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を構成するツールホルダ２０は、スピンドル１６に固着される基台部２２と、道具、例えば、ボーリングバー２４が取り付けられる道具取り付け部２６と、前記基台部２２と前記道具取り付け部２６とを連結する弾性変形部２８と、前記ツールホルダ２０に対して、前記スピンドル１６の回転方向に交差する径方向に移動可能な作動軸部材３０と、前記作動軸部材３０の移動動作を、前記道具取り付け部２６の軸方向に対する傾動動作に変換させる変換機構３２と、前記作動軸部材３０を前記径方向に移動させる移動機構３４とを備える。
【解決手段】工作機械１０を構成するツールホルダ２０は、スピンドル１６に固着される基台部２２と、道具、例えば、ボーリングバー２４が取り付けられる道具取り付け部２６と、前記基台部２２と前記道具取り付け部２６とを連結する弾性変形部２８と、前記ツールホルダ２０に対して、前記スピンドル１６の回転方向に交差する径方向に移動可能な作動軸部材３０と、前記作動軸部材３０の移動動作を、前記道具取り付け部２６の軸方向に対する傾動動作に変換させる変換機構３２と、前記作動軸部材３０を前記径方向に移動させる移動機構３４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を備えている。このツールホルダは、スピンドルに固着される基台部と、道具が取り付けられる道具取り付け部と、前記基台部と前記道具取り付け部とを連結する弾性変形部と、前記ツールホルダに対して、前記スピンドルの回転方向に交差する径方向に移動可能な作動軸部材と、前記作動軸部材の移動動作を、前記道具取り付け部の前記軸方向に対する傾動動作に変換させる変換機構と、前記作動軸部材を前記径方向に移動させる移動機構とを備えている。
そして、弾性変形部は、径方向に互いに平行に設けられる第１及び第２貫通孔と、前記第１及び第２貫通孔に連通し且つそれぞれ径方向外方に延在して外部に開放される第１及び第２スリットとを設けている。
一方、移動機構は、作動軸部材の両端に設けられる２つの第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ピストンを径方向に移動させる油圧発生部とを備えている。
また、基台部、道具取り付け部、弾性変形部、作動軸部材、変換機構及び移動機構は、同一のハウジングに設けられることが好ましい。
さらに、道具取り付け部は、道具が取り付けられる先端部に平坦形状の取り付け面を設けることが好ましい。
さらにまた、油圧発生部は、ツールホルダの外部から第２ピストンを押圧して前記第２ピストンの移動作用下に一定量の油を油圧アクチュエータに供給するために、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、各第１ピストンにより形成される第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、作動軸部材を径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径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、各第１ピストンに設けられ、径方向外方に向かって道具取り付け部から離間する方向に傾斜する２つのテーパ部材と、前記道具取り付け部に、前記テーパ部材に対向して設けられる２つの接触部材とを備えることが好ましい。
さらに、道具取り付け部には、各接触部材を各テーパ部に押圧させる与圧ねじが螺合することが好ましい。
さらにまた、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。
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１ピストンには、第２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２ピストンが比較的小さな力で押圧されても、前記第１ピストンには、油圧を介して大きな力が作用する。
従って、変換機構と弾性変形部との間に大きな摩擦力が作用していても、第２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ツールホルダの正面断面説明図である。
【図４】 前記ツールホルダの他の正面断面説明図である。
【図５】 前記工作機械を構成する操作機構の説明図である。
【図６】 ボーリングバーの補正を説明する側面図である。
【図７】 前記ボーリングバーの補正を説明する正面図である。
【図８】 手動操作による補正の動作説明図である。
【図９】 補正動作による前記ボーリングバーの移動量の確認を行う際の説明図である。
【図１０】 ツールホルダの原位置検出構造の説明図である。
【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、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は、スピンドル１６に固着される基台部２２と、道具、例えば、ボーリングバー２４が取り付けられる道具取り付け部２６と、前記基台部２２と前記道具取り付け部２６とを連結する弾性変形部２８と、前記ツールホルダ２０に対して、前記スピンドル１６の回転方向に交差する径方向（矢印Ａ方向）に移動可能な作動軸部材３０と、前記作動軸部材３０の移動動作を、前記道具取り付け部２６の軸方向（矢印Ｂ方向）に対する傾動動作に変換させる変換機構３２と、前記作動軸部材３０を前記径方向に移動させる移動機構３４とを備え、これらが同一のハウジング３５に設けられる。
道具取り付け部２６は、先端部に平坦形状の取り付け面２６ａを有し、前記取り付け面２６ａにボーリングバー２４の平坦面２４ａが当接して配置される。ボーリングバー２４は、取り付けインロウ部２４ｂを設けるとともに、図示しないボルトを介して取り付け面２６ａに固定される。
弾性変形部２８は、ツールホルダ２０の直径方向近傍に位置し、径方向に互いに平行に設けられる第１及び第２貫通孔３６ａ、３６ｂを有する。弾性変形部２８は、第１及び第２貫通孔３６ａ、３６ｂに連通し且つそれぞれ径方向外方に延在して外部に開放される第１及び第２スリット３８ａ、３８ｂを設ける。
作動軸部材３０は、基台部２２の小径柱体部に直径方向に貫通形成される孔部４０に摺動自在に嵌合するロッド部４２を備える。ロッド部４２の矢印Ａ方向両端には、大径ピストン（第１ピストン）４４ａ、４４ｂが一体成形される。
