JP2001353643A - 精密工作機械 - Google Patents
精密工作機械Info
- Publication number
- JP2001353643A JP2001353643A JP2000180833A JP2000180833A JP2001353643A JP 2001353643 A JP2001353643 A JP 2001353643A JP 2000180833 A JP2000180833 A JP 2000180833A JP 2000180833 A JP2000180833 A JP 2000180833A JP 2001353643 A JP2001353643 A JP 2001353643A
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- Japan
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- tool
- work
- machining
- tip position
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 精密工作機械について、加工途中におけるさ
まざまな状態量を測定し、これを加工条件の制御に用い
ることで、より一層高精度な加工を可能とするととも
に、多種多様な加工の種類に容易に対応できるようにす
る。 【解決手段】 精密工作機械には制御装置２０が設けら
れている。制御装置は、非接触式の温度センサ１０、１
１、非接触の形状測定センサ１２、ワーク反力測定セン
サ１４、工具反力測定センサ１５および工具先端位置測
定センサ１３を備えるとともに、ワーク６と工具５のそ
れぞれについて解析モデルを作成する解析モデル作成手
段２３を備え、そして各センサによる測定で得られるワ
ークと工具それぞれにおける現在の温度分布、形状、寸
法、工具先端位置および振動状態等の状態量と前記解析
モデルとから、ワークについてその常温時における形状
と寸法を推定し、また工具について所定時間後の磨耗量
と先端位置を推定し、この両推定に基づいて加工条件を
制御するようになっている。
まざまな状態量を測定し、これを加工条件の制御に用い
ることで、より一層高精度な加工を可能とするととも
に、多種多様な加工の種類に容易に対応できるようにす
る。 【解決手段】 精密工作機械には制御装置２０が設けら
れている。制御装置は、非接触式の温度センサ１０、１
１、非接触の形状測定センサ１２、ワーク反力測定セン
サ１４、工具反力測定センサ１５および工具先端位置測
定センサ１３を備えるとともに、ワーク６と工具５のそ
れぞれについて解析モデルを作成する解析モデル作成手
段２３を備え、そして各センサによる測定で得られるワ
ークと工具それぞれにおける現在の温度分布、形状、寸
法、工具先端位置および振動状態等の状態量と前記解析
モデルとから、ワークについてその常温時における形状
と寸法を推定し、また工具について所定時間後の磨耗量
と先端位置を推定し、この両推定に基づいて加工条件を
制御するようになっている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、仕上面などに高い
精度が要求される加工用の精密工作機械に関し、より具
体的にはミクロンオーダの精度要求にも容易に対応する
ことのできる精密工作機械に関する。
精度が要求される加工用の精密工作機械に関し、より具
体的にはミクロンオーダの精度要求にも容易に対応する
ことのできる精密工作機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】精密工作機械における加工精度をさらに
高めるには、ワークや工具について例えば温度分布や形
状などの状態量を常時的に測定し、この測定に基づいて
加工条件を制御することが有効である。そのような例は
例えば特開平１１−１０４９３６号、特開平８−４７８
４２号、特開平６−１７０６９４号の各公報などにおい
て知られている。
高めるには、ワークや工具について例えば温度分布や形
状などの状態量を常時的に測定し、この測定に基づいて
加工条件を制御することが有効である。そのような例は
例えば特開平１１−１０４９３６号、特開平８−４７８
４２号、特開平６−１７０６９４号の各公報などにおい
て知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のなかで
も特に特開平６−１７０６９４号公報に記載される技術
は、加工途中におけるさまざまな状態量を各種のセンサ
で測定し、これを加工条件の制御に用いるようにしてい
ることから、高い加工精度を実現可能である。しかし、
この技術では測定結果を加工条件の制御に用いるについ
