JPS6044099B2 - 倣い工作機械の自動工具寸法補正方法と装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般的には倣い工作機械の改善に関し、特に複
雑な雄雌形状を有した金型等の加工を自動工具交換をお
こないつつ高加工能率及び高加工精度もとに倣い加工を
することができるように改善工夫された倣い工作方法と
それを実施する自４動工具交換装置付き倣い工作機械と
に関するものである。

一般に成型加工用金型や図面による寸法指定が困難な形
状物の場合には予め準備したマスター用母型を接触球を
有したトレーサによつてトレースし、そのトレーサの動
作に従つて該トレーサの接触球と対応した球形状を有す
る加エ工具の倣い加工動作をサーボ制御する所謂倣いス
ライス盤が用いられている。

即ち、最近発展の著しい数値制御工作機械をもつてして
も金型等の場合にはその複雑な雄雌形状のためにプログ
ラムが困難となり、このためにマスター用母型に用いた
倣い工作機械が用いられるものである。然しながら従来
より汎フ用されている倣いスライス盤をはじめとする倣
い工作機械においては、一般に金型等の加工に長時間と
多量の切削量を要するにもかかわらず、加工工具の交換
を自動的に遂行しながら能率よく倣い加工を進捗せしめ
る加工方式は未だ全く採用され門ていない。これは倣い
工作機械の場合には、例えば通常のマシニングセンタで
既に採用されている自動工具交換機構をそのまま応用し
て加エ工具の自動交換をおこなうようにしたのみでは次
のように不都合が生じて来ることに起因するものであ・
る。即ち、倣い工作機械では上述のようにトレーサの母
型倣い動作に従つて例えばワークテーブルのＸ．Ｙ．Ｚ
軸方向移動量を制御し、これに基き加エ工具に被加工物
の倣い加工動作をおこなわせる方式が採られるためにト
レーサと加エ工具との間には一定の相対的位置関係が常
時保持されていなければ正確な寸法・形状の加工が保証
されなく、なるのである。然るに加エ工具の交換に伴い
特に倣いフライス盤の場合には交換される各加エ工具間
で工具径、即ち球状加エ工具の半径寸法や工具長に相違
が生じていることは避けられないので上述のトレーサと
各加エ工具との間の一定の相対的位置関係が保持できる
保証が得られないという不都合が生じるのである。一方
、倣い工作機械において、自動工具交換を達成てきせま
荒加工工程から仕上加エ工具に到る全加エ工具を一環し
て自動的に遂行できる利点が得られるこは言うまでもな
い。本発明の目的は上述のように不都合を生ずることな
く、荒加工工程や仕上加工工程等の加工工程の違いや工
具損耗等に対処して工具交換を自動的に達成できるとと
もに工具交換時に加エ工具とトレーサとの間の一定の相
対的位置関係を常に保持すべく工具径や工具長の補正を
も予め設定した補正量に従つて補正することができるよ
うにした倣い工作方法を提供し、かつこの方法を直接実
施することのできる自動工具交換装置付き倣い工作機械
を提供するものである。

なお、実施に当つては工具径のみを自動的に補正し、工
具長は倣い工作機械の工具主軸クイルやトレーサヘッド
において手動補正をすることによつて達成してもよく、
或いは工具径、工具長を共に自動補正できるようにすれ
ば最も好ましいことは言うまでもない。以下、本発明を
添付図面に示す実施例に基き詳細に説明する。図は本発
明による自動工具交換装置付き倣い工作機械の全体的構
成を示す機構図である。

