斜め加工のための５軸加工機の姿勢保証システム
【課題】それぞれ傾斜穴の傾斜、方位に基づいて、加工を始める前に主軸頭やテーブルの旋回角度の誤差を測定しておき、自動的に主軸頭やテーブルの旋回角度を補正しながら斜め加工を実施できるようにする。
【解決手段】特定のワークの加工を開始する前の段階で、当該ワークについて加工するすべての傾斜穴の傾斜角度、方位などの形状データに基づいた測定プログラムの実行により、当該ワークに行う各傾斜穴加工のすべてについて、その傾斜角度に前記主軸頭１０を旋回させたときのＡ軸角度の目標値と実際の測定値との誤差である変位角度を測定し、ワークのすべての傾斜穴加工について、変位角度が許容範囲内になるように補正したＡ軸角度を記憶させ、当該ワークの加工プログラムをＮＣ装置で実行したときにすべての傾斜穴について補正後のＡ軸角度を読み出し、各斜め加工を実行するときのＡ軸角度を前記補正後のＡ軸角度で指令する。
【解決手段】特定のワークの加工を開始する前の段階で、当該ワークについて加工するすべての傾斜穴の傾斜角度、方位などの形状データに基づいた測定プログラムの実行により、当該ワークに行う各傾斜穴加工のすべてについて、その傾斜角度に前記主軸頭１０を旋回させたときのＡ軸角度の目標値と実際の測定値との誤差である変位角度を測定し、ワークのすべての傾斜穴加工について、変位角度が許容範囲内になるように補正したＡ軸角度を記憶させ、当該ワークの加工プログラムをＮＣ装置で実行したときにすべての傾斜穴について補正後のＡ軸角度を読み出し、各斜め加工を実行するときのＡ軸角度を前記補正後のＡ軸角度で指令する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、５軸加工機の姿勢保証システムに係り、特に、主軸頭が旋回する門型工作機械などの５軸加工機において、ワークに傾斜穴を加工するときに、主軸頭の旋回軸であるＡ軸やテーブルを割り出すＣ軸の誤差を補償できるようにした５軸加工機の姿勢保証システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、５軸加工機の代表的な機械には、門型工作機械がある。この門型工作機械では、主軸頭がクロスレールに設置されており、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に加えて主軸頭を旋回させるＡ軸と、テーブルを割り出すＣ軸を備えている。このような門型工作機械の従来技術例としては、例えば、特許文献１に開示されているものを挙げることができる。この種の門型工作機械をはじめとする５軸加工機では、主としてプロペラなどに代表される自由曲面加工にメリットがあるとされてきた。
【０００３】
例えば、これまで金型の付加価値加工は、自由曲面の形状加工が最優先され、主軸の高速回転と軸移動の高速追従性能が求められていた。これに応えるようにして、５軸加工機では、形状加工の高速高精度化が実現されてきた。
【０００４】
近年、製造業を取り巻く環境が大きく変化し、加工する製品の製造日程短縮の
ための要求が厳しくなっている。そして、５軸加工機に対するユーザーからの要求は、工程集約的な複合加工指向が強くなってきている。これに伴い、上述のように、高速高精度化の面で著しい成果を挙げた反面で、旧態以前たる加工作業も依然として併存しているというアンバランスが問題となってきている。
【０００５】
例えば、自動車のインストパネルやバンパーのような大型の樹脂成形品を成形する金型を加工する場合、高度な形状加工を行う以外に、押出ピンを入れる穴や、冷却穴、アンダカット形状加工など、必ずしも高度な形状加工を行う必要のない加工も多数存在する。
【特許文献１】特開２００４−３４１６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これだけ高速化が定着した現在であっても、押出ピン穴加工のような、けっして高速高精度加工とはいえない加工が熟練者による人海戦術で行われているという現状がある。これは、押出ピン穴は、一つの金型に何箇所も設けられており、しかもそれぞれの押出ピン穴は、傾斜および方位が異なっているという特質があるためである。
【０００７】
５軸加工機で、押出ピン穴を加工するには、主軸頭を穴の傾斜角に合わせて旋回させるとともに、穴の方位に合わせてテーブルを旋回させる必要がある。しかし、主軸頭の重量によって、不可避的に主軸頭の傾斜角に誤差が生じたり、テーブルの旋回角に機械的な誤差が生じたりするので、押出ピン穴の加工には不向きであった。このため、５軸加工機による形状加工とは別に、熟練者による人海戦術での傾斜ドリル加工作業が行われていた。
【０００８】
実際、一つ一つの押出ピン穴について傾斜ドリル加工を行うために、熟練者が手作業でワークの段取り、ドリル加工を行っている。現実の切削に要する時間は、短時間であるのに対して、段取りにほとんどの時間が費やされ、工作機械の高速高精度化の成果を活用できないのが現状であった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、それぞれ傾斜穴の傾斜、方位に基づいて、加工を始める前に主軸頭やテーブルの旋回角度の誤差を測定しておき、自動的に主軸頭やテーブルの旋回角度を補正しながら、加工段階での主軸頭やテーブルの姿勢を正確に保証できるようにした斜め加工のための５軸加工機の姿勢保証システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に加えて、主軸頭を旋回させるＡ軸とテーブルを旋回させるＣ軸を有する５軸加工機において、重力の影響および機械的誤差に起因して生じる誤差を修正し、ワークに斜め加工するときの姿勢を保証するシステムであって、特定のワークの加工を開始する前の段階で、当該ワークについて加工するすべての傾斜穴の傾斜角度、方位などの形状データに基づいた測定プログラムの実行により、当該ワークに行う各傾斜穴加工のすべてについて、その傾斜角度に前記主軸頭を旋回させたときのＡ軸角度の目標値と実際の測定値との誤差である変位角度を測定するＡ軸較正手段と、当該ワークのすべての傾斜穴加工について、前記Ａ軸角度を変位角度で補正したＡ軸角度を記憶する補正データ記憶手段と、当該ワークの加工プログラムをＮＣ装置で実行したときにすべての傾斜穴について補正後のＡ軸角度を読み出し、各傾斜加工を実行するときのＡ軸角度を前記補正後のＡ軸角度で指令するＡ軸制御手段と、
