JP2009034738A

JP2009034738A - 接触検知による取り付け誤差の自動補正機能を有する工作機械

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Publication number: JP2009034738A
Application number: JP2007198791A
Authority: JP
Inventors: Yonpyo Hon; 榮杓洪; Kenzo Ebihara; 建三蛯原; Tomohiko Kawai; 知彦河合
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2007-07-31
Filing date: 2007-07-31
Publication date: 2009-02-19
Anticipated expiration: 2027-07-31
Also published as: EP2026152A2; JP4291382B2; US20090033271A1; CN101357443A; US7852031B2

Abstract

【課題】工作機械に元々備わっている位置検出器による検知結果に基づいて、ワークもしくは加工用アタッチメントの姿勢補正を自動的に行える工作機械を提供すること。
【解決手段】可動軸への位置指令と可動軸の位置を検出する位置検出器で検出された位置との位置偏差を検出する位置偏差検出手段と、ワーク等とプローブとの接触を前記位置偏差検出手段によって検出された位置偏差が予め設定された値を超えたことで検知する接触検知手段と、前記接触検知手段によって接触を検知した瞬間に前記可動軸を停止させる可動軸停止手段と、前記接触検知手段によって接触を検知した瞬間の座標を求める座標検知手段と、直動軸を移動させ、前記接触検知手段によって前記ワーク等に対して２箇所接触検知を行い、直動軸の移動距離と前記座標検知手段で求められた座標より前記ワーク等の傾きを求め前記ワーク等の自動取り付け誤差補正を行う工作機械。
【選択図】図２−１

Description

本発明は工作機械に関し、特に、接触検知による取り付け誤差の自動補正機能を有する工作機械に関する。

切断装置における被切断物の傾きを検知する技術として、変位検出器をワークもしくは加工用アタッチメントの基準面に当接し、変位検出器で該基準面をなぞり傾きを読み取る技術がある。当該技術は、前記読み取ったデータを基に、ワークもしくは加工用アタッチメントが取り付けられた回転軸を操作盤などにより手動で姿勢の調整を行う。調整後、変位検出器をワークもしくは加工用アタッチメントの基準面に再度当接し、ワークもしくは加工用アタッチメントの取り付け誤差が許容値以内であるかを確認する。該誤差が許容値以上だと、許容値以内になるまで調整を繰り返す。

特公平６−２６７８７号公報

前記背景技術で説明した技術では、変位検出器として、電気マイクロメータなど付加的な計測装置を必要とし、その上、姿勢補正の精度および所要時間には、測定者の明確な個人差が存在する。また、加工面に平行に合わせるために脆弱な材料の表面を直接接してなぞる場合には、その脆弱な材料の表面に条痕が残る可能性がある。
そこで本発明は、変位検出器などの特別な装置を用いることなく、工作機械に元々備わっている位置検出器による検知結果に基づいて、ワークもしくは加工用アタッチメントを回転させ姿勢の補正を簡単かつ自動的に行えるようにした工作機械を提供することを目的とする。

また、本発明は、姿勢補正を行うための十分な数の回転軸を有しない加工機械においては、ワークもしくは加工用アタッチメントの取り付け誤差である傾きを接触検知により検知し、加工プログラムの加工座標に前記傾き成分の補正値を自動的に反映するようにした工作機械を提供することを目的とする。

本願の請求項１に係る発明は、可動軸が流体軸受により支持され、数値制御装置で制御される工作機械において、各可動軸へのそれぞれの位置指令と各可動軸の位置とを検出する位置検出器で検出された各位置との位置偏差を各可動軸毎に検出する位置偏差検出手段と、ワークの側面、ワークの加工面、または加工用アタッチメントの基準面とプローブとの接触を前記位置偏差検出手段によって検出された位置偏差が予め設定された値を超えたことで検知する接触検知手段と、前記接触検知手段によって接触を検知した瞬間に前記可動軸を停止させる可動軸停止手段と、前記接触検知手段によって接触を検知した瞬間の座標を求める座標検知手段と、前記ワークまたは加工用アタッチメントの取り付けられた直動軸を移動させ、前記接触検知手段によって前記ワークの側面、ワークの加工面、または加工用アタッチメントの基準面に対して２箇所接触検知を行い、直動軸の移動距離と前記座標検知手段で求められた座標より前記ワークもしくは加工用アタッチメントの傾きを求めワークもしくは加工用アタッチメントの自動取り付け誤差補正または加工プログラム補正を行う補正手段と、を有することを特徴とする接触検知による取り付け誤差の自動補正機能を有する工作機械である。