変換機構３２は、各大径ピストン４４ａ、４４ｂの一方の端部側に設けられるテーパ部材４６ａ、４６ｂを備える。テーパ部材４６ａ、４６ｂは、径方向外方に向かって道具取り付け部２６から離間する方向にそれぞれ同一の角度だけ傾斜するテーパ面４８ａ、４８ｂを有する。
道具取り付け部２６には、テーパ部材４６ａ、４６ｂに対向して２つの接触部材５０ａ、５０ｂが配設されるとともに、前記接触部材５０ａ、５０ｂを前記テーパ部材４６ａ、４６ｂに押圧させる与圧ねじ５１ａ、５１ｂが螺合する。
図３及び図４に示すように、移動機構３４は、作動軸部材３０に設けられる大径ピストン４４ａ、４４ｂ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。油圧シリンダ部５２は、大径ピストン４４ａ、４４ｂにより第１油圧室５２ａ及び第２油圧室５２ｂが形成される。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。
第１の油圧発生部５６ａは、図４に示すように、大径ピストン４４ａ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。プッシュボタン６０ａは、停止端面６３ａに当接することにより、内方への移動距離が規制され、１回の進退動作で押し込められる油量が確実に調整される。
第１油圧室５２ａ及び第２油圧室５２ｂは、第１の油圧路６４ａ及び第２の油圧路６４ｂを介して油タンク６６に連通する。第１の油圧路６４ａ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２の油圧路６４ｂは、第２の油圧発生部５６ｂが操作される際に閉塞される。第１の油圧路６４ａ及び第２の油圧路６４ｂは、第３の油圧路６４ｃに合流した後、油タンク６６に連通する。
第１の油圧経路５４ａ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６８ａが配設されるとともに、第２の油圧経路５４ｂには、前記油タンク６６への逆流を阻止するためにチェック弁６８ｂが配設される。油タンク６６は、スプリング７０に付勢されて摺動自在な摺動壁７２を介してタンク室７４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数字に符号ｂを付して、その詳細な説明は省略する。
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５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及び第２の油圧経路５４ｂと、第１の油圧路６４ａ〜第３の油圧路６４ｃ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、ボーリングバー２４の刃先が磨耗した際には、変換機構３２を介して前記ボーリングバー２４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Ｃ１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、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４４ａ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４４ａ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。
一方、大径ピストン４４ｂは、大径ピストン４４ａと一体に矢印Ａ１方向に移動する。このため、第２油圧室５２ｂの容積が縮小し、この第２油圧室５２ｂの内部の油圧が上昇し、前記第２油圧室５２ｂ内の油は、第２の油圧路６４ｂから第３の油圧路６４ｃを通って油タンク６６に導入される。
その際、第１油圧室５２ａに連通する第１の油圧路６４ａは、小径ピストン５８ａにより閉塞されるため、前記第１油圧室５２ａが油タンク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４４ａ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３０は、前記大径ピストン４４ａと一体に径方向（矢印Ａ１方向）に移動する。
図６に示すように、作動軸部材３０の端部に連結された変換機構３２は、矢印Ａ１方向に移動し、テーパ部材４６ａ、４６ｂのテーパ面４８ａ、４８ｂは、道具取り付け部２６を構成する接触部材５０ａ、５０ｂに摺接する。ここで、テーパ面４８ａ、４８ｂは、道具取り付け部２６から離間する方向にそれぞれ同一の角度だけ傾斜している。
従って、接触部材５０ａは、矢印Ｂ１方向に移動する一方、接触部材５０ｂは、矢印Ｂ２方向に同一距離移動する。これにより、道具取り付け部２６は、ボーリングバー２４の先端を中心軸線Ｏから偏心軸線Ｏ１に弾性変形し、前記ボーリングバー２４は、半径外方に移動して加工径が拡大される。
図３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、第１油圧室５２ａに送り込んだ油量が引き戻されようとして、前記第１の油圧経路５４ａ及び前記第１油圧室５２ａの油圧が一旦低下する。
一方、油タンク６６では、スプリング７０の付勢作用下に、タンク室７４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６８ａが開放されるため、油タンク６６内の油は、第１の油圧経路５４ａ及び第１油圧室５２ａに供給される。さらに、第１の油圧経路５４ａ及び第１油圧室５２ａは、小径ピストン５８ａにより閉塞されていた第１の油圧路６４ａに連通し、第３の油圧路６４ｃを介して油タンク６６に連通する。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。
図６に示すように、弾性変形部２８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、大径ピストン４４ａは、一体に組み込まれたテーパ部材４６ａのテーパ面４８ａと接触部材５０ａ、及び前記大径ピストン４４ａの外周面と油圧シリンダ部５２の内周面とによる強力な把持力によって確実に保持されている。このため、大径ピストン４４ａ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。
