JPH0691485A

JPH0691485A - ５面加工機の信号伝達装置

Info

Publication number: JPH0691485A
Application number: JP24608292A
Authority: JP
Inventors: Minoru Kitayama; 稔北山; Hideki Nakano; 英樹中野; Takeshi Sugiyama; 武司杉山
Original assignee: Yamazaki Mazak Corp
Current assignee: Yamazaki Mazak Corp
Priority date: 1992-09-16
Filing date: 1992-09-16
Publication date: 1994-04-05

Abstract

(57)【要約】【目的】５面加工機において、旋回ヘッドからの信号
を本体側の制御装置に伝達する装置を提供する。【構成】５面加工機は、ヘッド支持部１０に対して旋
回軸１２を介して旋回自在にとりつけられる旋回ヘッド
１９を有し、旋回ヘッド１９に主軸スピンドル２２がと
りつけられる。旋回軸１２の外周部にはリング状の発信
器２００が設けられ、ヘッド支持部１０側に設けた受信
器２２０に対して非接触で信号を伝達する。スピンドル
に装着されるタッチセンサ工具１５０も発信器１５４を
有し、旋回ヘッド１９側の受信器１６０に信号を伝達す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ワークの斜め面を加工
する能力を有する５面加工機における信号の伝達装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】機械座標に対して傾いた軸を中心に旋回
する主軸ヘッドと、回転テーブルを備えてワークの斜め
面を含む５面を加工する５軸制御加工機は、特願平３ー
１８１５２２号として本出願人により既に提案されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】この加工機にあって
は、主軸スピンドルをとりつけたヘッドは、ヘッド支持
部材に対して機械座標に対して傾いた旋回軸を中心に旋
回する。主軸スピンドルは、ボーリング加工やタッピン
グ加工の際にスピンドルを一定位置に停止させるオリエ
ント機構を有し、オリエント機構からの信号を本体側へ
伝達する回線を設ける必要がある。ヘッドが旋回する
と、この回線が旋回軸に巻き付く。したがって、この回
線の過度の巻き付きを防止する処理が必要となる場合が
あり、時としてこの影響により、旋回軸の旋回角度に制
限を受ける場合もある。また、スピンドルにタッチセン
サ工具を装着した場合には、タッチセンサの信号を本体
側へ伝達するラインを設ける必要がある。この場合も、
前記と同様に、信号線の処理が問題となる。本発明はヘ
ッドが旋回しても円滑に信号を伝達することができる装
置を提供するものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明を実施する５面加
工機は、フレームと、フレーム上の水平面内で直交する
２軸に沿って移動するコラム及びテーブルと、コラムに
対して垂直方向に移動するヘッド支持部材と、ヘッド支
持部材に、水平面に対して４５度の角度をもつ第１の旋
回軸まわりに旋回自在に支持される旋回ヘッドと、第１
の旋回軸に対して４５度の角度をもつ第５の軸上に配設
される主軸スピンドルと、主軸スピンドルの回転停止位
置を規制する手段と、テーブル面に対して垂直方向の第
２の旋回軸まわりにテーブルを旋回する手段とを備え
て、テーブル上に搭載されたワークの上面及び側面を加
工する能力を有する。そして、旋回ヘッドの旋回軸の外
周部に装備されるリング状の発信器と、リング状の発信
器の信号を非接触で受信するヘッド支持部材に装備され
る受信器を備える。

【０００５】

【作用】以上の手段を備えることにより、旋回ヘッドに
装備される主軸スピンドルからの信号や、主軸スピンド
ルにとりつけるタッチセンサ工具からの信号を円滑に本
体側へ伝達することができる。

【０００６】

【実施例】本発明を実施する５面加工機１は、図１に示
すように、ベッド２を有しており、ベッド２の図中前部
には、ガイド手段である直動案内軸受等を構成するガイ
ドレール３Ａが複数個、図中左右方向である矢印Ａ、Ｂ
方向（即ち、Ｘ軸方向）に平行に設けられている。これ
等ガイドレール３Ａ上には、ワーク支持装置２６が設け
られており、ワーク支持装置２６は、ベース５等を有し
ている。ベース５は、複数個のナット３ｂ、図示しない
Ｘ軸駆動モータ６５、ボールネジを介して、矢印Ａ、Ｂ
方向（Ｘ軸方向）に移動駆動自在な形で設けられてお
り、ベース５上には、略正方形状に形成されたテーブル
３５が回転中心ＣＴ１を中心として矢印Ｐ、Ｑ方向に旋
回駆動自在な形で設けられている。テーブル３５の図中
上部には、ワークを搭載するワーク搭載面３５ａが形成
されている。また、ベッド２の図中後方には、多種類の
工具３１を貯えた工具ストッカー４１が設けられてお
り、工具ストッカー４１には、マガジン４２が溝状の溝
に複数の工具３１を選択脱着自在となるよう設けられて
いる。マガジン４２には、コンベア等から成る工具搬送
チェーン４２ａが前記溝に沿って移動駆動自在に設けら
れており、工具搬送チェーン４２ａには、穴状の工具収
納部４２ｂが工具３１を脱着自在な形で設けられてい
る。

【０００７】更に、ベッド２の中央には、ガイド手段で
ある複数個の直動案内軸受等から成るガイドレール３Ｃ
が矢印Ａ、Ｂ方向とは直角な方向である矢印Ｃ、Ｄ方向
（即ち、Ｚ軸方向）に平行に設けられており、ガイドレ
ール３Ｃ上には、コラム６が、図示しないＹ軸駆動モー
タ６６、ボールネジを介して矢印Ｃ、Ｄ方向（Ｚ軸方
向）に移動駆動自在な形で設けられている。

