JP3439174B2 - Tool measuring and re-grinding equipment installed on machine tools - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械、特に、
マシニングセンタのような数値制御工作機械の機上に設
置して、工作機械の主軸に切削工具を取り付けた状態で
その工具形状を測定し、切れ刃を再研削するための工具
測定・再研削装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】マシニングセンタのような数値制御工作
機械では、エンドミルやドリル等の切削工具を主軸に取
り付けて加工を行っているが、チャックの取り付け誤差
や主軸の振れのために、切れ刃の回転軌跡は予め予想し
たものと異なり、加工誤差が生じる。この問題を解決す
るためには、工具を工作機械の主軸に取り付けた状態
で、切れ刃を研削仕上げすればよく、それにより切れ刃
の回転軌跡は主軸を中心とした正しいものとなる。その
際に、数値制御工作機械がもつＸ，Ｙ，Ｚ及びＣ軸（主
軸回転角制御）機能に加えて、工具形状を測定するため
の装置と切れ刃を研削する装置が必要である。 【０００３】このような問題を解決するため、本発明者
らは、先に特開平９−２３９６３１号公報により、工具
計測ユニットと再研削ユニットを搭載した数値制御工作
機械について提案している。しかしながら、この既提案
の装置を含めて、機上において、スクウェアエンドミ
ル、ボールエンドミル等の工具の種々の形状を測定する
ためには、３次元測定機で使用されるスキャニングプロ
ーブのような、２次元方向の変位を同時に測定する計測
ユニットが必要になる。そして、この２次元方向の変位
を測定する計測ユニットは、一般的に機構が複雑にな
り、分解能が劣るばかりか、被測定物と接触運動する際
の摩擦力による影響を受ける等の欠点がある。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】このように、工具計測
ユニットと再研削ユニットの２つを別々に備える従来の
方式では、種々の工具形状を測定するために、２次元方
向の変位を測定する計測ユニットの使用を余儀なくさ
れ、この計測ユニットは、機構が複雑で上記欠点がある
ことから、より単純な機構で欠点のない計測ユニットの
利用が求められていた。 【０００５】この要求を満たすべく、本発明者は、種々
の検討を行った結果、１次元方向の変位のみを測定する
単純な計測ユニットでも、計測する部分の切れ刃に合わ
せてその向きを制御すれば、２次元方向の計測ユニット
と同じ機能をもたせ得ること、また、プローブの向きを
制御する機構としては工具再研削ユニットの回転機構を
利用すれば良い、という着想を得た。 【０００６】本発明は、このような着想に基づくもの
で、その技術的課題は、計測ユニットと再研削ユニット
とを一体化し、再研削ユニットの回転機構を計測ユニッ
トにおいて利用するようにし、それによって、１次元方
向のみの変位を計測する単純な計測ユニットの使用を可
能にした機上に設置する工具測定・再研削装置を提供す
ることにある。 【０００７】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明の工具測定・再研削装置は、工作機械上に設置
して切削工具の切れ刃を再研削する再研削ユニットに設
けられ、再研削スピンドルが取り付けられて回転角が制
御される回転台の先端に、工具の１次元方向のみの変位
を測定する工具計測ユニットを固定し、この計測ユニッ
トを、支点において支えられて回転台の回転の軸線方向
に突出するプローブに、工具に対する接触力を付与する
バネを設け、このプローブの変位を検出ヘッドにおいて
検出して出力するものとし、上記回転台の回転角の制御
により、上記計測ユニットにおけるプローブの向きを、
工具の計測部位に合わせて制御可能にしたことを特徴と
するものである。 【０００８】 【０００９】上記構成を有する工具測定・再研削装置
は、それを数値制御工作機械等の上に設置して使用する
もので、再研削ユニットにおいて回転角が制御される回
転台に工具計測ユニットを固定しているので、計測ユニ
ットが１次元の変位だけを計測できるものであっても、
その計測ユニットにおけるプローブの向きを工具の計測
部位に合わせて制御することができ、プローブの２次元
の変位を計測することができる。すなわち、マシニング
センタ等の主軸に取り付けられた切削工具の外周刃や底
刃などの計測対象面が、どのような方向に向いていて
も、回転台の駆動により計測ユニットをそれに対応させ
ることができる。 【００１０】 【発明の実施の形態】図１及び図２は、本発明に係る工
具測定・再研削装置の実施例を示している。これらの図
に示すように、上記工具計測・再研削装置は、その基台
２をマシニングセンタのテーブル１に固定して使用され
るものである。テーブル１上に設置して、図４及び図５
に示す切削工具（スクウェアエンドミル）３の切れ刃を
再研削する再研削ユニット１０は、ロータリエンコーダ
を内臓したＡＣサーボモータ１１と、そのサーボモータ
１１の回転の減速とトルク拡大を兼ねる波動歯車装置
（商品名：ハーモニックドライブ）１２と、その波動歯
車装置１２を介して回転駆動される回転台１３と、その
回転台１３に固定され、研削工具１５が先端に取り付け
られた工具再研削スピンドル１４とを備え、サーボモー
タ１１の駆動により上記スピンドル１４が取り付けられ
ている回転台１３の回転角を制御するものである。な
お、再研削スピンドル１４の両端に研削工具１５を取り
付けているが、これは再研削すべき切り刃の形状に対応
する複数の研削工具（砥石）を取り付け可能にするもの
である。 【００１１】上記回転台１３には、工具１５の切り刃を
計測する工具計測ユニット２０も取り付けている。この
工具計測ユニット２０は、工具の１次元方向の変位のみ
を測定するもので、変位検出に光学スケールを用いた構
成例を図３に示しているが、かかる構造に限るものでは
ないことは勿論である。図３に示す工具計測ユニット２
０は、本体ケース２１内に、支点を薄い板バネ２３によ
って支えられたプローブ２２を備え、上記支点を挟むプ
ローブ２２の先端の測定子２４と対称の位置には光学ス
ケール２５を取り付け、検出ヘッド２６によってプロー
ブ上の測定子２４の変位量を電気信号に変換して出力す
