JP5846400B2 - Machine tool and its thermal deformation correction method - Google Patents
Machine tool and its thermal deformation correction method Download PDFInfo
- Publication number
- JP5846400B2 JP5846400B2 JP2014520980A JP2014520980A JP5846400B2 JP 5846400 B2 JP5846400 B2 JP 5846400B2 JP 2014520980 A JP2014520980 A JP 2014520980A JP 2014520980 A JP2014520980 A JP 2014520980A JP 5846400 B2 JP5846400 B2 JP 5846400B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- spindle
- tool
- center
- machine tool
- sensor head
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000012937 correction Methods 0.000 title claims description 50
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 15
- 238000007730 finishing process Methods 0.000 claims description 34
- 238000013459 approach Methods 0.000 claims description 33
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 22
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 15
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 14
- 230000015654 memory Effects 0.000 claims description 12
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 7
- 229910001374 Invar Inorganic materials 0.000 description 10
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 8
- 230000005856 abnormality Effects 0.000 description 4
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 229920000106 Liquid crystal polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004977 Liquid-crystal polymers (LCPs) Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/404—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for compensation, e.g. for backlash, overshoot, tool offset, tool wear, temperature, machine construction errors, load, inertia
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
- G05B2219/49219—Compensation temperature, thermal displacement
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Automatic Control Of Machine Tools (AREA)
- Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
- Numerical Control (AREA)
Description
この発明は工作機械とその熱変形の補正方法に関し、特に工作機械が熱変形してもワークを所定のサイズに加工できるようにすることに関する。 The present invention relates to a machine tool and a method for correcting thermal deformation thereof, and more particularly to enabling a workpiece to be machined to a predetermined size even when the machine tool is thermally deformed.
出願人は、主軸とタレットとの距離をリニアセンサにより測定することを提案した(特許文献1 特許4351379)。リニアセンサをインバー合金等の熱膨張率が小さな材料から成るスケールとスケールを読み取るセンサヘッドとで構成し、一方を主軸側に他方をタレット側に固定すると、温度の影響を受けずに主軸とタレットとの距離を測定できる。そして測定した距離に基づいて主軸あるいはタレットを移動させると、工作機械の熱変形の影響を受けずに、ワークを加工できる。 The applicant has proposed to measure the distance between the spindle and the turret using a linear sensor (Patent Document 1, Patent 4351379). If the linear sensor is composed of a scale made of a material with a low coefficient of thermal expansion, such as Invar alloy, and a sensor head that reads the scale, when one is fixed to the main shaft and the other is fixed to the turret, the main shaft and turret are not affected by temperature. Can be measured. When the spindle or turret is moved based on the measured distance, the workpiece can be machined without being affected by thermal deformation of the machine tool.
ここで他の先行技術を示す。特許文献2(特開2008-49425)は、タッチセンサにより主軸中心に対する刃先の位置を検出することを開示している。タッチセンサは主軸中心上の位置と、主軸中心から離れた位置との間を移動し、タレットから刃先までの距離の測定に用いることができる。そしてタッチセンサとその出没機構はツールセッターと呼ばれている。特許文献3(特開2010-228011)は、タッチセンサを備えたツールホルダーをタレットに取り付け、ワークの直径方向両端にタッチセンサが接触するように、タレットとワークを相対移動させることを開示している。このタッチセンサは機内計測装置と呼ばれ、加工後のワークのサイズを測定できる。すると前回のワークでの加工誤差を解消するように、次のワークに対する刃先の送り量を補正できる。しかしこの手法では、最初のワークでの加工誤差を小さくできない。 Here is another prior art. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-49425 discloses that the position of the cutting edge with respect to the spindle center is detected by a touch sensor. The touch sensor moves between a position on the spindle center and a position away from the spindle center, and can be used to measure the distance from the turret to the blade edge. The touch sensor and its haunting mechanism are called a tool setter. Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2010-228011) discloses that a tool holder provided with a touch sensor is attached to a turret, and the turret and the work are moved relative to each other so that the touch sensor contacts both ends in the diameter direction of the work. Yes. This touch sensor is called an in-machine measuring device and can measure the size of a workpiece after processing. Then, the feed amount of the cutting edge for the next workpiece can be corrected so as to eliminate the machining error in the previous workpiece. However, this method cannot reduce the machining error in the first workpiece.
精密な加工を行う工作機械はNC制御を施すのが通常であり、通常は、前記のセンサ以外のエンコーダ等によりサーボモータの回転数を監視し、エンコーダの信号によりサーボモータを制御して入力指令を実行する。そこで温度の影響を受けないセンサの信号と、エンコーダの信号とをどのように組み合わせて、サーボモータへフィードバックするかが問題となる。 Machine tools that perform precise machining are usually NC-controlled. Normally, the servo motor speed is monitored by an encoder other than the above-mentioned sensors, and the servo motor is controlled by the encoder signal to input commands. Execute. Therefore, how to combine the sensor signal not affected by temperature and the encoder signal to feed back to the servo motor becomes a problem.
この発明の基本的課題は、ワークの加工に際して、工作機械の熱変形の影響を小さくすることにある。 A basic object of the present invention is to reduce the influence of thermal deformation of a machine tool when machining a workpiece.
この発明の工作機械は、スケールとセンサヘッドとにより、主軸中心とツール取付部との間の距離を測定する、NC制御の工作機械であって、
主軸とツール取付部とを相対移動させる、エンコーダ付きのサーボモータと、
工作機械の機械部分に比べて低熱膨張率の材料で構成され、かつ位置を表すマークを備える、スケールと、
スケールのマークを読み取ることにより、主軸中心とツール取付部との間の距離を測定するセンサヘッドと、
前記エンコーダの信号に基づいて、サーボモータを制御することにより、主軸またはツール取付部を移動させる制御装置、とを備え、
前記ツール取付部は、主軸に取り付けられたワークを切削加工する刃先を有するツールが取り付けられるように構成され、
前記制御装置は、ワークを仕上げ加工する際に、
仕上げ加工直前のアプローチ位置まで主軸またはツール取付部を移動させることにより、ツールの刃先を主軸中心へ接近させると共に、
前記アプローチ位置で、前記センサヘッドにより主軸中心とツール取付部間の距離を測定し、
測定した距離に基づく補正量だけ、仕上げ加工での主軸またはツール取付部の移動量を補正し、
補正後の仕上げ加工の移動量だけ主軸またはツール取付部を、前記アプローチ位置からさらに移動させることにより、前記仕上げ加工を行うように構成されている。
The machine tool of the present invention is an NC-controlled machine tool that measures the distance between the center of the spindle and the tool mounting portion using a scale and a sensor head,
A servo motor with an encoder that relatively moves the spindle and the tool mounting part;
A scale composed of a material having a low coefficient of thermal expansion compared to the machine part of the machine tool, and having a mark indicating the position;
A sensor head that measures the distance between the center of the spindle and the tool mounting portion by reading the mark on the scale;
A control device for moving the spindle or the tool mounting portion by controlling the servo motor based on the signal of the encoder,
The tool attachment portion is configured such that a tool having a cutting edge for cutting a workpiece attached to a spindle is attached.
The control device, when finishing the workpiece,
By moving the spindle or tool mounting part to the approach position just before finishing , the tool blade edge approaches the spindle center ,
At the approach position, the sensor head measures the distance between the spindle center and the tool mounting portion ,
The amount of movement of the spindle or tool mounting part in the finishing process is corrected by the correction amount based on the measured distance.
The finishing process is performed by further moving the spindle or the tool mounting portion from the approach position by the movement amount of the finishing process after correction.
この発明の工作機械の熱変形の補正方法は、工作機械の機械部分に比べて低熱膨張率の材料で構成されたスケールを、センサヘッドで読み取って、主軸中心とツール取付部との間の距離を測定することにより、工作機械の熱変形を補正する方法であって、
前記ツール取付部には、主軸に取り付けられたワークを切削加工する刃先を有するツールが取り付けられ、
ワークを仕上げ加工する際に、
サーボモータのエンコーダの信号に基づき、仕上げ加工直前のアプローチ位置まで主軸またはツール取付部を移動させることにより、ツールの刃先を主軸中心へ接近させるステップと、
前記アプローチ位置で前記センサヘッドにより主軸中心とツール取付部間の距離を測定するステップと、
測定した距離に基づく補正量だけ、仕上げ加工での主軸またはツール取付部の移動量を補正するステップと、
サーボモータのエンコーダの信号に基づき、補正後の仕上げ加工の移動量だけ、主軸またはツール取付部を前記アプローチ位置からさらに移動させることにより、前記仕上げ加工を行うステップ、とを実行する。
According to the method for correcting thermal deformation of a machine tool according to the present invention, a scale composed of a material having a low thermal expansion coefficient compared to the machine part of the machine tool is read by the sensor head, and the distance between the spindle center and the tool mounting portion is read. Is a method of correcting thermal deformation of a machine tool by measuring
A tool having a cutting edge for cutting a workpiece attached to the spindle is attached to the tool attachment portion,
When finishing the workpiece,
Based on the signal of the encoder of the servo motor, moving the spindle or tool mounting part to the approach position immediately before the finishing process to bring the tool blade edge closer to the spindle center ;
Measuring a distance between a spindle center and a tool mounting portion by the sensor head at the approach position;
A step of correcting the movement amount of the spindle or tool mounting part in the finishing process by the correction amount based on the measured distance;
Based on the signal from the encoder of the servo motor, the finishing process is performed by further moving the spindle or the tool mounting portion from the approach position by the amount of the corrected finishing process.
