JP4245375B2

JP4245375B2 - Machine tool control method and machine tool

Info

Publication number: JP4245375B2
Application number: JP2003055973A
Authority: JP
Inventors: 順吉田; 啓川名; 康浩倉橋
Original assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Current assignee: Makino Milling Machine Co Ltd
Priority date: 2003-03-03
Filing date: 2003-03-03
Publication date: 2009-03-25
Anticipated expiration: 2023-03-03
Also published as: JP2004261934A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無駄時間のない適切な主軸の暖機運転を行うことができる工作機械の制御方法及び工作機械に関する。
【０００２】
【従来の技術】
工作機械の主軸装置では、主軸を回転させる主軸モータが、または主軸の回転によって主軸の軸受部分が発熱し、この熱により主軸が熱変位を起こすことが知られている。この熱変位は、特に、主軸の始動時や回転開始時のように主軸の温度変化が激しいときに顕著である。
【０００３】
こうした熱変位は、主軸に保持されている工具の刃先位置の変動を招くことから、加工精度に悪影響を与える。
【０００４】
そこで、始動時や工具交換後などに加工を開始するに先立って、経験に基づいて定められた時間、主軸を回転させる暖機運転を行い、主軸の熱変位がほぼ安定してから、工具長又は工具刃先位置を検出し、加工を開始する方法がとられることが一般的であった。また、工具長又は工具刃先位置の検出時の主軸の温度が当該工具による加工開始時の主軸の温度とほぼ等しくなるように、主軸を冷却するための潤滑液温度調節装置を制御し、工具長又は工具刃先位置の検出時と加工開始時とにおける主軸の熱変位をほぼ等しくすることで、主軸の熱変位の影響を低減させる工作機械の制御方法がとられることもあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−２６７３４２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような暖機運転の間や工具長又は工具刃先位置の検出時と加工開始時とにおける主軸の温度をほぼ等しくする温度調節の間は、加工を行うことができない一方、工具交換、工具長の検出又はワークの形状測定等のためには主軸の回転を停止させる必要があり、そのたびに暖機運転や温度調節を行わなければならないことから、暖機運転や温度調節は加工効率を低下させる要因となっていた。
【０００７】
これを解決する方法として、特開平１１−１１００２１号公報や特開平１１−９９４４８号公報に記載されているように、次に行う加工の加工条件に基づいて、主軸の冷却に使用される冷却液の循環やその温度を制御し、より短時間で主軸の熱変位を安定させ、予め設定されたタイミングで工具長の測定を行う又は加工を開始させる精密加工方法がある。
【０００８】
しかしながら、上記方法では、主軸の熱変位が安定したであろうタイミングを予測しているに過ぎず、主軸の熱変位が実際に安定しているか否かを確認してはおらず、主軸の熱変位が加工精度に与える影響を十分に除去することは困難であった。一方、主軸の熱変位が安定したことを確実にするためには、加工を開始させるタイミングを遅めに設定せざるを得ず、加工に直接寄与しない無駄な時間が長くなる傾向がある。
【０００９】
よって、本発明の目的は、上記従来技術に存する問題を解消して、必要以上に長い暖機運転を行うことなく、主軸の熱変位を安定させ、工作機械の加工効率及び加工精度を向上させることができる工作機械の制御方法及び工作機械を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的に鑑み、加工条件に基づいて主軸を回転させながら、主軸に装着された工具の刃先位置を測定、演算し、工具の刃先位置が安定してから加工を開始するようにしている。
【００１１】
すなわち、本発明は、工具とワークとを相対移動させて前記ワークを加工する工作機械の制御方法であって、前記工作機械の主軸を回転させるとき、加工に先立って、前記主軸に装着した前記工具の刃先を工具刃先位置検出手段の検出領域内に移動し、該工具を使用する加工で設定される回転速度で前記主軸を回転させ前記主軸の暖機運転を開始するステップと、前記主軸の暖機運転中に前記主軸に装着した工具の刃先位置を測定するステップと、前記主軸の暖機運転中に前記主軸を回転させながら、予め決められた時間間隔で、測定した前記工具の刃先位置の変化量が予め設定された許容値以下になったとき前記主軸の暖機運転を終了するステップとを含む工作機械の制御方法を提供する。
