JPH03500745A - 回転機械加工用に取り付けられた工具チップによって描かれる半径を自動的に測定する装置及び方法 - 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】 回転機械加工用に取り付けられた工具チップによって描かれる半径を自動的に測 定する装置及び方法本発明は、例えば穴ぐりバイトの切刃のような工具チップ（ ｔｏａｌ　ｔｉｐ）が工作機械によって駆動された時に描く円の半径を自動的に 測定する方法及び装置に係わる。

中ぐリベットの工具チップによって描かれる半径又は直径の測定は現在のところ 、ＣＮＣ式中ぐり又はフライス削り工作機械で加工中の無人操作としては実施さ れていない。

即ち、工具のセツティングはＣＮＣ工作機械とは別の工具セツティング機械を用 いて手動で行われている０通常は、半径調節範囲の狭い固定半径中ぐり棒が使用 される。一般的には、新しい工具チップを中ぐり棒に固定し、オペレータが中ぐ りヘッドを手動で回転させて変位センナの最大の振れ（ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ） を試行錯誤で検知する。この最大の振れは工具のチップによって描かれる半径を 決定する。そこでオペレータは中ぐりヘッドを調整して半径を正確な値にセット する。

本発明は第１に、工具のチップが工作機械によって駆動された時に描く円の半径 を測定するための方法であって、工具を弧状面の最大曲率部分と平行に回転する ように取付け、 工具のチップを、該チップの回転の中心を基準にしない場合には、前記２つの位 置で接触が生じるように、必要に応じて前記回転の中心と工具チップ又は弧状面 の弧の中心との間の距離を変化させ、 工具チップによって描かれる半径を弧状面の半径と前記距離の変化とに基づいて 計算すべく、前記距離の変化を検出することからなる方法に係わる。

この方法は、工具チップの中心と弧の中心とが合致している時に最も正確であり 、その場合は前記距離がゼロであり且つ工具によって描かれる半径が弧状面の半 径に等しい。

この方法は前記２つの中心が名目上合致している場合に使−用するためのもので あり、これらの中心が離れ過ぎると不正確になる。

本発明の利点の１つは、穴ぐりバイトの半径を工作機械又は他の任意の必要場所 で無人でセットすることができることにある０本発明は、工具のチップ自体によ って描かれる直径を測定するという点で先行技術と異なる。

本発明は第２に、前記方法を実施するための装置であって、 シャフトと共に回転するように取付けられた弧状面と、 前記弧状面とシャフトとの間に配置されたばね手段と、 回転工具のチップと係合して前記弧状面を回転させる係合手段と、 前記ばね手段の振れを表す信号を送出する測定手段とを含む装置に係わる。

操作時には工具チップを弧状面と接触させ、係合手段と係合するまで回転させる 。工具チップを更に少なくとも１８０°回転させると、それに伴って弧状面も回 転する０次いで、工具チップと弧状面とが一緒に回転している間に、互いに１８ ０°離れた少なくとも２つの地点で送出される測定手段の出力と弧状面の半径と から、工具チップによって描かれる円の半径が算出される。

ばね手段はプレーナばね（ｐｌａｎａｒ　ｓｐｒｉｎｇ＞を含み得、その場合測 定手段は、工具チップと弧状面とが一緒に回転している時の無数の接触点にわた って振れ信号を送出すべく前記プレーナばねに取付けられたストレーンゲージを 含み得る。係合手段は弧状面からの突起を含み得る。この突起は回転中の工具チ ップと係合し、工具の回転に伴って弧状面も回転させる機能を果たす。

弧状面は凹面又は凸面であり得るため、内側又は外側中ぐり用にセットされた工 具の半径を測定することができる。

機械台上に取付けられる弧状面と、 工具チップと前記弧状面との接触を感知すべく前記弧状面に接続されており、こ の接触が感知された時点でトリガー（ｔｒｉｇｇｅｒ）信号を送出する手段とを 含む装置に係わる。

最も単純な操作法では、互いに１８０゛離れた少なくとも２つの点で弧状面に工 具チップを接触させる。その結果トリガー信号が送出されると、工具チップの回 転の中心と工具チップとの間の相対距離が測定され、工具チップによって描かれ る円の半径（又は直径）が計算される。

トリガー信号を送出する手段は、弧状面の周りに１２０°の間隔で配置された３ つの圧電クリスタルを含み得る。これらのクリスタルは、弧状面に圧力が加えら れた時に、その圧力が加えられた場所に応じて１つ以上のクリスタルに対する圧 力が変化するように配置される。

弧状面は、この面が工具チップによって損傷を受ける前に移動できるようにする オーバートラベル（ｏｖｅｒｔｒａｖｅｌ）手段を介して機械台上に取付けるこ ともできる。その場合は、このオーバートラベル手段がトリガー信号送出手段を 含み得る。

工具チップは多くの異なる角位置で弧状面と接触させ得るが、好ましくは４つの 位置、即ち機械台のＸ軸線上の２つの位置及び機械台のＹ軸線上の２つの位置で 接触させる。

弧状面は連続面でなくてもよく、特に工具チップとの接触地点だけに存在させる ようにし得る。弧状面を機械台に固定する場合は、内側及び外側ボアをセットで きるように、且つ複数の異なる半径を正確にセットできるように、複数の弧状面 を使用し得る。

