JPH05257514A - 機械補償方法、並びにコンピュータ数値制御機械用の機械補償システム及びプログラム - Google Patents

機械補償方法、並びにコンピュータ数値制御機械用の機械補償システム及びプログラム

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JPH05257514A
JPH05257514A JP4321774A JP32177492A JPH05257514A JP H05257514 A JPH05257514 A JP H05257514A JP 4321774 A JP4321774 A JP 4321774A JP 32177492 A JP32177492 A JP 32177492A JP H05257514 A JPH05257514 A JP H05257514A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械用の機
械補償システム、方法及びコンピュータプログラムを提
供する。 【構成】 本発明による機械補償システム、方法及びコ
ンピュータプログラムは、ＣＮＣ機械上の切削加工すべ
き加工品２２０を回転させる際の機械の回転軸Ｂに対す
る加工品の中心線ＣＬの直線変位及び傾斜を自動的に評
価する。本発明によるシステム、方法及びプログラム
は、加工品の軸線のいかなるミスアライメントを補正す
る補償量も与える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、回転可能なテーブル天
板上に装着されている物体（ハードウェア）を切削加工
する動作自由度の多い回転工作機械に関し、特に、機械
の基準回転軸に対する物体の中心線の傾斜及び直線変位
アラインメントを自動的に評価し、それぞれの補償量を
計算し、正確な切削加工を行う動作自由度の多い回転工
作機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】コンピュータ数値制御（ＣＮＣ＝Comput
er Numerically Controlled ）機械は、物体を正確に切
削加工し、１０００分の３インチ（０．００３”）程度
の公差で物体（加工品）を製造することができる。従
来、ＣＮＣ機械の構成要素のアラインメントを手動評価
する方法及び装置が使用されている。又、工具長及び直
径を補償する自動工具長補償も使用されている。多くの
ＣＮＣ機械は、切削加工中に物体を保持するための回転
可能なテーブル天板を有している。このような機械は自
動化された工場で使用されることが多く、このような工
場では、自動化汎用生産システム（ＦＭＳ＝Flexible M
anufacturing System ）の場合のように、種々の切削加
工作業のために、自動化案内ビークルがパレット上に装
着されている物体を機械から機械へ、又は異なる機械セ
ルへ往復移動させる。
【０００３】通常、物体をパレットに用いる取り付け具
に装填し、マレット及びダイアルインジケータを用いて
最終位置に移動させる。このように物体を取り付け具に
位置決めすることで所望の同軸度を達成する。これに
は、物体を緩めたり、リセットすることが必要なことが
ある。この方法では、物体の異なる高さでの偏心量の相
違として観察される傾斜誤差を補正できない。その上、
自動化ＦＭＳにおける多数のワークステーションでのパ
レット位置合わせシステムを、パレットを互換可能とす
るのに必要な一致度に維持することができない。ワーク
ステーションが異なるごとに設定をそのワークステーシ
ョンに割当てるという、設定の手動再アラインメント
は、この環境には実用的でない。
【０００４】従って、物体を手動で位置決めするオペレ
ータの介入なしに、取り付け具に装填された物体を自動
的に切削加工する方法を提供する切削加工技術を開発す
ることが強く望まれている。
【０００５】
【発明の概要】本発明は、コンピュータ数値制御（ＣＮ
Ｃ）機械のパレット上の取り付け具に装着された物体の
幾何的条件を、物体の種々の動作自由度に関して自動的
に、正確に、且つ繰り返し評価するシステム及び方法を
提供する。本発明は、スピンドルに装着されたプローブ
を有しているＣＮＣ機械用のコンピュータ手段を提供し
て、回転可能なマウントに装着された物体の相対位置を
測定し、回転可能なマウントの軸に対する物体の軸線の
直線変位及び傾斜に関する物体の状態を評価する。本発
明は、装置、方法、そして機械可読媒体に入れたＣＮＣ
機械用の機械可読指令の形態のコンピュータプログラム
を提供する。本発明は、回転軸を有している多軸工作機
械、例えば、ＣＮＣドリル、フライス及びマシニングセ
ンタに用いることができる。本発明の好適な実施例で
は、機械の制御にコンピュータ手段が設けられており、