を具備することを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明は、前記Ａ軸制御手段とともに、前記測定プログラムの実行により、当該ワークについてすべての各傾斜穴ごとに、その方位に対応させて前記テーブルを旋回させたときにＣ軸角度の指令値と実際の測定値との誤差である変位角度を測定するＣ軸較正手段と、当該ワークのすべての傾斜穴について、Ｃ軸角度を前記変位角度で補正したC軸角度を記憶する補正データ記憶手段と、当該ワークに各傾斜穴を加工する段階で、すべての傾斜穴について補正後の前記Ｃ軸角度を読み出し、当該テーブルを各傾斜穴の方位に合わせるためのＣ軸角度指令値を前記補正後のＣ軸角度で指令するＣ軸制御手段と、をさらに具備することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ワークのすべての傾斜穴をＣＡＤデータに基づいて作成した測定プログラムを実行し、傾斜角度、方位の誤差が許容範囲になるようなＡ軸角度、Ｃ軸角度をすべての傾斜穴について把握した上で、文字通りＮＣ制御による高精度の自動加工が実現することができるので、５軸加工機本来の高速性を活用して、効率的な斜め加工を実現でき、とりわけ、ワークが大型金型である場合に顕著な加工効率の向上を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明による斜め加工のための５軸加工機の姿勢保証システムの一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明による傾斜穴加工のための姿勢保証システムが適用される５軸加工機の一例として門形工作機械を示す。
図１において、参照番号２は、コラムを示し、参照番号４はベッドを示している。コラム２には、クロスレール６が水平に架設されており、このクロスレール６は、上下方向に昇降するようになっている。また、クロスレール６には、サドル８が左右方向に移動自在に設置されている。主軸頭１０は、サドル８に旋回可能に設置されており、旋回ころがりガイドに支持されたスイベル旋回機構により駆動される構造になっている。
【００１４】
ベッド４の上には、テーブル１２が設けられている。このテーブルは、３６０°連続回転可能なロータリテーブルであり、テーブル１２に載せたワークを任意の方位に向けることができる。
【００１５】
このような門形工作機械は、直線軸としてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を有している。Ｘ軸は、テーブル１２を前後方向に送る制御軸である。Ｙ軸はサドル８左右方向に送る制御軸、Ｚ軸は、クロスレールを上下方向に送る制御軸である。これらのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に加えて、主軸頭１０をＹ−Ｚ平面内で左右に最大３０度旋回させる旋回軸がＡ軸であり、テーブル１２を連続的に任意の角度を旋回される旋回軸がＣ軸である。
【００１６】
次に、図２は、門形工作機械で傾斜穴加工が加えられるワークの一例を示す。この実施形態では、ワークは、自動車のインストパネルのような大型樹脂成形品を成形するのに使用される大型の金型２０である。このような大型金型２０の場合、成形品を取る出すための押出ピンが必要不可欠となる。そして、大型金型２０には、いくつも押出ピンを組み込まなければ、成形品を取り出すことができない。このため、大型金型２０には、製品キャビティを形成する曲面の形状加工をした後、押出ピンを挿入するための多数のピン穴が傾斜穴開け加工により加工される。
【００１７】
図３は、ピン穴の形状を示す金型２０の断面を示す図である。押出ピン２１は、入子２２とスライドロッド２３とからなり、入子２２が金型２０から突出して成形品を押し出す。金型２０には、スライドロット２３が摺動するスライドロッド穴２４と入子２２が収容されるコアポケット２５が加工される。スライドロッド穴２４とコアポケット２５は、全体として一つのピン穴を形成している。
【００１８】
このようなピン穴は、傾斜しているのが通常である。図４において、例えば、スライドロッド穴２４についてみれば、このスライドロッド穴２４は、穴の基準点を設定したときのその座標、スライドロッド穴２４の傾斜角度θ、スライドロッド穴２４の軸線が延びる方位ψ等のデータによって最低限特定することができる。
【００１９】
金型２０をテーブル１２に載せてスライドロッド穴２４をドリルで穴開け加工する場合、スライドロッド穴２４の方位に合わせてテーブル１２を旋回させ、スライドロッド穴２４の傾斜角度にだけ主軸頭１０が傾いた姿勢を維持して、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を同時に数値制御しながらドリルを送ることでスライドロッド穴２４を加工することができる。
【００２０】
理論上は、金型２０に加工するすべての傾斜穴について、穴の基準点の座標、穴の傾斜角度、方位、形状についてのデータから加工プログラムを作成し、その加工プログラムを実行して金型２０のすべての傾斜穴の加工を自動化することができる。
【００２１】
ところが、現実には、主軸頭１０を傾斜させた状態では、主軸頭１０やコラム２、クロスレール６に撓みが生じて、わずかながら傾斜角度に誤差が生じる。また、テーブル１２を旋回させたときにも機械的な誤差が不可避的に生じる。このため、実際の加工では、傾斜角度や方位に誤差が出て正確な斜め加工ができない。
【００２２】
そこで、図１の門形工作機械には、傾斜加工をするときの姿勢を保証するシステムを設け、重力の影響および機械的誤差に起因して主軸頭１０の旋回角度やテーブル１２の旋回角度に生じる誤差を修正している。
【００２３】
図５は、本実施形態による姿勢保証システムのブロック構成図である。
図５において、参照番号３０は、ＣＡＤ／ＣＡＭ機を示し、参照番号４０は、ＣＮＣ装置を示す。ＣＡＤ／ＣＡＭ機３０とＣＮＣ装置４０は、シリアル通信やＬＡＮなどの通信手段で接続されている。
【００２４】
ＣＡＤ／ＣＡＭ機３０は、加工対象のワーク、この実施形態では、大型金型の設計するＣＡＤデータが作成するＣＡＤデータ作成部３１と、ＣＡＤデータに含まれるピン穴の基準点の位置、傾斜角度、方位、さらには形状などのデータに基づいて、ピン穴加工の加工プログラムを作成する加工プログラム作成部３２と、ＣＡＤデータに基づいて主軸頭１０の旋回角度やテーブル１２の旋回角度を補正するのに必要なデータを得るためキャリブレーションを行う測定プログラムを作成する測定プログラム作成部３３と、を構成するようになっている。
【００２５】
次に、ＣＮＣ装置４０は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ａ軸、Ｃ軸の５軸同期制御が可能なＣＮＣ装置であり、基本的な構成として入出力部４２、演算制御部４３、記憶部４４、Ｘ軸制御部４５、Ｙ軸制御部４６、Ｚ軸制御部４７、Ａ軸制御部４８、Ｃ軸制御部４９を備えている。
【００２６】
演算制御部４３では、加工プログラムを実行するほか、測定プログラムをユーザ指定で実行する。これらのプログラムを実行すると、Ｘ軸制御部４５、Ｙ軸制御部４６、Ｚ軸制御部４７、Ａ軸制御部４８、Ｃ軸制御部４９の各軸制御部は、各軸についての指令を生成し、これらの各軸指令は、それぞれＸ軸サーボモータ５０、Ｙ軸サーボモータ５１、Ｚ軸サーボモータ５２、Ａ軸サーボモータ５３、Ｃ軸サーボモータ５４に出力される。これら各軸の実際の位置は、位置検出器５５、５６、５７、５８、５９により検出され、位置検出信号はＣＮＣ装置４０にフィードバックされる。
【００２７】
測定プログラムの実行により、キャリブレーションを行うときには、主軸頭１０の主軸先端には、タッチプローブ６０が装着される。テーブル１２上の所定の位置には、キャリブレーションゲージ６２が設置されている。このキャリブレーションゲージ６２は、主軸頭１０が旋回したときの旋回角度の誤差を測定するためのゲージである。同様に、テーブル１２の上には、旋回軸に関して対称な位置に一対のキャリブレーションゲージ６４ａ、６４ｂが配置されている。キャリブレーションゲージ６２、キャリブレーションゲージ６４ａ、６４ｂのうち、キャリブレーションゲージ６２は、高度な真円度を有する球体である。キャリブレーションゲージ６４ａ、６４ｂは、円筒形のゲージである。
