JP2004090199A - 加工機の回転工具接触検知装置、その回転工具接触検知装置を使用した加工機の回転工具補正装置、加工機のnc装置、加工機の回転工具接触検知装置を使用した加工機の回転工具位置補正方法 - Google Patents
加工機の回転工具接触検知装置、その回転工具接触検知装置を使用した加工機の回転工具補正装置、加工機のnc装置、加工機の回転工具接触検知装置を使用した加工機の回転工具位置補正方法 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】高速回転する主軸に装着された回転工具の回転中の長さおよび外径を正確に測定することができる加工機の回転工具接触検知装置を提供する。
【解決手段】回転工具22と接触可能な円板状の接触子2と、この接触子2を設置する設置部材3と、この設置部材3に収納され接触子2と回転工具22とが接触したときの接触振動を検知する振動センサ4と、を備えて加工機の回転工具接触検知装置1を構成する。接触子が円板状に形成されているので、平面部と側面部とに回転工具を接触させることができ、回転中の回転工具の長さと外径とを測定することができる。その結果、回転工具の正確な位置を把握することが可能となる。
【選択図】 図1
【解決手段】回転工具22と接触可能な円板状の接触子2と、この接触子2を設置する設置部材3と、この設置部材3に収納され接触子2と回転工具22とが接触したときの接触振動を検知する振動センサ4と、を備えて加工機の回転工具接触検知装置1を構成する。接触子が円板状に形成されているので、平面部と側面部とに回転工具を接触させることができ、回転中の回転工具の長さと外径とを測定することができる。その結果、回転工具の正確な位置を把握することが可能となる。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、空気静圧軸受け等により支持された、超高速、高精度の主軸に装着される回転工具の位置を検知する加工機の回転工具接触検知装置、その回転工具接触検知装置を使用した加工機の回転工具補正装置、加工機のNC装置、加工機の回転工具接触検知装置を使用した加工機の回転工具位置補正方法に関する。
【0002】
【背景技術】
従来より、例えば微小径の回転工具を用いて、高速、かつ、高精度に微細な加工を行う工作機械が知られている(例えば、特許文献1)。
【0003】
【特許文献1】
特開平11−99450号公報(11頁、図1、図2)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、超精密加工や微細加工等の特殊な加工用の工作機械として、空気静圧軸受けあるいは磁気軸受け等に支持された非接触式の主軸を備えたものが多く用いられている。ところが、この空気静圧軸受けに支持された主軸では、高速、例えば毎分3万回転以上の回転で主軸が回転するとき、遠心力により、主軸の径方向の膨張および軸方向の収縮が生じている。
すなわち、図8に示すように、主軸81が空気静圧型主軸であり、かつ、例えば直径が40mm、長さが300mmの外形を有する場合で、例えば毎分3万回転で高速回転したとすると、主軸81の径方向の膨張は片側3μm、軸方向の収縮は60μmにも達している。このような主軸81には回転工具82が装着されている。回転工具82としては、高速、高精度加工として直径10mm以下の小口径のドリルが使用されることが多い。
以上のように、高速回転する主軸は径方向に膨張するとともに、軸横行に収縮するため、主軸に装着された回転工具で加工する際、主軸が膨張、収縮状態のままだと、回転工具も、遠心力によりわずかではあるが膨張、収縮するため、回転工具の高精度の基準位置が確保されず、加工精度に影響を及ぼすという問題がある。そのため、回転工具の回転中の位置の測定および基準位置に対する補正をいかに正確に行うかが、加工精度を維持する上で重要な課題となっている。
【0005】
ところが、前記特許文献1では、自動回転工具交換装置および回転工具マガジンの構造上、主軸に装着された回転工具の長さが、必ずしも予め設定された基準の長さに一致するとは限らないので、回転工具を装着した後で、回転工具長を測定して補正している。そして、回転中の微小径の回転工具長を測定するのに、回転工具を、非接触形検知器であるラインセンサまでを早いスピードで移動させ、その後、接触式センサまでを遅いスピードで移動させて接触させ、その接触位置を検知している。この特許文献1の技術では、回転工具長の測定および補正が行われているのみであり膨張、収縮には対応できないという問題がある。
【0006】
本発明の目的は、高速回転する主軸に装着された回転工具の回転中の長さおよび外径を正確に測定することができる加工機の回転工具接触検知装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、加工精度の向上を図れるようになる加工機の回転工具補正装置、加工機のNC装置および加工機の回転工具位置補正方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の加工機の回転工具接触検知装置は、次の構成を採用する。
本発明の加工機の回転工具接触検知装置は、加工機の主軸に装着される回転工具との接触を検知する加工機の回転工具接触検知装置であって、前記回転工具と接触可能な円板状の接触子と、この接触子を設置する設置部材と、この設置部材に収納され前記接触子と前記回転工具とが接触したときの接触振動を検知する振動センサと、を備えて構成されていることを特徴とするものである。
【0008】
この発明によれば、接触子が円板状に形成されているので、平面部と側面部とに回転工具を接触させることができ、回転中の回転工具の長さと外径とを測定することができる。その結果、回転工具の正確な位置を把握することが可能となる。また、接触子と回転工具とが接触したとき必ず振動が発生するが、この振動を振動センサにより検知しているので、接触子と回転工具との接触を確実に検知することができる。
ここで、加工機の回転工具接触検知装置は、加工機の例えばテーブルに着脱可能に設けて使用することができる。また、加工機としては、例えば、マシニングセンタ、ボール盤等、主軸に回転工具を装着できるものであればよい。
【0009】
本発明では、前記接触子は、前記回転工具の長さ方向先端部と接触可能な円滑平面および回転工具の外径周面と接触可能な円滑側面を有するとともに、交換可能となっていることが好ましい。
この発明によれば、円滑平面および円滑側面を有するので、それらの面に回転工具を接触させることで、高精度の測定が可能となる。また、接触子を交換することによって、常に最高の測定条件で測定することができ、高精度の測定を維持することができる。
【0010】
本発明の加工機の回転工具補正装置は、前記発明の加工機の回転工具接触検知装置を使用した加工機の回転工具補正装置であって、前記回転工具と接触子とが接触したことが前記回転工具接触検知装置で検知されたことを条件として座標値取込指令を入力する手動入力手段と、前記回転工具を零回転を含む低速回転で回転させた状態で、前記手動入力手段によって座標値取込指令が入力されたとき前記回転工具と接触子との接触位置座標値を基準位置座標値として記憶する基準位置座標値記憶手段と、前記回転工具を加工時の回転数で回転させた状態で、前記手動入力手段によって座標値取込指令が入力されたとき前記回転工具と接触子との接触位置座標値を記憶する接触位置座標値記憶手段と、前記基準位置座標値記憶手段に記憶された基準位置座標値と前記接触位置座標値記憶手段に記憶された接触位置座標値とから補正値を求める補正値演算手段と、この補正値演算手段によって求められた補正値を記憶する補正値記憶手段とを備え、前記補正値記憶手段に記憶された補正値に基づいて加工機の駆動位置を補正しながら加工を行うことを特徴とするものである。
【0011】
この発明によれば、回転工具による加工に際して、回転工具接触検知装置により測定された基準位置座標値と接触位置座標値とから求められ、かつ、補正値記憶手段に記憶された補正値に基づいて加工機の駆動位置を補正しながら加工を行うので、常に回転工具の基準値に沿った加工となる。その結果、高速回転の工具を使用する場合でも高精度の加工が可能となり、加工精度の向上を図れるようになる。
また、基準位置座標値記憶手段に入力する回転工具の基準位置座標値および接触位置座標値記憶手段に入力する接触位置座標値が、手動入力手段により座標値取込指令として入力される。作業者は、回転工具と接触子とが接触したことが回転工具接触検知装置で検知されたことを確認した後で、入力すればよいので、確実な入力が可能となる。
【0012】
本発明の加工機の回転工具補正装置は、前記発明の加工機の回転工具接触検知装置を使用した加工機の回転工具補正装置であって、前記回転工具を零回転を含む低速回転で回転させた状態で、前記回転工具と接触子とが接触したことが前記回転工具接触検知装置で検知されたとき前記回転工具と接触子との接触位置座標値を基準位置座標値として記憶する基準位置座標値記憶手段と、前記回転工具を加工時の回転数で回転させた状態で、前記回転工具と接触子とが接触したことが前記回転工具接触検知装置で検知されたとき前記回転工具と接触子との接触位置座標値を記憶する接触位置座標値記憶手段と、前記基準位置座標値記憶手段に記憶された基準位置座標値と前記接触位置座標値記憶手段に記憶された接触位置座標値とから補正値を求める補正値演算手段と、この補正値演算手段によって求められた補正値を記憶する補正値記憶手段とを備え、前記補正値記憶手段に記憶された補正値に基づいて加工機の駆動位置を補正しながら加工を行うことを特徴とするものである。
