JP5087334B2

JP5087334B2 - 刃物台回転型加工機の加工方法および制御ユニット

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Publication number: JP5087334B2
Application number: JP2007187472A
Authority: JP
Inventors: 守秋山; 正彦飯田; 公則安部
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2007-07-18
Filing date: 2007-07-18
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2027-07-18
Also published as: JP2009023038A

Description

この発明は、刃物台回転型加工機の加工方法および制御ユニットに関し、特に、大型加工物の内円周面、端面の切削加工等を行う刃物台回転型加工機の加工方法および制御ユニットに関するものである。

大型加工物の内円周面（円筒内周面、テーパ状内周面等）や端面（円環フランジ面、角形フランジ面、円環端面）等の切削加工は、門形の立旋盤により行われるのが一般的である（例えば、特許文献１）。

立旋盤による切削加工では、回転テーブル上に被加工物を載置し、回転テーブルによって被加工物を回転させ、両側のコラムとによって門形をなすクロスレールにＹ軸方向（回転テーブルの水平径方向）に軸移動可能に設けられたターニングヘッドをＹ軸移動させ、ターニングヘッドに上下移動可能に設けられたラムおよびラムの下端に取り付けられている刃物台をＺ軸方向（上下方向）に移動させ、刃物台に取り付けられたバイト工具等によって回転テーブル上の被加工物の内円周面や端面を切削する。
特公平１−５６３６４号公報

立旋盤による切削加工では、当然のこととして、立旋盤の門幅、最大加工径、門高、最大加工高さは、被加工物の外径、全高より大きくてはならない。このため、被加工物の大きさに応じて大型の立旋盤が必要になり、機械設置のために、大きいスペースが常時必要になる。大型の立旋盤は高価であり、多くの場合、大型加工物の加工が常にあるわけでないことを考えると、大型の立旋盤は、コストパフォーマンスやスペース効率が悪い設備と云える。

このことに対して、基台上に回転台が回転可能に設けられ、回転台上にスライドビームが水平軸線方向に移動可能に設けられ、スライドビームの端部に固定装着された刃物台ベースと当該刃物台ベースに対して垂直軸線方向に移動可能な可動刃物台を有する刃物台回転型加工機を用い、この刃物台回転型加工機（装置全体）をクレーン等を用いて被加工物の中心位置に搬入設置し、可動刃物台に工具を取り付け、回転台を回転駆動し、スライドビームを水平軸線方向に移動させて切り込み送りを行い、可動刃物台の垂直軸線方向移動によって軸線方向送りを与えて被加工物の内円周面を切削、あるいは可動刃物台を垂直軸線方向に移動させて切り込み送りを行い、スライドビームの水平軸線方向移動によって径方向送りを与えて被加工物の端面を切削することが、本願出願人と同一の出願人によって提案されている（特願２００６−１４８６８４）。

このような搬入式の刃物台回転型加工機による内円周面や端面の切削加工では、高価な大型加工機、大きいスペースを必要とせずに、大型加工物の円筒面や端面の切削加工を、スペース効率よく高いコストパフォーマンスをもって行えると云う利点がある。

しかし、搬入式の刃物台回転型加工機では、被加工物の中心位置に搬入設置された刃物台回転型加工機の回転中心点（回転台の回転中心点）が、必ずしも被加工物の中心点に一致せず、内円周面加工において偏心誤差を生じることになる。また、刃物台回転型加工機の設置面の状態が必ずしも良好でないため、刃物台回転型加工機の垂直軸線が被加工物の垂直軸線に合致せず、被加工物の垂直軸線に対して傾きをもって刃物台回転型加工機が設置され、内円周面加工において中心軸線の傾き誤差を生じることになる。このことは、端面加工においては、刃物台回転型加工機の水平軸線が被加工物の水平端面と平行にならず、傾斜誤差を生じることになる。

このようなことは、大型で、分割した被加工物を予め仕上げ代を残して粗加工しておき、組み立て後に仕上加工を上述の搬入式の刃物台回転型加工機で行う場合や、オーバフォール時の再仕上加工を上述の搬入式の刃物台回転型加工機で行う場合に、特に問題になる。

これらのことに対して、刃物台回転型加工機の設置基部に配置されるサイドジャッキやレベル調整装置によって刃物台回転型加工機を動かし、心だしや傾き調整を行うことができる。しかし、振れ、傾き検出作業部と、サイドジャッキやレベル調整装置による調整作業部とが離れていること、刃物台回転型加工機は小型といえども数十トンの重量があること等により、心だし、傾き調整作業は容易でなく、高精度な心だし、傾き調整を行うには、多大な作業時間を要することになる。また、完全な心だし、傾き調整は、実際には行うことが難しく、偏心誤差、傾き誤差（端面傾斜誤差）が少なからず存在することになり、搬入式の刃物台回転型加工機による加工精度に問題をきたす。

この発明が解決しようとする課題は、搬入式の刃物台回転型加工機において、サイドジャッキやレベル調整装置による設置調整に依存することなく、偏心誤差、傾き誤差、端面傾斜誤差による加工精度の低下を回避し、高精度な内円周面加工、端面加工を行えるようにすることである。

この発明による刃物台回転型加工機を用いた加工方法は、基台上に回転台が回転可能に設けられ、前記回転台上にスライドビームが水平軸線方向に移動可能に設けられ、前記スライドビームの端部に固定装着された刃物台ベースと当該刃物台ベースに対して垂直軸線方向に移動可能な可動刃物台を有する刃物台回転型加工機を用いた加工方法であって、前記刃物台回転型加工機を被加工物の中心位置に搬入設置する加工機搬入工程と、前記可動刃物台に寸法測定器を取り付け、前記回転台を回転させ、当該回転台の複数個の回転位置の各々において前記寸法測定器によって前記回転台の回転中心点と前記被加工物の内円周面との径方向距離を計測する回転位置対応径方向距離計測工程と、前記回転位置対応径方向距離計測工程によって計測した計測値より前記被加工物の中心点に対する前記回転台の回転中心点の偏心量を演算する偏心量演算工程と、前記可動刃物台に工具を取り付け、前記回転台を回転駆動し、前記スライドビームを水平軸線方向に移動させて切り込み送りを行い、前記可動刃物台の垂直軸線方向移動によって軸線方向送りを与えて前記被加工物の内円周面を加工する内円周面加工工程とを有し、前記内円周面加工工程において、前記偏心量演算工程にて演算された前記偏心量による偏心誤差がキャンセルされるように、前記回転台の回転角位置に応じて前記スライドビームの水平軸線方向位置を補正し、前記被加工物の中心点を基準とした偏心補償を行う。

