(57)【要約】【課題】エンドミルの外周に外径研削を施すに際して、上述のような工作機械の熱変形による誤差を補正して切刃の外径を正確に所定の外径に加工する。【解決手段】略円柱状をなして外周に切刃が形成されたエンドミルＥの外径Ｄを測定しつつ、このエンドミルＥに外径研削を施して切刃を所定の外径に加工するエンドミルの加工方法であって、エンドミルＥに外径研削を施す工作機械のコラム１にタッチプローブ３を取り付け、このコラム１とエンドミルＥとを相対的に移動させて、エンドミルＥの中心軸線Ｏに対する一方の側と、この一方の側とは軸線Ｏを挟んで反対の他方の側とから、それぞれタッチプローブ３をエンドミルＥ外周に接触させることによりエンドミルの外径Ｄ寸法を測定し、この測定結果に基づいて外径研削を行う。【選択図】　　　　図１
2004074313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円柱状をなすエンドミルに外径研削を施すエンドミルの加工方法であって、上記エンドミルに外径研削を施す工作機械のコラムにタッチプローブを取り付け、このコラムと上記エンドミルとを相対的に移動させて、上記エンドミルの中心軸線に対する一方の側と、この一方の側とは該軸線を挟んで反対の他方の側とから、それぞれ上記タッチプローブをエンドミル外周に接触させることにより上記エンドミルの外径を測定し、この測定結果に基づいて外径研削を行うことを特徴とするエンドミルの加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンドミルの外周に外径研削を施してその切刃を所定の外径に加工する際のエンドミルの加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンドミルは、周知の通り、略円柱状をなしてその外周に切屑排出溝が形成され、この切屑排出溝のエンドミル回転方向を向く壁面がすくい面とされるとともに、このすくい面のエンドミル回転方向後方に連なる外周面が外周逃げ面とされ、エンドミル外周に位置するこれらすくい面と外周逃げ面との交差稜線部に切刃が形成された切削工具であり、一般的に上記切屑排出溝を形成してすくい面を成形した後に、上記外周面に所定の研削位置から所定の研削量で外径研削を施して外周逃げ面を成形し、こうして形成された外周逃げ面とすくい面との交差稜線部に、所定の外径寸法の切刃が形成されるようにしている。また、このようなエンドミルを切削加工に使用することによって切刃に摩耗が生じた場合にも、上記外周逃げ面に外径研削を施すことにより切刃を研ぎ付け直して再利用するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このようなエンドミルの外径研削加工を初め、現在、機械加工システムは、ハード面では工作機械のＣＮＣ化、加工物や加工用工具の自動交換システム、ソフト面では自動プログラミングシステムなどの開発により自動化が進みつつある。しかしながら、さらなる自動化を進めようとすると、この加工用工具の摩耗や工作機械の熱変形等による加工物の寸法変化がこれを阻害する要因となる。このうち、工作機械の熱変形は、例えば上記エンドミルの外径研削加工を行う工具研削盤などにおいては、コラムの主軸の回転による発熱や、研削油、研削運動による発熱、あるいは室温の変化等によって工作機械の各部の温度分布が変化して不均衡を生じ、これに伴う主軸の伸びやボールネジの伸びなどに起因して工作機械の特にコラムの部分に反りや倒れが発生するといったものであり、このような熱変形が生じると、予めプログラミングされたデータに基づいてコラムを自動制御して移動させて該コラムの主軸に装着された研削砥石により研削を行っても、実際の研削位置や研削量はこのデータとは異なるものとなり、これにより加工後の加工物の寸法すなわち外径研削後のエンドミルの切刃外径寸法が所定の外径から変化して加工誤差を生じることになる。しかるに、このような工作機械の熱変形に対する対策として、ひとつには工作機械の熱変形自体を抑制する方法が考えられるが、工具研削盤に限らず主軸の回転によって加工用工具を回転させて加工物を加工する工作機械においては、この主軸の回転による発熱によって生じる熱変形を確実に防ぐのは甚だ困難である。
【０００４】
