JP2022063713A - 工作機械におけるドレス原点計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】研削加工するための工作機械において研削工具をドレッシングする際に必要なドレス原点をきわめて容易に、かつ、正確に計測することが可能なドレス原点計測方法を提供する
【解決手段】ドレス原点を計測する際には、主軸の先端に計測工具３１を装着した状態で、ドレッサ１２をドレス姿勢に割り出し、その状態で、ドレッサ１２の先端を計測工具３１のレーザーユニットの中心とを位置合わせする。さらに、主軸の割出角度０°においてドレッサ１２の先端のＹ－Ｚ座標を計測し、しかる後、主軸の割出角度９０°においてドレッサ１２の先端のＸ－Ｚ座標を計測する。そして、計測されたドレッサ１２の先端のＹ－Ｚ座標のデータおよびＸ－Ｚ座標のデータに基づいて、ドレス原点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を算出する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ワーク（被加工物）を研削加工するための工作機械において、研削工具をドレッサによりドレッシングする際の作動制御に用いられるドレスの先端の位置（ドレス原点）を計測（算出）するための計測方法に関するものである。

ワーク（被加工物）を研削加工するための工作機械として、マシニングセンタベースの５軸複合加工機等が知られているが、そのような工作機械においては、その構造上、加工の途中でワークを直接的に定寸することができない。そのため、ワークの研削寸法を高精度に管理したい場合には、研削工具をドレッシングする（研ぐ）ためのドレッサ（ダイヤ）の先端の位置（すなわち、ドレス原点）を正確に取得（計測）し、研削工具のドレッシングを行う必要がある。

通常の５軸複合加工機は、主軸に対して傾斜した傾斜軸が設けられており、その傾斜軸によってドレッサの角度を変更・調整できるようになっている。そして、従来の５軸複合加工機においては、以下の方法でドレス原点の計測が行われていた。
（１）傾斜軸にてドレッサの姿勢を垂直にする
（２）振り回しゲージ等を使用しドレッサの中心と主軸の中心を一致させる（Ｘ・Ｙ軸設定）
（３）研削砥石を手回ししながら刃先（Ｚ軸方向）をパルスハンドルにてドレッサにゆっくり当てる（Ｚ軸設定）
（４）上記（２），（３）にて設定した原点から、傾斜軸をドレス時の姿勢における原点位置を計算（あるいは機能）により算出する

また、ドレス原点やドレッサの寸法を計測するための方法として、特許文献１の如く、タッチプローブ等の接触式のセンサからなる砥石計測手段を送り手段に設けて、その砥石計測手段を送り手段によりドレッサに接触させるように相対移動させることによってドレス原点やドレッサの寸法を計測する方法が知られている。

特開平８－９９２４２号公報

上記従来の５軸複合加工機におけるドレス原点の計測においては、計算によってドレス原点を算出するため、その計算において用いられる旋回中心や幾何誤差補正の値が正確であることが必要であるが、ドレッシングする姿勢と原点を設定する姿勢とが一致していないため、旋回中心や幾何誤差補正の値を正確に見積もることができない。それゆえ、ドレス原点を正確に算出することができない、という不具合がある。

一方、特許文献１の如く、タッチプローブによってドレス原点を計測する方法では、ドレス中心を求めるためにドレス軸の外周を複数箇所で測定し、その測定結果よって中心を算出する必要があるが、測定位置によってはタッチプローブが他の構造物と干渉してしまい、ドレス軸の外周に近接させることができない、という事態が起こり得る。さらに、特許文献１の如き タッチプローブによってドレス原点を計測する方法では、ドレッサの先端のダイヤが正確に中央に取り付けられていない場合や偏摩耗によって先端が中心からずれているような場合には、測定誤差が生じてしまう。加えて、タッチプローブの測定子は球状であることが多く、そのような球状の測定子ではドレス先端の高さを測る際に頂点を捉えることが困難である。

