JP2004090199A

JP2004090199A - Rotary tool contact detector of finishing machine, rotary tool correcting device of the machine using the rotary tool contact detector, nc device of the machine, position correcting method of the machine using the detectorc device of the machine, and rotary tool position correcting method of the machine using the detector

Info

Publication number: JP2004090199A
Application number: JP2002257890A
Authority: JP
Inventors: Masato Shiozaki; 塩崎　正人
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2004-03-25

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotary tool contact detecting device of a finishing machine for accurately measuring the length and outside diameter in the process of rotation of a rotary tool mounted on a spindle rotated at high speed. <P>SOLUTION: The rotary tool contact detecting device 1 of the finishing machine includes: a disc-like contact 2 coming into contact with a rotary tool 22, a setting member 3 for setting the contact 2; a vibration sensor 4 for detecting the contact vibration when the contact 2 stored in the setting member 3 and the rotary tool 22 come into contact with each other. Since the contact is formed disc-like, the rotary tool is brought into contact with a flat surface part and side part, whereby the length and the outside diameter of the rotating rotary tool are measured. As a result, the accurate position of the rotary tool is grasped. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、空気静圧軸受け等により支持された、超高速、高精度の主軸に装着される回転工具の位置を検知する加工機の回転工具接触検知装置、その回転工具接触検知装置を使用した加工機の回転工具補正装置、加工機のＮＣ装置、加工機の回転工具接触検知装置を使用した加工機の回転工具位置補正方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来より、例えば微小径の回転工具を用いて、高速、かつ、高精度に微細な加工を行う工作機械が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−９９４５０号公報（１１頁、図１、図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、超精密加工や微細加工等の特殊な加工用の工作機械として、空気静圧軸受けあるいは磁気軸受け等に支持された非接触式の主軸を備えたものが多く用いられている。ところが、この空気静圧軸受けに支持された主軸では、高速、例えば毎分３万回転以上の回転で主軸が回転するとき、遠心力により、主軸の径方向の膨張および軸方向の収縮が生じている。
すなわち、図８に示すように、主軸８１が空気静圧型主軸であり、かつ、例えば直径が４０ｍｍ、長さが３００ｍｍの外形を有する場合で、例えば毎分３万回転で高速回転したとすると、主軸８１の径方向の膨張は片側３μｍ、軸方向の収縮は６０μｍにも達している。このような主軸８１には回転工具８２が装着されている。回転工具８２としては、高速、高精度加工として直径１０ｍｍ以下の小口径のドリルが使用されることが多い。
以上のように、高速回転する主軸は径方向に膨張するとともに、軸横行に収縮するため、主軸に装着された回転工具で加工する際、主軸が膨張、収縮状態のままだと、回転工具も、遠心力によりわずかではあるが膨張、収縮するため、回転工具の高精度の基準位置が確保されず、加工精度に影響を及ぼすという問題がある。そのため、回転工具の回転中の位置の測定および基準位置に対する補正をいかに正確に行うかが、加工精度を維持する上で重要な課題となっている。
【０００５】
ところが、前記特許文献１では、自動回転工具交換装置および回転工具マガジンの構造上、主軸に装着された回転工具の長さが、必ずしも予め設定された基準の長さに一致するとは限らないので、回転工具を装着した後で、回転工具長を測定して補正している。そして、回転中の微小径の回転工具長を測定するのに、回転工具を、非接触形検知器であるラインセンサまでを早いスピードで移動させ、その後、接触式センサまでを遅いスピードで移動させて接触させ、その接触位置を検知している。この特許文献１の技術では、回転工具長の測定および補正が行われているのみであり膨張、収縮には対応できないという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、高速回転する主軸に装着された回転工具の回転中の長さおよび外径を正確に測定することができる加工機の回転工具接触検知装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、加工精度の向上を図れるようになる加工機の回転工具補正装置、加工機のＮＣ装置および加工機の回転工具位置補正方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の加工機の回転工具接触検知装置は、次の構成を採用する。
本発明の加工機の回転工具接触検知装置は、加工機の主軸に装着される回転工具との接触を検知する加工機の回転工具接触検知装置であって、前記回転工具と接触可能な円板状の接触子と、この接触子を設置する設置部材と、この設置部材に収納され前記接触子と前記回転工具とが接触したときの接触振動を検知する振動センサと、を備えて構成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
この発明によれば、接触子が円板状に形成されているので、平面部と側面部とに回転工具を接触させることができ、回転中の回転工具の長さと外径とを測定することができる。その結果、回転工具の正確な位置を把握することが可能となる。また、接触子と回転工具とが接触したとき必ず振動が発生するが、この振動を振動センサにより検知しているので、接触子と回転工具との接触を確実に検知することができる。
ここで、加工機の回転工具接触検知装置は、加工機の例えばテーブルに着脱可能に設けて使用することができる。また、加工機としては、例えば、マシニングセンタ、ボール盤等、主軸に回転工具を装着できるものであればよい。
【０００９】
本発明では、前記接触子は、前記回転工具の長さ方向先端部と接触可能な円滑平面および回転工具の外径周面と接触可能な円滑側面を有するとともに、交換可能となっていることが好ましい。
この発明によれば、円滑平面および円滑側面を有するので、それらの面に回転工具を接触させることで、高精度の測定が可能となる。また、接触子を交換することによって、常に最高の測定条件で測定することができ、高精度の測定を維持することができる。
【００１０】
本発明の加工機の回転工具補正装置は、前記発明の加工機の回転工具接触検知装置を使用した加工機の回転工具補正装置であって、前記回転工具と接触子とが接触したことが前記回転工具接触検知装置で検知されたことを条件として座標値取込指令を入力する手動入力手段と、前記回転工具を零回転を含む低速回転で回転させた状態で、前記手動入力手段によって座標値取込指令が入力されたとき前記回転工具と接触子との接触位置座標値を基準位置座標値として記憶する基準位置座標値記憶手段と、前記回転工具を加工時の回転数で回転させた状態で、前記手動入力手段によって座標値取込指令が入力されたとき前記回転工具と接触子との接触位置座標値を記憶する接触位置座標値記憶手段と、前記基準位置座標値記憶手段に記憶された基準位置座標値と前記接触位置座標値記憶手段に記憶された接触位置座標値とから補正値を求める補正値演算手段と、この補正値演算手段によって求められた補正値を記憶する補正値記憶手段とを備え、前記補正値記憶手段に記憶された補正値に基づいて加工機の駆動位置を補正しながら加工を行うことを特徴とするものである。
【００１１】
この発明によれば、回転工具による加工に際して、回転工具接触検知装置により測定された基準位置座標値と接触位置座標値とから求められ、かつ、補正値記憶手段に記憶された補正値に基づいて加工機の駆動位置を補正しながら加工を行うので、常に回転工具の基準値に沿った加工となる。その結果、高速回転の工具を使用する場合でも高精度の加工が可能となり、加工精度の向上を図れるようになる。
また、基準位置座標値記憶手段に入力する回転工具の基準位置座標値および接触位置座標値記憶手段に入力する接触位置座標値が、手動入力手段により座標値取込指令として入力される。作業者は、回転工具と接触子とが接触したことが回転工具接触検知装置で検知されたことを確認した後で、入力すればよいので、確実な入力が可能となる。
【００１２】
本発明の加工機の回転工具補正装置は、前記発明の加工機の回転工具接触検知装置を使用した加工機の回転工具補正装置であって、前記回転工具を零回転を含む低速回転で回転させた状態で、前記回転工具と接触子とが接触したことが前記回転工具接触検知装置で検知されたとき前記回転工具と接触子との接触位置座標値を基準位置座標値として記憶する基準位置座標値記憶手段と、前記回転工具を加工時の回転数で回転させた状態で、前記回転工具と接触子とが接触したことが前記回転工具接触検知装置で検知されたとき前記回転工具と接触子との接触位置座標値を記憶する接触位置座標値記憶手段と、前記基準位置座標値記憶手段に記憶された基準位置座標値と前記接触位置座標値記憶手段に記憶された接触位置座標値とから補正値を求める補正値演算手段と、この補正値演算手段によって求められた補正値を記憶する補正値記憶手段とを備え、前記補正値記憶手段に記憶された補正値に基づいて加工機の駆動位置を補正しながら加工を行うことを特徴とするものである。