本発明は、このような背景の下になされたもので、特にエンドミルの外周に外径研削を施すに際して、上述のような工作機械の熱変形による誤差を補正して切刃の外径を正確に所定の外径に加工することが可能なエンドミルの加工方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明は、略円柱状をなして外周に切刃が形成されたエンドミルの外径を測定しつつ、このエンドミルに外径研削を施して上記切刃を所定の外径に加工するエンドミルの加工方法であって、上記エンドミルに外径研削を施す工作機械のコラムにタッチプローブを取り付け、このコラムと上記エンドミルとを相対的に移動させて、上記エンドミルの中心軸線に対する一方の側と、この一方の側とは該軸線を挟んで反対の他方の側とから、それぞれ上記タッチプローブをエンドミル外周に接触させることにより上記エンドミルの外径を測定し、この測定結果に基づいて外径研削を行うことを特徴とする。すなわち、このように工作機械のコラムに取り付けたタッチプローブを、外径研削を施すべきエンドミルの外周に、その軸線を挟んで一方の側と他方の側とから接触させて外径寸法を測定することにより、両接触時におけるそれぞれの工作機械のコラムの熱変形による測定誤差が互いに相殺されるので、正確なエンドミルの外径寸法を測定することができ、これに基づいて外径研削の際の研削位置や研削量を設定することにより、エンドミルの外周逃げ面を必要な径まで削り込んでそのすくい面との交差稜線部に所定の外径の切刃を確実に形成することが可能となる。
【０００６】
なお、上記コラムに取り付けられるタッチプローブは、測定物に接触することによってトリガー信号を発する円柱軸状のスタイラスが、プローブ本体に周方向に等間隔にスプリングによって支持された構造とされており、かかる構造に基づいてその接触検出に方向性が生じることが予想される。また、スタイラスが円柱軸状をなしているといっても、その直径や円筒度には多少なりとも誤差があり、これらに基づく測定誤差が生じることも予想される。そこで、上記測定結果に基づいて外径研削を行うに際しては、このような上記タッチプローブのスタイラスの方向性による誤差や、このスタイラスの円筒度による誤差を予め測定しておいて、これらを補正することが望ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。図１は、この本発明の一実施形態に係わる工作機械（ＣＮＣ工具研削盤）のコラム１部分を示すものであり、このコラム１には図示されない主軸が回転可能に備えられるとともに、この主軸にはやはり図示されない研削砥石が装着され、主軸とともに回転させられるこの研削砥石がコラム１の移動に伴い移動して加工物である略円柱状のエンドミルＥの外周面に切り込まれることにより、このエンドミルＥの外周逃げ面の形成あるいは再研削がなされ、すくい面との交差稜線部に切刃が形成される。そして、このコラム１の先端部には、円柱軸状のスタイラス２を備えたタッチプローブ（タッチトリガープローブ）３が、このスタイラス２の中心軸線ＣをエンドミルＥの中心軸線Ｏに直交する平面内に位置させるようにして取り付けられている。なお、このタッチプローブ３は、その本体に上記スタイラス２が周方向に等間隔に通常３つのスプリングによって支持された構造とされていて、このスタイラス２がエンドミルＥの外周面に接触することによってトリガー信号が発せられ、このときのコラム１の位置が上記中心軸線Ｃ，Ｏに直交する方向（図１において左右方向。以下、Ｙ軸方向と称する。）のスケールデータとしてコンピュータ等の処理手段に取り込まれて処理されるようになされている。
【０００８】
ここで、上述のように研削加工中においては上記主軸の回転による発熱や、研削油、研削運動による発熱、あるいは室温の変化等により、工作機械の各部の温度分布が変化し、これに伴いコラム１に反りや倒れが生じる。このため、図１に実線で示すように、コラム１を移動させてタッチプローブ３のスタイラス２を上記Ｙ軸方向においてエンドミルＥの軸線Ｏに対する一方の側（図１において右側）から該エンドミルＥの外周面に接触させた場合の該スタイラス２の中心軸線ＣのＹ軸方向の位置を基準位置Ｙ０に対してＹ１とすると、後述するスタイラス２の方向性による誤差をＸ１とし、スタイラス２の半径をＸ２とし、コラム１の熱変形による変形量をＸ３とした場合、Ｙ１は次式（１）で与えられる。従って、この式（１）より、スタイラス２が同じ位置に接触してＹ１が同一位置を測定していたとしても、温度分布の不均衡によるコラム１の変化等で上記変形量Ｘ３が変化することにより、異なる位置を検出してしまうおそれがある。
【０００９】
【数１】
2004074313.tif 000003
【００１０】
一方、これとは逆に、図１に破線で示すように、コラム１を上記の場合とは反対に移動させ、タッチプローブ３のスタイラス２を上記Ｙ軸方向において軸線Ｏに対する他方の側（図１において左側）からエンドミルＥの外周面に接触させた場合の該スタイラス２の中心軸線ＣのＹ軸方向の位置を上記と同じ基準位置Ｙ０に対してＹ２とすると、このときのスタイラス２の方向性による誤差をＸ４とし、スタイラス２の半径をＸ５とし、コラム１の熱変形による変形量をＸ６とし、さらにエンドミルＥの外径をＤとした場合、Ｙ２は次式（２）で与えられる。従って、これら式（１）と式（２）とから、このエンドミルＥの外径Ｄは式（３）の通りとなる。
