JP3792812B2

JP3792812B2 - ボールエンドミルの真球度測定方法

Info

Publication number: JP3792812B2
Application number: JP31562796A
Authority: JP
Inventors: 俊介若岡; 孝男長谷部
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 1996-11-11
Filing date: 1996-11-11
Publication date: 2006-07-05
Anticipated expiration: 2016-11-11
Also published as: TW351754B; US5880847A; CN1182001A; JPH10141934A; CN1072796C; KR100307347B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はボールエンドミルの真円度を測定する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金型加工において自動曲面を成形するには一般にボールエンドミルを使った加工方法が行われている。これは曲面加工においては切削点が加工面に対して法線上となるため通常の角エンドミルでは形状に沿った加工ができないからである。特に仕上げ加工となると理想とする曲面が成形されなければならないので精度のよいボールエンドミルが必要となる。図１１（ａ）のように形状が真球からはずれているエンドミルＴを用いてワークＷの皿円弧を切削すると、図１１（ｂ）に示すように加工面は理想とする形状に仕上がらない。
【０００３】
一般にボールエンドミルの真球度は工具メーカーから購入時の精度に依存し、実際に加工するときには工具ホルダや本機主軸の振れや刃先の摩耗などで精度劣化するので正確な真円精度を得ることが難しい。
通常、工具メーカーは投影機方式の工具顕微鏡を用いて工具を回転しながら目視で精度確認を行っていることが多く、刃先の研削誤差や測定のための取外し誤差に、更に目視による測定誤差が重なって一般品の保証精度は０．１ｍｍ、高精度工具で０．０３ｍｍ程度であり、この工具が加工に使用されるときのトータルの誤差が加工面の誤差となってしまうことは容易に理解できよう。
ボールエンドミルによる加工は加工効率、工具剛性から工具径を５０ｍｍ乃至３ｍｍ位まで加工形状に合わせて取り替えて加工するのが一般的で、仕上げの場合前の工具の加工目が残って部分的に凹形状が発生する不都合が生じる。
【０００４】
このようにボールエンドミルによる高精度加工においてはボール（刃面）の真球精度が重要な条件であり、最近刃先の真球度を測定する工具検査装置が開発されている。
このものは特公平７−４９９５５号公報で公知の工具検査装置で、図１２に示すようにボールエンドミルＴの基部を水平に保持し、回転可能に支持するようにワークヘッド１０１とボールエンドミルの切刃部の形状を計測する計測プローブ１０２とを有し、計測プローブ１０２が旋回可能かつ水平面内で前記旋回軸１０３を中心として水平方向に旋回可能かつ水平面内で前記旋回軸１０３に対して進退自在に移動可能として、ワークヘッド１０１を支持するボールエンドミルＴを前記旋回軸１０３と直交するＸ軸周りに回転可能な構造したものである。
【０００５】
