JP2002036068A - 工作機械の工具位置補正方法及び装置 - Google Patents
工作機械の工具位置補正方法及び装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 主軸の遠心膨張による主軸自体の収縮量を算
出して、全回転域で工具の刃先位置を正確に補正し、も
って高精度加工を実現する。 【解決手段】 マシニングセンタの制御系にＮＣ装置
９、変位演算器１０、及び変位記憶部１１を設ける。変
位記憶部１１は、主軸３の回転時における工具６の主軸
軸線方向への変位量を、主軸回転数を変数とした関数式
の形態で、或いは、主軸回転数毎に予め計測した変位デ
ータの形態で記憶する。変位演算器１０は記憶部１１に
記憶された関数式又は変位データを用いて工具６の変位
量を求める。ＮＣ装置９は、主軸３の回転中において、
変位演算器１０で求めた変位量に相当する補正量で主軸
送り機構のモータ８を制御する。
出して、全回転域で工具の刃先位置を正確に補正し、も
って高精度加工を実現する。 【解決手段】 マシニングセンタの制御系にＮＣ装置
９、変位演算器１０、及び変位記憶部１１を設ける。変
位記憶部１１は、主軸３の回転時における工具６の主軸
軸線方向への変位量を、主軸回転数を変数とした関数式
の形態で、或いは、主軸回転数毎に予め計測した変位デ
ータの形態で記憶する。変位演算器１０は記憶部１１に
記憶された関数式又は変位データを用いて工具６の変位
量を求める。ＮＣ装置９は、主軸３の回転中において、
変位演算器１０で求めた変位量に相当する補正量で主軸
送り機構のモータ８を制御する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械におい
て、工具の主軸軸線方向の位置を補正する方法及び装置
に関するものである。
て、工具の主軸軸線方向の位置を補正する方法及び装置
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年の工作機械、特にマシニングセンタ
においては、主軸の回転数がそれまでの数千回転から数
万回転にまで達したことにより、熱変位現象や遠心膨張
による工具の主軸テーパ孔内部への引込現象等が発生し
ている。これらの対策として従来から種々の提案がなさ
れているが、後者の対策技術として、例えば特開平５−
２７４０１３号公報に開示された「工作機械の工具長補
正方法及び装置」が知られている。ここでは、工具の回
転数に対応する工具長補正量を補正データ記憶手段から
抽出し、工具装着直後の主軸停止状態で所定のオフセッ
ト量に加味して、工具の刃先位置を補正するようになっ
ている。また、高精度加工が要求される場合は、より簡
単な対応策として、機械を暖機運転したり、引込現象が
発生しない２面拘束工具を用いたりする技術も公知であ
る。
においては、主軸の回転数がそれまでの数千回転から数
万回転にまで達したことにより、熱変位現象や遠心膨張
による工具の主軸テーパ孔内部への引込現象等が発生し
ている。これらの対策として従来から種々の提案がなさ
れているが、後者の対策技術として、例えば特開平５−
２７４０１３号公報に開示された「工作機械の工具長補
正方法及び装置」が知られている。ここでは、工具の回
転数に対応する工具長補正量を補正データ記憶手段から
抽出し、工具装着直後の主軸停止状態で所定のオフセッ
ト量に加味して、工具の刃先位置を補正するようになっ
ている。また、高精度加工が要求される場合は、より簡
単な対応策として、機械を暖機運転したり、引込現象が
発生しない２面拘束工具を用いたりする技術も公知であ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、加工精度に
直接影響を及ぼす工具の刃先位置は、工具の引込現象の
みならず、高速回転する主軸の遠心膨張で主軸自体が軸
線方向に収縮することによっても変化する。そのため、
暖機運転後の主軸停止中に工具の位置を補正しても、主
軸回転時の収縮に伴う工具位置の変動要因を取り除くこ
とができない。従って、従来技術によっては、特に高速
回転時に工具位置を正確に補正することができず、加工
精度が不充分になるという問題点があった。
直接影響を及ぼす工具の刃先位置は、工具の引込現象の
みならず、高速回転する主軸の遠心膨張で主軸自体が軸
線方向に収縮することによっても変化する。そのため、
暖機運転後の主軸停止中に工具の位置を補正しても、主
軸回転時の収縮に伴う工具位置の変動要因を取り除くこ
とができない。従って、従来技術によっては、特に高速