てデータベースを介在させている。つまり工具でワーク
（被加工物）を加工する際の熱と反力などに起因して加
工の種類ごとに発生する加工精度阻害要因についての知
識、およびその加工精度阻害要因を定量的に再現または
予測するために用いられる各種のパラメータを蓄積した
データベースを予め作成しておき、このデータベースに
基づいて各種測定状態量から所定時間後のワークの加工
形状を予測し、この予測に基づいて加工条件を制御する
ようにしている。このため本従来技術は、汎用性という
点に問題を残している。すなわち精密工作機械では多種
多様な種類の加工がなされるが、これらに対応するには
それら全てについて予めデータベースを作成する必要が
ある。このことは原理的には可能であるものの、実際的
には困難であり、そのため実用的には対応できる加工の
種類が限定されてしまうことになる。
も特に特開平６−１７０６９４号公報に記載される技術
は、加工途中におけるさまざまな状態量を各種のセンサ
で測定し、これを加工条件の制御に用いるようにしてい
ることから、高い加工精度を実現可能である。しかし、
この技術では測定結果を加工条件の制御に用いるについ
てデータベースを介在させている。つまり工具でワーク
（被加工物）を加工する際の熱と反力などに起因して加
工の種類ごとに発生する加工精度阻害要因についての知
識、およびその加工精度阻害要因を定量的に再現または
予測するために用いられる各種のパラメータを蓄積した
データベースを予め作成しておき、このデータベースに
基づいて各種測定状態量から所定時間後のワークの加工
形状を予測し、この予測に基づいて加工条件を制御する
ようにしている。このため本従来技術は、汎用性という
点に問題を残している。すなわち精密工作機械では多種
多様な種類の加工がなされるが、これらに対応するには
それら全てについて予めデータベースを作成する必要が
ある。このことは原理的には可能であるものの、実際的
には困難であり、そのため実用的には対応できる加工の
種類が限定されてしまうことになる。
【０００４】したがって本発明の目的は、加工途中にお
けるさまざまな状態量を測定し、これを加工条件の制御
に用いることで、より一層高精度な加工を可能とするに
ついて、多種多様な加工の種類に容易に対応することを
可能とする精密工作機械の提供にある。
けるさまざまな状態量を測定し、これを加工条件の制御
に用いることで、より一層高精度な加工を可能とするに
ついて、多種多様な加工の種類に容易に対応することを
可能とする精密工作機械の提供にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的のために本発明
では、各種のセンサを用いてワークと工具の現在の状態
を測定し、この測定に基づいて加工条件を制御する制御
装置が設けられた精密工作機械において、前記制御装置
は、前記各種のセンサとして、少なくとも非接触式の温
度センサ、非接触の形状測定センサ、ワーク反力測定セ
ンサ、工具反力測定センサおよび工具先端位置測定セン
サを備えるとともに、前記ワークと工具のそれぞれにつ
いて解析モデルを作成する解析モデル作成手段を備え、
そして前記各センサによる測定で得られる前記ワークと
工具それぞれにおける現在の温度分布、形状、寸法、工
具先端位および振動状態等の状態量と前記解析モデル作
成手段で作成した解析モデルとから、前記ワークについ
てその常温時における形状と寸法を推定し、また前記工
具について所定時間後の磨耗量と先端位置を推定し、こ
の両推定に基づいて加工条件を制御するようになってい
ることを特徴としている。
では、各種のセンサを用いてワークと工具の現在の状態
を測定し、この測定に基づいて加工条件を制御する制御
装置が設けられた精密工作機械において、前記制御装置
は、前記各種のセンサとして、少なくとも非接触式の温
度センサ、非接触の形状測定センサ、ワーク反力測定セ
ンサ、工具反力測定センサおよび工具先端位置測定セン
サを備えるとともに、前記ワークと工具のそれぞれにつ
いて解析モデルを作成する解析モデル作成手段を備え、
そして前記各センサによる測定で得られる前記ワークと
工具それぞれにおける現在の温度分布、形状、寸法、工
具先端位および振動状態等の状態量と前記解析モデル作
成手段で作成した解析モデルとから、前記ワークについ
てその常温時における形状と寸法を推定し、また前記工
具について所定時間後の磨耗量と先端位置を推定し、こ
の両推定に基づいて加工条件を制御するようになってい
ることを特徴としている。
【０００６】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。本発明による精密工作機械は、好ましい一実施形
態として図１に示すようなマシニングセンタの形態をと
