８と噛み合うと、戻り 止めトルクが打ち負かされ、Ｕ軸の連続回転が工具チップが半円［１１を回転す ることを引き起こす。

Ｕ軸の回転は３６０°全体に亘って続けられ、且つ半円筒も回転する。一般的に 、中ぐり棒の軸及び車軸１３は正確には一直線にされず、ブレーナばね１２の偏 りは第５図に示されるように回転の間に変化する。このばねの初期の偏りは、そ のブレーナばねの測定範囲内であるように、且つＵ軸が３６０°に亘って回転さ せられる時に、工具チップと半円筒との間の接触が維持されることを確保するよ うに選択される。ブレーナばね１２の内側に取り付けられた２つの歪みゲージに よってこの偏りが測定される。なぜなら半円筒１１の動きの僅かな半径方向変位 は、半円筒１１の非常に僅かな軸方向変位と共に、車軸１３の軸に対して本質的 に直角であるからである。

中ぐり棒上の工具位置は、コンピュータ１３６であってもよい、工作機械に結合 されたコンピュータのレシジスタ内に保持される。その後にこのレジスタ（Ｕ） の内容は、Ｕ−−−Δによって設定され、 前式中でＤは半円筒１１の直径であり、Δはブレーナばねの平均偏りである。

工具チップがプレート１８と噛み合いながら３６０°回転するにつれて、平均偏 りがコンピュータによって歪みゲージ３３及び３４の出力から計算される。単純 化された、しかし精度の劣る方法では、最大偏りと最小偏りとの平均だけが取ら れる。

このようにＵレジスタを設定すれば、Ｕ軸に沿った動きが正確に測定されるなら ば、工具をＵ軸に沿って駆動することによって、且つＵ軸に沿った動きをその内 容が表すカウンタからのＵレジスタの内容を更新することによって、工具チップ によって描かれる円の半径に必要とされる変化は設定されてよい。

例えば半径Ｒの増大に関しては、Ｕ軸しジスタは、Ｕ＝ＬＪ＋Ｒにより更新され る。

同様に半径Ｒの減少が必要である場合には、Ｕ軸はＩＲだけ動かされ、またＵ軸 しジスタは、 Ｕ−Ｕ−Ｒのように更新される。

内部中ぐりに関する工具セットの半径は、凹面の弧状表面が凸面の表面に代わる 以外には第４ａ図のＲＤＰと類似のＲＤＰを使用して設定されることが可能であ る。第４Ｃ図は、１１°で示される凹面表面の平面図である。工具チップ２３が その円筒と噛み合う状態にされると、その工具チップは位置２５．２６及び２７ と類似の位置２５’　、２６’及び２７゛を通過する。位置２７°においては、 それはプレート１８と同一の機能を持つ２つのプレート１８゛の１つと噛み合う 。スピゴット１０゛はばね１２の頂部から延び、円筒の内側で工具を動かす余地 を残すためにスピゴット１０より小さな直径である。より大きな余地が必要なら ば、ＲＤＰを設置するために外部表面が使用されることを可能にするために、そ の円筒形表面が３６０°に亘って延長されてもよい。

第６図の拡大図に示される回転式データミング接触トリガプローブ（’ＲＤＴＰ ）は、内側及び外側円筒形データム表面４０及び４１の各々から成る。３つの柱 ４２ａ、４２ｂ及び４２ｃは、ベースプレート４５に固定されたカラー４４の内 側に設置される接触トリガ取り付は部材４３にデータム表面を取り付けるために 使用される。これらの３つの柱は、データム表面４０の内側に削りくず及び冷却 剤が付着することを防ぐ。ベースプレート４５は機械テーブル４６にボルトで止 められ、第６図の配置全体は、データム表面４０及び４１がテーブル４６のＺ軸 に平行であるようにされる。３つの圧電結晶４７ａ、４７ｂ及び４７ｃが、部材 ４３とカラー４４との間に隙間なく嵌まるように部材４３の上に取り付けられる 。半径方向に曲がり易いタブ４８が、圧電結晶、部材４３及びカラー４４の間の 隙間のない接触を可能にする。圧電結晶は部材４３０円筒形外周の周りに１２０ °毎に配置され、データム表面４０及び４１のどちらかに圧力が加えられる時に 出力を与えるように半径方向に極性付けられる。

