JPH02279249A - ５軸ｎｃ工作機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、数値制御工作機械（以下、ＮＣ工作機械と言
う）に関し、特に、機械の静止機台に設けた直交３軸座
標系（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）において工具主軸と被加工ワ
ークが取付けられるワークテーブルとが相対的に直線移
動可能な構成にあると同時に同ワークテーブルは上記直
交３軸座標系内で相互に直角を成す２つの軸線の周り（
Ａ軸、Ｂ軸）に旋回可能に設けられ、従って、総合的に
３軸方向の直線動作機能と２軸回りの旋回動作機能とを
備え、ＮＣプログラムに従って複数の複雑な被加工面を
有したワークにＮＣ加工を遂行できる５軸ＮＣ工作機械
に関する。

〔従来の技術〕

ＮＣ工作機械はＮＣプログラムに従ってワークのＮＣ加
工を遂行する機能のみならず、ワークを機械外の位置と
ワークテーブル上の加工位置との間でパレットを介して
自動的に着脱交換する機能や又工具主軸へ所望の工具や
必要に応じて測定プローブ等をも自動的に交換する所謂
、自動工具交換機能を備えたマシニングセンターとしテ
種々の機械加工分野で多用される傾向にある。この場合
に、従来より多用されるＮＣ工作機械は、工具主軸とワ
ークテーブルとが静止機台に設けた直交３軸座標系、即
ち、工具主軸の軸心方向（Ｚ軸）、そのＺ軸と直交する
他の２つの軸線方向（Ｘ軸、Ｙ軸）の３軸方向を座標軸
どする３次元空間において相対的に送り移動可能に構成
され、工具主軸の回転によりワークテーブル上に取付ら
れた被加工材であるワークにＮＣ加工を自動遂行する構
成が一般的である。そして、ＮＣ工作機械の工具主軸に
装着された所望の工具によってワークテーブル上に取付
けられたワークをＮＣ加工するには、当該ワークの特定
点を加工基準点に設定し、この加工基準点に関してワー
クを加工するＮＣプログラムを予め作成し、作成したＮ
Ｃプログラムに従ってＮＣ加工が遂行される。故に、Ｎ
Ｃ加工の開始に当たっては、まず、ワークテーブル上に
取付られたワークの加工基準点を前記の測定プローブで
測定し、測定結果の加工基準点をＮＣ制御装置に設定す
ることにより、当該加工基準点を基準にして直交３軸座
標系において順次に送り動作が行われ、従って、工具主
軸に装着された工具はＺ軸方向に切削送りされてワーク
を切削し、孔明けや削り等の所望の機械加工を自動遂行
する構成に成っている。このような従来の一般的なＮＣ
工作機械によりＮＣ加工が行われるときには、通常、ワ
ークの加工面は工具主軸に対する垂直面であり、この垂
直面内で加工基準点を加工開始点にして例えば、複数の
孔明は加工等をインクレメンタル式に次々と自動的に機
械加工を行うものである。然しなから、特殊なワークで
は複雑、多数の加工面を有するワーク、例えば、航空機
部品などでは種々の傾斜角を有した多数の面を加工しな
ければならない場合がある。

このような条件のワークでは、ＮＣ工作機械のワークテ
ーブル上に傾斜テーブルや割り出しテーブル等を搭載し
、機械の直交３軸座標系内でそれらテーブルを更に他の
軸線回りに旋回させ、以てワークの特殊な加工面を工具
主軸に対して垂直面となる位置に傾斜させたり、割り出
し旋回させてから加工する場合もあったが、特殊で、特
に、上記傾斜や割り出し旋回により、ＮＣプログラムの
基準点となる加工基準点が傾いたり、旋回して移動して
しまうため、その移動後の加工基準点を測定プローブに
より測定する際に測定プローブは工具主軸に装着されて
直交３軸方向にしか移動可能でないため、必然的に正確
に加工基準点に当接することが不可能、つまり、ＮＣ工
作機械自体が自動的にワーク加工基準点を自動計測して
基準点を設定することは精度上から不可能となる。故に
、このような特殊な加工面を有するワークの場合、それ
等の加工面を直交３軸座標系における３軸方向の送り移
動だけでＮＣ加工が自動的に遂行し得るワーク加工面と
共に一連のＮＣプログラムに従って連続的にＮＣ加工を
行うことは不可能で、加工基準点を人為的に演算し、演
算結果をＮＣ装置に設定して別工程でＮＣ加工を遂行す
る等の制約があった。

〔発明が解決すべき課題〕

然しながら、近年は上述のような特殊な傾斜面を加工面
とする被加工ワークが種々の分野の製品に出現する傾向
にあり、故に、ＮＣ加ニブログラムに基づいて、複雑な
多面を有したワークのＮＣ加工を一連のＮＣ加工工程に
依って遂行し得るようにする要望が増加し、ＮＣ工作機
械を従来、通常の直交３軸座標系における直線送り移動
に加えて、同直交３軸座標系における他の軸周りにワー
クテーブルを回転駆動源により自動的に旋回可能に構成
すると共にこれらのワークテーブルの旋回動作機能が加
わった場合にもＮＣ加ニブログラムに従って一連の加工
工程により複雑な多面を効率良く連続的にＮＣ加工可能
なＮＣ工作機械の提供が課題とされている。そこでワー
クテーブルは旋回せず、工具主軸がＡ軸やＢ軸の旋回軸
を有している５軸ＮＣ工作機械があるが、これは加工す
べき傾斜面に対して主軸が直交する向きに旋回軸を傾け
たとしても、工具長さによってＮＣプログラムを変えな
ければならず、ＮＣプログラム作成上から問題があった
。

