JPH07237088A

JPH07237088A - 加工装置および加工方法

Info

Publication number: JPH07237088A
Application number: JP2860594A
Authority: JP
Inventors: Sunao Kodera; 直小寺; Hirofumi Suzuki; 浩文鈴木; Tomoaki Nakasuji; 智明中筋; Shin Hasegawa; 森長谷川; Koichi Iguchi; 公一井口; Shingo Nagai; 慎吾長井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-02-25
Filing date: 1994-02-25
Publication date: 1995-09-12

Abstract

(57)【要約】【目的】被加工物を加工しながら、工具の加工により
変形する量を算出し、この変形量に対する加工量の補正
を行なうものである。【構成】被加工物を加工する工具１の進行方向の前後
に配置された変位計２ａ、２ｂにより対面する被加工物
表面までの相対距離を測定する。変位計２ａの測定値に
基づいて、計算機７はテーブル駆動誤差等による加工量
の誤差を算出するとともに、変位計２ｃの測定値に基づ
いて、工具変形量を算出する。算出された加工量誤差と
工具変形量により補正量を求め、計算機７は微小移動装
置３を制御して工具１を微小変位させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、大口径および大長尺の
加工物を切削等、高精度に加工するための加工装置、お
よび加工方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】切削によって、高精度な形状を創成する
ためには、高精度な加工装置、例えば工具を高精度に駆
動する駆動テーブルを有するもの、および加工中の機械
熱変形を抑えるための厳密な温度環境が必要である。特
に、大口径、長尺物の加工には、大ストロークの高精度
駆動テーブルおよび長時間にわたる温度制御が必要なた
め、多大の労力が払われている。これらに対しては、従
来より加工中のテーブル駆動誤差および機械熱変形をイ
ンプロセスで、計測補正する手法が考えられた。

【０００３】図９は、例えば１９８９年度精密工学会秋
期大会学術講演会論文集１３５項に記載された従来の加
工装置の要部を示す構成図である。図９において、１は
工具、２ａ、２ｂは対面する加工面との距離をセンサー
等により測定する変位計、３は工具１および変位計２
ａ、２ｂが取り付けられ、工具１および変位計２ａ、２
ｂに微小変位を与える微小移動装置で、例えばピエゾ素
子駆動により上下方向に微小移動する。４はこの微小移
動装置が取り付けられたテーブル。５はこのテーブル４
の移動方向を示す矢印である。６は被加工物で、６ａは
加工する前の面である前加工面、６ｂは切削加工した後
の加工面である仕上げ面。７は前加工面６ａの形状およ
び加工しようとする目標加工形状を記憶、また変位計２
ａ、２ｂの出力値をもとに微小移動量を計算、指令を与
える計算機、８は計算機の指令値を増幅し、微小移動装
置に電圧を供給するドライブアンプである。

【０００４】上記構成による加工装置においては、矢印
５方向にテーブル４を移動させながら、工具１により被
加工物表面を切削する。しかし、加工動作中にテーブル
駆動誤差や、装置の熱変形等の原因により加工量誤差が
生じる。例えば変位計２ａ、２ｂがテーブル進行方向に
対して、工具１の前方、後方にそれぞれ配置され、対面
する加工面までの距離を測定し、その結果を基にして微
小移動装置を制御して切り込み量補正を行う。

【０００５】図９の加工装置における補正原理を説明す
る。図１０はその切削方法の説明図である。この場合の
切削法は、前加工面形状を予め測定かつストアしてお
き、加工時、その前加工面形状を基準にして、切り込み
補正を行うものである。

【０００６】変位計２ａは、工具１の前方にｓの間隔だ
け離して配置されている。今、加工前の被加工面形状が
既知であるとする。図１０における幾何学的関係より次
式を得る。（１）Ｉa(ｘ＋ｓ)＋Ｐ(ｘ＋ｓ)＝Ｔo(ｘ)＋δ(ｘ)＋Ｌ

【０００７】ここで、Ｉa(ｘ＋ｓ)は変位計２ａの測定
値で、測定基準９より前加工面のｘ＋ｓ地点までの相対
距離、Ｐ(ｘ)は前加工面形状、Ｔo(ｘ）は目標加工形
状、Ｌは測定基準９から工具１の切削ポイントまでのｙ
軸方向の相対距離。δ(ｘ）は加工後の加工形状と目標
加工形状との差、すなわち加工誤差である。例えば図に
示すテーブル駆動誤差Ｍ（ｘ)の上下方向の変形によ
り、この加工誤差が生じる。

【０００８】Ｔo(ｘ)は計算機７に予め記憶させてある
ので、加工誤差δ(ｘ)は（１）式より容易に求められ、
次式で表される。（２） δ(ｘ)＝Ｉb(ｘ＋ｓ)＋Ｐ(ｘ＋ｓ)−Ｔo(ｘ)−Ｌ

【０００９】計算機７は（２）式に示すδ(ｘ)を演算
し、この値を工具の微小移動量としてドライブアンプ８
に指令する。その結果を基にして、微小移動装置３はこ
の誤差分だけ上下に変位させて、補正しながら加工す
る。

