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技術 工作機械の制御方法

出願人 ワラシナプロトテック株式会社
発明者 藁科尚弘
出願日 2016年10月7日 (4年1ヶ月経過) 出願番号 2016-198909
公開日 2018年4月12日 (2年7ヶ月経過) 公開番号 2018-058180
状態 特許登録済
技術分野 工作機械の自動制御 数値制御 旋削加工
主要キーワード 磨耗係数 トレース長 バイトユニット 誤差曲線 原点補正 寸法表示 移行時期 加工個数
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この項目の情報は公開日時点(2018年4月12日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

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工作機械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

概要

背景

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計測作業が必須とされている。

概要

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。NC自動旋盤1による金属材料切削加工にあたり、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

目的

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

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

NC自動旋盤による金属材料切削加工にあたり、経時変化に伴う加工作業時の切削工具刃先位置補正し、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。

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刃先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

0003

特開平2005−40930号公報
特許第4727634号公報

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

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。
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。
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)。
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)。
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)。
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。

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。

0011

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。

実施例

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。

0024

1NC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

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