JPH10309653A - 刃先位置変位検出方法及び刃先位置変位検出機能を備えた工作機械並びに該工作機械用工具ホルダ - Google Patents
刃先位置変位検出方法及び刃先位置変位検出機能を備えた工作機械並びに該工作機械用工具ホルダInfo
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- JPH10309653A JPH10309653A JP11677197A JP11677197A JPH10309653A JP H10309653 A JPH10309653 A JP H10309653A JP 11677197 A JP11677197 A JP 11677197A JP 11677197 A JP11677197 A JP 11677197A JP H10309653 A JPH10309653 A JP H10309653A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高速回転中の工具の刃先位置の変位を正確に
検出すること。 【解決手段】 主軸ハウジング７に設けられ基準ブロッ
ク４との距離を測定する第１変位計２９と、主軸ハウジ
ング７に設けられ主軸端面８２もしくは工具ホルダ９と
の距離を測定する第２変位計３０とを備え、制御装置は
第１変位計２９および第２変位計３０の測定値に基づき
主軸ハウジング先端７１の変位および主軸ハウジング先
端７１に対する主軸８の変位を演算するようにした。ま
た、第２変位計３０を工具後端の軸線方向位置と工具ホ
ルダ９が工具を拘束する拘束中心の軸線方向位置とを測
定とし、この第２変位計３０により測定された工具後端
の軸線方向位置と拘束中心の軸線方向位置とに基づいて
工具ホルダ９に対する工具Ｔの刃先位置の変位を演算
し、この演算結果に基づいて工具Ｔの刃先位置を補正す
るようにした。
検出すること。 【解決手段】 主軸ハウジング７に設けられ基準ブロッ
ク４との距離を測定する第１変位計２９と、主軸ハウジ
ング７に設けられ主軸端面８２もしくは工具ホルダ９と
の距離を測定する第２変位計３０とを備え、制御装置は
第１変位計２９および第２変位計３０の測定値に基づき
主軸ハウジング先端７１の変位および主軸ハウジング先
端７１に対する主軸８の変位を演算するようにした。ま
た、第２変位計３０を工具後端の軸線方向位置と工具ホ
ルダ９が工具を拘束する拘束中心の軸線方向位置とを測
定とし、この第２変位計３０により測定された工具後端
の軸線方向位置と拘束中心の軸線方向位置とに基づいて
工具ホルダ９に対する工具Ｔの刃先位置の変位を演算
し、この演算結果に基づいて工具Ｔの刃先位置を補正す
るようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、回転中の工具の
刃先位置を検出する刃先位置変位検出方法及びこの方法
を実施するための刃先位置変位検出機能を備えた工作機
械並びにこの工作機械用の工具ホルダに関する。
刃先位置を検出する刃先位置変位検出方法及びこの方法
を実施するための刃先位置変位検出機能を備えた工作機
械並びにこの工作機械用の工具ホルダに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、加工能率を向上させるために、回
転工具を用いる工作機械においては主軸の回転が非常に
高速化されている。主軸を数万回転にもおよぶ高速で回
転させると、主軸駆動モータ等の発熱により、主軸ある
いは主軸ハウジング等が熱変形し、この影響によって工
具の先端（刃先）位置が変化する。また、遠心力の影響
により工具ホルダを把持する主軸のテーパシャンク部が
遠心膨張し工具ホルダの引き込み量が多くなり、主軸の
停止時と高速回転時では工具の先端（刃先）位置が変化
することがある。このため、回転中の工具の刃先位置を
正確に把握することが望まれている。しかし、工具は高
速で回転しており、しかも複雑な形状であることが多い
ので、直接工具の刃先位置を検出することは困難であ
る。このため、工具以外の他の箇所を測定することによ
り間接的に工具の刃先位置を検出する方法が試みられて
いる。この間接的に工具の刃先位置を検出する方法の一
つとして、特開平７−２６６１９２がある。
転工具を用いる工作機械においては主軸の回転が非常に
高速化されている。主軸を数万回転にもおよぶ高速で回
転させると、主軸駆動モータ等の発熱により、主軸ある
いは主軸ハウジング等が熱変形し、この影響によって工
具の先端（刃先）位置が変化する。また、遠心力の影響
により工具ホルダを把持する主軸のテーパシャンク部が
遠心膨張し工具ホルダの引き込み量が多くなり、主軸の
停止時と高速回転時では工具の先端（刃先）位置が変化
することがある。このため、回転中の工具の刃先位置を
正確に把握することが望まれている。しかし、工具は高
速で回転しており、しかも複雑な形状であることが多い
ので、直接工具の刃先位置を検出することは困難であ
る。このため、工具以外の他の箇所を測定することによ
り間接的に工具の刃先位置を検出する方法が試みられて
いる。この間接的に工具の刃先位置を検出する方法の一
つとして、特開平７−２６６１９２がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記特開平７−２６６
１９２では、工具を主軸に固定するためのドローバーの
後端面と対向する位置に測定器を設け、主軸の回転前の
ドローバーの後端面の位置を測定し、主軸が所定の回転
速度に達した状態で再びドローバーの後端面の位置を測
定して、この測定結果に基づいて工具の刃先位置を算出
するようにしている。この装置では、ドローバーの後端
面の位置を測定しているため、ドローバー自体の熱変位
あるいは工具自体の熱変位による影響を受けるので、正
確な刃先位置を検出することはできない。
１９２では、工具を主軸に固定するためのドローバーの
後端面と対向する位置に測定器を設け、主軸の回転前の
ドローバーの後端面の位置を測定し、主軸が所定の回転
速度に達した状態で再びドローバーの後端面の位置を測
