JP2007219951A - Attitude control method and nc machine tool for work - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、NC機械を利用したワーク加工における、ワークの姿勢制御方法およびこれに好適に用いられるNC工作機械に関する。 The present invention relates to a workpiece attitude control method in machining a workpiece using an NC machine, and an NC machine tool suitably used for the method.
従来、ワーク(工作物)の加工は、所定の加工性能と加工精度を有した工作機械を利用して、作業員の熟練した技術により、複雑な形状の加工や同じ精度による同一形状の加工を行っていた。そして、近年は、NC工作機械を利用することにより、このような、熟練した技術を要することなく、自動的にワークの加工を行うことが可能となっている。 Conventionally, workpieces (workpieces) are processed using complex machine tools with the same processing accuracy and precision using machine tools with predetermined processing performance and processing accuracy. I was going. In recent years, by using an NC machine tool, it is possible to automatically process a workpiece without requiring such a skilled technique.
NC工作機械は、例えば、特許文献1に示すように、ワークや工具の位置、運動(速度や移動経路等)を数値制御することで、自動的にワークの加工を行う工作機械であって、主にワークに加工を施す機械本体と、数値データを解析し機械本体の制御を行うNC装置と、から構成されている。ここで、NCとは、数値制御(Numerical Control)の略である。 An NC machine tool is a machine tool that automatically processes a workpiece by numerically controlling the position and motion (speed, movement path, etc.) of the workpiece and tool, as shown in Patent Document 1, for example. It is mainly composed of a machine main body that processes a workpiece and an NC device that analyzes numerical data and controls the machine main body. Here, NC is an abbreviation for numerical control (Numerical Control).
NC工作機械等を利用したワークの加工では、治具を介してテーブルに取り付けられたワークについて、その取り付け姿勢を正確に把握し、制御する必要がある。ところが、ワークの取り付け姿勢は、テーブルに対する治具の取り付け精度や、治具の構造、クランプ変形、機械精度等により、精度が悪くなる場合があった。
そのため、従来、NC機械によるワークの取り付け姿勢の精度を維持するためには、繰り返し精度の保証された高品質なチャックを治具として使用し、取り付け精度の劣化を少なくするか、非接触式の高精度レーザ角度計測器、接触式測定器、ダイヤルインジケータ等を利用して取り付け後に取り付け姿勢を把握して、随時必要な補正を行っていた。
In processing a workpiece using an NC machine tool or the like, it is necessary to accurately grasp and control the mounting posture of the workpiece attached to the table via a jig. However, the accuracy of the workpiece mounting posture may be deteriorated depending on the accuracy of mounting the jig on the table, the structure of the jig, the clamp deformation, the mechanical accuracy, and the like.
Therefore, conventionally, in order to maintain the accuracy of the mounting posture of the workpiece by the NC machine, a high-quality chuck with guaranteed repeatability is used as a jig to reduce the deterioration of the mounting accuracy, or a non-contact type After mounting, using a high-precision laser angle measuring instrument, contact-type measuring instrument, dial indicator, etc., the mounting posture was grasped, and necessary corrections were made as needed.
このうち、非接触式の高精度レーザ角度計測器を利用したワークの取り付け姿勢の制御は、ワークの表面にレーザ光を照射し、その反射光を受光することにより、ワークの表面の角度を測定し、その測定値に基づき、補正を行うものである。
また、接触式測定器を利用したワークの取り付け姿勢の制御は、ワークの表面2点について、X,Y,Z座標を測定し、一軸方向に対する平面の角度の補正を行うものである。つまり、接触式測定器を利用したワークの取り付け姿勢の制御では、まず、テーブルの回転方向に平行な面を回転軸に垂直な直交軸を使用し2点について測定して、回転方向の補正をした後、揺動軸に垂直な直交軸を使用し2点について測定し、揺動方向の補正を行うため、最低2回、2平面の測定をすることにより行われている。
さらに、ダイヤルインジケータを利用したワークの取り付け姿勢の制御は、ダイヤルインジケータの測定値に基づき、回転軸、揺動軸を動かしながら行うものである。
Of these, workpiece attachment posture control using a non-contact high-precision laser angle measuring instrument measures the angle of the workpiece surface by irradiating the workpiece surface with laser light and receiving the reflected light. Then, correction is performed based on the measured value.
In addition, the control of the mounting posture of the workpiece using the contact-type measuring instrument is to measure the X, Y, Z coordinates at two points on the surface of the workpiece and correct the angle of the plane with respect to the uniaxial direction. In other words, in the control of the mounting posture of the workpiece using the contact type measuring instrument, first, a surface parallel to the rotation direction of the table is measured at two points using an orthogonal axis perpendicular to the rotation axis, and the rotation direction is corrected. After that, in order to measure two points using an orthogonal axis perpendicular to the swing axis and to correct the swing direction, the measurement is performed at least twice on two planes.
Furthermore, the control of the mounting posture of the workpiece using the dial indicator is performed while moving the rotating shaft and the swing shaft based on the measured value of the dial indicator.
ところが、このような従来のワークの取り付け姿勢の制御は、測定器による測定値に基づくテーブルの姿勢制御を、手動により行っており、この作業に熟練した技術と手間を要していた。 However, in the conventional control of the mounting posture of the workpiece, the posture control of the table based on the measurement value by the measuring instrument is manually performed, and skill and labor required for this work are required.
また、非接触式の高精度レーザ角度計測器は、測定の対象となるワークが、照射されたレーザ光を反射する表面を有している材料に限られること、計測器自体が高価であること、NC機械に取り付けた場合に使用環境や取り付け箇所の面から取り扱いが煩雑となること、等の問題点を有していた。 Moreover, the non-contact type high-precision laser angle measuring instrument is that the workpiece to be measured is limited to a material having a surface that reflects the irradiated laser beam, and the measuring instrument itself is expensive. When mounted on an NC machine, there are problems such as complicated handling due to the use environment and the mounting location.
