JPH03221351A - 工作機械における数値制御加工方法およびその装置 - 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、工作機械における数値制御加工方法およびそ
の装置に係り、例えばターニングやミーリングなどの切
削加工、あるいは平面研削や円筒研削などの研削加工な
どを行う数値制御工作機械の加工精度を向上し、特に削
り残しをなくし、取り代を少なくして効率的な加工を行
うのに好適な工作機械における数値制御加工方法および
その装置に関するものである。

［従来の技術］ 近年、加工工程の自動化、あるいは加工精度の計測を含
めた加工の自動化の進展が著しい。特にニーズの多様化
に伴い、製造ラインはこれまでの大量生産方式から多品
種少量生産方式へと移行しつつあり、かような状況下で
、加工の自動化、無人化が急速に進展している。

したがって、加工の信頼性をこれまで以上に高める必要
がある。

なお、この種の装置として関連するものには、例えば、
「ワークピース　アライメント　ウィズ３デイ−タッチ
　プローブ　システムズ（Ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ　　Ａｌ
ｉｇｎｍｅｔ　　ｗｚｔｈ　　３Ｄ　　Ｔｏｕｃｈ　　
Ｐｒｏｂｅ　　Ｓｙｓｔｅｍｓ）Ｊ＋　インダストリア
ル　アンド　プロダクション　エンジニアリング（Ｉｎ
ｄｕｓｔｒｉａｌ　　＆　　Ｐｒｏｄｕｃｔｌｏｎ　　
Ｅｎｇｌｎｅｅｒｉｎｇ）、ＶｏＱ１３．１９８９年刊
が挙げられる。

また、例えば、特開昭６２−８２００３号公報記載の木
材切削装置の切削量設定装置には、湾曲材料の上下面を
適正に切削して仕上寸法を得る技術が開示されている。

さらに、例えば、特開昭６１−２５２０８号公報記載の
工作機械の自動座標系設定装置には、所定の基準工具に
よりワークの所望点の位置データを計測し、該位置デー
タに取付補正データおよび取り化データを加算して得た
値を自動座標系設定データとして使用する技術が開示さ
れている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術には、工具、工作物間の距離（相対位りを
測定して、工作物の取り代を加工対象個所にて均一にす
るという技術的思想はなく、その配慮がなされていなか
った。

本発明の目的は、切削や研削、あるいはワイヤカットな
どの切り屑除去方式の加工に関して、取り代を小さくで
き、削り残しがなく、シたがって加工品質の劣化がなく
、高い信頼性と加工効率向上を達成しうる工作機械にお
ける数値制御加工方法およびその装置を提供することに
ある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明の工作機械における
数値制御加工方法に係る第１の発明の構成は、工具によ
り工作物を加工する機能を有し、工具、工作物間の相対
的な送りあるいは切込みのいずれかを、予め入力された
数値制御指令情報に基づいて与える、工作機械における
数値制御加工方性において、工具、工作物間の相対位置
を計測する機能と演算制御機能とを備え、少なくとも２
個所以上の工具、工作物間の相対位置を測定し、その測
定結果に基づいて、工作物の取り代が加工対象個所にて
ほぼ均等に与えられるように、工具。

工作物間の相対位置の補正量を計算し、この・補正量分
だけ該相対位置を補正したのち、数値制御指令情報に基
づいて加工するようにしたものである。

また、上記目的を達成するために、本発明の工作機械に
おける数値制御加工方法に係る第２の発明の構成は、工
具により工作物を加工する機能を有し、工具、工作物間
の相対的な送りあるいは切込みのいずれかを、予め入力
された数値制御指令情報に基づいて与える、工作機械に
おける数値制御加工方法において、工具、工作物間の相
対位置を計測する機能と演算制御機能とを備え、少なく
とも２個所以上の工具、工作物間の相対位置を測定し、
その測定結果に基づいて、工作物の取り代が加工対象個
所にてほぼ均等に与えられるように。

工具、工作物間の相対位置の補正量を計算し、この補正
量分だけ入力数値情報を修正したのち、この修正された
数値制御指令情報に基づいて加工するようにしたもので
ある。

