JP7071622B2 - 工作機械およびワーク計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、工作機械およびワーク計測方法に関する。

工作機械の分野において、ワークの径を計測する方法が開示されている。（特許文献１，２，３参照）。
文献１においては、ＮＣ旋盤は、タレット刃物台の一面に測定器を装着し、測定器のタッチセンサをワークに接触させてワークの径を検出する。
文献２においては、レーザ測定器を備えたワーク径計測装置は、主軸台、刃物台、対向主軸、タレット型刃物台の全てが載るベッドに取り付けられている。
文献３においては、ワークの径を測定する測定器は、一対の測定爪の間に測定対象物を挟持することにより挟持箇所の寸法を測定する。

特開昭６２‐１３０１５６号公報 特許第４８６５４９０号 特許第３９０１２９０号

文献１，２においては、測定器と、測定対象物（ワーク）との距離が遠く、また、測定器およびワークや、測定器とワークとを繋ぐ経路に存在する複数の構造体（例えば、刃物台、ベッド、主軸台等）のそれぞれに生じる熱変位の影響で、測定器とワークとの位置関係が安定しなかった。そのため、ワークの径の計測結果に誤差が生じ易かった。また、文献３の一対の測定爪の間に測定対象物を挟持して測定する構成の場合、旋盤のようにワークの切屑が大量に発生する環境下では、切屑を挟む等して測定誤差が生じ易く、ワークの径を精度良く計測することが難しかった。

本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、ワークの径を正確に計測する工作機械およびワーク計測方法を提供する。

本発明の態様の１つは、工作機械は、主軸が把持するワークを前記主軸の前方で支持するガイドブッシュ又は前記主軸を支持する支持部の少なくとも一方に搭載された変位センサと、加工後の前記ワークに対する前記変位センサによる計測値に基づいて加工後の前記ワークの径を演算する演算部と、を備える。
当該構成によれば、変位センサは、ワークを支持するガイドブッシュ又は主軸を支持する支持部の少なくとも一方に搭載される。つまり、変位センサとワークとの距離が近く、また両者が置かれた環境も殆ど同じである。よって、誤差の少ないワークの径の計測結果（演算結果）を得ることができる。

本発明の態様の１つは、前記主軸は軸方向の前後に移動可能であり、前記ワークの加工後の前記主軸の後退により前記ワークの被加工部位を前記軸方向における前記変位センサによる所定の計測位置へ移動させ、当該移動後の前記ワークの被加工部位に対して前記変位センサによる計測を行うとしてもよい。
当該構成によれば、加工後のワークの被加工部位を変位センサにより的確に計測することができる。

本発明の態様の１つは、前記ガイドブッシュは、回転しない筒状の非回転部と、前記非回転部の内側で前記主軸の回転と同期して回転可能であって前記ワークを支持する回転部と、を含み、前記回転部は、支持する前記ワークの一部分を露出させる貫通孔を有し、前記非回転部に搭載された前記変位センサは、前記貫通孔を通じて前記ワークに対する計測を行うとしてもよい。
当該構成によれば、ガイドブッシュの非回転部に搭載された変位センサは、回転部に設けられた貫通孔を通じて、加工後のワークに対する計測を行うことができる。

本発明の態様の１つは、前記支持部は、前記ガイドブッシュを着脱可能であり、前記支持部に搭載された前記変位センサは、前記支持部から前記ガイドブッシュが取り外された状態で、前記主軸が把持する前記ワークに対する計測を行うとしてもよい。
当該構成によれば、支持部に搭載された変位センサは、支持部が支持する主軸が把持する加工後のワークに対する計測を行うことができる。

本発明の態様の１つは、工作機械は、前記変位センサが搭載される位置の近傍の温度を計測する温度センサを更に備え、前記演算部は、前記温度センサによる計測値に基づいて、前記変位センサによる計測値を補正し、当該補正後の前記変位センサによる計測値に基づいて前記径を演算するとしてもよい。
当該構成によれば、演算部は、変位センサによる計測値の、温度の影響による変動を、温度センサによる計測値に基づいて補正することで、加工後のワークの径をより正確に演算することができる。

本発明の技術的思想は、工作機械という物以外によっても実現される。
例えば、主軸が把持するワークを前記主軸の前方で支持するガイドブッシュ又は前記主軸を支持する支持部の少なくとも一方に搭載された変位センサにより加工後の前記ワークに対する計測を行う計測工程と、前記計測工程による計測値に基づいて、加工後の前記ワークの径を演算する演算工程と、を備えるワーク計測方法を、一つの発明として把握することができる。また、前記方法を実現するためのプログラムや、プログラムを記憶したコンピューター読み取り可能な記憶媒体も、夫々に発明として成り立つ。

ＮＣ旋盤の構成を簡易的に示す図。 ＮＣ旋盤における電気的な接続関係を簡易的に示すブロック図。 加工後ワーク径の計測処理を示すフローチャート。 第１実施例の変位センサを説明するための図。 ガイドブッシュをＺ軸方向の前側からの視点で簡易的に示す図。 第２実施例の変位センサを説明するための図。 第２実施例に対応する加工後ワーク径の計測処理を示すフローチャート。

以下、各図を参照しながら本発明の実施形態を説明する。各図は、本実施形態を説明するための例示に過ぎない。また、各図は例示であるため、形状や比率等が互いに整合していないこともある。