定して、この測定結果に基づいて工具の刃先位置を算出
するようにしている。この装置では、ドローバーの後端
面の位置を測定しているため、ドローバー自体の熱変位
あるいは工具自体の熱変位による影響を受けるので、正
確な刃先位置を検出することはできない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を解決して回転中の工具の刃先位置の変位を正確に検出
することを目的とするものであり、請求項１に記載の刃
先位置変位検出方法は、基準位置に対する主軸ハウジン
グ先端の位置を測定するステップ、主軸ハウジング先端
の位置に対する主軸先端の位置を測定するステップ、前
記各ステップにおける測定結果に基づき基準位置に対す
る主軸ハウジング先端の変位および主軸ハウジング先端
に対する主軸先端の変位を演算するステップからなるこ
とを特徴とするものである。
を解決して回転中の工具の刃先位置の変位を正確に検出
することを目的とするものであり、請求項１に記載の刃
先位置変位検出方法は、基準位置に対する主軸ハウジン
グ先端の位置を測定するステップ、主軸ハウジング先端
の位置に対する主軸先端の位置を測定するステップ、前
記各ステップにおける測定結果に基づき基準位置に対す
る主軸ハウジング先端の変位および主軸ハウジング先端
に対する主軸先端の変位を演算するステップからなるこ
とを特徴とするものである。
【０００５】請求項２に記載の刃先位置変位検出方法
は、さらに、前記各ステップを行った後、工具にて工作
物を加工するステップ、工作物の加工面に対する主軸ハ
ウジング先端の位置を測定するステップ、該ステップに
おける測定結果に基づき工具の刃先位置の変位を演算す
るステップからなることを特徴とするものである。ま
た、請求項３に記載の工作機械は、テーブル上の既知の
位置に設けられた基準ブロックと、主軸ハウジングに設
けられ基準ブロックとの距離を測定する第１変位計と、
主軸ハウジングに設けられ主軸端面もしくは工具ホルダ
との距離を測定する第２変位計とを備え、制御装置は第
１変位計および第２変位計の測定値に基づき主軸ハウジ
ング先端の変位および主軸ハウジング先端に対する主軸
の変位を演算する演算手段を備え、該演算手段の演算結
果に基づいて工具の刃先位置を補正して駆動手段を制御
することを特徴とするものである。
は、さらに、前記各ステップを行った後、工具にて工作
物を加工するステップ、工作物の加工面に対する主軸ハ
ウジング先端の位置を測定するステップ、該ステップに
おける測定結果に基づき工具の刃先位置の変位を演算す
るステップからなることを特徴とするものである。ま
た、請求項３に記載の工作機械は、テーブル上の既知の
位置に設けられた基準ブロックと、主軸ハウジングに設
けられ基準ブロックとの距離を測定する第１変位計と、
主軸ハウジングに設けられ主軸端面もしくは工具ホルダ
との距離を測定する第２変位計とを備え、制御装置は第
１変位計および第２変位計の測定値に基づき主軸ハウジ
ング先端の変位および主軸ハウジング先端に対する主軸
の変位を演算する演算手段を備え、該演算手段の演算結
果に基づいて工具の刃先位置を補正して駆動手段を制御
することを特徴とするものである。
【０００６】請求項４に記載の工作機械は、さらに、工
具は工具ホルダを介して主軸に保持され、第２変位計は
工具後端の軸線方向位置と工具ホルダが工具を拘束する
拘束中心の軸線方向位置とを測定可能であり、演算手段
は第２変位計により測定された工具後端の軸線方向位置
と拘束中心の軸線方向位置とに基づいて工具ホルダに対
する工具の刃先位置の変位を演算することを特徴とする
ものである。
具は工具ホルダを介して主軸に保持され、第２変位計は
工具後端の軸線方向位置と工具ホルダが工具を拘束する
拘束中心の軸線方向位置とを測定可能であり、演算手段
は第２変位計により測定された工具後端の軸線方向位置
と拘束中心の軸線方向位置とに基づいて工具ホルダに対
する工具の刃先位置の変位を演算することを特徴とする
ものである。
【０００７】また、請求項５に記載の工具ホルダは、工
具後端に付勢されて接触し少なくともその一部がチャッ
ク部から半径方向に突出して設けられた第１の被測定部
と、チャック部による工具の拘束位置の中心に軸線方向
位置が一致しチャック部外周に半径方向に突出して設け
られた第２の被測定部を備えたことを特徴とするもので
あり、請求項６に記載の工具ホルダは、さらに、チャッ
ク部はコレットチャックで構成されていることを特徴と
するものである。
具後端に付勢されて接触し少なくともその一部がチャッ
ク部から半径方向に突出して設けられた第１の被測定部
と、チャック部による工具の拘束位置の中心に軸線方向
位置が一致しチャック部外周に半径方向に突出して設け
られた第２の被測定部を備えたことを特徴とするもので
あり、請求項６に記載の工具ホルダは、さらに、チャッ
ク部はコレットチャックで構成されていることを特徴と
するものである。
【０００８】そして、請求項７に記載の工作機械は、工
具ホルダは工具と該工具を把持するチャック部と主軸に
クランプされるための被クランプ部とからなり、工具後
端に付勢されて接触し少なくともその一部がチャック部
から半径方向に突出して設けられた第１の被測定部と、
チャック部による工具の拘束位置の中心に軸線方向位置
が一致しチャック部外周に半径方向に突出して設けられ
た第２の被測定部を備え、テーブル上の既知の位置の設
けられた基準ブロックと、主軸ハウジングに設けられ基
準ブロックとの距離を測定する第１変位計と、主軸ハウ
ジングに設けられ主軸端面との距離および第１の被測定
部との距離および第２の被測定部との距離を測定する第
２変位計とを備え、制御装置は第１変位計および第２変
位計の測定値に基づき主軸ハウジング先端のの変位およ
び主軸ハウジング先端に対する主軸の変位および工具ホ
ルダに対する工具の変位を演算する演算手段を備え、該
演算手段の演算結果に基づいて工具の刃先位置を補正し
て駆動手段を制御することを特徴とするものである。
具ホルダは工具と該工具を把持するチャック部と主軸に
