JP4847049B2 - 極座標制御方式マシニングセンタにおける基準点誤差計測方法及び極座標制御方式マシニングセンタ - Google Patents

Description

本発明は極座標制御方式のマシニングセンタに関する。

１本の直線制御軸と、この直線制御軸上に回転中心を置く回転制御軸を用いて直線制御軸に直交する方向の直線制御軸上の座標を極座標で制御するマシニングが、下記の特許出願として本出願人により提案されている。

この種のマシニングセンタでは、機械の前面にワークを載置する旋回テーブルを有し、旋回テーブルの軸線を通り、機械の前後方向に延びる直線制御軸上に工具ヘッドを備え、工具ヘッドを垂直方向の軸線に沿って制御して旋回テーブル上のワークを加工する。

この機械構成により、機械の横方向に延びる直線軸の移動機構を省略することができる。そこで、機械の幅寸法を極めて小さくしたマシニングセンタを構成することができる。
特願２００３−１９８９８８

機械加工においては、加工中の熱による熱変形が生ずる。この熱変形により旋回テーブルの旋回中心位置が基準点からズレることがあり、加工精度に悪影響を及ぼす。
本発明は、極座標制御方式のマシニングセンタにおける基準点の補正方法を提供するものである。

本発明の極座標制御方式マシニングセンタの基準点補正方法は、加工物を載置するＣ軸旋回テーブルと、Ｃ軸旋回テーブルの旋回中心を通る直線制御軸（Ｙ軸）上に移動制御されるとともに、Ｃ軸旋回テーブルの軸心方向（Ｚ軸）に移動制御され、Ｘ軸方向へ移動不能に構成されてなる工具主軸を備えた極座標制御方式マシニングセンタにおいて、Ｃ軸旋回テーブル上に載置される基準点誤差量測定用ピンと、工具主軸に取り付けられるタッチセンサを用い、Ｃ軸旋回テーブルの旋回中心と工具主軸原点とのＸＹ平面上の基準点誤差量として、Ｙ軸上に測定点を設定した基準点誤差量測定用ピンに対して、Ｙ軸上の正方向からタッチセンサをタッチさせて検知した座標位置と負方向からタッチセンサをタッチさせて検知した座標位置を演算し、基準点誤差量測定用ピンのＹ軸誤差量ΔＹを計測する工程と、基準点誤差量測定用ピンの測定点のＹ軸位置に設定したタッチセンサに対して、Ｃ軸旋回テーブルを正方向から基準点誤差量測定用ピンをタッチさせて検知した角度座標と負方向から基準点誤差量測定用ピンをタッチさせて検知した角度座標を演算し、基準点誤差量測定用ピンのＣ軸誤差量Δθを計測して、基準点誤差量測定用ピンのＣ軸旋回テーブルの旋回中心からの距離Ｌのとき、基準点誤差量測定用ピンのＸ軸誤差量ΔＸを、ΔＸ＝Ｌ×ＳｉｎΔθとして計算する工程と、から前記Ｙ軸誤差量ΔＹ及びＸ軸誤差量ΔＸを求めることを特徴とする。そして、上述した方法によって得られたＹ軸誤差量ΔＹ及びＸ軸誤差量ΔＸを用いて、極座標制御にて座標（Ｙ、Ｃ）へ位置決めするときに、ΔＹ及びΔＣ＝Ｓｉｎ^−１（ΔＸ／Ｙ）にて補正を行うものである。

本発明によれば、極座標制御方式のマシニングセンタにあって、熱変形等に起因する旋回テーブルの旋回中心とＹ軸とＸ軸のズレを自動的に補正することができる。
また、計測部に切粉等の付着による誤差が生じたときにリトライ処理を行うことが出来、より高い精度を得ることが出来る。（測定の過程でピンの厚みを計算することが出来るため、計測異常の検出が可能である。）
請求項２は、部品製造・組立面コストを最小にすることが出来る。

図１は本発明を適用する極座標制御方式のマシニングセンタの概要を示す説明図である。
全体を符号１で示す極座標制御方式マシニングセンタは、ベース１０上にＣ軸まわりに旋回動する旋回テーブル５０を有する。ベース１０上にはＣ軸中心を通り、機械の前後方向に延びるＹ軸が設定され、Ｙ軸上を移動するコラム２０が載置される。コラム前面には、工具ヘッド３０がＹ軸に直交し、Ｃ軸に平行なＺ軸方向に移動自在に取付けられる。