１．装置構成の説明：
図１は、本実施形態にかかるＮＣ（Numerical Control）旋盤１０の一例を簡易的に示している。ＮＣ旋盤１０は工作機械の一種である。ＮＣ旋盤１０は、コンピューターとしてのＮＣ（Numerical Control）装置１１を有し、ＮＣ装置１１が主軸５２を始めとした、ワークＷの加工のために動作する各部（加工部）を数値制御することにより、ワークＷに対する加工を実施する。ＮＣ旋盤１０が含む少なくとも一部の構成により、ワーク計測方法が実現される。

ＮＣ旋盤１０の加工部は、例えば、主軸５２、主軸５２を搭載した主軸台５３、刃物台４３、ガイドブッシュ（ＧＢ）２０、ＧＢ支持部３０、アクチュエータ６１を含む。主軸台５３は、主軸５２の軸（Ｚ軸）方向に、主軸５２とともに移動可能である。Ｚ軸は、図１においては左右方向を向いている。便宜上、Ｚ軸方向のプラス側（図１においては右側）を「前」、Ｚ軸方向のマイナス側（図１においては左側）を「後」として説明を行う。主軸５２は、主軸台５３の後方からＺ軸上に供給される棒状のワークＷを開放可能に把持するコレット（図６の符号５７参照）を前端部に備える。

主軸５２は、Ｚ軸を中心として回転する。図１において符号５２で示す部位は、ワークＷを把持してＺ軸を中心として回転可能な主軸と、主軸を内包しつつ回転しない筒状の部材等とを含んでおり、このような部位を主軸構造体とも呼ぶ。つまり、主軸５２は、主軸構造体を指すと解してもよい。

主軸５２の前方には、ＧＢ支持部３０が設けられている。ＧＢ支持部３０は、ＮＣ旋盤１０の加工部内で固定されている。ＧＢ支持部３０は、Ｚ軸を含んだ範囲にＺ方向に貫通する貫通孔３１を有しており、貫通孔３１に対応してＧＢ２０が取り付けられる。ＧＢ２０は、ＧＢ支持部３０に対して着脱可能な部材であり、例えば、ＧＢ支持部３０の貫通孔３１に一部分を嵌め込むことによりＧＢ支持部３０に取り付けられる。図１では、ＧＢ２０がＧＢ支持部３０に取り付けられた（支持された）状態を示している。また、図１に示すように、主軸５２から前方に突出したワークＷは、ＧＢ支持部３０およびＧＢ２０を貫通してさらに前方へ突出する。ＧＢ２０は、自身を貫通して前方に突出したＺ軸上のワークＷを周囲から支持する。

刃物台４３には、ＧＢ支持部３０よりも前方へ突出した（図１の例では、ＧＢ２０よりも前方へ突出した）ワークＷの加工に用いられる工具４３ａが装着される。刃物台４３には、正面加工用のバイト、突っ切り加工用のバイト等を含む複数種類の工具が同時に取り付けられても良いし、これらの工具が交換可能に取り付けられてもよい。刃物台４３が移動するＸ軸方向は、Ｚ軸方向に対して垂直であり、図１においては上下方向を向いている。また、刃物台４３が移動するＹ軸方向は、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に対して垂直な方向（図１の紙面に対して垂直な方向）である。図１では、刃物台４３とＧＢ支持部３０とは離れているが、例えば、刃物台４３は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に移動可能な状態でＧＢ支持部３０により支持されているとしてもよい。あるいは、ＧＢ支持部３０は、刃物台４３とは別の図示しない刃物台を支持する構造を兼ねているとしてもよい。

図１の例では、アクチュエータ６１が、ボールねじ機構６２を動作させることで、ボールねじ機構６２のＺ軸方向と平行なねじ軸６３に沿って直進移動体６４を移動させる。ボールねじ機構６２の直進移動体６４と主軸台５３とが直接あるいは間接的に固定されているため、直進移動体６４とともに主軸台５３および主軸台５３に搭載された主軸５２がＺ軸方向に沿って前後に移動する。アクチュエータ６１は、ボールねじ機構６２の動力源となるモータ（サーボモータ、リニアモータ等）である。ただし、ボールねじ機構６２は、主軸台５３および主軸５２をＺ軸方向に移動させるための一手段に過ぎない。例えば、アクチュエータ６１は、油圧や電動で直線運動を行うシリンダーを動作させることにより、主軸台５３および主軸５２をＺ軸方向に移動させるとしてもよい。

図２は、ＮＣ旋盤１０における各部の電気的な接続関係を、ブロック図により簡易的に示している。ＮＣ装置１１は、例えば、コントローラーとしてのＣＰＵ１１ａ、ＲＡＭ１１ｂ、ＲＯＭ１１ｃを有する。また、ＮＣ装置１１に対しては、サーボアンプ４０、主軸用アンプ５０、サーボアンプ６０、変位センサ７０等が、バス１１ｄによって通信可能に接続されている。サーボアンプ４０は、Ｘ軸モータ４１、Ｙ軸モータ４２とそれぞれ接続しており、接続する各モータ４１，４２に対して電力を供給する。Ｘ軸モータ４１およびＹ軸モータ４２は刃物台４３と接続しており、供給された電力を刃物台４３を移動させるための動力に変換し、刃物台４３をＸ軸方向、Ｙ軸方向それぞれへ移動させる。