クランプされるための被クランプ部とからなり、工具後
端に付勢されて接触し少なくともその一部がチャック部
から半径方向に突出して設けられた第１の被測定部と、
チャック部による工具の拘束位置の中心に軸線方向位置
が一致しチャック部外周に半径方向に突出して設けられ
た第２の被測定部を備え、テーブル上の既知の位置の設
けられた基準ブロックと、主軸ハウジングに設けられ基
準ブロックとの距離を測定する第１変位計と、主軸ハウ
ジングに設けられ主軸端面との距離および第１の被測定
部との距離および第２の被測定部との距離を測定する第
２変位計とを備え、制御装置は第１変位計および第２変
位計の測定値に基づき主軸ハウジング先端のの変位およ
び主軸ハウジング先端に対する主軸の変位および工具ホ
ルダに対する工具の変位を演算する演算手段を備え、該
演算手段の演算結果に基づいて工具の刃先位置を補正し
て駆動手段を制御することを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。図１は本発明に係わる工作機械の実施の
形態としてのマシニングセンタとその制御ブロックの概
略を示すものであり、ベッド１にはサドル２がＹ軸方向
に移動可能に設けられている。サドル２にはテーブル３
がＸ軸方向（図１紙面に垂直方向）に移動可能に設けら
れており、このテーブル３には工作物Ｗが載置される。
また、テーブル３にはその取り付け位置が既知の基準ブ
ロック４が取り付けられている。ベッド１に立設される
コラム５には主軸台６がＺ軸方向に移動可能に設けられ
ており、この主軸台６には主軸ハウジング７を介して主
軸８が回転可能に支持されている。そして、主軸８には
先端に工具Ｔが取り付けられた工具ホルダ９が把持され
ている。１０は工具マガジンであり、ＡＴＣ装置１１に
よって主軸８との間で工具交換が行われるようになって
いる。１２、１３、１４はそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸駆
動用のサーボモータであり、各サーボモータにはその回
転位置を検出するエンコーダ１５、１６、１７がそれぞ
れ取り付けられている。
いて説明する。図１は本発明に係わる工作機械の実施の
形態としてのマシニングセンタとその制御ブロックの概
略を示すものであり、ベッド１にはサドル２がＹ軸方向
に移動可能に設けられている。サドル２にはテーブル３
がＸ軸方向（図１紙面に垂直方向）に移動可能に設けら
れており、このテーブル３には工作物Ｗが載置される。
また、テーブル３にはその取り付け位置が既知の基準ブ
ロック４が取り付けられている。ベッド１に立設される
コラム５には主軸台６がＺ軸方向に移動可能に設けられ
ており、この主軸台６には主軸ハウジング７を介して主
軸８が回転可能に支持されている。そして、主軸８には
先端に工具Ｔが取り付けられた工具ホルダ９が把持され
ている。１０は工具マガジンであり、ＡＴＣ装置１１に
よって主軸８との間で工具交換が行われるようになって
いる。１２、１３、１４はそれぞれＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸駆
動用のサーボモータであり、各サーボモータにはその回
転位置を検出するエンコーダ１５、１６、１７がそれぞ
れ取り付けられている。
【００１０】このマシニングセンタを制御する数値制御
装置１８は、主としてＣＰＵ１９とメモリ２０からな
り、ＣＰＵ１９にはインターフェイス２１を介して入力
装置２２と出力装置２３が接続されている。また、ＣＰ
Ｕ１９にはインターフェイス２４を介して、サーボモー
タ１２、１３、１４をそれぞれ制御するデジタルサーボ
ユニット２５、２６、２７が接続されており、エンコー
ダ１５、１６、１７の帰還信号はこのデジタルサーボユ
ニット２５、２６、２７にそれぞれフィードバックされ
るように構成されている。なお、インターフェイス２８
からは後述する変位計２９、３０からの出力値が入力さ
れるようになっている。
装置１８は、主としてＣＰＵ１９とメモリ２０からな
り、ＣＰＵ１９にはインターフェイス２１を介して入力
装置２２と出力装置２３が接続されている。また、ＣＰ
Ｕ１９にはインターフェイス２４を介して、サーボモー
タ１２、１３、１４をそれぞれ制御するデジタルサーボ
ユニット２５、２６、２７が接続されており、エンコー
ダ１５、１６、１７の帰還信号はこのデジタルサーボユ
ニット２５、２６、２７にそれぞれフィードバックされ
るように構成されている。なお、インターフェイス２８
からは後述する変位計２９、３０からの出力値が入力さ
れるようになっている。
【００１１】図２から図５は主軸台６の先端部分を示す
図であり、主軸ハウジング７には主軸８が図略のベアリ
ングによって回転可能に支持されており、主軸８に設け
られたテーパ穴８１には工具ホルダ９が挿入され、公知
のクランプ機構によって主軸８に工具ホルダ９がクラン
プされる。ここで、主軸ハウジング７の端面には２つの
変位計２９、３０が取り付けられている。第１変位計２
９は下方を向いて取り付けられており、主軸ハウジング
端面７１とテーブル上に設けられた基準ブロック４との
間の距離を測定可能であり、第２変位計３０はブラケッ
ト３１を介して上向きに取り付けられており、主軸ハウ
ジング端面７１と主軸端面８２との間の変位を測定可能
である。また、第２変位計３０は主軸ハウジング端面７
１と第１プレート９８との間の変位、主軸ハウジング端
面７１と第２プレート９９との間の変位も測定可能であ
るが、この点については後述する。
図であり、主軸ハウジング７には主軸８が図略のベアリ
ングによって回転可能に支持されており、主軸８に設け
られたテーパ穴８１には工具ホルダ９が挿入され、公知
のクランプ機構によって主軸８に工具ホルダ９がクラン
プされる。ここで、主軸ハウジング７の端面には２つの
変位計２９、３０が取り付けられている。第１変位計２
９は下方を向いて取り付けられており、主軸ハウジング
端面７１とテーブル上に設けられた基準ブロック４との
間の距離を測定可能であり、第２変位計３０はブラケッ
