JP4508500B2 - アタッチメント交換に伴う主軸頭重心補正装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、横中ぐり盤などの数値制御工作機械の主軸頭に係り、特に、主軸頭の主軸にアタッチメントを交換した際の重心の変化を補正する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
横中ぐり盤では、主軸頭がコラムの案内に沿って昇降し、主軸頭に組み込まれているラムが水平方向に移動する。このラムが水平方向に移動すると主軸の重心の変化により傾くという現象が生じる。大型の横中ぐり盤にもなると、ラムそのものに重量があり、ラムの移動がないときと、ラムがもっとも繰り出されたときとでは、主軸頭の重心の位置は大きく変わる。この重心位置の変動によりラムの水平移動の真直度が保てずにラム先端の主軸の位置に上下方向の誤差が生じるため、加工精度を確保するためには、何らかの補正が必要不可欠となる。
【０００３】
横中ぐり盤の主軸頭では、ラムの繰り出しの他に、重心位置を変動させる要因として、アタッチメントの交換がある。アタッチメントには、アングルヘッド、フェーシングヘッド、５軸ヘッドなど、多くの種類があり、特殊な加工機能を付加するために必要に応じて主軸に取り付けられる。そして、アタッチメントは、その種類によって機能、構造が相違し、比較的軽量のものから１トン近いものまで様々である。したがって、アタッチメントを交換の前後では、主軸頭の重心位置が大きく変わり、補正が必要となる。
【０００４】
このようになラム繰り出しおよびアタッチメントの交換の際の重心補正方式として、主軸頭の重量を支える左右２本のワイヤのつり上げ力の割合を油圧により自動的に変化させ、ラムの水平移動の真直度を保つようにしたものが従来技術として知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、油圧による重心補正の場合、応答遅れがどうしても生じ、追従性が悪いという油圧方式の制約を受け、実際の主軸先端の位置と、補正した位置との間に誤差が生じている。
【０００６】
さらに、アタッチメントの交換に関しては、プログラマブルシーケンスコントローラが制御を担当しており、様々な制御項目の中から、実行する補正のプログラムをスキャンするのに時間がロスするという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、前記従来技術の有する問題点を解消し、アタッチメントの自動交換に伴い主軸頭の重心位置が変動しても、応答性が高く正確にラムの水平移動の真直度を保つことができるように補正をするアタッチメント交換に伴う主軸頭重心補正装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、
コラムの案内に沿って上下に移動する主軸頭と、主軸ユニットを内蔵し前記主軸頭の案内に沿って水平方向に移動するラムと、第１のボールねじ送り機構および第２のボールねじ送り機構からなり前記主軸頭を上下に移動させる一対のボールねじ送り機構と、前記第１ボールねじ送り機構を駆動する第１のサーボモータと、前記第２ボールねじ送り機構を駆動する第２のサーボモータと、ラムの先端部に取り付けられるアタッチメントを自動交換する自動アタッチメント交換装置と、ＮＣ装置と、前記自動アタッチメント交換装置等の工作機械の周辺機器を制御するシーケンス制御装置を有するＮＣ工作機械において、前記アタッチメントの交換に伴い、前記ラムの移動による前記主軸頭の重心変動に起因する主軸頭の傾きおよび当該ラムの上下方向の偏位を補正するための主軸頭重心補正装置であって、
前記ＮＣ装置から与えられる主軸頭移動指令に基づき前記第１サーボモータ、第２サーボモータを制御するＹ軸制御部と、
前記ラムの上下方向の偏位を測定する基準となる基準ブロックと、
前記ラムの先端に配置される第１のインジケータと、
前記基準ブロックに配置される第２のインジケータと、
前記ラムを任意の繰り出し量で移動させ、任意の繰り出し量におけるラム先端位置の上下方向偏位を前記基準ブロックと前記第１および第２インジケータを用いて検出し、前記第１インジケータで検出した第１サーボモータに対する移動指令の補正量Δｙ１、前記第２インジケータで検出した第２サーボモータに対する移動指令の補正量Δｙ２としてあらかじめ任意の繰り出し量に対応させた補正量データを格納する補正データテーブルを記憶する手段と、
