JP5271549B2 - 可動工具の制御方法、入力装置及び工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、可動工具の制御方法、そうした方法を実施するための入力装置、及びそうした入力装置を有する工作機械に関する。

制御された方法で工具を移動させることによって、被加工物の精密な機械加工を可能にする工作機械が知られている。このような工作機械の場合、経時的な工具の位置は、所望の被加工物の形状に対応するように指定された送り関数によって定められる。しかし、比較的簡単な送り関数のみ指定することができる。例えば研削盤の場合、オペレータはポテンショメータを回転させることによって、砥石車が被加工物に接触する接触位置、中仕上げによる材料の除去が始まる切換位置、及び砥石車が仕上がり寸法に達した最終位置など砥石車の様々な位置に関する値、並びに２つの位置の間における砥石車の個々の移動速度に関する値を定めることができる。

さらに、値を入力するときに誤りが生じやすい可能性があること、及び機械加工される被加工物について所望の精度が得られるように個々の値を正確に決定するには、オペレータがある程度の経験レベルを有している必要があることが送り関数の記述の問題を悪化させる。

こうした従来技術から出発し、本発明の目的は、送り関数の入力を簡易化し、その順応性を高めること、並びにそうした改善された送り関数の入力を可能にする方法、入力装置及び工作機械を特定することである。

この目的は、請求項１による方法、請求項６による入力装置、及び請求項８による工作機械によって達成される。他の請求項は、好ましい実施例、コンピュータ・プログラム及びデータ媒体を特定している。

本発明による方法、並びに本発明による入力装置及び工作機械はとりわけ、複雑な送り関数でも、オペレータが複雑なプログラミングを行う必要なしに、簡単かつ信頼性のある方法で入力することができるという利点を有している。本発明はとりわけ、オペレータにとっては、個々の数値からではなく、送り関数のグラフ表示から機械加工工程の過程を把握及び入手する方が容易であるという認識に基づいている。

以下では図面を参照して、本発明を好ましい例示的な実施例を用いて説明する。

図１は、周知のタイプの送り関数のグラフを示している。横軸ｔは時間軸に相当し、縦軸ＸはＸ軸に対する工具の位置を指定している。

送り関数を決定するためには、工具の位置Ｘ１、Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４、Ｘ５、並びにそれぞれの位置の間、すなわちＸ１とＸ２、Ｘ２とＸ３、Ｘ３とＸ４、及びＸ４とＸ５の間で工具を移動させるそれぞれの走行速度Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４について個々の値を指定する。例えば工具が砥石車である場合には、例えばＸ１は工具が被加工物の表面と接触する接触位置に相当し、Ｘ２はそこから荒削りによって材料が除去される第１の切換位置に相当し、Ｘ３はそこから中仕上げによって材料の除去が行われる第２の切換位置に相当し、Ｘ４はそこから精仕上げが始まる第３の切換位置に相当し、Ｘ５は工具が仕上がり寸法に達する最終位置に相当する。走行速度Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４はそれぞれ一定であり、したがって各位置の間の工具の送りは直線的に行われる。図１から明らかであるように、個々の直線から構成される送り関数がグラフとして示される。図１において、個々の区間の傾きが、それぞれ走行速度Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３及びＶ４に相当する。

図２は、それを用いて送り関数を生成することが可能な入力装置１０を概略的に示しており、入力装置１０は、モニタ１１、コンピュータ１７、キーボード１９、及びコンピュータ・マウスとして構成されたポインティング・デバイス２０を備えている。

ポインティング・デバイス２０は、例えばある特定の点又は領域にマークを付ける、或いはメニュー要素を選択するために、モニタのカーソル１２を制御する働きをする。ポインティング・デバイス２０を移動させることにより、それに対応してモニタのカーソル１２の位置が変えられる。

