JPH11188572A - Ｎｃ工作機械の工具交換時における刃先位置設定方法及び、この方法を実行するｎｃ工作機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工具交換時に際して、新工具の刃先座標位置
の設定を簡単に行えるようにして、ＮＣ工作機械の加工
精度及び稼働率を向上させる。 【解決手段】 工具の交換の前に、旧工具７ａの刃先位
置をセンサにより検知し、このときの座標位置を記憶す
る。次に、新工具７ｂの刃先位置をセンサにより検知
し、このときの新工具７ｂの座標位置として、記憶して
おいた旧工具の座標位置を設定する。これにより、新工
具は旧工具と同一刃先位置にあるとき、同一座標位置と
なるので、工具交換後に直ちに新しい加工物の加工を開
始することができる。

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工作機械に関
するものであり、特に、工具の交換時に、交換後の工具
の刃先座標位置を調整する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＮＣ工作機械により同一仕様の加工物を
量産する場合、工具の交換を行うに際して、交換後の工
具（新工具）の刃先座標位置を正確なものとしなければ
ならない。しかしながら、ＮＣ工作機械においては、新
工具の刃先座標位置がそれまで使用していた工具（旧工
具）のそれと全く同一になるように、新工具をその取付
部に取り付けることは困難である。また、加工を継続す
ることにより、ＮＣ工作機械の各部に熱が発生し、これ
により、加工物の位置、工具の刃先位置などが変化をす
る。このため、与えられた寸法を単純にＮＣ工作機械の
刃先座標位置に置き換えて工具経路としただけでは、高
い加工精度を得ることはできない。

【０００３】したがって、ＮＣ工作機械においては、高
い加工精度を必要とする場合、工具の交換時に、何らか
の方法で新工具の刃先の座標位置を調整する方法が取ら
れている。従来におけるＮＣ工作機械の工具交換後の刃
先座標位置の調整方法を以下に例示する。第１の方法
は、新工具を用いて試し削りを行うことにより工具オフ
セットを入れる方法である。この方法では、工具交換後
に、新工具を使用して加工物の試し削りを行う。そし
て、実際に加工された寸法を測定し、この測定値（実寸
法）と理想値（理想寸法）との差を求める。この差は、
工具座標位置の理想値に対する実際の刃先座標位置のオ
フセット値であるから、この差に基づく値を補正値とし
て使用して、以後のＮＣ加工を継続する。

【０００４】この方法は、従来技術で最も高い加工精度
が得られる方法であり、最も一般的に採用されている方
法である。この方法は、主に仕上げ加工に採用される。
第２の方法は、新工具の寸法をプリセッターで予め測定
しておき、新工具の実寸法と理想寸法との差を工具オフ
セット量に反映させる方法である。この方法は、主に、
マシニングセンターなどの用途に用いられている。

【０００５】第３の方法は、新工具に交換後、センサー
で刃先の座標位置を検知し、旧工具の刃先座標位置の初
期設定に合わせて刃先の座標位置を設定する方法であ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記第１の方法の試し
削りを行う方法は、高い精度が得られるが、工具の交換
ごとに試し削りを行う必要がある。したがって、作業が
煩雑で、ＮＣ工作機械の稼働率が低下する欠点がある。
上記第２のプリセッターを用いる方法は、プリセッター
という余分な設備を必要とし、又、精度が悪い。また、
上記第２の方法及び第３の方法では、加工を繰り返すこ
とにより、上述の熱的或いは機械的な原因により、ＮＣ
工作機械の各部位置が変化をするため、新工具の刃先の
座標位置として与えられた寸法を単純にＮＣ工作機械の
刃先座標位置に置き換えて工具経路としただけでは、高
い加工精度を得ることはできない。

【０００７】本発明は、ＮＣ工作機械により同一仕様の
加工物を量産する場合、工具の交換を行うに際して、そ
の刃先の座標位置の設定を自動的に簡単に行えるように
することにより、ＮＣ工作機械の加工精度を向上させ、
かつ、稼働率を向上させることを目的とするものであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、ＮＣ工作機械の工具交換時に、以下の手順
で新工具の刃先の座標位置を設定する。まず、ＮＣ工作
機械の工具を交換する前に、旧工具の刃先位置をセンサ
により検知し、このときの座標位置の値を記憶する。次
に、工具を交換した後に、新工具の刃先位置を前記セン
サにより検知する。そして、この検知したときの新工具
の刃先座標位置として、前記記憶していた旧工具の刃先
座標位置を設定する。