ツールホルダ２０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、前記ツールホルダ２０の先端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３ｍｍ（直径）、作動軸部材３０の大径ピストン４４ａの外径を３５ｍｍ（直径）、前記作動軸部材３０の軸部外径を１０ｍｍ（直径）とする。そして、小径ピストン５８ａが、第１の油圧経路５４ａと第３の油圧路６４ｃとを遮断した後に、さらに１ｍｍだけ押し込まれると、第１油圧室５２ａには、７立方ｍｍの油量が送られる。ピストン部の受圧面積は、８８４平方ｍｍであるので、大径ピストン４４ａは、矢印Ａ１方向に０．００８ｍｍだけ摺動する。
テーパ面４８ａ、４８ｂのテーパ角度を１／３０とすると、道具取り付け部２６に組み込まれた接触部材５０ａは、矢印Ｂ１方向（軸方向）に０．０００２６ｍｍだけ変位する（引っ張り）一方、接触部材５０ｂは、矢印Ｂ２方向（軸方向）に０．０００２６ｍｍだけ変位する（圧縮）。例えば、接触部材５０ａ、５０ｂの配置ピッチを５０ｍｍとし、ツールホルダ２４の弾性変形部２８からの突き出し位置を１００ｍｍとすると、小径ピストン５８ａが１回押し込まれると、ツールホルダ２４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、ツールホルダ２４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４４ａの面積比は、１２５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４４ａを押し出す作用力は、３７５０Ｎに増力される。しかも、このパワーは、変換機構３２にあるテーパ部材４６ａの１／３０のテーパ比で増力拡張されるため、弾性変形部２８を強制的に拡張するのに十分なパワーが得られる。
また、ツールホルダ２４を径方向内方に戻す際には、図７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が矢印Ｃ１方向に押圧される。このため、第２の油圧経路５４ｂ内の油が、油圧シリンダ部５２の第２油圧室５２ｂに油が供給される。
その際、第２油圧室５２ｂに連通する第２の油圧路６４ｂは、小径ピストン５８ｂにより閉塞されるため、前記第２油圧室５２ｂが油タンク６６から遮断されている。しかも、第２の油圧経路５４ｂの油圧は、油タンク６６の油圧よりも高圧になるため、チェック弁６８ｂが閉塞されている。従って、小径ピストン５８ｂの作動により押圧された油の圧は、第２の油圧経路５４ｂ及び第２油圧室５２ｂ内で上昇する。
ここで、大径ピストン４４ｂは、道具取り付け部２６と基台部２２との間で協力な弾性力で保持されているが、前記大径ピストン４４ｂは、小径ピストン５８ｂに比べて十分に大きな面積に設定されている。これにより、第２油圧室５２ｂには、面積比によって上昇した非常に高い油圧が発生し、押し込まれた油量の堆積分だけ、大径ピストン４４ｂが矢印Ａ２方向に移動する。大径ピストン４４ｂが、矢印Ａ２方向に移動すると、ロッド部４２を介して一体の大径ピストン４４ａも同様に、矢印Ａ２方向に移動する。
このとき、大径ピストン４４ａの移動によって第１油圧室５２ａの容積が縮小する。この第１油圧室５２ａ内の油は、第１の油圧経路５４ａ、第１の油圧路６４ａ及び第３の油圧路６４ｃを通って、油タンク６６に導入されるため、大径ピストン４４ｂの移動を妨げることがない。
図６に示すように、作動軸部材３０の端部に連結された変換機構３２は、矢印Ａ２方向に移動し、テーパ部材４６ａ、４６ｂのテーパ面４８ａ、４８ｂは、道具取り付け部２６を構成する接触部材５０ａ、５０ｂに摺接する。従って、接触部材５０ａは、矢印Ｂ２方向に移動する一方、接触部材５０ｂは、矢印Ｂ１方向に同一距離移動する。これにより、道具取り付け部２６は、強制的に弾性変形した状態から戻され、ボーリングバー２４の先端が、偏心軸線Ｏ１から中心軸線Ｏ側（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４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、小径ピストン５８ｂの戻り動作により、第２の油圧経路５４ｂでは、第２油圧室５２ｂに送り込んだ油量が引き戻されようとして、前記第２油圧室５２ｂ及び前記第２の油圧経路５４ｂの油圧が一旦低下する。
一方、油タンク６６では、スプリング７０の付勢作用下に、タンク室７４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６８ｂが開放されるため、油タンク６６内の油は、第２油圧室５２ｂ及び第２の油圧経路５４ｂに供給される。さらに、第２の油圧経路５４ｂ及び第２油圧室５２ｂは、小径ピストン５８ｂにより閉塞されていた第２の油圧路６４ｂに連通し、第３の油圧路６４ｃを介して油タンク６６に連通する。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５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に当接し、前記プッシュボタン６０ａが停止端面６３ａに当接するまで押し込まれ、その先端に設けられている小径ピストン５８ａをストロークエンドまで押し込ませる。これにより、一定量の油が押し込まれて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、プッシュボタン６０ａが停止端面６３ａに当接するまで、ツールホルダ２０が矢印Ｘ１方向に押し込まれ、さらに一定量（距離Ｌ）だけ押し込まれる。これにより、スプリング８８が縮小し、押圧ロッド８６のフランジ９０が近接スイッチ９２の感知域に至る。