WO2022202404A1 - 切削方法 - Google Patents

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WO2022202404A1
WO2022202404A1 PCT/JP2022/010935 JP2022010935W WO2022202404A1 WO 2022202404 A1 WO2022202404 A1 WO 2022202404A1 JP 2022010935 W JP2022010935 W JP 2022010935W WO 2022202404 A1 WO2022202404 A1 WO 2022202404A1
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sensor
distance sensor
distance
machining
cutting edge
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PCT/JP2022/010935
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Inventor
康晴 今井
秀史 高橋
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三菱マテリアル株式会社
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    • G01B7/02Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B7/023Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness for measuring distance between sensor and object

Definitions

  • the present invention relates to a cutting method.
  • This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2021-052635 filed in Japan on March 26, 2021, the contents of which are incorporated herein.
  • Patent Literature 1 discloses a cutting tool provided with an optical distance sensor. Since the tool has a distance sensor, it is possible to measure the dimensions of the workpiece during the process, shorten the time required for measurement, and perform efficient machining.
  • the cutting edge of the cutting edge gradually wears out according to the processing time. For this reason, resetting the coordinates with reference to the cutting edge after the cutting edge has been worn may affect the measurement value of the distance sensor.
  • a cutting method is a machining method using a tool body to which a distance sensor is attached, wherein the cutting edge coordinates are based on the cutting edge of a cutting edge provided in the tool body, and the reference point of the distance sensor is used as a reference.
  • a coordinate setting step of respectively setting sensor coordinates of , a machining step of forming a machining surface using the cutting edge coordinates, and a measuring step of measuring dimensions of the machining surface using the sensor coordinates have.
  • the machined surface machined with the cutting edge can be measured by the distance sensor. Therefore, after the turning tool has formed the machined surface, the step of temporarily separating the turning tool from the workpiece is not necessary when measuring the machined surface. As a result, the time required for the measurement process in turning can be shortened. Furthermore, according to the above-described configuration, since the cutting edge coordinates and the sensor coordinates are set separately, the result of the dimension measurement is less likely to be affected by the mounting accuracy of the cutting edge and the distance sensor. In addition, since the measurement accuracy of the distance sensor is not easily affected by the relative position of the cutting edge of the cutting edge and the distance sensor, highly accurate dimensional measurement can be performed even when the cutting edge is worn. can be done.
  • the measuring process performed between the machining process and the additional machining process is performed using a distance sensor attached to the tool body. Therefore, the tact time from the machining process to the additional machining process can be shortened.
  • a plurality of distance sensors having different measurement directions may be attached to the tool body, and the sensor coordinates may be set for each distance sensor in the coordinate setting step.
  • the above configuration by using a plurality of distance sensors with different measurement directions, it is possible to measure dimensions at a plurality of locations without changing the direction of the work piece in the measurement process, and the time required for the measurement process is reduced. can be shortened. Further, in the coordinate setting step, sensor coordinates are set for each distance sensor. Therefore, compared to the case where one sensor coordinate is set for a plurality of distance sensors, the measurement results of the distance sensors are less likely to be affected by the mounting accuracy of each distance sensor, and highly accurate dimensional measurement can be performed. can be done.
  • the coordinate setting step may be performed by using a contact sensor to bring the cutting edge of the cutting edge and the tip surface of the distance sensor into contact with each other.
  • the contact sensor in the coordinate setting process it is easy to reliably obtain the position information of the distance sensor without being affected by the usage environment. Further, by using a contact sensor, it is possible to obtain the position information of the cutting edge of the cutting edge and the tip surface of the distance sensor using a single sensor. Therefore, the time required for the coordinate setting process can be saved.
  • the distance sensor is an eddy current sensor, and has a calibration step of calibrating the eddy current sensor, wherein the calibration step uses a measuring device to measure a reference machined surface machined by the cutting blade. a step of measuring a reference value for dimension measurement; using the sensor coordinates as a reference to measure a plurality of measurement points at different distances from the reference machined surface using the distance sensor; and measuring the distance sensor corresponding to each of the measurement points. and a calculating step of calculating a calibration formula representing the relationship between the output value and the distance to the reference machining surface at each of the measuring points, wherein the measuring step comprises , the dimension of the machined surface may be calculated by substituting the output value of the distance sensor into the calibration formula.
  • the eddy current sensor is used as the distance sensor, accurate measurement can be performed even when wet machining is performed.
  • calibration is required because the output value of the sensor varies depending on the material being processed.
  • the configuration is performed using the reference machining surface formed by the cutting edge, there is no need for a jig for calibration.
  • calibration can be performed using the object to be processed, it is possible not only to calculate a more accurate calibration formula than in the case of using a jig or the like, but also to save the time required for attaching and detaching the jig. can.
  • the material to be processed is a ferrous material
  • 0 may be substituted in advance for the constants a, b, and c.
  • the tool body is provided with a communication unit that transmits measurement data measured by the distance sensor to an external control device, and the control device performs the calculation step to perform the calculated comparison.
  • the formalism may be memorized.
  • calibration formula data can be accumulated and analyzed in the control device.
  • the machining step may be performed while supplying cutting oil or coolant to the machining surface.
  • FIG. 1 is a perspective view of the turning tool (cutting tool) of the first embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view of the turning tool of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a front view of the turning tool of the first embodiment.
  • FIG. 4A is a schematic diagram showing coordinate setting in the first embodiment.
  • FIG. 4B is a schematic diagram showing coordinate setting in the first embodiment.
  • FIG. 4C is a schematic diagram showing coordinate setting in the first embodiment.
  • FIG. 5A is a diagram showing a preliminary processing step of the first embodiment;
  • FIG. 5B is a diagram showing a preliminary processing step of the first embodiment;
  • FIG. 5C is a diagram showing a reference value measurement process of the first embodiment.
  • FIG. 5D is a diagram showing the output value measurement process of the first embodiment.
  • FIG. 5E is a diagram showing the output value measurement process of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a graph representing calibration formulas for work pieces W of various materials.
  • FIG. 7A is a schematic diagram showing the processing steps of the first embodiment.
  • FIG. 7B is a schematic diagram showing the processing steps of the first embodiment.
  • FIG. 7C is a schematic diagram showing the processing steps of the first embodiment.
  • FIG. 7D is a schematic diagram showing the measurement process of the first embodiment.
  • FIG. 8 is a perspective view of the turning tool of the second embodiment.
  • FIG. 9 is a front view of part of the turning tool and work material of the second embodiment.
  • a turning tool (cutting tool) 1 according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
  • the drawings below in order to make each configuration easier to understand, there are cases where the actual structure and the scale, number, etc. of each structure are different.
  • FIG. 1 is a perspective view of a turning tool 1 of the first embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view of the turning tool 1.
  • FIG. 3 is a front view of the turning tool 1.
  • FIG. 1 is a perspective view of a turning tool 1 of the first embodiment.
  • FIG. 2 is a plan view of the turning tool 1.
  • FIG. 3 is a front view of the turning tool 1.
  • the turning tool 1 of this embodiment performs turning such as boring on a work material such as a metal material that is rotated around a spindle.
  • a base end portion of the turning tool 1 is detachably held by a jig (tool rest) (not shown).
  • a jig for holding the turning tool 1 is fixed to a machine tool (lathe) such as a lathe (not shown).
  • the turning tool 1 includes a tool body 10, a first bracket 15, a second bracket 19, a cutting insert 20, a first distance sensor (distance sensor) 31, and a second distance sensor.
  • a sensor (distance sensor) 32 and an imaging device 50 are provided.
  • the first bracket 15 , the second bracket 19 , the cutting insert 20 , the first distance sensor 31 , the second distance sensor 32 and the imaging device 50 are attached to the tool body 10 .
  • the tool body 10 is a rod body extending axially.
  • the tool axis J is set along the direction in which the tool body 10 extends. That is, the tool body 10 extends along the tool axis J.
  • the direction parallel to the tool axis J is simply called the "axial direction”
  • the radial direction about the tool axis J is simply called the "radial direction”.
  • the tool body 10 is made of a metal material such as steel.
  • the tool body 10 includes a cylindrical shank portion 16 centered on the tool axis J, a projecting portion 17 projecting radially outward of the tool axis J from the outer peripheral surface of the shank portion 16 at the tip portion 10a of the tool body 10, have
  • the shank portion 16 is provided with a hollow hole 10k that opens toward the rear end portion 10b.
  • a sensing module 7a, a wireless communication module (communication unit) 7b, and a power supply module 7c are housed in the hollow hole 10k. That is, the turning tool 1 includes a sensing module 7a, a wireless communication module 7b, and a power supply module 7c.
  • the sensing module 7 a controls the first distance sensor 31 , the second distance sensor 32 and the imaging device 50 .
  • the wireless communication module 7b transmits measurement data measured by the first distance sensor 31, the second distance sensor 32, and the imaging device 50 and collected by the sensing module 7a to the external receiving device 4a.
  • the receiving device 4 a is provided in a control device 4 that controls the turning tool 1 .
  • the control device 4 may control a machine tool (not shown).
  • the control device 4 is provided with a storage unit 4b.
  • the storage unit 4b stores measurement data of the first distance sensor 31, the second distance sensor 32, and the imaging device 50, a calibration formula to be described later, and the like.
  • the power supply module 7c supplies power to the first distance sensor 31, the second distance sensor 32, the imaging device 50, the sensing module 7a, and the wireless communication module 7b.
  • the power supply module 7c may charge a secondary battery such as a lithium ion battery with electricity from a generator such as a piezo vibration sensor that generates power by vibration generated in the tool body 10 during cutting.
  • a secondary battery may be charged with electricity supplied in a contact or non-contact manner from a power source, or may be a primary battery such as a manganese dry battery or an alkaline dry battery.
  • a distal end portion 10a of the shank portion 16 is provided with a distal end surface (first holding surface) 10d and an upper surface (second holding surface) 10f. That is, the tool body 10 has a tip surface 10d and an upper surface 10f.
  • the tip surface 10d is a flat surface positioned at the tip portion 10a of the tool body 10 and facing the tip side.
  • the upper surface 10f is a flat surface formed by cutting the tip portion 10a of the shank portion 16.
  • the upper surface 10f is a surface parallel to the projecting direction of the projecting portion 17 and the tool axis J.
  • the tip surface 10d and the top surface 10f are orthogonal to each other. In the following description, each part of the turning tool 1 will be described with the direction in which the upper surface 10f faces as the upper side. However, the orientation of the turning tool 1 during use is not limited to this direction.
  • the protruding portion 17 has a protruding upper surface 17a facing upward.
  • the projecting upper surface 17a extends parallel to the projecting direction of the projecting portion 17 and the tool axis J. As shown in FIG.
  • the projecting upper surface 17a is a surface parallel to the upper surface 10f.
  • a pedestal 18 to which the cutting insert 20 is attached is provided on the projecting upper surface 17a.
