(57)【要約】【課題】無駄な計測動作を省き、必要なタイミングで寸法または位置計測が行えて、自動運転における加工精度の維持および加工効率の低下防止を図ることできる工作機械を提供する。【解決手段】工作機械本体１は、主軸等のワーク支持手段４と、工具台５と、工具台５を移動させるサーボモータ８とを備える。ワーク支持手段４に支持されたワークＷの寸法または工具１１の刃先位置を計測する計測手段１２を設ける。この計測手段１２の計測データに基づき、サーボモータ８による工具台５の移動量を補正する移動量補正手段２６を設ける。この構成において、サーボモータ８の温度を検知する温度検知手段３０と、検知したサーボモータ温度に応じて計測手段１２に計測作業を行わせる計測タイミング制御手段２４とを設ける。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを支持するワーク支持手段と、ワークを加工する工具を支持する工具台と、工具台をワーク支持手段に対して移動させるサーボモータと、上記ワーク支持手段に支持されたワークの寸法または工具の刃先位置を計測する計測手段と、この計測手段の計測データに基づき、上記サーボモータによる工具台の移動量を補正する移動量補正手段とを備えた工作機械であって、上記サーボモータの温度を検知する温度検知手段と、検知したサーボモータの温度に応じて上記計測手段に計測作業を行わせる計測タイミング制御手段とを設けた工作機械。
【請求項２】
上記計測タイミング制御手段は、検知されたサーボモータの温度が、起動時または上記計測手段による前回の計測時から一定温度幅だけ上昇または下降したときに、上記計測手段に計測作業を行わせるものとした請求項１記載の工作機械。
【請求項３】
上記計測タイミング制御手段は、検知したサーボモータの温度が、予め設定された複数の温度値のいずれかになったときに、上記計測手段に計測作業を行わせるものとした請求項１記載の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、熱変位補正のためのワーク寸法の機内計測や、工具の刃先計測を行う計測手段を備えた工作機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、旋盤等の工作機械では、切削熱等によるベッドや送り機構の熱変位によって加工精度が低下することを無くすため、加工したワークの寸法、または工具の刃先位置を、タッチプローブ等の計測機器で計測し、その計測結果に応じて工具台の送り量を補正することが行われている。
このようなワーク寸法の機内計測や、刃先計測は、その計測に要する時間によって工作機械のワーク加工の効率が低下するため、毎回の計測とはせずに、周期的に行ったり、起動時の最初に行うなど、決まったタイミングで行っている（例えば、特開平１０−２９６５９１号）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、工作機械の運転は、状況によって変化し、また周囲環境の温度も季節や周辺機械の稼働等によって異なる。そのため、時間の経過や加工ワークの個数によって、決まったタイミングで機内計測を行うようにした場合、無駄な計測作業が生じ、ワーク加工の効率を低下させることがある。例えば、起動時から定められた時間毎に計測を行うようにした場合、加工の中断等が生じたとき等に、工作機械の稼働が実際には少なくて、温度上昇があまり生じていないときに計測が行われることになり、計測が無駄となる。このような無駄を見込んで計測期間を長くすると、必要な計測が行えず、適切な熱変位補正による加工精度の向上が期待できなくなる。また、ワーク個数で計測タイミングを定めた場合も、工作機械の一時停止があったときや、周辺機械との関係で、個々のワーク加工の間の期間を長くしたときなどに、温度上昇があまり生じていない状態で計測が行われることになり、計測が無駄となる。
このため、ベッドまたは工具台の送り機構等の温度を検知し、実際の温度変化に応じて計測を行うことを考えたが、配線や保守など、種々の面から、ベッドや工具台送り機構に温度検知手段を設ける適切な場所を得ることが難しい。また、熱変位補正に専用の温度検出手段が必要となり、センサ類が増える。
【０００４】
この発明の目的は、無駄な計測動作を省き、必要なタイミングで寸法または位置計測が行えて、自動運転における加工精度の維持および加工効率の低下防止を図ることのできる工作機械を提供することである。
