TW201834783A - 加工控制系統、及運動導引裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明在藉由運動導引裝置以可移動方式支撐工件的狀態下，抑制在進行加工裝置所做的工件加工時之加工精確度減低。本發明針對在藉由運動導引裝置將工件支撐成可移動的狀態下藉由加工裝置所進行之有關該工件的加工之加工控制系統，構成為具備：取得部，其取得在藉由加工裝置進行工件加工時有關運動導引置所承受的負荷荷重之特定加工資訊、及輸出部，其依據取得部取得的特定加工資訊，產生用以補正加工裝置所進行之工件加工用的特定控制參數之加工補正資訊，並且輸出到加工裝置側；該運動導引裝置具有：沿著長度方向沿伸之軌道構件、及透過以可轉動方式配置在轉動溝內之轉動體配置為與該軌道構件對向，而且可沿著該軌道構件的該長度方向相對性移動之移動構件。

Description

加工控制系統、及運動導引裝置
發明領域 本發明為有關一種藉由具有軌道構件及移動構件之運動導引裝置以可移動方式支撐工件的狀態下，控制加工裝置所進行的工件加工之加工控制系統、及運動導引裝置。
發明背景 在進行由加工裝置所執行之工件的旋切、研磨、銑床加工等工作機械中，會有使用可自由移動方式支撐工件之運動導引裝置的情況。就該情況的運動導引裝置而言，例如具有沿著長度方向沿伸之軌道構件、及透過以可轉動方式配置在轉動溝內之轉動體配置為與該軌道構件對向，而且沿著該軌道構件的該長度方向相對性移動之移動構件者為悉知的。在使用這樣的運動導引裝置之工作機械中，藉由在移動構件安裝加工用工作台，在該工作台載置工件，就可自由移動地支撐工件。
先行專利文獻 專利文獻 [專利文獻1]日本特開2015-027701號公報
發明概要 發明欲解決之課題 在上述的運動導引裝置中，在進行由加工裝置所執行的工件加工時，當從加工裝置對運動導引裝置施加負荷荷重時，承受該負荷荷重的一部分之移動構件會彈性變形，產生荷重振動。因此，在運動導引裝置的使用過程中，當移動構件的剛性隨著時間減低時，伴隨該情況使上述荷重振動衰減率也會隨著時間變小。將上述荷重振動衰減率為小的情況與大的情況相比，在進行由加工裝置所執行的工件加工時，難以收束移動構件的荷重振動。為此，伴隨著運動導引裝置之經時變化，當上述荷重振動衰減率變小時，利用運動導引裝置所支撐的工件姿勢就難以穩定，而有可能影響由加工裝置所執行之工件的加工精確度。
本發明為有鑑於上述實際情況而開發出來者，其目的為在藉由運動導引裝置將工件支撐成可移動的狀態下，抑制進行由加工裝置所執行的工件加工時之加工精確度的減低。 用以解決課題之手段
本發明為了解決上述課題，在藉由運動導引裝置將工件支撐成可移動的狀態下進行由加工裝置所執行的工件加工時，採用取得有關施加在該運動導引裝置之負荷荷重的特定加工資訊，依據該已取得的特定加工資訊可產生用以補正加工裝置的控制參數之加工補正資訊的構成。接著，藉由將已產生的加工補正資訊輸出到加工裝置側，可以在加工裝置側進行控制參數的補正。
詳細而言，本發明為有關在藉由運動導引裝置將工件支撐成可移動的狀態下藉由加工裝置所進行之該工件加工之加工控制系統；該運動導引裝置具有：沿著長度方向沿伸之軌道構件、及透過以可轉動方式配置在轉動溝內的轉動體而配置成與該軌道構件對向，且可沿著該軌道構件的該長度方向相對性移動之移動構件。該加工控制系統具備：前述運動導引裝置、工作台，為載置前述工件之工作台，而且由前述運動導引裝置所支撐、取得部，其取得有關在前述工作台載置前述工件的狀態下前述加工裝置所施加到前述運動導引裝置的負荷荷重之特定加工資訊、及輸出部，依據前述取得部取得的前述特定加工資訊，產生用以補正前述加工裝置所進行之前述工件加工用的特定控制參數之加工補正資訊，並且輸出到加工裝置側。
在如此構成的加工控制系統中，取得有關在工作台載置工件的狀態下由加工裝置施加到運動導引裝置的負荷荷重之特定加工資訊。其中，在工作台載置工件的狀態下由加工裝置將負荷荷重施加到運動導引裝置時，既然要特定發生在移動構件之荷重振動的衰減率等，就必須掌握上述負荷荷重。因此，在本發明的加工控制系統中，構成為取得有關在工作台載置工件的狀態下由加工裝置施加到運動導引裝置的負荷荷重之資訊，作為特定加工資訊。該特定加工資訊有助於加工補正資訊的產生。加工補正資訊為補正在藉由加工裝置加工工件時用於該加工裝置的控制之參數的資訊。接著，有關本發明之加工控制系統將已產生的加工補正資訊從輸出部輸出到加工裝置側。該結果為在加工裝置側中，可以使用加工補正資訊補正控制參數。藉此，即使在以運動導引裝置的經時變化等為起因而使移動構件的剛性有所變化的情況下，也可以抑制由加工裝置所進行之工件的加工精確度減低。