【０００８】コラム６の側面６ｂ（矢印Ｃ、Ｄ方向と平
行な面）には、工具交換装置４９が旋回中心ＳＡ２を中
心として矢印Ｒ２、Ｓ２方向にシフター旋回部４９ａを
旋回駆動自在な形で設けられており、工具交換装置４９
は、アーム４６等から成る工具把持装置４５を有してい
る。アーム４６は、旋回中心ＳＡ１を中心として矢印Ｒ
１、Ｓ１方向に旋回駆動自在な形で設けられている。

【０００９】また、コラム６の前面６ａには、ガイド手
段である複数個の直動案内軸受等から成るガイドレール
３Ｂが図中上下方向である矢印Ｅ、Ｆ方向（即ち、Ｙ軸
方向）に平行に設けられており、ガイドレール３Ｂ上に
は、主軸台９が、図示しないＺ軸駆動モータ６７、ボー
ルネジを介して矢印Ｅ、Ｆ方向（Ｙ軸方向）に移動駆動
自在な形で設けられている。主軸台９は、ヘッド支持部
１０及び旋回ヘッド１９等を有しており、ヘッド支持部
１０には、旋回駆動機構１７を介して旋回ヘッド１９が
Ｚ軸及びＸ軸で形成される水平面に対して所定角度４５
度だけ傾いた形で設けられた回転中心ＣＴ３を中心とし
て矢印Ｇ、Ｈ方向に旋回駆動自在な形で設けられてい
る。

【００１０】ヘッド支持部１０は、図２に示すように、
本体１１、駆動軸１２及び旋回駆動機構１７等より構成
されており、本体１１は、図１に示すコラム６の前面６
ａに、ガイド手段であるガイドレール３Ｂを介して図中
上下方向である矢印Ｅ、Ｆ方向（即ち、Ｙ軸方向）に移
動駆動自在な形で設けられている。本体１１には、図２
に示すように、係合穴が、矢印Ｃ、Ｄ方向（Ｚ軸方向）
に対して所定角度α（本実施例においてはα＝４５°）
だけ傾く形で穿設形成されており、係合穴には、段付き
棒状の旋回軸１２が、ベアリング１３等を介して、その
軸心（以下、旋回中心ＣＴ３と称する。）を図２矢印
Ｃ、Ｄ方向（Ｚ軸方向）に対して所定角度αだけ傾け、
かつ旋回中心ＣＴ３を中心として矢印Ｇ、Ｈ方向に旋回
自在な形で設けられている。

【００１１】旋回軸１２には、図２に示すように、係合
穴が、該旋回軸１２を旋回中心ＣＴ３に沿って係合する
形で穿設されている。そして旋回軸１２には、旋回駆動
機構１７が接続している。旋回駆動機構１７は、本体１
１側に支持されるサーボモータ４０を備え、サーボモー
タ４０の出力軸にとりつけたギヤ４１は旋回軸１２のギ
ヤ４２にかみ合っている。したがってサーボモータ４０
の回転角に応じて、旋回軸１２は軸ＣＴ３を中心として
Ｇ、Ｈ方向に所定の角度旋回する。この旋回軸１２の先
端部にはケーシング２０がとりつけてあり、旋回ヘッド
１９を構成している。旋回ヘッド１９のケーシングに
は、主軸スピンドルに２２がベアリング２３により軸Ｃ
Ｔ５を中心としてＪ、Ｋ方向に回転自在に支持されてい
る。

【００１２】ヘッド支持部１０は、スピンドル駆動用の
サーボモータ２５を支持する。サーボモータ２５の出力
軸２６は、傘歯車２６ａを介して旋回ヘッド１９のケー
シング２０内に回転自在に支持された中間軸２７を駆動
する。中間軸２７はさらにスピンドル２２と一体のギヤ
２８を駆動する。この構成によりスピンドル２２は回転
駆動される。スピンドル先端には工具３１のシャンクを
とりつけるテーパー状の工具保持面２２ａが形成されて
いる。スピンドル２２の回転停止位置（オリエント位
置）は常に一定であり、その情報は例えば、ギヤ２８の
円周上の１点に設けられた原点ドックと、近接センサ８
０とヘッド支持部１０内の旋回軸１２の外周部にとりつ
けたリング状の発信器２００と、この発信器２００に対
向してヘッド支持部材１０のケーシング側に設けてある
受信器２２０を介して、本機のＮＣ側へ伝達される。ス
ピンドル２２内にはドローバー２９が配設されて工具を
保持する。ヘッド支持部１０の本体１１側には、自動工
具交換時にスピンドル２２のドローバー２９を押圧して
工具のとり外しを可能とするプレス装置１００が装備さ
れる。

【００１３】ところで、５面加工機１には、図１に示す
ように、加工制御装置５０が装着されており、加工制御
装置５０は、図３に示すように、主制御部５１を有して
いる。主制御部５１にはバス線５２を介してキーボード
等の入力部５３、システムプログラムメモリ５４、計測
パターンプログラム等が記憶される加工プログラムメモ
リ５５、加工制御部５６、軸制御部５７、各種工具のデ
ータを入力するバッファメモリ５８、プログラム座標変
換解析制御部６０、プリンター６１、ＣＲＴ表示部１７
７計測データ解析、演算部６２、計測ユニット６３、計
測ユニットに連結されるタッチセンサ工具１５０等が接
続される。プログラム座標変換解析制御部６０は、ワー
クの加工すべき加工面を加工する際に、該加工面の傾き
等に応じてヘッド１９及びテーブル３５を旋回させる量
を演算し、該演算結果を加工制御部５６に対して出力可
能な形で設けられている。また、軸制御部５７には、Ｘ
軸駆動モータ６５が前記ベース５をＸ軸方向（図１中矢
印Ａ、Ｂ方向）に移動駆動する形で接続されており、Ｘ
軸駆動モータ６５には、エンコーダ６５ａが該Ｘ軸駆動
モータ６５の回転角度量を軸制御部５７にフィードバッ
クする形で設けられている。また、軸制御部５７には、
Ｙ軸駆動モータ６６が前記主軸台９をＹ軸方向（図１中
矢印Ｅ、Ｆ方向）に移動駆動する形で接続されており、
Ｙ軸駆動モータ６６には、エンコーダ６６ａが該Ｙ軸駆
動モータ６６の回転角度量を軸制御部５７にフィードバ
ックする形で設けられている。更に、軸制御部５７に
は、Ｚ軸駆動モータ６７が前記コラム６をＺ軸方向（図
１中矢印Ｃ、Ｄ方向）に移動駆動する形で接続されてお
り、Ｚ軸駆動モータ６７には、エンコーダ６７ａが該Ｚ
軸駆動モータ６７の回転角度量を軸制御部５７にフィー
ドバックする形で設けられている。

