JPS6359802B2

JPS6359802B2 -

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Publication number: JPS6359802B2
Application number: JP9084080A
Authority: JP
Priority date: 1980-07-03
Filing date: 1980-07-03
Publication date: 1988-11-21
Also published as: JPS5715655A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、例えば工作機械のツールの取付寸法
を補正する装置に関する。

各種の切削機械例えばラインボーリングマシン
の工具は、目標の精度を得るために、随時補正し
なければならない。

従来のこの種の工具補正装置は、工具の刃先に
直接検知棒をあて、その刃先の変位量を測定して
いる。この補正手段は、刃先の変位の直接測定で
あるから、高い精度で補正できるが、その反面工
具の刃先の破損やその寿命を短かくする点で有効
なものでない。

また他の補正装置は、工具取付用のナツト部分
を直接チヤツクでつかみ、そのチヤツクの回転角
を制御し、工具刃先をねじ対偶のもとに変位させ
ている。このものでは、工具取付ナツトを回転さ
せるチヤツクにより間接的に工具刃先の位置を制
御しているので、ねじ対偶の部分その他の部分の
バツクラツシまたはチヤツク爪とナツト部分との
間のすべりなどによつて、正確な位置制御が困難
である。

一方、特公昭54−10750号の発明は、工具の補
正量を検測し、この補正量に応じてナツトランナ
軸のモーターを駆動し、その回転量によつて工具
の補正を行つている。しかし、その技術では、補
正時に切削工具自体の補正量が測定されないた
め、補正用のモーターから調整環に至る回転伝達
経路中でバツクラツシやはまり合い部分の滑りな
どが発生すると、正確な補正ができなくなる。ま
た、上記技術では、補正量が予めパルス数として
設定されているため、切削工具の誤差と補正量と
が対応関係になく、したがつて正確な調整が困難
である。

ここに本発明の目的は、上記従来例の欠点を除
去するもので、工具の位置を無接触の状態で検出
し、かつ工具の取付ナツトの回転角を直接測定に
より検出できる補正装置を提供する点にある。

上記目的のもとに、本発明の工具補正装置は、
工具の取付ナツト部の回転角を直接測定し、この
回転角から工具の補正量を検出するようにしてい
る。

以下、本発明の一実施例を図面にもとづいて具
体的に説明する。

まず、第１図は、一例として本発明のものを組
込んだ中ぐり盤１を示している。中ぐり盤１は、
ベツド２を基礎として構成してあり、このベツド
２は、その上部で固定ベース３，４を形成してい
る。これらの固定ベース３，４は、それぞれの案
内面５，６によりスライドベース７，８を滑動自
在の状態で保持している。ベツド２の中央部分
は、被加工物１０の加工台９であり、上記スライ
ドベース７，８は、それぞれ固定ベース３，４の
内部に設けられた図示しない駆動手段により、被
加工物１０に向つて進退できるようにしてある。
スライドベース８は、その上面で軸頭本体１１を
取付けており、この軸頭本体１１は、スピンドル
１２を回転自在に保持し、そのスピンドル１２の
前面部分で中ぐりクイル１３を支持している。中
ぐりクイル１３は、スピンドル１２に固定されて
おり、所定の間隔をおいて複数例えば２個の補正
対象として中ぐり用の工具１４，１５を中ぐりク
イル１３の半径方向に調整自在に保持している。
この保持構造は、第２図とともに後述する。上記
スピンドル１２は、その後端部分の公知の割出し
装置１６に結合している。この割出し装置１６
は、スピンドル１２を案内し、所定の角度位置で
安定に停止させるもので、中ぐりクイル１３の工
具１４，１５を後述のナツトランナ軸４８の軸線
Ｙの線上に割出す働きをする。

