位置補正機能付き作業機械
【課題】高い剛性を維持するとともに、ツールホルダに取り付けられる道具を、前記ツールホルダの径方向にミクロンオーダで高精度に位置補正することを可能にする。
【解決手段】工作機械１０は、スピンドル１６と一体的に回転可能なツールホルダ２０と、一端が前記ツールホルダ２０に固着される一方、他端に刃工具２２ａ、２２ｂが取り付けられる開放端部２４ａを形成するリング形状を有する弾性ホルダ部２４と、端部が前記弾性ホルダ部２４の軸方向外方の突出するとともに、前記ツールホルダ２０に対して相対的に軸方向に移動可能な作動軸部材２６と、前記作動軸部材２６に連結され、前記作動軸部材２６の移動動作を、前記開放端部２４ａの径方向の拡縮動作に変換させる変換機構２８と、前記作動軸部材２６を前記軸方向に移動させる移動機構３０とを備える。
【解決手段】工作機械１０は、スピンドル１６と一体的に回転可能なツールホルダ２０と、一端が前記ツールホルダ２０に固着される一方、他端に刃工具２２ａ、２２ｂが取り付けられる開放端部２４ａを形成するリング形状を有する弾性ホルダ部２４と、端部が前記弾性ホルダ部２４の軸方向外方の突出するとともに、前記ツールホルダ２０に対して相対的に軸方向に移動可能な作動軸部材２６と、前記作動軸部材２６に連結され、前記作動軸部材２６の移動動作を、前記開放端部２４ａの径方向の拡縮動作に変換させる変換機構２８と、前記作動軸部材２６を前記軸方向に移動させる移動機構３０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は、スピンドルと一体的に回転可能なツールホルダに、道具が取り付けられる位置補正機能付き作業機械に関する。
【背景技術】
一般的に、ツールホルダに取り付けられた道具、例えば、加工工具を介してワークに加工処理を施す工作機械（作業機械）が種々使用されている。例えば、エンジンブロックを構成するシリンダのボーリング加工は、内筒径寸法をミクロンオーダで高精度に加工する必要がある。
ところが、例えば、自動車のエンジンでは、量産工程で同一の刃先により加工を行うと、ＣＢＮ工具等の硬質工具であっても、前記刃先に摩耗が発生する。従って、工具の刃先は、摩耗により加工径が小さくなるため、一定の穴径を維持するように、補正機能を有する補正ツールホルダが採用されている。
例えば、特許文献１に開示されている工作機の刃先位置調整装置が知られている。この特許文献１は、ワークに対して、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸駆動モータを制御して、スピンドル先端の刃具による加工を行う工作機であって、スピンドルをスピンドルヘッドに回転自在に支持し、スピンドルには先端に工具ホルダを着脱自在に装着し、その工具ホルダは、スピンドル回転軸心から偏心した位置に調整軸を回転自在に備え、その調整軸を回動することで、工具ホルダに半径方向に位置変位可能に設けてある刃具の半径方向刃先位置を調整するように構成されている工作機において、工作機の固定側に調整軸と係脱する回転阻止部材を設け、スピンドルヘッドを、前記Ｘ、Ｙ軸駆動モータでスピンドル軸線と直交するＸ、Ｙ軸方向に移動するようにし、回転阻止部材に調整軸を係止した状態で、スピンドルヘッドをＸ、Ｙ軸方向に制御して調整軸の軸線回りにスピンドルを旋回させる制御手段を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【特許文献１】 特開２００２−３６００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特許文献１では、工具ホルダ本体にスリットが設けられており、弾性変形することによって刃先位置を調整するように構成されている。このため、工具ホルダ自体の剛性が低下するという問題がある。
本発明はこの種の加工装置において、高い剛性を維持するとともに、ツールホルダに取り付けられる道具を、前記ツールホルダの径方向にミクロンオーダで高精度に位置補正することが可能な位置補正機能付き作業機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
本発明に係る位置補正機能付き作業機械は、スピンドルと一体的に回転可能なツールホルダと、一端が前記ツールホルダに固着される一方、他端に道具が取り付けられる開放端部を形成するリング形状を有する弾性ホルダ部と、端部が前記弾性ホルダ部の軸方向外方の突出するとともに、前記ツールホルダに対して相対的に軸方向に移動可能な作動軸部材と、前記作動軸部材に連結され、前記作動軸部材の移動動作を、前記開放端部の径方向の拡縮動作に変換させる変換機構と、前記作動軸部材を前記軸方向に移動させる移動機構とを備えている。
移動機構は、作動軸部材に設けられる第１ピストンを有する油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータに油圧経路を介して連通するとともに、前記第１ピストンよりも小径な第２ピストンを設け、前記第２ピストンの移動作用下に前記第１ピストンを前記軸方向に移動させる油圧発生部とを備えている。
また、油圧発生部は、ツールホルダの外部から第２ピストンを押圧するために、前記第２ピストンに設けられる押圧部と、前記押圧部を前記ツールホルダの外部に向かって付勢するスプリングとを備えることが好ましい。
さらに、油圧アクチュエータは、第１ピストンにより分割される第１油圧室及び第２油圧室を有し、油圧発生部は、第１の油圧経路を介して前記第１油圧室に連通し、作動軸部材を軸方向の一方に移動させる第１の油圧発生部と、第２の油圧経路を介して前記第２油圧室に連通し、前記作動軸部材を前記軸方向の他方に移動させる第２の油圧発生部とを備えることが好ましい。
さらにまた、第１油圧室及び第２油圧室は、第１の油圧路及び第２の油圧路を介して油タンクに連通するとともに、第１の前記油圧路は、第１の油圧発生部が操作される際に閉塞される一方、第２の前記油圧路は、第２の油圧発生部が操作される際に閉塞されることが好ましい。
また、変換機構は、弾性ホルダ部の内方に配置され、前記弾性ホルダ部の軸方向に進退することにより開放端部を径方向に拡縮自在なテーパ部材を備え、前記テーパ部材は、断面円形状又は断面矩形状を有することが好ましい。
さらに、この作業機械は、油圧発生部を外部から操作する操作機構を備え、前記操作機構は、第２ピストンを押圧する押圧部材と、前記押圧部材を前記第２ピストンに向かって付勢するスプリングとを備えることが好ましい。
さらにまた、この作業機械は、ツールホルダ内に設けられ、作動軸部材の原点位置を検出する位置検出センサと、前記ツールホルダに着脱自在であり、前記位置検出センサからの信号を受けて前記作動軸部材が原点位置に配置されたか否かを表示する表示部とを備えることが好ましい。
【発明の効果】
本発明に係る位置補正機能付き作業機械では、油圧発生部を構成する第２ピストンが押圧（操作）されると、この油圧発生部内の油圧が加圧される。加圧された油圧は、油圧経路を通って油圧アクチュエータに送られる。
その際、油圧アクチュエータを構成する第１ピストンは、第２ピストンよりも大径に設定されている。このため、第２ピストンには、第１ピストンとの面積比による油圧の増圧分が作用し、前記第１ピストンが比較的小さな力で押圧されても、前記第２ピストンには、油圧を介して大きな力が作用する。
従って、変換機構と弾性ホルダ部との間に大きな摩擦力が作用していても、第１ピストンを比較的小さな力で押圧することにより、前記変換機構を所望の量だけ確実に補正移動させることができる。これにより、高い剛性を維持するとともに、ツールホルダに取り付けられる道具を、前記ツールホルダの径方向にミクロンオーダで高精度に位置補正することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態に係る位置補正機能付き作業機械である工作機械の斜視説明図である。
【図２】 前記工作機械の要部断面説明図である。
【図３】 前記工作機械を構成する弾性ホルダ部の正面説明図である。
【図４】 前記工作機械を構成するツールホルダの第１の油圧発生部を要部とする断面説明図である。
【図５】 前記工作機械を構成するツールホルダの第２の油圧発生部を要部とする断面説明図である。
【図６】 前記工作機械を構成する操作機構の説明図である。
【図７】 刃工具の補正を説明する側面図である。
【図８】 前記刃工具の補正を説明する正面図である。