以下、添付図面に基づき本発明の実施例を幾つか説明する。

添付図面中、 第１ａ［３はプレーナばねを使用する本発明の装置の簡略斜視図である。

第１ｂ図及び第１ｃ図は第１ａ図の装置及び別の装置の実際的使用方法を示す部 分平面図である。

第２図はプレーナばねの振れをプレーナばね担持スピンドルの回転に対してプロ ットしたグラフである。

第３図は固定弧状面を使用する本発明の装置の分解説明図である。

第４図は内側及び外側データミング（ｄａｔｕｍｉｎｇ）を可能にする３つの弧 状面を用いた場合の説明図である。

第５図は工具チップが弧状面と接触した時にオーバートラベルを起こすようにす る第３図の装置の取付は法を示す説明図である。

第６図は４つの弧状面部分と４つのオーバートラベルユニットとを用いる場合の 説明図である。

第７図は本発明で使用し得る中ぐりヘッドの簡略断面図である。

第８図は第７図の中ぐり欅のＩ−Ｉ方向の断面図である。

第９図は機械加工を行っている最中に中ぐりヘッドのバイトチップの位置を修正 すべく信号を誘導するためのアルゴリズムのフローチャートである。

第１ａ図では回転データムプローブ（ＲＤＰ）が円形スピゴット１０と、硬化ｆ ｌｊ製半製筒円筒体と、プレーナばね１２と、シャフト１３とを備えている。こ れらの部材は総て固定部材１４を介して機械台１５上に配置されている。スピゴ ット１ｏ、半円筒体１１及びシャフト１３は互いに同軸であり、例えば部材１ｏ 、１１及び１３を旋盤によって形成し、旋盤加工によって得られた完全なシリン ダの半分を後でフライス削りによって切除して半円筒体１１にし、半円筒体１１ とシャフト１３との閏のセクションにプレーナばね１２をフライス削りで形成す るようにし得る。前記半円筒体は、径方向及び軸線方向の遊びを除去すべく軸線 方向で予圧したＺつの高精度アンギュラコンタクト軸受１６及び１７を介して、 シャフト１３上で回転するように配置される。

半円筒体１１にはその軸線と合致する平面に傷平プレート１８が固定されている 。このプレート１８は半円筒体の直径よりやや大きい幅を有し、半円筒体がらは み出している。

操作時には、工作機械がタッチトリガー（ｔｏｕｅｂ　ｔｒｉｇｇｅｒ）７０− プ２１によってスピゴット１０の位置を検出する。前記プローブはａｍで示すよ うな種々の位置を占める０次いでこのタッチトリガープローブを中ぐりヘッドセ ットと交換し、その回転軸をシャフト１３と名目上合致させる。この中ぐりヘッ ドは、切削用チップ２３を備えた穴ぐりバイト２２を担持している。バイト２２ の径方向位置は、チップによって描かれる半径が変化するようにＵ軸に沿ってバ イトを動かすドライブにより制御される。　。

この状態で中ぐりヘッドを使用して、半円筒体１１０半径より大きい半径の位置 までバイトチップを動かし、中ぐり棒を回転させてＵ軸を角度２４（第１ｂ図参 照）、通常はＸ軸に対して５゛の角度をなすように配置する０次いで、中ぐりヘ ッドを半円筒体１１に対して下降させ、バイトチップが半円筒体の側面に対して 第１ｂ図の位置２５を占めるようにする０次いでＸ、Ｙ又はＺ座標の変化を伴わ ずにＵ軸を動かし、バイトチップを第１ｂ図の位置２６で半円筒体と接触させる 。バイトチップを更に少し半円筒体方向に動かして、プレーナばねに振れを生じ させる。

ここでＵ軸を回転させて、バイトチップをプレート１８と接触させる（第１ｂ図 の位置２７参照）、半円筒体１１は、この段階に至るまでは、シャフト１３に取 付けられたディスク２８からなり且つばね式プランジャ３２に取付けられた回転 軸受３１と係合する凹部２９を備えた停止システムによって静止している。バイ トチップ２３がプレート１８と係合すると停止トルクより大きい力が作用し、Ｕ 軸が回転を続けるとバイトチップによって半円筒体１１が回転するようになる。

Ｕ軸の回転は更に３６０°にわたって続けられ、それに伴って半円筒体も回転す る０通常は、中ぐり棒の軸線とシャフト１３の軸線とが完全には合致せず、第２ 図に示すようにブレーナばわ１２の振れが回転中に変化する。このばねの初期の 振れは、プレーナばねの測定範囲を出ないように、且つＵ軸が３６０゛回転する 間にバイトチップと半円筒体とが確実に接触し続けるように選択する。振れは、 ブレーナばね１２の内部に取付けられた２つのストレーンゲージによって測動き は主にシャフト１３の軸線に対して直角な動きであり、半円筒体１１の軸線方向 での変位はごく僅かである。