この発明による刃物台回転型加工機を用いた加工方法は、基台上に回転台が回転可能に設けられ、前記回転台上にスライドビームが水平軸線方向に移動可能に設けられ、前記スライドビームの端部に固定装着された刃物台ベースと当該刃物台ベースに対して垂直軸線方向に移動可能な可動刃物台を有する刃物台回転型加工機を用いた加工方法であって、前記刃物台回転型加工機を被加工物の中心位置に搬入設置する加工機搬入工程と、前記可動刃物台に寸法測定器を取り付け、前記回転台を回転させ、当該回転台の複数個の複数個の回転位置の各々において前記寸法測定器によって前記回転台の回転中心点と前記被加工物の内円周面との径方向距離を計測する回転位置対応径方向距離計測工程と、前記回転位置対応径方向距離計測工程によって計測した計測値より前記被加工物の中心点に対する前記回転台の回転中心点の偏心量を演算する偏心量演算工程と、前記可動刃物台に寸法測定器を取り付け、前記回転台の所定回転位置において前記可動刃物台を垂直軸線方向に移動させ、複数個の垂直軸線位置の各々において前記寸法測定器によって前記回転台の回転中心点と前記被加工物の内円周面との径方向距離を計測する垂直軸線位置対応径方向距離計測工程と、前記垂直軸線位置対応径方向距離計測工程によって計測した計測値より前記被加工物の垂直軸線に対する前記回転台の回転中心軸線の傾き角度を演算する傾き角度演算工程と、前記可動刃物台に工具を取り付け、前記回転台を回転駆動し、前記スライドビームを水平軸線方向に移動させて切り込み送りを行い、前記可動刃物台の垂直軸線方向移動によって軸線方向送りを与えて前記被加工物の内円周面を加工する内円周面加工工程とを有し、前記内円周面加工工程において、前記偏心量演算工程にて演算された前記偏心量による偏心誤差と、前記傾き角度演算工程にて演算された前記傾き角度による傾斜誤差の双方がキャンセルされるように、前記回転台の回転角位置に応じて前記スライドビームの水平軸線方向位置を補正し、前記被加工物の中心点と前記被加工物の垂直軸線を基準とした円筒面偏心−傾き補償を行う。

この発明による刃物台回転型加工機の制御ユニットは、基台上に回転台が回転可能に設けられ、前記回転台上にスライドビームが水平軸線方向に移動可能に設けられ、前記スライドビームの端部に固定装着された刃物台ベースと当該刃物台ベースに対して垂直軸線方向に移動可能な可動刃物台を有し、装置全体を被加工物の中心位置に搬入設置され、前記可動刃物台に工具を取り付けられ、前記回転台を回転駆動し、前記スライドビームを水平軸線方向に移動させて切り込み送りを行い、前記可動刃物台の垂直軸線方向移動によって軸線方向送りを与えて前記被加工物の内円周面を加工する刃物台回転型加工機の制御ユニットであって、前記回転台の複数個の回転角位置における当該回転台の回転中心点と前記被加工物の内円周面との径方向距離の計測値を入力し、当該計測値より前記被加工物の中心点に対する前記回転台の回転中心点の偏心量を演算する偏心量演算手段と、前記被加工物の内円周面加工において、前記偏心量演算手段にて演算された前記偏心量による偏心誤差がキャンセルされるように、前記回転台の回転角位置に応じて前記スライドビームの水平軸線方向位置を補正し、前記被加工物の中心点を基準とした偏心補償を行う偏心補償制御手段とを有する。

この発明による刃物台回転型加工機の制御ユニットは、基台上に回転台が回転可能に設けられ、前記回転台上にスライドビームが水平軸線方向に移動可能に設けられ、前記スライドビームの端部に固定装着された刃物台ベースと当該刃物台ベースに対して垂直軸線方向に移動可能な可動刃物台を有し、装置全体を被加工物の中心位置に搬入設置され、前記可動刃物台に工具を取り付けられ、前記回転台を回転駆動し、前記スライドビームを水平軸線方向に移動させて切り込み送りを行い、前記可動刃物台の垂直軸線方向移動によって軸線方向送りを与えて前記被加工物の内円周面を加工する刃物台回転型加工機の制御ユニットであって、前記回転台の複数個の回転角位置における当該回転台の回転中心点と前記被加工物の内円周面との径方向距離の計測値を入力し、当該計測値より前記被加工物の中心点に対する前記回転台の回転中心点の偏心量を演算する偏心量演算手段と、前記回転台の所定回転位置の複数個の垂直軸線位置における前記回転台の回転中心点と前記被加工物の内円周面との径方向距離の計測値を入力し、当該計測値より前記被加工物の垂直軸線に対する前記回転台の回転中心軸線の傾き角度を演算する傾き角度演算手段と、前記被加工物の内円周面加工工程において、前記偏心量演算手段によって演算された前記偏心量による偏心誤差がキャンセルされるように、前記回転台の回転角位置に応じて前記スライドビームの水平軸線方向位置を補正し、前記被加工物の中心点を基準とした偏心補償を行う偏心補償制御手段と、前記被加工物の内円周面加工において、前記傾き角度演算手段によって演算された前記傾き角度による傾斜誤差がキャンセルされるように、前記回転台の回転角位置に応じて前記スライドビームの水平軸線方向位置を補正し、前記被加工物の垂直軸線を基準とした傾き補償を行う傾き補償制御手段とを有する。