【0013】
この発明によれば、回転工具による加工に際して、回転工具接触検知装置により測定された基準位置座標値と接触位置座標値とから求められ、かつ、補正値記憶手段に記憶された補正値に基づいて加工機の駆動位置を補正しながら加工を行うので、常に基準値に沿った加工となり、その結果、高速回転の工具を使用して高精度の加工が可能となる。
また、接触位置座標値記憶手段の接触位置座標値は、回転工具接触検知装置が接触子と接触したとき自動的に入力されるので、迅速な入力が可能となる。
【0014】
本発明において、前記基準位置座標値記憶手段、接触位置座標値記憶手段および補正値演算手段には、前記回転工具の長さ方向と平行な回転工具軸方向の座標値と、回転工具の長さ方向に対して直交しかつ互いに直交する回転工具軸2軸方向の座標値とが記憶されていることが好ましい。
この発明によれば、回転工具の長さおよび回転工具軸2軸の外径の座標値を測定することができ、その測定値に基づいて補正しながら加工することができるので、高精度の加工が可能となる。
【0015】
本発明の加工機のNC装置は、主軸に装着された回転工具とワークとを予め設定されたプログラムに従って相対移動させながら、前記回転工具によって前記ワークを加工する加工機のNC装置であって、前記回転工具の異なる回転数毎に、その各回転数で回転工具を回転させたときに回転工具の回転に伴う変形量を補正する補正データを記憶した補正データテーブルと、前記主軸の回転数に対応する補正データを前記補正データテーブルから読み出し、この読み出した補正データを用いて、前記回転工具とワークとの相対移動軌跡を補正しながら加工を実行させる制御手段と、を備えていることを特徴とするものである。
この発明によれば、加工に際して回転工具が主軸に装着されたとき、その主軸の補正データを補正データテーブルから読み出し、その補正データに従って加工が行われるので、例えば、回転工具接触検知装置等により測定して、基準位置座標値や、接触位置座標値を加工に先立って予め設定する必要がない。その結果、基準位置座標値等を測定する手間を省くことができ、加工効率を向上させることができる。
【0016】
本発明において、前記補正データは、前記回転工具の長さ方向と平行な回転工具軸方向の変形量と、回転工具の長さ方向に対して直交しかつ互いに直交する回転工具軸2軸方向の変形量とを含むものであることが好ましい。
この発明によれば、回転工具の長さおよび回転工具軸2軸の外径の変形量が、予め、補正データとして記憶されているので、その変形量に基づいて補正しながら加工することができ、主軸に回転工具が装着される都度、基準位置座標値および接触位置座標値を求め、演算して補正量を決めなくてもよいので、加工への移行が迅速にでき、生産効率の向上を図れる。
【0017】
本発明の加工機の回転工具位置補正方法は、前記発明の加工機の回転工具接触検知装置を使用して回転工具の位置を補正する加工機の回転工具位置補正方法であって、前記回転工具を零回転を含む低速回転で回転させた状態で、前記回転工具と接触子とが接触したことが前記回転工具接触検知装置で検知されたとき前記回転工具と接触子との接触位置座標値を基準位置座標値として基準位置座標値記憶手段に記憶させ、前記回転工具を加工時の回転数で回転させた状態で、前記回転工具と接触子とが接触したことが前記回転工具接触検知装置で検知されたとき前記回転工具と接触子との接触位置座標値を接触位置座標値記憶手段に記憶させ、前記基準位置座標値記憶手段に記憶された基準位置座標値と前記接触位置座標値記憶手段に記憶された接触位置座標値とから補正値演算手段により補正値を求め、次いで、前記補正値を補正値記憶手段に記憶させ、その後、前記補正値記憶手段に記憶された補正値に基づいて加工機の駆動位置を補正しながら加工を行うことを特徴とするものである。
【0018】
この発明によれば、回転工具による加工に際して、補正値記憶手段に記憶された補正値に基づいて加工機の駆動位置を補正しながら加工を行うので、常に基準値に沿った加工となり、その結果、高速回転の工具を使用する場合でも高精度の加工が可能となる。
また、接触位置座標値記憶手段の接触位置座標値は、回転工具接触検知装置が接触子と接触したとき自動的に入力されるので、迅速な入力が可能となる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1には、本実施形態の加工機の回転工具接触検知装置を構成する検知センサ1が示されている。
この検知センサ1は、主軸21に装着された例えば高速回転加工専用の回転工具22の長さ、または外径を検知するものであり、円板状の接触子2と、この接触子2を設置する設置部材3と、ピックアップセンサ4と、を備えて構成されている。
【0020】
接触子2は、回転工具22の長さ方向先端部と接触して回転工具22の長さを測定する平面部2A、および回転工具22の外径周面と接触して回転工具22の外径を測定する外周部2Bを有し、裏面には凹部2Cが形成されている。これらの平面部2A、外周部2Bおよび凹部2Cは、回転工具22との接触精度を向上させるために精密に仕上げられている。
このような接触子2は、鉄板等の金属板、アルミニウム板、あるいはプラスチック等の合成樹脂製板で形成されている。
【0021】
設置部材3は、接触子2を取り付ける取付部材6と、この取付部材6を支持する支柱7と、この支柱7を収納する箱体8とを含み構成されている。
取付部材6は、前記接触子2の凹部2Cに嵌り込むように形成され、取付部材6と接触子2とは、例えば4本のボルト9で一体的に結合されている。
支柱7は、例えば円柱状に形成され、前記取付部材6と一体的に連結されている。このような支柱7は、その下部側のほとんどが前記箱体8内に収納されており、支柱7の下端は、箱体8の内部に収納される前記ピックアップセンサ4と接続されている。箱体8は、有底の例えば丸筒状に形成され、上端には蓋部材10が設けられ、この蓋部材10には、支柱7が挿通可能な穴があけられている。
【0022】
ピックアップセンサ4は、検知センサ1の接触子2の平面部2Aまたは外周部2Bと、回転工具22の長さ方向先端部または外径周面とが接触したとき生じる振動をキャッチする振動センサであり、そのキャッチした振動を信号として後述する制御装置40(図4参照)に出力することができるようになっている。あるいは、ピックアップセンサ4は、回転工具22の振動をキャッチしたとき、LEDのランプを点灯できるようにしておいてもよく、図示しない表示装置に表示されるようにしておいてもよい。
【0023】
以上のような構成の検知センサ1は、図2に示すように、例えばNC加工機20に着脱可能に取り付けられ、NC加工機20の主軸21に装着される回転工具22の加工前の座標位置、および加工時の回転速度における座標位置を測定するために用いられる。
なお、検知センサ1は、加工の邪魔にならない位置に設けられている。
【0024】
NC加工機20は、ベッド23を備え、このベッド23の上面には、スライダ24を介して紙面直交方向(前後方向;Y方向)に移動自在なテーブル25が設けられている。
ベッド23の両端にはコラム26が門型に立設され、これらのコラム26の上端間には、横袈部材27が架けわたされている。また、横袈部材27には、駆動モータ29によりY方向と直交する水平方向(左右方向;X方向)に移動自在に主軸頭30が設けられ、この主軸頭30は、X方向およびY方向と垂直方向(上下方向;Y方向)に移動自在となっている。主軸頭30の主軸21には、加工に対応する回転工具22が装着され、この回転工具22により、テーブル25の上面に治具(図示省略)などを介して取り付けられた被加工物(ワーク)Wの加工が行われるようになっている。
【0025】
回転工具22は、加工目的に合わせた専用の回転工具で、毎分数万回転の超高速回転かつ超精密回転精度で使用される。また、その使用条件下でも回転工具寿命が長く、回転工具交換の頻度が少ない。
一般的に、この種の回転工具22の取り付けには、高い精度が必要で、交換時には取り付け位置精度をミクロンオーダで計測、確認するとともに、試験回転させてダイナミックバランスの調整も必要とする場合が多い。これらの理由から、現状の技術レベルでは回転工具交換の自動化が困難であるから、主軸21に対しては手作業で回転工具交換を行うようにしてある。
【0026】
前記主軸頭30は、図3に示すように、ハウジング31と、このハウジング31に空気軸受32,33,34を介して回転可能かつZ方向と平行に支承され途中にフランジ21Aを有する前記主軸21と、この主軸21を回転駆動させる前記駆動モータ29とを備えている。