依って、本発明は、直交３軸座標系と共に同直交３軸座
標系内で更に他の相互に直角な２つの軸線周りにワーク
テーブルを旋回可能にした機械的構成を備えると同時に
、予め作成されたＮＣプログラムに従ってＮＣ動作させ
ることにより、複雑な多面を有したワークをも一連のＮ
Ｃ加工工程で連続的に機械加工可能な手段を備えた５軸
ＮＣ工作機械を提供せんとするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、上述の発明目的の達成に当たり、５軸ＮＣ工
作機械のワークテーブル上に取付けられた多面形の被加
工ワークを加工する場合には、該ワークの加工基準点を
例えば、該ワークテーブルのワーク取付は面が工具主軸
の軸心と平行又は垂直な姿勢を特定姿勢位置として当該
特定姿勢位置で測定手段により測定し、ワークの傾斜し
た被加工面を工具主軸に垂直な姿勢までワークテーブル
をその２つの旋回軸線周りに旋回させたときには、加工
基準点が先の測定位置から直交３軸座標系内で変位した
点の座標を予め記憶させた一定の演算式に従って演算手
段により演算し、その演算値から得た加工基準点の変位
量によってＮＣ装置に設定されている加工基準点の座標
を補正し、補正後のワーク加工基準点に基づいてＮＣプ
ログラムに従って非傾斜ワーク面と同様にＮＣ加工を遂
行可能にする手段を構成したものである。また、ワーク
テーブルに２つの旋回軸線周りの機能を付与して５軸Ｎ
Ｃ工作機械にすると、上記の２つの相互に直角な旋回軸
を１点で交叉する直交状態に組み立てることが極めて工
作機械の組立を煩瑣にし、熟練した組立技術とコスト高
とを要することになるため、本発明は、この２つの軸の
ずれ量を予め組立終了時に測定し、測定結果から上記演
算式を補正する手段を設けた構成を採っている。

即ち、本発明によれば、静止機台に設けた直交３軸座標
系（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）内で工具主軸とワークテーブル
とが相対直線移動可能に設けられると共にその直交３軸
座標系内において相互に直角な２軸線周り（Ａ軸、Ｂ軸
）に前記ワークテーブルが旋回可能に設けられてワーク
をＮＣプログラムに従って加工する５軸ＮＣ工作機械に
おいて、上記直交３軸座標系内の被測定点のｘ、ｙ、ｚ
座標値を測定する測定手段と、 上記直交３軸座標系における上記ワークの旋回用Ａ軸、
Ｂ軸の２軸心の位置の座標値を予め記憶する第１の記憶
手段と、 上記Ａ軸、Ｂ軸を所定の姿勢位置に位置決めしたときの
上記ワークテーブル上に取付けられたワークの加工基準
点位置を上記測定手段によって測定した上記直交３軸座
標系における測定座標値を記憶する第２の記憶手段と、 上記ワークテーブルを上記Ａ軸、Ｂ軸の上記所定姿勢位
置から予め与えられるワークの加工姿勢位置まで割出し
旋回させたときに、その割出し旋回角度と上記第１の記
憶手段に記憶された上記Ａ軸、Ｂ軸の２軸心の座標値と
上記第２の記憶手段に記憶されたワークの加工基準点の
測定座標値とから、割出し旋回後の上記ワークテーブル
上のワ一りの加工基準点位置を所定の演算式に従って算
出する演算手段と、 上記演算手段で算出されたワークの加工基準点位置を前
記ＮＣプログラムの加工原点位置として取込み、上記工
具主軸とワークとの間の相対送り量を制御するＮＣ装置
とを、 具備して構成され、上記ワークテーブルを割出し旋回さ
せることにより加工姿勢位置に設定されたワークをＮＣ
プログラムに基づき加工する構成を備えた５軸ＮＣ工作
機械を提供するものである。

〔作用〕 上述の構成によれば、種々の傾斜面を有した多面性のワ
ークを５軸ＮＣ工作機械で加工するときに、傾斜した加
工面の加工時にはワークテーブルのＡ軸またはＢ軸を旋
回させて該傾斜した加工面を工具主軸に対して垂直姿勢
位置に設定し、このときにＮＣ装置ではワークテーブル
の旋回動に伴ってワークの加工基準点を補正する演算作
用を実行させ、補正後の加工基準点位置に基づきＮＣプ
ログラムによるＮＣ加工を実行するから、複雑な多面性
のワークのＮＣ加工も直交３軸座標系のＸ。

Ｙ、Ｚの３軸で記述した比較的簡単なＮＣプログラムに
よって終了させることができるのである。

以下、本発明を添付図面に示す実施例に基づいて更に詳
細に説明する。

〔実施例〕

第１図は、本発明による５軸ＮＣ工作機械の機能的な構
成を示したブロック図、第２図は、本発明の１実施例に
よる５軸ＮＣ工作機械の工具主軸とワークテーブルとの
構成を示した斜視図、第３図は本発明の他の実施例によ
る５軸ＮＣ工作機械の工具主軸とワークテーブルとの構
成を示した斜視図、第４図は、水平軸線周りに旋回可能
な旋回基台上に縦軸線周りに旋回可能な旋回ワーク台が
設けられた構造のワークテーブルを水平姿勢にした上に
ワークが取付けられワークの加工基準点の測定を実行す
る状態を示した斜視図、第５図は第４図の状態から傾斜
した状態を示す斜視図、第６図は第２図に示した５軸Ｎ
Ｃ工作機械のワークテーブルの２つの旋回軸、Ａ軸とＢ
軸との軸心のずれを測定に依って求める原理を説明する
図、第７図は第３図に示した５軸ＮＣ工作機械のワーク
テーブルの２つの旋回軸、Ａ軸とＢ軸との軸心のずれを
測定に依って求める原理を説明する図、第８図は演算過
程のフローチャート、第９図は第８図の演算過程の詳細
プロセスのフローチャートである。

先ず、第２図と第３図とを参照すると、本発明の２つの
実施例に係る５軸ＮＣ工作機械の構成が示されている。

２つの実施例において同一の要素部分は同一の参照番号
で示しである。

５軸ＮＣ工作機械は、床面に設置されるベース部１２を
一体にして有した静止機台１４上にコラム１６が立設さ
れ、このコラム１６に工具主軸１８が水平方向に軸心を
有した横形主軸として設けられている。２つの実施例は
、何れもコラム１６が静止機台１４に対して工具主軸１
８の軸心と一致したＺ軸方向にＺ軸モータＭｚの駆動に
より送り移動可能であり、また、コラム１６上で工具主
軸１８は上記Ｚ軸と直交するＹ軸方向にＹ軸モータＭＹ
の駆動により送り移動可能に設けられている。また、工
具主軸１８は主軸モータＭｓの駆動により主軸回転を行
うように設けられている。

