(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線回りに回転される工具本体の先端に形成された凹穴に、外径に対して内径を偏心させた偏心スリーブが挿入されるとともに、該偏心スリーブの内周面に先端外周部に切刃を備えた工具ヘッドのシャンクが挿入され、前記偏心スリーブを前記工具本体に対して相対回転させることで前記切刃の刃先位置を工具径方向に変位させることが可能な切削工具の工具径補正装置であって、
前記工具本体の後端側が、テーブルに対して三次元方向に相対移動可能な主軸に取り付けられるとともに、該主軸の可動範囲内に、前記偏心スリーブを把持固定可能なクランプ装置が設けられ、
測定した前記切削工具による加工径Ｄ２と予め設定した目標径Ｄ１との差分ΔＤ（＝｜Ｄ１−Ｄ２｜）を算出する径誤差算出手段と、
前記差分ΔＤの分だけ切刃を変位させるのに必要な前記偏心スリーブの回転角度θを算出する回転角度算出手段と、
算出された前記回転角度θの分だけ前記主軸を回転させ、前記切刃の刃先位置を補正する主軸回転制御手段とを備えており、
前記回転角度算出手段において、前記偏心スリーブの偏心量Ｅと偏心スリーブの回転角度θと前記切刃による刃先径の半径変化量Ｂとの間で、前記差分ΔＤと半径変化量Ｂとの間にΔＤ＝２Ｂの関係が成立することから、前記回転角度θをθ＝ｓｉｎ-１ΔＤ／２Ｅとして求めることを特徴とする切削工具における工具径補正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マシニングセンタ等の工作機械において、ボーリングバー等の切削工具の切刃の刃先径を補正することが可能な工具径補正装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マシニングセンタ等の工作機械による切削加工において加工精度を向上させるには切削工具の切刃の刃先の磨耗の管理をする必要があり、一般的には、使用時間や使用回数をカウントして定期的にツールプリセッタを用いて加工径の測定を行い、該測定値に基づいて切刃の刃先位置、即ち刃先径の補正作業が行われる。
【０００３】
このような切削工具の切刃の刃先径を自動的に補正することが可能な方法及び装置として、例えば特許文献１及び２に示すものが提案されている。
特許文献１に示す自動ボーリング補正方法は、主軸の回転によりバイトの切込量を補正し得る切込量補正ユニットを備え、切込量補正に必要な主軸回転数を算出して、この回転数に相当する時間だけ主軸を回転させて切込量を補正するものである。
また特許文献２に示す刃先位置補正装置は、複数の刃物が列設されるとともに該刃物の刃先位置を割出し手段によって補正可能にしたボーリングバーを、刃先位置補正量演算器が演算した補正量の分だけ刃先位置補正手段が割出し手段を駆動させることによって刃先位置の補正を行うものである
【特許文献１】特開昭６２−４８４４９号公報
【特許文献２】実開平４−１２８１０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のように、ツールプリセッタによる切刃の刃先位置の測定値に基づいて補正を施す場合には、作業が煩雑となるとともに補正作業に時間を要してしまうため生産性が低下し、また、当該補正作業には経験と技術を要するため切刃の刃先径を正確に目標径に一致させることが困難であるという問題があった。
【０００５】
また、特許文献１に示す自動ボーリング補正方法は、刃先径の自動補正をすることができるものの、切込量補正ユニットを備えたボーリングバーにのみ適用可能であり汎用性がないという問題があった。
【０００６】
さらに、特許文献２に示す刃先位置補正装置においては、複数個所に刃物を有する長尺状のボーリングバーのみが対象であって、一般的なボーリングバーに適用することができず、また、刃先位置補正手段とボーリングバーとを接近させるための移動機構を別途備える必要があるため、装置が大掛かりとなって工作機械によっては構成上の制約のため容易に取り付けることができないという問題があった。
【０００７】