ＮＣ装置から与えられるラム移動指令を取り込むとともに、前記補正データテーブルから当該ラムの繰り出し量に対応する補正量Δｙ１、Δｙ２を読み込み、この補正量Δｙ１を第１サーボモータに対する移動指令に加減し、補正量Δｙ２を第２サーボモータに対する移動指令に加減し主軸頭の姿勢を水平に維持しラム先端位置の上下方向偏位を補正する補正手段と、
交換可能な各アタッチメントについてあらかじめ用意されたアタッチメント別の補正データテーブルを集合的に保管する補正データ保管手段と、
前記補正データ保管手段から新たなアタッチメントの補正のデータを読み込み、前記補正データテーブルを更新する手段と、からなり、
前記ＮＣ装置は、アタッチメント交換指令を前記シーケンス制御装置に指令するマクロを実行した後に、パーソナルマクロを実行することにより前記補正データテーブルを更新させるようにしたことを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるアタッチメント交換に伴う主軸頭補正装置の一実施形態について、添付の図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明が適用されるＮＣ横中ぐり盤を示す。参照符号１０は床面を示す。この床面１０にはベッド１１が固定され、ベッド１１上には、案内面に沿って紙面に垂直な方向に移動可能にコラムベース１２が設置されている。コラム１４は、コラムベース１２に固定されている。
【００１０】
コラム１４の側面には主軸頭１６の上下移動を案内する案内面（図示せず）が設けられ、主軸頭１６は、この案内面に沿って上下に昇降自在にコラム１４に取り付けられている。主軸頭１６の内部には、ラム１８が水平方向に移動可能に組み込まれている。このラム１８には、主軸ユニットが内蔵されている。この実施形態では、主軸頭１６のラム案内面は、箱形のラム１８の４面を案内するクローズドタイプの案内面が採用され、これにより高剛性の主軸頭構造となっている。
ラム１８の先端部には、特殊な加工を行う場合、必要に応じてアタッチメント１００が取り付け、このアタッチメント１００に工具が装着される。このアタッチメント１００の交換は、図示しない自動アタッチメント交換装置により行われる。
【００１１】
コラム１４の頂部には、カウンターウェイト用のプーリ１９が設置され、このプーリーに巻かれたワイヤー２０の一端部が主軸頭１６に止着され、他端側には図示しない主軸頭１６の重量に釣り合うカウンターウェイトが止着されている。
【００１２】
この横中ぐり盤では、主軸頭１６の昇降送りを２本のボールねじ２２ａ、２２ｂからなる第１のボールねじ機構および第２のボールねじ機構と、それぞれを駆動する第１Ｙ軸サーボモータ２４ａ、第２Ｙ軸サーボモータ２４ｂによって行っている。ラム１８の繰り出しは、ボールねじ機構２６をラム送り（Ｚ軸）サーボモータ２８で駆動することにより行っている。なお、参照符号２９は、主軸を回転駆動するモータである。この横中ぐり盤では、ＮＣ装置により数値制御する上で、主軸頭１６の移動を制御する軸がＹ軸で、ラム１８の繰り出しを制御する軸がＺ軸である。
【００１３】
このような主軸頭１６では、ラム１８が繰り出されると、その位置によって主軸頭１６の重心位置が変動し、主軸頭１６とともにラム１８の案内面が水平から僅かに傾く。この案内面の傾きによって、ラム１８（主軸）の先端の位置は、ラム１８の案内面が水平に維持されていた場合に比べると上下方向に偏位することになる。そこで、図２に、このようなラム１８の偏位の補正を実行する制御装置のブロック構成図を示す。
【００１４】
図２において、３０は横中ぐり盤を数値制御するＮＣ装置を示す。このＮＣ装置３０は、入力される指令データ等を記憶する記憶部３１と、指令データを解析して指令を演算する演算部３２を有している。ＮＣ装置から出力された主軸頭移動指令（Ｙ軸移動指令）、ラム移動指令（Ｚ軸移動指令）は、それぞれサーボ制御部のＹ軸サーボアンプ３２ａ、３２ｂと、Ｚ軸サーボアンプ３４に導入される。なお、他の制御軸に属するサーボアンプおよび位置等をフィードバック制御する制御ループについては、重心補正とは直接関係がないので省略されている。