【００１４】更に、軸制御部５７には、α軸駆動モータ
４０が前記旋回ヘッド１９をα軸方向（図１中矢印Ｇ、
Ｈ方向）に移動駆動する形で接続されており、α軸駆動
モータ４０には、エンコーダ６８ａが該α軸駆動モータ
４０の回転角度量を軸制御部５７にフィードバックする
形で設けられている。更に、軸制御部５７には、図示し
ないＢ軸駆動モータ６９が前記テーブル３５をＢ軸方向
（図１中矢印Ｐ、Ｑ方向）に移動駆動する形で接続され
ており、Ｂ軸駆動モータ６９には、エンコーダ６９ａが
該Ｂ軸駆動モータ６９の回転角度量を軸制御部５７にフ
ィードバックする形で設けられている。

【００１５】本発明による５面加工機１は、以上のよう
な構成を有するので、まず、図１に示す該加工機１を用
いてワークを加工するには、該ワークを、テーブル３５
のワーク搭載面３５ａ上に装着する。次に、スピンドル
２２に、加工に使用するエンドミル等の工具を工具保持
面２２ａ等を介して装着する。そして、該ワークの加工
面（ワーク座標）の前記加工機１（機械座標）に対する
位置関係を定義するために、図３に示す入力部５３を介
して、加工すべきワークの基準条件ＢＣＴを入力しバッ
ファメモリ５８に格納すると共に、面定義条件ＰＤＴを
入力し加工プログラムメモリ５５に格納する。基準条件
ＢＣＴは、加工すべきワーク全体の座標系と前記加工機
１の機械座標系間の位置関係の対応付けを行なう基準座
標ＢＣＯから成り、面定義条件ＰＤＴは、該基準座標Ｂ
ＣＯにより定義される座標系において、ワークの加工す
べき各加工面のワーク座標を定義する面定義座標ＰＣＯ
から成る。

【００１６】まず、図５に示すように、機械座標系であ
るＸ、Ｙ、Ｚ座標（図１中、矢印Ａ、Ｂ方向、矢印Ｅ、
Ｆ方向及び矢印Ｃ、Ｄ方向）において、前記加工機１の
絶対的なある点を機械原点ＭＯとする。そして、基準座
標ＢＣＯの基準原点ＢＰは、基準原点ＢＰを図４のよう
にワーク３０の一点に取り、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標系のＸ、
Ｙ、Ｚ成分で基準原点ＢＰ及び該基準原点ＢＰを基準と
する座標系を定義する。即ち、図４の例において、基準
原点ＢＰは、Ｘ成分がＸ０、Ｙ成分がＹ０、Ｚ成分がＺ
０である。そして、基準座標ＢＣＯを原点とする座標系
の各座標軸ＷＸ、ＷＹ、ＷＺは、ＸＺ平面に平行な面内
でＸ軸に対してＹ軸回りの角度ＭＢを持つ軸をＷＸ軸、
ＸＺ平面に垂直でＷＸ軸に直交し基準原点ＢＰを通る軸
をＷＹ軸、ＸＺ平面に平行な面内でＷＸ軸に直交し基準
原点ＢＰを通る軸を通る軸をＷＺ軸とする。また、角度
ＭＢは、Ｘ−Ｙ平面を基準とし時計回りを正とする角度
とし、ＷＸ−ＷＹ平面のＹ軸回りの回転角を示す。ま
た、角度ＭＡは、Ｙ軸を基準としたＸ軸回りの符号を考
えない角度とし、ＷＸ−ＷＹ平面のＸ−Ｙ平面に対する
回転角を示す。即ち、図４の例において、座標系のＷＸ
−ＷＹ平面は、角度ＭＢの角度成分がＢ０であるからＸ
−Ｙ平面に対して角度Ｂ０だけ正方向に回転しており、
ＷＸ−ＷＹ平面はＸ−Ｙ平面に垂直でありＸ−Ｙ平面に
対して角度ＭＡが０である。

【００１７】このように、基準座標ＢＣＯを指定するた
めに、これら基準原点ＢＰの成分を基準座標ＢＣＯとし
て図３に示す入力部５３から入力する。即ち、図６の
（ａ）に示す基準条件ＢＣＴにおいて、基準座標ＢＣＯ
中の「Ｘ」の桁にはＸ成分のデータＢＤ１として「Ｘ
０」を、「Ｙ」の桁にはＹ成分のデータＢＤ２として
「Ｙ０」を、「Ｚ」の桁にはＺ成分のデータＢＤ３とし
て「Ｚ０」を、「ＭＢ」の桁にはＹ軸回りの角度成分の
データＢＤ４として「Ｂ０」を、「ＭＡ」の桁にはＸ軸
回りの角度成分のデータＢＤ５として「０」を、図３に
示す入力部５３を介して入力し、バッファメモリ５８に
格納する。