【００２８】
タッチプローブ６０には、接触子６１が設けられており、キャリブレーションゲージ６２、６４ａ、６４ｂに接触子６１が接触したときに発生するオンオフ信号は、プログラマブルロジックコントローラ６５を介してＣＮＣ装置４０に入力される。
【００２９】
次に、図６は、主軸頭１０を旋回させたときのＡ軸の旋回角度の補正量を求めるために行うキャリブレーションを実行する測定プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
また、図７は、測定プログラムを実行したときの主軸頭１０の姿勢の変化を示す図である。テーブル１２上に設置されたキャリブレーションゲージ６２の中心位置Ｐ（Ｘ0、Ｙ0、Ｚ0）は測定済みで既知であるとする。
また、加工対象の金型には、ｎ本の傾斜穴Ａ1乃至Ａｎを加工するものとし、この金型の場合、傾斜穴Ａ1乃至Ａｎの傾斜角度θはそれぞれθ1、θ2、…θnで、方位ψはそれぞれψ1、ψ2、…ψnであるとする。
【００３０】
まず、最初に、主軸頭１０を旋回させるときのＡ軸角度が設定される（ステップＳ１）。最初は、傾斜穴Ａ1の傾斜角度θ1に設定される。その後、最初の傾斜穴Ａ1の傾斜角度θ1になるまでキャリブレーションゲージ６２の球面にタッチプローブ６０の接触子６１が接触を保ったまま主軸頭１０を旋回させるマクロプログラムが実行される（ステップＳ３）。このマクロプログラムの実行により、主軸頭１０の姿勢は、図７に示すように、Ａ軸角度は理論上はθ1になる。
【００３１】
ステップＳ４では、主軸頭１０の傾いた姿勢を保ったまま、キャリブレーションゲージ６２の測定上の中心点位置Ｐ’（図８参照）を測定するマクロプログラムを実行する。このマクロプログラムでは、タッチプローブ６１がキャリブレーションゲージ６２の表面と接触する４点の座標が測定されて、４点の座標から中心位置Ｐ’の座標が算出される。
【００３２】
こうして、キャリブレーションゲージ６２の測定上の中心位置Ｐ’の座標がわかったところで、既知の中心位置Ｐとの誤差から次のようにして、Ａ軸の変位角度εが求められる（ステップＳ５）。
【００３３】
すなわち、図８において、主軸頭１０の旋回中心から主軸のゲージラインまでの距離をＬ、タッチプローブ６０のセンサ長をｌとすると、ＰＰ’間の距離の誤差をｅとして、Ａ軸の変位角度εを求めることができる。
続く、ステップＳ６では、Ａ軸変位角度εと、あらかじめ決められている許容値αとが比較されて、許容範囲に入っているか否かが判別される。許容範囲に入っていれば、このときのＡ軸角度θ1−εを記憶部４４に記憶し（ステップＳ７）、ステップＳ８からステップＳ１に戻って次の傾斜穴の測定に進む。
【００３４】
許容値αの範囲に入っていなければ、ステップＳ９に進む。このステップＳ９では、それまでθ1に設定されていたＡ軸角度の目標値を、変位角度を用いてθ1−εに補正し、ステップＳ２に戻って、再度、Ａ軸角度をθ1−εとして、ステップＳ３〜Ｓ６の再測定を行い、再度求めたＡ軸変位角度εが許容値αの範囲内に入っているかを判別する。入っていなければ再測定をする。
こうして測定を繰り返し、変位角度εが許容範囲に入ったら、ステップＳ７でこのときのＡ軸角度θ1を記憶部４４に記憶する。
【００３５】
次の傾斜穴Ａ2についても、同じようにして、傾斜角度θ2に主軸頭を旋回させてキャリブレーションケージ６２の中心位置を測定し、変位角度εが許容値α内にはいるまで測定を繰り返し、そのときのＡ軸角度θ2を記憶部４４に記憶する。以下、同様に、すべての傾斜穴について測定を行う。
【００３６】
次に、図９は、テーブル１２を旋回させたときのＣ軸の旋回角度の補正量を求めるために行うキャリブレーションを実行する測定プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
図１０は、測定プログラムを実行したときのテーブル１２の位置の変化を示す図である。
【００３７】
図１０（ａ）は、テーブル１２の初期位置（Ｃ軸角度＝０°）を示す。テーブル１２の上には、キャリブレーションゲージ６４ａ、６４ｂがそれぞれＰ点、Ｑ点に設置されている。このＰ点、Ｑ点は、テーブル１２の旋回中心Ｏに関して１８０°対称な位置にある。
【００３８】
まず、最初のステップＳ１０乃至Ｓ１３は、テーブル１２の旋回中心Ｏの位置を確認する処理である。すなわち、ステップＳ１０、Ｓ１１では、テーブル１２を初期位置（Ｃ軸角度＝０°）にして、Ｐ点の位置を測定する。この測定には、タッチプローブ６０がＰ点のキャリブレーションゲージ６４ａ、Ｑ点のキャリブレーションゲージ６４ｂのそれぞれの内径部の中心を測定する自動心出し（直径２方向アプローチ）を行うマクロプログラムが実行され、Ｃ軸角度０°におけるＰ点の座標が求められる。
【００３９】
ステップＳ１２、Ｓ１３では、テーブル１２を１８０°旋回させたＰ’点の座標を求める（図１０（ｂ））。テーブル１２の旋回中心は、Ｐ点、Ｐ’点の中点になる（ステップＳ１４）。
【００４０】
次に、テーブル１２を金型の傾斜穴の方位ψに旋回させるときのＣ軸角度が設定される（ステップＳ１５）。最初の傾斜穴Ａ1の方位はψ1であるので、Ｃ軸角度はψ1に設定される。
その後、テーブル１２を図１０（ａ）に示す初期位置に位置決めする（ステップ１６）。
【００４１】
次いで、最初の傾斜穴Ａ1の方位ψ1になるまでテーブル１２を旋回させる（ステップＳ１７）。ステップＳ１８では、自動心出しを行うマクロプログラムの実行により、テーブル１２のＰ点、Ｑ点にあるキャリブレーションゲージ６４ａ、６４ｂの位置を測定する（図１０（ｃ））。
こうして、キャリブレーションゲージ６４ａ、６４ｂの測定上の座標がわかれば、このときの実際の旋回角度ψ’1を算出することができる。
【００４２】
続く、ステップＳ１９では、理論上の旋回角度ψ1と実際の旋回角度ψ’1の差から、Ｃ軸の変位角度δを求める。そして、このときの変位角度δと、許容値βとが比較されて、許容値βの範囲に入っているか否かが判別される（ステップＳ２０）。許容範囲に入っていれば、このときのＣ軸角度ψ1を記憶部４４に記憶した後、ステップＳ２２からステップＳ１５に戻って次の傾斜穴についての測定に進むが、許容範囲に入っていなければ、ステップＳ２３に進む。このステップＳ２３では、それまでψ1に設定されていたＣ軸角度の目標値を、変位角度を用いてψ1−δに補正し、ステップＳ１６に戻って、再度、主軸頭１０を初期位置に戻してから、Ａ軸角度をψ1−δとして、ステップＳ１６〜Ｓ２３の再測定を行い、再測定した変位角度δが許容値βの範囲内に入るまで繰り返す。
こうして、変位角度δが許容範囲に入ったら、ステップＳ２１でこのときのＣ軸角度ψ1を記憶部４４に記憶する。
【００４３】
次の傾斜穴Ａ2についても、同じようにして、方位ψ2に合わせてテーブル１２を旋回させてキャリブレーションケージ６４ａ、６４ｂの位置を測定し、変位角度δが許容値β内にはいるときのＣ軸角度ψ2を記憶部４４に記憶する。以下、同様に、すべての傾斜穴について測定を行う。
