JPH08174320A - 一定深さ加工装置及び加工方法 - Google Patents

一定深さ加工装置及び加工方法

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JPH08174320A
JPH08174320A JP6326310A JP32631094A JPH08174320A JP H08174320 A JPH08174320 A JP H08174320A JP 6326310 A JP6326310 A JP 6326310A JP 32631094 A JP32631094 A JP 32631094A JP H08174320 A JPH08174320 A JP H08174320A
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Tadaharu Yoshida
忠春 吉田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 工具やセンサの取付け誤差や工具磨耗或いは
温度変化に影響なく、ワークを基準面から所定の深さで
高精度に切削できるようにする。 【構成】 ワーク1の切削に先立って、第1及び第2セ
ンサ12,13によりマスタワーク16の基準上面16
aから基準下面17までの深さDMを測定し、これを目
標切り込み量DMとする。次に、工具ヘッド3を予め設
定した仮切削位置まで切削送りして、ワーク1に中ぐり
加工の仮切削を行う。その後、両センサ12,13によ
りワーク1の基準面1aから仮切削による切削面までの
切り込み量を測定する。そして、前記目標切り込み量D
Mからこの切り込み量を差し引いた残りの切り込み量を
算出し、これを仮切削位置に加えた最終切削位置を求
め、この最終切削位置まで工具ヘッド3を切削送りし
て、最終切削を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、シリンダヘッド等の
ワークに一定の深さを有する中ぐり等の加工を施すため
の一定深さ加工装置及び加工方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図8及び図9に示すように、ワーク42
に対してシートの座面45aが形成されるように中ぐり
加工が施される場合、ワーク上面の基準面42aと座面
45aとの間の寸法に対して高い精度が要求されること
がある。
【0003】中ぐりのための加工装置としては、例えば
図8及び図9に示すような構成が採用されている。これ
らの加工装置においては、ヘッド41がワーク42に向
けて切削送りされながら、主軸43が回転され、その回
転に伴い主軸43上の切削工具44により、ワーク42
のボア45の上端部等に、ワーク42の上面の基準面4
2aから一定の切り込み量で座面45aが形成されるよ
うに中ぐり加工が施される。
【0004】そして、基準面42aと座面45aとの間
における所定深さ寸法を確保するために、従来、図8に
示すように、ヘッド41の端面にワーク42の基準面4
2aに向けてストッパ46が突設されている。そして、
切削工具44によるワーク42の中ぐり切削に際して、
このストッパ46がワーク42の基準面42aに当接す
ることにより、ヘッド41の切削送りが強制的に阻止さ
れて、中ぐり切削が所定位置で規制される。
【0005】さらに、図9に示す従来の加工装置におい
ては、ヘッド41の端部に接触センサ47が配設され、
その接触子47aがワーク42の基準面42aに向けて
突設されている。そして、切削工具44によるワーク4
2の中ぐり切削に際して、このセンサ47の接触子47
aがワーク42の基準面42aに接触したとき、センサ
47から検出信号が出力される。これにより、ヘッド4
1の切削送りが停止されて、中ぐり切削が所定位置で規
制される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、これらの従
来装置においては、次のような問題があった。 (1) 両装置においては、ストッパ46または接触子
47aの先端と切削工具44との間の距離S1が、ワー
ク42の基準面42aと座面45aとの間の距離に対応
する所定値となるように、ストッパ46または接触子4
7aの突出量を手動調整する必要がある。このため、調
整が面倒であるとともに、手動調節では前記距離S1を
