JP6959279B2 - 工作機械および加工変更方法 - Google Patents

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Description

本発明は、工具を用いて、切削方向に沿って指定の切込量およびピッチ間隔で加工対象物を切削するヘール加工を実行する工作機械および加工変更方法に関する。
工具を用いて加工対象物を加工する場合、加工量の増加に応じて工具が摩耗する。工具が摩耗すると、加工対象物に対する加工誤差が生じ、加工精度が低減する傾向にある。特に、この傾向は、精密加工用の工作機械では、顕在化し易い。
下記の特許文献1では、工具の加工距離または加工開始からの経過時間に基づいて工具の形状変化量を予測し、予測した形状変化量に基づいて工具の移動軌跡である加工データに補正を加える方法が開示されている。
特開2005−88106号公報
しかし、上記の特許文献1の手法では、工具の加工距離または加工開始からの経過時間と、工具の形状変化量とは、工具の種類などに応じて変化し易いため、加工精度が低減することが懸念される。
そこで、本発明は、加工精度を向上させ得る工作機械および加工変更方法を提供することを目的とする。
本発明の第1の態様は、工具を用いて、切削方向に沿って指定の切込量およびピッチ間隔で加工対象物を切削するヘール加工を実行する工作機械であって、前記工具の側面側から前記工具を撮像する撮像部と、前記撮像部で撮像された前記工具の画像から前記工具の形状を抽出する形状抽出部と、前記工具の形状に基づいて、前記工具の摩耗度を検出する摩耗度検出部と、前記摩耗度に応じて、前記ピッチ間隔および前記切込量の少なくとも一方を変更する変更部と、を備える。
本発明の第2の態様は、工具を用いて、切削方向に沿って指定の切込量およびピッチ間隔で加工対象物を切削するヘール加工を実行する工作機械の加工変更方法であって、前記工具の画像から前記工具の形状を抽出する形状抽出ステップと、前記工具の形状に基づいて、前記工具の摩耗度を検出する摩耗度検出ステップと、前記摩耗度に応じて、前記ピッチ間隔および前記切込量の少なくとも一方を変更する変更ステップと、を含む。
本発明によれば、画像から抽出した工具の形状に基づいて摩耗度が検出されるため、実際の工具の形状に適したヘール加工の加工条件に変更することができ、この結果、加工精度を向上させることができる。
工作機械の構成を示す模式図である。 ヘール加工の様子を示す図である。 加工条件変更装置の構成を示す模式図である。 先端に欠けた部位がない工具を撮像した画像例を示す図である。 先端に欠けた部位がある工具を撮像した画像例を示す図である。 加工条件変更装置における加工条件変更処理の流れを示すフローチャートである。
本発明について、好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下、詳細に説明する。
〔実施の形態〕
図1は、工作機械の構成を示す模式図である。工作機械10は、工具TLを用いて加工対象物WKを加工するものである。この工作機械10は、旋盤機であってもよく、マニシングセンタであってもよい。なお、工作機械10は、10nm以下の加工指令にしたがって加工対象物WKを加工する精密加工用の旋盤機またはマニシングセンタであってもよい。
図2は、ヘール加工の様子を示す図である。ヘール加工は、切削方向に沿って指定の切込量CAおよびピッチ間隔PSで加工対象物WKを切削する加工である。切込量CAは、加工対象物WKに対して切削する深さを意味し、ピッチ間隔PSは、切削方向に対して直交する方向(加工面に沿った方向)に切削位置をずらす距離(ずれ量)を意味する。換言すると、切削方向に沿った複数の行を切削する場合の行間がピッチ間隔である。なお、図2では、紙面に対して直交する方向が切削方向である。ヘール加工に用いられる工具TLとしては、例えば、すくい面を有するヘールバイトなどが挙げられる。