また、請求項２に係る発明は、工作機械が有する可動軸は、直動軸と回転軸とで構成され、前記直動軸の位置を検出する位置検出器は、分解能１０ｎｍ以下のリニアスケールによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の接触検知による取り付け誤差の自動補正機能を有する工作機械である。
また、請求項３に係る発明は、前記回転軸の位置を検出する位置検出器は、分解能１万分の１度以下のパルスコーダによって構成され、該回転軸はモータに直接連結されダイレクトに駆動されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接触検知による取り付け誤差の自動補正機能を有する工作機械である。

請求項４に係る発明は、前記ワークの側面には、ワークの加工方向に平行または垂直な平面が少なくとも一箇所存在することを特徴とする、請求項１に記載の接触検知による取り付け誤差の自動補正機能を有する工作機械である。
請求項５に係る発明は、前記加工用アタッチメントの基準面は、回転加工用アタッチメントの回転工具の回転軸に垂直な面であり、旋削および引き切り加工においては工具シャンクの側面であることを特徴とする、請求項１に記載の接触検知による取り付け誤差の自動補正機能を有する工作機械である。

請求項６に係る発明は、前記プローブは、金属製の円錐等の細長い形状で先端の形状は球面になっており、自由自在に姿勢調整の可能なアームを有するマグネット保持具の先端に取り付けられることを特徴とする、請求項１に記載の接触検知による取り付け誤差の自動補正機能を有する工作機械である。
請求項７に係る発明は、前記ワークと前記加工用アタッチメントは、それぞれ工作機械上の異なる回転軸の回転テーブル上に取り付けられ、ワークの自動姿勢取り付け誤差補正時は加工用アタッチメントの回転テーブル上に前記マグネット保持具が固定され、加工用アタッチメントの姿勢自動取り付け誤差補正の場合はワーク側の回転テーブル上にマグネット保持具が固定されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１つに記載の接触検知による取り付け誤差の自動補正機能を有する工作機械である。

請求項８に係る発明は、前記ワークもしくは加工用アタッチメントの自動取り付け誤差補正を行う補正手段は、前記傾き分前記回転軸を逆に回し、ワークもしくは加工用アタッチメントの取り付け誤差を自動的に補正することを特徴とする、請求項７に記載の接触検知による取り付け誤差の自動補正機能を有する工作機械である。
請求項９に係る発明は、前記加工プログラム補正を行う補正手段は、前記傾き分だけ加工座標を補正し加工プログラムに自動的に反映することを特徴とする、請求項１〜８のうちのいずれか１項に記載の接触検知による取り付け誤差の自動補正機能を有する工作機械である。

本発明により、変位検出器などの特別な装置を用いることなく、工作機械に元々備わっているＮＣプログラムによる位置指令値、あるいは、リニアスケールなどの位置検出器による検知結果に基づいて、ワークもしくは加工用アタッチメントを回転させ姿勢の補正を簡単かつ自動的に行うことが可能となった。

また、本発明は、姿勢補正を行うための十分な数の回転軸を有しない加工機械においては、ワークもしくは加工用アタッチメントの取り付け誤差である傾きを接触検知により検知し、加工プログラムの加工座標に前記傾き成分の補正値を自動的に反映できるようになった。

以下、本発明の実施形態について図面とともに説明する。
図１は、本発明の一実施形態である接触検知による取り付け誤差の自動補正機能を有する工作機械の要部斜視図である。該工作機械は直動軸であるＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸と、回転軸であるＢ回転軸、及びＣ回転軸の可動軸を備えた同時５軸制御工作機械の一実施形態である。各可動軸は図示されない流体軸受により支持されることにより固体摩擦（機械的摩擦）の無い可動軸を構成している。また、該回転軸はモータに直接連結されダイレクトに駆動される。また、リニアモータで構成された直動軸のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のサーボモータ２４ｘ、２４ｙ、２４ｚで駆動される各可動部材の動きは、リニアスケールで構成された位置・速度検出器２５ｘ、２５ｙ、２５ｚで検出している。
前記直動軸の位置を検出する位置検出器は、分解能１０ｎｍ（ナノメータ）以下のリニアスケールによって構成され、前記回転軸Ｂ及び回転軸Ｃの位置・速度検出器２５ｂ，２５ｃは、分解能１万分の１度以下の高性能なパルスコーダによって構成される。
基台１２上に、Ｘ軸テーブル１、Ｚ軸テーブル３が取り付けられている。Ｚ軸テーブル３はＸ軸方向と直交する水平方向に駆動される。また、Ｚ軸テーブル３にはＸ軸とＺ軸とに直交するＹ軸方向に移動するＹ軸テーブル２が取り付けられている。そして、Ｘ軸テーブル１にはＢ回転軸テーブル４が、Ｙ軸テーブル２にはＣ回転軸テーブル５が、回転軸が互いに直交する向きにそれぞれ取り付けられている。Ｂ回転軸テーブル４はＸ軸と直交するＢ回転軸回りに回転する。また、Ｃ回転軸テーブル５はＹ軸と直交するＣ回転軸回りに回転する。

