TWI781236B - 工具機及工件量測方法 - Google Patents

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賀来則夫
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日商星精密股份有限公司
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Abstract

本發明之課題在於提高工件直徑之量測精度。 工具機具備：變位感測器，其搭載於在主軸之前方支持上述主軸所固持之工件之導套與支持上述主軸之支持部之至少一者；及運算部，其基於上述變位感測器對加工後之上述工件之量測值而運算加工後之上述工件之直徑。上述主軸可於軸向進行前後移動，藉由上述工件之加工後之上述主軸之後退而使上述工件之被加工部位向上述軸向之上述變位感測器之特定量測位置移動，且藉由上述變位感測器對該移動後之上述工件之被加工部位進行量測。

Description

工具機及工件量測方法
本發明係關於一種工具機及工件量測方法。
於工具機之領域，揭示有一種量測工件之直徑之方法(參照專利文獻1、2、3)。 於文獻1中，NC車床於轉塔刀架之一面安裝測定器，且使測定器之觸控感測器接觸工件而檢測工件之直徑。 於文獻2中，具備雷射測定器之工件直徑量測裝置安裝於載置有主軸台、刀架、對向主軸、轉塔型刀架之全部之機床。 於文獻3中，測定工件之直徑之測定器藉由於一對測定爪之間夾持測定對象物而測定夾持部位之尺寸。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開昭62-130156號公報 [專利文獻2]日本專利第4865490號 [專利文獻3]日本專利第3901290號
[發明所欲解決之問題]
於文獻1、2中，因測定器與測定對象物(工件)之距離較遠，且測定器及工件、或存在於連接測定器與工件之路徑之複數個構造體(例如刀架、機床、主軸台等)之各者中產生之熱變位之影響，使測定器與工件之位置關係不穩定。因此，容易於工件直徑之量測結果產生誤差。又，於文獻3之一對測定爪之間夾持測定對象物而測定之構成之情形，於如車床般大量產生工件之切屑之環境下，夾著切屑等而容易產生測定誤差，難以精度較佳地量測工件之直徑。
本發明係鑑於上述問題而完成者，提供一種正確地量測工件直徑之工具機及工件量測方法。 [解決問題之技術手段]
本發明之態樣之一為一種工具機，其具備：變位感測器，其搭載於在主軸之前方支持上述主軸所固持之工件之導套與支持上述主軸之支持部之至少一者；及運算部，其基於上述變位感測器對加工後之上述工件之量測值而運算加工後之上述工件之直徑。 根據該構成，變位感測器搭載於支持工件之導套與支持主軸之支持部之至少一者。即，變位感測器與工件之距離較近，且兩者所處之環境亦幾乎相同。因此，可獲得誤差較少之工件直徑之量測結果(運算結果)。
本發明之態樣之一亦可為，上述主軸可於軸向進行前後移動，藉由上述工件之加工後之上述主軸之後退而使上述工件之被加工部位向上述軸向之上述變位感測器之特定量測位置移動，且藉由上述變位感測器對該移動後之上述工件之被加工部位進行量測。 根據該構成，可藉由變位感測器而準確地量測加工後之工件之被加工部位。
本發明之態樣之一亦可為，上述導套包含：筒狀之非旋轉部，其不旋轉；及旋轉部，其可於上述非旋轉部之內側與上述主軸之旋轉同步旋轉且支持上述工件；上述旋轉部具有使支持之上述工件之一部分露出之貫通孔，且搭載於上述非旋轉部之上述變位感測器通過上述貫通孔進行對上述工件之量測。 根據該構成，搭載於導套之非旋轉部之變位感測器可通過設置於旋轉部之貫通孔，對加工後之工件進行量測。
本發明之態樣之一亦可為，上述支持部上可裝卸上述導套，且搭載於上述支持部之上述變位感測器係於上述導套已自上述支持部卸下之狀態下，對上述主軸所固持之上述工件進行量測。 根據該構成，搭載於支持部之變位感測器可對支持部支持之主軸所固持之加工後之工件進行量測。
本發明之態樣之一亦可為，工具機進而具備：溫度感測器，其量測搭載上述變位感測器之位置附近之溫度；且上述運算部基於上述溫度感測器之量測值而補正上述變位感測器之量測值，並基於該補正後之上述變位感測器之量測值而運算上述直徑。 根據該構成，運算部可藉由基於溫度感測器之量測值補正變位感測器之量測值之溫度影響所致之變動，而更正確地運算加工後之工件之直徑。
