(57)【要約】【課題】５軸制御マシニングセンタに適用でき、マシニングセンタの変形を補償しながら高精度に加工を進めることができる切削加工方法を提供すること。【解決手段】５軸制御マシニングセンタが、主軸３に装着されて被測定物の３次元の位置を測定するプローブ１０と、テーブル７に固定されてプローブ１０により位置を測定される基準ブロック８と、工具長を測定する工具測定装置９とを具備する。切削加工方法が準備工程と加工工程とを含み、準備工程において、プローブ１０が基準ブロック８の初期位置を測定し、加工工程において、１つの工具による加工が終わる度毎に、プローブ１０により基準ブロック８の位置を測定して初期位置との差を算出し、その差に基づいて、２本の回転送り軸、工具測定装置９、及びワークのそれぞれの位置データを補正する。【選択図】図６Ａ
2008073813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直交する３本の直線送り軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び２本の回転送り軸（Ａ，Ｃ）を有する５軸制御マシニングセンタ（１）により、複数の工具の１つを前記マシニングセンタの主軸（３）に順次装着してテーブル（７）に載置されたワーク（Ｗ）の切削加工をＮＣプログラムの指令に従って行う切削加工方法において、
前記５軸制御マシニングセンタ（１）は、その自動工具交換装置により前記主軸（３）に装着されて被測定物の３次元の位置を測定するプローブ（１０）と、前記マシニングセンタのテーブル（７）に固定されて前記プローブ（１０）により位置を測定される基準ブロック（８，１０８）と、工具長を測定する工具測定装置（９，１０９）とを具備し、
該切削加工方法が、１回実施される準備工程と、前記複数の工具の中の１つが前記主軸（３）に装着される度毎に実施される加工工程とを含んでなるものであり、
前記準備工程において、前記プローブ（１０）が前記基準ブロック（８，１０８）の初期位置を測定し、
前記加工工程において、１つの工具による加工が終わる度毎に、前記プローブ（１０）が前記基準ブロック（８，１０８）の位置を測定し、その測定で得られた前記基準ブロック（８，１０８）の位置と前記初期位置との差を算出し、その差に基づいて前記２本の回転送り軸（Ａ，Ｃ）、前記工具測定装置（９，１０９）、及び前記ワーク（Ｗ）のそれぞれの位置データを補正し、その補正した前記位置データによって後続する１つの工具による加工を行うことを特徴とする、切削加工方法。
【請求項２】
前記工具測定装置（１０９）の一部を前記基準ブロック（８，１０８）として機能させたことを特徴とする請求項１記載の切削加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、５軸制御マシニングセンタを用いてワークを切削加工する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
マシニングセンタ等の工作機械では、運転することにより様々な部分（例えば高速で回転する主軸の軸受部等）が発熱し、この発熱が機体の熱変形を引き起こして加工精度を低下させることが知られている。加工精度の低下を防ぐために、熱変形量を測定して、この測定データに基づいてＮＣデータを補正することが例えば特許文献１で提案されている。
【０００３】
特許文献１のマシニングセンタは、ワーク加工治具及びマシニングセンタの主軸に設けられたＸ，Ｙ２軸の磁気センサと磁石とによって、ワーク加工位置の近くで少なくとも２軸方向の実際の主軸位置を検出し、その検出した実際の主軸位置に基づいて主軸のワーク加工位置を補正することにより、ワークの加工精度を高めることを狙ったものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２３９４４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されたマシニングセンタは、ワーク加工位置を補正するものであるが、５軸制御のマシニングセンタで加工を行う場合は、ワーク加工位置の補正だけでは必要な加工精度を得ることができない場合がある。このような従来技術の課題に鑑みて、本発明は、５軸制御マシニングセンタに適用でき、マシニングセンタの変形を補償しながら高精度に加工を進めることができる切削加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【０００７】
