(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークに創成面を加工する工作機械の熱発生源となる機械各部の温度を測定する温度検出部と、該温度検出部により測定された温度に対応した熱変位補正量を推定する補正量推定部と、該補正量推定部からの熱変位補正量に基づく軸補正座標を演算し補正対象軸に補正指令を出力する加工制御部とを備える熱変位補正装置であって、
該加工制御部は、該補正対象軸に出力された補正指令による創成面への影響量を演算する影響量算出部と、算出された該影響量を予め設定した値と比較し、該影響量が小さければ補正指令を出力し、大きければ補正指令を出力しない影響量判定部とを有することを特徴とする工作機械の熱変位補正装置。
【請求項２】
ワークに創成面を加工する工作機械の熱発生源となる機械各部の温度を測定する温度検出部と、該温度検出部により測定された温度に対応した熱変位補正量を推定する補正量推定部と、該補正量推定部からの熱変位補正量に基づく軸補正座標を演算し補正対象軸に補正指令を出力する加工制御部とを備える熱変位補正装置であって、
該加工制御部は、該補正対象軸に早送り指令があるときは補正指令を出力する早送り判別部と、切削送り時には補正指令を出力することによる創成面への影響量を補正出力対象軸と加工面の法線との角度から算出する影響量演算部と、演算された該影響量が予め設定した値より小さければ補正指令を出力する影響量判定部とを有することにより、該影響量が予め設定した値より大きい場合に補正指令を出力しないことを特徴とする工作機械の熱変位補正装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＮＣ旋盤・マシニングセンタなどの工作機械の熱変位補正装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に工作機械は、機械の特性上各部に熱源として、例えば主軸の転がり軸受けなどを備えており、この熱源によって発生した熱が周囲の機械各部に伝わることで機体の熱変形を引き起こす。この機体の熱変形は、加工精度に大きく影響することから、その防止策として、従来から発熱部を冷却する方法、或いは、機体温度情報から熱変形量を推定し補正して加工をする方法が広く採用されている。例えば、後者の従来技術として、特公昭６１−５９８６０号公報には、工作機械の主軸頭部の温度と比較的温度変化の少ない機体部分の温度との二差値と主軸の伸びとの関係を表す温度差−熱変位量の関数式をプログラムメモリ内にストアし、温度検出した即時値をもとにして熱変位量演算し、サーボ出力に補正量を付与する方法が開示されている。
また、特開平１０−２９６５８６号公報では、算出した熱変位補正量と、予め設定した補正速度の処理方法及び設定値とを基に単位時間当りの補正軸移動量、即ち補正速度を求め補正指令値とする方法が示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特公昭６１−５９８６０号公報に記載される方法によると熱変位補正のための軸移動が、通常設定で定められた一定間隔ごとに実施されるため、軸移動により補正前後で工具刃先位置に大きな変位変化が生じ、加工面にスジ目が現われ加工面品位が劣化することがあった。
また、特開平１０−２９６５８６号公報に記載される発明では、機械の軸移動状況や、追従性能に関係なく補正が実施されるため、補正による形状変化や追従性能の悪さによって発生するスティックスリップでも加工面が荒れてしまう。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで、請求項１に係る本発明では、ワークに創成面を加工する工作機械の熱発生源となる機械各部の温度を測定する温度検出部と、該温度検出部により測定された温度に対応した熱変位補正量を推定する補正量推定部と、該補正量推定部からの熱変位補正量に基づく軸補正座標を演算し補正対象軸に補正指令を出力する加工制御部とを備える熱変位補正装置であって、
