JPH0583802U - 数値制御工作機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】被加工物に複数回の加工をする場合に限らず、
被加工物の加工面の表面荒さや形状，加工屑や冷却水の
等の影響を受けずに、より正確に熱変位量が求められ、
その変位量の補正を可能にする。 【構成】数値制御工作機おいて、位置検出部４４は、所
定の距離だけ離れた２の点の位置情報を検出する。副演
算部４６は、所定距離に基づく、予め記憶させた所定の
位置に基づく位置と前記位置情報との変位を演算する。
補正部４８は、副演算部４６の結果に基づき補正のため
の式を作成する。主演算部４３は、制御全体を司る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

加工具と被加工物とを相対移動させ、加工具などの変位補正量を演算すると共 に、この演算結果に基づいて相対移動を制御し、加工を行う数値制御工作機に関 するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来、この種の数値制御工作機については、特開平３−１３６１０８号公報に 記載されているものがあり、詳細はその公報に譲るとして、ここでは、その概略 を説明する。

【０００３】 この従来の数値制御工作機においては、同一の加工物に、複数回の加工を施す 場合にのみ、各加工回の加工前に、その加工面の異なる２点の位置情報を取得す ると共に、その位置情報を結ぶ直線式を作成し、今回の加工開始に先立って前回 と今回の直線式を比較して、任意の位置での位置変化量を求める。そして、この 変化量は、温度変化に基づくものであるから、今回の加工においてその変化量を 加味し温度補償を行うように構成されていた。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、従来の数値制御工作機においては、被加工物の加工面の異なる ２点から位置情報を取得すると共に、その位置情報を結ぶ直線を作成し、前回に 作成した直線と今回作成した直線とを比較することによって、相対的な位置の変 位量を求めているので、同一被加工物に対し、複数回の加工が行われる場合にし か、相対的な変位量が求められず、従って、それ以外の場合では、変位量が求め られず、補正が行えないという問題点がある。また、被加工物の加工面から位置 情報を求めるので、被加工物の表面荒さや形状だけでなく、加工屑や冷却水の影 響等、位置情報を取得する加工面の状況により、位置情報の測定精度が低下し、 正確な変位量が求められないという問題もある。

【０００５】 本考案は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、同一の被加 工物に複数回の加工を施す場合に限らず、より正確に熱変位量を求めた後、その 変位量の補正を可能にするために為されたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

本考案の数値制御工作機は、加工具を回転させる回転手段と、加工具と被加工 物とを相対的に移動させる移動手段と、加工具による被加工物への加工条件を記 憶する加工条件記憶手段と、加工条件記憶手段に記憶された加工条件に基づき、 回転手段及び移動手段をそれぞれ制御し、被加工物と加工具とを相対的に移動さ せ、加工を行う加工制御手段と、加工具が、設定された第１所定位置と、その第 １所定位置と所定距離だけ離れた第２所定位置とに、到達したことを検出すると 共に、到達信号を出力する到達検出手段と、到達検出手段の到達信号に基づき、 加工具の位置を検出すると共に、位置データを出力する位置検出手段と、到達検 出手段からの第１所定位置に対応する位置データ及び第２所定位置に対応する位 置データと、所定距離に基づく位置との変位差を演算する演算手段と、演算手段 の演算結果に基づき、加工制御手段を補正制御する補正手段とを備えている。

【０００７】

【作用】

本考案の数値制御工作機において、回転手段は加工具を回転させ、移動手段は 、この加工具と被加工物とを相対的に移動させる。加工条件記憶手段は、加工具 による被加工物への加工条件を記憶する。加工制御手段は、加工条件記憶手段に 記憶された加工条件に基づき、回転手段及び移動手段をそれぞれ制御し、被加工 物と加工具とを相対的に移動させ、加工を行う。到達検出手段は、加工具が、設 定された第１所定位置と、その第１所定位置と所定距離だけ離れた第２所定位置 とに、到達したことを検出すると共に、到達信号を出力する。位置検出手段は、 到達検出手段の到達信号に基づき、加工具の位置を検出すると共に、位置データ を出力する。演算手段は、到達検出手段からの第１所定位置に対応する位置デー タ及び第２所定位置に対応する位置データと、所定距離に基づく位置との変位差 を演算する。補正手段は、演算手段の演算結果に基づき、加工制御手段を補正制 御する。