この発明の他の目的は、計測タイミングの制御の容易を図ることである。
この発明のさらに他の目的は、制御の簡易化と、より一層の効率的な計測タイミングの設定を可能とすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明の工作機械を、実施形態に対応する図１と共に説明する。この工作機械は、ワーク（Ｗ）を支持するワーク支持手段（４）と、ワーク（Ｗ）を加工する工具（１１）を支持する工具台（５）と、工具台（５）をワーク支持手段（４）に対して移動させるサーボモータ（８）と、上記ワーク支持手段（４）に支持されたワーク（Ｗ）の寸法または工具（１１）の刃先位置を計測する計測手段（１２）と、この計測手段（１２）の計測データに基づき、上記サーボモータ（８）による工具台（５）の移動量を補正する移動量補正手段（２６）とを備えたものである。この工作機械において、上記サーボモータ（８）の温度を検知する温度検知手段（３０）と、検知したサーボモータ（８）の温度に応じて上記計測手段（１２）に計測作業を行わせる計測タイミング制御手段（２４）とを設ける。この構成によると、温度検知手段（３０）によるサーボモータ（８）の温度検知により、実際の温度変化に従って、計測タイミング制御手段（２４）の制御により、計測手段（１２）によるワーク寸法または工具（１１）の刃先位置の計測が行われる。サーボモータ（８）の温度は、工作機械のベッド（２）等の温度と一定の関係にあり、サーボモータ（８）の温度変化を工作機械の温度変化と推定できる。このように、実際の温度変化に従って計測手段（１２）による計測が行われるので、無駄な計測動作を省き、必要なタイミングで寸法または位置の計測が行える。このように計測した計測データに基づき、サーボモータ（８）による工具台（５）の移動量が移動量補正手段（２６）によって補正される。そのため、自動運転における加工精度の維持および加工効率の低下防止を図ることができる。また、温度検知手段（３０）はサーボモータ（８）に設けるため、独立してベッド等に配置する場合と異なり、サーボモータ（８）の有する位置検出器（８ａ）の配線と纏めるなどの処置がとれ、配線が容易に行える。
【０００６】
上記計測タイミング制御手段（２４）は、検知されたサーボモータ（８）の温度が、起動時または上記計測手段（１２）による前回の計測時から一定温度幅だけ上昇または下降したときに、上記計測手段（１２）に計測作業を行わせるものとしても良い。
このように一定温度幅の変化時に計測を行わせるようにした場合、前回から一定温度幅の変化があったことを監視するだけで良いため、計測タイミングの制御が簡単に行え、かつ適切な計測タイミングとできる。
【０００７】
また、上記計測タイミング制御手段（２４）は、検知したサーボモータ（８）の温度が、予め設定された複数の温度値のいずれかになったときに、上記計測手段（１２）に計測作業を行わせるものとしても良い。
この場合も、予め設定された温度値になったか否かを監視するだけ良いため、計測タイミングの制御が簡単に行える。また、この場合、予め設定される温度を、過去の経験等により最適化することができ、より一層、効率的な計測タイミングとすることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の実施形態を図１〜図３と共に説明する。この実施形態は旋盤に適用した例である。この工作機械は、機械部分である工作機械本体１と、この工作機械本体１を制御する制御装置１３とで構成される。工作機械本体１は、ワークＷを支持するワーク支持手段４と、ワークＷを加工する工具１１を支持する工具台５とを備える。工具台５はサーボモータ８によりワーク支持手段４のワーク支持中心に対して切込方向（Ｘ軸方向）に移動させられる。ワーク支持手段４は主軸からなり、ベッド２上に主軸台３を介して回転自在に支持される。この主軸からなるワーク支持手段４は、ワークＷを把持する主軸チャックが取付けられていて、後部で主軸モータ（図示せず）により回転させられる。
【０００９】
