(57)【要約】【課題】加工後のワーク又は切削工具の測定並びに補正値の入力を要することなく、切削工具の摩耗量に応じた補正を確実に行うことにより、加工後のワークの寸法公差を所定の範囲内に保つことのできる新規な工作機械の制御方法を開発することを技術課題とした。【解決手段】ＮＣ自動旋盤１による金属材料の切削加工にあたり、経時変化に伴う加工作業時の切削工具の刃先位置を補正し、目的とする加工寸法を得るための制御方法であって、この制御方法は、刃先位置の補正データとして供する刃先磨耗値を下式１によって近似的に導出することを特徴とする。  式１：刃先磨耗値＝（設定磨耗量Ｓ×加工個数0.5 ）／設定数Ｃ0.5     設定数Ｃ：設定磨耗量となるまでの加工数    設定磨耗量Ｓ：Ｃ個加工したときに磨耗する値、Ｓｍｍ【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＮＣ自動旋盤による金属材料の切削加工にあたり、経時変化に伴う加工作業時の切削工具の刃先位置を補正し、目的とする加工寸法を得るための制御方法であって、
この制御方法は、刃先位置の補正データとして供する刃先磨耗値を下式１によって近似的に導出することを特徴とする工作機械の制御方法。
式１：刃先磨耗値＝（設定磨耗量Ｓ×加工個数0.5 ）／設定数Ｃ0.5 
設定数Ｃ：設定磨耗量となるまでの加工数
設定磨耗量Ｓ：Ｃ個加工したときに磨耗する値、Ｓｍｍ
【請求項２】
前記式１は、下式２に下式３、４を代入して求められるものであることを特徴とする請求項１記載の工作機械の制御方法。
式２：刃先磨耗値＝磨耗曲線係数×０．０００１×加工個数0.5 
式３：磨耗曲線係数＝設定数Ｃ×設定磨耗量Ｓ÷磨耗データ係数値
式４：磨耗データ値係数＝０．０００１×設定数Ｃ1.5 
【請求項３】
前記金属材料の切削加工を行うメインプログラムに加え、前記刃先磨耗値を導出するためのマクロプログラムを実行することを特徴とする請求項１または２記載の工作機械の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＮＣ自動旋盤等の制御方法に関するものであって、特に計測作業を伴うことなく切削工具の刃先の位置補正を行うことのできる工作機械の制御方法に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
ＮＣ自動旋盤等の工作機械を用いて金属素材等を切削することにより、所望の形状の製品を量産する際には、同一ワークの加工数が増すにしたがって切削工具の磨耗も進行してゆくため、加工後のワークは次第に寸法公差から外れてしまうこととなる。
このため加工後のワーク寸法を実測することにより切削工具の摩耗量を求め、求めた摩耗量に応じた補正を行うことにより、加工後のワークの寸法公差を所定の範囲内に保つことが行われている（例えば特許文献１参照）。
また加工後のワーク寸法を計測する手法は、あくまでも間接的に工具の摩耗量を求めるものであるため、より正確な磨耗量を求めるために、加工工具の先端の加工部長さを非接触センサにより直接計測する手法も案出されている（例えば特許文献２参照）。
しかしながらこれらの手法は、加工後のワーク又は工具の測定並びに補正値の入力を行うことが必須であり、これに伴う作業の煩雑化や工作機械の価格上昇は避けられなかった。
特に切削工具が新品である場合、あるいは再研磨されたばかりのものである場合には、加工を開始した直後は切削工具の磨耗量が著しく多い初期磨耗状態が続き、その後、磨耗量が減少した定常磨耗状態となるため、初期磨耗状態から定常磨耗状態への移行時期にはこれを見極めるために頻繁かつ慎重な計測作業が必須とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２００５−４０９３０号公報