高精度に設定するのが極めて難しく、下記の表1の欄
に示すように、10μm程度の誤差が発生するのは避け
難い。
【0007】(2) 図8の装置においては、ストッパ
46がワーク42の基準面42aに当接して切削位置が
強制的に規制されるため、ストッパ46の当接時に、ワ
ーク42の基準面42aに歪みが生じやすい。このた
め、下記の表1の欄に示すように、15μm程度の誤
差が発生する。
【0008】(3) 両装置においては、ストッパ46
または接触子47aの先端と切削工具44との間の設定
距離S1の設定に基づいて、中ぐり加工位置を規制する
ようになっているため、切削加工時の発熱による温度変
化によって主軸43が伸縮すると設定距離S1が変化す
る。このため、下記の表1の欄に示すように、10μ
m程度の熱変位による誤差が発生する。
【0009】(4) 図9の装置においては、センサ4
7からの検出信号に基づいて、ヘッド41の切削送りが
停止されるようになっているが、センサ47からの検出
信号を読み取る周期は4〜8msecとなっている。こ
のため、その読み取りタイミングがセンサ47から実際
に検出信号が出力された時期より遅れ、下記の表1の
欄に示すように、7〜13μm程度の信号の遅れによる
誤差が発生する。
【0010】
【表1】
【0011】そして、これらの誤差が合成されると誤差
が大きくなり、高精度な深さ加工を達成することができ
ない。加えて、切削工具44が摩耗すれば、誤差はさら
に付加され、高精度加工がいっそう不可能になる。
【0012】この発明は、このような従来の技術に存在
する問題点に着目してなされたものである。その目的と
するところは、工具やセンサの取付け誤差や工具磨耗或
いは温度変化に影響されず、ワークを基準面から所定の
切り込み量で高精度に切削加工することができる一定深
さ加工装置及び加工方法を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1に記載の発明では、ワークを切削する回
転工具を保持した工具ヘッドと、ワークを支持するテー
ブルと、前記工具ヘッドに切削方向への送りを付与する
送り手段と、ワークの基準面からの目標切り込み量を設
定する手段と、工具ヘッドを前記目標切り込み量に達す
る手前の位置まで送るための仮切削位置を設定する手段
と、一対のセンサを有し、ワークの基準面と前記回転工
具によって仮切削された切削面とにそれぞれ接触してそ
れらの位置を検出し、両位置の差をもってワークの基準
面からの切り込み量を測定する測定手段と、この測定手
段により測定された仮切削による切り込み量を前記目標
切り込み量から差し引いて残りの切り込み量を算出する
算出手段と、前記工具ヘッドを前記仮切削位置まで送る
仮切削を行わせるとともに、その後、工具ヘッドをこの
仮切削により切削された切削面の位置に前記算出された
残りの切り込み量を加えた最終切削位置まで送る最終切
削を行わせるように前記送り手段を制御する制御手段と
を備えたものである。
【0014】請求項2に記載の発明では、回転工具は座
面が形成されるように中ぐり加工を行うものである。請
求項3に記載の発明では、前記測定手段の一対のセンサ
は工具ヘッドに取り付けられ、センサは退避機構を介し
て検出位置と、切削の際に回転工具及びワークに干渉し
ない退避位置との間を移動可能である。
【0015】請求項4に記載の発明では、前記目標切り
込み量を設定する手段は、ワークと同一材質で、基準上
面とこの基準上面から一定の深さを有する基準下面とか
らなるマスタワークをワーク支持用のテーブル上に有
し、ワーク切削の前に前記測定手段の一対のセンサをマ
スタワークの基準上面と基準下面とにそれぞれ接触させ
て、その基準上面と基準下面との位置の差から目標切り
込み量を設定するものである。
【0016】請求項5に記載の発明では、回転工具によ
りワークを基準面から一定の深さで切削する加工方法に
おいて、基準上面とこの基準上面から一定の深さを有す
る基準下面とからなるマスタワークの基準上面と基準下
面とに一対のセンサをそれぞれ接触させてそれらの位置
を検出し、両位置の差から目標切り込み量を設定し、回
転工具によるワークの切削に際して、工具ヘッドを前記
目標切り込み量に達する手前の位置まで送って仮切削を
行い、次に前記一対のセンサをワークの基準面と仮切削
により切削された切削面とにそれぞれ接触させてそれら
の位置を検出し、両位置の差をもって切り込み量を測定
し、この切り込み量を前記目標切り込み量から差し引い
た残りの切り込み量を算出し、その後、工具ヘッドを前
記仮切削により切削された切削面の位置に前記残りの切
り込み量を加えた最終切削位置まで送る最終切削を行う
ものである。
【0017】
【作 用】請求項1に記載の一定深さ加工装置の発明に
おいては、回転工具によるワークの切削に際して、目標
とする切り込み量に達する位置の手前まで、先ず仮切削
が行われる。この仮切削後に、測定手段の一対のセンサ
により基準面と切削面との位置が検出され、その両位置
の差をもって仮切削による切り込み量が測定される。そ
して、この切り込み量を目標切り込み量から差し引いて
残りの切り込み量が算出され、工具ヘッドが前記仮切削
による切削面の位置にこの残りの切り込み量を加えた最
終切削位置まで送られて最終の切削が行われる。
【0018】請求項2に記載の発明においては、ワーク
に座面を形成した場合、その座面をワークの基準面から
一定深さの寸法精度の高い中ぐり加工が可能である。請
求項3に記載の発明においては、センサを検出位置から
退避した位置に移動させておくことにより、切削時にお
いてセンサが邪魔にならない。
【0019】請求項4に記載の発明においては、実際に
マスターワークから測定して目標切込み量を設定するの
で、温度変化によるワークの熱膨張が生じても切削後の
正確な寸法精度が得られる。
【0020】請求項5に記載の一定深さ加工方法の発明
においては、マスタワークを測定して、基準面からの目
標切り込み量を設定し、前記仮切削及びその時点での切
り込み量の測定、さらにこの測定値から残りの切り込み
量の算出、そして最終切削が行われ、一定深さの寸法精
度の高い加工が可能となる。
【0021】
【実施例】以下、この発明の一実施例を、図1〜図7に
基づいて詳細に説明する。図1に示すように、ワーク1
はテーブル7上に装着保持され、その上端部には予め複
数の孔2が平行に形成されている。工具ヘッド3は図7
に示す送り手段としてのサーボモータ4によりワーク1
に向けて切削方向すなわちZ軸方向へ送り動作される。
さらに、工具ヘッド3はテーブル7の水平移動によりワ
ーク1に対し、X−Yの水平方向にも相対移動可能とな
っている。主軸5は工具ヘッド3の中心に回転可能に支
持され、その下端には中ぐり用の切削工具6が取り付け
られている。
【0022】そして、工具ヘッド3がワーク1に対し水
平方向へ相対移動されてワーク1の1つの孔2と対応す
る位置に位置決めされた状態で、図示しないモータによ
り主軸5が回転されながら、サーボモータ4により工具
ヘッド3がワーク1に向けて切削送りされる。これによ
り、回転工具6にてワーク1上の孔2の開口端部が、ワ
ーク1の上端の基準面1aから所定の深さで中ぐり切削
される。
【0023】図1及び図2に示すように、前記工具ヘッ
ド3の側面には支持ロッド9が螺旋案内機構10aを内
蔵した退避機構としての回動機構10を介して昇降及び
回動可能に支持され、その下端には支持板11が取り付
けられている。ポテンショメータを含む一対の第1及び
第2センサ12,13はそれぞれ支持板11上に所定間
隔をおいて配設され、それらの接触子12a,13aが
下方に向かって突出されている。シリンダ14は工具ヘ
ッド3の側面に配設され、そのピストンロッドが支持ロ
ッド9に連結されている。
【0024】そして、このシリンダ14により支持ロッ
ド9が上昇されたときには、図2の2点鎖線および図3
に示すように、一対のセンサ12,13が上昇されると
ともに、回動機構10により工具ヘッド3に沿う位置に
回動されて、切削時に工具6やワーク1に干渉しない退
避位置に配置される。一方、シリンダ14により支持ロ
ッド9が下降されたときには、図2の実線および図1に
示すように、一対のセンサ12,13が下降されるとと
もに、回動機構10により主軸5と接近する位置に回動
されて、検出位置に配置される。
【0025】図1に示すように、マスタワーク16は前
記ワーク1に隣接して同一のテーブル7上に配設され、
ワーク1と同一材質で形成されている。このマスタワー
ク16の上端には基準上面16aと、この基準上面16
aから一定深さの基準下面17とが形成されている。そ
して、ワーク1に中ぐり切削を施す前段階において、例
えばワーク1およびマスターワーク16を支持したテー
ブル7の移動によって、工具ヘッド3がマスタワーク1
6と対応する位置に位置決めされた状態で、測定のため
