JP2001277077A - 工作機械及び工作機械を用いた加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 各部位の熱膨張等に起因する各工具の位置変
動にかかわらず、各工具の切込み送り制御を正確に行っ
て高精度の加工を実現する。 【解決手段】 第１の工具２４Ａ及び第２の工具２４Ｂ
を保持する工具保持部をワーク３０に対して相対移動さ
せることにより両工具２４Ａ，２４Ｂによるワークの加
工動作を実現する工作機械において、ワーク３０に対す
る各工具２４Ａ，２４Ｂの相対位置関係を実測する工具
測定手段として工具センサ４０等を備える。また、その
測定結果に基づき、前記ワーク３０に対する各工具の切
込み送り制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数種の工具を用
いてワークの加工を行う工作機械及びこれを用いた加工
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の工作機械の中には、複数種の工具
を各々保持する工具保持部を備え、各工具を用いてワー
クに種々の加工（例えば中仕上げ加工と仕上げ加工）を
施すようにしたものがある。その一例を図１２及び図１
３に示す。

【０００３】図において、ベース１０上にはＺ軸方向に
延びるガイドレール１２が敷設され、このガイドレール
１２に沿ってスライド可能となるようにＺ軸テーブル１
４が設置されている。ガイドレール１２には、Ｚ軸モー
タ１６及び図略の送りねじを備えたＺ軸方向の送り手段
が設けられ、この送り手段によって前記Ｚ軸テーブル１
４がスライド駆動される。

【０００４】Ｚ軸テーブル１４上には、前記Ｚ軸方向と
直交するＸ軸方向にスライド可能となるようにＸ軸テー
ブル２０が設置されている。Ｚ軸テーブル１４には、図
１３に示すようにＸ軸方向に延びる送りねじ１５がねじ
支持部１９を介して回転可能に支持されるとともに、こ
の送りねじ１５にカップリング１７を介して連結される
Ｘ軸モータ１８が設けられ、Ｘ軸テーブル２０には前記
送りねじ１５が螺合されるナット２１が固定されてい
る。この送り機構において、前記Ｘ軸モータ１８により
送りねじ１５が回転駆動されることにより、この送りね
じ１５に沿ってＸ軸方向にＸ軸テーブル２０がスライド
駆動される。

【０００５】Ｘ軸テーブル２０には、複数（図例では３
つ）の主軸へッド２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ及び加工用モ
ータ２５が搭載されている。各主軸へッド２２Ａ，２２
Ｂ，２２Ｃにはそれぞれ主軸が回転可能に支持され、各
主軸の先端に互いに別種の第１の工具（例えばエンドミ
ルなどの切削工具）２４Ａ、第２の工具（例えば研削用
砥石）２４Ｂ、及び第３の工具（例えば面取り用工具）
２４Ｃがそれぞれ着脱可能に保持されている。そして、
前記加工用モータ２５の出力する駆動力が図略の駆動伝
達機構を介して各主軸へッド２２Ａ〜２２Ｃの主軸に伝
達され、これにより各工具２４Ａ〜２４Ｃが個別に回転
駆動されるようになっている。

【０００６】一方、ベース１０上で前記ガイドレール１
２と隣接する位置にはワーク支持台２６が設置されてい
る。このワーク支持台２６には、図略のワーク支持軸が
回転可能に支持されるとともに、このワーク支持軸をＣ
軸回りに回転駆動するＣ軸モータ２８が設けられてい
る。ワーク支持軸の前端部すなわち前記Ｘ軸テーブル２
０側に突出する端部には、ワーク３０（図３）を保持す
るワーク保持部２７が設けられ、このワーク保持部２７
にワーク３０が保持された状態で、当該ワーク３０と前
記ワーク支持軸とが一体に回転駆動されるようになって
いる。

【０００７】この工作機械によれば、Ｚ軸テーブル１４
及びＸ軸テーブル２０をスライドさせて、前記ワーク３
０に対して例えば第１の工具２４Ａ、第２の工具２４
Ｂ、第３の工具２４Ｃの順に各工具をアプローチさせる
ことにより、当該ワーク３０に対して複数種の加工を順
に施すことが可能になる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記ワーク３０に対す
る各工具２４Ａ〜２４Ｃの送り制御は、基本的に、初期
位置からの各工具２４Ａ〜２４Ｃの送り量、換言すれ
ば、Ｚ軸モータ１６及びＸ軸モータ１８の出力軸の回転
量に基づいて行われる。しかし、実際には、工作機械の
稼動に伴う発熱で送りねじ１５や各テーブル２０，１４
に熱膨張が生じ、その分だけ各工具２４Ａ〜２４Ｃの位
置が初期設定された座標位置からずれてしまうことにな
る。このずれは、そのままワーク３０に対する相対位置
のずれとなり、加工誤差に直結する。

