JPH02311241A - 旋削装置におけるバイト芯出し制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、旋盤、特に超精密旋盤におけるバイト芯出
し制御装置に関する。

［従来の技術］ 超精密旋盤により正面旋削を行なう場合に、工作物の回
転中心にバイトの刃先を一致させる芯出しは、従来の技
術においては、下記のようにして行われている。

先ず、粗調整として、目視及び接触式の変位計により刃
先を工作物の回転中心に芯出しする。

次に、微調整として、試旋削を行い、工作物をチャック
より外し、顕微鏡により切削面の中心部を観察し、その
観察パターンに基づいて工作物の回転中心に対するバイ
トの刃先の芯ずれの量と方向とを検出し、それに応じて
バイトの刃先の位置を補正して再び旋削を行う。そうし
て、芯ずれがなくなるまで上記の微調整を繰り返す。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の芯出しは、旋盤上で切削面を観察できないので、
作業時間が長く、工作物をチャックに着脱するので、チ
ャック面及び工作物裏面に切削屑等が入り込み、それら
の面に損傷を与える虞れがある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明による旋削装置におけるバイト芯出し制御装置
は、工作物把持具が装着された主軸を支承する主軸台、
バイトの保持装置が設置された摺動台、及び主軸台と摺
動台との間に主軸の軸線に直交する方向の相対送りを与
える送り駆動装置を具備した旋削装置に設けられ、バイ
ト刃先位置を主軸の軸線と前記相対送り方向との両者に
直交する方向に調節位置決めする変位位置決め部材、旋
削時の切削抵抗の主分力及び送り分力を検出する切削抵
抗検出装置、及び送り駆動装置を作動し、旋削時に検出
された切削抵抗の主分力が零になる位置で送り駆動装置
を停止し、それから切削抵抗の送り分力が零になるよう
に変位位置決め部材を作動する制御装置から構成されて
いる。

〔作　　用〕

上記のバイト芯出し制御装置が設けられた旋削装置にお
いては、先ず、工作物把持具に工作物が把持され、主軸
が回転駆動される。そうして、主軸台と摺動台との間に
主軸の軸線に直交する方向の相対送りが送り駆動装置に
より与えられ、正面旋削が行われ、その際、切削抵抗検
出装置で切削抵抗の主分力が検出される。そこで、制御
装置により送り駆動装置が制御され、相対送りの可動側
は、主分力が零になる位置に位置決め停止される。

それから、制御装置により変位位置決め部材が制御され
、バイトの刃先位置は、主軸の軸線と前記相対送り方向
との両者に直交する方向に調節され、検出される切削抵
抗の送り分力が零になった位置に位置決めされる。

かくして、バイト刃先位置は、工作物の回転中心位置に
芯出しされる。

〔実　施　例〕

この発明の実施例を図面に従って説明する。

第１図及び第２図には、この発明によるバイト芯出し制
御装置を備えた超精密旋盤が例示されている。

ベッド１０上には、Ｘ軸線方向の支持台１１とＹ軸線方
向の支持台１２とが設置され、支持台１１上には支持台
１１に固定された案内バー１３により案内されてＸ軸線
方向に滑動自在に横送りテーブル２０が支承され、支持
台１２上には支持台１２に固定された案内バー１４によ
り案内されてＸ軸線方向と直交するＹ軸線方向に滑動自
在に縦送りテーブル３０が支承されている。

横送りテーブル２０は、横送りサーボモータ２１で駆動
される送りねじ機構２２によりＸ軸線方向に進退される
ようになっており、縦送りテーブル３０は、縦送りサー
ボモータ３１で駆動される送りねじ機構３２によりＹ軸
線方向に進退されるようになっている。

