JPH0318985B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は三次元曲面の自動加工方法および装置
に係り、特に塑性加工された球面状の鏡板におい
て、基準線のけがきとノズル穴およびフランジ端
面の溶接用開先部の切断加工とを複合加工するの
に好適な自動加工方法および装置に関するもので
ある。

圧力容器などの鏡板は三次元曲面をなしてお
り、一般に塑性加工される関係上図面寸法との誤
差が大きく、かつ均一な加工精度が得難い。した
がつて、塑性加工後の二次加工例えばノズル穴の
溶接開先の切断加工の自動化は非常に困難であ
る。

従来、一般的にはけがきは手動で行なわれ、開
先用の切断加工は手動か又は半自動のガスあるい
はプラズマ切断で加工するか、又は機械加工代を
残して切断し工作機械で加工されている。

ところで、第１図に示すような塑性加工後の鏡
板の基準線Ａ，Ｂなどのけがきとノズル穴および
フランジ端面の開先切断加工を自動化するには、
第２図に示すようにけがきおよび切断トーチ１
１，１２の先端部を被加工物１８に対し所定の角
度θ（鉛直線との角度）に制御し、かつ一定の高
さｈに保ち、被加工物１８の曲面形状に従つた一
定の軌道で移動させて所定のけがき線および開先
形状を得る加工を行なう必要がある。

この場合に、トーチ先端部を所定の角度θに変
化させ、移動する軌道を一定に制御することは可
能であるが、被加工物の曲面形状が規定寸法通り
でなく個々にあるいは部位によつて不均一である
と、トーチ先端部と被加工面との間隔が変動して
所定のけがき線および開先形状が得られなくな
る。

以上のような問題のため、塑性加工品である鏡
板のような被加工物のけがきや開先切断加工の複
合自動加工装置は実用化されていなかつた。

本発明の目的とするところは、三次元曲面を有
するとともに該曲面に対して所定の角度をもつて
形成される円形加工部を有する被加工物におい
て、その加工部と数値制御によつて移動する加工
装置との間隔を該被加工物の製作精度に関係なく
一定に保ち、前記加工装置を被加工物の加工箇所
に対して精度よく追従させ得る三次元曲面の自動
加工方法および装置を提供することにある。

本発明は、三次元曲面を有する被加工物に対
し、該曲面に対して角度をもつて形成される円形
加工部を加工する三次元曲面の自動加工方法にお
いて、前記被加工物の図面寸法から得られる円形
加工部の中心軸の位置および角度並びに円形加工
部表面の位置を初期設定値とし、該初期設定値に
よつて前記被加工物における円形加工部の中心軸
にその回転軸の方向および位置を一致させ、か
つ、円形加工部表面から所定距離離れた初期設定
位置に計測手段を配置し、該計測手段を円形加工
部の半径に一致した回転半径によつて順次回転さ
せるとともに前記初期設定位置から前記回転軸方
向に移動させて該初期設定位置から該円形加工部
表面までの距離を自動測定し、円形加工部表面の
複数箇所について前記測定を行い、該各測定数値
によつて前記初期設定数値の円形加工部表面の位
置を修正し、計測手段の計測部と加工手段の加工
部の位置が一致するように前記測定手段に変えて
加工手段を設置し、前記修正後の初期設定数値に
よつて該加工手段を動作させて被加工物の円形加
工部を加工することを特徴としたものである。

また、本発明は、三次元曲面を有するとともに
該曲面に角度をもつて形成される円形加工部を有
した被加工物を載置し、かつ、該被加工物を回転
可能に支持する回転テーブルと、該回転テーブル
上の被加工物の回転を制御する回転テーブル制御
手段と、前記回転テーブルの上方に配置されたフ
レームに垂直面での二次元方向に移動可能に取付
けられた主軸と、該主軸に設置され後述の計測手
段および後述の加工手段を前記被加工物の円形加
工部の中心軸角度に一致させ回転させるアーム
と、前記アームに着脱可能であつて前記主軸およ
びアームによつて前記円形加工部の中心軸線方向
へ移動し該加工部表面に接触することによつて加
工部表面位置を測定する計測手段と、前記アーム
に着脱可能であつて前記主軸およびアームによつ
て駆動され前記円形加工部を加工する加工手段
と、前記主軸およびアームを制御して前記測定手
段および加工手段を駆動する駆動系制御手段と、
前記被加工物の図面寸法から得れらる円形加工部
の中心軸の位置および角度並びに円形加工部表面
の位置を初期設定値として前記計測手段により被
加工物の円形加工部表面の位置を測定する測定動
作指令を前記駆動系制御手段へ出力するとともに
前記計測手段によつて得られた測定結果によつて
前記初期設定値を修正し該修正された初期設定値
によつて前記加工手段を動作させる加工動作指令
を前記駆動系制御手段へ出力する制御手段とから
構成したことを特徴とするものである。

