JPH0780751A - 高精度切削加工法および切削加工装置 - Google Patents
高精度切削加工法および切削加工装置Info
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- JPH0780751A JPH0780751A JP5231682A JP23168293A JPH0780751A JP H0780751 A JPH0780751 A JP H0780751A JP 5231682 A JP5231682 A JP 5231682A JP 23168293 A JP23168293 A JP 23168293A JP H0780751 A JPH0780751 A JP H0780751A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 被加工物を高精度で切削加工する。
【構成】 切削用工具５を用いて被加工物３を切削する
際に、前記工具を被加工物に対して移動させる工具移動
手段８と被加工物の既に切削された被切削面３ａとの距
離を測定し、該距離に応じた信号と「１未満の正の係
数」との積から補正信号を作成し、該補正信号に基いて
工具移動手段を移動させることで切削用工具による切り
込み量を制御して所望の形状に切削を行う切削加工法に
おいて、工具移動手段と被切削面との距離を測定手段４
０により少なくとも異なる２点で測定し、各点で測定さ
れた値から前記距離に応じた信号を作成するようにし
た。
際に、前記工具を被加工物に対して移動させる工具移動
手段８と被加工物の既に切削された被切削面３ａとの距
離を測定し、該距離に応じた信号と「１未満の正の係
数」との積から補正信号を作成し、該補正信号に基いて
工具移動手段を移動させることで切削用工具による切り
込み量を制御して所望の形状に切削を行う切削加工法に
おいて、工具移動手段と被切削面との距離を測定手段４
０により少なくとも異なる２点で測定し、各点で測定さ
れた値から前記距離に応じた信号を作成するようにし
た。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、被加工物を高精度で切
削するための切削加工法および切削加工装置に関する。
削するための切削加工法および切削加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】被加工物を高精度で切削加工する場合、
工具（切削工具）と被加工物との相対位置を正確に検出
して切削工具の切り込み量を制御する必要がある。そこ
で、切削工具と被加工物との相対位置（距離）を測定手
段を設けて直接検出しながら加工する方法が提案された
（特開昭63-216652 ）。この方法では、切削工具を移動
させる工具移動手段上に、切削工具の切り込み量を微小
に制御できる微動手段と、前記切削工具により切削され
た切削面と工具移動手段との距離を測定する測定手段と
を設け、切削された切削面と工具移動手段との距離を測
定手段によって測定する。そして、得られた距離に基づ
いて微動手段が工具の切り込み量を調整するようにフィ
ードバック制御していた。しかし、前記測定手段が切削
工具の移動方向の後寄りにオフセットされて配置される
ので、加工が開始されても測定手段が被加工物の切削面
と相対する位置に来るまでは、前記フィードバック制御
が行われていない状態で切削加工が進行する。そのた
め、前記測定手段が切削面までの距離を測定できる状態
まで切削加工が進んでも、その後行われるフィードバッ
ク制御は前記フィードバック制御が行われていない切削
面に基づいて行われることになる。この場合、基準とす
る切削面は、切削工具と被加工物との相対位置が正確に
検出されていない状態で加工されているので加工精度が
良くない。その結果、以後、切り込み量を制御して切削
加工を行っても、得られる切削面は前記フィードバック
制御をせずに行った切削面の精度の影響を受けてしま
い、しかもこの影響は最後まで修正できずに誤差として
残っていた。
工具（切削工具）と被加工物との相対位置を正確に検出
して切削工具の切り込み量を制御する必要がある。そこ
で、切削工具と被加工物との相対位置（距離）を測定手
段を設けて直接検出しながら加工する方法が提案された
（特開昭63-216652 ）。この方法では、切削工具を移動
させる工具移動手段上に、切削工具の切り込み量を微小
に制御できる微動手段と、前記切削工具により切削され
た切削面と工具移動手段との距離を測定する測定手段と
を設け、切削された切削面と工具移動手段との距離を測
定手段によって測定する。そして、得られた距離に基づ
いて微動手段が工具の切り込み量を調整するようにフィ
ードバック制御していた。しかし、前記測定手段が切削
工具の移動方向の後寄りにオフセットされて配置される
ので、加工が開始されても測定手段が被加工物の切削面
と相対する位置に来るまでは、前記フィードバック制御