他方、上記コラム１６が立設された静止機台１４に対し
て略丁字形に一体構造で配設された同静止機台１４のＴ
字台部分にはテーブルベース３０が上記Ｙ軸、Ｚ軸の両
軸に対して直交するＸ軸方向にＸ軸モータＭｘの駆動に
より横送り移動可能に設けられている。つまり、機台１
４に関して３つの直交軸、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸によ
り３次元の直交３軸座標系が設けられ、工具主軸１８と
テーブルベース３０とはこの直交３軸座標系でコラム１
６を介して相対的に送り移動可能に設けられているので
ある。このような直交３軸座標系における送り移動機構
は周知のＮＣ工作機械と同様な構成であるが、本発明が
対象とするＮＣ工作機械は、更に、上記直交３軸座標系
内で上記テーブルベース３０上に設けられたワークテー
ブル３２が、互いに直角な２つの軸線周りでＡ軸、Ｂ軸
方向に旋回可能な設けられている。

第２図に示す第１の実施例では、ワークテーブル３２は
組立時に上記Ｘ軸と正確に平行に心出し設定されたＡ軸
心周りに旋回可能な第１の旋回基台３４上に、該Ａ軸心
と設計上は直角配置のＢ軸心周りに旋回可能に第２の旋
回ワーク台３６が取付けられ、この第２の旋回ワーク台
３６上にパレット４０を介してワークが取付けられる構
成を具備している。そして、上記第１の旋回基台３４は
２つのＡ＄１１１サポート３８．３８に装着された回転
軸受（図示に現れない。）を介して旋回する構成にある
。

また、第３図に示した第２の実施例では、ワークテーブ
ル３２は組立時に上記Ｙ軸と正確に平行に心出し設定さ
れたＢ軸心周りに旋回可能な第１の旋回基台３４上に、
該Ｂ軸心と設計上は直角配置のＡ軸心周りに旋回可能に
第２の旋回ワーク台３６が取付けられ、この第２の旋回
ワーク台３６上にパレット４０を介してワークが取付け
られる構成になっている。上記第２の旋回ワーク台３６
は２つのＡ軸サポート３８．３８に装着された回転軸受
（図示に現れない。）を介して旋回する構成にある。

本発明は、勿論、上述した２実施例に限るものではなく
、工具主軸１８とワークテーブル３２とが静止機台１４
に設けた直交３軸座標系内で相対的に直交３軸方向に送
り移動可能に設けられ、かつ、同直交３軸座標系内でワ
ークテーブル３２が互いに直角を成す２つの軸心周りに
旋回可能であることが基本条件であり、従って、例えば
、工具主軸１８が図示の２実施例と異なり、縦方向の軸
心を有した立形主軸の構成の場合や、ワークテーブル３
２がテーブルベース３０を介してＸ軸方向に横送り動作
する構成に換え、コラム１６が横送り動作機能を有した
構成とする場合も本発明が適用可能な５軸ＮＣ工作機械
に含まれるのである。

また、ｘ、ｙ、ｚの直交３軸形ＮＣ工作機械のワークテ
ーブル上にアタッチメントとしてＮＣロータリーワーク
テーブルを２段重ねしてＡ軸、Ｂ軸を構成した場合も、
本発明が適用可能な５軸ＮＣ工作機械に含まれるのであ
る。

なお、第２図、第３図には図示されてはいないが、夫々
の５軸ＮＣ工作機械はＮＣプログラムに従って送り動作
等の諸ＮＣ制御動作を遂行するＮＣ装置を備え、また、
自動工具交換装置（通常、ＡＴＣと呼称される）を備え
て、複数の工具を工具マガジン内に有し、これらの複数
の工具から所望の工具を上記ＮＣプログラムに従って自
動工具交換作用により工具主軸１８に着脱、交換し、Ｎ
Ｃ加工を実行する構成を備え、更に、上記工具マガジン
内にはワークの加工基準点を測定する測定プローブも収
納され、加工開始時等に工具主Ｍｉｌｌにこの測定プロ
ーブを工具交換と同様にして装着し、ワークの加工基準
点の測定を行ってＮＣ装置に加工基準点の設定を行う構
成に成っている点は従来のＮＣ工作機械と同じである。

さて、本発明は上述した機械的構成を有した５軸ＮＣ工
作機械により、複雑な多面性のワークをＮＣプログラム
に基づき一連の加工工程で自動的にＮＣ加工を遂行可能
にするもので、このために第１図に示す機能手段を更に
具備して構成されているものであり、これらの機能手段
を備えた本発明の構成を以下に第２図、第３図に加えて
第１図を参照することにより説明する。

本発明による５軸ＮＣ工作機械の構成においては、２つ
の旋回軸（Ａ軸、Ｂ軸）の軸心の直交３軸座標系におけ
る座標値の測定値を記憶するワークテーブル座標値記憶
手段（第１の記憶手段）５２と、工具主軸１８に装着さ
れる後述の測定プローブを有した測定手段５０と、ワー
クテーブル３２を所定の姿勢位置、例えば、Ａ軸、Ｂ軸
が非旋回のＯ°位置（ワーク取付は面が水平状態にある
）に設定して上記測定手段５０を用いて実行されるワー
クの加工基準点の直交３軸座標系における座標値の測定
の結果を記憶する加工基準点記憶手段（第２の記憶手段
）５４と、上記ワークテーブル座標値記憶手段５２と加
工基準点記憶手段５４との両者の記憶データと予め作成
されたＮＣプログラム４８から得るワークテーブル３２
の割出し旋回角の値とからワークテーブル３２の割出し
旋回に伴うワークの加工基準点の変位後の直交３軸座標
系における座標値を演算する変位加工基準点演算手段（
演算手段）５６と、ＮＣプログラム４８からの加ニブロ
グラムデータ、即ち数値制御データ及びワークテーブル
割出し旋回角のデータと上記変位加工基準点演算手段５
６からの加工基準点の演算結果のデータを得て、送り制
御量の算出とワークテーブル３２の割出し旋回角の補間
演算とを実行し、送り制御量や割出し旋回量の指令値を
各駆動モータＭｘ、Ｍｙ、ＭｚやＡ軸、Ｂ軸の旋回駆動
モータＭａ、Ｍｂ（後述する）へ送出するＮＣ装置５８
とを具備し、当該ＮＣ装置５８は加工基準点の座標を記
憶するワーク座標系記憶手段６０、上述の補間演算実行
手段である補間演算手段６２、補間演算結果により各軸
の送りを制御する送り軸サーボ機構部６４等を具備して
構成されている。

