JP3103238B2

JP3103238B2 - 工具刃先位置計測機能を備えた工作機械

Info

Publication number: JP3103238B2
Application number: JP05031349A
Authority: JP
Inventors: 政行梨木
Original assignee: Okuma Corp
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 1993-01-27
Filing date: 1993-01-27
Publication date: 2000-10-30
Anticipated expiration: 2015-10-30
Also published as: JPH06226593A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工具刃先位置を計測す
る機能を備えている工作機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械の部品加工に於いて、部品加工
形状はワークと工具との相対位置を制御することによっ
て得ている。この時、加工精度は上記相対位置の制御精
度で決められるが、誤差要因として工具の初期設置誤
差、工具刃先の摩耗誤差、機械全体の熱変位誤差等があ
る。これらの誤差の値は、例えば工具の摩耗は工具の種
類や使い方にもよるが０．１ｍｍ程度、熱変位は０．０
５ｍｍ程度にもなる。これらの誤差を小さくするために
工具の刃先位置を間接的ではあるが機械上で計測し、補
正する機能を備えた工作機械がある。

【０００３】図１３は従来の工具刃先位置計測機能を備
えた旋盤の一例を示す概略構造図である。主軸２には、
ワークを把持する爪４を有するチャック３が取り付けら
れている。ベット１上に載置されたＺ軸方向に移動可能
なサドル５には、工具９を保持し旋回可能な刃物台７の
旋回部８を備えたＸ軸方向に移動可能なクロススライド
６が取り付けられている。同図では２本の工具しか図示
していないが、通常１０本程度の工具を装備して多種多
様な形状の加工に対応している。このような旋盤の基本
動作は、チャック３にワークを把持させ、ＮＣ装置で主
軸２を回転させ、工具９のＸ軸位置及びＺ軸位置を制御
することによりワークを自在な形状に加工する。この加
工前に、センサ用アーム１２で計測位置に固定された刃
先位置計測センサ１３により、刃物台７に保持された複
数の工具９の刃先位置を計測する。

【０００４】この計測により補正する誤差要因の具体的
一例を紹介する。図１４は、図１３に示す旋盤のクロス
スライド６の駆動系をスケルトンで示したもので、Ｘ軸
駆動用サーボモータ用位置検出器３３を備えたＸ軸駆動
用サーボモータ３２とＸ軸駆動用ボールネジ３５とがカ
ップリング３４で連接されている。このような構造で
は、加工を開始した時などのＸ軸駆動用ボールネジ３５
の熱膨張による工具刃先の変位は顕著である。ただし、
直接位置検出器としてインダクトシン、光学式位置検出
器などを採用し、そのスライダ３６及びスケール３７を
図１４の様に取り付け、Ｘ軸の位置検出及び制御を行う
場合はＸ軸駆動用ボールネジ３５の熱膨張による誤差は
発生しない。具体的な計測方法は、図１５の刃先位置計
測センサ１３の拡大図に示すように、工具の種類により
計測方向を選択し、各工具刃先を刃先位置計測センサ１
３のセンサ部へ接触させ工具刃先位置を計測する。ＮＣ
装置は計測した刃先位置を真の工具刃先位置と認識し、
工具刃先の位置誤差を補正し加工を継続する。なお、図
１５の刃先位置計測センサ１３の拡大図では、上、下、
左、右の４方向の刃先位置計測が可能となっている。

