JP2021037556A - バイト合わせ方法 - Google Patents

Abstract

【課題】切削工具と加工物の接触時における負荷変動値を検出することにより、加工物と切削工具が接触したことをブザー音等で作業者に知らせ、同時に切削工具の移動が自動停止するので、ドア閉状態であってもバイト合わせをすることができる工作機械におけるバイト合わせ方法を提供する。【解決手段】加工物１０を工作機械の主軸２０に取り付ける工程と、切削工具３０の刃先を機械原点に復帰させる工程と、加工物１０を取り付けた主軸２０を回転させた状態で、切削工具３０（の刃先）を加工物１０の方へ移動させながら行うバイト合わせ工程を備えており、バイト合わせ工程は、切削工具３０（の刃先）と加工物１０が接触する時に生じる実推定負荷トルク値Ｐを検知する工程と、実推定負荷トルク値Ｐが所定の値を超えたときに切削工具３０の刃先の移動を停止させる工程を備えていることを特徴とする工作機械におけるバイト合わせ方法。【選択図】図２

Description

本発明は、工作機械を自動運転させる際に必要な切削工具のバイト合わせ方法に関する。さらに言えば、バイト合わせ時の主軸の負荷変動を監視し、切削工具（バイト）と加工物の接触によるモーターの負荷変動を電流値等にて検出することにより、加工物と切削工具が接触したことをブザー音等で作業者に知らせ、同時に切削工具の移動（スライド）を自動停止させ、機械原点とプログラム原点との距離（Ｘ軸、Ｚ軸）を記憶させるので、ドア閉状態であってもバイト合わせ作業をすることができる工作機械におけるバイト合わせ方法に関する。

工作機械の自動運転等を行う際、切削工具の出発点は、工作機械の機械原点を基準点として、切削工具を移動させることとなる。一方、切削工具は、その刃先のサイズ、及び形状が、用途によって様々であるため、全てを同じにすることは不可能である。そこで、機械原点である刃物台に取り付けた切削工具の刃先と、加工物の加工開始点であるプログラム原点までの距離（Ｘ軸、Ｚ軸）がどれだけあるかを、自動運転を行う前に予め機械制御部に教示することが必要となる。要するに、切削工具ごとに、原点を合わせるための作業が必要であった。この一連の作業を「バイト合わせ」という。

現状においては、バイト合わせをする際は、（ドアを開けた状態で）手動で切削工具（の刃先）を加工物に近づけながら行うのであるが、作業者が切削工具の刃先と加工物が当接する瞬間（要するに、切削工具の移動（スライド）を止める作業の時に）切削工具と加工物の位置を目視で確認する必要があるため、工作機械のドアを開けた状態で行う必要があり、作業者に対する危険が伴う作業であった。かかる危険を除去するためにバイト合わせをする際、ツールプリセッターと呼ばれる位置合わせのための専用装置を使用することも考案されているが、そのための装置を設置するということで、その分コストが余計に掛かるし、ツールセッター自体のメンテナンス等も必要であるので好ましく無かった。

特許文献１には、「バイトの刃先の位置を二次元平面上で精確に推定することを可能とする刃先位置推定方法等を提供することを目的とする。」ことを課題として、「被加工物を切削するＮＣ加工装置における切削工具の刃先の位置を推定する刃先位置推定方法等である。刃先は、被加工物を切削する先端部と、テーパー形状の側面を構成する側面部とを有する。刃先位置推定方法においては、刃先の位置を特定するために、先端部の少なくとも１点と前記側面部の少なくとも２点の合計少なくとも３点の座標を測定するデータ取得ステップと、少なくとも３点の座標データに基づいて、刃先の現在の位置を決定する決定ステップとを含む。（特許文献１：要約）」刃先位置推定方法（特許文献１：発明の名称の一部）が開示されている。

特開２０１５−７４０５５号公報

確かに、特許文献１に係る刃先位置推定方法（特許文献１：発明の名称の一部）であれば、先端部の１点と側面部の２点の計３点の座標を測定することにより、当該３点で特定される平面における刃先の先端の位置座標を精確に推定することが可能となると思われる。しかしながら、座標を測定するセンサーとして面形状のセンサーが別途必要となる。工作機械の自動運転を行う際、機械原点にいる切削工具の刃先と、加工物の加工開始点であるプログラム原点までの距離がどれだけあるかを工作機械に教示するために、面形状のセンサーをわざわざ設置するのは、その分コストが余計に掛かるし、面形状のセンサーのメンテナンス等の手間も掛かり好ましく無い。