【００１８】次に、基準座標ＢＣＯを指定したら、該指
定した基準座標ＢＣＯに対するワークの各加工面のワー
ク座標を定義する。即ち、面定義座標ＰＣＯは、図６の
（ａ）に示すように、ワーク３０の加工面を面、、
、、、とした場合、これら角面の左下の点（図
中黒塗四角部分で示す。）を仮に該各加工面のワーク原
点Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５、Ｗ６とする。そし
て、これら各加工面のワーク原点は、図５に示す前記基
準座標ＢＣＯのＷＸ、ＷＹ、ＷＺ成分で定義する。ま
た、角度ＷＢは、ＷＸ軸に対するＷＹ軸を中心に時計回
りを正とする角度とし、各加工面の面〜のテーブル
３５のワーク搭載面３５ａを形成するＸＺ平面に垂直な
ＷＹ軸回りのＷＸ軸に対する角度を示す。また、角度Ｗ
Ａは、ＷＹ軸に対するＷＸ軸回りの符号を考えない角度
とし、各加工面の面〜がテーブル３５のワーク搭載
面３５ａの形成するＸＺ平面と成す角度を示す。

【００１９】例えば、図５に示すワーク３０の一例にお
いて、該ワーク３０が図６の（ｂ）に示すような寸法で
あるときに、まず、加工面の面のワーク原点Ｗ１は、
ＷＸ成分が−１５０、ＷＹ成分が０、ＷＺ成分が０、Ｗ
Ｘ軸を基準としたＷＹ軸回りの角度成分ＷＢが０、ＷＹ
軸を基準としたＷＸ軸回り角度成分ＷＡが０である。同
様にして、加工面の面のワーク原点Ｗ２は、ＷＸ成分
が０、ＷＹ成分が０、ＷＺ成分が−２００、ＷＹ軸回り
の角度成分ＷＢが１８０、ＷＸ軸回りの角度成分ＷＡが
０である。更に、加工面の面のワーク原点Ｗ３は、Ｗ
Ｘ成分が０、ＷＹ成分が０、ＷＺ成分が０、ＷＹ軸回り
の角度成分ＷＢが−９０、ＷＸ軸回りの角度成分ＷＡが
０である。更に、加工面の面のワーク原点Ｗ４は、Ｗ
Ｘ成分が−１５０、ＷＹ成分が０、ＷＺ成分が−２０
０、ＷＹ軸回りの角度成分ＷＢが９０、ＷＸ軸回りの角
度成分ＷＡが０である。更に、加工面の面のワーク原
点Ｗ５は、ＷＸ成分が０、ＷＹ成分が１００、ＷＺ成分
が０、ＷＹ軸回りの角度成分ＷＢ−９０（上面は、便
宜上−９０と入力する）、ＷＸ軸回りの角度成分ＷＡが
９０である。更に、加工面の面のワーク原点Ｗ６は、
ＷＸ成分が０、ＷＹ成分が３０、ＷＺ成分が−２００、
ＷＹ軸回りの角度成分ＷＢが１８０、ＷＸ軸回りの角度
成分ＷＡが４５である。

【００２０】このように、これら加工面のワーク原点Ｗ
１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５、Ｗ６を指定するために、
これら加工面のワーク原点の成分を面定義ユニットＰＤ
Ｕの面定義座標ＰＣＯとして入力部５３から入力する。
即ち、図７の（ｂ）に示す面定義条件ＰＤＴにおいて、
一例として、面の場合には、面定義座標ＰＣＯ中の
「面」の桁には指定した加工面のデータＰＮＯとして
「１」を、「ＷＸ」の桁にはＷＸ成分のデータＰＤ１と
して「１５０」を、「ＷＹ」の桁にはＷＹ成分のデータ
ＰＤ２として「０」を、「ＷＺ」の桁にはＷＺ成分のデ
ータＰＤ３として「０」を、「ＷＢ」の桁にはＷＹ軸回
りの角度成分のデータＰＤ４として「０」を、「ＷＡ」
の桁にはＷＸ軸回りの角度成分のデータＰＤ５として
「０」を、面のデータ列ＰＳ１として図３に示す入力
部５３を介して入力し、加工プログラムメモリ５５に格
納する。以降、ワーク３０の加工面の面〜について
も同様に入力し、最終的に、図６の（ｂ）に示す面定義
条件ＰＤＴを完成させ、加工プログラムメモリ５５に格
納する。

【００２１】次に、図３に示す入力部５３を介して、主
制御部５１に対して加工開始を指令する。すると、主制
御部５１は、加工制御部５６に対して加工を行なうよう
に指令し、該指令を受けた加工制御部５６は、加工プロ
グラムメモリ５５から加工プログラムを読み出し、ワー
ク３０の加工を行なう。該加工プログラムは、図３に示
す加工制御装置５０の座標変換解析制御部６０が、入力
部５３より入力された面定義条件ＰＤＴがローディング
されており、また、加工すべきワーク３０の各加工面の
面〜に対して面定義条件ＰＤＴ中の面定義座標ＰＣ
Ｏに入力された面の数に応じて、ワーク３０各加工面の
加工指示する面〜に対応した加工ブロックが順次形
成されており、更に、各加工ブロックには、ワーク３０
の各加工面の面〜の加工データが各加工面のワーク
原点を基準に記述されている。

