JP3470358B2 - 工作機械 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】この発明は、自動交換可能な工具
と、自動交換不能な工具とを、複数の加工用の主軸にそ
れぞれ取り付け、多軸制御によって工作物を加工する、
スクロール加工機などの工作機械に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】一般に、マシニングセンタなどの自動工
具交換装置を有する工作機械では、工作物（ワーク）の
取付け誤差や、機械の熱膨張などの熱変位によって、工
作物とこれを加工するための主軸との相対位置にずれが
生じた場合、前記主軸に着脱可能にタッチセンサを取付
け、このセンサを用いて工作物の位置を測定し、ずれ量
分だけ工作物に対する主軸の位置を補正してから加工プ
ログラムに従って加工を行うことで、高精度の加工を可
能にしている。 【０００３】また、スクロール加工機などの工作機械で
は、基準孔加工用主軸など、比較的低速で回転する大径
の一方の主軸と、スクロール部の側面を砥石によって加
工する研削加工用主軸など高速で回転する小径の他方の
主軸とを有し、これらの加工用主軸と工作物とを前後
（Ｘ軸）、上下（Ｙ軸）、左右（Ｚ軸）方向に相対移動
させると共に軸回り（Ｃ軸）回転させる多軸制御によっ
て、ドリルと砥石とによる加工を行っている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】前述のように低速回転
で大径の加工用主軸と高速回転で小径の加工用主軸とを
用いるのは、回転数に応じた適正なプリロードを与える
ためであるが、この工作機械では、基準孔加工用主軸な
どの大径の主軸は自動工具交換装置によるドリルなどの
工具の自動交換が可能であっても、研削加工用主軸など
高速回転で小径の加工用主軸は砥石などの自動交換が不
可能である。このため、低速回転で大径の主軸を用いて
加工した後、高速回転で小径の主軸を用いて加工する場
合に、自動工具交換装置によって小径の主軸に着脱可能
にタッチセンサを取付けて、工作物に対する小径の主軸
のずれ量を測定できない、すなわち自動交換不能な研削
加工用などの主軸の工作物に対する位置補正ができない
ため、加工精度がよくないという問題点があった。 【０００５】この発明は、前述した問題点を解決して、
工作物に対する工具の自動交換可能な主軸のずれ量を測
定し、工具の自動交換可能な主軸に対する工具の自動交
換不能な主軸のずれ量を測定して、前記２つのずれ量分
だけ工具の自動交換不能な主軸の位置を補正し、これに
よって工作物の加工精度を向上させ得る工作機械を提供
することを目的としている。 【０００６】 【課題を解決するための手段】この発明は、自動交換可
能な工具と自動交換不能な工具とを、加工用の一方の主
軸と他方の主軸とにそれぞれ着脱可能に装着し、多軸制
御によって工作物取付台に取付けた工作物を加工する工
作機械において、前記工作物取付台に、一方の主軸に装
着した自動交換可能な工具に対する他方の主軸に装着し
た自動交換不能な工具のずれ量を測定するタッチプロー
ブを設け、一方の主軸に対する工作物のずれ量を測定す
るタッチセンサを一方の主軸に自動交換可能に取付け、
前記２つのずれ量分だけ他方の主軸に対する工作物の位
置を補正する補正手段を具備させたものである。 【０００７】 【作用】この発明の工作機械は、加工用の一方の主軸に
タッチセンサを装着して工作物に対する一方の主軸のず
れ量を測定し、工作物に対する一方の主軸の位置補正を
行う。続いて、自動交換により、加工用の一方の主軸に
装着した自動交換可能なドリルなどの工具によって工作
物に基準孔などを加工した後、自動交換可能な前記工具
に対する、加工用の他方の主軸に装着した自動交換不能
な砥石などの工具の相対ずれ量を、工作物取付台に設け
たタッチプローブによって測定し、このずれ量分だけ工
作物に対する他方の主軸の位置を補正する。この結果、