この発明による刃物台回転型加工機の加工方法、制御ユニットでは、内円周面加工において、径方向距離の計測値に基づいて演算された偏心量による偏心誤差がキャンセルされるように、回転台の回転角位置に応じてスライドビームの水平軸線方向位置が補正させ、被加工物の中心点を基準とした偏心補償が行われるので、刃物台回転型加工機と被加工物との心だしが不十分であっても、内円周面加工における偏心誤差による加工精度の低下がなく、高精度な内円周面加工が行われる。

また、内円周面加工において、径方向距離の計測値に基づいて演算された傾き角度による傾斜誤差がキャンセルされるように、回転台の回転角位置に応じてスライドビームの水平軸線方向位置が補正され、被加工物の垂直軸線を基準とした傾き補償が行われるので、刃物台回転型加工機と被加工物との垂直平行だしが不十分であっても、傾き誤差による加工精度の低下がなく、高精度な内円周面加工が行われる。

また、端面加工において、径方向距離の計測値に基づいて演算された端面傾斜角度による端面傾斜誤差がキャンセルされるように、回転台の回転角位置に応じて可動刃物台の垂直軸線位置が補正させ、被加工物の水平端面を基準とした端面傾斜補償が行われるので、刃物台回転型加工機と被加工物との水平だしが不十分であっても、端面傾斜誤差による加工精度の低下がなく、高精度な端面加工が行われる。

まず、この発明による加工方法、制御装置が適用される刃物台回転型加工機の一つの実施形態を、図１〜図３を参照して説明する。

この実施形態の刃物台回転型加工機は、全体を符号１により示されている。刃物台回転型加工機１は、基本構成として、円筒形状の基台１１と、基台１１上に回転可能（Ｃ軸回転）に設けられた略円盤状の回転台２１と、回転台２１上に水平方向（Ｘ軸方向）に移動可能に設けられたスライドビーム３１と、スライドビーム３１の端部に着脱可能に固定装着された刃物台ベース４１と、刃物台ベース４１に垂直軸線方向（Ｚ軸方向）に移動可能に設けられた可動刃物台５１とを有する。基台１１には、機械全体をクレーン等で吊り上げるための吊りボス１４が取り付けられている。

回転台２１の回転案内は、基台１１と回転台２１とに取り付けられた旋回案内軸受１２により行われる。

基台１１には、円環状の外歯リングギア１３が上述の回転台２１の回転案内と同心に固定装着されている。回転台２１には、回転台２１を基台１１に対して回転駆動する回転駆動手段として、外歯リングギア１３に噛合したピニオン２３と、ピニオン２３を回転駆動するＣ軸サーボモータ２４とが設けられている。Ｃ軸サーボモータ２４によってピニオン２３が回転駆動されることにより、回転台２１が基台１１に対して回転駆動される。

なお、Ｃ軸サーボモータとピニオン２３とは、図示を省略しているが、減速歯車列によって所要の減速比をもって駆動連結されている。この減速歯車列の一つの歯車軸にＣ軸サーボモータ２４の回転位置を検出するアブソリュートロータリエンコーダによるＣ軸ロータリエンコーダ２２が取り付けられている。

スライドビーム３１の水平方向移動を案内する直線案内部として、スライドビーム３１の下底面部に、回転台２１を径方向（Ｘ軸方向）に横切って延在する平行２本の直線ガイドレール３３が固定装着されている。

回転台２１の上面には直線ガイドレール３３に係合するリニアガイド部材（図示省略）が取り付けられており、この係合によってスライドビーム３１が直線ガイドレール３３に案内されて回転台２１に対してＸ軸方向に軸移動する。

回転台２１は、Ｘ軸送りねじ２５の両端を軸受部２６によって回転可能に支持している。Ｘ軸送りねじ２５は回転台２１のほぼ中央部を径方向（Ｘ軸方向）に横切って延在している。Ｘ軸送りねじ２５にはスライドビーム３１の下底面部に固定装着された送りナット３２がねじ係合している。

Ｘ軸送りねじ２５は、回転台２１に搭載されたＸ軸サーボモータ２８にカップリング２７によって駆動連結されている。Ｘ軸サーボモータ２８にはＸ軸位置検出（Ｘ軸サーボモータ２８の回転位置検出）のためのアブソリュートロータリエンコーダによるＸ軸ロータリエンコーダ２９が接続されている。

Ｘ軸サーボモータ２８によってＸ軸送りねじ２５が回転駆動されることにより、スライドビーム３１が回転台２１に対して水平方向に進退駆動（Ｘ軸駆動）される。

スライドビーム３１は回転台２１の直径にほぼ等しいビーム長を有している。これにより、スライドビーム３１がＸ軸移動のホームポジション（最後退位置）にある状態では、図１に示されているように、スライドビーム３１のほぼ全体が回転台２１上に載り、機械全体がコンパクトなものになる。したがって、小さい内円周直径の加工物にも対応でき、加工機の搬送も容易になる。

可動刃物台５１の背面には上下垂直方向に平行２本の直線ガイドレール５２が固定装着されている。刃物台ベース４１の前面には直線ガイドレール５２に係合するリニアガイド部材４２が取り付けられており、この係合によって可動刃物台５１が直線ガイドレール５２に案内されて刃物台ベース４１に対してＺ軸方向(上下方向）に軸移動する。

刃物台ベース４１は、Ｚ軸送りねじ４３の上下両端を軸受部４４によって回転可能に支持している。Ｚ軸送りねじ４３には可動刃物台５１の背面部に固定装着された送りナット５３がねじ係合している。

Ｚ軸送りねじ４３は、刃物台ベース４１が内蔵するＺ軸サーボモータ４５に減速歯車列４６を介して駆動連結されている。Ｚ軸サーボモータ４５にはＺ軸位置検出（Ｚ軸サーボモータ４５の回転位置検出）のためのアブソリュートロータリエンコーダによるＺ軸ロータリエンコーダ４７が接続されている。