ンビュータのレジスタに記憶される。ここで、このレジスタ（［１）の内容を下 記の式に従ってセットする。

前記式中、Ｄは半円筒体１１の直径、△はプレーナばね１２の振れの平均値であ る。

振れの平均値は、バイトチップがプレート１８と係合して３６０゛回転する間に ストレーンゲージ３３及び３４から送出される出力に基づいてコンピュータで計 算される。最小振れと最大振れとの平均値を出すだけの簡単な方法もあるが、正 確度は劣る。

このようにしてＵレジスタをセットしておけば、Ｕ軸に沿った動きが正確に測定 される限り、バイトをＵ軸に沿って動かし且つＵ軸に沿った動きを表す内容を有 するカウンタからＵレジスタの内容を更新することによって、バイトチップが描 く円の半径を要求に応じて任意に変化させることができる。

例えば、半径Ｒを大きくする場合は、Ｕ軸しジスタを下記のように更新する。

Ｕ＝Ｕ＋Ｒ。

また、半径Ｒを縮小したい場合は、Ｕ軸を量Ｒだけ動かし且つＵ軸しジスタを下 記のように更新する。

Ｕ＝Ｕ−Ｒ。

内側中ぐり用に謳ットされた工具の半径は、第１ａ図と類似の、但し凸形ではな く凹形の弧状面を有するＲＤＰを用いてセットすることができる。第１ｃ図はこ れを平面図で示すものであり、凹面が符号１１°で示されている。バイトチップ ２３は円筒体に対して、位置２５．２６及び２７と類似の位置２５′、２６′及 び２７″に顕次配置される。このチップは位置２７′で、プレート１８と同じ機 能を有する２つのプレート１８′の一方と係合する。ばｈ１２の上部からはスピ ゴット１０′が延びており、その直径は、円筒体内部のバイトを操作するスペー スが得られるように、スピゴット１０の直径より小さくなっている。もっと広い スペースが必要であれば、円筒体の面を３６０°延ばして、外面をＲＤＰの配置 に使用できるようにし。

でもよい、その場合はスピゴット１０’は必要ない。

回転データミングタッチトリガープローブ（ＲＤＴＰ）として知られている本発 明の別の実施例を第３図に分解図で示した。このプローブは内側円筒形データム 面４０及び外側円筒形データム面４１を有する。これらのデータム面は、ベース プレート４５に固定されたカラー４４の内側に配置されるタブ４０の内側に削り くず及び冷却剤が蓄積するのを防止する。

ベースプレート４５は機械台４６にボルトで固定されており、第３図の装置全体 はデータム面４０及び４１が台４６のＺ軸と平行になるように構成される０部材 ４３には、３つの圧電クリスタル４７ａ、４７ｂ及び４７ｃが該部材とカラー４ ４との間で締め付けら°れるように取付けられている。圧電クリスタル、部材４ ３及びカラー４４は、径方向にたわむタブ４８を介して密着し合う、圧電クリス タルは部材４３の円筒形周縁部に１２０゛の間隔で配置され、データム面４０及 び４１のいずれかに圧力が加えられた時に径方向で分極して出力を送出する。

各圧電クリスタルは夫々の閾値回路に連結された増幅器に接続される。前記閾値 回路の出力はＯＲ回路に接続されており、閾値を超えた時に係合信号が送出され る。

前記ＲＤＰ及びＲＤＴＰは、本出願と同日に出願された同時係属出願に記載の中 ぐりヘッド（発明者：Ｆ、Ｈ，Ｊ、Ｎ１ｃｋｏｌｓ）と共に使用するのが好まし い、この同時係属出願の中ぐりへッを測定する手段を含み、また機械加工が行わ れている最中にバイトチップの位置を計算するコンピュータに接続されている。

この同時係属出願の中ぐりヘッドを用いて操作する時は、タッチトリガープロー ブを工作機械のスピンドルの中に配置して、円筒形データム面の中心、即ちこれ らの面の軸線５０の（６１械台上の）Ｘ及びＹ座凛を検出するのに使用する。

中ぐりヘッドは、スピンドルの軸線が軸線５０と合致するように、且つ面４０及 び４１との間にバイトチップがこれらの面とぶつからないような距離をおいてス ピンドル中に配置する。この状態で、中ぐりヘッドのＵ軸移動によりバイトチッ プを径方向に動かして、使用すべきデータム面から離す。

例えば、内側中ぐりを行う場合には、バイトチップをデータム面４０の直径より 約１ｍｍ小さい直径の位置に配置すべくＵ軸を動かし、逆に外側中ぐりの場合に は、バイトチップを外側円筒面４１の直径より約１１ＩＩＩ大きい直径の位置に 配置すべくＵ軸を動かす、その後、Ｚ軸を動かしてバイトチップを関連データム 面沿いに配置し、スピンドルを回転させてバイトチップと軸線５０とをつなぐ線 をＸ軸と合致させる。

