JP5127524B2

JP5127524B2 - ３次元曲面加工装置および３次元曲面加工方法

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Publication number: JP5127524B2
Application number: JP2008077434A
Authority: JP
Inventors: 山和夫青
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2008-03-25
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2028-03-25
Also published as: JP2009226562A

Description

本発明は水車発電装置のランナーベーン等、複雑な３次元曲面形状を有する加工対象物に対し、精度良く加工を行なうことができる３次元曲面加工装置および３次元曲面加工方法に関する。

一般に、例えば水車発電装置のランナーベーン等、複雑な３次元曲面形状を有する加工対象物（ワーク）に対しては、鋳造あるいは鍛造で製作された素材をボールエンドミル等の切削工具を用いて工作機械で最終形状に近くなるまで切削加工が行われる。その際、ワークに切削工具による複数本の溝形状のカッターマークが残る。

このワークを最終形状に仕上る際には、切削加工によるカッターマークを含めてグラインダ等の研削加工機を用いて手作業による研削加工を行っていた。

しかしながら、手作業による研削加工では多くの段取り時間や加工時間を費やし、作業者に多くの労力を強いるため、新たな技術として、例えば特許文献１に見られるような製造装置および製造方法が提案されている。

この製造装置は、加工対象物（ワーク）であるプロペラの形状を測定するセンサを有し、この測定された立体的形状と、設計時の立体的形状データとの差異に基づいてプロペラを研削することにより、品質の高いプロペラを自動研削する提案がなされている。

また、研削に使用する砥石の磨耗による研削能率の低下を防ぐ方法に関しては、特許文献２に記載されるように、ワークの加工面に対する砥石の接触角度を研削送り速度、研削位置または時間に従って変化させる提案がなされている。

また、カッターマークの研削方法に関しては、特許文献３に記載されるように、研削工具に掛かるモーメントを検出し、その値を一定に保つように制御することで研削量を一定にする提案がなされている。

また、特許文献４では定速回転する電子グラインダのモータにかかる電流を検出し、その値が一定になるようにグラインダを加工面に押し付けるスライド軸で構成される自動グラインダ装置と、上記電子グラインダを加工面に沿って移動するロボットとの間で状態信号を受け渡しすることで追従性が良く、研削面が平滑な自動研削装置が提案されている。
特開２００１−３５３６５１号公報特開平７−１００７５９号公報特開平９−２３９６５４号公報特公平８−２２５０１号公報

上述した特許文献１においては、加工対象物（ワーク）の３次元形状を計測するセンサが必要となり、その計測値を基に算出された余肉厚さを除去するために、箇所毎に必要な研削回数を繰返すため、施工時間がかかる課題があった。

また、特許文献２に記載された砥石の研削能力低下を防ぐ方法は、一定の砥石接触角度で研削を行う場合に比べて研削能力低下防止の効果がある。しかしながら、研削速度と砥石接触角度という研削条件を周期的に変化させるため、研削量と研削深さが変動し、滑らかな研削仕上げ面が得られない等の課題があった。

また、特許文献３に記載されたカッターマークの研削方法は、モーメントを算出するためには複数軸方向の力を検出するセンサが必要となり、またカッターマークの形状が異なれば算出されるモーメントも異なるため、研削量にも変動が出てしまう。このため常に一定の研削量を確保することは難しく、ワーク表面の滑らかな研削仕上げが得られない等の課題があった。

また、特許文献４に記載された自動研削装置の制御方法は、電子グラインダのカーボンブラシの磨耗などで電子グラインダが異常停止した場合に、スライド軸の制御装置では電流が検出されなくなり、負荷が無くなったものと判断してスライド軸を下降させて電子グラインダの砥石を加工面に押し付ける。この砥石が押し付けられた状態でロボットは電子グラインダを加工面に沿って移動させるため、加工対象物とグラインダを損傷される等の課題があった。