【００１０】この加工装置においては被加工物を加工す
る前に、前加工面形状を測定しておく必要があった。例
えば工具１で加工せずに、はじめにテーブル４に備えら
れた変位計２ａ、２ｂを被加工物６上方で移動させて、
逐次的に測定しその測定結果を計算機に記憶させてお
く。その後にこの測定結果を基にして工具で加工を行
う。

【００１１】また、工具１を移動させながら被加工物の
加工と、前加工面形状Ｐ(ｘ)の測定を同時に行う方法と
して、図１１に示す特願平４−３０３７０４号の明細書
に掲載された加工装置と加工方法が提案されている。符
号は図９と同一である。工具１の移動方向に対して前方
に２つの変位計２ａ、２ｂが一列に等間隔で配置されて
いる。予め工具からある特定区間の前加工面（参照面と
呼ぶ）の形状が既知であるとする。すると加工量の補正
は、変位計２ａの出力値により図９と同一の方法で行わ
れる。この補正と同時にこの変位計２ａと既知である参
照面に基づいて、変位計２ａのさらに前方にある変位計
２ｂの測定値により、参照面より前にある未知の前加工
面形状が算出され、計算機７に記憶される。この記憶し
た前加工面形状を次の参照面として繰り返すことにより
加工量の補正がなされる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の加
工装置および加工方法では、加工中に発生する工具の摩
耗、収縮などの工具変形は無視しており、これらが加工
誤差の要因となるという欠点があった。また、工具寿命
を判定する装置および方法を有していないため、工具摩
耗が非常に進行した工具で加工を続けるという欠点があ
った。さらに、加工中、モータおよびベアリングから伝
わってくる熱により被加工物の温度が上昇し熱膨張をす
る。従来は、これを無視していたため、加工直後は高精
度に加工できていても、加工後被加工物が基準温度に戻
った時、収縮が発生しそれが加工誤差になるという欠点
があった。

【００１３】本発明は、かかる問題点を解決するために
なされたもので、工具の変形および被加工物の熱膨張に
よる誤差を算出し、加工量を補正できる加工装置および
加工方法を提供することを目的としている。

【００１４】また、工具の寿命を判定し、工具摩耗が非
常に進行した場合、加工を中止する加工装置および加工
方法を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１にお
ける加工装置は、被加工物に対して相対的に移動しなが
ら、被加工物を加工する工具、工具の相対的移動方向の
前方に位置し、工具とともに相対的に移動しながら、対
面する加工表面との距離を測定する第一の変位計、工具
の相対的移動方向の後方に位置し、工具とともに相対的
に移動しながら、対面する加工表面との距離を測定する
第二の変位計、第一の変位計の測定値により被加工物の
加工量を求めるとともに、第二の変位計の測定値により
工具の変形量を求めて、この加工量を補正するように工
具を変位させる工具制御手段を備えたものである。

【００１６】また、請求項２の加工装置において、工具
の相対的移動方向の前方で、かつ第一の変位計の前方に
位置し、工具とともに相対的に移動しながら、対面する
加工表面との距離を測定する第三の変位計を備え、工具
制御手段は、第一の変位計とこの第三の変位計の測定値
により加工前の加工面形状を算出するようにしたもので
ある。

【００１７】また、請求項３の加工装置において、工具
制御手段は、工具の変形量がある基準値を越えたとき
に、加工を中止する制御を行なうようにしたものであ
る。

【００１８】また、請求項４の加工装置において、工具
の収縮量を測定する第四の変位計を備え、工具制御手段
は、工具変形量とこの工具収縮量により工具摩耗量を算
出し、これら工具変形量、工具収縮量、工具摩耗量のい
ずれか一つが、おのおのの基準値を越えたときに、加工
を中止するようにしたものである。

【００１９】また、請求項５の加工装置において、被加
工物に対して相対的に移動しながら、被加工物を加工す
る工具、工具の相対的移動方向の前方に位置し、工具と
ともに相対的に移動しながら、対面する加工表面との距
離を測定する第一の変位計、被加工物の表面の温度を測
定する温度計、第一の変位計の測定値により被加工物の
加工量を求めるとともに、温度計の測定値により被加工
物の熱膨張量を求めて加工量を補正するように工具を変
位させる工具制御手段を備えたものである。

【００２０】また、請求項６の加工装置において、請求
項１、２で、さらに被加工物の表面を測定する温度計を
備え、工具制御手段は、被加工物の表面温度により被加
工物の熱膨張量を算出して、被加工物の熱膨張に対する
加工量の補正を行なうようにしたものである。

【００２１】また、この発明での請求項７における加工
方法は、工具制御手段が工具に加工量誤差を補正する制
御を行いながら、工具を被加工物に対して相対的に移動
させて、被加工物表面を目標加工形状に加工する加工方
法であって、工具の相対的移動方向の前方にある第一の
基準点と、この第一の基準点の下方に位置する被加工物
表面との距離Ｌａを測定して、第一の基準点下の加工面
形状Ｐａと目標加工形状に基づき、加工量誤差を算出す
るとともに、工具の相対的移動方向の後方にある第二の
基準点と、この第二の基準点の下方に位置する被加工物
表面との距離Ｌｂを測定し、距離Ｌａと距離Ｌｂとの差
により算出される第二の基準点の下方に位置する加工面
形状Ｐｂと目標加工形状により工具変形量を算出し、加
工量誤差と工具変形量により加工量を補正する第一のプ
ロセスを含んだものである。

