JP7128333B1 - 多軸加工機および多軸加工機の回転中心測定方法 - Google Patents
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Abstract
Description
このように構成される5軸加工機においては、組立時に生じる誤差、ワークや回転軸そのものの重さによる撓み、回転軸の熱による変位等の要因により、回転軸の回転中心の位置に幾何学的な誤差(幾何偏差)が生じる。さらに軸数が多いことに伴って軸同士の幾何偏差の数が増大し、ワークの加工精度に大きな影響を与えてしまう。
具体的には、図14に示すように基準球8を加工ヘッド2の取付部21に取り付け、ダイヤルゲージ510を旋回テーブル62上に設置する。そしてA軸周りにチルトテーブル63を回転させて予め決められた角度でチルトテーブル63を停止させ、その都度ダイヤルゲージ510の測定子511に基準球8を当接させて作業者がダイヤルゲージの目盛を目視して測定値を記録する。同様の作業をC軸においても行う。最後に作業者は、記録した測定値を芯出し用ソフトウェアに入力し、芯出し用ソフトウェアにて得られた回転中心の位置を5軸加工機に設定することで調整作業が完了する。
また、回転中心の位置を求める調整作業は、ダイヤルゲージ510を使用した方法だけでなく、タッチプローブを基準球に接触させる方法(特許文献1)や、ボールバーを使用する方法(特許文献2)等が存在する。
しかしながら、1回の加工ごとに加工条件に合った調整作業を作業者が手動で行うことは、作業時間が長くなり、効率が悪くなるという問題が生じていた。
本発明はさらなる改良を加えたものであって、本発明の目的は、より正確な回転軸の回転中心を簡単かつ短時間で算出し、ワークの加工精度を向上した多軸加工機および多軸加工機の回転中心測定方法を提供することである。
また本発明は、回転軸および制御部を有し、加工ヘッドとテーブルが前記回転軸により相対回転可能に構成された多軸加工機であって、前記制御部は、基準球と、測定子を有しかつ前記基準球を前記測定子と接触させたときの前記測定子の移動量を測定値として計測する測定器とを用い、前記加工ヘッドまたは前記テーブルの一方に取り付けられた前記基準球と他方に取り付けられた前記測定器の前記測定子を接触させた状態で前記回転軸を回転させて前記測定値を計測する測定工程と、前記測定値と前記回転軸の回転角度と前記基準球の中心の位置から前記回転軸の回転中心を演算する回転中心演算工程を実行することを特徴とする。
本発明によれば、作業者が基準球と測定器を多軸加工機に取り付けるだけで自動的に多軸加工機を駆動して検出値を取得し回転中心を演算するため、短時間で簡単に回転中心の位置を求める調整作業を行うことができる。
(1.1.5軸加工機100の全体構成)
5軸加工機100は、X軸、Y軸、Z軸の直線軸3軸と、回転軸2軸の5軸制御を行う加工機であり、ワークをチルトテーブル63とともに旋回させるテーブル旋回型である。5軸加工機100には、互いに直交するX軸、Y軸およびZ軸が設定されており、X軸に平行に延びる軸心周りの回転軸としてA軸が、Z軸に平行に延びる軸心周りの回転軸としてC軸が設定されている。
基台1、加工ヘッド2、Y軸移動テーブル3、チルトテーブル63、旋回テーブル62を含む加工エリアKは、5軸加工機100の筐体9内に設けられている。
チルトテーブル63のA軸の回転中心の位置や、旋回テーブル62のC軸の回転中心の位置は常に一定であることが望ましいが、実際には各テーブルの取付誤差やワークや回転軸そのものの重さによる撓み、回転軸の熱による変位等の要因により、回転中心の位置に誤差が生じる。
そこで本実施形態においては、基準球8および測定器7を用いて調整作業を行い実際のA軸およびC軸の回転中心の位置を測定して、その後の加工処理に使用している。ここでA軸およびC軸の「回転中心の位置」とはA軸およびC軸の回転軸の中心座標である。具体的な調整作業の方法に関しては後述する。
測定器7は、旋回テーブル62上に治具等を介して取り付けて使用する。A軸の回転中心の位置を調整する場合には測定子71の向きをZ軸方向と一致するように取り付け、C軸の回転中心の位置を調整する場合には測定子71の向きをY軸方向と一致するように取り付ける。
測定器7は実際に加工を行うワークを設置する位置に配置することが望ましい。実加工に近い位置で計測することで、より正確な回転軸の回転中心の位置を演算することが可能となる。
5軸加工機100は、回転軸の回転中心測定用の測定用プログラム401に基づいてY軸移動テーブル3、チルトテーブル63、旋回テーブル62、加工ヘッドに設けられた各サーボモータ60を駆動し、測定器7から取得した測定値72を取得して、A軸およびC軸の回転中心位置を演算する。