各空気軸受32,33,34の内周面には、主軸21に向かって軸直交方向から空気を噴出する吹出口35が複数形成されている。これらの各吹出口35から噴出される空気によって主軸21をラジアル方向に支持するラジアル軸受が形成されている。また、空気軸受33,34の互いに対向する軸方向端面には、主軸21のフランジ21Aに向かって空気を噴出する吹出口36が複数形成されている。これらの各吹出口36から噴出される空気によって主軸21をスラスト方向に支持するスラスト軸受が形成されている。なお、図3において、37は各吹出口35に高圧空気を供給する給気通路、38は排気通路である。
【0027】
図4には、前記NC加工機20の制御装置40が示されている。
制御装置40は、制御部である中央処理装置(CPU)41を備え、このCPU41にはバスライン42を介して、手動入力手段43、自動入力手段44、変位測定手段46、RAM47、各種プログラム指令が格納されたROM48および駆動手段49が接続されている。
【0028】
手動入力手段43は、前記検知センサ1と、回転工具22の長さ方向端部、または外径周面と接触したことが、LEDの点灯あるいは図示しない表示手段等で確認された後、作業者が押しボタン50を押して座標値取込指令として手動入力するものである。
自動入力手段44は、検知センサ1が回転工具22の長さ方向端部、および外径周面と接触したことが、検知センサ1からの信号をアンプ51を介して自動入力されるものである。
これらの手動入力手段43および自動入力手段44は、前記CPU41により適宜切り換えられて使用されるようになっている。
【0029】
変位測定手段46は、X軸変位測定手段55、Y軸変位測定手段56およびZ軸変位測定手段57を有し、手動入力手段43から座標値取込指令として入力された指令値、または自動入力手段44から入力された信号を基に、回転工具22のX軸、Y軸およびZ軸の座標値を測定するものである。
RAM47は、基準位置座標値記憶手段65、接触位置座標値記憶手段66、補正値記憶手段67およびを補正データテーブル68を有している。
【0030】
基準位置座標値記憶手段65には、回転工具22の長さおよび外径周面の基準座標位置が記憶されている。この基準座標位置は、回転工具22による加工前に設定され、当該回転工具22を零回転を含む低速回転で、回転工具22の先端および外径周面の少なくとも一方を、検知センサ1の接触子2に接触させたときの接触位置が、前記X軸変位測定手段55、Y軸変位測定手段56およびZ軸変位測定手段57により測定されたものである。
【0031】
接触位置座標値記憶手段66には、回転工具22の回転時の長さおよび外径周面の接触座標位置として記憶されている。この接触座標位置は、回転工具22を加工時の回転数で回転させた状態において、手動入力手段43によって座標値取込指令が入力されたとき、または検知センサ1で検知されたときの接触位置が、X軸変位測定手段55、Y軸変位測定手段56およびZ軸変位測定手段57により測定されたものである。
補正値記憶手段67には、基準位置座標値記憶手段65と接触位置座標値記憶手段66とのそれぞれに記憶されている回転工具22の座標値を基に、CPU41により演算された補正値が記憶されている。
補正データテーブル68には、主軸21の回転をパラメータとした補正データが記憶されている。
ROM48には、作業手順等の各種プログラムが格納され、プログラムに従ってシーケンス制御が行えるようになっている。
【0032】
駆動手段49は、CPU41により、コントローラ74を制御し、主軸21をX軸方向に駆動するX軸駆動手段75、Y軸方向に駆動するY軸駆動手段76およびZ軸方向に駆動するZ軸駆動手段77を備えている。
CPU41は、図示しないが、制御部、演算部およびレジスタ部等を有し、前記RAM47の基準位置座標値記憶手段65に記憶されている回転工具22のX方向、Y方向およびZ方向の基準の座標位置と、接触位置座標値記憶手段66に記憶されている回転工具22のX方向、Y方向およびZ方向の接触時の座標位置とを比較、演算して補正値を求めるとともに、その補正値を補正値記憶手段67に記憶させ、回転工具22による加工時に、補正値記憶手段67から取り出した補正値に基づいて、駆動手段49のコントローラ74を制御して主軸21を駆動させる機能を有している。
【0033】
次に、図4〜6を参照して、検知センサ1を使用したNC工作機械1の回転工具の測定および補正方法を説明する。
手動入力手段43による測定は、まず、主軸21に装着された所定の回転工具22による加工前に、回転工具22のX方向、Y方向およびZ方向の基準座標位置を測定することから始まる。
すなわち、この測定は、回転工具22を零回転を含む低速回転で、回転工具22の先端および外径周面を順次検知センサ1の接触子2に接触させ、接触したことが確認できたら、作業者は押しボタン50を押して、座標値取り込み指令を出す。この指令に対して、X軸変位測定手段55、Y軸変位測定手段56およびZ軸変位測定手段57で、回転工具22のX軸、Y軸およびZ軸の座標値を測定し、その座標値を、RAM47の基準位置座標値記憶手段65、接触位置座標値記憶手段66に記憶させる。
【0034】
次いで、回転工具22が加工時の回転数で回転されたとき、その回転工具22が測定される。回転工具22の長さの測定は、テーブル4をX軸方向、Y軸方向に適宜移動させ、検知センサ1を回転工具22の下方に位置させ、検知センサ1の接触子2に回転工具22の先端部が接触可能な状態とする。
その後、主軸頭6がZ軸方向に移動され、回転工具22の先端が接触子2の上面に所定位置まで接近した位置から、回転工具22がきわめて遅い速度で送られ、回転工具22先端が接触子2の上面に接触する。
両者の接触時の振動は検知センサ1のピックアップセンサ4で検知され、検知したことが表示装置等で確認されたら、作業者は押しボタン50を押して座標値取り込み指令として入力すると、前述のように、X軸変位測定手段55、Y軸変位測定手段56およびZ軸変位測定手段57で、回転工具22のX軸、Y軸およびZ軸の座標値を測定し、その座標値を、RAM47の接触位置座標値記憶手段66に記憶させる。
【0035】
回転工具22の外径周面の測定は、まず、主軸頭6をZ軸方向に移動させ、回転工具22の外径周面に検知センサ1の接触子2の外周側面が接触可能となるように、回転工具22の高さ位置を調整する。次いで、テーブル4をX軸方向、Y軸方向に適宜移動させて検知センサ1を回転工具22側に移動させ、接触子2が回転工具22に接近したら、接触子2を微速または1パルス送りで近づけ、接触子2の外周側面を回転工具22の外径周面に接触させる。
以後は、前述と同じような手順で、回転工具22のX軸方向、Y軸方向の接触位置座標値が測定され、記憶される。
【0036】
次いで、制御装置40のCPU41により、RAM47の基準位置座標値記憶手段65に記憶されている回転工具22の長さおよび回転工具22の外径の基準位置と、RAM47の接触位置座標値記憶手段66に記憶されている回転工具22の長さおよび回転工具22の外径の接触位置とが、比較、演算され、それぞれの補正値が求められる。この補正値は、補正値記憶手段67に記憶される。
加工に際しては、補正値記憶手段67に記憶されている回転工具22のX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向の補正値に基づいて、駆動手段49のX軸駆動手段75、Y軸駆動手段76およびZ軸駆動手段77が駆動される。
そして、所定の高速回転時における主軸21の径方向の膨張およびZ軸方向の短縮値分を補正した状態で回転工具22による高精度加工が行われる。
【0037】
自動入力手段44による測定は、手動入力手段43による測定と、入力の仕方が異なるのみで、測定手順等は両者とも同じである。従って、入力の仕方のみ説明する。
すなわち、自動入力手段44による入力は、検知センサ1の接触子2が回転工具22と接触したとき、検知センサ1のピックアップセンサ4が両者の接触を検知し、その接触時の振動が信号で制御装置40のCPU41に入力され、以後は、前述と同様の手順により、回転工具22のX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向の基準位置座標値と接触位置座標値とが記憶され、かつ、補正値が求められ、所定の高速回転時における主軸21の径方向の膨張およびZ軸方向の短縮値分を補正した状態で回転工具22による高精度加工が行われる。
【0038】
前記RAM47には、図7に示すような補正データ68Aが格納された前記補正データテーブル68が設けられている。この補正データ68Aは、NC装置を構成するものである。補正データ68Aは主軸21の回転数と、その回転数に対応する補正量とがパラメータとして格納されている。
すなわち、主軸の回転数が、例えば、毎分1万回転、2万回転、3万回転、4万回転、5万回転…10万回転…15万回転のとき、加工時における主軸のX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向の補正値が設定されている。この補正値は、予め、前記検知センサ1を用いて、前述のような手順により、所定回転のときの基準位置座標値、接触位置座標値に基づき、順次求められたものである。
【0039】
