JP2021094676A

JP2021094676A - 工作機械

Info

Publication number: JP2021094676A
Application number: JP2019229154A
Authority: JP
Inventors: 揚子岩井; Yoko Iwai; 雅人寺田; Masato Terada; 悟鴨下; Satoru Kamoshita; 祐川口; Yu Kawaguchi
Original assignee: Fuji Corp
Current assignee: Fuji Corp
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2021-06-24
Anticipated expiration: 2039-12-19
Also published as: JP7493331B2

Abstract

【課題】サイクルタイムの増大を招くことなく、加工精度を高く維持することができる工作機械を提供する。【解決手段】工作機械は、ワークの切削をする切削工具が着脱可能に装着されたスライダと、切削指示値にしたがって前記スライダを移動させて前記切削を行う駆動機構と、切削工具の累積切削回数及びスライダに係る温度から補正値を予測し（ステップＳ１０８）、予測した補正値に基づいて駆動機構を移動させることにより前記切削を制御（ステップＳ１１４）する制御装置と、を備えている。【選択図】図８

Description

本明細書は、工作機械に関する。

工作機械の一形式として、特許文献１には、仕様情報に基づく光学部品の加工において、計測部にて、加工された光学部品の特性を計測し、加工情報生成部にて、その計測情報と仕様情報に基づいて加工情報を補正し、この補正された加工情報に従って加工装置が光学部品（ワーク）の加工を行う光学部品加工システムが開示されている。この光学部品加工システムは、計測情報部に蓄積された加工後の眼鏡レンズの計測情報（加工後計測情報）に基づき設計情報を補正するための補正情報を生成する機能を持っている補正情報生成部を備えている。

特開２００５−３２４３１６号公報

上述した特許文献１に記載されている工作機械において、加工装置による加工工程の後に計測部による計測工程が配置され、加工工程での加工と計測工程での計測とが連続して行われる場合には、計測工程での加工後の計測情報（加工後計測情報）を使用して生成した補正情報が加工工程で行われている加工に間に合わず加工精度に影響を及ぼすおそれがあった。また、このような問題に対して、加工後計測情報を使用して生成した補正情報が届くのを待って加工工程での加工を行うことにより加工精度を維持するようにしてもよいが、この場合には補正情報が届くまで加工工程での加工を止めるためサイクルタイムが増大するおそれがある。

このような事情に鑑みて、本明細書は、サイクルタイムの増大を招くことなく、加工精度を高く維持することができる工作機械を開示する。

本明細書は、ワークの切削をする切削工具が着脱可能に装着されたスライダと、切削指示値にしたがって前記スライダを移動させて前記切削を行う駆動機構と、前記切削工具の累積切削回数及び前記スライダに係る温度から補正値を予測し、予測した前記補正値に基づいて前記駆動機構を移動させることにより前記切削を制御する制御装置と、を備えた工作機械を開示する。

本開示によれば、切削工具の累積切削回数及びスライダに係る温度から予測される補正値を使用してワークの加工（切削）を行うことにより、工作機械は加工精度を高く維持することが可能となる。また、切削工具の累積切削回数及びスライダに係る温度から予測される補正値を使用することにより、加工（切削）後に計測した計測値を使用することなく、すなわち加工後計測情報を使用した補正情報が届くのを待たずして、加工工程での加工を行うことが可能となり、サイクルタイムの増大を防止することが可能となる。従って、工作機械は、サイクルタイムの増大を招くことなく、加工精度を高く維持することができる。

工作機械が適用された加工システム１０を示す正面図である。図１に示す旋盤モジュール３０Ａを示す側面図である。旋盤モジュール３０Ａを示すブロック図である。図１に示すドリミルモジュール３０Ｂを示す側面図である。ドリミルモジュール３０Ｂを示すブロック図である。図１に示す検測モジュール３０Ｅを示す側面図である。検測モジュール３０Ｅを示すブロック図である。図３に示す制御装置４７にて実施されるプログラムを表すフローチャートである。図３に示す制御装置４７にて実施されるプログラム（予測補正値の検証サブルーチン）を表すフローチャートである。図３に示す制御装置４７にて実施されるプログラム（補正手段の学習サブルーチン）を表すフローチャートである。切削工具４３ａの累積切削回数と補正量との相関関係を示すマップ（第１補正マップ）である。スライダに係る温度と補正量との相関関係を示すマップ（第２補正マップ）である。

（加工システム）
以下、工作機械が適用された加工システムの一例である一実施形態について説明する。加工システム（ライン生産設備）１０は、図１に示すように、複数のベースモジュール２０と、そのベースモジュール２０に設けられた複数（本実施形態では１０個）の作業機モジュール３０と、多関節ロボット（以下、ロボットと称する場合もある。）７０（例えば、図２参照）と、を備えている。加工システム１０は、複数のモジュール（ベースモジュール２０や作業機モジュール３０）をライン化して構成され、ワークＷを機械加工する。以下の説明では、加工システム１０に関する「前後」，「左右」，「上下」を、加工システム１０の正面側から見た場合における前後，左右，上下として扱うこととする。

ベースモジュール２０は、ワーク搬送装置であるロボット７０及びロボット７０を制御するロボット制御装置（不図示）を備えている。ロボット７０は、マニュピレーション機能を有しておりワークＷを解放可能に把持して搬送可能であると共に、移動（自走）機能を有しておりワークＷを把持したまま移動可能である。

