JPH06170694A

JPH06170694A - 加工機械

Info

Publication number: JPH06170694A
Application number: JP15110191A
Authority: JP
Inventors: Yotaro Hatamura; 洋太郎畑村
Original assignee: Hamai Co Ltd
Current assignee: Hamai Co Ltd
Priority date: 1991-05-27
Filing date: 1991-05-27
Publication date: 1994-06-21
Anticipated expiration: 2011-12-25
Also published as: JP2566345B2

Abstract

(57)【要約】【目的】加工中に生じる発熱・加工反力を原因とする
加工具と被加工物との相対的な位置ずれをリアルタイム
で修正して加工精度を向上させる。【構成】加工機械の加工具と被加工物とを支持する各
構造部に発熱・加工反力・変形を検出するセンサを設置
し、その検出値と予め蓄積しておいたデータベースを参
照して、実際の加工中またはこれから加工される被加工
物の加工後の寸法を再現・予測する。得られた寸法と目
標とする設計寸法とを比較し、その差よりＮＣコントロ
ーラから加工機械のアクチュエータへ出力されている指
令値を補正して、加工具と被加工物との相対的な位置ず
れを修正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、工具パスおよび加工条
件が入力されたＮＣコントローラの指令に基づいて作動
するアクチュエータにより加工具と被加工物を所定の相
対位置に保ちながら加工するマシニングセンタ等の加工
機械に関する。

【０００２】

【従来の技術】マシニング・センタ等の加工機械は、そ
の被加工物、加工具、および被加工物と加工具を保持す
る加工機械の構造物が完全な剛体ではない。また、加工
機械の稼働中は、スピンドルを駆動するモータおよびそ
の減速ギヤ部における発熱、あるいは加工具が被加工物
を加工する際の発熱等により特定の部分の温度が上昇し
加工機械全体の温度分布が一様でなくなる。そのため、
加工機械の加工精度を向上させてより精密な加工をおこ
なおうとする場合にこれらのことが障害となってくる。
つまり、被加工物に切削等の加工をおこなうと加工具お
よび被加工物に加工反力が発生して、加工具および被加
工物はもちろん、加工具を支持するヘッド部、コラム
部、同じく被加工物を支持するテーブルおよびサドル等
に、それぞれその反力に応じて微小な弾性変形が生じ
る。また、被加工物の加工中に加工具の駆動モータやそ
の減速機構部の発熱がヘッド部およびヘッド部を支持す
るコラム部に伝えられる。これら各部はその温度上昇の
程度に応じて熱膨張する。このようにして熱膨張や弾性
変形が発生すると、加工具と被加工物の相対位置が所定
の位置よりもずれて加工精度が低下する。

【０００３】図３は、従来の工作機械の一例を示し、加
工具２が被加工物５を加工している状態を模式的に示し
たものである。図において、加工具２は加工具ホルダ１
２、スピンドル１１、ヘッド４、コラム３、ベース１と
順に連続的に支持されている。他方、被加工物５もテー
ブル７、サドル６を介してベース１に支持されている。
この工作機械では、被加工物５と加工具２との所定の相
対位置を保つため上記の各部材がベース１を介してＣ形
の構造体に形成されている。

【０００４】これらの構造体は通常の加工では変形量が
問題にならない程度の剛性を備えており、また停止状態
で発熱のない場合は全体の温度分布が一様となり、加工
精度に対する悪影響は生じることがない。しかしなが
ら、加工が開始されるとその加工条件に応じ、加工具２
と被加工物５に加工反力Ｆを生じる。それにより、被加
工物５および被加工物５を支持するテーブル７、サドル
６、ベース１は極めて微小であるが加えられた応力に応
じた弾性変形を生じ、時計方向に傾斜する。同様に、加
工具２側も、加工具２を支持する一連の加工具ホルダ１
２、スピンドル１１、ヘッド４、コラム３、ベース１が
加工反力Ｆの方向に応じてそれぞれ弾性変形を生じる。
コラム３において加工反力Ｆにより生じた歪みは、コラ
ム３の下部に記入されている歪み分布δｚのように内側
は伸長し外側は収縮する。