【００４４】
以上のようにして、金型２０に加工する傾斜穴Ａ1〜Ａnのすべてについて、変位角度が許容範囲になるようなＡ軸角度、Ｃ軸角度等のデータが実際に加工を始める前に測定されて、記憶部４４に記憶される。
【００４５】
次に、加工プログラムをＣＮＣ装置４０で実行したときの、実際の斜め加工について説明する。
【００４６】
金型２０に加工する傾斜穴Ａ1乃至Ａnとして、押出ピンを挿入するためのピン穴をドリルで加工する場合を例にする。
【００４７】
上述したように、加工する前から、既に測定プログラムの実行により、すべての傾斜穴Ａ1乃至Ａnについて、それぞれ傾斜角θに関してはＡ軸角度をいくらにすれば正確に主軸頭１０の姿勢を保てることがわかっており、それぞれ方位ψに関しても、Ｃ軸角度をいくらでテーブル１２を旋回させれば、正確に方位を合わせられることがわかっている。
【００４８】
したがって、実際に加工するときには、ＣＮＣ装置４０は、すべての傾斜穴Ａ1乃至ＡnについてＡ軸角度θと、Ｃ軸角度ψを随時読み出し、各傾穴Ａ1乃至Ａnの斜めドリル加工を実行するときに、加工プログラムで指令するＡ軸角度、Ｃ軸角度の替わりに、補正後のＡ軸角度、Ｃ軸角度をＡ軸制御部４８、Ｃ軸制御部４９に指令するので、重力による主軸頭１０、コラム２、クロスレール６の撓みや、テーブル１２の機械的誤差が補償された正確な斜めドリル加工を実現することができる。
【００４９】
しかも、一つ一つの傾斜穴について斜めドリル加工を行うために、傾斜角、方位に合わせて熟練者が手作業でワークの段取りした上で、ドリル加工を行う従来の加工工程とは様相を一変させる。すなわち、ワークのすべての傾斜穴をＣＡＤデータに基づいて作成した測定プログラム、加工プログラムを実行するだけで、文字通りＮＣ制御による高精度の自動加工を実現することができるので、５軸加工機本来の高速性を活用して、効率的な斜めドリル加工を実現でき、とりわけ、ワークが大型金型である場合に顕著な加工効率の向上を実現できる。
【００５０】
なお、傾斜穴の加工については、例えば、図３のピン穴であれば、さまざな加工がある。すなわち、時系列では、最初に、エンドミルによるざぐり加工を行い、ドリルによるガイド穴加工、ガンドリルによる穴開け加工、タップによるねじ加工等がある。これらの加工のいずれについても、本発明による傾斜穴加工の適用範囲にあることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明による５軸加工機の姿勢保証システムが適用される門形工作機械を示す斜視図。
【図２】５軸加工機により加工するワークを示す斜視図。
【図３】ワークに加工される押出ピン穴を示す断面図。
【図４】押出ピン穴の傾斜角度と方位を説明する図。
【図５】本発明の一実施形態による５軸加工機の姿勢保証システムのブロック構成図。
【図６】Ａ軸の旋回角度の変位角度を測定するプログラムのフローチャート。
【図７】測定中の主軸頭の姿勢の変化を示す図。
【図８】Ａ軸の変位角度を説明する図。
【図９】Ｃ軸の旋回角度の変位角度を測定するプログラムのフローチャート。
【図１０】テーブルの測定中の位置変化を示す図。
【符号の説明】
【００５２】
２ コラム
４ ベッド
６ クロスレール
８ サドル
１０ 主軸頭
１２ テーブル
２０ 金型
２１ 押出ピン
２２ 入子
２３ スライドロッド
２４ スライドロッド穴
３０ ＣＡＤ／ＣＡＭ機
４０ ＣＮＣ装置
６０ タッチプローブ
６１ 接触子
６２ キャリブレーションゲージ
６４ａ、６４ｂ キャリブレーションゲージ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、５軸加工機の姿勢保証システムに係り、特に、主軸頭が旋回する門型工作機械などの５軸加工機において、ワークに傾斜穴を加工するときに、主軸頭の旋回軸であるＡ軸やテーブルを割り出すＣ軸の誤差を補償できるようにした５軸加工機の姿勢保証システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、５軸加工機の代表的な機械には、門型工作機械がある。この門型工作機械では、主軸頭がクロスレールに設置されており、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に加えて主軸頭を旋回させるＡ軸と、テーブルを割り出すＣ軸を備えている。このような門型工作機械の従来技術例としては、例えば、特許文献１に開示されているものを挙げることができる。この種の門型工作機械をはじめとする５軸加工機では、主としてプロペラなどに代表される自由曲面加工にメリットがあるとされてきた。
【０００３】
例えば、これまで金型の付加価値加工は、自由曲面の形状加工が最優先され、主軸の高速回転と軸移動の高速追従性能が求められていた。これに応えるようにして、５軸加工機では、形状加工の高速高精度化が実現されてきた。
【０００４】
近年、製造業を取り巻く環境が大きく変化し、加工する製品の製造日程短縮の
ための要求が厳しくなっている。そして、５軸加工機に対するユーザーからの要求は、工程集約的な複合加工指向が強くなってきている。これに伴い、上述のように、高速高精度化の面で著しい成果を挙げた反面で、旧態以前たる加工作業も依然として併存しているというアンバランスが問題となってきている。
【０００５】
例えば、自動車のインストパネルやバンパーのような大型の樹脂成形品を成形する金型を加工する場合、高度な形状加工を行う以外に、押出ピンを入れる穴や、冷却穴、アンダカット形状加工など、必ずしも高度な形状加工を行う必要のない加工も多数存在する。
【特許文献１】特開２００４−３４１６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これだけ高速化が定着した現在であっても、押出ピン穴加工のような、けっして高速高精度加工とはいえない加工が熟練者による人海戦術で行われているという現状がある。これは、押出ピン穴は、一つの金型に何箇所も設けられており、しかもそれぞれの押出ピン穴は、傾斜および方位が異なっているという特質があるためである。
【０００７】
５軸加工機で、押出ピン穴を加工するには、主軸頭を穴の傾斜角に合わせて旋回させるとともに、穴の方位に合わせてテーブルを旋回させる必要がある。しかし、主軸頭の重量によって、不可避的に主軸頭の傾斜角に誤差が生じたり、テーブルの旋回角に機械的な誤差が生じたりするので、押出ピン穴の加工には不向きであった。このため、５軸加工機による形状加工とは別に、熟練者による人海戦術での傾斜ドリル加工作業が行われていた。
【０００８】
