JP2004160596A - 加工機械における工具位置補正装置及び工具位置補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ベッドに対する工具位置のずれを実測出来ない。
【解決手段】工具３を第１径測定センサー７に当接させた後に第２測定センサー７ａに当接するまでの工具装着部４のストローク量の実測値Ｓｘを演算手段１０に入力して工具径の実測値Ｒを算定し、基準点Ｐを通るベッド２に対し垂直な軸線と第２径測定センサー７ａ及び位置補正センサー８間の距離から工具３の半径の実測値Ｒ／２を減じて、工具３が第２径測定センサー７ａ及び位置補正センサー８に当接した後の戻しストローク量の実測値Ｓｂｘ 、Ｓｂｙ を算定する。工具３が第２径測定センサー７ａ及び位置補正センサー８に順次当接した後に工具装着部４を戻しストローク量の実測値Ｓｂｘ 、Ｓｂｙ だけ順次動かして、工具装着部４が、基準点Ｐを通るベッド２に対し垂直な軸線上に自動的に到達して、工具位置を自動補正する。
【選択図】 図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベッドに対する工具の位置を、予め設定された基準点に自動補正する様にした加工機械における工具位置補正装置及び工具位置補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
加工機械の各部位に生じる熱変位により、ベッドに対する工具位置のずれが発生するが、従来の加工機械では、任意箇所に設置された複数個の温度センサーによる測定値を、技術者の経験則を基に作成された数式、チャート等に当て嵌めて位置ずれを算定し、該算定値を入力することで工具の位置ずれを補正してワークを加工する様にしている。
【０００３】
研究開発段階や出願段階で先行技術調査を行っておらず、記載すべき先行技術文献を知りません。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術にあっては、実際にベッドに対する工具位置のずれを測定していないため、ワークを正確に加工出来ないなど、解決せねばならない課題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記従来技術に基づく、加工機械おけるベッドに対する工具位置のずれを実測出来ない課題に鑑み、ＸＹＺ軸方向に移動可能な工具装着部を有する加工機械のベッドに基準点を設定し、該基準点を通るベッドに対し垂直なＺ軸の周囲部に、該Ｚ軸側に当接面を向けた３個又は４個のセンサーを配置すると共に、Ｚ軸に対し垂直なＸＹ軸の一方の軸線上に２個のセンサーを、他方の軸線上に残るセンサーを配置し、工具装着部におけるベッドに対し上記一方の軸線の方向のストローク量を測定する手段を設け、各センサー及びストローク量測定手段を接続して、ＸＹ軸の一方の軸線上に２個のセンサーから信号が入力された時点におけるストローク量測定手段から送られてきたストローク量の実測値により工具径の実測値を算定すると共に、各センサーからＺ軸への縦横方向の戻しストローク量を算定する演算手段を設け、工具をＸＹ軸の一方の軸線上における一方のセンサーに当接させた後に他方のセンサーに当接するまでの工具装着部のストローク量をストローク量測定手段で測定すると共に、その実測値を演算手段に入力し、該演算手段によりＸＹ軸の一方の軸線上のセンサー間の距離からストローク量の実測値を減じて工具径の実測値を算定し、次にベッドに対し垂直で基準点を通るＺ軸と第２径測定センサー及び位置補正センサー間の距離から工具の半径の実測値を減じたり、工具装着部のストローク量の実測値を１／２にして、工具が第２径測定センサー及び位置補正センサーに当接した後の工具