以下、本発明の一実施例を第３〜５図により説
明する。１，１′はコラム、２は該コラム１，
１′で支持されたフレームである。前記フレーム
２にはヘツド駆動モータ４を有したヘツド３が該
フレーム２の長手方向すなわち左右方向（Ｙ方
向）に摺動可能に設置されており、前記ヘツド駆
動モータ４によつて移動する。５は主軸駆動モー
タ６を有し前記ヘツド３にその軸方向を垂直に配
置して取付けられた主軸である。該主軸５は中空
に構成されており、前記主軸駆動モータ６によつ
てその軸方向である上下方向（Ｚ方向）に移動可
能に構成されている。７は前記主軸５の下部に設
置されたアームで、駆動モータ８によつてその軸
心の角度を第４図矢印αで示す方向に変更するこ
とができる。なお、前記駆動モータ８の駆動力は
前記主軸５の中空部を経てアーム７へ伝えられ
る。また、前記アーム７はその軸芯廻りに駆動モ
ータ９によつて回転可能に構成されている。１
０，１１，１２は前記アーム７の先端に着脱可能
に装着される計測端子、けがきトーチ、切断トー
チである。前記計測端子１０が計測手段を構成し
ており、被加工物１８の表面に接触したことを検
知し後述する駆動系制御装置および制御装置と共
同して被加工物１８の加工部表面の位置を検出す
るものである。前記けがきトーチ１１、切断トー
チ１２が加工手段であつて、被加工物１８の表面
にけがきを行つたり、円形のノズル穴等の穴明け
加工を行うものである。このように前記計測端子
１０、けがきトーチ１１、切断トーチ１２は前記
アーム７の先端に取付けられ該アーム７の回転に
よつて円形加工部の測定或いは加工を行うものと
なつており、これらの回転半径はアーム７への設
置時点で作業者の調整によつて変更される。ま
た、該計測端子１０、けがきトーチ１１、切断ト
ーチ１２の測定部および加工部はアーム７に設置
した際にその位置が一致するように配慮されてい
る。１３はその上面に被加工物１８を載せ、回転
テーブル駆動モータ１４により該被加工物１８を
任意の角度に回転させることができる回転テーブ
ルである。該回転テーブル１３の回転角度は回転
テーブル制御装置１６から前記回転テーブル駆動
モータ１４への回転制御指令によつて制御され
る。なお、前記回転テーブル制御装置１６には被
加工物１８の図面寸法すなわち該被加工物１８に
おける円形加工部の位置が回転テーブル１３の基
準位置からの角度として入力され、前記主軸５の
垂直平面内における中心軸の移動範囲に被加工物
１８を位置せしめる回転制御指令を回転テーブル
駆動モータ１４へ出力する機能を有している。１
５は前記ヘツド駆動モータ４、主軸駆動モータ
６、駆動モータ８および駆動モータ９を数値制御
によつて制御する駆動系制御装置である。１７は
前記駆動系制御装置１５へ制御指令を出力する制
御装置である。前記駆動系制御装置１５は前記制
御装置１７からの制御指令にもとづいて前記ヘツ
ト駆動モータ４、主軸駆動モータ６、駆動モータ
８および駆動モータ９を制御する機能を有してい
る。また、前記制御装置１７には被加工物１８に
おける円形加工部の図面寸法が入力される。該制
御装置１７は前記図面寸法から前記各機器を動作
させるための初期設定値すなわち被加工物１８の
円形加工部の中心軸位置および該中心軸角度並び
に該円形加工部表面の位置に対応した各機器の動
作量を割り出し格納する機能と、該初期設定値に
よる前記計測手段の制御指令を前記駆動系制御装
置１５へ出力する機能と、前記計測端子１０から
なる計測手段の測定動作によつて得られた被加工
物１８の円形加工部表面の実際の位置から前記初
期設定値の円形加工部表面位置を修正する機能
と、該修正された初期設定値による加工手段の制
御指令を前記駆動系制御装置１５へ出力する機能
を備えている。なお、前記回転テーブル制御装置
１６には被加工物１８の図面寸法すなわち該被加
工物１８における円形加工部の位置が回転テーブ
ル１３の基準位置からの角度として入力され、前
記主軸５の垂直平面内における中心軸の移動範囲
に被加工物１８を位置せしめる回転制御指令を回
転テーブル駆動モータ１４へ出力する機能を有し
ている。

