JPH065483B2 - 自動金型加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は自動金型加工装置に関するものである。

従来の技術 一般に、工作機械に用いられる数値制御装置には以下の
機能がある。

(1)ＮＣデータによるＮＣ運転 (2)トレーサによる倣い運転 (3)機械の動きをＮＣデータ化するデジタイジング (4)ブラウン管（以下ＣＲＴと称す）にＮＣデータの起
動を表示するグラフィック描画 (5)ＮＣデータの編集 このうち、(1)(2)については、Ｇ指令（例GO OX 10000
0;G921P2;）などのＮＣコマンドを予め作成しておくこ
とで、後は、それぞれ別のＮＣ機、倣い機にて、無人で
運転か可能である。しかし(3)〜(5)は、工作機械の制御
軸の動作の連像による自動運転を主体とした制御のため
キー操作またはスイッチ操作により、作業者が操作する
必要がある。

発明が解決しようとする問題点 一方、金型加工を行う場合には、上記(1)〜(5)の手順は
必ず必要となるが、従来では、作業者の操作がその都度
必要となり、一連の前記機能の無人運転はできないとい
う問題点があった。時に、金型業界では、短納期化、低
コスト化、熟練技術者の不足といった問題に加えて昨今
の円高のため、金型加工の自動化・システム化に対する
要望が高まっているが、従来のものではこのような要望
に応えられないものであった。本発明は、上記要望に応
え、金型加工を能率よく円滑に行える装置を提供するこ
とを目的としている。

問題点を解決するための手段 本発明は、従来の上記問題点に鑑み提案されたもので、
直交Ｘ、Ｙ、Ｚ３軸制御のＮＣ機能と倣い機能とデジタ
イジング機能を付加した複合加工機械によって金型を自
動的に加工させるもので、具体的には、主軸頭ヘッドに
夫々独立に摺動自在の２本のヘッドノーズを配し、これ
らはそれぞれ作業位置の前進端（突出方向）、非作業位
置の後退端の両移動端に固定された機械的ストッパを有
しモータとトルクリミッターと送りネジ機構によりスト
ッパーにあてきりにより位置決めされる。一方の加工ヘ
ッドノーズには工具を装着し、他方のトレーサヘッドノ
ーズにはトレーサヘッドを装着して、ワーク加工時に工
具付加工ヘッドノーズを突出させると共に、トレーサヘ
ッドを後退端まで後退させることによってトレーサヘッ
ドとワークの干渉が避けられる。モデル倣いによるデジ
タイジング実行時にはトレーサヘッドノーズを前進端ま
で突出させると共に工具付加工ヘッドノーズをモデルに
干渉しないため後退端まで後退させて、加工とデジタイ
ジングを別々に行うことを可能とした複合加工機械とす
る。そしてこの複合加工機械のコントローラに、外部記
憶装置、データ入力装置、ハードコピー装置とを結合
し、更に、前記コントローラに、倣いモードや倣い領域
等の倣い動作に必要な諸条件、使用スタイラス径、補間
精度等のデジタイジングに必要な諸条件、倣いスタート
／ストップ、デジタイジングスタート／ストップ、ＮＣ
データ作成スタート、ハードコピー出力スタート、ＮＣ
加工スタート等の倣い、デジタイジング、ＮＣ加工に係
る諸指令を予めＮＣフォーマットに変換して与えられる
ＮＣコマンド指令を解読することによって自動的に解
析、指令を行う機能を付加し、前記データ入力装置によ
って、倣い、デジタイジングからＮＣ加工に至るまでの
指令を、制御順序に従って、前記ＮＣコマンド指令を含
んだ制御プログラムを、予め規定されたフォーマットで
入力し、前記複合複合加工機械のテーブル上にモデル及
び金型用ワーク素材を固定して倣い及びデジタイジング
のスタート釦を押すことにより、入力された前記プログ
ラムに従って、前記トレーサヘッドノーズが突出して倣
い、デジタイングを実行し、作成されたモデル形状デー
タ及び指令に基づく加工用ＮＣデータは前記外部記憶装
置に格納され、指令があればＮＣデータチェック用のグ
ラフィック描画画面やＮＣデータを自動的にハードコピ
ーし、続いて、トレーサヘッドノーズが定められた位置
に後退し、代わって前記工具付加工ヘッドノーズが突出
して、前記格納済のＮＣデータに従って、前記金型用ワ
ーク素材からモデル形状の金型に仕上げるまでの全加工
工程を自動的に実行するようにしたものである。

