JP2012061570A - 加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも高精度に加工することができる加工方法を提供する。
【解決手段】主軸115にタッチプローブ102を装着し、主軸の軸端を所定の位置Ps1に位置させているときのプローブのオン状態の先端部102aの位置Pp1及びオフ状態の先端部の位置Pp2をCCDカメラで光学的にそれぞれ計測し、プローブの位置Pp1,Pp2に基づいてプローブの不感帯域長Lp2を算出し、主軸の位置Ps1及びプローブ102の位置Pp2に基づいてプローブの見掛け上の長さLp1を算出し、プローブの見掛け上の長さに不感帯域長を加味してプローブの実質的な長さLp3を算出してから、プローブでワークの実際の高さを求めた後、主軸に工具を装着し、工具の先端部の位置をCCDカメラで光学的に計測して工具の実際の長さを算出し、ワークの高さ及び工具の長さに基づいて加工を施す。
【選択図】図４

Description

本発明は、主軸に着脱可能に取り付けられる工具とテーブル上に固定支持されるワークとを相対的に移動させて当該ワークに加工を施すマシニングセンタ等の工作機械の加工方法に関する。

主軸に着脱可能に取り付けられる工具とテーブル上に固定支持されるワークとを相対的に移動させて当該ワークに加工を施すマシニングセンタ等の工作機械においては、ワークに対して精度よく加工を施すため、まず、主軸に装着した工具の実際の長さ及びテーブル上のワークの実際の高さ位置（上下方向の長さ）をそれぞれ計測して求めてから、当該工具の長さ及び当該ワークの高さ位置（上下方向の長さ）に基づいて当該ワークに加工を行うようにしている。

このような工具の長さ及びワークの高さ位置（上下方向の長さ）は、従来、以下のようにして求めている。

（１）主軸にインジケータを装着し、当該インジケータをテーブルの上面に接触させたときの主軸端の位置とワークの上面に接触させたときの主軸端の位置との差分から、ワークの高さ位置（上下方向の長さ）を求めると共に、主軸に工具を装着し、テーブル上に載置された接触式（又はレーザ式）の工具測定装置の検出部に上記工具を接触（又はレーザ光を遮断）させて当該工具測定装置の検出部で検出されたときの主軸端の位置から当該工具測定装置の高さを差し引くことにより当該工具の長さを求める。

（２）主軸にタッチプローブを装着し、当該タッチプローブをワークの上面に接触させて当該タッチプローブで検出されたときの主軸端の位置から当該タッチプローブの長さを差し引くことにより当該ワークの高さ位置（上下方向の長さ）を求めると共に、主軸に工具を装着し、上記（１）の場合と同様にして工具の長さを求める。

（３）主軸にタッチプローブを装着し、テーブル上に載置された基準ブロックの上面に当該タッチプローブを接触させて当該タッチプローブで検出されたときの主軸端の位置から上記基準ブロックの高さを差し引くことにより当該タッチプローブの実際の長さを算出し、当該タッチプローブをワークの上面に接触させて当該タッチプローブで検出されたときの主軸端の位置から上記タッチプローブの実際の長さを差し引くことにより当該ワークの高さ位置（上下方向の長さ）を求めると共に、主軸に工具を装着し、上記（１）の場合と同様にして工具の長さを求める。

特開２００６−２８９６０８号公報

ところで、前述したようにして工具の長さ及びワークの高さ位置（上下方向の長さ）を求めると、周辺環境の温度変化に伴って、上記（１）では工具測定装置の温度変化長、上記（２）では工具測定装置及びタッチプローブの温度変化長、上記（３）では工具測定装置及び基準ブロックの温度変化長が加わってしまい、高精度な加工が難しくなってしまう。