本発明は上述した課題を解決するとともに、一定条件のカッターマークを作り出す工作機械用ＣＡＭシステムと、工作機械用ＣＡＭシステムから出力されたＮＣデータを基に自動研削装置を動作させる研削用ＣＡＭシステムにより、切削加工面に残されたカッターマークを確実に研削し、滑らかな研削仕上げ面を得られるように図った３次元曲面加工装置および３次元曲面加工方法を提供することを目的とする。

本発明は、３次元ＣＡＤ装置により生成された加工対象物の３次元形状データが入力され、工作機械による切削加工面に残るカッターマークの幅と深さが一定となるように切削加工用ＮＣプログラムを生成する切削加工用ＮＣプログラム演算装置と、前記切削加工用ＮＣプログラム演算装置から出力された前記切削加工用ＮＣプログラムが入力され、切削加工面のカッターマークに沿った研削軌跡に基づいて研削加工用軌跡データを生成し、この研削加工用軌跡データに基づいて時間および研削距離のいずれかに対応させて砥石接触角度、研削送り速度、および砥石押付け力の少なくともいずれか１つを調整する研削加工用ＮＣプログラムを生成する研削用ＮＣプログラム演算装置と、を備えたことを特徴とする３次元曲面加工装置である。

本発明は、研削用ＮＣプログラム演算装置は、切削加工面のカッターマークに沿った研削軌跡を一定数毎に並び替えて研削加工用軌跡データを作成することを特徴とする３次元曲面加工装置である。

本発明は、研削用ＮＣプログラム演算装置は、切削加工面のカッターマークに沿った研削軌跡に加えて、この研削軌跡と交差する交差研削軌跡に基づいて研削加工用軌跡データを生成することを特徴とする３次元曲面加工装置である。

本発明は、シフト基準点が設定された研削加工用ＮＣプログラムが入力された自動研削装置によって、加工対象物の実際の実測シフト点の位置を計測し、前記研削加工用ＮＣプログラム上のシフト基準点との差異に基づいて、前記研削加工用ＮＣプログラムを修正することを特徴とする３次元曲面加工装置である。

本発明は、グラインダとモータとを有する電子グラインダと、電子グラインダを保持するとともに、グラインダを加工面に対して押し付けるスライド軸と、スライド軸を保持するとともに、グラインダを加工面に沿って移動させるロボットと、電子グラインダ、スライド軸およびロボットを制御する制御装置とを備え、制御装置はスライド軸がグラインダを加工面に対して一定の力で押し付けるようスライド軸を制御するとともに、モータからの電流値が所定値より下がった場合にロボットを制御してグラインダを加工対象物から引離すことを特徴とする３次元曲面加工装置である。

本発明は、３次元ＣＡＤ装置により生成された加工対象物の３次元形状データを切削加工用ＮＣプログラム演算装置に入力し、この切削加工用ＮＣプログラム演算装置において工作機械による切削加工面に残るカッターマークの幅と深さが一定となるように切削加工用ＮＣプログラムを生成する工程と、前記切削加工用ＮＣプログラム演算装置から出力された前記切削加工用ＮＣプログラムを研削用ＮＣプログラム演算装置に入力し、この研削用ＮＣプログラム演算装置において切削加工面のカッターマークに沿った研削軌跡に基づいて研削軌跡データを作成し、この研削軌跡データに基づいて、時間および研削距離のいずれかに対応させて砥石接触角度、研削送り速度、押付け力の少なくともいずれか１つを調整する研削加工用ＮＣプログラムを生成する工程と、を備えたことを特徴とする３次元曲面加工方法である。

本発明は、研削用ＮＣプログラム演算装置は、切削加工面のカッターマークに沿った研削軌跡を一定数毎に並び替えて研削加工用軌跡データを作成することを特徴とする３次元曲面加工方法である。

本発明は、研削用ＮＣプログラム演算装置は、切削加工面のカッターマークに沿った研削軌跡に加えて、この研削軌跡と交差する交差研削軌跡に基づいて研削加工用軌跡データを生成することを特徴とする３次元曲面加工方法である。

本発明は、シフト基準点が設定された研削加工用ＮＣプログラムが入力された自動研削装置によって、加工対象物の実際の実測シフト基準点の位置を計測し、前記研削加工用ＮＣプログラム上のシフト基準点との差異に基づいて、前記研削加工用ＮＣプログラムを修正することを特徴とする３次元曲面加工方法である。

