JPS61146453A - 工作機械の自動工具補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、数値制御工作機械等の工作機械において、工
具の欠損（以下、チッピングという）や摩耗等により工
具チップを交換した場合、工具の加工位置ずれを自動的
に計測し補正する工作機械の自動工具補正装置に関する
。

〔従来の技術〕

数値制御工作機械等においては、予めテープ等で入力し
た数値制御データに基き、工具などの位置決めが為され
、テーブルや旋削チャックなどに取付けられたワークの
加工が行なわれる。工具の刃先のチッピングや摩耗が生
じた場合、加工寸法精度が許容限度を越える恐れがある
為、工具チップを交換する必要がある。この工具チップ
交換の際、一般に交換前の工具の刃先位置と交換後の工
具の刃先位置は加工位置ずれを起して加工寸法精度を悪
化させる。

従来は、手動により試し削り後、手計算を行なって工具
補正値を求めたり、ツールプリセツタと呼ばれる工具補
正装置によって手動でワークの計測面にタッチセンサー
などのワーク位置検出手段を接触させて工具補正値を求
めたりしていた。

〔発明が解決しようとする問題〕

工作機械の工具チップを交換した場合、従来の工具補正
値を求める手段においては、試し削り時の誤操作や計算
ミスが出る問題と、作業が煩雑で計算に時間がかかると
いう問題などがあった。また、ツールプリセツタにおい
ては手動の操作に手間がかかり迅速に作業ができないと
いう問題点があった。特に加工箇所が多いと工具の種類
も多くなって、それぞれ補正が必要なため、上記手計算
や手動操作は極めて非能率なものとってくる。

本発明は前記従来装置の問題点を解決するためになされ
たもので、その目的とするところは、ワークの荒加工時
、加工プログラムと交換後の工具の加工位置ずれを見越
した設定値にもとずき、仕上げ加工前に第２の加工位置
を求め、該第２の加工位置を計測動作プログラムによっ
て実測値を計測し、工具補正値を算出して最終的に正確
なワークの仕上げ加工を行なうことで、荒加工用のプロ
グラムと仕上げ加工用プログラムを同一ブログムで成し
得るところにある。すなわち、自動で計測動作を行ない
、この実測値により工具補正値を演算し、工具チップ交
換時の工具加工位置ずれの補正操作を極めて迅速かつ簡
単にできる工作機械の自動工具補正装置を提供すること
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は前記目的を達成するために、中央処理装置と計
測動作プログラムメモリを備え、工具の加工位置ずれ検
知を行なわせるための手段として第２加工位置演算手段
を備え、計測手段としてタッチセンサーなどのワーク位
置検出手段と位置データ送出手段を備え、実測値により
工具補正値を算出する最終加工位置演算手段および工具
補正値演算手段と工具補正データメモリとを備えたこと
を特徴としている。

〔作　用〕

本発明は工具補正値を求めるために最終加工寸法には至
らない工具の取付誤差以上の安全幅を持たせた寸法で加
工を行わせる。この安全幅を持たせた加工寸法位置が第
２加工位置であり、安全幅が設定値である。加工された
該第２加工位置を計測動作プログラムの手順によってワ
ーク位置検出手段と位置データ送出手段で自動計測し、
実測値を求める。この実測値により最終加工位置を演算
して工具補正値を決定する。求められた工具補正値で加
工プログラムの座標値を補正することで該ワークを正確
に仕上げようとするものである。本発明は、以上の補正
値を決定するまでの各設定をあらかじめキーボードなど
の入力手段から入力しておき、以後自動的に迅速に行な
うものである。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基いて詳細に説明する。

第１図は本発明の工作機械の自動工具補正装置の実施例
を示す構成図で、第２図は本発明の実施対象例として、
ＮＣ旋盤の工具とワークとの関係を示す図である。本実
施例のＮＣ旋盤においては、Ｘ軸とＺ軸の２軸を有して
いるが構成、動作とも同様なので、本文においてはＸ軸
を例に説明する。

