JPH11239904A

JPH11239904A - 加工装置

Info

Publication number: JPH11239904A
Application number: JP4323398A
Authority: JP
Inventors: Teruo Maruyama; 照雄丸山
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-02-25
Filing date: 1998-02-25
Publication date: 1999-09-07

Abstract

(57)【要約】【課題】精密部品の穴加工装置に関するもので、従来
のボーリング加工ではできなかった高精度のバイトチッ
プの補正加工、テーパ穴加工、任意の形状の非真円加工
を実現する。【解決手段】ボーリングヘッドに装着されたチップ
ア、内蔵されたアクチュエータ１４により、穴の軸芯に
対して半径方向に微小移動させることにより、高精度の
バイトチップの補正加工、テーパ穴加工、任意の形状の
非真円加工を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は精密部品の穴加工装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】機械加工の中で最も大きな比率を占める
穴加工の対象としては、ドリル穴、リーマ穴、タップ
穴、ボーリング穴及び段付き穴など多様な種類がある。
その中でもボーリング工具による穴の仕上げ加工は、も
っとも一般的に行われており、下穴の加工精度に依存し
にくいため、深穴を高精度で加工できるという特徴を有
する。図３は従来から用いられているボーリングヘッド
であり、１００はツールシャンク部、１０１は先端にチ
ップ１０２が設けられたバイト、１０３はスライド部、
１０４はアジャストスクリュー、１０５はギヤ、１０６
は調整リング、１０７はバーニアである。工具径（同図
のR）の調整は、ギヤ１０５が設けられた調整リング１
０６を回転させることにより、アジャストスクリュー１
０４を半径方向へ移動させて行う。加工終了後は、ワー
クの内径を外部に設置されたタッチセンサーにより計測
する。もし前記チップ１０２の摩耗などによりボーリン
グ内径が所定の満足していなければ、再度アジャストス
クリュー１０４を調整し、仕様を満足するように工具径
を設定するのである。

【０００３】しかし、バックラッシュを基本的にともな
うギヤを介在しての工具径の調整には、加工精度の点で
限界があった。したがって、上記調整工程を自動化した
場合、得られる加工精度はせいぜい４〜５μｍ程度が限
界だった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のマシ
ニングセンタでの高精度穴加工において、工具のセッテ
ィング、バイトの摩耗量補正、工具の管理等、熟練作業
が必要にもかかわらず、加工精度に限界があったボーリ
ング加工を根底から改善する新加工装置を提供するもの
である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、回転スピンド
ルを搭載してワークの穴加工を行うボーリング用の加工
装置において、前記回転スピンドルのワーク側に取り付
けられたボーリングヘッドと、このボーリングヘッドに
装着された刃具と、この刃具を前記ワークの穴の軸芯に
対して半径方向に微小移動させる電磁歪素子によるアク
チュエータより構成するものである。

【０００６】本発明により、バイトの摩耗量を逐次補正
する高精度の穴加工、任意の形状の非真円加工、微小な
傾斜角を持つテーパ穴加工等が実現できる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下発明の実施例について説明す
る。図１(a)、(b)は本発明によるボーリングヘッドであ
り、１はツールシャンク部、２は先端にチップ３が設け
られたバイト、４はバイト２が取り付けられたスライド
部、５はこのスライド部４を半径方向に移動可能に収納
するバイトホルダー部、６はスライド部４の位置を粗調
整するためのアジャストスクリュー、７はギヤ、８は調
整リング、９はバーニア、１０はバイトホルダー部５の
下端部、１１ａ、１１ｂはバイトホルダー部５とホルダ
ー下端部１０を繋ぐ板バネである。１２はバイトホルダ
ーを収納する下部スリーブ、１３はこの下部スリーブ１
２と連結した上部スリーブであり、アクチュエータ１４
がこの上部スリーブ内に鉛直方向に収納され固定されて
いる。１５はアクチュエータ１４のピストン部である。
この実施例ではアクチュエータ１４は高精度に位置決め
ができ、かつ大きな推力（発生する荷重は数百〜数千ニ
ュートン）が得られる電磁歪素子である積層型の圧電素
子（ピエゾアクチュエータ）をもちいた。

