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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| JP2002257890A JP2004090199A (ja) | 2002-09-03 | 2002-09-03 | 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 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20060110 |