JP2001105278A - 工作機械における先使用・後使用工具の刃先位置整合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 先使用工具による加工の途中から後使用工具
により加工を継続する場合、工作物上の前記両工具刃先
が当接する部分に段ができないようにすること。 【解決手段】 先使用工具による加工動作の前後におい
てこの先使用工具の刃先を第１検出器がオンとなる基準
のＡ位置に位置決めし、先使用工具の理論位置と加工前
の実際位置との差である加工前誤差と加工後誤差とを求
める。また、後使用工具を主軸に装着した後、後使用工
具の刃先を第１検出器がオンとなる前記Ａ位置に位置決
めし、後使用工具の理論位置と実際位置との差を後使用
工具の加工前誤差として求める。そして、後使用工具を
先使用工具による工作物の加工終了部に位置決めする際
には、ワークテーブルと主軸の相対移動のプログラムさ
れた目標位置を先使用工具の加工前誤差及び加工後誤差
と後使用工具の加工前誤差とに基づいて補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、数値制御工作機械
において、先使用工具による加工の途中からこの先使用
工具に代えて後使用工具により前記加工途中から加工を
再開する場合に両工具の刃先位置を整合する方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】特に金型のような硬質材料製の工作物を
数値制御工作機械により加工する場合、加工途中でそれ
まで使用していた先使用工具が寿命に達し、このため先
使用工具に換えて同種または予備の後使用工具を主軸に
装着し、前記加工途中から加工動作を再開する場合があ
る。この場合、加工途中における先使用工具の刃先位置
と後使用工具の刃先位置とを整合し、加工再開面に段差
が形成されることを防止する必要がある。

【０００３】このために先使用工具の刃先位置と後使用
工具の刃先位置とを整合する従来の方法では、先使用工
具と後使用工具の工具寸法差を求めこの寸法差分だけ後
使用工具の加工再開位置を補正するようにしている。典
型的には、この工具寸法差は、数値制御装置に登録され
る先使用及び後使用工具の各呼び寸法の差とこれら工具
の各工具寸法補正データの差の合計値とされる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の方法では、先使用工具及び後使用工具の呼び
寸法や工具寸法補正データが正しく設定されていたとし
ても、工作物上の加工再開部では後使用工具の先端は先
使用工具の先端が存在していた位置と正確に整合され
ず、前記加工再開部に段や顕著な筋が付くと云う問題を
解消できない。この主たる原因は、前記加工途中に至る
までの加工経路中で先使用工具の刃先に生じた摩耗量が
考慮されていないためであり、この他先使用工具の刃先
位置や後使用工具の刃先位置を精密に捕捉することが容
易でないことにある。さらに、工作機械のワークテーブ
ルに対する工作物の取り付け誤差を工具刃先位置と関連
させて精密に求めることができなかったことが大きな要
因となっている。

【０００５】従って、本発明の主たる目的は、先使用工
具及び後使用工具のプログラム上の理論位置と実際位置
との誤差だけでなく先使用工具の刃先摩耗量を考慮する
ことにより後使用工具の刃先を先使用工具の刃先があっ
た位置に正確に位置決めできるようにすることにある。
本発明の別の目的は、後使用工具を加工再開部に位置決
めする際に、先使用及び後使用工具の各刃先位置誤差及
びワークの取り付け誤差が補正できるようにすることに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１の先使用・後使用工具の刃先整合方法
は、先使用工具による加工動作の前後においてこの先使
用工具の刃先を第１検出器がオンとなる基準のＡ位置に
位置決めし、この先使用工具を装着する主軸と前記第１
検出器との間の相対移動の理論位置と実際位置との差を
それぞれ前記先使用工具の加工前誤差及び加工後誤差と
して求める。また、後使用工具を先使用工具に換えて主
軸に装着した後、後使用工具の刃先を第１検出器がオン
となる前記Ａ位置に位置決めし、主軸と第１検出器との
間の相対移動の理論位置と実際位置との差を前記後使用
工具の加工前誤差として求める。そして、後使用工具を
先使用工具による工作物の加工終了部に位置決めする際
には、ワークテーブルと主軸の相対移動のプログラムさ
れた目標位置を先使用工具の加工前誤差及び加工後誤差
と後使用工具の加工前誤差とに基づいて補正する。

【０００７】この方法においては、先使用工具の加工前
誤差と後使用工具の加工前誤差との差が刃先摩耗前の先
使用工具の刃先位置へ後使用工具の刃先位置を整合させ
る補正量となり、先使用工具の加工前誤差と加工後誤差
との差が刃先摩耗前の先使用工具の刃先位置に対してこ
の先使用工具の刃先摩耗量だけ後使用工具の刃先位置を
補正する補正量となる。これにより、後使用工具の刃先
位置は、先使用工具の摩耗した刃先により切削された工
作物の加工最終部に正確に整合する。なお、第１検出器
は、ワークテーブルと不変の位置関係を持つように配置
することが好ましい。

【０００８】この発明における先使用工具の加工後誤差
とは、加工動作の後に先使用工具を基準のＡ位置に再度
位置決めした時の主軸と第１検出器との相対移動の理論
位置と実際位置との誤差を意味するが、この発明を定義
する上での便宜上、これら理論位置と実際位置との差を
求めずに後述する実施の形態のように単に実際位置のみ
を検出するようにした場合にこの実際位置のみを意味す
べく意図されている。これは、理論位置は既知であるの
で、理論位置と実際位置との誤差の算出をどの時点で行
うかは単なる処理上の問題であるためである。

【０００９】請求項２の先使用・後使用工具の刃先整合
方法は、ワークテーブルに対し相対的に主軸と共に接触
式の第２検出器を１つの制御軸に沿って移動し、この第
２検出器の接触子を前記第１検出器がオンとなる前記Ａ
位置と同一又はこのＡ位置から所定距離離間したＢ位置
と工作物上の基準となるＣ位置に順次接触させてＢ位置
から観たＣ位置の予め設定された理論位置と実際位置と
の差である工作物位置誤差を求める。そして、後使用工
具を先使用工具による工作物の加工終了部に位置決めす
る際には、ワークテーブルと主軸の相対移動のプログラ
ムされた目標位置を、請求項１の発明において使用した
誤差に加えて、前記工作物位置誤差を用いて補正する。