この発明では、アプローチ位置でセンサヘッドにより主軸中心とツール取付部間の距離を測定し、測定した距離に基づく補正量だけ、仕上げ加工での主軸またはツール取付部の移動量を補正する。そして主軸またはツール取付台の移動は、サーボモータのエンコーダの信号をサーボコントローラへフィードバックすることにより制御する。アプローチ後から仕上げ加工を完了するまでの間に、工作機械の熱的状況が変化する可能性は、時間が極く短い為、小さい。そこ仕上げ加工の直前のアプローチ位置で、主軸中心とツール取付部間の距離を測定することにより、ワークを正確なサイズに加工できる。また従前のエンコーダの信号による制御系に、低熱膨張率のスケールとセンサヘッドとから成る計測系を組み合わせることができる。低熱膨張率の材料にはスーパーインバー合金、インバー合金等のインバー系合金があり、他にセラミックス、ガラス、プラスチックでも熱膨張率が極めて小さい材料が知られている。なおこの明細書において、工作機械の記載はそのまま工作機械の熱変形の補正方法にも当てはまり、逆に工作機械の熱変形の補正方法の記載はそのまま工作機械にも当てはまる。 In the present invention, the distance between the spindle center and the tool mounting portion is measured by the sensor head at the approach position, and the movement amount of the spindle or the tool mounting portion in the finishing process is corrected by the correction amount based on the measured distance. The movement of the spindle or the tool mount is controlled by feeding back the encoder signal of the servo motor to the servo controller. The possibility that the thermal condition of the machine tool will change after the approach until the finishing process is completed is small because the time is very short. The workpiece can be machined to an accurate size by measuring the distance between the spindle center and the tool mounting portion at the approach position immediately before finishing. In addition, a measurement system including a scale having a low thermal expansion coefficient and a sensor head can be combined with a control system based on a signal from a conventional encoder. Materials having a low coefficient of thermal expansion include Invar alloys such as Super Invar alloy and Invar alloy, and other materials having a very low coefficient of thermal expansion are known, such as ceramics, glass, and plastic. In this specification, the description of the machine tool also applies to the thermal deformation correction method of the machine tool, and conversely, the description of the thermal deformation correction method of the machine tool also applies to the machine tool.
好ましくは、前記制御装置は、加工プログラム中の指令値と前記エンコーダの信号との誤差を解消するように、前記サーボモータをフィードバック制御し、
前記補正量は、アプローチ位置での、指令値とセンサヘッドにより測定した主軸中心とツール取付部間の距離の誤差で、
前記制御装置は、仕上げ加工で、加工プログラム中の主軸または取付部の移動量を前記補正量だけ補正し、補正済みの移動量とエンコーダの信号との誤差を解消するように、サーボモータをフィードバック制御する。Preferably, the control device feedback-controls the servo motor so as to eliminate an error between a command value in a machining program and the signal of the encoder,
The correction amount is an error in the distance between the command center and the spindle center measured by the sensor head and the tool mounting portion at the approach position.
The control device corrects the amount of movement of the spindle or mounting part in the machining program by the correction amount in finishing machining, and feeds back the servo motor so as to eliminate the error between the corrected movement amount and the encoder signal. Control.
指令値とエンコーダの信号との誤差を解消するようにサーボモータをフィードバック制御することにより、主軸または取付部が移動する。そしてアプローチ位置で、工作機械の熱変形等によるエンコーダ信号の誤差を測定し、この誤差を仕上げ加工で解消するように制御する。 By performing feedback control of the servo motor so as to eliminate the error between the command value and the encoder signal, the main shaft or the mounting portion moves. At the approach position, the encoder signal error due to thermal deformation of the machine tool is measured, and control is performed so that this error is eliminated by finishing.
好ましくは工作機械は、ベッドに一点支持され、かつ低熱膨張率の材料から成るフレームと、
前記フレームから主軸側へ延び、低熱膨張率の材料から成り、かつ磁気マークが設けられている第1のスケールと、
前記フレームから前記ツール取付部側へ延び、低熱膨張率の材料から成り、かつ磁気マークが設けられている第2のスケールと、
主軸側に設けられ、第1のスケールの磁気マークを読み取ることにより、フレームを基準とする主軸側の位置を読み取る第1のセンサヘッドと、
ツール取付部側に設けられ、第2のスケールの磁気マークを読み取ることにより、フレームを基準とするツール取付部側の位置を読み取る第2のセンサヘッドとを備え、
前記制御装置は、第1のセンサヘッドで求めた位置と第2のセンサヘッドで求めた位置との差分により、主軸中心とツール取付部間の距離を測定するように構成されている。Preferably, the machine tool is supported at one point on the bed and made of a material having a low coefficient of thermal expansion;
A first scale extending from the frame toward the main shaft, made of a material having a low coefficient of thermal expansion, and provided with a magnetic mark;
A second scale extending from the frame to the tool mounting portion side, made of a material having a low coefficient of thermal expansion, and provided with a magnetic mark;
A first sensor head that is provided on the spindle side and reads a position on the spindle side with respect to the frame by reading a magnetic mark of the first scale;
A second sensor head that is provided on the tool mounting portion side and reads the position of the tool mounting portion with respect to the frame by reading the magnetic mark of the second scale;
The control device is configured to measure the distance between the center of the spindle and the tool mounting portion based on the difference between the position obtained by the first sensor head and the position obtained by the second sensor head.
フレームと第1及び第2のスケールとで、工作機械の熱変形の影響を実質的に受けないスケール、即ち基準座標系を実現できる。このスケールを第1及び第2のセンサヘッドにより読み取り、2個のセンサヘッドの信号の差分により、主軸中心とツール取付部間の距離を熱変形の影響を受けずに測定できる。 The frame and the first and second scales can realize a scale that is substantially unaffected by thermal deformation of the machine tool, that is, a reference coordinate system. The scale is read by the first and second sensor heads, and the distance between the center of the spindle and the tool mounting portion can be measured by the difference between the signals of the two sensor heads without being affected by thermal deformation.
好ましくは、前記主軸は、主軸中心に水平面内で直交するX方向と、主軸中心に水平面内で平行なZ方向とに移動でき、
フレームの長手方向がZ軸に平行に延び、
第1のスケール及び第2のスケールはX軸に平行に配置され、
第1のスケールからZ軸に平行に延び、低熱膨張率の材料から成り、かつ磁気マークが設けられている第3のスケールと、
フレームの長手方向と平行に設けられ、低熱膨張率の材料から成り、かつ磁気マークが設けられている第4のスケールと、
主軸側に設けられ、第3のスケールの磁気マークを読み取ることにより、主軸側のZ軸座標を読み取る第3のセンサヘッドと、
ツール取付部側に設けられ、第4のスケールの磁気マークを読み取ることにより、ツール取付部側のZ軸座標を読み取る第4のセンサヘッドとを備え、
前記制御装置は、第3のセンサヘッドで求めたZ軸座標と第4のセンサヘッドで求めたZ軸座標との差分により、主軸端面とツール取付部間のZ軸方向距離を測定するように構成されている。
Preferably, the main axis is movable in an X direction orthogonal to the main axis center in the horizontal plane and a Z direction parallel to the main axis center in the horizontal plane,
The longitudinal direction of the frame extends parallel to the Z-axis,
The first scale and the second scale are arranged parallel to the X axis,
A third scale extending parallel to the Z-axis from the first scale, made of a material having a low coefficient of thermal expansion, and provided with a magnetic mark;
A fourth scale provided parallel to the longitudinal direction of the frame, made of a material having a low coefficient of thermal expansion, and provided with a magnetic mark;
A third sensor head that is provided on the main shaft side and reads a Z-axis coordinate on the main shaft side by reading a magnetic mark on the third scale;
A fourth sensor head that is provided on the tool mounting portion side and reads a Z-axis coordinate on the tool mounting portion side by reading a magnetic mark of the fourth scale;
The control device measures the Z-axis direction distance between the spindle end surface and the tool mounting portion based on the difference between the Z-axis coordinate obtained by the third sensor head and the Z-axis coordinate obtained by the fourth sensor head. It is configured.
このようにすると、主軸端面とツール取付部間のZ軸方向距離を、工作機械の熱変形の影響無しに独立した測定座標により測定できる。従ってZ軸方向に沿っても、加工プログラム通りにサイズに加工できる。 If it does in this way, the Z-axis direction distance between a spindle end surface and a tool attachment part can be measured by the independent measurement coordinate without the influence of the thermal deformation of a machine tool. Therefore, it can be machined according to the machining program along the Z-axis direction.
好ましくは前記制御装置は、仕上げ加工後に、前記アプローチ位置までの移動量と、前記補正量により補正する前の仕上げ加工での移動量の和だけ、主軸または取付部を後退させるように構成されている。このようにすると、アプローチ位置で測定した補正量だけ戻る位置が変更され、補正量は次の実加工に対しても実時刻に有効となる。 Preferably, the control device is configured to retract the spindle or the mounting portion by a sum of a movement amount to the approach position after finishing and a movement amount in finishing before correction by the correction amount. Yes. In this way, the position to return by the correction amount measured at the approach position is changed, and the correction amount becomes effective at the actual time for the next actual machining.
好ましくは、工作機械はツールの刃先に接触すると信号を発生するタッチセンサと、タッチセンサの出退機構とをさらに備え、
前記制御装置は、旧ツールを新ツールに交換する際に、旧ツールの刃先がタッチセンサに接触する際の主軸中心とツール取付部間の距離と、新ツールの刃先がタッチセンサに接触する際の主軸中心とツール取付部間の距離との差分だけ、前記アプローチ位置を補正するように構成されている。Preferably, the machine tool further includes a touch sensor that generates a signal when coming into contact with the cutting edge of the tool, and a touch sensor retracting mechanism,
When the old tool is replaced with a new tool, the control device determines the distance between the spindle center and the tool mounting portion when the blade tip of the old tool contacts the touch sensor, and when the blade tip of the new tool contacts the touch sensor. The approach position is corrected by the difference between the center of the spindle and the distance between the tool mounting portions.
このようにするとツールの交換によるオフセットの変化を補正できる。 In this way, changes in offset due to tool replacement can be corrected.
また好ましくは、工作機械の制御装置は、前記ツール取付部に取り付けた標準治具と主軸中心とを互いに位置決めする際の、前記第1のセンサヘッドで読み取った主軸中心の位置を主軸原点位置として、第1のセンサヘッドの読み取り位置を補正するように構成されている。 Preferably, the control device of the machine tool uses the position of the spindle center read by the first sensor head as the spindle origin position when positioning the standard jig attached to the tool mounting portion and the spindle center relative to each other. The reading position of the first sensor head is corrected.
このようにすると、主軸原点位置を基準座標系で測定できる。従って主軸の軸方向と水平面内で直角な方向へ、主軸が倒れ込むことによる誤差を補正できる。 In this way, the spindle origin position can be measured in the reference coordinate system. Accordingly, it is possible to correct an error caused by the main shaft falling down in a direction perpendicular to the axial direction of the main shaft in the horizontal plane.