また、接触式測定器によるワークの補正は、2回(2平面)の測定を繰り返す必要があるため、作業に手間を要することや、回転軸および揺動軸に対して平行に近い面がワークの表面上に最低1面ずつなければ補正することができないこと、等の問題点を有していた。 In addition, work correction using a contact-type measuring instrument requires repeated measurement (two planes) twice, so that work is time-consuming, and the surface that is nearly parallel to the rotation axis and swing axis is the work piece. However, the correction cannot be made unless there is at least one surface on the surface.
本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、ワークの表面の形状やワークの材質等に限定されることなく、簡易かつ高精度にワークの取り付け姿勢の制御を行うことを可能とした、ワークの姿勢制御方法およびNC工作機械を提案することを課題とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is capable of easily and accurately controlling the mounting posture of a workpiece without being limited to the shape of the workpiece surface, the workpiece material, or the like. It is an object to propose a workpiece attitude control method and an NC machine tool that make it possible.
前記課題を解決するために、本発明は、NC機械を利用したワークの姿勢制御方法であって、前記NC機械が、ワークを固定するテーブルと可動式の主軸とを備える機械本体と、入力された数値データを解析し前記機械本体の制御を行うNC装置と、を備えており、前記機械本体が、前記主軸に取り付けられた測定器により、前記テーブルに固定されたワークの被測定面上の任意の3測点についてそれぞれ3次元座標を測定する工程と、測定された前記3測点の3次元座標を前記NC装置に取り込む工程と、前記NC装置が、取り込まれた前記3測点の3次元座標により、前記ワークの被測定面の傾きデータおよび方向データを算出する工程と、前記NC装置が、前記ワークの被測定面を所定の姿勢に制御するための、前記傾きデータおよび方向データに対する補正データを算出する工程と、前記機械本体が、前記NC装置により算出された前記補正データにより、前記テーブルを回転または移動させて前記ワークの被測定面を前記所定の姿勢に制御する工程と、を含むことを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a workpiece attitude control method using an NC machine, wherein the NC machine is input to a machine body including a table for fixing the workpiece and a movable main shaft. An NC device that analyzes the numerical data and controls the machine body, and the machine body is mounted on the surface to be measured of the work fixed to the table by a measuring instrument attached to the spindle. A step of measuring three-dimensional coordinates for each of three arbitrary measuring points, a step of importing the measured three-dimensional coordinates of the three measuring points into the NC device, and the NC device receiving 3 of the three measuring points A step of calculating inclination data and direction data of the surface to be measured of the workpiece by dimensional coordinates, and the inclination data for the NC device to control the surface to be measured of the workpiece to a predetermined posture; Calculating the correction data for the direction data, and the machine body controls the measured surface of the workpiece to the predetermined posture by rotating or moving the table according to the correction data calculated by the NC device. And a process.
かかるワークの姿勢制御方法によれば、NC装置が、測定された任意の3測点の3次元座標を基に、前記3測点を通る平面の法線ベクトルを算出するため、テーブルの回転軸に対して平行に近い基準となる面を要することなく、正確にワークの表面の姿勢を算出する。そして、NC装置は、算出したワークの表面の姿勢に基づき、テーブルの傾きや方向を補正するため、簡易かつ高精度にワークの表面を所定の姿勢に制御することを可能としている。 According to this workpiece posture control method, the NC device calculates the normal vector of the plane passing through the three measurement points based on the three-dimensional coordinates of the three arbitrary measurement points. Therefore, the posture of the surface of the workpiece is accurately calculated without requiring a reference surface that is almost parallel to the surface. Since the NC device corrects the tilt and direction of the table based on the calculated posture of the workpiece surface, the NC device can easily and accurately control the workpiece surface to a predetermined posture.
また、前記ワークの姿勢制御方法において、任意の割り出し精度を確保するまで、前記各工程を繰り返し行えば、補正時に誤差が発生する場合であっても、高精度にワークの姿勢を制御することを可能としている。そして、このワークの表面の姿勢の測定および制御は、NC装置の制御により自動的に行われるため、簡易かつ短時間に行うことができる。 Further, in the workpiece attitude control method, if each of the steps is repeated until an arbitrary indexing accuracy is ensured, the workpiece attitude can be controlled with high accuracy even if an error occurs during correction. It is possible. Since the measurement and control of the posture of the surface of the workpiece is automatically performed by the control of the NC device, it can be performed easily and in a short time.
また、前記ワークの姿勢制御方法において、前記測定器が、接触式測定器であれば、比較的安価な装置を介して、高精度なワークの姿勢の制御を行うことが可能となり、好適である。 In the workpiece posture control method, if the measuring device is a contact-type measuring device, it is possible to control the posture of the workpiece with high accuracy via a relatively inexpensive device, which is preferable. .
また、前記ワークの姿勢制御方法において、前記NC機械が、前記主軸に取り付けられた工具により前記ワークに加工を施すNC工作機械であれば、ワークの姿勢制御とワークの加工とを連続して行うことが可能となり、好適である。 In the workpiece posture control method, if the NC machine is an NC machine tool that performs machining on the workpiece with a tool attached to the spindle, workpiece posture control and workpiece machining are performed continuously. It is possible and preferable.
また、前記ワークの姿勢制御方法において、前記被測定面が、平面を構成する被加工面であれば、被加工面の角度を直接測定して補正することにより、工具(例えばドリル等)に対する被加工面の角度を、簡易に所定の角度(例えば工具に対して直角)に設定することを可能とし、複雑な計算処理等を要しないため、処理速度が速まり好適である。 In the workpiece posture control method, if the surface to be measured is a surface to be processed that constitutes a flat surface, the angle of the surface to be processed is directly measured and corrected so that the surface to be measured against a tool (for example, a drill) is corrected. The processing surface angle can be easily set to a predetermined angle (for example, a right angle with respect to the tool) and does not require complicated calculation processing.