この近接スイッチ９２の作動を確認することにより、補正動作が確実に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８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９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、ボーリングバー２４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、補正動作による前記ボーリングバー２４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１０に示すように、工作機械１０は、ツールホルダ２０内に設けられ、作動軸部材３０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）１００ａ、１００ｂ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１００ａ、１００ｂからの信号を受けて前記作動軸部材３０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１０４ａ、１０４ｂが設けられ、前記絶縁体１０４ａ、１０４ｂに２つの導電性のコンタクトピン１０６ａ、１０６ｂが埋設される。コンタクトピン１０６ａ、１０６ｂからは、それぞれ２本の電線１０８ａ、１０８ｂ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１００ａ、１００ｂの２つの端子と結線される。
マイクロスイッチ１００ａ、１００ｂには、コンタクト端１１０ａ、１１０ｂが設けられる。このコンタクト端１１０ａ、１１０ｂは、作動軸部材３０が径方向動作のストローク限界近傍に至ると、外周カバーリング部１０９に組み込まれた動作限界検出端１１１ａ、１１１ｂに接触する。マイクロスイッチ１００ａ、１００ｂ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１０４ａ、１０４ｂ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の側面に摺動ピン１１６とコンタクトピン１０６ａ又はコンタクトピン１０６ｂ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３０が、矢印Ａ２方向に移動して補正のスタート位置に至ると、マイクロスイッチ１００ｂのコンタクト端１１０ｂは、矢印Ａ２方向に移動してマイクロスイッチ１００ｂのコンタクト端１１０ｂが動作限界検出端１１１ｂに接触して、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３０が矢印Ａ１方向へ移動すると、マイクロスイッチ１００ｂ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。
【符号の説明】
１０…工作機械 １６…スピンドル
２０…ツールホルダ ２２…基台部
２４…ボーリングバー ２６…道具取り付け部
２８…弾性変形部 ３０…作動軸部材
３２…変換機構 ３４…移動機構
４４ａ、４４ｂ…大径ピストン ４６ａ、４６ｂ…テーパ部材
４８ａ、４８ｂ…テーパ面 ５０ａ、５０ｂ…接触部材
５２…油圧シリンダ部 ５２ａ、５２ｂ…油圧室
５４ａ、５４ｂ…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〜６４ｃ…油圧路
６６…油タンク ６８ａ、６８ｂ…チェック弁
７０…スプリング ８０…操作機構
８６…押圧ロッド
１００ａ、１００ｂ…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を備えている。このツールホルダは、スピンドルに固着される基台部と、道具が取り付けられる道具取り付け部と、前記基台部と前記道具取り付け部とを連結する弾性変形部と、前記ツールホルダに対して、前記スピンドルの回転方向に交差する径方向に移動可能な作動軸部材と、前記作動軸部材の移動動作を、前記道具取り付け部の前記軸方向に対する傾動動作に変換させる変換機構と、前記作動軸部材を前記径方向に移動させる移動機構とを備えている。
そして、弾性変形部は、径方向に互いに平行に設けられる第１及び第２貫通孔と、前記第１及び第２貫通孔に連通し且つそれぞれ径方向外方に延在して外部に開放される第１及び第２スリットとを設けている。
一方、移動機構は、作動軸部材の両端に設けられる２つの第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ピストンを径方向に移動させる油圧発生部とを備えている。
また、基台部、道具取り付け部、弾性変形部、作動軸部材、変換機構及び移動機構は、同一のハウジングに設けられることが好ましい。
さらに、道具取り付け部は、道具が取り付けられる先端部に平坦形状の取り付け面を設けることが好ましい。
さらにまた、油圧発生部は、ツールホルダの外部から第２ピストンを押圧して前記第２ピストンの移動作用下に一定量の油を油圧アクチュエータに供給するために、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、各第１ピストンにより形成される第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、作動軸部材を径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径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、各第１ピストンに設けられ、径方向外方に向かって道具取り付け部から離間する方向に傾斜する２つのテーパ部材と、前記道具取り付け部に、前記テーパ部材に対向して設けられる２つの接触部材とを備えることが好ましい。
さらに、道具取り付け部には、各接触部材を各テーパ部に押圧させる与圧ねじが螺合することが好ましい。
さらにまた、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。
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１ピストンには、第２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２ピストンが比較的小さな力で押圧されても、前記第１ピストンには、油圧を介して大きな力が作用する。
従って、変換機構と弾性変形部との間に大きな摩擦力が作用していても、第２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ツールホルダの正面断面説明図である。
【図４】 前記ツールホルダの他の正面断面説明図である。
【図５】 前記工作機械を構成する操作機構の説明図である。
【図６】 ボーリングバーの補正を説明する側面図である。
