JP4899573B2 - Rotating body processing method and rotating body processing apparatus. - Google Patents
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Description
本発明は、回転体加工方法および回転体加工装置に関する。 The present invention relates to a rotating body processing method and a rotating body processing apparatus.
たとえば、クランクシャフトなどの複雑な形状の物体の回転加工には、まず、被加工物体であるワークの回転中心を求めてから位置決めして、回転加工することが必要である。回転中心を求めずに回転加工を行うと、仕上げ加工後さらに物体のバランスを取るための加工が追加で必要となる。 For example, in order to rotate an object having a complicated shape such as a crankshaft, it is necessary to first determine the rotation center of a workpiece, which is an object to be processed, and then perform positioning. If rotational processing is performed without obtaining the center of rotation, additional processing for balancing the object after finishing is required.
そこで、従来このような追加の加工を省くために、ワーク、たとえば鍛造後のクランクシャフトなどの場合、そのワークの代表的な部分を計測して、あらかじめ回転中心を予測するための変換式に測定値を入れることで回転中心を求めていた(たとえば特許文献1参照)。
しかしながら、従来の方法では、回転加工するための中心位置を求めることはできても、その中心位置にこれから加工するワークを正確に位置決めするための手法が考慮されていない。 However, in the conventional method, although a center position for rotational machining can be obtained, a method for accurately positioning a workpiece to be machined at the center position is not considered.
そこで、本発明の目的は、回転加工を行うワークの回転中心を成果かうに位置決めすることのできる回転加工装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a rotary machining apparatus capable of positioning the rotation center of a workpiece to be rotary machined so as to achieve results.
上記目的を達成するための本発明は、回転体となる加工前のワークを目視によって決定した回転中心により前記ワークの長さ方向の一端と他端を固定して、当該一端と他端を結ぶ方向をZ軸方向とし、当該Z軸方向に直交するX−Y座標を前記一端側と前記他端側に設定して、前記ワークの3次元形状を測定した結果を取り込んで、コンピュータの記憶手段に記憶する段階と、前記ワークの回転加工後の出来上がり形状をシミュレーションにより作成する段階と、前記シミュレーションによる出来上がり形状に対して前記記憶した前記ワークの3次元形状から余分な部分を取り除く段階と、前記余分な部分を取り除いた形状から前記ワークの回転中心を算出する段階と、前記ワークの一端を回動自在に保持し、前記ワークの他端を移動させることで前記算出した回転中心に前記ワークの位置合わせを行う段階と、を有し、前記余分な部分を取り除いた形状から前記ワークの回転中心を算出する段階は、(a)前記余分な部分を取り除いた回転体を構成する複数の部位ごとに、前記回転体の前記Z軸方向の中心線をCとし、前記回転体の長手方向の一端から他端までの長さをL、前記一端からの前記部位までの中心線C上の距離をa、前記他端からの前記部位までの中心線C上の距離をb、中心線Cから前記部位の重心位置までの垂直距離をWRで表したとき、前記X−Y座標の位置として、前記一端側X座標値をWRx×a/L、前記一端側Y座標値をWRy×a/L、前記他端側X座標値をWRx×b/L、前記他端側y座標値をWRy×b/Lとすることで、前記部位のそれぞれのモーメントを前記回転体のバランス位置として前記一端側と前記他端側のそれぞれの前記X−Y座標の位置に振り分ける段階と、(b)前記(a)の段階により前記振り分けられた複数の前記部位のそれぞれのバランス位置のX−Y座標位置から狙い目の中心位置X,Yを前記一端側と前記他端側でそれぞれ一つずつ求める段階と、(c)前記回転体の重量中心を回転軸方向から串刺した方向から見て算出し、当該算出した重量中心の前記一端側と前記他端側のそれぞれの前記X−Y座標における位置を仮中心位置x、yとして、前記(b)の段階により求めた前記一端側と前記他端側のそれぞれの前記狙い目の中心位置X,Yに前記仮中心位置x、yを近づけてゆく段階と、を有して、(d)前記(c)の段階において、前記狙い目の中心位置X,Yに前記仮中心位置x、yを近づけたときの前記狙い目の中心位置X,Yと前記仮中心位置x、yとの差があらかじめ決められたしきい値以下になるまで前記(a)〜(c)の段階を繰り返して求め、当該しきい値以下となったときの仮中心位置x,yを前記回転体の前記一端側と前記他端側における前記X−Y座標の回転中心とする段階と、を有することを特徴とする回転体加工方法である。 In order to achieve the above object, the present invention fixes one end and the other end in the length direction of the workpiece by a rotation center determined by visual observation of the workpiece before processing to be a rotating body, and connects the one end and the other end. The direction of the Z-axis direction is set, XY coordinates orthogonal to the Z-axis direction are set on the one end side and the other end side, and the result of measuring the three-dimensional shape of the workpiece is taken in, and the storage means of the computer Storing in a simulation, creating a finished shape after rotational processing of the workpiece by simulation, removing excess portions from the stored three-dimensional shape of the workpiece with respect to the finished shape by the simulation, The step of calculating the rotation center of the workpiece from the shape from which the excess portion is removed, and one end of the workpiece is rotatably held and the other end of the workpiece is moved. Have a, a step for aligning the workpiece on the center of rotation and the calculated and, calculating a rotation center of the workpiece from the shape obtained by removing the excess portion, the (a) the excess portion For each of the plurality of parts constituting the removed rotating body, the center line in the Z-axis direction of the rotating body is C, the length from one end to the other end of the rotating body in the longitudinal direction is L, and the length from the one end When the distance on the center line C to the part is represented by a, the distance on the center line C from the other end to the part by b, and the vertical distance from the center line C to the center of gravity of the part by WR As the position of the XY coordinate, the one end side X coordinate value is WRx × a / L, the one end side Y coordinate value is WRy × a / L, the other end side X coordinate value is WRx × b / L, By setting the y-coordinate value on the other end side to WRy × b / L, Distributing the moment as a balance position of the rotating body to the positions of the XY coordinates on the one end side and the other end side, and (b) the plurality of the parts distributed in the step (a) Obtaining a center position X, Y of the target eye one by one at the one end side and the other end side from the X-Y coordinate position of each balance position, and (c) the center of weight of the rotating body as the rotation axis Step (b) is calculated from the direction skewed from the direction, and the positions of the calculated weight center on the one end side and the other end side in the XY coordinates are the temporary center positions x and y. And (d) the step (c), the step of bringing the temporary center positions x and y closer to the center positions X and Y of the aiming eyes on the one end side and the other end side determined in accordance with (d), respectively. The center of the aim eye Until the difference between the center position X, Y of the target eye and the temporary center position x, y when the temporary center position x, y approaches the position X, Y is equal to or less than a predetermined threshold value. The steps (a) to (c) are repeatedly obtained, and the temporary center positions x and y when the value is equal to or lower than the threshold value are obtained as the XY coordinates on the one end side and the other end side of the rotating body. a rotating body processing method characterized by chromatic the steps of the center of rotation, the.