各々の圧電結晶は、個々の閾値回路に結合される１つの増幅器に接続されている 。これらの閾値回路の出力は、Ｉｉｌ値が超過される時に噛み合わせ信号を与え るためのＯＲ回路に接続され第１図の中ぐりヘッドを用いた作業では、接触トリ ガプローブが工作機械スピンドルの中に入れられ、円筒形データム表面の中心、 即ちこれらの表面の軸５０の（機械テーブル内の）Ｘ座標及びＹ座標を見出すた めに使用される。中ぐりヘッドは、軸５０と一致したスピンドル軸を有するスピ ンドルの中に且つ工具チップが表面４０及び４１から離れているように表面４０ 及び４１から一定距離だけ離れて、置かれている。その後に工具先端は、使用さ れるべきデータム表面から離れるまで、中ぐりヘッドのＵ輪駆動装園によつ半径 方向に動かされる。例えば内側の中ぐりが行われなければならないならば、Ｕ軸 はデータム表面４０の直径よりも約１Ｊｌ１ｍ小さい直径に工具チップを位置決 めするよう駆動され、また反対に外側の中ぐりの場合には、工具チップは外側円 筒形４１より約１細大きい直径に位置決めされる。その次に工具チップが適切な データム表面に沿って置かれるようにＺ軸が動かされ、またそのスピンドルが、 工具チップと軸５０を結ぶ線をＸ軸と一直線にするよう回転させられる。

この位置では工具先端の半径は、その工具チップがデータム表面と噛み合うまで 、内側の中ぐりについては烟加され、外側の中ぐりについては減少させられる。

その噛み合いは圧電結晶によって感知され、Ｕ軸の動きを停止させ且つそのコン ピュータ内の第１の噛み合いカウンタへ中ぐりヘッド内のり軸変位センサの読み 取りを伝送する中ぐヘッドのコンピュータに、更にこの結晶は信号を送る。その 次に工具チップの半径が、その工具先端をデータム表面から離すために約０．５ Ｃｗずつ変えられ、工作機械スピンドルが９０”に亘って回転させられ、更にデ ータム表面の１つに工具チップを接触させるための手続きが、Ｕ軸変位センサの 読み取りがコンピュータ内の第２の噛み合いカウンタに伝送されること以外は同 じ形で繰り返される。その手続・きは、最初の位置に対して１８０゛及び２７０ °の位置にあり且つデータム表面と接触しているスピンドルを用いて反復され、 そのＵ軸変位センサの読み取りは第３及び第４の噛み合いカウンタに伝送される 。

Ｕ軸変位センサの読み取りが前記噛み合いカウンタの１つに送られる毎にその直 後に、工具チップとデータム表面との間の噛み合い力によって引き起こされる工 具チップの半径方向の偏りを計算にいれるために、工具チップの偏りを示すコン ピュータの計算結果がカウンタの内容から減じられてもよい。しかし位置感知が 切削の間に行われることがないという理由から、この力は普通は小さいものであ って、従ってその偏りは普通は取るに足らないものである。

４つの噛み合いカウンタが読み取りを受け入れると、必要に応じて補正され、カ ウンタの内容の平均ＵＡＶＥが次のようにコンビュータによって計算される。

前式中でＵ４．Ｕ２．Ｕ３及びＵ４は噛み合いカウンタ各々の内容である。

工具チップの回転の中心とデータム表面の軸５０との間のＸ。

Ｙ平面内における位置の相違はすべて、ＵＡＶＥを得ることによって考慮される 。

Ｕ軸変位センサが工具チップのような既知の点の絶対位置を与えないが故に、Ｕ ＡＶＥは工具上の未知の点又は工具に関する未知の点によって描かれる円の半径 を表す。工具先端によって描かれる円の半径を測定するために、変位センサの出 力に一定のオフセットＵ。、Ｆが加えられる。このオフセットはＵＡｖＥ＋ＵＯ ＦＦ”ＲＤＳによって与えられ、前式中でＲ８３は適切な円筒形データム表面の 半径である。

