JP4469488B2

JP4469488B2 - 工作機械における工具刃先位置の設定方法

Info

Publication number: JP4469488B2
Application number: JP2000351469A
Authority: JP
Inventors: 雅彦覚本
Original assignee: Nakamura Tome Precision Industry Co Ltd
Current assignee: Nakamura Tome Precision Industry Co Ltd
Priority date: 2000-11-17
Filing date: 2000-11-17
Publication date: 2010-05-26
Anticipated expiration: 2020-11-17
Also published as: JP2002154034A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、工作機械に装着された工具の刃先位置をＮＣ装置に設定する方法に関するもので、特に刃物台上で工具の姿勢を変換したときに、その変換に伴う刃先位置の設定値の変更を自動的に行うことを可能にした上記方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械で加工されるワークの形状は、ワークと工具の刃先（ワークを切削する部分）の相対位置関係で決定される。ＮＣ工作機械のＮＣ装置は、主軸やテーブル、刃物台などの位置を制御して加工を行っているから、刃物台などの位置とワーク・工具間の相対位置との関係を予め設定しておかなければ、所望形状のワークを得ることができない。特に工具はその大きさや種類によって工具軸や刃物台に取付けたときの刃先位置が異なるので、使用する工具毎にワーク加工時の刃物台などの動作基準となる刃先位置（基準刃先位置）を設定しておく必要がある。
【０００３】
例えば、図５に示すタレット旋盤であれば、タレット１の各工具ステーション２に取付けられる工具３毎にその種類と基準刃先位置を登録する記憶領域がＮＣ装置に設けられる。これは加工プログラム上で、例えばＴ０１０１、Ｔ０２０２・・・等と表示される。ここでＴはツールを意味し、これに続く数字の上２桁は工具の種類を登録した記憶領域を、下２桁は基準刃先位置を登録した記憶領域をそれぞれ参照するための番号となっている。この明細書では、工具の種類を示す番号を「工具番号」と呼び、刃先位置を示す番号を「オフセット番号」と表記する。オフセット番号で参照される記憶領域には、刃物台４が基準位置（ホームポジション）にあるときの工具３の刃先位置がワーク５の加工原点６からのＺ軸距離Ｚ０及びＸ軸距離Ｘ０で設定されている。従って例えば工具Ｔ０１０１が選択されたとき、ＮＣ装置は、オフセット番号で参照される記憶領域からＺ０値とＸ０値とを読み取って、それを基準として刃物台４を移動させることにより、ワーク５と工具３の刃先との相対位置関係を実現するのである。
【０００４】
刃物台がタレット刃物台などであれば、通常は１個の工具に対して１個の基準刃先位置を設定すればよい。しかし、図６に示すように、旋盤の刃物台４に回転工具軸７が装着されており、しかもこの回転工具軸７がＢ軸方向に旋回可能に装着されているときは、その旋回角θによって工具の基準刃先位置が変化する。そのためこのような場合には、一つの工具３に対して、加工に使用される旋回角θ毎に例えばＴ０１０１、Ｔ０１１１、Ｔ０１２１・・・などのように、複数の基準刃先位置を設定する必要がある。なお、工作機械でＢ軸と言うときは、Ｚ軸とＸ軸に直交するＹ軸回りの角度を意味する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記のような従来方法では、例えば図６に示した例において、自動工具交換装置を付設して回転工具軸７に多種類の工具を装着する場合や、回転工具軸７の旋回角が種々変化する場合などは、各工具についての各角度毎の基準刃先位置の設定が必要となってその作業が非常に面倒になるばかりでなく、加工プログラム作成時にオフセット番号の選択ミスを起こす可能性が高くなるという問題が生ずる。