ＮＣ旋盤の要部は第２図に示す如（、加工時に回転する
主軸Ｍと、主軸Ｍに取付けられ主軸Ｍと共に回転し、ワ
ークＷを把持するための爪を備えたチャックＣと、工具
Ｔと、タッチセンサー６などから構成されている。該工
具Ｔのチップ刃先が前記主軸Ｍの中心線方向即ちＺ軸方
向と該Ｚ軸方向と直交するＸ軸方向に位置決めされ、ワ
ークＷに所要の切削加工が為される。ワーク加工位置を
計測する場合のワーク位置検出手段として、タッチセン
サー６が用いられる。タッチセンサー６は、ワークＷに
導体接触した瞬間に閉回路りを形成することで閉回路り
に流れる電流を電磁誘導等で検出し、検出された信号は
タッチ信号として第１図示のインターフェース回路７か
ら発せられる。なお、タッチセンサー６はこれ以外の方
法を用いたものであっても一向にさしつかえない。

第２図には本発明における各加工寸法の座標値の関係が
示されている。第２図（イ）と（ハ）は外形加工の場合
を、第２図（ロ）と（ニ）は内径加工の場合を示してい
る。ここでこれらの各座標値と各座標値間の関係を明ら
かにする。

Ｘｏは加工プログラム上の最終加工座標値であり、Ｘ　
ＯＦＯは工具チップ交換前の工具取付誤差による前回の
工具補正値（以下各値は直径表示とする）、Ｘ２は加工
プログラム上の第２加工位置の寸法値である。Ｘｏｒ＋
　　（第２図（ハ）および（ニ））は第２加工位置Ｘ２
における工具チップ交換後の工具チップ交換前に対する
工具取付誤差値である。

Ｘ２は加工プログラム上の第２加工位置Ｘ２における実
測値である。Ｘ、は求めるべき最終加工位置、ｘ　０Ｆ
ｎｓが工具ナンバーｎの加工箇所ナンバーｍにおける今
回の工具補正値を示す。ａは第２加工位置Ｘｔを求める
際の設定値で最大工具取付誤差値以上に設定される。

次に以上の各座標値間の関係を述べる。工具チップ交換
前は前回の工具補正値Ｘ。Ｆｏが投入されている。従っ
て、加工プログラム上の最終加工座標値Ｘ０に対し、（
ＸＯＸ０ＦＯ）でＮＣ指令を行ってワークを加工すれば
正規の最終加工位置に仕上げることができる。工具チッ
プ交換後は更に工具取付誤差値ＸＯＦ＋が加わるので、
最終加工位置Ｘ、に至らない安全幅を持たせた第２加工
位置Ｘ、を求める。すなわち、設定値ａを工具取付誤差
値Ｘ。Ｆｌの最大値より大きい値として加える。

外径加工の場合、第２図（イ）で Ｘｚ　−（ＸＯＸ０ＦＯ）　＋ａ　　＋＊＋＋＋　（Ａ
）となる。また第２加工位置Ｘ２での実測値ＸＰは工具
チップ交換後の新たな工具取付誤差値Ｘ。Ｆ。

が加わったものであるから第２図（ハ）で、新たな工具
取付誤差値Ｘ。Ｆｌは、 ＸｏＦ１’　”　ＸＰ　　Ｘｚ　　・・・・・・（Ｂ）
から求められる。最終加工位置Ｘ１は第２加工位置Ｘ２
から設定値ａと工具チップ交換後の交換前に対する新た
な工具取付誤差値Ｘ、ＦＩを引いたものであるから、 ＸＩ　＝Ｘｚ　　　（ａ　＋Ｘｏｒ＋　）　　・＝−（
Ｃ）（Ａ）式からａを（Ｂ）式からＸ。Ｆ、を代入する
と、ＸＩ　　＝Ｘｚ　　　（ＸＦ　　（ＸＯ−ＸＯＦ＋
）］　・・・（Ｄ）となり、求めるべき最終加工位置Ｘ
Ｉが求められる。工具チップ交換後の新たな補正値（今
回の工具補正値）　Ｘｏｒ＊ｍは加工プログラム上の最
終加工座標値Ｘ０から求められた最終加工位置Ｘ１を引
いたものであるから、 ＸＯＦ、１−＝ＸＯＸＩ　　　−−（Ｅ）となり、Ｘｏ
Ｆ、１．を算出することができる。