また上記目的を達成するための本発明は、ワークの両端を支持するワーク支持手段と、前記ワークの回転加工後の出来上がり形状をシミュレーションし、前記シミュレーションによる出来上がり形状に対して3次元形状測定手段により得られた前記ワークの3次元形状から余分な部分を取り除いた回転体の形状から前記ワークの回転中心を算出する回転中心算出手段と、を有し、前記ワーク支持手段は、前記ワークの一端を支点として回動自在に軸支する第1のチャックと、前記ワークの他端を軸支して、前記支点を中心にして前記ワークを回動させるように移動自在な第2のチャックと、を有して、前記第2のチャックを移動させて、前記回転中心算出手段により算出された前記回転中心となるように前記ワークを位置合わせするものであり、前記3次元形状測定手段は、(a)回転体となる加工前のワークを目視によって決定した回転中心により前記ワークの長さ方向の一端と他端を固定して、当該一端と他端を結ぶ方向をZ軸方向とし、当該Z軸方向に直交するX−Y座標を前記一端側と前記他端側に設定して、前記ワークの3次元形状を測定し、前記回転中心算出手段は、(b)あらかじめ求めた出来上がり形状に対して前記測定により得られた前記ワークの3次元形状から余分な部分を取り除き、(c)前記余分な部分を取り除いた回転体を構成する複数の部位ごとに、前記回転体の前記Z軸方向の中心線をCとし、前記回転体の長手方向の一端から他端までの長さをL、前記一端からの前記部位までの中心線C上の距離をa、前記他端からの前記部位までの中心線C上の距離をb、中心線Cから前記部位の重心位置までの垂直距離をWRで表したとき、前記X−Y座標の位置として、前記一端側X座標値をWRx×a/L、前記一端側Y座標値をWRy×a/L、前記他端側X座標値をWRx×b/L、前記他端側y座標値をWRy×b/Lとすることで、前記部位のそれぞれのモーメントを前記回転体のバランス位置として前記一端側と前記他端側のそれぞれの前記X−Y座標の位置に振り分け、(d)前記(c)により前記振り分けられた複数の前記部位のそれぞれのバランス位置のX−Y座標位置から狙い目の中心位置X,Yを前記一端側と前記他端側でそれぞれ一つずつ求め、(e)前記回転体の重量中心を回転軸方向から串刺した方向から見て算出し、当該算出した重量中心の前記一端側と前記他端側のそれぞれの前記X−Y座標における位置を仮中心位置x、yとして、前記(d)により求めた前記一端側と前記他端側のそれぞれの前記狙い目の中心位置X,Yに前記仮中心位置x、yを近づけてゆき、(f)前記(e)において、前記狙い目の中心位置X,Yに前記仮中心位置x、yを近づけたときの前記狙い目の中心位置X,Yと前記仮中心位置x、yとの差があらかじめ決められたしきい値以下になるまで前記(c)〜(e)を繰り返して求め、当該しきい値以下となったときの仮中心位置x,yを前記回転体の前記一端側と前記他端側における前記X−Y座標の回転中心とすることで、前記回転中心を算出することを特徴とする回転体加工装置である。 In addition, the present invention for achieving the above object simulates the workpiece support means for supporting both ends of the workpiece and the finished shape of the workpiece after the rotational processing, and the three-dimensional shape measuring means for the finished shape by the simulation. the resulting anda rotation center calculating means for calculating a rotation center of the workpiece from the shape of the rotating body was divided take the excess portion from the three-dimensional shape of the workpiece, said workpiece supporting means, one end of the workpiece A first chuck that is pivotally supported around a fulcrum, a second chuck that is pivotally supported at the other end of the workpiece, and is movable to rotate the workpiece about the fulcrum. the have, by moving the second chuck to align the workpiece such that the center of rotation calculated by the rotation center calculating means Monodea The three-dimensional shape measuring means fixes (a) one end and the other end in the length direction of the workpiece by a rotation center determined by visual observation of the workpiece before processing to be a rotating body, and the one end and the other end are fixed. The connecting direction is the Z-axis direction, XY coordinates orthogonal to the Z-axis direction are set on the one end side and the other end side, the three-dimensional shape of the workpiece is measured, (B) An unnecessary part is removed from the three-dimensional shape of the workpiece obtained by the measurement with respect to a finished shape obtained in advance, and (c) each of a plurality of parts constituting the rotating body from which the extra part is removed. The center line of the rotating body in the Z-axis direction is C, the length from one end to the other end in the longitudinal direction of the rotating body is L, and the distance on the center line C from the one end to the part is a , On the center line C from the other end to the part When the distance is b, and the vertical distance from the center line C to the position of the center of gravity of the part is WR, the one end side X coordinate value is WRx × a / L and the one end side Y is the position of the XY coordinate. By setting the coordinate value to WRy × a / L, the other end side X coordinate value to WRx × b / L, and the other end side y coordinate value to WRy × b / L, the respective moments of the part are rotated. The body balance position is distributed to the positions of the XY coordinates on the one end side and the other end side, and (d) the X- positions of the balance positions of the plurality of parts distributed according to (c). The center positions X and Y of the target eye are determined one by one at the one end side and the other end side from the Y coordinate position, respectively, and (e) the weight center of the rotating body is calculated by looking from the direction of skewing from the rotation axis direction. The one end side and the other end side of the calculated weight center Assuming that the positions in the XY coordinates are temporary center positions x and y, the temporary center positions are set to the center positions X and Y of the target eyes on the one end side and the other end side obtained in (d), respectively. x, y are brought closer to each other, and (f) the center position X, Y of the target eye and the center position X, Y when the temporary center position x, y is brought closer to the center position X, Y of the target eye in (e). The above (c) to (e) are repeatedly obtained until the difference between the temporary center positions x and y becomes a predetermined threshold value or less, and the temporary center positions x and y when the difference becomes the threshold value or less. The rotation center is calculated by setting the rotation center of the XY coordinates on the one end side and the other end side of the rotation body as the rotation center .