また、前記ワークの姿勢制御方法において、前記NC工作機械が、直交3軸およびテーブル回転型の2軸ロータリテーブルで構成する5軸制御装置であって、前記テーブル回転型の2軸ロータリテーブルを回転させることにより前記ワークの被測定面を前記所定の姿勢に制御すれば、5軸制御装置であるNC工作機械を使用した場合においても、簡易かつ高精度に行うことが可能なため、好適である。 Further, in the workpiece attitude control method, the NC machine tool is a 5-axis control device configured by orthogonal 3-axis and table-rotation type 2-axis rotary tables, and rotates the table-rotation-type 2-axis rotary table. By controlling the measured surface of the workpiece to the predetermined posture, it is preferable because it can be performed easily and with high accuracy even when an NC machine tool that is a 5-axis control device is used. .
また、本発明のNC工作機械は、ワークを固定するテーブルと工具または測定器が取り付け可能な可動式の主軸とを備え、前記主軸に取り付けられた工具または測定器を利用して前記テーブルに固定されたワークに所定の加工を施す機械本体と、入力された数値データを解析し前記機械本体の制御を行うNC装置と、を備えたNC工作機械であって、前記NC装置が、加工が施されるワークの表面の前記主軸に対する加工時の姿勢を記憶する加工姿勢記憶手段と、前記測定器により測定された前記ワークの表面上の任意の3点の3次元座標を記憶する測定座標記憶手段と、前記測定座標記憶手段に記憶された3点の3次元座標を基に、前記ワークの表面の現姿勢を算出する取り付け姿勢算出手段と、前記取り付け姿勢算出手段により算出された現姿勢を前記加工姿勢記憶手段に記憶された前記加工時の姿勢と一致させるための補正値を算出する補正値算出手段と、前記補正値算出手段により算出された前記補正値を基に前記機械本体に前記テーブルの回転または移動指示を送信する姿勢制御指示送信手段と、を備えていることを特徴としている。 Further, the NC machine tool of the present invention includes a table for fixing a workpiece and a movable main shaft to which a tool or a measuring device can be attached, and is fixed to the table using the tool or measuring device attached to the main shaft. An NC machine tool comprising: a machine body that performs predetermined machining on a workpiece that has been processed; and an NC device that analyzes input numerical data and controls the machine body, wherein the NC device performs machining. Machining posture storage means for storing the posture of the surface of the workpiece to be processed with respect to the spindle, and measurement coordinate storage means for storing three-dimensional coordinates of arbitrary three points on the surface of the workpiece measured by the measuring device Calculated based on the three-dimensional coordinates of the three points stored in the measurement coordinate storage means, and an attachment posture calculation means for calculating the current posture of the surface of the workpiece, and the attachment posture calculation means. Based on the correction value calculated by the correction value calculating means and the correction value calculating means for calculating a correction value for matching the current attitude with the machining attitude stored in the machining attitude storage means. And a posture control instruction transmitting means for transmitting an instruction to rotate or move the table to the main body.
かかるNC工作機械によれば、加工を施すワークの姿勢について、NC装置を介して自動的に所望の姿勢に制御することを可能としているため、ワークの加工を簡易かつ高精度に行うことが可能となる。 According to the NC machine tool, since the posture of the workpiece to be machined can be automatically controlled to a desired posture via the NC device, the workpiece can be machined easily and with high accuracy. It becomes.
本発明に係るワークの姿勢制御方法およびNC工作機械によれば、NC工作機械を利用したワークの加工において、簡易かつ高精度にワークの取り付け姿勢の制御を行うことを可能とし、故に、高品質なワークの加工を容易に行うことが可能となる。また、本発明に係るワークの姿勢制御方法によれば、ワークの表面の形状やワークの材質等に限定されずに、高精度なワークの加工が可能となる。 According to the workpiece posture control method and NC machine tool according to the present invention, it is possible to easily and accurately control the workpiece mounting posture in machining of a workpiece using the NC machine tool, and hence high quality. It is possible to easily process a workpiece. In addition, according to the workpiece posture control method of the present invention, it is possible to process a workpiece with high accuracy without being limited to the shape of the workpiece surface, the workpiece material, or the like.
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。
ここで、図1は、本実施形態に係るNC工作機械の主要部分を示す斜視図である。図2は、図1に示すNC工作機械のNC装置の構成を示すブロック図である。図3は、本実施形態に係るワークの姿勢制御方法の手順を示すフローチャートある。また、図4の(a)〜(d)は、本実施形態に係るワークの姿勢制御方法の各状況を示す斜視図である。さらに、図5の(a)〜(c)は、本実施形態に係るワークの姿勢制御方法の計算方法を示す概略図である。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. In the description, the same reference numerals are used for the same elements, and duplicate descriptions are omitted.
Here, FIG. 1 is a perspective view showing a main part of the NC machine tool according to the present embodiment. FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the NC device of the NC machine tool shown in FIG. FIG. 3 is a flowchart illustrating the procedure of the workpiece posture control method according to the present embodiment. 4 (a) to 4 (d) are perspective views showing respective situations of the workpiece posture control method according to the present embodiment. 5A to 5C are schematic views showing a calculation method of the workpiece posture control method according to the present embodiment.