發明效果 根據本發明，在藉由運動導引裝置將工件支撐成可移動的狀態下，可以抑制進行由加工裝置所執行的工件加工時之加工精確度的減低。
用以實施發明之形態 以下，針對本發明的具體實施形態，依據圖面進行說明。記載於本實施形態之構成零件的尺寸、材質、形狀、及其相對配置等，除非有特別記載，否則並不是將發明的技術範圍僅限定於該等的宗旨者。
實施例1 圖1為顯示適用有關本發明的加工控制系統之工作機械20的概略構成之圖。工作機械20具備：用以進行工件40的旋切、研磨、銑床加工等之加工工具31、載置工件40之工作台8、用以輸送工作台8之致動器17、及用以控制由加工工具31所進行之工件40的加工速度(例如轉軸的旋轉速度等)或由致動器17所影響之工作台8的輸送速度等之NC裝置30。工作機械20為本發明所提及之「加工裝置」的一例。
又，在上述工作機械20中，使用以可自由移動方式支撐工作台8所用的運動導引裝置1。其中，針對運動導引裝置1的構造、及依據搭載在運動導引裝置1之位移感測器的檢測值的資訊等之流程，依據圖2至圖5進行說明。在運動導引裝置1中，符號2a至2d、3a至3d表示位移感測器，符號4表示線性編碼器，再者符號10表示資訊處理裝置。
首先，說明運動導引裝置1的構成。運動導引裝置1具備：軌道11(為本發明所提及之「軌道構件」的一例)；被安裝為可沿著軌道11的長度方向相對移動之載體12(為本發明所提及之「移動構件」的一例)；及用以處理線性編碼器4或位移感測器2a至2b、3a至3b的訊號之資訊處理裝置10。在本實施形態中，軌道11安裝在工作機械20的基座7，在載體12安裝工作機械20的工作台8(參照圖1)。包含工作台8之可動部的運動方向藉由運動導引裝置1所導引。又，將運動導引裝置1上下翻轉，將載體12安裝在基座7、將軌道11安裝在工作台8上亦可。又，運動導引裝置1之軌道11的長度方向為非水平，在對於水平面為傾斜或直交的狀態下使用亦可。
圖3為顯示運動導引裝置1之軌道11及載體12的外觀立體圖。為了便於說明，以軌道11配置為水平面，從軌道11的長度方向所視之方向即圖3所示之x軸為前後方向、y軸為上下方向、z軸為左右方向，說明運動導引裝置1的構成。當然，運動導引裝置1的配置不限於這樣的配置。
在軌道11的左右兩側分別設置上下2條轉動面11a。轉動面11a的剖面為圓弧狀。在軌道11的上面中，沿著長度方向以適當間距設有用以將軌道11緊固在基座7的緊固構件所穿過之貫穿孔11b。
載體12具有與軌道11上面對向之水平部12-1、及與軌道11側面對向之一對袖部12-2，剖面為コ字狀。載體12具備：移動方向的中央之載體本體13；配置在載體本體13的移動方向兩端之一對蓋構件14a、14b；及配置在一對蓋構件14a、14b的移動方向兩端之一對感測器安裝構件15a、15b(參照圖2)。蓋構件14a、14b具有與軌道11上面對向之水平部14-1、及與軌道11側面對向之一對袖部14-2，剖面為コ字狀。感測器安裝構件15a、15b亦同，具有與軌道11上面對向之水平部15-1、及與軌道11側面對向之一對袖部15-2，剖面為コ字狀(參照圖5(a))。蓋構件14a、14b利用螺栓等緊固構件與載體本體13緊固。感測器安裝構件15a、15b利用螺栓等緊固構件與載體本體13及蓋構件14a、14b緊固。又，在圖3、圖4中，省略感測器安裝構件15a、15b。
圖4為顯示運動導引裝置1之軌道11及載體12的內部構造概要之圖。如圖4所示，在載體本體13中設有與軌道11的四條轉動面11a對向之四條轉動面13a。在載體本體13中設有與各轉動面13a平行之返回通路13b。在蓋構件14a、14b中設有連接各轉動面13a及各返回通路13b之U字狀的方向轉換通路14c。方向轉換通路14c的內周側構成為藉由與載體本體13一體成型之剖面半圓狀的內周部13c。藉由軌道11的轉動面11a、載體本體13的轉動面13a間的負荷滾轉通路；一對方向轉換通路14c；及返回通路13b構成軌跡狀的循環通路。在循環通路中收納複數個滾珠16(為本發明所提及之「轉動體」的一例)。當對於軌道11使載體12相對性移動時，介在於此等之間的滾珠16會在負荷滾轉通路滾動。滾動到負荷滾轉通路的一端之滾珠16被導入到一方的方向轉換通路14c，經由返回通路13b、另一方的方向轉換通路14c回到負荷滾轉通路的另一端。