【０００９】さらに、図示のように複数の工具２４Ａ〜
２４Ｃを保持する工作機械では、送りねじ１５の熱膨張
によって各工具２４Ａ〜２４Ｃの送り量同士の間にも相
対的なずれが生じる。例えば、図１３に実線で示すよう
に第１の工具２４Ａをワーク３０の加工位置に位置合わ
せしたときのねじ支持部１９からナット２１までの距離
をＣ、同図二点鎖線で示すように第２の工具２４Ｂをワ
ーク３０の加工位置に位置合わせしたときのねじ支持部
１９からナット２１までの距離をＣ＋Ａとした場合、前
記送りねじ１５の熱膨張によって距離Ｃだけでなく距離
Ａまでも変化することになる。そして、このような送り
量同士の相対的なずれに起因して次のような不都合が発
生する。

【００１０】例えば、図１４（ａ）の二点鎖線Ｌoに示
す加工面をもつワーク３０を、切削工具からなる第１の
工具２４Ａにより同図二点鎖線Ｌ１の位置まで切込み、
さらに、研削工具からなる第２の工具２４Ｂを同図実線
Ｌ２の位置まで送って研削仕上げする場合を想定する。
ここで、前記第１の工具２４Ａの送り量と前記第２の工
具２４Ｂの送り量との間に前記のような相対的なずれが
生じると、第１の工具２４Ａによる加工終了直後のライ
ンＬ１と、第２の工具２４Ｂの切込みラインＬ２との
差、すなわち第２の工具２４Ｂによる切込み深さｔにバ
ラツキが生じることになる。ここで、前記切込み深さｔ
が図１４（ｂ）に示すように設定寸法より大きくなる
と、その分、ワーク表面に対して研削工具である第２の
工具２４Ｂが過大な力で押付けられることになり、これ
に起因して第２の工具２４Ｂの摩耗促進や加工不良を招
くおそれがある。逆に、前記切込み深さｔが同図１４
（ｃ）に示すように過小になると、研削圧力が不足して
十分な仕上げ加工ができず、最悪の場合には第２の工具
２４Ｂとワーク表面とが接触せずに第２の工具２４Ｂが
空転してしまうおそれもある。

【００１１】本発明は、このような事情に鑑み、複数の
工具を用いてワークを加工するにあたり、各部位の熱膨
張等に起因する各工具の位置変動にかかわらず、各工具
の切込み送り制御を正確に行って高精度の加工を実現で
きる工作機械及び工作機械を用いた加工方法を提供する
ことを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の手段として、本発明は、ワークを支持するワーク支持
部と、少なくとも第１の工具及び第２の工具を含む複数
の工具を保持する工具保持部と、この工具保持部と前記
ワーク支持部とを相対移動させて前記第１の工具及び第
２の工具によるワークの加工動作を実現する送り手段と
を備えた工作機械において、前記ワーク支持部に支持さ
れるワークと前記第１の工具及び第２の工具との相対位
置関係を実測する工具測定手段を備えたものである。

【００１３】この工作機械によれば、各工具による加工
の前に予め工具測定手段によってワークに対する各工具
の相対位置関係を実測しておくことにより、その後の加
工においてワークに対する各工具の切込み位置を正確に
制御することができる。また、第１の工具による切込み
位置と第２の工具による切込み位置との相対的なずれも
解消することができるため、第１の工具による加工の後
の第２の工具による切込み量も正確に制御することがで
きる。

【００１４】前記工具測定手段は、例えば前記第１の工
具及び第２の工具の中心位置のみを実測するものであっ
てもよいが、前記第１の工具及び第２の工具がワークを
加工する部位（例えばエンドミルの場合には工具先端や
側面）の位置を実測するものであることが、より好まし
い。これにより、第１の工具及び第２の工具自身の熱膨
張でその工具径や工具長（すなわち工具形状）が変化し
ても、かかる要素を的確に補正して正確な切込み制御を
行うことができる。

【００１５】前記工具測定手段としては、前記ワーク支
持部に設けられ、このワーク支持部における所定の検出
位置に前記各工具の特定部位が到達したことを検知する
工具センサと、この工具センサから検知信号が出力され
た時の前記送り手段による工具の送り量に基づいて前記
ワークの位置を基準とする座標系での前記第１の工具及
び第２の工具の位置座標に相当する値を演算する演算手
段とを備えたものが、好適である。