前記２つのずれ量分だけ工作物に対する他方の主軸の位
置が補正されたことになり、他方の主軸に装着した自動
交換不能な工具によって、工作物の他の箇所に、機械の
熱変位や工作物の取付誤差があっても、工作物の基準孔
や基準面に対してのずれ量の小さい加工ができる。 【０００８】 【実施例】以下、この発明をスクロール加工機に適用し
た一実施例につき図を参照して説明する。図１，図２お
よび図３において、１はベースであり、ベース１上に固
定したベッド２にはエンコーダ３ａを有した前後送り用
サーボモータ３によって前後（Ｘ軸）方向に往復移動す
るコラム４が設けられ、コラム４にはエンコーダ５ａを
有した上下送り用サーボモータ５によって上下（Ｙ軸）
方向に往復移動する工作物取付台６が設けられている。 【０００９】工作物取付台６には図示しない工作物回転
用電動機によって軸回り（Ｃ軸）回転する工作物側主軸
７が回転可能に支持され、この主軸７の先端部には工作
物８を着脱可能に保持するチャック９が固定されてい
る。 【００１０】コラム４の前方にはエンコーダ１０ａを有
した左右送り用サーボモータ１０によって左右（Ｚ軸）
方向に往復移動するスライドテーブル１１がベース１上
に固定した案内台２４に設けられ、前記テーブル１１に
は、工具側主軸台１２が固定されている。 【００１１】工具側主軸台１２には左右方向に適宜の間
隔を設けて小径の研削加工用主軸１３と大径の基準孔加
工用主軸１４および端面加工用主軸１５がそれぞれ水平
な軸回り（Ｃ軸）回転可能に支持されている。 【００１２】前記研削加工用主軸１３は、ドローバーな
どによって砥石１６が着脱可能に装着されて、工具側主
軸台１２に設けた工具駆動用電動機（図示省略）によっ
て高速回転するように構成されている。また、基準孔加
工用主軸１４および切削加工用主軸１５は、ドリル１７
およびエンドミル１８が着脱可能に装着されて、工具側
主軸台１２に設けた工具駆動用電動機（図示省略）によ
って低速回転するように構成されている。 【００１３】前記ドリル１７およびエンドミル１８は、
従来公知の工具交換装置１９に設けた工具マガジン２０
と基準孔加工用主軸１３および端面加工用主軸１４との
間で、工具交換アーム２１によって工具交換されるよう
にしてある。 【００１４】また、図４，図５に示すタッチセンサ２５
は、工具マガジン２０と基準孔加工用主軸１４および端
面加工用主軸１５との間で、工具交換アーム２１によっ
て着脱かつ交換可能にされている。さらに、前記工作物
取付台６の一側面には、前方に延びるブラケット２２が
固定され、ブラケット２２の前端には前方に延びるタッ
チプローブ２３が固定されている。 【００１５】図１において、２７は中央処理装置であ
り、中央処理装置２７は、各駆動回路２８，２９，３０
を介して各サーボモータ３，５，１０に接続され、各エ
ンコーダ３ａ，５ａ，１０ａが中央処理装置２７に接続
されている。また、中央処理装置２７には、タッチセン
サ２５（図４参照）、タッチプローブ２３が接続され、
メモリ３１も接続されている。メモリ３１には、メイン
プログラム，基準面測定プログラム，基準孔加工プログ
ラム，主軸測定プログラム，スクロール部研削プログラ
ムが格納されている。 【００１６】この実施例による工作機械は、メモリ３１
のメインプログラムに基づいて作動される。この作動に
つき、図８の作動説明図を参照して、カークーラーの圧
縮機を構成するスクロール板からなる工作物８の加工に
ついて説明する。 【００１７】まず、工作物側主軸７が停止した状態で、
この主軸７の先端部に設けられたチャック９に、チャッ
ク爪９ａによって工作物８の円板状部８ａ外周面を着脱
可能に保持することで、工作物８を装着する。メインプ
ログラムを走らせると、まずパートプログラムである基
準面測定プログラムに基づいて、基準孔加工用主軸１４
に、工具交換装置１９の工具マガジン２０から工具交換
アーム２１の作動によりドリル１７と交換してタッチセ