本発明によれば、複雑な３次元曲面形状を有する加工対象物に対し、切削加工面に残されたカッターマークを確実に研削し、滑らかな研削仕上げ面を得ることができる。

第１の実施の形態
以下、本発明による３次元曲面加工装置および３次元曲面加工方法の第１の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１乃至図１１は本発明による３次元曲面加工装置および３次元曲面加工方法の第１の実施の形態を示す図である。

本発明による３次元曲面加工装置は、製品設計用３次元ＣＡＤ装置１と、製品設計用３次元ＣＡＤ装置１から出力された加工対象物の３次元形状データ２が入力され、切削加工用ＮＣプログラム３を出力する切削加工用ＮＣプログラム演算装置４と、切削加工用ＮＣプログラム３が入力され、研削加工用ＮＣプログラム５を出力する研削加工用ＮＣプログラム演算装置６と、切削加工用ＮＣプログラム３が入力され、加工対象物８を切削加工するＮＣ工作機械７と、ＮＣ工作機械７を制御するＮＣ制御装置９と、研削加工用ＮＣプログラム５が入力され、加工対象物８を研削加工する自動研削装置１０とを備えている。

このうち、切削加工用ＮＣプログラム演算装置４は、加工対象物の３次元形状データ２を入力し、３次元形状データ２の表面に切削加工の工具の軌跡を生成する切削加工軌跡生成演算装置１１と、切削加工軌跡生成演算装置１１から出力された切削加工軌跡に加工用の命令を付加する加工命令付加装置１２とを有する。

また研削加工用ＮＣプログラム演算装置６は、切削加工ＮＣプログラム演算装置４から出力された切削加工用ＮＣプログラム３内の加工軌跡に含まれる位置データを自動研削装置１０上の座標系に変換する座標変換装置１３と、座標変換装置１３から出力された切削加工ＮＣプログラム３の軌跡から研削加工の対象範囲となる軌跡を抽出する研削加工範囲抽出演算装置１４と、抽出された研削加工範囲の軌跡と交差する方向に加工軌跡を生成する交差方向軌跡生成演算装置１５と、研削加工範囲抽出演算装置１４から出力された加工軌跡と、交差方向軌跡生成演算装置１５から出力された加工軌跡とに含まれる位置データを自動研削装置１０で軌跡の補間演算に必要な最小限の数に間引く加工軌跡間引き演算装置１６と、加工軌跡間引き演算装置１６から出力された加工軌跡を交互あるいは任意数毎に並べ替える加工軌跡並替え演算装置１７と、加工軌跡に含まれる位置データに自動研削装置１０の研削用工具である電子グラインダ２１の姿勢データを演算して付加するグラインダ姿勢演算装置１８と、グラインダ姿勢演算装置１８から出力される研削加工軌跡データに自動研削装置１０の制御命令を付加する制御命令付加装置１９と、自動研削装置１０に設定される研削条件が保存された研削条件データベース２０とを有している。

自動研削装置１０は、グラインダ（砥石）２１ａとモータ２１ｂとを含む電子グラインダ２１と、電子グラインダ２１を保持するスライド軸２３と、モータ２１ｂにかかる電流２２を検出し、その値が一定になるようにグラインダ（砥石）２１ａを加工面８に押し付けるようスライド軸２３を制御する自動グラインダ制御装置２４と、スライド軸２３をアーム先端に取り付けて保持するロボット２５と、研削加工用ＮＣプログラム５が入力され、ロボット２５を制御して加工対象物８の面に沿って電子グラインダ２１を動作させるとともに、自動グラインダ制御装置２４に動作信号２６を出力するロボット制御装置２８とを有している。

なお、電子グラインダ２１のモータ２２ｂにかかる電流２２を検出する代わりに、電子グラインダ２１の取付け部に圧力センサを設け、電子グラインダ２１にかかる押付け力を検出してその値が一定になるように電子グラインダ２１を加工面に押し付けるスライド軸２３を制御する構成とすることもできる。