一方、前記スライドベース７は、検測ヘツド１
７を支持した状態で、適宜の駆動手段で被加工物
１０の位置まで進退する。検測ヘツド１７は、中
ぐりクイル１３の軸線Ｘと一致する検測軸１８を
支持しており、この検測軸１８は、工具１４，１
５の間隔と一致してエヤマイクメータのエヤノズ
ル１９，２０を有している。このエヤノズル１
９，２０は、被加工物１０の加工穴２１，２２を
検測するために、第６図の絞り弁２３，２４を介
してエヤ供給源２５に接続されている。エヤノズ
ル１９，２０の圧力は、それぞれ対応の圧力変換
器２６により電気量に変換され、増幅器２７でア
ナログ的に増幅されてから、Ａ−Ｄ変換器２８お
よび判定回路２９に入力される。なお、第６図
は、エヤノズル１９に対応する回路系を省略して
いる。

さて、本発明の位置補正装置３０は、前記ベツ
ド２の中央部側面のコラム３１に組込まれてい
る。このコラム３１は、ベツド２に対して直立状
態で取付けられており、その固定ベース３２の垂
直案内面３３によりスライドベース３４を昇降可
能な状態で支持している。スライドベース３４の
内部には、図示しない駆動手段が設置してある。
固定ベース３２は、その正面位置に２つのナツト
ランナ本体３５，３６を取付けており、そのナツ
トランナ本体３５，３６は、その上端面で同期モ
ーター３７およびモーター例えばステツピイング
モーター３８を支持している。このステツピング
モーター３８は、微少の回転角で間欠的に回転す
る。

つぎにナツトランナ本体３６の内部構造および
工具１５の取付部分を第２図にもとづいて詳記す
る。ナツトランナ本体３６は、全体として円筒状
で、駆動軸３９およびその駆動軸３９の外側に挿
入された磁性体製のセンサ軸４０を磁性体のブシ
ユ４１，４２により同心的な状態で回転自在に保
持している。駆動軸３９は、その上端部でキー４
４によりステツピングモーター３８の出力軸４５
に結合し、かつ下端部分で軸線方向の長孔４６お
よび駆動ピン４７によりナツトランナ軸４８に連
結している。このナツトランナ軸４８は、これと
駆動軸３９との間に縮設されたスプリング４９に
より下向きに付勢され、下端面の角穴５０で調整
環５１の角頭部５１_cに嵌合できるようになつて
いる。またセンサ軸４０は、その上部で磁路形成
用の回路体５２および動力伝達用のギヤ５３とキ
ー５４により固定している。ギヤ５３は、その外
周でブシユ５５に保持され、ギヤ５６にかみ合つ
ている。このギヤ５６は、同期モーター３７の回
転軸５７に固定されている。上記回転体５２は、
第３図に示すように、外周面に凹部５２_aおよび
凸部５２_bを有しており、これらは、ナツトラン
ナ本体３６の凹部３６_aおよび凸部３６_bに対応し
ている。これらのギヤ５３、回転体５２、ナツト
ランナ本体３６およびブシユ５５は、磁気回路５
８を形成し、環状の永久磁石５９は、その磁気回
路５８に磁束を通し、この磁束の変化は、環状巻
きの電磁ピツクアツプ６０により検出される。

一方、中ぐりクイル１３は、直径方向に貫通す
る段状の工具収納穴６１を有し、この段状部分で
工具ホルダ６２を固定している。工具ホルダ６２
は、その中心穴６３の部分で逆Ｔ字形のチツプホ
ルダ６４をキー６５により回り止めし、かつ軸線
Ｙの方向に変位自在に保持し、さらに工具ホルダ
６２のスプリング６６の押圧力により矢印方向に
付勢している。このチツプホルダ６４は、先端部
側面でチツプ状の工具１５を取付けている。この
工具１５は、中ぐりクイル１３の円周面から一部
突出しているが、角穴５０の内部にはいる状態で
取付けてある。またチツプホルダ６４は、高精度
のおねじ部６４_aで調整環５１の高精度のめねじ
部５１_dに螺合している。この調整環５１は、ス
プリング６６の弾力により工具ホルダ６２の表面
に圧接していて、その部分に第４図に示すような
凹部５１_aおよび凸部５１_bを有している。この凹
部５１_aおよび凸部５１_bは、センサ軸４０の先端
面において、第５図のような凹部４０_aおよび凸
部４０_bに対応している。そしてナツトランナ本
体３６の下端面の環状の永久磁石６７は、ナツト
ランナ本体３６、センサ軸４０、調整環５１、工
具ホルダ６２および中ぐりクイル１３とともに磁
気回路６８を形成しており、その磁気回路６８の
磁束の変化は、環状の電磁ビツクアツプ６９によ
り検出される。なお、ナツトランナ本体３５、工
具１４の部分の構造は、上記のナツトランナ本体
３６、工具１５のそれと同一である。

