JP6001211B1 - 熱変位補正量設定変更装置を備える工作機械 - Google Patents

Abstract

工作機械を構成する部材の温度に基づく環境温度系熱変位補正量を、作業者によって高精度に補正することができる工作機械を提供するため、ワークを把持するワーク把持部と、工具を把持する工具把持部とを備え、ワークおよび工具の少なくともいずれか一方を回転させ、ワークおよび工具の少なくともいずれか一方を所定の方向へ移動させることにより、ワークを前記工具で加工する工作機械であって、工作機械を構成する部材に装着した複数の温度センサと、複数の温度センサが測定した温度値に基づき環境温度系熱変位量を計算する環境温度系熱変位量推定部とを設け、環境温度系熱変位量を補償する計算上熱変位補正量に補正倍率を乗算して環境温度系熱変位補正量を求め、該環境温度系熱変位補正量に基づいて熱変位補正制御を実行する。また、補正倍率の調整を支援するグラフ表示機能を備える。

Description

本発明は、工作機械の周囲環境の温度変化に伴う熱変位量を補正する熱変位補正制御を行うに当たって、現場作業者が熱変位補正に係る補正量の是正を容易に行える変更装置を備える工作機械に関する。

工作機械を稼働させることによって生じる熱および工作機械の周囲の熱による工作機械の各構成部材の熱膨張は、工具の刃先と加工ワークとの位置関係を狂わせ、加工精度を悪化させる大きな要因となっている。熱による工具の刃先と加工ワークとの位置関係の狂いは熱変位と称される。工作機械を制御するＮＣ装置は、通常熱変位を補正する機能を備える。熱変位補正機能は、工作機械を構成する主要な部材に温度センサを設け、各部の温度に係数を乗じた値を合計して熱変位補正量とする方法が一般的に採用されている。しかし、熱変位の要因となる発熱源は種々多数あり、また、熱の影響を受けるすべての部材に関して、その熱膨張の程度や方向を考慮する必要がある。また、すべての要因を正確に解析して、高精度に熱変位補正を行うことは、極めて困難である。特に、工作機械の外部要因による温度変化は、原理的に解析不可能であり、熱変位を正確に補正することはできない。

特許文献１に示される熱変位補正制御装置は、一定時間ごとに加工エリア外に設けられた基準球の位置を計測して、変位量を求め、そのときの各部位の温度とともに記録している。熱変位量を各部位の温度によって推定する計算式に用いる係数の値については、記録した複数の変位量と温度を推定計算式に代入して係数に対する方程式を作成し、それを解いて最適な係数の値を求めている。そして、基準位置を計測した変位量、現在有効な熱変位補正係数を用いて補正した場合の基準位置の変位量、および計算で求めた熱変位補正係数を適用した場合の基準位置の変位量をそれぞれグラフ表示させることにより、作業者に計算で求めた係数の採用の可否を選択させるようにしている。

特許文献２に示される装置は、加工開始直後の熱的に安定するまでの間の加工寸法を時刻とともに記録し、後に、同一ワークの加工を行う時には記録された加工開始からの時間とその時の加工寸法に基づいて補正を行っている。これにより、加工開始直後の熱的に安定していない状態でも、良好な加工寸法が得られるようにしている。
また、特許文献３に示される装置は、主軸回転数および主軸負荷を検出し、前回推定した熱変位量に基づく演算式を用いて今回の熱変位量を推定して熱変位を補正するようにしている。

特許第５４９０３０４号公報 特開昭６０−２２８０５５号公報 特開２００６−１１６６６３号公報

しかし、特許文献１に示される装置では、熱変位量を計測する位置が固定であり、その上、その位置が加工位置から離れた位置に設定されている。そのため、実際に加工を行う位置の熱変位量を正しく計測しているとはいえない。また、刃先を同一位置に位置決めしても、機械の姿勢が異なることで刃先位置の熱変位量が異なるような事態については、想定されてはいない。更に、補正精度を高めるために補正係数の変更を促す機能を有するところ、作業者はあくまでも受動的であり、能動的に作業者の意思で補正係数を変更するものではない。

特許文献２に示される装置では、加工開始直後の熱膨張の時間変化が極めて大きいときの熱変位を、実際に計測した加工寸法の変位量をそのまま熱変位補正量として使用しているが、同一ワークの加工に限定されており、汎用性に欠ける。
また、特許文献３に示される装置では、現在の主軸回転数および負荷を検出し、前回推定した熱変位量に基づく演算式を用いて今回の熱変位量を推定しているため、最大の発熱源である主軸の状態を正確に反映しているといえる。しかし、発熱源は主軸だけではなく、例えば環境温度の変化に伴う熱変位量も発生するが、それに関しては考慮されてはいない。

更に、工作機械の環境温度系熱変位量は、工作機械が設置される環境に依存するため、メーカ出荷時の標準パラメータでは正確な環境温度系熱変位量が算出できないことが多かった。例えば、同一の工作機械であっても、冬場の締めきった環境で暖房をかけた場合、夏場の締めきった環境で冷房をかけた場合、および春季あるいは秋季で工場が開放された場合とでは、環境温度系熱変位量が大きく異なるが、工作機械が設置された環境の様々な条件を考慮に入れて環境温度系熱変位量を推定して補正するものは存在していなかった。そのため、環境温度系熱変位補正が正確に行われないときは、環境温度系熱変位量の推定演算式に用いられる係数を変更して対応する必要があるが、推定演算式を理解している専門技術者でなければ対応ができなかった。

本発明は、こうした実情に鑑みて考案されたものであり、その目的は、これらの課題を改善することにある。

以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
技術的思想１：ワークを把持するワーク把持部と、工具を把持する工具把持部と、を備え、前記ワーク把持部および前記工具把持部の少なくともいずれか一方を回転駆動し、前記ワーク把持部および前記工具把持部の少なくともいずれか一方を所定の方向へ移動駆動することにより、前記ワークを前記工具で加工する工作機械であって、前記工作機械を構成する部材に装着した複数の温度センサと、前記複数の温度センサが測定した温度値に基づき環境温度系熱変位量を計算する環境温度系熱変位量推定部と、を設け、前記環境温度系熱変位量を補償する計算上熱変位補正量に補正倍率を乗算して得られる環境温度系熱変位補正量に基づいて環境温度系熱変位補正制御を実行することを特徴とする工作機械。

上記工作機械は、推定された環境温度系熱変位量を補償する計算上熱変位補正量に補正倍率を乗算して求めた補正量で熱変位補正制御を行うようにしたので、工作機械が設置される様々な環境に応じて環境温度系熱変位量が変化しても、補正倍率を変更することで容易に補正量を変更することができ、多様な環境に対応が可能である。

技術的思想２：前記ワーク把持部および前記工具把持部の回転駆動状態および移動駆動状態に基づき駆動系熱変位量を計算する駆動系熱変位量推定部を、更に設け、前記駆動系熱変位量を補償する駆動系熱変位補正量に、前記環境温度系熱変位補正量を加算して得られる合計熱変位補正量に基づいて熱変位補正制御を実行することを特徴とする技術的思想１に記載の工作機械。

上記工作機械は、工作機械に生ずる熱変位を補正するにあたり、工作機械自身が備える熱源に起因する駆動系熱変位と、工作機械の外部の熱源に起因する環境温度系熱変位の２系統に分けてその熱変位量を推定し、それぞれの熱変位の補正量を合算して補正するようにしている。駆動系熱変位量は、工作機械自身が備える熱源による熱変位であるため、熱源の動作状態と熱変位量との関係の解析が進み、高精度に熱変位量を推定することが、近年可能となっているが、環境温度系熱変位量は、工作機械が設置される場所によって工作機械の周囲環境は千差万別であり、高精度に熱変位量を推定することが困難である。そこで上記工作機械は、高精度に補正することが困難な環境温度系熱変位に対して、推定した補正量に補正倍率を乗算して環境温度系熱変位補正を行うことにしたので、たとえ工作機械が想定外の環境下に置かれ、その結果熱変位補正が期待したように動作しなかったとしても、簡易的に改善を行うことが可能となる。

技術的思想３：前記環境温度系熱変位補正制御を実行した記録を環境温度系熱変位補正記録データとして記録し、前記環境温度系熱変位補正記録データは、前記環境温度系熱変位補正量と、該補正量の算出に適用した前記補正倍率と、当該補正を実施した時刻と、を少なくとも含み、前記環境温度系熱変位補正記録データに基づき環境温度系熱変位補正の時間的推移をグラフ表示し、前記環境温度系熱変位補正記録データに記録された前記補正倍率である記録補正倍率を仮に変更する増減スイッチを設け、該増減スイッチによって変更された仮補正倍率を前記環境温度系熱変位補正記録データに適用したときの環境温度系熱変位補正の時間的推移を、前記グラフに重ねてグラフ表示し、前記補正倍率を前記仮補正倍率に変更する補正倍率決定スイッチを備えることを特徴とする技術的思想２に記載の工作機械。

上記工作機械は、実施した環境温度系熱変位補正をデータで記録し、その時間的推移をグラフ表示する。更に、実施したときの補正倍率を仮に変更したとしたらどの様な補正となったかについて、計算して現状の推移を表すグラフに重ねてグラフ表示する。仮の補正倍率はスイッチで増減できるので、補正倍率を種々変更してグラフを確認することで、最適な補正倍率を決定することができる。すなわち、環境温度系熱変位補正の処理アルゴリズムを知らない作業者でも、最適な補正倍率を決定することができる。

技術的思想４：前記環境温度系熱変位補正記録データは、一定時間ごとに記録され、前記環境温度系熱変位補正の時間的推移は、前記環境温度系熱変位補正量の時間的推移であることを特徴とする技術的思想３に記載の工作機械。

ベテランの作業者は、経験に基づいて工具の実際の摩耗傾向を把握している。従って、加工公差を確保するために行う加工寸法の計測と、加工寸法を公差範囲内に抑えるための工具摩耗補正量の入力作業を通じて工作機械の熱変位の挙動を概略把握している。上記工作機械は、環境温度系熱変位補正量の時間的推移をグラフ表示するので、上記のように熱変位の挙動を概略把握しているベテラン作業者は、正しく熱変位補正が為されているか否かを感覚的に判断することができる。従って、もし熱変位補正が正確に実施されなくて、環境温度系熱変位補正のグラフがベテラン作業者の感覚に合致していない場合は、ベテラン作業者の感覚に近いグラフとなるように仮の補正倍率を調整することで、より精度よく熱変位補正が行われるように改善することができる。

技術的思想５：前記環境温度系熱変位補正記録データは、監視対象の軸を意味する補正軸と、実績加工寸法と、加工時に適用された工具摩耗補正量と、を更に含み、前記環境温度系熱変位補正の時間的推移は、工具摩耗補正を行わない場合の加工寸法の計算値の時間的推移であることを特徴とする技術的思想３に記載の工作機械。

加工によって生じる工具の摩耗量は、工作機械の熱変位量に比較すると極めて小さな値であるため、ここでは加工後の寸法を加工公差内に抑えるために入力する工具摩耗量を、熱変位を補償するデータとして捉え、仮に工具摩耗量がゼロとした場合の加工寸法を計算することで、熱変位による加工精度への影響をグラフ表示することができる。そして、加工時に適用された環境温度系熱変位補正量を、仮の補正倍率を増減して変更することで、上記計算上の加工寸法のグラフを変更することができ、目標寸法に近くなるような補正倍率を、グラフで確認しながら設定することができる。従って、ベテラン作業者のように工作機械の熱変位の挙動を概略把握できていない作業者であっても、補正倍率を最適に調整することができる。

技術的思想６：前記環境温度系熱変位補正記録データは、目標加工寸法を更に含み、該環境温度系熱変位補正記録データに基づき、工具摩耗補正を行わない場合の加工寸法の計算値が前記目標加工寸法となる前記補正倍率を演算し、前記仮の補正倍率として設定する最適補正倍率算出部を備えることを特徴とする技術的思想５に記載の工作機械。

上記工作機械は、工具摩耗量をゼロとした場合の計算上の加工寸法が目標加工寸法になる補正倍率を、最適補正倍率算出部が求めるので、経験の浅い作業者であっても、環境温度系熱変位補正量の是正を容易に行うことができる。
更に、加工寸法の計測値（実績加工寸法）を活用することで、最も加工精度を要する位置の熱変位量を計測したことになり、その値を用いて補正倍率を決定するため、加工精度が必要な位置において正確な補正が可能となる。

技術的思想７：前記環境温度系熱変位補正記録データは、１つの加工ワークにつき複数の加工部位における前記環境温度系熱変位補正記録データをそれぞれ記録し、前記複数の加工部位の内特定の加工部位における前記環境温度系熱変位補正記録データに基づいて取得した前記補正倍率を、前記特定の加工部位の加工時に有効とする限定設定と、該加工部位を含む前記ワーク全般の加工時に有効とする全般設定と、のいずれか一方を設定することを特徴とする技術的思想５に記載の工作機械。

上記工作機械は、複数の加工部位に対して、異なる補正倍率を設定することができるため、同一工具を用いて機械の姿勢を変更して加工した場合においても、機械の姿勢が異なることによる環境温度系熱変位量の相違に対応することができる。あるいは、長いストロークを要する軸において、加工精度を要する加工部位が離れている場合、加工部位によって環境温度系熱変位量が異なることがあるが、その様な場合であっても、加工部位によって補正倍率を変更することで、複数個所においても、適切な環境温度系熱変位補正を行うことができる。

技術的思想８：前記実績加工寸法を計測装置により自動で計測して書き込むことを特徴とする技術的思想５に記載の工作機械。

上記工作機械は、機械に備えられた計測装置を用いて、実績加工寸法を自動で計測して、前記環境温度系熱変位補正記録データの実績加工寸法を自動で入力することができるため、作業者の入力作業を行わなくてもデータの収集が可能である。

技術的思想９：前記実績加工寸法を作業者が加工後の前記ワークを計測して入力することを特徴とする技術的思想５に記載の工作機械。

上記工作機械は、加工中に実績加工寸法の計測を行おうとすると、切削に伴う熱がワークに滞留し、ワークが熱膨張しているときに計測することになり、正確な実績加工寸法が得られない場合がある。このような場合は、加工後の所定時間経過後に、作業者が実績加工寸法を手動で計測して、画面を通して実績加工寸法を入力することができる。

技術的思想１０：前記環境温度系熱変位補正記録データは、加工時に実行されるデータ記録指令により記録されることを特徴とする技術的思想５に記載の工作機械。

上記工作機械は、加工プログラム中にデータ記録指令をプログラムすることで、ワーク加工時に自動的に必要なデータを取得することができる。また、仕上げ加工の直後に加工時状態データ記録指令をプログラムすることで、時々刻々と変化する環境温度系熱変位補正量のデータの、最も必要なタイミングでデータを取得することが可能となり、より正確な補正倍率を決定することが可能となる。
技術的思想１１：前記環境温度系熱変位補正記録データは、前記温度センサが測定した温度値を更に含み、前記環境温度系熱変位補正の時間的推移を表すグラフと同一時間軸ですべての前記温度値の推移をグラフ表示することを特徴とする技術的思想４または５に記載の工作機械。
工作機械の各構成部材に装着された温度センサが故障すると、当然、環境温度系熱変位補正制御は正常には動作しない。また、工作機械の外周の特定の領域にエアコン等の風が直接当ると、想定された熱変位とは異なる挙動を示す。その場合、その環境に則した熱変位量を推定するようにパラメータや処理を変更するよりは、その様な事態を回避した方が、つまり、風が直接当らないように工作機械の外周に壁を設ける等の対策を施した方が、ユーザにとっても分かり易い解決策と言える。本機能は、温度センサの故障や、局所的な想定外の温度状態を、容易に判別が可能であり、処理アルゴリズムが難解な熱変位補正機能を正常に動作させようとして無駄な努力を行うことを回避することができる。

図１は、実施例に係る工作機械の構成を示す斜視図である。 図２は、実施例に係る工作機械に備えられたＮＣ装置のハードウェア構成図である。 図３は、２系統の熱変位補正式を用いて熱変位補正量を推定するブロック図である。 図４は、系統の一方に補正倍率を考慮して熱変位補正量を推定するブロック図である。 図５は、実施例に係る工作機械で加工を行う加工図である。 図６は、実施例で用いる加工プログラムの例である。 図７は、実施例で内部に記録する加工時状態データのデータ構造を示す図である。 図８は、実施例１に係る補正倍率設定支援画面を説明する図である。 図９は、実施例１に係るグラフ表示を説明する図である。 図１０は、実施例１に係るグラフ表示処理を行うときのフローチャートを示す図である。 図１１は、実施例１に係る最適補正倍率算出を行うときのフローチャートを示す図である。 図１２は、実施例１に係る補正倍率を手動で設定するときのフローチャートを示す図である。 図１３は、実施例２に係る表示画面を説明する図である。 図１４は、実施例３に係る表示画面を説明する図である。

