JP2006102922A - 工作機械の干渉領域設定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークを把持するチャックと工具を装着する刃物台、特にタレット刃物台を備えた工作機械において、工具がワークやこれを把持するチャックに衝突するのを回避するための干渉領域の設定作業を容易かつ誤りなく行うことができるようにする。
【解決手段】刃物台に装着した接触センサ２をチャック表面及びワーク表面の複数箇所に接触させたときの刃物台の座標と、主軸側に装着した接触センサに前記刃物台に装着した工具及び工具ホルダを複数方向に接触させたときの刃物台の座標とから、チャックとワークが占める領域及びタレットの割出位置毎の刃物台の移動に対応する各工具の占める領域の軌跡を演算し、それらの領域の干渉をチェックすることにより、工具がチャックやワークに衝突する時の刃物台の位置を演算する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、ワークを把持するチャックと工具を装着する刃物台とを備えた工作機械において、チャックやワークと工具との衝突ないし干渉を防止する技術に関するものである。

工作機械は、ワークと工具との相対運動により、ワークを所望形状に加工する機械である。ワークと工具の相対運動は、加工プログラムに基づいてＮＣ装置で制御されており、通常の加工状態では、工具がワークやこれを把持しているチャックと干渉（衝突）することはない。しかし、手動による加工時に操作ミスがあったとき、加工プログラムにミスがあったときのテスト加工時などにおいて、工具が許容範囲を超えて移動すると、チャックやワークに工具が衝突する。

この衝突は、機械や工具の損傷という重大事故を発生させるので、たとえ操作ミスやプログラムミスがあったときでも、確実に回避できるようにしなければならない。しかし、刃物台に装着されている工具が１個だけであればともかく、タレット刃物台のように、加工を行っている工具に隣接して他の工具、特に長いドリルやボーリングバイト等の工具が装着されていると、加工のための工具の動きが正常であっても、隣接して装着されている工具がワークやチャックに干渉するということが起こる。そして、このような干渉をオペレータやプログラマーの注意力のみによって回避することは不可能である。

そこで工具が許容範囲を超えて移動しようとしたときに、機械を停止させるという衝突防止手段が必要になる。工具がワークやチャックに衝突するのを防止するための工具移動の許容範囲は、ワークの形状、使用するチャックの構造や大きさ及び使用する工具の種類と装着位置によって変化する。従って、前記衝突防止手段を適正に作動させるためには、使用するチャックや刃物台に装着されている工具の形状や寸法に関するデータを制御装置に予め登録しておくことが必要である。

そこで従来は、ＮＣ装置のディスプレイに、例えば図４のようなチャック形状を示す画面を表示して使用するチャックが内径把持チャックであるか、外径把持チャックであるかの別、チャックのＸ軸位置ＣＸ、チャックのＺ軸位置ＣＺ、チャック爪の長さＬ、チャック爪の大きさＷ、チャック爪の把持長さＬ１、チャック爪の把持段差Ｗ１などをテンキーを用いて作業者が入力し、また工具については、図５及び図６に示すように、工具１０の部分とホルダ１１の部分を各図の(a)（図５の形状では(a)又は(b)）に例示するような矩形の領域１、２に近似して、それぞれの対角点の座標Ａ₁（Ｘ₁，Ｚ₁）、Ｂ₁（J₁，Ｋ₁）、Ａ₂（Ｘ₂，Ｚ₂）、Ｂ₂（Ｊ₂，Ｋ₂）を図７に示すような画面を用いて、工具番号（タレットの工具取付ステーションの番号に対応）ごとにテンキーを用いて入力することで、使用するチャック及び工具の形状寸法データを制御装置に登録していた。なお、ワークの形状寸法は、加工プログラムに記述されたデータによってＮＣ装置が認識することができる。

