JP4658734B2

JP4658734B2 - 旋盤における機械稼動部の衝突防止方法

Info

Publication number: JP4658734B2
Application number: JP2005234604A
Authority: JP
Inventors: 智則荒井
Original assignee: Nakamura Tome Precision Industry Co Ltd
Current assignee: Nakamura Tome Precision Industry Co Ltd
Priority date: 2005-08-12
Filing date: 2005-08-12
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2025-08-12
Also published as: JP2007048210A

Description

この発明は、工作機械、特に旋盤でのワーク加工中において、チャック、ワーク、刃物台、工具などの機械稼動部相互ないしこれらとカバーなどとの衝突を防止する技術に関するものである。

旋盤は、主軸端に装着したチャックで把持されたワークを回転させながら刃物台に装着した工具でワークの加工を行う。刃物台としては、複数の工具を装着して選択使用できるタレット刃物台が一般的で、工具の回転駆動装置を設けた旋盤では、ワークを固定した状態での加工も行われる。更に回転工具をＹ軸回りに旋回位置決め可能かつＹ軸方向に移動可能に装着した旋盤も実用化されており、そのような複合旋盤では、平面加工を含む各種の加工が可能である。また、同一機台上に複数の主軸や複数の刃物台を備えた旋盤も広く使用されている。

なお、旋盤において、Ｚ軸は主軸方向であり、Ｘ軸はＺ軸と直交する旋削工具の切込み送り方向、Ｙ軸はＺ軸及びＸ軸と直交する方向である。

高機能で複雑な加工が可能な旋盤は、加工プログラムに従ってＮＣ装置で制御される。主軸や刃物台の数が多くなったり、工具の運動が複雑になると、プログラムミスなどにより、工具や刃物台、チャックなどの機械稼動部相互、あるいはこれらと隔壁やカバーなどとの衝突の危険が増大する。たとえばタレットに細長いボーリングバイトやドリルなどが装着されているとき、その隣の工具でワークを加工しているときに、隣の長い工具とチャック、あるいは他の刃物台に装着された工具との干渉がよく生ずる。また、Ｙ軸回りに旋回位置決めされる工具を持っている刃物台では、旋回する工具駆動装置のケーシングと、カバーあるいは第２主軸のチャックやワークとの干渉が起こりやすい。

例えば、図３及び図４に示すように、Ｙ軸回りに旋回する旋回刃物台１２を備えた２主軸対向旋盤では、工具１７を主軸軸線上に進出させて、一方のワーク４ａを加工するとき、旋回刃物台１２の反工具側の部分が反対側の主軸に把持されたワーク４ｂに干渉ｐしたり、工具１７をワーク４ａの先端側に斜めに向けたときに、旋回刃物台１２の反工具側と隔壁１ａとが干渉ｐするということが起こり、この干渉はワークの寸法や加工形状によって起こるものなので、予め予測することが非常に困難である。

干渉が起こるのは、新しい加工プログラムでのテスト加工時、手動操作で加工を行っているとき、前段の加工で工具が破損した状態で加工が継続されて、次の工程で工具とワークとが干渉する場合などがある。

この問題を避けるために、干渉領域を予め設定して、機械稼動部が当該干渉領域に移動したときに機械を停止させるということが行われている。たとえば、チャック形状、工具形状、刃物台形状などを円筒や直方体などの幾何学形状の集合で近似して予めＮＣ装置に登録し、タレットや刃物台の動きによってどの工具がどの位置を占めているかを演算させ、それら相互が干渉するとき、あるいは予め定められた干渉領域に入ろうとしたときに、機械を強制的に停止させて、衝突を防止するのである。
特開２００３−２５１５５１号公報

しかしながら、このような方法で干渉領域を設定ないし演算して、機械稼動部の衝突を防止するには、干渉領域のデータ又はチャック、工具、刃物台などの形状データを予めオペレータがＣＡＤデータなどを使って登録する必要があり、ワークによって使用するチャックや工具が異なるので、これらのデータの入力は、ワークが変わる毎に行わなければならない。この作業は、非常に煩雑で手間と時間を必要とし、また入力ミスに起因する事故が発生する危険がある。更にこのような従来方法では、工具折損による未加工部分と工具等との干渉を回避するのは不可能である。

