JP5248030B2

JP5248030B2 - 変位補正機能を備えた工作機械及び工作機械の補正方法

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Publication number: JP5248030B2
Application number: JP2007092621A
Authority: JP
Inventors: 潔井口
Original assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2027-03-30
Also published as: JP2008246642A

Description

本発明は、刃物台の変位を補正する変位補正機能を備えた工作機械及び該工作機械の補正方法に関する。

一般的に、工作機械として、直線的に移動するワーク加工用の刃物を装着する刃物台と、刃物台を移動させる移動手段と、移動手段の作動を制御する制御装置とを備えた自動旋盤が知られている。該自動旋盤は、主軸を回転させながら刃物台をワークの切り込み方向（Ｘ方向）に移動させ、かつワークと刃物とを主軸の軸心方向（Ｚ方向）に相対的に移動させることによってワークの加工を行う。

上述のような工作機械では、制御手段の所定制御による移動手段の作動によって刃物台をＸ方向に移動させる場合に、刃物台のＸ方向の位置が、移動手段側の発熱等によって制御装置により指示される刃物台の位置に対して変位する場合がある。この変位によって加工精度が低下する虞があるため、刃物台のＸ方向の変位を計測する計測手段と、計測手段により計測された変位量に基づき制御装置による制御を補正する補正手段とを設けて加工精度の低下を防止するものが公知となっている（例えば特許文献１）。

特許文献１に記載の計測手段は、Ｘ方向に移動する刃物台に対する固定側となる主軸に設けられた基準ゲージと、基準ゲージに対する刃物台のＸ方向の位置を検出する検出手段となる接触検出器とを備え、刃物台を所定位置から基準ゲージに向かってＸ方向に移動させ、接触検出器の触針が基準ゲージの外径（面）に接触したときの刃物台の位置を計測し、変位量を計測する構成となっている。

特開昭５４−１６３２８６号公報

一方で、複数の刃物を搭載する刃物台を備えた工作機械が知られている。この工作機械の場合、刃物台は刃物を選択するために、Ｘ方向に直交するＹ方向にも移動する。このため刃物台はＸ方向及びＹ方向に変位する。ここで、このような工作機械に例えば特許文献１に示されるような計測手段を適用しようとする場合、第３図に記載の刃物台２５が例えばその移動手段の発熱等によりＹ方向（図面に垂直な方向）に変位した場合は、触針２４が接触する基準ゲージ２７の外径位置が変動し、Ｘ方向の変位の検出精度が低下する。

そこで本発明は、熱等により生じた変位を簡易な構成で計測し補正する機能を備えた工作機械、及び該工作機械の補正方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、工作機械側に設けられ、直線状に移動する移動体と、該移動体を、互いに直交する２方向にそれぞれ移動させる第１及び第２の移動手段と、該移動手段の作動を制御する制御装置と、該制御装置の所定の制御により移動した移動体の変位量を計測する計測手段と、を備え、該計測手段が、移動体と該移動体に対する固定側との間に設けられる基準部と該基準部に対する移動体の位置を検出する検出手段とを備え、該計測手段により計測された変位量に基づき制御装置による上記制御を補正する補正手段を設けた工作機械において、検出手段側又は基準部側に、第１の移動手段の移動方向に交差し、かつ第２の移動手段の移動方向に平行な第１平面と、第２の移動手段の移動方向に交差し、かつ第１の移動手段の移動方向に平行な第２平面とを設け、検出手段が、第１平面と検出手段又は基準部との第１の移動手段の移動方向の距離に基づく検出結果を出力する第１センサと、第２平面と検出手段又は基準部との第２の移動手段の移動方向の距離に基づく検出結果を出力する第２センサとを備え、前記第１センサ及び前記第２センサの双方が作動状態となる前記移動体の位置を定め、前記移動体を前記互いに直交する２方向に同時に移動させ、前記第１センサ及び前記第２センサの双方が各々非作動状態となる位置を検出することにより、前記互いに直交する２方向について前記移動体の変位量を同時に計測できるようにした工作機械を提供する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の工作機械において、前記第１及び第２平面が各々対応する移動方向に対して直交する工作機械を提供する。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の工作機械において、前記基準部を、主軸に装着されたワークの先端側を案内するガイドブッシュ側に形成した工作機械を提供する。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の工作機械において、前記基準部を、主軸を回転駆動自在に収容しかつ主軸と一体的に移動する主軸台側に形成した工作機械を提供する。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の工作機械において、前記基準部側に前記第１及び第２平面を設け、前記第１及び第２センサが、各々対応する移動方向に付勢突出する接触杆を備え、移動体の移動により接触杆側と各々対応する平面との接触及び非接触によって出力が切り換えられるタッチセンサからなり、前記検出手段が、該接触杆側と該平面とが接触した状態から非接触状態に切り換えられた際の移動体の位置を検出する工作機械を提供する。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の工作機械において、前記第１及び第２センサが、各々対応する移動方向に付勢突出する第１及び第２接触杆をそれぞれ備え、該第１及び第２接触杆に第１及び第２平面をそれぞれ設け、該第１及び第２センサを、第１及び第２平面と基準部側との接触及び非接触によって出力が切り換えられるタッチセンサとし、前記検出手段が、第１及び第２平面と基準部側とが接触した状態から非接触状態に切り換えられた際の移動体の位置を検出する工作機械を提供する。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の工作機械において、前記工作機械が自動旋盤であり、移動体がワーク加工用の刃物を装着する刃物台を含む工作機械を提供する。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の工作機械において、前記計測手段が、ワークから加工された部品を切り離す突っ切り作業に際して刃物台の変位量を計測する工作機械を提供する。