【００１５】
図２において、３５はプログラマブルシーケンスコントローラ（以下、ＰＬＣという。）で、切削液の供給装置や、自動工具交換装置、自動アタッチメント交換装置、テーブル等の工作機械の周辺機器の制御を行う。この図２では、周辺機器のうち、アタッチメントの交換を行う自動アタッチメント交換装置３７（以下、ＡＡＣという。）が示されている。
【００１６】
ＮＣ装置３０から出力される主軸頭移動指令は、それぞれＹ軸サーボアンプ３２ａ、３２ｂに入力され、この主軸頭移動指令に基づいてＹ軸サーボアンプ３２ａ、３２ｂは、主軸頭１６の上下方向の送りを駆動するサーボモータ２４ａ、２４ｂのそれぞれに指令を与えて制御する。同じように、ＮＣ装置３０から出力されるラム移動指令は、Ｚ軸サーボアンプ３４に入力され、このラム移動指令に基づいてＺ軸サーボアンプ３４は、ラムの送りを駆動するラム送りサーボモータ２８に指令してその回転を制御する。３６は、補正に必要な補正データテーブルが記憶された記憶装置である。
【００１７】
次に、重心補正に必要な補正データテーブルについて説明する。
この補正データテーブルは、ラム１８の移動量と、このラム１８の移動量におけるラム１８の上下方向の偏位を補正する補正量とが一対一に関係づけられた補正データからなるものである。以下、この補正データについて説明する。
【００１８】
図３は、アタッチメント１００がラム１８の先端に取り付けられた状態でラム１８が繰り出されたときのラム１８の上下方向の偏位およびその補正量の測定を説明する図である。４０は測定の基準に用いられる基準ブロックである。この場合、一対のインジケータ４２ａ、４２ｂが用いられており、インジケータ４２ａはラム１８の先端部に取り付けられ、他方のインジケータ４２ｂは基準ブロック４２に取り付けられている。図３に示すように、ラム１８が所定の量Ｚ1だけ繰り出されると、ラム１８が移動した分の重量だけ重心が変動してモーメントが主軸頭１６に作用し、ラム１８は先端に向かって下に傾くことになる。このとき、基準ブロック４０の上面を水平な基準として鉛直上方をＹ軸の正の方向とすると、インジケータ４２ａの位置ではＹ軸の負の方向に偏位し、インジケータ４２ｂの位置ではＹ軸正方向に変位していることになる。
【００１９】
このラムの繰り出し量Ｚ1のときに、第１のＹ軸サーボモータ２４ａ、第２のＹ軸サーボモータ２４ｂを駆動し、それまで接触していたインジケータ４２ａが基準ブロック４２の上面から離れる直前までの第１Ｙ軸サーボモータ２４ａの回転角度に対応するパルス数、インジケータ４２ｂがラム１８に接触する直前までの第２Ｙ軸サーボモータ２４ｂの回転角度に対応するパルス数を計数すれば、ラム繰り出し量Ｚ1において主軸頭１６を水平に保つのに必要な補正量を計測することができる。
【００２０】
図４は、あるアタッチメントをラム１８に取り付けた場合において、多数の異なる繰り出し量Ｚについて補正量を測定した結果を示すグラフである。図４のようなグラフから図２の補正データテーブルとして用いられる補正データが作成され、任意のラム１８の繰り出し量が与えられたときに、それぞれ第１Ｙ軸サーボモータ２４ａに対する補正量Δｙ1、第２Ｙ軸サーボモータ２４ｂに対する補正量Δｙ2が一対一に関係付けられている。なお、ラム１８に別種のアタッチメントが取り付けられ場合には、そのアタッチメントを取り付けた状態で新たな補正量を計測し、補正データテーブルを作成しておく必要がある。
【００２１】
このような補正データは、アタッチメントが異なる種類交換されると、その交換されたアタッチメントには適用できないので、補正データテーブルは、横中ぐり盤で利用されるすべてのアタッチメントの種類毎に、上記の手順で予め補正量が計測されて用意される。
【００２２】
次に、図２において、４４は、補正演算部を示す。この補正演算部４４は、ラム移動指令を取り込むとともに、前記補正データテーブルを記憶した記憶部３１からこのときのラム移動量に対応した補正量を読み込み、この補正量を主軸頭移動指令に加減するようになっている。
【００２３】
