JPH10141934A - ボールエンドミルの真球度測定方法 - Google Patents
ボールエンドミルの真球度測定方法Info
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- JPH10141934A JPH10141934A JP8315627A JP31562796A JPH10141934A JP H10141934 A JPH10141934 A JP H10141934A JP 8315627 A JP8315627 A JP 8315627A JP 31562796 A JP31562796 A JP 31562796A JP H10141934 A JPH10141934 A JP H10141934A
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Abstract
ンドミルの真球度を自動測定する方法を提供する。 【解決手段】 加工機のクロスレール1の下側に取付台
7を介してレーザ測定器6をレーザ光軸aがX軸方向を
向くように設置し、Y軸方向に移動位置決め可能な主軸
頭2の、Z軸方向に移動位置決め可能な主軸ラム3に、
回転可能に軸承されている主軸4に、ミーリングチャッ
ク5を介してボールエンドミルTを装着し、回転させな
がらレーザ光によりボールエンドミルTの先端を求め、
先端から工具半径分内へシフトした位置をボール中心と
し、90°以内の任意の角度ごとにボールの法線方向に
ボールエンドミルを軸移動させて刃面の半径分を測定
し、各角度の半径分からボールエンドミルTの真球度を
求める。
Description
真円度を測定する方法に関するものである。
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
た加工がてきないからである。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。
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。
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10
3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。
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。
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。
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。
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直球度を測定す
る方法であって、正確な外径寸法が判ってきる基準工具
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。
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
させながら直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
心とを求め、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、N
C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。
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。
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。
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。
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。
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。
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T
S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〕。
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。
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〕。
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。
Z軸上の線分OAを原点O(レーザ光点)のまわりで9
0°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+(R+1)Cosθ…………1式
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+(R−1)Cosθ…………2式
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。
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。
θが90°になったか否かすなわち図8に示すように1
5°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S1
2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。
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。
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2−311
242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。
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。
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。
レーザ測定器と主軸頭部分の斜視図である。
した状態を示す。(a)は正面図、(b)は側面図であ
る。
位置の検出状態を示す。(a)は正面図、(b)は側面
図である。
検出状態を示す。(a)は正面図、(b)は刃先の側面
図である。
傾斜角ごとの測定状態を示す。
定状態を示す。(a)は正面図、(b)は刃先の側面図
である。
定状態を示す。(a)は正面図、(b)は刃先の側面図
である。
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。
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。
る。
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。
Claims (6)
- 【請求項1】 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直球度
を測定する方法であって、正確な外径寸法が判ってきる
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。 - 【請求項2】 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直球度
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とを求め、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請求項
1に記載のボールエンドミルの真球度測定方法。 - 【請求項3】 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。 - 【請求項4】 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。 - 【請求項5】 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。 - 【請求項6】 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。
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