Ｂ回転軸テーブル４上にはワーク６が載置され、Ｃ回転軸テーブル５上にはスピンドル７を固定する基準面となる面を有する加工用アタッチメント８が着脱自在に取り付けられている。さらに、Ｃ回転軸テーブル５上にはマグネット保持具９が着脱自在に取り付けられている。マグネット保持具９には自在継手で互いに連結されたアーム１０及びプローブ１１が回動自在に取り付けられている。プローブ１１は、加工用アタッチメント８、または、ワーク６との接触を検知するためのものである。なお、マグネット保持具９をＢ回転軸テーブル４に取り付けることも可能である。

前記したように、ワーク６と加工用アタッチメント８は、それぞれ工作機械上の異なる回転軸の回転テーブル上に取り付けられ、ワーク６の自動姿勢取り付け誤差補正時は加工用アタッチメント８の回転テーブル上に前記マグネット保持具９が取り付けられ、加工用アタッチメント８の姿勢自動取り付け誤差補正の場合はワーク６側の回転テーブル上にマグネット保持具９が取り付けられる。

図２−１〜図２−３は本発明の接触検知による取り付け誤差の自動補正機能を有する工作機械を制御する数値制御装置の一実施形態の要部ブロック図である。
Ｘ軸サーボ制御手段は、数値制御部からのＮＣプログラムで指令された移動指令や作業者が指令した移動指令に基づいて、サーボモータ２４ｘの位置制御、速度制御、さらには電流ループ制御を行い、サーボモータ２４ｘ（該サーボモータで駆動される制御軸であるＸ軸）の位置・速度を制御する。
サーボモータ２４ｘを制御するときは、数値制御部の位置指令手段１６は移動指令の分配処理を行い、所定分配周期（移動指令出力周期）毎の分配移動指令ＭＣＭＤを求め、Ｘ軸サーボ制御部の位置偏差カウンタ１７に出力する。位置偏差カウンタ１７は、分配移動指令ＭＣＭＤを加算するとともに、サーボモータ２４ｘの位置・速度を検出する位置・速度検出器２５ｘからの位置フィードバック量（位置ＦＢ）を減算して位置偏差ＥＲＲを求める。位置制御部１８では、この位置偏差ＥＲＲに位置ループゲインＫを乗じて速度指令を求める。

加減算器１９は、この速度指令から位置・速度検出器２５ｘからフィードバックされる速度フィードバック量（速度ＦＢ）を減じて速度偏差を求める。速度制御部２０は、ＰＩ制御（比例積分制御）などの速度ループ制御を行い、トルク指令（電流指令）を求める。加減算器２１はトルク指令からアンプ２３ｘに設けられた電流検出器からフィードバックされてくる電流フィードバック量（電流ＦＢ）を減じて電流偏差を求め、電流制御部２２で電流ループ制御を行い、アンプ２３ｘを介してサーボモータ２４ｘを駆動制御している。なお、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｂ回転軸、及び、Ｃ回転軸においても、上記のＸ軸の駆動制御と同様の位置・速度制御を行う。

また、ワーク６とプローブ１１との接触を検知する手段として、数値制御部は、位置偏差カウンタ１７から位置制御部１８に出力される位置偏差ＥＲＲと同じ位置偏差ＥＲＲを入力する接触検知手段２７と、プローブ１１とワーク６との接触により変動する位置偏差ＥＲＲを検出するための比較の基準となる基準値を設定する位置偏差基準値設定手段２６と、を備えている。そして、接触検知手段２７はＸ軸サーボ手段から入力される位置偏差ＥＲＲと位置偏差基準値設定手段２６で設定された基準値Ｂ＋，Ｂ−とを比較し、前記位置偏差ＥＲＲが前記基準値Ｂ＋またはＢ−の少なくとも一方を超えたか否かを判断する。位置偏差ＥＲＲが基準値Ｂ＋またはＢ−の少なくとも一方を超えた場合には、数値制御部にある可動軸停止手段２８及び接触位置座標検知手段２９に信号を出力する。

次に、図１及び図２−１〜図２−３を用いてワーク６とプローブ１１との接触を検知する手段について説明する。通常、工作機械にはスキップ機能が備わっている。位置偏差カウンタ１７での位置偏差量が基準値を超えたことをスキップ信号として利用し、前記スキップ機能により移動指令を停止し次の処理に移行することができる。スキップ機能について説明すると、（１）数値制御部からサーボ制御手段に瞬時に停止指令を出力する。（２）サーボ制御手段からキャンセルした位置偏差量を受け取り数値制御部の位置情報を修正する。（３）現在の機械位置をスキップした位置として数値制御部の記憶装置に記憶する。（４）停止信号直前までの送り方向と反対方向のパルスをサーボ制御手段に出力し送り戻す、動作を行うことである。
以下、移動指令のプローブ１１とワーク６との接触はプローブ１１とワーク６との相対距離を狭めていき当接することにより行えることから、図１においてＸ軸テーブル１を移動させることによりワーク６をプローブ１１に当接させる場合を例に説明する。もちろん、Ｃ回転軸を回転させてプローブ１１をワーク６に当接させてもよい。

ワーク６とプローブ１１とが接触するようにＸ軸テーブルを移動させるため、位置指令手段１６の分配移動指令ＭＣＭＤに基づいてサーボモータ２４を制御しているＸ軸サーボ制御手段は、位置偏差カウンタ１７で演算される「分配移動指令ＭＣＭＤ」と位置・速度検出器２５からの位置フィードバック信号である「位置ＦＢ」との差信号である「位置偏差ＥＲＲ」が「０」（ゼロ）になるように、サーボモータ２４ｘを制御している。

ワーク６とプローブ１１とが接触する瞬間、位置指令手段１６からの分配移動指令ＭＣＭＤで位置偏差カウンタ１７のカウント値が変化するにもかかわらず、位置フィードバック信号である位置ＦＢがこれに追従できなくなることから、位置偏差ＥＲＲに一瞬変動する個所が発現する。

図３（ａ）は可動軸の軸受として流体軸受を用いたときの、位置偏差ＥＲＲの変動状態を表す一例を示す図である。固体摩擦の無い流体軸受による安定した位置偏差ＥＲＲが生じているとき、図１に示されるワーク６とプローブ１１とが接触した瞬間に、位置偏差ＥＲＲの急激に変動する個所が発現する。この位置偏差ＥＲＲの急激な変動の発現を検知することにより、ワーク６とプローブ１１とが接触したと判断することが可能である。例えば、図３（ｂ）に示されるように比較基準値であるＢ＋あるいはＢ−を超える位置偏差ＥＲＲの急激な変動が発現した位置Ａで、ワーク６とプローブ１１とが接触したと判定することができる。ここで、位置偏差ＥＲＲが比較基準値であるＢ＋またはＢ−の少なくとも一方を越えたとき、ワーク６とプローブ１１とが接触したと判断することができる。比較基準値Ｂ＋，Ｂ−は、図２に示される位置偏差基準値設定手段２６により任意に設定できる。

次に、ワーク６とプローブ１１との接触が検知された時にＸ軸を停止する処理について説明する。図２−２は、ワーク６とプローブ１１との接触が検知されると可動軸であるＸ軸を停止させる処理を実行するための一実施形態について示している。接触検知手段２７でワーク６とプローブ１１との接触が検知されると、接触検知手段２７から可動軸停止手段２８に接触検知信号が出力される。可動軸停止手段２８は、位置指令手段１６に対して分配移動指令ＭＣＭＤの出力を停止するように指令信号を出力する。それと同時に位置偏差カウンタ１７に残っている位置偏差量を「ゼロ」（０）とするために、「−位置偏差ＥＲＲ」を位置偏差カウンタ１７に出力する。これにより、位置偏差カウンタ１７のカウント値は「ゼロ」（０）となり、Ｘ軸は停止する。

次に、ワーク６とプローブ１１との接触が検知された時にＸ軸の座標を検知する処理について説明する。図２−３は、ワーク６とプローブ１１との接触が検知された際の座標検知を行う座標検知手段の一実施形態である。数値制御部はサーボモータ２４ｘ（可動軸Ｘ軸）の現在位置を記憶する現在位置レジスタ３０を備えている。現在位置レジスタ３０は、位置指令手段１６から位置偏差カウンタ１７に出力される分配パルスを累積してＸ軸テーブル現在位置を記憶している。接触位置座標検知手段２９は、現在位置レジスタ３０に記憶されている値を呼び出し、呼び出された値から前記位置偏差量ＥＲＲを減算することにより、現在位置の補正を行い、ワーク６とプローブ１１との接触座標を求める。

また、接触位置座標検知手段２９の他の実施形態として、位置・速度検出器２５ｘからの位置ＦＢ信号を現在位置レジスタ３０に記憶しておき、接触検知手段２７でワーク６とプローブ１１との接触が検知されるときまでの位置ＦＢ信号を累積し現在位置を求めることも可能である。
また、位置偏差量の変動を検知することにより接触を判断する際に、可動軸であるＸ軸の位置偏差量を用いることに替えて、Ｂ回転軸の位置偏差量を用いても接触を検知することが可能である。なぜなら、本実施形態の工作機械は、各直動軸のＸ軸テーブル１、Ｙ軸テーブル２、Ｚ軸テーブル３、Ｂ回転軸テーブル４、及び、Ｃ回転軸テーブル５は流体軸受で支持されていることから摩擦がほとんど生じない。そのため、プローブ１１とワーク６とが接触し、プローブ１１とワーク６に負荷がかかると、この負荷によりいずれかの可動軸が移動する。この移動により指令位置と検出位置との位置偏差ＥＲＲが増大するから、この位置偏差ＥＲＲの増大を検出することによって、プローブ１１とワーク６との接触を検知することができる。
例えば、Ｘ軸テーブルを移動させプローブ１１とワーク６とが接触するとＢ回転軸に回転方向のトルクが発生し、Ｂ回転軸テーブルを回転させようとするため瞬間的に位置偏差量が増大する。もちろん、回転テーブルに回転力が発生しない向きからの接触では回転軸の位置偏差量に基づく接触検知をおこなうことはできない。

なお、ワーク６とプローブ１１との接触について説明したが、図１のＣ回転軸テーブル５にマグネット保持具９により着脱自在に取り付けられているプローブ１１をＢ回転軸テーブルに載せ替え、ワーク６に替えて加工用アタッチメント８の基準面８ａとプローブ１１との接触を検知してもよい。
以上、図２−１に示されるＸ軸について説明したが、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｂ軸、及びＣ軸についても、前記したＸ軸と同様の構成をなしている。もしくは、工作機械を構成する全ての可動軸に対してではなく、Ｘ軸のみ、Ｙ軸のみというように特定の軸のみに本発明の接触検知を実行するようにしてもよい。

図４は本発明の工作機械で加工されるワーク６の一例を示している。ワーク６の取り付け誤差を自動的に補正するために必要なデータを収集する基準面として、ワーク６は加工方向に水平な側面６ａまたは加工方向に垂直な側面６ｂを有している。
ワーク６の取り付け誤差を自動的に補正するためプローブ１１をワーク６に接触させる際には、加工方向に水平な側面６ａまたは加工方向に垂直な側面６ｂを接触場所として選定し、前記同一側面内の少なくとも異なる２箇所にプローブ１１を用いて接触検知を実行する。たとえば、加工方向に水平な側面６ａでは地点６ａ−１および地点６ａ−２を選択する。また、加工方向に垂直な側面６ｂでは地点６ｂ−１および地点６ｂ−２を選択する。そして、前記異なる２地点に移動するために直動軸が移動した移動距離と接触位置座標検知手段２９（図２−１、図２−３参照）により求められた座標より演算してワーク６の傾きを求める。そして、求められたワーク６の傾きに基づいてワーク６の取り付け誤差を修正するか、加工用プログラムの座標系の補正を行う（図１０から図１５を参照）。

図５は図１においてＣ回転軸テーブル５に取り付けられるスピンドル７を固定する加工用アタッチメント８の基準面８ａについて説明している。基準面８ａには切削加工用回転工具３１を回転させるためのスピンドル７が取り付けられている。基準面８ａは回転工具３１の回転軸に垂直な面である。

図６は図１のＣ軸回転テーブル５に取り付けられる加工工具として、旋削・引き切り工具３２の一例を示している。旋削・引き切り工具３２は取り付け方向が設定されており、シャンクの側面が平面状であることから基準面とすることが可能である。
図７は図１のＣ軸回転テーブル５に取り付けられているプローブ１１の一例を示している。マグネット保持具９に自在継手３３ｂが固定され、自在継手３３ｂに回動自在にアーム１０が取り付けられ、アーム１０は自由自在に姿勢を調整することが可能となっている。そして、アーム１０の先端には、プローブ１１が自在継手３３ａにより回動自在に取り付けられている。前記プローブ１１は、金属製の円錐等の細長い形状で先端の形状は球面状に形成されている。

図８−１はプローブ１１による接触検知座標の差Ｈとプローブ１１の平行移動量Ｄによりワーク６または加工用アタッチメント８の基準面８ａの傾き角度θが求まる理論について示している。図４において説明したワーク６の傾きを求めることに図８に示される理論をあてはめる。プローブ１１をワーク６に接触させる際には、加工方向に水平な側面６ａをプローブ１１が接触する面として選定し、地点６ａ−１および地点６ａ−２の接触検知座標を測定し、前記２地点間での接触検知座標の差Ｈを求める。また、地点６ａ−１、地点６ａ−２の接触検知を実施するために移動した直動軸の平行移動量をＤとする。そして、ワーク６の傾きは図８に記載されるθの関係式に基づいて求めることができる。加工用アタッチメント８の傾きも、前記したワーク６の傾きと同様に基準面８ａ内の異なる２地点の接触検知座標の差および平行移動量とに基づき求めることができる。なお、傾きを求めるには図８の理論では少なくとも２地点の接触検知座標が必要であるが、３点以上の接触検知座標を求め、複数の傾き角度を演算し、それらの平均値を求めてワーク６の傾きとしてもよい。
図８−２に示すワークの傾きを測定する実施形態の処理のアルゴリズムのフローチャートについて説明する。
所定の可動軸のテーブルにワークが配置されると、ワークの傾き補正の処理が開始される。まず、ワークの測定アプローチ位置を求める（ステップＳ１）。これは加工プログラムから測定アプローチ位置を求めてもよいし、作業者がマニュアルで設定してもよい。ステップＳ１で測定個所が設定されると、第１の軸上の第１の測定アプローチ位置にワークを位置決めする（ステップＳ２）。ワークをプローブ方向へ移動を開始し（ステップＳ３）、位置偏差が基準値を超えたか否かを判断する（ステップＳ４）。超えていなければワークのプローブ方向への移動を継続する。位置偏差が基準値を超えると、ワークの移動を停止し（ステップＳ５）、停止した位置の座標をレジスタＲ１に記憶する（ステップＳ６）。そして、第２の測定アプローチに移動させるため、ワークを退避させ、第１の軸に直交する第２の軸方向にワークを平行移動させる（ステップＳ７）。そして、ワークをプローブ方向へ移動させ（ステップＳ８）、位置偏差が基準値を超えたか否かを判断する（ステップＳ９）。超えていなければワークの移動を継続する。そして、位置偏差が基準値を超えたとき、ワークの移動を停止し（ステップＳ１０）、停止した位置の座標をレジスタＲ２に記憶する（ステップＳ１１）。そして、レジスタＲ１とレジスタＲ２に記憶された座標より、図８−１に示されるθの関係式より傾き角度を求める（ステップＳ１２）。求めた傾き角度を用いて、ワークの角度補正を実行し（ステップＳ１３）、終了する。

図９は加工用アタッチメント８の基準面８ａの傾き角度θ分、Ｃ回転軸を逆に回すことにより姿勢補正を行うことを示している。ワーク６もしくは加工用アタッチメント８の自動取り付け誤差補正を行う補正手段は、前記求めた傾き角度分前記回転軸をワーク６もしくは加工用アタッチメント８の傾き方向と逆に回し、ワーク６もしくは加工用アタッチメント８の取り付け誤差を自動的に補正する。
図１０はワーク６の自動取り付け誤差補正について示している。図８において説明した理論を用いてワーク６の傾きを求める。図１０（ａ）に示されるごとく、Ｂ軸回転テーブル４上にワーク６を載置する。プローブ１１を用いてワーク６の側面で接触検知する。図１０（ｂ）に示されるようにＺ軸方向にプローブ１１を相対的にずらし、再度ワーク６に対してワーク６の側面で接触させ接触した位置を検知する。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）の検知結果に基づいてワーク６の傾き角度を求め、図１０（ｃ）に示されるように回転テーブルを傾き角度分回転させ、ワークをＸ軸Ｚ軸に対して並行にし、ワークの取り付け誤差を補正する。接触して位置を検知する地点はワーク６の同一平面上にある２地点を選定する。

図１１は加工用アタッチメント８の自動取り付け誤差補正について示している。図８において説明した理論を用いて加工用アタッチメント８の傾きを求める。図１１（ａ）に示されるように、加工用アタッチメント８の基準面８ａにプローブ１１を接触させて接触検知を行う。図１１（ｂ）ではプローブ１１を相対的にＸ軸方向にずらし、再度、加工アタッチメント８の基準面８ａに接触させて接触検知を行う。図１１（ａ）及び図１１（ｂ）での検知結果に基づいて、図１１（ｃ）に示されるようにＣ回転軸テーブル５を基準面８ａの傾き角度分回転させることにより、加工アタッチメント８の基準面８ａの取り付け誤差を補正する。

図１２はワーク６の加工面に対する加工用アタッチメント８の取り付け誤差補正時のプローブ１１による接触検知場所の一例について示している。図１２に示されるように、Ｂ回転軸テーブル４に載置したワーク６の上側面内に、２つのＸ軸方向接触検知場所を設定し、また、Ｚ軸方向接触検知場所を設定する。
図１３は、図１２に示したワーク６に対して工具の送り方向がＸ軸方向である場合のワーク加工面に対する接触検知について示している。はじめに、図１３（ａ）に示される位置で、プローブ１１の接触検知を行う。次に、図１３（ｂ）の位置で再度プローブの接触検知を行う。

図１４は、図１２に示したワーク６に対して工具の送り方向がＺ軸方向である場合のワーク加工面に対する接触検知について示している。はじめに、図１４（ａ）に示される位置で、プローブ１１の接触検知を行う。次に、図１４（ｂ）の位置で再度プローブ１１の接触検知を行う。
図１５は回転軸による姿勢補正が不可能な軸構造の場合で、一定ピッチ送りを行う引き切り加工の加工座標の補正について示している。

本発明の一実施形態である工作機械の要部斜視図。本発明の一実施形態の工作機械の数値制御装置の一例の要部ブロック図１。本発明の一実施形態の工作機械の数値制御装置の一例の要部ブロック図２。本発明の一実施形態の工作機械の数値制御装置の一例の要部ブロック図３。可動軸の軸受として流体軸受を用いたときの位置偏差の変動を説明する図。加工ワークの一例。切削加工用スピンドルを加工用アタッチメントに固定した図。旋削・引き切り加工工具のシャンクの側面を示した図。自由自在に姿勢調整の可能なアームを有するマグネット保持具の先端に取り付けられているプローブの一例。プローブによる接触検知座標の差Ｈとプローブの平行移動量Ｄによりワークまたは加工用アタッチメントの基準面の傾き角度θが求まる理論について説明する図。ワークの傾きを測定する実施形態の処理のアルゴリズムを示すフローチャート。傾き角度θ分、回転軸を逆に回すことにより姿勢補正を行うことを説明する図。ワークの自動取り付け誤差補正について説明する図。加工用アタッチメントの自動取り付け誤差補正について説明する図。ワークの加工面に対する加工用アタッチメントの取り付け誤差補正時のプローブによる接触検知場所の一例について説明する図。工具の送り方向がＸ軸方向である場合のワーク加工面に対する接触検知について説明する図。工具の送り方向がＺ軸方向である場合のワーク加工面に対する接触検知について説明する図。回転軸による姿勢補正が不可能な軸構造の場合で、一定ピッチ送りを行う引き切り加工の加工座標の補正について説明する図。

符号の説明

１Ｘ軸テーブル
２Ｙ軸テーブル
３Ｚ軸テーブル
４Ｂ回転軸テーブル
５Ｃ回転軸テーブル
６ワーク
６ａ加工方向に水平な側面
６ｂ加工方向に垂直な側面
７スピンドル
８加工用アタッチメント
８ａ基準面
９マグネット保持具
１０アーム
１１プローブ
１２基台
１３位置ＦＢ
１４速度ＦＢ
１５電流ＦＢ
１６位置指令手段
１７位置偏差カウンタ
１８位置制御部
１９加減算器
２０速度制御部
２１加減算器
２２電流制御部
２３アンプ
２４サーボモータ
２５位置・速度検出器
２６位置偏差基準値設定手段
２７接触検知手段
２８可動軸停止手段
２９接触位置座標検知手段
３０現在位置レジスタ
３１回転工具
３２旋削・引き切り工具
３３ａ、３３ｂ自在継手

Claims

可動軸が流体軸受により支持され、数値制御装置で制御される工作機械において、各可動軸へのそれぞれの位置指令と各可動軸の位置とを検出する位置検出器で検出された各位置との位置偏差を各可動軸毎に検出する位置偏差検出手段と、
ワークの側面、ワークの加工面、または加工用アタッチメントの基準面とプローブとの接触を前記位置偏差検出手段によって検出された位置偏差が予め設定された値を超えたことで検知する接触検知手段と、
前記接触検知手段によって接触を検知した瞬間に前記可動軸を停止させる可動軸停止手段と、前記接触検知手段によって接触を検知した瞬間の座標を求める座標検知手段と、
前記ワークまたは加工用アタッチメントの取り付けられた直動軸を移動させ、前記接触検知手段によって前記ワークの側面、ワークの加工面、または加工用アタッチメントの基準面に対して２箇所接触検知を行い、直動軸の移動距離と前記座標検知手段で求められた座標より前記ワークもしくは加工用アタッチメントの傾きを求めワークもしくは加工用アタッチメントの自動取り付け誤差補正または加工プログラム補正を行う補正手段と、
を有することを特徴とする接触検知による取り付け誤差の自動補正機能を有する工作機械。
工作機械が有する可動軸は、直動軸と回転軸とで構成され、前記直動軸の位置を検出する位置検出器は、分解能１０ｎｍ以下のリニアスケールによって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の接触検知による取り付け誤差の自動補正機能を有する工作機械。
前記回転軸の位置を検出する位置検出器は、分解能１万分の１度以下のパルスコーダによって構成され、該回転軸はモータに直接連結されダイレクトに駆動されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の接触検知による取り付け誤差の自動補正機能を有する工作機械。
前記ワークの側面には、ワークの加工方向に平行または垂直な平面が少なくとも一箇所存在することを特徴とする、請求項１に記載の接触検知による取り付け誤差の自動補正機能を有する工作機械。
前記加工用アタッチメントの基準面は、回転加工用アタッチメントの回転工具の回転軸に垂直な面であり、旋削および引き切り加工においては工具シャンクの側面であることを特徴とする、請求項１に記載の接触検知による取り付け誤差の自動補正機能を有する工作機械。
前記プローブは、金属製の円錐等の細長い形状で先端の形状は球面になっており、自由自在に姿勢調整の可能なアームを有するマグネット保持具の先端に取り付けられることを特徴とする、請求項１に記載の接触検知による取り付け誤差の自動補正機能を有する工作機械。
前記ワークと前記加工用アタッチメントは、それぞれ工作機械上の異なる回転軸の回転テーブル上に取り付けられ、ワークの自動姿勢取り付け誤差補正時は加工用アタッチメントの回転テーブル上に前記マグネット保持具が固定され、加工用アタッチメントの姿勢自動取り付け誤差補正の場合はワーク側の回転テーブル上にマグネット保持具が固定されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１つに記載の接触検知による取り付け誤差の自動補正機能を有する工作機械。
前記ワークもしくは加工用アタッチメントの自動取り付け誤差補正を行う補正手段は、前記傾き分前記回転軸を逆に回し、ワークもしくは加工用アタッチメントの取り付け誤差を自動的に補正することを特徴とする、請求項７に記載の接触検知による取り付け誤差の自動補正機能を有する工作機械。
前記加工プログラム補正を行う補正手段は、前記傾き分だけ加工座標を補正し加工プログラムに自動的に反映することを特徴とする、請求項１〜８のうちのいずれか１項に記載の接触検知による取り付け誤差の自動補正機能を有する工作機械。