工具ヘッド３０には、工具主軸３２が設けられ、工具Ｔ_１を把持する。マシニングセンタは、自動工具交換装置４０を有し、任意の工具を工具主軸３２に供給する。
このマシニングセンタにあっては、Ｙ軸に対して水平面で直交するＸ軸方向の移動機構は装備しない。そのために、機械の幅寸法を極小に構成することができ、フロアスペースを小さくできる。また、マシンを横方向に複数台並べ、ロボット等の搬送装置と組合わせることによってワークを搬送し、ＦＭＳを構成することも容易にできる。

Ｘ軸を直接にもつかわりに、旋回テーブル５０のＣ軸上の角度位置と、旋回中心からの距離により極座標位置を設定することができる。
加工中の熱変形等により、旋回テーブル５０のＣ軸の旋回中心が、基準点からズレることがある。
本発明は、この旋回テーブルの旋回中心のズレを補正する方法を提供する。

図２は、本発明を適用する極座標制御方式マシニングセンタの旋回テーブル５０の平面図、図３は極座標制御方式の基準点補正に使用する治具の説明図である。
旋回テーブル５０は、旋回中心Ｃ_０を中心として旋回する旋回軸Ｃを有し、工具主軸ヘッドは、この旋回中心Ｃ_０を通るＹ軸方向へのみ制御される。
この極座標制御方式マシニングセンタは、平面上でＹ軸に直交するＸ軸方向に制御される機構は備えない。旋回テーブル５０上の任意の位置は、Ｙ軸上の旋回中心Ｃ_０からの距離とＣ軸上の旋回角度を用いた極座標で表現される。

図３は、極座標の基準点誤差の計測に使用する治具を示し、外形寸法Ｄ_１を有する基準点誤差量測定用ピン１００や内径寸法Ｄ_２を有する基準点誤差量測定用ピン１１０が使用される。

図４は、基準点誤差量測定用ピン１００を旋回テーブル５０のＹ軸上の任意の位置に設置した状態を示す。
工具主軸３２は、タッチセンサＳ_１を装備する。このタッチセンサＳ_１は、工具主軸の軸線上に中心を有する球体を先端に備え、球体が計測対象に接触したときに信号を発するものである。

本装置にあっては、Ｙ軸の基準位置は製品出荷時に調整されている。
極座標制御方式マシニングセンタが稼動して、所定の時間が経過すると、熱変形等に伴う基準点誤差の計測工程を実行する。
図４の（ａ）は、タッチセンサを装備した工具主軸を旋回テーブル５０の旋回中心Ｃ_０側から基準点誤差量測定用ピン１００に近づけてタッチした状態を示す。極座標制御方式マシニングセンタのＮＣは、このときのＹ軸上の座標位置Ｙ_１を記憶する。

次に図４の（ｂ）に示すように、工具主軸を旋回中心Ｃ_０の遠い方向から基準点誤差量測定用ピン１００にタッチさせて、座標位置Ｙ２を記憶する。この結果、ＮＣは工具主軸原点から基準点誤差量測定用ピン１００の中心までの距離Ｌ’を、Ｙ_１とＹ_２を加えた値の半分の値として計算する。そして旋回中心Ｃ_０から基準点誤差量測定用ピン１００の中心までの距離ＬとＬ’との差をＹ軸誤差量ΔＹとして記憶する。

次に、Ｘ軸の基準点誤差量計測方法を図５により説明する。
タッチセンサＳ_１を装備した工具主軸を旋回テーブル５０の旋回中心Ｃ_０から距離Ｌの位置に置き、旋回テーブル５０を反時計回り（ＣＣＷ）に旋回させて基準点誤差量測定用ピン１００をタッチセンサＳ_１にタッチさせる。

ＮＣは、このときのＣ軸上の角度θ_１を記憶する。次に、旋回テーブル５０を時計回り（ＣＷ）に旋回させて基準点誤差量測定用ピン１００をタッチセンサＳ_１にタッチさせて、角度θ_２を検知する。
極座標制御方式マシニングセンタの初期状態では、この角度θ_１，θ_２は等しい値となるように設定されている。

図６は、極座標制御方式マシニングセンタを所定時間稼動させた後に、同様の計測を行った状態を示す。
角度θ_１と角度θ_２に差が発生したときには、Ｃ軸誤差量ΔθとしてΔθ＝（θ _１ −θ _２ ）／２を計算する。そして、
Ｌ×ＳｉｎΔθ
をＸ軸誤差量ΔＸとして記憶する。
上述した誤差量ΔＸ，ΔＹは、制御装置により位置決め時に以下のように補正量として処理される。