請求項９に記載の発明は、請求項１〜８のいずれか１項に記載の工作機械において、前記工作機械が自動旋盤であり、移動体がワークを装着する主軸を含む工作機械を提供する。

請求項１０に記載の発明は、請求項７〜９のいずれか１項に記載の工作機械において、刃物台に装着された刃物と主軸に装着されたワーク側との接触を検出する接触検出手段と、刃物とワーク側との接触の際の刃物台の位置を検出する接触位置検出手段と、前記接触位置検出手段の検出結果と前記計測手段の計測結果とに基づき刃物の磨耗量を検出する磨耗量検出手段とをさらに備えた工作機械を提供する。

請求項１１に記載の発明は、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の工作機械において、前記補正手段が、計測された移動体の変位に基づき定まる変位量より小さな補正量により補正を行う補正量修正手段を備えた工作機械を提供する。

請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の工作機械において、前記補正量修正手段が、検出された移動体の変位量の差の１／２を補正量とする工作機械を提供する。

また請求項１３に記載の発明は、工作機械側に設けられ、直線状に移動する移動体と、該移動体を、互いに直交する２方向にそれぞれ移動させる第１及び第２の移動手段と、該移動手段の作動を制御する制御装置と、を有する工作機械の補正方法において、該制御装置の所定の制御により移動した移動体の変位量を計測する工程と、移動体と該移動体に対する固定側との間に設けられる基準部と該基準部に対する移動体の位置を検出する工程と、該計測手段により計測された変位量に基づき制御装置による上記制御を補正する工程と、を含み、検出手段側又は基準部側に、第１の移動手段の移動方向に交差し、かつ第２の移動手段の移動方向に平行な第１平面と、第２の移動手段の移動方向に交差し、かつ第１の移動手段の移動方向に平行な第２平面とを設け、前記検出する工程が、第１平面と検出手段又は基準部との第１の移動手段の移動方向の距離に基づく検出結果を第１センサを用いて出力することと、第２平面と検出手段又は基準部との第２の移動手段の移動方向の距離に基づく検出結果を第２センサを用いてを出力することを含み、前記検出する工程がさらに、前記第１センサ及び前記第２センサの双方が作動状態となる前記移動体の位置を定め、前記移動体を前記互いに直交する２方向に同時に移動させ、前記第１センサ及び前記第２センサの双方が各々非作動状態となる位置を検出することにより、前記互いに直交する２方向について前記移動体の変位量を同時に計測することを含む工作機械の補正方法を提供する。

請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の工作機械の補正方法において、前記第１及び第２平面が各々対応する移動方向に対して直交する工作機械の補正方法を提供する。

請求項１５に記載の発明は、請求項１３又は１４に記載の工作機械の補正方法において、前記基準部を、主軸に装着されたワークの先端側を案内するガイドブッシュ側に形成した工作機械の補正方法を提供する。

請求項１６に記載の発明は、請求項１３又は１４に記載の工作機械の補正方法において、前記基準部を、主軸を回転駆動自在に収容しかつ主軸と一体的に移動する主軸台側に形成した工作機械の補正方法を提供する。

請求項１７に記載の発明は、請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の工作機械の補正方法において、前記検出する工程が、基準部側に設けられた前記第１及び第２平面と、各々対応する移動方向に付勢突出する接触杆側とが移動体の移動により接触した状態から非接触状態に切り換えられた際の移動体の位置を検出することを含む工作機械の補正方法を提供する。

請求項１８に記載の発明は、請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の工作機械の補正方法において、前記検出する工程が、各々対応する移動方向に付勢突出する第１及び第２接触杆にそれぞれ設けられた第１及び第２平面と基準部側とが接触した状態から非接触状態に切り換えられた際の移動体の位置を検出することを含む工作機械の補正方法を提供する。

請求項１９に記載の発明は、請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の工作機械の補正方法において、前記工作機械が自動旋盤であり、移動体がワーク加工用の刃物を装着する刃物台を含む工作機械の補正方法を提供する。

請求項２０に記載の発明は、請求項１９に記載の工作機械の補正方法において、前記計測する工程が、ワークから加工された部品を切り離す突っ切り作業に際して刃物台の変位量を計測することを含む工作機械の補正方法を提供する。

