(57)【要約】【課題】加工面の品位を向上させることができるとともに、設定作業を簡略化することができる主軸の位置誤差補正方法、及び位置誤差補正装置を提供する。【解決手段】基準工具の工具長さＬｉ、及び装着された基準工具の先端座標となる原点座標Ｘｉ、Ｙｉ、Ｚｉを設定する第１工程と、加工に使用する使用工具の工具長さＬｃと基準工具の工具長さＬｉとの工具長差ΔＬを算出する第２工程と、工具長差ΔＬと直交する２軸間に生じている直角度誤差とにもとづいて偏差量を算出する第３工程と、偏差量をもとに、使用工具の先端座標となる使用原点座標Ｘｐ、Ｙｐ、Ｚｐを算出する第４工程と、使用原点座標Ｘｐ、Ｙｐ、Ｚｐを用いて主軸の指令位置を演算する第５工程とを実行する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械本体に被加工物に対して相対移動可能に設けられ、且つ、工具長さの異なる工具を装着可能とされた主軸の位置誤差を補正するための位置誤差補正方法であって、
基準工具の工具長さ、及び装着された基準工具の先端座標となる原点座標を設定する第１工程と、
加工に使用する使用工具の工具長さと前記基準工具の工具長さとの工具長差を算出する第２工程と、
前記工具長差と前記工作機械本体が有する幾何学的誤差とにもとづいて偏差量を算出する第３工程と、
前記偏差量をもとに、前記使用工具の先端座標となる使用原点座標を算出する第４工程と、
前記使用原点座標を用いて前記主軸の指令位置を演算する第５工程と
を実行することを特徴とする位置誤差補正方法。
【請求項２】
被加工物に対して少なくとも直交する２軸方向へ相対移動可能に設けられた主軸の位置誤差を補正するための位置誤差補正方法であって、
前記第３工程において、前記工具長差と前記直交する２軸間に生じている直角度誤差とにもとづいて偏差量を算出することを特徴とする請求項１に記載の位置誤差補正方法。
【請求項３】
被加工物に対して少なくとも主軸軸線方向へ相対移動可能に設けられた主軸の位置誤差を補正するための位置誤差補正方法であって、
前記第３工程において、前記工具長差と前記主軸軸線及び前記主軸の移動方向間に生じている平行度誤差とにもとづいて偏差量を算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の位置誤差補正方法。
【請求項４】
工作機械本体に被加工物に対して相対移動可能に設けられ、且つ、工具長さの異なる工具を装着可能とされた主軸の位置誤差を補正するための位置誤差補正装置であって、
基準工具の工具長さ、加工に使用する使用工具の工具長さ、前記主軸に装着された基準工具の先端座標となる原点座標、及び前記工作機械本体が有する幾何学的誤差を記憶する格納手段と、
前記使用工具の工具長さと前記基準工具の工具長さとから両者の工具長差を算出する工具長差演算手段と、
前記工具長差と前記幾何学的誤差とにもとづいて偏差量を算出する偏差量演算手段と、
前記偏差量をもとに、前記使用工具の先端座標となる使用原点座標を算出する使用原点座標演算手段と、
前記使用原点座標を用いて前記主軸の指令位置を演算する指令位置演算手段と
を備えることを特徴とする位置誤差補正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械における主軸の位置誤差を補正するための位置誤差補正方法、及び当該補正方法を実行するための位置誤差補正装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般的に知られている工作機械としては、図１に示すような工作機械３１がある。工作機械３１は、工具を装着可能な主軸３２と、ワークを固定可能なテーブル３３とを備えてなるものであって、主軸３２は、直交する２軸（Ｘ軸及びＺ軸）方向へ、テーブル３３は、Ｘ軸及びＺ軸に直交するＹ軸方向へ夫々移動可能に備えられており、主軸３２は、テーブル３３に固定されるワークに対して相対的に３軸方向へ送られながら加工を行うことになる。
【０００３】