これによれば、例えば、主軸の回転が毎分1万回転のとき、主軸のX軸方向の補正値はaとされ、Y軸方向の補正値はbとされ、Z軸方向の補正値はcとされている。また、主軸の回転が毎分2万回転のとき、主軸のX軸方向の補正値はa2とされ、Y軸方向の補正値はb2とされ、Z軸方向の補正値はc2とされている。主軸の回転数が多くなり、主軸が例えば毎分15万回転のとき、主軸のX軸方向の補正値はa15とされ、Y軸方向の補正値はb15とされ、Z軸方向の補正値はc15とされている。
【0040】
以上と同じように、主軸が他の回転数のときも、その回転数に対応して、主軸のX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向の補正値が決められている。
以上のような補正データ68Aを利用する際は、まず、制御装置40のCPU41により、手動入力手段43、自動入力手段44を駆動させない状態にしておく。次いで、補正データテーブル68の補正データ68Aから、加工に入る前に、回転工具22が装着された主軸21の所定の回転数に対応する補正値を呼び出し、その補正値に基づいて、X軸駆動手段75、Y軸駆動手段76およびZ軸駆動手段77を駆動させて加工が行われることになる。
【0041】
以上のような本実施形態によれば次のような効果がある。
(1) 検知センサ1の接触子2が円板状に形成されているので、平面部2Aと側面部2Bとに、回転工具22を接触させることができる。従って、回転工具22の基準座標値、および回転中の回転工具22の長さと外径とを測定することができ、回転工具22の正確な基準座標値と接触座標値とを把握することが可能となる。その結果、各座標値に基づき正確な補正値を求めることができ、その補正値に基づいて、加工機の制御装置40で回転工具22の位置補正を行いながら加工をすることができ、高精度加工に役立てることができる。
(2) 検知センサ1の接触子2と回転工具22とが接触したとき必ず振動が発生するが、この振動をピックアップセンサ4により検知しているので、接触子2と回転工具22との接触を確実に検知することができる。
【0042】
(3) 検知センサ1の接触子2は、精密に仕上げ加工された円滑平面2Aと側面部2Bを有するので、それらの面2A、2Bに回転工具22を接触させることで、高精度の測定が可能となる。
(4) 検知センサ1の接触子2は交換可能となっているので、接触子2を交換することによって、常に最高の測定条件で測定することができ、その結果、高精度の測定を維持することができる。
(5) 回転工具22による加工に際して、補正値記憶手段67に記憶された補正値に基づいて加工機の駆動位置を補正しながら加工を行うので、常に回転工具22の基準値に沿った加工となる。その結果、高速回転の工具22を使用する場合でも高精度の加工が可能となり、加工精度の向上を図れるようになる。
【0043】
(6) 手動入力手段43を用いる場合、検知センサ1の接触子2と回転工具22とが接触したことを作業者が確認した後で、押しボタン50を押して入力すればよいので、確実な入力が可能となる。
(7) 自動入力手段44を用いる場合、検知センサ1の接触子2と回転工具22とが接触したとき、検知センサ1から信号で自動的に入力されるので、迅速な入力が可能となる。
(8) 基準位置座標値記憶手段65、接触位置座標値記憶手段66および補正値記憶手段67には、回転工具22の長さ方向と平行な回転工具軸方向の座標値と、回転工具22の長さ方向に対して直交しかつ互いに直交する回転工具軸2軸方向(X軸、Y軸方向)の座標値とが記憶されているので、その座標値に基づいて補正しながら加工することができるので、高精度の加工が可能となる。
【0044】
(9) 補正データテーブル68の補正データ68Aは、主軸21の回転数と、その回転数に対応する補正量とが予めパラメータとして格納されており、加工に際して回転工具22が主軸21に装着されたとき、その主軸21に対応する補正量に従って移動量を補正しながら加工すればよい。従って、回転工具22が主軸21に装着される都度、基準位置座標値および接触位置座標値を求め、演算して補正量を決めなくてもよいので、加工への移行が迅速にでき、生産効率の向上を図れる。
【0045】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、補正データテーブル68の補正データ68Aが、主軸21の回転数の1万回転ごとに補正量を設定されたものであったが、これに限らず、回転数は、さらに細分化して、例えば5000回転ごとに設定したものが用いられてもよい。このような実施形態では、多種類の回転数に容易に対応することができる。
また、前記実施形態では、検知センサ1はNC工作機械1に取り付けられて使用されているが、これに限らず、例えば、マシニングセンタ、フライス盤、ボール盤等、主軸に回転工具を装着できるものであればどのような機械にも用いることができる。
【0046】
【発明の効果】
本発明の加工機の回転工具接触検知装置によれば、接触子が円板状に形成されているので、平面部と側面部とに回転工具を接触させることができ、回転中の回転工具の長さと外径とを測定することができる。その結果、回転工具の正確な位置を把握することが可能となる。また、接触子と回転工具とが接触したとき必ず振動が発生するが、この振動を振動センサにより検知しているので、接触子と回転工具との接触を確実に検知することができる。
【0047】
また、本発明の加工機の回転工具補正装置および補正方法によれば、回転工具による加工に際して、回転工具接触検知装置により測定された基準位置座標値と接触位置座標値とから求められ、かつ、補正値記憶手段に記憶された補正値に基づいて加工機の駆動位置を補正しながら加工を行うので、常に回転工具の基準値に沿った加工となる。その結果、高速回転の工具を使用する場合でも高精度の加工が可能となり、加工精度の向上を図れるようになる。
【0048】
本発明の加工機のNC装置によれば、回転工具の長さおよび回転工具軸2軸の外径の変形量が、予め、補正データとして記憶されているので、その変形量に基づいて補正しながら加工することができ、主軸に回転工具が装着される都度、基準位置座標値および接触位置座標値を求め、演算して補正量を決めなくてもよいので、加工への移行が迅速にでき、生産効率の向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る加工機の回転工具接触検知装置の実施形態を示す全体縦断面図である。
【図2】前記実施形態の加工機の回転工具接触検知装置を備えたNC加工機を示す全体図である。
【図3】前記実施形態のNC加工機の主軸頭部の詳細を一部断面して示す図である。
【図4】前記実施形態のNC加工機の制御装置を示す図である。
【図5】前記実施形態において回転工具のZ軸座標を検知する方法を示す図である。
【図6】前記実施形態において回転工具のX軸およびY軸座標を検知する方法を示す図である。
【図7】前記実施形態のNC加工機の制御装置におけるNC装置を示す図である。
【図8】主軸が高速回転する際の軸方向および径方向の変位状態を示す図である。
【符号の説明】
1 加工機の回転工具接触検知装置である検知センサ
2 接触子
4 振動センサであるピックアップセンサ
20 NC加工機
21 主軸
22 回転工具
40 加工機の制御装置
41 CPU(中央処理装置)
43 手動入力手段
44 自動入力手段
47 RAM
49 駆動手段
65 基準座標位置記憶手段
66 接触座標位置記憶手段
67 補正値記憶手段
68 補正データテーブル
75 X軸駆動手段
76 Y軸駆動手段
77 Z軸駆動手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、空気静圧軸受け等により支持された、超高速、高精度の主軸に装着される回転工具の位置を検知する加工機の回転工具接触検知装置、その回転工具接触検知装置を使用した加工機の回転工具補正装置、加工機のNC装置、加工機の回転工具接触検知装置を使用した加工機の回転工具位置補正方法に関する。
【0002】
【背景技術】
従来より、例えば微小径の回転工具を用いて、高速、かつ、高精度に微細な加工を行う工作機械が知られている(例えば、特許文献1)。
【0003】
【特許文献1】
特開平11−99450号公報(11頁、図1、図2)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、超精密加工や微細加工等の特殊な加工用の工作機械として、空気静圧軸受けあるいは磁気軸受け等に支持された非接触式の主軸を備えたものが多く用いられている。ところが、この空気静圧軸受けに支持された主軸では、高速、例えば毎分3万回転以上の回転で主軸が回転するとき、遠心力により、主軸の径方向の膨張および軸方向の収縮が生じている。
すなわち、図8に示すように、主軸81が空気静圧型主軸であり、かつ、例えば直径が40mm、長さが300mmの外形を有する場合で、例えば毎分3万回転で高速回転したとすると、主軸81の径方向の膨張は片側3μm、軸方向の収縮は60μmにも達している。このような主軸81には回転工具82が装着されている。回転工具82としては、高速、高精度加工として直径10mm以下の小口径のドリルが使用されることが多い。