本発明の目的は、切削工具と加工物の位置合わせ時に（回転体である）主軸を回転させながら負荷変動を監視する、具体的には、切削工具と加工物が接触した際のモーターの負荷変動を負荷変動値として検出することにより、加工物と切削工具が接触したことをブザー音等で作業者に知らせ、同時に切削工具の移動が自動停止するので、ドア閉状態であってもバイト合わせをすることができるバイト合わせ方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載された発明は、機械原点における切削工具の刃先と加工物の加工開始点であるＮＣプログラム原点との距離（Ｘ軸、Ｚ軸）を工作機械に教示する作業である切削工具の位置合わせ方法であって、加工物を工作機械の主軸に取り付ける工程と、切削工具を取り付けた状態の刃物台を機械原点に復帰させる工程と、
前記加工物を取り付けた主軸を回転させた状態で、前記切削工具の刃先を前記加工物に向かって移動させながら行うバイト合わせ工程を備えており、前記バイト合わせ工程は、前記切削工具の刃先と前記加工物が接触する際に生じるモーターの負荷変動を負荷変動値として検出する工程と、前記負荷変動値が所定の値を超えた際に、前記切削工具の刃先の移動を停止させる工程と、前記切削工具の刃先の移動を停止させた際の、即ち、前記切削工具の刃先が前記加工物に接触した状態にあるＮＣプログラム原点と、前記刃物台が前記機械原点にある際の前記切削工具の刃先の距離（Ｘ軸、Ｚ軸）を記憶する工程を備えていることを特徴とする工作機械における切削工具のバイト合わせ方法であることを特徴とするものである。尚、本明細書において、工作機械におけるＸ軸とは、切り込み方向（主軸方向に垂直な方向）に合致する方向軸のことであり、Ｚ軸とは、主軸方向に合致する方向軸である（注：工作機械に関連する技術分野の独自の表記であると思われ、他の技術分野のＸ軸、Ｚ軸の表記とは逆である）。

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記負荷変動値が所定の値を超えた際とは、モーターの負荷変動を示す実負荷トルク値がベース値との比較において、所定の値を超えた時点である工作機械における切削工具のバイト合わせ方法であることを特徴とするものである。尚、実負荷トルク値については後程詳細に説明する。

本発明に係るバイト合わせ方法は、工作機械に対して、機械原点にある時の切削工具（の刃先）と加工物の加工開始点であるＮＣプログラム原点との距離（Ｘ軸、Ｚ軸）を記憶させるための作業方法に係る発明である。従来は、主軸に加工物を取り付けた状態で、かつ、主軸を回転させながら、手動送りで（切削工具の）刃先を加工物に当てて切削状態を作業者が肉眼で判断していたのを、切削工具の刃先が加工物に接触した際のモーターの負荷変動を検出して判断する方式であることに特徴がある。

バイト合わせ方法は、加工物を工作機械の主軸に取り付ける工程と、切削工具を取り付けた状態の刃物台を機械原点に復帰させる工程と、加工物を取り付けた主軸を回転させた状態で、切削工具の刃先を加工物に向かって移動させながら行うバイト合わせ工程を備えている。さらに、バイト合わせ工程は、切削工具の刃先と加工物が接触する際に生じるモーターの負荷変動を負荷変動値として検出する工程と、負荷変動値が所定の値を超えた際に切削工具の刃先の移動を停止させる工程と、切削工具の刃先の移動を停止させた際の、即ち、切削工具の刃先が加工物に接触した状態にあるＮＣプログラム原点と、刃物台が機械原点にある際の切削工具の刃先の距離（Ｘ軸、Ｚ軸）を記憶する工程を備えている。

従って、作業者が切削工具側（刃物台と切削工具）を移動させる作業において、刃物台と切削工具を移動させる作業（例えば、操作ハンドルを手回しする作業）において作業ミスをしてしまった場合、移動が止まらない時に起こってしまう機械衝突（加工物と切削工具の衝突による破壊）の危険性を低減することができる。さらに、バイト合わせ方法は、加工物と切削工具が接触したことをブザー音等で作業者に知らせ、同時に切削工具の移動が自動停止する仕組みになっているので、作業者のすべきことは制御盤の操作のみである。要するに、作業者が加工物を工作機械の主軸に取り付ける作業を行うために開けるドアを閉めた状態でも、バイト合わせ作業を容易に行うことができるので作業者の安全が確保される。