同図において、１０は倣い工作機械であり、直立した機
械本体部１１とワークテーブル１７とを有している。機
械本体部１１には加エ工具Ｔ。−Ｔｎの１つが取付けら
れる工具主軸１２がクイル１３で上・下方向に摺動可能
に設けられている。また工具主軸１２はクイル１３内で
一定高さにクランプされた後に主軸駆動モータ１４によ
つて回転駆動されるように構成されており、主軸駆動モ
ータ１４は制御器１５から駆動信号を受けて工具主軸１
２を所望の回転速度で駆動する。なお、工具主軸１２は
クイル１３に対してハンドル２１の手動操作により、ま
た後述のようにパルスモータ等の駆動モータ１６によつ
て自動的に微少量ずつ上・下摺動させることが可能で、
従つて工具主軸１２に取付けた加エ工具Ｔ。（又はＴ１
〜Ｔｎの１つ）をテーブル１７上に加工物Ｗに対して上
・下方向に位置決めすることが可能になつている。テー
ブル１７上に上述のように加工Ｗが載置されると共に母
型（マスター）Ｍが載置され、これら加工物Ｗ１母型Ｍ
を載置した状態でテーブル１７は水平面内でＸ．．Ｙ２
軸方向に移動可能てあり、また主軸頭２３が工具主軸１
２やクイル１３を装着した状態で上・下のＺ軸方向に移
動可能になつている。このようにテーブル１７は、工具
主軸１２に対してＸｓＹ，．Ｚの３軸方向に相対移動す
るのである。このテーブル】７の移動は、周知の倣い制
御装置５１から駆動サーボ信号を受ける駆動モータ１８
（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の三つのモータを具備
する）によつて駆動され、またテーブル１７の移動は、
例えばスケール装置等からなる位置検出装置１９によつ
てＸ．ｓＹ．．Ｚ３軸方向の機械位置信号として検出さ
れ、後述する倣い工作機械制御装置５２へ送出される。
さて、３０はテーブル１７上の母型Ｍに倣うｌ・レーザ
部であり、母型Ｍの倣い形状に従つて法線変位が可能な
球状触子を有したトレーサ３１とトレーサ３１のベクト
ル法線変位を電気信号に変換して送出するトレースヘッ
ド３２とを有して構成されている。このトレーサ部３０
は、主軸頭２３から横方向に張り出したアーム２４に取
付け支持されている。そしてトレーサヘッド３２から発
生したトレーサ３１の変位置を示す上述の電気信号は倣
い制御装置５１へ送られる。なお、球状触子を有したト
レーサ３１とトレーサヘッド３２からなるトレーサ部３
０の具体的構成例としては本出願人による特開昭４９一
１０７５５８号公報に記載された立体形状測定装置が利
用できる。さて、倣い工作機械において、母型Ｍをトレ
ーサ部３０のトレーサ３１が倣い動作すると、トレーサ
ヘッド３２がトレーサ３１の予め設定された一定量の変
位、即ち倣い制御におけるサーボ目標値となるトレー・
サ基準変位置Ｅ。と、その時々に検出される実際のトレ
ーサ変位置との偏差が零になる様に倣い制御装置５１が
前述のようにテーブル１７の駆動モータ１８へ駆動サー
ボ信号を送出してテーブル１７をＸ．，Ｙ．．Ｚの３軸
方向に母型Ｍの形状に対応した相対的な移動を与える。
この間にテーブル１７上の加工物Ｗに対しては工具主軸
１２に把持された加エ工具Ｔ。又はＴ１〜Ｔｎにより切
削加工を施して加工物Ｗを母型Ｍの形状に一致した形状
に加工仕上げするのである。この場合に加エ工具Ｔ。−
Ｔｎは何れもトレーノサ３１の球状触子と同杆・に球形
を有し、その球心からの半径寸法が工具径：と称されて
通常はトレーサ３１の球状接触子における半径寸法と略
等しく形状される。なお、トレーサヘッド３２て検出し
た法線方向ベクトル変位置は送出部３２″を介し７て倣
い制御装置５１へ送られる。３３，３４，３５はそれぞ
れトレーサ部３０のトレーサ３１を手動操作により予め
所定の母型上位置へ位置決めするためのハンドル装置で
あり、例えばトレーサ３１は母型Ｍの倣い位置へ位置決
めする場合に使用９する。

５０は倣い加工時にトレーサ部３０のトレーサ３１を母
型Ｍに沿つて倣い動作させる場合の操作盤であり、倣い
モードの設定、トレーサ３１と母型Ｍとのアプローチ及
びディスアプローチの指令信号、或いは倣い］＝作機械
１０の工具主軸１２の起動・停止等の指令信号を手動操
作により印加するために用いられ、従つて操作盤５０に
よる操作指令は倣い工作機械制御装置５２に印加され、
これら指令信号のうちで倣いモードの設定指令信号及び
アプローチ、ディスアプローチ等の指令信号は更に倣い
制御装置５１へ送られる。

即ち、倣い工作機械制御装置５２は各種駆動モータへの
電力供給等をかじめとして倣い工作機械の中枢制御部を
形成し、本発明に係る工具交換及びこれに関連する後述
の補正動作をも制御するものである。上述のような倣い
工作機械における一般的構成に加えて、本発明に依れば
、先す自動工具交換部４０が倣い工作機械１０の機械本
体部１１の側面部に設けられており、またこの自動工具
交換部４０の工具交換動作を制御する工具交換制御装置
５３が設けられ、倣い工作機械制御装置５２を介した工
具交換指令を受け、また工具交換の完了時に完了信号を
倣い工作機械制御装置５２へ送出する。