  • the pedestal 18 is positioned on the tip side of the protruding part 17 in the protruding direction and on the tip side corner of the tool body 10 . That is, the tool main body 10 has a pedestal 18 at the tip portion 10a.
  • the pedestal 18 has a concave shape that is recessed on the lower side and on the side opposite to the projecting direction of the projecting portion 17 .
  • the cutting insert 20 is detachably attached to the pedestal 18 with a fixing screw 29 .
  • the cutting insert 20 of the present embodiment has an equilateral triangular prism shape when viewed from the thickness direction.
  • the cutting insert 20 has a pair of triangular main surfaces facing the thickness direction and a side surface connecting the pair of main surfaces.
  • a cutting edge 22 is provided on the ridge line between the main surface and the side surface of the cutting insert 20 .
  • the shape of the cutting insert 20 is not limited to this embodiment.
  • the cutting edge 22 protrudes toward the tip side of the tool body 10. Moreover, the cutting edge 22 protrudes radially outward. Accordingly, a portion of the cutting edge 22 is located at the axially most distal end and the radially outermost end of the turning tool 1 .
  • the first bracket 15 is fixed to the tip surface 10d of the tool body 10 with two fixing screws 16a and 16b.
  • the first bracket 15 has a plate shape along a plane perpendicular to the tool axis J.
  • the first bracket 15 has a facing surface 15d facing the rear end portion 10b of the tool body 10 .
  • the facing surface 15 d faces and contacts the tip surface 10 d of the tool body 10 .
  • the tip surface 10d of the tool body 10 is provided with a first groove 10e.
  • the first groove 10e extends radially from the outer peripheral surface 10c of the tool body 10 toward the tool axis J.
  • the facing surface 15d of the first bracket 15 is provided with a second groove 15e that overlaps the first groove 10e when viewed from the tool axis J direction.
  • the cross-sectional shape of the first concave groove 10e is semicircular.
  • the cross-sectional shape of the second groove 15e is also semicircular.
  • the first groove 10e and the second groove 15e overlap each other to form a circular first hole portion 5A extending along the radial direction of the tool axis J. As shown in FIG.
  • the first hole portion 5 ⁇ /b>A is radially outward of the tool axis J and opens toward the side opposite to the cutting insert 20 .
  • a sensor head 31b of the first distance sensor 31 is arranged in the first hole 5A.
  • the tool body 10 is provided with a first receiving hole 11 extending along the axial direction.
  • the first receiving hole 11 is a circular hole.
  • the first receiving hole 11 opens to the tip end surface 10d.
  • the first bracket 15 is provided with a through hole 12 penetrating in the thickness direction.
  • the through hole 12 of the first bracket 15 overlaps the opening of the first receiving hole 11 .
  • the first accommodation hole 11 and the through hole 12 are connected to each other to form a circular second hole portion 5B.
  • the second hole portion 5B opens to the tip side of the tool body 10 .
  • the opening of the second hole portion 5B is located on the opposite side of the cutting insert 20 with the tool axis J interposed therebetween.
  • a sensor head 32b of the second distance sensor 32 is arranged in the second hole 5B.
  • a second bracket 19 is fixed to the upper surface 10f of the tool body 10 with two fixing screws 16c and 16d.
  • the lower surface 19f of the second bracket 19 faces and contacts the upper surface 10f of the tool body 10.
  • the upper surface 10f of the tool body 10 is provided with a third groove 10g.
  • the third groove 10g extends from the projecting upper surface 17a side of the projecting portion 17 toward the rear end side of the tool body 10.
  • a fourth groove 19g is provided on the lower surface 19f of the second bracket 19 so as to overlap the third groove 10g when viewed from above.
  • the cross-sectional shape of the third groove 10g is semicircular.
  • the cross-sectional shape of the fourth concave groove 19g is also semicircular.
  • the third groove 10g and the fourth groove 19g overlap each other to form a circular third hole portion 5C extending along the radial direction of the tool axis J.
  • the cutting edge 22 of the cutting insert 20 is arranged on the extension line of the third hole 5C.
  • a camera main body 50b of the imaging device 50 is arranged in the third hole 5C.
  • the tool body 10 is provided with communication holes 10h, 10i, and 10j for communicating the first hole portion 5A, the second hole portion 5B, and the third hole portion 5C with the hollow hole 10k. Cables 31c, 32c, and 50c of the first distance sensor 31, the second distance sensor 32, and the imaging device 50 are passed through the communication holes 10h, 10i, and 10j, respectively. The cables 31c, 32c, 50c are connected to the sensing module 7a arranged within the hollow hole 10k.
  • the first distance sensor 31 and the second distance sensor 32 measure the distance to the object (machined surface formed by the cutting insert).
  • the first distance sensor 31 and the second distance sensor 32 are eddy current sensors.
  • the first distance sensor 31 and the second distance sensor 32 have cylindrical sensor heads 31b, 32b and cables 31c, 32c extending from the base ends of the sensor heads 31b, 32b.
  • the first distance sensor 31 and the second distance sensor 32 have the tip surfaces 31a and 32a of the sensor heads 31b and 32b, respectively, facing the object to be measured.
  • the first distance sensor 31 and the second distance sensor 32 generate high-frequency magnetic fields by passing high-frequency currents inside the sensor heads 31b and 32b.
  • an eddy current flows on the surface of the object to be measured, which is a conductor, and the impedance of the coils inside the sensor heads 31b and 32b changes.
  • the first distance sensor 31 and the second distance sensor 32 determine the distance to the measurement object from this change in impedance.
  • the first distance sensor 31 and the second distance sensor 32 output changes in impedance as voltage (unit: V).
  • the output values of the first distance sensor 31 and the second distance sensor 32 are converted into the distance to the measurement target using a pre-calculated calibration formula.
  • the tip surface 31a of the first distance sensor 31 is arranged from the outer peripheral surface 10c of the tool body 10 toward the outside in the radial direction of the tool axis J.
  • the first distance sensor 31 measures the distance to a measurement object arranged radially outside the tool body 10 . That is, the first distance sensor 31 takes the radially outer side of the tool axis J as the measurement direction.
  • the sensor head 31b of the first distance sensor 31 is sandwiched and held between the tip surface 10d of the tool body 10 and the first bracket 15. Therefore, the sensor head 31b is held with respect to the tool body 10 and the first bracket 15 over a wide range in its longitudinal direction. Therefore, the sensor head 31b of the first distance sensor 31 is unlikely to be displaced due to vibration or the like, and the accuracy of dimension measurement by the first distance sensor 31 can be stabilized.
  • the tip surface 10d of the tool body 10 and the facing surface 15d of the first bracket 15 are provided with the first groove 10e and the second groove 15e for accommodating the sensor head 31b, respectively.
  • the inner peripheral surfaces of the first groove 10e and the second groove 15e are curved in a semicircular shape along the outer peripheral surface of the sensor head 31b.
  • the inner peripheral surfaces of the first groove 10e and the second groove 15e are in surface contact with the outer peripheral surface of the sensor head 31b.
  • the sensor head 31 b of the first distance sensor 31 is covered with the first bracket 15 . Therefore, only the tip end surface 32a of the sensor head 31b is exposed to the outside, and other portions are protected. According to this embodiment, the sensor head 31b is protected by the first bracket 15 against scattering of chips during the machining process.
  • the tip surface 32a of the second distance sensor 32 is arranged from the tip surface 10d of the tool body 10 toward the tip side of the tool axis J.
  • the second distance sensor 32 measures the distance to the measurement object arranged on the tip side of the tool body 10 . That is, the second distance sensor 32 makes the tip side of the tool axis J the measurement direction.
  • the second distance sensor 32 is accommodated in the first accommodation hole 11 of the tool body 10. That is, the sensor head 31 b of the second distance sensor 32 is arranged inside the tool body 10 . Therefore, only the tip end surface 32a of the sensor head 32b is exposed to the outside, and other portions are protected. That is, the second distance sensor 32 is protected by the tool body 10 and is prevented from colliding with chips or the like.
  • the tool body 10 is provided with a screw hole 10p extending from the outer peripheral surface 10c to the first receiving hole 11.
  • a set screw 9 is inserted into the screw hole 10p.
  • the second distance sensor 32 is pressed against the inner peripheral surface of the first receiving hole 11 by the set screw 9 . Thereby, the second distance sensor 32 is fixed to the tool body 10 . Thereby, the second distance sensor 32 can be stably fixed.
  • the cutting insert 20 not only the cutting insert 20 but also the first distance sensor 31 and the second distance sensor 32 are attached to the tool body 10 . Therefore, the machined surface machined using the cutting insert 20 can be measured by the first distance sensor 31 and the second distance sensor 32 . Therefore, after the turning tool 1 has formed the machined surface, the step of temporarily separating the turning tool 1 from the workpiece is not necessary when measuring the machined surface. As a result, the time required for the measurement process in turning can be shortened.
  • eddy current sensors are used as the first distance sensor 31 and the second distance sensor 32, accurate measurement can be performed even when wet machining is performed. It should be noted that the eddy current sensor tends to have stable measurement accuracy against disturbances such as the surrounding environment. For this reason, eddy current sensors are better suited for distance measurement in highly disturbed environments after machining compared to, for example, optical distance sensors, regardless of whether wet or dry machining is selected.
  • the first distance sensor 31 can be used to measure the distance to the machined surface facing the radial direction machined by the cutting insert 20, and the second distance sensor 32 can be used to measure the distance from the cutting insert 20.
  • the distance to the machined surface facing the machined axial direction can be measured. That is, when measuring dimensions, it is possible to measure the dimensions of surfaces facing different directions without changing the orientation of the work material, thereby further shortening the time required for the measurement process.
  • the first distance sensor 31 can measure the outer diameter, inner diameter, roundness, and the like of the cutting insert 20 .
  • the second distance sensor can also measure the axial position of the stepped portion and the bottom of the hole in the cutting insert.
  • the imaging device 50 is a camera made up of a cylindrical waterproof CMOS image sensor or CCD image sensor.
  • the imaging device 50 has a cylindrical camera main body 50b and a cable 50c extending from the base end of the camera main body 50b.
  • the camera main body 50b has a lens surface 50a that faces an object to be photographed. Also, a plurality of LED lights may be arranged around the lens surface 50a to illuminate the object to be photographed.
  • the lens surface 50a of the imaging device 50 faces the cutting edge 22 (particularly the corner edge) of the cutting insert 20. Thereby, the imaging device 50 photographs the cutting edge 22 and also photographs the machined surface of the work cut by the cutting edge 22 .
  • the camera main body 50b of the imaging device 50 is sandwiched and held between the upper surface 10f of the tool main body 10 and the second bracket 19. Therefore, the camera main body 50b is held by the tool main body 10 and the second bracket 19 over a wide range in its longitudinal direction. Therefore, the camera main body 50b of the imaging device 50 is less likely to be displaced due to vibration or the like, and the accuracy of dimension measurement by the imaging device 50 can be stabilized.