ここで、第２図に示した実施例の５軸ＮＣ工作機械に具
備されたワークテーブル３２に関して同ワークテーブル
３２の構成と同テーブル上に取付けられた被加工ワーク
Ｗの加工基準点の測定方法に就いて、以下に第４図と第
５図とに基づいて説明する。

ワークテーブル３２は既述のように予めＮＣ工作機械の
組立段階でそのＡ軸心が直交３軸座標系のＸ軸と正確に
平行に調整、設定されており、この調整自体は適宜の測
定治具を用いることで容易に得ることができる。従って
、ワークテーブル３２の第１の旋回基台３４の旋回軸、
Ａ軸心は正確にＸ軸と平行な状態にある。Ａ軸の同第１
の旋回基台３４の旋回動作は駆動モータＭａによって駆
動され、この駆動モータＭａは他のｘ、ｙ、ｚ軸の送り
駆動モータＭＸ、Ｍｙ、Ｍｚと同様に周知のサーボモー
タにより形成され、前述したＮＣ装置５８から送出され
る動作指令に基づいて作動する。

第１の旋回基台３４上に搭載された第２の旋回ワーク台
３６は既述のようにＡ軸心に対して直角を成す旋回軸、
Ｂ軸心の周りに旋回可能に配設されており、設計上は１
点で交叉する直交配置にあるが、ワークテーブル３２の
組立工程では、正確に直交配置とすることは高度の熟練
度を要するため、ソフト手段的に両者の位置ずれを補正
する後述の方法が取られるのである。第２の旋回ワーク
台３６上にはワークＷが周知のパレット４０を介して取
付けられる。このワークＷにはＮＣプログラムの作成に
当たって加工開始点として用いられる加工基準点Ｐがワ
ーク隅点に決められてあり、この加工基準点Ｐを基準に
してＮＣプログラムのＮＣ加工データに従って工具主軸
１８とワークＷ間で順次に相対的な送り動作をさせ、か
つ工具主軸１８を主軸モータＭｓで切削回転させれば、
ＮＣプログラム通りに所望の加工がワークＷに付与され
るのである。従って、加工の開始に当たっては、先ず、
ＮＣ工作機械は、ワークの加工基準点Ｐが工具主軸１８
に対して直交３軸座標系における何処の座標位置に有る
かを測定する必要がある。

この測定は、先に第１図に示したＮＣプログラム４８か
ら測定手段５０へ加工基準点Ｐの概略の座標値を供給す
ることにより開始される。このとき、測定は測定手段５
０の測定プローブ１９を工具主軸１８に装着し、その測
定プローブ１９の先端をワークＷの加工基準点Ｐに向け
て移動、接触させる方法が取られ、該移動は直交３軸座
標系における３軸方向の送り動作により達成するため、
測定プローブ１９が加工基準点Ｐに接近、接触可能なよ
うに、ワークテーブル３２はその第１の旋回基台３４を
Ａ軸０°の位置に又、第２の旋回ワーク台３６をＢ軸０
°の位置にした第４図に図示の水平姿勢位置を所定の位
置として測定が遂行される。

なお、Ａ軸を０６以外の姿勢位置として加工基準点Ｐの
測定を行ったときは、加工基準点ＰをＡ軸０°で測定し
た場合と同様にするための換算補正の演算を行えば良い
。

こうしてワークテーブル３２を第４図に図示の所定の姿
勢位置にしてワークＷの加工基準点Ｐを測定プローブ１
９を有した測定手段５０で測定した結果は、既述のよう
に加工基準点記憶手段５４内に記憶される。ワークＷの
加工面が工具主軸１８の軸心に対して垂直な場合には、
測定した加工基準点Ｐの座標値を加工原点に設定してＮ
Ｃプログラムにより３軸方向に送り動作させれば、直ち
にＮＣ加工が達成されるのである。

然るに、ワークＷの複雑な多面加工を実行する場合には
、第５図に示すように、加工面Ｗ１を工具主軸１８に垂
直な面と成るように対向姿勢位置へ変位させる必要があ
る、そこでワークテーブル３２の第１の旋回基台３４と
第２の旋回ワーク台３６とを夫々Ａ軸、Ｂ軸方向に旋回
させると、パレット４０に取付けられたワークＷは、第
５図に示すように傾けられる。この結果、ワークＷの加
工基準点Ｐは、直交３軸座標系の３次元空間内で位置Ｐ
°に変位してしまう。従って、加工面Ｗ１をＮＣプログ
ラム４８に従ってＮＣ加工するには、変位後の加工基準
点Ｐ′の座標値を見出し、この変位後の加工基準点Ｐ′
を加工原点にして工具主軸１８に装着した工具２０でＮ
Ｃ加工を行わなければ、所望のワーク加工を達成するこ
とはできない。従って本発明は、既に測定結果が記憶さ
れているワークＷの加工基準点Ｐの座標値やＡ軸及びＢ
軸の旋回角度値等のデータに基づいて迅速に一定の演算
式によって演算することにより、上記変位後の加工基準
点Ｐ°の直交３軸座標系における座標値を見出すのであ
る。この場合に、本発明は、ワークテーブル３２の第１
の旋回基台３４と第２の旋回ワーク台３６の夫々の旋回
軸、つまりＡ軸心とＢ軸心とが側基台３４．３６の製造
、組立の過程で固有的に位置ずれを生じていることを考
慮して該ずれ量を予め組立完了時等に測定しておき、こ
のずれ量を補正して、上記変位後の加工基準点Ｐ゛の座
標値の演算を行うのである。以下にワークテーブル３２
のＡ軸心とＢ軸心との位置ずれ量の測定方法を説明する
。

