JP7457108B2 - 工具測定システム及び制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、工具測定システム及び制御方法に関する。
従来、工作機械等を制御する数値制御装置は、加工プログラムによってワークの加工等を実行する（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の加工プログラム処理装置は、加工プログラムによって指令される工具先端点の指令位置及び工具姿勢の指令角度と、工具の寸法とに基づいて、補正基準点を算出し、工具先端点の指令位置を補正基準点の位置に書き換える。
特開２０１９－７０９５３号公報
数値制御装置は、ワークの加工だけでなく、切削工具等の工具の測定も加工（制御）プログラムによって行っている。しかし、切削工具の測定を自動的に実行するために、変数などを用いたマクロプログラムを作成する必要がある。しかしながら、測定用のマクロプログラムの作成するためには、プログラミングに熟練した熟練者が必要となる。そのため、工作機械上で切削工具の測定を簡易に行うことが求められていた。
本開示に係る工具測定システムは、工作機械において切削工具の刃先を検出する工具測定機器と、前記工作機械において前記切削工具を前記工具測定機器へ移動する工具移動部と、前記工具測定機器によって検出された前記刃先の座標に基づいて前記切削工具の工具長及び工具径を測定する工具測定部と、測定された前記切削工具の工具長及び工具径を前記切削工具の工具長補正番号及び径補正番号へフィードバックする工具補正部と、前記工具測定機器、前記工具移動部、前記工具測定部及び前記工具補正部の動作を前記工作機械に指令するために１行の制御プログラムから前記工作機械が動作可能な指令として演算するプログラム演算部と、を備える。
本開示に係る工具測定システムの制御方法は、工作機械に指令するために１行の制御プログラムから前記工作機械が動作可能な指令として演算するステップと、前記動作可能な指令を用いて、前記工作機械において切削工具の刃先を検出するステップと、前記動作可能な指令を用いて、前記工作機械において前記切削工具を工具測定機器へ移動するステップと、前記動作可能な指令を用いて、前記工具測定機器によって検出された前記刃先の座標に基づいて前記切削工具の工具長及び工具径を測定するステップと、前記動作可能な指令を用いて、測定された前記切削工具の工具長及び工具径を前記切削工具の工具長補正番号及び径補正番号へフィードバックするステップと、を備える。
本発明によれば、切削工具の測定を簡易に行うことができる。
工具測定システムの構成を示す図である。 工作機械の概要を示す図である。 制御プログラムの具体例を示す図である。 工具測定システムの処理を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施形態の一例について説明する。
図１は、工具測定システム１の構成を示す図である。図１に示すように、工具測定システム１は、数値制御装置２と、工作機械３と、を備える。
数値制御装置２は、工作機械３を制御することにより、工作機械３に所定の機械加工等を行わせるための装置である。数値制御装置２は、制御部２１を備える。制御部２１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサであり、記憶部（図示せず）に記憶されたプログラムを実行することによって、工具移動部２１１、工具測定部２１２、工具補正部２１３及びプログラム演算部２１４として機能する。
工作機械３は、数値制御装置２の制御に基づいて、切削加工等の所定の機械加工や、工具の測定等を行う装置である。図２は、工作機械３の概要を示す図である。
工作機械３は、ワーク４１を加工するために駆動するモータや、このモータに取り付けられた主軸や送り軸や、これら各軸に対応する治具や工具、ワーク４１を固定するテーブル４２等を備える。そして、工作機械３は、数値制御装置２から出力される動作指令に基づいてモータを駆動させることにより所定の機械加工を行う。具体的には、工作機械３は、切削工具３１と、工具測定機器３２と、を備える。
次に、工具測定システム１の動作について説明する。
切削工具３１は、加工目的に合わせて複数の種類が用意されている。各切削工具３１は、それぞれ専用の工具ホルダに装着された状態で交換される。切削工具３１には、それぞれ固有の工具番号が割り当てられている。
工具測定機器３２は、接触式又は非接触式の測定機器である。接触式の工具測定機器３２は、例えば、切削工具３１を、検出スイッチ、プローブ、プランジャ等と接触させることによって切削工具３１の刃先を検出する。また、非接触式の工具測定機器３２は、例えば、レーザビーム及びレーザビームの受光部等を用いて、切削工具３１の刃先を検出する。
