JPH09300178A - 工具の刃先位置測定機能を備えたｎｃ工作機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 加工時の回転速度で回転している工具の刃先
位置測定をＮＣ工作機械上で行える工具の刃先位置測定
機能を備えたＮＣ工作機械を提供する。 【構成】 工具寸法測定時、工具１を加工時の回転速度
で回転させながらテーブル１３上のラインセンサ５１の
測定領域に移動させ、受光部５１ｃが遮光を検出したと
きに送り軸位置検出手段７３で検出された送り軸の位置
およびラインセンサ５１の出力パターンから求めた実測
工具データと、工具データ記憶手段６７に記憶された工
具１の工具種類、長さ、直径等の工具データとから刃先
位置変位量演算手段６５で当該工具１の刃先位置変位量
を演算し、工具オフセット量としてＮＣ工作機械の数値
制御部６３に送出するようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＮＣフライス盤やマ
シニングセンタ等のＮＣ工作機械の主軸に装着された工
具の刃先位置、特に加工時の回転速度で回転させたとき
の工具の刃先位置を非接触で測定する工具の刃先位置測
定機能を備えたＮＣ工作機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＮＣフライス盤やマシニングセン
タ等のＮＣ工作機械による加工の高速化および高精度化
を実現するために、加工時の主軸の回転速度を高く設定
する傾向にある。しかし、主軸の回転速度が高速になれ
ばなるほど主軸を回転させるモータの発熱による主軸の
熱変位を引き起こしたり、主軸の回転により作用する遠
心力で主軸に装着された工具が主軸内部に引き込まれる
現象が発生して、主軸の回転中における工具長、工具径
等の工具寸法変動および工具中心のずれを引き起こし主
軸に装着された工具の刃先位置が変化してしまう。よっ
て、加工時の回転速度での主軸回転時における工具長、
工具径等の寸法変動および工具中心のずれを測定するこ
とにより工具の刃先位置変位量を演算し、この刃先位置
変位量を考慮した上で加工を行わなければ加工の高精度
化を実現することは難しい。

【０００３】一方、工具径寸法測定時に主軸に装着され
た工具を回転させずに工具刃先を接触式検出器の接触子
に接触させ、あらかじめ定められた目標値と比較してそ
の差を工具径補正値として、ワークの加工寸法あるいは
加工時の工具位置を工具径補正値だけ補正するようにし
た工具径補正装置を備えた数値制御工作機械がある（特
公昭６１−５７１５１号公報参照）。また、主軸に装着
された工具を切削時と逆方向に低速で回転させながら接
触検出器の測定子に接触させ、基準位置から接触位置ま
での移動量に基づいて工具長および工具径等の工具寸法
を自動的に測定、入力するようにした工作機械の工具寸
法測定方法がある（特開平３−４３１３５号公報参
照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特公昭
６１−５７１５１号公報に開示する工具径補正装置を備
えた数値制御工作機械では、工具径寸法測定時に主軸に
装着された工具を回転させず、静止状態のまま工具を接
触式検出器の接触子に接触させることにより工具径補正
値を求めるものであり、加工時の回転速度で主軸を回転
させたときの工具径の寸法変動を測定するのではないた
めに加工の高精度化は望めない。さらに、工具径寸法測
定の度に主軸の回転を停止させていては加工時間がいた
ずらに長くなり加工効率が低下してしまう。また、特開
平３−４３１３５号公報に開示する工作機械の工具寸法
測定方法では、測定子が損傷しない低速回転数で切削時
と逆方向に工具を回転させながら接触検出器の測定子に
接触させることにより工具長および工具径等の寸法測定
を行おうとするものであり、加工時の回転速度で主軸を
回転させたときの工具の寸法測定を行う場合、たとえ工
具を切削時と逆方向に回転させたとしても接触子が摩耗
して検出精度が低下し故障の原因となる恐れがある。

【０００５】近年、微小径の工具を用いた微細な加工に
対しても加工時の主軸回転速度を高くして加工の高速化
および高精度化を図ろうとするＮＣ工作機械が出現して
いる。しかし、微小径の工具の寸法測定時に上記に示し
たような測定子や接触子と工具との接触検出を利用した
測定方法を採用した場合、微小径の工具の刃先が欠損し
たり、ダイヤモンド工具等の刃先材質によっては測定子
や接触子に直接接触できないものもあり、このときには
工具の寸法測定が不可能となってしまう。