第６図を参照すると、同図はＡ軸旋回する第１の旋回基
台３４上にＢ軸旋回する第２の旋回ワーク基台３６を搭
載している第２図の実施例における５軸ＮＣ工作機械に
関して、Ａ軸心とＢ軸心のずれを測定する原理を説明し
ている。

第６図でＡ軸心とＢ軸心とのＺ軸方向のずれ看をａ、工
具主軸１８先端を送り移動によりＺ軸の原点位置に設定
したときのＢ軸心との距離をＬ１Ａ軸心からワークテー
ブル３２上に搭載されたパレット４０の水平上面までの
距離をｈ１パレット４０の水平上面から工具主軸１８の
先端中心までの距離をｙ、パレット４０がＡ軸方向に工
具主軸１８側へ９０°旋回されたときのＢ軸心と工具主
軸先端の軸心までの距離をＹ１同パレット４０の垂直上
面から工具主軸１８の先端までの距離をｌとすると、ず
れ量ａは次の方法で求めることができる。

■　ワークテーブル３２のＡ軸の０°位置、つまり、同
ワークテーブル３２上に搭載されたパレット４０の水平
状態出しを行う。これは工具主軸１８にダイヤルゲージ
を装着し、Ａ軸心を跨ぐ２点の測定値を一致させること
により、簡単に達成できる。

■　次いで、周知の円筒ゲージまたはリングゲージを用
い、これをパレット４０上に設定してＢ軸を旋回し、工
具主軸１８に取付けたダイヤルインジケータで追跡する
ことによりＢ軸心を求める。

乙のゲージを利用してＢ軸心から工具主軸先端までの距
離りを知ることができ、この距離りが予め決められた所
定値Ｌｋになるまで工具主軸１８を２軸方向に送り後退
させ、そ点をＺ軸原点とする。

またＢ軸心と工具主軸１８の軸心とのＸ軸方向位置を一
致させ、この点をＸ軸原点とする。

■　次にパレット４０上にゲージを設定したままＡ軸を
９０”工具主軸側に旋回させて位置決めする。

■　次いで、パレット４０上に設定しである円筒ゲージ
またはリングゲージを利用して、パレットＯが垂直な状
態でのＢ軸心と工具主軸１８の中心軸線との距離Ｙを知
ることができる。

■　更に前述の■の工程と同じように、距離Ｙが予め決
められた所定値Ｙｋになるまで工具主軸１８をＹ軸方向
に上昇させ、その点をＹ軸原点とする。

■ここでパレット４０の垂直上面から２軸原点に工具主
軸１８の先端が位置している状態での該先端までの距離
ｌを実測する。

■　その後、Ａ軸をＯ°位置に戻し、位置決めする。そ
して、パレット水平上面からＹ軸原点状態の工具主軸１
８の先端までの距離ｙを実測する。

第６図より、次の関係式（１）、（２）が成立するから
、Ｌ、ｔ　、ｙ、ｙの上記既知量、実測値を代入すると
、Ａ軸心とＢ軸心とのずれＮａとＡ軸心からパレット４
０の上面までの距離りを連立方程式（３）、（４）を解
くことにより求めることができる。

ａ＋Ｌ＝ｈ＋ｌ　−ｈ−ａ＝Ｌ−Ｌ　　　・・　（１）
Ｙ＝ａ＋ｈ＋ｙ−＝ｈ＋ａ＝Ｙ−ｙ　・・　　（２）ｈ
＝Ｌ／２　　（Ｌ−１＋Ｙ−ｙ）　　　　・　・　（３
）ａ＝Ｙ−ｙ−ｈ　　　　　　　　　　　　　・　・　
（４）こうして求めたＡ軸心とＢ軸心のずれ量ａを予め
第１図のワークテーブル座標値記憶手段５２に記憶して
おけば、実際のワークＷのＮＣ加工過程で加工基準点Ｐ
がＰ″へ変位した際に該Ｐ゛点の座標値を演算する過程
で、上記ずれ量ａを導入してＡ軸とＢ軸は１点で交叉し
て直交している関係にあるものとして演算を実行でき、
故に、変位後の加工基準点Ｐ′の座標値を正確に算出す
ることができるのである。複数台製作する５軸ＮＣ工作
機械のＡ軸心とＢ軸心とのずれ量ａは個々に異なる。

従って、ワークテーブル座標値記憶手段５２にはＡＳＢ
画軸心の設計上の座標値を予め記憶しておき、実際に製
作して上記手段で求めたずれ量ａを個々の機械について
パラメータ人力として前記ワークテーブル座標値記憶手
段５２に人力し、次の変位加工基準点演算手段５６へ出
力する時は、設計座標値とずれ量ａとを加味するように
しておけば良い。

なお、第７図は第３図に示した５軸ＮＣ工作機械のワー
クテーブル３２、つまり、Ｂ軸旋回台３４の上にＡ軸旋
回ワーク台３６が搭載された構成においてＡ軸とＢ軸と
のずれｆｉａを求める場合の原理図を示しており、夫々
の既知量、測定量を第６図と同様に取ると、上述の■か
ら■までの測定手順と同様な手順に従うことにより、 上記（３）式、（４）式と同一の式により、Ａ軸心とパ
レット４０の上面までの距離り、Ａ軸心とＢ軸心とのず
れ量ａを得ることができる。

上述のようにしてワークテーブル３２の旋回軸である、
Ａ軸心とＢ軸心のＺ軸方向のずれ量ａの値が得られれば
同ワークテーブル３２の旋回軸、Ａ軸、Ｂ軸の夫々に関
し、機台１４の直交３軸座標系における座標値が第６図
、第７図に図示の寸法関係から決定することができる。

ここで直交３軸座標系の原点（０，０，０）は、Ｘ軸が
工具主軸中心とＢ軸心とが一致した点、Ｙ軸はＡ軸が−
９０゜のときのＢ軸中心から工具主軸中心までの距離が
Ｙの点、Ｚ軸はＡ軸が０°のときのＢ軸中心から工具主
軸先端るでの距離がＬの点と定義する。即ち、旋回軸、
Ａ軸心は直交３軸座標系の原点（０゜０．０）に対して
元々Ｘ軸に正確に平行に設定されているから座標値は（
Ｙａ、　２ａ）を有し、このＡ軸心に対して直角を成す
と共にＺ軸方向にずれ量ａを有するＢ軸心の座標値は（
Ｘｂ、　Ｚｂ）を有し、これらの座標値は、第６図又は
第７図から分かるように、Ｙａ＝Ｙ−ａ、　　　Ｚａ＝
Ｌ＋ａ　　　　　・　　　（５）Ｘｂ＝０．　　　　　
　Ｚｂ＝Ｌ　　　　　　　−−（６）となる（ここでＢ
軸心がＡ軸心と工具主軸１８との間にあるときａは正と
する）。