【００２２】また、請求項８の加工方法は、工具の相対
的移動方向の前方で、かつ第一の基準点の前方にある第
三の基準点と、この第三の基準点の下方に位置する被加
工物表面との距離Ｌｃを測定し、距離Ｌａと距離Ｌｃと
の差と、加工面形状Ｐａに基づいてこの第三の基準点下
の加工面形状Ｐｃを算出し、加工面形状Ｐｃの情報を上
記工具制御手段に記憶する第二のプロセスを含んだもの
である。

【００２３】また、請求項９の加工方法において、第一
のプロセスで算出される工具変形量を積算し、この積算
値が基準値を越えたとき、加工を中止するようにしたも
のである。

【００２４】また、請求項１０の加工方法は、第一のプ
ロセスで工具の収縮量を測定し、算出される工具変形量
を積算し、工具変形量の積算値と工具収縮量との差によ
り工具摩耗量を算出し、これら工具変形量の積算値、工
具摩耗量、および工具収縮量のいずれか一つがそれぞれ
の基準値を越えたとき、加工を中止するようにしたもの
である。

【００２５】また、請求項１１における加工方法は、工
具制御手段が工具に加工量誤差を補正する制御を行いな
がら、工具を被加工物に対して相対的に移動させて、被
加工物表面を目標加工形状に加工する加工方法であっ
て、工具の相対的移動方向の前方にある第一の基準点
と、この第一の基準点の下方に位置する被加工物表面と
の距離Ｌａを測定して、第一の基準点下の加工面形状Ｐ
ａと目標加工形状に基づき、加工量誤差を算出するとと
もに、被加工物表面の温度を測定することにより被加工
物の各面形状の熱膨張変形量を算出し、加工面形状Ｐａ
を補正するプロセスを含んだものである。

【００２６】また、請求項１２の加工方法で、第一のプ
ロセスにおいて、被加工物表面の温度を測定することに
より被加工物の各面形状の熱膨張変形量を算出し、加工
面形状Ｐａ、Ｐｂを補正するようにしたものである。

【００２７】

【作用】この発明における請求項１、２の加工装置によ
ると、工具の相対的移動方向の前方と後方に位置し、工
具とともに相対的に移動しながら、対面する加工表面と
の距離を測定するそれぞれ第一の変位計と第二の変位計
を用いて、第一の変位計の測定値により被加工物の加工
量を求めるとともに、第二の変位計の測定値により工具
変形量を求めて加工量を補正し、それに応じて工具を変
位させるので、被加工物の加工量と同時に、工具変形量
に対する補正ができ、短時間でかつ高精度の加工ができ
る。さらに請求項２では第一の変位計よりさらに前方に
位置し、工具とともに相対移動しながら対面する加工表
面との距離を測定する第三の変位計を備え、加工前の加
工面形状を算出するようにしたので、加工に同時に前加
工面形状を得られ、前加工面形状をあらかじめ測定、記
憶する必要がない。

【００２８】また、請求項３の加工装置によると、工具
制御手段は工具の変形量がある基準値を越えたときに、
加工を中止する制御を行なうようにしたので、変形の激
しい工具で被加工物を加工することを防ぐ。

【００２９】また、請求項４の加工装置によると、工具
の収縮量を測定する第四の変位計を備え、工具変形量と
この工具収縮量により工具摩耗量を算出し、これら工具
変形量、工具収縮量、工具摩耗量のいずれか一つが、お
のおのの基準値を越えたときに、加工を中止するように
したので、工具変形による加工中止の判断が厳密になさ
れる。

【００３０】また、請求項５、６の加工装置によると、
被加工物の表面を測定する温度計、工具制御手段は、温
度計の測定値により被加工物の熱膨張量を求めて加工量
を補正し、それに応じて工具を変位させるので、熱膨張
により被加工物が変化しても、この熱膨張の変化量に対
する補正することで加工精度が確保できる。

【００３１】また、請求項７、８の加工方法によると、
第一の基準点とその下方に位置する被加工物表面との距
離Ｌａを測定して、第一の基準点の下方の加工面形状Ｐ
ａと目標加工形状に基づき、加工量誤差を算出するとと
もに、第二の基準点とその下方に位置する被加工物表面
との距離Ｌｂを測定し、距離Ｌａと距離Ｌｂとの差によ
り算出される第二の基準点の下方に位置する加工面形状
Ｐｂと目標加工形状により工具変形量を算出し、加工量
誤差と工具変形量により加工量を補正するので、工具が
変形しても容易に補正され、短時間でかつ高精度の被加
工物の加工が可能である。さらに請求項８では、第三の
基準点とその下方に位置する被加工物表面との距離Ｌｃ
を測定することでこの第三の基準点下の加工面形状Ｐｃ
を算出し、加工面形状Ｐｃの情報を上記工具制御手段に
記憶するので、加工前の加工面形状が加工とともに求め
ることができる。