実際、一つ一つの押出ピン穴について傾斜ドリル加工を行うために、熟練者が手作業でワークの段取り、ドリル加工を行っている。現実の切削に要する時間は、短時間であるのに対して、段取りにほとんどの時間が費やされ、工作機械の高速高精度化の成果を活用できないのが現状であった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、それぞれ傾斜穴の傾斜、方位に基づいて、加工を始める前に主軸頭やテーブルの旋回角度の誤差を測定しておき、自動的に主軸頭やテーブルの旋回角度を補正しながら、加工段階での主軸頭やテーブルの姿勢を正確に保証できるようにした斜め加工のための５軸加工機の姿勢保証システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の目的を達成するために、本発明は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に加えて、主軸頭を旋回させるＡ軸とテーブルを旋回させるＣ軸を有する５軸加工機において、重力の影響および機械的誤差に起因して生じる誤差を修正し、ワークに斜め加工するときの姿勢を保証するシステムであって、特定のワークの加工を開始する前の段階で、当該ワークについて加工するすべての傾斜穴の傾斜角度、方位などの形状データに基づいた測定プログラムの実行により、当該ワークに行う各傾斜穴加工のすべてについて、その傾斜角度に前記主軸頭を旋回させたときのＡ軸角度の目標値と実際の測定値との誤差である変位角度を測定するＡ軸較正手段と、当該ワークのすべての傾斜穴加工について、前記Ａ軸角度を変位角度で補正したＡ軸角度を記憶する補正データ記憶手段と、当該ワークの加工プログラムをＮＣ装置で実行したときにすべての傾斜穴について補正後のＡ軸角度を読み出し、各傾斜加工を実行するときのＡ軸角度を前記補正後のＡ軸角度で指令するＡ軸制御手段と、
を具備することを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明は、前記Ａ軸制御手段とともに、前記測定プログラムの実行により、当該ワークについてすべての各傾斜穴ごとに、その方位に対応させて前記テーブルを旋回させたときにＣ軸角度の指令値と実際の測定値との誤差である変位角度を測定するＣ軸較正手段と、当該ワークのすべての傾斜穴について、Ｃ軸角度を前記変位角度で補正したC軸角度を記憶する補正データ記憶手段と、当該ワークに各傾斜穴を加工する段階で、すべての傾斜穴について補正後の前記Ｃ軸角度を読み出し、当該テーブルを各傾斜穴の方位に合わせるためのＣ軸角度指令値を前記補正後のＣ軸角度で指令するＣ軸制御手段と、をさらに具備することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ワークのすべての傾斜穴をＣＡＤデータに基づいて作成した測定プログラムを実行し、傾斜角度、方位の誤差が許容範囲になるようなＡ軸角度、Ｃ軸角度をすべての傾斜穴について把握した上で、文字通りＮＣ制御による高精度の自動加工が実現することができるので、５軸加工機本来の高速性を活用して、効率的な斜め加工を実現でき、とりわけ、ワークが大型金型である場合に顕著な加工効率の向上を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明による斜め加工のための５軸加工機の姿勢保証システムの一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明による傾斜穴加工のための姿勢保証システムが適用される５軸加工機の一例として門形工作機械を示す。
図１において、参照番号２は、コラムを示し、参照番号４はベッドを示している。コラム２には、クロスレール６が水平に架設されており、このクロスレール６は、上下方向に昇降するようになっている。また、クロスレール６には、サドル８が左右方向に移動自在に設置されている。主軸頭１０は、サドル８に旋回可能に設置されており、旋回ころがりガイドに支持されたスイベル旋回機構により駆動される構造になっている。
【００１４】
ベッド４の上には、テーブル１２が設けられている。このテーブルは、３６０°連続回転可能なロータリテーブルであり、テーブル１２に載せたワークを任意の方位に向けることができる。
【００１５】
このような門形工作機械は、直線軸としてＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸を有している。Ｘ軸は、テーブル１２を前後方向に送る制御軸である。Ｙ軸はサドル８左右方向に送る制御軸、Ｚ軸は、クロスレールを上下方向に送る制御軸である。これらのＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に加えて、主軸頭１０をＹ−Ｚ平面内で左右に最大３０度旋回させる旋回軸がＡ軸であり、テーブル１２を連続的に任意の角度を旋回される旋回軸がＣ軸である。
【００１６】
次に、図２は、門形工作機械で傾斜穴加工が加えられるワークの一例を示す。この実施形態では、ワークは、自動車のインストパネルのような大型樹脂成形品を成形するのに使用される大型の金型２０である。このような大型金型２０の場合、成形品を取る出すための押出ピンが必要不可欠となる。そして、大型金型２０には、いくつも押出ピンを組み込まなければ、成形品を取り出すことができない。このため、大型金型２０には、製品キャビティを形成する曲面の形状加工をした後、押出ピンを挿入するための多数のピン穴が傾斜穴開け加工により加工される。
【００１７】
図３は、ピン穴の形状を示す金型２０の断面を示す図である。押出ピン２１は、入子２２とスライドロッド２３とからなり、入子２２が金型２０から突出して成形品を押し出す。金型２０には、スライドロット２３が摺動するスライドロッド穴２４と入子２２が収容されるコアポケット２５が加工される。スライドロッド穴２４とコアポケット２５は、全体として一つのピン穴を形成している。
【００１８】
このようなピン穴は、傾斜しているのが通常である。図４において、例えば、スライドロッド穴２４についてみれば、このスライドロッド穴２４は、穴の基準点を設定したときのその座標、スライドロッド穴２４の傾斜角度θ、スライドロッド穴２４の軸線が延びる方位ψ等のデータによって最低限特定することができる。
【００１９】
金型２０をテーブル１２に載せてスライドロッド穴２４をドリルで穴開け加工する場合、スライドロッド穴２４の方位に合わせてテーブル１２を旋回させ、スライドロッド穴２４の傾斜角度にだけ主軸頭１０が傾いた姿勢を維持して、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を同時に数値制御しながらドリルを送ることでスライドロッド穴２４を加工することができる。
【００２０】
理論上は、金型２０に加工するすべての傾斜穴について、穴の基準点の座標、穴の傾斜角度、方位、形状についてのデータから加工プログラムを作成し、その加工プログラムを実行して金型２０のすべての傾斜穴の加工を自動化することができる。
【００２１】
ところが、現実には、主軸頭１０を傾斜させた状態では、主軸頭１０やコラム２、クロスレール６に撓みが生じて、わずかながら傾斜角度に誤差が生じる。また、テーブル１２を旋回させたときにも機械的な誤差が不可避的に生じる。このため、実際の加工では、傾斜角度や方位に誤差が出て正確な斜め加工ができない。
【００２２】
そこで、図１の門形工作機械には、傾斜加工をするときの姿勢を保証するシステムを設け、重力の影響および機械的誤差に起因して主軸頭１０の旋回角度やテーブル１２の旋回角度に生じる誤差を修正している。
【００２３】
図５は、本実施形態による姿勢保証システムのブロック構成図である。
