JPS6119382B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般的に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の加工等も自動
的に高作業能率のもとに倣い加工をすることがで
きる倣い工作機械に関するものである。

一般に金型や図面による寸法指定が困難な形状
物の場合には母型をトレースし、そのトレーサに
よつて加工具の加工動作を制御する所謂倣い加工
工作機械が用いられ、特に倣いフライス盤が汎用
されている。然しながら従来より汎用されている
倣いフライス盤においては、倣い加工工程の一
部、即ち母型上をトレーサがトレース動作する倣
い動作についてのみサーボ機構を用いて自動化が
達成されているに過ぎず、各種倣い動作の設定、
１工程の倣い動作から次工程の倣い動作への継続
等を含めた倣い加工の進捗は全て作業者が操作盤
上で操作したり、機械上でドグ設定を行うことに
より行なわれている。従つて、一般的には倣いフ
ライス盤１台に付き作業者１名が必要とされる現
状にあり、近年発展の著しい数値制御工作機械に
対比して自動化率が低い。一方、加工工具の品質
向上や倣い工作機械制御装置による倣いサーボの
精度向上等に伴つて高速倣いの実用化が進み、加
工時間が短縮される結果として倣い工作機械にお
けるアイドル時間の割合が増加し、各台の倣い工
作機械は必ずしも充分な機械稼動率を発揮し得な
い状況にある。

本発明の目的は、従来汎用されている倣いフラ
イス盤等倣い工作機械における上述のような実情
に鑑みて、倣い工作機械における加工の自動化率
を向上させ、自動運転によつて倣い工作機械の作
動させることにより省力化と機械の稼動率とを向
上させることにある。

本発明の更に他の目的は、金型等の加工物を荒
加工工程から仕上加工工程にまで到る金加工工程
を一貫して自動運転することができるように改善
された倣い工作機械を提供することにある。

本発明に依れば、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
機械本体の主軸に倣い加工動作を行わせる倣い工
作機械において、機械の位置に応じて位置情報を
送出する機械位置検出手段と、予め選択された加
工工程等の倣い操作指冷を記憶すると共に該倣い
操作指令に基き、順次に上記機械位置検出手段の
位置情報に応じて制御演算し、倣い指令信号を順
次に作成・送出する倣い指令記憶制御演算手段と
を具備して構成され、上記倣い指令信号を上記倣
い工作機械制御手段に印加することにより予め選
択された加工工程順に自動的に機械加工動作を行
うようにしたことを特徴とする倣い工作機械が提
供される。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。

第１図は倣いフライス盤等の倣い工作機械にお
ける母型倣い動作を一般的に説明するための解説
図である。さて、倣い工作機械においては、トレ
ーサヘツドに取付けられたトレーサの母型倣い動
作を制御することにより該倣い工作機械の工具主
軸に加工物を倣い加工動作させ、母型と同形状の
加工物を得るが、一般に倣い加工の対象となる加
工形状は金型の雄雌形状面等に見られるような複
雑な形状をしている。従つて同一母型面をトレー
サによつて倣い動作する場合にも各母型面部分の
形状・寸法等に応じて種々多数の倣い形態、所
謂、往復倣いモード、一方向倣いモード、部分倣
いモード、全周倣いモード、三軸倣いモード等の
各種倣いモードが必要でなる。このために一般的
には母型を用いた倣い加工の全工程を複数のブロ
ツクに分割し、各ブロツクにおいて、トレーサの
位置決め、アブローチ動作、倣いモード、停止、
デイスアプローチ等の倣い動作が実行され、各倣
い動作を順次に逐行する方式が採られている。第
１図はこの各ブロツク間における倣い動作の継続
状態を説明しており、同図において、線１０は１
ブロツクにおけるトレーサの最終動作であるデイ
スアプローチ動作（Ｚ軸方向）によつてトレーサ
は母型面から一旦離反する。次いでトレーサは次
ブロツクの倣い動作を実行すべく線分１１，１
２，１３で示す３方向の位置決め動作を行う。更
にトレーサは位置決め完了後に１４で示すアプロ
ーチ動作を行い倣いモードの開始点Ａにおいて母
型面に接触する。この開始点Ａからは線１５で示
す例えば往復倣いモードを実行し倣いモードの終
了点Ｂに進む。この倣いモードの終了点Ｂに達す
ると、トレーサは再び線分１６で示すデイスアプ
ローチ動作を行つて母型面から離反し、線分１７
に沿うＹ軸方向位置決め動作等を実行して後続の
ブロツク実行位置へ向う。なお、線分Ｘ_P−Ｘ_P，
Ｘ_N−Ｘ_N，Ｙ_P−Ｙ_P，Ｙ_N−Ｙ_Nは母型面上の倣い
モードの実行領域を示しており、従来汎用の倣い
フライス盤においては、ドグ部材を用いた機械設
定によつて定められ、本発明による倣い工作機械
においては、後述のように機械位置検出部の位置
情報に基いて定める方式が採られる。なお、Ｐ_F
は倣いモードにおける周知のピツクフイード動作
量を示している。上述のようにトレーサが各ブロ
ツク毎に母型面に沿つて倣い動作すると、倣い工
作機械の本体側においては、加工工具を保持した
主軸が加工物に対して倣い加工を実行する。な
お、倣い加工工程においても通常の機械加工工程
と同様に荒加工工程、中仕上加工工程、仕上げ加
工工程等に分けて倣い加工工程が実行され、この
場合に荒加工、中仕上、仕上の如何に係わりな
く、母型面をトレーサによつて倣うことにより機
械本体の主軸における倣い加工動作を制御する方
法が採られるが、一般的には仕上工程より荒加工
工程において工具切込量を大きくして加工能率の
向上を計る方法が採られ、工具切込量の増量は、
トレーサの母型面に沿う倣い制御における基準変
位量を大きくする方法が一般に採られる。

