专利名称：车床及车床的加工方法
技术领域：
本发明涉及能够正确地加工工件的车床及车床的加工方法。
背景技术：
在车床加工中，为了正确地加工工件，需要正确地控制刀具相对于 工件的位置。特别重要的是正确地设定刀具的芯高(刀具的刀尖前端相 对于工件的中心的高度)。此外，即使在加工开始前正确地设定芯高， 随着加工的进行，芯高也会偏离所希望的位置。
作为着眼于调整芯高的技术，已知有例如专利文献l所公开的技术。
专利文献l:日本特开2000-33502号7>才艮
在专利文献l中，公开了具有铅垂方向的定位机构的技术，该定位 机构对车刀和保持工件并使之旋转的主轴单元的铅垂方向的相对位置
进行定位，并且保持被定位了的相对位置。
但是，在专利文献l的技术中，没有考虑到加工进行过程中的异常 现象。
作为应对加工中芯高位置移动的技术，曾经提出如下技术等(1) 预见到温度上升，而向滚珠丝杠提供预张力的技术；(2)根据对使用了 油温控制器等温度调节机构的油温管理，欲排除热位移的影响的技术； 以及(3 )通过安装尺度排除由温度上升而引起的热位移的影响的技术。
对于上述之中的(1)和(2)，能够使芯高的位移的绝对量减少。 但是，容易受到每个装置所存在的性能等的影响、室温等的变化所造成 的影响。特别是在工件极小的情况下，有可能产生无法忽视的缺陷。
此外，对于(3),问题在于导致成本上升。此外，由于检测面的位 移而产生微量位移，所以在实施微量加工的情况下，有可能产生无法忽 视的缺陷。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而形成的，其目的在于提供一种能够进行正 确、精密加工的车床和车床的加工方法。
此外，本发明的另一目的在于提供一种在加工工序的流程中可适当 设定刀具和工件的位置关系的车床和车床的加工方法。
进而，本发明的另一目的在于提供一种即使在加工小直径的工件的 情况下，也能够对该工件进行正确的加工的车床和车床的加工方法。
为了达到上述目的，本发明涉及的车床，其特征在于，包括主轴， 其具备把持工件的卡盘；刀具台，其安装有加工上述工件的刀具；测量 机构，其测量随着由上述刀具加工上述工件的进行而变动的该刀具的位 置，和相对于变动的刀具的位置可决定相对位置关系的不动的基准点与 反映上述刀具的位置或该刀具的变动而变动的规定的变动点之间的距 离；和刀具台驱动机构，其基于上述测量机构的测量结果，与上述刀具
一起移动上述刀具台，使得上述刀具的芯高和上述工件的中心线成为规 定的位置关系。
此外，本发明涉及的车床也可以构成为上述测量机构固定在上述刀 具台上，上述规定的变动点被设定在该测量机构上，该测量机构测量该 测量机构自身与上述基准点之间的距离。
此外，本发明涉及的车床也可以构成为进一步包括导衬，上述基准 点被设定在该导衬上。
此外，本发明涉及的车床也可以构成为每完成一次规定数量的工件 加工，所述测量机构都对距离进行测量，每次测量距离，所述刀具台驱 动机构都移动所述刀具。
此外，本发明涉及的车床也可以构成为上述刀具台驱动机构移动上 述刀具，使得上述刀具的芯高和上述工件的中心线位于同，平面上。
此外，本发明涉及的车床也可以构成为进一步包括喷气机构，其从 该测量机构吹落附着在上述测量机构上的异物。为了达到上述目的，本发明涉及的车床的加工方法，其特征在于 测量不动的基准点、和随着工件的加工的进行而移动的固定在刀具台上 的刀具的位置或随着上述刀具的移动而移动的规定的变动点之间的距 离，基于上述测量的距离，移动上述刀具，使得上述刀具的芯高和上述 工件的中心线成为规定的位置关系。
此外，本发明涉及的车床的加工方法也可以构成为上述测量机构固 定在上述刀具台上，上述规定的变动点被设定在该测量机构上，该测量 机构测量该测量机构自身与上述基准点之间的距离。
此外，本发明涉及的车床的加工方法也可以构成为上述基准点被设 定在支承上述工件的导衬上。
此外，本发明涉及的车床的加工方法也可以构成为每完成一次规定