るようにしている。また、上記プローブ２２には、支点
を中心としたプローブの自重によるモーメントを釣り合
わせるためのカウンタバランス２８を取り付け、更に、
測定子２４を被測定物に接触させる際の接触力を付与す
る引っ張りバネ２９、プローブの０位置を調整するスト
ッパー３０を設けている。 【００１２】上述したプローブ２２は、上記板バネ２３
による支持により被測定物と小さな接触力で接触したと
きにスムースに変位し、また、カウンタバランス２８に
よって、プローブ２２の向きが変化しても自重の影響が
なく、測定子２４が被測定物に接触する際の接触力は、
プローブの向きに拘わらず実質的に引っ張りバネ２９の
たわみ量にのみ依存することになる。上記プローブの測
定範囲は０．１ｍｍであり、分解能は０．１μｍであ
る。なお、この計測ユニット２０は、マシニングセンタ
上でクーラントが掛かる状態で使用されるため、プロー
ブ２２の測定子２４側を除いて本体ケース２１内に収容
すると共に、プローブの根本にブーツをかぶせてクーラ
ントの進入を防ぎ、しかも、本体ケース２１の内部には
外部から空気を導入し、大気圧より高くしてクーラント
や塵が入り込むのを抑制している。 【００１３】上記構成を有する工具測定・再研削装置
は、前記再研削ユニット１０におけるＡＣサーボモータ
１１により回転角が制御される回転台１３に工具計測ユ
ニット２０を固定しているので、計測ユニット２０にお
けるプローブ２２の向きを、工具の計測部位に合わせて
上記サーボモータ１１により制御することができるもの
である。図４及び図５には、マシニングセンタの主軸に
取り付けられた切削工具（スクウェアエンドミル）３の
外周刃及び底刃を測定する際の工具とプローブ２２の位
置的関係を示している。この切削工具３とプローブ２２
の位置的関係は、上記サーボモータ１１により設定され
るので、切削工具３の種類等に応じてその計測対象面が
どのような方向に向いていても、それに対応させること
ができる。 【００１４】図４に示すように、切削工具３の外周刃を
測定する場合には、マシニングセンタの送り機構を用い
て、プローブ２２を工具３の切れ刃に接触する位置まで
移動させることにより、切れ刃がプローブ２２に接触し
て変位するときの変位量から外周刃の回転半径を求める
ことができる。このような測定を工具のＺ軸方向に一定
ピッチで繰り返すことによって、外周刃の形状が求めら
れる。上記外周刃を測定する際のプローブ２２の変位方
向は、図４において紙面と垂直になるが、工具３の底刃
を測定する際のプローブの変位は、図５の紙面上におい
て上下方向となる。この底刃を測定する場合にも、外周
刃の場合と同様に、マシニングセンタの送り機構を用い
て、プローブ２２を工具３に接触する位置まで移動させ
ることになる。 【００１５】前述した従来技術のように、計測ユニット
の向きを変更できない場合には、２次元方向の変位を独
立に検出する計測ユニットを用いる必要があるが、上記
実施例のように、計測ユニット２０が固定されている回
転台１３を回転可能とし、それを９０度回転させると、
１次元の変位だけを計測する計測ユニットを用いて外周
刃と底刃の両方を測定することが可能になる。しかも、
プローブ２２が１次元の動きしかしないので、プローブ
２２が切れ刃と接触運動する際の摩擦力の影響を受ける
こともない。 【００１６】なお、上記工具測定・再研削装置によって
再研削を行うときは、マシニングセンタが有するＸ，
Ｙ，Ｚ及びＣ軸（主軸回転角）制御に加え、回転台１３
の回転角、すなわち研削砥石の傾斜角を制御することに
よって、工具の切れ刃の再研削を行うことになる。 【００１７】 【発明の効果】以上に詳述した本発明の工具測定・再研
削装置によれば、単純で欠点のない１次元の変位を計測
する計測ユニットを用いることができ、また、工具測定
ユニットと再研削ユニットを個別に設置する場合に比べ
て、テーブル上の占有面積が少なくてすむ。 【００１８】更に、前記従来の装置では、工作機械上
に、工具計測と再研削を実施する手段として、工具計測
ユニットと再研削ユニットを別々に設置しているため、
計測ユニットには２次元の変位を計測する計測ユニット
が必要であったが、本発明によれば、１次元の変位を計
測する計測ユニットを用いることができ、しかも、計測
ユニットと再研削ユニットを一体化しているので、プロ
ーブの向きを制御する機構としての再研削ユニットの回
転機構を再研削と計測に共用することができ、それだけ
構成を簡単化することができる。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a machine tool,
A tool measuring and regrinding device that is installed on a numerically controlled machine tool such as a machining center, measures the tool shape with the cutting tool attached to the spindle of the machine tool, and regrinds the cutting edge. Things. 2. Description of the Related Art In a numerically controlled machine tool such as a machining center, a cutting tool such as an end mill or a drill is attached to a spindle to perform machining. However, a cutting error occurs due to a chucking error or a runout of the spindle. The rotation trajectory of the blade is different from that expected in advance, and a machining error occurs. In order to solve this problem, the cutting edge may be ground with the tool attached to the main shaft of the machine tool, so that the rotation