【０００９】ＮＣ工作機械の工具交換時に、以上の手順
により新工具の刃先の座標位置を設定すると、同一座標
位置を指定したとき、新工具の刃先の実際の位置は旧工
具の実際の刃先の位置と同一となる。したがって、工具
交換後に直ちに、新工具を使用して加工を継続すること
ができる。このように、本発明によれば、新工具による
試し削りを行ったり、新工具の取付け時にプリセッター
を使用する必要がなくなる。また、旧工具と新工具の刃
先の位置の検知を共通のセンサで行うことにより、ＮＣ
工作機械の熱的又は機械的な変化の影響を受けることな
く、旧工具と新工具の実際位置を一致させることができ
る。

【００１０】なお、本発明においては、新工具の刃先座
標位置として、旧工具の刃先座標位置を設定する代わり
に、センサが刃先を検知したときの刃先座標位置を、旧
工具及び新工具について記憶しておき、両方の刃先座標
位置の差を求めて、その値を前記新工具の刃先座標位置
の補正値とすることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明をＮＣ旋盤に適用した実施
形態について図を用いて説明する。図１は、ＮＣ旋盤の
概略構造を示す。図１において、ＮＣ旋盤１は、旋盤本
体２と、ＮＣ制御盤３とから構成される。旋盤本体２
は、主軸台４、チャック５、ターレット６、工具７、タ
ッチセンサ８、心押台９、ブラシ１０を具備している。
なお、旋盤本体の構成については当該技術分野で良く知
られたものであるので、ここでの説明は簡単なものに止
める。

【００１２】図２は、ＮＣ制御盤３の構成を示す。ＮＣ
制御盤３は、中央処理部（ＣＰＵ）３１、基本加工プロ
グラム格納部３２、表示部３３、キーボード３４、新工
具刃先座標位置設定部３５、補正値記憶部３６を含む。
なお、ＮＣ制御盤３の構成も当該技術分野で良く知られ
たものであるので、ここでの説明は簡単なものに止め
る。

【００１３】ＣＰＵ３１は、基本加工プログラム格納部
３２に格納した基本加工プログラムに従って、旋盤本体
２を制御する。補正値記憶部３６は、試し削りにより得
たオフセット値、又は、加工の継続による工具刃先の磨
耗による補正値などが記憶される。新工具刃先座標位置
設定部３５は、工具交換時に、新工具の刃先座標位置を
設定するためのプログラムを記憶している。

【００１４】次に、図３及び図４を用いて、本実施形態
の原理を説明する。図３において、２１は加工物であ
る。７はターレット６に取り付けられた工具で、７ａは
交換前に使用していた工具（旧工具）、７ｂは交換後に
使用する工具（新工具）である。図３（ａ）に示すよう
に、旧工具７ａが加工をしている時点での刃先位置が、
主軸から距離Ｘ１にあったとする。同一のターレット位
置で新工具７ｂを取り付けると、図３（ｂ）に示すよう
に、ターレットの基準位置と刃先位置は、旧工具７ａと
新工具７ｂとでは大幅に異なるので、新工具７ｂの刃先
位置はＸ２へと変化する。ここで、図３（ｃ）に示すよ
うに、新工具７ｂの刃先位置を旧工具７ａの刃先位置と
同一位置Ｘ１に置き、このときの座標位置として、旧工
具７ａが距離Ｘ１にあるときの座標位置を設定すること
ができれば、新工具７ｂは、旧工具７ａと同一刃先位置
のときに旧工具７ａと同一座標位置となる。

【００１５】これを実現するため、本実施形態では、新
工具７ｂの刃先位置を旧工具７ａの刃先位置と同一位置
に置くために、新旧工具２の刃先をタッチセンサ８で検
知する。この検知状態を図４に示す。最初に、旧工具７
ａが加工を終了して退去する前に、その磨耗した刃先を
タッチセンサ８で検知し、このときの旧工具７ａの座標
位置を記憶しておく。次いで、新工具７ｂについても同
一タッチセンサ８で刃先を検知すると、このときの刃先
位置は旧工具７ａの刃先位置と同一となる。そして、こ
のタッチセンサ８が刃先を検知したときの新工具７ｂの
刃先座標位置として、記憶しておいた旧工具７ａの刃先
座標位置を設定すると、新工具７ａは、刃先位置及び刃
先座標位置が旧工具７ａと同一となる。