この位置でバイトチップの半径を、内側中ぐりの場合には増やし、外側中ぐりの 場合には減らして、バイトチップをデータム面の１つと係合させる。この係合は 圧電クリスタルによって感知され、その結果これらのクリスタルから中ぐりヘッ ドコンピュータに信号が送られて、Ｕ軸の移動が停止され且つ中ぐりヘッド内の Ｕ軸変位センサの読取り値がコンピュータの第１係合カウンタにトランス、アー さレル０次いで、バイト、チップの半径を約０．５ｍｍ変化させてバイトチップ をデータム面から離し、工作機械のスピンドルを９０・回転させて、バイトチッ プをデータム面の１つと接触させる操作を繰り返す、但し、今度はＵ軸変位セン ナの読取り値がコンピュータの第２係合カウンタにトランスファーされる。この 操作が更に繰り返されるとスピンドルは初期位置から１８０°及び２７０°変位 し、データム面との接触時にＵ軸変位センサの読取り値が第３及び第４係合カウ ンタにトランスファーされる。

Ｕ軸センサの読取り値が係合カウンタの１つにトランスファーされた直後には必 ず、コンピュータによって行われた計算の結果、即ちバイトチップの振れを表す 結果がそのカウンタの内容から引き算され、バイトチップとデータム−面との間 の係合力によって生じるバイトチップの径方向振れを考慮できるようになる。但 し、ここで行われるのは研削ではなく位置の検出であるため前記係合力は通常小 さく、従って振れも通常は小さい。

４つの係合カウンタが必要に応じて修正された読取り値を記憶すると、カウンタ の内容の平均値ＵＡＶＥがコンピュータによって計算される。

前記式中、Ｕｌ、Ｕ２、Ｕ３及びＵ４は各係合カウンタの内容である。

Ｘ−Ｙ平面におけるバイトチップの回転の中心の位置とデータム面の軸線５０の 位置との間の差は聡てＵＡｖｔをめることによって考慮される。

し□はバイト上の又はバイトに関連した未知の点によって描かれる円の半径を表 す、なぜなら、Ｕ軸変位センサはないからである。バイトチップによって描かれ る円の半径を測定するためには、変位センサの出力に一定のオフセットＵ。ＦＦ を加える。このオフセットは下記の式で示される。

ＵＡＶ１１＋　ＵＯＦＦ＝　ＲＤｍ 前記式中、Ｒゎ、は関連円筒形データム面の半径である。

この式から、 ＵＯＦＦ＝ＲＤａ　ＵＡＶＥ となる。

従って、切削力及び遠心力を受けているバイトチップによって形成されるボアの 直径は下記の式で示される。

Ｄｒ　＝　２（Ｕ　＋　ＵＯＦＦ＞＋へ〇前記式中、ＵはＵ軸変位センサ読取り 値であり、八〇は切削力及び遠心力によって生じるバイトチップの掃過直径（ｓ ｗｅｐｔ　ｄｉａ＋ａｅｔｅｒ）の増加を表す、この増加は中ぐりヘッドコンピ ュータによって計算される。

誤差は、バイトチップが中ぐりヘッドの回転の中心をＵ軸と平行に通る線と合致 しない時に生じ得る。この誤差はデータム半径（ｄａｔｕｍｅｄ　ｒａｄｉｕｓ ）Ｒｏｓではゼロであり、Ｒ，、ノ上下で掃過半径に伴って漸増する。この側方 ずれを最小限に抑えるべくバイトを楔等によって調整（ｓｈｉｌｉｎｇ）すれば 、誤差は許容できる程度まで減少し得る。あるいは、面４０及び４１に代えて、 第４図の面５２．５３及び５４のような一連の同心円筒形データム面を使用して もよい、このような構造はバイトチップの側方ずれを補正するだけでなく、Ｕ軸 をその変位範囲の大部分にわたって較正するという利点も有する。第４図のよう な面を使用すれば、Ｕ軸が外側中ぐりの場合には上方及び下方変位位置でデータ ムされ、内側中ぐりでは上方位置でデータムされる。上限及び下限のＵ軸センサ 読取りは側方ずれの値をめる計算の実施を可能にし、コンピュータは掃過半径の 計算時にこの値を考慮し得る。

もつと簡単な方法では、リアルタイム計算の労力を大幅に軽減すべく、上方及び 下方データム直径を用いて第１オーダー−次方程式に従いＵ軸変位センナを較正 する。

円筒形データム面は、パイトチ１．プによる塑性変形（二耐えるように硬化され た硬質の材料及び面で形成される。しかしながら、ＲＤＰＴの誤操作又はタッチ トリガー悉知装置の機能障害が生じた場合には、データム面に損傷が与えられる こともある。また、バイトチップがＺ方向でデータム面沿いに動くため、中ぐり 棒が正確に配置されていないと、ＲＤＴＰシステム全体又は中ぐりヘッドの破損 が生じ得る。そこで、ＲＤＴＰはオーバートラベル再配置（ｏｖｅｒｔｒａｖｅ ｌ　ｒｅ−ｐｏｓｉｏｎｉｎｇ）システムを有するのが好ましい、このシステム はオーバートラベルが生じた時に電気的出力信号を発生する。このオーバートラ ベル再配置システムを用いると、データム面もＲＤＴＰも中ぐりヘッドも破損さ れることのないようにセットされた閾値力が負けた時にだけ、円筒形データム面 の軸線に沿った移動をこの軸線と直交する平面上で行うことができる。