【００１６】この構成によれば、ワーク支持部に設けら
れた工具センサによる検出位置に対し、各工具をアプロ
ーチさせるだけの簡単な動作で、ワークの位置を基準と
する座標系での各工具の位置座標を的確に把握すること
ができる。

【００１７】さらに、前記工具センサによる測定を目的
として各工具の特定部位を前記検出位置に至らせるよう
に前記送り手段の作動を制御する測定送り制御手段を備
えることによって、前記測定動作の自動化を図ることが
できる。

【００１８】本発明では、各工具の種類を問わず、例え
ば第１の工具及び第２の工具の双方が切削工具であって
もよいし、両工具が研削工具であってもよいが、前記第
１の工具が切削工具であり、前記第２の工具が研削工具
である場合に、特に著しい効果を発揮する。

【００１９】すなわち、前記切削工具は切込み深さに多
少変動があっても支障なく加工できる特性がある一方、
研削工具は前述のように切込み深さの変動によって加工
精度に著しい影響を受ける特性があるが、ここで、第１
の工具を切削工具、第２の工具を研削工具とした場合に
は、前記工具測定手段の測定結果に基づき、第１の工具
がワーク加工面に対して予め設定された第１の切込み目
標位置まで切り込むように当該第１の工具の切込み送り
を制御し、その後、第２の工具が前記第１の切込み目標
位置から一定の切込み深さだけ切り込むように当該第２
の工具の切込み送りを制御することにより、第１の工具
による加工の前のワーク形状にかかわらず、切削工具で
ある第１の工具によってその加工後のワーク加工面を一
定形状にすることができ、その後の第２の工具すなわち
研削工具による切込み深さを一定にしてその加工精度を
高く維持することが可能になる。

【００２０】そして、このような制御を行う加工制御手
段を備えることにより、各工具による加工の自動化も図
ることができる。

【００２１】また本発明は、前記工作機械を用いて前記
ワークを加工する方法であって、前記ワーク支持部に支
持されるワークと前記第１の工具との相対位置関係を実
測する第１の測定工程と、この第１の測定工程での測定
結果に基づき、第１の工具がワークに対して予め設定さ
れた第１の切込み目標位置まで切り込むように当該第１
の工具の切込み送りを行わせる第１の加工工程と、前記
ワーク支持部に支持されるワークと前記第２の工具との
相対位置関係を実測する第２の測定工程と、この第２の
測定工程での測定結果に基づき、第２の工具がワークに
対して予め設定された第２の切込み目標位置まで切り込
むように当該第２の工具の切込み送りを行わせる第２の
加工工程とを含むものである。

【００２２】この方法により、前述のように、第１の加
工工程前のワーク形状にかかわらず、その第１の加工工
程で第１の切込み目標位置までワークを切り込むことに
よって、第２の加工工程での切込み深さ、すなわち第１
の切込み目標位置から第２の切込み目標位置までの深さ
寸法を一定に維持することができ、これにより第２の加
工工程での加工精度を高めることができる。

【００２３】なお、前記各工程を進行させる順番は特に
問わず、例えば第１の測定工程及び第２の測定工程をま
とめて行ってから第１の加工工程及び第２の加工工程を
行うようにしてもよいが、第１の測定工程、第１の加工
工程、第２の測定工程、第２の加工工程の順に各工程を
進めることにより、各工具についての実測から加工まで
の経過時間を最短にすることができ、これにより、実測
結果をより有効に加工制御に活用できる利点が得られ
る。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施の形態を図
１〜図１１を参照しながら説明する。なお、工作機械の
全体構成の概略は前記図１２及び図１３に示したものと
同様であるので、共通の構成要素については同じ参照符
を付してその説明を省略する。

【００２５】この実施の形態にかかる工作機械では、前
記図１２にも示したＸ軸テーブル２０に図１及び図２に
示すような２つの主軸へッド２２Ａ，２２Ｂが搭載さ
れ、各主軸へッド２２Ａ，２２Ｂはその主軸の軸方向と
直交する方向すなわちＸ軸方向に並べて配置されてい
る。そして、主軸へッド２２Ａの主軸先端には中仕上げ
用の切削工具（例えばエンドミル）である第１の工具２
４Ａが着脱可能に保持され、主軸へッド２２Ｂの主軸先
端には仕上げ用の研削工具（例えば砥石軸）である第２
の工具２４Ｂが着脱可能に保持されている。

