JP2004237399A

JP2004237399A - 工作機械

Info

Publication number: JP2004237399A
Application number: JP2003029756A
Authority: JP
Inventors: Fumitaka Kawakami; 文孝川上
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2003-02-06
Filing date: 2003-02-06
Publication date: 2004-08-26

Abstract

【課題】主軸に装着した被加工物の外周面または内周面を所望の形状に加工する工作機械を対象とし、加工途中の寸法計測作業簡略化し、加工作業の自動化度を高めること。
【解決手段】工作機械は基準面を有し、中心軸線が主軸の中心軸線と平行を成すように機械本体に設けられたマスターＭと、被加工物の加工面とマスターＭの基準面の両面に向いた測距位置との間を揺動するとともに、揺動中心軸線が主軸およびマスターＭの各中心軸線に対して平行で、主軸とマスターＭの各中心軸線までの距離が互いに等しく機械本体に設けられたレーザ測距手段６と、レーザ測距手段６により計測したマスターＭの基準面までの距離と被加工物の加工面までの距離とに基づいて、被加工物に対する加工量を求める処理手段と、処理手段において求めた加工量に基づいて、加工工具Ｔによる被加工物への加工作業を実施する制御手段とを具備している。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主軸に装着した被加工物の外周面または内周面を、加工工具によって所望の加工形状に加工する工作機械に関し、詳しくは上記被加工物の寸法を加工作業中において計測する際の技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、外歯歯車の内周面を研削加工する等、被加工物の内周面または外周面を加工する工作機械の一態様として、回転駆動される主軸に被加工物を装着するとともに、砥石等の加工工具を動作制御することによって、上記被加工物を所定形状に加工するよう構成したものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、上述した如き工作機械において、被加工物を所望する所定の形状に仕上げるには、全工程の途中において２〜３回、被加工物の寸法を計測して仕上げ寸法との差を確認する作業を繰り返して、上記被加工物を最終的な所定形状としている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２３７１２２号公報
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の工作機械において被加工物を加工する場合、加工途中における被加工物の寸法を計測する際には、最も簡易な方法としてインサイドマイクロメータ等の接触式の計測機器が用いられるが、接触子の摩耗や被加工物に付着した切削液の影響等を受け易いばかりでなく、計測を行う際にはその都度工作機械の運転を停止して被加工物の回転を止めねばならず、このため被加工物の計測に関わる作業が極めて煩雑、かつ１つの被加工物を仕上げるまでの時間が冗長なものとなり、作業効率の大幅な低下を招いてしまう不都合があった。
【０００５】
また、上述した従来の工作機械においては、運転を停止して計測した被加工物の実測値、あるいは上記実測値から算出した加工量等の指示データを、オペレータがマニュアル操作によって入力する作業を必要とし、これが作業効率を低下させる要因となるため、加工作業における自動化度の向上が求められていた。
【０００６】
本発明は上記実状に鑑みて、被加工物に対する加工途中の寸法計測に関わる作業の煩雑化を可及的に抑えることができ、併せて被加工物に対する加工作業の自動化度を高めることの可能な工作機械の提供を目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段および効果】
上記目的を達成するべく、本発明に関わる工作機械は、主軸に装着した被加工物の外周面または内周面を、加工工具によって所望の加工形状に加工する工作機械であって、
前記被加工物における所望の加工形状に相当した基準面を有するとともに、中心軸線が前記前記主軸の中心軸線と平行を成す位置態様で機械本体に設けられたマスターと、