trajectory of the cutting edge is correct around the main shaft. At that time, in addition to the X, Y, Z and C axis (spindle rotation angle control) functions of the numerically controlled machine tool, a device for measuring a tool shape and a device for grinding a cutting edge are required. In order to solve such a problem, the present inventors have previously proposed a numerically controlled machine tool equipped with a tool measuring unit and a re-grinding unit in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-239631. However, in order to measure various shapes of a tool such as a square end mill and a ball end mill on a machine including this proposed device, it is necessary to use a two-dimensional machine such as a scanning probe used in a three-dimensional measuring machine. A measuring unit for simultaneously measuring displacements in directions is required. The measurement unit for measuring the displacement in the two-dimensional direction generally has a complicated mechanism, has a poor resolution, and has a drawback such as being affected by a frictional force at the time of making a contact movement with an object to be measured. . [0004] As described above, in the conventional method in which the tool measuring unit and the re-grinding unit are separately provided, in order to measure various tool shapes, two-dimensional displacement is required. Since the measuring unit has to be used because of its complicated mechanism and the above-mentioned drawbacks, it has been required to use a measuring unit that has a simpler mechanism and has no drawbacks. In order to satisfy this demand, the present inventor has conducted various studies, and as a result, even with a simple measuring unit that measures only one-dimensional displacement, the direction is controlled according to the cutting edge of the portion to be measured. Then, the idea was obtained that the same function as the two-dimensional measurement unit could be provided, and that the rotation mechanism of the tool re-grinding unit could be used as a mechanism for controlling the direction of the probe. The present invention is based on such an idea, and its technical problem is that the measuring unit and the regrinding unit are integrated, and the rotating mechanism of the regrinding unit is used in the measuring unit. It is an object of the present invention to provide a tool measuring / re-grinding apparatus installed on a machine which enables use of a simple measuring unit for measuring displacement only in one-dimensional direction. A tool measuring and re-grinding apparatus according to the present invention for solving the above-mentioned problems is provided in a re-grinding unit which is installed on a machine tool and re-grinds a cutting edge of a cutting tool. Displacement of the tool only in one-dimensional direction at the tip of the turntable provided and equipped with a re-grinding spindle to control the rotation angle