好ましくは工作機械は、主軸にチャックされたワークのサイズを計測する機内計測装置をさらに備え、前記制御装置は、ツール交換後または工作機械の始動時に、前記仕上げ加工を中間仕上げ加工と残りの仕上げ加工とに分割し、仕上げ加工の途中位置まで主軸またはツール取付部を移動させる中間仕上げ加工を行わせ、中間仕上げ加工後に、ワークのサイズを機内計測装置により測定して、中間仕上げ加工での目標サイズとの誤差を求め、求めた誤差を解消するように、残りの仕上げ加工での主軸またはツール取付部の移動量を補正するように構成されている。 Preferably, the machine tool further includes an in-machine measuring device for measuring a size of the workpiece chucked on the spindle, and the control device performs the finishing process between the intermediate finishing process and the remaining finishing after the tool change or at the start of the machine tool. The intermediate finishing process is performed by moving the spindle or tool mounting part to the middle of the finishing process. After the intermediate finishing process, the workpiece size is measured by the in-machine measuring device, and the target for the intermediate finishing process is reached. An error with respect to the size is obtained, and the moving amount of the spindle or the tool mounting portion in the remaining finishing is corrected so as to eliminate the obtained error.
このようにすると、ツールの交換後、あるいは工作機械を休止させた後の始動時に、最初のワークから正確に加工できる。 If it does in this way, it can process correctly from the first work at the time of starting after exchanging a tool or stopping a machine tool.
また好ましくは前記制御装置は、前記補正量を工作機械の動作履歴と共に複数記憶するメモリと、前記動作履歴により定まる許容範囲以上の補正量を検出するとその旨を出力する解析部とを備えている。例えば始業直後、あるいはツールの交換直後には補正量は大きく、同じツールで加工を繰り返して工作機械の熱的状況が安定すると補正量は小さくなるはずである。そこで工作機械の動作履歴を元に許容範囲を定めて補正量を解析すると、ツールの寿命管理や工作機械及びセンサ系の異常を検出できる。 Preferably, the control device includes a memory for storing a plurality of the correction amounts together with an operation history of the machine tool, and an analysis unit for outputting a result when a correction amount exceeding an allowable range determined by the operation history is detected. . For example, the correction amount is large immediately after the start of work or immediately after replacement of the tool, and the correction amount should be small when the thermal condition of the machine tool is stabilized by repeating machining with the same tool. Therefore, if the allowable range is determined based on the operation history of the machine tool and the correction amount is analyzed, tool life management and abnormality of the machine tool and the sensor system can be detected.
特に好ましくは工作機械は温度センサを備え、かつ前記解析部は工作機械の動作履歴と温度とから前記許容範囲を定め、温度は例えば気温と工作機械の各部の温度である。このようにすると、温度が安定している際には許容範囲を狭く、温度が変化している際には許容範囲を広くし、的確に異常を検出できる。 Particularly preferably, the machine tool includes a temperature sensor, and the analysis unit determines the allowable range from an operation history and temperature of the machine tool, and the temperature is, for example, an air temperature and a temperature of each part of the machine tool. In this way, when the temperature is stable, the allowable range is narrowed, and when the temperature is changing, the allowable range is widened, and an abnormality can be accurately detected.
好ましくは、前記センサヘッドからの信号が到着すると、前記エンコーダの信号をラッチするように、前記制御装置が構成されている。一般にセンサヘッドの信号に比べ、エンコーダの信号は短い時間間隔で得られるので、センサヘッドからの信号に基づいて、エンコーダの信号をラッチすると、事実上センサヘッドからの信号とエンコーダの信号とを同時に読み込むことができる。 Preferably, the control device is configured to latch the signal of the encoder when a signal from the sensor head arrives. In general, encoder signals are obtained at shorter time intervals than sensor head signals. Therefore, latching encoder signals based on sensor head signals effectively causes the sensor head signals and encoder signals to be simultaneously transmitted. Can be read.
以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。この発明の範囲は、特許請求の範囲の記載に基づき、明細書の記載とこの分野での周知技術とを参酌し、当業者の理解に従って定められるべきである。 In the following, an optimum embodiment for carrying out the present invention will be shown. The scope of the present invention should be determined according to the understanding of those skilled in the art based on the description of the scope of the claims, taking into account the description of the specification and well-known techniques in this field.
実施例の工作機械を図1〜図12を参照して説明する。図1〜図3は工作機械の概要を示し、工作機械は機械部分である工作機械本体1と、工作機械本体1を制御する制御装置2とから成り、制御はNC制御である。固定のベッド3に送り台4を介して設置された主軸台5に、主軸6が回転自在に支持されている。またベッド3に支持台26が固定され、、タレット7が支持台26に回転割出可能に、即ち高い角度精度で支持されている。 The machine tool of an Example is demonstrated with reference to FIGS. 1 to 3 show an outline of a machine tool. The machine tool includes a machine tool main body 1 that is a machine part and a control device 2 that controls the machine tool main body 1, and the control is NC control. A spindle 6 is rotatably supported by a spindle stock 5 installed on a fixed bed 3 via a feed base 4. Further, a support base 26 is fixed to the bed 3, and the turret 7 is supported on the support base 26 so as to be capable of rotational indexing, that is, with high angular accuracy.
ベッド3に設けられたX軸ガイド9に沿って、主軸中心Oと水平面内で直行するX軸方向に沿って、サーボモータ10と送りねじ機構11とにより、送り台4が移動する。図2のように、送り台4上に設けられたZ軸ガイド13に沿って、主軸中心Oと平行なZ軸方向に主軸台5が移動自在で、サーボモータ14と送りねじ機構15とによって移動する。主軸6は主軸台5に内蔵の主軸モータ(図示せず)よって回転し、主軸6の前端にチャック17が取り付けられ、ワークWをチャックする。 The feed table 4 is moved by the servo motor 10 and the feed screw mechanism 11 along the X-axis guide 9 provided in the bed 3 along the X-axis direction perpendicular to the main axis O and the horizontal plane. As shown in FIG. 2, the headstock 5 is movable in the Z-axis direction parallel to the spindle center O along the Z-axis guide 13 provided on the feedtable 4, and the servomotor 14 and the feed screw mechanism 15 Moving. The spindle 6 is rotated by a spindle motor (not shown) built in the spindle base 5, and a chuck 17 is attached to the front end of the spindle 6 to chuck the workpiece W.
タレット7はタレット中心軸T回りに回転自在で、複数のツールホルダ19を着脱自在で、ツールホルダ19にはバイト、回転工具等のツール18が取付けられる。支持台26に回転自在に支持された中空軸7cの先端にタレット7が固定され、割出用モータ(図示せず)で中空軸7cを回転させることにより、任意のツールホルダ19が主軸6に対向する位置に位置決めされる。なお、図1,図2では、ツール18を1個のみ示し、他は省略してある。実施例では主軸6がX軸とZ軸方向とに移動するが、タレット7が移動するようにしても良い。さらに工作機械はX軸、Z軸が移動する旋盤であるが、X軸、鉛直なY軸、及びZ軸が移動するマシニングセンター等でも良い。 The turret 7 is rotatable around the turret central axis T, and a plurality of tool holders 19 can be attached and detached. A tool 18 such as a bite and a rotary tool is attached to the tool holder 19. The turret 7 is fixed to the tip of the hollow shaft 7c that is rotatably supported by the support base 26, and an arbitrary tool holder 19 is attached to the main shaft 6 by rotating the hollow shaft 7c with an indexing motor (not shown). It is positioned at the opposite position. 1 and 2, only one tool 18 is shown, and the others are omitted. In the embodiment, the main shaft 6 moves in the X-axis and Z-axis directions, but the turret 7 may move. Further, the machine tool is a lathe in which the X axis and the Z axis move, but may be a machining center in which the X axis, the vertical Y axis, and the Z axis move.
実施例の工作機械では、主軸中心Oと刃先との距離Lを、熱変形しない計測システムにより計測する。ただし刃先の位置を直接測定するのは難しいので、タレット7の主軸6側の端面(ツールホルダ19を固定する側の面で、ツール取付面という)と主軸中心Oとの距離を測定し、タレット7の端面と刃先との距離は図4及び図11のようにして別途に測定する。そして計測した距離を制御装置2を入力することにより、工作機械の熱変形の影響無しに、ワークWを加工する。ベッド3にフレーム30が1点支持され、送り台4の下部へとX軸に平行に延びるスケール31と、タレット7の中心軸に沿ってX軸に平行に伸びるスケール32とが、フレーム30に固定されている。ここで1点支持とは、ベッド3の熱膨張によりフレーム30が変形しないように、ベッド3の1個所にフレーム30を取り付けることをいう。フレーム30,スケール31,32はスーパーインバー合金等の低熱膨張率の材料で構成され、材質は単なるインバー合金、ガラス、セラミックス、液晶ポリマー等のプラスチック等でも良く、ベッド3に比べて熱膨張が小さい材料を用いる。 In the machine tool of the embodiment, the distance L between the spindle center O and the cutting edge is measured by a measurement system that is not thermally deformed. However, since it is difficult to directly measure the position of the blade edge, the distance between the end surface of the turret 7 on the spindle 6 side (the surface on the side where the tool holder 19 is fixed and the tool mounting surface) and the spindle center O is measured, and the turret is measured. The distance between the end face 7 and the blade edge is measured separately as shown in FIGS. And the workpiece | work W is processed by inputting the measured distance into the control apparatus 2 without the influence of the thermal deformation of a machine tool. A frame 30 is supported on the bed 3 at one point, and a scale 31 extending parallel to the X axis toward the lower part of the feed base 4 and a scale 32 extending parallel to the X axis along the central axis of the turret 7 are attached to the frame 30. It is fixed. Here, the one-point support means that the frame 30 is attached to one place of the bed 3 so that the frame 30 is not deformed by the thermal expansion of the bed 3. The frame 30 and the scales 31 and 32 are made of a material having a low thermal expansion coefficient such as a super invar alloy, and the material may be a simple invar alloy, glass, ceramics, liquid crystal polymer, or the like, and the thermal expansion is smaller than that of the bed 3. Use materials.