【図９】 手動操作による補正の動作説明図である。
【図１０】 補正動作による前記刃工具の移動量の確認を行う際の説明図である。
【図１１】 ツールホルダの原位置検出構造の説明図である。
【図１２】 本発明の第２の実施形態に係る工作機械の要部断面説明図である。
【図１３】 前記工作機械を構成する弾性ホルダ部の正面説明図である。
【発明を実施するための形態】
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る位置補正機能付き作業機械である工作機械１０は、本体部１２を備え、この本体部１２には、主軸ハウジング１４がＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に摺動可能に装着される。図２に示すように、主軸ハウジング１４には、スピンドル（主軸）１６がベアリング１８を介して回転可能に設けられると、前記スピンドル１６には、ツールホルダ（補正ツールホルダ）２０が着脱自在に取り付けられる。
ツールホルダ２０には、一端が前記ツールホルダ２０に固着される一方、他端に道具、例えば、刃工具２２ａ、２２ｂが取り付けられる開放端部２４ａを形成するリング形状の弾性ホルダ部２４と、端部が前記弾性ホルダ部２４の軸方向（矢印Ａ方向）外方の突出するとともに、前記ツールホルダ２０に対して相対的に軸方向に移動可能な作動軸部材２６と、前記作動軸部材２６に連結され、前記作動軸部材２６の移動動作を、前記開放端部２４ａの径方向の拡縮動作に変換させる変換機構２８と、前記作動軸部材２６を前記軸方向に移動させる移動機構３０とが装着される。
弾性ホルダ部２４は、図２に示すように、ツールホルダ２０の先端に固着される基台部３１を設ける。基台部３１には、リング体３２が設けられるとともに、前記リング体３２の開放端部２４ａ側の端部には、刃工具２２ａ、２２ｂが交換自在に取り付けられるバンク部（変形頂点部）３４ａ、３４ｂと、前記バンク部３４ａ、３４ｂと直交する膨出部３６ａ、３６ｂとが形成される（図３参照）。
作動軸部材２６の端部に連結される変換機構２８は、弾性ホルダ部２４の内方に配置され、前記作動軸部材２６が軸方向に進退することにより、開放端部２４ａを径方向に拡縮自在なテーパ部材４０を備える。テーパ部材４０は、断面矩形状を有し、弾性ホルダ部２４を構成するバンク部３４ａ、３４ｂのコンタクト面４２ａ、４２ｂに摺接するテーパ面４４ａ、４４ｂを設ける（図２及び図３参照）。
図４に示すように、移動機構３０は、作動軸部材２６に設けられる大径ピストン（第１ピストン）５０を有する油圧シリンダ部（油圧アクチュエータ）５２を備える。作動軸部材２６は、大径ピストン５０を一体成形するとともに、ガイド穴４６に摺動自在に嵌合するロッド部４８を設ける。
油圧シリンダ部５２は、大径ピストン５０により第１油圧室５２ａ及び第２油圧室５２ｂが分割形成される。第１油圧室５２ａは、第１の油圧経路５４ａを介して第１の油圧発生部５６ａに連通する一方、第２油圧室５２ｂは、第２の油圧経路５４ｂを介して第２の油圧発生部５６ｂに連通する（図５参照）。
第１の油圧発生部５６ａは、図４に示すように、大径ピストン５０よりも小径な小径ピストン（第２ピストン）５８ａを有し、この小径ピストン５８ａには、ツールホルダ２０の外部から前記小径ピストン５８ａを押圧するためのプッシュボタン（押圧部）６０ａが設けられる。プッシュボタン６０ａには、前記プッシュボタン６０ａをツールホルダ２０の外方に向かって、すなわち、ストッパ６１ａが設けられている原位置に付勢するリターンスプリング６２ａが当接する。
第１の油圧経路５４ａには、第１油圧発生部５６ａから第１油圧室５２ａへの油圧の流れのみを許容するチェック弁６４ａが配設される。第２油圧室５２ｂには、第１油圧室５２ａに油圧が供給された際、前記第２油圧室５２ｂ内の油圧を油タンク６６に排出するための第３の油圧経路５４ｃが連通する。
第３の油圧経路５４ｃには、油タンク６６からの油の逆流を阻止するためにチェック弁６４ｂが配設される。油タンク６６と第１の油圧経路５４ａとは、第４の油圧経路５４ｄを介して連通するとともに、前記油タンク６６への逆流を阻止するためにチェック弁６４ｃが配設される。油タンク６６は、スプリング６８に付勢されて摺動自在な摺動壁７０を介してタンク室７２を形成する。
第２の油圧発生部５６ｂは、上記の第１の油圧発生部５６ａと同様に構成されており、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
図５に示すように、第２の油圧経路５４ｂには、第２油圧発生部５６ｂから第２油圧室５２ｂへの油圧の流れのみを許容するチェック弁６４ｄが配設される。第１油圧室５２ａには、第２油圧室５２ｂに油圧が供給された際、前記第１油圧室５２ａ内の油圧を油タンク６６に排出するための第５の油圧経路５４ｅが連通する。
第５の油圧経路５４ｅには、油タンク６６からの油の逆流を阻止するためにチェック弁６４ｅが配設される。油タンク６６と第２の油圧経路５４ｂとは、第６の油圧経路５４ｆを介して連通するとともに、前記油タンク６６への逆流を阻止するためにチェック弁６４ｆが配設される。
第５の油圧経路５４ｅ（第１の油圧路）は、第１の油圧発生部５６ａが操作される際に閉塞される一方、第３の油圧経路５４ｃ（第２の前記油圧路）は、第２の油圧発生部５６ｂが操作される際に閉塞される。具体的には、図４に示すように、第１の油圧発生部５６ａは、第１の油圧経路５４ａに配設されて小径ピストン５８ａが摺動自在に嵌合するスリーブ７４ａを設けるとともに、前記スリーブ７４ａには、第５の油圧経路５４ｅに連通する孔部７６ａが軸方向に貫通する。小径ピストン５８ａが原位置に配置される際、孔部７６ａが開放される一方、前記小径ピストン５８ａが操作される際、前記孔部７６ａが閉塞される。
図５に示すように、第２の油圧発生部５６ｂは、第２の油圧経路５４ｂに配設されて小径ピストン５８ｂが摺動自在に嵌合するスリーブ７４ｂを設けるとともに、前記スリーブ７４ｂには、第３の油圧経路５４ｃに連通する孔部７６ｂが軸方向に貫通する。小径ピストン５８ｂが原位置に配置される際、孔部７６ｂが開放される一方、前記小径ピストン５８ｂが操作される際、前記孔部７６ｂが閉塞される。
図１に示すように、ツールホルダ２０の外部には、第１及び第２油圧発生部５６ａ、５６ｂを外部から操作する操作機構８０を備える。操作機構８０は、図６に示すように、支持板部材８２にハウジング８４が装着されるとともに、前記ハウジング８４内には、小径ピストン５８ａ、５８ｂを押圧する押圧ロッド（押圧部材）８６が配設される。ハウジング８４内には、押圧ロッド８６を小径ピストン５８ａ、５８ｂに向かって付勢するスプリング８８が設けられる。押圧ロッド８６の後端部には、フランジ９０が形成される一方、支持板部材８２には、前記フランジ９０を検出する近接センサ９２が取り付けられる。
このように構成される第１の実施形態に係る工作機械１０の動作について、以下に説明する。
先ず、第１油圧室５２ａ及び第２油圧室５２ｂと、第１の油圧経路５４ａ〜第６の油圧経路５４ｆと、油タンク６６とには、それぞれ油が充填されている。そして、刃工具２２ａ、２２ｂの刃先が磨耗した際には、変換機構２８を介して前記刃工具２２ａ、２２ｂを径方向外方に位置調整（補正）する。
具体的には、図４に示すように、第１の油圧発生部５６ａを構成するプッシュボタン６０ａが、矢印Ｂ１方向に押圧されると、第１の油圧経路５４ａ内の油圧が上昇し、チェック弁６４ａが開放されて油圧シリンダ部５２の第１油圧室５２ａに油が供給される。油圧シリンダ部５２は、大径ピストン５０が小径ピストン５８ａに比べて十分に大きな面積に設定されており、前記大径ピストン５０は、面積比によって上昇された油圧により押し込まれた油量の体積分だけ、矢印Ａ１方向に移動する。
大径ピストン５０の移動により、第２油圧室５２ｂの容積が縮小すると、この第２油圧室５２ｂの内部の油圧が上昇する。従って、第３の油圧経路５４ｃに配設されたチェック弁６４ｂが開放され、第２油圧室５２ｂ内の油が油タンク６６に導入される。その際、第１油圧室５２ａに連通する第５の油圧経路５４ｅは、スリーブ７４ａに形成されている孔部７６ａが小径ピストン５８ａに閉塞されるため、油タンク６６から遮断されている。このため、第１油圧室５２ａからの油圧抜けを阻止することができる。
