JPH07156004A - 刃先位置補正機能を有する回転切削工具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］バイトを半径方向に調整するアクチュエータを
工具ホルダ内に備えるとともに、簡潔な構成の刃先位置
補正機能を有する回転切削工具を提供することを目的と
する。 ［構成］超音波モータ９によって偏心軸１１を偏心回転
軸２００を中心に回転させる。すると、偏心回転軸２０
０よりαだけオフセットした位置に軸線をもつ工具軸６
は、偏心回転軸２００を中心に偏心回転する。これによ
って工具５の位置を変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、中ぐり加工装置等に取
り付けられる工具の刃先位置を補正するための刃先位置
補正機能を有する回転切削工具に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、中ぐり装置等の半径方向の刃先位
置を補正する装置として、特願昭５６−４２８４０号に
示されるようなものがある。この装置は、中ぐりクイル
をクランプするクランプ軸の内部に操作軸を軸線方向に
移動可能に設けるとともに、中ぐりクイル内にバイトを
半径方向に移動可能に支持したバイト支持機構を有した
構成となっている。そして、主軸側に設けたせり出し用
サーボモータによって操作軸を調節することにより、バ
イトの半径方向の移動が調節できるようになっている。

【０００３】この装置によれば、バイトの位置調整が行
えるとともに、中ぐりクイルの自動交換が可能となる
が、反面、以下のような問題点がある。即ち、主軸側の
せり出し用サーボモータを、着脱可能なクイル側のバイ
ト支持機構と係合させるため、上記したようにクイルを
クランプするクランプ軸の内部に操作軸を設けた構成と
する必要があり、複雑な構成となるばかりでなく、クラ
ンプ軸が太くなり、主軸径が大きくなってしまう。

【０００４】このような問題点を回避するため、特開昭
６４−５１２１１号に示されるような技術がある。これ
は、半径方向に移動可能なバイトを支持する工具ホルダ
ー内にバイトのせり出しを行うモータを内蔵したもので
あり、上記した主軸側には、上記したようなせり出し用
サーボモータやクランプ軸の内部の操作軸を必要としな
いものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述したバイトのせり
出し用サーボモータを工具ホルダー内に内蔵したもの
は、装置全体としては、簡潔な構成となるが、バイトを
支持する横動台を歯車機構を介してせり出し用サーボモ
ータに連結している。このため、工具ホルダ内の構成が
複雑化するとともに、工具ホルダの径が大型化してしま
うという問題点があった。

【０００６】本発明は以上のような問題点を解決するた
めになされたものであり、バイトを半径方向に調整する
アクチュエータを工具ホルダ内に備えるとともに、簡潔
な構成の刃先位置補正機能を有する回転切削工具を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上述した目的を
達成する手段として、請求項１の発明においては、工具
が取り付けられた工具軸と、この工具軸を支持するとと
もに、前記工具軸の軸線に平行であり主軸の回転半径方
向にオフセットした偏心回転軸心回りに回転可能に本体
部に支持された偏心軸と、前記工具軸が前記本体部に対
して前記工具軸の軸線回りに相対回転することを規制す
る規制装置と、前記偏心軸に固定された移動体および前
記本体部内部に固定された振動体からなり、前記偏心軸
を回動させる超音波モータとを備えたものである。

【０００８】また、請求項２の発明においては、側面に
連続した突起部により構成された溝部を有するととも
に、先端に工具を有し、本体部に移動可能に支持された
工具支持軸と、この工具支持軸の移動方向に対して傾斜
した軸線方向に変位可能であり前記溝部に当接する係合
爪と、この係合爪を前記傾斜した軸線方向に変位させ、
前記突起部１つ分前記工具支持軸を変位させる圧電アク
チュエータとを備えたものである。

【０００９】

【作用】請求項１の発明においては、本体部に内蔵され
た超音波モータによって、偏心軸を回動させる。工具軸
は、この偏心軸の回転中心からオフセットした位置に軸
線を有して支持されているため、偏心回転軸を中心とし
て偏心回転する。すると、工具軸に取り付けられている
工具は、工具軸が規制装置によって本体部に対して相対
回転を規制されているため、本体部に対して半径方向の
位置を変えることになる。このようにして、偏心軸を回
動させることにより工具位置を補正する。