本發明之技術思想亦藉由工具機以外之物體而實現。 例如，可將工件量測方法作為一個發明而掌握，該工件量測方法具備：量測步驟，其藉由搭載於在主軸之前方支持上述主軸所固持之工件之導套與支持上述主軸之支持部之至少一者的變位感測器，而對加工後之上述工件進行量測；及運算步驟，其基於上述量測步驟之量測值，運算加工後之上述工件之直徑。又，用以實現上述方法之程式、或記憶有程式之電腦可讀取之記憶媒體亦分別作為發明而成立。
以下，參照各圖說明本發明之實施形態。各圖僅為用以說明本實施形態之例示。又，由於各圖為例示，故亦有形狀或比例等相互不一致之情況。
1.裝置構成之說明： 圖1簡易地顯示本實施形態之NC(Numerical Control：數值控制)車床10之一例。NC車床10係工具機之一種。NC車床10具有作為電腦之NC(Numerical Control)裝置11，藉由NC裝置11數值控制以主軸52為代表之為了加工工件W而動作之各部分(加工部)，而實施對工件W之加工。藉由NC車床10包含之至少一部分構成，實現工件量測方法。
NC車床10之加工部例如包含主軸52、搭載主軸52之主軸台53、刀架43、導套(GB：Guide Bush)20、GB支持部30、致動器61。主軸台53可於主軸52之軸(Z軸)方向與主軸52一起移動。Z軸於圖1中朝向左右方向。為了方便起見，將Z軸方向之正側(圖1中為右側)作為「前」，將Z軸方向之負側(圖1中為左側)作為「後」而進行說明。主軸52於前端部具備可開放地固持自主軸台53之後方於Z軸上供給之棒狀之工件W的夾頭(參照圖6之符號57)。
主軸52以Z軸為中心旋轉。圖1中以符號52顯示之部位包含可固持工件W且以Z軸為中心旋轉之主軸、與內包主軸且不旋轉之筒狀之構件等，且亦將此種部位稱為主軸構造體。即，主軸52亦可解釋為指主軸構造體。
於主軸52之前方，設置有GB支持部30。GB支持部30於NC車床10之加工部內固定。GB支持部30具有於包含Z軸之範圍於Z方向貫通之貫通孔31，且對應於貫通孔31而安裝有GB20。GB20係可對於GB支持部30裝卸之構件，例如藉由於GB支持部30之貫通孔31嵌入一部分而安裝於GB支持部30。於圖1中，顯示GB20安裝(支持)於GB支持部30之狀態。又，如圖1所示，自主軸52突出至前方之工件W係貫通GB支持部30及GB20進而朝前方突出。GB20自周圍支持貫通自身並突出至前方之Z軸上之工件W。
於刀架43，安裝用於加工較GB支持部30更朝前方突出(於圖1之例中，較GB20更朝前方突出)之工件W之工具43a。於刀架43，亦可同時安裝包含正面加工用之刀頭、切斷加工用之刀頭等之複數種工具，又可為能更換地安裝該等工具。刀架43移動之X軸方向相對於Z軸方向垂直，於圖1中朝向上下方向。又，刀架43移動之Y軸方向為相對於X軸方向及Z軸方向垂直之方向(相對於圖1之紙面垂直之方向)。於圖1中，刀架43與GB支持部30分開，但例如，刀架43亦可以能於X軸方向及Y軸方向移動之狀態由GB支持部30支持。或，GB支持部30亦可兼作支持與刀架43不同之未圖示之刀架之構造。
於圖1之例中，致動器61藉由使滾珠螺桿機構62動作，而使直進移動體64沿著滾珠螺桿機構62之與Z軸方向平行之螺桿軸63移動。由於滾珠螺桿機構62之直進移動體64與主軸台53直接或間接地固定，故主軸台53及搭載於主軸台53之主軸52與直進移動體64一起沿著Z軸方向前後移動。致動器61係成為滾珠螺桿機構62之動力源之馬達(伺服馬達、線性馬達等)。但，滾珠螺桿機構62僅為用以使主軸台53及主軸52於Z軸方向移動之一個機構。例如，致動器61亦可藉由使以油壓或電動進行直線運動之缸體動作，而使主軸台53及主軸52於Z軸方向移動。
圖2藉由方塊圖而簡易地顯示NC車床10之各部分之電性連接關係。NC裝置11例如具有作為控制器之CPU(Central Processing Unit：中央處理單元)11a、RAM(Random Access Memory：隨機存取記憶體)11b、ROM(Read Only Memory：唯讀記憶體)11c。又，伺服放大器40、主軸用放大器50、伺服放大器60、變位感測器70等可藉由匯流排11d對於NC裝置11通信地連接。伺服放大器40與X軸馬達41、Y軸馬達42分別連接，對連接之各馬達41、42供給電力。X軸馬達41及Y軸馬達42與刀架43連接，將供給之電力轉換成用以使刀架43移動之動力，使刀架43分別沿X軸方向、Y軸方向移動。