大径ピストン５０が、矢印Ａ１方向に移動すると、ツールホルダ２０に装着されている作動軸部材２６は、前記大径ピストン５０と一体に軸方向（矢印Ａ１方向）に移動する。図７に示すように、作動軸部材２６の端部に連結された変換機構２８は、矢印Ａ１方向に移動し、テーパ部材４０のテーパ面４４ａ、４４ｂは、弾性ホルダ部２４を構成するバンク部３４ａ、３４ｂのコンタクト面４２ａ、４２ｂに摺接する。
これにより、開放端部２４ａは、テーパ部材４０を介して強制的に楕円形状に弾性変形し、前記開放端部２４ａの２つの変形頂点部であるバンク部３４ａ、３４ｂに取り付けられている刃工具２２ａ、２２ｂは、半径外方に移動して加工径が拡大される（図７及び図８参照）。
図４に示すように、プッシュボタン６０ａへの押し込み力が開放されると、小径ピストン５８ａは、リターンスプリング６２ａの弾性力により原位置（ストッパ６１ａに当接する位置）に復帰する。ここで、第１の油圧経路５４ａでは、チェック弁６４ａと第１の油圧発生部５６ａとの間の油圧が一旦低下する。このため、チェック弁６４ａが閉塞されて、第１油圧室５２ａ内の油が第１の油圧経路５４ａに逆流することを防止している。
一方、油タンク６６では、スプリング６８の付勢作用下に、タンク室７２内が一定の油圧に維持されている。従って、第１の油圧経路５４ａの油圧が低下すると、チェック弁６４ｃが開放されるため、油タンク６６内の油は、第４の油圧経路５４ｄを通って前記第１の油圧経路５４ａに供給される。これにより、油圧系内の圧力バランスが原状態に戻り、１回の補正動作が終了する。
弾性ホルダ部２４は、十分に高いバネ定数を有しており、弾性変形が生じた状態では、テーパ部材４０は、テーパ面４４ａ、４４ｂとコンタクト面４２ａ、４２ｂとによる強力な把握力を介して保持されている。このため、テーパ部材４０は、小径ピストン５８ａの押し込みによる高い油圧で、矢印Ａ１方向に寸動摺動した後は、その状態を自己保持する作用がある。
刃工具２２ａ、２２ｂを、適切な位置へさらに拡張させる必要がある時は、上記と同様に、小径ピストン５８ａを所定の回数だけ押し込み、前記刃工具２２ａ、２２ｂの位置を移動シフトさせた後に、加工を開始すればよい。
ここで、例えば、小径ピストン５８ａの外径を４ｍｍ（直径）、大径ピストン５０の外径を５０ｍｍ（直径）、作動軸部材２６の軸部外径を２２ｍｍ（直径）とする。そして、小径ピストン５８ａが、４ｍｍだけ押し込まれると、第１油圧室５２ａには、５０立方ｍｍの油量が送られる。ピストン部の受圧面積は、１５８３平方ｍｍであるので、大径ピストン５０は、矢印Ａ１方向に０．０３ｍｍだけ摺動する。
テーパ面４４ａ、４４ｂのテーパ角度を１／３０とすると、刃工具２２ａ、２２ｂが取り付けられている弾性ホルダ部２４は、径方向に０．００１ｍｍだけ拡大することになる。すなわち、小径ピストン５８ａが１回押し込まれることにより、刃工具２２ａ、２２ｂは、０．００１ｍｍ（直径０．００２ｍｍ）の径拡大が得られることになる。このように、刃工具２２ａ、２２ｂは、ミクロンオーダーの刃先調整が高精度に遂行される。
さらに、第１の実施形態では、小径ピストン５８ａと大径ピストン５０の面積比は、１２６倍である。従って、例えば、３０Ｎの力で小径ピストン５８ａを押すと、大径ピストン５０を押し出す作用力は、３７８０Ｎに増力される。しかも、このパワーは、弾性ホルダ部２４のコンタクト部にあるテーパ部材４０の１／３０のテーパ比で増力拡張されるため、前記弾性ホルダ部２４を強制的に拡張するのに十分なパワーが得られる。
また、刃工具２２ａ、２２ｂを径方向内方に戻す際には、図５に示すように、第２の油圧発生部５６ｂを構成するプッシュボタン６０ｂが押圧される。このため、第２の油圧経路５４ｂ内の油圧が上昇し、チェック弁６４ｄが開放されて油圧シリンダ部５２の第２油圧室５２ｂに油が供給される。
油圧シリンダ部５２では、大径ピストン５０は、面積比によって上昇された油圧により押し込まれた油量の体積分だけ、矢印Ａ２方向に移動する。大径ピストン５０の移動により、第１油圧室５２ａの容積が縮小すると、この第１油圧室５２ａの内部の油圧が上昇する。従って、第５の油圧経路５４ｅに配設されたチェック弁６４ｅが開放され、第１油圧室５２ａ内の油が油タンク６６に導入される。その際、第２油圧室５２ｂに連通する第３の油圧経路５４ｃは、スリーブ７４ｂに形成されている孔部７６ｂが小径ピストン５８ｂに閉塞されるため、油タンク６６から遮断されている。このため、第２油圧室５２ｂからの油圧抜けを阻止することができる。
図２に示すように、大径ピストン５０が、矢印Ａ２方向に移動すると、ツールホルダ２０に装着されている作動軸部材２６は、前記大径ピストン５０と一体に軸方向（矢印Ａ２方向）に移動する。作動軸部材２６の端部に連結された変換機構２８は、矢印Ａ２方向に移動し、テーパ部材４０のテーパ面４４ａ、４４ｂは、弾性ホルダ部２４を構成するバンク部３４ａ、３４ｂのコンタクト面４２ａ、４２ｂから離間する方向に摺接する。
これにより、開放端部２４ａは、自身の弾性力を介して径方向内方に弾性変形し、前記開放端部２４ａの２つの変形頂点部であるバンク部３４ａ、３４ｂに取り付けられている刃工具２２ａ、２２ｂは、半径内方に移動して加工径が縮小される。
プッシュボタン６０ｂへの押し込み力が開放されると、図５に示すように、小径ピストン５８ｂは、リターンスプリング６２ｂの弾性力により原位置（ストッパ６１ｂに当接する位置）に復帰する。ここで、第２の油圧経路５４ｂでは、チェック弁６４ｄと第２の油圧発生部５６ｂとの間の油圧が一旦低下する。このため、チェック弁６４ｄが閉塞されて、第２油圧室５２ｂ内の油が第２の油圧経路５４ｂに逆流することを防止している。
一方、油タンク６６では、スプリング６８の付勢作用下に、タンク室７２内が一定の油圧に維持されている。従って、第２の油圧経路５４ｂの油圧が低下すると、チェック弁６４ｆが開放されるため、油タンク６６内の油は、第６の油圧経路５４ｆを通って前記第２の油圧経路５４ｂに供給される。これにより、油圧系内の圧力バランスが原状態に戻り、１回の補正動作が終了する。
上記の第１の油圧発生部５６ａ及び第２の油圧発生部５６ｂは、工作機械１０のプログラム制御（ＮＣ制御）に沿って、操作機構８０により自動的に操作される。工作機械１０のスピンドル１６は、オリエンテーション機能により特定位相でツールホルダ２０の回転をロックすることが可能である。
そこで、オリエンテーション時において、ツールホルダ２０の小径ピストン５８ａ又は５８ｂの軸動作方向と、押圧ロッド８６の摺動軸とを同一方向に設置し、前記ツールホルダ２０のいずれかのプッシュボタン６０ａ、６０ｂが前記押圧ロッド８６により押されるように設定する。
なお、第１の油圧発生部５６ａ及び第２の油圧発生部５６ｂでは、同様に制御されるため、以下に前記第１の油圧発生部５６ａについてのみ説明し、前記第２の油圧発生部５６ｂの説明は省略する。
ここで、プラス補正動作（拡径補正動作）を自動運転で行なうには、オリエンテーション後、図６に示すように、小径ピストン５８ａの軸と押圧ロッド８６の軸とをＮＣ制御により合わせて、ツールホルダ２０を矢印Ｘ１方向に移動させる。そして、押圧ロッド８６は、プッシュボタン６０ａ介して小径ピストン５８ａをストロークエンドまで押し込ませる。これにより、プラス補正が行なわれる。
その際、押圧ロッド８６の後方は、スプリング８８により支持されている。このスプリング８８は、小径ピストン５８ａの摺動作用力に対し、十分に強い剛性を有している。このため、小径ピストン５８ａをストロークエンドまで押し込むことができる。一方、プログラムエラー等でストロークエンド以上にツールホルダ２０が矢印Ｘ１方向へ摺動した場合は、スプリング８８が縮小し、その強制力を吸収する。従って、プログラムミス等があっても、安全弁としてスプリング８８が機能するため、ツールホルダ２０と押圧ロッド８６との衝突を吸収することが可能になる。
また、押圧ロッド８６とスプリング８８とを、自動補正の動作確認として使うことができる。この形態では、スプリング８８の弾性値を小径ピストン５８ａの作動摺動力より小さく設定し、前記小径ピストン５８ａを前記スプリング８８のデッドエンドまで矢印Ｘ１方向に押し込む際、押圧ロッド８６のフランジ９０が近接スイッチ９２を作動させ、補正動作が行われたことが確認できる。
さらにまた、第１の油圧発生部５６ａ（第２の油圧発生部５６ｂも同様）を手動操作により制御することも可能である。図９に示すように、ツールホルダ２０の側面にあるプッシュボタン６０ａを、リターンスプリング６２ａの作用とストッパ６１ａで決まる待機状態（無負荷状態）位置から矢印Ｄ方向のストロークエンドまで押し込むことにより、一回の作動油量が決まる。手動による補正動作は、Ｔレンチ等や細長いアーバーＴ等を用いてプッシュボタン６０ａを押すことで行われる。