ンサ２５の基端部を保持させることで、タッチセンサ２
５を装着する。 【００１８】次に、前後送り用サーボモータ３、上下送
り用サーボモータ５を駆動させて工作物８を前後および
上下方向に移動させると共に、左右送り用サーボモータ
１０を駆動させてタッチセンサ２５を左右方向に移動さ
せることで、図４，図５に示すように、タッチセンサ２
５の先端部を工作物８に設けた円板状部８ａ外周面の基
準面８ｂの上，下２箇所および左，右２箇所、円板状部
８ａ正面の１箇所にそれぞれ当接させ、タッチセンサ２
５から接触信号が出たときのエンコーダ３ａ，５ａ，１
０ａの信号に基づいて、基準面８ｂの上下および左右，
前後位置を測定する。 【００１９】測定した上下および左右，前後位置から工
作物８の中心座標（＝Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を演算し、こ
の工作物８の中心座標をメモリ３１に記憶する。その
後、工具交換装置１９の工具交換アーム２１を作動さ
せ、工具マガジン２０にタッチセンサ２５を保持させる
と共に、工具マガジン２０からドリル１７を取外して基
準孔加工用主軸１４に装着する。 【００２０】続いて、図５に示すように、工作物８の中
心座標から高さＦ、右方にＧだけ離れた位置に基準孔加
工用主軸１４を合わせる。これによって、工作物８の取
付け誤差の有無にかかわらず、基準孔加工用主軸１４を
工作物８の中心から高さＦ、右方にＧだけ離れた加工位
置に位置決めできる。これによって、工作物８に対する
基準孔加工用主軸１４のずれが補正される。 【００２１】この状態で，駆動用電動機を駆動させ、基
準孔加工プログラムに基づいて、基準孔加工用主軸１４
を回転させつつ、前後送り用サーボモータ３を駆動させ
てコラム４を前進させることで、工作物８の円板状部８
ａ外周部の所定位置にドリル１７によって一方の基準孔
２６を加工する。 【００２２】その後コラム４を後退させると共に回転用
電動機の回転によって工作物側主軸７，チャック９を介
し工作物８を１８０°回転させて停止させ、コラム４を
再び前進させることで、他方の基準孔２６を加工し、コ
ラム４を後退させてドリル１７を基準孔２６から抜き出
して停止させ、工作物側主軸７の回転を停止する。 【００２３】次に、主軸測定プログラムに基づいて、工
作物８の中心座標を基準に前後送り用サーボモータ３、
上下送り用サーボモータ５を駆動させ、工作物取付台６
にブラケット２２を介して固定したタッチプローブ２３
を前後および上下方向に移動させると共に、左右送り用
サーボモータ１０を駆動させ、基準孔加工用主軸１４に
装着したドリル１７を左右方向に移動させることで、図
６，図７に示すように、タッチプローブ２３の先端部を
ドリル１７の外周面の左，右２箇所および上，下２箇所
にそれぞれ当接させ、タッチプローブ２３から接触信号
が出されたときのエンコーダ５ａ，１０ａの信号に基づ
いてて、ドリル１７の左右および上下方向位置を測定す
る。また、ドリル１７の先端にタッチプローブ２３の先
端面を当接させ、タッチプローブ２３から接触信号が出
たときのエンコーダ３ａの信号に基づいて、ドリル１７
の前後方向位置を測定する。これから基準孔加工用主軸
１４の中心座標（＝Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）を求める。ここ
で、Ｚ２はドリル１７の長さを引いた値である。 【００２４】さらに、前述したドリル１７の位置測定と
同様に、タッチプローブ２３の先端部を、研削加工用主
軸１３に装着した自動交換不能な砥石１６の左，右２箇
所および上，下２箇所にそれぞれ当接させ、タッチプロ
ーブ２３から接触信号が出たときのエンコーダ５ａ，１
０ａの信号に基づいて、砥石１６の左，右および上，下
方向位置を測定し、砥石１６の先端面にタッチプローブ
２３の先端面を当接させ、タッチプローブ２３から接触
信号が出たときのエンコーダ３ａの信号に基づいて砥石
１６の前後方向位置を測定する。これから研削加工用主