サーボアンプ６０は、アクチュエータ６１と接続し、アクチュエータ６１に対して電力を供給する。主軸用アンプ５０は、主軸モータ５１と接続し、主軸モータ５１に電力を供給する。主軸モータ５１は主軸５２と接続している。主軸モータ５１は、供給された電力を主軸５２を回転させるための動力に変換し、主軸５２を回転させる。その他、主軸５２が備えるコレット５７に開閉動作をさせるアクチュエータ（不図示）等も、ＮＣ装置１１によって制御される。

ＮＣ装置１１においては、ＣＰＵ１１ａが、ＲＡＭ１１ｂをワークエリアとして加工プログラムＰに従った処理を実行し、各アンプ４０，５０，６０による電力供給等を数値制御する。その結果、ＮＣ旋盤１０によるワークＷに対する加工が実現され、ワークＷから製品が製造される。加工プログラムＰは各種のコマンドで構成される。また、ＮＣ装置１１は、操作受付部１２や、表示部１３等を備える。操作受付部１２は、ユーザーの入力操作を受付ける複数のボタンやキー等からなり、表示部１３上のタッチパネルを含むものであってもよい。表示部１３は、ユーザーが操作受付部１２を介して入力した各種数値や設定の内容や、ＮＣ旋盤１０に関する各種情報を画面に表示するディスプレイである。

変位センサ７０は、主軸５２が把持するワークＷを主軸５２の前方で支持するＧＢ２０、又は、主軸５２を支持する支持部の少なくとも一方に搭載される。主軸５２を支持する支持部とは、図１の例では、ＧＢ支持部３０が該当する。変位センサ７０の搭載位置についての具体例は、図４～６を用いて後述する。
言うまでもなく、ＮＣ旋盤１０の構成は上述した内容に限られない。例えば、刃物台４３が移動可能な方向は上述した方向に限定されない。また、ＮＣ旋盤１０は、主軸５２から前方に突出するワークＷの前端部を把持して回転可能な背面主軸等を有するとしてもよい。

２．加工後ワーク径の計測処理：
図３は、本実施形態においてＮＣ装置１１（ＣＰＵ１１ａ）が加工プログラムＰに従って実行する加工後ワーク径の計測処理をフローチャートにより示している。上述したようにＮＣ装置１１は、加工プログラムＰを構成する各種コマンドに従った処理を実行することにより、ＮＣ旋盤１０（加工部）によるワークＷに対する加工を実現させる。加工後ワーク径の計測処理は、このような加工プログラムＰに従ったワークＷの加工処理の中に組み込まれる処理である。つまり、加工後ワーク径の計測処理に対応するコマンドも加工プログラムＰに組み込まれている。ＮＣ装置１１は、加工後ワーク径の計測処理に対応するコマンドが実行されることで、加工後ワーク径の計測処理を開始する。加工後ワーク径の計測処理を開始するタイミングは、ワークＷの加工処理における所定のタイミングである。

加工後ワーク径の計測処理を開始する所定のタイミングとは、例えば、前回の加工後ワーク径の計測処理を実行した後、所定の時間（例えば、数十分）が経過したタイミングである。つまり、ＮＣ装置１１は、加工部によるワークＷの加工（ワークＷからの製品の製造）を製品単位で繰り返す中で、定期的に加工後ワーク径の計測処理を実行する。また、前記所定のタイミングとは、例えば、前回の加工後ワーク径の計測処理を実行した後、所定個数（例えば、数十個）の製品をワークＷから製造したタイミングであってもよい。また、ＮＣ装置１１は、ワークＷの加工処理がユーザーの指示等により停止された後の加工処理の再開後の最初にワークＷを加工し終えた（再開後の１つ目の製品を製造した）タイミングで、加工後ワーク径の計測処理を開始してもよい。加工プログラムＰは、このような所定のタイミングで加工後ワーク径の計測処理に対応するコマンドが実行されるように構成されている。

ＮＣ装置１１は、加工後ワーク径の計測処理の開始後、先ず、加工後のワークＷを変位センサ７０による所定の計測位置へ移動させる（ステップＳ１００）。現在、ワークＷの前端部は、工具４３ａ等による加工が施された後の状態（かつ、加工が施された当該前端部がワークＷから分断される前の状態）である。工具４３ａ等による加工が施された後の状態のワークＷの前端部を、ワークＷの被加工部位とも呼ぶ。ＮＣ装置１１は、Ｚ軸方向におけるワークＷの被加工部位の位置を、当然に把握している。ステップＳ１００では、ＮＣ装置１１は、サーボアンプ６０によりアクチュエータ６１を動作させて主軸台５３および主軸５２を後方へ移動させる。ワークＷは、主軸５２が有するコレット５７により把持された状態であるため、主軸５２とともに後方へ移動する。このとき、ＮＣ装置１１は、ワークＷの被加工部位が、前記計測位置として予め決められているＺ軸上の所定位置へ到達するまで、主軸台５３および主軸５２を後方へ移動させる。

ステップＳ１００の移動後、ＮＣ装置１１は、変位センサ７０にて、加工後のワークＷ、つまり被加工部位に対する計測を実行し、変位センサ７０による計測結果（計測値）を取得する（ステップＳ１１０）。ステップＳ１１０は、本発明の計測工程の一種に該当する。