本発明に係るバイト合わせ方法のフローチャート図である。 バイト合わせ工程を説明するための図である。 実負荷トルク値を用いての接触判定方法について説明するための図である。

以下、本発明に係るバイト合わせ方法の一実施形態について、図１〜図２に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係るバイト合わせ方法を説明するためのフローチャート図である。

本発明に係るバイト合わせ方法は、刃物台４０が機械原点に位置している時に、刃物台４０に取り付けられた切削工具３０（の刃先）と加工物１０にある加工開始点であるＮＣプログラム原点（図２（ａ）参照）との距離（Ｘ軸、Ｚ軸）を、工作機械の制御部に記憶させる（教示する）ための工程における（バイト合わせ）方法である。

バイト合わせ方法は、図１に記載したように、準備段階として、加工物１０を工作機械の主軸２０に取り付ける工程と、切削工具３０を取り付けた状態の刃物台４０を機械原点に復帰させる工程を備えている。（＊刃物台４０を機械原点に復帰させてから切削工具３０を取り付けても良い。）尚、加工物１０を工作機械の主軸２０に取り付ける工程と、切削工具３０を取り付けた状態の刃物台４０を機械原点に復帰させる工程は、どちらを先に行っても良く、時系列的な制限は無い。

バイト合わせ方法は、加工物１０を取り付けた主軸２０を回転させた状態で、切削工具３０の刃先を加工物１０の方へ移動（スライド）させながら行うバイト合わせ工程を備えている。以下に、バイト合わせ工程について詳細に説明する。

バイト合わせ工程においては、図１に記載したように、機械原点から刃物台４０（切削工具３０）を加工物１０に向かって移動させて、切削工具３０の刃先を加工物１０に接触させることになる。切削工具３０の刃先と加工物１０が接触する際に生じるモーターの負荷変動を負荷変動値（実負荷トルク値Ｐ）として検出する工程と、負荷変動値（実負荷トルク値Ｐ）が所定の値を超えた際に、切削工具３０の刃先の移動を停止させる工程と、切削工具３０の刃先の移動を停止させた際の機械原点における切削工具３０の刃先と、加工物１０における加工開始点であるＮＣプログラム原点との距離（Ｘ軸、Ｚ軸）の数値を記憶する工程を備えている。要するに、切削工具３０（の刃先）の移動を停止させる工程における切削工具３０（の刃先）が停止した位置（Ｘ軸、Ｚ軸）がＮＣプログラム原点であると言える。

負荷変動値（実負荷トルク値Ｐ）が所定の値を超えたときに、切削工具３０の刃先の移動を停止させる工程では、切削工具３０の刃先が加工物１０に向かう移動（スライド）が自動停止することになる。同時に接触したことをブザー音等で作業者に知らせ、切削工具３０の刃先の移動（スライド）を停止させた時点での位置、要するに、機械原点における切削工具３０の刃先の位置（Ｘ軸、Ｚ軸）とＮＣプログラム原点との距離（Ｘ軸、Ｚ軸）の数値を工作機械の制御部に記憶させることになる。

バイト合わせ方法は、操作ごとに図とメッセージによる指示が表示される「いわゆるウィザード形式」による操作方法により、作業初心者でも迷わずに操作パネルを見ながら、バイト合わせ工程における作業をすることができるように工夫されている。ウィザード形式とは対話型のコンピュータプログラムであり、使用者に対して段階を踏襲しつつ複雑な作業を行わせるユーザインタフェイスである。一般的な考え方とは異なり、使用者は既定の順序で作業の処理を強いられるものの、複雑でそれほど頻繁に行わない作業の場合、ウィザード形式を使った方が、作業が容易である。

＜バイト合わせ工程＞
さらに、本発明に係るバイト合わせ方法において、最も特徴的なバイト合わせ工程について、図２に基づき説明する。図２は、本発明に係るバイト合わせ方法のバイト合わせ工程を説明するための図である。図２（ａ）は、切削工具３０（の刃先）が加工物１０に接触する前の状態であり、図２（ｂ）は、切削工具３０（の刃先）が加工物１０に接触した瞬間の状態である。バイト合わせ工程は、図２（ａ）、及び図２（ｂ）に記載したように、主軸２０に取り付けた加工物１０（固定されて回転している）に向かって、刃物台４０に取り付けた切削工具３０（の刃先）を移動（スライド）させることにより行うことになる。尚、バイト合わせ工程は、Ｘ軸、Ｚ軸のそれぞれに対して、独立して別個に行うことになる。

バイト合わせ工程は、切削工具３０の刃先と加工物１０が接触する際に生じるモーターの負荷変動を負荷変動値として検出する工程と、負荷変動値が所定の値を超えた際に切削工具３０の刃先の移動（スライド）を停止させる工程と、切削工具３０の刃先の移動（スライド）を停止させた際の機械原点における切削工具３０の刃先とＮＣプログラム原点との距離（Ｘ軸、Ｚ軸）の数値を記憶する工程を備えている。

負荷変動値としては、刃物台４０に取り付けられた切削工具３０の刃先が、主軸２０を回転させた状態で、加工物１０に接触した際に生じる実負荷トルク値Ｐ（Ｎ・ｍ）を採用している。具体的には、切削工具３０の刃先が加工物１０に接触した際（図２（ｂ）参照）の実負荷トルク値Ｐ（Ｎ・ｍ）が所定の値以上になったことを検知した時に、切削工具３０の刃先の移動（スライド）が停止し、移動（スライド）が停止した位置（Ｘ軸、Ｚ軸）がＮＣプログラム原点であるとして、工作機械に組み込まれた制御部（図示しない）に記憶させる。実負荷トルク値Ｐ（Ｎ・ｍ）を用いての接触判定方法について、以下に詳細を説明する。

＜実負荷トルク値を用いての接触判定方法＞
図３は、実負荷トルク値Ｐ（Ｎ・ｍ）を用いての接触判定方法について説明するための図である。縦軸は、実負荷トルク値Ｐ（Ｎ・ｍ）であり、横軸は、時間（秒）である。実負荷トルク値（負荷測定値×トルク値（モーター毎に異なる）÷負荷トルク最大値（定数）で算出される）が、「バイト合わせ方法」において最も特徴的と言える「バイト合わせ工程」において、加工物１０と切削工具３０の刃先の接触判定の際に採用されている。

図３に記載したように、バイト合わせ工程において、加工物１０と切削工具３０の刃先が接触した際、実負荷トルク値Ｐ（Ｎ・ｍ）が増加するのであるが、この増加量が所定の値を超えた時点で、加工物１０と切削工具３０の刃先が接触したものと判断することになる。具体的には、加工物１０と切削工具３０の刃先が接触したものと判断する際、実負荷トルク値Ｐは、ベース値Ｂ（図３参照）からの増加量が所定の値α（要するに、実負荷トルク値Ｐがベース値Ｂ＋αとなる）を超えた時点で、加工物１０と切削工具３０の刃先が接触したものとする。尚、図３においては、一例として「ベース値＋α」を接触判定閾値として設定しているが、この接触判定閾値「ベース値＋α」は工作機械の機種毎、要するにモーター毎に異なる値を設定する必要があるので、本発明においては、具体的な数値（％表示を含む）として規定することはできず「所定の値」と記載せざるを得ないことになる。

実負荷トルク値Ｐ（Ｎ・ｍ）は、図３に記載したように、モーターの回転数が時間の経過とともに上昇し始めた直後から、安定するまでの状態における一定の時間内において（この期間を「加速時」（図３参照）という）、実負荷トルク値Ｐ（Ｎ・ｍ）は、瞬間的に極大値を示す。尚、実負荷トルク値Ｐ（Ｎ・ｍ）が極大値を示す要因としては、モーターの始動トルクによる。本発明に係るバイト合わせ方法における実負荷トルク値を用いての接触判定方法では、「加速時」に現れる実負荷トルク値Ｐ（Ｎ・ｍ）は除外し、モーターの回転開始から一定の時間経過し、モーターの回転数が一定である時間帯（この期間を「定常時」（図３参照）という）における実負荷トルク値Ｐ（Ｎ・ｍ）を算出することになる。尚、本明細書においては、モーターの回転数が時間の経過とともに下降する場合も「加速時」の概念に含まれることとする。

即ち、実負荷トルク値を用いての接触判定方法は、モーターの回転数が上昇し始めた直後から一定の時間（加速時（図３参照）を経過し、モーター回転数が一定になった状態（定常時（図３参照）を起点として、その後計測された、実負荷トルク値Ｐの最大値（加工物１０と切削工具３０の刃先が接触していない状態での値）をベース値（図３にＢと記載）として採用し、ベース値Ｂ設定以降の実負荷トルク値Ｐ（Ｎ・ｍ）が、ベース値Ｂとの比較において所定の値α（図３においてはベース値＋α：これらの値は工作機械の機種、要するにモーターにより異なる値になる）を超えたことを確認して、加工物１０と切削工具３０の刃先が接触したと判定される。尚、「加速時」、及び「定常時」の定義は、経過時間を基になされているのでは無く、飽くまでもモーターの回転数が時間経過とともに変化しているのか、或いは、一定回転数なのかによる。