【００１６】したがって、新工具７ｂの刃先検知と座標
位置の置き換えを行うだけで、新工具７ｂを使用して旧
工具７ａを使用した場合と同一の制御により、加工物２
１に対して同一の加工が行えることとなり、試し削りな
どを行わなくとも、加工を継続することができる。次に
ＮＣ旋盤の具体的動作について、図５、図６のフローチ
ャートに基づいて説明する。図５は、ＮＣ旋盤により新
しい加工を開始する場合、つまり、最初に工具をセット
して加工を継続する場合を示し、図６は、工具寿命によ
り工具を交換して、新工具により加工を継続する場合の
動作を示す。

【００１７】図５を用いてＮＣ旋盤により新しい加工を
開始する場合の動作について説明する。なお、この動作
は、従来のものと変わるところはない。ステップＳ１１
において、新しい加工を開始するため、旋盤本体２に工
具７がセットされる。ステップＳ１２において、ターレ
ット６を移動させて、工具７の刃先をタッチセンサ８に
より検知する。ＮＣ制御盤３では、この刃先が検知され
た位置で、工具７の刃先座標位置として予め設定された
座標位置Ｈ（基本加工プログラム上の所定の座標位置）
を設定する。これにより、以後は、基本加工プログラム
格納部２３に格納した基本加工プログラム及び刃先座標
位置に従って、加工がされる。

【００１８】ステップＳ１３では、加工物２１に対して
試し削りが行われる。この試し削り加工された加工物２
１の実際寸法を測定し、理想寸法との差を求める。この
差の値に基づいた所定値をオフセット値ｈ１として、キ
ーボード３４から入力して記憶部２７に記憶させる。ス
テップＳ１４では、ＮＣ制御盤３は、基本加工プログラ
ムに従って、加工を開始する。このとき、データとして
記憶された工具刃先座標位置に対して、オフセット値ｈ
１が加算（又は減算）されて工具刃先位置が制御され
る。したがって、加工物の加工精度として高いものが得
られる。

【００１９】ステップＳ１５では、必要に応じて工具刃
先位置の補正が行われる。この補正について図７を用い
て説明する。後述するように、加工が繰り返し行われる
と工具７の刃先が磨耗する。これにより、加工物２１の
径Ｄは加工回数の増加に伴い、大きくなって行く。この
径Ｄを実測することにより、刃先位置の調整が必要であ
ると判断したとき、許容誤差を超える前に、適当な補正
値ｈ２をキーボード２５から入力する。なお、このステ
ップＳ１５の作業は、ＮＣ制御盤３に自動的に行わせる
こともできる。また、補正の必要がないときは、このス
テップを省略する。

【００２０】後述するように、ＮＣ制御盤３では、以
後、この補正値ｈ２を加算（又は減算）した上で、工具
刃先座標位置を決定して加工を進める。また、この工具
磨耗による補正は、同一の工具７を使用している間に何
回も行われることもあるので、この補正値ｈ２は記憶部
３６において累積されて記憶されていく。ステップＳ１
６では、一回の加工終了後、工具７の破損の有無の判定
が行われる。ここで、工具７が破損していれば、ステッ
プＳ１２に戻り、新工具のセットがされ、試し削りなど
を最初からやり直す。工具７が破損していなければ、ス
テップＳ１７へ進む。

【００２１】ステップＳ１７では、工具７が交換時期に
来たか否かの判定がされる。この判定は、加工回数によ
る判定、又は工具７の磨耗程度の目視による判定などの
任意の方法で行われる。ここで、交換時期になっていな
ければ、ステップＳ１４に戻り、次の加工物に対して加
工が行われる。以後の加工においては、ＮＣ制御盤２１
は、データとしての座標位置にオフセット値ｈ１と累積
補正値ｈ２を加味した座標位置を用いて工具７の刃先位
置を制御する。

【００２２】工具７が交換時期にくると、図６の工具交
換以降の動作に進む。図６のステップＳ２１で、工具交
換の前に、旧工具７ａの刃先検知を行う。このため、タ
ーレット６を移動させて、刃先が磨耗した旧工具７ａの
刃先をタッチセンサ８にタッチさせる。ステップＳ２２
で、ＮＣ制御盤３では、この刃先が検知された位置にお
ける座標位置を記憶する。この座標位置は、前述のステ
ップＳ１２で設定された座標位置Ｈ（基本加工プログラ
ム上の所定の座標位置）に、ステップＳ１３で得たオフ
セット値ｈ１と、ステップＳ１５で累積した補正値ｈ２
とを加味した値Ｈ１（＝Ｈ＋ｈ１＋ｈ２）となってい
る。