作業機モジュール３０は、複数種類あり、旋盤モジュール３０Ａ、ドリミルモジュール３０Ｂ、加工前ストックモジュール３０Ｃ、加工後ストックモジュール３０Ｄ、検測モジュール３０Ｅ、仮置モジュール３０Ｆなどである。本実施形態においては、作業機モジュール３０は、ワークＷの搬送方向の上流から下流に向けて、加工前ストックモジュール３０Ｃ、３台の旋盤モジュール３０Ａ、検測モジュール３０Ｅ、仮置モジュール３０Ｆ、２台のドリミルモジュール３０Ｂ、検測モジュール３０Ｅ及び加工後ストックモジュール３０Ｄが順番に配設されている。すなわち、加工前ストックモジュール３０Ｃにて投入されたワークＷは、作業機モジュール３０にて順番に加工されて加工後ストックモジュール３０Ｄに搬送される。

（旋盤モジュール）
旋盤モジュール３０Ａは、旋盤がモジュール化されたものである。旋盤は、加工対象物であるワークＷを回転させて、固定した切削工具４３ａで加工する「工作機械」である。旋盤モジュール３０Ａは、図２に示すように、可動ベッド４１、主軸台４２、工具台４３、工具台移動装置４４、加工室４５、走行室４６及びモジュール制御装置４７（以下、制御装置４７と称する場合もある。）を有している。

可動ベッド４１は、複数の車輪４１ａを介してベースモジュール２０に設けられたレール（不図示）上を前後方向に沿って移動する。主軸台４２は、ワークＷを回転可能に保持するものである。主軸台４２は、前後方向に沿って水平に配置された主軸４２ａを回転可能に支持する。主軸４２ａの先端部にはワークＷを把持するチャック４２ｂが設けられる。主軸４２ａは、回転伝達機構４２ｃを介してサーボモータ４２ｄによって回転駆動される。

工具台４３は、切削工具４３ａに送り運動を与える装置である。工具台４３は、いわゆるタレット型の工具台であり、ワークＷの切削をする複数の切削工具４３ａが装着される工具保持部４３ｂと、工具保持部４３ｂを回転可能に支持するとともに所定の切削位置に位置決め可能である回転駆動部４３ｃと、を有している。

工具台移動装置４４は、工具台４３ひいては切削工具４３ａを上下方向（Ｘ軸方向）及び前後方向（Ｚ軸方向）に沿って移動させる装置である。工具台移動装置４４は、工具台４３をＸ軸方向に沿って移動させるＸ軸駆動装置４４ａと、工具台４３をＺ軸方向に沿って移動させるＺ軸駆動装置４４ｂとを有している。

Ｘ軸駆動装置４４ａは、可動ベッド４１に設けられたコラム４８に対して上下方向に沿って摺動可能に取り付けられたＸ軸スライダ４４ａ１と、Ｘ軸スライダ４４ａ１を移動させるためのサーボモータ４４ａ２とを有している。Ｚ軸駆動装置４４ｂは、Ｘ軸スライダ４４ａ１に対して前後方向に沿って摺動可能に取り付けられたＺ軸スライダ４４ｂ１と、Ｚ軸スライダ４４ｂ１を移動させるためのサーボモータ４４ｂ２とを有している。Ｚ軸スライダ４４ｂ１には、工具台４３が取り付けられている。工具台４３（工具保持部４３ｂ）は、切削工具４３ａが着脱可能に装着される「スライダ」である。尚、「スライダ」は、工具台４３とＺ軸スライダ４４ｂ１とにより構成してもよく、これらにＸ軸スライダ４４ａ１を加えたもので構成するようにしてもよい。また、工具台移動装置４４は、切削指示値にしたがって前記「スライダ」を移動させて切削を行う「駆動機構」である。切削指示値は、切削工具４３ａによりワークＷを切削目標値だけ切削するべく駆動機構を制御するための制御指示値である。

加工室４５は、ワークＷを加工するための部屋（空間）であり、加工室４５内には、チャック４２ｂ、工具台４３（切削工具４３ａ、工具保持部４３ｂ及び回転駆動部４３ｃ）が収容されている。加工室４５は、前壁４５ａ、天井壁４５ｂ、左右壁及び後壁（何れも不図示）によって区画されている。前壁４５ａには、ワークＷが入出される入出口４５ａ１が形成されている。入出口４５ａ１は、図示しないモータによって駆動するシャッタ４５ｃによって開閉される。尚、シャッタ４５ｃの開状態（開位置）を実線にて、閉状態（閉位置）を二点鎖線にて示す。

走行室４６は、加工室４５の入出口４５ａ１に臨んで設けられた部屋（空間）である。走行室４６は、前壁４５ａ及び前面パネル３１によって区画されている。走行室４６内は、ロボット７０が走行可能である。前面パネル３１は、開閉可能な扉である。

（モジュール制御装置、入出力装置など）
制御装置（モジュール制御装置）４７は、回転駆動部４３ｃ、工具台移動装置４４などを駆動制御する制御装置である。制御装置４７は、図３に示すように、入出力装置４７ａ、記憶装置４７ｂ、通信装置４７ｃ、主軸４２ａ、回転駆動部４３ｃ、工具台移動装置４４及び温度センサ４９に接続されている。制御装置４７は、マイクロコンピュータ（不図示）を有しており、マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力インターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ（いずれも不図示）を備えている。ＣＰＵは、各種プログラムを実施して、入出力装置４７ａ、記憶装置４７ｂ及び通信装置４７ｃからデータを取得したり、入出力装置４７ａ、主軸４２ａ、回転駆動部４３ｃ及び工具台移動装置４４を制御したりする。ＲＡＭは同プログラムの実施に必要な変数を一時的に記憶するものであり、ＲＯＭは前記プログラムを記憶するものである。

入出力装置４７ａは、図１に示すように、作業機モジュール３０の前面に設けられており、作業者が各種設定、各種指示などを制御装置４７に入力したり、作業者に対して運転状況やメンテナンス状況などの情報を表示したりするためのものである。入出力装置４７ａは、ＨＭＩ（ヒューマンマシンインターフェース）、マンマシンインターフェースなどの人間と機械とが情報をやり取りする装置である。