【図７】 前記ボーリングバーの補正を説明する正面図である。
【図８】 手動操作による補正の動作説明図である。
【図９】 補正動作による前記ボーリングバーの移動量の確認を行う際の説明図である。
【図１０】 ツールホルダの原位置検出構造の説明図である。
【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、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は、スピンドル１６に固着される基台部２２と、道具、例えば、ボーリングバー２４が取り付けられる道具取り付け部２６と、前記基台部２２と前記道具取り付け部２６とを連結する弾性変形部２８と、前記ツールホルダ２０に対して、前記スピンドル１６の回転方向に交差する径方向（矢印Ａ方向）に移動可能な作動軸部材３０と、前記作動軸部材３０の移動動作を、前記道具取り付け部２６の軸方向（矢印Ｂ方向）に対する傾動動作に変換させる変換機構３２と、前記作動軸部材３０を前記径方向に移動させる移動機構３４とを備え、これらが同一のハウジング３５に設けられる。
道具取り付け部２６は、先端部に平坦形状の取り付け面２６ａを有し、前記取り付け面２６ａにボーリングバー２４の平坦面２４ａが当接して配置される。ボーリングバー２４は、取り付けインロウ部２４ｂを設けるとともに、図示しないボルトを介して取り付け面２６ａに固定される。
弾性変形部２８は、ツールホルダ２０の直径方向近傍に位置し、径方向に互いに平行に設けられる第１及び第２貫通孔３６ａ、３６ｂを有する。弾性変形部２８は、第１及び第２貫通孔３６ａ、３６ｂに連通し且つそれぞれ径方向外方に延在して外部に開放される第１及び第２スリット３８ａ、３８ｂを設ける。
作動軸部材３０は、基台部２２の小径柱体部に直径方向に貫通形成される孔部４０に摺動自在に嵌合するロッド部４２を備える。ロッド部４２の矢印Ａ方向両端には、大径ピストン（第１ピストン）４４ａ、４４ｂが一体成形される。
変換機構３２は、各大径ピストン４４ａ、４４ｂの一方の端部側に設けられるテーパ部材４６ａ、４６ｂを備える。テーパ部材４６ａ、４６ｂは、径方向外方に向かって道具取り付け部２６から離間する方向にそれぞれ同一の角度だけ傾斜するテーパ面４８ａ、４８ｂを有する。
道具取り付け部２６には、テーパ部材４６ａ、４６ｂに対向して２つの接触部材５０ａ、５０ｂが配設されるとともに、前記接触部材５０ａ、５０ｂを前記テーパ部材４６ａ、４６ｂに押圧させる与圧ねじ５１ａ、５１ｂが螺合する。
図３及び図４に示すように、移動機構３４は、作動軸部材３０に設けられる大径ピストン４４ａ、４４ｂ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。油圧シリンダ部５２は、大径ピストン４４ａ、４４ｂにより第１油圧室５２ａ及び第２油圧室５２ｂが形成される。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。
第１の油圧発生部５６ａは、図４に示すように、大径ピストン４４ａ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。プッシュボタン６０ａは、停止端面６３ａに当接することにより、内方への移動距離が規制され、１回の進退動作で押し込められる油量が確実に調整される。
第１油圧室５２ａ及び第２油圧室５２ｂは、第１の油圧路６４ａ及び第２の油圧路６４ｂを介して油タンク６６に連通する。第１の油圧路６４ａ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２の油圧路６４ｂは、第２の油圧発生部５６ｂが操作される際に閉塞される。第１の油圧路６４ａ及び第２の油圧路６４ｂは、第３の油圧路６４ｃに合流した後、油タンク６６に連通する。
第１の油圧経路５４ａ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６８ａが配設されるとともに、第２の油圧経路５４ｂには、前記油タンク６６への逆流を阻止するためにチェック弁６８ｂが配設される。油タンク６６は、スプリング７０に付勢されて摺動自在な摺動壁７２を介してタンク室７４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数字に符号ｂを付して、その詳細な説明は省略する。
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５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及び第２の油圧経路５４ｂと、第１の油圧路６４ａ〜第３の油圧路６４ｃ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、ボーリングバー２４の刃先が磨耗した際には、変換機構３２を介して前記ボーリングバー２４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Ｃ１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、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４４ａ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４４ａ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。
一方、大径ピストン４４ｂは、大径ピストン４４ａと一体に矢印Ａ１方向に移動する。このため、第２油圧室５２ｂの容積が縮小し、この第２油圧室５２ｂの内部の油圧が上昇し、前記第２油圧室５２ｂ内の油は、第２の油圧路６４ｂから第３の油圧路６４ｃを通って油タンク６６に導入される。
その際、第１油圧室５２ａに連通する第１の油圧路６４ａは、小径ピストン５８ａにより閉塞されるため、前記第１油圧室５２ａが油タンク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４４ａ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３０は、前記大径ピストン４４ａと一体に径方向（矢印Ａ１方向）に移動する。