図５において、参照番号３０は、ＣＡＤ／ＣＡＭ機を示し、参照番号４０は、ＣＮＣ装置を示す。ＣＡＤ／ＣＡＭ機３０とＣＮＣ装置４０は、シリアル通信やＬＡＮなどの通信手段で接続されている。
【００２４】
ＣＡＤ／ＣＡＭ機３０は、加工対象のワーク、この実施形態では、大型金型の設計するＣＡＤデータが作成するＣＡＤデータ作成部３１と、ＣＡＤデータに含まれるピン穴の基準点の位置、傾斜角度、方位、さらには形状などのデータに基づいて、ピン穴加工の加工プログラムを作成する加工プログラム作成部３２と、ＣＡＤデータに基づいて主軸頭１０の旋回角度やテーブル１２の旋回角度を補正するのに必要なデータを得るためキャリブレーションを行う測定プログラムを作成する測定プログラム作成部３３と、を構成するようになっている。
【００２５】
次に、ＣＮＣ装置４０は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ａ軸、Ｃ軸の５軸同期制御が可能なＣＮＣ装置であり、基本的な構成として入出力部４２、演算制御部４３、記憶部４４、Ｘ軸制御部４５、Ｙ軸制御部４６、Ｚ軸制御部４７、Ａ軸制御部４８、Ｃ軸制御部４９を備えている。
【００２６】
演算制御部４３では、加工プログラムを実行するほか、測定プログラムをユーザ指定で実行する。これらのプログラムを実行すると、Ｘ軸制御部４５、Ｙ軸制御部４６、Ｚ軸制御部４７、Ａ軸制御部４８、Ｃ軸制御部４９の各軸制御部は、各軸についての指令を生成し、これらの各軸指令は、それぞれＸ軸サーボモータ５０、Ｙ軸サーボモータ５１、Ｚ軸サーボモータ５２、Ａ軸サーボモータ５３、Ｃ軸サーボモータ５４に出力される。これら各軸の実際の位置は、位置検出器５５、５６、５７、５８、５９により検出され、位置検出信号はＣＮＣ装置４０にフィードバックされる。
【００２７】
測定プログラムの実行により、キャリブレーションを行うときには、主軸頭１０の主軸先端には、タッチプローブ６０が装着される。テーブル１２上の所定の位置には、キャリブレーションゲージ６２が設置されている。このキャリブレーションゲージ６２は、主軸頭１０が旋回したときの旋回角度の誤差を測定するためのゲージである。同様に、テーブル１２の上には、旋回軸に関して対称な位置に一対のキャリブレーションゲージ６４ａ、６４ｂが配置されている。キャリブレーションゲージ６２、キャリブレーションゲージ６４ａ、６４ｂのうち、キャリブレーションゲージ６２は、高度な真円度を有する球体である。キャリブレーションゲージ６４ａ、６４ｂは、円筒形のゲージである。
【００２８】
タッチプローブ６０には、接触子６１が設けられており、キャリブレーションゲージ６２、６４ａ、６４ｂに接触子６１が接触したときに発生するオンオフ信号は、プログラマブルロジックコントローラ６５を介してＣＮＣ装置４０に入力される。
【００２９】
次に、図６は、主軸頭１０を旋回させたときのＡ軸の旋回角度の補正量を求めるために行うキャリブレーションを実行する測定プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
また、図７は、測定プログラムを実行したときの主軸頭１０の姿勢の変化を示す図である。テーブル１２上に設置されたキャリブレーションゲージ６２の中心位置Ｐ（Ｘ0、Ｙ0、Ｚ0）は測定済みで既知であるとする。
また、加工対象の金型には、ｎ本の傾斜穴Ａ1乃至Ａｎを加工するものとし、この金型の場合、傾斜穴Ａ1乃至Ａｎの傾斜角度θはそれぞれθ1、θ2、…θnで、方位ψはそれぞれψ1、ψ2、…ψnであるとする。
【００３０】
まず、最初に、主軸頭１０を旋回させるときのＡ軸角度が設定される（ステップＳ１）。最初は、傾斜穴Ａ1の傾斜角度θ1に設定される。その後、最初の傾斜穴Ａ1の傾斜角度θ1になるまでキャリブレーションゲージ６２の球面にタッチプローブ６０の接触子６１が接触を保ったまま主軸頭１０を旋回させるマクロプログラムが実行される（ステップＳ３）。このマクロプログラムの実行により、主軸頭１０の姿勢は、図７に示すように、Ａ軸角度は理論上はθ1になる。
【００３１】
ステップＳ４では、主軸頭１０の傾いた姿勢を保ったまま、キャリブレーションゲージ６２の測定上の中心点位置Ｐ’（図８参照）を測定するマクロプログラムを実行する。このマクロプログラムでは、タッチプローブ６１がキャリブレーションゲージ６２の表面と接触する４点の座標が測定されて、４点の座標から中心位置Ｐ’の座標が算出される。
【００３２】
こうして、キャリブレーションゲージ６２の測定上の中心位置Ｐ’の座標がわかったところで、既知の中心位置Ｐとの誤差から次のようにして、Ａ軸の変位角度εが求められる（ステップＳ５）。
【００３３】
すなわち、図８において、主軸頭１０の旋回中心から主軸のゲージラインまでの距離をＬ、タッチプローブ６０のセンサ長をｌとすると、ＰＰ’間の距離の誤差をｅとして、Ａ軸の変位角度εを求めることができる。
続く、ステップＳ６では、Ａ軸変位角度εと、あらかじめ決められている許容値αとが比較されて、許容範囲に入っているか否かが判別される。許容範囲に入っていれば、このときのＡ軸角度θ1−εを記憶部４４に記憶し（ステップＳ７）、ステップＳ８からステップＳ１に戻って次の傾斜穴の測定に進む。
【００３４】
許容値αの範囲に入っていなければ、ステップＳ９に進む。このステップＳ９では、それまでθ1に設定されていたＡ軸角度の目標値を、変位角度を用いてθ1−εに補正し、ステップＳ２に戻って、再度、Ａ軸角度をθ1−εとして、ステップＳ３〜Ｓ６の再測定を行い、再度求めたＡ軸変位角度εが許容値αの範囲内に入っているかを判別する。入っていなければ再測定をする。
こうして測定を繰り返し、変位角度εが許容範囲に入ったら、ステップＳ７でこのときのＡ軸角度θ1を記憶部４４に記憶する。
【００３５】
次の傾斜穴Ａ2についても、同じようにして、傾斜角度θ2に主軸頭を旋回させてキャリブレーションケージ６２の中心位置を測定し、変位角度εが許容値α内にはいるまで測定を繰り返し、そのときのＡ軸角度θ2を記憶部４４に記憶する。以下、同様に、すべての傾斜穴について測定を行う。
【００３６】
次に、図９は、テーブル１２を旋回させたときのＣ軸の旋回角度の補正量を求めるために行うキャリブレーションを実行する測定プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
図１０は、測定プログラムを実行したときのテーブル１２の位置の変化を示す図である。
【００３７】
図１０（ａ）は、テーブル１２の初期位置（Ｃ軸角度＝０°）を示す。テーブル１２の上には、キャリブレーションゲージ６４ａ、６４ｂがそれぞれＰ点、Ｑ点に設置されている。このＰ点、Ｑ点は、テーブル１２の旋回中心Ｏに関して１８０°対称な位置にある。
【００３８】
まず、最初のステップＳ１０乃至Ｓ１３は、テーブル１２の旋回中心Ｏの位置を確認する処理である。すなわち、ステップＳ１０、Ｓ１１では、テーブル１２を初期位置（Ｃ軸角度＝０°）にして、Ｐ点の位置を測定する。この測定には、タッチプローブ６０がＰ点のキャリブレーションゲージ６４ａ、Ｑ点のキャリブレーションゲージ６４ｂのそれぞれの内径部の中心を測定する自動心出し（直径２方向アプローチ）を行うマクロプログラムが実行され、Ｃ軸角度０°におけるＰ点の座標が求められる。
【００３９】