この発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、切削工具の径の調整を確実かつ容易に行うことができるとともに、工作機械に容易に設置することが可能で汎用性を備えた工具径補正装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、この発明は以下の手段を提案している。
即ち、本発明に係る切削工具における工具径補正装置は、軸線回りに回転される工具本体の先端に形成された凹穴に、外径に対して内径を偏心させた偏心スリーブが挿入されるとともに、該偏心スリーブの内周面に先端外周部に切刃を備えた工具ヘッドのシャンクが挿入され、前記偏心スリーブを前記工具本体に対して相対回転させることで前記切刃の刃先位置を工具径方向に変位させることが可能な切削工具の工具径補正装置であって、前記工具本体の後端側が、テーブルに対して三次元方向に相対移動可能な主軸に取り付けられるとともに、該主軸の可動範囲内に、前記偏心スリーブを把持固定可能なクランプ装置が設けられ、測定した前記切削工具による加工径Ｄ２と予め設定した目標径Ｄ１との差分ΔＤ（＝｜Ｄ１−Ｄ２｜）を算出する径誤差算出手段と、
前記差分ΔＤの分だけ切刃を変位させるのに必要な前記偏心スリーブの回転角度θを算出する回転角度算出手段と、
算出された前記回転角度θの分だけ前記主軸を回転させ、前記切刃の刃先位置を補正する主軸回転制御手段とを備えており、
前記回転角度算出手段において、前記偏心スリーブの偏心量Ｅと偏心スリーブの回転角度θと前記切刃による刃先径の半径変化量Ｂとの間で、前記差分ΔＤと半径変化量Ｂとの間にΔＤ＝２Ｂの関係が成立することから、前記回転角度θをθ＝ｓｉｎ-１ΔＤ／２Ｅとして求めることを特徴とする
【００１０】
このような特徴の工具径補正装置においては、まず主軸が切削工具を固定した状態でクランプ装置の設置位置まで移動し、該クランプ装置が偏心スリーブを固定把持する。そして、径誤差算出手段が、測定した加工径と予め設定した目標径との差分を切刃の刃先径の変位量として算出するとともに、回転角度算出手段が当該変位量を与えるのに必要な偏心スリーブの回転角度を算出する。
そして、算出された回転角度に基づいて主軸回転制御手段が主軸を回転させることにより偏心スリーブが相対回転され、切刃の刃先径が目標径に一致するように変位させられる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る切削工具における工具径補正装置によれば、測定した加工径と予め設定した目標値との差分から偏心スリーブの回転角度が算出され、この回転角度の値に基づいて主軸が回転して偏心スリーブが相対回転されることにより、切削工具の切刃の刃先径の調整を確実かつ容易に行うことができ、生産性及び加工精度を向上させることが可能となる。
また、クランプ装置、径誤差算出手段、回転角度算出手段及び主軸回転制御手段を設置することによって切刃の刃先径の補正を行うことが可能となるため、既存の工作機械にもオプションとして容易に取り付けることができ、汎用性の高い工具径補正装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の工具径補正装置及び工具径補正方法の実施の形態について、図１から図８を用いて詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る工具径補正装置の正面図、図２は工具径補正装置においてクランプ装置がボーリングバーを把持した状態を示す図である。径補正装置５０は、ボーリングバー１における切刃８の刃先位置を補正可能とするものであり、図１に示すクランプ装置１０と図６に示す補正制御部２０とを備えている。
【００１３】
クランプ装置１０は、図１から図３に示すように工作機械４０のテーブル４１の側方に設置され、ボーリングバー１に備えられた偏心スリーブ５を把持固定するものである。このクランプ装置１０は、支持部１１と、把持部１２と、ケーブル１３とから構成されている。
【００１４】