送り台4には主軸中心Oの直下にセンサヘッド33が設けられ、例えば4個のコイルによりスケール31の磁気マークを読み取りX軸座標を求める。スケール31は熱膨張率が極めて低いので、フレーム30に対する送り台4のX軸座標を、工作機械の熱変形の影響から独立して測定できる。スケール32はタレット7の中心軸と同軸にタレット7内へ延び、同様に磁気マークが設けられ、例えば4個のコイルを備えるセンサヘッド34が磁気マークを読み取る。スケール32も同様に熱膨張率が極めて低いので、フレーム30に対するタレット7のX軸座標を、工作機械の熱変形の影響無しに、測定できる。またスケール32とセンサヘッド34は、タレット7の内部に置かれることにより保護されている。なおスケール31,32を送り台4と支持台26とに取り付け、センサヘッド33,34をフレーム30に取り付けても良い。熱変形が少ないフレーム30を基準とする位置を表し、かつセンサヘッド33,34の信号に基づく座標系を基準座標系という。 The feed base 4 is provided with a sensor head 33 immediately below the spindle center O. For example, the magnetic marks on the scale 31 are read by four coils to obtain the X-axis coordinates. Since the scale 31 has a very low coefficient of thermal expansion, the X-axis coordinate of the feed base 4 with respect to the frame 30 can be measured independently from the influence of thermal deformation of the machine tool. The scale 32 extends into the turret 7 coaxially with the central axis of the turret 7 and is similarly provided with a magnetic mark. For example, a sensor head 34 having four coils reads the magnetic mark. Similarly, the scale 32 has a very low coefficient of thermal expansion, so that the X-axis coordinate of the turret 7 relative to the frame 30 can be measured without the influence of thermal deformation of the machine tool. The scale 32 and the sensor head 34 are protected by being placed inside the turret 7. The scales 31 and 32 may be attached to the feed base 4 and the support base 26, and the sensor heads 33 and 34 may be attached to the frame 30. A coordinate system that represents a position based on the frame 30 with little thermal deformation and is based on signals from the sensor heads 33 and 34 is referred to as a reference coordinate system.
実施例では、求めた2つのX軸座標の差を用いる。センサヘッド33,34からのX軸座標の差はタレット7のツール取り付け面から主軸中心Oまでの距離を表し、タレット7のツール取り付け面からツール18の刃先までの距離が分かると、刃先から主軸中心Oまでの距離Lが分かる。距離Lを、周囲の温度、工作機械の発熱等の影響を受けないフレーム30を基準とする基準座標系で測定できれば、工作機械の熱変形の影響無しにワークを加工できる。主軸台5の位置はエンコーダ20によっても測定でき、エンコーダ20の信号に基づく座標系を機械座標系という。制御装置2は、エンコーダ20で測定した機械座標系を、基準座標系での距離Lにより補正しながら、サーボコントローラ44を制御する。 In the embodiment, the difference between the two obtained X-axis coordinates is used. The difference in the X-axis coordinates from the sensor heads 33 and 34 represents the distance from the tool mounting surface of the turret 7 to the spindle center O, and when the distance from the tool mounting surface of the turret 7 to the blade edge of the tool 18 is known, the blade tip to the spindle The distance L to the center O is known. If the distance L can be measured with a reference coordinate system based on the frame 30 that is not affected by the ambient temperature, heat generation of the machine tool, etc., the workpiece can be machined without being affected by thermal deformation of the machine tool. The position of the headstock 5 can also be measured by the encoder 20, and the coordinate system based on the signal of the encoder 20 is called a machine coordinate system. The control device 2 controls the servo controller 44 while correcting the machine coordinate system measured by the encoder 20 with the distance L in the reference coordinate system.
Z軸座標を熱変形の影響無しで求める場合、スケール35,36とセンサヘッド37,38を設ける。スケール35は例えばZ軸に平行にスケール31に取り付け、送り台4に設けたセンサヘッド37によりZ軸座標を読み取る。またスケール36は例えばフレーム30にZ軸に平行に取り付けるが、スケール32に取り付けても良い。支持台26に設けたセンサヘッド38により、スケール36からZ軸座標を読み取る。スケール35,36はスーパーインバー合金等の熱膨張率が小さい材料により構成されて磁気マークが設けられ、センサヘッド37,38は複数のコイルにより磁気マークを検出する。2つのZ軸座標の差が基準座標系でのZ軸座標で、タレット中心軸Tに対する主軸台5のZ軸座標を表し、熱変形の影響を受けない基準座標系の座標である。 When obtaining the Z-axis coordinates without the influence of thermal deformation, scales 35 and 36 and sensor heads 37 and 38 are provided. The scale 35 is attached to the scale 31 in parallel with the Z axis, for example, and the Z axis coordinates are read by the sensor head 37 provided on the feed base 4. For example, the scale 36 is attached to the frame 30 in parallel to the Z axis, but may be attached to the scale 32. The Z-axis coordinate is read from the scale 36 by the sensor head 38 provided on the support base 26. The scales 35 and 36 are made of a material having a low coefficient of thermal expansion such as a super invar alloy and provided with a magnetic mark, and the sensor heads 37 and 38 detect the magnetic mark with a plurality of coils. The difference between the two Z-axis coordinates is the Z-axis coordinate in the reference coordinate system, which represents the Z-axis coordinate of the headstock 5 with respect to the turret center axis T, and is the coordinate in the reference coordinate system that is not affected by thermal deformation.
制御装置2は、プログラム用のメモリ41に記憶された加工プログラムを、CPUを備える演算制御部43で実行し、工作機械本体1を制御する。演算制御部43は、加工プログラムを読み出して命令を解釈するシーケンス制御部(不図示)、及び読み取り制御部46、補正部47、X軸のサーボコントローラ44、Z軸のサーボコントローラ45を備えている。演算制御部43は、加工プログラム中のX軸指令値RxをX軸サーボコントローラ44に与え、Z軸指令値RzをZ軸サーボコントローラ45に与える。サーボコントローラ44,45はエンコーダ20,21の信号と指令値との誤差を解消するように、サーボモータ10,14をフィードバック制御する。読み取り制御部46は、センサヘッド33,34からの読み取りを制御する。補正部47は、基準座標系での測定値に基づいて、機械座標系の誤差(機械座標系と基準座標系との誤差)を補正し、サーボコントローラ44,45へ補正量を入力する。 The control device 2 controls the machine tool body 1 by executing a machining program stored in the program memory 41 using an arithmetic control unit 43 including a CPU. The arithmetic control unit 43 includes a sequence control unit (not shown) that reads a machining program and interprets a command, a read control unit 46, a correction unit 47, an X-axis servo controller 44, and a Z-axis servo controller 45. . The arithmetic control unit 43 gives the X-axis command value Rx in the machining program to the X-axis servo controller 44 and gives the Z-axis command value Rz to the Z-axis servo controller 45. The servo controllers 44 and 45 feedback control the servo motors 10 and 14 so as to eliminate the error between the signals of the encoders 20 and 21 and the command value. The reading control unit 46 controls reading from the sensor heads 33 and 34. The correction unit 47 corrects an error in the machine coordinate system (error between the machine coordinate system and the reference coordinate system) based on the measurement value in the reference coordinate system, and inputs a correction amount to the servo controllers 44 and 45.
図4は実施例のツールセッターを模式的に表し、ベース50にタッチセンサ52が取り付けられ、ベース50は、タッチセンサ52の検出面が主軸中心Oと一致する位置と、加工領域から退避した位置との間で、出没する。出没には例えばベース50を旋回させるアーム、あるいはベース50を直進運動させる流体圧シリンダーを用いる。そしてタッチセンサ52がツール18の先端と接触した際の基準座標系でのX軸座標を求めると、ツール18の刃先位置とタレット7とのオフセットを補正できる。オフセットの絶対的な値を正確に測定するためには、図4で、ベース50を正確に位置決めする必要がある。しかし新旧の刃先位置を連続して測定すると、測定の間ベース50の位置が変動しなければ、新旧の刃先位置の差分からオフセットの変化を正確に求めることができる。なお図4の手順は、例えばNC制御でのMコードで定義される。当該ツールが寿命に達したり、何等かの異常が認められた際には、ベース50の位置を固定し、タッチセンサ52を主軸中心Oと一致する位置に保持したまま、新たなツールに交換する。その際に、新旧のツールがタッチセンサ52と接触する座標を基準座標系で計測し、その差分を求める、その値を補正項に入れる事で、旧ツールから新ツールへの連続的な加工を継続できる。 FIG. 4 schematically shows a tool setter according to the embodiment. A touch sensor 52 is attached to the base 50, and the base 50 is located at a position where the detection surface of the touch sensor 52 coincides with the spindle center O and a position retracted from the machining area. Infested with. For example, an arm for turning the base 50 or a fluid pressure cylinder for moving the base 50 straightly is used for the appearance. When the X-axis coordinate in the reference coordinate system when the touch sensor 52 comes into contact with the tip of the tool 18 is obtained, the offset between the cutting edge position of the tool 18 and the turret 7 can be corrected. In order to accurately measure the absolute value of the offset, it is necessary to accurately position the base 50 in FIG. However, when the old and new cutting edge positions are continuously measured, if the position of the base 50 does not fluctuate during the measurement, the change in offset can be accurately obtained from the difference between the old and new cutting edge positions. Note that the procedure of FIG. 4 is defined by, for example, an M code in NC control. When the tool reaches the end of its life or some abnormality is recognized, the position of the base 50 is fixed, and the touch sensor 52 is held at a position that coincides with the spindle center O and replaced with a new tool. . At that time, the coordinates where the old and new tools come into contact with the touch sensor 52 are measured in the reference coordinate system, the difference is obtained, and the value is put in the correction term, so that the continuous processing from the old tool to the new tool can be performed. Can continue.
図5は実施例の機内計測装置を模式的に示し、タッチセンサ54がツールホルダー19に取り付けられている。送り台4をZ軸方向とX軸方向とに移動させると、ワークWの直径方向の両端にタッチセンサ54を接触させることができる。例えばワークが図5のWで表される時とW’で表される時との、基準座標系でのX軸座標の差はワークの直径を表している。同様に円筒形のワークに対して内径を測定できる。また送り台4をZ軸方向に移動させると、ワークの一点を基準として、ワーク各部のZ軸座標を基準座標系で測定できる。機内計測装置により、加工後のワークのサイズを求めて、指令値からの誤差を測定できる。長時間の機械休止後やツール交換時などの、機械に於ける非連続的な熱変位の補正機能として、機内計測装置を利用する事で自動化が達成できる。 FIG. 5 schematically shows the in-machine measuring apparatus of the embodiment, and the touch sensor 54 is attached to the tool holder 19. When the feed base 4 is moved in the Z-axis direction and the X-axis direction, the touch sensor 54 can be brought into contact with both ends of the workpiece W in the diameter direction. For example, the difference in the X-axis coordinates in the reference coordinate system between when the workpiece is represented by W and W ′ in FIG. 5 represents the diameter of the workpiece. Similarly, the inner diameter can be measured for a cylindrical workpiece. When the feed base 4 is moved in the Z-axis direction, the Z-axis coordinate of each part of the work can be measured in the reference coordinate system with one point of the work as a reference. The in-machine measuring device can determine the size of the workpiece after machining and measure the error from the command value. Automation can be achieved by using an in-machine measuring device as a function to compensate for discontinuous thermal displacement in the machine, such as after a long machine pause or tool change.