本実施形態に係るNC工作機械1は、図1に示すように、機械本体10と、NC装置20と、を主に備えている。本実施形態では、NC工作機械1として、5軸制御マシニングセンタを使用する。ここで、本実施形態では、マシニングセンタとして、立形式のものを使用するが、マシニングセンタの形式は限定されるものではなく、例えば、横形式でもよい。さらに、マシンニングセンタのみならず、1軸ロータリテーブルと揺動傾斜ヘッドを有する複合加工機や、3次元測定器に2軸ロータリテーブルを載せ5軸制御検査装置としたものなど、少なくとも回転2軸と直交3軸を有するNC機械であれば、本発明は適用できる。
As shown in FIG. 1, the NC machine tool 1 according to the present embodiment mainly includes a machine
機械本体10は、ワーク30を固定し、A軸、C軸方向の回転が可能なテーブル11と、工具または測定器13が取り付け可能であって、X軸、Y軸、Z軸方向への移動が可能な主軸12とを備えている。そして、この主軸12に工具を取り付けてテーブル11に固定されたワーク30に所定の加工を施したり、主軸12に測定器13を取り付けてテーブル11に固定されたワーク30の被測定面の測定等を行う。
なお、主軸12に取り付けられる工具または測定器13は、図示しないツールマガジンに備えられており、NC装置20からの指示により、図示しないアームを介して主軸12への着脱が自動的に行われる。
The
The tool or measuring
テーブル11は、図1に示すように、2軸ロータリテーブル式であって、C軸方向の回転を行う円形のロータリテーブル11aと、A軸方向の回転を行うティルトテーブル11bとにより構成されている。そして、テーブル11は、NC装置20の指示に応じて、第一テーブルモータ11cの動力により、ティルトテーブル11bを回転させ、テーブル11の直下に配設された第二テーブルモータ(図示せず)の動力によりロータリテーブル11aの回転をさせて、ワーク30の向き(姿勢)を変更する。
As shown in FIG. 1, the table 11 is a two-axis rotary table type, and is composed of a circular rotary table 11a that rotates in the C-axis direction and a tilt table 11b that rotates in the A-axis direction. . And the table 11 rotates the tilt table 11b with the power of the
主軸12は、これに装着された工具または測定器13を、上下左右前後方向(Z軸、X軸、Y軸方向)へ移動させる、直交3軸式により構成されている。そして、主軸12は、ワーク30の表面(被測定面)の加工または測定を行うものであって、NC装置20の指示に応じて移動する。なお、主軸12の移動方式の構成は限定されるものではないことはいうまでもなく、例えば、門型のものでもよい。
The main shaft 12 is configured by an orthogonal three-axis system that moves a tool or measuring
本実施形態では、ワーク30の表面の姿勢を測定する測定器13として、接触式測定器であるタッチプローブを使用する。なお、測定器13の形式は限定されないことはいうまでもなく、例えば、レーザ測長器等の非接触式測定器を使用してもよい。
In the present embodiment, a touch probe that is a contact-type measuring instrument is used as the measuring
NC装置20は、入力された数値データを解析し機械本体10の制御を行う装置であって、図2に示すように、各種データを記憶する記憶部21と、この記憶部21に入力されたデータを基に各種数値の演算を行う演算部22と、記憶部21のデータおよび演算部22の算出結果を基に、機械本体10への制御指令を出す指示部23と、入力装置24と、を備えている。
The
記憶部21は、図2に示すように、ワーク13の被測定面の主軸12に対する加工時の姿勢を記憶する加工姿勢記憶手段21aと、測定器13により測定されたワーク30の被測定面上の任意の3点の3次元座標を記憶する測定座標記憶手段21bと、演算部22により算出されたワークの姿勢の補正値を記憶する補正値記憶手段21cと、予め入力されたワーク30の加工プログラムを記憶する加工プログラム記憶手段21dと、を備えている。
As shown in FIG. 2, the
演算部22は、図2に示すように、測定座標記憶手段21bに記憶された3点の3次元座標を基に、ワーク30の被測定面の現姿勢を算出する取り付け姿勢算出手段22aと、加工プログラム記憶手段21dに記憶された加工プログラムに応じたワーク30の加工時の姿勢を算出する加工姿勢算出手段22bと、取り付け姿勢算出手段22aにより算出されたワーク30の現姿勢を加工姿勢記憶手段21aに記憶された加工時のワーク30の姿勢と一致させるための補正値を算出する補正値算出手段22cと、任意の割出精度を確保するまで自動で繰り返し測定を行う際、テーブル11の軸を補正した後に再測定した3測定点を、テーブル軸補正前の座標に変換する測定座標変換算出手段22dと、を備えている。ここで、テーブル軸補正前のテーブル軸はA=0°、C=0°である。
As shown in FIG. 2, the
指示部23は、図2に示すように、ワーク30の被測定面の姿勢データの入手のために、機械本体10に指示を出す測定指示手段23aと、補正値算出手段22cにより算出された補正値を基に機械本体10にテーブル11の回転の指示を送信する姿勢制御指示手段23bと、記憶部21に記憶された加工プログラムを基に、機械本体10にワーク30の加工指示を送信する加工指示手段23cと、を備えている。
As shown in FIG. 2, the
入力装置24は、図示しないマウス、キーボード、NCテープ読み込み手段、記憶媒体読み込み手段等からなり、NC装置20の稼働に必要な各種データの入力や操作を行う装置である。
The
次に、本実施形態に係るワークの姿勢制御方法について説明する。
図3に示すように、ワークの姿勢制御は、(1)準備工程S1と、(2)座標測定工程S2と、(3)測定値取り込み工程S3と、(4)取り付け姿勢算出工程S4と、(5)補正値算出工程S5と、(6)姿勢制御工程S6と、から構成されている。
Next, a workpiece attitude control method according to the present embodiment will be described.
As shown in FIG. 3, the posture control of the workpiece includes (1) a preparation step S1, (2) a coordinate measurement step S2, (3) a measurement value capturing step S3, and (4) an attachment posture calculation step S4. (5) It is comprised from correction value calculation process S5, and (6) attitude | position control process S6.