伺服放大器60與致動器61連接，對致動器61供給電力。主軸用放大器50與主軸馬達51連接，對主軸馬達51供給電力。主軸馬達51與主軸52連接。主軸馬達51將供給之電力轉換成用以使主軸52旋轉之動力，使主軸52旋轉。此外，使主軸52具備之夾頭57進行開閉動作之致動器(未圖示)等亦藉由NC裝置11控制。
於NC裝置11中，CPU11a將RAM11b作為工作區執行依據加工程式P之處理，並數值控制各放大器40、50、60之電力供給等。其結果，實現NC車床10對工件W之加工，而自工件W製造製品。加工程式P由各種指令構成。又，NC裝置11具備操作受理部12、或顯示部13等。操作受理部12可為包含受理使用者之輸入操作之複數個按鈕或鍵等，且包含顯示部13上之觸控面板者。顯示部13係將使用者經由操作受理部12輸入之各種數值或設定之內容、或關於NC車床10之各種資訊顯示於畫面之顯示器。
變位感測器70搭載於在主軸52之前方支持主軸52所固持之工件W之GB20、與支持主軸52之支持部之至少一者。所謂支持主軸52之支持部，於圖1之例中，相當於GB支持部30。關於變位感測器70之搭載位置之具體例，使用圖4～6予以後述。 當然，NC車床10之構成並未限於上述之內容。例如，刀架43可移動之方向並未限定於上述之方向。又，NC車床10亦可具有可固持自主軸52突出至前方之工件W之前端部而旋轉之背面主軸等。
2.加工後工件直徑之量測處理： 圖3藉由流程圖而顯示本實施形態中NC裝置11(CPU11a)根據加工程式P執行之加工後工件直徑之量測處理。如上所述，NC裝置11藉由執行依據構成加工程式P之各種指令之處理，而實現NC車床10(加工部)對工件W之加工。加工後工件直徑之量測處理係組入於依據此種加工程式P之工件W之加工處理中的處理。即，與加工後工件直徑之量測處理對應之指令亦組入於加工程式P。NC裝置11藉由執行與加工後工件直徑之量測處理對應之指令，而開始加工後工件直徑之量測處理。開始加工後工件直徑之量測處理之時序係工件W之加工處理之特定時序。
所謂開始加工後工件直徑之量測處理之時序，係例如於執行上一次加工後工件直徑之量測處理後，經過特定時間(例如數十分)之時序。即，NC裝置11於以製品單位重複加工部之工件W之加工(自工件W製造製品)中，定期地執行加工後工件直徑之量測處理。又，所謂上述特定時序，亦可為例如執行上一次加工後工件直徑之量測處理後，自工件W製造特定個數(例如數十個)之製品之時序。又，NC裝置11亦可於工件W之加工處理根據使用者之指示等停止後重啟加工處理後首先完成工件W之加工(製造了重啟後之第1個製品)之時序，開始加工後工件直徑之量測處理。加工程式P構成為於此種特定時序執行與加工後工件直徑之量測處理對應之指令。
NC裝置11於加工後工件直徑之量測處理開始後，首先使加工後之工件W向變位感測器70之特定量測位置移動(步驟S100)。當前，工件W之前端部係由工具43a等實施加工後之狀態(且，實施了加工之該前端部自工件W分斷前之狀態)。亦將由工具43a等實施加工後之狀態之工件W之前端部稱為工件W之被加工部位。NC裝置11當然掌握有Z軸方向之工件W之被加工部位之位置。於步驟S100中，NC裝置11藉由伺服放大器60使致動器61動作而使主軸台53及主軸52向後方移動。由於工件W為藉由主軸52具有之夾頭57固持之狀態，故與主軸52一起向後方移動。此時，NC裝置11使主軸台53及主軸52向後方移動，直至工件W之被加工部位到達預先決定為上述量測位置之Z軸上之特定位置。
步驟S100之移動後，NC裝置11以變位感測器70，執行對加工後之工件W，即被加工部位之量測，並取得變位感測器70之量測結果(量測值)(步驟S110)。步驟S110相當於本發明之量測步驟之一種。
變位感測器70於可運作之狀態下，例如始終或重複執行對工件W之量測。因此，NC裝置11可藉由於步驟S110之時序取得變位感測器70之量測值，而取得變位感測器70對加工後之工件W之量測值。