以上のように、高速回転する主軸は径方向に膨張するとともに、軸横行に収縮するため、主軸に装着された回転工具で加工する際、主軸が膨張、収縮状態のままだと、回転工具も、遠心力によりわずかではあるが膨張、収縮するため、回転工具の高精度の基準位置が確保されず、加工精度に影響を及ぼすという問題がある。そのため、回転工具の回転中の位置の測定および基準位置に対する補正をいかに正確に行うかが、加工精度を維持する上で重要な課題となっている。
【0005】
ところが、前記特許文献1では、自動回転工具交換装置および回転工具マガジンの構造上、主軸に装着された回転工具の長さが、必ずしも予め設定された基準の長さに一致するとは限らないので、回転工具を装着した後で、回転工具長を測定して補正している。そして、回転中の微小径の回転工具長を測定するのに、回転工具を、非接触形検知器であるラインセンサまでを早いスピードで移動させ、その後、接触式センサまでを遅いスピードで移動させて接触させ、その接触位置を検知している。この特許文献1の技術では、回転工具長の測定および補正が行われているのみであり膨張、収縮には対応できないという問題がある。
【0006】
本発明の目的は、高速回転する主軸に装着された回転工具の回転中の長さおよび外径を正確に測定することができる加工機の回転工具接触検知装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、加工精度の向上を図れるようになる加工機の回転工具補正装置、加工機のNC装置および加工機の回転工具位置補正方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の加工機の回転工具接触検知装置は、次の構成を採用する。
本発明の加工機の回転工具接触検知装置は、加工機の主軸に装着される回転工具との接触を検知する加工機の回転工具接触検知装置であって、前記回転工具と接触可能な円板状の接触子と、この接触子を設置する設置部材と、この設置部材に収納され前記接触子と前記回転工具とが接触したときの接触振動を検知する振動センサと、を備えて構成されていることを特徴とするものである。
【0008】
この発明によれば、接触子が円板状に形成されているので、平面部と側面部とに回転工具を接触させることができ、回転中の回転工具の長さと外径とを測定することができる。その結果、回転工具の正確な位置を把握することが可能となる。また、接触子と回転工具とが接触したとき必ず振動が発生するが、この振動を振動センサにより検知しているので、接触子と回転工具との接触を確実に検知することができる。
ここで、加工機の回転工具接触検知装置は、加工機の例えばテーブルに着脱可能に設けて使用することができる。また、加工機としては、例えば、マシニングセンタ、ボール盤等、主軸に回転工具を装着できるものであればよい。
【0009】
本発明では、前記接触子は、前記回転工具の長さ方向先端部と接触可能な円滑平面および回転工具の外径周面と接触可能な円滑側面を有するとともに、交換可能となっていることが好ましい。
この発明によれば、円滑平面および円滑側面を有するので、それらの面に回転工具を接触させることで、高精度の測定が可能となる。また、接触子を交換することによって、常に最高の測定条件で測定することができ、高精度の測定を維持することができる。
【0010】
本発明の加工機の回転工具補正装置は、前記発明の加工機の回転工具接触検知装置を使用した加工機の回転工具補正装置であって、前記回転工具と接触子とが接触したことが前記回転工具接触検知装置で検知されたことを条件として座標値取込指令を入力する手動入力手段と、前記回転工具を零回転を含む低速回転で回転させた状態で、前記手動入力手段によって座標値取込指令が入力されたとき前記回転工具と接触子との接触位置座標値を基準位置座標値として記憶する基準位置座標値記憶手段と、前記回転工具を加工時の回転数で回転させた状態で、前記手動入力手段によって座標値取込指令が入力されたとき前記回転工具と接触子との接触位置座標値を記憶する接触位置座標値記憶手段と、前記基準位置座標値記憶手段に記憶された基準位置座標値と前記接触位置座標値記憶手段に記憶された接触位置座標値とから補正値を求める補正値演算手段と、この補正値演算手段によって求められた補正値を記憶する補正値記憶手段とを備え、前記補正値記憶手段に記憶された補正値に基づいて加工機の駆動位置を補正しながら加工を行うことを特徴とするものである。
【0011】
この発明によれば、回転工具による加工に際して、回転工具接触検知装置により測定された基準位置座標値と接触位置座標値とから求められ、かつ、補正値記憶手段に記憶された補正値に基づいて加工機の駆動位置を補正しながら加工を行うので、常に回転工具の基準値に沿った加工となる。その結果、高速回転の工具を使用する場合でも高精度の加工が可能となり、加工精度の向上を図れるようになる。
また、基準位置座標値記憶手段に入力する回転工具の基準位置座標値および接触位置座標値記憶手段に入力する接触位置座標値が、手動入力手段により座標値取込指令として入力される。作業者は、回転工具と接触子とが接触したことが回転工具接触検知装置で検知されたことを確認した後で、入力すればよいので、確実な入力が可能となる。
【0012】
本発明の加工機の回転工具補正装置は、前記発明の加工機の回転工具接触検知装置を使用した加工機の回転工具補正装置であって、前記回転工具を零回転を含む低速回転で回転させた状態で、前記回転工具と接触子とが接触したことが前記回転工具接触検知装置で検知されたとき前記回転工具と接触子との接触位置座標値を基準位置座標値として記憶する基準位置座標値記憶手段と、前記回転工具を加工時の回転数で回転させた状態で、前記回転工具と接触子とが接触したことが前記回転工具接触検知装置で検知されたとき前記回転工具と接触子との接触位置座標値を記憶する接触位置座標値記憶手段と、前記基準位置座標値記憶手段に記憶された基準位置座標値と前記接触位置座標値記憶手段に記憶された接触位置座標値とから補正値を求める補正値演算手段と、この補正値演算手段によって求められた補正値を記憶する補正値記憶手段とを備え、前記補正値記憶手段に記憶された補正値に基づいて加工機の駆動位置を補正しながら加工を行うことを特徴とするものである。
【0013】
この発明によれば、回転工具による加工に際して、回転工具接触検知装置により測定された基準位置座標値と接触位置座標値とから求められ、かつ、補正値記憶手段に記憶された補正値に基づいて加工機の駆動位置を補正しながら加工を行うので、常に基準値に沿った加工となり、その結果、高速回転の工具を使用して高精度の加工が可能となる。
また、接触位置座標値記憶手段の接触位置座標値は、回転工具接触検知装置が接触子と接触したとき自動的に入力されるので、迅速な入力が可能となる。
【0014】
本発明において、前記基準位置座標値記憶手段、接触位置座標値記憶手段および補正値演算手段には、前記回転工具の長さ方向と平行な回転工具軸方向の座標値と、回転工具の長さ方向に対して直交しかつ互いに直交する回転工具軸2軸方向の座標値とが記憶されていることが好ましい。
この発明によれば、回転工具の長さおよび回転工具軸2軸の外径の座標値を測定することができ、その測定値に基づいて補正しながら加工することができるので、高精度の加工が可能となる。
【0015】
本発明の加工機のNC装置は、主軸に装着された回転工具とワークとを予め設定されたプログラムに従って相対移動させながら、前記回転工具によって前記ワークを加工する加工機のNC装置であって、前記回転工具の異なる回転数毎に、その各回転数で回転工具を回転させたときに回転工具の回転に伴う変形量を補正する補正データを記憶した補正データテーブルと、前記主軸の回転数に対応する補正データを前記補正データテーブルから読み出し、この読み出した補正データを用いて、前記回転工具とワークとの相対移動軌跡を補正しながら加工を実行させる制御手段と、を備えていることを特徴とするものである。
この発明によれば、加工に際して回転工具が主軸に装着されたとき、その主軸の補正データを補正データテーブルから読み出し、その補正データに従って加工が行われるので、例えば、回転工具接触検知装置等により測定して、基準位置座標値や、接触位置座標値を加工に先立って予め設定する必要がない。その結果、基準位置座標値等を測定する手間を省くことができ、加工効率を向上させることができる。
【0016】
本発明において、前記補正データは、前記回転工具の長さ方向と平行な回転工具軸方向の変形量と、回転工具の長さ方向に対して直交しかつ互いに直交する回転工具軸2軸方向の変形量とを含むものであることが好ましい。
この発明によれば、回転工具の長さおよび回転工具軸2軸の外径の変形量が、予め、補正データとして記憶されているので、その変形量に基づいて補正しながら加工することができ、主軸に回転工具が装着される都度、基準位置座標値および接触位置座標値を求め、演算して補正量を決めなくてもよいので、加工への移行が迅速にでき、生産効率の向上を図れる。
【0017】