【００１０】請求項２の発明においては、圧電アクチュ
エータを変位させることより係合爪を傾斜した軸線方向
に変位させる。係合爪は，溝部に当接した状態となって
いるため、溝部の突起部を１つ分押し上げる。すると、
工具支持軸は押し上げられ、工具の位置が補正される。

【００１１】

【実施例】本発明の実施例について図面を参照して説明
する。図１から図３は本発明の第１実施例を示すもので
あり、刃先位置補正の駆動装置として超音波モータを使
用したものである。図１において、回転切削工具は、一
端において、工具５を備えた工具軸６を支持する本体部
１と、他端においてマシニングセンタ等の工作機械の主
軸４に着脱自在に取り付けられるテーパ部３と図略の自
動工具交換装置のアームによって把持される把持部２と
を有している。

【００１２】本体部１には、末端方向に向けて大径穴１
ａ、中径穴１ｂおよび小径穴１ｃが主軸中心軸１００と
同軸に順次形成されている。大径穴１ａには、ワッシャ
８を介してモータ固定部材７が嵌合固定されている。モ
ータ固定部材７には、大径穴７ａと小径穴７ｂが形成さ
れている。この大径穴７ｂと小径穴７ａの中心は、後述
する偏心量α（図では誇張して表現してある。）だけ主
軸中心軸１００から変位した位置にある偏心回転軸２０
０を中心として形成されている。また、モータ固定部材
７には、超音波モータ９の振動体９ａが偏心回転軸２０
０を中心として取り付けられている。

【００１３】また、本体部１の大径穴１ａには、超音波
モータ９を介して偏心軸支持部材１０が嵌合され、ボル
ト１０ｂによって固定されている。この偏心軸支持部材
１０には、偏心回転軸２００を中心として偏心穴１０ｃ
が形成されている。この偏心穴１０ｃには、偏心軸１１
が嵌合されている。そして、偏心軸１１には、主軸中心
軸１００を中心として工具軸支持穴１１ｃが形成されて
いる。つまり、工具軸支持穴１１ｃは偏心軸１１の中心
である偏心回転軸２００から偏心量αだけ変位した位置
に形成されている。偏心軸１１の末端は、偏心軸支持部
材１０の末端より若干突出しており、この偏心軸１１の
末端には、超音波モータ９の移動体９ｂが取り付けられ
ている。

【００１４】工具軸支持穴１１ｃには、先端に工具５を
有する工具軸６が支持されており、その末端は、超音波
モータ９の中空部を貫通し、モータ固定部材７の大径穴
７ｂに至っている。工具軸６の末端には、付勢軸１２が
同軸に取り付けられている。この付勢軸１２は、上記し
たモータ固定部材７の小径穴７ａを貫通して本体部１の
中径穴１ｂおよび小径穴１ｃ内に位置している。そし
て、付勢軸１２には、スラストブッシュ１４が取り付け
られており、このスラストブッシュ１４と付勢軸１２の
頭部１２ａとの間にバネ１２が介装されている。このよ
うな構成によって、付勢軸１２は、バネ１２によって工
具軸６を後方（主軸４側）に付勢するようになってい
る。一方、偏心穴１０ｃの先端部と偏心軸１１外周の先
端部にはそれぞれテーパ面１０ａ，１１ａが形成され、
同様に偏心軸１１の工具軸支持穴１１ｃの先端部と工具
軸６には、それぞれ、テーパ面１１ｂ，６ａが形成され
ている。従って、上記した付勢軸１２による付勢力によ
って工具軸６および偏心軸１１は後方に付勢され、上記
２対のテーパ面が接触することによって工具軸６および
偏心軸１１をそれぞれの中心軸に位置決めするようにな
っている。また、後述するように、付勢軸１２が工具軸
６とともに偏心回転する時においても、バネ１２の付勢
力はモータ固定部材７に作用した状態となるが、バネ１
２の付勢力はスラストブッシュ１４を介してモータ固定
部材７に伝達されているため、スラストブッシュ１４と
モータ固定部材７とは滑らかに接触し、工具軸６の偏心
回転が妨げられることはない。

【００１５】また、工具軸６の末端部には、位置決め溝
６ｂが形成され、位置決め溝６ｂには、本体部１の外周
面から螺合した規制ボルト１５の先端が位置している。
位置決め溝６ｂと規制ボルト１５の先端との間には、工
具軸６の移動範囲に応じた間隙を有している。これによ
って、工具軸６は、本体部１との相対回転が規制される
とともに半径方向に所定の距離だけ移動できるようにな
っている。