Ｚ軸サーボモータ４５によってＺ軸送りねじ４３が回転駆動されることにより、可動刃物台５１が刃物台ベース４１に対して上下駆動（Ｚ軸駆動）される。

なお、刃物台ベース４１と、可動刃物台５１は、一つの組立体である刃物台ユニット６１として取り扱われる。

可動刃物台５１は前面部に工具装着部５４を有する。工具装着部５４は、バイト工具５７等の工具シャンク部を受け入れて締結ボルト（図示省略）によって固定するシャンク受入部５５を上下方向に所定間隔（可動刃物台５１の移動ストロークより短いピッチ）をおいて複数個有する。

スライドビーム３１に制御ユニット７１が搭載されている。制御ユニット７１は、各軸のサーボモータ２４、２８、４５のドライブユニット等の動力制御装置や、数値制御装置（ＣＮＣ）、プログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）等のマイクロコンピュータ式制御装置等により構成され、Ｃ軸サーボモータ２４、Ｘ軸サーボモータ２８、Ｚ軸サーボモータ４５を制御する。

制御ユニット７１は、図４に示されているように、位置制御部（軸制御部）１２１を有する。位置制御部１２１は、各軸のロータリエンコーダ２２、２９、４７の各々より位置情報を入力し、Ｃ軸サーボモータ２４の位置指令と、Ｘ軸サーボモータ２８の位置指令と、Ｚ軸サーボモータ４５の位置指令を生成し、回転台２１のＣ軸位置と、スライドビーム３１のＸ軸位置と、可動刃物台５１のＺ軸位置の位置制御を行う。

基台１１と回転台２１との間には、電力供給用スリップリング装置７２が設けられている。電力供給用スリップリング装置７２は、基台１１の側（固定側）から回転台２１の側（回転側）に電源電力を供給するものである。これにより、回転台２１が回転していても、Ｃ軸サーボモータ２４、Ｘ軸サーボモータ２８、Ｚ軸サーボモータ４５、制御ユニット７１等の回転側にあるすべての電気機器に対して電力供給が行われる。

制御ユニット７１の操作パネルとして、機上操作パネル（コンソール）７３がスライドビーム３１に配置されている。機上操作パネル７３を含めて制御ユニット７１がスライドビーム３１（回転側）に配置されているから、制御ユニット７１の電力ケーブル、信号ケーブル等は、回転側のみで済み、基台１１と回転台２１と間に、各信号ケーブル用のスリップリング装置を設ける必要がない。

スライドビーム３１に機上操作パネル７３があることにより、スライドビーム３１には、保護柵７５を有するオペレータの操作用足場７４が配置されている。

制御ユニット７１のもう一つの操作パネル（コンソール）として、無線通信式の床上操作パネル７６が床上配置の床上操作台８０に設けられている。制御ユニット７１と床上操作パネル７６には、双方向に無線通信可能な無線通信器（図示省略）が設けられており、この無線通信のために、制御ユニット７１と床上操作台８０の双方に無線通信のアンテナ７７、７８が取り付けられている。

刃物台回転型加工機１は、クレーン等を用いて固定配置の大型の被加工物Ｗの中央部、円筒状加工物等の中空加工物の場合、その中央部の内側空間に搬入配置され、被加工物Ｗの円筒内周面Ｗｂの切削加工では、可動刃物台５１の工具装着部５４の選択された一つのシャンク受入部５５にバイト工具５７が固定装着される。

Ｃ軸サーボモータ２４によって回転台２１を回転させる。これにより、可動刃物台５１のバイト工具５７が回転台２１の回転中心周りに回転移動し、その回転半径（加工径）はスライドビーム３１の回転台２１に対する水平方向移動量、つまり、Ｘ軸位置により決まり、Ｘ軸サーボモータ２８によるスライドビーム３１のＸ軸移動によって切り込み送りが行われる。そして、Ｚ軸サーボモータ４５による可動刃物台５１のＺ軸移動によって加工面（円筒内周面Ｗｂ）に対する軸線方向（母線方向）の切削送りが行われる。

なお、テーパ状内周面（円錐内周面）の切削加工では、Ｚ軸位置に応じてスライドビーム３１のＸ軸位置により決まる回転半径（加工径）が変更される。

被加工物Ｗのフランジ面Ｗａの切削加工では、可動刃物台５１の上端面に上向きフランジ面加工用アダプタ１１１を取り付け、このアダプタ１１１のバイト工具取付部１１４にバイト工具５７を取り付ける。

Ｃ軸サーボモータ２４によって回転台２１を回転させる。これにより、可動刃物台５１のバイト工具５７が回転台２１の回転中心周りに回転移動し、Ｚ軸サーボモータ４５による可動刃物台５１のＺ軸移動によって切り込み送りが行われる。そして、Ｘ軸サーボモータ２８によるスライドビーム３１のＸ軸移動によって加工面（フランジ面Ｗａ）に対する径方向の切削送りが行われる。

上述した被加工物Ｗの円筒内周面Ｗｂの内円周面切削加工では、図５に示されているように、刃物台回転型加工機１の回転中心点（回転台の回転中心点）Ｃｍが被加工物Ｗの中心点Ｃｗに一致していないと、可動刃物台５１のバイト工具５７は符号ｔによって示されている回転軌跡を描き、偏心誤差δＸが生じる。また、図６に示されているように、刃物台回転型加工機１の垂直軸線Ａｚｍが被加工物Ｗの垂直軸線Ａｚｗに合致せず、被加工物Ｗの垂直軸線Ａｚｗに対して傾きをもって刃物台回転型加工機１が設置されると、内円周面切削加工において中心軸線の傾き誤差δθｖが生じる。

上述した被加工物Ｗのフランジ面Ｗａの端面切削加工では、図７に示されているように、刃物台回転型加工機１の垂直軸線Ａｚｍが被加工物Ｗの垂直軸線Ａｚｗに合致せず、被加工物Ｗの垂直軸線Ａｚｗに対して傾きをもって刃物台回転型加工機１が設置されると、刃物台回転型加工機１の水平軸線Ａｘｍが被加工物Ｗの水平端面（フランジ面Ｗａ）と平行にならず、傾斜誤差δθｈを生じることになる。

なお、内円周面切削加工と端面切削加工とで、刃物台回転型加工機１の垂直軸線Ａｚｍの被加工物Ｗの垂直軸線Ａｚｗに対する傾きが同じであると、傾き誤差δθｖと傾斜誤差δθｈは相関性を持つ。