次に第２図は、本発明の一実施例による倣い工
作機械の全体的構成を示すブロツク図であり、第
２図において、２０は倣い工作機械の本体部、３
０は倣い部分である。機械本体部２０は加工工具
Ｔを保持する主軸部２１、加工物２２を載置した
ワークテーブル２３、このワークテーブル２３お
よび母型３３をＸ，Ｙ，Ｚ三軸方向に移動可能に
載置した機械基台部２４、上記Ｘ，Ｙ，Ｚ三軸方
向の移動を起生するサーボモータ等からなる機械
駆動装置２５（代表的に一軸方向の駆動装置のみ
を図示してある。）主軸駆動装置２６、倣い部分
３０のトレーサヘツド３１が取付けられるサドル
部２７をそれぞれ有している。一方、倣い部分３
０はトレーサヘツド３１と、このトレーサヘツド
３１に取付けられて母型３３の表面を倣いモード
に従つて倣い運動するトレーサ３２とを有してい
る。３４は倣い部分３０を手動送りするためのハ
ンドルである。４０は上述のＸ，Ｙ，Ｚ三軸方向
の移動に応じた原点位置に対する現在位置を検出
して位置情報を送出する機械位置検出装置であ
り、Ｘ，Ｙ，Ｚ各軸方向の位置情報をそれぞれ検
出送出することができるように設けられ、例えば
周知の磁気スケール装置、パルスコーダ、又は誘
導形素子等を用いて構成することができる。そし
てこれらの装置や素子を用いればワークテーブル
２３や母型３３等の現在位置情報を原点位置に対
する絶対座標形の機械位置情報として電気的に送
出することができるのである。４２は倣い工作機
械制御装置であり、主軸部２１の作動を制御する
機械制御部と倣い部分３０による倣い動作を制御
する倣い制御部とを内蔵し、この倣い工作機械制
御装置４２は従来汎用されている倣いフライス盤
にもほぼ同様の装置として具備されている。４４
は本発明によつて具備された倣い指令記憶制御演
算装置であり、本実施例では腕２９によつて機械
本体部２０からペンダント方式に懸下保持された
構造に形成されている。なお、第２図における装
置間を結ぶ矢印実線は情報又は信号の送出ライン
を示しており、主軸駆動装置２６と倣い工作機械
制御装置４２との間では主軸動作を駆動制御する
ための信号交換が行われ、また倣い部分３０のト
レーサヘツド３１から倣い工作機械制御装置４２
へトレーサ変位を指示する信号が送出され、この
トレーサ変位信号に基いて倣い工作機械制御装置
４２から機械駆動装置２５へＸ，Ｙ，Ｚサーボ駆
動信号が送出されている。更に機械位置検出装置
４０から倣い指令記憶制御演算装置４４へ前述の
機械位置情報が送出され、一方、倣い指令記憶制
御演算装置４４からは後述の倣い指令信号が倣い
工作機械制御装置４２に送出され、また逆に倣い
工作機械制御装置４２から倣い指令記憶制御演算
装置４４へは倣い加工動作中に偶発した事故警報
信号や倣い指令信号に基く倣い制御の終了信号等
が送出されるようになつている。