ステップＳ１２、Ｓ１３では、テーブル１２を１８０°旋回させたＰ’点の座標を求める（図１０（ｂ））。テーブル１２の旋回中心は、Ｐ点、Ｐ’点の中点になる（ステップＳ１４）。
【００４０】
次に、テーブル１２を金型の傾斜穴の方位ψに旋回させるときのＣ軸角度が設定される（ステップＳ１５）。最初の傾斜穴Ａ1の方位はψ1であるので、Ｃ軸角度はψ1に設定される。
その後、テーブル１２を図１０（ａ）に示す初期位置に位置決めする（ステップ１６）。
【００４１】
次いで、最初の傾斜穴Ａ1の方位ψ1になるまでテーブル１２を旋回させる（ステップＳ１７）。ステップＳ１８では、自動心出しを行うマクロプログラムの実行により、テーブル１２のＰ点、Ｑ点にあるキャリブレーションゲージ６４ａ、６４ｂの位置を測定する（図１０（ｃ））。
こうして、キャリブレーションゲージ６４ａ、６４ｂの測定上の座標がわかれば、このときの実際の旋回角度ψ’1を算出することができる。
【００４２】
続く、ステップＳ１９では、理論上の旋回角度ψ1と実際の旋回角度ψ’1の差から、Ｃ軸の変位角度δを求める。そして、このときの変位角度δと、許容値βとが比較されて、許容値βの範囲に入っているか否かが判別される（ステップＳ２０）。許容範囲に入っていれば、このときのＣ軸角度ψ1を記憶部４４に記憶した後、ステップＳ２２からステップＳ１５に戻って次の傾斜穴についての測定に進むが、許容範囲に入っていなければ、ステップＳ２３に進む。このステップＳ２３では、それまでψ1に設定されていたＣ軸角度の目標値を、変位角度を用いてψ1−δに補正し、ステップＳ１６に戻って、再度、主軸頭１０を初期位置に戻してから、Ａ軸角度をψ1−δとして、ステップＳ１６〜Ｓ２３の再測定を行い、再測定した変位角度δが許容値βの範囲内に入るまで繰り返す。
こうして、変位角度δが許容範囲に入ったら、ステップＳ２１でこのときのＣ軸角度ψ1を記憶部４４に記憶する。
【００４３】
次の傾斜穴Ａ2についても、同じようにして、方位ψ2に合わせてテーブル１２を旋回させてキャリブレーションケージ６４ａ、６４ｂの位置を測定し、変位角度δが許容値β内にはいるときのＣ軸角度ψ2を記憶部４４に記憶する。以下、同様に、すべての傾斜穴について測定を行う。
【００４４】
以上のようにして、金型２０に加工する傾斜穴Ａ1〜Ａnのすべてについて、変位角度が許容範囲になるようなＡ軸角度、Ｃ軸角度等のデータが実際に加工を始める前に測定されて、記憶部４４に記憶される。
【００４５】
次に、加工プログラムをＣＮＣ装置４０で実行したときの、実際の斜め加工について説明する。
【００４６】
金型２０に加工する傾斜穴Ａ1乃至Ａnとして、押出ピンを挿入するためのピン穴をドリルで加工する場合を例にする。
【００４７】
上述したように、加工する前から、既に測定プログラムの実行により、すべての傾斜穴Ａ1乃至Ａnについて、それぞれ傾斜角θに関してはＡ軸角度をいくらにすれば正確に主軸頭１０の姿勢を保てることがわかっており、それぞれ方位ψに関しても、Ｃ軸角度をいくらでテーブル１２を旋回させれば、正確に方位を合わせられることがわかっている。
【００４８】
したがって、実際に加工するときには、ＣＮＣ装置４０は、すべての傾斜穴Ａ1乃至ＡnについてＡ軸角度θと、Ｃ軸角度ψを随時読み出し、各傾穴Ａ1乃至Ａnの斜めドリル加工を実行するときに、加工プログラムで指令するＡ軸角度、Ｃ軸角度の替わりに、補正後のＡ軸角度、Ｃ軸角度をＡ軸制御部４８、Ｃ軸制御部４９に指令するので、重力による主軸頭１０、コラム２、クロスレール６の撓みや、テーブル１２の機械的誤差が補償された正確な斜めドリル加工を実現することができる。
【００４９】
しかも、一つ一つの傾斜穴について斜めドリル加工を行うために、傾斜角、方位に合わせて熟練者が手作業でワークの段取りした上で、ドリル加工を行う従来の加工工程とは様相を一変させる。すなわち、ワークのすべての傾斜穴をＣＡＤデータに基づいて作成した測定プログラム、加工プログラムを実行するだけで、文字通りＮＣ制御による高精度の自動加工を実現することができるので、５軸加工機本来の高速性を活用して、効率的な斜めドリル加工を実現でき、とりわけ、ワークが大型金型である場合に顕著な加工効率の向上を実現できる。
【００５０】
なお、傾斜穴の加工については、例えば、図３のピン穴であれば、さまざな加工がある。すなわち、時系列では、最初に、エンドミルによるざぐり加工を行い、ドリルによるガイド穴加工、ガンドリルによる穴開け加工、タップによるねじ加工等がある。これらの加工のいずれについても、本発明による傾斜穴加工の適用範囲にあることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明による５軸加工機の姿勢保証システムが適用される門形工作機械を示す斜視図。
【図２】５軸加工機により加工するワークを示す斜視図。
【図３】ワークに加工される押出ピン穴を示す断面図。
【図４】押出ピン穴の傾斜角度と方位を説明する図。
【図５】本発明の一実施形態による５軸加工機の姿勢保証システムのブロック構成図。
【図６】Ａ軸の旋回角度の変位角度を測定するプログラムのフローチャート。
【図７】測定中の主軸頭の姿勢の変化を示す図。
【図８】Ａ軸の変位角度を説明する図。
【図９】Ｃ軸の旋回角度の変位角度を測定するプログラムのフローチャート。
【図１０】テーブルの測定中の位置変化を示す図。
【符号の説明】
【００５２】
２ コラム
４ ベッド
６ クロスレール
８ サドル
１０ 主軸頭
１２ テーブル
２０ 金型
２１ 押出ピン
２２ 入子
２３ スライドロッド
２４ スライドロッド穴
３０ ＣＡＤ／ＣＡＭ機
４０ ＣＮＣ装置
６０ タッチプローブ
６１ 接触子
６２ キャリブレーションゲージ
６４ａ、６４ｂ キャリブレーションゲージ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に加えて、主軸頭を旋回させるＡ軸とテーブルを旋回させるＣ軸を有する５軸加工機において、重力の影響および機械的誤差に起因して生じる誤差を修正し、ワークに斜め加工するときの姿勢を保証するシステムであって、
特定のワークの加工を開始する前の段階で、当該ワークについて加工するすべての傾斜穴の傾斜角度、方位などの形状データに基づいた測定プログラムの実行により、当該ワークに行う各傾斜穴加工のすべてについて、その傾斜角度に前記主軸頭を旋回させたときのＡ軸角度の目標値と実際の測定値との誤差である変位角度を測定するＡ軸較正手段と、
当該ワークのすべての傾斜穴加工について、前記変位角度が許容範囲内になるように補正したＡ軸角度を記憶する補正データ記憶手段と、
当該ワークの加工プログラムをＮＣ装置で実行したときにすべての傾斜穴について補正後のＡ軸角度を読み出し、各斜め加工を実行するときのＡ軸角度を前記補正後のＡ軸角度で指令するＡ軸制御手段と、
を具備することを特徴とする斜め加工のための５軸加工機姿勢保証システム。
【請求項２】
前記測定プログラムの実行により、当該ワークについてすべての各傾斜穴ごとに、その方位に対応させて前記テーブルを旋回させたときにＣ軸角度の指令値と実際の測定値との誤差である変位角度を測定するＣ軸較正手段と、
当該ワークのすべての傾斜穴について、前記変位角度が許容範囲内になるように補正したC軸角度を記憶する補正データ記憶手段と、