そこで、例えば、（４）主軸にタッチプローブを装着し、テーブル上に載置された接触式（又はレーザ式）の工具測定装置の検出部に上記タッチプローブを接触（又はレーザ光を遮断）させて当該工具測定装置の検出部で検出されたときの主軸端の位置から当該工具測定装置の高さを差し引くことにより当該タッチプローブの実際の長さを算出し、当該タッチプローブをワークの上面に接触させて当該タッチプローブで検出されたときの主軸端の位置から当該タッチプローブの実際の長さを差し引くことにより当該ワークの高さ位置（上下方向の長さ）を求めると共に、主軸に工具を装着し、上記（１）の場合と同様にして工具の長さを求める、すなわち、工具及びタッチプローブの両者共にテーブル上の同一の上記測定装置で測定することにより、当該測定装置の温度変化長をキャンセルできるようにすることが考えられる。

しかしながら、上記（４）のようにタッチプローブの実際の長さを接触式（又はレーザ式）の工具測定装置で求めると、当該タッチプローブの不感帯域長（接触してからオンになるまでの間に変化する長さ）が加算されてしまい、やはり高精度な加工が難しくなってしまう。

このようなことから、本発明は、従来よりも高精度に加工することができる加工方法を提供することを目的とする。

前述した課題を解決するための、本発明に係る加工方法は、主軸に着脱可能に取り付けられる工具とテーブル上に固定支持されるワークとを相対的に移動させて当該ワークに加工を施す工作機械の加工方法であって、前記主軸にタッチプローブを装着し、当該主軸の軸端を所定の位置Ｐｓ１に位置させているときの当該タッチプローブのオン状態の先端部の位置Ｐｐ１及びオフ状態の先端部の位置Ｐｐ２を光学的にそれぞれ計測し、当該位置Ｐｐ１，Ｐｐ２に基づいて当該タッチプローブの不感帯域長Ｌｐ２を算出するタッチプローブ不感帯域長算出工程と、前記主軸の前記軸端の前記位置Ｐｓ１及び前記タッチプローブのオフ状態の前記先端部の前記位置Ｐｐ２に基づいて当該タッチプローブの見掛け上の長さＬｐ１を算出し、当該長さＬｐ１に前記不感帯域長Ｌｐ２を加味することにより、当該タッチプローブの実質的な長さＬｐ３を算出するタッチプローブ長算出工程と、前記主軸に装着された前記タッチプローブの先端部を前記テーブル上の前記ワークの上面に接触させて当該タッチプローブがオン状態となったときの当該主軸の軸端の位置Ｐｓ２及び前記タッチプローブの実質的な長さＬｐ３に基づいて当該ワークの実際の高さＬｗを求めるワーク高さ算出工程と、前記主軸に前記工具を装着し、当該主軸の軸端を所定の位置Ｐｓ３に位置させているときの当該工具の先端部の位置Ｐｔ１を光学的に計測し、前記主軸の前記軸端の前記位置Ｐｓ３及び前記工具の前記先端部の前記位置Ｐｔ１に基づいて当該工具の実際の長さＬｔを算出する工具長算出工程と、前記ワーク高さ算出工程で算出された前記ワークの前記高さＬｗ及び前記工具長算出工程で算出された前記工具の前記長さＬｔに基づいて、前記ワークと前記工具とを相対的に移動させて当該ワークに加工を施す本加工工程とを行うことを特徴とする。

本発明に係る加工方法によれば、タッチプローブのオン状態の先端部の位置Ｐｐ１及びオフ状態の先端部の位置Ｐｐ２を光学的に計測することにより、タッチプローブの不感帯域長Ｌｐ２を算出して、タッチプローブの見掛け上の長さＬｐ１から実質的な長さＬｐ３を求めると共に、工具の先端部の位置Ｐｔ１を光学的に計測することにより、工具の長さＬｔを求めることから、温度変化に伴う測定誤差をなくすことができると共に、タッチプローブの不感帯域長Ｌｐ２による測定誤差もなくすことができるので、ワークに対して従来よりも高精度に加工することが容易にできる。

本発明に係る加工方法を使用する工作機械の主な実施形態の概略構成図である。 図１の工作機械の要部の概略構成図である。 図１の工作機械の要部の制御ブロック図である。 タッチプローブの実際の長さの求め方の説明図である。 ワークの実際の高さ位置（上下方向の長さ）の求め方の説明図である。 工具の実際の長さの求め方の説明図である。

