(57)【要約】【課題】１回の切り込み回数で黒皮除去の加工を行うことができる加工方法を提供する。【解決手段】加工方法は、黒皮が付いた状態のワークＷの表面Ｋを工具Ｔにより加工して少なくとも黒皮を除去するものであって、工作機械の機上でレーザ式測定装置によりワークＷの黒皮面（表面）Ｋの凹凸を測定して最も高い山頂部分Ｒ１と最も低い谷底部分Ｒ２との間の高さＨを求める測定工程と、前記求めた高さＨに一定切り込み深さＳを付加し、得られた値を、ワークＷの黒皮面Ｋを工具Ｔで加工するときの切り込み深さＤとして設定する切込深さ設定工程と、前記設定した切り込み深さＤで工具Ｔ及びワークＷを相対移動させてワークＷの黒皮面Ｋを加工する加工工程とを順次実行するように構成される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械を用い、黒皮が付いた状態のワーク表面を工具により加工して少なくとも黒皮を除去する加工方法であって、
前記工作機械の機上でレーザ式測定装置により前記ワーク黒皮面の凹凸を測定して最も高い山頂部分と最も低い谷底部分との間の高さを求める測定工程と、
前記求めた高さに一定切り込み深さを付加し、得られた値を、前記ワーク黒皮面を前記工具で加工するときの切り込み深さとして設定する切込深さ設定工程と、
前記設定した切り込み深さで前記工具及びワークを相対移動させて前記ワーク黒皮面を加工する加工工程とを順次実行するようにしたことを特徴とする加工方法。
【請求項２】
前記切込深さ設定工程は、
前記求めた高さに一定切り込み深さを付加する工程と、
前記付加により得られた値を前記工具の切り込み深さとして前記ワーク黒皮面を加工した場合にその加工後に残る前記ワークの仕上代（Ａ）と予め設定した最低仕上代（Ｂ）とを比較する工程と、
前記仕上代（Ａ）が前記仕上代（Ｂ）よりも小さくならないときには、前記付加により得られた値を、前記ワーク黒皮面を前記工具で加工するときの切り込み深さとして設定する一方、前記仕上代（Ａ）が前記仕上代（Ｂ）よりも小さくなるときには、前記仕上代（Ａ）が前記仕上代（Ｂ）よりも小さくならず且つ前記求めた高さよりも大きい値を、前記ワーク黒皮面を前記工具で加工するときの切り込み深さとして設定する工程とから構成されることを特徴とする請求項１記載の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、黒皮が付いた状態のワーク表面を工具により加工して少なくとも黒皮を除去する加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種製品の製造工程においては、塑性加工や鋳造などにより製造された素材の表面から黒皮を除去することがある。そして、この黒皮除去を行う装置の一つに、従来、例えば、特開平５−２５３７９６号公報に開示されたような旋盤がある。
【０００３】
前記旋盤は、円筒状をした素材（ワーク）を軸中心に回転させ、所定の切り込み深さを有するように工具をワークの径方向に位置決めした後、この工具をワークの軸線方向に移動させてワーク外周面を加工し、このワーク外周面の黒皮を除去するように構成される。また、この旋盤は、工具とともにワークの軸線方向に移動する非接触センサにより、加工後におけるワーク外周面の変位量を測定し、その測定結果に応じて工具の切り込み深さを微調整しながらワークの外周面を加工するようになっている。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２５３７９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ワークの黒皮面における凹凸の大きさ（表面粗さ）は、ワーク製造時の精度によって変化する、即ち、精度が良いときには凹凸が小さく（最も高い山頂部分と最も低い谷底部分との間の高さが小さく）、精度が悪いときには凹凸が大きい（最も高い山頂部分と最も低い谷底部分との間の高さが大きい）。また、凹凸の最も高い山頂部分の高さ位置もワーク毎に変化する。
【０００６】
したがって、上記従来の旋盤のように、工具の切り込み深さを一律に設定すると、凹凸の大きさ及び凹凸の最も高い山頂部分の高さ位置に関係なく且つ黒皮残りを生じることなくワークの黒皮面を加工するには、凹凸の山頂部分の高さ位置が一番高くなると想定される高さ位置や凹凸が大きい場合に合わせて加工する必要があり、このため、例えば、図８に示すように、工具Ｔの切り込み方向における一定位置に工具Ｔを位置決めしてワークＷを加工し、この後、図９に示すように、工具Ｔを前記切り込み方向に移動させてワークＷを更に加工するといったように切り込みを２回行わなければならない。これにより、黒皮除去加工を短時間で効率的に実施することができなかった。