当該ワークに各傾斜穴を加工する段階で、すべての傾斜穴について補正後の前記Ｃ軸角度を読み出し、当該テーブルを各傾斜穴の方位に合わせるためのＣ軸角度指令値を前記補正後のＣ軸角度で指令するＣ軸制御手段と、
をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の斜め加工のための５軸加工機の姿勢保証システム
【請求項３】
前記Ａ軸較正手段は、
球体の中心座標が既知であるキャリブレーションゲージと、
前記主軸頭の主軸先端に装着され、前記キャリブレーションゲージの球面に接触する接触子を有するプローブと、
前記プローブの接触子を前記任意の方向から前記キャリブレーションゲージの球面に接触させたときの接触点の位置を検出する位置検出手段と、
任意の傾斜穴についてその傾斜角度に対応するＡ軸角度で前記主軸頭が傾いた状態で、所定の測定手順にしたがって測定した複数方向からの接触点の位置から球体の中心座標を算出するともに、前記既知の中心座標とに基づいてＡ軸変位角度を算出する演算手段と、
を具備したことを特徴とする請求項１に記載の斜め加工のための５軸加工機の姿勢保証システム。
【請求項４】
前記Ｃ軸較正手段は、
前記テーブルの旋回中心に関して、該テーブル上で１８０度対称な位置にそれぞれ配置された一対のキャリブレーションゲージと、
前記主軸頭の主軸先端に装着され、前記キャリブレーションゲージに接触する接触子を有するプローブと、
前記一対の各キャリブレーションゲージに前記プローブが接触したときの接触点の位置を検出する位置検出手段と、
任意の傾斜穴についてその方位に対応する角度に前記テーブルを旋回させたときに、前記プローブにより測定した前記一対の各キャリブレーションゲージの位置から実際のテーブルの旋回角度を算出し、Ｃ軸の指令値と比較して、Ｃ軸変位角度を算出する演算手段と、
を具備したことを特徴とする請求項２に記載の斜め加工のための５軸加工機の姿勢保証システム。
【請求項５】
前記５軸加工機は、前記テーブルを前後方向に移動させるＸ軸と、コラムによって支持され当該コラムを上下に移動するクロスレールを上下方向に移動させるＺ軸と、前記クロスレールに沿って主軸頭を左右方向に移動させるＹ軸を有する門形工作機械であることを特徴とする請求項１に記載の斜め加工のための５軸加工機の姿勢保証システム。
【請求項１】
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸に加えて、主軸頭を旋回させるＡ軸とテーブルを旋回させるＣ軸を有する５軸加工機において、重力の影響および機械的誤差に起因して生じる誤差を修正し、ワークに斜め加工するときの姿勢を保証するシステムであって、
特定のワークの加工を開始する前の段階で、当該ワークについて加工するすべての傾斜穴の傾斜角度、方位などの形状データに基づいた測定プログラムの実行により、当該ワークに行う各傾斜穴加工のすべてについて、その傾斜角度に前記主軸頭を旋回させたときのＡ軸角度の目標値と実際の測定値との誤差である変位角度を測定するＡ軸較正手段と、
当該ワークのすべての傾斜穴加工について、前記変位角度が許容範囲内になるように補正したＡ軸角度を記憶する補正データ記憶手段と、
当該ワークの加工プログラムをＮＣ装置で実行したときにすべての傾斜穴について補正後のＡ軸角度を読み出し、各斜め加工を実行するときのＡ軸角度を前記補正後のＡ軸角度で指令するＡ軸制御手段と、
を具備することを特徴とする斜め加工のための５軸加工機姿勢保証システム。
【請求項２】
前記測定プログラムの実行により、当該ワークについてすべての各傾斜穴ごとに、その方位に対応させて前記テーブルを旋回させたときにＣ軸角度の指令値と実際の測定値との誤差である変位角度を測定するＣ軸較正手段と、
当該ワークのすべての傾斜穴について、前記変位角度が許容範囲内になるように補正したC軸角度を記憶する補正データ記憶手段と、
当該ワークに各傾斜穴を加工する段階で、すべての傾斜穴について補正後の前記Ｃ軸角度を読み出し、当該テーブルを各傾斜穴の方位に合わせるためのＣ軸角度指令値を前記補正後のＣ軸角度で指令するＣ軸制御手段と、
をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載の斜め加工のための５軸加工機の姿勢保証システム
【請求項３】
前記Ａ軸較正手段は、
球体の中心座標が既知であるキャリブレーションゲージと、
前記主軸頭の主軸先端に装着され、前記キャリブレーションゲージの球面に接触する接触子を有するプローブと、
前記プローブの接触子を前記任意の方向から前記キャリブレーションゲージの球面に接触させたときの接触点の位置を検出する位置検出手段と、
任意の傾斜穴についてその傾斜角度に対応するＡ軸角度で前記主軸頭が傾いた状態で、所定の測定手順にしたがって測定した複数方向からの接触点の位置から球体の中心座標を算出するともに、前記既知の中心座標とに基づいてＡ軸変位角度を算出する演算手段と、
を具備したことを特徴とする請求項１に記載の斜め加工のための５軸加工機の姿勢保証システム。
【請求項４】
前記Ｃ軸較正手段は、
前記テーブルの旋回中心に関して、該テーブル上で１８０度対称な位置にそれぞれ配置された一対のキャリブレーションゲージと、
前記主軸頭の主軸先端に装着され、前記キャリブレーションゲージに接触する接触子を有するプローブと、
前記一対の各キャリブレーションゲージに前記プローブが接触したときの接触点の位置を検出する位置検出手段と、
任意の傾斜穴についてその方位に対応する角度に前記テーブルを旋回させたときに、前記プローブにより測定した前記一対の各キャリブレーションゲージの位置から実際のテーブルの旋回角度を算出し、Ｃ軸の指令値と比較して、Ｃ軸変位角度を算出する演算手段と、
を具備したことを特徴とする請求項２に記載の斜め加工のための５軸加工機の姿勢保証システム。
【請求項５】
前記５軸加工機は、前記テーブルを前後方向に移動させるＸ軸と、コラムによって支持され当該コラムを上下に移動するクロスレールを上下方向に移動させるＺ軸と、前記クロスレールに沿って主軸頭を左右方向に移動させるＹ軸を有する門形工作機械であることを特徴とする請求項１に記載の斜め加工のための５軸加工機の姿勢保証システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００８−１１９７８４（Ｐ２００８−１１９７８４Ａ）
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３０５６４８（Ｐ２００６−３０５６４８）
【出願日】平成１８年１１月１０日（２００６．１１．１０）
【出願人】（０００００３４５８）東芝機械株式会社 (843)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年５月２９日（２００８．５．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月１０日（２００６．１１．１０）
【出願人】（０００００３４５８）東芝機械株式会社 (843)
【Ｆターム（参考）】
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