【００１２】
また、本発明は、工具とワークとを相対移動させて前記ワークを加工する工作機械において、前記工具を回転させながら前記工具の刃先位置を検出可能な非接触式の工具刃先位置検出手段と、前記工具を装着した前記主軸を回転させるとき、加工に先立って、前記工具の刃先を前記工具刃先位置検出手段の検出領域内に移動し、該工具を使用する加工で設定される回転速度で前記主軸を回転させ前記主軸の暖機運転を行う主軸暖機運転制御手段と、前記主軸を回転させながら前記工具刃先位置検出手段を用いて前記工具の刃先位置を予め決められた時間間隔で測定、演算し記憶する工具刃先位置測定演算手段と、前記主軸の暖機運転中に求めた前記工具の刃先位置の変化量が予め設定された許容値以下になったとき、前記主軸の暖機運転を終了する判断手段とを具備する工作機械を提供する。
【００１３】
主軸の暖機運転中に工具の刃先位置を検出し、その工具刃先位置の変化が予め設定された許容範囲内に収まったことを確認することにより、暖機運転において主軸の熱変位が実際に安定し、暖機運転の必要がなくなったと判断することができる。よって、主軸の熱変位が確実に安定してから加工を行えるので、加工中に主軸の熱変位による工具刃先位置の変動を低減させることが可能となる。また、暖機運転中に工具刃先位置を検出しているので、無駄な暖機運転を行う必要がなくなり、暖機運転時間の短縮が可能となる。
【００１４】
工具刃先位置の検出の際に、非接触式の測定手段を用いれば、主軸を回転させているときに主軸の回転を停止させることなく工具の刃先位置の検出を行うことができる。したがって、主軸を停止させることによって主軸が温度低下し、検出時の主軸の熱変位量が回転中の主軸の熱変位量から変動することを回避することができ、回転している主軸の正確な熱変位を検出することが可能となる。
【００１５】
さらに、非接触センサ、好ましくは帯状の測定領域を有する光学式の測定手段を用いれば、主軸の位置を移動させることなく、工具刃先位置の変化を検出することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１７】
まず、図１を参照して、本発明によるＮＣ工作機械１１の全体構成を説明する。ＮＣ工作機械１１の工作機械本体部は、主軸頭１３に回転可能に支持された主軸１５と、ワーク（不図示）を載置、固定するテーブル１７とを備え、ＮＣ装置１９からの軸移動指令に基づいて、Ｘ軸送りモータＭ_Ｘ、Ｙ軸送りモータＭ_Ｙ、Ｚ軸送りモータＭ_Ｚにより、主軸頭１３及び主軸１５とテーブル１７とをＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の直交３軸方向に相対移動できるように構成されている。
【００１８】
図１のＮＣ工作機械１１では、Ｘ軸送りモータＭ_Ｘ、Ｙ軸送りモータＭ_Ｙ及びＺ軸送りモータＭ_Ｚによって主軸頭１３をＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に移動させることにより、主軸頭１３に支持された主軸１５とテーブル１７とを直交３軸方向に相対移動させているが、Ｘ軸送りモータＭ_Ｘによってテーブル１７をＸ軸方向に移動させ、Ｙ軸送りモータＭ_Ｙ及びＺ軸送りモータＭ_Ｚによって主軸頭１３をＹ軸方向及びＺ軸方向に移動させるようにするなど、他の構成をとることも可能である。ここで、Ｘ軸及びＹ軸は主軸１５の回転軸線と垂直な平面内の直交する２つの軸方向を指し、Ｚ軸は主軸１５の回転軸線と平行な軸方向を指す。
【００１９】
そして、主軸１５の先端に装着された工具Ｔを回転させながらワークに切り込み、主軸１５とテーブル１７とを相対移動させることにより工具ＴとワークとをＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に相対移動させて、ワークを所望される形状に加工する。
【００２０】
ＮＣ装置１９は、加工プログラムなどの各種プログラムを格納しており、格納されているプログラムを解析し、プログラムに従って逐次移動指令を生成し、この移動指令に従ってＸ軸送りモータＭ_Ｘ、Ｙ軸送りモータＭ_Ｙ、Ｚ軸送りモータＭ_Ｚを駆動する。
【００２１】
また、ＮＣ工作機械１１の機械本体部には、任意の瞬間のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各送り軸の座標値を読み取る位置読取手段２１が設けられており、位置読取手段２１によって読み取られたテーブル１７に対する主軸頭１３の相対位置は逐次ＮＣ装置１９へフィードバックされる。図１の実施形態では、位置読取手段２１として、デジタルスケールを使用しているが、Ｘ軸送りモータＭ_Ｘ、Ｙ軸送りモータＭ_Ｙ、Ｚ軸送りモータＭ_Ｚにそれぞれ取り付けられたエンコーダなど適宜の装置を使用することも可能である。