請求項１に記載の発明では、直交する３本の直線送り軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ）及び２本の回転送り軸（Ａ，Ｃ）を有する５軸制御マシニングセンタ（１）により、複数の工具の１つをマシニングセンタの主軸（３）に順次装着してテーブル（７）に載置されたワークの切削加工をＮＣプログラムの指令に従って行う切削加工方法において、５軸制御マシニングセンタ（１）は、その自動工具交換装置（ＡＴＣ）により主軸（３）に装着されて被測定物の３次元の位置を測定するプローブ（１０）と、マシニングセンタのテーブル（７）に固定されてプローブ（１０）により位置を測定される基準ブロック（８，１０８）と、工具長を測定する工具測定装置（９，１０９）とを具備し、該切削加工方法が、１回実施される準備工程と、複数の工具の中の１つが主軸（３）に装着される度毎に実施される加工工程とを含んでなるものであり、準備工程において、プローブ（１０）が基準ブロック（８，１０８）の初期位置を測定し、加工工程において、１つの工具による加工が終わる度毎に、プローブ（１０）が基準ブロック（８，１０８）の位置を測定し、その測定で得られた基準ブロック（８，１０８）の位置と初期位置との差を算出し、その差に基づいて２本の回転送り軸（Ａ，Ｃ）、工具測定装置（９，１０９）、及びワークのそれぞれの位置データを補正し、その補正した位置データによって後続する１つの工具による加工を行うことを特徴としている。
【０００８】
この加工方法では、ワークの原点位置だけを補正するのではなく、２本の回転送り軸（Ａ，Ｃ）の位置データも補正するのでより高い加工精度が得られる。また、マシニングセンタの変位量の検出のための手段は、ワークの平行及び芯出しのために通常も用いられるプローブと、テーブル側に設置される単純な構造の基準ブロックとから構成されるので、標準的に用いられるマシニングセンタに基準ブロックを付加すればよく、したがって設備的な追加の負担をほとんど要することなく本加工方法を実施できる。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、工具測定装置（１０９）の一部を基準ブロック（８，１０８）として機能させたことを特徴としている。これにより、工具測定装置（１０９）の初期位置データも得られ、より精度の高い工具長データが得られる。
【００１０】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本願発明の切削加工方法の実施例について、図を参照して以下に説明する。本実施例の切削加工方法は、ＮＣプログラムの指令により、複数の切削工具を順次用いてマシニングセンタを駆動して切削加工を実施するものである。用いられるマシニングセンタは、図１に示す５軸制御マシニングセンタ１であり、互いに直交するＸ，Ｙ，Ｚ軸の３つの直線送り軸と、前記Ｘ軸及びＺ軸にそれぞれ平行なＡ軸及びＣ軸の２つの回転送り軸とを備えている。
【００１２】
マシニングセンタ１は、本実施例では立形であって、構造的な主要部として、基礎となるベッド２と、主軸３及びそれを駆動するモータ（不図示）等を収容している主軸ヘッド４と、ベッド２から上方に延びて主軸ヘッド４を支持する門形のコラム５と、ベッド２上に配設されてワークを保持するトラニオン６とを備えている。主軸ヘッド４はＸ軸及びＺ軸に沿って直線移動し、トラニオン６はＹ軸に沿って直線移動すると共にＡ軸及びＣ軸を中心に回転するように構成されている。また、トラニオン６はその中心部の上側にワークを載置する部分である、８角形のテーブル７を備えている。