【特許文献２】特許第４７２７６３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明はこのような背景を認識してなされたものであって、加工後のワーク又は切削工具の測定並びに補正値の入力を要することなく、切削工具の摩耗量に応じた補正を確実に行うことにより、加工後のワークの寸法公差を所定の範囲内に保つことのできる新規な工作機械の制御方法を開発することを技術課題としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち請求項１記載の工作機械の制御方法は、ＮＣ自動旋盤による金属材料の切削加工にあたり、経時変化に伴う加工作業時の切削工具の刃先位置を補正し、目的とする加工寸法を得るための制御方法であって、この制御方法は、刃先位置の補正データとして供する刃先磨耗値を下式１によって近似的に導出することを特徴として成るものである。
式１：刃先磨耗値＝（設定磨耗量Ｓ×加工個数0.5 ）／設定数Ｃ0.5 
設定数Ｃ：設定磨耗量となるまでの加工数
設定磨耗量Ｓ：Ｃ個加工したときに磨耗する値、Ｓｍｍ
【０００６】
また請求項２記載の工作機械の制御方法は、前記要件に加え、  前記式１は、下式２に下式３、４を代入して求められるものであることを特徴として成るものである。
式２：刃先磨耗値＝磨耗曲線係数×０．０００１×加工個数0.5 
式３：磨耗曲線係数＝設定数Ｃ×設定磨耗量Ｓ÷磨耗データ係数値
式４：磨耗データ値係数＝０．０００１×設定数Ｃ1.5
【０００７】
また請求項３記載の工作機械の制御方法は、前記要件に加え、前記金属材料の切削加工を行うメインプログラムに加え、前記刃先磨耗値を導出するためのマクロプログラムを実行することを特徴として成るものである。
そしてこれら各請求項記載の発明の構成を手段として前記課題の解決が図られる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、加工後のワーク又は切削工具の測定並びに補正値の入力を要することなく、切削工具の摩耗量に応じた補正を確実に行うことにより、加工後のワークの寸法公差を所定の範囲内に保つことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明が適用される工作機械を一部拡大して示す側面図である。
【図２】金属材料及びこのもが加工されて得られた部品を示す側面図である。
【図３】本発明によって近似的に導出された刃先磨耗値を示す表及びグラフである（設定数１０００、設定磨耗値０．０２）。
【図４】本発明によって近似的に導出された刃先磨耗値を示す表及びグラフである（設定数２０００、設定磨耗値０．０２）。
【図５】本発明によって近似的に導出された刃先磨耗値を示す表及びグラフである（設定数６００、設定磨耗値０．００８）。
【図６】加工個数−寸法誤差曲線を示すグラフであって、本発明によって切削工具の刃先位置を補正した場合を示す実線、補正を行わない場合を示す破線及び所定の加工個数毎に加工後のワーク寸法を計測して補正を行った場合を示す鎖線である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の工作機械の制御方法の最良の形態は以下の実施例に示すとおりであるが、この実施例に対して本発明の技術的思想の範囲内において適宜変更を加えることも可能である。
【実施例】
【００１１】
以下図面に基づいて本発明の適用対象である工作機械の一例であるＮＣ自動旋盤１について説明し、続いてこのＮＣ自動旋盤１の作動状態と併せて本発明の工作機械の制御方法について説明する。
図１に骨格的に示すのがＮＣ自動旋盤１であり、このものは出発部材である金属素材等のワークＷを切削加工して、所望の形状の部品Ｐとするための装置である。
このようなＮＣ自動旋盤１は、ワークＷを保持するためのワークホルダ２と、切削工具としてのバイト５を保持するとともにその作用位置を適宜変更するためのバイトユニット３とを主要部材として具えて成るものである。
【００１２】
以下、ＮＣ自動旋盤１を構成する諸部材について詳細に説明する。
まず前記ワークホルダ２は、ワークＷを掴持するためのチャック２１が回転軸２２の端部に具えられ、適宜の回転機構によって回転軸２２が回転されるように構成されたものである。なおこのワークホルダ２は、適宜の可動機構によって回転軸２２の軸方向（図１に示すＺ軸方向）に移動可能とされている。