自動工具交換部４０は加エ工具Ｔ。−Ｔ．．を収納する
マガジン装置４１を有し、このマガジン装置４１は水平
軸まわりに回転可能に設けられると共に交換用の工具、
例えば図示の加エ工具Ｔｎを破線て示した交換位置へ移
送する手段も有している。交換位置へ移動した交換用の
加エ工具Ｔ。は周知の工具交換腕４２によつて同じく予
め倣い加工位置から工具交換位置へ引き上げられている
工具主軸１２に取付けられている使用済みの加エ工具、
例えば図示の加エ工具Ｔ。と交換される。即ち、工具交
換腕４２は周知のように両端に工具把．持爪を有して垂
直軸線周りに回転可能にまた上・下方向に移動可能に設
けられているので工具把持爪で工具Ｔ。，Ｔｎを把持し
、次いて下方に移動することによつて工具Ｔ。を工具主
軸１２からまた工具Ｔｎをマガジン装置４１からそれぞ
れ引き抜！き、その後に１８０装回転動作してから上方
へ再び移動することによつて工具Ｔｎを工具主軸１２に
挿着し、また工具Ｔ。をマガジン装置４１に戻すことに
よつて工具交換を完了するのである。この工具交換の一
連の動作は工具交換時期に工具交換ク制御装置５３から
自動工具交換部４０へ送入される工具交換の起動指令信
号によつて開始されることはマシニングセンタ等従来の
加エ工具装置付き工作機械の場合と同様であり、工具交
換が終了すると自動工具交換部４０から工具交換信号が
伝達され、このとき上述のように工具交換制御装置５３
から倣い工作機械制御装置５２へ工具交換完了信号が送
出されるのである。なお、本発明においては、工具交換
時期は倣い工作機械制御装置５２に接続された工具交換
時期装置５４から該倣い工作機械制御装置５２へ印加さ
れる工具交換時期の信号によつて設定されるが、この工
具交換時期装置５４の具体的構成としてはマガジン装置
４１中フの各加エ工具Ｔ。−Ｔ．．について加工動作開
始時点からの加工動作積算時間を検出し、予め各加エ工
具に定められた積算時間に達するとこれを信号報知する
タイマー装置を内蔵する型式でもよく、或いは加エ工具
Ｔ。−Ｔｎの倣い加工動作中における７該各加エ工具に
掛る加工負荷の変動から各加エ工具の摩耗適度や損傷程
度を検出し、一定レベルに達したときに工具交換時期に
達したことを報知する信号を送出する型式のものでもよ
い。一方、工具交換制御装置５３から工具交換完了信号
を受けノた倣い工作機械制御装置５２は工具交換の完了
に伴つて工具主軸１２とクイル１３とを再び倣い加工動
作位置まて引き下ろす。即ち、パルスモータ１６に所要
量の指令パルスを発して該パルスモータを駆動し、この
パルスモータ１６から図に示されていない適宜の送り機
構（例えは周知の送りねじ機構やピニオン・ラック機構
）を介して工具主軸１２の加エ工具Ｔｒ．を引き下ろし
、母型Ｍ上に位置したトレーサ３１と対応する加工物Ｗ
上の位置に到達させるのである。次いで倣い工作機械制
御装置５２は更に制御器１５を介して駆動モータ１４に
駆動信号を送出し、工具主軸１２を回動起動させて倣い
加工動作を再び開始させる。然しながら本発明の重要な
特徴として工具交換時にかつ交換された新加エ工具Ｌに
よる倣い加工動作の再始動に先だつて工具データ、即ち
工具径の自動補正及び望ましくは工具長の自動補正が行
われるように構成されているのである。既述のように本
例の倣い工作機械においては、母型Ｍをトレーサ部３０
のトレーサ３１が倣い動作することに従つて倣い制御装
置５１を介してテーブル１７の三軸方向移動をサーボ制
御し、このときに加工物Ｗに対して工具主軸１２に把持
された加エ工具で倣い加工を施し母型Ｍに対応した加工
製品を削成する方式であることからトレーサ３１と工具
主軸１２上の加エ工具との間には倣い加工動作中に常時
一定の位置が保持されなければ正確に所定の寸法・形状
を有した加工製品が得られなくなる。然るに工具交換が
実施された楊合にはマガジン装置４１中の加エ工具が全
て完全に同一寸法、即ち、同一．工具径、同一工具長を
有することは不可能である。従つて加エ工具Ｔ。−Ｔｎ
とトレーサ３１との相対的位置関係を工具交換時にも維
持させるためにはＴ。からＴ．．のそれぞれの加エ工具
に関して、それが工具主軸１２に装着されたときにトレ
ーサ，３１との間に所定の相対的位置関係を得るべく補
正を施す必要がある。依つて本発明においては、加エ工
具Ｔ。−ＴＯをマガジン装置４１に装着する際に予め各
加エ工具に関する工具データ（即ち、工具径、工具長）
に対応して補正量を設定し、工具交換時には交換されて
工具主軸１２上に装着された新加エ工具に関する補正量
を読出して補正を施し、この補正作用が完了した後に倣
い加工動作を開始するようにしている。この際に、本発
明においては、工具径の補正は，トレーサ３１の前述基
準変位置Ｅ。