そしてこの工具検査装置を用いてボールエンドミルを計測する方法は、前準備段階でボールエンドミルＴの先端に計測プローブ１０２を接触させて旋回軸１０３中心から刃先先端までの距離を演算し、その後計測プローブ１０２の旋回角度位置と水平面を演算し、その後計測プローブ１０２の旋回角度位置を水平面内でＸ軸に直角に位置するように旋回させて、ボールの真の半径を測定し、これらの結果からボールエンドミルＴの先端から真の半径だけ後退した位置に旋回軸心が位置するようにボールエンドミルをＸ軸方向に進退させて位置決めしたのち、計測プローブ１０２の先端までの距離を計測するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術で述べた投影機方式の工具検査顕微鏡や、特公平７−４９５５号の工具検査装置は、ともに検査のための取り付け誤差が存在するので本当の真円精度が得られないという問題を有しており、工具を使用する側から見れば主軸に装着された状態での真円度が重要であり、工具自体の精度に主軸や工具ホルダの振れが加算されたトータルの真円度を測定することができないことは大きな問題である。
【０００７】
本発明は従来の技術の有するこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところはボールエンドミルの主軸装着時のトータルな誤差測定を行って、その結果から必要とする真円度許容値から外れたボールエンドミルを仕上げ加工の対象工具から外して加工を進める等の対策を講じることができる真円度測定方法を提供しようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明のボールエンドミルの真円度測定方法は、請求項１は加工機の主軸に取り付けられたボールエンドミルをレーザ光軸が主軸軸線と直交するレーザ測定器により前記ボールエンドミルを回転させながら真球度を測定する方法であって、正確な外径寸法が判っている基準工具を主軸に取り付けレーザ光軸が主軸軸線を直角に横切る方向に前記レーザ測定器と基準工具とを相対移動させて前記基準工具の側面位置を測定し、測定した側面位置から前記基準工具の半径だけ内側に入った前記基準工具の回転中心を求め、前記基準工具に代えてボールエンドミルを主軸に取り付けて前記回転中心上のボールエンドミル先端位置を測定し、測定した先端位置からボールエンドミルの理想半径だけボールエンドミルの回転中心上内側へ入った刃面の中心を求め、前記刃面上の任意の複数の点をレーザ光軸に対する直交２軸方向移動で測定し、測定した刃面上の各点から前記刃面の中心までの刃面の法線方向でのそれぞれの実半径を求め、求めた実半径と前記理想半径との差からボールエンドミルの刃面の真球度を求めるものである。
【０００９】
また、請求項２は、加工機の主軸に取り付けられたボールエンドミルをレーザ光軸が主軸軸線と直交するレーザ測定器により前記ボールエンドミルを回転させながら真球度を測定する方法であって、レーザ光軸が主軸軸線を直角に横切る方向に前記レーザ測定器とボールエンドミルとを相対移動させてボールエンドミルの回転中心を挟む両側面上の２点を測定し、測定した２点間の距離からその中心であるボールエンドミルの回転中心を求め、求めた回転中心上におけるボールエンドミルの先端位置を測定し、測定した先端位置から理想半径だけボールエンドミルの回転中心上内側に入った刃面の中心を求め、前記刃面上の任意の複数の点をレーザ光軸に対する直交２軸方向移動で測定し、測定した刃面上の各点から前記刃面の中心までの刃面の法線方向でのそれぞれの実半径を求め、求めた実半径と前記理想半径との差からボールエンドミルの刃面の真球度を求めるものである。
【００１０】
また、請求項３は、刃面上の任意の複数の点の測定はボールエンドミルの刃面の法線方向に沿ってレーザ測定器とボールエンドミルとを相対移動させて行うものである。
【００１１】
また、請求項４は求めたボールエンドミルの各法線方向の実半径を理想半径に重ね合わせてＣＲＴ表示し誤差の傾向を判りやすくしたものである。
【００１２】
また、請求項５は測定精度に合わせてボールエンドミル１回転当たりのボールエンドミルとレーザ測定器の相対移動量を自動設定するものである。
【００１３】