上述の偏心誤差、傾き誤差（端面傾斜誤差）による加工精度の低下を、刃物台回転型加工機１の搬入設置精度に依存することなく、回避するために、本発明による制御装置は、図４に示されているように、制御ユニット７１に、偏心量演算手段１２２と、偏心補償制御手段１２３と、傾き角度演算手段１２４と、傾き補償制御手段１２５と、端面傾斜角度演算手段１２６と、端面傾斜補償制御手段１２７を有する。

偏心量演算手段１２２は、回転台２１の複数個の回転位置における回転台２１の回転中心点Ｃｍと被加工物Ｗの内円周面（円筒内周面Ｗｂ）との径方向距離の計測値（径方向距離のＣ軸周りの変化量）を入力し、当該計測値より被加工物Ｗの中心点Ｃｗに対する回転台２１の回転中心点Ｃｍの偏心量を演算する。この偏心量は、偏心絶対量と偏心の方向を示すベクトル情報を含むものである。

実際の回転位置対応の径方向距離計測は、所定回転位置における回転台２１の回転中心点Ｃｍと被加工物Ｗの内円周面との径方向距離を基準値として、それ以外の回転位置における回転台２１の回転中心点Ｃｍと被加工物Ｗの内円周面の径方向距離の変化量を計測すればよく、径方向距離の計測値は、径方向距離のＣ軸周りの変化量であってよい。

偏心補償制御手段１２３は、被加工物Ｗの内円周面加工において、偏心量演算手段１２２にて演算された偏心量による偏心誤差がキャンセルされるように、Ｃ軸ロータリエンコーダ２２によって検出される回転台２１の回転角位置（Ｃ軸位置）に応じて、Ｘ軸サーボモータ２８による位置制御によってスライドビーム３１をＸ軸方向に出入りさせてスライドビーム３１のＸ軸位置（水平軸線方向位置）を補正し、被加工物Ｗの中心点Ｃｗを基準とした偏心補償を行う。

これにより、可動刃物台５１のバイト工具５７は、内円周面加工における回転台２１のＣ軸回転において、被加工物Ｗの中心点Ｃｗを中心とした円を描き、偏心誤差による加工精度の低下が回避される。

傾き角度演算手段１２４は、回転台２１の所定の回転位置での複数個の垂直軸線位置における回転台２１の回転中心点Ｃｍと被加工物Ｗの内円周面（円筒内周面Ｗｂ）との径方向距離の計測値（垂直軸線方向の径方向距離の変化量）を入力し、当該計測値より被加工物Ｗの垂直軸線Ａｚｗに対する回転台２１の回転中心軸線（垂直軸線Ａｚｍ）の傾き角度を演算する。この傾き角度は、傾き角度の絶対量と傾きの方向を示すベクトル情報を含むものである。

実際の垂直軸線位置対応の径方向距離計測は、被加工物Ｗの所定垂直軸線位置における回転台２１の回転中心点Ｃｍと被加工物Ｗの内円周面との径方向距離を基準値として、それ以外の垂直軸線位置における回転台２１の回転中心点Ｃｍと被加工物Ｗの内円周面の径方向距離の変化量を計測すればよく、径方向距離の計測値は、垂直軸線方向の径方向距離の変化量であってよい。

傾き補償制御手段１２５は、被加工物Ｗの内円周面加工において、傾き角度演算手段１２４によって演算された傾き角度による傾斜誤差がキャンセルされるように、Ｃ軸ロータリエンコーダ２２によって検出される回転台２１の回転角位置に応じて、Ｘ軸サーボモータ２８による位置制御によってスライドビーム３１をＸ軸方向に出入りさせてスライドビーム３１のＸ軸位置（水平軸線方向位置）を補正し、被加工物Ｗの垂直軸線Ａｚｗを基準とした傾き補償を行う。

これにより、可動刃物台５１のバイト工具５７は、内円周面加工における可動刃物台５１のＺ軸移動において、被加工物Ｗの垂直軸線Ａｚｗと平行に移動し、傾き誤差による加工精度の低下が回避される。

端面斜角度演算手段１２６は、回転台２１の所定の回転位置での複数個の水平軸線方向位置における可動刃物台５１の所定垂直軸線位置と被加工物Ｗの水平端面（フランジ面Ｗａ）との垂直方向距離の計測値（水平方向の垂直距離の変化量）を入力し、当該計測値より被加工物Ｗの水平端面に対するスライドビーム３１の水平軸線方向（Ｘ軸方向）の傾斜角度を演算する。この傾斜角度は、傾斜角度の絶対量と傾斜方向を示すベクトル情報を含むものである。

実際の垂直方向距離計測値は、被加工物Ｗの所定回転位置における可動刃物台５１の所定垂直軸線位置と被加工物Ｗの水平端面との垂直距離を基準値として、それ以外の垂直軸線位置における可動刃物台５１の所定垂直軸線位置と被加工物Ｗの水平端面の垂直方向距離の変化量を計測すればよく、垂直方向距離の計測値は、水平方向の垂直距離の変化量であってよい。

端面傾斜補償制御手段１２７は、被加工物Ｗの端面加工において、端面傾斜角度演算手段１２６によって演算された傾斜角度による傾斜誤差がキャンセルされるように、Ｃ軸ロータリエンコーダ２２によって検出される回転台２１の回転角位置に応じて、Ｚ軸サーボモータ４５による位置制御によって可動刃物台５１をＺ軸方向に上下動させて可動刃物台５１のＺ軸位置（垂直軸線位置）を補正し、被加工物Ｗの水平端面を基準とした端面傾斜補償を行う。

これにより、可動刃物台５１のバイト工具５７は、端面加工におけるスライドビーム３１をＸ軸移動において被加工物Ｗの水平端面（フランジ面Ｗａ）と平行に移動し、端面傾斜誤差による加工精度の低下が回避される。

