平成9年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

研削加工における高精度修正加工システムの研究
水江 宏。船 田 昌。大塚裕俊
機械電子部

StudyonCo汀eCtiveMachiningSystem丘）rPrecisionG血ding
持主ros短M王ZUE串良舶sas短FUNÅDÅ飴紺宣rotos餌0欝TSU監Å
Mecbanics＆Electro王王csDivision

要旨
工作機械を使用して金型部品等の除去加工（切削中研削。放電加工等）を行う場合，寸法中形状誤差は，位置決め精度などの工作機械が内包する要因，加工抵抗による力学的・熱的な要因，加工工具の精度等による要因，工作物の取り付けによる要因，加工現象そのものによる要因等から影響を受ける。
そこで，本研究では，バックラッシエラー等の工作機械が内包する誤差に着目し，ジグ研削盤を用いて，修正加工プログラムによる C軸制御の輪郭研削加工を行った。その結果，通常の加工プログラムによる輪郭加工と比べて，本加工法により，真円度の精度で約30％の精度向上が認められた．

1。緒 言

2．修正加エの手法

加工誤差のうち工具の誤差，加工条件による誤差，工2．て エ作機械が持つ誤差の種類

作物の取り付け誤差等は，作業者の技能に大きく依存し修正加工用プログラムを作成するには，対象となる工ている。つまり，熟練作業者の十分な注意によりタ これ作機械が内包する誤差の特徴を，1次加工後の測定結果らの誤差はある程度減少させることが可能といえる．

から把握する必要がある．

一方，工作機械が内包する誤差，例えば，スケールの一般に，従来の方法で円形状の輪郭加工を行う場合，誤急 真直度の誤差，バックラッシュラー等の準静的あ工作機械は以下の誤差を生じると言われている。

るいは幾何学的な要因による誤差は，一般的な方法では，Gスケールの長さ誤差：軸方向（ⅩY）の楕円となる．

減少させることが困難である．

②軸案内の実直度誤差：450 傾斜した楕円となる．

従束 保有する工作機械の精度以上の加工を行う必要（加工の方向を変えても傾きの方向は同じ．）③サーボリードエラー：45〇がある場合は，熟練作業者による手仕上げ等の方法で対応してきた．しかし，従来の方法では，近年の熟練作業（加工の方向を変えると傾きの方向は反対になる．）④パソクラッシエラー：各軸（ⅩY）の送り方向が変わ

者の不足，手作業による加工効率の悪さ，工作機械の老朽化による精度の悪化など，解決すべき多くの技術的問るとき段差を生じる。
⑤定期的エラーー：リードスクリュー等の誤差により，題がある。これらの問題を解決するには，現有の工作機振動状の波形が現れる。

械を用いて修正加工（仕上げ加工）を行うことにより精度・能率を向上させるための研究が必要である（1＝2〕（3）

そこで本研究では，傾斜した楕円となる。

⑥その他の誤差：スケ｝ルの部分的エラー等により不これまで試みられたことのないジ定期に発生する誤差。

グ研削盤を対象として，1次加工の測定データを考慮に2 2 喜呉墓の修正方法

入れた修正加工用のNCプログラムを作成し，C軸制御

本研究では，工作機械により生じた誤差を位置（形状による輪郭研削加工（仕上げ加工）賽験を行った・また，の基準点〉の誤差と形状誤差（真円度等）の2種類に分類

通常のNCプログラムによる輪郭研削加工（C軸制御）をし，修正加工法について検討する．

行い，位置の誤差と形状誤差（真円度）の2つの誤差につまた，寸法誤差（直径や幅等の誤差）は，工作機械が内いて修正加工と比較検討し，その有効性を明らかにした

包する誤差から生じたとしても，切り込みを追い込むこので以下に報告する。とにより精度向上が期待できることから，今回の研究対象とはしない．

ーh−Ⅳ 99平成9年度 研究報告 大分県産業科学技術センタ…

2．2．1位置の誤差の修正方法

すように，測定形状に対して設計形状（理想形状）を軸とFig．1に位置の誤差とその修正方法を示す。位置の誤して反転した形状を工具経路とする修正プログラムがで差とは，設計形状と加工形状がベストフィットの状態できる。そして，全ての誤差（凸凹〉が再現性を有すると仮あるとした場合の，オブジェクトの設計基準点（設計形定すると，修正加工プログラムは凸凹を打ち消し，工具状の中心）と測定基準点（加工形状の中心）とのずれをいは理想的な設計形状の上を移動する，と考える．