また、請求項６はレーザ測定器はボールエンドミルがレーザ光軸を遮ったとき又は遮られていたレーザ光が通るようになったときに現在値を測定する信号を出力するものである。
【００１４】
上述のボールエンドミルの真球度測定方法によれば、請求項１及び２はボールエンドミルを加工機の主軸に装着して回転した状態、すなわち加工時にもっとも近い状態で先端の真球度を測定するので、工具交換の直後又は仕上げ加工の直前に測定を行い、必要とする真球度が許容値以内のボールエンドミルのみを使用することができるので、加工面を理想に近い形状に仕上げることが可能となり、加工後に人手間かけて加工面を修正する必要がなくなる。
【００１５】
請求項３及び６は、レーザ光が遮られたとき又は通るようになったときセンサ信号を出力するレーザ測定機を加工機のテーブルの片隅又はクロスレールの端部等通常作業に支障のない位置に設置しておいて、ＮＣ軸移動でレーザ測定器側又はボールエンドミル側をボールの法線方向に移動させ、レーザ測定器のセンサ信号で実半径を測定するようにしたので、真円度測定を加工プログラム中に組入れて自動化することが可能になり、無人測定ができる。
【００１６】
請求項４は、計測した各角度ごとの実半径を理想半径と重ね合わせてＣＲＴ表示するようにしたので、ＣＲＴ画面上で誤差の傾向を知ることが可能になり、許容値から外れていてもまったく使用不可能か又は粗削り程度には使用可能かの判断が容易である。
【００１７】
請求項５は、測定精度に合わせて回転数と送り速度との関係を自動設定することができるので、測定精度によって最も能率的な測定を選択することが可能とになり、加工機の稼働率低下を防止することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面にもとづいて説明する。
図１は加工機である門形マシニングセンタのクロスレールに取着されたレーザ測定器と、主軸頭とを示す斜視図である。図１において、図示しないベッドの横脇に立設されたコラムにＺ軸方向に移動位置決め可能にクロスレール１が設置されていて、クロスレール１は前面にＹ軸方向の案内面を有し、このＹ軸案内に沿って移動位置決め可能に主軸頭２が載架されている。主軸頭２には主軸ラム３がＺ軸方向に移動位置決め可能に設けられていて、主軸ラム３に主軸４が複数個の軸受により回転可能に軸承されている。主軸４の先端テーパ穴にミーリングチャック５に把持された被測定工具であるボールエンドミルＴが着脱可能に装着されている。
【００１９】
クロスレール１下面のＹ軸移動端部近くにレーザ測定器６が取付台７を介してレーザ光軸がＸ軸方向を向くように固着されている。レーザ測定器６はレーザ発光部６ａから出るレーザ光ａが受光部６ｂの小窓を通って内部のダイオードに到達するのを監視し、工具がレーザ光ａを直角に横切って通過する際の遮断された影が小窓の９０％となったとき、センサ信号を出力するもので、ケーブル８は電源電圧の供給及びセンサ信号を図示しないＮＣ装置に送る電線で、９は保護カバーである。
【００２０】
レーザ測定器６は例えばＢＬＵＭ社製のマシニングセンタ用Ｌａｓｅｒ『ＭｉＮｉ』等市販のものを使用することができる。またマシニングセンタの図示しないＮＣ装置はレーザ測定器６からのセンサ信号を受信すると、受信時の現在位置を読み取り、その場で軸移動を停止するようになっている。
【００２１】
次に上述のように構成されている測定システムによるボールエンドミルＴの真球度の測定方法を図１０のフローチャートの順に図２乃至図９の説明図により説明する。
ステップＳ１において、予め正確な工具径Ｄが判っていて同心度のよい振れのない円筒形状の基準工具ＴＳをマシニングセンタの主軸４に装着して回転させ、ステップＳ２において、Ｙ軸方向移動で基準工具ＴＳの側面がレーザ測定器６のレーザ光ａを遮るように軸移動し、レーザ測定器６からセンサ信号が出たときの現在値を求め、この現在値から基準工具ＴＳの半径分（Ｄ／２）だけ更に移動させた位置を主軸の回転中心位置とし、これをワーク座標系番号５１での原点Ｙ０として記憶する〔図２，図３〕。
