JP2005034934A

JP2005034934A - Numerically controlled apparatus, machine tool equipped with the same, and method for calculating coordinate of workpiece

Info

Publication number: JP2005034934A
Application number: JP2003199036A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Nakamura; 靖中村
Original assignee: Yamazaki Mazak Corp
Current assignee: Yamazaki Mazak Corp
Priority date: 2003-07-18
Filing date: 2003-07-18
Publication date: 2005-02-10

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a numerically controlled apparatus which can measure coordinate positions of a workpiece without providing a dedicated measuring instrument, and further to provide a machine tool equipped with the same and a method for calculating the coordinates of the workpiece. <P>SOLUTION: The C-axis coordinate value of the workpiece at the measuring point is measured by utilizing the droop value of a C-axis servo motor 20 instead of a sensor without using any mechanical contact point type touch sensor. In other words, the C-axis coordinate value at the measuring point is measured based on the difference between the target position of a main spindle sent from a movement command generating portion 40 of a CPU 30 and the fed-back position of a C-axis servomotor 20 sent from an encoder 20a. For the measurement, only a tool is used. The tool is brought into contact with the measuring point of the workpiece. The coordinates of the measuring point are calculated from the error values when the tool has been stopped. For this reason, the dedicated measuring apparatus becomes unnecessary. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械に搭載される数値制御装置、それを備えた工作機械及びワークの座標算出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、マシニングセンタやＦＭＳ（ＦｌｅｘｉｂｌｅＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）等の数値制御装置を備えた複合加工工作機械が知られている。この工作機械にはワークが自動的に供給され、当該工作機械は供給されてきたワークを所定の加工プログラムに従って自動的に加工する。供給されたワークを自動的に加工するためには、ワークの形状及び寸法を計測して加工基準点（加工原点又はプログラム原点ともいう。）等を設定する必要がある。加工基準点は機械座標系における機械原点からの原点オフセット値に基づいて認識される。この加工基準点を基準として作成された加工プラグラムにおいて指定される工具の移動経路は、原点オフセット値に基づいて機械座標系に変換され、この機械座標系において工具の移動が数値制御される。
【０００３】
一般に、ワークは許容された所定の誤差を有しているので、例えばワークの工具当接側の端面に加工基準点を設定するようにした場合、機械座標系におけるワークの端面の座標位置は各ワーク毎に微妙に異なる。しかしながら、加工プラグラムに従って数値制御される工具は、原点オフセット値が変更されない限り、所定の移動経路を経由して移動する。このため、例えばワークの端面における加工基準点から所定の距離の部位に何らかの加工を施そうとする場合、各ワーク毎に加工部位の当該ワーク端面からの寸法が異なることになり、加工精度が低下するおそれがあった。
【０００４】
そこで、この問題を解決するために、従来、複合加工工作機械にはタッチセンサを備え、このタッチセンサによりワークの形状、寸法及びワーク端面の座標位置を計測するようにされている。そして、数値制御装置は、計測されたワーク端面の座標位置に応じて前述した原点オフセット値を、即ちワークの加工原点を補正する。
【０００５】
このような、数値制御装置を備えた工作機械として、例えばＣ軸制御機能を有する旋盤が知られている。この旋盤においては、ワークが非軸対称の特殊形状であるとき、例えば加工基準点からのＣ軸方向の角度が指定された突起及び窪みがワークの内外周部や端面にあるとき、Ｃ軸制御の基準となるＣ軸原点（機械原点）に対して加工基準点を正確に設定する必要がある。加工基準点は加工原点又はプログラム原点ともいい、加工プログラムにおいて指示された値の基準（原点）となる。このように、加工基準点に対するＣ軸値が角度により指定されたＣ軸値指定形状（例えば扇形形状）を有する特殊形状のワークを旋盤により加工する際、数値制御装置は、次のような処理を行う。
【０００６】
即ち、数値制御装置は所定のサーチプログラムに基づいてワークをＣ軸制御により回転させることにより、Ｃ軸値指定形状のＣ軸方向の両側にそれぞれ設定された計測点について、Ｃ軸原点からの角度を測定する。続いて、この測定された角度及びＣ軸値指定形状の加工基準点に対する指定角度に基づいて、数値制御装置は加工基準点のＣ軸原点からの角度を求める。そして、前記加工基準点を基準にして加工プログラムの中で指示された角度に対して、当該加工基準点のＣ軸原点からの角度を考慮して、Ｃ軸をＣ軸原点を基準に位置決めする。この位置決めにより、Ｃ軸値指定形状に対して正確な位置関係を保ちながらミーリング等の加工をワークに対して行う（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
また、研削ユニットを備えた複合加工機械において、ワークの寸法及び位置を検出して加工基準点の設定の自動化を図るようにしたものも知られている。この複合加工機械は旋削ミルユニット及び研削ユニットを備えている。旋削ミルユニットはタレット式の刃物台を有しており、当該刃物台にはタッチセンサツールが装備されている。刃物台に対向するように主軸が配設されており、当該主軸にはワークが把持されている。そして、ワークと刃物台とを相互に近づけ、タッチセンサツールのプローブがワークに触れると、タッチセンサツールは信号を発する。この信号は計測処理部へ送られ、ワークの寸法及び位置がそれぞれ検出される。これらのワークのデータに基いて数値制御装置は研削加工基準点を決定するようになっている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平５−４１４９号公報
【特許文献２】
特開平１１−１２３６３７号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記従来の数値制御装置には次のような問題があった。即ち、ワークの加工基準点の計測には機械接点式のタッチセンサを使用していた。具体的には、ワークの計測点にタッチセンサのプローブを接触させ、機械接点のオン／オフにより当該計測点とタッチセンサとの接触を検出し、この接触部位の座標から計測座標を算出していた。そして、算出されたワークの計測座標に基づいて加工基準点を自動的に補正するようにしていた。
【００１０】
このため、タッチセンサ及びその信号伝達装置等の専用の計測装置を工作機械に組み込む必要があった。従って、工作機械の構成が複雑になるという問題があった。また、機械接点式のタッチセンサはプローブにある程度以上の力が加えられることにより作動する。このため、高精度の計測には適さず、くり返し精度（計測精度）の向上にも限界があった。さらに、タッチセンサの故障及び誤動作のおそれもあった。タッチセンサが故障した場合にはワークを自動的に加工することが不能となる。タッチセンサが誤動作した場合にはワークの加工精度が低下する。
【００１１】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、専用の計測装置を設けることなくワークの座標位置を計測することができる数値制御装置、それを備えた工作機械及びワークの座標算出方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、所定の加工プログラムに基づいてワークを加工する工作機械に搭載される数値制御装置であって、主軸を所定の制御軸方向に駆動させるためのモータに対して所定の移動指令値を出力する移動指令生成手段と、前記モータの回転角度を検出する回転角検出手段と、前記回転角検出手段により検出されたモータの実際の回転角度と前記移動指令生成手段から出力された移動指令値との誤差量を演算する誤差量演算手段とを備え、前記誤差量演算手段により算出された誤差量に基づいて前記モータを駆動制御するようにした数値制御装置において、前記移動指令生成手段からの移動指令値と前記誤差量演算手段からの誤差量とに基づいて予め設定されたワークの計測点の座標位置を演算する計測点算出手段を備えたことを要旨とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の数値制御装置において、予め計測された工具径データが格納された記憶手段を備え、前記計測点算出手段は、前記記憶手段に格納された工具径を加味して前記計測点の座標位置を演算するようにしたことを要旨とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、所定の加工プログラムに基づいてワークを加工する工作機械において、請求項１又は請求項２に記載の数値制御装置を備えたことを要旨とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、工具を所定の制御軸方向に移動させる際の加工プログラム上の基準となるワークの座標算出方法において、予め設定されたワークの計測点に工具を当接させ、このときの工具の実際の移動量と予め指定された指令移動量との誤差量、及び予め計測された工具径に基づいて前記計測点の座標位置を演算するようにしたことを要旨とする。
【００１６】
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、数値制御装置が搭載された工作機械は所定の加工プログラムに基づいてワークを加工する。主軸を所定の制御軸方向に駆動させるためのモータは、所定の移動指令値に基づいて駆動される。このとき、モータの実際の回転角度と移動指令値との誤差量に基づいて当該モータは駆動制御される。そして、移動指令生成手段からの移動指令値と誤差量演算手段からの誤差量とに基づいてワークの計測点の座標位置が演算される。このため、ワークの計測点の座標位置を計測するためのタッチセンサ等の専用の計測装置を工作機械に組み込む必要はない。