【００１０】この発明においては、熱変形の影響を極力
なくするために前記Ｂ位置を前記Ａ位置の近傍に設定す
ることにより、実質的に前記Ａ位置から観た工作物の位
置誤差を求めることができる。工作物の位置誤差をさら
に補正の対象として加えることにより、主に先使用及び
後使用工具の寸法誤差と先使用工具の刃先摩耗が起因す
る両工具の刃先位置の不整合を排除した上で、主にワー
クテーブルに対する工作物の取り付け誤差が起因する両
工具の刃先位置の不整合をさらに排除する。これによ
り、後使用工具の刃先位置は先使用工具の摩耗した刃先
により切削された工作物の加工最終部に一層正確に整合
する。

【００１１】特に、先使用及び後使用工具の寸法誤差と
先使用工具の刃先摩耗を検出する基準となる前記Ａ位置
を工作物の位置誤差を検出する基準として共用するよう
にして、送り座標系における前記Ａ位置の主に熱変形に
よる変位の影響が補正精度に悪影響を及ぼさないように
してある。

【００１２】請求項３の先使用・後使用工具の刃先整合
方法では、第２検出器の接触子が第１検出器に検出され
同検出器がオンとなる位置、つまり前記Ａ位置から観た
工作物上の基準となるＣ位置の予め設定された理論位置
と実際位置との差である工作物位置誤差を求めるように
した。これにより、請求項２の発明方法と同様に、後使
用工具の刃先位置は先使用工具の摩耗した刃先により切
削された工作物の加工最終部に一層正確に整合する他、
前記工具寸法誤差を求める際の前記Ａ位置と前記工作物
位置誤差を求める際の前記Ａ位置とを制御軸に沿う同一
位置とすることができ、請求項２の発明で設定を必要と
していた前記Ｂ位置を不要にでき、このＢ位置を設定す
る際に巻き込まれる誤差を排除するようにしている。

【００１３】好適には、請求項４の方法のように、請求
項１乃至請求項３の各方法における前記工具寸法誤差を
求めるときは、主軸を回転させた状態で行うようにし
た。主軸と共にこれに取り付けた工具を回転させること
により、前記工具寸法誤差は加工動作中の工具の工具先
端の振れを含む実効寸法を反映した誤差となり、この誤
差に基づいた補正が可能となる。

【００１４】前述した請求項１乃至請求項３の発明にお
いては、工具寸法誤差を求めるときは、主軸の回転を停
止させた状態で行ってもよいが、請求項４の発明のよう
に主軸を回転させた状態、より好適にはその後の加工動
作で回転させる回転速度で主軸を回転させた状態で行え
ば、加工動作中の工具の実効寸法に基づいた補正が可能
となる。ここで、工具の実効寸法とは、工具の先端が振
れを生じる場合に数値制御装置に設定された実際の工具
長や工具径である工具寸法よりも大きくなる工具寸法を
意味する。

【００１５】さらに、数値制御装置に設定された実際の
工具寸法とは、プログラム上で指定される工具の呼び寸
法を工具寸法補正データにより補正した工具寸法を意味
し、通常これら呼び寸法及び補正データは予め数値制御
装置に登録されている。請求項１乃至請求項３の各発明
における主軸とワークテーブルとの間の相対的移動量の
補正は、プログラム中に指定された目標位置そのものを
補正する方法、前記制御軸の座標系の原点を補正する方
法、或いは数値制御装置に予め登録された工具呼び寸法
を補正する方法或いはこれと対をなす工具寸法補正デー
タを補正する方法の何れかにより実現される。

【００１６】前述した各請求項の発明においては、第２
検出器は主軸に装着する形式のものを使用するか、或い
はこれに代えて、加工動作中は待避され検出時のみ検出
位置へ前進して主軸と一体的に制御軸に沿って移動する
形式のものを使用する。さらに、前述した各請求項の発
明における数値制御装置により制御される工作機械の１
つの制御軸とは、主軸軸線と平行な制御軸又は主軸軸線
と直交する制御軸とすることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の計測補正方法が使
用される工作機械としてのマシニングセンタ１を示して
いる。マシニングセンタ１はベッド２とこのベッド２上
に立設されたコラム３を備えている。コラム３の前面に
は左右に延びる上下２本のガイドレール４が取り付けら
れており。このガイドレール４に沿ってサドル５が左右
（Ｘ軸）方向に移動可能に設けられている。さらに。こ
のサドル５の前面には上下に延びる左右２本のガイドレ
ール６が取り付けられており、このガイドレール６に沿
ってガントリ７が上下（Ｙ軸）方向に移動可能に設けら
れている。ガントリ７には工具Ｔが装着される主軸８を
回転可能に支持した主軸頭９が設けられている。

【００１８】また、ベッド２には前後に延びる左右２本
のガイドレール１０が取り付けられており、このガイド
レール１０に沿ってワークテーブル１１が前後（Ｚ軸）
方向に移動可能に設けられている。そして、図略の駆動
機構により、サドル５がＸ軸方向へ、ガントリ７がＹ軸
方向へ、ワークテーブル１１がＺ軸方向へそれぞれ移動
することによって、主軸８に装着された工具Ｔによっ
て、ワークテーブル１１上に載置された工作物が加工さ
れる。