本発明によれば、3次元形状を測定して得られた形状と、仮想的に作成した出来上がり形状とを比較することで、回転加工の際の回転中心を求めて、求めた回転中心にワークを位置合わせすることとしたので、確実にワークの回転バランスを取った加工を行うことができるようになる。 According to the present invention, by comparing the shape obtained by measuring the three-dimensional shape with the virtually created shape, the rotation center at the time of rotational processing is obtained, and the workpiece is obtained at the obtained rotation center. Therefore, it is possible to perform machining with a balanced rotation of the workpiece.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本実施形態では、まず、回転体の回転中心を算出方法について説明し、その後、回転体加工装置について説明する。 In the present embodiment, first, a method for calculating the rotation center of the rotating body will be described, and then the rotating body processing apparatus will be described.
図1は、本発明を適用して、回転体の回転中心を算出し、回転体の加工を行うためのシステムを説明するためのブロック図である。 FIG. 1 is a block diagram for explaining a system for calculating the rotation center of a rotating body and processing the rotating body by applying the present invention.
このシステムは、ワークである粗材(加工前ワーク)を3次元計測するための3次元測定機1と、測定された3次元形状とワークの仕上げ加工後の出来上がり形状から、回転中心を予測するコンピュータ2と、ワークを固定して加工を行う回転体加工装置3とからなる。ここでコンピュータ2は回転中心算出手段となり、このコンピュータ2が後述する手順に基づいて作成されたプログラムを実行することで回転体加工中心である回転中心が算出されることになる。
This system predicts the center of rotation from a three-
3次元測定機1は、市販されている3次元測定機1を用いることができ、特に限定されない。たとえば、CTスキャナ、レーザ式や超音波式の非接触デジタイザなど、ワークを一定間隔でくまなく計測できるものが好ましい。計測間隔はワークの大きさにもよるが、たとえば長さ50cm程度最大径10cm程度のクランクシャフトの場合、0.1mm間隔程度で計測できるものがよい。もちろんさらに大きなワークの場合には、測定間隔は適宜大きくてもよい。
The three-
コンピュータ2は、回転中心算出手段となるもので、後述する処理手順によってワークの回転中心を求める。このようなコンピュータは、たとえばパソコンやワークステーションなどを用いることができる。
The
回転体加工装置3は、本発明を適用したものであり、ワーク(ここでは鍛造後のクランクシャフト)100を、軸方向の両端であるフロントF側とリアR側で保持し、それぞれの側を左右(X方向)、上下(Y方向)に移動可能となっていて、軸支した状態でワーク100を回転させて切削加工意を行う工作機械である(図3参照)。
The rotary
このために、回転体加工装置3は、基台103上に、フロント側チャック101(第1のチャック)と、リア側チャック102(第2のチャック)を備えている(詳細後述)。
For this purpose, the rotating
図2は、コンピュータ2により回転中心を求めるための処理手順を示すフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure for obtaining the rotation center by the
ここでは、ワークとして鍛造後のクランクシャフトを例に説明する。図3は、ワーク100であるクランクシャフトを示す斜視図である。
Here, a crankshaft after forging will be described as an example of the workpiece. FIG. 3 is a perspective view showing a crankshaft that is the
図示するようにクランクシャフトは様々な方向にカウンタウェイトやバランスウェイトが設けられているため、バランスのとれた回転中心がどこにあるかわからない。また、鍛造後の粗材(加工前ワーク)は、鍛造だけでは形成しきれない肉付きがあるため、そのような部分を、回転中心を位置決めした状態で回転加工することで仕上げている。図に示した矢印Aは回転中心となる位置である。この回転中心は、本実施形態の方法によって加工後の出来上がり回転体としてのバランスのとれた位置として求められる。 As shown in the figure, the crankshaft is provided with counterweights and balance weights in various directions, so it is not possible to know where the balanced center of rotation is. Moreover, since the rough material (work before processing) after forging has a flesh that cannot be formed by forging alone, such a portion is finished by rotating with the center of rotation positioned. The arrow A shown in the figure is the position that is the center of rotation. The center of rotation is obtained as a balanced position as a finished rotating body after processing by the method of the present embodiment.