数量的工件加工，所述测量机构都对距离进行测量，每次测量距离，所 述刀具台驱动机构都移动所述刀具。
如上所述，根据本发明，对确定随着加工的进行而变动的刀具的位 置与不动的基准点间的相对位置关系的距离进行测量，基于该测量结 果，实施对刀具的芯高和工件的中心线的芯高调整处理，因此能够进行 工件的正确、精密的加工。
特别是由于在加工中也能够实施上述的芯高调整处理，所以也能够 应对加工过程中出现的异常。
进而，本发明在加工小直径的工件的情况下也能够对该工件进行正 确加工，在本发明中，尤其在这种情况下能够起到更为显著的效果。这 是因为当工件为小直径时，加工量极小，因此，芯高的微量偏离对正确、 精密的加工会造成很大影响，但在本发明中，适当实施芯高调整处理， 适当地设定刀具的芯高。
附闺说明
图l是本发明的实施方式涉及的车床的俯视图。 图2是
图1所示的车床的侧视图。图3是图1所示的车床的后视图。
图4是表示通过刀具加工工件的例子的图。
图5是表示对于刀具的芯高设定偏离量的例子的图。
图6是关于位移量5的示意图。
符号说明
10…床身;20…主轴;23…卡盘;30…刀具支承机构;40…Y轴方 向滑块；41…刀具保持部;421、 422、 423…刀具；43…滚珠丝杠;44… Y轴电机；50…X轴方向滑块；53…X轴电机；60…车床；卯…导衬； 90A…第一导衬支承台;卯B…第二导衬支承台；100…控制部；200… 位移传感器；201…喷气机构；W…工件；
具体实施例方式
以下参照图1~图3对本发明的实施方式涉及的车床进行说明。该 车床60具备床身10、主轴20、刀具支承机构30、导衬90、控制部100 和位移传感器200。
主轴20被支承在主轴台21上。该主轴台21 i殳置在滑块21A上。 滑块21被载置在沿着作为图1中左右方向的Z轴方向安装在床身10 上的两根导轨11和12上。滑块21A与Z轴电机22连接。主轴20乃 至主轴台21受到来自Z轴电机22的动力， 一边沿着导轨11和12 —边 在Z轴方向上,皮驱动。
此外，主轴台21内置有工件旋转电机(未图示)。工件旋转电机使 主轴20所具备的卡盘23把持的工件(在图1~图3中未图示)旋转。
刀具支承机构30，如图1或图2所示，具备Y轴方向滑块40和X 轴方向滑块50。
如图2所示，Y轴方向滑块40具有其侧面形状为近似L字状的形 态。如图2或图3所示，在L字的具有较大面积的板状形态的部分形成 有可供把持在主轴20上的工件贯通的中空部40H。此外，在该板状形 态的部分的一个面上具有刀具保持部41。该刀具保持部41牢固地保持
7多个刀具421、 422、 423。如图1所示，在该板状形态的部分的另一个 面上具有导轨45、 46。导轨45、 46与上述Z轴方向垂直，沿着贯穿图 1的纸面的方向即Y轴方向延伸。导轨45、 46与X轴方向滑块50所具 备的导轨槽45G、 46G卡合。
此外，Y轴方向滑块40，如图2所示，其端部与沿着Y轴方向配置 的滚珠丝杠43连接。在该滚珠丝杠43的一端连接有可旋转该滚珠丝杠 43的Y轴电才凡44。
根据以上的结构，Y轴方向滑块40受到来自Y轴电机44的动力， 一边沿着导轨45、 46—边在Y轴方向上被驱动。
X轴方向滑块50具有近似平板状的形态。如图2所示，滚珠丝杠 43被收纳在该X轴方向滑块50的内部。此外，导轨槽45G、 46G,如 图1所示，设置在该近似平板状的一个面上。如图2所示，在该近似平 板状的另一个面上设置有导轨51、 52。这些导轨51、 52沿着与Z轴方 向和Y轴方向都垂直的方向即X方向。导轨51、 52与后述的导衬支承 台90B卡合。
如图2或图3所示，在X轴方向滑块50上形成有可供被把持在主 轴20上的工件贯通的中空部50H。中空部50H的在XY平面内的形成 位置与Y轴方向滑块40的中空部40H的在XY平面内的形成位置几乎 一致。
此外，如图1或图3所示，X轴方向滑块50,其端部与X轴电机 53连接。