【０００８】１６は電力伝達機構であるスリップリング
のロータ部、１７は電極部、１８は固定側であるステー
タ部、１９，２０は軸受である。２１は加工機のスピン
ドルのツールシャンク部である。なを固定側から回転側
（アクセータ）に電力を供給する前記スリップリングの
構成は周知であり、ブラシ機構などの詳細は図示しな
い。軸受１９，２０はラジアル方向に十分なガタをもっ
ているために、本装置の回転精度には影響をあたえな
い。軸受１９，２０は、スリップリングのロータ部１６
とステータ部１８間が離脱しないように設けられている
だけである。

【０００９】バイトホルダー部５と板バネ１１ａ、１１
ｂ、ホルダー下端部１０は一体の部材から構成されてい
る。実施例では、前記二つの板バネは同一の剛性を持ち
かつ軸芯に対して同一の傾斜角をもって形成した。アク
チュエータ１４は、そのピストン部の端部１５（荷重
点）が前記二つの板バネの中間部に位置するように配置
されている。ピストン部１４の先端に荷重が加わると、
前記二つの板バネは半径方向、軸方向共に同一量だけ変
形するため、スライド部４は傾斜することなく半径方向
に平行移動する。すなわち、この板バネがアクチュエー
タの出力軸の変位を半径方向の変位に変える変換部とな
っている。

【００１０】またアクチュエータ１４は、その出力軸の
変位の方向が回転スピンドルの軸方向と同一方向となる
ように上部スリーブ１３内に収納されている。この構成
により、アクチュエータ１４の最大ストロークを確保す
るために、長いアクチュエータ１４を用いても装置を十
分にコンパクトにできる。ちなみにアクチュエータ１４
の最大ストロークはその長さ(図中のｌ)によって決ま
り、実用的には数十〜１００ミクロンが用いられる。

【００１１】また本装置の外径（図中のφＤ）をアクチ
ュエータ１４のストローク（すなわちチップ３の移動
量）に関係なく小さくできるため、適用できる穴加工の
最小径を十分に小さくできる。なお積層型のアクチュエ
ータ１４は圧縮荷重には強いが、引張り荷重には耐えら
れないために、常にバイアス荷重をかけた状態、すなは
ち前記板バネを一定量だけあらかじめ変形させた状態で
用いた。

【００１２】本実施例におけるチップ先端の半径方向位
置（工具半径：R）の調整は、次のようにして行った。
まず最初の粗調整は、位置センサー等が設けられた標準
化された治具を用いて、ギヤ７が設けられた調整リング
８を回転させることにより、アジャストスクリュー６を
半径方向へ移動させて行う。この方法による調整は、従
来のボーリング加工では数ミクロンまで必要だったのに
対して、本装置ではせいぜい５０ミクロン程度でよい。
次の段階の微調整は、ピエゾアクチュエータ１４を外部
に設置した駆動ドライバー（図示せず）により微小ステ
ップ送りさせて行う。

【００１３】図２は本発明の第二の実施例であり、バイ
トが装着されたスライド部を直接ピエゾアクチュエータ
で半径方向に駆動させた例を示す。加工品のワークの内
径が十分に大きい場合、あるいは電磁歪アクチュエータ
による最大補正量が数ミクロン程度でよい場合は、この
構成が適用できる。すなわち粗調整と微調整を行う部分
を第一の実施例とは逆にして、軸方向に移動する機構を
粗調整に用いて、その変位を半径方向に変換すると共
に、電磁歪素子のアクチュエータで直接にバイトが装着
されたスライド部を駆動する構成となっている。