請求項２１に記載の発明は、請求項１３〜２０のいずれか１項に記載の工作機械の補正方法において、前記工作機械が自動旋盤であり、移動体がワークを装着する主軸を含む工作機械の補正方法を提供する。

請求項２２に記載の発明は、請求項１９〜２１のいずれか１項に記載の工作機械の補正方法において、刃物台に装着された刃物と主軸に装着されたワーク側との接触を検出する工程と、刃物とワーク側との接触の際の刃物台の位置を検出する工程と、前記接触位置検出手段の検出結果と前記計測手段の計測結果とに基づき刃物の磨耗量を検出する工程とをさらに含む工作機械の補正方法を提供する。

請求項２３に記載の発明は、請求項１３〜２２のいずれか１項に記載の工作機械の補正方法において、前記補正する工程が、計測された移動体の変位に基づき定まる変位量より小さな補正量により補正を行うことを含む工作機械の補正方法を提供する。

請求項２４に記載の発明は、請求項２３に記載の工作機械の補正方法において、検出された移動体の変位量の差の１／２を補正量とする工作機械の補正方法を提供する。

本発明によれば、移動手段側で発生する熱等により生じる刃物台や主軸等の移動体の変位を簡単な構成で検出し、補正することが可能となる。また変位計測側の反対側の移動手段側で変位が生じた場合でも、基準部又は検出手段側に平面が設けられ、該平面によって検出が行われるため、当該変位の影響を排除してセンサによる変位計測を安定して行うことができる。従って、Ｘ方向及びＹ方向等の２つの移動手段を同時に作動させても、各々について変位の計測を行うことができる。また、変位計測側の反対側の変位によりセンサから基準部までの距離が変動するという不都合が防止される。

第１及び第２平面が、各々対応する移動方向に対して直交することにより、変位計測を垂直平面で容易に行うことができる。

基準部は、ガイドブッシュ側又は主軸台側のいずれに形成してもよく、工作機械の種類や構造に応じて適宜選択可能である。

各センサが付勢力を備えた接触杆を有することにより、接触状態から非接触状態に切り替えられるタイミングが安定し、刃物台の変位をより正確に計測することができる。

移動体を刃物台とする場合、突っ切り作業に際して変位の計測をすると、突っ切り位置がワークの径に無関係に一定であるため、変位の計測においてワークの径を考慮することなく、計測を容易に行うことができる。

接触位置検出手段により検出されたワーク側に接触時の刃物台の位置から、刃物台の変位を差し引くことにより、刃物の磨耗量を容易に求めることができる。

計測された刃物台の変位に基づき定まる変位量より小さな補正量（変位量の例えば１／２の補正量）により補正を行うことにより、変位量が増加から減少に転じる際あるいはその逆の誤差を抑制することが可能となる。

図１は、本発明に係る補正機能を備えた工作機械１の概略構成を示す図であり、図２は図１の刃物台付近の部分拡大図である。工作機械１は、脚２、並びに脚２に搭載された主軸台３、刃物台４及び正面刃物台６を有する。主軸台３には、主軸（図４参照）７が配置され、図示しない回転駆動機構により軸心（ここではＺ軸とする）中心に回転駆動される。主軸台３は、Ｚ軸方向に延びるＺボールネジ（図示せず）及び主軸用Ｚモータ８によってＺ方向にスライド式に移動可能である。

図１に示されるように、脚２には、刃物台４を支持する刃物台支持体９が設けられる。刃物台支持体９には、左右方向（略水平かつＺ方向に垂直）に刃物台支持体９を移動させるためのＹスライドガイド１１が取り付けられ、さらにＹスライドガイド１１にはＹスライド体１２が装着される。Ｙスライド体１２と刃物台支持体９との間には、左右方向に延びるＹボールネジ１３が装着される。Ｙスライド体１２は、Ｙボールネジ１３に取り付けられたＹモータ１４によって左右方向（Ｙ方向）にスライド移動可能である。

またＹスライド体１２には、上下方向（Ｙ方向及びＺ方向の双方に垂直な方向）にＸスライドガイド１６が取り付けられ、さらにＸスライドガイド１６にはＸスライド体１７が装着される。Ｘスライド体１７とＹスライド体１２との間には、上下方向に延びるＸボールネジ（図１では見えず）が装着される。Ｘスライド体１７は、Ｘボールネジに取り付けられたＸモータ１８によって上下方向（Ｘ方向）にスライド移動可能である。

Ｘスライド体１７には、複数の刃物を装着可能なバイトホルダ１９が固定される。
図１の例では、バイトホルダ１９に対して複数の刃物２１がＸＹ面内において４５度傾斜して装着されている。

刃物台支持体９にはガイドブッシュ２２が装着される。バイトホルダ１９は、ガイドブッシュ２２より前方に配置される。被加工物であるワーク２３は、図２に示されるようにガイドブッシュ２２に挿通されて案内され、ガイドブッシュ２２よりも前方にいくらか突出するように、主軸７の先端側に把持される。ここで主軸７を回転駆動によりワーク２３を回転させながら、上述のＸモータ１８及びＹモータ１４によってバイトホルダ１９を移動させ、さらに主軸用Ｚモータ８によって主軸７を前後移動させることによって、ワーク２３の加工が行われる。

