JP2010115742A

JP2010115742A - 工作機械及び工作機械における誤差補正方法

Info

Publication number: JP2010115742A
Application number: JP2008290332A
Authority: JP
Inventors: Keiji Morishita; 敬史森下; Toshimoto Nakagawa; 利基中川
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2008-11-12
Filing date: 2008-11-12
Publication date: 2010-05-27
Anticipated expiration: 2028-11-12
Also published as: JP5266020B2

Abstract

【課題】心押位置のズレを補正可能で、装置を大型化することなく精度の高い加工を可能とする工作機械及び工作機械における誤差補正方法を提供する。
【解決手段】ワークのＺ軸方向長さを求める第１工程と、心押台３がワークを支持する場合の心押台３の心押推力にもとづいて、心押台３がワークを心押しすることにより生じるワークの端面でのＺ軸方向平面内における心押位置の変位量を求める第２工程と、ワークのＺ軸方向長さと変位量とにもとづいて、主軸台２及び心押台３に支持されているワークのＺ軸方向からの傾きを求める第３工程と、傾きにもとづいて、加工位置における補正量を求める第４工程とを実行する。
【選択図】図２

Description

本発明は、たとえば旋盤等の工作機械そのもの、及び当該工作機械における誤差補正方法に関するものである。

従来、たとえばＺ軸方向へ長尺なワークをＺ軸周りで回転可能に支持する旋盤等の工作機械には、そのワークを支持する構成として、ワークを把持するチャックを備えた主軸台と、ワークの主軸台による把持側とは逆の端部のセンタをＺ軸方向へ心押しする心押台とが備えられている。一般的に、心押台は、Ｚ軸方向へ進退可能に設けられているが、心押台を進退させる構成としては、油圧により心押台を進退させるもの（所謂、油圧クイル式心押台）や、たとえば特許文献１に記載されているように、サーボモータ等の駆動源を備えたねじ送り機構により心押台を進退させるもの（所謂、ＮＣ心押台）がある。

特開平２−８３１４４号公報

上述したような心押台を用いてワークを支持する構成では、心押台を進退させる構成部が固定される位置と、心押台がワークを心押しする位置との位置の違いにより、モーメントが生じる。そのため、ワークを心押しする押圧力（以下、心押推力と称す）が所定以上になると、油圧式の心押台における心押クイル部やＮＣ心押台における案内部に歪みが生じ、結果としてワークを心押しする位置がセンタから変位してしまう。そして、この変位は、特にＮＣ心押台においてより顕著になる。しかしながら、従来、このような変位を補正するような誤差補正制御はなく、ワークの加工精度に限界があった。
また、案内部等の剛性を高めることで、上記変位を抑えることも可能ではある。しかしながら、そのような方法では案内部が大型化するため、心押台の動作範囲が制限されてしまうといった事態が予想される。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、心押位置のズレを補正可能で、装置を大型化することなく精度の高い加工を可能とする工作機械及び工作機械における誤差補正方法を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、Ｚ軸を中心として回転する主軸を有する主軸台と、前記主軸台に対向して設けられた心押台と、制御装置とを備え、前記制御装置による制御のもと、前記主軸台及び前記心押台によりＺ軸方向へ長尺なワークの両端を支持し加工する工作機械における誤差補正方法であって、前記ワークのＺ軸方向長さを求める第１工程と、前記心押台が前記ワークを支持する場合の前記心押台の心押推力にもとづいて、前記心押台がワークを心押しすることにより生じる前記ワークの端面でのＺ軸方向に直交する平面内における心押位置の変位量を求める第２工程と、前記ワークのＺ軸方向長さと前記変位量とにもとづいて、前記主軸台及び前記心押台に支持されている前記ワークのＺ軸方向からの傾きを求める第３工程と、前記傾きにもとづいて、加工位置における補正量を求める第４工程とを実行することを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記心押台が、サーボモータを駆動源とするねじ送り機構によりＺ軸方向へ移動可能であって、前記心押台が前記ワークを支持するＺ軸方向への位置で、前記主軸台のＺ軸方向への位置を基準とした相対位置となる支持位置にもとづいて前記ワークのＺ軸方向長さを求めることを特徴とする。
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、Ｚ軸を中心として回転する主軸を有する主軸台と、前記主軸台に対向して設けられた心押台と、制御装置とを備え、前記制御装置による制御のもと、前記主軸台及び前記心押台によりＺ軸方向へ長尺なワークの両端を支持し加工する工作機械であって、前記心押台を、サーボモータを駆動源とするねじ送り機構によりＺ軸方向へ移動可能とするとともに、前記制御装置に、前記心押台が前記ワークを支持するＺ軸方向への位置で、前記主軸台のＺ軸方向への位置を基準とした相対位置となる支持位置からワークのＺ軸方向長さを求める位置演算手段と、前記心押台が前記ワークを支持する場合の前記心押台の心押推力を求める心押推力演算手段と、前記心押推力にもとづいて、前記心押台がワークを心押しすることにより生じる前記ワークの端面でのＺ軸方向に直交する平面内における心押位置の変位量を求める変位量演算手段と、前記支持位置と前記変位量とにもとづいて、前記主軸台及び前記心押台に支持されている前記ワークのＺ軸方向からの傾きを求める傾き演算手段と、前記傾きにもとづいて、加工位置における補正量を求める補正量演算手段とを設け、前記補正量にもとづき前記加工位置を補正しながら加工することを特徴とする。