軸１３の中心座標（＝Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）を求める。こ
こで、Ｚ３は砥石１６の長さを引いた値である。 【００２５】基準孔加工用主軸１４の中心座標と研削加
工用主軸１３の中心座標の差から相対量（＝Ｘ３−Ｘ
２，Ｙ３−Ｙ２，Ｚ３−Ｚ２）を求め、工作物８の中心
座標に相対量を加算した修正座標（＝Ｘ１＋Ｘ３−Ｘ
２，Ｙ１＋Ｙ３−Ｙ２，Ｚ１＋Ｚ３−Ｚ２）に位置決め
することによって、この工作物８の中心に研削加工用主
軸１３が位置決めされる。これによって、工作物８に対
する研削加工用主軸１３のずれが補正される。続いて、
研削加工用主軸１３を、図５に示すように、修正座標か
ら高さＨ、左方にＪだけ離れた加工開始位置に位置決め
する。 【００２６】即ち、研削加工用主軸１３の位置は、左右
（Ｘ軸）方向には図６でに示すように（Ａ＋Ｂ）／２、
上下（Ｙ軸）方向には図７に示すように（Ｃ＋Ｄ）／
２、前後（Ｚ軸）方向にはＥ位置として求められる。そ
こで、基準孔加工用主軸１４を工作物８の中心に合せた
状態で、基準孔加工用主軸１４と研削加工用主軸との位
置の差を絶対量として測定し、前記位置の差分だけ工作
物８に対し研削加工用主軸１３を測定した絶対量によっ
て動かすことで、研削加工用主軸１３を工作物８の中心
に位置することもできる。従って、前述したように、工
作物８の中心から高さＨ、左方にＪだけ離した加工位置
に位置決めできる（図５参照）。 【００２７】開口位置に位置決めした駆動用電動機を駆
動させ、研削加工用主軸１３と共に砥石１６を高速回転
させつつ、スクロール部研削プログラムに基づき、修正
座標を基準に前後送り用サーボモータ３を駆動させるこ
とによって工作物８の円板状部８ａの先端面を砥石１６
の先端面に当接させ、この状態で上下送り用サーボモー
タ５を駆動させることによって工作物８を上下方向に移
動させ、さらに左右送り用サーボモータ１０を駆動させ
ることによって砥石１６を左右方向に移動させ、工作物
回転用電動機によって工作物側主軸７を回転させること
で、砥石１６によって工作物８のスクロール部８ｃの側
面を、その工作物８外周側端部から中心側端部まで研削
加工し、工作物８を後退させて、砥石１６と離した後、
各サーボモータ３，５，１０および砥石１６の駆動用電
動機を停止させて加工を終る。 【００２８】なお、この実施例において、切削加工用主
軸１５に装着されたエンドミル１８は、工具交換装置１
９によって自動交換可能であり、工作物８の円板状部１
８ａの先端面の切削加工に用い、この切削加工は砥石１
６によるスクロール部８ｃの研削加工前の適時に行う。 【００２９】前述した実施例のスクロール加工機は、自
動交換可能なドリル１７を装着した基準孔加工用主軸１
４に対し、自動交換不能な砥石１６を装着した研削加工
用主軸１３の相対ずれ量を工作物取付台６にブラケット
２２を介して固定したタッチプローブ２３によって測定
し、加工プログラムを補正することで、基準孔２６に対
する工作物８のスクロール部８ｃを加工する際のずれ量
を小さくでき、工作物８の加工精度を向上させることが
できる。 【００３０】この発明において、切削加工用主軸および
これに自動交換可能に装着した端面加工用のエンドミル
は、工作物の基準面切削用のバイトなどの刃具に代えた
り、省いたりしてもよい。 【００３１】さらに、この発明において、基準孔加工用
主軸に代えて、工作物の円板状部の外周を加工するバイ
トなどによって基準面を加工し、この基準面に対し、前
記バイトと研削加工用主軸とのずれ量を測定し、これに
よって加工プログラムの座標を補正してもよい。そし
て、この発明は、スクロール加工機以外の工作機械に
も、自動交換可能なドリル、バイトによって工作物に加
工した後、研削加工用の砥石など自動交換不能な工具を
用いて工作物に加工する場合にも適用できる。 【００３２】 【発明の効果】以上説明したとおり、この発明は、自動
