JP2009285782A

JP2009285782A - 複合加工機及び複合加工機におけるワークの内径加工方法

Info

Publication number: JP2009285782A
Application number: JP2008141267A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Naito; 善之内藤; Shinichi Nakamura; 信一中村; Kenji Yamaguchi; 健二山口
Original assignee: Okuma Corp; Denso Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp; Denso Corp
Priority date: 2008-05-29
Filing date: 2008-05-29
Publication date: 2009-12-10

Abstract

【課題】ワークの内径加工寸法が小さくなっても高精度且つ高能率の内径加工を可能とする。
【解決手段】Ｓ１で旋削工具で旋削加工を行った後、Ｓ２で計測装置によって内径寸法を測定し、Ｓ３で内径寸法の測定値Ｂと当該旋削加工の指令値Ａとを比較し、両者の差に基づいて次回の旋削加工条件を補正する（Ｓ４〜Ｓ７）。その後、Ｓ８で補正値Ｃに基づいて旋削工具の寿命を判定し、寿命前であればＳ９で工具交換予告に係る報知を行い、寿命到達であればＳ１０で工具交換を促す報知を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、旋削工具と研削工具と、ワークの内径寸法を測定する計測装置とを備えたＮＣ研削盤等の複合加工機と、その複合加工機においてワークの内径を加工する方法とに関する。

複合加工機は、例えば特許文献１に示すように、主軸にワークを把持するチャックを備えてＸ軸方向へ移動可能な主軸台と、Ｚ軸方向に移動可能なテーブルと、そのテーブル上で、砥石軸（研削工具）と、バイト（旋削工具）と、計測器（計測装置）とを夫々旋回割り出し可能なタレット砥石台とを備えて、研削加工、切削加工、計測作業を選択して可能としたものが知られている。ここでは、チャックに把持させたワークをバイトによって切削加工した後、砥石軸によってワークの内径を研削加工し、最後に計測器によってワークの内径等を計測する手順を開示している。この内径加工方法では、計測器による計測結果が次のワークの内径加工に反映されることになる。また、旋削加工後、研削加工中に内径を測定する定寸装置を利用して所定寸法まで加工する方法や、研削加工後に内径寸法を測定して次のワーク加工時に補正値を加えて加工する方法も知られている。

特許第２５９７２１９号公報

しかし、ワークの内径加工寸法が小さくなると、これに伴って旋削工具や研削工具も細くなる。よって、図４に点線で示すように、工具Ｔが加工抵抗によってたわみやすくなり、そのたわみ量は、仕上げ寸法公差に対して無視できないほど大きくなってしまう。特に研削加工では、より良い面粗度を得るために粒度の細かい砥石を選定する程、研削加工抵抗は高くなるため、工具のたわみ量が増えて加工後寸法にばらつきが発生することになる。
一方、小径穴加工では旋削工具に加わる負荷も大きいので、工具寿命が短くなる。工具寿命によって旋削工程で寸法不良が発生した場合は、計測後に不良が検知され工具交換となるが、毎回計測を行わない場合は、多数の不良品発生となる上、寸法不良によりワーク内径が研削工具の進入位置座標より小さくなった場合に衝突するという問題もあった。

そこで、本発明は、ワークの内径加工寸法が小さくなって工具寿命が短くなっても、高精度且つ高能率の研削加工が可能となる複合加工機及び複合加工機におけるワークの内径加工方法を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ワークの内径を旋削する旋削工具と、前記内径を研削する研削工具と、前記内径寸法を測定する計測装置とを備えた複合加工機であって、前記旋削加工後に前記計測装置で前記内径寸法を測定し、得られた測定値と当該旋削加工の指令値とを比較し、その比較結果に基づいて次回の旋削加工条件を補正する旋削加工条件補正手段と、その旋削加工条件補正手段で得られた補正値に基づいて前記旋削工具の寿命を判定する寿命判定手段とを備えたことを特徴とするものである。
上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、ワークの内径を旋削する旋削工具と、前記内径を研削する研削工具と、前記内径寸法を測定する計測装置とを備えた複合加工機において、前記ワークの内径を加工する方法であって、前記旋削工具で旋削加工を行う工程と、前記旋削加工後に前記計測装置によって前記内径寸法を測定する工程と、前記旋削加工後に前記研削工具で研削加工を行う工程と、前記旋削加工後の前記内径寸法の測定値と当該旋削加工の指令値とを比較し、その比較結果に基づいて次回の旋削加工条件を補正する工程と、前記旋削加工条件の補正値に基づいて前記旋削工具の寿命を判定する工程とを有することを特徴とするものである。