【０００７】
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、１回の切り込み回数で黒皮除去の加工を行うことができる加工方法の提供をその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明は、
工作機械を用い、黒皮が付いた状態のワーク表面を工具により加工して少なくとも黒皮を除去する加工方法であって、
前記工作機械の機上でレーザ式測定装置により前記ワーク黒皮面の凹凸を測定して最も高い山頂部分と最も低い谷底部分との間の高さを求める測定工程と、
前記求めた高さに一定切り込み深さを付加し、得られた値を、前記ワーク黒皮面を前記工具で加工するときの切り込み深さとして設定する切込深さ設定工程と、
前記設定した切り込み深さで前記工具及びワークを相対移動させて前記ワーク黒皮面を加工する加工工程とを順次実行するようにしたことを特徴とする加工方法に係る。
【０００９】
この発明によれば、まず、測定工程が行われる。この測定工程では、工作機械の機上でレーザ式測定装置によりワーク黒皮面の凹凸（表面粗さ）を測定して最も高い山頂部分と最も低い谷底部分との間の高さを求める。このとき、必ずしも黒皮面全面の凹凸を測定する必要はなく、測定時間の短縮を図ったり、測定作業の容易化を図るために、黒皮面の一部の領域だけ凹凸を測定するようにしても良い。
【００１０】
次に、切込深さ設定工程が行われる。この切込深さ設定工程では、前記求めた高さに一定切り込み深さを付加し、得られた値を、ワーク黒皮面を工具で加工するときの切り込み深さとして設定する。このように、凹凸の最も高い山頂部分と最も低い谷底部分との間の高さに一定の切り込み深さを付け足すことで、黒皮残りが生じるのを防止し、黒皮を確実に除去することができる。
【００１１】
そして、最後に、加工工程が行われる。この加工工程では、前記設定した切り込み深さで工具及びワークを相対移動させてワーク黒皮面を加工する。これにより、ワーク表面の黒皮が除去される。尚、この加工工程で前記工具には切削工具又は研削工具のどちらを用いても良い。
【００１２】
斯くして、本発明に係る加工方法によれば、レーザ式測定装置によりワーク黒皮面の凹凸を測定して最も高い山頂部分と最も低い谷底部分との間の高さを求めてこれに一定値を付加し、得られた値を切り込み深さとしたので、ワーク黒皮面の凹凸の大きさや凹凸の最も高い山頂部分の高さ位置に関係なく、最適な切り込み深さを設定することができる。また、１回の切り込みで確実に黒皮を除去することができる。したがって、黒皮除去加工を短時間で効率的に行うことができる。
【００１３】
また、レーザ式測定装置で凹凸を測定しており、接触式測定装置に比べ、測定間隔を非常に小さく設定することができるので、最も高い山頂部分と最も低い谷底部分との間の高さを高精度に検出することができ、このことによっても最適な切り込み深さを設定することが可能である。更に、接触式測定装置に比べ、大幅に短時間で当該測定を行うことができる。
【００１４】
尚、前記切込深さ設定工程は、前記求めた高さに一定切り込み深さを付加する工程と、前記付加により得られた値を前記工具の切り込み深さとして前記ワーク黒皮面を加工した場合にその加工後に残る前記ワークの仕上代（Ａ）と予め設定した最低仕上代（Ｂ）とを比較する工程と、前記仕上代（Ａ）が前記仕上代（Ｂ）よりも小さくならないときには、前記付加により得られた値を、前記ワーク黒皮面を前記工具で加工するときの切り込み深さとして設定する一方、前記仕上代（Ａ）が前記仕上代（Ｂ）よりも小さくなるときには、前記仕上代（Ａ）が前記仕上代（Ｂ）よりも小さくならず且つ前記求めた高さよりも大きい値を、前記ワーク黒皮面を前記工具で加工するときの切り込み深さとして設定する工程とから構成されていても良い。
【００１５】
このようにすれば、ワーク黒皮面の加工により次工程での仕上代が一定量よりも小さくなるのを防止することができる。仕上代が少な過ぎても、加工精度が悪化する場合があるので、このような不都合が生じるのを効果的に防止することができる。また、切り込み深さが小さくなるので、当該黒皮除去加工における加工負荷を低減させることもできる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明に係る加工方法によれば、１回の切り込み回数で黒皮除去加工を完了させることができる最適な切り込み深さを設定することができるので、このような加工を短時間で効率的に行うことができる。また、レーザを用いて凹凸を測定しているので、凹凸を精度良く測定することができ、このことによっても最適な切り込み深さを設定することができ、また、測定工程を短時間で終了させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の具体的な実施形態に係る加工方法について添付図面に基づき説明する。尚、図１は、本実施形態に係る加工方法を実施するための加工システムの概略構成を一部ブロック図で示した斜視図であり、図２は、加工システムを構成するレーザ式測定装置の測定ヘッドの概略構成を示した断面図である。また、図３は、加工システムを構成するレーザ式測定装置のデータ処理装置の概略構成を示したブロック図であり、図４は、データ処理装置の距離データ記憶部に格納されるデータのデータ構成を示した説明図である。
【００１８】
まず、図１に示した加工システム１について説明する。この加工システム１は、工作機械６０と、ワークＷの表面との間の距離を算出し、算出した距離に係るデータ（距離データ）を無線通信で送信する測定ヘッド１０、及び測定ヘッド１０から送信された距離データを無線通信により受信して、受信した距離データなどを基にワークＷの表面形状を算出するデータ処理装置４０を有するレーザ式測定装置５とを備える。
【００１９】
前記工作機械６０は、ベッド６１と、ベッド６１上に配設されたコラム６２と、コラム６２に支持され、上下方向（Ｚ軸方向）に移動自在となった主軸頭６３と、軸線がＺ軸と平行且つ軸線中心に回転自在に主軸頭６３によって支持され、先端部に工具が装着される主軸（図示せず）と、ベッド６１上に水平方向（Ｙ軸方向）に移動自在に配設されたサドル６５と、サドル６５上にＺ軸及びＹ軸の双方と直交するＸ軸方向に移動自在に配設され、上面にワークＷが載置されるテーブル６６と、主軸頭６３，サドル６５及びテーブル６６をＺ軸方向，Ｙ軸方向及びＸ軸方向にそれぞれ移動させるＺ軸送り機構部（図示せず），Ｙ軸送り機構部（図示せず）及びＸ軸送り機構部（図示せず）と、主軸に装着された工具を新たな工具と交換する工具交換装置６７と、各送り機構部及び工具交換装置６７の作動を制御する数値制御装置６８などから構成される。
【００２０】
前記工具交換装置６７は、特に図示はしないが、複数の工具が格納される工具マガジンと、工具マガジンに格納された工具と主軸に装着された工具とを交換する交換機構とを備えており、この交換機構は、まず、主軸に装着されている工具を引き抜いた後、新たな工具を主軸に装着する。
【００２１】
前記測定ヘッド１０は、ワークＷの表面にレーザ光を照射するレーザ発振器１１と、レーザ発振器１１から照射されワークＷの表面で反射したレーザ光を受光して２次元画像データを生成するＣＣＤカメラ１２と、レーザ発振器１１からのレーザ光をワークＷの表面に導くプリズム１３及び反射鏡１４と、ワークＷの表面で反射したレーザ光をＣＣＤカメラ１２の撮像面１２ａ上に結像させる（具体的には、環状像として収束させる）２つの凸レンズ１５，１６と、ＣＣＤカメラ１２と凸レンズ１６との間に配置された絞り１７と、ＣＣＤカメラ１２によって生成された２次元画像データを基にワークＷの表面と測定ヘッド１０との間のＺ軸方向における距離（ワークＷの表面におけるレーザ光の照射点ＰとＣＣＤカメラ１２の撮像面１２ａとの間の距離）を算出する距離算出部１８と、距離算出部１８によって算出された距離データをデータ処理装置４０に無線通信で送信する送信装置（図示せず）と、レーザ発振器１１、ＣＣＤカメラ１２、プリズム１３、反射鏡１４、凸レンズ１５，１６、絞り１７、距離算出部１８及び送信装置などが収容される円筒状の筐体１９と、筐体１９の上端に固設され、工具の主軸装着部と同形状をした装着部材２０とを備える。
【００２２】
前記装着部材２０には、この装着部材２０が主軸に装着されたときに把持されるプルスタッド２０ａが形成されている。前記距離算出部は、ＣＣＤカメラ１２によって生成された２次元画像データを基に反射レーザ光の環状像を抽出して、前記環状像の直径を認識し、この認識した直径から照射点Ｐと撮像面１２ａとの間の距離を算出する。
【００２３】
尚、この測定ヘッド１０は、工作機械６０の主軸に対して着脱自在に構成されており、通常、工具交換装置６７の工具マガジン内に格納され、ワークＷの測定を行う際にのみ、交換機構により主軸に装着されるようになっている。
【００２４】
前記データ処理装置４０は、測定ヘッド１０から送信された距離データを無線通信で受信する受信装置（図示せず）と、数値制御装置６８から、主軸及びテーブル６６のＸ軸，Ｙ軸及びＺ軸方向における相対移動位置データを取得する位置データ取得部４１と、測定ヘッド１０から受信された距離データと位置データ取得部４１により取得された相対移動位置データとを記憶する距離データ記憶部４２と、距離データ記憶部４２に格納されたデータを基にワークＷの表面形状を算出するデータ処理部４３とを備える。
【００２５】
前記位置データ取得部４１は、ワークＷの表面とＣＣＤカメラ１２との間の距離が計測されたとき（例えば、レーザ発振器１１からレーザ光が照射されたときや、ＣＣＤカメラ１２のシャッタが切られたときなど）の主軸及びテーブル６６の相対移動位置データを取得し、前記距離データ記憶部４２には、図４に示すように、測定ヘッド１０から得られた距離データと数値制御部６８から得られた相対移動位置データとが関連付けられて格納される。前記データ処理部４３は、ワークＷの表面形状として、例えば、ワークＷの表面の凹凸（表面粗さ）を算出する。
【００２６】
次に、以上のように構成された加工システム１を用い、黒皮が付いた状態のワークＷの表面を加工して黒皮を除去する加工方法について説明する。尚、以下の説明では、矩形状をしたワークＷの上面Ｋの全面を加工して黒皮を除去するものとして説明する。
【００２７】
まず、ワークＷをテーブル６６上に載置し、レーザ式測定装置５によりワークＷの上面（黒皮面）Ｋの凹凸を測定して、その測定領域における最も高い山頂部分Ｒ１と最も低い谷底部分Ｒ２との間の高さＨを求める測定工程を行う（図５参照）。このとき、レーザ光を連続的に照射しながら測定ヘッド１０及びワークＷを送り機構部により相対移動させ、測定ヘッド１０及びワークＷの相対移動方向に一定間隔で前記距離データ及び相対移動位置データを取得し、取得した各データを基にワークＷの表面の凹凸を測定する。尚、前記測定領域は、必ずしもワークＷの上面Ｋの全面とする必要はなく、測定時間の短縮を図ったり、測定作業の容易化を図るために、一部の領域についてだけ測定するようにしても良い。
【００２８】
この後、前記求めた高さＨに一定切り込み深さＳを付加し、得られた値を、ワークＷの上面Ｋを工具Ｔで加工するときの切り込み深さＤとして設定する切込深さ設定工程を行う（図５参照）。これは、例えば、前記求めた高さＨに一定切り込み深さＳを付加して得られた値（切り込み深さＤ）を基に、前記工作機械６０を制御するためのＮＣプログラムの切り込み深さに係るパラメータを設定変更することで実施することができる。尚、前記切り込み深さＤは、前記最も高い山頂部分Ｒ１からの切り込み量であり、この山頂部分Ｒ１の座標位置は、山頂部分Ｒ１に係る距離データと関連付けられた相対移動位置データから算出することができる。また、一定切り込み深さＳを付加しているのは、黒皮残りが生じるのを防止し、黒皮を確実に除去するためである。
【００２９】
そして、工具交換装置６７により、主軸に装着された測定ヘッド１０と工具マガジンに格納された所定の工具Ｔとを交換した後、前記設定した切り込み深さＤで工具Ｔ及びワークＷを相対移動させてワークＷの上面Ｋを加工する加工工程を行う（図５参照)。これは、例えば、数値制御装置６８により前記ＮＣプログラムを実行することで実施することができる。これにより、ワークＷの上面Ｋの黒皮が完全に除去される。尚、この後、ワークＷの上面に粗加工や仕上加工などを施して所定の寸法に仕上げるようにしても良い。
【００３０】
このように、本例の加工方法によれば、レーザ式測定装置５によりワークＷの黒皮面Ｋの凹凸を測定して最も高い山頂部分Ｒ１と最も低い谷底部分Ｒ２との間の高さＨを求めてこれに一定値Ｓを付加し、得られた値を切り込み深さＤとしたので、ワークＷの黒皮面Ｋの凹凸の大きさや凹凸の最も高い山頂部分Ｒ１の高さ位置（Ｚ軸方向の座標位置）に関係なく、最適な切り込み深さＤを設定することができる。また、１回の切り込みで確実に黒皮を除去することができる。したがって、黒皮除去加工を短時間で効率的に行うことができる。
【００３１】
また、レーザ式測定装置５で凹凸を測定しており、接触式測定装置に比べ、測定間隔を非常に小さく設定することができるので、最も高い山頂部分Ｒ１と最も低い谷底部分Ｒ２との間の高さＨを高精度に検出することができ、このことによっても最適な切り込み深さＤを設定することが可能である。更に、接触式測定装置に比べ、大幅に短時間で当該測定を行うことができる。