前記被加工物の加工面に向いた被加工物測距位置と、前記マスターの基準面に向いたマスター測距位置との間を揺動するとともに、揺動中心軸線が前記主軸の中心軸線および前記マスターの中心軸線に対して平行を成し、かつ前記主軸の中心軸線までの距離と前記マスターの中心軸線までの距離とが互いに等しい位置態様で上記機械本体に設けられたレーザ測距手段と、
前記レーザ測距手段により計測した前記マスターの基準面までの距離情報と、前記レーザ測距手段により計測した前記被加工物の加工面までの距離情報とに基づいて、前記被加工物に対する加工量を求める処理手段と、
前記処理手段において求めた加工量情報に基づいて、前記加工工具による前記被加工物への加工作業を実施する制御手段とを具備している。
【０００８】
上記構成の工作機械によれば、非接触式の計測手段であるレーザ測距手段を使用しているため、計測を行う際に被加工物を静止させるべく工作機械の運転を停止させる必要がなく、もって被加工物の計測に関わる作業が極めて簡易なものとなり、１つの被加工物を仕上げるまでの時間が従来より短縮されるため、作業効率の大幅な向上が達成されることとなる。
【０００９】
また、上記構成の工作機械によれば、レーザ測距手段による計測値に基づき処理手段において加工量を求め、制御手段により上記加工量に基づいて加工作業を実施しているので、被加工物の実測値や加工量等の指示データを、マニュアル操作によってオペレータが工作機械に入力する必要がなく、もって作業効率が格段に向上するとともに、加工作業における自動化度の大幅な向上が達成されることとなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、実施例を示す図面に基づいて、本発明を詳細に説明する。
図１〜図８は、本発明を工作機械の一態様である内面研削盤に適用した実施例を示しており、この実施例においては上記内面研削盤（工作機械）１によって外歯歯車の内周面を研削加工するものである。
【００１１】
上記内面研削盤１は、ベッド（機械本体）２の一方部（図１中の右方）に、水平方向に延びる主軸３を具備しており、この主軸３は先端にチャック３Ｃを有するとともに、該チャック３Ｃにセットした被加工物Ｗを回転させるべく、図示していない駆動源によって駆動回転される。
【００１２】
なお、上記チャック３Ｃにセットされた被加工物Ｗ（以下、ワークＷと称する）は、外歯歯車の母材である円筒形状のブロックであり、上記主軸３の回転中心と同心上にセットされている。
【００１３】
また、上記内周研削盤１は、ベッド２の他方部（図１中の左方）に、上記主軸３と対峙する態様で加工ヘッド４が設けられており、該加工ヘッド４には加工工具である砥石４Ｔが装着されている。
【００１４】
ここで、上記加工ヘッド４は、砥石４Ｔを駆動回転させつつ、水平面上の２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）方向に動作制御されるもので、上記内面研削盤１においては、主軸３のチャック３ＣにセットされたワークＷに対し、上記砥石４Ｔを適宜に動作制御することにより、上記ワークＷの加工面（内周面）を所定の形状に研削加工している。
【００１５】
また、上記内面研削盤１のベッド２には、主軸３の上方域において、後述するマスター支持装置５を介してマスターＭが設置されており、上記マスターＭは、図２に示す如く段部ｍ１、ｍ２、ｍ３を有する多段式の円筒形状を呈する部材であって、各段部ｍ１、ｍ２、ｍ３の内周面は、仕様の相違した複数種類のワークＷにおける各々の基準面ｄを構成している。
【００１６】
また、上記マスターＭは、図２および図３に示す如く、その中心軸線Ｏｍを、上述した主軸３の中心軸線Ｏｗ（主軸３のチャック３Ｃに装着されたワークＷの中心軸線）と平行を成す位置態様で、上記内面研削盤１のベッド２に設置されている。
【００１７】
ここで、上記マスターＭをベッド２に設置するマスター支持装置５は、図１に示す如くマスターＭを支承するブラケット５Ａと、該ブラケット５Ａを水平移動自在に保持するベース５Ｂとを有し、ハンドル５の操作によってマスターＭを中心軸線Ｏｍに沿って前後方向（図１中の左右方向）にスライドさせることができ、これによってワークＷに対するマスターＭの相対位置が調整される。
【００１８】
また、上記内面研削盤１のベッド２には、レーザ測距手段であるレーザヘッド６が、レーザヘッド支持装置７を介して設置されており、このレーザヘッド支持装置７は、先端（図１中の左方端部）に上記レーザヘッド６を固定支持する支持シャフト７Ａと、該支持シャフト７Ａを介してレーザヘッド６を揺動させる駆動源（図示せず）とを有している。
【００１９】