を変更することによつて達成しているのである。即ち、
トレーサ３１の基準変位置Ｅ。を変更することによつて
倣いサーボ系のサーボ目標値を変更することが可能てあ
り、従つて工具径の変動分を補正することができるので
ある。このような工具径補正を具体的に実施するために
、本発明においては工具データ設定装置５５が設けられ
、この装置５５に予め各加エ工具Ｔ。−Ｔ．，に対応し
た基準変位置Ｅ。の補正量を例えば手動設定し、該工具
データ設定装置５５を倣い工作機械制御装置５２に接続
すれば、倣い工作機械制御装置５２は工具交換時期制御
装置５４によつて報知された工具交換時期に工具交換制
御装置５３ヘ工具交換指令を発すると共に上記工具デー
タ設定装置５５から新たに工具主軸１２に装着される加
エ工具（例えはＴ。からＴｎに交換される場合には工具
Ｔｎ）の工具径に対応して予め設定されている基準変位
置Ｅ。の補正値をみ出して倣い制御装置５１に基準変位
置Ｅ。に変更補正すべく指令する構成が採られているの
である。なお、基準変位置Ｅ。の補正値を手動設定する
手段としては電気ボリューム装置を各加エ工具ＴＯ−Ｔ
ｎに対して各１個ずつ工具データ設定装置５５に設け、
またＡ−Ｄ変換、Ｄ−Ａ変換の各回路手段を倣い工作機
械制御装置５２中に設けておくことによつて容易に倣い
制御装置５１中に設けられたトレーサ部３０の基準変位
置設定回路（周知であるので図示なし）における基準変
位置Ｅ。を変更補正することができる。一方、工具長の
補正は同じく工具データ設定装置５５に各加エ工具Ｔ。

へ・Ｔｎに対してトレーサ３１との間の長さ方向におけ
る相対的位置関係を予め定め、この定められた長さ方向
の相対的位置関係に対応して工具交換時に長さ補正すべ
き量を該工具データ設定装置５５に設定しておく。この
ように長さ補正量を予め設定しておけば、前述の工具径
の補正動作時と同時に倣い工作機械制御装置５２によつ
て各加エ工具Ｔ。−Ｔｎに対応する長さ補正量を読み出
し、この長さ補正量に従つてパルスモータ１６に送入さ
れる駆動パルス量を補正すれば工具長に関する長さ補正
が達成されるのである。なお、図面に示す実施例に換え
て工具長さの補正をトレーサヘッド３２に上・下微動を
付与することによつて達成することも可等であり、この
場合にはパルスモータ１６と同様のモータと適宜の送り
機構を設けてトレーサヘッド３２に係合させればよい。
以上の説明においては工具交換時期制御装置５牡工具デ
ータ設定装置５５を設けて自動工具交換機構を有した倣
い工作機械に関して工具交換に伴つて工具径、工具長の
補正が設定された補正量に従つて実施される例を説明し
たが、既に提案されている倣い指令記憶制御演算手段を
具備した倣・い工作機械に自動工具交換機構を具備させ
た場合には、工具交換時期や工具データを予めプログラ
ムし、自動化率を一層向上させることもできる。

以上の説明から了解されるように、本発明によれば、単
に倣い工作機械に自動工具交換装置が具・備されて工具
交換が自動的に達成されるはかりでなく、倣い工作機械
の動作にとつて極めて重要な母型倣い用トレーサと加エ
工具との相対的位置関係を常に正確に所定の状態に保持
できるので、複雑な雄雌形状を有した金型等の加工物の
加工に当フつても高加工能率と高い加工精度を得ること
ができるのである。