ト３１を介して上向きに取り付けられており、主軸ハウ
ジング端面７１と主軸端面８２との間の変位を測定可能
である。また、第２変位計３０は主軸ハウジング端面７
１と第１プレート９８との間の変位、主軸ハウジング端
面７１と第２プレート９９との間の変位も測定可能であ
るが、この点については後述する。
【００１２】各変位計２９、３０は静電容量型の変位
計、渦電流型変位計、エアマイクロメータ等の各種の変
位計を用いることができる。また、測定すべき距離が比
較的長くなることが考えられるが、この場合はレーザ測
長器や三角測量の原理に基づいた変位計を用いるのがよ
い。
計、渦電流型変位計、エアマイクロメータ等の各種の変
位計を用いることができる。また、測定すべき距離が比
較的長くなることが考えられるが、この場合はレーザ測
長器や三角測量の原理に基づいた変位計を用いるのがよ
い。
【００１３】次に、第１の実施の形態の作用について、
図２および図６に基づいて説明する。まず、主軸８を所
定の回転数で回転させた状態で、各サーボモータ１５、
１６、１７を制御して、第１変位計２９が基準ブロック
４に対向する所定の位置に主軸台６を位置決めする。そ
して、第１変位計２９にて基準ブロック４までの間の距
離Ｌ1 を測定する。なお、ここで、熱膨張等の影響によ
る変位がない状態において、主軸台６がこの所定位置に
位置決めされたときの基準ブロック４までの距離を予め
測定して基準値としてメモリ２０に記憶しておく。第１
変位計の出力値Ｌ1 がインターフェイス２８を介してＣ
ＰＵ１９に入力されると、ＣＰＵ１９はメモリ２０に記
憶された基準値と比較して、変位量ΔＬ1 を演算する。
図６に示すように、この変位量ΔＬ1 は、コラム５、主
軸台６および主軸ハウジング７の熱膨張等による主軸ハ
ウジング端面７１の変位量である。なお、図６におい
て、図面左半分は熱膨張等による変位がない状態を、図
面右半分は熱膨張等によって変位した状態を示してい
る。
図２および図６に基づいて説明する。まず、主軸８を所
定の回転数で回転させた状態で、各サーボモータ１５、
１６、１７を制御して、第１変位計２９が基準ブロック
４に対向する所定の位置に主軸台６を位置決めする。そ
して、第１変位計２９にて基準ブロック４までの間の距
離Ｌ1 を測定する。なお、ここで、熱膨張等の影響によ
る変位がない状態において、主軸台６がこの所定位置に
位置決めされたときの基準ブロック４までの距離を予め
測定して基準値としてメモリ２０に記憶しておく。第１
変位計の出力値Ｌ1 がインターフェイス２８を介してＣ
ＰＵ１９に入力されると、ＣＰＵ１９はメモリ２０に記
憶された基準値と比較して、変位量ΔＬ1 を演算する。
図６に示すように、この変位量ΔＬ1 は、コラム５、主
軸台６および主軸ハウジング７の熱膨張等による主軸ハ
ウジング端面７１の変位量である。なお、図６におい
て、図面左半分は熱膨張等による変位がない状態を、図
面右半分は熱膨張等によって変位した状態を示してい
る。
【００１４】次に、第２変位計３０にて、主軸端面８２
までの距離Ｌ2 を測定する。上記と同様に、熱膨張等の
影響による変位がない状態における、主軸端面８２まで
の距離を予め測定して基準値としてメモリ２０に記憶し
ておく。第２変位計３０の出力値Ｌ2 がインターフェイ
ス２８を介してＣＰＵ１９に入力されると、ＣＰＵ１９
はメモリ２０に記憶された基準値と比較して、変位量Δ
Ｌ2 を演算する。図６に示すように、この変位量ΔＬ2
は、主軸ハウジング７に対する主軸８の変位量である。
までの距離Ｌ2 を測定する。上記と同様に、熱膨張等の
影響による変位がない状態における、主軸端面８２まで
の距離を予め測定して基準値としてメモリ２０に記憶し
ておく。第２変位計３０の出力値Ｌ2 がインターフェイ
ス２８を介してＣＰＵ１９に入力されると、ＣＰＵ１９
はメモリ２０に記憶された基準値と比較して、変位量Δ
Ｌ2 を演算する。図６に示すように、この変位量ΔＬ2
は、主軸ハウジング７に対する主軸８の変位量である。
【００１５】そして、このようにして得られた、コラム
５、主軸台６および主軸ハウジング７の熱膨張等による
主軸ハウジング端面７１の変位量ΔＬ1 と、主軸８の熱
膨張等による主軸ハウジング７に対する主軸８の変位量
ΔＬ2 とに基づいて、ＣＰＵ１９は工具刃先位置情報を
補正して実際の加工を行う。具体的には、通常、ＮＣプ
ログラムは主軸端面を基準として記述されており、この
ＮＣプログラムに対して使用する工具の工具長および工
具径だけオフセットさせた位置に工具を移動制御させて
いるので、この工具長オフセット値に、さらに、求めら
れた工具刃先位置の変位量を加えて工具の移動を制御す
るようにすればよい。
５、主軸台６および主軸ハウジング７の熱膨張等による
主軸ハウジング端面７１の変位量ΔＬ1 と、主軸８の熱
膨張等による主軸ハウジング７に対する主軸８の変位量
ΔＬ2 とに基づいて、ＣＰＵ１９は工具刃先位置情報を
補正して実際の加工を行う。具体的には、通常、ＮＣプ
ログラムは主軸端面を基準として記述されており、この
ＮＣプログラムに対して使用する工具の工具長および工
具径だけオフセットさせた位置に工具を移動制御させて
いるので、この工具長オフセット値に、さらに、求めら
れた工具刃先位置の変位量を加えて工具の移動を制御す
るようにすればよい。
【００１６】なお、上述の実施の形態において、第２変
位計３０は主軸端面８２までの距離を測定するようにし
たが、工具ホルダ９の所定の位置を測定し、これから間
接的に主軸端面８２の位置を演算するようにしてもよ
い。
位計３０は主軸端面８２までの距離を測定するようにし
たが、工具ホルダ９の所定の位置を測定し、これから間
接的に主軸端面８２の位置を演算するようにしてもよ
い。
【００１７】第１の実施の形態によれば、熱膨張等の影
響による、主軸ハウジング７の変位量および主軸８の変
位量をそれぞれ正確に検出することができるので、この
検出された変位量に基づいて、工具刃先位置を補正して
高精度な加工を行うことができる。
響による、主軸ハウジング７の変位量および主軸８の変