工作機械10は、切削方向に沿って指定の切込量CAおよびピッチ間隔PSで加工対象物WKを切削するように加工対象物WKに対して工具TLを相対移動させることで、ヘール加工を実行する。工作機械10は、具体的には、指定の切込量CAで切削方向に沿って加工対象物WKを切削する切削工程と、加工面に沿った方向に指定のピッチ間隔PSで切削位置をずらす移動工程とを交互に繰り返すように加工対象物WKに対して工具TLを相対移動させる。なお、ヘール加工の実行時には、工具TLおよび加工対象物WKは非回転である。
図1に示すように、工作機械10は、工具支持部12、ワーク支持部14、制御装置16、撮像部18および加工条件変更装置20を有する。図1では、工具TLの軸に沿った第1方向をZ方向とし、第1方向に直交する面内で互いに直交する第2方向および第3方向をX方向およびY方向とする。なお、切削方向は、X方向とする。
工具支持部12は、工具TLを支持するものであり、ワーク支持部14は、加工対象物WKを支持するものである。工作機械10が旋盤機である場合、工具支持部12は工具台であり、ワーク支持部14は主軸台(回転テーブル)である。工作機械10がマニシングセンタである場合、工具支持部12は主軸頭であり、ワーク支持部14はテーブルである。
工具支持部12およびワーク支持部14の少なくとも一方は、工具TLおよび加工対象物WKをZ方向に相対移動させるためのZ方向移動機構を有する。また、工具支持部12およびワーク支持部14の少なくとも一方は、工具TLおよび加工対象物WKをX方向に相対移動させるためのX方向移動機構を有する。さらに、工具支持部12およびワーク支持部14の少なくとも一方は、工具TLおよび加工対象物WKをY方向に相対移動させるためのY方向移動機構を有する。X方向移動機構、Y方向移動機構およびZ方向移動機構の各々は、制御装置16により制御される。
制御装置16は、工具TLを用いて加工対象物WKをヘール加工するための加工プログラムを有する。制御装置16は、この加工プログラムで指定される切込量CAおよびピッチ間隔PSで切削方向に沿って切削するように、X方向移動機構、Y方向移動機構およびZ方向移動機構を制御する。
具体的には、制御装置16は、加工プログラムで指定される切込量CAとなるようにZ方向移動機構を制御する。この状態で、制御装置16は、加工プログラムで指定される切削方向に沿って移動するようにX方向移動機構を制御する工程と、加工プログラムで指定されるピッチ間隔PSで移動するようにY方向移動機構を制御する工程とを交互に繰り返す。これにより、ワーク支持部14に支持された加工対象物WKに対して、工具支持部12に支持された工具TLが押し付けられて加工対象物WKがヘール加工される。
撮像部18は、工具TLを撮像するものである。この撮像部18は、工具TLの側面側に設けられ、当該側面側から工具TLを撮像する。なお、工具TLがヘールバイトの場合、撮像部18は、ヘールバイトのすくい面側から工具TLを撮像する。
図3は、加工条件変更装置20の構成を示す模式図である。加工条件変更装置20は、撮像部18で撮像された工具TLの画像に基づいて、制御装置16に用いられる加工プログラムの加工条件を変更するものであり、信号処理部22、記憶部24および表示部26を有する。この加工条件変更装置20は、汎用のパーソナルコンピュータであってもよい。
信号処理部22は、プロセッサと、加工条件を変更するための変更プログラムが記憶されたメモリとを有する。プロセッサが変更プログラムを実行することで、信号処理部22が形状抽出部30、摩耗度検出部32、変更部34および報知部36として機能する。
形状抽出部30は、撮像部18で撮像された工具TLの画像から工具TLの形状を抽出するものである。形状抽出部30は、例えば、撮像部18で撮像された画像における工具TLと背景との境界が得られるように、当該画像を2値化することで工具TLの形状を抽出する。
摩耗度検出部32は、形状抽出部30で抽出された工具TLの形状に基づいて、工具TLの摩耗度を検出するものである。摩耗度検出部32は、形状抽出部30で工具TLの形状が抽出されると、その抽出された工具TLの先端において欠けた部分(凹部)があるか否かを検出する。
ここで、工具TLの先端において欠けた部分(凹部)がない場合、摩耗度検出部32は、工具TLの先端の減り度合を、工具TLの摩耗度として検出する。減り度合を規定するパラメータとしては、図4に示すように、記憶部24に記憶された工具TLの模範形状の先端と、形状抽出部30で抽出された工具TLの形状の先端との差RD、あるいは、形状抽出部30で抽出された工具TLの工具長などが挙げられる。このパラメータの値が大きいほど、減り度合が大きくなる。なお、図4では、形状抽出部30で抽出された工具TLの形状が実線で示され、模範形状が二点鎖線で示されている。
模範形状は、例えば、未使用である新品の工具TLを撮像部18で撮像し、その撮像結果として得られる画像に基づいて形状抽出部30が抽出した工具TLの形状とされる。なお、模範形状と比較する形状を抽出するための画像を撮像するタイミングとしては、工具交換時、ヘール加工開始時、あるいは、ヘール加工途中などが挙げられる。
一方、工具TLの先端において欠けた部分(凹部)がある場合、摩耗度検出部32は、その部分(凹部)の欠け度合を、工具TLの摩耗度として検出する。この欠け度合を規定するパラメータとしては、図5に示すように、欠けた部分(凹部)の深さCD、幅CWおよび面積の少なくとも1つが挙げられる。1つのパラメータの値または複数のパラメータの平均値などの統計値が大きいほど、欠け度合が大きくなる。
変更部34は、摩耗度に応じて加工条件を変更するものである。摩耗度検出部32で減り度合が検出された場合、変更部34は、減り度合と切込量CAとの関係を規定するデータベースまたは式に基づいて、摩耗度検出部32で検出された減り度合に応じた切込量CAを取得する。減り度合と切込量CAとの関係は、具体的には、減り度合が大きいほど、切込量CAが大きい関係を有する。
変更部34は、摩耗度検出部32で検出された減り度合に応じた切込量CAを取得すると、加工プログラムで指定される切込量CAを、取得した切込量CAに変更するための指令信号を生成し、生成した指令信号を制御装置16に出力することで、摩耗度検出部32で検出された減り度合に応じた切込量CAに変更する。
一方、摩耗度検出部32で欠け度合が検出された場合、変更部34は、欠け度合とピッチ間隔PSとの関係を規定するデータベースまたは式に基づいて、摩耗度検出部32で検出された欠け度合に応じたピッチ間隔PSを取得する。欠け度合とピッチ間隔PSとの関係は、具体的には、欠け度合が大きいほどピッチ間隔PSが狭い関係を有する。
変更部34は、摩耗度検出部32で検出された欠け度合に応じたピッチ間隔PSを取得すると、加工プログラムで指定されるピッチ間隔PSを、取得したピッチ間隔PSに変更するための指令信号を生成し、生成した指令信号を制御装置16に出力することで、摩耗度検出部32で検出された欠け度合に応じたピッチ間隔PSに変更する。
このように変更部34は、摩耗度検出部32で減り度合が検出された場合には、減り度合が大きいほど切込量CAを大きくし、摩耗度検出部32で欠け度合が検出された場合には、欠け度合が大きいほどピッチ間隔PSを狭くする。
報知部36は、工具TLを交換すべき旨を報知するものである。摩耗度検出部32で摩耗度が検出されると、報知部36は、その検出された摩耗度と、予め定められた閾値とを比較する。閾値は、摩耗度検出部32で摩耗度として検出される減り度合および欠け度合の各々に対して定められる。
ここで、摩耗度検出部32で検出された摩耗度(減り度合または欠け度合)が閾値未満である場合、報知部36は、工具TLの寿命が尽きている可能性が低いと判定する。この場合、報知部36は、工具TLを交換すべき旨を報知しない。
一方、摩耗度検出部32で検出された摩耗度(減り度合または欠け度合)が閾値以上である場合、報知部36は、工具TLの寿命が尽きている可能性が高いと判定する。この場合、報知部36は、例えば、「現在の工具形状では目標値に達成できません。工具を交換してください。」などの警告メッセージを表示部26に表示させることで、工具TLを交換すべき旨を報知する。
なお、音を出力するスピーカ、および、光を発光する発光部の少なくとも1つが加工条件変更装置20に備えられている場合、報知部36は、音、光のうち少なくとも1つを用いて、工具TLを交換すべき旨を報知してもよい。また、表示部、スピーカおよび発光部の少なくとも1つを備えた外部装置が加工条件変更装置20に接続される場合、報知部36は、外部装置に作動信号を送信することで、その外部装置を介して、工具TLを交換すべき旨を報知してもよい。
次に、加工条件変更方法について説明する。図6は、加工条件変更装置20における加工条件変更処理の流れを示すフローチャートである。この加工条件変更処理は、オペレータの開始操作に応じて処理開始命令を受けたときなどの所定の開始時点から1回に限り実行されてもよく、当該開始時点から所定の間隔ごとに複数回にわたって実行されてもよい。
ステップS1において、形状抽出部30は、撮像部18で撮像された工具TLの画像を取得し、取得した画像から工具TLの形状を抽出する。形状抽出部30は、工具TLの形状を抽出すると、ステップS2に進む。
ステップS2において、摩耗度検出部32は、ステップS1で抽出された工具TLの形状に基づいて、工具TLの先端部分における摩耗度(減り度合または欠け度合)を検出し、ステップS3に進む。
ステップS3において、変更部34は、ステップS2で検出された摩耗度(減り度合または欠け度合)に応じて、加工条件を変更する。すなわち、変更部34は、ステップS2で検出された摩耗度が減り度合である場合には、減り度合が大きいほど切込量CAが大きくなるように、加工プログラムで指定される切込量CAを変更する。
一方、変更部34は、ステップS2で検出された摩耗度が欠け度合である場合には、その欠け度合が大きいほどピッチ間隔PSが狭くなるように、加工プログラムで指定されるピッチ間隔PSを変更する。
変更部34は、加工条件(切込量CAまたはピッチ間隔PS)を変更すると、ステップS4に進む。ステップS4において、報知部36は、ステップS2で検出された摩耗度(減り度合または欠け度合)を、予め規定された閾値と比較する。
ここで、摩耗度が閾値未満である場合、報知部36は、工具TLの寿命が尽きている可能性が低いと判定する。この場合、報知部36は工具TLを交換すべき旨を報知することなく、加工条件変更処理は終了する。
一方、摩耗度が閾値以上である場合、報知部36は、工具TLの寿命が尽きている可能性が高いと判定する。この場合、報知部36は、ステップS5に進んで、工具TLを交換すべき旨を報知し、その後、加工条件変更処理は終了する。
このように本実施の形態の工作機械10では、画像から抽出した工具TLの形状に基づいて摩耗度が検出され、その摩耗度に応じてヘール加工の加工条件である切込量CAまたはピッチ間隔PSが変更される。これにより、実際の工具TLの形状に適したヘール加工の加工条件に変更することができ、この結果、加工精度を向上させることができる。
〔変形例〕
以上、本発明の一例として上記の実施の形態が説明されたが、本発明の技術的範囲は上記の実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記の実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることはもちろんである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
(変形例1)
上記の実施の形態では、変更部34は、切込量CAおよびピッチ間隔PSのいずれか一方を変更したが、当該切込量CAおよびピッチ間隔PSの双方を変更してもよい。具体的には、摩耗度検出部32で検出される摩耗度として減り度合および欠け度合のいずれが検出された場合であっても、変更部34は、減り度合または欠け度合が大きいほど、ピッチ間隔PSを狭くするとともに切込量CAを大きくする。このようにしても、加工精度を向上させることができる。
(変形例2)
上記の実施の形態では、変更部34は、摩耗度検出部32で検出された摩耗度(減り度合または欠け度合)に応じて、加工条件(切込量CAまたはピッチ間隔PS)を変更した。しかし、摩耗度検出部32で検出された摩耗度(減り度合または欠け度合)が閾値以上の場合、変更部34は、ヘール加工を停止させてもよい。
すなわち、変更部34は、摩耗度検出部32で摩耗度(減り度合または欠け度合)が検出されると、その検出された摩耗度と、予め定められた停止用の閾値とを比較する。この停止用の閾値は、報知部36で用いられる閾値(報知用の閾値)と同じであってもよく、異なっていてもよい。
ここで、摩耗度検出部32で検出された摩耗度(減り度合または欠け度合)が閾値未満である場合、変更部34は、上述したように、その摩耗度(減り度合または欠け度合)に応じて、加工条件(切込量CAまたはピッチ間隔PS)を変更する。
一方、摩耗度検出部32で検出された摩耗度(減り度合または欠け度合)が閾値以上である場合、変更部34は、非常停止信号を生成し、生成した非常停止信号を制御装置16に出力することで、ヘール加工を停止させる。この場合、変更部34は、加工条件(切込量CAまたはピッチ間隔PS)を変更しない。
(変形例3)
上記の実施の形態では、加工条件変更装置20が信号処理部22を有していた。しかし、制御装置16が信号処理部22を有していてもよい。
(変形例4)
上記の実施の形態および変形例は、矛盾の生じない範囲で任意に組み合わされてもよい。
〔実施の形態から得られる発明〕
上記の実施の形態および変形例から把握し得る発明について、以下に記載する。
(第1の発明)
第1の発明は、工具(TL)を用いて、切削方向に沿って指定の切込量(CA)およびピッチ間隔(PS)で加工対象物(WK)を切削するヘール加工を実行する工作機械(10)である。この工作機械(10)は、工具(TL)の側面側から工具(TL)を撮像する撮像部(18)と、撮像部(18)で撮像された工具(TL)の画像から工具(TL)の形状を抽出する形状抽出部(30)と、工具(TL)の形状に基づいて、工具(TL)の摩耗度を検出する摩耗度検出部(32)と、摩耗度に応じて、ピッチ間隔(PS)および切込量(CA)の少なくとも一方を変更する変更部(34)と、を備える。
第1の発明では、画像から抽出した工具(TL)の形状に基づいて摩耗度が検出されるため、実際の工具(TL)の形状に適したヘール加工の加工条件に変更することができ、この結果、加工精度を向上させることができる。
摩耗度検出部(32)は、工具(TL)の摩耗度として工具(TL)の先端の減り度合を検出し、変更部(34)は、減り度合が大きいほど、切込量(CA)を大きくしてもよい。これにより、切込量(CA)を適切に調整できる。
摩耗度検出部(32)は、工具(TL)の摩耗度として工具(TL)の先端の欠け度合を検出し、変更部(34)は、欠け度合が大きいほど、ピッチ間隔(PS)を狭くしてもよい。これにより、ピッチ間隔(PS)を適切に調整できる。
工作機械(10)は、摩耗度が閾値以上である場合には、工具(TL)を交換すべき旨を報知する報知部(36)を備えてもよい。これにより、オペレータに対して工具(TL)の交換を促して、工具寿命に起因する加工精度の低減を抑制することができる。
工具(TL)は、ヘールバイトであり、撮像部(18)は、ヘールバイトのすくい面側から工具(TL)を撮像してもよい。これにより、工具(TL)の摩耗度を適切に検出することができる。
(第2の発明)
第2の発明は、工具(TL)を用いて、切削方向に沿って指定の切込量(CA)およびピッチ間隔(PS)で加工対象物(WK)を切削するヘール加工を実行する工作機械(10)の加工変更方法である。この加工変更方法は、工具(TL)の画像から工具(TL)の形状を抽出する形状抽出ステップ(S1)と、工具(TL)の形状に基づいて、工具(TL)の摩耗度を検出する摩耗度検出ステップ(S2)と、摩耗度に応じて、ピッチ間隔(PS)および切込量(CA)の少なくとも一方を変更する変更ステップ(S3)と、を含む。
第2の発明では、画像から抽出した工具(TL)の形状に基づいて摩耗度が検出されるため、実際の工具(TL)の形状に適したヘール加工の加工条件に変更することができ、この結果、加工精度を向上させることができる。
摩耗度検出ステップ(S2)は、工具(TL)の摩耗度として工具(TL)の先端の減り度合を検出し、変更ステップ(S3)は、減り度合が大きいほど、切込量(CA)を大きくしてもよい。これにより、切込量(CA)を適切に調整できる。
摩耗度検出ステップ(S2)は、工具(TL)の摩耗度として工具(TL)の先端の欠け度合を検出し、変更ステップ(S3)は、欠け度合が大きいほど、ピッチ間隔(PS)を狭くしてもよい。これにより、ピッチ間隔(PS)を適切に調整できる。
加工変更方法は、摩耗度が閾値以上である場合には、工具(TL)を交換すべき旨を報知する報知ステップ(S5)を含んでもよい。これにより、オペレータに対して工具(TL)の交換を促して、工具寿命に起因する加工精度の低減を抑制することができる。
10…工作機械 12…工具支持部
14…ワーク支持部 16…制御装置
18…撮像部 20…加工条件変更装置
22…信号処理部 24…記憶部
26…表示部 30…形状抽出部
32…摩耗度検出部 34…変更部
36…報知部

Claims (13)

  1. 工具を用いて、切削方向に沿って指定の切込量およびピッチ間隔で加工対象物を切削するヘール加工を実行する工作機械であって、
    前記工具の側面側から前記工具を撮像する撮像部と、
    前記撮像部で撮像された前記工具の画像から前記工具の形状を抽出する形状抽出部と、
    前記工具の形状に基づいて、前記工具の摩耗度を検出する摩耗度検出部と、
    前記摩耗度に応じて、前記ピッチ間隔を変更する変更部と、
    を備える工作機械。
  2. 請求項1に記載の工作機械であって、
    前記摩耗度検出部は、前記工具の摩耗度として前記工具の先端の欠け度合を検出する、工作機械。
  3. 請求項1または2に記載の工作機械であって、
    記変更部は、前記摩耗度が大きいほど、前記ピッチ間隔を狭くする、工作機械。
  4. 請求項1に記載の工作機械であって、
    前記摩耗度検出部は、前記工具の摩耗度として、前記工具の先端の欠け度合と、前記工具の先端の減り度合とを検出し、
    前記変更部は、前記欠け度合が検出された場合には前記ピッチ間隔を変更し、前記減り度合が検出された場合には前記切込量を変更する、工作機械。
  5. 請求項1に記載の工作機械であって、
    前記摩耗度検出部は、前記工具の摩耗度として、前記工具の先端の欠け度合と、前記工具の先端の減り度合とを検出し、
    前記変更部は、前記欠け度合または前記減り度合が検出された場合には、前記ピッチ間隔および前記切込量の双方を変更する、工作機械。
  6. 請求項1〜のいずれか1項に記載の工作機械であって、
    前記摩耗度が閾値以上である場合には、前記工具を交換すべき旨を報知する報知部を備える、工作機械。
  7. 請求項1〜のいずれか1項に記載の工作機械であって、
    前記工具は、ヘールバイトであり、
    前記撮像部は、前記ヘールバイトのすくい面側から前記工具を撮像する、工作機械。
  8. 工具を用いて、切削方向に沿って指定の切込量およびピッチ間隔で加工対象物を切削するヘール加工を実行する工作機械の加工変更方法であって、
    前記工具の画像から前記工具の形状を抽出する形状抽出ステップと、
    前記工具の形状に基づいて、前記工具の摩耗度を検出する摩耗度検出ステップと、
    前記摩耗度に応じて、前記ピッチ間隔を変更する変更ステップと、
    を含む加工変更方法。
  9. 請求項に記載の加工変更方法であって、
    前記摩耗度検出ステップは、前記工具の摩耗度として前記工具の先端の欠け度合を検出する、加工変更方法。
  10. 請求項8または9に記載の加工変更方法であって、
    記変更ステップは、前記摩耗度が大きいほど、前記ピッチ間隔を狭くする、加工変更方法。
  11. 請求項8に記載の加工変更方法であって、
    前記摩耗度検出ステップは、前記工具の摩耗度として、前記工具の先端の欠け度合と、前記工具の先端の減り度合とを検出し、
    前記変更ステップは、前記欠け度合が検出された場合には前記ピッチ間隔を変更し、前記減り度合が検出された場合には前記切込量を変更する、加工変更方法。
  12. 請求項8に記載の加工変更方法であって、
    前記摩耗度検出ステップは、前記工具の摩耗度として、前記工具の先端の欠け度合と、前記工具の先端の減り度合とを検出し、
    前記変更ステップは、前記欠け度合または前記減り度合が検出された場合には、前記ピッチ間隔および前記切込量の双方を変更する、加工変更方法。
  13. 請求項12のいずれか1項に記載の加工変更方法であって、
    前記摩耗度が閾値以上である場合には、前記工具を交換すべき旨を報知する報知ステップを含む、加工変更方法。
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