ＵＯＦＦ　””ＲＤＳ　”ＡＶＥ　Ｔ″あるが故に・切削力及び遠心力を受ける 時に工具チップによって中ぐりされる直径は次の通りである。

Ｄ、−２（ＬＪ＋Ｕｏ、Ｆ）＋Δ０ 前式中でＵはＵ軸変位センサの読み取りであり、ΔＤは切削力及び遠心力によっ て引き起こされ且つ中ぐりヘッドのコンピュータによって計算された工具チップ の掃過直径の増加である。

生じる可能性のある誤差は、工具チップと中ぐりヘッドの回転の中心を通り且つ Ｕ軸に平行な線との、横方向の非整列に起因する。この誤差はデータムされた半 径Ｒ９，ではゼロであり、掃過半径がこのＲＤＳを越える又は下回るのに対応し て漸進的に増大する。横方向の非整列を最小化するためには、はさみ金を工具に 入れることによって、この誤差は許容可能な大きさに減少されることが可能であ る。又はその代わりに、第７図の表面５２、５３及び５４のような１つのグルー プの同心の円筒形データム表面が、表面４０及び４１の代わりに使用されること がか可能である。そうした配置は、工具チップの側方非整列を補償するばかりで なく、その変位範囲のほぼ全域に亘ってＵ軸を校正するという更なる利点をも有 する。第７図の表面は、外側の中ぐりについては上側の及び下側の変位位置にＵ 軸がデータムされることを可能にし、並びに内側の中ぐりについては上側の位置 にＵ軸がデータムされることを可能にする。上側限界及び下側限界におけるＵ軸 センサの読み取りは、側方非整列値を測定するために計算が行われることを可能 にし、その後はコンピュータは掃過半径を計算する時にこの値を計算に入れる。

より単純な別の方法では、上側及び下側にデータムされた直径が第１次の一次方 程式によってＵ軸変位センサを校正するために使用され、従って実時間の計算作 業を著しく軽減する。

円筒形データム表面は硬質の材料から作られ、その表面は工具チップからの塑性 変形に耐えるように硬化される。しかしＲＤＴＰの誤った使用又はこれまで説明 されたような接触トリガ感知装置の故障の際には、そのデータム表面が破損され る可能性がある。又データム表面９、―沿うように工具チップが７方向に動かさ れるにつれて中ぐり棒が不正確に位置決めされるならば、ＲＤＴＰシステム全体 又は中ぐりヘッドが破損される可能性がある。従って好ましくはＲＤＴＰは、超 過移動が生じる時に電気出力信号を生じさせる超過移動前位置付はシステムを有 する。データム表面又はＲＤＴＰ又は中ぐりヘッドのいずれもが破損されないよ うに設定された閾値力が打ち負かされる時にのみ、この超過移動前位置付はシス テムは、円筒形デルタム表面の軸に沿った及びこの軸に直角な平面内における動 きを可能にする。

１つの超過移動前位置付はシステムでは、円筒形データム表面が軸５０と共軸の 部材の上に取り付けられている。３つのコンビが円筒形表面から離れた端部から 、この部材に直角な平面内に１２０°毎に突き出る。各コンビは各一対のボール によってベースプレート上に支持されている。これらのボール及びロッドは電気 伝導性であるが、ベースプレートはそうではなく、また特定の方向の超過移動が 生じる時に壊れるスイッチが６対のボール及び支持コンビによって形成された回 路が組み立てられている。これらのスイッチは直列に接続され、超過移動が生じ る時には、」ンピュータに送られる電気信号が得られる。

第８図に別の超過移動前位置付はシステムが示され、このシステムでは、３つの 超過移動前位置付はシステム５６．５７及び５８がベースプレート６０上にデー タム円筒を支持する。これらのユニットの軸はデータム円筒の軸に平行である。