また図１に示されるように、刃物台支持体９の前方側には、Ｚ方向に延びる正面刃物台６用のＺスライドガイド２４が設けられ、さらにＺスライドガイド２４にはＺスライド体２６が装着される。Ｚスライド体２６は、正面刃物台用Ｚモータ２７によってＺ方向にスライド移動可能である。Ｚスライド体２６には、Ｘ方向及びＹ方向に対して４５度傾斜した方向に延びるＸＹスライドガイド２８が設けられ、ＸＹスライドガイド２８にはＸＹスライド体２９が装着される。ＸＹスライド体２９は、ＸＹモータ３１によってＸ方向及びＹ方向に対して４５度傾斜した方向に移動可能である。

ＸＹスライド体２９には、工具ホルダ３２が取り付けられる。正面刃物台用Ｚモータ２７及びＸＹモータ３１によって工具ホルダ３２を移動し、上述の主軸用Ｚモータ８によって主軸７に装着されたワーク２３を移動させることにより、工具ホルダ３２に装着される刃物によって正面刃物台６側でもワークの加工を行うことができる。

次に図２を参照して、刃物台周りの動作について説明する。先ず、上述のＸスライド体１７のＸ方向への移動とＹスライド体１２のＹ方向への移動との合成移動により、バイトホルダ１９に装着された複数の刃物２１のいずれかをワーク２３に接近させる。ガイドブッシュ２２の前方でバイトホルダ１９をさらに合成移動により移動させてワークに切り込ませ、これに合わせて主軸７をＺ方向へ移動させることにより、ワークの軸方向への加工が行われる。

上記加工が終了したら、バイトホルダ１９に装着された突っ切りバイト３３をバイトホルダの合成移動により図２に示される突っ切り位置まで移動させ、突っ切り加工を行う。突っ切り位置は主軸７の軸心位置を少し過ぎた位置に、ワークの径とは無関係に設定される。なおＸモータ１８及びＹモータ１４は、ＮＣ装置等の制御装置（図示せず）によって制御される。

Ｘスライド体１７にはＸタッチセンサ３４及びＹタッチセンサ３６が固定される。タッチセンサ３４及び３６は直交配置され、それぞれＸ方向及びＹ方向に付勢突出し、同方向に所定量以上押し込まれたときに作動すなわちＯＮ状態となるように構成される。具体的には、タッチセンサ３４及び３６はそれぞれ直線状に出入り可能な接触杆３４ａ及び３６ｂを有し、接触杆３４ａ及び３６ａの先端にはそれぞれ回転自在のローラ３４ｂ及び３６ｂが取り付けられる。一方ガイドブッシュ２２にはセンサブロック３７が設けられ、センサブロック３７にはローラ３４ｂ及び３６ｂにそれぞれ当接可能なＸ基準面３８及びＹ基準面３９が形成される。基準面３８及び３９は互いに垂直な平面であり、それぞれＸ方向及びＹ方向に垂直である。このような構成により、バイトホルダ１９が移動したときに、Ｘタッチセンサ３４のローラ３４ｂがＸ基準面３８に垂直に当接し、Ｙタッチセンサ３６のローラ３６ｂがＹ基準面３９に垂直に当接し、接触杆３４ａ及び３４ｂが押し込まれて各タッチセンサがＯＮ状態となる。

タッチセンサ３４及び３６はいずれも、上記突っ切り位置においてそれぞれ基準面３８及び３９に当接してＯＮ状態となる。一方図３に示されるように、突っ切りバイト３３が突っ切り位置から戻る際に両センサのローラが対応する基準面から離れると、両センサは非作動状態すなわちＯＦＦ状態となる。ここで、ＮＣ装置側では各センサがＯＦＦとなる際のＸスライド体の位置（すなわちＸモータ及びＹモータの回転位置）を検出する。ボールネジの熱膨張や機械的な誤差等によって、センサがＯＦＦ状態となるモータの回転位置（Ｘスライド体の位置）が変化するため、上記検出によって上記ＮＣ装置側でＸスライド体の変位量を計測することができる。Ｘタッチセンサ３４のローラ３４ｂは、Ｘ基準面３８上をＹ方向に転動することができ、Ｙタッチセンサ３６のローラ３６ｂは、Ｙ基準面３９上をＸ方向に転動することができる。このためＸ方向とＹ方向の一方の変位計測に際して、他方が移動した場合でも、Ｘスライド体１７の計測側の位置は、他方の変位に影響されることなく安定して検出され、Ｘスライド体１７の変位量の計測精度が向上する。これによりＸ方向及びＹ方向の双方の変位量を同時に計測したり、一方のローラを基準面に接触させた状態から他方のローラを基準面に接触させて変位量を計測したりすることもできる。さらに、ローラが基準面上を円滑に移動するので、基準面の損傷等を防止できる。