  • the upper surface 10f of the tool body 10 and the lower surface 19f of the second bracket 19 are provided with the third groove 10g and the fourth groove 19g for accommodating the camera body portion 50b, respectively.
  • the inner peripheral surfaces of the third concave groove 10g and the fourth concave groove 19g are curved in a semicircular shape along the outer peripheral surface of the camera body portion 50b.
  • the inner peripheral surfaces of the third groove 10g and the fourth groove 19g are in surface contact with the outer peripheral surface of the camera body portion 50b.
  • the camera main body 50b of the imaging device 50 is covered with the second bracket 19. Therefore, only the lens surface 50a of the camera main body 50b is exposed to the outside, and other portions are protected. According to this embodiment, the camera main body 50b is protected by the second bracket 19 against scattering of chips during the machining process.
  • the imaging device 50 since the imaging device 50 is attached to the tool main body 10, it is possible to take an image of the machined surface of the work material even if the machine tool is not equipped with the imaging device. As a result, it is possible to check the properties of the machined surface of the work material and the occurrence of burrs and the like on the machined surface. Further, when the imaging device 50 photographs the cutting edge 22, it is possible to confirm the state of generation of chips generated by the cutting edge 22 and damage such as chipping, chipping, and abrasion of the cutting edge.
  • a cutting method using the turning tool 1 of this embodiment has a coordinate setting step and a calibration step as preliminary steps, a machining step, and a measuring step.
  • ⁇ Coordinate setting process> 4A to 4C are schematic diagrams showing coordinate setting in this embodiment.
  • the coordinate setting step includes a step of setting the cutting edge coordinates, a step of setting the first sensor coordinates, and a step of setting the second sensor coordinates.
  • the coordinate setting process is performed using the contact sensor 6 .
  • the contact sensor 6 is a sensor such as a touch probe, for example.
  • FIG. 4A shows the process of setting the cutting edge coordinates.
  • the cutting edge coordinates are coordinates based on the cutting edge of the cutting edge 22 of the cutting insert 20 .
  • the cutting edge of the cutting edge 22 is brought into contact with the contact sensor 6, and the position information of the cutting edge of the cutting edge 22 is stored in the sensing module 7a to set the cutting edge coordinates.
  • FIG. 4B shows the process of setting the first sensor coordinates.
  • the first sensor coordinates are coordinates with respect to the tip end face 31a of the first distance sensor 31 .
  • the contact sensor 6 is used to contact the tip surface 31a of the first distance sensor 31, the sensing module 7a stores the position information of the tip surface 31a of the first distance sensor 31, and the first sensor Set coordinates.
  • FIG. 4C shows the process of setting the second sensor coordinates.
  • the second sensor coordinates are coordinates with respect to the tip end face 32a of the second distance sensor 32 .
  • the contact sensor 6 is used to contact the tip surface 32a of the second distance sensor 32
  • the sensing module 7a stores the position information of the tip surface 32a of the second distance sensor 32, and the second sensor Set coordinates.
  • the cutting edge coordinates and the sensor coordinates are set individually. Therefore, the result of dimension measurement is less likely to be affected by the mounting accuracy of the cutting insert 20 and the distance sensors 31 and 32 . In addition, since the measurement accuracy of the distance sensors 31 and 32 is less likely to be affected by the relative position of the cutting edge of the cutting edge 22 and the distance sensor, even if the cutting edge 22 wears down, high accuracy can be obtained. Dimensional measurements can be made.
  • a contact sensor is used in the coordinate setting process. Therefore, it is easy to obtain the positional information of the cutting edge 22 and the distance sensors 31 and 32 without being affected by the surrounding environment when performing the setting process. Further, by using a contact sensor, it is possible to obtain the position information of the cutting edge of the cutting edge 22 and the tip surfaces 31a, 32a of the distance sensors 31, 32 using a single sensor. Therefore, the time required for the coordinate setting process can be saved.
  • sensor coordinates are set for each of the distance sensors 31 and 32 . Therefore, the measurement accuracy of the distance sensors 31 and 32 is affected by the mounting accuracy of each of the distance sensors 31 and 32, compared to the case where one sensor coordinate is set for the plurality of distance sensors 31 and 32. can be suppressed.
  • ⁇ Calibration process> 5A to 5E are schematic diagrams showing the calibration process of this embodiment.
  • Eddy current sensors are used as the distance sensors 31 and 32 in this embodiment. Since the relationship between the output value and the distance of the eddy current sensor changes depending on the material to be measured, it is necessary to calculate in advance the relationship (calibration formula) between the output value and the distance for each material.
  • the calibration step is a step of calculating a calibration formula for the material of the work material W in the machining step to be described later.
  • the calibration process of this embodiment includes a preliminary processing process, a reference value measurement process, an output value measurement process, and a calculation process.
  • FIGS. 5A and 5B are diagrams showing the preliminary processing steps.
  • the work material W to be machined in the machining process is used as it is.
  • the tool is sufficiently offset with respect to the target dimension in the machining process, and machining is performed so that the cutting target is larger than the target dimension in the machining process.
  • the work material W of this embodiment has a stepped through hole 40 .
  • the through hole 40 has a stepped surface 43 , a large diameter portion 41 on one side in the axial direction with respect to the stepped surface 43 , and a small diameter portion 42 on the other side in the axial direction with respect to the stepped surface 43 .
  • the cutting method of this embodiment is a processing method for finishing the inner peripheral surfaces of the large-diameter portion 41 and the step surface 43 of the through-hole 40 .
  • the inner peripheral surface of the large diameter portion 41 is processed.
  • the cutting edge 22 is brought into contact with the inner peripheral surface of the large diameter portion 41 of the work W and moved in the axial direction.
  • the step surface 43 is processed.
  • the cutting edge 22 is moved radially along the step surface while the work W is continuously rotated around the main axis O.
  • the reference machining surface is formed in the preliminary machining step.
  • FIG. 5C is a diagram showing the reference value measurement process.
  • the reference value measuring step is a step of measuring the dimension of the reference machined surface machined with the cutting edge 22 in the temporary machining step. More specifically, in the reference value measurement step, the inner diameter of the large diameter portion 41 and the step size of the stepped surface 43 are measured by separately prepared measuring instruments A and B, and used as reference values for calibration. Measuring instruments A and B are, for example, measuring instruments such as cylinder gauges and depth gauges.
  • 5D and 5E are diagrams showing the output value measurement process.
  • the output value corresponding to each distance from the work W is measured using the first distance sensor 31 and the second distance sensor 32 with reference to the reference value measured in the reference value measurement process. do.
  • FIG. 5D shows the output value measurement process of the first distance sensor 31 .
  • the tip surface 31a of the first distance sensor 31 is moved to the first distance ( 0.1 mm), and the output value from the first distance sensor 31 is stored.
  • the tip surface 31a is moved to a second measurement point where the distance from the inner peripheral surface of the large diameter portion 41 is a second distance (for example, 0.2 mm), and the output value of the first distance sensor 31 is measured.
  • the tip surface 31a is moved to the third, fourth, .
  • the alignment of the first distance sensor 31 in this step is performed using the first sensor coordinates.
  • FIG. 5E shows the process of measuring the output value of the second distance sensor 32.
  • the tip of the second distance sensor 32 is first measured using the reference value measured in the step of measuring the reference value, as in the case of the first distance sensor 31 described above.
  • the surface 32a is moved to the first measurement point where the distance from the stepped surface 43 is the first distance (for example, 0.2 mm), and the output value from the second distance sensor 32 is stored.
  • the tip surface 32a is moved to a second measurement point at a second distance (for example, 0.3 mm) from the stepped surface 43, and the output value from the second distance sensor 32 is stored.
  • the third, fourth, . . . measurement points and the output values of the second distance sensor 32 corresponding to the measurement points are sequentially stored. Alignment of the second distance sensor 32 in this step is performed using the second sensor coordinates.
  • a plurality of measurement points are measured at different distances from the reference machined surface using the distance sensors 31 and 32 with the sensor coordinates as a reference, and the distance sensor 31 corresponding to each measurement point is measured. , 32 output values.
  • Data on the combination of the distance to the object to be measured and the output value is transmitted to the control device 4 by the wireless communication module 7b and stored in the storage unit 4b (see FIG. 1) of the control device 4.
  • a calibration formula representing this relationship is calculated from the relationship between the distance to the reference machining surface at each measurement point measured in the output value measurement process and the output value.
  • a calculation process is performed for each of the distance sensors 31 and 32 . That is, in the calculation process, a calibration formula corresponding to the first distance sensor 31 and a calibration formula corresponding to the second distance sensor 32 are derived.
  • the calculation process is performed by the control device 4 (see FIG. 1).
  • the calibration formula derived by the calculation process is stored in the storage unit 4 b of the control device 4 .
  • the control device 4 calibrates the measured value using the calibration formula stored in the storage unit 4b to calculate the actual dimension.
  • the control device 4 can store and analyze it. As a result, it is possible to change the cutting conditions based on the analysis results, and to prompt replacement of the cutting tool and the cutting insert 20 .
  • the calibration formula converts the voltage (unit: V), which is the output value of the distance sensors 31 and 32, into the distance (unit: mm) from the tip surfaces 31a and 31b of the distance sensors 31 and 32 to the measurement object.
  • FIG. 6 is a graph showing calibration formulas for work materials W of various materials.
  • FIG. 6 shows a calibration formula graph when an aluminum alloy (A6061) and an iron-based alloy (SUS304, FC250, SCM440) are selected as the work material W. As shown in FIG.
  • the calibration equation can be approximated by a linear function.
  • aluminum alloys are represented by a quartic function.
  • the number of measurement points to be measured in the output value measurement process can be reduced.
  • the time required for the calibration process can be shortened while maintaining the calibration accuracy.
  • the calibration formula including the constants a, b, and c it is possible to calculate the optimum calibration formula for various materials.
  • the measurement time used for calibration is shortened by expressing the calibration as a linear function when the work material is an iron-based alloy.
  • eddy current sensors are used as the distance sensors 31 and 32, accurate measurement can be performed even when performing wet machining.
  • calibration is required because the output value of the sensor varies depending on the material being processed.
  • the reference machining surface formed by the cutting edge 22 is used for the configuration, there is no need for a calibration jig or the like.
  • calibration can be performed using the object to be processed, it is possible not only to calculate a more accurate calibration formula than in the case of using a jig or the like, but also to save the time required for attaching and detaching the jig. can.
  • ⁇ Processing process> 7A and 7B are schematic diagrams showing the processing steps of this embodiment.
  • the machining process of this embodiment is a process of forming a machined surface using the cutting edge coordinates.
  • the machining process of this embodiment includes a first turning process and a second turning process.
  • the first turning process is a process of machining the inner peripheral surface of the large diameter portion 41 .
  • the workpiece W is rotated around the main axis O.
  • the radial outer end of the cutting edge 22 is moved to the target radial dimension of the inner peripheral surface of the large diameter portion 41 . Align to (target position).