図６に示すように、作動軸部材３０の端部に連結された変換機構３２は、矢印Ａ１方向に移動し、テーパ部材４６ａ、４６ｂのテーパ面４８ａ、４８ｂは、道具取り付け部２６を構成する接触部材５０ａ、５０ｂに摺接する。ここで、テーパ面４８ａ、４８ｂは、道具取り付け部２６から離間する方向にそれぞれ同一の角度だけ傾斜している。
従って、接触部材５０ａは、矢印Ｂ１方向に移動する一方、接触部材５０ｂは、矢印Ｂ２方向に同一距離移動する。これにより、道具取り付け部２６は、ボーリングバー２４の先端を中心軸線Ｏから偏心軸線Ｏ１に弾性変形し、前記ボーリングバー２４は、半径外方に移動して加工径が拡大される。
図３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、第１油圧室５２ａに送り込んだ油量が引き戻されようとして、前記第１の油圧経路５４ａ及び前記第１油圧室５２ａの油圧が一旦低下する。
一方、油タンク６６では、スプリング７０の付勢作用下に、タンク室７４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６８ａが開放されるため、油タンク６６内の油は、第１の油圧経路５４ａ及び第１油圧室５２ａに供給される。さらに、第１の油圧経路５４ａ及び第１油圧室５２ａは、小径ピストン５８ａにより閉塞されていた第１の油圧路６４ａに連通し、第３の油圧路６４ｃを介して油タンク６６に連通する。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。
図６に示すように、弾性変形部２８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、大径ピストン４４ａは、一体に組み込まれたテーパ部材４６ａのテーパ面４８ａと接触部材５０ａ、及び前記大径ピストン４４ａの外周面と油圧シリンダ部５２の内周面とによる強力な把持力によって確実に保持されている。このため、大径ピストン４４ａ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。
ツールホルダ２０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、前記ツールホルダ２０の先端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３ｍｍ（直径）、作動軸部材３０の大径ピストン４４ａの外径を３５ｍｍ（直径）、前記作動軸部材３０の軸部外径を１０ｍｍ（直径）とする。そして、小径ピストン５８ａが、第１の油圧経路５４ａと第３の油圧路６４ｃとを遮断した後に、さらに１ｍｍだけ押し込まれると、第１油圧室５２ａには、７立方ｍｍの油量が送られる。ピストン部の受圧面積は、８８４平方ｍｍであるので、大径ピストン４４ａは、矢印Ａ１方向に０．００８ｍｍだけ摺動する。
テーパ面４８ａ、４８ｂのテーパ角度を１／３０とすると、道具取り付け部２６に組み込まれた接触部材５０ａは、矢印Ｂ１方向（軸方向）に０．０００２６ｍｍだけ変位する（引っ張り）一方、接触部材５０ｂは、矢印Ｂ２方向（軸方向）に０．０００２６ｍｍだけ変位する（圧縮）。例えば、接触部材５０ａ、５０ｂの配置ピッチを５０ｍｍとし、ツールホルダ２４の弾性変形部２８からの突き出し位置を１００ｍｍとすると、小径ピストン５８ａが１回押し込まれると、ツールホルダ２４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、ツールホルダ２４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４４ａの面積比は、１２５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４４ａを押し出す作用力は、３７５０Ｎに増力される。しかも、このパワーは、変換機構３２にあるテーパ部材４６ａの１／３０のテーパ比で増力拡張されるため、弾性変形部２８を強制的に拡張するのに十分なパワーが得られる。
また、ツールホルダ２４を径方向内方に戻す際には、図７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が矢印Ｃ１方向に押圧される。このため、第２の油圧経路５４ｂ内の油が、油圧シリンダ部５２の第２油圧室５２ｂに油が供給される。
その際、第２油圧室５２ｂに連通する第２の油圧路６４ｂは、小径ピストン５８ｂにより閉塞されるため、前記第２油圧室５２ｂが油タンク６６から遮断されている。しかも、第２の油圧経路５４ｂの油圧は、油タンク６６の油圧よりも高圧になるため、チェック弁６８ｂが閉塞されている。従って、小径ピストン５８ｂの作動により押圧された油の圧は、第２の油圧経路５４ｂ及び第２油圧室５２ｂ内で上昇する。
ここで、大径ピストン４４ｂは、道具取り付け部２６と基台部２２との間で協力な弾性力で保持されているが、前記大径ピストン４４ｂは、小径ピストン５８ｂに比べて十分に大きな面積に設定されている。これにより、第２油圧室５２ｂには、面積比によって上昇した非常に高い油圧が発生し、押し込まれた油量の堆積分だけ、大径ピストン４４ｂが矢印Ａ２方向に移動する。大径ピストン４４ｂが、矢印Ａ２方向に移動すると、ロッド部４２を介して一体の大径ピストン４４ａも同様に、矢印Ａ２方向に移動する。
このとき、大径ピストン４４ａの移動によって第１油圧室５２ａの容積が縮小する。この第１油圧室５２ａ内の油は、第１の油圧経路５４ａ、第１の油圧路６４ａ及び第３の油圧路６４ｃを通って、油タンク６６に導入されるため、大径ピストン４４ｂの移動を妨げることがない。
図６に示すように、作動軸部材３０の端部に連結された変換機構３２は、矢印Ａ２方向に移動し、テーパ部材４６ａ、４６ｂのテーパ面４８ａ、４８ｂは、道具取り付け部２６を構成する接触部材５０ａ、５０ｂに摺接する。従って、接触部材５０ａは、矢印Ｂ２方向に移動する一方、接触部材５０ｂは、矢印Ｂ１方向に同一距離移動する。これにより、道具取り付け部２６は、強制的に弾性変形した状態から戻され、ボーリングバー２４の先端が、偏心軸線Ｏ１から中心軸線Ｏ側（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４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、小径ピストン５８ｂの戻り動作により、第２の油圧経路５４ｂでは、第２油圧室５２ｂに送り込んだ油量が引き戻されようとして、前記第２油圧室５２ｂ及び前記第２の油圧経路５４ｂの油圧が一旦低下する。