が行われていない状態で切削加工が進行する。そのた
め、前記測定手段が切削面までの距離を測定できる状態
まで切削加工が進んでも、その後行われるフィードバッ
ク制御は前記フィードバック制御が行われていない切削
面に基づいて行われることになる。この場合、基準とす
る切削面は、切削工具と被加工物との相対位置が正確に
検出されていない状態で加工されているので加工精度が
良くない。その結果、以後、切り込み量を制御して切削
加工を行っても、得られる切削面は前記フィードバック
制御をせずに行った切削面の精度の影響を受けてしま
い、しかもこの影響は最後まで修正できずに誤差として
残っていた。
【０００３】この問題を解決するために、切削用工具を
用いて被加工物を切削する際に、前記工具を被加工物に
対して移動させる工具移動手段と前記被加工物における
既に切削された被切削面との距離を測定手段で測定し、
測定された距離に応じた信号と「１未満の正の係数」と
の積から補正信号を作成し、この補正信号に基づいて前
記工具移動手段をフィードバック制御して切削用工具に
よる切り込み量を制御する加工法が提案された。この加
工法について概要を説明する。
用いて被加工物を切削する際に、前記工具を被加工物に
対して移動させる工具移動手段と前記被加工物における
既に切削された被切削面との距離を測定手段で測定し、
測定された距離に応じた信号と「１未満の正の係数」と
の積から補正信号を作成し、この補正信号に基づいて前
記工具移動手段をフィードバック制御して切削用工具に
よる切り込み量を制御する加工法が提案された。この加
工法について概要を説明する。
【０００４】被加工物の軸方向をＸ軸とし、加工点（工
具と被加工物との接触点）の位置をｘ、工具移動手段の
被加工物の半径方向に対する挙動をＴ0 （ｘ）とする
と、フィードバック制御を行わない加工の場合、工具先
端の挙動、測定手段の挙動、およびこれらの挙動が転写
された被加工物の半径方向の形状はＴ0 （ｘ）と表すこ
とができる。添字はフィードバック制御のループを何回
繰り返したかを示すもので、制御を行っていない時は
０、制御開始時を１とし、以下一般数としてｎで示す。
この時、測定手段の測定量Ｓn は、 Ｓn （ｘ）＝Ｔn （ｘ）＋Ｔn （ｘ−ｘ0 ）＋Ｃ と表せる。Ｃは測定手段の半径方向のオフセット量を示
し、フィードバック制御の開始位置ｘ1 での測定量Ｓ1
（ｘ1 ）を０となるように設定しておく。そして、測定
量Ｓn （ｘn ）と「１未満の正の係数」である補正のた
めの係数ｍ（以下、補正制御係数という）との積（以
下、補正信号という）に基づいて、切削工具と被加工物
との相対位置の修正（制御）量を決定する。これによ
り、工具の先端部の挙動と被加工物との形状とは等しく
なり、Ｔ0 （ｘ）＋ｍＳn （ｘ）となる。ｘの分割を限
りなく小さくし、Ｔ0 （ｘn ）＝Ｔ0 （ｘn+1 ）と近似
すると、次のような漸化式が得られる。
具と被加工物との接触点）の位置をｘ、工具移動手段の
被加工物の半径方向に対する挙動をＴ0 （ｘ）とする
と、フィードバック制御を行わない加工の場合、工具先
端の挙動、測定手段の挙動、およびこれらの挙動が転写
された被加工物の半径方向の形状はＴ0 （ｘ）と表すこ
とができる。添字はフィードバック制御のループを何回
繰り返したかを示すもので、制御を行っていない時は
０、制御開始時を１とし、以下一般数としてｎで示す。
この時、測定手段の測定量Ｓn は、 Ｓn （ｘ）＝Ｔn （ｘ）＋Ｔn （ｘ−ｘ0 ）＋Ｃ と表せる。Ｃは測定手段の半径方向のオフセット量を示
し、フィードバック制御の開始位置ｘ1 での測定量Ｓ1
（ｘ1 ）を０となるように設定しておく。そして、測定
量Ｓn （ｘn ）と「１未満の正の係数」である補正のた
めの係数ｍ（以下、補正制御係数という）との積（以
下、補正信号という）に基づいて、切削工具と被加工物
との相対位置の修正（制御）量を決定する。これによ
り、工具の先端部の挙動と被加工物との形状とは等しく
なり、Ｔ0 （ｘ）＋ｍＳn （ｘ）となる。ｘの分割を限
りなく小さくし、Ｔ0 （ｘn ）＝Ｔ0 （ｘn+1 ）と近似
すると、次のような漸化式が得られる。
【０００５】Ｔ0 （ｘn ）＝（１−ｍ）Ｔ0 （ｘn ）−
ｍＴn-1 （ｘn ）−ｍＣ ｍが、０≦ｍ＜１の場合、ｎを無限大（∞）にすると上
記漸化式は次のように表せる。 Ｔ∞＝〔（１−ｍ）Ｔ0 （ｘ）−ｍＣ〕／（１＋ｍ） ここで、「フィードバック制御を行わない時の挙動（振
幅で表せる）」に対する「制御を行ない収束した振幅」
の比をＭ（残留うねり率と呼ぶ）とすると、Ｍは、Ｍ＝
（１−ｍ）／（１＋ｍ）に収束する。
ｍＴn-1 （ｘn ）−ｍＣ ｍが、０≦ｍ＜１の場合、ｎを無限大（∞）にすると上
記漸化式は次のように表せる。 Ｔ∞＝〔（１−ｍ）Ｔ0 （ｘ）−ｍＣ〕／（１＋ｍ） ここで、「フィードバック制御を行わない時の挙動（振
幅で表せる）」に対する「制御を行ない収束した振幅」
の比をＭ（残留うねり率と呼ぶ）とすると、Ｍは、Ｍ＝