  • the turning tool 1 is moved along the tip in the axial direction to bring the inner peripheral surface of the large diameter portion 41 into contact with the cutting edge 22 of the cutting insert 20 .
  • the turning tool 1 is moved to the tip in the axial direction. Thereby, the inner peripheral surface of the large diameter portion 41 can be turned by the cutting edge 22 .
  • the second turning process is a process of machining the step surface 43 .
  • the workpiece W is rotated around the main axis O following the first turning process.
  • the tip of the cutting edge 22 in the axial direction is aligned with the target axial dimension (target position) of the step surface 43 .
  • the cutting edge 22 of the cutting insert 20 is moved radially inward while maintaining contact with the step surface 43 from the state of contact with the corner portion between the large diameter portion 41 and the step surface 43 . Thereby, the step surface 43 can be turned by the cutting edge 22 .
  • ⁇ Measurement process> 7C and 7D are schematic diagrams showing the measurement process of this embodiment.
  • the measuring step is a step of measuring the dimensions of the machined surface using sensor coordinates.
  • the measuring process has a first measuring process and a second measuring process.
  • the first measurement step is a step of measuring the dimension of the inner peripheral surface of the large diameter portion 41 using the first sensor coordinates.
  • the turning tool 1 is moved in the radial direction so that the tip surface 31 a of the first distance sensor 31 faces the inner peripheral surface of the large diameter portion 41 .
  • the dimension of the inner peripheral surface of the large diameter portion 41 is calculated by substituting the output value of the first distance sensor 31 into the calibration formula.
  • the second measurement process is a process of measuring the dimension of the step surface 43 using the second sensor coordinates.
  • the turning tool 1 is moved in the radial direction so that the tip surface 32 a of the second distance sensor 32 faces the stepped surface 43 .
  • the dimension of the step surface 43 is calculated by substituting the output value of the second distance sensor 32 into the calibration formula.
  • a comparison process is performed after the machining process (first and second turning processes) and the measurement process (first and second measurement processes).
  • the target dimension of the machined surface in the machining step and the dimension of the machined surface measured in the measuring step are compared to calculate the difference.
  • an additional machining process is performed.
  • the additional machining process if the difference between the target dimensions and the measured dimensions is greater than the tolerance based on the comparison in the comparison process, it is determined that additional machining is necessary. That is, the turning method of the present embodiment has an additional machining step of additionally machining the workpiece W with the turning tool 1 according to the difference between the target dimension and the measured dimension in the comparison step.
  • the additional machining process is performed through the same procedure as the machining process shown in FIGS. 7A and 7B, illustration thereof is omitted.
  • the dimensional accuracy of the machined surface can be improved by performing the additional machining process by moving the turning tool closer to the work material side than the target position based on the difference in the comparison process. Further, the measuring process performed between the machining process and the additional machining process is performed using the distance sensors 31 and 32 attached to the tool body. Therefore, the tact time from the machining process to the additional machining process can be shortened.
  • the cutting insert 20 needs to be replaced when the difference between the target position and the measured position is greater than a preset threshold value. This is because it is considered that the cutting insert 20 is significantly worn when the difference between the target dimension and the measured dimension is large.
  • the machining process may be performed while supplying cutting oil or coolant to the machining surface. Since the measurement process of the present embodiment uses an eddy current sensor, it is possible to ensure the accuracy of dimension measurement in the measurement process even when wet processing is employed in the processing process.
  • FIG. 8 is a perspective view of a turning tool (cutting tool) 101 of this embodiment.
  • FIG. 9 is a front view of the turning tool 101 and part of the work material.
  • symbol is attached
  • the turning tool 101 of the present embodiment turns the outer peripheral surface of a work material such as a metal material that is rotated around a main axis.
  • the turning tool 101 includes a tool body 110, a lid member 115, a bracket 119, a cutting insert 120, a first distance sensor (distance sensor) 31, a second distance sensor (distance sensor) 32, and an imaging device. 50 and
  • the tool body 110 axially extends along the tool axis J.
  • the tool body 110 has a prismatic shank portion 116 centered on the tool axis J, a protruding portion 117 protruding radially outward of the tool axis J from the outer peripheral surface of the shank portion 116 at the tip portion 110a of the tool body 110, have
  • a notch portion 108 is provided at the tip portion 110 a of the shank portion 116 .
  • the notch 108 opens on the tip side of the tool body 110 and on the opposite side of the projecting portion 117 in the projecting direction.
  • a lid member 115 is inserted and fixed in the notch 108 .
  • a pedestal 118 to which the cutting insert 120 is attached is provided on the projecting portion 117 .
  • the pedestal 118 is positioned on the tip side of the protruding part 117 in the protruding direction and on the tip side corner of the tool body 110 . That is, the tool body 110 has a pedestal 118 at the tip portion 110a.
  • the cutting insert 120 of this embodiment has a rhomboid quadrangular prism shape when viewed from the thickness direction.
  • a cutting edge 122 is provided on the ridgeline between the main surface and the side surface of the cutting insert 120 .
  • a first receiving hole 111 and a second receiving hole 112 are provided in the tool body 110 .
  • the first receiving hole 111 and the second receiving hole 112 are circular holes.
  • the first receiving hole 111 extends along the radial direction of the tool axis J. One end of the first receiving hole 111 opens to the tip surface of the projecting portion 117 in the projecting direction, and the other end opens to the notch portion 108 . The opening at the other end of first receiving hole 111 is covered with lid member 115 .
  • the sensor head 31 b of the first distance sensor 31 is inserted into the first accommodation hole 111 .
  • the first receiving hole 111 is arranged directly below the pedestal 118 . That is, the first distance sensor 31 is arranged directly below the cutting insert 120 .
  • the second housing hole 112 extends along the axial direction of the tool axis J. One end of the second receiving hole 112 opens to the tip side of the tool body 110 .
  • the sensor head 32 b of the second distance sensor 32 is inserted into the second accommodation hole 112 .
  • the tool body 110 is provided with a first screw hole 110p extending from the outer peripheral surface to the first receiving hole 111 and a second screw hole 110q extending from the outer peripheral surface to the first receiving hole 111. .
  • a first set screw 109a is inserted into the first screw hole 110p.
  • the first distance sensor 31 is pressed against the inner peripheral surface of the first receiving hole 111 by the first set screw 109a. Thereby, the first distance sensor 31 is fixed to the tool body 110 .
  • a second set screw 109b is inserted into the second screw hole 110q.
  • the second distance sensor 32 is pressed against the inner peripheral surface of the second accommodation hole 112 by the second set screw 109b. Thereby, the second distance sensor 32 is fixed to the tool body 110 .
  • the turning tool 101 cuts the outer peripheral surface 48 and the step surface 49 of the workpiece W rotating around the rotation axis O.
  • the first distance sensor 31 measures the outer peripheral surface 48 of the work material W to be cut.
  • the second distance sensor 32 measures the step surface 49 of the workpiece W.
  • the first distance sensor 31 is arranged in the same direction as the projection direction of the cutting edge 122 with respect to the tool axis J. Therefore, the first distance sensor 31 can measure the outer peripheral surface 48 from the same direction as the machining direction of the outer peripheral surface 48 by the cutting edge 122 . Therefore, when shifting from the machining process to the measuring process, the outer peripheral surface 48 can be measured without moving the turning tool 101 significantly.
  • a camera pedestal 104 is provided on the upper surface of the tool body 110 .
  • a bracket 119 is fixed to the camera base portion 104 .
  • the camera base portion 104 is provided with a groove 110g.
  • the lower surface of the bracket 119 is provided with a recessed groove 119g that overlaps the recessed groove 110g when viewed from above.
  • the recessed groove 110g and the recessed groove 119g overlap each other to form a circular hole portion 105 extending along the radial direction of the tool axis J.
  • a cutting edge 122 of the cutting insert 120 is arranged on the extension of the hole 105 .
  • a camera main body 50 b of the imaging device 50 is arranged in the hole 105 .
  • the camera body portion 50b of the imaging device 50 is sandwiched and held between the camera base portion 104 of the tool body 110 and the second bracket 19 .
  • the imaging device 50 photographs the cutting edge 122 and also photographs the machined surface of the work cut by the cutting edge 122 .
  • the cutting method shown in FIGS. 4A to 7D can be performed similarly to the turning tool 1 of the first embodiment, and similar effects can be obtained. be done.