つぎに、刃物台回転型加工機１による被加工物Ｗの内円周面加工の手順（工程）を説明する。

（１）加工機搬入工程として、刃物台回転型加工機１を被加工物Ｗの中心位置に搬入設置する。この刃物台回転型加工機１の搬入に先立って、ベースプレート１０２を、その中心が被加工物Ｗの中心位置に位置するように、ローラスケール測定程度のラフな心合わせを被加工物の中央部内側空間に存在する載置面上に設置し、複数個のレベリングブロック１０１によってベースプレート１０２の上面が被加工物Ｗのフランジ面Ｗａに概ね平行になるようにレベル調整を行う。このベースプレート１０２の設置作業は、刃物台回転型加工機がまだ搬入されていない状態で行われるから、広い作業スペースのもとに、容易に行われる。

その後、ベースプレート１０２上にクレーン等を用いて刃物台回転型加工機１を載置し、複数個のサイドジャッキ１０３によって刃物台回転型加工機１の基台１１の径方向位置を調整し、回転台２１の回転中心点Ｃｍが被加工物Ｗの中心点Ｃｗに概ね合うように、位置決めを行う。

（２）回転位置対応径方向距離計測工程として、可動刃物台５１に寸法測定器（図示省略）を取り付け、所定回転位置にて寸法測定器を被加工物Ｗの円筒内周面Ｗｂに押し当て、この時の計測値を回転位置対応径方向距離の基準値とする。そして、回転台２１を回転させ、Ｃ軸ロータリエンコーダ２２によって検出される複数個の回転位置の各々において、前記寸法測定器によって回転台２１の回転中心点Ｃｍと被加工物Ｗの内円周面（円筒内周面Ｗｂ）との径方向距離のＣ軸周りの変化量を計測する。

ここで使用する寸法測定器は、ダイヤルゲージや変位センサ等であってよい。径方向距離の測定は、９０度間隔の４箇所、被加工物Ｗがリブ付きのもの場合には、撓みが少ない各リブ配置位置において行われればよい。

（３）偏心量演算工程として、回転位置対応径方向距離計測工程によって計測した計測値を偏心量演算手段１２２に入力し、偏心量演算手段１２２によって被加工物Ｗの中心点Ｃｗに対する回転台２１の回転中心点Ｃｍの偏心量を演算する。

偏心量演算手段１２２に対する計測値の入力は、寸法測定器がダイヤルゲージのようなものである場合には、オペレータが機上操作パネル７３あるいは床上操作パネル７６より手操作により行う。寸法測定器が変位センサのようなものである場合には、計測値は偏心量演算手段１２２に自動入力される。

（４）垂直軸線位置対応径方向距離計測工程として、回転台２１の所定回転位置において、可動刃物台５１をＺ軸方向に移動させ、複数個（２点）のＺ軸位置の各々において前記寸法測定器によって回転台２１の回転中心点Ｃｍと被加工物Ｗの内円周面（円筒内周面Ｗｂ）との径方向距離（Ｚ軸方向の径方向距離の変化量）を計測する。この計測も、回転台２１の所定回転位置において、可動刃物台５１に取り付けられている寸法測定器を所定Ｚ軸位置にて被加工物Ｗの円筒内周面Ｗｂに押し当て、この時の計測値を垂直軸線位置対応径方向距離の基準値とする。そして、回転台２１をＺ軸方向に移動させ、前記寸法測定器によって回転台２１の回転中心点Ｃｍと被加工物Ｗの内円周面（円筒内周面Ｗｂ）とのＺ軸方向に対する径方向距離の変化量を計測すればよい。

（５）傾き角度演算工程として、垂直軸線位置対応径方向距離計測工程によって計測した計測値を傾き角度演算手段１２４に入力し、傾き角度演算手段１２４によって被加工物Ｗの垂直軸線Ａｚｗに対する回転台２１の回転中心軸線（垂直軸線Ａｚｍ）の傾き角度を演算する。

傾き角度演算手段１２４に対する計測値の入力も、寸法測定器がダイヤルゲージのようなものである場合には、オペレータが機上操作パネル７３あるいは床上操作パネル７６より手操作により行う。寸法測定器が変位センサのようなものである場合には、計測値は傾き角度演算手段１２４に自動入力される。

（６）内円周面加工工程として、可動刃物台５１に寸法測定器に代えてバイト工具５７を取り付け、Ｃ軸サーボモータ２４によって回転台２１をＣ軸周りに回転駆動し、Ｘ軸サーボモータ２８によってスライドビーム３１をＸ軸方向に移動させて切り込み送りを行い、可動刃物台５１のＺ軸方向移動によって軸線方向の切削送りを与えて被加工物Ｗの円筒内周面Ｗｂを切削加工する。

この内円周面加工工程において、偏心量演算工程にて演算された偏心量による偏心誤差と、傾き角度演算工程にて演算された傾き角度による傾き誤差の双方がキャンセルされるように、偏心補償制御手段１２３と傾き補償制御手段１２５により、Ｃ軸ロータリエンコーダ２２によって検出される回転台２１の回転角位置に応じて、Ｘ軸サーボモータ２８によってスライドビーム３１のＸ軸位置を補正し、被加工物Ｗの中心点Ｃｗと被加工物Ｗの垂直軸線Ａｚｗを基準とした円筒面偏心−傾き補償を行う。

円筒面偏心−傾き補償は、偏心量演算手段１２２によって演算された偏心量と、傾き角度演算手段１２４によって演算された傾き角度に基づいて、内円周面加工工程中にその都度計算した補償値を用いても、予め計算して記憶しておいた補償値を用いてもよい。なお、Ｃ軸ロータリエンコーダ２２の位置検出分解能が不足する場合には、２点を滑らかに繋ぐＮＣ補間機能が使用される。

つぎに、刃物台回転型加工機１による被加工物Ｗの端面加工の手順（工程）を説明する。

（１）加工機搬入工程として、刃物台回転型加工機１を被加工物Ｗの中心位置に搬入設置する。この加工機搬入工程は、内円周面加工時のそれと全く同じであり、内円周面加工に続いて端面加工を行う場合には、新たな加工機搬入工程は不要である。