【００３２】また、請求項９の加工方法によると、工具
変形量を積算し、この積算値が基準値を越えたとき、加
工を中止するようにしたものなので、変形の激しい不良
の工具を使用して加工精度を悪化することを防ぐ。

【００３３】また、請求項１０の加工方法によると、工
具変形量を積算し、工具変形量の積算値と工具収縮量と
の差により工具摩耗量を算出し、これら工具変形量の積
算値、工具摩耗量、および工具収縮量のいずれか一つが
それぞれの基準値を越えたとき、加工を中止するように
したので、工具変形の判断が厳密になされ、加工中止が
的確にされる。

【００３４】また、請求項１１、１２の加工方法による
と、被加工物表面の温度を測定することにより被加工物
の各面形状の熱膨張変形量を算出し、加工面形状を補正
するようにしたので、熱膨張により被加工物表面が変化
しても、補正しながら加工できるので、短時間で補正で
き、かつ加工精度も良い。

【００３５】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の一実施例を示す。図１は本
実施例を示す加工装置の構成図である。２ａ、２ｂ、２
ｃは変位計で、工具の進行方向前方には変位計２ａ、さ
らにその前方には変位計２ｂ、そして工具の進行方向後
方には変位計２ｃが配置されている。７は変位計２ａ、
２ｂ、２ｃに基づき、補正量を計算、指令を与え、また
前加工面形状を加工中に計算ストアする機能を有する計
算機、その他の符号は従来例と同一であり、以下に示す
符号も同一のものを示す。

【００３６】微小移動装置３には工具１、変位計２ａ、
２ｂ、２ｃが一体となって備えられ、変位計２ａ、２
ｂ、２ｃの測定結果に基づいて、実際の仕上がり加工面
と目標加工形状との誤差を求めるとともに、加工するつ
れて生じる工具の変形による加工量の誤差を求め、微小
移動装置３は工具１を上下に変位させてその補正を行
う。図２、３はその補正方法を説明する説明図である。

【００３７】変位計２ｃ、工具１、変位計２ａ、２ｂは
それぞれ１列に同一の間隔ｓだけ離れて配置されてい
る。被加工物の０≦ｘ＜ｓまでの切削を考える。前加工
面形状Ｐ(ｘ)のｓ≦ｘ＜２ｓ区間は図１の計算機７に記
憶されており、既知の値であるとする。この区間を第一
次参照面と呼ぶ。０≦ｘ＜ｓの加工中に図２のようにδ
(ｘ)の加工誤差を生じたとすると、幾何学的関係により
δ(ｘ)は（２）式と同一に表される。目標加工形状Ｔo
(ｘ)はあらかじめ計算機７に記憶され、Ｉa(ｘ＋ｓ)は
変位計２ａにより測定されるので、δ(ｘ)は（２）式よ
り容易に得られ、計算機７により算出される。ドライブ
アンプ８が計算機７からの誤差量に応じて電圧の供給を
微小移動装置３に与え、微小移動装置３は（２）式でδ
(ｘ)＝０となるように、すなわち次式（３）Ｉa(ｘ＋ｓ)＝Ｔo(ｘ)＋Ｌ−Ｐ(ｘ＋ｓ) を満足するように、上下の変位して切り込み制御を行
い、この誤差量を補正する。例えば、テーブル４を移動
させる際にＭ(ｘ)のようなテーブル駆動誤差が生じた場
合でもインプロセスで誤差計測、補正することができ
る。

【００３８】次に、工具変形量の補正原理を図３を用い
て説明する。上記加工原理によると、δ(ｘ)の加工誤差
は解消され、すなわちδ(ｘ)＝０で目標加工形状通りに
加工されていることになる。従って（１）式より（４）Ｉa(ｘ＋ｓ)＋Ｐ(ｘ＋ｓ)＝Ｔo(ｘ)＋Ｌを満たしている。しかし、工具が変形した場合、例えば
εだけ変形した場合には、加工後の加工形状は図３のよ
うな工具変形量εだけ誤差が生じていることになる。図
３の幾何学的関係から、変位計３ｃにより測定される測
定基準９から加工後の加工形状までの相対距離Ｉc(ｘ−
ｓ)を用いて（５）Ｉb(ｘ＋ｓ)＋Ｐ(ｘ＋ｓ)＝Ｉc(ｘ−ｓ)＋Ｔo(ｘ−ｓ)＋ε が得られる。従って（５）式によると（６） ε＝Ｉb(ｘ＋ｓ)＋Ｐ(ｘ＋ｓ)−Ｉc(ｘ−ｓ)−Ｔo(ｘ−ｓ) の工具変形量を求めることができる。計算機７は、この
（６）式を計算し、微小移動装置３を制御して工具を工
具変形量εだけ変位させて補正する。また、工具が変形
することで、（１）〜（４）式に示される、測定基準と
切削ポイントのｙ軸方向の相対距離であるＬを次式で変
更しておく必要がある。（７）Ｌ(補正後)＝Ｌ(補正前)−ε