【０００５】図１６は従来の工具刃先位置計測機能を備
えた旋盤の別の一例を示す概略構造図である。旋削加工
中のワーク等の形状を計測する形状計測プローブを備え
ている。例えば、ワーク１０の外形寸法Ｄ１を計測する
場合、形状計測プローブ１１を矢印Ａの位置へ接触さ
せ、接触した時のＸ軸の位置Ｘ１を記憶し、次に形状計
測プローブ１１を矢印Ｂの位置へ接触させ、接触した時
のＸ軸の位置Ｘ２を得、Ｄ１＝Ｘ２−Ｘ１よりワーク１
０の外形寸法Ｄ１を計測するという直径計測法が可能で
ある。この時、ワーク１０の外形を切削している時の工
具９の主軸中心に対するＸ軸方向の刃先位置Ｘ３は、こ
の外形寸法Ｄ１よりＸ３＝Ｄ１／２と演算することがで
き、ワーク１０の形状計測により間接的に工具９の主軸
中心に対する刃先位置を測定することができる。なお、
この旋盤は、ワーク１０の外形寸法Ｄ１が測定データＸ
２，Ｘ１の相対値として求められるため、主軸２の中心
位置に対するＸ軸の絶対位置が解っていなくても外形寸
法Ｄ１が計測できるという特長がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した図１３の従来
例では、主軸中心から刃先位置計測センサ１３までの熱
変位誤差と、センサ用アーム１２が刃先位置計測時に切
削時退避位置から計測位置へ移動して位置決めするとき
の繰り返し位置決め誤差が発生するという欠点がある。
図１６の従来例では、次のような欠点がある。第一にワ
ークを試切削してからでないと工具の刃先位置を計測で
きない。第二にワークの形状によっては形状計測プロー
ブ１１で計測できなかったり、特殊な形状の接触位置計
測プローブを必要とする。第三に例えば図１７に示すよ
うに、ワーク１０の切削面は真に平面ではなく、工具９
の刃先形状が［送り量／主軸回転］のピッチで切削面に
残っているので、ワーク１０の形状を計測する場合、幅
Ｃの凹凸の山の部分を計測することになり、工具刃先形
状や切削送り速度に起因した計測誤差が発生する。ま
た、切り粉が計測部に残って計測誤差を発生することも
ある。従って、両者のいずれにおいても、高精度な加工
形状を長時間、安定して得ることは難しく、結局、加工
オペレータが加工精度の監視や高精度加工のための位置
補正を行わなければならないという問題がある。本発明
は上述した事情から成されたものであり、本発明の目的
は、高精度な加工を長時間、安定に行うため、主軸中心
と工具刃先との相対位置を正確に計測することができる
工具刃先位置計測機能を備えた工作機械を提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、工具の刃先位
置を計測する機能を備えた工作機械に関するものであ
り、本発明の上記目的は、工具刃先位置計測機能を備え
た工作機械であって、工具の刃先位置を計測して計測デ
ータを出力する計測手段と、前記計測手段を主軸あるい
はその近傍に固定もしくは圧接して工具の刃先位置の計
測を準備する準備手段と、前記計測手段に工具刃先を接
触あるいは近接させて工具の刃先位置を計測させる実現
手段と、前記計測データにより工具刃先位置を算出する
算出手段とを備え、前記計測手段は、前記工作機械が通
常の加工を行うときに、工具を保持する刃物台近傍また
は工具交換装置の一部に保管できる構造となっているい
ることを特徴とする工具刃先位置計測機能を備えた工作
機械を提供することによって、達成される。また上記目
的は、工具刃先位置計測機能を備えた工作機械であっ
て、工具の刃先位置を計測して計測データを出力する計
測手段と、前記計測手段を主軸あるいはその近傍に固定
もしくは圧接して工具の刃先位置の計測を準備する準備
手段と、前記計測手段に工具刃先を接触あるいは近接さ
せて工具の刃先位置を計測させる実現手段と、前記計測
データにより工具刃先位置を算出する算出手段とを備
え、前記計測手段は、前記工作機械本体から分離できる
構成になっているとともに、前記計測データを遠隔通信
する遠隔送信器を備えていることを特徴とする工具刃先
位置計測機能を備えた工作機械を提供することによっ
て、より効果的に達成される。また上記目的は、工具刃
先位置計測機能を備えた工作機械であって、工具の刃先
位置を計測して計測データを出力する計測手段と、前記
計測手段をテーブルの特定位置あるいはワークの特定位
置など加工の基準とする位置に固定、若しくは圧接して
工具の刃先位置の計測を準備する準備手段と、前記計測
手段に工具刃先を接触あるいは近接させて工具の刃先位
置を計測させる実現手段と、前記計測データにより工具
刃先位置を算出する算出手段とを備え、前記計測手段
は、前記工作機械本体から分離できる構成になっている
とともに、前記計測データを遠隔通信する遠隔送信器を
備えていることを特徴とする工具刃先位置計測機能を備
えた工作機械を提供することによって、より効果的に達
成される。