NC裝置11基於步驟S110中取得之量測值而運算加工後之工件W之直徑(加工後工件直徑)(步驟S120)。步驟S120相當於本發明之運算步驟。於執行步驟S120之方面，可以說NC裝置11作為運算部發揮功能。藉由以上，可以說加工後工件直徑之量測結束。但，於圖3之例中，NC裝置11於步驟S120後，執行步驟S130。
於步驟S130中，NC裝置11基於步驟S120中運算出之加工後工件直徑，運算工件W之加工誤差。NC裝置11具有加工後工件直徑「d1」之目標值「d2」作為資訊。目標值d2係例如使用者對操作受理部12進行操作而預先設定之值。因此，NC裝置11將步驟S120中運算出之加工後工件直徑d1與目標值d2之差分|d1-d2|作為工件W之加工誤差。如此般結束加工誤差之運算後，NC裝置11結束圖3之流程圖(加工後工件直徑之量測處理)處理，返回至上述之工件W之加工處理。
NC裝置11可基於運算出之加工誤差，對返回後之加工處理施加補正。即，NC裝置11為了於此後之工件W之加工中使加工誤差接近0，例如基於加工誤差而補正刀架43之移動量等、關於加工部之動作之各數值設定。運算出之加工誤差可以說是構成加工部之各部分各者之熱變位組合而得之結果之加工誤差。因此，亦將基於運算出之加工誤差之補正稱為熱變位補正。
3.實施例： 接著，說明若干本實施形態所含之實施例。 [第1實施例] 圖4係用以主要說明第1實施例之變位感測器70之圖，顯示安裝於GB支持部30之貫通孔31之GB20等之剖面(垂直於Y軸方向之面)。圖4為剖視圖，但以容易觀察為優先，省略標註於GB20各部位之剖面之陰影線。
GB20包含：筒狀之非旋轉部21，其不旋轉；及旋轉部(23、24)，其可於非旋轉部21之內側與主軸52之旋轉同步以Z軸為中心旋轉且支持工件W。於非旋轉部21與旋轉部(23、24)之間，設置有軸承部22，成為軸承部22之內側，即旋轉部(23、24)旋轉之構成。旋轉部(23、24)例如藉由受到使主軸52旋轉之主軸馬達51(圖2)產生之動力，而與主軸52同步旋轉。或，旋轉部(23、24)可受到與主軸馬達51不同之馬達(未圖示)產生之動力而旋轉，NC裝置11藉由使主軸馬達51與該另一馬達同步地控制，而與主軸52之旋轉同步地使旋轉部(23、24)旋轉。
旋轉部(23、24)包含外側即非旋轉部21側之第1旋轉部23、與第1旋轉部23之內側之夾頭(固持機構)24。於GB20之內部，夾頭24支持工件W。夾頭24以工件W可於Z軸方向滑動之程度支持工件W。當然，夾頭24可固持、放開工件W，夾頭24對工件W之固持與放開亦基於加工程式P而由NC裝置11控制。
於圖4之例中，變位感測器70內置於非旋轉部21之面向第1旋轉部23側之位置。變位感測器70係例如基於渦電流式、光學式、圖像辨識方式等之感測器，量測與測定對象物之距離。亦可將變位感測器70稱為測距感測器。圖4所示之工件W之一部分假定為上述之被加工部位。即，圖4顯示步驟S100(圖3)結束，工件W之被加工部位到達作為變位感測器70之量測位置之Z軸上之特定位置的狀態。NC裝置11於步驟S100結束後，至例如步驟S110，為了不使工件W之位置變動，以夾頭24固持工件W。
旋轉部(23、24)具有使工件W之一部分露出之貫通孔25(第2貫通孔)。再者，第1旋轉部23具有使夾頭24之一部分露出之貫通孔26(第3貫通孔)。貫通孔25貫通第1旋轉部23及夾頭24。貫通孔26於與貫通孔25不同之位置，貫通第1旋轉部23。貫通孔25、26之Z軸方向之位置均與變位感測器70之量測位置一致。
圖5係用以主要說明貫通孔25、26之位置之例之圖，以自Z軸方向之前側之視點簡易地顯示GB20。如上所述，變位感測器70內置於非旋轉部21之面向第1旋轉部23側之位置。於圖5之例中，貫通第1旋轉部23及夾頭24之貫通孔25、與貫通第1旋轉部23之貫通孔26係於垂直於Z軸之面內，分別形成於以Z軸為中心相差180之位置。但，貫通孔25與貫通孔26只要位於垂直於Z軸之面內彼此不重疊之位置即可。