（２）垂直距離計測工程として、可動刃物台５１に取り付けた上向きフランジ面加工用アダプタ１１１に寸法測定器を取り付け、回転台２１の所定回転位置において、スライドビーム２１をＸ軸方向に移動させ、複数個（２点）のＸ軸方向位置の各々において前記寸法測定器によって可動刃物台５１の所定の垂直軸線位置と被加工物Ｗの水平端面（フランジ面Ｗａ）との垂直距離（Ｘ軸方向の垂直距離の変化量）を計測する。ここで使用する寸法測定器も、ダイヤルゲージや変位センサ等であってよい。

この垂直距離計測は、可動刃物台５１に取り付けられた寸法測定器を被加工物Ｗの基準端面に押し当て、回転台２１を回転させ、回転台２１の複数個の回転位置にの各々において前記寸法測定器によって回転台２１の回転軌跡と被加工物Ｗの基準端面との垂直軸線方向距離の変動を計測したものであってもよい。

（３）端面傾斜角度演算工程として、垂直距離計測工程によって計測した計測値を端面傾斜角度演算手段１２６に入力し、端面傾斜角度演算手段１２６によって被加工物Ｗのフランジ面Ｗａに対するスライドビーム３１のＸ軸方向（水平軸線Ａｘｍ）の傾斜角度を演算する。

端面傾斜角度演算手段１２６に対する計測値の入力は、寸法測定器がダイヤルゲージのようなものである場合には、オペレータが機上操作パネル７３あるいは床上操作パネル７６より手操作により行う。寸法測定器が変位センサのようなものである場合には、計測値は端面傾斜角度演算手段１２６に自動入力される。

（４）端面加工工程として、可動刃物台５１に取り付けた上向きフランジ面加工用アダプタ１１１に寸法測定器に代えてバイト工具５７を取り付け、Ｃ軸サーボモータ２４によって回転台２１をＣ軸周りに回転駆動し、可動刃物台５１を垂直軸線方向に移動させて切り込み送りを行い、Ｘ軸サーボモータ２８によってスライドビーム３１をＸ軸方向に移動させて径方向の切削送りを与えて被加工物Ｗのフランジ面Ｗａを切削加工する。

この端面加工工程において、傾斜角度演算工程にて演算された傾斜角度による傾斜誤差がキャンセルされるように、端面傾斜補償制御手段１２７により、Ｃ軸ロータリエンコーダ２２によって検出される回転台２１の回転角位置に応じて、回転台２１の回転角位置に応じて可動刃物台５１のＺ軸位置を補正し、被加工物Ｗの水平なフランジ面Ｗａを基準とした端面傾斜補償を行う。

端面傾斜補償は、端面傾斜角度演算手段１２６によって演算された傾斜角度に基づいて、端面加工工程中にその都度計算した補償値を用いても、予め計算して記憶しておいた補償値を用いてもよい。

なお、被加工物Ｗのフランジ面Ｗａに対するスライドビーム３１のＸ軸方向（水平軸線Ａｘｍ）の傾斜角度は、被加工物Ｗの垂直軸線Ａｚｗに対する回転台２１の回転中心軸線（垂直軸線Ａｚｍ）の傾き角度と９０度の位相差をもった同値のものであるから、端面傾斜補償制御手段１２７に対する傾斜角度の入力は、傾き角度演算手段１２４による傾き角度を援用入力してもよい。この場合には、垂直距離計測工程を省略できる。

この発明による加工方法、制御装置が適用される刃物台回転型加工機の一つの実施形態を示す側面図である。この発明による加工方法、制御装置が適用される刃物台回転型加工機の一つの実施形態を示す平面図である。この発明による加工方法、制御装置が適用される刃物台回転型加工機の一つの実施形態の軸送り系を示す部分断面図である。この発明による刃物台回転型加工機の制御装置の一つの実施形態を示すブロック図である。偏心誤差を示す説明図である。傾き誤差を示す説明図である。端面傾斜誤差を示す説明図である。

符号の説明

１刃物台回転型加工機
１１基台
１２旋回案内軸受
１３外歯リングギア
１４吊りボス
２１回転台
２２Ｃ軸ロータリエンコーダ
２３ピニオン
２４Ｃ軸サーボモータ
２５Ｘ軸送りねじ
２６軸受部
２７カップリング
２８Ｘ軸サーボモータ
２９Ｘ軸ロータリエンコーダ
３１スライドビーム
３２送りナット
３３直線ガイドレール
４１刃物台ベース
４２リニアガイド部材
４３Ｚ軸送りねじ
４４軸受部
４５Ｚ軸サーボモータ
４６減速歯車列
４７Ｚ軸ロータリエンコーダ
５１可動刃物台
５２直線ガイドレール
５３送りナット
５４工具装着部
５５シャンク受入部
５７バイト工具
６１刃物台ユニット
７１制御ユニット
７２電力供給用スリップリング装置
７３機上操作パネル
７４操作用足場
７５保護柵
７６床上操作パネル
７７、７８アンテナ
８０床上操作台
８２受信装置
１０１レベリングブロック
１０２ベースプレート
１０３サイドジャッキ
１１１上向きフランジ面加工用アダプタ
１１４バイト工具取付部
１２１位置制御部
１２２偏心量演算手段
１２３偏心補償制御手段
１２４傾き角度演算手段
１２５傾き補償制御手段
１２６端面傾斜角度演算手段
１２７端面傾斜補償制御手段

