(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工具を回転させるための主軸を備える工作機械で用いられる工具ホルダにおいて、
前記主軸のハウジングに接続され固定される外側部分と、
前記主軸に把持され第１の回転数で回転させられる回転入力部と、
前記回転入力部からの回転動力が伝達され、前記第１の回転数とは異なる第２の回転数で回転する回転出力部と、
前記回転出力部からの動力によって、前記主軸の回転軸線に交差する第１の方向に移動されるスライダと、
前記スライダによって前記第１の方向に移動されると共に、前記回転入力部によって回転される切れ刃と、
前記切れ刃が原点位置にあることを検出するための検出機構と、
を備え、
前記回転出力部は、前記スライダが移動しすぎたときに前記回転出力部からの動力の伝達を遮断するクラッチ機構を有し、前記回転入力部の回転位置と前記スライダの第1方向の位置と対応を調整することができることを特徴とした工具ホルダ。
【請求項２】
前記検出機構は、流体を通す流路を有し、
前記流路は、前記切れ刃が前記原点位置にあるときに閉じられ、前記切れ刃が前記原点位置にないときに開けられるように構成されている、又は、前記切れ刃が前記原点位置にあるときに開けられ、前記切れ刃が前記原点位置にないときに閉じられるように構成されている、請求項１に記載の工具ホルダ。
【請求項３】
工具を回転させるための主軸を備える工作機械を用いたワーク加工方法において、
前記工作機械は、回転角度位置を制御可能な主軸を備え、
当該ワーク加工方法は、
前記工作機械の前記主軸に工具ホルダを装着するステップであって、前記工具ホルダは、前記主軸のハウジングに接続され固定される外側部分と、前記主軸に把持され第１の回転数で回転させられる回転入力部と、前記回転入力部からの回転動力が伝達され、前記第１の回転数とは異なる第２の回転数で回転する回転出力部と、前記回転出力部からの動力によって、前記主軸の回転軸線に交差する第１の方向に移動されるスライダと、前記スライダによって前記第１の方向に移動されると共に、前記回転入力部によって回転される切れ刃と、前記切れ刃が原点位置にあることを検出する検出機構と、を備える、ステップと、
前記主軸に前記工具ホルダを装着した後に、前記第１の方向における前記切れ刃の位置が原点位置にあるか否かを検出するステップと、
前記検出するステップで、前記切れ刃の位置が原点位置にないときに、前記主軸を回転させて前記切れ刃の位置を原点位置に移動するステップと、
前記切れ刃の位置が原点位置にあるときの回転角度位置を前記主軸の回転角度位置制御の原点とするステップと、
前記工作機械によって、前記主軸の回転角度位置を制御して、前記切れ刃を回転させると共に前記切れ刃を所望の移動量になるまで前記第１の方向に移動させながらワークを加工するステップと、
を備えることを特徴としたワーク加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、工具ホルダ及び加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、切れ刃を回転させると共に、切れ刃を回転軸線に対して径方向に移動させながらワークを加工する方法が知られている。例えば、特許文献１は、このような加工に用いられるＵセンタ工具を開示している。このＵセンタ工具は、主軸とは別に付加軸（Ｕ軸）を有するマシニングセンタで用いられる。切れ刃は、マシニングセンタの主軸によって回転させられると共に、上記のＵ軸駆動軸によって主軸軸線と直交するＵ軸方向へ送られる。このような動作によって、フェーシング及びボーリング等の加工が行われる。
【０００３】
また、特許文献２は、上記のような加工に用いられるフェーシングユニットを開示している。このフェーシングユニットは、中空の主軸の内部に、回転軸線に沿って移動可能なラック軸を有する工作機械で用いられる。ラック軸の軸線方向の移動は、ピニオンによって径方向の移動に変換される。切れ刃は、工作機械の主軸によって回転させられると共に、上記のラック軸及びピニオンによって径方向に移動させられる。このような動作によって、中ぐり及び平面切削等の加工が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−９１４８４号公報
【特許文献２】特開平２−２７４４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特許文献１，２のような工具ホルダでは、切れ刃の径方向の位置を検出することができない。したがって、例えば、切れ刃を過度に移動させることによる削り過ぎを防止するために、例えば、リミットを設ける必要がある。このため、リミットで定められた径しか加工できず、複数の異なる径を加工する場合には、例えば、複数の工具ホルダを準備する必要がある。この場合、工具ホルダの交換に時間がかかる。
【０００６】
本開示は、上記のような課題を考慮して、フェーシング加工を短時間で行うことが可能な工具ホルダ及び加工方法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】
【０００７】