本発明に係る加工方法の実施形態を図面に基づいて以下に説明するが、本発明は図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではない。

〈主な実施形態〉
本発明に係る加工方法の主な実施形態を図１〜６に基づいて説明する。

本実施形態に係る工作機械１００は、図１に示すように、ベッド１１１上のＹ軸方向一方側（図１中、右側）にコラム１１２が立設されている。コラム１１２の前面には、サドル１１３がＸ軸方向（図１中、紙面垂直方向）に移動可能に支持されている。サドル１１３の前面には、主軸ヘッド１１４がＺ軸方向（図１中、上下方向）に移動可能に支持されている。主軸ヘッド１１４には、Ｃ軸回り（図１中、上下方向の鉛直軸回り）で回転可能な主軸１１５が設けられている。

前記主軸１１５の軸端には、工具やタッチプローブ等のアタッチメント１０１が着脱可能に取り付けられるようになっている。前記コラム１１２の側部には、自動工具交換装置１１７が設けられており、当該自動工具交換装置１１７は、マガジン内に格納している多数のアタッチメント１０１の中から目的とするアタッチメント１０１を取り出して、主軸１１５の軸端に取り付けられているアタッチメント１０１を取り外して上記アタッチメント１０１を当該主軸１１５の当該軸端に新たに取り付け、取り外した上記アタッチメント１０１をマガジン内に格納することを自動的に行うことができるようになっている。

前記ベッド１１１上のＹ軸方向他方側（図１中、左側）には、ワーク１を固定支持するテーブル１１６がＹ軸方向（図１中、左右方向）に移動可能に設けられている。テーブル１１６上には、前記主軸１１５の軸端に取り付けられている前記アタッチメント１０１の先端部の高さ方向（Ｚ軸方向）の位置を光学的に計測するアタッチメント計測手段であるアタッチメント計測装置１２０が上記ワーク１の加工に際して障害とならない位置に載置されている。

前記アタッチメント計測装置１２０は、図２に示すように、前記テーブル１１６上に設けられて窪部１２１ａを有するように凹形をなす支持台１２１と、この支持台１２１の一方の上端部に支持された光源１２２と、この光源１２２に対向するように支持台１２１の他方の上端部に支持される撮像手段であるＣＣＤカメラ１２３とを備えている。なお、１２４は、前記支持台１２１の窪部１２１ａに設置可能な押さえ台１２４である。

また、図３に示すように、前記アタッチメント計測装置１２０の前記ＣＣＤカメラ１２３は、制御手段である制御装置１３０の入力部に電気的に接続されている。この制御装置１３０の入力部には、当該制御装置１３０に各種データを入力する入力手段である入力装置１３１がさらに電気的に接続されている。制御装置１３０の出力部には、前記自動工具交換装置１１７と、前記主軸１１５をＸ軸方向，Ｙ軸方向，Ｚ軸方向へ移動させるように前記サドル１１３，前記主軸ヘッド１１４，前記テーブル１１６をそれぞれ移動させる各種の駆動モータ１１８と、前記主軸１１５を回転させる駆動モータ１１９と、前記光源１２２とがそれぞれ電気的に接続されており、当該制御装置１３０は、前記入力装置１３１から入力された情報や前記ＣＣＤカメラ１２３で撮像された情報等に基づいて、前記自動工具交換装置１１７や前記駆動モータ１１８，１１９や前記光源１２２等の作動をそれぞれ制御することができるようになっている（詳細は後述する）。

このような本実施形態に係る工作機械１００を使用する加工方法を次に説明する。

始めに、本工作機械１００の稼働運転を実施する前に、以下に説明する事前設定工程を行う。

まず、前記主軸１０５の軸端に前記タッチプローブ１０２を装着すると共に、前記アタッチメント計測装置１２０の前記支持台１２１の前記窪部１２１ａに前記押さえ台１２４を設置した後、前記制御装置１３０を作動させると、当該制御装置１３０は、図４Ａに示すように、前記タッチプローブ１０２の先端部１０２ａを前記アタッチメント計測装置１２０の前記押さえ台１２４の上面に接触させて当該タッチプローブ１０２をオン状態とするように、前記モータ１１８を作動させて前記サドル１１３や前記主軸ヘッド１１４や前記テーブル１１６等を移動させる。