根據此種構成，旋轉部(23、24)以Z軸為中心旋轉，於垂直於Z軸之面內於連結Z軸與變位感測器70之直線上貫通孔25一致時，變位感測器70可通過貫通孔25量測至工件W(被加工部位)之表面之距離L2。又，旋轉部(23、24)以Z軸為中心旋轉，於垂直於Z軸之面內於連結Z軸與變位感測器70之直線上貫通孔26一致時，變位感測器70可通過貫通孔26量測至夾頭24之表面之距離L1。變位感測器70於旋轉部(23、24)以Z軸為中心旋轉之期間，貫通孔25、26之任一者對於變位感測器70之位置皆不一致之期間，量測之距離為接近0之極短距離(變位感測器70至第1旋轉部23之表面之距離)。即，變位感測器70於旋轉部(23、24)以Z軸為中心旋轉之期間，可量測分別明確不同之3種距離。因此，NC裝置11可將該3種距離中最長之距離設為距離L2，第2長之距離設為距離L1。
於步驟S110(圖3)中，NC裝置11自變位感測器70之經時變化之量測值取得如上所述之距離L1、L2。NC裝置11於步驟S110中，使GB20(旋轉部(23、24))旋轉。
於步驟S120中，NC裝置11基於步驟S110中取得之量測值(距離L1、L2)，藉由以下之式(1)，運算加工後工件直徑d1。
Figure 02_image001
距離D1(圖4)為夾頭24之直徑，且為已知之值。NC裝置11預先具有距離D1之值作為資訊。距離ΔLa(圖4)為L2-L1。如此，根據第1實施例，藉由利用搭載於支持工件W之GB20之變位感測器70所量測之距離L1、L2與已知之距離D1，NC裝置11可正確地運算加工後工件直徑d1。
[第2實施例] 圖6係用以主要說明第2實施例之變位感測器70之圖，顯示插入至GB支持部30之貫通孔31之主軸52等之剖面(垂直於Y軸方向之面)。圖6為剖視圖，但以容易觀察為優先，省略標註於主軸52各部位之剖面之陰影線。圖6如與圖1、4比較可判斷，GB20自GB支持部30卸下。即，於NC車床10中，藉由於GB20已自GB支持部30卸下之狀態下，使主軸台53及主軸52向前方移動，且使主軸52插入至GB支持部30之貫通孔31，可使GB支持部30支持主軸52。GB支持部30之貫通孔31之內壁係設為插入主軸52時可穩定支持主軸52之形狀。
於GB支持部30之貫通孔31中插入主軸52使主軸52對於GB支持部30定位時，如圖6之上段所示，主軸52之前端之一部分較GB支持部30更向前方突出。因此，於NC車床10中，可對固持於由GB支持部30支持之主軸52且較主軸52之前端更向前方突出之工件W，使刀架43之工具43a等作用而加工。將如此般以由GB支持部30支持主軸52之狀態執行之工件W之加工，稱為無導套方式之加工處理。另一方面，如圖1、4所示，將以於GB支持部30安裝GB20，且由較主軸52更靠前方之GB20支持主軸52所固持之工件W之狀態執行的工件W之加工，稱為導套方式之加工處理。上述第1實施例係與導套方式之加工處理中於特定時序執行之加工後工件直徑之量測處理對應之實施例。
另一方面，第2實施例係與無導套方式之加工處理中於特定時序執行之加工後工件直徑之量測處理對應之實施例。 主軸52包含：筒狀之非旋轉部54，其不旋轉；及旋轉部(56、57)，其可於非旋轉部54之內側以Z軸為中心旋轉且固持工件W。於非旋轉部54與旋轉部(56、57)之間，設置有軸承部55，軸承部55之內側，即旋轉部(56、57)旋轉。旋轉部(56、57)受到主軸馬達51(圖2)產生之動力而旋轉。旋轉部(56、57)之前端側之一部分係用以固持工件W之夾頭(固持機構)57。
於圖6之例中，變位感測器70內置於GB支持部30。又，於GB支持部30，形成有自貫通孔31之內壁到達變位感測器70之與X軸方向平行之貫通孔32(第4貫通孔)。此處，圖6所示之工件W之前端部(較細部分)假定為被加工部位。即，圖6之上段顯示無導套方式之加工處理中對工件W之加工結束(工件W之前端部成為被加工部位)之狀態，圖6之下段顯示步驟S100(圖3)結束，工件W之被加工部位到達作為變位感測器70之量測位置之Z軸上之特定位置的狀態。
但，第2實施例之加工後工件直徑之量測處理係替代圖3而使用圖7之流程圖進行說明。將圖7與圖3進行比較時，變位感測器70之量測位置、或變位感測器70之量測值之內容不同，但基本上，步驟S210～S240相當於步驟S100～S130。圖7與圖3之較大不同點為具有步驟S200。