オーバートラベル再配置システムの一実施例では、円筒形データム面が軸Ｂ５０ と同軸の部材に取付けられる。この部材の円筒形データム面から遠い方の端部か らは、該部材と直交する平面上に１２０゛の間隔で配置された３つの口・ノドが 突出する。これらのロッドは夫々一対のボールを介してベースプレートに支持さ れる。前記ボール及びロッドは電気伝導性であるがベースプレートはそうではな く、各ボール対と支持ロッドとがスイッチを構成し、このスイッチが特定の方向 でオーバートラベルが生じた時に切れるようになった回路が形成される。これら のスイッチは直列に接続され、オーバートラベルが生じると電気信号が発生して コンピュータに送られる。

オーバートラベル再配置システムの別の実施例を第５図ト５６．５７及び５８が ベースプレート６０上でデータム円筒体を一支持する。これらのユニットの軸線 はデータム円筒体の軸線と平行である０片側に影（斜線）を有する線は円筒形デ ータム面への共通接続を表し、これらのオーバートラベル再。

配置ユニットは、軸線方向の動きが弾性的に阻止される一方でユニット５６．５ ７及び５８の軸線と直交する方向の動きが自由に行われるように構成されている 。別の３つのオーバートラベル再配置ユニット６１．６Ｚ及び６３は円筒形デー タム面の軸線と直交する方向の動きを阻止するが、他の方向の動きは拘束しない 、これらのユニットでも、片側に影のある線は円筒形データム面への共通接続を 表す、各再配置ユニットは、成る量の軸線方向圧縮が生じた時に作動するスイッ チとして機能するように構成されている。これらのスイッチは互いに直列に接続 され、オーバートラベルを電気オーバートラベル再配置システムの再現性が高け れば、これらのシステムによって生じる電気信号を圧電クリスタル４７ａ、４７ ｂ及び４７ｃの信号の代わりに使用し得る。その場合は、圧電クリスタルを使用 せずに円筒形データム面を直接オーバートラベル再配置システムに取付けること ができ、Ｕ軸センサはオーバートラベル信号が与えられた時に読み取られる。

オーバートラベル再配置システムはこれらの特定実施例には限定されず、他にも 様々な形態に構成して使用し得る。

各円筒形データム面は必ずしも完全な円筒体でなくてよく、例えば同一円筒体の 一部分をｔ！成する面からなる係合面を通常は互いに１２０°又は９０’１ｌｉ ｉ　して３つ又は４つ配置したものであってもよい、このタイプの構造を第６図 に示した。

ここでは再現性の高い４つの単軸タッチトリガー及びオーバートラベルユニット ６５〜６８が使用されている。各ユニ・ノドは点線で示した円筒形データム面の 対応部分７０〜７３を夫々支持する。これらのオーバートラベルユニットも前記 実施例と同様にスイッチを構成し、これらのスイッチは、いずれかの面部分７０ 〜７３でオーバートラベルが生じた時に信号が送出されてＵ軸変位センサの読取 りが行われるように、直列に接続される。ユニット６５〜６８は機械台にボルト で固定されたベースプレート７４に取付けられる。

バイト及び円筒面は通常電気伝導性材料で形成される。

その場合は連続性テスタを円筒面及びバイトに接続し得る。

この場合、バイトとの接続は例えば該バイトを保持する工作機械のスピンドルを 介して行う。このようにすれば、連続性を示す信号を用いてバイトが円筒面に接 触した時点を示すことができる。従って、圧電クリスイタルは必要な〜＼。

本発明はこれらの特定実施例以外に様々な方法で実施し得る０例えば、複数の円 筒形データム面を使用する場合、これらの面は必ずしも同心でなくてよい、なぜ なら工作機械のスピンドルは各面毎に別個にセンタリングすることができ、ＵＡ ＶＥは各面毎に計算できるからである。但し、これらの面は互いに同心である方 が好ましい、そうすれば、必要なデータミング処理の繁雑さが軽減され、プログ ラミング及び機械加工のコストも最小限に抑えられるからである。

複数の円筒形データミング面部分だけを使用する場合は、これらの面の湾曲の中 心を測定することができさえすれば、最低２つの部分を１８０°の公称角度で配 置して、中ぐりへ・ノドのデータ伝送器（即ち、ヘッドのバイトチップによって 描かれる円の半径の測定）を行うとよい。

ＲＤＴＰを水平中ぐり磐と共に使用する場合は、ベースプレートを鉛直面上に配 置し、円筒形データム面の重量、及びオーバートラベル再配置システムに支持を 依存する他の任意の可動体の重量を平衡させて（ｃｏｕｎｔｅｒｂａｌａｎｃｅ ｄ）正確な操作が行われるようにする。データム面は固定されているため、その 重量の平衡は、これらのデータム面を有する部材と固定支持体との間のばねによ って実施し得る。

ここで、前出の同時係属出願の中ぐりヘッドについて説明する。

第７図に示した中ぐりへノド１１０はバイトの取替えが可能な装置であり、ＣＮ Ｃ式の中ぐり、フライス削り用工作機械及びフレキシブルな製造工作機械で使用 すべくエイ乍機械のスピンドルに取付けることができる。操作時には、ノくイト チップ１１４を備えた中ぐり棒１１３が回転して、この場合番よ内径である直径 ＤＴの切削を行うように、シャンク１１１を工作機械スピンドル１１２に取付け る。　Ｕｆｉｌ１５は工作機械スピンドル１１２に取付けられた外部モータ１１ ６によって駆動される。