具体的には、表示部31には、回転軸の回転中心の測定を行うための設定画面が表示され、作業者は手入力部32により5軸加工機100に対して回転軸の選択、回転中心測定の開始指示、測定値72の取得方法の選択等の設定を行うことできる。
測定用プログラム401は、測定工程を実行するためのプログラムであり、回転軸を駆動させるためのコード等が含まれる。具体的に測定用プログラム401は複数の加工ブロックによって構成されており(図5)、加工ブロックには基準球8の位置および姿勢の指令角度、工具先端点制御を指示するGコードや、測定器7に対する基準球8の相対速度を指令するFコード等が記述されている。ここで「姿勢」とは、測定器7と基準球8の相対的な姿勢を指し、姿勢の指令角度は、加工ブロックごとに回転軸(A軸、C軸)の回転角度として指定されている。
全体制御部51は、回転軸の回転中心を測定する場合に測定用プログラム401に基づいてY軸移動テーブル3、チルトテーブル63、旋回テーブル62、加工ヘッド2に設けられた各サーボモータ60を駆動する。
測定用プログラム401は、A軸、C軸ごとに複数のプログラムが記憶部40に格納されている。具体的には、作業者は測定値72の取得方法を複数種類から選択することができ、それらの方法を実行するためのプログラムが格納されている。複数種類の測定値72の取得方法とは、例えば、測定値72を取得する測定位置ごとにY軸移動テーブル3、チルトテーブル63、旋回テーブル62、加工ヘッド2が停止した状態で測定器7によって測定値72を取得する停止モード、各サーボモータ60を駆動させた状態で連続して測定値72を取得する連続モード等が挙げられる。実加工において回転軸を回転させながら加工を行う場合は連続モードで回転中心の測定を行い、実加工において回転軸を停止させた状態で加工を行う場合は停止モードで測定を行うことが望ましい。実際の加工に近い状態で回転中心を求めることが可能となる。
また全体制御部51は、測定用プログラム401および測定点探索用プログラム402を実行する。
全体制御部51は、回転中心演算部52により求められた回転中心の位置をその後の加工処理における回転軸の回転中心の位置として使用する。
作業者は、仕上げ加工前等の回転軸の回転中心を測定する場合に以下の手順で作業を行う。
作業者は、加工ヘッド2の取付部21に基準球8を取り付け、旋回テーブル62上に測定器7を設置する(S101、図3、図7)。測定器7は、実際に加工を行う場合にワークを設置する実加工位置に設置するのが望ましい。
そして作業者は、手入力部32を介して加工ヘッド2およびY軸移動テーブル3を操作して、測定器7の測定子71と接触する位置まで基準球8を移動させる(S102)。
次に作業者が手入力部32を操作して、設定画面上に表示された回転中心測定の設定を行う。例えば回転中心測定の設定としては、回転軸の選択や測定値72の取得方法の選択等が挙げられる。その後、作業者が測定を実施するための開始ボタン等を押下すると、回転中心の測定が開始される(S103:回転中心測定工程)。
回転中心測定工程が開始されると、全体制御部51は、回転軸を測定する際の測定点P0を探索する測定点探索工程を実行する(S201:測定点探索工程)。ここで測定点とは、基準球8と測定器7の測定子71が接触する接触点であり、測定点において測定子71の移動量である測定値72を取得する。測定子71の中心線CL(図10―図12)が基準球8の中心CSに向けられた状態で測定子71を基準球8に接触させて測定値72を取得しないと測定子71が基準球8上で移動してしまい測定値72が不安定となる(図10)。よって、測定点探索工程では、測定子71の中心線CLの延長線上に基準球8の中心CSが位置するように基準球8と測定器7の相対位置を変化させて最適な測定点P0を求める。
具体的には、全体制御部51は測定点探索用プログラム402を取得し、測定点探索用プログラム402に沿って、基準球8と測定子71を接触させた状態で加工ヘッド2をX軸方向に移動させ、またY軸移動テーブル3をY軸方向に移動させる(図10、図11)。全体制御部51は、基準球8と測定器7の相対位置をX軸方向およびY軸方向に変化させながら測定器7の測定値72を監視する。測定器7の測定値72が最大となる測定点P0を最適な測定位置とし(図12)、その測定位置での測定値72をA軸の回転角度および基準球8の中心CSの位置とともに記憶部40に格納する。
全体制御部51は、測定点探索工程が終了した後、測定工程(S202―S205)を実行する。具体的には、設定画面により停止モードが選択されている場合、全体制御部51は、記憶部40から停止モード用の測定用プログラム401を取得し、基準球8と測定器7の測定子71が接触した状態で測定用プログラム401に沿ってA軸まわりにチルトテーブル63を回転させるとともに先端点制御を行い加工ヘッド2およびY軸移動テーブル3をチルトテーブル63の回転に追従して移動させる(S202)。全体制御部51は、指定された測定位置で加工ヘッド2、Y軸移動テーブル3およびチルトテーブル63を一定時間停止させる(S203、図13)。