コンピュータ１７は通常の設計のものであり、データを処理するために中央処理装置（ＣＰＵ）、並びに例えばランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）及び／又はハード・ディスクとして構成された記憶装置を含んでいる。動作中、コンピュータ１７はポインティング・デバイス２０、及び任意選択でキーボード１９からデータを受け取り、そのデータを評価して、モニタ１１によって受信されるモニタ信号を発生させる。そのために、コンピュータ１７はポインティング・デバイス２０及びキーボード１９からのデータを評価し、送り関数をモニタ１１に曲線の形で表示させるモニタ信号を発生させるための適切な図形プログラムを含んでいる。

送り関数は工具の経時的な移動を定めるものであり、工具は制御下で各軸に沿って移動することが可能であるが、送り曲線が設定される。例えば工具がＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸に沿って移動可能である場合、送り関数は三価関数（Ｘ（ｔ）、Ｙ（ｔ）、Ｚ（ｔ））になる。より単純な制御の場合には、２つ以下の軸に沿った工具の移動を定義することが可能であり、したがって、ただ１つの送り曲線、例えばＸ（ｔ）、或いは２つの送り曲線、例えばＸ（ｔ）及びＺ（ｔ）を入力する必要がある。

通常、所望の形状を有する被加工物を完成させるためには、複数の処理ステップが必要である。例えば砥石車を適切な方法（長手方向の研削、プランジ研削など）で移動させることによって、円筒形の面、左右の肩部、ねじ山など、被加工物上の様々な領域を徐々に研削する。本明細書に記載された方法の場合、実施可能な機械加工ステップはすべて、経験的な値に基づいて指定することが可能な基本の送り関数によって特徴付けられる。従って図形プログラムは複数の基本の送り関数にアクセスすることができ、これらの基本の送り関数は、コンピュータ１７の記憶装置に収められたコレクションとして集約される。そうしたコレクションの代わりに、或いはそれを補うために、図形プログラムは、コンピュータ１７が入力されたデータに基づいて特定の基本の送り関数をモデル化するためのモデリング領域を含むことができる。

制御下でＸ軸及びＺ軸について移動可能な砥石車の形の工具に対する送り関数の入力を、以下に説明する。図３は、開かれた様々なウィンドウ２１〜２４を有するモニタ１１を概略的に示している。

現在の送り関数が、送り曲線２９、２９’の形でウィンドウ２１及び２２に示されている。それぞれの送り曲線２９、２９’の横軸ｔは時間軸に相当し、縦軸はそれぞれＸ軸及びＺ軸に対する工具の位置を示している。Ｘ軸及びＺ軸に関するゼロ点は、工具が仕上がり寸法に達した最終位置に相当する。

ウィンドウ２３は、実施可能な処理ステップを列挙した選択メニューを示している。個々の処理ステップは、例えば使用される砥石車の性質、処理される表面のタイプ（例えば左肩部、右肩部など）、及び砥石車を進める方法（例えば直線的なプランジ研削、アンギュラ・プランジ研削など）のパラメータによって特徴付けられる。これらのパラメータに関連する情報は、選択メニューのフィールド２３ａに示される。ポインティング・デバイス２０を操作することによって、オペレータは所望の処理ステップを選択することができる。

ウィンドウ２４は、オペレータがキーボード１９を用いてデータ（特に初期寸法及び所望の仕上がり寸法など、機械加工される被加工物の領域に関する寸法）を入力することができる入力ボックスを備えている。

処理ステップの選択後、図形プログラムは、その機械加工ステップに対応するコレクション内の基本の送り関数にアクセスし、これを初期の送り関数として採用してモニタ信号を発生させる。そのモニタ信号が、初期の送り関数を初期の送り曲線２９及び２９’の形で、それぞれモニタ１１のウィンドウ２１及び２２に表示する。図３における曲線２９及び２９’は、アンギュラ・プランジ研削の機械加工工程の実施例として、砥石車をそれぞれＸ軸及びＺ軸について進めるための初期の送り曲線を示している。この実施例では、初期の送り曲線２９、２９’上の点Ｐ１〜Ｐ５及びＰ１’〜Ｐ５’は、機械加工における以下の経時的事象を表している。
Ｐ１、Ｐ１’：砥石車が開始位置に配置される。時間ｔ＝０以降、砥石車は被加工物に向かってその表面と接触するまで移動され、荒削りを開始する。
Ｐ２、Ｐ２’：機械加工が、荒削りから中仕上げへ変わる。
Ｐ３、Ｐ３’：機械加工が、中仕上げから精仕上げへ変わる。
Ｐ４、Ｐ４’：スパークアウト工程が始まる。
Ｐ５、Ｐ５’：砥石車が被加工物から引き上げられる。