  • Cutting tool 6 Contact-type sensor 10, 110 Tool body 22, 122 Cutting edge 31 First distance sensor (distance sensor) 32... Second distance sensor (distance sensor) A, B... Measuring equipment

Landscapes

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Abstract

この方法は、距離センサ(31,32)が取り付けられた工具本体(10,110)を用いる加工方法であって、工具本体(10,110)に設けられる切刃(22、122)の刃先を基準とする刃先座標と、距離センサ(31,32)の基準点を基準とするセンサ座標とをそれぞれ設定する座標設定工程と、刃先座標を用いて加工面を形成する加工工程と、センサ座標を用いて加工面の寸法の測定を行う測定工程とを有する。

Description

切削方法
 本発明は、切削方法に関する。
 本願は、2021年3月26日に、日本に出願された特願2021-052635号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
 近年、様々な機能を付与された切削加工用の工具の開発が進められている。特許文献1には、光学式の距離センサを備える切削用の工具が開示されている。工具が距離センサを有することで、工程途中での被加工物の寸法測定を行うことができ、測定に要する時間を短縮し効率的な加工を行うことができる。
国際公開第2020/151960号
 切削工具では、切刃の刃先は加工時間に応じて徐々に摩耗する。このため、切刃の摩耗が進んだ後に切刃を基準とする座標を再設定すると、距離センサの測定値に影響がでる虞があった。
 本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、距離センサを有する切削工具を用いた切削方法において、寸法測定の精度を高めることができる切削方法を提供することを目的の一つとしている。
 本発明の一態様の切削方法は、距離センサが取り付けられる工具本体を用いる加工方法であって、工具本体に設けられる切刃の刃先を基準とする刃先座標と、前記距離センサの基準点を基準とするセンサ座標と、をそれぞれ設定する座標設定工程と、前記刃先座標を用いて加工面を形成する加工工程と、前記センサ座標を用いて前記加工面の寸法の測定を行う測定工程と、を有する。
 上述の構成によれば、切刃を用いて加工した加工面を距離センサにより測定することができる。このため、旋削工具が加工面を形成した後、当該加工面を測定する際に、旋削工具を被削材から一旦離間させる工程が不要となる。結果的に、旋削加工において測定工程に要する時間を短くすることができる。
 さらに、上述の構成によれば、刃先座標とセンサ座標とが個別に設定されるため、寸法測定の結果が、切刃および距離センサの取り付け精度に影響を受け難い。加えて、距離センサの測定精度が切刃の刃先と距離センサとの相対的な位置に影響を受け難いため、切刃の摩耗が進んだ場合であっても、高精度な寸法測定を行うことができる。
 上述の切削方法において、前記加工工程における前記加工面の目標寸法と前記測定工程において測定した測定寸法とを比較して差分を算出する比較工程と、前記差分に応じて前記加工面の追加工を行う追加工工程と、を有してもよい。
 上述の構成によれば、比較工程における差分を基に、旋削工具を目標位置より被削材側に近づけて追加工工程を行うことで、加工面の寸法精度を高めることができる。また、加工工程と追加工工程の間に行う測定工程は、工具本体に取り付けられた距離センサを用いて行う。このため、加工工程から追加工工程に至るまでのタクトタイムを短くすることができる。
 上述の切削方法において、前記工具本体には、測定方向の異なる複数の前記距離センサが取り付けられ、前記座標設定工程において前記センサ座標を前記距離センサ毎に設定してもよい。
 上述の構成によれば、測定方向の異なる複数の距離センサを用いることで、測定工程において被削材の向きを変えることなく複数箇所の寸法測定を行うことができ、測定工程に要する時間をさらに短くすることができる。さらに、座標設定工程では、距離センサ毎にセンサ座標が設定される。このため、複数の距離センサに対し1つのセンサ座標が設定される場合と比較して、距離センサの測定結果がそれぞれの距離センサの取り付け精度に影響を受け難く、高精度な寸法測定を行うことができる。
 上述の切削方法において、前記座標設定工程は、接触式センサを用いて、前記切刃の前記刃先および前記距離センサの先端面をそれぞれ接触することで行ってもよい。
 上述の構成によれば、座標設定工程において接触式センサを用いることで、使用環境などに影響されることなく距離センサの位置情報を確実に得やすい。また、接触式センサを用いることで、単一のセンサを用いて切刃の刃先および距離センサの先端面の位置情報を得ることができる。このため、座標設定工程に要する時間を節約できる。
 上述の切削方法において、前記距離センサは、渦電流センサであり、前記渦電流センサを較正する較正工程を有し、前記較正工程は、測定機器を用いて前記切刃によって加工した基準加工面を寸法測定する基準値測定工程と、前記センサ座標を基準として前記距離センサを用いて前記基準加工面からの距離を変えた複数の測定点を測定し、それぞれの前記測定点に対応する前記距離センサの出力値を記憶する出力値測定工程と、それぞれの前記測定点における前記基準加工面までの距離と前記出力値との関係を表す較正式を算出する算出工程とを有し、前記測定工程は、前記距離センサの前記出力値を前記較正式に代入することで前記加工面の寸法を算出してもよい。
 上述の構成によれば、距離センサとして渦電流センサを用いるため、ウェット加工を行う場合であっても、正確な測定を行うことができる。しかしながら、渦電流センサを用いる場合、加工対象の材料によってセンサの出力値が変わるため、較正が必要となる。上述の構成によれば、切刃によって形成した基準加工面を用いて構成を行うため、較正用のジグなどの必要としない。しかも、加工対象物を用いて較正を行うことができるため、ジグ等を用いる場合と比較して、より正確な較正式を算出できるばかりでなく、ジグの取り付け取り外しに要する時間を節約することができる。
 上述の切削方法において、前記較正式は、xを前記距離センサの前記出力値、yを前記加工面までの距離、a、b、c、d、eを定数とした場合に、以下の式
 y=ax+bx+cx+dx+e
で表されてもよい。
 上述の構成によれば、様々な材料に対して、正確な測定を行うことができる。
 上述の切削方法において、前記算出工程において、加工対象の材料が鉄系の材料である場合に、定数a、b、cに予め0を代入してもよい。
 上述の構成によれば、加工対象が鉄系の材料である場合に較正工程において測定する測定点の数を減らすことができる。これにより、較正精度を保ちつつ、較正工程に要する時間を短縮することができる。
 上述の切削方法において、前記工具本体には、前記距離センサによって測定される測定データを外部の制御装置に送信する通信部が設けられ、前記制御装置が、前記算出工程を行い、算出した前記較正式を記憶してもよい。
 上述の構成によれば、較正式のデータを制御装置において蓄積および解析を行うことができる。
 上述の切削方法において、前記加工面に切削油又はクーラントを供給しながら前記加工工程を行ってもよい。
 上述の構成によれば、渦電流センサを用いるため加工工程においてウェット加工を採用した場合であっても、測定工程における寸法測定の精度を確保できる。
 本発明によれば、距離センサを有する切削工具を用いた切削方法において、寸法測定の精度を高めることができる。
図1は、第1実施形態の旋削工具(切削工具)の斜視図である。 図2は、第1実施形態の旋削工具の平面図である。 図3は、第1実施形態の旋削工具の正面図である。 図4Aは、第1実施形態の座標設定を示す模式図である。 図4Bは、第1実施形態の座標設定を示す模式図である。 図4Cは、第1実施形態の座標設定を示す模式図である。 図5Aは、第1実施形態の予備加工工程を示す図である。 図5Bは、第1実施形態の予備加工工程を示す図である。 図5Cは、第1実施形態の基準値測定工程を示す図である。 図5Dは、第1実施形態の出力値測定工程を示す図である。 図5Eは、第1実施形態の出力値測定工程を示す図である。 図6は、様々な材料の被削材Wに対する較正式を表すグラフである。 図7Aは、第1実施形態の加工工程を示す模式図である。 図7Bは、第1実施形態の加工工程を示す模式図である。 図7Cは、第1実施形態の加工工程を示す模式図である。 図7Dは、第1実施形態の測定工程を示す模式図である。 図8は、第2実施形態の旋削工具の斜視図である。 図9は、第2実施形態の旋削工具と被削材の一部の正面図である。
 以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る旋削工具(切削工具)1について説明する。以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。
 <第1実施形態>
 <旋削工具>
 図1は、第1実施形態の旋削工具1の斜視図である。図2は、旋削工具1の平面図である。図3は、旋削工具1の正面図である。
 本実施形態の旋削工具1は、主軸回りに回転させられる金属材料等の被削材に対して、中ぐり加工等の旋削加工を施す。旋削工具1の基端部は、図示略の治具(刃物台)に着脱可能に保持される。また、旋削工具1を保持する治具は、図示略の旋盤等の工作機械(旋盤)に固定される。
 図1に示すように、旋削工具1は、工具本体10と、第1ブラケット15と、第2ブラケット19と、切削インサート20と、第1の距離センサ(距離センサ)31と、第2の距離センサ(距離センサ)32と、撮像装置50と、を備える。第1ブラケット15、第2ブラケット19、切削インサート20、第1の距離センサ31、第2の距離センサ32、および撮像装置50は、工具本体10に取り付けられる。
 工具本体10は、軸状に延びる棒体である。ここで、工具本体10の延びる方向に沿って工具軸Jを設定する。すなわち、工具本体10は、工具軸Jに沿って延びる。
 なお、以下の説明において特に断りのない限り、工具軸Jに平行な方向を単に「軸方向」と呼び、工具軸Jを中心とする径方向を単に「径方向」と呼ぶ。
 工具本体10は、鋼材等の金属材料により形成されている。工具本体10は、工具軸Jを中心とする円柱状のシャンク部16と、工具本体10の先端部10aにおいてシャンク部16の外周面から工具軸Jの径方向外側に突出する突出部17と、を有する。
 シャンク部16には、後端部10b側に開口する中空孔10kが設けられる。中空孔10kには、センシングモジュール7a、無線通信モジュール(通信部)7b、電源モジュール7cが収容されている。すなわち、旋削工具1は、センシングモジュール7a、無線通信モジュール7b、および電源モジュール7cを備える。
 センシングモジュール7aは、第1の距離センサ31、第2の距離センサ32、および撮像装置50を制御する。無線通信モジュール7bは、第1の距離センサ31、第2の距離センサ32、および撮像装置50で測定されセンシングモジュール7aで収集された測定データを外部の受信装置4aに送信する。受信装置4aは、旋削工具1を制御する制御装置4に設けられる。制御装置4は、工作機械(図示略)を制御するものであってもよい。制御装置4には、記憶部4bが設けられる。記憶部4bには、第1の距離センサ31、第2の距離センサ32、および撮像装置50の測定データ、および後述する較正式などが記憶される。
 電源モジュール7cは、第1の距離センサ31、第2の距離センサ32、撮像装置50、センシングモジュール7a、および無線通信モジュール7bに電力を供給する。電源モジュール7cは、切削加工時に工具本体10に生じる振動によって発電を行うピエゾ振動センサのような発電機からの電気をリチウムイオン電池のような二次電池に充電するものであってもよく、外部の電源から接触または非接触で供給された電気をこのような二次電池に充電するものであってもよく、あるいはマンガン乾電池やアルカリ乾電池のような一次電池であってもよい。