【００３９】以上は、ｓ≦ｘ＜２ｓ区間の前加工面形状
Ｐ(ｘ)が既知である場合であり、上記のように補正する
には、その他の前加工面形状Ｐ(ｘ)も既知でなければな
らない。そのため、あらかじめ前加工面形状Ｐ(ｘ)を測
定し、装置に記憶させておく必要があるが、ここでは特
願平４−３０３７０４号明細書に掲載された方法、すな
わちそのように前加工面形状Ｐ(ｘ)をあらかじめ測定す
る必要のない方法を用いる。

【００４０】図２に示すように変位計２ａ、２ｂの測定
値、測定基準から対面する前加工面までの相対距離Ｉa
(ｘ)、Ｉb(ｘ)との間の幾何学的関係がある。（８）Ｐ(ｘ＋２ｓ)＋Ｉb(ｘ＋２ｓ)＝Ｐ(ｘ＋ｓ)＋Ｉa(ｘ＋ｓ) 従って、上述のようにｓ≦ｘ＜２ｓ区間の前加工面を第
一次参照面として、既知であるとすると、２ｓ≦ｘ＜３
ｓの前加工面形状Ｐ(ｘ)も変位計２ｂの測定により、次
式により求めることができる。（９）Ｐ(ｘ＋２ｓ)＝Ｐ(ｘ＋ｓ)＋Ｉa(ｘ＋ｓ)−Ｉb(ｘ＋２ｓ) そして、この算出された２ｓ≦ｘ＜３ｓ区間の前加工面
形状を第二次参照面として計算機７に記憶しておく。

【００４１】まとめると、ｓ≦ｘ＜２ｓ区間の前加工面
形状Ｐ(ｘ)を第一次参照面として、０≦ｘ＜ｓ間の加工
を（３）式を満足するように行い、かつ（６）、（７）
式により工具変形量も補正する。同時に、（９）式によ
り２ｓ≦ｘ＜３ｓの前加工面形状Ｐ(ｘ)を求める。これ
を次の参照面（第二次参照面）としてこのプロセスを順
次繰り返すことにより、工具変形量の補正を含めた加工
ができ、加工全面を高精度に仕上げることができる。

【００４２】なお、変位計２ａ、２ｂ、２ｃと工具１
は、等間隔ｓをおいて配置したが、必ずしもそうでな
く、任意の位置に備え付けてもよく、また変位計は精度
を高めるためにそれ以上の個数を配置されてもかまわな
い。

【００４３】さらに、微小移動装置３は工具１と変位計
２ａ、２ｂ、２ｃを備え、これらを微小変位させたが、
図４に示すように、微小移動装置３に工具１のみを備
え、変位計は変位させず、工具１のみを微小移動させて
もよい。

【００４４】実施例２．図５は工具寿命監視を付加した
本実施例を示す加工装置の構造図である。工具１は通常
先端部分は、ダイヤモンド、セラミックスなどの硬い物
質からなる切削部分の１ａと、この切削部分を支持する
鉄などの工具シャンク部分１ｂからなる。工具１は加工
を続けると、切削部分１ａが摩耗し、その摩耗が進行す
るに連れて、工具が摩耗で後退するほか、切削抵抗の増
大によって、工具シャンクが弾性変形することによって
収縮する。以上の原因により工具の変形が生じる。しか
し、このまま激しい摩耗や欠損が発生した工具で加工し
続けると高精度な仕上げをすることができない。したが
って、工具の摩耗、収縮による工具変形量を監視するこ
とで、工具摩耗状態すなわち工具寿命を判定することが
できる。トータルの工具変形量を求める方法を以下で述
べる。

【００４５】変位計２ａ、２ｂ、２ｃによる相対距離の
それぞれの測定は、厳密にはセンサー等により、ある時
間間隔ごとに行われ、その都度、実施例１に示す補正が
なされる。（５）式で示されるεは、その１回毎の工具
変形量である。したがって、トータルの工具変形量εTO
TALは次式で求めることができる。（１０） εTOTAL＝Σε したがって、次式を判定条件として、加工を中止するよ
うにすれば、工具摩耗などの工具変形が進んだ工具で被
加工物を加工することを避けることができる。（１１） εTOTAL≧εＣなお、εＣは使用工具、加工条件および要求加工仕様に
よって決定される限界工具変形量である。εＣの値をあ
らかじめ計算機７に記憶させておき、計算機７が（１
１）式を判定し、加工中止を指令する。

【００４６】さらに、図５に示す１ｃは工具シャンク部
分１ｂの横に取り付けられ収縮測定台で、２ｔはこの測
定台１ｃまでの距離を測定する変位計である。この測定
台１ｃと変位計２ｔを用いて、工具の摩耗量とシャンク
の弾性変形量とをそれぞれ求める。図６はその原理を説
明する説明図である。

【００４７】図６の説明図で示すように（１０）式の工
具変形量εTOTALは、次式により得られる。（１２） εTOTAL＝γ＋β ここで、γは工具の切削部分１ａが摩耗によって後退す
る量であり、βはシャンク部分１ｂが切削抵抗によって
弾性変形的に縮む量である。