ところで、前記制御装置１７で設定される初期
設定値としては、具体的に被加工物１８における
円形加工部の中心軸の位置すなわち本装置におけ
る基準位置からの前記Ｙ方向およびＺ方向の距
離、前記円形加工部の中心軸の基準となる垂直軸
に対する角度、前記アーム７に取付けられる計測
手段をその測定動作前に被加工物表面に接触しな
いように被加工物１８から離なして位置決めする
ための前記Ｙ方向およびＺ方向の移動量を加味し
た位置を円形加工部表面の位置として用いる。し
たがつて、前記初期設定値の円形加工部表面の位
置は実際の被加工物表面の形状すなわち三次元の
形状に一致している必要はなく、平面的な形状で
も良い。

次に、本装置の動作状況を被加工物１８として
皿形鏡板におけるノズル穴の切断加工を例にとつ
て説明する。なお、前記被加工物１８は回転テー
ブル１３の上面に該回転テーブル１３の基準位置
に対して位置決めされた状態で載せられている。

(1) まず、被加工物１８における円形加工部であ
るノズル穴の図面寸法を回転テーブル制御装置
１６および制御装置１７に入力する。

(2) 前記入力データに基づいて回転テーブル制御
装置１６は回転テーブル駆動モータ１４へ回転
制御指令を出力する。該回転制御指令によつて
回転テーブル駆動モータ１４は回転テーブル１
３を回転させ、被加工物１８を所定の位置すな
わち円形加工部の中心軸が前記主軸５の移動範
囲内に位置するように位置決めする。

(3) 制御装置１７は前記入力データ基づいて制御
指令を駆動系制御装置１５へ出力し、該駆動系
制御装置１５は前記制御指令によりヘツト駆動
モータ４、主軸駆動モータ６、駆動モータ８お
よび９を数値制御によつて動作させる。これら
の機器の動作によつてアーム７が次項に示す動
作を行う。

(4) アーム７の先端には予め所定の半径すなわち
測定しようとする円形加工部の半径に一致した
半径にセツトされた計測端子１０が取付けられ
ており、前項のヘツド駆動モータ４、主軸駆動
モータ６、駆動モータ８および９の動作によつ
て該アーム７は測定動作を行う。すなわち、ア
ーム７の中心軸を円形加工部の中心軸の位置、
角度に一致させて配置した後、初期設定値に基
づいて計測端子１０をアーム７の中心軸方向へ
被加工物表面に接触するまで移動させる。そし
て、計測端子１０が被加工物表面に接触した状
態で該接触端子１０の移動量を計測して測定結
果として格納する。このようにして前記アーム
７を所定の角度だけ順次回転させながら、被加
工物１８の円形加工部表面の実際の位置を測定
する。このようにして得られた測定結果に基づ
いて制御装置１７は、前記初期設定値を修正し
て格納する。

(5) 次に、前記アーム７の計測端子１０を加工手
段である切断トーチ１２に取替える。そして、
制御装置１７は格納された修正後の初期設定値
により駆動系制御装置１５に制御指令を出力す
る。前記制御御指令を受けた駆動系制御装置１
５はヘツド駆動モータ４、主軸駆動モータ６、
駆動モータ８および９を動作させて、被加工物
１８の円形加工部表面に対応させて前記切断ト
ーチ１２を移動させて加工を行う。