モータ１１６は、固定カラー１１９内に配置されたベルトドライブ１１８へのク ラッチ１１７を介して駆動する。前記固定カラーの内側では、ベルトドライブ１ １８が軸受１２２を備えたホイール１２１（断面で図示）を駆動する。ホイール １２１には内側でギアホイール１２３が咬合し、ウオーム１２４と親ねじ１２６ に固定されたつオームホイール１２５とを駆動する。中ぐり１１ｉ１１３のルー トは親ねじ１２６の回転に伴って動くように股付けられている。このような構造 では、駆動モータ１１６を介してＵ軸１１５を調整することができる。

中ぐり棒には、親ねじに連結した端部の近傍に、４つのストレーンゲージ１２７ 〜１３０が具備されている。これらのストレーンゲージからの接続はストレーン ゲージ増幅器１３２につながり、次いでデータ伝送器１３３と非接触（ｎｏｎ− ｃｏｎｔａｃｔ）インタフェース１３４．１３５とを介して、中ぐりへ、。

ドに連結されたコンピュータ、例えば前述のごときコンピュータにつながる。Ｕ 軸変位センサ１３７は中ぐり棒の位置変化を表す信号を送出し、この信号はデー タ伝送器１３３とインタフェース１３４．１３５とを介してコンピュータ１３６ に送られる。中ぐり棒の回転速度を表す信号は、インタフェース１３５を介して コンピュータ１３６に接続された回転センサ１３８から送出される。ストレーン ゲージ増幅器及びデータ伝送器の電力は、図面に簡単に示した２つの接触又は非 接触インタフェース１３９及び１４０を介して供給される。

コンピュータ１３６は、後で詳述するように、バイトチップ１１４の径方向の振 れΔＲＤ及び接線方向の振れΔＴＧ（第８図参照）に起因するバイトチップの掃 過直径の変化を、ストレーンゲージ１２７〜１３０からの信号に基づいて計算す る。前記振れは、バイトチップの径方向切削力ＦＲ及び接線方向切削力ＦＴと、 中ぐり棒に加わる遠心力とによって生じる。中ぐり棒はその長さ全体にわたって ほぼ均一に分配される遠心力の作用で振れを生じ、突出中ぐり棒の端部に集中す る切削力も振れの原因となる。コンピュータ１３６は中ぐり棒の質量及び幾何学 的条件と、センサ１３７によって感知されるＵ軸の変位と、センサ１３８によっ て感知される中ぐりへ・７ドの回転速度とに基づいて遠心力を計算する。

コンピュータは目標ボア直径を表す信号を受容し、受容しタテータに基づいて中 ぐり操作中のバイトチップ１１１の掃過直径の変化を算定する。コンピュータの 出力信号ζよモータ駆動制御装置１４１に送られ、その結果Ｕ軸が調整されて掃 過直径り、が目標直径に等しくなる。

バイトチップの位置は機械加工を開始する前にＵ軸に対してデータムする。この 操作は、前述の回転データミングブローブ（ＲＤＰ）又は回転データミングタッ チトリガー１０−ブ（ＲＤＴＰ）により工作機械上で処理中に無人で行われる。

前述のように、ＲＤＰ又はＲＤＴＰは、コンピュータ１３６がＵ軸のオフセット Ｕ。ｒＦを算定しその結果掃過直径ＤＴがコンピュータにより下記の方程式に基 づいて計算されるようにする。

Ｄｔ　＝　２（ｕ　＋　Ｕｏｙｙ）＋ΔＤ前記式中、ΔＤは切削力及び遠心力に よって生じたノくイトチップ掃過直径の増加を表し、ＵはＵ軸センサの出力を表 す。

Ｕ　ｌ１ｍ　ハｆ＆　初、Ｄｔノ所’ｉｌノｆｆｌヲ＋４ルヘ＜Ｄｔ＝２（ｔｌ ＋Ｕｏｒｒ）でセットされ、専の後機械加工が開始されるとΔＤが考慮されて補 正が自動的に行われるようになる。

誤差は、バイトチップが中ぐりヘッドの回転の中心をＵ軸と平行に通る線からず れている時に発生し得る。この側方ずれ八−は掃過直径誤差を発生させる。この 掃過直径誤差はデータム半径ではゼロであるが、この直径の上下で大きさが漸増 する。コンピュータ１３６は種々の半径で較正されたＵ。、Ｆの種々の値から、 ずれ６ｍを測定するための計算を実行し得る。このずれの値はその後コンピュー タによりＤｒの計算に使用される。

バイトチップの切削力は工作機械及び加工品自体の振れも発生させ、コンピュー タ１３６はこれらの振れを考慮し得る。さもないと、これらの振れによってボア の直径及び形状く円さ）に誤差が生じるからである。但し、極めて精密なボアが 要求される場合には、最終的精密切削処理が行われるのが普通である。この場合 の工作機械及び加工品の振れは無視し得る。

るかを説明する。

中ぐり棒の掃過直径は下記の力によって変化する。

ａ）遠心力（欅の長さに沿って作用する分配荷重）、ｂ）切削力の径方向成分Ｆ Ｒ５ Ｃ）切削力の接線方向成分ＦＴ、及び ｄ）余り影響ないと思われるねじり（ｔｏｒｓｉｏｎ）力。

ストレーンゲージ１２７〜１３０及びセンサ１３８からの信号は掃過半径の変化 の計算に使用される。

遠心力に起因する掃過半径の増加は下記の式、Δ。、＝に、ω２ｒ で表される１式中、Ｋ１は経験的に決定される定数であり、Ｌ″ｍ／８ＥＩにほ ぼ等しい、Ｌは中ぐり棒の長さ、ｍは中ぐり棒の質量、Ｅは中ぐり棒の材料のヤ ング弾性率、■は中ぐり棒の断面の二次モーメントである。

切削力の径方向成分に起因する掃過半径の変化は、ストレーンゲージ１２８及び １３０の出力から得られる径方向ストレーンε、に基づいて計算される。但し、 最初は遠心力に起因するストレーンεＣＦをε８から引き算して径方向切削力成 分に起因するストレーンεｒを得なければならない、即ち、εｒ＝ε８−εＣＦ をめなければならない。

遠心力に起因するストレーンεｅＦは下記の式、εｃｒ＝に２ω”ｒ に従ってめられる０式中、Ｋ２は経験的に決定される定数であり、ｙＬｍ／２Ｅ Ｉにほぼ等しい、ωは中ぐり棒の角速度、ｒは中ぐり棒の重心と回転軸との間の 距離、ｙは中ぐり棒（円筒形とみなされる）の半径である。

εＣＦが算定されればεｒを計算することができ、その結果径方向切削力成分に 起因する掃過半径の変化Δｒを式％式％ に従ってめることができる０式中、ｋ、は経験的に決定される定数であり、　Ｌ ２／３ｙにほぼ等しい、尚、径方向切削力は掃過半径を縮小させる。

接線方向成分に起因する掃過半径の変化δ８は下記の式％式％ 式中６丁はストレーンゲージ１２７及び１２９から得られる接線方向ストレーン であり、ｋ、は経験的に決定される定数であって、Ｉ、”／３．にほぼ等しい。

中ぐり棒のねじりに起因する掃過半径の変化δ、はεＸ及びｒの関数である。こ の場合、ｆ（ｒ、εｉ）は理論的に決定し且つ実験で確認し得る。

このようにして、下記の式に従い掃過半径変化の合計へ〇がめられる。

Δ０＝ΔＣＦ＋Δ、＋δ、＋δ。

コンピュータ１３６が八〇を計算するためのアルゴリズムを第９図に示す、第９ 図にはδｒを示したが、ねじれに起因する掃過半径の変化は通常は考慮しなくて よい。

補正書の写しく翻訳文）提出口（特許法第Ｕ＜条の８）工、。工、。２４８唾 特許庁長官　吉　１）文　毅　殿 １、特許出願の表示　ＰＣＴ／ＧＢ　８８１００６１０２、発明の名称　回転機 械加工用に取り付けられた工具チ、ブによって描かれる半径を自動的に測定する 装置及び方法３、特許出願人 住　所　イギリス国、グロースターシャー・ジー・エル・１２・７・ディー・エ ヌ、ウオットンーアンダーーエツジ、グロースター・ストリート・２２ 氏名　ニコルス、フランシス・マルコムφジョン４４代　理　人　東京都新宿区 新宿１丁目１番１４号　山田ビル５、補正書の提出年月日　１９８９年８月１５ 日６、添附書類の目録 １６、トリガー信号を送出する手段がオーバー１゛うゝル手段のスイッチング手 段を含む請求項１５に記載の装置・１７、　、ｉ−ハートラベル手段が複数のオ ーバートラベルユニットを含“・０れらのユニットがその長軸方向で弾性を示し 、各オーバートラベルユニットがその軸線方向での動きが限界を超えた時に作動 するスイッチを含み、スイッチング手段が、いずれかのユニットで限界を超えた 時に回路の連続性が変化するように前記スイッチを複数接続した回路からなる請 求項１６に記載の装置。