本開示の一態様は、工具を回転させるための主軸を備える工作機械で用いられる工具ホルダにおいて、主軸のハウジングに接続され固定される外側部分と、主軸に把持され第１の回転数で回転させられる回転入力部と、回転入力部からの回転動力が伝達され、第１の回転数とは異なる第２の回転数で回転する回転出力部と、回転出力部からの動力によって、主軸の回転軸線に交差する第１の方向に移動されるスライダと、スライダによって第１の方向に移動されると共に、回転入力部によって回転される切れ刃と、切れ刃が原点位置にあることを検出するための検出機構と、を備え、前記回転出力部は、前記スライダが移動しすぎたときに前記回転出力部からの動力の伝達を遮断するクラッチ機構を有し、前記回転入力部の回転位置と前記スライダの第1方向の位置と対応を調整することができようにした工具ホルダである。
【０００８】
本態様の工具ホルダは、回転出力部からの動力（すなわち、主軸からの回転動力）によって切れ刃を第１の方向に移動させるスライダを備える。このような工具ホルダでは、主軸の回転角度量と、切れ刃の第１の方向への移動量と、を予め関連付けることできる。本発明者は、このような工具ホルダを、回転角度位置が制御可能な主軸（本開示において「Ｃｓ軸」とも称され得る）を備える工作機械と共に使用することによって、フェーシング加工を短時間で行えることを見出した。具体的には、主軸に工具ホルダを装着した後に、第１の方向における切れ刃の位置を測定することによって、主軸の回転角度位置と、第１の方向における切れ刃の位置と、を関連付けることができる。本態様の工具ホルダは、切れ刃が原点位置にあることを検出可能な検出機構を備えるため、切れ刃が原点位置にある場合に、そのときの回転角度位置を主軸の原点として設定することができる。よって、工作機械は、加工中、切れ刃の原点からの第１の方向への移動量を、予め関連付けられている主軸の回転角度量と第１の方向への切れ刃の移動量との関係に基づいて算出可能である。したがって、リミッタ無しに削り過ぎを防止することができ、かつ、工具ホルダを交換すること無しに、１つの工具ホルダで複数の径を加工可能である。よって、フェーシング加工を短時間で行うことが可能である。
【０００９】
検出機構は、流体を通す流路を有してもよく、流路は、切れ刃が原点位置にあるときに閉じられ、切れ刃が原点位置にないときに開けられるように構成されていてもよい、又は、切れ刃が原点位置にあるときに開けられ、切れ刃が原点位置にないときに閉じられるように構成されていてもよい。これらの場合、流路に流体を通し、流路内の流体の圧力をセンサで検出することによって、流路の開閉に基づいて切れ刃が原点位置にあるか否かを検出することができる（何故ならば、流路が閉じられているときには、流路内の流体の圧力は上昇する）。したがって、流体（例えば、圧縮空気）を用いて検出が可能であるため、工具ホルダの構成要素を損傷する可能性を低減することができる。
【００１０】
本開示の他の態様は、工具を回転させるための主軸を備える工作機械を用いたワーク加工方法において、工作機械は、回転角度位置を制御可能な主軸を備え、当該方法は、  工作機械の主軸に工具ホルダを装着するステップであって、工具ホルダは、主軸のハウジングに接続され固定される外側部分と、主軸に把持され第１の回転数で回転させられる回転入力部と、回転入力部からの回転動力が伝達され、第１の回転数とは異なる第２の回転数で回転する回転出力部と、回転出力部からの動力によって、主軸の回転軸線に交差する第１の方向に移動されるスライダと、スライダによって第１の方向に移動されると共に、回転入力部によって回転される切れ刃と、切れ刃が原点位置にあることを検出する検出機構と、を備える、ステップと、
主軸に工具ホルダを装着した後に、第１の方向における切れ刃の位置が原点位置にあるか否かを検出するステップと、
検出するステップで、切れ刃の位置が原点位置にないときに、主軸を回転させて切れ刃の位置を原点位置に移動するステップと、
切れ刃の位置が原点位置にあるときの回転角度位置を主軸の回転角度位置制御の原点とするステップと、
工作機械によって、主軸の回転角度位置を制御して、切れ刃を回転させると共に切れ刃を所望の移動量になるまで第１の方向に移動させながらワークを加工するステップと、を備えるワーク加工方法である。
【００１１】
この方法で使用される工具ホルダは、回転出力部からの動力（すなわち、主軸からの回転動力）によって切れ刃を第１の方向に移動させるスライダを備える。このような工具ホルダを、Ｃｓ軸を備える工作機械と共に使用することによって、主軸の回転角度位置と、第１の方向における切れ刃の位置と、を予め関連付けることができる。これは、主軸に工具ホルダを装着した後に、切れ刃の位置を測定するステップによって可能である。したがって、この方法では、加工中、第１の方向における切れ刃の位置を、予め関連付けられている主軸の回転角度量と第１の方向への切れ刃の移動量との関係に基づいて算出可能である。したがって、リミッタ無しに削り過ぎを防止することができ、かつ、工具ホルダを交換すること無しに、１つの工具ホルダで複数の径を加工可能である。よって、フェーシング加工を短時間で行うことが可能である。
【００１２】