於第2實施例中，NC裝置11於判定為開始加工後工件直徑之量測處理之特定時序之情形，以變位感測器70執行對主軸52之量測，並取得變位感測器70之量測結果(量測值)(步驟S200)。於步驟S200之時點，由於如圖6之上段所示為結束對工件W之加工之狀態，即主軸52之前端部較GB支持部30更向前方突出之狀態，故變位感測器70通過貫通孔32量測變位感測器70至主軸52(非旋轉部54)之表面之距離L3。NC裝置11可藉由於步驟S200之時序取得變位感測器70之量測值，而取得距離L3。
NC裝置11於步驟S200後，進入步驟S210，使加工後之工件W向變位感測器70之特定量測位置移動。即，使主軸台53及主軸52向後方移動，直至工件W之被加工部位到達預先決定為上述量測位置之Z軸上之特定位置。
步驟S210之移動後，NC裝置11以變位感測器70，執行對加工後之工件W，即被加工部位之量測，並取得變位感測器70之量測結果(量測值)(步驟S220)。步驟S220相當於本發明之量測步驟之一種。於步驟S220之時點，如圖6之下段所示，工件W之被加工部位於Z軸方向上，位於對應於變位感測器70之位置。因此，變位感測器70通過貫通孔32，量測變位感測器70至主軸52所固持之工件W之被加工部位之表面之距離L4。NC裝置11可藉由於步驟S220之時序取得變位感測器70之量測值，而取得距離L4。
NC裝置11基於步驟S200與步驟S220中取得之量測值而運算加工後工件直徑d1(步驟S230)。步驟S230相當於本發明之運算步驟。於步驟S230中，NC裝置11基於取得之量測值(距離L3、L4)，藉由以下之式(2)，運算加工後工件直徑d1。
Figure 02_image003
距離D2(圖6)為主軸52之直徑(主軸52之步驟S200中量測之位置之直徑)，且為已知之值。NC裝置11預先具有距離D2之值作為資訊。距離ΔLb(圖6)為L4-L3。如此，根據第2實施例，藉由利用為了無導套方式之加工處理而將搭載於支持主軸52之GB支持部30之變位感測器70所量測之距離L3、L4與已知之距離D2，NC裝置11可正確地運算加工後工件直徑d1。
於步驟S240中，與步驟S130同樣，NC裝置11進行將步驟S230中運算出之加工後工件直徑d1與目標值d2之差分|d1-d2|作為工件W之加工誤差的運算。
4.彙總、及其他說明： 如此，根據本實施形態，工具機具備：變位感測器70，其搭載於在主軸52之前方支持主軸52所固持之工件W之GB20、與支持主軸52之支持部(GB支持部30)之至少一者；及運算部(NC裝置11、CPU11a)，其基於變位感測器70對加工後之工件W之量測值而運算加工後工件直徑d1。即，由於變位感測器70、與量測對象之工件W存在於窄範圍，故可量測(運算)幾乎不出現熱變位之影響所致之誤差的正確之加工後工件直徑d1。
更詳細地說明本發明之效果。 例如，由於圖4所示之GB20或工件W、或其他周圍之各部位於工件W之加工中，於NC車床10內暴露於大量之切削油，故其等之溫度追隨於切削油之溫度，結果，存在於窄範圍之GB20、或搭載於GB20之變位感測器70、或工件W之被加工部位之溫度大致相同。物體係溫度變化則熱變位之程度亦變化，但於彼此之溫度無差異之複數個物體各者之熱變位之程度係彼此相似。因此，如本發明般，於加工部之變位感測器70對工件W之被加工部位之量測相關之系統整體上為相同溫度之構成中，即便以溫度不同之條件分別進行量測，量測結果亦幾乎不變化。
顯示具體例。 於第1實施例之NC車床10中，再現了以上述之加工誤差為0(即，加工後工件直徑d1=d2)之方式調整加工部之各設定之狀態(理想狀態)。此時，於理想狀態下，包含GB20、或搭載於GB20之變位感測器70、或包括被加工部位之工件W之系統之溫度為20℃， 距離D1=30.000 mm， 目標值d2=10.000 mm， 距離L1=5.000 mm， 距離L2=15.000 mm。
另一方面，相對於上述理想狀態使上述系統之溫度上升至30℃之情形，藉由上述系統之物體各者之熱變位，作為變位感測器70之量測值之距離L1為5.00006 mm。 該情形時，根據上述式(1)， d1=30.000-2×(9.99994)=10.0001 mm。