【図面の簡単な説明】

図は本発明による自動工具交換装置付き倣い工作機械の
全体機構を示す機構図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ トレーサの母型倣いに従つて機械本体の工具主軸に
   取付けられた加工工具に加工物倣い加工動作をおこなわ
   せる倣い工作方法において、上記機械本体に取付けた自
   動工具交換機構によつて工具交換時期に加工工具の工具
   交換を自動的におこなうようにすると共に該加工工具の
   工具データを予め設定し、かつ工具主軸に装着された加
   工工具の工具径と上記トレーサ径との差異に対応して上
   記トレーサの基準変位量を該工具交換時期に補正し、ま
   たは工具主軸に装着された加工工具の工具長と上記トレ
   ーサ長との差異に対応して上記工具と上記トレーサとの
   相対長さ位置を該工具交換時期に補正し、工具交換毎に
   工具寸法の補正をおこなうようにしたことを特徴とする
   倣い工作機械の自動工具寸法補正方法。 ２ 倣い工作機械制御手段によつてトレーサの母型倣い
   動作を制御することにより機械本体の工具主軸に加工物
   倣い加工動作をおこなわせる倣い工作機械において、上
   記機械本体に取付けられると共に１ないし複数の加工工
   具と工具交換作動手段とを有した自動工具交換手段と、
   工具交換時期に自動的に工具交換を起動指令する工具交
   換制御手段と、上記各加工工具の工具径とトレーサ径と
   の差異に対応して上記トレーサの基準変位量を補正すべ
   く予め上記倣い工作機械制御手段へ基準変位補正量を設
   定する工具径補正設定手段とを具備して構成され、自動
   工具交換に伴い自動工具径補正をおこなうようにしたこ
   とを特徴とする倣い工作機械の自動工具寸法補正装置。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載の倣い工作機械の自動
   工具寸法補正装置において、前記工具径補正設定手段は
   前記倣い工作機械制御手段によるトレーサ変位検出出力
   のゲインを可変調節するアナログ又はディジタル手段か
   らなる倣い工作機械の自動工具寸法補正装置。４ 特許
   請求の範囲第３項に記載の倣い工作機械の自動工具寸法
   補正装置において、前記アナログ手段からなる前記工具
   径補正設定手段は、電気アナログ出力を手動調節するボ
   リューム装置からなる倣い工作機械の自動工具寸法補正
   装置。 ５ 倣い工作機械制御手段によつてトレーサの母型倣い
   動作を制御することにより機械本体の工具主軸に加工物
   倣い加工動作をおこなわせる倣い工作機械において、上
   記機械本体に取付けられると共に１ないし複数の加工工
   具と工具交換作動手段とを有した自動工具交換手段と、
   工具交換時期に自動的に工具交換を起動指令する工具交
   換制御手段と、上記各加工工具の工具長と上記トレーサ
   の長さとの差異に対応して該加工工具と上記トレーサと
   の相対長さ位置を一定に保持すべく予め工具長補正量を
   設定する工具長補正設定手段と、上記工具長補正設定手
   段に設定された上記各加工工具の工具長補正量に従つて
   上記機械本体の工具主軸又は上記トレーサに対して上記
   工具交換時期に補正動作を付与する補正動作作動手段と
   を具備して構成され、自動工具交換に伴い自動工具長補
   正を遂行させるようにしたことを特徴とする倣い工作機
   械の自動工具寸法補正装置。 ６ 特許請求の範囲第５項に記載の倣い工作機械の自動
   工具寸法補正装置において、上記補正動作作動手段は上
   記機械本体の工具主軸を一定量ずつ上・下動させるモー
   タ手段からなる倣い工作機械の自動工具寸法補正装置。 ７ 特許請求の範囲第５項に記載の倣い工作機械の自動
   工具寸法補正装置において、上記補正動作作動手段は上
   記トレーサを一定量ずつ上・下動させるモータ手段から
   なる倣い工作機械の自動工具寸法補正装置。８ 倣い工
   作機械制御手段によつてトレーサの母型倣い動作を制御
   することにより機械本体の工具主軸に加工物倣い加工動
   作をおこなわせる倣い工作機械において、上記機械本体
   に取付けられると共に１ないし複数の加工工具と工具交
   換作動手段とを有した自動工具交換手段と、工具交換時
   期に自動的に工具交換を起動指令する工具交換制御手段
   と、上記各加工工具の工具径とトレーサ径との差異に対
   応して上記トレーサの基準変位量を補正すべく予め上記
   倣い工作機械制御手段へ基準変位補正量を設定する工具
   径補正設定手段と、上記各加工工具の工具長と上記トレ
   ーサの長さとの差異に応じて該加工工具と上記トレーサ
   との相対長さ位置を一定に保持すべく予め工具長補正量
   を設定する工具長補正設定手段と、上記工具長補正設定
   手段に設定された上記各加工工具の工具長補正量に従つ
   て上記機械本体の工具主軸又は上記トレー サに対して
   上記工具交換時期に補正動作を付与する補正動作作動手
   段とを具備して構成されることを特徴とする倣い工作機
   械の自動工具寸法補正装置。