 シャンク部16の先端部10aには、先端面(第1保持面)10dおよび上面(第2保持面)10fが設けられる。すなわち、工具本体10は、先端面10dおよび上面10fを有する。先端面10dは、工具本体10の先端部10aに位置し先端側を向く平坦面である。また、上面10fは、シャンク部16の先端部10aを切り欠いて形成される平坦面である。上面10fは、突出部17の突出方向および工具軸Jと平行な面である。先端面10dと上面10fとは、互いに直交する。
 以下の説明において、上面10fが向く方向を上側として、旋削工具1の各部を説明する。しかしながら、旋削工具1の使用時の姿勢は、この方向に限定されない。
 突出部17は、上側を向く突出上面17aを有する。突出上面17aは、突出部17の突出方向および工具軸Jと平行に延びる。突出上面17aは、上面10fと平行な面である。突出上面17aには、切削インサート20が取り付けられる台座18が設けられる。台座18は、突出部17の突出方向の先端側かつ、工具本体10の先端側の角部に位置する。すなわち、工具本体10は、先端部10aに台座18を有する。台座18は、下側および突出部17の突出方向反対側に凹む凹状である。
 切削インサート20は、固定ネジ29によって台座18に着脱可能に取り付けられる。本実施形態の切削インサート20は、厚さ方向から見て正三角形の三角柱形状である。切削インサート20は、厚さ方向を向く平面視三角形状の一対の主面と、一対の主面同士を繋ぐ側面とを有する。切削インサート20の主面と側面との間の稜線には、切刃22が設けられる。なお、切削インサート20の形状は、本実施形態に限定されない。
 図2に示すように、切刃22は、工具本体10の先端側に突出する。また、切刃22は、径方向外側に突出する。したがって、切刃22の一部は、旋削工具1の軸方向最先端および径方向最外端に位置する。
 図1に示すように、工具本体10の先端面10dには、2個の固定ネジ16a、16bによって第1ブラケット15が固定される。第1ブラケット15は、工具軸Jと直交する平面に沿う板状である。第1ブラケット15は、工具本体10の後端部10b側を向く対向面15dを有する。対向面15dは、工具本体10の先端面10dと対向し接触する。
 図2に示すように、工具本体10の先端面10dには、第1凹溝10eが設けられる。第1凹溝10eは、工具本体10の外周面10cから工具軸Jに向かって径方向に延びる。同様に、第1ブラケット15の対向面15dには、工具軸J方向から見て第1凹溝10eに重なる第2凹溝15eが設けられる。
 第1凹溝10eの断面形状は半円形である。同様に、第2凹溝15eの断面形状も半円形である。第1凹溝10eと第2凹溝15eとは、互いに重なりあって、工具軸Jの径方向に沿って延びる円形の第1孔部5Aを形成する。第1孔部5Aは、工具軸Jの径方向外側であって、切削インサート20と反対側に向かって開口する。この第1孔部5Aには、第1の距離センサ31のセンサヘッド31bが配置される。
 工具本体10には、軸方向に沿って延びる第1収容孔11が設けられる。第1収容孔11は、円形の孔である。第1収容孔11は、先端面10dに開口する。第1ブラケット15には、厚さ方向に貫通する貫通孔12が設けられる。第1ブラケット15の貫通孔12は、第1収容孔11の開口に重なる。第1収容孔11と貫通孔12とは、互いに連なって円形の第2孔部5Bを形成する。第2孔部5Bは、工具本体10の先端側に開口する。第2孔部5Bの開口は、工具軸Jを挟んで切削インサート20と反対側に位置する。第2孔部5Bには、第2の距離センサ32のセンサヘッド32bが配置される。
 図1に示すように、工具本体10の上面10fには、2個の固定ネジ16c、16dによって第2ブラケット19が固定される。第2ブラケット19の下面19fは、工具本体10の上面10fと対向し接触する。
 工具本体10の上面10fには、第3凹溝10gが設けられる。第3凹溝10gは、突出部17の突出上面17a側から工具本体10の後端側に向かって延びる。また、第2ブラケット19の下面19fには、上側から見て第3凹溝10gと重なる第4凹溝19gが設けられる。
 第3凹溝10gの断面形状は半円形である。同様に、第4凹溝19gの断面形状も半円形である。第3凹溝10gと第4凹溝19gとは、互いに重なりあって、工具軸Jの径方向に沿って延びる円形の第3孔部5Cを形成する。第3孔部5Cの延長線上には、切削インサート20の切刃22が配置される。この第3孔部5Cには、撮像装置50のカメラ本体部50bが配置される。
 工具本体10には、第1孔部5A、第2孔部5B、および第3孔部5Cと中空孔10kとを連通させる連通孔10h、10i、10jが設けられる。連通孔10h、10i、10jには、それぞれ第1の距離センサ31、第2の距離センサ32、および撮像装置50のケーブル31c、32c、50cが通される。ケーブル31c、32c、50cは、中空孔10k内に配置されるセンシングモジュール7aに接続される。
 第1の距離センサ31および第2の距離センサ32は、対象物(切削インサートにより形成した加工面)までの距離を測定する。本実施形態において、第1の距離センサ31および第2の距離センサ32は、渦電流センサである。
 第1の距離センサ31および第2の距離センサ32は、円柱状のセンサヘッド31b、32bと、センサヘッド31b、32bの基端から延び出るケーブル31c、32cと、を有する。
 第1の距離センサ31および第2の距離センサ32は、それぞれセンサヘッド31b、32bの先端面31a、32aを測定対象に対向させる。第1の距離センサ31および第2の距離センサ32は、センサヘッド31b、32bの内部に高周波電流を流すことで高周波磁界を発生させる。これにより、導電体である測定対象物の表面に渦電流が流れ、センサヘッド31b、32bの内部のコイルのインピーダンスが変化する。第1の距離センサ31および第2の距離センサ32は、このインピーダンスの変化から測定対象との距離を判定する。第1の距離センサ31および第2の距離センサ32は、インピーダンスの変化を電圧(単位はV)として出力する。第1の距離センサ31および第2の距離センサ32の出力値は、予め算出した較正式を用いて測定対象との距離に変換される。
 第1の距離センサ31の先端面31aは、工具本体10の外周面10cから工具軸Jの径方向外側に向けて配置される。第1の距離センサ31は、工具本体10の径方向外側に配置される測定対象物までの距離を測定する。すなわち、第1の距離センサ31は、工具軸Jの径方向外側を測定方向とする。
 第1の距離センサ31のセンサヘッド31bは、工具本体10の先端面10dと第1ブラケット15との間に挟まれて保持される。このため、センサヘッド31bは、その長さ方向の広い範囲で工具本体10および第1ブラケット15に対し保持される。したがって、第1の距離センサ31のセンサヘッド31bは、振動等に対して位置ずれし難く、第1の距離センサ31による寸法測定の精度を安定させることができる。
 本実施形態によれば、工具本体10の先端面10dと第1ブラケット15の対向面15dとにそれぞれセンサヘッド31bを収容する第1凹溝10eおよび第2凹溝15eが設けられる。第1凹溝10eおよび第2凹溝15eの内周面は、センサヘッド31bの外周面に沿って半円形に湾曲する。第1凹溝10eおよび第2凹溝15eの内周面は、センサヘッド31bの外周面と面接触する。これにより、工具本体10および第1ブラケット15に対するセンサヘッド31bの外周面の接触面積を大きく確保することができ、第1の距離センサ31の位置ずれをより確実に抑制できる。
 本実施形態によれば、第1の距離センサ31のセンサヘッド31bは、第1ブラケット15によって覆われる。このため、センサヘッド31bは、先端面32aのみが外部に露出し、他の部分が保護される。本実施形態によれば、センサヘッド31bは、加工工程における切屑の飛散に対して第1ブラケット15によって保護される。
 第2の距離センサ32の先端面32aは、工具本体10の先端面10dから工具軸Jの先端側に向けて配置される。第2の距離センサ32は、工具本体10の先端側に配置される測定対象物までの距離を測定する。すなわち、第2の距離センサ32は、工具軸Jの先端側を測定方向とする。
 第2の距離センサ32は、工具本体10の第1収容孔11に収容される。すなわち、第2の距離センサ32のセンサヘッド31bは、工具本体10の内部に配置される。このため、センサヘッド32bは、先端面32aのみが外部に露出し、他の部分が保護される。すなわち、第2の距離センサ32は、工具本体10によって保護され切屑などが衝突することが抑制される。
 図3に示すように、工具本体10には、外周面10cから第1収容孔11まで延びるネジ孔10pが設けられる。ネジ孔10pには、イモネジ9が挿入される。第2の距離センサ32は、イモネジ9によって第1収容孔11の内周面に押し当てられる。これにより、第2の距離センサ32は、工具本体10に固定される。これにより、第2の距離センサ32を安定的に固定できる。
 本実施形態によれば、図1に示すように、工具本体10には、切削インサート20のみならず、第1の距離センサ31および第2の距離センサ32が取り付けられている。このため、切削インサート20を用いて加工した加工面を第1の距離センサ31および第2の距離センサ32により測定することができる。したがって、旋削工具1が加工面を形成した後、当該加工面を測定する際に、旋削工具1を被削材から一旦離間させる工程が不要となる。結果的に、旋削加工において測定工程に要する時間を短くすることができる。
 本実施形態によれば、第1の距離センサ31および第2の距離センサ32として渦電流センサを用いるため、ウェット加工を行う場合であっても、正確な測定を行うことができる。なお、渦電流センサは、周囲環境などの外乱に対して測定精度が安定し易い。このため、渦電流センサは、ウェット加工とドライ加工との何れを選択するかに関わらず、光学式の距離センサなどと比較して、切削加工後の外乱の多い環境での距離測定に適している。
 本実施形態によれば、第1の距離センサ31を用いて、切削インサート20により加工した径方向を向く加工面までの距離を測定でき、第2の距離センサ32を用いて、切削インサート20により加工した軸方向を向く加工面までの距離を測定することができる。すなわち、寸法測定時に、被削材の向きを変えることなく、異なる方向を向く面の寸法測定を行うことができ、測定工程に要する時間をさらに短くすることができる。なお、第1の距離センサ31によって、切削インサート20で加工された外径、内径、および真円度などを測定できる。また、第2の距離センサによって、切削インサートで段部、および孔底部の軸方向位置などを測定できる。
 撮像装置50は、円柱状の防水型のCMOSイメージセンサーやCCDイメージセンサーよりなるカメラである。撮像装置50は、円柱状のカメラ本体部50bと、カメラ本体部50bの基端から延び出るケーブル50cと、を有する。カメラ本体部50bは、撮影対象を向くレンズ面50aを有する。また、レンズ面50aの周囲には、撮影対象を照らす複数のLEDライトが配設されていてもよい。
 撮像装置50のレンズ面50aは、切削インサート20の切刃22(特にコーナ刃)に向けられる。これにより、撮像装置50は、切刃22を撮影するとともに、この切刃22によって切削加工された被削材の加工面も撮影する。
 撮像装置50のカメラ本体部50bは、工具本体10の上面10fと第2ブラケット19との間に挟まれて保持される。このため、カメラ本体部50bは、その長さ方向の広い範囲で工具本体10および第2ブラケット19に対し保持される。したがって、撮像装置50のカメラ本体部50bは、振動等に対して位置ずれし難く、撮像装置50により寸法測定の精度を安定させることができる。