装着部の縦横方向の戻しストローク量の実測値を算定し、工具が第２径測定センサー及び位置補正センサーに順次当接した後に工具装着部を戻しストローク量の実測値だけ動かせば、工具装着部を、ベッドに対し垂直な基準点を通るＺ軸線上に自動的に到達させて工具位置を補正する様にして、上記課題を解決する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る加工ストローク量補正装置を装備した加工機械の概略図であり、図２は、加工ストローク量補正装置の概略図であり、図３は、加工ストローク量補正装置における誤差補正装置の概略拡大平面図であり、図４は、工具の有効長さ測定方法を示す概略正面図であり、図５は、工具位置の補正方法を示す概略平面図である。
図１に示す様に、例えばマシニングセンタの様な加工機械１は、ワークＷを載置するベッド２と、複数種類の工具３を収容するマガジン（図示せず）と、ベッド２に対し進退自在、且つベッド２の縦横方向に往復移動自在、即ち、３次元方向に移動可能な工具装着部４により構成されている。
図３に示す様に、ベッド２上に設定した基準点Ｐに、ベッド２に対し垂直に設けた長さ測定センサー６を配設し、該長さ測定センサー６の先端の外周側に一対の第１、２径測定センサー７、７ａ及び位置補正センサー８を、当接面を基準点Ｐを通るＺ軸側に向けて配設し、一対の第１、２径測定センサー７、７ａを対向配設すると共に、位置補正センサー８を径測定センサー７、７ａに対し直角に配設している。つまり、長さ測定センサー６、径測定センサー７、７ａ及び位置補正センサー８は、工具装着部４の位置補正時における各工程時の動きを停止させるためのものであって、長さ測定センサー６は工具装着部４の前進方向、即ちＺ方向の動きを、径測定センサー７、７ａはベッド２の横方向、即ちＸ方向の動きを、位置補正センサー８はベッド２の縦方向、即ちＹ軸方向の動きを夫々停止させる様にしている。
又、長さ測定センサー６、第１、２径測定センサー７、７ａ及び位置補正センサー８は、工具３の先端の平面状の当接面を超合金で形成したタッチセンサーとしている。
【０００７】
そして、図２に示す様に、長さ測定センサー６、第１、２径測定センサー７、７ａ、位置補正センサー８及びＺ、Ｘ方向ストローク量測定手段９、９ａを演算手段１０に接続して、本発明に係る工具位置補正装置の第１実施例とし、長さ測定センサー６及び第１、２径測定センサー７、７ａから演算手段１０に信号が入力された時点におけるＺ、Ｘ方向方向ストローク量測定手段９、９ａから送られてきたＺ、Ｘ方向ストローク量の実測値Ｓｚ_１、Ｓｘを基に演算を行って、最終的に工具３の有効長さＬ_１、径Ｒ、第２径測定センサー７ａ及び位置補正センサー８に当接後の工具装着部４の戻しストローク量Ｓｂｘ 、Ｓｂｙ を算定する様に成っている。
【０００８】
次に、本発明に係る工具位置補正装置の第１実施例の作用について、図４、５に基づき説明する。
〔１ａ〕図４参照に示す様に、工具３の先端を長さ測定センサー６に当接させるまで工具装着部４を下動（往動）させて、Ｚ方向ストローク量測定手段９により測定された工具装着部４のＺ方向ストローク量の実測値Ｓｚ_１を演算手段１０に送り工具の有効長さＬ_１を算定する。
〔２ａ〕工具装着部４を若干上動（復動）させた後、工具３を逆回転させて、図５（ａ）に示す様に、第１径測定センサー７に当接するまでＸ方向に移動させ、次に第２径測定センサー７ａに当接するまで移動させて、Ｘ方向ストローク量測定手段９ａにより測定された工具装着部４のＸ方向ストローク量の実測値Ｓｘを演算手段１０に送り工具３の径の実測値Ｒを算定すると共に、第２径測定センサー７ａ及び位置補正センサー８に当接した工具３の基準軸線までのＸ、Ｙ方向の戻しストローク量の実測値Ｓｂｘ 、Ｓｂｙ を算定する。