る。マシニングセンタはベース１を備えている。このベ
ース１は、床からの振動外乱を遮断するための精密除振
台２に載せられており、その上にはコラム３とワークテ
ーブル４が設けられている。コラム３はベース１に固定
されている。このコラム３には上下方向つまりＹ軸方向
に摺動的に移動できるようにして主軸台１６が取付けら
れ、この主軸台１６に工具５を装着できるようにされて
いる。主軸台１６のＹ軸方向移動は、コラム３に取り付
けたＹ軸駆動モータ８により駆動されるボールネジなど
を介して行なうようにされている。なお図示は省略して
あるが、ベース１に隣接させて自動工具交換装置が配置
されており、この自動工具交換装置により主軸台１６に
対して任意の工具５を自動的に装着できるようにされて
いる。
する。本発明による精密工作機械は、好ましい一実施形
態として図１に示すようなマシニングセンタの形態をと
る。マシニングセンタはベース１を備えている。このベ
ース１は、床からの振動外乱を遮断するための精密除振
台２に載せられており、その上にはコラム３とワークテ
ーブル４が設けられている。コラム３はベース１に固定
されている。このコラム３には上下方向つまりＹ軸方向
に摺動的に移動できるようにして主軸台１６が取付けら
れ、この主軸台１６に工具５を装着できるようにされて
いる。主軸台１６のＹ軸方向移動は、コラム３に取り付
けたＹ軸駆動モータ８により駆動されるボールネジなど
を介して行なうようにされている。なお図示は省略して
あるが、ベース１に隣接させて自動工具交換装置が配置
されており、この自動工具交換装置により主軸台１６に
対して任意の工具５を自動的に装着できるようにされて
いる。
【０００７】一方、ワークテーブル４は、左右方向つま
りＺ軸方向に摺動的に移動自在とし、また紙面に直角方
向つまりＸ軸方向にも摺動的に移動自在としてベース１
に装着され、その上に被加工物つまりワーク６を着脱自
在に取り付けられるようにされている。ワークテーブル
４のＸ軸方向移動は、ベース１に取り付けたＸ軸駆動モ
ータ７により駆動されるボールネジなどを介してなさ
れ、ワークテーブル４のＺ軸方向移動は、同じくベース
１に取り付けたＺ軸駆動モータ９により駆動されるボー
ルネジなどを介してなされる。
りＺ軸方向に摺動的に移動自在とし、また紙面に直角方
向つまりＸ軸方向にも摺動的に移動自在としてベース１
に装着され、その上に被加工物つまりワーク６を着脱自
在に取り付けられるようにされている。ワークテーブル
４のＸ軸方向移動は、ベース１に取り付けたＸ軸駆動モ
ータ７により駆動されるボールネジなどを介してなさ
れ、ワークテーブル４のＺ軸方向移動は、同じくベース
１に取り付けたＺ軸駆動モータ９により駆動されるボー
ルネジなどを介してなされる。
【０００８】またマシニングセンタは図２に示すような
制御装置２０を備えている。制御装置２０は、測定系２
１、制御手段２２および解析モデル作成手段２３からな
る。その測定系２１は、非接触式のワーク温度測定セン
サ１０（１０−１、１０−２）、非接触式の工具温度測
定センサ１１、非接触式のワーク形状測定センサ１２
（１２−１、１２−２）、工具先端位置測定センサ１
３、ワーク反力測定センサ１４および工具反力測定セン
サ１５を含んでなり、これらの各センサが加工途中にお
いて切削などの加工に伴って時々刻々と変化する工具５
およびワーク６の各種状態量をリアルタイムで測定す
る。具体的にはワーク６については、ワーク温度測定セ
ンサ１０がワーク６の温度を複数の部位で測定してお
り、これによりワーク６の温度分布が求まり、ワーク形
状測定センサ１２がワーク６の形状を複数の部位で測定
しており、これによりワーク６の形状および寸法が求ま
り、ワーク反力測定センサ１４がワーク６に生じる反力
を測定しており、これによりワーク６の振動状態などが
求まる。一方、工具５については、工具温度測定センサ
１１が工具５の温度を複数の部位で測定しており、これ
により工具５の温度分布が求まり、工具反力測定センサ
１５が工具５に生じる反力を測定しており、これにより
工具５の振動状態などが求まり、そして工具先端位置測
定センサ１３が工具５の先端位置を測定している。
制御装置２０を備えている。制御装置２０は、測定系２
１、制御手段２２および解析モデル作成手段２３からな
る。その測定系２１は、非接触式のワーク温度測定セン
サ１０（１０−１、１０−２）、非接触式の工具温度測
定センサ１１、非接触式のワーク形状測定センサ１２
（１２−１、１２−２）、工具先端位置測定センサ１
３、ワーク反力測定センサ１４および工具反力測定セン
サ１５を含んでなり、これらの各センサが加工途中にお
いて切削などの加工に伴って時々刻々と変化する工具５
およびワーク６の各種状態量をリアルタイムで測定す
る。具体的にはワーク６については、ワーク温度測定セ
ンサ１０がワーク６の温度を複数の部位で測定してお
り、これによりワーク６の温度分布が求まり、ワーク形
状測定センサ１２がワーク６の形状を複数の部位で測定
しており、これによりワーク６の形状および寸法が求ま
り、ワーク反力測定センサ１４がワーク６に生じる反力
を測定しており、これによりワーク６の振動状態などが
求まる。一方、工具５については、工具温度測定センサ
１１が工具５の温度を複数の部位で測定しており、これ
により工具５の温度分布が求まり、工具反力測定センサ
１５が工具５に生じる反力を測定しており、これにより
工具５の振動状態などが求まり、そして工具先端位置測
定センサ１３が工具５の先端位置を測定している。
【０００９】このようにして求められた各種状態量は制
御手段２２に送られるとともに解析モデル作成手段２３
に送られる。解析モデル作成手段２３は、例えば有限要
素法（Finite Element Method;ＦＥＭ）や境界要素法
（Boundary Element Method;ＢＥＭ）などで工具５とワ
ーク６それぞれの解析モデルを作成する。解析モデルの
作成は、さまざまな種類の加工において実際に用いられ
る工具５とワーク６の材質、形状、寸法などの基礎的デ
ータを制御手段２２を介するなどして解析モデル作成手
段２３に入力することで自動的になされるようになって
いる。そして制御手段２２は、解析モデル作成手段２３
が作成した工具５とワーク６に関する各解析モデルと各
センサから得られる上記のような各種状態量とから工具
５について所定単位時間Δｔ（例えば０．５秒程度）後
の磨耗量と先端位置を推定するとともにワーク６につい
てその常温（例えば２０℃程度）時における形状と寸法
を推定し、この両推定に基づいて加工条件をリアルタイ
ム的に制御する。制御対象となる加工条件には、工具５
とワーク６の相対位置関係、工具５による切削速度、工
具５の切込み量およびワーク６の送り量が少なくとも含
まれ、これらは主軸台１６とワークテーブル４の移動を
制御することでなされる。また制御対象には切削油の量
も含まれるのが通常である。
御手段２２に送られるとともに解析モデル作成手段２３
に送られる。解析モデル作成手段２３は、例えば有限要
素法（Finite Element Method;ＦＥＭ）や境界要素法
（Boundary Element Method;ＢＥＭ）などで工具５とワ
ーク６それぞれの解析モデルを作成する。解析モデルの
作成は、さまざまな種類の加工において実際に用いられ
る工具５とワーク６の材質、形状、寸法などの基礎的デ
ータを制御手段２２を介するなどして解析モデル作成手
段２３に入力することで自動的になされるようになって
いる。そして制御手段２２は、解析モデル作成手段２３
が作成した工具５とワーク６に関する各解析モデルと各
センサから得られる上記のような各種状態量とから工具
５について所定単位時間Δｔ（例えば０．５秒程度）後
の磨耗量と先端位置を推定するとともにワーク６につい
てその常温（例えば２０℃程度）時における形状と寸法
を推定し、この両推定に基づいて加工条件をリアルタイ
ム的に制御する。制御対象となる加工条件には、工具５
とワーク６の相対位置関係、工具５による切削速度、工
具５の切込み量およびワーク６の送り量が少なくとも含
まれ、これらは主軸台１６とワークテーブル４の移動を
制御することでなされる。また制御対象には切削油の量
も含まれるのが通常である。
【００１０】以上のようにして、工具がワークを加工す
るのに伴う熱や力などに起因して加工の種類ごとに発生
する加工精度阻害要因を効果的に除くことができ、超々
精密な仕上精度の加工が可能となる。しかも加工精度阻
害要因を除去するためのフィードバック制御に解析モデ
ルを用いるようにしているので、加工の種類が異なって
も工具とワークの基礎的データを入力するだけで済み、
したがって多種多様な加工の種類に容易に対応すること
ができる。
るのに伴う熱や力などに起因して加工の種類ごとに発生
する加工精度阻害要因を効果的に除くことができ、超々
精密な仕上精度の加工が可能となる。しかも加工精度阻
害要因を除去するためのフィードバック制御に解析モデ
ルを用いるようにしているので、加工の種類が異なって
も工具とワークの基礎的データを入力するだけで済み、
したがって多種多様な加工の種類に容易に対応すること
ができる。
【００１１】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、加工に伴
って発生する種々の加工精度阻害要因を効果的に除くこ
とができ、ミクロンオーダの仕上面を得るような超々精
密加工が可能となり、しかもこのような超々精密加工を
多種多様な加工の種類に容易に対応して行なうことが可
能で、高い汎用性を実現できる。
って発生する種々の加工精度阻害要因を効果的に除くこ
とができ、ミクロンオーダの仕上面を得るような超々精
密加工が可能となり、しかもこのような超々精密加工を
多種多様な加工の種類に容易に対応して行なうことが可
能で、高い汎用性を実現できる。
【図１】一実施形態による精密工作機械であるマシニン
グセンタの構成図である。
グセンタの構成図である。
【図２】制御装置の構成図である。
５ 工具 ６ ワーク １０ ワーク温度測定センサ １１ 工具温度測定センサ １２ ワーク形状測定センサ １３ 工具先端位置測定センサ １４ ワーク反力測定センサ １５ 工具反力測定センサ ２０ 制御装置 ２３ 解析モデル作成手段
Claims (2)
- 【請求項１】 各種のセンサを用いてワークと工具の現
在の状態を測定し、この測定に基づいて加工条件を制御
する制御装置が設けられた精密工作機械において、前記
制御装置は、前記各種のセンサとして、少なくとも非接
触式の温度センサ、非接触の形状測定センサ、ワーク反
力測定センサ、工具反力測定センサおよび工具先端位置
測定センサを備えるとともに、前記ワークと工具のそれ
ぞれについて解析モデルを作成する解析モデル作成手段
を備え、そして前記各センサによる測定で得られる前記
ワークと工具それぞれにおける現在の温度分布、形状、
寸法、工具先端位および振動状態等の状態量と前記解析
モデル作成手段で作成した解析モデルとから、前記ワー
クについてその常温時における形状と寸法を推定し、ま
た前記工具について所定時間後の磨耗量と先端位置を推
定し、この両推定に基づいて加工条件を制御するように
なっていることを特徴とする精密工作機械。 - 【請求項２】 制御対象の加工条件として少なくとも、
前記工具とワークとの相対位置、切削速度、切込み量、
送り量および切削油の量を含んでいる請求項１に記載の
精密工作機械。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000180833A JP2001353643A (ja) | 2000-06-16 | 2000-06-16 | 精密工作機械 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000180833A JP2001353643A (ja) | 2000-06-16 | 2000-06-16 | 精密工作機械 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001353643A true JP2001353643A (ja) | 2001-12-25 |
Family
ID=18681843
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000180833A Pending JP2001353643A (ja) | 2000-06-16 | 2000-06-16 | 精密工作機械 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001353643A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016198860A (ja) * | 2015-04-10 | 2016-12-01 | 東芝機械株式会社 | Ｂｔａ深穴加工機 |
| JP2020069596A (ja) * | 2018-10-31 | 2020-05-07 | 株式会社三井ハイテック | 加工装置及び加工方法 |
| CN112388392A (zh) * | 2019-08-14 | 2021-02-23 | 发那科株式会社 | 机上测量装置、机床以及机上测量方法 |
-
2000
- 2000-06-16 JP JP2000180833A patent/JP2001353643A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016198860A (ja) * | 2015-04-10 | 2016-12-01 | 東芝機械株式会社 | Ｂｔａ深穴加工機 |
| JP2020069596A (ja) * | 2018-10-31 | 2020-05-07 | 株式会社三井ハイテック | 加工装置及び加工方法 |
| JP7148361B2 (ja) | 2018-10-31 | 2022-10-05 | 株式会社三井ハイテック | 加工装置及び加工方法 |
| CN112388392A (zh) * | 2019-08-14 | 2021-02-23 | 发那科株式会社 | 机上测量装置、机床以及机上测量方法 |
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