次に第２図に示した倣い指令記憶制御演算装置
４４の具体的構成の１好実施例を第３図に示すブ
ロツク図に基き説明する。

さて第３図において、倣い指令記憶制御演算装
置４４は操作部４５、表示部４６、制御演算部４
７、記憶部４８、位置読取部４９を具備して構成
される。操作部４５は倣い工作機械の作業者（オ
ペレータ）が所望の加工物の形状・寸法に対応し
た母型（第２図の３３参照）を例えば手動的にト
レーサ３２（第２図）によつて試し倣いすること
によつて選定した倣い操作指令を印加すると、こ
れを電気的な倣い操作信号として送出する部分で
あり、複雑な形状を有した母型の場合には上記操
作指令が多数ブロツクの操作指令を包含すること
になる。なお、上述の試し倣いは１種のプログラ
ム作成工程であり、母型表面をトレーサ３２が円
滑に倣うための倣いモードを選定することによつ
て倣い操作指令を作成計画するものである。従つ
て倣い操作指令は各ブロツクにおいて位置決め、
アプローチ、倣いモード、停止、デイスアプロー
チ等の倣い動作をＸ，Ｙ，Ｚ座標における如何な
る位置で開始し、また終了させるかに関する指令
や倣いモードにおける倣い速度指令等を含んでオ
ペレータによつて印加される。操作部４５から送
出される倣い操作信号は制御演算部４７に入力さ
れる。一方、この制御演算部４７には前述第２図
において説明した機械位置検出装置４０から得た
位置情報が位置読取部４９によつて位置信号に変
換されて入力される。従つて制御演算部４７は、
操作部４５から入力された倣い操作信号に基き、
位置読朱部４９から入力される位置信号に応じて
順次に各機械位置（母型表面の各位置）で実行さ
れる倣い動作に関する倣い指令信号を制御演算し
て作成する。依つてこの制御演算部４７は、例え
ば周知のROM（リードオンリーメモリ）によつ
て構成し、必要な制御演算機能を保持させておけ
ばよいものである。この制御演算部４７は、上述
の倣い指令信号の作成信号を高速度で実施して通
常は記憶部４８に送入して記憶させる。即ち、記
憶部４８は倣い指令信号を多数記憶保持する機能
を有し、従つて同一の母型によつて多数の加工物
を繰り返し倣い加工する場合にはこの記憶部４８
に記憶された倣い指令信号を繰り返し呼び出して
使用することができるのである。従つて記憶部４
８は例えば周知のRAM（ランダムアクセスメモ
リ）によつて構成することができる。勿論、コア
メモリ等も使用できることは言うまでもない。さ
て、記憶部４８に記憶された倣い指令信号は再び
制御演算部４７によつて必要な時期に順次に呼び
出して該制御演算部４７から前述第２図において
説明した倣い工作機械制御装置４２へ送出され
る。一方、倣い工作機械制御装置４２から制御演
算部４７には前述のように警報信号や操作終了信
号等が随時に入力信号として入力され、制御演算
部４７はこれらの入力信号をも考慮して上記の倣
い指令信号を倣い工作機械制御装置４２へ送出し
ていることは言うまでもない。なお、上述におい
ては説明しなかつたが位置読取部４９は例えば機
械位置検出手段装置４０によつて送出される位置
情報がアナログ情報の場合には後の制御演算に適
したデイジタル信号に変換する機能やアブソリユ
ート方式による絶対値信号に変換する機能等を有
しており、周知の適宜電子素子、装置を用いて構
成すればよい。さて表示部４６は制御演算部から
倣い指令信号や位置信号を表示信号として受け、
これを目視可能に表示する機能を有した部分であ
り、例えば発光ダイオード素子等を用いて構成さ
れている。このように表示部４６を設けておけば
オペレータが倣い工作機械によつて実行されてい
る倣い動作を機械位置に合わせて目視確認するこ
とが可能であり、従つて加工物２２（第２図）の
倣い加工工程の進捗を適切に把握することができ
るのである。なおまたオペレータが操作部４５に
倣い操作指令を印加する場合にも印加した操作指
令における誤りの有無を確認することもできるの
である。更に第３図に示した実施例の構成では操
作部４５と表示部４６とが併設されていることを
示しており、このように両部を併合形成しておけ
ばオペレータが倣い操作指令の印加作業と印加指
令の誤りの有無を確認する作業とを同時に遂行す
ることが可能であり、好ましくは操作部４５を操
作キーや操作スイツチ等によつて構成し発光ダイ
オード素子等のデイスプレイ素子を有しした表示
部４６と一体にパネル面上に配列形成するように
作製される。第３図において、外部記憶装置５０
として示した装置は、倣い指令記憶制御演算装置
４４での記憶部４８と必要に応じて接続すること
のできる外部メモリ手段であり、例えば磁気テー
プ装置等で構成される。この外部記憶装置５０
は、記憶部４８に記憶された倣い指令信号を持続
的に一旦格納保存しておくために利用することが
できるもので、例えば特定の母型３３による加工
物の生産を一定の休止期間後に再開させる等の場
合には、この外部記憶装置５０に記憶させた倣い
指令信号のデータを再び記憶部４８に戻して使用
すればオペレータは単に母型を倣い工作機械上に
設定するのみで従前と全く同一の倣い加工工程に
よつて加工物を得ることができるものである。