【０００５】また、ヘッド４には加工具の駆動モータ９
が設置され、駆動モータ９の回転が図示しないギヤ等か
らなる減速機構を介してスピンドル１１に接続されてい
る。そのためモータ９および減速機構の発熱によりヘッ
ド４自体が高温になるとともに、その熱はコラム３へも
伝えられる。コラム３は上端部の右側面から伝熱がある
と、コラム３の上部に記入されている温度分布Ｔに示す
ように、ヘッド４側が高温となり左の背面側に向かうほ
ど下降して低温となる。これらの温度勾配や加工反力の
ため、被加工物５の加工中にコラム３の上端では、本来
の正規の位置よりも高さ方向にΔｚ、横方向にΔｘの変
位を生じる。

【０００６】加工具２が被加工物５を加工する際に生ず
る熱の一部は、図中に矢印Ｈとして示すように、被加工
物５、テーブル７、サドル６、ベース１と順に伝達され
る。また、加工具２からは同様に加工時の発熱の一部が
加工具ホルダ１２、スピンドル１１、ヘッド４と順に伝
達され、各部は温度が上昇した分、熱膨張する。このよ
うに、被加工物５を加工する際に加工具２が消費する動
力の一部は、加工に有効に消費される以外に発熱に消費
されて被加工物５および加工具２に伝熱される。この発
熱が大量となり、被加工物５および加工具２が高温にな
ると、図中の矢印Ｒに示すように、放射および対流によ
り発熱の一部は外気に放出される。

【０００７】また、被加工物５の加工時には、加工具２
の動力の一部が機械的な振動Ｖとして被加工物５および
加工具２に伝えられる。同様に、音波Ｐとしても動力の
一部が外部へ放出される。いずれにしろ、加工の際に加
工具２に伝達された動力が現実には目的とする加工のみ
に消費されず、多くが発熱等のために消費されてしま
う。工作機械における被加工物５および加工具２を支持
する構造物のこのような発熱による変形の対策として、
従来は、加工具２が取付けられているヘッド４内に冷却
オイルや冷却水を循環させて発熱原因である駆動モータ
９や減速機構部等を冷却して、熱膨張による影響を解消
しようとしている。

【０００８】また、他の解決策として、発熱による熱膨
張が予め予想できる場合は、予想値に応じてヘッド４先
端である加工具２の位置座標を数値制御により補正する
こともある。さらには、コラム３の背面の一部にカウン
ターヒータを設置し、コラム３への伝熱の度合いに応じ
て背面を加熱して温度勾配を修正し、コラム３の反りを
打ち消すことが試みられている。同様に、加工反力によ
る、ヘッド４やコラム３等の変形についても、予め予想
できる場合は、予想値に応じてヘッド４の先端である加
工具２の座標を数値制御により補正することも試みられ
ている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の解決方法のうち、予め発生する変形量を予測して数値
制御により加工具２の座標値を変更補正する方法は、予
測値の精度が悪く、安定性、信頼性に劣る欠点がある。
また、加工具２と被加工物５を相対的に支持するヘッド
４やコラム３を冷却する方法は熱の移動を遮断したり、
温度勾配を除去する等の効果があるものの、構造物全体
を一定温度に保つことが不可能である。またさらに、加
工の進行にともない発生する加工反力による弾性変位に
ついては、全く対処することができない。