【００１３】
この発明によれば、回転工具による加工に際して、回転工具接触検知装置により測定された基準位置座標値と接触位置座標値とから求められ、かつ、補正値記憶手段に記憶された補正値に基づいて加工機の駆動位置を補正しながら加工を行うので、常に基準値に沿った加工となり、その結果、高速回転の工具を使用して高精度の加工が可能となる。
また、接触位置座標値記憶手段の接触位置座標値は、回転工具接触検知装置が接触子と接触したとき自動的に入力されるので、迅速な入力が可能となる。
【００１４】
本発明において、前記基準位置座標値記憶手段、接触位置座標値記憶手段および補正値演算手段には、前記回転工具の長さ方向と平行な回転工具軸方向の座標値と、回転工具の長さ方向に対して直交しかつ互いに直交する回転工具軸２軸方向の座標値とが記憶されていることが好ましい。
この発明によれば、回転工具の長さおよび回転工具軸２軸の外径の座標値を測定することができ、その測定値に基づいて補正しながら加工することができるので、高精度の加工が可能となる。
【００１５】
本発明の加工機のＮＣ装置は、主軸に装着された回転工具とワークとを予め設定されたプログラムに従って相対移動させながら、前記回転工具によって前記ワークを加工する加工機のＮＣ装置であって、前記回転工具の異なる回転数毎に、その各回転数で回転工具を回転させたときに回転工具の回転に伴う変形量を補正する補正データを記憶した補正データテーブルと、前記主軸の回転数に対応する補正データを前記補正データテーブルから読み出し、この読み出した補正データを用いて、前記回転工具とワークとの相対移動軌跡を補正しながら加工を実行させる制御手段と、を備えていることを特徴とするものである。
この発明によれば、加工に際して回転工具が主軸に装着されたとき、その主軸の補正データを補正データテーブルから読み出し、その補正データに従って加工が行われるので、例えば、回転工具接触検知装置等により測定して、基準位置座標値や、接触位置座標値を加工に先立って予め設定する必要がない。その結果、基準位置座標値等を測定する手間を省くことができ、加工効率を向上させることができる。
【００１６】
本発明において、前記補正データは、前記回転工具の長さ方向と平行な回転工具軸方向の変形量と、回転工具の長さ方向に対して直交しかつ互いに直交する回転工具軸２軸方向の変形量とを含むものであることが好ましい。
この発明によれば、回転工具の長さおよび回転工具軸２軸の外径の変形量が、予め、補正データとして記憶されているので、その変形量に基づいて補正しながら加工することができ、主軸に回転工具が装着される都度、基準位置座標値および接触位置座標値を求め、演算して補正量を決めなくてもよいので、加工への移行が迅速にでき、生産効率の向上を図れる。
【００１７】
本発明の加工機の回転工具位置補正方法は、前記発明の加工機の回転工具接触検知装置を使用して回転工具の位置を補正する加工機の回転工具位置補正方法であって、前記回転工具を零回転を含む低速回転で回転させた状態で、前記回転工具と接触子とが接触したことが前記回転工具接触検知装置で検知されたとき前記回転工具と接触子との接触位置座標値を基準位置座標値として基準位置座標値記憶手段に記憶させ、前記回転工具を加工時の回転数で回転させた状態で、前記回転工具と接触子とが接触したことが前記回転工具接触検知装置で検知されたとき前記回転工具と接触子との接触位置座標値を接触位置座標値記憶手段に記憶させ、前記基準位置座標値記憶手段に記憶された基準位置座標値と前記接触位置座標値記憶手段に記憶された接触位置座標値とから補正値演算手段により補正値を求め、次いで、前記補正値を補正値記憶手段に記憶させ、その後、前記補正値記憶手段に記憶された補正値に基づいて加工機の駆動位置を補正しながら加工を行うことを特徴とするものである。
【００１８】
この発明によれば、回転工具による加工に際して、補正値記憶手段に記憶された補正値に基づいて加工機の駆動位置を補正しながら加工を行うので、常に基準値に沿った加工となり、その結果、高速回転の工具を使用する場合でも高精度の加工が可能となる。
また、接触位置座標値記憶手段の接触位置座標値は、回転工具接触検知装置が接触子と接触したとき自動的に入力されるので、迅速な入力が可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本実施形態の加工機の回転工具接触検知装置を構成する検知センサ１が示されている。
この検知センサ１は、主軸２１に装着された例えば高速回転加工専用の回転工具２２の長さ、または外径を検知するものであり、円板状の接触子２と、この接触子２を設置する設置部材３と、ピックアップセンサ４と、を備えて構成されている。
【００２０】
接触子２は、回転工具２２の長さ方向先端部と接触して回転工具２２の長さを測定する平面部２Ａ、および回転工具２２の外径周面と接触して回転工具２２の外径を測定する外周部２Ｂを有し、裏面には凹部２Ｃが形成されている。これらの平面部２Ａ、外周部２Ｂおよび凹部２Ｃは、回転工具２２との接触精度を向上させるために精密に仕上げられている。
このような接触子２は、鉄板等の金属板、アルミニウム板、あるいはプラスチック等の合成樹脂製板で形成されている。
【００２１】
設置部材３は、接触子２を取り付ける取付部材６と、この取付部材６を支持する支柱７と、この支柱７を収納する箱体８とを含み構成されている。
取付部材６は、前記接触子２の凹部２Ｃに嵌り込むように形成され、取付部材６と接触子２とは、例えば４本のボルト９で一体的に結合されている。
支柱７は、例えば円柱状に形成され、前記取付部材６と一体的に連結されている。このような支柱７は、その下部側のほとんどが前記箱体８内に収納されており、支柱７の下端は、箱体８の内部に収納される前記ピックアップセンサ４と接続されている。箱体８は、有底の例えば丸筒状に形成され、上端には蓋部材１０が設けられ、この蓋部材１０には、支柱７が挿通可能な穴があけられている。
【００２２】
ピックアップセンサ４は、検知センサ１の接触子２の平面部２Ａまたは外周部２Ｂと、回転工具２２の長さ方向先端部または外径周面とが接触したとき生じる振動をキャッチする振動センサであり、そのキャッチした振動を信号として後述する制御装置４０（図４参照）に出力することができるようになっている。あるいは、ピックアップセンサ４は、回転工具２２の振動をキャッチしたとき、ＬＥＤのランプを点灯できるようにしておいてもよく、図示しない表示装置に表示されるようにしておいてもよい。
【００２３】
以上のような構成の検知センサ１は、図２に示すように、例えばＮＣ加工機２０に着脱可能に取り付けられ、ＮＣ加工機２０の主軸２１に装着される回転工具２２の加工前の座標位置、および加工時の回転速度における座標位置を測定するために用いられる。
なお、検知センサ１は、加工の邪魔にならない位置に設けられている。
【００２４】
ＮＣ加工機２０は、ベッド２３を備え、このベッド２３の上面には、スライダ２４を介して紙面直交方向（前後方向；Ｙ方向）に移動自在なテーブル２５が設けられている。
ベッド２３の両端にはコラム２６が門型に立設され、これらのコラム２６の上端間には、横袈部材２７が架けわたされている。また、横袈部材２７には、駆動モータ２９によりＹ方向と直交する水平方向（左右方向；Ｘ方向）に移動自在に主軸頭３０が設けられ、この主軸頭３０は、Ｘ方向およびＹ方向と垂直方向（上下方向；Ｙ方向）に移動自在となっている。主軸頭３０の主軸２１には、加工に対応する回転工具２２が装着され、この回転工具２２により、テーブル２５の上面に治具（図示省略）などを介して取り付けられた被加工物（ワーク）Ｗの加工が行われるようになっている。
【００２５】
回転工具２２は、加工目的に合わせた専用の回転工具で、毎分数万回転の超高速回転かつ超精密回転精度で使用される。また、その使用条件下でも回転工具寿命が長く、回転工具交換の頻度が少ない。
一般的に、この種の回転工具２２の取り付けには、高い精度が必要で、交換時には取り付け位置精度をミクロンオーダで計測、確認するとともに、試験回転させてダイナミックバランスの調整も必要とする場合が多い。これらの理由から、現状の技術レベルでは回転工具交換の自動化が困難であるから、主軸２１に対しては手作業で回転工具交換を行うようにしてある。
【００２６】
前記主軸頭３０は、図３に示すように、ハウジング３１と、このハウジング３１に空気軸受３２，３３，３４を介して回転可能かつＺ方向と平行に支承され途中にフランジ２１Ａを有する前記主軸２１と、この主軸２１を回転駆動させる前記駆動モータ２９とを備えている。
各空気軸受３２，３３，３４の内周面には、主軸２１に向かって軸直交方向から空気を噴出する吹出口３５が複数形成されている。これらの各吹出口３５から噴出される空気によって主軸２１をラジアル方向に支持するラジアル軸受が形成されている。また、空気軸受３３，３４の互いに対向する軸方向端面には、主軸２１のフランジ２１Ａに向かって空気を噴出する吹出口３６が複数形成されている。これらの各吹出口３６から噴出される空気によって主軸２１をスラスト方向に支持するスラスト軸受が形成されている。なお、図３において、３７は各吹出口３５に高圧空気を供給する給気通路、３８は排気通路である。
【００２７】
図４には、前記ＮＣ加工機２０の制御装置４０が示されている。
制御装置４０は、制御部である中央処理装置（ＣＰＵ）４１を備え、このＣＰＵ４１にはバスライン４２を介して、手動入力手段４３、自動入力手段４４、変位測定手段４６、ＲＡＭ４７、各種プログラム指令が格納されたＲＯＭ４８および駆動手段４９が接続されている。
【００２８】
手動入力手段４３は、前記検知センサ１と、回転工具２２の長さ方向端部、または外径周面と接触したことが、ＬＥＤの点灯あるいは図示しない表示手段等で確認された後、作業者が押しボタン５０を押して座標値取込指令として手動入力するものである。
自動入力手段４４は、検知センサ１が回転工具２２の長さ方向端部、および外径周面と接触したことが、検知センサ１からの信号をアンプ５１を介して自動入力されるものである。
これらの手動入力手段４３および自動入力手段４４は、前記ＣＰＵ４１により適宜切り換えられて使用されるようになっている。
【００２９】
変位測定手段４６は、Ｘ軸変位測定手段５５、Ｙ軸変位測定手段５６およびＺ軸変位測定手段５７を有し、手動入力手段４３から座標値取込指令として入力された指令値、または自動入力手段４４から入力された信号を基に、回転工具２２のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の座標値を測定するものである。
