(57)【要約】【課題】回転工具を装着可能なタレットを備えた旋盤に関し、機械の熱変形による加工誤差を、より高精度に補正することが可能な技術手段を得る。【解決手段】回転工具タレットの各工具ステーション毎に補正値を演算する。タレットの各工具ステーションにおける工具の回転履歴を個別に検出して、各工具ステーション毎に異なる補正値を演算するか、または、タレットの円周方向に等間隔に温度センサを設置して、タレットの周方向の温度分布から各タレット毎の補正値を演算する。各工具ステーションの補正値を演算するには、その工具ステーションの回転履歴に加えて、少なくとも隣接する複数個の工具ステーションの回転履歴を、その隣接の程度と経過時間とにより重み付けして演算する。【選択図】      図１
2006062021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転工具を装着する複数の工具ステーション(Ｔ1,Ｔ2)・・・を備えたタレット(4)と、機械の所定箇所に装着した温度センサ(ｓ1,ｓ2)・・・と、これらの温度センサの検出値(ｔ1,ｔ2)・・・に基づいて加工誤差の補正値(δ)を演算する演算手段(13)とを備えた旋盤において、前記タレットの各工具ステーション(Ｔ1、Ｔ2)・・・毎に工具の回転履歴を記憶する回転履歴記憶手段(14)を備え、前記演算手段が当該回転履歴記憶手段の記憶値を用いて当該タレットの各工具ステーション毎に加工誤差の補正値(δ1,δ2)・・・を演算することを特徴とする、タレット旋盤。
【請求項２】
回転工具を装着する複数の工具ステーション(Ｔ1,Ｔ2)・・・を備えたタレット(4)と、機械の所定箇所に装着した温度センサ(ｓ1,ｓ2)・・・と、これらの温度センサの検出値に基づいて加工誤差の補正値を演算する演算手段(13)とを備えた旋盤において、前記タレットの円周方向に等間隔に装着された複数のタレット温度センサ(Ｃ1,Ｃ2)・・・を備え、前記演算手段が当該タレット温度センサの検出値を用いて当該タレットの各工具ステーション毎に加工誤差の補正値(δ1,δ2)・・・を演算することを特徴とする、タレット旋盤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転工具を装着可能なタレットを備えた旋盤に関するもので、特に機械の熱変形による加工誤差の補正手段に特徴があるタレット旋盤に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
旋盤でワークを加工するとき、高速回転する主軸の軸受部やワークの加工部で熱が発生する。主軸軸受部の発熱は、主軸や主軸台に伝達され、ワーク加工部の発熱は、切削油を介してベッドや刃物台に伝達される。そのため、工作機械の運転に伴って機械温度が局部的に、また全体的に上昇して、この温度上昇による機械自体の熱変形がワークの加工誤差となって現れてくるようになる。
【０００３】
そこで機械及びワークの熱変形による加工誤差を補正するために、機械各部の例えば主軸台や刃物台の温度を計測して、これらの機械温度とワークに生ずる加工誤差との関係を予め計測し、この計測値から機械温度による加工誤差の補正式を求めてＮＣ装置に登録しておき、実際にワークを加工するときの機械温度を前記補正式に代入して補正値を求め、ＮＣ装置から出力される指令値を当該補正値で補正して刃物台の位置を設定することにより、加工精度を向上させることが行われている。
【０００４】
旋盤における主要な発熱源は、主軸の軸受部、ワーク加工位置、油圧ポンプなどである。また、ベッドは、寸法が大きいので熱変形も大きく、室温の影響も大きく受ける。そこで従来の旋盤では、図６に示すように、室温センサｓ0及び旋盤のベッド１、主軸台２、刃物台３などの要所に取り付けた温度センサｓ1、ｓ2、ｓ3・・・の検出値ｔ0、ｔ1、ｔ2、ｔ3・・・に乗ずる係数α0、α1、α2、α3・・・と定数βとを試験加工により決定してＮＣ装置１２の演算手段１３に登録しておき、実際にワークを加工するときの検出温度に基づいて、
δ＝α0ｔ0＋α1ｔ1＋α2ｔ2＋α3ｔ3＋・・・＋αnｔn＋β
で補正値（原点設定値）δを求め、加工プログラム１５の指令値をこの補正値δで補正して、刃物台２の位置を設定するというような方法が採用されている。ここでｎは、機械に取付けた温度センサの数である。
【０００５】
一方、マシニングセンタ等においては、主軸の回転履歴から補正値を求めてワークの加工誤差を補正することも行われている。例えば図７に示すように、サンプリング周期ｄで検出した直前のｍ＋１個の主軸回転数ｗm、ｗm-1・・・ｗ0を用いて主軸回転による補正項δsを