また、前記（Ｄ）式を変形して、 Ｘｏ　　ＸＩ　＝　（ＸＰ　　Ｘｚ　）、＋Ｘ０Ｆ（１
・＝　（Ｄ　’　）前記（Ｂ）式を代入すると Ｘｏ　　ＸＩ　＝Ｘｏｒ＋　＋Ｘ０ＦＯ＝ＸＯ，，，＋
＋　（Ｆ）すなわち、今回の工具補正値Ｘ。７．は、前
回の工具補正値Ｘ。Ｆｏと第２加工位置ｘ２における工
具チップ交換前と交換後の工具取付誤差値Ｘ。Ｆｌを加
えたものである。

以上は外径加工の場合であったが第２図（ロ）および（
ニ）の内径加工の場合には設定値ａ符号が逆となって−
ａとなる以外同様である。

以上の実施対象例における本発明の自動工具補正装置は
第１図に示す如く構成される。加工用数値制御データを
読み取るためにテープリーダ１があり、設定値や演算指
令などの入力手段としてＣＲＴ画面つきのキーボード２
がある。第２加工位置演算手段３Ｘは加工プログラム上
の第２加工位置Ｘ２を演算するためのものである。設定
値レジスタ３ａｘに記憶された設定値ａは、設定工具信
号により該当する工具の指令がきた時にアンドゲート３
ｂｘを通過する。前記（Ａ）式から第２加工位置ｘ２を
算出する内径加工時の演算回路３ｅＸおよび外径加工時
の演算回路３ｆｘがある。内径指令か外径指令かによっ
て前記設定値ａは、演算指令が選択されて演算回路へ送
出されるべくアンドゲート３ｃｘおよびアンドゲート３
ｄｘを有している。前記演算回路３ｅｘと３ｆｘの演算
後、オアゲー）３ｉｘから前記演算結果である第２加工
位置Ｘｔを第２加工位置データレジスタ３ｊｘにとりこ
む。演算時に必要な加工プログラム上の最終加工座標値
Ｘ０および前回の工具補正値Ｘ。ｔ。

は、レジスタ３ｇｘおよびレジスタ３ｈｘに記憶される
。第２加工位置Ｘ２を基に加工を行ないまた通常の加工
を行なう加工プログラムメモリ４があり、計測動作の手
順を与える計測動作プログラムメモリ５が備えられてい
る。該計測動作においてワーク面を検出するためにタッ
チセンサー６やタッチ信号を発するインターフェース回
路７から成るワーク検出手段がある。該タッチ信号から
前記第２加工位置の実測値ＸＰを計測する。サーボモー
タやエンコーダ、補間器、アンプなどから成る位置デー
タ送出手段８ｘが備えられている。前記タッチ信号を選
択送出するためにＸ軸処理部１３用としてアンドゲート
１３ａが、Ｚ軸処理部１４用としてアンドゲート１４ａ
が設けられ、各々Ｘ軸選択指令、Ｚ軸選択指令によって
選択される。アントゲ−）９ａｘはＸ処理部１３用とし
て選択送出されたタッチ信号により位置データ送出手段
８ｘからの現在値Ｘを通過させる。送出された現在値デ
ータＸは第２加工位置Ｘ２における実測値Ｘ、として、
実測値レジスタ９ｂｘに格納される。前記各レジスタ３
ｇｘ、３ｈｘ、３ｊｘ。

９ｂｘの各値を取り込んで前記（Ｄ）式により最終加工
位置Ｘ、を求める。最終加工位置Ｘ１は演算手段９ｘで
求め、最終加工位置Ｘ、とレジスタ３ｇｘの加工プログ
ラム上の最終加工座標値Ｘ。

から今回の工具補正値Ｘ。Ｆ７．を工具補正演算手段１
０ｘで演算する。工具補正値演算手段１０ｘの演算後、
工具補正データメモリ１１へ今回の工具補正値Ｘ。、１
を前回の工具の工具補正値に替って更新し記憶させる。

また、その読み出しや書き込みは、補正値設定部１１ａ
によって行なわれる。

以上の各手段を統括し指令しデータの転送などを行なう
ものとして中央処理装置（以下ＣＰＵ）１２が備えられ
ている。

以上の如く、本構成はＸ軸について述べであるがＸ処理
部１３と同様に、Ｘ処理部１４と位置データ送出手段８
ＺがＺ軸の補正のために設けられており、本文の記号中
のＸをＺと読み替えれば同様に説明される。