以上のようにしてワークテーブル３２の旋回軸であるＡ
軸、Ｂ軸の直交３軸座標系における座標値が確定すると
、このワークテーブル３２上にバレット４０を介して取
付けられる被加工ワークＷの加工基準点Ｐが、同ワーク
テーブル３２のＡ軸、Ｂ軸の旋回によって変位した点Ｐ
°の直交３軸座標系における座標値は、下記の式から定
まる。

即ち、Ａ軸の旋回角をα、Ｂ軸の旋回角をβ（α、βは
例えば時計周り方向をプラス値と予め定める）とし、又
、ワークテーブル３２のＡ軸、Ｂ軸の旋回角α、βが夫
々０°であるときに、同ワークテーブル３２上のワーク
Ｗの加工基準点Ｐの直交３軸座標系における座標値を（
ｘ、ｙ、ｚ）　、変位後（Ａ軸、Ｂ軸がα、βだけ旋回
したとき）の加工基準点Ｐ”の座標値を（ｘ’、　　’
、ｚ’）とすると、第２図に示したワークテーブル３２
の構成の場合には、先ず、Ｂ軸をβ°旋回させた場合の
加工基準点Ｐが変位位置、次いで、その変位位置からＡ
軸をα゛旋回せて変位位置Ｐ°に到達するものとして三
角関数を用いて解析すると、ｘ’　＝　（ｘ−Ｘｂ）ｃ
ｏｓβ−（ｚ　−Ｚｂ）ｓｉｎβ＋ｘｂ　　　・・（７
） ｙ’　＝　（ｘ−Ｘｂ）ｓｉｎαｓｉｎβ＋（ｙ−Ｙａ
）ｃｏｓα＋　（ｚ−Ｚｂ）ｓｉｎαｃｏｓβ＋（Ｚｂ
　−Ｚａ）ｓｉｎα＋Ｙａ　　　　　　　　　　　　・
・（８）ｚ’　＝　（ｘ−Ｘｂ）ｃｏｓαｓｉｎβ−（
ｙ　−Ｙａ）　５ｉｎｃｒ＋　（ｚ−Ｚｂ）ｃｏｓαｃ
ｏｓβ十（Ｚｂ　−Ｚａ）ｃｏｓｃｒ＋Ｚａ　　　　　
　　　　　　　・・（９）が得られる。

他方、第３図に図示したワークテーブル３２の場合には
、同様に解析すると、 ｘ’　＝　（ｘ−Ｘｂ）ｃｏｓβ＋（ｙ−Ｙａ）ｓｉｎ
αｓｉｎβ−（ｚ−Ｚａ）ｃｏｓαｓｉｎβ ＋　（Ｚｂ　−Ｚａ）ｓｉｎβ＋ｘｂ ・・・（１０） ’！’　　＝（Ｙ−Ｙａ）ｃｏｓα＋　　（ｚ−Ｚａ）
ｓｉｎｃｒ＋Ｙａ・　・　・　（１１） Ｚ’　　＝　　（ｘ−Ｘｂ）ｓｉｎβ−（ｙ−Ｙａ）ｓ
ｉｎαｃｏｓβ＋　　（ｚ−Ｚａ）ｃｏｓαｃｏｓβ−
（Ｚｂ　　−２ａ）ｃｏｓβ＋ｚｂ　　　　　　　　　
　　　　　　　　　・　・　・　（１２）が得られる。

依って、これらの式（７）〜（９）又は（ＩＱ）〜（１
２）を用いることにより゛、変位後のワークＷの加工基
準点Ｐ“の直交３軸座標系における座標値を演算するこ
とができるのである。そして、この演算は第１図におけ
る変位加工基準点演算手段５６へＮＣ加ニブログラム４
８からワークテーブル３２のＡ軸、Ｂ軸の旋回角α、β
を読出し、ワークテーブル座標値記憶手段５２からＡ軸
、Ｂ軸の直交３軸座標系における前記の座標値（Ｙａ、
Ｚａ）、（Ｘｂ、　Ｚｂ）を読出し、加工基準点記憶手
段５４からワークテーブル３２のＡ軸、Ｂ軸が夫々、所
定の姿勢位置、つまり、Ｏ゛位置測定手段５０で測定し
た加工基準点Ｐの座標値（ｘ、ｙ、ｚ）を読出して上記
の演算式に従って演算を実行すれば良いのである。

ここで第１図を再び参照すると、上記変位後のワークＷ
の加工基準点Ｐ“の演算値はＮＣ装置５８のワーク座標
系記憶手段６０に記憶され、この変位後の加工基準点Ｐ
゛を加工原点として多面性のワークＷの傾いた面Ｗｌ　
　（第５図参照）のＮＣ加工が実行される。即ち、ＮＣ
プログラムから加ニブログラムを読出し、補間演算手段
６２で工具主軸工８とワークテーブル３２上のワークＷ
との相対送り動作量を補間演算し、同時にＮＣプログラ
ム４８からワークテーブル３２の各旋回軸、Ａ軸、Ｂ軸
の旋回角度を読出して補間演算し、夫々の補間演算値に
従って送りサーボ機構部６４から送りモータＭｘ〜Ｍｚ
、ＭａＳＭｂへ指令値を送出してＮＣ加工を遂行するも
のである。つまり多面性のワークＷの傾斜した面Ｗ１の
ような機械加工も工具主軸１８に垂直に対向する位置へ
ワークテーブル３２により傾斜させて、ｘ、ｙ、ｚの３
軸で記述した比較的簡単なＮＣプログラムにより一連の
ＮＣ加工工程として機械加工を行うことができるのであ
る。なお、第５図のようにＡ軸またはＢ軸を旋回後の加
工基準点Ｐ”の座標値を測定プローブ１９で実測するの
が困難なので、この様なプロセスを経由するのである。

既述した第１図の本発明に係る諸機能手段に依って実行
されるワークＷの加工基準点Ｐの変位後の座標値Ｐ°を
演算、設定するまでの一連のプロセスを示したものが第
８図のフローチャートである。

第８図に右いて、プロセス■におき、ワークＷの加工基
準点Ｐの測定に当たり、ワークテーブル３２の旋回軸、
Ａ軸、Ｂ軸がＯｏ　（所定の姿勢位置）に有る状態でＮ
Ｃプログラム４８から測定手段５０へ予め大孔の加工基
準点Ｐの座標（Ｘｏｅｙｏｅｚｏ）を指示される。次い
で、測定手段５０はその測定プローブ１９　（第４ｔ！
Ｉ）を駆使して加工基準点Ｐの正確な座標値（ｘ、　　
ｙ＋　　ｚ）をプロセス■において測定する。その測定
結果は、加工基準点記憶手段５４に記憶される（プロセ
ス■）。次いで、変位加工基準点Ｐ°の演算手段５６は
、ＮＣプログラム４８からワークテーブル３２の割出し
旋回のための角度α、β（つまり、ワークＷの傾斜した
面Ｗ、を工具主軸１８に垂直に対向させる位置までの割
出し旋回）を読み出し、又、ワークテーブル座標値記憶
手段５２から予め測定、記憶されたＡ軸心、Ｂ軸心の直
交３軸座標系における座標値を読み出すくプロセス■）
。斯くして、上記演算手段５６は、割出し旋回による変
位後の加工基準点Ｐ′の座標値を測定したＰ点の座標値
を基にして演算する（プロセス■）。そして、演算後の
加工基準点Ｐ°の座標値（ｘ’、　　’、ｚ’）をワー
ク座標系記憶手段６０に記憶、設定して（プロセス■）
加工基準点Ｐ”の演算プロセスを終了する。

なあ、上述した第８図のフローチャートのプロセスにお
いては、演算プロセス■を更に詳細に図示したものが第
９図のフローチャートである。

この第９図のフローチャートでは、プロセス■〜■が第
２図に示した実施例の５軸ＮＣ工作機械におけるワーク
テーブル３２を有した機械形態に関し、プロセス■〜■
が第３図に示した実施例の５軸ＮＣ工作機械におけるワ
ークテーブル３２を有した機械形態に関するものである
。これらのプロセスにおいて、加工基準点Ｐが、ワーク
テーブル３２のＡ軸、Ｂ軸が０°位置を所定位置として
測定手段５０で測定した場合にはプロセス■、プロセス
■の各工程は省略されるが、ワークテーブル３２のＡ軸
、又はＢ軸をＯ°以外の位置を所定姿勢位置に設定して
初期のワークＷの加工基準点Ｐの測定が実行されたとき
には、プロセス■及びプロセス■のように、加工基準点
ＰをＡＩＩＩＩＯ”又はＢ軸０°に戻したときの座標値
に換算、演算するプロセスが必要になる。なお、プロセ
ス■、■又はプロセス■、■から理解できるように、演
算過程は、前述の（７）弐〜（１２）式に関して既述し
たように、Ａ軸、Ｂ軸を順次に角度α　　β。

旋回させながら加工基準点Ｐがどのように点Ｐ“へ変位
するかを順次に演算する方法で演算が実行され、（７）
〜（９）式または（１０）〜（１２）式を直ちに演算す
る方°法には依らない。勿論、これらの式（７）から（
１２）式を適宜の記憶手段に記憶させ、咳式に従って直
接的に演算する方法を採用しても良いことは言うまでも
ない。

なお、以上の説明では５軸ＮＣ工作機械のワークテーブ
ル３２が機台に設定した直交３軸座標系において、２つ
の旋回軸、Ａ軸、Ｂ軸を有し、かつ、そのＡ軸心とＢ軸
心とが位置ずれを固有的に有していることも考慮して複
雑、多面性のワークＷの種々傾斜する面を加工する場合
に加工基準点が所定の姿勢位置からテーブル割出し傾斜
の結果、どのような座標点に変位したかを演算設定し、
ＮＣプログラムにより、非傾斜面共々に一連のＮＣ加工
を実行するときに就いて説明したが、多数の同種ワーク
を次々と加工するときには、各ワークＷがワークテーブ
ル３２上の定位置に常に取付けられることはないから、
各ワークＷの加工基準点Ｐの座標値を測定手段５０で測
定し、Ａ軸、Ｂ軸の旋回後の加工基準点Ｐ°の座標値を
演算で求め、その点Ｐ°を加工原点にしてＮＣ加工する
と、取付は位置ずれは補正され、同一のＮＣプログラム
で均一な加工が同種ワークに施せることは、容易に理解
できよう。

〔発明の効果〕

以上、本発明を実施例に基づいて説明したが、本発明は
、５軸ＮＣ工作機械のワークテーブル上に取付けられた
多面形の被加工ワークを加工する場合には、該ワークの
加工基準点を例えば、該ワークテーブルのワーク取付は
面が工具主軸の軸心と平行又は垂直な姿勢を特定姿勢位
置として当該特定姿勢位置で測定手段により測定し、ワ
ークの傾斜した被加工面を工具主軸に垂直な姿勢までワ
ークテーブルをその２つの旋回軸周りに旋回させたとき
には、加工基準点が先の測定位置から直交３軸座標系内
で変位した点の座標を、予め記憶させた一定の演算式に
従って演算手段により演算し、その演算値から得た加工
基準点の変位量によってＮＣ装置に設定されている加工
基準点の座標を補正し、補正後のワーク加工基準点に基
づいてＮＣプログラムに従って非傾斜ワーク面と同様に
ＮＣ加工を遂行可能にする手段を構成したから、複雑、
多面性のワークの加工もｘ、ｙ、ｚの３軸で記述した比
較的簡単なＮＣプログラムに基づいて一連のＮＣ加工と
して実行でき、故に、工具主軸に対して元来、垂直に対
向していない面の加工も垂直に対向している面の加工を
連続工程で加工でき、プログラムの簡略化が得られると
共にワーク加工の段取り段階からＮＣ加工の完了までの
総加工時間を大幅に短縮することができる効果を奏する
のである。