(1)準備工程S1
準備工程S1では、図4(a)に示すように、主軸12(図1参照)に測定器13を設置した後、作業員が、手動にて測定器13をテーブル11に配置されたワーク30の被測定面の約10mm程上に配置する。ここで、本実施形態では、ワーク30の被測定面を、平面を構成する被加工面(以下、単に「加工面」という)31として設定する(図4(b)参照)。
また、準備工程S1において、予めワークの加工プログラムをNC装置20に入力し、加工プログラム記憶手段21dに記憶させておく。本実施形態では、加工プログラムの入力を、加工プログラムのデータが記入されたNCテープ(図示せず)を、入力装置24のNCテープ読み込み手段により読み込むことにより行う。なお、加工プログラムの入力方法は限定されるものではなく、適宜、公知の方法から選定して行えばよい。
(1) Preparation step S1
In the preparation step S1, as shown in FIG. 4A, after the measuring
In the preparation step S1, a machining program for the workpiece is input to the
ここで、加工プログラムがNC装置20に入力されると、加工プログラムが加工プログラム記憶手段21dに記憶されるとともに、演算部22の加工姿勢算出手段22bが起動して、加工プログラムに沿ったワーク30の加工姿勢が算出される。そして、算出されたワーク30の加工姿勢は、記憶部21の加工姿勢記憶手段21aに記憶される。
Here, when the machining program is input to the
(2)座標測定工程S2
座標測定工程S2は、作業員が、入力装置24を操作することにより、NC装置20の測定指示手段23aを起動させることで、測定器13によるワーク30の加工面(被測定面)31の測定を行う工程である。なお、ワーク30(加工面31)の測定は、図4(b)に示すように、加工面31について、任意の3点(P1,P2,P3)のX,Y,Z座標の測定を行う。ここで、測点P1,P2,P3により形成される面積が広いほど、ワーク30の加工面31の姿勢をより正確に測定することができる。そのため、平面を構成する加工面31の面積が狭い場合には、加工面31よりも広い面積を有した平板を、加工面31と平行となるように加工面31に上載することで、測定範囲を広げてもよい。
(2) Coordinate measurement process S2
In the coordinate measuring step S2, the operator operates the
(3)測定値取り込み工程S3
測定値取り込み工程S3は、座標測定工程S2において測定されたワーク30の加工面31の測定結果を、測定座標記憶手段21bに記憶する工程である。
測定指示手段23aによるワーク30の加工面31の測定が完了すると、記憶部21の測定座標記憶手段21bが起動して、測定器13により測定された加工面31上の測点P1,P2,P3の座標データの記憶を行う。
(3) Measurement value capturing step S3
The measurement value capturing step S3 is a step of storing the measurement result of the processed
When the measurement of the
(4)取り付け姿勢算出工程S4
取り付け姿勢算出工程S4は、測定値取り込み工程S3において、測定座標記憶手段21bに記憶された加工面31の測点P1,P2,P3の座標データを基に、ワーク30の現取り付け姿勢を算出する工程である。
測定値取り込み工程S3における、加工面31の測点P1,P2,P3の座標データの取り込みが完了すると、演算部22の取り付け姿勢算出手段22aが起動して、ワーク30の取り付け姿勢の算出が行われる。
(4) Mounting orientation calculation step S4
In the attachment posture calculation step S4, the current attachment posture of the
When the acquisition of the coordinate data of the measurement points P1, P2, P3 on the
ワーク30の取り付け姿勢の算出は、図5(a)に示すように、ワーク30の加工面31上の3点(P1,P2,P3)のX,Y,Z座標を利用して、加工面31の法線ベクトルN1を算出することにより行う。
As shown in FIG. 5A, calculation of the mounting posture of the
法線ベクトルN1の算出は、表1に示す3点(P1,P2,P3)の各座標データについて、平面の式(式1)に当てはめて定数A,B,C,Dを算出した後、法線ベクトルN1の式(式2)に定数A,B,Cを代入することにより行う。 The normal vector N1 is calculated by calculating the constants A, B, C, and D by applying the plane equation (Equation 1) to the coordinate data of the three points (P1, P2, P3) shown in Table 1. This is done by substituting constants A, B, and C into the formula (formula 2) of the normal vector N1.
AX+BY+CZ+D=0・・・(式1)
N1=(A,B,C)・・・(式2)
AX + BY + CZ + D = 0 (Formula 1)
N1 = (A, B, C) (Expression 2)
(5)補正値算出工程S5
補正値算出工程S5は、取り付け姿勢算出工程S4において算出された、ワーク30の姿勢データと、加工姿勢記憶手段21aに記憶されたワーク30の加工姿勢と一致させるための補正値を算出する工程である。
(5) Correction value calculation step S5
The correction value calculation step S5 is a step of calculating a correction value for matching the posture data of the
取り付け姿勢算出手段22aによるワーク30の取り付け姿勢の算出が完了すると、演算部22の補正値算出手段22cが起動して、記憶部21の加工姿勢記憶手段21aに記憶されたワーク30の加工姿勢に取り付け姿勢を一致させるための補正値の算出が開始される。なお、本実施形態では、ワーク30の加工姿勢を、加工面31が、主軸12に設置された工具(Z軸)と直角をなす向き、つまり、法線ベクトルN1が、Z軸と一致する向きとする。
When the calculation of the attachment posture of the
補正値の算出は、法線ベクトルN1をXY平面に投影したXY平面投影法線ベクトルN11とY軸とのなす角からなるC軸補正量θ(図5(b)参照)と、法線ベクトルN1をYZ平面に投影したYZ平面投影法線ベクトルN12とZ軸となす角からなるA軸補正量φ(図5(c)参照)を算出することにより行う。 The correction value is calculated by calculating the C-axis correction amount θ (see FIG. 5B) formed by the angle formed by the XY plane projection normal vector N11 obtained by projecting the normal vector N1 onto the XY plane and the Y axis, and the normal vector. This is done by calculating an A-axis correction amount φ (see FIG. 5C) that is an angle formed by the YZ plane projection normal vector N12 obtained by projecting N1 onto the YZ plane and the Z axis.