【００１７】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の数値制御装置の作用に加えて、記憶手段に格納された工具径を加味してワークの計測点の座標位置が演算される。このため、ワークの計測点の座標位置が、より正確に求められる。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、所定の加工プログラムに基づいてワークを加工する工作機械において、請求項１又は請求項２に記載の数値制御装置を備えたことにより、ワークの計測点の座標位置を計測するためのタッチセンサ等の専用の計測装置を工作機械に組み込む必要がない。このため、工作機械の構成が複雑になることはない。ワークの加工精度も向上する。
【００１９】
請求項４に記載の発明によれば、予め設定されたワークの計測点に工具を当接させ、このときの工具の実際の移動量と予め指定された指令移動量との誤差量、及び予め計測された工具径に基づいてワークの計測点の座標位置が演算される。このため、ワークの計測点の座標位置を計測するためのタッチセンサ等の専用の計測装置を工作機械に組み込む必要はない。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明を旋盤等の工作機械に搭載されると共に当該工作機械を数値制御する数値制御装置に具体化した第１実施形態を図１〜図７に従って説明する。
【００２１】
（旋盤の全体構成）
図１に示すように、ＮＣ旋盤（数値制御旋盤）１１は機械本体１２、当該機械本体１２を数値制御する数値制御装置１３、軸アンプ（サーボ増幅器）１４及び操作盤１５を備えている。
【００２２】
（機械本体）
機械本体１２はＣ軸サーボモータ２０及び当該Ｃ軸サーボモータ２０に直接連結された主軸２１を備えている。Ｃ軸サーボモータ２０にはエンコーダ２０ａが設けられており、当該エンコーダ２０ａはＣ軸サーボモータ２０のその時々の移動量（回転角）を検出する。Ｃ軸サーボモータ２０の駆動により主軸２１は自身の中心軸を中心として回動可能とされている。主軸２１には加工時にワーク（工作物）Ｗを把持固定するためのチャック２２が設けられている。また、機械本体１２は刃物台２３を備えている。刃物台２３は自身の中心軸を中心として旋回可能、且つ図１に矢印で示すＸ軸方向、Ｙ方軸方向及びＺ軸方向にそれぞれ移動可能とされている。刃物台２３にはワークＷを加工するための工具Ｔが工具ホルダ２４を介して着脱自在に装着されている。
【００２３】
刃物台２３にはバイト等の旋削工具に加えて、ドリル及びフライスカッタ等の回転工具も装着可能とされている。このため、装着する工具Ｔの種類によりＮＣ旋盤１１は旋削加工に加えてミーリング加工（回転工具による加工）も行うことができ、複合加工機としての機能を発揮する。本実施形態では工具Ｔとして、エンドミルが装着されており、当該エンドミルはその回転駆動を許容する工具ホルダ２４にセットされた状態で刃物台２３に装着されている。従って、工具Ｔは回転駆動が許容されており、ワークＷに対して切欠き加工等が行えるようになっている。
【００２４】
尚、本実施形態では、主軸２１の方向をＺ軸としており、このＺ軸に直交する方向をＸ軸としている。また、Ｘ軸及びＺ軸の双方に直交する軸をＹ軸としている。さらに、旋回座標軸として、Ｚ軸回りの回転運動をＣ軸として使用している。Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸及びＣ軸はそれぞれ数値制御装置１３により制御される所定の制御軸を構成する。
【００２５】
（数値制御装置）
図１に示すように、数値制御装置１３は、ＣＰＵ（中央演算装置）３０、ＲＯＭ（読み出し専用メモリ）３１及びＲＡＭ（読み出し書き込み専用メモリ）３２を備えている。ＲＯＭ３１にはＣＰＵ３０が実行する仮計測プログラム、実計測プログラム及び加工プログラム自動作成プログラム等の各種の制御プログラム、及び各種の工具データが格納されている。工具データには、工具径データ（工具半径データ）及び工具の種類データ等が含まれている。ＲＡＭ３２はＲＯＭ３１に書き込まれた各種の制御プログラムを展開してＣＰＵ３０が各種の演算処理を実行するためのデータ作業領域である。また、ＲＡＭ３２はＣＰＵ３０が各種の演算処理を行う際の各種の演算処理結果等を一時的に記憶する。
【００２６】
ＣＰＵ３０は自動プログラミング機能を備えており、前記ＲＯＭ３１に格納された加工プログラムを自動作成可能とされている。具体的には、前記自動プログラミング機能には対話型プログラミング機能が含まれており、ＣＰＵ３０は操作盤１５の表示部（図示略）を介してオペレータに対してデータ入力等の所定の指示を行う。そして、操作盤１５のキーボード等のデータ入力部（図示略）を介してオペレータにより入力されたデータ（例えば、加工形状及び加工条件等）に基づいて、ＣＰＵ３０は加工プログラムを演算して作成する。この予め作成した所定の加工プログラムに従ってＣＰＵ３０は、機械本体１２を制御してワークＷを所望の形状に加工する。
【００２７】
（軸アンプ）
軸アンプ１４はサーボアンプ又はサーボ増幅器ともいい、ＣＰＵ３０から出力される信号を増幅する。ＣＰＵ３０から出力される信号は非常に微弱なので、当該ＣＰＵ３０によりモータ制御を行うためにはアンプ（増幅器）で電流を増幅する必要がある。また、軸アンプ１４は、位置指令値、速度指令値及びトルク指令値等の「目標値」と、制御対象であるＣ軸サーボモータ２０から出力される「フィードバック量」との差分を処理して、最終的にＣ軸サーボモータ２０を駆動する。
【００２８】
尚、本実施形態において、ＮＣ旋盤１１は工作機械を構成し、Ｃ軸サーボモータ２０はモータを構成する。また、エンコーダ２０ａは回転角検出手段を構成し、ＲＡＭ３２は記憶手段を構成する。
【００２９】
（実施形態の作用）
次に、前述のように構成されたＮＣ旋盤１１の動作について説明する。
オペレータは、数値制御装置１３からの指示に従って操作盤１５のデータ入力部を通じて各種データを入力する。数値制御装置１３からの指示は操作盤１５の表示部に表示される。ＣＰＵ３０はＲＯＭ３１に格納された公知の加工プログラム自動作成プログラムに従ってオペレータにより入力された各種データに基づいて加工プログラムを作成し、当該加工プログラムをＲＡＭ３２に格納する。
【００３０】
この後、オペレータにより操作盤１５の入力部を介してＣＰＵ３０に対してワークＷの加工指令が入力されると、ＣＰＵ３０はＲＡＭ３２から当該ワークＷに関する加工プログラムを読み出す。この加工プログラムに従ってＣＰＵ３０は軸アンプ１４及び刃物台２３をそれぞれ駆動制御してワークＷの加工を実行する。このように、ＮＣ旋盤１１においては、ＣＰＵ３０が加工すべきワークＷに対応した加工プログラムをＲＡＭ３２から読み出して実行することにより、加工作業のための制御が行われる。
【００３１】
この加工プログラムにおいて、Ｃ軸制御を伴うミーリング等の加工作業が、ワークＷの加工基準点（加工原点又はプログラム原点ともいう。）を基準に指定されている場合、ワークＷが軸対称部品であるときには、ワークＷのどの角度位置から加工を開始してもよい。しかし、ワークＷが軸対称部品でない場合、例えば図３に示すように、ワークＷの外周に突部Ｗａが形成されている場合、この突部Ｗａに対するＣ軸制御を伴う加工を適正な状態で行うためには、加工基準点のＣ軸原点（機械原点）に対する角度（即ち、Ｃ軸原点オフセット値）を検出する必要がある。これは、突部Ｗａと、ミーリング加工により形成される形状とにおいて、それらの位置関係が加工基準点を介して拘束されているからである。
【００３２】
（ＮＣ旋盤のＣ軸制御）
次に、ＲＯＭ３１に記憶された各種の制御プログラムに従って実行されるＣＰＵ３０のＣ軸制御を図２に示す機能ブロック図に基づいて説明する。
【００３３】
尚、本実施形態において、機械原点とは、ＮＣ旋盤１１が固有にもっている原点であって自由に移動できない点をいう。この機械原点では位置検出器の発信数値がＸ＝０及びＹ＝０を示し、当該機械原点はすべての基準となる点である。また、プログラム原点（加工基準点）は一般にワーク取付け端中心又はワーク加工端面中心に設定され、当該プログラム原点をＸ＝０及びＹ＝０としてプログラミングされる。このプログラム原点の位置設定は任意に変更可能とされている。機械原点からワークＷ及び工具位置までの距離は大きく、数値もわかりにくいので加工基準点が設定される。
【００３４】
さて、図２に示すように、操作盤１５から入力された各種データ（素材データ及び加工条件等）は、移動指令生成部４０へ送られる。移動指令生成部４０は前記各種データに基づいて指令移動量（この場合、Ｃ軸の回転量；回転角度）を算出し、この算出した指令移動量を移動量算出部４１へ送る。また、移動指令生成部４０は算出した指令移動量を計測点算出部４２へ送る。
【００３５】
移動量算出部４１は指令移動量（例えば１００ｒａｄ）を複数の単位移動量（例えば１０ｒａｄ）に分割し、この単位移動量を軸アンプ１４の誤差量演算部４３へ送る。この誤差量演算部４３にはエンコーダ２０ａにより検出された実際の移動量（フィードバック値）も入力される。
【００３６】
誤差量演算部４３は移動量算出部４１からの目標の移動量と実際の移動量との差分、即ち目標値と測定値との誤差量を演算し、この誤差量に基づいたモータ出力信号をＣ軸サーボモータ２０に出力する。即ち、軸アンプ１４は前記誤差量を０にするようにＣ軸サーボモータ２０をフィードバック制御する。これにより、ＮＣ旋盤１１では、正確なＣ軸制御が行われる。
【００３７】
また、誤差量演算部４３は算出した誤差量を計測点算出部４２へ送る。この計測点算出部４２は、移動指令生成部４０により生成された指令移動量、誤差量演算部４３により算出された誤差量及び予め算出された補正量（本実施形態では、工具半径）に基づいて予め設定されたワークＷの計測点Ｍの座標を演算する。即ち、計測点算出部４２は目標位置とフィードバック位置との差分であるＣ軸サーボモータ２０のドループ量に基づいて、計測点Ｍの座標を演算する。そして、この算出した計測点Ｍの座標に基づいて、プログラム基準のＣ軸オフセット（以下、「Ｃ軸原点オフセット値」という。）を演算する。
【００３８】
Ｃ軸原点オフセット値とは、Ｃ軸機械原点からＣ軸プログラム原点までの距離（角度）をいう。換言すると、Ｃ軸原点オフセット値は、Ｃ軸プログラム原点がＣ軸機械原点に対してどの位置（角度）になるかを指定するものである。本実施形態では、ワークＷの計測点Ｍの座標位置を計測し、この計測された計測点Ｍの座標位置に基づいて原点オフセット値を求めて設定する一連の処理を「Ｃ軸位相計測」という。この計測点算出部４２で実行される加工基準点の算出処理については、後に詳述する。本実施形態において、ワークＷの計測点Ｍは突部ＷａのＣ軸方向における側面とされている。
【００３９】
尚、本実施形態において、移動指令生成部４０は移動指令生成手段を構成し、計測点算出部４２は計測点算出手段を構成する。また、誤差量演算部４３は誤差量演算手段を構成し、移動指令生成部４０により算出される指令移動量（Ｃ軸の回転量；回転角度）は移動指令値を構成する。
【００４０】
（Ｃ軸位相計測）
次に、ワークＷの原点オフセット値の計測（即ち、Ｃ軸位相計測）について図３〜図６及び図７に示すフローチャートに従って詳述する。このフローチャートはＲＯＭ３１に予め格納された計測プログラムに従って実行される。尚、本実施形態では、ステップを「Ｓ」と略記する。
【００４１】
このＣ軸位相計測は、次のような処理である。即ち、図３に示すように、まずＣ軸を回転させて、刃物台２３に工具ホルダ２４を介して固定された工具Ｔにワークの計測点Ｍ（本実施形態では、突部ＷａのＣ軸方向における側面）を当てて停止したときの座標を読み込む。そして、この読み込んだ座標に基づいて、Ｃ軸原点オフセット値を算出し、設定する。
【００４２】
ワークＷの計測点ＭがそのままＣ軸プログラム原点となる場合には、当該ワークＷ（厳密には、計測点Ｍ）の停止位置の座標がそのままＣ軸原点オフセット値となる。Ｃ軸プログラム原点と計測点Ｍとが異なる場合には、その差分をワークＷ（突部Ｗａ）の停止位置の座標に加味してＣ軸原点オフセット値とする。また、Ｃ軸位相計測に使用する工具Ｔによるずれ量もワークＷの停止位置の座標に加味する。
【００４３】
尚、このＣ軸位相計測では、当該計測の基準となる計測点Ｍの位置データ（Ｃ軸機械位置）及び工具Ｔによるずれ量を測り、データとして予め設定しておく必要がある。これらのデータの設定は、１）計測点ＭのＣ軸機械位置の計測、２）工具Ｔによるずれ量の計測、３）実プログラムへの反映、の順で行われる。以下、これらについて順番に説明する。
【００４４】
（１：計測点ＭのＣ軸機械原点の計測）