以下この回転中心を求めるための処理手順を説明する。 Hereinafter, a processing procedure for obtaining the rotation center will be described.
まず、回転体加工装置3にワークを固定する(S0)。ワークの固定は、回転体加工装置3に、とりあえず見た目で回転中心と思われるところをクランクシャフトのフロント側とリア側を固定する。固定の際、回転中心(Z軸方向)を図3に示したフロントF側とリアR側のそれぞれにおいてX−Y座標上の原点(0点)とする。
First, a workpiece is fixed to the rotating body machining apparatus 3 (S0). For fixing the work, the front side and the rear side of the crankshaft are fixed to the rotating
次に、ワーク全体を所定間隔で3次元測定する(S1)。測定結果はコンピュータ2に取り込み、さらに面付けを行ってコンピュータ2の記憶手段に記憶させる(S2)。ここで記憶手段は、たとえばコンピュータ2内のハードディスクである。
Next, the entire workpiece is three-dimensionally measured at a predetermined interval (S1). The measurement result is taken into the
その後、切削工具の切削軌跡をコンピュータ2によりシミュレーションして、回転加工後の仮想の出来上がり形状を求める(S3)。切削工具は、被加工物体(ここではクランクシャフトのワーク)を回転させながら、その回転に合わせて切削深さを調整することで、被加工物体を加工して最終的な形状に仕上げてゆく。切削深さは被加工物体の回転中心に対して、被加工物体の設計形状からあらかじめ決められている。したがって、切削工具の軌跡をシミュレーションすることにより出来上がり形状がわかるのである。
Thereafter, the cutting trajectory of the cutting tool is simulated by the
なお、ここで、切削工具の軌跡をシミュレーションすることにより出来上がり形状を作成しているのは、精度として実際に切削された後の形状と同様のものが仮想的に得られるためである。もちろん、同程度の精度の出来上がり形状が得られるのであれば、設計図などから比較対象とする出来上がり形状を作成してもよい。 The reason why the finished shape is created by simulating the trajectory of the cutting tool is that a shape similar to the shape after the actual cutting is virtually obtained as accuracy. Of course, if a finished shape with the same degree of accuracy can be obtained, a finished shape to be compared may be created from a design drawing or the like.
続いてコンピュータ2は、シミュレーション出来上がり形状から、3次元計測結果の形状を引き算する(S4)。この形状の引き算によりシミュレーションによる出来上がり形状に対して測定により得られた3次元形状の余分な部分が取り除かれて実際に加工された後の形状が予測されることになる(これにより得られた形状を出来上がり予測形状と称する)。
Subsequently, the
その後、余分な部分を取り除いた出来上がり予測形状から回転体としての回転中心を求める。 After that, the center of rotation as the rotating body is obtained from the predicted finished shape from which the excess portion has been removed.
回転中心を求めるためには、まず、回転の中心軸に対するバランス計算を実行する(S5)。 In order to obtain the center of rotation, first, a balance calculation with respect to the central axis of rotation is executed (S5).
バランス計算は、全体のバランスに影響のある部分のみを抜き出して計算すればよい。 The balance calculation may be performed by extracting only the portion that affects the overall balance.
図4は、クランクシャフトにおけるバランス計算に必要な部分を抜き出したモデル形状を示す図面である。 FIG. 4 is a diagram showing a model shape in which a portion necessary for balance calculation in the crankshaft is extracted.
クランクシャフトの場合、回転中心から一定距離で円柱形状に加工する部分はバランス計算に影響しないので省くことになる。したがって、図に示すように、クランクシャフトのカウンタウェイトやバランスウェイトなどの部分のみを抜き出した形状があればよいことになる。 In the case of a crankshaft, a portion that is processed into a cylindrical shape at a fixed distance from the center of rotation is omitted because it does not affect the balance calculation. Therefore, as shown in the figure, it is only necessary to have a shape in which only portions such as the counterweight and balance weight of the crankshaft are extracted.
バランス計算は、クランクシャフトの複数のカウンタウェイトやバランスウェイトなどの重心位置をモーメントとして前後のバランス位置に振り分けることとした。 In the balance calculation, the positions of the center of gravity of a plurality of counterweights and balance weights of the crankshaft are distributed to the front and rear balance positions as moments.
図5は、ワークのモーメントを前後のバランス位置に振り分ける方法を説明するための説明図である。 FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a method of distributing the moment of the workpiece to the front and rear balance positions.
図示するように、カウンタウェイトやバランスウェイトの重心位置を中心線C(図では線分C)からのベクトルW1で表し、その長さをWR1とすると、振り分け量は、フロントF側がWR1×a/L、リアR側がWR1×b/Lとなる。実際には、後述するように、回転中心を求める際にX−Y座標を用いるため、フロントF側、リアR側ともに、XおよびY方向の座標値からWRxおよびWRyを求めておいて、それぞれフロントF側がWR1x×a/L、WR1y×a/LとリアR側がWR1x×b/L、WR1y×b/Lを求めることになる。
As shown, expressed in vector W1 from counterweight or the balance weight of the center-of-gravity position of the center line C (the segment in the FIG. C), the length and
なお、W2についても同様であり、さらに図6はW1およびW2の2つを示したが、実際には、複数のカウンタウェイトやバランスウェイトの数だけぞれぞれモーメントを振り分けることになる。 Note that the same applies to W2, and FIG. 6 shows two of W1 and W2. Actually, however, the moments are distributed according to the number of counter weights and balance weights.
このようにして複数のモーメントを振り分けたX−Y座標位置を狙い目の中心位置X,Yとする。 The XY coordinate positions where a plurality of moments are distributed in this way are set as the center positions X and Y of the target eye.