国際調査報告

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. １．工具のチップが工作機械によって駆動された時に描く円の半径を測定するた めの方法であって、工具を弧状面の最大曲率部分と平行に回転するように取付け 、 工具のチップを、該チップの回転の中心を基準にして互いに１８０°離れた少な くとも２つの連続的位置で弧状面と接触させ、弧状面の弧の中心が前記回転の中 心と合致しない場合には、前記２つの位置で接触が生じるように、必要に応じて 前記回転の中心と工具チップ又は弧状面の孤の中心との間の距離を変化させ、 工具チップによって描かれる半径を弧状面の半径と前記距離の変化とに基づいて 算定すべく、前記距離の変化を検出することからなる方法。
2. ２．チップを互いに角距離をおいた複数の位置で弧状面と接触させるべく、チッ プを動かして弧状面と接触させ、次いでチップと弧状面とを前記複数の位置を通 るように一緒に回転させ、前記距離の変化を弧状面の回転中に生じる該面の支持 手段の振れによって検知する請求項１に記載の方法。
3. ３．弧状面が機械台に固定されており、チップを互いに角距離をおいた４つの位 置で弧状面と接触させるべく、チップ支持部材を回転させてチップを各位置で弧 状面方向に動かし、これらの位置がチップの回転の中心を基準に９０°の間隔で 分配され、そのうち２つが機械台のＸ軸上にあり、２つが機械台のＹ軸上にある 請求項１に記載の方法。
4. ４．請求項１に記載の方法で使用するための装置であって、シャフトと共に回転 するように取付けられた弧状面と、 前記弧状面とシャフトとの間に配置されたばね手段と、 回転工具のチップと係合して前記弧状面を回転させる係合手段と、 前記ばね手段の振れを表す信号を送出する測定手段とを含む装置。
5. ５．ばね手段が弧状面と前記シャフトとの間に配置されたプレーナばねを含み、 測定手段が、前記プレーナばねに取付けられて工具チップと弧状面とが一緒に回 転している時に振れ信号を送出するストレーンゲージを含む請求項４に記載の装 置。
6. ６．弧状面を回転させる所定のトルクが加えられない限り弧状面の回転を阻止す る手段と、弧状面上の所定位置に配置された時に工具のチップと係合する手段と を含み、この係合が、工具が所定位置から一方向に回転した時には前記トルクが 負けて弧状面も一緒に回転するように計算されている請求項５に記載の装置。
7. ７．請求項１に記載の方法に使用するための装置であって、機械台上に取付けら れる弧状面と、 工具チップと前記弧状面との接触を感知すべく前記弧状面に接続されており、前 記接触が感知された時点でトリガー信号を送出する手段とを含む装置。
8. ８．トリガー信号を送出する手段が、弧状面の周りに１２０°の間隔で配置され た３つの圧電クリスタルを含み、これらのクリスタルが、弧状面に圧力が加えら れた時に、その圧力が加えられた場所に応じて１つ以上のクリスタルに対する圧 力が変化するように配置されている請求項７に記載の装置。
9. ９．機械台に取付けるべきベース部材と、データム部材に固定された取付け部材 とを含み、前記データム部材が前記弧状面を構成する面と少なくとも１つの同軸 の別の弧状面とを有し、前記ベース部材の弧状面と取付け部材の弧状面との間に 圧電クリスタルが密着して挟まれている請求項８に記載の装置。
10. １０．工具のチップと弧状面とが電気伝導性であり、トリガー信号を送出する手 段が工具チップと弧状面との間の電気的連続性を示す手段を含む請求項７に記載 の装置。
11. １１．機械台に固定するのに適したベース部材上で弧状面を支持するオーバート ラベル手段を含む請求項７に記載の装置。
12. １２．オーバートラベル手段が６つのオーバートラベルユニットを含み、これら のユニットがいずれも該ユニットの長軸方向で弾性を示し、これらユニットのう ち３つが弧状面の軸線と平行な軸線を有し、これら３つのユニットの軸線に対し て直角なベース部材の平面を横切る動きを可能にしながら前記弧状面をベース部 材上で支持し、残りの３つのユニットがベース部材の平面と平行な軸線を有し、 各々が一端で弧状面に接続されており、互いに１２０°の角度をなす３つの方向 で弧状面の動きを阻止する一方で前記平面と直交する方向の動きは拘束しないよ うになっている請求項１１に記載の装置。
13. １３．弧状面が同一の弧の中心を有する複数の別個の弧状部分面で構成されてい る請求項７に記載の装置。
14. １４．機械台に固定するのに適したベース部材上で弧状面を支持するオーバート ラベル手段を含み、弧状面が同一の孤の中心を有する４つの別個の弧状部分面か らなり、オーバートラベル手段が４つのオーバートラベルユニットを含み、これ らのユニットがいずれも該ユニットの長軸方向で弾性を示し、各ユニットが固有 の弧状部分面を１つずつ支持し、その部分面と弧状面の弧の中心との間で径方向 に配置されている請求項７に記載の装置。
15. １５．オーバートラベル手段が、所定の限界を超えてオーバートラベルが生じた 時に信号を送出するのに使用される電気スイッチング手段を含む請求項１１に記 載の装置。
16. １６．トリガー信号を送出する手段がオーバートラベル手段のスイッチング手段 を含む請求項１５に記載の装置。
17. １７．オーバートラベル手段が複数のオーバートラベルユニットを含み、これら のユニットがその長軸方向で弾性を示し、各オーバートラベルユニットがその軸 線方向での動きが限界を超えた時に物動するスイッチを含み、スイッチング手段 が、いずれかのユニットで限界を超えた時に回路の連続性が変化するように前記 スイッチを複数接続した回路からなる請求項１６に記載の装置。
18. １８．本文に記載のものと実質的に同じ、回転工具チップによって掃過される半 径を自動的に測定するための方法。
19. １９．工具のチップが工作機械によって回転した時に該チップによって掃過され る半径を自動的に測定するための装置であって、添付図面に基づいて本文中で説 明したものと実質的に同じ装置。