物体の状態を評価する計算を行い、その評価された状態
から機械軸線オフセットを評価する計算を行い、次いで
これらの計算に基づいて機械軸線オフセットを自動的に
調節する。
【０００６】物体の状態評価は、コンピュータ化制御手
段がスピンドルに装着されているプローブを指図して、
物体の少なくとも２つの異なる位置を測定し、測定され
た位置を用いて物体の１つの動作自由度に関する物体の
幾何的アラインメントを計算することにより行う。本発
明の上述した特徴や他の効果を、以下に図面を参照しな
がら説明する。
【０００７】
【具体的な構成】図１には、シンシナチ ミラクロン
（Cincinnati Milacron ）社製のＴ−３０等のような５
軸多目的フライス削り、穴あけ、中ぐり工作機械型のコ
ンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械６が示されている。
ＣＮＣ機械６は一般に、Ｘ軸に平行な水平Ｘ方向案内路
１６上に摺動自在に乗っている直線状に移動可能な機械
ベース１２に取り付けられている柱８の周りに構成され
ている。ＣＮＣ機械６は、位置決め可能な作業台（ワー
クテーブル）１１に対して、スピンドル機構１０を位置
決めし、これに動力を供給し、これを制御する機能を果
たす。機械のモータ（図示せず）によって動力供給され
るスピンドル機構１０は、切削加工プロセスに用いられ
る種々の切削工具、測定装置及びプローブを受け入れる
と共に保持するよう構成されているツールホルダ１４を
含んでいる。
【０００８】ＣＮＣ機械６は、そのツールホルダ１４に
装着されている工具をスピンさせながら、ワークテーブ
ル１１上の特定の位置に装着されている物体、即ち加工
品（図２に示す）に対してスピンドル機構１０を移動す
る手段を備えている。加工品と回転スピンドル機構１０
との間の相対位置決めは、図１の対応する基準軸で示す
ように、３つの直線移動軸Ｘ、Ｙ及びＺに沿って、且つ
２つの回転軸、即ちトラニオン軸Ａ及びＢの周りに行わ
れる。
【０００９】ＣＮＣ機械６はスピンドルキャリヤ２２を
有しており、スピンドル機構１０はキャリヤ２２にトラ
ニオン装着されており、従って、トラニオン角ａ＝０°
でＺ軸に平行なスピンドル機構１０は、トラニオン軸Ａ
の周りに枢軸回転できる。スピンドルキャリヤ２２は、
柱８に装着されている鉛直又はＹ案内路３０に摺動自在
に装着されており、スピンドル機構１０がＹ軸に沿って
移動できるようにしている。
【００１０】水平なＺ方向案内路３６は、ワークテーブ
ル１１を摺動自在に支持しており、ワークテーブル１１
は適正に位置合わせされたときには、Ｙ軸に平行になる
鉛直テーブル軸Ｂの周りに回転可能なテーブル天板４４
を有している。本発明は好適な実施例では、可動パレッ
ト（図２に示す）上に装着されている物体に対して使用
されるように設計されている。可動パレットは天板４４
に着脱自在に装着可能であり、従って、天板４４は、可
動パレットを固定する目的で使用する場合、クランププ
レートと言うこともある。
【００１１】更に図１において、ＣＮＣ機械６には自動
工具交換機構７０が設けられている。交換機構７０は当
業界で通常用いられる形式のもので、本発明で用いられ
るトリガプローブ７４を保存するように構成されてい
る。ＣＮＣ機械６の制御を行うコンピュータ化コントロ
ーラ６４は、ディスプレイ６８を有しており、柱８及び
ワークテーブル１１の近くに、又はこれらに近接して通
常装着されている。コンピュータ化コントローラ６４
は、本発明によれば、加工品の幾何的状態を評価し、物
体の切削加工中に物体のミスアラインメントを補正する
工具点補償を計算するコンピュータ手段を備えている。
プログラムは、ＣＮＣテープ又は直接数値制御（ＤＮＣ
＝Direct Numerical Control）方法論を用いて、通常の
方法で搭載（ロード）されている。
【００１２】本発明で用いるプローブ（探査）技術は、
本出願人に譲渡された発明者アールデイヴィッド ヘマ
ール（R.David Hemmerle）等による「コンピュータ数値
制御機械用の自動化メインテナンスシステム」と題され
ている関連する米国特許出願（出願人控え番号13DV-107
19）に詳しく説明されている。図２に示すように、可動
パレット２００には、その頂部にガスタービンエンジン
ケースセクションのような環状物体２２０を固定するた
めの取り付け具２１０が装着されており、可動パレット
２００は、図１のテーブル天板４４に装着され得る。パ
レット２００の回転軸は、図１の機械６のテーブル軸Ｂ
と一致するように設定される。更に図２において、本発
明では、物体中心線ＣＬを有する環状物体２２０をプロ
ーブ７４で探査する手段が設けられている。物体中心線
ＣＬは、切削加工の中心線、即ちテーブル軸Ｂからオフ