本発明の目的は、マシニングセンタ等の工作機械における上記従来のドレス原点の計測方法が有する問題点を解消し、ドレス原点をきわめて容易に、かつ、正確に計測することが可能なドレス原点計測方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、工具を装着可能な回転主軸と傾斜角度を調整可能なドレッサとを有しており、回転主軸とドレッサとの間で相対移動を行わせることでドレッサにより研削工具をドレッシングする工作機械において、ドレッシングの際に用いられるドレス原点を計測する方法であって、ドレッシングする姿勢にしたドレッサの先端のＸ，Ｙ，Ｚ座標系における位置を、前記主軸に装着した計測工具によって計測し、それらのＸ，Ｙ，Ｚ座標系における位置をドレス原点として設定することを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記計測工具が、互いにレーザー光の発信・受信を行う発光手段と受光手段とを有しており、発光手段から発信されたレーザー光がドレッサによって遮断されて受光手段により受信できなくなることを利用してドレッサの先端のＸ，Ｙ，Ｚ座標系における位置を計測するものであることを特徴とするものである。

請求項１に係るドレス原点の計測方法によれば、ドレッシングする姿勢にしたドレッサの先端のＸ，Ｙ，Ｚ座標系における位置が計測手段によって計測されてドレス原点として設定されるため、ドレス原点をきわめて正確に計測することができる。したがって、請求項１に係るドレス原点の計測方法によれば、その正確に計測されたドレス原点に基づいて研削工具をドレッシングすることが可能となるため、工作機械による研削加工の加工精度を効率的に向上させることができる。

請求項２に係るドレス原点の計測方法によれは、ドレス原点であるドレッサの先端のＸ，Ｙ，Ｚ座標系における位置をより正確に計測することが可能となるため、工作機械による研削加工の加工精度をより効率的に向上させることができる。

工作機械を示す説明図である。 ドレッサの原点位置を測定するための計測装置を示す説明図（正面図）である。 ドレッサの原点位置を設定する際の作動内容を示すフローチャートである。 計測装置によってドレッサの原点位置を測定する様子を示す説明図（斜視図）である（ａは主軸割出０°の様子を示したものであり、ｂは主軸割出９０°の様子を示したものである）。

以下、本発明に係るドレス原点の計測方法の一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。

＜工作機械の構成＞
図１は、ドレッサにより研削工具をドレッシング可能な工作機械を示したものであり、 工作機械（マシニングセンタ）Ｍは、基台として機能するベッド１が直方体状に設けられており、そのベッド１の奥側には、縦長な直方体状のコラム２が連設されている。さらに、そのコラム２の前方には、正面視略Ｕ字状のトラニオンユニット３が、駆動装置（サーボモータ）６によって左右方向であるＹ軸方向に沿って移動可能に設けられており、当該トラニオンユニット３に、クレードル４が、Ｙ軸方向に沿った回転軸を中心として回転可能に設けられている。そして、そのクレードル４の上面に、扁平な直方体状のテーブル５が取り付けられており、把持機構（図示せず）によって被加工品であるワークＷを着脱することができるようになっている。

また、コラム２には、扁平な直方体状のサドル（図示せず）が、駆動装置（サーボモータ）７によって前後方向（図１における紙面に垂直な方向）であるＸ軸方向に沿って移動可能に設けられている。さらに、当該サドルの前端には、縦長な柱状の主軸頭１１が、駆動装置（サーボモータ）９によって上下方向であるＺ軸に沿って移動可能に取り付けられており、その主軸頭１１の下端には、研削工具（砥石等）Ｔを取り付け可能な主軸８が、駆動装置（サーボモータ）１０によってＺ軸を中心に回転可能に設けられている。加えて、サドルの下方には、グリッパ式の工具マガジンを有する工具交換装置（図示せず）が設けられており、研削工具を含めた複数の工具を水平な円周状に装着した状態になっている。そして、当該工具交換装置は、主軸８の先端に装着する工具を、自動的に交換することができるようになっている。