次に、正面刃物台６の変位を計測する構成について説明する。図１及び図２に示されるように、正面刃物台６の工具ホルダ３２には、略Ｌ字形のセンサ支持ブロック４１が固定され、センサ支持ブロック４１のＬ字の各辺にはＺタッチセンサ４２及びＸＹタッチセンサ４３がそれぞれ配置される。タッチセンサ４２及び４３は直交配置され、それぞれＺ方向、並びにＸ方向及びＹ方向の双方に対して４５度傾斜した方向に所定量以上押し込まれたときに作動すなわちＯＮ状態となるように構成される。なおタッチセンサ４２及び４３も、上述のタッチセンサ３４又は３６と同様に接触杆４２ａ、４３ａ及びローラ４２ｂ、４３ｂを有する。一方ガイドブッシュ２２にはセンサ突起４４が設けられ、センサ突起４４にはローラ４２ｂ及び４３ｂにそれぞれ当接可能なＺ基準面４６及びＸＹ基準面４７が形成される。図２に示されるように、基準面４６は正面刃物台６のＺ方向に対して垂直かつＺ方向に垂直な移動方向に対して平行であり、一方基準面４７はＺ方向に対して平行かつＺ方向に垂直な移動方向に対して垂直である。このような構成により、正面刃物台６が移動したときに、Ｚタッチセンサ４２のローラ４２ｂがＺ基準面４６に垂直に当接し、ＸＹタッチセンサ４３のローラ４３ｂがＸＹ基準面４７に垂直に当接することができる。

次に変位量の計測について説明する。図３に示されるように、予めＺタッチセンサ４２のローラ４２ｂ及びＸＹタッチセンサ４３のローラ４３ｂがそれぞれＺ基準面４６及びＸＹ基準面４７に当接してＯＮ状態となる正面刃物台用Ｚモータ２７及びＸＹモータ３１の回転位置を定めておく。次にその位置に一旦ＸＹスライド体２９を移動させた後、正面刃物台用Ｚモータ２７及びＸＹモータ３１を駆動してＸＹスライド体２９を戻し、Ｚタッチセンサ４２及びＸＹタッチセンサ４３がＯＦＦ状態となる各モータ回転位置を検出することにより、変位が計測される。この計測の際は、図３に示されるように、ワーク２３をガイドブッシュ２２から突出しないように引っ込められる。従ってこの計測は、上述のＸタッチセンサ及びＹタッチセンサのように突っ切り時に併せて計測することはできず、別途行う必要がある。なお両タッチセンサ４２、４３のローラ４２ｂ、４３ｂは、前述のＸタッチセンサ３４のローラ３４ｂ、Ｙタッチセンサ３６のローラ３６ｂと同様に、互いの反対側の移動方向に対して転動するため、一方の変位計測に際して、他方が変位した場合でも、ＸＹスライド体２９の計測側の位置は、他方の変位に影響されることなく安定して検出されるので、ＸＹスライド体２９の変位量の計測精度は高い。両方向の変位量を同時に計測したり、一方のローラを基準面に接触させた状態から他方のローラを基準面に接触させて変位量を計測したりすることもできる。また上記と同様に、基準面の損傷等を避けることができる。

次に、主軸台３のＺ方向の変位を計測する構成について説明する。図４に示されるように、Ｚ方向に所定量以上押し込まれたときにＯＮ状態となる主軸用タッチセンサ４８が、脚２側に配置される。なお主軸用タッチセンサ４８も、上述のタッチセンサ３４又は３６と同様に接触杆４８ａ及びローラ４８ｂを有する。一方主軸台３には、Ｚ方向に垂直な平面であって、主軸台３の移動によって主軸用タッチセンサ４８のローラ４８ｂに当接可能な主軸用基準面４９が形成される。予め主軸用タッチセンサ４８のローラ４８ｂが主軸用基準面４９に当接してＯＮ状態となる主軸用Ｚモータ８の回転位置を定めておく。次にその位置に一旦主軸台３を移動させた後、主軸用Ｚモータ８を駆動して主軸台３を戻し、主軸用タッチセンサ４８がＯＦＦ状態となるモータ回転位置を検出することにより、変位量が計測される。

次に、計測された変位量の補正について説明する。図示しないＮＣ装置側には、変位量に基づき制御を補正する補正手段が内装されている。通常は補正手段は、先ず試しにワークを加工し、ワークの寸法を実測し、目標とする寸法に合うようにＮＣ装置側を校正する。ここで校正時に、各タッチセンサがＯＦＦ状態となる対応するモータの回転位置を変位量計測の基準値（変位ゼロ）とする。

ワークの連続加工を開始した後は、予め定めた所定時間又は所定加工回数毎に前述のように変位量を計測し、制御の補正を行う。なお変位量の計測は突っ切り毎に行い、ある回の突っ切りでの計測は次回の加工時の補正に使用されるので、１つのワークの加工中に補正されることはない。

なお上記実施形態では、複数の刃物を切り替えるＹ方向への移動とワークへの切り込みを行うＸ方向への移動の双方を行うため、刃物台がＸ方向及びＹ方向に移動する構成としているが、刃物台をＸ方向と送り方向であるＺ方向とに移動する構成も可能である。

図５は、上記の本発明に従って補正を行った具体例を、補正を行わなかった場合と比較して示すグラフである。同図では、１回目の計測での変位量をゼロに合わせた後、ワークを５つ加工する毎に変位を計測したものである。

例えばボールネジ側で上述の変位が発生すると、加工されたワークの寸法に誤差が生じる。図５の例では、補正をしない場合のグラフ５１に示されるように、この誤差は０〜＋０．０３３ｍｍの範囲で全体として上昇した。ここでグラフ５２に示されるように、計測された補正量と同量を補正することによって、計測回数が増加しても上記誤差を概ね±０．０１ｍｍの範囲内に抑制することができる。但し、補正量は前回の加工での変位量を基準とするため、加工中の熱変位により、誤差は必ずしもゼロとはならない。

図５のグラフ５３は、計測された変位量と同量ではなく、その１／２の量を補正した場合を示すグラフである。誤差の１／２を補正量とした場合は、誤差と同量を補正量とする場合に比べ、例えば図５の５４部等に示されるように、変位量が増加から減少に転じる際（あるいはその逆）の誤差の抑制に効果がある。換言すれば、変位量より小さい補正量とすることにより、いわゆるオーバーシュートを抑制することができる。図５のグラフ５３の例では、誤差は概ね−０．００５〜＋０．０１ｍｍの範囲内に抑制されている。

なお図５の計測回数約９０回以降は、加工後それぞれ５分、１０分、３０分、６０分の間工作機械を停止させた後に、加工を再開して変位量を計測した結果を示している。グラフ５１に示されるように、ある時間工作機械を停止させれば各部が冷却するので、加工再開後は変位量が減少する傾向がある。このような場合、グラフ５３に示されるように、変位量が増加から減少に転じる状態では補正量が１／２であっても比較的誤差が大きくなる傾向がある。従って５分以上の間工作機械を停止した場合は、加工開始前に変位量を計測することが好ましい。

次に図６及び図７を参照して、本発明の他の実施形態を説明する。図６に示されるように、工作機械の機種によっては、複数の刃物５６及び５７がＸ方向又はＹ方向に沿って（図示例では刃物５６及び５７がそれぞれＸ方向及びＹ方向に平行）配置されるように刃物台５８のバイトホルダ５９に取り付けられる。他の構成については図２のものと実質同様でよい。図６の構成の場合、突っ切りは突っ切りバイト６１のＸ方向のみの移動動作で行われる。従って変位量の計測は、突っ切り状態からバイトホルダ５９（Ｘスライド体）を一旦Ｙ方向に移動させ、その後タッチセンサ６２及び６３がＯＦＦ状態になるまで、刃物台５７を移動させるＸモータ及びＹモータ（図示せず）を同時又は別々に作動させる。

図６の構成では、刃物台５８のＹ方向と正面刃物台６４を支持するＸＹスライド体６６の移動方向とが一致するので、センサブロック６７のＹ基準面６８は、刃物台５８のＹタッチセンサ６３の基準面であるとともに、正面刃物台６４のＸＹタッチセンサ６９の基準面としても機能する。一方、センサブロック６７のＸ基準面７１は、図２に示すＸ基準面３８と同様に機能する。また図７に示されるように、センサブロック６７のＺ方向に垂直な正面端面は、正面刃物台６４のＺタッチセンサ７２の基準面７３として使用することができる。従って図６の構成では、図２に示されるようなセンサ突起４４を設ける必要がない。

次に、図８及び図９を参照して、刃物の摩耗量を計測する構成について説明する。前述の刃物台の変位量を計測できる構成において、図８（ａ）及び（ｂ）に示されるように、刃物台７４に取り付けられた複数の刃物７６の各々にはワークとの接触を検出する装置として振動センサ７７を取り付けることができる。なお振動センサの代わりに導通センサも使用可能であり、刃物とワークとの接触を検出できるものであればどのようなものでもよい。

図８に示される刃物７６と主軸７８に把持された加工すべきワーク７９とが離れた状態から、図９（ａ）及び（ｂ）に示される刃物７６とワーク７９とが接する状態まで刃物７６を移動させ、その位置データを基準位置とする。ここで前述の補正手段により熱変位等を補正した直後に刃物７６をワーク７９に接触させることにより、前記変位の影響を排除して刃物の摩耗量を計測することができる。なお、図５を用いて説明した変位量と同量を補正する場合（グラフ５２）は上記方法でよいが、１／２の量の補正を行う場合（グラフ５３）は、刃物がワークに接触する位置が変化する場合があるため、補正しなかった分を考慮する必要がある。