位量をそれぞれ正確に検出することができるので、この
検出された変位量に基づいて、工具刃先位置を補正して
高精度な加工を行うことができる。
【００１８】ここで、第１の実施の形態においては、主
軸端面８２の位置は正確に検出することができるが、そ
れより先の変位、すなわち、工具ホルダ９の変位や取り
付け誤差あるいは工具Ｔの摩耗等の影響による工具刃先
位置の変位を知ることはできない。そこで、第２の実施
の形態として以下のようにすることができる。第１の実
施の形態と同様にして、変位量ΔＬ1 とΔＬ2 に基づい
て、工具刃先位置を補正して、工作物Ｗの加工を行う。
そして、加工を行ったときの工具Ｔの切り込み量を変化
させない状態、すなわち、Ｚ軸を移動させない状態で、
図７に示すように、第１変位計２９にて工作物Ｗの加工
面までの間の距離Ｌ3 を測定する。ここで、第１変位計
２９の厚さをｓ、工具ホルダ９の長さをｔとすれば、ｔ
＋Δｔ＋ΔＬ2 ＝Ｌ3 ＋ｓの関係が成り立つ。したがっ
て、ＣＰＵ１９はＬ3 が入力されると、上記の関係に基
づいて、工具ホルダ９の変位量Δｔを演算して求めるこ
とができる。そして、この変位量にΔｔに基づいて、さ
らに工具刃先位置を補正して次回以降の加工を行うので
ある。
軸端面８２の位置は正確に検出することができるが、そ
れより先の変位、すなわち、工具ホルダ９の変位や取り
付け誤差あるいは工具Ｔの摩耗等の影響による工具刃先
位置の変位を知ることはできない。そこで、第２の実施
の形態として以下のようにすることができる。第１の実
施の形態と同様にして、変位量ΔＬ1 とΔＬ2 に基づい
て、工具刃先位置を補正して、工作物Ｗの加工を行う。
そして、加工を行ったときの工具Ｔの切り込み量を変化
させない状態、すなわち、Ｚ軸を移動させない状態で、
図７に示すように、第１変位計２９にて工作物Ｗの加工
面までの間の距離Ｌ3 を測定する。ここで、第１変位計
２９の厚さをｓ、工具ホルダ９の長さをｔとすれば、ｔ
＋Δｔ＋ΔＬ2 ＝Ｌ3 ＋ｓの関係が成り立つ。したがっ
て、ＣＰＵ１９はＬ3 が入力されると、上記の関係に基
づいて、工具ホルダ９の変位量Δｔを演算して求めるこ
とができる。そして、この変位量にΔｔに基づいて、さ
らに工具刃先位置を補正して次回以降の加工を行うので
ある。
【００１９】第２の実施の形態によれば、工作物Ｗの一
回目の加工後の表面位置を測定することにより、工具ホ
ルダ９の変位量を検出することができるので、この検出
された変位量に基づいて工具刃先位置を補正して二回目
以降の加工においてはさらに高精度な加工を行うことが
できる。
回目の加工後の表面位置を測定することにより、工具ホ
ルダ９の変位量を検出することができるので、この検出
された変位量に基づいて工具刃先位置を補正して二回目
以降の加工においてはさらに高精度な加工を行うことが
できる。
【００２０】次に、第３の実施の形態について、図３か
ら図５および図８に基づいて説明するが、第３の実施の
形態において、主軸ハウジング７の変位量および主軸８
の変位量を検出の仕方については、第１の実施の形態と
同じであるので説明は省略する。第３の実施の形態にお
いては、第２の実施の形態と同様に、工具ホルダ９の変
位量、特に、工具Ｔの変位量を正確に検出するものであ
る。以下、詳細に説明する。
ら図５および図８に基づいて説明するが、第３の実施の
形態において、主軸ハウジング７の変位量および主軸８
の変位量を検出の仕方については、第１の実施の形態と
同じであるので説明は省略する。第３の実施の形態にお
いては、第２の実施の形態と同様に、工具ホルダ９の変
位量、特に、工具Ｔの変位量を正確に検出するものであ
る。以下、詳細に説明する。
【００２１】第３の実施の形態においては、工具ホルダ
９は主軸８に設けられたテーパ穴の挿入されるテーパ部
９０と、ＡＴＣアームによって把持されるための円周溝
９１を備えた中間部９２と、その先端のチャック部９３
から構成されている。チャック部９３は中央にテーパ状
の空間を備えた円筒形状のチャック本体９４と、このテ
ーパ形状の空間に挿入されるコレット９５と、チャック
本体９４の外周先端部とねじ係合するコレット押え９６
とから構成されている。そして、コレット９５に工具Ｔ
を挿入し、コレット押え９６を締めつけることにより、
工具ホルダ９に工具Ｔを取り付けるようになっている。
９は主軸８に設けられたテーパ穴の挿入されるテーパ部
９０と、ＡＴＣアームによって把持されるための円周溝
９１を備えた中間部９２と、その先端のチャック部９３
から構成されている。チャック部９３は中央にテーパ状
の空間を備えた円筒形状のチャック本体９４と、このテ
ーパ形状の空間に挿入されるコレット９５と、チャック
本体９４の外周先端部とねじ係合するコレット押え９６
とから構成されている。そして、コレット９５に工具Ｔ
を挿入し、コレット押え９６を締めつけることにより、
工具ホルダ９に工具Ｔを取り付けるようになっている。
【００２２】ここで、図３に示すように、チャック本体
９４には半径方向に貫通穴９６が形成されており、この
貫通穴９６には第１プレート９８（第１の被測定部）が
挿入されている。この第１プレート９８はスプリング９
７によって常に工具Ｔの後端面ＴＲに当接されるてい
る。図４は図３の断面に対して主軸１１を９０度回転さ
せた状態の断面を示すものであり、チャック本体９４に
は半径方向に突出した第２プレート９９（第２の被測定
部）が固設されている。ここで、この第２プレート９９
はその下面（図２において下方の面）がチャック部９５
が工具Ｔを拘束する拘束中心位置Ｃに一致するように、
予めその軸線方向位置が定められている。
９４には半径方向に貫通穴９６が形成されており、この
貫通穴９６には第１プレート９８（第１の被測定部）が
挿入されている。この第１プレート９８はスプリング９
７によって常に工具Ｔの後端面ＴＲに当接されるてい
る。図４は図３の断面に対して主軸１１を９０度回転さ
せた状態の断面を示すものであり、チャック本体９４に
は半径方向に突出した第２プレート９９（第２の被測定
部）が固設されている。ここで、この第２プレート９９