工具台５は、タレットからなり、送り台６を介してベッド２上に上記切込方向（Ｘ軸方向）と、上記ワーク支持中心である主軸軸心に沿う送り方向（Ｚ軸方向）とに進退可能とされている。送り台６は、ベッド２上に案内７を介して上記切込方向（Ｘ軸方向）に進退自在に設置され、タレットからなる工具台５を、上記送り方向（Ｚ軸方向）に進退自在で、かつタレット中心に対して旋回自在に支持している。送り台６は、具体的には、図示は省略するが、案内７上に進退自在に設置された送り台ベースと、この送り台ベース上に送り方向（Ｚ軸方向）に進退自在に搭載された前後移動台とでなり、この前後移動台にタレット式の工具台５を旋回自在に支持している。タレットからなる工具台５は、正面形状が多角形のドラム状のものであり、各周面部分からなる工具ステーションＳに、上記工具１１が取付けられている。工具台５は、送り台６に搭載されたモータ等で構成される旋回割出手段１０により、任意の工具１１の取付けられた工具ステーションＳを、ワーク支持手段４に対応する旋回角度に位置決め可能である。
工具台５の切込方向（Ｘ軸方向）の移動は、上記サーボモータ８の駆動によって、ボールねじ等の移動機構９を介して行われる。工具台５の送り方向（Ｚ軸方向）の移動は、送り台６に搭載されたサーボモータ（図示せず）の駆動により、ボールねじ等の動作変換手段（図示せず）を介して行われる。
【００１０】
上記構成の工作機械本体１において、ワーク支持手段４に支持されたワークＷの寸法を計測する計測手段１２が設けられている。この計測手段１２は、工具台５の工具ステーションＳに、工具１１に代えて取付けられたタッチセンサ等の接触検出器１２ａと、工具台５の位置を検出可能な位置検出器８ａと、上記接触検出器１２ａがオンしたときの位置検出器８ａの値を取り込む手段とでなる。この位置検出器８ａには、サーボモータ８に備えられるパルスコーダ等のエンコーダが用いられる。位置検出器８ａの値を取り込む手段は、制御装置１３に設けられる。具体的には、上記取り込み手段は、後述の計測結果処理手段２８に設けられている。
【００１１】
制御系を説明する。制御装置１３は、工作機械本体１の全体を制御するものであり、各々コンピュータ式とした数値制御部１４とプログラマブルコントローラ部１５とで構成される。数値制御部１４は、加工プログラムメモリ１６に記憶された加工プログラム１７および計測プログラム１８を実行する演算制御部１９を備えている。演算制御部１９は、主制御部２０および軸送り制御部２１を有しており、加工プログラム１７および計測プログラム１８におけるシーケンス制御指令は、主制御部２０からプログラマブルコントローラ部１５に転送される。加工プログラム１７および計測プログラム１８における各軸の移動指令は、主制御部２０および軸送り制御部２１を介して各々サーボコントローラ２９に与えられ、Ｘ軸のサーボモータ８およびＺ軸のサーボモータ（図示せず）の制御が行われる。なお、サーボコントローラ２９は、Ｘ軸およびＺ軸のものを一つで代表して示している。この制御装置１３に、後述のように、計測手段１２の計測データに基づき、サーボモータ８による工具台５の移動量を補正する移動量補正手段２６を備えている。
【００１２】
計測プログラム１８は、ワークＷの加工の完了後に、接触検出器１２ａがワークＷに対応する角度となるように工具台５を割出回転させ、接触検出器１２ａがワークＷに接するまで送り台６をＸ軸方向に移動させた後、送り台５を原点位置に戻す制御を行うプログラムである。この接触検出器１２ａがオンしたときのＸ軸座標位置が計測結果処理手段２８で読み取られ、ワーク径となる寸法が計測される。計測結果処理手段２８は、上記ワーク径の計測値を、マスタワーク（図示せず）の計測値、または所定の基準値、または前回加工時の計測値等と比較し、Ｘ軸方向の工具位置の補正量を演算して軸送り制御部２１におけるオフセットの補正手段２２の設定値を、その補正量に更新する。上記補正手段２２と計測結果処理手段２８とで、移動量補正手段２６が構成される。
【００１３】
この実施形態の工作機械は、工具台５を移動させるサーボモータ８の温度を検知する温度検知手段３０と、この温度検知手段３０で検知したサーボモータ８の温度に応じて上記計測手段１２に計測作業を行わせる計測タイミング制御手段２４とを設けている。計測タイミング制御手段２４は、計測プログラム１８を演算制御部１９に実行させる手段であり、制御装置１３に設けられている。詳しくはプログラマブルコントローラ部１５に設けられている。また、制御装置１３は、計測温度別利用手段２５を有している。
【００１４】
計測タイミング制御手段２４は、温度検知手段３０で検知されたサーボモータ８の温度が、起動時または計測手段１２による前回の計測時から一定温度幅だけ上昇または下降したときに、計測プログラム１８を実行させることで、計測手段１２に計測作業を行わせるものとしてある。上記一定温度幅は、数度とされ、例えば、５度〜１０度の範囲の任意の値とされる。
【００１５】
計測温度別利用手段２５は、温度検知手段３０で検知されたサーボモータ８の温度計測データを、計測タイミング制御手段２４による計測タイミングの制御とは別の制御目的で、工作機械本体１の制御に利用する手段である。計測温度別利用手段２５は、例えば、サーボモータ８の温度変化に対する出力の変化を補正する手段とされる。この場合に、計測温度別利用手段２５は、温度計測データに応じて、サーボコントローラ２９に可変に設定されるサーボモータ８の制御のための加減速時定数および最高速度のいずれか一方または両方を変える手段としてもよい。
【００１６】
上記構成の動作を説明する。図３にサーボモータ８の温度変化を曲線ａで示すように、起動時から次第に温度が上昇し、加工の一時休止によって温度が低下し、再度の加工の開始によって再び温度が上昇したとする。加工は、自動運転により、素材ワークＷをワーク把持手段４に把持させて工具台５の工具１１により加工し、一つのワークＷの加工が完了すると、その加工完了ワークＷをワーク支持手段４から搬出して新たな素材ワークＷをワーク支持手段４に把持させ、加工を行うというサイクルを多数個のワークＷについて繰り返し行うものとする。上記の加工の休止は、ワークＷの搬入，搬出に要する時間ではなく、昼休みや、保守、運転調整等のためのある程度長い時間の休止である。
【００１７】
計測タイミング制御手段２４に設定された一定温度幅がｈであるとすると、サーボモータ８の温度が起動時ｔ０の温度ｈ１から、安定温度ｈ２に至るまでに、一定温度幅ｈだけ上昇する毎（時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３）に、計測タイミング制御手段２４は計測手段１２に計測を行わせる。すなわち、演算制御部１９に計測プログラム１８を実行させる。一定温度幅ｈだけ下降したときも、上記と同様に計測を行わせる。計測手段１２でサーボモータ温度が計測されると、計測結果処理手段２８は、軸送り制御部２１の補正手段２２のオフセット値を更新する。このようにオフセット値を温度に応じて適切な値とすることで、ベッド２や移動機構９におけるボールねじ等の熱変位に対する補正が適切になされ、加工精度が維持される。
【００１８】
サーボモータ８の温度は、工作機械本体１のベッド２等の温度と一定の関係にあり、サーボモータ８の温度変化を工作機械本体１の温度変化と推定できる。このように、実際の温度変化に従って計測手段１２による計測が行われるので、無駄な計測動作を省き、必要なタイミングで寸法または位置の計測が行える。すなわち、どのタイミングで計測手段１２の計測による熱変位補正を起動させるかのきっかけとして、サーボモータ８の温度が大きくなったときに機械の温度変化があったものとし、当然に熱変位も生じているものと考えられ、そのタイミングで補正のための計測を起動させる。
【００１９】
このため、従来のように周期的に行ったり、起動時の最初に行う決まったタイミングでの計測に比べて、無駄な計測動作を省き、必要なタイミングで寸法または位置の計測が行える。したがって、自動運転における加工精度の維持および加工効率の低下防止を図ることができる。
また、計測タイミング制御手段２４は、検知されたサーボモータ８の温度が、起動時または前回の計測時から一定温度幅ｈだけ上昇または下降したときに、計測作業を行わせるものとしたため、計測タイミングの制御が簡単に行え、かつ適切な計測タイミングとできる。
さらに、温度検知手段３０として、サーボモータ８の温度を検知するものを用いるため、計測温度別利用手段２５によって、サーボモータ８の温度変化に対する出力補正を行うなど、別の目的で用いる温度検知手段３０を熱変位補正に兼用することができ、センサ数の低減による構成の簡易化、コスト低下も図れる。また、温度検知手段３０はサーボモータ８に設けるため、独立してベッド等に配置する場合と異なり、サーボモータ８の有する位置検出器８ａの配線と纏めるなどの処置がとれ、配線が容易に行える。
【００２０】
計測タイミング制御手段２４は、一定温度幅ｈで計測を行わせるものとする代わりに、図４のように、検知したサーボモータ８の温度が、予め設定された複数の温度値Ｈ１〜Ｈ２のいずれかになったときに、計測手段１２に計測作業を行わせるものとしても良い。予め設定される温度Ｈ１〜Ｈ６は、例えば２０度、２５度、３０度……等とする。
この場合、予め設定される温度Ｈ１〜Ｈ６を、過去の経験等により最適化することができ、より一層、効率的な計測タイミングとすることができる。予め設定される温度Ｈ１〜Ｈ６は、例えば温度が上昇するに従って、設定温度間の温度幅が広くなるようにしても良い。この構成の場合も、予め設定された温度値Ｈ１〜Ｈ６になったか否かを監視するだけ良いため、計測タイミングの制御が簡単に行える。
【００２１】
なお、上記実施形態では、計測手段１２はワークＷの寸法を計測するものとしたが、例えば図５に示すように、工具１１の刃先位置を計測する計測手段１２Ａを設けても良い。この計測手段１２Ａは、ワーク保持手段４の前方位置に対して進出および退避自在に配置される接触検出器１２ａを設けたものである。接触検出器１２ａはタッチセンサからなり、旋回アーム等の支持部材およびその移動用駆動源（図示せず）からなる検出器支持手段１２Ａｂに設置されている。検出器支持手段１２Ａｂは、例えばベッド２や、主軸台３や、あるいは工作機械本体１を覆う機体カバー（図示せず）等に設置される。計測手段１２Ａは、ワーク寸法計測用の計測手段１２（図１）と同様に、接触検出器１２Ａａと、工具台５の位置を検出可能な位置検出器８ａと、接触検出器１２Ａａがオンしたときの位置検出器８ａの値を取り込む手段とでなる。この取り込み手段は、計測結果処理手段２８に設けられる。
また、この実施形態では、図１の実施形態における計測プログラム１８は、検出器１２ａを割り出させる動作の指令に代えて、計測開始時に、制御装置１３に検出器支持手段１２Ａｂをワーク支持手段４の前に移動させる動作と、計測希望の工具１１がワーク支持手段４に対応する位置となるように工具台５を割り出させる動作とを行わせる指令が設けられる。この実施形態におけるその他の構成は、第１の実施形態と同じである。
【００２２】
なお、上記各実施形態は、Ｘ軸に対する熱変位補正につき説明したが、この発明は、Ｚ軸に対する熱変位補正にも適用することができる。
【００２３】
【発明の効果】
この発明の工作機械は、ワークを支持するワーク支持手段と、ワークを加工する工具を支持する工具台と、工具台をワーク支持手段に対して移動させるサーボモータと、上記ワーク支持手段に支持されたワークの寸法または工具の刃先位置を計測する計測手段と、この計測手段の計測データに基づき、上記サーボモータによる工具台の移動量を補正する移動量補正手段とを備えた工作機械であって、上記サーボモータの温度を検知する温度検知手段と、検知したサーボモータの温度に応じて上記計測手段に計測作業を行わせる計測タイミング制御手段とを設けたため、無駄な計測動作を省き、必要なタイミングで寸法または位置計測が行えて、自動運転における加工精度の維持および加工効率の低下防止を図ることができる。
上記計測タイミング制御手段が、検知されたサーボモータの温度が、起動時または上記計測手段による前回の計測時から一定温度幅だけ上昇または下降したときに、上記計測手段に計測作業を行わせるものである場合は、計測タイミングの制御が容易に行える。
上記計測タイミング制御手段が、検知したサーボモータの温度が、予め設定された複数の温度値のいずれかになったときに、上記計測手段に計測作業を行わせるものである場合は、制御の簡易化と、より一層の効率的な計測タイミングの設定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態にかかる工作機械の概念構成を示すブロック図である。
【図２】その工作機械本体の正面図である。
【図３】同工作機械の温度変化と計測タイミングの関係を示すグラフである。
【図４】この発明の他の実施形態にかかる温度変化と計測タイミングの関係を示すグラフである。
【図５】この発明のさらに他の実施形態にかかる工作機械の工作機械本体と計測手段の関係を示す正面図である。
【符号の説明】
１…工作機械本体
４…ワーク支持手段
５…工具台
６…送り台
８…サーボモータ
８ａ…位置検出器
１１…工具
１２，１２Ａ…計測手段
１２ａ，１２Ａａ…接触検出器
１３…制御装置
１８…計測プログラム
１９…演算制御部
２１…軸送り制御部
２８…計測結果処理手段
２２…補正手段
２４…計測タイミング制御手段
２５…計測温度別利用手段
２６…移動量補正手段
３０…温度検知手段
Ｗ…ワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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