次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。まずＮＣ工作機械７を用いて切削加工された加工対象物８の表面状態を図２に示す。図２に示すように加工対象物８の表面には、切削工具のボールエンドミルなどで切削されたカッターマーク２９が切削加工軌跡に沿って形成される。

図３に図２の矢印Ａ方向から見た断面の加工状態を示す。加工対象物の加工前の形状３０に対し、ボールエンドミル３１で切削加工して形成されたカッターマーク２９の最深部ａ、ｂ、並びにｃ点が最終形状３２上に位置し、かつａｂ間およびｂｃ間の距離が一定になるように切削加工の軌跡データを生成する。このことにより、カッターマーク２９の山部分３３の断面形状が一定となり、同時にカッターマーク２９の幅と深さが一定となる。

切削加工用ＮＣプログラム演算装置４内の切削加工軌跡生成演算装置１１では、図４に示すように製品設計用３次元ＣＡＤ装置１から入力された加工対象物の３次元形状データ２の加工表面に外周形状線３４から等間隔に加工線３５を作成し、この加工線の交点３６を求め、この交点３６を順次並べた切削加工軌跡データ３７を作成する。

次に加工命令追加装置１２で切削加工軌跡データ３７にＮＣ工作機械７の動作命令を付加し、切削加工用ＮＣプログラム３として出力する。

一方、研削加工を行う自動研削装置１０では電子グラインダ２１のモータ２１ｂにかかる電流２２が指定の値になるようにスライド軸２３が駆動され、このことにより研削量が一定になる。このため、ロボット２５では切削加工面に形成されたカッターマーク２９に沿って電子グラインダ２１を動作させることで、研削加工で切削加工面のカッターマーク２９の山部分３３を一定に削除することができる。

加工対象物８のひとつである水車発電装置のランナーベーンなどでは表面粗さが性能に影響を与えるため、研削加工で使用する砥石の砥粒の粗いもので粗研削を行って形状を形成した後に、砥粒の細かい砥石に換えて仕上げ研削を行い所定の表面粗さに仕上げる必要がある。

この場合、粗研削の研削軌跡を同一方向のみで行うと砥粒による傷が一方向に付き、仕上げ研削では粗研削で付いた傷を落としにくい現象が発生するために、研削軌跡が交差する方向へも粗研削を行わなければならない。

以上より、研削加工の軌跡は少なくとも切削加工のカッターマークの軌跡に沿ったものを含み、更に、それとは交差する方向の研削加工の軌跡を含むことが好ましい。本実施の形態においては研削加工用ＮＣプログラム演算装置６では、カッターマークに沿った研削軌跡と、これに交差する研削軌跡を含む研削加工用軌跡データが求められる。

研削加工用ＮＣプログラム演算装置６では、まずＮＣ工作機械７の基準座標系で作成された切削加工用ＮＣプログラム３内の軌跡データを座標変換装置１３で自動研削装置１０の基準座標系に変換する。

次に研削加工範囲抽出演算装置１４において、図５に示すように自動研削装置１０で加工できる範囲の軌跡データから境界点３８を求め、この境界点３８を境に軌跡データを分割する。

この境界点を求める場合、まず図６に示すような軌跡データ内に含まれる点をｂで表す。次に軌跡の前の点ａ、後の点ｃの位置データからａｂおよびｂｃのベクトルが成す角度θを求め、これが一定値以上となる点ｂを境界点と判断する。

分割した軌跡データに対して、軌跡が始める点を研削開始点３９、軌跡が終了する点を研削終了点４０とし、それぞれ対して一定の高さだけ離れた位置にアプローチ点４１と退避点４２を生成し、退避点４２から次の軌跡のアプローチ点４１を繋いだ一連の研削加工用軌跡データを作成する。

次に交差方向軌跡生成装置１５では、研削加工範囲抽出演算装置１４から出力された研削加工用軌跡データの含まれる点を軌跡と交差する方向に順次並べ替えることで交差方向の軌跡を生成する（図７参照）。