Claims

基台上に回転台が回転可能に設けられ、前記回転台上にスライドビームが水平軸線方向に移動可能に設けられ、前記スライドビームの端部に固定装着された刃物台ベースと当該刃物台ベースに対して垂直軸線方向に移動可能な可動刃物台を有する刃物台回転型加工機を用いた加工方法であって、
前記刃物台回転型加工機を被加工物の中心位置に搬入設置する加工機搬入工程と、
前記可動刃物台に寸法測定器を取り付け、前記回転台を回転させ、当該回転台の複数個の回転位置の各々において前記寸法測定器によって前記回転台の回転中心点と前記被加工物の内円周面との径方向距離を計測する回転位置対応径方向距離計測工程と、
前記回転位置対応径方向距離計測工程によって計測した計測値より前記被加工物の中心点に対する前記回転台の回転中心点の偏心量を演算する偏心量演算工程と、
前記可動刃物台に工具を取り付け、前記回転台を回転駆動し、前記スライドビームを水平軸線方向に移動させて切り込み送りを行い、前記可動刃物台の垂直軸線方向移動によって軸線方向送りを与えて前記被加工物の内円周面を加工する内円周面加工工程とを有し、
前記内円周面加工工程において、前記偏心量演算工程にて演算された前記偏心量による偏心誤差がキャンセルされるように、前記回転台の回転角位置に応じて前記スライドビームの水平軸線方向位置を補正し、前記被加工物の中心点を基準とした偏心補償を行う加工方法。
基台上に回転台が回転可能に設けられ、前記回転台上にスライドビームが水平軸線方向に移動可能に設けられ、前記スライドビームの端部に固定装着された刃物台ベースと当該刃物台ベースに対して垂直軸線方向に移動可能な可動刃物台を有する刃物台回転型加工機を用いた加工方法であって、
前記刃物台回転型加工機を被加工物の中心位置に搬入設置する加工機搬入工程と、
前記可動刃物台に寸法測定器を取り付け、前記回転台を回転させ、当該回転台の複数個の回転位置の各々において前記寸法測定器によって前記回転台の回転中心点と前記被加工物の内円周面との径方向距離を計測する回転位置対応径方向距離計測工程と、
前記回転位置対応径方向距離計測工程によって計測した計測値より前記被加工物の中心点に対する前記回転台の回転中心点の偏心量を演算する偏心量演算工程と、
前記可動刃物台に寸法測定器を取り付け、前記回転台の所定回転位置において前記可動刃物台を垂直軸線方向に移動させ、複数個の垂直軸線位置の各々において前記寸法測定器によって前記回転台の回転中心点と前記被加工物の内円周面との径方向距離を計測する垂直軸線位置対応径方向距離計測工程と、
前記垂直軸線位置対応径方向距離計測工程によって計測した計測値より前記被加工物の垂直軸線に対する前記回転台の回転中心軸線の傾き角度を演算する傾き角度演算工程と、
前記可動刃物台に工具を取り付け、前記回転台を回転駆動し、前記スライドビームを水平軸線方向に移動させて切り込み送りを行い、前記可動刃物台の垂直軸線方向移動によって軸線方向送りを与えて前記被加工物の内円周面を加工する内円周面加工工程とを有し、
前記内円周面加工工程において、前記偏心量演算工程にて演算された前記偏心量による偏心誤差と、前記傾き角度演算工程にて演算された前記傾き角度による傾き誤差の双方がキャンセルされるように、前記回転台の回転角位置に応じて前記スライドビームの水平軸線方向位置を補正し、前記被加工物の中心点と前記被加工物の垂直軸線を基準とした円筒面偏心−傾き補償を行う加工方法。
基台上に回転台が回転可能に設けられ、前記回転台上にスライドビームが水平軸線方向に移動可能に設けられ、前記スライドビームの端部に固定装着された刃物台ベースと当該刃物台ベースに対して垂直軸線方向に移動可能な可動刃物台を有し、装置全体を被加工物の中心位置に搬入設置され、前記可動刃物台に工具を取り付けられ、前記回転台を回転駆動し、前記スライドビームを水平軸線方向に移動させて切り込み送りを行い、前記可動刃物台の垂直軸線方向移動によって軸線方向送りを与えて前記被加工物の内円周面を加工する刃物台回転型加工機の制御ユニットであって、
前記回転台の複数個の回転角位置における当該回転台の回転中心点と前記被加工物の内円周面との径方向距離の計測値を入力し、当該計測値より前記被加工物の中心点に対する前記回転台の回転中心点の偏心量を演算する偏心量演算手段と、
前記被加工物の内円周面加工において、前記偏心量演算手段にて演算された前記偏心量による偏心誤差がキャンセルされるように、前記回転台の回転角位置に応じて前記スライドビームの水平軸線方向位置を補正し、前記被加工物の中心点を基準とした偏心補償を行う偏心補償制御手段と、
を有する刃物台回転型加工機の制御ユニット。
基台上に回転台が回転可能に設けられ、前記回転台上にスライドビームが水平軸線方向に移動可能に設けられ、前記スライドビームの端部に固定装着された刃物台ベースと当該刃物台ベースに対して垂直軸線方向に移動可能な可動刃物台を有し、装置全体を被加工物の中心位置に搬入設置され、前記可動刃物台に工具を取り付けられ、前記回転台を回転駆動し、前記スライドビームを水平軸線方向に移動させて切り込み送りを行い、前記可動刃物台の垂直軸線方向移動によって軸線方向送りを与えて前記被加工物の内円周面を加工する刃物台回転型加工機の制御ユニットであって、
前記回転台の複数個の回転角位置における当該回転台の回転中心点と前記被加工物の内円周面との径方向距離の計測値を入力し、当該計測値より前記被加工物の中心点に対する前記回転台の回転中心点の偏心量を演算する偏心量演算手段と、
前記回転台の所定回転位置の複数個の垂直軸線位置における前記回転台の回転中心点と前記被加工物の内円周面との径方向距離の計測値を入力し、当該計測値より前記被加工物の垂直軸線に対する前記回転台の回転中心軸線の傾き角度を演算する傾き角度演算手段と、
前記被加工物の内円周面加工において、前記偏心量演算手段によって演算された前記偏心量による偏心誤差がキャンセルされるように、前記回転台の回転角位置に応じて前記スライドビームの水平軸線方向位置を補正し、前記被加工物の中心点を基準とした偏心補償を行う偏心補償制御手段と、
前記被加工物の内円周面加工工程において、前記傾き角度演算手段によって演算された前記傾き角度による傾き誤差がキャンセルされるように、前記回転台の回転角位置に応じて前記スライドビームの水平軸線方向位置を補正し、前記被加工物の垂直軸線を基準とした傾き補償を行う傾き補償制御手段と、
を有する刃物台回転型加工機の制御ユニット。