工具ホルダは、切れ刃が原点位置にあることを検出する検出機構を更に備えてもよく、第１の方向における切れ刃の位置を測定するステップは、検出機構によって切れ刃が原点位置にあることを検出することを含んでもよい。この場合、切れ刃が原点位置にあることを測定することが可能であり、そのときの回転角度位置を主軸の原点として設定することができる。したがって、この場合、加工中、切れ刃の原点からの第１の方向への移動量を算出可能である。
【発明の効果】
【００１３】
本開示の一態様によれば、フェーシング加工を短時間で行うことが可能な工具ホルダ及び加工方法を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態に係る工具ホルダを示す回転軸線に沿った概略的な断面図である。
【図２】回転軸線に沿った図１と直交する概略的な断面図である。
【図３】原点位置にあるときの切れ刃を示す拡大断面図である。
【図４】最大径位置にあるときの切れ刃を示す拡大断面図である。
【図５】カウンタウェイトを示す、図３と逆向きに見た拡大断面図である。
【図６】図６（ａ）は噛み合った状態のクラッチ機構を示す概略的な斜視図である。図６（ｂ）は外れた状態のクラッチ機構を示す概略的な斜視図である。
【図７】図１の工具ホルダが装着された工作機械を示す概略的な側面図である。
【図８】工作機械の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、実施形態に係る工具ホルダ及び加工方法を説明する。同様な又は対応する要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。理解を容易にするために、図の縮尺は変更されている場合がある。
【００１６】
図１は、実施形態に係る工具ホルダ１００を示す回転軸線Ｏｓに沿った概略的な断面図であり、図７は、図１の工具ホルダ１００が装着された工作機械２００を示す概略的な側面図である。図７を参照して、工作機械２００は、例えば、立形マシニングセンタであることができる。工作機械２００は、他の加工機であってもよい。工作機械２００は、例えば、ベッド１１０と、コラム１２０と、サドル１３０と、主軸頭１４０と、主軸１５０と、テーブル１６０と、制御装置１７０を備えている。工作機械２００は、他の構成要素を更に有していてもよい。
【００１７】
本実施形態では、主軸１５０は、鉛直な軸線Ｏｓ周りに回転する。工作機械２００では、軸線Ｏｓに沿った方向がＺ軸方向（上下方向とも称され得る）である。また、工作機械２００では、水平方向のうち、コラム１２０とテーブル１６０とが対向する方向が、Ｙ軸方向（前後方向とも称され得る）である。コラム１２０に対してテーブル１６０が在る側が前側であり、その反対の側が後側である。さらに、工作機械２００では、水平方向のうち、Ｙ軸方向と垂直な方向が、Ｘ軸方向（左右方向とも称され得る）である。
【００１８】
ベッド１１０は、例えば、工場の床面等の基礎上に配置される。コラム１２０は、ベッド１１０の後部から垂直に延在している。サドル１３０は、コラム１２０の前面に移動可能に設けられている。サドル１３０は、例えば、Ｘ軸方向に移動可能である。主軸頭１４０は、サドル１３０の前面に移動可能に設けられている。主軸頭１４０は、例えば、Ｚ軸方向に移動可能である。主軸頭１４０は、主軸１５０を回転可能に支持しており、主軸１５０のハウジングに相当する。主軸１５０は、工具ホルダ１００を把持している。主軸１５０は、例えば、モータ（不図示）によって回転させられる。テーブル１６０は、ベッド１１０の前部に移動可能に設けられている。テーブル１６０は、例えば、Ｙ軸方向に移動可能である。サドル１３０、主軸頭１４０及びテーブル１６０の送り装置（不図示）の各々は、例えば、直動転がりガイド、ボールねじ機構及びモータ等を有していてもよい。サドル１３０、主軸頭１４０及びテーブル１６０の送り、並びに、主軸１５０の回転は、制御装置１７０（例えば、ＮＣ装置１７１）によって制御されることができる。
【００１９】
本実施形態では、工作機械２００は、主軸１５０の回転角度位置を制御可能である（Ｃｓ軸とも称され得る）。具体的には、本実施形態では、主軸１５０は、速度制御モードと、位置制御モード（Ｃｓ軸モードとも称され得る）と、の双方によって制御可能である。速度制御モードでは、主軸１５０は、速度（回転数）に基づいて制御され、この場合、主軸１５０の回転角度位置は制御されない。対照的に、Ｃｓ軸モードでは、主軸１５０は、回転数と共に、原点からの回転角度量に基づいて制御され、したがって、主軸１５０の回転角度位置が制御可能である。回転角度の原点は、例えば主軸頭１４０のある位置に対して定められた所定の位置に設定されることができる。さらに、原点は、この所定の位置からずれた任意の位置に変更されることもできる。本開示において、主軸１５０の回転数は、第１の回転数ｒ１と称され得る。
【００２０】
制御装置１７０は、工作機械２００の様々な構成要素を制御するように構成されている。制御装置１７０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサ、ハードディスクドライブ、ＲＯＭ（read only memory）及びＲＡＭ（random access memory）等の記憶装置、並びに、入力装置及び出力装置（例えば、マウス、キーボード、液晶ディスプレイ及び／又タッチパネル等）等の要素を有することができる。これらの要素は、バス（不図示）等を介して互いに接続されることができる。制御装置１７０は、他の要素を更に備えてもよい。