作用 キーボード操作スイッチ装置及びデータ入力装置よりＮ
Ｃコマンド入力があると、コントローラ内では上記入力
の解析をなし、その結果によってトレーサヘッドノーズ
によるモデル倣い動作を実行し、その時のモデルから得
られる情報をデジタイジング処理してＮＣデータを作成
する。この場合、使用工具とワークとの干渉チェックを
行い、干渉があれば修正させる。また、このＮＣデータ
はスケーリング、座標回転変換、ムク荒取り変換等の指
令があれば、変換修正を可能とするものである。このよ
うにして得られたＮＣデータは、ＣＲＴ画面にグラフィ
ック描画させ、かつ、ハードコピー装置への記録を行わ
せた上、当該ＮＣデータによって、工具付加工ヘッドノ
ーズによるワーク素材のＮＣ加工を実行される。このＮ
Ｃ加工は、上記複合加工機械自信は勿論、他の複数のＮ
Ｃ機によっておこなわせることが可能である。

実施例 第１図は本発明の実施装置の説明用斜視図であって、同
図において、（Ａ）は直交Ｘ、Ｙ、Ｚ３軸制御のＮＣ工
作機械に倣い機能とデジタイジング機能を付加した複合
加工機械である。

第１図において、（１）はテーブル、（２）はテーブル
（１）の後面に立設したコラム、（３）はコラム（２）
に左右方向（Ｘ軸方向）に摺動可能に装備したスライド
アーム、（４）はＸ軸サーボモータ、（５）はＸ軸ボー
ルねじであって、ボールナツト（図示省略）を介してス
ライドアーム（３）をコラム（２）上でＸ軸方向に駆動
する装置を構成している。（６）はスライドアーム
（３）に前後方向（Ｙ軸方向）に移動可能に装着された
サドル、（７）はＹ軸サーボモータ、（８）Ｙ軸ボール
ねじであって、ボールナツト（図示省略）を介してサド
ル（６）をスライドアーム（３）に対してＹ軸方向に駆
動する装置を構成している。（９）はサドル（６）上下
方向（Ｚ軸方向）に移動可能に装着された主軸頭ベー
ス、(10)はＺ軸サーボモータ、(11)はＺ軸ボールねじで
あって、ボールナツト（図示省略）を介して主軸頭ベー
（９）をサドル（６）に対してＺ軸方向に駆動する装置
を構成している。(12)は加工ヘッドノーズ、(13)はトレ
ーサヘッドノーズであって、主軸頭ベーす（９）に夫々
独立してＺ軸方向に移動可能に装着されている。(14)は
各軸サーボモータをＮＣ制御駆動してＮＣ加工を行い、
かつ、モデル倣いを実行させ、デジタイジング処理、Ｎ
Ｃデータ作成、グラフィック描画、外部記憶格納、ハー
ドコピー作成等の入出力インタフェースを具備するメイ
ンコントローラ、(15)はグラフィックディスプレイ装置
としてのＣＲＴ(16)はＣＲＴ(15)に付設したキーボード
操作スイッチ装置、(17)はプロッターまたはハードコピ
ー装置、(18)はＮＣテープ、ＮＣフロッピーディスクま
たはフロッピーシート等の作成用の外部ＮＣデータ記憶
装置、(19)はテープリーダ等のデータ入力装置であっ
て、これらは、ＣＲＴ(15)のキーボード操作スイッチ装
置(16)を経由してメインコントローラ(14)に電気的に接
続されている。