【００１０】いずれにしても、加工の進行にともない発
生し、しかも加工の状況により常に変動する加工具２と
被加工物５との間の相対位置のずれについては、その値
をリアルタイムで検出して補正することが不可能であっ
た。本発明は上記問題点を解決するためになされたもの
で、その目的とするところは、加工機械における加工具
と被加工物との間の相対的な位置制御で問題になる熱膨
張や弾性変化を原因として発生する微小変位をリアルタ
イムで高精度に補正してより精密な加工を可能にした加
工機械を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明は、工具パス、加工条件からなる加工デ
ータをＮＣコントローラに入力し、その加工データに基
づくＮＣコントローラの指令によりアクチュエータを作
動させて加工具と被加工物を所定の相対位置・姿勢に支
持しながら被加工物を加工する加工機械において、加工
具、被加工物、加工具と被加工物とを支持する構造体の
各部にそれぞれ加えられる熱と力の値および熱と力によ
り生じる変形量を検出するセンサと、入力された加工デ
ータを記憶しておく手段と、加工具が被加工物を加工す
る際に熱と力に起因して加工の種類ごとに発生し加工精
度確保の障害となる加工現象についての知識、およびそ
の加工現象を定量的に再現または予測するために用いら
れる各種パラメータを蓄積したデータベースと、加工デ
ータに基づき現在および所定時間後における被加工物の
目標とする加工形状を定量的に再現する手段と、センサ
の検出値と加工データに基づきデータベースを参照して
現在における被加工物の実際の加工形状を定量的に再現
する手段と、再現された現在における被加工物の実際の
加工形状と加工データとセンサの検出値に基づきデータ
ベースを参照し、そのまま加工を続けた場合に所定時間
後に得られる被加工物の加工形状を定量的に予測する手
段と、再現された現在における被加工物の目標とする加
工形状と実際の加工形状とを比較し、その差分から補正
信号を作成しＮＣコントローラへ送る比較手段と、再現
された所定時間後における被加工物の目標とする加工形
状とそのまま加工を続けた場合に得られる実際の加工形
状とを比較し、その差分から補正信号を作成しＮＣコン
トローラへ送る比較手段とを備えたことを特徴とする。

【００１２】第２の発明は、第１の発明において、加工
具と被加工物とを支持する構造体の一部および／または
加工具や被加工物の送り装置に設置されて加工具と被加
工物の相対位置・姿勢を微調整するアクチュエータと、
両比較手段からの補正信号に基づき微調整用のアクチュ
エータを作動させるコントローラとを備えたことを特徴
とする。第３の発明は、第１の発明または第２の発明に
おいて、両比較手段の補正信号により補正されてからの
加工結果をセンサの検出値により確認しながら加工デー
タごとにデータベース内の知識およびパラメータを更新
または蓄積する手段を備えたことを特徴とする。

【００１３】

【作用】第１の発明においては、加工具、被加工物、加
工具と被加工物とを支持する構造体の各部にそれぞれ加
えられる熱と力の値および熱と力により生じる変形量が
センサより検出され、また、入力された加工データは記
憶手段に記憶される。また、加工具が被加工物を加工す
る際に熱と力に起因して加工の種類ごとに発生し加工精
度確保の障害となる加工現象についての知識、およびそ
の加工現象を定量的に再現または予測するために用いら
れる各種パラメータがデータベースに蓄積されている。

【００１４】次いで、加工データに基づき現在および所
定時間後における被加工物の目標とする加工形状が定量
的に再現され、同様にして、センサの検出値と加工デー
タに基づきデータベースを参照して現在における被加工
物の実際の加工形状が定量的に再現され、さらに、再現
された現在における被加工物の実際の加工形状と加工デ
ータとセンサの検出値に基づきデータベースを参照し、
そのまま加工を続けた場合に所定時間後に得られる被加
工物の加工形状が定量的に予測される。

【００１５】再現された現在における被加工物の目標と
する加工形状と実際の加工形状とが比較され、その差分
から補正信号が作成されてＮＣコントローラへ送られ、
同様にして、再現された所定時間後における被加工物の
目標とする加工形状とそのまま加工を続けた場合に得ら
れる実際の加工形状とを比較し、その差分から補正信号
が作成されてＮＣコントローラへ送られる。