δs＝εmｗm＋εm-1ｗm-1＋・・・＋ε0ｗ0
で求めて補正するというものである。ここでεm、εm-1・・・ε0は、試験加工等により求めた補正係数であり、ｍはＮＣ装置のメモリに記憶した履歴数で、現在をｍとして０まで遡って演算を行っていることを示している。
【特許文献１】特開２００３‐２８５２４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
タレット旋盤のタレットには、バイトや中心孔を加工する固定のドリルなどの旋削工具のみしか装着できないもの（固定工具タレット）と工具駆動軸を内蔵してワーク周面の孔加工や溝加工、平面加工などを可能にしたもの（回転工具タレット）とがあり、１台の機械に固定工具タレットと回転工具タレットとを備えた旋盤も用いられている。従来、回転工具タレットを備えた旋盤に対しても、固定工具タレットを備えた旋盤と同様な方法で加工誤差の補正が行われていた。すなわち、タレットのどの工具ステーションにどのような工具が取り付けられているかに無関係に、総ての工具ステーションに取り付けた工具に対して同じ補正式で演算した補正値で加工誤差の補正を行っていた。
【０００７】
回転工具タレットに装着される回転工具が比較的小型で使用頻度も小さいときは、上記のような従来方法で加工誤差の補正をすることが可能である。しかし、装着する工具が大型になり、かつ使用頻度も高くなると、加工時に使用する工具ステーションによって加工誤差にばらつきが生ずるという問題が発生し、従来方法では、このばらつきを適切に補正することができなかった。
【０００８】
この発明は、回転工具タレットを備えた旋盤における機械の熱変形による加工誤差を、より高精度に補正することが可能な技術手段を得ることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、回転工具タレットを備えた旋盤においては、当該回転工具タレットの各工具ステーション毎に補正値を演算することにより、上記課題を解決している。工具ステーション毎に異なる補正値を演算するためには、タレットの円周方向の温度分布を検出するか、各工具取付ステーション毎の発熱量を検出することが必要である。そこで、この発明では、タレットの各工具ステーションにおける工具の回転履歴を個別に検出して、各工具ステーション毎に異なる補正値を演算する方法と、タレットの円周方向に等間隔に温度センサを設置して、タレットの周方向の温度分布から各タレット毎の補正値を演算する方法とを提案している。
【００１０】
本願の請求項１の発明に係るタレット旋盤は、回転工具を装着する複数の工具ステーションＴ1、Ｔ2・・・を備えたタレット４と、機械の所定箇所に装着した温度センサｓ1、ｓ2・・・と、これらの温度センサの検出値ｔ1、ｔ2・・・に基づいて加工誤差の補正値δを演算する演算手段１３とを備えた旋盤において、前記タレットの各工具ステーションＴ1、Ｔ2・・・毎に工具の回転履歴を記憶する回転履歴記憶手段１４を備え、前記演算手段が当該回転履歴記憶手段の記憶値を用いて当該タレットの各工具ステーション毎に加工誤差の補正値δ1、δ2・・・を演算することを特徴とするものである。
【００１１】
ある工具ステーションＴiの熱変形量は、当該工具ステーションの回転履歴に最も大きく影響され、次いでこれに隣接する工具ステーションＴi-1、Ｔi+1の回転履歴に影響を受け、その次にその更に隣の工具ステーションの回転履歴に影響を受けるというように、周辺の工具ステーションの回転履歴の影響を受け、更に時間的に近い回転履歴の影響を最も大きく受ける。従って、各工具ステーションの補正値を演算するには、その工具ステーションの回転履歴に加えて、少なくとも隣接する複数個の工具ステーションの回転履歴を、その隣接の程度と経過時間とにより重み付けして演算することとなる。
【００１２】
本願の請求項２の発明に係るタレット旋盤は、回転工具を装着する複数の工具ステーションＴ1、Ｔ2・・・を備えたタレット４と、機械の所定箇所に装着した温度センサｓ1、ｓ2・・・と、これらの温度センサの検出値に基づいて加工誤差の補正値を演算する演算手段１３とを備えた旋盤において、前記タレットの円周方向に等間隔に装着された複数のタレット温度センサＣ1、Ｃ2・・・を備え、前記演算手段が当該タレット温度センサの検出値を用いて当該タレットの各工具ステーション毎に加工誤差の補正値δ1、δ2・・・を演算することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項２の発明の場合には、回転工具タレットの各工具ステーションにおける補正値をタレットに取り付けた温度センサＣ1、Ｃ2・・・の検出値τ1、τ2・・・のそれぞれに乗ずる係数η1、η2・・・を各工具ステーション毎に求めることにより実現できる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、回転工具タレットの各工具ステーション毎に加工誤差の補正値が演算されるので、タレットに取り付けた複数の回転工具の使用頻度や加工負荷のばらつきにより、タレット４に不均一な熱変形が生じた場合でも、工具ステーションによる誤差のばらつきがなくなり、より高い加工精度を実現することができる。