なお、前記作業はあな加工の例であるが、けが
き作業について同様にして行われ、前記切断トー
チ１２に変えてけがきトーチ１１をアーム７にセ
ツトするだけである。

以上のように上記実施例によれば、けがき或い
は切断による穴明け作業の複合作業が被加工物の
図面寸法を入力するだけで自動的に行われる。ま
た、前記実施例においては、円形加工部の中心軸
にその中心軸が一致するようにセツトしたアーム
７に該円形加工部の半径に対応した計測端子１０
１を取り付け、円形加工部の中心軸廻りに該計測
端子１０を順次回転させ、かつ、前記中心軸方向
に移動させて実際に被加工物の運慶加工部表面の
位置を測定するため、該被加工物１８自体に製作
上の寸法誤差が生じていても、該誤差を前記測定
作業によつて補正することができる。したがつ
て、被加工物１８の製作精度によつて円形加工部
の精度に影響が出ることがなく、簡単、かつ、正
確にけがき或いは切断による穴明け作業等の複合
作業が行える。

以上説明したように本発明によれば、三次元曲
面を有し、かつ、該曲面に角度をもつて形成され
る円形加工部を有した被加工物の自動加工におい
て、前記円形加工部に対して計測手段および加工
手段の追従を容易かつ正確に行えるため、該円形
加工部の加工が簡単な操作で正確に行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の対象である被加工物の一例の
正面図、第２図はトーチと被加工面との関係を示
す説明図、第３図は本発明装置の一実施例を示す
平面図、第４図はその正面図、第５図は本発明の
フローチヤートである。 １……コラム、２……フレーム、３……ヘツ
ド、４……ヘツド駆動モータ、５……主軸、６…
…主軸駆動モータ、７……アーム、８，９……駆
動モータ、１０……計測端子、１１……けがきト
ーチ、１２……切断トーチ、１３……回転テーブ
ル、１４……回転テーブル駆動モータ、１５……
駆動系制御装置、１６，１７……制御装置、１８
……被加工物。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 三次元曲面を有する被加工物に対し、該曲面
   に対して角度をもつて形成される円形加工部を加
   工する三次元曲面の自動加工方法において、前記
   被加工物の図面寸法から得られる円形加工部の中
   心軸の位置および角度並びに円形加工部表面の位
   置を初期設定値とし、該初期設定値によつて前記
   被加工物における円形加工部の中心軸にその回転
   軸の方向および位置を一致させ、かつ、円形加工
   部表面から所定距離離れた初期設定位置に計測手
   段を配置し、該計測手段を円形加工部の半径に一
   致した回転半径によつて順次回転させるとともに
   前記初期設定位置から前記回転軸方向に移動させ
   て該初期設定位置から該円形加工部表面までの距
   離を自動測定し、円形加工部表面の複数箇所につ
   いて前記測定を行い、該各測定数値によつて前記
   初期設定数値の円形加工部表面の位置を修正し、
   計測手段の計測部と加工手段の加工部の位置が一
   致するように前記測定手段に変えて加工手段を設
   置し、前記修正後の初期設定数値によつて該加工
   手段を動作させて被加工物の円形加工部を加工す
   ることを特徴とした三次元曲面の自動加工方法。 ２ 三次元曲面を有するとともに該曲面に角度を
   もつて形成される円形加工部を有した被加工物を
   載置し、かつ、該被加工物を回転可能に支持する
   回転テーブルと、該回転テーブル上の被加工物の
   回転を制御する回転テーブル制御手段と、前記回
   転テーブルの上方に配置されたフレームに垂直面
   での二次元方向に移動可能に取付けられた主軸
   と、該主軸に設置され後述の計測手段および後述
   の加工手段を前記被加工物の円形加工部の中心軸
   角度に一致させ回転させるアームと、前記アーム
   に着脱可能であつて前記主軸およびアームによつ
   て前記円形加工部の中心軸線方向へ移動し該加工
   部表面に接触することによつて加工部表面位置を
   測定する計測手段と、前記アームに着脱可能であ
   つて前記主軸およびアームによつて駆動され前記
   円形加工部を加工する加工手段と、前記主軸およ
   びアームを制御して前記測定手段および加工手段
   を駆動する駆動系制御手段と、前記被加工物の図
   面寸法から得れらる円形加工部の中心軸の位置お
   よび角度並びに円形加工部表面の位置を初期設定
   値として前記計測手段により被加工物の円形加工
   部表面の位置を測定する測定動作指令を前記駆動
   系制御手段へ出力するとともに前記計測手段によ
   つて得られた測定結果によつて前記初期設定値を
   修正し該修正された初期設定値によつて前記加工
   手段を動作させる加工動作指令を前記駆動系制御
   手段へ出力する制御手段とから構成したことを特
   徴とする三次元曲面の自動加工装置。