【００１１】
【数２】
2004074313.tif 000004
【００１２】
【数３】
2004074313.tif 000005
【００１３】
ここで、これらエンドミルＥの中心軸線Ｏの両側からの測定中にコラム１の熱変形の状態に変化がないものと仮定すると、変形量Ｘ３＝Ｘ６となるので、式（３）においてこれらは互いに相殺される。一方、スタイラス２の方向性による誤差Ｘ１，Ｘ４およびスタイラス２の半径Ｘ２，Ｘ５はいずれも定数であるため、工作機械の熱変形には影響されず、後述するように予め測定しておくことが可能である。従って、この式（３）により、たとえコラム１に熱変形が生じていても、これに拘わらずにタッチプローブ３によって検出された接触位置Ｙ１，Ｙ２のスケールデータからエンドミルＥの外径Ｄを正確に測定することが可能であり、この測定結果に基づいて上記処理手段によるフィードバック制御によって研削砥石による研削量を設定してエンドミルＥの外径研削を行うことにより、その外周に所定の外径の切刃を形成することが可能となる。なお、図１においては加工物としてのエンドミルＥを固定してコラム１を移動させることによりタッチプローブ３をエンドミルＥの外周に接触させるようにしているが、これとは逆にコラム１を固定してエンドミルＥ側を移動させるようにしてもよく、あるいはコラム１とエンドミルＥとの双方を移動させるようにしてもよく、すなわちこれらコラム１とエンドミルＥとが相対的に移動させられてタッチプローブ３が接触させられればよい。
【００１４】
ところで、本実施形態では上記タッチプローブ３は、そのスタイラス２が上述のように周方向に等間隔に配置された３つのスプリングによって支持されているため、その検出構造において１２０°毎の方向性を有することが予想され、例えば内円が略真円とされた校正用リングに接触させても、１２０°毎の極性を持つ測定結果が得られることが予想される。また、このタッチプローブ３の円柱軸状のスタイラス２も、その断面が必ずしも真円を呈するわけではなく、円筒度に誤差が生じることは避けられない。従って、このタッチプローブ３によって測定した上記外径ＤとエンドミルＥの真の外径とをさらに正確に一致させるには、このタッチプローブ３のスタイラス２の方向性による誤差や、スタイラス２の円筒度による誤差を上述のように予め測定しておいて補正することが望ましい。
【００１５】
ここで、図２は、上記校正用リング４の外観図を示すものであり、この校正用リング４は内径４０ｍｍの内円部５が略真円に研削加工されている。図３および図４は、この校正用リング４の上記内円部５を三次元測定器および真円度測定器によって測定した結果をそれぞれ示すものであり、図４からこの校正用リング４の内円部５が上述のように略真円であることが、またこの図４と図３から三次元測定器が校正用リング４の内円部５の形状を正しく測定していることがわかる。一方、図５は上記タッチプローブ３によってこの校正用リング４の内円部５を測定したものであるが、その結果は上述の予想の通りに、１２０°毎に突出した方向性を示している。従って、この測定結果に基づき、上述したタッチプローブ３におけるスタイラス２の方向性による誤差Ｘ１，Ｘ４を補正することができ、また上記三次元測定器によってこのスタイラス２の円筒度も予め測定しておいて、この円筒度によりスタイラス２の半径Ｘ２，Ｘ５に生じる誤差も補正することができるので、これらを上記式（３）に適用することにより、エンドミルＥの外径Ｄをさらに正確に測定することが可能となり、これに基づいて所定の外径を有する切刃を一層確実に形成することが可能となる。
【００１６】
図６は、このようにスタイラス２の方向性による誤差と円筒度による誤差とを補正した上で、エンドミルＥの外径Ｄを測定した結果を示すものである。ここで、エンドミルＥにおいては、その外周逃げ面が切刃に対して所定の逃げ角を有して切削時のエンドミル回転方向後方側に向かうに従い内周側に向かうように後退させられているので、ここでは、エンドミルＥをその中心軸線Ｏ回りに予定の回転角度ずつ回転させながらスタイラス２をその外周面に接触させて測定を行い、最大値となったところがこのエンドミルＥの切刃の径すなわち当該エンドミルＥの外径Ｄとした。図６は、このときのエンドミルＥの回転角度と測定値との関係を示すものであり、図中に示すように最大値すなわち外径Ｄは２０．０６８ｍｍという結果が得られた。また、同じエンドミルＥの外径Ｄをマイクロメーターを用いて測定したところ２０．０７２ｍｍという結果が得られており、このマイクロメーターによる測定結果が正しいとしても、４μｍほどの誤差しか生じていないことになる。
