CN103176424B - 具有机上测量装置的机床 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有机上测量装置的机床，其不需操作者的介入而通过数值控制装置自动地进行包含超精密加工、清洗、机上的测量作业的种种的作业。因此，预先把机床的驱动轴的运转区域划分为加工区域、清洗区域、测量区域，通过数值控制装置经常监视驱动轴的位置，在驱动轴进入各区域时，自动开始分配给各区域的作业，在从该区域离开之前继续进行该作业。

Description

具有机上测量装置的机床

技术领域

本发明涉及具有机上测量装置的机床。

背景技术

在超精密加工中，为实现毫微单位的形状精度通过机上测量的修正加工是不可或缺的。机上测量的优点，是由于不取出加工对象物，因此不会产生在取出加工对象物的情况下产生的设定的再现性问题或者在操作者取出或者安装加工对象物时通过来自身体的热传递产生的加工对象物以及机械的热位移问题。但是，目前的机上测量***在进行机上测量时，中间存在通过人的手动进行作业的部分，需要极力排除该部分使热位移的影响成为最小限度。

另外，近年来，对于高精度金属模的需要在增加，怎样能够提高生产效率成为大的关心事项。因此，尽可能缩短测定以及修正的周期时间非常重要。

作为迄今的机上测量***，例如在日本特开2010－105063号公报中公开了在机床上装载测量装置，谋求加工对象物的高精度化，抑制热位移（温度漂移）的技术。

在上述技术中，没有加工对象物的装卸，能够避免操作者直接接触加工对象物。但是，在加工中、加工后的加工对象物等的清洗、或者为测定作业的定位，根据操作者的判断进行。

因此，需要由操作者打开设备的盖进行位置确认，此时通过传输的大气产生的温度漂移妨碍高精度金属模的制作。另外，由于通过操作者进行判断，所以每次进行加工、清洗、测定作业时，需要暂时中断作业，在高精度金属模的批量生产中难以缩短重要的加工时间。另外，由于每个操作者的关于机上测定***的运用的知识、熟练度不同，测量精度以及加工时间大幅变动，因此难以稳定地生产具有高的形状精度的金属模。

发明内容

因此，本发明鉴于上述现有技术的问题，提供一种具有机上测量装置的机床，其不依赖操作者的关于机上测量***的运用的知识、熟练度，能够使测量精度以及加工时间恒定，进行具有高的形状精度的加工品的稳定的生产。

本发明的具有机上测量装置的机床，具有多个驱动轴，通过数值控制装置控制上述驱动轴，使刀具和加工对象物相对移动，对加工对象物进行加工，而且，通过使具有探针的机上测量装置和加工对象物相对移动来进行加工对象物的测定。另外，该具有机上测量装置的机床具有：检测上述驱动轴的位置的位置检测器；向上述数值控制装置输入用上述位置检测器检测出的位置的输入部；根据上述输入的驱动轴的位置，判断是对上述加工对象物进行加工、通过上述机上测量装置进行上述加工对象物的测定、进行上述加工对象物的清洗、还是进行上述探针的清洗的作业判断部；和根据上述作业判断部的判断，指令执行对上述加工对象物的加工、通过上述机上测量装置的测定、上述加工对象物清洗、或者上述探针的清洗的执行指令部。

上述刀具和上述机上测量装置被安装在同一驱动轴上，把能够通过上述刀具加工上述加工对象物的上述驱动轴的移动范围作为有效加工范围，另外，把能够通过上述机上测量装置测定上述加工对象物的上述驱动轴的移动范围作为有效测量范围，上述作业判断部能够：

在上述驱动轴位于上述有效加工范围内的情况下判断是可加工状态，

在既不属于上述有效加工范围也不属于有效测量范围的情况下判断是等待清洗状态，

在上述驱动轴从上述等待清洗状态进入上述有效测量范围的情况下判断是清洗有效状态，

在从上述清洗有效状态实际进行一定时间清洗后清洗停止的情况下判断是清洗结束状态，

在成为上述清洗结束状态并且位于上述有效测量范围的情况下判断是可测量状态。

上述数值控制装置能够与基于上述作业判断部的判断的作业状态对应，输出进行通过刀具的切削、清洗液喷嘴的动作、清洗刷的动作、机上测量装置的动作、保护机上测量装置的盖的开闭的信号。