【００１６】一方、超音波モータ９は、上記したように
リング状の振動体９ａと移動体９ｂから成っている。振
動体９ａは、図３のモデル図に示すように多数の溝が形
成された金属製の弾性体９０に圧電セラミックス９１を
接着した構成となっている。また、移動体９ｂは振動体
９ａと接触する面に摩擦材９２が取り付けられている。
このような構成によって圧電セラミックス９１に電圧を
加えると、弾性体９０には、進行波が励振され、この進
行波の波頭部の楕円軌跡によって移動体９ｂが回転する
ようになっている。従って、超音波モータ９は、偏心回
転軸２００を中心として取り付けられることにより偏心
軸１１を偏心回転軸２００周りに回動させるようになっ
ている。

【００１７】超音波モータ９に対する電力の供給は、主
軸側に設けられた励磁部１７と把持部２に取り付けられ
超音波モータ９に接続された検出部１６とによって行わ
れるようになっている。励磁部１７と検出部１６とは、
この回転切削工具が主軸４に装着される時に、僅かな間
隙をもって対向するようになっており、励磁部１７に内
蔵された励磁コイルに図略の発振器の作用により磁束が
発生すると、この磁束は、検出部１６に内蔵された検出
コイルに電圧を誘起させる。この作用により、超音波モ
ータ９に対して電圧が供給される。

【００１８】以上の構成により第１実施例の作用を説明
する。図略の工具交換装置により、回転切削工具のテー
パ部３が主軸４に装着されると、超音波モータ９に電力
の供給する励磁部１７と検出部１６は対向するように位
置決めされる。これによって、超音波モータ９が駆動さ
れる。超音波モータ９の回動により、偏心軸１１は、偏
心回転軸２００を中心として回動する。すると、工具軸
６は偏心回転軸２００を中心として偏心回転する。この
時、工具軸６は規制ボルト１５によって、本体部１との
相対回転が規制されているため、図２において２点鎖線
で示すように工具５の位置は、半径方向に変位する。こ
のように工具５の位置を変位させた後、主軸４を回転さ
せることによって、加工を行う。

【００１９】以上述べたように、第１実施例の回転切削
工具は、超音波モータ９によって、偏心軸１１を回動さ
せて、工具軸６を偏心回転させることによって、工具５
の位置を変化させるようにしている。このため、減速機
構等の複雑な構成を必要としない簡単な構成によって工
具位置の補正を行うことができる。特に、超音波モータ
は、低速で高トルクが得られ、応答性が良いという特徴
を有しているため、直接偏心軸１１を回動できるととも
に、モータ停止時にブレーキ等の特別な手段を必要とし
ないという効果がある。

【００２０】次に本発明の第２実施例を図４から図７に
基づいて説明する。なお、この第２実施例において、第
１実施例と同様な構成の部分は、第１実施例と名称およ
び番号を同じにする。第２実施例の回転切削工具は、刃
先位置補正の駆動装置として圧電アクチュエータを用い
たものであり、本体部１と、主軸に着脱自在に取り付け
られるテーパ部３と、図略の自動工具交換装置のアーム
によって把持される把持部２とから成っている。回転切
削工具には、装着される図略の主軸の回転軸線３００に
垂直な軸線４００の方向に工具支持穴２０が形成されて
いる。この工具支持穴２０には、先端に工具２１を有す
る工具支持軸２２が軸線４００の方向に移動可能に嵌合
されている。図５、図６に示されるように工具支持軸２
２の側面には、図５の紙面に平行な平面である平面部２
３が形成されている。また、工具支持軸２２の側面にお
いて、平面部２３と位相を異にして、後述する係合爪４
６と係合する溝部２７が形成されている。溝部２７は、
図７に示されるように上向きの傾斜面２７ｂと水平面２
７ｃとを有する突起部２７ａが連続して形成されること
よって構成されている。また、図６に示すように平面部
２３には、当接部材２８が２つ当接しており、この当接
部材２８がバネ２９によって付勢されることによって、
工具支持軸２２を固定するようになっている。