記憶装置４７ｂは、旋盤モジュール３０Ａの制御に係るデータ、例えば、制御プログラム、制御プログラムで使用するパラメータ、各種設定や各種指示に関するデータ、ワークＷの設計値（寸法）、予測補正値の検証結果などを記憶している。通信装置４７ｃは、インターネットを介して、同一加工システム内における他のモジュールとの間の相互通信、異なる加工システムとの間の相互通信、又は複数の加工システムを統括管理する統括コンピュータとの間の相互通信を行うための装置である。温度センサ４９は、スライダに係る温度を検出する温度センサ（後述する）であり、検出結果を制御装置４７に出力する。

（ドリミルモジュール）
ドリミルモジュール３０Ｂは、ドリルによる孔開けやミーリング加工等を行うマシニングセンタがモジュール化されたものである。マシニングセンタは、固定したワークＷに対し、回転する工具（回転工具）を押し当てて加工する「工作機械」である。ドリミルモジュール３０Ｂは、図４に示すように、可動ベッド５１、主軸ヘッド５２、主軸ヘッド移動装置５３、ワークテーブル５４、加工室５５、走行室５６及びモジュール制御装置５７（本明細書にて制御装置５７と称する場合もある。）を有している。

可動ベッド５１は、複数の車輪５１ａを介してベースモジュール２０に設けられたレール（不図示）上を前後方向に沿って移動する。主軸ヘッド５２は、主軸５２ａを回転可能に支持する。主軸５２ａの先端（下端）部には、ワークＷの切削をする切削工具５２ｂ（例えば、ドリルやエンドミル等）が主軸チャックを介して装着可能である。主軸５２ａは、サーボモータ５２ｃによって回転駆動される。主軸チャックは、切削工具５２ｂをクランプ／アンクランプする。

主軸ヘッド移動装置５３は、主軸ヘッド５２ひいては切削工具５２ｂを上下方向（Ｚ軸方向）、前後方向（Ｙ軸方向）及び左右方向（Ｘ軸方向）に沿って移動させる装置である。主軸ヘッド移動装置５３は、主軸ヘッド５２をＺ軸方向に沿って移動させるＺ軸駆動装置５３ａと、主軸ヘッド５２をＸ軸方向に沿って移動させるＸ軸駆動装置５３ｂと、主軸ヘッド５２をＹ軸方向に沿って移動させるＹ軸駆動装置５３ｃと、を有している。Ｚ軸駆動装置５３ａは、Ｘ軸スライダ５３ｅに対して摺動可能に取り付けられたＺ軸スライダ５３ｄをＺ軸方向に沿って移動させる。Ｘ軸駆動装置５３ｂは、Ｙ軸スライダ５３ｆに対して摺動可能に取り付けられたＸ軸スライダ５３ｅをＸ軸方向に沿って移動させる。Ｙ軸駆動装置５３ｃは、可動ベッド５１に設けられた本体５８に対して摺動可能に取り付けられたＹ軸スライダ５３ｆをＹ軸方向に沿って移動させる。Ｚ軸駆動装置５３ａ、Ｘ軸駆動装置５３ｂ及びＹ軸駆動装置５３ｃは、内蔵のサーボモータを駆動源として機能する。

Ｚ軸スライダ５３ｄには、主軸ヘッド５２が取り付けられている。主軸ヘッド５２（主軸５２ａ）は、切削工具５２ｂが着脱可能に装着される「スライダ」である。尚、「スライダ」は、主軸ヘッド５２とＺ軸スライダ５３ｄとにより構成してもよく、これらにＸ軸スライダ５３ｅを加えたもので構成するようにしてもよく、さらにＹ軸スライダ５３ｆを加えたもので構成するようにしてもよい。また、主軸ヘッド移動装置５３は、切削指示値にしたがって前記「スライダ」を移動させて切削を行う「駆動機構」である。

ワークテーブル５４は、ワークＷを固定保持する。ワークテーブル５４は、本体５８の前面に設けられたワークテーブル回転装置５４ａに固定されている。ワークテーブル回転装置５４ａは、前後方向に沿って延びる軸線まわりに回転駆動される。これにより、ワークＷを所望の角度に傾斜させた状態で切削工具５２ｂにより加工することができる。尚、ワークテーブル５４は、本体５８の前面に直接固定してもよい。また、ワークテーブル５４は、ワークＷを把持するチャック５４ｂが設けられている。

加工室５５は、ワークＷを加工するための部屋（空間）であり、加工室５５内には、主軸５２ａ、切削工具５２ｂ、ワークテーブル５４、ワークテーブル回転装置５４ａが収容されている。加工室５５は、前壁５５ａ、天井壁５５ｂ、左右壁及び後壁（何れも不図示）によって区画されている。前壁５５ａには、ワークＷが入出される入出口５５ａ１が形成されている。入出口５５ａ１は、図示しないモータによって駆動するシャッタ５５ｃによって開閉される。尚、シャッタ５５ｃの開状態（開位置）を破線にて、閉状態（閉位置）を二点鎖線にて示す。

走行室５６は、加工室５５の入出口５５ａ１に臨んで設けられた部屋（空間）である。走行室５６は、前壁５５ａ及び前面パネル３１によって区画されている。走行室５６内は、ロボット７０が走行可能である。尚、隣り合う走行室４６（または５６）は、加工システム１０の並設方向全長に亘って連続する空間を形成する。

（モジュール制御装置、入出力装置など）
制御装置（モジュール制御装置）５７は、主軸５２ａ（サーボモータ５２ｃ）、主軸ヘッド移動装置５３などを駆動制御する制御装置である。制御装置５７は、図５に示すように、入出力装置５７ａ、記憶装置５７ｂ、通信装置５７ｃ、主軸５２ａ、主軸ヘッド移動装置５３、ワークテーブル５４及び温度センサ５９に接続されている。制御装置５７は、マイクロコンピュータ（不図示）を有しており、マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力インターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ（いずれも不図示）を備えている。