にセンサ12,13が検出位置に割り出される。続い
て、ヘッド3が下降され、センサ12,13の各接触子
12a,13aがマスタワーク16の基準上面16a及
び基準下面17に接触して、各センサ12,13により
各面16a,17の位置が検出される。そして、この検
出された両位置の差をもってマスターワーク16の深さ
DMが測定され、この測定された深さDMがワーク1に
対する目標切り込み量DMとして設定される。
【0026】次に、図3に示すように、工具ヘッド3が
ワーク1と対応する位置に位置決めされるとともに、セ
ンサ12,13が退避位置に移動された状態で、回転工
具6によりワーク1に中ぐり加工が施される。本実施例
では、この中ぐり加工に際して、先ず図4に示すよう
に、仮切削が行われる。この仮切削では、予め設定され
たZ軸座標上の仮切削位置まで工具ヘッド3が送られ
る。すなわち、ワーク1がその上端の基準面1aから前
記目標切り込み量DMに達する手前の位置まで切削され
る。その後、工具ヘッド3が上昇され、その上昇位置で
センサ12,13がワーク1上の基準面1aと仮切削に
て切削された切削面1bとに対応する検出位置に割り出
される。続いて、図5に示すように、工具ヘッド3が下
降され、センサ12,13の各接触子12a,13aが
ワーク1の基準面1aと切削面1bとに接触して、各セ
ンサ12,13により各面1a,1bの位置が検出され
る。
【0027】次に、図7において、前記工具ヘッド3を
切削方向へ送るための制御ブロック図について説明す
る。制御手段及び設定手段としての数値制御装置20は
数値制御部21及びサーボモータ駆動部22を有してい
る。前記サーボモータ4はサーボモータ駆動部22によ
って駆動制御され、エンコーダ23よりその位置データ
が数値制御部21にフィードバックされる。数値制御部
21には予めキー入力等により仮切削位置のデータが設
定されている。
【0028】比較演算装置24は前記一対のセンサ1
2,13とともに測定手段を構成しており、この測定手
段による測定結果が数値制御部21に入力される。すな
わち、第1センサ12と第2センサ13からの各位置信
号が比較演算装置24に入力されると、比較演算装置2
4は両位置の差を演算して、その演算結果を切り込み量
の測定結果として数値制御部21に出力する。尚、前述
したマスターワーク16での測定結果として前記目標切
り込み量DMが、ワーク1の仮切削後の測定結果として
切り込み量D1 が数値制御部21に出力されて、それら
が一時記憶される。そして、数値制御部21は、最終切
削のための残りの切り込み量D2 の演算、つまりD2
DM−D1 を行い、仮切削位置からさらに残りの切り込
み量D2 を加えた最終切削位置を求める。即ち、この数
値制御部21が算出手段となっている。これに基づき、
サーボモータ駆動部22はサーボモータ4を駆動制御
し、工具ヘッド3を最終切削位置まで送るようになって
いる。
【0029】次に、前記のように構成された加工装置の
動作を順を追って説明する。さて、この加工装置によ
り、ワーク1の孔2に中ぐり加工を施す場合には、ま
ず、図1に示すように、工具ヘッド3がマスタワーク1
6と対応する位置に相対移動される。そして、この状態
で工具ヘッド3が下降され、第1センサ12及び第2セ
ンサ13がマスターワーク16に接することにより、マ
スターワーク16の基準上面16aから基準下面17ま
での今現在の深さDMが測定され、これが現在加工する
孔2の目標切り込み量DMとなる。
【0030】次に、図3に示すように、工具ヘッド3が
ワーク1の1つの孔2と対応する位置に相対移動される
とともに、各センサ12,13が退避位置へ移動され
る。この状態で、主軸5が回転されながら、工具ヘッド
3がワーク1に向けて前記予め設定された仮切削位置ま
で切削送りされる。これにより、図4に示すように、回
転工具6にてワーク1上の孔2に対し、座面が形成され
るように中ぐり加工の仮切削が行われる。その後、回転
工具6が工具ヘッド3とともに一旦上昇され、この上昇
位置でセンサ12,13が検出位置に移動される。
【0031】次に、ワーク1に向けて再び工具ヘッド3
が下降され、図5に示すように、両センサ12,13に
よりワーク1の基準面1aと仮切削によって座面を形成
している切削面1bとの位置が検出され、その両位置の
差をもって、ワーク1の基準面1aから切削面1bまで
の切り込み量D1 が測定される。そして、数値制御部2