上述保护机上测量装置的盖是用于保护上述机上测量装置不接触切削液、切削屑的盖，上述盖通过促动器开闭，也可以在通过上述作业判断部判断是可测量状态时通过上述促动器打开。

根据本发明，能够提供具有机上测量装置的机床，其不依赖操作者的关于机上测量***的运用的知识、熟练度，能够使测量精度以及加工时间恒定，进行具有高的形状精度的加工品的稳定的生产。

附图说明

从参照附图的以下的实施例的说明，能够明了本发明的上述以及其它的目的以及特征。附图中：

图1是说明具有X轴、Y轴、Z轴的直动轴、在X轴上配置作为旋转轴的B轴、在Y轴上配置作为旋转轴的C轴的机床的重要部分的图；

图2是表示作为机上测量装置的可动部的探针的移动位移检测的单元，具有直线规和激光头，使探针沿加工对象物面相对移动，根据探针的位移信息进行测量对象物的形状测量的图；

图3是说明具有装备有机上测量装置的机床和控制该机床的数值控制装置的***的图；

图4是说明在机床的B轴上安装刀具、切削液喷嘴、机上测量装置及其盖、清洗液喷嘴，在C轴上安装加工对象物和作为测量触头的擦拭单元的清洗刷的图；

图5A以及图5B是说明根据驱动轴的位置判断的、对于任意的加工对象物的有效加工范围、有效测量范围、或者不属于两者的范围的图；

图6是说明在关闭机上测量装置的盖的保护状态下，从切削液喷嘴喷射切削液，同时通过刀具加工加工对象物的工序的图；

图7是说明通过从清洗液喷嘴沿加工后的加工对象物的面喷射清洗液，除去加工对象物表面的切削液、或者切屑的工序的图；

图8是说明打开机上测量装置的盖、通过敞开的机上测量装置的测量触头测量加工对象物的形状的工序的图；

图9是说明除去在测量触头上附着的垃圾等的工序的图；

图10是说明本发明的具有机上测量装置的机床的控制的流程图。

图11是说明机上测量装置的自动开闭盖被打开的状态的图；

图12是说明机上测量装置的自动开闭盖被关闭的状态的图。

具体实施方式

本发明的具有机上测量装置的机床，无需操作者的介入，通过数值控制装置自动地进行包含超精密加工、清洗、机上的测量的种种作业。作为为此的手段，预先把机床的驱动轴的运转区域划分为加工区域、清洗区域、测量区域，通过数值控制装置经常监视驱动轴的位置，在驱动轴进入各区域时，自动开始分配给各区域的作业，在离开该区域之前继续进行该作业。

图1是说明通过数值控制装置控制的、由3轴以上的直动轴和1轴以上的旋转轴构成的机床的图。

该机床具有X轴、Y轴、Z轴的直动轴，在X轴上具有作为旋转轴的B轴，和在Y轴上具有作为旋转轴的C轴，能够同时进行5轴控制。通过以毫微米数量级控制各可动轴，能够以毫微米数量级的精度进行工件的加工。

图2是说明在机床上安装的机上测量装置的一例的重要部位剖面图。

机上测量装置1具有内置在机壳1a内的作为可动部的探针1b。该探针1b通过空气轴承等的轴承（未图示）可在中心轴方向上移动。在该探针1b的一端，安装具有球形测量触头1f的测量触头的棒1e。该测量触头的棒1e是细的棒状的构件。另外，测量触头的棒1e的一端被固定在探针1b上，在另一端上安装了球形测量触头1f。球形测量触头1f接触加工对象物20的加工对象物面20a，进行形状测量。通过使探针1b沿加工对象物面20a移动，测量探针1b的位移，能够测定加工对象物20的加工对象物面20a的表面形状。

机上测量装置1在机壳1a内具有直线规1d和激光头1c。这些直线规1d和激光头1c构成探针1b的移动位移检测的单元。此外，使用激光头1c和直线规1d的位移检测单元为公知的检测单元。如图2所示，使机上测量装置1沿加工对象物20的加工对象物面20a移动，通过移动位移检测单元检测探针1b的位移。移动位移检测单元输出表示探针1b的位移的移动位移检测信号（参照图3）。该移动位移检测信号，作为来自机上测量装置1的测量信号ipf，输入到后述的个人计算机11，作为来自机上测量装置1的探针1b的位置信息存储。