この発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、旋盤、特にタレット旋盤やＹ軸回りに旋回する工具を備えた複合旋盤のチャック、工具、刃物台などの機械稼動部の衝突や干渉をオペレータやプログラマーに負担をかけることなく簡単に、かつより確実に回避可能にすることを課題としている。

この発明は、レーザと受光用ＣＣＤを備えた３次元デジタイザなどの非接触型の３次元形状測定器８を旋盤の機内に装着し、当該３次元形状測定器８が取得した３次元データをＮＣ装置に入力して、チャック３、工具７、１７、旋回刃物台１２、カバー１ａ、１ｂ、２、５ａ、５ｂなどの形状や位置関係を検出して、設定した領域に移動したときに機械を停止させること、あるいは、工具の周囲を流れる加工液などの影響で工具やワークの形状を認識できないような場合は、予め加工液を使用しない状態で、各機械稼動部の形状や位置を取得して、その測定データ解析によって得られる干渉領域をＮＣ装置に設定して、機械稼動部が設定された干渉領域に移動したときに、機械を停止させることにより、上記課題を解決している。

すなわち本願請求項１の発明に係る旋盤における機械稼動部の衝突防止方法は、刃物台１２の工具１７を交換する自動工具交換装置を備えた旋盤に、ワーク４、前記刃物台及び工具の形状及び位置をＹ軸方向から非接触で計測する３次元形状測定器８を設置し、前記刃物台に自動交換工具１７が装着されたときと装着されていないときとの前記３次元形状測定器の測定データを対比することによって当該工具の形状を認識すると共に、前記３次元形状測定器が取得した測定データから前記ワーク及び刃物台の形状及び位置並びに前記工具の位置を認識し、その認識結果に基づいて機械稼動部の衝突を予測し、衝突が予測されるときに機械を停止させるというものである。

本願請求項２の発明に係る旋盤における機械稼動部の衝突防止方法では、割出回転により使用する工具７を選択するタレット刃物台５を備えた旋盤に、ワーク４、前記刃物台及び工具の形状及び位置をＹ軸方向から非接触で計測する３次元形状測定器８を設置し、当該３次元形状測定器が取得した工具を装着していないタレット６のステーションをワークに向けたときの測定データと工具をワークに向けたときの測定データを対比して当該工具の形状を認識すると共に、前記３次元形状測定器が取得した測定データから前記ワーク及び刃物台の形状及び位置並びに前記工具の位置を認識し、その認識結果に基づいて前記ワーク、刃物台及び工具の干渉領域を演算する。

本願の発明は、３次元形状測定器８が取得した測定データからタレット６、工具７ａ、７ｂ・・・、１７、旋回刃物台１２などの形状をデジタルデータとして取得してＮＣ装置に入力することにより、各機械稼動部の形状データを得、それに基づいて従来と同様な演算により、干渉領域の演算や設定を行うというものである。

この発明によれば、機械がチャック、工具、工具ホルダ、刃物台ケーシング、隔壁やカバーなどの形状や位置を自動的に検出し、衝突を避けるための干渉領域を設定してくれるので、操作ミスや入力ミス、プログラムミスなどによる機械稼動部の衝突を確実に防ぐことができる。

また、この発明によれば、図３や４に例示したような従来技術では検出困難であった干渉についても、事前に検知して回避することが可能である。従って、ワークの変更や段取替えなどにより、干渉領域が変わっても、オペレータやプログラマーに負担をかけることなく、直ちに設定を修正することができる。

更に加工中の形状を常時検出するようにすれば、加工途中のワークと工具や工具ホルダなどとの干渉を検出でき、加工領域を区画する隔壁やカバーと、刃物台ケーシングなどとの干渉も検出できるという効果がある。

以下、３刃物台を備えた２主軸複合旋盤を例にして、この発明の実施形態を説明する。図において、１ａ及び１ｂは、加工領域Ｓを区画している隔壁（カバー）、３ａは隔壁１ａから臨出する左主軸端に装着した左チャック、３ｂはＺ軸方向に移動可能な右主軸端に装着した右チャック、２は隔壁１ｂから突出する伸縮自在な右主軸カバー、４ａ、４ｂはチャック３ａ、３ｂに把持されたワーク、５ａ、５ｂは隔壁１ａ、１ｂから突出する伸縮自在な刃物台カバー、６ａ、６ｂは刃物台カバー５ａ、５ｂ内の刃物台に装着されているタレット、７ａ・・・、７ｂ・・・、はタレット６ａ、６ｂに装着された工具、８は加工領域の上方にＹ軸方向に向けて装着した非接触型の３次元デジタイザ、１２は旋回刃物台（工具旋回装置）、１７は旋回刃物台１２に装着された工具である。なお、旋回刃物台の工具１７は、図示していない自動工具交換装置により、適時交換される。