図6は、基準座標系による主軸原点のX軸座標を求めるための標準治具58を示す。標準治具58とツールホルダー56はスーパーインバー合金等の低熱膨張率の材料で構成され、標準治具58は精密に加工された丸棒状で、標準治具58の中心もしくはその特定の面上に主軸原点を定める。例えば図4のようにして主軸中心上に位置決めされたタッチセンサ52を用いる場合、タッチセンサ52が標準治具58に接触している際のセンサヘッド33のX軸座標を、主軸原点のX軸座標と見なすことができる。また主軸に取り付けたダイヤルゲージ60を用いる場合、主軸を1回転させた際にダイヤルゲージの読みが変化しない場合に、標準治具58の中心と主軸中心が一致していると見なすことができる。そしてこの場合のセンサヘッド33のX軸座標を、主軸原点のX軸座標と見なしても良い。以上のようにして求めたX軸座標を主軸原点のオフセットとしてログファイルに記憶し、またセンサヘッド33の信号をこのオフセットで補正して用いる。図6の手順も、例えばMコードで定義できる。この方法で求めた主軸中心のX軸位置は基準座標系の原点となる。 FIG. 6 shows a standard jig 58 for obtaining the X-axis coordinate of the spindle origin in the reference coordinate system. The standard jig 58 and the tool holder 56 are made of a material having a low coefficient of thermal expansion such as a super invar alloy, and the standard jig 58 is a precision-processed round bar shape that is formed on the center of the standard jig 58 or on a specific surface thereof. Determine the spindle origin. For example, when using the touch sensor 52 positioned on the center of the spindle as shown in FIG. 4, the X-axis coordinate of the sensor head 33 when the touch sensor 52 is in contact with the standard jig 58 is used as the X-axis of the spindle origin. It can be regarded as coordinates. When the dial gauge 60 attached to the main shaft is used, it can be considered that the center of the standard jig 58 coincides with the main shaft center when the reading of the dial gauge does not change when the main shaft is rotated once. In this case, the X-axis coordinate of the sensor head 33 may be regarded as the X-axis coordinate of the main axis origin. The X-axis coordinates obtained as described above are stored in the log file as an offset of the spindle origin, and the signal of the sensor head 33 is corrected by this offset and used. The procedure of FIG. 6 can also be defined by M code, for example. The X-axis position of the principal axis center obtained by this method is the origin of the reference coordinate system.
図7は読み取り制御部46を示し、センサヘッド33,34の信号と同時にエンコーダ20,21の信号を読み込むための構成を示す。62〜65はメモリで、この内メモリ64,65はラッチメモリである。読み取り制御部46はエンコーダ20の信号を監視し、所定の値に達するとセンサヘッド33,34に指令して、その信号を読み取る。この時、可動側のセンサヘッド33の信号が到着した時点で、エンコーダ20からの信号をメモリ64にラッチする。するとサーボモータ10が動作中でも、同じ時点でセンサヘッド33とエンコーダ20の信号を読み込むことができ、信号を読み込んだ時間差による誤差が生じない。固定側のセンサヘッド34からの信号は時間によらずほぼ一定で、読み込みのタイミングを正確に制御する必要はない。Z軸座標を読み込む場合、同様にセンサヘッド37の信号が到着した時点で、エンコーダ21からの信号をメモリ65にラッチする。この場合も、固定側のセンサヘッド38からの信号は、読み込みのタイミングを正確に制御する必要がない。エンコーダ20、21とセンサヘッド33、34の読み取り時点のずれによる誤差を除くため、サーボモーターを一旦停止させて、エンコーダ20、21とセンサヘッド33、34の出力を読み込む事もできる。 FIG. 7 shows the reading control unit 46, and shows a configuration for reading the signals of the encoders 20 and 21 simultaneously with the signals of the sensor heads 33 and 34. Reference numerals 62 to 65 denote memories, and the memories 64 and 65 are latch memories. The reading control unit 46 monitors the signal of the encoder 20, and when it reaches a predetermined value, instructs the sensor heads 33 and 34 to read the signal. At this time, when the signal of the movable sensor head 33 arrives, the signal from the encoder 20 is latched in the memory 64. Then, even when the servo motor 10 is operating, the signals of the sensor head 33 and the encoder 20 can be read at the same time, and an error due to the time difference between reading the signals does not occur. The signal from the sensor head 34 on the fixed side is almost constant regardless of time, and it is not necessary to accurately control the reading timing. When reading the Z-axis coordinates, the signal from the encoder 21 is similarly latched in the memory 65 when the signal from the sensor head 37 arrives. Also in this case, it is not necessary to accurately control the timing of reading the signal from the sensor head 38 on the fixed side. In order to eliminate an error due to a difference in reading time between the encoders 20 and 21 and the sensor heads 33 and 34, the servo motor can be temporarily stopped and the outputs of the encoders 20 and 21 and the sensor heads 33 and 34 can be read.
図8は補正部47の詳細を示し、補正部本体70は基準座標系でのタレット7に対する主軸のX軸座標とZ軸座標とにより、X軸指令値とZ軸指令値とを補正する。これらの補正値及び、ツール交換時の新旧の刃先位置の差、主軸中心座標等をログファイル72に記憶する。またログファイル72には、休止後の再起動、ツールの交換、主軸中心座標を測定、機械のメンテナンス等の工作機械のイベントを記憶し、さらに気温と工作機械の各部の温度等を記憶する。解析部74はログファイル72での補正値を、工作機械のイベントと、気温及び工作機械の温度等を参照して解析し、異常があれば図示しないモニター等へ出力する。 FIG. 8 shows details of the correction unit 47, and the correction unit main body 70 corrects the X-axis command value and the Z-axis command value based on the X-axis coordinate and the Z-axis coordinate of the main axis with respect to the turret 7 in the reference coordinate system. These correction values, the difference between the old and new cutting edge positions at the time of tool replacement, the spindle center coordinates, etc. are stored in the log file 72. Further, the log file 72 stores machine tool events such as restart after a pause, tool replacement, spindle center coordinate measurement, machine maintenance, and the like, and further stores the temperature and the temperature of each part of the machine tool. The analysis unit 74 analyzes the correction value in the log file 72 with reference to the event of the machine tool, the air temperature, the temperature of the machine tool, and the like, and outputs to a monitor (not shown) if there is an abnormality.
朝の始業直後及びツールの交換直後等は補正量が大きく、この後連続してワークを加工すると、補正量は徐々に減少するはずである。また機械の温度変化、あるいは気温の変化が激しい場合、補正量は増加し、これらの温度変化が小さいと補正量は減少するはずである。さらに主軸の原点座標の推移は、送り台に対する主軸の傾きの推移である。そこで解析部74は、工作機械の動作履歴と温度変動の程度から補正量への許容範囲を定め、補正量が許容範囲を越えると出力する。また主軸の原点座標が初期値から所定値以上変化すると、送り台4等のメンテナンスが必要である旨の出力をする。 The correction amount is large immediately after the start of work in the morning and immediately after the replacement of the tool. If the workpiece is continuously processed thereafter, the correction amount should be gradually reduced. In addition, when the temperature change of the machine or the change of the air temperature is severe, the correction amount increases, and when the temperature change is small, the correction amount should decrease. Furthermore, the transition of the origin coordinate of the spindle is a transition of the inclination of the spindle with respect to the feed base. Therefore, the analysis unit 74 determines an allowable range for the correction amount from the operation history of the machine tool and the degree of temperature fluctuation, and outputs when the correction amount exceeds the allowable range. When the origin coordinate of the spindle changes by more than a predetermined value from the initial value, an output indicating that maintenance of the feed base 4 and the like is necessary is output.
図9,図10に、加工の基本的仕組みを示す。例えばワークの外周を切削加工するものとし、Gコードで指令が与えられるものとする。コードがG00のアプローチで、熱変形に対する補正を無視し、エンコーダの信号を監視しながら、指令値に従い送り台を移動させる。図9の左から右へと送り台は移動し、エンコーダの信号が所定値に達すると、インポジションか否かの判定をすると共に、主軸側とタレット側のセンサヘッドの信号を読み取る。これによって送り台4の基準座標とタレット7の基準座標とが判明する。2つのセンサヘッドの信号の差分は、タレットと送り台間の距離を表している。 9 and 10 show the basic mechanism of processing. For example, it is assumed that the outer periphery of the workpiece is cut and a command is given by a G code. The approach with the code G00 ignores correction for thermal deformation and moves the feed base according to the command value while monitoring the encoder signal. The feed base moves from the left to the right in FIG. 9, and when the encoder signal reaches a predetermined value, it determines whether or not it is in position and reads the signals from the sensor heads on the spindle side and the turret side. As a result, the reference coordinates of the feed base 4 and the reference coordinates of the turret 7 are determined. The difference between the signals of the two sensor heads represents the distance between the turret and the feed base.
センサヘッド33で求めた基準座標と主軸中心O間のオフセットは、図6の作業により測定済みで、センサヘッド33の信号をオフセットにより補正する。なお以下では、センサヘッド33の信号はオフセットを補正済みであるものとする。またツール18の刃先位置とタレット7間のオフセットは図4の作業により測定済みで、センサヘッド34の信号を刃先−タレット間のオフセットにより補正する。以下同様に、センサヘッド34の信号はオフセットを補正済みであるものとする。センサヘッド33,34の信号の差分は、基準座標系でのタレットと送り台間の距離Lを表している。 The offset between the reference coordinates obtained by the sensor head 33 and the spindle center O has been measured by the operation of FIG. 6, and the signal of the sensor head 33 is corrected by the offset. In the following, it is assumed that the offset of the signal of the sensor head 33 has been corrected. Further, the offset between the blade tip position of the tool 18 and the turret 7 has been measured by the operation of FIG. 4, and the signal of the sensor head 34 is corrected by the offset between the blade tip and the turret. Hereinafter, similarly, it is assumed that the signal of the sensor head 34 has already been corrected for the offset. The difference between the signals of the sensor heads 33 and 34 represents the distance L between the turret and the feed base in the reference coordinate system.