【０００８】

【作用】本発明にあっては、主軸もしくは主軸の極近傍
にあり、より加工対象ワークに近いチャックと工具刃先
との間に主軸中心と工具刃先との相対位置を計測する装
置を挿入し、工具刃先位置を計測することにより工具摩
耗や機械の熱変位などの影響の少ない無人化高精度加工
を実現する。主軸やチャックの主軸中心に対する偏心誤
差やチャックの把持誤差は工具刃先位置計測の誤差とな
るため、ある主軸位置で工具刃先位置計測を行い、その
後、主軸を主軸位置制御装置により１８０度回転させて
同じ方法で工具刃先位置計測を再度行い、２回の工具刃
先位置計測のデータを平均することによりＸ軸方向の主
軸偏心等に起因する計測誤差をキャンセルすることがで
きる。また、形状計測プローブを併用し、基準部材とな
る高精度な丸棒を使用して主軸中心を計測し、形状計測
プローブで工具刃先位置計測装置をＸＰ方向及びＸＮ方
向からの計測により工具刃先位置計測装置の工具刃先位
置計測センサの計測基準位置の計測や校正を行うことが
できる。工具刃先の欠けや異常摩耗などの検出を行い、
異常表示及び同時に工具の交換や工具の変更などの異常
処理をＮＣ装置により行うことにより長時間無人運転が
可能になる。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の工具刃先位置計測機能を備え
た工作機械の第１の例を図１３に対応させて示す概略構
造図である。任意の工具の刃先位置を計測する工具刃先
位置計測装置１８の計測データは無線通信により受信装
置２０へ送られ、さらにＮＣ装置２１へ送られ加工の基
準位置として使われる。なお、破線で示される位置１９
は、工具刃先位置計測装置１８を刃物台７の旋回部８へ
退避、保管する位置を表している。図２は工具刃先位置
計測装置１８の具体的な構造例を示す図である。ガイド
機構２３の一端にはチャックの爪４で把持する把持部２
２が連結されている。ガイド機構２３の他端には、工具
刃先位置計測センサ及び計測データの処理／送信装置２
５を介して工具刃先を位置計測のため接触させる接触機
構２４が連結されている。計測する変位の方向は同図に
示すように、Ｘ軸Ｐ方向ＸＰ，Ｘ軸Ｎ方向ＸＮ，Ｚ軸Ｐ
方向ＺＰ及びＺ軸Ｎ方向ＺＮである。工具刃先位置計測
センサ２５としては、特定位置での接点の接触／非接触
を検出する接点型のセンサや、特定位置の近傍の変位位
置をリニアに検出できる差動トランスによる変位検出セ
ンサ、静電容量型の微小変位検出センサ、光学式スケー
ルによる変位検出センサ、高周波磁気励磁による渦電流
の変化を検出する変位検出センサ、永久磁石と磁気抵抗
素子による変位検出センサ、レゾルバの原理に基づく変
位検出センサ等さまざまなセンサを使用することができ
る。

【００１０】図３は刃物台７の旋回部８にて工具刃先位
置計測装置１８を保管するための保管部の一例を示す一
部断面図である。保管治具２６は２分された弾性体より
なり、工具刃先位置計測装置１８のガイド機構２３に挿
入され、工具刃先位置計測装置１８を保持する保護カバ
ー２７は工具刃先位置計測装置１８を切り粉等から保護
する。図４は、工具刃先位置計測装置１８の機能的構成
とその出力信号の経路を示すブロック図である。電池を
用いた電源３１がオンされると、工具刃先位置計測セン
サ２８により工具刃先位置が計測され、その計測データ
が工具刃先位置計測データの処理部２９に送出されて処
理される。処理された計測データは送信装置３０により
無線で通信され受信装置２０に受信される。受信された
計測データはＮＣ装置２１に送出され、その計測データ
の反映された次行程の加工が制御される。なお、工具刃
先位置計測装置１８の種類やパラメータ等の工具刃先位
置計測装置１８自身の情報を同時に通信することもで
き、それらの情報は後でＮＣ装置２１において工具刃先
位置の補正量を求める時に使用される。