【００１９】ワークテーブル１１の主軸側の側面には非
接触式の第１検出器としてのレーザ検出器２０が取り付
けられている。図２に示すように、このレーザ検出器２
０は、凹字上の基台２１の内側に対向して設けられたレ
ーザ発振器２２とフォトダイオード等の受光器２３を備
えており、レーザ発振器２２からのレーザ光Ｌを工具Ｔ
が遮ることによる受光器２３の受光量の変化から工具Ｔ
の先端の位置を検出することができる。すなわち、受光
器２３に接続されたアンプを介して工具Ｔの先端がレー
ザ光を遮ったことを数値制御装置（ＣＮＣ）４０に通知
することによって、ＣＮＣ４０はそのときの制御軸の現
在位置から工具Ｔの先端の位置を検出することができ
る。ここで、工具Ｔが全てのレーザ光Ｌを遮る必要はな
く、全く遮らないときの受光量に対して所定量だけ受光
量が減少したことによって検出することが可能である。
なお、基台２１の側面には基準ブロック２６が、その先
端面（Ｂ位置）がレーザ光Ｌ（Ａ位置）とＺ軸方向に同
一の位置となるうよう設けられている。

【００２０】一方、コラム３の側方にはコラム３に隣接
して、複数の工具Ｔを備えた工具マガジン１２が設けら
れていると共に、ベッド２上の工具マガジン１２の前面
には、自動工具交換装置（ＡＴＣ）１３が設けられてお
り、工具マガジン１２と主軸８との間で工具交換を行う
よう構成されている。

【００２１】なお、工具マガジン１２には第２検出器３
０としてのタッチセンサ３０が収納されている。このタ
ッチセンサ３０は工具Ｔと同様に工具マガジン１２およ
び主軸８に装着可能であり、主軸８に装着した状態で主
軸８を移動させ、接触子３１（図１１参照）の先端の球
が工作物Ｗや基準面に接触したことを検出するものであ
る。すなわち、接触子３１の先端の球が工作物Ｗや基準
面に接触したことを数値制御装置（ＣＮＣ）４０に通知
することによって、ＣＮＣ４０はそのときの制御軸の現
在位置から工作物Ｗや基準面の位置を検出することがで
きる。

【００２２】図３は、上記したマシニングセンタ１の制
御ブロック図である。ＣＮＣ４０は、演算装置であるＣ
ＰＵ４１と、システムプログラム等を記憶したＲＯＭ４
２と、ＮＣプログラムや各種パラメータ等を記憶したＲ
ＡＭ４３、キーボード等の入力装置４４と、ＣＲＴ等の
出力装置４５と、インターフェイス４６，４７，４８を
主たる構成要素としている。そして、Ｘ，Ｙ，Ｚ各軸へ
の移動指令がそれぞれのディジタルサーボユニット５
０，５１，５２に出力され、各ディジタルサーボユニッ
ト５０，５１，５２がＸ軸駆動モータ５３、Ｙ駆動モー
タ５４、Ｚ軸駆動モータ５５を駆動すると共に、各駆動
モータ５３，５４，５５に接続されたエンコーダ５６，
５７，５８によって検出される各軸の現在位置が帰還さ
れてフィードバック制御されるようになっている。

【００２３】なお、図３に示す制御ブロック図において
は、上記したレーザ検出器２０からの検知信号およびタ
ッチセンサ３０からの検知信号はインターフェイス４８
を介してＣＮＣ４０に入力されるように構成されている
が、シーケンスコントローラにおけるＩ／Ｏ信号として
ＣＮＣ４０に入力されるようにしてもよい。

【００２４】次に、図４から図１０に示すフローチャー
トおよび図１１から図１３に基づいて、上記した構成に
おける計測補正方法について説明する。図４および図５
はメインプログラムであり、ＣＮＣ４０のＲＡＭ４３に
記憶されている。

【００２５】まず、Ｓ１００において、工作物位置補正
サイクルを実行するか否かを判断する。この工作物位置
補正サイクルは後述する基準ブロック２６の基準面（Ｂ
位置）に対する工作物Ｗの基準面（Ｃ位置）の位置誤差
Ｚdを補正するためのサイクルであり、この位置誤差Ｚd
の要因としては、工作物Ｗの取り付け誤差、基準ブロッ
ク２６と工作物Ｗとの間の熱変位、駆動系の送り誤差等
が考えられる。そして、この工作物位置補正サイクルを
実行するか否かは、プログラマが加工プログラムを作成
する際に予め設定しておくか、或いは、加工に先立って
作業者が必要に応じて入力装置４４から指示する等によ
り定められている。Ｓ１００の判断がＮＯの場合はＳ１
０２に進み、ＹＥＳの場合はＳ１０１を経てＳ１０２に
進む。Ｓ１０１では図６のサブプログラムで示す工作物
位置補正サイクルが実行される。

【００２６】Ｓ１０２では、ＡＴＣ１３により当該加工
に用いる工具Ｔが工具マガジン１２から主軸８へ移送さ
れて装着される。続いて、Ｓ１０３にて主軸８の回転が
開始される。次に、Ｓ１０４にて工具長補正サイクルを
実行するか否かを判断する。この工具長補正サイクルは
工具先端の位置誤差を補正するためのサイクルであり、
この工具先端の位置誤差の要因としては、工具製造上の
工具長のばらつき、工具摩耗、主軸８の熱変位、主軸８
の遠心膨張による工具Ｔの引込み等が考えられる。そし
て、この工具長補正サイクルを実行するか否かも、先の
工作物位置補正サイクルと同様に予め定められている。
ただし、後述する面補償サイクルを実行する場合は工具
長補正サイクルを実行するように設定しておく必要があ
る。Ｓ１０４の判断がＮＯの場合はＳ１０６に進み、Ｙ
ＥＳの場合はＳ１０５を経てＳ１０６に進む。Ｓ１０５
では図７のサブプログラムで示す工具長補正サイクルが
実行される。

【００２７】Ｓ１０６では工具径補正・振れ検出サイク
ルを実行するか否かを判断する。工具径補正・振れ検出
サイクルは工具径の理論値に対する誤差を補正するため
のサイクルと、工具の装着ミスによる工具の振れを防止
するためのサイクルである。このサイクルを実行するか
否かも、工作物位置補正サイクルと同様に予め定められ
ている。Ｓ１０６の判断がＮＯの場合はＳ１０８に進
み、ＹＥＳの場合はＳ１０７を経てＳ１０８に進む。Ｓ
１０７では図８および図９のサブプログラムで示す工具
径補正・振れ検出サイクルが実行される。