支持部１１は、工作機械４０の側方に張り出すようにしてテーブル４１に固定される張り出し板１４と、該張り出し板１４の端部から上方に向けて延在する立設部１５とから構成されている。なお、張り出し板１４の張り出し長さ及び立設部１５の高さは、上部に設けられる把持部１２が工作機械４０の主軸４２の可動範囲内であって、加工時の切粉の影響を受けない位置となるように設定されている。
【００１５】
把持部１２は、立設部１５の上部に固定支持された把持部本体１６と、該把持部本体１６から上下に互いに対向して一対が設けられ、それぞれ把持部本体１６との接続部を支点として回動可能な把持アーム１７ａ、１７ｂとを備えている。
【００１６】
２つの把持アーム１７ａ、１７ｂは、それぞれの先端側に正面視円弧状の当接面１９ａ、１９ｂを有する把持部材１８ａ、１８ｂが互いに対向するように設けられており、上側の把持アーム１７ａの当接面１９ａと下側の把持アーム１７ｂの当接面１９ｂとがボーリングバー１の偏心スリーブ５に上下から密着当接することによって偏心スリーブ５を把持できるように構成されている。
【００１７】
また、ケーブル１３は、工作機械４０のテーブル４１の下方から延びて把持部１２の把持部本体１６に接続されており、これにより把持部本体１６に把持アーム１７ａ、１７ｂを駆動させるための動力（エア、油圧、電力等）を供給するとともに、該把持アーム１７ａ、１７ｂの開閉を指示する信号を伝送する。
【００１８】
なお、本実施形態においては、工作機械４０はいわゆる横型のマシニングセンタであり、図２に示すよう主軸４２の先端にボーリングバー１が取り付けられ、該ボーリングバー１は横向きを維持したまま主軸４２の可動範囲内で三次元方向に移動できるようになっている。
【００１９】
ここで、本実施形態で用いられるボーリングバー１の詳細について図３から図５を用いて説明する。図３はボーリングバーの側面図、図４はボーリングバーの側断面図、図５は図３におけるＸ−Ｘ断面図である。
【００２０】
ボーリングバー１は、その後端側部分が軸線Ｏに沿って延びる工具本体２とされており、該工具本体２の後端（図３において右側）には主軸４２に取り付けるための取付孔３が形成されている。ボーリングバー１を主軸４２に取り付けるに際しては、この取付孔３内に設けられるプルスタットボルト（図示省略）が主軸４２内のクランプ機構(図示省略)によって引き込まれることによって、ボーリングバー１と主軸４２とが強固に結合される。
また、工具本体２の先端面には、図４に示すように、軸線Ｏを中心軸線として断面円形状に凹んだ有底穴状の凹穴４が開口している。
【００２１】
そして、この凹穴４には、内部が中空状とされた円筒部５ａを備えるとともにその先端部に該円筒部５ａよりも一段拡径したフランジ部５ｂを備えた偏心スリーブ５が挿入されている。
即ち、偏心スリーブ５は、円筒部５ａが工具本体２に対して軸線Ｏ回りに相対回転可能に凹穴４に挿入されており、該凹穴４の開口縁部においてフランジ部５ｂが工具径方向外側に向けて張り出すようにして配置されている。また、フランジ部５ｂの周方向外側に露呈する外周面は被把持部５ｃとされており、上記把持部１２によって容易に把持・固定可能なようにローレット加工が施されている。また、この被把持部５ｃには、スパナ等によって偏心スリーブ５を回転させるための面取りが適宜施されている。
【００２２】
また、この偏心スリーブ５の内周面６ｂの内径は、詳しくは図５に示すように、偏心状態に形成されている。即ち、偏心スリーブ５の外周面６ａの外径が軸線Ｏを中心とした円形状に形成されているのに対して、内周面６ｂの内径は軸線Ｏから一定距離平行に離間した偏心軸線Ｏ´を中心とした円形状に形成されている。
【００２３】
このような偏心スリーブ５の内周面６ｂには、先端外周に切刃８を備えた工具ヘッド７の後端部分に当たるシャンク７ａが挿入されている。シャンク７ａは偏心スリーブ５の内周面６ｂに密着する円柱状をなしており、その中心軸線は上記偏心軸線Ｏ´に一致させられている。
【００２４】