以下、本発明に係る実施の形態を実施例として、図面に基づいて説明する。また、補正倍率設定支援機能に関しては、実施例１〜実施例３に分けて説明する。

＜機械の構成＞
図１は、本実施例の工作機械１の主要な構成を示す。工作機械１は、ベッド１０、ベッド１０に固定されたワーク主軸台２０、ワーク主軸台２０にＣ軸方向に回転自在に備えられたワーク主軸３０、ベッド１０上をＹ軸およびＺ軸方向に移動可能に備えられたコラム４０、コラム４０上をＸ軸方向およびＢ軸方向に移動可能に備えられた工具主軸台５０、工具主軸台５０に回転自在に備えられた工具主軸６０およびこれらの構成部材を制御するＮＣ装置７０、から構成される。工具把持部である工具主軸６０に装着された工具によって、ワーク主軸３０に装着されたワーク把持部である非図示のチャックに装着されたワークを加工する。また、図１に示されるように、上記それぞれの構成部材には温度センサ８１〜９０（図１の●印）が取り付けられている。具体的には、切削に伴う発熱の影響を大きく受ける加工領域直下のベッド１０上端近傍と下端近傍に１個ずつ温度センサ８１、８２が装着されている。またベッド１０にはその他３個の温度センサ８３〜８５が装着されている。ワーク主軸台２０には、上下に２個の温度センサ８６、８７が、コラム４０にも上下に２個の温度センサ８８、８９が装着されている。更に、工具主軸台５０にも１個の温度センサ９０が装着されている。それぞれ、各部材の姿勢変形に影響を与える部位の温度を計測するようにしている。

図２は、工作機械１に備えられたＮＣ装置７０のハードウェア構成を示す図である。
ＮＣ装置７０は、装置全体を制御するＣＰＵ１００を有している。
ＣＰＵ１００には、バスライン１１０を介して、加工に関係するプログラムを格納する加工プログラムメモリ１２０、装置（システム）全体を制御するプログラムを格納するシステムプログラムメモリ１２１、作業用メモリ１２２、熱変位補正設定制御部１２３、ディスプレイの表示データを格納する表示データメモリ１２４、および加工時におけるＮＣ装置７０の内部状態等の記録である加工時状態データ２５０（図７）を格納する加工時状態データメモリ１２５が接続される。なお、加工時状態データ２５０は、環境温度系熱変位補正記録データの一例であって、環境温度系熱変位補正の時間的推移のグラフ表示に用いるデータである。

また、ＣＰＵ１００には、バスライン１１０を介して、ディスプレイ２０１の表示を制御する表示制御部２００、操作盤上のキーボード２１１からの入力およびディスプレイ２０１に配置したタッチパネル２１２からの入力を受け付ける入力制御部２１０が接続される。

なお、表示データメモリ１２４には、ディスプレイ２０１に表示するための各種表示データ、本実施例では補正倍率設定支援画面４００（図８）、４０１（図１３）の加工時状態データ入力／表示部４５０、加工寸法グラフ表示部４１２、温度グラフ表示部４２１、その他加工プログラム等の画面表示イメージ情報が格納されている。

また、ＣＰＵ１００には、バスライン１１０を介して、Ｘ軸制御部１３０、Ｙ軸制御部１４０、Ｚ軸制御部１５０、Ｂ軸制御部１６０、Ｃ軸制御部１７０、ワーク主軸制御部１８０および、工具主軸制御部１９０が接続されている。各軸制御部は、ＣＰＵ１００からの各軸移動指令を受けて、各軸への移動指令を各軸駆動回路、すなわちＸ軸駆動回路１３１、Ｙ軸駆動回路１４１、Ｚ軸駆動回路１５１、Ｂ軸駆動回路１６１、Ｃ軸駆動回路１７１、ワーク主軸駆動回路１８１および工具主軸駆動回路１９１に出力する。そして、各軸駆動回路は、この移動指令を受けて、Ｘ軸駆動モータ１３２、Ｙ軸駆動モータ１４２、Ｚ軸駆動モータ１５２、Ｂ軸駆動モータ１６２、Ｃ軸駆動モータ１７２、ワーク主軸駆動モータ１８２および工具主軸駆動モータ１９２を駆動する。

以上のような構成要素でＮＣ装置７０は構成されるが、これに限定されるものではない。例えば、各種メモリを１つのメモリとしてメモリ内の領域を分割し、それぞれの領域に各種プログラムや各種データを格納するようにしてもよい。
なお、温度センサ８１〜９０は、図１に示されるように、工作機械１の各構成部材に装着され、各温度センサの温度検出信号は、インターフェース２２０およびバスライン１１０を介してＣＰＵ１００に入力される。

また、熱変位補正設定制御部１２３は、インターフェース２２０を介して得られる温度センサ８１〜９０からの計測温度値、および作業用メモリ１２２にＮＣ制御の各処理中に作成される内部変数を、加工時状態データ２５０（図７）として加工時状態データメモリ１２５に記録する処理、熱変位補正量の設定変更を支援する画面イメージを作成して表示データメモリ１２４に書き込む処理等を行っている。
＜熱変位補正量の計算＞

図３は、駆動系熱変位量推定部３１０と環境温度系熱変位量推定部３２０の２系統の熱変位量推定部により熱変位量を推定して熱変位補正制御を行うブロック図を示す。
駆動系熱変位量推定部３１０は、例えば特許文献３に記載された方法で、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸毎の駆動系熱変位量３１１、３１２および３１３を、駆動系の状態値や指令値、あるいは一部の温度計測値に基づいて、演算して求める。環境温度系熱変位量推定部３２０は、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸毎の環境温度系熱変位量３２１、３２２および３２３を、複数の温度計測値１〜ｎに基づいて、演算して求める。駆動系熱変位量推定部３１０および環境温度系熱変位量推定部３２０は、それぞれ独立して推定を行っている。

それぞれの熱変位量推定部で演算された各軸の熱変位量３１１、３１２、３１３、および３２１、３２２、３２３は、変位量を補償する補正量を算出するため、それぞれ符号反転部３１４、３１５、３１６および３２４、３２５、３２６にて符号が反転され、駆動系熱変位補正量３１７、３１８、３１９、および計算上熱変位補正量３２７、３２８、３２９が算出される。
次に、駆動系熱変位補正量および計算上熱変位補正量を熱変位補正量加算部３３０において加算して、各軸の合計熱変位補正量３３１、３３２および３３３を算出して熱変位補正制御を実行する。

前述したように、駆動系熱変位量の演算については高精度の演算値が得られるところ、環境温度系熱変位量の演算については、工作機械の設置環境等により高精度の演算値が得られない場合が少なくなかった。

図４は、図３の処理ブロックに対して補正倍率処理３５０、３６０および３７０を加えて熱変位補正量を計算して熱変位補正制御を行うブロック図を示す。補正倍率処理３５０、３６０、３７０は、計算上熱変位補正量３２７、３２８、３２９に、各軸ごとに独立して設定される補正倍率Ｂｘ、Ｂｙ、Ｂｚを乗算して環境温度系熱変位補正量３５１、３６１、３７１を算出する。その後は図３と同様に、駆動系熱変位補正量３１７、３１８、３１９、および環境温度系熱変位補正量３５１、３６１、３７１を熱変位補正量加算部３３０において加算して、各軸の合計熱変位補正量３４１、３４２、３４３を算出して熱変位補正制御を実行する。また、その補正倍率を決定するための補正倍率設定支援部３８０を備える。補正倍率設定支援部３８０の具体例である補正倍率設定支援画面４００、４０１、４０２は、後述する。

ここにおいて、環境温度系熱変位量を推定する式および係数は、作業者にとって未知あるいは理解困難であることが多い。作業者にとっては、推定される熱変位量が実際の熱変位量とは異なることは感覚的に把握することができるが、正確な熱変位補正のためには補正倍率をいくつに変更すればよいかを通常は判断できない。そのために、補正倍率設定支援部３８０は、作業者に対して、感覚的に判断が可能になるような分かり易い画面表示を行う。これにより、作業者による手動の設定を可能とし、また、自動で最適な補正倍率を計算する。
なお、環境温度系熱変位量および環境温度系熱変位補正量は、駆動系熱変位量および駆動系熱変位補正量に対応させた表現であって、その推定演算式に駆動系の要素を含まないことを意味する。駆動系の要素とは、移動体や回転体に関する、指令値、移動速度、回転数、駆動電流値、等をいう。

また、図３および図４では、駆動系熱変位量推定部３１０を１個のボックスで表現したが、駆動系としては、ワーク主軸、工具主軸、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｂ軸およびＣ軸が存在する。そして、それぞれの熱変位量が同じ構造の演算式で求められるわけではないので、各駆動系ごとに推定部を設けて各駆動系熱変位量を求め、結果を合算してもよい。更に、前記の系とは全く異なる発熱源または冷却装置を有する工作機械においては、これらに関する熱変位量推定部を追加することも可能である。

＜加工＞
図５は、本実施例に係る加工ワークの加工図面である。
本実施例に係る加工ワークは、外径部に３段の段差および内径部に２段の段差を有し、一方端にネジが施される。外径部のφ６５部および内径部φ４０部には、公差範囲の指定がある。このように公差範囲の指定がある場合は、加工後の寸法を作業者が計測し、適宜に工具摩耗補正量を入力することで、加工寸法を公差範囲内に収めるようにしている。

図６は、図５の加工図面に基づく加工を行う加工プログラムを示す。加工プログラムは加工プログラムメモリ１２０に格納されている。以下に、この加工プログラムの各ステップについて説明する。ただし、本実施例の説明に不要な部分は適宜省略している。

「Ｎ１（ＢＡＲ−ＯＵＴ Ｒ）」は、外径荒加工工程の開始を示す。
「Ｘ８２．０Ｚ５．０」は、外径荒加工の切込開始点への移動指令である。
続く「Ｇ７１」で始まる２行の指令は、外径荒加工を実施するための具体的な諸データを定義するものである。

「Ｇ７１」の１行目の「Ｕ３．０」と「Ｒ２．０」は、１回当りの切込量３．０ｍｍと逃げ量２．０ｍｍを定義している。外径荒加工サイクルの詳細については述べないが、Ｘ軸方向に１回当り３．０ｍｍ切り込んでＺ軸方向への切削を行いながら、定義した形状に至るまで何度もＸ軸方向に切り込んでＺ軸方向への切削を行うものである。ちなみに、「Ｕ」と「Ｒ」の引数の符号によって、外径荒加工サイクルと内径荒加工サイクルを切り替えたり、切削送りの方向を−Ｚ方向と＋Ｚ方向（第１主軸把持のワークの加工方向と第２主軸把持のワークの加工方向）に切り替えたりもする。

「Ｇ７１」の２行目の「Ｐ１００」と「Ｑ２００」は、荒加工サイクルで形成する製品形状の定義箇所を示している。すなわち、「Ｎ１００」から「Ｎ２００」の行が定義箇所である。また、「Ｕ０．３」、「Ｗ０．１」および「Ｆ０．３」は、Ｘ軸方向の仕上代０．３ｍｍ、Ｚ軸方向の仕上代０．１ｍｍ、荒加工時の切削送り０．３ｍｍ／回転を定義している。

続く「Ｎ１００」から「Ｎ２００」の行は、仕上げ加工時の動作設定を定義する。ここに、仕上げ形状やノーズＲ補正指令、仕上げ時の送り量などが定義される。
「Ｎ２００」の直後の行、すなわち、「Ｇ４０Ｇ００Ｚ３０．０Ｍ０５」により、形状定義中に指令されたノーズＲ補正をキャンセルし（「Ｇ４０」）、Ｚ軸方向に逃がして主軸を停止させ、外径荒加工を終了させている。

次に、「Ｎ２（ＢＡＲ−ＯＵＴ Ｆ）」は、外径仕上げ加工工程の開始を示す。
「Ｘ８２．０Ｚ５．０」は、外径荒加工と同様、外径仕上げ加工の切込開始点への移動指令である。
「Ｇ７０Ｐ１００Ｑ２００」は、「Ｎ１００」から「Ｎ２００」までで定義した加工形状を仕上げ加工する指令である。

続く「Ｍ＊＊Ａ１Ｂ６５．０」は、この指令を実行したときのＮＣ装置の内部データを記録する加工時状態データ記録指令である。記録する内部データは、実行中のワーク番号、日付・時刻、その時点で使用中の工具番号、その時点で有効な工具摩耗補正量、およびその時点で有効な環境温度系熱変位補正量である。また、「Ｍ＊＊」と同時に指令された「Ａ」の引数に基づき、補正軸として、「Ａ１」の場合はＸ軸を、「Ａ２」の場合はＹ軸を、「Ａ３」の場合はＺ軸を記録する。更に、「Ｂ６５．０」に基づき、目標寸法として６５．０ｍｍを記録する。記録は、後述する加工時状態データ２５０（図７）として、加工時状態データメモリ１２５に格納される。なお補正軸とは、環境温度系熱変位補正量の監視対象の軸を指定するものである。従って、記録する工具摩耗補正量は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向成分のうち、ここでは補正軸として指令された軸の軸方向成分である。また目標寸法は、補正軸として指令された軸の軸方向の寸法である。

続く内径加工に関しては、外径部の加工とほぼ同様であるため詳細な説明を省略する。簡単に説明すると、「Ｇ７１Ｐ３００Ｑ４００」で内径加工の仕上げ加工を、「Ｎ３００」から「Ｎ４００」の行に基づいて行った直後に、「Ｍ＊＊Ａ１Ｂ４０．０」でその時点の加工時状態データ２５０を加工時状態データメモリ１２５に格納する。

＜加工時状態データ＞
図７（ａ）は、本実施例で記録する加工時状態データ２５０のデータ構造図である。
加工時状態データ２５０は、ワーク番号ＷＮＯ、加工日ＤＡＴＥ、加工時刻ＴＩＭＥ、工具番号ＴＮＯ、補正軸ＣＡｘ、目標加工寸法ＴＳｚ、実績加工寸法ＭＳｚ、工具摩耗補正量Ａ＄ＷＶ、補正倍率Ａ＄Ｂ、環境温度系熱変位補正量Ｘ［Ａ＄ＨＣＸ］、環境温度系熱変位補正量Ｙ［Ａ＄ＨＣＹ］および環境温度系熱変位補正量Ｚ［Ａ＄ＨＣＺ］から構成される。図６で示した加工プログラムの「Ｍ＊＊」が実行されるごとに、実行中のワーク番号ＷＮＯ、加工日ＤＡＴＥ、加工時刻ＴＩＭＥ、その時点で使用中の工具番号ＴＮＯ、「Ｍ＊＊Ａ＊Ｂ＊」にて指定された補正軸ＣＡｘと目標加工寸法ＴＳｚ、その時に有効であった、工具摩耗補正量Ａ＄ＷＶ、補正倍率Ａ＄Ｂおよび環境温度系熱変位補正量Ａ＄ＨＣＸ、Ａ＄ＨＣＹ、Ａ＄ＨＣＺの各データが追加される。

上記にて唯一追加されなかった実績加工寸法ＭＳｚは、その後に実行されるワーク寸法計測装置による自動計測動作によって得られる計測データから自動的に書き込まれるか、または、作業者が加工後にワークの寸法を計測して、後述する画面上の操作により手動で入力される。

図７（ｂ）は、加工時状態データセット２５１を抽出する様子を模式的に表現した図である。この加工時状態データセット２５１は、後述する補正倍率設定支援画面４００の加工時状態データ抽出部４３０の選択データ誘導入力部４３３（図８）にて、すべての加工時状態データ２５０の中から抽出した、加工寸法グラフを表示するためのデータである。具体的には、加工時状態データセット２５１は、最初にすべての加工時状態データ２５０の中から、指定されたワーク番号ＷＮＯ、工具番号ＴＮＯおよび補正軸ＣＡｘをすべて含むデータを抽出して、加工日ＤＡＴＥ、加工時刻ＴＩＭＥ順に並べ替える。次に、この操作によって抽出されたデータのうち、加工開始日として指定された加工日ＤＡＴＥ、加工時刻ＴＩＭＥのデータを先頭に、前後のデータの加工時刻の差が所定の時間間隔未満であるデータ群を更に抽出して、作成される。

＜補正倍率設定支援画面＞
補正倍率設定支援機能の実施例１として、図８に補正倍率設定支援画面４００を示す。補正倍率設定支援画面４００は、グラフ表示部４１０、加工時状態データ抽出部４３０、加工時状態データ入力／表示部４５０および補正倍率調整操作部４７０から構成される。

グラフ表示部４１０は、上段に表示される加工寸法グラフ表示部４１２および下段に表示される温度グラフ表示部４２１から構成される。
加工時状態データ抽出部４３０は、データ抽出モードスイッチ４３２、選択データ誘導入力部４３３、補正軸変更／表示部４３５および工具番号変更／表示部４３７から構成される。
補正倍率調整操作部４７０は、補正倍率増減スイッチ４７２、最適補正倍率算出スイッチ４７４、補正倍率表示部４７６および補正倍率決定スイッチ４７８から構成される。

次に、各構成部の機能について説明する。
加工時状態データ抽出部４３０を操作することにより、長期間に亘って蓄積された多数の加工時状態データ２５０の中から、補正倍率設定支援画面４００にグラフ表示する加工時状態データセット２５１が抽出される。

データ抽出モードスイッチ４３２を操作すると、選択データ誘導入力部４３３のワークＮｏ．の列に、すべての加工時状態データ２５０に記録されている全ワーク番号が番号順に表示される。その他の列はすべて空欄となる。

表示されたワーク番号ＷＮＯの中から特定のワーク番号を、画面上をタッチ等して指定することにより、指定されたワーク番号を有する加工時状態データ２５０のみが抽出される。そして、抽出された加工時状態データ２５０に存在する補正軸ＣＡｘと工具番号ＴＮＯの組合せが、選択データ誘導入力部４３３の補正軸と工具Ｎｏ．の列に表示される。

表示された補正軸ＣＡｘと工具番号ＴＮＯの組合せの中から特定の組合せを、画面上をタッチ等して指定することにより、前記ワーク番号ＷＮＯ、前記補正軸ＣＡｘおよび前記工具番号ＴＮＯのすべてを含む加工時状態データ２５０のみが抽出される。

そして、抽出したデータを加工日ＤＡＴＥ、加工時刻ＴＩＭＥ順に並べ替える。並べ替えたデータに関しその前後のデータの加工時刻の差が所定の時間間隔未満のデータは、連続してその加工を行ったとする。また、その前後のデータの加工時刻の差が所定の時間間隔以上のデータは、その前後で連続加工が途切れたとして、複数の連続加工データ群に分割される。

分割されたそれぞれの連続加工データ群について、先頭のデータの加工日ＤＡＴＥを加工開始日、最後のデータの加工日ＤＡＴＥを加工終了日として、選択データ誘導入力部４３３の開始日と終了日の列に一覧表示する。
表示された中から特定の開始日を、画面上をタッチ等して指定することにより、グラフ表示を行う加工時状態データセット２５１が確定される。

補正軸変更／表示部４３５は、補正倍率の設定変更を行う対象の軸を変更し表示する機能を有する。
前述した選択データ誘導入力部４３３の操作により加工時状態データセット２５１が抽出されている場合は、抽出された加工時状態データセット２５１の補正軸ＣＡｘを表示している。この状態時に、変更スイッチを操作して補正軸を変更した場合は、上記で設定されたワーク番号ＷＮＯと工具番号ＴＮＯを有し、且つ変更された補正軸ＣＡｘを有するデータの直近の時刻を有する加工時状態データ２５０が、加工時状態データセット２５１として抽出される。

また、新しい加工時状態データセット２５１が抽出された場合は、抽出条件のワーク番号ＷＮＯ、補正軸ＣＡｘおよび工具番号ＴＮＯをすべて有する加工時状態データ２５０が抽出される。そして、加工日ＤＡＴＥ、加工時刻ＴＩＭＥ順に並び変えられ、加工開始日と加工終了日が加工時状態データ抽出部４３０に一覧表示され、最新の加工開始日を選択したマークが付された状態で表示される。
なお、設定されたワーク番号ＷＮＯと工具番号ＴＮＯを有し、且つ変更された補正軸ＣＡｘを有する加工時状態データ２５０がなかった場合は、アラームを表示するなどして、加工時状態データセット２５１の変更は行われない。ただし、変更された補正軸はそのまま表示され、次に説明する工具番号の変更時には、変更された補正軸と新しい工具番号で加工時状態データ２５０が抽出される。

工具番号変更／表示部４３７は、補正倍率の設定変更を行う対象の工具番号ＴＮＯを変更し表示する機能を有する。
前述した選択データ誘導入力部４３３の操作により加工時状態データセット２５１が抽出されている場合は、抽出された加工時状態データセット２５１の工具番号ＴＮＯを表示している。この状態時に、変更スイッチを操作して工具番号を変更した場合は、上記で設定されたワーク番号ＷＮＯと補正軸ＣＡｘを有し、且つ変更された工具番号ＴＮＯを有するデータの直近の時刻を有する加工時状態データ２５０が、加工時状態データセット２５１として抽出される。
なお、設定されたワーク番号ＷＮＯと補正軸ＣＡｘを有し、且つ変更された工具番号ＴＮＯを有する加工時状態データ２５０がなかった場合は、アラームを表示するなどして、加工時状態データセット２５１の変更は行われない。

加工時状態データセット２５１が抽出されると、抽出された加工時状態データセット２５１の実績加工寸法ＭＳｚと加工時刻ＴＩＭＥに基づいて加工寸法のグラフが表示される。加工寸法のグラフ表示に関しては、後述する。
また、補正倍率設定支援画面４００へ画面が切り替わる時には、前回抽出されていた加工時状態データセット２５１が保持されており、前に表示されていた加工時状態データセット２５１にて画面が表示される。

加工時状態データ入力／表示部４５０により、抽出された加工時状態データセット２５１のデータが表示される。なお、加工寸法の欄にのみ、カーソルが移動可能であり、手動による数値入力が可能である。加工後にワークの寸法を計測した作業者は、この加工時状態データ入力／表示部４５０を用いて、加工時状態データ２５０の実績加工寸法ＭＳｚを入力することができる。加工寸法は、必ずしもすべての加工ワークを計測するものではなく、加工寸法のばらつきの傾向に応じて、毎回計測する場合もあれば、５回に１回とか、１０分に１回とか、の頻度を決めて計測する場合もある。従って、実績加工寸法ＭＳｚは空欄のこともある。また、自動計測の場合は、加工完了時には実績加工寸法ＭＳｚは入力済みである。

補正倍率調整操作部４７０の補正倍率増減スイッチ４７２は、補正倍率を０．１単位で増加または減少させるためのスイッチである。補正倍率表示部４７６には、補正倍率設定支援画面４００に切り替えたときには、補正倍率Ｂが表示されており、補正倍率増減スイッチ４７２を操作することで補正倍率を変更することができる。
ただし、補正倍率変更後、補正倍率決定スイッチ４７８が押されるまでは、変更した補正倍率は実際の熱変位量の推定演算には用いられないため、補正倍率表示部４７６に点滅表示することにより、暫定的な補正倍率であることを明示している。この状態の補正倍率を「仮補正倍率Ｂ’」と称す。仮補正倍率Ｂ’は、後述する加工寸法グラフ表示部４１２に調整後加工寸法グラフ４１４を表示させるときの計算に用いられる。
なお、補正倍率増減スイッチ４７２により補正倍率を増減したり、最適補正倍率を算出する際に丸めたりするときの単位を０．１で説明したが、０．１に限定するものではない。パラメータ等で設定することにより、増減の単位を自由に設定することも可能である。

また、補正倍率調整操作部４７０の最適補正倍率算出スイッチ４７４を操作することにより、最適な補正倍率が演算され、０．１単位で丸めた倍率が補正倍率表示部４７６に点滅表示される。すなわち、最適補正倍率算出スイッチ４７４を操作して演算された補正倍率は、仮補正倍率Ｂ’として設定され、加工寸法グラフ表示部４１２に調整後加工寸法グラフ４１４を表示させる。補正倍率決定スイッチ４７８を操作する前は、補正倍率増減スイッチ４７２による手動での調整も可能である。最適補正倍率の算出処理の詳細に関しては後述する。

加工寸法グラフ表示部４１２には、抽出された加工時状態データセット２５１に基づき、加工寸法が時間の推移に伴って変化する様子がグラフ表示される。実線の調整前加工寸法グラフ４１３は、前記操作により抽出された加工時状態データセット２５１の実績加工寸法ＭＳｚに基づいて表示される。破線の調整後加工寸法グラフ４１４は、仮補正倍率Ｂ’を調整することで調整前加工寸法グラフ４１３の近傍で上下移動する形態で表示される。加工寸法グラフの表示処理に関しては後述する。

温度グラフ表示部４２１には、工作機械に備えられたすべての温度センサ８１〜９０の測定温度値が時間の推移に伴って変化する様子が、上記の加工寸法グラフと同一の時間軸でグラフ表示される。なお、すべての温度センサ８１〜９０の測定温度値は、所定時間ごとに時刻とともに関連付けて記録されている。

このグラフ表示により、異常な温度推移を示す温度センサを発見することができ、補正倍率の調整以前に対処を行うことが可能となる。例えば、環境温度系熱変位量の推定は、工作機械を構成する部材の特定個所が、外部要因によって熱を与えられたり、奪われたりすることを想定してはいない。そのため、空調機器や隣接する機械のブロアの風が工作機械の特定箇所に直接当たると、補正倍率で補正できないような熱変位が発生する場合がある。温度グラフ表示部４２１は、この様な事態を容易に発見することに有効であるため、補正倍率による本補正機能を運用する上で、重要な支援機能といえる。

＜加工寸法グラフ表示処理＞
図９は、補正倍率設定支援画面４００において加工寸法グラフを表示する処理を説明するための図である。ここで、補正軸ＣＡｘはＸ軸、目標加工寸法ＴＳｚはφ２２．０ｍｍであるところ、表中では省略している。

まず、図９の表中のデータについて説明する。
ＴＩＭＥは、加工時刻である。
ＭＳｚは、加工時状態データセット２５１中の実績加工寸法である。図９で実線で示すグラフＭＳｚは、横軸に加工時刻をとり、実績加工寸法の時間変化を表現したものである。
Ａ＄ＷＶは、加工時状態データセット２５１中の工具摩耗補正量である。

Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３およびＴ４は、加工機械の各部に備えられた温度センサの計測温度値である。ここでの説明は、温度センサが４個備えられた例で説明する。
Ｘ２は、ＭＳｚに対して同一時刻に有効であった工具摩耗補正量Ａ＄ＷＶを考慮して、その工具摩耗補正量Ａ＄ＷＶによる補正がなかった場合の加工寸法の計算値（以後、「工具摩耗補正なし計算上加工寸法」という）である。具体的には、Ｘ２＝ＭＳｚ−Ａ＄ＷＶで計算される。

Ｓ１は、加工時に適用された環境温度系熱変位補正量（以後、「適用済み熱変位補正量」という）である。補正軸ＣＡｘがＸ軸であるので、加工時状態データセット２５１中の環境温度系熱変位補正量Ａ＄ＨＣＸデータである。具体的には、Ｓ１＝Ａ＄ＨＣＸである。
Ｘ４は、工具摩耗補正なし計算上加工寸法Ｘ２に対して、更に同一時刻の適用済み熱変位補正量Ｓ１を考慮して、その熱変位補正がなかった場合の加工寸法の計算値である。すなわち、工具摩耗補正も環境温度系熱変位補正も行わなかった場合の加工寸法の計算値である。以後、Ｘ４を「工具摩耗補正＆熱変位補正なし計算上加工寸法」という。具体的には、Ｘ４＝Ｘ２−Ｓ１で計算される。

図９のグラフに示した矢印Ｓ１は、その時刻における適用済み熱変位補正量である。工具摩耗補正＆熱変位補正なし計算上加工寸法Ｘ４を適用済み熱変位補正量Ｓ１で熱変位補正を行うことで、工具摩耗補正なし計算上加工寸法Ｘ２が得られることを示している。つまり、グラフＸ２は、熱変位補正を適用した状態で目標加工寸法ＴＳｚに位置決めしたときの、実際に位置決めされた刃先位置の座標値と言い換えることができる。すなわち、目標位置とのズレであり、熱変位補正を適用しているにも係らず補正しきれていない変位量がグラフＸ２として表れているのである。従って、この工具摩耗補正なし計算上加工寸法Ｘ２は、環境温度系熱変位補正の時間的推移の一例と言える。

一方、時刻１１：５５における工具摩耗補正＆熱変位補正なし計算上加工寸法Ｘ４の値（２１．９５１）から目標加工寸法ＴＳｚの値（２２．０００）を減じて、符号を反転させると、時刻１１：５５における理想的な熱変位補正量（０．０４９）が得られる。この値を時刻１１：５５における適用済み熱変位補正量Ｓ１（０．０３０）の値で除すると、１．６３が得られる。これは、補正倍率を１．６３倍にすることにより、工具摩耗補正を行わなくともほぼ目標の加工寸法が得られることを示している。仮補正倍率Ｂ’は、手動設定時には０．１単位であるため、ここでは１．６に丸める。この結果の値が前述した最適補正倍率算出値である。

Ｓ２は、適用済み熱変位補正量Ｓ１を仮補正倍率Ｂ’である１．６で乗算したものである。以後、Ｓ２を「仮補正倍率調整後熱変位補正量」という。
Ｘ３は、工具摩耗補正＆熱変位補正なし計算上加工寸法Ｘ４を仮補正倍率調整後熱変位補正量Ｓ２で補正することにより求められる。すなわち、Ｘ３は、調整後の仮補正倍率を適用した場合の計算上の加工寸法である。以後、Ｘ３を「仮補正倍率調整後計算上加工寸法」という。

図８の補正倍率設定支援画面４００の加工寸法グラフ表示部４１２は、上記で説明した工具摩耗補正なし計算上加工寸法Ｘ２と仮補正倍率調整後計算上加工寸法Ｘ３を表示する。工具摩耗補正なし計算上加工寸法Ｘ２は、調整前加工寸法グラフ４１３であり、実線でグラフ表示される。また、仮補正倍率調整後計算上加工寸法Ｘ３は、調整後加工寸法グラフ４１４であり、点線でグラフ表示される。

以上、仮補正倍率Ｂ’を自動計算した場合を説明したが、仮補正倍率Ｂ’を手動で設定する場合も同様である。すなわち、加工寸法グラフ表示する対象の加工時状態データセット２５１を抽出した直後は、調整前加工寸法グラフ４１３のみが表示されている。ここで、仮補正倍率Ｂ’を大きくすることにより、調整前加工寸法グラフ４１３の上側に調整後加工寸法グラフ４１４が表示される。仮補正倍率Ｂ’を大きくすればするほど、グラフを上に移動させることができる。逆に、仮補正倍率Ｂ’を小さくすることにより、調整前加工寸法グラフ４１３の下側に調整後加工寸法グラフ４１４が表示される。仮補正倍率Ｂ’を小さくすればするほど、グラフを下に移動させることができる。このように操作することで、調整後加工寸法グラフ４１４を目標加工寸法ＴＳｚ近傍で推移する位置に移動させて、補正倍率を決定すればよいことになる。

以上のようにして、調整後加工寸法グラフ４１４を上下に移動させた結果、調整後加工寸法グラフ４１４が目標加工寸法ＴＳｚ近傍で推移しているか否かを視認することができる。すなわち、補正倍率による補正の効果が目で見える形に表現され、作業者は自信を持って補正倍率を決定することができる。

図１０は、加工寸法グラフ表示処理の手順を説明するフローチャートである。このフローチャートを図９に示されたデータに基づいて説明する。
補正倍率設定支援画面４００において、表示すべき加工時状態データセット２５１が抽出されると、この処理が開始される。以下の各ステップにおける演算処理部分は、システムプログラムメモリ１２１に格納されている所定のプログラムを用いてＣＰＵ１００により実行される。

ステップＳ１０において、ＣＰＵ１００は、加工時状態データセット２５１の実績加工寸法ＭＳｚと工具摩耗補正量Ａ＄ＷＶから工具摩耗補正なし計算上加工寸法Ｘ２を計算する。すなわち、Ｘ２＝ＭＳｚ−Ａ＄ＷＶの計算を行う。

次にステップＳ２０において、ＣＰＵ１００は、工具摩耗補正なし計算上加工寸法Ｘ２から工具摩耗補正＆熱変位補正なし計算上加工寸法Ｘ４を計算する。工具摩耗補正＆熱変位補正なし計算上加工寸法Ｘ４は、加工時に有効であった環境温度系熱変位補正量Ａ＄ＨＣＸ、Ａ＄ＨＣＹおよびＡ＄ＨＣＺによる環境温度系熱変位補正を行わなかった場合の加工寸法であり、前述したように、Ｘ４＝Ｘ２−Ｓ１である。図９のデータの場合、補正軸ＣＡｘがＸ軸であるので、Ｓ１＝Ａ＄ＨＣＸである。工具摩耗補正＆熱変位補正なし計算上加工寸法Ｘ４は、後述する最適補正倍率算出処理や、手動設定時のグラフ表示に使用するため、予めこの時点で計算をしておく。

最後にステップＳ３０において、グラフ表示プログラムにより工具摩耗補正なし計算上加工寸法Ｘ２がグラフ表示される。このグラフが、図８の調整前加工寸法グラフ４１３である。ただし、工具摩耗補正＆熱変位補正なし計算上加工寸法Ｘ４に関しては、グラフ表示はしない。

図１１は、最適補正倍率算出処理の手順を説明するフローチャートである。
表示すべき加工時状態データセット２５１が抽出されて調整前加工寸法グラフ４１３が表示されている状態で、作業者が最適補正倍率算出スイッチ４７４を操作すると、この処理が開始される。以下の各ステップにおける演算処理部分は、システムプログラムメモリ１２１に格納されている所定のプログラムを用いてＣＰＵ１００により実行される。

ステップＳ１００において、ＣＰＵ１００は、仮補正倍率Ｂ’を計算する。すなわち、加工寸法グラフが表示されている最新時刻において、図１０の処理中に計算済みとなった工具摩耗補正＆熱変位補正なし計算上加工寸法Ｘ４の値と、目標加工寸法ＴＳｚの値との差（ＴＳｚ−Ｘ４）をまず計算する。次に、ＣＰＵ１００は、その最新時刻において有効であった環境温度系熱変位補正量Ａ＄ＨＣＸ（すなわち、Ｓ１）をその時刻において有効であった補正倍率Ａ＄Ｂで除した値（すなわち補正倍率１に換算した計算上熱変位補正量）で除して、０．１単位で丸めることにより、自動計算の仮補正倍率Ｂ’を得る。適用済み熱変位補正量Ｓ１を用いて表わすと、Ｂ’＝ＲＯＵＮＤ（（ＴＳｚ−Ｘ４）／（Ｓ１／Ａ＄Ｂ）、１）となる。前記最適補正倍率を算出する計算処理が、最適補正倍率算出部である。工具摩耗補正＆熱変位補正なし計算上加工寸法Ｘ４は、工具摩耗補正も熱変位補正もしていない場合の加工寸法であるので、目標加工寸法との差を熱変位補正量とすれば、工具摩耗補正を行わないでも目標加工寸法になるはずである。
仮補正倍率Ｂ’を決定した後に、ステップＳ１１０において、ＣＰＵ１００は、適用済み熱変位補正量Ｓ１を適用済み補正倍率Ａ＄Ｂで除算した値（すなわち補正倍率１に換算した計算上熱変位補正量）に仮補正倍率Ｂ’を乗算して、仮補正倍率を適用した環境温度系熱変位補正量Ｓ２を計算する。
なお、図９で加工寸法グラフ表示処理を説明するときは、分かり易くするために適用済み熱変位補正量は補正倍率が１であることを前提に説明したが、一度補正倍率を調整した後に加工を行って得た加工時状態データ２５０を用いて調整することもあるため、上記の適用済み補正倍率Ａ＄Ｂで除算する処理が付け加わる。

ステップＳ１２０において、ＣＰＵ１００は、工具摩耗補正＆熱変位補正なし計算上加工寸法Ｘ４に仮補正倍率を適用した環境温度系熱変位補正量Ｓ２を加算してＸ３を計算する。Ｘ３は、仮補正倍率を適用した場合の計算上加工寸法となる。

ステップＳ１３０において、グラフ表示プログラムによりこのＸ３がグラフ表示される。このグラフが、図８の調整後加工寸法グラフ４１４である。

ステップＳ１４０において、作業者は、このグラフ表示を見て、加工精度が向上したか否かを判断する。作業者が加工精度が向上したと判断した場合（ＯＫ）には、ステップＳ１５０において、作業者は補正倍率決定スイッチ４７８を操作してこの仮補正倍率Ｂ’を補正倍率Ｂに決定する。その後の熱変位補正は、決定された補正倍率Ｂを用いて計算され、環境温度系熱変位補正制御が行われることになる。
ステップＳ１４０において、作業者が調整後加工寸法グラフ４１４の加工精度に満足できない場合（ＮＧ）には、ステップＳ１６０に移り、後述する手動設定処理が実行されることになる。

図１２は、補正倍率を手動操作で設定する手動設定処理手順を説明するフローチャートである。この処理は、補正倍率設定支援画面４００の補正倍率調整操作部４７０を操作すると実行される処理である。図１１の最適補正倍率算出処理におけるステップＳ１６０においては、自動計算された補正倍率に満足できなかったときに実行され、すなわち補正倍率調整操作部４７０を用いて自動計算された補正倍率を手動で変更する場合である。

補正倍率を増減する前は、前述したように図１０の加工寸法グラフ表示処理により、加工寸法グラフ表示部４１２には、実線の調整前加工寸法グラフ４１３のみが表示されている。工具摩耗補正＆熱変位補正なし計算上加工寸法Ｘ４については、グラフ表示はしないが計算は行われている。工具摩耗補正なし計算上加工寸法Ｘ２は、工具摩耗補正＆熱変位補正なし計算上加工寸法Ｘ４に適用済み熱変位補正量Ｓ１を加算した値である。以下の各ステップにおける演算処理部分は、システムプログラムメモリ１２１に格納されている所定のプログラムを用いてＣＰＵ１００により実行される。

ステップＳ２１０において、作業者が補正倍率増減スイッチ４７２を操作することにより、仮補正倍率Ｂ’を手動変更する。

ステップＳ２２０において、ＣＰＵ１００は、適用済み熱変位補正量Ｓ１を適用済み補正倍率Ａ＄Ｂで除算して得た値に、変更された仮補正倍率Ｂ’を乗算して、仮補正倍率を適用した環境温度系熱変位補正量Ｓ２を計算する。

ステップＳ２３０において、ＣＰＵ１００は、工具摩耗補正＆熱変位補正なし計算上加工寸法Ｘ４に仮補正倍率を適用した環境温度系熱変位補正量Ｓ２を加算して、仮補正倍率を適用した場合の計算上加工寸法Ｘ３を計算する。

ステップＳ２４０において、グラフ表示プログラムにより仮補正倍率を適用した場合の計算上加工寸法Ｘ３がグラフ表示される。これが、図８の調整後加工寸法グラフ４１４である。

ステップＳ２５０において、作業者が、調整後加工寸法グラフ４１４が採用可能か否かを判断する。作業者が採用不可（ＮＧ）と判断した場合には、ステップＳ２１０に戻って、作業者は仮補正倍率Ｂ’の再調整を行う。
作業者が採用可（ＯＫ）と判断した場合には、ステップＳ２６０に進み、作業者は補正倍率決定スイッチ４７８を操作する。これにより、仮補正倍率Ｂ’が補正倍率Ｂに設定され、その後の補正倍率Ｂが決定される。

ここで、補正倍率増減スイッチ４７２の操作により仮補正倍率を増加した場合、適用済み熱変位補正量Ｓ１に補正倍率が乗算されるので、調整後加工寸法グラフ４１４の点線表示が、実線表示の調整前加工寸法グラフ４１３の上側に表れてくる。作業者は、補正倍率増減スイッチ４７２を操作して点線表示の調整後加工寸法グラフ４１４を上下させて、目標寸法に最も近づいて良好な補正倍率を決めて補正倍率決定スイッチ４７８を操作し、補正倍率を決定することができる。

以上で説明したように、作業者は、補正倍率を調整することによって、調整後加工寸法グラフを目標寸法に近づけることができる。作業者にとってこの違和感のない作業が、環境温度系熱変位補正の補正量を是正することになる。したがって、従来作業者が熱変位補正に対して正確に補正されていないと感じていながらも補正することができなかったという問題点を解消することができる。

しかも、作業者が加工寸法を計測する目的は、公差の指定があり精度を確保するためである。作業者による寸法計測値を環境温度系熱変位補正量の計算に活用することで、最も精度が必要な位置における熱変位量を計測したことになり、高精度な環境温度系熱変位補正を行うことが可能となる。
さらに、加工精度を保つために行う加工後の寸法計測は、作業者にとっては通常業務に過ぎない。その結果、作業者に新たな負担をかけることなく、環境温度系熱変位補正を高精度に調整できることになる。

また、最適補正倍率算出機能を使用すれば、自動的に調整後加工寸法が目標値近傍となる最適補正倍率が計算される。このため、経験の浅い作業者にとっても環境温度系熱変位補正量の是正を容易に行うことが可能となる。

補正倍率設定支援機能に関する実施例２について、実施例１との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
図１３は、実施例２による補正倍率設定支援画面４０１を示す。実施例２では、複数の加工部位の加工時状態データ２５０を記録することができる。そのために、加工時状態データ抽出部４３１に補正倍率Ｂの有効範囲を設定し表示する補正倍率有効範囲設定／表示部４３４が追加されている。
また、選択データ誘導入力部４３３の表示の仕方が、実施例１の補正倍率設定支援画面４００（図８）とは異なる。

選択データ誘導入力部４３３の表示に関しては、同一加工中に複数の加工部位の加工時状態データ２５０を記録しているため、ワーク番号ＷＮＯと補正軸ＣＡｘを特定した後も、複数の加工部位による表示がなされる。例えば、図１３では、２つの加工部位として、工具番号３による加工部位と工具番号６による加工部位が表示される。また、図１３では工具番号が異なる例を示したが、工具番号が同一であったとしても、加工プログラムの「Ｍ＊＊Ａ＊Ｂ＊＊」のＢで指定した目標加工寸法ＴＳｚが異なれば、当然加工部位も異なり、同一工具番号ＴＮＯが表示されることもある。そのため、選択データ誘導入力部４３３に目標寸法の欄が追加され、同一工具番号ＴＮＯであったとしても、加工部位を正しく選択できる。

同一ワーク番号ＷＮＯで同一補正軸ＣＡｘの時に複数の加工部位の加工時状態データ２５０を記録した場合、一方の加工部位で記録された加工時状態データ２５０に基づいて補正倍率Ｂが設定されたとしても、他方の加工部位にとって理想的な補正倍率であるとは限らない。例えば、内径加工時と外径加工時では、工具主軸のＢ軸位置決め角度が異なることから熱変位量の方向や量が異なる場合がある。従って、加工部位ごとに補正倍率を変更可能とすることにより、工作機械を構成する部材の姿勢変化による熱変位量の相違に対応することができる。

補正倍率有効範囲設定／表示部４３４は、複数の加工部位に関する加工時状態データ２５０に基づいて設定された複数の補正倍率について、それぞれの有効範囲を変更し表示するための操作手段である。