【００２２】ここで、特に本発明において特徴的である
ワーク３０の斜面を加工する場合について説明する。こ
の際、例えば、図４に示すように、ワーク３０の斜面で
ある面は、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸の３軸に対してそれぞれ所定
角度だけ傾いているので、工具３１を面の傾きに応じ
てＸ、Ｙ、Ｚ軸に対して所定角度だけ傾けて加工する必
要がある。そこで、まず最初に、図２に示す旋回ヘッド
１９を工具３１を装着したスピンドル２２と共に旋回中
心ＣＴ３を中心として矢印Ｇ、Ｈ方向に任意角度θだけ
旋回させた場合の、該各度θとスピンドル２２（従って
工具３１）のＸ、Ｙ、Ｚ軸に対する角度θｘ、θｙ、θ
ｚとの関係について説明する。

【００２３】即ち、図８に示すように、対称点Ｐ１を
Ｘ、Ｙ、Ｚ座標軸の原点Ｏとし、旋回中心ＣＴ３（α
軸）に対して直角でＹ軸及びＺ軸に接する半径１の円
（以下、単位円ＵＣと称する。）を考える。そして、単
位円ＵＣがＹ軸及びＺ軸に接する点をそれぞれＡ、Ｂと
する。ここで、スピンドル２２（即ち、ヘッド１９）
を、その回転中心ＣＴ５を、Ｚ軸上に位置決めした状態
から矢印Ｇ方向に角度θだけ旋回させて、図中一点鎖線
で示す位置に位置決めする。すると、スピンドル２２の
回転中心ＣＴ５も、矢印Ｇ方向に角度θだけ旋回して、
単位円ＵＣの円周に沿って点Ｂから点Ｄまで移動する。
この際、図９に示すように、点ＤからＸＺ平面及びＹＺ
平面に下ろした垂線の足をそれぞれＧ₁、Ｅ、また、足
Ｇ₁よりＺ軸に下ろした垂線の足をＦとすれば、 θ＝∠ＢＣＤ、θｘ＝∠ＤＦＧ₁ ＦＧ₁＝ＤＥ、ＤＧ₁＝ＥＦ＝ＦＢであるので、ｔａｎθｘ＝ＤＧ₁／ＦＧ₁＝ＥＦ／ＤＥｔａｎθｘ＝ＥＦ／ＤＥ（式１）となる。

【００２４】ここで、図８に示す点Ｄより直線ＡＢに垂
線を下ろし、その足をＥとすると、ＣＤ＝１であるの
で、ＤＥ＝ＣＤｓｉｎθ＝ｓｉｎθ （式２）となる。また、図８に示す三角形ＢＥＦにおいて、ＦＢ＝ＥＦ＝ＥＢｓｉｎ４５° ＝（ＢＣ−ＣＤｃｏｓθ）ｓｉｎ４５° ＥＦ＝（１−ｃｏｓθ）／√２（式３）となる。従って、（式２）、（式３）を（式１）に代入
すると、ｔａｎθｘ＝ＥＦ／ＤＥ＝（１−ｃｏｓθ）／（√２・ｓｉｎθ）となる。従って、 θｘ＝ａｒｃｔａｎ〔（１−ｃｏｓθ）／（√２・ｓｉｎθ）〕（式４）を得る。

【００２５】また、角度θｙは、図９に示す三角形ＯＤ
Ｇ₁より、ｓｉｎθｙ＝ＤＧ₁／ＯＤ θｙ＝ａｒｃｓｉｎ（ＤＧ₁／ＯＤ）ここで、ＤＧ₁＝ＥＦ、ＥＦ＝（１−ｃｏｓθ）／√２
であるから、ＤＧ₁＝（１−ｃｏｓθ）／√２となる。また、∠ＣＤＯ＝∠ＣＢＯであるので、∠ＣＢ
Ｏ＝４５°より、 ∠ＣＤＯ＝４５° となる。また、三角形ＯＤＣにおいて、ＣＤ＝１、∠Ｃ
ＤＯ＝４５°より、ＯＤ＝ＣＤｔａｎ∠ＣＤＯ＝ｔａｎ４５°＝√２となる。従って、 θｙ＝ａｒｃｓｉｎ（ＤＧ₁／ＯＤ）＝ａｒｃｓｉｎ（（（１−ｃｏｓθ）／√２）／√２） θｙ＝ａｒｃｓｉｎ（（１−ｃｏｓθ）／２）（式５）を得る。

【００２６】更に、角度θｚは、図９に示す三角形ＦＯ
Ｇ₁より、ｔａｎθｚ＝ＦＧ₁／ＯＦ＝ＤＥ／ＯＦここで、図９に示す三角形ＥＯＦより、ＯＦ＝（１＋ｃｏｓθ）／√２上式より、ｔａｎθｚ＝ｓｉｎθ／［（１＋ｃｏｓθ）／√２］＝√２ｓｉｎθ／（１＋ｃｏｓθ）従って、 θｚ＝ａｒｃｔａｎ［√２・ｓｉｎθ／（１＋ｃｏｓθ）］（式６）となる。

【００２７】従って、上述した角度θと角度θｘ、θ
ｙ、θｚとの関係に基づき、図９に示す原点Ｏより図中
左方に所定距離だけ突出した工具３１の刃先３１ａの、
ワーク３０に対する位置を正確に求められる。ここで、
角度θｙは、旋回ヘッド１９を工具３１を装着したスピ
ンドル２２と共に旋回中心ＣＴ３を中心として矢印Ｇ、
Ｈ方向に任意角度θだけ旋回させた場合の工具３１のテ
ーブル３５のワーク搭載面３５ａが形成するＸＺ平面に
対するＸ軸回りの傾きであると共に、ワーク３０の当該
工具３１により加工されるべき当該工具３１に垂直に直
交する加工すべき斜面の傾き角度ＷＡでもある。そこ
で、ワーク３０の斜面の傾きを工具３１の傾きと見做せ
ば、（式５）より、該ワーク３０の斜面の傾き角度ＷＡ
に相当する角度θｙについて旋回ヘッド１９を旋回させ
るべきヘッド旋回量ＴＡ２に相当する角度θを求めるこ
とができる。即ち、（式５）より、ｓｉｎθｙ＝（１−ｃｏｓθ）／２ｃｏｓθ＝１−２ｓｉｎθｙ θ＝ａｒｃｃｏｓ（１−２ｓｉｎθｙ）（式７）を得る。

