JP2009172716A - 複数の主軸を備えた旋盤 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の加工エリア間を移動する刃物台を備えたＮＣ旋盤における工具位置指令の補正手段に特徴があるＮＣ旋盤に関し、ワークの加工精度を向上させて、重切削や精度の高い仕上げ加工を共に行うことが可能な技術手段を得る。
【解決手段】複数の主軸２ｈ、２ｍが属する加工エリアＡｈ、Ａｍで共通して使用される工具を装着した刃物台４ｕを備え、当該刃物台は、主軸選択Ｍコードを含む加工プログラム１１ｕで制御され、そのＮＣ制御部には、それぞれの主軸が属する加工エリアＡｈ、Ａｍごとに別個の補正演算式１５ｕｈ、１５ｕｍが登録されている。Ｍコードによって加工エリアが変換されたとき、変換先の加工エリア用に登録された補正演算式が呼び出されて、当該Ｍコードに続く加工プログラム部分を実行するとき、その呼び出された補正演算式を用いて指定値を補正した指令値で上刃物台４ｕの位置を制御する。
【選択図】図１

Description

この発明は、２主軸対向旋盤のような複数の主軸を備えた旋盤に関するもので、当該複数の主軸により形成される複数の加工エリア間を移動する刃物台を備えたＮＣ旋盤における、工具位置指令の補正手段に特徴がある前記旋盤に関するものである。

ＮＣ旋盤は、加工プログラムでワークと工具の相対位置関係を制御することによってワークの加工を行っている。ワークと工具の相対位置関係は、加工プログラムのコードに記述された数値（指定値）により設定されるが、運転や加工を続けることによって工作機械の温度が変化すると、機械自体の熱変形によってワークと工具との相対位置関係が変化し、いわゆる熱変形による加工誤差が発生してくる。そこで高精度の加工が要求されるＮＣ旋盤では、機械に複数個の温度センサを取り付け、ＮＣ装置にはそれらの温度センサの検出温度を変数とする補正演算式を登録して、加工プログラムの指令値を当該補正演算式を用いて補正した指令値でワークと工具の相対位置関係を設定することにより、機械の熱変形に起因する加工誤差の発生を防止している。

複数の刃物台を備えたＮＣ旋盤では、各刃物台ごとにその位置を制御する加工プログラムが登録され、加工誤差を補正する補正演算式が登録されている。例えば図３に示すような２個の主軸２ｈ、２ｍと３個の刃物台４ｈ、４ｍ、４ｕを備え、２つの加工エリアＡｈ、Ａｍを備えた２主軸対向ＮＣ旋盤では、各刃物台４ｈ、４ｍ、４ｕごとに加工プログラムと補正演算式とが登録されている。なお、図３に示した旋盤では、左主軸２ｈと左刃物台４ｈとが左加工エリアＡｈのワーク加工専用、右主軸２ｍと右刃物台４ｍとが右加工エリアＡｍのワーク加工専用である。一方、上刃物台４ｕは、Ｚ軸方向の大きな移動ストロークを備えており、左加工エリアＡｈのワークの加工に用いることも、右加工エリアＡｍのワークの加工に用いることも可能なものである。

各刃物台の補正演算式は、それぞれの刃物台のそれぞれの送り方向（一般的にはＺ軸及びＸ軸方向）について、例えば次式
Δｚ＝ａ１ｔ１＋ａ２ｔ２＋・・・ａｎｔｎ）（＝Σａｉｔｉ（ｉ＝１〜ｎ））
Δｘ＝ｂ１ｔ１＋ｂ２ｔ２＋・・・ｂｎｔｎ）（＝Σｂｉｔｉ（ｉ＝１〜ｎ））
のように設定されている。ここでａｉ及びｂｉは、係数（定数）であり、ｔｉは、ｎ個の検出温度である。これらの検出温度ｔｉには、図３にＴ１、Ｔ２・・・Ｔ６で示した温度センサの検出温度ｔ１、ｔ２・・・ｔ６の他に、環境温度を測定している温度センサ及び主軸モータや工具駆動モータの内部温度を検出しているセンサの検出温度が含まれる。

前記の補正演算式における係数ａｉ（ｉ＝１〜ｎ）及びｂｉ（ｉ＝１〜ｎ）は、種々の温度条件の下で加工したワークを計測したデータに基づいて定められる。すなわち、ｔｉ（ｉ＝１〜ｎ）の種々の組合わせの下で加工したワークのΔｚ、Δｘを計測し、それらのデータからａｉ及びｂｉの最適値を決定して、各刃物台の各送り方向ごとの補正演算式を登録する。そして、実際に加工を行うときは、当該加工時点における検出温度ｔｉをこれらの補正演算式に代入してΔｚ、Δｘを求め、加工プログラムで指定された指定値をこのΔｚ、Δｘで補正して各刃物台の各送り方向の位置指令値としている。