【００１３】
またマシニングセンタ１は、図示されていないが、自動工具交換装置（ＡＴＣ）及び制御部も具備しており、制御部は、ＮＣプログラム及びＮＣプログラムが読み込むコモン変数等を記憶する記憶部（不図示）を備えている。また自動工具交換装置は、そのマガジン（不図示）に複数の切削工具及び後述するプローブを収容し、またそれらの選択された一つを主軸３へ装着することと主軸３から取り外すことができる。
【００１４】
さらに本実施例のマシニングセンタ１は、基準ブロック８と、工具測定装置９と、主軸３に装着可能なプローブ１０とを具備している。前記基準ブロック８は、直方体形状をしており、Ｘ−Ｙ平面に平行な上面８ａとＺ軸方向に貫通する基準穴８ｂとを有している。基準ブロック８は、マシニングセンタ１の発熱等による、主軸３とトラニオン６あるいはベッド２との間のＸＹＺ方向の相対変位を測定する際の測定ポイントを提供するためのものであって、本実施例ではテーブル７の左側の側面に固定されている。
【００１５】
前記工具測定装置９は、切削工具（不図示）を主軸３に装着した状態でその先端位置を測定して工具長データを得るものであり、また測定データを制御部に伝送することができる。本実施例では接触式の一般的なタイプのものであり、図４の連結部材１１を介してトラニオン６に固定されている。
【００１６】
前記プローブ１０は、その概略形状が図１に示されるように、測定用の接触子であるスタイラス１０ａと本体部１０ｂとマシニングセンタの主軸３に装着されるシャンク１０ｃとから構成されている。このプローブ１０は、非使用時には自動工具交換装置のマガジンに他の工具と共に格納されているが、使用時には自動工具交換装置によってマシニングセンタの主軸３に装着されて、テーブル７に固定された基準ブロック８あるいはワーク等の被測定物の、機械原点Ｍｏからの３次元の位置を測定し、また測定したデータを制御部に伝送することができる。
【００１７】
次に、各構成要素の位置関係を図２〜５を参照して詳細に説明する。図２はトラニオン６のテーブル７にワークＷが載置及び図示しない固定手段により固定された状態を示す斜視図であり、図３はそのときの平面図であり、図４及び５は側面図である。マシニングセンタの機械原点Ｍｏは、図３及び図４に示す位置にあり、主軸端面位置は図４の場合はＺ方向ではゼロである。基準ブロック８の位置は、基準穴８ｂの中心と基準ブロックの上面８ａが交わった点である基準ブロック原点Ｒｏで規定され、その機械原点Ｍｏからの位置はＲｘ、Ｒｙ（図３），Ｒｚ（図４）で表される。本実施例のワーク原点ＷｏはワークＷの左上角の頂点に設定され、その機械原点Ｍｏからの距離はＷｘ，Ｗｙ（図３），Ｗｚ（図４）で表される。図５で示されるように、プローブ１０は主軸３に装着されたとき主軸端からプローブ１０のスタイラス１０ａの先端までの距離がＬｐとなる。
【００１８】
Ａ軸は、その機械原点ＭｏからのＹ及びＺ方向の距離がＹ0，Ｚ0で表され、基準ブロック原点Ｒｏとの間の距離はＲＡｙ、ＲＡｚ（図４）である。Ｃ軸は、その機械原点Ｍｏからの距離がＸ0，Ｙ0で表され、基準ブロック原点Ｒｏとの間の距離はＲＣｘ，ＲＣｙである。なお、本実施例ではＡ軸とＣ軸は図２で示されるように交差していて、それらのＹ方向距離は共にＹ0である。また、工具測定装置９は、その機械原点ＭｏからのＺ方向の位置がＴｚ（図４）で表され、基準ブロック原点Ｒｏとの間の距離はＲＴｚである。
【００１９】