片側に影が付いた線は円筒形データム表面への共通な接続を示し、超過移動可位 置付はユニットは、軸方向の動きが弾性的に妨害されるように且つ一方でユニッ ト５６．５７及び５８に垂直な動きが制限されないように働く。更に３つの超過 移動可位置付はユニット６１．６２及び６３が、円筒形表面の軸に対して垂直な 動きを妨害するが、しかし他の方向の動きは可能にする。この場合も片側に影が 付いた線が、円筒形データム表面への共通な接続を示す。各々の再位置付はユニ ットは、ある程度の大きさの軸方向の圧縮が起こる際に・作動するスイッチとし て働くように組み立てられる。

これらのスイッチは直列に接続され、超過移動の電気的表示を与える。

超過移動可位置付はシステムが高度の再現性を有するならば、それらが生じる電 気信号は、圧電結晶４７ａ、　４７ｂ及び４７ｃからの信号の代わりになる。従 って円筒形データム表面は、圧電結晶を使用せずに超過移動可位置付はシステム の上に直接的に取り付けられることが可能であり、超過移動信号が与えられる時 にＵ軸センサが読み取られる。

他の形の超過移動可位置付はシステムが、上記で特に言及されたシステムの代わ りに考案され使用されてよい。

円筒形データム表面の各々は必すしも完全な円筒形である必要はなく、例えば通 常は別々に１２０°又は９０°毎に離れた３つ又は４つの噛み合い表面から成っ てもよく、これらの表面の各々は同一の円筒形表面の部分である。そうした配置 が第９図に示され、その図では４つの再現性の高い単一軸の接触トリガ及び超過 移動ユニット６５〜６８が使用される。各々のユニットは、破線で示される円筒 形データム表面の相応する部分７０〜１３の各々に支持する。前述のように超過 移動ユニットは、直列に接続されるスイッチを形成し、従って表面部分７０〜７ ３のいずれか１につおける超過移動が起こる時には、Ｕ軸変位センサの読み取り を引き起こす信号が与えられる。ユニット６５〜６８は、機械テーブルにボルト で止められたベースプレート７４に取り付けられている。

普通は工具及び円筒形表面は電気伝導性材料で作られる。その場合には、連続性 テスタが円筒形表面及び工具に接続されていることが可能である。工具の場合に は例えば、この工具を保持する工作機械スピンドルによってテスタに接続されて いる。

その後に連続性を示す信号が、円筒形表面に工具が何時接触するかを示すめたに 使用れさることが可能である。従ってこの代替例については、圧電結晶は不要で ある。

１つのグループの円筒形データム表面が備えられる場合には、工作機械スピンド ルがそれらの表面の各々において心出しすることが可能であるが故に、且つＵＡ ｖＥが各表面について計算可能であるが故に、それらの円筒形表面が同心である ことは必要ではない。しかし同心の表面は、必要とされるデータミング手続きが 取扱い易くなり且つプログラミングコスト及び加工コストを最少化するが故に好 ましいものである。

円筒形データム表面の一部だけが備えられる場合には、その表面の曲率の中心を 測定することが可能である限り、名目上１８０°毎に置かれた２つの部分の最小 部分が、中ぐりヘッドをデータム円筒するのに（即ち、中ぐりヘッドの工具チッ プによって描かれる円の半径を測定するのに）適している。

ＲＤＴＰが水平中ぐり機械と共に使用されなければならない場合には、その時は ベースプレートは垂直平面内に取り付けられ、円筒形データム表面の重量と、支 持のための超過移動可位置付はシステムに基づいて決まる他の可動質量とが、適 正な作動のために平衡させられる。データム表面が固定されるが故に、それらの 表面は、データム表面を含む部材と固定支持物との間にばねによって平衡させら れることが可能である。