作動油量と補正移動量（＝寸動量）は、相関関係を有しており、補正量は、小径ピストン５８ａを一回押す度に動く量と、その押す回数との積で決定される。例えば、一回の押し込みで補正量が２μｍ（直径）だけ動くとすると、６μｍ（直径）の補正をするには、プッシュボタン６０ａを３回押せばよい。
また、図１０に示すように、ツールホルダ２０をツールプリセッタ９４上に載置し、刃工具２２ａ（又は刃工具２２ｂ）の刃先にダイヤルゲージ９６を配置させた状態で、プッシュボタン６０ａ又は６０ｂを押せば、補正動作による刃工具の移動量が確認される。
すなわち、ツールホルダ２０をツールプリセッタ９４上に載置して加工径のプリセット作業をする場合、プッシュボタン６０ａ、６０ｂは、軽い力で人の手で簡単に押せるので、プリセット作業に特別な機器を使う必要がなく、大変便利である。
ところで、ツールホルダ２０をプリセットする際には、補正移動をスタートする基準となる正確なマーク位置（所謂、原位置）が設けられることが好ましい。プッシュボタン６０ａ、６０ｂを押し込む回数だけの管理では、補正移動を何回も繰り返していると、スタートする位置が少しずつ変わり、当初の位置からずれるおそれがある。
図１１に示すように、作業機械１０は、ツールホルダ２０内に設けられ、作動軸部材２６の原点位置を検出するマイクロスイッチ（位置検出センサ）１００と、前記ツールホルダ２０に着脱自在であり、前記マイクロスイッチ１００からの信号を受けて前記作動軸部材２６が原点位置に配置されたか否かを表示するポータブル型のランプユニット（表示部）１０２とを備える。
ツールホルダ２０の側面には、平面状のコンタクト面を持つ絶縁体１０４が設けられ、前記絶縁体１０４に２つの導電性のコンタクトピン１０６が埋設される。コンタクトピン１０６からは、２本の電線１０８が取り出され、同じくツールホルダ２０内に取り付けてあるマイクロスイッチ１００の２つの端子と結線される。
マイクロスイッチ１００には、コンタクト端１００ａが設けられ、このコンタクト端１００ａは、作動軸部材２６の長溝１１０に摺動可能に係合する。マイクロスイッチ１００は、ミクロン単位でオン／オフすることができる。
ランプユニット１０２は、絶縁体１０４に対向する平面を有するとともに、このランプユニット１０２には、電線（図示せず）により結ばれた乾電池１１２とＬＥＤランプ１１４と２本の摺動ピン１１６とが設けられる。摺動ピン１１６は、スプリング１１８を介して進退可能である。ランプユニット１０２は、マグネット１２０を介してツールホルダ２０の側面に絶縁体１０４と密着した状態で、保持される。
このような構成において、ツールホルダ２０の作動軸部材２６が、矢印Ａ２方向に移動して補正のスタート位置に至ると、前記作動軸部材２６の長溝１１０に配置されていたマイクロスイッチ１００のコンタクト端１００ａは、矢印Ｅ方向に移動してマイクロスイッチ１００の端子がＯＮされる。このため、ポータブルランプユニット１０２の電気回路と電気結合ができ、ＬＥＤランプ１１４が点灯する。この点灯により、スタート位置が正確に確認できる。
一方、ツールホルダ２０の作動軸部材２６が矢印Ａ１方向へ移動すると、マイクロスイッチ１００がＯＦＦになり、ＬＥＤランプ１１４が消える。このように、ＬＥＤランプ１１４のＯＮとＯＦＦとによって、スタート位置が外部から正確に確認することが可能になる。
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る工作機械１２０の要部断面説明図である。なお、第１の実施形態に係る工作機械１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
工作機械１２０では、作動軸部材２６に連結され、前記作動軸部材２６の移動動作を、開放端部２４ａの径方向の拡縮動作に変換させる変換機構１２２を備える。この変換機構１２２は、図１２及び図１３に示すように、弾性ホルダ部２４の内方に配置され、前記弾性ホルダ部２４の軸方向に進退することにより開放端部２４ａを径方向に拡縮自在なテーパ部材１２４を備える。テーパ部材１２４は、断面円形状を有し、弾性ホルダ部２４を構成するバンク部３４ａ、３４ｂの円弧状コンタクト面１２６ａ、１２６ｂに摺接する円形状テーパ面１２８を設ける円錐形状に設定される。
従って、第２の実施形態では、断面矩形状のテーパ部材４０に代えて、断面円形状のテーパ部材１２４を採用しており、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
１０、１２０…工作機械 １６…スピンドル
２０…ツールホルダ ２２ａ、２２ｂ…刃工具
２４…弾性ホルダ部 ２４ａ…開放端部
２６…作動軸部材 ２８、１２２…変換機構
３０…移動機構 ３４ａ、３４ｂ…バンク部
４０、１２４…テーパ部材
４２ａ、４２ｂ、１２６ａ、１２６ｂ…コンタクト面
４４ａ、４４ｂ、１２８…テーパ面 ５０…大径ピストン
５２…油圧シリンダ部 ５２ａ、５２ｂ…油圧室
５４ａ〜５４ｆ…油圧経路 ５６ａ、５６ｂ…油圧発生部
５８ａ、５８ｂ…小径ピストン ６０ａ、６０ｂ…プッシュボタン
６２ａ、６２ｂ…リターンスプリング ６４ａ〜６４ｆ…チェック弁
６６…油タンク ６８…スプリング
７４ａ、７４ｂ…スリーブ ８０…操作機構
８６…押圧ロッド １００…マイクロスイッチ
１０２…ランプユニット
【技術分野】
本発明は、スピンドルと一体的に回転可能なツールホルダに、道具が取り付けられる位置補正機能付き作業機械に関する。
【背景技術】
一般的に、ツールホルダに取り付けられた道具、例えば、加工工具を介してワークに加工処理を施す工作機械（作業機械）が種々使用されている。例えば、エンジンブロックを構成するシリンダのボーリング加工は、内筒径寸法をミクロンオーダで高精度に加工する必要がある。
ところが、例えば、自動車のエンジンでは、量産工程で同一の刃先により加工を行うと、ＣＢＮ工具等の硬質工具であっても、前記刃先に摩耗が発生する。従って、工具の刃先は、摩耗により加工径が小さくなるため、一定の穴径を維持するように、補正機能を有する補正ツールホルダが採用されている。
例えば、特許文献１に開示されている工作機の刃先位置調整装置が知られている。この特許文献１は、ワークに対して、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸駆動モータを制御して、スピンドル先端の刃具による加工を行う工作機であって、スピンドルをスピンドルヘッドに回転自在に支持し、スピンドルには先端に工具ホルダを着脱自在に装着し、その工具ホルダは、スピンドル回転軸心から偏心した位置に調整軸を回転自在に備え、その調整軸を回動することで、工具ホルダに半径方向に位置変位可能に設けてある刃具の半径方向刃先位置を調整するように構成されている工作機において、工作機の固定側に調整軸と係脱する回転阻止部材を設け、スピンドルヘッドを、前記Ｘ、Ｙ軸駆動モータでスピンドル軸線と直交するＸ、Ｙ軸方向に移動するようにし、回転阻止部材に調整軸を係止した状態で、スピンドルヘッドをＸ、Ｙ軸方向に制御して調整軸の軸線回りにスピンドルを旋回させる制御手段を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【特許文献１】 特開２００２−３６００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特許文献１では、工具ホルダ本体にスリットが設けられており、弾性変形することによって刃先位置を調整するように構成されている。このため、工具ホルダ自体の剛性が低下するという問題がある。
本発明はこの種の加工装置において、高い剛性を維持するとともに、ツールホルダに取り付けられる道具を、前記ツールホルダの径方向にミクロンオーダで高精度に位置補正することが可能な位置補正機能付き作業機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
本発明に係る位置補正機能付き作業機械は、スピンドルと一体的に回転可能なツールホルダと、一端が前記ツールホルダに固着される一方、他端に道具が取り付けられる開放端部を形成するリング形状を有する弾性ホルダ部と、端部が前記弾性ホルダ部の軸方向外方の突出するとともに、前記ツールホルダに対して相対的に軸方向に移動可能な作動軸部材と、前記作動軸部材に連結され、前記作動軸部材の移動動作を、前記開放端部の径方向の拡縮動作に変換させる変換機構と、前記作動軸部材を前記軸方向に移動させる移動機構とを備えている。