【０００８】

【実施例】

以下本考案の数値制御工作機を具体化した一実施例を図面を参照して説明する 。図１に示すように、本実施例の数値制御工作機では、機台１０にコラム１２が 立設され、機台１０上面には水平な平面内でＸ方向及びＹ方向へ移動可能なワー クテーブル１４が設けらている。そのワークテーブル１４上にはワーク１６と、 ワーク１６へ加工を行うための加工具１８が接触したことを検出すると共に、そ の接触時に検出信号を出力する図３に示す接触検出器７０とが配される。前記加 工具１８は、着脱可能に主軸２０に保持され、その主軸２０は、主軸ヘッド２２ に支持されている。この主軸ヘッド２２には、ナット部２４が形成され、そのナ ット部２４は、コラム１２に設けられたボールネジ２６と嵌合している。ボール ネジ２６は、軸受３０，３２のベアリングを介して、その上端と下端でコラム１ ２に回転自在に支持される。その上端の軸受３０部分においては、ボールネジ２ ６が軸線方向にスライド不可能に支持され、一方、その下端の軸受３２では、ボ ールネジ２６が軸線方向にスライド可能に固定される。この支持法はボールネジ ２６が熱膨脹や機械的なずれを生じたとき軸受３０，３２等に無理な力が加わる のを防止するための構成である。

【０００９】 また、このボールネジ２６は、送りモータ３４により回転させられ、送りモー タ３４の回転の方向により、主軸ヘッド２２がワーク１６に対し往復移動する。 この主軸ヘッド２２には、加工具１８を回転させる加工モータ３６が設けられて いる。この送りモータ３４及び加工モータ３６の両モータ（以下、両モータと略 す。）には、何回転・何度回転するかによって定義される位置を検出可能とする 位置情報の信号を出力するパルスジェネレータ等が設けられている。また、往復 移動する主軸ヘッド２２の基準位置を決めるために、コラム１２には原点スイッ チ３８が設けられている。この原点スイッチ３８のオンオフをするドグ４０が、 主軸ヘッド２２に設けらている。ドグ４０によって原点スイッチ３８がオンにさ れる位置が主軸ヘッド２２の基準位置である。

【００１０】 数値制御工作機の内部には、加工全体を司る加工制御装置４２が設けられ、こ の加工制御装置４２には、前記接触検出器７０と、加工具１８やワーク１６や加 工の寸法などの加工条件を入力するキーボードと、加工の状態やその他の情報を 表示するＣＲＴと、キーボードから入力された加工条件等を記憶する記憶装置４ １と、パルスジェネレータとが接続されている。尚、この記憶装置４１には、使 用する加工具１８及び交換後の第２加工具５０，接触検出器７０等，その寸法に 基づく後述する距離Ｌだけ離れた２点の位置情報等が予め記憶されている。

【００１１】 加工制御装置４２は、図２に示すように、両モータのモータ駆動装置及びパル スジェネレータ，キーボード，ＣＲＴ，記憶装置４１などに接続された主演算部 ４３と、両モータのパルスジェネレータ及び接触検出器７０に接続された位置検 出部４４と、位置検出部４４及び記憶装置４１に接続された副演算装置４６と、 副演算部４６と記憶装置４１に接続された補正部４８とによって構成される。位 置検出部４４は、接触検出器７０からの検出信号が入力される時、パルスジェネ レータからの位置情報に基づき主軸ヘッド２２の基準位置からの位置を検出し、 その位置情報を表す信号を副演算部４６へ出力する。副演算部４６は、位置検出 部４４からの位置情報に基づいて所定の演算を行うと共に、演算結果を表す信号 を補正部４８へ出力する。補正部４８は、副演算部４６の演算結果より位置によ る変位を表す式を求め、その式に基づいて各種の加工条件に補正を行う。主演算 部４３は、記憶装置４１に記憶された加工条件と補正装置４８の補正に基づき、 両モータの駆動部へ指令値を出力し、加工具１８の回転や主軸ヘッド２２の移動 を制御し、前記両モータの一方のモータに他方のモータを加工に適するように同 期させて制御する。