本発明の加工機の回転工具位置補正方法は、前記発明の加工機の回転工具接触検知装置を使用して回転工具の位置を補正する加工機の回転工具位置補正方法であって、前記回転工具を零回転を含む低速回転で回転させた状態で、前記回転工具と接触子とが接触したことが前記回転工具接触検知装置で検知されたとき前記回転工具と接触子との接触位置座標値を基準位置座標値として基準位置座標値記憶手段に記憶させ、前記回転工具を加工時の回転数で回転させた状態で、前記回転工具と接触子とが接触したことが前記回転工具接触検知装置で検知されたとき前記回転工具と接触子との接触位置座標値を接触位置座標値記憶手段に記憶させ、前記基準位置座標値記憶手段に記憶された基準位置座標値と前記接触位置座標値記憶手段に記憶された接触位置座標値とから補正値演算手段により補正値を求め、次いで、前記補正値を補正値記憶手段に記憶させ、その後、前記補正値記憶手段に記憶された補正値に基づいて加工機の駆動位置を補正しながら加工を行うことを特徴とするものである。
【0018】
この発明によれば、回転工具による加工に際して、補正値記憶手段に記憶された補正値に基づいて加工機の駆動位置を補正しながら加工を行うので、常に基準値に沿った加工となり、その結果、高速回転の工具を使用する場合でも高精度の加工が可能となる。
また、接触位置座標値記憶手段の接触位置座標値は、回転工具接触検知装置が接触子と接触したとき自動的に入力されるので、迅速な入力が可能となる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1には、本実施形態の加工機の回転工具接触検知装置を構成する検知センサ1が示されている。
この検知センサ1は、主軸21に装着された例えば高速回転加工専用の回転工具22の長さ、または外径を検知するものであり、円板状の接触子2と、この接触子2を設置する設置部材3と、ピックアップセンサ4と、を備えて構成されている。
【0020】
接触子2は、回転工具22の長さ方向先端部と接触して回転工具22の長さを測定する平面部2A、および回転工具22の外径周面と接触して回転工具22の外径を測定する外周部2Bを有し、裏面には凹部2Cが形成されている。これらの平面部2A、外周部2Bおよび凹部2Cは、回転工具22との接触精度を向上させるために精密に仕上げられている。
このような接触子2は、鉄板等の金属板、アルミニウム板、あるいはプラスチック等の合成樹脂製板で形成されている。
【0021】
設置部材3は、接触子2を取り付ける取付部材6と、この取付部材6を支持する支柱7と、この支柱7を収納する箱体8とを含み構成されている。
取付部材6は、前記接触子2の凹部2Cに嵌り込むように形成され、取付部材6と接触子2とは、例えば4本のボルト9で一体的に結合されている。
支柱7は、例えば円柱状に形成され、前記取付部材6と一体的に連結されている。このような支柱7は、その下部側のほとんどが前記箱体8内に収納されており、支柱7の下端は、箱体8の内部に収納される前記ピックアップセンサ4と接続されている。箱体8は、有底の例えば丸筒状に形成され、上端には蓋部材10が設けられ、この蓋部材10には、支柱7が挿通可能な穴があけられている。
【0022】
ピックアップセンサ4は、検知センサ1の接触子2の平面部2Aまたは外周部2Bと、回転工具22の長さ方向先端部または外径周面とが接触したとき生じる振動をキャッチする振動センサであり、そのキャッチした振動を信号として後述する制御装置40(図4参照)に出力することができるようになっている。あるいは、ピックアップセンサ4は、回転工具22の振動をキャッチしたとき、LEDのランプを点灯できるようにしておいてもよく、図示しない表示装置に表示されるようにしておいてもよい。
【0023】
以上のような構成の検知センサ1は、図2に示すように、例えばNC加工機20に着脱可能に取り付けられ、NC加工機20の主軸21に装着される回転工具22の加工前の座標位置、および加工時の回転速度における座標位置を測定するために用いられる。
なお、検知センサ1は、加工の邪魔にならない位置に設けられている。
【0024】
NC加工機20は、ベッド23を備え、このベッド23の上面には、スライダ24を介して紙面直交方向(前後方向;Y方向)に移動自在なテーブル25が設けられている。
ベッド23の両端にはコラム26が門型に立設され、これらのコラム26の上端間には、横袈部材27が架けわたされている。また、横袈部材27には、駆動モータ29によりY方向と直交する水平方向(左右方向;X方向)に移動自在に主軸頭30が設けられ、この主軸頭30は、X方向およびY方向と垂直方向(上下方向;Y方向)に移動自在となっている。主軸頭30の主軸21には、加工に対応する回転工具22が装着され、この回転工具22により、テーブル25の上面に治具(図示省略)などを介して取り付けられた被加工物(ワーク)Wの加工が行われるようになっている。
【0025】
回転工具22は、加工目的に合わせた専用の回転工具で、毎分数万回転の超高速回転かつ超精密回転精度で使用される。また、その使用条件下でも回転工具寿命が長く、回転工具交換の頻度が少ない。
一般的に、この種の回転工具22の取り付けには、高い精度が必要で、交換時には取り付け位置精度をミクロンオーダで計測、確認するとともに、試験回転させてダイナミックバランスの調整も必要とする場合が多い。これらの理由から、現状の技術レベルでは回転工具交換の自動化が困難であるから、主軸21に対しては手作業で回転工具交換を行うようにしてある。
【0026】
前記主軸頭30は、図3に示すように、ハウジング31と、このハウジング31に空気軸受32,33,34を介して回転可能かつZ方向と平行に支承され途中にフランジ21Aを有する前記主軸21と、この主軸21を回転駆動させる前記駆動モータ29とを備えている。
各空気軸受32,33,34の内周面には、主軸21に向かって軸直交方向から空気を噴出する吹出口35が複数形成されている。これらの各吹出口35から噴出される空気によって主軸21をラジアル方向に支持するラジアル軸受が形成されている。また、空気軸受33,34の互いに対向する軸方向端面には、主軸21のフランジ21Aに向かって空気を噴出する吹出口36が複数形成されている。これらの各吹出口36から噴出される空気によって主軸21をスラスト方向に支持するスラスト軸受が形成されている。なお、図3において、37は各吹出口35に高圧空気を供給する給気通路、38は排気通路である。
【0027】
図4には、前記NC加工機20の制御装置40が示されている。
制御装置40は、制御部である中央処理装置(CPU)41を備え、このCPU41にはバスライン42を介して、手動入力手段43、自動入力手段44、変位測定手段46、RAM47、各種プログラム指令が格納されたROM48および駆動手段49が接続されている。
【0028】
手動入力手段43は、前記検知センサ1と、回転工具22の長さ方向端部、または外径周面と接触したことが、LEDの点灯あるいは図示しない表示手段等で確認された後、作業者が押しボタン50を押して座標値取込指令として手動入力するものである。
自動入力手段44は、検知センサ1が回転工具22の長さ方向端部、および外径周面と接触したことが、検知センサ1からの信号をアンプ51を介して自動入力されるものである。
これらの手動入力手段43および自動入力手段44は、前記CPU41により適宜切り換えられて使用されるようになっている。
【0029】
変位測定手段46は、X軸変位測定手段55、Y軸変位測定手段56およびZ軸変位測定手段57を有し、手動入力手段43から座標値取込指令として入力された指令値、または自動入力手段44から入力された信号を基に、回転工具22のX軸、Y軸およびZ軸の座標値を測定するものである。
RAM47は、基準位置座標値記憶手段65、接触位置座標値記憶手段66、補正値記憶手段67およびを補正データテーブル68を有している。
【0030】
基準位置座標値記憶手段65には、回転工具22の長さおよび外径周面の基準座標位置が記憶されている。この基準座標位置は、回転工具22による加工前に設定され、当該回転工具22を零回転を含む低速回転で、回転工具22の先端および外径周面の少なくとも一方を、検知センサ1の接触子2に接触させたときの接触位置が、前記X軸変位測定手段55、Y軸変位測定手段56およびZ軸変位測定手段57により測定されたものである。
【0031】
接触位置座標値記憶手段66には、回転工具22の回転時の長さおよび外径周面の接触座標位置として記憶されている。この接触座標位置は、回転工具22を加工時の回転数で回転させた状態において、手動入力手段43によって座標値取込指令が入力されたとき、または検知センサ1で検知されたときの接触位置が、X軸変位測定手段55、Y軸変位測定手段56およびZ軸変位測定手段57により測定されたものである。
補正値記憶手段67には、基準位置座標値記憶手段65と接触位置座標値記憶手段66とのそれぞれに記憶されている回転工具22の座標値を基に、CPU41により演算された補正値が記憶されている。
補正データテーブル68には、主軸21の回転をパラメータとした補正データが記憶されている。
ROM48には、作業手順等の各種プログラムが格納され、プログラムに従ってシーケンス制御が行えるようになっている。
【0032】
駆動手段49は、CPU41により、コントローラ74を制御し、主軸21をX軸方向に駆動するX軸駆動手段75、Y軸方向に駆動するY軸駆動手段76およびZ軸方向に駆動するZ軸駆動手段77を備えている。