【００２１】
制御装置１７０は、サドル１３０、主軸頭１４０及びテーブル１６０の送り、並びに、主軸１５０の回転を制御するためのＮＣ装置１７１を有する。また、本実施形態では、制御装置１７０は、流路９１（図７において不図示。詳しくは後述）内の圧力の上昇を検出するためのＡ／Ｅ変換装置（Air Electronic変換装置）１７２を有している。Ａ／Ｅ変換装置１７２は、流体（例えば、圧縮空気）が通る配管Ｐによって流路９１と接続されている。流路９１及びそれに接続された配管Ｐ内の圧力が上昇すると、Ａ／Ｅ変換装置１７２は、圧力上昇を電気信号で示すことができる。Ａ／Ｅ変換装置の代わりに、エア圧力センサを使用してもよい。
【００２２】
続いて、工具ホルダ１００について詳細に説明する。
【００２３】
図７及び図１を比較すると、図１の工具ホルダ１００は、図７に示されている姿勢から、反時計回りに９０°だけ回転されていることがわかる。図１を参照して、工具ホルダ１００は、外側部分１０と、回転入力部２０と、変速機構３０と、回転出力部４０と、変換機構５０と、スライダ６０と、切れ刃７０と、を備えている。
【００２４】
図７を参照して、外側部分１０は、主軸頭（主軸のハウジング）１４０に接続され固定されている。具体的には、外側部分１０は、本体部１１と、位置決め部１２と、を有している。本体部１１は、概ね円筒形状を有しており、工具ホルダ１００のいくつかの構成要素（例えば、回転入力部２０の一部、変速機構３０及び回転出力部４０（図７において不図示）等）を収容している。本体部１１は、回転入力部２０を介して主軸１５０に接続される。
【００２５】
位置決め部１２は、本体部１１の外表面に設けられている。位置決め部１２は、主軸頭１４０に設けられた位置決めブロック１４１に接続され固定されるように構成されている。したがって、外側部分１０は、位置決め部１２によって主軸頭１４０に対して固定され、主軸頭１４０に対して回転しない。
【００２６】
回転入力部２０は、主軸１５０に把持される。具体的には、図１を参照して、回転入力部２０は、概ね円筒状を有しており、その一方の端部に、主軸１５０に把持されるように構成されたシャンク部２１を有している。回転入力部２０は、回転軸線Ｏｓに沿って、外側部分１０の本体部１１を一方の端部から他方の端部まで貫通している。回転入力部２０の他方の端部には、スライダ６０が保持されている。回転入力部２０の中間部分は、本体部１１の内部に収容されており、軸受Ｂ１によって本体部１１に回転可能に支持されている。回転入力部２０は、シャンク部２１を把持する主軸１５０によって直接的に回転される。すなわち、回転入力部２０は、主軸１５０と同様に、第１の回転数ｒ１で回転する。
【００２７】
変速機構３０は、回転入力部２０からの回転を変速（例えば、減速）するように構成されている。例えば、変速機構３０は、第１〜第６の歯車３１〜３６を有している。第１の歯車３１は、回転入力部２０に固定されており、回転入力部２０と共に回転する。第２の歯車３２は、外側部分１０の本体部１１に回転可能に支持されており、第１の歯車３１と噛み合う。第３の歯車３３は、第２の歯車３２と同じ軸を共有しており、本体部１１に回転可能に支持されている。第３の歯車３３は、第２の歯車３２と共に回転する。第４の歯車３４は、軸受Ｂ２を介して回転入力部２０に回転可能に支持されており、第３の歯車３３と噛み合う。第４の歯車３４は、リング形状を有しており、その内周面にも歯を有している。複数の第５の歯車３５の各々は、回転入力部２０に回転可能に支持されており、第４の歯車３４の内側の歯と噛み合うように、第４の歯車３４の内側に配置されている。第６の歯車３６は、回転出力部４０に固定されており、回転出力部４０と共に回転する。第６の歯車３６は、複数の第５の歯車３５と噛み合う。回転入力部２０が主軸１５０によって回転させられると、回転入力部２０上の第１の歯車３１が第２の歯車３２を回転させ、これによって、第３の歯車３３が第２の歯車３２と共に回転する。第３の歯車３３は、第４の歯車３４を回転させ、これによって、第４の歯車３４の内側の歯と噛み合う複数の第５の歯車３５も回転する。第５の歯車３５は、第６の歯車３６を回転させ、これによって、回転出力部４０が第６の歯車３６と共に回転する。なお、当業者であれば、所望の変速比（例えば、減速比）に応じて、第１〜第６の歯車３１〜３６の仕様を適宜設定することができることに留意されたい。変速機構３０は、回転入力部２０からの回転を、例えば、約１／１００まで減速するように構成されてもよい。変速比は、他の値であってもよい。また、変速機構３０の構成は上記に限られず、変速機構３０は、他の構成を有していてもよい。
【００２８】
回転出力部４０には、上記のように、変速機構３０を介して回転入力部２０からの回転動力が伝達される。回転出力部４０は、変速機構３０の変速比に応じて、第１の回転数ｒ１とは異なる第２の回転数ｒ２で回転する。回転出力部４０は、概ね円柱状又は円筒状を有しており、軸受Ｂ３を介して回転入力部２０の内側に回転可能に設けられている。