さらに、テーブル５と主軸頭１１との中間の高さ位置には、ドレッサ取付台３が、駆動装置（サーボモータ）１５によってＹ軸に沿って移動可能に設置されている。そして、そのドレッサ取付台３の支持台９には、ドレッサ（シングルポイントドレッサ）１２が、駆動装置（サーボモータ）１６によってＸ軸に沿った旋回軸を中心として回転可能に設けられている。

また、トラニオンユニット３をＹ軸方向に並進させるための駆動装置６、主軸頭１１を設置したサドルをＸ軸方向に並進させるための駆動装置７、主軸頭１１をＺ軸方向に並進させるための駆動装置９、主軸８をＺ軸回りに回転させるための駆動装置１０、ドレッサ取付台１３をＹ軸方向に並進させるための駆動装置１５、および、ドレッサ１２をＸ軸に沿った旋回軸の回りに回転させるための駆動装置１６等は、ＮＣ制御装置２１に接続されており、当該ＮＣ制御装置２１によって駆動制御されるようになっている。

上記の如く構成された工作機械Ｍにおいては、テーブル５に固着されたワークＷに対して、回転させた主軸８の先端の研削工具ＴをアプローチさせることによってワークＷを研削加工することができるようになっている。また、主軸８と離反させた研削工具Ｔに対して、ドレッサ取付け台１３をアプローチさせて、ドレッサ１２によって研削工具Ｔをドレッシングすることができるようになっている。また、そのようにドレッサ１２によって研削工具Ｔをドレッシングする際には、ドレッシングの作業前に、ドレッサ１２の先端位置が計測され、その先端位置を原点（ドレス原点）とする座標軸に基づいて、ドレッシング動作が制御されるようになっている。

＜ドレス原点計測工具の構成＞
図２は、ドレッサ１２の先端位置（ドレス原点）を計測するための計測工具を示したものであり、計測工具３１は、主軸８の先端に装着するための装着部３２、および、ドレッサ１２の先端位置を計測するための計測部３３とを有している。装着部３２は略円筒状に形成されており、基端（図２における上端）に、主軸８の先端に噛み合わせるための切り込み３４，３４およびフランジ３５が設けられている。また、計測部３３は、矩形の平板状のベース３６の両端縁から２枚の矩形の計測板３７ａ，３７ｂを平行に外向きに突出させた形状を有している。そして、片方の計測板３７ａ内には、赤外線レーザーを発光させるための発光手段３８が内蔵されており、他方の計測板３７ｂ内には、発光手段３８から発光された赤外線レーザーを受光するための受光手段３９が内蔵されている（すなわち、計測部３３には、発光手段３８および受光手段３９からなるレーザーユニットが内蔵されている）。そして、当該計測工具３１は、基端に設けられた切り込み３４，３４およびフランジ３５を利用して、主軸８の先端に固定できるようになっている。

＜ドレス原点の計測方法＞
上記した工作機械Ｍにおいては、ドレッサ１２によって研削工具Ｔをドレッシングする際に、上記した計測工具３１を用いてドレッサ１２のドレス原点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が求められ（計測され）、そのドレス原点のデータに基づいて、ドレッシングするためのドレッサ取付台３のＸ軸方向の並進、サドルのＹ軸方向の並進、ドレッサのＹ軸回りの回転、主軸８のＺ軸回りの回転等が数値制御される。

図３は、計測工具３１を用いてドレッサ１２の原点（ドレス原点）を計測する際の作動内容を示すフローチャートである。ドレッサ１２の原点を計測する際には、先ず、主軸８の先端に（ワークＷの代わりに）計測工具３１を装着する。そして、Ｓ（ステップ）１で、ドレッサ１２をドレス姿勢に割り出し、続くＳ２で、ドレッサ１２の先端を計測工具３１のレーザーユニットの中心（発光手段３８から受光手段３９への赤外線レーザーの光線上）にアプローチさせることによって、ドレッサ１２の先端とレーザーユニットの中心とを大まかに位置合わせする。