補正書の写しく關訳文）提出ＩＦ（特許法第１８４条の８）平成２年１月２４日 １ｊ 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿 １、特許出願の表示　ＰＣＴ／ＧＢ　８８１００６０９２、発明の名称　工作機 械用の中ぐりヘッド及びそれに関連する機械加工方法 ３、特許出願人 住　所　イギリス国、グロースターシャー・ジー・エル・１２・７　・ディー・ エヌ、ウォットンーアンダーーエツジ、グロースター・ストリート・２２ 氏名　ニコルス、フランシス・マルコム・ジョン４、代　理　人　東京都新宿区 新宿１丁目１番１４号　山田ビル５、補正嘗の提出年月日　１９８９年８月１５ 日６、添附書類の目録 （１）補正書の翻訳文　１通 本発明の第１の態様によって、内側及び外側の穴を目標直径に機械加工する方法 が提供され、この方法は、工具チップがその周りを回転する工作機械シャンクの 軸に対して垂直な方向に中ぐり棒を動かすために、その中ぐり棒の一端に結合さ れた一体の工具チップ及びＵ軸駆動手段を伴う中ぐり棒を有する中ぐりヘッドを 工作機械スピンドルに取付けることと、 中ぐりヘッドと、目標直径を切削するよう初期設定されたＵ軸を有する工作機械 とを使用することによって中ぐり作業を行うことと、 前記中ぐり作業が進む間で、工具チップと前記端部との間の中ぐり棒におけるど んな偏りも表す信号を得ることと、目標直径と掃過直径との間のどんな差異をも 最少化するために、少なくとも偏り信号を使用してＵ軸を調節することとから成 る。

本発明の第２の態様によって工作機械中ぐりヘッドが提供され、この中ぐりヘッ ドが、 工具チップを有する細長い中ぐり棒と、工作機械スピンドルに前記中ぐりヘッド を取り付けるためのシャンクと、 工作機械によって回転される時に工具チップがその周りを回転する前記シャンク の軸に対して垂直な方向に中ぐり棒を動かすだめの、前記中ぐり棒の一端部に結 合されたＵ軸駆動手段と、工具チップと前記端部との閂の中ぐり捧におけるどん な偏りをも表す信号を与えるための感知手段とから成る。

前記Ｕ軸駆動手段が、工具チップの掃過直径を設定するために必要な調節を、実 質的に全て与えることが可能であることが好ましい。又はその代わりにそのＵ軸 駆動手段が、工具チップの可能最大帰道直径の少なくとも５％（又は更に好まし くは１０％）の範囲に亘る工具チップの調節を与えることが可能であってもよい 。

目標直径と掃過直径との間のどんな差異をも最少化するために、少なくとも偏り 信号を使用して前記Ｕ軸を調節することとから成る、 工作機械スピンドルに前記中ぐりヘッドを取り付けるためのシャンクと、 工作機械によって回転される時に前記工具チップがその周りを回転する前記シャ ンクの軸に対して垂直な方向に中ぐり棒を動かすための、前記中ぐり棒の一端部 に結合されたＵ軸駆動手段と、 工具チップと前記端部との間の中ぐり棒におけるどんな偏りをも表す信号を与え るための感知手段とから成る工作機械中ぐりヘッド。