根据以上的结构，X轴方向滑块50受到来自X轴电机53的动力， 一边沿着导轨51、 52—边在X轴方向上被驱动。
根据这样的结构，刀具支承机构30能够在X轴和Y轴方向上移动。 伴随与此，刀具421、 422和423也能够在X轴和Y轴方向上移动。
如图2所示，导衬卯配置成可贯通在X轴方向滑块50上形成的中 空部50H和在Y轴方向滑块40上形成的中空部40H。导村90滑动自 如地支承从主轴20突出的工件。由此，在由刀具进行切削加工时，能够防止由于切削阻力而在工件上产生挠曲等的力学变形的发生。
导衬卯通过第一导衬支承台90A和第二导衬支承台90B支承。如 图2所示，第一导衬支承台卯A构成床身10的一部分。第二导衬支承 台90B具有其侧面形状为近似L字状的形态。构成L字的一个板状形 态的部分设置在导衬支承台卯A上，被螺钉91固定。
在构成L字的另一个板状形态的部分上形成有中空部卯BH。中空 部90BH以其形状几乎与主轴台21的前端部分的形状一致的方式形成。
由于中空部90BH的存在，第二导衬支承台卯B不会妨碍主轴台21 沿着Z轴方向的移动。此外，能够使把持在主轴20上的工件贯通中空 部卯BH和X轴方向滑块50和Y轴方向滑块40的中空部。
导衬卯嵌入到第二导衬支承台卯B的中空部BH中而固定在该第 二导衬支承台90B上。
根据以上那样的结构，导衬卯相对于床身10不动。
控制部IOO具备图中未示的处理器，存储定义了处理器所处理的顺 序的程序的ROM (Read Only Memory),和存储被使用者输入适当的 数值而执行的程序和必要的信息的RAM (Random Access Memory )。 控制部100驱动控制主轴20用的Z轴电机22、工件旋转电机、刀具支 承机构30用的X轴电机53和Y轴电机44。由此，能够适当设定工件 与刀具421、 422、 423的相对的位置关系。
另外，控制部100除了上述内容之外，还进行与后述的位移传感器 200相关的控制。
如图2和图3所示，位移传感器200通过由螺钉203、 203紧固的 撑杆202安装在Y轴方向滑块40的图中下端。位移传感器200与导衬 90的側面(在图2和图3中为下面)上的一点相对。
该位移传感器200例如是涡电;k式距离测定器，根据控制部100的 控制来测量该位移传感器200和导衬卯的距离。位移传感器200具备 流过高频电流的线圏(未图示)。当高频电流流过该线圏时会产生高频 磁场，其结果，由于电磁感应作用在导衬卯的表面产生涡电流。于是，上述线圏的阻抗发生变化，其振荡状态发生变化。该变化的程度才艮据线
圏和导衬卯的距离而不同。位移传感器200基于这个原理测量上述距 离。该测量值被提供到上述控制部100。
另外，通过上述控制部100来决定位移传感器200何时进行对上述 距离的测量。此外，作为位移传感器200，也可以从公知的各种传感器 中任意选择。
与该位移传感器200邻接，设置有喷气机构201。喷气机构201是 为了吹落附着在位移传感器200上的冷却剂、沾染物或由于工件的加工 而产生的切屑等异物而使用的。由此，能够确保位移传感器200的正确 的动作。
由于位移传感器200通过撑杆202固定在Y轴方向滑块40上，所 以相对于Y轴方向滑块40不动。此外，导衬90相对于床身10不动。 因而，经时变化的位移传感器200的测量结果，表现为Y轴方向滑块 40位置相对于床身10或导衬90的经时变化，换言之，为刀具421、 422、 423相对于工件的相对的位置关系的经时变化。
以下，在该经时变化的测量值中，作为某一时刻的测量值与之后的 时刻的测量值的差值，或指示这样的差值的时间进行方向的总体的用 语，使用"位移量"这个词语。
接着，对上述结构的车床60的动作进行说明。另外，在以下的说 明中，上述变位量的测量和基于该测量结果的刀具支承机构30的移动 等并没有特并的限定，可以根据在控制部100的RAM中存储的程序自 动地进行。