横送りテーブル２０上に固定された主軸台２３には、工
作物Ｗを吸着するチャック２４を先端に装着した主軸２
５が主軸モータ２６によりＸ軸線回りに回転駆動される
ように軸承されており、縦送りテーブル３０上に固定さ
れた刃物台３３は、シングルポイントダイヤモンドツー
ル等のバイト３４が装着される上層の工具装着部３５、
複数個（図示の例では４個）の圧電アクチュエータ３６
ａから成る中層の変位部３６及び複数個（図示の例では
３個）の圧電素子（例えば水晶片）３７ａをもつ基層の
切削抵抗計部３７から構成されている。バイト３４は、
チャック２４に把持された工作物Ｗに対して正面旋削を
するようになっており、変位部３６は、後述する制御装
置５０からの入力を受けて工具装着部３５、即ちバイト
３４を上下に変位するようになっており、切削抵抗計部
３７は、切削時にバイト３４に加わる切削抵抗（特に主
分力及び送り分力）を検出し、後述する制御装置５０に
対し切削抵抗信号を出力するようになっている。

そうして、ベッドｌＯ上には、横送りテーブル２０及び
縦送りテーブル３０の位置を検出するレーザ干渉測長シ
ステム４０が設けられている。

レーザ光干渉測長システム４０において、ベッド１０上
の適宜の箇所には、レーザ発振器及びレーザ光分光器を
備えたレーザ光光源４１とＸ軸し−ザ光干渉位置検出器
４２とＹ軸し−ザ光干渉位置検出器４３とが夫々設置さ
れている。そうして、横送りテーブル２０及び縦送りテ
ーブル３０には、夫々レーザ光反射鏡４４．４５が設置
されている。

レーザ光光源４１とＸ軸し−ザ光干渉位置検出器４２と
はＹ軸線方向の定長光路管４６ａにより、Ｘ軸し−ザ光
干渉位置検出器４２とレーザ光反射鏡４４とはＸ軸線方
向の伸縮光路管（例えば入れ子式管）４６ｂにより夫々
接続されており、レーザ光光源４１とＹ軸し−ザ光干渉
位置検出器４３とはＸ軸線方向の定長光路管４７ａによ
り、Ｙ軸し−ザ光干渉位置検出器４３とレーザ光反射鏡
４５とはＹ軸線方向の伸縮光路管（例えば入れ子式管）
４７ｂにより夫々接続されている。

レーザ光源４１においてレーザ発捩器がらのレーザ光が
レーザ光分光器で２方向に分光され、夫々、Ｘ軸し−ザ
光干渉位置検出器４２及びＹ軸し−ザ光干渉位置検出器
４３に入射され、その一部は更にレーザ光反射鏡４４．
４５に到って反射され、再びＸ軸し−ザ光干渉位置検出
器４２及びＹ軸し−ザ光干渉位置検出器４３に入射され
るようになっている。

Ｘ軸し−ザ光干渉位置検出器４２及びＹ軸し−ザ光干渉
位置検出器４３は、夫々横送りテーブル２０及び縦送り
テーブル３０の位置を検出し、夫々の変位量に応じた変
位パルス信号を後述するように制御装置５０に入力する
ように接続されている。

横送りテーブル２０及び縦送りテーブル３０の位置検出
には、レーザ光干渉測長システム４０の代りに光学スケ
ールを用いた通常の位置検出装置を用いてもよい。

少なくとも横送りサーボモータ２１、縦送りサーボモー
タ３１及び刃物台３３の変位部３４を制御する制御装置
５０について説明する。

制御装置５０は、メモリ５２及びインターフェース５３
、５４が夫々接続されたＣＰＵ（中央演算処理装置）５
１、並びにインターフェース５３から順次接続されたパ
ルス発生回路５５、偏差カウンタ５６及びドライブユニ
ット５７から構成されている。制御装置５０には、更に
計数回路５８ａ及びゲート回路５８ｂが順次接続されて
構成された停止制御装置５８が接続されている。即ち、
ゲート回路５１１ｂ及び計数回路５８ａは、夫々インタ
ーフェース５４に接続されている。

縦送りサーボモータ３１は制御装置５０のドライブユニ
ット５７に、刃物台３３の変位部３４は圧電アクチュエ
ータ電流制御装置６１を介して制御装置５０のインター
フェース５３に夫々接続されている。そうして、レーザ
位置検出器４Ｉは、制御装置５０の偏差カウンタ５６及
び停止制御装置５８のゲート回路５８に接続されている
。