なお、前記の説明におけるＺ軸は主軸方向、Ｘ軸は主軸方向と直交する工具の送り方向である。また、図３における温度センサＴ１、Ｔ２・・・Ｔ６の装着位置は、主軸台３ｈ、３ｍ、主軸台３ｈ、３ｍとベッド５の境界部及びベッド５上の他の２箇所であり、これらは熱源に近くかつ切削油がかからない箇所が選ばれている。主たる発熱源は、主軸モータや工具駆動モータ、主軸台の主軸受部及びワーク加工部である。機械の熱変形に基づく加工誤差の主要な要因は、ベッド（フレーム）の熱変形であり、ワーク加工部で発生した熱は、ベッド上に流下する切削液によってベッドに伝えられる。

２主軸対向旋盤が大型化してベッドの長さが長くなり、より強力な加工能力と高い加工精度とが要求されるようになってきたことに伴い、図３に示した旋盤のように、複数の加工エリアＡｈ、Ａｍを備え、かつその複数の加工エリアで共通に用いられる刃物台４ｕを備えている旋盤では、機械の熱変形に起因すると考えられる誤差の発生が多くなり、要求される加工精度を達成するのが困難になっている。

この発明は、このような問題を解決するためになされたもので、複数の主軸を持つ旋盤におけるワークの加工精度を向上させて、重切削や精度の高い仕上げ加工を共に行うことが可能な技術手段を得ることを課題としている。

この発明の複数の主軸を備えた旋盤は、複数の主軸２ｈ、２ｍが属する加工エリアＡｈ、Ａｍで共通して使用される工具を装着した刃物台４ｕを備え、当該刃物台は、主軸選択Ｍコードを含む加工プログラム１１ｕで制御され、そのＮＣ制御部には、それぞれの主軸が属する加工エリアＡｈ、Ａｍごとに別個の補正演算式１５ｕｈ、１５ｕｍが登録されている。例えば前述した図３の旋盤の上刃物台４ｕであれば、左加工エリアＡｈ用の補正演算式と右加工エリアＡｍ用の補正演算式とが別個に登録されている。そしてＭコードによって加工エリアが変換されたとき、変換先の加工エリア用に登録された補正演算式が呼び出されて、当該Ｍコードに続く加工プログラム部分を実行するとき、その呼び出された補正演算式を用いて加工プログラムの指定値を補正した指令値で上刃物台４ｕの位置を制御しているＺ軸方向送りモータ６ｕ、Ｘ軸方向送りモータ７ｕ及びＹ軸方向送りモータ８ｕを制御する。

それぞれの加工エリアＡｈ、Ａｍで用いる補正演算式の係数ａｉ、ｂｉ、・・・は、それぞれの加工エリアごとのテスト加工のデータを用いて定めることができる。また、各温度センサと加工エリア間の距離を勘案して定めることもできる。例えば図３の上刃物台４ｕにおいて、温度センサＴｉ（ｉ＝１〜ｎ）の検出温度に乗ずる定数ａｉは、当該温度センサから左加工エリアＡｈまでの距離をＬｈ、右加工エリアＡｍまでの距離Ｌｍとして、左加工エリアＡｈ用の補正計算式の係数ａｉ、ｂｉにはＬｍ／（Ｌｈ＋Ｌｍ）に比例する量が含まれ、右加工エリアＡｍ用の補正計算式の係数ａｉ、ｂｉにはＬｈ／（Ｌｈ＋Ｌｍ）に比例する量が含まれるように係数を定めるのである。

この出願の請求項１の発明に係るＮＣ旋盤は、複数の加工エリアＡｈ、Ａｍ・・・を備え、ＮＣ装置１０には機械に設置した複数の温度センサＴ１、Ｔ２・・・の検出温度を変数として含む補正演算式が登録され、加工プログラム１１ｕに記述された指定値を当該補正演算式で補正した指令値でワークに対する刃物の相対位置を制御しているＮＣ旋盤において、加工プログラム１１ｕのコードで前記複数の加工エリアから選択された加工エリアで加工動作を行う刃物台４ｕの前記補正演算式は各加工エリア別に登録され、ＮＣ装置１０が加工プログラムから加工エリアを選択するコードを読込んだ後の加工動作に当該加工エリア用として登録された補正演算式を用いて前記補正することを特徴とする、複数の主軸を備えたＮＣ旋盤である。