图3是说明连结机上测量装置和机床的一例的图。机床的X、Y、Z、B、C的各轴，和在作为旋转轴的B轴上安装的机上测量装置具有相同的接口。即X、Y、Z、B、C分别具有用于控制各轴的接口。虽然机上测量装置1不构成机床的可动轴，但是通过把机上测量装置1视为机床的可动轴，与机床的各可动轴X、Y、Z、B、C同样，把从机上测量装置1得到的信号经由数值控制装置8的伺服控制部9存储在个人计算机11内。在机床上安装机上测量装置1时，如后述，在具有自动开闭盖25的收容装置24内收容（参照图11、图12）。

通过机床的各轴（5个可动轴）和机上测量装置具有相同结构的接口，来自各轴的位置检测器（未图示）的位置检测信号和来自机上测量装置的位置检测信号，简单地同步被输入数值控制装置的进给轴驱动控制部。另外，数值控制装置8和个人计算机11经由以太网（注册商标）12进行LAN通信，同时向作为外部存储装置的个人计算机11输入各轴的位置信息和机上测量装置1的探针的位移信息。图3表示在所输入的各轴的位置信息和探针的位移信息的保存中利用测量软件进行测量。另外，在本发明的实施方式中，在个人计算机11中，使用通过测量得到的加工对象物20的形状数据修正加工程序来生成修正加工程序。

图3表示经由数值控制装置将来自机上测量装置的测量信号进行个人计算机输入的例子。

在该例中，通过机床的各轴和在作为旋转轴的B轴上安装的机上测量装置1具有相同的接口，将各轴的位置检测信号和机上测量装置1的测量信号简单地同步输入到作为数值控制装置8的进给轴驱动控制部的伺服控制部9。

关于机上测量装置1使用图2说明了其一例。向数值控制装置8的伺服控制部9，反馈输入从在驱动机床的各轴（X轴3、Y轴4、Z轴5、B轴6、C轴7）的伺服电动机内内置的位置检测装置（省略图示）输出的位置检测信号ipx、ipy、ipz、ipb、ipc。同样，向伺服控制部9，从测定被加工物W的表面形状的机上测量装置1经由接口2输入作为关于探针1b的移动位移的测量信号的位置检测信号ipf。

从机床的各可动轴的位置检测装置输出的位置检测信号也经由接口（未图示）输入到伺服控制部9。该接口被构成为，使从伺服电动机内内置的位置检测装置输出的位置检测信号和从机上测量装置1输出的测量信号同步地输入数值控制装置8的伺服控制部9。

另外，数值控制装置8具有存储机床的各可动轴的位置信息和来自机上测量装置1的测量信息（位置信息）的存储单元（未图示）、和向外部装置的个人计算机11送出在该存储单元内存储的位置信息的接口。

因为经由相同电路结构的接口2被数值控制装置8的伺服控制部9取得作为来自机床的各可动轴的反馈信号的位置检测信号和来自机上测量装置的测量信号，所以来自各轴的位置检测装置和机上测量装置的测量信号（亦即各轴的轴位置检测信号和机上测量装置的位置检测信号）被简单地同步输入数值控制装置8。另外，读入的测量信号，作为位置信息被存储在数值控制装置8的存储单元（省略图示）内。

另外，数值控制装置8经由以太网（注册商标）12与作为外部装置的例如个人计算机11进行LAN通信，在个人计算机11上连接的或者内置的存储装置13内，向个人计算机11发送来自各轴的位置信息和来自机上测量装置1的测量信息。个人计算机11在每一采样周期在存储装置13内同步存储来自各轴的位置信息和来自机上测量装置1的位置信息。在个人计算机11内存储有测量用软件，根据经由数值控制装置8读入的上述位置信息，执行被加工物的形状测量等所用的运算处理。