【００１５】
特にこの発明は、重加工を可能にした大型の回転工具タレットを備えた旋盤（複合旋盤）に有効で、種々の形状のワークを同一機械上で高精度に加工することが可能な複合旋盤を提供することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１ないし図３は、この発明の第１実施形態を説明した図で、回転履歴を用いる方法を説明するための図である。旋盤１０を制御するＮＣ装置１２の演算手段１３には、従来装置と同様に、室温センサｓ0の検出温度ｔ0、主軸台１、刃物台２、ベッド３などの機械の要所に設けた温度センサｓ1、ｓ2、ｓ3・・・の検出温度ｔ1、ｔ2、ｔ3・・・がインタフェイス１１を介して入力されている。
【００１７】
刃物台２は、回転工具タレット４を備えており、この回転工具タレットを割り出す割出モータ５と、工具駆動モータ６とが設けられている。割出モータ５は、加工プログラム１５からの工具選択指令によって回転駆動され、工具駆動モータ６は、加工プログラム１５からの工具回転指令によって回転駆動されるので、加工に使用されている工具ステーションＴi及びその工具ステーションに装着されている工具の回転数ｗは、ＮＣ装置１２によって認識できる。従って、工具ステーション毎のメモリ領域を設け、所定のサンプリング周期毎の工具回転数をそのとき使用している工具ステーションに対応するメモリ領域に記憶することにより、各工具ステーション毎の回転履歴がＮＣ装置のメモリ１４に記憶される。なお記憶した回転数履歴は、新しいデータを加えて最も古いデータを消去するという手続きで、最新の所定期間のものを記憶する。
【００１８】
タレット４が図２に示すように、１２ステーションのタレットであるとすると、その各工具ステーションＴi（ｉ＝１，２・・・１２）における工具の回転履歴は、工具駆動モータ６の回転履歴を図３（ａ）としたとき、図７で示したと同様なサンプリング周期ｄごとの検出回転数ｗm、ｗm-1・・・ｗ0を、それが検出されたときに割り出されていた工具タレットＴ1、Ｔ2・・・Ｔ12に割り振ることによって求められる。すなわち、工具駆動モータ６の回転履歴が図３（ａ）のようであり、各回転時に割り出されていた工具ステーションがＴ1、Ｔ3、Ｔ1・・・であったとすると、第１ステーションＴ1の回転履歴は図３の（ｂ）、第３ステーションＴ3の回転履歴が同図（ｃ）のようになる。
【００１９】
ある工具ステーションＴiでの回転工具駆動による補正量δTi（ｉ＝１，２・・・１２）をδTi＝εmｗim＋εm-1ｗim-1＋・・・ε0ｗi0
で定義し、係数εm、εm-1・・・ε0が総ての工具ステーションにおいて同じ値を採るとすると、例えば第１ステーションＴ1の補正量δT1は、当該工具ステーションが割り出されているときの回転履歴のみ、すなわち図３（ｂ）における回転履歴のみをｗ1m、ｗ1m-1・・・ｗ10に代入する（他の工具ステーションが選択されている時刻におけるｗ1は０である。）ことによって求められることになる。第３ステーションＴ3の補正量δT3は、図３（ｃ）に示された回転履歴を用いて同様に計算され、他の工具ステーションについても同様である。なお、当然のことながら、固定工具が装着された工具ステーションＴ2やＴ12の補正量δT2やδT12は０になる。
【００２０】
ある工具ステーションＴiにおける熱変形は、当該工具ステーションでの発熱のみでなく、その周囲の工具ステーションにおける発熱によっても影響される。今、総ての工具ステーションの影響を受けるとすると、工具ステーションＴiの工具を用いて加工を行うときの補正量δiは、
δi＝δa×Ｅ＋γi1δT1＋γi2δT2・・・γi12δT12で与えられる。ここでδaは、従来と同様な式
δa＝α0ｔ0＋α1ｔ1＋α2ｔ2＋α3ｔ3・・・αnｔn＋β
で与えられる機械全体の熱変形による補正量である。但し、係数α0、α1、α2・・・αnは、必ずしも従来と同一になるとは限らない。
【００２１】