【００２２】
さらに、ＮＣ工作機械１１は、テーブル１７上の加工の妨げとならない位置に設けられた工具刃先位置検出装置２３と、ＮＣ装置１９を介して暖機運転の制御を行う制御装置２５とを備える。
【００２３】
制御装置２５は、図２に示すように、主軸暖機運転制御手段２９、工具刃先位置測定演算手段３１、及び主軸暖機運転判断手段３９を備えて構成される。工具刃先位置測定演算手段３１は、測定制御手段３３、工具刃先位置演算手段３５、記憶手段３７、及び測定時間間隔決定手段４１から成る。
【００２４】
主軸暖機運転制御手段２９は、ＮＣ装置１９から主軸１５の回転指令を受け、暖機運転ＯＮ，ＯＦＦの指令を返送する。工具刃先位置測定演算手段３１の測定制御手段３３は、ＮＣ装置１９へ測定タイミング毎に測定指令を発するとともに、工具刃先位置演算手段３５へ工具刃先位置検出装置２３の検出値に基づいて工具Ｔの刃先位置を演算して求める指令を発する。記憶手段３７は、演算して求めた工具刃先位置を記憶する。測定時間間隔決定手段４１は、記憶した工具刃先位置から暖機運転経過時間に対する主軸の変位の変化傾向を演算し、演算結果から暖機運転中の工具刃先位置の適切な測定時間間隔を決定し、測定制御手段３３へ発する。こうして工具刃先位置測定演算手段３１で求めた工具刃先位置データを主軸暖機運転判断手段３９へ送出すると、主軸暖機運転判断手段３９は、刃先位置の変化量又は変化率を演算し、その値が許容範囲内に収ったことを確認して主軸暖機運転制御手段２９へ暖機運転を終了するか否かの信号を発する。
【００２５】
ＮＣ工作機械１１では、暖機運転の際など工具Ｔの刃先位置を測定するときに、主軸１５とテーブル１７とを相対移動させて、工具刃先位置検出装置２３によって主軸１５に装着された工具Ｔの刃先位置を検出する。詳細には、工具刃先位置検出装置２３の刃先検出位置はテーブル１７に対して予め定められた位置となっていることから、主軸頭１３及びテーブル１７の位置が検出されれば、主軸頭１３と工具刃先位置検出装置２３の検出位置との距離が判明することを利用して、主軸頭１３に対する工具Ｔの刃先位置を演算する。
【００２６】
制御装置２５は、暖機運転の際に、主軸１５を回転させながら、工具刃先位置検出装置２３によって工具Ｔの刃先位置を検出し、工具Ｔの刃先位置の変動、すなわち主軸１５の熱変位が安定したことを確認して暖機運転が終了したと判断する。したがって、本発明のＮＣ工作機械１１は、暖機運転に必要最小限の時間しか要さない一方で、暖機運転終了の後の主軸１５の熱変位を確実に安定させ、加工中に工具Ｔの刃先位置が主軸１５の熱変位により変動する可能性を最小限に抑えることができる。
【００２７】
工具Ｔの刃先位置を検出する方法は、主軸１５を停止させ、すばやく工具刃先を接触式センサの基準位置に接触させることにより刃先位置を検出できる。しかし、工具Ｔの刃先位置を検出する際に、主軸１５を停止させると、主軸１５の温度が低下し、検出時の主軸１５の熱変位量が回転中の主軸１５の熱変位量から変化してしまうので、工具Ｔの刃先位置の検出は主軸１５の回転を停止させることなく行われることが好ましい。この場合、非接触式の工具刃先位置検出装置２３が用いられる。このため、図１に示されている実施形態では、光学式の工具刃先位置検出装置２３が使用されている。しかしながら、非接触式の工具刃先位置検出装置２３として、例えば、静電容量式、渦電流式などの非接触式センサを使用することもできる。
【００２８】
また、工具刃先位置検出装置２３は、１本の光線を用いた光学式センサでも良いが、図１に示されているように、工具Ｔの回転軸線を含む平面に沿って延びる帯状の検出領域を有している光学センサが好ましい。この特徴により、予め定められた位置に配置された主軸頭１３に支持された主軸１５が熱変位を起こし、主軸１５に保持される工具Ｔの刃先位置が変化しても、工具Ｔの刃先の位置の変化を検出することができるという効果を奏する。
【００２９】
次に、図３を参照して、図１に示されているＮＣ工作機械における暖機運転の制御方法を説明する。
【００３０】
ＮＣ工作機械１１では、ＮＣ工作機械１１を始動させたときや工具Ｔの交換を行ったときなど、主軸１５を停止状態から回転状態に移行させるとき、加工を開始するに先立って、主軸１５の暖機運転を行う。このために、制御装置２５は、ＮＣ装置１９を介して、Ｘ軸送りモータＭ_Ｘ、Ｙ軸送りモータＭ_Ｙ、Ｚ軸送りモータＭ_Ｚを駆動させて、主軸頭１３及びそれに支持される主軸１５とテーブル１７とを予め定められた相対位置に移動させ、主軸１５に装着された工具Ｔの刃先を工具刃先位置検出装置２３の検出領域内に配置させる。そして、主軸頭１３とテーブル１７とをこの相対位置に配置した状態で、ＮＣ装置１９から指令された、当該工具を使用する加工において設定される加工条件の回転速度で主軸１５を回転させ、主軸暖機運転制御手段２９が主軸１５の暖機運転を開始させる（ステップＳ１）。