そして、全体制御部51は、各構成部品が停止している間に入力部20を介して測定器7から測定値72を取得し、A軸の回転角度および基準球8の中心CSの位置とともに記憶部40に格納する(S204:測定工程)。全体制御部51は、全ての測定位置において測定用プログラム401に沿って、S202からS204を繰り返す(S205)。
回転中心演算部52は、測定工程が終了した後にA軸の回転中心を演算する(S206:回転中心演算工程)。
回転軸の回転中心の演算方法について、図6の例に沿って以下説明を行う。
図6の例では、測定点P0,P1,P2でそれぞれ測定値H0,H1,H2が取得され、A軸の回転角度および基準球8の中心CSの位置とともに記憶部40に格納されているとする。
測定点P0,P1,P2での測定値H0,H1,H2は、調整作業前の回転中心の位置を使用してチルトテーブル63を回転させて取得したものであるため、同一とはならず誤差を含む。よって、測定点探索工程で取得した測定点P0での測定値H0を基準として、測定値H1,H2、A軸の回転角度および基準球8の中心CSの位置から、測定値H1,H2の値が測定値H0と同一となる推定測定点SP1,SP2の位置を演算で求める。その後、測定点P0および推定測定点SP1,SP2の位置から最小二乗法によりA軸の回転中心の位置を求める。
ここで算出されたA軸の回転軸の中心座標のうち、X座標に関しては測定器7が配置された座標となる。よって、C軸の調整作業により求められたC軸の回転中心のX座標を使用する。同様にC軸の回転中心のZ座標に関しても、A軸の回転中心のZ座標を使用する。
回転中心演算部52は、求められた回転中心の位置を記憶部40に格納する。
設定画面により連続モードが選択されている場合、全体制御部51は測定点探索工程を実行(S201)した後、記憶部40から連続モード用の測定用プログラム401を取得し、測定用プログラム401に沿ってA軸まわりにチルトテーブル63を回転させるとともに先端点制御を行い加工ヘッド2およびY軸移動テーブル3をチルトテーブル63の回転に追従して移動させる(S302:測定工程)。全体制御部51は、加工ヘッド2、Y軸移動テーブル3およびチルトテーブル63を一時停止させずに移動させながら指定された測定位置で測定器7から測定値72を取得し、A軸の回転角度および基準球8の中心CSの位置とともに記憶部40に格納する(S303:測定工程)。全体制御部51は、加工ヘッド2およびチルトテーブル63を移動終了位置まで移動させて停止させる(S304:測定工程)。
その後、回転中心演算部52はA軸の回転中心を演算する(S206:回転中心演算工程)。
(2.1.5軸加工機200の構成)
図15は、本発明の第2の実施形態に係る5軸加工機200のブロック図である。本発明の第2の実施形態の5軸加工機200は、入力部20を介してCAD/CAM装置300と接続されており、CAD/CAM装置300から取得した加工プログラム301を利用して回転中心の測定を行うものである。尚、各図面及び明細書記載の実施形態において、第1の実施形態の5軸加工機100と同様の構成要素には同様の符号を付与し、説明を省略する。
加工プログラム301は、複数の加工ブロックによって構成されており、加工ブロックには、工具61の先端点の指令位置および工具姿勢の指令角度を指定するGコードや、ワークに対する工具61の先端点の相対速度を指令するFコード、Mコード等が記述されている。ここで「工具姿勢」とは、工具とワークの相対的な姿勢を指し、工具姿勢の指令角度は、加工ブロックごとに回転軸(A軸、C軸)の回転角度として指定されている。
具体的には、加工プログラム解析部53は加工プログラム301を記憶部40から取得し、加工プログラム301を解析して加工プログラム301の中の加工ブロックごとにおけるA軸の指令角度θn、およびC軸の指令角度φn(nは加工ブロックのインデックスであり、n=1,2,・・・,Nである。Nは加工ブロック数とする。)を参照する。そして、参照した指令角度θn,φnから回転軸の回転中心を測定する場合の測定位置を演算し、記憶部40に格納する。
測定位置は、A軸の測定角度λ_θmまたはC軸の測定角度λ_φm(m=1,2,・・・,M Mは測定角度の数)で規定することができる。例えば、回転軸の指令角度θn,φnから加工プログラム301中の度数分布を演算し、出現頻度が高い指令角度θn,φnの複数の点を測定角度λ_θm,λ_φmとする。
作業者はワークを加工する前に5軸加工機200の回転中心測定を以下の通り、行う。
作業者はCAD/CAM装置300等により加工プログラム301を作成し、入力部20を介して記憶部40に加工プログラム301を保存する。