（１−ｍ）／（１＋ｍ）に収束する。
【０００６】以上のような方法によれば、フィードバッ
ク制御が行われなかった切削面（以下、未制御部とい
う）を基準としてフィードバック制御をしても、加工が
進行してフィードバック制御が進むと未制御部に含まれ
る誤差に前記補正制御係数ｍが掛けられる回数が増えて
いくため、誤差を含む項が０に近づく（収束する）。そ
の結果、切削加工が進むにつれて前記未制御部分の誤差
を含んだ切削面の影響は小さくなり、最終的には加工開
始時の形状誤差の影響を無視できるようになる。
ク制御が行われなかった切削面（以下、未制御部とい
う）を基準としてフィードバック制御をしても、加工が
進行してフィードバック制御が進むと未制御部に含まれ
る誤差に前記補正制御係数ｍが掛けられる回数が増えて
いくため、誤差を含む項が０に近づく（収束する）。そ
の結果、切削加工が進むにつれて前記未制御部分の誤差
を含んだ切削面の影響は小さくなり、最終的には加工開
始時の形状誤差の影響を無視できるようになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前述のよう
な方法においても、前記補正信号に基づくフィードバッ
ク制御が機能しない場合があった。そのため、得られた
切削面に前記フィードバック制御されていない切削面
（未制御部）による誤差が残ってしまい、所望の形状に
加工できないという問題が起きていた。本発明は、この
ような問題を解決することを目的とする。
な方法においても、前記補正信号に基づくフィードバッ
ク制御が機能しない場合があった。そのため、得られた
切削面に前記フィードバック制御されていない切削面
（未制御部）による誤差が残ってしまい、所望の形状に
加工できないという問題が起きていた。本発明は、この
ような問題を解決することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的のために、本発
明では、切削用工具を用いて被加工物を切削する際に、
前記工具を被加工物に対して移動させる工具移動手段と
前記被加工物における既に切削された被切削面との距離
を測定し、該距離に応じた信号と「１未満の正の係数」
との積から補正信号を作成し、該補正信号に基いて前記
工具移動手段を移動させることで切削用工具による切り
込み量を制御して所望の形状に切削を行う高精度切削加
工法において、前記工具移動手段と被切削面との距離を
少なくとも異なる２点で測定し、各点で測定された値か
ら前記距離に応じた信号を作成するようにした（請求項
１）。
明では、切削用工具を用いて被加工物を切削する際に、
前記工具を被加工物に対して移動させる工具移動手段と
前記被加工物における既に切削された被切削面との距離
を測定し、該距離に応じた信号と「１未満の正の係数」
との積から補正信号を作成し、該補正信号に基いて前記
工具移動手段を移動させることで切削用工具による切り
込み量を制御して所望の形状に切削を行う高精度切削加
工法において、前記工具移動手段と被切削面との距離を
少なくとも異なる２点で測定し、各点で測定された値か
ら前記距離に応じた信号を作成するようにした（請求項
１）。
【０００９】また、被加工物に対して切削加工を行うた
めの切削工具と該被加工物とを相対的に移動させる工具
移動手段、該工具移動手段と前記切削工具によって切削
された被切削面との距離を測定する測定手段、該測定手
段から出力された前記距離に応じた信号と１未満の正の
係数との積から補正信号を作成する補正手段、および前
記補正信号に基づいて前記切削工具と前記被加工物との
相対位置を修正する修正手段とを備えた切削加工装置に
おいて、前記測定手段が、前記工具移動手段と被切削面
との距離を少なくとも異なる２点で測定するように構成
し、さらに、前記補正手段が、前記少なくとも異なる２
点で測定された距離の値から前記工具移動手段と被切削
面との距離に応じた信号を求め、得られた信号と１未満
の正の係数との積から補正信号を作成するようにした
（請求項２）。
めの切削工具と該被加工物とを相対的に移動させる工具
移動手段、該工具移動手段と前記切削工具によって切削
された被切削面との距離を測定する測定手段、該測定手
段から出力された前記距離に応じた信号と１未満の正の
係数との積から補正信号を作成する補正手段、および前
記補正信号に基づいて前記切削工具と前記被加工物との
相対位置を修正する修正手段とを備えた切削加工装置に
おいて、前記測定手段が、前記工具移動手段と被切削面
との距離を少なくとも異なる２点で測定するように構成
し、さらに、前記補正手段が、前記少なくとも異なる２
点で測定された距離の値から前記工具移動手段と被切削
面との距離に応じた信号を求め、得られた信号と１未満
の正の係数との積から補正信号を作成するようにした
（請求項２）。
【００１０】
【作用】本発明者らが前記補正信号に基づくフィードバ
ック制御が機能しない原因を究明したところ、前記オフ
セット量に、補正制御係数ｍ（「１未満の正の係数」）