そのように、ドレッサ１２の先端とレーザーユニットの中心との位置合わせを実施した後には、Ｓ３で、図４（ａ）の如く、主軸８の割出角度０°においてドレッサ１２の先端のＹ－Ｚ座標を計測し、計測したデータをＮＣ制御装置２１へ送信する。しかる後、Ｓ４で計測工具３１を装着した主軸８を９０回転させてドレッサ１２にアプローチさせ（図４（ｂ）参照）、主軸８の割出角度９０°においてドレッサ１２の先端のＸ－Ｚ座標を計測し、計測したデータをＮＣ制御装置２１へ送信する。

ＮＣ制御装置２１は、送信されたドレッサ１２の先端のＹ－Ｚ座標のデータ、および、ドレッサ１２の先端のＸ－Ｚ座標のデータに基づいて、ドレッサ１２の先端の原点（ドレス原点＝Ｘ，Ｙ，Ｚ）を算出し、そのデータを記憶する。そして、ドレッサ１２によって研削工具Ｔをドレッシングする際には、そのドレス原点（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のデータに基づいて、ドレッサ取付台３のＹ軸方向の並進、サドルのＸ軸方向の並進、ドレッサのＸ軸回りの回転、主軸８のＺ軸回りの回転等が数値制御される。

＜ドレス原点の計測方法の効果＞
工作機械Ｍにおけるドレス原点の計測方法は、上記の如く、ドレッシングする姿勢にしたドレッサ１２の先端のＸ，Ｙ，Ｚ位置を、主軸８に装着した計測工具３１によって計測し、それらのＸ，Ｙ，Ｚ位置をドレス原点として設定するものであるため、ドレス原点をきわめて正確に計測することができる。したがって、工作機械Ｍにおけるドレス原点の計測方法によれば、その正確に計測されたドレス原点に基づいて研削工具Ｔをドレッシングすることが可能となるため、工作機械Ｍによる研削加工の加工精度を効率的に向上させることができる。

また、工作機械Ｍにおけるドレス原点の計測方法は、計測工具３１が、互いにレーザー光の発信・受信を行う発光手段３８と受光手段３９とを有しており、発光手段３８から発信されたレーザー光がドレッサ１２によって遮断されて受光手段３９により受信できなくなることを利用してドレッサ１２の先端のＸ，Ｙ，Ｚ位置を計測するものであるため、ドレス原点であるドレッサ１２の先端のＸ，Ｙ，Ｚ位置をより正確に計測することができるので、工作機械Ｍによる研削加工の加工精度を非常に効率的に向上させることが可能である。

＜ドレス原点の計測方法の変更例＞
本発明に係るドレス原点の計測方法は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、計測装置の形状・構造、計測の手順等の構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。また、本発明に係るドレス原点の計測方法が適用される工作機械の種類も、上記実施形態の態様に何ら限定されず、研削加工が可能な各種の工作機械に、本発明に係るドレス原点の計測方法を適用することが可能である。

７・・駆動装置
８・・主軸
１２・・ドレッサ
３１・・計測工具
３８・・発光手段
３９・・受光手段
Ｍ・・工作機械
Ｔ・・研削工具

Claims (2)

1. 工具を装着可能な回転主軸と傾斜角度を調整可能なドレッサとを有しており、回転主軸とドレッサとの間で相対移動を行わせることでドレッサにより研削工具をドレッシングする工作機械において、ドレッシングの際に用いられるドレス原点を計測する方法であって、
   ドレッシングする姿勢にしたドレッサの先端のＸ，Ｙ，Ｚ座標系における位置を、前記主軸に装着した計測工具によって計測し、それらのＸ，Ｙ，Ｚ座標系における位置をドレス原点として設定することを特徴とするドレス原点計測方法。
2. 前記計測工具が、互いにレーザー光の発信・受信を行う発光手段と受光手段とを有しており、発光手段から発信されたレーザー光がドレッサによって遮断されて受光手段により受信できなくなることを利用してドレッサの先端のＸ，Ｙ，Ｚ座標系における位置を計測するものであることを特徴とする請求項１に記載のドレス原点計測方法。

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