加工軌跡間引き演算装置１６では、ロボット２５で加工対象物８の表面に沿って電子グラインダ２１を動作させる場合に使用する円弧補間などの補間方法で使用する点間の距離を必要最小限にするため、研削加工用軌跡データ内の位置データを所定の距離内に間引くとともに、研削加工で必要最小限の軌跡間隔に合わせて軌跡自体も間引く処理を行う（図８（ａ）（ｂ）参照）。

この間引かれた研削加工用軌跡データを加工軌跡並替え演算装置１７に入力し、軌跡を交互または任意の数毎に並び替える。図８（ａ）（ｂ）に示す例では奇数番目の軌跡と偶数番目の軌跡に分けた上で、偶数番目の軌跡は順番を入替える。この処理は、研削面積が大きい場合に研削距離に比例して砥石の研削能率が磨耗によって低下していくことに対応し、研削開始側の軌跡と研削終了側の軌跡での研削量を一定にするために行う。

次に研削加工用軌跡データがグラインダ姿勢演算装置１８に入力され、軌跡データの各点から電子グラインダ２１の姿勢データを算出する。

電子グラインダ２１を用いた自動研削装置１０では、検出されるモータ２１ｂの電流が実際に電子グラインダ２１にかかる負荷に比例するように、図９に示すように電子グラインダ２１を前後方向に送る。このため、グラインダ姿勢演算装置１８では図１０に示すように、研削軌跡の研削開始点Ｐ１では次の点Ｐ２間でのベクトルを、加工対象物の法線Ｎ１と直交する面に投影したベクトル方向に電子グラインダ２１の前後方向を示す姿勢データを設定する。研削加工用軌跡の点Ｐｊについては一つ前の点Ｐｊ−１間のベクトルと、次の点Ｐｊ＋１間でのベクトルとの合成ベクトルを加工対象物の法線Ｎｊと直交する面に投影したベクトル方向に電子グラインダ２１の前後方向を示す姿勢データを設定する。研削終了点ＰＬでは前の点ＰＬ−１間でのベクトルを、加工対象物の法線ＮＬと直交する面に投影したベクトル方向に電子グラインダ２１の前後方向を示す姿勢データを設定する。

アプローチ点４１は研削開始点３９と同じ姿勢データとし、退避点４２は研削終了点４０と同じ姿勢データとする。

次の制御命令付加装置１９では、この姿勢データを付加した研削加工用軌跡データが入力され、ロボット２５の動作命令と自動グラインダ制御装置２４への動作信号２６が付加されるとともに、予め保存されている研削条件データベース２０から使用する研削砥石に合わせた研削送り速度、砥石接触角度、およびモータ電流値（砥石押付け力）を選定して付加した研削加工用ＮＣプログラム５が出力される。

この研削条件データベース２０に保存されている条件テーブルの例を図１１に示す。図１１（ａ）は粗研削に使用する砥粒＃３６の砥石の設定例を示し、図１１（ｂ）は仕上げ研削に使用する砥粒＃６０の砥石の設定例を示す。図１１（ａ）（ｂ）に示すように、砥石の磨耗による研削効率の低下の影響を受けないように研削距離または研削時間の経過とともに３種類の条件、すなわち研削送り速度、砥石接触角度および砥石押付け力を変化させていく。

このようにして研削加工用軌跡データに基づいて、時間または研削距離に対応した砥石接触角度、研削送り速度および砥石押付け力からなる最適な研削加工用ＮＣプログラム５が生成されて出力される。

以上のように本実施の形態によれば、切削加工用ＮＣプログラム演算装置４により生成された切削加工用ＮＣプログラム３を用いてＮＣ工作機械７で加工することにより、切削加工で加工対象物表面に形成されるカッターマークの山部分の形状が均一となる。また研削加工用ＮＣプログラム演算装置６から生成された研削加工用ＮＣプログラム５を用いて自動研削装置１０で加工することにより研削加工の軌跡が切削加工の軌跡と同一方向となるため、研削加工でカッターマークの山部分を均一に削り取ることが可能となり、滑らかな加工表面を得ることができる。