該加工制御部は、該補正対象軸に出力された補正指令による創成面への影響量を演算する影響量算出部と、算出された該影響量を予め設定した値と比較し、該影響量が小さければ補正指令を出力し、大きければ補正指令を出力しない影響量判定部とを有することを特徴とする工作機械の熱変位補正装置である。
これにより、補正指令により補正量分動く対象軸が創成面へ大きな影響を与える場合を判定できるので、従来のような加工面品位を劣化させるようなスジ目の発生等を防止できる。
なお、早送り中は刃物は創作面に接触しておらず、補正指令に基づく位置制御を行っても創成面への影響は無い。
次に、切削加工指令中は、刃物が創成面に接触している状態でも、その補正量自体が小さく創成面への影響が小さい場合もあるので、予めその度合いを数値化しておき、その設定値を超えるまでは補正処理を行い、設定値を超えた場合は補正処理を行わないことが可能である。
【０００５】
また、請求項２に係る本発明では、ワークに創成面を加工する工作機械の熱発生源となる機械各部の温度を測定する温度検出部と、該温度検出部により測定された温度に対応した熱変位補正量を推定する補正量推定部と、該補正量推定部からの熱変位補正量に基づく軸補正座標を演算し補正対象軸に補正指令を出力する加工制御部とを備える熱変位補正装置であって、
該加工制御部は、該補正対象軸に早送り指令があるときは補正指令を出力する早送り判別部と、切削送り時には補正指令を出力することによる創成面への影響量を補正出力対象軸と加工面の法線との角度から算出する影響量演算部と、演算された該影響量が予め設定した値より小さければ補正指令を出力する影響量判定部とを有することにより、該影響量が予め設定した値より大きい場合に補正指令を出力しないことを特徴とする工作機械の熱変位補正装置である。
これにより、影響量が予め設定した値より大きい場合に発生する品位の劣化を防ぎ、高品位な加工を可能にしている。
ここで、創成面への影響を補正出力対象軸と加工面の法線との角度から算出する演算式は、後述する式１が好適である。これにより、ワークの加工データから得た刃物の軌跡が補正前と補正後でどれだけシフトするか、その変位絶対量又は２本の軌跡直線の補正点における距離を算出して数値化しており、表面粗さへの影響量を客観的に評価できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化したＮＣ旋盤について図面に基づいて説明する。
図１は、ＮＣ旋盤を主軸の軸方向から示した説明図である。
ＮＣ旋盤の主軸台１は、スラントベッド２の水平面２ａに載置され、傾斜面２ｂには刃物台３が各軸方向へスライド可能に設置されている。そして、主軸４に取り付けた油圧チャック８にワーク９を把持し、主軸４をモータで回転し、各軸方向に位置を制御された刃物台３の刃物１０によりワーク９を旋削するようになっている。この刃物台３を各軸方向に位置を制御するＮＣ装置１４は、予め入力された切削作業値に基づき各軸のサーボモータ１５の移動座標や移動速度を制御している。
【０００７】
また、主軸台１の主軸４には第１温度センサ５が、刃物台３には第２温度センサ６が、スラントベッド２には第３温度センサ７がそれぞれの温度を測定するように取り付けられている。そして、各温度センサ５〜７は温度測定装置１１に接続され、測定された各温度値をアナログ信号からデジタル信号に変換して数値化し、記憶装置１３にあらかじめ決定し記憶した温度データと熱変位量との関係の補正パラメータに基づき、熱変位推定演算器１２にて温度データから熱変位量を推定し、公知の方法により補正量を算出し、ＮＣ装置１４がその補正量に従って各軸の位置移動指令をサーボモータ１５に出力するよう構成されている。
【０００８】
次に、熱変位補正の処理について説明する。
図２はワーク９にテーパ加工を行う刃物１０の送り動作を説明する図面であり、刃物１０を初期位置から切削開始位置まで早送り１で移動させ、ワーク９に切削送り１で加工を施し、早送り２で切削終了位置から初期位置まで戻す移動を示している。このように、熱変位補正の指令対象軸は、初期位置のように停止状態と、ワーク９に刃物１０が接触しない早送り状態と、接触する切削状態との３態様の軸移動状況があり、ワークの形状により早送り状態と切削状態とが繰り返されることもある。
熱変位は、ＮＣ旋盤の動作又は加工により発生する。図４に、熱変位変化曲線Ａと、一定間隔で離散的に熱変位量を推定し、その推定量から補正指令値を出力した経時的変化Ｂ、並びに補正誤差の遷移Ｃの一例を示す。始めの頃は補正指令値は大きく、時間が経過するにつれ熱変位変化が小さくなり熱変位の補正量は小さくなる。
【０００９】
図３は、熱変位推定演算器１２及びＮＣ装置１４における熱変位補正制御のフローチャートを示している。
まず、予め加工精度上必要とする表面粗さの値を設定しておく。機体に装着した各温度センサ５，６，７で温度測定を工程Ｓ−１にて行い、この結果をもとに工程Ｓ−２で公知の方法により熱変位量を計算する。
ここで、熱変位補正する指令の無い状況で、対象軸の軸移動が停止状態であれば、後述する工程Ｓ−３、Ｓ−５を処理せず、工程Ｓ−２で計算された補正指令の反映を実施せず未実施のまま待機する（工程Ｓ−８）。これにより、スティックスリップが生じない。
その待機中に熱変位補正演算の更新時間となり、熱変位補正を続行するならば工程Ｓ−１に戻り、工程Ｓ−２で計算する熱変位演算の更新を優先に行う（工程Ｓ−９）。
【００１０】
次に、熱変位補正する指令対象軸の軸移動状況が停止状態でない場合、工程Ｓ−３で熱変位補正指令対象軸の軸移動状況が早送りであるか否かを判定し、早送り動作であれば工程Ｓ−２で計算された補正量を反映させる命令が出力される（工程Ｓ−４）。
【００１１】
更に、熱変位補正する指令対象軸の軸移動状況が停止状態と早送りのいずれでもない場合、工程Ｓ−５で熱変位補正指令対象軸の軸移動状況が切削送りであるか否かを判定する。そして、切削送り動作である場合、工程Ｓ−６にて後述する式１により表面粗さへの影響量Ｅを求め、工程Ｓ−７では、求めた影響量Ｅを、予め工程Ｓ−０で設定した加工精度上必要とする表面粗さの入力値と比較して補正を行うか否かを判定する。
【００１２】
表面粗さへの影響量Ｅが設定値よりも大きい場合（工程Ｓ−７、Ｎｏ）には、工程Ｓ−２で計算された補正指令の反映を実施せず未実施のまま待機して（工程Ｓ−８）、待機中に熱変位補正演算の更新時間となり熱変位補正を続行するならば工程Ｓ−１に戻り、次の熱変位演算の更新を優先に行う（工程Ｓ−９）。これにより、従来は、図５に示すように切削加工中に軸移動指令が入ると軸の移動量や速度が急激に変化するために切削加工面にスジ目が入ってしまう不都合が無くなった。
【００１３】
一方、表面粗さへの影響量Ｅが設定値よりも小さければ（工程Ｓ−７、ＹＥＳ）、切削加工時であっても工程Ｓ−２で計算された補正量を反映させる命令が出力される（工程Ｓ−４）。これにより、切削速度で送られていても加工面に対して影響のない場合は、熱変位に対する補正を実行することで正確な切削加工が実行される。尚、従来は、切削中いかなる状態でも補正が実行されていた。
【００１４】
なお、工程Ｓ−７での表面粗さへの影響量Ｅと設定値との比較は厳密なものではなく、ほぼ同値の場合はどちらの処理でも良いし、同値の場合を考慮して設定値を決定することも可能である。
【００１５】
ここで、工程Ｓ−６で算出して求める表面粗さへの影響量Ｅを説明する。
図６は、一例としてＸ軸、Ｚ軸の合成２軸でＸＺ面に切削加工するときに、Ｘ軸方向への補正量が入った場合の、補正時の刃物の軌跡を示す。補正点Ｐ１における、創成面への影響を考慮するための値Ｅは、式１により算出する。θは、補正反映軸であるＸ軸と、創成面の補正点Ｐ１を通る法線のなす角度である。
【００１６】
Ｅ＝δ・ｃｏｓθ            式１
Ｅ：表面粗さへの影響量
δ：補正量
θ：補正反映軸と創成面の法線との角度
【００１７】
これは、ワークの加工データから得た刃物の軌跡が補正前と補正後でどれだけシフトするかを基に表面粗さへの影響量Ｅを算出する。そして、工程Ｓ−７では式２の判定式で判定を行う。
【００１８】
ＩＦ  しきい設定値＜Ｅ  ＴＨＥＮ  補正実行無し    式２
【００１９】
例えば、補正対象軸が単軸の場合、補正量の反映を必要とする軸の移動のみで加工を始める場合には、表面粗さへの影響量Ｅは、加工面に影響が出ないと判定された場合にそのまま補正量が転送されて補正処理される。
そして、加工点Ｐ０からＰ３に至る加工のように補正量を反映する軸と他の軸の合成２軸以上で加工が行われる加工点Ｐ０からＰ１までやＰ２からＰ３までの場合には、ＸＺ軸への補正量に分割し、それぞれの軸について創成面への影響量Ｅを算出した上で、補正を反映させるか否かを決定する。なお、しきい設定値は、ワークの加工要求精度と経験則とから加工操作者が決定し、加工前に加工制御部の影響量判定部に入力しておく。また、ワークの加工要求精度と、経験則を考慮したしきい設定値との対応表を加工制御部に記憶しておき、加工データにより自動選択される熱変位補正装置であってもよい。
【００２０】
【発明の効果】
本発明によれば、工作機械が加工処理するワークの加工面への影響を考慮した状態で、補正反映の抑制が効果的に実施されるため、高品質な加工が実現できる。
つまり、請求項１に係る本発明では、熱変位補正装置の加工制御部は、補正対象軸に出力された補正指令による創成面への影響量を演算する影響量算出部と、算出された該影響量を予め設定した値と比較し、創成面への影響が小さければ補正指令を出力し、大きければ補正指令を出力しない影響量判定部とを有する工作機械の熱変位補正装置であるから、補正指令により補正量分動く対象軸が創成面へ大きな影響を与える場合を判定できるので、従来のような加工面品位を劣化させるようなスジ目の発生等を防止できる。
【００２１】
また、請求項２に係る本発明では、熱変位補正装置の加工制御部は、補正対象軸に早送り指令があるときは補正指令を出力する早送り判別部と、切削送り時には補正指令を出力することによる創成面への影響量を補正出力対象軸と加工面の法線との角度から算出する影響量演算部と、演算された該影響量が予め設定した値より小さければ補正指令を出力する影響量判定部とを有することにより、該影響量が予め設定した値より大きい場合に補正指令を出力しない工作機械の熱変位補正装置であるから、補正指令により創成面の品位を劣化させるようなスジ目の発生を防ぎながら、正確な位置決めによる切削加工を可能にしている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ＮＣ旋盤を主軸の軸方向から示した説明図である。
【図２】  ワークにテーパ加工を行う刃物の送り動作を示す説明図である。
【図３】  熱変位補正制御を示すフローチャートである。
【図４】  熱変位量と補正量との経時変化を示す説明図である。
【図５】  補正処理を行う軸移動量の経時変化を示す説明図である。
【図６】  ＸＺ面に切削加工する刃物の軌跡を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 主軸台
２ スラントベッド
３ 刃物台
４ 主軸
５〜７ 温度センサ
８ 油圧チャック
９ ワーク
１０ 刃物
１１ 温度測定装置
１２ 熱変位推定演算器
１３ 記憶装置
１４ ＮＣ装置
１５ サーボモータ
【図１】
0003756793.tif 000002
【図２】
0003756793.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003756793.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003756793.tif 000007