图4是在图3中在B轴的旋转轴方向向下看具有机上测量装置的机床时的概略图。

图4是说明在机床的B轴上安装刀具、切削液喷嘴、机上测量装置及其盖、清洗液喷嘴；在C轴上安装加工对象物和作为测量触头的擦拭单元的清洗刷的图。

在B轴（工作台）上安装具有自动开闭盖25的收容装置24、清洗液喷嘴30、加工加工对象物的刀具32、和喷射切削液的切削液喷嘴34。作为刀具32可以使用旋转式刀具或者刮擦式刀具（scratching type tool）等。机上测量装置1被收容在收容装置24内。该机上测量装置，在其测量触头（测量触头的棒1e、球形测量触头1f）的方向与B轴的旋转轴正交的方向上固定。另外，通过从清洗液喷嘴30向加工后的加工对象物20的面喷射清洗液，能够除去加工对象物20的表面的切削液或者切屑。在C轴（工作台）上，安装擦拭在加工对象物20、机上测量装置1的测量触头（测量触头的棒1e、球形测量触头1f）上附着的垃圾等的清洗刷22。此外，使用图11以及图12说明收容机上测量装置1的收容装置24。

图5A以及图5B是说明根据驱动轴的位置判断的、对于任意的加工对象物的有效加工范围、有效测量范围、或者不属于两者的范围的图。图5A是在与图4相同的方向上看的图。图5B是在垂直于图5A的纸面的断面内看<1>、<2>、<3>的范围的图。

在本发明中，在C轴的旋转轴方向平行分割C轴上的区域。对于任意的加工对象物20，把<1>定义为有效加工范围，把<2>定义为既不属于有效加工范围也不属于有效测量范围的范围，把<3>定义为有效测量范围。<1>以及<3>的范围通过加工对象物20的大小规定，<2>通过B轴上的机上测量装置1和刀具32的配置关系规定。加工对象物20和机上测量装置1或者刀具32在<1>的范围、<2>的范围、<3>的范围的哪一个位置关系中，根据各驱动轴间的相对的位置关系判断。

图6是说明在关闭机上测量装置的盖的保护状态下，通过切削液喷嘴喷射切削液，同时通过刀具加工加工对象物的工序的图。

在根据各驱动轴的相对的位置关系，由数值控制装置8判断为<1>的有效加工范围的情况下，在根据来自数值控制装置8的指令，收容机上测量装置1的收容装置24的安装的自动关闭盖25关闭，保护机上测量装置1的状态下，从切削液喷嘴34向加工对象物20喷射切削液，同时使用刀具32遵照加工程序加工加工对象物的用箭头表示的加工部位36。

图7是说明通过从清洗液喷嘴沿加工后的加工对象物的面喷射清洗液，除去加工对象物表面的切削液、或者切屑的工序的图。

在图6表示的加工对象物20的加工后，加工对象物20在刀具32和机上测量装置1的测量触头（1e、1f）之间相对移动，在判断进入<2>的既不属于有效加工范围也不属于有效测量范围的范围内后，根据数值控制装置8的指令，收容装置24的自动关闭盖25关闭而被保护的状态下，沿加工后的加工对象物20的表面从清洗液喷嘴30喷射清洗液。通过从清洗液喷嘴30喷射清洗液，除去在加工对象物20的表面上附着的切削液或者切屑。

例如区分为：

驱动轴位于有效加工范围<1>的情况为可能加工的状态，

驱动轴位于既不属于有效加工范围也不属于有效测量范围<2>为等待清洗状态，

在驱动轴从等待清洗状态进入有效测量范围<3>的情况下为清洗有效状态，

在从清洗有效状态实际进行一定时间清洗后清洗停止的情况下为清洗结束状态。

在该清洗结束状态下进入有效测量范围的情况下为可测量状态，

在有效测量范围<3>内实际进行加工对象物20的清洗。

由此，在使用机上测量装置1对于加工对象物20进行形状测量时，能够排除由于在加工对象物20上附着的异物使机上测量装置1的测量触头损伤，或者在测量数据中产生异常的可能。

图8是说明打开机上测量装置的盖、通过被敞开的机上测量装置的测量触头测量加工对象物的形状的工序的图。

在判断为通过来自清洗液喷嘴30的清洗液喷射对于加工对象物20的清洗工序结束，加工对象物20和机上测量装置1的测量触头（测量触头的棒1e、球形测量触头1f）相对移动到<3>的有效测量范围内时，根据数值控制装置8的指令，收容装置24的自动开闭盖25打开，通过打开的机上测量装置1的测量触头（测量触头的棒1e、球形测量触头1f）测量加工对象物20的形状。

图9是说明除去在测量触头上附着的垃圾等的工序的图。

在使用图8所示的机上测量装置1执行加工对象物20的形状测量时，希望事前进行擦拭在机上测量装置1的测量触头（测量触头的棒1e、球形测量触头1f）上附着的垃圾等的作业。

在收容机上测量装置1的收容装置24的自动开闭盖25打开的状态下，使敞开的机上测量装置1的测量触头（测量触头的棒1e、球形测量触头1f）向清洗刷22的位置相对移动，通过使测量触头（测量触头的棒1e、球形测量触头1f）在作为擦拭单元的清洗刷22中上下左右相对移动，能够除去在测量触头（测量触头的棒1e、球形测量触头1f）上附着的垃圾等。

图10是说明具有本发明的机上测量装置的机床的控制的流程图。按照用于说明不依赖于操作者的关于运用的知识或者熟练度地进行使用了图6、图7、图8、图9说明的一系列动作的处理的各步骤来说明流程图。

[步骤SA01]读入加工程序。在该加工程序内包含指令加工对象物的加工的块、指令在有效加工范围<1>、既不属于有效加工范围也不属于有效测量范围的范围<2>、有效测量范围<3>之间移动的块、指令加工对象物的形状测量的块。

[步骤SA02]关闭保护机上测量装置的保护盖。

[步骤SA03]遵照加工程序移动各驱动轴。

[步骤SA04]判断是否是可加工状态，在是可加工状态的情况下，转移到步骤SA05，在不是可加工状态的情况下，等待成为可加工状态后，转移到步骤SA05。

[步骤SA05]喷射切削液。

[步骤SA06]通过刀具进行加工对象物的加工。

[步骤SA07]使各驱动轴移动。当加工对象物的加工结束时，使向下一范围（既不属于有效加工范围也不属于有效测量范围的范围）移动。

[步骤SA08]判断是有效加工状态还是有效测量状态，在是其中任何一种状态的情况下返回步骤SA07，在不是上述两种状态，即既不属于有效加工范围也不属于有效测量范围的范围的情况下转移到步骤SA09。

[步骤SA09]喷射清洗液，清洗加工对象物。

[步骤SA10]使各驱动轴移动。

[步骤SA11]判断是否是有效测量状态（即是否是可测量范围），在不是有效测量状态的情况下返回步骤SA10，在是有效测量状态的情况下转移到步骤SA12。

[步骤SA12]打开保护机上测量装置的保护盖。

[步骤SA13]擦拭在测量触头上附着的异物。

[步骤SA14]进行加工对象物的形状测定。

[步骤SA15]判断通过形状测量得到的加工对象物的形状误差是否在目标值以下，在不在目标值以下的情况下（判断：否（NO））转移到步骤SA16，在目标值以下的情况下（判断：是（YES））结束该处理。

[步骤SA16]根据通过形状测量得到的数据生成修正加工程序，返回步骤SA01。在步骤SA01读入修正加工程序，再次执行上述的一系列的处理。

补充说明上述流程图。步骤SA04判断是否对加工对象物进行加工，在步骤SA11判断是否通过机上测量装置进行测定，步骤SA08判断是否进行加工对象物清洗。在流程图中未记载是否进行探针（测量触头）的清洗的判断，但是也可以通过包含根据机上测量装置的测量信号判断在测量对象物上是否附着有异物的处理等来进行是否执行探针的通过清洗刷22的清洗的判断。上述的步骤SA04、SA08、SA11中的处理，相当于构成本发明的机床的“作业判断部”。

另外，步骤SA06执行对于加工对象物的加工，步骤SA14执行通过机上测量装置进行加工对象物的测定，步骤SA09执行加工对象物的清洗，步骤SA13执行加工对象物的清洗。上述的步骤SA06、SA09、SA13、SA14中的处理，相当于构成本发明的机床的“执行指令部”。

如上述流程图中所示，在加工对象物的加工、加工对象物的清洗、加工对象物的形状测量中没有操作者的介入，能够避免因操作者的关于运用的知识或者熟练度使测量精度以及加工时间大幅变动。由此，能够生产具有高的形状精度的金属模等。