図７は、機械原点とワーク原点との関係を示す。
機械原点に対するワーク原点のオフセット量Ｘα，Ｙαとすると、
ワーク上の座標（ｘ_１，ｙ_１）は次の機械座標（Ｙ，Ｃ）で表される。

図７は、ΔＸ，ΔＹの誤差が生じた時の、工具主軸が位置決めされる点と、上記で求めた加工点（Ｙ，Ｃ）の位置関係が示されている。この図７より、補正を加えた機械座標（Ｙ＋ΔＹ，Ｃ＋ΔＣ）、ただしΔＣ＝Ｓｉｎ^−１（ΔＸ／Ｙ）、に位置決めすることにより、誤差を生じた工具主軸の位置に正しく加工点を位置決めすることができることが判る。
本発明は以上のように、極座標制御方式マシニングセンタにおいて、Ｙ軸とＸ軸の基準点を自動的に補正することができる。
なお、上述した実施例では基準点誤差量測定用ピンの形状を円柱の例で説明したが、図８に示す頂点がテーブル回転中心に一致する台形状のピン１３０をはじめとして、各種の形状のピンを用いることができる。

本発明を実施する極座標制御方式マシニングセンタの概要を示す斜視図。 極座標制御方式マシニングセンタの旋回テーブルの平面図。 基準点誤差量測定用ピンの斜視図。 本発明による極座標制御方式マシニングセンタのＹ軸補正の方法を示す説明図。 本発明による極座標制御方式マシニングセンタのＣ軸補正の方法を示す説明図。 本発明による極座標制御方式マシニングセンタの基準点補正の方法を示す説明図。 機械原点とワーク原点の関係を示す説明図。 基準点誤差量測定用ピンの他の例を示す説明図。

符号の説明

１ 極座標制御方式マシニングセンタ
１０ ベース
２０ コラム
３０ 工具ヘッド
３２ 工具主軸
４０ 自動工具交換装置
５０ 旋回テーブル
１００ 基準点誤差量測定用ピン
Ｓ_１ タッチセンサ
Ｔ_１ 工具

Claims (3)

1. 加工物を載置するＣ軸旋回テーブルと、Ｃ軸旋回テーブルの旋回中心を通る直線制御軸（Ｙ軸）上に移動制御されるとともに、Ｃ軸旋回テーブルの軸心方向（Ｚ軸）に移動制御され、Ｘ軸方向へ移動不能に構成されてなる工具主軸を備えた極座標制御方式マシニングセンタにおいて、
   Ｃ軸旋回テーブル上に載置される基準点誤差量測定用ピンと、工具主軸に取り付けられるタッチセンサを用い、
   Ｃ軸旋回テーブルの旋回中心と工具主軸原点とのＸＹ平面上の基準点誤差量として、
   Ｙ軸上に測定点を設定した基準点誤差量測定用ピンに対して、Ｙ軸上の正方向からタッチセンサをタッチさせて検知した座標位置と負方向からタッチセンサをタッチさせて検知した座標位置を演算し、基準点誤差量測定用ピンのＹ軸誤差量ΔＹを計測する工程と、
   基準点誤差量測定用ピンの測定点のＹ軸位置に設定したタッチセンサに対して、Ｃ軸旋回テーブルを正方向から基準点誤差量測定用ピンをタッチさせて検知した角度座標と負方向から基準点誤差量測定用ピンをタッチさせて検知した角度座標を演算し、基準点誤差量測定用ピンのＣ軸誤差量Δθを計測して、基準点誤差量測定用ピンのＣ軸旋回テーブルの旋回中心からの距離Ｌのとき、基準点誤差量測定用ピンのＸ軸誤差量ΔＸを、ΔＸ＝Ｌ×ＳｉｎΔθとして計算する工程と、
   から前記Ｙ軸誤差量ΔＹ及びＸ軸誤差量ΔＸを求めることを特徴とする極座標制御方式マシニングセンタにおける基準点誤差計測方法。
2. 前記基準点誤差量測定用ピンが円柱形状をなすことを特徴とする請求項１に記載の極座標制御方式マシニングセンタにおける基準点誤差計測方法。
3. 請求項１または請求項２に記載される方法によって得られたＹ軸誤差量ΔＹ及びＸ軸誤差量ΔＸを用いて、極座標制御にて座標（Ｙ、Ｃ）へ位置決めするときに、ΔＹ及びΔＣ＝Ｓｉｎ ^−１ （ΔＸ／Ｙ）にて補正を行うことを特徴とする極座標制御方式マシニングセンタ。

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