さらに、上記目的を達成するために、本発明に係る工作
機械における数値制御加工装置の構成は、工具により工
作物を加工する手段と、工具、工作物間に相対的な送り
あるいは切込みのいずれかを、予め入力された数値制御
指令情報に基づいて与える手段とを備えた工作機械にお
ける数値制御加工装置において、前記工具、工作物間の
相対位置を計測する手段と、この計測手段を用いて少な
くとも２個所以上の工具、工作物間の相対位置を測定し
、その測定結果に基いて、工作物の取り代が加工対象個
所にてほぼ均等に与えられるように、工具、工作物間の
相対位置の補正量を計算する演算手段とを備えたもので
ある。

なお、本発明を開発した技術的思想に即して、その技術
的手段をより詳しく述べれば次のとおりである。

すなわち、本発明では、機械加工する前の前加工面を計
測し、この計測結果に基づいて、加工時の取り代が加工
対象個所においてほぼ均一になるように取り代を配分し
た工作物の原点と工作機械の加工原点との誤差、工作機
械の座標系に対する工作物の座標系の平行移動偏差ある
いは回転角度偏差分だけ工作機械の制御プログラムを補
正し。

この工作機械の制御データに基づいて加工するものであ
る。

［作用］ 上記の技術的手段による働きを、第１図および第２図を
参照して説明する。

第１図は１本発明の基本構成を示すブロック図、第２図
は、本発明の動作手順を示すフローチャートである。

第１図に示すように、本発明の基本構成は、工作機械本
体１、数値制御装置２、工作物位置、形状計測機能３、
取り代物−化解析機能４からむる。

これらの基本構成要素が、例えば第２図の（１）に示す
ような動作ルーチンに従って動作する。

すなわち、 ■、まず、工作機械の機上への工作物取付けを行い、 ■０次いで、工作物の加工前の形状９位置を測定する。

■、この測定結果に基いて、取り代の均一化解析、すな
わち、工作物の取り代が加工対象個所において均一にな
るように補正量を演算する。

■、上記■の補正量の分だけ制御指令を補正して工作物
を加工する。

こうすることにより、取り代を小さくできるので加工効
率をあげることができ、しかも加工残りのない高品質な
加工面を得ることができる。また、加工前に工作物の形
状を測定するので、加ニブログラムに対し別の工作物が
紛れ込んだ場合には、異常指令を発することにより、不
良品を作ったり、加工工具や工作機械を破損するなどの
不測の事態を避けることができる。

したがって、本発明は、自動加工ラインなどの無人工程
において特に効果的な手段である。

また、第２図において、（１）のステップ■に示す取り
代物−化補正、加工について、工作物の取り代が均一と
なるように、第２図（２）に示す＃！！値制御装置の制
御指令を補正し、工作物の形状加工を行っても同様の効
果が得られる。

さらに、第２図（３）に示すように、下作物の取り代が
均一になるように、工作物の加工基準あるいは加工原点
を加工し、それを基準に工作物の形状加工を行っても同
様の効果が得られる。

［実施例］ 以ト、本発明の各実施例を第３図ないし第１−１図を参
照して説明する。

本発明の原理を、もっとも単純化した一次元の例につい
て第３図および第４図を用いて説明する。

第３図は１本発明の一実施例に係る長手方向の寸法を仕
上げる場合の工作物の斜視図、第４図は、第３図の工作
物の加工方法を説明する斜視図である。

第３，４図に示す工作物５の長手方向（図中のＸ方向）
の寸法を所要値りに仕上げる場合について考える。

従来、このような場合には、作業者が切り残しが生じな
い程度に工作物５の一端に切り込みを与えてまず加工し
、それから他端側に切り込みを与えて所定寸法がＬにな
るまで仕上げている。ここで、従来技術には次のような
問題があった。

（１）最初の加工時の切込みは、作業者の熟練度あるい
は工作物の工作機械への取り付は精度などに依存して大
きくばらつくため、あらかしめ太き目に取り代が設定さ
れるのが一般的である。

（２）また、無人で加工する場合には、加工残りを作業
者が確認することがないので、特に取り代が大きく設定
されることが多い。

（３）さらに、取り代の小さな工作物を高精度に位置決
めしようとすると、非常に長時間を要したり、無人化が
難しい。

本実施例では、第３図、第４図に示すように、■作物が
加工される長手方向にＸ方向をとり、工作物の加工前の
左端の位置がＸｏ、右端の位置がＸ、と測定されたとす
ると、 ｘ、＋ｘ２ の位置を基準として、左右にＬ／２づつ振り分けて■、
の寸法を確保できれば、左端および右端における取り代
Δ□とΔ２とを等しくすることができる。

すなわち、左端ではＸ工から取り代 ｘ１＋２−Ｌ Δ、＝ を加工して取り除き、また右端では取り代ｘ１千２＋Ｌ Δ２二 を加工して取り除けばよい。

この場合に、左右の取り代Δ１．Δ２を等しくできるの
で、従来の加工法のように、左右の取り代が偏っている
場合にくらべて、加工残りの懸念が大幅に減少し、素材
の加工代をこれまでよりも著しく小さくできる。また、
取り代が小さくなった分だけ、加工時間を短縮すること
ができる。

次に、本発明の他の実施例として、もう１つの一次元の
例を第５図および第６図を用いて説明する。

第５図は、本発明の他の実施例に係る外径形状の加工方
法を説明する回転軸の斜視図、第６図は。

第５図に示す加工方法における回転角と偏位の関係を示
す線図である。

第５図に示す工作物は、一部にカム７のある回転軸６で
あり、一般には、この回転軸６の軸心８を基準にして、
カム７の外形形状が規制される。

第６図は、横軸に回転角θ、縦軸に偏位Ｒをとり、設計
値を実線、測定値を一点鎖線で示したものである。

いま回転角θにおける軸心からの距離の設計値がＲ（（
］）で与えられるとする。これに対し、カム７の外形形
状を加工するときと同様のチャッキング状態（図示せず
）で、この回転軸６に両端を工作機械にチャッキングし
、カム７の外形形状を回転軸６の軸心８からの距離で測
定する。

このときの回転角θ１において、測定値がｒ（θｌ）で
与えられるとすると、両者の誤差［１は１ｔ＝Ｒ（θ、
）−ｒ（θｔ）　−−（１）で与えられる。

Ｅ−よ、回転角Ｏ方向の誤差と取り代分が含まれている
。

ここで。

ΣＥ１′＝Σ　（Ｒ（Ｏ＋）　　　ｒ　　（０＋＋α）
）’（２） が最小になるような位相差αを求める。

この位相差αだけ、回転軸の位相をずらせて加工すれば
、最小の取り代で加工できることになる。

すなわち、この誤差解析に基づいて、 ■、加工前にあらかじめ回転軸６を回転軸θ方向に位相
差αだけ回転する。

あるいは、 ■、工作機械のＮＣ制御指令を設計値のＲ（０）からＲ
（θ−α）にあらかしめ補正する、ことを行なったのち
、カム７の外形形状を加工することにより、加工時の取
り代を最小にすることができる。

次に１以上に述べた一次元よりやや複雑な二次元の例に
ついて第７図および第８図を用いて説明する。

第７図は、本発明のさらに他の実施例に係る二次元加工
工作物の形状を示す正面図、第８図は、第７図の工作物
の加工方法を説明する説明図である。

第７，８図の実施例は、第７図に示す工作物９側壁を輪
郭加工する例であり、Ｆ　（Ｘ、Ｙ）で与えられる実線
の加工前形状を、ｆ　（Ｘ、Ｙ）で与えられる２点Ｊｌ
［の仕上げ形状に加工するものである。

工作機械本体（図示せず）の工具に対する運動方向がＸ
方向およびＹ方向の２方向とすれば、この工作物を工作
機械のテーブル上にチャッキングしたときの取り付は誤
差としては、 ■、Ｘ方向、Ｙ方向への平行移動誤差 ■、〇−ＸＹ平面内における回転誤差 が挙げられる（第８図参照）。

すなわち、工作物９を工作機械本体の機上に取り付けた
ときの、加工前の状態の工作物外形の各位置を測定し、
工作機械本体に対する工作物９の平行移動誤差および回
転誤差を求め、この２種の誤差分だけ輪郭制御指令を座
標変換補正して、工作物の外形形状を加工するようにす
れば、先に述へた一次元の場合と同様に、取り代Δを小
さくでき、また加工時間も短縮できる。

第８図に示すように、工作機械本体の機上の直交座標系
０−ＸＹに対し、工作物９上の直交座標系Ｑ−ｘｙでは
、原点ＱがＸ軸方向にａ、Ｙ軸方向にｂの平行移動誤差
をもっている。また、角度０の回転誤差をもっていると
すると、工作物９上の点（ｘ、ｙ）と工作機械本体の機
上の点（Ｘ。