変位センサ７０は、稼働可能な状態では、ワークＷに対する計測を、例えば、常時あるいは繰り返し実行している。そのため、ＮＣ装置１１は、変位センサ７０による計測値をステップＳ１１０のタイミングで取得することで、加工後のワークＷに対する変位センサ７０による計測値を取得することができる。

ＮＣ装置１１は、ステップＳ１１０で取得した計測値に基づいて加工後のワークＷの径（加工後ワーク径）を演算する（ステップＳ１２０）。ステップＳ１２０は、本発明の演算工程に該当する。ステップＳ１２０を実行する点で、ＮＣ装置１１は、演算部として機能すると言える。以上により、加工後ワーク径の計測は終了したと言える。ただし図３の例では、ＮＣ装置１１は、ステップＳ１２０の後、ステップＳ１３０を実行する。

ステップＳ１３０では、ＮＣ装置１１は、ステップＳ１２０で演算した加工後ワーク径に基づいて、ワークＷの加工誤差を演算する。ＮＣ装置１１は、加工後ワーク径「ｄ１」の目標値「ｄ２」を情報として有している。目標値ｄ２は、例えば、ユーザーが操作受付部１２を操作して予め設定した値である。そこで、ＮＣ装置１１は、ステップＳ１２０で演算した加工後ワーク径ｄ１と目標値ｄ２との差分、｜ｄ１－ｄ２｜を、ワークＷの加工誤差とする。このように加工誤差の演算を終えたら、ＮＣ装置１１は、図３のフローチャート（加工後ワーク径の計測処理）を終了して、上述のワークＷの加工処理へ復帰する。

ＮＣ装置１１は、演算した加工誤差に基づいて、復帰後の加工処理に補正を加えることができる。つまり、ＮＣ装置１１は、今後のワークＷの加工において加工誤差を０に近づけるために、例えば、刃物台４３の移動量等、加工部の動作に関する各数値設定を、加工誤差に基づいて補正する。演算した加工誤差は、加工部を構成する各部それぞれの熱変位が合わさった結果の加工誤差と言える。そのため、演算した加工誤差に基づく補正を、熱変位補正とも呼ぶ。

３．実施例：
次に、本実施形態に含まれる実施例を幾つか説明する。
［第１実施例］
図４は、第１実施例の変位センサ７０を主に説明するための図であり、ＧＢ支持部３０の貫通孔３１に取り付けられたＧＢ２０等の断面（Ｙ軸方向に垂直な面）を示している。図４は断面図であるが、見易さを優先して、ＧＢ２０の各部位の断面に付すハッチングを省略している。

ＧＢ２０は、回転しない筒状の非回転部２１と、非回転部２１の内側で主軸５２の回転と同期してＺ軸を中心として回転可能であってワークＷを支持する回転部（２３，２４）と、を含んでいる。非回転部２１と回転部（２３，２４）との間には、ベアリング部２２が設けられており、ベアリング部２２の内側、つまり回転部（２３，２４）が回転する構成となっている。回転部（２３，２４）は、例えば、主軸５２を回転させる主軸モータ５１（図２）が生み出す動力を受けることで、主軸５２と同期して回転する。あるいは、回転部（２３，２４）は、主軸モータ５１とは別のモータ（不図示）が生み出す動力を受けて回転可能であり、ＮＣ装置１１が、主軸モータ５１と当該別のモータとを同期させて制御することにより、主軸５２の回転に同期させて回転部（２３，２４）を回転させる。

回転部（２３，２４）は、外側、つまり非回転部２１側の第１回転部２３と、第１回転部２３の内側のコレット（把持機構）２４とを含んでいる。ＧＢ２０の内部では、コレット２４がワークＷを支持する。コレット２４は、ワークＷがＺ軸方向に摺動可能な程度にワークＷを支持する。言うまでもなく、コレット２４は、ワークＷの把持、開放が可能であり、コレット２４によるワークＷの把持と開放も、加工プログラムＰに基づいてＮＣ装置１１が制御する。

図４の例においては、変位センサ７０は、非回転部２１の第１回転部２３側に臨む位置に内蔵されている。変位センサ７０は、例えば、渦電流式、光学式、画像認識方式等によるセンサであり、測定対象物との距離を計測する。変位センサ７０を、測距センサと呼んでもよい。図４に示すワークＷの一部分は、上述の被加工部位であると仮定する。つまり図４は、ステップＳ１００（図３）が終了して、ワークＷの被加工部位が、変位センサ７０による計測位置としてのＺ軸上の所定位置へ到達した状態を示している。ＮＣ装置１１は、ステップＳ１００の終了後から、例えばステップＳ１１０までは、ワークＷの位置を変動させないために、コレット２４にワークＷを把持させる。

回転部（２３，２４）は、ワークＷの一部分を露出させる貫通孔２５（第２貫通孔）を有する。さらに、第１回転部２３は、コレット２４の一部分を露出させる貫通孔２６（第３貫通孔）を有する。貫通孔２５は、第１回転部２３およびコレット２４を貫通している。貫通孔２６は、貫通孔２５とは別の位置で、第１回転部２３を貫通している。貫通孔２５，２６はいずれも、Ｚ軸方向における位置が、変位センサ７０による計測位置と一致する。