＜バイト合わせ方法の効果＞
本発明に係る切削工具３０のバイト合わせ方法は、バイト合わせ時の負荷変動（実負荷トルク値Ｐで検知する）を検知し、切削工具３０の刃先と加工物１０の接触を検出することに特徴がある。さらに言えば、加工物１０を取り付けた主軸２０を回転させながら、実負荷トルク値Ｐの変化を負荷変動とし、切削工具３０の刃先と回転させた加工物１０の接触を検出することに特徴がある。接触を検出すると、同時に加工物１０の移動（スライド）を停止させるとともに、ブザー音等にて作業者に知らせるようになっている。

加工物１０と切削工具３０の刃先が接触したことをブザー音等で作業者に知らせ、同時に切削工具３０の移動（スライド）が自動停止するので、ドア閉状態であってもバイト合わせをすることができる。要するに、バイト合わせ作業時、加工物１０と切削工具３０の刃先が接触したことをブザー音等で知らせ、スライドが自動停止し、機械原点における切削工具３０の刃先の位置（Ｘ軸、Ｚ軸）とＮＣプログラム原点との距離（Ｘ軸、Ｚ軸）の数値を工作機械の制御部に記憶させるので、作業者が加工物１０を工作機械の主軸２０に取り付ける作業を行うために開けるドアを閉めた状態のまま、安全にバイト合わせ作業を行うことができる。

さらに、作業者が切削工具３０側（刃物台４０と切削工具３０）を移動（スライド）させる作業において、作業ミス等をしてしまった場合、移動（スライド）が止まらないときに起こってしまう機械衝突の危険性も低下することができる。

＜切削工具のバイト合わせ方法の変更例＞
本発明に係る切削工具のバイト合わせ方法は、上記した各実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、加工物を工作機械の主軸に取り付ける工程と、切削工具を取り付けた状態の刃物台を機械原点に復帰させる工程と、加工物を取り付けた主軸を回転させた状態で、切削工具の刃先を加工物の方へ移動（スライド）させながら行うバイト合わせ工程等の工程を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。例えば、バイト合わせ工程におけるモーターの負荷変動を検出する際の負荷変動値としては実負荷トルク値を採用しているが、実負荷トルク値以外の電流値等であっても良いし、主軸モーターの実負荷トルク値以外にも、スライド送りモーターの実負荷トルク値を採用しても良い。

本発明に係る切削工具のバイト合わせ方法は、上記の如く優れた効果を奏するものであるので、工作機械を自動運転等する際に不可欠な切削工具のバイト合わせ作業を安全に行うことができる方法として好適に用いることができる。

１０・・加工物
２０・・主軸
３０・・切削工具
４０・・刃物台

Claims (2)

1. 機械原点における切削工具の刃先と加工物の加工開始点であるＮＣプログラム原点との距離（Ｘ軸、Ｚ軸）を工作機械に教示する作業である切削工具の位置合わせ方法であって、
   加工物を工作機械の主軸に取り付ける工程と、
   切削工具を取り付けた状態の刃物台を機械原点に復帰させる工程と、
   前記加工物を取り付けた主軸を回転させた状態で、前記切削工具の刃先を前記加工物に向かって移動させながら行うバイト合わせ工程を備えており、
   前記バイト合わせ工程は、前記切削工具の刃先と前記加工物が接触する際に生じるモーターの負荷変動を負荷変動値として検出する工程と、
   前記負荷変動値が所定の値を超えた際に、前記切削工具の刃先の移動を停止させる工程と、
   前記切削工具の刃先の移動を停止させた際の、即ち、前記切削工具の刃先が前記加工物に接触した状態にあるＮＣプログラム原点と、前記刃物台が前記機械原点にある際の前記切削工具の刃先の距離（Ｘ軸、Ｚ軸）を記憶する工程を備えていることを特徴とする工作機械における切削工具のバイト合わせ方法。
2. 前記負荷変動値が所定の値を超えた際とは、モーターの負荷変動を示す実負荷トルク値がベース値との比較において、所定の値を超えた時点であることを特徴とする請求項１に記載の工作機械における切削工具のバイト合わせ方法。

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