続いて、前記制御装置１３０は、前記タッチプローブ１０２からの情報に基づいて、当該タッチプローブ１０２がオン状態となったことを検出すると、前記主軸１１５の軸端のＺ軸方向（上下方向）の位置Ｐｓ１を記録すると同時に、前記光源１２２から光を照射するように当該光源１２２を作動させると共に、前記ＣＣＤカメラ１２３で前記タッチプローブ１０２の先端部１０２ａのＺ軸方向（上下方向）の位置Ｐｐ１を撮像して記録する。

このようにして前記タッチプローブ１０２の先端部１０２ａのＺ軸方向（上下方向）の位置Ｐｐ１を前記ＣＣＤカメラ１２３で撮像して記録した後、前記アタッチメント計測装置１２０の前記支持台１２１上から前記押さえ台１２４を取り外すと、図４Ｂに示すように、前記タッチプローブ１０２の先端部１０２ａが自然長にまで伸びてオフ状態となるので、前記制御装置１３０は、当該タッチプローブ１０２からの情報に基づき、当該タッチプローブ１０２がオフ状態になったことを検出して、前記光源１２２から光を照射するように当該光源１２２を作動させると共に、前記ＣＣＤカメラ１２３で前記タッチプローブ１０２の先端部１０２ａのＺ軸方向（上下方向）の位置Ｐｐ２を撮像して記録する。

次に、前記制御装置１３０は、前記タッチプローブ１０２のオン状態の先端部１０２ａのＺ軸方向（上下方向）の位置Ｐｐ１とオフ状態の先端部１０２ａのＺ軸方向（上下方向）の位置Ｐｐ２との差分から、当該タッチプローブ１０２の不感帯域長Ｌｐ２（＝Ｐｐ２−Ｐｐ１）を算出し、これを記憶する。

そして、前記主軸１０５の軸端から前記タッチプローブ１０２を取り外すことにより、事前設定工程を終了する（以上、タッチプローブ不感帯域長算出工程）。

このようにして事前設定工程を終えた後、本工作機械１００を稼働して実際にワーク１の加工を行う場合には、以下のような工程を行う。

まず、前記テーブル１１６上にワーク１を載置して固定支持すると共に、当該ワーク１の条件や加工条件等の各種条件を前記入力装置１３１に入力すると、前記制御装置１３０は、前記自動工具交換装置１１７のマガジン内に格納されているアタッチメント１０１の中からタッチプローブ１０２を選択して前記主軸１１５の軸端に装着するように前記モータ１１８を作動させて前記サドル１１３や前記主軸ヘッド１１４等を移動させると共に前記自動工具交換装置１１７を作動させる。

次に、前記制御装置１３０は、前記アタッチメント計測装置１２０の前記支持台１２１の上方の所定の位置Ｐｓ１に前記主軸１１５を位置させて当該支持台１２１の前記窪部１２１ａに前記タッチプローブ１０２の先端部１０２ａを位置させるように前記モータ１１８を作動させて前記サドル１１３や前記主軸ヘッド１１４や前記テーブル１１６等を移動させる。

続いて、前記制御装置１３０は、前記光源１２２から光を照射するように当該光源１２２を作動させると共に、前記ＣＣＤカメラ１２３で前記タッチプローブ１０２の先端部１０２ａのＺ軸方向（上下方向）の位置Ｐｐ２を撮像して記録することにより、当該タッチプローブ１０２の見掛け上のＺ軸方向（上下方向）の長さＬｐ１（＝Ｐｐ２−Ｐｓ１）を求める。