次に、作業者が加工ヘッド2の取付部21に基準球8を取り付け、旋回テーブル62上に測定器7を設置する(S101)。そして作業者は、手入力部32を介して加工ヘッド2およびY軸移動テーブル3を操作して、測定器7の測定子71と接触する位置まで基準球8を移動させる(S102)。
その後、作業者は手入力部32を介して表示部31に表示された設定画面を操作して、設定画面に加工プログラム301を表示させ、作業者が表示部31に表示された加工プログラム301を選択し、回転中心測定を実施するための開始ボタンを押下する。
全体制御部51は、記憶部40に格納されている測定値72の取得方法を参照し、停止モードである場合は、測定位置において加工ヘッド2およびチルトテーブル63等の構成部品を停止させた状態で測定値72を取得する。一方、連続モードである場合は構成部品を一時停止させずに移動させながら測定値72を取得する。
このようにワークを加工する際に使用する加工プログラムを使用して測定位置を算出し、回転軸の回転中心の位置の演算を行うため、より実加工に近い状態で回転中心の位置を求めることができる。
以上、本発明における実施形態について説明したが、本開示の適用は上述の内容に限定されるものではない。
2 加工ヘッド
21 取付部
3 Y軸移動テーブル
20 入力部
30 操作部
31 表示部
32 手入力部
40 記憶部
50,250 制御部
60 サーボモータ
62 旋回テーブル
63 チルトテーブル
7 測定器
71 測定子
72 測定値
8 基準球
100,200 5軸加工機
401 測定用プログラム
402 測定点探索用プログラム
K 加工エリア
Claims (7)
- 多軸加工機の回転中心測定方法であって、
前記多軸加工機は、回転軸を有し、加工ヘッドとテーブルが相対回転可能に構成されており、
前記回転中心測定方法は、
基準球と、測定子を有しかつ前記基準球を前記測定子と接触させたときの前記測定子の移動量を測定値として計測する測定器とを用い、
前記加工ヘッドまたは前記テーブルの一方に取り付けられた前記基準球と他方に取り付けられた前記測定器の前記測定子を接触させた状態で前記基準球と前記測定子の相対位置を変化させながら前記測定値を監視し、前記測定値の最大値を、回転中心を演算するための測定値とする測定点探索工程と、
前記基準球と前記測定器の前記測定子を接触させた状態で前記回転軸を回転させて前記測定値を計測する測定工程と、
前記測定値と前記回転軸の回転角度と前記基準球の中心の位置から前記回転軸の回転中心を演算する回転中心演算工程を有することを特徴とする多軸加工機の回転中心測定方法。 - 前記測定工程では、前記測定値の取得方法を複数種類から選択されることを特徴とする請求項1記載の多軸加工機の回転中心測定方法。
- 前記測定工程は、前記加工ヘッド、前記回転軸および前記テーブルを一時停止させた状態で前記測定器により前記測定値を取得することを特徴とする請求項1または2記載の多軸加工機の回転中心測定方法。
- 前記測定工程は、前記加工ヘッド、前記回転軸および前記テーブルを一時停止させずに連続して移動させながら前記測定器により前記測定値を取得することを特徴とする請求項1または2記載の多軸加工機の回転中心測定方法。
- 前記回転中心測定方法は、加工プログラムを解析し、解析した結果に基づいて回転中心測定を行うための測定位置または前記測定値の取得方法を算出する加工プログラム解析工程を有することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項記載の多軸加工機の回転中心測定方法。
- 前記測定器は、ダイヤルゲージであることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項記載の多軸加工機の回転中心測定方法。
- 回転軸および制御部を有し、加工ヘッドとテーブルが前記回転軸により相対回転可能に構成された多軸加工機であって、
前記制御部は、
基準球と、測定子を有しかつ前記基準球を前記測定子と接触させたときの前記測定子の移動量を測定値として計測する測定器とを用い、
前記加工ヘッドまたは前記テーブルの一方に取り付けられた前記基準球と他方に取り付けられた前記測定器の前記測定子を接触させた状態で前記基準球と前記測定子の相対位置を変化させながら前記測定値を監視し、前記測定値の最大値を、回転中心を演算するための測定値とする測定点探索工程と、
前記基準球と前記測定器の前記測定子を接触させた状態で前記回転軸を回転させて前記測定値を計測する測定工程と、
前記測定値と前記回転軸の回転角度と前記基準球の中心の位置から前記回転軸の回転中心を演算する回転中心演算工程を実行することを特徴とする多軸加工機。
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