移動機構は、作動軸部材に設けられる第１ピストンを有する油圧アクチュエータと、前記油圧アクチュエータに油圧経路を介して連通するとともに、前記第１ピストンよりも小径な第２ピストンを設け、前記第２ピストンの移動作用下に前記第１ピストンを前記軸方向に移動させる油圧発生部とを備えている。
また、油圧発生部は、ツールホルダの外部から第２ピストンを押圧するために、前記第２ピストンに設けられる押圧部と、前記押圧部を前記ツールホルダの外部に向かって付勢するスプリングとを備えることが好ましい。
さらに、油圧アクチュエータは、第１ピストンにより分割される第１油圧室及び第２油圧室を有し、油圧発生部は、第１の油圧経路を介して前記第１油圧室に連通し、作動軸部材を軸方向の一方に移動させる第１の油圧発生部と、第２の油圧経路を介して前記第２油圧室に連通し、前記作動軸部材を前記軸方向の他方に移動させる第２の油圧発生部とを備えることが好ましい。
さらにまた、第１油圧室及び第２油圧室は、第１の油圧路及び第２の油圧路を介して油タンクに連通するとともに、第１の前記油圧路は、第１の油圧発生部が操作される際に閉塞される一方、第２の前記油圧路は、第２の油圧発生部が操作される際に閉塞されることが好ましい。
また、変換機構は、弾性ホルダ部の内方に配置され、前記弾性ホルダ部の軸方向に進退することにより開放端部を径方向に拡縮自在なテーパ部材を備え、前記テーパ部材は、断面円形状又は断面矩形状を有することが好ましい。
さらに、この作業機械は、油圧発生部を外部から操作する操作機構を備え、前記操作機構は、第２ピストンを押圧する押圧部材と、前記押圧部材を前記第２ピストンに向かって付勢するスプリングとを備えることが好ましい。
さらにまた、この作業機械は、ツールホルダ内に設けられ、作動軸部材の原点位置を検出する位置検出センサと、前記ツールホルダに着脱自在であり、前記位置検出センサからの信号を受けて前記作動軸部材が原点位置に配置されたか否かを表示する表示部とを備えることが好ましい。
【発明の効果】
本発明に係る位置補正機能付き作業機械では、油圧発生部を構成する第２ピストンが押圧（操作）されると、この油圧発生部内の油圧が加圧される。加圧された油圧は、油圧経路を通って油圧アクチュエータに送られる。
その際、油圧アクチュエータを構成する第１ピストンは、第２ピストンよりも大径に設定されている。このため、第２ピストンには、第１ピストンとの面積比による油圧の増圧分が作用し、前記第１ピストンが比較的小さな力で押圧されても、前記第２ピストンには、油圧を介して大きな力が作用する。
従って、変換機構と弾性ホルダ部との間に大きな摩擦力が作用していても、第１ピストンを比較的小さな力で押圧することにより、前記変換機構を所望の量だけ確実に補正移動させることができる。これにより、高い剛性を維持するとともに、ツールホルダに取り付けられる道具を、前記ツールホルダの径方向にミクロンオーダで高精度に位置補正することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態に係る位置補正機能付き作業機械である工作機械の斜視説明図である。
【図２】 前記工作機械の要部断面説明図である。
【図３】 前記工作機械を構成する弾性ホルダ部の正面説明図である。
【図４】 前記工作機械を構成するツールホルダの第１の油圧発生部を要部とする断面説明図である。
【図５】 前記工作機械を構成するツールホルダの第２の油圧発生部を要部とする断面説明図である。
【図６】 前記工作機械を構成する操作機構の説明図である。
【図７】 刃工具の補正を説明する側面図である。
【図８】 前記刃工具の補正を説明する正面図である。
【図９】 手動操作による補正の動作説明図である。
【図１０】 補正動作による前記刃工具の移動量の確認を行う際の説明図である。
【図１１】 ツールホルダの原位置検出構造の説明図である。
【図１２】 本発明の第２の実施形態に係る工作機械の要部断面説明図である。
【図１３】 前記工作機械を構成する弾性ホルダ部の正面説明図である。
【発明を実施するための形態】
図１に示すように、本発明の第１の実施形態に係る位置補正機能付き作業機械である工作機械１０は、本体部１２を備え、この本体部１２には、主軸ハウジング１４がＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に摺動可能に装着される。図２に示すように、主軸ハウジング１４には、スピンドル（主軸）１６がベアリング１８を介して回転可能に設けられると、前記スピンドル１６には、ツールホルダ（補正ツールホルダ）２０が着脱自在に取り付けられる。
ツールホルダ２０には、一端が前記ツールホルダ２０に固着される一方、他端に道具、例えば、刃工具２２ａ、２２ｂが取り付けられる開放端部２４ａを形成するリング形状の弾性ホルダ部２４と、端部が前記弾性ホルダ部２４の軸方向（矢印Ａ方向）外方の突出するとともに、前記ツールホルダ２０に対して相対的に軸方向に移動可能な作動軸部材２６と、前記作動軸部材２６に連結され、前記作動軸部材２６の移動動作を、前記開放端部２４ａの径方向の拡縮動作に変換させる変換機構２８と、前記作動軸部材２６を前記軸方向に移動させる移動機構３０とが装着される。
弾性ホルダ部２４は、図２に示すように、ツールホルダ２０の先端に固着される基台部３１を設ける。基台部３１には、リング体３２が設けられるとともに、前記リング体３２の開放端部２４ａ側の端部には、刃工具２２ａ、２２ｂが交換自在に取り付けられるバンク部（変形頂点部）３４ａ、３４ｂと、前記バンク部３４ａ、３４ｂと直交する膨出部３６ａ、３６ｂとが形成される（図３参照）。
作動軸部材２６の端部に連結される変換機構２８は、弾性ホルダ部２４の内方に配置され、前記作動軸部材２６が軸方向に進退することにより、開放端部２４ａを径方向に拡縮自在なテーパ部材４０を備える。テーパ部材４０は、断面矩形状を有し、弾性ホルダ部２４を構成するバンク部３４ａ、３４ｂのコンタクト面４２ａ、４２ｂに摺接するテーパ面４４ａ、４４ｂを設ける（図２及び図３参照）。
図４に示すように、移動機構３０は、作動軸部材２６に設けられる大径ピストン（第１ピストン）５０を有する油圧シリンダ部（油圧アクチュエータ）５２を備える。作動軸部材２６は、大径ピストン５０を一体成形するとともに、ガイド穴４６に摺動自在に嵌合するロッド部４８を設ける。
油圧シリンダ部５２は、大径ピストン５０により第１油圧室５２ａ及び第２油圧室５２ｂが分割形成される。第１油圧室５２ａは、第１の油圧経路５４ａを介して第１の油圧発生部５６ａに連通する一方、第２油圧室５２ｂは、第２の油圧経路５４ｂを介して第２の油圧発生部５６ｂに連通する（図５参照）。
第１の油圧発生部５６ａは、図４に示すように、大径ピストン５０よりも小径な小径ピストン（第２ピストン）５８ａを有し、この小径ピストン５８ａには、ツールホルダ２０の外部から前記小径ピストン５８ａを押圧するためのプッシュボタン（押圧部）６０ａが設けられる。プッシュボタン６０ａには、前記プッシュボタン６０ａをツールホルダ２０の外方に向かって、すなわち、ストッパ６１ａが設けられている原位置に付勢するリターンスプリング６２ａが当接する。
第１の油圧経路５４ａには、第１油圧発生部５６ａから第１油圧室５２ａへの油圧の流れのみを許容するチェック弁６４ａが配設される。第２油圧室５２ｂには、第１油圧室５２ａに油圧が供給された際、前記第２油圧室５２ｂ内の油圧を油タンク６６に排出するための第３の油圧経路５４ｃが連通する。
第３の油圧経路５４ｃには、油タンク６６からの油の逆流を阻止するためにチェック弁６４ｂが配設される。油タンク６６と第１の油圧経路５４ａとは、第４の油圧経路５４ｄを介して連通するとともに、前記油タンク６６への逆流を阻止するためにチェック弁６４ｃが配設される。油タンク６６は、スプリング６８に付勢されて摺動自在な摺動壁７０を介してタンク室７２を形成する。
第２の油圧発生部５６ｂは、上記の第１の油圧発生部５６ａと同様に構成されており、同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
図５に示すように、第２の油圧経路５４ｂには、第２油圧発生部５６ｂから第２油圧室５２ｂへの油圧の流れのみを許容するチェック弁６４ｄが配設される。第１油圧室５２ａには、第２油圧室５２ｂに油圧が供給された際、前記第１油圧室５２ａ内の油圧を油タンク６６に排出するための第５の油圧経路５４ｅが連通する。