次に、ポインティング・デバイス２０を操作することによって、初期の送り曲線２９、２９’を修正することが可能である。図形プログラムは、修正のための様々なオプションを利用することができるように設計される。考えられ得る修正方法の４つの例を図４〜７に示す。これらの図において各例における初期の送り曲線を破線で示し、修正された曲線を実線で示している。
−ある点、例えばＰ２をマークして移動すると、それと共に後続の点が移動する（図４参照）。矢印３１は、ポインティング・デバイス２０を操作することによってモニタのカーソルを移動させる方向を示している。
−ある点、例えばＰ２をマークをして移動しても、後続の点はもとのままである（図５参照）。
−ある点、例えばＰ２をマークして消去する（図６参照）。
−点Ｐ１ａを追加する（図７参照）。

修正の方法を選択するには、ポインティング・デバイス２０に加えてキーボード１９が用いられる。例えばモニタ１１に選択メニューを表示することによって、ポインティング・デバイス２０を操作するだけで修正の方法を選択することができるように、図形プログラムを設計することも可能である。

図３〜８では、各ケースにおいて点Ｐ１〜Ｐ５及びＰ１’〜Ｐ５’の間の送り曲線は直線的に延び、オペレータによって追加点Ｐ１ａ、Ｐ２ａ、Ｐ１ａ’、Ｐ２ａ’の座標が指定される。オプションとして、コンピュータ１７が、例えばスプライン関数を用いて追加点の座標を計算するように、図形プログラムを設計することも可能である。このオプションが設けられた場合には、オペレータは特定の時間に位置する初期の送り曲線２９、２９’の各点にマーク付けることが可能になる。次いでコンピュータ１７は、マークを付けた点全体にスプライン関数を適用することによって変更された初期の送り関数を計算し、次いで、それが特定の数の点を有するポリゴン関数としてモニタ１１に表示される。

様々な修正の方法を連続して適用することによって、オペレータは、初期の送り曲線２９、２９’を所望の送り曲線に一致するまで修正することができる。図８は、修正された送り曲線３０及び３０’を有する図３のモニタ１１を示している。この実施例では、送り曲線３０上で点Ｐ２及びＰ３が移動され、点Ｐ１ａ及びＰ２ａが追加されている。したがって、点Ｐ１とＰ１ａの間で粗研削が行われ、仕上げの前に点Ｐ２ａとＰ３の間で第１のスパークアウトが行われる。追加された点Ｐ１ａ及びＰ２ａに関連するデータは、図形プログラムによって選択メニューのボックス２３ａに自動的に表示される。

この実施例では、工具は２つの軸について移動可能であり、３次元の移動は選択された処理ステップに対応するように時間的に関連付けられる。例えば４５度の角度のプランジ研削を実施する場合には、Ｘ軸についての移動をＺ軸についての移動に対応させる。

図形プログラムは、選択された処理ステップに対応する各軸の時間的関連付けを考慮するように設計される。したがって、例えばオペレータがウィンドウ２１で初期の送り曲線２９を修正した場合には、同時にウィンドウ２２の初期の送り曲線２９’が自動的に修正される。図８による実施例では、図形プログラムは、ウィンドウ２１における初期の送り曲線２９の修正作業中に点Ｐ２’及びＰ３’を移動させ、点Ｐ１ａ’及びＰ２ａ’を追加している。

送り曲線３０、３０’の修正作業が終了すると、コンピュータ１７は制御プログラムを生成するこの制御プログラムは工具を移動させるための制御コマンドを含み、工具の制御ユニットにインポートすることができる。