C軸補正量θは、図5(b)に示すように、次に示す手順により算出される。 As shown in FIG. 5B, the C-axis correction amount θ is calculated by the following procedure.
原点を通る法線ベクトルN1の一般式は、式3によりあらわされる。
X/A=Y/B=Z/C・・・(式3)
式3により法線ベクトルをXY平面に投影すると、式4となる。
X=(A/B)×Y・・・(式4)
したがって、C軸補正量θは、下記のようになる。
θ=ARCTAN(A/B)・・・(式5)
A general expression of the normal vector N1 passing through the origin is expressed by Expression 3.
X / A = Y / B = Z / C (Formula 3)
When the normal vector is projected onto the XY plane according to Equation 3, Equation 4 is obtained.
X = (A / B) × Y (Formula 4)
Accordingly, the C-axis correction amount θ is as follows.
θ = ARCTA (A / B) (Formula 5)
A軸補正量φは、図5(c)に示すように、次に示す手順により算出される。 As shown in FIG. 5C, the A-axis correction amount φ is calculated by the following procedure.
XY平面の任意のベクトルをN2=(0,0,1)とすると、法線ベクトルN1とXY平面とのなす角φ’は、式6のようになる。
φ’=ARCCOS(N1・N2/|N1||N2|)・・・(式6)
法線ベクトルN1をYZ平面に回転投影させたとき、法線ベクトルN1とXY平面とのなす角φ’は、YZ平面回転投影ベクトルとY軸とのなす角φ”と等しいため、A軸補正量φは、式7から算出される。
φ=90°−φ”=90°−φ’・・・(式7)
If an arbitrary vector on the XY plane is N2 = (0, 0, 1), an angle φ ′ formed by the normal vector N1 and the XY plane is expressed by Equation 6.
φ ′ = ARCCOS (N1 · N2 / | N1 || N2 |) (Formula 6)
When the normal vector N1 is rotationally projected onto the YZ plane, the angle φ ′ formed between the normal vector N1 and the XY plane is equal to the angle φ ″ formed between the YZ plane rotational projection vector and the Y axis. The quantity φ is calculated from Equation 7.
φ = 90 ° −φ ″ = 90 ° −φ ′ (Expression 7)
(6)姿勢制御工程S6
姿勢制御工程S6は、補正値算出工程S5において、算出された補正値(C軸補正量θ、A軸補正量φ)に基づき、ワーク30の姿勢を補正する工程である。
(6) Posture control step S6
The posture control step S6 is a step of correcting the posture of the
補正値算出手段22cにより補正値(C軸補正量θ、A軸補正量φ)が算出されると、補正値は一旦補正値記憶手段21cに記憶される。そして、補正値記憶手段21cに補正値が記憶されるとともに、指示部23の姿勢制御指示手段23bが起動して、ワーク30の姿勢制御指示が機械本体10に送信される。
When the correction value (C-axis correction amount θ, A-axis correction amount φ) is calculated by the correction value calculation unit 22c, the correction value is temporarily stored in the correction value storage unit 21c. Then, the correction value is stored in the correction value storage unit 21c, the posture
姿勢制御指示手段23bが起動されると、補正値記憶手段21cに記憶されたC軸補正量θ(図5(b)参照)によるロータリテーブル11aの回転指示が機械本体10に送信される。この指示により、機械本体10の第二テーブルモータが駆動して、図4(c)に示すように、ロータリテーブル11aをC軸補正量θ分だけ回転させる。
ワーク30のC軸に対する補正が完了したら、補正値記憶手段21cに記憶されたA軸補正量φ(図5(c)参照)による、ティルトテーブル11bの回転指示が、姿勢制御指示手段23bにより機械本体10に送信される。この指示により、機械本体10の第一テーブルモータ11cが駆動して、図4(d)に示すように、ティルトテーブル11bをA軸補正量φ分だけ回転させる。
When the attitude
When the correction of the
前記の各工程(S1〜S6)によりワーク30の姿勢制御が完了したら、加工指示手段23cが起動し、加工プログラム記憶手段21dに記憶された加工プログラムに応じた、ワーク30の加工の指示を機械本体10に送信し、ワーク30の加工が開始される。
なお、本実施形態では、座標測定工程S2〜姿勢制御工程S6の工程を複数回繰り返すことにより、ワーク30の加工面31の平行度を0.001°以内とする。ここで、加工面の平行度の目標値は、0.001°以内に限定されないことはいうまでもなく、適宜設定すればよい。また、座標測定工程S2〜姿勢制御工程S6の工程を繰り返す回数も限定されるものではなく、1回のみでも高精度な補正が可能であれば、繰り返す必要がないことはいうまでもない。
When the posture control of the
In the present embodiment, the parallelism of the processed
また、座標測定工程S2〜姿勢制御工程S6の各工程を繰り返す際に、前回(繰り返す直前)の姿勢制御によりテーブル11の位置が移動されている場合には、演算部22の測定座標変換算出手段22dが起動し、下記の手順により算出された、補正座標(X”,Y”,Z”)を原点として、各工程(座標測定工程S2〜姿勢制御工程S6)の繰り返し作業が開始する。ここで、測定座標変換算出手段22dの起動は、手動により行ってもよいことはいうまでもない。
Further, when the steps of the coordinate measurement step S2 to the posture control step S6 are repeated, if the position of the table 11 is moved by the previous posture control (immediately before it is repeated), the measurement coordinate conversion calculation unit of the
測定座標変換算出手段22dが起動すると、まず、ワーク30の加工面31上の任意の3点のX,Y,Z座標、つまり、テーブル11のA軸およびC軸の位置(座標)が任意の場合の測定座標X,Y,Zを取得する。
When the measurement coordinate
次に、測定座標X,Y,Zを、式8により、A軸の座標が0、C軸の座標が任意の場合の座標X’,Y’,Z’に変換する。 Next, the measurement coordinates X, Y, and Z are converted into coordinates X ′, Y ′, and Z ′ when the coordinate of the A axis is 0 and the coordinate of the C axis is arbitrary according to Equation 8.