【００４８】工具シャンクの縮みに従って、測定台１ｃ
も同じ量だけ変位するので、βは変形前の長さｌと、変
位計２ｔの測定値の差によって得られる。一方（１０）
式よりεTOTALが既知であるので、（１２）式からγは
容易に得られる。

【００４９】しかし、実際の工具寿命を判定する場合、
工具摩耗γが小さくても、シャンクの変形βが大きい場
合、またその逆に工具摩耗γが大きく、シャンクの変形
βが小さい場合もある。したがって、（１１）式の判定
条件では、正確な判定ができない場合が存在する。した
がって、工具寿命判定精度を高めるには、工具変形量ε
TOTALだけでなく、γ、βのそれぞれが次式の場合、加
工を中止するようにすればよい。（１３） γ≧γＣ、またはβ≧βＣ、またはεTOTAL≧εＣここで、γＣおよびβＣはそれぞれ、使用工具、加工条
件および加工仕様によって決定される限界工具摩耗量お
よび限界シャンク縮み量である。γＣ、βＣ、εＣのそ
れぞれの値をそれぞれ計算機７に記憶させておき（１
３）式の判定条件により、計算機７は加工を中止するよ
うに指令する。

【００５０】実施例３．図７は、本実施例を示す加工装
置の構成図である。図中の１〜８は上記の実施例の装置
と全く同一のものである。さらに、図中１１ａ、１１
ｂ、１１ｃおよび１１ｔは、変位計２ａ、２ｂ、２ｃが
対面する被加工物表面の箇所および工具１が加工する被
加工物の箇所の温度をそれぞれ測定する非接触温度計で
ある。

【００５１】上記構成の加工装置において、テーブル駆
動誤差や工具変形量の補正は実施例１と同じ原理であ
る。しかし、実際には加工中に装置のモータやベアリン
グから伝わってくる熱により、被加工物の温度が上昇
し、加工後は再び温度が下がるので、熱膨張、熱収縮す
る。この被加工物の温度を測定することにより、熱膨張
量を求め、加工後に熱収縮したときに目標加工形状に仕
上がるように加工量を補正する。

【００５２】今、もし基準温度Ｕoに対し温度がＵの
時、加工後の熱収縮を見込んで次式で示されるように、
目標加工形状Ｔｏを仮の目標加工形状Ｔo*に置き換える
必要がある。（１４）Ｔo*＝Ｔo×｛１＋α(Ｕ−Ｕo)｝同様に、前加工面形状Ｐも次式のような仮の前加工面形
状Ｐ*で補正しなければならない。（１５）Ｐ*＝Ｐ×｛１＋α(Ｕ−Ｕo)｝ αは被加工物の熱膨張係数である。

【００５３】本装置の温度補正のアルゴリズムについて
述べる。１１ａ、１１ｂ、１１ｃおよび１１ｔの温度が
それぞれＵａ(ｘ＋２ｓ)、Ｕｂ(ｘ＋ｓ)、Ｕｃ(ｘ−
ｓ)、およびＵｔ(ｘ)の時、各位置での目標加工形状Ｔo
(ｘ)、前加工形状Ｐ(ｘ)は、次式となる。（１６）Ｔo*(ｘ−ｓ)＝Ｔo(ｘ−ｓ)｛１＋α(Ｕｃ(ｘ−ｓ)−Ｕo)｝（１７）Ｔo*(ｘ)＝Ｔo(ｘ)｛１＋α(Ｕｔ(ｘ)−Ｕo)｝（１８）Ｐ*(ｘ＋ｓ)＝Ｐ(ｘ＋ｓ)｛１＋α(Ｕａ(ｘ＋ｓ)−Ｕo)｝（１９）Ｐ*(ｘ＋２ｓ)＝Ｐ(ｘ＋２ｓ)｛１＋α(Ｕｂ(ｘ＋２ｓ)−Ｕ o)｝

【００５４】従って（１）〜（９）式の目標加工形状Ｔ
o(ｘ)と前加工面形状Ｐ(ｘ)にそれぞれ上記の（１６）
〜（１９）式を代入すれば、加工中の被加工物の熱膨張
および熱収縮を補正することができる。計算機７は、温
度計１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｔにより測定され被
加工物表面の温度を基にして、（１６）〜（１９）式を
計算する。これらを（１）〜（９）式に代入して補正値
を求め、ドライブアンプ８に指令して、加工量を補正し
ながら加工を行う。

【００５５】なお、以上は実施例１の図１の加工装置に
温度計を備え付けたが、例えば従来例の図９に変位計２
ａ、２ｂと工具１に温度計を備え付けて、同一の補正原
理により熱膨張、収縮に対する補正を行えるようにし、
従来の加工装置についても適用することができる（図８
に示す）。さらに図５に示す加工装置に備え付けること
ができるのは言うまでもない。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の請求項
１、２における加工装置は、工具の相対的移動方向の前
方に、被加工面に対面して配置された第一の変位の測定
値により被加工物の加工量を求めるとともに、工具の相
対的移動方向の後方に配置された第二の変位計の測定値
により工具の変形量を求めて加工量を補正するように工
具を変位させる工具制御手段を備えたので、加工と同時
に工具の変形量を測定でき、高精度な加工形状に仕上げ
ることができる。

【００５７】さらに、請求項２では、工具の相対的移動
方向で、かつ第一の変位計の前方にある第三の変位計の
測定値により、加工と同時に加工前の加工面形状を求め
るようにしたので、予めその加工前形状を測定する必要
がなくなり、短時間で高精度の加工が達成できる。

【００５８】請求項３の加工装置によると、工具制御手
段は工具の変形量がある基準値を越えたときに、加工を
中止するような制御を行なうようにしたので、工具が著
しく変形した時に加工を中止でき、このような不良の工
具での加工を避けることができる。

【００５９】請求項４の加工装置によると、工具の収縮
量を測定する第四の変位計を備え、工具変形量とこの工
具収縮量により工具摩耗量を算出し、これら工具変形
量、工具収縮量、工具摩耗量のいずれか一つが、おのお
のの基準値を越えたときに、加工を中止するようにした
ので、工具変形の判断が厳密になされ、加工の中止を的
確に行なうことができる。

【００６０】請求項５、６の加工装置によると、温度計
により被加工物表面の温度を測定し、工具制御手段は、
温度計の測定値により被加工物の熱膨張量を求めて加工
量を補正し、それに応じて工具を変位させるので、熱膨
張により被加工物が変化しても、この変化量に対する補
正することで加工の精度が確保することができる。

【００６１】請求項７、８の加工方法によると、第一の
基準点とその下方に位置する被加工物表面との距離Ｌａ
を測定して、工具制御手段に記憶された第一の基準点の
下方の加工面形状Ｐａと目標加工形状に基づき、加工量
誤差を算出するとともに、第二の基準点とその下方に位
置する被加工物表面との距離Ｌｂを測定し、距離Ｌａと
距離Ｌｂとの差により算出される第二の基準点の下方に
位置する加工面形状Ｐｂと目標加工形状により工具変形
量を算出し、加工量誤差と工具変形量により加工量を補
正するので、工具が変形しても容易に補正され、かつ加
工と同時に補正し、短時間で高精度の被加工物の加工を
することができる。

【００６２】さらに請求項８では、第三の基準点とその
下方に位置する被加工物表面との距離Ｌｃを測定し、第
三の基準点下の加工面形状Ｐｃを算出し、加工面形状Ｐ
ｃの情報を工具制御手段に記憶するので、加工前の加工
面形状が加工とともに測定することができ、別のプロセ
スで加工前形状を測定する必要がなくなる。

【００６３】また、請求項９の加工方法によると、工具
変形量を積算し、この積算値が基準値を越えたとき、加
工を中止するようにしたので、変形の激しい不良の工具
を使用しなくて済む。

【００６４】また、請求項１０の加工方法によると、工
具変形量を積算し、工具変形量の積算値と工具収縮量と
の差により工具摩耗量を算出し、これら工具変形量の積
算値、工具摩耗量、および工具収縮量のいずれか一つが
それぞれの基準値を越えたとき、加工を中止するように
したので、工具変形の判断を正確に行なうことができ、
加工を中止を的確に行なうことができる。

【００６５】また、請求項１１、１２の加工方法による
と、被加工物表面の温度を測定することにより被加工物
の各面形状の熱膨張変形量を算出し、加工面形状を補正
するようにしたので、熱膨張により被加工物表面が変化
しても、補正しながら加工できるので、短時間でかつ精
度の良い加工が達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１に示す加工装置の構成図で
ある。

【図２】図１の加工装置における加工誤差の補正原理を
示す説明図である。

【図３】図１の加工装置における工具変形量の補正原理
を示す説明図である。

【図４】実施例１に示す別の加工装置の構成図である。

【図５】この発明の実施例２に示す加工装置の構成図で
ある。

【図６】図２の加工装置における工具変形量の補正原理
を示す説明図である。

【図７】この発明の実施例３に示す加工装置の構成図で
ある。

【図８】実施例３に示す別の加工装置の構成図である。

【図９】従来技術による加工装置の構成図である。

【図１０】図９の加工装置における加工誤差の補正原理
を示す説明図である。

【図１１】従来技術のよる別の加工装置の構成図であ
る。

【符号の説明】

１工具１ａ切削部分１ｂ工具シャンク部分１ｃ収縮測定台２ａ変位計２ｂ変位計２ｃ変位計２ｔ変位計３微小移動装置４駆動テーブル５工具移動方向６被加工物７計算機８ドライブアンプ９測定基準１１温度計