国際調査報告

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．内側及び外側の穴を目標直径に機械加工する方法であって、工具チップがそ の周りを回転する工作機械シャンクの軸に対して垂直な方向に中ぐり棒を動かす ために、前記中ぐり棒の一端部に結合された一体の工具チップ及びＵ軸駆動手段 を伴う中ぐり棒を有する中ぐりヘッドを、工作機械スピンドルに取付けることと 、 前記中ぐりヘッドと、目標直径を切削するように初期設定されたＵ軸を有する工 作機械とを使用することによって中ぐり作業を行うことと、 前記中ぐり作業が進む間で、前記工具チップと前記端部との間の前記中ぐり棒に おけるどんな偏りも表す信号を得ることと、前記偏り信号に基づき且つ中ぐり棒 における遠心力を計算に入れて、目標直径と前記工具チップ掃過直径との間のあ らゆる差異を最少化するために前記Ｕ軸を調節することとから成る方法。
2. ２．前記遠心力を計算に入れた偏り信号から、前記工具チップの掃過直径を得る ことと、 目標直径と測定された掃過直径との間のどんな差異をも最小化するために前記Ｕ 軸を調節することとから成る請求項１に記載の方法。
3. ３．工作機械中ぐりヘッドであって、 工具チップを有する細長い中ぐり棒と、工作機械スピンドルに中ぐりヘッドを取 り付けるためのシャンクと、 工作機械によって回転させられる時に前記工具チップがその周りを回転する前記 シャンクの軸に対して、垂直な方向に前記中ぐり棒を動かすための、前記中ぐり 棒の一端部に結合されたＵ軸駆動手段と、 工具チップと前記端部との間の前記中ぐり棒におけるどんな偏りをも表す信号を 与えるための感知手段と、前記中ぐり棒の回転速度を表す信号を与えるための手 段とから成る工作機械中ぐりヘッド。
4. ４．Ｕ軸駆動手段に結合された前記端部の付近で前記中ぐり棒に軸方向に取り付 けられた４つの歪みゲージを含む請求項３に記載の中ぐりヘッド。
5. ５．前記Ｕ軸駆動手段が、前記中ぐり棒の前記一端部に結合された親ねじと、前 記工作機械スピンドル上に取り付けられたＵ軸駆動モータに噛み合わせるための クラッチと、加工が行われる間に前記親ねじを駆動するための手段に前記クラッ チを結合するベルト駆動手段とから成る請求項３に記載の中ぐりヘッド。
6. ６．請求項３に記載の中ぐりヘッドと、少なくとも偏り信号から工具チップの掃 過直径の変化を測定するための、且つこのように測定された掃過半径と目標半径 との間の差異を表す誤差信号を与えるための手段とから成り、更に前記手段が、 前記誤差信号を最少化する方向に中ぐり棒を駆動するためにＵ軸駆動手段に結合 されている自動中ぐりに使用するためのシステム。
7. ７．前記工具チップの掃過半径の変化を測定するための手段が、歪みゲージから の入力信号を受け取るために結合されたコンピュータと、Ｕ軸方向の前記工具チ ップの動きを表す信号を与えるためのＵ軸変位センサと、前記工具チップの回転 速度を表す信号を与えるための回転位置センサとから成る請求項６に記載のシス テム。
8. ８．内側及び外側の穴を目標直径に機械加工する方法であって、工具チップがそ の周りを回転する工作機械シャンクの軸に対して垂直な方向に中ぐり棒を動かす ために、前記中ぐり棒の一端部に結合された一体の工具チップ及びＵ軸駆動手段 を伴う中ぐり棒を有する中ぐりヘッドを、工作機械スピンドルに取付けることと 、 前記中ぐりヘッドと、目標直径を切削するよう初期設定されたＵ軸を有する工作 機械とを使用することによって中ぐり作業を行うことと、 前記中ぐり作業が進む間で、前記工具チップと前記端部との間の前記中ぐり棒に おけるどんな偏りも表す信号を得ることと、目標直径と掃過直径との間のどんな 差異をも最少化するために、少なくとも偏り信号を使用して前記Ｕ軸を調節する こととから成る方法。
9. ９．工具チップを有する細長い中ぐり棒と、工作機械スピンドルに中ぐりヘッド を取り付けるためのシャンクと、 工作機械によって回転させられる時に前記工具チップがその周りを回転する前記 シャンクの軸に対して垂直な方向に中ぐり棒を動かすための、前記中ぐり棒の一 端部に結合されたＵ軸駆動手段と、 前記工具チップと前記端部との間の中ぐり棒におけるどんな偏りをも表す信号を 与えるための感知手段とから成る工作機械中ぐりヘッド。
10. １０．本明細書で前述されたものと実質的に同一な、内側又は外側の穴を目標直 径に機械加工する方法。
11. １１．添付の図面の第１図を参照して本明細書で前述されたものと実質的に同一 な中ぐりヘッド。