ＮＣ装置は、以上のような方法で登録されたチャック、工具及びワークの形状寸法に関するデータを用いて、各工具とワーク又はチャックが干渉する領域を演算して干渉領域の設定を行っていた。
特開平１１−１６５２４１号公報

しかし、上記のような方法による干渉領域の設定は、作業者によるデータ入力作業が煩雑で、データ量も多く、入力ミスを生じやすい。そして、データの入力ミスがあると、テスト加工時に機械や工具を損傷したり、工具が許容範囲内で動いているのに機械が停止したりする問題が発生し、それがどの部分の入力ミスによるのかも分かりにくい。チャックや工具のデータは、予めチャックや工具の種類ごとにＮＣ装置に登録しておき、オペレータの選択作業によって必要なデータを呼び出すようにすることもできるが、そのようにしても選択ミスによるデータの誤入力は避けられない。そのため従来方法では、工具とワークやチャックとの衝突を防止するための干渉領域の設定作業が極めて煩雑でかつ注意力が必要な作業となっていた。

この発明は、上記問題を解決するためになされたもので、ワークを把持するチャックと工具を装着する刃物台、特にタレット刃物台を備えた工作機械において、工具がワークやこれを把持するチャックに衝突するのを回避するための干渉領域の設定作業を容易かつ誤りなく行うことができるようにすることを課題としている。

この発明は、刃物台に装着した接触センサ２をチャック表面及びワーク表面の複数箇所に接触させたときの刃物台の座標と、主軸側に装着した接触センサ８に前記刃物台に装着した工具及び工具ホルダを複数方向に接触させたときの刃物台の座標とから、前記工具とチャック及びワークとの干渉領域をＮＣ装置に設定するという工作機械の干渉領域設定方法を提供することにより、上記課題を解決したものである。

刃物台に装着した接触センサ２と主軸側に装着した接触センサ８は、使用するセンサの構造や機能により、同一構造のものを使用できる場合もあるし、異なる構造のものを使用しなければならない場合もある。

刃物台に装着する接触センサ２としては、接触を電気的に検出するタッチプローブを用いることができ、また単なる剛体のプローブを装着して、その接触を刃物台の送り負荷により検出する構造の接触センサとすることもできる。この接触センサ２のプローブを予めＮＣ装置に登録した計測動作プログラムに従ってチャックやワークに向けて移動させ、接触を検出したときの刃物台の座標から基準位置からのチャック及びワークの表面の位置座標を演算することができる。プローブを接触させる箇所は、チャックやワークの形状を確定するのに必要な複数箇所となる。

主軸側に装着する接触センサ８としては、ツールセッタを用いるのが便利である。ツールセッタは、主軸側に装着して刃物台に装着した工具の刃先を検出するのに用いるものであるが、このツールセッタに工具刃先やシャフトの側面、工具ホルダの角部などを接触させて、その接触が検出されたときの刃物台の座標を読み取ることにより、工具や工具ホルダの形状を近似的に検出することができ、タレットが旋回したり、刃物台が移動したときに、その工具がどのような空間位置を占めるかを演算することができる。

以上の操作により、チャックとワークが占める領域及びタレットの割出位置毎の刃物台の移動に対応する各工具の占める領域の軌跡が演算できるので、それらの領域の干渉をチェックすることにより、工具がチャックやワークに衝突する時の刃物台の位置を演算できる。従ってこれらの領域相互が干渉したときに機械を停止させることにより、工具とチャックやワークの衝突を防止することができる。

この発明の方法では、加工に使用するチャック及び工具を装着した状態で、互いの干渉領域を実測により設定できるので、誤ったデータが入力されるおそれはない。また、所定の手順に従って刃物台を移動させるという操作の繰り返しで干渉領域が設定されるので、設定作業の自動化ないし半自動化が容易に可能であると共に、手動で行う場合においても作業性が大幅に改善される。

従って、この発明により、工具とワークやこれを把持するチャックとの衝突を防止するための干渉領域の設定を正確に、かつ容易に行うことが可能になり、手動操作やプログラムを用いたテスト加工時に、工具をチャックやワークに衝突させて工具の折損等の事故が生ずるのを未然に回避できるという効果がある。

以下、図面を参照して、この発明の実施形態を説明する。図１及び図２は、刃物台１に装着したタッチプローブ２による外径把持チャック３の形状寸法の設定方法の例を示した図である。チャック３には、円筒形のダミーワーク４が把持されている。

まず、ワーク４の先端にタッチプローブ２をＺ軸方向に移動して接触させ、ワークの座標原点を設定する（図２（ａ））。この座標原点を基準にして、チャック３のＺ軸位置ＣＺを、タッチプローブ２をＺ軸方向に移動して、チャック爪５の先端に接触させて設定し（図２（ｂ））、チャック３のＸ軸位置ＣＸを、タッチプローブ２をＸ軸方向に移動して、チャック爪５の基部外周端に接触して設定する（図２（ｃ））。

チャック爪５の長さＬは、タッチプローブ２をＺ方向に移動して、チャック爪５の取付面に接触させることにより（図２（ｄ））、またチャック爪５の大きさＷは、タッチプローブ２をＸ方向に移動してワーク４の外周に接触させることにより（図２（ｅ））、先に設定した値ＣＺ、ＣＸを用いてそれぞれ演算して設定できる。またチャック爪５の把持長さＬ１は、タッチプローブ２をＺ軸方向に移動してチャック爪５の段差面に接触させることにより設定し、（図２（ｆ））、チャック爪５の把持段差Ｗ１は、タッチプローブ２をＸ軸方向に移動して、チャック爪５の把持部周面に接触させて設定する（図２（ｇ））。

図３は、タレット７に装着したストレートバイトを例にして、主軸側に装着したツールセッタ８で工具側の形状を設定する例を示した図である。図３（ａ）では工具刃先９をＸ方向及びＺ方向に移動してツールセッタ８に接触させることにより、図５(a)に示す２個の矩形領域に近似したときの対角座標J₁、Ｋ₁及びＫ₂を設定している。図３（ｂ）では、工具１０の背面をＺ方向に移動してツールセッタ８に接触させることにより、Ｚ₁を設定している。また、図３（ｃ）では、工具ホルダ１１の背面角部をＸ方向及びＺ方向に移動してツールセッタ８に接触させることにより、Ｘ₁、Ｚ₂及びＪ₂を設定している。

タレット７には、複数の工具が装着されているから、各工具を順に割り出して、図３（ａ）ないし（ｃ）の操作を行うことにより、タレット７に装着された総ての工具についての計測を行い、その計測値から図５及び６に示した２つの矩形領域に近似した工具領域の設定を行う。

上記手順でオペレータが従来手作業で入力していたチャック領域及び工具領域の設定が行われるので、両者が干渉する領域を干渉領域として従来と同様な演算により設定する。

旋盤を例にしてこの発明の方法を示す全体図 チャック領域の設定方法の例を示す説明図 工具領域の設定方法の例を示す説明図 従来のチャック領域設定時の表示画面を示す図 工具領域の矩形近似を示す説明図 他の工具領域の矩形近似を示す説明図 従来の工具領域の入力画面の例を示す図

符号の説明

１ 刃物台
２ タッチプローブ
３ チャック
４ ダミーワーク
５ チャック爪
７ タレット
８ ツールセッタ
９ 工具刃先
10 工具
11 工具ホルダ

Claims (1)

1. 刃物台に装着した接触センサ(2)をチャック表面及びワーク表面の複数箇所に接触させたときの刃物台の座標と、主軸側に装着した接触センサ(8)に前記刃物台に装着した工具及び工具ホルダを複数方向に接触させたときの刃物台の座標とから、前記工具とチャック及びワークとの干渉領域をＮＣ装置に設定する、工作機械の干渉領域設定方法。

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