＜感測器的構成＞ 其中，針對裝入到運動導引裝置1內之位移感測器2a至2d、3a至3d的構成進行敘述。本實施形態之位移感測器2a至2d、3a至3d例如為靜電容量型位移器，以非接觸方式檢測出對於軌道11之載體12的位移(參照圖5(b)的放大圖)。如圖2所示，在載體12的移動方向兩端部中，安裝一對感測器安裝構件15a、15b。在一方的感測器安裝構件15a中，安裝4個位移感測器2a至2d。4個位移感測器2a至2d在軌道11的長度方向中配置在同一位置。另一方的感測器安裝構件15b亦同，安裝4個位移感測器3a至3d。4個位移感測器3a至3d在軌道11的長度方向中配置在同一位置。軌道11的長度方向中之位移感測器2a至2d與位移感測器3a至3d間的距離為L1 (參照圖2)。又，將各位移感測器2a至2d、3a至3d沿著載體12的移動方向相互錯開配置亦可。
圖5(a)顯示從軌道11的長度方向所視之感測器安裝構件15a。如上述所示，感測器安裝構件15a具有與軌道11上面11c對向之水平部15-1、及與軌道11左右側面對向之一對袖部15-2。在水平部15-1中配置檢測徑向的位移之2個位移感測器2a、2b。位移感測器2a、2b與軌道11的上面11c隔著間隔相互對向，檢測出到軌道11的上面11c之間隙。2個位移感測器2a、2b間的左右方向距離為L2 。
在一對袖部15-2中配置檢測水平方向的位移之2個位移感測器2c、2d。位移感測器2c、2d與軌道11的側面11d隔著間隔相互對向，檢測出到側面11d之間隙。
在假設將軌道11配置為水平面的狀態下，位移感測器2a、2b及位移感測器2c、2d配置在比載體12的上面(安裝面)更下方。因為在載體12的上面(安裝面)安裝有工作台8。位移感測器2a至2d的電線2a1 至2d1 從感測器安裝構件15a的袖部15-2朝左右方向拉出。又，將電線2a1 至2d1 從感測器安裝構件15a的前面朝前方(與紙面垂直的方向)拉出亦可。又，使感測器安裝構件15a上面的高度比載體12上面(安裝面)更低，將感測器安裝構件15a上面與工作台8的間隙利用作為拉出電線2a1 、2b1 的間隙亦可。
圖2所示之感測器安裝構件15b亦同，與感測器安裝構件15a相同，具有水平部15-1與一對袖部15-2，位移感測器3a至3d是位移感測器2a至2d
＜線性編碼器＞ 線性編碼器4檢測載體12的x軸方向位置，將該檢測結果輸出到資訊處理裝置10。該線性編碼器4例如具備：安裝在工作機械20的基座7或軌道11之刻度、及安裝在工作機械20的工作台8或載體12，並且讀取刻度之頭部。又，檢測軌道11上的載體12位置之位置檢測手段並不限於線性編碼器。例如，在工作機械20的工作台8為滾珠螺桿驅動的情況下，作為位置檢測手段也可以使用檢測驅動滾珠螺桿之馬達角度的旋轉編碼器。
＜資訊處理裝置的機能構成＞ 圖6為將藉由包含在運動導引裝置1之資訊處理裝置10所實現的機能部成像化之方塊圖。資訊處理裝置10具有用以處理位移感測器2a等的檢測值之運算裝置或暫時記憶之記憶體等，藉由該運算裝置執行特定的控制程式可以發揮各種機能。本實施形態之資訊處理裝置10以具備取得部101及輸出部102作為其主要的機能部。
取得部101在將工件40載置在工作台8狀態下對運動導引裝置1施加負荷荷重時，輸入位移感測器2a至2d、3a至3d的檢測值，從該等檢測值取得特定加工資訊。特定加工資訊為有關上述負荷荷重的資訊，針對該詳細內容之後敘述。
其中，在進行由加工工具31所執行之工件40加工時，藉由透過工件40及工作台8從加工工具31對運動導引裝置1施加負荷荷重，使載體12彈性變形，發生該載體12的荷重振動。既然要精確度佳進行由加工工具31所執行之工件40加工，就會期許藉由迅速收束上述的荷重振動，穩定工件40的姿勢。因此，載體12設計為具有能夠迅速收束上述荷重振動程度的剛性。
然而，以工作機械20反覆運轉為起因，伴隨著運動導引裝置1的經時變化，有可能使載體12的剛性隨著時間變低。當載體12的剛性變低時，由於在從加工工具31對運動導引裝置1施加負荷荷重時之載體12的彈性變形量易於變大，伴隨該情況可能使上述荷重振動的振幅變大、該荷重振動衰減率變小。在該情況下，由於難以穩定支撐在載體12之工作台8或工件40的姿勢，因此有可能使由加工工具31所執行之工件40的加工精確度變低。