【００２８】次に、Ｓ１０８では上記工作物位置補正サ
イクル、工具長補正サイクル、工具径補正・振れ検出サ
イクルの各サイクルで演算される補正量で誤差を補正す
る。各サイクルのサブプログラムを参照して後述する工
作物位置補正量Ｚd（第１誤差）、工具長補正量Ｚt（第
２誤差）、工具径補正量Ｄdに基づいて補正が行われた
後、Ｓ１０９に進む。

【００２９】ここで、本実施の形態では工作物位置補正
量ＺtについてはＺ軸方向の誤差についてのみ説明して
いるので、Ｓ１０８では工作物位置補正量Ｚdと工具長
補正量Ｚtとの加算値で工具長補正機能によりＺ軸の指
令値を補正し、工具径補正量Ｄaで工具径補正機能によ
りＸ軸およびＹ軸の指令値を補正する。工具長補正機
能、工具径補正機能は一般的にマシニングセンタに備え
られている機能であり、ＮＣプログラムで与えられる指
令値に対して各補正量分だけオフセットして各軸を制御
する機能である。

【００３０】工作物位置補正量については、本実施の形
態で説明するＺ軸方向の誤差のみでなくＸ軸およびＹ軸
方向の誤差も補正可能であるので、この場合はＳ１０８
における誤差補正の方法としては、工具長補正機能を用
いる方法に換えて、ＮＣプログラムの指令値を直接補正
することも可能であり、さらに、マシニングセンタ１の
座標系（機械原点）をオフセットすることも可能であ
る。工具長補正量についても同様に、ＮＣプログラムの
指令値を直接補正する方法やマシニングセンタ１の座標
系（機械原点）をオフセットする方法も採用可能であ
る。

【００３１】Ｓ１０９では加工プログラムに従って工具
Ｔによる工作物Ｗの加工が実行される。続くＳ１１０で
は、工作物Ｗの加工中に工具Ｔの使用時間の積算や主軸
８の動力の監視等により工具Ｔが工具寿命に至ったかを
判断する。Ｓ１１０の判断がＮＯの場合はＳ１１４に進
み、ＹＥＳの場合はＳ１１１、Ｓ１１２あるいはＳ１１
３を経てＳ１１４に進む。

【００３２】Ｓ１１１では面補償サイクルを実行するか
否かを判断する。面補償サイクルは、同一面の加工中に
工具Ｔが寿命となり予備工具と交換する必要が生じたと
きに、工具Ｔの交換の前後の加工によって加工面に段差
が生じることを防止するためのサイクルである。このサ
イクルを実行するか否かも、工作物位置補正サイクルと
同様に予め定めされている。Ｓ１１１の判断がＮＯの場
合は、Ｓ１１２にて単に寿命となった工具である先使用
工具を予備工具として工具マガジン１２に貯蔵されてい
る後使用工具に交換するだけでＳ１１４に進み、ＹＥＳ
の場合は、図１０のサブプログラムで示す面補償サイク
ルを実行してＳ１１４に進む。

【００３３】Ｓ１１４では加工が完了したか否かを判断
し、加工が完了されるまでＳ１０９からＳ１１４の処理
を繰返し、加工が完了するとＳ１１５にて主軸８の回転
を停止させ、続くＳ１１６で次工程の有無を判断する。
Ｓ１１６の判断がＹＥＳの場合はＳ１０２に戻って上記
の処理を繰返し、ＮＯの場合はプログラムエンドとな
る。

【００３４】次に、各サブプログラムの詳細について説
明する。図６は図４のＳ１０１でコールされる工作物位
置補正サイクルを示すサブプログラムであり、Ｓ１２０
にて、まず、工具マガジン１２に格納されているタッチ
センサ３０をＡＴＣ１３により主軸８に装着する。次
に、Ｓ１２１にて、所定の計測プログラムによりタッチ
センサ３０が装着された主軸８を基準ブロック２６に向
けてＺ軸方向に相対前進させる。Ｓ１２２にて接触子３
１が基準ブロック２６の先端面（Ｂ位置）に接触したこ
とを検出する信号がタッチセンサ３０から出力されたか
を検出し、タッチセンサ３０からの信号が出力されるま
で主軸８の前進が続けられる。

【００３５】タッチセンサ３０から接触子３１が基準ブ
ロック２６に接触したことを示すＯＮ信号が出力される
と、すなわち、Ｓ１２２の判断がＹＥＳとなるとＳ１２
３に進み、その時の主軸８の現在位置を記憶する。本実
施の形態においては、Ｚ軸方向の工作物位置補正につい
て説明しているので、この場合の現在位置はＺ軸の現在
位置である。すなわち、エンコーダ５８により検出され
るＺ軸駆動モータ５２の現在位置ＺpがＲＡＭ４３の所
定の領域に記憶される。

【００３６】次に、Ｓ１２４にて、所定の計測プログラ
ムによりタッチセンサ３０が装着された主軸８を工作物
Ｗの基準面（Ｃ位置）に向けてＺ軸方向に相対前進させ
る。なお、工作物Ｗの基準面とは、工作物Ｗの加工の基
準となる面であり、工作物毎に予め定められている。Ｓ
１２５にて接触子３１が工作物Ｗの基準面に接触したこ
とを検出する信号がタッチセンサ３０から出力されたか
を検出し、タッチセンサ３０からの信号が出力されるま
で主軸８の前進が続けられる。

【００３７】タッチセンサ３０から接触子３１が工作物
Ｗの基準面に接触したことを示すＯＮ信号が出力される
と、すなわち、Ｓ１２５の判断がＹＥＳとなるとＳ１２
６に進み、その時の主軸８の現在位置を記憶する。上述
したＳ１２３と同様にこの場合の現在位置はＺ軸の現在
位置であり、エンコーダ５８により検出されるＺ軸駆動
モータ５２の現在位置ＺwがＲＡＭ４３の所定の領域に
記憶される。（図１１参照）