【００２９】
回転出力部４０は、クラッチ機構４１を有している。クラッチ機構４１は、変換機構５０の本体部５１（詳しくは後述）が図１において右側又は左側に移動し過ぎたときに、回転出力部４０から変換機構５０への動力の伝達を遮断するように構成されている。
【００３０】
図６（ａ）は、噛み合った状態のクラッチ機構４１を示す概略的な斜視図であり、図６（ｂ）は、外れた状態のクラッチ機構４１を示す概略的な斜視図である。図６（ａ）（ｂ）を参照して、クラッチ機構４１は、複数の皿バネ４１ａと、クラッチ部品４１ｂと、従動部品４１ｃと、を含んでいる。図１を参照して、クラッチ部品４１ｂは、回転出力部４０の本体部４２に固定されている。従動部品４１ｃには、変換機構５０の本体部５１に設けられた雄ねじ部５１ａと係合する雌ねじ部４１ｆが設けられている。
【００３１】
図６（ｂ）を参照して、クラッチ部品４１ｂには、複数のボール４１ｄが回転可能に埋め込まれており、従動部品４１ｃには、ボール４１ｄと係合可能な複数の凹部４１ｅが設けられている。図６（ａ）に示されるように、通常時には、ボール４１ｄは凹部４１ｅと係合している。したがって、回転出力部４０の本体部４２（図６において不図示）からの回転動力は、クラッチ部品４１ｂ、ボール４１ｄ及び凹部４１ｅを介して、従動部品４１ｃに伝達される。図１を参照して、従動部品４１ｃが回転すると、従動部品４１ｃの雌ねじ部４１ｆと変換機構５０の雄ねじ部５１ａとの間の係合によって、変換機構５０が回転軸線Ｏｓに沿って直線的に移動される。以上のような構成によって、回転出力部４０の回転動作が、回転軸線Ｏｓに沿った直線動作に変換される。
【００３２】
変換機構５０の本体部５１が図１において右側又は左側に移動し過ぎたとき、変換機構５０の雄ねじ部５１ａは、もはや従動部品４１ｃの雌ねじ部４１ｆに沿って移動できなくなるため、従動部品４１ｃにかかる回転トルクが上昇する。図６（ｂ）に示されるように、従動部品４１ｃにかかる回転トルクが所定の値よりも上昇すると、ボール４１ｄは凹部４１ｅから抜け出し、クラッチ部品４１ｂを従動部品４１ｃから離れるように押す。これによって、皿バネ４１ａが変形し、クラッチ部品４１ｂが従動部品４１ｃから離れる。以上のような構成によって、回転出力部４０から変換機構５０への動力の伝達が遮断され、これによって、部品の損傷を防止することができる。
【００３３】
図１を参照して、変換機構５０は、回転出力部４０から入力される回転動作を、回転軸線Ｏｓに交差する（例えば、直交する）径方向（第１の方向）の直線動作に変換する。具体的には、変換機構５０は、本体部５１と、旋回部５２と、を有している。上記のように、本体部５１は、雄ねじ部５１ａを含んでいる。本体部５１は、雄ねじ部５１ａと従動部品４１ｃの雌ねじ部４１ｆとの間の係合によって、回転出力部４０からの回転動力により回転軸線Ｏｓに沿って移動される。本体部５１には第１のラック５１ｂが設けられており、旋回部５２には第１のラック５１ｂと係合する第１のピニオン５２ａが設けられている。本体部５１が回転軸線Ｏｓに沿って移動すると、第１のラック５１ｂと第１のピニオン５２ａとの間の係合によって、旋回部５２が回転される。旋回部５２は、第２のピニオン５２ｂを含んでいる。
【００３４】
スライダ６０は、変換機構５０を介して、回転出力部４０からの動力（すなわち、主軸１５０からの回転動力）によって、径方向に移動するように構成されている。具体的には、スライダ６０は、変換機構５０の旋回部５２の第２のピニオン５２ｂと係合するラック６０ａを有している。旋回部５２が回転すると、旋回部５２の第２のピニオン５２ｂとスライダ６０のラック６０ａとの間の係合によって、スライダ６０が径方向に移動される。
【００３５】
スライダ６０は、切れ刃７０を保持するように構成されている。スライダ６０は、径方向には、回転入力部２０に対して移動可能に支持されている一方で、スライダ６０は、回転方向には、回転入力部２０に対して固定されている。したがって、スライダ６０は、回転入力部２０と共に回転する。すなわち、スライダ６０（及びそれによって保持された切れ刃７０）は、主軸１５０及び回転入力部２０と同様に、第１の回転数ｒ１で回転する。
【００３６】
図３は、原点位置ＣＰ１にあるときの切れ刃７０を示す拡大断面図であり、図４は、最大径位置ＣＰ２にあるときの切れ刃７０を示す拡大断面図である。図３及び図４に示されるように、切れ刃７０は、回転軸線Ｏｓ寄りの原点位置ＣＰ１（図３）と、最大径位置ＣＰ２（図４）と、の間を回転軸線Ｏｓに対して径方向に直線移動可能である。対応するように、変換機構５０の本体部５１は、回転出力部４０よりの原点位置ＳＰ１（図３）と、回転出力部４０から離れた終端位置（又は、中間位置）ＳＰ２（図４）と、の間を回転軸線Ｏｓに沿って直線移動可能である。
【００３７】