【００１７】
次に、図７は、複数本のエンドミルＥの外径研削加工を連続して行った場合において、各エンドミルＥの加工ごとに上記実施形態のように外径Ｄを測定してその測定結果に基づき研削位置および研削量をフィードバック制御して外径研削を行った場合（図中に黒点で示す。）と、このような測定やフィードバック制御を行わず工作機械（ＣＮＣ工具研削盤）に当初入力されたデータに基づいてのみ外径研削を行った場合（図中に白抜き点で示す。）とで、加工後の各エンドミルＥの外径がどのようになったかを示すものである。ただし、いずれの場合においても、突発的なトラブルの発生を想定して、１３本目のエンドミルの加工後には意図的に工作機械の稼働を一旦停止して暫くしてから１４本目の加工を行うようにしており、この間では加工は不連続となっている。また、加工後のエンドミル外径の許容範囲は、下限を２０．００ｍｍ、上限を２０．０２ｍｍとした。
【００１８】
この図７の結果より、まず加工前に外径Ｄの測定や制御を行わなかった場合には、加工後のエンドミルＥの外径は、初めのうちは許容範囲内に収まっているものの、加工が進むに従って徐々に大きくなってゆき、僅か６本目の加工において既に許容範囲の上限を上回っている。これは、上述した加工時に発生する熱の影響で工作機械に変形が生じ、これが連続した加工に伴って大きくなって誤差も増大したためであると考えられる。また、１３本目で工作機械を一旦停止してから加工を再開した後は、加工後の外径は一旦小さくなった後、再び漸増する傾向を示しているが、これも、加工の停止によって工作機械の温度が低下し、これに伴って工作機械の変形も小さくなって外径誤差が一旦縮小したものの、加工の再開から暫くするうちに再び熱によって工作機械の温度が上昇して変形が大きくなり、加工後の外径も増大したものであると考えられる。これに対して、外径Ｄの測定を行ってこの測定結果に基づき研削位置や研削量を制御した場合には、加工後のエンドミルＥ外径は上述の許容範囲内に収まっており、これは１３本目と１４本目の加工の間で工作機械の稼働を一旦停止しても変わりはなく、突発的なトラブルの発生にも十分対応可能であることが分かった。因みに、ここでは工作機械（ＣＮＣ工具研削盤）の自動運転による加工を７時間連続して行ったが、上述のように意図的に工作機械を停止した以外は、安定した無人運転を続けることが可能であった。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、エンドミルの外径研削を行う場合において、加工すべきエンドミルの外径を、工作機械のコラムに取り付けたタッチプローブを該エンドミルの軸線に対する両側から接触させて測定することにより、加工時に生じた熱による工作機械の変形の影響を排除して正確な外径測定を行うことができ、この測定結果に基づいて外径研削を行うことにより、加工後のエンドミルの切刃の外径を正確に所定の径に形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を説明する、工作機械のコラム１周辺を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係わる校正用リング４の外観図である。
【図３】図２に示す校正用リング４の内円部５を三次元測定器によって測定した結果を示す図である。
【図４】図２に示す校正用リング４の内円部５を真円度測定器によって測定した結果を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係わるタッチプローブ３のスタイラス２によって図２に示す校正用リング４の内円部５を測定した結果を示す図である。
【図６】本発明の実施形態によってエンドミルＥの外径Ｄを測定した結果を示す図である。
【図７】複数本のエンドミルＥの加工を、本発明の実施形態によって行った場合（図中の黒点の場合）と、外径Ｄを測定しないで行った場合（図中の白抜き点の場合）との、加工後のエンドミルＥの外径の変化を示す図である。
【符号の説明】
１　コラム
２　スタイラス
３　タッチプローブ
４　校正用リング
５　校正用リング４の内円部
Ｅ　エンドミル
Ｄ　エンドミルＥの外径
Ｏ　エンドミルＥの中心軸線
【図１】
2004074313.tif 000006
【図２】
2004074313.tif 000007
【図３】
2004074313.tif 000008
【図４】
2004074313.tif 000009
【図５】
2004074313.tif 000010
【図６】
2004074313.tif 000011
【図７】
2004074313.tif 000012