图4是对工件W进行外径加工的加工例的图。使工件W把持在卡 盘23上，通过驱动Z轴电机22使主轴20沿着Z轴方向移动。由此， 例如图4所示，^使工件W的加工部位位于刀具421的前方。 一边驱动 工件旋转电机使工件W旋转， 一边驱动控制Z轴电机22和X轴电机 53。由此，刀具421与工件W抵接，工件W的外周,皮进^f亍加工。通过 该加工，能够将工件W的外径形成直线、锥形、圆弧等所希望的形状。
此时，优选刀具421的芯高和工件W的中心线间的关系为持续维持两者位于同一水平面上的状态，或虽非同一水平面但处于规定的相对
位置关系的状态。但是，刀具421的加工点P (参照图4)在加工的进 行中，会因Y轴方向滑块40和滚珠丝杠43等驱动装置中的发热或Y 轴电机44的发热而发生位移。因而，持续维持上述的状态极为困难。
因此，在本实施方式中，使车床60进行例如以下那样的动作。
第一，在实施加工前通过对Y轴电机44的手动操作等使刀具421 的芯高和工件W的中心线一致(以下称为"芯高调整处理，，)。在此， 所谓芯高调整处理指的是形成使刀具421的芯高和工件W的中心线在 同一水平面上的状态，或者形成从该状态设定出一定程度的偏离量的状 态。图5表示设定出偏离量的状态。在图5中，在包括刀具421的水平 面和包括工件W的中心线的水平面之间，在图中上下方向存在偏移量Q。
第二，如果完成芯高调整处理，则控制部100驱动位移传感器200， 测量该位移传感器200和导衬90之间的距离。在此所得到的测量结果， 如后面说明所明确的那样，可以说作为基准值起作用，并存储在控制部 100的RAM中。
第三，通过驱动Z轴电机22和X轴电机53，用刀具421进行实际 的加工。如上所述，刀具421和工件W的相对位置关系由于热的影响 逐渐地变化。因而，图4所示的加工点P的位置也随着时间的推移而发 生偏离。
第四，如果完成一个工件W的加工，则控制部100驱动位移传感 器200。然后，重新测定该位移传感器200和导衬卯之间的距离。这样 得到的测量值(以下称为"第一测量值") 一般与上述基准值不同。因 此，位移量(5 )作为5 (1)=(第一测量值)-(基准值)而求得。 另外，5所带的括号内的数字'T，表示相对于第一测量值的位移量。
,图6是关于位移量5的示意图。加工最初，刀具421的芯高和工件 W的中心线位于同一水平面上，但随着加工的进行，刀具421的位置也 会逐渐偏离。最终，如图所示那样，产生偏离量(以下称为"芯高偏离 量")A (其中，符号Ws表示刀具421的芯高不偏离的情况下的所希
ii望的加工完成后的工件，Wf表示产生芯高偏离量A时的加工完成后的 工件。)。该芯高偏离量A与作为上述的测量结果而求得的位移量5 (n) (其中，n为正整数)几乎一致。这是因为位移传感器200被结实地固 定在Y轴方向滑块40上，而刀具421也被结实地固定在Y轴方向滑块 40上。即使位移传感器200或Y轴方向滑块40发生热或力学的变形， 该变形相对于芯高偏离量A也可以忽略不计。
当明确位移量5 (l)之后，第五，控制部100基于该位移量5 (1), 在Y轴方向上驱动刀具支承;f几构30乃至刀具421。最简单来:^兌，^使刀 具421移动与确定的位移量5 (1)相抵的量(即，-5 (l))即可(在 图6中，^使刀具421向图中下方向移动即可)。由此，由对一个工件W 的加工而产生的芯高偏离量A被适当修正。
另外，在加工最初设定图5所示的偏移量Q的情况下，可以在芯高 偏离量A的修正后进行维持偏移量Q那样的刀具421的移动。
对于第二个以后的工件w的加工也进行同样的作业。在完成对第 二个工件W的加工后，重新驱动位移传感器200。然后，测量该位移传 感器200和导衬卯之间的距离，即第二测量值。基于得到的第二测量 值，将位移量5 (2)作为5 (2)=(第二测量值)—(基准值)而求 得，再次调整刀具421的芯高。以后，对于5 (3)、 5(4)……5 U) 也是同样的。
如上所述，根据本实施方式的车床60，能够根据确定刀具421的芯 高和工件W的中心线的相对位置关系的距离测量结果，进行对刀具421 的芯高偏离量的修正。因此，能够对工件W实施正确、精密的加工。
此外，根据本实施方式，由于在加工工序的流程中对刀具421修正 芯高偏离量，所以所谓的工件W的切削剩余减少。在工件W存在切削 剩余的情况下，需要一边进行刀具421的位置调整一边反复进行切削。 因而根据本实施方式，受到工序数影响的担心降低。
此外，在加工工序的流程中，通过适当采用芯高的偏离的修正，能 够进行正确、精密的加工。特别是在加工小直径的工件的情况下，本实 施方式的车床能够起到更显著的效果。当工件为小直径时，加工量本身为微量。因此，微量的芯高偏离量对正确、精密的加工造成大的影响。
另外，本发明并不限定于上述实施方式，能够进行各种变形。作为 其变形例，例如有如下那样变形的例子。
(1) 在上述实施方式中，每当完成一个一个工件的加工时，测量 位移量，但本发明并不限定于这种方式。例如，也可以釆用每当完成多 个工件的加工时测量位移量的方式。或者是，也可以釆用在一个工件的 加工中途测量位移量的方式。
增加测量的机会，能够测量到相应多的位移量5，也就能够更适当 地进行芯高偏离量A的修正。然而，也需要一定的时间来进行测量。而 且对于芯高的偏离，根据工件的大小、或加工的种类等各种情况，也存 在不需要太多顾虑的情况。在这种情况下，延长测量间隔，能够实现作 业时间的缩短。
(2) 在上述实施方式中，对参照图6说明的芯高偏离量A和从位 移传感器200的测量结果得到的位移量5 (n)几乎相等的情形进行了 说明。但是，如果是位移传感器200或Y轴方向滑块40等加重它们自 身的热变形等的极为严格的立场，则A和5 (n)—定不相等。即使在 这种情况下，有时也可以通过理论、实验或经验的积累等对位移传感器 200或Y轴方向滑块40自身的热变形等进行定性的预测。只要知道这 样的预测变形量，相对于测量的位移量5 (n)，通过进行使用该预测变 形量的适当的处理(例如加减运算)，能够求得更接近真实值的芯高偏 离量A。
(3) 在上述实施方式中，取基准点为导衬90侧面上的一点，变动 点为位移传感器200自身，但这只不过是表示本发明的一实施方式而已。 变动点只要反映刀具421的位置的变动即可，只要是适当的测量部位存 在的点，就可以选择它。例如，也可以实施将刀具421位置设为一方的 端点进行测量。
另外，在此所谓"反映"包括该变动点以与刀具421的位置的变动 量(以下称为"原变动量")相同的变动量变动的情况，该变动点以与 原变动量成正比或反比的变动量变动的情况，和该变动点以对原变动量实施规定的算术处理的变动量变动的情况。
(4) 以上，以加工前刀具421的芯高和工件W的中心线位于同一 水平面的情况为中心进行说明，甚至提及可以设定偏移量Q。该偏移量 Q的设定的方法可以多种多样。例如，可以采用实现每次进行芯高偏离
量A的修正都不同的偏移量Ql、 Q2.......Qm (m为正整数)的设定
的方式。在这种情况下，也可以将Q1、 Q2.......Qm之中的全部或一
部分设为"0"。
(5) 在上述实施方式中，以专用刀具421为例进行了说明，但对 于其它的刀具422和423也能够进行与上述同样的处理。此外，也可以 在Y轴方向滑块40上安装例如沿着工件的轴方向配置且与工件端面相 对置的钻头等刀具。
(6) 在上述实施方式中，将X轴方向、Y轴方向和Z轴方向i殳为 相互垂直，但只要方向不同就不需要垂直。
本申请基于2006年10月26日提出的日本国专利申请特愿 2006-291052。其说明书、权利要求的范围、全部附图纳入本说明书中 以作参考。
产业上的利用可能性
能够在用于进行工件的正确、精密的加工的车床中利用本发明。
权利要求
1.一种车床(60)，其特征在于，包括主轴(20)，其具备把持工件(W)的卡盘(23)；刀具台(40、41)，其安装有加工所述工件(W)的刀具(421、422、423)；测量机构(200)，其测量随着所述刀具(421、422、423)加工所述工件(W)的进行而变动的该刀具(421、422、423)的位置、和相对于变动的刀具的位置确定得出相对位置关系的不动的基准点与反映所述刀具的位置或该刀具(421、422、423)的变动而变动的规定的变动点之间的距离；和刀具台驱动机构(43、44、45、45G、46、46G)，其基于所述测量机构(200)的测量结果，与所述刀具(421、422、423)一起移动所述刀具台(40、41)，使得所述刀具(421、422、423)的芯高和所述工件(W)的中心线成为规定的位置关系。
2. 如权利要求1所述的车床(60 )，其特征在于所述测量机构(200)固定在所述刀具台(40、 41)上，所述规定的变动点被设定在该测量机构(200)上，该测量机构(200)测量该测量机构(200)自身与所述基准点之间 的距离。
3. 如权利要求1所述的车床(60 )，其特征在于 进一步包括导衬(90)， 所述基准点被设定在该导衬(90)上。
4. 如权利要求l所述的车床(60),其特征在于每完成一次规定数量的工件(W)加工，所述测量机构(200 )都 对距离进行测量，每次测量距离，所述刀'具台驱动机构(43、 44、 45、 45G、 46、 ^6G) 都移动所述刀具(421、 422、 423)。
5. 如权利要求1所述的车床(60 )，其特征在于 所述刀具台驱动机构(43、 44、 45、 45G、 46、 46G)移动所述刀具(421、 422、 423 )，使得所述刀具(421、 422、 423 )的芯高和所述 工件(W)的中心线位于同一平面上。
6. 如权利要求l所述的车床(60)，其特征在于进一步包括喷气机构(201)，其从该测量机构(200)吹落附着在 所述测量机构(200)上的异物。
7. —种车床(60)的加工方法，其特征在于测量不动的基准点、和随着工件(W)的加工的进行而移动的固定 在刀具台(40、 41)上的刀具(421、 422、 423)的位置或随着所述刀 具(421、 422、 423)的移动而移动的规定的变动点之间的距离，基于所述测量的距离，移动所述刀具(421、 422、 423),使得所述 刀具(421、 422、 423)的芯高和所述工件(W)的中心线成为规定的 位置关系。
8. 如权利要求7所述的车床(60)的加工方法，其特征在于所述测量机构(200)固定在所述刀具台(40、 41)上，所述规定的变动点被设定在该测量机构(200)上，该测量机构(200)测量该测量机构(200 )自身与所述基准点之间 的距离。
9. 如权利要求7所述的车床(60)的加工方法，其特征在于 所述基准点被设定在支承所述工件(W)的导衬(卯)上。
10. 如权利要求7所述的车床(60)的加工方法，其特征在于每完成一次规定数量的工件(W)加工，所述测量机构(200)都 对距离进行测量，每次测量距离，所述刀具台驱动机构(43、 44、 45、 45G、 46、 46G) 都移动所述刀具(421、 422、 423)。
全文摘要
本发明提供一种车床及车床的加工方法。本发明的车床具备位移传感器(200)，其对随着由刀具加工工件W的进行而变动的该刀具的位置和相对于该变动的刀具的位置可得出与不动的基准点间的相对位置关系的、反映该基准点及上述刀具的位置的变动的变动点之间的距离进行测量。在图中上述基准点被设定在导衬(90)上。而且，基于位移传感器的测量结果移动刀具，使得刀具的芯高和工件的中心线相对成为规定的位置关系。由此来修正因热变形等缘故导致的芯高偏离量。
文档编号B23Q17/22GK101528413SQ200780039398
公开日2009年9月9日 申请日期2007年9月13日 优先权日2006年10月26日
发明者佐藤秀则, 寺井宏, 建见卓央, 风间浩明 申请人:株式会社津上