1回の仕上げ加工の間の工作機械の熱的状況の変化は小さく、複数のワークを連続して加工している場合、工作機械は熱的にほぼ安定している。そこで2個目以降のワークに対して、仕上げ加工中に基準座標系と機械座標系との誤差が変化することは無視できる。このためアプローチ終了時に機械座標系の誤差を求めて機械座標系の移動量を補正すると、熱変形の影響無しに仕上げ加工できる。図9に示すように、基準座標系も機械座標系でも、刃先が主軸中心から離れるとX座標が増加する。オフセット補正済みのセンサヘッド33の信号をPs,オフセット補正済みのセンサヘッド34の信号をPtとすると、Ps−Ptが基準座標系での主軸中心に対するタレット座標である。エンコーダ20の信号から求めた機械座標をPmとすると、機械座標と基準座標の誤差ΔX=Pm−(Ps−Pt)だけ刃先を指令値よりも主軸中心側へ前進させるように仕上げ加工の送り量を補正すると、加工プログラム通りのサイズに加工できる。 The change in the thermal condition of the machine tool during one finishing process is small, and the machine tool is almost thermally stable when a plurality of workpieces are processed continuously. Therefore, it is negligible that the error between the reference coordinate system and the machine coordinate system changes during finishing for the second and subsequent workpieces. For this reason, when the error of the machine coordinate system is obtained at the end of the approach and the movement amount of the machine coordinate system is corrected, finishing can be performed without the influence of thermal deformation. As shown in FIG. 9, in both the reference coordinate system and the machine coordinate system, the X coordinate increases as the cutting edge moves away from the spindle center. Assuming that the offset corrected sensor head 33 signal is Ps and the offset corrected sensor head 34 signal is Pt, Ps−Pt is the turret coordinate with respect to the spindle center in the reference coordinate system. Assuming that the machine coordinate obtained from the signal of the encoder 20 is Pm, the finishing feed amount is set so that the cutting edge is advanced to the spindle center side from the command value by an error ΔX = Pm− (Ps−Pt) between the machine coordinate and the reference coordinate. If corrected, machining can be performed to the size as per the machining program.
切削が終了すると、誤差ΔXを無視して、アプローチと切削送りの指令値の和だけ、送り台を戻す。これによってアプローチ終了時に測定した機械座標系の誤差が解消する。なお図9,図10の手順は工作機械が熱的に安定するまではワーク毎に実行し、熱的に安定すると、全ワークに対して実行しても、いくつかのワーク毎に実行しても良い。なお1個のワークに対しZ軸方向位置を変えて複数回の加工を行う場合、Z軸方向の移動中にあるいはアプローチ終了時に基準座標を測定し、仕上げでの送り量を補正する。 When the cutting is finished, the error ΔX is ignored, and the feed base is returned by the sum of the approach and cutting feed command values. This eliminates errors in the machine coordinate system measured at the end of the approach. 9 and 10 are executed for each work until the machine tool is thermally stabilized. When the machine tool is thermally stable, it is executed for every work even if it is executed for all the works. Also good. When a plurality of machining operations are performed on a single workpiece while changing the position in the Z-axis direction, the reference coordinates are measured during movement in the Z-axis direction or at the end of the approach, and the feed amount in finishing is corrected.
ツール交換後の最初ワークへの処理を図11に示す。ツールを交換すると、ツール18の刃先位置とタレット7とのオフセットが変化する。またツール交換の間に、工作機械の熱的状況が変化する可能性もある。そこで図4のようにして新旧の刃先位置の差分を基準座標系にて測定し、基準座標系でのタレット7と刃先位置間のオフセットを求めた差分に従って機械座標系を補正する。また機械座標系での工具摩耗量等の値は、通常の工具磨耗オフセット領域を使用して補正する。従って、基準座標系を使用して補正を加えるメモリと、工具磨耗を補正するメモリは独立な領域を使用し、実加工時に双方を加算する演算が必要となる。ツール18を交換すると、刃先位置とタレット間のオフセットが変化するだけでなく、切れ味等の要素も変化する可能性がある。そこで仕上げ加工を中間仕上げと最終仕上げとに分割し、中間仕上げ後に図5の機内計測装置によりワークのサイズを測定して、指令値からの誤差を求め、最終仕上げ時にその分も補正として加算することにより、トータルとして誤差を解消する。このようにするとツール交換後の最初のワークから、熱変形の影響無しに、正確にワークを加工できる。また中間仕上げ後に測定した基準座標を、機内計測により測定したワークのサイズにより校正できる。 FIG. 11 shows the process for the first workpiece after the tool change. When the tool is replaced, the offset between the cutting edge position of the tool 18 and the turret 7 changes. In addition, the thermal conditions of the machine tool can change during tool changes. Therefore, as shown in FIG. 4, the difference between the new and old cutting edge positions is measured in the reference coordinate system, and the machine coordinate system is corrected according to the difference obtained by calculating the offset between the turret 7 and the cutting edge position in the reference coordinate system. Also, values such as the amount of tool wear in the machine coordinate system are corrected using a normal tool wear offset region. Therefore, the memory for correcting using the reference coordinate system and the memory for correcting tool wear use independent areas, and an operation of adding both at the time of actual machining is required. When the tool 18 is changed, not only the offset between the cutting edge position and the turret changes, but also factors such as sharpness may change. Therefore, the finishing process is divided into an intermediate finishing and a final finishing. After the intermediate finishing, the workpiece size is measured by the in-machine measuring device shown in FIG. 5 to obtain an error from the command value, and that amount is added as a correction at the final finishing. This eliminates the error as a total. If it does in this way, a work can be processed correctly from the first work after tool exchange, without the influence of thermal deformation. Moreover, the reference coordinates measured after intermediate finishing can be calibrated by the size of the workpiece measured by in-machine measurement.
工作機械の起動後の最初のワークへの処理を図12に示す。休止中にツールホルダー19が熱変形するが、センサヘッド33,34ではこの熱変形を測定できない。そこでアプローチ終了後に中間仕上げを実行し、加工プログラムでの指令値と機内計測装置により測定したワークサイズとの差を解消するように、最終仕上げを実行する。またツール交換の場合と同様に、中間仕上げ後に測定した基準座標を、機内計測により測定した加工ワークの計測値により校正し、誤差を補正パラメータとして記憶すると共に、機械座標系での移動量を補正する。 FIG. 12 shows the process for the first workpiece after the machine tool is started. Although the tool holder 19 is thermally deformed during the rest, the sensor heads 33 and 34 cannot measure this heat deformation. Therefore, intermediate finishing is executed after the approach is completed, and final finishing is executed so as to eliminate the difference between the command value in the machining program and the workpiece size measured by the in-machine measuring device. Also, as in the case of tool change, the reference coordinates measured after intermediate finishing are calibrated with the measured values of the workpiece measured by in-machine measurement, and the error is stored as a correction parameter and the movement amount in the machine coordinate system is corrected. To do.
実施例ではワークの外形加工を説明したが、内径加工等の他の加工でも良い。またX軸以外にZ軸方向にも熱変形の影響を除くためには、センサヘッド37,38の信号により同様の処理を行えばよい。さらに工作機械の種類は、複合旋盤、マシニングセンター等、任意である。なおワーク自体の熱膨張の影響は、ワーク温度の計測等により別途に補正するものとする。また中間仕上げ後のワークサイズは手動で測定しても良い。さらに誤差を100%解消するように補正しても、誤差の大小を複数のランクに区分し、ランク毎に補正値を決めて補正しても良い。 In the embodiment, the outer shape processing of the workpiece has been described, but other processing such as inner diameter processing may be performed. Further, in order to remove the influence of thermal deformation in the Z-axis direction in addition to the X-axis, the same processing may be performed by signals from the sensor heads 37 and 38. Furthermore, the type of machine tool is arbitrary, such as a compound lathe or a machining center. The influence of the thermal expansion of the workpiece itself is separately corrected by measuring the workpiece temperature or the like. The workpiece size after intermediate finishing may be measured manually. Further, even if the error is corrected so as to be eliminated by 100%, the magnitude of the error may be divided into a plurality of ranks, and correction values may be determined for each rank.
スーパーインバー合金等でも熱膨張率は0ではない。しかしながらフレーム30とスケール31,32は、ベッド3に一点支持されているので、その熱変形は熱膨張率から簡単に求めることができる。例えばスケール31,32の温度を図示しない温度センサで測定し、センサヘッド33,34の読み取り位置とフレーム30間の距離と、20℃等の基準温度からの差と線熱膨張率長さとの積を求める。この積によりセンサヘッド33,34の信号から求めた位置を補正すると、スーパーインバー合金等の熱膨張の影響を除くことができる。 The coefficient of thermal expansion is not zero even in a super invar alloy or the like. However, since the frame 30 and the scales 31 and 32 are supported by the bed 3 at one point, the thermal deformation can be easily obtained from the thermal expansion coefficient. For example, the temperature of the scales 31 and 32 is measured by a temperature sensor (not shown), and the product of the distance between the reading position of the sensor heads 33 and 34 and the frame 30, the difference from the reference temperature such as 20 ° C., and the linear thermal expansion coefficient length. Ask for. When the position obtained from the signals of the sensor heads 33 and 34 is corrected by this product, the influence of thermal expansion of the super invar alloy or the like can be eliminated.
実施例では以下の効果が得られる。
1) 主軸中心とタレットとの距離を熱の影響を受けずに実測することにより、工作機械の熱変形の影響を小さくできる。また理論的なモデルを用いるのではなく、実測値に基づく補正なので信頼性が高い。
2) アプローチの終了時から仕上げ加工の終了までの時間は僅かで、アプローチの終了時に機械座標系の誤差を求めて、仕上げ加工で誤差を解消することにより、正確に加工できる。
3) ツールの交換時に刃先位置を測定し、かつ中間仕上げを実行することにより、ツール交換後の最初のワークから正確に加工できる。
4) 休止後の起動時に中間仕上げを実行することにより、起動後の最初のワークから正確に加工できる。
5) 基準座標系と機械座標系との誤差の傾向を解析することにより、工作機械の状態を把握でき、また許容範囲を越える加工誤差が生じる前にメンテナンスを行うことができる。
6) 図6のようにして、主軸中心の位置を基準座標系で測定すると、送り台に対して主軸が倒れ込むことによる誤差を補正できる。また主軸中心の基準座標の推移から、工作機械のメンテナンスの要否を判断できる。In the embodiment, the following effects can be obtained.