しかしながら、製造誤差等により上記３軸は厳密には直交しておらず、各軸間において直角度誤差が存在している。たとえば、図２に示すようなＸ−Ｚ軸間にあっては、直角度誤差αＸＺが存在し、設計上Ｘ軸と直交するはずのＺ軸がＺ’軸となっている。この場合、主軸３２のＺ’軸方向への移動によりＸ軸方向へ位置誤差が生じることになる。
また、工具長さが異なる工具を主軸３２に装着するにあたり、工具先端のＺ座標を合わせると、Ｘ軸方向へ位置誤差ΔＸＸＺが生じることになる。したがって、工具の交換時に主軸３２を工具長さの差だけ上昇させた際に、加工面にＸ軸方向への段差が形成されてしまい、加工面の品位が劣化してしまうという問題があった。
【０００４】
そこで、上記問題に対応すべく、たとえば特許文献１に開示するような主軸の位置誤差補正方法が考案されている。該特許文献１に開示の位置誤差補正方法は、主軸の動作領域において所定の間隔で格子点を設定し、各格子点毎での位置誤差の補正量を算出しながら、主軸の３軸方向への送り動作を制御するものである。
また、各工具毎に、工具先端の原点座標を予め設定し、工具を交換する度に、当該工具に対応する原点座標を用いて主軸の送り動作を制御することで、上記段差の解消を図った方法もある。
【０００５】
【特許文献１】特許第３１７４７０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１の補正方法を用いながら図５に示すような加工を行うと、Ｘ軸方向への指令値は、区間ａにおける鉛直下方への加工時にはマイナス、区間ｂにおける傾斜角θ２での加工時にはプラスとなる。つまり、区間ａから区間ｂへ移行する際の曲面加工時に、Ｘ軸方向への指令値が反転することになる。この反転時に、送りねじ等のバックラッシュやロストモーションに起因して追従遅れが生じ、結果として加工面に突起等が形成されてしまい、特に加工面が曲面となる際にその品位が劣化しやすいといった課題がある。
また、製造誤差等によりＺ軸と主軸軸線とは厳密には平行でなく、図３に示すように、Ｚ軸と主軸軸線との間のＸＺ平面内には平行度誤差βＸＺＳが存在している。そのため、当該平行度誤差βＸＺＳに起因して、工具長の異なる工具では、その工具先端のＸ座標に偏差ΔＸＺＳが生じることになる。しかしながら、上記特許文献１の補正方法等では、当該偏差ΔＸＺＳを補正することができないという課題もある。
さらに、各工具毎に工具先端の原点座標を予め設定して補正を試みるという方法では、工具毎に原点座標を設定しなければならず、手間がかかるという課題がある。
【０００７】
そこで、本発明は上記課題に鑑みなされたものであって、加工面の品位を向上させることができるとともに、設定作業を簡略化することができる主軸の位置誤差補正方法、及び位置誤差補正装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、工作機械本体に被加工物に対して相対移動可能に設けられ、且つ、工具長さの異なる工具を装着可能とされた主軸の位置誤差を補正するための位置誤差補正方法であって、基準工具の工具長さ、及び装着された基準工具の先端座標となる原点座標を設定する第１工程と、加工に使用する使用工具の工具長さと前記基準工具の工具長さとの工具長差を算出する第２工程と、前記工具長差と前記工作機械本体が有する幾何学的誤差とにもとづいて偏差量を算出する第３工程と、前記偏差量をもとに、前記使用工具の先端座標となる使用原点座標を算出する第４工程と、前記使用原点座標を用いて前記主軸の指令位置を演算する第５工程とを実行することを特徴とする。
なお、本発明における「幾何学的誤差」とは、工作機械本体にそもそも生じている精度誤差のことを示し、たとえば、直交する２軸の直角度誤差や回転軸と直進軸との直角度誤差・平行度誤差等を含む。
【０００９】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、被加工物に対して少なくとも直交する２軸方向へ相対移動可能に設けられた主軸の位置誤差を補正するための位置誤差補正方法であって、前記第３工程において、前記工具長差と前記直交する２軸間に生じている直角度誤差とにもとづいて偏差量を算出することを特徴とする。
さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、被加工物に対して少なくとも主軸軸線方向へ相対移動可能に設けられた主軸の位置誤差を補正するための位置誤差補正方法であって、前記第３工程において、前記工具長差と前記主軸軸線及び前記主軸の移動方向間に生じている平行度誤差とにもとづいて偏差量を算出することを特徴とする。
【００１０】
一方、上記目的を達成するために、本発明のうち請求項４に記載の発明は、工作機械本体に被加工物に対して相対移動可能に設けられ、且つ、工具長さの異なる工具を装着可能とされた主軸の位置誤差を補正するための位置誤差補正装置であって、基準工具の工具長さ、加工に使用する使用工具の工具長さ、前記主軸に装着された基準工具の先端座標となる原点座標、及び前記工作機械本体が有する幾何学的誤差を記憶する格納手段と、前記使用工具の工具長さと前記基準工具の工具長さとから両者の工具長差を算出する工具長差演算手段と、前記工具長差と前記幾何学的誤差とにもとづいて偏差量を算出する偏差量演算手段と、前記偏差量をもとに、前記使用工具の先端座標となる使用原点座標を算出する使用原点座標演算手段と、前記使用原点座標を用いて前記主軸の指令位置を演算する指令位置演算手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、工具長さの異なる工具を主軸に装着する度に、使用工具の工具長さや原点座標に基づいて使用原点座標を新たに算出し、当該使用原点座標を用いて主軸の位置指令を行う。したがって、工具交換により生じる偏差等に起因して加工面に段差等が形成されたりせず、加工面の品位を向上することができる。また、一旦、基準工具を用いて原点座標を設定してやれば、たとえ加工にあたって工具を交換したとしても使用工具の工具長さに基づいて使用原点座標を新たに算出するようにしているため、工具毎に原点座標を設定する等といった煩雑な作業を必要とせず、作業効率の向上を図ることができる。
また、特に請求項２に記載の発明によれば、直角度誤差に起因する偏差を補正可能としているにもかかわらず、加工点毎に直角度誤差に起因する偏差を補正するといった従来の位置指令とは異なり、たとえば図５に示す加工を行うにあたって、区間ａから区間ｂにわたる曲面加工時にＸ軸方向への指令値が反転することもない。したがって、従来では当該反転時のバックラッシュやロストモーションに起因して加工面に形成されてしまっていた突起が形成されたりせず、加工面品位の更なる向上を図ることができる。
一方、特に請求項３に記載の発明によれば、主軸軸線と主軸の移動方向との間の平行度誤差に起因する偏差を考慮した位置誤差補正を行うため、加工面を極めて高品位とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態となる主軸の位置誤差補正方法、及び位置誤差補正装置について、図面をもとに説明する。尚、本実施形態における位置誤差補正方法、及び位置誤差補正装置は、図１に示す工作機械３１に適用されるものとして説明する。
図２は、工作機械３１においてＸ−Ｚ軸間に直角度誤差αＸＺが存在することを模式的に示した説明図であり、図３は、工作機械３１においてＺ軸と主軸軸線との間のＸＺ平面内に平行度誤差βＸＺＳが存在することを模式的に示した説明図である。また、図４は、位置誤差補正装置１のブロック構成図である。
【００１３】
位置誤差補正装置１は、後述の如くして設定する基準工具での原点座標Ｘｉ、Ｙｉ、Ｚｉ、基準工具長さＬｉ、各種工具の工具長さＬｃ、及び工作機械３１が有する直角度誤差αや平行度誤差β等の幾何学的誤差を記憶するための格納手段２と、当該格納手段２から基準工具長さＬｉ及び使用する工具長さＬｃを読み出して工具長差ΔＬを演算するための工具長差演算手段３と、格納手段２に記憶されている直角度誤差α、平行度誤差β及び工具長差演算手段３により算出された工具長差ΔＬに基づいて原点座標の補正量δＸ、δＹ、δＺを演算するための補正量演算手段（偏差量演算手段）４と、格納手段２に記憶されている原点座標Ｘｉ、Ｙｉ、Ｚｉ及び補正量演算手段４により算出された補正量δＸ、δＹ、δＺに基づいて使用原点座標Ｘｐ、Ｙｐ、Ｚｐを求めるための使用原点座標演算手段５と、当該使用原点座標演算手段５により算出された使用原点座標Ｘｐ、Ｙｐ、Ｚｐを用いて主軸３２を移動させるための指令位置を演算する指令位置演算手段６とを備えている。