【００２２】
次いでステップＳ３において、主軸の回転を止めたのち被測定用のボールエンドミルＴを基準工具ＴＳに代えて主軸に装着し、ステップＳ４において、主軸４を回転数Ｓｒｐｍで回転する。ステップＳ５において、主軸４をワーク座標番号５１での原点Ｙ０（主軸中心位置）で、Ｚ軸上限位置（プラス極限位置）に位置決めしたあと、ステップＳ６においてＺ軸方向下側へ軸移動してボールエンドミルＴの先端がレーザ光ａを遮り、センサ信号が出たときのＺ軸現在値を記憶する。次いでステップＳ７においてこの記憶した現在値をワーク座標番号Ｈ５２での原点Ｏ（Ｙ＝０，Ｚ＝０）とする。
【００２３】
尚、原点Ｏはレーザ光点（レーザ光ａの軸心点）をＹ＝０，Ｚ＝０とする測定上の原点である。次いでステップＳ８において、原点Ｏから予め設定された理想とする工具半径（ボールの半径）ＲだけＺ軸方向プラス側へ上がった位置Ａ（Ｙ＝０，Ｚ＝Ｒ）を求めてボールの中心Ａを設定する〔図４〕。
【００２４】
尚、ボールの中心の設定方法は上記に限られるものではなく、ボールエンドミルがＹ軸方向にレーザ光を横切る際の現在値の平均値よりボールエンドミルの回転中心を求め、ボールエンドミルをＺ軸方向マイナスに移動させたときこの回転中心線上でボールエンドミルがレーザ光を遮る点をボールエンドミルの先端として、この先端から理想半径分Ｚ軸プラス方向に移動した点をボールの中心としても良い。
【００２５】
ステップＳ９において、図５に示すようにＺ軸上の線分ＯＡを原点Ｏ（レーザ光点）のまわりで９０°以内の任意の角度θ、例えばθ＝１５°毎に傾斜させたとき、ボールの理想半径Ｒ分に僅かな量、例えば本例では１ｍｍプラス側にずれた位置Ｃを１式により求め、ボール中心Ａを求めたＣ位置に位置決めする。これによりレーザ光点（原点Ｏ）は角度θ傾斜する線分ＯＡの延長線上ほぼ１ｍｍボールエンドミルＴの刃面から離れた位置となる。
Ｙ2 ＝−（Ｒ＋１）Ｓｉｎθ
Ｚ2 ＝（Ｒ＋１）Ｃｏｓθ…………１式
【００２６】
ステップＳ１０において、続いて同一角度に傾斜する線分ＯＡ上のボールの理想半径Ｒ分に僅かな量、例えば本例では１ｍｍマイナス側にずれた位置Ｂを２式より求め、ボール中心ＡをこのＢ位置へ例えば送り速度Ｆ＝Ｓ／１０００ｍｍ（毎分）になるようＸ・Ｚ軸移動させ、ボールエンドミルＴの刃面すなわち回転する切刃の先端がレーザ光を遮ってセンサ信号を出力した時軸移動を停止してボール中心Ａの現在値を記憶する〔図６，図７〕。
Ｙ1 ＝−（Ｒ−１）Ｓｉｎθ
Ｚ1 ＝（Ｒ−１）Ｃｏｓθ…………２式
【００２７】
尚、上述のように送り速度Ｆを主軸回転数Ｓの１／１０００とすれば、例えば６０００ｒｐｍの回転数のとき６ｍｍ／ｍｉｎの送り速度となり、主軸１回転につき０．００１ｍｍ／ｍｉｎの速度で刃先がレーザ光点に接近することになり、回転振れを含めた測定精度は機械精度を除けば０．００１ｍｍの精度で測定できることになる。従って測定精度を指定すれば工具回転数に対する送り速度を自動設定することができる。測定精度は０．１ｍｍから０．００００１ｍｍの範囲に設定すればよい。
【００２８】
また、上述の測定は刃先がレーザ光点に接近するように移動させたが、逆に刃先をレーザ光点から離れるように移動させ、移動途中においてレーザ光点が刃先から外れた位置を測定するようにしてもよい。
また、上述の説明ではボールエンドミルをボール中心を通る線分上を移動させることとしているが、これに限らず、ボールエンドミルをその軸線方向又は径方向に移動させるものであっても良い。
【００２９】