また、この出願の請求項２の発明に係る２主軸対向ＮＣ旋盤は、細長いベッド５の両端部にそれぞれ主軸２ｈ、２ｍを備え、ＮＣ装置１０には機械に設置した複数の温度センサＴ１、Ｔ２・・・の検出温度を変数として含む補正演算式が登録され、加工プログラム１１ｕに記述された指定値を当該補正演算式で補正した指令値でワークに対する刃物の相対位置を制御している２主軸対向ＮＣ旋盤において、加工プログラム１１ｕのコードで選択された主軸の加工エリアＡｈ、Ａｍで加工動作を行う刃物台４ｕの前記補正演算式は、各加工エリアと機械に配置された温度センサＴ１、Ｔ２・・・との距離を勘案して当該温度センサの検出温度に乗ずる係数を定めて前記加工エリア別に登録され、ＮＣ装置１０が加工プログラム１１ｕから主軸２ｈ又は２ｍを選択するコードを読込んだ後の加工動作に当該選択された主軸の属する加工エリア用として登録された補正演算式１５ｕｈ又は１５ｕｍを用いて前記補正することを特徴とする２主軸対向ＮＣ旋盤である。

この発明によれば、工作機械の熱変位に起因する誤差の補正値が複数の加工エリア（当該加工エリアに属する主軸）ごとに設定されて、当該加工エリアでワークを加工するときにそれぞれの加工エリアで最適な補正値で補正されて加工が行われるので、より高精度の加工を行うことができ、複数の加工エリアでの加工時間や加工負荷に大きなアンバランスが生ずるようなワークを加工するときでもワーク全体を高い加工精度で加工することが可能になる。

更に加工エリアを変換したときの補正演算式の変換が加工エリアを変更するＭコードによって行われるので、プログラマーは補正演算式の変更を意識する必要がなく、従来の加工プログラムと同一の加工プログラムでより高精度の加工を行うことが可能になるという効果がある。

以下、図面を参照して、この発明の好ましい実施形態の一例について説明する。図において、１は２主軸対向旋盤、１０は当該旋盤を制御しているＮＣ装置である。図の２主軸対向旋盤１は、同一軸線上で対向する左右の主軸２ｈ、２ｍ、それらの主軸を軸支している左右の主軸台３ｈ、３ｍ、左右の刃物台４ｈ、４ｍ、上刃物台４ｕ、及び、これらの主軸及び刃物台を支持しているベッド５を備えている。各刃物台４ｈ、４ｍ、４ｕのそれぞれには、Ｚ軸送りモータ６ｈ、６ｍ、６ｕ及びＸ軸送りモータ７ｈ、７ｍ、７ｕが設けられている。上刃物台４ｕには、更にＹ軸送りモータ８ｕとＢ軸送りモータ（図示せず）が設けられている。

図に示した旋盤では、左主軸２ｈと左刃物台４ｈとが左加工エリアＡｈのワーク加工専用で、右主軸２ｍと右刃物台４ｍとが右加工エリアＡｍのワーク加工専用である。ＮＣ装置１０は、それぞれの刃物台の加工プログラム１１ｈ、１１ｍに従って左主軸２ｈと左刃物台４ｈとのＺ−Ｘ軸方向の相対位置関係及び右主軸２ｍと右刃物台４ｍとのＺ−Ｘ軸方向の相対位置関係を制御している。

一方、図１の旋盤の上刃物台４ｕは、Ｚ軸方向の大きな移動ストロークを備えており、左加工エリアＡｈのワークの加工に用いることも、右加工エリアＡｍのワークの加工に用いることも可能なものである。このような上刃物台は、ドリルやフライスなどの回転工具を取り付ける回転工具軸を備え、更に通常のＺ‐Ｘ軸方向に加えてＹ軸方向やＢ方向に移動位置決め可能にすることにより、旋盤上でマシニングセンタに匹敵する複雑な加工が可能になる。旋盤でそのような複雑な加工を行う頻度は、一般的な旋削加工の頻度等と比べて少ないため、２つの加工エリアＡｈ、Ａｍのワークの加工を１個の複合刃物台（上刃物台）４ｕで行うようにしている。従って、この上刃物台４ｕを制御する加工プログラム１１ｕには、左加工エリアＡｈのワークを加工するコード群と右加工エリアＡｍのワークを加工するコード群とが混在しており、加工エリアを切換える主軸選択Ｍコード１２がそれらのコード群の間に挿入されている。

ＮＣ装置１０は、加工プログラム１１ｈ、１１ｍ、１１ｕのコードを解読するコード解読部１３ｈ、１３ｍ、１３ｕ、解読したコードに従って送りモータに動作指令を与える指令信号生成部１４ｈ、１４ｍ、１４ｕを備えている。指令信号生成部から出力された指令信号は、サーボアンプ３０ｈｚ、３０ｈｘ、３０ｍｚ、３０ｍｘ、３０ｕｚ、３０ｕｘ、３０ｕｙを介してそれぞれの刃物台のサーボモータに与えられている。左右の刃物台４ｈ、４ｍ用の指令信号生成部１４ｈ、１４ｍには、それぞれにＺ軸用とＸ軸用の補正演算式１５ｈ、１５ｍ（１５ｍは図には表れていない。）が登録されており、各時点でＮＣ装置１０に与えられている検出温度ｔｉの値を当該補正演算式に代入して刃物台４ｈ、４ｍのＺ軸方向及びＸ軸方向の補正値を演算し、加工プログラム１１ｈ、１１ｍから読取った指定値を当該補正値で補正した指令値を用いて左右の刃物台４ｈ、４ｍのＺ軸送りモータ６ｈ、６ｍ及びＸ軸送りモータ７ｈ、７ｍを制御している。

上刃物台４ｕ用の指令信号生成部１４ｕには、左加工エリアＡｈ用と右加工エリアＡｍ用の２つの補正演算式登録部１６ｈ、１６ｍが設けられている。補正演算式登録部１６ｈには、加工エリアＡｈ側のワークを加工する際のＺ−Ｘ−Ｙ軸方向の送り指令に与える補正値
Δｚｈ＝ａｈｉｔｉ（ｉ＝１〜ｎ）、
Δｘｈ＝ｂｈｉｔｉ（ｉ＝１〜ｎ）、
Δｙｈ＝ｃｈｉｔｉ（ｉ＝１〜ｎ）
を演算する補正演算式１５ｕｈが登録され、補正演算式登録部１６ｍには、加工エリアＡｍ側のワークを加工する際のＺ−Ｘ−Ｙ軸方向の送り指令に与える補正値
Δｚｍ＝ａｍｉｔｉ（ｉ＝１〜ｎ）、
Δｘｍ＝ｂｍｉｔｉ（ｉ＝１〜ｎ）、
Δｙｍ＝ｃｍｉｔｉ（ｉ＝１〜ｎ）
を演算する補正演算式１５ｕｍが登録されている。Ｂ軸方向の指令値に対する補正も必要であれば、Ｂ軸用の補正値ΔＢを演算する補正演算式も登録される。

２つの補正演算式登録部１６ｈ、１６ｍは、選択接続部１７を介して指令値発生部１４ｕに繋がっている。コード解読部１３ｕは、加工プログラム１１ｕのＭコード１２を読み込んだとき、そのＭコードに指定されている主軸側の補正演算式登録部１６ｈ又は１６ｍを指令値発生部１４ｕに繋ぐ。これによりそれぞれの主軸選択Ｍコードの後に読み込まれたコードの上刃物台４ｕに対する送り指定値を選択された補正演算式登録部１６ｈ又は１６ｍに登録されている補正演算式１５ｕｈ又は１５ｕｍで補正されて上刃物台の送りモータ６ｕ、７ｕ、８ｕに与えられることになる。すなわち、上刃物台４ｕが左加工エリアＡｈ側のワークを加工するときと、右加工エリアＡｍ側のワークを加工するときとでは、当該刃物台の送りモータ６ｕ、７ｕ、８ｕに与える指令値の補正量が異なることとなる。

図１の２主軸対向旋盤のように、複数の加工エリアＡｈ、Ａｍを備えた工作機械では、それぞれの加工エリアにおける加工時間や加工負荷によってそれぞれの加工エリア側で発生する熱が変化し、それぞれの加工エリア側でのベッド５の熱変位量を変化させる。図１の旋盤におけるベッドの長手方向の熱変位量は、例えば図２の線α、β、γで示すように、ベッドの長手方向の位置によって相違する。今、仮に線αのように熱変位量が分布しているとき、左加工エリア側Ａｈでの加工時間や加工負荷が大きくなったときは、この熱変位量の分布が線βのようになり、また右加工エリアＡｍ側の加工時間や加工負荷が大きくなったときには、線γのように変化すると考えられる。

前述したように補正演算式の係数は、多数のワークを加工した実績に基づいて設定される。すなわち、左刃物台４ｈ及び右刃物台４ｍの補正演算式は、ｔｉがある値となっているときの加工エリアＡｈ及びＡｍに対応する部分での熱変位量δｈ、δｍを補正するように係数ａｉ及びｂｉが定められることとなる。

しかし上刃物台４ｕにおいては、入力された検出温度ｔｉの検出温度が同じであっても、ベッドの熱変位量の分布が左加工エリアＡｈと右加工エリアＡｍとで異なると考えられ、両加工エリア間での熱変位量δｈとδｍの差Δδは、ベッド５の長さが長くなるほど、また両加工エリアＡｈとＡｍでの加工時間や加工負荷の偏りが大きくなるほど大きくなる。すなわち、ベッドの長さが大きい大型の旋盤ほど、また重切削と高精度の仕上げ切削とが同一機台上で行われる旋盤ほど、両加工エリアＡｈとＡｍ間の熱変位の差は大きくなる。

前記の制御構造を備えた旋盤では、熱変位量を補正する上刃物台４ｕ用の補正演算式として、右加工エリア用と左加工エリア用との２組の補正演算式１５ｕｈ、１５ｕｍが登録されており、主軸選択Ｍコードで加工エリアが選択されたとき、当該選択された加工エリア用の補正演算式が自動的に使用される。それぞれの加工エリアＡｈ、Ａｍで用いるＺ軸送りモータ６ｕ用の補正演算式の係数ａｈｉ、ａｍｉ、Ｘ軸送りモータ７ｕ用の補正演算式の係数ｂｈｉ、ｂｍｉ及びＹ軸送りモータ８ｕ用の補正演算式の係数ｃｈｉ、ｃｍｉは、それぞれの加工エリアごとのテスト加工のデータを用いて定めることができる。また、各温度センサと加工エリア間の距離を勘案して定めることもできる。すなわち、図２を参照して、検出温度ｔｉに乗ずる定数ａｈｉ、ｂｈｉ、ｃｈｉ及びａｍｉ、ｂｍｉ、ｃｍｉは、その温度検出位置から左加工エリアＡｈまでの距離をＬｈ、右加工エリアＡｍまでの距離Ｌｍとして、左加工エリアＡｈ用の補正計算式の係数ａｈｉ、ｂｈｉ、ｃｈｉにはＬｍ／（Ｌｈ＋Ｌｍ）に比例する量が含まれ、右加工エリアＡｍ用の補正計算式の係数ａｍｉ、ｂｍｉ、ｃｍｉにはＬｈ／（Ｌｈ＋Ｌｍ）に比例する量が含まれるように係数を定める。

この発明では、図の旋盤の上刃物台４ｕのように、複数の加工エリアにまたがって加工を行う刃物台については、それぞれの加工エリア毎に専用の補正演算式を登録し、加工エリアが変換されたときに対応する補正演算式が自動的に使用されるようになるので、複数の加工エリアの間の熱変位量に大きな差か生じた場合でも、熱変位をより正確に補正することが可能になる。

この発明の一実施形態を示す要部のブロック図 ベッド長手方向の熱変位の分布を説明する図 ２主軸３刃物台を備えた旋盤の一例を示す模式的な平面図

符号の説明

2h,2m 主軸
4u 刃物台
５ ベッド
10 ＮＣ装置
11u 加工プログラム
15uh,15um 補正演算式
Ah,Am 加工エリア
T1〜T6 温度センサ

Claims (2)

1. 複数の加工エリアを備え、ＮＣ装置には機械に設置した複数の温度センサの検出温度を変数として含む補正演算式が登録され、加工プログラムに記述された指定値を当該補正演算式で補正した指令値でワークに対する刃物の相対位置を制御しているＮＣ旋盤において、
   加工プログラムのコードで前記複数の加工エリアから選択された加工エリアで加工動作を行う刃物台の前記補正演算式は各加工エリア別に登録され、ＮＣ装置が加工プログラムから加工エリアを選択するコードを読込んだ後の加工動作に当該加工エリア用として登録された補正演算式を用いて前記補正することを特徴とする、複数の主軸を備えたＮＣ旋盤。
2. 細長いベッドの両端部にそれぞれ主軸を備え、ＮＣ装置には機械に設置した複数の温度センサの検出温度を変数として含む補正演算式が登録され、加工プログラムに記述された指定値を当該補正演算式で補正した指令値でワークに対する刃物の相対位置を制御している２主軸対向ＮＣ旋盤において、
   加工プログラムのコードで選択された主軸の加工エリアで加工動作を行う刃物台の前記補正演算式は、各加工エリアと機械に配置された温度センサとの距離を勘案して当該温度センサの検出温度に乗ずる係数を定めて前記加工エリア別に登録され、
   ＮＣ装置が加工プログラムから主軸を選択するコードを読込んだ後の加工動作に当該主軸の属する加工エリア用として登録された補正演算式を用いて前記補正することを特徴とする、２主軸対向ＮＣ旋盤。

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