そして、バランス計算で求めた狙い目の中心位置X,Yとなるように回転中心を算出する(S6)。 Then, the rotation center is calculated so as to be the center position X, Y of the target eye obtained by the balance calculation (S6).
図6は、回転中心の算出方法を説明する説明図である。 FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a method of calculating the rotation center.
回転中心は、先のバランス計算に必要な部分を抜き出したモデル形状を図6に示すように回転軸方向から串刺した方向から見てその重量中心を計算する。この値をx,yとする。なお、図において中心位置が2つあるのは、フロント側から見た中心と、リア側から見た中心を同一面内に重ねたためである。つまり、図4において、軸の中心をZ軸方向とすると、X−Y平面において、クランクシャフトの中心位置がフロント側とリア側とで異なるためである。図においてフロント側中心位置をFc、リア側中心位置をRcとして示す。また、各線は図4において抜き出したそれぞれの部分の外形線である。 As for the center of rotation, the center of weight is calculated by looking at the model shape obtained by extracting the part necessary for the previous balance calculation from the direction of skewing as shown in FIG. Let this value be x, y. In the drawing, there are two center positions because the center viewed from the front side and the center viewed from the rear side are overlapped in the same plane. That is, in FIG. 4, if the center of the axis is the Z-axis direction, the center position of the crankshaft is different between the front side and the rear side in the XY plane. In the figure, the front center position is indicated as Fc, and the rear center position is indicated as Rc. Each line is an outline of each part extracted in FIG.
そして求めたx,yの位置を先に求めたX,Yの位置に近づける。これをフロント側とリア側の両方について行う。そうするとX,Yを求めたときの中心線Cの位置が違ってくるので、再度モーメントの振り分けを行って、X,Yの値を計算し直す。そして、再び中心線Cを再計算されたX,Yに近づける。すなわち、計算としては、下記(1)式の値が最も小さくなるまで、繰り返しX,Yの再計算を行うことになる。 Then, the obtained x and y positions are brought closer to the previously obtained X and Y positions. Do this for both the front and rear sides. Then X, so will be different positions of the center line C when seeking Y, performs sorting again moments, X, recalculating the values of Y. Then, the center line C is brought closer to the recalculated X and Y again. That is, as calculation, X and Y are recalculated repeatedly until the value of the following formula (1) becomes the smallest.
((X−x)2+(Y−y)2)(1/2)…(1)
ただし、実際には、(1)式の値が最も小さくなるまで計算するのは無限の計算の繰り返しになる可能性があるため、実験計画法などにより徐々に中心位置x,yの値を変更してゆき、最終的にあらかじめ決められたしきい値以下となればそのときのx,yの値を回転中心と決定すればよい。なお、このときのしきい値は、たとえば、実際の製品によってモーメントの距離WRとその製品の中心線C(実際の製品では軸穴が開いている位置の中心となる)とを求めて、(1)式の値を取り、その値をしきい値とすればよい。
((X−x) 2 + (Y−y) 2 ) (1/2) (1)
However, in actuality, calculation until the value of the expression (1) becomes the smallest may be repeated infinitely, so the values of the center positions x and y are gradually changed by an experimental design method or the like. Then, if it finally becomes less than a predetermined threshold value, the values of x and y at that time may be determined as the rotation center. The threshold value at this time is obtained, for example, by determining the moment distance WR and the center line C of the product (the center of the position where the shaft hole is opened in the actual product) by the actual product ( 1) Take the value of the equation and use that value as the threshold value.
そして、(1)式の値がしきい値以下となれば(S7:Yes)、最後に、3次元計測で得られた形状を求めた中心位置により回転させて、切削工具の切削軌跡と重ね合わせて、切削可能か否かを判断して(S8)終了する。ここでの判断は、3次元計測で得られた形状の方が切削工具の切削軌跡の形状より少なくなっている部分があれば切削不能と判断することになる。なお、切削不能となった場合にはその旨をコンピュータのディスプレイなどに表示する(S10)。 And if the value of (1) Formula becomes below a threshold value (S7: Yes), it will be rotated by the center position which finally calculated | required the shape obtained by three-dimensional measurement, and it overlaps with the cutting locus of a cutting tool. In addition, it is determined whether or not cutting is possible (S8), and the process ends. In this determination, if there is a portion where the shape obtained by the three-dimensional measurement is smaller than the shape of the cutting locus of the cutting tool, it is determined that cutting is impossible. If cutting becomes impossible, a message to that effect is displayed on the computer display (S10).
S8において、異常がなければ、求めた中心位置となるように、ワークを固定している切削加工機械3のフロント側とリア側の位置を最終的に得られたx,yの位置となるように調整する(S9)。これにより、クランクシャフトの実際の加工後の出来上がり形状がバランスのとれたものとなる。
If there is no abnormality in S8, the positions of the front side and the rear side of the cutting
図7は、回転体加工装置3のチャック部分の詳細を示す図面であり、(a)はフロント側チャック101を示し、(b)はリア側チャック102を示す。
FIG. 7 is a drawing showing details of the chuck portion of the rotating
また図8は、ワークをチャックした状態を説明するための説明図である。 FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining a state in which the workpiece is chucked.