Fixing the tool measuring unit that measures, the measurement unit
Is supported at a fulcrum, and
To the probe protruding from the tool
A spring is provided and the displacement of this probe is
By detecting and outputting, by controlling the rotation angle of the turntable, the direction of the probe in the measurement unit,
It is characterized in that it can be controlled in accordance with the measurement site of the tool. The tool measuring / regrinding apparatus having the above configuration is used by installing it on a numerically controlled machine tool or the like. The tool is mounted on a turntable whose rotation angle is controlled in the regrinding unit. Since the measurement unit is fixed, even if the measurement unit can measure only one-dimensional displacement,
The direction of the probe in the measurement unit can be controlled according to the measurement site of the tool, and the two-dimensional displacement of the probe can be measured. That is, even if the surface to be measured such as the outer peripheral blade or the bottom blade of the cutting tool attached to the main shaft such as a machining center is oriented in any direction, the measurement unit can be made to correspond to the measurement unit by driving the turntable. FIG. 1 and FIG. 2 show an embodiment of a tool measuring and re-grinding apparatus according to the present invention. As shown in these figures, the tool measuring and re-grinding apparatus is used by fixing a base 2 to a table 1 of a machining center. 4 and 5 placed on the table 1
A re-grinding unit 10 for re-grinding a cutting edge of a cutting tool (square end mill) 3 shown in FIG. 1 includes an AC servomotor 11 having a built-in rotary encoder, and a wave gear device ( (Trade name: harmonic drive) 12, a turntable 13 that is driven to rotate via the wave gear device 12, and a tool regrinding spindle 14 fixed to the turntable 13 and having a grinding tool 15 attached to the tip. The rotation angle of the turntable 13 on which the spindle 14 is mounted is controlled by driving the servo motor 11. The grinding tools 15 are attached to both ends of the re-grinding spindle 14, which allows a plurality of grinding tools (grinding wheels) corresponding to the shape of the cutting blade to be re-ground. A tool measuring unit 20 for measuring the cutting edge of the tool 15 is also mounted on the turntable 13. The tool measuring unit 20 measures only the one-dimensional displacement of the tool, and FIG. 3 shows a configuration example using an optical scale for displacement detection. However, the configuration is not limited to such a structure. It is. Tool measuring unit 2 shown in FIG.