【００２３】ステップＳ２３で、旧工具７ａから新工具
７ｂに交換を行い、ステップＳ２４で、新工具７ｂの刃
先をタッチセンサ８にタッチさせる。ステップＳ２５
で、ＮＣ制御盤３では、この刃先が検知された位置にお
ける座標位置として、ステップＳ２２で記憶した座標位
置Ｈ１（＝Ｈ＋ｈ１＋ｈ２）を設定する。また、既に記
憶部３６に記憶していた補正値ｈ１及びｈ２を０にリセ
ットする。

【００２４】これにより、新工具７ｂの刃先位置と旧工
具７ａの磨耗した刃先位置とが同一位置にある場合、Ｎ
Ｃ制御盤３における工具刃先座標位置も同一となる。ま
た、データとしての座標位置と工具刃先位置との関係に
おいて、新工具７ｂの座標位置は、旧工具７ａを使用し
ていたときの補正値ｈ１，ｈ２が加味されたものであっ
た。したがって、工具交換後も、試し削りなどを行わな
くとも、データの座標位置により制御するだけで、旧工
具７ａによる加工と全く同じ加工を新工具７ｂにより継
続することが可能となる。

【００２５】また、同一のタッチセンサ８により旧工具
７ａの刃先位置と新工具７ｂの刃先位置が検知されるの
であるから、旋盤本体２の熱的又は機械的な変化によ
り、タッチセンサ８とターレット６との位置関係にずれ
が生じていたとしても、新旧工具７ａ、７ｂの刃先位置
は、これらに影響されることなく、正確に同一となる。
ステップＳ２６で、工具交換の直前に加工した加工物の
実際の加工寸法と理想寸法との差に基づいた所定値を新
たな補正値ｈ３として補正値記憶部３６に記憶させる。
なお、このステップＳ２６は省略することもできる。

【００２６】ステップ２７で、新工具７ｂを使用して、
基本加工プログラムに従った加工が開始される。このと
き、データとして記憶された工具刃先座標位置に対し
て、後述の補正値ｈ２とステップＳ２６で設定した補正
値ｈ３が加算（又は減算）されて工具刃先位置が制御さ
れる。これにより、新工具７ｂの加工開始時から、理想
寸法に近づけた補正を行った上で加工を行うことができ
る。

【００２７】ステップＳ２８では、必要に応じて工具刃
先位置の補正が行われる。この補正は、前述のステップ
Ｓ１５と同様であり、工具７の刃先の磨耗に応じて刃先
位置を調整し、その調整した値を補正値ｈ２として累積
値を記憶していく。ステップＳ２９で、前述のステップ
Ｓ１６と同様に、工具７の破損の有無を判定する。ここ
で、工具７に破損が生じたと判定されたときは、ステッ
プＳ１２に戻り、新工具のセット、試し削りなど最初か
らやり直しを行う。工具７が破損してなければ、ステッ
プＳ３０へ進む。

【００２８】ステップＳ３０で、前述のステップＳ１７
と同様に、工具交換時期が来たか否かの判定がされる。
ここで交換時期になっていなければ、ステップＳ２７へ
戻り、次の加工物に対して加工が行われる。以後の加工
においては、ＮＣ制御盤３は、データとしての座標位置
にステップＳ２８の補正値ｈ３と累積補正値ｈ２を加味
した座標位置を用いて工具７の刃先位置を制御する。工
具７の交換時期になると、ステップＳ２１に進む。

【００２９】次のステップＳ２１では、それまで使用さ
れていた工具７が旧工具７ａとして扱われる。以後、上
記の説明と同様な動作が繰り返されて、加工が行われ
る。以上の説明で明らかなように、本実施形態によれ
ば、工具交換時に、新工具７ｂについて試し削りなどを
行う必要がなく、直ちに新工具７ｂでの加工が可能とな
る。このとき、旋盤本体２に熱的、機械的な変化があっ
ても、それに影響されることなく、旧工具７ａを使用し
ていたときと同様の加工精度で加工を継続することがで
きる。

【００３０】ここで、図１のブラシ１０について説明を
する。タッチセンサ８により新旧工具７の刃先を検知す
るが、その精度を向上させるために、刃先に付着してい
るかも知れない構成刃先及びゴミを除去するためにブラ
シ１０が設けられる。図８は、ブラシ１０の１例を示
す。図８において、１０は、ブラシで、図示しないモー
タにより回転させられる。１１はエアブローを行うため
のノズルである。したがって、工具７の刃先検知を行う
前に、ターレット６を移動して、回転するブラシ１０に
工具７の刃先を当てて、ゴミなどを除去する。また、ノ
ズル１１から圧縮空気を刃先に吹き付けてゴミなどを吹
き飛ばす。これにより、タッチセンサ８による正確な刃
先検知が行えるようになる。