回転時に工具位置を正確に補正することができず、加工
精度が不充分になるという問題点があった。
【０００４】そこで、本発明の課題は、主軸の遠心膨張
による主軸自体の収縮量を算入して、全回転域で工具の
刃先位置を正確に補正でき、もって高精度加工を実現で
きる工具位置補正方法及び装置を提供することにある。
による主軸自体の収縮量を算入して、全回転域で工具の
刃先位置を正確に補正でき、もって高精度加工を実現で
きる工具位置補正方法及び装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の工具位置補正方法は、工具を保持して回
転する主軸を備えた工作機械において、主軸回転時の遠
心膨張に伴う主軸自体の主軸軸線方向の収縮による工具
の主軸軸線方向への変位量を主軸回転数に応じて求め、
前記変位量に相当する補正量で工具の位置を補正するこ
とを特徴とする（請求項１）。ここで、好ましくは、工
具の変位量が主軸回転数を変数とした関数式を用いて求
められる（請求項２）。また、工具の変位量を主軸回転
数毎に予め記憶した変位データから求めてもよい（請求
項３）。
めに、本発明の工具位置補正方法は、工具を保持して回
転する主軸を備えた工作機械において、主軸回転時の遠
心膨張に伴う主軸自体の主軸軸線方向の収縮による工具
の主軸軸線方向への変位量を主軸回転数に応じて求め、
前記変位量に相当する補正量で工具の位置を補正するこ
とを特徴とする（請求項１）。ここで、好ましくは、工
具の変位量が主軸回転数を変数とした関数式を用いて求
められる（請求項２）。また、工具の変位量を主軸回転
数毎に予め記憶した変位データから求めてもよい（請求
項３）。
【０００６】本発明の工具位置補正装置は、工具を保持
して回転する主軸を備えた工作機械において、主軸を軸
線方向に駆動する手段と、主軸回転時の遠心膨張に伴う
主軸自体の主軸軸線方向の収縮による工具の主軸軸線方
向への変位量を主軸回転数を変数とした関数式を用いて
求める手段と、前記変位量に相当する補正量で前記駆動
手段を制御する手段とから構成される（請求項４）。ま
た、本発明の補正装置は、主軸回転時の遠心膨張に伴う
主軸自体の主軸軸線方向の収縮による工具の主軸軸線方
向への変位量を主軸回転数毎に予め記憶した変位データ
より求める手段を備えて構成される（請求項５）。何れ
の場合も、駆動手段として、好ましくは、工作機械が通
常有する主軸軸線方向の送り機構が用いられる（請求項
６）。なお、補正専用の駆動機構で主軸を軸線方向へ移
動するように構成してもよい。
して回転する主軸を備えた工作機械において、主軸を軸
線方向に駆動する手段と、主軸回転時の遠心膨張に伴う
主軸自体の主軸軸線方向の収縮による工具の主軸軸線方
向への変位量を主軸回転数を変数とした関数式を用いて
求める手段と、前記変位量に相当する補正量で前記駆動
手段を制御する手段とから構成される（請求項４）。ま
た、本発明の補正装置は、主軸回転時の遠心膨張に伴う
主軸自体の主軸軸線方向の収縮による工具の主軸軸線方
向への変位量を主軸回転数毎に予め記憶した変位データ
より求める手段を備えて構成される（請求項５）。何れ
の場合も、駆動手段として、好ましくは、工作機械が通
常有する主軸軸線方向の送り機構が用いられる（請求項
６）。なお、補正専用の駆動機構で主軸を軸線方向へ移
動するように構成してもよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は工作機械として縦型マシニ
ングセンタを例示するものであるが、横型マシニングセ
ンタの場合もこれと同様のシステムを採用できる。周知
のように、マシニングセンタは主軸ヘッド１、コラム
２、主軸３、ベッド４、及び移動テーブル５等から構成
されている。主軸３は工具６を保持し、図示しないモー
タによって垂直軸線の周りで回転される。コラム２のボ
ールネジ７及びモータ８は主軸３の主軸軸線方向の送り
機構であって、ベッド４には図示しないボールネジ及び
モータが設けられ移動テーブル５を主軸軸線と直角方向
に送る機構を構成している。以上はマシニングセンタと
しての一般的な構成である。
に基づいて説明する。図１は工作機械として縦型マシニ
ングセンタを例示するものであるが、横型マシニングセ
ンタの場合もこれと同様のシステムを採用できる。周知
のように、マシニングセンタは主軸ヘッド１、コラム
２、主軸３、ベッド４、及び移動テーブル５等から構成
されている。主軸３は工具６を保持し、図示しないモー
タによって垂直軸線の周りで回転される。コラム２のボ
ールネジ７及びモータ８は主軸３の主軸軸線方向の送り
機構であって、ベッド４には図示しないボールネジ及び
