JP2760986B2 - 工具長測定方法 - Google Patents

工具長測定方法

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、マシニングセンタ等のNC工作機械等に用い
られる加工工具の工具長測定方法に関する。 [従来の技術とその問題点] 従来、この種の工具長測定方法としては、工具を工作
機械から取り外し、顕微鏡等の機外測定具を用いて測定
するのが一般的であった。 ところが、このような測定方法では、工具の摩耗検査
等のために工具長を測定するに際し、工具を工作機械か
ら取外さなければならず、作業性が悪かった。また、測
定の際に補正することのできない取付け誤差等がそのま
ま加工誤差となるため、測定結果を採用するにもその信
頼性が低いという問題があった。このようなことから、
機外測定具を用いた従来の方法は、高精度な自動加工を
行なうNC精密工作機械への適用に難点があった。 そこで、NC精密工作機械においては、感圧式のタッチ
センサを機械本体上に設けておき、工具が任意の基準位
置にあるときの座標と、その基準位置から下降してこの
センサに接触したときの座標とを検出し、この一回の検
出結果にもとづき工具長の誤差を算出する方法が採用さ
れていた。 上記感圧式タッチセンサを用いた従来の工具長測定方
法では、例えば、センサの測定子面または工具先端に切
粉やごみ等が付着していた場合、ごみの厚さを含んで工
具長として検出するおそれがあり、しかも検出結果から
そのような誤差の有無を判定できず、測定結果に信頼性
が乏しいという問題があった。 そこで、特開昭61−164767号において、測定を数回繰
り返すことによって測定結果のばらつきを平均化して工
具長を測定する方法が提案されている。 しかしながら、この従来例においては、工作機械の熱
等による機械的変位については何の考慮もなされていな
いため、測定結果のばらつきによる不正確さが無くなっ
たにもかかわらず、機械的変位による誤差の影響を解消
することができず、依然として正確な測定結果を得るこ
とができなかった。 本発明はこのような問題点に鑑みなされたもので、機
械的変位と工具摩耗を明確に区別して測定し、測定結果
のばらつきによる不正確さのみならず、機械的変位によ
る誤差の影響をも解消して、高精度でかつ信頼性の高い
測定を行ない得る工具長測定方法の提供を目的とする。 [問題点を解決手段] 上記目的を達成するために、本発明を工具長測定方法
は、主軸に取り付けた工具の加工の前後における基準位
置を測定して、加工前後の工具の基準位置の差を求め、
かつ、前記主軸に取り付けた工具による加工の前後に基
準バーを前記主軸に取り付けて基準位置を測定し、この
加工の前後における基準バーの基準位置の差から加工後
における工作機械の機械的変位量を求め、さらに、前記
工具の基準位置の差と前記基準バーの基準位置の差にも
とづいて工具の摩耗量を求める方法としてあり、さらに
は、前記加工後に用いる工具の工具長に対し、前記機械
的変位量分の補正を行なうことによって、機械的変位を
生じた後の工具の実工具長を測定する方法としてある。 ここで「工具長」とは、加工に必要な工具軸方向にお
ける所定の寸法、例えば、テーブル上面から工具先端ま
での距離などを総称する概念である。 [実施例] 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明
する。 まず、本発明方法を実施するための装置例について図
面を参照して説明する。 第1図(a)はマシニングセンタに取り付けた工具
(例えば、エンドミル)を測定するための装置例を示す
概略斜視図、同図(b)は同じく概略正面図、第2図は
同じく概略ブロック図である。 図面において、1はマシニングセンタであり、ベッド
2上に矢印Y方向へ移動可能なテーブル3を備え、か
つ、コラム4,ビーム5に支持されたサドル6(矢印x方
向へ移動可能)、およびサドル6に設けられ矢印Z方向
に移動可能な主軸7を備えた全体構成となっている。主
軸7の下端には、加工内容に応じた工具8(測定対
象)、あるいは後述する基準バーが接着される。 9はATC(自動工具交換装置)で、マシニングセンタ
の背部に設置してあるツールマガジン9aから所要の工具
を取り出し、主軸7に装着するものである。 10はテーブル3の一隅に設けられた導通式タッチセン
サ(タッチ信号発生装置)である。このタッチセンサ10
の測定子11と工具8との間には電位差が設定してあり、
測定子11に工具8が接触したときの電気的導通により、
タッチ信号を出力する。したがって、極めて小さな接触
圧で迅速にタッチ信号を出力できる。 なお、電極は測定子11を正極、工具8を接地極に設定
してある。12は洗浄装置で、ノズルの先端からドライエ
アまたは洗浄液を含んだエアを噴射して、工具8および
測定子11に付着した切粉やごみを除去するものである。 図面において、20はNC(数値制御)装置であり、第2