をどの値にとっても補正が行われない特異点があること
が判った。すなわち、残留形状誤差率（残留形状誤差／
制御を行わないときの形状誤差量）をＭ、切削工具と測
定手段のオフセット量（加工点と測定手段の測定点との
軸方向の距離）をXg、誤差運動の周期をλ、正の整数を
Ｎとするとき、オフセット量Xgが〔Ｎ＋（1/2 ）〕／λ
となる場合、全ての補正制御係数ｍにおいてＭ＝１とな
り、補正信号に基づくフィードバック制御が機能しなく
なる（図３参照）。この場合、λは未知の値であるため
従来の方法では、特異点を避けることができない。そこ
で、本発明では測定点を複数にして異なるオフセット量
が得られるようにして、一方のオフセット量が特異点を
なっても他方が特異点とならないようにすることで、特
異点を取り除くようにした。
ック制御が機能しない原因を究明したところ、前記オフ
セット量に、補正制御係数ｍ（「１未満の正の係数」）
をどの値にとっても補正が行われない特異点があること
が判った。すなわち、残留形状誤差率（残留形状誤差／
制御を行わないときの形状誤差量）をＭ、切削工具と測
定手段のオフセット量（加工点と測定手段の測定点との
軸方向の距離）をXg、誤差運動の周期をλ、正の整数を
Ｎとするとき、オフセット量Xgが〔Ｎ＋（1/2 ）〕／λ
となる場合、全ての補正制御係数ｍにおいてＭ＝１とな
り、補正信号に基づくフィードバック制御が機能しなく
なる（図３参照）。この場合、λは未知の値であるため
従来の方法では、特異点を避けることができない。そこ
で、本発明では測定点を複数にして異なるオフセット量
が得られるようにして、一方のオフセット量が特異点を
なっても他方が特異点とならないようにすることで、特
異点を取り除くようにした。
【００１１】測定点が２ヶ所の場合、第１のオフセット
量をXg1 、第２のオフセット量をXg 2 とすると、特異点
を除去するためには、Xg1 ≠〔Ｎ＋（1/2 ）〕／λ、ま
たは、Xg2 ≠〔Ｌ＋（1/2 ）〕／λ （Ｌ：正の整数）
の条件を満たせばよい。この条件を満たす１つの解とし
て、Xg2 ＝２Xg1 に設定することが可能である。この場
合、Xg1 が特異点のときは、Xg2 ＝２〔Ｎ＋（1/2 ）〕
／λ＝（２Ｎ＋１）λとなるが、（２Ｎ＋１）は正の整
数であるからXg2 は特異点とはならない。逆に、Xg2 が
特異点のときは、Xg1 ＝〔Ｌ＋（1/2 ）〕λ／２＝（Ｊ
±1/4 ）λ （Ｊ：正の整数）となり、Xg1 は特異点と
はならない。
量をXg1 、第２のオフセット量をXg 2 とすると、特異点
を除去するためには、Xg1 ≠〔Ｎ＋（1/2 ）〕／λ、ま
たは、Xg2 ≠〔Ｌ＋（1/2 ）〕／λ （Ｌ：正の整数）
の条件を満たせばよい。この条件を満たす１つの解とし
て、Xg2 ＝２Xg1 に設定することが可能である。この場
合、Xg1 が特異点のときは、Xg2 ＝２〔Ｎ＋（1/2 ）〕
／λ＝（２Ｎ＋１）λとなるが、（２Ｎ＋１）は正の整
数であるからXg2 は特異点とはならない。逆に、Xg2 が
特異点のときは、Xg1 ＝〔Ｌ＋（1/2 ）〕λ／２＝（Ｊ
±1/4 ）λ （Ｊ：正の整数）となり、Xg1 は特異点と
はならない。
【００１２】被加工物の軸方向をＸ軸とし、加工点（工
具と被加工物との接触点）の位置をｘ、工具移動手段の
被加工物の半径方向に対する挙動をＴ0(X)とすると、フ
ィードバック制御を行わない加工の場合、工具先端の挙
動、測定手段の挙動、およびこれらの挙動が転写された
被加工物の半径方向の形状はＴ0 （ｘ）と表すことがで
きる。測定手段を２台用意し、第１の測定手段（検出
器）の測定点と加工点とのＸ軸方向の距離（第１のオフ
セット量）をXg1 、第２の測定手段（検出器）の測定点
と加工点とのＸ軸方向の距離（第２のオフセット量）を
Xg2 、制御を行った際の工具先端の挙動をＴ(X) とする
と、第１の測定手段での測定量Ｓ1(X)および第２の測定
手段での測定量Ｓ2(X)は、以下の式のようになる。
具と被加工物との接触点）の位置をｘ、工具移動手段の
被加工物の半径方向に対する挙動をＴ0(X)とすると、フ
ィードバック制御を行わない加工の場合、工具先端の挙
動、測定手段の挙動、およびこれらの挙動が転写された
被加工物の半径方向の形状はＴ0 （ｘ）と表すことがで
きる。測定手段を２台用意し、第１の測定手段（検出
器）の測定点と加工点とのＸ軸方向の距離（第１のオフ
セット量）をXg1 、第２の測定手段（検出器）の測定点
と加工点とのＸ軸方向の距離（第２のオフセット量）を
Xg2 、制御を行った際の工具先端の挙動をＴ(X) とする
と、第１の測定手段での測定量Ｓ1(X)および第２の測定
手段での測定量Ｓ2(X)は、以下の式のようになる。
【００１３】 Ｓ1(X)＝Ｔ0(X)＋Ｔ(X−Xg1)＋Ｃ1 ─（式１） Ｓ2(X)＝Ｔ0(X)＋Ｔ(X−Xg2)＋Ｃ2 ─（式２） Ｃ1 、Ｃ2 は、制御開始位置X0での測定量Ｓ1(X0) およ