一方、γi1δT1＋γi2δT2＋・・・＋γi12δT12は、タレット４の熱変形による補正項で、γij（ｉ，ｊ＝１〜１２）は、第ｊステーションＴjの回転履歴が第ｉステーションＴiの補正値に影響する係数で、γijの値は、総て異なる値として定義される（γij＝γjiと定義することものできる）。式中のＥは、タレットの変形に対する機械全体の変形の重み係数である。
【００２２】
上記のように定義される係数εm、εm-1・・・ε0、α0、α1、α2・・・αn及びβ、γij（ｉ，ｊ＝１〜１２）並びにＥを試験加工や実際のワーク加工時の誤差の計測値のデータから求めて、ＮＣ装置の演算手段１３に登録しておくことにより、上記式を用いて、ある工具ステーションＴiが割り出されたときの補正値δiを、各タレット毎に個別の値として演算することができるから、当該補正値で原点設定値を補正することにより、従来方法では不可能であった工具ステーションの相違による加工誤差のばらつきを補正することが可能になり、より高い精度の加工を実現することができる。
【００２３】
図４及び図５は、この発明の第２実施形態を示す説明図で、図中、第１実施形態と同一の部材ないし値には、同一の符号を用いている。以下、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。
【００２４】
この第２実施形態は、第１実施形態の工具の回転履歴の代わりにタレット４に装着した温度センサＣ1、Ｃ2・・・Ｃk（ｋはタレットに装着した温度センサの数。図示のものでは６。）の検出値を用いるもので、温度センサＣ1、Ｃ2・・・Ｃ6は、図５に示すように、タレットの背面に円周方向に同一の間隔で装着されている。この温度センサＣk（ｋ＝１・・・６）の検出温度τkは、無線受信装置７で受信され、インタフェース１１に送られて、他の温度ｔ0、ｔ1・・・ｔnと共に演算手段１３に入力される。
【００２５】
演算手段１３には、各工具ステーションＴi毎の補正値δiを演算する、
δi＝δa×Ｅ＋ηi1τ1＋ηi2τ2＋・・・ηi6τ6
ただし、δa＝α0ｔ0＋α1ｔ1＋α2ｔ2＋α3ｔ3・・・αnｔn＋β、ｉ＝１〜１２
という演算式とこれらの係数α0、α1、・・・β及びη11、η12・・・ηik・・・η126が登録されており、これらの係数と検出された温度とに基づいて、各工具ステーション毎の補正値δi（ｉ＝１〜１２）を演算する。ここでδaは機械全体の変形による補正量を、ηi1τ1＋ηi2τ2＋・・・ηi6τ6は、タレット４の変形による工具ステーションＴiについての補正量を示し、このタレットの変形による補正量の係数ηik（ｉは工具ステーションの番号、ｋはタレット温度センサの番号）は、各工具ステーション毎に異なる値として求められる（工具ステーションとセンサとの位置関係を考慮して、それらの幾つかを統一の値として定義してもよい。例えば、図５の例では、工具ステーションＴ1に対するセンサＣ1、Ｃ2の位置関係と、工具ステーションＴ3に対するセンサＣ2、Ｃ3の位置関係とは同じであるので、工具ステーションＴ1に対するセンサＣ1、Ｃ2の検出温度τ1、τ2の係数η11、η12をそれぞれ工具ステーションＴ3の補正量を演算するときのセンサＣ2、Ｃ3の影響を考慮した補正係数η32、η33と同じ値と定義することもできる。）。
【００２６】
以上のように定義した式におけるα0、α1、α2・・・αn、β及びη11、η12・・・η126を試験加工や実際のワークを加工したときの誤差の計測値から求めて、演算手段１３に登録しておくことにより、第１実施形態と同様にタレット４の熱変形を考慮した補正値を、その各工具ステーション毎に求めることができ、高い加工精度を実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１実施形態の例を示すブロック図
【図２】回転工具タレットの工具ステーションの番号を示す図
【図３】回転履歴の工具ステーションへの分配を示す説明図
【図４】第２実施形態の例を示すブロック図
【図５】タレットに配置した温度センサを示す図
【図６】従来手段を示すブロック図
【図７】主軸の回転履歴の例を示す線図
【符号の説明】
【００２８】
４  タレット
13  演算手段
14  回転履歴記憶手段
Ｃ1、Ｃ2・・・  タレット温度センサ
Ｔ1、Ｔ2・・・  工具ステーション
ｔ1、ｔ2・・・  検出値
ｓ1、ｓ2・・・  温度センサ
δ  補正値
【図１】
2006062021.tif 000003
【図２】
2006062021.tif 000004
【図３】
2006062021.tif 000005
【図４】
2006062021.tif 000006
【図５】
2006062021.tif 000007
【図６】
2006062021.tif 000008
【図７】
2006062021.tif 000009