図５は、主に貫通孔２５，２６の位置の例を説明するための図であり、ＧＢ２０をＺ軸方向の前側からの視点で簡易的に示している。上述したように、変位センサ７０は非回転部２１の第１回転部２３側に臨む位置に内蔵されている。図５の例では、第１回転部２３およびコレット２４を貫通する貫通孔２５と、第１回転部２３を貫通する貫通孔２６とは、Ｚ軸に垂直な面内で、Ｚ軸を中心として１８０度異なる位置にそれぞれ形成されている。ただし、貫通孔２５と貫通孔２６とは、Ｚ軸に垂直な面内で互いが重ならない位置に在ればよい。

このような構成によれば、回転部（２３，２４）がＺ軸を中心として回転し、Ｚ軸に垂直な面内でＺ軸と変位センサ７０とを結ぶ直線上に貫通孔２５が一致したとき、変位センサ７０は、貫通孔２５を通じてワークＷ（被加工部位）の表面までの距離Ｌ２を計測することができる。また、回転部（２３，２４）がＺ軸を中心として回転し、Ｚ軸に垂直な面内でＺ軸と変位センサ７０とを結ぶ直線上に貫通孔２６が一致したとき、変位センサ７０は、貫通孔２６を通じてコレット２４の表面までの距離Ｌ１を計測することができる。変位センサ７０は、回転部（２３，２４）がＺ軸を中心として回転している間、貫通孔２５，２６の何れも変位センサ７０に対して位置が一致しない期間は、計測する距離は０に近い極めて短い距離（変位センサ７０から第１回転部２３の表面までの距離）である。つまり、変位センサ７０は、回転部（２３，２４）がＺ軸を中心として回転している間、それぞれ明確に異なる３種類の距離を計測することができる。そのため、ＮＣ装置１１は、当該３種類の距離の中で最も長い距離を距離Ｌ２とし、２番目に長い距離を距離Ｌ１とすることができる。

ステップＳ１１０（図３）では、ＮＣ装置１１は、変位センサ７０による、経時的に変化する計測値から上述したような距離Ｌ１，Ｌ２を取得する。ＮＣ装置１１は、ステップＳ１１０においては、ＧＢ２０（回転部（２３，２４））を回転させる。

ステップＳ１２０では、ＮＣ装置１１は、ステップＳ１１０で取得した計測値（距離Ｌ１，Ｌ２）に基づいて、以下の式（１）により、加工後ワーク径ｄ１を演算する。
ｄ１＝Ｄ１－２×ΔＬａ …（１）

距離Ｄ１（図４）は、コレット２４の径であり既知の値である。ＮＣ装置１１は、距離Ｄ１の値を予め情報として有している。距離ΔＬａ（図４）は、Ｌ２－Ｌ１、である。このように、第１実施例によれば、ワークＷを支持するＧＢ２０に搭載された変位センサ７０に計測させた距離Ｌ１，Ｌ２と既知の距離Ｄ１とを利用することで、ＮＣ装置１１は、加工後ワーク径ｄ１を正確に演算することができる。

［第２実施例］
図６は、第２実施例の変位センサ７０を主に説明するための図であり、ＧＢ支持部３０の貫通孔３１に挿入された主軸５２等の断面（Ｙ軸方向に垂直な面）を示している。図６は断面図であるが、見易さを優先して、主軸５２の各部位の断面に付すハッチングを省略している。図６は、図１，４と比較すると判るように、ＧＢ２０がＧＢ支持部３０から取り外されている。つまり、ＮＣ旋盤１０では、ＧＢ２０がＧＢ支持部３０から取り外された状態で、主軸台５３および主軸５２を前方へ移動させ、主軸５２をＧＢ支持部３０の貫通孔３１に挿入することで、ＧＢ支持部３０に主軸５２を支持させることができる。ＧＢ支持部３０の貫通孔３１の内壁は、主軸５２が挿入されたとき主軸５２を安定して支持可能な形状とされている。

ＧＢ支持部３０の貫通孔３１に主軸５２を挿入して、ＧＢ支持部３０に対して主軸５２を位置決めしたとき、図６の上段に示すように、主軸５２の前端の一部は、ＧＢ支持部３０よりも前方へ突出する。そのため、ＮＣ旋盤１０では、ＧＢ支持部３０に支持された主軸５２に把持されて主軸５２の前端よりも前方へ突出したワークＷに対して、刃物台４３の工具４３ａ等を作用させて加工することができる。このように主軸５２をＧＢ支持部３０で支持した状態で実行するワークＷの加工を、ノンガイドブッシュ方式の加工処理と呼ぶ。一方、図１，４に示したように、ＧＢ支持部３０にＧＢ２０を取り付け、主軸５２が把持するワークＷを主軸５２よりも前方のＧＢ２０で支持した状態で実行するワークＷの加工を、ガイドブッシュ方式の加工処理と呼ぶ。上述の第１実施例は、ガイドブッシュ方式の加工処理の中で所定のタイミングで実行される加工後ワーク径の計測処理、に対応する実施例である。

一方、第２実施例は、ノンガイドブッシュ方式の加工処理の中で所定のタイミングで実行される加工後ワーク径の計測処理、に対応する実施例である。
主軸５２は、回転しない筒状の非回転部５４と、非回転部５４の内側でＺ軸を中心として回転可能であってワークＷを把持する回転部（５６，５７）と、を含んでいる。非回転部５４と回転部（５６，５７）との間には、ベアリング部５５が設けられており、ベアリング部５５の内側、つまり回転部（５６，５７）が回転する。回転部（５６，５７）は、主軸モータ５１（図２）が生み出す動力を受けて回転する。回転部（５６，５７）の前端側の一部分は、ワークＷを把持するためのコレット（把持機構）５７である。