次に、このように構成されたマシニングセンタ１を使って本発明の加工方法がどのように実施されるかについて説明すると、本発明の加工方法は、１回実施される準備工程と、複数の工具中の１本が主軸３に装着されて実施される加工工程とを含んでなるものであり、前記加工工程は、主軸３に装着される工具の数だけ繰り返し実施される。準備工程において、基準ブロック８の加工前における位置（原点位置Ｒｏ）をプローブ１０により測定しておき、加工工程において、１つの工具による加工が終わった後に毎回、基準ブロック８の位置を測定し、この加工後に測定した値と加工前に測定した値の差、つまり基準ブロック８の変位を算出し、この差に基づいて、Ａ軸、Ｃ軸、工具測定装置９、及びワークＷのそれぞれの位置データを補正し、この補正した位置データがＮＣプログラムに反映されて次の１つの工具による加工が行われる。なお、Ａ軸、Ｃ軸、工具測定装置９の位置は、それらと基準ブロック８との間のあらかじめ記憶された距離データＲＡｙ（図３）、及びＲＡｚ（図４）、並びにＲＣｘ（図３）及びＲＣｙ、並びにＲＴｚ（図４）と、準備工程で測定した基準ブロックの位置データとから算出され、また算出された値が前述のように補正される。
【００２０】
フローチャートである図６Ａ及びＢを参照してより詳しく説明する。図６Ａは準備工程のステップ１〜８（Ｓ１〜８）を示し、図６Ｂは加工工程のステップ９〜２１（Ｓ９〜２１）を示している。準備工程においてはまず、自動工具交換装置（ＡＴＣ）がプローブ１０を主軸３に装着する（ステップ１）。次に、プローブ１０で基準ブロックの上面８ａの位置を測定して基準ブロックの初期Ｚ位置データＲｚ0としてコモン変数へ記憶する（ステップ２）。次に、基準ブロックの基準穴８ｂの位置を測定して初期Ｘ及びＹ位置データＲｘ0，Ｒｙ0としてコモン変数へ記憶する（ステップ３）。なお、基準ブロック８の位置を測定するときは、Ａ軸のＹ方向位置は、例えば図３に示す所定の標準位置に位置決めし、またＡ軸及びＣ軸の回転送りは０度にしておく。次に、ステップ２で得られた基準ブロックの初期Ｚ位置データＲｚ0と距離データＲＡｚとプローブの主軸端からの突出量ＬｐとからＡ軸のＺ位置Ｚ0を算出してコモン変数へ記憶する（ステップ４）。次に、ステップ２で得られた基準ブロックのＺ位置データＲｚ0と距離データＲＴｚとＬｐとから工具測定装置のＺ位置データＴｚを算出してコモン変数へ記憶する（ステップ５）。次に、ステップ３で得られた基準ブロックの初期Ｘ及びＹ位置データＲｘ0，Ｒｙ0と距離ＲＣｘ、ＲＣｙとからＣ軸のＸ及びＹ位置データＸ0，Ｙ0を算出してコモン変数へ記憶する（ステップ６）。次に、ステップ３で得られた基準ブロックの初期Ｘ及びＹ位置データＲｘ0，Ｒｙ0と距離ＲＡｙよりＡ軸のＹ位置データＹ0を算出してコモン変数へ記憶する（ステップ７）。
【００２１】
次に、テーブル７上に載置及び固定されたワークＷの位置をプローブ１０で測定しながらワークの平行だし及び芯出しを行い、平行及び芯出しされたワーク原点の位置データＷｘ，Ｗｙ，Ｗｚ及びＣ軸の回転送り量Ｗｃを設定する（ステップ８）。
【００２２】
次に加工工程が図６Ｂに示されるようにステップ９から始まる。ステップ９では、自動工具交換装置（ＡＴＣ）が主軸３からプローブ１０を取り外して代わりに第１の切削工具を装着する。次に、工具測定装置９によって第１の切削工具の工具長を測定し記憶する（ステップ１０）。なおこのときさらに工具径を測定してもよい。次いで、ここまでのステップで得られたＡ軸、Ｃ軸、ワークの位置データ及び工具長データが反映されたＮＣプログラムによってワークを切削加工する（ステップ１１）。次に、前記ステップ１１の加工が最後の切削工具による加工か否かの判定をする（ステップ１２）。ここで最後の切削工具による加工であれば終了し、そうでなければステップ１３へ進む。
【００２３】
ステップ１３では、切削水またはエアーの吹き付けにより基準ブロックの上面８ａ及び基準穴８ｂ面に付着している切屑等を除去する。次に、自動工具交換装置（ＡＴＣ）が主軸３から切削工具を取り外して代わりにプローブ１０を装着する（ステップ１４）。次に、プローブ１０で基準ブロックの上面８ａの位置を測定し、その結果得られた基準ブロック８の加工後におけるＺ位置データＲｚｎと、準備工程で得られた初期Ｚ位置データＲｚ0との差ΔＲｚｎを算出して記憶する（ステップ１５）。算出した差ΔＲｚｎによりＡ軸のＺ位置データＺ0及び工具測定装置のＺ位置データＴｚを補正して、それぞれのコモン変数へ上書き記憶する（ステップ１６）。同様に前記差ΔＲｚｎでワークのＺ位置データＷｚを補正して上書き記憶する（ステップ１７）。