【００１２】 以下、図３を用いて、接触検出器７０に付いて説明する。

【００１３】 接触検出器７０の頂部には、加工具１８が接触する当接部７２が配置され、こ の当接部７２を上端に支持し、下端にスイッチ板７４を支持するスイッチ軸７６ が、ケーシング７８に固定された案内管８０に摺動可能に挿入されている。当接 部７２から受ける圧力により、スイッチ板７４は下降し、ケーシング７８とスイ ッチ板７４との間に設けられたバネ８３がこれにより弾性変形する。従って、当 接部７２及びスイッチ板７４等はバネ８３の作用により上方に位置し、当接部７ ２に加工具１８が当接したときには、スイッチ軸７６がスイッチ板７４ともども 下方に移動するので、ケーシング７８に固定されたスイッチ８６が、スイッチ板 ７４によってオフからオンに切り換えられ、検出信号を加工制御装置４２へ出力 する。

【００１４】 以上のような構成の数値制御工作機では、加工の際、主軸ヘッド２２が上下に 往復動すると、主軸ヘッド２２と一体に取付けられたナット部２４とボールネジ ２６が摩擦により発熱する。これらの熱がコラム１２，ボールネジ２６，主軸ヘ ッド２２に伝わり、各部の温度が上昇する。厳密には機台１０にも伝熱するが、 伝熱量と熱容量の関係から機台１０の温度上昇は無視できるほど少なく、機台１ ０は熱による膨脹等の変化はないことが実験等より判っている。尚、当接部７２ の上面には、非常に滑らかになるように表面処理が施されている。

【００１５】 このとき、コラム１２は、上方に膨張するので、機台１０上面からコラム１２ の軸受３０の取付部までの距離をａとし、機台１０を基準としたときのコラム１ ２の軸受３０の取付部の熱変位を△ａと仮定する。ボールネジ２６は、上端の軸 受３０を基準としてスライド可能な下方向に熱膨脹する。よって、上端の軸受３ ０とナット部２４までの距離をｂとし、上端の軸受３０を基準としたときのナッ ト部２４がある位置のボールネジ２６の熱変位を△ｂと仮定する。主軸ヘッド２ ２は、ボールネジ２６とかみ合っているナット部２４によって位置決めされてい るので、そのナット部２４を基準としてナット部２４より上側の部分は上方向に 、ナット部２４より下側の部分は下方向に熱膨脹する。従って、ナット部２４と 主軸ヘッド２２の上下方向の距離をｃとし、ナット部２４を基準としたときの主 軸ヘッド２２の下端面４９の熱変位を△ｃと仮定する。以上のことから機台１０ を基準としたとき、主軸ヘッド２２の下端面４９は変位量△ａ−△ｂ−△ｃ（以 下、単に変位量とする。）だけ熱変位することになる。

【００１６】 また、ボールネジ２６は、先に説明したように軸受３０を基準として下方へ熱 変位するよう支持されているので、ボールネジ２６自体の熱変位は軸受３０から 遠くなるに従ってボールネジ各部の熱膨脹が累積されて大きくなる。また、ボー ルネジ２６各部の温度分布は厳密には発熱源に近い所の温度が高く均一ではない が、ボールネジ２６は細長い鉄であるので、熱電導がよくまた熱容量も小さいの でボールネジ２６の各部の温度差は小さい。従って、軸受３０を基準位置しての 距離と変位量の関係は図４に示すようにほぼ直線に近い関係になる。

【００１７】 前記変位量を補正するため数値制御工作機は、以下の過程を行い加工条件を補 正する。まず、主軸ヘッド２２の停止位置から、接触検出器７０の当接部７２に 突き当たるまで、主軸ヘッド２２が下降させられ、接触検出器７０のスイッチ８ ６がオンにされ検出信号が、加工制御装置４２へ出力される。加工制御装置４２ の位置検出部４４が、両モータの回転数等で定義される位置を検出し、副演算部 ４６へ検出した位置情報（以下、この位置をＺ１とする。）を出力する。続いて 、副演算部４６が、予め記憶装置４１に入力しておいた前記接触検出器７０及び 加工具１８の寸法によって定義される位置情報と、前記検出した位置情報とを比 較して、その変位Ｄ１を求め、補正部４８へ変位Ｄ１を表す信号を出力する。補 正部４８は、変位Ｄ１を記憶する。