【００３８】そして、Ｓ１２７にて主軸８に装着された
接触子３１を取外し、Ｓ１２８で工作物位置補正量（第
１誤差）を演算する。工作物位置補正量ＺdはＺd＝Ｚow
p−（Ｚw−Ｚp）で演算される。ここで、Ｚowpは基準ブ
ロック２６の先端面（Ｂ位置）に対する工作物Ｗの基準
面（Ｃ位置）の理論位置として、プログラミング時に予
め定められている値である。この理論位置Ｚowpから基
準ブロック２６の先端面の実際の位置Ｚpに対する工作
物Ｗの基準面の実際の位置Ｚwを減算することにより、
工作物位置補正量Ｚdを得ることができる。

【００３９】図１１は上述の工作物位置補正サイクルの
動作を示しており、実線で記した主軸８およびタッチセ
ンサ３０は、上記Ｓ１２１で主軸８を前進させ、Ｓ１２
２で接触子３１の基準ブロック２６への接触が検出され
た状態であり、破線で記した主軸８およびタッチセンサ
３０は、上記Ｓ１２４で主軸８を前進させ、Ｓ１２５で
接触子３１の工作物Ｗの基準面への接触が検出された状
態である。なお、図１１において、１４はパレット、１
５は工作物Ｗをパレット１４に固定する治具である。

【００４０】図７は図４のＳ１０５でコールされる工具
長補正サイクルを示すサブプログラムであり、まず、Ｓ
１３０にて、予め定めされた計測プログラムに従って、
工具Ｔが装着された主軸８（Ｓ１０２にて工具が装着さ
れている）をレーザ検出器２０のレーザ光Ｌに向けてＺ
軸方向に相対移動させる。Ｓ１３１にて工具Ｔの先端が
レーザ光Ｌを遮ったことを検出するオン信号がレーザ検
出器２０から出力されたかを検出し、レーザ検出器２０
からのオン信号が出力されるまで主軸８の前進が続けら
れる。

【００４１】レーザ検出器２０から工具Ｔの先端がレー
ザ光Ｌを遮ったことを示すオン信号が出力されると、す
なわち、Ｓ１３１の判断がＹＥＳとなるとＳ１３２に進
み、その時の主軸８の現在位置を記憶する。上述したＳ
１２３と同様にこの場合の現在位置はＺ軸の現在位置で
あり、エンコーダ５８により検出されるＺ軸駆動モータ
５２の現在位置ＺlがＲＡＭ４３の所定の領域に記憶さ
れる。

【００４２】そして、Ｓ１３３で工具長補正量（第２誤
差）を演算する。工具長補正量ＺtはＺt＝Ｚol−Ｚlで
演算される。ここで、Ｚolは工具Ｔ先端がレーザ光Ｌを
遮るとき（Ａ位置）のＺ軸の理論位置でる。この理論位
置Ｚolから実際に工具Ｔがレーザ光を遮った時のＺ軸の
現在位置Ｚlを減算することにより、工具長補正量Ｚtを
得ることができる。すなわち、ここでは工具長補正値と
称しているが、実際にはＡ位置における工具Ｔ先端の位
置に対する補正量であり、工具製造上の工具長のばらつ
きや工具摩耗のみならず、主軸８の熱変位や主軸８の遠
心膨張による工具Ｔの引込み等の影響をも含んだ誤差を
補正するものである。

【００４３】図１２は上述の工具長補正サイクルの動作
を示しており、上記Ｓ１３０により主軸８を前進させ、
Ｓ１３１で工具Ｔの先端がレーザ光Ｌを遮ったことが検
出された状態である。

【００４４】図８および図９は、図４のＳ１０７でコー
ルされる工具径補正・振れ検出サイクルを示すサブプロ
グラムであり、まず、Ｓ１４０にて、後述する工具Ｔの
再装着回数を示すカウンタＮを０にする。次に、Ｓ１４
１で、工具Ｔが装着された主軸８（Ｓ１０２にて工具が
装着されている）をレーザ検出器２０のレーザ光Ｌに向
けて移動させる。ここで、この場合の移動はＹ軸方向へ
の移動であり、Ｓ１４１では上方からレーザ光に向けて
主軸８を移動させる。Ｓ１４２にて工具Ｔの先端がレー
ザ光Ｌを遮ったことを検出するオン信号がレーザ検出器
２０から出力されたかを検出し、レーザ検出器２０から
のオン信号が出力されるまで主軸８の移動が続けられ
る。

【００４５】レーザ検出器２０から工具Ｔの先端がレー
ザ光Ｌを遮ったことを示すオン信号が出力されると、す
なわち、Ｓ１４２の判断がＹＥＳとなるとＳ１４３に進
み、その時の主軸８の現在位置を記憶する。この場合の
現在位置はＹ軸の現在位置であり、エンコーダ５７によ
り検出されるＹ軸駆動モータ５１の現在位置ＤuがＲＡ
Ｍ４３の所定の領域に記憶される。

【００４６】Ｓ１４４からＳ１４６では、上記Ｓ１４１
からＳ１４３と同様な処理が行われるが、Ｓ１４４での
主軸８の移動方向はレーザ光に向けて下方からであり、
Ｓ１４６でＹ軸モータ５１の現在位置ＤdがＲＡＭ４３
の所定の領域に記憶される。そして、Ｓ１４７にて、工
具径補正量を演算する。工具径補正量ＤaはＤa＝Ｄo−
（Ｄu−Ｄd−Ｄl）で演算される。ここで、Ｄoは理論上
の工具径として予め定められている値であり、Ｄlはレ
ーザ光の光径である。この理論上の工具径Ｄoから検出
された実際の工具径（Ｄu−Ｄd−Ｄl）を減算すること
により、工具径補正量Ｄaを得ることができる。

【００４７】図１３は上述の工作物径補正サイクルの動
作を示しており、実線で記した主軸８および工具Ｔは、
上記Ｓ１４１により主軸８を移動させ、Ｓ１４２で工具
Ｔがレーザ光Ｌを遮ったことが検出された状態であり、
破線で記した主軸８および工具Ｔは、上記Ｓ１４４によ
り主軸８を移動させ、Ｓ１４５で工具Ｔがレーザ光Ｌを
遮ったことが検出された状態である。