次に、A軸の座標が0、C軸の座標が任意の場合の座標X’,Y’,Z’を、式9により、A軸およびC軸の座標がいずれも0の場合の補正座標X”,Y”,Z”に変換する。 Next, the coordinates X ′, Y ′, Z ′ when the coordinates of the A axis are 0 and the coordinates of the C axis are arbitrary, and the corrected coordinates when the coordinates of the A axis and the C axis are both 0 according to Equation 9. Convert to X ″, Y ″, Z ″.
そして、A軸およびC軸の座標がいずれも0の場合の補正座標X”,Y”,Z”を原点として、座標測定工程S2〜姿勢制御工程S6によるワーク30の加工面31の姿勢制御を行う。
Then, using the corrected coordinates X ″, Y ″, Z ″ when the coordinates of the A axis and the C axis are both 0 as the origin, the posture control of the
以上、前記実施形態によれば、ワーク30の被測定面(加工面31)の測定結果に基づき、NC装置20により自動的にワーク30の姿勢の補正が行われるため、特別な技術等を要することなく、簡易かつ高精度にワーク30の姿勢の補正をすることが可能となった。つまり、テーブル11へのワーク30の設置した後、NC装置20を起動させるのみで、自動的にワーク30の姿勢の補正が行われるため、作業員の熟練した技術を要することなく、簡易に行われるため、好適である。
As described above, according to the embodiment, the
また、傾斜面である加工面31に対して、面直に加工する場合においても、正確に傾斜面を水平に割り出し、面直に加工することを可能としている。
Further, even when processing the
座標測定工程S2〜姿勢制御工程S6の工程を複数回繰り返すことにより、例えば、ワーク30の加工面31の角度が急なため、測定器13による測定時に加工面31の表面において、測定器13の測定子が滑るために測定値が不安定な場合であっても、徐々に、補正がなされ、高精度な姿勢制御が可能となる。
By repeating the coordinate measurement step S2 to the posture control step S6 a plurality of times, for example, because the angle of the
以上、本発明について、好適な実施形態について説明したが、本発明は前記の実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、NC工作機械として、5軸制御装置を使用するものとしたが、本発明のワークの姿勢制御方法に利用するNC工作機械の機種は限定されるものではなく、適宜公知のNC工作機械から選定して使用すればよい。また、前記実施形態では、マシニングセンタを使用するものとしたが、5軸制御の機械であれば、トランスファーマシン、複合加工機や検査装置にも本発明を適用することも可能である。
As mentioned above, although preferred embodiment was described about this invention, this invention is not limited to the said embodiment, A design change is possible suitably in the range which does not deviate from the meaning of this invention.
For example, in the above-described embodiment, the 5-axis control device is used as the NC machine tool. However, the type of the NC machine tool used in the workpiece attitude control method of the present invention is not limited and is appropriately known. It can be used by selecting from the NC machine tools. In the above-described embodiment, the machining center is used. However, the present invention can be applied to a transfer machine, a multi-task machine, and an inspection apparatus as long as the machine is a 5-axis control machine.
前記実施形態では、ワークの姿勢制御時に、ワークの被測定面として、ワークの被加工面を測定するものとしたが、被加工面との相対関係が明確であれば、必ずしも被加工面について測定する必要はなく、例えば、被加工面に隣接する平面を、被測定面として測定してもよい。 In the embodiment, the workpiece surface to be measured is measured as the workpiece measurement surface during workpiece posture control. However, if the relative relationship with the workpiece surface is clear, the workpiece surface is not necessarily measured. For example, a plane adjacent to the surface to be processed may be measured as the surface to be measured.
また、本発明のワークの姿勢制御方法における被測定面は、3測点が同一平面上にあれば、必ずしも平面である必要はない。このような、被測定面が平面ではない例としては、
例えば、段差のある複数の平行な面を有するワークについて、予め段差量を補正量として変数に入力してから測定する場合や、3個の基準球の中心座標として3測点を取得する場合等がある。
Further, the surface to be measured in the workpiece posture control method of the present invention does not necessarily have to be a plane if the three measurement points are on the same plane. As an example where the surface to be measured is not flat,
For example, when a workpiece having a plurality of parallel surfaces with steps is measured after a step amount is previously input as a correction amount into a variable, or when three measurement points are acquired as center coordinates of three reference spheres, etc. There is.
また、前記実施形態では、取り付け姿勢を求める計算方法について、3点を通る平面の法線ベクトルを利用したが、取り付け姿勢算出手段による算出手法は、前記実施形態の方法のみに限定されないことはいうまでもない。例えば、測点3点を通る3次元円の中心軸座標から3次元円の円弧上にあるZ座標の一番高い点への方向ベクトルを利用して、取り付け姿勢を補正することも可能である。 In the above embodiment, the normal vector of a plane passing through three points is used for the calculation method for obtaining the mounting posture. However, the calculation method by the mounting posture calculation means is not limited to the method of the above embodiment. Not too long. For example, it is possible to correct the mounting posture by using a direction vector from the central axis coordinate of a three-dimensional circle passing through three measuring points to the highest point of the Z coordinate on the arc of the three-dimensional circle. .
