JP4400309B2

JP4400309B2 - 切削刃の位置測定方法、切削刃の位置測定プログラム、記録媒体及びｎｃ工作機

Info

Publication number: JP4400309B2
Application number: JP2004158054A
Authority: JP
Inventors: 健治奥井
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2004-05-27
Filing date: 2004-05-27
Publication date: 2010-01-20
Anticipated expiration: 2024-05-27
Also published as: JP2005335018A

Description

この発明は、リーマ、ドリル等の切削刃の位置測定方法に関する。また、この発明は、この位置測定方法をコンピュータに実行させる位置測定プログラム及び記録媒体、並びに切削刃の再研磨を行うＮＣ（数値制御）工作機にも関している。

図６に示されるようなリーマ１は、超硬合金からなる本体にそれぞれダイヤチップからなる１段目チップ２、２段目チップ３等の複数の切削用のチップがロウ付けされた構造を有しており、例えば１段目チップ２の径に接するように２段目チップ３の面取り部４の半径を設定しなければならず、このため使用済みのこのようなリーマを再研磨する場合には、双方のチップ２及び３の実回転中心の位置を正確に把握する必要が有る。また、回転半径の他、図７に示されるようなチップ２及び３の心上がり高さＨ、図８に示されるようなチップ２及び３の傾きθをチップ２及び３それぞれについて正確に把握するにも、実回転中心の位置を正確に把握することが不可欠である。

特許文献１には、加工状態の被加工物に対して円周部の径や偏心量を測定する方法が開示されている。位置計測用プローブを用いて基準面から被加工物の外周面までの距離を測定し、その距離とプローブの球径から被加工物の外径が求められる。

特開２００２−１０３２２０号公報

しかしながら、被加工物の回転中心を予め設定し、この設定回転中心から基準面までの距離が既知であるものとして被加工物の外径を求めているため、設定回転中心と実際の実回転中心との間の誤差に基づいて被加工物の外径の測定値にも誤差が生じてしまう。このような誤差を含んだままではリーマ１を高精度に再研磨することが困難となる。

この発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたもので、切削刃の実回転中心の位置を高精度に測定することができる切削刃の位置測定方法を提供することを目的とする。
また、この発明は、このような位置測定方法をコンピュータに実行させる切削刃の位置測定プログラム及び記録媒体を提供することもまた目的としている。
さらに、この発明は、前記の位置測定方法を用いて切削刃の再研磨を行うＮＣ工作機を提供することも目的とする。

この発明に係る切削刃の位置測定方法は、再研磨しようとする切削刃の位置を測定する方法において、切削刃を回転割り出し装置に取り付け、切削刃のすくい面を切削刃の中心軸と垂直な面で切断した時の直線の断面形状又は直線の切り刃を基準部とし、位置計測用プローブにより切削刃の基準部の外周部に関する位置を第１の計測点として計測し、回転割り出し装置により切削刃を中心軸の回りに９０度回転させ、再び位置計測用プローブにより切削刃の基準部の外周部に関する位置を第２の計測点として計測し、第１の計測点と第２の計測点を結ぶ線分を斜辺とする直角二等辺三角形の直角の頂点の位置を算出することにより切削刃の実回転中心を割り出す方法である。
第１の計測点における計測の後に切削刃を中心軸の回りに９０度回転させて第２の計測点における計測を行うことにより、第１の計測点と第２の計測点を結ぶ線分を斜辺とする直角二等辺三角形が特定され、この三角形の直角の頂点の位置を算出すれば、その位置が切削刃の実回転中心となる。
ここで第１の計測点（第２の計測点）となる「基準部の外周部に関する位置」とは切削刃の基準部の外周部の位置だけでなく、位置計測用プローブの球の分だけずれた位置でもよい。

なお、切削刃を回転割り出し装置に取り付けた後、回転割り出し装置により切削刃を回転させることにより前記基準部を水平にすることが好ましい。
また、ほぼ水平に回転割り出し装置に取り付けた切削刃の基準部に対して切削刃の径方向に間隔を隔てた２点においてそれぞれ位置計測用プローブにより高さを計測し、これら２点間の距離と２点の高さから水平面に対する切削刃の基準部の傾きを算出し、算出された傾きに基づいて回転割り出し装置により切削刃を回転させることにより切削刃の基準面を水平にすることができる。