以上の如く構成される本発明の工作機械の自動工具補正
装置の動作を説明する。第３図は本発明の実施例の動作
を示すフローチャートである。第０段は工作機械におい
て工具チップが摩耗限界に達したりチッピングを起した
りした場合、工具チップを交換することを示している。

続いて第０段以降、キーボード２などの入力手段により
あらかじめ与えられたデータの指令で補正動作が始まる
。

第０段では交換後の新しい工具Ｔの種類やワークＷに対
する加工箇所を特定する。工具の種類や加工箇所が特定
されると第０段で、最終加工位置に至らない安全幅を持
った第２加工位置Ｘ２が第２加工位置演算手段３ｘにお
いて前記（Ａ）式により算出される。以下第２加工位置
演算手段３Ｘの動作を述べる。前記安全幅は設定値ａで
あり、キーボード２などの入力手段からあらかじめ設定
値レジスタ３ａｘなどに記憶しておく。設定工具信号が
アントゲ−）３ｂｘに入力され、工具Ｔに対応する設定
値ａが選択されて、次段のアンドゲート３ｃｘおよび３
ｄｘに入力される。加工箇所が外径加工か内径加工かの
判別信号により、アンドゲート３ｃｘには内径指令が、
アンドゲート３ｄＸには外径指令が入力される。該当す
る指令側のどちら一方のアンドゲートが閉じ次段の演算
回路３ｅｘ、３ｆｘのいずれかに設定値ａが人力され第
２加工位置Ｘ２の演算が指令される。３ｅｘが内径指令
の場合の演算回路であり、３ｆｘが外径指令の場合の演
算回路である。演算を指令された演算回路（３ｅｘまた
は３「ｘ）では前記（Ａ）式に示すように加工プログラ
ム上の最終加工座標値Ｘ。と、前回の工具補正値Ｘ。Ｆ
ｏが取込まれる。

工具の種類と加工箇所が特定された時に、工具Ｔと加工
箇所に対応した前記Ｘ。が加工プログラムメモリ４など
から、また同じく対応したＸ。ＦＯが補正値設定部１１
ａを介して工具補正データメモリ１１から読み出され各
レジスタ３ｇｘ、３ｈｘに保持されている。演算回路の
３ｅｘまたは３ｆＸのいずれかの演算により第２加工位
置Ｘｚが演算終了信号と共にオアゲー）３ｉｘを通過し
、第２加工位置データレジスタ３ｊｘに記憶される。

第２加工位置Ｘ２が決定すると第０段で加工プログラム
メモリ４などの与える手順でワークＷは新しい工具Ｔチ
ップによって第２加工位置Ｘ２で加工が為される。第２
加工位置Ｘ２による加工が完了すると第０段で、計測動
作プログラム５の与える手順でワークの第２加工位置Ｘ
２の実測値ＸＰがタッチセンサー６や位置データ送出手
段８Ｘなどで求められる。即ちタッチセンサー６は位置
データ送出手段８ＸのサーボモータなどによりワークＷ
の加工面に導体接触するまで移動され、導体接触した瞬
間、インターフェイス回路７はタッチ信号を発し、アン
ドゲート１３ａおよび１４ａに入力される。アンドゲー
ト１３ａ、１４ａはタッチ信号を選択してＸ軸の工具補
正値を求めるのか、Ｚ軸の工具補正値を求めるのかを指
令する。

アントゲ−１−１３３にはＸ選択指令が入力され、該Ｘ
選択指令があるときゲートが閉じタッチ信号がＸ処理部
のアンドゲート９ａｘに出力される。

アントゲ−）１４ａはＺ軸補正のためのもので、Ｚ選択
指令によって同様に動作する。これらＸ選択指令、Ｚ選
択指令は第０段で加工箇所が特定されると自動的に決ま
るものである。アンドゲート９ａｘは位置データ送出手
段８ｘの現在値データＸを前記タッチ信号によりゲート
を閉じ実測値レジスタ９ｂｘに第２加工位置Ｘｔにおけ
る実測値Ｘ、として格納する。