ＲＡＭ４７は、基準位置座標値記憶手段６５、接触位置座標値記憶手段６６、補正値記憶手段６７およびを補正データテーブル６８を有している。
【００３０】
基準位置座標値記憶手段６５には、回転工具２２の長さおよび外径周面の基準座標位置が記憶されている。この基準座標位置は、回転工具２２による加工前に設定され、当該回転工具２２を零回転を含む低速回転で、回転工具２２の先端および外径周面の少なくとも一方を、検知センサ１の接触子２に接触させたときの接触位置が、前記Ｘ軸変位測定手段５５、Ｙ軸変位測定手段５６およびＺ軸変位測定手段５７により測定されたものである。
【００３１】
接触位置座標値記憶手段６６には、回転工具２２の回転時の長さおよび外径周面の接触座標位置として記憶されている。この接触座標位置は、回転工具２２を加工時の回転数で回転させた状態において、手動入力手段４３によって座標値取込指令が入力されたとき、または検知センサ１で検知されたときの接触位置が、Ｘ軸変位測定手段５５、Ｙ軸変位測定手段５６およびＺ軸変位測定手段５７により測定されたものである。
補正値記憶手段６７には、基準位置座標値記憶手段６５と接触位置座標値記憶手段６６とのそれぞれに記憶されている回転工具２２の座標値を基に、ＣＰＵ４１により演算された補正値が記憶されている。
補正データテーブル６８には、主軸２１の回転をパラメータとした補正データが記憶されている。
ＲＯＭ４８には、作業手順等の各種プログラムが格納され、プログラムに従ってシーケンス制御が行えるようになっている。
【００３２】
駆動手段４９は、ＣＰＵ４１により、コントローラ７４を制御し、主軸２１をＸ軸方向に駆動するＸ軸駆動手段７５、Ｙ軸方向に駆動するＹ軸駆動手段７６およびＺ軸方向に駆動するＺ軸駆動手段７７を備えている。
ＣＰＵ４１は、図示しないが、制御部、演算部およびレジスタ部等を有し、前記ＲＡＭ４７の基準位置座標値記憶手段６５に記憶されている回転工具２２のＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の基準の座標位置と、接触位置座標値記憶手段６６に記憶されている回転工具２２のＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の接触時の座標位置とを比較、演算して補正値を求めるとともに、その補正値を補正値記憶手段６７に記憶させ、回転工具２２による加工時に、補正値記憶手段６７から取り出した補正値に基づいて、駆動手段４９のコントローラ７４を制御して主軸２１を駆動させる機能を有している。
【００３３】
次に、図４〜６を参照して、検知センサ１を使用したＮＣ工作機械１の回転工具の測定および補正方法を説明する。
手動入力手段４３による測定は、まず、主軸２１に装着された所定の回転工具２２による加工前に、回転工具２２のＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向の基準座標位置を測定することから始まる。
すなわち、この測定は、回転工具２２を零回転を含む低速回転で、回転工具２２の先端および外径周面を順次検知センサ１の接触子２に接触させ、接触したことが確認できたら、作業者は押しボタン５０を押して、座標値取り込み指令を出す。この指令に対して、Ｘ軸変位測定手段５５、Ｙ軸変位測定手段５６およびＺ軸変位測定手段５７で、回転工具２２のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の座標値を測定し、その座標値を、ＲＡＭ４７の基準位置座標値記憶手段６５、接触位置座標値記憶手段６６に記憶させる。
【００３４】
次いで、回転工具２２が加工時の回転数で回転されたとき、その回転工具２２が測定される。回転工具２２の長さの測定は、テーブル４をＸ軸方向、Ｙ軸方向に適宜移動させ、検知センサ１を回転工具２２の下方に位置させ、検知センサ１の接触子２に回転工具２２の先端部が接触可能な状態とする。
その後、主軸頭６がＺ軸方向に移動され、回転工具２２の先端が接触子２の上面に所定位置まで接近した位置から、回転工具２２がきわめて遅い速度で送られ、回転工具２２先端が接触子２の上面に接触する。
両者の接触時の振動は検知センサ１のピックアップセンサ４で検知され、検知したことが表示装置等で確認されたら、作業者は押しボタン５０を押して座標値取り込み指令として入力すると、前述のように、Ｘ軸変位測定手段５５、Ｙ軸変位測定手段５６およびＺ軸変位測定手段５７で、回転工具２２のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸の座標値を測定し、その座標値を、ＲＡＭ４７の接触位置座標値記憶手段６６に記憶させる。
【００３５】
回転工具２２の外径周面の測定は、まず、主軸頭６をＺ軸方向に移動させ、回転工具２２の外径周面に検知センサ１の接触子２の外周側面が接触可能となるように、回転工具２２の高さ位置を調整する。次いで、テーブル４をＸ軸方向、Ｙ軸方向に適宜移動させて検知センサ１を回転工具２２側に移動させ、接触子２が回転工具２２に接近したら、接触子２を微速または１パルス送りで近づけ、接触子２の外周側面を回転工具２２の外径周面に接触させる。
以後は、前述と同じような手順で、回転工具２２のＸ軸方向、Ｙ軸方向の接触位置座標値が測定され、記憶される。
【００３６】
次いで、制御装置４０のＣＰＵ４１により、ＲＡＭ４７の基準位置座標値記憶手段６５に記憶されている回転工具２２の長さおよび回転工具２２の外径の基準位置と、ＲＡＭ４７の接触位置座標値記憶手段６６に記憶されている回転工具２２の長さおよび回転工具２２の外径の接触位置とが、比較、演算され、それぞれの補正値が求められる。この補正値は、補正値記憶手段６７に記憶される。
加工に際しては、補正値記憶手段６７に記憶されている回転工具２２のＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の補正値に基づいて、駆動手段４９のＸ軸駆動手段７５、Ｙ軸駆動手段７６およびＺ軸駆動手段７７が駆動される。
そして、所定の高速回転時における主軸２１の径方向の膨張およびＺ軸方向の短縮値分を補正した状態で回転工具２２による高精度加工が行われる。
【００３７】
自動入力手段４４による測定は、手動入力手段４３による測定と、入力の仕方が異なるのみで、測定手順等は両者とも同じである。従って、入力の仕方のみ説明する。
すなわち、自動入力手段４４による入力は、検知センサ１の接触子２が回転工具２２と接触したとき、検知センサ１のピックアップセンサ４が両者の接触を検知し、その接触時の振動が信号で制御装置４０のＣＰＵ４１に入力され、以後は、前述と同様の手順により、回転工具２２のＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の基準位置座標値と接触位置座標値とが記憶され、かつ、補正値が求められ、所定の高速回転時における主軸２１の径方向の膨張およびＺ軸方向の短縮値分を補正した状態で回転工具２２による高精度加工が行われる。
【００３８】
前記ＲＡＭ４７には、図７に示すような補正データ６８Ａが格納された前記補正データテーブル６８が設けられている。この補正データ６８Ａは、ＮＣ装置を構成するものである。補正データ６８Ａは主軸２１の回転数と、その回転数に対応する補正量とがパラメータとして格納されている。
すなわち、主軸の回転数が、例えば、毎分１万回転、２万回転、３万回転、４万回転、５万回転…１０万回転…１５万回転のとき、加工時における主軸のＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の補正値が設定されている。この補正値は、予め、前記検知センサ１を用いて、前述のような手順により、所定回転のときの基準位置座標値、接触位置座標値に基づき、順次求められたものである。
【００３９】
これによれば、例えば、主軸の回転が毎分１万回転のとき、主軸のＸ軸方向の補正値はａとされ、Ｙ軸方向の補正値はｂとされ、Ｚ軸方向の補正値はｃとされている。また、主軸の回転が毎分２万回転のとき、主軸のＸ軸方向の補正値はａ２とされ、Ｙ軸方向の補正値はｂ２とされ、Ｚ軸方向の補正値はｃ２とされている。主軸の回転数が多くなり、主軸が例えば毎分１５万回転のとき、主軸のＸ軸方向の補正値はａ１５とされ、Ｙ軸方向の補正値はｂ１５とされ、Ｚ軸方向の補正値はｃ１５とされている。
【００４０】
以上と同じように、主軸が他の回転数のときも、その回転数に対応して、主軸のＸ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向の補正値が決められている。
以上のような補正データ６８Ａを利用する際は、まず、制御装置４０のＣＰＵ４１により、手動入力手段４３、自動入力手段４４を駆動させない状態にしておく。次いで、補正データテーブル６８の補正データ６８Ａから、加工に入る前に、回転工具２２が装着された主軸２１の所定の回転数に対応する補正値を呼び出し、その補正値に基づいて、Ｘ軸駆動手段７５、Ｙ軸駆動手段７６およびＺ軸駆動手段７７を駆動させて加工が行われることになる。
【００４１】
以上のような本実施形態によれば次のような効果がある。
（１）　検知センサ１の接触子２が円板状に形成されているので、平面部２Ａと側面部２Ｂとに、回転工具２２を接触させることができる。従って、回転工具２２の基準座標値、および回転中の回転工具２２の長さと外径とを測定することができ、回転工具２２の正確な基準座標値と接触座標値とを把握することが可能となる。その結果、各座標値に基づき正確な補正値を求めることができ、その補正値に基づいて、加工機の制御装置４０で回転工具２２の位置補正を行いながら加工をすることができ、高精度加工に役立てることができる。
（２）　検知センサ１の接触子２と回転工具２２とが接触したとき必ず振動が発生するが、この振動をピックアップセンサ４により検知しているので、接触子２と回転工具２２との接触を確実に検知することができる。
【００４２】
（３）　検知センサ１の接触子２は、精密に仕上げ加工された円滑平面２Ａと側面部２Ｂを有するので、それらの面２Ａ、２Ｂに回転工具２２を接触させることで、高精度の測定が可能となる。
（４）　検知センサ１の接触子２は交換可能となっているので、接触子２を交換することによって、常に最高の測定条件で測定することができ、その結果、高精度の測定を維持することができる。
（５）　回転工具２２による加工に際して、補正値記憶手段６７に記憶された補正値に基づいて加工機の駆動位置を補正しながら加工を行うので、常に回転工具２２の基準値に沿った加工となる。その結果、高速回転の工具２２を使用する場合でも高精度の加工が可能となり、加工精度の向上を図れるようになる。
【００４３】
（６）　手動入力手段４３を用いる場合、検知センサ１の接触子２と回転工具２２とが接触したことを作業者が確認した後で、押しボタン５０を押して入力すればよいので、確実な入力が可能となる。
（７）　自動入力手段４４を用いる場合、検知センサ１の接触子２と回転工具２２とが接触したとき、検知センサ１から信号で自動的に入力されるので、迅速な入力が可能となる。
（８）　基準位置座標値記憶手段６５、接触位置座標値記憶手段６６および補正値記憶手段６７には、回転工具２２の長さ方向と平行な回転工具軸方向の座標値と、回転工具２２の長さ方向に対して直交しかつ互いに直交する回転工具軸２軸方向（Ｘ軸、Ｙ軸方向）の座標値とが記憶されているので、その座標値に基づいて補正しながら加工することができるので、高精度の加工が可能となる。
【００４４】
（９）　補正データテーブル６８の補正データ６８Ａは、主軸２１の回転数と、その回転数に対応する補正量とが予めパラメータとして格納されており、加工に際して回転工具２２が主軸２１に装着されたとき、その主軸２１に対応する補正量に従って移動量を補正しながら加工すればよい。従って、回転工具２２が主軸２１に装着される都度、基準位置座標値および接触位置座標値を求め、演算して補正量を決めなくてもよいので、加工への移行が迅速にでき、生産効率の向上を図れる。
【００４５】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、補正データテーブル６８の補正データ６８Ａが、主軸２１の回転数の１万回転ごとに補正量を設定されたものであったが、これに限らず、回転数は、さらに細分化して、例えば５０００回転ごとに設定したものが用いられてもよい。このような実施形態では、多種類の回転数に容易に対応することができる。
また、前記実施形態では、検知センサ１はＮＣ工作機械１に取り付けられて使用されているが、これに限らず、例えば、マシニングセンタ、フライス盤、ボール盤等、主軸に回転工具を装着できるものであればどのような機械にも用いることができる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の加工機の回転工具接触検知装置によれば、接触子が円板状に形成されているので、平面部と側面部とに回転工具を接触させることができ、回転中の回転工具の長さと外径とを測定することができる。その結果、回転工具の正確な位置を把握することが可能となる。また、接触子と回転工具とが接触したとき必ず振動が発生するが、この振動を振動センサにより検知しているので、接触子と回転工具との接触を確実に検知することができる。
【００４７】
また、本発明の加工機の回転工具補正装置および補正方法によれば、回転工具による加工に際して、回転工具接触検知装置により測定された基準位置座標値と接触位置座標値とから求められ、かつ、補正値記憶手段に記憶された補正値に基づいて加工機の駆動位置を補正しながら加工を行うので、常に回転工具の基準値に沿った加工となる。その結果、高速回転の工具を使用する場合でも高精度の加工が可能となり、加工精度の向上を図れるようになる。
【００４８】
本発明の加工機のＮＣ装置によれば、回転工具の長さおよび回転工具軸２軸の外径の変形量が、予め、補正データとして記憶されているので、その変形量に基づいて補正しながら加工することができ、主軸に回転工具が装着される都度、基準位置座標値および接触位置座標値を求め、演算して補正量を決めなくてもよいので、加工への移行が迅速にでき、生産効率の向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る加工機の回転工具接触検知装置の実施形態を示す全体縦断面図である。
【図２】前記実施形態の加工機の回転工具接触検知装置を備えたＮＣ加工機を示す全体図である。
【図３】前記実施形態のＮＣ加工機の主軸頭部の詳細を一部断面して示す図である。
【図４】前記実施形態のＮＣ加工機の制御装置を示す図である。
【図５】前記実施形態において回転工具のＺ軸座標を検知する方法を示す図である。
【図６】前記実施形態において回転工具のＸ軸およびＹ軸座標を検知する方法を示す図である。
【図７】前記実施形態のＮＣ加工機の制御装置におけるＮＣ装置を示す図である。
【図８】主軸が高速回転する際の軸方向および径方向の変位状態を示す図である。
【符号の説明】
１　　加工機の回転工具接触検知装置である検知センサ
２　　接触子
４　　振動センサであるピックアップセンサ
２０　　ＮＣ加工機
２１　　主軸
２２　　回転工具
４０　　加工機の制御装置
４１　　ＣＰＵ（中央処理装置）
４３　　手動入力手段
４４　　自動入力手段
４７　　ＲＡＭ
４９　　駆動手段
６５　　基準座標位置記憶手段
６６　　接触座標位置記憶手段
６７　　補正値記憶手段
６８　　補正データテーブル
７５　　Ｘ軸駆動手段
７６　　Ｙ軸駆動手段
７７　　Ｚ軸駆動手段[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides, for example, a rotary tool contact detection device for a processing machine that detects the position of a rotary tool mounted on an ultra-high-speed, high-precision spindle supported by an aerostatic pressure bearing or the like, and the rotary tool contact detection device. The present invention relates to a rotary tool correction device of a processing machine, an NC device of the processing machine, and a rotary tool position correction method of a processing machine using a rotary tool contact detection device of the processing machine.
[0002]
[Background Art]
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a machine tool that performs fine processing at high speed and with high accuracy by using, for example, a rotary tool having a small diameter (for example, Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-11-99450 (page 11, FIGS. 1 and 2)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as a machine tool for special machining such as ultra-precision machining or micromachining, a machine tool having a non-contact main shaft supported by an aerostatic bearing or a magnetic bearing is often used. However, in the main shaft supported by the aerostatic bearing, when the main shaft rotates at a high speed, for example, at a speed of 30,000 or more per minute, radial expansion and axial contraction of the main shaft occur due to centrifugal force. I have.
That is, as shown in FIG. 8, if the main shaft 81 is an aerostatic main shaft and has an outer shape with a diameter of 40 mm and a length of 300 mm, for example, it is assumed that the main shaft 81 rotates at a high speed of 30,000 revolutions per minute. The radial expansion of the main shaft 81 reaches 3 μm on one side, and the axial contraction reaches 60 μm. A rotary tool 82 is mounted on such a main shaft 81. As the rotary tool 82, a small-diameter drill having a diameter of 10 mm or less is often used for high-speed, high-precision machining.
As described above, the spindle rotating at high speed expands in the radial direction and contracts in the transverse direction, so when machining with the rotating tool mounted on the spindle, if the spindle is in the expanded and contracted state, the rotating tool will also However, there is a problem that since the centrifugal force causes a slight expansion and contraction, a high-precision reference position of the rotary tool cannot be secured, and the machining accuracy is affected. Therefore, how to accurately measure the position of the rotating tool during rotation and correct the reference position is an important issue in maintaining machining accuracy.
[0005]
However, in Patent Literature 1, the length of the rotary tool mounted on the spindle does not always match the preset reference length because of the structure of the automatic rotary tool changer and the rotary tool magazine. After attaching the rotary tool, the length of the rotary tool is measured and corrected. Then, to measure the length of the rotating small-diameter rotary tool, move the rotary tool to the line sensor, which is a non-contact type detector, at a high speed, and then move the rotary tool to the contact type sensor at a low speed. And the contact position is detected. In the technique of Patent Document 1, there is a problem that only the measurement and correction of the length of the rotary tool is performed, and expansion and contraction cannot be dealt with.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a rotary tool contact detection device for a processing machine, which can accurately measure the length and outer diameter of a rotary tool mounted on a spindle that rotates at high speed during rotation.
Another object of the present invention is to provide a rotary tool correction device for a processing machine, an NC device for a processing machine, and a rotary tool position correction method for a processing machine, which can improve the processing accuracy.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a rotary tool contact detection device for a processing machine according to the present invention employs the following configuration.
A rotary tool contact detection device of a processing machine according to the present invention is a rotary tool contact detection device of a processing machine that detects contact with a rotary tool mounted on a main shaft of the processing machine, and a disk that can contact the rotary tool. Shaped contact, an installation member for installing the contact, and a vibration sensor for detecting contact vibration when the contact and the rotary tool are housed in the installation member and configured to contact the rotary tool. It is characterized by having.
[0008]
According to the present invention, since the contact is formed in a disk shape, the rotating tool can be brought into contact with the flat portion and the side portion, and the length and the outer diameter of the rotating rotating tool can be measured. Can be. As a result, it is possible to grasp the exact position of the rotary tool. Further, vibration always occurs when the contact comes into contact with the rotary tool. Since the vibration is detected by the vibration sensor, the contact between the contact and the rotary tool can be reliably detected.
Here, the rotary tool contact detection device of the processing machine can be used by being detachably provided on, for example, a table of the processing machine. Further, as the processing machine, for example, a machine capable of mounting a rotary tool on a main shaft, such as a machining center or a drilling machine, may be used.
[0009]
In the present invention, the contact has a smooth plane capable of contacting the longitudinal end of the rotating tool and a smooth side surface capable of contacting the outer peripheral surface of the rotating tool, and is replaceable. preferable.
According to the present invention, since it has a smooth plane and a smooth side surface, high-precision measurement is possible by bringing the rotating tool into contact with those surfaces. In addition, by exchanging the contact, the measurement can always be performed under the best measurement conditions, and high-precision measurement can be maintained.
[0010]
The rotary tool correction device of the processing machine of the present invention is a rotary tool correction device of a processing machine using the rotary tool contact detection device of the processing machine of the invention, wherein the rotary tool and the contact are in contact with each other. Manual input means for inputting a coordinate value acquisition command on condition that the rotary tool contact detection device detects the coordinate value; and, in a state where the rotary tool is rotated at low speed including zero rotation, the coordinate value is input by the manual input means. A reference position coordinate value storage means for storing a contact position coordinate value between the rotating tool and the contact as a reference position coordinate value when a take-in command is input, and a state in which the rotating tool is rotated at a rotational speed during machining. When a coordinate value input command is input by the manual input means, a contact position coordinate value storage means for storing a contact position coordinate value between the rotary tool and the contact, and a reference position coordinate value storage means. Base Correction value calculating means for obtaining a correction value from a position coordinate value and a contact position coordinate value stored in the contact position coordinate value storing means; and a correction value storing means for storing a correction value obtained by the correction value calculating means. Wherein the machining is performed while correcting the driving position of the processing machine based on the correction value stored in the correction value storage means.
[0011]
According to the present invention, at the time of machining with a rotary tool, based on the correction value obtained from the reference position coordinate value and the contact position coordinate value measured by the rotary tool contact detection device, and based on the correction value stored in the correction value storage means. Since the machining is performed while correcting the drive position of the machining machine, the machining always follows the reference value of the rotary tool. As a result, high-precision machining can be performed even when a high-speed rotating tool is used, and machining accuracy can be improved.
Further, the reference position coordinate value of the rotary tool input to the reference position coordinate value storage means and the contact position coordinate value input to the contact position coordinate value storage means are input as coordinate value acquisition commands by the manual input means. The operator only has to confirm that the contact between the rotating tool and the contact has been detected by the rotating tool contact detection device, and then perform the input.
[0012]
The rotary tool correction device for a processing machine according to the present invention is a rotary tool correction device for a processing machine using the rotary tool contact detection device for the processing machine according to the invention, wherein the rotary tool is rotated at a low speed including zero rotation. The reference position coordinates in which the contact position between the rotating tool and the contact is stored as the reference position coordinate value when the contact between the rotating tool and the contact is detected by the rotating tool contact detection device. Value storage means, and when the rotating tool is rotated at the number of revolutions at the time of machining and the rotating tool and the contact are detected by the rotating tool contact detection device, the rotating tool and the contact Contact position coordinate value storage means for storing the contact position coordinate value with the reference position coordinate value stored in the reference position coordinate value storage means and the contact position coordinate value stored in the contact position coordinate value storage means Find correction value Correction value calculating means, and a correction value storing means for storing the correction value obtained by the correction value calculating means, and correcting the drive position of the processing machine based on the correction value stored in the correction value storing means. It is characterized in that processing is performed while performing.
[0013]
According to the present invention, at the time of machining with a rotary tool, based on the correction value obtained from the reference position coordinate value and the contact position coordinate value measured by the rotary tool contact detection device, and based on the correction value stored in the correction value storage means. Processing is performed while correcting the driving position of the processing machine, so that processing is always performed in accordance with the reference value. As a result, high-precision processing can be performed using a high-speed rotating tool.
In addition, the contact position coordinate value of the contact position coordinate value storage means is automatically input when the rotary tool contact detection device comes into contact with the contact, so that quick input is possible.
[0014]
In the present invention, the reference position coordinate value storage means, the contact position coordinate value storage means, and the correction value calculation means include: a coordinate value in a rotating tool axis direction parallel to a length direction of the rotating tool; It is preferable that the coordinate values in the direction of the two axes of the rotating tool axis which are orthogonal to the direction and orthogonal to each other are stored.
According to the present invention, it is possible to measure the length of the rotary tool and the coordinate values of the outer diameters of the two rotary tool shafts, and it is possible to perform the processing while correcting based on the measured values. Becomes possible.
[0015]
An NC apparatus of a processing machine according to the present invention is an NC apparatus of a processing machine that processes the work by the rotary tool while relatively moving a rotary tool and a work mounted on a main spindle according to a preset program. For each of the different rotation speeds of the rotating tool, a correction data table storing correction data for correcting a deformation amount accompanying rotation of the rotating tool when the rotating tool is rotated at each of the rotation speeds, and a rotation speed of the spindle. Control means for reading the corresponding correction data from the correction data table, and executing the processing while correcting the relative movement trajectory between the rotary tool and the workpiece using the read correction data. It is assumed that.
According to the present invention, when the rotary tool is mounted on the spindle during machining, correction data of the spindle is read from the correction data table, and machining is performed according to the correction data. Thus, it is not necessary to set the reference position coordinate values and the contact position coordinate values in advance before processing. As a result, it is possible to save the trouble of measuring the reference position coordinate value and the like, and it is possible to improve the processing efficiency.
[0016]
In the present invention, the correction data includes a deformation amount in a rotating tool axis direction parallel to a length direction of the rotating tool, and a rotation tool axis 2 axis direction orthogonal to the rotating tool length direction and orthogonal to each other. It is preferable to include the amount of deformation.
According to this invention, since the length of the rotary tool and the amount of deformation of the outer diameter of the two rotary tool shafts are stored in advance as correction data, it is possible to perform processing while correcting based on the amount of deformation. Each time the rotary tool is mounted on the spindle, the reference position coordinate value and the contact position coordinate value are obtained, and it is not necessary to calculate and correct the correction amount. Therefore, it is possible to quickly shift to machining and improve production efficiency. I can do it.
[0017]
The rotary tool position correction method for a processing machine according to the present invention is a rotary tool position correction method for a processing machine that corrects the position of a rotary tool using the rotary tool contact detection device for a processing machine according to the invention, wherein the rotary tool In a state where the rotating tool is rotated at low speed including zero rotation, when the rotating tool and the contact are detected by the rotating tool contact detecting device, the contact position coordinate value between the rotating tool and the contact is detected. The reference position coordinate value is stored in the reference position coordinate value storage means, and in a state where the rotary tool is rotated at the number of revolutions during machining, the contact between the rotary tool and the contactor is detected by the rotary tool contact detection device. When detected, the contact position coordinate value between the rotary tool and the contact is stored in the contact position coordinate value storage means, and the reference position coordinate value stored in the reference position coordinate value storage means and the contact position coordinate value storage means Remembered in A correction value is obtained from the contact position coordinate value by a correction value calculation unit, and then the correction value is stored in a correction value storage unit. After that, the processing machine is driven based on the correction value stored in the correction value storage unit. The processing is performed while correcting the position.
[0018]
According to the present invention, at the time of machining with the rotary tool, machining is performed while correcting the drive position of the processing machine based on the correction value stored in the correction value storage means. In addition, high-precision machining can be performed even when a high-speed rotating tool is used.
In addition, the contact position coordinate value of the contact position coordinate value storage means is automatically input when the rotary tool contact detection device comes into contact with the contact, so that quick input is possible.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a detection sensor 1 constituting a rotary tool contact detection device of a processing machine according to the present embodiment.
The detection sensor 1 detects the length or the outer diameter of a rotary tool 22 dedicated to, for example, high-speed rotation processing mounted on the main shaft 21, and is provided with a disk-shaped contact 2 and the contact 2. And a pickup sensor 4.
[0020]
The contactor 2 comes into contact with the longitudinal end of the rotary tool 22 to measure the length of the rotary tool 22, and the outer diameter of the rotary tool 22 by contacting the outer peripheral surface of the rotary tool 22. Is measured, and a concave portion 2C is formed on the back surface. The flat portion 2A, the outer peripheral portion 2B, and the concave portion 2C are precisely finished to improve the contact accuracy with the rotary tool 22.
Such a contact 2 is formed of a metal plate such as an iron plate, an aluminum plate, or a synthetic resin plate such as plastic.
[0021]
The installation member 3 is configured to include a mounting member 6 for mounting the contact 2, a column 7 for supporting the mounting member 6, and a box 8 for storing the column 7.
The mounting member 6 is formed so as to fit into the concave portion 2C of the contact 2, and the mounting member 6 and the contact 2 are integrally connected by, for example, four bolts 9.
The support column 7 is formed, for example, in a columnar shape, and is integrally connected to the mounting member 6. Most of the column 7 is housed in the box 8, and the lower end of the column 7 is connected to the pickup sensor 4 housed in the box 8. The box body 8 is formed in a bottomed, for example, circular tube shape, and a lid member 10 is provided at an upper end. The lid member 10 has a hole through which the support column 7 can be inserted.
[0022]
The pickup sensor 4 is a vibration sensor that catches vibration generated when the flat portion 2A or the outer peripheral portion 2B of the contact 2 of the detection sensor 1 contacts the longitudinal end portion or the outer peripheral surface of the rotary tool 22. The captured vibration can be output as a signal to a control device 40 (see FIG. 4) described later. Alternatively, the pickup sensor 4 may turn on an LED lamp when the vibration of the rotary tool 22 is caught, or may be displayed on a display device (not shown).
[0023]
As shown in FIG. 2, for example, the detection sensor 1 having the above configuration is detachably attached to the NC processing machine 20, and the coordinate position of the rotary tool 22 mounted on the main shaft 21 of the NC processing machine 20 before processing. , And is used to measure the coordinate position at the rotational speed during processing.
Note that the detection sensor 1 is provided at a position that does not hinder processing.
[0024]
The NC processing machine 20 includes a bed 23, and a table 25 is provided on the upper surface of the bed 23 via a slider 24 so as to be movable in a direction perpendicular to the paper surface (front-back direction; Y direction).
Columns 26 are erected at both ends of the bed 23 in the form of a gate. Between the upper ends of these columns 26, side members 27 are bridged. The lateral member 27 is provided with a spindle head 30 which is movable by a drive motor 29 in a horizontal direction (left / right direction; X direction) orthogonal to the Y direction. It is movable in the vertical direction (vertical direction; Y direction). A rotary tool 22 corresponding to machining is mounted on the spindle 21 of the spindle head 30, and a workpiece (work) attached to the upper surface of the table 25 via a jig (not shown) by the rotary tool 22. The processing of W is performed.
[0025]
The rotary tool 22 is a dedicated rotary tool according to a processing purpose, and is used at an ultra-high speed of tens of thousands of revolutions per minute and with an ultra-precise rotational accuracy. Further, the life of the rotary tool is long even under the use condition, and the frequency of the rotary tool replacement is low.
In general, high accuracy is required for mounting this kind of rotary tool 22. At the time of replacement, it is sometimes necessary to measure and confirm the mounting position accuracy on the order of microns, and to perform test rotation to adjust the dynamic balance. Many. For these reasons, it is difficult to automate the change of the rotary tool at the current technical level. Therefore, the change of the rotary tool to the spindle 21 is performed manually.
[0026]
As shown in FIG. 3, the spindle head 30 is rotatably supported by the housing 31 via air bearings 32, 33, and 34 in parallel with the Z direction, and has a flange 21A in the middle thereof. And the drive motor 29 for driving the main shaft 21 to rotate.
On the inner peripheral surface of each of the air bearings 32, 33, 34, a plurality of outlets 35 for ejecting air from the axis orthogonal direction toward the main shaft 21 are formed. A radial bearing for supporting the main shaft 21 in the radial direction is formed by the air jetted from each of the outlets 35. A plurality of outlets 36 for ejecting air toward the flange 21 </ b> A of the main shaft 21 are formed on the axial end faces of the air bearings 33 and 34 facing each other. A thrust bearing for supporting the main shaft 21 in the thrust direction by the air jetted from each of the outlets 36 is formed. In FIG. 3, reference numeral 37 denotes an air supply passage for supplying high-pressure air to each outlet 35, and reference numeral 38 denotes an exhaust passage.
[0027]
FIG. 4 shows a control device 40 of the NC processing machine 20.
The control device 40 includes a central processing unit (CPU) 41 as a control unit. The CPU 41 is connected to a manual input device 43, an automatic input device 44, a displacement measurement device 46, a RAM 47, various program commands via a bus line 42. Is stored in the ROM 48 and the driving means 49.
[0028]
The manual input unit 43 checks the contact of the detection sensor 1 with the longitudinal end or the outer peripheral surface of the rotary tool 22 by turning on an LED or a display unit (not shown). Is manually input as a coordinate value acquisition command by pressing the push button 50.
The automatic input unit 44 automatically inputs a signal from the detection sensor 1 via the amplifier 51 to the fact that the detection sensor 1 has come into contact with the longitudinal end of the rotary tool 22 and the outer peripheral surface. .
These manual input means 43 and automatic input means 44 are appropriately switched and used by the CPU 41.
[0029]
The displacement measuring unit 46 has an X-axis displacement measuring unit 55, a Y-axis displacement measuring unit 56, and a Z-axis displacement measuring unit 57, and a command value input as a coordinate value input command from the manual input unit 43 or an automatic input. Based on the signal input from the means 44, the coordinate values of the X-axis, Y-axis and Z-axis of the rotary tool 22 are measured.
The RAM 47 includes a reference position coordinate value storage unit 65, a contact position coordinate value storage unit 66, a correction value storage unit 67, and a correction data table 68.
[0030]
The reference position coordinate value storage means 65 stores the length of the rotary tool 22 and the reference coordinate position of the outer peripheral surface. The reference coordinate position is set before machining by the rotary tool 22, and the rotary tool 22 is rotated at low speed including zero rotation, and at least one of the tip of the rotary tool 22 and the outer peripheral surface is contacted with the contactor of the detection sensor 1. The contact position at the time of contact with No. 2 is measured by the X-axis displacement measuring means 55, the Y-axis displacement measuring means 56, and the Z-axis displacement measuring means 57.
[0031]
The contact position coordinate value storage means 66 stores the length at the time of rotation of the rotary tool 22 and the contact coordinate position of the outer peripheral surface. The contact coordinate position is the contact position when the rotating tool 22 is rotated at the number of rotations at the time of machining, when a coordinate value acquisition command is input by the manual input means 43, or when the detection sensor 1 detects the coordinate value. Are measured by the X-axis displacement measuring means 55, the Y-axis displacement measuring means 56, and the Z-axis displacement measuring means 57.
The correction value storage means 67 stores a correction value calculated by the CPU 41 based on the coordinate values of the rotary tool 22 stored in the reference position coordinate value storage means 65 and the contact position coordinate value storage means 66, respectively. Have been.
The correction data table 68 stores correction data using the rotation of the spindle 21 as a parameter.
Various programs such as work procedures are stored in the ROM 48, and sequence control can be performed according to the programs.
[0032]
The drive unit 49 is controlled by the CPU 41 by the controller 74 to drive an X-axis drive unit 75 for driving the main shaft 21 in the X-axis direction, a Y-axis drive unit 76 for driving in the Y-axis direction, and a Z-axis drive for driving in the Z-axis direction. Means 77 are provided.
Although not shown, the CPU 41 includes a control unit, a calculation unit, a register unit, and the like. The CPU 41 stores the reference position coordinate value storage means 65 of the RAM 47 in the X direction, the Y direction, and the Z direction of the rotary tool 22. The coordinate position is compared with the coordinate position of the rotary tool 22 at the time of contact in the X direction, the Y direction, and the Z direction stored in the contact position coordinate value storage means 66 to calculate and obtain a correction value. Is stored in the correction value storage means 67, and has a function of controlling the controller 74 of the drive means 49 to drive the main shaft 21 based on the correction value taken out from the correction value storage means 67 during machining by the rotary tool 22. ing.
[0033]
Next, a method of measuring and correcting the rotating tool of the NC machine tool 1 using the detection sensor 1 will be described with reference to FIGS.
The measurement by the manual input means 43 starts by measuring the reference coordinate positions of the rotary tool 22 in the X, Y, and Z directions before machining by the predetermined rotary tool 22 mounted on the main shaft 21.
That is, in this measurement, the tip of the rotary tool 22 and the outer peripheral surface are sequentially contacted with the contact 2 of the detection sensor 1 at a low speed rotation including zero rotation, and if the contact can be confirmed, The user presses the push button 50 to issue a coordinate value acquisition command. In response to this command, the X-axis displacement measuring means 55, the Y-axis displacement measuring means 56 and the Z-axis displacement measuring means 57 measure the coordinate values of the X-axis, Y-axis and Z-axis of the rotary tool 22, and the coordinate values Is stored in the reference position coordinate value storage means 65 and the contact position coordinate value storage means 66 of the RAM 47.
[0034]
Next, when the rotating tool 22 is rotated at the rotation speed at the time of machining, the rotating tool 22 is measured. To measure the length of the rotary tool 22, the table 4 is appropriately moved in the X-axis direction and the Y-axis direction, the detection sensor 1 is positioned below the rotary tool 22, and the contact 2 of the detection sensor 1 is The tip is in a contactable state.
Thereafter, the spindle head 6 is moved in the Z-axis direction, and from the position where the tip of the rotary tool 22 approaches the upper surface of the contact 2 to a predetermined position, the rotary tool 22 is sent at an extremely low speed. Contact the upper surface of the child 2.
Vibration at the time of contact between the two is detected by the pickup sensor 4 of the detection sensor 1, and when the detection is confirmed by a display device or the like, the operator presses the push button 50 and inputs as a coordinate value capture command, as described above. , The X-axis displacement measuring means 55, the Y-axis displacement measuring means 56 and the Z-axis displacement measuring means 57 measure the coordinate values of the X-axis, the Y-axis and the Z-axis of the rotary tool 22 and store the coordinate values in the RAM 47 It is stored in the position coordinate value storage means 66.
[0035]
The outer peripheral surface of the rotary tool 22 is measured by first moving the spindle head 6 in the Z-axis direction so that the outer peripheral surface of the contact 2 of the detection sensor 1 can contact the outer peripheral surface of the rotary tool 22. Next, the height position of the rotary tool 22 is adjusted. Next, the detection sensor 1 is moved to the rotary tool 22 side by appropriately moving the table 4 in the X-axis direction and the Y-axis direction. When the contact 2 approaches the rotary tool 22, the contact 2 is moved at a low speed or one pulse. Then, the outer peripheral side surface of the contact 2 is brought into contact with the outer peripheral surface of the rotary tool 22.
Thereafter, the contact position coordinate values of the rotary tool 22 in the X-axis direction and the Y-axis direction are measured and stored in the same procedure as described above.
[0036]
Next, the CPU 41 of the control device 40 stores the reference position of the length and the outer diameter of the rotary tool 22 stored in the reference position coordinate value storage unit 65 of the RAM 47 and the contact position coordinate value storage unit 66 of the RAM 47. Are compared and calculated with the length of the rotary tool 22 and the contact position of the outer diameter of the rotary tool 22, and the respective correction values are obtained. This correction value is stored in the correction value storage means 67.
At the time of machining, based on the correction values in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction of the rotary tool 22 stored in the correction value storage means 67, the X-axis driving means 75 and the Y-axis driving means 76 and the Z-axis driving means 77 are driven.
Then, high-precision machining by the rotary tool 22 is performed in a state where the radial expansion of the main shaft 21 and the shortened value in the Z-axis direction at the time of predetermined high-speed rotation are corrected.
[0037]
The measurement by the automatic input unit 44 is different from the measurement by the manual input unit 43 only in the way of input, and the measurement procedure and the like are the same for both. Therefore, only the input method will be described.
That is, when the contact 2 of the detection sensor 1 comes into contact with the rotary tool 22, the pickup sensor 4 of the detection sensor 1 detects the contact between the two, and the vibration at the time of the contact is controlled by a signal. After being input to the CPU 41 of the device 40, the reference position coordinate values and the contact position coordinate values of the rotary tool 22 in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction are stored by the same procedure as described above, and A correction value is obtained, and high-precision machining by the rotary tool 22 is performed in a state where the radial expansion of the main shaft 21 and the shortened value in the Z-axis direction during a predetermined high-speed rotation are corrected.
[0038]
The RAM 47 is provided with the correction data table 68 storing correction data 68A as shown in FIG. The correction data 68A constitutes an NC device. In the correction data 68A, the number of rotations of the main shaft 21 and a correction amount corresponding to the number of rotations are stored as parameters.
That is, when the number of revolutions of the main spindle is, for example, 10,000 revolutions per minute, 20,000 revolutions, 30,000 revolutions, 40,000 revolutions, 50,000 revolutions ... 100,000 revolutions ... 150,000 revolutions, the X-axis direction of the main spindle during machining , Y-axis direction and Z-axis direction correction values are set. The correction value is obtained in advance in advance by using the detection sensor 1 in the above-described procedure based on the reference position coordinate value and the contact position coordinate value at the time of predetermined rotation.
[0039]
According to this, for example, when the rotation of the main spindle is 10,000 revolutions per minute, the correction value of the main axis in the X-axis direction is set to a, the correction value of the Y-axis direction is set to b, and the correction value of the Z-axis direction is set to c. When the rotation of the spindle is 20,000 revolutions per minute, the correction value of the spindle in the X-axis direction is a2, the correction value of the Y-axis direction is b2, and the correction value of the Z-axis direction is c2. . When the number of revolutions of the main shaft increases and the main shaft rotates at, for example, 150,000 revolutions per minute, the correction value of the main shaft in the X-axis direction is set to a15, the correction value of the Y-axis direction is set to b15, and the correction value of the Z-axis direction is set to c15.
[0040]
Similarly to the above, when the main shaft has another rotation speed, the correction values in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction of the main shaft are determined according to the rotation speed.
When using the correction data 68A as described above, first, the CPU 41 of the control device 40 keeps the manual input unit 43 and the automatic input unit 44 in a state where they are not driven. Next, from the correction data 68A of the correction data table 68, before starting machining, a correction value corresponding to a predetermined number of rotations of the spindle 21 on which the rotary tool 22 is mounted is called, and based on the correction value, the X-axis drive is performed. Processing is performed by driving the means 75, the Y-axis driving means 76, and the Z-axis driving means 77.
[0041]
According to the above-described embodiment, the following effects can be obtained.
(1) Since the contact 2 of the detection sensor 1 is formed in a disk shape, the rotating tool 22 can be brought into contact with the plane portion 2A and the side surface portion 2B. Therefore, it is possible to measure the reference coordinate value of the rotating tool 22 and the length and outer diameter of the rotating tool 22 during rotation, and it is possible to grasp the accurate reference coordinate value and the contact coordinate value of the rotating tool 22. It becomes. As a result, an accurate correction value can be obtained based on each coordinate value, and the processing can be performed while performing the position correction of the rotary tool 22 by the control device 40 of the processing machine based on the correction value. It can be used for processing.
(2) Vibration always occurs when the contact 2 of the detection sensor 1 and the rotary tool 22 come into contact with each other. Since the vibration is detected by the pickup sensor 4, the contact between the contact 2 and the rotary tool 22 is detected. It can be detected reliably.
[0042]
(3) Since the contact 2 of the detection sensor 1 has the smooth finished surface 2A and the side surface 2B that have been precisely finished, by bringing the rotating tool 22 into contact with the surfaces 2A and 2B, high-precision measurement can be performed. It becomes possible.
(4) Since the contact 2 of the detection sensor 1 is replaceable, the measurement can always be performed under the highest measurement condition by replacing the contact 2, and as a result, high-precision measurement is maintained. be able to.
(5) At the time of machining with the rotary tool 22, machining is performed while correcting the drive position of the processing machine based on the correction value stored in the correction value storage means 67. Become. As a result, high-precision machining can be performed even when the high-speed rotating tool 22 is used, and machining accuracy can be improved.
[0043]
(6) In the case where the manual input means 43 is used, the operator can confirm that the contactor 2 of the detection sensor 1 and the rotary tool 22 have come into contact with each other, and then press the push button 50 to perform the input. Becomes possible.
(7) When the automatic input means 44 is used, when the contact 2 of the detection sensor 1 and the rotary tool 22 come into contact with each other, a signal is automatically input from the detection sensor 1 by a signal, so that quick input is possible.