はその下面（図２において下方の面）がチャック部９５
が工具Ｔを拘束する拘束中心位置Ｃに一致するように、
予めその軸線方向位置が定められている。
【００２３】第２の実施の形態の作用について説明す
る。主軸８を所定の回転速度で回転させた状態で、ま
ず、第１変位計２９を用いて基準ブロック４までの距離
Ｌ1 を測定して、主軸ハウジング端面７１の変位ΔＬ1
を求める。この点は第１の実施の形態と同様である。次
に、図５に示すように、第２変位計３０を用いて主軸端
面８２までの距離Ｌ 2 を測定するわけであるが、図３に
示される第１プレート９８までの距離Ｌ5 と、図４に示
される第２プレート９９までの距離Ｌ6 を同時に測定す
る。ここで、主軸８が回転しているので、第２変位計３
０の出力は主軸８の回転に同期して、図８に示すような
波形が繰り返し表れる。この波形から主軸端面８２の位
置、第１プレート９８の位置、第２プレート９９の位置
を得るには、以下のようにすればよい。主軸端面８２の
位置に対する第２変位計３０の出力値と第１プレート９
８の位置に対する第２変位計３０の出力値の中間程度の
値のしきい値を予め設定しておく。そして、第２変位計
３０の出力値がしきい値を下まわった時から所定の時間
t1後の出力値をサンプリングする。これが第２プレート
９９の位置Ｌ6 である。次に第２変位計３０の出力値が
しきい値を越えた時から所定の時間t2後の出力値をサン
プリングする。これが主軸端面８２の位置Ｌ2 である。
そして、第２変位計３０に出力値が再びしきい値を下ま
わった時から所定の時間t3後の出力値をサンプリングす
る。これが第１プレート９８の位置Ｌ5 である。このよ
うに構成すれば、一つの変位計にて、３か所の位置を測
定することが可能となる。
る。主軸８を所定の回転速度で回転させた状態で、ま
ず、第１変位計２９を用いて基準ブロック４までの距離
Ｌ1 を測定して、主軸ハウジング端面７１の変位ΔＬ1
を求める。この点は第１の実施の形態と同様である。次
に、図５に示すように、第２変位計３０を用いて主軸端
面８２までの距離Ｌ 2 を測定するわけであるが、図３に
示される第１プレート９８までの距離Ｌ5 と、図４に示
される第２プレート９９までの距離Ｌ6 を同時に測定す
る。ここで、主軸８が回転しているので、第２変位計３
０の出力は主軸８の回転に同期して、図８に示すような
波形が繰り返し表れる。この波形から主軸端面８２の位
置、第１プレート９８の位置、第２プレート９９の位置
を得るには、以下のようにすればよい。主軸端面８２の
位置に対する第２変位計３０の出力値と第１プレート９
８の位置に対する第２変位計３０の出力値の中間程度の
値のしきい値を予め設定しておく。そして、第２変位計
３０の出力値がしきい値を下まわった時から所定の時間
t1後の出力値をサンプリングする。これが第２プレート
９９の位置Ｌ6 である。次に第２変位計３０の出力値が
しきい値を越えた時から所定の時間t2後の出力値をサン
プリングする。これが主軸端面８２の位置Ｌ2 である。
そして、第２変位計３０に出力値が再びしきい値を下ま
わった時から所定の時間t3後の出力値をサンプリングす
る。これが第１プレート９８の位置Ｌ5 である。このよ
うに構成すれば、一つの変位計にて、３か所の位置を測
定することが可能となる。
【００２４】ここで、図９に示すように、工具Ｔが拘束
中心Ｃにてチャック部９３に把持されているとすると、
工具Ｔの変位は拘束中心Ｃから上方への変位ΔＴＲＣ
と、拘束中心Ｃから下方への変位ΔＴＦＣとに分けて考
えることができる。また、工具Ｔの熱分布が一様である
と仮定すると、熱変位は長さに比例する。そして、工具
拘束中心Ｃから上方への変位ΔＴＦＣはスプリング９７
によって吸収されるので、工具Ｔの刃先位置の変位とし
ては工具拘束中心Ｃから上方への変位ΔＴＦＣを考えれ
ばよい。いま、第１変位計３０により測定された第１プ
レート９８の位置と第２プレート９９の位置の差Ｌ5 −
Ｌ6 は、工具拘束中心Ｃから工具後端ＴＲまでの距離で
あるから、ΔＴＲＣ＝（Ｌ5 −Ｌ6 ）−ＴＲＣである。
したがって、予め工具Ｔの拘束中心Ｃから上端までの距
離ＴＲＣと、拘束中心Ｃから下端までの距離ＴＦＣを測
定しておけば、ΔＴＲＣ：ΔＴＦＣ＝ＴＲＣ：ＴＲＦの
関係から工具拘束中心Ｃから下方への変位ΔＴＲＣを求
めることができる。
中心Ｃにてチャック部９３に把持されているとすると、
工具Ｔの変位は拘束中心Ｃから上方への変位ΔＴＲＣ
と、拘束中心Ｃから下方への変位ΔＴＦＣとに分けて考
えることができる。また、工具Ｔの熱分布が一様である
と仮定すると、熱変位は長さに比例する。そして、工具
拘束中心Ｃから上方への変位ΔＴＦＣはスプリング９７
によって吸収されるので、工具Ｔの刃先位置の変位とし
ては工具拘束中心Ｃから上方への変位ΔＴＦＣを考えれ
ばよい。いま、第１変位計３０により測定された第１プ
レート９８の位置と第２プレート９９の位置の差Ｌ5 −
Ｌ6 は、工具拘束中心Ｃから工具後端ＴＲまでの距離で
あるから、ΔＴＲＣ＝（Ｌ5 −Ｌ6 ）−ＴＲＣである。
したがって、予め工具Ｔの拘束中心Ｃから上端までの距
離ＴＲＣと、拘束中心Ｃから下端までの距離ＴＦＣを測
定しておけば、ΔＴＲＣ：ΔＴＦＣ＝ＴＲＣ：ＴＲＦの
関係から工具拘束中心Ｃから下方への変位ΔＴＲＣを求
めることができる。
【００２５】そして、このようにして得られた、コラム
５、主軸台６および主軸ハウジング７の熱膨張等による
主軸ハウジング端面７１の変位量ΔＬ1 、主軸８の熱膨
張等による主軸ハウジング７に対する主軸８の変位量Δ
Ｌ2 、工具ホルダ９に対する工具Ｔの変位ΔＴＲＣに基
づいて、ＣＰＵ１９は工具刃先位置情報を補正して実際
の加工を行う。
５、主軸台６および主軸ハウジング７の熱膨張等による
主軸ハウジング端面７１の変位量ΔＬ1 、主軸８の熱膨
張等による主軸ハウジング７に対する主軸８の変位量Δ
Ｌ2 、工具ホルダ９に対する工具Ｔの変位ΔＴＲＣに基
づいて、ＣＰＵ１９は工具刃先位置情報を補正して実際
の加工を行う。
【００２６】第３の実施の形態によれば、工具Ｔの後端