【００１３】
次に前記バイトユニット３は、可動フレーム３０に対して具えられるバイトホルダ３１にバイト５が装着させるものであり、このバイトホルダ３１が適宜の可動機構によって図１に示すＸ軸方向に移動可能とされている。なお可動フレーム３０全体は適宜の可動機構によって図１に示すＹ軸方向に移動可能とされている。
このような構成が採られることにより、ワークホルダ２及びバイトホルダ３１の位置を適宜所望の位置とすることができ、バイト５の刃先５ａをワークＷ表面の所望の個所に作用させることができるものである。
なお前記可動フレーム３０に対してドリル等の回転工具３２を具えることにより、ワークＷに対して切削以外の加工を施すようにすることもできる。
【００１４】
またＮＣ自動旋盤１には、前記ワークホルダ２及びバイトユニット３の動作を制御するための制御盤（図示省略）が具えられる。なおこの制御盤には、ＮＣ自動旋盤１による金属材料（ワークＷ）の切削加工を行い、所望の形状の部品Ｐを得るために、前記バイトユニット３を制御するためのメインプログラムと、刃先５ａの磨耗値を算出するマクロプログラムとが記憶される。
【００１５】
本発明の適用対象であるＮＣ自動旋盤１は一例として上述したような構成を有するものであり、以下この装置を用いてワークＷを切削加工し、所望の形状の部品Ｐを得る際に実行されるメインプログラム及びマクロプログラムとして実行される本発明の工作機械の制御方法について説明する。なおこの実施例では一例として図２（ａ）に示すような円柱状のワークＷをメインプログラムに従って切削加工し、図２（ｂ）に示すような形状の部品Ｐを得るものとする。
【００１６】
本発明の工作機械の制御方法は、ＮＣ自動旋盤１による金属材料の切削加工にあたり、経時変化に伴う加工作業時の切削工具（バイト５）の刃先５ａ位置を補正し、目的とする加工寸法を得るための制御方法であって、この制御方法は、刃先５ａ位置の補正データとして供する刃先磨耗値を下式１によって近似的に導出するものである。
式１：刃先磨耗値＝（設定磨耗量Ｓ×加工個数0.5 ）／設定数Ｃ0.5 
設定数Ｃ：設定磨耗量となるまでの加工数
設定磨耗量Ｓ：Ｃ個加工したときに磨耗する値、Ｓｍｍ
【００１７】
なお前記式１は、下式２に下式３、４を代入して導出されたものである。
式２：刃先磨耗値＝磨耗曲線係数×０．０００１×加工個数0.5 
式３：磨耗曲線係数＝設定数×設定磨耗量÷磨耗データ値係数
式４：磨耗データ値係数＝０．０００１×設定数1.5 
ここで前記式３によって求められる磨耗曲線係数は、近似曲線計算式の計算式変更用係数である。
また前記式４によって求められる磨耗データ値係数は、磨耗曲線の係数を導き出すための係数であって、いろいろな加工条件から磨耗係数表を作成し、この係数表から磨耗データ用の近似曲線の関数計算式により導出するものである。
【００１８】
（１）設定数と設定磨耗量の選定
そして上記式１を用いる場合、設定数Ｃと設定磨耗量Ｓとを選定する必要があり、ここでこれらの数値について説明する。
具体的には一例として図２（ａ）に示す金属素材からなるワークＷを切削して図２（ｂ）に示す部品Ｐを得る場合に、部品ＰをＣ個加工したときのバイト５の刃先５ａの磨耗量をＳｍｍとすると、これらＣ、Ｓが設定数Ｃ及び設定磨耗量Ｓとされるものである。
なおこの部品Ｐの寸法表示から理解できるように、本発明は極めて精密且つ微細な寸法設定を必要とする部品Ｐを製造するための装置に適用されることが多い。
これら設定数Ｃ及び設定磨耗量Ｓの値は、ワークＷの材質、バイト５の硬度、部品Ｐの形状に由来する刃先５ａのトレース長等に応じて変化するものである。そして既に部品Ｐの加工が行われている現場においては、オペレータが設定数Ｃ及び設定磨耗量Ｓのおおよその値を把握していることが多く、この場合その値が採用される。もちろんワークＷの材質、バイト５の硬度、部品Ｐの形状に由来する刃先５ａのトレース長等をパレメータとした複数の数値を予めデータベース化しておき、その中の数値を適宜選択するようにしてもよい。