【０００６】以上のような問題点を解決する技術とし
て、工具回転用ユニットに装着されたボールエンドミル
やドリル等の回転形工具を工具の軸線と直交方向に対向
配置された投光部および受光部からなるラインセンサを
備えた測定ヘッドの測定エリアに位置させ、工具を工具
の軸線回りに所定角度回転して割り出しながら、工具移
動手段により工具回転用ユニットを工具の軸線方向に往
復移動させるとともに、測定ヘッド駆動手段により測定
ヘッドの測定エリアの一端側を基準中心として工具の軸
線と直交する軸線回りに所定角度回動させるようにして
工具の寸法測定を行い、測定ヘッドのラインセンサから
の測定値を制御・演算部に取り込み、工具先端の刃先回
転面がつくる円の半径を演算する非接触式の回転形工具
の測定装置がある（特公平４−６６２８６号公報参
照）。しかしながら、特公平４−６６２８６号公報に開
示する工具の測定装置はＮＣ工作機械本体とは別に設置
されるものであり、ＮＣ工作機械の主軸に装着され加工
時の回転速度で回転している工具の寸法測定を行うこと
は当然のことながら不可能である。また、この工具の測
定装置をＮＣ工作機械上に設置して工具を回転させなが
ら工具の寸法測定を行うと、加工終了後に工具に付着し
た切屑や加工液が測定ヘッドの測定エリアに飛散してラ
インセンサの投光部および受光部を汚してしまい測定精
度に悪影響を及ぼしてしまう。

【０００７】そこで本発明は、加工時の回転数で回転さ
せたときの工具の刃先位置測定をＮＣ工作機械上で行う
ことができる工具の刃先位置測定機能を備えたＮＣ工作
機械を提供することを目的とする。また、本発明の他の
目的は、上記工具の刃先位置測定を切屑等の付着の影響
を無くし、かつ工具と刃先位置検出手段との接触の心配
がない工具の刃先位置測定機能を備えたＮＣ工作機械を
提供することである。さらに、本発明の他の目的は、工
具の刃先位置変位量を演算してその演算結果をＮＣ工作
機械の数値制御部に送出し、移動指令を補正して高精度
な加工を行える工具の刃先位置測定機能を備えたＮＣ工
作機械を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的に鑑み、本発明
は以下に述べるとおりの各構成要件を具備してなる。 （１）回転主軸に装着された工具とテーブルに載置され
たワークとの間で数値制御部からの移動指令により送り
軸を相対移動させて前記ワークを所望形状に加工するＮ
Ｃ工作機械において、前記テーブルに設けられ互いに対
向配置された投光部と複数個の受光素子を所定間隔に並
べて構成された受光部とを有した光学式の刃先位置検出
手段と、前記工具を加工時の回転速度で回転させて前記
刃先位置検出手段の前記投光部と受光部との間の測定領
域に移動し、前記刃先位置検出手段が遮光を検出したと
きの前記送り軸の位置を検出する送り軸位置検出手段
と、前記工具の工具種類、長さ、直径等の工具データを
あらかじめ記憶しておく工具データ記憶手段と、前記送
り軸位置検出手段で検出した前記送り軸の位置と前記工
具データ記憶手段に記憶された工具データとから前記工
具の刃先位置変位量を演算し、前記演算した結果を前記
数値制御部に送出する刃先位置変位量演算手段と、を具
備した工具の刃先位置測定機能を備えたＮＣ工作機械。

【０００９】（２）回転主軸に装着された工具とテーブ
ルに載置されたワークとの間で数値制御部からの移動指
令により送り軸を相対移動させて前記ワークを所望形状
に加工するＮＣ工作機械において、前記テーブルに設け
られ互いに対向配置された投光部と複数個の受光素子を
マトリックス状に配列して構成された受光部とを有した
光学式の刃先位置検出手段と、前記工具を加工時の回転
速度で回転させて前記刃先位置検出手段の前記投光部と
受光部との間の測定領域に移動し、前記送り軸が所定位
置に達したときの前記送り軸の位置を検出する送り軸位
置検出手段と、前記工具の工具種類、長さ、直径等の工
具データをあらかじめ記憶しておく工具データ記憶手段
と、前記送り軸位置検出手段で検出した前記送り軸の位
置および前記刃先位置検出手段の出力パターンから求め
た実測工具データと、前記工具データ記憶手段に記憶さ
れた工具データとから前記工具の刃先位置変位量を演算
し、前記演算した結果を前記数値制御部に送出する刃先
位置変位量演算手段と、を具備した工具の刃先位置測定
機能を備えたＮＣ工作機械。

【００１０】（３）回転主軸に装着された工具とテーブ
ルに載置されたワークとの間で数値制御部からの移動指
令により送り軸を相対移動させて前記ワークを所望形状
に加工するＮＣ工作機械において、前記テーブルに設け
られ互いに対向配置された投光部と複数個の受光素子を
直線状に並べて構成された受光部とを有した光学式の刃
先位置検出手段と、前記工具を加工時の回転速度で回転
させて前記刃先位置検出手段の前記投光部と受光部との
間の測定領域に所定移動量ずつ移動させて行き、各所定
位置で前記刃先位置検出手段が遮光を検出したときの前
記送り軸の位置を検出する送り軸位置検出手段と、前記
工具の工具種類、長さ、直径等の工具データをあらかじ
め記憶しておく工具データ記憶手段と、前記各所定位置
における前記送り軸位置検出手段で検出した前記送り軸
の位置および前記刃先位置検出手段の出力パターンから
求めた実測工具データと、前記工具データ記憶手段に記
憶された工具データとから前記工具の刃先位置変位量を
演算し、前記演算した結果を前記数値制御部に送出する
刃先位置変位量演算手段と、を具備した工具の刃先位置
測定機能を備えたＮＣ工作機械。

【００１１】（４）前記刃先位置検出手段の測定領域に
加圧空気を噴出する加圧空気噴出手段をさらに具備した
上記第（１）項から第（３）項のいずれか１項に記載の
工具の刃先位置測定機能を備えたＮＣ工作機械。 （５）前記工具を前記刃先位置検出手段の測定領域に移
動する時に前記工具と前記刃先位置検出手段との接触を
検出して前記数値制御部に停止信号を送出する接触検出
手段をさらに具備した上記（１）項から第（４）項のい
ずれか１項に記載の工具の刃先位置測定機能を備えたＮ
Ｃ工作機械。

【００１２】

【作用】上述の構成により、工具交換後等の工具寸法測
定時、主軸に装着された工具を加工時の回転速度で回転
させながらテーブルに設けられ互いに対向配置された投
光部と複数個の受光素子を所定間隔に並べて構成した受
光部とを有する光学式の刃先位置検出手段の測定領域に
移動させる。刃先位置検出手段が遮光を検出したときに
送り軸位置検出手段で検出した送り軸の位置および必要
に応じて刃先位置検出手段の出力パターンから求めた実
測工具データと、工具データ記憶手段に記憶された工具
の工具種類、長さ、直径等の工具データとから刃先位置
変位量演算手段で工具の刃先位置変位量を演算し、演算
した刃先位置変位量をＮＣ工作機械の数値制御部に送出
する。ＮＣ工作機械の数値制御部では、その刃先位置変
位量と工具オフセット機能とを用いて移動指令の補正を
しながら所望形状の加工を行う。よって、非接触式の刃
先位置検出手段を採用して加工時の回転速度で回転して
いる工具の寸法測定から工具オフセット量の演算までを
ＮＣ工作機械上で行うことができる。

【００１３】また、工具寸法測定時に刃先位置検出手段
の測定領域に加圧空気噴出手段から加圧空気を噴出する
ようにしたので、工具が回転することにより切屑や加工
液が測定領域に飛散したとしても刃先位置検出手段の投
光部および受光部を汚すことがなく、かつ工具に付着し
た切屑等を除去できるので清潔な測定環境下で工具の刃
先位置測定が行える。さらに、工具寸法測定時に工具が
刃先位置検出手段の測定領域に移動する際に刃先位置検
出手段に故障が発生したり誤動作が発生しても、工具と
刃先位置検出手段との接触を接触検出手段が検出し、数
値制御部に停止信号を送出するために工具や刃先位置検
出手段の大きな損傷を防止することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態につい
て図面に沿って説明する。図１は、本発明実施形態の工
具の刃先位置測定機能を備えたＮＣ工作機械の要部側面
図および構成ブロック図、図２は図１の矢視Ａによる正
面図、図３はラインセンサの投光部および受光部を示す
平面断面図、図４は工具の刃先位置測定時のマトリック
スセンサを示す側面図である。