1において、先に測定された目標切り込み量DMから今
回測定された仮切削の切り込み量D1 を差し引いた残り
の切り込み量D2 が算出される。
【0032】次に、工具ヘッド3が一旦上昇され、セン
サ12,13が退避位置に移動される。そして、数値制
御部21において、仮切削位置に前記算出された残りの
切り込み量D2 を加えた最終切削位置が求められ、この
最終切削位置までサーボモータ4によって工具ヘッド3
が切削送りされ、最終切削が行われる。これにより、図
6に示すように、ワーク1の基準面1aから目標切り込
み量DMに相当する量の切り込みが完了し、寸法精度の
高い座面1cが形成される。
【0033】(1) この実施例においては、回転工具
6の送り量が一対のセンサ12,13の検出の差に基づ
いて決定される。このため、センサ12,13と回転工
具6との間を所定寸法に設定する必要がない。従って、
センサ12,13と回転工具6との間の距離設定に基づ
く前記誤差を生じることはない。
【0034】(2) この実施例においては、ストッパ
がワーク1の基準面1aに当接して切削が強制的に停止
されるものではない。このため、ワーク1の歪みに基づ
く誤差が発生しない。
【0035】(3) この実施例においては、前記のよ
うに回転工具6とセンサ12,13との間に所定距離を
設定する必要がないため、切削時の発熱等による温度変
化によって主軸5が伸縮しても、それによって誤差が生
じるおそれはない。すなわち、主軸5が伸縮しても、そ
の伸縮分を見込んで仮切削位置が目標とする最終切削位
置の手前となるように設定しておけば、あとは演算に基
づいて残りの切り込み量が得られるように切削送りが行
われる。従って、主軸5の熱による伸縮が切削精度に影
響を与えることは全くない。
【0036】(4) この実施例によれば、センサ1
2,13による検出は、仮切削後に実際に切削された切
り込み量D1 を測定し、その切り込み量D1 と目標切り
込み量DMとの差を求めるためのものであって、回転工
具6による切削送りを停止するためのものではない。こ
のため、センサ12,13による検出と切削送りの停止
との間に送受信される信号の遅れが生じることがなく、
そに基づく誤差の発生のおそれもない。
【0037】(5) この実施例によれば、回転工具6
とセンサ12,13との間に所定の位置関係を設定する
必要がないため、回転工具6が摩耗しても、前記主軸5
の伸縮の場合と同様に誤差が生じることはない。
【0038】以上のように、この実施例によれば、ワー
ク1の基準面1aと座面1cとの間の寸法に誤差が生じ
ることがなく、常に目標切り込み量DMに相当する一定
深さの加工寸法を確保することができて、高精度加工が
可能になる。
【0039】なお、この発明は、次のように変更して具
体化することも可能である。 (1) 目標切り込み量DMをマスタワーク16によら
ず、予めキー入力等により設定しておくこと。
【0040】(2) この発明の加工装置を、中ぐり切
削以外の他の切削加工に実施すること。 (3) センサ12,13の検出によるマスタワーク1
6の測定値を補正するためのキー等の修正手段を設ける
こと。例えば、マスタワーク16に若干の製作誤差があ
る場合、その誤差に対応した修正値を入力できるように
構成し、実際の加工に際しては修正された測定値を用い
るように構成すること。
【0041】
【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るため、次のような優れた効果を奏する。
【0042】請求項1及び請求項5の発明によれば、ワ
ークを基準面からの切り込み量の誤差がほとんど生じる
ことなく高精度に切削することができる。請求項2の発
明によれば、ワークに座面を形成したとき、ワーク基準
面からの座面の位置を正確に設定することができる。
【0043】請求項3の発明によれば、センサを検出位
置から退避した位置に移動させておくことにより、切削
時においてセンサが邪魔になることがない。請求項4の
発明によれば、マスタワークを使用することにより、目
標切り込み量を簡単に測定することができ、しかも、ワ
ークと同一材質で同一温度の同一環境条件下のマスター
ワークで測定するため、温度変化等に影響なく正確な加
工寸法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の一定深さ加工装置の一実施例を示
す要部断面図。
【図2】 その加工装置の要部底面図。
【図3】 図1に続いて加工装置の動作を示す要部断面
図。
【図4】 図3に続いて加工装置の動作を示す要部断面
図。
【図5】 図4に続いて加工装置の動作を示す要部断面
図。
【図6】 図5に続いて加工装置の動作を示す要部断面
図。
【図7】 その加工装置の切削送りのための制御ブロッ
ク図。
【図8】 従来の加工装置を示す部分断面図。
【図9】 従来の加工装置の他の構成を示す部分断面
図。
【符号の説明】
1…ワーク、1a…基準面、1b…切削面、1c…座
面、2…孔、3…工具ヘッド、4…送り手段としてのサ
ーボモータ、5…主軸、6…回転工具、12…測定手段
を構成する第1センサ、12a…接触子、13…測定手
段を構成する第2センサ、13a…接触子、16…マス
タワーク、16a…基準上面、17…基準下面、20…
制御手段及び設定手段としての数値制御装置、21…算
出手段としての数値制御部、22…サーボモータ駆動
部、23…エンコーダ、24…測定手段を構成する比較
演算装置。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ワークを切削する回転工具を保持した工
    具ヘッドと、 ワークを支持するテーブルと、 前記工具ヘッドに切削方向への送りを付与する送り手段
    と、 ワークの基準面からの目標切り込み量を設定する手段
    と、 工具ヘッドを前記目標切り込み量に達する手前の位置ま
    で送るための仮切削位置を設定する手段と、 一対のセンサを有し、ワークの基準面と前記回転工具に
    よって仮切削された切削面とにそれぞれ接触してそれら
    の位置を検出し、両位置の差をもってワークの基準面か
    らの切り込み量を測定する測定手段と、 この測定手段により測定された仮切削による切り込み量
    を前記目標切り込み量から差し引いて残りの切り込み量
    を算出する算出手段と、 前記工具ヘッドを前記仮切削位置まで送る仮切削を行わ
    せるとともに、その後、工具ヘッドをこの仮切削により
    切削された切削面の位置に前記算出された残りの切り込
    み量を加えた最終切削位置まで送る最終切削を行わせる
    ように前記送り手段を制御する制御手段とを備えた一定
    深さ加工装置。
  2. 【請求項2】 回転工具は座面が形成されるように中ぐ
    り加工を行うものである請求項1に記載の一定深さ加工
    装置。
  3. 【請求項3】 前記測定手段の一対のセンサは工具ヘッ
    ドに取り付けられ、センサは退避機構を介して検出位置
    と、切削の際に回転工具及びワークに干渉しない退避位
    置との間を移動可能である請求項1または2に記載の一
    定深さ加工装置。
  4. 【請求項4】 前記目標切り込み量を設定する手段は、
    ワークと同一材質で、基準上面とこの基準上面から一定
    の深さを有する基準下面とからなるマスタワークをワー
    ク支持用のテーブル上に有し、ワーク切削の前に前記測
    定手段の一対のセンサをマスタワークの基準上面と基準
    下面とにそれぞれ接触させて、その基準上面と基準下面
    との位置の差から目標切り込み量を設定する請求項1〜
    3のいずれかに記載の一定深さ加工装置。
  5. 【請求項5】 回転工具によりワークを基準面から一定
    の深さで切削する加工方法において、基準上面とこの基
    準上面から一定の深さを有する基準下面とからなるマス
    タワークの基準上面と基準下面とに一対のセンサをそれ
    ぞれ接触させてそれらの位置を検出し、両位置の差から
    目標切り込み量を設定し、回転工具によるワークの切削
    に際して、工具ヘッドを前記目標切り込み量に達する手
    前の位置まで送って仮切削を行い、次に前記一対のセン
    サをワークの基準面と仮切削により切削された切削面と
    にそれぞれ接触させてそれらの位置を検出し、両位置の
    差をもって切り込み量を測定し、この切り込み量を前記
    目標切り込み量から差し引いた残りの切り込み量を算出
    し、その後、工具ヘッドを前記仮切削により切削された
    切削面の位置に前記残りの切り込み量を加えた最終切削
    位置まで送る最終切削を行う一定深さ加工方法。
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