次に、プローブ１０により基準ブロックの基準穴８ｂの位置を測定し、その結果得られた基準ブロックの加工後におけるＸ及びＹ位置データＲｘｎ，Ｒｙｎと、準備工程で取得した初期Ｘ及びＹ位置データＲｘ0，Ｒｙ0との差ΔＲｘｎ及びΔＲｙｎを算出して記憶する（ステップ１８）。次に、ステップ１８で得られた差ΔＲｘｎ及びΔＲｙｎによりＣ軸のＸ及びＹ位置データＸ0，Ｙ0を補正してコモン変数へ上書き記憶する（ステップ１９）。次に、ステップ１８で得られた差ΔＲｙｎによりＡ軸のＹ位置データＹ0を補正してコモン変数へ上書き記憶する（ステップ２０）。次に、ステップ１８で得られた差ΔＲｘｎ及びΔＲｙｎによりワーク原点位置データＷｘ、Ｗｙを補正して上書き記憶する（ステップ２１）。このようにステップ１４〜２１において、Ａ軸、Ｃ軸、ワーク、及び工具測定装置９のそれぞれの位置データが更新される。
【００２４】
次に、ステップ９に戻り、主軸３からプローブ１０を取り外して第２の切削工具を装着し、ステップ１０にて工具長を測定した後、ステップ１１にて、前記更新されたＡ軸、Ｃ軸、ワークの位置データ及び工具長データが反映されたＮＣプログラムによってワークを切削加工する（ステップ１１）。以下同様に複数の工具の残りの各々に対してステップ９〜２１を繰り返す。
【００２５】
前述の実施例では、基準ブロック８は、テーブル７の左側の側面に固定されていたが、基準ブロック８が工具経路への障害になるような場合、あるいはワークが大きく基準ブロック８に干渉する場合は、図７に示すようにテーブル７からやや離れたトラニオン６の部分に配置してもよい。ただし基準ブロックとワークとの距離が大きくなるにつれて、測定された基準ブロックの変位量と、必要な補正量との間の誤差も大きくなるので、基準ブロックの設置場所はワーク及びＡ軸、Ｃ軸に近接していることが好適である。
【００２６】
また、基準ブロックの形態は図８に示すように、直方体のブロックの上面から、先端に球体１０８ａを備えたロッド１０８ｂを延ばしたタイプの基準ブロック１０８を用いてもよい。さらに、図９で示されるように工具測定装置１０９の一部に、プローブのスタイラスが接触する平坦な上面１０９ａと基準穴１０９ｂを設けることにより、工具測定装置１０９の一部が基準ブロックとしても働くように構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施例で用いる５軸制御マシニングセンタの斜視図である。
【図２】マシニングセンタのテーブルに載置されたワークと基準ブロックと各制御軸を示す斜視図である。
【図３】テーブルに載置されたワークと基準ブロックのＸ−Ｙ平面での位置を示す平面図である。
【図４】ワーク及び基準ブロック等のＹ−Ｚ平面での位置を示すマシニングセンタの側面図である。
【図５】プローブが主軸に装着された状態のマシニングセンタの側面図である。
【図６Ａ】本発明の切削加工方法の実施例の準備工程を示すフローチャートである。
【図６Ｂ】本発明の切削加工方法の実施例の加工工程を示すフローチャートである。
【図７】基準ブロックの設置場所が異なる変更例のマシニングセンタの斜視図である。
【図８】別のタイプの基準ブロックが用いられた変更例のマシニングセンタのトラニオンの斜視図である。
【図９】工具測定装置が基準ブロックの機能を有する変更例のトラニオンの斜視図である。
【符号の説明】
【００２８】
３    主軸
６    トラニオン
７    テーブル
８    基準ブロック
９    工具測定装置
１０    プローブ
Ａ    Ａ軸
Ｃ    Ｃ軸
Ｍｏ    機械原点
Ｗ    ワーク
Ｗｏ    ワーク原点
【図１】
2008073813.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
2008073813.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
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