【００１５】まず、図１、図２を参照して本発明実施形
態の工具の刃先位置測定機能を備えたＮＣ工作機械の要
部を説明する。ＮＣ工作機械の本体（図示せず）は工具
１を装着する主軸３が主軸頭５に回転自在に支持され、
Ｘ軸送りモータ７、Ｙ軸送りモータ９、Ｚ軸送りモータ
１１および主軸回転用モータ（図示せず）を駆動するこ
とにより、主軸頭５とワークを載置するテーブル１３と
がＸ、Ｙ、Ｚ軸の直交３軸方向に相対移動するとともに
主軸３が主軸頭５内で回転する。また、主軸３内部に設
けられたドローバー（図示せず）下部に工具１を把持す
るコレットチャック１５が螺着され、主軸３内部をドロ
ーバーがコレットチャック１５とともに上下方向に移動
可能となっている。よって、工具交換時に主軸３に装着
された工具１をアンクランプ状態にして工具マガジン１
７の工具ポット１７ａに収納するときは、ドローバーを
下方に押し込むことによりコレットチャック１５を主軸
３先端部から突出させコレットチャック１５を開放し、
工具マガジン１７の工具ポット１７ａに収納されている
工具１を主軸３に装着するときは、ドローバーを引き上
げてコレットチャック１５のテーパ部と主軸３先端部の
テーパ穴とが嵌合してコレットチャック１５に把持力が
与えられ工具１をクランプすることができる。

【００１６】テーブル１３側面に取り付けられたブラケ
ット１９上にガイド２１が設けられ、ガイド２１により
Ｘ軸方向へ往復移動可能に案内されるキャリア２３上に
マガジンベース２５が立設され、工具１を収納する工具
マガジン１７がマガジンベース２５上に固定されてい
る。工具マガジン１７は樹脂等の弾性材料からなる板材
であり、左右方向に工具１を収納する８個の工具ポット
１７ａが形成され、厚みの中間部に溝部１７ｂが形成さ
れた上下２層となっている。各工具１には弾性リング２
７が嵌着され、工具マガジン１７の工具ポット１７ａへ
の収納時に工具マガジン１７に形成された溝部１７ｂと
工具１に嵌着した弾性リング２７とが嵌まって軸線方向
のおよその基準となり、弾性リング２７の上下を挟むよ
うにして工具１が工具ポット１７ａに把持されている。

【００１７】キャリア２３左側面に取り付けられたプレ
ート２９にはブラケット１９に設けられたシリンダ３１
により進退するロッド３３が固定され、シリンダ３１に
エアを供給してロッド３３を進退させることにより、キ
ャリア２３上に立設したマガジンベース２５上に固定さ
れた工具マガジン１７を工具交換が可能である前進位置
（図２を参照）とワークの加工領域外の退避位置との間
でＸ軸方向に往復移動させることができる。プレート２
９右側面にプーリ３５を回転自在に支持するプーリブラ
ケット３７が取り付けられ、プーリ３５と同軸状に固着
されたピニオン３９がガイド２１に取り付けられたラッ
ク４１と噛み合っている。プレート２９には加工中に切
屑や加工液が工具マガジン１７周辺部に飛散することを
防止するカバー４３が取り付けられ、カバー４３にはプ
ーリ４５とともにマガジンカバー４７が同軸状に枢着さ
れプーリ３５、４５との間にベルト４９が張設されてい
る。

【００１８】通常、工具マガジン１７はワークの加工領
域外である退避位置にありプレート２９に固定されたロ
ッド３３が左行してマガジンカバー４７は閉じている。
しかし、工具交換時はシリンダ３１にエアが供給されて
プレート２９に固定されたロッド３３が右行し工具マガ
ジン１７が前進し、ガイド２１に取り付けられたラック
４１と噛み合っているピニオン３９に固定されたプーリ
３５が反時計回りしてベルト４９を介しプーリ４５を反
時計回りに回転させマガジンカバー４７が開く（図２を
参照）。この状態で工具マガジン１７とＮＣ工作機械の
主軸３との間でＸ、Ｙ、Ｚ軸の相対移動による自動工具
交換、または工具マガジン１７に収納されている工具１
の手動による差替えが可能となる。

【００１９】また、加工の妨げとならないテーブル１３
上の所定位置には工具１の刃先位置を検出するラインセ
ンサ５１が設けられている。図３に示すようにラインセ
ンサ５１はテーブル１３上に取り付けられたセンサベー
ス５１ａ内に、発光ダイオード等の光源からの光を平行
光線５３へ変換するレンズを内蔵する投光部５１ｂと、
投光部５１ｂから投光された光線５３を受光する複数の
電荷結合型素子（ＣＣＤ）等の受光素子５５が所定間隔
に配列された受光部５１ｃとが設けられ、投光部５１ｂ
と受光部５１ｃとは互いに対向するように配置されてい
る。工具寸法測定時に工具１がラインセンサ５１の投光
部５１ｂと受光部５１ｃとの間の測定領域に達し、投光
部５１ｂから照射される光線５３を遮光したことを受光
部５１ｃの受光素子５５で検出し電気信号に変換してい
る。