【０００６】
なお、ＮＣ装置は、ワークを加工する際には、図６で例示した回転工具軸７の旋回角θを認識しているので、基準旋回角、例えばθ＝０度における基準刃先位置を設定しておけば、加工中におけるワークと工具刃先の位置関係を旋回角θを用いて演算することが可能である。しかしこの方法は、演算のためにＮＣ装置のレスポンスが遅くなること及び既存の加工ルーチン、例えばタレットの回転工具で行っていた加工をＢ軸制御可能な回転工具での加工に変更する場合などに、既存の加工ルーチン（サブプログラム）を流用できないという問題がある。
【０００７】
そこでこの発明は、図６に示したＢ軸制御される回転工具軸のように、刃物台４上での工具の姿勢を変更する工具保持部材７を介して工具３が装着されるときの、当該工具保持部材の姿勢の変化に対応する基準刃先位置を、加工中におけるＮＣ装置のレスポンスを低下させることなく、自動的に設定する技術手段を得ることを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、刃物台に装着される複数の工具の各々に対応して当該工具の基準刃先位置の設定値を記憶する記憶領域を設け、ある工具が選択されたときに当該工具に対応する記憶領域の設定値を参照してワーク加工中の刃物台の動作を制御する工作機械における工具刃先位置の設定方法において、刃物台と工具との間に介在する工具保持部材の動作に伴う工具の基準刃先位置の変位を演算する演算手段と、この演算手段の演算結果を設定する一時記憶領域とを設け、工具と前記工具保持部材の動作位置とが指令されたときに、当該工具に対応する記憶領域の設定値を用いて前記演算手段により演算を行い、その演算結果を前記一時記憶領域に記録し、当該工具の基準刃先位置を参照する記憶領域の番地を前記一時記憶領域の番地に変換して加工を行うことを特徴とする、工作機械における工具刃先位置の設定方法を提供することにより、上記課題を解決している。
【０００９】
一時記憶領域に設定する基準刃先位置は、差分値とすることもできる。例えば旋盤においては、通常、ワークの先端から当該先端の仕上げ代を切込んだ位置を加工原点６としているが、ワークの先端が既に加工されているような場合やワークの形状によっては、他の箇所を加工原点とすることがある。このようなことから、ＮＣ装置にはワークの加工原点をずらす差分値を設定する記憶領域が設けられている。従って、この記憶領域を一時記憶領域として工具保持部材の姿勢の変化によって生じる基準刃先位置の差分値を登録することにより、実質的に基準刃先位置を変更したと同様な機能を実現できる。
【００１０】
従ってこの発明は、刃物台と工具との間に介在する工具保持部材の動作に伴う基準刃先位置の偏差を演算する演算手段と、この演算手段の演算結果を設定する一時記憶領域とを設け、工具と前記工具保持部材の動作位置とが指令されたときに、当該工具に対応する記憶領域の設定値を用いて前記演算手段により演算を行い、その演算結果を前記一時記憶領域に記録し、加工中における当該工具の基準刃先位置の座標点を前記一時記憶領域の偏差値で補正して加工を行うことにより実現することもできる。
【００１１】
上記刃先位置の設定手段は、刃物台上にＢ軸制御される回転工具軸を備え、かつ当該工具軸に対する自動工具交換装置を備えた複合旋盤において、当該回転工具軸に装着される工具の基準刃先位置を設定する手段として特に有効である。このような工作機械では、工具が多種類にのぼることと、回転工具軸の角度を自由に変化できることから、従来の方法では設定すべき基準刃先位置の種類が膨大な数になるからである。
【００１２】
請求項２の発明は、Ｂ軸制御される回転工具軸を備えた前記刃物台と、当該回転工具軸に装着される工具の自動工具交換装置と、当該自動工具交換装置の工具マガジンに収納された前記各工具とを備えた複合旋盤の前記回転工具軸に装填される工具の工具刃先位置の設定方法であって、自動工具交換装置の工具マガジンに収納された各工具毎に前記回転工具軸の基準Ｂ軸角度における基準刃先位置を設定し、その設定値と刃物台が原点位置にあるときの前記回転工具軸のＢ軸旋回中心の座標から演算された工具先端の旋回半径と前記回転工具軸のＢ軸角度とから基準刃先位置の変位ないし偏差を演算する演算手段を登録し、前記回転工具軸に装着した工具で加工を行なうとき、回転工具軸のＢ軸角度を引数として前記演算手段を呼出してその演算結果を前記一時記憶領域に記憶し、その一時記憶された演算値を基準刃先位置ないし基準刃先の偏差値として加工中における刃物台の位置を制御することを特徴とする、複合旋盤における工具刃先位置の設定方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図１に示すＢ軸制御される回転工具軸を備えた複合ＮＣ旋盤を例にして、この発明の一実施形態を説明する。