以上で計測動作が完了し続いて第０段で、該実測値ＸＦ
や前記第２加工位置Ｘ２を用いて、前記（Ｄ）式により
最終加工位置Ｘ１が最終加工位置演算手段９Ｘにおいて
演算される。加工プログラム上の最終加工座標値Ｘ。や
前回の工具補正値Ｘ　ＯＦＯはレジスタ３ｇｘおよび３
ｈｘから取り込まれる。最終加工位置Ｘ、が算出される
と第０段において前記（Ｅ）式（ＸＯＦｌｌ−＝　ＸＯ
Ｘ　＋　）により今回の工具補正値Ｘ。Ｆ、、ユが工具
補正値演算手段１０ｘ−において算出され、工具補正デ
ータメモリ１１の前回の工具補正値に替って更新され記
憶される。該工具補正データメモリ１１は工具の種類お
よび加工箇所別に記憶できるようファイル構成が為され
、記憶内容の更新は今回の工具補正値Ｘ　０Ｆｎｓの決
定を受けて、補正値設定部１１ａが該当する工具ナンバ
ーｎと加工箇所ナンバーｍのファイルをアクセスし、前
回の工具補正値Ｘ。ＦＯに替えて今回の工具補正値Ｘ。

Ｆｙ＋いに書き替える。複数工具を備えＡＴＣ（自動工
具交換装置）などで工具が交換されて加工が行なわれる
ような工作機械においては、複数の工具チップを交換し
た場合１つのワークに対する必要な全ての補正操作が行
なわれ、工具補正値が決定されて工具補正データメモリ
１１が更新される。工具補正データメモリ１１が更新さ
れると第０段で、前記第２加工位置Ｘ２における加工が
為された後、今回の工具補正値Ｘ。Ｆ工によって、加工
プログラムメモリ４のプログラム上の加工座標値Ｘ０が
補正され、工具位置を矯正することなくワークを正確な
寸法座標値で切削加工を行なうことが出来る。

〔発明の効果〕

本発明は試行動作を行なうのでどのような種類のワーク
にも柔軟に対応することができ汎用的であるという効果
を奏する。

また簡単な操作で一２加工位置での加工、計測動作、補
正演算などが自動的に行なわれるので、迅速な処理が可
能である。さらに補正に係る時間を大幅に短縮すること
ができ、作業能率を向上させる効果が得られた。

本発明では補正動作が自動的に行なわれるので補正洩れ
や誤操作がなく、ワークを、最終的に補正された正確な
寸法で仕上げるので、従来のように手動で試し削りを行
なう必要がなく、補正洩れや誤操作が生じることもなく
経済性が高まる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の工作機械の自動工具補正装置の実施例
を示す構成図、第２図は本発明の実施例における工具と
ワークの関係を示す横面図、第３図は本発明の実施例の
動作を説明するフローチャートである。 ３ｘ・・・第２加工位置演算手段 ５・・・計測動作プログラム　６・・・タンチセンサー
７・・・インターフェイス回路 ８ｘ、８ｚ・・・位置データ送出手段 ９ｘ・・・最終加工位置演算手段 １０ｘ・・・工具補正値演算手段 １１・・・工具補正データメモリ １２・・・中央処理装置（ＣＰ　Ｕ） １３・・・Ｘ処理部　　　　１４・・・Ｚ処理部特許出
願人　　　日立精機株式会社 第３図 手続補正書（自船 昭和６０年　６月１３日 許庁長宮殿 １件の表示　　特願昭５９−２７０４２９号随明の名称
　　工作機械の自動工具補正装置１正をする者 事件との関係　　出願人 住所 名　称　　　日立精機株式会社 尤理人

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 工作機械の工具交換時の位置補正手段として最終加工位
   置に最大娯差値以上の設定値を加えた加工プログラム上
   の第２加工位置演算手段と、ワーク加工後の第２加工位
   置における実測値を計測するワーク位置検出手段と、求
   めるべき最終加工位置を演算する最終加工位置演算手段
   と、工具交換時の工具補正値を算出する工具補正値演算
   手段と、該工具補正値を記憶する工具補正データメモリ
   と、前記第２加工位置の計測時に計測動作の手順を与え
   る計測動作プログラムメモリと、前記各手段を統括的に
   連動させる中央処理装置とを備えることを特徴とする工
   作機械の自動工具補正装置。