図５は、カウンタウェイト機構８０を示す、図３と逆向きに見た拡大断面図である。図３及び図５を比較して、工具ホルダ１００をＹＺ平面に沿って切断した場合に、図３は、一方の半分の断面（Ｘ方向において正の方向に見たときの断面）を示し、図５は、他方の半分の断面（Ｘ方向において負の方向に見たときの断面）を示している。図３及び図５から、カウンタウェイト機構８０とスライダ６０とは、回転軸線Ｏｓを通る平面（図３及び図５ではＹＺ平面）に対して隣り合わせに並べられていることがわかる。したがって、図３では、カウンタウェイト機構８０は、スライダ６０の背後にあるため、カウンタウェイト機構８０は図示されていない。同様に、図５では、スライダ６０は、カウンタウェイト機構８０の背後にあるため、スライダ６０は図示されていない。これは、図３（及び図５）から回転軸線Ｏｓ周りに９０°回転された断面を示す図２からもわかる。図２に示されるように、カウンタウェイト機構８０とスライダ６０とは、ＹＺ平面に対して隣り合わせに並べられている。
【００３８】
図３を参照して、スライダ６０が原点位置ＣＰ１から離れるように移動すると、スライダ６０の重心が回転軸線Ｏｓから離れるように移動する。したがって、スライダ６０の重心のずれに起因する遠心力が工具ホルダ１００に加わる。遠心力は、加工精度に悪影響を及ぼし得る。したがって、図５を参照して、工具ホルダ１００は、上記の遠心力を相殺するために、カウンタウェイト機構８０を備えている。カウンタウェイト機構８０は、ウェイト部８１と、旋回部８２と、を有している。
【００３９】
具体的には、変換機構５０の本体部５１は、第１のラック５１ｂとは反対側に、第２のラック５１ｃを含んでいる。旋回部８２は、第２のラック５１ｃと係合する第１のピニオン８２ａを含んでおり、本体部５１が回転軸線Ｏｓに沿って移動すると、本体部５１によって回転される。また、旋回部８２は、第２のピニオン８２ｂを含んでおり、ウェイト部８１は、第２のピニオン８２ｂと係合するラック８１ａを含んでいる。旋回部８２が回転すると、ウェイト部８１は、旋回部８２によって回転軸線Ｏｓに対して径方向に直線的に移動される。
【００４０】
図３を参照して、変換機構５０の本体部５１が原点位置ＳＰ１から移動すると、旋回部５２によってスライダ６０が原点位置ＣＰ１から径方向に移動される。同時に、図５を参照して、本体部５１が原点位置ＳＰ１から移動すると、旋回部８２によってウェイト部８１がスライダ６０とは反対方向に径方向に移動される。以上のような構成によって、スライダ６０（図３）の重心のずれが、ウェイト部８１（図５）の重量によって相殺される。
【００４１】
図１を参照して、工具ホルダ１００は、切れ刃７０が原点位置ＣＰ１にあることを検出するための検出機構９０を備えている。具体的には、本実施形態では、検出機構９０は、流体を通すための流路９１を有している。図７を参照して、流路９１（図７において不図示）は、位置決めブロック１４１を介して配管Ｐに接続される。図１を参照して、流路９１は、位置決め部１２から、外側部分１０と回転入力部２０との間に配置されたシールＳＬまで貫通している。
【００４２】
図２は、回転軸線Ｏｓに沿った図１と直交する概略的な断面図であり、図１から回転軸線Ｏｓ周りに９０°回転された断面を示す。流路９１は、更に、シールＳＬから回転入力部２０を貫通し、回転軸線Ｏｓに対して平行に延在している。流路９１は、更に、回転入力部２０、従動部品４１ｃ及び本体部５１によって画定された空間ＳＣへ通じている。図４を参照して、流路９１は、更に、空間ＳＣから、回転入力部２０に設けられた開口９２を介して回転入力部２０を通り、回転入力部２０の外部へと通じている。
【００４３】
図３に示されるように、開口９２は、変換機構５０が原点位置ＳＰ１にあるとき（すなわち、切れ刃７０が原点位置ＣＰ１にあるとき）に、変換機構５０の本体部５１と対向するように位置付けられている。したがって、流路９１は、変換機構５０が原点位置ＳＰ１にあるときに、本体部５１によって全体的に又は部分的に閉じられる。よって、変換機構５０が原点位置ＳＰ１にあるときに、開口９２よりも上流の流路９１及びそれに接続された配管Ｐ内の流体の圧力が上昇する。対照的に、図４に示されるように、流路９１は、変換機構５０が原点位置ＳＰ１にないときには開けられる。
【００４４】
図２を参照して、工具ホルダ１００は、切れ刃７０にクーラントを供給するための流路９５を有している。流路９５は、回転入力部２０の一方の端部寄りの入口９５ａから、他方の端部の噴射口９５ｂまで延びている。クーラントは、入口９５ａから流路９５に供給され、噴射口９５ｂから切れ刃７０に向けて噴射される。
【００４５】
続いて、実施形態に係るワーク加工方法について説明する。
【００４６】
図８は、工作機械２００の動作を示すフローチャートである。例えば、動作は、ワークのフェーシング加工であることができる。例えば、ワーク加工方法は、制御装置１７０にワークの加工が指令されると開始される。制御装置１７０は、工具ホルダ１００を主軸１５０に装着するために、工具交換位置に主軸１５０を移動する（主軸オリエンテーションとも称され得る）（ステップＳ１００）。続いて、主軸１５０に装着されている工具を、工具ホルダ１００と交換する（ステップＳ１０２）。これによって、工具ホルダ１００が主軸１５０に装着される。工具交換は、例えば、ＡＴＣ（Automatic Tool Changer）（不図示）によって実施されてもよく、制御装置１７０は、ＡＴＣに指令を送信してもよい。
【００４７】