即，因將上述系統之溫度提高10℃之影響，產生0.0001 mm之與目標值d2之偏差(加工誤差)。但，作為目標值d2=10.000 mm，若鑑於在加工部之各部分(例如，工件W、主軸52、主軸台53、支持主軸台53之工作台、刀架43、支持刀架43之工作台等…)分別產生之受到熱變位之影響而產生之加工誤差為百分之1毫米左右之標度的實情，則該0.1 μm左右之加工誤差相對地非常小，可以說幾乎可無視。即，根據本實施形態，不論加工部之溫度，皆可正確地量測加工後工件直徑。
根據文獻1～3等之先前技術，容易於加工後工件直徑之量測本身出現誤差。加工後工件直徑之量測不正確之情形，當然加工後工件直徑與目標值之差分即加工誤差亦成無法信賴之值，亦無法適當地執行基於加工誤差之熱變位補正。相對於此，本實施形態不論變位感測器70所處之環境溫度，皆可正確地量測加工後工件直徑。因此，加工後工件直徑與目標值之差分即加工誤差準確地表示NC車床10(加工部)之熱變位，其結果，可適當地執行熱變位補正而提高工件W之加工精度。
作為本實施形態之一，變位感測器70亦可為具有CPU等處理器或記憶體等記憶部之構成。且，變位感測器70亦可自NC裝置11於步驟S110或步驟S200或步驟S220之各時序接收量測指示，根據接收到之量測指示進行對工件W或主軸52之量測，且將量測值發送至NC裝置11。又，於第2實施例中，亦可為變位感測器70將步驟S200之量測值(距離L3)暫時記憶於記憶部，NC裝置11於步驟S220中，讀取變位感測器70量測出之量測值(距離L4)、與記憶於變位感測器70之記憶部之距離L3。NC裝置11與變位感測器70之間之通信可為有線方式、無線方式之任一者。
作為本實施形態之一，亦可為進而具備量測搭載變位感測器70之位置附近之溫度之溫度感測器80，且NC裝置11基於溫度感測器80之量測值，補正變位感測器70之量測值，並基於該補正後之變位感測器70之量測值而運算加工後工件直徑。
若參照圖4，則於GB20之非旋轉部21，安裝有溫度感測器80。溫度感測器80亦與變位感測器70同樣，可藉由有線或無線與NC裝置11通信。根據圖4所示之溫度感測器80，可量測搭載變位感測器70之GB20之溫度、或GB20附近之溫度。當然，於圖6之例中，亦可於GB支持部30之貫通孔31附近等安裝溫度感測器80。作為變位感測器70之量測值(距離L1、L2或距離L3、L4)之電信號受環境溫度影響，其位準有時微妙地變動。因此，NC裝置11自溫度感測器80例如於步驟S110或步驟S200或步驟S220之時序一併取得溫度之量測值。且，於步驟S120、或步驟S230中，於運算加工後工件直徑前，將自變位感測器70取得之量測值(距離L1、L2或距離L3、L4)，乘以與自溫度感測器80取得之溫度之量測值相應之補正係數(預先對應於各溫度而準備之補正係數)等而補正。藉此，NC裝置11可獲得排除了溫度影響之更正確之加工後工件直徑。
另，加工後工件直徑之運算並未限於上述之方法。於第1實施例中，NC裝置11具有GB20之第1旋轉部23(圖4)之外徑作為已知之值(距離D3)。該情形時，於步驟S120(圖3)中，NC裝置11可藉由自距離D3減去距離L2之2倍之值，而獲得加工後工件直徑d1。
於步驟S100(圖3)或步驟S210(圖7)之說明中，藉由使加工後之工件W與主軸52一起向後移動，而使被加工部位對位於變位感測器70之量測位置。但，亦可設為可使GB支持部30於Z軸方向移動之構成，NC裝置11於步驟S100或步驟S210中，藉由使GB支持部30向前方移動而將工件W之被加工部位與變位感測器70之量測位置對位。
本實施形態除於GB20、支持主軸52之支持部(GB支持部30)之任一者搭載變位感測器70之構成外，於GB20、支持主軸52之支持部(GB支持部30)之兩者搭載變位感測器70之構成亦包含於揭示範圍。即，NC車床10可於導套方式之加工處理中於特定時序執行之加工後工件直徑之量測處理中，進行GB20所搭載之變位感測器70之量測，於無導套方式之加工處理中於特定時序執行之加工後工件直徑之量測處理中，進行GB支持部30所搭載之變位感測器70之量測。
於本案中，搭載變位感測器70之支持主軸52之前端部附近之支持部亦可為GB支持部30以外之構造物。例如，可於不具有裝卸導套之功能但可支持主軸52之前端部附近之支持部，搭載變位感測器70。