【００３１】以上、本発明の１実施形態について説明を
してきたが、本発明は、特許請求の範囲の各請求項に記
憶された範囲内で、種々の変更が可能なものである。図
９は、図４の工具交換時の動作を一部変更した場合のフ
ローチャートを示す。以下、図４と異なる点について説
明をする。この例では、ステップＳ２４までは、図５、
図６と同様に動作が行われる。ステップＳ２４で新工具
７ｂの刃先をタッチセンサ８にタッチさせたとき、続く
ステップＳ３５で、そのときの座標位置Ｈ２を記憶す
る。

【００３２】ステップＳ３６で、前述のステップ２２で
記憶した旧工具７ａの座標位置Ｈ１と新工具７の座標位
置Ｈ２の差を算出する。そして、この差を補正値ｈ４と
して記憶部２７に記憶する。また、既に記憶されている
補正値ｈ１，ｈ２については、リセットを行わずに、そ
のまま記憶をしておく。ステップＳ２６の説明は省略す
る。

【００３３】そして、ステップＳ２７の加工時には、Ｎ
Ｃ制御盤３は、データとして記憶した工具刃先座標位置
に対して、各補正値ｈ１，ｈ２，ｈ３，ｈ４を加味して
工具刃先位置を制御していく。また、ステップＳ２８で
の補正値ｈ２は、旧工具７ａに対する補正値に対して更
に新工具７ｂに対する補正値を累積した値となる。

【００３４】この図８に示したフローチャートによる動
作によっても、前述の図５，図６のフローチャートによ
る動作と同様の作用、効果を得ることができる。本発明
の他の実施形態として、上述の説明では、ＮＣ旋盤の外
径切削、つまりＸ軸に刃先座標位置の継承についてのみ
説明をしたが、その他の軸についても同様に刃先座標位
置の継承を行うことができる。そのため、タッチセンサ
８としては、前述の図４に示したように、各軸における
刃先位置を検知できる構造のものが使用される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したＮＣ制御盤の概略構成図。

【図２】図１のＮＣ制御盤の構成を示す図。

【図３】本発明の実施形態の原理を説明する図（その
１）。

【図４】本発明の実施形態の原理を説明する図（その
２）。

【図５】本発明の実施形態の動作を示すフローチャート
（その１）。

【図６】本発明の実施形態の動作を示すフローチャート
（その２）。

【図７】本発明の実施形態における補正値ｈ２を説明す
る図。

【図８】図１のブラシの構成を示す図。

【図９】図６の変形例を示すフローチャート。

【符号の説明】

１…ＮＣ制御盤 ２…旋盤本体 ３…ＮＣ制御盤 ４…主軸台 ５…チャック ６…ターレット ７…工具 ７ａ…旧工具 ７ｂ…新工具 ８…タッチセンサ ９…心押台 １０…ブラシ １１…ノズル ２１…加工物 ３１…ＣＰＵ ３２…基本加工プログラム格納部 ３３…表示部 ３４…キーボード ３５…新工具刃先座標位置設定部 ３６…補正値記憶部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＮＣ工作機械の工具を交換する前に、そ
   れまで使用していた旧工具の刃先位置をセンサにより検
   知し、このときの座標位置の値を記憶する段階と、 工具を交換した後に、その後使用する新工具の刃先位置
   を前記センサにより検知し、このときの前記新工具の刃
   先座標位置として、前記記憶していた旧工具の刃先座標
   位置を設定する段階とを含むＮＣ工作機械の工具交換時
   における刃先位置設定方法。
2. 【請求項２】 ＮＣ工作機械の工具を交換する前に、そ
   れまで使用していた旧工具の刃先位置をセンサにより検
   知し、このときの座標位置の値を記憶する段階と、 工具を交換した後に、その後使用する新工具の刃先位置
   をセンサにより検知し、このときの座標位置の値を記憶
   する段階と、 前記記憶した旧工具の刃先座標位置と前記新工具の刃先
   座標位置の差を求め、この差の値を前記新工具の刃先座
   標位置の補正値として記憶する段階とを含むＮＣ工作機
   械の工具交換時における刃先位置設定方法。
3. 【請求項３】 前記旧工具により最後に加工された加工
   物の実寸法と理想寸法との差に基づく値を、補正値とし
   て記憶する請求項１又は２に記載のＮＣ工作機械の工具
   交換時における刃先位置設定方法。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項に記載され
   たＮＣ工作機械の工具交換時における刃先位置設定方法
   を実行するＮＣ工作機械であって、前記工具の刃先を清
   掃するブラシを具備したＮＣ工作機械。