〔３ａ〕図５（ｂ）に示す様に、工具装着部４をストローク量の実測値Ｓｂｘ だけＸ方向に戻してＸ方向補正を行い、次に工具３が位置補正センサー８に当接するまで工具装着部４をＹ方向に移動させた後、図５（ｃ）に示す様に、工具装着部４をストローク量の実測値Ｓｂｙ だけＹ方向に戻してＹ方向補正を行って、工具３の中心を基準点Ｐを通るＺ軸上に位置させる。
【０００９】
次に、上記第１実施例による工具３の長さ、径の測定方法及び工具位置補正方法を具体的に説明する。
〔長さ測定〕（図４参照）
工具３の有効長さＬは下記の計算式（１）で算定される。
Ｌ＝Ｈー（ｈ_１＋Ｓｚ）…………（１）
Ｈ：ベッド２と工具装着部４間の距離（定数）
Ｓｚ：工具装着部４が停止するまでのＺ方向ストローク量（変数）
ｈ_１：測定センサー６の高さ（定数）
そして、上記工具３を装着した工具装着部４を動かして得られた工具装着部４のＺ方向ストローク量の実測値Ｓｚ_１を上記（１）式に代入して、工具３の有効長さの実測値Ｌ_１を算定する。
Ｌ_１＝Ｈー（ｈ_１＋Ｓｚ_１）…………（２）
次に、工具３の有効長さの初期値Ｌ_０と実測値Ｌ_１の誤差αを下記の計算式（３）で算定し、予め設定されていたＺ方向の加工ストローク量を補正する。
α＝Ｌ_０ーＬ_１…………（３）
〔径測定〕（図３、５参照）
工具３の直径の実測値Ｒは下記の計算式（４）で算定される。
Ｒ＝ＡーＳｘ…………（４）
Ａ：第１、２径測定センサー７、７ａ間の距離（定数）
Ｓｘ：第１径測定センサー７から第２径測定センサー７ａに当接するまでのＸ方向ストローク量の実測値（変数）
〔工具位置補正方法〕（図３、５参照）
工具装着部４に装着した工具３の中心を、基準点Ｐを通るＺ軸上に戻すためのＸ、Ｙ方向への戻しストローク量の実測値Ｓｂｘ 、Ｓｂｙ は、下記の計算式（５）、（６）で算定される。
Ｓｂｘ ＝Ａ１ーＲ／２…………（５）
Ｓｂｙ ＝Ｂ１ーＲ／２…………（６）
Ａ１：Ｚ軸と第２径測定センサー７ａ間の距離（定数）
Ｂ１：Ｚ軸と位置補正センサー８間の距離（定数）
そして、第２径測定センサー７ａへの当接後に戻しストローク量の実測値Ｓｂｘ だけ、位置補正センサー８への当接後に戻しストローク量の実測値Ｓｂｙ だけ工具装着部４を動かして、工具３の中心が基準点Ｐを通るＺ軸上に到達する様にしている。
又、基準点Ｐが第１、２径測定センサー７、７ａ間の中心に設定されている場合、工具３の中心を、基準点Ｐを通るＺ軸上に戻すためのＸへの戻しストローク量の実測値Ｓｂｘ は、下記の計算式（７）で算定される。
Ｓｂｘ ＝Ｓｘ／２…………（７）
【００１０】
又、他の実施例にあっては、図６に示す様に、長さ測定センサー６の先端の外周側に一対の第１、２径測定センサー７、７ａ及び一対の位置補正センサー８、８ａを配設し、一対の第１、２径測定センサー７、７ａを対向配設すると共に、位置補正センサー８、８ａを径測定センサー７、７ａに対し直角に配設している。
【００１１】
そして、図７に示す様に、長さ測定センサー６、第１、２径測定センサー７、７ａ、第１、２位置補正センサー８、８ａ及びＺ、Ｘ、Ｙ方向ストローク量測定手段９、９ａ、９ｂを演算手段１０に接続して、本発明に係る工具位置補正装置とし、長さ測定センサー６、第１、２径測定センサー７、７ａ及び第１、２位置補正センサー８、８ａから演算手段１０に信号が入力された時点におけるＺ、Ｘ、Ｙ方向方向ストローク量測定手段９、９ａ、９ｂから送られてきたＺ、Ｘ、Ｙ方向ストローク量の実測値Ｓｚ_１、Ｓｘ、Ｓｙを基に演算を行って、最終的に工具３の有効長さ、径、第２径測定センサー７ａ及び第２位置補正センサー８ａに当接後の工具装着部４の戻しストローク量の実測値Ｌ_１、Ｒ、Ｓｂｘ 、Ｓｂｙ を算定する様に成っている。
【００１２】