次いでステップＳ１１において、傾斜角度θが９０°になったか否かすなわち図８に示すように１５°飛びに７回測定したかが確認され、ＮＯの場合にはステップＳ９に戻され、ＹＥＳの場合にはステップＳ１２において、各傾斜角度θごとに９０°に達するまで繰り返し計測して記憶したそれぞれのボール中心Ａの現在値と原点Ｏとの距離を計算し、ステップＳ１３において計算した距離と理想半径Ｒとの差分を算出し、ステップＳ１４においてボール中心Ａを中心とする理想半径Ｒの円弧に算出した各角度における理想半径Ｒとの差分を重ねてＣＲＴ上に画面表示する〔図８〕。
次いでステップＳ１５において、主軸４（ボールエンドミルＴ）をＺ軸上限位置（プラス極限位置）へ位置決めして、測定を終わる。
【００３０】
尚、上述の実施例ではレーザ光軸ａがＸ軸方向を向くようにレーザ測定器６を設置し、Ｙ・Ｚ軸移動で計測を行っているが、レーザ光軸ａがＹ軸方向を向くようにレーザ測定６を設置してＸ・Ｚ軸移動で計測を行うようにしてもよい。
また、真球度のＣＲＴ表示は本例ではデータをＮＣ装置で計算して表示を行っているが、データを別の計算制御器例えばパーソナルコンピュータに転送し、必要に応じて計算させてコンピュータ側で制御してＣＲＴ表示させてもよい。
【００３１】
さらには、求めた先端位置からボールエンドミルの理想半径分ずれたＺ位置へ移動させて径方向の測定値を求め、これを理想半径として同様の測定を行っても良い。また、本発明の測定方法により求めた結果は、例えば出願人が先に提案している特開平２−３１１２４２号のような工具刃先形状精度に基づく誤差補正方法の工具刃先の形状精度に関する情報として使用することができる。
なお、ボール中心の設定は本実施例に限らず、例えばボールエンドミルの刃面上の異なる３点を測定し、測定した３点を通る円弧中心をＮＣ又はパーソナルコンピュータで算出してボールの中心を求めるようになしても良い。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は上述の通り構成されているので次に記載する効果を奏する。
ボールエンドミルの真球度を加工機上で行うようにしたので、工具の振れ，工具ホルダの振れ，主軸の振れがすべて入った加工時と同じ条件で自動測定できるようになる。従って加工面に最も正確に一致した測定ができ、これにより真球度の良いボールエンドミルを選択して仕上げ加工等高精度な形状加工が可能になる。
また、今まで工具先端部の摩耗のみで判断していたものが、径方向の切刃の摩耗状態を含めて計測できるので、工具の取り替え時間を正確に判断することが可能となる。
【００３３】
また、測定した実半径を理想半径と重ね合わせてＣＲＴ表示するようにしたので、どの部位の真球度がずれているかが一見して判断できるようになり、表示形状からどの部位が加工面の形状精度の劣化の原因となるかが予想できるとともに工具再研磨のときの参考データとなる。
また工具の摩耗位置を監視することにより、摩耗の激しい位置の加工位置が認識できるので、加工方法の再検討資料となる。また、摩耗の激しい刃先位置の強化対策や摩耗し難い形状・材質等刃具の改良のための資料となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】マシニングセンタのクロスレールに取着されたレーザ測定器と主軸頭部分の斜視図である。
【図２】本発明の作用説明図で、基準工具を主軸に装着した状態を示す。（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】同じく作用説明図で、基準工具による工具側面位置の検出状態を示す。（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【図４】同じく作用説明図で、被測定工具の先端位置の検出状態を示す。（ａ）は正面図、（ｂ）は刃先の側面図である。
【図５】同じく作用説明図で、被測定工具先端球面の各傾斜角ごとの測定状態を示す。
【図６】同じく作用説明図で、傾斜角４５°のときの測定状態を示す。（ａ）は正面図、（ｂ）は刃先の側面図である。