そして、前記制御装置１３０は、新たに求めた上記タッチプローブ１０２の上記長さＬｐ１に対して、前記事前設定工程で記憶された前記不感帯域長Ｌｐ２を加味することにより、実際の加工環境における当該タッチプローブ１０２の実質的な長さＬｐ３（＝Ｌｐ１−Ｌｐ２）を求める（以上、タッチプローブ長算出工程）。

このようにして前記タッチプローブ１０２の実質的な長さＬｐ３を求めると、前記制御装置１３０は、前記テーブル１１６上の前記ワーク１の上面に当該タッチプローブ１０２の先端部１０２ａを接触させてオン状態とするように前記モータ１１８を作動させて前記サドル１１３や前記主軸ヘッド１１４や前記テーブル１１６等を移動させる。

前記制御装置１３０は、前記タッチプローブ１０２からの情報に基づいて、当該タッチプローブ１０２がオン状態となったことを検出すると、図５に示すように、そのときの前記主軸１１５のＺ軸方向（上下方向）の軸端の位置Ｐｓ２、すなわち、前記主軸１１５の軸端と前記テーブル１１６の上面との間の長さＬｓ２及び当該タッチプローブ１０２の実質的な長さＬｐ３から、前記ワーク１の実際の高さ（上下方向の長さ）Ｌｗ（＝Ｌｓ２−Ｌｐ３）を求める（以上、ワーク高さ算出工程）。

このようにしてワーク１実際の高さ（上下方向の長さ）Ｌｗを求めると、前記制御装置１３０は、前記自動工具交換装置１１７のマガジン内に格納されているアタッチメント１０１の中から選択した工具１０３と前記主軸１１５の前記タッチプローブ１０２とを交換するように前記モータ１１８を作動させて前記サドル１１３や前記主軸ヘッド１１４等を移動させると共に前記自動工具交換装置１１７を作動させる。

続いて、前記制御装置１３０は、図６に示すように、前記主軸１１５の軸端を規定位置Ｐｓ３に位置させて前記工具１０３の先端部１０３ａを前記アタッチメント計測装置１２０の前記支持台１２１の前記窪部１２１ａ内に位置させるように、前記モータ１１８を作動させて前記サドル１１３や前記主軸ヘッド１１４や前記テーブル１１６等を移動させると、前記光源１２２から光を照射するように当該光源１２２を作動させると共に、前記ＣＣＤカメラ１２３で前記工具１０３の先端部１０３ａのＺ軸方向（上下方向）の位置Ｐｔ１を撮像して求める。

そして、前記制御装置１３０は、前記主軸１１５の軸端のＺ軸方向（上下方向）の位置Ｐｓ３及び前記工具１０３の先端部１０３ａのＺ軸方向（上下方向）の前記位置Ｐｔ１から、当該工具１０３の実際の長さＬｔ（＝Ｐｔ１−Ｐｓ３）を算出する（以上、工具長算出工程）。

このようにしてワーク１の実際の高さ（上下方向の長さ）Ｌｗ及び工具１０３の実際の長さＬｔを求めると、前記制御装置１３０は、前記入力装置１３１から入力された各種の条件及びワーク１の実際の高さ（上下方向の長さ）Ｌｗ及び工具１０３の実際の長さＬｔに基づいて、当該ワーク１と当該工具１０３とを相対的に移動させながら当該ワーク１に加工を施すように前記モータ１１８，１１９を作動させて前記主軸１１５を回転させつつ前記サドル１１３や前記主軸ヘッド１１４や前記テーブル１１６等を移動させる（以上、本加工工程）。

つまり、本実施形態においては、タッチプローブ１０２のオン状態の先端部１０２ａの位置Ｐｐ１及びオフ状態の先端部１０２ａの位置Ｐｐ２をＣＣＤカメラ１２３で撮像して光学的に計測することにより、当該タッチプローブ１０２の不感帯域長Ｌｐ２を算出して、当該タッチプローブ１０２の見掛け上の長さＬｐ１から実質的な長さＬｐ３を求めると共に、工具１０３の先端部１０３ａの位置Ｐｔ１をＣＣＤカメラ１２３で撮像して光学的に計測することにより、当該工具１０３の長さＬｔを求めるようにしたのである。

このため、本実施形態においては、温度変化に伴う測定誤差をなくすことができると共に、タッチプローブ１０２の不感帯域長Ｌｐ２による測定誤差もなくすことができる。

したがって、本実施形態によれば、ワーク１に対して従来よりも高精度に加工することが容易にできる。

〈他の実施形態〉
なお、前述した実施形態においては、光源１２２及びＣＣＤカメラ１２３によって前記タッチプローブ１０２の先端部１０２ａや工具１０３の先端部１０３ａの位置を撮像して光学的に計測するアタッチメント計測装置１２０を使用した場合について説明したが、他の実施形態として、例えば、レーザ光発光器からレーザ光をスキャニングしながらタッチプローブ１０２の先端部１０２ａや工具１０３の先端部１０３ａへ向けて発射してレーザ光受光器で受光することにより、タッチプローブ１０２の先端部１０２ａや工具１０３の先端部１０３ａの位置を光学的に計測するアタッチメント計測手段とすることも可能である。

本発明に係る加工方法は、ワークに対して従来よりも高精度に加工することが容易にできるので、金属加工産業等を始めとする各種産業において、極めて有益に利用することができる。

１ ワーク
１００ 工作機械
１０１ アタッチメント
１０２ タッチプローブ
１０２ａ 先端部
１０３ 工具
１０３ａ 先端部
１１１ ベッド
１１２ コラム
１１３ サドル
１１４ 主軸ヘッド
１１５ 主軸
１１６ テーブル
１１７ 自動工具交換装置
１１８，１１９ 駆動モータ
１２０ アタッチメント計測装置
１２１ 支持台
１２１ａ 窪部
１２２ 光源
１２３ ＣＣＤカメラ
１２４ 押さえ台
１３０ 制御装置
１３１ 入力装置

Claims (1)

1. 主軸に着脱可能に取り付けられる工具とテーブル上に固定支持されるワークとを相対的に移動させて当該ワークに加工を施す工作機械の加工方法であって、
   前記主軸にタッチプローブを装着し、当該主軸の軸端を所定の位置Ｐｓ１に位置させているときの当該タッチプローブのオン状態の先端部の位置Ｐｐ１及びオフ状態の先端部の位置Ｐｐ２を光学的にそれぞれ計測し、当該位置Ｐｐ１，Ｐｐ２に基づいて当該タッチプローブの不感帯域長Ｌｐ２を算出するタッチプローブ不感帯域長算出工程と、
   前記主軸の前記軸端の前記位置Ｐｓ１及び前記タッチプローブのオフ状態の前記先端部の前記位置Ｐｐ２に基づいて当該タッチプローブの見掛け上の長さＬｐ１を算出し、当該長さＬｐ１に前記不感帯域長Ｌｐ２を加味することにより、当該タッチプローブの実質的な長さＬｐ３を算出するタッチプローブ長算出工程と、
   前記主軸に装着された前記タッチプローブの先端部を前記テーブル上の前記ワークの上面に接触させて当該タッチプローブがオン状態となったときの当該主軸の軸端の位置Ｐｓ２及び前記タッチプローブの実質的な長さＬｐ３に基づいて当該ワークの実際の高さＬｗを求めるワーク高さ算出工程と、
   前記主軸に前記工具を装着し、当該主軸の軸端を所定の位置Ｐｓ３に位置させているときの当該工具の先端部の位置Ｐｔ１を光学的に計測し、前記主軸の前記軸端の前記位置Ｐｓ３及び前記工具の前記先端部の前記位置Ｐｔ１に基づいて当該工具の実際の長さＬｔを算出する工具長算出工程と、
   前記ワーク高さ算出工程で算出された前記ワークの前記高さＬｗ及び前記工具長算出工程で算出された前記工具の前記長さＬｔに基づいて、前記ワークと前記工具とを相対的に移動させて当該ワークに加工を施す本加工工程と
   を行うことを特徴とする加工方法。
   

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