【００１４】５０は先端にチップ５１が設けられたバイ
ト、５２はバイト５０が取り付けられたスライド部、５
３はこのスライド部５２を半径方向に移動可能に収納す
るバイトホルダー部、５４はスライド部５２の位置を粗
調整するためのスクリューねじ、５５はバイトホルダー
部５３の下端部、５６ａ、５６ｂはバイトホルダー部５
３とホルダー下端部５５を繋ぐ板バネである。５７は前
記バイトホルダーを収納する下部スリーブ、５８はこの
下部スリーブと連結した上部スリーブであり、スクリュ
ーねじ５４がこの上部スリーブ５８内に鉛直方向に回転
可能に収納されている。５９はピエゾアクチュエータ、
６０は板ばねである。

【００１５】なおスピンドルの回転角を検知する回転セ
ンサー(図示せず)を設け、加工中のワーク２２（想像線
で示す）の内径精度を計測する変位センサー２１（図１
に鎖線で示す）を上部スリーブ１３に設けておけば、さ
らに高い加工精度が得られると共に、用途が拡大でき
る。たとえば前記回転センサーと変位センサー２１の情
報をもとに、刃具先端位置（同図中のR）を任意に制御
できるため、非真円加工、ゆるやかなテーパ角を持つテ
ーパ穴加工等が極めて高い精度で実現できる。

【００１６】

【発明の効果】本発明により、バイトのチップの摩耗を
逐次自動的に補正できる高精度のボーリング穴加工が実
現できる。本発明を量産現場に適用することにより、従
来のベテラン作業者でも数ミクロンの精度が限界だった
ボーリング穴加工において、サブミクロンオーダーの精
度が得られる高精度穴加工の自動化が可能となった。ま
たバイトの半径方向位置は任意に設定できるため、ゆる
い傾斜角を持つテーパ穴加工、あるいは任意の形状の非
真円加工にも適用できる。

【００１７】またアクチュエータ、バイトホルダー部等
が収納された部分を共通ユニット化しておけば、従来の
加工機の構成を大きく変えることなく、電源供給部のス
テータ部だけをスピンドル側に設置することにより、本
発明を適用できる。その実用的効果は絶大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】(a)は本発明の一実施形態の正面断面図、(b)は
同AA断面図

【図２】本発明の第二の実施の形態の正面断面図

【図３】従来のボーリングヘッドの正面断面図

【符号の説明】３チップ１４アクチュエータ２２ワーク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転スピンドルを搭載してワークの穴加工
を行う加工装置において、前記回転スピンドルのワーク
側に取り付けられたボーリングヘッドと、このボーリン
グヘッドに装着された刃具と、この刃具を前記ワークの
穴の軸芯に対して半径方向に移動させるアクチュエータ
より構成されることを特徴とする請求項１記載の加工装
置。
【請求項２】アクチュエータは刃具の位置を微動させる
手段を有し、かつ粗動させる手段を備えたことを特徴と
する請求項１記載の加工装置。
【請求項３】刃具がとりつけられたバイトホルダーと、
このバイトホルダーをワークの穴の軸芯に対して半径方
向に粗動・位置決めさせる調整部より構成されることを
特徴とする請求項２記載の加工装置。
【請求項４】出力軸の変位の方向が回転スピンドルの軸
方向と同一方向となるようにアクチュエータを設置する
と共に、この出力軸の変位を半径方向の変位に変える変
換部より構成されることを特徴とする請求項１記載の加
工装置。
【請求項５】変換部は回転スピンドルの軸方向に対して
傾斜角を持つ板バネにより構成されることを特徴とする
請求項３記載の加工装置。
【請求項６】アクチュエータは積層型の圧電素子、超磁
歪素子などの電磁歪型であることを特徴とする請求項１
記載の加工装置。
【請求項７】スピンドルの回転角を検知する回転センサ
ーと、前記回転センサーからの回転位置情報をもとに、
刃具先端の軌跡が所定の内面加工形状と一致するように
電磁歪素子によるアクチュエータを駆動させる制御装置
より構成されることを特徴とする請求項１記載の加工装
置。