【００１１】次に具体的な計測方法の例を、図５に示す
工具刃先位置計測フローチャートに従って説明する。計
測の対象となる工具はどの工具であるかを認識し（ステ
ップＳ１）、今回計測する工具を選定し（ステップＳ
２）、あらかじめ与えられている工具情報により工具の
計測方向、計測点を決定する（ステップＳ３）。例え
ば、測定する工具の形状が図１４に示される工具形状で
あるとすると、計測方向はＸＰ，ＺＰである。また、機
械原点に対する工具刃先位置計測センサ２８の計測上の
原点は、あらかじめ正確に測定されていなければなら
ず、その値を今、Ｘ４，Ｚ４であるとする。ここで実際
に工具刃先位置の計測を行うのであるが（ステップＳ
４）、工具刃先位置計測装置１８が特定位置へ達したか
どうかだけのＯＮ／ＯＦＦ検出する方式なのか、特定位
置の近傍の変位位置をリニアに検出する方式なのかによ
り異なる。

【００１２】まず、ＯＮ／ＯＦＦ検出する方法について
図６のフローチャートに従って説明する。ＮＣ装置２１
は工具刃先が工具刃先位置計測装置１８に接触して工具
刃先位置計測センサ２８がＯＮするまで、即ちＸ４の位
置に達するまでＸ軸を計測可能な速度でＸＰの方向へ送
る（ステップＳＢ１）。処理部２９は工具刃先位置計測
センサ２８がＯＮすると同時にＯＮ信号を送信装置３０
及び受信装置２０を介してＮＣ装置２１へ送信する。Ｎ
Ｃ装置２１はＯＮ信号を受け取ると同時にＸ軸の位置検
出値Ｘ５を記憶し、Ｘ軸の送りを停止する（ステップＳ
Ｂ２）。この場合、Ｘ軸の位置検出値は常時得られるも
のではなく、ＮＣ装置は通常は時間的にサンプリング制
御しているので、得られるＸ軸位置情報も離散値であ
る。従って、ＯＮ信号を受け取った時のＸ軸位置情報は
なく、その前後のＸ軸位置検出値から算出する必要があ
る。

【００１３】この方法として、工具刃先位置計測センサ
２８がＯＮした時間Ｔｏｎを処理部２９あるいはＮＣ装
置２１において計測し、同時にＯＮ信号を送信装置３０
及び受信装置２０を介してＮＣ装置２１へ送信する。そ
の後、時間Ｔｏｎの情報もＮＣ装置２１へ送信する。一
方、ＮＣ装置２１は、時間的に離散値であるＸ軸の過去
の検出位置Ｘｎとその検出時間Ｔｎ（ｎは、１、２、
３、４、・・・・）を、後で工具刃先位置計測センサ２
８がＯＮした時のＸ軸位置を演算するために必要になる
可能性のある回数以上記憶しておき、時間Ｔｏｎの情報
を受け取った後、位置検出値Ｘ５を演算する。今、Ｔｎ
＜Ｔｏｎ＜Ｔｎ＋１とすると工具刃先位置計測センサ２
８がＯＮした時の位置検出値５はその近似式として数１
のように求めることができる。

【数１】Ｘ５＝Ｘｎ＋（Ｘｎ＋１−Ｘｎ）×（ＴｏｎーＴｎ）／（Ｔｎ＋１−Ｔｎ）そして、Ｘ軸の工具刃先補正量ＸＣ＝Ｘ４−Ｘ５を計算
する（ステップＳＢ３）。

【００１４】次に、リニアに検出する方式について図７
のフローチャートに従って説明する。ＮＣ装置２１は工
具刃先をＸ４の位置へＸＰの方向から位置決めする（ス
テップＳＣ１）。工具刃先位置計測センサ２８はこの時
の工具刃先位置Ｘ６を計測し、工具刃先位置Ｘ６の値を
送信装置３０及び受信装置２０を介してＮＣ装置２１へ
送信する（ステップＳＣ２）。そして、Ｘ軸の工具刃先
補正量ＸＣ＝Ｘ６を得る（ステップＳＣ３）。ステップ
Ｓ４では、さらに、Ｚ軸方向に付いてもＸ軸と同様に計
測し、Ｚ軸の工具刃先補正量ＺＣを得る。例えば図８の
工具刃先拡大図で示すと、工具刃先のＸＰ，ＺＰ方向接
触点の位置（Ｘ６，Ｚ６）を計測したことになる。同図
に示すように工具刃先形状は、一般的に微小ではあるが
円弧形状となっており、ノーズＲと呼んでいる。最近の
一般的なＮＣ装置は、この工具刃先のノーズＲ補正機能
を持っており、工具刃先位置情報として（Ｘ６，Ｚ６）
をＮＣ装置に与えればノーズＲを考慮した形状加工がで
きるようになっている。今回計測した工具を未計測工具
のリストから除去し（ステップＳ５）、未計測工具が残
っているかどうかをチェックし（ステップＳ６）、計測
が完了していれば終了し、未計測工具が残っていればス
テップＳ２へ戻り、上述した処理動作を繰り返す。この
ようにして、各工具の刃先位置を計測し、工具刃先補正
量を求めることができる。なお、計測データの送信、受
信に無線を使用した例を紹介したが、電線、光ファイバ
ー等での送信、受信も可能である。