【００２８】一方、角度θｚは、旋回ヘッド１９を工具
３１を装着したスピンドル２２と共に旋回中心ＣＴ３を
中心として矢印Ｇ、Ｈ方向に任意角度θだけ旋回させた
場合の工具３１のＺ軸に対するテーブル３５のワーク搭
載面３５ａが形成するＸＺ平面に垂直なＹ軸回りの傾き
であると共に、加工に際して、工具と加工面の垂直状態
を維持するために、工具がθｚだけ回転したことを補償
するためのテーブル３５の基準原点ＢＰからの回転量で
もある。そこで、先に求めた角度θより、該ワーク３０
の斜面の傾きに対応してテーブル３５を基準原点ＢＰか
ら旋回させるべきテーブル旋回補正量ＴＡ１に相当する
角度θｚを角度θｙについて求めることができる。即
ち、先に求めたθを（式６）に代入して、 θｚ＝ａｒｃｔａｎ［√２・ｓｉｎ（ａｒｃｃｏｓ（１−２ｓｉｎｙ））／（１＋ｃｏｓ（ａｒｃｃｏｓ（１−２ｓｉｎｙ）））］（式８）を得る。

【００２９】従って、ワーク３０の斜面を加工する際
は、角度θｙに相当するワーク３０の斜面の傾き角度Ｗ
Ａさえ分かれば、該角度θｙより旋回ヘッド１９を旋回
させるべきヘッド旋回量ＴＡ２に相当する角度θ及びテ
ーブル３５の基準原点ＢＰから旋回させるべきテーブル
旋回補正量ＴＡ１に相当する角度θｚを算出して、該ワ
ーク３０の斜面に対する工具３１の位置決めを行うこと
ができる。即ち、本発明においては、図３に示す加工制
御装置５０の座標変換解析制御部６０が、入力部５３よ
り入力された面定義座標ＰＣＯがローディングされた加
工プログラム中のワーク３０の斜面の傾き角度ＷＡのデ
ータを基に、（式７）及び（式８）より旋回ヘッド１９
のヘッド旋回量ＴＡ２に相当する角度θ及びテーブル３
５のテーブル旋回補正量ＴＡ１に相当する角度θｚを算
出する。すると、図３に示す加工制御部５６が、該算出
値を基に軸制御部５７に所定の角度を取るように指令す
る。

【００３０】以上のように、ワーク３０の斜面の傾き角
度ＷＡに相当する角度θｙ、旋回ヘッド１９のヘッド旋
回量ＴＡ２に相当する角度θ及びテーブル３５のテーブ
ル旋回補正量ＴＡ１に相当する角度θｚは関係付けられ
るので、主制御部５１の指令を受けた加工制御部５６
は、座標変換指令を認識すると、該座標変換指令に基づ
き図３に示す座標変換解析制御部６０に対して、変換後
の座標に工具３１が適応可能なようにテーブル３５及び
旋回ヘッド１９の旋回量を算出すると共に、ワーク座標
系（ＷＸ、ＷＹ、ＷＺ座標）を機械座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ
座標）に変換するように指令する。指令を受けた図３に
示す座標変換解析制御部６０は、前述したワーク座標と
機械座標との関係から、該加工プログラム中にローディ
ングされたワーク３０の各加工面の面〜に対応した
面定義座標ＰＣＯのデータＰＤ４、ＰＤ５及びバッファ
メモリ５８に格納された基準座標ＢＣＯのデータＢＤ４
に基づき、ワーク３０の各加工面の面〜に対応した
テーブル３５及び旋回ヘッド１９の旋回量の算出を行
う。また、ワーク３０の各加工面の面〜のＷＸ、Ｗ
Ｙ、ＷＺ座標を該加工プログラム中にローディングされ
たワーク３０の各加工面の面〜に対応した面定義座
標ＰＣＯのデータＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３及びバッファ
メモリ５８に格納された基準座標ＢＣＯのデータＢＤ
１、ＢＤ２、ＢＤ３からＸＹＺ座標に変換する。

【００３１】即ち、テーブル３５の旋回量は、ワーク座
標と機械座標とのズレによるテーブル旋回基本量ＴＢを
面定義座標ＰＣＯのデータＰＤ４及び基準座標ＢＣＯの
データＢＤ４から、ＴＢ＝ＰＤ４＋ＢＤ４とし、また、
ワーク３０の加工面のテーブル３５のワーク搭載面３５
ａに対する傾きによるテーブル旋回補正量ＴＡ１を面定
義座標ＰＣＯのデータＰＤ５から、ＰＤ５＝θｙとして
（式８）より、ＴＡ１（＝θｚ）が算出される。更に、
旋回ヘッド１９の旋回量は、ワーク３０の加工面のテー
ブル３５のワーク搭載面３５ａに対する傾きによるヘッ
ド旋回量ＴＡ２を面定義座標ＰＣＯのデータＰＤ５か
ら、ＰＤ５＝θｙとして（式７）より、ＴＡ２（＝θ）
を算出される。このように、図３に示す座標変換解析制
御部６０がテーブル３５及び旋回ヘッド１９の旋回量Ｔ
Ｂ、ＴＡ１、ＴＡ２の算出等の解析を行なったら、座標
変換解析制御部６０は、該解析結果を加工制御部５６に
出力し、該解析結果を受けた加工制御部５６は、軸制御
部５７に対して、各駆動モータ６９、４０を所定量駆動
するように指示する。すると、前記加工制御部５６の指
令を受けた軸制御部５７は、Ｂ軸駆動モータ６９を駆動
させて図１に示すテーブル３５をテーブル旋回基本量Ｔ
Ｂ（＝ＰＤ４＋ＢＤ４）及びテーブル旋回補正量ＴＡ１
（＝θｚ）だけＰ方向に旋回させて工具と加工面を対向
させると共に、α軸駆動モータ４０を駆動させて図１に
示す旋回ヘッド１９をヘッド旋回量ＴＡ２（＝θ）だけ
Ｇ方向に旋回させスピンドル２２の回転中心ＣＴ５、従
って工具を当該加工面に対して垂直に位置決めする。