図６の例においては、変位センサ７０は、ＧＢ支持部３０に内蔵されている。また、ＧＢ支持部３０には、貫通孔３１の内壁から変位センサ７０まで到達するＸ軸方向と平行な貫通孔３２（第４貫通孔）が形成されている。ここで、図６に示すワークＷの前端部（細い部分）は、被加工部位であると仮定する。つまり図６の上段は、ノンガイドブッシュ方式の加工処理においてワークＷへの加工が終了した（ワークＷの前端部が被加工部位となった）状態を示し、図６の下段は、ステップＳ１００（図３）が終了して、ワークＷの被加工部位が、変位センサ７０による計測位置としてのＺ軸上の所定位置へ到達した状態を示している。

ただし、第２実施例における加工後ワーク径の計測処理は、図３の替わりに図７のフローチャートを用いて説明する。図７を図３と比較したとき、変位センサ７０による計測位置や、変位センサ７０による計測値の中身は異なるものの、基本的にステップＳ２１０～Ｓ２４０は、ステップＳ１００～Ｓ１３０に相当する。図７の図３との大きな違いは、ステップＳ２００を有する点である。

第２実施例では、ＮＣ装置１１は、加工後ワーク径の計測処理を開始する所定のタイミングとなったと判定した場合、変位センサ７０にて、主軸５２に対する計測を実行し、変位センサ７０による計測結果（計測値）を取得する（ステップＳ２００）。ステップＳ２００の時点では、図６の上段に示すようにワークＷへの加工が終了した状態、つまり、主軸５２の前端部がＧＢ支持部３０よりも前方へ突出した状態であるため、変位センサ７０は、貫通孔３２を通じて、変位センサ７０から主軸５２（非回転部５４）の表面までの距離Ｌ３を計測することになる。ＮＣ装置１１は、変位センサ７０による計測値をステップＳ２００のタイミングで取得することで、距離Ｌ３を取得することができる。

ＮＣ装置１１は、ステップＳ２００の後、ステップＳ２１０へ進み、加工後のワークＷを変位センサ７０による所定の計測位置へ移動させる。つまり、ワークＷの被加工部位が、前記計測位置として予め決められているＺ軸上の所定位置へ到達するまで、主軸台５３および主軸５２を後方へ移動させる。

ステップＳ２１０の移動後、ＮＣ装置１１は、変位センサ７０にて、加工後のワークＷ、つまり被加工部位に対する計測を実行し、変位センサ７０による計測結果（計測値）を取得する（ステップＳ２２０）。ステップＳ２２０は、本発明の計測工程の一種に該当する。ステップＳ２２０の時点では、図６の下段に示すようにワークＷの被加工部位は、Ｚ軸方向において、変位センサ７０に対応する位置に在る。そのため、変位センサ７０は、貫通孔３２を通じて変位センサ７０から、主軸５２が把持するワークＷの被加工部位の表面までの距離Ｌ４を計測することになる。ＮＣ装置１１は、変位センサ７０による計測値をステップＳ２２０のタイミングで取得することで、距離Ｌ４を取得することができる。

ＮＣ装置１１は、ステップＳ２００とステップＳ２２０で取得した計測値に基づいて加工後ワーク径ｄ１を演算する（ステップＳ２３０）。ステップＳ２３０は、本発明の演算工程に該当する。ステップＳ２３０では、ＮＣ装置１１は、取得した計測値（距離Ｌ３，Ｌ４）に基づいて、以下の式（２）により、加工後ワーク径ｄ１を演算する。
ｄ１＝Ｄ２－２×ΔＬｂ …（２）

距離Ｄ２（図６）は、主軸５２の径（主軸５２のステップＳ２００で計測される位置の径）であり既知の値である。ＮＣ装置１１は、距離Ｄ２の値を予め情報として有している。距離ΔＬｂ（図６）は、Ｌ４－Ｌ３、である。このように、第２実施例によれば、ノンガイドブッシュ方式の加工処理のために主軸５２を支持するＧＢ支持部３０に搭載された変位センサ７０に計測させた距離Ｌ３，Ｌ４と既知の距離Ｄ２とを利用することで、ＮＣ装置１１は、加工後ワーク径ｄ１を正確に演算することができる。

ステップＳ２４０では、ステップＳ１３０と同様に、ＮＣ装置１１は、ステップＳ２３０で演算した加工後ワーク径ｄ１と目標値ｄ２との差分、｜ｄ１－ｄ２｜をワークＷの加工誤差とする演算を行う。

４．まとめ、及び、その他の説明：
このように本実施形態によれば、工作機械は、主軸５２が把持するワークＷを主軸５２の前方で支持するＧＢ２０又は主軸５２を支持する支持部（ＧＢ支持部３０）の少なくとも一方に搭載された変位センサ７０と、加工後のワークＷに対する変位センサ７０による計測値に基づいて加工後ワーク径ｄ１を演算する演算部（ＮＣ装置１１、ＣＰＵ１１ａ）と、を備える。つまり、変位センサ７０と、計測対象のワークＷとが狭い範囲に存在するため、熱変位の影響による誤差が殆ど載らない正確な加工後ワーク径ｄ１を計測（演算）することができる。