また、工具ヘッド７のシャンク７ａの後端は、工具本体２の取付孔３の底部に挿入されたネジ部材９ａによって該工具本体２と連結されており、さらに、ドライブピン９ｂによって工具本体２に対して周方向に回動不能に固定されている。これによって、工具本体２が主軸４２によって回転された際には、工具ヘッド７も一体となって回転するようになっている。なお、該ドライブピン９ｂは、工具ヘッド７のシャンク７ａの後端に直径方向に沿って切り欠かれて形成された凹溝７ｂに挿入されており、これによりドライブピン９ｂは該凹溝７ｂに沿ってシャンク７ａに対して径方向に相対移動可能とされている。
【００２５】
ここで、偏心スリーブ５を工具本体２に対して相対回転させた場合、図５に示す偏心軸線Ｏ´が軸線Ｏを中心とした円形の軌跡を描くように移動する。これに伴って、工具ヘッド７のシャンク７ａの中心軸線も偏心軸線Ｏ´に従って移動し、ドライブピン９ｂが凹溝７ｂに沿ってシャンク７ａに対して相対移動するとともに、軸線Ｏと切刃８との距離が変化する。これによって、このボーリングバー１においては、偏心スリーブ５の回転角度θに応じて切刃８の刃先径を変位させることが可能となっている。
【００２６】
次に、本実施形態の工具径補正装置５０において、ボーリングバー１における切刃８の刃先径を補正する補正制御部２０について、図６のブロック図を用いて説明する。
この補正制御部２０は、径誤差算出手段２１と、回転角度算出手段２２と、主軸回転制御手段２３とを備えている。
【００２７】
径誤差算出手段２１は、目標径設定手段３０から入力された目標径Ｄ１と、加工径測定手段３１が測定した加工径Ｄ２とを比較演算して、その差分△Ｄ（＝｜Ｄ１−Ｄ２｜）を回転角度算出手段２２に出力する。
ここで、加工径Ｄ２とは、実際にボーリングバー１の切刃８によって被切削物に形成された加工穴の内径を示している。即ち、本実施形態の径補正装置５０においては、径補正を施す際に、切削加工による加工径Ｄ２を加工径測定手段３１によって直接的に測定し、当該加工径Ｄ２と目標径Ｄ１との差分△Ｄに基づいて径補正を行う。
なお、加工径測定手段３１としては、手動で測定するものや機械的に測定するもの等を適宜採用することができる。
【００２８】
回転角度算出手段２２は、上記差分△Ｄだけ切刃８の刃先径を変位させるのに必要な偏心スリーブ５の回転角度θを算出して主軸回転制御手段２３に出力する。
ここで、偏心スリーブ５の偏心量Ｅ（軸線Ｏと偏心軸線Ｏ´との距離）と偏心スリーブ５の回転角度θと切刃８による刃先径の半径変化量Ｂとの間には、近似的にsinθ＝Ｂ／Ｅの関係が成立する（図７参照）。
また、差分△Ｄは切刃８に与えるべき直径変化量に対応するため、半径変化量Ｂとの間には、△Ｄ＝２Ｂの関係が成立する。
従って、回転角度θはθ＝sin−１△Ｄ／２Ｅとして求めることができ、回転角度算出手段２２は当該式に基づいて差分△Ｄから回転角度θを算出する。
【００２９】
そして、主軸回転手段２３は、回転角度算出手段２２から入力された回転角度θの分だけ主軸を回転させる制御を行う。
【００３０】
本実施形態による工作機械の径補正装置５０は上述の構成を備えており、次にその作用を図８に示すフローチャートに沿って説明する。
まず、ボーリングバー１の切刃８の径補正を行うに当たっては、目標径設定手段３０にて目標径Ｄ１を設定する（ステップ１０１）。
【００３１】
次に、ボーリングバー１により実際に切削加工が施された被切削物の加工径Ｄ２が加工径測定手段３１によって測定される（ステップ１０２）。
【００３２】
上記加工径Ｄ２は径誤差算出手段２２に入力されて、当該径誤差算出手段２１により目標径Ｄ１と回転径Ｄ２との差分△Ｄが算出される（ステップ１０３）。
【００３３】
続いて、径誤差算出手段２１が算出した差分△Ｄに基づいて回転角度算出手段２２が、主軸４２の回転角度θを算出する（ステップ１０４）。
【００３４】
ここで、主軸４２が三次元方向に移動することによって、当該主軸４２に取り付けられたボーリングバー１がクランプ装置１０の位置まで移動され、当該クランプ装置１０の把持アーム１７ａ、１７ｂによって偏心スリーブ５の被把持部５ｃが把持される（ステップ１０５）。これによって、偏心スリーブ５はボーリングバー１の軸線Ｏ回りに回動不能に固定される。
【００３５】