【００３１】
次に、測定制御手段３３は、暖機運転中に、主軸１５に装着された工具Ｔの刃先位置を工具刃先位置検出装置２３によって検出し、その検出値に基づいて工具刃先位置演算手段３５で工具Ｔの刃先位置を演算させる（ステップＳ２）。このとき演算された工具Ｔの刃先位置は、記憶手段３７に記憶される（ステップＳ３）。さらに、予め設定された時間間隔を経た後、再度、ステップＳ２と同様にして、工具Ｔの刃先位置を演算し（ステップＳ４）、演算した工具Ｔの刃先位置を記憶手段３７に記憶する（ステップＳ５）。なお、ステップＳ５は省略することも可能である。
【００３２】
次に、主軸暖機運転判断手段３９は、現在測定された工具Ｔの刃先位置と記憶手段３７に記憶された前回の演算における工具Ｔの刃先位置とから、工具Ｔの刃先位置の変化量を求め（ステップＳ６）、求めた工具Ｔの刃先位置の変化量と予め設定された変化量の許容値とを比較する（ステップＳ７）。
【００３３】
工具Ｔの刃先位置の変化量が許容値以上であるとき、すなわち工具Ｔの刃先位置の変化量が許容範囲を超えているとき、主軸１５の熱変位が安定していないと判断して、ステップ４に戻り、工具Ｔの刃先位置の演算を継続する（ステップＳ７のＮＯ）。一方、工具Ｔの刃先位置の変化量が予め設定された許容値以下であるとき、すなわち工具Ｔの刃先位置の変化量が予め設定された許容範囲内に収まったとき、主軸１５の熱変位が安定したと判断する。主軸の熱変位が安定すると、もはや暖機運転の必要性はなくなるので、主軸暖機運転判断手段３９は、暖機運転を終了させてもよいと判断し、主軸暖機運転制御手段２９に暖機運転終了を指令し、ＮＣ装置１９に加工を開始させる（ステップＳ７のＹＥＳ）。工具刃先位置の変化量に代えて変化率を用いることもできる。
【００３４】
このように、暖機運転中に主軸１５に装着された工具Ｔの刃先位置を検出しているので、主軸１５の熱変位が実際に安定したことを確認できると共に、主軸１５の熱変位が安定した瞬間を検知できるので、無駄な暖機運転を行うことを回避することができる。測定時間間隔決定手段４１で決定した適切な測定時間間隔を用いれば、暖機運転時間を最小にできる。
【００３５】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、主軸に装着された工具刃先位置の変動を暖機運転中に検出することにより、主軸の熱変位が安定したことを確認できるので、加工中の主軸の熱変位の影響を低減させることができ、加工精度の向上を図ることができる。また、主軸の熱変位が安定した瞬間を検知できるので、暖機運転に要する時間を最小限に抑えることが可能となり、加工効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による工作機械の要部構成図及びブロック図である。
【図２】図１に示されている制御装置の一実施形態を表わすブロック図である。
【図３】図１に示されている工作機械における暖機運転の制御方法を示しているフローチャートである。
【符号の説明】
１１…ＮＣ工作機械
１５…主軸
２３…工具刃先位置検出装置
２５…制御装置
２９…主軸暖機運転制御手段
３１…工具刃先位置測定演算手段
３３…測定制御手段
３５…工具刃先位置演算手段
３７…記憶手段
３９…主軸暖機運転判断手段
Ｔ…工具[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a machine tool control method and a machine tool capable of performing an appropriate spindle warm-up operation with no dead time.
[0002]
[Prior art]
In a spindle device of a machine tool, it is known that a spindle motor that rotates the spindle or a bearing portion of the spindle generates heat due to rotation of the spindle, and the spindle causes thermal displacement due to this heat. This thermal displacement is particularly noticeable when the temperature of the main shaft changes drastically, such as when the main shaft starts or starts rotating.
[0003]
Such thermal displacement causes fluctuations in the cutting edge position of the tool held on the spindle, and thus adversely affects machining accuracy.
[0004]
Therefore, before starting machining at the time of starting or after tool replacement, etc., perform a warm-up operation that rotates the spindle for a time determined based on experience, and after the thermal displacement of the spindle is almost stabilized, Or the method of detecting a tool blade edge position and starting a process was generally taken. In addition, the lubricant temperature adjusting device for cooling the spindle is controlled so that the temperature of the spindle at the time of detecting the tool length or the tool edge position becomes substantially equal to the temperature of the spindle at the start of machining by the tool. Alternatively, a method of controlling a machine tool that reduces the influence of the thermal displacement of the main spindle by making the thermal displacement of the main spindle almost equal at the time of detection of the tool edge position and at the start of machining may be taken (for example, Patent Documents). 1).
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-8-267342 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
Machining cannot be performed during the warm-up operation as described above, or during temperature adjustment that makes the spindle temperature substantially equal at the time of detection of the tool length or tool edge position and at the start of machining, while tool change and tool Since it is necessary to stop the rotation of the spindle for detecting the length or measuring the workpiece shape, etc., it is necessary to perform warm-up operation and temperature adjustment each time. It was a factor to decrease.
[0007]
As a method for solving this, as described in Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 11-1110021 and 11-99448, a coolant used for cooling the spindle based on the processing conditions of the next processing to be performed. There is a precision machining method that controls the circulation and temperature thereof, stabilizes the thermal displacement of the spindle in a shorter time, and measures the tool length at a preset timing or starts machining.
[0008]
However, the above method only predicts the timing at which the main shaft thermal displacement will be stable, and does not confirm whether the main shaft thermal displacement is actually stable. It has been difficult to sufficiently remove the effect of machining on the machining accuracy. On the other hand, in order to ensure that the thermal displacement of the main shaft is stabilized, the timing for starting the machining must be set later, and there is a tendency that the useless time that does not directly contribute to the machining becomes long.
[0009]
Therefore, the object of the present invention is to solve the problems in the prior art described above, stabilize the thermal displacement of the main spindle without performing warm-up operation longer than necessary, and improve the machining efficiency and machining accuracy of the machine tool. It is an object to provide a machine tool control method and a machine tool.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In view of the above-described object, the present invention measures and calculates the cutting edge position of a tool attached to the spindle while rotating the spindle based on machining conditions, and starts machining after the cutting edge position of the tool is stabilized. ing.
[0011]
That is, the present invention is a control method of a machine tool for machining the workpiece by relatively moving a tool and a workpiece, and when rotating the spindle of the machine tool, the machine mounted on the spindle prior to machining Moving the cutting edge of the tool into the detection region of the tool cutting edge position detecting means, rotating the spindle at a rotation speed set by machining using the tool, and starting the warm-up operation of the spindle; Measuring the cutting edge position of the tool mounted on the spindle during the warm-up operation, and measuring the cutting edge position of the tool at a predetermined time interval while rotating the spindle during the warm-up operation of the spindle; And a step of ending the warm-up operation of the spindle when the amount of change in the value becomes equal to or less than a preset allowable value.
[0012]
Further, the present invention provides a non-contact type tool edge position detecting means capable of detecting the edge position of the tool while rotating the tool in a machine tool that processes the workpiece by relatively moving the tool and the work , When rotating the spindle on which the tool is mounted, the cutting edge of the tool is moved into the detection area of the tool cutting edge position detecting means prior to machining, and the rotation speed set in the machining using the tool is used. A spindle warm-up operation control means for rotating the spindle and warming up the spindle , and measuring the blade edge position of the tool at a predetermined time interval using the tool blade edge position detection means while rotating the spindle, When the change amount of the tool edge position of the tool determined during the warm-up operation of the spindle and the tool edge position measurement calculation means to calculate and store becomes less than a preset allowable value, the warm-up operation of the spindle is performed. End To provide a machine tool having a determining means for.
[0013]
By detecting the tool edge position during the spindle warm-up operation and confirming that the change in the tool edge position is within the preset allowable range, the thermal displacement of the spindle is actually It is stable and it can be determined that there is no need for warm-up operation. Therefore, since the machining can be performed after the thermal displacement of the spindle is reliably stabilized, it is possible to reduce the fluctuation of the tool edge position due to the thermal displacement of the spindle during machining. Further, since the tool edge position is detected during the warm-up operation, it is not necessary to perform a useless warm-up operation, and the warm-up operation time can be shortened.
[0014]
If a non-contact type measuring means is used when detecting the tool edge position, the tool edge position can be detected without stopping the rotation of the spindle when the spindle is rotated. Therefore, by stopping the spindle, the temperature of the spindle decreases, and the amount of thermal displacement of the spindle at the time of detection can be avoided from fluctuating from the amount of thermal displacement of the rotating spindle. It becomes possible to detect thermal displacement.
[0015]
Furthermore, if a non-contact sensor, preferably an optical measuring means having a strip-shaped measurement region, is used, it is possible to detect a change in the tool edge position without moving the position of the spindle.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0017]
First, the overall configuration of the NC machine tool 11 according to the present invention will be described with reference to FIG. The machine tool main body of the NC machine tool 11 includes a spindle 15 rotatably supported by the spindle head 13 and a table 17 on which a work (not shown) is placed and fixed. An axis movement command from the NC device 19 is provided. The X-axis feed motor M _X , the Y-axis feed motor M _Y , and the Z-axis feed motor M _{Z are used} to connect the spindle head 13 and the spindle 15 and the table 17 to the three orthogonal directions of the X, Y and Z axes It is comprised so that it can move relative to.
[0018]
In the NC machine tool 11 of FIG. 1, the spindle head 13 is moved in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction by the X-axis feed motor M _X , the Y-axis feed motor _MY, and the Z-axis feed motor M _Z. , although by relatively moving the main spindle 15 and the table 17 supported on the spindle head 13 in three orthogonal directions, to move the table 17 in the X-axis direction by the X axis feed motor M _X, Y axis feed motor M _Y and spindle head 13 by the Z-axis feed motor M _Z such as to move in the Y-axis direction and the Z-axis direction, it is also possible to adopt other configurations. Here, the X axis and the Y axis indicate two orthogonal axial directions in a plane perpendicular to the rotation axis of the main shaft 15, and the Z axis indicates an axial direction parallel to the rotation axis of the main shaft 15.
[0019]
Then, the tool T attached to the tip of the main spindle 15 is cut into the work while rotating, and the main spindle 15 and the table 17 are relatively moved to move the tool T and the work relative to each other in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions. The workpiece is processed into a desired shape.
[0020]
The NC device 19 stores various programs such as machining programs, analyzes the stored programs, generates sequential movement commands according to the programs, and X-axis feed motors M _X and Y-axis feed motors according to the movement commands. M _Y, drives the Z-axis feed motor _{M Z.}
[0021]
The machine body of the NC machine tool 11 is provided with position reading means 21 for reading the coordinate values of the feed axes of the X axis, Y axis, and Z axis at any moment. The relative position of the spindle head 13 with respect to the table 17 is fed back to the NC device 19 sequentially. In the embodiment of FIG. 1, a digital scale is used as the position reading means 21, but an encoder attached to each of the X-axis feed motor M _X , the Y-axis feed motor M _Y , and the Z-axis feed motor M _Z is appropriately used. It is also possible to use these devices.
[0022]
Furthermore, the NC machine tool 11 includes a tool blade edge position detection device 23 provided at a position that does not hinder machining on the table 17 and a control device 25 that controls the warm-up operation via the NC device 19.
[0023]
As shown in FIG. 2, the control device 25 includes a spindle warm-up operation control means 29, a tool edge position measurement calculation means 31, and a spindle warm-up operation determination means 39. The tool edge position measurement calculation means 31 includes a measurement control means 33, a tool edge position calculation means 35, a storage means 37, and a measurement time interval determination means 41.
[0024]
The spindle warm-up operation control means 29 receives a rotation command for the spindle 15 from the NC device 19 and returns a warm-up operation ON / OFF command. The measurement control means 33 of the tool edge position measurement calculation means 31 issues a measurement command to the NC device 19 at every measurement timing, and the tool edge position calculation means 35 determines the tool T based on the detection value of the tool edge position detection apparatus 23. Issue a command to calculate and obtain the cutting edge position. The storage means 37 stores the tool edge position obtained by calculation. The measurement time interval determining means 41 calculates a change tendency of the displacement of the spindle with respect to the warm-up operation elapsed time from the stored tool edge position, and determines an appropriate measurement time interval of the tool edge position during the warm-up operation from the calculation result. To the measurement control means 33. When the tool edge position data calculated by the tool edge position measurement calculation means 31 is sent to the spindle warm-up operation determination means 39, the spindle warm-up operation determination means 39 calculates the change amount or rate of change of the edge position, and the value Is within the allowable range, a signal is sent to the spindle warm-up operation control means 29 as to whether or not to end the warm-up operation.
[0025]
In the NC machine tool 11, when measuring the cutting edge position of the tool T such as during warm-up operation, the spindle 15 and the table 17 are relatively moved, and the tool T mounted on the spindle 15 by the tool cutting edge position detection device 23. Detect the blade edge position. Specifically, since the cutting edge detection position of the tool cutting edge position detection device 23 is a predetermined position with respect to the table 17, if the positions of the spindle head 13 and the table 17 are detected, the spindle head 13 and The cutting edge position of the tool T with respect to the spindle head 13 is calculated using the fact that the distance from the detection position of the tool cutting edge position detection device 23 is known.
[0026]
The control device 25 detects the blade tip position of the tool T by the tool blade tip position detection device 23 while rotating the spindle 15 during the warm-up operation, and fluctuations in the blade tip position of the tool T, that is, thermal displacement of the spindle 15 is detected. It is determined that the warm-up operation has been completed after confirming that it has stabilized. Therefore, the NC machine tool 11 of the present invention requires the minimum time required for the warm-up operation, while reliably stabilizing the thermal displacement of the main spindle 15 after the warm-up operation is completed, and the tool T during the machining. The possibility that the cutting edge position fluctuates due to the thermal displacement of the main shaft 15 can be minimized.
[0027]
The method of detecting the cutting edge position of the tool T can detect the cutting edge position by stopping the spindle 15 and quickly bringing the tool cutting edge into contact with the reference position of the contact sensor. However, if the spindle 15 is stopped when detecting the cutting edge position of the tool T, the temperature of the spindle 15 decreases, and the amount of thermal displacement of the spindle 15 at the time of detection changes from the amount of thermal displacement of the rotating spindle 15. Therefore, it is preferable that the position of the cutting edge of the tool T is detected without stopping the rotation of the main shaft 15. In this case, a non-contact type tool edge position detection device 23 is used. For this reason, in the embodiment shown in FIG. 1, an optical tool edge position detection device 23 is used. However, as the non-contact type tool edge position detecting device 23, for example, a non-contact type sensor such as a capacitance type or an eddy current type may be used.
[0028]
Further, the tool edge position detection device 23 may be an optical sensor using a single light beam, but as shown in FIG. 1, a band-shaped detection region extending along a plane including the rotation axis of the tool T. An optical sensor having Due to this feature, even if the spindle 15 supported by the spindle head 13 arranged at a predetermined position undergoes thermal displacement and the cutting edge position of the tool T held on the spindle 15 changes, the cutting edge of the tool T is changed. There is an effect that a change in position can be detected.
[0029]
Next, with reference to FIG. 3, the control method of the warm-up operation in the NC machine tool shown in FIG. 1 will be described.
[0030]
In the NC machine tool 11, when the spindle 15 is shifted from the stopped state to the rotating state, such as when the NC machine tool 11 is started or when the tool T is changed, the spindle 15 is moved before starting the machining. Perform warm-up operation. For this purpose, the control device 25 drives the X-axis feed motor M _X , the Y-axis feed motor M _Y , and the Z-axis feed motor M _Z via the NC device 19, and the spindle head 13 and the spindle supported thereby. 15 and the table 17 are moved to a predetermined relative position, and the cutting edge of the tool T mounted on the spindle 15 is arranged in the detection region of the tool cutting edge position detection device 23. Then, in a state where the spindle head 13 and the table 17 are arranged at this relative position, the spindle 15 is rotated at the rotational speed of the machining conditions set in the machining using the tool, which is instructed from the NC device 19, and the spindle The warm-up operation control means 29 starts the warm-up operation of the main shaft 15 (step S1).
[0031]
Next, the measurement control means 33 detects the cutting edge position of the tool T mounted on the spindle 15 by the tool cutting edge position detection device 23 during the warm-up operation, and the tool cutting edge position calculation means 35 based on the detected value. The cutting edge position of the tool T is calculated (step S2). The cutting edge position of the tool T calculated at this time is stored in the storage means 37 (step S3). Further, after a preset time interval, the cutting edge position of the tool T is calculated again in the same manner as in step S2 (step S4), and the calculated cutting edge position of the tool T is stored in the storage means 37 (step S4). S5). Note that step S5 can be omitted.
[0032]
Next, the spindle warm-up operation determination unit 39 calculates the amount of change in the cutting edge position of the tool T from the cutting edge position of the tool T currently measured and the cutting edge position of the tool T in the previous calculation stored in the storage unit 37. Obtained (step S6), and the obtained change amount of the cutting edge position of the tool T is compared with a preset allowable value of the change amount (step S7).
[0033]
When the amount of change in the cutting edge position of the tool T is greater than or equal to the allowable value, that is, when the amount of change in the cutting edge position of the tool T exceeds the allowable range, it is determined that the thermal displacement of the spindle 15 is not stable, and Returning to 4, the calculation of the cutting edge position of the tool T is continued (NO in step S7). On the other hand, when the amount of change in the cutting edge position of the tool T is less than or equal to a preset allowable value, that is, when the amount of change in the cutting edge position of the tool T falls within a preset allowable range, the thermal displacement of the spindle 15 is reduced. Judge as stable. When the thermal displacement of the main shaft is stabilized, there is no longer a need for the warm-up operation. Therefore, the main shaft warm-up operation determination means 39 determines that the warm-up operation may be terminated, and the main shaft warm-up operation control means 29 The machine operation is commanded to end, and the NC device 19 is started to process (YES in step S7). The rate of change may be used instead of the amount of change in the tool edge position.
[0034]
As described above, since the position of the cutting edge of the tool T mounted on the spindle 15 is detected during the warm-up operation, it can be confirmed that the thermal displacement of the spindle 15 is actually stabilized, and the thermal displacement of the spindle 15 is stable. Therefore, it is possible to avoid performing unnecessary warm-up operation. If an appropriate measurement time interval determined by the measurement time interval determination means 41 is used, the warm-up operation time can be minimized.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to confirm that the thermal displacement of the main spindle is stable by detecting the change in the position of the tool edge mounted on the main spindle during the warm-up operation. The influence can be reduced and the processing accuracy can be improved. In addition, since the moment when the thermal displacement of the main shaft is stabilized can be detected, the time required for the warm-up operation can be minimized, and the machining efficiency can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram and a block diagram of a main part of a machine tool according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of the control device shown in FIG.
FIG. 3 is a flowchart showing a control method for warm-up operation in the machine tool shown in FIG. 1;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... NC machine tool 15 ... Main shaft 23 ... Tool blade edge position detection device 25 ... Control device 29 ... Spindle warm-up operation control means 31 ... Tool blade edge position measurement calculation means 33 ... Measurement control means 35 ... Tool blade edge position calculation means 37 ... Memory Means 39 ... Spindle warm-up operation judgment means T ... Tool

Claims

A control method of a machine tool (11) for machining a workpiece by moving a tool (T) and a workpiece relative to each other,
When rotating the spindle (15) of the machine tool (11), prior to machining, the cutting edge of the tool (T) mounted on the spindle (15) is within the detection region of the tool cutting edge position detecting means (23). Moving and rotating the spindle (15) at a rotational speed set in machining using the tool (T) to start warm-up operation of the spindle (15);
Measuring the cutting edge position of the tool (T) mounted on the spindle (15) at predetermined time intervals while rotating the spindle (15) during the warm-up operation of the spindle (15) ;
Ending the warm-up operation of the spindle (15) when the amount of change in the cutting edge position of the tool (T) measured during the warm-up operation of the spindle (15) is less than or equal to a preset allowable value; ,
A method for controlling a machine tool, comprising:

The step of ending the warm-up operation of the main spindle (15) when the amount of change in the cutting edge position of the tool (T) measured during the warm-up operation of the main spindle (15) is less than or equal to a preset tolerance value. And calculating a change amount of the tool edge position from a value measured and stored during the warm-up operation of the spindle (15), and ending the warm-up operation of the spindle (15) from the calculation result. Item 2. A method for controlling a machine tool according to Item 1 .

In a machine tool (11) for processing the workpiece by relatively moving the tool (T) and the workpiece,
Non-contact type tool edge position detecting means (23) capable of detecting the edge position of the tool (T) while rotating the tool (T);
When rotating the spindle (15) on which the tool (T) is mounted, the cutting edge of the tool (T) is moved into the detection area of the tool cutting edge position detecting means (23) prior to machining, and the tool A spindle warm-up operation control means (29) for rotating the spindle (15) at a rotation speed set by machining using (T) and performing a warm-up operation of the spindle (15);
Tool cutting edge position measurement calculation means for measuring, calculating and storing the cutting edge position of the tool (T) at a predetermined time interval using the tool cutting edge position detection means (23) while rotating the spindle (15). 31) and
When the amount of change in the cutting edge position of the tool (T) obtained during the warm-up operation of the main shaft (15) is equal to or less than a preset allowable value, the determination to end the warm-up operation of the main shaft (15). Means (39);
A machine tool characterized by comprising: