(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒形素材の周面を切削する周面加工方法において、
未加工の円筒形素材の一端側の周面を把持して加工機のテーブル上に固定する工程と、
前記固定された未加工の円筒形素材の円周上の複数点の座標を測定し、その測定結果より円筒形素材の仮の加工中心座標を計算する工程と、
仮の加工中心座標を基準として所定の半径の周面加工を、把持されていない側の周面に対して行う工程と、
把持されていない側の周面の周面加工完了後に円筒形素材を反転して加工済側の周面を把持して加工機のテーブル上に固定する工程と、
前記固定された円筒形素材の周面加工済面の円周上の複数点の座標を測定し、その測定結果より円筒形素材の真の加工中心座標を計算する工程と、
真の加工中心座標を基準として所定の半径の円周加工を把持されていない未加工の周面に行う工程と、
を含むことを特徴とする円筒形素材の周面加工方法。
【請求項２】
円筒形素材の周面加工を数値制御工作機械により行い、加工中心座標の計算および計算された加工中心座標による円周切削プログラムの作成を数値制御装置と通信可能に接続された上位コンピュータにより行うことを特徴とする請求項１に記載の円筒形素材の周面加工方法。
【請求項３】
円筒形素材の周面加工を数値制御工作機械により行い、加工中心座標の計算および計算された加工中心座標による円周切削プログラムの作成を工作機械の数値制御装置により行うことを特徴とする請求項１に記載の円筒形素材の周面加工方法。
【請求項４】
未加工の円筒形素材の一端側の周面をチャックにより把持して加工機のテーブル上に固定する工程と、チャックで把持されていない側の周面の周面加工完了後に円筒形素材を反転して加工済側の周面をチャックにより把持して加工機のテーブル上に固定する工程を段取りロボットにより行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の円筒形素材の周面加工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、円筒形素材の周面加工方法に関し、特に、大径で、重量物である大型の円筒形素材の周面加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、円柱体や円筒体等の円筒形素材の周面加工は旋盤やターニングマシン等の旋盤系工作機械により行われている。旋盤系工作機械では、ワークである円筒形素材を回転チャックで把持し、回転チャックによって円筒形素材を、自身の中心軸線を中心に回転させ、軸線方向とワーク径方向に移動可能な刃物台のバイト工具等によりワーク外周面を旋削することが行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
旋盤系工作機械では、ワークを把持して回転させるための回転チャックが必要であり、回転チャックはワークの回転振れを防ぐだけの強度を備えている必要がある。このため、ワークが大型になるに従って、ワークを把持して回転させるための回転チャックは大型化し、回転チャックの強度を指数関数的に増大させなければ、ワークの回転振れを防げなくなり、大径で、重量物である大型の円筒形素材であるほど、工作機械の寸法や駆動力などを増強する必要が生じる。
【０００４】
ワークに対して不充分な強度の回転チャックで把持して加工が行われると、ワークの回転振れにより、加工形状は非真円形状や円錐台形状となり、真円度、円筒度が得られず、加工済み部分が円錐台形状となった後にワークの掴み替えを行って未加工部分を同様に加工しても、全体は円錐台形状を合わせた形状となり、円筒形状とはならない。
【０００５】
この発明は、上述の如き問題点を解消するためになされたもので、回転チャックを使用せず、固定式のチャックを用いて適切な大きさの加工機により、チャックによるワークの振れを意識することなく、大きなワークを精度よく円筒形状に加工する円筒形素材の周面加工方法を得ることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、この発明による円筒形素材の周面加工方法は、円筒形素材の周面を切削する周面加工方法において、未加工の円筒形素材の一端側の周面を把持して加工機のテーブル上に固定する工程と、前記固定された未加工の円筒形素材の円周上の複数点の座標を測定し、その測定結果より円筒形素材の仮の加工中心座標を計算する工程と、仮の加工中心座標を基準として所定の半径の周面加工を、把持されていない側の周面に対して行う工程と、把持されていない側の周面の周面加工完了後に円筒形素材を反転して加工済側の周面を把持して加工機のテーブル上に固定する工程と、前記固定された円筒形素材の周面加工済面の円周上の複数点の座標を測定し、その測定結果より円筒形素材の真の加工中心座標を計算する工程と、真の加工中心座標を基準として所定の半径の円周加工を把持されていない未加工の周面に行う工程とを含むものである。
【０００７】
つぎの発明による円筒形素材の周面加工方法は、円筒形素材の周面加工を数値制御工作機械により行い、加工中心座標の計算および計算された加工中心座標による円周切削プログラムの作成を数値制御装置と通信可能に接続された上位コンピュータにより行うものである。
【０００８】
つぎの発明による円筒形素材の周面加工方法は、円筒形素材の周面加工を数値制御工作機械により行い、加工中心座標の計算および計算された加工中心座標による円周切削プログラムの作成を工作機械の数値制御装置により行うものである。ここで、加工中心座標の計算および計算された加工中心座標による円周切削プログラムの作成を数値制御装置にて行っても本機能を実現することができる。
【０００９】
つぎの発明による円筒形素材の周面加工方法は、未加工の円筒形素材の一端側の周面をチャックにより把持して加工機のテーブル上に固定する工程と、チャックで把持されていない側の周面の周面加工完了後に円筒形素材を反転して加工済側の周面をチャックにより把持して加工機のテーブル上に固定する工程を段取りロボットにより行うものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図を参照して、この発明にかかる円筒形素材の周面加工方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００１１】
図１は、この発明による円筒形素材の周面加工方法の実施に使用される加工システムの一例を示している。この加工システムは、切削加工を行う一つの数値制御工作機械としてのマシニングセンタ１と、マシニングセンタ１を制御するための数値制御装置（以降、ＮＣ装置と記載する）２と、ワークの搬入出およびワークを反転して掴み替えを行う段取りロボット３と、ＮＣ装置２および段取りロボット３と通信可能に接続された上位コンピュータ４とを有している。
【００１２】
マシニングセンタ１は、図２に示されているように、ベッド１１上に設けられてＹ軸方向に移動可能なテーブル１３と、ベッド１１の両側に立設された一対の固定コラム１５および一対の固定コラム１５間に掛け渡されたクロスレール１７とによる門形フレーム１９と、クロスレール１７にＸ軸方向に移動可能に設けられたサドル２１と、サドル２１に垂直方向（Ｚ軸方向）に移動可能に設けられたラム２３と、ラム２３の下端に設けられ回転工具と測定プローブとを交換可能に取り付けられる主軸２５を回転可能に支持した主軸頭２７により構成されている。テーブル１３上にはワーク固定治具として３爪式の固定チャック２９が固定状態で取り付けられている。
【００１３】
ＮＣ装置２は、測定プローブを使用してテーブル１３上のワークＷの円周座標を測定するための円周測定プログラムと、円弧補間によってテーブル１３上のワークＷを円周切削加工するための円周切削プログラムとを備えている。
【００１４】
上位コンピュータ４は、パーソナルコンピュータ等により構成され、ワーク円周座標を測定するための円周測定プログラムや円周切削加工のための円周切削プログラムの起動指示をＮＣ装置２へ出力したり、ＮＣ装置２より円周座標測定結果をアップロードして加工中心座標を計算し、計算結果を加工中心座標としてＮＣ装置２にダウンロードしたり、段取りロボット３にワーク搬入、掴み換え等の指示を出力したりする。
【００１５】
つぎに、図３を参照して上述のような加工システムを使用してこの発明による円筒形素材の周面加工方法を実施する手順について説明する。
【００１６】
（１）上位コンピュータ４の指令により、段取りロボット３が円筒形素材（ワーク）Ｗをマシニングセンタ１の固定チャック２９に搬入する（ステップＳ１）。ワーク搬入完了後に、固定チャック２９によってワークＷの一端側（下端側）を把持する。
【００１７】
（２）上位コンピュータ４の起動指令により、ＮＣ装置２が円周測定プログラムを実行する（ステップＳ２）。これにより、マシニングセンタ１に付属する自動工具交換装置（図示省略）によってマシニングセンタ１の主軸２５に測定プローブ３１が装着され、図４に示されているようなＡ１、Ａ２、Ａ３の円周上の３点のＸＹ座標を測定する。測定位置は、測定プローブ３１が固定チャック２９のチャック爪２９ａに接触しないようにし、ワーク円周面上の相互に１２０°前後の測定間隔を持つ３点にて行う。
【００１８】
（３）測定が完了すると（ステップＳ３肯定）、上位コンピュータ４がＮＣ装置２より測定結果をアップロードする（ステップＳ４）。
【００１９】
（４）上位コンピュータ４が測定値よりワークの仮の加工中心ＣｖのＸＹ座標（Ｘｖｃ，Ｙｖｃ）を計算する（ステップＳ５）。測定座標をそれぞれＡ１（Ｘａ１，Ｙａ１）、Ａ２（Ｘａ２，Ｙａ２）、Ａ３（Ｘａ３，Ｙａ３）とすれば、円周上の３点より円の中心を求める算式に基づいて仮の加工中心座標（Ｘｖｃ，Ｙｖｃ）を求めることができる。
【００２０】
（５）求められた中心座標（Ｘｖｃ，Ｙｖｃ）をワークＷの加工中心座標として所定半径の円周加工を行う円周切削プログラムを上位コンピュータ４にて作成し（ステップＳ６）、この円周切削プログラムをＮＣ装置２にダウンロードし、当該円周切削プログラムの起動指令をＮＣ装置２に出力する（ステップＳ７）。これにより、ＮＣ装置２が円周切削プログラムを実行し、マシニングセンタ１に付属する自動工具交換装置（図示省略）によってマシニングセンタ１の主軸２５に回転工具３３が交換装着され、Ｘ軸送りとＹ軸送りとによる円弧補間により、ワークＷの外周（チャックで把持されていない部分）が仮の加工中心座標（Ｘｖｃ，Ｙｖｃ）を中心として所定半径をもって円周切削される。
【００２１】
（６）この円周切削が完了すると（ステップＳ８肯定）、固定チャック２９によるワークＷの把持を一旦解除し、上位コンピュータ４の指令により、段取りロボット３がワークＷを上下反転してマシニングセンタ１の固定チャック２９に搬入する（ステップＳ９）。ワーク反転搬入完了後に、固定チャック２９によってワークＷの反転下端側（加工済部）を把持する。
【００２２】
（７）上位コンピュータ４の起動指令により、ＮＣ装置２が円周測定プログラムを実行する（ステップＳ１０）。これにより、マシニングセンタ１に付属する自動工具交換装置（図示省略）によってマシニングセンタ１の主軸２５に測定プローブ３１が交換装着され、図５に示されているようなＢ１、Ｂ２、Ｂ３の円周（周面加工済面ｂ）上の３点のＸＹ座標を測定する。この場合も、測定位置は、測定プローブが固定チャック２９のチャック爪２９ａに接触しないようにし、ワーク円周面上の相互に１２０°前後の測定間隔を持つ３点にて行う。
【００２３】
（８）測定が完了すると（ステップＳ１１肯定）、上位コンピュータ４がＮＣ装置２より測定結果をアップロードする（ステップＳ１２）。
【００２４】
（９）上位コンピュータ４が測定値よりワークの真の加工中心ＣｔのＸＹ座標（Ｘｔｃ，Ｙｔｃ）を計算する（ステップＳ１３）。測定座標をそれぞれＢ１（Ｘｂ１，Ｙｂ１）、Ｂ２（Ｘｂ２，Ｙｂ２）、Ｂ３（Ｘｂ３，Ｙｂ３）とすれば、円周上の３点より円の中心を求める算式に基づいて真の加工中心座標（Ｘｔｃ，Ｙｔｃ）を求めることができる。この中心座標はチャックの掴み誤差を補正したマシニングセンタ１の絶対値として求められる。
【００２５】
（１０）求められた中心座標（Ｘｔｃ，Ｙｔｃ）をワークＷの加工中心座標として所定半径で円周加工を行う円周切削プログラムを上位コンピュータ４にて作成し（ステップＳ１４）、この円周切削プログラムをＮＣ装置２にダウンロードし、当該円周切削プログラムの起動指令をＮＣ装置２に出力する（ステップＳ１５）。ここで、作成された円周切削プログラムの加工中心座標は、加工済み円筒部ｂの中心座標と同一となる。これにより、ＮＣ装置２が円周切削プログラムを実行し、マシニングセンタ１に付属する自動工具交換装置（図示省略）によってマシニングセンタ１の主軸２５にフライス工具のような回転工具３３が交換装着され、Ｘ軸送りとＹ軸送りとによる円弧補間により、ワークＷの外周（チャックで把持されていない未加工部分ａ）が真の加工中心座標（Ｘｔｃ，Ｙｔｃ）を中心として所定半径をもって円周切削される。
【００２６】
（１１）この円周切削が完了すると（ステップＳ１６肯定）、固定チャック２９によるワークＷの把持を解除し、上位コンピュータ４の指令により、段取りロボット３がワークＷをマシニングセンタ１より搬出する（ステップＳ１７）。これにより、一つのワークＷの加工が完了する。
【００２７】
なお、上述した実施の形態では、マシニングセンタ１で測定した座標値を上位コンピュータ４にアップロードし、上位コンピュータ４で処理した結果をマシニングセンタ１のＮＣ装置２にダウンロードして加工を行ったが、測定した座標値をＮＣ装置２自身で処理した後に、上位コンピュータ４による起動指令で加工を行うことも可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明から理解される如く、この発明による円筒形素材の周面加工方法によれば、ワークを回転させることなくワークの周面を円周加工するから、ワークを回転させる大型チャックおよび駆動装置を必要とすることがなく、直径の大きなワークでも精度よく周面加工することができる。また、ワークの加工済み面を基準として、未加工部分の加工中心座標を決めるから、チャックのぶれ等による誤差を意識することなく、精度よく円筒形素材の周面加工を行うことができる。
【００２９】
つぎの発明による円筒形素材の周面加工方法によれば、円筒形素材の周面加工は数値制御工作機械により行い、加工中心座標の計算および計算された加工中心座標による円周切削プログラムの作成を数値制御装置と通信可能に接続された上位コンピュータにより行うから、周面加工を自動化できる。
【００３０】
つぎの発明による円筒形素材の周面加工方法によれば、未加工の円筒形素材の一端側の周面をチャックにより把持して加工機のテーブル上に固定する工程と、チャックで把持されていない側の周面の周面加工完了後に円筒形素材を反転して加工済側の周面をチャックにより把持して加工機のテーブル上に固定する工程を段取りロボットにより行うから、段取り工程を含む一つのワークの周面加工を完全に自動化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による円筒形素材の周面加工方法の実施に使用される加工システムの一例を示すブロック線図である。
【図２】この発明による円筒形素材の周面加工方法の実施に使用されるマシニングセンタの具体例を示す斜視図である。
【図３】この発明による円筒形素材の周面加工方法を実施する手順を示すフローチャートである。
【図４】この発明による円筒形素材の周面加工方法において仮の加工中心座標を計算するためのワークの円周座標計測状態を示す図である。
【図５】この発明による円筒形素材の周面加工方法において真の加工中心座標を計算するためのワークの円周座標計測状態を示す図である。
【符号の説明】
１  マシニングセンタ、２  数値制御装置、３  段取りロボット、４  上位コンピュータ、１１  ベッド、１３  テーブル、１９  門形フレーム、２１  サドル、２３  ラム、２５  主軸、２７  主軸頭、２９  固定チャック、３１  測定プローブ、３３  回転工具。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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