上記レーザヘッド支持装置７の動作により、上記レーザヘッド６は、図３中に実線で示す如くレーザビーム６ａがマスターＭを向いたマスター測距位置と、図３中に鎖線で示す如くレーザビーム６ｂがワークＷを向いた被加工物測距位置との間を揺動することとなる。
【００２０】
ここで、図２および図３に示す如く、上記レーザヘッド６は、その揺動中心軸線Ｏｌが、上述した主軸３（ワークＷ）の中心軸線Ｏｗ、および上述したマスターＭの中心軸線Ｏｍに対して、それぞれ平行を成す位置態様で、内面研削盤１のベッド２に設置されている。
【００２１】
さらに、上記レーザヘッド６は、その揺動中心軸線Ｏｌが、主軸３（ワークＷ）の中心軸線Ｏｗまでの距離と、マスターＭの中心軸線Ｏｍまでの距離とが、互いに等しい位置態様で、内面研削盤１のベッド２に設置されている。
【００２２】
すなわち、図３および図４に示す如く、主軸３（ワークＷ）の中心軸線ＯｗとマスターＭの中心軸線Ｏｍとを含んだ平面Ｐｖに対して、上記中心軸線Ｏｗと中心軸線Ｏｍとの中間（１／２）位置において直交する平面Ｐｈ上に、上記揺動中心軸線Ｏｌが占位する位置態様で、レーザヘッド６がベッド２に設置されている。
【００２３】
ここで、上述したレーザヘッド６は、図５に示すマスター測距位置におけるレーザビーム６ａの入射角θｍと、図６に示すワーク測距位置におけるレーザビーム６ｂの入射角θｗとを互いに等しく、かつマスターＭおよびワークＷからの反射光を確実に受光し得るよう、上記入射角θｍおよび入射角θｗが３０°以内となる位置態様で上記ベッド２に設置されている。
【００２４】
また、図１に示す如く上記内面研削盤１は、上述したレーザヘッド６によって計測した、上記ワークＷにおける加工面ｗまでの距離情報と、上記マスターＭにおける基準面ｄまでの距離情報とに基づいて、後に詳述する態様で上記ワークＷに対する加工量（加工量情報）を求める処理手段１０を備えている。
【００２５】
ここで、本実施例における処理手段１０は、コンピュータによって構成されており、上述した各種の距離情報や加工量情報は、図示していない記憶手段において保存される。
【００２６】
また、図１に示す如く上記内面研削盤１には、上記処理手段１０において求めた加工量情報に基づき、上述した加工ヘッド４を動作制御することによって、砥石４ＴによるワークＷへの加工作業を実施する制御手段２０を備えており、この制御手段２０によって砥石４Ｔを適宜に動作制御することで、ワークＷの加工面（内周面）ｗが所定の形状に研削加工されることとなる。
【００２７】
上述した構成の内面研削盤１において、ワークＷを所望の加工形状に研削加工する場合、先ず、加工対象のワークＷを主軸３のチャック３Ｃにセットするとともに、マスターＭにおいて上記ワークＷにおける所望の加工形状に対応した基準面ｄを、ワーク支持装置５におけるハンドル５ｈの操作によってマスターＭを前後方向にスライドさせることで、図７に示す如く上記ワークＷの加工面ｗと同一の計測ラインＬ上に位置させる。
【００２８】
次いで、内面研削盤１を稼動させてワークＷの研削加工を開始したのち、加工途中の適宜な時期において、ワークＷの寸法を計測することにより、以後の加工量を求め、この加工量情報に基づいてワークＷに対する研削加工を実施する。
【００２９】
ここで、上記ワークＷに対する加工量情報を収得するには、先ず、レーザヘッド６をマスター測距位置（図３中の実線位置参照）に占位させ、レーザヘッド６の基準点ａから、マスターＭの基準面ｄに対するレーザビーム（図３、図５の６ａ参照）の照射点ｂまでの距離（距離情報）Ｅｍを計測する。
【００３０】
上述した如く計測された距離（距離情報）Ｅｍは、処理手段１０（図１参照）に送られるとともに、記憶装置（図示せず）において保存される。
【００３１】
次いで、レーザヘッド６をマスター測距位置から移動させて、被加工物測距位置（図３中の破線位置参照）に占位させ、レーザヘッド６の基準点ａから、ワークＷの加工面ｗに対するレーザビーム（図３、図６の６ｂ参照）の照射点ｃまでの距離（距離情報）Ｅｗを計測する。
【００３２】
上述した如く計測された距離（距離情報）Ｅｗは、処理手段１０（図１参照）に送られるとともに、記憶装置（図示せず）において保存される。
【００３３】
上記処理手段１０においては、上述した距離（距離情報）Ｅｍと距離（距離情報）Ｅｗとに基づいて、上記ワークＷにおける現時点での寸法を算出するとともに、所望の加工形状における寸法との差から、以後の研削加工におけるワークＷへの加工量が算出される。
【００３４】
