JP3678077B2 - 熱変位補正機構付加工機及び熱変位補正方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ミーリング加工、ドリル加工等の加工機において、熱変位による加工精度の悪化を防止する熱変位補正機構を備えた加工機及び該加工機等に使用される熱変位補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、加工機に使用される熱変位補正方法として、暖機運転等により加工機が熱飽和し、熱変位量が一定値に収束したのを待って実加工運転を開始する方法がある。しかしながら、この方法は、予め設定した時間が経てば飽和状態となるであろうとの予測により加工を開始するもので、暖機運転を必ず必要とするため時間及び作業の無駄があった。
【０００３】
また、別の方法として、熱変位の飽和を待たずに加工を始め、加工物を計測し計測データの安定を見て熱変位飽和を得る方法も考えられるが、この場合は加工物が不良品になる確率が高く、生産性を悪化させる。更にこの計測データをみて加工補正をかけながら加工を続け、熱変位の飽和を待つ方法もあるが、この場合でも工具の摩耗、加工精度ばらつき、計測誤差等の熱変位以外の要素が含まれ、熱変位飽和を正確に判断することはできない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記の問題に鑑み、時間及び作業上の無駄もなく、かつ生産性を阻害することなく、熱変位による加工精度の悪化を防止する熱変位補正機構を備える加工機及び該加工機等に使用される熱変位補正方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された熱変位補正機構付加工機及び熱変位補正方法を提供する。
請求項１に記載の熱変位補正機構付加工機は、加工部の熱変位を測定するために、刃具のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれの方向の移動量を測定するために治具上に各方向毎のタッチスイッチを備えている熱変位測定手段と、時系列で熱変位の変化量を算出する熱変位変化量演算手段と、熱変位を測定する間隔を算出する熱変位測定間隔演算手段と、熱変位測定手段に対して動作の開始指示を行うための測定動作開始判断・指示手段と、熱変位測定手段で得られたＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３つの方向での熱変位量に基づき、加工量の補正値を算出する加工量補正値演算手段とから構成される熱変位補正機構を備えていて、これにより熱変位による補正を加えながら加工を行うものであり、従来のように暖機運転等によって加工機が熱飽和するのを待つ必要がなく、時間及び作業上の無駄がなくなった。また時系列的に補正量を加味して加工を行うので、生産性を阻害せず、熱変位による加工精度の悪化を防止できる。また、治具上に３つのタッチスイッチを設け、刃具をこのタッチスイッチに触れさせて、加工部の熱変位をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３つの方向で測定できる。
【０００６】
請求項２の熱変位補正機構付加工機は、加工機が有する作業時間と熱変位量の特性曲線に基づいて、熱変位の測定間隔を定めるようにしたものである。
請求項３に記載の熱変位補正方法は、請求項１の物の発明を方法の発明にしたものであり、基本的に請求項１の熱変位補正機構付加工機と同様の作用効果を奏する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に図面に従って本発明の実施の形態の熱変位補正機構付加工機を説明する。
図１は、本発明の実施の形態の熱変位補正機構付加工機１の概要を示すもので、正面図、側面図、平面図とからなる。該加工機１はベース２上に設置される治具台３、コラム４、制御装置５とを有しており、治具台３には治具３１が、コラム４には主軸４１とこの主軸に取り付けられる刃具４２とが設けられている。この刃具４２は、治具３１上にクランプされた被加工物６の位置に達することができるように、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の３方向に移動できるようになっている。
【０００８】
図３に正面図及び側面図で示されるように、治具３１には、被加工物６を固定するためのクランプ３２が設けられると共に、刃具４２の基準となる原点からＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれの方向への移動量を検出するためのＸ軸タッチスイッチ５１、Ｙ軸タッチスイッチ５２及びＺ軸タッチスイッチ５３の各々が設けられている。また、制御装置５は数値制御装置（ＮＣ）を具備している。
【０００９】
図２は、本発明の熱変位補正機構付加工機の機能ブロックを示している。ここで熱変位測定手段は、図１の３つのタッチスイッチ５１，５２，５３を備えた治具３１、刃具４２及び制御装置５とで構成されている。また熱変位変化量演算手段、熱変位測定間隔演算手段、測定動作開始判断・指示手段、加工量補正値演算手段は、図１の制御装置５に組み込まれている。
更にまた、加工手段は、図１、図３に示される、被加工物６を実際に加工する各部位から構成されている。
【００１０】
上記のように構成された本発明の熱変位補正機構付加工機の作動について説明する。
熱変位測定手段は、数値制御装置（ＮＣ）で刃具４２を原点からＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれの方向に移動させ、刃具４２がそれぞれのタッチスイッチ５１，５２，５３に触れ、これがオンした時の移動量と、加工機がコールド状態のときで熱変位量が０のときの刃具の移動量との差を比較することで、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各方向ごとの熱変位量（Ｄ_ix，Ｄ_iy，Ｄ_iz）を算出する。そして、今回測定した各軸方向の熱変位量を加えていない初期の座標軸上の加工目標点（Ｎ_x ，Ｎ_y ，Ｎ_z ）に、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各方向毎の熱変位量（Ｄ_ix，Ｄ_iy，Ｄ_iz）を加えて、座標軸上の補正加工目標点（Ｎ_x ＋Ｄ_ix，Ｎ_y ＋Ｄ_iy，Ｎ_z ＋Ｄ_iz）を演算する。実際の加工においては、この各軸方向毎の熱変位量（Ｄ_ix，Ｄ_iy，Ｄ_iz）を加味した補正加工目標点に従ってドリル加工等の加工を行う。
すなわち、熱変位により、治具台３やコラム４等が所定方向に傾斜したり、上下方向（Ｙ軸方向）に伸縮した場合、刃具４２と被加工物６との相対的位置関係が、初期の相対的位置関係からずれる。従って、本実施例では、このずれ量を相殺するように初期の加工目標点を各軸毎の熱変位量によって補正する。これにより、初期の加工目標点に対応する位置において、被加工物６を加工することができる。
ここで、刃具４２はタッチスイッチが触れる部位が摩耗しない形状（刃部のない部分）となっており、測定精度への影響を無くしている。なお、タッチスイッチが触れる部材としては、刃具の代りに専用棒材を用いてもよいが、その場合は、通常加工している刃具から専用棒材に自動的または手動で切り替える必要がある。
【００１１】
熱変位変化量演算手段は、前回測定した熱変位量（Ｄ_i-1 ）と今回測定した熱変位量（Ｄ_i ）との差Δｉ＝（Ｄ_i −Ｄ_i-1 ）である変化量を算出する。次いで熱変位測定間隔演算手段によって、図４に示すように変化量Δｉの大きさにより測定間隔Ｔ_i を選択し、測定起動タイマーを起動する。ここで図４は、加工機の作業時間と熱変位量との関係を表す特性曲線を示しており、この曲線から変化量Δｉの大きさにより、図４の下の表に示すように測定間隔Ｔ_i が決められる。なお、最初の測定は、最も短い測定間隔Ｔ₁ に従って実行される。
測定動作開始判断・指示手段は、上記の測定起動タイマーのタイムアップを監視し、タイムアップを確認した時点で熱変位測定手段に対して測定開始を指示する。
【００１２】
加工量補正値演算手段は、上記熱変位測定手段で得られた各軸方向毎の熱変位量に基づき各軸方向毎に補正値を算出し加工手段に加工量を指示する。すなわち、前回測定の熱変位量（Ｄ_i-1 ）と今回測定の熱変位量（Ｄ_i ）との差である変化量Δｉを各軸方向毎に求め、これらを更に加えるかたちで、加工量補正値演算手段で各軸方向毎の補正値（熱変位量）が算出され、この補正値を加味して加工手段に補正加工目標点を指示する。加工手段はこの補正加工目標点に基づき加工を行う。
上述した手順を繰り返し継続して行うことにより、加工機が停止するまで加工を行う。
なお、上記の加工は、例えば複数の加工部位をもつ製品を加工するような場合を想定しているが、この加工に限定されるものではない。
【００１３】
以上のつながりを図５の作動フローに示す。即ち、加工機が起動され、熱変位の測定が開始される。測定動作を開始すべきタイミングではない場合は、それ以前に求められた熱変位量によって補正した補正加工目標点に従って加工が行われる。測定動作を開始すべきタイミングである場合、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向の熱変位測定が開始され、これらの測定値に基づいて熱変位変化量が演算される。更にこの変化量によって熱変位測定間隔Ｔ_i が演算されると共に補正加工目標点が演算され、この補正加工目標点に従って加工が行われる。測定間隔Ｔ_i がタイムアップした時、次の測定開始が指示される。
この作動フローにおいて、加工機起動時の熱変位測定間隔演算手段の測定起動タイマーは、タイムアップしていることを前提としている。
【００１４】
また図４に示すように、熱変位測定間隔演算において、熱変位変化量Δｉが大きいほど測定間隔を短く設定することで、熱変位量の変化が大きい間は測定頻度を多くし、より正確な加工量補正を実現できる。
更に熱飽和に近づくに連れ熱変位量の変化が小さくなると、測定頻度を少なくして測定に伴うロスを低減できる。
このように本発明の熱変位補正機構付加工機においては、暖機運転等による加工機の熱飽和を待つことなく加工を行うことができるため、その生産性を阻害することなく、熱変位による加工精度の悪化を防止することができるという顕著な効果を奏するものである。
なお、上記の実施例では、測定間隔Ｔ_i 毎に求められる熱変位量によって、補正加工目標点を求めたが、その熱変位量の測定時期と実際に加工を行う時期とが異なる場合、前回の測定間隔における熱変位量の変位勾配と、測定時期と加工時期とのずれ時間とから、加工時期における熱変位量を予測して、この予測熱変位量から補正加工目標点を求めてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の熱変位補正機構付加工機の概略の正面図、側面図及び平面図である。
【図２】本発明の熱変位補正機構の機能ブロック図である。
【図３】本発明の熱変位補正機構付加工機に装着する治具の概略の正面図及び側面図である。
【図４】本発明の熱変位補正機構の熱変位測定間隔演算手段の説明図である。
【図５】本発明の熱変位補正機構付加工機の作動フロー図である。
【符号の説明】
１…加工機
２…ベース
３…治具台
３１…治具
３２…クランプ
４…コラム
４２…刃具
５…制御装置
５１…Ｘ軸タッチスイッチ
５２…Ｙ軸タッチスイッチ
５３…Ｚ軸タッチスイッチ
６…被加工物

Claims (3)

1. ミーリング加工、ドリル加工等の加工機において、
   加工部の熱変位を測定するために、刃具のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれの方向の移動量を測定するため、治具上に各方向毎のタッチスイッチを備えている熱変位測定手段と、
   時系列で熱変位の変化量を算出する熱変位変化量演算手段と、
   熱変位を測定する間隔を算出する熱変位測定間隔演算手段と、
   前記熱変位測定手段に対して動作の開始指示を行うための測定動作開始判断・指示手段と、
   前記熱変位測定手段で得られた熱変位量に基づき、加工量の補正値を算出する加工量補正値演算手段と、
   から構成される熱変位補正機構を具備し、
   前記加工量補正値演算手段により得られた補正値を加味して加工を行うことを特徴とする熱変位補正機構付加工機。
2. 前記熱変位測定間隔演算手段が、加工機の作業時間と熱変位量との関係を示す特性曲線に基づいて、前記熱変位測定手段で得られた熱変位量から測定間隔を選択することを特徴とする請求項１に記載の熱変位補正機構付加工機。
3. 加工機等に使用される熱変位補正方法において、
   加工部の熱変位を、刃具のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸のそれぞれの方向の移動量を測定するために治具上に備えられた各方向毎のタッチスイッチにより測定し、これに基づいて時系列で熱変位の変化量を算出し、この変化量から次の熱変位を測定する測定間隔を演算して、該測定間隔に従って次の熱変位の測定を開始するというサイクルを繰り返して行うと共に、前記変化量に基づき補正値を算出して加工手段に加工量を指示することを特徴とする熱変位補正方法。

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