上記構成によれば、ボールネジ等の熱変位と刃物の摩耗量とを分離して計測することができるので、工具管理が容易となる。具体的には、摩耗量について所定の閾値を設定し、その閾値を超えた場合は工具の寿命と判断することができる。また刃物の刃先の破損等の異常については、振動センサが計測した振動の大きさによって判断することができる。

図８及び図９は、タッチセンサの他の構成も示している。図８（ａ）又は図９（ａ）に示されるように、上述のタッチセンサ３４及び３６（図２参照）にそれぞれ相当するタッチセンサ８１及び８２は、それぞれ平面状の接触面８３及び８４を有する。接触面８３及び８４はそれぞれＸ方向及びＹ方向に垂直で、円筒形の主軸７８の周面を直角に計測することができるように構成される。図８（ａ）又は図９（ａ）に示すようなガイドブッシュが無い機種では、図２のようにガイドブッシュ側に基準面（平面）を設けることができないため、タッチセンサ８１及び８２は上記接触平面を有する。

本発明に係る補正機能を備えた工作機械の概略構成を示す図である。図１の刃物台付近の部分拡大図であって、バイトホルダのタッチセンサを基準面に当接させた状態を示す図である。図２に類似する図であって、正面刃物台のタッチセンサを基準面に当接させた状態を示す図である。主軸用タッチセンサの構成を示す図である。本発明に従って補正を行った具体的計測例を、補正を行わなかった場合と比較して示すグラフである。本発明の他の実施形態の工作機械の刃物台付近の拡大図であって、バイトホルダのタッチセンサを基準面に当接させた状態を示す図である。図６に類似する図であって、正面刃物台のタッチセンサを基準面に当接させた状態を示す図である。（ａ）振動センサが取り付けられた刃物を備えた工作機械の刃物台付近を主軸方向に見た図であって、刃物がワークから離れた状態を示す図であり、（ｂ）主軸方向に垂直な方向に見た図である。（ａ）図８（ａ）に類似する図であって、刃物がワークに当接した状態を示す図であり、（ｂ）主軸方向に垂直な方向に見た図である。

符号の説明

１工作機械
３主軸台
４刃物台
６正面刃物台
７主軸
１９、５９バイトホルダ
２１、５６、５７、７６刃物
２２ガイドブッシュ
２３、７９ワーク
３４、３６、４２、４３、４８、６２、６３、６９、７２、８１、８２タッチセンサ
３７、６７センサブロック
３８、３９、４６、４７、４９、６８、７１、７３基準面