因此，在本實施形態中，構成為取得上述負荷荷重的大小作為特定加工資訊，再者依據該負荷荷重大小取得載體12的剛性或上述荷重振動的衰減率。針對取得該等資訊的具體方法之後敘述。
又，輸出部102依據利用取得部101所取得的特定加工資訊，產生用以補正NC裝置30在控制加工工具31時所使用的控制參數之加工補正資訊，將該加工補正資訊輸出到NC裝置30。針對該加工補正資訊的詳細之後敘述。
＜取得部101之詳細＞ 其中，針對由取得部101所執行之特定加工資訊的取得處理概略，依據圖7進行說明。圖7所示之取得處理為以開始由加工工具31所執行之工件40加工為觸發點，藉由取得部101所執行之處理。首先，取得部101從各位移感測器2a至2d、3a至3d取得載體12的位移量(S101)。接著，取得部101以利用S101取得的載體12位移量資料為基準，進行作用於載體12之負荷荷重的計算(S102)。接著，取得部101從利用S101取得的位移量與利用S102計算的負荷荷重，計算載體12的剛性(S103)。再者，取得部101依據利用S103算出的載體12剛性計算上述負荷荷重的衰減率。
其次，針對上述取得處理中的各步驟處理的詳細進行說明。
＜S101＞ 在S101中，以開始由加工工具31所執行之工件40加工為觸發點，取得部101從各位移感測器2a至2d、3a至3d取得載體12的位移量。由於各位移感測器2a至2d、3a至3d的測量值為從感測器到轉動面之距離，因此取得部101取得從由位移感測器2a至2d、3a至3d檢測出的位移資訊之值減去預先記憶之無負荷狀態的位移感測器2a至2d、3a至3d的檢測值之值，作為對於軌道11之載體12位移量。
＜S102＞ 其次，在S102中，取得部101依據載體12的位移量，計算施加在載體12的負荷荷重。取得部101在計算施加在載體12的負荷荷重時，首先依據從各位移感測器2a至2d、3a至3d取得的載體12位移量，算出載體12的位移5成分。其次，取得部101依據位移5成分，算出作用在複數個滾珠16之各運轉荷重及接觸角。接著，取得部101依據各滾珠16的荷重及接觸角，算出作用在載體12之負荷荷重(外力5成分)。在以下詳細說明上述3工程。
＜工程1：載體的位移5成分之算出＞ 如圖3所示，當在運動導引裝置1設定x-y-z座標軸時，作用在x-y-z座標原點之荷重為徑向荷重Fy 、及水平荷重Fz 。將載體12朝軌道11按壓的方向，也就是圖3的y軸正方向作用的荷重為徑向荷重。將載體12對於軌道11朝橫方向推移的方向，也就是圖3的z軸正負方向作用之荷重為水平荷重。
又，x-y-z座標軸周圍的力矩為縱向力矩總合之Ma 、偏搖力矩總合之Mb 、旋轉力矩總合之Mc 。在載體12中作為外力使徑向荷重Fy 、縱向力矩總合之Ma 、旋轉力矩總合之Mc 、水平荷重Fz 、 及偏搖力矩總合之Mb 作用。當使此等外力5成分作用在載體12時，在載體12中產生與其各自對應之位移5成分，即徑向位移α1 (mm)、縱向角α2 (rad)、旋轉角α3 (rad)、水平位移α4 (mm)、 及偏搖角α5 (rad)。
圖8顯示在外力作用在載體12時之位移感測器2a至2d的輸出變化。圖8中附斜線的箭頭為輸出有變化的感測器，圖8中空白的箭頭為輸出沒變化的感測器。在徑向荷重Fy 作用於載體12時，藉由載體本體13或滾珠16等的彈性變形，使載體12與軌道11間之上下方向的間隙會因應徑向荷重Fy 大小而有所變化。位移感測器2a、2b檢測到該上下方向的間隙變化(位移)。又，安裝在感測器安裝部15b(參照圖2)之位移感測器3a、3b也檢測到該上下方向之位移。
在徑向荷重Fy 作用在載體12時，當位移感測器2a、2b檢測到的位移為A1 、A2 ，位移感測器3a、3b檢測到的位移為A3 、A4 時，載體12的徑向位移α1 ，例如可以得到以下數學式。 (數1) α1 =(A1 +A2 +A3 +A4 )/4