本発明によれば、旋削工具の刃先摩耗により切れ味が変化しても取り代を制御した旋削加工ができ、研削取り代を最小且つ均一に確保可能となる。また、旋削工具の寿命を管理して適切な時期に工具交換が可能となるため、不良品の発生が抑えられ、安定して高精度、高能率の内径加工が行える。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、複合加工機の一例であるＮＣ研削盤の平面図で、ＮＣ研削盤１は、ベッド２上の正面側（図１の左側を正面とする）に、Ｘ軸方向へ移動可能な切込台３を備え、この切込台３上に、Ｘ軸方向と直交するＺ軸方向へ移動可能なテーブル４を備えている。このテーブル４上には、軸線がＺ軸と平行となる主軸を備えた主軸台５が搭載されており、主軸の後端に設けたチャック６により、ワークＷを把持可能となっている。また、切込台３の後端には、旋回式の計測装置７が設けられている。この計測装置７は、先端にワークＷの内径を測定する計測子８を備えて、二点鎖線で示す退避位置と、実線で示す計測位置との間を旋回可能となっている。

一方、ベッド２上の後方には、Ｘ軸から所定の角度傾斜したＳ軸方向へ移動可能な斜行砥石台９が設けられ、その斜行砥石台９上に、Ｚ軸と平行な回転軸の前端に研削工具となる砥石１１を突設した一対の内研軸１０，１０が平行に並設されている。また、斜行砥石台９上で左側の内研軸１０の側方には、Ｚ軸と平行な旋削工具１２が、内研軸１０と一体に移動可能に設けられている。
さらに、ベッド２上において、斜行砥石台９の左側には、主軸台６との間でワークＷの交換をするローディング装置１３が設けられている。
これらの切込台３、テーブル４、主軸台５、計測装置７、斜行砥石台９、内研軸１０、ローディング装置１３は、夫々図示しないＮＣ装置により、モータやボールねじ等の駆動手段を介してスライドや回転等の制御がなされる。このＮＣ装置は、本発明の旋削加工条件補正手段及び寿命判定手段ともなっている。

このように構成されたＮＣ研削盤１において、ワークＷの内面を加工する場合、切込台３をＸ軸方向へ、テーブル４をＺ軸方向へ夫々スライドさせて、主軸台５を斜行砥石台９の旋削工具１２の正面側へ位置させ、主軸台５のＸ軸及びＺ軸方向へのスライドと、斜行砥石台９のＳ軸方向へのスライドとを制御すると共に、ワークＷの回転制御により、図２（Ａ）に示すように旋削工具１２によってワークＷの内面を旋削加工する。
次に、計測装置７を計測位置まで旋回させて、旋削加工したワークＷの内径寸法を測定し、内径寸法を監視しながら、同様に切込台３及びテーブル４のＸ軸及びＺ軸方向へのスライドによって、主軸台５を斜行砥石台９の一方の内研軸１０の正面側へ位置させ、主軸台５のＸ軸及びＺ軸方向へのスライドと、斜行砥石台９のＳ軸方向へのスライドとを制御すると共に、ワークＷ及び砥石１１の回転制御により、ワークＷの内径を所定寸法になるまで研削加工（インプロセス研削）を行う。

この研削加工に移る際には、図２（Ｂ）に示すように、砥石１１と計測子８とをワークＷの径中心位置に挿入し、計測装置７によって内径寸法を計測し、内径寸法値を得る。その後はインプロセス研削工程に入り、同図（Ｃ）のように切込とオシレーションとを繰り返しながら所定の寸法まで研削を実施して仕上げ寸法とするものであるが、ここでは旋削加工後に計測装置７で測定した内径寸法に基づいて次回の旋削加工条件を補正して、旋削加工後のワーク内径寸法のばらつきを抑えるようにしている。このため、研削加工では研削取り代が最小且つ一定となって研削加工条件を最適に設定することができ、仕上げ寸法、形状精度を維持しつつ最小時間で連続加工が行える。

この旋削加工条件補正手段は、図３に示すフローチャートに基づいて実行される。
まずＳ１で旋削加工指令値ＡでワークＷ内面の旋削加工を行い、旋削加工が終了すると、Ｓ２で、計測装置７によりワークＷ内径寸法の測定を行う。この計測値をＢとして、Ｓ３では、Ａ−Ｂの値を予め設定された範囲内であるか否かを判定し、その判定結果に従って指令値Ａを補正するための補正値Ｃの変更等を行う。
まず、指令値許容公差±ｔ（例えば５μｍ、以下括弧内の数値は例示である。）、良範囲係数ｋ（０．４）、補正係数ｒ（１．５）として、＋ｔ＜（Ａ−Ｂ）であれば、Ｓ４で補正値をＣ＋ｒｋｔ（３μｍ）に変更してＳ１へ戻って再旋削を行う。