記憶部３１には、それぞれ指令データを記憶する領域、指令データ中に記述したＭコードで呼び出し可能なマクロを記憶する領域が割り当てられ、このマクロには、アタッチメント交換指令をＰＬＣ３５に指令するアタッチメント交換指令用マクロや、交換したアタッチメントに対応させる前述した補正データテーブル３６を書き換えてこれを更新するパーソナルマクロと、またＰＬＣ３５がアタッチメントを制御するのに必要な情報をＰＬＣ３５に受け渡すためのパーソナルマクロが記憶されている。これらのマクロは、アタッチメントの種類別に作成されてその全てが記憶されている。さらに、記憶部３１には、各アタッチメントの補正データを集合的に保管できるようにするために全てのアタッチメントの補正データを記憶する領域が割り当てられ、また、各アタッチメント情報を記憶する領域が割り当てられている。なお、アタッチメント情報としては、例えば、工具の着脱時に工具着脱用電磁弁を使用するか・使用しないかについての情報、ＡＴＣチェンジャが水平状態で工具交換が可能か・不可かについての情報、外部クーラントの噴出可能か・不可についての情報等、さまざまのものがある。
【００２４】
次に、図５は、アタッチメント交換するときのＮＣ装置３０の演算部３２が行う一連の処理を示すフローチャートである。
まず、演算部３２は、記憶部３１から指令データを１ブロックずつ読み込んでいき、指令データ中にアタッチメント交換を指示するＭコードのブロックがあった場合は（ステップＳ１０のyes）、そのＭコードで指定された番号のアタッチメントに交換するためのマクロプログラムを記憶部３１から呼び出して実行する（ステップＳ１１）。このマクロプログラムの実行により、ＮＣ装置３０からＰＬＣ３５にアタッチメント交換指令が与えられ、ＰＬＣ装置３５はＡＡＣ３７にアタッチメント交換を開始させる（ステップＳ１２）。
【００２５】
こうして、ＡＡＣ３７は、主軸頭１７のラム１８の先端に取り付けられていたアタッチメントを取り外してストッカに返却し、指定された番号のアタッチメントをストッカから取り出してラム１８に装着する作業を行う。
【００２６】
アタッチメントの交換が終了したことを示す信号がＰＬＣ３５からＮＣ装置３０に送信されると（ステップＳ１３のyes）、ＮＣ装置３０の演算部３２は、記憶部３１から新たにラムに取り付けられたアタッチメントに割り当てられているパーソナルマクロを呼び出してこれを実行する（ステップＳ１４）。
【００２７】
このパーソナルマクロの実行する過程で、演算部３２は当該アタッチメントをＰＣＬ３５が制御するのに必要な情報を記憶部３１から読み込んでその情報をＰＬＣ３５に受け渡し（ステップＳ１５）、さらに、当該アタッチメントについての補正データを記憶部３１から読み込み、その補正データをもって補正データテーブル３６の補正データを書き換え、これを更新する（ステップＳ１６）。このようにして、補正データテーブル３６の補正データは、ラム１８に付け替えられたばかりの当該アタッチメントのデータに更新される。
【００２８】
以上のようにして交換されたアタッチメントを使っての加工中は、ラム１８の繰り出しに伴い主軸頭１６の重心変動しても、次にのようにして、当該アタッチメント用の補正データに基づいて補正が行われる。
【００２９】
すなわち、ラム１８の任意の繰り出し量がｚであれば、補正演算部４４は、演算部３２からＺ軸サーボアンプ３４に与えられるラム移動指令を取り込むことで、繰り出し量ｚに対応する補正量Δｙ1、Δｙ２を補正データテーブルから読み取り、第１Ｙ軸サーボアンプ３２ａに対する主軸頭移動指令に対しては補正量Δｙ1を加算し、第２Ｙ軸サーボアンプ３２ｂに対する主軸頭移動指令に対しては補正量Δｙ２を減算して補正する。
【００３０】
この結果、第１Ｙ軸サーボモータ２２ａは、補正前の主軸移動指令に比べてより多くボールネジ２２ａを回転させて主軸頭１６を吊り上げるようにし、第２Ｙ軸サーボモータ２２ｂは、補正前の主軸移動指令に比べてより少なくボールネジ２２ｂを回転させて主軸頭１６が下がるようにして、全体として主軸頭１６の姿勢を水平に維持する。したがって、アタッチメント１００が交換により変わってもラム１８の案内面は常に水平に保たれるため、ラム（アタッチメント）先端の位置に誤差が生じるのを防止することができる。
【００３１】
しかも、ＮＣ装置３０から与えられる指令に補正量を増減することで、主軸頭１６を送るサーボモータ２２ａ、２２ｂの回転量を異ならせることによって主軸頭１６の重心の変動を補正し、しかも、ＰＬＣ３５を介在させることがなく、すべての処理をＮＣ装置３０側で迅速に行えるので、従来のＰＬＣ側で行っていた油圧式の補正に比べてはるかにかつ応答性を高め、補正の精度を高めることが可能である。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、アタッチメントの自動交換に伴い主軸頭の重心位置が変動しても、応答性が高く正確にラムの水平移動の真直度を保つことができるように補正をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による主軸頭重心補正が適用される横中ぐり盤の構成説明図。
【図２】 本発明による主軸頭重心補正装置のブロック構成図。
【図３】 図１の横中ぐり盤において、補正データの測定を説明する図。
【図４】 主軸頭重心補正の基礎となる補正データテーブルの例を示す図。
【図５】 アタッチメント交換に伴う補正データテーブルを更新する手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１０ 床面
１１ ベッド
１２ コラムベース
１４ コラム
１６ 主軸頭
１８ ラム
２４ａ、２４ｂ Ｙ軸サーボモータ
２８ Ｚ軸サーボモータ
３０ ＮＣ装置
３２ 演算部
３５ プログラマブルシーケンスコントローラ
３６ 補正データテーブル
４４ 補正演算部

Claims (1)

1. コラムの案内に沿って上下に移動する主軸頭と、主軸ユニットを内蔵し前記主軸頭の案内に沿って水平方向に移動するラムと、第１のボールねじ送り機構および第２のボールねじ送り機構からなり前記主軸頭を上下に移動させる一対のボールねじ送り機構と、前記第１ボールねじ送り機構を駆動する第１のサーボモータと、前記第２ボールねじ送り機構を駆動する第２のサーボモータと、ラムの先端部に取り付けられるアタッチメントを自動交換する自動アタッチメント交換装置と、ＮＣ装置と、前記自動アタッチメント交換装置等の工作機械の周辺機器を制御するシーケンス制御装置を有するＮＣ工作機械において、前記アタッチメントの交換に伴い、前記ラムの移動による前記主軸頭の重心変動に起因する主軸頭の傾きおよび当該ラムの上下方向の偏位を補正するための主軸頭重心補正装置であって、
   前記ＮＣ装置から与えられる主軸頭移動指令に基づき前記第１サーボモータ、第２サーボモータを制御するＹ軸制御部と、
   前記ラムの上下方向の偏位を測定する基準となる基準ブロックと、
   前記ラムの先端に配置される第１のインジケータと、
   前記基準ブロックに配置される第２のインジケータと、
   前記ラムを任意の繰り出し量で移動させ、任意の繰り出し量におけるラム先端位置の上下方向偏位を前記基準ブロックと前記第１および第２インジケータを用いて検出し、前記第１インジケータで検出した第１サーボモータに対する移動指令の補正量Δｙ１、前記第２インジケータで検出した第２サーボモータに対する移動指令の補正量Δｙ２としてあらかじめ任意の繰り出し量に対応させた補正量データを格納する補正データテーブルを記憶する手段と、
   ＮＣ装置から与えられるラム移動指令を取り込むとともに、前記補正データテーブルから当該ラムの繰り出し量に対応する補正量Δｙ１、Δｙ２を読み込み、この補正量Δｙ１を第１サーボモータに対する移動指令に加減し、補正量Δｙ２を第２サーボモータに対する移動指令に加減し主軸頭の姿勢を水平に維持しラム先端位置の上下方向偏位を補正する補正手段と、
   交換可能な各アタッチメントについてあらかじめ用意されたアタッチメント別の補正データテーブルを集合的に保管する補正データ保管手段と、
   前記補正データ保管手段から新たなアタッチメントの補正のデータを読み込み、前記補正データテーブルを更新する手段と、からなり、
   前記ＮＣ装置は、アタッチメント交換指令を前記シーケンス制御装置に指令するマクロを実行した後に、パーソナルマクロを実行することにより前記補正データテーブルを更新させるようにしたことを特徴とするアタッチメント交換に伴う主軸頭重心補正装置。

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