次に、本発明に係る工具位置補正装置の第２実施例の作用について、図７に基づき説明する。
〔１ｂ〕第１実施例における〔１ａ〕工程と同じ。
〔２ｂ〕工具装着部４を若干上動（復動）させた後、工具３を逆回転させて、図７（ａ）に示す様に、第１径測定センサー７に当接するまでＸ方向に移動させ、次に第２径測定センサー７ａに当接するまで移動させて、Ｘ方向ストローク量測定手段９ａにより測定された工具装着部４のＸ方向ストローク量の実測値Ｓｘを演算手段１０に送り工具３の径の実測値Ｒを算定すると共に、第２径測定センサー７ａ及び第２位置補正センサー８ａに当接した工具３の基準軸線までのＸ、Ｙ方向の戻しストローク量の実測値Ｓｂｘ 、Ｓｂｙ を算定する。
〔３ｂ〕図７（ｂ）に示す様に、工具装着部４をストローク量の実測値Ｓｂｘ だけＸ方向に戻してＸ方向補正を行い、次に工具３が第１位置補正センサー８に当接するまで工具装着部４をＹ方向に移動させると共に、図７（ｃ）に示す様に、第２位置補正センサー８ａに当接するまでＹ方向に移動させ、次に図７（ｄ）に示す様に、工具装着部４をストローク量の実測値Ｓｂｙ だけＹ方向に戻してＹ方向補正を行って、工具３の中心を基準点Ｐを通るＺ軸上に位置させる。
【００１３】
次に、上記第２実施例による工具３の長さ、径の測定方法及び工具位置補正方法を具体的に説明する。
〔長さ測定〕
第１実施例と同一のため、省略する。
〔径測定〕
第１実施例と同一のため、省略する。
〔工具位置補正方法〕（図７参照）
工具装着部４に装着した工具３の中心を、基準点Ｐを通るＺ軸上に戻すためのＸ方向への戻しストローク量の実測値Ｓｂｘ は上記計算式（５）と同一であるが、、Ｙ方向への戻しストローク量の実測値Ｓｂｙ は、下記の計算式（６）’で算定される。
Ｓｂｙ ＝Ｂ２ーＲ／２…………（６）’
Ｂ２：Ｚ軸と第２位置補正センサー８ａ間の距離（定数）
そして、第２径測定センサー７ａへの当接後に戻しストローク量の実測値Ｓｂｘ だけ、第２位置補正センサー８ａへの当接後に戻しストローク量の実測値Ｓｂｙ だけ工具装着部４を動かして、工具３の中心が基準点Ｐを通るＺ軸上に到達する様にしている。
又、基準点Ｐが第１、２径測定センサー７、７ａ間及び第１、２位置補正センサー８、８ａ間の中心に設定されている場合、工具３の中心を、基準点Ｐを通るＺ軸上に戻すためのＸ方向への戻しストローク量の実測値Ｓｂｘ は、上記計算式（７）と同一であるが、Ｘ方向への戻しストローク量の実測値Ｓｂｙ は下記の計算式（８）で算定される。
Ｓｂｙ ＝Ｓｙ／２…………（８）
【００１４】
尚、上記工具位置補正操作は、基準点Ｐと長さ測定点が不一致か否かに拘らず、工具３の交換毎に行う様にしている。
【００１５】
【発明の効果】
要するに本発明は、ＸＹＺ軸方向に移動可能な工具装着部４を有する加工機械１のベッド２に基準点Ｐを設定し、該基準点Ｐを通るベッド２に対し垂直なＺ軸の周囲部に、該Ｚ軸側に当接面を向けたセンサー７、７ａ、８（８ａ）を配置すると共に、Ｚ軸に対し垂直なＸＹ軸の一方の軸線上に２個の第１、２径測定センサー７、７ａを、他方の軸線上に１個又は２個の位置補正センサー８（８ａ）を配置したので、工具装着部４をＸＹ軸方向に動かして、２個の第１、２径測定センサー７、７ａ及び位置補正センサー８（８ａ）に当接させることで、工具装着部４のストローク量の実測値Ｓｘ、Ｓｙを測定することを可能にしている。