そして電磁ピツクアツプ６０，６９の出力は、
第６図に示すように、それぞれゲートパルス発生
回路７０，７１に入力され、そのゲートパルス発
生回路７０，７１のゲート出力は、ともにゲート
回路７２に入力される。一方、クロツクパルス発
生回路８０がゲート回路７２に接続され、このゲ
ート回路７２に計数回路７３、記憶回路７４およ
び加算回路７５が接続してある。一方、判定回路
２９に設定回路７６が接続され、この判定回路２
９は、加算回路７５に接続してある。計数回路７
３および加算回路７５の出力は、比較回路７７を
経て駆動回路７８に導びかれ、その駆動回路７８
の出力は、ステツピングモーター３８のオン・オ
フを制御する。そしてゲートパルス発生回路７
０，７１の出力は、制御回路７９にも入力され
る。制御回路７９は、計数回路７３、記憶回路７
４、加算回路７５および比較回路７７などを制御
する。以上の回路系は、ナツトランナ本体３５ご
とに設けられる。

つぎに動作を説明する。被加工物１０は、加工
台９の上に載置される。そして中ぐりクイル１３
は、被加工物１０の位置まで進入し、軸線Ｘを中
心として回転し、工具１４，１５により加工穴２
１，２２を加工する。この加工穴２１，２２の穴
径は、検測軸１８のエヤノズル１９，２０により
それぞれ測定できる。まず、スライドベース８
は、第１図の最大後退位置まで後退し、また中ぐ
りクイル１３は、工具１４，１５が軸線Ｙと一致
する角度位置に割出され、この状態でスライドベ
ース３４が下降し、ナツトランナ軸４８は中ぐり
クイル１３の工具収納穴６１に向けて下降し、工
具ホルダ６２とセンサ軸４０の先端面との間に適
当な間隙をおいて停止する。

このあと一連の補正動作が開始される。この動
作を第７図および第８図を参照しながら説明す
る。まず、スタートの行程で同期モーター３７
が回転をはじめるため、ギヤ５６の回転は、ギヤ
５３、回転体５２およびセンサ軸４０に伝達され
る。回転体５２およびセンサ軸４０の凹部５２_a，
４０_aおよび凸部５２_b，４０_bは、回転によつて
対向の凹部３６_a，５１_a、凸部３６_b，５１_bに対
する磁気ギヤツプを同期モーター３７の回転と同
期して変えるため、それぞれの磁気回路５８，６
８の磁束は、周期的に変化する。この一方の磁気
回路５８を基準信号発生部としている。これらの
磁束の変化は、それぞれ磁気ピツクアツプ６０，
６９により検出され、電流値の変化として取り出
される。そして、磁気ピツクアツプ６０により検
出された電流値の変化を基準信号として取り扱
う。そこでゲートパルス発生回路７０，７１は、
それぞれ対応の磁気ピツクアツプ６０，６９の出
力を波形整形し、例えばある値を超えた時点でゲ
ートパルスS₁，S₂を発生する。一方のゲートパル
スS₁は、ゲートパルスS₂の位相差を検出するため
の基準信号であり、ゲート回路７２を「開」に設
定し、他方のゲートパルスS₂は、ゲート回路７２
を「閉」に設定するもので、それらの発生のタイ
ミングは、固定的なナツトランナ本体３６の凹部
３６ａ、凸部３６ｂに対する変動的な調整環５１
の凹部５１ａ、凸部５１ｂの位相のずれと対応し
て時間軸上でずれている。この時間軸上のずれ
は、ゲート回路７２の開動作の時間t₁と対応して
いるから、クロツクパルス発生回路８０のクロツ
クパルスs₀は、不連続なクロツクパルス列s₀₁と
して、その時間t₁にわたつて計数回路７３に入力
される。計数回路７３は、計数の行程で時間t₁
ごとにそのクロツクパルス列s₀₁のパルス数を計
数し、記憶行程でその計数値を記憶回路７４に
送り込む。記憶回路７４は、その計数値を時間t₁
のたびに記憶し記憶値として保持する。この記憶
のタイミングは、制御回路７９によつて例えばゲ
ートパルスs₁と関連させて設定するとよい。

一方、穴径の測定値は、測定の行程におい
て、圧力変換器２６により電気量に変換され、増
幅器２７で増幅され、Ａ−Ｄ変換器２８により補
正量に対応したデジタル信号としてコンパレータ
などの判定回路２９に入力される。つづく判定の
行程で判定回路２９は、デジタルスイツチなど
の設定回路７６からの設定値と測定値とを比較
し、許容値内であるかどうかの判断をする。測定
値が許容値内であれば、行程は、加工の行程に
飛び越すが、測定値が許容値以外であると、判定
回路２９は、その誤差を補正量として加算回路７
５に送る。加算回路７５は目標値設定の行程で
「記憶値＋補正量＝目標値」の演算動作をし、
「正」または「負」の目標値を比較回路７７を経
て駆動回路７８に送る。つぎの補正の行程で駆
動回路７８は、ステツピングモーター３８を始動
させる。このステツピングモーター３８は、１ス
テツプごとに間欠的に回転し、その回転をナツト
ランナ軸４８に伝え、ナツトランナ軸４８は１ス
テツプごとに間欠的に回転するが、ナツトランナ
軸４８の角穴５０と調整環５１の角頭部５１ｃの
位相が合い第２図に示される状態のように、角穴
５０と角頭部５１ｃが結合されるまでは、ナツト
ランナ軸４８が回転するけれども、調整環５１を
回転することなく調整環５１の表面上で回転する
だけである。そして、この間は、時間t₁が変化す
ることがない。角穴５０と角頭部５１ｃの位相が
合つたところで、スプリング４９の力で角穴５０
が角頭部５１ｃに入込む第２図に示される状態に
なり、調整環５１を左または右の回転方向に微少
角度ずつ駆動する。このステツピングモーター３
８の停止期間は、制御動作の処理時間として用い
ると、制御動作は時分割状態のものとして処理で
きる。このようにして、ゲートパルスs₂の発生の
タイミングは、例えば二点鎖線で示すようにステ
ツピングモーター３８の回転とともに少しづつず
れてゆく。したがつてクロツクパルス列s₀₂のパ
ルス数は、その数を次第に増していくことにな
る。この間において、判断のための行程が進め
られ、補正中の「計測値＝目標値？」の判断がな
され、等しくならないかぎり、ステツピングモー
ター３８は、断続して回転し、調整環５１を微少
角ずつ間欠的に回転させる。このようにして調整
環５１が回転するため、チツプホルダ６４は、こ
れとねじ対偶をなす調整環５１のねじのピツチに
よつて軸線Ｙの線上で目標値の方向に移動する。
ゲートパルスs₂が例えば△ｔだけ移動した時点で
時間t₂におけるクロツクパルス列s₀₂のパルス数が
目標値と等しくなると、比較回路７７は、駆動回
路７８の動作を停止させるため、停止の行程で
ステツピングモーター３８は、ただちに停止す
る。このようにして補正動作が完了すると、中ぐ
り盤１は、つぎの加工工程を開始することにな
る。これらの一連の制御動作は、時間t₂の完了の
たびに制御回路７９によつて行われる。この制御
回路７９は、論理回路、フリツプフロツプ回路な
どを組合せたシーケンス制御回路あるいは中央処
理装置（cpu）などで構成するものとする。