第５の油圧経路５４ｅには、油タンク６６からの油の逆流を阻止するためにチェック弁６４ｅが配設される。油タンク６６と第２の油圧経路５４ｂとは、第６の油圧経路５４ｆを介して連通するとともに、前記油タンク６６への逆流を阻止するためにチェック弁６４ｆが配設される。
第５の油圧経路５４ｅ（第１の油圧路）は、第１の油圧発生部５６ａが操作される際に閉塞される一方、第３の油圧経路５４ｃ（第２の前記油圧路）は、第２の油圧発生部５６ｂが操作される際に閉塞される。具体的には、図４に示すように、第１の油圧発生部５６ａは、第１の油圧経路５４ａに配設されて小径ピストン５８ａが摺動自在に嵌合するスリーブ７４ａを設けるとともに、前記スリーブ７４ａには、第５の油圧経路５４ｅに連通する孔部７６ａが軸方向に貫通する。小径ピストン５８ａが原位置に配置される際、孔部７６ａが開放される一方、前記小径ピストン５８ａが操作される際、前記孔部７６ａが閉塞される。
図５に示すように、第２の油圧発生部５６ｂは、第２の油圧経路５４ｂに配設されて小径ピストン５８ｂが摺動自在に嵌合するスリーブ７４ｂを設けるとともに、前記スリーブ７４ｂには、第３の油圧経路５４ｃに連通する孔部７６ｂが軸方向に貫通する。小径ピストン５８ｂが原位置に配置される際、孔部７６ｂが開放される一方、前記小径ピストン５８ｂが操作される際、前記孔部７６ｂが閉塞される。
図１に示すように、ツールホルダ２０の外部には、第１及び第２油圧発生部５６ａ、５６ｂを外部から操作する操作機構８０を備える。操作機構８０は、図６に示すように、支持板部材８２にハウジング８４が装着されるとともに、前記ハウジング８４内には、小径ピストン５８ａ、５８ｂを押圧する押圧ロッド（押圧部材）８６が配設される。ハウジング８４内には、押圧ロッド８６を小径ピストン５８ａ、５８ｂに向かって付勢するスプリング８８が設けられる。押圧ロッド８６の後端部には、フランジ９０が形成される一方、支持板部材８２には、前記フランジ９０を検出する近接センサ９２が取り付けられる。
このように構成される第１の実施形態に係る工作機械１０の動作について、以下に説明する。
先ず、第１油圧室５２ａ及び第２油圧室５２ｂと、第１の油圧経路５４ａ〜第６の油圧経路５４ｆと、油タンク６６とには、それぞれ油が充填されている。そして、刃工具２２ａ、２２ｂの刃先が磨耗した際には、変換機構２８を介して前記刃工具２２ａ、２２ｂを径方向外方に位置調整（補正）する。
具体的には、図４に示すように、第１の油圧発生部５６ａを構成するプッシュボタン６０ａが、矢印Ｂ１方向に押圧されると、第１の油圧経路５４ａ内の油圧が上昇し、チェック弁６４ａが開放されて油圧シリンダ部５２の第１油圧室５２ａに油が供給される。油圧シリンダ部５２は、大径ピストン５０が小径ピストン５８ａに比べて十分に大きな面積に設定されており、前記大径ピストン５０は、面積比によって上昇された油圧により押し込まれた油量の体積分だけ、矢印Ａ１方向に移動する。
大径ピストン５０の移動により、第２油圧室５２ｂの容積が縮小すると、この第２油圧室５２ｂの内部の油圧が上昇する。従って、第３の油圧経路５４ｃに配設されたチェック弁６４ｂが開放され、第２油圧室５２ｂ内の油が油タンク６６に導入される。その際、第１油圧室５２ａに連通する第５の油圧経路５４ｅは、スリーブ７４ａに形成されている孔部７６ａが小径ピストン５８ａに閉塞されるため、油タンク６６から遮断されている。このため、第１油圧室５２ａからの油圧抜けを阻止することができる。
大径ピストン５０が、矢印Ａ１方向に移動すると、ツールホルダ２０に装着されている作動軸部材２６は、前記大径ピストン５０と一体に軸方向（矢印Ａ１方向）に移動する。図７に示すように、作動軸部材２６の端部に連結された変換機構２８は、矢印Ａ１方向に移動し、テーパ部材４０のテーパ面４４ａ、４４ｂは、弾性ホルダ部２４を構成するバンク部３４ａ、３４ｂのコンタクト面４２ａ、４２ｂに摺接する。
これにより、開放端部２４ａは、テーパ部材４０を介して強制的に楕円形状に弾性変形し、前記開放端部２４ａの２つの変形頂点部であるバンク部３４ａ、３４ｂに取り付けられている刃工具２２ａ、２２ｂは、半径外方に移動して加工径が拡大される（図７及び図８参照）。
図４に示すように、プッシュボタン６０ａへの押し込み力が開放されると、小径ピストン５８ａは、リターンスプリング６２ａの弾性力により原位置（ストッパ６１ａに当接する位置）に復帰する。ここで、第１の油圧経路５４ａでは、チェック弁６４ａと第１の油圧発生部５６ａとの間の油圧が一旦低下する。このため、チェック弁６４ａが閉塞されて、第１油圧室５２ａ内の油が第１の油圧経路５４ａに逆流することを防止している。
一方、油タンク６６では、スプリング６８の付勢作用下に、タンク室７２内が一定の油圧に維持されている。従って、第１の油圧経路５４ａの油圧が低下すると、チェック弁６４ｃが開放されるため、油タンク６６内の油は、第４の油圧経路５４ｄを通って前記第１の油圧経路５４ａに供給される。これにより、油圧系内の圧力バランスが原状態に戻り、１回の補正動作が終了する。
弾性ホルダ部２４は、十分に高いバネ定数を有しており、弾性変形が生じた状態では、テーパ部材４０は、テーパ面４４ａ、４４ｂとコンタクト面４２ａ、４２ｂとによる強力な把握力を介して保持されている。このため、テーパ部材４０は、小径ピストン５８ａの押し込みによる高い油圧で、矢印Ａ１方向に寸動摺動した後は、その状態を自己保持する作用がある。
刃工具２２ａ、２２ｂを、適切な位置へさらに拡張させる必要がある時は、上記と同様に、小径ピストン５８ａを所定の回数だけ押し込み、前記刃工具２２ａ、２２ｂの位置を移動シフトさせた後に、加工を開始すればよい。
ここで、例えば、小径ピストン５８ａの外径を４ｍｍ（直径）、大径ピストン５０の外径を５０ｍｍ（直径）、作動軸部材２６の軸部外径を２２ｍｍ（直径）とする。そして、小径ピストン５８ａが、４ｍｍだけ押し込まれると、第１油圧室５２ａには、５０立方ｍｍの油量が送られる。ピストン部の受圧面積は、１５８３平方ｍｍであるので、大径ピストン５０は、矢印Ａ１方向に０．０３ｍｍだけ摺動する。
テーパ面４４ａ、４４ｂのテーパ角度を１／３０とすると、刃工具２２ａ、２２ｂが取り付けられている弾性ホルダ部２４は、径方向に０．００１ｍｍだけ拡大することになる。すなわち、小径ピストン５８ａが１回押し込まれることにより、刃工具２２ａ、２２ｂは、０．００１ｍｍ（直径０．００２ｍｍ）の径拡大が得られることになる。このように、刃工具２２ａ、２２ｂは、ミクロンオーダーの刃先調整が高精度に遂行される。
さらに、第１の実施形態では、小径ピストン５８ａと大径ピストン５０の面積比は、１２６倍である。従って、例えば、３０Ｎの力で小径ピストン５８ａを押すと、大径ピストン５０を押し出す作用力は、３７８０Ｎに増力される。しかも、このパワーは、弾性ホルダ部２４のコンタクト部にあるテーパ部材４０の１／３０のテーパ比で増力拡張されるため、前記弾性ホルダ部２４を強制的に拡張するのに十分なパワーが得られる。
また、刃工具２２ａ、２２ｂを径方向内方に戻す際には、図５に示すように、第２の油圧発生部５６ｂを構成するプッシュボタン６０ｂが押圧される。このため、第２の油圧経路５４ｂ内の油圧が上昇し、チェック弁６４ｄが開放されて油圧シリンダ部５２の第２油圧室５２ｂに油が供給される。
油圧シリンダ部５２では、大径ピストン５０は、面積比によって上昇された油圧により押し込まれた油量の体積分だけ、矢印Ａ２方向に移動する。大径ピストン５０の移動により、第１油圧室５２ａの容積が縮小すると、この第１油圧室５２ａの内部の油圧が上昇する。従って、第５の油圧経路５４ｅに配設されたチェック弁６４ｅが開放され、第１油圧室５２ａ内の油が油タンク６６に導入される。その際、第２油圧室５２ｂに連通する第３の油圧経路５４ｃは、スリーブ７４ｂに形成されている孔部７６ｂが小径ピストン５８ｂに閉塞されるため、油タンク６６から遮断されている。このため、第２油圧室５２ｂからの油圧抜けを阻止することができる。
図２に示すように、大径ピストン５０が、矢印Ａ２方向に移動すると、ツールホルダ２０に装着されている作動軸部材２６は、前記大径ピストン５０と一体に軸方向（矢印Ａ２方向）に移動する。作動軸部材２６の端部に連結された変換機構２８は、矢印Ａ２方向に移動し、テーパ部材４０のテーパ面４４ａ、４４ｂは、弾性ホルダ部２４を構成するバンク部３４ａ、３４ｂのコンタクト面４２ａ、４２ｂから離間する方向に摺接する。