【００２１】本体部１には、工具支持穴２０と隣接して
垂直穴３０と、軸線４００に対して所定の傾斜を有した
傾斜軸５００の方向に形成された傾斜穴３１が形成され
ている。この垂直穴３０と傾斜穴３１とは同径の穴であ
り、主軸の回転軸線３００、傾斜軸５００および垂直穴
３０の中心軸は点６００において交差するように設定さ
れている。即ち、垂直穴３０と傾斜穴３１とは、その大
部分において１つの穴となっている。そして、この垂直
穴３０と傾斜穴３１内には、変位装置４０が嵌合される
とともに、変位装置４０が点６００を通る図４の紙面に
垂直な軸回りに揺動可能に支持されている。また、変位
装置４０は、バネ３４によって付勢された当接部材３３
によって、通常は工具支持穴２０の方向に付勢されてい
る。従って、変位装置４０は、通常状態において傾斜穴
３１内に位置し、傾斜した状態となっている。

【００２２】変位装置４０は、フレーム４１内に圧電ア
クチュエータ４２と、この圧電アクチュエータ４２の変
位部に当接する係合爪４６とからなり、この係合爪４６
は、フレーム４１と係合爪４６との間に設けられたバネ
４３によって、常に圧電アクチュエータ４２の変位部に
当接するようになっている。この圧電アクチュエータ４
２の変位部の変位量は、およそ上記した溝部２７の突起
部２７ａ１つ分（１ピッチ）に相当するように設定され
ている。図５に示すように係合爪４６の一端側は、フレ
ーム４１に形成された長穴４４から突出し、工具支持軸
２２の溝部２７に係合する爪部４６ａとなっている。こ
の爪部４６ａは、図７に示すよう溝部２７の突起部２７
ａと逆の関係となるように、下向きの傾斜面４６ｂと水
平面４６ｃとを有している。また、係合爪４６の他端側
は、フレーム４１に形成された下向きの傾斜面４７と摺
接する上向きの傾斜面４６ｄを有している。このような
構成によって、圧電アクチュエータ４２の変位部が傾斜
軸５００に沿って上方に変位すると、係合爪４６は、バ
ネ４３の付勢力に反して上方に変位する。この時、係合
爪４６は、傾斜軸５００に沿って上方に変位するだけで
なく、係合爪４６の傾斜面４６ｄがフレーム４１の傾斜
面４７に摺接していることにより、係合爪４６は、工具
支持軸２２の溝部２７に対して突出するようになってい
る。

【００２３】また、変位装置４０の上部には、退避棒４
８が取り付けられており、この退避棒４８の先端は本体
部１の外側にまで突出している。なお、上記した圧電ア
クチュエータ４２に対する電力の供給は、第１実施例の
場合と同様に、把持部２に取り付けられた検出部１６内
部の検出コイルに電圧を誘起することによって行われ
る。

【００２４】以上の構成により第２実施例の作用を説明
する。図略の工具交換装置により、回転切削工具のテー
パ部３が主軸に装着されると、検出部１６は図略の励磁
部と対向して圧電アクチュエータ４２に電力を供給でき
る状態となる。そして、圧電アクチュエータ４２に電力
が供給され、変位すると、上記したように係合爪４６
は、バネ４３の付勢力に反して上方に変位し、同時にフ
レーム４１の傾斜面４７に沿って突出する。この時、係
合爪４６の爪部４６ａは、溝部２７の各突起部２７ａに
よって形成される溝に係合している。このため、爪部４
６ａは各突起部２７ａを押し上げ、結果的に当接部材２
８のバネ２９による付勢力に打ち勝って、工具支持軸２
２を押し上げる。つまり、工具２１は、突起部２７ａ１
つ分突出する。この後、圧電アクチュエータ４２への電
力供給が停止すると、係合爪４６は、バネ４３の付勢力
によって下方に変位し、同時にフレーム４１の傾斜面４
７に沿って後退する。この時、係合爪４６の爪部４６ａ
と溝部２７の各突起部２７ａには、それぞれ傾斜面４６
ｂ、２７ｂが形成されているため、係合爪４６は、傾斜
面２７ｂに沿って下方に変位し、現在押し上げた突起部
２７ａの１つ下に位置する突起部２７ａに係合する。こ
のようにして工具２１の位置を変位させることができ
る。

