JP2011152613A

JP2011152613A - 多軸工作機械の加工精度確認方法及び加工精度確認用加工物

Info

Publication number: JP2011152613A
Application number: JP2010015841A
Authority: JP
Inventors: Toru Yamamoto; 通山本
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2010-01-27
Publication date: 2011-08-11

Abstract

【課題】加工精度の確認を低コストで簡単に行う。
【解決手段】加工物を回転工具に対し複数の旋回軸回りで旋回させて所定姿勢で保持し、回転工具で多面加工を行う多軸工作機械において、加工精度を確認するための方法であって、以下の工程を有する。加工物の所定の平面に対し、回転工具によって所定形状の加工を、所定の平面に直交する方向への切込量を所定ピッチで変えながら加工箇所を平面上の所定方向へ順番に移動させて複数回列状に行う。前記の加工を、少なくとも１つの旋回軸回りで変化させた加工物の角度ごとに、各列が互いに平行となるように行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、５軸制御マシニングセンタ等の多軸工作機械において、加工精度を確認（評価）するための確認方法と、当該確認方法により得られる加工精度確認用加工物とに関する。

５軸制御マシニングセンタのように複数の旋回軸を有する多軸工作機械（特許文献１参照）は、リードタイム短縮というメリットから近年注目されているが、反面旋回軸の多さから加工精度が出にくいという問題がある。このような多軸工作機械の精度が事前に把握できれば、加工プログラムを修正する等の対応が可能となり、望ましい。そこで、多軸工作機械の精度評価方法として、ボールバーや球と変位計とを用いたR-test法のような測定方法が知られている。また、本件出願人は特許文献２において、工作機械における熱等による変位の評価を容易に行うために、回転工具軸に直交する平面を有する工作物に対し、軸方向への切込量を所定ピッチで変えながら複数回列状に行う列加工を、工作機械の温度を変えながら所定時間ごとに複数回行うことで、温度変化により工作機械に生じる熱変位を、加工完了と同時に加工跡の有無によって認識可能とする発明を提供している。

特開２００７−４４８０２号公報特許第４１２８９２９号公報

しかし、従前の測定方法では、工具に関する誤差や熱変位等が加味されず加工結果と必ずしも一致しないことがある。また、高価な測定器が別途必要になってコストや管理の手間もかさむ。一方、特許文献２の発明では、工作機械自体の熱変位の確認は可能であるが、一方向からの切込量の変化のみを目安としており、ワークを様々な姿勢で保持して多面加工を施す多軸工作機械における加工精度の確認には使用できない。

そこで、本発明は、多軸工作機械において加工精度の確認が低コストで簡単に行える加工精度確認方法及び加工精度確認用加工物を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、加工物を回転工具に対し複数の旋回軸回りで旋回させて所定姿勢で保持し、前記回転工具で多面加工を行う多軸工作機械において、加工精度を確認するための方法であって、以下の（１）（２）の工程を有することを特徴とする。
（１）加工物の所定の平面に対し、前記回転工具によって所定形状の加工を、前記所定の平面に直交する方向への切込量を所定ピッチで変えながら加工箇所を前記平面上の所定方向へ順番に移動させて複数回列状に行う。
（２）（１）の加工を、少なくとも１つの前記旋回軸回りで変化させた前記加工物の角度ごとに、各列が互いに平行となるように行う。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の多軸工作機械の加工精度確認方法により得られる加工精度確認用加工物である。

本発明によれば、加工精度の確認が測定器等を用いることなく低コストで簡単に行える。而も、ノウハウや経験にかかわりなく、何度も繰り返して行える。また、加工によって精度を確認するため、実際の加工に近い評価が可能となり、誤差量確認の信頼性も高い。

多軸工作機械の説明図である。加工精度確認用加工物の説明図である。加工精度確認用加工物の変更例の説明図である。

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、本発明の加工精度確認方法を実施する多軸工作機械１の一例を示す説明図で、ベッド２の上面には、Ｙ軸案内３が形成されており、Ｙ軸案内３には、ＡＣ軸ユニット４がＹ軸方向へ移動可能に設置されている。このＡＣ軸ユニット４は、前面がＵ字状に形成されたトラニオン５を備え、図示しないＡ軸駆動機構により、トラニオン５をＸ軸方向に平行なＡ軸（旋回軸）を中心に回転可能としている。
また、トラニオン５は、ワークを載せたパレットを設置するテーブル６を備え、テーブル６を、トラニオン５に内蔵された図示しないＣ軸駆動機構によって、Ａ軸に直交するＣ軸（旋回軸）を中心として旋回可能としている。

一方、ベッド２には、Ｙ軸案内３を跨ぐように門形構造のコラム７が立設されている。コラム７の前面には、Ｘ軸案内面８が形成され、Ｘ軸案内面８に、図示しないラムサドルがＸ軸方向へ移動可能に設置されて、ラムサドルの前面に形成されたＺ軸案内面により、下端に主軸１０を備えた主軸頭９がＺ軸方向へ移動可能に設置されている。
これらＡＣ軸ユニット４やラムサドル、主軸頭９は、図示しないボールネジとサーボモータとによって各軸線方向へ移動可能となっており、サーボモータとＡＣ軸ユニット４のＡ軸及びＣ軸駆動機構とは図示しないＮＣ装置によって駆動が制御される。よって、テーブル６上に固定されるワークＷをＡ軸及びＣ軸周りで回転させるとともにＹ軸方向へと移動させて位置決めし、工具を取り付けた主軸１０をＸ軸及びＺ軸方向へと移動させることにより、ワークに対して多面加工を施すことができる。

次に、この多軸工作機械１を用いた加工精度の確認方法を説明する。
まず、寸法を把握した四角板状のワークＷを用意してこれをパレットに設置する。このワークＷの上面には、予め図２（Ａ）に示すように、「Ａ−４５Ｃ１５０」「Ａ−４５Ｃ１８０」・・「Ａ０Ｃ０」の文字列が左辺寄りで縦に表記されると共に、「−１０」「−５」・・「１０」の文字列が上辺寄りで横に表記されている。このうち縦の文字列は、Ａ軸及びＣ軸の回転角度を示すもので、例えば最初の「Ａ−４５Ｃ１５０」であれば、Ａ軸が−４５°、Ｃ軸が１５０°の回転角度を示すことになる。また、横の文字列はワーク上面に直交する方向の切り込み深さ（μｍ）で、右方向へ移動する度に５μｍずつ増加している。

そして、このワークＷを、上面の表記に従い、まずＡＣ軸ユニット４のトラニオン５をＡ軸回りに−４５°回転させると共に、テーブル６をＣ軸回りに１５０°回転させて、ワークＷを所定姿勢に位置決めする。この状態で、主軸１０に装着したボールエンドミルにより、ワークＷの上面高さをＺ＝０として、横の文字列に合わせて−１０μｍから１０μｍまで２．５μｍごとのピッチで切込量を変えながら切削箇所を右方向へ順番に移動させる。すなわち、Ｚ指令が異なる微小溝の加工を９回列状に行うことになる。

この列加工が終了すると、今度は下の文字「Ａ−４５Ｃ１８０」の列に移動して、トラニオン５はＡ軸回り−４５°の位置を保持したまま、テーブル６をＣ軸回りに１８０°回転させてワークＷの位置決め姿勢を変化させる。この状態で、同様に２．５μｍごとに切り込み深さを変えながら列加工を行う。このようにＡ軸とＣ軸との軸回りの角度を変化させながら、最後の「Ａ０Ｃ０」、すなわち両軸とも回転角度が０°となる位置決め姿勢まで、縦の文字列の角度ごとに各列が互いに平行となるように列加工を行うものである。なお、図２（Ａ）で示すＰ，Ｐ・・は、プログラムで規定される加工軌跡を示している。

こうして全ての加工が終了すると、例えば図２（Ｂ）に示すように、切削された微小溝Ｍ，Ｍ・・が表面に表れた加工精度確認用加工物（以下単に「加工物」という。）Ｗ１が得られる。理論上では微小溝Ｍは全ての位置決め姿勢において−１０μｍと−２．５μｍとの間にしか表れない筈であるが、旋回軸中心線の平行度誤差、中心線の芯ずれ誤差、工具に関する誤差、熱変位等の影響により、同図のように位置決め姿勢ごとにばらつきが生じる。従って、加工物Ｗ１における微小溝Ｍの表れ方によって各位置決め姿勢での誤差量が確認できる。

例えば「Ａ−４５Ｃ１５０」では、−５μｍで微小溝Ｍが途切れていることから、Ｚ方向に少なくとも２．５μｍの誤差があると推測でき、「Ａ−４５Ｃ１８０」では−１０μｍで微小溝Ｍが途切れていることから、Ｚ方向に少なくとも７．５μｍの誤差があると推測できる。また、「Ａ−４５Ｃ１５０」と「Ａ−４５Ｃ１８０」との列間においては、Ａ軸の角度が同じでもＣ軸の角度の変化によってＺ方向で異なる誤差が表れていることで、Ｃ軸における当該角度間で少なくとも５μｍの誤差が生じていると推測できることになる。

このように、上記形態の加工精度確認方法及び加工物によれば、加工精度の確認が測定器等を用いることなく低コストで簡単に行える。而も、ノウハウや経験にかかわりなく、何度も繰り返して行える。また、加工によって精度を確認するため、実際の加工に近い評価が可能となり、誤差量確認の信頼性も高い。

なお、列加工を行うピッチや位置決め姿勢の角度、ワークの形状や位置決め姿勢の表示態様等は上記形態に限らず、適宜変更可能である。また、上記形態ではワークの上面のみに列加工を行っているが、誤差はワークのＺ方向に限らず、ＸＹ方向にも生じるため、図３のようにワークの側面にも加工を行うようにしてもよい。このようにして得られた加工物Ｗ１であれば、より精度の高い誤差量の確認が可能となる。
さらに、工作機械はＡ軸やＣ軸の回転軸を主軸側に持たせたり、Ｘ軸をワーク側に持たせたりしたものであってもよい。

１・・多軸工作機械、２・・ベッド、４・・ＡＣ軸ユニット、５・・トラニオン、６・・テーブル、７・・コラム、９・・主軸頭、１０・・主軸、Ｗ・・ワーク、Ｗ１・・加工精度確認用加工物、Ｍ・・微小溝。

Claims

加工物を回転工具に対し複数の旋回軸回りで旋回させて所定姿勢で保持し、前記回転工具で多面加工を行う多軸工作機械において、加工精度を確認するための方法であって、以下の（１）（２）の工程を有することを特徴とする多軸工作機械の加工精度確認方法。
（１）加工物の所定の平面に対し、前記回転工具によって所定形状の加工を、前記所定の平面に直交する方向への切込量を所定ピッチで変えながら加工箇所を前記平面上の所定方向へ順番に移動させて複数回列状に行う。
（２）（１）の加工を、少なくとも１つの前記旋回軸回りで変化させた前記加工物の角度ごとに、各列が互いに平行となるように行う。
請求項１に記載の多軸工作機械の加工精度確認方法により得られる加工精度確認用加工物。