【００２６】一方、この実施の形態で加工対象となるワ
ーク３０は、中央に貫通穴をもつドーナツ板状の底壁３
１と、この底壁３１の周縁部とつながる周壁３２とを一
体に有し、前記底壁３１と反対側の開口が前記Ｘ軸テー
ブル２０側を向く状態でワーク保持部２７に保持される
ようになっている。

【００２７】さらに、この実施の形態にかかる工作機械
は、図１〜図４に示す光学式センサ（工具センサ）４０
と、図５に示すコントローラ５０とを備えている。

【００２８】光学式センサ４０は、上下に配置された発
光素子４１及び受光素子４２と、両素子４１，４２を保
持する側面視略コ字状のハウジング４４とを備え、この
ハウジング４４がワーク支持台２６の前面に固定されて
いる。このワーク支持台２６における光学センサ４０の
具体的な配設位置は特に問わないが、ワーク支持台２６
の熱膨張も考慮すると、なるべくワーク保持部２７に近
い位置に光学式センサ４０を設けることが望ましい。

【００２９】前記発光素子４１は、その下方の受光素子
４２に対してレーザ４６を照射する。受光素子４２は、
このレーザ４６による光信号を電気信号に変換するとと
もに、その受光領域（図３に示す網目領域４６ａ）の面
積が一定以下となった時点で、両素子４１，４２間に前
記工具２４Ａ，２４Ｂのいずれかが介在した（すなわち
両素子４１，４２間のレーザ照射位置に前記工具２４
Ａ，２４Ｂのいずれかが到達した）として検知信号を出
力するように構成されている。

【００３０】コントローラ５０は、マイクロコンピュー
タ等からなり、図５に示す演算制御部５１と、記憶部５
２とを備えている。演算制御部５１は、本発明に関連す
る機能として、工具先端位置演算手段５３、工具中心位
置演算手段５４、工具径演算手段５５、及びモータ制御
手段５６を備えている。

【００３１】工具先端位置演算手段５３は、前記Ｘ軸モ
ータ１８及びＺ軸モータ１６に内蔵されているエンコー
ダからこれらのモータ１８，１６による各工具２４Ａ，
２４Ｂの送り位置（換言すれば予め設定された初期位置
からの各工具２４Ａ，２４Ｂの送り量）を把握するとと
もに、その送り位置と、前記光学センサ４０の出力する
検知信号とに基づき、ワーク支持台２６に支持されてい
るワーク３０の中心位置を基準とするワーク座標系での
各工具２４Ａ，２４Ｂの先端位置の座標を演算するもの
である。

【００３２】同様に、工具中心位置演算手段５４は、前
記Ｘ軸モータ１８及びＺ軸モータ１６による各工具２４
Ａ，２４Ｂの送り位置と、前記光学センサ４０の出力す
る検知信号とに基づき、前記ワーク座標系での各工具２
４Ａ，２４Ｂの中心位置の座標を演算するものであり、
工具径演算手段５５は、各工具２４Ａ，２４Ｂの工具径
を演算するものである。

【００３３】モータ制御手段（測定送り制御手段及び加
工制御手段）５６は、加工用モータ２５やＣ軸モータ２
８の作動制御に加え、Ｘ軸モータ１８及びＺ軸モータ１
６の作動制御、すなわち、各工具２４Ａ，２４Ｂの送り
制御を行うものである。

【００３４】記憶部５２は、各工具２４Ａ，２４Ｂによ
る切込みの切込み目標位置や工具径、工具先端位置、工
具中心位置など、加工に要する各種情報を記憶するもの
である。

【００３５】次に、このコントローラ５０による一連の
制御動作を図６〜図１１に基づいて説明する。

【００３６】この実施の形態では、図６のフローチャー
トに示すように、実際の加工を行わずに加工動作のみを
行う暖気運転（ステップＳ１）を行った後、中仕上げ工
具測定（第１の測定工程；ステップＳ２）、中仕上げ加
工（第１の加工工程；ステップＳ３）、仕上げ工具測定
（第２の測定工程；ステップＳ４）、仕上げ加工（第４
の加工工程；ステップＳ５）の各工程が順に実行され
る。その内容は次の通りである。

【００３７】１）中仕上げ工具測定（図７） この工程は、中仕上げ工具である第１の工具２４Ａの工
具先端位置、工具径、工具中心位置を実測し、その実測
値あるいは実測値と初期設定値との差である補正値を記
憶部５２に登録する工程である。