上記キーボード操作スイッチ装置(16)は、倣いモードや
倣い領域、倣い速度等の倣い動作に必要な諸条件、使用
スライラス径や補間精度等のデイジタイジングに必要な
諸条件、或いは、倣いスタート／ストップ、デイジタイ
ジングスタート／ストップ、ＮＣデータ作成スタート、
グラフイック描画、ＮＣデータ編集、ハードコピー出力
スタート、ＮＣ加工スタート等の倣い、デイジタイジン
グ、ＮＣ加工に係る諸指令（例：使用工具径、切込量、
送り速度、回転数、ワーク素材の外形寸法等も含む）を
ＮＣフォーマットのＧ３桁、或いはＧ３桁に続くパラメ
ータ等のＮＣコマンドでオペレータが入力するためのも
ので、テンキーと各種機能を表示したファンクションキ
ー及びスイッチ群を具備している。

データ入力装置(19)は、倣い動作、デジタイジング処
理、ＮＣデータ作成編集・変換修正、ＮＣ加工等を行う
に必要なデータをＮＣフォーマットで予めテープやカー
ド或いはフロッピーシート等に作成したプログラムをメ
インコントローラ(14)に入力するためのものであって、
これは、テープリーダやカードリーダ或いは他のデータ
入力手段を採用できる。

第１図の複合加工機構（Ａ）は、金型となるワーク素材
(20)とモデル(21)とをテーブル（１）上に取付けらるた
め、Ｘ、Ｙ、Ｚ各軸移動軸と分離・独立した固定型テー
ブルとして、偏荷重や蛇行の問題を回避し得る構成とし
ている。

また、上記複合加工機械（Ａ）は、主軸頭ベース（９）
の支持方式として、カンチレバータイプ（片持ち構造）
を採用しており、これによって、主軸頭ベース（９）を
原点復帰させなくてもテーブル（１）の三方向（後方以
外）からモデル(21)等に接近でき、ワーク搬入搬出や芯
出し、刃合わせなどのオペレータの接近性・操作性に有
利である。

また、上記複合加工機械（Ａ）は、摺動部を加工点より
上方に構成しており、また、ジャバラカバーで被覆して
いるため、切屑によるトラブル解消されている。

また、３軸とも駆動系応答性の高いダブルアンカータイ
プ（両端固定型）ボールスクリューで、ＡＣサーボモー
タによって駆動され、しかもころがり摺動（リニアガイ
ド）を採用しており、軽負荷・高速応答に対応した設計
とされている。

サドル（６）と主軸頭ベース（９）との関係は、第２図
に示す様に両端をサドル（６）に回転自在に軸承された
Ｚ軸ボールねじ(11)の一端にＺ軸サーボモータ(10)が連
続してあり、途中に主軸頭ベース（９）に固着したボー
ルナツト(22)が螺合せしめられている。第２図におい
て、(23)はサドル（６）に固着され、スライドアーム
（３）のＹ軸ボールねじ（８）に螺合せしめられたボー
ルナツトである。

主軸頭ベース（９）には、第３図に示す様に、Ｚ軸ボー
ルねじ(11)と平行に送りねじ(24)(25)が回転自在に軸承
され、かつ、この送りねじ(24)(25)に螺合するナツト(2
6)(27)を介して加工ヘッドノーズ(12)とトレーサヘッド
ノーズ(13)とがＺ軸方向へ移動可能に装着されている。
上記送りねじ(24)(25)は、トルクリミッタ付きのモータ
(28)(29)により傘歯伝動機構(30)(31)を介して正逆駆動
可能とされ、これにより、モデル(21)の倣い動作時に
は、トレーサヘッドノーズ(13)が下方の前進端（作業位
置）へ突出せしめられ、加工ヘッドノーズ(12)がモデル
(21)に干渉しないように上方の後退端（非作業位置）へ
退入せしめられ、ワーク素材(20)のＮＣ加工時には、加
工ヘッドノーズ(12)が下方の前進端（作業位置）へ突出
せしめられ、トレーサヘッドノーズ(13)がワーク素材(2
0)に干渉しないように上方の後退端（非作業位置）へ退
入せしめられる。

上記加工ヘッドノーズ(12)には、第３図に示す様に加工
ヘッド(32)が装着され、加工ヘッド(32)には切削工具(3
3)を着脱変換可能に装着するためのコレットチャック(3
4)が設置されており、切削工具(33)及びコレットチャッ
ク(34)は、加工ヘッドノーズ(12)に装着した主軸駆動モ
ータ(35)に連結されている。

トレーサヘッドノーズ(13)にはスタイラス(36)を交換可
能に装着できるトレーサヘッド(37)が装着されている。

メインコントローラ(14)には、キーボード操作スイツチ
装置(16)及びデータ入力装置(19)から入力されるＮＣコ
マンドを解析する機能を予め登録しておくもので、上記
両装置(16)(19)から入力するＮＣコマンド例としては、 G932 ……デジタイジングスタート G901P2Z-1……倣いアプローチスタート G903 ……倣いスタート G931 ……デジタイジングストップ G00Z100.0……ＮＣ位置決め G980P2 ……ＮＣデータ作成スタート G941P3 ……グラフィック描画スタート G945 ……ハードコピー出力 G970 ……ＮＣ運転加工スタート M30 ……完了 などであり、グラフィック描画、ＮＣデータ作成、ハー
ドコピー出力、倣い、デジタイジング、ＮＣ加工等の指
令はＧ３桁或いはＧ３桁に続くパラメータを使用して行
うものである。

また、上記メインコントローラ(14)は、倣い及びＮＣ加
工を行う複合工作機械（Ａ）、グラィックディスプレイ
装置としてのＣＲＴ(15)、キーボード操作スイツチ装置
(16)、プロッターまたはハードコピー装置(17)、外部Ｎ
Ｃデータ記憶装置(18)及びデータ入力装置(19)と結合で
きる入出力インターフェースを具備している。

第４図は本発明装置の一連の動作フロー図であって、キ
ーボード操作スイツチ装置(16)及びデータ入力装置(19)
からＮＣコマンドを入力すると、メインコントローラ(1
4)内でＮＣコマンドの解析が行われ、その結果によって
トレーサヘッドノーズ(13)が下方の倣い作業位置に設定
され、加工ヘッドノーズ(12)がモデル(21)に干渉しない
ように後退端へ後退せしめられ、各軸が指令データに基
づいてモデル(21)の倣い動作を実行し、デジタイジング
処理が行われ、このデータに基づいてＮＣデータが作成
される。トレーサヘッドノーズ(13)に取付けたスタイラ
ス(36)でモデル(21)を倣わせてデータを取り出す方法は
従来と同様であるから、その説明は省略する。このＮＣ
データ作成においては、使用工具とワーク素材との干渉
の有無がチェックされ、干渉があるときには、干渉しな
いようにデータの修正が行われ、また、スケーリング変
換、座標回転変換、ムク荒取り変換等の指令があれば、
上記ＮＣデータの修正が行われる。このようにしてＮＣ
データが作成されると、ＣＲＴ(15)に上記ＮＣデータに
よる機械の動きをグラフィック描画させ、またプロッタ
ーまたはハードコピー装置(17)への記録を行わせて作成
されたＮＣデータのチェックに供され、かつ、外部ＮＣ
記憶装置(18)に上記ＮＣデータを格納し、続いて、トレ
ーサヘッドノーズ(13)がワーク素材(20)のＮＣ加工に干
渉しないように後退端まで後退せしめられ、代わって、
加工ヘッドノーズ(12)が前進端へ突出せしめられ、上記
ＮＣデータに従つてワーク素材(20)を自動的にＮＣ加工
し、モデル(21)の形状又は他の指令形状に対応する金型
に仕上げ、完成すると停止し、以後、ワーク素材(20)の
自動交換が行われれば、新しいワーク素材に同様な加工
を実行させることができる。

なお、トレーサヘッドのスタイラス、加工ヘッドの工具
に対して公知の自動工具交換装置を付加することも可能
である。

発明の効果 本発明によれば、予め作成されたＮＣコマンドによりデ
ジタイジングかＮＣ加工までの全加工工程を自動的に無
人（夜間の無人運転を含む）で実行させることができ、
この種金型加工業界における要望、即ち、低下格化、短
納期化等を満たし得るものである。例えば、自動車、家
庭電化製品等のデザイン上、自由曲面の多い金型加工を
全工程に亘つて無人運転可能とできるという多大なメリ
ットがある。なおトレーサヘッドのスタイラス、加工ヘ
ッドの工具の公知の自動後部交換装置を付加すれば、本
発明の効果が更に拡大され得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の説明用斜視図、第２図はそのサド
ルと主軸頭との関係を示す側面図、第３図は主軸頭の正
面図、第４図は本発明の一連の動作フロー図である。 （Ａ）…複合加工機械、（１）…テーブル、 （２）…コラム、（３）…スライドアーム、 （４）…Ｘ軸サーボモータ、 （５）…Ｘ軸ボールねじ、 （６）…サドル、（７）Ｙ軸サーボモータ、 （９）…主軸頭ベース、(10)…Ｚ軸サーボモータ、 (11)…Ｚ軸ボールねじ、 (12)…加工ヘッドノーズ、 (13)…トレーサヘッドノーズ、 (14)…メインコントローラ、 (15)…ＣＲＴ、 (16)…キーボード操作スイッチ装置、 (17)…プロッターまたはハードコピー装置、 (18)…外部ＮＣデータ記憶装置、 (19)…データ入力装置、 (20)…ワーク素材、(21)…モデル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直交Ｘ、Ｙ、Ｚ３軸制御のＮＣ機能と倣い
   機能とデジタイジング機能を付加し、かつ、モデルとワ
   ークを載置するテーブルを備えた複合加工機械と、 加工ヘッドノーズ及びトレーサヘッドノーズを並列配置
   し、かつ作業位置と非作業位置とに夫々独立に移動可能
   に設置し、かつ、Ｚ軸方向に摺動可能とした主軸頭ベー
   スと、 倣い動作に必要な倣いモード、倣い領域、デジタイジン
   グに必要なスライラス径、補間精度、自動運転に必要な
   倣いスタート／ストップ、デジタイジングスタート／ス
   トップ、ＮＣデータ作成スタート、ハードコピー出力ス
   タート、ＮＣ加工スタート等の指令を入力できるキーボ
   ード操作スイッチ装置と、 倣い動作、デジタイジング処理、ＮＣデータ作成、ＮＣ
   データ編集／修正、ＮＣ加工等を行うに必要な手順プロ
   グラムを入力するデータ入力装置と、 前記入力された手順プログラム通りの指令を実行させる
   出力装置と、 前記非作業位置に加工ヘッドノーズを位置決めし、前記
   作業位置にトレーサヘッドノーズを位置決めして、トレ
   ーサヘッドに装置したスライラスにより予めテーブル上
   に置かれたモデルに対し公知の方法でモデル倣いを実行
   させ、その倣い動作の軌跡から自動的にデジタイジング
   処理及びＮＣデータを作成した後、前記出力装置からの
   指令により、前記トレーサヘッドノーズを非作業位置に
   位置決めし、前記加工ヘッドノーズを作業位置に位置決
   めして、作成されたＮＣデータで加工ヘッドノーズに装
   着した工具によりテーブル上に予め前記モデルと並置さ
   れたワークに対しＮＣ加工を実行させるメインコントロ
   ーラとを具備させたことを特徴とする自動金型加工装
   置。