CPU41は、図示しないが、制御部、演算部およびレジスタ部等を有し、前記RAM47の基準位置座標値記憶手段65に記憶されている回転工具22のX方向、Y方向およびZ方向の基準の座標位置と、接触位置座標値記憶手段66に記憶されている回転工具22のX方向、Y方向およびZ方向の接触時の座標位置とを比較、演算して補正値を求めるとともに、その補正値を補正値記憶手段67に記憶させ、回転工具22による加工時に、補正値記憶手段67から取り出した補正値に基づいて、駆動手段49のコントローラ74を制御して主軸21を駆動させる機能を有している。
【0033】
次に、図4〜6を参照して、検知センサ1を使用したNC工作機械1の回転工具の測定および補正方法を説明する。
手動入力手段43による測定は、まず、主軸21に装着された所定の回転工具22による加工前に、回転工具22のX方向、Y方向およびZ方向の基準座標位置を測定することから始まる。
すなわち、この測定は、回転工具22を零回転を含む低速回転で、回転工具22の先端および外径周面を順次検知センサ1の接触子2に接触させ、接触したことが確認できたら、作業者は押しボタン50を押して、座標値取り込み指令を出す。この指令に対して、X軸変位測定手段55、Y軸変位測定手段56およびZ軸変位測定手段57で、回転工具22のX軸、Y軸およびZ軸の座標値を測定し、その座標値を、RAM47の基準位置座標値記憶手段65、接触位置座標値記憶手段66に記憶させる。
【0034】
次いで、回転工具22が加工時の回転数で回転されたとき、その回転工具22が測定される。回転工具22の長さの測定は、テーブル4をX軸方向、Y軸方向に適宜移動させ、検知センサ1を回転工具22の下方に位置させ、検知センサ1の接触子2に回転工具22の先端部が接触可能な状態とする。
その後、主軸頭6がZ軸方向に移動され、回転工具22の先端が接触子2の上面に所定位置まで接近した位置から、回転工具22がきわめて遅い速度で送られ、回転工具22先端が接触子2の上面に接触する。
両者の接触時の振動は検知センサ1のピックアップセンサ4で検知され、検知したことが表示装置等で確認されたら、作業者は押しボタン50を押して座標値取り込み指令として入力すると、前述のように、X軸変位測定手段55、Y軸変位測定手段56およびZ軸変位測定手段57で、回転工具22のX軸、Y軸およびZ軸の座標値を測定し、その座標値を、RAM47の接触位置座標値記憶手段66に記憶させる。
【0035】
回転工具22の外径周面の測定は、まず、主軸頭6をZ軸方向に移動させ、回転工具22の外径周面に検知センサ1の接触子2の外周側面が接触可能となるように、回転工具22の高さ位置を調整する。次いで、テーブル4をX軸方向、Y軸方向に適宜移動させて検知センサ1を回転工具22側に移動させ、接触子2が回転工具22に接近したら、接触子2を微速または1パルス送りで近づけ、接触子2の外周側面を回転工具22の外径周面に接触させる。
以後は、前述と同じような手順で、回転工具22のX軸方向、Y軸方向の接触位置座標値が測定され、記憶される。
【0036】
次いで、制御装置40のCPU41により、RAM47の基準位置座標値記憶手段65に記憶されている回転工具22の長さおよび回転工具22の外径の基準位置と、RAM47の接触位置座標値記憶手段66に記憶されている回転工具22の長さおよび回転工具22の外径の接触位置とが、比較、演算され、それぞれの補正値が求められる。この補正値は、補正値記憶手段67に記憶される。
加工に際しては、補正値記憶手段67に記憶されている回転工具22のX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向の補正値に基づいて、駆動手段49のX軸駆動手段75、Y軸駆動手段76およびZ軸駆動手段77が駆動される。
そして、所定の高速回転時における主軸21の径方向の膨張およびZ軸方向の短縮値分を補正した状態で回転工具22による高精度加工が行われる。
【0037】
自動入力手段44による測定は、手動入力手段43による測定と、入力の仕方が異なるのみで、測定手順等は両者とも同じである。従って、入力の仕方のみ説明する。
すなわち、自動入力手段44による入力は、検知センサ1の接触子2が回転工具22と接触したとき、検知センサ1のピックアップセンサ4が両者の接触を検知し、その接触時の振動が信号で制御装置40のCPU41に入力され、以後は、前述と同様の手順により、回転工具22のX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向の基準位置座標値と接触位置座標値とが記憶され、かつ、補正値が求められ、所定の高速回転時における主軸21の径方向の膨張およびZ軸方向の短縮値分を補正した状態で回転工具22による高精度加工が行われる。
【0038】
前記RAM47には、図7に示すような補正データ68Aが格納された前記補正データテーブル68が設けられている。この補正データ68Aは、NC装置を構成するものである。補正データ68Aは主軸21の回転数と、その回転数に対応する補正量とがパラメータとして格納されている。
すなわち、主軸の回転数が、例えば、毎分1万回転、2万回転、3万回転、4万回転、5万回転…10万回転…15万回転のとき、加工時における主軸のX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向の補正値が設定されている。この補正値は、予め、前記検知センサ1を用いて、前述のような手順により、所定回転のときの基準位置座標値、接触位置座標値に基づき、順次求められたものである。
【0039】
これによれば、例えば、主軸の回転が毎分1万回転のとき、主軸のX軸方向の補正値はaとされ、Y軸方向の補正値はbとされ、Z軸方向の補正値はcとされている。また、主軸の回転が毎分2万回転のとき、主軸のX軸方向の補正値はa2とされ、Y軸方向の補正値はb2とされ、Z軸方向の補正値はc2とされている。主軸の回転数が多くなり、主軸が例えば毎分15万回転のとき、主軸のX軸方向の補正値はa15とされ、Y軸方向の補正値はb15とされ、Z軸方向の補正値はc15とされている。
【0040】
以上と同じように、主軸が他の回転数のときも、その回転数に対応して、主軸のX軸方向、Y軸方向およびZ軸方向の補正値が決められている。
以上のような補正データ68Aを利用する際は、まず、制御装置40のCPU41により、手動入力手段43、自動入力手段44を駆動させない状態にしておく。次いで、補正データテーブル68の補正データ68Aから、加工に入る前に、回転工具22が装着された主軸21の所定の回転数に対応する補正値を呼び出し、その補正値に基づいて、X軸駆動手段75、Y軸駆動手段76およびZ軸駆動手段77を駆動させて加工が行われることになる。
【0041】
以上のような本実施形態によれば次のような効果がある。
(1) 検知センサ1の接触子2が円板状に形成されているので、平面部2Aと側面部2Bとに、回転工具22を接触させることができる。従って、回転工具22の基準座標値、および回転中の回転工具22の長さと外径とを測定することができ、回転工具22の正確な基準座標値と接触座標値とを把握することが可能となる。その結果、各座標値に基づき正確な補正値を求めることができ、その補正値に基づいて、加工機の制御装置40で回転工具22の位置補正を行いながら加工をすることができ、高精度加工に役立てることができる。
(2) 検知センサ1の接触子2と回転工具22とが接触したとき必ず振動が発生するが、この振動をピックアップセンサ4により検知しているので、接触子2と回転工具22との接触を確実に検知することができる。
【0042】
(3) 検知センサ1の接触子2は、精密に仕上げ加工された円滑平面2Aと側面部2Bを有するので、それらの面2A、2Bに回転工具22を接触させることで、高精度の測定が可能となる。
(4) 検知センサ1の接触子2は交換可能となっているので、接触子2を交換することによって、常に最高の測定条件で測定することができ、その結果、高精度の測定を維持することができる。
(5) 回転工具22による加工に際して、補正値記憶手段67に記憶された補正値に基づいて加工機の駆動位置を補正しながら加工を行うので、常に回転工具22の基準値に沿った加工となる。その結果、高速回転の工具22を使用する場合でも高精度の加工が可能となり、加工精度の向上を図れるようになる。
【0043】
(6) 手動入力手段43を用いる場合、検知センサ1の接触子2と回転工具22とが接触したことを作業者が確認した後で、押しボタン50を押して入力すればよいので、確実な入力が可能となる。
(7) 自動入力手段44を用いる場合、検知センサ1の接触子2と回転工具22とが接触したとき、検知センサ1から信号で自動的に入力されるので、迅速な入力が可能となる。
(8) 基準位置座標値記憶手段65、接触位置座標値記憶手段66および補正値記憶手段67には、回転工具22の長さ方向と平行な回転工具軸方向の座標値と、回転工具22の長さ方向に対して直交しかつ互いに直交する回転工具軸2軸方向(X軸、Y軸方向)の座標値とが記憶されているので、その座標値に基づいて補正しながら加工することができるので、高精度の加工が可能となる。
【0044】