1) By measuring the distance between the spindle center and the turret without being affected by heat, the influence of thermal deformation of the machine tool can be reduced. In addition, since a theoretical model is not used, correction is based on actual measurement values, so reliability is high.
2) The time from the end of the approach to the end of the finishing process is very short, and the machine coordinate system error is obtained at the end of the approach, and it can be accurately processed by eliminating the error in the finishing process.
3) By measuring the cutting edge position when changing the tool and performing intermediate finishing, it is possible to accurately machine from the first workpiece after changing the tool.
4) By performing intermediate finishing at the time of start-up after a stop, machining can be accurately performed from the first workpiece after start-up.
5) By analyzing the error tendency between the reference coordinate system and the machine coordinate system, it is possible to grasp the state of the machine tool and to perform maintenance before a machining error exceeding the allowable range occurs.
6) When the position of the spindle center is measured in the reference coordinate system as shown in FIG. 6, the error due to the spindle falling over the feed table can be corrected. In addition, it is possible to determine whether the maintenance of the machine tool is necessary or not from the transition of the reference coordinates around the spindle.
1 工作機械本体 2 制御装置 3 ベッド 4 送り台
5 主軸台 6 主軸 7 タレット 7c 中空軸 8 軸受
9 X軸ガイド 10,14 サーボモータ 11,15 送りネジ機構
13 Z軸ガイド 17 チャック 18 ツール
19 ツールホルダ 20,21 エンコーダ 26 支持台
30 フレーム 31,32 スケール 33,34 センサヘッド
35,36 スケール 37,38 センサヘッド 41 メモリ
43 演算制御部 44,45 サーボコントローラ
46 読み取り制御部 47 補正部 50 ベース
52,54 タッチセンサ 56 ツールホルダー 58 標準治具
60 ダイヤルゲージ 62〜65 メモリ 70 補正部本体
72 ログファイル 74 解析部
L 主軸中心と刃先との距離 O 主軸中心
T タレット中心軸 W ワークDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Machine tool main body 2 Control apparatus 3 Bed 4 Feed stand 5 Spindle base 6 Spindle 7 Turret 7c Hollow shaft 8 Bearing 9 X-axis guide 10, 14 Servo motor 11, 15 Feed screw mechanism 13 Z-axis guide 17 Chuck 18 Tool
DESCRIPTION OF SYMBOLS 19 Tool holder 20, 21 Encoder 26 Support stand 30 Frame 31, 32 Scale 33, 34 Sensor head 35, 36 Scale 37, 38 Sensor head 41 Memory 43 Arithmetic control part 44, 45 Servo controller 46 Reading control part 47 Correction part 50 Base 52, 54 Touch sensor 56 Tool holder 58 Standard jig 60 Dial gauge 62-65 Memory 70 Correction unit main body 72 Log file 74 Analysis unit L Distance between spindle center and cutting edge O Spindle center T Turret center axis W Workpiece
Claims (12)
主軸とツール取付部とを相対移動させる、エンコーダ付きのサーボモータと、
工作機械の機械部分に比べて低熱膨張率の材料で構成され、かつ位置を表すマークを備える、スケールと、
スケールのマークを読み取ることにより、主軸中心とツール取付部との間の距離を測定するセンサヘッドと、
前記エンコーダの信号に基づいて、サーボモータを制御することにより、主軸またはツール取付部を移動させる制御装置、とを備え、
前記ツール取付部は、主軸に取り付けられたワークを切削加工する刃先を有するツールが取り付けられるように構成され、
前記制御装置は、ワークを仕上げ加工する際に、
仕上げ加工直前のアプローチ位置まで主軸またはツール取付部を移動させることにより、ツールの刃先を主軸中心へ接近させると共に、
前記アプローチ位置で、前記センサヘッドにより主軸中心とツール取付部間の距離を測定し、
測定した距離に基づく補正量だけ、仕上げ加工での主軸またはツール取付部の移動量を補正し、
補正後の仕上げ加工の移動量だけ主軸またはツール取付部を、前記アプローチ位置からさらに移動させることにより、前記仕上げ加工を行うように構成されている、工作機械。An NC-controlled machine tool that measures the distance between the center of the spindle and the tool mounting section using a scale and a sensor head,
A servo motor with an encoder that relatively moves the spindle and the tool mounting part;
A scale composed of a material having a low coefficient of thermal expansion compared to the machine part of the machine tool, and having a mark indicating the position;
A sensor head that measures the distance between the center of the spindle and the tool mounting portion by reading the mark on the scale;
A control device for moving the spindle or the tool mounting portion by controlling the servo motor based on the signal of the encoder,
The tool attachment portion is configured such that a tool having a cutting edge for cutting a workpiece attached to a spindle is attached.
The control device, when finishing the workpiece,
By moving the spindle or tool mounting part to the approach position just before finishing, the tool blade edge approaches the spindle center,
At the approach position, the sensor head measures the distance between the spindle center and the tool mounting portion,
The amount of movement of the spindle or tool mounting part in the finishing process is corrected by the correction amount based on the measured distance.
A machine tool configured to perform the finishing process by further moving the spindle or the tool mounting portion from the approach position by the movement amount of the finishing process after correction.
前記補正量は、アプローチ位置での、指令値とセンサヘッドにより測定した主軸中心とツール取付部間の距離の誤差で、
前記制御装置は、仕上げ加工で、加工プログラム中の主軸またはツール取付部の移動量を前記補正量だけ補正し、補正済みの移動量とエンコーダの信号との誤差を解消するように、サーボモータをフィードバック制御することを特徴とする、請求項1の工作機械。The control device feedback-controls the servo motor so as to eliminate an error between a command value in a machining program and the signal of the encoder,
The correction amount is an error in the distance between the command center and the spindle center measured by the sensor head and the tool mounting portion at the approach position.
The control device corrects the movement amount of the spindle or tool mounting portion in the machining program by the correction amount in finishing machining, and cancels the error between the corrected movement amount and the encoder signal. 2. The machine tool according to claim 1, wherein feedback control is performed.
前記フレームから主軸中心側へ延び、低熱膨張率の材料から成り、かつ磁気マークが設けられている第1のスケールと、
前記フレームから前記ツール取付部側へ延び、低熱膨張率の材料から成り、かつ磁気マークが設けられている第2のスケールと、
主軸側に設けられ、第1のスケールの磁気マークを読み取ることにより、フレームを基準とする主軸中心の位置を読み取る第1のセンサヘッドと、
ツール取付部側に設けられ、第2のスケールの磁気マークを読み取ることにより、フレームを基準とするツール取付部側の位置を読み取る第2のセンサヘッドとを備え、
前記制御装置は、第1のセンサヘッドで求めた位置と第2のセンサヘッドで求めた位置とにより、主軸中心とツール取付部間の距離を測定するように構成されていることを特徴とする、請求項1または2の工作機械。A frame made of a material having a low coefficient of thermal expansion, supported at one point on the bed of the machine tool;
A first scale extending from the frame toward the center of the main shaft, made of a material having a low coefficient of thermal expansion, and provided with a magnetic mark;
A second scale extending from the frame to the tool mounting portion side, made of a material having a low coefficient of thermal expansion, and provided with a magnetic mark;
A first sensor head that is provided on the spindle side and reads the position of the center of the spindle relative to the frame by reading the magnetic mark of the first scale;
A second sensor head that is provided on the tool mounting portion side and reads the position of the tool mounting portion with respect to the frame by reading the magnetic mark of the second scale;
The control device is configured to measure a distance between the center of the spindle and the tool mounting portion based on a position obtained by the first sensor head and a position obtained by the second sensor head. The machine tool according to claim 1 or 2.
フレームの長手方向がZ軸に平行に延び、
第1のスケール及び第2のスケールはX軸に平行に配置され、
第1のスケールからZ軸に平行に延び、低熱膨張率の材料から成り、かつ磁気マークが設けられている第3のスケールと、
フレームの長手方向と平行に設けられ、低熱膨張率の材料から成り、かつ磁気マークが設けられている第4のスケールと、
主軸側に設けられ、第3のスケールの磁気マークを読み取ることにより、主軸端面側のZ軸座標を読み取る第3のセンサヘッドと、
ツール取付部側に設けられ、第4のスケールの磁気マークを読み取ることにより、ツール取付部側のZ軸座標を読み取る第4のセンサヘッドとを備え、
前記制御装置は、第3のセンサヘッドで求めたZ軸座標と第4のセンサヘッドで求めたZ軸座標との差分により、主軸端面とツール取付部間のZ軸方向距離を測定するように構成されていることを特徴とする、請求項3の工作機械。The main axis can move in the X direction orthogonal to the main axis center in the horizontal plane and the Z direction parallel to the main axis center in the horizontal plane,
The longitudinal direction of the frame extends parallel to the Z-axis,
The first scale and the second scale are arranged parallel to the X axis,
A third scale extending parallel to the Z-axis from the first scale, made of a material having a low coefficient of thermal expansion, and provided with a magnetic mark;
A fourth scale provided parallel to the longitudinal direction of the frame, made of a material having a low coefficient of thermal expansion, and provided with a magnetic mark;
A third sensor head that is provided on the spindle side and reads a Z-axis coordinate on the spindle end face side by reading a magnetic mark of a third scale;
A fourth sensor head that is provided on the tool mounting portion side and reads a Z-axis coordinate on the tool mounting portion side by reading a magnetic mark of the fourth scale;
The control device measures the Z-axis direction distance between the spindle end surface and the tool mounting portion based on the difference between the Z-axis coordinate obtained by the third sensor head and the Z-axis coordinate obtained by the fourth sensor head. The machine tool according to claim 3, wherein the machine tool is configured.
前記制御装置は、旧ツールを新ツールに交換する際に、旧ツールの刃先がタッチセンサに接触する際の主軸中心とツール取付部間の距離と、新ツールの刃先がタッチセンサに接触する際の主軸中心とツール取付部間の距離との差分だけ、前記アプローチ位置を補正するように構成されていることを特徴とする、請求項3または4の工作機械。It further includes a touch sensor that generates a signal when it comes into contact with the blade edge of the tool, and a touch sensor exit / retreat mechanism,
When the old tool is replaced with a new tool, the control device determines the distance between the spindle center and the tool mounting portion when the blade tip of the old tool contacts the touch sensor, and when the blade tip of the new tool contacts the touch sensor. 5. The machine tool according to claim 3, wherein the approach position is corrected by a difference between a center of the spindle and a distance between the tool mounting portions.