 本実施形態によれば、工具本体10の上面10fと第2ブラケット19の下面19fとにそれぞれカメラ本体部50bを収容する第3凹溝10gおよび第4凹溝19gが設けられる。第3凹溝10gおよび第4凹溝19gの内周面は、カメラ本体部50bの外周面に沿って半円形に湾曲する。第3凹溝10gおよび第4凹溝19gの内周面は、カメラ本体部50bの外周面と面接触する。これにより、工具本体10および第2ブラケット19に対するカメラ本体部50bの外周面の接触面積を大きく確保することができ、撮像装置50の位置ずれをより確実に抑制できる。
 本実施形態によれば、撮像装置50のカメラ本体部50bは、第2ブラケット19によって覆われる。このため、カメラ本体部50bは、レンズ面50aのみが外部に露出し、他の部分が保護される。本実施形態によれば、カメラ本体部50bは、加工工程における切屑の飛散に対して第2ブラケット19によって保護される。
 本実施形態によれば、撮像装置50が、工具本体10に取り付けられているので、工作機械に撮像装置が備えられていなくても被削材の加工面等の画像を撮影することができる。これにより、被削材の加工面の性状や加工面に発生したバリ等の発生状況を確認することができる。また、撮像装置50が切刃22を撮影する場合には、切刃22によって生成される切屑の生成状況や切刃の欠損、チッピング、摩耗等の損傷を確認することができる。
 <切削方法>
 次に、本実施形態の旋削工具1を用いた切削方法について説明する。
 旋削工具1を用いた切削方法は、予備工程としての座標設定工程および較正工程と、加工工程と、測定工程と、を有する。
 <座標設定工程>
 図4A~図4Cは、本実施形態の座標設定を示す模式図である。
 座標設定工程は、刃先座標を設定する工程と、第1のセンサ座標を設定する工程と、第2のセンサ座標を設定する工程と、を有する。座標設定工程は、接触式センサ6を用いて行われる。接触式センサ6は、例えばタッチプローブなどのセンサである。
 図4Aは、刃先座標を設定する工程を示す。刃先座標は、切削インサート20の切刃22の刃先を基準とする座標である。この工程では、接触式センサ6を用いて切刃22の刃先を接触し、センシングモジュール7aにおいて切刃22の刃先の位置情報を記憶し、刃先座標を設定する。
 図4Bは、第1のセンサ座標を設定する工程を示す。第1のセンサ座標は、第1の距離センサ31の先端面31aを基準とする座標である。この工程では、接触式センサ6を用いて第1の距離センサ31の先端面31aを接触し、センシングモジュール7aにおいて第1の距離センサ31の先端面31aの位置情報を記憶し、第1のセンサ座標を設定する。
 図4Cは、第2のセンサ座標を設定する工程を示す。第2のセンサ座標は、第2の距離センサ32の先端面32aを基準とする座標である。この工程では、接触式センサ6を用いて第2の距離センサ32の先端面32aを接触し、センシングモジュール7aにおいて第2の距離センサ32の先端面32aの位置情報を記憶し、第2のセンサ座標を設定する。
 本実施形態によれば、刃先座標とセンサ座標とが個別に設定される。このため、寸法測定の結果が、切削インサート20および距離センサ31、32の取り付け精度による影響を受け難い。加えて、距離センサ31、32の測定精度が切刃22の刃先と距離センサとの相対的な位置による影響を受け難いため、切刃22の摩耗が進んだ場合であっても、高精度な寸法測定を行うことができる。
 本実施形態によれば、座標設定工程において接触式センサを用いて行われる。このため、設定工程を行う際の周囲の環境に影響されることなく、切刃22および距離センサ31、32の位置情報を得やすい。また、接触式センサを用いることで、単一のセンサを用いて切刃22の刃先および距離センサ31、32の先端面31a、32aの位置情報を得ることができる。このため、座標設定工程に要する時間を節約できる。
 本実施形態によれば、距離センサ31、32毎にセンサ座標が設定される。このため、複数の距離センサ31、32に対し1つのセンサ座標が設定される場合と比較して、距離センサ31、32の測定精度が、それぞれの距離センサ31、32の取り付け精度から影響を受けることを抑制できる。
 <較正工程>
 図5A~図5Eは、本実施形態の較正工程を示す模式図である。
 本実施形態では、距離センサ31、32として渦電流センサを用いる。渦電流センサは、測定対象の材料によって出力値と距離との関係が変わるため、材料毎の出力値と距離との関係(較正式)を予め算出する必要がある。較正工程は、後述の加工工程の被削材Wの材料に対する較正式を算出する工程である。本実施形態の較正工程は、予備加工工程と、基準値測定工程と、出力値測定工程と、算出工程と、を有する。
 図5Aおよび図5Bは、予備加工工程を示す図である。予備加工工程では、加工工程で加工する被削材Wをそのまま用いる。予備加工工程では、加工工程における目標寸法に対して工具を十分にオフセットさせ、加工工程の目標寸法より切削対象が大きくなるように加工を行う。
 本実施形態の被削材Wは、段差付きの貫通孔40を有する。貫通孔40は、段差面43と、段差面43に対して軸方向一方側の大径部41と、段差面43に対して軸方向他方側の小径部42とを有する。本実施形態の切削方法は、貫通孔40の大径部41および段差面43の内周面の仕上げ加工を行う加工方法である。
 予備加工工程では、図5Aに示すように、大径部41の内周面を加工する。この工程では、被削材Wを主軸O周りに回転させながら、切刃22を被削材Wの大径部41の内周面に接触させ、軸方向に移動させる。さらに、予備加工工程では、図5Bに示すように、段差面43を加工する。この工程では、被削材Wを引き続き主軸O周りに回転させながら、切刃22を段差面に沿って径方向に移動させる。これによって、予備加工工程では、基準加工面を形成する。
 図5Cは、基準値測定工程を示す図である。基準値測定工程は、仮加工工程において切刃22で加工した基準加工面を寸法測定する工程である。より具体的には、基準値測定工程では、大径部41の内径および段差面43の段差寸法を別途用意した測定機器A、Bで測定し、較正を行う際の基準値とする。測定機器A、Bは、例えば、シリンダゲージ、デプスゲージなどの測定器である。
 図5D、図5Eは、出力値測定工程を示す図である。出力値測定工程では、基準値測定工程で測定した基準値を基準として、第1の距離センサ31および第2の距離センサ32を用いて被削材Wからの各距離に対応する出力値を測定する。
 図5Dは、第1の距離センサ31の出力値測定工程を示す。
 出力値測定工程では、まず、基準値測定工程で測定した基準値を用いて、第1の距離センサ31の先端面31aを、大径部41の内周面からの距離が第1の距離(例えば0.1mm)となる第1の測定点に移動させ、第1の距離センサ31による出力値を記憶する。
次いで、先端面31aを、大径部41の内周面からの距離が第2の距離(例えば0.2mm)となる第2の測定点に移動させ、第1の距離センサ31による出力値を記憶する。さらに、先端面31aを第3、第4・・・の測定点に移動させ、それぞれの測定点に対応する第1の距離センサ31の出力値をセンシングモジュール7aにおいて記憶する。なお、この工程においける第1の距離センサ31の位置合わせは、第1のセンサ座標を用いて行う。
 図5Eは、第2の距離センサ32の出力値測定工程を示す。
 第2の距離センサ32の出力値測定工程は、上述した第1の距離センサ31の場合と同様に、まず、基準値測定工程で測定した基準値を用いて、第2の距離センサ32の先端面32aを、段差面43からの距離が第1の距離(例えば0.2mm)となる第1の測定点に移動させ、第2の距離センサ32による出力値を記憶する。次いで、先端面32aを、段差面43からの距離が第2の距離(例えば0.3mm)となる第2の測定点に移動させ、第2の距離センサ32による出力値を記憶する。さらに、第3、第4・・・の測定点と、当該測定点に対応する第2の距離センサ32の出力値を順次記憶する。この工程においける第2の距離センサ32の位置合わせは、第2のセンサ座標を用いて行う。
 このように、出力値測定工程は、センサ座標を基準として距離センサ31、32を用いて基準加工面からの距離を変えた複数の測定点を測定し、それぞれの測定点に対応する距離センサ31、32の出力値を記憶する。なお、測定対象までの距離と出力値との組み合わせのデータは、無線通信モジュール7bによって制御装置4に送信され、制御装置4の記憶部4b(図1参照)に記憶される。
 算出工程では、出力値測定工程で測定したそれぞれの測定点における基準加工面までの距離と出力値との関係から、この関係を表す較正式を算出する。算出工程は、距離センサ31、32毎に行われる。すなわち、算出工程では、第1の距離センサ31に対応する較正式と、第2の距離センサ32に対応する較正式とが、導かれる。なお、算出工程は、制御装置4(図1参照)によって行われる。また、算出工程によって導かれた較正式は、制御装置4の記憶部4bに記憶される。制御装置4は、記憶部4bに記憶される較正式を用いて測定値を較正して現実の寸法を算出する。本実施形態によれば、較正式を外部の制御装置4に送信することで、制御装置4において蓄積および解析を行うことができる。これにより、解析結果に基づいて切削条件を変更したり、切削工具および切削インサート20などの交換を促したりすることが可能となる。
 較正式は、距離センサ31、32の出力値である電圧(単位はV)を距離センサ31、32の先端面31a、31bから測定対象までの距離(単位はmm)に変換する。較正式は、較正式は、xを距離センサ31、32の出力値、yを加工面までの距離、a、b、c、d、eを定数として、以下の式で表される。すなわち、較正式は、四次以下の関数で表わされる。
 y=ax+bx+cx+dx+e
 図6は、様々な材料の被削材Wに対する較正式を表すグラフである。図6には、被削材Wとしてアルミニウム合金(A6061)、および鉄系合金(SUS304、FC250、SCM440)を選んだ場合の較正式のグラフが示されている。
 また、図6のグラフでは、加工面からの距離として0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mmの7点を測定点として測定した。測定点に対応する距離センサの出力値を基に上記の三次の方程式に代入することで、定数a、b、c、d、eを算出し、これらの定数を代入した較正式を関数としてグラフ上に図示した。
 図6に示すように、鉄系合金において、較正式は一次関数に近似することができる。一方で、アルミニウム合金は、四次関数で表される。このように、較正式は、合金の種類によって、次数に傾向が表れる。したがって、加工対象が鉄系の材料であることが分かっている場合、定数a、b、cに予め0を代入した以下の式を用いて較正式を算出することができる。
 y=dx+e
 本実施形態によれば、定数a、b、cに予め0を代入する場合、出力値測定工程において測定する測定点の数を減らすことができる。これにより、較正精度を保ちつつ、較正工程に要する時間を短縮することができる。一方で、定数a、b、cをも含めて較正式を算出する場合には、様々な材料に対して最適な較正式を算出することができる。
 なお、ここでは、被削材が鉄系合金である場合に、較正を一次関数として表現することで較正のために用いる測定時間を短縮する場合について説明した。しかしながら、より厳密な較正を行いたい場合は、被削材が鉄系合金であっても、定数d、eのみならず、定数a、b、cをも算出し四次関数の較正式を求めてもよい。
 本実施形態によれば、距離センサ31、32として渦電流センサを用いるため、ウェット加工を行う場合であっても、正確な測定を行うことができる。しかしながら、渦電流センサを用いる場合、加工対象の材料によってセンサの出力値が変わるため、較正が必要となる。本実施形態によれば、切刃22によって形成した基準加工面を用いて構成を行うため、較正用のジグなどを必要としない。しかも、加工対象物を用いて較正を行うことができるため、ジグ等を用いる場合と比較して、より正確な較正式を算出できるばかりでなく、ジグの取り付け取り外しに要する時間を節約することができる。
<加工工程>
 図7A、図7Bは、本実施形態の加工工程を示す模式図である。
 本実施形態の加工工程は、刃先座標を用いて加工面を形成する工程である。本実施形態の加工工程は、第1の旋削工程と第2の旋削工程とを有する。