Reference numeral 0 designates a probe 22 having a fulcrum supported by a thin leaf spring 23 in a main body case 21, and an optical scale 25 attached to a position symmetrical with a tracing stylus 24 at the tip of the probe 22 sandwiching the fulcrum. 26 converts the displacement of the probe 24 on the probe into an electric signal and outputs it. In addition, a counterbalance 28 is attached to the probe 22 to balance the moment due to its own weight around the fulcrum.
A tension spring 29 for applying a contact force when the measuring element 24 is brought into contact with the object to be measured, and a stopper 30 for adjusting the zero position of the probe are provided. The above-described probe 22 is provided with the above-described leaf spring 23.
When the probe is contacted with the object to be measured with a small contact force, the displacement is smooth. Also, the counterbalance 28 has no effect of its own weight even if the direction of the probe 22 changes. The contact force at the time of contact is
Irrespective of the direction of the probe, it substantially depends only on the amount of deflection of the extension spring 29. The probe has a measurement range of 0.1 mm and a resolution of 0.1 μm. Since the measuring unit 20 is used in a state where the coolant is applied on the machining center, the measuring unit 20 is housed in the main body case 21 except for the tracing stylus 24 side of the probe 22. Air is introduced from the outside into the main body case 21 to prevent the coolant and dust from entering the main body case 21 at a pressure higher than the atmospheric pressure. In the tool measuring and regrinding apparatus having the above configuration, the tool measuring unit 20 is fixed to the turntable 13 whose rotation angle is controlled by the AC servomotor 11 in the regrinding unit 10. Can be controlled by the servomotor 11 in accordance with the measurement site of the tool. FIGS. 4 and 5 show the positional relationship between the tool and the probe 22 when measuring the outer peripheral edge and the bottom edge of the cutting tool (square end mill) 3 attached to the main shaft of the machining center. The cutting tool 3 and the probe 22
Is set by the servo motor 11, so that even if the surface to be measured is oriented in any direction according to the type of the cutting tool 3 or the like, it can be made to correspond to it. As shown in FIG. 4, when measuring the outer peripheral edge of the cutting tool 3, the probe 22 is moved to a position where the probe 22 comes into contact with the cutting edge of the tool 3 using a feed mechanism of the machining center. The radius of rotation of the outer peripheral blade can be obtained from the amount of displacement when the blade contacts and displaces the probe 22. By repeating such measurement at a constant pitch in the Z-axis direction of the tool, the shape of the outer peripheral edge is obtained. The displacement direction of the probe 22 when measuring the outer peripheral edge is perpendicular to the paper surface in FIG. 4, but the displacement of the probe when measuring the bottom blade of the tool 3 is vertical in the paper surface of FIG. . Also when measuring the bottom blade, the probe 22 is moved to a position where it comes into contact with the tool 3 using the feed mechanism of the machining center as in the case of the outer peripheral blade. When the direction of the measuring unit cannot be changed as in the above-described prior art, it is necessary to use a measuring unit that independently detects displacement in the two-dimensional direction. When the turntable 13 to which 20 is fixed is made rotatable and rotated by 90 degrees,
It becomes possible to measure both the outer peripheral blade and the bottom blade using a measuring unit that measures only one-dimensional displacement. Moreover,
Since the probe 22 moves only in one dimension, it is not affected by the frictional force when the probe 22 makes a contact movement with the cutting edge. When re-grinding is performed by the tool measuring / re-grinding apparatus, X,
In addition to controlling the Y, Z and C axes (spindle rotation angle),
By controlling the rotation angle of the grinding wheel, that is, the inclination angle of the grinding wheel, the cutting edge of the tool is re-ground. According to the tool measuring and regrinding apparatus of the present invention described in detail above, a measuring unit for measuring a one-dimensional displacement which is simple and has no defect can be used. The area occupied on the table can be reduced as compared with the case where the unit and the re-grinding unit are separately installed. Further, in the above-mentioned conventional apparatus, a tool measuring unit and a re-grinding unit are separately installed on a machine tool as means for performing tool measurement and re-grinding.