(8) The reference position coordinate value storage means 65, the contact position coordinate value storage means 66, and the correction value storage means 67 store the coordinate values in the direction of the rotary tool axis parallel to the length direction of the rotary tool 22, Since the coordinate values in the direction of the two axes of the rotary tool axis (X-axis and Y-axis directions) that are orthogonal to the length direction and orthogonal to each other are stored, it is possible to perform machining while correcting based on the coordinate values. Since it is possible, high-precision processing becomes possible.
[0044]
(9) In the correction data 68A of the correction data table 68, the rotation speed of the spindle 21 and the correction amount corresponding to the rotation speed are stored in advance as parameters, and the rotary tool 22 is mounted on the spindle 21 during machining. At this time, machining may be performed while correcting the movement amount according to the correction amount corresponding to the main shaft 21. Therefore, each time the rotary tool 22 is mounted on the main shaft 21, the reference position coordinate value and the contact position coordinate value need not be obtained and calculated, and the correction amount does not have to be determined. Can be improved.
[0045]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but includes modifications and improvements as long as the object of the present invention can be achieved.
For example, in the above-described embodiment, the correction data 68A of the correction data table 68 has the correction amount set for every 10,000 rotations of the spindle 21. However, the present invention is not limited to this. For example, one that is subdivided and set every 5000 rotations may be used. In such an embodiment, it is possible to easily cope with various types of rotation speeds.
In the above-described embodiment, the detection sensor 1 is used by being attached to the NC machine tool 1. However, the present invention is not limited to this. It can be used on any machine.
[0046]
【The invention's effect】
According to the rotating tool contact detection device of the processing machine of the present invention, since the contact is formed in a disk shape, the rotating tool can be brought into contact with the flat portion and the side portion, and the rotating tool can be rotated. The length and outer diameter can be measured. As a result, it is possible to grasp the exact position of the rotary tool. Further, vibration always occurs when the contact comes into contact with the rotary tool. Since the vibration is detected by the vibration sensor, the contact between the contact and the rotary tool can be reliably detected.
[0047]
Further, according to the rotary tool correction device and the correction method of the processing machine of the present invention, when processing with the rotary tool, is obtained from the reference position coordinate value and the contact position coordinate value measured by the rotary tool contact detection device, and, Since the machining is performed while correcting the drive position of the processing machine based on the correction value stored in the correction value storage means, the processing always follows the reference value of the rotary tool. As a result, high-precision machining can be performed even when a high-speed rotating tool is used, and machining accuracy can be improved.
[0048]
According to the NC device of the processing machine of the present invention, since the length of the rotary tool and the amount of deformation of the outer diameter of the two rotary tool shafts are stored in advance as correction data, correction is performed based on the amount of deformation. Each time the rotary tool is mounted on the main spindle, the reference position coordinate value and contact position coordinate value are obtained, and there is no need to calculate and determine the correction amount. , Improving the production efficiency.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall vertical sectional view showing an embodiment of a rotary tool contact detection device for a processing machine according to the present invention.
FIG. 2 is an overall view showing an NC processing machine provided with the rotary tool contact detection device of the processing machine of the embodiment.
FIG. 3 is a partially sectional view showing details of a spindle head of the NC processing machine of the embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing a control device of the NC processing machine of the embodiment.
FIG. 5 is a diagram illustrating a method of detecting a Z-axis coordinate of a rotary tool in the embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing a method for detecting the X-axis and Y-axis coordinates of the rotary tool in the embodiment.
FIG. 7 is a diagram showing an NC device in the control device of the NC processing machine of the embodiment.
FIG. 8 is a diagram showing axial and radial displacement states when the main shaft rotates at high speed.
[Explanation of symbols]
1 Detection sensor that is a rotary tool contact detection device of a processing machine
2 contacts
4 Pickup sensor as a vibration sensor
20 NC processing machine
21 Spindle
22 rotating tools
40 Processing machine control device
41 CPU (Central Processing Unit)
43 Manual input means
44 Automatic input means
47 RAM
49 Driving means
65 Reference coordinate position storage means
66 Contact coordinate position storage means
67 Correction value storage means
68 Correction data table
75 X-axis driving means
76 Y-axis driving means
77 Z axis drive means

Claims

A rotary tool contact detection device of a processing machine for detecting contact with a rotary tool mounted on a main shaft of the processing machine,
A disk-shaped contact that can contact the rotating tool;
An installation member for installing the contact,
A vibration sensor that is housed in the installation member and detects a contact vibration when the contactor and the rotary tool come into contact with each other, and is configured to include a vibration sensor.

The rotating tool contact detection device for a processing machine according to claim 1, wherein the contact is a smooth plane that can contact a longitudinal end of the rotating tool and a smooth side that can contact an outer circumferential surface of the rotating tool. And a rotary tool contact detection device for a processing machine, wherein the device is replaceable.

A rotary tool correction device for a processing machine using the rotary tool contact detection device for a processing machine according to claim 1 or 2,
Manual input means for inputting a coordinate value acquisition command on condition that the contact between the rotating tool and the contact has been detected by the rotating tool contact detection device,
In a state where the rotary tool is rotated at low speed rotation including zero rotation, when a coordinate value taking command is input by the manual input means, a contact position coordinate value between the rotary tool and the contact is set as a reference position coordinate value. Reference position coordinate value storage means for storing,
In the state where the rotary tool is rotated at the rotational speed at the time of machining, a contact position coordinate value for storing a contact position coordinate value between the rotary tool and the contact when a coordinate value capturing command is input by the manual input means. Storage means;
Correction value calculating means for obtaining a correction value from the reference position coordinate value stored in the reference position coordinate value storing means and the contact position coordinate value stored in the contact position coordinate value storing means; Correction value storage means for storing the corrected correction value, wherein the processing is performed while correcting the drive position of the processing machine based on the correction value stored in the correction value storage means. Tool compensation device.

A rotary tool correction device for a processing machine using the rotary tool contact detection device for a processing machine according to claim 1 or 2,
In a state where the rotary tool is rotated at low speed including zero rotation, when the rotary tool contact detection device detects that the rotary tool and the contact are in contact with each other, the contact position between the rotary tool and the contact is detected. Reference position coordinate value storage means for storing coordinate values as reference position coordinate values, and that the rotating tool is in contact with the rotating tool when the rotating tool is rotated at the number of rotations during machining. A contact position coordinate value storage means for storing a contact position coordinate value between the rotary tool and the contact when detected by a detection device; a reference position coordinate value and the contact position coordinate stored in the reference position coordinate value storage means Correction value calculation means for obtaining a correction value from the contact position coordinate value stored in the value storage means; and correction value storage means for storing the correction value obtained by the correction value calculation means. Rotary tool correction apparatus of the working machine based on the correction value stored in the storage means and performing processing while correcting the driving position of the processing machine.

5. The rotary tool correction device for a processing machine according to claim 3, wherein the reference position coordinate value storage unit, the contact position coordinate value storage unit, and the correction value calculation unit are parallel to a length direction of the rotary tool. A rotary tool axis direction and a rotary tool axis direction orthogonal to the longitudinal direction of the rotary tool and orthogonal to each other. Correction device.

An NC apparatus for a processing machine that processes the work with the rotary tool while relatively moving a rotary tool and a work mounted on a main shaft according to a preset program.
For each of the different rotation speeds of the rotating tool, a correction data table storing correction data for correcting a deformation amount accompanying rotation of the rotating tool when the rotating tool is rotated at each of the rotation speeds, and a rotation speed of the spindle. Control means for reading the corresponding correction data from the correction data table, and executing the processing while correcting the relative movement trajectory between the rotary tool and the workpiece using the read correction data. NC machine of the processing machine.

The NC device for a processing machine according to claim 6,
The correction data includes a deformation amount in a rotating tool axis direction parallel to a length direction of the rotating tool and a deformation amount in a rotating tool axis 2 axis direction orthogonal to the rotating tool length direction and orthogonal to each other. An NC device for a processing machine, comprising:

A method for correcting a position of a rotary tool using the rotary tool contact detection device for a rotary tool according to claim 1 or 2, wherein the rotary tool is rotated at a low speed including zero rotation. When the rotating tool and the contact are in contact with each other in a state where the rotating tool is rotated, the contact position coordinate value between the rotating tool and the contact is detected as the reference position coordinate value when the rotating tool contact detection device detects the contact. When the rotating tool is contacted with the contactor while the rotating tool is rotated at the number of revolutions during machining, the rotation is detected when the rotating tool is detected by the rotating tool contact detection device. The contact position coordinate value between the tool and the contact is stored in the contact position coordinate value storage means,
A correction value is obtained by a correction value calculation unit from the reference position coordinate value stored in the reference position coordinate value storage unit and the contact position coordinate value stored in the contact position coordinate value storage unit, and then the correction value is corrected. A method for correcting a rotary tool position of a processing machine, wherein the processing is performed while correcting the drive position of the processing machine based on the correction value stored in the correction value storage means.