前記制御装置は、ツール交換後または工作機械の始動時に、前記仕上げ加工を中間仕上げ加工と残りの仕上げ加工とに分割し、
仕上げ加工の途中位置まで主軸またはツール取付部を移動させる中間仕上げ加工を行わせ、
中間仕上げ加工後に、ワークのサイズを機内計測装置により測定して、中間仕上げ加工での目標サイズとの誤差を求め、
求めた誤差を解消するように、残りの仕上げ加工での主軸またはツール取付部の移動量を補正するように構成されていることを特徴とする、請求項3,4,6,7のいずれかの工作機械。An in-machine measuring device that measures the size of the workpiece chucked on the spindle is further provided.
The control device divides the finishing process into an intermediate finishing process and a remaining finishing process after tool change or at the start of a machine tool,
Have the intermediate finishing process to move the spindle or tool mounting part to the middle of the finishing process,
After the intermediate finishing process, measure the size of the workpiece with the in-machine measuring device to obtain the error from the target size in the intermediate finishing process.
The system according to any one of claims 3, 4, 6, and 7, wherein the moving amount of the spindle or tool mounting portion in the remaining finishing process is corrected so as to eliminate the obtained error. Machine tools.
前記ツール取付部には、主軸に取り付けられたワークを切削加工する刃先を有するツールが取り付けられ、
ワークを仕上げ加工する際に、
サーボモータのエンコーダの信号に基づき、仕上げ加工直前のアプローチ位置まで主軸またはツール取付部を移動させることにより、ツールの刃先を主軸中心へ接近させるステップと、
前記アプローチ位置で前記センサヘッドにより主軸中心とツール取付部間の距離を測定するステップと、
測定した距離に基づく補正量だけ、仕上げ加工での主軸またはツール取付部の移動量を補正するステップと、
サーボモータのエンコーダの信号に基づき、補正後の仕上げ加工の移動量だけ、主軸またはツール取付部を前記アプローチ位置からさらに移動させることにより、前記仕上げ加工を行うステップ、とを実行する、工作機械の熱変形の補正方法。Compensates for thermal deformation of the machine tool by measuring the distance between the center of the spindle and the tool mount by reading the scale made of a material with a low thermal expansion coefficient compared to the machine part of the machine tool with the sensor head A way to
A tool having a cutting edge for cutting a workpiece attached to the spindle is attached to the tool attachment portion,
When finishing the workpiece,
Based on the signal of the encoder of the servo motor, moving the spindle or tool mounting part to the approach position immediately before the finishing process to bring the tool blade edge closer to the spindle center;
Measuring a distance between a spindle center and a tool mounting portion by the sensor head at the approach position;
A step of correcting the movement amount of the spindle or tool mounting part in the finishing process by the correction amount based on the measured distance;
A step of performing the finishing process by further moving the spindle or the tool mounting portion from the approach position by the amount of movement of the corrected finishing process based on the signal of the encoder of the servo motor. Correction method for thermal deformation.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014520980A JP5846400B2 (en) | 2012-06-14 | 2013-04-02 | Machine tool and its thermal deformation correction method |
Applications Claiming Priority (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012135196 | 2012-06-14 | ||
JP2012135196 | 2012-06-14 | ||
JP2014520980A JP5846400B2 (en) | 2012-06-14 | 2013-04-02 | Machine tool and its thermal deformation correction method |
PCT/JP2013/060060 WO2013187106A1 (en) | 2012-06-14 | 2013-04-02 | Machine tool and method for correcting thermal deformation thereof |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP5846400B2 true JP5846400B2 (en) | 2016-01-20 |
JPWO2013187106A1 JPWO2013187106A1 (en) | 2016-02-04 |
Family
ID=49757945
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014520980A Active JP5846400B2 (en) | 2012-06-14 | 2013-04-02 | Machine tool and its thermal deformation correction method |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5846400B2 (en) |
WO (1) | WO2013187106A1 (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6398204B2 (en) * | 2014-01-29 | 2018-10-03 | 株式会社デンソーウェーブ | Positioning accuracy correction method for robot apparatus |
CN114367708B (en) * | 2022-01-13 | 2024-01-16 | 重庆机床(集团)有限责任公司 | Centering adjustment method during assembly of three-dimensional sensor |
CN115328023B (en) * | 2022-08-09 | 2024-08-23 | 北京北一机床有限责任公司 | Error compensation method for realizing thermal deformation of machine tool without sensor |
CN118003088B (en) * | 2024-01-26 | 2024-08-23 | 盐城市骏华机械有限公司 | Numerical control combined machine tool with center distance adjusting mechanism |
Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6268252A (en) * | 1985-08-21 | 1987-03-28 | Hitachi Seiki Co Ltd | Zero position compensator for machine tool |
JPH0379203A (en) * | 1989-08-10 | 1991-04-04 | Cincinnati Milacron Inc | High productivity machining device |
JPH07186006A (en) * | 1993-12-27 | 1995-07-25 | Murata Mach Ltd | Tool edge position correction method and device in nc machine tool |
JPH10217068A (en) * | 1997-01-30 | 1998-08-18 | Shinetsu Quartz Prod Co Ltd | Thermal displacement correcting device of work finishing machine |
JP2000322115A (en) * | 1999-05-13 | 2000-11-24 | Toyoda Mach Works Ltd | Numerical controller |
JP2005014109A (en) * | 2003-06-23 | 2005-01-20 | Nakamura Tome Precision Ind Co Ltd | Correction method for thermal deformation error of machine tool |
JP2007125648A (en) * | 2005-11-04 | 2007-05-24 | Mori Seiki Co Ltd | Thermal displacement correcting device |
JP2008114322A (en) * | 2006-11-02 | 2008-05-22 | Niigata Machine Techno Co Ltd | Position correcting method and position correcting device in machine tool |
JP2011045962A (en) * | 2009-08-27 | 2011-03-10 | Fuji Mach Mfg Co Ltd | Cutting machine and method of correcting working position of the same |
JP2011240423A (en) * | 2010-05-17 | 2011-12-01 | Murata Machinery Ltd | Machine tool |
JP2012035399A (en) * | 2010-08-11 | 2012-02-23 | Shin Nippon Koki Co Ltd | Correction matrix derivation device, error correction device, and machine tool |
-
2013
- 2013-04-02 JP JP2014520980A patent/JP5846400B2/en active Active
- 2013-04-02 WO PCT/JP2013/060060 patent/WO2013187106A1/en active Application Filing
Patent Citations (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6268252A (en) * | 1985-08-21 | 1987-03-28 | Hitachi Seiki Co Ltd | Zero position compensator for machine tool |
JPH0379203A (en) * | 1989-08-10 | 1991-04-04 | Cincinnati Milacron Inc | High productivity machining device |
JPH07186006A (en) * | 1993-12-27 | 1995-07-25 | Murata Mach Ltd | Tool edge position correction method and device in nc machine tool |
JPH10217068A (en) * | 1997-01-30 | 1998-08-18 | Shinetsu Quartz Prod Co Ltd | Thermal displacement correcting device of work finishing machine |
JP2000322115A (en) * | 1999-05-13 | 2000-11-24 | Toyoda Mach Works Ltd | Numerical controller |
JP2005014109A (en) * | 2003-06-23 | 2005-01-20 | Nakamura Tome Precision Ind Co Ltd | Correction method for thermal deformation error of machine tool |
JP2007125648A (en) * | 2005-11-04 | 2007-05-24 | Mori Seiki Co Ltd | Thermal displacement correcting device |
JP2008114322A (en) * | 2006-11-02 | 2008-05-22 | Niigata Machine Techno Co Ltd | Position correcting method and position correcting device in machine tool |
JP2011045962A (en) * | 2009-08-27 | 2011-03-10 | Fuji Mach Mfg Co Ltd | Cutting machine and method of correcting working position of the same |
JP2011240423A (en) * | 2010-05-17 | 2011-12-01 | Murata Machinery Ltd | Machine tool |
JP2012035399A (en) * | 2010-08-11 | 2012-02-23 | Shin Nippon Koki Co Ltd | Correction matrix derivation device, error correction device, and machine tool |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2013187106A1 (en) | 2013-12-19 |
JPWO2013187106A1 (en) | 2016-02-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5673855B2 (en) | Machine Tools | |
US8631727B2 (en) | Machine tool | |
JP6295070B2 (en) | Geometric error identification method for multi-axis machine tools and multi-axis machine tools | |
US8131385B2 (en) | Positioning device and positioning method with non-contact measurement | |
JP5545025B2 (en) | Machine Tools | |
JP2016083729A (en) | Geometric error identification system, and geometric error identification method | |
JPWO2002032620A1 (en) | Measuring method and apparatus, and machine tool and work processing method having the apparatus | |
JP5846400B2 (en) | Machine tool and its thermal deformation correction method | |
US6615697B2 (en) | Machine tool | |
JPH1158179A (en) | Heat displacement correcting method of machine tool and device therefor | |
JP2013255982A (en) | Machine tool, and correction method of thermal deformation thereof | |
JP6168396B2 (en) | Machine Tools | |
US8152422B2 (en) | Control method for a machine tool with numerical control | |
JP4172614B2 (en) | Ball screw feed drive correction method | |
JP7103136B2 (en) | Machine tools and processing methods | |
JP3756793B2 (en) | Machine tool thermal displacement compensation device | |
JP2018079526A (en) | Machine tool and working method | |
JP2018027599A (en) | Method for correcting machining error of machine tool | |
JP2004322255A (en) | Machine tool with straight line position measuring instrument | |
JP2023084538A (en) | Error estimation method in machine tool and control device of machine tool | |
JP2019013996A (en) | Workpiece machining method in machine tool | |
JPH10309653A (en) | Method for detecting displacement of cutting edge position, machine tool provided with cutting edge position displacement detecting function, and tool holder for machine tool | |
JP5531640B2 (en) | Feed control device for machine tools | |
JP3839197B2 (en) | Cutting edge position alignment method for pre-use and post-use tools in machine tools | |
JPH081405A (en) | Device and method for detecting lost motion |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20151028 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20151110 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5846400 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |