JP2009136954A - ワーク加工方法及び数値制御工作機械並びにワーク取付具 - Google Patents

Abstract

【課題】ワーク取付台に取り付けられたワークの加工の基準とする位置を求める装置構成を簡単化し、かつ、ワーク座標系の原点を設定するまでの時間を短縮してワークの加工の生産性を向上させる。
【解決手段】ワーク取付台１５に寸法が既知の２つの基準ブロック２１と位置測定手段３１を設け、基準ブロック２１にワーク１９を当接させて固定手段２３によりワーク１９をワーク取付台１５に固定する。位置測定手段３１の測定子３３をワーク１９の側面に当接させたときの変位センサ３９の測定値と予め記憶させた基準ブロック２１の形状及び位置とから、ワーク取付台１５に対するワーク１９の位置を演算して求め、求めたワークの位置に基づいてワーク座標系の原点を設定し、数値制御工作機械でワーク１９を加工する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワーク取付台に取り付けたワークを加工する数値制御工作機械のワーク加工方法及び数値制御工作機械並びにワーク取付具に関する。

数値制御工作機械によりワークを加工する場合、加工の基準とする位置を求め、求めた位置に基づいてワーク座標系の原点を設定し、ワークの加工を行う。一般的に数値制御工作機械の主軸にタッチプローブ等の測定手段を装着し、ワーク測定機能によってテーブルやワーク取付具に取り付けられたワークの加工の基準とする位置を求める。

特許文献１は、ワーク取付台に取り付けられたワークの心出しを行う際、まず、主軸にタッチプローブを装着し、予め設定されているワーク心出しパターンの中から作業者が所望するワーク心出しパターンを選択すると、そのワーク心出しパターンの案内画面が表示され、その案内画面に従って作業者が測定することで心出し位置が求まり原点設定される数値制御装置を開示している。特許文献２は、３つの位置検出器を用い、Ｘ、Ｙの直交２軸方向の直動とそのＸＹ平面内でθ方向に回転するテーブル上にワークを載置し、このワークの予め登録された特定面の位置検出を位置検出器により行い、この位置検出器からの出力信号に基づいてワークのテーブル上における位置ずれ量を算出し、算出された位置ずれ量を解消するようにテーブルを駆動するための制御信号を演算制御部からテーブルに出力し、テーブル内の予め決められた定点からの位置を修正するようにした心出し装置を開示している。

特開平１−３０１０４２号公報 特開昭５９−１５２０４６号公報

特許文献１の技術は、ワーク座標系の原点設定作業を極力自動化したものであるが、数値制御工作機械でワークを加工する場合、加工に先立って主軸にタッチプローブを着脱しなければならず、工具とタッチプローブの交換時間及びタッチプローブによる計測時間が必要となる。従って、非加工時間が延び生産性が悪いという問題がある。

特許文献２の技術は、１つの位置検出器でＹ軸方向の位置ずれを検出し、他の２つの位置検出器でＸ軸方向およびθ方向の位置ずれを検出しており、そのずれ量分、Ｘ、Ｙ、θ方向にテーブルを移動させて心出しをしている。この方法も装置が複雑になったり、Ｘ、Ｙ、θ方向へのテーブルの移動時間が必要となり、非加工時間が延び生産性が悪いという問題がある。

本発明は従来技術の問題点を解決することを課題としており、本発明の目的は、ワーク取付台に取り付けられたワークの加工の基準とする位置を求める装置を簡単化し、かつ、ワーク座標系の原点を設定するまでの時間を短縮して、ワークの加工の生産性を向上させるワーク加工方法及び数値制御工作機械並びにワーク取付具を提供することである。

前述の目的を達成するために、本発明によれば、主軸に装着された工具とワーク取付台に取り付けられたワークとを相対移動させてワークを加工する数値制御工作機械のワーク加工方法において、前記ワークを当接させる基準ブロックと前記ワークを測定する位置測定手段とを前記ワーク取付台に設け、前記基準ブロックのワークを当接させる基準面の形状及び位置を予め記憶し、前記ワークを前記基準ブロックの基準面に当接させて前記ワーク取付台に取り付け、前記位置測定手段の測定子を前記ワークの側面に当接させて前記ワークを測定し、前記記憶した基準ブロックの基準面の形状及び位置と前記ワークの測定値とから前記ワーク取付台に対する前記ワークの位置を求め、前記求めたワークの位置に基づいてワーク座標系の原点を設定し前記ワークを加工するワーク加工方法が提供される。

ワークを当接させる基準ブロックの基準面の形状及び位置が予め記憶されていること、並びにワーク取付台に設けられた位置測定手段の測定子をワークの側面に当接させてワークが測定されることにより、ワーク取付台に対するワークの位置が演算によって求まり、求めたワークの位置に基づいてワーク座標系の原点が設定される。

また、本発明によれば、主軸に装着された工具とワーク取付台に取り付けられたワークとを相対移動させてワークを加工する数値制御工作機械のワーク加工方法において、前記ワークを当接させる基準ブロックと前記ワークを測定する位置測定手段とを前記ワーク取付台に設け、前記基準ブロックのワークを当接させる基準面の形状及び位置を予め記憶し、寸法が既知のマスターピースを前記基準ブロックの基準面に当接させて前記ワーク取付台に取り付け、前記位置測定手段の測定子を前記マスターピースの側面に当接させて前記マスターピースを測定し、該測定値を予め記憶し、前記ワークを前記基準ブロックの基準面に当接させて前記ワーク取付台に取り付け、前記位置測定手段の測定子を前記ワークの側面に当接させて前記ワークを測定し、前記記憶したマスターピースの測定値と前記ワークの測定値とから前記ワーク取付台に対する前記ワークの位置を求め、前記求めたワークの位置に基づいてワーク座標系の原点を設定し前記ワークを加工するワーク加工方法が提供される。

寸法が既知のマスターピースを基準ブロックの基準面に当接させ、ワーク取付台に設けられた位置測定手段により該マスターピースの側面を測定してその測定値を予め記憶し、該マスターピースの測定値とワークの測定値との差を用いてワーク取付台に対するワークの位置が演算によって求まり、求めたワークの位置に基づいてワーク座標系の原点が設定される。

また、本発明によれば、主軸に装着された工具とワーク取付台に取り付けられたワークとを相対移動させてワークを加工する数値制御工作機械において、前記ワーク取付台に設けられ、ワークを当接させる基準面を有し、寸法が既知の基準ブロックと、前記ワーク取付台に設けられ、前記ワーク取付台に取り付けたワークの側面を測定する位置測定手段と、前記位置測定手段の測定値に基づいて前記ワーク取付台に対する前記ワークの位置を求める演算手段と、前記求めたワークの位置に基づいてワーク座標系の原点を設定する原点設定手段と、を具備した数値制御工作機械が提供される。

この数値制御工作機械は、上述のワーク加工方法を実施するためのものであり、寸法が既知の基準ブロックのワークを当接させる基準面の形状及び位置とワーク取付台に設けられた位置測定手段で測定したワークの測定値とを用いて、演算手段によりワーク取付台に対するワークの位置を求め、原点設定手段によりワーク座標系の原点が設定される。

また、本発明によれば、ワークを取り付けるワーク取付具において、前記ワークを取り付ける取付面を有するワーク取付台と、前記ワーク取付台に設けられ、ワークを当接させる基準面を有し、寸法が既知の基準ブロックと、前記ワーク取付台に設けられ、固定されたワークの側面に向けてワーク取付面と平行な方向に進退する測定子を有する位置測定手段と、を具備したワーク取付具が提供される。

このワーク取付具は、上述の数値制御工作機械のワーク加工方法を実施するためのものであり、寸法が既知の基準ブロックゆえ、ワークを当接させる基準面の形状及び位置がワーク取付具の外部に設けられる記憶手段に記憶される。ワーク取付台に設けられた位置測定手段で測定したワークの測定値と記憶した基準面の形状及び位置とを用いて、ワーク取付具の外部に設けられる演算手段によってワーク取付台に対するワークの位置が求まり、ワーク座標系の原点が設定される。

本発明によれば、ワーク取付台にワークを取り付けた際、ワーク取付台に設けられた位置測定手段のワーク側面への当接動作により、ワーク取付台に対するワークの位置を求めることができるようにしたので、非加工時間を極力少なくしてワークの加工の生産性を向上することができた。また、装置構成を簡単化することができた。

以下、添付図面を参照して、本発明のワーク加工方法及び数値制御工作機械並びにワーク取付具の好ましい実施の形態を説明する。まず、第1の実施の形態を図１及び図２を用いて説明する。数値制御工作機械１のベッド３上にコラム５及びテーブル７が設けられ、コラム５には主軸頭９が設けられ、主軸頭９には主軸１１が回転可能に支持され、主軸１１とテーブル７とはＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向に相対移動可能に構成されている。その相対移動は数値制御装置５７によって制御される。

テーブル７上にはワーク取付具１３が固定されており、ワーク取付具１３はワーク取付台としてのイケール１５を有している。イケール１５のワーク取付面１７には断面が円形のワーク１９の側面を当接させる基準ブロック２１とワーク１９をイケール１５にクランプする固定手段２３が設けられている。本実施の形態では、所定の間隔をあけられた２つの円柱状の基準ブロック２１と、ワーク１９の端面をイケール１５のワーク取付面１７に押圧する３つの油圧式の固定手段２３を用いている。尚、主軸１１の先端には工具２７が装着される。図１において、２つの円柱状の基準ブロック２１に代えて、２つの角柱状の基準ブロックを、例えば、基準面が水平に対して右上がり４５°及び左上がり４５°に谷形に配置したものを用いたり（図４参照）、又は９０°の開き角を有するＶブロックを開き角を上向きにして配置したものを用いることもできる（図３参照）。

次に位置測定手段３１を説明する。イケール１５のワーク取付面１７の上部に、ワーク取付面１７と平行に上下の矢印Ａ方向に進退可能に逆Ｌ字形の測定子３３が空気圧シリンダ等のアクチュエータ３５により案内、駆動されるように設けられる。測定子３３を逆Ｌ字形に形成するのは、測定子３３と並列に変位センサ３９を配置して、位置測定手段３１の矢印Ａ方向の長さを短くするためである。矢印Ａ方向は、２つの基準ブロック２１の中心と中心とを結ぶ直線の垂直２等分線の方向が好ましい。基準ブロックがＶブロックや谷形に配置された角柱の場合は、開き角の２等分線の方向が好ましい。円形ワークや正方形ワークの場合、その中心は必ず２等分線上にあるので、演算手段５３によるワーク１９の中心位置の演算を単純化することができる利点がある。

測定子３３の下端にはワーク１９の側面と当接する接触部３７を有する。接触部３７の形状は、本実施の形態では図示のように三角柱を採用したが、被測定部に応じて平板や球形状や針状のものを採用することもできる。測定子３３の上下の矢印Ａ方向の変位を測定する変位センサ３９が設けられる。本実施の形態では、測定子３３との間隙距離を測定する渦電流式の非接触センサを用いている。他の形式の非接触センサや接触式の変位センサを用いることもでき、変位センサ３９の取り付け位置も本実施の形態の位置に限らない。測定子３３、アクチュエータ３５、変位センサ３９は、接触部３７だけを露出させてカバー４１で覆われている。カバー４１の下部に開閉扉を設け、通常は測定子３３、アクチュエータ３５、変位センサ３９の全てが覆われ、測定時のみカバー４１の扉が開き接触部３７がワーク１９に当接する構成にしてもよい。

次にワーク取付具１３にワーク１９を取り付け、ワーク１９の加工の基準となる位置を求め、ワーク１９の加工を行う一連の動作について説明する。本実施の形態ではワーク１９の基準となる位置は断面が円形のワークなのでワーク１９の中心位置である。まず、基準ブロック２１の中心位置を測定しておき、基準ブロック２１の既知の寸法と共にＸＹ平面における基準ブロック２１を表す円の数式を記憶手段５１に記憶しておく。基準ブロック２１が谷形に配置された角柱やＶブロックの場合は、ＸＹ平面におけるワーク１９の側面を当接させる面を表す直線の数式を記憶する。基準面の形状及び位置をこのように数式で記憶してもよいし、基準面を定義するデータテーブルの形で記憶してもよい。さらに、測定子３３の接触部３７の位置を測定しておき、そのときの変位センサ３９の出力値と共に記憶手段５１に記憶しておく。そして、ワーク１９をイケール１５のワーク取付面１７に押し当てると共に基準ブロック２１に当接させ、固定手段２３によってワーク１９をイケール１５に固定する。

次にアクチュエータ３５により測定子３３をワーク１９に接近動作させ、接触部３７がワーク１９の側面に当接したときの変位センサ３９の測定値を演算手段５３へ出力する。演算手段５３は、記憶手段５１から基準ブロック２１の形状と位置のデータ並びに測定子３３の接触部３７の位置のデータを受け取り、ワーク１９と接する基準面を表す２つの円の数式とワーク側面の1点の位置データとからこのワーク１９の中心位置を求めることができる。原点設定手段５５は、この求めた中心位置を原点とするようにワーク座標系を設定する。本実施の形態では記憶手段５１、演算手段５３、原点設定手段５５は数値制御装置５７に組み込まれており、数値制御装置５７は与えられた加工プログラムによりワーク１９を加工するよう数値制御工作機械１を制御する。記憶手段５１、演算手段５３は、機械制御装置やパソコン等他の装置に組み込まれ、求めたワーク１９の中心位置を数値制御装置５７の原点設定手段５５へ送出してもよい。

第２の実施の形態を図３を用いて説明する。基準ブロックとして開き角９０°のＶブロック６１を開き角を上向きにしてイケール１５に設け、Ｖブロック６１にマスターピース６３を載置して固定する。本実施の形態のマスターピース６３は寸法が既知で断面が円形をしている。測定子３３の接触部３７をマスターピース６３の側面に当接させ、マスターピース６３の側面上の点Ｂを測定し、その測定値を記憶手段５１へ記憶する。また、Ｖブロック６１の形状及び位置、すなわち、開き角が９０°であり、２つの斜面のＸＹ平面における直線の数式が既知であり、さらに、マスターピース６３の寸法が既知であることから、加工すべきワーク１９をＶブロック６１に載置して固定したときの測定子３３によるワーク１９の側面上の点Ｃの測定値と記憶したマスターピース６３の測定値との差Ｄに対して、マスターピース６３の中心位置Ｅとワーク１９の中心位置Ｆとがどんな関係になるかを予め関数にして演算手段５３に入力しておく。そして、ワーク１９の側面を測定すれば、演算手段５３により前記関数とワーク側面の１点の位置データとからイケール１５に対するワーク１９の中心位置Ｆを求めることができる。求めたワーク１９の中心位置Ｆを原点設定手段５５によりワーク座標系の原点に設定し、与えられた加工プログラムによりワーク１９を加工する。

図４は、ワーク取付具１３に、円形のワーク１９の代わりにＸＹ平面における形状が正方形をした角柱状のワーク７１を取り付けた場合を示している。この場合も、位置測定手段３１でワーク７１のＸＹ平面における頂点Ｇの位置を測定し、記憶手段５１に記憶されている２つの角柱状の基準ブロック７３の基準面を表す２直線の数式から頂点Ｇと２直線の交点Ｈとの中点、すなわち、ワーク７１のＸＹ平面における正方形の対角線の交点Ｉの位置が演算手段５３により求まる。この位置をワーク７１の加工の基準としてワーク座標系の原点に設定すればよい。

このように本発明によれば、ワーク取付台にワークを取り付けるたびに数値制御工作機械の主軸にタッチプローブ等の測定手段を着脱したり、テーブルをＸ、Ｙ、θ方向に移動させて位置合わせをしたりしなくて済み、短時間でワーク座標系の原点を設定することができる。

上述の実施の形態は、共に横形のマシニングセンタにワーク取付面が鉛直になったワーク取付具を設けた場合を示したが、本発明はこの構成に限らず、立形のマシニングセンタやその他の数値制御工作機械に水平なワーク取付面を有するワーク取付具、例えば、水平なパレット上面に横向きのＶブロックと位置測定手段を設け、ワークをＶブロックの基準面に当接させながらパレット上面に固定するような構成も含む。

本発明のワーク取付具の第１の実施の形態を示す正面図である。 図１のワーク取付具を備えた数値制御工作機械の側面図及びブロック図である。 本発明のワーク取付具の第２の実施の形態を示す要部の正面図である。 本発明のワーク取付具に角柱状のワークを取り付けたときの正面図である。

符号の説明

１ 数値制御工作機械
１３ ワーク取付具
１５ イケール
１９ ワーク
２１ 基準ブロック
２３ 固定手段
３１ 位置測定手段
３３ 測定子
３５ アクチュエータ
３９ 変位センサ
５１ 記憶手段
５３ 演算手段
５５ 原点設定手段
５７ 数値制御装置

Claims (4)

1. 主軸に装着された工具とワーク取付台に取り付けられたワークとを相対移動させてワークを加工する数値制御工作機械のワーク加工方法において、
   前記ワークを当接させる基準ブロックと前記ワークを測定する位置測定手段とを前記ワーク取付台に設け、
   前記基準ブロックのワークを当接させる基準面の形状及び位置を予め記憶し、
   前記ワークを前記基準ブロックの基準面に当接させて前記ワーク取付台に取り付け、前記位置測定手段の測定子を前記ワークの側面に当接させて前記ワークを測定し、
   前記記憶した基準ブロックの基準面の形状及び位置と前記ワークの測定値とから前記ワーク取付台に対する前記ワークの位置を求め、
   前記求めたワークの位置に基づいてワーク座標系の原点を設定し、前記ワークを加工するワーク加工方法。
2. 主軸に装着された工具とワーク取付台に取り付けられたワークとを相対移動させてワークを加工する数値制御工作機械のワーク加工方法において、
   前記ワークを当接させる基準ブロックと前記ワークを測定する位置測定手段とを前記ワーク取付台に設け、
   前記基準ブロックのワークを当接させる基準面の形状及び位置を予め記憶し、
   寸法が既知のマスターピースを前記基準ブロックの基準面に当接させて前記ワーク取付台に取り付け、前記位置測定手段の測定子を前記マスターピースの側面に当接させて前記マスターピースを測定し、該測定値を予め記憶し、
   前記ワークを前記基準ブロックの基準面に当接させて前記ワーク取付台に取り付け、前記位置測定手段の測定子を前記ワークの側面に当接させて前記ワークを測定し、
   前記記憶したマスターピースの測定値と前記ワークの測定値とから前記ワーク取付台に対する前記ワークの位置を求め、
   前記求めたワークの位置に基づいてワーク座標系の原点を設定し、前記ワークを加工するワーク加工方法。
3. 主軸に装着された工具とワーク取付台に取り付けられたワークとを相対移動させてワークを加工する数値制御工作機械において、
   前記ワーク取付台に設けられ、ワークを当接させる基準面を有し、寸法が既知の基準ブロックと、
   前記ワーク取付台に設けられ、前記ワーク取付台に取り付けたワークの側面を測定する位置測定手段と、
   前記位置測定手段の測定値に基づいて前記ワーク取付台に対する前記ワークの位置を求める演算手段と、
   前記求めたワークの位置に基づいてワーク座標系の原点を設定する原点設定手段と、
   を具備することを特徴とした数値制御工作機械。
4. ワークを取り付けるワーク取付具において、
   前記ワークを取り付ける取付面を有するワーク取付台と、
   前記ワーク取付台に設けられ、ワークを当接させる基準面を有し、寸法が既知の基準ブロックと、
   前記ワーク取付台に設けられ、固定されたワークの側面に向けてワーク取付面と平行な方向に進退する測定子を有する位置測定手段と、
   を具備することを特徴としたワーク取付具。

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