【００１８】 そして、図５に示すように、加工具１８が取付後の先端寸法の異なる第２加工 具５０に交換される。このとき、加工具１８と第２工具５０との取付後の先端長 さはＬだけ異なるように、加工具１８及び第２加工具５０に取り付けられ、前記 記憶装置４１が予め記憶する長さ情報Ｌと一致するようになっている。

【００１９】 再び、主軸ヘッド２２が下降し、交換した第２加工具５０を当接部７２に接触 させ、副演算部４６へ検出した位置情報（以下、この位置をＺ２とする。）を出 力する。そして、副演算部４６が、予め記憶装置４１に入力しておいた前記接触 検出器７０及び第２加工具５０によって定義される位置情報と、前記検出した位 置情報とを比較して、その変位Ｄ２を求め、補正部４８へ変位Ｄ２を表す信号を 出力する。補正部４８は変位Ｄ２を記憶する。

【００２０】 次に、補正部４８は、変位と主軸ヘッド２２の検出した位置情報との関係を表 す直線の式を、縦軸を変位、横軸を主軸ヘッド２２の位置の座標系を用い、２点 （Ｚ１，Ｄ１），（Ｚ２，Ｄ２）から求めると下記の式１のようになる。

【００２１】

【数１】

【００２２】 この式に従って補正部４８がボールネジ２６上の各位置における補正量を求め 、主演算部４３がこの補正量を考慮した指令値をモータ駆動部へ出力する。そし て、第２加工具５０とワーク１６の相対移動の量や速度，第２加工具５０の回転 速度や回転トルクや回転数，主軸ヘッド２２の送り速度や送り量等の変位分を含 まない場合の指令値に、その補正量分を加算あるいは減算して補正された指令値 を両モータに送ることによって変位を解消した加工が可能となる。

【００２３】 尚、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、例えば、図６に示 すような接触検出器５１を用いると、加工具１８が、接触検出器５１の第１当接 部５２と第２当接部５４とで、接触させられる。そして、同様に接触検出器５１ から検出信号が出力され、所定の距離Ｌ２だけ離れた異なる２点から検出された 位置情報が取得される。よって、第１当接部５２と第２当接部５４とで定義され る所定の距離Ｌ２だけ離れた異なる２点での検出された位置情報と、それと予め 記憶された位置情報との変位から、同様の式を求め補正を行うことができ、本実 施例の場合、加工具の交換が不必要で、交換の時間が節約でき、当接部５５を種 々に交換することで所定距離及び検出位置が自在に設定可能である。尚、第１当 接部５２及び第２当接部５４の上面にも、非常に滑らかになるように表面処理が 施されている。

【００２４】 また、図７に示すような加工具５６を用いると、加工具５６の第１接触部５８ と第２接触部６０が、接触検出器７０の当接部７２に接触させられることにより 、接触検出器７０から検出信号が出力され、所定の距離Ｌ３だけ離れた異なる２ 点から検出された位置情報が取得される。尚、この場合も所定距離Ｌ３及び、そ れに基づく位置情報は、予め記憶装置４１に記憶されている。よって、加工具５ ６の第１接触部５８と第２接触部６０とで定義される所定の距離Ｌ３だけ離れた 異なる２点での検出された位置情報と、それと予め記憶された位置情報との変位 とから、同様の式が求められ補正を行う。そのため、加工具１８の交換が不必要 で、交換の時間が節約でき、加工具５６の第１接触部５８と第２接触部６０を種 々に設けることで所定距離及び検出位置が自在に設定可能である。尚、第１接触 部５２及び第２接触部５４の接触面にも、非常に滑らかになるように表面処理が 施されている。