切削抵抗計部３７は、主分力加算増幅回路６２ａ及び送
り分力加算増幅回路６２ｂから成る切削力加算増幅回路
６２に接続され、主分力加算増幅回路６２ａは主分力比
較回路６３を介して停止制御装置５８のゲート回路５８
ｂに、送り分力加算増幅回路６２ｂは送り分力比較回路
６４を介して制御装置５０のインターフェース５４に夫
々接続されている。

なお、横送りサーボモータ２１の制御系については、停
止制御装置５８及びインターフェース５４がない点が相
違するだけで、縦送りサーボモータ３１の制御系と同じ
であるから図示及び説明を省略する。

上記の超精密旋盤における、バイト芯出し制御装置の操
作・作用について説明する。

先ず、上記の制御系の作動について述べる。

（Ａ）横送りサーボモータ２１及び縦送りサーボモータ
３１の駆動については、制御装置５０がらの指令に基づ
き、即ち、メモリ５２に入力されている所定位置に基づ
く所定量に応じたパルス数信号及びパルス分配速信号が
ＣＰ　Ｕ５１からインターフェース５３を介してパルス
発生回路５５に入力され、パルス発生回路５５は、それ
に応じたモータ駆動パルスを偏差カウンタ５６に入力す
る。偏差カウンタ５６においては、入力された前記のモ
ーフ駆動パルス数と既述のように横送りサーボモータ２
１及び縦送りサーボモータ３１の位置に応じてＸ軸し−
ザ光干渉位置検出器４２及びＹ軸し−ザ光干渉位置検出
器４３から入力された変位パルス数との偏差値が演算さ
れ、この偏差値に比例した電圧が偏差カウンタ５６から
ドライブユニッ５７に入力される。ドライブユニット５
７では、前記電圧が増幅され、その電圧に応じて横送り
サーボモータ２１及び縦送りサーボモータ３１が駆動さ
れるのである。

その結果、変位パルス数がモータ駆動パルスに達して時
点で、横送りサーボモータ２１及び縦送りサーボモータ
３１の駆動が停止され、横送りテープル２０及び縦送り
テーブル３０は、所定位置に位置決めされて停止するの
である。

（Ｂ）正面旋削において、回転工作物の回転中心に対す
るバイト刃先の関係位置と切削抵抗との関係については
、第４図及び第５図に示す通りである。

正面旋削中、切削抵抗計部３７の圧電素子３７ａにより
切削抵抗が検出され、切削抵抗計部３７がらの出力電圧
が切削力加算増幅回路６２、即ち主分力加算増幅回路６
２ａ及び送り分力加算増幅回路６２ｂに入力される。

そうして、更に主分力加算増幅回路６２ａから出力され
た主分力電圧値Ｖが主分力比較回路６３で基準電圧ｖＯ
と比較され、主分力電圧値Ｖが基準電圧ＶＯに達した時
点、即ち主分力値が零に達した時点のバイト３４の刃先
位置が、工作物Ｗの回転中心線を通り、縦送り方向に垂
直な直立軸線上にあることになる。

（Ｃ）更に、正面旋削中にバイト３４の刃先位置が、工
作物Ｗの回転中心線を通り、縦送り方向に垂直な直立軸
線上にあった際、工作物Ｗの回転中心からの変位の方向
及び量により切削抵抗の送り分力の正負及び量が決まる
。

そこで、正面旋削中にバイト３４の刃先位置が、工作物
Ｗの回転中心線を通り、縦送り方向に垂直な直立軸線上
にあった際、送り分力加算増幅回路６２ｂから出力され
た送り分力電圧値Ｖが送り分力比較回路６３で基準電圧
ｖＯと比較され、その差の正負及び量が判別され、送り
分力値の正負零信号が制御装置５０に入力される。それ
に基づいて制御装置５０から出力される圧電アクチュエ
ータ作動信号が圧電アクチュエータ電流制御装置６１に
入力される。送り分力値が正の場合には、圧電アクチュ
エータ３６ａが収縮するように、送り分力値が負の場合
には、圧電アクチュエータ３６ａが膨張するように、圧
電アクチュエータ電流制御装置６１は、圧電アクチュエ
ータ３６ａへの印加電流を変化させる。

その結果、工具装着部３５、即ちバイト３４は上下し、
延いてはバイト３４の刃先は、工作物Ｗの回転中心線を
通り、縦送り方向に垂直な直立軸線上を上下する。

送り分力値が零の場合にはバイト３４の刃先位置は、工
作物Ｗの回転中心にあることになる。

超精密旋盤による正面旋削におけるバイト芯出しについ
て述べる。

（１）先ず、バイト交換後の第１回目試削の作動開始に
際し、ＣＰ　Ｕ５］は、インターフェース５４を介して
計数回路５８をリセットし、ゲート回路５８ｂを開いた
状態にする。

そうして、工作物Ｗは、主軸台２３のチャック２４に吸
着され、主軸モータ２６により主軸２５が回転駆動され
、工作物Ｗも回転する。制御装置５０からの指令に基づ
き、横送りサーボモータ２１が駆動し、送りねじ機構２
２を介して原位置にある横送りテーブル２０に対しＸ軸
し−ザ光干渉位置検出器４２により位置が検出されなが
ら所定の切込み位置まで送りが与えられる。

（２）次に、制御装置５０からの指令に基づき、縦送り
サーボモータ３１が駆動し、送りねじ機構３２を介して
原位置にある縦送りテーブル３０に対しＹ軸し−ザ光干
渉位置検出器４３により位置が検出されながら所定位置
、即ちバイトの取付位置誤差があっても、バイト３４の
刃先が工作物Ｗの回転中心軸線位置を適宜量通り過ぎる
ような位置にまで送りが与えられる。かくして、工作物
Ｗは正面旋削される。

しかる後、制御装置５０からの指令に基づき、縦送りテ
ーブル３０は、原位置に戻し送りされる。

上記の第１回目の試削における縦送りは、超過送りでな
く、後記（３）におけるゲート回路５８ｂに主分力比較
回路６３から閉路信号が入力された時点で、ＣＰ　Ｕ５
１もその信号を取込んで、縦送りサーボモータ３１を停
止するようにしてもよい。この場合には、後記の（３）
（４）は省略される。

（３）前記（２）の第１回目の試削である正面旋削中、
主分力電圧値Ｖが基準電圧ＶＯに達した時点、即ち主分
力値が零に達した時点で、それまで開いていたゲート回
路５８ｂに主分力比較回路６３から閉路信号が入力され
る。ゲート回路５８ｂが開いている間は、Ｙ軸し−ザ光
干渉位置検出器４３からの変位パルス数がゲート回路５
８ｂを介して計数回路５８ｃに入力されるでいるので、
計数回路５８ｃにおいては、縦送りテーブル３０原位置
から上記の主分力値が零になる位置までの距離に相当す
るパルス数がカウントされることになる。そのパルス数
は、インターフェース５４及びＣＰ　Ｕ５１を介してメ
モリ５２に入力される。

（４）横送りテーブル２０に対し多少の切込み送りを与
えた後、原位置に戻っている縦送りテーブル３０に対し
、制御装置５０からの指令に基づき、（１）と同様にし
て所定位置、今度は、Ｙ軸し−ザ光干渉位置検出器４３
から入力された変位パルス数が計数回路５８ｃにおいて
カウントされてメモリ５２に入力されるパルス数に達す
る位置にまで送りが与えられ、第２回目の試削が行われ
る。

（５）そうして、該位置に縦送りテーブル３０が達した
時点の送り分力加算増幅回路６２ｂから出力された送り
分力値信号は、送り分力比較回路６３に人力され、零値
との比較で送り分力値の正負零が判別され、送り分力値
の正負零信号が制御装置５０に入力される。それに基づ
いて制御装置５０から出力される圧電アクチュエータ作
動信号が圧電アクチュエータ電流制御装置６１に入力さ
れる。送り分力値が正の場合（バイト３４に対し工作物
Ｗを擦りながら第５図の右へ移動させる状態）には、圧
電アクチュエータ３６ａが収縮するように、送り分力値
が負の場合（バイト３４に対し工作物Ｗを擦りながら第
５図の左へ移動させる状態）には、圧電アクチュエータ
３６ａが膨張するように、圧電アクチュエータ電流制御
装置６１は、圧電アクチュエータ３６ａへの印加電流を
変化させる。