びＳ2(X0) がそれぞれ０となるように設定される。工具
移動手段への制御量は、測定量Ｓ1(X0) およびＳ 2(X)の
平均値Ｓ(X) と補正制御係数ｍの積とする。このとき、
工具先端の挙動Ｔ(X) を表す式は以下のように表せるの
で、制御手段はこの式に基づいてフィードバック制御を
行う。
びＳ2(X0) がそれぞれ０となるように設定される。工具
移動手段への制御量は、測定量Ｓ1(X0) およびＳ 2(X)の
平均値Ｓ(X) と補正制御係数ｍの積とする。このとき、
工具先端の挙動Ｔ(X) を表す式は以下のように表せるの
で、制御手段はこの式に基づいてフィードバック制御を
行う。
【００１４】 Ｔ(X) ＝Ｔ0(X)−ｍＳ(X) ＝Ｔ0(X)−ｍ〔αＳ1(X0) ＋βＳ2(X0) 〕／（α＋β） （０≦ｍ＜１、α，βは正の整数） ─（式３） 図４は、測定点が１点の従来の方法と測定点が２点の本
発明について、それぞれ「フィードバック制御を行わな
いときの挙動（振幅）」に対する、「制御を行い収束し
た振幅」の比を残留うねり率としたときのフィードバッ
ク制御による該うねり率の変化を示している（補正制御
係数ｍ＝0.5 とした）。図４に示すうねりの挙動は、例
えば、工具移動手段の移動機構（送りネジなど）の精度
の影響によって、工具の先端に或る周期λのうねりが生
じた場合に想定される。従来のオフセット量Xg、または
本発明での第１のオフセット量Xg1 （＝Xg2 /2に設定し
た）が特異点でない場合（Xg、Xg1 ＝λ／３のとき）、
収束後の残留形状の誤差は本発明の方が多少大きくな
る。しかし、本発明ではXg1 が特異点となる場合（Xg 1
＝λ／２のとき）でも補正制御が機能するのに対し、従
来の方法ではXgが特異点になると（Xg＝λ／２のとき）
補正制御が機能しなくなっている。図５に、本発明と従
来の方法による残留形状誤差率Ｍとオフセット量（X
g1 ）との関係を示す。本発明の場合、Xg1 が約λ／
３、２λ／３となる２ヶ所にＭのピークが存在するが、
全体的にみればＭの値が小さくなって改善されているこ
とが判る。なお、図から判るように、測定手段（検出
器）を２台にした場合もＭにはλによる周期性が確認さ
れた。
発明について、それぞれ「フィードバック制御を行わな
いときの挙動（振幅）」に対する、「制御を行い収束し
た振幅」の比を残留うねり率としたときのフィードバッ
ク制御による該うねり率の変化を示している（補正制御
係数ｍ＝0.5 とした）。図４に示すうねりの挙動は、例
えば、工具移動手段の移動機構（送りネジなど）の精度
の影響によって、工具の先端に或る周期λのうねりが生
じた場合に想定される。従来のオフセット量Xg、または
本発明での第１のオフセット量Xg1 （＝Xg2 /2に設定し
た）が特異点でない場合（Xg、Xg1 ＝λ／３のとき）、
収束後の残留形状の誤差は本発明の方が多少大きくな
る。しかし、本発明ではXg1 が特異点となる場合（Xg 1
＝λ／２のとき）でも補正制御が機能するのに対し、従
来の方法ではXgが特異点になると（Xg＝λ／２のとき）
補正制御が機能しなくなっている。図５に、本発明と従
来の方法による残留形状誤差率Ｍとオフセット量（X
g1 ）との関係を示す。本発明の場合、Xg1 が約λ／
３、２λ／３となる２ヶ所にＭのピークが存在するが、
全体的にみればＭの値が小さくなって改善されているこ
とが判る。なお、図から判るように、測定手段（検出
器）を２台にした場合もＭにはλによる周期性が確認さ
れた。
【００１５】なお、上述の説明では、工具移動手段の切
り込み方向の誤差運動を正弦波として扱った。これは、
どのような誤差運動もフーリエ展開することで種々の正
弦波の重ね合わせで表すことができるという原理に基づ
いたものである。そして、このことから本発明が一般性
を有するものであることが証明できる。
り込み方向の誤差運動を正弦波として扱った。これは、
どのような誤差運動もフーリエ展開することで種々の正
弦波の重ね合わせで表すことができるという原理に基づ
いたものである。そして、このことから本発明が一般性
を有するものであることが証明できる。
【００１６】
【実施例】図１は、本発明の一実施例である旋盤を利用
した円筒切削を行う切削加工装置を示す概略構成図であ
り、図２は図１の側面図である。略円筒の形状を有する
被加工物３は、その一端がチャック２を介して回転可能
な主軸１に取り付けられており、他端は心押し台９によ
って支持されている。そして、被加工物３は、主軸１の
回転に伴って回転軸１ａのまわりを回転する。工具移動
手段８は、「切削工具（例えばバイトなど）５によって
既に切削された切削面３ａと工具移動手段８との距離」
を測定してこの距離に応じた信号を出力する変位計４１
を有する２つの測定手段４０、変位計４１を支持するた
めの支持具１０、切削工具５を有しこの切削工具５の被
加工物３に対する切り込み量を微小に変えるための微動
機構６および切削工具５の切り込み方向を案内するため