また、研削加工用ＮＣプログラム演算装置６から得られた切削加工用軌跡と交差する方向の研削加工用軌跡から得られた研削加工用ＮＣプログラム５を用いて研削することにより、粗研削で生じた傷を仕上げ研削で除去しやすくなり、研削加工時間を短縮することができる。

また、研削加工用ＮＣプログラム演算装置６で研削加工用軌跡を交互あるいは任意の数で並び替えた軌跡から得られた研削加工用ＮＣプログラム５を用いるとともに、研削条件データベースで設定されたテーブルより設定された研削条件を用いることにより、砥石の磨耗による研削効率の低下の影響を受けずに均一な粗さの加工表面を得ることができる。

第２の実施の形態
次に図１２乃至図１４により本発明の第２の実施の形態について説明する。図１２乃至図１４に示す第２の実施の形態において、図１乃至図１１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を符して詳細な説明は省略する。

切削加工用ＮＣプログラム演算装置４は、製品設計用３次元ＣＡＤ装置１から出力される加工対象物８の３次元形状データ２と、切削加工軌跡生成演算装置１１から出力される切削加工軌跡を入力し、シフト基準点４３を生成する基準点生成演算装置４４を有している。

基準点生成演算装置４４から出力されたシフト基準点４３は、研削加工用ＮＣプログラム演算装置６内の座標変換装置１３に入力され、自動研削装置１０の基準座標系に変換された後にグラインダ姿勢演算装置１８に入力され、グラインダ姿勢データを追加された後に研削加工用の軌跡データに付加される。

図１２乃至図１４において、基準点生成演算装置４４では図１３に示す例のように、加工対象物８の３次元形状データ２の外周線の２つの交点４５と、切削加工軌跡生成演算装置１１から出力される切削加工軌跡の中央点４６をシフト基準点４３として生成する。

このシフト基準点４３は、研削加工用ＮＣプログラム演算装置６内の座標変換装置１３に入力され、自動研削装置１０の基準座標系に変換された後にグラインダ姿勢演算装置１８に入力される。

グラインダ姿勢演算装置１８では、このシフト基準点４３から研削加工範囲に対応する点を抽出するとともに位置データにグラインダ姿勢データが付加され、研削加工用軌跡データとともに制御命令付加装置１９に入力され、制御命令と研削条件が付加されて研削加工用ＮＣプログラム５としてロボット制御装置２８に出力される。

図１４に３つのシフト基準点４３の位置データにグラインダ姿勢データを付加する方法の例を示す。ここでは、研削加工軌跡の中央点４６に対応する点をＰ０１、外周線の交点４５をＰ０２およびＰ０３とする。電子グラインダ２１の前後方法を表すベクトルにおいて、交点Ｐ０３とＰ０２に向うベクトルを基準として、各点の加工対象物８表面の法線に直交する面に投影したベクトル方向が設定される。

ロボット制御装置２８では入力された研削加工用ＮＣプログラム５に含まれる３つのシフト基準点４３と、実際にロボット２５のアーム先端に取り付けられた電子グラインダ２１を加工対象物８の実測シフト基準点４３ａに接触させた状態における実際の工具先端位置から求めた計測位置データとの差異に基づいて、研削加工用ＮＣプログラム５に含まれる研削加工軌跡データがシフトされて修正される。

本実施の形態によれば、研削加工用ＮＣプログラム５内に含まれるシフト基準点４３を基に研削加工軌跡データを実際の加工対象物８の位置に自動で合わせることができ、スライド軸２３の稼働域を外れることなく自動研削を行うことができる。

第３の実施の形態
次に図１５（ａ）（ｂ）により、本発明の第３の実施の形態について説明する。図１５（ａ）（ｂ）に示す第３の実施の形態において、図１乃至図１１に示す第１の実施の形態と同一部分には同一符号を符して詳細な説明は省略する。

本実施の形態において、自動グラインダ制御装置２４内に電子グラインダ２１の動作中にモータ２１ｂにかかる電流値が所定の異常検出電流値４７より低下した場合に、スライド軸２３を停止するとともに、異常信号をロボット制御装置２８に出力し、ロボット２５を制御してグラインダ２１ａを加工対象物８から引き離す異常検出装置が設けられている。