【００１５】ここで、チャック３に把持されたワークや
工具刃先位置計測装置１８などは、チャック３の主軸中
心に対する位置誤差とワークを把持するチャックの爪４
の把持時の位置誤差の大きさだけ偏心して把持されるこ
とがあり、工具刃先位置計測の誤差となって加工精度が
低下する。特に旋盤では、加工ワークの直径精度、即
ち、Ｘ軸方向の加工精度が重要であることが多い。そこ
で、ある主軸位置で工具刃先位置計測を行い、その後に
主軸を主軸位置制御装置により１８０度回転させて同じ
方法で工具刃先位置計測を再度行い、２回の工具刃先位
置計測のデータを平均すれば、Ｘ軸方向の主軸偏心に起
因する誤差はキャンセルすることができる。同様に、主
軸の回転方向に１２０度おきに３度計測し平均をとって
も同様の効果を得ることができ、２点以上の多点計測を
行えば同様効果を得ることができる。また、形状計測プ
ローブ１１を併用し、形状計測プローブ１１で工具刃先
位置計測装置１８をＸＰ方向及びＸＮ方向から計測し、
あるいは各主軸回転位置で計測することにより、工具刃
先位置計測装置１８の計測位置情報、形状計測プローブ
１１計測位置情報及び計測時のＸ軸位置情報を得て、工
具刃先位置計測装置１８の工具刃先位置計測センサ２８
の計測基準位置の計測や校正を行うことができる。

【００１６】図９は本発明の工具刃先位置計測機能を備
えた工作機械の第２の例を図１に対応させて示す概略構
造図である。工具刃先位置の計測を行う工具刃先位置計
測装置１４は、計測のためにチャック３の近傍まで旋回
装置１７に取付けられているアーム１６により移動する
と、圧接手段１５によりチャック３に押しつけられる。
工具刃先位置計測装置１４の上部は工具刃先を接触させ
たときその微小変位を計測できる構造となっている。工
具９の刃先をＮＣ装置２１でＸ軸及びＺ軸方向に制御し
て工具刃先位置計測装置１４の上部に接触させ、その時
の工具刃先位置計測装置１４の出力である工具刃先位置
情報とＸ軸位置情報とから本発明の実施例である図１の
動作説明と同様の方法で工具刃先位置及び工具刃先位置
補正量を求める。また、チャック３の偏心量の影響をキ
ャンセルするため、主軸の０度及び１８０度の２点で計
測し平均を取ることに付いても同様である。但し、図９
に示す例の場合は、常に特定の主軸回転位置へ位置決め
し、工具刃先位置計測を行うようにすれば、主軸の変心
量に起因する測定ばらつきは発生せず、工具刃先位置計
測に関し主軸回転位置に固有の一定の誤差量のみ発生す
ることになる。そしてその補正もその主軸回転位置固有
のパラメータを一個追加し補正するだけで済むので容易
に可能であり、必ずしも前述の主軸多点位置で計測する
必要はない。

【００１７】図１０は図９の主要部をＺ軸方向から見た
図である。チャック３の上部に切り粉等のゴミがないよ
うに高圧エア等で清掃し、工具刃先位置計測装置１４を
チャック３に圧接する。工具刃先位置計測装置１４の断
面形状はチャック３への圧接位置のずれが多少有っても
計測誤差が極少になるように２点接触になっており、上
部形状もチャック中心の円弧形状になっている。なお、
上述した説明では、主軸中心から工具刃先位置計測装置
１４のセンサ動作原点までの距離はあらかじめ解ってい
るが、チャック３及び工具刃先位置計測装置１４の温度
による変形量の計測及び校正を形状計測プローブ１１を
使用して行うことができる。この計測方法の例を紹介す
ると、Ｘ軸の可動範囲に入る程度の太さの基準とする丸
棒をチャック３で固定し、ＸＰ方向から形状計測プロー
ブ１１で丸棒のＸＰ方向外形に接触させ、その時のＸ軸
位置Ｘ７及び形状計測プローブ１１の変位量ＫＰ１を計
測する。次に主軸を１８０度回転させＸＮ方向から丸棒
のＸＮ方向外形に接触させ、その時のＸ軸位置Ｘ８及び
形状計測プローブ１１の変位量ＫＰ２を計測する。そし
て、主軸の中心位置Ｘ９をＸ９＝（Ｘ７ーＫＰ１＋Ｘ８
ーＫＰ２）／２として得る。次に形状計測プローブ１１
を工具刃先位置計測装置１４の上部に接触させ、その時
の工具刃先位置計測装置１４の出力Ｘ１１、形状計測プ
ローブ１１の変位ＫＰ３及びＸ軸位置Ｘ１２を得、その
後主軸を１８０度回転させ同様にＸ１３，ＫＰ４，Ｘ１
４を得る。なお、Ｘ１１，Ｘ１３には、工具刃先位置計
測装置１４のセンサ部の変位量と予め設定されている主
軸中心からセンサ動作原点までの距離とが含まれてい
る。以上の各計測データより工具刃先位置計測装置１４
のセンサ計測基準位置の校正量ＳＣは数２により得られ
る。

【数２】校正量ＳＣ＝（工具刃先位置計測装置１４による計測値）ー（形状計測プローブ１１とＸ軸位置情報による計測値）＝（Ｘ１１−ＫＰ３＋Ｘ１３−ＫＰ４）／２−（（Ｘ１２−ＫＰ３＋Ｘ１４ーＫＰ４）／２ーＸ９）

【００１８】また、前述の工具刃先位置計測方法におい
ても、わずかではあるが、種々原因に基づく計測誤差が
発生し、その校正を行う他の方法として、形状計測プロ
ーブ１１を使用して加工ワーク形状を計測する方法があ
る。具体的には、ワークの加工指令レベルで予定してい
る加工指令径と形状計測プローブ１１を使用して直径計
測法で計測する実測径との差より工具刃先位置計測装置
１４の校正を行うものである。但し、この場合に注意し
なければならないことは、ワーク形状が理想的形状では
なく、図１７に示すように工具刃先形状が残っているこ
とと、切削反力により機械全体がたわんで変形した状態
で加工を行っていることとを配慮する必要があることで
ある。これらの二つの要因は、それぞれ理論的には計算
可能な値であり、前者は切削送り速度、主軸回転数及び
工具刃先形状より求められ、後者は工具刃先剛性及び推
定切削力とから求められる。また、工具刃先位置計測装
置１４は主軸２あるいはチャック３に常時固定されてい
れば、工具刃先位置計測装置１４，圧接手段１５，工具
刃先位置計測装置１４用のアーム１６及びアーム１６用
の旋回装置１７が不要となりコスト的に有利である。

【００１９】図１１は本発明の工具刃先位置計測機能を
備えた工作機械の第３の例を図１に対応させて示す概略
構造図である。Ｚ軸方向刃先位置検出手段４６及びＸ軸
方向刃先位置検出手段４７を備えた工具刃先位置計測装
置４５が工具刃先位置計測装置４５の退避位置と計測位
置との間移動し、指示するアーム４８に取付けられてい
る。計測の方法は、最初に刃物台７の旋回部８の一ステ
ーションに保管してある主軸中心位置を規定するための
丸棒等の基準部材４４をチャック３に保持させ、工具刃
先位置計測装置４５を退避位置から計測位置に移動さ
せ、工具９をＮＣ装置２１でＸ軸及びＺ軸制御すること
により工具刃先測定位置へ位置決めする。この状態で、
Ｘ軸方向刃先位置検出手段４７がセンサ部を自分でＸ軸
方向に伸縮させＸ軸方向の刃先位置を検出し、次に、Ｚ
軸方向刃先位置検出手段４６がセンサ部を自分でＺ軸方
向に伸縮させＺ軸方向の刃先位置を検出する事により工
具９の刃先位置を計測する。その他の計測技術に付いて
は本発明の実施例である図１と同様である。