The measuring unit required a measuring unit for measuring two-dimensional displacement, but according to the present invention, a measuring unit for measuring one-dimensional displacement can be used, and the measuring unit and the re-grinding unit are used. Since they are integrated, the rotation mechanism of the re-grinding unit as a mechanism for controlling the direction of the probe can be shared for re-grinding and measurement, and the configuration can be simplified accordingly.

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明に係る工具測定・再研削装置の実施例の
正面図である。 【図２】同平面図である。 【図３】変位検出に光学スケールを用いた工具計測ユニ
ットの構成例を示す断面図である。 【図４】スクウェアエンドミルの外周刃を計測する際の
外周刃に対するプローブの位置的関係を示す上記装置の
正面図である。 【図５】同底刃を計測する際の底刃に対するプローブの
位置的関係を示す上記装置の正面図である。 【符号の説明】 ３ 切削工具（エンドミル） １０ 再研削ユニット １３ 回転台 １４ 再研削スピンドル ２０ 計測ユニット ２２ プローブ ２５ 光学スケール ２６ 検出ヘッド ２９ 引っ張りバネBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a front view of an embodiment of a tool measuring and regrinding apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a plan view of the same. FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of a tool measuring unit using an optical scale for displacement detection. FIG. 4 is a front view of the apparatus showing a positional relationship of a probe with respect to the outer peripheral edge when measuring the outer peripheral edge of the square end mill. FIG. 5 is a front view of the device showing a positional relationship of the probe with respect to the bottom blade when measuring the bottom blade. [Description of Signs] 3 Cutting tool (end mill) 10 Re-grinding unit 13 Turntable 14 Re-grinding spindle 20 Measurement unit 22 Probe 25 Optical scale 26 Detection head 29 Tension spring

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23Q 17/22 B24B 3/00 B24B 49/12 G01B 5/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Fields investigated (Int. Cl. ⁷ , DB name) B23Q 17/22 B24B 3/00 B24B 49/12 G01B 5/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項１】工作機械上に設置して切削工具の切れ刃を
再研削する再研削ユニットに設けられ、再研削スピンド
ルが取り付けられて回転角が制御される回転台の先端
に、工具の１次元方向のみの変位を測定する工具計測ユ
ニットを固定し、この計測ユニットを、支点において支えられて回転台の
回転の軸線方向に突出するプローブに、工具に対する接
触力を付与するバネを設け、このプローブの変位を検出
ヘッドにおいて検出して出力するものとし、 上記回転台の回転角の制御により、上記計測ユニットに
おけるプローブの向きを、工具の計測部位に合わせて制
御可能にした、ことを特徴とする工作機械上に設置する
工具測定・再研削装置。(57) [Claim 1] A re-grinding unit installed on a machine tool for re-grinding a cutting edge of a cutting tool, and a re-grinding spindle is attached to control a rotation angle. Tip of turntable
, The tool measuring unit for measuring the displacement of only one dimensional direction of the tool is fixed, the measurement unit, the turntable is supported in the fulcrum
Connect the probe protruding in the axis of rotation to the tool
Provide a spring to apply tactile force and detect displacement of this probe
The head is to be detected and output, and by controlling the rotation angle of the turntable, the direction of the probe in the measurement unit can be controlled according to the measurement site of the tool. Tool measuring and re-grinding equipment to be installed.