続いて、制御装置１７０は、主軸１５０を速度制御モードからＣｓ軸モードに切り替える（ステップＳ１０４）。続いて、制御装置１７０は、切れ刃７０が原点位置ＣＰ１にあるか否かを検出する（ステップＳ１０６）。例えば、制御装置１７０は、配管Ｐを介して圧縮空気を流路９１に供給し、流路９１内の圧縮空気の圧力が所定の値よりも高いか否かを、Ａ／Ｅ変換装置１７２の電気信号に基づいて判断することができる。圧力が所定の値よりも高い場合には、流路９１は変換機構５０の本体部５１によって閉じられている、つまり、変換機構５０は原点位置ＳＰ１にある（すなわち、切れ刃７０は原点位置ＣＰ１にある）。圧力が所定の値以下である場合には、流路９１は開いている、つまり、変換機構５０は原点位置ＳＰ１にない（すなわち、切れ刃７０は原点位置ＣＰ１にない）。
【００４８】
ステップＳ１０６において、切れ刃７０は原点位置ＣＰ１にあると検出された場合、制御装置１７０は、そのときの主軸１５０の回転角度位置をＣｓ軸モードの原点に設定し、これによって、切れ刃７０の径方向の位置と、主軸１５０の回転角度位置と、を関連付ける（ステップＳ１０８）。ステップＳ１０６において、切れ刃７０は原点位置ＣＰ１にないと検出された場合、制御装置１７０は、切れ刃７０を原点位置ＣＰ１に移動させる（ステップＳ１１０）。具体的には、制御装置１７０は、切れ刃７０が原点位置ＣＰ１に移動するまで（すなわち、流路９１内の圧縮空気の圧力が所定の値よりも高くなるまで）、主軸１５０を回転させる。続いて、制御装置１７０は、ステップＳ１０８を実行する。
【００４９】
続いて、制御装置１７０は、主軸１５０を加工開始位置まで移動させる（主軸位置決めとも称され得る）（Ｓ１１２）。続いて、制御装置１７０は、切れ刃７０を回転させると共に切れ刃７０を径方向に移動させながらワークを加工し（ステップＳ１１４）、一連の動作は終了する。具体的には、制御装置１７０は、所望の径を加工するために、所定の回転角度量だけ主軸１５０を回転させる。主軸１５０の回転角度量及び切れ刃７０の径方向への移動量は、上記の各構成要素の仕様（例えば、回転出力部４０の雌ねじ部４１ｆ、変換機構５０の雄ねじ部５１ａ、第１のラック５１ｂ、第１のピニオン５２ａ及び第２のピニオン５２ｂ、並びに、スライダ６０のラック６０ａ）に基づいて予め関連付けられているため、所望の径を加工するために、切れ刃７０の径方向の移動量を、主軸１５０の回転角度量に基づいて制御することができる。
【００５０】
以上、実施形態に係る工具ホルダ１００は、回転出力部４０からの動力（すなわち、主軸１５０からの回転動力）によって切れ刃７０を径方向に移動させるスライダ６０を備える。このような工具ホルダ１００では、主軸１５０の回転角度量と、切れ刃７０の径方向への移動量と、を予め関連付けることできる。したがって、主軸１５０に工具ホルダ１００を装着した後に、径方向における切れ刃７０の位置を測定することによって、主軸１５０の回転角度位置と、径方向における切れ刃７０の位置と、を関連付けることができる。実施形態に係る工具ホルダ１００は、切れ刃７０が原点位置ＣＰ１にあることを検出可能な検出機構９０を備えるため、切れ刃７０が原点位置ＣＰ１にある場合に、そのときの主軸１５０の回転角度位置をＣｓ軸モードの原点として設定することができる。よって、工作機械２００は、加工中、切れ刃７０の原点位置ＣＰ１からの径方向への移動量を、予め関連付けられている主軸１５０の回転角度量と径方向への切れ刃７０の移動量との関係に基づいて、算出可能である。したがって、リミッタ無しに削り過ぎを防止することができ、かつ、工具ホルダ１００を交換すること無しに、１つの工具ホルダ１００で複数の径を加工可能である。よって、フェーシング加工を短時間で行うことが可能である。
【００５１】
また、工具ホルダ１００では、検出機構９０は、流体を通す流路９１を有しており、流路９１は、切れ刃７０が原点位置ＣＰ１にあるときに閉じられ、切れ刃７０が原点位置ＣＰ１にないときに開けられるように構成されている。したがって、流路９１に流体を通すことによって、流路９１が閉じられたとき（すなわち、切れ刃７０が原点位置ＣＰ１にあるとき）の流体の圧力上昇をＡ／Ｅ変換装置１７２で検出することが可能である。したがって、流体（例えば、圧縮空気）を用いて検出が可能であるため、工具ホルダ１００の構成要素を損傷する可能性を低減することができる。
【００５２】
また、実施形態に係る方法で使用される工具ホルダ１００は、回転出力部４０からの動力（すなわち、主軸１５０からの回転動力）によって切れ刃７０を径方向に移動させるスライダ６０を備える。このような工具ホルダ１００を、Ｃｓ軸を備える工作機械２００と共に使用することによって、主軸１５０の回転角度位置と、径方向における切れ刃７０の位置と、を関連付けることができる。これは、主軸１５０に工具ホルダ１００を装着した後に、径方向における切れ刃７０の位置を測定するステップＳ１０６によって可能である。したがって、加工中、径方向における切れ刃７０の位置を、予め関連付けられている主軸１５０の回転角度量と径方向への切れ刃７０の移動量との関係に基づいて算出可能である。したがって、リミッタ無しに削り過ぎを防止することができ、かつ、工具ホルダを交換すること無しに、１つの工具ホルダ１００で複数の径を加工可能である。よって、フェーシング加工を短時間で行うことが可能である。
【００５３】