在水平荷重Fz 作用在載體12時，藉由載體本體13或滾珠16的彈性變形等，使載體12對於軌道11朝橫方向推移，載體12的一方袖部12-2與軌道11間之水平方向的間隙變小，載體12的另一方袖部12-2與軌道11間之水平方向的間隙變大。位移感測器2c、2d檢測出該水平方向的間隙變化(位移)。又，安裝在感測器安裝部15b(參照圖2)之位移感測器3c、3d也檢測到該水平方向之位移。當位移感測器2c、2d檢測到的位移為B1 、B2 ，位移感測器3c、3d檢測到的位移為B3 、B4 時，載體12的水平位移α4 例如可以得到以下數學式。 (數2) α4 =(B1 － B2 +B3 － B4 )/4
在縱向力矩Ma 作用在載體12時，位移感測器2a、2b與軌道11間的間隙變大，位移感測器3a、3b與軌道11間的間隙變小。當縱向角α2 為非常小時，縱向角α2 (rad)例如可以得到以下數學式。 (數3) α2 =((A3 +A4 )/2-(A1 +A2 )/2)/L1
在旋轉力矩Mc 作用在載體12時，位移感測器2a、3a與軌道11間的間隙變小，位移感測器2b、3b與軌道11間的間隙變大。當旋轉角α3 為非常小時，旋轉角α3 (rad)例如可以得到以下數學式。 (數4) α3 =((A1 +A3 )/2-(A2 +A4 )/2)/L2
在偏搖力矩Mb 作用在載體12時，位移感測器2c、3d與軌道11間的間隙變小，位移感測器2d、3c與軌道11間的間隙變大。當偏搖角α5 為非常小時，偏搖角α5 (rad)例如可以得到以下數學式。 (數5) α5 =((A1 +A4 )/2-(A2 +A3 )/2)/L2
藉此，依據位移感測器2a至2d、3a至3d檢測出的位移，可以算出載體12的位移5成分。
＜工程2：作用在各滾珠的荷重及接觸角之算出＞ 於圖9顯示載體12內的滾珠16所接觸的部分在x軸方向剖面的狀態。根據圖9，各滾珠間距使用取得比1稍大之值K 為K Da，決定各滾珠的x座標，並使其為Xi 。載體12內之滾珠16所轉動的部分之長度為2Ux 。並排在2Ux 的滾珠數稱為有效滾珠數並設定為I。在載體12的兩端部分中在半徑R施予深度為λε 之被稱為凸面加工之R形狀的大彎曲面加工。
作為負荷荷重之外力5成分，即徑向荷重Fy 、縱向力矩Ma 、旋轉力矩Mc 、水平荷重Fz 、及偏搖力矩Mb 作用於載體12時，在載體12產生位移5成分，即徑向位移α1 、縱向角α2 、旋轉角α3 、水平位移α4 、 及偏搖角α5 ，使理論公式成立。
分別在圖10顯示載體12的滾珠編號i之產生載體12內剖面的位移5成分前之內部荷重狀態、在圖11顯示產生位移5成分後之內部荷重狀態。其中，將載體12的滾珠列編號為j、滾珠內的滾珠編號為i。將滾珠徑為Da 、連同軌道側11、載體12側轉動面與滾珠16的合適度為f、即轉動面曲率半徑為fDa 。又，將軌道側轉動面曲率中心位置為Ar 、載體側轉動面曲率中心位置為Ac 、連結該等之線與z軸構成的角，也就是接觸角的初始狀態為Y。再者，各自在位於軌道11上側之2個轉動面轉動之滾珠16的滾珠中心間距離為2UZ12 、各自在位於軌道11下側之2個轉動面轉動之滾珠16的滾珠中心間距離為2UZ34 、各自在軌道11上側轉動面與下側轉動面轉動之滾珠16的滾珠中心間距離為2Uy 。
在滾珠16作用預壓。首先針對預壓原理進行說明。挾持在軌道11、載體12之對向轉動面間的部分之尺寸為根據軌道11、載體12之設計時的尺寸與轉動面的幾何形狀所決定。要置入其內之滾珠徑雖然是設計時的滾珠徑，但是當在其內裝只入比設計時的滾珠徑稍大尺寸Da+λ的滾珠16時，根據Hertz(赫茲)接觸理論，滾珠16與轉動面的接觸部彈性變形，形成接觸面，產生接觸應力。如此所產生的荷重為內部荷重，就是預壓荷重。
在圖10中以P0 表示該荷重，因接觸部的彈性變形而有的軌道11、載體12間的互相接近量以δ0 表示。實際上滾珠位置雖然是存在於以圖10的一點虛線描繪之軌道11、載體12之轉動面間的中心位置，但是因為兩轉動面之與滾珠16的合適度f為相等，因此發生在滾珠16的2處接觸部之依據Hertz接觸理論的眾特性值都相同。為此，藉由在軌道側轉動面錯開描繪滾珠16，易於了解軌道11、載體12之轉動面間的互相接近量δ0 。
通常，因為預壓荷重定義為每1個載體的上側2列分(或下側2列分)之徑向荷重，因此預壓荷重Ppre 如下式表示。 (數6)
其次，從該狀態到在運動導引裝置1作用負荷荷重(外力5成分)而產生位移5成分的狀態進行說明。如圖11所示，構成座標原點之運動導引裝置1的中心因位移5成分，也就是徑向位移α1 、縱向角α2 、旋轉角α3 、水平位移α4 、 及偏搖角α5 ，引起在第i個滾珠位置之軌道11與載體12的相對位移。