セット及びスキュー関係にある。
【００１３】図３(A) に、テーブル軸Ｂと物体中心線Ｃ
Ｌとの間の線状オフセットＤＲの程度又は大きさを示
す。パレット２００に装着された取り付け具２１０に固
定された状態に示されている物体２２０についての物体
高さＤＹに比して、差を誇張してある。図３(B) に、傾
斜の程度又は大きさをテーブル軸Ｂと物体中心線ＣＬと
の間の傾斜角Ｅとして示す。やはり図示の便宜上、パレ
ット２００に装着された取り付け具２１０に固定された
状態に示されている物体２２０についての物体高さＤＹ
に比して、差を誇張してある。更に、軸Ｂに沿って距離
Ｐ１５５離れて位置している軸線方向トップ位置ＴＬ及
びボトム位置ＢＬも示されており、これらの位置は本発
明の好適な実施例に従って物体２２０を探査する位置で
ある。
【００１４】図４を参照すると、トップ位置（図３(B)
におけるＴＬ）において機械の回転テーブルの軸Ｂの周
りにｂ＝０°、９０°、１８０°及び２７０°にそれぞ
れ配置されている４つの円周方向ステーションＳ１、Ｓ
２、Ｓ３及びＳ４で、プローブ７４を用いて環状物体２
２０の側面を探査することにより、物体中心線ＣＬの幾
何状態を評価する。これにより、コンピュータ手段は図
６及び図７に示すように、トップでの偏心の大きさＰ１
５０及び物体中心線のトップ中心ＴＣＬのトップでの偏
心の傾斜方向Ｐ１５１を計算する。同じ計算を、軸Ｂに
沿って距離Ｐ１５５離れて位置しているボトム位置（図
３(B) におけるＢＬ）において、物体中心線ＣＬについ
て行い、図６及び図７に示すように、ボトムでの偏心の
大きさＰ１５２及び物体中心線のボトム中心ＢＣＬのボ
トムでの偏心の傾斜方向Ｐ１５３を計算する。
【００１５】探査することにより測定され、計算された
パラメータを用い、例えば下記のＣＮＣサブルーチンに
従って、オフセットを機械のＹ軸に沿ったＹ加工座標の
関数として幾何学的に発生する。ＣＮＣサブルーチン
は、本発明のオフセット計算の好適な実施例を示すＮＣ
コードリストであり、著作権保護の対象である。サブル
ーチンの幾何学的及びベクトル関係を図６及び図７に示
す。
【００１６】著作権所有者は、特許庁の特許包袋又は公
報に現れる限りでは、他人が特許明細書を複写再現する
ことに異議を申し立てないが、それ以外の場合にはすべ
ての著作権を留保する。 ＣＮＣサブルーチン： (ID,GSUB,RCOMP,DISPLACEMENT & INCLINATION COMPENSA
TION) P18= (PRGPSN(Y)+((P21+12.5)*(SIND(PRGPSN(A))))) P10= (ABS(P151-P153)) (IF(P10)<>0 GOTO N020) P89= (P153) P88= (P152+(((P18-P154)/P155)*(P150-P152))) (GOTO N160) N020 (IF(P10)<180 GOTO N040) P10= (360-(ABS(P151-P153))) N040 P11= (ATAND((P150*(SIND(P10)))/(P152-(P150*(C
OSD(P10)))))) P12= ((P150*(SIND(P10)))/(SIND(P11))) P13= (((P18-P154)/P155)*P12) P17= (P13-(P152*(COSD(P11)))) (IF(P17)<>0 GOTO N070) P17= .00001 N070 P14= (ATAND((P152*(SIND(P11)))/(P17))) (IF(P14)>0 GOTO N090) P14= (180+P14) N090 P88= ((P152*(SIND(P11)))/(SIND(P14))) P15= (180-(P11+P14)) P16= (P153+180-P151) (IF(P16)<360 GOTO N130) P16= (P16-360) N130 (IF(P16)>0 GOTO N140) P16= (P16+360) N140 (IF(P16)<180 GOTO N150) P15= (P15*-1) N150 P89= (P153+P15) N160 (STO,55,SOV(Y),0) （STO,55,SOV(X),((SIND(P89-PRGPSN(B)))*P88)) （STO,55,SOV(Z),((COSD(P89-PRGPSN(B)))*P88)) G55 (END,GSUB) 以上本発明の実施例を記載してその原理を説明したが、
特許請求の範囲に記載された本発明の要旨を逸脱しない
範囲内で、前述した実施例に種々の変更や改変を加え得
ることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例によるＣＮＣ機械を基準
座標系と共に示す斜視図である。
【図２】図１のＣＮＣ機械の回転可能なテーブル天板上
に装着されている物体を示す斜視図である。
【図３】図２の物体の線図的横向き断面図であって、図
３(A) は軸のオフセットを示す図であり、図３(B) は軸
のスキューを示す図である。
【図４】図２の物体を上方位置で切って見た上からの線
図的断面図である。
【図５】図２の物体を下方位置で切って見た上からの線
図的断面図である。
【図６】図２の物体の中心線位置を示すベクトルダイヤ
グラムの線図的斜視表示図である。
【図７】図２の物体のＹ座標での切削加工のための中心
線オフセット計算を説明するベクトルダイヤグラムの線
図的斜視表示図である。
【符号の説明】
６ ＣＮＣ機械 １０ スピンドル機構 １１ ワークテーブル １２ 機械ベース １４ 工具ホルダ ４４ テーブル天板 ６４ コンピュータ化コントローラ ７０ 工具交換機構 ７４ プローブ ２００ パレット ２１０ 取り付け具 ２２０ 物体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アール・デイヴィッド・ヘマール アメリカ合衆国、オハイオ州、ブルー・ア ッシュ、ランスフォード・ドライブ、9633 番

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 機械の回転軸に対する物体の中心線の直
    線変位及び傾斜を評価し、前記機械の回転軸と関連した
    座標の関数として前記評価された直線変位及び傾斜を補
    償するための機械工具点補償機能を前記機械のコンピュ
    ータ手段内に生成する工程を含んでいる機械補償方法。
  2. 【請求項２】 前記評価工程は、機械のスピンドルに装
    着されたプローブを用いて前記物体を探査することによ
    り物体の中心線の位置及び向きを決定する工程を含んで
    いる請求項１に記載の機械補償方法。
  3. 【請求項３】 前記探査は、前記機械の回転軸と関連し
    た前記座標に沿った２つの異なる位置に対して前記物体
    の周りの４つの等角度位置で前記プローブを用いて探査
    する請求項２に記載の機械補償方法。
  4. 【請求項４】 コンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械用
    の機械補償システムであって、 機械の回転軸に対する物体の中心線の直線変位及び傾斜
    を評価する手段と、 前記ＣＮＣ機械のコンピュータ手段内に機械工具点補償
    機能を生成する手段とを備えており、 前記機械工具点補償機能は、前記機械の回転軸と関連し
    た座標の関数として前記評価された物体中心線のための
    機械工具点補償を計算するよう作用することを特徴とす
    る機械補償システム。
  5. 【請求項５】 前記物体の中心線の位置及び向きを評価
    する前記手段は、機械のスピンドルに装着されたプロー
    ブを用いて前記物体を探査する手段を含んでいる請求項
    ４に記載の機械補償システム。
  6. 【請求項６】 前記探査手段は、前記機械の回転軸と関
    連した前記座標に沿った２つの異なる位置に対して前記
    物体の周りの４つの等角度位置で前記プローブを用いて
    探査する請求項５に記載の機械補償システム。
  7. 【請求項７】 物体を切削加工するコンピュータ数値制
    御（ＣＮＣ）機械用のプログラムであって、 機械の回転軸に対する物体の中心線の直線変位及び傾斜
    を評価すると共に、前記機械の回転軸と関連した座標の
    関数として前記評価された直線変位及び傾斜を補償する
    ための揮発性の機械工具点補償機能を前記機械のコンピ
    ュータ手段内に生成すべく、機械のスピンドルに装着さ
    れたプローブを指図する機械可読指令を備えていること
    を特徴とするコンピュータ数値制御機械用のプログラ
    ム。
  8. 【請求項８】 探査のための前記機械可読指令は、前記
    機械の回転軸と関連した前記座標に沿った２つの異なる
    位置に対して前記物体の周りの４つの等角度位置で前記
    プローブを用いて探査する指令を含んでいる請求項７に
    記載のプログラム。
JP4321774A 1991-12-02 1992-12-01 コンピュータ数値制御機械の回転軸に対する加工品の直線変位及び傾斜オフセットを補償する方法、並びにコンピュータ数値制御機械のテーブルの回転軸に対する加工品の直線変位及び傾斜オフセットを補償するシステム Expired - Fee Related JP2589034B2 (ja)

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