【図７】同じく作用説明図で、傾斜角９０°のときの測定状態を示す。（ａ）は正面図、（ｂ）は刃先の側面図である。
【図８】各傾斜角ごとの原点Ｏと刃先の関係を示す説明図で、（ａ）は０°、（ｂ）は１５°、（ｃ）は３０°、（ｄ）は４５°、（ｅ）は６０°、（ｆ）は７５°、（ｇ）は９０°傾斜角のときのそれぞれの状態を示す。
【図９】ボールエンドミルの真球度測定値のＣＲＴ表示を示す図で、（ａ）は精度良，（ｂ）は精度不良の場合の表示例である。
【図１０】本発明の作用説明用のフローチャートである。
【図１１】従来の技術の説明に用いたボールエンドミルの真球度と加工面との関係を表す説明図で、（ａ）はボールエンドミルの円弧面加工時の動きを示し、（ｂ）は加工物断面の拡大図である。
【図１２】従来の技術の工具検査装置の斜視図である。
【符号の説明】
１クロスレール２主軸頭
３主軸ラム４主軸
５ミーリングチャック６レーザ測定器
ａレーザ光Ｔボールエンドミル
ＴＳ基準工具

Claims

加工機の主軸に取り付けられたボールエンドミルをレーザ光軸が主軸軸線と直交するレーザ測定器により前記ボールエンドミルを回転させながら真球度を測定する方法であって、正確な外径寸法が判っている基準工具を主軸に取り付けレーザ光軸が主軸軸線を直角に横切る方向に前記レーザ測定器と基準工具とを相対移動させて前記基準工具の側面位置を測定し、測定した側面位置から前記基準工具の半径だけ内側に入った前記基準工具の回転中心を求め、前記基準工具に代えてボールエンドミルを主軸に取り付けて前記回転中心上のボールエンドミル先端位置を測定し、測定した先端位置からボールエンドミルの理想半径だけボールエンドミルの回転中心上内側へ入った刃面の中心を求め、前記刃面上の任意の複数の点をレーザ光軸に対する直交２軸方向移動で測定し、測定した刃面上の各点から前記刃面の中心までの刃面の法線方向でのそれぞれの実半径を求め、求めた実半径と前記理想半径との差からボールエンドミルの刃面の真球度を求めることを特徴とするボールエンドミルの真球度測定方法。
加工機の主軸に取り付けられたボールエンドミルをレーザ光軸が主軸軸線と直交するレーザ測定器により前記ボールエンドミルを回転させながら真球度を測定する方法であって、レーザ光軸が主軸軸線を直角に横切る方向に前記レーザ測定器とボールエンドミルとを相対移動させてボールエンドミルの回転中心を挟む両側面上の２点を測定し、測定した２点間の距離からその中心であるボールエンドミルの回転中心を求め、求めた回転中心上におけるボールエンドミルの先端位置を測定し、測定した先端位置から理想半径だけボールエンドミルの回転中心上内側に入った刃面の中心を求め、前記刃面上の任意の複数の点をレーザ光軸に対する直交２軸方向移動で測定し、測定した刃面上の各点から前記刃面の中心までの刃面の法線方向でのそれぞれの実半径を求め、求めた実半径と前記理想半径との差からボールエンドミルの刃面の真球度を求めることを特徴とするボールエンドミルの真球度測定方法。
刃面上の任意の複数の点の測定はボールエンドミルの刃面の法線方向に沿ってレーザ測定器とボールエンドミルとを相対移動させて行うものである請求項１又は２に記載のボールエンドミルの真球度測定方法。
求めたボールエンドミルの各法線方向の実半径を理想半径に重ね合わせてＣＲＴ表示し誤差の傾向を判りやすくしたことを特徴とする請求項１又は２又は３に記載のボールエンドミルの真球度測定方法。
測定精度に合わせてボールエンドミル１回転当たりのボールエンドミルとレーザ測定器の相対移動量を自動設定することを特徴とする請求項１，２，３，４の何れか１項に記載のボールエンドミルの真球度測定方法。
レーザ測定器はボールエンドミルがレーザ光軸を遮ったとき又は遮られていたレーザ光が通るようになったときに現在値を測定する信号を出力するものである請求項１，２，３，４，５の何れか１項に記載のボールエンドミルの真球度測定方法。