本明細書に示した実施例では、点Ｐ１のＸ座標及びＰ１’のＺ座標は、基本の送り関数によってあらかじめ設定される。これらの座標値は、通常の機械加工工程の間、時間ｔ＝０の後に初めて砥石車が被加工物の表面に接触するのに十分な大きさになるように選択され、例えばｔ＝０において、Ｘ＝０．３ｍｍ及びＺ＝０．１５ｍｍとする。粗寸法と仕上がり寸法との間の差が大きすぎ、その結果、時間ｔ＝０の前に砥石車が被加工物に接触する可能性が高い被加工物の機械加工の場合、オペレータは、ｔ＝０を過ぎるまで砥石車が被加工物の表面に接触しないように、先に言及した修正方法を用いて初期の曲線２９及び２９’をそれぞれ修正することが可能である。

先に言及したように、モデリング領域を有する図形プログラムを提供することも可能である。その場合、例えばコンピュータが、基本の送り関数及び入力された形状データから初期の送り関数を決定するように設計することができる。

図９は、モニタ１１、コンピュータ１７、キーボード１９及びポインティング・デバイス２０を備えた入力装置１０が組み込まれた、工作機械４０の例示的な実施例を示している。工作機械４０は円形の研削機であり、工具４２としての砥石車に加えて、制御ユニット４１、並びに機械加工される被加工物３９を保持及び駆動するための主軸台４３及び心押台４４を備えている。砥石車４２は研削軸のまわりを回転すること、並びにＸ方向及びＺ方向に移動することが可能である。制御ユニット４１は可動工具４２に接続され、コンピュータ１７と共にＣＮＣ制御ユニットを形成する。先に説明したように、送り関数のゼロ点は仕上がり寸法に相当する位置にある。ＣＮＣ制御ユニットは、あらかじめ設定された送り関数、及びモニタ１１のウィンドウ２４に入力された形状データから制御プログラムを生成するように構成され、この制御プログラムにより、工具４２は空間内において、被加工物の表面に対して正しい位置で仕上がり寸法に達するように移動する。

機械加工工程は、確認信号を入力することによって開始される。制御プログラムを用いて制御ユニット４１が制御信号を発生し、該制御信号が工具４２に受信され、これに対応して工具４２が各軸に沿って移動して被加工物３９を機械加工する。

任意選択で、工作機械４０はコンピュータ１７に接続された測定装置４５を備えることができ、この測定装置４５によって被加工物３９の機械加工中に、被加工物３９に関して直径及び特定の長さなどの測定値を確認することが可能になる。確認された測定値はコンピュータ１７に格納され、特定の軸について、実測値に基づく曲線として送り曲線と共にモニタ１１に表示される。実測値に基づく曲線は、例えば被加工物の経時的な一連の直径を示す。入力された送り曲線は、所望の曲線に相当する。実測値に基づく曲線と所望の曲線を比較することによって、オペレータは、例えば時間及び／又は品質について、被加工物の機械加工をさらに最適化することが可能かどうかを判断することができる。

任意選択で、測定装置４５は、製造工程中における実際の値の所望値からのずれを補正する制御ループの一部とすることができる。

これまで述べた方法、入力装置及び工作機械は、特に以下の利点を有している。
−図形を表示すること、及び図形が修正可能であることによって、送り関数の入力が簡易化される。ポインティング・デバイスによって修正を行うことが可能なのでオペレータが図を入力する必要がなく、その結果、キーの操作ミスの危険が低減される。
−事実上あらゆる送り関数を入力することが可能である。例えば図１に示した送り関数に比べて、任意の数の切換点を定めることができる。

これまでの記述から、当業者は、特許請求の範囲によって定められる本発明の保護範囲から逸脱することなく、無数の変更形態を得ることができる。したがって、コンピュータ・マウスの代わりに、又はそれを補うために、タッチスクリーン、トラックボール、タッチパッドなどのポインティング・デバイスを使用することができる。したがって、例えばモニタ１１をタッチスクリーンとすることが可能であり、その場合、オペレータがタッチスクリーン上でスタイラス、又はオペレータの指の１本を動かすことにより、送り曲線がグラフィカルに変更される。

本明細書に記載された送り関数の入力方法を、砥石車ではなく、旋盤工具又はフライス工具など他のタイプの工具のために用いてもよい。

入力装置１０を工作機械４０に組み込む必要はなく、別のステーションの形にすることもできる。その場合、生成される制御プログラムは、接続ラインを介して、又は例えば磁気記憶ディスクなどのデータ媒体を用いて、工作機械４０の制御ユニット４１へ転送される。

周知のタイプの送り関数のグラフである。 送り関数を生成するための入力装置を概略的に示す図である。 送り関数のグラフを有するモニタを概略的に示す図である。 送り曲線のグラフによる修正の例を示す図である。 送り曲線のグラフによる修正の例を示す図である。 送り曲線のグラフによる修正の例を示す図である。 送り曲線のグラフによる修正の例を示す図である。 修正された送り曲線を有する、図３によるモニタを示す図である。 図２による入力装置を備えた工作機械を示す図である。

符号の説明

１０ 入力装置
１１ モニタ
１２ カーソル
１７ コンピュータ
１９ キーボード
２０ ポインティング・デバイス
２１、２２、２３、２４ ウィンドウ
２９、２９’ 初期の送り曲線
３０、３０’ 修正された送り曲線
３９ 被加工物
４０ 工作機械
４１ 制御ユニット
４２ 工具
４３ 主軸台
４４ 心押台
４５ 測定装置

Claims (11)

1. 可動工具（４２）、特に研削工具を、少なくとも１つの軸についての工具の経時的な移動を指定する送り関数を用いて制御するための方法であって、
   初期の送り関数が、少なくとも１つの初期の送り曲線（２９、２９’）としてモニタ（１１）に表示され、
   前記初期の送り関数、及びポインティング・デバイス（２０）を用いて行われた入力から送り関数が計算され、修正された初期の送り曲線（３０、３０’）として前記モニタ（１１）に表示され、
   前記工具を移動させるための制御コマンドが前記送り関数から生成され、
   前記初期の送り曲線（２９、２９’）が、縦軸及び横軸を有する座標系に表示され、前記縦軸及び横軸の一方が時間軸に対応し、他方がある軸における前記工具（４２）の位置に対応することを特徴とする方法。
2. 前記ポインティング・デバイス（２０）が、コンピュータ・マウス、タッチスクリーン、トラックボール、タッチパッドの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記入力が、さらにキーボード（１９）を用いて実施されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記初期の送り関数（２９、２９’）が、データ記憶装置に格納された基本の送り関数のコレクションから選択された基本の送り関数、及び／又は入力されたデータを用いて計算されることを特徴とする請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法。
5. 請求項１から４までのいずれか一項に記載の方法を実施するために用いる入力装置であって、少なくとも１つのモニタ（１１）、少なくとも１つのポインティング・デバイス（２０）、前記モニタ及び前記ポインティング・デバイスに接続されたコンピュータ（１７）を備え、前記コンピュータが、実行時に前記方法を実施することが可能なコンピュータ・プログラムを備えることを特徴とする入力装置。
6. 前記ポインティング・デバイス（２０）が、コンピュータ・マウス、タッチスクリーン、トラックボール、タッチパッドの少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項５に記載の入力装置。
7. 被加工物を機械加工するための工作機械であって、
   請求項５又は６に記載の入力装置（１０）と、
   制御によって移動可能な少なくとも１つの工具（４２）と、
   前記工具を制御するための少なくとも１つの制御ユニット（４１）とを備え、前記入力装置の前記コンピュータ（１７）が前記制御ユニットに接続されている工作機械。
8. 被加工物（３９）の機械加工中に測定値を取得するための測定装置（４５）を備えることを特徴とする請求項７に記載の工作機械。
9. 工具（４２）としての砥石車、被加工物の主軸台（４３）及び心押台（４４）を備えることを特徴とする請求項７又は８に記載の工作機械。
10. コンピュータによる実行時に、請求項１から４までのいずれか一項に記載の方法が実施されるコンピュータ・プログラム。
11. 請求項１０に記載のコンピュータ・プログラムが格納されたデータ媒体。

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