【００１６】第２の発明においては、加工具と被加工物
とを支持する構造体の一部および／または加工具や被加
工物の送り装置に微調整用のアクチュエータが設置さ
れ、この微調整用のアクチュエータをコントローラが両
比較手段からの補正信号に基づいて作動させることによ
り、加工具と被加工物の相対位置・姿勢が微調整され
る。第３の発明においては、両比較手段の補正信号によ
り補正されてからの加工結果がセンサの検出値により確
認されながら、加工データごとにデータベース内の知識
およびパラメータが更新または蓄積される。

【００１７】

【実施例】以下、図に沿って本発明の実施例を説明す
る。図１、図２は本発明を片持ち構造のマシニング・セ
ンタに適用した実施例を示し、図１は全体の構成を示す
ブロック図であり、図２はマシニング・センタ本体部の
構成を示す説明図である。図１において、加工機械であ
るところのマシニング・センタ２０は、ＮＣコントロー
ラ１５、知能化コントローラ３０および微調整用コント
ローラ１６により制御される。

【００１８】マシニング・センタ２０には、加工具４２
と被加工物４５の相対位置を移動または保持するｘ，
ｙ，ｚ軸および加工具４２の回転軸をそれぞれ駆動する
アクチュエータ２１と、加工具４２と被加工物４５とを
支持する構造体の一部に設置された微調整用のアクチュ
エータ２２および／またはヘッド４４・テーブル４７・
サドル４６と送り装置中のナットとの間に設置された微
調整用のアクチュエータ７０と、加工具４２、被加工物
４５、加工具４２と被加工物４５とを支持するコラム４
３等の構造体の各部にそれぞれ加えられる熱と力の値お
よび熱と力により生じる変形量を検出する各種のセンサ
２３とが備えられている。

【００１９】これらのアクチュエータ２１，２２が、そ
れぞれＮＣコントローラ１５、微調整用コントローラ１
６に制御されることにより、マシニング・センタ２０の
加工がおこなわれる。次に、ＮＣコントローラ１５およ
び微調整用コントローラ１６を統括制御する知能化コン
トローラ３０の動作について説明する。先ず、設計値に
基づいて被加工物４５を加工する際の工具パス、加工条
件等が加工データとして、ＮＣコントローラ１５および
知能化コントローラ３０に入力される。同様にして、マ
シニング・センタ２０のセンサ２３からは、加工具４
２、被加工物４５、加工具４２と被加工物４５とを支持
する構造体の各部にそれぞれ加えられる熱と力の値、お
よび熱と力により生じる変形量が入力される。

【００２０】知能化コントローラ３０内の加工データ記
憶手段３１は、入力された加工データを記憶し、再現手
段３３，３４、予測手段３５、データベース更新／蓄積
手段３８へ、それぞれの呼出しに応じて加工データを送
る。データベース３２には、予め、マシニング・センタ
２０において加工具４２が被加工物４５を加工する際に
加工の種類ごとに発生して加工精度を確保するのに障害
となる各種の加工現象に関する知識およびその加工現象
を再現または予測するためのパラメータが蓄積されてい
る。

【００２１】ここでいう加工現象およびパラメータと
は、加工具４２が被加工物４５に対しおこなう多様な加
工を内容ごとに分類整理し、個々の加工ごとに力と変形
の関係、力と発熱の関係、温度の伝播と変形の関係、加
工機械自体の熱変形の時間的変化等を、解析的手法と伝
達関数的手法により把握したものである。また、必要に
応じて加工具４２の経時劣化特性等も蓄積されている。
これらの蓄積された加工現象に関する知識やパラメータ
は、呼出しに応じて該当するものが再現手段３４，予測
手段３５へ送られる。また、データベース３２内の蓄積
データは、加工の経験を積むごとにデータベース更新／
蓄積手段３８により、データがより精度の高い値に更新
されたり、新たなデータが蓄積されていく。

【００２２】被加工物目標形状再現手段３３は、加工デ
ータ記憶手段３１内の加工データに基づき、現在および
所定時間経過後の目標となる被加工物４５の加工形状を
定量的に再現して、それぞれ比較手段３６，３７へ送
る。被加工物現在形状再現手段３４は、加工データ記憶
手段３１内の加工データに基づく現在の加工形状を、デ
ータベース３２を参照しながらセンサ２３の検出値から
加工具４２と被加工物４５との相対位置のずれ量を算出
するとともに、各部の温度変化、加工反力の値を用いて
被加工物４５の実際の加工寸法を算出して順次蓄積して
いくことにより、現在における被加工物４５の実際の加
工形状を定量的に再現し、予測手段３５および比較手段
３６へ送る。

【００２３】被加工物未来形状予測手段３５は、再現手
段３４で再現された現在における被加工物４５の実際の
加工形状に基づき、加工データ記憶手段３１から得られ
るそれ以後の加工データおよびセンサ２３の検出値を参
照し、その加工に伴い発生する加工現象をデータベース
３２内の知識およびパラメータを用いて定量的に再現す
る。次いで、再現された加工現象から所定時間経過後の
被加工物４５の加工形状を定量的に予測し、比較手段３
７へ送る。比較手段３６は、入力された現在の目標とな
る被加工物４５の加工形状と実際の加工形状とを比較し
てその差分を求め、その差分を解消するための補正信号
を作成し、ＮＣコントローラ１５，微調整用コントロー
ラ１６およびデータベース更新／蓄積手段３８へ送る。

【００２４】比較手段３７は、入力された所定時間経過
後の目標となる被加工物４５の加工形状と予測した実際
の加工形状とを比較してその差分を求めるとともに、そ
の差分を解消するための補正信号を作成し、ＮＣコント
ローラ１５，微調整用コントローラ１６およびデータベ
ース更新／蓄積手段３８へ送る。データベース更新／蓄
積手段３８は、コントローラ１５，１６へそれぞれ送ら
れた補正信号により補正されたマシニング・センタ２０
の加工結果がセンサ２３の検出値として入力されると、
両補正信号と比較し、補正信号を生成するための基準と
なったデータベース３２内の知識およびパラメータを加
工の種類ごとに更新または蓄積する。

【００２５】両補正信号が入力されたＮＣコントローラ
１５は、予め加工データとして入力された設計値に基づ
く工具パスおよび加工条件に従い、順に通常のアクチュ
エータ２１を作動させて加工具４２と被加工物４５を所
定の相対位置に保持または移動させている。そこへ補正
信号が入力されると、ＮＣコントローラ１５はアクチュ
エータ２１の作動量を補正信号の値に応じて補正する。
同様に、微調整用コントローラ１６は、両補正信号によ
りＮＣコントローラ１５がアクチュエータ２１の作動量
を補正してもまだ完全に補正しきれない分を、微調整用
のアクチュエータ２２を作動させて、加工具４２と被加
工物４５の相対位置・姿勢をさらに高精度で補正する。
特に、通常のアクチュエータ２１の軸数が少なくてＮＣ
コントローラ１５による補正だけでは不充分な場合、微
調整用のアクチュエータ２２による補正が有効に作用す
る。

【００２６】これらの結果により、マシニング・センタ
２０において加工の進行とともに加工具４２と被加工物
４５の相対位置が、加工反力および熱膨張の影響で微小
なずれを生じても、正規の状態に戻されて加工精度が向
上する。また、データベース３２内のデータが加工の経
験を積みながら学習により、新たなデータを更新または
蓄積していくことで、マシニング・センタ２０における
加工状態の変化にも柔軟に対応することができる。な
お、比較手段３６からの補正信号による補正は、その時
点での目標値との差に基づくものであるからフィード・
バック制御である。また、比較手段３７からの補正信号
による補正は、そのまま加工を続けた場合に将来に予想
される目標値との差に基づくものであるからフィード・
フォワード制御である。

【００２７】図２はマシニング・センタ２０の具体的な
構成を示す説明図である。図において、ベース４１上に
は加工具４２を支持するためのコラム４３およびヘッド
４４が設置されるとともに、被加工物４５を支持するた
めのサドル４６、テーブル４７、二方向フェイルセイフ
テーブル４８、六分力テーブル４９、クランプを兼ねた
姿勢決め機構５１がそれぞれ設置されている。なお、サ
ドル４６およびテーブル４７は、図示していないがそれ
ぞれモータにより直線駆動されるとともに、その駆動部
にフェイルセイフ機構および１軸力センサおよび微動送
り装置７０が設置されている。これらの各構成部は加工
具４２と被加工物４５を支持するため、全体がＣ形をし
た構造となる。

【００２８】Ｃ形構造の上端部となる加工具４２は、フ
ェイルセイフ機構５２と力センサ５３を備えた力センシ
ングホルダ５４を介してスピンドル５５に着脱自在に把
持される。スピンドル５５は、トルク・スラストセンサ
５６，トルク・スラストフェイルセーフ機構５７を介し
て、ヘッド４４に設置されたモータ５８と接続されてい
る。なお、力センシングホルダ５４には、フェイルセイ
フ機構５２の代わりにコンプライアンス機構を設置する
こともある。また、スピンドル５５には力センシングホ
ルダ５４の代わりに、形状測定プローブを取付けること
も可能である。

【００２９】ヘッド４４はコラム４３に上下動自在に支
持されるとともに、モータ６１，ボールネジ６２等から
なる上下方向の駆動機構と、ロードセル６３，フェイル
セイフ機構６４および微動送り装置７０を介して接続さ
れている。コラム４３の中間部の外周面には、コラム４
３の変形を検出するための変形センサ６５が取付けら
れ、その下方にアクティブ構造体６６が形成されてい
る。コラム４３の上端部に温度センサ６７が設置れると
ともに、マシニング・センタ２０の外部には雰囲気の温
度を測定する温度センサ６８が設置されている。なお、
図では、コラム４３に１個の温度センサ６７のみが示さ
れているが、実際には全体の温度分布の変化を監視する
ため、コラム４３の他の部分をはじめとし、ヘッド４
４、ベース４１、サドル４６、各テーブル４７，４８，
４９等それぞれに温度センサが設置されている。また変
形センサ６５は、図示のようにコラム中間部に限ること
なく、コラムの上端から下端部までの外周等、測定を必
要とする標点位置に応じコラム外周の任意の位置に取付
られる。

【００３０】また、マシニング・センタ全体を視覚的に
監視する視覚センサとしてカメラ６９と、マシニング・
センタの動作を音により監視する音センサとしてマイク
ロフォン７１が外部に設置されている。これらの各種セ
ンサが図１におけるセンサ２３の一部である。このよう
な構造をしたマシニング・センタ２０においては、被加
工物４５をｘ，ｙ方向にそれぞれ移動させるサドル４６
およびテーブル４７の駆動用モータ（図示せず）と、加
工具４２をｚ方向に移動させるモータ６１、それに加工
具４２を回転駆動するモータ５８が通常のアクチュエー
タ２１である。これらのアクチュエータ２１は、予め入
力された工具パス、加工条件に基づくＮＣコントローラ
１５の指令により順に作動して加工を進める。

【００３１】加工が進むにつれて発生する熱は、温度セ
ンサ６７等の各部に設置した温度センサの検出値から各
部の温度および温度分布が得られる。なお、カメラ６９
が撮像した画像のスペクトルからも各部の温度および全
体の温度分布を得ることができる。特に、カメラ６９を
用いると、センサの設置が不可能な部分についての表面
温度を非接触で検出することができる。また、加工中に
生じる加工反力は、センサ２３の一部でもあるサドル４
６およびテーブル４７に設置されている１軸力センサ
（図示せず）、六分力テーブル４９、力センサ５３、ト
ルク・スラストセンサ５６、ロードセル６３により、各
アクチュエータごとに検出される。

