JP3736039B2 - Processing method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は精密部品の穴の加工装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
機械加工の中で最も大きな比率を占める穴加工の対象としては、ドリル穴、リーマ穴、タップ穴、ボーリング穴および段付き穴など多様な種類がある。
【0003】
その中でもボーリング工具による穴の仕上げ加工は、もっとも一般的に行われており、下穴の加工精度に依存しにくいため、深穴を高精度で加工できるという特徴を有する。図5は従来から用いられているボーリングヘッドであり、100はツールシャンク部、101は先端にチップ106が設けられたバイト、102はバイトホルダー、103はアジャストスクリュー、104は調整リング、105はバーニアである。工具径(同図中のR)の調整は、ギヤが設けられた調整リング104を回転させることにより、前記アジャストスクリュー103を半径方向へ移動させて行う。加工終了後はワークの内径を外部に設置されたタッチセンサにより計測する。もし前記チップ106の摩耗等によりボーリング内径が所定の仕様を満足していなければ、再度前記アジャストスクリュー103を調整し、仕様を満足する様に工具径を設定するのである。
【0004】
しかし、バックラッシュを基本的にともなうギヤを介在しての工具径の調整には加工精度の点で限界があった。したがって、上記調整工程を自動化した場合、得られる加工精度はせいぜい3〜4μmが限界であった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来のマシニングセンタでの高精度穴加工において、工具のセッティング、バイトの摩耗量補正、工具の管理等、熟練作業が必要にもかかわらず、加工精度に限界があったボーリング加工を根底から改善する新加工装置を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、能動制御型の軸受によって支持される主軸に設けられたバイトが中空部を有するワークを処理する加工方法であって、前記主軸の中心が前記中空部内にあり、かつ、前記主軸が一自転する間に前記ワークに対して一公転することで、前記ワークの内周面を処理するものである。
【0007】
本発明により、バイトの摩耗量を逐次補正する高精度の穴加工、任意の形状の非真円加工、微小な傾斜角を持つテーパ穴加工等が実現できる。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項1に記載の発明は、能動制御型の軸受によって支持される回転側の主軸と、この主軸を収納する固定側のホルダーと、前記主軸を回転駆動するモータと、前記主軸のワーク側に装着された刃具を有するボーリングヘッドとからなるスピンドルと前記スピンドルを搭載してワークの穴加工を行うボーリング用の加工装置において、前記刃具先端の軌跡が所定の内面加工形状と一致する様に、前記主軸の中心位置を前記主軸の回転と同期して制御することを特徴とするものであり、熟練した作業者を必要としないで、たとえばバイトの摩耗量を自動的に補正する高精度の穴加工が実現できる。
【0009】
以下本発明をまず原理図である図1(a)(b)をもとに説明する。
図1(a)(b)において1はバイト、2はバイトホルダー、3は被加工物であるワークを示す。バイトホルダー2は、図2で後述する様に能動制御型の磁気軸受によって支持されている。
【0010】
図1(a)はバイト1がまだ摩耗していない状態を示す。この段階ではバイトホルダー2、すなわち図2に示す磁気軸受スピンドルのシャフト10の中心(図1に示す中心4)はボーリング穴の中心位置5に設置される。すなわち従来のボーリング加工と同様に、ボーリング穴の中心位置5を軸芯として、バイト1は回転する。
【0011】
図1(b)は、バイト1が寸法△rだけ摩耗した場合を示す。この摩耗量:△rは、たとえば外部に設けられた計測手段等によってあらかじめ分かっており、スピンドルのシャフト10の中心4は、最初に設定したボーリング穴の中心5に対して△rだけ偏芯した状態で旋回運動をする。この旋回運動は磁気軸受の持っているマイクロアクチュエータ機能によってなされる。すなわち地球に対する月の運動の様に、バイトホルダー2は一回転する間に一公転する。バイトホルダー2の回転角と回転速度及び旋回運動は完全に同期がとれており、バイトの先端位置は常に加工面に接触した状態を保っている。
【0012】
以下本発明の一実施の形態を図2をもとに説明する。
図2はボーリングヘッドが装着された磁気軸受スピンドルを示す。この磁気軸受スピンドルのメカニズムの基本構成は公知のものである。10はスピンドルの主軸、11はモータのロータ、12はモータのステータ、13はフロント側のラジアル磁気軸受のロータ、14はステータ、15はリアー側のラジアル磁気軸受のロータ、16はステータ、17はスラスト磁気軸受のロータ、18,19はステータ、20は上記磁気軸受とモータを収納する固定側のスリーブである。21a、21bは主軸10の半径方向位置を検出するためのフロント側のX軸変位センサー、22c(図示せず)、22d(破線)は主軸10の軸方向位置を検出するためのY軸変位センサーである。X軸変位センサー21a、21bとY軸変位センサー22c、22dは直交して設けられている。図面の裏側に配置されたY軸センサー22dを破線で示す。24a、24bは主軸10の半径方向位置を検出するためのリアー側のX軸変位センサー、24c(図示せず)、24d(破線)はY軸変位センサーである。前述したフロント側において、磁気軸受のロータ13、磁気軸受のステータ14、前記X軸変位センサー21a,21b、前記Y軸変位センサー22c,22dにより、前記主軸10の軸芯O125(図1の4に相当)の径方向位置を決め、かつボーリング穴の中心O226(図1の5に相当)を中心に、この軸芯O125に規則正しい旋回運動を発生させるフロント側磁気軸受アクチュエータ50を構成している。リアー側磁気軸受アクチュエータ51の構成要素も同様である。また27は主軸10の回転角と回転速度を検出するためのエンコーダのロータ、28はステータであり、主軸10の上端部と固定部材29の間に設けられている。またモータのロータ11、ステータ12、エンコーダのロータ27、ステータ28により、エンコーダによる回転位置情報をもとに、主軸10を規則正しく回転させる回転アクチュエータ52を構成している。60は磁気軸受スピンドルの主軸10に装着されたボーリングヘッド、30はバイトであり先端にはチップ31が装着されている。32は被加工物であるワークである。
【0013】
図3にフロント側磁気軸受アクチュエータ50を駆動する旋回運動制御部53としてのブロック図を示す。この旋回運動制御部53では、回転運動と同期した状態で磁気軸受の各軸が駆動されている。図中に磁気軸受の構成モデルを記載しており、前記ステータ14はX軸ステータ14a、14b及びY軸ステータ14c、14dより構成されている。主軸10に半径:△rの旋回運動を与えるために、前記X軸ステータ、Y軸ステータの駆動回路に90°の位相差を持つ正弦波が与えられる。リアー側の磁気軸受アクチュエータ51を制御し駆動する方法も同様である。なお旋回半径:△rは、量産現場に適用した実施例では、加工後のボーリング穴径をサンプル抽出して実測し、設計値と実測値の差から穴径の補正値として求めた。
【0014】
図4は本実施例の制御回路全体のブロック図である。回転信号発生器54で、回転数と回転位置を決める周波数(パルス列)を出力させる。この出力の一方は回転運動制御部55へ入力される。この回転運動制御部55では回転アクチュエータ52を駆動制御する信号が作られる。
【0015】
一方旋回運動制御部53では、回転信号発生器54から得られたパルス列を磁気軸受アクチュエータ50の図3に示すX軸及びY軸信号処理部58,59へ送る。なお図4において鎖線で示す様に、エンコーダ27,28からの出力を旋回運動制御部53へフィードバックすることにより、回転運動と旋回運動間の位相を正確に制御することができる。
【0016】
【発明の効果】
本発明により、実施形態で説明した様にバイトのチップの摩耗を逐次自動的に補正できる高精度のボーリング穴加工が実現できる。本発明を量産現場に適用することにより、従来のベテランの作業者でも数ミクロンの精度が限界だったボーリング穴加工において、サブミクロンオーダーの高精度加工の自動化が可能となる。
【0017】
また、スピンドルの旋回半径は任意に設定できるため、ゆるい傾斜角を持つテーパ穴加工、自動車のエンジンのシリンダ等に用いられる楕円加工、あるいは任意の形状の非真円加工にも適用でき、その効果は絶大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)はバイトの摩耗量の補正がないときの本発明の原理図
(b)はバイトの摩耗を補正する場合の本発明の原理図
【図2】本発明の一実施形態における加工装置のボーリングヘッドが装着されたスピンドルの正面断面図
【図3】図2に示すスピンドルを駆動する旋回運動制御部のブロック図
【図4】本発明の一実施形態における加工装置の制御系全体のブロック図
【図5】従来の加工装置におけるボーリングヘッドの正面断面図
【符号の説明】
10 主軸
11 ホルダー
11,12 モータ
30 ボーリングヘッド
31 ワーク
25 主軸の中心位置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a precision part hole machining apparatus.
[0002]
[Prior art]
There are various types of drilling targets that account for the largest proportion of machining, such as drill holes, reamer holes, tapped holes, boring holes, and stepped holes.
[0003]
Among them, hole finishing with a boring tool is most commonly performed, and since it does not depend on the processing accuracy of the pilot hole, it has a feature that a deep hole can be processed with high accuracy. FIG. 5 shows a conventional boring head, where 100 is a tool shank portion, 101 is a cutting tool provided with a
[0004]
However, there is a limit in terms of machining accuracy in adjusting the tool diameter via a gear that is basically accompanied by backlash. Therefore, when the adjustment process is automated, the processing accuracy obtained is limited to 3 to 4 μm at most.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention is based on a boring process that has limited machining accuracy despite the need for skilled operations such as tool setting, tool wear correction, tool management, etc., in high-precision drilling in conventional machining centers. The new processing equipment which improves from the above is provided.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a processing method for processing a workpiece in which a tool provided on a main shaft supported by an active control type bearing has a hollow portion, the center of the main shaft being in the hollow portion, and the main shaft is The inner peripheral surface of the workpiece is processed by making one revolution with respect to the workpiece during one rotation .
[0007]
According to the present invention, it is possible to realize high-accuracy drilling that sequentially corrects the wear amount of the cutting tool, non-circular machining of an arbitrary shape, taper drilling with a minute inclination angle, and the like.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to a first aspect of the present invention, there is provided a rotating-side main shaft supported by an active control type bearing, a fixed-side holder that accommodates the main shaft, a motor that rotationally drives the main shaft, In a boring machining apparatus for boring a workpiece by mounting a spindle composed of a boring head having a cutting tool mounted on the workpiece side and mounting the spindle, the locus of the cutting tool tip coincides with a predetermined inner surface machining shape. In addition, the center position of the main shaft is controlled in synchronization with the rotation of the main shaft, and a high accuracy for automatically correcting the wear amount of the tool, for example, without requiring a skilled worker. Can be drilled.
[0009]
The present invention will be described below with reference to FIGS. 1 ( a ) and 1 ( b ) which are principle diagrams.
Figure 1 (a) (b) in 1 byte, 2 bytes holder, 3 denotes a workpiece as a workpiece. The
[0010]
FIG. 1 ( a ) shows a state where the
[0011]
1 (b) shows a case where
[0012]
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
FIG. 2 shows a magnetic bearing spindle fitted with a boring head. The basic structure of the mechanism of this magnetic bearing spindle is known. 10 is the spindle of the spindle, 11 is the rotor of the motor, 12 is the stator of the motor, 13 is the rotor of the radial magnetic bearing on the front side, 14 is the stator, 15 is the rotor of the radial magnetic bearing on the rear side, 16 is the stator, 17 is A rotor of the thrust magnetic bearing, 18 and 19 are stators, and 20 is a fixed-side sleeve for housing the magnetic bearing and the motor. 21a and 21b are front side X-axis displacement sensors for detecting the radial position of the
[0013]
FIG. 3 shows a block diagram of the turning
[0014]
FIG. 4 is a block diagram of the entire control circuit of this embodiment. The
[0015]
On the other hand, the turning
[0016]
【The invention's effect】
According to the present invention, as described in the embodiment, it is possible to realize high-accuracy boring hole processing that can automatically and automatically correct the wear of the cutting tool tip. By applying the present invention to a mass production site, it is possible to automate high-precision machining on the order of submicron in boring hole machining where accuracy of several microns was the limit even for a conventional veteran operator.
[0017]
Also, since the turning radius of the spindle can be set arbitrarily, it can be applied to taper hole machining with a gentle inclination angle, elliptical machining used for automobile engine cylinders, etc., or non-circular machining of any shape, and its effect Is enormous.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a diagram illustrating the principle of the present invention when there is no correction of the wear amount of a cutting tool. FIG. 1B is a diagram illustrating the principle of the present invention when correcting tool wear. FIG. 3 is a front cross-sectional view of a spindle equipped with a boring head of the machining apparatus in FIG. 3. FIG. 4 is a block diagram of a turning motion control unit for driving the spindle shown in FIG. Overall block diagram [Fig. 5] Front sectional view of a boring head in a conventional processing machine [Explanation of symbols]
10 Spindle 11
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