【００１９】
（２）刃先磨耗値の算出
そして式１に基づいて刃先磨耗値の算出が行われるものであり、一例としてＣ＝１０００、Ｓ＝０．０２としたときの算出結果を図３（ａ）の表及び図３（ｂ）のグラフ（加工個数−刃先磨耗値曲線）に示す。
また一例としてＣ＝２０００、Ｓ＝０．０２としたときの算出結果を図４（ａ）の表及び図４（ｂ）のグラフ（加工個数−刃先磨耗値曲線）に示す。
更にまた一例としてＣ＝６００、Ｓ＝０．０８としたときの算出結果を図５（ａ）の表及び図５（ｂ）のグラフ（加工個数−刃先磨耗値曲線）に示す。
【００２０】
（３）寸法公差の検証
そしてＮＣ自動旋盤１におけるワークホルダ２にワークＷをセットし、ワークＷを回転させながらワークホルダ２とバイトユニット３との位置を変化させて、バイト５の刃先５ａをワークＷの表面に作用させる。
この際、例えば図２（ａ）に示すようにワークＷの側周面から中心方向に向かって０．２５ｍｍ切削する場合には、ワークＷの表面に刃先５ａが作用した状態を原点として、ここからバイトホルダ３１ごとバイト５を中心側に徐々に移動させ、最終的に０．２５ｍｍ移動させる操作が行われることにより所望の切削が行われる。
そしてワークＷを切削加工し、所望の形状の部品Ｐを得る際のワークホルダ２、バイトホルダ３１、可動フレーム３０の移動は、メインプログラムによって制御されるものであり、これらの移動データは、ＮＣデータとして制御盤に記憶されている。
なおこのようなメインプログラムのみを実行し、刃先磨耗値を考慮することなく同じ位置での移動を繰り返した場合、目標寸法からの誤差は、図６中破線で示すように加工個数が増すに従って大きくなってしまう（加工個数が１０００個のときに０．０２ｍｍ）。
【００２１】
一方、本発明の工作機械の制御方法においては、各加工個数毎の刃先磨耗値は前記式１によって算出されるため、この刃先磨耗値を刃先５ａ位置の磨耗補正データとして用いて、各加工個数毎に異なる原点補正が行われる。この結果、部品Ｐの寸法は図６中実線で示すように目標寸法からのズレが極めて小さく、且つバラツキが小さなものとなる（加工個数が１０００個のときに０．００４ｍｍ）。
なお式１を用いて刃先磨耗値を算出するプロセスをマクロプログラムとして実行するものであり、このマクロプログラムはメインプログラムの途中で各加工個数毎に実行してその都度、刃先磨耗値を算出するようにしてもよいし、予めマクロプログラムを実行して設定数の各加工個数に応じた刃先磨耗値を全て算出しておき、この値をメモリに記憶しておき、メインプログラムの途中で適宜呼び出して用いるようにしてもよい。
【００２２】
このように本発明によれば、加工後のワークＷ又は、バイト５等の切削工具の測定並びに補正値の入力を要することなく、切削工具の摩耗量に応じた補正を確実に行うことにより、加工後のワークＷ（部品Ｐ）の寸法公差を所定の範囲内に保つことが可能となる。
この結果、測定及びデータの入力作業を排除してＮＣ自動旋盤１の稼働率を向上させることができる。
【００２３】
なお従来より行われている手法は、一定の加工個数毎（一例として２００個毎）に完成品の部品Ｐの寸法または刃先５ａの寸法を測定し、刃先磨耗値を把握したうえで原点補正を行うものである。このような補正が行われた場合、図６中鎖線で示すように目標寸法からのズレは一定間隔毎に修正されるため、大きくズレることはなくなるものの、修正ポイント間で見ると寸法がバラついてしまうことは避けられない。
【符号の説明】
【００２４】
１      ＮＣ自動旋盤
２      ワークホルダ
２１    チャック
２２    回転軸
３      バイトユニット
３０    可動フレーム
３１    バイトホルダ
３２    回転工具
５      バイト
５ａ    刃先
Ｗ      ワーク
Ｐ      部品
【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】
2018058180.tif 000007
【図６】
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