一方、油タンク６６では、スプリング７０の付勢作用下に、タンク室７４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６８ｂが開放されるため、油タンク６６内の油は、第２油圧室５２ｂ及び第２の油圧経路５４ｂに供給される。さらに、第２の油圧経路５４ｂ及び第２油圧室５２ｂは、小径ピストン５８ｂにより閉塞されていた第２の油圧路６４ｂに連通し、第３の油圧路６４ｃを介して油タンク６６に連通する。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５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に当接し、前記プッシュボタン６０ａが停止端面６３ａに当接するまで押し込まれ、その先端に設けられている小径ピストン５８ａをストロークエンドまで押し込ませる。これにより、一定量の油が押し込まれて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、プッシュボタン６０ａが停止端面６３ａに当接するまで、ツールホルダ２０が矢印Ｘ１方向に押し込まれ、さらに一定量（距離Ｌ）だけ押し込まれる。これにより、スプリング８８が縮小し、押圧ロッド８６のフランジ９０が近接スイッチ９２の感知域に至る。この近接スイッチ９２の作動を確認することにより、補正動作が確実に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８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９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、ボーリングバー２４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、補正動作による前記ボーリングバー２４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１０に示すように、工作機械１０は、ツールホルダ２０内に設けられ、作動軸部材３０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）１００ａ、１００ｂ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１００ａ、１００ｂからの信号を受けて前記作動軸部材３０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１０４ａ、１０４ｂが設けられ、前記絶縁体１０４ａ、１０４ｂに２つの導電性のコンタクトピン１０６ａ、１０６ｂが埋設される。コンタクトピン１０６ａ、１０６ｂからは、それぞれ２本の電線１０８ａ、１０８ｂ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１００ａ、１００ｂの２つの端子と結線される。
マイクロスイッチ１００ａ、１００ｂには、コンタクト端１１０ａ、１１０ｂが設けられる。このコンタクト端１１０ａ、１１０ｂは、作動軸部材３０が径方向動作のストローク限界近傍に至ると、外周カバーリング部１０９に組み込まれた動作限界検出端１１１ａ、１１１ｂに接触する。マイクロスイッチ１００ａ、１００ｂ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１０４ａ、１０４ｂ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の側面に摺動ピン１１６とコンタクトピン１０６ａ又はコンタクトピン１０６ｂ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３０が、矢印Ａ２方向に移動して補正のスタート位置に至ると、マイクロスイッチ１００ｂのコンタクト端１１０ｂは、矢印Ａ２方向に移動してマイクロスイッチ１００ｂのコンタクト端１１０ｂが動作限界検出端１１１ｂに接触して、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３０が矢印Ａ１方向へ移動すると、マイクロスイッチ１００ｂ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。
【符号の説明】
１０…工作機械 １６…スピンドル
２０…ツールホルダ ２２…基台部
２４…ボーリングバー ２６…道具取り付け部
２８…弾性変形部 ３０…作動軸部材
３２…変換機構 ３４…移動機構
４４ａ、４４ｂ…大径ピストン ４６ａ、４６ｂ…テーパ部材
４８ａ、４８ｂ…テーパ面 ５０ａ、５０ｂ…接触部材
５２…油圧シリンダ部 ５２ａ、５２ｂ…油圧室
５４ａ、５４ｂ…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〜６４ｃ…油圧路
６６…油タンク ６８ａ、６８ｂ…チェック弁
７０…スプリング ８０…操作機構
８６…押圧ロッド
１００ａ、１００ｂ…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を備え、
前記ツールホルダは、前記スピンドルに固着される基台部と、
道具が取り付けられる道具取り付け部と、
前記基台部と前記道具取り付け部とを連結する弾性変形部と、
前記ツールホルダに対して、前記スピンドルの回転方向に交差する径方向に移動可能な作動軸部材と、
前記作動軸部材の移動動作を、前記道具取り付け部の前記軸方向に対する傾動動作に変換させる変換機構と、
前記作動軸部材を前記径方向に移動させる移動機構と、
を備え、
前記弾性変形部は、前記径方向に互いに平行に設けられる第１及び第２貫通孔と、
前記第１及び第２貫通孔に連通し且つそれぞれ径方向外方に延在して外部に開放される第１及び第２スリットと、
を設ける一方、
前記移動機構は、前記作動軸部材の両端に設けられる２つの第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ピストンを前記径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、前記基台部、前記道具取り付け部、前記弾性変形部、前記作動軸部材、前記変換機構及び前記移動機構は、同一のハウジングに設けら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３】