【００２０】さらに、センサベース５１ａの測定領域入
口部および底部にラインセンサ５１に故障が発生したり
誤動作が発生したとき工具１との接触を検出する接触板
５７が設けられている。底部の接触板５７には工具寸法
測定時に工具１からラインセンサ５１の測定領域に飛散
した切屑や加工液が投光部５１ｂおよび受光部５１ｃを
汚さないようにするとともに、投光部５１ｂおよび受光
部５１ｃの曇り止めの効果も発揮するようにラインセン
サ５１の測定領域に向けて加圧空気を上方に噴出する複
数個のノズル５７ａが配設されている。加圧空気は工具
１に向けても噴出されるようになっており、工具寸法測
定時に工具１の刃先等に付着した切屑等を測定領域外に
吹き飛ばすことも可能である。ラインセンサ５１を取り
囲むように設けられたセンサカバー５９は加工中に切屑
や加工液がラインセンサ５１周辺部に飛散することを防
止するものであり、工具寸法測定時にシリンダ（図示せ
ず）にエアが供給され開きラインセンサ５１の測定領域
を開放する。

【００２１】数値制御装置６１は数値制御部６３と刃先
位置変位量演算手段６５と工具データ記憶手段６７とを
具備している。数値制御部６３ではＮＣプログラムを読
み取り、解読して直線補間や円弧補間の演算を行い、移
動指令をサーボ部を通じてＸ軸送りモータ７、Ｙ軸送り
モータ９、Ｚ軸送りモータ１１に送出して各軸送りモー
タの駆動制御を行うとともに、主軸回転用モータ（図示
せず）に主軸３の回転指令を送出する。また、加工過程
で工具交換指令が発せられたときには工具マガジン１７
に移動指令を送出するとともに、ラインセンサ５１の測
定領域へノズル５７ａからの加圧空気供給指令を加圧空
気供給手段６９に送出する。

【００２２】工具データ記憶手段６７には工具マガジン
１７に収納された工具１をツールプリセッタ等の計測器
により計測した工具データをあらかじめ入力、記憶して
ある。この工具データは工具番号とともにボールエンド
ミル、スクエアエンドミル、フェイスエンドミル、ドリ
ル等の工具種類と工具長、工具径等のデータである。刃
先位置変位量演算手段６５は工具寸法測定時にラインセ
ンサ５１の光線５３が工具１により遮光されたことをラ
インセンサ５１で検出したときの送り軸の位置データと
必要に応じてラインセンサ５１の出力パターンとから求
めた実測工具データと、工具データ記憶手段６７から送
出された工具データと、から工具１の刃先位置変位量で
ある工具オフセット量を演算して数値制御部６３へ送出
している。

【００２３】機械制御装置７１は送り軸位置検出手段７
３と接触検出手段７５とを具備している。送り軸位置検
出手段７３では数値制御装置６１内の数値制御部６３か
ら各軸送りモータに送出される移動指令によりリニアス
ケールやロータリエンコーダ等を介してＸ、Ｙ、Ｚ軸の
各送り軸の位置を刻々読み込んでいる。また、接触検出
手段７５はラインセンサ５１に故障が発生したり誤動作
が発生したときに、工具１とセンサベース５１ａの底部
等に設けられた接触板５７との接触を検出して数値制御
部６３に各軸送りモータの停止指令を送出する。

【００２４】ここから、本発明実施形態の工具の刃先位
置測定機能を備えたＮＣ工作機械において、工具交換後
に工具マガジンから主軸に装着された工具の工具長およ
び工具径をラインセンサを用いて測定する動作制御の過
程を説明する。 （１）所望形状の加工に用いる刃部形状の異なった複数
種類の工具１に弾性リング２７を嵌着して工具マガジン
１７の工具ポット１７ａに収納する。主軸３に工具１が
装着されている場合は工具１を返却するための空の工具
ポット１７ａを工具マガジン１７に設けておく（図１を
参照）。 （２）加工過程で数値制御装置６１の数値制御部６３か
ら工具交換指令が発せられると、数値制御部６３から機
械制御装置７１に工具マガジン１７の移動指令が送出さ
れ、シリンダ３１にエアが供給されて工具マガジン１７
が工具交換可能な位置まで前進するとともにマガジンカ
バー４７が開く。その後、工具マガジン１７とＮＣ工作
機械の主軸３との間でＸ、Ｙ、Ｚ軸の相対移動により自
動工具交換が行われる。

【００２５】（３）工具交換後に数値制御部６３から工
具寸法測定指令が発せられると、数値制御部６３からの
移動指令に基づいて工具１がラインセンサ５１上に位置
決めされる。 （４）工具データ記憶手段６７から当該工具１の工具番
号により工具種類、工具長、工具径等の工具データが刃
先位置変位量演算手段６５に送出される。 （５）工具１を加工時の所望回転速度で回転させる。数
値制御部６３から加圧空気供給手段６９に加圧空気供給
指令が送出されラインセンサ５１の投光部５１ｂと受光
部５１ｃとの間の測定領域に加圧空気が噴出されるとと
もに、センサカバー５９が開きラインセンサ５１の測定
領域が開放状態となる。 （６）ラインセンサ５１の投光部５１ｂから受光部５１
ｃに向けて光線５３が照射されラインセンサ５１上に位
置決めされた工具１をＺ軸方向へ下降させる。

【００２６】（７）工具１によりラインセンサ５１の受
光部５１ｃで光線５３を遮光した瞬間の出力が送り軸位
置検出手段７３で検出されたら、その出力を検出した瞬
間のＺ軸位置を数値制御部６３からＺ軸送りモータ１１
に送出された移動指令より求める。ここで、ラインセン
サ５１に故障が発生したり誤動作が発生したときには、
工具１とセンサベース５１ａの底部等に設けられた接触
板５７との接触を接触検出手段７５が検出し数値制御部
６３にＺ軸送りモータ１１の停止指令を送出するために
工具１やラインセンサ５１を破損することがなく安全で
ある。 （８）求めたＺ軸位置と工具データ記憶手段６７に記憶
された工具長データとから刃先位置変位量演算手段６５
で工具長変位量を演算して、工具長オフセット量として
数値制御部６３に送出し当該工具１におけるＮＣプログ
ラムの移動量を補正しながら所望形状の加工が行われ
る。

【００２７】（９）さらに、工具径を測定したい場合に
は工具１をＺ軸方向へ下降させていき、工具径を測定し
たい位置に達した瞬間に工具１によりラインセンサ５１
の受光部５１ｃで光線５３が遮光された出力パターンか
ら遮光幅を求める。 （１０）求めたラインセンサ５１の受光部５１ｃにおけ
る光線５３の遮光幅と工具データ記憶手段６７に記憶さ
れた工具径データとから刃先位置変位量演算手段６５で
工具径変位量を演算して、工具径オフセット量として数
値制御部６３に送出する。ここで、ラインセンサ５１の
前方から光線５３に向けて工具１を移動させて行き光線
５３を遮光した瞬間の工具１の位置と、ラインセンサ５
１の後方から光線５３に向けて工具１を移動させて行き
光線５３を遮光した瞬間の工具１の位置とから工具１の
移動量を演算して、その移動量と光線５３の全幅との差
から工具径を求めてもよい。

【００２８】次に、工具交換後に工具マガジンから主軸
に装着された工具の刃先形状をラインセンサを用いて測
定する動作制御を説明する。工具交換後に主軸３に装着
された工具１をラインセンサ５１上に位置決めした後、
加工時の回転速度で回転させながらＺ軸方向へ所定量ず
つ下降させていき、送り軸位置検出手段７３で求めた各
所定位置と各所定位置において工具１によりラインセン
サ５１の受光部５１ｃで光線５３が遮光された出力パタ
ーンとから刃先位置変位量演算手段６５で実測工具デー
タを演算する。演算した実測工具データと工具データ記
憶手段６７に記憶された工具データとから刃先位置変位
量演算手段６５で工具１の刃先位置変位量を演算して、
工具長オフセット量および工具径オフセット量として数
値制御部６３に送出する。また、工具データ記憶手段６
７に工具１の許容変位量を記憶させておき、刃先位置変
位量演算手段６５で演算された刃先位置変位量と記憶さ
れた許容変位量とを比較した結果、記憶された許容変位
量を越えている場合に当該工具１が摩耗していると判断
し、数値制御部６３に予備工具交換指令を送出するよう
にしてもよい。

【００２９】さらに、図４にはラインセンサ５１におけ
る光線５３を縦方向にも所定間隔で並列に配設したマト
リックスセンサ７７を示している。マトリックスセンサ
７７はセンサベース７７ａに内蔵された投光部（図示せ
ず）と受光部７７ｃとの間の測定領域にラインセンサ５
１の測定領域と比べて幅を持たせたものである。マトリ
ックスセンサ７７を用いた工具寸法測定の動作制御を説
明する。工具交換後に工具マガジン１７から主軸３に装
着された工具１をマトリックスセンサ７７上に位置決め
した後で、加工時の回転速度で回転させながらＺ軸の所
定位置へ下降させ、工具径および刃先形状を測定する個
所をマトリックスセンサ７７の投光部と受光部７７ｃと
の間の測定領域に位置させる。その位置において工具１
によりマトリックスセンサ７７の受光部７７ｃで光線５
３が遮光された出力パターンと送り軸位置検出手段７３
で検出した位置とから当該工具１の工具径および刃先形
状を求める。こうして求めた実測工具データと工具デー
タ記憶手段６７に記憶された工具データとから刃先位置
変位量演算手段６５で工具１の刃先位置変位量を演算し
て、工具長オフセット量または工具径オフセット量とし
て数値制御部６３に送出する。よって、ボールエンドミ
ルの先端球部の正確な刃先形状やあり溝フライスの刃部
の正確な角度等が求められ、適切な補正を数値制御部６
３に施して高精度の加工を行うことができる。なお、本
実施形態で用いているラインセンサ５１やマトリックス
センサ７７の受光素子５５は数μｍ間隔で配列されてお
り、ミクロンオーダの工具１の刃先位置測定が可能とな
っている。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば，工具交換後等の工具寸法測定時、主軸に装着
された工具を加工時の回転速度で回転させながらテーブ
ルに設けられ互いに対向配置された投光部と複数個の受
光素子を所定間隔に並べて構成した受光部とを有する光
学式の刃先位置検出手段の測定領域に移動させ、刃先位
置検出手段が遮光を検出したときに送り軸位置検出手段
で検出した送り軸の位置および必要に応じて刃先位置検
出手段の出力パターンから求めた実測工具データと、工
具データ記憶手段に記憶された工具の工具種類、長さ、
直径等の工具データと、から刃先位置変位量演算手段で
工具の刃先位置変位量を演算し、演算した刃先位置変位
量をＮＣ工作機械の数値制御部に工具長オフセット量ま
たは工具径オフセット量として送出するようにした。よ
って、数値制御部ではこうしたオフセット量を用いて移
動指令の補正をしながら所望形状の加工を行うので、高
精度の加工を実現することができる。また、非接触式の
刃先位置検出手段を採用しているため、加工時の回転速
度で回転している工具の寸法測定から工具オフセット量
の演算までをＮＣ工作機械上で正確に行え、加工の高速
化および高精度化を図ることができる。微小径の工具の
寸法測定時に刃先が欠損することもなく、刃先材質にも
左右されないのであらゆる工具の寸法測定が可能になっ
た。

【００３１】さらに、工具寸法測定時に刃先位置検出手
段の測定領域に加圧空気噴出手段から加圧空気を噴出す
るようにしたので、工具が回転することにより切屑や加
工液が測定領域に飛散したとしても刃先位置検出手段の
投光部および受光部を汚すことがなくなり、かつ加圧空
気は工具に向けても噴出されるため工具の刃先に付着し
た切屑や加工液を測定領域外に吹き飛ばすこともでき清
潔な測定環境下で工具の刃先位置の測定を行うことがで
きる。加えて、工具寸法測定時に工具が刃先位置検出手
段の測定領域に移動する際に刃先位置検出手段に故障が
発生したり誤動作が発生しても工具と刃先位置検出手段
との接触を検出する接触検出手段からＮＣ工作機械の数
値制御部に停止信号が送出されるので工具や刃先位置検
出手段を大きく損傷させることもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施形態の工具の刃先位置測定機能を備
えたＮＣ工作機械の要部側面図および構成ブロック図で
ある。

【図２】図１の矢視Ａによる正面図である。

【図３】ラインセンサの投光部および受光部を示す平面
断面図である。

【図４】工具の刃先位置測定時のマトリックスセンサを
示す側面図である。

【符号の説明】

１ 工具 ３ 主軸 ５ 主軸頭 １３ テーブル ５１ ラインセンサ ５１ａ センサベース ５１ｂ 投光部 ５１ｃ 受光部 ５３ 光線 ５５ 受光素子 ５７ 接触板 ５７ａ ノズル ６１ 数値制御装置 ６３ 数値制御部 ６５ 刃先位置変位量演算手段 ６７ 工具データ記憶手段 ６９ 加圧空気供給手段 ７１ 機械制御装置 ７３ 送り軸位置検出手段 ７５ 接触検出手段 ７７ マトリックスセンサ ７７ａ センサベース ７７ｃ 受光部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転主軸に装着された工具とテーブルに
   載置されたワークとの間で数値制御部からの移動指令に
   より送り軸を相対移動させて前記ワークを所望形状に加
   工するＮＣ工作機械において、 前記テーブルに設けられ互いに対向配置された投光部と
   複数個の受光素子を所定間隔に並べて構成された受光部
   とを有した光学式の刃先位置検出手段と、 前記工具を加工時の回転速度で回転させて前記刃先位置
   検出手段の前記投光部と受光部との間の測定領域に移動
   し、前記刃先位置検出手段が遮光を検出したときの前記
   送り軸の位置を検出する送り軸位置検出手段と、 前記工具の工具種類、長さ、直径等の工具データをあら
   かじめ記憶しておく工具データ記憶手段と、 前記送り軸位置検出手段で検出した前記送り軸の位置と
   前記工具データ記憶手段に記憶された工具データとから
   前記工具の刃先位置変位量を演算し、前記演算した結果
   を前記数値制御部に送出する刃先位置変位量演算手段
   と、 を具備したことを特徴とする工具の刃先位置測定機能を
   備えたＮＣ工作機械。
2. 【請求項２】 回転主軸に装着された工具とテーブルに
   載置されたワークとの間で数値制御部からの移動指令に
   より送り軸を相対移動させて前記ワークを所望形状に加
   工するＮＣ工作機械において、 前記テーブルに設けられ互いに対向配置された投光部と
   複数個の受光素子をマトリックス状に配列して構成され
   た受光部とを有した光学式の刃先位置検出手段と、 前記工具を加工時の回転速度で回転させて前記刃先位置
   検出手段の前記投光部と受光部との間の測定領域に移動
   し、前記送り軸が所定位置に達したときの前記送り軸の
   位置を検出する送り軸位置検出手段と、 前記工具の工具種類、長さ、直径等の工具データをあら
   かじめ記憶しておく工具データ記憶手段と、 前記送り軸位置検出手段で検出した前記送り軸の位置お
   よび前記刃先位置検出手段の出力パターンから求めた実
   測工具データと、前記工具データ記憶手段に記憶された
   工具データとから前記工具の刃先位置変位量を演算し、
   前記演算した結果を前記数値制御部に送出する刃先位置
   変位量演算手段と、 を具備したことを特徴とする工具の刃先位置測定機能を
   備えたＮＣ工作機械。
3. 【請求項３】 回転主軸に装着された工具とテーブルに
   載置されたワークとの間で数値制御部からの移動指令に
   より送り軸を相対移動させて前記ワークを所望形状に加
   工するＮＣ工作機械において、 前記テーブルに設けられ互いに対向配置された投光部と
   複数個の受光素子を直線状に並べて構成された受光部と
   を有した光学式の刃先位置検出手段と、 前記工具を加工時の回転速度で回転させて前記刃先位置
   検出手段の前記投光部と受光部との間の測定領域に所定
   移動量ずつ移動させて行き、各所定位置で前記刃先位置
   検出手段が遮光を検出したときの前記送り軸の位置を検
   出する送り軸位置検出手段と、 前記工具の工具種類、長さ、直径等の工具データをあら
   かじめ記憶しておく工具データ記憶手段と、 前記各所定位置における前記送り軸位置検出手段で検出
   した前記送り軸の位置および前記刃先位置検出手段の出
   力パターンから求めた実測工具データと、前記工具デー
   タ記憶手段に記憶された工具データとから前記工具の刃
   先位置変位量を演算し、前記演算した結果を前記数値制
   御部に送出する刃先位置変位量演算手段と、 を具備したことを特徴とする工具の刃先位置測定機能を
   備えたＮＣ工作機械。
4. 【請求項４】 前記刃先位置検出手段の測定領域に加圧
   空気を噴出する加圧空気噴出手段をさらに具備した請求
   項１から３のいずれか１項に記載の工具の刃先位置測定
   機能を備えたＮＣ工作機械。
5. 【請求項５】 前記工具を前記刃先位置検出手段の測定
   領域に移動する時に前記工具と前記刃先位置検出手段と
   の接触を検出して前記数値制御部に停止信号を送出する
   接触検出手段をさらに具備した請求項１から４のいずれ
   か１項に記載の工具の刃先位置測定機能を備えたＮＣ工
   作機械。