【００２５】 このように、鉛直方向で所定距離だけ離れた２点における主軸ヘッド２２の検 出された位置情報と記憶された位置情報、つまり、記憶位置と指令位置とのズレ を求め、その２点のズレからボールネジ２６全域にわたる変位量を一次関数とし て求めることができ、主軸ヘッド２２のボールネジ２６の各位置にわたってより 正確な補正が可能である。尚、上記のように補正を行う方向としては、変位が発 生する方向と同一であれば、鉛直方向に限らず、水平方向や斜め方向であっても 良く、単軸方向だけの補正とは限らない。また、所定の距離Ｌ，Ｌ２，Ｌ３定義 する加工具１８，第２加工具５０及び接触検出器７０等に基づく、位置情報を記 憶装置４１に予め記憶しておいたが、それら加工具１８，第２加工具５０及び接 触検出器７０等の寸法を計測し、補正のための式作成の度に入力すれば、それら の熱変位分の考慮できより正確な熱変位量が求められる。

【００２６】 上述するように、所定の距離だけ離れた異なる２点から位置情報を取得し、変 位を表す直線の式を作成し、補正量を求めているので、ワーク１６に複数回の加 工をする場合に限らず、ワーク１６の加工面の表面荒さや形状だけでなく、加工 屑や冷却水影響の等、加工面の状況によらずに、より正確にこの変位量が求めら れ、その変位量の補正が可能である。

【００２７】

【考案の効果】

以上詳述したことから明らかなように、所定の距離だけ離れた異なる２点から 位置情報が取得され、且つ、変位が求められ、補正量が求められているので、被 加工物に複数回の加工をする場合に限らず、被加工物の加工面の表面荒さや形状 だけでなく、加工屑や冷却水の影響等、加工面の状況によらず、より正確に熱変 位量が求められ、その変位量の補正を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本考案の一実施例を示す構成図である。

【図２】図２は本実施例の制御系のブロック図である。

【図３】図３は本実施例の接触検出器の構成図である。

【図４】図４は本実施例の位置と変位との関係を表す図
である。

【図５】図５は本考案の第１実施例で用いられる加工具
を示す図である。

【図６】図６は本考案の第２実施例で用いられる接触検
出器を示す図である。

【図７】図７は本考案の第３実施例で用いられる加工具
を示す図である。

【符号の説明】

１８ 加工具 ２２ 主軸ヘッド ２４ ボールネジ ２６ ナット部 ３４ 送りモータ ４２ 加工制御装置 ４４ 位置検出部 ４６ 副演算部 ４８ 補正部 ５０ 第２加工具 ５１ 接触検出器 ５２ 第１当接部 ５４ 第２当接部 ５６ 加工具 ５８ 第１接触部 ６０ 第２接触部 ７０ 接触検出器

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 加工具を回転させる回転手段と、前記加
   工具と被加工物とを相対的に移動させる移動手段と、前
   記加工具による前記被加工物への加工条件を記憶する加
   工条件記憶手段と、前記加工条件記憶手段に記憶された
   加工条件に基づき、前記回転手段及び移動手段をそれぞ
   れ制御し、前記被加工物と加工具とを相対的に移動さ
   せ、加工を行う加工制御手段とを有する数値制御工作機
   において、 前記加工具が、設定された第１所定位置と、その第１所
   定位置と所定距離だけ離れた第２所定位置とに到達した
   ことを検出すると共に、到達信号を出力する到達検出手
   段と、 前記到達検出手段の到達信号に基づき、前記加工具の位
   置を検出すると共に、位置データを出力する位置検出手
   段と、 前記到達検出手段からの第１所定位置に対応する位置デ
   ータ及び第２所定位置に対応する位置データと、前記所
   定距離に基づく位置との変位差を演算する演算手段と、 前記演算手段の演算結果に基づき、前記加工制御手段を
   補正制御する補正手段とを備えたことを特徴とする数値
   制御工作機。
2. 【請求項２】 前記所定距離が自在に変更可能であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の数値制御工作機。
3. 【請求項３】 前記所定距離が加工具によって設定され
   ることを特徴とする請求項１記載の数値制御工作機。