又、工具装着部４における第１、２径測定センサー間のストローク量を測定する手段９ａを設け、第１、２径測定センサー７、７ａ、位置補正センサー８（８ａ）及びストローク量測定手段９ａを接続して、第１、２径測定センサー７、７ａから信号が入力された時点におけるストローク量測定手段９ａから送られてきたストローク量の実測値Ｓｘにより工具径の実測値Ｒを算定すると共に、第２径測定センサー７ａ及び位置補正センサー８（８ａ）から基準点Ｐへの縦横方向の戻しストローク量Ｓｂｘ 、Ｓｂｙ を算定する演算手段１０を設けたので、工具３の長さ測定位置Ｐ１が基準点Ｐ上に無い場合でも、単に工具装着部４のストローク量を測定するだけで、工具３の位置を長さ測定位置Ｐ１から基準点Ｐに自動的に補正することが出来るため、ワークＷを正確に加工することが出来る。
【００１６】
工具３を第１径測定センサー７に当接させた後に第２径測定センサー７ａに当接するまでの工具装着部４のストローク量をストローク量測定手段９ａで測定すると共に、その実測値Ｓｘを演算手段１０に入力し、該演算手段１０により第１、２径測定センサー７、７ａ間の距離Ａから実測値Ｓｘを減じて工具径の実測値Ｒを算定し、次にベッド２に対し垂直で基準点Ｐを通るＺ軸と第２径測定センサー７ａ及び位置補正センサー８（８ａ）間の距離Ａ１、Ｂ１（Ｂ２）から工具の半径の実測値Ｒ／２を減じて、工具３が第２径測定センサー７ａ及び位置補正センサー８に当接した後の工具装着部４のＸＹ方向の戻しストローク量の実測値Ｓｂｘ 、Ｓｂｙ を算定する様にしたので、単に定数Ａ、Ａ１、Ｂ１（Ｂ２）から実測値Ｓｘ、Ｒ／２を減ずる演算だけで必要なデータ、即ち実測値Ｒ、Ｓｂｘ 、Ｓｂｙ を算定することが出来るため、非常に簡単に工具位置の補正操作を行うことが出来る。
【００１７】
Ｚ軸を第１、２径測定センサー７、７ａ間の中心に設定し、工具２を第１径測定センサー７に当接させた後に第２径測定センサー７ａに当接するまでの工具装着部４のストローク量をストローク量測定手段９ａで測定すると共に、その実測値Ｓｘを演算手段１０に入力し、該演算手段１０により第１、２径測定センサー７、７ａ間の距離Ａから上記実測値Ｓｘを減じて工具径の実測値Ｒを算定し、上記ストローク量の実測値Ｓｘの半分を、工具３が第２径測定センサー７ａに当接した後の工具装着部４のＸＹ軸の一方の戻しストローク量の実測値Ｓｂｘ とし、Ｚ軸と位置補正センサー８（８ａ）間の距離Ｂ１（Ｂ２）から工具の半径の実測値Ｒ／２を減じて、工具３が位置補正センサー８（８ａ）に当接した後の工具装着部のＸＹ軸の他方の戻しストローク量の実測値Ｓｂｙ を算定する様にしたり、或いは、Ｚ軸を第１、２径測定センサー７、７ａ間及び第１、２位置補正センサー８、８ａ間の中心に設定し、工具３を一方の第１径測定センサー７及び第１位置補正センサー８に当接させた後に他方の第２径測定センサー７ａ及び第２位置補正センサー８ａに当接するまでの工具装着部４のストローク量をストローク量測定手段９ａ、９ｂで測定すると共に、その実測値Ｓｘ、Ｓｙを演算手段１０に入力し該演算手段１０により１／２にすることで、工具３が他方の第２径測定センサー７ａ及び第２位置補正センサー８ａに当接した後の工具装着部４のＸＹ軸方向の戻しストローク量の実測値Ｓｂｘ 、Ｓｂｙ を算定する様にしたので、上記と同様に非常に簡単に工具位置の補正操作を行うことが出来る等その実用的効果甚だ大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る工具位置補正装置を装備した加工機械の概略図である。
【図２】工具位置補正装置の第１実施例の概略図である。
【図３】工具位置補正装置における各センサーの位置関係を示す概略拡大平面図である。
【図４】工具の有効長さ測定方法を示す概略正面図である。
【図５】工具位置の補正方法を示す概略平面図である。
【図６】工具位置補正装置の第２実施例の概略図である。
【図７】図６の工具位置補正装置による工具位置の補正方法を示す概略平面図である。
【符号の説明】
１ 加工機械
２ ベッド
４ 工具装着部
７、７ａ 第１、２径測定センサー
８、８ａ 第１、２位置補正センサー