本発明によれば、心押台による心押位置がズレるといった事態に関し、心押推力にもとづいて心押位置の変位量を求め、当該変位量にもとづき加工位置に生じた誤差を補正するため、より精度の高い加工を実現することができる。
また、心押推力に起因する変位を防止すべく剛性を高める等の必要がないため、装置を大型化したり、加工動作に必要以上の制限を生じさせたりすることなく、上記精度の高い加工を実現することができる。

以下、本発明の一実施形態となる工作機械及び工作機械における誤差補正方法について、図面をもとに説明する。

図１は、工作機械１を示した説明図であり、図２は、工作機械１のブロック構成図である。
工作機械１は、図示しないベッド上に備えられた主軸台２、心押台３、及び切込台４と、それらの動作を制御するＮＣ装置２０とからなる。主軸台２は、Ｚ軸方向（図１における左右方向）へ長尺なワークＷを複数の爪５ａで把持するチャック５、チャック５と共にワークＷをＺ軸周りで回転させる主軸６等を備えている。また、切込台４は、ワークＷの周面を切削加工する工具７が装着されたタレット８を備えており、モータ９を駆動源とするねじ送り機構によりＺ軸方向へ移動可能となっている。尚、タレット８は、モータ１０を駆動源とするねじ送り機構により切込台４上でＹ軸方向（図１における上下方向）へ移動可能とされている。また、切込台４は、図示しないねじ送り機構によりＸ軸方向（図１における表裏方向）へ移動可能とされている。

さらに、心押台３は、ワークＷのチャック５把持側とは逆の端面に形成されたセンター穴（図示せず）へ嵌入可能な心押センター１１を備えたものであって、当該心押センター１１により端面を押圧して、ワークＷを支持するようになっている。また、心押台３は、モータ１２を駆動源とするねじ送り機構により、Ｚ軸方向へ移動可能、且つ、ワークＷの端面を押圧可能となっている。さらに、モータ１２には、モータ１２の回転位置を検出することにより、ひいては心押台３のＺ軸方向での位置を検出するための位置検出センサ１３が取り付けられている。

一方、ＮＣ装置２０は、工作機械１による加工動作を制御するものであって、主軸６の回転動作等を制御する主軸台制御部２１、モータ９、１０の駆動等を制御する切込台制御部２２、モータ１２の駆動等を制御する心押台制御部２３を備えている。また、ＮＣ装置２０は、心押台３移動用のモータ１２を駆動させるための電流を検出し、当該電流から心押台３の心押推力を算出する心押推力演算部２５、心押推力と変位量（心押センター１１による心押位置がワークＷ端面のセンター位置からＸ、Ｙ軸方向へ夫々どれだけ変位しているかを示す）とを対応づけて記憶している変位量記憶部２６、算出した心押推力にもとづき変位量記憶部２６から変位量を選択する変位量選択部２７、心押台制御部２３をはじめとして各制御部を統括制御するメイン制御部２８、加工プログラム等が記憶されているプログラム記憶部２９、加工プログラム等を入力するための入力部３０、位置検出センサ１３による検出信号をもとに心押台３のＺ軸方向での位置を算出する位置演算部３１等を備えている。

ここで、上記工作機械１による誤差補正の制御について説明する。
心押台３による心押位置のズレを補正するにあたり、本件出願人は、心押推力と変位量との間に図３に示すような比例関係があることを確認した。つまり、Ｘ軸方向又はＹ軸方向への変位量＝α・心押推力＋βで表すことができる。ここで、αは、機械構成や各部の寸法などにより決まる機械固有の係数であり、実験により求められるものとする。また、βは、各種要因により定まる定数であって、α同様、実験により求められるものとする。そして、ワークＷの加工を開始する前に、上記α、βを求めるとともに、心押推力毎に、その心押推力における変位量を予め算出し、心押推力に対応づけて変位量記憶部２６に記憶させる。

また、ワークＷを支持するにあたり、ワークＷの一端はチャック５に把持させる一方、ワークＷの他端は、ＮＣ装置２０による制御のもと、心押台３をＺ軸方向へ移動させ、ワークＷの他端を心押台３により押圧支持させる。このとき、ＮＣ装置２０では、位置検出センサ１３による検出信号にもとづき、位置演算部３１において心押台３がワークＷの他端を支持する位置（すなわち、支持位置）を算出する。尚、本実施形態では、主軸台２は固定されているものとし、主軸台２の固定位置をＺ軸の基準位置としている。したがって、心押台３の支持位置＝ワークＷのＺ軸方向長さとなる。

そして、この心押台３による心押し時に、上述の如く心押推力に比例した心押位置のズレ（Ｚ軸方向と直交する平面内におけるズレ）が生じる。そこで、ＮＣ装置２０では、まず心押推力演算部２５において、心押台３（駆動モータ１２）への供給電流を検出し、この電流値にもとづき心押推力を求める。次に、変位量選択部２７において、算出した心押推力に対応する変位量を変位量記憶部２６から読み出す。さらに、メイン制御部２８において、読み出した変位量と、心押台３の支持位置とから、ワークＷのＺ軸方向からの傾きを求める。尚、本実施形態では、心押台３によりワークＷを押圧支持する際、ワークＷに押圧による変形は生じない、すなわち心押台３の心押推力はワークＷを変形させない程度の力としている。そのため、図１に示す如く、「心押位置にズレが生じる」＝「ワークＷが変位量分だけ傾いて支持されている」とみなすことができる。

その後、工具７により加工するにあたり、メイン制御部２８では、加工位置における変位量を、上記傾き、ワークＷの端面（心押台３による支持側）における変位量、及び加工位置のワークＷ長さに対する割合から求め、求めた変位量にもとづき加工位置を補正しながら、切込台４及びタレット８を、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸へ送り、工具７による旋削加工を行う。尚、加工位置を補正しながら行う加工については、たとえば特許第３０６４０４３号に記載されているような方法を採用すればよい。
以上が、工作機械１による加工動作の制御となる。

上述したような工作機械１によれば、心押台３による心押位置がズレるといった事態に関し、心押推力にもとづいて心押位置の変位量を求め、当該変位量にもとづき加工位置を補正しながら旋削加工を行うため、より精度の高い加工を実現することができる。
また、心押推力に起因する変位を防止すべく剛性を高める等の必要がないため、装置を大型化したり、加工動作に必要以上の制限を生じさせたりすることなく、上記精度の高い加工を実現することができる。

なお、本発明の工作機械及び工作機械における誤差補正方法に係る構成は、上記実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、心押台やタレットの構成等を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で必要に応じて適宜変更可能である。

たとえば、上記実施形態では、ワークのＺ軸方向長さを心押台の支持位置から求めているが、加工プログラム等によりワークのＺ軸方向長さが求められる場合にはその値を使用することができる。また、心押推力の検出をサーボモータへの供給電流により行っているが、サーボモータが発生しているトルクなどの通常のＮＣ装置で使用している他の検出値でも良い。
また、心押台を、サーボモータ等の駆動源を備えたねじ送り機構により心押台を進退させるＮＣ心押台としているが、油圧により心押台を進退させるタイプの心押台としてもよい。この場合、心押推力は、油圧等を計測することにより求めることができる。
さらに、心押推力を予め設定するような場合には、電流にもとづいたり、油圧にもとづいたりせずとも、モータへの電流やトルクの制御指令値、加工プログラムなどから予め定められる設定値等をもとに変位量を求めるように構成することも当然可能である。

さらにまた、上記実施形態では、予め心押推力毎に変位量を求めて変位量記憶部に記憶させておき、算出若しくは検出された心押推力に応じて、記憶されている変位量から該当する変位量を選択する構成としているが、変位量を算出するための演算式のみを記憶させ、算出若しくは検出された心押推力に応じて、その都度演算により求める構成（すなわち、変位量選択部ではなく、変位量演算部を設ける）としても何ら問題はない。また、加工位置における補正量の算出において、傾きを求めるのに替え、ワークのＺ軸方向長さと変位量と加工位置とにより比例的に、加工位置における補正量を求めるようにしてもよい。
加えて、変位量を記憶させるに際しての軸の設定等は、タレットや心押台等の移動方向に応じて所謂直交２軸に何ら限定されることはないし、タレット側をＸ軸、Ｙ軸に移動させるのではなく、心押台や主軸台側を移動させるように構成することは当然可能である。また、上記実施形態では旋削加工を例に説明しているが、旋削の他、タレットに回転工具主軸を装備してドリル等による穴空け加工や、エンドミル等による転削加工、或いは砥石による研削加工など、心押台を用いてワークを支持して実施する多くの加工やそのための工作機械に適用することも当然可能である。

工作機械を示した説明図である。工作機械のブロック構成図である。心押推力と変位量との関係を示した説明図である。

符号の説明

１・・工作機械、２・・主軸台、３・・心押台、４・・切込台、５・・チャック、５ａ・・爪、６・・主軸、７・・工具、８・・タレット、９、１０、１２・・モータ、１３・・位置検出センサ、２０・・ＮＣ装置、２１・・主軸台制御部、２２・・切込台制御部、２３・・心押台制御部、２５・・心押推力演算部（心押推力演算手段）、２６・・変位量記憶部、２７・・変位量選択部（変位量演算手段）、２８・・メイン制御部（傾き演算手段、補正量演算手段）、２９・・プログラム記憶部、３０・・入力部、３１・・位置演算部（位置演算手段）。

Claims

Ｚ軸を中心として回転する主軸を有する主軸台と、前記主軸台に対向して設けられた心押台と、制御装置とを備え、前記制御装置による制御のもと、前記主軸台及び前記心押台によりＺ軸方向へ長尺なワークの両端を支持し加工する工作機械における誤差補正方法であって、
前記ワークのＺ軸方向長さを求める第１工程と、
前記心押台が前記ワークを支持する場合の前記心押台の心押推力にもとづいて、前記心押台がワークを心押しすることにより生じる前記ワークの端面でのＺ軸方向に直交する平面内における心押位置の変位量を求める第２工程と、
前記ワークのＺ軸方向長さと前記変位量とにもとづいて、前記主軸台及び前記心押台に支持されている前記ワークのＺ軸方向からの傾きを求める第３工程と、
前記傾きにもとづいて、加工位置における補正量を求める第４工程
とを実行することを特徴とする工作機械における誤差補正方法。
前記心押台が、サーボモータを駆動源とするねじ送り機構によりＺ軸方向へ移動可能であって、
前記心押台が前記ワークを支持するＺ軸方向への位置で、前記主軸台のＺ軸方向への位置を基準とした相対位置となる支持位置にもとづいて前記ワークのＺ軸方向長さを求めることを特徴とする請求項１に記載の工作機械における誤差補正方法。
Ｚ軸を中心として回転する主軸を有する主軸台と、前記主軸台に対向して設けられた心押台と、制御装置とを備え、前記制御装置による制御のもと、前記主軸台及び前記心押台によりＺ軸方向へ長尺なワークの両端を支持し加工する工作機械であって、
前記心押台を、サーボモータを駆動源とするねじ送り機構によりＺ軸方向へ移動可能とするとともに、
前記制御装置に、
前記心押台が前記ワークを支持するＺ軸方向への位置で、前記主軸台のＺ軸方向への位置を基準とした相対位置となる支持位置からワークのＺ軸方向長さを求める位置演算手段と、
前記心押台が前記ワークを支持する場合の前記心押台の心押推力を求める心押推力演算手段と、
前記心押推力にもとづいて、前記心押台がワークを心押しすることにより生じる前記ワークの端面でのＺ軸方向に直交する平面内における心押位置の変位量を求める変位量演算手段と、
前記支持位置と前記変位量とにもとづいて、前記主軸台及び前記心押台に支持されている前記ワークのＺ軸方向からの傾きを求める傾き演算手段と、
前記傾きにもとづいて、加工位置における補正量を求める補正量演算手段とを設け、
前記補正量にもとづき前記加工位置を補正しながら加工することを特徴とする工作機械。