この回転体加工装置3のチャック部分は、一方が2点支持、他方が4点支持となるようにしている。本実施形態では、フロント側チャック101を2点支持とし、リア側チャック102を4点支持としている。もちろん逆であってもよい。
One of the chuck portions of the rotating
そして、リア側チャック102は、ワークを4点支持した状態で、X軸方向とY軸方向に移動可能となっている。一方、フロント側チャック101は、ワークを軸支した状態でチャック自体が移動する必要はない。
The
リア側チャック102の移動手段としては、図示しないが、たとえばリア側チャック102全体をX軸方向させるためのボールねじ機構と、Y軸方向させるためのボールねじ機構などを備えていればよい。
As a means for moving the
フロント側チャック101のチャック部111は、逆楔形形状をしており、ワークにチャック部111が完全に密着するのではなく、リア側がX軸および/またはY軸方向に移動させられた場合に、フロント側の中心位置Fc(図8参照)を支点として回動可能となっている。このため、回動しやすいようにフロント側チャック101は、2点支持としているものである。
The
一方、リア側チャック102のチャック部121は、ワークが脱落することなく、ワークを保持して回動させることができるように、4点支持としているのである。
On the other hand, the
これにより、図8に示すように、ワーク100は、リア側チャック102の動きにより、フロント側の中心位置Fcを支点として、矢印AおよびB方向に回動自在となっている。また、このリア側チャック102の動きにより、図示Cを中心としたワーク全体を回転させることが可能となる。なお、図示Cを中心としたワーク全体を回転範囲は、リア側チャック102の動作範囲によって規定される。
As a result, as shown in FIG. 8, the
このような回転体加工装置3を用いて、先に説明したように最終的に得られた回転中心x,yでのワークの位置合わせが行われる。
Using such a rotating
この位置合わせは、まず、フロント側チャック101の中心位置Fcと、中心位置算出の際に用いたフロント側座標系の原点と一致させるように座標系の位置合わせを行うと共に、この座標系の位置合わせを行った分だけリア側においても座標系の移動を行う。 In this alignment, first, the coordinate system is aligned so that the center position Fc of the front side chuck 101 coincides with the origin of the front side coordinate system used for calculating the center position. The coordinate system is also moved on the rear side by the amount of alignment.
たとえば、フロント側の求められた中心位置がコンピュータ内の座標系においてx,y=1、2であったとする。そうすると回転体加工装置3のフロント側の座標系合わせのためには、このフロント側の求められた中心位置の座標値をx−1、y−2とすればよい。これで、フロント側の求められた中心位置が、回転体加工装置3のフロント側の座標系の原点Fcの位置と一致する。そしてこれに合わせるためにリア側の求められた中心位置x,yもx−1、y−2とすればよい(いうまでもないが、ここで示した「1、2」などの数値は、本実施形態を説明するためのものであって、本発明を限定するものではない。また実際の運用に当たっては、コンピュータ2および回転体加工装置3において用いられている座標値が用いられることになる)。
For example, it is assumed that the obtained center position on the front side is x, y = 1, 2 in the coordinate system in the computer. Then, in order to match the coordinate system on the front side of the rotating
このようにしてコンピュータ2内のフロント側およびリア側のそれぞれ座標系と、回転体加工装置3におけるフロント側およびリア側のそれぞれ座標系を合わせることができる。そして、この座標合わせによって、フロント側の回転中心は先に算出された回転中心に一致したことになる。
In this way, the front side and rear side coordinate systems in the
そこで、座標合わせ後のリア側の座標値を用いて、回転体加工装置3のリア側チャック102を移動させる。これによりリア側も前述のようにして求められた回転中心の位置に位置合わせされることになる。
Therefore, the
なお、このような座標変換と位置調整はコンピュータ2からの制御によってリア側のチャック102を移動させるボールねじ機構を動作させて、自動的に位置合わせを行うようにすると便利である。もちろん、コンピュータに示されたフロント側とリア側の回転中心座標を読み取って摺動により回転体加工装置3のリア側のチャック102を移動させて位置合わせを行う世にしてもよい。
Such coordinate conversion and position adjustment are convenient when the ball screw mechanism for moving the
以上のようにして回転中心の位置合わせを行った後、ワーク100の両端(フロント側およびリア側)に、図8に示したZ軸方向に中心穴あけ加工を行うことで、ワーク100に対して中心位置出しの穴あけを行うことができる。これにより形成された中心穴は、ワーク100を回転体として切削加工を行った後の出来上がり形状におけるバランスのとれた中心位置となる。
After aligning the center of rotation as described above, the center hole is drilled in the Z-axis direction shown in FIG. Drilling of the center position can be performed. The center hole thus formed becomes a balanced center position in the finished shape after cutting with the
また、回転体として切削加工をこの回転体加工装置3においてそのまま行ってもよいし、また、中心穴あけ加工後、さらにこの中心穴を他の工作機械などで軸支して別途切削加工を行うようにしても出来上がりの形状は、回転体としてバランスのとれた形状に仕上がる。
Further, the cutting may be performed as it is in the rotating
以上説明した本実施形態によれば、3次元形状を測定して得られた形状と、コンピュータ内において仮想的に作成した切削加工後の形状とを比較することで、回転加工の際の回転中心を求めて、求めた回転中止に値にワークの位置合わせを行うこととしたので、精度よく回転中心を得ることができ、ワークの加工後においてもバランスの再調整を行うことなく使用することが可能となる。 According to the present embodiment described above, the center of rotation at the time of rotational processing can be obtained by comparing the shape obtained by measuring the three-dimensional shape with the shape after cutting virtually created in the computer. The center of rotation can be obtained with high accuracy, and the workpiece can be used without re-adjusting the balance even after machining the workpiece. It becomes possible.
また、本実施形態による回転体加工装置は、ワークの一端を回動可能に軸支した状態で、まずこちら側の回転中止にちと求めた回転中心位置の座標系を合わせて、それに応じて他端側の座標を合わせた上で、他端側の位置合わせを行うようにしたので、一方のチャック(本実施形態ではフロント側チャック)は、ワークの一端を回動可能に軸支できるものであればよいので、装置構成が簡単である。 In addition, the rotating body machining apparatus according to the present embodiment, in a state in which one end of the workpiece is pivotally supported, first adjusts the coordinate system of the rotation center position obtained after stopping the rotation on this side, and performs other operations accordingly. Since the end side coordinates are aligned and the other end side is aligned, one chuck (in this embodiment, the front side chuck) can pivotally support one end of the workpiece in a rotatable manner. Since it suffices, the device configuration is simple.