補正倍率の設定を最初に行った場合、自動的に有効範囲は「全般」となる。これにより、すべての加工動作に対してその設定された補正倍率が適用される。２つ目の加工部位の加工時状態データ２５０に基づいて補正倍率を設定すると、自動的に有効範囲は「限定」となる。これにより、その加工部位の加工に対してのみ補正倍率が適用される。すなわち、その加工時状態データ２５０が記録されたときの仕上げ加工に対してのみ、限定される。３つ目以降も同様である。

しかし、限定的に適用したい補正倍率が、設定作業の順番により全般的に適用されるように自動設定される場合もある。このような場合、「全般」が点灯している状態で「限定」スイッチを押すことにより、限定的な適用に変更が可能である。この操作により、すべての補正倍率が「限定」とされる。逆に、「限定」とされた加工部位を「全般」に変更することも可能である。この操作により、「限定」とされた加工部位は「全般」に変更されるとともに、「全般」とされていた他の加工部位は「限定」に自動的に変更される。なお、有効範囲として「全般」および「限定」が設定されているとき、「限定」とされた加工部位を除くその他全ての加工部位が「全般」の有効範囲である。

補正倍率設定支援機能に関する実施例３について、実施例１および２との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
図１４は、実施例３による補正倍率設定支援画面４０２を示す。補正倍率設定支援画面４０２のグラフ表示部４１１には、加工寸法グラフ表示部４１２に代わって補正量グラフ表示部４１６が表示される。補正量グラフ表示部４１６は、環境温度系熱変位補正量の時間的推移をグラフ表示する。
ベテランの作業者になると、加工精度を補償するために行う加工寸法の計測や、工具摩耗補正量の入力作業を通じて、熱変位量の傾向を概略把握していることが多い。そのような作業者にとっては、熱変位補正量が時間経過によってどのように推移しているかをグラフ表示するだけで、補正量が多いか少ないかを判断することができる。そのために、作業者が補正倍率調整操作部４７１の補正倍率増減スイッチ４７２を操作し、調整後の補正量グラフ４１８を表示することにより、補正値の是正を行えるようにする。

この機能を実現するために、ＮＣ装置において一定時間ごとの時点において有効であった環境温度系熱変位補正量および補正倍率を時刻とともに、環境温度系熱変位補正記録データとしてメモリに格納する。そのために、別途環境温度系熱変位補正記録データメモリを用意する。このデータを用いて、調整前の補正量グラフ４１７は記録された環境温度系熱変位補正量をそのまま、また、調整後の補正量グラフ４１８は記録された環境温度系熱変位量を記録された補正倍率で除算した後に仮補正倍率Ｂ’で乗算して、グラフ表示させる。したがって、この補正倍率設定支援装置は、加工寸法の手動入力を必要としないため、作業者の負担が更に軽減されることになる。

＜その他の実施形態＞
本発明の実施形態は、前記した各実施例に限定されるものではない。例えば下記のようにしてもよい。
前記実施例では、工作機械を直線３軸と回転２軸の合計５軸を制御する工作機械において具体化したが、直線２軸の旋盤や、直線３軸の立形または横形のマシニングセンタにおいても適用は可能である。また、旋削加工プログラムを用いて説明したが、工具を回転させて加工するプログラムにおいても適用可能である。

前記実施例では、駆動系熱変位量推定部と環境温度系熱変位量推定部を用いて説明したが、駆動系熱変位量に代わって、または追加して、何らかの発熱部材を有する構成や、放熱部材を有する構成を備えた場合にも適用可能である。その場合には、特定の発熱または放熱部材に基づく熱変位量を推定し、環境温度系熱変位量と併せて総合的に補正を行ってもよい。

また、加工時状態データを外部の記憶媒体に保存することも可能である。それにより、季節による環境変化に対しても、１年または過去数年間の加工時状態データに基づいて補正倍率を設定することが可能となり、工作機械の設置環境の変化に伴う環境温度系熱変位量の変化に対して事前に対策を施すことも可能となる。

１…工作機械、１０…ベッド、２０…ワーク主軸台、３０…ワーク主軸、４０…コラム、５０…工具主軸台、６０…工具主軸、７０…ＮＣ装置、８１〜９０…温度センサ、１００…ＣＰＵ、１２５…加工時状態データメモリ、２５０…加工時状態データ、４００〜４０２…補正倍率設定支援画面、４１２…加工寸法グラフ表示部、４１３…調整前加工寸法グラフ、４１４…調整後加工寸法グラフ、４２１…温度グラフ表示部、４３０〜４３１…加工時状態データ抽出部、４７０〜４７１…補正倍率調整操作部、

Claims (10)

1. ワークを把持するワーク把持部と、工具を把持する工具把持部と、を備え、
   前記ワーク把持部および前記工具把持部の少なくともいずれか一方を回転駆動し、
   前記ワーク把持部および前記工具把持部の少なくともいずれか一方を所定の方向へ移動駆動する
   ことにより、前記ワークを前記工具で加工する工作機械であって、
   前記工作機械を構成する部材に装着した複数の温度センサと、
   前記複数の温度センサが測定した温度値に基づき当該工作機械の外部の熱源に起因する環境温度系熱変位量を計算する環境温度系熱変位量推定部と、
   前記環境温度系熱変位量を補償する計算上熱変位補正量に補正倍率を乗算して環境温度系熱変位補正量を求める補正倍率処理部と、
   前記補正倍率を調整する補正倍率調整操作部と、
   前記ワーク把持部および前記工具把持部の回転駆動状態および移動駆動状態に基づき当該工作機械自身が備える熱源に起因する駆動系熱変位量を計算する駆動系熱変位量推定部と、
   前記駆動系熱変位量を補償する駆動系熱変位補正量と前記環境温度系熱変位補正量とを加算して合計熱変位補正量を出力する熱変位補正量加算部と
   を設け、
   前記合計熱変位補正量に基づいて熱変位補正制御を実行する
   ことを特徴とする工作機械。
2. 前記環境温度系熱変位補正制御を実行した記録を環境温度系熱変位補正記録データとして記録し、
   前記環境温度系熱変位補正記録データは、前記環境温度系熱変位補正量と、該補正量の算出に適用した前記補正倍率と、当該補正を実施した時刻と、を少なくとも含み、
   前記環境温度系熱変位補正記録データに基づき環境温度系熱変位補正の時間的推移をグラフ表示し、
   前記環境温度系熱変位補正記録データに記録された前記補正倍率である記録補正倍率を仮に変更する増減スイッチを設け、
   該増減スイッチによって変更された仮補正倍率を前記環境温度系熱変位補正記録データに適用したときの環境温度系熱変位補正の時間的推移を、前記グラフに重ねてグラフ表示し、
   前記補正倍率を前記仮補正倍率に変更する補正倍率決定スイッチを備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
3. 前記環境温度系熱変位補正記録データは、一定時間ごとに記録され、
   前記環境温度系熱変位補正の時間的推移は、前記環境温度系熱変位補正量の時間的推移である
   ことを特徴とする請求項２に記載の工作機械。
4. 前記環境温度系熱変位補正記録データは、監視対象の軸を意味する補正軸と、実績加工寸法と、加工時に適用された工具摩耗補正量と、を更に含み、
   前記環境温度系熱変位補正の時間的推移は、工具摩耗補正を行わない場合の加工寸法の計算値の時間的推移である
   ことを特徴とする請求項２に記載の工作機械。
5. 前記環境温度系熱変位補正記録データは、目標加工寸法を更に含み、
   該環境温度系熱変位補正記録データに基づき、工具摩耗補正を行わない場合の加工寸法の計算値が前記目標加工寸法となる前記補正倍率を演算し、前記仮の補正倍率として設定する最適補正倍率算出部を備える
   ことを特徴とする請求項４に記載の工作機械。
6. 前記環境温度系熱変位補正記録データは、１つの加工ワークにつき複数の加工部位における前記環境温度系熱変位補正記録データをそれぞれ記憶し、
   前記複数の加工部位の内特定の加工部位における前記環境温度系熱変位補正記録データに基づいて取得した前記補正倍率を、前記特定の加工部位の加工時に有効とする限定設定と、該加工部位を含む前記ワーク全般の加工時に有効とする全般設定と、のいずれか一方を設定する
   ことを特徴とする請求項４に記載の工作機械。
7. 前記実績加工寸法を計測装置により自動で計測して書き込む
   ことを特徴とする請求項４に記載の工作機械。
8. 前記実績加工寸法を作業者が加工後の前記ワークを計測して入力する
   ことを特徴とする請求項４に記載の工作機械。
9. 前記環境温度系熱変位補正記録データは、加工時に実行されるデータ記録指令により記録される
   ことを特徴とする請求項４に記載の工作機械。
10. 前記環境温度系熱変位補正記録データは、前記温度センサが測定した温度値を更に含み、
    前記環境温度系熱変位補正の時間的推移を表すグラフと同一時間軸ですべての前記温度値の推移をグラフ表示する
    ことを特徴とする請求項３または４に記載の工作機械。
    

Images