此時，軌道側轉動面曲率中心沒有移動，但是因為載體12移動，因此載體側轉動面曲率中心以各滾珠位置發生幾何學性移動。該移動樣子以載體側轉動面曲率中心之Ac 移動到Ac ’者表示之。認為將該Ac 朝Ac ’的移動量分成y方向及z方向，y方向的移動量為δy ，z方向的移動量為δz 時，之後的下標字表示第i個滾珠、第j列滾珠列， (數7)可以利用上式表示之。其中，zc 、yc 為點Ac 之座標。
其次，因為連結軌道11側與載體12側之轉動面曲率中心之線構成滾珠荷重的法線方向之接觸角，因此初始接觸角之Yj 變化為βij ，再者該兩轉動面曲率中心間距離從當初的Ar 、Ac 間的距離變化為Ar 、Ac ’間的距離。該兩轉動面曲率中心間距離的變化成為在滾珠16兩接觸部的彈性變形，與圖10的說明時相同，藉由將滾珠16在軌道側轉動面錯開描繪，可以求出滾珠16的彈性變形量δij 。
認為該Ar 、Ac ’間的距離也分成y方向及z方向，當y方向的移動量為Vy ，z方向的移動量為Vz 時，使用前述的δyij 、δzij ， (數8)以上式表示之。藉此Ar 、Ac ’間的距離如下式， (數9)接觸角βij 如下式。 (數10)由以上，滾珠16的彈性變形量δij 如下式所示。 (數11)
其中，將圖9所示之載體12內的滾珠16所接觸的部分在x軸方向剖面的狀態下，置入凸面、加工部分之滾珠16的彈性變形量δij 成為載體12側的轉動面曲率中心之Ac ’從軌道側轉動面曲率中心Ac 分開的形狀，僅該分量為少。由於該點剛好視為將滾珠徑以與其相符的形式縮小者相等，因此將該量為λxi 從上式中減去。
當使用根據Hertz接觸理論所導入之轉動體為滾珠情況之顯示彈性接近量的數學式時，從彈性變形量δij 藉由下式求出轉動體荷重Pij 。 (數12)其中，Cb 為非線形之彈簧常數(N/mm3/2 )，由下式定義之。 (數13)其中，E為縱彈性係數，1/m為泊松(Poisson)比，2K/πμ為Hertz係數，Σρ為主曲率和。
根據以上，使用載體12的位移5成分α1 至α5 ，針對載體12內的所有滾珠16，能夠以數學式表示接觸角βij 、彈性變形量δij 、及轉動體荷重Pij 。
又，在上述中，為了易於了解，使用將載體12為剛體所考量之剛體模型負荷分布理論。使用擴大該剛體模型負荷分布理論，適用加入載體12的袖部12-2變形之梁理論的載體梁模型負荷分布理論亦可。再者，將載體12或軌道11為FEM模型之載體‧軌道FEM模型負荷分布理論亦可。
＜工程3：負荷荷重(外力5成分)之算出＞ 之後，使用上述數學式，成立關於作為外力之5成分，即徑向荷重Fy 、縱向力矩Ma 、旋轉力矩Mc 、水平荷重Fz 、及偏搖力矩Mb 的相應條件式即可。 (數14) 關於徑向荷重Fy ，(數15) 關於縱向力矩Ma ，(數16) 關於旋轉力矩Mc ，其中，ωij 表示力矩臂長度，由下式定義之。zr 、yr 為點Ar 的座標。(數17) 關於水平荷重Fz ，(數18) 關於偏搖力矩Mb ，由以上數學式，可以算出施加到載體12之負荷荷重(外力5成分)。
＜S103＞ 其次，針對S103的詳細進行說明。在S103中，取得部101依據外力5成分及對應外力5成分的各成分之彈性變形量，計算出載體12的剛性。此時，取得部101使用在S101取得之位移5成分的各成分者作為對應外力5成分的各成分之彈性變形量。接著，對於徑向荷重Fy 之載體12的剛性ky 為以下。 (數19) ky =Fy /α1
對於縱向力矩Ma 之載體12的剛性ka 為以下。 (數20) ka =Ma /α2
對於旋轉力矩Mc 之載體12的剛性kc 為以下。 (數21) kc =Mc /α3
對於水平荷重Fz 之載體12的剛性kz 為以下。 (數22) kz =Fz /α4
對於偏搖力矩Mb 之載體12的剛性kb 為以下。 (數23) kb =Mb /α5
由以上數學式可以算出載體12的剛性(剛性5成分)。
＜S104＞ 其次，針對S104的詳細進行說明。在S104中，取得部101依據在S103算出之載體12的剛性5成分，計算出上述荷重振動的衰減率。其中，上述荷重振動的衰減率與載體12的彈性振動衰減率相關。因此，上述荷重振動的衰減率可以使用載體12的剛性及載體12的質量進行運算。例如，荷重振動之徑向成分衰減率dy 在將載體12的質量為q時，得到下式。 (數24)其中，c為常數。