これにより、開放端部２４ａは、自身の弾性力を介して径方向内方に弾性変形し、前記開放端部２４ａの２つの変形頂点部であるバンク部３４ａ、３４ｂに取り付けられている刃工具２２ａ、２２ｂは、半径内方に移動して加工径が縮小される。
プッシュボタン６０ｂへの押し込み力が開放されると、図５に示すように、小径ピストン５８ｂは、リターンスプリング６２ｂの弾性力により原位置（ストッパ６１ｂに当接する位置）に復帰する。ここで、第２の油圧経路５４ｂでは、チェック弁６４ｄと第２の油圧発生部５６ｂとの間の油圧が一旦低下する。このため、チェック弁６４ｄが閉塞されて、第２油圧室５２ｂ内の油が第２の油圧経路５４ｂに逆流することを防止している。
一方、油タンク６６では、スプリング６８の付勢作用下に、タンク室７２内が一定の油圧に維持されている。従って、第２の油圧経路５４ｂの油圧が低下すると、チェック弁６４ｆが開放されるため、油タンク６６内の油は、第６の油圧経路５４ｆを通って前記第２の油圧経路５４ｂに供給される。これにより、油圧系内の圧力バランスが原状態に戻り、１回の補正動作が終了する。
上記の第１の油圧発生部５６ａ及び第２の油圧発生部５６ｂは、工作機械１０のプログラム制御（ＮＣ制御）に沿って、操作機構８０により自動的に操作される。工作機械１０のスピンドル１６は、オリエンテーション機能により特定位相でツールホルダ２０の回転をロックすることが可能である。
そこで、オリエンテーション時において、ツールホルダ２０の小径ピストン５８ａ又は５８ｂの軸動作方向と、押圧ロッド８６の摺動軸とを同一方向に設置し、前記ツールホルダ２０のいずれかのプッシュボタン６０ａ、６０ｂが前記押圧ロッド８６により押されるように設定する。
なお、第１の油圧発生部５６ａ及び第２の油圧発生部５６ｂでは、同様に制御されるため、以下に前記第１の油圧発生部５６ａについてのみ説明し、前記第２の油圧発生部５６ｂの説明は省略する。
ここで、プラス補正動作（拡径補正動作）を自動運転で行なうには、オリエンテーション後、図６に示すように、小径ピストン５８ａの軸と押圧ロッド８６の軸とをＮＣ制御により合わせて、ツールホルダ２０を矢印Ｘ１方向に移動させる。そして、押圧ロッド８６は、プッシュボタン６０ａ介して小径ピストン５８ａをストロークエンドまで押し込ませる。これにより、プラス補正が行なわれる。
その際、押圧ロッド８６の後方は、スプリング８８により支持されている。このスプリング８８は、小径ピストン５８ａの摺動作用力に対し、十分に強い剛性を有している。このため、小径ピストン５８ａをストロークエンドまで押し込むことができる。一方、プログラムエラー等でストロークエンド以上にツールホルダ２０が矢印Ｘ１方向へ摺動した場合は、スプリング８８が縮小し、その強制力を吸収する。従って、プログラムミス等があっても、安全弁としてスプリング８８が機能するため、ツールホルダ２０と押圧ロッド８６との衝突を吸収することが可能になる。
また、押圧ロッド８６とスプリング８８とを、自動補正の動作確認として使うことができる。この形態では、スプリング８８の弾性値を小径ピストン５８ａの作動摺動力より小さく設定し、前記小径ピストン５８ａを前記スプリング８８のデッドエンドまで矢印Ｘ１方向に押し込む際、押圧ロッド８６のフランジ９０が近接スイッチ９２を作動させ、補正動作が行われたことが確認できる。
さらにまた、第１の油圧発生部５６ａ（第２の油圧発生部５６ｂも同様）を手動操作により制御することも可能である。図９に示すように、ツールホルダ２０の側面にあるプッシュボタン６０ａを、リターンスプリング６２ａの作用とストッパ６１ａで決まる待機状態（無負荷状態）位置から矢印Ｄ方向のストロークエンドまで押し込むことにより、一回の作動油量が決まる。手動による補正動作は、Ｔレンチ等や細長いアーバーＴ等を用いてプッシュボタン６０ａを押すことで行われる。
作動油量と補正移動量（＝寸動量）は、相関関係を有しており、補正量は、小径ピストン５８ａを一回押す度に動く量と、その押す回数との積で決定される。例えば、一回の押し込みで補正量が２μｍ（直径）だけ動くとすると、６μｍ（直径）の補正をするには、プッシュボタン６０ａを３回押せばよい。
また、図１０に示すように、ツールホルダ２０をツールプリセッタ９４上に載置し、刃工具２２ａ（又は刃工具２２ｂ）の刃先にダイヤルゲージ９６を配置させた状態で、プッシュボタン６０ａ又は６０ｂを押せば、補正動作による刃工具の移動量が確認される。
すなわち、ツールホルダ２０をツールプリセッタ９４上に載置して加工径のプリセット作業をする場合、プッシュボタン６０ａ、６０ｂは、軽い力で人の手で簡単に押せるので、プリセット作業に特別な機器を使う必要がなく、大変便利である。
ところで、ツールホルダ２０をプリセットする際には、補正移動をスタートする基準となる正確なマーク位置（所謂、原位置）が設けられることが好ましい。プッシュボタン６０ａ、６０ｂを押し込む回数だけの管理では、補正移動を何回も繰り返していると、スタートする位置が少しずつ変わり、当初の位置からずれるおそれがある。
図１１に示すように、作業機械１０は、ツールホルダ２０内に設けられ、作動軸部材２６の原点位置を検出するマイクロスイッチ（位置検出センサ）１００と、前記ツールホルダ２０に着脱自在であり、前記マイクロスイッチ１００からの信号を受けて前記作動軸部材２６が原点位置に配置されたか否かを表示するポータブル型のランプユニット（表示部）１０２とを備える。
ツールホルダ２０の側面には、平面状のコンタクト面を持つ絶縁体１０４が設けられ、前記絶縁体１０４に２つの導電性のコンタクトピン１０６が埋設される。コンタクトピン１０６からは、２本の電線１０８が取り出され、同じくツールホルダ２０内に取り付けてあるマイクロスイッチ１００の２つの端子と結線される。
マイクロスイッチ１００には、コンタクト端１００ａが設けられ、このコンタクト端１００ａは、作動軸部材２６の長溝１１０に摺動可能に係合する。マイクロスイッチ１００は、ミクロン単位でオン／オフすることができる。
ランプユニット１０２は、絶縁体１０４に対向する平面を有するとともに、このランプユニット１０２には、電線（図示せず）により結ばれた乾電池１１２とＬＥＤランプ１１４と２本の摺動ピン１１６とが設けられる。摺動ピン１１６は、スプリング１１８を介して進退可能である。ランプユニット１０２は、マグネット１２０を介してツールホルダ２０の側面に絶縁体１０４と密着した状態で、保持される。
このような構成において、ツールホルダ２０の作動軸部材２６が、矢印Ａ２方向に移動して補正のスタート位置に至ると、前記作動軸部材２６の長溝１１０に配置されていたマイクロスイッチ１００のコンタクト端１００ａは、矢印Ｅ方向に移動してマイクロスイッチ１００の端子がＯＮされる。このため、ポータブルランプユニット１０２の電気回路と電気結合ができ、ＬＥＤランプ１１４が点灯する。この点灯により、スタート位置が正確に確認できる。
一方、ツールホルダ２０の作動軸部材２６が矢印Ａ１方向へ移動すると、マイクロスイッチ１００がＯＦＦになり、ＬＥＤランプ１１４が消える。このように、ＬＥＤランプ１１４のＯＮとＯＦＦとによって、スタート位置が外部から正確に確認することが可能になる。
図１２は、本発明の第２の実施形態に係る工作機械１２０の要部断面説明図である。なお、第１の実施形態に係る工作機械１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
工作機械１２０では、作動軸部材２６に連結され、前記作動軸部材２６の移動動作を、開放端部２４ａの径方向の拡縮動作に変換させる変換機構１２２を備える。この変換機構１２２は、図１２及び図１３に示すように、弾性ホルダ部２４の内方に配置され、前記弾性ホルダ部２４の軸方向に進退することにより開放端部２４ａを径方向に拡縮自在なテーパ部材１２４を備える。テーパ部材１２４は、断面円形状を有し、弾性ホルダ部２４を構成するバンク部３４ａ、３４ｂの円弧状コンタクト面１２６ａ、１２６ｂに摺接する円形状テーパ面１２８を設ける円錐形状に設定される。
従って、第２の実施形態では、断面矩形状のテーパ部材４０に代えて、断面円形状のテーパ部材１２４を採用しており、上記の第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【符号の説明】
１０、１２０…工作機械 １６…スピンドル
２０…ツールホルダ ２２ａ、２２ｂ…刃工具
２４…弾性ホルダ部 ２４ａ…開放端部