【００３２】さらに、加工中の発熱および加工反力によ
り生じるコラム４３の変形は、変形センサ６５により検
出される。これらの各種センサにより収集されたマシニ
ング・センタ２０各部の温度、加工反力、変形量は、知
能化コントローラ３０により処理されて補正信号として
出力され、ＮＣコントローラ１５からのアクチュエータ
２１であるモータ５８，６１等への指令値を補正する。
その結果、発熱および加工反力の影響により、加工具４
２と被加工物４５との相対位置が正規の値からずれた場
合も直ちに修正される。

【００３３】実施例のマシニング・センタ２０はＣ形を
した片持ち構造であるため、加工中の発熱や加工反力に
よる影響として加工具４２の軸心が一方に傾きやすい。
そのため、ＮＣコントローラ１６からアクチュエータ２
１の動作量を補正した場合、アクチュエータ２１により
ｘ，ｙ，ｚの３軸を駆動しているため、加工具４２と被
加工物４５の相対位置の補正が可能であるものの、加工
具４２と被加工物４５との間に発生する相対的な傾きを
補正することができない。

【００３４】そこで、ＮＣコントローラ１５で補正でき
ない傾きを、微調整用アクチュエータ２２である姿勢決
め機構５１とアクティブ構造体６６とによって修正す
る。姿勢決め機構５１は被加工物４５側を修正し、アク
ティブ構造体６６は加工具４２側を修正する。姿勢決め
機構５１およびアクティブ構造体６６は、可動範囲が狭
いもののそれぞれ複数の制御軸を有しているため、何れ
の方向の微小な傾きであっても容易に補正することがで
きる。なお、姿勢決め機構５１および微動送り装置７０
には、ピエゾ素子が組み込まれて複数軸の制御を可能に
する機構が用いられる。また、アクティブ構造体６６
は、コラム４３の壁面を区分し、その区分ごとに加熱ま
たは冷却することにより強制的にコラム４３を熱変形さ
せてコラム４３の姿勢を任意の方向に傾けるようにした
ものである。また、微動送り装置７０は、ＮＣコントロ
ーラによる位置補間を行なうものである。

【００３５】上述したように、この実施例は、従来のＮ
Ｃコントローラでは不可能であった、マシニング・セン
タの発熱および加工反力による加工精度の低下を、各種
センサの検出値に基づきＮＣコントローラの指令値を補
正するとともに、姿勢決め機構５１およびアクティブ構
造体６６により傾きを補正するようにしたことにより、
加工の状態によって加工具４２と被加工物４５との相対
位置にずれが発生じても、リアルタイムで修正して常に
高精度の加工状態を維持する。

【００３６】なお、図２中の姿勢決め機構５１を微細位
置決め機構に代えることも可能であり、その場合は、従
来のサドル４６およびテーブル４７では達成できない高
精度のｘ，ｙ方向の位置決めが可能となる。また、図２
中の各部に設置したフェイルセイフ機構は、マシニング
・センタ２０の知能化を進めるにあたり、各アクチュエ
ータにそれぞれ設置される力センサを始めとして、加工
具４２と被加工物４５等が、予想しない過大な負荷によ
り破損されるのを防止するためのものである。さらに、
本発明は、実施例に示したＣ形構造のマシニング・セン
タ以外の加工機械、例えば旋盤、研削盤、プレス機械等
にも同様に適用することができる。

【００３７】

【発明の効果】以上述べたように第１の発明によれば、
加工データに基づくＮＣコントローラの指令により加工
される被加工物の現在および所定時間後の形状を、セン
サの検出値とデータベースを参照して定量的に再現また
は予測して、目標とする形状とそれぞれ比較し、その結
果を補正信号としてＮＣコントローラへ送ることによ
り、ＮＣコントローラの出力値がフィード・バック制御
およびフィード・フォワード制御によりリアルタイムで
補正されて、加工精度が向上する。

【００３８】第２の発明によれば、加工具と被加工物と
を支持する構造体の一部および／または加工具や被加工
物の送り装置に微調整用のアクチュエータが設置されて
加工具と被加工物の相対位置・姿勢が微調整されること
により、ＮＣコントローラの制御動作だけでは実現でき
ない微小な補正が可能となり、加工精度がさらに向上す
る。第３の発明によれば、両比較手段の補正信号により
補正されてからの加工結果がセンサの検出値により確認
されながら、加工データごとにデータベース内の知識・
パラメータが更新または蓄積されることにより、更に信
頼性のあるデータベースが構築されて加工精度が次第に
向上していく。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の全体構成を示すブロック図である。

【図２】実施例に係るマシニング・センタの構成を示す
説明図である。

【図３】加工機械の加工状態を模式的に示した説明図で
ある。

【符号の説明】

１５ＮＣコントローラ１６微調整用コントローラ２０マシニング・センタ２１アクチュエータ２２微調整用のアクチュエータ２３センサ３０知能化コントローラ３１加工データ記憶手段３２データベース３３被加工物目標形状再現手段３４被加工物現在形状再現手段３５被加工物未来形状予測手段３６，３７比較手段３８データベース更新／蓄積手段４１ベース４２加工具４３コラム４４ヘッド４５被加工物４６サドル４７テーブル４９六分力テーブル５１姿勢決め機構５３力センサ５４力センシングホルダ５５スピンドル５６トルク・スラストセンサ５８，６１モータ６２ボールネジ６３ロードセル６５変形センサ６６アクティブ構造体６７，６８温度センサ６９カメラ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】工具パス、加工条件からなる加工データ
をＮＣコントローラに入力し、その加工データに基づく
ＮＣコントローラの指令によりアクチュエータを作動さ
せて加工具と被加工物を所定の相対位置・姿勢に支持し
ながら被加工物を加工する加工機械において、加工具、被加工物、加工具と被加工物とを支持する構造
体の各部にそれぞれ加えられる熱と力の値および熱と力
により生じる変形量を検出するセンサと、入力された加工データを記憶しておく手段と、加工具が被加工物を加工する際に熱と力に起因して加工
の種類ごとに発生し加工精度確保の障害となる加工現象
についての知識、およびその加工現象を定量的に再現ま
たは予測するために用いられる各種パラメータを蓄積し
たデータベースと、加工データに基づき現在および所定時間後における被加
工物の目標とする加工形状を定量的に再現する手段と、センサの検出値と加工データに基づきデータベースを参
照して現在における被加工物の実際の加工形状を定量的
に再現する手段と、再現された現在における被加工物の実際の加工形状と加
工データとセンサの検出値に基づきデータベースを参照
し、そのまま加工を続けた場合に所定時間後に得られる
被加工物の加工形状を定量的に予測する手段と、再現された現在における被加工物の目標とする加工形状
と実際の加工形状とを比較し、その差分から補正信号を
作成しＮＣコントローラへ送る比較手段と、再現された所定時間後における被加工物の目標とする加
工形状とそのまま加工を続けた場合に得られる実際の加
工形状とを比較し、その差分から補正信号を作成しＮＣ
コントローラへ送る比較手段と、を備えたことを特徴とする加工機械。
【請求項２】請求項１の加工機械において、加工具と被加工物とを支持する構造体の一部および/ま
たは加工具や被加工物の送り装置に設置されて加工具と
被加工物の相対位置・姿勢を微調整するアクチュエータ
と、両比較手段からの補正信号に基づき微調整用のアクチュ
エータを作動させるコントローラと、を備えたことを特徴とする加工機械。
【請求項３】請求項１または２の加工機械において、
両比較手段の補正信号により補正されてからの加工結果
をセンサの検出値により確認しながら加工データごとに
データベース内の知識およびパラメータを更新または蓄
積する手段を備えたことを特徴とする加工機械。