ここで本発明になる倣い工作機械の操作例を説
明する。まず加工工具Ｔと加工物２２との位置決
めを行う。これと同じ位置関係に母型３３とトレ
ーサ３２の位置を設定する。このときのＸ，Ｙ，
Ｚ軸の位置すなわち加工開始位置を操作部４５の
キースイツチにより入力する。次に倣いモードを
設定する。倣いモードには往復倣いモード、一方
向倣いモード、一方向倣いモード、部分倣いモー
ド、全周倣いモード、３軸倣いモード等があるの
で、母型３３に適した倣いモードを操作部４５の
キースイツチにより入力する。次にトレーサ３２
の基準変位量、倣い速度、工具主軸回転数を同じ
く入力する。次に母型３３の形状、寸法に適した
倣い範囲をＸ，Ｙ，Ｚの各軸の十側一側について
その座標値で入力する。次にピツクフイード量、
アプローチ方向、デイスアプローチ方向等を入力
して１ブロツク分の倣い加工用プログラムが操作
部４５から制御演算部４７を通して記憶部４８に
記憶される。通常これを荒加工、中加工、仕上げ
加工の順に、倣いモード、基準変位量、倣い速
度、ピツクフイード量、加工工具切込量を順次変
えて次のブロツクのプログラムを入力して、最終
的に複数ブロツクからなる一連の加工プログラム
を予め入力記憶させておく。その後操作部４５の
スタート釦を押せば、このプログラムどおりの手
順で倣い加工が開始される。そして制御演算部４
７は記憶部４８から送出された加工プログラムの
倣に範囲の指令や、加工開始点への自動復帰等の
指令を受けると、刻々位置情報を検出している機
械位置検出装置４０から位置読取部４９を通して
受けた位置信号と比較して、その値が指令値にな
ると自動的に倣い方向を折返したり、加工開始位
置への自動復帰を動作させる。また一つのブロツ
クの動作が修了したことを倣い工作機械制御装置
４２から受けて、次のブロツクの動作命令を記憶
部４８から受けて倣い工作機械制御装置４２へ発
するのである。そして表示部４６は、前述の各種
の倣い加工プログラムを入力する時に、操作部４
５によつてキーインプツトした指令を即座に表示
して、誤入力の防止を図るとともに、倣い加工実
行中に倣い工作機械のＸ，Ｙ，Ｚ軸の刻々の位置
を表示したり、その時のプログラム内容を表示し
たりして、加工内容が一目瞭然になるようにして
いる。