【００４８】図９に移ってＳ１４８では、Ｓ１４７にて
演算された工具径補正量Ｄaが予め設定された許容値以
下であるかを判断する。この許容値は工具径のばらつき
を考慮して決定されており、許容値以下であれば工具径
のばらつきと判断し、許容値以上であれば、この工具径
補正値Ｄaは工具径のばらつきのみならず工具Ｔの振れ
を含んでいると判断するものである。Ｓ１４８の判断が
ＹＥＳの場合はサブプログラムを終了し、ＮＯの場合は
Ｓ１４９に進んで、工具Ｔの再装着を行う。すなわち。
工具ＴをＡＴＣ１３にて一旦取外し、再び装着し直すこ
とにより、工具の装着ミスによる工具の振れを解消する
ものである。

【００４９】Ｓ１５０ではＳ１４９における工具再装着
の回数を計測するカウンタを加算し、Ｓ１５１ではこの
カウンタ値Ｎが予め設定された回数Ｎo以下であるかが
判断される。予め定められた回数以下である場合はＳ１
４１に戻って処理を繰返し、予め定められた回数を超え
てもなお工具径補正量Ｄaが許容値内にならない場合
は、工具Ｔあるいは主軸８の工具クランプ機構に異常が
あると判断し、Ｓ１５２に進んで警報を出力する等の異
常処置を行う。なお、工具マガジン１２に予備工具が格
納されている場合は、Ｓ１５２の異常処置に代えて予備
工具との交換を行うことにより処理を継続することが可
能である。

【００５０】図１０は、図５のＳ１１３でコールされる
面補償サイクルを示すサブプログラムであり、図５のＳ
１１０で工具寿命と判断された工具Ｔ、すなわち先使用
工具を主軸８に装着したままの状態で図７のＳ１３０と
同様に、主軸８をレーザ光Ｌに向けてＺ軸方向に相対移
動させ、Ｓ１６１にて工具Ｔの先端がレーザ光Ｌを遮っ
たことを検出するオン信号がレーザ検出器２０から出力
されたかを検出し、レーザ検出器２０からのオン信号が
出力されるまで主軸８の前進が続けられる。

【００５１】レーザ検出器２０から工具Ｔの先端がレー
ザ光Ｌを遮ったことを示すオン信号が出力されると、す
なわち、Ｓ１６１の判断がＹＥＳとなるとＳ１６２に進
み、その時の主軸８の現在位置を記憶する。上述したＳ
１２３と同様にこの場合の現在位置はＺ軸の現在位置で
あり、エンコーダ５８により検出されるＺ軸駆動モータ
５２の現在位置Ｚl’がＲＡＭ４３の所定の領域に記憶
される。

【００５２】次にＳ１６３では工具摩耗量ＺmをＺm＝Ｚ
l−Ｚl’にて演算する。すなわち、この先使用工具の加
工前である図７のＳ１３２で検出した工具先端の位置Ｚ
lと、加工後であるＳ１６２で検出した工具先端の位置
Ｚl’とから工具摩耗量Ｚmが求められる。続いてＳ１６
４で主軸８の回転を停止し、Ｓ１６５で工具寿命となっ
た先使用具とこれに代わる予備工具として工具マガジン
１２に貯蔵されている後使用工具とをＡＴＣ１３にて交
換し、Ｓ１６６で主軸８の回転を起動する。

【００５３】その後、Ｓ１６７からＳ１６９では上記Ｓ
１６０からＳ１６２と同様にして後使用工具の工具先端
の位置を計測し、Ｓ１６９で後使用工具の先端がレーザ
光Ｌを遮ったときのＺ軸の現在位置Ｚl’’がＲＡＭ４
３の所定の領域に記憶される。

【００５４】そして、Ｓ１７０で後使用工具に対する工
具長補正量Ｚt’’を演算する。工具長補正量Ｚt’’は
Ｚt’’＝Ｚol’’−Ｚl’’−Ｚmで演算される。ここ
で、Ｚol’’は上述のＺolと同様に後使用工具の先端が
レーザ光Ｌを遮るとき（Ａ位置）のＺ軸の理論位置であ
り、この理論位置Ｚol’’から実際に工具Ｔがレーザ光
を遮った時のＺ軸の位置Ｚl’’を減算し、さらに、Ｓ
１６３で演算された工具摩耗量Ｚmを減算することによ
って工具長補正量Ｚt’’が求められる。詳述すると、
上記の図７における工具長補正サイクルにて演算された
工具長補正量の考え方に従えば、ここでの工具長補正量
Ｚt’’はＺt’’＝Ｚol’’−Ｚl’’で良い。しか
し、先使用工具は工具長補正量を求めるための計測を行
ったときに対して摩耗しているので、先行工具の交換直
前に加工していた面は理論値に対して工具摩耗量だけ削
り残しを生じている。したがって、この値で工具長補正
を行って加工を継続すると、先使用工具にて加工された
面と後使用工具で加工された面との間に段差を生じるの
である。よって、この段差を解消すべく、後使用工具の
工具長補正量に先使用工具の工具摩耗量を加味させるの
である。

【００５５】なお、図１０では説明上Ｓ１６３にて工具
摩耗量Ｚmを演算しているが、Ｓ１７０でのＺ軸補正量
の演算では、Ｚt’’＝Ｚol’’−Ｚl＋Ｚl’−Ｚl’’
にて演算することができる。すなわち、先使用工具の加
工前の計測時（Ｓ１３０からＳ１３２）のＺ軸の現在位
置、加工後の計測時（Ｓ１６０からＳ１６２）のＺ軸の
現在位置および後使用工具の計測時（Ｓ１６７からＳ１
６９）のＺ軸の現在位置に基づいて演算することができ
るので、摩耗量Ｚmは必ずしも演算する必要はない。Ｚ
軸補正量ついての上記の演算式では、先使用工具の加工
後誤差及び後使用工具の加工前誤差を直接算出していな
いが、先使用工具の加工前誤差及び加工後誤差と後使用
工具の加工前誤差に基づいてＺ軸補正量を算出しても上
記の演算式と同じ結果となり、これら２つの演算方法は
実質的に同一である。