フロントページの続き (72)発明者長谷川森尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社生産技術研究所内 (72)発明者井口公一神戸市兵庫区和田崎町１丁目１番２号三菱電機株式会社神戸製作所内 (72)発明者長井慎吾神戸市兵庫区和田崎町１丁目１番２号三菱電機株式会社神戸製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工物に対して相対的に移動しなが
ら、被加工物を加工する工具、上記工具の相対的移動方
向の前方に位置し、工具とともに相対的に移動しながら
対面する加工表面との距離を測定する第一の変位計、上
記工具の相対的移動方向の後方に位置し、工具とともに
相対的に移動しながら対面する加工表面との距離を測定
する第二の変位計、上記第一の変位計の測定値により被
加工物の加工量を求めるとともに、上記第二の変位計の
測定値により工具の変形量を求めて上記加工量を補正す
るように上記工具を変位させる工具制御手段を備えたこ
とを特徴とする加工装置。
【請求項２】工具の相対的移動方向の前方で、かつ第
一の変位計の前方に位置し、工具とともに相対的に移動
しながら対面する加工表面との距離を測定する第三の変
位計を備え、工具制御手段は、第一の変位計と上記第三
の変位計の測定値により加工前の加工面形状を算出する
ようにしたことを特徴とする請求項１記載の加工装置。
【請求項３】工具制御手段は、工具の変形量がある基
準値を越えたときに、加工を中止する制御を行なうよう
にしたことを特徴とする請求項１もしくは請求項２記載
の加工装置。
【請求項４】工具の収縮量を測定する第四の変位計を
備え、工具制御手段は、工具変形量と上記工具収縮量に
より工具摩耗量を算出し、上記工具変形量、工具収縮
量、工具摩耗量のいずれか一つが、おのおのの基準値を
越えたときに、加工を中止するようにしたことを特徴と
する請求項１もしくは請求項２記載の加工装置。
【請求項５】被加工物に対して相対的に移動しなが
ら、被加工物を加工する工具、工具の相対的移動方向の
前方に位置し、工具とともに相対的に移動しながら対面
する加工表面との距離を測定する第一の変位計、被加工
物の表面の温度を測定する温度計、上記第一の変位計の
測定値により被加工物の加工量を求めるとともに、上記
温度計の測定値により被加工物の熱膨張量を求めて上記
加工量を補正するように上記工具を変位させる工具制御
手段を備えたことを特徴とする加工装置。
【請求項６】被加工物の表面を測定する温度計を備
え、工具制御手段は、上記被加工物の表面温度により被
加工物の熱膨張量を算出して、被加工物の熱膨張に対す
る加工量の補正を行なうようにしたことを特徴とする請
求項１もしくは請求項２記載の加工装置。
【請求項７】工具制御手段が工具に加工量誤差を補正
する制御を行いながら、工具を被加工物に対して相対的
に移動させて、被加工物表面を目標加工形状に加工する
加工方法において、工具の相対的移動方向の前方にある
第一の基準点と、この第一の基準点の下方に位置する被
加工物表面との距離Ｌａを測定して、上記第一の基準点
下の加工面形状Ｐａと目標加工形状に基づき、加工量誤
差を算出するとともに、工具の相対的移動方向の後方に
ある第二の基準点と、この第二の基準点の下方に位置す
る被加工物表面との距離Ｌｂを測定し、距離Ｌａと距離
Ｌｂとの差により算出される上記第二の基準点の下方に
位置する加工面形状Ｐｂと上記目標加工形状により工具
変形量を算出し、上記加工量誤差と工具変形量により加
工量を補正する第一のプロセスを含んだことを特徴とす
る加工方法。
【請求項８】工具の相対的移動方向の前方で、かつ第
一の基準点の前方にある第三の基準点と、この第三の基
準点の下方に位置する被加工物表面との距離Ｌｃを測定
し、距離Ｌａと距離Ｌｃとの差と、加工面形状Ｐａに基
づいて上記第三の基準点下の加工面形状Ｐｃを算出し、
加工面形状Ｐｃの情報を上記工具制御手段に記憶する第
二のプロセスを含んだことを特徴とする請求項７記載の
加工方法。
【請求項９】第一のプロセスおいて、算出される工具
変形量を積算し、この積算値が基準値を越えたとき、加
工を中止するようにしたことを特徴とする請求項７もし
くは請求項８記載の加工方法。
【請求項１０】第一のプロセスにおいて、工具の収縮
量を測定し、算出される工具変形量を積算し、上記工具
変形量の積算値と上記工具収縮量との差により工具摩耗
量を算出し、上記工具変形量の積算値、工具摩耗量、お
よび工具収縮量のいずれか一つがそれぞれの基準値を越
えたとき、加工を中止するようにしたことを特徴とする
請求項７もしくは請求項８記載の加工方法。
【請求項１１】工具制御手段が工具に加工量誤差を補
正する制御を行いながら、工具を被加工物に対して相対
的に移動させて、被加工物表面を目標加工形状に加工す
る加工方法において、工具の相対的移動方向の前方にあ
る第一の基準点と、この第一の基準点の下方に位置する
被加工物表面との距離Ｌａを測定して、上記第一の基準
点下の加工面形状Ｐａと目標加工形状に基づき、加工量
誤差を算出するとともに、被加工物表面の温度を測定す
ることにより被加工物の各面形状の熱膨張変形量を算出
し、加工面形状Ｐａを補正するプロセスを含んだことを
特徴をする加工方法。
【請求項１２】第一のプロセスにおいて、被加工物表
面の温度を測定することにより被加工物の各面形状の熱
膨張変形量を算出し、加工面形状Ｐａ、Ｐｂを補正する
ようにしたことを特徴とする請求項７もしくは請求項８
記載の加工方法。