本発明は、鍛造品、プレス加工品など様々なワークを仕上げ加工する際の中心位置出しに好適である。 The present invention is suitable for center positioning when finishing various workpieces such as forged products and pressed products.
1…3次元測定機、
2…コンピュータ、
3…回転体加工装置。
1 ... 3D measuring machine,
2 ... Computer,
3 ... Rotating body processing apparatus.
Claims (2)
前記ワークの回転加工後の出来上がり形状をシミュレーションにより作成する段階と、
前記シミュレーションによる出来上がり形状に対して前記記憶した前記ワークの3次元形状から余分な部分を取り除く段階と、
前記余分な部分を取り除いた形状から前記ワークの回転中心を算出する段階と、
前記ワークの一端を回動自在に保持し、前記ワークの他端を移動させることで前記算出した回転中心に前記ワークの位置合わせを行う段階と、
を有し、
前記余分な部分を取り除いた形状から前記ワークの回転中心を算出する段階は、
(a)前記余分な部分を取り除いた回転体を構成する複数の部位ごとに、
前記回転体の前記Z軸方向の中心線をCとし、前記回転体の長手方向の一端から他端までの長さをL、前記一端からの前記部位までの中心線C上の距離をa、前記他端からの前記部位までの中心線C上の距離をb、中心線Cから前記部位の重心位置までの垂直距離をWRで表したとき、前記X−Y座標の位置として、前記一端側X座標値をWRx×a/L、前記一端側Y座標値をWRy×a/L、前記他端側X座標値をWRx×b/L、前記他端側y座標値をWRy×b/Lとすることで、前記部位のそれぞれのモーメントを前記回転体のバランス位置として前記一端側と前記他端側のそれぞれの前記X−Y座標の位置に振り分ける段階と、
(b)前記(a)の段階により前記振り分けられた複数の前記部位のそれぞれのバランス位置のX−Y座標位置から狙い目の中心位置X,Yを前記一端側と前記他端側でそれぞれ一つずつ求める段階と、
(c)前記回転体の重量中心を回転軸方向から串刺した方向から見て算出し、当該算出した重量中心の前記一端側と前記他端側のそれぞれの前記X−Y座標における位置を仮中心位置x、yとして、前記(b)の段階により求めた前記一端側と前記他端側のそれぞれの前記狙い目の中心位置X,Yに前記仮中心位置x、yを近づけてゆく段階と、を有して、
(d)前記(c)の段階において、前記狙い目の中心位置X,Yに前記仮中心位置x、yを近づけたときの前記狙い目の中心位置X,Yと前記仮中心位置x、yとの差があらかじめ決められたしきい値以下になるまで前記(a)〜(c)の段階を繰り返して求め、当該しきい値以下となったときの仮中心位置x,yを前記回転体の前記一端側と前記他端側における前記X−Y座標の回転中心とする段階と、
を有することを特徴とする回転体加工方法。 One end and the other end in the length direction of the workpiece are fixed by a rotation center determined by visual observation of the workpiece before processing to be a rotating body, and a direction connecting the one end and the other end is defined as a Z-axis direction. Setting the XY coordinates orthogonal to the one end side and the other end side, capturing the result of measuring the three-dimensional shape of the workpiece, and storing it in the storage means of the computer;
A step of creating a finished shape after rotational processing of the workpiece by simulation;
Removing an extra portion from the stored three-dimensional shape of the workpiece with respect to a finished shape by the simulation;
Calculating the center of rotation of the workpiece from the shape obtained by removing the excess part;
One end of the work is held rotatably, and the other end of the work is moved to align the work with the calculated rotation center,
I have a,
The step of calculating the center of rotation of the workpiece from the shape obtained by removing the excess part,
(A) For each of a plurality of parts constituting the rotating body from which the extra portion is removed,
The center line of the rotating body in the Z-axis direction is C, the length from one end to the other end in the longitudinal direction of the rotating body is L, the distance on the center line C from the one end to the part is a, When the distance on the center line C from the other end to the part is represented by b and the vertical distance from the center line C to the center of gravity of the part is represented by WR, the position of the one end side is defined as the position of the XY coordinate. The X coordinate value is WRx × a / L, the one end side Y coordinate value is WRy × a / L, the other end side X coordinate value is WRx × b / L, and the other end side y coordinate value is WRy × b / L. And distributing the respective moments of the part to the positions of the XY coordinates on the one end side and the other end side as the balance position of the rotating body,
(B) The center positions X and Y of the target eye from the XY coordinate positions of the balance positions of the plurality of parts distributed in the step (a) are set to one at the one end side and the other end side, respectively. Step by step,
(C) The weight center of the rotating body is calculated from the direction of skewing from the rotation axis direction, and the positions of the calculated weight center on the one end side and the other end side in the XY coordinates are temporary centers. As the positions x and y, the step of bringing the temporary center positions x and y closer to the center positions X and Y of the target eyes on the one end side and the other end side obtained in the step (b), Having
(D) In the stage of (c), the target center positions X and Y and the temporary center positions x and y when the temporary center positions x and y are brought close to the target center positions X and Y. The above steps (a) to (c) are repeated until the difference between the rotating body and a predetermined threshold value is less than or equal to a predetermined threshold value. The rotation center of the XY coordinates on the one end side and the other end side of
Rotator processing method characterized by have a.
前記ワークの回転加工後の出来上がり形状をシミュレーションし、前記シミュレーションによる出来上がり形状に対して3次元形状測定手段により得られた前記ワークの3次元形状から余分な部分を取り除いた回転体の形状から前記ワークの回転中心を算出する回転中心算出手段と、を有し、
前記ワーク支持手段は、
前記ワークの一端を支点として回動自在に軸支する第1のチャックと、
前記ワークの他端を軸支して、前記支点を中心にして前記ワークを回動させるように移動自在な第2のチャックと、を有して、前記第2のチャックを移動させて、前記回転中心算出手段により算出された前記回転中心となるように前記ワークを位置合わせするものであり、
前記3次元形状測定手段は、(a)回転体となる加工前のワークを目視によって決定した回転中心により前記ワークの長さ方向の一端と他端を固定して、当該一端と他端を結ぶ方向をZ軸方向とし、当該Z軸方向に直交するX−Y座標を前記一端側と前記他端側に設定して、前記ワークの3次元形状を測定し、
前記回転中心算出手段は、
(b)あらかじめ求めた出来上がり形状に対して前記測定により得られた前記ワークの3次元形状から余分な部分を取り除き、
(c)前記余分な部分を取り除いた回転体を構成する複数の部位ごとに、
前記回転体の前記Z軸方向の中心線をCとし、前記回転体の長手方向の一端から他端までの長さをL、前記一端からの前記部位までの中心線C上の距離をa、前記他端からの前記部位までの中心線C上の距離をb、中心線Cから前記部位の重心位置までの垂直距離をWRで表したとき、前記X−Y座標の位置として、前記一端側X座標値をWRx×a/L、前記一端側Y座標値をWRy×a/L、前記他端側X座標値をWRx×b/L、前記他端側y座標値をWRy×b/Lとすることで、前記部位のそれぞれのモーメントを前記回転体のバランス位置として前記一端側と前記他端側のそれぞれの前記X−Y座標の位置に振り分け、
(d)前記(c)により前記振り分けられた複数の前記部位のそれぞれのバランス位置のX−Y座標位置から狙い目の中心位置X,Yを前記一端側と前記他端側でそれぞれ一つずつ求め、
(e)前記回転体の重量中心を回転軸方向から串刺した方向から見て算出し、当該算出した重量中心の前記一端側と前記他端側のそれぞれの前記X−Y座標における位置を仮中心位置x、yとして、前記(d)により求めた前記一端側と前記他端側のそれぞれの前記狙い目の中心位置X,Yに前記仮中心位置x、yを近づけてゆき、
(f)前記(e)において、前記狙い目の中心位置X,Yに前記仮中心位置x、yを近づけたときの前記狙い目の中心位置X,Yと前記仮中心位置x、yとの差があらかじめ決められたしきい値以下になるまで前記(c)〜(e)を繰り返して求め、当該しきい値以下となったときの仮中心位置x,yを前記回転体の前記一端側と前記他端側における前記X−Y座標の回転中心とすることで、前記回転中心を算出することを特徴とする回転体加工装置。 Workpiece support means for supporting both ends of the workpiece;
Simulating the finished shape after rotation processing of the workpiece, said from the shape of the rotating body was divided take the excess portion from the three-dimensional shape of the workpiece obtained by the three-dimensional shape measurement means with respect to finished shape by the simulation Rotation center calculating means for calculating the rotation center of the workpiece,
The workpiece support means includes
A first chuck that pivotally supports an end of the workpiece as a fulcrum;
A second chuck that pivots on the other end of the workpiece and is movable so as to rotate the workpiece about the fulcrum, and moves the second chuck, The workpiece is aligned so as to be the rotation center calculated by the rotation center calculation means ,
The three-dimensional shape measuring means (a) fixes one end and the other end in the length direction of the workpiece by a rotation center determined by visual observation of the workpiece before processing to be a rotating body, and connects the one end and the other end. The direction is the Z-axis direction, XY coordinates orthogonal to the Z-axis direction are set on the one end side and the other end side, and the three-dimensional shape of the workpiece is measured,
The rotation center calculating means includes
(B) An excess portion is removed from the three-dimensional shape of the workpiece obtained by the measurement with respect to the finished shape obtained in advance.
(C) For each of a plurality of parts constituting the rotating body from which the extra portion is removed,
The center line of the rotating body in the Z-axis direction is C, the length from one end to the other end in the longitudinal direction of the rotating body is L, the distance on the center line C from the one end to the part is a, When the distance on the center line C from the other end to the part is represented by b and the vertical distance from the center line C to the center of gravity of the part is represented by WR, the position of the one end side is defined as the position of the XY coordinate. The X coordinate value is WRx × a / L, the one end side Y coordinate value is WRy × a / L, the other end side X coordinate value is WRx × b / L, and the other end side y coordinate value is WRy × b / L. By assigning each moment of the part to the position of the XY coordinates on the one end side and the other end side as the balance position of the rotating body,
(D) The center positions X and Y of the target eye from the XY coordinate positions of the balance positions of the plurality of parts distributed according to (c) are set one by one on the one end side and the other end side, respectively. Seeking
(E) The weight center of the rotating body is calculated by looking from the direction of skewing from the rotation axis direction, and the positions of the calculated weight center on the one end side and the other end side in the XY coordinates are temporary centers. As the positions x and y, the temporary center positions x and y are brought closer to the center positions X and Y of the target eyes on the one end side and the other end side obtained in (d), respectively.
(F) In (e) above, the center position X, Y of the target eye when the temporary center position x, y is brought close to the center position X, Y of the target eye and the temporary center position x, y The above (c) to (e) are repeatedly obtained until the difference is equal to or less than a predetermined threshold value, and the temporary center position x, y when the difference is equal to or less than the threshold value is obtained on the one end side of the rotating body. And the rotation center of the XY coordinate on the other end side to calculate the rotation center .
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