一方、＋ｋｔ（２μｍ）≦（Ａ−Ｂ）≦＋ｔ（５μｍ）であれば、Ｓ５において補正値をＣ＋ｒｋｔ（３μｍ）に変更する。
また、−ｋｔ（２μｍ）≦（Ａ−Ｂ）≦＋ｋｔ（２μｍ）であれば、補正値の変更を行わずにＳ８へ移行する。さらに、−ｔ（５μｍ）≦（Ａ−Ｂ）≦−ｋｔ（２μｍ）であれば、Ｓ６において補正値をＣ−ｒｋｔ（３μｍ）に変更する。そして、（Ａ−Ｂ）＜−ｔ（５μｍ）であれば、不良品であるとしてＳ７で機外へ排出する。

そして、Ｓ８では、変更等した補正値Ｃを工具摩耗として捉えて、工具寿命の判定を行っている（寿命判定手段の実行）。すなわち、工具寿命判定値ｓ、工具交換予告係数ｕとを用いて、ｕｓ≦｜Ｃ｜であるか否かを判定し、ｕｓ≦｜Ｃ｜であればＳ９で工具交換予告に係る報知を行い、ｓ≦｜Ｃ｜であればＳ１０で工具交換を促す報知を行うものである。
この工具寿命判定値ｓは、旋削加工後寸法だけでなく、刃先摩耗による表面性状、焼け、形状精度の不良による場合も考慮する必要があり、実際の加工実績によって決定される。

このように、上記形態のＮＣ研削盤１及び内径加工方法によれば、旋削工具の刃先摩耗により切れ味が変化しても取り代を制御した旋削加工ができ、研削取り代を最小且つ均一に確保可能となる。また、旋削工具の寿命を管理して適切な時期に工具交換が可能となるため、不良品の発生が抑えられ、安定して高精度、高能率の内径加工が行える。

なお、次回の旋削加工条件の補正は、上記形態の制御に限らず、良範囲係数と補正係数の何れか一方を省略したり、指令値と計測値との差が単純に閾値を越えたか否かで補正値の変更の有無を決定したり等、適宜変更可能である。工具寿命の判定も、逆に細かく範囲分けしてより早期の段階で寿命の予告をできるようにしてもよい。
また、研削盤の主軸台や計測装置、内研軸等の構成も上記形態に限らず、スライド方向を変えたり等、適宜設計変更して差し支えない。勿論本発明は研削盤に限らず、他の複合加工機にも適用可能である。

ＮＣ研削盤の平面図である。内径加工の説明図で、（Ａ）が旋削加工状態、（Ｂ）が寸法計測状態、（Ｃ）が研削加工状態を夫々示す。旋削加工条件の補正及び寿命判定のフローチャートである。工具のたわみを示す説明図である。

符号の説明

１・・ＮＣ研削盤、２・・ベッド、３・・切込台、４・・テーブル、５・・主軸台、６・・チャック、７・・計測装置、９・・斜行砥石台、１０・・内研軸、１１・・砥石、１２・・旋削工具。

Claims

ワークの内径を旋削する旋削工具と、前記内径を研削する研削工具と、前記内径寸法を測定する計測装置とを備えた複合加工機であって、
前記旋削加工後に前記計測装置で前記内径寸法を測定し、得られた測定値と当該旋削加工の指令値とを比較し、その比較結果に基づいて次回の旋削加工条件を補正する旋削加工条件補正手段と、その旋削加工条件補正手段で得られた補正値に基づいて前記旋削工具の寿命を判定する寿命判定手段とを備えたことを特徴とする複合加工機。
ワークの内径を旋削する旋削工具と、前記内径を研削する研削工具と、前記内径寸法を測定する計測装置とを備えた複合加工機において、前記ワークの内径を加工する方法であって、
前記旋削工具で旋削加工を行う工程と、
前記旋削加工後に前記計測装置によって前記内径寸法を測定する工程と、
前記旋削加工後に前記研削工具で研削加工を行う工程と、
前記旋削加工後の前記内径寸法の測定値と当該旋削加工の指令値とを比較し、その比較結果に基づいて次回の旋削加工条件を補正する工程と、
前記旋削加工条件の補正値に基づいて前記旋削工具の寿命を判定する工程と
を有することを特徴とする複合加工機におけるワークの内径加工方法。