10‧‧‧NC車床11‧‧‧NC裝置11a‧‧‧CPU11b‧‧‧RAM11c‧‧‧ROM11d‧‧‧匯流排12‧‧‧操作受理部13‧‧‧顯示部20‧‧‧GB21‧‧‧非旋轉部22‧‧‧軸承部23‧‧‧旋轉部(第1旋轉部)24‧‧‧旋轉部(夾頭)25‧‧‧貫通孔26‧‧‧貫通孔30‧‧‧GB支持部31‧‧‧貫通孔32‧‧‧貫通孔40‧‧‧伺服放大器41‧‧‧X軸馬達42‧‧‧Y軸馬達43‧‧‧刀架43a‧‧‧工具50‧‧‧主軸用放大器51‧‧‧主軸馬達52‧‧‧主軸53‧‧‧主軸台54‧‧‧非旋轉部55‧‧‧軸承部56‧‧‧旋轉部57‧‧‧旋轉部60‧‧‧伺服放大器61‧‧‧致動器62‧‧‧滾珠螺桿機構63‧‧‧螺桿軸64‧‧‧直進移動體70‧‧‧變位感測器80‧‧‧溫度感測器D1‧‧‧距離D2‧‧‧距離d1‧‧‧加工後工件直徑d2‧‧‧目標值L1‧‧‧距離L2‧‧‧距離L3‧‧‧距離L4‧‧‧距離P‧‧‧加工程式S100～S130‧‧‧步驟S200～S240‧‧‧步驟W‧‧‧工件X‧‧‧方向Y‧‧‧方向Z‧‧‧方向ΔLa‧‧‧距離ΔLb‧‧‧距離
圖1係簡易地顯示NC車床之構成之圖。 圖2係簡易地顯示NC車床之電性連接關係之方塊圖。 圖3係顯示加工後工件直徑之量測處理之流程圖。 圖4係用以說明第1實施例之變位感測器之圖。 圖5係以自Z軸方向之前側之視點簡易地顯示導套之圖。 圖6係用以說明第2實施例之變位感測器之圖。 圖7係顯示與第2實施例對應之加工後工件直徑之量測處理之流程圖。
20‧‧‧GB
21‧‧‧非旋轉部
22‧‧‧軸承部
23‧‧‧旋轉部(第1旋轉部)
24‧‧‧旋轉部(夾頭)
25‧‧‧貫通孔
26‧‧‧貫通孔
30‧‧‧GB支持部
31‧‧‧貫通孔
70‧‧‧變位感測器
80‧‧‧溫度感測器
D1‧‧‧距離
d1‧‧‧加工後工件直徑
L1‧‧‧距離
L2‧‧‧距離
W‧‧‧工件
X‧‧‧方向
Z‧‧‧方向
ΔLa‧‧‧距離

Claims (8)

  1. 一種工具機，其特徵在於具備：變位感測器，其內置於在主軸之前方支持上述主軸所固持之工件之導套與支持上述主軸之支持部之至少一者；及運算部，其基於上述變位感測器對加工後之上述工件之量測值而運算加工後之上述工件之直徑。
  2. 如請求項1之工具機，其中上述主軸可於軸向進行前後移動，藉由上述工件之加工後之上述主軸之後退而使上述工件之被加工部位向上述軸向之上述變位感測器之特定量測位置移動，且藉由上述變位感測器對該移動後之上述工件之被加工部位進行量測。
  3. 如請求項1之工具機，其中上述導套包含：筒狀之非旋轉部，其不旋轉；及旋轉部，其可於上述非旋轉部之內側與上述主軸之旋轉同步旋轉且支持上述工件；上述旋轉部具有使支持之上述工件之一部分露出之貫通孔；且搭載於上述非旋轉部之上述變位感測器通過上述貫通孔進行對上述工件之量測。
  4. 如請求項2之工具機，其中上述導套包含：筒狀之非旋轉部，其不旋轉；及旋轉部，其可於上述非旋轉部之內側與上述主軸之旋轉同步旋轉且支持上述工件； 上述旋轉部具有使支持之上述工件之一部分露出之貫通孔；且搭載於上述非旋轉部之上述變位感測器通過上述貫通孔進行對上述工件之量測。
  5. 如請求項1之工具機，其中上述支持部上可裝卸上述導套；且搭載於上述支持部之上述變位感測器係於上述導套已自上述支持部卸下之狀態下，進行對上述主軸所固持之上述工件之量測。
  6. 如請求項2之工具機，其中上述支持部上可裝卸上述導套；且搭載於上述支持部之上述變位感測器係於上述導套已自上述支持部卸下之狀態下，進行對上述主軸所固持之上述工件之量測。
  7. 如請求項1至6中任一項之工具機，其中進而具備：溫度感測器，其量測搭載上述變位感測器之位置附近之溫度；且上述運算部基於上述溫度感測器之量測值而補正上述變位感測器之量測值，且基於該補正後之上述變位感測器之量測值而運算上述直徑。
  8. 一種工件量測方法，其特徵在於具備：量測步驟，其藉由內置於在主軸之前方支持上述主軸所固持之工件之導套與支持上述主軸之支持部之至少一者的變位感測器，而對加工後之上述工件進行量測；及運算步驟，其基於上述量測步驟之量測值，運算加工後之上述工件之直徑。
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