旋盤を制御するＮＣ装置には、Ｂ軸制御される回転工具軸７に装着される各工具毎に、その工具の種類（工具番号）と基準刃先位置（オフセット番号）とを設定する記憶領域９、１０が設けられる（図２参照）。例えば、回転工具軸７に装填される工具を収容した工具マガジンの各工具に、Ｔ０１０１、Ｔ０２０２・・・というような工具コードが付され、その４桁の上２桁で参照される記憶領域に工具の種類が登録され、下２桁で参照される記憶領域に当該工具の基準刃先位置が設定される。ここで設定される基準刃先位置は、Ｂ軸角度が０度の位置における工具刃先のワーク加工原点からのＺ座標Ｚ０とＸ座標Ｘ０である。従って、ドリルやフライス、ボーリングカッタなどの回転工具であれば、各工具について基準刃先位置を一つだけ登録すればよい。例えば工具マガジンに収納される工具が４０種類あるとすれば、工具コードはＴ０１０１・・・Ｔ４０４０として登録されることになる。
【００１４】
上記の各工具コードに対応する基準刃先位置の設定値の記憶領域とは別に、加工時に参照する基準刃先位置を設定するための記憶領域（この明細書では「一時記憶領域」と表記する）を設け、その記憶領域を例えばオフセット番号９９によって参照することとする。一方、ＮＣ装置には、回転工具軸７のＢ軸角度θに対応する刃先位置を演算するルーチン（サブプログラム）を登録する。
【００１５】
Ｂ軸角度の変化による工具刃先の変位ΔＺ及びΔＸは、回転工具軸７の旋回中心から工具刃先までの距離（旋回半径）ＬとＢ軸角度θにより三角関数を用いて演算できる。刃物台４がホームポジションにあるときの旋回中心１１の座標は定まっているから、各工具の基準刃先位置設定領域に設定されたＸ０の値から旋回半径Ｌが定まる。Ｂ軸角度θはこの演算ルーチンを呼び出すときに引数として与えられる。
【００１６】
図３は、上記演算ルーチンを示すフローチャートで、まず基準刃先位置のＸ０座標から旋回半径Ｌを計算し、次に旋回半径Ｌと引数として受け取ったＢ軸角度θから変位量ΔＺとΔＸとを演算する。そして、Ｂ軸角度θのときの基準刃先位置をＸ０＋ΔＸ、Ｚ０−ΔＺで演算して一時記憶領域に格納し、工具コードの下２桁を一時記憶領域の参照番号である９９に変更し、旋盤にＢ軸回りの角度θの旋回指令を与えて、演算ルーチンを抜ける。
【００１７】
下記のプログラム例は、左側のメイン主軸と右側のサブ主軸とを対向させた２主軸対向旋盤に設けられた１個のＢ軸制御可能な回転工具軸を、最初はメイン主軸側に向け、次はサブ主軸側に向けて加工を行う際のＮＣプログラムの例を示したものである。このプログラムにおいて、前記演算ルーチンはＧ３４２というルーチン名で呼び出されている。
【００１８】
加工プログラム例
０１０００；
Ｎ１０（メイン主軸側）
Ｇ５４；
Ｇ３４０Ｔ０１０１；
Ｇ３４２Ｂ−９０；
・
・
［メイン主軸側加工］
・
・
Ｇ２８Ｕ０Ｗ０；
Ｎ２０（サブ主軸側）
Ｇ５５；
Ｔ０１０１；
Ｇ３４２Ｂ９０；
・
・
［サブ主軸側加工］
・
・
Ｇ２８Ｕ０Ｗ０；
・
・
【００１９】
上記ＮＣプログラム中、Ｇ５４及びＧ５５はワーク座標系の選択ルーチンであり、Ｇ５４はメイン主軸側のＺＸ座標系を、Ｇ５５はサブ主軸側のＺＸ座標系の選択を宣言する。Ｇ３４０は自動工具交換指令で、Ｔ０１０１により選択する工具を指令すると共に、オフセット番号０１の工具の基準刃先位置情報を読み取っている。Ｇ３４２は図３で示した演算ルーチンであり、Ｂ−９０及びＢ９０で引数としてのＢ軸角度（−９０度と９０度）が渡されている。Ｇ２８は原点復帰指令である。
【００２０】