【００２０】図１２は本発明の工具刃先位置計測機能を
備えた工作機械の第４の例を示す概略構造図である。主
軸ヘッド３８には主軸モータ３９及び刃先位置を計測す
る工具４０が取り付けられている。工具刃先位置計測装
置４２は通常は主軸ヘッド３８に備えられた自動工具交
換装置４３にツールホルダ部を持つ保持治具によって保
持されて保管されており、計測時は例えばＮＣ装置２１
でＸ軸及びＺ軸の位置制御が可能テーブル４１の加工基
準点もしくはテーブル４１に設置された加工ワークの加
工基準点などに設置される。計測の方法は、本発明の実
施例である図１と同様である。また、ボールエンドミル
等の工具４０の外周形状は不連続形状な為、Ｘ，Ｙ，Ｚ
各軸の刃先位置計測時に工具の計測部を特定する必要が
あり、主軸回転方向の特定位置に主軸位置決め装置で位
置決めしてから工具刃先を計測する。なお、加工ワーク
の加工基準点を中心にして各工具の刃先位置を計測する
場合は、加工ワークの一部に予め工具刃先位置計測装置
４２を正確に設置できるように前加工しておく必要があ
る。

【００２１】工具刃先位置計測の指示は加工を指示する
パートプログラム上に必要と思われる頻度で指令する
か、もしくは、加工ワークの種類、個数などをスケジュ
ールするスケジュールプログラムで指令することができ
る。また、機械の温度変位が時間の関数であることから
一定時間ごとに工具刃先位置計測を行うか、あるいは、
工具刃先の摩耗に着目し各工具ごとに工具の使用時間を
記録しておくようにし、ある使用時間ごとに工具刃先位
置計測を行うことも可能である。そして、工具刃先の異
常検出、異常表示及び異常処理に関しては、工具刃先位
置は工具の摩耗や機械の温度変位などにより変化するが
工具刃先位置の変位最大値は容易に推測できることか
ら、パートプログラムもしくはＮＣ装置の操作パネルよ
りオペレータがマニュアルで刃先推定位置とその変位最
大許容値をＮＣ装置へ設定する。そして上記手順に従っ
て計測された工具刃先位置計測値が変位最大許容値より
小さいかどうかを判別する事により工具の欠けや異常摩
耗などの検出を行う工具異常検出手段により異常検出
し、ＮＣ装置の表示画面を利用して異常表示をする。ま
た、異常検出すると同時に、工具の交換や工具の変更な
どの異常処理をＮＣ装置により行うことにより、不良品
加工の削減や長時間の無人高精度運転が容易に可能にな
る。なお、工具刃先位置の変位最大値のとり方は、終日
の変位最大値を設定するという比較的異常検出レベルの
低い設定方法や加工ワーク毎の変位最大値及び加工時間
ごとの変位最大値を厳密に設定し、加工ごとの工具の摩
耗経過までチェックするという異常検出レベルの高い設
定方法などがある。

【００２２】

【発明の効果】以上のように本発明の工具刃先位置計測
機能を備えた工作機械によれば、工具の初期設定誤差、
工具刃先の摩耗誤差、機械全体の熱変位誤差などを全て
含んだ主軸中心に対する工具刃先位置を高精度に検出す
ることができ、ＮＣ装置により工具刃先位置の補正制御
が可能となるので、長時間の無人高精度加工を容易に実
現することができる。また、工具刃先位置の高精度な検
出を応用し、工具刃先の欠けや異常摩耗の検出を行い異
常検出や異常表示を行うと同時に、工具の変更や交換を
行うことにより、不良品加工の削減及び長時間の無人高
精度加工を容易に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の工具刃先位置計測機能を備えた工作機
械の第１の例を示す概略構造図である。