このように構成された本実施の形態において、正常動作時は図１５（ａ）に示すように自動グラインダ制御装置２４は、電子グラインダ２１のモータ２１ｂにかかる電流２２を検出し、電流値が所定の値となるようにスライド軸２３を制御する。この場合、研削開始点３９にロボット２５の先端が移動完了すると、ロボット制御装置２８から自動グラインダ制御装置２４に起動信号が出力される。

この信号を受けた自動グラインダ制御装置２４では、電子グラインダ２１を起動した後にスライド軸２３を低速で降下させていき、電子グラインダ２１の回転しているグラインダ（砥石）２１ａが加工対象物８に接触する。自動グラインダ制御装置２４は、モータ２１ｂの電流値が所定のワーク検出電流値４８を超えた場合、このワーク検出信号をロボット制御装置２８に出力するとともに、電流値がスライド軸制御用目標電流値４９に近づくようにスライド軸２３を駆動して押付け力を調整する。

ワーク検出信号を受け取ったロボット制御装置２８は、研削加工用ＮＣプログラム５内の軌跡データに基づいてロボット２５のアーム先端に取付けられた電子グラインダ２１を設定された送り速度で移動させ、研削終了点４０に到達すると自動グラインダ制御装置２４に出力していた起動信号をＯＦＦした後に、退避点４２に移動する。

起動信号がＯＦＦされたのを確認した自動グラインダ制御装置２４ではスライド軸２３の制御を停止するとともに、電子グラインダ２１を停止する。

一方、研削中に電子グラインダ２１に異常が発生した場合は、図１５（ｂ）に示すようにモータ電流値が急速に低下する。自動グラインダ制御装置２４内の異常検出装置は、モータ電流値が所定の異常検出電流値４７より下がった場合は異常と判断し、スライド軸２３の制御を停止するとともにロボット制御装置２８に異常信号を出力する。

異常信号を受け取ったロボット制御装置２８はロボット２５のアーム先端に取り付けられた電子グラインダ２１を現在の位置から上方に退避させて停止する。

本実施の形態によれば、電子グラインダ２１に異常が発生して停止した場合に、電子グラインダ２１を停止状態のまま加工対象物８に押し付けたりすることはなく、これにより電子グラインダ２１および加工対象物８を損傷させることなく、電子グラインダ２１を退避させることができる。

図１は本発明の第１の実施の形態に係る３次元曲面加工装置および加工方法を示す概念図。図２は加工対象物に形成されたカッターマークと研削方向を示す図。図３はカッターマークの形成される状況を示す図。図４は加工対象物に対する切削加工の軌跡を示す概念図。図５は切削加工の軌跡から研削加工範囲の抽出方法を示す概念図。図６は研削加工範囲の境界点の抽出方法を示す概念図。図７は切削加工軌跡と直交する方向の研削加工軌跡を生成する方法を示す概念図。図８（ａ）（ｂ）は研削加工軌跡の並び替えを示す概念図。図９は自動研削装置におけるグラインダの送り方向を示す図。図１０は研削加工用のグラインダ姿勢データを生成する方法を示す概念図。図１１（ａ）（ｂ）は研削加工用の条件テーブルの例を示す図。図１２は本発明の第２の実施の形態に係る３次元曲面加工装置および加工方法を示す概念図。図１３はシフト基準点を生成する方法を示す概念図。図１４（ａ）（ｂ）はシフト基準点のグラインダ姿勢データを求める方法を示す概念図。図１５（ａ）（ｂ）は本発明の第３の実施の形態に係る３次元曲面加工装置の処理を示すタイムチャート図。