２６…作動軸部材 ２８、１２２…変換機構
３０…移動機構 ３４ａ、３４ｂ…バンク部
４０、１２４…テーパ部材
４２ａ、４２ｂ、１２６ａ、１２６ｂ…コンタクト面
４４ａ、４４ｂ、１２８…テーパ面 ５０…大径ピストン
５２…油圧シリンダ部 ５２ａ、５２ｂ…油圧室
５４ａ〜５４ｆ…油圧経路 ５６ａ、５６ｂ…油圧発生部
５８ａ、５８ｂ…小径ピストン ６０ａ、６０ｂ…プッシュボタン
６２ａ、６２ｂ…リターンスプリング ６４ａ〜６４ｆ…チェック弁
６６…油タンク ６８…スプリング
７４ａ、７４ｂ…スリーブ ８０…操作機構
８６…押圧ロッド １００…マイクロスイッチ
１０２…ランプユニット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピンドルと一体的に回転可能なツールホルダと、
一端が前記ツールホルダに固着される一方、他端に道具が取り付けられる開放端部を形成するリング形状を有する弾性ホルダ部と、
端部が前記弾性ホルダ部の軸方向外方の突出するとともに、前記ツールホルダに対して相対的に軸方向に移動可能な作動軸部材と、
前記作動軸部材に連結され、前記作動軸部材の移動動作を、前記開放端部の径方向の拡縮動作に変換させる変換機構と、
前記作動軸部材を前記軸方向に移動させる移動機構と、
を備え、
前記移動機構は、前記作動軸部材に設けられる第１ピストンを有する油圧アクチュエータと、
前記油圧アクチュエータに油圧経路を介して連通するとともに、前記第１ピストンよりも小径な第２ピストンを設け、前記第２ピストンの移動作用下に前記第１ピストンを前記軸方向に移動させる油圧発生部と、
を備えることを特徴とする位置補正機能付き作業機械。
【請求項２】
請求項１記載の作業機械において、前記油圧発生部は、前記ツールホルダの外部から前記第２ピストンを押圧するために、前記第２ピストンに設けられる押圧部と、
前記押圧部を前記ツールホルダの外部に向かって付勢するスプリングと、
を備えることを特徴とする位置補正機能付き作業機械。
【請求項３】
請求項１又は２記載の作業機械において、前記油圧アクチュエータは、前記第１ピストンにより分割される第１油圧室及び第２油圧室を有し、
前記油圧発生部は、第１の前記油圧経路を介して前記第１油圧室に連通し、前記作動軸部材を前記軸方向の一方に移動させる第１の油圧発生部と、
第２の前記油圧経路を介して前記第２油圧室に連通し、前記作動軸部材を前記軸方向の他方に移動させる第２の油圧発生部と、
を備えることを特徴とする位置補正機能付き作業機械。
【請求項４】
請求項３記載の作業機械において、前記第１油圧室及び前記第２油圧室は、第１の油圧路及び第２の油圧路を介して油タンクに連通するとともに、
第１の前記油圧路は、第１の前記油圧発生部が操作される際に閉塞される一方、
第２の前記油圧路は、第２の前記油圧発生部が操作される際に閉塞されることを特徴とする位置補正機能付き作業機械。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の作業機械において、前記変換機構は、前記弾性ホルダ部の内方に配置され、前記弾性ホルダ部の軸方向に進退することにより前記開放端部を径方向に拡縮自在なテーパ部材を備え、
前記テーパ部材は、断面円形状又は断面矩形状を有することを特徴とする位置補正機能付き作業機械。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の作業機械において、前記油圧発生部を外部から操作する操作機構を備え、
前記操作機構は、前記第２ピストンを押圧する押圧部材と、
前記押圧部材を前記第２ピストンに向かって付勢するスプリングと、
を備えることを特徴とする位置補正機能付き作業機械。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の作業機械において、前記ツールホルダ内に設けられ、前記作動軸部材の原点位置を検出する位置検出センサと、
前記ツールホルダに着脱自在であり、前記位置検出センサからの信号を受けて前記作動軸部材が原点位置に配置されたか否かを表示する表示部と、
を備えることを特徴とする位置補正機能付き作業機械。
【請求項１】
スピンドルと一体的に回転可能なツールホルダと、
一端が前記ツールホルダに固着される一方、他端に道具が取り付けられる開放端部を形成するリング形状を有する弾性ホルダ部と、
端部が前記弾性ホルダ部の軸方向外方の突出するとともに、前記ツールホルダに対して相対的に軸方向に移動可能な作動軸部材と、
前記作動軸部材に連結され、前記作動軸部材の移動動作を、前記開放端部の径方向の拡縮動作に変換させる変換機構と、
前記作動軸部材を前記軸方向に移動させる移動機構と、
を備え、
前記移動機構は、前記作動軸部材に設けられる第１ピストンを有する油圧アクチュエータと、
前記油圧アクチュエータに油圧経路を介して連通するとともに、前記第１ピストンよりも小径な第２ピストンを設け、前記第２ピストンの移動作用下に前記第１ピストンを前記軸方向に移動させる油圧発生部と、
を備えることを特徴とする位置補正機能付き作業機械。
【請求項２】
請求項１記載の作業機械において、前記油圧発生部は、前記ツールホルダの外部から前記第２ピストンを押圧するために、前記第２ピストンに設けられる押圧部と、
前記押圧部を前記ツールホルダの外部に向かって付勢するスプリングと、
を備えることを特徴とする位置補正機能付き作業機械。
【請求項３】
請求項１又は２記載の作業機械において、前記油圧アクチュエータは、前記第１ピストンにより分割される第１油圧室及び第２油圧室を有し、
前記油圧発生部は、第１の前記油圧経路を介して前記第１油圧室に連通し、前記作動軸部材を前記軸方向の一方に移動させる第１の油圧発生部と、
第２の前記油圧経路を介して前記第２油圧室に連通し、前記作動軸部材を前記軸方向の他方に移動させる第２の油圧発生部と、
を備えることを特徴とする位置補正機能付き作業機械。
【請求項４】
請求項３記載の作業機械において、前記第１油圧室及び前記第２油圧室は、第１の油圧路及び第２の油圧路を介して油タンクに連通するとともに、
第１の前記油圧路は、第１の前記油圧発生部が操作される際に閉塞される一方、
第２の前記油圧路は、第２の前記油圧発生部が操作される際に閉塞されることを特徴とする位置補正機能付き作業機械。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の作業機械において、前記変換機構は、前記弾性ホルダ部の内方に配置され、前記弾性ホルダ部の軸方向に進退することにより前記開放端部を径方向に拡縮自在なテーパ部材を備え、
前記テーパ部材は、断面円形状又は断面矩形状を有することを特徴とする位置補正機能付き作業機械。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の作業機械において、前記油圧発生部を外部から操作する操作機構を備え、
前記操作機構は、前記第２ピストンを押圧する押圧部材と、
前記押圧部材を前記第２ピストンに向かって付勢するスプリングと、
を備えることを特徴とする位置補正機能付き作業機械。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の作業機械において、前記ツールホルダ内に設けられ、前記作動軸部材の原点位置を検出する位置検出センサと、
前記ツールホルダに着脱自在であり、前記位置検出センサからの信号を受けて前記作動軸部材が原点位置に配置されたか否かを表示する表示部と、
を備えることを特徴とする位置補正機能付き作業機械。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−２４７３１９（Ｐ２０１０−２４７３１９Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１７０１４（Ｐ２００９−１１７０１４）
【出願日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【出願人】（０００１０２８６５）エヌティーエンジニアリング株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１６日（２００９．４．１６）
【出願人】（０００１０２８６５）エヌティーエンジニアリング株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]