まず、計測点ＭのＣ軸機械原点の計測について説明する。図３に示すように、Ｃ軸制御によりワークＷを回転させ、当該ワークＷの計測点ＭでワークＷのＣ軸機械原点を計測する。具体的には、図４に示すように、ダイヤルゲージＤにより計測点ＭのＸ軸方向の振れを計測し、振れが無いＣ軸位置が計測点ＭのＣ軸機械原点となる。このＣ軸機械原点はＲＡＭ３２に格納される。座標値は操作盤１５の表示部に表示された値とする。
【００４５】
（２：工具ずれ量の計測）
次に、工具Ｔによるずれ量の計測について説明する。図５に示すように、Ｃ軸位相計測には工具Ｔを使用するので、Ｃ軸機械原点と、工具Ｔに当接した停止位置の座標とでは僅かなずれが発生する。ここでは、仮計測用プログラムを作成し、当該プログラムを実行することにより工具Ｔで停止する停止位置での実計測の座標位置を計測する。仮計測プログラム作成時には、数値制御装置１３からの指示に従って操作盤１５のデータ入力部を通じて、Ｃ軸計測開始位置、Ｘ軸計測位置、Ｚ軸計測位置及びＣ軸計測終了位置等の各種データを入力する。
【００４６】
Ｃ軸計測開始位置は仮計測を開始する際に工具Ｔを計測点Ｍの回動範囲内に配置する座標位置である。Ｘ軸計測位置は計測するＸ軸方向における座標位置である。このＸ軸計測位置、即ち計測点Ｍの工具Ｔに対する当接位置が変わるとＣ軸の座標位置も変るので、Ｘ軸計測位置は固定値とされる。Ｚ軸計測位置は計測するＺ軸方向における座標位置であり、この座標位置も固定値とされる。Ｃ軸計測終了位置は、計測のためにＣ軸が移動する最大位置、即ち、目標位置（図３参照）である。ただし、計測時においてはＣ軸計測終了位置に到達する前に計測点Ｍが工具Ｔに当接することによりワークＷのＣ軸計測終了位置方向への実移動は規制される。
【００４７】
仮計測用プログラムが実行されると、図３に示すワークＷの停止位置における実計測の座標位置が設定される。この実計測の座標位置とＣ軸機械原点との差分が、ずれ量（補正量）となる。この補正量はＲＡＭ３２に格納される。尚、仮計測プログラムの実行時には、前記予め求められた計測点ＭのＣ軸機械位置がＣ軸原点オフセット値に設定される。
【００４８】
（仮計測）
次に、数値制御装置１３による仮計測の手順を図７に示すフローチャートに従って詳細に説明する。このフローチャートはＲＯＭ３１に予め格納された仮計測用プログラムに従って実行される。
【００４９】
図７のフローチャートに示すように、ＣＰＵ３０はまずＣ軸をその機械原点に復帰させるようにＣ軸サーボモータ２０を駆動制御すると共に、Ｘ軸をその機械原点に復帰させるように刃物台駆動駆動用のモータ（図示略）を駆動制御する。この後、ＣＰＵ３０は所定の送り速度で主軸２１をＣ軸計測開始位置へ移動させると共に、刃物台２３をＸ軸計測開始位置へ移動させる。そして、ＣＰＵ３０は主軸回転トルク（Ｃ軸サーボモータ２０の回転トルク）を制限する。即ち、主軸回転トルクが通常値（加工時）よりも小さな計測用の値となるように、ＣＰＵ３０は軸アンプ１４を制御する（Ｓ１０１）。このＳ１０１の処理は、ワークＷの計測点Ｍに工具Ｔを当接させる際、Ｃ軸サーボモータ２０の回転トルクをワーク加工時の通常値よりも小さな計測用の値とするトルク制限手段を構成する。
【００５０】
次に、ＣＰＵ３０は刃物台２３を計測するＺ軸計測開始位置へ移動させる。そして、ＣＰＵ３０は仮計測動作を開始する。即ち、ＣＰＵ３０（移動指令生成部４０）は予め設定された目標位置までの移動指令を移動量算出部４１に出力する（Ｓ１０２）。
【００５１】
移動量算出部４１は送られてきた指令移動量を複数の単位移動量に分割し、この単位移動量を軸アンプ１４へ送る。軸アンプ１４の誤差量演算部４３は、移動量算出部４１から送られてきた単位移動量と、エンコーダ２０ａにより検出されたＣ軸サーボモータ２０の実際の移動量とを比較し、両者の差分が０となるようにモータ出力を制御する。即ち、軸アンプ１４は一つの単位移動量分のモータ出力を行う毎にエンコーダ２０ａからのフィードバックを受ける。このため、例えば移動指令を一括してＣ軸サーボモータ２０へ出力する場合に比べて、Ｃ軸サーボモータ２０の移動量（回転量）を正確に制御可能となる。
【００５２】
工具Ｔが突部Ｗａの計測点Ｍに当接すると、ＣＰＵ３０はＣ軸サーボモータ２０を停止し、計測点Ｍの現在の位置を算出する。即ち、この仮計測時においては、ＣＰＵ３０（計測点算出部４２）は計測点Ｍの目標位置から実移動量を減算して誤差量を演算し（Ｓ１０３）、算出した誤差量をＲＡＭ３２に格納する。目標位置は移動指令生成部４０により生成されたものであり、ＲＡＭ３２に格納されている。実移動量はエンコーダ２０ａにより検出されたＣ軸サーボモータ２０の移動量（回転角度）に基づいて算出される。
【００５３】
次に、ＣＰＵ３０（計測点算出部４２）は、次式（Ａ）に基づいて、計測点Ｍの座標位置を算出する。そして、この計測点Ｍの座標位置及び機械原点に基づいてＣＰＵ３０（計測点算出部４２）はＣ軸原点オフセット値を算出し、この算出したＣ軸原点オフセット値をＲＡＭ３２に格納する。
【００５４】
計測点Ｍ＝目標位置−誤差量＋補正量…（Ａ）
ここで、計測点ＭはワークＷの加工基準点となる座標位置である。誤差量は目標位置とずれ量（補正量）との差分である。補正量はＣ軸機械位置と実計測の座標との差分である。
【００５５】
この後、ＣＰＵ３０は主軸２１を所定のＣ軸退避位置に退避させると共に、刃物台２３を所定のＺ軸退避位置に退避させる（Ｓ１０５）。そして、ＣＰＵ３０は主軸２１をＣ軸機械原点に復帰させるようにＣ軸サーボモータ２０を駆動制御すると共に、刃物台２３をＸ軸機械原点に復帰させるように刃物台駆動駆動用モータを駆動制御する。最後に、ＣＰＵ３０は、前記Ｓ１０１における主軸回転トルクの制限を解除する（Ｓ１０６）。以上で、計測点Ｍの仮計測が完了となる。
【００５６】
（３：実計測用プログラムへの反映）
前述した仮計測により得られたデータ（計測点Ｍの位置データ及び工具Ｔによるずれ量）はＲＡＭ３２に格納され、実計測用プログラムに反映される。即ち、前述した仮計測では、計測点Ｍの実計測の座標位置（ワーク基準位置）をそのまま加工プログラムの基準位置としたが、実計測プログラムでは工具Ｔによるずれ量（補正量）及びＣ軸プログラム原点を考慮したプログラムとされる。即ち、図６に示すように、Ｃ軸プログラム原点ずれ量は、Ｃ軸機械原点とＣ軸プログラム原点との差分により求められる。即ち、これらの間には次式（Ｂ）が成立する。
【００５７】
Ｃ軸プログラム原点ずれ量＝Ｃ軸機械原点−Ｃ軸プログラム原点…（Ｂ）
（実計測）
次に、数値制御装置１３による実計測の手順を図７に示すフローチャートに従って詳細に説明する。このフローチャートはＲＯＭ３１に予め格納された実計測用プログラムに従って実行される。計測点Ｍの実計測は前述した仮計測と同様の手順で行われ、実行時に数値制御装置１３から要求されるパラメータが異なるだけである。実計測プログラムでは工具Ｔによるずれ量（補正量）及びＣ軸プログラム原点がそれぞれ考慮されるからである。従って、前述した仮計測と同様の処理についての詳細な説明は省略する。
【００５８】
実計測プログラム作成時には、数値制御装置１３からの指示に従ってＣ軸計測開始位置、Ｘ軸計測位置、Ｚ軸計測位置及びＣ軸計測終了位置に加えて、工具によるずれ量（補正量）及びＣ軸プログラム原点ずれ量がそれぞれ操作盤１５のデータ入力部を通じて入力される。工具によるずれ量（補正量）は、前述した仮計測により求められてＲＡＭ３２に格納された値である。工具Ｔによるずれ量の計測で算出されてＲＡＭ３２に格納されているデータである。Ｃ軸プログラム原点ずれ量は、Ｃ軸プログラム原点から計測点Ｍまでの差分量であり、且つ符号（＋，−）付きのデータである。時計回転方向は−（マイナス）値となり、反時計方向は＋（プラス）値となる。
【００５９】
従って、図７に示すフローチャートのＳ１０３において、工具Ｔが突部Ｗａの計測点Ｍに当接すると、ＣＰＵ３０はＣ軸サーボモータ２０を停止し、計測点Ｍの現在の位置を算出する。即ち、この実計測時においては、前述の仮計測により算出された誤差量を読み込む（Ｓ１０３）。次に、ＣＰＵ３０（計測点算出部４２）は、前式（Ａ）に基づいて、計測点Ｍの座標を算出する。そして、この計測点Ｍの座標位置及び機械原点に基づいてＣＰＵ３０（計測点算出部４２）はＣ軸原点オフセット値を算出し、この算出したＣ軸原点オフセット値をＲＡＭ３２に格納する。以上で、計測点Ｍの実計測が完了となる。
【００６０】
加工基準点は機械座標系におけるＣ軸機械原点からの原点オフセット値に基づいて認識される。この加工基準点を基準として作成された加工プラグラムにおいて指定される工具Ｔの移動経路は、原点オフセット値に基づいて機械座標系に変換され、この機械座標系において工具の移動が数値制御される。即ち、オペレータはプログラム原点からの距離を現在位置として使用することになるものの、ＣＰＵ３０内では原点オフセット値を入力計算している。
【００６１】
このようにして、ＣＰＵ３０はワークＷの加工基準点を自動的に補正して、自動的にワークＷの加工を開始する。
（実施形態の効果）
従って、本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
【００６２】
（１）機械接点式のタッチセンサを使用することなく、Ｃ軸サーボモータ２０のドループ量をセンサ代わりとして活用し、ワークＷ（厳密には、計測点Ｍ）のＣ軸座標値を計測するようにした。即ち、ＣＰＵ３０により生成された主軸２１の目標位置とエンコーダ２０ａにより検出されたＣ軸サーボモータ２０のフィードバック位置との差分に基づいて、ＣＰＵ３０はワークＷ（厳密には、計測点Ｍ）のＣ軸座標値を計測し、Ｃ軸原点オフセット値を入力計算（演算）するようにした。具体的には、計測にはエンドミル等の工具Ｔのみを使用して、当該工具ＴをワークＷの計測点Ｍに当接させ、停止したときの誤差量から当該計測点Ｍの座標位置を算出する。このため、専用の計測装置、例えばタッチセンサ及びその信号伝達装置をＮＣ旋盤１１（工作機械）に組み込む必要がない。従って、ＮＣ旋盤１１の構成が複雑になることがない。
【００６３】
（２）また、プローブにある程度以上の力が加えられることにより作動する機械接点式のタッチセンサによりワークＷの座標位置を計測するようにした場合と異なり、ソフトウェア的な処理によりワークＷの座標位置を求めるようした。このため、高精度の計測に適しており、くり返し精度（計測精度）も確保することができる。
【００６４】
（３）さらに、機械接点式のタッチセンサによりワークＷの座標位置を計測するようにした場合と異なり、機械的な部分が存在しないため、故障及び誤動作は皆無であり、計測精度を向上させることができる。
【００６５】
（４）ワークＷの座標計測（座標算出）の際には、当該ワークＷにおいて予め設定された計測点Ｍを工具Ｔに当接させるだけである。このため、ワークＷが工具Ｔに当接することに起因する当該ワークＷの傷つきを抑制することができる。また、ワークＷの計測点Ｍを工具Ｔに当接させる際、ＣＰＵ３０は、主軸回転トルクが通常値（加工時）よりも小さな計測用の値となるように軸アンプ１４を制御する（図７のＳ１０１を参照）。このため、主軸回転トルクが通常値（加工時）に保たれた状態でワークＷを工具Ｔに当接させるようにした場合に比べて、当該ワークＷの傷つきをいっそう抑制することができる。
【００６６】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を説明する。本実施形態は工具を使用して直線軸の原点補正を行うようにした点で前記第１実施形態と異なる。従って、前記第１実施形態と同様の部材構成及び処理（ステップ）については同一の符号を付し、その重複した説明を省略する。
【００６７】
図８に示すように、数値制御装置１３により数値制御されるターニングセンタ５１の主軸５２には、工具Ｔが工具ホルダ５３を介して着脱可能に設けられている。主軸５２はＣ軸サーボモータ２０（図１及び図２参照）の駆動により自身の中心軸を中心として回動可能とされている。また、ターニングセンタ５１はテーブル５４を備えており、当該テーブル５４は図８に矢印で示すＸ軸方向及びＹ軸方向（図８では図示略）に移動可能とされている。テーブル５４の上面にはワークＷが載置されており、当該ワークＷのＸ軸方向における側面は計測点Ｍとされている。この計測点ＭはワークＷの座標位置を計測する際の基準となる部位である。
【００６８】
さて、図７のフローチャートに示すように、ワークＷの直線軸（本実施形態では、Ｘ軸）に対する位相計測に際して、ＣＰＵ３０はまず主軸移動用のサーボモータ５５を駆動制御して主軸５２を移動開始位置、即ち機械原点へ移動させる。次に、ＣＰＵ３０は主軸回転トルクを制限する（Ｓ１０１）。そして、ＣＰＵ３０（移動指令生成部４０）は、予め設定された目標位置までの移動指令を移動量算出部４１に出力する（Ｓ１０２）。すると、主軸５２はＸ軸方向にワークＷへ向って移動する。
【００６９】
工具ＴがワークＷの計測点Ｍに当接すると、ＣＰＵ３０はＣ軸サーボモータ２０の駆動を停止し、工具Ｔの現在の位置を算出する。即ち、ＣＰＵ３０（計測点算出部４２）は計測点Ｍの目標位置から実移動量を減算して誤差量を演算し（Ｓ１０３）、算出した誤差量をＲＡＭ３２に格納する。目標位置は移動指令生成部４０により生成されたものであり、ＲＡＭ３２に格納されている。実移動量はエンコーダ２０ａにより検出されたＣ軸サーボモータ２０の移動量（回転角度）に基づいて算出される。
【００７０】
次に、ＣＰＵ３０（計測点算出部４２）は、前述した式（Ａ）に基づいて、計測点Ｍの座標位置を算出する。そして、この計測点Ｍの座標位置及び機械原点に基づいてＣＰＵ３０（計測点算出部４２）は原点オフセット値（本実施形態では、Ｘ軸原点オフセット値）を算出し、この算出した原点オフセット値をＲＡＭ３２に格納する。この後、ＣＰＵ３０は主軸５２を所定の退避位置に退避させる（Ｓ１０５）。そして、ＣＰＵ３０は主軸回転トルクの制限を解除する（Ｓ１０６）。以上で、ワークＷの計測点Ｍの実計測が完了となる。
【００７１】
尚、本実施形態において、ターニングセンタ５１は工作機械を構成し、サーボモータ５５はモータを構成する。
従って、本実施形態によれば、ワークＷの直線軸に対する位相計測を行うにあたって、前記第１実施形態の（１）〜（４）と同様の効果を得ることができる。
【００７２】
（別例）
尚、前記両実施形態は以下のような別例に変更して実施してもよい。
・前記第１及び第２実施形態では、それぞれ本発明に係るワークの座標計測方法（座標算出方法）により計測したワークの座標位置に基づいて加工基準点（加工原点）の設定を行うようにしたが、工具長補正及びワーク寸法の算出による加工不良の発見等を行うことも可能である。例えば工具長補正は次のように行われる。即ち、基準位置に設置されたワークＷに工具Ｔを接触させ、基準となる移動量と工具装着時の移動量の差異により工具の寸法を算出する。この算出された工具Ｔの長さの測定値に基づいて、工具長の補正量を算出して設定する。このため、工具Ｔの寸法を計測するための専用の計測装置を工作機械に組み込む必要はない。また、本発明に係るワークの座標計測方法を使用して、ワークＷの各部の座標位置を算出することにより、ワークＷの各部の寸法の算出が可能となる。この算出したワークＷ各部の寸法と基準の寸法とを比較することにより、加工不良の発見が可能となる。このため、ワークＷの寸法を計測するための専用の計測装置を工作機械に組み込む必要はない。
【００７３】
・前記第１実施形態では本発明をＣ軸位相計測に応用したが、例えばＡ軸及びＢ軸等の他の旋回軸に応用してもよい。ちなみに、Ｘ軸回りの回転運動をＡ軸として使用し、またＹ軸回りの回転運動をＢ軸として使用している。このようにしても、前記第１実施形態の（１）〜（４）と同様の効果を得ることができる。
【００７４】
・前記第２実施形態では発明をＸ軸位相計測に応用したが、Ｙ軸及びＺ軸等の他の直線軸に応用してもよい。このようにしても、前記第１実施形態の（１）〜（４）と同様の効果を得ることができる。
【００７５】
・前記第１及び第２実施形態では、数値制御装置１３をＮＣ旋盤１１及びターニングセンタ５１に搭載するようにしたが、ＮＣフライス盤、ＮＣボール盤、ＮＣ研削盤及びマシニングセンタ等の他の工作機械に搭載するようにしてもよい。このようにしても、前記第１実施形態の（１）〜（４）と同様の効果を得ることができる。
【００７６】
・本実施形態では、工具Ｔを使用して計測点Ｍの座標位置を計測するようにしたが、計測専用の工具又は部材（例えば、ピン）を使用して計測するようにしてもよい。このようにしても、前記第１実施形態の（１）〜（４）と同様の効果を得ることができる。
【００７７】
（付記）
次に前記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を以下に追記する。
・前記ワークの計測点に工具を当接させる際、前記モータの回転トルクをワーク加工時の通常値よりも小さな計測用の値とするトルク制限手段を備えた請求項１又は請求項２に記載の数値制御装置。
【００７８】
・ワークの工具当接側の端面に当該ワークの加工原点を設定し、所定の加工プログラムに基づいて指令された加工経路に沿うように工具を移動させるようにしたワークの加工方法において、工具をワークの加工原点に当接させたときの工具の位置を検出し、この検出した工具の位置と予め指定された目標位置との差を演算し、この算出した差分値に基づいてワークの加工原点を補正し、この補正した加工原点を基準として工具を移動させるようにしたワークの加工方法。
【００７９】
・所定の加工プログラムにより指定された工具経路に沿って工具を移動させるためのモータを制御する数値制御装置を備え、ワークの工具当接側の端面に当該ワークの加工原点を設定し、この加工原点を基準として工具を移動させてワークを加工するようにした工作機械において、前記数値制御手段は、前記工具の位置を検出する位置検出手段と、予め設定された目標位置と、前記位置検出手段によって検出された工具がワークにの工具当接側の端面に当接したときの当該工具の位置との差を演算し、この算出した差分値に基づいて機械座標系における機械原点から加工原点までの距離である原点オフセット値を補正する加工原点補正手段とを備えた工作機械。
【００８０】
・所定の加工プログラムに基づいてワークを加工する工作機械に搭載される数値制御装置であって、主軸を所定の制御軸方向に駆動させるためのモータに対して所定の移動指令値を出力する移動指令生成手段と、前記モータの回転角度を検出する回転角検出手段と、前記回転角検出手段により検出されたモータの実際の回転角度と前記移動指令生成手段から出力された移動指令値との誤差量を演算する誤差量演算手段とを備え、前記誤差量演算手段により算出された誤差量に基づいて前記モータを駆動制御するようにした数値制御装置において、前記ワークの工具当接側の端面には加工プログラム上の原点となる計測点を予め設定し、前記移動指令生成手段からの移動指令値と前記誤差量演算手段からの誤差量とに基づいて前記計測点の座標位置を演算する計測点算出手段を備え、前記計測点算出手段により算出された計測点の座標位置に基づいて機械座標系における機械原点から前記計測点までの距離である原点オフセット値を設定するようにした数値制御装置。
【００８１】
この構成によれば、数値制御装置が搭載された工作機械は所定の加工プログラムに基づいてワークを加工する。主軸を所定の制御軸方向に駆動させるためのモータは、所定の移動指令値に基づいて駆動される。このとき、モータの実際の回転角度と移動指令値との誤差量に基づいて当該モータは駆動制御される。ワークの工具当接側の端面には加工プログラム上の原点となる計測点が予め設定される。そして、移動指令生成手段からの移動指令値と誤差量演算手段からの誤差量とに基づいてワークの計測点の座標位置が演算される。この算出された計測点の座標位置に基づいて機械座標系における機械原点から前記計測点までの距離である原点オフセット値が設定される。このため、ワークの計測点の座標位置を計測するためのタッチセンサ等の専用の計測装置を工作機械に組み込むことなく、ワークの計測点の座標位置を計測し、加工基準点（加工原点又はプログラム原点ともいう。）が自動的に補正される。
【００８２】
・工具を所定の制御軸方向に移動させる際の加工プログラム上の基準となる加工原点補正方法において、予め設定されたワークの計測点に工具を当接させ、このときの工具の実際の移動量と予め指定された指令移動量との誤差量、及び予め計測された工具径に基づいて前記計測点の座標位置を演算し、この算出した座標位置に基づいて機械座標系における機械原点から前記計測点までの距離である原点オフセット値を設定するようにした加工原点補正方法。
【００８３】
この構成によれば、予め設定されたワークの計測点に工具を当接させ、このときの工具の実際の移動量と予め指定された指令移動量との誤差量、及び予め計測された工具径に基づいてワークの計測点の座標位置が演算される。この算出した計測点の座標位置に基づいて機械座標系における機械原点から前記計測点までの距離である原点オフセット値が設定される。このため、ワークの計測点の座標位置を計測するためのタッチセンサ等の専用の計測装置を工作機械に組み込むことなく、ワークの計測点の座標位置を計測し、加工基準点（加工原点又はプログラム原点ともいう。）が自動的に補正される。
【００８４】
【発明の効果】
本発明によれば、専用の計測装置を設けることなくワークの位置を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態における工作機械の概略構成図。
【図２】第１及び第２実施形態における数値制御装置の機能ブロック図。
【図３】第１実施形態における位相計測の説明図。
【図４】第１実施形態における位相計測の説明図。
【図５】第１実施形態における位相計測の説明図。
【図６】第１実施形態における位相計測の説明図。
【図７】第１及び第２実施形態における位相計測処理のフローチャート。
【図８】第２実施形態における工作機械の概略構成図。
【符号の説明】
１１…ＮＣ旋盤（工作機械）、１３…数値制御装置、
２０…Ｃ軸サーボモータ（モータ）、２１…主軸、
２０ａ…回転角検出手段を構成するエンコーダ、
３２…記憶手段を構成するＲＡＭ、
４０…移動指令生成手段を構成する移動指令生成部、
４２…計測点算出手段を構成する計測点算出部、
４３…誤差量演算手段を構成する誤差量演算部、
５１…ターニングセンタ（工作機械）、５２…主軸、
５５…サーボモータ（モータ）、Ｍ…計測点、Ｔ…工具、Ｗ…ワーク。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a numerical control device mounted on a machine tool, a machine tool including the same, and a coordinate calculation method for a workpiece.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a multi-task machine tool equipped with a numerical control device such as a machining center or FMS (Flexible Manufacturing System). A workpiece is automatically supplied to the machine tool, and the machine tool automatically processes the supplied workpiece according to a predetermined processing program. In order to automatically machine a supplied workpiece, it is necessary to measure the shape and dimensions of the workpiece and set a machining reference point (also referred to as a machining origin or a program origin). The machining reference point is recognized based on the origin offset value from the machine origin in the machine coordinate system. The movement path of the tool specified in the machining program created with the machining reference point as a reference is converted into a machine coordinate system based on the origin offset value, and the movement of the tool is numerically controlled in this machine coordinate system.
[0003]
In general, since the workpiece has a predetermined allowable error, for example, when a machining reference point is set on the end surface of the workpiece on the tool contact side, the coordinate position of the end surface of the workpiece in the machine coordinate system is Slightly different for each workpiece. However, the tool that is numerically controlled according to the machining program moves through a predetermined movement path unless the origin offset value is changed. For this reason, for example, when it is intended to perform some processing at a predetermined distance from the processing reference point on the end surface of the workpiece, the dimension from the workpiece end surface of the processing site differs for each workpiece, resulting in a decrease in processing accuracy. There was a risk.
[0004]
In order to solve this problem, conventionally, a multi-task machine tool is provided with a touch sensor, and the shape and dimensions of the workpiece and the coordinate position of the workpiece end surface are measured by the touch sensor. Then, the numerical controller corrects the above-described origin offset value, that is, the machining origin of the workpiece, according to the measured coordinate position of the workpiece end surface.
[0005]
As a machine tool equipped with such a numerical control device, for example, a lathe having a C-axis control function is known. In this lathe, when the workpiece has a non-axisymmetric special shape, for example, when there are projections and depressions in which the angle in the C-axis direction from the processing reference point is specified on the inner and outer peripheral portions and the end surface of the workpiece, the C-axis control Therefore, it is necessary to accurately set the machining reference point with respect to the C-axis origin (machine origin) serving as the reference. The machining reference point is also referred to as a machining origin or a program origin, and serves as a reference (origin) of a value designated in the machining program. As described above, when machining a specially shaped workpiece having a C-axis value designation shape (for example, a fan shape) in which the C-axis value with respect to the machining reference point is designated by an angle, the numerical control device performs the following processing. I do.
[0006]
In other words, the numerical control device rotates the workpiece by C-axis control based on a predetermined search program, so that the angle from the C-axis origin for each of the measurement points set on both sides in the C-axis direction of the C-axis value designation shape. Measure. Subsequently, the numerical controller determines the angle of the machining reference point from the C-axis origin based on the measured angle and the designated angle with respect to the machining reference point of the C-axis value designated shape. Then, with respect to the angle specified in the machining program with reference to the machining reference point, the C axis is positioned with reference to the C axis origin in consideration of the angle from the C axis origin of the machining reference point. . By this positioning, processing such as milling is performed on the workpiece while maintaining an accurate positional relationship with respect to the C-axis value designation shape (see, for example, Patent Document 1).
[0007]
Also known is a multi-tasking machine equipped with a grinding unit that detects the dimension and position of a workpiece and automates the setting of a machining reference point. This composite processing machine includes a turning mill unit and a grinding unit. The turning mill unit has a turret tool post, and the tool post is equipped with a touch sensor tool. A main shaft is disposed so as to face the tool post, and a workpiece is held on the main shaft. When the workpiece and the tool post are brought close to each other and the probe of the touch sensor tool touches the workpiece, the touch sensor tool generates a signal. This signal is sent to the measurement processing unit, and the size and position of the workpiece are detected. Based on the data of these workpieces, the numerical controller determines a grinding reference point (for example, see Patent Document 2).
[0008]
[Patent Document 1]
JP-A-5-4149
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-1223637
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional numerical control apparatus has the following problems. That is, a mechanical contact type touch sensor is used to measure the processing reference point of the workpiece. Specifically, the probe of the touch sensor is brought into contact with the measurement point of the workpiece, the contact between the measurement point and the touch sensor is detected by turning on / off the mechanical contact, and the measurement coordinates are calculated from the coordinates of the contact part. It was. Then, the machining reference point is automatically corrected based on the calculated measurement coordinates of the workpiece.
[0010]
For this reason, it was necessary to incorporate a dedicated measuring device such as a touch sensor and its signal transmission device into the machine tool. Therefore, there is a problem that the configuration of the machine tool is complicated. In addition, the mechanical contact type touch sensor operates when a certain level of force is applied to the probe. For this reason, it is not suitable for high-accuracy measurement, and there is a limit to improving the repeatability (measurement accuracy). Furthermore, there is a risk of touch sensor failure and malfunction. When the touch sensor fails, it becomes impossible to automatically process the workpiece. When the touch sensor malfunctions, the machining accuracy of the workpiece decreases.
[0011]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a numerical control device capable of measuring the coordinate position of a workpiece without providing a dedicated measuring device, and a machine tool including the numerical control device. And providing a coordinate calculation method for a workpiece.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1 is a numerical control device mounted on a machine tool for machining a workpiece based on a predetermined machining program, and is predetermined for a motor for driving a main shaft in a predetermined control axis direction. The movement command generation means for outputting the movement command value, the rotation angle detection means for detecting the rotation angle of the motor, the actual rotation angle of the motor detected by the rotation angle detection means, and the output from the movement command generation means In the numerical control apparatus, comprising: an error amount calculation unit that calculates an error amount with respect to the movement command value that has been performed, wherein the motor is driven and controlled based on the error amount calculated by the error amount calculation unit. Measurement point calculation means for calculating a coordinate position of a workpiece measurement point set in advance based on the movement command value from the command generation means and the error amount from the error amount calculation means The gist.
[0013]
The invention according to claim 2 is the numerical control device according to claim 1, further comprising storage means for storing tool diameter data measured in advance, wherein the measurement point calculation means is stored in the storage means. The gist is that the coordinate position of the measurement point is calculated in consideration of the tool diameter.
[0014]
The gist of the invention described in claim 3 is that the machine tool for machining a workpiece based on a predetermined machining program is provided with the numerical control device according to claim 1 or 2.
[0015]
According to a fourth aspect of the present invention, in the workpiece coordinate calculation method as a reference on the machining program when moving the tool in a predetermined control axis direction, the tool is brought into contact with a preset workpiece measurement point, The gist is that the coordinate position of the measurement point is calculated based on the error amount between the actual movement amount of the tool at this time and the command movement amount specified in advance, and the tool diameter measured in advance.
[0016]
(Function)
According to the first aspect of the present invention, a machine tool equipped with a numerical control device processes a workpiece based on a predetermined processing program. A motor for driving the main shaft in a predetermined control axis direction is driven based on a predetermined movement command value. At this time, the motor is driven and controlled based on the error amount between the actual rotation angle of the motor and the movement command value. Then, the coordinate position of the measurement point of the workpiece is calculated based on the movement command value from the movement command generation unit and the error amount from the error amount calculation unit. For this reason, it is not necessary to incorporate a dedicated measuring device such as a touch sensor for measuring the coordinate position of the measurement point of the workpiece into the machine tool.
[0017]
According to the second aspect of the present invention, in addition to the operation of the numerical control apparatus according to the first aspect, the coordinate position of the workpiece measurement point is calculated in consideration of the tool diameter stored in the storage means. For this reason, the coordinate position of the measurement point of a workpiece | work is calculated | required more correctly.
[0018]
According to the invention described in claim 3, in the machine tool that processes the workpiece based on the predetermined machining program, the numerical control device according to claim 1 or 2 is provided, so that There is no need to incorporate a dedicated measuring device such as a touch sensor for measuring the coordinate position into the machine tool. For this reason, the configuration of the machine tool is not complicated. The machining accuracy of the workpiece is also improved.
[0019]
According to the fourth aspect of the present invention, the tool is brought into contact with a preset workpiece measurement point, and an error amount between the actual movement amount of the tool at this time and a command movement amount designated in advance, Based on the measured tool diameter, the coordinate position of the workpiece measurement point is calculated. For this reason, it is not necessary to incorporate a dedicated measuring device such as a touch sensor for measuring the coordinate position of the measurement point of the workpiece into the machine tool.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
A first embodiment in which the present invention is embodied in a numerical control device that is mounted on a machine tool such as a lathe and that numerically controls the machine tool will be described below with reference to FIGS.
[0021]
(Overall configuration of lathe)
As shown in FIG. 1, the NC lathe (numerical control lathe) 11 includes a machine main body 12, a numerical control device 13 that numerically controls the machine main body 12, an axis amplifier (servo amplifier) 14, and an operation panel 15.
[0022]
(Machine body)
The machine body 12 includes a C-axis servomotor 20 and a main shaft 21 that is directly connected to the C-axis servomotor 20. The C-axis servomotor 20 is provided with an encoder 20a, and the encoder 20a detects the amount of movement (rotation angle) of the C-axis servomotor 20 from time to time. By driving the C-axis servomotor 20, the main shaft 21 is rotatable about its own central axis. The spindle 21 is provided with a chuck 22 for gripping and fixing a workpiece (workpiece) W during machining. The machine body 12 includes a tool post 23. The tool post 23 can turn around its own central axis and can move in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction indicated by arrows in FIG. A tool T for processing the workpiece W is detachably mounted on the tool post 23 via a tool holder 24.
[0023]
In addition to a turning tool such as a cutting tool, a rotary tool such as a drill and a milling cutter can be attached to the tool post 23. For this reason, the NC lathe 11 can perform milling (processing with a rotating tool) in addition to turning, depending on the type of the tool T to be mounted, and exhibits a function as a multi-tasking machine. In the present embodiment, an end mill is mounted as the tool T, and the end mill is mounted on the tool post 23 in a state of being set on a tool holder 24 that allows the rotational drive thereof. Therefore, the tool T is allowed to rotate and can perform notch machining or the like on the workpiece W.
[0024]
In the present embodiment, the direction of the main shaft 21 is the Z axis, and the direction orthogonal to the Z axis is the X axis. An axis orthogonal to both the X axis and the Z axis is taken as a Y axis. Furthermore, the rotational motion around the Z axis is used as the C axis as the turning coordinate axis. The X-axis, Y-axis, Z-axis, and C-axis constitute predetermined control axes that are controlled by the numerical controller 13.
[0025]
(Numerical control device)
As shown in FIG. 1, the numerical controller 13 includes a CPU (Central Processing Unit) 30, a ROM (Read Only Memory) 31, and a RAM (Read / Write Only Memory) 32. The ROM 31 stores various control programs such as a temporary measurement program executed by the CPU 30, an actual measurement program, and a machining program automatic creation program, and various tool data. The tool data includes tool diameter data (tool radius data), tool type data, and the like. The RAM 32 is a data work area for the CPU 30 to execute various arithmetic processes by developing various control programs written in the ROM 31. The RAM 32 temporarily stores various calculation processing results and the like when the CPU 30 performs various calculation processes.
[0026]
The CPU 30 has an automatic programming function, and can automatically create a machining program stored in the ROM 31. Specifically, the automatic programming function includes an interactive programming function, and the CPU 30 gives a predetermined instruction such as data input to the operator via a display unit (not shown) of the operation panel 15. The CPU 30 calculates and creates a machining program based on data (for example, machining shape and machining conditions) input by the operator via a data input unit (not shown) such as a keyboard of the operation panel 15. The CPU 30 controls the machine main body 12 to process the workpiece W into a desired shape according to the predetermined processing program created in advance.
[0027]
(Axis amplifier)
The axis amplifier 14 is also called a servo amplifier or a servo amplifier, and amplifies a signal output from the CPU 30. Since the signal output from the CPU 30 is very weak, in order for the CPU 30 to control the motor, it is necessary to amplify the current with an amplifier. Further, the shaft amplifier 14 processes the difference between the “target value” such as the position command value, the speed command value, and the torque command value and the “feedback amount” output from the C-axis servomotor 20 that is the control target. Finally, the C-axis servomotor 20 is driven.
[0028]
In the present embodiment, the NC lathe 11 constitutes a machine tool, and the C-axis servomotor 20 constitutes a motor. The encoder 20a constitutes a rotation angle detection means, and the RAM 32 constitutes a storage means.
[0029]
(Operation of the embodiment)
Next, the operation of the NC lathe 11 configured as described above will be described.
The operator inputs various data through the data input unit of the operation panel 15 in accordance with instructions from the numerical control device 13. An instruction from the numerical controller 13 is displayed on the display unit of the operation panel 15. The CPU 30 creates a machining program based on various data input by an operator according to a known machining program automatic creation program stored in the ROM 31, and stores the machining program in the RAM 32.
[0030]
Thereafter, when an operator inputs a machining command for the workpiece W to the CPU 30 via the input unit of the operation panel 15, the CPU 30 reads a machining program related to the workpiece W from the RAM 32. In accordance with this machining program, the CPU 30 drives and controls the shaft amplifier 14 and the tool post 23 to execute machining of the workpiece W. As described above, in the NC lathe 11, the machining program corresponding to the workpiece W to be machined is read from the RAM 32 and executed, whereby control for machining work is performed.
[0031]
In this machining program, when a machining operation such as milling accompanied by C-axis control is specified with reference to a machining reference point of the workpiece W (also referred to as a machining origin or a program origin), the workpiece W is an axisymmetric part. Sometimes, machining may be started from any angular position of the workpiece W. However, when the workpiece W is not an axisymmetric part, for example, as shown in FIG. 3, when a projection Wa is formed on the outer periphery of the workpiece W, machining with C-axis control on the projection Wa is performed in an appropriate state. In order to do this, it is necessary to detect the angle of the machining reference point with respect to the C-axis origin (machine origin) (that is, the C-axis origin offset value). This is because the positional relationship between the protrusion Wa and the shape formed by milling is constrained via the processing reference point.
[0032]
(C-axis control of NC lathe)
Next, the C-axis control of the CPU 30 executed according to various control programs stored in the ROM 31 will be described based on the functional block diagram shown in FIG.
[0033]
In the present embodiment, the machine origin is a point inherent to the NC lathe 11 and cannot move freely. At this machine origin, the transmission values of the position detector indicate X = 0 and Y = 0, and the machine origin is a reference point. The program origin (machining reference point) is generally set at the center of the workpiece attachment end or the center of the workpiece machining end surface, and is programmed with the program origin as X = 0 and Y = 0. The program origin position setting can be changed arbitrarily. Since the distance from the machine origin to the workpiece W and the tool position is large and the numerical values are difficult to understand, a machining reference point is set.
[0034]
Now, as shown in FIG. 2, various data (material data, processing conditions, etc.) input from the operation panel 15 are sent to the movement command generation unit 40. The movement command generation unit 40 calculates a command movement amount (in this case, a rotation amount of the C axis; a rotation angle) based on the various data, and sends the calculated command movement amount to the movement amount calculation unit 41. Further, the movement command generation unit 40 sends the calculated command movement amount to the measurement point calculation unit 42.
[0035]
The movement amount calculation unit 41 divides the command movement amount (for example, 100 rad) into a plurality of unit movement amounts (for example, 10 rad), and sends the unit movement amount to the error amount calculation unit 43 of the axis amplifier 14. The actual amount of movement (feedback value) detected by the encoder 20a is also input to the error amount calculator 43.
[0036]
The error amount calculation unit 43 calculates a difference between the target movement amount from the movement amount calculation unit 41 and the actual movement amount, that is, an error amount between the target value and the measured value, and outputs a motor output signal based on the error amount. Output to the C-axis servomotor 20. That is, the axis amplifier 14 feedback-controls the C-axis servomotor 20 so that the error amount becomes zero. Thereby, in the NC lathe 11, accurate C-axis control is performed.
[0037]
Further, the error amount calculation unit 43 sends the calculated error amount to the measurement point calculation unit 42. The measurement point calculation unit 42 is based on the command movement amount generated by the movement command generation unit 40, the error amount calculated by the error amount calculation unit 43, and a correction amount calculated in advance (tool radius in this embodiment). The coordinates of the measurement point M of the workpiece W set in advance are calculated. That is, the measurement point calculation unit 42 calculates the coordinates of the measurement point M based on the droop amount of the C-axis servomotor 20 that is the difference between the target position and the feedback position. Based on the calculated coordinates of the measurement point M, a program-based C-axis offset (hereinafter referred to as “C-axis origin offset value”) is calculated.
[0038]
The C-axis origin offset value is the distance (angle) from the C-axis machine origin to the C-axis program origin. In other words, the C-axis origin offset value specifies which position (angle) the C-axis program origin is relative to the C-axis machine origin. In this embodiment, a series of processes for measuring the coordinate position of the measurement point M of the workpiece W and obtaining and setting the origin offset value based on the measured coordinate position of the measurement point M is referred to as “C-axis phase measurement”. . The processing reference point calculation process executed by the measurement point calculator 42 will be described in detail later. In the present embodiment, the measurement point M of the workpiece W is a side surface in the C-axis direction of the protrusion Wa.
[0039]
In this embodiment, the movement command generator 40 constitutes a movement command generator, and the measurement point calculator 42 constitutes a measurement point calculator. The error amount calculation unit 43 constitutes an error amount calculation means, and the command movement amount (C-axis rotation amount; rotation angle) calculated by the movement command generation unit 40 constitutes a movement command value.
[0040]
(C-axis phase measurement)
Next, measurement of the origin offset value of the workpiece W (that is, C-axis phase measurement) will be described in detail with reference to the flowcharts shown in FIGS. This flowchart is executed in accordance with a measurement program stored in the ROM 31 in advance. In the present embodiment, the step is abbreviated as “S”.
[0041]
This C-axis phase measurement is the following process. That is, as shown in FIG. 3, first, the C axis is rotated, and the workpiece measurement point M (in this embodiment, the C axis of the projection Wa in the tool T fixed to the tool post 23 via the tool holder 24. Read the coordinates when stopping by hitting the side in the direction. Based on the read coordinates, the C-axis origin offset value is calculated and set.
[0042]
When the measurement point M of the workpiece W is directly used as the C-axis program origin, the coordinates of the stop position of the workpiece W (strictly, the measurement point M) are directly used as the C-axis origin offset value. If the C-axis program origin is different from the measurement point M, the difference is added to the coordinates of the stop position of the workpiece W (projection Wa) to obtain the C-axis origin offset value. Further, a deviation amount by the tool T used for C-axis phase measurement is added to the coordinates of the stop position of the workpiece W.
[0043]
In this C-axis phase measurement, it is necessary to measure the position data (C-axis machine position) of the measurement point M serving as a reference for the measurement and the deviation amount by the tool T, and set them in advance as data. These data are set in the order of 1) measurement of the C-axis machine position of the measurement point M, 2) measurement of the deviation amount by the tool T, and 3) reflection in the actual program. Hereinafter, these will be described in order.
[0044]
(1: Measurement of C-axis machine origin at measurement point M)
First, measurement of the C-axis mechanical origin at the measurement point M will be described. As shown in FIG. 3, the workpiece W is rotated by the C-axis control, and the C-axis mechanical origin of the workpiece W is measured at the measurement point M of the workpiece W. Specifically, as shown in FIG. 4, the dial gauge D measures the shake of the measurement point M in the X-axis direction, and the C-axis position without the shake becomes the C-axis machine origin of the measurement point M. The C-axis mechanical origin is stored in the RAM 32. The coordinate value is a value displayed on the display unit of the operation panel 15.
[0045]
(2: Measurement of tool deviation)
Next, measurement of the deviation amount by the tool T will be described. As shown in FIG. 5, since the tool T is used for the C-axis phase measurement, a slight deviation occurs between the C-axis machine origin and the coordinates of the stop position in contact with the tool T. Here, a temporary measurement program is created, and the actual measurement coordinate position at the stop position where the tool T stops is measured by executing the program. When creating a temporary measurement program, various data such as the C-axis measurement start position, the X-axis measurement position, the Z-axis measurement position, and the C-axis measurement end position are input through the data input unit of the operation panel 15 in accordance with instructions from the numerical controller 13. To do.
[0046]
The C-axis measurement start position is a coordinate position where the tool T is arranged within the rotation range of the measurement point M when the temporary measurement is started. The X-axis measurement position is a coordinate position in the X-axis direction to be measured. If the X-axis measurement position, that is, the contact position of the measurement point M with respect to the tool T changes, the C-axis coordinate position also changes, so the X-axis measurement position is a fixed value. The Z-axis measurement position is a coordinate position in the Z-axis direction to be measured, and this coordinate position is also a fixed value. The C-axis measurement end position is a maximum position where the C-axis moves for measurement, that is, a target position (see FIG. 3). However, during measurement, the actual movement of the workpiece W in the direction of the C-axis measurement end position is restricted by the measurement point M coming into contact with the tool T before reaching the C-axis measurement end position.
[0047]
When the temporary measurement program is executed, the coordinate position of actual measurement at the stop position of the workpiece W shown in FIG. 3 is set. The difference between the actual measurement coordinate position and the C-axis machine origin is the shift amount (correction amount). This correction amount is stored in the RAM 32. When the temporary measurement program is executed, the C-axis machine position of the measurement point M obtained in advance is set as the C-axis origin offset value.
[0048]
(Tentative measurement)
Next, the procedure of temporary measurement by the numerical controller 13 will be described in detail according to the flowchart shown in FIG. This flowchart is executed according to a temporary measurement program stored in the ROM 31 in advance.
[0049]
As shown in the flowchart of FIG. 7, the CPU 30 first drives and controls the C-axis servomotor 20 so as to return the C-axis to its mechanical origin, and also drives the turret so as to return the X-axis to its mechanical origin. The motor (not shown) is driven and controlled. Thereafter, the CPU 30 moves the spindle 21 to the C-axis measurement start position at a predetermined feed speed, and moves the tool post 23 to the X-axis measurement start position. Then, the CPU 30 limits the spindle rotation torque (rotation torque of the C-axis servomotor 20). That is, the CPU 30 controls the shaft amplifier 14 so that the spindle rotation torque becomes a measurement value smaller than the normal value (during machining) (S101). The processing of S101 constitutes torque limiting means for setting the rotational torque of the C-axis servomotor 20 to a measurement value smaller than the normal value during workpiece machining when the tool T is brought into contact with the measurement point M of the workpiece W. To do.
[0050]
Next, the CPU 30 moves the tool post 23 to the Z-axis measurement start position for measuring. Then, the CPU 30 starts a temporary measurement operation. That is, the CPU 30 (movement command generation unit 40) outputs a movement command to a preset target position to the movement amount calculation unit 41 (S102).
[0051]
The movement amount calculation unit 41 divides the received command movement amount into a plurality of unit movement amounts, and sends this unit movement amount to the axis amplifier 14. The error amount calculation unit 43 of the axis amplifier 14 compares the unit movement amount sent from the movement amount calculation unit 41 with the actual movement amount of the C-axis servomotor 20 detected by the encoder 20a, and the difference between the two is calculated. The motor output is controlled so that becomes zero. That is, the shaft amplifier 14 receives feedback from the encoder 20a every time the motor output for one unit movement amount is performed. For this reason, for example, as compared with the case where movement commands are output to the C-axis servomotor 20 in a lump, the movement amount (rotation amount) of the C-axis servomotor 20 can be accurately controlled.
[0052]
When the tool T comes into contact with the measurement point M of the protrusion Wa, the CPU 30 stops the C-axis servomotor 20 and calculates the current position of the measurement point M. That is, during this temporary measurement, the CPU 30 (measurement point calculation unit 42) calculates an error amount by subtracting the actual movement amount from the target position of the measurement point M (S103), and stores the calculated error amount in the RAM 32. . The target position is generated by the movement command generation unit 40 and is stored in the RAM 32. The actual movement amount is calculated based on the movement amount (rotation angle) of the C-axis servomotor 20 detected by the encoder 20a.
[0053]
Next, CPU30 (measurement point calculation part 42) calculates the coordinate position of the measurement point M based on following Formula (A). The CPU 30 (measurement point calculation unit 42) calculates a C-axis origin offset value based on the coordinate position of the measurement point M and the machine origin, and stores the calculated C-axis origin offset value in the RAM 32.
[0054]
Measurement point M = target position−error amount + correction amount (A)
Here, the measurement point M is a coordinate position serving as a processing reference point of the workpiece W. The error amount is a difference between the target position and the shift amount (correction amount). The correction amount is the difference between the C-axis machine position and the actual measurement coordinates.
[0055]
Thereafter, the CPU 30 retracts the main shaft 21 to a predetermined C-axis retract position and retracts the tool post 23 to a predetermined Z-axis retract position (S105). Then, the CPU 30 drives and controls the C-axis servomotor 20 so as to return the spindle 21 to the C-axis machine origin, and drives and controls the tool post driving motor so as to return the tool rest 23 to the X-axis machine origin. . Finally, the CPU 30 releases the restriction on the spindle rotational torque in S101 (S106). Thus, the provisional measurement of the measurement point M is completed.
[0056]
(3: Reflection to actual measurement program)
Data obtained by the above-described provisional measurement (position data of the measurement point M and deviation amount by the tool T) is stored in the RAM 32 and reflected in the actual measurement program. That is, in the temporary measurement described above, the actual measurement coordinate position (work reference position) of the measurement point M is used as the reference position of the machining program as it is, but in the actual measurement program, the deviation amount (correction amount) by the tool T and the C-axis program The program takes into account the origin. That is, as shown in FIG. 6, the C-axis program origin deviation amount is obtained from the difference between the C-axis machine origin and the C-axis program origin. That is, the following equation (B) is established between them.
[0057]
C-axis program origin deviation = C-axis machine origin-C-axis program origin ... (B)
(Actual measurement)
Next, the actual measurement procedure by the numerical controller 13 will be described in detail with reference to the flowchart shown in FIG. This flowchart is executed in accordance with an actual measurement program stored in the ROM 31 in advance. Actual measurement of the measurement point M is performed in the same procedure as the provisional measurement described above, and only the parameters required from the numerical controller 13 at the time of execution are different. This is because in the actual measurement program, the deviation amount (correction amount) by the tool T and the origin of the C-axis program are considered. Therefore, a detailed description of the same processing as the provisional measurement described above is omitted.
[0058]
When creating an actual measurement program, in addition to the C-axis measurement start position, the X-axis measurement position, the Z-axis measurement position, and the C-axis measurement end position in accordance with instructions from the numerical control device 13, the deviation amount (correction amount) by the tool and the C-axis The program origin deviation amount is input through the data input unit of the operation panel 15, respectively. The deviation amount (correction amount) by the tool is a value obtained by the temporary measurement described above and stored in the RAM 32. This is data that is calculated by measuring the deviation amount by the tool T and stored in the RAM 32. The C-axis program origin deviation amount is a difference amount from the C-axis program origin to the measurement point M, and is data with a sign (+, −). The clockwise direction is a negative value, and the counterclockwise direction is a positive value.
[0059]
Therefore, in S103 of the flowchart shown in FIG. 7, when the tool T comes into contact with the measurement point M of the protrusion Wa, the CPU 30 stops the C-axis servomotor 20 and calculates the current position of the measurement point M. That is, at the time of this actual measurement, the error amount calculated by the above temporary measurement is read (S103). Next, the CPU 30 (measurement point calculation unit 42) calculates the coordinates of the measurement point M based on the previous equation (A). The CPU 30 (measurement point calculation unit 42) calculates a C-axis origin offset value based on the coordinate position of the measurement point M and the machine origin, and stores the calculated C-axis origin offset value in the RAM 32. Thus, the actual measurement at the measurement point M is completed.
[0060]
The machining reference point is recognized based on the origin offset value from the C-axis machine origin in the machine coordinate system. The movement path of the tool T specified in the machining program created on the basis of this machining reference point is converted into a machine coordinate system based on the origin offset value, and the movement of the tool is numerically controlled in this machine coordinate system. That is, the operator uses the distance from the program origin as the current position, but the CPU 30 inputs and calculates the origin offset value.
[0061]
In this way, the CPU 30 automatically corrects the machining reference point of the workpiece W and automatically starts machining the workpiece W.
(Effect of embodiment)
Therefore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
[0062]
(1) Without using a mechanical contact type touch sensor, the droop amount of the C-axis servo motor 20 is used as a sensor, and the C-axis coordinate value of the work W (measurement point M) is measured. I made it. That is, based on the difference between the target position of the main shaft 21 generated by the CPU 30 and the feedback position of the C-axis servomotor 20 detected by the encoder 20a, the CPU 30 determines the C-axis of the workpiece W (strictly, the measurement point M). The coordinate value was measured, and the C-axis origin offset value was input (calculated). Specifically, only the tool T such as an end mill is used for measurement, the tool T is brought into contact with the measurement point M of the workpiece W, and the coordinate position of the measurement point M is calculated from the error amount when stopped. To do. For this reason, it is not necessary to incorporate a dedicated measuring device such as a touch sensor and its signal transmission device into the NC lathe 11 (machine tool). Therefore, the configuration of the NC lathe 11 is not complicated.
[0063]
(2) Unlike the case where the coordinate position of the workpiece W is measured by a mechanical contact type touch sensor that operates when a force exceeding a certain level is applied to the probe, the coordinate position of the workpiece W is processed by software processing. I asked for. For this reason, it is suitable for high-precision measurement, and repeatability (measurement accuracy) can be ensured.
[0064]
(3) Furthermore, unlike the case where the coordinate position of the workpiece W is measured by a mechanical contact type touch sensor, there is no mechanical part, so there is no failure or malfunction, and the measurement accuracy is improved. Can do.
[0065]
(4) At the time of coordinate measurement (coordinate calculation) of the workpiece W, only the measurement point M set in advance on the workpiece W is brought into contact with the tool T. For this reason, the damage of the said workpiece | work W resulting from the workpiece | work W contact | abutting to the tool T can be suppressed. When the measurement point M of the workpiece W is brought into contact with the tool T, the CPU 30 controls the shaft amplifier 14 so that the spindle rotation torque becomes a measurement value smaller than a normal value (during machining) (FIG. 7). (See S101). For this reason, it is possible to further prevent the workpiece W from being damaged as compared with the case where the workpiece W is brought into contact with the tool T in a state where the spindle rotation torque is maintained at a normal value (during machining).
[0066]
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. This embodiment is different from the first embodiment in that a linear axis origin correction is performed using a tool. Accordingly, the same members and processes (steps) as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and redundant description thereof is omitted.
[0067]
As shown in FIG. 8, a tool T is detachably provided on a main shaft 52 of a turning center 51 that is numerically controlled by the numerical control device 13 via a tool holder 53. The main shaft 52 is rotatable about its own central axis by driving a C-axis servomotor 20 (see FIGS. 1 and 2). Further, the turning center 51 includes a table 54, and the table 54 is movable in the X-axis direction and the Y-axis direction (not shown in FIG. 8) indicated by arrows in FIG. A workpiece W is placed on the upper surface of the table 54, and a side surface in the X-axis direction of the workpiece W is a measurement point M. The measurement point M is a part serving as a reference when measuring the coordinate position of the workpiece W.
[0068]
As shown in the flowchart of FIG. 7, when measuring the phase of the workpiece W with respect to the linear axis (in this embodiment, the X axis), the CPU 30 first drives and controls the servo motor 55 for moving the spindle to start moving the spindle 52. Move to position, machine origin. Next, the CPU 30 limits the spindle rotational torque (S101). Then, the CPU 30 (movement command generation unit 40) outputs a movement command to a preset target position to the movement amount calculation unit 41 (S102). Then, the main shaft 52 moves toward the workpiece W in the X-axis direction.
[0069]
When the tool T comes into contact with the measurement point M of the workpiece W, the CPU 30 stops driving the C-axis servomotor 20 and calculates the current position of the tool T. That is, the CPU 30 (measurement point calculation unit 42) calculates an error amount by subtracting the actual movement amount from the target position of the measurement point M (S103), and stores the calculated error amount in the RAM 32. The target position is generated by the movement command generation unit 40 and is stored in the RAM 32. The actual movement amount is calculated based on the movement amount (rotation angle) of the C-axis servomotor 20 detected by the encoder 20a.
[0070]
Next, the CPU 30 (measurement point calculation unit 42) calculates the coordinate position of the measurement point M based on the above-described equation (A). Then, based on the coordinate position of the measurement point M and the machine origin, the CPU 30 (measurement point calculation unit 42) calculates an origin offset value (X-axis origin offset value in the present embodiment), and the calculated origin offset value is calculated. Store in the RAM 32. Thereafter, the CPU 30 retracts the main shaft 52 to a predetermined retracted position (S105). Then, the CPU 30 releases the restriction on the spindle rotational torque (S106). Thus, the actual measurement of the measurement point M of the workpiece W is completed.
[0071]
In the present embodiment, the turning center 51 constitutes a machine tool, and the servo motor 55 constitutes a motor.
Therefore, according to the present embodiment, the same effects as (1) to (4) of the first embodiment can be obtained in performing phase measurement on the linear axis of the workpiece W.
[0072]
(Another example)
In addition, you may implement by changing both said embodiment into the following other examples.
In the first and second embodiments, the machining reference point (machining origin) is set based on the workpiece coordinate position measured by the workpiece coordinate measurement method (coordinate calculation method) according to the present invention. However, it is also possible to find machining defects by correcting the tool length and calculating the workpiece dimensions. For example, the tool length correction is performed as follows. That is, the tool T is brought into contact with the workpiece W placed at the reference position, and the tool size is calculated based on the difference between the reference movement amount and the movement amount when the tool is mounted. Based on the calculated measurement value of the length of the tool T, a correction amount of the tool length is calculated and set. For this reason, it is not necessary to incorporate a dedicated measuring device for measuring the dimension of the tool T into the machine tool. In addition, by calculating the coordinate position of each part of the workpiece W using the workpiece coordinate measurement method according to the present invention, the dimensions of each part of the workpiece W can be calculated. By comparing the calculated dimensions of each part of the workpiece W with the reference dimensions, it is possible to find a processing defect. For this reason, it is not necessary to incorporate a dedicated measuring device for measuring the dimension of the workpiece W into the machine tool.
[0073]
In the first embodiment, the present invention is applied to C-axis phase measurement, but may be applied to other swiveling axes such as the A-axis and the B-axis. Incidentally, the rotational movement around the X axis is used as the A axis, and the rotational movement around the Y axis is used as the B axis. Even if it does in this way, the effect similar to (1)-(4) of the said 1st Embodiment can be acquired.
[0074]
In the second embodiment, the invention is applied to the X-axis phase measurement, but may be applied to other linear axes such as the Y-axis and the Z-axis. Even if it does in this way, the effect similar to (1)-(4) of the said 1st Embodiment can be acquired.
[0075]
In the first and second embodiments, the numerical control device 13 is mounted on the NC lathe 11 and the turning center 51. However, the numerical control device 13 is mounted on other machine tools such as an NC milling machine, an NC drilling machine, an NC grinding machine, and a machining center. You may make it do. Even if it does in this way, the effect similar to (1)-(4) of the said 1st Embodiment can be acquired.
[0076]
-In this embodiment, although the coordinate position of the measurement point M was measured using the tool T, you may make it measure using the tool or member (for example, pin) only for a measurement. Even if it does in this way, the effect similar to (1)-(4) of the said 1st Embodiment can be acquired.
[0077]
(Appendix)
Next, a technical idea that can be grasped from the embodiment and another example will be added below.
3. The torque limiting means according to claim 1 or 2, further comprising a torque limiting means for setting the rotational torque of the motor to a value for measurement smaller than a normal value at the time of workpiece machining when the tool is brought into contact with the measurement point of the workpiece. Numerical control unit.
[0078]
In the workpiece machining method, the machining origin of the workpiece is set on the end surface of the workpiece on the tool contact side, and the tool is moved along the machining path commanded based on a predetermined machining program. The position of the tool when it is brought into contact with the machining origin of the workpiece is detected, the difference between the detected tool position and a predetermined target position is calculated, and the machining origin of the workpiece is calculated based on the calculated difference value. This is a workpiece machining method in which the tool is moved with reference to the corrected machining origin.
[0079]
・ Equipped with a numerical control device that controls the motor for moving the tool along the tool path specified by a predetermined machining program. The machining origin of the workpiece is set on the end surface of the workpiece on the tool contact side. In a machine tool configured to process a workpiece by moving a tool with reference to the origin, the numerical control means includes a position detection means for detecting the position of the tool, a preset target position, and the position detection means. The difference between the tool position detected when the tool is in contact with the end surface on the tool contact side of the workpiece and the position of the tool is calculated, and from the machine origin to the machining origin in the machine coordinate system based on the calculated difference value. A machine tool provided with machining origin correction means for correcting the origin offset value, which is the distance of.
[0080]
A numerical control device mounted on a machine tool that processes a workpiece based on a predetermined machining program, and a movement that outputs a predetermined movement command value to a motor for driving a spindle in a predetermined control axis direction An error between the command generation means, the rotation angle detection means for detecting the rotation angle of the motor, and the actual rotation angle of the motor detected by the rotation angle detection means and the movement command value output from the movement command generation means An error amount calculating means for calculating an amount, and a numerical control device for controlling the drive of the motor based on the error amount calculated by the error amount calculating means. Presets a measurement point as the origin on the machining program, and coordinates of the measurement point based on the movement command value from the movement command generation means and the error amount from the error amount calculation means A measurement point calculation means for calculating a position, and an origin offset value that is a distance from the machine origin to the measurement point in the machine coordinate system is set based on the coordinate position of the measurement point calculated by the measurement point calculation means. Numerical control device.
[0081]
According to this configuration, the machine tool equipped with the numerical control device processes the workpiece based on the predetermined processing program. A motor for driving the main shaft in a predetermined control axis direction is driven based on a predetermined movement command value. At this time, the motor is driven and controlled based on the error amount between the actual rotation angle of the motor and the movement command value. A measurement point serving as an origin in the machining program is set in advance on the end surface of the workpiece on the tool contact side. Then, the coordinate position of the measurement point of the workpiece is calculated based on the movement command value from the movement command generation unit and the error amount from the error amount calculation unit. Based on the calculated coordinate position of the measurement point, an origin offset value that is a distance from the machine origin to the measurement point in the machine coordinate system is set. For this reason, the coordinate position of the workpiece measurement point is measured without incorporating a dedicated measuring device such as a touch sensor for measuring the coordinate position of the workpiece measurement point in the machine tool, and the machining reference point (machining origin or program (Also called the origin) is automatically corrected.
[0082]
-In the machining origin correction method, which is the reference in the machining program when moving the tool in the specified control axis direction, the tool is brought into contact with a preset workpiece measurement point, and the actual movement amount of the tool at this time Is calculated from the machine origin in the machine coordinate system based on the calculated coordinate position based on the error amount between the command movement amount specified in advance and the tool diameter measured in advance. Machining origin correction method that sets the origin offset value, which is the distance to the point.
[0083]
According to this configuration, the tool is brought into contact with a preset workpiece measurement point, an error amount between the actual movement amount of the tool at this time and a command movement amount designated in advance, and a tool diameter measured in advance. Based on this, the coordinate position of the measurement point of the workpiece is calculated. Based on the calculated coordinate position of the measurement point, an origin offset value that is the distance from the machine origin to the measurement point in the machine coordinate system is set. For this reason, the coordinate position of the workpiece measurement point is measured without incorporating a dedicated measuring device such as a touch sensor for measuring the coordinate position of the workpiece measurement point in the machine tool, and the machining reference point (machining origin or program (Also called the origin) is automatically corrected.
[0084]
【The invention's effect】
According to the present invention, the position of a workpiece can be measured without providing a dedicated measuring device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a machine tool according to a first embodiment.
FIG. 2 is a functional block diagram of a numerical control device according to the first and second embodiments.
FIG. 3 is an explanatory diagram of phase measurement in the first embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram of phase measurement in the first embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram of phase measurement in the first embodiment.
FIG. 6 is an explanatory diagram of phase measurement in the first embodiment.
FIG. 7 is a flowchart of phase measurement processing in the first and second embodiments.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram of a machine tool according to a second embodiment.
[Explanation of symbols]
11 ... NC lathe (machine tool), 13 ... Numerical control device,
20 ... C-axis servo motor (motor), 21 ... Spindle,
20a ... an encoder constituting rotation angle detecting means,
32. RAM constituting the storage means,
40 ... a movement command generation unit constituting movement command generation means,
42 ... a measurement point calculation unit constituting measurement point calculation means,
43. An error amount calculation unit constituting error amount calculation means,
51 ... Turning center (machine tool), 52 ... Spindle,
55 ... Servo motor (motor), M ... Measuring point, T ... Tool, W ... Workpiece.

Claims

A numerical control device mounted on a machine tool for machining a workpiece based on a predetermined machining program,
A movement command generating means for outputting a predetermined movement command value to a motor for driving the main shaft in a predetermined control axis direction;
Rotation angle detection means for detecting the rotation angle of the motor;
An error amount calculation means for calculating an error amount between the actual rotation angle of the motor detected by the rotation angle detection means and the movement command value output from the movement command generation means;
In the numerical control apparatus configured to drive and control the motor based on the error amount calculated by the error amount calculation unit,
A numerical controller comprising measurement point calculation means for calculating a coordinate position of a workpiece measurement point set in advance based on a movement command value from the movement command generation means and an error amount from the error amount calculation means.

Comprising storage means for storing pre-measured tool diameter data;
The numerical control device according to claim 1, wherein the measurement point calculation unit calculates a coordinate position of the measurement point in consideration of a tool diameter stored in the storage unit.

The machine tool which processes a workpiece | work based on a predetermined | prescribed machining program, The machine tool provided with the numerical control apparatus of Claim 1 or Claim 2.

In the method of calculating the coordinates of a workpiece that is a reference in a machining program when moving a tool in a predetermined control axis direction,
The tool is brought into contact with a preset workpiece measurement point, and the measurement point based on the error amount between the actual movement amount of the tool at this time and the command movement amount designated in advance, and the tool diameter measured in advance. A method for calculating the coordinates of a workpiece in which the coordinate position of the workpiece is calculated.