【００３２】更に、面定義座標ＰＣＯのデータＰＤ１、
ＰＤ２、ＰＤ３及びバッファメモリ５８に格納された基
準座標ＢＣＯのデータＢＤ１、ＢＤ２、ＢＤ３からワー
ク座標系（ＷＸ、ＷＹ、ＷＺ座標）を機械座標系（Ｘ、
Ｙ、Ｚ座標）への変換を図３に示す座標変換解析制御部
６０で実行し、演算結果を加工制御部５６に出力するこ
とにより、該解析結果を受けた加工制御部５６は、軸制
御部５７に対して、各駆動モータ６５、６６、６７を所
定量駆動するように指示する。すると、前記加工制御部
５６の指令を受けた軸制御部５７は、前記加工制御部５
６の指令に基づいて各駆動モータ６５、６６、６７を所
定量駆動させる。即ち、Ｘ軸駆動モータ６６を駆動させ
て図１に示すベース５をＤ１だけＸ軸方向に移動させ、
Ｙ軸駆動モータ６６を駆動させて図１に示す主軸台９を
Ｄ２だけＹ軸方向に移動させ、Ｚ軸駆動モータ６７を駆
動させて図１に示すコラム６をＤ３だけＺ軸方向に移動
させ工具の刃先を加工すべき加工面のワーク原点に一致
させる。

【００３３】以上により、工具３１の刃先３１ａがワー
ク３０の加工面に垂直に対向する形で、工具３１を加工
開始位置（ワーク原点）に位置決めできるので、以降、
加工指令等に基づき加工制御部５６が、軸制御部５７等
に対して指示することにより、スピンドル２２を駆動
し、工具と共に矢印Ｊ又はＫ方向に回転させる。そし
て、主軸台９を矢印Ｅ、Ｆ方向に適宜移動させたり、ベ
ース５、コラム６をＸ軸方向、もしくはＺ軸方向へ移動
駆動させることにより、工具３１によって、ワーク３０
が加工される。従って、作業者は、ワークの斜面の加工
面を加工する場合、該加工面の傾きに応じてヘッドの回
転角度とテーブルの回転角度を求める必要が無く、ワー
クの斜面の加工面の傾き角度を入力するだけで、自動的
に該加工面の傾きに応じてヘッド及びテーブルは回転し
位置決めされる。

【００３４】次に、この５面加工機において、主軸スピ
ンドル２２にタッチセンサ工具１５０をとりつけて斜め
面の加工部の計測をする操作を説明する。図２に示すよ
うに、主軸スピンドル２２に装着されるタッチセンサ１
５０は、プローブ１５２を有し、プローブ１５２が対象
物に接触すると、信号を発する。この信号は、タッチセ
ンサ工具１５０と一体の第１の発信器１５４に送られ
る。ヘッド１９側には第１の受信器１６０が設けてあ
り、タッチセンサ１５０からの信号を非接触状態で受信
する。受信器１６０は旋回ヘッド１９のケーシング２０
内部をライン１７０を介して、ヘッド支持部１０内の旋
回軸１２の外周部にとりつけたリング状の第２の発信器
２００に連結されている。このリング状の発信器２００
は、旋回軸１２とともに回転するが、その外周部から信
号を発信する機能を有する。ヘッド支持部１０のケーシ
ング側には、リング状の発信器２００に対向して第２の
受信器２２０が設けてある。第２の受信器２２０は、リ
ング状発信器２００からの信号を非接触状態で受信す
る。

【００３５】図４は、リング状の発信器２００と、第１
の受信器１６０及び第２の受信器２２０の詳細を示す説
明図である。第１の受信器１６０からライン１７０を介
して送られる信号は、リング状の発信器２００の外周部
２０２から発信される。したがって、発信器２００が回
転しても、リング状の発信器に対向して配設される第２
の受信器２２０に対して、非接触により確実に信号を伝
達することができる。図１０と図１１は、このタッチセ
ンサ工具１５０を用いてワーク３０の斜め面に切削し
た穴３００の径寸法を計測する操作を説明する。先にも
説明したように、５面加工機の制御装置は、斜め面を通
常の平面と同様にとり扱って座標軸を設定することがで
きる。したがって、タッチセンサ工具１５０を装着した
スピンドルは、斜め面に垂直な軸に沿って上下動した
り、また垂直軸に直交する２軸上を移動することが可能
である。したがって、タッチセンサ工具１５０のプロー
ブ１５２を穴３００内に挿入し、直径線上を移動させ、
プローブ１５２が穴３００の側壁３０２に接触したこと
を検知し、そのときの座標を読みとることにより、穴３
００の直径寸法を計測することができる。