入出力装置５７ａは、図１に示すように、作業機モジュール３０の前面に設けられており、入出力装置４７ａと同様に機能する。記憶装置５７ｂは、ドリミルモジュール３０Ｂの制御に係るデータ、例えば、制御プログラム、制御プログラムで使用するパラメータ、各種設定や各種指示に関するデータ、ワークＷの設計値（寸法）、予測補正値の検証結果などを記憶している。通信装置５７ｃは、通信装置４７ｃと同様な装置である。温度センサ５９は、温度センサ４９と同様なセンサであり、検出結果を制御装置５７に出力する。

（ストックモジュール、検測モジュール）
加工前ストックモジュール３０Ｃは、加工システム１０にワークＷを投入するモジュール（ワーク投入モジュール。また、単に投入モジュールと称する場合もある。）である。加工後ストックモジュール３０Ｄは、加工システム１０によって実施されるワークＷに対する一連の加工が完了した完成品を収納して排出するモジュール（ワーク排出モジュール。また単に排出モジュールと称する場合もある。）である。

検測モジュール３０Ｅは、上流にて加工されたワークＷ（例えば加工中又は加工後のワークＷ）を検測（測定、計測）するもの（計測装置）である。検測モジュール３０Ｅは、図６に示すように、可動ベッド６１、ワークテーブル６２、テーブル移動装置６３、寸法計測器６４、寸法計測器駆動装置６５及びモジュール制御装置６６（本明細書にて制御装置６６と称する場合もある。）を有している。

可動ベッド６１は、複数の車輪６１ａを介してベースモジュール２０に設けられたレール（不図示）上を前後方向に沿って移動する。ワークテーブル６２は、チャック６２ａが設けられており、チャック６２ａによってワークＷを保持する。テーブル移動装置６３は、ワークテーブル６２を前後方向及び左右方向に沿って移動させる。テーブル移動装置６３は、ワークテーブル６２を、ロボット７０からのワークＷを授受する授受位置とワークＷの寸法を寸法計測器６４により計測（検測）する計測位置との間で移動させる。寸法計測器６４（計測装置）は、いわゆる接触式の計測器であり、測定対象（測定対象部位）を一対の測定子（タッチプローブ）６４ａ，６４ａで挟むことにより、ワークＷの各部の寸法ひいてはワークＷの寸法を計測する。その計測結果は、制御装置６６に出力される。寸法計測器駆動装置６５は、寸法計測器６４を駆動(移動)させる装置である。

尚、寸法計測器６４は、測定子を一つだけ備え、その測定子を測定対象に接触させることで測定対象を計測するものでもよい。また、寸法計測器６４は、レーザーや画像などを利用した非接触式の計測器でもよい。また、検測モジュール３０Ｅは、寸法計測器６４及び計測位置を複数設けるように構成してもよい。

制御装置６６は、テーブル移動装置６３、寸法計測器６４、寸法計測器駆動装置６５などを駆動制御する制御装置である。制御装置６６は、図７に示すように、入出力装置６６ａ、記憶装置６６ｂ、通信装置６６ｃ、テーブル移動装置６３、寸法計測器６４及び寸法計測器駆動装置６５に接続されている。制御装置６６は、マイクロコンピュータ（不図示）を有しており、マイクロコンピュータは、バスを介してそれぞれ接続された入出力インターフェース、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ（いずれも不図示）を備えている。

入出力装置６６ａは、入出力装置４７ａと同様な装置である。記憶装置６６ｂは、検測モジュール３０Ｅの制御に係るデータ、例えば、制御プログラム、制御プログラムで使用するパラメータ、各種設定や各種指示に関するデータ、寸法計測器６４による計測結果などを記憶している。通信装置６６ｃは、通信装置４７ｃと同様な装置である。

仮置モジュール３０Ｆは、加工システム１０による一連の加工工程中において、ワークＷを仮置きするためのものである。検測モジュール３０Ｅ及び仮置モジュール３０Ｆは、旋盤モジュール３０Ａ及びドリミルモジュール３０Ｂと同様に、走行室（不図示）を有している。

（ワークの加工）
さらに、上述した工作機械（旋盤モジュール３０Ａ）によるワークＷの加工（切削）について図８−１０に示すフローチャートに沿って説明する。制御装置４７は、本フローチャートに沿った処理を所定の短時間毎に実施する。

制御装置４７は、ステップＳ１０２において、旋盤モジュール３０Ａにて新たなワークＷの加工が実施されるか否かを判定する。制御装置４７は、ワークＷを加工するための加工プログラムが新たに開始されている場合には、ワークＷの加工が実施されると判定し（ステップＳ１０２にて「ＹＥＳ」）、プログラムをステップＳ１０４に進める。制御装置４７は、ワークＷを加工するための加工プログラムが新たに開始されない場合には、ワークＷの加工が実施されないと判定し（ステップＳ１０２にて「ＮＯ」）、本フローチャートを一旦終了する。

制御装置４７は、ステップＳ１０４において、切削工具４３ａの使用回数を累積した累積切削回数及び工具保持部４３ｂ（または工具台４３）に係る温度を取得する。
具体的には、制御装置４７は、加工プログラムに含まれている今回の加工に使用する切削工具４３ａに係る累積切削回数を記憶装置４７ｂから取得する。尚、制御装置４７は、切削工具４３ａを使用する度に、切削工具４３ａ毎にその使用回数を累積（積算）して累積使用回数を算出し、累積切削回数と切削工具４３ａとを関連付けて記憶装置４７ｂに記憶している。すなわち、累積切削回数は、複数の切削工具４３ａ毎に記憶装置４７ｂに記憶されている。また、切削工具４３ａが新しいものに交換されると、累積切削回数はリセットされる。尚、累積切削回数に代えて、切削工具４３ａの摩耗量に相関する物理量を使用してもよい。例えば、切削工具４３ａの使用時間を累積した累積切削時間を使用するようにしてもよい。

工具保持部４３ｂ（または工具台４３）に係る温度は、工具保持部４３ｂ（または工具台４３）の温度と相関のある温度であり、直接的又は間接的に検出した工具保持部４３ｂ（または工具台４３）の温度である。工具保持部４３ｂや工具台４３の温度は、工具保持部４３ｂや工具台４３に設けられた温度センサ４９によって検出され、検出結果は制御装置４７に出力される。すなわち、制御装置４７は、温度センサ４９から工具保持部４３ｂ（または工具台４３）に係る温度を取得する。尚、温度センサ４９は、工具保持部４３ｂ（または工具台４３）に内蔵された接触型温度センサでもよく、赤外線温度センサなどの非接触温度センサでもよい。

尚、工具保持部４３ｂ（または工具台４３）に係る温度は、工具台４３が取り付けられて工具台４３（または工具保持部４３ｂ）の温度が伝達（伝熱）するＺ軸スライダ４４ｂ１やＸ軸スライダ４４ａ１の温度であってもよい。Ｚ軸スライダ４４ｂ１やＸ軸スライダ４４ａ１の温度は、Ｚ軸スライダ４４ｂ１やＸ軸スライダ４４ａ１に設けられた温度センサ４９によって検出され、検出結果は制御装置４７に出力される。また、工具保持部４３ｂ（または工具台４３）に係る温度は、ワークＷを切削する際に循環されて潤滑油として又は切削工具４３ａの冷却液として使用されるクーラントの温度でもよい。この場合、温度センサ４９は、クーラントの循環回路に設けられてクーラントの温度を検出する温度センサである。
上述したように、「スライダ」を構成可能である工具台４３（工具保持部４３ｂ）、Ｚ軸スライダ４４ｂ１やＸ軸スライダ４４ａ１に係る温度等が「スライダに係る温度」である。

制御装置４７は、ステップＳ１０６において、補正手段（補正ツール、補正方法）である補正マップを記憶装置４７ｂから取得する。補正手段は、切削工具４３ａの累積切削回数及び工具保持部４３ｂ（または工具台４３）に係る温度から予測補正値を算出するための手段（ツール）である。補正手段としては、補正マップ（図１１参照）や演算式などがある。演算式は、補正マップ（図１１に示す）に相当する演算式や下記数１のように予測補正値を算出するための演算式が含まれている。予測補正値は、切削工具４３ａにより切削目標値だけ切削するための上述した駆動機構に対する切削指示値を補正するための補正値である。予測補正値は、実測値に基づいて算出した補正値でなく、切削工具４３ａの累積切削回数及び工具保持部４３ｂ（または工具台４３）に係る温度から予測（算出）した補正値である。

補正マップは、累積切削回数に基づいて補正するための第１補正マップ（図１１Ａ）と、工具保持部４３ｂ（または工具台４３）に係る温度（スライダに係る温度）に基づいて補正するための第２補正マップ（図１１Ｂ）とから構成されている。

第１補正マップは、累積切削回数と補正量との相関関係を示している。補正量は、実際の切削量と切削指示値との差分量であり、ワークＷが設計値となるように（切削工具４３ａによる切削量が切削目標値となるように）切削指示値を補正する量である。第１補正マップは、累積切削回数が多くなるほど補正量は大きくなる関係である（このとき、補正量は正の値である。）。累積切削回数が多いほど切削工具４３ａの摩耗量が多くなり、切削開始時点におけるワークＷと切削工具４３ａとの相対距離が大きくなる（ワークＷと切削工具４３ａとが離れる）。よって、同じ切削指示値にしたがって切削した場合には累積切削回数が多いほど切削工具４３ａによる切削量が切削目標値より小さくなる。そこで、切削工具４３ａの切削位置を、累積切削回数が多いほどワークＷに接近する位置に設定するべく、累積切削回数が多いほど補正量を大きく設定する必要があるからである（すなわち、摩耗量だけ切削工具４３ａとワークＷとの間の距離を近づける必要があり、摩耗量が補正量に相当する。）。

第２補正マップは、工具保持部４３ｂ（または工具台４３）に係る温度と補正量との相関関係を示している。工具保持部４３ｂ（または工具台４３）に係る温度が高くなるほど補正量は小さくなる関係である（このとき、補正量は負の値である。）。工具保持部４３ｂ（または工具台４３）に係る温度が高いほどワークＷ及び／又は切削工具４３ａ側機構の熱膨張量（熱変形量）が大きくなり、切削開始時点におけるワークＷと切削工具４３ａとの相対距離が小さくなる（ワークＷと切削工具４３ａとが接近する）。よって、同じ切削指示値にしたがって切削した場合には工具保持部４３ｂ（または工具台４３）に係る温度が高いほど切削工具４３ａによる切削量が切削目標値より大きくなる。そこで、切削工具４３ａの切削位置を、工具保持部４３ｂ（または工具台４３）に係る温度が高いほどワークＷから離れる位置に設定するべく、工具保持部４３ｂ（または工具台４３）に係る温度が高くなるほど補正量を小さく設定する必要があるからである（すなわち、熱膨張量だけ切削工具４３ａとワークＷとの間の距離を遠ざける必要があり、熱膨張量が補正量に相当する。）。尚、工具保持部４３ｂ（または工具台４３）に係る温度が高くなるほど補正量の絶対値は大きくなる関係である。また、切削工具４３ａ側機構は、切削工具４３ａが設けられた側の機構であり、切削工具４３ａ、工具台４３及び工具台移動装置４４を含んで構成されている機構である。また、この切削工具４３ａ側機構は、主軸台４２を含むようにしてもよい。

制御装置４７は、ステップＳ１０８において、ステップＳ１０６にて取得した補正手段を使用し、ステップＳ１０４にて取得した累積切削回数及び工具保持部４３ｂ（または工具台４３）に係る温度から予測補正値を算出する。例えば、予測補正値は、下記数1から算出することができる。
(数１)
予測補正値＝ｋ１×α１＋ｋ２×α２
ｋ１，ｋ２は定数であり、α１は累積切削回数に係る第１補正値であり、α２は工具保持部４３ｂ（または工具台４３）に係る温度に係る第２補正値である。

第１補正値は、ステップＳ１０６にて取得した第１マップとステップＳ１０４にて取得した累積切削回数とから算出される補正量である。第１補正値は、第１マップにおいて累積切削回数に対応した補正量として算出することができる。第２補正値は、ステップＳ１０６にて取得した第２マップとステップＳ１０４にて取得した工具保持部４３ｂ（または工具台４３）に係る温度とから算出される補正量である。第２補正値は、第２マップにおいて工具保持部４３ｂ（または工具台４３）に係る温度に対応した補正量として算出することができる。

尚、定数ｋ１，ｋ２をそれぞれ１に設定した場合には、予測補正値は第１補正値と第２補正値との和で表すことができる。また、０＜ｋ１＜１，０＜ｋ２＜１，ｋ１＋ｋ２＝１に設定した場合には、第１補正値と第２補正値を重みづけして予測補正値を算出することが可能となる。

制御装置４７は、ステップＳ１１０において、ステップＳ１０８にて算出した予測補正値を検証する（予測補正値が正しいことを確かめる。）。具体的には、制御装置４７は、図９に示す予測補正値の検証サブルーチンを実施する。制御装置４７は、ステップＳ２０２において、ワークＷの加工後の計測結果を、検測モジュール３０Ｅの制御装置６６から取得する。制御装置４７は、ステップＳ２０４において、記憶装置４７ｂからワークＷの設計値を取得する。

制御装置４７は、ステップＳ２０６において、ステップＳ２０２にて取得した計測結果とステップＳ２０４にて取得した設計値とを比較することにより、算出した予測補正値を検証する。例えば、制御装置４７は、計測結果と設計値との差分が予め定めた判定差分以下である場合には、予測補正値は正しいと判定し、計測結果と設計値との差分が判定差分より大きい場合には、予測補正値は正しくないと判定することができる。尚、制御装置４７は、比較結果として設計値に対する計測結果の比と予め定めた判定比を比較することにより、予測補正値を検証することも可能である。また、判定差分及び判定比は、実験やシミュレーションにより算出することができる。また、制御装置４７は、検証結果を記憶装置４７ｂに記憶する。

制御装置４７は、ステップＳ１１２において、補正手段を学習する。具体的には、制御装置４７は、図１０に示す補正手段の学習サブルーチンを実施する。制御装置４７は、ステップＳ３０２において、今回の制御サイクルにて検証した予測補正値の検証結果を記憶装置４７ｂから取得する。

制御装置４７は、ステップＳ３０４において、予測補正値の検証結果が「予測補正値は正しい」であるか否かを判定する。制御装置４７は、予測補正値の検証結果が「予測補正値は正しい」である場合には、ステップＳ３０４にて「ＹＥＳ」と判定し、プログラムをステップＳ３０６以降に進めて、補正手段の学習を行う。

制御装置４７は、ステップＳ３０６において、記憶装置４７ｂから補正手段（第１補正マップ、第２補正マップ及び上記数１）を取得する。制御装置４７は、ステップＳ３０８において、補正手段の学習を行う。すなわち、制御装置４７は、今回の制御サイクルにて取得した累積切削回数、工具保持部４３ｂ（または工具台４３）に係る温度及びワークＷの測定値を使用して第１補正マップ、第２補正マップ及び上記数１の学習をそれぞれ行う。

補正手段の学習について具体的に説明する。例えば、この学習は、いわゆる機械学習によって行われる。機械学習では、累積切削回数、計測結果（測定値）と設計値との差分（換言すると補正量）、工具保持部４３ｂ（または工具台４３）に係る温度などのサンプルデータを入力して解析を行い、これらデータから有用な補正手段を抽出する。具体的には、機械学習では、それらデータを生成した潜在的機構の特徴（確率分布）を捉え、データの関係を識別・定量化する。次に学習・識別したパターンを用いて新たなデータについて予測・決定を行う。

また、他の学習方法として、計測結果（測定値）と設計値との差分（換言すると補正量）、累積切削回数及び工具保持部４３ｂ（または工具台４３）に係る温度の関係（下記数２参照）を使用して、第１補正マップ、第２補正マップ及び上記数１の学習を行うことも可能である。予測補正値は（測定値−設計値）で表すことができるとともに、第１補正値α１はａ×累積切削回数Ｎで、第２補正値α２はｂ×工具保持部４３ｂ（または工具台４３）に係る温度Ｔｈで表すことができるので、上記数１から累積切削回数、工具保持部４３ｂ（または工具台４３）に係る温度及び測定値の関係は、下記数２に示すことができる。
（数２）
測定値−設計値＝ｋ１×（ａ×Ｎ）＋ｋ２×（ｂ×Ｔｈ）
ここで、ａは定数であり図１１Ａに示す累積切削回数と補正量との関係における傾きである。ｂは定数であり図１１Ｂに示す工具保持部４３ｂ（または工具台４３）に係る温度と補正量との関係における傾きである。

例えば、累積切削回数、工具保持部４３ｂ（または工具台４３）に係る温度及び測定値の複数のサンプルデータのなかから、工具保持部４３ｂ（または工具台４３）に係る温度が同じサンプルデータを２つ抽出する。それらのデータは、（Ｎ_ｋ，Ｔｈ_ｋ，測定値_ｋ）と（Ｎ_ｍ，Ｔｈ_ｍ，測定値_ｍ）である。これら２つのデータを上記数２に代入し、展開すると、下記数３に示すように、定数ａを算出することができる。その結果、第１補正マップを学習することができる。
（数３）
ａ＝（測定値_ｋ−測定値_ｍ）／（Ｎ_ｋ−Ｎ_ｍ）

同様に、累積切削回数、工具保持部４３ｂ（または工具台４３）に係る温度及び測定値の複数のサンプルデータのなかから、累積切削回数が同じサンプルデータを２つ抽出すれば、下記数４に示すように、定数ｂを算出することができる。その結果、第２補正マップを学習することができる。
（数４）
ｂ＝（測定値_ｋ−測定値_ｍ）／（Ｔｈ_ｋ−Ｔｈ_ｍ）

そして、制御装置４７は、ステップＳ３１０において、学習後の補正手段を新たな補正手段として更新し記憶装置４７ｂに記憶する。その後、制御装置４７は、本サブルーチンを終了し、プログラムをステップＳ１１４に進める。ここで記憶された更新後の補正手段は、次回以降の加工処理プログラムにて使用される。

また、制御装置４７は、予測補正値の検証結果が「予測補正値は正しい」でない場合（「予測補正値が正しくない」である場合）には、ステップＳ３０４にて「ＮＯ」と判定し、本サブルーチンを終了し、プログラムをステップＳ１１４に進める。予測補正値が正しくない場合、すなわち加工後のワークＷの計測結果が予測補正値から比較的大きく離れている場合には、切削工具４３ａの欠損などにより所望の加工が実施されなかったことが考えられ、このような計測結果をサンプルデータ（すなわち補正手段の学習）から除くためである。これにより、補正手段を精度よく学習することが可能となる。

制御装置４７は、ステップＳ１１４において、予測補正値を使用してワークＷを加工（切削）する。加工プログラムには、主軸の回転制御に係るプログラムや、スライダの軸移動制御（切削工具４３ａの送り制御）に係るプログラムの他に、Ｘ軸補正及びＺ軸補正をする補正プログラムが含まれている。

制御装置４７は、補正プログラムのパラメータである補正値に予測補正値を代入する。これにより、Ｘ軸方向の補正（Ｘ軸補正）及びＺ軸方向の補正（Ｚ軸補正）が予測補正値に基づいて行われる。そして、制御装置４７は、予測補正値を代入した補正プログラムを含んだ加工プログラムを実施する。これにより、ワークＷは、予測補正値が反映された切削加工が行われる。尚、切削指示値を駆動機構に指示することによりワークＷを加工する制御を行う場合には、制御装置４７は、切削指示値を予測補正値によって補正し、その補正した補正後予測補正値を駆動機構に指示するようにしてもよい。

尚、上述した工作機械（ドリミルモジュール３０Ｂ）によるワークＷの加工（切削）についても、上述した旋盤モジュール３０Ａと同様に図８に示すフローチャートに沿った制御が行われるので、異なる点についてのみ説明する。この場合、制御は、制御装置４７に代えて制御装置５７によって行われる。また、本制御においては、工具保持部４３ｂ（または工具台４３）に係る温度に代えて主軸５２ａ（または主軸ヘッド５２）に係る温度（工具保持部４３ｂ（または工具台４３）に係る温度と同様である。）が使用され、切削工具４３ａの累積切削回数に代えて切削工具５２ｂの累積切削回数（切削工具４３ａの累積切削回数と同様である。）が使用される。

また、上述した制御は、制御装置４７，５７に代えて、検測モジュール３０Ｅの制御装置６６によって行うようにしてもよい。
さらに、上述した制御においては、予測補正値は切削工具の累積切削回数及び工具保持部４３ｂ（または工具台４３）に係る温度から算出するようにしたが、両者に代えて切削にかかる時間（切削時間）、前回切削と今回切削との間隔（時間）、室温、ワークＷの材質、クーラントの成分から算出するようにしてもよく、また、これらのパラメータの一部又は全部を前記両者に加えて算出するようにしてもよい。

上述した実施形態による工作機械（旋盤モジュール３０Ａ，ドリミルモジュール３０Ｂ）は、ワークＷの切削をする切削工具４３ａ，５２ｂが着脱可能に装着されたスライダ（Ｚ軸スライダ４４ｂ１（工具台４３），Ｚ軸スライダ５３ｄ（主軸ヘッド５２））と、切削指示値にしたがってＺ軸スライダ４４ｂ１（工具台４３），Ｚ軸スライダ５３ｄ（主軸ヘッド５２）を移動させて前記切削を行う駆動機構（工具台移動装置４４，主軸ヘッド移動装置５３）と、切削工具４３ａ，５２ｂの累積切削回数及び工具保持部４３ｂ（または工具台４３）に係る温度から補正値を予測し、予測した補正値（予測補正値）に基づいて工具台移動装置４４，主軸ヘッド移動装置５３を移動させることにより前記切削を制御する制御装置４７，５７と、を備えている。

これによれば、切削工具４３ａ，５２ｂの累積切削回数及び工具保持部４３ｂ（または主軸５２ａ）に係る温度から予測される予測補正値を使用してワークＷの加工（切削）を行うことにより、旋盤モジュール３０Ａ，ドリミルモジュール３０Ｂは加工精度を高く維持することが可能となる。また、切削工具４３ａ，５２ｂの累積切削回数及び工具保持部４３ｂ（または主軸５２ａ）に係る温度から予測される予測補正値を使用することにより、加工（切削）後に計測した計測値を使用することなく、すなわち加工後計測情報を使用した補正情報が届くのを待たずして加工工程での加工を行うことが可能となり、サイクルタイムの増大を防止することが可能となる。従って、旋盤モジュール３０Ａ，ドリミルモジュール３０Ｂは、サイクルタイムの増大を招くことなく、加工精度を高く維持することができる。

また、例えば、本実施形態のように、互いに異なる加工処理がそれぞれ行われる複数の旋盤モジュール３０Ａが並設された下流に検測モジュール３０Ｅが配置されている場合であっても、すなわち、加工プログラムにて補正を必要とする加工工程と計測工程との間にバッファがある場合であっても、加工後計測情報を使用した補正情報が届くのを待たずして各加工工程での加工をそれぞれ行うことが可能となる。
また、上述した制御によれば、刃具摩耗による連続的なワークＷの寸法変化に対して適切な予測補正値を算出することが可能となる。

また、制御装置４７，５７は、切削工具４３ａ，５２ｂによって前記切削がされたワークＷを計測する寸法計測器６４から計測結果を受信し、受信した計測結果を使用して予測補正値の検証をする（ステップＳ１１０）。
これによれば、計測結果を使用して予測補正値を検証することができるので、その検証を的確に行うことができる。その結果、サイクルタイムの増大を招くことなく、加工精度をより高く維持することができる。

また、制御装置４７，５７は、前記検証の結果である検証結果と予測した予測補正値とから予測補正値の補正方法を学習する（ステップＳ１１２）。
これによれば、予測補正値の補正方法をより精度よく学習することができる。

尚、上述した実施形態においては、予測補正値を切削工具４３ａ，５２ｂの累積切削回数及び工具保持部４３ｂ（または主軸５２ａ）に係る温度から予測（算出）するようにしたが、切削工具４３ａ，５２ｂの累積切削回数及び切削工具４３ａ，５２ｂに係る温度から予測（算出）するようにしてもよい。

切削工具４３ａ，５２ｂに係る温度は、切削工具４３ａの温度と相関のある温度であり、直接的又は間接的に検出した切削工具４３ａの温度である。例えば、切削工具４３ａに係る温度は、切削工具４３ａが取り付けられて切削工具４３ａの温度が伝達（伝熱）する工具保持部４３ｂや工具台４３の温度である。工具保持部４３ｂや工具台４３の温度は、工具保持部４３ｂや工具台４３に設けられた温度センサ４９によって検出され、検出結果は制御装置４７に出力される。すなわち、制御装置４７は、温度センサ４９から切削工具４３ａに係る温度を取得する。

尚、切削工具４３ａに係る温度は、ワークＷを切削する際に循環されて潤滑油として又は切削工具４３ａの冷却液として使用されるクーラントの温度でもよい。この場合、温度センサ４９は、クーラントの循環回路に設けられてクーラントの温度を検出する温度センサである。また、切削工具４３ａに係る温度は、切削工具４３ａを直接検出した温度でもよい。この場合、温度センサ４９は、切削工具４３ａに内蔵されたものでもよく、赤外線温度センサなどの非接触温度センサでもよい。

また、制御装置４７，５７は、上述した図８−１０に示すフローチャートにおいて、工具保持部４３ｂ（または工具台４３）に係る温度に代えて、切削工具４３ａ，５２ｂに係る温度を使用する。また、制御装置４７，５７は、工具保持部４３ｂ（または工具台４３）に係る温度に代えて、切削工具４３ａ，５２ｂに係る温度を使用する、第２補正マップを使用する。

これによれば、切削工具４３ａ，５２ｂの累積切削回数及び切削工具４３ａ，５２ｂに係る温度から予測される予測補正値を使用してワークＷの加工（切削）を行うことにより、旋盤モジュール３０Ａ，ドリミルモジュール３０Ｂは加工精度を高く維持することが可能となる。また、切削工具４３ａ，５２ｂの累積切削回数及び切削工具４３ａ，５２ｂに係る温度から予測される予測補正値を使用することにより、加工（切削）後に計測した計測値を使用することなく、すなわち加工後計測情報を使用した補正情報が届くのを待たずして加工工程での加工を行うことが可能となり、サイクルタイムの増大を防止することが可能となる。従って、旋盤モジュール３０Ａ，ドリミルモジュール３０Ｂは、サイクルタイムの増大を招くことなく、加工精度を高く維持することができる。

３０Ａ…旋盤モジュール（工作機械）、３０Ｂ…ドリミルモジュール（工作機械）、４３…工具台（スライダ）、４３ａ，５２ｂ…切削工具、４４…工具台移動装置（駆動機構）、４４ｂ１…Ｚ軸スライダ（スライダ）、４４ａ１…Ｘ軸スライダ（スライダ）、４７，５７…制御装置、５２…主軸ヘッド（スライダ）、５３…主軸ヘッド移動装置（駆動機構）、５３ｄ…Ｚ軸スライダ（スライダ）、５３ｅ…Ｘ軸スライダ（スライダ）、５３ｆ…Ｙ軸スライダ（スライダ）、Ｗ…ワーク。

Claims

ワークの切削をする切削工具が着脱可能に装着されたスライダと、
切削指示値にしたがって前記スライダを移動させて前記切削を行う駆動機構と、
前記切削工具の累積切削回数及び前記スライダに係る温度から補正値を予測し、
予測した前記補正値に基づいて前記駆動機構を移動させることにより前記切削を制御する制御装置と、
を備えた工作機械。
前記制御装置は、前記切削工具によって前記切削がされた前記ワークを計測する計測装置から計測結果を受信し、受信した前記計測結果を使用して前記補正値の検証をする請求項１に記載の工作機械。
前記制御装置は、前記検証の結果である検証結果と予測した前記補正値とから前記補正値の補正方法を学習する請求項２に記載の工作機械。