３次元デジタイザ８は、主軸軸線上の上方にＹ軸方向下向きに設けられている。３次元デジタイザ８は、測定領域Ｓに予め設定した多数の測定スポットに順次レーザ光を照射し、測定器８から照射スポットまでの測長とＣＣＤ上の照射スポットの座標により、各照射スポットの３次元座標を取得している。そしてその測定スポット群から、チャック３ａ、３ｂ、タレット６ａ、６ｂその他の機械稼動部の３次元空間で占める領域が演算される。

旋盤のチャック３ａ、３ｂ、タレット６ａ、６ｂ、工具７ａ、７ｂ、１７、加工中のワーク４ａ、４ｂ等は、形状を円筒や多角筒、丸棒や角棒など集合体に近似できる。そしてこれらの中心線は、チャックやワークであれば主軸軸線上、タレットであればベッドからの高さ一定の面内の主軸と平行か直交する方向、工具ならタレット中心軸の放射方向又はタレット中心軸と平行な方向と、一般的には決まっているので、測定スポットを多く設定しなくても、干渉を避けるための近似形状及び位置を計測できる。また、各測定スポットにおける計測対象物が何であるかは、例えばチャック３ａやワーク４ａ、４ｂ、工具１７などは着脱可能であり、右チャック３ｂ、カバー２、５ａ、５ｂ、タレット６ａ、６ｂ、旋回刃物台１２等は、移動したり旋回したりするので、チャック３ａ、ワーク４ａ、４ｂ、自動交換工具１７等は、それらを装着したときと装着していないときとの３次元デジタイザ８の測定データを比較することによって、また、タレット６ａ、６ｂ、旋回刃物台１２、刃物台カバー５ａ、５ｂなどは、ホームポジションの測定データと加工時の測定データとを比較することにより、また、タレットの工具７ａ、７ｂは、工具を装着していないステーションをワーク４ａ、４ｂに向けたときの測定データと、工具７ａ、７ｂをワーク４ａ、４ｂに向けたときの測定データとの比較により、それぞれ判別できる。

このようにして判別した各測定対象物についての複数の測定スポットの３次元座標と、それぞれの対象物について予め登録した近似形状とにより、陰になっている部分を補完して、その対象物の計測領域内で占める３次元領域及び位置を演算できるので、それらの領域相互が干渉しないように監視することにより、機械稼動部の衝突を防止する。

２主軸対向複合旋盤の加工領域を模式的に示す平面図同側面図２主軸対向複合旋盤における衝突の一例を示す模式的な平面図図３と異なる衝突の態様を示す模式的な平面図

符号の説明

３チャック
４ワーク
５タレット刃物台
７工具
８３次元形状測定器
12 旋回刃物台
17 工具

Claims

刃物台(12)の工具(17)を交換する自動工具交換装置を備えた旋盤に、ワーク(4)、前記刃物台及び工具の形状及び位置をＹ軸方向から非接触で計測する３次元形状測定器(8)を設置し、前記刃物台に自動交換工具(17)が装着されたときと装着されていないときとの前記３次元形状測定器の測定データを対比することによって当該工具の形状を認識すると共に、前記３次元形状測定器が取得した測定データから前記ワーク及び刃物台の形状及び位置並びに前記工具の位置を認識し、その認識結果に基づいて機械稼動部の衝突を予測する、旋盤における機械稼動部の衝突防止方法。
割出回転により使用する工具(7)を選択するタレット刃物台(5)を備えた旋盤に、ワーク(4)、前記刃物台及び工具の形状及び位置をＹ軸方向から非接触で計測する３次元形状測定器(8)を設置し、当該３次元形状測定器が取得した工具を装着していないタレット(6)のステーションをワークに向けたときの測定データと工具をワークに向けたときの測定データを対比して当該工具の形状を認識すると共に、前記３次元形状測定器が取得した測定データから前記ワーク及び刃物台の形状及び位置並びに前記工具の位置を認識し、その認識結果に基づいて前記ワーク、刃物台及び工具の干渉領域を演算する、旋盤における機械稼動部の衝突防止方法。