Ｙ）との間には、 ｘ＝ＸｃｏｓＯ−Ｙｓｉｎθ＋ａ　−（３）ｙ＝Ｘｓｉ
ｎθ−Ｙｃｏｓａ＋ｂ・−−−（４）なる関係がある。

したがって、工作機械機上に取り付けた工作物９の外形
形状を、工作機械本体が持つ測定系で測定したＦ　（Ｘ
、Ｙ）は、前記の式（３）、（４）を用いて、前記の平
行移動誤差と回転誤差を除去したｆ　（ｘ、ｙ）に変換
することができる。

すなわち、両者の２乗誤差Ｅ、′は、 Σεｌ′＝Σ（Ｆ　（Ｘｌｌ　Ｙｌ）　　　ｆ（Ｘｌｌ
　、ｙｌ））　”・・・・・（５） で与えられ、これを最小とする平行移動誤差（ａ。

ｂ）２回転誤差θを求め、数値制御本体にある制御指令
からこの分の誤差補正をすればよい。

ここで、式（５）において、取り代Δ分は、ΣＥ１の中
に、一定値Σε１′として存在するだけで、補正量の計
算を何ら支障なく行うことができる。

次に、二次元加工の他の例として、ワイヤカット放電加
工やジグポーラ加工などのような、板状の工作物の加工
例を第９図ないし第１１図を参照して説明する。

第９図は、本発明のさらに他の実施例に係る板状工作物
の加工方法を説明する説明図、第１０図は、本発明のさ
らに他の実施例に係るインペラ付き円板の形状を示す正
面図、第１１図は、第１０図のインペラ付き円板の加工
方法を説明する説明図である。

第９図に示す実施例では、板状工作物］Ｏに予め仕上げ
られた穴Ｐエ　ｐ、、ｐ、・・に対して、これらを基準
に外周形状を仕上げるもので、板状工作物１０の取付は
誤差などにより、チャッキング直後には、そのまま工作
機械本体の数値制御指令値では加工できない。

そのため、工作機械本体１に取り付けた工作物位置、形
状計測機能３（第１図参照）により、前記Ｐエ　ｐ２．
ｐ３・・・の穴位置を測定し、これより板状工作物１０
の座標系Ｑ−ｘｙと工作機械本体の座標系○−ＸＹとの
誤差分を、先の第７．８図の実施例で説明したと同様の
方法により求め、この分の数値制御指令を補正して外形
形状を仕上げ加工する。

また、第１０図に示す工作物１１は、円板１３上に複数
のインペラ１２を形成してなるもので。

工作機械本体の座標系に対し傾いて取り付けられた例で
ある。

第１１図は、第１０図の工作物１１（インペラ付き円板
）が、工作機械本体の機上に傾いて取り付けられた状態
の座標系と工作物１１の側面図を示す。

先に説明した二次元工作物の加工の場合と同様に、工作
機械本体１の座標系、すなわち３軸の移動方向（ｘ＋　
ｙ＋　ｚ）と３軸の回転方向（α、β。

γ）の計６軸方向と、工作物１１の座標系（Ｘ。

ｙ、ｚ、α　、β′、γ′）との間に誤差がある。

この場合も、工作物位置、形状計測機能３を用いて前記
誤差を測定する。工作機械本体１の機上での工作物１１
の位置、形状測定結果をもとに、２乗誤差の総和Σε、
′を最小とする６軸方向の誤差を求め、その誤差分だけ
数値制御指令を補正してインペラ１２を加工することに
より、削り残しがなく、取り代をほぼ均等に与えて仕上
げることができる。

上述の各実施例によれば下記の効果がある。

すなわち、上述のような加工方法をとることにより、 ■、削り残しをなくすことができる、 ■、取り代を小さくできる。

■、（０，＠の結果として、能率よく加工することがで
きる、 という効果がある。

上述の実施例では、工作機械本体の機上での工作物の位
置、形状の計測結果を、数値制御指令補正に用いている
が、設計値に基づいた数値制御指令と比較し、これが許
容量を超えている場合には、異種の工作物が入り込んだ
として加工をスキップさせたり、不良として排除するか
、あるいは大幅なチャック誤差があるとして工作物のチ
ャッキングのやり直し指令を出すなどして、ｔｉ端に大
きな切込みを与えることにより工具の折損など異常故障
の障害を未然に防止することもできる。