また、実施形態に係る方法では、工具ホルダ１００は、切れ刃７０が原点位置ＣＰ１にあることを検出する検出機構９０を備えており、径方向における切れ刃７０の位置を測定するステップＳ１０６は、検出機構９０によって切れ刃７０が原点位置ＣＰ１にあることを検出することを含んでいる。したがって、切れ刃７０が原点位置ＣＰ１にあることを測定することが可能であり、そのときの主軸１５０の回転角度位置をＣｓ軸モードの原点として設定することができる。したがって、加工中、切れ刃７０の原点位置ＣＰ１からの径方向への移動量を算出可能である。
【００５４】
工具ホルダ及び加工方法の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されない。当業者であれば、上記の実施形態の様々な変形が可能であることを理解するだろう。また、当業者であれば、上記の方法は、上記の順番で実施される必要はなく、矛盾が生じない限り、他の順番で実施可能であることを理解するだろう。
【００５５】
例えば、上記の実施形態では、検出機構９０は、流体を通すための流路９１を有している。しかしながら、他の実施形態では、検出機構９０は、例えば、変換機構５０の本体部５１を検出可能な電気的なセンサ（例えば、渦電流センサ等）を有していてもよく、そのようなセンサは、制御装置１７０に信号を送ることができる。また、上記の実施形態では、原点位置ＣＰ１にある切れ刃７０は、原点位置ＳＰ１にある変換機構５０の本体部５１を検出することによって、間接的に検出されている。しかしながら、他の実施形態では、検出機構９０は、例えば、切れ刃７０又はスライダ６０を直接的に検出可能なセンサを有していてもよい。
【００５６】
また、上記の実施形態に係る方法では、検出機構９０を備える工具ホルダ１００が用いられている。しかしながら、他の実施形態に係る方法では、工具ホルダ１００は検出機構９０を備えていなくてもよく、工作機械２００が、切れ刃の位置を測定可能な工具測定装置を備えていてもよい。この場合、方法は、ワークを加工するステップの前に、工具測定装置によって切れ刃７０の位置を測定するステップを更に備えてもよい。この場合でも、主軸１５０の回転角度位置と、径方向における切れ刃７０の位置とを関連付けることができ、加工中、切れ刃７０の径方向における位置を、主軸１５０の回転角度位置に基づいて算出可能である。
【００５７】
また、上記の実施形態では、流路９１は、切れ刃７０が原点位置ＣＰ１にあるときに閉じられ、切れ刃７０が原点位置ＣＰ１にないときに開けられるように構成されている。しかしながら、他の実施形態では、流路９１は、切れ刃７０が原点位置ＣＰ１にあるときに開けられ、切れ刃７０が原点位置ＣＰ１にないときに閉じられるように構成されていてもよい。これは、例えば、流路９１の位置及び流路９１が通る部材等を変更することによって、可能であり得る。
【００５８】
本実施形態では、切れ刃７０の径方向の位置を制御することによって加工する穴の直径を管理することが可能であるため、本発明の工具ホルダで行った加工の後で、誤差を補正することが可能となる。１回目の加工を行った後に、測定装置で加工した穴の直径を計測し、目標としていた直径と、実際に加工された直径との誤差を求め、２回目以降の加工に反映させれば可能である。これにより、誤差が削減され、２回目以降の加工精度を高めることが可能となる。また、Ｚ軸を移動させながら、Ｚ軸に同期させて切れ刃７０の径方向の位置を拡張することで、テーパ形状の穴の加工も実現できる。
【００５９】
更に、本願発明では、ボス形状の加工も容易に可能である。切れ刃７０を原点位置から、一度、ボス形状の直径よりも外側の位置に位置決めし、その後に穴加工と逆向きに刃を移動させれば、ボス形状の外側からボス形状に切れ刃を接触させて加工することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０      外側部分
２０      回転入力部
４０      回転出力部
６０      スライダ
７０      切れ刃
９０      検出機構
９１      流路
１００    工具ホルダ
１５０    主軸
２００    工作機械
ＣＰ１    切れ刃の原点位置
Ｏｓ      主軸の回転軸線
【要約】
【課題】フェーシング加工を短時間で行うことが可能な工具ホルダ及び加工方法を提供すること。
【解決手段】工具ホルダ１００は、主軸のハウジングに接続され固定される外側部分１０と、主軸に把持され第１の回転数ｒ１で回転させられる回転入力部２０と、回転入力部２０からの回転動力が伝達され、第１の回転数ｒ１とは異なる第２の回転数ｒ２で回転する回転出力部４０と、回転出力部４０からの動力によって、主軸の回転軸線Ｏｓに交差する第１の方向に移動されるスライダ６０と、スライダ６０によって第１の方向に移動されると共に、回転入力部２０によって回転される切れ刃７０と、切れ刃７０が原点位置にあることを検出するための検出機構９０と、を備える。
【選択図】図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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