なお、上記実施例のものは、ゲートパルス発生
手段として、電磁ピツクアツプ６０，６９などを
採用しているが、そのゲートパルス発生手段は、
スリツト回転板と光電変換器との組合せ、または
ホール素子あるいはリードスイツチなどの近接ス
イツチを主要部として構成してもよい。また本発
明は、中ぐり盤１に限らず、当然他の切削加工用
の機械にも適用され得るものであり、さらに補正
対象は、切削加工用の工具のほか、この種の工具
と類似の支持構造および調整機構を有する機械器
具にも応用できる。

本発明では、下記のような特有の効果が得られ
る。

まず、工具の位置補正時に、回転に応じて正確
に工具の出入れを調整する調整環の回転量がパル
ス数に変換され、このパルス数の計測値と必要な
補正量から求められた目標値とが比較され、それ
らの一致時に工具の補正すなわち調整環の回転補
正が完了するため、モーターから調整環に至る回
転力の伝達経路中にバツクラツシや滑りなどが発
生していたとしても、必要な補正が確実に行われ
る。

また、補正対象の回転量がクロツクパルスのパ
ルス数としてデジタル的に処理されるため、制御
系の精度が高く、アナログ系の制御に比較して、
安定化している。

そして、実施例のように、ゲートパルス発生手
段が調整環などを含んで非接触式のものとして構
成されていると、補正対象の回転量が無接触の状
態で直接測定できるため、工具に機械的な外力が
かからず、工具刃先の破損や品質低下、さらに補
正後の微動などが確実に防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の工具補正装置を有する中ぐり
盤の正面図、第２図は工具補正装置の要部の断面
図、第３図は第２図での−矢視の断面図、第
４図は第２図での−矢視の断面図、第５図は
第２図での−矢視の断面図、第６図は制御回
路系のブロツク線図、第７図は動作のフローチヤ
ート図、第８図はパルスのタイムチヤート図であ
る。１４，１５……補正対象としての工具、３０…
…工具補正装置、３８……ステツピングモータ
ー、４８……ナツトランナ軸、５１……調整環、
５８……基準信号発生部としての磁気回路、６
０，６９……パルス発生手段としての磁気ピツク
アツプ、７２……ゲート回路、７３……計数回
路、７４……記憶回路、７５……加算回路、７７
……比較回路。

Claims

【特許請求の範囲】

１径方向の出入り量を補正対象とする工具を回
転自在の調整環によりねじ対偶で保持し、この調
整環にモーターで駆動されるナツトランナ軸を着
脱自在に結合させるとともに、連続的に回転する
センサ軸と固定的なナツトランナ本体との間に基
準のゲートパルスを継続的に発生するゲートパル
ス発生手段を設け、また上記センサ軸と上記調整
環との間に無接触状態で他の１つのゲートパルス
を継続的に発生するゲートパルス発生手段を設
け、この２つのゲートパルスの位相差区間でゲー
ト回路によりクロツクパルスを通過させ、このク
ロツクパルスを計数回路によりパルス数に換算
し、このクロツクパルスのパルス数を上記ゲート
パルスのいずれか一方のパルス間隔ごとに記憶回
路で記憶し、上記工具の出入り量補正時に必要な
補正量と上記記憶回路の記憶値とを加算回路で加
算して目標値を得、この補正時に上記ナツトラン
ナ軸によつて回転される上記調整環の回転量を上
記のゲートパルス発生手段および計数回路により
計測し、この計測値と上記目標値との一致を比較
回路で比較し、その一致時に上記ナツトランナ軸
駆動用の上記モーターを停止させることを特徴と
する工具補正装置。