モータが設けられ移動テーブル５を主軸軸線と直角方向
に送る機構を構成している。以上はマシニングセンタと
しての一般的な構成である。
【０００８】マシニングセンタの制御系にはＮＣ装置
９、変位演算器１０、及び変位記憶部１１が設けられて
いる。変位記憶部１１は、主軸３の回転時における工具
６の主軸軸線方向への変位量を、主軸回転数を変数とし
た関数式（図２参照）の形態で、或いは、主軸回転数毎
に予め計測した変位データ（図３参照）の形態で記憶す
る。変位演算器１０は、記憶部１１に記憶された関数式
又は変位データを用いて工具６の変位量を求める。そし
て、ＮＣ装置９は、主軸３の回転中において、演算器１
０で求められた変位量に相当する補正量で主軸送り機構
のモータ８を制御するように構成されている。
９、変位演算器１０、及び変位記憶部１１が設けられて
いる。変位記憶部１１は、主軸３の回転時における工具
６の主軸軸線方向への変位量を、主軸回転数を変数とし
た関数式（図２参照）の形態で、或いは、主軸回転数毎
に予め計測した変位データ（図３参照）の形態で記憶す
る。変位演算器１０は、記憶部１１に記憶された関数式
又は変位データを用いて工具６の変位量を求める。そし
て、ＮＣ装置９は、主軸３の回転中において、演算器１
０で求められた変位量に相当する補正量で主軸送り機構
のモータ８を制御するように構成されている。
【０００９】ここで、記憶部１１に記憶される工具６の
変位量とは、主軸回転時の遠心膨張に伴う主軸３自体の
収縮量である。従って、変位データの収集に際しては、
テスト工具を主軸３に取り付け、一旦主軸３を高速回転
させることにより従来技術で述べた主軸テーパ孔内部へ
の引込現象による変位量だけ工具の引込をさせて、その
影響を排除した後、全回転域で工具６の刃先位置が計測
される。非接触センサを用いた計測結果の一例を図２に
示した。これより、工具位置の変位量が主軸回転数を変
数とした一次関数式で近似的に求められることが分か
る。また、収集された変位データは図３に示すように主
軸回転数に対応させて記憶部１１のメモりに格納され
る。
変位量とは、主軸回転時の遠心膨張に伴う主軸３自体の
収縮量である。従って、変位データの収集に際しては、
テスト工具を主軸３に取り付け、一旦主軸３を高速回転
させることにより従来技術で述べた主軸テーパ孔内部へ
の引込現象による変位量だけ工具の引込をさせて、その
影響を排除した後、全回転域で工具６の刃先位置が計測
される。非接触センサを用いた計測結果の一例を図２に
示した。これより、工具位置の変位量が主軸回転数を変
数とした一次関数式で近似的に求められることが分か
る。また、収集された変位データは図３に示すように主
軸回転数に対応させて記憶部１１のメモりに格納され
る。
【００１０】次に、上記のように構成された装置による
工具位置補正方法について説明する。図４に示すよう
に、マシニングセンタの稼動中に主軸３の回転数を変化
させる指令が発生すると、変位記憶部１１の関数式を用
いて指令回転数に対応する工具６の変位量が演算され
る。また、記憶部１１の変位データを用いる場合は、関
数式による演算処理は不要であるが、指令回転数に対応
する変位データが存在しないときに、その近傍値より変
位量を求める内挿処理が必要である。
工具位置補正方法について説明する。図４に示すよう
に、マシニングセンタの稼動中に主軸３の回転数を変化
させる指令が発生すると、変位記憶部１１の関数式を用
いて指令回転数に対応する工具６の変位量が演算され
る。また、記憶部１１の変位データを用いる場合は、関
数式による演算処理は不要であるが、指令回転数に対応
する変位データが存在しないときに、その近傍値より変
位量を求める内挿処理が必要である。
【００１１】求められた変位量は当該回転数の実行期間
中保持され、主軸３の回転状態において、ＮＣ装置９か
ら補正指令が出力され、主軸送りモータ８が変位量に相
当する補正量で制御され、主軸３が軸線方向へ移動され
て、工具６の刃先位置が補正される。そして、この補正
処理は指令回転数が変化するまで当該変位量に従って継
続され、こうすることで、主軸３の遠心膨張に伴う主軸
３自体の収縮を効果的に補正できて、高精度加工が可能
となる。
中保持され、主軸３の回転状態において、ＮＣ装置９か
ら補正指令が出力され、主軸送りモータ８が変位量に相
当する補正量で制御され、主軸３が軸線方向へ移動され
て、工具６の刃先位置が補正される。そして、この補正
処理は指令回転数が変化するまで当該変位量に従って継
続され、こうすることで、主軸３の遠心膨張に伴う主軸
３自体の収縮を効果的に補正できて、高精度加工が可能
となる。
【００１２】なお、前述した方法では、指令回転数に基
づき工具位置を段階的に補正しているが、センサで検出
した主軸回転数に基づいて工具位置を無段階で連続的に
補正する方法を採用することも可能である。その他、本
発明は上記実施形態に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各部の構成並びに手順を適宜
に変更して具体化することも可能である。
づき工具位置を段階的に補正しているが、センサで検出
した主軸回転数に基づいて工具位置を無段階で連続的に
補正する方法を採用することも可能である。その他、本
発明は上記実施形態に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各部の構成並びに手順を適宜
に変更して具体化することも可能である。
【００１３】
【発明の効果】以上詳述したように、請求項１の発明に
よれば、工具の主軸軸線方向への変位量を主軸回転数に
応じて求め、主軸回転中に変位量に相当する補正量で主
軸を軸線方向へ移動して工具位置を補正するので、主軸
の遠心膨張による主軸自体の収縮量を算入して、全回転
域で工具の刃先位置を正確に補正でき、もって高精度加
工を実現できるという優れた効果を奏する。
よれば、工具の主軸軸線方向への変位量を主軸回転数に
応じて求め、主軸回転中に変位量に相当する補正量で主
軸を軸線方向へ移動して工具位置を補正するので、主軸
の遠心膨張による主軸自体の収縮量を算入して、全回転
域で工具の刃先位置を正確に補正でき、もって高精度加
工を実現できるという優れた効果を奏する。
【００１４】請求項２又は４の発明によれば、工具の変
位量を主軸回転数を変数とした関数式を用いて求めるの
で、特に、オペレータによる随時かつ任意の回転数設定
に対しても、工具位置を適正に補正できる効果がある。
位量を主軸回転数を変数とした関数式を用いて求めるの
で、特に、オペレータによる随時かつ任意の回転数設定
に対しても、工具位置を適正に補正できる効果がある。
【００１５】請求項３又は５の発明によれば、工具の変
位量を主軸回転数毎に予め記憶した変位データを用いて
求めるので、特に、演算処理を簡略化できる効果があ
る。
位量を主軸回転数毎に予め記憶した変位データを用いて
求めるので、特に、演算処理を簡略化できる効果があ
る。
【００１６】請求項６の発明によれば、加工時の送り機
構を用いて主軸を補正移動するので、補正専用の駆動手
段が不要で、かつＮＣ装置に既存の補正機能を利用する
こともでき、装置を安価に構成できる効果がある。
構を用いて主軸を補正移動するので、補正専用の駆動手
段が不要で、かつＮＣ装置に既存の補正機能を利用する
こともでき、装置を安価に構成できる効果がある。
【図１】本発明による工具位置補正装置の一実施形態を
示すマシニングセンタの構成図である。
示すマシニングセンタの構成図である。
【図２】工具位置の変位量と主軸の回転数との関係を例
示する特性図である。
示する特性図である。
【図３】変位データの一記憶形態を例示する説明図であ
る。
る。
【図４】本発明による工具位置補正方法の一実施形態を
示すフローチャートである。
示すフローチャートである。
１・・主軸ヘッド、２・・コラム、３・・主軸、４・・
ベッド、５・・移動テーブル、６・・工具、７・・ボー
ルネジ、８・・モータ、９・・ＮＣ装置、１０・・変位
演算器、１１・・変位記憶部。
ベッド、５・・移動テーブル、６・・工具、７・・ボー
ルネジ、８・・モータ、９・・ＮＣ装置、１０・・変位
演算器、１１・・変位記憶部。
Claims (6)
- 【請求項１】 工具を保持して回転する主軸を備えた工
作機械において、主軸回転時の遠心膨張に伴う主軸自体
の主軸軸線方向の収縮による工具の主軸軸線方向への変
位量を主軸回転数に応じて求め、前記変位量に相当する
補正量で工具の位置を補正することを特徴とする工具位
置補正方法。 - 【請求項２】 前記変位量を、主軸回転数を変数とした
関数式を用いて求める請求項１記載の工作機械の工具位
置補正方法。 - 【請求項３】 前記変位量を、主軸回転数毎に予め記憶
した変位データから求める請求項１記載の工作機械の工
具位置補正方法。 - 【請求項４】 工具を保持して回転する主軸を備えた工
作機械において、主軸を軸線方向に駆動する手段と、主
軸回転時の遠心膨張に伴う主軸自体の主軸軸線方向の収
縮による工具の主軸軸線方向への変位量を主軸回転数を
変数とした関数式を用いて求める手段と、前記変位量に
相当する補正量で前記駆動手段を制御する手段とからな
る工具位置補正装置。 - 【請求項５】 工具を保持して回転する主軸を備えた工
作機械において、主軸を軸線方向へ駆動する手段と、主
軸回転時の遠心膨張に伴う主軸自体の主軸軸線方向の収
縮による工具の主軸軸線方向への変位量を主軸回転数毎
に予め記憶した変位データより求める手段と、前記変位
量に相当する補正量で前記駆動手段を制御する手段とか
らなる工具位置補正装置。 - 【請求項６】 前記駆動手段として、工作機械の主軸軸
線方向の送り機構を用いた請求項４又は５記載の工作機
械の工具位置補正装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001190286A JP2002036068A (ja) | 2001-06-22 | 2001-06-22 | 工作機械の工具位置補正方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001190286A JP2002036068A (ja) | 2001-06-22 | 2001-06-22 | 工作機械の工具位置補正方法及び装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04773496A Division JP3406765B2 (ja) | 1996-03-05 | 1996-03-05 | 工作機械の工具位置補正方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002036068A true JP2002036068A (ja) | 2002-02-05 |
Family
ID=19029080
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001190286A Pending JP2002036068A (ja) | 2001-06-22 | 2001-06-22 | 工作機械の工具位置補正方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002036068A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005088126A (ja) * | 2003-09-17 | 2005-04-07 | Matsuura Machinery Corp | 回転主軸の変位補正方法 |
| KR20050098207A (ko) * | 2004-04-06 | 2005-10-11 | 화천기공 주식회사 | 공작기계의 공구 변위 보정방법 |
| TWI425999B (ja) * | 2011-05-09 | 2014-02-11 | ||
| KR20180047495A (ko) * | 2016-10-31 | 2018-05-10 | 현대위아 주식회사 | 공작기계 주축 돌출량 보상 장치 및 방법 |
| CN115629569A (zh) * | 2022-12-23 | 2023-01-20 | 赫比(成都)精密塑胶制品有限公司 | 一种机床控制方法及系统 |
-
2001
- 2001-06-22 JP JP2001190286A patent/JP2002036068A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005088126A (ja) * | 2003-09-17 | 2005-04-07 | Matsuura Machinery Corp | 回転主軸の変位補正方法 |
| KR20050098207A (ko) * | 2004-04-06 | 2005-10-11 | 화천기공 주식회사 | 공작기계의 공구 변위 보정방법 |
| TWI425999B (ja) * | 2011-05-09 | 2014-02-11 | ||
| KR20180047495A (ko) * | 2016-10-31 | 2018-05-10 | 현대위아 주식회사 | 공작기계 주축 돌출량 보상 장치 및 방법 |
| CN115629569A (zh) * | 2022-12-23 | 2023-01-20 | 赫比(成都)精密塑胶制品有限公司 | 一种机床控制方法及系统 |
| CN115629569B (zh) * | 2022-12-23 | 2023-04-04 | 赫比(成都)精密塑胶制品有限公司 | 一种机床控制方法及系统 |
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