(9) 補正データテーブル68の補正データ68Aは、主軸21の回転数と、その回転数に対応する補正量とが予めパラメータとして格納されており、加工に際して回転工具22が主軸21に装着されたとき、その主軸21に対応する補正量に従って移動量を補正しながら加工すればよい。従って、回転工具22が主軸21に装着される都度、基準位置座標値および接触位置座標値を求め、演算して補正量を決めなくてもよいので、加工への移行が迅速にでき、生産効率の向上を図れる。
【0045】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、補正データテーブル68の補正データ68Aが、主軸21の回転数の1万回転ごとに補正量を設定されたものであったが、これに限らず、回転数は、さらに細分化して、例えば5000回転ごとに設定したものが用いられてもよい。このような実施形態では、多種類の回転数に容易に対応することができる。
また、前記実施形態では、検知センサ1はNC工作機械1に取り付けられて使用されているが、これに限らず、例えば、マシニングセンタ、フライス盤、ボール盤等、主軸に回転工具を装着できるものであればどのような機械にも用いることができる。
【0046】
【発明の効果】
本発明の加工機の回転工具接触検知装置によれば、接触子が円板状に形成されているので、平面部と側面部とに回転工具を接触させることができ、回転中の回転工具の長さと外径とを測定することができる。その結果、回転工具の正確な位置を把握することが可能となる。また、接触子と回転工具とが接触したとき必ず振動が発生するが、この振動を振動センサにより検知しているので、接触子と回転工具との接触を確実に検知することができる。
【0047】
また、本発明の加工機の回転工具補正装置および補正方法によれば、回転工具による加工に際して、回転工具接触検知装置により測定された基準位置座標値と接触位置座標値とから求められ、かつ、補正値記憶手段に記憶された補正値に基づいて加工機の駆動位置を補正しながら加工を行うので、常に回転工具の基準値に沿った加工となる。その結果、高速回転の工具を使用する場合でも高精度の加工が可能となり、加工精度の向上を図れるようになる。
【0048】
本発明の加工機のNC装置によれば、回転工具の長さおよび回転工具軸2軸の外径の変形量が、予め、補正データとして記憶されているので、その変形量に基づいて補正しながら加工することができ、主軸に回転工具が装着される都度、基準位置座標値および接触位置座標値を求め、演算して補正量を決めなくてもよいので、加工への移行が迅速にでき、生産効率の向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る加工機の回転工具接触検知装置の実施形態を示す全体縦断面図である。
【図2】前記実施形態の加工機の回転工具接触検知装置を備えたNC加工機を示す全体図である。
【図3】前記実施形態のNC加工機の主軸頭部の詳細を一部断面して示す図である。
【図4】前記実施形態のNC加工機の制御装置を示す図である。
【図5】前記実施形態において回転工具のZ軸座標を検知する方法を示す図である。
【図6】前記実施形態において回転工具のX軸およびY軸座標を検知する方法を示す図である。
【図7】前記実施形態のNC加工機の制御装置におけるNC装置を示す図である。
【図8】主軸が高速回転する際の軸方向および径方向の変位状態を示す図である。
【符号の説明】
1 加工機の回転工具接触検知装置である検知センサ
2 接触子
4 振動センサであるピックアップセンサ
20 NC加工機
21 主軸
22 回転工具
40 加工機の制御装置
41 CPU(中央処理装置)
43 手動入力手段
44 自動入力手段
47 RAM
49 駆動手段
65 基準座標位置記憶手段
66 接触座標位置記憶手段
67 補正値記憶手段
68 補正データテーブル
75 X軸駆動手段
76 Y軸駆動手段
77 Z軸駆動手段
Claims (8)
- 加工機の主軸に装着される回転工具との接触を検知する加工機の回転工具接触検知装置であって、
前記回転工具と接触可能な円板状の接触子と、
この接触子を設置する設置部材と、
この設置部材に収納され前記接触子と前記回転工具とが接触したときの接触振動を検知する振動センサと、を備えて構成されていることを特徴とする加工機の回転工具接触検知装置。 - 請求項1に記載の加工機の回転工具接触検知装置において、前記接触子は、前記回転工具の長さ方向先端部と接触可能な円滑平面および回転工具の外径周面と接触可能な円滑側面を有するとともに、交換可能となっていることを特徴とする加工機の回転工具接触検知装置。
- 請求項1または請求項2に記載の加工機の回転工具接触検知装置を使用した加工機の回転工具補正装置であって、
前記回転工具と接触子とが接触したことが前記回転工具接触検知装置で検知されたことを条件として座標値取込指令を入力する手動入力手段と、
前記回転工具を零回転を含む低速回転で回転させた状態において、前記手動入力手段によって座標値取込指令が入力されたとき前記回転工具と接触子との接触位置座標値を基準位置座標値として記憶する基準位置座標値記憶手段と、
前記回転工具を加工時の回転数で回転させた状態において、前記手動入力手段によって座標値取込指令が入力されたとき前記回転工具と接触子との接触位置座標値を記憶する接触位置座標値記憶手段と、
前記基準位置座標値記憶手段に記憶された基準位置座標値と前記接触位置座標値記憶手段に記憶された接触位置座標値とから補正値を求める補正値演算手段と、この補正値演算手段によって求められた補正値を記憶する補正値記憶手段とを備え、前記補正値記憶手段に記憶された補正値に基づいて加工機の駆動位置を補正しながら加工を行うことを特徴とする加工機の回転工具補正装置。 - 請求項1または請求項2に記載の加工機の回転工具接触検知装置を使用した加工機の回転工具補正装置であって、
前記回転工具を零回転を含む低速回転で回転させた状態において、前記回転工具と接触子とが接触したことが前記回転工具接触検知装置で検知されたとき前記回転工具と接触子との接触位置座標値を基準位置座標値として記憶する基準位置座標値記憶手段と、前記回転工具を加工時の回転数で回転させた状態において、前記回転工具と接触子とが接触したことが前記回転工具接触検知装置で検知されたとき前記回転工具と接触子との接触位置座標値を記憶する接触位置座標値記憶手段と、前記基準位置座標値記憶手段に記憶された基準位置座標値と前記接触位置座標値記憶手段に記憶された接触位置座標値とから補正値を求める補正値演算手段と、この補正値演算手段によって求められた補正値を記憶する補正値記憶手段とを備え、前記補正値記憶手段に記憶された補正値に基づいて加工機の駆動位置を補正しながら加工を行うことを特徴とする加工機の回転工具補正装置。 - 請求項3または請求項4に記載の加工機の回転工具補正装置において、前記基準位置座標値記憶手段、接触位置座標値記憶手段および補正値演算手段には、前記回転工具の長さ方向と平行な回転工具軸方向の座標値と、回転工具の長さ方向に対して直交しかつ互いに直交する回転工具軸2軸方向の座標値とが記憶されていることを特徴とする加工機の回転工具補正装置。
- 主軸に装着された回転工具とワークとを予め設定されたプログラムに従って相対移動させながら、前記回転工具によって前記ワークを加工する加工機のNC装置であって、
前記回転工具の異なる回転数毎に、その各回転数で回転工具を回転させたときに回転工具の回転に伴う変形量を補正する補正データを記憶した補正データテーブルと、前記主軸の回転数に対応する補正データを前記補正データテーブルから読み出し、この読み出した補正データを用いて、前記回転工具とワークとの相対移動軌跡を補正しながら加工を実行させる制御手段と、を備えていることを特徴とする加工機のNC装置。 - 請求項6に記載の加工機のNC装置において、
前記補正データは、前記回転工具の長さ方向と平行な回転工具軸方向の変形量と、回転工具の長さ方向に対して直交しかつ互いに直交する回転工具軸2軸方向の変形量とを含むものであることを特徴とする加工機のNC装置。 - 請求項1または請求項2に記載の加工機の回転工具接触検知装置を使用して回転工具の位置を補正する加工機の回転工具位置補正方法であって、前記回転工具を零回転を含む低速回転で回転させた状態で、前記回転工具と接触子とが接触したことが前記回転工具接触検知装置で検知されたとき前記回転工具と接触子との接触位置座標値を基準位置座標値として基準位置座標値記憶手段に記憶させ、前記回転工具を加工時の回転数で回転させた状態で、前記回転工具と接触子とが接触したことが前記回転工具接触検知装置で検知されたとき前記回転工具と接触子との接触位置座標値を接触位置座標値記憶手段に記憶させ、
前記基準位置座標値記憶手段に記憶された基準位置座標値と前記接触位置座標値記憶手段に記憶された接触位置座標値とから補正値演算手段により補正値を求め、次いで、前記補正値を補正値記憶手段に記憶させ、その後、前記補正値記憶手段に記憶された補正値に基づいて加工機の駆動位置を補正しながら加工を行うことを特徴とする加工機の回転工具位置補正方法。
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