JP2009061565A - 加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】工具の摩耗や使用状態による影響を考慮して工具の使用状態における長さを正確に求め、高精度な加工を行う。
【解決手段】工作機械１０のスピンドル１６に保持された加工工具１４を回転させ、該加工工具１４の先端１４ａを工作物１２に当接させて所定量の加工をする。次に、補償工程において、加工工具１４を工作物１２から離間させ、工作物１２を加工する際と同じ速度で回転させながら該加工工具１４の先端１４ａの加工部長さを非接触センサ２０により計測する。計測した加工部長さに基づいて、加工工具１４の長さ変化を求める。求められた変化を補償するように数値制御部３０に作用する。投光器４２は、スリット状のレーザ４０を照射する。投光器４２は、近似環状接触部１４ｂの該径方向線分ｐの両端部に直角な線Ｌ１及びＬ２で囲まれる範囲Ａ内でレーザを投光する。
【選択図】図１

Description

本発明は、数値制御型の工作機械のスピンドルに保持された加工工具を回転させ、該加工工具の先端を工作物に当接させて所定量の加工をする加工工程、及び、加工工具の長さの変化を補償する補償工程とを順に繰り返し行う加工方法に関する。

エンジン、モータ及び燃料電池等の部品、又はその金型には高い加工精度が要求される場合がある。特に金型のように硬い材料（例えばハイス）を高精度に加工するためには、高硬度のＣＢＮ（Cubic Boron Nitride）の工具を高回転で回転させ、工具の表面に加工熱による酸化被膜を発生させて加工をするとよい。酸化被膜を生じるとコーティング作用により工具の摩耗が少なくって高精度な加工ができるからである。

一方、熱が発生するとスピンドル軸及び工具が熱膨張をして、加工精度に影響を与える。また、コーティング作用があっても工具の摩耗は全く無くなるわけではなく、より高精度な加工をするためには該摩耗の補償をすることが望ましい。

例えば、特許文献１記載の方法では、制御装置の作用下に工具による切込加工を行い、加工後のワーク寸法から実際の実切込量を求めるとともに、該実切込量と、制御装置が指示する設定切込量との差から工具の摩耗量を求め、求めた摩耗量による補償をしている。

特開平２００５−４０９３０号公報

上記の特許文献１記載の方法では、加工後のワーク寸法を計測するのであって、加工工具自体の寸法は計測していない。つまり、加工工具の摩耗量は、計算によって間接的、推測的に求められるので、必ずしも正確ではない。また、加工工具の使用速度等による影響が考慮されていない。

また、ワークの寸法は計測器を用いるがその操作は人手によるものであって、オペレータの技能の程度によっては誤差が生じることがある。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、工具の摩耗や使用状態による影響を考慮して工具の使用状態における長さの変化を正確に求め、補償を行い、高精度な加工を行う加工方法を提供することを目的とする。

本発明に係る加工方法は、数値制御型の工作機械のスピンドルに保持された加工工具を回転させ、該加工工具の先端を工作物に当接させて所定量の加工をする加工工程、及び、加工工具の長さの変化を補償する補償工程とを順に繰り返し行う加工方法であって、前記補償工程は、前記加工工程の後に、前記加工工具を前記工作物から離間させ、前記加工工程で前記工作物を加工する際と同じ速度で回転させながら該加工工具の先端の加工部長さを非接触センサにより計測する第１工程と、制御部が、計測した前記加工部の実長さに基づいて、前記加工工具の基準長さとの差を求める第２工程と、前記制御部が、求められた前記差を補償するように前記工作機械の数値制御部に対する補償処理をする第３工程とを有することを特徴とする。

このように、補償工程では、加工工具を非接触センサで直接的に計測することから、該加工工具の長さを正確に求めることができる。また、工作物を加工する際と同じ速度で回転させながら該加工工具の先端の加工部長さを計測することから、加工工程の回転速度が反映されて、より正確な計測が可能となる。これにより求められた長さの差で補償処理をして、高精度な加工を行うことができる。

ここで、所定量の加工とは所定時間、所定範囲等を含む広義の意味である。加工工程での回転速度が複数存在する場合には、補償工程ではそのいずれかの速度又は平均速度で回転させて計測を行えばよい。

この場合、前記非接触センサは、前記加工部長さの計測方向に沿ってスリット状のレーザを前記加工工具に照射する投光器と、前記レーザを受光し、受光した該レーザの長さから前記加工部長さを得る受光器とからなり、前記第１工程で、前記投光器は、前記加工工具の軸に直交する平面投影視で、前記加工工具が前記工作物に対して接触する環状先端部のいずれか１箇所の径方向線分を含み、該径方向線分の両端部に直角な２線で囲まれる範囲内でレーザを投光してもよい。

加工工具を高速で回転させているとき、このような２線で囲まれる範囲内においてレーザを用いて計測をすると、他の箇所で計測をするよりも高精度な計測が可能になることが、本願発明者によって見出されている。

すなわち、回転させない加工工具の軸心の先端部分を、接触計測、非接触計測した場合、双方ともＬ＝Ｌ₀ｍｍであった。次に、後述する高速度で回転させる加工工具の軸心の先端部分を、非接触計測した場合、Ｌ＝Ｌ₀＋０．００５ｍｍであった。このときのスピンドルの伸びは＋０．００６ｍｍであり、このときの加工工具の軸心の先端部分の温度を非接触温度計で測定し、その温度での工具の伸びは予め実験的に＋０．００１ｍｍと求められていた。そうすると、積算すれば熱による軸線方向の伸びは＋０．００７ｍｍと考えられる。しかしながら、非接触計測した場合、前記の通りＬ₀＋０．００５ｍｍであった。そこで、前記２線で囲まれる範囲内において同様のレーザで非接触計測した場合、Ｌ＝Ｌ₀＋０．００７ｍｍであり、予め実験的に求められた値の積算値と一致した。

また、前記加工工程における前記加工工具の規定箇所を撮像する撮像手段を用い、前記制御部は、前記撮像手段から得られる画像に基づいて、前記規定箇所の実位置を求め、前記規定箇所の前記数値制御部に基づく指示位置と前記実位置との偏差を求め、前記加工工程の実行中に、求められた前記偏差を補償するように前記工作機械の数値制御部に対する補償処理をすることを特徴とする。

このように、撮像手段によって加工工具の規定箇所を撮像してその実位置を求め、指示位置との偏差に基づいて補償をするとより正確な加工が可能となる。

さらに、前記撮像手段は、前記加工工具に追従させてもよい。

さらにまた、前記加工工程における前記加工工具の温度を非接触で計測する温度計測手段を用い、前記制御部は、前記温度計測手段から得られる温度信号に基づいて、前記加工工具の熱膨脹量を演算し、前記加工工程の実行中に、演算した前記熱膨張量を補償するように前記工作機械の数値制御部に対して補償処理をしてもよい。

このように、温度計測手段によって加工工具の先端の温度を計測して、該温度に基づく熱膨張量を補償をするとより正確な加工が可能となる。

前記加工工程における前記工作物の加工箇所の温度を非接触で計測する温度計測手段を用い、前記制御部は、前記工作物の加工箇所の温度と加工をしていない箇所の温度との温度差を積算することにより、前記加工工具の推定摩耗量を演算し、前記加工工程の実行中に、演算した前記推定摩耗量を補償するように前記工作機械の数値制御部に対して補償処理をしてもよい。

このように、温度計測手段によって加工箇所の温度を計測し、該温度を積算することにより得られる推定摩耗量を補償をするとより正確な加工が可能となる。

前記温度計測手段は、前記加工工具に追従させてもよい。

前記制御部は、前記温度計測手段から得られる前記加工工具又は前記加工箇所の温度上昇率が所定閾値を超えたときに、警報処理を行ってもよい。

本発明に係る加工方法によれば、補償工程では、加工工具を非接触センサで直接的に計測することから、該加工工具の長さを正確に求めることができる。また、工作物を加工する際と同じ速度で回転させながら該加工工具の先端の加工部長さを計測することから、加工時の回転速度が反映されて、より正確な計測が可能となる。これにより求められた長さ変化量で補償をして、高精度な加工を行うことができる。

以下、本発明に係る加工方法について実施の形態を挙げ、添付の図１〜図８を参照しながら説明する。本実施の形態に係る加工方法は、図１に示す工作機械１０を用いて行われる。

図１に示すように、工作機械１０は、工作物１２の加工をする数値制御型の機械であって、加工工具１４、該加工工具１４を保持して回転させるスピンドル１６、該スピンドル１６を移動させる移動手段１８、工作物１２の工作箇所の近傍に設けられた非接触センサ２０を有する。工作機械１０は、さらに、加工工程における加工工具１４の先端１４ａ及び工作物１２の加工箇所１２ａを撮像するカメラ（撮像手段、温度計測手段）２２と、該カメラ２２を移動させるロボット２４と、全体的な制御を行う制御部２６とを有する。制御部２６は、主たる制御部としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）と、記憶部としてのＲＡＭ（Random Access Memory）及びＲＯＭ（Read Only Memory）及びドライバ等を有しており、上記の各機能部は、ＣＰＵがプログラムを読み込み、記憶部等と協働しながらソフトウェア処理を実行することにより実現される。図１においては、理解を容易にするために、加工工具１４、スピンドル１６及び移動手段１８を２つ示しているが、実際は１セットでよい。

工作物１２は、硬い材料の金型であり、高精度の加工が要求される。加工工具１４はＣＢＮからなる回転型の工具である。加工工具１４について図２を参照しながら説明する。加工工具１４は、実際は放射状の複数の切刃１４ｅが先端面及び側面に設けられた複雑な形状であるが、高速回転時には各切刃１４ｅは視認されない。説明の便宜上、加工工具１４は高速で回転しており、切刃１４ｅが視認されない状態で単純な形状に近似する。図３における説明も同様である。

図２に示すように、加工工具１４の先端１４ａは、工作物１２の被接触部１２ｂに対して接触する近似環状接触部１４ｂと、その内側の凹部１４ｃからなる。近似環状接触部１４ｂは、加工工具１４の高速回転により単純な形状に便宜上近似擬制した部分であり、平面とは限らず曲面の場合もある。被接触部１２ｂは、加工工具１４の先端の環状面と、加工工具１４の進行方向側面下端部に接触して加工される。加工工具１４の先端１４ａは下端部周辺がやや丸みを帯びている。

図１に戻り、スピンドル１６は、加工工具１４を保持して高速（例えば１５００００ｒｐｍ）で回転させる。移動手段１８は、制御部２６の作用下にスピンドル１６及び加工工具１４を移動させ、工作物１２の加工を行い、又は非接触センサ２０の位置まで移動をさせる。

カメラ２２は赤外線式であって、加工工具１４の先端又は工作物１２の加工箇所１２ａの温度を非接触で計測することができる。カメラ２２は、ロボット２４によって、少なくとも加工工程では加工工具１４に追従する。これにより、加工工具１４及び加工箇所１２ａを大きく撮像することができ、所定位置の抽出と算出、及び温度計測を正確且つ簡便に行うことができる。カメラ２２は、移動手段１８に一体的に設けられていてもよい。

制御部２６は、移動手段１８及びスピンドル１６をＮＣデータ３０ａによって制御する数値制御部３０と、非接触センサ２０及びカメラ２２からデータを受信して計測、演算及び補償処理を行う計測・補償部３２と、ロボット２４の制御をするロボット制御部３４とを有する。計測・補償部３２は後述する処理により、摩耗量、熱膨張量等の加工工具１４の長さの変化を補償するように数値制御部３０に作用をする。ロボット制御部３４は、数値制御部３０から加工工具１４の現在位置を取得し、その現在位置を撮像するようにカメラ２２を移動させる。

非接触センサ２０は、加工工具１４の先端の加工部長さを計測するために設けられており、加工部長さの計測方向に沿ってスリット状のレーザ４０を加工工具１４に照射する投光器４２と、該レーザ４０を受光し、受光した該レーザ４０の長さから加工部長さを得る受光器４４とからなる。計測方向とは、基本的には、近似環状接触部１４ｂの計測箇所の面に直交する方法であり、具体的には長さの変化が最も顕著に表れる方向である。

図３に示すように、投光器４２は、加工工具１４の軸に直交する平面投影視で、加工工具１４が近似環状接触部１４ｂの所定箇所の径方向線分ｐを含み、該径方向線分ｐ（幅ｗ）の両端部に直角な線Ｌ１及びＬ２で囲まれる範囲Ａ内でレーザ４０を投光する。なお、範囲Ａ内であれば、レーザ４０は径方向線分ｐに対して直交していなくてもよい。

加工工具１４を高速で回転させているとき、このような線Ｌ１及びＬ２で囲まれる範囲Ａ内においてレーザ４０を用いて計測をすると、他の箇所（つまり、平面投影視で凹部１４ｃを通過する箇所）で計測をするよりも高精度な計測が可能になることが、本願発明者によって経験的、実験的に見出されている。これは、加工工具１４が高速で回転している場合に、近似環状接触部１４ｂの回転速度ｖの接線成分は、範囲Ａ以外の箇所ではレーザ４０と直交するＸ方向成分が相当量含まれているが、範囲Ａ内では、ほとんどがレーザ４０と平行なＹ方向成分となり、見かけ上の移動速度が遅くなり、レーザ４０の波に対する影響が小さくなるためと考えられている。

レーザ４０は、平面投影視で少なくとも加工工具１４の中心Ｏを通らない箇所に設定するとよい。近似環状接触部１４ｂは、長期の使用により変形する場合もあり、自動的に、又は所定の人手入力により、変形した近似環状接触部１４ｂに合わせてレーザ４０の相対的な照射位置を変更してもよい。

次に、工作機械１０を用いて行う加工方法について説明する。

この加工方法では、加工工具１４を回転させ、該加工工具１４の先端１４ａを工作物１２に当接させて所定量の加工（例えば、工作物１２に対して所定方向に１回移動させる加工、所定時間の加工、所定範囲の加工等）をする加工工程、及び、加工工具１４の長さの補償する補償工程とを順に繰り返し行う。まず、補償工程について図４を参照しながら説明する。

図４のステップＳ１において、加工工程の後に、移動手段１８の作用下に、加工工具１４を工作物１２から離間させ、工作物１２を加工する際と同じ速度（例えば１５００００ｒｐｍ）で回転させながら該加工工具１４の先端１４ａの加工部長さを非接触センサ２０により計測する。このときの計測位置は、図３に示す位置である。

このように、ステップＳ１では、工作物１２を計測するのではなく、加工工具１４を非接触センサ２０で直接的に計測することから、該加工工具１４の長さを正確に求めることができる。また、工作物１２を加工する際と同じ速度で回転させながら計測をすることから、加工時の回転速度が反映されて、より正確な計測が可能となる。すなわち、加工工程の状態比較してと、機械的、熱的にほぼ同じ状態で計測することができる。

従来の工作機械では、スピンドル１６の回転を止めて工作物１２を計測していたが、本実施の形態に係る工作機械１０では、加工する前に予め工作物１２を加工する際と同じ速度で約１０〜３０ｍｉｎ程度回転させるので、加工する前に既にスピンドル１６は熱変形している。このため、熱的に同じ状態で計測をすることができ、スピンドル１６の軸線方向の熱変位量を極めて小さく抑えることができる。

通常の機械的な転がり軸受での熱的変位量は、０．００６ｍｍ／６０ｈであった。また、本実施例ではエア軸受を使用したスピンドル１６の場合で、熱変位量は、０．００１ｍｍ／６０ｈであり、スピンドル１６として好ましくは、エア軸受を適用したスピンドルがよい。

なお、加工工程での回転速度が複数存在する場合には、補償工程ではそのいずれかの速度又は平均速度で回転させて計測を行えばよい。

ステップＳ２において、制御部２６の計測・補償部３２が、非接触センサ２０で計測した加工部の実長さに基づいて、基準長さとの差を求める。

ステップＳ３において、計測・補償部３２が、求められた差を補償するように数値制御部３０に補償処理をする。例えば、ＮＣデータ３０ａにおけるスピンドル１６の切込深さのデータに求められた差を加算し、該差の分だけ所定の切込方向に深く加工工具１４を切り込むように補償する。ステップＳ２で求められた差は相当に正確であることから、該差で補償をすることにより、高精度な加工を行うことができる。

これにより補償工程を終了し、移動手段１８の作用下に、加工工具１４を工作物１２の箇所まで再度移動させ、工作物１２の加工工程を再開する。

次に、加工工程について説明する。加工工程では、３つの補償処理を行っており、説明の便宜上これらの補償処理を分けて説明する。先ず、加工工程における第１の補償処理について図５を参照しながら説明する。第１の補償処理は、カメラ２２から得られる画像に基づいて、加工工具１４の規定箇所の実位置を求めて補償する処理である。図５（及び図７）に示す処理は、加工工程の実行中に、微小時間毎に繰り返し連続的に行われるリアルタイム処理である。

図５のステップＳ１０１において、カメラ２２は加工工具１４を撮像し、その画像１００（図６参照）を計測・補償部３２に供給する。カメラ２２はロボット２４によって加工工具１４に追従するように動作しているので、加工工具１４の像を大きくすることができる。

ステップＳ１０２において、計測・補償部３２は得られた画像１００に基づいて、加工工具１４の像を抽出し、該加工工具１４の規定箇所の実位置Ｑｒを求める。規定位置とは、例えば加工工具１４における段差部１４ｄのように識別が容易な箇所に設定しておくとよい。規定箇所としての段差部１４ｄの実位置Ｑｒは、ロボット制御部３４から得られるロボット２４及びカメラ２２の現在の姿勢と、画像１００内における段差部１４ｄの位置から演算によって求められる。

ステップＳ１０３において、規定箇所の数値制御部３０に基づく指示位置Ｑｉと実位置Ｑｒとの偏差を求める。

ステップＳ１０４において、求められた偏差を補償するように数値制御部３０に作用する。

工作機械１０は、基本的に相当高精度な機械的構成を有するが、移動手段１８にも多少の誤差があり、また加工熱による膨脹等の影響は皆無ではない。

これに対して、上記のように、カメラ２２によって加工工具の規定箇所を撮像してその実位置Ｑｒを求め、指示位置Ｑｉとの偏差に基づいて補償をすることにより、機械誤差や熱の影響が少なくなり、より正確な加工が可能となる。

この制御では、点としての実位置Ｑｒ及び指示位置Ｑｉに基づく処理以外にも、これらの実位置Ｑｒ及び指示位置Ｑｉが移動する実軌跡Ｔｒ及び指示軌跡Ｔｉから偏差を求めて補償をおこなってもよい。図６には、概念的に実軌跡Ｔｒ及び指示軌跡Ｔｉを示す。カメラ２２はスピンドル１６に追従していることから、実際には、実軌跡Ｔｒは画像１００内でこのような軌跡としては表れないので、所定のメモリ上で実軌跡Ｔｒを記憶し読み出せばよい。

ところで、カメラ２２の追従動作は、ロボット２４に対する連続的な追従に限らず、断続的な追従であってもよい。つまり、前記所定量の加工をする加工工程の始点と終点すなわちそれらを含む軌跡Ｔｒが、カメラ２２の視野範囲、すなわち画像１００に全て入るならば、ロボット２４の移動は、そのままの停止状態で撮像するとよい。加工工具１４が該所定の加工の終点に到達すると、移動手段１８の作用下に、工作物１２から離間し、補償工程を開始する。その補償工程の間に、前回の加工工程の終点を、次回の加工工程の始点と設定する。補償工程を行っている間に、次の加工工程の準備として、加工工具１４の全ての軌跡Ｔｒがカメラ２２を移動させることなく、カメラ２２の視野内に入るような箇所に、ロボット２４によりカメラ２２を移動させる。

カメラ２２はロボット２４により加工工具１４に追従するように動作するので、加工工具１４の像を大きくすることができ、撮像中はロボット２４が停止状態にあるので高精度に撮像することができ、これも前記加工工具１４へのカメラ２２の追従の一形態である。工作機械１０の加工工具１４の指示軌跡Ｔｉは、予めＮＣデータ３０ａから計算できるので、容易に追従することができる。本実施例の補償工程の頻度は１時間あたり相当な回数に達する。

次に、加工工程における第２の補償処理及び第３の補償処理について図７を参照しながら説明する。第２及び第３の補償処理は、カメラ２２から得られる画像に基づいて、加工工具１４及び加工箇所１２ａの温度を計測し、温度信号に基づいて、加工工具１４の熱膨脹量及び摩耗量を演算して補償を行う。第２及び第３の補償処理を行う際には、工作物１２又は加工室の雰囲気を所定温度に調整しておくとよい。すなわち、恒温室と呼ばれる加工室を用いて、例えば２０℃に調整しておくとよい。

図７のステップＳ２０１において、カメラ２２は加工工具１４及び加工箇所１２ａを撮像し、その画像１０２（図８参照）を計測・補償部３２に供給する。画像１０２は、赤外線画像であって、加工工具１４及び加工箇所１２ａの温度に基づいて画素輝度が異なり、サーモグラフ化されている。つまり、カメラ２２によれば、加工工具１４及び加工箇所１２ａの温度を非接触で計測することができる。

ステップＳ２０２において、計測・補償部３２は、得られた画像１０２の所定の画素から加工工具１４の温度信号を読みだし、加工工具１４の熱膨脹量を演算する。加工工具１４は、場所によって温度が異なることから、例えば軸方向に対して微小区間に区切り、区間毎に熱膨張量を求めて積算してもよい。

ステップＳ２０３において、計測・補償部３２は、得られた画像１０２の所定の画素から加工箇所１２ａの温度信号を読みだし、該加工箇所１２ａのうち、加工工具１４に近い所定箇所の温度と加工をしていない箇所との温度差（又は温度に比例する所定のパラメータ）を積算することにより、加工工具１４の摩耗量を演算する。すなわち、加工箇所１２ａの温度上昇量は、加工工具１４による単位時間当たりの放熱量に基づいており、しかも該放熱量は摩耗量と相関があることから、加工箇所１２ａの温度上昇量を積算することにより、加工工具１４の摩耗量を推定して求めることができる。これにより、補償工程で計測をした後の、加工工程による微小な摩耗量を反映させることができる。

加工をしていない箇所の温度は、所定の固定値、入力値、推定値又は室温であってもよい。

ステップＳ２０４において、ステップＳ２０２で求めた熱膨張量と、ステップＳ２０３で求めた摩耗量とから、これらのパラメータを補償するように数値制御部３０に対する補償処理をする。

このように、工作機械１０では、加工工程において３つの補償処理を行っている。つまり、（１）計測した規定箇所の実位置と、該規定箇所の数値制御部に基づく指示位置と実位置との偏差に基づく補償処理、（２）温度情報から求められる加工工具１４の熱膨脹量に基づく補償処理、（３）加工箇所１２ａの温度と加工をしていない箇所の温度との温度差を積算することにより、求められる推定摩耗量に基づく補償処理である。この３つの補償処理は、条件に応じて、いずれか１つ以上を組み合わせて用いてもよい。これらの補償処理は、必ずしも加工工程中におこなわず、計測だけを加工工程中に行い、補償処理は補償工程時にまとめておこなってもよい。

なお、制御部２６は、画像１０２から得られる加工工具１４又は加工箇所１２ａの温度上昇率が所定閾値を超えたとき（加工開始初期の正常な温度上昇時は除く）には、警報処理を行う。警報処理とは、警告音発生処理、生産管理コンピュータへの通知処理、加工中断処理等である。

このように急激な温度上昇が生じる場合には、摩耗により加工工具１４の先端１４ａがつぶれ、切削がほとんどなく摩擦だけが生じている状態であり、加工工具１４が寿命に達していると判断できる。したがって、警報処理を行い、工具交換等の適切な処理を行うことで、工作物１２に対して安定した加工が可能になる。

上述したように、本実施の形態に係る加工方法によれば、補償工程では、加工工具１４を非接触センサ２０で直接的に計測することから、該加工工具１４の長さを正確に求めることができる。また、工作物１２を加工する際と同じ速度で回転させながら該加工工具１４の先端の加工部長さを計測することから、加工時の回転速度が反映されて、より正確な計測が可能となる。これにより求められた摩耗量で補償をして、高精度な加工を行うことができる。

また、本実施の形態に係る加工方法によれば、補償処理を全て自動的に行うことができ、オペレータの技能による影響がなく、確実な補償処理を行うことができる。

本発明に係る加工方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

工作機械のブロック構成図である。 加工工具の先端部の断面側面図である。 加工工具の軸に直交する平面投影視図である。 補償工程の手順を示すフローチャートである。 加工工程における第１の補償処理の手順を示すフローチャートである。 加工工程で得られる画像である。 加工工程における第２の補償処理の手順を示すフローチャートである。 加工工程で得られる赤外線画像である。

符号の説明

１０…工作機械 １２…工作物
１２ａ…加工箇所 １２ｂ…被接触部
１４…加工工具 １４ａ…先端
１４ｂ…近似環状接触部 １４ｃ…凹部
１４ｄ…段差部 １４ｅ…切刃
１６…スピンドル １８…移動手段
２０…非接触センサ ２２…カメラ
２６…制御部 ３０…数値制御部
３２…計測・補償部 ４０…レーザ
４２…投光器 ４４…受光器
１００、１０２…画像

Claims (8)

1. 数値制御型の工作機械のスピンドルに保持された加工工具を回転させ、該加工工具の先端を工作物に当接させて所定量の加工をする加工工程、及び、加工工具の長さの変化を補償する補償工程とを順に繰り返し行う加工方法であって、
   前記補償工程は、
   前記加工工程の後に、前記加工工具を前記工作物から離間させ、前記加工工程で前記工作物を加工する際と同じ速度で回転させながら該加工工具の先端の加工部長さを非接触センサにより計測する第１工程と、
   制御部が、計測した前記加工部の実長さに基づいて、前記加工工具の基準長さとの差を求める第２工程と、
   前記制御部が、求められた前記差を補償するように前記工作機械の数値制御部に対する補償処理をする第３工程と、
   を有することを特徴とする加工方法。
2. 請求項１記載の加工方法において、
   前記非接触センサは、前記加工部長さの計測方向に沿ってスリット状のレーザを前記加工工具に照射する投光器と、前記レーザを受光し、受光した該レーザの長さから前記加工部長さを得る受光器とからなり、
   前記第１工程で、前記投光器は、前記加工工具の軸に直交する平面投影視で、前記加工工具が前記工作物に対して接触する環状先端部のいずれか１箇所の径方向線分を含み、該径方向線分の両端部に直角な２線で囲まれる範囲内でレーザを投光することを特徴とする加工方法。
3. 請求項１又は２記載の加工方法において、
   前記加工工程における前記加工工具の規定箇所を撮像する撮像手段を用い、
   前記制御部は、前記撮像手段から得られる画像に基づいて、前記規定箇所の実位置を求め、
   前記規定箇所の前記数値制御部に基づく指示位置と前記実位置との偏差を求め、
   前記加工工程の実行中に、求められた前記偏差を補償するように前記工作機械の数値制御部に対する補償処理をすることを特徴とする加工方法。
4. 請求項３記載の加工方法において、
   前記撮像手段は、前記加工工具に追従することを特徴とする加工方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の加工方法において、
   前記加工工程における前記加工工具の温度を非接触で計測する温度計測手段を用い、
   前記制御部は、前記温度計測手段から得られる温度信号に基づいて、前記加工工具の熱膨脹量を演算し、
   前記加工工程の実行中に、演算した前記熱膨張量を補償するように前記工作機械の数値制御部に対して補償処理をすることを特徴とする加工方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の加工方法において、
   前記加工工程における前記工作物の加工箇所の温度を非接触で計測する温度計測手段を用い、
   前記制御部は、前記工作物の加工箇所の温度と加工をしていない箇所の温度との温度差を積算することにより、前記加工工具の推定摩耗量を演算し、
   前記加工工程の実行中に、演算した前記推定摩耗量を補償するように前記工作機械の数値制御部に対して補償処理をすることを特徴とする加工方法。
7. 請求項５又は６記載の加工方法において、
   前記温度計測手段は、前記加工工具に追従することを特徴とする加工方法。
8. 請求項５〜７のいずれか１項に記載の加工方法において、
   前記制御部は、前記温度計測手段から得られる前記加工工具又は前記加工箇所の温度上昇率が所定閾値を超えたときに、警報処理を行うことを特徴とする加工方法。

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