の接する第１プレート９８と、工具Ｔの拘束中心Ｃに位
置する第２プレート９９の位置を測定することにより、
工具ホルダ９に対する工具Ｔの刃先位置の変位を検出す
ることができるので、これに基づいて工具Ｔの刃先位置
情報を補正して、高精度な加工を行うことができる。な
お、上述の各実施の形態において、各変位の測定や演
算、それに基づく刃先位置の補正は、工作物の加工に先
立って行うことは勿論であるが、経時的に変位が変わる
ことが考えられるので、所定時間毎に、あるいは所定の
加工時間毎に行うようにしてもよい。
の接する第１プレート９８と、工具Ｔの拘束中心Ｃに位
置する第２プレート９９の位置を測定することにより、
工具ホルダ９に対する工具Ｔの刃先位置の変位を検出す
ることができるので、これに基づいて工具Ｔの刃先位置
情報を補正して、高精度な加工を行うことができる。な
お、上述の各実施の形態において、各変位の測定や演
算、それに基づく刃先位置の補正は、工作物の加工に先
立って行うことは勿論であるが、経時的に変位が変わる
ことが考えられるので、所定時間毎に、あるいは所定の
加工時間毎に行うようにしてもよい。
【００２７】
【発明の効果】本発明によれば、回転中の工具刃先位置
を変位を、間接的に測定するにも係わらず、正確に検出
して補正することができる。また、一般的な変位計を主
軸端面に２つ設けるだけでよいので、特殊な構成や複雑
な計測装置を用いる必要がない。
を変位を、間接的に測定するにも係わらず、正確に検出
して補正することができる。また、一般的な変位計を主
軸端面に２つ設けるだけでよいので、特殊な構成や複雑
な計測装置を用いる必要がない。
【００２８】さらに、主軸ハウジング先端の変位、主軸
の変位、さらには、工具ホルダあるは工具の変位をそれ
ぞれ独立して検出することができる。したがって、大幅
な変位を検出した際に信号を出力するようにすれば、例
えば、工具の折損等の各部の異常検出を行うことも可能
である。
の変位、さらには、工具ホルダあるは工具の変位をそれ
ぞれ独立して検出することができる。したがって、大幅
な変位を検出した際に信号を出力するようにすれば、例
えば、工具の折損等の各部の異常検出を行うことも可能
である。
【図１】マシニングセンタとその制御ブロックの概略を
示す図である。
示す図である。
【図２】第１の実施の形態における主軸の先端部分を示
す図である。
す図である。
【図３】第３の実施の形態における主軸の先端部分を示
す図である。
す図である。
【図４】図３に対して主軸を９０度回転させた状態を示
す図である。
す図である。
【図５】図４に対して主軸を９０度回転させた状態を示
す図である。
す図である。
【図６】主軸先端の変位の状態を示す図である。
【図７】第２の実施の形態における主軸の先端部分を示
す図である。
す図である。
【図８】第３の実施の形態における第２変位計の出力を
示す図である。
示す図である。
【図９】第３の実施の形態における工具の変位を示す図
である。
である。
Ｔ 工具 ３ テーブル ４ 基準ブロック ７ 主軸ハウジング ８ 主軸 ９ 工具ホルダ １５ サーボモータ １６ サーボモータ １７ サーボモータ １８ 制御装置 ２９ 第１変位計 ３０ 第２変位計 ９３ チャック部 ９８ 第１プレート（第１の被測定部） ９９ 第２プレート（第２の被測定部）
Claims (7)
- 【請求項１】 主軸ハウジングに回転可能に支持された
主軸に装着された工具の回転中の刃先位置の変位を検出
する方法であって、基準位置に対する前記主軸ハウジン
グ先端の位置を測定するステップ、前記主軸ハウジング
先端の位置に対する前記主軸先端の位置を測定するステ
ップ、前記各ステップにおける測定結果に基づき前記基
準位置に対する前記主軸ハウジング先端の変位および前
記主軸ハウジング先端に対する前記主軸先端の変位を演
算するステップからなることを特徴とする刃先位置変位
検出方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の刃先位置変位検出方法
において、前記各ステップを行った後、前記工具にて工
作物を加工するステップ、前記工作物の加工面に対する
前記主軸ハウジング先端の位置を測定するステップ、該
ステップにおける測定結果に基づき前記工具の刃先位置
の変位を演算するステップからなることを特徴とする刃
先位置変位検出方法。 - 【請求項３】 工作物が載置されるテーブルと、端面に
工具を把持する主軸と、該主軸を回転可能に支持する主
軸ハウジングと、前記テーブルと前記主軸とを相対移動
させる駆動手段と、該駆動手段を数値制御する制御装置
とからなる工作機械において、 前記テーブル上の既知の位置の設けられた基準ブロック
と、前記主軸ハウジングに設けられ前記基準ブロックと
の距離を測定する第１変位計と、前記主軸ハウジングに
設けられ前記主軸端面もしくは工具ホルダとの距離を測
定する第２変位計とを備え、 前記制御装置は前記第１変位計および前記第２変位計の
測定値に基づき前記主軸ハウジング先端の変位および前
記主軸ハウジング先端に対する前記主軸の変位を演算す
る演算手段を備え、該演算手段の演算結果に基づいて前
記工具の刃先位置を補正して前記駆動手段を制御するこ
とを特徴とする刃先変位検出機能を備えた工作機械。 - 【請求項４】 請求項３に記載の刃先位置変位補正機能
を備えた工作機械において、前記工具は工具ホルダを介
して主軸に保持され、前記第２変位計は前記工具後端の
軸線方向位置と前記工具ホルダが前記工具を拘束する拘
束中心の軸線方向位置とを測定可能であり、前記演算手
段は前記第２変位計により測定された前記工具後端の軸
線方向位置と前記拘束中心の軸線方向位置とに基づいて
前記工具ホルダに対する前記工具の刃先位置の変位を演
算することを特徴とする刃先変位検出機能を備えた工作
機械。 - 【請求項５】 工具と、該工具を把持するチャック部
と、工作機械の主軸にクランプされるための被クランプ
部とからなる工具ホルダにおいて、 前記工具後端に付勢されて接触し少なくともその一部が
前記チャック部から半径方向に突出して設けられた第１