そして、主軸回転制御手段２２が主軸４２を算出された回転角度θの分だけ軸線Ｏ回りに回転させる（ステップ１０６）。これにより、偏心スリーブ５がクランプ装置１０によって把持・固定されていることからボーリングバー１においては工具本体２及び工具ヘッド７のみが回転する。即ち、偏心スリーブ５が工具本体２及び工具ヘッド７に対して相対回転して切刃８の刃先位置が差分△Ｄの分だけ補正され、これにより径補正作業が終了する（ステップ１０７）。
【００３６】
このようにして、主軸４２がボーリングバー１を装着した状態でクランプ装置１０の設置位置まで移動し、該クランプ装置１０がボーリングバー１の偏心スリーブ５を固定把持し、径誤差算出手段２１が測定した加工径Ｄ２と予め設定した目標径Ｄ１との差分△Ｄを切刃８の刃先径の変位量として求めるとともに、回転角度算出手段２２が当該変位量を与えるのに必要な偏心スリーブ５の回転角度θを算出する。
そして、算出された回転角度θに基づいて主軸回転制御手段２２が主軸４２を回転させることにより偏心スリーブ５が相対回転され、切刃８の刃先位置が目標径Ｄ１に一致するよう補正される。
【００３７】
以上のように、本実施形態の工具径補正装置５０及び径補正方法においては、ボーリングバー１の切刃８の刃先径の補正を機械的に自動で行うことができるため、当該径補正を確実かつ容易に行うことができ、生産性及び加工精度を向上させることが可能となる。
また、クランプ装置１０、径誤差算出手段２１、回転角度算出手段２２及び主軸回転制御手段２２とを設置することによって切刃８の刃先径の補正を行うことができるため、既存の工作機械にもオプションとして容易に取り付けることができ、汎用性の高い径補正装置５０を提供することが可能となる。
【００３８】
以上、工具径補正装置５０の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば本実施形態においては、切削工具としてボーリングバー１を用いた例を説明したが、これに限定されることはなく、偏心スリーブ５を備えた切削工具であれば他の工具であっても適用可能である。
また、本実施形態のクランプ装置１０のように一対の把持アーム１７ａ、１７ｂにて把持する構成のみならず、ボーリングバーにおける偏心スリーブ５を固定できるものであれば他の構成のものであってもよい。例として、偏心スリーブ５の被把持部５ｃにギア歯を設けてクランプ手段に当該ギア歯と噛合するギア部を設ける手法等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態に係る工具径補正装置の正面図である。
【図２】工具径補正装置においてクランプ装置がボーリングバーを把持した状態を示す図である。
【図３】ボーリングバーの側面図である。
【図４】ボーリングバーの側断面図である。
【図５】図４におけるＸ‐Ｘ断面図である。
【図６】補正制御部を示すブロック図である。
【図７】偏心量、半径変位量及び回転角度との関係を説明する図である。
【図８】径補正を説明するのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４０】
１      ボーリングバー
２      工具本体
４      凹穴
５      偏心スリーブ
７      工具ヘッド      
８      切刃
１０    クランプ装置
２１    径誤差算出手段
２２    回転角度算出手段
２３    主軸回転制御手段    
４１    テーブル
５０    工具径補正装置
Ｄ１    目標径
Ｄ２    加工径
△Ｄ    差分
θ      回転角度
Ｏ      軸線
Ｏ´    偏心軸線
【図１】
0005126672.tif 000002
【図２】
0005126672.tif 000003
【図３】
0005126672.tif 000004
【図４】
0005126672.tif 000005
【図５】
0005126672.tif 000006
【図６】
0005126672.tif 000007
【図７】
0005126672.tif 000008
【図８】
0005126672.tif 000009