本発明による効果を、より詳しく説明する。
例えば、図４に示したＧＢ２０やワークＷや、その他の周囲の各部位は、ワークＷの加工中、ＮＣ旋盤１０内で大量の切削油に晒されているため、それらの温度は切削油の温度に追従し、結果的に、狭い範囲に存在するＧＢ２０や、ＧＢ２０に搭載された変位センサ７０や、ワークＷの被加工部位の温度は、ほぼ同じである。物体は、温度が変われば熱変位の程度も変わるが、互いの温度に差が無い複数の物体それぞれの熱変位の程度は、互いに似たものとなる。従って本発明のように、加工部における、変位センサ７０によるワークＷの被加工部位の計測に関わる系が全体で同様の温度となる構成においては、温度が異なる条件でそれぞれ計測を行ったとしても、計測結果は、殆ど変らない。

具体例を示す。
第１実施例のＮＣ旋盤１０において、上述した加工誤差が０（つまり、加工後ワーク径ｄ１＝ｄ２）となるように加工部の各設定を調整した状態（理想状態）を再現した。このとき、理想状態では、ＧＢ２０や、ＧＢ２０に搭載された変位センサ７０や、被加工部位を含むワークＷ、を含む系の温度は２０℃であり、
距離Ｄ１＝３０．０００ｍｍ、
目標値ｄ２＝１０．０００ｍｍ、
距離Ｌ１＝５．０００ｍｍ、
距離Ｌ２＝１５．０００ｍｍ、であった。

一方、前記理想状態に対して前記系の温度を３０℃に上昇させた場合、前記系における物体個々の熱変位により、変位センサ７０による計測値としての距離Ｌ１が、５．００００６ｍｍとなった。
この場合、前記式（１）によれば、
ｄ１＝３０．０００－２×（９．９９９９４）＝１０．０００１ｍｍ、となる。

つまり、前記系の温度を１０℃上げた影響で、０．０００１ｍｍという、目標値ｄ２とのずれ（加工誤差）が発生した。しかし、この０．１μｍ程度の加工誤差は、目標値ｄ２＝１０．０００ｍｍとして、加工部の各部（例えば、ワークＷ、主軸５２、主軸台５３、主軸台５３を支えるテーブル、刃物台４３、刃物台４３を支えるテーブル等…）にそれぞれ発生する熱変位の影響を受けて生じる加工誤差が１００分の１ミリ程度のスケールである実情を鑑みると、相対的に非常に小さく、殆ど無視して良いと言える。すなわち、本実施形態によれば、加工部における温度にかかわらず、加工後ワーク径を正確に計測することができる。

文献１～３等の従来技術によれば、加工後ワーク径の計測自体に誤差が載り易い。加工後ワーク径の計測結果が正確でない場合、当然、加工後ワーク径と目標値との差分である加工誤差も信頼できない値となり、加工誤差に基づく熱変位補正も適切に実行できない。これに対して本実施形態は、変位センサ７０が置かれた環境の温度によらず、加工後ワーク径を正確に計測することができる。そのため、加工後ワーク径と目標値との差分である加工誤差は、ＮＣ旋盤１０（加工部）における熱変位を的確に表しており、その結果、熱変位補正を適切に実行してワークＷの加工精度を向上させることができる。

本実施形態の一つとして、変位センサ７０は、ＣＰＵ等のプロセッサやメモリ等の記憶部を有する構成であってもよい。そして、変位センサ７０は、ＮＣ装置１１からステップＳ１１０やステップＳ２００やステップＳ２２０の各タイミングで計測指示を受信し、受信した計測指示に応じてワークＷや主軸５２に対する計測を行い、計測値をＮＣ装置１１へ送信するとしてもよい。また、第２実施例では、変位センサ７０は、ステップＳ２００における計測値（距離Ｌ３）を記憶部に一旦記憶させ、ＮＣ装置１１は、ステップＳ２２０において、変位センサ７０が計測した計測値（距離Ｌ４）と、変位センサ７０の記憶部に記憶された距離Ｌ３とを、読み出すとしてもよい。ＮＣ装置１１と変位センサ７０との間の通信は、有線方式、無線方式のいずれであってもよい。

本実施形態の一つとして、変位センサ７０が搭載される位置の近傍の温度を計測する温度センサ８０を更に備え、ＮＣ装置１１は、温度センサ８０による計測値に基づいて、変位センサ７０による計測値を補正し、当該補正後の変位センサ７０による計測値に基づいて加工後ワーク径を演算するとしてもよい。

図４を参照すると、ＧＢ２０の非回転部２１に、温度センサ８０が取り付けられている。温度センサ８０も、変位センサ７０と同様に、ＮＣ装置１１と有線又は無線により通信可能である。図４に示す温度センサ８０によれば、変位センサ７０を搭載するＧＢ２０の温度、あるいはＧＢ２０近傍の温度を計測することができる。むろん、図６の例において、ＧＢ支持部３０の貫通孔３１近傍等に、温度センサ８０を取り付けてもよい。変位センサ７０による計測値（距離Ｌ１，Ｌ２や距離Ｌ３，Ｌ４）としての電気信号は、環境温度に影響されて、そのレベルが微妙に変動することがある。そこで、ＮＣ装置１１は、温度センサ８０から温度の計測値を例えば、ステップＳ１１０やステップＳ２００やステップＳ２２０のタイミングで併せて取得する。そして、ステップＳ１２０や、ステップＳ２３０では、加工後ワーク径を演算する前に、変位センサ７０から取得した計測値（距離Ｌ１，Ｌ２や距離Ｌ３，Ｌ４）を、温度センサ８０から取得した温度の計測値に応じた補正係数（予め各温度に対応して用意されている補正係数）を掛ける等して補正する。これにより、ＮＣ装置１１は、温度の影響を排除した、より正確な加工後ワーク径を得ることができる。