その結果、工具装着部３５、即ちバイト３４は上下し、
延いてはバイト３４の刃先は、工作物Ｗの回転中心線を
通り、縦送り方向に垂直な直立軸線上を上下する。

（６）検出される送り分力値が零に近づき、零に達した
時点で圧電アクチュエータ電流制御装置６１は、圧電ア
クチュエータ３６ａへの印加電流を変化を停止し、印加
電流を一定に維持する。即ち、送り分力値が零となる位
置にバイト３４の刃先が芯出しされることになり、その
時のバイト３４の刃先位置は、工作物Ｗの回転中心線上
にある。

かくして、バイト３４の芯出しが完了する。

上記の実施例は、平面の正面旋削の場合であるが、ＣＰ
　Ｕ３Ｏにより横送りサーボモータ２１及び縦送りサー
ボモータ３１とを連動させれば、球面等の曲面旋削の場
合も同様にバイト芯出し制御が行われる。

〔発明の効果） この発明の旋盤におけるバイト芯出し制御装置によれば
、目視調整によらず、チャックへの着脱も不要で、バイ
ト芯出しが自動的に行い得るので、高精度の芯出しが可
能な上、作業時間が短縮され、チャック面及び工作物裏
面に損傷を与えない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の実施例におけるバイト芯出し制御
装置を備えた旋削装置の構成図、第２図は、この発明の
実施例における旋削装置の部分正面図、 第３図は、この発明の実施例における切削抵抗の送り分
力の説明図、 第４図は、この発明の実施例における回転工作物の回転
中心に対するバイト刃先の関係位置と切削抵抗の主分力
との関係を示す説明図とグラフ、第５図は、この発明の
実施例における回転工作物の回転中心に対するバイト刃
先の関係位置と切削抵抗の送り分力との関係を示す説明
図とグラフである。 １０：ベッド　１１．１２：支持台　＋３．　＋４°案
内バー２０：横送りテーブル　２１：横送りサーボモー
タ２２．３２：送りねじ機構　２３：主軸台　２４：チ
ャック２５：主軸２６：主軸モータ　３ｏ：縦送りテー
ブル３１：縦送りサーボモータ　３３：刃物台　３４：
バイト３５：工具装着部３６：変位部 ３６ａ：圧電アクチュエータ　３７．切削抵抗計部３７
ａ：圧電素子　４ｏ：レーザ干渉測長システム４１：レ
ーザ光光源 ４２：Ｘ軸し−ザ光干渉位置検出器 ４３”Ｙ軸し−ザ光干渉位置検出器 ４４．４５：レーザ光反射鏡　４６ａ、４７ａ：定長光
路管４６ｂ、４７ｂ：伸縮光路管　５０：制御装置５１
：ＣＰＵ（中央演算処理装置）５２：メモリ５３．５４
：インターフェース　５５：パルス発生回路５６：偏差
カウンタ　５７：ドライブユニツト５８：停止制御装置
　５８ａ：変換器　５８ｂ＝ゲ一ト回路５８ｃ：計数回
路 ６１：圧電アクチュエータ電流制御装置６２：切削力加
算増幅回路 ６２ａ：主分力加算増幅回路 ６２ｂ＝送り分力加算増幅回路　６３：主分力比較回路
６４：送り分力比較回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 工作物把持具が装着された主軸を支承する主軸台、バイ
   トの保持装置が設置された摺動台、及び主軸台と摺動台
   との間に主軸の軸線に直交する方向の相対送りを与える
   送り駆動装置を具備した旋削装置における、バイト刃先
   位置を主軸の軸線と前記相対送り方向との両者に直交す
   る方向に調節位置決めする変位位置決め部材、旋削時の
   切削抵抗の主分力及び送り分力を検出する切削抵抗検出
   装置、及び送り駆動装置を作動し、旋削時に検出された
   切削抵抗の主分力が零になる位置で送り駆動装置を停止
   し、それから切削抵抗の送り分力が零になるように変位
   位置決め部材を作動する制御装置から構成されているバ
   イト芯出し制御装置