そして、指令位置演算手段６は、算出した指令位置を各サーボアンプ７へ出力し、各サーボアンプ７では、その指令位置に基づいて各軸のサーボモータ８を制御して、主軸３２のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸方向への移動を制御するようになっている。尚、指令位置演算手段６は、後述の如く直角度誤差αＸＺに起因するＸ軸方向への偏差ΔＸＸＺ等を予め加味した使用原点座標Ｘｐ、Ｙｐ、Ｚｐに基づいて指令位置の演算を行うものであり、特許文献１に記載の補正方法のように加工点毎に直角度誤差補正を実施したりしない。
【００１４】
ここで、上記位置誤差補正装置１による位置誤差補正方法について説明する。
まず、工作機械３１において加工を行うにあたり、テーブル３３上にワークを固定するとともに、主軸３２に基準工具Ｔｉを装着し、ワークの所定の角部に２方向から基準工具Ｔｉを接触させる等して原点座標Ｘｉ、Ｙｉ、Ｚｉを設定し、当該原点座標Ｘｉ、Ｙｉ、Ｚｉとその設定に用いた基準工具Ｔｉの工具長さ（すなわち基準工具長さ）Ｌｉとを格納手段２へ記憶させる（第１工程）。その後、該基準工具Ｔｉを用いて加工を行う場合、指令位置演算手段６は、設定した原点座標Ｘｉ、Ｙｉ、Ｚｉを用いて指令位置の演算を行う。
【００１５】
一方、基準工具Ｔｉとは工具長さの異なる工具Ｔｃに交換して加工を継続する場合、位置誤差補正装置１では、使用する工具Ｔｃの工具長さＬｃと基準工具Ｔｉの工具長さＬｉとを格納手段２から読み出し、工具長差演算手段３において工具長差ΔＬ＝Ｌｃ−Ｌｉを算出する（第２工程）。次に、補正量演算手段４において、算出された工具長差ΔＬとＸ−Ｚ軸間での直角度誤差αＸＺとを用いてＸ軸方向に生じる偏差ΔＸＸＺ＝αＸＺ・ΔＬを求め（第３工程）、補正量δＸＸＺ＝−ΔＸＸＺを算出する。また、Ｙ−Ｚ軸間での直角度誤差αＹＺを用いてＹ軸方向に生じる偏差ΔＹＹＺ＝αＹＺ・ΔＬを求め（第３工程）、補正量δＹＹＺ＝−ΔＹＹＺを算出する。
さらに、補正量演算手段４では、算出された工具長差ΔＬ、及びＺ軸と主軸軸線との間のＸＺ平面内での平行度誤差βＸＺＳを用いて当該平行度誤差βＸＺＳに起因するＸ軸方向への偏差ΔＸＺＳ＝βＸＺＳ・ΔＬを求め（第３工程）、補正量δＸＺＳ＝−ΔＸＺＳを算出する。加えて、Ｚ軸と主軸軸線との間のＹＺ平面内での平行度誤差βＹＺＳに起因するＹ軸方向への偏差ΔＹＺＳ＝βＹＺＳ・ΔＬを求め（第３工程）、補正量δＹＺＳ＝−ΔＹＺＳを算出する。尚、今回は、Ｚ軸座標を基準にして補正量を求めているため、Ｚ軸方向への補正量δＺは０となる。また、Ｘ−Ｚ軸間での直角度誤差αＸＺやＺ軸と主軸軸線との間の平行度誤差βＸＺＳ等は予め測定され、格納手段２に記憶されているものとする。
【００１６】
上述の如くして各軸方向への補正量δＸ（＝δＸＸＺ＋δＸＺＳ）、δＹ（＝δＹＹＺ＋δＹＺＳ）、δＺ（＝０）が算出されると、使用原点座標演算手段５では、格納手段２から原点座標Ｘｉ、Ｙｉ、Ｚｉを読み出すとともに、当該原点座標Ｘｉ、Ｙｉ、Ｚｉに補正量δＸ、δＹ、δＺを加算して、使用原点座標Ｘｐ、Ｙｐ、Ｚｐを算出する（第４工程）。そして、指令位置演算手段６において、新たに算出された使用原点座標Ｘｐ、Ｙｐ、Ｚｐを用いて指令位置の演算を行い（第５工程）、算出した指令位置により主軸３２の各軸方向への移動を制御しながら、新たに装着された工具Ｔｃによる加工が行われることになる。
【００１７】
以上のような位置誤差補正を行う位置誤差補正装置１によれば、工具長さの異なる工具を主軸３２に装着する度に、原点座標Ｘｉ、Ｙｉ、Ｚｉに基づいて使用原点座標Ｘｐ、Ｙｐ、Ｚｐを新たに算出し、当該使用原点座標Ｘｐ、Ｙｐ、Ｚｐを用いて主軸３２の位置指令を行う。したがって、工具交換により生じる偏差ΔＸＸＺ等に起因して加工面に段差等が形成されたりせず、加工面の品位を向上することができる。
【００１８】
また、Ｘ−Ｚ軸間での直角度誤差αのみならず、従来の位置誤差補正方法では補正できなかったＺ軸と主軸軸線との間の平行度誤差βに起因する偏差ΔＸＺＳ、ΔＹＺＳをも考慮した位置誤差補正を行うため、加工面を極めて高品位とすることができる。
さらに、一旦、基準工具Ｔｉを用いて原点座標Ｘｉ、Ｙｉ、Ｚｉを設定してやれば、交換後の工具長さＬｃに基づいて使用原点座標Ｘｐ、Ｙｐ、Ｚｐを新たに算出するようにしているため、工具毎に原点座標を設定する等といった煩雑な作業を必要とせず、作業効率の向上をも図ることができる。
加えて、加工点毎に直角度誤差に起因する偏差（たとえばΔＸＸＺ）を補正するといった位置指令を行う（すなわち、Ｚ軸と平行方向へ移動させるにも拘わらずＸ軸方向への補正を随時行う）ものとは異なり、たとえば図５に示す加工を行うにあたって、区間ａから区間ｂにわたる曲面加工時にＸ軸方向への指令値が反転することもない。したがって、従来では当該反転時のバックラッシュやロストモーションに起因して加工面に形成されてしまっていた突起が形成されたりせず、加工面品位の更なる向上を図ることができる。
【００１９】
なお、本発明の位置誤差補正方法、及び位置誤差補正装置に係る構成は、上記実施形態に記載の態様に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で必要に応じて適宜変更可能である。
【００２０】
たとえば、上記実施形態ではＺ軸座標を基準として補正量δＸ、δＹ、δＺを算出するようにしているが、当然、Ｘ軸座標或いはＹ軸座標を基準として補正量δＸ、δＹ、δＺを算出しても何ら問題はない。
また、上記実施形態では、直交する２軸間の直角度誤差に起因する偏差、及び主軸軸線と主軸の移動方向との間の平行度誤差に起因する偏差の両者を補正する構成としているが、どちらか一方の偏差のみを行うように構成しても何ら問題はない。加えて、本発明の位置誤差補正方法を、例えば、ワークを載置するためのテーブルを回転可能に備えているような５軸制御工作機械において、当該テーブルの回転軸と主軸の直進軸との平行度誤差や直角度誤差に起因する偏差の補正に適用することも可能である。但し、この場合、回転軸を割り出しての加工が前提となる。
さらに、上記実施形態では、補正量演算手段において偏差量の算出及び補正量の算出の両者を行うようにしているが、偏差量の算出と補正量の算出とを別個の演算手段が行うように構成したり、原点座標演算手段が偏差量をうけて補正量を算出するとともに使用原点座標の算出をも行うように構成しても何ら問題はない。
【００２１】
さらにまた、一度算出した使用原点座標Ｘｐ、Ｙｐ、Ｚｐを使用工具Ｔｃに対応付けて格納手段２等へ記憶させ、次回以降における同一形状を有するワークへの工具Ｔｃによる加工に際しては、使用原点座標演算手段５が格納手段２から使用原点座標Ｘｐ、Ｙｐ、Ｚｐを読み出すように構成することも可能である。
加えて、本発明に係る位置誤差補正装置を、図１に示す如き門形マシニングセンタ以外の工作機械に対して適用可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来、一般的に知られている工作機械の外観を示した説明図である。
【図２】工作機械においてＸ−Ｚ軸間に直角度誤差αＸＺが存在することを模式的に示した説明図である。
【図３】工作機械においてＺ軸と主軸軸線との間のＸＺ平面内に平行度誤差βＸＺＳが存在することを模式的に示した説明図である。
【図４】位置誤差補正装置のブロック構成図である。
【図５】加工の一例を示した説明図である。
【符号の説明】
【００２３】
１・・位置誤差補正装置、２・・格納手段、３・・工具長差演算手段、４・・補正量演算手段、５・・使用原点座標演算手段、６・・指令位置演算手段、７・・サーボアンプ、８・・サーボモータ。
【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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