JPH05337787A - 工作機械のボーリング径補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 作業者による計測，刃先の微調整を不要にし
てボーリング加工の自動化を実現できる工作機械のボー
リング径補正装置を提供する。 【構成】 主軸２に装着された刃具６を加工半径方向に
移動させる刃具移動機構９と、該移動機構９に上記刃具
６の必要移動量に応じた駆動信号を出力するボーリング
径制御手段２３と、上記主軸２を支持する主軸頭１に計
測位置と待機位置との間で移動可能に配設され、ボーリ
ング穴Ｗ１の内面に接触したとき接触信号ａを出力する
タッチセンサ１８と、該タッチセンサ１８からの接触信
号ａが入力された時点での座標位置に基づいて計測ボー
リング径ｂを求めるボーリング径演算手段２１と、上記
計測ボーリング径ｂと目標ボーリング径ｃとから必要な
刃具補正寸法を求め、該刃具補正寸法に応じたボーリン
グ径補正信号ｄを上記ボーリング径制御手段２３に出力
するボーリング径補正手段２２とで工作機械のボーリン
グ径補正装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、マシニングセンタ等の
工作機械においてボーリング径を自動的に補正できるよ
うにした装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】マシニングセンタ等でボーリング加工を
行う場合、従来、加工前にツールをツールプリセッタ等
を用いて所定寸法にプリセットし、加工するようにして
いる。しかし実際に切削すると、取り代や材質あるいは
刃先の摩耗によって予定の寸法に仕上がらない上、工具
交換における工具の取り付け誤差の要因により加工寸法
がばらつくことが多い。そのため高精度ボーリング加工
を必要とする場合、製作現場では、ボーリングバーごと
にためし切削（中程度の仕上げ）をした後、機械を停止
させ、作業者がシリンダゲージでボーリング穴径を実測
し、機上でダイヤルインジケータ等で刃先を微調整し、
同一ヘッドで徐々に径を拡げるという、計測，微調整，
加工の繰り返しにより加工精度を確保するようにしてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般にボーリング径の
要求精度はＨ６〜Ｈ７程度であるが、刃先の摩耗やボー
リングバーの撓み，取り代のばらつき，切り屑の影響，
あるいは工具交換における主軸への工具の取り付け誤差
等の要因により、誤差が累積され、上記プリセット値が
そのまま再現され難い。このように従来の高精度ボーリ
ング加工では、作業者による計測，刃先の微調整，等が
必要なため自動化の妨げになっており、しかも計測誤差
が発生し易いという問題もある。

【０００４】ここで図６，図７に示すように、主軸頭１
内の主軸２に装着された工具Ｔ１でワークＷのボーリン
グ穴Ｗ１を加工し、上記工具Ｔ１をタッチプローブＴ２
に交換して穴径を計測し、再度工具Ｔ１に交換すること
により、ボーリング穴Ｗ１を補正加工することが考えら
れる。しかしこの方法では、工具Ｔ１，タッチプローブ
Ｔ２を主軸２に装着する際に誤差が生じるため、高精度
な補正はできない。

【０００５】なお、従来、工具とワークとを相対的に移
動させることによって穴内径を所定径に加工するいわゆ
るコンタリング加工法では、ＮＣ装置の補正機能を利用
することにより、穴内径の補正が可能であった（例えば
特開平３−１３１４５２号公報、実開昭６２−１３８５
６２号公報参照）。しかしこの方法はボーリング加工に
おける径の補正にそのまま転用することはできない。

【０００６】本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされ
たもので、作業者による計測，刃先の微調整を不要にし
て高精度ボーリング加工の自動化を実現できる工作機械
のボーリング径補正装置を提供することを目的としてい
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、主軸に装着さ
れた刃具を加工半径方向に移動させる刃具移動機構と、
該移動機構に上記刃具の必要移動量に応じた駆動信号を
出力するボーリング径制御手段と、上記主軸を支持する
主軸頭に計測位置と待機位置との間で移動可能に配設さ
れ、ボーリング穴の内面に接触したとき接触信号を出力
するタッチセンサと、該タッチセンサからの接触信号が
入力された時点での座標位置に基づいて計測ボーリング
径を求めるボーリング径演算手段と、上記計測ボーリン
グ径と目標ボーリング径とから必要な刃具補正寸法を求
め、該刃具補正寸法に応じたボーリング径補正信号を上
記ボーリング径制御手段に出力するボーリング径補正手
段とを備えたことを特徴とする工作機械のボーリング径
補正装置である。

【０００８】

【作用】本発明に係る工作機械のボーリング径補正装置
によれば、例えば荒加工が終わると、工具を主軸に装着
したままでタッチセンサがボーリング穴の内面の３点に
接触して接触信号を出力し、該各信号出力時の座標位置
に基づいてボーリング径演算手段がその時点での計測ボ
ーリング径を演算し、ボーリング径補正手段が計測ボー
リング径と目標ボーリング径とから必要な刃具補正寸法
を求めるとともに、該補正寸法に応じたボーリング径補
正信号をボーリング径制御手段に出力する。すると該制
御手段が上記刃具移動機構を介して刃具を加工半径方向
に移動させ、仕上げ加工が行われる。

【０００９】このように本発明では、刃具移動機構によ
って刃具を加工半径方向に移動可能に構成し、該刃具を
計測ボーリング径と目標ボーリング径との差に応じた寸
法だけ移動させるようにしたので、従来の作業者による
計測，微調整は不要となり、計測誤差，調整誤差を軽減
できるとともに、自動計測，自動補正が可能となり、ボ
ーリング加工の無人化が可能となる。また、補正を行う
際、主軸に装着した工具を着脱することがないので、正
しく補正することができ、高精度加工が可能になる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。図１ないし図３は本発明の一実施例による工
作機械のボーリング径補正装置を説明するための図であ
り、図１はその構成図、図２，図３は動作を説明するた
めの側面図である。

【００１１】図１において、１は図示しないコラムによ
って垂直方向に移動可能に支持された主軸頭、２は該主
軸頭１で軸受３を介して回転自在に支持された主軸であ
る。なおワークを搭載したテーブルは水平方向に移動可
能に構成されており、また上記主軸２は図示しない駆動
モータで回転駆動される。

【００１２】上記主軸２の下端部には工具Ｔが装着され
ている。この工具Ｔは、ホルダ４の下端でスライダ５を
図示左右方向に移動可能に支持し、該スライダ５の下面
に刃具６をボルト締め固定した構造のものである。な
お、上記ホルダ４は上記主軸２の下端面に固定された中
間部材７にナット部材８で着脱可能に装着されている。

【００１３】９は上記刃具６を主軸２の回転軸と直角の
加工半径方向に移動させる移動機構である。該移動機構
９は、上記主軸２内の下端部に上下移動自在に挿入配置
されたカムロッド１０と、主軸２内に上下移動可能に挿
入配置され、上記カムロッド１０に高精度カップリング
１１を介して連結又は解除可能に接続された押圧ロッド
１２と、該押圧ロッド１２を上下移動させるサーボモー
タ１３とを備えている。

【００１４】上記カムロッド１０の下端に形成されたカ
ム面１０ａは上記スライダ５のカム面５ａに摺接してお
り、該カムロッド１０を下降させるとスライダ５が図視
右方に移動する。なお１３はスライダ５を図示左方に付
勢するばねである。

【００１５】上記押圧ロッド１２は、カップリング１４
でボールねじ１５に接続されており、該ボールねじ１５
はボールナットを内蔵するプーリ１６，タイミングベル
ト１７を介して上記サーボモータ１３に連結されてい
る。このサーボモータ１３を起動すると、ボールねじ１
５ひいてはカムロッド１０が下降し、スライダ５ひいて
は刃具６を加工半径方向に移動させる。

【００１６】１８はタッチセンサであり、これは主軸頭
１に上下移動可能に装着されたスライドベース１９に取
り付けられている。なお、上記タッチセンサ１８はワー
クＷのボーリング穴Ｗ１の内面に接触したとき接触信号
ａを出力するように構成されている。

【００１７】２０はＣＰＵであり、これは以下の機能を
有する。上記タッチセンサ１８からの接触信号ａに基づ
いて上記ボーリング穴Ｗ１の内径（計測ボーリング径
ｂ）を演算し出力するボーリング径演算手段２１と、演
算された計測ボーリング径ｂと目標ボーリング径ｃとか
ら補正信号ｄを求めるボーリング径補正手段２２と、上
記ボーリング径補正信号ｄに応じた駆動信号ｅを上記サ
ーボモータ１３に出力するボーリング径制御手段２３と
しての機能を有する。なお、ボーリング径制御手段２３
は、加工開始時には目標ボーリング径ｃに対応した荒加
工駆動信号ｅ′を出力する。

【００１８】次に本実施例装置の動作を説明する。目標
ボーリング径ｃが入力されると、ＣＰＵ２０のボーリン
グ径制御手段２３が、上記目標ボーリング径ｃの公差よ
りマイナス側の荒加工径に対応した荒加工駆動信号ｅ′
を出力する。この荒加工駆動信号ｅ′に応じてサーボモ
ータ１３が回転し、押圧ロッド１２がカムロッド１０を
下降させ、これにより刃具６が上記荒加工径に応じた加
工半径位置に位置決めされ、この状態で荒加工が行われ
る。

【００１９】次に刃具６を計測に支障のない位置まで退
避させた後、スライドベース１９の下降によりタッチセ
ンサ１８の触針がボーリング穴Ｗ１内に挿入される。こ
の状態でワークＷが水平移動して、ボーリング穴Ｗ１の
内面３箇所に接触し、そのたびに接触信号ａを出力する
（図１，図２参照）。なお、この後タッチセンサ１８は
元の位置に退避する。

【００２０】上記ボーリング径演算手段２１が、上記各
接触信号ａが入力された時点での座標位置に基づいて上
記ボーリング穴Ｗ１の内径（計測ボーリング径ｂ）を演
算する。そして上記ボーリング径補正手段２２が上記演
算された計測ボーリング径ｂと上記目標ボーリング径ｃ
とから刃具６を移動させるべき寸法を演算し、該移動寸
法に応じたボーリング径補正信号ｄを出力する。すると
ボーリング径制御手段２３がボーリング径補正信号ｄに
応じた補正駆動信号ｅをサーボモータ１３に出力し、こ
れにより刃具６が最終仕上げ加工半径位置に移動して位
置決めされ、この状態で最終仕上げ加工が行われる（図
３参照）。

【００２１】このように本実施例では、主軸２に工具を
取り付けたままボーリング穴Ｗ１の内径を計測できるの
で、工具着脱による計測誤差が発生することはなく、か
つ短時間で補正できる。

【００２２】また本実施例では三点測定による自動計測
を行うので、作業者がシリンダゲージ等を用いて計測す
る従来方法に比較してばらつきが小さく、高精度での計
測が可能である。

【００２３】上述のように本実施例では自動計測，自動
補正が可能であり、従って作業者を介入させることなく
長時間の無人運転が可能である。

【００２４】なお、上記実施例では、タッチセンサ１８
が主軸と平行に移動する場合を説明したが、タッチセン
サの移動機構には各種の態様が考えられる。例えば図
４，図５に示すように、主軸頭１にアーム２５を旋回可
能に装着し、該アーム２５にタッチセンサ１８を取り付
けても良い。この変形例の場合、タッチセンサ１８を主
軸２の軸心近傍に位置させることができるので、上記実
施例の効果に加えて、ワークＷの水平方向（Ｘ，Ｙ方
向）における移動距離を短縮できる利点がある。

【００２５】また本発明の適用範囲は上記実施例におけ
る立形マシニングセンタに限定されるものではない。

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明に係る工作機械のボ
ーリング径補正装置によれば、刃具を移動機構で加工半
径方向に移動可能に構成し、主軸ラムに装着されたタッ
チセンサからの接触信号に基づいて計測ボーリング径を
求め、該計測ボーリング径と目標ボーリング径との差に
応じて刃具を加工半径方向に移動させるようにしたの
で、計測精度を向上できるとともに、ボーリング径の自
動計測，自動補正を実現でき、無人運転を可能にできる
効果がある。また、補正を行う際に主軸に装着した工具
を着脱することがないので正しく補正ができ、高精度ボ
ーリング加工が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の一実施例による工作機械のボー
リング径補正装置の構成図である。

【図２】上記実施例の計測動作を説明するための側面図
である。

【図３】上記実施例の切削動作を説明するための側面図
である。

【図４】上記実施例の変形例の計測動作を示す側面図で
ある。

【図５】上記変形例の切削動作を示す側面図である。

【図６】本発明の成立過程において考えられた補正方法
を説明するためのボーリング穴加工状態を示す側面図で
ある。

【図７】図６の補正方法における穴径計測状態を示す側
面図である。

【符号の説明】

１ 主軸頭 ２ 主軸 ６ 刃具 ９ 刃具移動機構 １８ タッチセンサ ２１ ボーリング径演算手段 ２２ ボーリング径補正手段 ２３ ボーリング径制御手段 ａ 接触信号 ｂ 計測ボーリング径 ｃ 目標ボーリング径 ｅ，ｅ′ 駆動信号 Ｗ１ ボーリング穴

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 主軸に装着された刃具を加工半径方向に
   移動させる刃具移動機構と、該移動機構に上記刃具の必
   要移動量に応じた駆動信号を出力するボーリング径制御
   手段と、上記主軸を支持する主軸頭にボーリング穴内の
   計測位置と待機位置との間で移動可能に配設され、ボー
   リング穴の内面に接触したとき接触信号を出力するタッ
   チセンサと、該タッチセンサからの接触信号が入力され
   た時点での座標位置に基づいて計測ボーリング径を求め
   るボーリング径演算手段と、上記計測ボーリング径と目
   標ボーリング径とから必要な刃具補正寸法を求め、該刃
   具補正寸法に応じたボーリング径補正信号を上記ボーリ
   ング径制御手段に出力するボーリング径補正手段とを備
   えたことを特徴とする工作機械のボーリング径補正装
   置。