下面使用图11以及图12说明收容机上测量装置1的具有自动开闭盖25的收容装置24。图11是说明收容装置24的自动开闭盖25打开的状态的图。图12是说明收容装置24的自动开闭盖25关闭的状态的图。

收容装置24上具备的自动开闭盖25是用于保护机上测量装置1的测量触头不接触切削液或者切削屑的盖。自动开闭盖25优选使用齿条式或者柔软而容易膨胀、收缩的材质。在自动开闭盖25打开的状态下测量触头（测量触头的棒1e、球形测量触头1f）从测量空间内露出，能够进行测量。

自动开闭盖25通过从压缩空气供给装置40供给的压缩空气开闭电磁阀41、42，通过驱动气动式旋转促动器26进行开闭。气动式旋转促动器26的皮带轮27的旋转通过传送带28向在自动开闭盖25的旋转轴上安装的皮带轮29传递。

根据经由数值控制装置8的I/O单元指令的信号，进行电磁阀41以及电磁阀42的开闭动作。如图11所示，通过对于电磁阀41的开盖信号（ON）和对于电磁阀42的关盖信号（OFF）电磁阀41打开、电磁阀42关闭时通过从压缩空气供给装置40供给的压缩空气驱动气动式旋转促动器26，打开自动开闭盖25。另一方面，如图12所示，当从数值控制装置8向各电磁阀41、42供给电磁阀42开、电磁阀41关的信号时，自动开闭盖25关闭。在自动开闭盖25关闭的状态下，进行加工对象物20的使用刀具32的加工和清洗。

此外，在自动开闭盖25的动作中，不限于该方式。例如也可以不是旋转方式而是直线的滑动方式。另外，驱动源也可以不是压缩空气，而是直接连接来自数值控制装置8的电源，通过电动机驱动的方式。利用气动的优点是因为不发热所以对测量的影响小。

Claims (4)

1.一种具有机上测量装置的机床，其具有多个驱动轴，通过数值控制装置控制上述驱动轴，使刀具和加工对象物相对移动，对加工对象物进行加工，而且，通过使具有探针的机上测量装置和加工对象物相对移动进行加工对象物的测定，该具有机上测量装置的机床的特征在于，具有：

检测上述驱动轴的位置的位置检测器；

向上述数值控制装置输入用上述位置检测器检测出的位置的输入部；

根据上述输入的驱动轴的位置，判断是对上述加工对象物进行加工、通过上述机上测量装置进行该加工对象物的测定、进行该加工对象物的清洗、还是进行上述探针的清洗的作业判断部；和

根据上述作业判断部的判断，指令执行对上述加工对象物的加工、通过上述机上测量装置的测定、上述加工对象物的清洗、或者上述探针的清洗的执行指令部。

2.根据权利要求1所述的具有机上测量装置的机床，其特征在于，

上述刀具和上述机上测量装置被安装在同一驱动轴上，

把能够通过上述刀具加工上述加工对象物的上述驱动轴的移动范围作为有效加工范围，把能够通过上述机上测量装置测定上述加工对象物的上述驱动轴的移动范围作为有效测量范围，

上述作业判断部，

在上述驱动轴位于上述有效加工范围内的情况下判断是可加工状态，

在既不属于上述有效加工范围也不属于有效测量范围的情况下判断是等待清洗状态，

在上述驱动轴从等待清洗状态进入有效测量范围的情况下判断是清洗有效状态，

在从清洗有效状态实际进行一定时间清洗后清洗停止的情况下判断是清洗结束状态，

在成为该清洗结束状态并且位于有效测量范围内的情况下判断是可测量状态。

3.根据权利要求1或2所述的具有机上测量装置的机床，其特征在于，

上述数值控制装置，与基于上述作业判断部的判断的作业状态对应，输出进行通过刀具的切削、清洗液喷嘴的动作、清洗刷的动作、机上测量装置的动作、保护机上测量装置的盖的开闭的信号。

4.根据权利要求3所述的具有机上测量装置的机床，其特征在于，

上述保护机上测量装置的盖是用于保护上述机上测量装置不接触切削液、切削屑的盖，

上述盖通过促动器开闭，

在通过上述作业判断部判断是可测量状态时上述盖通过上述促动器打开。