荷重振動之縱向成分衰減率da 得到下式。 (數25)
荷重振動之旋轉成分衰減率dc 得到下式。 (數26)
荷重振動之旋轉成分衰減率dz 得到下式。 (數27)
荷重振動之旋轉成分衰減率db 得到下式。 (數28)
又，取得部101如圖12所示，對於以橫軸為時間軸之圖表中描繪位移資料情況下的波形，從每一單位時間的振幅衰減量ΔA求出載體12的衰減率亦可。又，依據從位移振動開始到結束的時間Δt2，求出上述荷重振動的衰減率亦可。
＜輸出部102的詳細＞ 其次，輸出部102依據利用取得部101取得的特定加工資訊也就是載體12的剛性資料及衰減率資料，產生加工補正資訊。加工補正資訊如前述所示，其為用以補正NC裝置30在控制加工工具31時所使用的控制參數之資訊。詳細而言，加工補正資訊為用以補正由加工工具31所進行之工件40加工速度的資訊、或者補正在進行由加工工具31所執行的工件40加工時之由致動器17所影響之載體12移動速度(工作台8輸送速度)的資訊等。其中，作為加工補正資訊，使用用以補正由加工工具31所進行之工件40加工速度的資訊之情況下，輸出部102只要產生當載體12的剛性及上述荷重振動衰減率越小，加工速度就越慢之補正資訊即可。又，作為加工補正資訊，使用補正由致動器17所影響之工作台8輸送速度的資訊之情況下，輸出部102只要產生當載體12的剛性及上述荷重振動的衰減率越小，工作台8的輸送速度就越慢之補正資訊即可。主要而言，藉由輸出部102所產生的加工補正資訊只要是以使由加工工具31加工工件40時施加在載體12的負荷荷重變小的方式，可補正上述的控制參數之資訊即可。如此所產生的加工補正資訊從輸出部102輸出到NC裝置30。
又，由輸出部102所執行之加工補正資訊的輸出在上次的加工補正資訊輸出時之載體12的剛性值或衰減率變動量為特定量以上時再進行亦可。該時的特定量在上述變動量未滿該特定量時，由加工工具31所進行之工件40加工精確度減低被認為是可歸納於容許範圍的量。如此一來，當規定加工補正資訊的輸出條件時，可以抑制由NC裝置30所執行之加工工具31控制中的偏差或過量發生。
又，輸出部102在上次加工補正資訊輸出時之從載體12的剛性值或衰減率變動量達到特定量以上的所要時間(工作機械20的運轉時間之累積值)比特定時間更短的情況下，構成為將關於工件40加工之警報資訊輸出到NC裝置30亦可。該情況的特定時間為比正常的運動導引裝置1在經時變化的過程中上述變動量達到特定量以上的所要時間更短的時間，而且認為是由於運動導引裝置1之經時變化以外的要因，使利用取得部101取得之載體12的剛性值或衰減率變小的時間。換言之，前述特定時間認為是發生由於運動導引裝置1的經時變化以外的要因所造成的異常之時間。依據如此所設定的特定時間，當從輸出部102將警報資訊輸出到NC裝置30時，在NC裝置30側中停止由加工工具31所執行的工件40加工，可以進行工作機械20的保養或維修。
在具備以上所述之運動導引裝置1的加工控制系統中，隨運動導引裝置1的經時變化使載體12剛性減低之情況下，NC裝置30利用從運動導引裝置1的輸出部102所輸出的加工補正資訊，可以補正加工工具31的控制參數。此時，作為特定加工資訊，藉由取得由加工工具31加工工件40時施加在載體12之負荷荷重，可以從該負荷荷重與位移資料取得發生在載體12之荷重振動衰減率。接著，也可以藉由將依據該衰減率所產生的加工補正資訊輸出到NC裝置30，例如以進行由加工工具31所執行的工件40加工時之施加到運動導引裝置1之負荷荷重變小的方式，補正控制參數。在該情況下，可以抑制以載體12的剛性減低為起因，使直到收束載體12荷重振動的所要期間長時間化。該結果為在由加工工具31加工工件40時，可以抑制工件40姿勢不穩定。因此，可以抑制以運動導引裝置1的經時變化為起因，降低工件40的加工精確度。
又，在本實施形態中，作為特定加工資訊，雖然是針對各載體12剛性及上述荷重振動衰減率取得5成分進行敘述，但是不必取得該等5成分的全部，只取得因應加工工具31的種類之成分亦可。
1‧‧‧運動導引裝置
2a、2b、2c、2d、3a、3b、3c、3d‧‧‧位移感測器
4‧‧‧直線編碼器
8‧‧‧工作台
10‧‧‧資訊處理裝置
11‧‧‧軌道
12‧‧‧載體
15a、15b‧‧‧感測器安裝構件
15-1‧‧‧水平部
15-2‧‧‧袖部
16‧‧‧滾珠
20‧‧‧工作機械
30‧‧‧NC裝置
31‧‧‧加工工具
32‧‧‧致動器
40‧‧‧工件
圖1為顯示本發明之加工控制系統的概略構成之圖。 圖2為顯示運動導引裝置之概略構件之圖。 圖3為包含在本實施形態之運動導引裝置的軌道及載體的外觀立體圖。 圖4為顯示軌道及載體的內部構造概要之圖。 圖5之(a)為從軌道的長度方向所視之運動導引裝置的正面圖，(b)為B部放大圖。 圖6為將由包含在本實施形態之運動導引裝置的資訊處理裝置所實現之機能部成像化之圖。 圖7為顯示用以形成運動導引裝置中的特定加工資訊之處理流程之圖。 圖8為顯示在載體上作用外力時之感測器的輸出變化之圖。 圖9為顯示接觸到載體內的滾珠的部分之圖。 圖10為顯示產生位移5成分前的內部荷重狀態之圖。 圖11為顯示產生位移5成分後的內部荷重狀態之圖。 圖12為顯示以時間系列繪製載體的位移資料之圖表的一例之圖。

Claims (7)

  1. 一種加工控制系統，其是在藉由運動導引裝置將工件支撐成可移動的狀態下藉由加工裝置所進行之有關該工件加工之加工控制系統，該運動導引裝置具有：沿著長度方向沿伸之軌道構件、及透過以可轉動方式配置在轉動溝內之轉動體而配置成與該軌道構件對向，且可沿著該軌道構件的該長度方向相對性移動之移動構件，該加工控制系統，其特徵為具備： 前述運動導引裝置； 工作台，為載置有前述工件之工作台，而且是藉由前述運動導引裝置所支撐； 取得部，在前述工件載置於前述工作台的狀態下取得有關前述加工裝置所施加到運動導引裝置的負荷荷重之特定加工資訊；及 輸出部，依據前述取得部取得的前述特定加工資訊，產生用以補正前述加工裝置所進行之前述工件加工用的特定控制參數的加工補正資訊，並且輸出到前述加工裝置側。
  2. 如請求項1之加工控制系統，其中前述運動導引裝置進一步具有複數個位移感測器，該複數個位移感測器是在前述移動構件中，檢測出特定數量之位移方向上該移動構件的位移， 前述取得部依據前述運動導引裝置的前述複數個位移感測器之檢測值，取得在藉由前述加工裝置加工前述工件時有關發生在前述移動構件之荷重振動衰減率來作為前述特定加工資訊。
  3. 如請求項2之加工控制系統，其中當前述取得部所取得之前述特定加工資訊的履歷中，前述衰減率的變動量為特定量以上之情況下，前述輸出部產生前述加工補正資訊，將該加工補正資訊輸出到該加工裝置側。
  4. 如請求項3之加工控制系統，其中當前述取得部所取得之前述特定加工資訊的履歷中，前述衰減率的變動量為前述特定量以上，而且該衰減率的變動量達到該特定量以上的所要時間比特定時間更短的情況下，前述輸出部將有關前述工件加工的警報資訊輸出到前述加工裝置側。
  5. 如請求項1之加工控制系統，其中前述運動導引裝置進一步具有複數個位移感測器，該複數個位移感測器是在前述移動構件中，檢測出特定數量之位移方向上該移動構件的位移， 前述取得部依據前述運動導引裝置的前述複數個位移感測器之檢測值，取得在藉由前述加工裝置加工前述工件時有關施加在前述移動構件的負荷荷重的資訊來作為前述特定加工資訊。
  6. 如請求項1至5項中任一項之加工控制系統，其中前述加工補正資訊包含：有關設置在前述加工裝置之加工工具所進行的前述工件加工速度之資訊、有關對該加工工具輸送前述工作台所用之致動器的輸送速度之資訊的至少任一個。
  7. 一種運動導引裝置，其為具有：沿著長度方向沿伸之軌道構件、及透過以可轉動方式配置在轉動溝內之轉動體而配置成與該軌道構件對向，且可沿著該軌道構件的該長度方向相對性移動之移動構件的運動導引裝置，其特徵為具備： 複數個位移感測器，在前述移動構件中檢測出特定數量之位移方向上之該移動構件的位移； 取得部，依據前述運動導引裝置的前述複數個位移感測器之檢測值，取得在藉由前述加工裝置加工前述工件時有關施加在前述移動構件之荷重振動衰減率來作為特定加工資訊；及 輸出部，依據前述特定加工資訊，產生並輸出加工補正資訊，該加工補正資訊是在藉由運動導引裝置將工件支撐成可移動的狀態下藉由加工裝置所進行之用以補正該工件加工用的特定控制參數之加工補正資訊，而且該加工補正資訊有助於以該加工裝置之該工件加工所用的該控制參數之調整處理。
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