請求項１記載の作業機械において、前記道具取り付け部は、前記道具が取り付けられる先端部に平坦形状の取り付け面を設け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１〜３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ピストンを押圧して該第２ピストンの移動作用下に一定量の油を前記油圧アクチュエータに供給するために、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、前記油圧アクチュエータは、前記各第１ピストンにより形成される第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径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径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６】
請求項５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、前記変換機構は、前記各第１ピストンに設けられ、径方向外方に向かって前記道具取り付け部から離間する方向に傾斜する２つのテーパ部材と、
前記道具取り付け部に、前記テーパ部材に対向して設けられる２つの接触部材と、
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８】
請求項７記載の作業機械において、前記道具取り付け部には、各接触部材を各テーパ部に押圧させる与圧ねじが螺合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９】
請求項１〜８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１０】
請求項１〜９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を備え、
前記ツールホルダは、前記スピンドルに固着される基台部と、
道具が取り付けられる道具取り付け部と、
前記基台部と前記道具取り付け部とを連結する弾性変形部と、
前記ツールホルダに対して、前記スピンドルの回転方向に交差する径方向に移動可能な作動軸部材と、
前記作動軸部材の移動動作を、前記道具取り付け部の前記軸方向に対する傾動動作に変換させる変換機構と、
前記作動軸部材を前記径方向に移動させる移動機構と、
を備え、
前記弾性変形部は、前記径方向に互いに平行に設けられる第１及び第２貫通孔と、
前記第１及び第２貫通孔に連通し且つそれぞれ径方向外方に延在して外部に開放される第１及び第２スリットと、
を設ける一方、
前記移動機構は、前記作動軸部材の両端に設けられる２つの第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ピストンを前記径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、前記基台部、前記道具取り付け部、前記弾性変形部、前記作動軸部材、前記変換機構及び前記移動機構は、同一のハウジングに設けら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３】
請求項１記載の作業機械において、前記道具取り付け部は、前記道具が取り付けられる先端部に平坦形状の取り付け面を設け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１〜３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ピストンを押圧して該第２ピストンの移動作用下に一定量の油を前記油圧アクチュエータに供給するために、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、前記油圧アクチュエータは、前記各第１ピストンにより形成される第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径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径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６】
請求項５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、前記変換機構は、前記各第１ピストンに設けられ、径方向外方に向かって前記道具取り付け部から離間する方向に傾斜する２つのテーパ部材と、
前記道具取り付け部に、前記テーパ部材に対向して設けられる２つの接触部材と、
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８】
請求項７記載の作業機械において、前記道具取り付け部には、各接触部材を各テーパ部に押圧させる与圧ねじが螺合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９】
請求項１〜８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１０】
請求項１〜９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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−６９８（Ｐ２０１１−６９８Ａ）
【公開日】平成２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６２２０９（Ｐ２００９−１６２２０９）
【出願日】平成２１年６月１７日（２００９．６．１７）
【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２３年１月６日（２０１１．１．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月１７日（２００９．６．１７）
【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）】
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