の被測定部と、前記チャック部による前記工具の拘束位
置の中心に軸線方向位置が一致し前記チャック部外周に
半径方向に突出して設けられた第２の被測定部を備えた
ことを特徴とする工具ホルダ。 - 【請求項６】 請求項５に記載の工具ホルダにおいて、
前記チャック部はコレットチャックで構成されているこ
とを特徴とする工具ホルダ。 - 【請求項７】 工作物が載置されるテーブルと、端面に
工具ホルダを把持する主軸と、該主軸を回転可能に支持
する主軸ハウジングと、前記テーブルと前記主軸とを相
対移動させる駆動手段と、該駆動手段を数値制御する制
御装置とからなる工作機械において、 前記工具ホルダは工具と該工具を把持するチャック部と
前記主軸にクランプされるための被クランプ部とからな
り、前記工具後端に付勢されて接触し少なくともその一
部が前記チャック部から半径方向に突出して設けられた
第１の被測定部と、前記チャック部による前記工具の拘
束位置の中心に軸線方向位置が一致し前記チャック部外
周に半径方向に突出して設けられた第２の被測定部を備
え、 前記テーブル上の既知の位置の設けられた基準ブロック
と、前記主軸ハウジングに設けられ前記基準ブロックと
の距離を測定する第１変位計と、前記主軸ハウジングに
設けられ前記主軸端面との距離および前記第１の被測定
部との距離および前記第２の被測定部との距離を測定す
る第２変位計とを備え、 前記制御装置は前記第１変位計および前記第２変位計の
測定値に基づき前記主軸ハウジング先端のの変位および
前記主軸ハウジング先端に対する前記主軸の変位および
前記工具ホルダに対する前記工具の変位を演算する演算
手段を備え、該演算手段の演算結果に基づいて前記工具
の刃先位置を補正して前記駆動手段を制御することを特
徴とする刃先変位検出機能を備えた工作機械。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11677197A JPH10309653A (ja) | 1997-05-07 | 1997-05-07 | 刃先位置変位検出方法及び刃先位置変位検出機能を備えた工作機械並びに該工作機械用工具ホルダ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11677197A JPH10309653A (ja) | 1997-05-07 | 1997-05-07 | 刃先位置変位検出方法及び刃先位置変位検出機能を備えた工作機械並びに該工作機械用工具ホルダ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10309653A true JPH10309653A (ja) | 1998-11-24 |
Family
ID=14695328
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11677197A Pending JPH10309653A (ja) | 1997-05-07 | 1997-05-07 | 刃先位置変位検出方法及び刃先位置変位検出機能を備えた工作機械並びに該工作機械用工具ホルダ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10309653A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006007369A (ja) * | 2004-06-25 | 2006-01-12 | Nippei Toyama Corp | 工作機械における被測定物の表面形状判定装置 |
| JP2007245342A (ja) * | 2000-10-16 | 2007-09-27 | Makino Milling Mach Co Ltd | 工具の刃先位置の測定方法及び装置、ワークの加工方法並びに工作機械 |
| JP2014000662A (ja) * | 2012-06-21 | 2014-01-09 | Jtekt Corp | 工具先端位置補正装置 |
| WO2015002030A1 (ja) * | 2013-07-01 | 2015-01-08 | 旭硝子株式会社 | 剥離起点作成装置及び方法 |
| CN107116374A (zh) * | 2017-05-11 | 2017-09-01 | 东北大学 | 一种具有激光测振功能的数控机床主轴刀柄及测振方法 |
| CN109396951A (zh) * | 2017-08-17 | 2019-03-01 | 富鼎电子科技(嘉善)有限公司 | 刀具检测设备 |
| TWI677402B (zh) * | 2018-04-11 | 2019-11-21 | 先馳精密儀器股份有限公司 | 刀具狀態檢測系統 |
-
1997
- 1997-05-07 JP JP11677197A patent/JPH10309653A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2006007369A (ja) * | 2004-06-25 | 2006-01-12 | Nippei Toyama Corp | 工作機械における被測定物の表面形状判定装置 |
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| WO2015002030A1 (ja) * | 2013-07-01 | 2015-01-08 | 旭硝子株式会社 | 剥離起点作成装置及び方法 |
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| CN109396951A (zh) * | 2017-08-17 | 2019-03-01 | 富鼎电子科技(嘉善)有限公司 | 刀具检测设备 |
| TWI677402B (zh) * | 2018-04-11 | 2019-11-21 | 先馳精密儀器股份有限公司 | 刀具狀態檢測系統 |
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