 図7Aに示すように、第1の旋削工程は、大径部41の内周面を加工する工程である。第1の旋削工程では、被削材Wを主軸O周りに回転させながら行う。第1の旋削工程では、まず、旋削工具1の工具軸Jを主軸Oと平行とした状態で、切刃22の径方向外端を、大径部41の内周面の径方向の目標寸法(目標位置)に位置合わせする。さらに、旋削工具1を軸方向先端に沿って移動させ、大径部41の内周面に切削インサート20の切刃22に接触させる。次いで、切刃22を大径部41の内周面に接触させた状態で、旋削工具1を軸方向先端に移動させる。これにより、大径部41の内周面を切刃22により旋削加工することができる。
 図7Bに示すように、第2の旋削工程は、段差面43を加工する工程である。
 第2の旋削工程では、第1の旋削工程に引き続き、被削材Wを主軸O周りに回転させながら行う。第2の旋削工程では、まず、切刃22の軸方向最先端を、段差面43の軸方向の目標寸法(目標位置)に位置合わせする。次いで、切削インサート20の切刃22を大径部41と段差面43との角部に接触した状態から、段差面43に接触した状態を維持しつつ径方向内側に移動させる。これにより、段差面43を切刃22により旋削加工することができる。
<測定工程>
 図7Cおよび図7Dは、本実施形態の測定工程を示す模式図である。
 測定工程は、センサ座標を用いて加工面の寸法の測定を行う工程である。測定工程は、第1の測定工程と第2の測定工程とを有する。
 図7Cに示すように、第1の測定工程は、第1のセンサ座標を用いて大径部41の内周面の寸法を測定する工程である。第1の測定工程では、まず、旋削工具1を径方向に移動して、第1の距離センサ31の先端面31aを、大径部41の内周面に対向させる。さらに、第1の距離センサ31の出力値を、較正式に代入することで大径部41の内周面の寸法を算出する。
 図7Dに示すように、第2の測定工程は、第2のセンサ座標を用いて段差面43の寸法を測定する工程である。第2の測定工程では、まず、旋削工具1を径方向に移動して、第2の距離センサ32の先端面32aを、段差面43に対向させる。さらに、第2の距離センサ32の出力値を、較正式に代入することで段差面43の寸法を算出する。
 加工工程(第1および第2の旋削工程)並びに測定工程(第1および第2の測定工程)の後には、比較工程が行われる。比較工程では、加工工程における加工面の目標寸法と、測定工程において測定した加工面の寸法と、を比較して差分を算出する。
 比較工程の後には、追加工工程が行われる。追加工工程では、比較工程での比較を根拠として、目標寸法と測定寸法との差分が公差より大きい場合に、追加工が必要であると判断されて行われる。すなわち、本実施形態の旋削方法は、比較工程における目標寸法と測定寸法との差分に応じて、被削材Wを旋削工具1によって追加工する追加工工程を有する。
 なお、追加工工程は、図7A、図7Bに示す加工工程と同様の手順を経て行われるため、図示を省略する。
 本実施形態によれば、比較工程における差分を基に、旋削工具を目標位置より被削材側に近づけて追加工工程を行うことで、加工面の寸法精度を高めることができる。また、加工工程と追加工工程の間に行う測定工程は、工具本体に取り付けられた距離センサ31,32を用いて行う。このため、加工工程から追加工工程に至るまでのタクトタイムを短くすることができる。
 また、比較工程での比較を根拠として、目標位置と測定位置との差分が予め設定した閾値より大きい場合に、切削インサート20の交換が必要であると判断することもできる。目標寸法と測定寸法との差分が大きい場合に、切削インサート20の摩耗が顕著であると考えられるためである。
 本実施形態の加工方法において、加工面に切削油又はクーラントを供給しながら加工工程を行ってもよい。本実施形態の測定工程は、渦電流センサを用いるため加工工程においてウェット加工を採用した場合であっても、測定工程における寸法測定の精度を確保できる。
 <第2実施形態>
 図8は、本実施形態の旋削工具(切削工具)101の斜視図である。図9は、旋削工具101と被削材の一部の正面図である。
 なお、上述の実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
 本実施形態の旋削工具101は、主軸回りに回転させられる金属材料等の被削材に対して、外周面の旋削加工を施す。旋削工具101は、工具本体110と、蓋部材115と、ブラケット119と、切削インサート120と、第1の距離センサ(距離センサ)31と、第2の距離センサ(距離センサ)32と、撮像装置50と、を備える。
 工具本体110は、工具軸Jに沿って軸状に延びる。工具本体110は、工具軸Jを中心とする角柱状のシャンク部116と、工具本体110の先端部110aにおいてシャンク部116の外周面から工具軸Jの径方向外側に突出する突出部117と、を有する。
 シャンク部116の先端部110aには、切欠部108が設けられる。切欠部108は、工具本体110の先端側および突出部117の突出方向反対側に開口する。切欠部108には、蓋部材115が挿入され固定されている。
 突出部117には、切削インサート120が取り付けられる台座118が設けられる。台座118は、突出部117の突出方向の先端側かつ、工具本体110の先端側の角部に位置する。すなわち、工具本体110は、先端部110aに台座118を有する。本実施形態の切削インサート120は、厚さ方向から見てひし形の四角柱形状である。切削インサート120の主面と側面との間の稜線には、切刃122が設けられる。
 工具本体110には、第1収容孔111および第2収容孔112が設けられる。第1収容孔111および第2収容孔112は、円形の孔である。
 第1収容孔111は、工具軸Jの径方向に沿って延びる。第1収容孔111の一端は、突出部117の突出方向先端面に開口し、他端は切欠部108に開口する。第1収容孔111の他端の開口は、蓋部材115によって覆われる。第1収容孔111には、第1の距離センサ31のセンサヘッド31bが挿入される。第1収容孔111は、台座118の直下に配置される。すなわち、第1の距離センサ31は、切削インサート120の直下に配置される。
 第2収容孔112は、工具軸Jの軸方向に沿って延びる。第2収容孔112の一端は、工具本体110の先端側に開口する。第2収容孔112には、第2の距離センサ32のセンサヘッド32bが挿入される。
 図8に示すように、工具本体110には、外周面から第1収容孔111まで延びる第1ネジ孔110pと、外周面から第1収容孔111まで延びる第2ネジ孔110qと、が設けられる。第1ネジ孔110pには、第1イモネジ109aが挿入される。第1の距離センサ31は、第1イモネジ109aによって第1収容孔111の内周面に押し当てられる。これにより、第1の距離センサ31は、工具本体110に固定される。同様に、第2ネジ孔110qには、第2イモネジ109bが挿入される。第2の距離センサ32は、第2イモネジ109bによって第2収容孔112の内周面に押し当てられる。これにより、第2の距離センサ32は、工具本体110に固定される。
 図9に示すように、旋削工具101は、回転軸Oまわりを回転する被削材Wの外周面48および段差面49を切削する。第1の距離センサ31は、被削材Wの外周面48を測定する。一方で、第2の距離センサ32は、被削材Wの段差面49を測定する。
 本実施形態の旋削工具101によれば、第1の距離センサ31は、工具軸Jに対する切刃122の突出方向と同方向に向けて配置される。このため、第1の距離センサ31は、このため、第1の距離センサ31は、切刃122による外周面48の加工方向と同方向から外周面48を測定できる。したがって、加工工程から測定工程に移行する際に、旋削工具101を大きく移動することなく外周面48の測定をすることができる。
 工具本体110の上面には、カメラ台座部104が設けられる。カメラ台座部104には、ブラケット119が固定される。カメラ台座部104には、凹溝110gが設けられる。ブラケット119の下面には、上側から見て凹溝110gと重なる凹溝119gが設けられる。凹溝110gと凹溝119gとは、互いに重なりあって、工具軸Jの径方向に沿って延びる円形の孔部105を形成する。孔部105の延長線上には、切削インサート120の切刃122が配置される。孔部105には、撮像装置50のカメラ本体部50bが配置される。すなわち、撮像装置50のカメラ本体部50bは、工具本体110のカメラ台座部104と第2ブラケット19との間に挟まれて保持される。撮像装置50は、切刃122を撮影するとともに、この切刃122によって切削加工された被削材の加工面も撮影する。
 上記構成からなる第2実施形態の旋削工具101によっても、第1実施形態の旋削工具1と同様に、図4A~図7Dに示したような切削方法を行うことができ、同様の効果が得られる。
 以上に、本発明の実施形態を説明したが、実施形態における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態によって限定されることはない。
 本発明によれば、距離センサを有する切削工具を用いた切削方法において、寸法測定の精度を高めることができるから、産業上の利用が可能である。
 1…切削工具(旋削工具)
 6…接触式センサ
 10,110…工具本体
 22,122…切刃
 31…第1の距離センサ(距離センサ)
 32…第2の距離センサ(距離センサ)
 A,B…測定機器
 

Claims (9)

  1.  距離センサが取り付けられる工具本体を用いる加工方法であって、
     工具本体に設けられる切刃の刃先を基準とする刃先座標と、前記距離センサの基準点を基準とするセンサ座標と、をそれぞれ設定する座標設定工程と、
     前記刃先座標を用いて加工面を形成する加工工程と、
     前記センサ座標を用いて前記加工面の寸法の測定を行う測定工程とを有する、切削方法。
  2.  前記加工工程における前記加工面の目標寸法と前記測定工程において測定した測定寸法とを比較して差分を算出する比較工程と、
     前記差分に応じて前記加工面の追加工を行う追加工工程とを有する、請求項1に記載の切削方法。
  3.  前記工具本体には、測定方向の異なる複数の前記距離センサが取り付けられ、
     前記座標設定工程において前記センサ座標を前記距離センサ毎に設定する、請求項1又は2に記載の切削方法。
  4.  前記座標設定工程は、接触式センサを用いて、前記切刃の前記刃先および前記距離センサの先端面をそれぞれ接触することで行う、請求項1~3の何れか一項に記載の切削方法。
  5.  前記距離センサは、渦電流センサであり、
     前記渦電流センサを較正する較正工程を有し、
     前記較正工程は、
      測定機器を用いて前記切刃によって加工した基準加工面を寸法測定する基準値測定工程と、
      前記センサ座標を基準として前記距離センサを用いて前記基準加工面からの距離を変えた複数の測定点を測定し、それぞれの前記測定点に対応する前記距離センサの出力値を記憶する出力値測定工程と、
      それぞれの前記測定点における前記基準加工面までの距離と前記出力値との関係を表す較正式を算出する算出工程とを有し、
     前記測定工程は、前記距離センサの前記出力値を前記較正式に代入することで前記加工面の寸法を算出する、請求項1~4の何れか一項に記載の切削方法。
  6.  前記較正式は、xを前記距離センサの前記出力値、yを前記加工面までの距離、a、b、c、d、eを定数とした場合に、以下の式
     y=ax+bx+cx+dx+e
    で表される、請求項5に記載の切削方法。
  7.  前記算出工程において、加工対象の材料が鉄系の材料である場合に、前記定数a、b、cに予め0を代入する、請求項6に記載の切削方法。
  8.  前記工具本体には、前記距離センサによって測定される測定データを外部の制御装置に送信する通信部が設けられ、
     前記制御装置が、前記算出工程を行い、算出した前記較正式を記憶する、請求項5~7の何れか一項に記載の切削方法。
  9.  前記加工面に切削油又はクーラントを供給しながら前記加工工程を行う、請求項1~8の何れか一項に記載の切削方法。
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