本発明のワークの制御方法およびNC工作機械による加工の対象となるワークは、限定されるものではなく、あらゆる精密加工に適用可能である。例えば、インプラントのメタルフレームのように、高精度な加工が要求されるワークについても好適に使用される。 The workpiece control method of the present invention and the workpiece to be machined by the NC machine tool are not limited, and can be applied to any precision machining. For example, it can be suitably used for a work that requires high-precision processing, such as a metal frame of an implant.
また、加工プログラムに応じて、ワークの被加工面が随時変化する場合には、ワークの向きが変化するたびに、本発明のワークの姿勢制御方法により、ワークの姿勢の補正を行ってもよい。 Further, when the work surface of the workpiece changes at any time according to the machining program, the workpiece posture may be corrected by the workpiece posture control method of the present invention each time the workpiece orientation changes. .
1 NC工作機械
10 機械本体
11 テーブル
12 主軸
13 測定器
20 NC装置
21 記憶部
21a 加工姿勢記憶手段
21b 測定座標記憶手段
22 演算部
22a 取り付け姿勢算出手段
22c 補正値算出手段
23 指示部
23b 姿勢制御指示手段
30 ワーク
S1 準備工程
S2 座標測定工程
S3 測定値取り込み工程
S4 取り付け姿勢算出工程
S5 補正値算出工程
S6 姿勢制御工程
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
23
Claims (7)
前記NC機械が、ワークを固定するテーブルと可動式の主軸とを備える機械本体と、入力された数値データを解析し前記機械本体の制御を行うNC装置と、を備えており、
前記機械本体が、前記主軸に取り付けられた測定器により、前記テーブルに固定されたワークの被測定面上の任意の3測点についてそれぞれ3次元座標を測定する工程と、
測定された前記3測点の3次元座標を前記NC装置に取り込む工程と、
前記NC装置が、取り込まれた前記3測点の3次元座標により、前記ワークの被測定面の傾きデータおよび方向データを算出する工程と、
前記NC装置が、前記ワークの被測定面を所定の姿勢に制御するための、前記傾きデータおよび方向データに対する補正データを算出する工程と、
前記機械本体が、前記NC装置により算出された前記補正データにより、前記テーブルを回転または移動させて前記ワークの被測定面を前記所定の姿勢に制御する工程と、
を含むことを特徴とする、ワークの姿勢制御方法。 A workpiece attitude control method using an NC machine,
The NC machine includes a machine body including a table for fixing a workpiece and a movable spindle, and an NC device that analyzes input numerical data and controls the machine body,
A step of measuring three-dimensional coordinates for each of three arbitrary measuring points on a surface to be measured of a workpiece fixed to the table by a measuring instrument attached to the spindle, the machine body;
Importing the measured three-dimensional coordinates of the three measuring points into the NC device;
The NC device calculates tilt data and direction data of the surface to be measured of the workpiece based on the three-dimensional coordinates of the three measurement points taken in;
The NC device calculating correction data for the tilt data and direction data for controlling the surface to be measured of the workpiece to a predetermined posture;
The machine body controls the measured surface of the workpiece to the predetermined posture by rotating or moving the table according to the correction data calculated by the NC device;
A workpiece attitude control method comprising:
前記テーブル回転型の2軸ロータリテーブルを回転させることにより前記ワークの被測定面を前記所定の姿勢に制御することを特徴とする、請求項4または請求項5に記載のワークの姿勢制御方法。 The NC machine tool is a 5-axis control device configured with orthogonal 3-axis and table-rotation type 2-axis rotary tables,
6. The work posture control method according to claim 4, wherein the surface to be measured of the work is controlled to the predetermined posture by rotating the table rotation type biaxial rotary table.
入力された数値データを解析し前記機械本体の制御を行うNC装置と、を備えたNC工作機械であって、
前記NC装置が、ワークの被測定面の前記主軸に対する加工時の姿勢を記憶する加工姿勢記憶手段と、
前記測定器により測定された前記ワークの被測定面上の任意の3点の3次元座標を記憶する測定座標記憶手段と、
前記測定座標記憶手段に記憶された3点の3次元座標を基に、前記ワークの被測定面の現姿勢を算出する取り付け姿勢算出手段と、
前記取り付け姿勢算出手段により算出された前記現姿勢を前記加工姿勢記憶手段に記憶された前記加工時の姿勢と一致させるための補正値を算出する補正値算出手段と、
前記補正値算出手段により算出された前記補正値を基に前記機械本体に前記テーブルの回転または移動指示を送信する姿勢制御指示送信手段と、
を備えていることを特徴とする、NC工作機械。 A machine comprising a table for fixing a workpiece and a movable main shaft to which a tool or a measuring device can be attached, and performing a predetermined process on the workpiece fixed to the table using the tool or measuring device attached to the main shaft The body,
An NC machine tool including an NC device that analyzes input numerical data and controls the machine body,
The NC device stores a working posture storage means for storing a working posture of the workpiece surface to be measured with respect to the spindle,
Measuring coordinate storage means for storing three-dimensional coordinates of arbitrary three points on the surface to be measured of the workpiece measured by the measuring device;
An attachment posture calculation means for calculating the current posture of the surface to be measured of the workpiece based on the three-dimensional coordinates of the three points stored in the measurement coordinate storage means;
Correction value calculating means for calculating a correction value for making the current posture calculated by the attachment posture calculating means coincide with the posture at the time of machining stored in the machining posture storage means;
Attitude control instruction transmission means for transmitting an instruction to rotate or move the table to the machine body based on the correction value calculated by the correction value calculation means;
An NC machine tool characterized by comprising:
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