交換可能な工具用の一方の主軸と、自動交換不能な工具
用の他方の主軸とを備え、多軸制御によって加工する工
作機械において、加工用の一方の主軸にタッチセンサを
装着して工作物に対する一方の主軸のずれ量を測定し、
工作物に対する一方の主軸の位置補正を行う。続いて、
自動交換により、加工用の一方の主軸に装着した自動交
換可能なドリルなどの工具によって工作物に基準孔など
を加工した後、自動交換可能な前記工具に対する、加工
用の他方の主軸に装着した自動交換不能な砥石などの工
具のずれ量を、工作物取付台に設けたタッチプローブに
よって測定し、このずれ量分だけ工作物に対する他方の
主軸の位置を補正する。この結果、前記２つのずれ量分
だけ工作物に対する他方の主軸の位置が補正されたこと
になり、他方の主軸に装着した自動交換不能な工具によ
って、工作物の他の箇所に、機械の熱変位や工作物の取
付誤差があっても、工作物の基準孔や基準面に対しての
ずれ量の小さい加工ができ、自動交換不能な工具による
工作物の加工精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】この発明の一実施例による工作機械を、工具交
換装置および工具マガジンを除いて示した概略平面図 【図２】図１に示した工作機械の概略側面図 【図３】図１に示した工作機械に工具交換装置およびマ
ガジンを加えたａ−ａ線に沿う概略正面図 【図４】図１に示した工作機械のタッチセンサ使用の状
態の部分側面図 【図５】図１に示した工作機械の工作物の計測および加
工の説明図 【図６】基準孔加工用のドリルによる変形例の測定状態
を示す部分平面図 【図７】基準孔加工用のドリルによる変形例の測定状態
を示した部分側面図 【図８】この発明による工作機械の作動説明図 【符号の説明】 １ ベース ２ ベッド ３ 前後送り用サーボモータ ３ａ エンコーダ ４ コラム ５ 上下送り用サーボモータ ５ａ エンコーダ ６ 工作物取付台 ７ 工作物側主軸 ８ 工作物 ８ａ 円板状部 ８ｂ 基準面 ８ｃ スクロール部 ９ チャック １０ 左右送り用サーボモータ １０ａ エンコーダ １１ スライドテーブル １２ 工具側主軸台 １３ 研削加工用主軸（他方の主軸） １４ 基準孔加工用主軸（一方の主軸） １６ 砥石（自動交換不能な工具） １７ ドリル（自動交換可能な工具） １９ 工具交換装置 ２０ 工具マガジン ２１ 工具交換アーム ２２ ブラケット ２３ タッチプローブ ２４ 案内台 ２５ タッチセンサ ２６ 基準孔 ２７ 中央処理装置 ３１ メモリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−171111（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−41845（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−69280（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23Q 15/00 - 15/28 G05B 19/18 - 19/46

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】自動交換可能な工具と自動交換不能な工具
   とを、加工用の一方の主軸と他方の主軸とにそれぞれ着
   脱可能に装着し、多軸制御によって工作物取付台に取付
   けた工作物を加工する工作機械において、前記工作物取
   付台に、一方の主軸に装着した自動交換可能な工具に対
   する他方の主軸に装着した自動交換不能な工具のずれ量
   を測定するタッチプローブを設け、一方の主軸に対する
   工作物のずれ量を測定するタッチセンサを一方の主軸に
   自動交換可能に取付け、前記２つのずれ量分だけ他方の
   主軸に対する工作物の位置を補正する補正手段を具備さ
   せたことを特徴とする工作機械。