図に示すようにマシニングセンタ1,ATC9を制御して所要
の加工作業を行なわしめるとともに、テーブル3,サドル
6,主軸7等の座標読取りを行なう。また、後述する工具
長測定動作に際し、タッチセンサ10からの信号処理,演
算,記憶を行なう。洗浄装置12への動作指令もこのNC装
置20が担当する。 次に、本発明方法による測定原理および基本的測定手
順を説明する。 第3図は測定原理図、第4図は基本的測定手順を示す
フローチャート、第5図,第6図は作動図である。 第3図に示すように、主軸7を加工位置に設定した状
態で、工具8をタッチセンサ10上方の基準位置に配置す
る。このときのテーブル3上面から工具8先端までの高
さ|Z1−Z3|(基準位置の工具高さ)を「工具長」として
測定する。 「工具長」を狭義に解すると、第3図にHで示す工具
両端間の長さを意味することとなるが、加工作業におい
ては、上記Hよりも基準位置の工具高さ|Z1−Z3|を測定
し、この基準位置からワークまでの間隔を算出する方が
一般的であり、広い意味で|Z1−Z3|の測定をも「工具長
測定」ということがある。本実施例においても、「工具
長」を広義にとらえている。 ここで、テーブル3上面のZ軸座標Z1、測定子11上面
のZ軸座標Z2はあらかじめわかっており、よって、テー
ブル3上面から測定子11上面までの高さ|Z1−Z2|は既知
の値である。そして、工具8の先端が上記基準位置(Z
軸座標Z3)から下降して、測定子11の上面に接触するま
で移動した座標変位を|Z2−Z3|とすると、|Z1−Z3|は次
のようになる。 |Z1−Z3|=|Z1−Z2|+|Z2−Z3| したがって、工具8の移動距離|Z2−Z3|を測定すれ
ば、上式をもって工具長としての座標変位|Z1−Z3|が算
出できる。 基準位置からの工具8の座標変位|Z2−Z3|は、第4図
に示すような基本的手順により測定する。 まず、測定点への移動を行なう。マシニングセンタ1
のX,Y,Z軸移動制御により、工具8を測定子11の直上に
移動する。このとき、刃先がセンターにない工具(エン
ドミル,ボーリングバー等)で大径のものは、測定子11
上に刃先をシフトさせる。(第5図(a))。 なお、小径のものは、シフトしなくても測定子11上に
刃先が位置するため、問題はない(同図(b))。大径
工具で三枚刃のエンドミル等は、各刃をシフトさせなが
ら測定し、最長刃のデータを測定値として採用する(第
6図(a),(b),(c)(d))。 測定点へ移動した後、仮測定を行なう。すなわち、一
定速度で工具8を下降し、タッチセンサ10から接触を示
すタッチ信号が出力された時点で、戻り(上昇)移動に
切り換え、タッチ信号が切れる位置まで上昇(1mm程
度)する。この動作は、後述する本測定の時間短縮のた
めに、測定子11と工具8の間をなるべく接近させる目的
で行なうものである。 次いで、測定子11と工具8の先端部分を洗浄装置12で
洗浄する。すなわち、洗浄装置12のノズルからドライエ
アまたは洗浄液を含んだエアを噴射して、工具8の先端
および測定子11に付着した切粉やごみを洗浄する(第11
図(a))。なお、測定子11には保護カバー13が付設し
てあり、測定時以外(例えば、加工作業時)でのごみの
付着を防止している(同図(b))。 本測定を行なう(第8図参照)。すなわち、一定速度
(例えば、20mm/min)で工具8を下降し、タッチセンサ
10から接触を示すタッチ信号が出力された時点の座標変
位(基準位置からの座標変位)を測定し記憶する。同時
に戻り(上昇)移動に切り換えて、タッチ信号が切れる
程度上昇し、再び上記測定を繰り返す。このようにして
基準位置から、測定子11に接触するまでの|Z2−Z3|を3
回測定する。 そして、3回の測定結果を得たなら、これらの測定結
果のばらつきを判定する。ばらつきが所定値(例えば、
3μm)以内であれば、その測定結果の平均値を測定値
として採用する。この測定値が|Z2−Z3|となり、この値
にもとづき工具長としての基準位置|Z1−Z3|を算出す
る。 一方、ばらつきが所定値を超えた場合は、測定異常と
判定し、再度、洗浄を行ない3回の測定を繰り返す。こ
れを数回繰り返し(本実施例では、6回の繰返し)ても
所定値に入らないときは、装置(工具を含む)の異常と
判定して測定を停止する。 なお、異常動作のためタッチ信号の有無が検出されな
い場合は、その異常動作を光センサ(図示せず)が検知
して警報アラームを鳴らす。 次に、本発明の実施例方法について説明する。 第9図は本発明実施例方法の測定原理図、第10図は同
じく流れ図である。 この実施例方法においては、工具測定101とともに基
準バーに対する測定(基準バー測定)102を行なう。こ
こで、「基準バー」とは、工具による加工後の機械的変
位量の測定を行なうものである。 この基準バーは、第1図に示したATC9における所定の
ツール番号のマガジン9aに、通常の工具と同様に装備さ
れており、工具8に代えて主軸7に取付け可能となって
いる。形状は先の尖った棒状体となっており、工具と同
様のホルダに保持されている。また、摩耗の少ない導電
性材料(例えば、TiNコーディングを施した超硬材料)
からなり、取扱いは通常の工具と同様とし、定期点検も
工具とともに行なう。 第9図に示すように、基準バー30の初回測定と加工作
業後の測定との間にaなる寸法差上が生じたものとする
と、この差aが熱変位等による機械的変位量を示す。ま
た、工具8の初回測定と加工作業後の測定との間にcな
る寸法差を有し、しかも、このcと上記aとの間にbな
る寸法差があった場合、このbが工具の摩耗量である。 上記の原理にもとづき、本発明方法は、第10図に示す
流れで測定を行なう。 まず、基準バー測定102を行なう。ATC9を制御して基
準バー30をツールマガジン9aから取り出し、主軸7に装
着する(基準バー選択)。基準バー30を測定子11の中心
位置の上方に移動する(測定点への移動)。 次に、上記と同様の手順で仮測定、洗浄、本測定を行
ない、測定結果のばらつき演算をして、ばらつきが所定
値以内におさまっていた場合に、測定結果の平均値を求
め、この平均値にもとづき基準位置を算出する。 次いで、測定すべき工具をツールマガジン9aから取り
出し、主軸7に装着し、測定点への移動ないし工具長算
出までの各動作を同様に行なう(工具測定101)。 基準バー測定102および工具測定101が終了したのち、
マシニングセンタ1を作業体制に復帰させ所要の加工作
業を行なう。加工後も、加工前と同様にして加工後にお
ける基準バー30と工具の基準位置を算出する。 そして、第9図に示した原理にしたがい、機械的(熱
等による)変位量及び工具摩耗量の検出を併せて行な
う。検出した機械的変位量は、次の加工に用いる工具長
を測定する際の補正量として用いる。 上述した工具長測定方法は、3回の測定結果のばらつ
きを判定するため、ごみの付着等の誤差を検出でき、信
頼性の高い測定を可能とした。また、導通式タッチセン
サの採用により、測定圧を極めて小さくし、工具のたわ
みあるいは損傷を防止している。 さらに、基準バーの採用により、熱等による機械的変
位量の測定および補正を可能とし、これによって、機械
的変位量を補正した実工具長の測定を行なえる。さらに
また、工具摩耗量等の測定を可能とした。 なお、本発明は上記実施例に限定されるものではな
い。例えば、主軸が水平に配置してある横型のマニシン
グセンタ等にも適用することができる。 [発明の効果] 以上説明したように、本発明の工具長測定方法は、工
作機械の熱等による機械的変位を測定し、工具長測定に
際してこの機械的変位量を補正するようにしたので、高
精度でかつ信頼性の高い測定値を得ることができる。
【図面の簡単な説明】 第1図(a)は本発明方法を実施するための装置例を示
す概略斜視図、同図(b)は同じく概略正面図、第2図
は同じく概略ブロック図、第3図は本発明方法の測定原
理図、第4図は基本的測定手順を示すフローチャート、
第5図(a),(b)、第6図(a),(b),
(c),(d)、第7図(a),(b)、および第8図
はそれぞれ第4図におけるブロックを説明するための作
動図、第9図は本発明実施例方法の原理図、第10図は同
じく流れ図である。 1:マシニングセンタ、2:ベッド 3:テーブル、4:コラム 5:ビーム、6:サドル 7:主軸、8:工具 9:ATC 10:導通式タッチセンサ、11:測定子 12:洗浄装置、20:NC装置 30:基準バー
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−146652(JP,A) 特開 昭61−164767(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23Q 17/22

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.主軸に取り付けた工具の加工の前後における基準位
    置を測定して、加工前後の工具の基準位置の差を求め、 かつ、前記主軸に取り付けた工具による加工の前後に、
    基準バーを前記主軸に取り付けて基準位置を測定し、こ
    の加工の前後における基準バーの基準位置の差から加工
    後における工作機械の機械的変位量を求め、 さらに、前記工具の基準位置の差と前記基準バーの基準
    位置の差にもとづいて工具の摩耗量を求めることを特徴
    とした工具長測定方法。 2.前記加工後に用いる工具の工具長に対し、前記機械
    的変位量分の補正を行なうことによって、機械的変位を
    生じた後の工具の実工具長を測定することを特徴とした
    請求項(1)記載の工具長測定方法。
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