工具移動部２１１は、工作機械３において切削工具３１を工具測定機器３２へ移動する。具体的には、工作機械３は、モータ及び駆動軸により切削工具３１を水平方向（Ｘ軸及びＹ軸方向）及び垂直方向（Ｚ軸方向）に移動し、切削工具３１を工具測定機器３２へ移動する。
工具測定部２１２は、検出された切削工具３１の刃先の座標に基づいて切削工具３１の工具長及び工具径を算出する。
工具補正部２１３は、測定された切削工具３１の工具長及び工具径を切削工具３１の長さ及び径の補正番号へフィードバックする。これにより、工具測定システム１は、測定された切削工具３１の工具長及び工具径を用いて切削工具３１の工具長及び工具径の値を補正することができる。
プログラム演算部２１４は、工具測定機器３２、工具移動部２１１、工具測定部２１２及び工具補正部２１３の動作を工作機械３に指令するために１行の制御プログラムから工作機械３が動作可能な指令として演算する。
具体的には、制御プログラムは、Ｇコードと、測定モードと、工具開始番号と、工具終了番号と、工具長補正番号及び工具径補正番号と、仮の工具長さと、Ｘ方向位置決めと、Ｙ方向位置決めと、Ｚ方向位置決めと、主軸位相と、第一送り速度とを含む。
ここで、Ｇコードは、工作機械３において１行の制御プログラムを用いて切削工具３１を測定する機能を示す。
測定モードは、切削工具３１を測定するためのモードを示す。
工具開始番号及び工具終了番号は、それぞれ、測定を開始する切削工具３１の番号及び測定を終了する切削工具３１の番号を示す。
工具長補正番号は、指定された番号を使用して工具長を補正するための番号であり、工作機械３は、指定された番号を使用して工具長を補正する。
工具径補正番号：指定された番号を使用して工具径を補正するための番号であり、工作機械３は、指定された番号を使用して工具径を補正する。
仮の工具長さは、切削工具３１の測定前の仮の工具長さである。
Ｘ方向位置決め、Ｙ方向位置決め及びＺ方向位置決めは、それぞれ、Ｘ、Ｙ及びＺの各直線（座標）軸方向の位置決めを示す。
主軸位相は、主軸の回転角度位置であり、工作機械３は、主軸位相に基づいて切削工具３１を測定対象の刃まで回転させる。
第一送り速度は、各直線軸（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸）の原点からの切削工具３１の送り速度を示す。
図３は、制御プログラムの具体例を示す図である。図３に示す例では、Ｇコードは、Ｇ９１０であり、引数として、Ｓ、Ｔ、Ｅ、Ｈ、Ｄ、Ｂ、Ｘ、Ｙ、Ｃ、Ｆ及びＭが用いられる。
Ｇ９１０は、工作機械３において１行の制御プログラムを用いて切削工具３１を測定するためのＧコードである。
引数Ｓは、測定モードを示し、引数Ｈ及びＤは、切削工具３１の工具長補正番号及び工具径補正番号、並びに工具長補正開始番号及び工具径補正開始番号を示す。なお、引数Ｓ及びＨは、必須の値である。
また、引数Ｔ、Ｅ、Ｂ、Ｘ、Ｙ、Ｃ、Ｆ及びＭは、それぞれ、工具開始番号、工具終了番号、仮の工具長さ、Ｘ方向位置決め、Ｙ方向位置決め、主軸位相、第一送り速度及び測定前のプログラムストップを示す。なお、引数Ｔ、Ｅ、Ｂ、Ｘ、Ｙ、Ｃ、Ｆ及びＭは、任意の値である。
また、プログラム演算部２１４は、制御プログラムにおいて、切削工具３１の長さ及び径を測定するために、工作機械３の各直線軸（Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸）の原点からの切削工具３１の送り速度を指定する。
具体的には、プログラム演算部２１４は、制御プログラムにおいて、引数Ｆの値を指定することによって、工作機械３の各直線軸の原点からの切削工具３１の送り速度を指定する。
また、プログラム演算部２１４は、制御プログラムにおいて、切削工具３１の交換後に切削工具３１を測定するために、切削工具３１の測定指令時に、切削工具３１の工具番号を指定する。具体的には、プログラム演算部２１４は、制御プログラムにおいて、工具開始番号の引数Ｔを指定することによって、切削工具３１の工具番号を指定する。
また、プログラム演算部２１４は、制御プログラムにおいて、切削工具３１の測定指令時に、全ての切削工具３１又は所定の工具番号範囲を指定する。具体的には、プログラム演算部２１４は、制御プログラムにおいて、工具開始番号の引数Ｔ及び工具終了番号の引数Ｅを指定することによって、全ての切削工具３１又は所定の工具番号範囲を指定する。
また、プログラム演算部２１４は、制御プログラムにおいて、切削工具３１の測定指令時に、切削工具３１に直交する平面上の任意の高さを測定するために、切削工具３１を保持する軸に直交する少なくとも１つの直線軸を指定する。具体的には、プログラム演算部２１４は、制御プログラムにおいて、切削工具３１を保持する軸（Ｚ軸）に直交する少なくとも１つの直線軸（Ｘ軸及び／又はＹ軸）を指定する。これにより、工具測定システム１は、例えば、台形形状を有する工具を測定することが可能となる。