【図２】図１に示す工具刃先位置計測機能の具体的な構
造例を示す図である。

【図３】図１に示す工具刃先位置計測機能の保管部の一
例を示す一部断面図である。

【図４】図１に示す工具刃先位置計測機能の機能的構成
とその出力信号の経路を示すブロック図である。

【図５】図１に示す工具刃先位置計測機能の動作例を説
明する第１のフローチャートである。

【図６】図１に示す工具刃先位置計測機能の動作例を説
明する第２のフローチャートである。

【図７】図１に示す工具刃先位置計測機能の動作例を説
明する第３のフローチャートである。

【図８】図１に示す工具刃先位置計測機能の動作例を説
明するための工具刃先拡大図の一例である。

【図９】本発明の工具刃先位置計測機能を備えた工作機
械の第２の例を示す概略構造図である。

【図１０】図９の主要部をＺ軸方向から見た図である。

【図１１】本発明の工具刃先位置計測機能を備えた工作
機械の第３の例を示す概略構造図である。

【図１２】本発明の工具刃先位置計測機能を備えた工作
機械の第４の例を示す概略構造図である。

【図１３】従来の工具刃先位置計測機能を備えた工作機
械の一例を示す概略構造図である。

【図１４】図１３に示す主要部をスケルトンで示した図
である。

【図１５】図１３に示す刃先位置計測センサの拡大図で
ある。

【図１６】従来の工具刃先位置計測機能を備えた工作機
械の別の一例を示す概略構造図である。

【図１７】従来の問題点を説明するための図である。

【符号の説明】

１４工具刃先位置計測装置１５圧接手段１６アーム１７旋回装置１８工具刃先位置計測装置１９工具刃先位置計測装置の取り付け位置２０受信装置２１ＮＣ装置２２把持部２３ガイド部機構２４接触機構２５工具刃先位置計測センサ及び計測データの処理／
送信装置２６保持手段２７保護カバー２８工具刃先位置計測センサ２９処理部３０送信装置３１電源３８主軸ヘッド３９主軸モータ４０工具４１テーブル４２工具刃先位置計測装置４３自動工具交換装置４４基準部材４５工具刃先位置計測装置４６Ｚ軸方向刃先位置検出手段４７Ｘ軸方向刃先位置検出手段４８アーム

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】工具刃先位置計測機能を備えた工作機械
であって、工具の刃先位置を計測して計測データを出力
する計測手段と、前記計測手段を主軸あるいはその近傍
に固定もしくは圧接して工具の刃先位置の計測を準備す
る準備手段と、前記計測手段に工具刃先を接触あるいは
近接させて工具の刃先位置を計測させる実現手段と、前
記計測データにより工具刃先位置を算出する算出手段と
を備え、前記計測手段は、前記工作機械が通常の加工を
行うときに、工具を保持する刃物台近傍または工具交換
装置の一部に保管できる構造となっていることを特徴と
する、工具刃先位置計測機能を備えた工作機械。
【請求項２】工具刃先位置計測機能を備えた工作機械
であって、工具の刃先位置を計測して計測データを出力
する計測手段と、前記計測手段を主軸あるいはその近傍
に固定もしくは圧接して工具の刃先位置の計測を準備す
る準備手段と、前記計測手段に工具刃先を接触あるいは
近接させて工具の刃先位置を計測させる実現手段と、前
記計測データにより工具刃先位置を算出する算出手段と
を備え、前記計測手段は、前記工作機械本体から分離できる構成
になっているとともに、前記計測データを遠隔通信する
遠隔送信器を備えていることを特徴とする、工具刃先位
置計測機能を備えた工作機械。
【請求項３】工具刃先位置計測機能を備えた工作機械
であって、工具の刃先位置を計測して計測データを出力
する計測手段と、前記計測手段をテーブルの特定位置あ
るいはワークの特定位置など加工の基準とする位置に固
定、若しくは圧接して工具の刃先位置の計測を準備する
準備手段と、前記計測手段に工具刃先を接触あるいは近
接させて工具の刃先位置を計測させる実現手段と、前記
計測データにより工具刃先位置を算出する算出手段とを
備え、前記計測手段は、前記工作機械本体から分離できる構成
になっているとともに、前記計測データを遠隔通信する
遠隔送信器を備えていることを特徴とする、工具刃先位
置計測機能を備えた工作機械。