Claims

工作機械側に設けられ、直線状に移動する移動体と、
該移動体を、互いに直交する２方向にそれぞれ移動させる第１及び第２の移動手段と、
該移動手段の作動を制御する制御装置と、
該制御装置の所定の制御により移動した移動体の変位量を計測する計測手段と、
を備え、
該計測手段が、移動体と該移動体に対する固定側との間に設けられる基準部と該基準部に対する移動体の位置を検出する検出手段とを備え、
該計測手段により計測された変位量に基づき制御装置による上記制御を補正する補正手段を設けた工作機械において、
検出手段側又は基準部側に、第１の移動手段の移動方向に交差し、かつ第２の移動手段の移動方向に平行な第１平面と、第２の移動手段の移動方向に交差し、かつ第１の移動手段の移動方向に平行な第２平面とを設け、
検出手段が、第１平面と検出手段又は基準部との第１の移動手段の移動方向の距離に基づく検出結果を出力する第１センサと、第２平面と検出手段又は基準部との第２の移動手段の移動方向の距離に基づく検出結果を出力する第２センサとを備え、
前記第１センサ及び前記第２センサの双方が作動状態となる前記移動体の位置を定め、前記移動体を前記互いに直交する２方向に同時に移動させ、前記第１センサ及び前記第２センサの双方が各々非作動状態となる位置を検出することにより、前記互いに直交する２方向について前記移動体の変位量を同時に計測できるようにした
工作機械。
前記第１及び第２平面が各々対応する移動方向に対して直交する請求項１に記載の工作機械。
前記基準部を、主軸に装着されたワークの先端側を案内するガイドブッシュ側に形成した請求項１又は２に記載の工作機械。
前記基準部を、主軸を回転駆動自在に収容しかつ主軸と一体的に移動する主軸台側に形成した請求項１又は２に記載の工作機械。
前記基準部側に前記第１及び第２平面を設け、前記第１及び第２センサが、各々対応する移動方向に付勢突出する接触杆を備え、移動体の移動により接触杆側と各々対応する平面との接触及び非接触によって出力が切り換えられるタッチセンサからなり、前記検出手段が、該接触杆側と該平面とが接触した状態から非接触状態に切り換えられた際の移動体の位置を検出する請求項１〜４のいずれか１項に記載の工作機械。
前記第１及び第２センサが、各々対応する移動方向に付勢突出する第１及び第２接触杆をそれぞれ備え、該第１及び第２接触杆に第１及び第２平面をそれぞれ設け、該第１及び第２センサを、第１及び第２平面と基準部側との接触及び非接触によって出力が切り換えられるタッチセンサとし、前記検出手段が、第１及び第２平面と基準部側とが接触した状態から非接触状態に切り換えられた際の移動体の位置を検出する請求項１〜４のいずれか１項に記載の工作機械。
前記工作機械が自動旋盤であり、移動体がワーク加工用の刃物を装着する刃物台を含む請求項１〜５のいずれか１項に記載の工作機械。
前記計測手段が、ワークから加工された部品を切り離す突っ切り作業に際して刃物台の変位量を計測する請求項７に記載の工作機械。
前記工作機械が自動旋盤であり、移動体がワークを装着する主軸を含む請求項１〜８のいずれか１項に記載の工作機械。
刃物台に装着された刃物と主軸に装着されたワーク側との接触を検出する接触検出手段と、
刃物とワーク側との接触の際の刃物台の位置を検出する接触位置検出手段と、
前記接触位置検出手段の検出結果と前記計測手段の計測結果とに基づき刃物の磨耗量を検出する磨耗量検出手段とをさらに備えた請求項７〜９のいずれか１項に記載の工作機械。
前記補正手段が、計測された移動体の変位に基づき定まる変位量より小さな補正量により補正を行う補正量修正手段を備えた請求項１〜１０のいずれか１項に記載の工作機械。
前記補正量修正手段が、検出された移動体の変位量の差の１／２を補正量とする請求項１１に記載の工作機械。
工作機械側に設けられ、直線状に移動する移動体と、
該移動体を、互いに直交する２方向にそれぞれ移動させる第１及び第２の移動手段と、
該移動手段の作動を制御する制御装置と、を有する工作機械の補正方法において、
該制御装置の所定の制御により移動した移動体の変位量を計測する工程と、
移動体と該移動体に対する固定側との間に設けられる基準部と該基準部に対する移動体の位置を検出する工程と、
該計測手段により計測された変位量に基づき制御装置による上記制御を補正する工程と、を含み、
検出手段側又は基準部側に、第１の移動手段の移動方向に交差し、かつ第２の移動手段の移動方向に平行な第１平面と、第２の移動手段の移動方向に交差し、かつ第１の移動手段の移動方向に平行な第２平面とを設け、
前記検出する工程が、第１平面と検出手段又は基準部との第１の移動手段の移動方向の距離に基づく検出結果を第１センサを用いて出力することと、第２平面と検出手段又は基準部との第２の移動手段の移動方向の距離に基づく検出結果を第２センサを用いてを出力することを含み、
前記検出する工程がさらに、前記第１センサ及び前記第２センサの双方が作動状態となる前記移動体の位置を定め、前記移動体を前記互いに直交する２方向に同時に移動させ、前記第１センサ及び前記第２センサの双方が各々非作動状態となる位置を検出することにより、前記互いに直交する２方向について前記移動体の変位量を同時に計測することを含む
工作機械の補正方法。
前記第１及び第２平面が各々対応する移動方向に対して直交する請求項１３に記載の工作機械の補正方法。
前記基準部を、主軸に装着されたワークの先端側を案内するガイドブッシュ側に形成した請求項１３又は１４に記載の工作機械の補正方法。
前記基準部を、主軸を回転駆動自在に収容しかつ主軸と一体的に移動する主軸台側に形成した請求項１３又は１４に記載の工作機械の補正方法。
前記検出する工程が、基準部側に設けられた前記第１及び第２平面と、各々対応する移動方向に付勢突出する接触杆側とが移動体の移動により接触した状態から非接触状態に切り換えられた際の移動体の位置を検出することを含む請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の工作機械の補正方法。
前記検出する工程が、各々対応する移動方向に付勢突出する第１及び第２接触杆にそれぞれ設けられた第１及び第２平面と基準部側とが接触した状態から非接触状態に切り換えられた際の移動体の位置を検出することを含む請求項１３〜１６のいずれか１項に記載の工作機械の補正方法。
前記工作機械が自動旋盤であり、移動体がワーク加工用の刃物を装着する刃物台を含む請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の工作機械の補正方法。
前記計測する工程が、ワークから加工された部品を切り離す突っ切り作業に際して刃物台の変位量を計測することを含む請求項１９に記載の工作機械の補正方法。
前記工作機械が自動旋盤であり、移動体がワークを装着する主軸を含む請求項１３〜２０のいずれか１項に記載の工作機械の補正方法。
刃物台に装着された刃物と主軸に装着されたワーク側との接触を検出する工程と、
刃物とワーク側との接触の際の刃物台の位置を検出する工程と、
前記接触位置検出手段の検出結果と前記計測手段の計測結果とに基づき刃物の磨耗量を検出する工程とをさらに含む請求項１９〜２１のいずれか１項に記載の工作機械。
前記補正する工程が、計測された移動体の変位に基づき定まる変位量より小さな補正量により補正を行うことを含む請求項１３〜２２のいずれか１項に記載の工作機械の補正方法。
検出された移動体の変位量の差の１／２を補正量とする請求項２３に記載の工作機械。