第１の計測点と第２の計測点を結ぶ線分を斜辺とする直角二等辺三角形の二等辺の長さから位置計測用プローブの球の半径を減算することにより切削刃の半径を算出することができる。
好ましくは、切削刃は、刃本体とこの刃本体の中心軸とほぼ平行に刃本体の表面上に貼付されたチップとを有し、チップの表面を切削刃の基準面とし、この基準面を切削刃の基準部とすることができる。この場合、水平にされたチップの表面に対して位置計測用プローブにより高さを計測し、この高さと切削刃の実回転中心との鉛直方向の偏差からチップの心上がり高さを算出することができる。

この発明に係る切削刃の位置測定プログラムは、再研磨しようとする切削刃の位置の測定をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、切削刃を回転割り出し装置に取り付けるステップと、切削刃のすくい面を切削刃の中心軸と垂直な面で切断した時の直線の断面形状又は直線の切り刃を基準部を水平にするステップと、位置計測用プローブにより切削刃の基準部の外周部に関する位置を第１の計測点として計測するステップと、回転割り出し装置により切削刃を中心軸の回りに９０度回転させて切削刃の基準部を鉛直とするステップと、再び位置計測用プローブにより切削刃の基準部の外周部に関する位置を第２の計測点として計測するステップと、第１の計測点と第２の計測点を結ぶ線分を斜辺とする直角二等辺三角形の直角の頂点の位置を算出することにより切削刃の実回転中心を割り出すステップとを実行させるものである。

また、この発明に係る記録媒体は、前記の切削刃の位置測定プログラムが記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体である。
さらに、この発明に係るＮＣ工作機は、切削刃を保持して回転する回転割り出し装置と切削刃に対して再研磨を行う研磨装置とを備えたＮＣ工作機において、前記の切削刃の位置測定方法により回転割り出し装置に取り付けられた切削刃の位置を測定して研磨装置により再研磨を行うものである。

この発明によれば、再研磨しようとする切削刃の実回転中心の位置を高精度に測定することが可能となる。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に実施の形態に係るＮＣ工作機の構成を示す。リーマを再研磨する研磨装置としてワイヤ放電加工機１１が用いられ、このワイヤ放電加工機１１の本体１２に位置計測用プローブ１３が取り付けられている。また、ワイヤ放電加工機１１の本体１２に対してＸ、Ｙ、Ｚ方向に相対移動可能にテーブル１４が配置され、テーブル１４の上に回転割り出し装置１５が取り付けられている。なお、Ｘ軸は水平方向で図面手前から奥向き、Ｙ軸は水平方向で図面右から左向き、Ｚ軸は鉛直方向で図面下から上向きとする。ワイヤ放電加工機１１の本体１２とテーブル１４の相対移動並びに回転割り出し装置１５の回転動作は図示しないメモリに格納されたＮＣプログラムにより制御される。

ＮＣプログラムは、再研磨しようとするリーマの位置を測定する位置測定プログラムとリーマに対して再研磨加工を施す加工プログラムを含んでいる。
まず、位置測定プログラムに従って図６に示したようなリーマ１の位置測定を行う方法について図２のフローチャートを参照して説明する。
ステップＳ１で、図３に示されるように、リーマ１のチップ２がほぼ水平となるようにリーマ１を回転割り出し装置１５に取り付ける。

そして、ステップＳ２で切削刃の基準面を水平にする。まず、ワイヤ放電加工機１１の本体１２に対してテーブル１４を相対移動させることにより位置計測用プローブ１３の球の下端をチップ２の表面２ｓ上の点Ｐ１に接触させてこの点Ｐ１のＺ軸方向（高さ方向）の座標Ｚ１を計測する。次に、再びワイヤ放電加工機１１の本体１２に対してテーブル１４を相対移動させることにより位置計測用プローブ１３の球の下端をチップ２の表面２ｓ上の点Ｐ１からリーマ１の径方向外方へ間隔ｄを隔てた点Ｐ２に接触させてこの点Ｐ２のＺ軸方向の座標Ｚ２を計測する。
これらの点Ｐ１及びＰ２のＺ座標Ｚ１及びＺ２と間隔ｄからチップ２の表面２ｓの傾き角度が算出される。そこで、算出された傾き角度だけ回転割り出し装置１５によりリーマ１を回転させることにより、リーマ１のチップ２の表面２ｓが水平に調整される。

その後、ステップＳ３で第１の計測点の計測をする。ワイヤ放電加工機１１の本体１２に対しテーブル１４を相対移動させて位置計測用プローブ１３の球の下端をチップ２の表面２ｓ上に接触させることによりチップ２の表面２ｓのＺ軸方向の座標Ｚ０を計測する。
次に、チップ２の表面２ｓのＺ軸方向に対して位置計測用プローブ１３がその球の半径分だけ下方に位置するようにテーブル１４を相対移動させて位置計測用プローブ１３の球の中心をチップ２の表面２ｓと同じ高さに位置決めし、チップ２の表面２ｓの外周部に位置計測用プローブ１３の球の側面を接触させることにより、この位置を第１の計測点ａとして座標値ａ（Ｙａ，Ｚａ）を計測する。

次に、ステップＳ４で、図４に示されるように、測定したチップ２の表面２ｓが鉛直になるように回転割り出し装置１５によりリーマ１を９０度回転させる。

そして、ステップＳ５で第２の計測点の計測をする。図４に示されるように、テーブル１４を相対移動させて位置計測用プローブ１３の球の側部をチップ２の表面２ｓに接触させ、この表面２ｓのＹ軸方向（水平方向）の位置を計測する。さらに、計測された表面２ｓのＹ軸方向の位置に対して位置計測用プローブがその球の半径分だけ水平方向（図面で右方向）に位置するようにテーブル１４を相対移動させて表面２ｓの水平方向の位置に位置計測用プローブ１３の球の中心を位置決めし、チップ２の表面２ｓの外周部に位置計測用プローブ１３の球の下端を接触させることにより、この位置を第２の計測点ｂとして座標値ｂ（Ｙｂ，Ｚｂ）を計測する。

そして、ステップＳ６で切削刃の実回転中心を算出する。図５に示されるように、第１の計測点ａと第２の計測点ｂを結ぶ線分ａｂを斜辺とする直角二等辺三角形ｃａｂを形成すると、直角の頂点ｃがリーマ１の実回転中心となる。そこで、幾何学的に直角の頂点ｃの位置を算出する。すなわち、第１の計測点ａと第２の計測点ｂの座標値の差分によりこれら計測点ａ及びｂのＹ軸方向の距離ＹａｂとＺ軸方向の距離Ｚａｂが次のように求められる。
Ｙａｂ＝Ｙｂ−Ｙａ
Ｚａｂ＝Ｚｂ−Ｚａ
これらの距離Ｙａｂ及びＺａｂから線分ａｂの長さＬ１及び線分ａｂが水平面からなす角度αが、
Ｌ１＝（Ｙａｂ^２＋Ｚａｂ^２）^１／２
α＝tan^−１（Ｚａｂ／Ｙａｂ）
として算出される。

また、線分ａｂの長さＬ１から直角二等辺三角形ｃａｂの辺ｃａの長さＬ２が、
Ｌ２＝Ｌ１／（２^１／２）
として算出され、さらに線分ａｂが水平面からなす角度αから辺ｃａが水平面からなす角度βが、
β＝４５°−α
と求められる。

このため、第１の計測点ａと頂点ｃの間のＹ軸方向の距離ＹｃａとＺ軸方向の距離Ｚｃａは、
Ｙｃａ＝Ｌ２cosβ
＝Ｌ２cos（４５°−α）
＝Ｌ２cos［４５°−tan^−１（Ｚａｂ／Ｙａｂ）］
Ｚｃａ＝Ｌ２sinβ
＝Ｌ２sin（４５°−α）
＝Ｌ２sin［４５°−tan^−１（Ｚａｂ／Ｙａｂ）］
と算出される。従って、第１の計測点ａの座標値ａ（Ｙａ，Ｚａ）から頂点ｃすなわちリーマ１の実回転中心の座標値ｃ（Ｙｃ，Ｚｃ）が求められる。
Ｙｃ＝Ｙａ＋Ｙｃａ
Ｚｃ＝Ｚａ−Ｚｃａ

また、チップ２の外周部の半径Ｒは、位置計測用プローブ１３の球の半径をｒとして、
Ｒ＝Ｌ２−ｒ
と求められる。
さらに、チップ２の表面２ｓを水平にしたときに位置計測用プローブ１３により計測された表面２ｓのＺ軸方向の座標Ｚ０と頂点ｃの座標値ｃ（Ｙｃ，Ｚｃ）とからチップ２の心上がり高さＨが次のように算出される。
Ｈ＝Ｚ０−Ｚｃ
また、Ｚ０を計測していなくてもＨ＝Ｚｃａで算出することもできる。

このようにして位置測定プログラムによりリーマ１の実回転中心の座標値ｃ（Ｙｃ，Ｚｃ）、リーマ１の半径Ｒ、チップ２の心上がり高さＨが算出されると、これらの値を用いて加工プログラムを実行し、ワイヤ放電加工機１１のワイヤ１６を用いてリーマ１のチップ２に対し再研磨加工が施される。

２段目のチップ３に対しても同様にして位置測定プログラムによりチップ３の位置測定を行った後に加工プログラムを実行して再研磨加工が施されるが、２段目のチップ３の心上がり高さで１段目のチップ２の外周部の半径に合うように加工の開始端位置及び終了端位置の補正が必要である。

なお、上述した実施の形態においては、切削刃としてリーマを再研磨の対象としたが、これに限るものではなく、ドリル、エンドミル等の他の切削刃に対してもこの発明を適用することができる。また、チップを備えた切削刃に限らず、本体に直接切れ刃が設けられた切削刃にも用いることができる。
また、上述した実施の形態においては、基準部（基準面）としてチップ２の表面２ｓを用いたが、切削刃のすくい面を切削刃の中心軸と垂直な面で切断した時の直線の断面形状又は直線の切り刃であればよい。

また、上述した実施の形態においては、ステップＳ２で切削刃の基準面を水平としたが、この方法に限らない。例えば、プローブのＹＺ軸平面上の動作が水平・垂直の２軸を有しているならば水平にする方が好ましいが、水平・垂直以外であればその動作軸にあわせた角度でもよいし、第１の計測点、第２の計測点が正確に計測できれば、特に角度を合わせる必要もない。
また、上述した実施の形態においては、第１の計測点ａ、第２の計測点ｂは位置計測用プローブ１３の中心座標としたが、位置計測用プローブ１３の球の半径ｒをあらかじめ考慮した位置を第１の計測点ａ、第２の計測点ｂとしてもよい。例えば第１の計測点ａ（Ｙａ＋ｒ，Ｚａ）、第２の計測点ｂ（Ｙｂ，Ｚｂ−ｒ）としてもよい。

上述した実施の形態の切削刃の位置測定方法は、切削刃の位置測定プログラムとしてコンピュータにより読み取り可能な記録媒体に記録することができる。記録媒体としては、磁気、光、電気等の物理量の変化状態を引き起こして、コンピュータの読み取り装置にプログラムの記述内容を伝達し得るものであり、例えば、磁気ディスク、光ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等が用いられる。

上述したように、この発明の切削刃の位置測定方法においては、切削刃の実回転中心や半径等を高精度で測定することができる。従って、この切削刃の位置測定方法を適用すれば、切削刃を高精度に再研磨することができるＮＣ工作機が実現される。

この発明の実施の形態に係るＮＣ工作機の構成を示す図である。切削刃の位置測定方法を示すフローチャートである。第１の計測点の位置計測を行う様子を示す図である。第２の計測点の位置計測を行う様子を示す図である。切削刃の実回転中心を算出する方法を示す図である。リーマを示す側面図である。リーマを示す断面図である。リーマを示す断面図である。

符号の説明

１リーマ、２１段目のチップ、２ｓ表面、３２段目のチップ、４面取り部、１１ワイヤ放電加工機、１２本体、１３位置計測用プローブ、１４テーブル、１５回転割り出し装置、１６ワイヤ、ａ第１の計測点、ｂ第２の計測点、ｃ直角の頂点（実回転中心）。

Claims

再研磨しようとする切削刃の位置を測定する方法において、
切削刃を回転割り出し装置に取り付け、
切削刃のすくい面を切削刃の中心軸と垂直な面で切断した時の直線の断面形状又は直線の切り刃を基準部とし、
位置計測用プローブにより切削刃の基準部の外周部に関する位置を第１の計測点として計測し、
回転割り出し装置により切削刃を中心軸の回りに９０度回転させ、
再び位置計測用プローブにより切削刃の基準部の外周部に関する位置を第２の計測点として計測し、
第１の計測点と第２の計測点を結ぶ線分を斜辺とする直角二等辺三角形の直角の頂点の位置を算出することにより切削刃の実回転中心を割り出す
ことを特徴とする切削刃の位置測定方法。
切削刃を回転割り出し装置に取り付けた後、回転割り出し装置により切削刃を回転させることにより前記基準部を水平にする請求項１に記載の切削刃の位置測定方法。
ほぼ水平に回転割り出し装置に取り付けた切削刃の基準部に対して切削刃の径方向に間隔を隔てた２点においてそれぞれ位置計測用プローブにより高さを計測し、
これら２点間の距離と２点の高さから水平面に対する切削刃の基準部の傾きを算出し、
算出された傾きに基づいて回転割り出し装置により切削刃を回転させることにより切削刃の基準部を水平にする請求項２に記載の切削刃の位置測定方法。
前記直角二等辺三角形の二等辺の長さから位置計測用プローブの球の半径を減算することにより切削刃の半径を算出する請求項１〜３のいずれか一項に記載の切削刃の位置測定方法。
切削刃は、刃本体とこの刃本体の中心軸とほぼ平行に刃本体の表面上に貼付されたチップとを有し、
チップの表面を切削刃の基準面とし、切削刃の基準部は基準面である請求項１〜４のいずれか一項に記載の切削刃の位置測定方法。
水平にされたチップの表面に対して位置計測用プローブにより高さを計測し、
この高さと切削刃の実回転中心との鉛直方向の偏差からチップの心上がり高さを算出する請求項５に記載の切削刃の位置測定方法。
再研磨しようとする切削刃の位置の測定をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
切削刃を回転割り出し装置に取り付けるステップと、
切削刃のすくい面を切削刃の中心軸と垂直な面で切断した時の直線の断面形状又は直線の切り刃を基準部を水平にするステップと、
位置計測用プローブにより切削刃の基準部の外周部に関する位置を第１の計測点として計測するステップと、
回転割り出し装置により切削刃を中心軸の回りに９０度回転させて切削刃の基準部を鉛直とするステップと、
再び位置計測用プローブにより切削刃の基準部の外周部に関する位置を第２の計測点として計測するステップと、
第１の計測点と第２の計測点を結ぶ線分を斜辺とする直角二等辺三角形の直角の頂点の位置を算出することにより切削刃の実回転中心を割り出すステップと
を実行させることを特徴とする切削刃の位置測定プログラム。
請求項７に記載の切削刃の位置測定プログラムが記録されたことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
切削刃を保持して回転する回転割り出し装置と切削刃に対して再研磨を行う研磨装置とを備えたＮＣ工作機において、
請求項１〜６のいずれか一項に記載の切削刃の位置測定方法により回転割り出し装置に取り付けられた切削刃の位置を測定して研磨装置により再研磨を行うことを特徴とするＮＣ工作機。