【００２５】上述した第２実施例は、圧電アクチュエー
タ４２による工具２１の位置補正は、押し出し方向（上
方向）のみである。従って、一旦押し上げた工具２１を
戻したい場合は、作業者によって手動にて行われる。こ
のような場合、作業者は退避棒４８をつまんで、傾斜し
ている退避棒４８が垂直な状態となるように引っ張る。
すると、変位装置４０は、当接部材３３のバネ３４の付
勢力に反して垂直な状態となり、垂直穴３０内に位置す
る。すると、係合爪４６は溝部２７から外れ、作業者が
工具支持軸２２を方に押し下げることができる。

【００２６】このように第２実施例の回転切削工具によ
れば、圧電アクチュエータ４２の変位を利用することに
より、突起部２７ａ１つ分（１ピッチ）ずつ変位させる
ことができる。また、減速機構等の複雑な機構を必要と
せず簡単な構成の回転切削工具を提供できる。以上のべ
た第１実施例および第２実施例では、回転切削工具が主
軸に装着された時に電力が供給され、この時に工具の位
置を変位させるようにしているが、主軸の回転中におい
ても、電力を供給できるようにし、切削加工中でも工具
位置の補正ができるようにしても良い。このような場合
は、例えば、把持部２の外周上に通電レールを設け、主
軸側に設けられた電力供給手段の通電子が常に通電レー
ルに接触した状態としておけば良い。

【００２７】

【発明の効果】本発明の回転切削工具は、超音波モータ
および圧電アクチュエータを用いることにより、直接工
具の位置を変化させる軸を直接的に移動させることがで
きるため、歯車機構等を用いない簡単な構成で工具の刃
先位置補正を行うことができる。即ち、請求項１の発明
においては、超音波モータによって、偏心軸を回動させ
ることにより工具の半径方向の位置を変化させることが
できる。また、請求項２の発明においては、圧電アクチ
ュエータによって係合爪を変位させることより、係合爪
と当接する突起部を１つ分ずつ工具の半径方向の位置を
変位させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の全体構成図である。

【図２】図１のＡ矢視断面図である。

【図３】第１実施例における超音波モータのモデル図で
ある。

【図４】本発明の第２実施例の全体構成図である。

【図５】図４の一部詳細図である。

【図６】図４のＢ矢視断面図である。

【図７】第２実施例における係合爪および溝部の拡大図
である。

【符号の説明】

１ 本体部 ３ テーパ部 ４ 主軸 ５ 工具 ６ 工具軸 ６ｂ 位置決め溝 ９ 超音波モータ ９ａ 振動体 ９ｂ 移動体 １１ 偏心軸 １５ 規制ボルト ２１ 工具 ２２ 工具支持軸 ２７ 溝部 ２７ａ 突起部 ３１ 傾斜穴 ４２ 圧電アクチュエータ ４６ 係合爪 １００ 主軸中心軸 ２００ 偏心回転軸 ５００ 傾斜軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊勢 宣孝 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 近藤 猛男 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作機械の主軸に着脱可能な装着部と、
   工具を支持する本体部とを備えるとともに、工具の刃先
   位置を変位させる刃先位置補正機能を有し、前記主軸の
   回転により工作物の加工を行う回転切削工具において、
   前記工具が取り付けられた工具軸と、この工具軸を支持
   するとともに、前記工具軸の軸線に平行であり前記主軸
   の回転半径方向にオフセットした偏心回転軸心回りに回
   転可能に前記本体部に支持された偏心軸と、前記工具軸
   が前記本体部に対して前記工具軸の軸線回りに相対回転
   することを規制する規制装置と、前記偏心軸に固定され
   た移動体および前記本体部内部に固定された振動体から
   なり、前記偏心軸を回動させる超音波モータとを備えた
   ことを特徴とする刃先位置補正機能を有する回転切削工
   具。
2. 【請求項２】 工作機械の主軸に着脱可能な装着部と、
   工具を支持する本体部とを備えるとともに、工具の刃先
   位置を変位させる刃先位置補正機能を有し、前記主軸の
   回転により工作物の加工を行う回転切削工具において、
   側面に連続した突起部により構成された溝部を有すると
   ともに、先端に前記工具を有し、前記本体部に移動可能
   に支持された工具支持軸と、この工具支持軸の移動方向
   に対して傾斜した軸線方向に変位可能であり前記溝部に
   当接する係合爪と、この係合爪を前記傾斜した軸線方向
   に変位させ、前記突起部１つ分前記工具支持軸を変位さ
   せる圧電アクチュエータとを備えたことを特徴とする刃
   先位置補正機能を有する回転切削工具。