の微動機構用ガイド７とを備え、図示していないガイド
によって図中Ｘ方向に移動可能になっている。
した円筒切削を行う切削加工装置を示す概略構成図であ
り、図２は図１の側面図である。略円筒の形状を有する
被加工物３は、その一端がチャック２を介して回転可能
な主軸１に取り付けられており、他端は心押し台９によ
って支持されている。そして、被加工物３は、主軸１の
回転に伴って回転軸１ａのまわりを回転する。工具移動
手段８は、「切削工具（例えばバイトなど）５によって
既に切削された切削面３ａと工具移動手段８との距離」
を測定してこの距離に応じた信号を出力する変位計４１
を有する２つの測定手段４０、変位計４１を支持するた
めの支持具１０、切削工具５を有しこの切削工具５の被
加工物３に対する切り込み量を微小に変えるための微動
機構６および切削工具５の切り込み方向を案内するため
の微動機構用ガイド７とを備え、図示していないガイド
によって図中Ｘ方向に移動可能になっている。
【００１７】測定手段４０は、第１の測定手段４０ａと
第２の測定手段４０ｂからなる。各測定手段４０ａ、４
０ｂは、それぞれ、変位計４１ａ、４１ｂとローパスフ
ィルタ４２ａ、４２ｂとＡ／Ｄ変換器４３ａ、４３ｂと
で構成される。変位計４１から出力された信号は、ロー
パスフィルタ４２を経てＡ／Ｄ変換器４３に入力してこ
こでデジタル信号化された後、制御装置１１に入力す
る。２つの変位計４１は、被加工物３を挟んで微動機構
６と対向するように配置される。その際、図１中Ｘ軸方
向に対し、第１の変位計４１ａと工具５との間には所定
の間隔ｘ1 が、第２の変位計４１ｂと工具５との間には
所定の間隔ｘ2 （＝２ｘ1 ）が、それぞれ設定される。
変位計４１の設置に際しては、被加工物３の切り屑や冷
却用の加工液の影響を受けないようにその配置位置を考
慮しておくとよい。また、変位計４１が切削面３ａに対
して距離を測定する箇所と切削工具５が被加工物３に切
り込みを与える箇所とが、被加工物の略中心を通る同一
直線上に位置するように設定してある（図２参照）。変
位計としては、非接触で精度よく測定できるものが好ま
しく、本実施例では非接触型の光学式変位計を用いた。
この他の測定手段としては、非接触型の静電容量式変位
計を使用することもできる。
第２の測定手段４０ｂからなる。各測定手段４０ａ、４
０ｂは、それぞれ、変位計４１ａ、４１ｂとローパスフ
ィルタ４２ａ、４２ｂとＡ／Ｄ変換器４３ａ、４３ｂと
で構成される。変位計４１から出力された信号は、ロー
パスフィルタ４２を経てＡ／Ｄ変換器４３に入力してこ
こでデジタル信号化された後、制御装置１１に入力す
る。２つの変位計４１は、被加工物３を挟んで微動機構
６と対向するように配置される。その際、図１中Ｘ軸方
向に対し、第１の変位計４１ａと工具５との間には所定
の間隔ｘ1 が、第２の変位計４１ｂと工具５との間には
所定の間隔ｘ2 （＝２ｘ1 ）が、それぞれ設定される。
変位計４１の設置に際しては、被加工物３の切り屑や冷
却用の加工液の影響を受けないようにその配置位置を考
慮しておくとよい。また、変位計４１が切削面３ａに対
して距離を測定する箇所と切削工具５が被加工物３に切
り込みを与える箇所とが、被加工物の略中心を通る同一
直線上に位置するように設定してある（図２参照）。変
位計としては、非接触で精度よく測定できるものが好ま
しく、本実施例では非接触型の光学式変位計を用いた。
この他の測定手段としては、非接触型の静電容量式変位
計を使用することもできる。
【００１８】微動機構６は、ピエゾ（圧電）素子６ａと
Ｄ／Ａ変換器６ｂとピエゾ駆動アンプ６ｃとで構成され
る。制御装置１１から出力されたデジタル信号は、Ｄ／
Ａ変換器６ｂによりアナログ化されピエゾ駆動アンプ６
ｃに入力する。ピエゾ駆動アンプ６ｃは、入力した信号
（電圧）を増幅してピエゾ素子６ａに出力する。そし
て、前記信号を入力したピエゾ素子６ａは、この信号に
応じて伸縮することで切削工具５の被加工物３に対する
切り込み量を微小に変化させる。さらに、微動機構６
は、切削工具５が変位した値を検出してその変位量に応
じた信号を出力する工具変位計６ｄとＡ／Ｄ変換器６ｅ
とを備えることで、実際に切削工具５が変位した量を検
出して制御装置１１に入力するようにしてある。工具変
位計６ｄとしては、例えば、歪ゲージ（ストレインゲー
ジ）等を用いることが可能である。微動機構用ガイド７
は、切削工具５が微動機構６により精度よく移動させる
ためのもので、平行板バネや切り欠き平行バネ等を用い
ることができる。
Ｄ／Ａ変換器６ｂとピエゾ駆動アンプ６ｃとで構成され
る。制御装置１１から出力されたデジタル信号は、Ｄ／
Ａ変換器６ｂによりアナログ化されピエゾ駆動アンプ６
ｃに入力する。ピエゾ駆動アンプ６ｃは、入力した信号
（電圧）を増幅してピエゾ素子６ａに出力する。そし
て、前記信号を入力したピエゾ素子６ａは、この信号に
応じて伸縮することで切削工具５の被加工物３に対する
切り込み量を微小に変化させる。さらに、微動機構６