【００３８】まず、第１の工具２４Ａの駆動回転数を加
工用の回転数よりも低い測定用回転数に切換え（ステッ
プＳ２１）、エアーブローにより工具表面を洗浄した後
（ステップS２２）、工具先端位置の実測、換言すれ
ば、第１の工具２４Ａの先端位置の実測に移る（ステッ
プＳ２３）。この実測は次のようにして行われる。

【００３９】図４（ａ）に示すように、光学センサ４０
におけるレーザ４６の照射位置の前方に第１の工具２４
Ａをセットし、前記レーザ４６に対して第１の工具２４
Ａの先端をＺ軸方向から接近させる。そして、前記光学
センサ４０から検知信号が出力された時点、すなわち、
第１の工具２４Ａの先端がレーザ照射位置（検出位置）
に到達した時点でのＺ軸モータ１６による送り量（すな
わち初期位置からの第１の工具２４ＡのＺ軸方向への移
動量）を読み取る。ここで、前記工具２４Ａの先端がレ
ーザ照射位置に到達して検知信号が出力する位置とワー
ク位置とのＺ軸方向に関する相対位置関係を予め測定し
ておくことにより、前記送り量から、ワーク支持部２７
に支持されるワーク３０の位置を基準とするワーク座標
系での第１の工具２４Ａの先端位置座標と前記送り量と
の関係を認識することができる。

【００４０】この送り量に対応する座標値は、ワーク系
座標値として記憶部５２に登録する（ステップＳ２
４）。

【００４１】次に、第１の工具２４Ａの工具径が実測さ
れる（ステップＳ２５）。この実測は次のようにして行
われる。

【００４２】図４（ｂ）に示すように、光学センサ４０
におけるレーザ４６の照射位置の側方に第１の工具２４
Ａをセットし、前記レーザ４６に対して第１の工具２４
Ａの側面をＸ軸方向に沿う矢印Ｘ１の方向から接近させ
る。そして、前記光学センサ４０から検知信号が出力さ
れた時点、すなわち、第１の工具２４Ａの側面がレーザ
照射位置（検出位置）に到達した時点でのＸ軸モータ１
８による送り量（すなわち初期位置からの第１の工具２
４ＡのＸ軸方向への移動量）を読み取る。

【００４３】次に、前記レーザ４６に対して第１の工具
２４Ａの反対側の側面を前記矢印Ｘ１と逆向きの矢印Ｘ
２の方向から接近させる。そして、前記と同様、前記光
学センサ４０から検知信号が出力された時点、すなわ
ち、第１の工具２４Ａの側面がレーザ照射位置（検出位
置）に到達した時点でのＸ軸モータ１８による送り量
（すなわち初期位置からの第１の工具２４ＡのＸ軸方向
への移動量）を読み取る。

【００４４】このように矢印Ｘ２から第１の工具２４Ａ
を接近させたときの送り量と前記のように矢印Ｘ１から
第１の工具２４Ａを接近させたときの送り量との差は、
矢印Ｘ１から第１の工具２４Ａを接近させて検知信号が
出力された時のレーザ照射位置から第１の工具２４Ａの
中心位置までの距離ａと、矢印Ｘ２から第１の工具２４
Ａを接近させて検知信号が出力された時のレーザ照射位
置から第１の工具２４Ａの中心位置までの距離ｂとの和
（ａ＋ｂ）に等しく、この値（ａ＋ｂ）から光学センサ
４０の特性値αを減じた値が第１の工具２４Ａの工具径
に相当する。この光学センサ４０の特性値αとは、図４
（ｂ）に示すように、第１の工具２４Ａを矢印Ｘ１，Ｘ
２方向からレーザ照射位置に接近させて検知信号が出力
されたときの、工具２４Ａの側面間の距離に相当する値
であり、この特性値αには予め機外で測定した値が用い
られる。

【００４５】そこで、このようにして実測された工具径
と、予め設定されていた工具径基準値との差を演算し、
この値を、工具径補正値として記憶部５２に登録する
（ステップＳ２６）。

【００４６】さらに、実測した工具径と、前記送り量か
ら、ワーク支持部２７に支持されるワーク３０の位置を
基準とするワーク座標系での第１の工具２４Ａの中心位
置座標と前記送り量との関係を認識することができる
（ステップＳ２７）。そこで、この送り量に対応する座
標値をワーク系座標値として記憶部５２に登録する（ス
テップＳ２８）。このようにして得られた工具中心位置
と、前記工具径とにより、結果的に第１の工具２４Ａの
両側面の位置が実測できたことになる。

【００４７】２）中仕上げ加工（図８） 前記測定工程により第１の工具２４Ａの先端位置及び側
面位置が把握された状態で、この第１の工具２４Ａを用
いたワーク３０の加工を開始する。まず、第１の工具２
４Ａの回転数を加工用回転数に切換え（ステップＳ３
１）、第１の工具２４Ａをワーク３０の周壁３２の内側
に挿入しながら、Ｚ軸方向、Ｘ軸方向の双方に切込み送
りを行う（ステップＳ３２）。これにより、図１０
（ａ）（ｂ）に示すように、第１の工具２４Ａの先端面
によるワーク底壁３１の切込みと、第１の工具２４Ａの
側面によるワーク周壁３２の切込みとが開始される。そ
して、この第１の工具２４Ａの先端面及び側面が前記ワ
ーク座標系で予め設定された目標位置（第１の切込み目
標位置）Ｌ１，Ｍ１にそれぞれ到達した時点で（ステッ
プＳ３３）、加工を終了する（ステップＳ３４）。

【００４８】すなわち、この切込み制御では、ワーク位
置を基準とする工具先端位置及び側面位置の実測結果に
基づいて、一定の切込み位置まで第１の工具２４Ａの切
込み送りが行われるため、当該切込み前のワーク内側面
の形状にばらつきがある場合でも、当該ワーク内側面は
必ず所定の目標位置Ｌ１，Ｍ１まで切込まれることにな
る。従って、図１０（ａ）の二点鎖線に示すように加工
前のワーク内面が内側よりにある場合（すなわち前加工
でのワーク加工量が少なかった場合）には、第１の工具
２４Ａの先端面及び側面による切込み深さｔ１，ｓ１は
大きくなり、逆に、同図（ｂ）に示すように加工前のワ
ーク内側面が外側よりにある場合には、前記切込み深さ
ｔ１，ｓ１は小さくなる。

【００４９】３）仕上げ工具測定（図７） この工程は、仕上げ工具である第２の工具２４Ｂの工具
先端位置、工具径、工具中心位置を実測し、その実測値
あるいは実測値と初期設定値との差である補正値を記憶
部５２に登録する工程である。その測定要領は前記中仕
上げ工具測定と全く同様である。

【００５０】４）仕上げ加工（図９） 前記測定により第２の工具２４Ｂの先端位置及び両側面
位置を把握した状態で、この第２の工具２４Ｂを用いた
ワーク３０の加工を開始する。まず、第２の工具２４Ｂ
の回転数を加工用回転数に切換え（ステップＳ５１）、
第２の工具２４Ｂをワーク３０の周壁３２の内側に挿入
しながら、Ｚ軸方向、Ｘ軸方向の双方に切込み送りを行
う（ステップＳ５２）。そして、第２の工具２４Ｂの先
端面及び側面がそれぞれ図１１に示す目標位置（第２の
切込み目標位置）Ｌ２，Ｍ２に到達した時点で（ステッ
プＳ５３でＹＥＳ）、加工を終了する（ステップＳ５
４）。

【００５１】ここで、仕上げ加工前のワーク内側面は前
記中仕上げ加工によって正確に目標位置Ｌ１，Ｍ１まで
切り込まれており、かつ、仕上げ加工では前記仕上げ工
具測定工程による実測結果に基づいて第２の工具２４Ｂ
の切込み送りが制御されるので、この仕上げ加工での第
２の工具２４Ｂによる切込み送り量ｔ２，ｓ２は正確に
一定に保たれる。従って、この切込み送り量ｔ２，ｓ２
の過不足による加工不良が防止され、高精度の仕上げ加
工が実現される。

【００５２】すなわち、この工作機械及びこれを用いた
加工方法では、ワーク支持台２６に設けられた光学セン
サ４０によってワーク３０と工具２４Ａ，２４Ｂの相対
位置関係を予め実測し、その実測結果に基づいて切込み
制御を行うようにしているので、機械の稼動による熱膨
張などで初期の状態から各工具２４Ａ，２４Ｂの位置に
変化が生じても、これを的確に補正して精度の高い加工
を実現することが可能となっている。

【００５３】また、仕上げ加工での第２の工具２４Ｂに
よる切込み送り量ｔ２，ｓ２が正確に一定に保たれるた
め、第２の工具２４Ｂの送り速度を加工位置へアプロー
チするための早送り速度から仕上げ加工用の切込み送り
速度に切換える位置をワーク３０と第２の工具２４Ｂと
が接触する直前の位置にシビアに設定することが可能で
あり、その分サイクルタイムを短縮することができる。

【００５４】なお、本発明の実施形態はこれに限定され
ず、例として次のような形態をとることも可能である。

【００５５】(1) 前記第１の工具及び第２の工具の種
類は特に問わない。例えば、両工具を切削工具としても
よいし、第１の工具を比較的目の粗い砥石とし、第２の
工具を比較的目の細かい砥石としてもよい。ただし、本
発明によれば、前述のような制御、すなわち、加工前の
ワーク形状にかかわらず第１の工具２４Ａによって所定
の切込み目標位置まで不都合なく切り込むことが可能で
あり、その後の第２の工具２４Ｂによる加工で切込み深
さを一定に保つという切込み制御を正確に行うことがで
きるため、前記第１の工具２４Ａが切削工具で、第２の
工具２４Ｂが研削工具である場合に特に効果的となる。

【００５６】(2) 本発明では、少なくとも第１の工具
及び第２の工具を具備すればよく、その他の工具を適宜
付加することは自由である。

【００５７】(3) 工具センサは前記のような光学セン
サ４０に限らず、その他、磁気センサや接触式センサ等
の適用も可能である。

【００５８】(4) 前記実施形態では、実測後の登録対
象を工具中心位置座標と工具径とし、両者から工具側面
（ワークを加工する部位）の位置を割り出して当該側面
が所定の切込み目標位置に達したか否かを判定するよう
にしているが、登録対象を工具側面位置座標としてもよ
い。

【００５９】(5) 前記実施形態では、ワーク３０の底
壁３１及び周壁３２の双方を加工するものを示したが、
いずれか一方のみの加工にも本発明を適用できる。例え
ばワーク３０の底壁３１を加工する必要がなく（底壁３
１がない場合も含む。）、周壁３２の周面のみを加工す
る必要がある場合には、工具先端位置の実測（すなわち
Ｚ軸方向に関する工具位置実測）は特に必要なく、工具
側面位置に相当する値のみの実測（すなわちＸ軸方向に
関する工具位置実測）のみ行えばよい。

【００６０】(6) 前記実施形態では、第１の測定工程
（中仕上げ工具測定工程）→第１の加工工程（中仕上げ
工程）→第２の測定工程（仕上げ工具測定工程）→第２
の加工工程（仕上げ工程）の順に進行するものを示した
が、最初に第１及び第２の測定工程をまとめて行い、そ
の後に第１の加工工程及び第２の加工工程をまとめて行
うようにしてもよい。ただし、前記実施形態のように第
１の加工工程、第２の加工工程のそれぞれ直前に第１の
測定工程及び第２の測定工程を実施することにより、実
測から加工までの経過時間を短くして実測結果をより有
効に加工制御に活用できる利点がある。

【００６１】(7) 前記実施形態では、測定及び加工を
行う前に暖気運転を行うものを示したが、暖気運転は必
ずしも行わなくてもよい。ただし、この暖気運転を行え
ば、以後の単位時間当たりの熱変位量が小さくなるた
め、工具先端位置、工具径、工具中心位置等の測定の頻
度を少なくすることが可能である。

【００６２】

【発明の効果】以上のように本発明は、第１の工具及び
第２の工具によってワークを加工する工作機械におい
て、前記ワークと各工具との相対位置関係を実測する工
具測定手段を備えたものであり、また、その測定結果に
基づいて切込み送りの制御をするようにしたものである
ので、各部位の熱膨張等に起因する各工具の位置変動に
かかわらず、各工具の切込み送り制御を正確に行って高
精度の加工を実現できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかる工作機械の要部を
示す斜視図である。

【図２】前記工作機械の平面図である。

【図３】前記工作機械に設けられた光学センサにおける
受光素子の受光領域を示す説明図である。

【図４】（ａ）は前記光学センサにより工具先端位置を
実測する様子を示す正面図、（ｂ）は同光学センサによ
り工具中心位置及び工具径を実測する様子を示す平面図
である。

【図５】前記工作機械に設けられるコントローラの機能
構成を示すブロック図である。

【図６】前記コントローラによる制御動作を示すフロー
チャートである。

【図７】図６の中仕上げ工具測定工程及び仕上げ工具測
定工程の内容を示すフローチャートである。

【図８】図６の中仕上げ加工工程の内容を示すフローチ
ャートである。

【図９】図６の仕上げ加工工程の内容を示すフローチャ
ートである。

【図１０】（ａ）（ｂ）は第１の工具による切込み状態
を示す断面平面図である。

【図１１】第２の工具による切込み状態を示す断面平面
図である。

【図１２】複数種の工具を備えた工作機械の一例を示す
斜視図である。

【図１３】図１２に示す工作機械のＸ軸送り機構を示す
側面図である。

【図１４】（ａ）は加工前、中仕上げ加工後、仕上げ加
工後でのワーク加工面の位置を示す説明図、（ｂ）
（ｃ）は加工後のワーク加工面にばらつきが生じた例を
示す説明図である。

【符号の説明】

１６ Ｚ軸モータ（送り手段） １８ Ｘ軸モータ（送り手段） ２０ Ｘ軸テーブル（工具保持部を構成） ２２Ａ，２２Ｂ 主軸へッド（工具保持部を構成） ２４Ａ 第１の工具 ２４Ｂ 第２の工具 ２６ ワーク支持台 ３０ ワーク ４０ 光学センサ（工具センサ） ５０ コントローラ ５１ 演算制御部 ５３ 工具先端位置演算手段 ５４ 工具中心位置演算手段 ５５ 工具径演算手段 ５６ モータ制御手段（測定送り制御手段及び加工制御
手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木邑 達男 広島市南区宇品東５丁目３番38号 トーヨ ーエイテック株式会社内 Ｆターム(参考） 3C029 AA24 AA31 AA40

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークを支持するワーク支持部と、少な
   くとも第１の工具及び第２の工具を含む複数の工具を保
   持する工具保持部と、この工具保持部と前記ワーク支持
   部とを相対移動させて前記第１の工具及び第２の工具に
   よるワークの加工動作を実現する送り手段とを備えた工
   作機械において、前記ワーク支持部に支持されるワーク
   と前記第１の工具及び第２の工具との相対位置関係を実
   測する工具測定手段を備えたことを特徴とする工作機
   械。
2. 【請求項２】 請求項１記載の工作機械において、前記
   工具測定手段は前記第１の工具及び第２の工具がワーク
   を加工する部位の位置を実測するものであることを特徴
   とする工作機械。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の工作機械におい
   て、前記工具測定手段は、前記ワーク支持部に設けら
   れ、このワーク支持部における所定の検出位置に前記各
   工具の特定部位が到達したことを検知する工具センサ
   と、この工具センサから検知信号が出力された時の前記
   送り手段による工具の送り量に基づいて前記ワークの位
   置を基準とする座標系での前記第１の工具及び第２の工
   具の位置座標に相当する値を演算する演算手段とを備え
   たことを特徴とする工作機械。
4. 【請求項４】 請求項３記載の工作機械において、前記
   工具センサによる測定を目的として各工具の特定部位を
   前記検出位置に至らせるように前記送り手段の作動を制
   御する測定送り制御手段を備えたことを特徴とする工作
   機械。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかに記載の工作機
   械において、前記第１の工具が切削工具であり、前記第
   ２の工具が研削工具であることを特徴とする工作機械。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれかに記載の工作機
   械において、前記工具測定手段の測定結果に基づき、第
   １の工具がワーク加工面に対して予め設定された第１の
   切込み目標位置まで切り込むように当該第１の工具の切
   込み送りを制御し、その後、第２の工具が前記第１の切
   込み目標位置から一定の切込み深さだけ切り込むように
   当該第２の工具の切込み送りを制御する加工制御手段を
   備えたことを特徴とする工作機械。
7. 【請求項７】 請求項１〜５のいずれかに記載の工作機
   械を用いて前記ワークを加工する方法であって、前記ワ
   ーク支持部に支持されるワークと前記第１の工具との相
   対位置関係を実測する第１の測定工程と、この第１の測
   定工程での測定結果に基づき、第１の工具がワークに対
   して予め設定された第１の切込み目標位置まで切り込む
   ように当該第１の工具の切込み送りを行わせる第１の加
   工工程と、前記ワーク支持部に支持されるワークと前記
   第２の工具との相対位置関係を実測する第２の測定工程
   と、この第２の測定工程での測定結果に基づき、第２の
   工具がワークに対して予め設定された第２の切込み目標
   位置まで切り込むように当該第２の工具の切込み送りを
   行わせる第２の加工工程とを含むことを特徴とする工作
   機械を用いた加工方法。
8. 【請求項８】 請求項７記載の工作機械を用いた加工方
   法において、前記各工程を第１の測定工程、第１の加工
   工程、第２の測定工程、第２の加工工程の順に行うこと
   を特徴とする工作機械を用いた加工方法。