上記プログラム例からわかるように、工具コードを選択した後、回転工具軸のＢ軸角度を引数として演算ルーチンを呼び出すことにより、当該工具が引数で示されたＢ軸角度に旋回したときの刃先位置が一時記憶領域に設定され、ＮＣ装置は当該一時記憶領域に記録された基準刃先位置に基づいて加工中の刃物台のＺ座標及びＸ座標を設定するから、Ｂ軸角度θの変化により基準刃先位置が自動的に設定されて、ＮＣ装置に読み込まれることになる。そして、上記方法によるときは、加工プログラム中で［メイン主軸側加工］及び［サブ主軸側加工］で示された部分の加工プログラムは、回転工具軸のＢ軸角度を全く意識することなく記述することができ、加工プログラム作成上の煩雑さが解消されると共に、個別の工程毎の加工ルーチンの流用も可能になる。
【００２１】
以上は回転工具についての例であるが、回転工具軸７に旋削工具を装着して回転工具軸をその軸回りに０度の位置と１８０度の位置でロックすることにより、メイン主軸側の旋削加工とサブ主軸側の旋削加工とを行うような場合でも、この発明の方法を有効に採用することができる。すなわち、図４(ａ)、(ｂ)に示すように、回転工具軸７に装着した旋削工具１２をメイン主軸側に向けたとき(ａ)とサブ主軸側に向けたとき(ｂ)とで、その基準刃先位置のＺ座標が変化する。旋削工具の刃先の回転工具軸７の軸心からのＺ軸方向の変位量は、刃物台がホームポジションにあるときの旋回工具軸の軸心位置が一定であることから、各工具毎に設定された基準刃先位置のデータから定めることができる（前述の例における旋回半径Ｌと同様である）。そこで回転工具軸の角度が０度であるときと１８０度であるときとの、ΔＺの演算式を前記演算ルーチンに含ませることにより、回転工具軸のＢ軸角度及び回転角を引数として、旋削工具をメイン主軸側に向けたときとサブ主軸側に向けたときとの、基準刃先位置の設定値の変更を前述したと同様な方法によって一時記憶領域に自動的に設定して加工を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｂ軸制御される回転工具軸を備えた複合旋盤における回転工具軸の旋回角度と刃先位置の変位とを示す説明図
【図２】工具コードに対応する工具の種類と各工具の基準刃先位置を設定する記憶領域と一時記憶領域とを示す図
【図３】基準刃先位置演算ルーチンの演算手順を示すフローチャート
【図４】回転工具軸に旋削工具を取付けた例を示す模式図
【図５】タレット刃物台に装着された工具の基準刃先位置の設定を示す説明図
【図６】Ｂ軸制御される回転工具軸に装着した工具の従来の基準刃先位置の設定を示す説明図
【符号の説明】
３工具
４刃物台
７回転工具軸
９記憶領域
10 記憶領域

Claims

刃物台に装着される複数の工具の各々に対応して当該工具の基準刃先位置の設定値を記憶する記憶領域を設け、
加工プログラムにより当該記憶領域の１つを参照するためのオフセット番号を含む工具コードである工具が選択されたときに当該工具コードのオフセット番号に対応する記憶領域の設定値を参照してワーク加工中の刃物台の動作を制御する工作機械における工具刃先位置の設定方法において、
刃物台と工具との間に介在する工具保持部材の旋回半径ないし変位量を基準刃先位置の値に基づいて定めて当該工具保持部材の動作に伴う工具の基準刃先位置の変位を演算する演算手段と、
所定のオフセット番号に対応させた一時記憶領域とを設け、
加工プログラムで工具コードと前記工具保持部材の動作位置とが指令されたときに、当該工具コードのオフセット番号に対応する記憶領域の設定値を用いて前記演算手段により演算を行い、
その演算結果を前記一時記憶領域に記録し、
当該工具コードのオフセット番号を前記一時記憶領域の番地に対応する番号に変換して加工を行うことを特徴とする、工作機械における工具刃先位置の設定方法。
Ｂ軸制御される回転工具軸を備えた前記刃物台と、当該回転工具軸に装着される工具の自動工具交換装置と、当該自動工具交換装置の工具マガジンに収納された前記各工具とを備えた複合旋盤における請求項１記載の工具刃先位置の設定方法において、
前記演算手段は、基準刃先位置の値と刃物台が原点位置にあるときの前記回転工具軸のＢ軸旋回中心の座標から演算された工具先端の旋回半径と前記回転工具軸のＢ軸角度とから基準刃先位置の変位ないし偏差を演算する、複合旋盤における工具刃先位置の設定方法。