なお、加工後ワーク径の演算は、上述した方法に限られない。第１実施例において、ＮＣ装置１１は、ＧＢ２０の第１回転部２３（図４）の外径を、既知の値（距離Ｄ３）として有しているとする。この場合、ステップＳ１２０（図３）では、ＮＣ装置１１は、距離Ｄ３から距離Ｌ２を２倍した値を差し引くことで、加工後ワーク径ｄ１を得ることができる。

ステップＳ１００（図３）やステップＳ２１０（図７）の説明では、加工後のワークＷを主軸５２とともに後へ移動させることで、被加工部位を変位センサ７０による計測位置に位置合わせするとした。しかし、ＧＢ支持部３０をＺ軸方向に移動可能な構成とし、ＮＣ装置１１は、ステップＳ１００やステップＳ２１０では、ＧＢ支持部３０を前方に移動させることによりワークＷの被加工部位と変位センサ７０による計測位置とを位置合わせしてもよい。

本実施形態は、ＧＢ２０、主軸５２を支持する支持部（ＧＢ支持部３０）のいずれか一方に変位センサ７０が搭載される構成だけでなく、ＧＢ２０、主軸５２を支持する支持部（ＧＢ支持部３０）の両方に変位センサ７０が搭載される構成も、開示範囲に含んでいる。つまり、ＮＣ旋盤１０は、ガイドブッシュ方式の加工処理の中で所定のタイミングで実行する加工後ワーク径の計測処理では、ＧＢ２０が搭載する変位センサ７０による計測を行い、ノンガイドブッシュ方式の加工処理の中で所定のタイミングで実行する加工後ワーク径の計測処理では、ＧＢ支持部３０が搭載する変位センサ７０による計測を行うことができる。

本件において、変位センサ７０が搭載される、主軸５２の前端部近傍を支持する支持部は、ＧＢ支持部３０以外の構造物であってもよい。例えば、ガイドブッシュを着脱する機能を有さないが主軸５２の前端部近傍を支持可能な支持部に、変位センサ７０が搭載されてもよい。

１０…ＮＣ旋盤、１１…ＮＣ装置、１１ａ…ＣＰＵ、１１ｂ…ＲＡＭ、１１ｃ…ＲＯＭ、１２…操作受付部、１３…表示部、２０…ＧＢ、２１…非回転部、２３，２４…回転部（第１回転部、コレット）、２５…貫通孔、２６…貫通孔、３０…ＧＢ支持部、３１…貫通孔、３２…貫通孔、４３…刃物台、５２…主軸、５３…主軸台、６１…アクチュエータ、７０…変位センサ、８０…温度センサ、Ｐ…加工プログラム、Ｗ…ワーク

Claims (6)

1. 主軸が把持するワークを前記主軸の前方で支持するガイドブッシュ又は前記主軸を支持する支持部の少なくとも一方に内蔵された変位センサと、
   加工後の前記ワークに対する前記変位センサによる計測値に基づいて加工後の前記ワークの径を演算する演算部と、を備えることを特徴とする工作機械。
2. 前記主軸は軸方向の前後に移動可能であり、前記ワークの加工後の前記主軸の後退により前記ワークの被加工部位を前記軸方向における前記変位センサによる所定の計測位置へ移動させ、当該移動後の前記ワークの被加工部位に対して前記変位センサによる計測を行うことを特徴とする請求項１に記載の工作機械。
3. 前記ガイドブッシュは、回転しない筒状の非回転部と、前記非回転部の内側で前記主軸の回転と同期して回転可能であって前記ワークを支持する回転部と、を含み、
   前記回転部は、支持する前記ワークの一部分を露出させる貫通孔を有し、
   前記非回転部に内蔵された前記変位センサは、前記貫通孔を通じて前記ワークに対する計測を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の工作機械。
4. 前記支持部は、前記ガイドブッシュを着脱可能であり、
   前記支持部に内蔵された前記変位センサは、前記支持部から前記ガイドブッシュが取り外された状態で、前記主軸が把持する前記ワークに対する計測を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の工作機械。
5. 前記変位センサが内蔵される位置の近傍の温度を計測する温度センサを更に備え、
   前記演算部は、前記温度センサによる計測値に基づいて、前記変位センサによる計測値を補正し、当該補正後の前記変位センサによる計測値に基づいて前記径を演算することを特徴とする請求項１～請求項４のいずれかに記載の工作機械。
6. 主軸が把持するワークを前記主軸の前方で支持するガイドブッシュ又は前記主軸を支持する支持部の少なくとも一方に内蔵された変位センサにより加工後の前記ワークに対する計測を行う計測工程と、
   前記計測工程による計測値に基づいて、加工後の前記ワークの径を演算する演算工程と、を備えることを特徴とするワーク計測方法。

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