［発明の効果コ 以上、詳細に説明したように、本発明によれば、切削や
研削、あるいはワイヤカットなどの切り屑除去方式の加
工に関して、取り代を小さくでき、削り残しがなく、し
たがって加工品質の劣化がなく、高い信頼性と加工能率
向上を達成しうる工作機械における数値制御加工方法お
よびその装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の基本構成を示すブロック図、第２図
は、本発明の動作手順を示すフローチャト、第３図は、
本発明の一実施例に係る長平方向の寸法を仕上げる場合
の工作物の斜視図、第４図は、第３図の工作物の加工方
法を説明する斜視図、第５図は１本発明の他の実施例に
係る外形形状の加工方法を説明する回転軸の斜視図、第
６図は、第５図に示す加工方法における回転角と偏位の
関係を示す線図、第７図は、本発明のさらに他の実施例
に係る二次元加工工作物の形状を示す正面図。 第８図は、第７図の工作物の加工方法を説明する説明図
、第９図は、本発明のさらに他の実施例に係る板状工作
物のの加工方法を説明する説明図、第１０図は、本発明
のさらに他の実施例に係るインペラ付き円板の形状を示
す正面図、第１１図は、第１０図のインペラ付き円板の
加工方法を説明する説明図である。 １・・・工作機械本体、２・・・数値制御装置、３・・
・工作物位置、形状計測機能、４・・・取り代物−化解
析機能、５・・・工作物、６・・・回転軸、７・・・カ
ム、９゜Ｌｌ・・・工作物、１０・・・板状工作物、１
２・・・インペラ、１３・・円板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、工具により工作物を加工する機能を有し、工具、工
   作物間の相対的な送りあるいは切込みのいずれかを、予
   め入力された数値制御指令情報に基づいて与える、工作
   機械における数値制御加工方法において、 工具、工作物間の相対位置を計測する機能と演算制御機
   能とを備え、 少なくとも２個所以上の工具、工作物間の相対位置を測
   定し、 その測定結果に基づいて、工作物の取り代が加工対象個
   所にてほぼ均等に与えられるように、工具、工作物間の
   相対位置の補正量を計算し、この補正量分だけ該相対位
   置を補正したのち、数値制御指令情報に基づいて加工す
   る ことを特徴とする工作機械における数値制御加工方法。 ２、工具により工作物を加工する機能を有し、工具、工
   作物間の相対的な送りあるいは切込みのいずれかを、予
   め入力された数値制御指令情報に基づいて与える、工作
   機械における数値制御加工方法において、 工具、工作物間の相対位置を計測する機能と演算制御機
   能とを備え、 少なくとも２個所以上の工具、工作物間の相対位置を測
   定し、 その測定結果に基づいて、工作物の取り代が加工対象個
   所にてほぼ均等に与えられるように、工具、工作物間の
   相対位置の補正量を計算し、この補正量分だけ入力数値
   情報を修正したのち、この修正された数値制御指令情報
   に基づいて加工する ことを特徴とする工作機械における数値制御加工方法。 ３、取り代を均一にする方法として、工具、工作物間の
   相対位置の測定結果に基づいて、演算手段により、平行
   移動補正量および回転角補正量、あるいはそのいずれか
   を求めることを特徴とする請求項１または２記載のいず
   れかの工作機械における数値制御加工方法。４、工具に
   より工作物を加工する手段と、工具、工作物間に相対的
   な送りあるいは切込みのいずれかを、予め入力された数
   値制御指令情報に基づいて与える手段とを備えた工作機
   械における数値制御加工装置において、 前記工具、工作物間の相対位置を計測する手段と、 この計測手段を用いて少なくとも２個所以上の工具、工
   作物間の相対位置を測定し、その測定結果に基いて、工
   作物の取り代が加工対象個所にてほぼ均等に与えられる
   ように、工具、工作物間の相対位置の補正量を計算する
   演算手段とを 備えたことを特徴とする工作機械における数値制御加工
   装置。 ５、演算手段が、数値制御工作機械本体とは隔離された
   別の演算装置であって、測定結果ないし数値制御情報が
   交換できるように結線されていることを特徴とする請求
   項４記載の工作機械における数値制御加工装置。 ６、工具が切削工具であることを特徴とする請求項４記
   載の工作機械における数値制御加工装置。 ７、工具が研削工具であることを特徴とする請求項４記
   載の工作機械における数値制御加工装置。 ８、工具が細線と砥粒とから構成されるワイヤカット放
   電手段であることを特徴とする請求項４記載の工作機械
   における数値制御加工装置。 ９、請求項１または２のいずれかの加工方法により加工
   された工作物。