上述の説明から理解できるように本発明に依れ
ば各母型による倣い加工の倣い指令信号がオペレ
ータの唯一回の倣い操作指令の印加作業によつて
機械位置に応じて制御演算されると共に記憶され
るので、この記憶された倣い指令信号を利用して
加工物にの倣い加工における全行程を自動化して
実施することができ、従来汎用の倣いフライス盤
ではオペレータが遂次倣い加工工程の進捗に合せ
て倣い操作指令を印加して行くことに対比して自
動化率を飛躍的に向上させることができる。しか
も倣い加工工程の荒加工工程から仕上工程までを
機械位置に応じて一貫してプログラム作成し、倣
い操作指令に切込量の変換指令やピツクフイード
量の変換指令を包含させておけば、倣い加工の荒
加工から仕上加工までの全工程を略完全に無入化
した自動運転により実行することが可能になるの
である。なお、この場合に制御演算部４７、記憶
部４８によつてトレーサの変位量を補正する機能
をさせ、荒加工と中仕上げ、最終仕上げ等におけ
る加工工具（第２図）の切込量をトレーサの変位
量の補正設定によつて実施できるようにすること
が好都合である。なお、本発明による倣い工作機
械の構成における新規に設けられた機械位置検出
装置４０と倣い指令記憶制御演算装置４４のうち
で後者は最近、市場で比較的安価に入手できるマ
イクロコンピユータ装置を利用すれば本発明によ
る倣い工作機械自体も比較的低コストによつて作
製することもできる。

以上、本発明を実施例によつて説明したが、上
述の説明は本発明の基本的思想を説明するための
例であり、具体的に本倣い工作機械を設計製造す
る場合には例えば全くデイジタル方式を採用する
か、一部にアナログ方式を採用するか等によつて
も種々変形例が構成し得ることは言うまでもな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は倣い工作機械による倣い加工動作の一
般的概念を説明するための解説図、第２図は本発
明の一実施例に依る倣い工作機械の全体的構成を
示すブロツク図、第３図は本発明による新規な倣
い指令記憶制御演算装置の内部構成の一実施例を
示すブロツク図である。図中、２０……機械本体
部、２１……主軸部、Ｔ……加工工具、２２……
加工物、２５……機械駆動装置、２６……主軸駆
動装置、３０……倣い部、３１……トレーサヘツ
ド、３２……トレーサ、３３……母型、４０……
機械位置検出装置、４２……倣い工作機械制御装
置、４４……倣い指令記憶制御演算装置、４５…
…操作部、４６……表示部、４７……制御演算
部、４８……記憶部、４９……位置読取部、５０
……外部記憶装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 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主軸
   に倣い加工動作を行わせる倣い工作機械におい
   て、機械の位置に応じて位置情報を送出する機械
   位置検出手段と、予め選択された加工工程等の倣
   い操作指令を記憶すると共に該倣い操作指令に基
   き、順次に上記機械位置検出手段の位置情報に応
   じて制御演算し、倣い指令信号を順次に作成・送
   出する倣い指令記憶制御演算手段とを具備して構
   成され、上記倣い指令信号を上記倣い工作機械制
   御手段に印加することにより予め選択された加工
   工程順に自動的に機械加工を行うようにしたこと
   を特徴とする倣い工作機械。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の倣い工作機械
   においてて、上記倣い指令記憶制御演算手段は、
   オペレータによつて与えらた上記倣い操作指令を
   倣い操作信号に形成・送出する操作部と、上記機
   械位置検出手段の位置情報を受けて位置信号を形
   成・送出する位置読取部と、上記操作指令を受け
   て記憶部に記憶せしめると共に該記憶部より順次
   呼び出した上記操作指令に基いて上記位置信号に
   応じた上記倣い指令信号を逐次的に作成・送出す
   る制御演算部とを包含して成る倣い工作機械。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載の倣い工作機械
   において、上記倣い指令記憶制御演算手段は、更
   に上記制御演算部から上記操作指令と上記位置信
   号に基く表示信号を受けて表示する表示部を具備
   して成る倣い工作機械。 ４ 特許請求の範囲第２項に記載の倣い工作機械
   において、上記操作部と上記表示部は併合形成さ
   れ、指令内容が操作部近傍で表示される操作表示
   パネルに形成されている倣い工作機械。