図４は、工具測定システム１の処理を示すフローチャートである。
ステップＳ１０１において、プログラム演算部２１４は、記憶部（図示せず）から加工プログラムを読み込む。
ステップＳ１０２において、プログラム演算部２１４は、加工プログラムが工具開始番号Ｔを含むか否かを判定する。加工プログラムが工具開始番号Ｔを含む場合（ＹＥＳ）、処理は、ステップＳ１０３へ移る。加工プログラムが工具開始番号Ｔを含まない場合（ＮＯ）、処理は、ステップＳ１０４へ移る。
ステップＳ１０３において、数値制御装置２は、工作機械３に切削工具３１を交換させる。
ステップＳ１０４において、プログラム演算部２１４は、加工プログラムにおいて、測定モードがＳ１であるかＳ２であるかを判定する。測定モードがＳ１である場合、処理は、ステップＳ１０５へ移る。測定モードがＳ２である場合、処理は、ステップＳ１０９へ移る。
ステップＳ１０５において、プログラム演算部２１４は、加工プログラムが仮の工具長さＢ指令を含むか否かを判定する。仮の工具長さＢ指令を含む場合（ＹＥＳ）、処理は、ステップＳ１０６へ移る。仮の工具長さＢ指令を含まない場合（ＮＯ）、処理は、ステップＳ１０７へ移る。
ステップＳ１０６において、数値制御装置２は、仮の工具長さを用いて、切削工具３１を、工具測定機器３２まで早送りで位置決めし、位置決めした位置から測定を行う。これにより、数値制御装置２は、切削工具３１を工具測定機器３２の測定位置直前まで早送り動作によって移動させることができる。
ステップＳ１０７において、数値制御装置２は、切削工具３１を送り速度Ｆで工具測定機器３２まで移動させ、その送り速度のまま測定を行う。これにより、数値制御装置２は、仮の工具長さなしで、Ｚ軸から簡易に測定を行うことができる。
ステップＳ１０８において、工具測定機器３２は、引数Ｈ及びＤの指令によって、測定値を数値制御装置２へフィードバックする。ここで、数値制御装置２は、測定動作において、引数Ｘ及びＹの指令によって、切削工具３１を工具測定機器３２へ位置決めする。また、数値制御装置２は、引数Ｃの指令によって、例えばミーリング用切削工具の刃先を測定するための主軸位相を位置決めする。
ステップＳ１０９において、数値制御装置２は、工具長補正番号の補正を用いて切削工具３１を工具測定機器３２へ位置決めする。
ステップＳ１１０において、工具測定機器３２は、切削工具３１の摩耗の測定を実行する。そして、工具測定機器３２は、切削工具３１の摩耗値が摩耗検出許容値を超えるか否かを判定する。摩耗値が摩耗検出許容値を超える場合（ＹＥＳ）、処理は、ステップＳ１１１へ移る。摩耗値が摩耗検出許容値以下の場合（ＮＯ）、工具測定機器３２は、摩耗計測を終了し、処理は終了する。
ステップＳ１１１において、工作機械３は、摩耗値が摩耗検出許容値を超えることを報知するためにアラームを発生させ、その後、処理は終了する。
以上説明したように、本実施形態によれば、工具測定システム１は、工作機械３において切削工具３１の刃先を検出する工具測定機器３２と、工作機械３において切削工具３１を工具測定機器３２へ移動する工具移動部２１１と、工具測定機器３２によって検出された刃先の座標に基づいて切削工具３１の工具長及び工具径を測定する工具測定部２１２と、測定された切削工具３１の工具長及び工具径を切削工具３１の工具長補正番号及び径補正番号へフィードバックする工具補正部２１３と、工具測定機器３２、工具移動部２１１、工具測定部２１２及び工具補正部２１３の動作を工作機械３に指令するために１行の制御プログラムから工作機械３が動作可能な指令として演算するプログラム演算部２１４と、を備える。
従来、作業者は、工作機械３上で切削工具を測定する手段として様々な測定仕様に合わせた分岐を有するマクロプログラムを作成する必要があり、プログラミングに熟練する必要があった。また、プログラミングに慣れていない作業者は、最適なプログラムを作成できず、誤ったプログラムの動作によって測定機器を破損する可能性があった。本実施形態に係る工具測定システム１は、工具測定機器３２、工具移動部２１１、工具測定部２１２及び工具補正部２１３の動作を工作機械３に指令するために１行の制御プログラムを作成する。これにより、工具測定システム１は、１行の制御プログラムによって切削工具の測定を簡易に行うことができる。
また、制御プログラムは、Ｇコードと、測定モードと、工具開始番号と、工具終了番号と、工具長補正番号及び工具径補正番号と、仮の工具長さと、Ｘ方向位置決めと、Ｙ方向位置決めと、Ｚ方向位置決めと、主軸位相と、第一送り速度とを含む。これにより、工具測定システム１は、工作機械３及び数値制御装置２の適切な動作により、制御プログラムによる切削工具３１の測定を行うことができる。