う．
位置の誤差は，加工プログラムの設計基準点に位置補∫か、、罪 転読＝C。汀。。b、r。Ve。t。r正ベクトル（風）を付加することにより修正した．位置補7Co謡藍正ベクトルは，位置誤差ベクトル（鼎）に対して反対方向を向き，位置の補正係数をkpとすると，（斜体英文字はベクトルを表す）

ダ。＝−kpXPg （kp＝1）と表される．

具体的には，ワーク座標系の設定を位置補正ベクトル分オフセットさせることにより工具径路全体を簡便に移Fig．2 Profllee汀Or動させる方法と，NCプログラム中の工具位置指令をオフセットさせることにより工具径路を修正する方法があ3，実験方法る．今回は，形状補正において工具位置指令をオフセッ3．1装置トする必要があるので，後者の方法とする。

工作機械は三井精機（株）製ジグ研削盤3GCNを使用した．精度比較測定には，（株）ミツトヨ製3次元座標測定機HYPER−KN810†MPP−4，（株）東京精密製真円安測定機ロンコム52B−750を使用した。テキストファイルからFANUC P−Gファイルへの変換は，ファダム（株）製
NC＿Com7eれP−Gを使用した．
Fig．3にジグ研削盤での修正加工実験装置を示す・

Fig．1Positione汀Or
2．2．2 形状誤差の修正方法
Fig．2に，形状誤差とその修正方法を示す・形状誤差とは，設計上の実の形状（円や四角等）と測定形状の誤差をいう．形状誤差は，加工プログラムの位置指令座標値に形状補正ベクトル（腰。）を付加する方法により修正する．
形状補正ベクトルは，形状誤差ベクトル（腰g）に対して反対の向きを有し，形状の補正係数を如とすると，腰。＝】1虹×虎e （b＝1き 0．8，0．5♀ 0．3）と表される。
Fig．3Jiggrindingmach血e

ここで，形状の補正量（形状補正ベクトルの絶対値）の最適値を検討するため，形状の補正係数kを1，0．8，3．2 実験方法

0。5，0．3の4種類とする．

Fig．4に実験手順のフローを示す・
本研究では，オンザマシンで加工と測定を実施してい具体的には，NCプログラムの位置決め指令である直線送り（GOl）や円弧送り（GO2フ03）を，形状測定のデータ数に対応した微小な直線や円弧に細分化し，形状補正ベないため，被削材を加工機と測定機に載せ換える度に，クトルをそれぞれに付加する．これにより，Fig．2に示ずれを生じてしまう。

100山

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そこで今回は，ダイヤルゲージを使用して，再搭載にパークアウト1臥 修正加工（仕上げ）で切り込み8〃m

よる被削材のずれを2鎚m以内に調整し，必ず基準穴X2回十スパークアウト1回を実施した．の研削加工を行った後に修正加工を行った．これにより，Tablelに実験条件を示す一 基準穴も修正加工用穴のオンザマシン計測と同等の精度（再現性）を確保する。

場合も，クイル上下のストローク量は，被削材の上下面から工具砥石側面の約1／2がオーバーするように設定しジグ研削盤による基準穴加工（遊星回転加工）た．

および，穴形状一次加工（C軸加工）

また，工具による誤差や加工条件による誤差を排除するために，工具は新品を使用し，切込み量や工具送り速度等の加工条件は，通常の加工より負荷の少ない設定とした。

Table 1 Experimental Gondilions
machi王血gCBNtooldiameter

mm／Grakl 10．0／＃120 3．0／削50rpm

Spindlerotationalspeed

Choppln弓選浩。。。Wn）

C｝rCle／minrpm

Planetrotationalspeed
Feedrate

30，0002018050mm／min

Depthoぎgr血dFig．4 CoITeCtまヽ7emaCh血ngprocess

10，000〃m

Spark−Out50，iOO
3．08．02

Chemまcalsolutiontypenuidl／min

2．02．03．3 加工条件
3．4 測定条件

Fig．5に被削材の加工形状を示す凸 平面研削した板材

位置の精度測定には，3次元測定機を使用し，倣い測（SKD−11，Non−heattreatment）に，ワイヤーカット放電加定を行った．測定ピッチは0．5mm，測定の深さは上面工機で基準穴2個と修正加工用穴1個の下穴加工を行った．次に，ジグ研削盤で基準穴の加工と修正加工用穴のから3．Ommの位置，プローブ径は3．Omm，測定速度は1次加工，修正加工（仕上げ）を行った．基準穴の加工の3．Omm／secとした．これにより得られた160点の測定デ場合は，遊星回転加工により，切り込み3〃m X3回ータをテキストファイルに変換し，PC上で真円度が最＋スパークアウト1回を加工物取り付けの度に実施した．

小値になるように中心座標を繰り返し計算し，位置の誤またぅ 修正加工用穴の場合，C軸制御を利用した輪郭研差を算出した，形状測定には，真円度測定機を使用した．先端子直径

削加工により，1次加工で切り込み8〃m X3回＋スは1．6mm，測定速度は6．Omm／min，測定倍率は5000（FeedratelOOmm／min），10000（Feedrate50mm／min）倍，中心定義法は最大内接円中心法とした。

504．実験結果7。

4．1位置の誤差

Reねr血cemachぬ喝holes

Table 2に修正加工を行った場合と行わなかった場合、￠12×2の位置の誤差（Ⅹ，Y）を示す。
修正加工を行うことにより，中心位置の座標値（Ⅹ。Y）は±が反転しており，誤差の絶対値は大きくなっている．
つまり，位置の補正係数kp＝1では，過剰な修正が行われたといえる．
Fig．5 Dral㌔rlI唱OFtheco汀eC畠vemachユn血g

また，送り 50mm／m血と100mm／minで比較すると，¶101¶

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位置の誤差は反対の方向を示している。今回の実験結果＿【r 、では，位置の誤差は再現性がないと思われるが，中心定■義法の違いや熱的影響や加工物クランプカの影響等を受

￣←】

〜し

けやすいため，誤差の再現性を確認するための実験が必、ふ∫︑て㌻㌧え㌔＝要と思われる．

■︶LrL

ぺ

Table2 Positione汀OrX，Y（〃′m）

S由比／endpolnt＼1diヽr．＝2〃m
一＼ノrゝミご√†︑﹂′︑′0．2）3．8 −0．4，−6．9
（3．8）
（6．9）

（absolute＼▼alue）

‖】
∃＼／㌧

100Feedrate（mm／min）
Non−CO汀eCtion

01．0

へ1「ノ、

■【4】「，⊥■一0．8Co汀eCtion

壷0・6，7・2

kp…1・0 kr（absoluteしノ1√−〜㌧

Feedrate：100mm血血：0．5 −0．3，−4．4（4．4）

ヽ7ahle）「／へし1（7・2）Roundness：5．4〟m

Fig．6 Roundnesspro負1e（Non−COITeCtion）（7．5）

l．1，8．0

‡0．3

（8．1）

4．2 形状誤差．√か叫｛ん〜Tabie 3に修正加工を行った場合と行わなかった場合の形状誤差（其円度）を示す．

￣￣Fや云I̲しヾ与

修正加工を行った全ての条件で真円度の向上が認めら

1

冊十一一＋−

れた．特に形状の補正係数h＝0．5のとき，最も精度が＞高く，真円度の値で約30％の改善が認められた．

←トーーふ−＼1

主はⅤ・＝2〃m「し「Table3 Rotmdnesspro創eerror（〃m）
Feedrate（mm血痕〉＼−＿、二十／㍉で10050＼＋−r−

1．96

Non−COrreCtion

5．4「Co王TeCtlOn kp i．0 l ‡奴 1．0 4．5 0、8 H 4．7 0．5 要1．36 3．9 H
0．3 山 ∃ H＼ ニナニ＼＼−∫サケ′

Feedrate：100mm／min Roundnessニ4．5〃m

Fig．7 Roundnesspro地（Correction（kr＝1．0））

i 4．5′こ、、Ⅴ→ニセニ√斗−−、、

Fig．6に送り100mm血in，修正加工なしの測定形状を∵⊥−二し′八山、′＼＼√L√一ノ／ヽヽ−→示す．これでは，Y軸移動方向が一からTへ変化するとで→1与Jノ〃 m発生している。

またヲ 全体的にみると縦長の楕円形状が認められる，また，加工のstaれ／end pointで札 二重に加工が行＼ノ∴
へ＼／−﹂

ころで，バックラッシエラーが約4←J・〉

卜十」⊥三圭一…十1diも7．＝2〃m

われることにより約2〟mの削り過ぎが生じている。

∫Fig．7に送り100mm血in匂 修正加工（む＝1．0）後の測定
ヽ「＼ ヽ一−、．ヽ しノ形状を示す。これでは，パソクラッシエラーが過剰に修㌧−′／−

し、ユ、＼

正され9 また，全体の楕円形状も縦長から横長へと変化／、Jmt→一し，過剰に修正されていることがわかる，「、−、ノ：J〉一一、ノご′−「ⅣFig．8に送り100mm／min・修正加工（汝＝0■5）彼の測定形状を示す。過剰な修正が行われている部分は認められFeedrate：100mm／m奴るが，おおむね良好な真円形状が得られた．

Fig．8 Ro皿dnesspro員1e（Co汀eCtion（k＝0・5））102m−

Roundness：3．9〃m

平成9年度 研究報告 大分県産業科学妓締センタ】

Fig．9に送り50mm血血 修正加工なしの測定形状を示

い起伏は大きくなる可能性もあるので，それぞれの加工す．修正なしでは，Y軸移動方向が＋から−へ変化する

機ごとに再現性のある起伏はどのようなものかを十分検ところで約2．5 〟 mのパソクラッシエラーが生じてい討する必要がある．

る。また，全体に1〜2〟m程度の山谷が生じている

また，加工方向は同じ（時計回り（up cut））にもかかわらず，送りの違いにより，バックラッシエラーの発生傾ことがわかる。

向は全く異なっている．つまり，誤差の再現性についてFig．10に送り 50mm／min，修正加工（k＝0．5）後の測定形状を示す．バックラッシエラーはほぼ修正され，全周は，加工条件の違いも考慮に入れなくてはならない．
さらに，加工のstaれ／end poi三ユtでの削り過ぎについにあった山谷は若干減少し，良好な真円形状が得られた．ては，修正加工により，送りiOOmm血inでは修正されT
r一一二二謹「ているが，送り50mm／minでは修正されていない。今回の方法では，Start／end pointの山谷も他の山谷と同様／′へ＼（㌧一ノ▲の手法で修正プログラムを作成した。今後はstart／end「一、 L、ノ／」ノ丁∵「−㍗Y1′＼〈ヽ＼＼ら⊥′′十1dlV＝1〃m

トーN†仙「」十ナT十「【¶m100dノpointで2回の加工を生じないように工具経路自体を改＼㌧＼善するか，この部分のみ形状の補正係数を大きくする等

ノし十ぺ′「 √の特別な手法を検討する必要がある．これにより，さらに形状精度を高めることが可能ではないかと思われる．

0ノ

5．緒 言＼、＼ヽ＼＿一ノノ＼」／ L

修正加工の実験により以下のことが明らかとなった。

／ 」①今回の修正加工の手法により，形状精度（真円度）′一については約30％向上する．

②形状の補正係数kは0．5前後で最適な形状の修正が行われる。

Feedrate：50mm／min RoⅦ1dness：1．96〃m

Fig．9 Roundnesspro員1e（Non−CO汀eCtion）③位置の補正係数kpを1とすると，位置の修正が過剰に行われる．

④形状の補正係数krを1とすると，形状の修正が過剰に行われる．

イ1＼﹁しい＼＼′参考文献﹁︵く︑†⊥〆」J（1）垣野ら：除去加工用修正加工システムに関する研究：精密工学会誌，59，iO（1993）1689◆￣

1鋸d＋（2）垣野ら：NC工作機械の運動精度に関する研究：精1div．＝1〝m

密工学会誌，52，7（1986）1193

T（3）垣野ら：加工形状誤差の偏差検出型オンザマシン計／′ノ／′′ノ一／′測に関する研究：精密工学会誌，58，6（1992）iO59■ ／ ′′

Jヾ＼、→、、

Feedrate：50mm／min Roundness：1．36〃m

Fig．10 Roun血esspro員1e（Co汀eCtion（kr＝0．5））
今回の修正加工により，パソクラッシエラーのような比較的大きなうねり状の誤差は，適切に減少させることができたt しかし，小さな振動状の波形をした起伏は，十分には減少できなかった．真円度の精度が高くなれば小さな起伏が問題となる，修正加工により，再現性のな

103【