９ａ、９ｂ ストローク量測定手段
１０ 演算手段
Ｐ 基準点
Ｒ 工具径の実測値
Ｓｘ、Ｓｙ ストローク量の実測値
Ｓｂｘ 、Ｓｂｙ 戻しストローク量の実測値

Claims (5)

1. ＸＹＺ軸方向に移動可能な工具装着部を有する加工機械のベッドに基準点を設定し、該基準点を通るベッドに対し垂直なＺ軸の周囲部に、該Ｚ軸側に当接面を向けた３個又は４個のセンサーを配置すると共に、Ｚ軸に対し垂直なＸＹ軸の一方の軸線上に２個の第１、２径測定センサーを、他方の軸線上に残る位置補正センサーを配置し、工具装着部における第１、２径測定センサー間のストローク量を測定する手段を設け、第１、２径測定センサー、位置補正センサー及びストローク量測定手段を接続して、第１、２径測定センサーから信号が入力された時点におけるストローク量測定手段から送られてきたストローク量の実測値により工具径の実測値を算定すると共に、第２径測定センサー及び位置補正センサーからＺ軸へのＸＹ方向の戻しストローク量を算定する演算手段を設けたことを特徴とする加工機械における工具位置補正装置。
2. センサーを４個にして位置補正センサーを２個にし、工具装着部における第１、２位置補正センサー間のストローク量を測定する手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の加工機械における工具位置補正装置。
3. 請求項１記載の工具位置補正装置を使用する工具位置補正方法であって、工具を第１径測定センサーに当接させた後に第２径測定センサーに当接するまでの工具装着部のストローク量をストローク量測定手段で測定すると共に、その実測値を演算手段に入力し、該演算手段により第１、２径測定センサー間の距離から実測値を減じて工具径の実測値を算定し、次にベッドに対し垂直で基準点を通るＺ軸と第２径測定センサー及び位置補正センサー間の距離から工具の半径の実測値を減じて、工具が第２径測定センサー及び位置補正センサーに当接した後の工具装着部のＸＹ方向の戻しストローク量の実測値を算定する様にしたことを特徴とする加工機械における工具位置補正方法。
4. 請求項１記載の工具位置補正装置を使用する工具位置補正方法であって、Ｚ軸を第１、２径測定センサー間の中心に設定し、工具を第１径測定センサーに当接させた後に第２径測定センサーに当接するまでの工具装着部のストローク量をストローク量測定手段で測定すると共に、その実測値を演算手段に入力し、該演算手段により第１、２径測定センサー間の距離から実測値を減じて工具径の実測値を算定し、上記ストローク量の実測値の半分を、工具が第２径測定センサーに当接した後の工具装着部のＸＹ軸の一方の戻しストローク量の実測値とし、Ｚ軸と位置補正センサー間の距離から工具の半径の実測値を減じて、工具が位置補正センサーに当接した後の工具装着部のＸＹ軸の他方の戻しストローク量の実測値を算定する様にしたことを特徴とする加工機械における工具位置補正方法。
5. 請求項２記載の工具位置補正装置を使用する工具位置補正方法であって、Ｚ軸を第１、２径測定センサー間及び第１、２位置補正センサー間の中心に設定し、工具を一方の第１径測定センサー及び第１位置補正センサーに当接させた後に他方の第２径測定センサー及び第２位置補正センサーに当接するまでの工具装着部のストローク量をストローク量測定手段で測定すると共に、その実測値を演算手段に入力し該演算手段により１／２にすることで、工具が他方の第２径測定センサー及び第２位置補正センサーに当接した後の工具装着部のＸＹ軸方向の戻しストローク量の実測値を算定する様にしたことを特徴とする加工機械における工具位置補正方法。

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