また、プログラム演算部２１４は、制御プログラムにおいて、切削工具３１の工具長及び径を測定するために、工作機械３の各直線軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の原点からの切削工具３１の送り速度を指定する。これにより、工具測定システム１は、切削工具３１の工具長及び径を好適に測定することができる。
また、プログラム演算部２１４は、制御プログラムにおいて、切削工具３１の交換後に切削工具３１を測定するために、切削工具３１の測定指令時に、切削工具３１の工具番号を指定する。これにより、工具測定システム１は、切削工具３１の交換後に切削工具３１を測定することができる。
また、プログラム演算部２１４は、制御プログラムにおいて、切削工具３１の測定指令時に、全ての切削工具又は所定の工具番号範囲を指定する。これにより、工具測定システム１は、切削工具３１の工具番号を適切に指定することができる。
また、プログラム演算部２１４は、制御プログラムにおいて、切削工具３１の測定指令時に、切削工具３１に直交する平面上の任意の高さを測定するために、切削工具３１を保持する軸に直交する少なくとも１つの直線軸を指令する。工具測定システム１は、例えば、台形形状を有する工具を測定することが可能となる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、本実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本実施形態に記載されたものに限定されるものではない。
１ 工具測定システム
２ 数値制御装置
３ 工作機械
２１ 制御部
３１ 切削工具
３２ 工具測定機器
２１１ 工具移動部
２１２ 工具測定部
２１３ 工具補正部
２１４ プログラム演算部

Claims (7)

  1. 工作機械において切削工具の刃先を検出する工具測定機器と、
    前記工作機械において前記切削工具を前記工具測定機器へ移動する工具移動部と、
    前記工具測定機器によって検出された前記刃先の座標に基づいて前記切削工具の工具長及び工具径を測定する工具測定部と、
    測定された前記切削工具の工具長及び工具径を前記切削工具の工具長補正番号及び工具径補正番号へフィードバックする工具補正部と、
    前記工具測定機器、前記工具移動部、前記工具測定部及び前記工具補正部の動作を前記工作機械に指令するために１行の制御プログラムから前記工作機械が動作可能な指令として演算するプログラム演算部と、
    を備え、
    前記制御プログラムは、少なくともＧコードと、測定モードと、前記工具長補正番号及び前記工具径補正番号と、を含む、
    工具測定システム。
  2. 前記制御プログラムは、工具開始番号と、工具終了番号と、仮の工具長さと、Ｘ方向位置決めと、Ｙ方向位置決めと、Ｚ方向位置決めと、主軸位相と、第一送り速度とを含む、請求項１に記載の工具測定システム。
  3. 前記プログラム演算部は、前記制御プログラムにおいて、前記切削工具の工具長及び径を測定するために、前記工作機械の各直線軸の原点からの前記切削工具の送り速度を指定する、請求項１又は２に記載の工具測定システム。
  4. 前記プログラム演算部は、前記制御プログラムにおいて、前記切削工具の交換後に前記切削工具を測定するために、前記切削工具の測定指令時に、前記切削工具の工具番号を指定する、請求項１から３のいずれか一項に記載の工具測定システム。
  5. 前記プログラム演算部は、前記制御プログラムにおいて、前記切削工具の測定指令時に、全ての前記切削工具又は所定の工具番号範囲を指定する、請求項１から４のいずれか一項に記載の工具測定システム。
  6. 前記プログラム演算部は、前記制御プログラムにおいて、前記切削工具の測定指令時に、前記切削工具に直交する平面上の任意の高さを測定するために、前記切削工具を保持する軸に直交する少なくとも１つの直線軸を指定する、請求項１から５のいずれか一項に記載の工具測定システム。
  7. 工作機械に指令するために１行の制御プログラムから前記工作機械が動作可能な指令として演算するステップと、
    前記動作可能な指令を用いて、前記工作機械において切削工具の刃先を検出するステップと、
    前記動作可能な指令を用いて、前記工作機械において前記切削工具を工具測定機器へ移動するステップと、
    前記動作可能な指令を用いて、前記工具測定機器によって検出された前記刃先の座標に基づいて前記切削工具の工具長及び工具径を測定するステップと、
    前記動作可能な指令を用いて、測定された前記切削工具の工具長及び工具径を前記切削工具の工具長補正番号及び工具径補正番号へフィードバックするステップと、
    を備え、
    前記制御プログラムは、少なくともＧコードと、測定モードと、前記工具長補正番号及び前記工具径補正番号と、を含む、
    工具測定システムの制御方法。
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