【００３６】図１２から図１４は、タッチセンサ工具を
用いて斜め面の加工部を計測する種々の例を示す。図１
２は、穴Ｈ₁の内径寸法Ｄ₁を計測する例と、ボス状の突
起Ｂ₁の外径寸法Ｄ₂を計測する例を示す。これらの穴や
突起を計測する際のタッチセンサ工具の動作は、予めパ
ターン化され、計測プログラムとして加工プログラムメ
モリにファイルされている。図１３は、溝Ｓ₁の幅寸法
Ｗ₁を計測する例と、ウエブ状の突起Ｍ₁の幅寸法Ｗ₂を
計測する例が示されている。同様に図１４は、２本の溝
Ｓ₁、Ｓ₂の間の中心間距離Ｌ₁を計測する例と、２個の
穴Ｈ₁、Ｈ₂の中心間距離Ｌ₂を計測する例が示されてい
る。いずれの計測にあっても、タッチセンサ工具の動作
のパターンは、前記と同様に、計測プログラムとして、
加工プログラムメモリにファイルされている。

【００３７】図１５は、本発明によるタッチセンサを使
って計測を行なう場合の、制御処理のフローチャートで
ある。ステップ１０００でスタートした処理は、ステッ
プ１０１０で工具マガジンに予め用意されたタッチセン
サ工具を、公知の工具交換装置を介して主軸スピンドル
に装着する。ステップ１０２０では、タッチセンサ工具
のプローブの軸線が計測面に対して垂直となる位置に主
軸ヘッドとテーブルを旋回させる。斜め面の角度と対応
する主軸ヘッドとテーブルの旋回角度は前述した演算式
により算出される。ステップ１０３０では、位置決めさ
れた計測面に対して、ＮＣ装置内部で３次元座標の交換
を行い、プログラム座標をセットします。ステップ１０
４０では、計測する対象に応じたタッチセンサ工具の動
作パターンを加工プログラムメモリから読み込み、計測
を実行する。ステップ１０５０でタッチセンサが接触し
た座標値より計測結果を演算し、ステップ１０６０で演
算結果を必要に応じてプリントアウトし、ステップ１０
７０で処理を終了する。

【００３８】

【発明の効果】本発明は以上のように、主軸スピンドル
を旋回ヘッドにとりつけた構造を有する５面加工機にあ
って、旋回ヘッドとヘッドの支持部材との間にリング状
の発信器を用いた信号伝達装置を備えるので、主軸のオ
リエントに関する信号等を非接触で伝達でき、旋回ヘッ
ドの作動に制約を与えない。さらに、スピンドルにタッ
チセンサ工具を装着してワークの計測をする際にも、信
号を円滑に制御装置に伝達することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による５面加工機の一実施例を示す斜視
図。

【図２】図１に示す５面加工機の主軸台の要部の一例を
示す断面図。

【図３】図１に示す５面加工機に装着された加工制御装
置の制御ブロック図。

【図４】リング状の発信器と受信器の詳細図。

【図５】座標の定義の一例を示す図。

【図６】図５に示したワークの座標データの一例を示す
図。

【図７】図１に示す５軸制御加工機に対してワークの各
加工面の座標を定義した一例を示す図。（ａ）は、基準
条件を示す図。（ｂ）は、面定義条件を示す図。

【図８】ヘッドに装着されたスピンドルとＸ、Ｙ、Ｚ軸
との間の角度を示す図。

【図９】ヘッドに装着されたスピンドルとＸ、Ｙ、Ｚ軸
との間の角度を示す図。

【図１０】加工面に対するタッチセンサ工具による計測
を示す説明図。

【図１１】図１０の断面図。

【図１２】直径寸法の計測を示す説明図。

【図１３】幅寸法の計測を示す説明図。

【図１４】中心間距離の計測を示す説明図。

【図１５】計測制御のフロー図。

【符号の説明】

２フレーム（ベッド）１０ヘッド支持手段（ヘッド支持部）１９旋回ヘッド２２工具主軸（スピンドル）３５テーブル４０ヘッド旋回駆動手段（α軸駆動モータ）５５メモリ手段（加工プログラムメモリ）５６駆動手段（加工制御部）５７駆動手段（軸制御部）６０ヘッド旋回角度、テーブル旋回角度演算手段
（座標変換解析制御部）６９テーブル旋回駆動手段（Ｂ軸駆動モータ）１５０タッチセンサ工具２００リング状発信器２２０受信器ＭＡ傾斜角度（角度）ＭＢ回転角度（角度）ＷＡ傾斜角度（角度）ＷＢ回転角度（角度）ＢＣＴ加工面角度情報（基準条件）ＰＤＴ加工面角度情報（面定義条件）ＴＡ１第２旋回角度（テーブル旋回補正量）ＴＡ２第１旋回角度（ヘッド旋回量）ＴＢ第２旋回角度（テーブル旋回基本量）ＣＴ１第２旋回軸（回転中心）ＣＴ３第１旋回軸（旋回中心）ＣＴ５工具回転軸（回転中心）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】フレームと、該フレーム上にコラムを有
し、該コラムに対して垂直方向に移動するヘッド支持部
材と、該ヘッド支持部材に対して旋回軸を介して旋回自
在にとりつけられる旋回ヘッドと、該旋回ヘッドに装備
される主軸スピンドルと、前記フレーム上にテーブルを
有し、該テーブル上に搭載されたワークの上面及び側面
を加工し得る５面加工機であって、前記旋回ヘッドの旋回軸の外周部に装備されるリング状
の発信器と、リング状の発信器の信号を非接触で受信す
るヘッド支持部材に装備される受信器を備えた５面加工
機の信号伝達装置。
【請求項２】主軸スピンドルに装着されるタッチセン
サ工具と、タッチセンサ工具に装備される発信器と、該
発信器からの信号を非接触で受信する旋回ヘッドに装備
される受信器と、該受信器の信号を前記リング状の発信
器に伝達する手段を備えた請求項１記載の５面加工機の
信号伝達装置。