ここで、マスター測距位置において線分（レーザビーム）ａｂが水平基準である平面Ｐｈに対して成す角αｍと、被加工物測距位置において線分（レーザビーム）ａｃが水平基準である平面Ｐｈに対して成す角αｗとが互いに等しく、かつ上記マスターＭの段部ｍ１における内径Ｄｍが既知であることから、上述した如く計測した距離（距離情報）Ｅｍと距離（距離情報）Ｅｗとに基づいて、ワークＷにおける現時点での内径Ｄｗを算出することができる。
【００３５】
ところで、上記レーザヘッド６がマスター測距位置と被加工物測距位置との間を揺動する際、水平基準である平面Ｐｈに対して成す角αｍおよびαｗに角度誤差が生じることがあり、ワークＷの内径Ｄｗを算出する場合には、上述した角度誤差を考慮して適宜に補正を加味する必要がある。
【００３６】
すなわち、ワークＷに対する研削加工を実施する以前に、図８に示したマスターワーク（所望する所定の形状に形成されたワーク）ＭＷを、主軸３のチャック３Ｃ（図１参照）にセットし、レーザヘッド６をマスター測距位置に占位させた状態における、レーザヘッド６の基準点ａからマスターＭの基準面ｄに対するレーザビームの照射点ｂまでの距離Ｅｍと、レーザヘッド６を被加工物測距位置に占位させた状態における、レーザヘッド６の基準点ａからマスターワークＭの基準面ｍｗに対するレーザビームの照射点ｈまでの距離Ｅｍｗとを計測し、上述した距離Ｅｍと距離Ｅｍｗとの差異を補正値ｅとする。
【００３７】
一方、図７に示す如く主軸３のチャック３ＣにワークＷをセットし、上記ワークＷに対する加工途中の適宜な時期に、レーザヘッド６をマスター測距位置に占位させた状態における、レーザヘッド６の基準点ａからマスターＭの基準面ｄに対するレーザビームの照射点ｂまでの距離Ｅｍと、レーザヘッド６を被加工物測距位置に占位させた状態における、レーザヘッド６の基準点ａからワークＷの加工面ｗに対するレーザビームの照射点ｃまでの距離Ｅｗを計測する。
【００３８】
上記距離（距離情報）Ｅｍと距離（距離情報）Ｅｗとは、先に説明した如く処理手段１０（図１参照）に送られるのであるが、ここで角度誤差を考慮した距離Ｅｍと距離Ｅｗとの真の相違Ｘは、上記補正値ｅに基づいてＸ＝（Ｅｍ±Ｅｗ）＋ｅとなり、このようにして求められた真の相違Ｘに基づいて、ワークＷにおける真の内径Ｄｗが求められ、さらに真の内径Ｄｗに基づいて、ワークＷに対する真の加工量が算出されることとなる。
【００３９】
なお、距離（距離情報）Ｅｍと距離（距離情報）Ｅｗとから、ワークＷにおける内径Ｄｗを算出する手法としては、従来から良く知られている種々の手法を適宜に採用し得ることは言うまでもない。
【００４０】
上述の如く、処理手段１０において算出した、以後の研削加工におけるワークＷへの加工量（加工量情報）は、図示していない記憶装置において保存されるとともに、上記処理手段１０から制御手段２０（図１参照）へと送られる。
【００４１】
上記制御手段２０においては、ワークＷの加工面（内周面）ｗを所定の形状に研削加工するべく、上述した加工量（加工量情報）に基づいて、加工ヘッド４（図１参照）を適宜に動作制御する。
【００４２】
こののち、上述した如きマスターＭとワークＷとの計測に基づいた加工ヘッド４の動作制御を、ワークＷに対する研削加工の途中、数回に亘って繰り返すことにより、ワークＷが所望する形状に追い込まれて行き、最終的に所望する加工形状に形成されることとなる。
【００４３】
上述した構成の内面研削盤１によれば、非接触式の計測手段であるレーザヘッド（レーザ測距手段）６を使用しているので、計測に際してワークＷを静止させるために内面研削盤１の運転を停止させる必要がなく、このためワークＷの計測に関わる作業が極めて簡易なものとなり、１つのワークＷを所望の加工形状とする為に必要な総作業時間が短縮され、もって従来の工作機械に比べて作業効率が大幅することとなる。
【００４４】
また、上述した内面研削盤１によれば、ワークＷの計測に必須の要素であるマスターＭおよびレーザヘッド（レーザ測距手段）６を、ベッド（機械本体）２に設置することで工作機械と一体化しているため、計測手段を別途に用意している従来の工作機械と比べ、作業環境が整理されることによって作業エリアの省スペース化や作業の効率化が図られることとなる。
【００４５】
また、上述した構成の内面研削盤１では、レーザヘッド（レーザ測距手段）６による計測値に基づき、処理手段１０においてワークＷに対する加工量を求め、上記加工量に基づき、制御手段１０によってワークＷに対する加工作業を実施しているため、オペレータにより指示データを内面研削盤１に入力する必要がなく、指示データの伝達に関わる作業が極めて簡易かつ短時間に行われ、もって作業効率が格段に向上するとともに、ワークＷの加工作業における自動化度が大幅に向上することとなる。
【００４６】