【００５６】そして、このようにして得られた工具長補
正量Ｚt’’に基づいて、Ｓ１７１にて、先の図４のＳ
１０８での誤差補正と同様にして工具長補正量Ｚt’’
により補正が行われる。すなわち、Ｓ１０８で工作物位
置補正量Ｚdと工具長補正量Ｚtとの加算値でＺ軸の指令
値を補正していたものを、Ｓ１７１で工作物位置補正量
Ｚdと工具長補正量Ｚt’’との加算値で補正するように
更新する。

【００５７】なお。上述の実施の形態において、基準ブ
ロック２６は必ずしもレーザ検出器２０に固定されてい
る必要はない。すなわち、図１４に示すように、ワーク
テーブル１１に固定することもできる。この場合、図４
のＳ１０８で工作物位置補正量Ｚdと工具長補正量Ｚtと
の加算値でＺ軸の指令値を補正したのに代えて、工作物
位置補正量Ｚd、工具長補正量Ｚt、Ａ位置とＢ位置との
間の距離Ｚabの加算値でＺ軸の指令値を補正する必要が
ある。ただし、基準ブロック２６とレーザ検出器２０と
の間での熱変位を排除するために、あるいは熱変位が生
じても加工精度に悪影響を及ぼさない程度の少量となる
ようにレーザ検出器２０の近傍のワークテーブル１１に
設けることが好ましい。

【００５８】また、レーザ検出器２０はワークテーブル
１１に設けられていさえすれば、その位置は特に限定さ
れないが、工作物Ｗの加工の妨げにならない位置に配置
する必要があり、図１５に示すように、ブラケット２４
をワークテーブル１１の側面に固定し、旋回シリンダ２
５により計測時と加工時とでレーザ検出器２０をリトラ
クト可能に取り付けることができる。

【００５９】さらに、タッチセンサ３０は主軸８に装着
する形式のもので説明したが、主軸８の工具装着穴の近
傍に固定され、タッチセンサの使用時と加工時とのでリ
トラクトする形式のタッチセンサを用いることも可能で
ある。工作機械としても、上述の実施の形態におけるマ
シニングセンタ１のみならず、他の構成のマシニングセ
ンタ、例えば、主軸８側がＺ軸方向に移動する形式等、
種々の工作機械に適用できる。なお、主軸８側がＺ軸方
向に移動するクイルタイプの工作機械の場合、このクイ
ルが主軸サポートに相当し、また上記説明における現在
位置は請求項における実際位置に対応する。

【００６０】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１の発明に
よれば、第１の検出器を使用し、先使用工具による加工
動作の前後においてこの先使用工具の先端位置に関する
理論位置と実際位置との差である加工前誤差及び加工後
誤差をそれぞれ求め、先使用工具に代えて後使用工具を
主軸に装着した後に後使用工具の先端位置に関する理論
位置と実際位置との差である加工前誤差を求め、後使用
工具の先端を前使用工具による加工最終部に位置決めす
る際の目標位置を先使用工具の加工前誤差及び加工後誤
差と後使用工具の加工前誤差とに基づいて補正するよう
にしたので、工作物上の前記加工最終部を加工した時に
あった先使用工具の刃先位置に後使用工具の刃先位置を
正確に整合させることができ、先使用工具による加工途
中から後使用工具を使用して加工動作を継続する場合で
も両工具による加工部の接続部に段が生じることを排除
できる効果が奏せられる。

【００６１】請求項２の発明によれば、接触式の第２検
出器を使用し、先使用工具による加工動作に先立って、
接触子を有する接触式の第２検出器を前記主軸と共に前
記制御軸に沿って前記ワークテーブルに対し相対的に移
動し、第１検出器が工具刃先を検出してオンとなる基準
のＡ位置と同一又はこのＡ位置と所定の関係位置にある
Ｂ位置から観た工作物位置をについての理論位置と実際
位置との差である工作物位置誤差を求めて、後使用工具
の先端を前使用工具による加工最終部に位置決めする際
の目標位置をこの工作物位置誤差によりさらに補正する
ようにしたので、ワークテーブルに対する工作物の取り
付け誤差が起因する両工具の刃先位置の不整合をさらに
排除し、後使用工具の刃先を先使用工具の摩耗した刃先
により切削された工作物の加工最終部に一層正確に整合
することができる。

【００６２】請求項３の発明によれば、請求項２の発明
において工作物位置についての理論位置と実際位置との
差である前記工作物位置誤差を求める際に第１検出器が
工具刃先を検出してオンとなる基準のＡ位置と同一又は
このＡ位置と所定の関係位置にあるＢ位置から観た誤差
として求める代わりに、前記Ａ位置から観た工作物位置
の予め設定された理論位置と実際位置との誤差として工
作物位置誤差を求めるようにしたので、請求項２の発明
が奏する効果に加えて、請求項２の発明で設定を必要と
していた前記Ｂ位置を不要にでき、このＢ位置を設定す
る際に巻き込まれる誤差を排除できるといった付加的な
効果が奏せられる。

【００６３】請求項４の発明によれば、請求項１乃至請
求項３の各発明において、第１検出器を非接触式のもの
とし、主軸と共に工具を回転させた状態で工具の先端を
第１検出器がオンとなる位置に位置決めすることによ
り、工具寸法で誤差を求めるようにしたので、この工具
寸法誤差は加工動作中の工具の工具先端の振れを含む実
効寸法に基づいた誤差として検出でき、この工具の実効
寸法に基づいた送り量の補正を行って工作物の加工精度
を一層向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係わるマシニングセンタ
の全体図である。

【図２】本発明の実施の形態に係わるレーザ検出器の平
面図である。

【図３】本発明の実施の形態に係わる数値制御装置のブ
ロック図である。

【図４】本発明の実施の形態に係わるフローチャートの
一部である。

【図５】本発明の実施の形態に係わるフローチャートの
一部である。

【図６】図４および図５のフローチャートにおける工作
物位置補正サイクルのサブプログラムのフローチャート
である。

【図７】図４および図５のフローチャートにおける工具
長補正サイクルのサブプログラムのフローチャートであ
る。

【図８】図４および図５のフローチャートにおける工具
径補正・振れ検出サイクルのサブプログラムのフローチ
ャートの一部である。

【図９】図４および図５のフローチャートにおける工具
径補正・振れ検出サイクルのサブプログラムのフローチ
ャートの一部である。

【図１０】図４および図５のフローチャートにおける面
補償サイクルのサブプログラムのフローチャートであ
る。

【図１１】図６のフローチャートにおける工作物位置補
正サイクルの動作を示す平面図である。

【図１２】図７のフローチャートにおける工具長補正サ
イクルの動作を示す平面図である。

【図１３】図８および図９のフローチャートにおける工
具径補正・振れ検出サイクルの動作を示す図である。

【図１４】基準ブロックの他の取り付け位置を示す平面
図である。

【図１５】レーザ検出器の取り付け状態を示す側面図で
ある。

【符号の説明】

Ｗ・・・工作物、 １１・・・ワークテーブル、 Ｔ・
・・工具、 ８・・・主軸、 ９・・・主軸頭（主軸サ
ポート）、 ４０・・・数値制御装置、 ２０・・・レ
ーザ検出器（第１検出器）、 ３１・・・接触子、 ・
・・タッチセンサ（第２検出器）

フロントページの続き (72)発明者 太田 浩充 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内 (72)発明者 大西 主洋 愛知県刈谷市朝日町１丁目１番地 豊田工 機株式会社内 Ｆターム(参考） 3C001 KA02 TA02 TB02 3C029 AA15 AA40

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工作物を取り付け固定するワークテーブ
   ルと工具を先端に装着可能な主軸を回転支持する主軸サ
   ポートとを数値制御装置により制御される１つの制御軸
   に沿って相対的に移動して１つの先使用工具により前記
   工作物を加工すると共に、この加工途中から１つの後使
   用工具に交換して前記工作物の加工を継続する工作機械
   において、工具先端位置を検出して工具の先端が前記制
   御軸上の所定のＡ位置に到達する時にオンとなる第１検
   出器を設けておき、前記先使用工具による加工動作の前
   後においてこの先使用工具の先端を前記第１検出器がオ
   ンとなるように位置決めして理論位置と実際位置との差
   である加工前誤差及び加工後誤差をそれぞれ求め、前記
   先使用工具に代えて前記後使用工具を前記主軸に装着し
   た後に前記後使用工具を前記第１検出器がオンとなる位
   置に位置決めして理論位置と実際位置との差である加工
   前誤差を求め、前記加工動作の途中から前記後使用工具
   を用いて前記加工動作を継続する際には、前記主軸の前
   記制御軸に沿う予めプログラムされた前記ワークテーブ
   ルに対する相対的な移動量を前記先使用工具の加工前誤
   差及加工後誤差と前記後使用工具の加工前誤差とに基づ
   いて補正することを特徴とする先使用・後使用工具の刃
   先位置整合方法。
2. 【請求項２】 前記先使用工具による前記加工動作に先
   立って、接触子を有する接触式の第２検出器を前記主軸
   と共に前記制御軸に沿って前記ワークテーブルに対し相
   対的に移動し、この第２検出器の接触子を前記第１検出
   器がオンとなる前記所定のＡ位置と同一又はこのＡ位置
   から所定距離離間したＢ位置および前記工作物上の所定
   のＣ位置に順次接触させて前記Ｂ位置から観たＣ位置の
   予め設定された理論位置と実際位置との工作物位置誤差
   を求め、前記先使用工具を用いて前記工作物を加工する
   際には前記予めプログラムされた相対移動量を前記加工
   前誤差及び前記工作物位置誤差の両方に基づいて補正
   し、前記後使用工具を用いて前記加工途中から継続して
   前記工作物を加工する際には前記予めプログラムされた
   相対移動量を前記先使用工具の前記加工前誤差及び前記
   加工後誤差と前記後使用工具の加工前誤差と前記工作物
   位置誤差に基づいて補正するようにしたことを特徴とす
   る請求項１記載の先使用・後使用工具の刃先位置整合方
   法。
3. 【請求項３】 前記先使用工具による前記加工動作に先
   立って、接触子を有する接触式の第２検出器を前記主軸
   と共に前記制御軸に沿って前記ワークテーブルに対し相
   対的に移動し、この第２検出器の接触子を前記第１検出
   器がこの接触子先端を検出してオンとなるように前記Ａ
   位置に位置決めしてこの時の前記相対送り位置を記憶す
   ると共に前記工作物上の所定のＣ位置に接触させて前記
   Ａ位置から観た前記Ｃ位置の予め設定された理論位置と
   実際位置との誤差である工作物位置誤差を求め、前記先
   使用工具を用いて前記工作物を加工する際には前記予め
   プログラムされた相対移動量を前記加工前誤差及び前記
   工作物位置誤差の両方に基づいて補正し、前記後使用工
   具を用いて前記加工途中から継続して前記工作物を加工
   する際には前記予めプログラムされた相対移動量を前記
   先使用工具の前記加工前誤差及び前記加工後誤差と前記
   後使用工具の加工前誤差と前記工作物位置誤差とに基づ
   いて補正するようにしたことを特徴とする請求項１記載
   の先使用・後使用工具の刃先位置整合方法。
4. 【請求項４】 前記第１検出器は非接触式のものを使用
   し、前記先使用工具の加工前誤差及び加工後誤差と前記
   後使用工具の加工前誤差を求める際には前記主軸と共に
   これに装着された前記先使用工具又は後使用工具を回転
   させた状態で行うことを特徴とする請求項１〜３の何れ
   か１項記載の先使用・後使用工具の刃先位置整合方法。