符号の説明

１製品設計用３次元ＣＡＤ装置
２３次元形状データ
３切削加工用ＮＣプログラム
４切削加工用ＮＣプログラム演算装置
５研削加工用ＮＣプログラム
６研削加工用ＮＣプログラム演算装置
７ＮＣ工作機械
８加工対象物
９ＮＣ制御装置
１０自動研削装置
２１電子グラインダ
２１ａグラインダ
２１ｂモータ
２２電流
２３スライド軸
２５ロボット
２６ロボット制御装置
２９カッターマーク
３０加工前の形状
３１ボールエンドミル
３２最終形状
３３山部分
３４外周形状線
３５加工線
３６加工線の交点
３７切削加工軌跡データ
３８境界点
３９研削開始点
４０研削終了点
４１アプローチ点
４２退避点
４３シフト基準点
４５外周線の交点
４６研削加工軌跡の中央点
４７ワーク検出電流値
４８スライド軸制御用目標電流値
４９異常検出電流値

Claims

３次元ＣＡＤ装置により生成された加工対象物の３次元形状データが入力され、工作機械による切削加工面に残るカッターマークの幅と深さが一定となるように切削加工用ＮＣプログラムを生成する切削加工用ＮＣプログラム演算装置と、
前記切削加工用ＮＣプログラム演算装置から出力された前記切削加工用ＮＣプログラムが入力され、切削加工面のカッターマークに沿った研削軌跡に基づいて研削加工用軌跡データを生成し、この研削加工用軌跡データに基づいて時間および研削距離のいずれかに対応させて砥石接触角度、研削送り速度、および砥石押付け力の少なくともいずれか１つを調整する研削加工用ＮＣプログラムを生成する研削用ＮＣプログラム演算装置と、
を備えたことを特徴とする３次元曲面加工装置。
研削用ＮＣプログラム演算装置は、切削加工面のカッターマークに沿った研削軌跡を一定数毎に並び替えて研削加工用軌跡データを作成することを特徴とする請求項１記載の３次元曲面加工装置。
研削用ＮＣプログラム演算装置は、切削加工面のカッターマークに沿った研削軌跡に加えて、この研削軌跡と交差する交差研削軌跡に基づいて研削加工用軌跡データを生成することを特徴とする請求項１記載の３次元曲面加工装置。
シフト基準点が設定された研削加工用ＮＣプログラムが入力された自動研削装置によって、加工対象物の実際の実測シフト基準点の位置を計測し、前記研削加工用ＮＣプログラム上のシフト基準点との差異に基づいて、前記研削加工用ＮＣプログラムを修正することを特徴とする請求項１記載の３次元曲面加工装置。
３次元ＣＡＤ装置により生成された加工対象物の３次元形状データを切削加工用ＮＣプログラム演算装置に入力し、この切削加工用ＮＣプログラム演算装置において工作機械による切削加工面に残るカッターマークの幅と深さが一定となるように切削加工用ＮＣプログラムを生成する工程と、
前記切削加工用ＮＣプログラム演算装置から出力された前記切削加工用ＮＣプログラムを研削用ＮＣプログラム演算装置に入力し、この研削用ＮＣプログラム演算装置において切削加工面のカッターマークに沿った研削軌跡に基づいて研削軌跡データを作成し、この研削軌跡データに基づいて、時間および研削距離のいずれかに対応させて砥石接触角度、研削送り速度、押付け力の少なくともいずれか１つを調整する研削加工用ＮＣプログラムを生成する工程と、
を備えたことを特徴とする３次元曲面加工方法。
研削用ＮＣプログラム演算装置は、切削加工面のカッターマークに沿った研削軌跡を一定数毎に並び替えて研削加工用軌跡データを作成することを特徴とする請求項５記載の３次元曲面加工方法。
研削用ＮＣプログラム演算装置は、切削加工面のカッターマークに沿った研削軌跡に加えて、この研削軌跡と交差する交差研削軌跡に基づいて研削加工用軌跡データを生成することを特徴とする請求項５記載の３次元曲面加工方法。
シフト基準点が設定された研削加工用ＮＣプログラムが入力された自動研削装置によって、加工対象物の実際の実測シフト基準点の位置を計測し、前記研削加工用ＮＣプログラム上のシフト基準点との差異に基づいて、前記研削加工用ＮＣプログラムを修正することを特徴とする請求項５記載の３次元曲面加工方法。