は、切削工具５が変位した値を検出してその変位量に応
じた信号を出力する工具変位計６ｄとＡ／Ｄ変換器６ｅ
とを備えることで、実際に切削工具５が変位した量を検
出して制御装置１１に入力するようにしてある。工具変
位計６ｄとしては、例えば、歪ゲージ（ストレインゲー
ジ）等を用いることが可能である。微動機構用ガイド７
は、切削工具５が微動機構６により精度よく移動させる
ためのもので、平行板バネや切り欠き平行バネ等を用い
ることができる。
【００１９】ここで、被加工物３に対して切削加工を行
う過程を説明する。まず、主軸１を回転させることで、
この主軸１に設置されたチャック２に取り付けられた被
加工物３を回転させる。そして、図示していない粗動機
構（例えば、旋盤における各移動テーブル）等によって
切削工具５を適当な位置まで移動させて、切削工具５に
より被加工物３に対して所望の切り込みを与える。その
後、工具移動手段８をＸ方向へ移動させることで、被加
工物３をチャック２の方向に順次切削していく。被加工
物３の心押し台９側の端面から切削を始める場合、切削
工具５がこの端面からｘ1 の距離を進むと、第１の変位
計４１ａが切削工具５によって切削された被加工物３の
切削面３ａと工具移動手段８との距離を測定し始める。
さらに、切削工具５が前記端面からｘ2 の距離を進む
と、第２の変位計４１ｂが切削工具５によって切削され
た被加工物３の切削面３ａと工具移動手段８との距離を
測定し始める。両変位計４１は、切削中は常に距離の測
定を行ない、測定した距離に対応する信号を、それぞれ
ローパスフィルタ４２ａ、４２ｂ、Ａ／Ｄ変換器４３
ａ、４３ｂを通して制御装置１１に出力する。
う過程を説明する。まず、主軸１を回転させることで、
この主軸１に設置されたチャック２に取り付けられた被
加工物３を回転させる。そして、図示していない粗動機
構（例えば、旋盤における各移動テーブル）等によって
切削工具５を適当な位置まで移動させて、切削工具５に
より被加工物３に対して所望の切り込みを与える。その
後、工具移動手段８をＸ方向へ移動させることで、被加
工物３をチャック２の方向に順次切削していく。被加工
物３の心押し台９側の端面から切削を始める場合、切削
工具５がこの端面からｘ1 の距離を進むと、第１の変位
計４１ａが切削工具５によって切削された被加工物３の
切削面３ａと工具移動手段８との距離を測定し始める。
さらに、切削工具５が前記端面からｘ2 の距離を進む
と、第２の変位計４１ｂが切削工具５によって切削され
た被加工物３の切削面３ａと工具移動手段８との距離を
測定し始める。両変位計４１は、切削中は常に距離の測
定を行ない、測定した距離に対応する信号を、それぞれ
ローパスフィルタ４２ａ、４２ｂ、Ａ／Ｄ変換器４３
ａ、４３ｂを通して制御装置１１に出力する。
【００２０】制御装置１１は、それぞれ工具移動手段８
と被切削面３ａとの距離に応じた、２つの変位計４１か
らの信号Ｓ1(X)およびＳ2(X)の値を基に、所望の形状に
非加工物３の切削が行なわれるように微動機構６を制御
する。その際、制御装置１１は、前記（式３）に基づい
て、信号Ｓ1(X)およびＳ2(X)の平均値を求め、この値に
「１未満の正の係数」を掛けて補正信号を作成し、この
補正信号をピエゾ駆動アンプ６ｃ、Ｄ／Ａ変換器６ｂを
介してピエゾ素子６ａに出力する。ピエゾ素子６ａは、
入力した信号に応じて伸縮し、先端に設けられた切削工
具５の切り込み量を変化させる。また、工具変位計６ｄ
は、切削工具５が変位した値を検出してその変位量に応
じた信号をＡ／Ｄ変換器６ｅを介して制御装置１１に出
力する。この工具変位計からの信号を基に、制御装置１
１は切り込み量が所望の値となるようにピエゾ素子６ａ
に与える出力を調整する。
と被切削面３ａとの距離に応じた、２つの変位計４１か
らの信号Ｓ1(X)およびＳ2(X)の値を基に、所望の形状に
非加工物３の切削が行なわれるように微動機構６を制御
する。その際、制御装置１１は、前記（式３）に基づい
て、信号Ｓ1(X)およびＳ2(X)の平均値を求め、この値に
「１未満の正の係数」を掛けて補正信号を作成し、この
補正信号をピエゾ駆動アンプ６ｃ、Ｄ／Ａ変換器６ｂを
介してピエゾ素子６ａに出力する。ピエゾ素子６ａは、
入力した信号に応じて伸縮し、先端に設けられた切削工
具５の切り込み量を変化させる。また、工具変位計６ｄ
は、切削工具５が変位した値を検出してその変位量に応
じた信号をＡ／Ｄ変換器６ｅを介して制御装置１１に出
力する。この工具変位計からの信号を基に、制御装置１
１は切り込み量が所望の値となるようにピエゾ素子６ａ
に与える出力を調整する。
【００２１】以後、同様にして切削面３ａを基準とし
て、順次切削工具５の切り込み量を調整しながら加工を
行なうことで、被加工物３を所望の形状に切削すること
ができる。
て、順次切削工具５の切り込み量を調整しながら加工を
行なうことで、被加工物３を所望の形状に切削すること
ができる。
【００２２】
【発明の効果】本発明では、切削用工具よる切り込み量
を制御する際に前記工具移動手段と被切削面との距離に
応じた信号と１未満の正の係数との積を補正信号とし、
この補正信号に基いて前記工具移動手段を移動させる際
に、前記距離に応じた信号を異なる複数の点で測定され
た値から求めるようにした。そのため、測定点と加工点
（工具と被加工物との接触点）との距離に関係なく、常
に補正制御が機能するようになるので、従来よりも高精
度で加工することができる。
を制御する際に前記工具移動手段と被切削面との距離に
応じた信号と１未満の正の係数との積を補正信号とし、
この補正信号に基いて前記工具移動手段を移動させる際
に、前記距離に応じた信号を異なる複数の点で測定され
た値から求めるようにした。そのため、測定点と加工点
（工具と被加工物との接触点）との距離に関係なく、常
に補正制御が機能するようになるので、従来よりも高精
度で加工することができる。
【図１】は、本発明の一実施例を示す概略構成図であ
る。
る。
【図２】は、図１の概略側面図である。
【図３】は、従来の方法における残留形状誤差率Ｍとオ
フセット量との関係を示す図である。
フセット量との関係を示す図である。
【図４】は、「フィードバック制御を行わない時の挙動
（振幅）」に対する、「制御を行ない収束した振幅」の
比を残留うねり率Ｍとし、制御を行うことによる該うね
りの変化を示す図である。
（振幅）」に対する、「制御を行ない収束した振幅」の
比を残留うねり率Ｍとし、制御を行うことによる該うね
りの変化を示す図である。
【図５】は、本発明と従来の方法における、残留形状誤
差率Ｍとオフセット量との関係を示す図である。
差率Ｍとオフセット量との関係を示す図である。
１ 主軸 ２ チャック ３ 被加工物 ３ａ 切削面 ４０ 測定手段 ４１ 変位計 ５ 切削工具 ６ 微動機構 ６ａ ピエゾ（圧電）素子 ７ 微動機構用ガイド ８ 工具移動手段 １１ 制御装置
Claims (2)
- 【請求項１】 切削用工具を用いて被加工物を切削する
際に、前記工具を被加工物に対して移動させる工具移動
手段と前記被加工物における既に切削された被切削面と
の距離を測定し、該距離に応じた信号と「１未満の正の
係数」との積から補正信号を作成し、該補正信号に基い
て前記工具移動手段を移動させることで切削用工具によ
る切り込み量を制御して所望の形状に切削を行う高精度
切削加工法において、 前記工具移動手段と被切削面との距離を少なくとも異な
る２点で測定し、各点で測定された値から前記距離に応
じた信号を作成することを特徴とする高精度切削加工
法。 - 【請求項２】 被加工物に対して切削加工を行うための
切削工具と該被加工物とを相対的に移動させる工具移動
手段、該工具移動手段と前記切削工具によって切削され
た被切削面との距離を測定する測定手段、該測定手段か
ら出力された前記距離に応じた信号と「１未満の正の係
数」との積から補正信号を作成する補正手段、および前
記補正信号に基づいて前記切削工具と前記被加工物との
相対位置を修正する修正手段とを備えた切削加工装置に
おいて、 前記測定手段が、前記工具移動手段と被切削面との距離
を少なくとも異なる２点で測定すること、および前記補
正手段が、前記少なくとも異なる２点で測定された距離
の値から前記工具移動手段と被切削面との距離に応じた
信号を求め、得られた信号と１未満の正の係数との積か
ら補正信号を作成することを特徴とする切削加工装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5231682A JPH0780751A (ja) | 1993-09-17 | 1993-09-17 | 高精度切削加工法および切削加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5231682A JPH0780751A (ja) | 1993-09-17 | 1993-09-17 | 高精度切削加工法および切削加工装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0780751A true JPH0780751A (ja) | 1995-03-28 |
Family
ID=16927345
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5231682A Pending JPH0780751A (ja) | 1993-09-17 | 1993-09-17 | 高精度切削加工法および切削加工装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0780751A (ja) |
-
1993
- 1993-09-17 JP JP5231682A patent/JPH0780751A/ja active Pending
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