さらに、上述した構成の内面研削盤１では、レーザヘッド６からの各種距離情報や、処理手段１０によって求められたワークＷに対する加工量情報を、図示していない記憶手段において保存しているので、上記記憶手段に保存した各種の情報を様々に利用することにより、ワーク１の加工作業に関わる自動化度をさらに向上させることも可能である。
【００４７】
ところで、上述した実施例の内面研削盤１においては、主軸３（ワークＷ）の上方域にマスターＭを配設するとともに、主軸３（ワークＷ）とマスターＭとの間の側方域にレーザヘッド６を配設しているが、これら主軸３（ワークＷ）とマスターＭとレーザヘッド６とのレイアウトは、上述した実施例のみに限定されるものではない。
【００４８】
すなわち、内面研削盤１における仕様の相違や、加工対象であるワークの種類等の諸条件に鑑みて、図９（ａ）に示す如く主軸３（ワークＷ）の側方域にマスターＭを配設し、主軸３（ワークＷ）とマスターＭとの間の上方域にレーザヘッド６を配設する、あるいは図９（ｂ）に示す如く主軸３（ワークＷ）の側方斜め上方にマスターＭを配設し、主軸３（ワークＷ）の上方かつマスターＭの側方にレーザヘッド６を配設する等、様々なレイアウトを採用し得ることは言うまでもない。
【００４９】
なお、上述した実施例においては、本発明を内面研削盤に適用するとともに、ワークである外歯歯車の内周面を研削加工する例を示しているが、加工の対象となるワーク（被加工物）は、実施例の外歯歯車に限定されるものではなく、例えば中空シャフトの内面や、トランスミッションケースの内面等、様々な種類のワーク（被加工物）を加工対象とし得ることは勿論である。
【００５０】
また、本発明に関わる技術は、内面研削盤にのみ適用されるものではなく、例えば円筒研削盤等のように、ワーク（被加工物）の内周面あるいは外周面を研削加工する工作機械にも適用が可能であり、さらに本発明に関わる技術は、砥石等の工具を用いて研削加工を行う工作機械のみならず、バイト等の工具を用いて切削加工を行う旋盤等の工作機械に対しても、極めて有効に適用し得るものであることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関わる工作機械の一実施例を示す概念的な全体側面図。
【図２】図１の工作機械におけるワークとマスターとレーザヘッドとの位置関係を示す概念的な側面図。
【図３】図１の工作機械におけるワークとマスターとレーザヘッドとの位置関係を示す概念的な正面図。
【図４】図１の工作機械におけるワークとマスターとレーザヘッドとの位置関係を示す概念的な斜視図。
【図５】図１の工作機械におけるマスターとレーザヘッドとの位置関係を示す図３中のＶ−Ｖ線断面図。
【図６】図１の工作機械におけるワークとレーザヘッドとの位置関係を示す図３中のＶＩ−ＶＩ線断面図。
【図７】図１の工作機械においてワークを計測する際の態様を示す概念図。
【図８】（ａ）および（ｂ）は、図１の工作機械においてワークを計測する際の態様を示す概念図。
【図９】（ａ）および（ｂ）は、ワークとマスターとレーザヘッドとにおけるレイアウトの他の実施例を示す概念的な正面図。
【符号の説明】
１…工作機械、
２…ベッド（機械本体）、
３…主軸、
３Ｃ…チャック、
Ｗ…ワーク（被加工物）、
４…加工ヘッド、
４Ｔ…砥石（加工工具）、
Ｍ…マスター、
５…マスター支持装置、
６…レーザヘッド（レーザ測距手段）、
７…レーザヘッド支持装置、
１０…処理手段、
２０…制御手段、
ＭＷ…マスターワーク。

Claims

主軸に装着した被加工物の外周面または内周面を、加工工具によって所望の加工形状に加工する工作機械であって、
前記被加工物における所望の加工形状に相当した基準面を有するとともに、中心軸線が前記主軸の中心軸線と平行を成す位置態様で機械本体に設けられたマスターと、
前記被加工物の加工面に向いた被加工物測距位置と、前記マスターの基準面に向いたマスター測距位置との間を揺動するとともに、揺動中心軸線が前記主軸の中心軸線および前記マスターの中心軸線に対して平行を成し、かつ前記主軸の中心軸線までの距離と前記マスターの中心軸線までの距離とが互いに等しい位置態様で上記機械本体に設けられたレーザ測距手段と、
前記レーザ測距手段により計測した前記マスターの基準面までの距離情報と、前記レーザ測距手段により計測した前記被加工物の加工面までの距離情報とに基づいて、前記被加工物に対する加工量を求める処理手段と、
前記処理手段において求めた加工量情報に基づいて、前記加工工具による前記被加工物への加工作業を実施する制御手段とを具備して成ることを特徴とする工作機械。