【００３２】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。
【００３３】
上例では、前記切込深さ設定工程において、前記求めた高さＨに一定切り込み深さＳを付加して得られた値を、ワークＷの上面Ｋを加工するときの切り込み深さＤとして設定したが、この黒皮除去後、所定の仕上代がなくなるまでワークＷを加工する場合には、次のようにして切り込み深さＤを設定するようにしても良い。
【００３４】
即ち、まず、前記求めた高さＨに一定切り込み深さＳを付加する工程を行い（図６及び図７参照）、ついで、前記付加により得られた値を切り込み深さＤとしてワークＷの上面Ｋを工具Ｔで加工した場合に、その加工後に残るワークＷの仕上代が予め設定した最低仕上代Ｆよりも小さくならないかどうかを、加工後に残るワークＷの仕上代と最低仕上代Ｆとを比較して確認する工程を行う（図６及び図７参照）。そして、前記最低仕上代Ｆよりも小さくならないとき（図６参照）には、前記付加により得られた値を、ワークＷの上面Ｋを加工するときの切り込み深さＤとして設定する一方、前記最低仕上代Ｆよりも小さくなるとき（図７参照）には、加工後に残る仕上代が前記最低仕上代Ｆよりも小さくならず且つ前記求めた高さＨよりも大きい値を、ワークＷの上面Ｋを工具Ｔで加工するときの切り込み深さＤとして設定する工程を行う。尚、切り込み深さＤの設定は、上記と同様にして実施することができる。
【００３５】
このようにすれば、ワークＷの上面Ｋの加工により次工程での仕上代が一定量よりも小さくなるのを防止することができる。仕上代が少な過ぎても、加工精度が悪化する場合があるので、このような不都合が生じるのを効果的に防止することができる。また、切り込み深さＤが小さくなるので、当該黒皮除去加工における加工負荷を低減させることもできる。
【００３６】
また、３軸制御の工作機械６０ではなく、テーブル６６又は主軸がＸ軸又はＹ軸回りに旋回可能となった、例えば、５軸制御工作機械を用いれば、テーブル６６又は主軸を旋回させることで、ワークＷをテーブル６６に取り付け直すことなくワークＷの側面についても黒皮除去加工を効果的に実施することができる。また、ワークＷの加工には、前記工作機械６０のようなマシニングセンタではなく、旋盤を用いるようにしても良い。また、上例では、切削加工における切り込み深さの設定に本発明を適用したが、研削加工における切り込み深さの設定に本発明を適用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本実施形態に係る加工方法を実施するための加工システムの概略構成を一部ブロック図で示した斜視図である。
【図２】加工システムを構成するレーザ式測定装置の測定ヘッドの概略構成を示した断面図である。
【図３】加工システムを構成するレーザ式測定装置のデータ処理装置の概略構成を示したブロック図である。
【図４】データ処理装置の距離データ記憶部に格納されるデータのデータ構成を示した説明図である。
【図５】切り込み深さの設定などを説明するための説明図である。
【図６】切り込み深さの設定などを説明するための説明図である。
【図７】切り込み深さの設定などを説明するための説明図である。
【図８】従来例に係る問題点を説明するための説明図である。
【図９】従来例に係る問題点を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    加工システム
５    レーザ式測定装置
１０  測定ヘッド
１１  レーザ発振器
１２  ＣＣＤカメラ
１８  距離算出部
４０  データ処理装置
４１  位置データ取得部
４２  距離データ記憶部
４３  データ処理部
６０  工作機械
Ｗ    ワーク
【図１】
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【図２】
2010058238.tif 000004
【図３】
2010058238.tif 000005
【図４】
2010058238.tif 000006
【図５】
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【図６】
2010058238.tif 000008
【図７】
2010058238.tif 000009
【図８】
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【図９】
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