更に、ワークテーブルの割出し旋回に当たり、本発明で
は、同ワークテーブルの旋回軸、Ａ軸、Ｂ軸の心ずれ量
ａを予め測定し、これを記憶データとしてワークの加工
基準点の変位後の座標値の演算を実行するから、多面性
ワークの何れの面を工具主軸に垂直に対向する姿勢位置
まで割り出しても、正確に変位後の加工基準点の座標値
を演算、設定し、この正確な加工基準点を加工原点とし
てＮＣ加工プロセスを実行できることとなり、故に高精
度の５軸ＮＣ加工を実現できる効果を得ることができる
。

しかも、その結果、複雑、多面を有したワーク加工が達
成できることは、単に航空機部品等の特殊なワークの加
工ばかりでなく、種々の製品に複雑な多面を有した形状
を付与することが比較的簡単に可能となり、製品のデザ
イ性の向上等にも大きく寄与できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による５軸ＮＣ工作機械の機能的な構
成を示したブロック図、第２図は、本発明の１実施例に
よる５軸ＮＣ工作機械の工具主軸とワークテーブルとの
構成を示した斜視図、第３図は本発明の他の実施例によ
る５軸ＮＣ工作機械の工具主軸とワークテーブルとの構
成を示した斜視図、第４図は、水平軸線周りに旋回可能
な旋回基台上に縦軸線周りに旋回可能な旋回ワーク台が
設けられた構造のワークテーブルを水平姿勢にした上に
ワークが取付けられワークの加工基準点の測定を実行す
る状態を示した斜視図、第５図は第４図の状態から傾斜
した状態を示す斜視図、第６図は第２図に示した５軸Ｎ
Ｃ工作機械のワークテーブルの２つの旋回軸、Ａ軸とＢ
軸との軸心のずれを測定によって求める原理を説明する
図、第７図は第３図に示した５軸ＮＣ工作機械のワーク
テーブルの２つの旋回軸・、Ａ軸とＢ軸との軸心のずれ
を測定によって求める原理を説明する図、第８図は演算
過程のフローチャート、第９図は第８図の演算過程の詳
細プロセスのフローチャート。 １４・・・機台、１６・・・コラム、１８・・・工具主
軸、１９・・・測定プローブ、２０・・・工具、３２・
・・ワークテーブル、３４・・・第１の旋回基台、３６
・・・第２のワーク旋回台、４８・・・ＮＣプログラム
、５ｏ・・・測定手段、５２・・・ワークテーブル座標
値記憶手段、５４・・・加工基準点記憶手段、５６・・
・変位加工基準点演算手段、５８・・・ＮＣ装置、６０
・・・ワーク座標系記憶手段、６２・・・補間演算手段
、６４・・・送りサーボ機構部、Ｗ・・・ワーク、Ｐ・
・・加工基準点。Ｐ。 ・・・変位後の加工基準点。 ヌ 閃 弔 第 因

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、静止機台に設けた直交３軸座標系（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ
   軸）内で工具主軸とワークテーブルとが相対直線移動可
   能に設けられると共にその直交３軸座標系内において相
   互に直角な２軸線周り（Ａ軸、Ｂ軸）に前記ワークテー
   ブルが旋回可能に設けられてワークをＮＣプログラムに
   従って加工する５軸ＮＣ工作機械において、 前記直交３軸座標系内の被測定点のＸ、Ｙ、Ｚ座標値を
   測定する測定手段と、 前記直交３軸座標系における前記ワークの旋回用Ａ軸、
   Ｂ軸の２軸心の位置の座標値を予め記憶する第１の記憶
   手段と、 前記Ａ軸、Ｂ軸を所定の姿勢位置に位置決めしたときの
   前記ワークテーブル上に取付けられたワークの加工基準
   点位置を前記測定手段によって測定した前記直交３軸座
   標系における測定座標値を記憶する第２の記憶手段と、 前記ワークテーブルを前記Ａ軸、Ｂ軸の前記所定姿勢位
   置から予め与えられるワークの加工姿勢位置まで割出し
   旋回させたときに、その割出し旋回角度と前記第１の記
   憶手段に記憶された前記Ａ軸、Ｂ軸の２軸心の座標値と
   前記第２の記憶手段に記憶されたワークの加工基準点の
   測定座標値とから、割出し旋回後の前記ワークテーブル
   上のワークの加工基準点位置を所定の演算式に従って算
   出する演算手段と、 前記演算手段で算出されたワークの加工基準点位置を前
   記ＮＣプログラムの加工原点位置として取込み、前記工
   具主軸とワークとの間の相対送り量を制御するＮＣ装置
   とを 具備して構成され、前記ワークテーブルを割出し旋回さ
   せることにより加工姿勢位置に設定されたワークをＮＣ
   プログラムに基づき加工することを特徴とする５軸ＮＣ
   工作機械。 ２、前記ワークテーブルは、前記Ｘ軸と平行に設定され
   た前記Ａ軸心周りに旋回可能な第１の旋回基台と、該第
   １の旋回基台上に前記Ｂ軸心周りに旋回可能な第２の旋
   回ワーク台とを具備して構成され、前記第１の旋回基台
   の旋回軸心と前記第２の旋回ワーク台の旋回軸心との２
   軸心のずれ量を求め、該ずれ量を加味したＡ、Ｂ両軸心
   の座標値を前記第１の記憶手段に予め記憶させるように
   した請求項１に記載の５軸ＮＣ工作機械。 ３、前記ワークテーブルは、前記Ｙ軸と平行に設定され
   た前記Ｂ軸心周りに旋回可能な第１の旋回基台と、該第
   １の旋回基台上に前記Ａ軸心周りに旋回可能な第２の旋
   回ワーク台とを具備して構成され、前記第１の旋回基台
   の旋回軸心と前記第２の旋回ワーク台の旋回軸心との２
   軸心のずれ量を求め、該ずれ量を加味したＡ、Ｂ両軸心
   の座標値を前記第１の記憶手段に予め記憶させるように
   した請求項１に記載の５軸ＮＣ工作機械。