JP4290639B2 - 数値制御装置及び数値制御工作機械 - Google Patents

Description

本発明は、数値制御装置（以下、「ＮＣ装置」という。）及び数値制御工作機械（以下、「ＮＣ工作機械」という。）に関するもので、特にクランプが可能な軸（以下、「クランプ軸」という。）を有する工作機械を制御するＮＣ装置及びそのＮＣ装置を備えたＮＣ工作機械に関する。

一般に、ＮＣ工作機械は、複数軸のサーボモータをサーボ制御装置により駆動制御し、ワークに対する工具の移動を制御してワークの加工を行う。ワークの加工時に、工具を位置決めする各軸のサーボ剛性だけでは剛性が不足する場合には、軸の位置を機械的に固定する噛み合い型のカップリング等のクランプ装置が用いられる。このようなクランプ装置は、例えば、工作機械のタレット刃物台や回転テーブルの回転軸等の、サーボモータのトルク容量に対して外乱（切削抵抗）が大きい軸において用いられている。

このようなクランプ装置は、軸の剛性の向上には効果があるが、軸の位置決め精度の面では問題が生じる場合がある。クランプ装置により軸の位置を固定しているとき（クランプ状態）の軸の位置精度は、主に、クランプ装置の機械的な精度（例えば、カップリングの精度等）で決まる。一方、軸の位置を固定していないとき（非クランプ状態）は、軸の位置はサーボモータによって制御されているので、その位置精度は、主に、サーボモータの位置決め精度によって決まる。その結果、クランプ状態と非クランプ状態では、軸の位置決め位置に差異が生じ、非クランプ状態でサーボモータによって軸を位置決めした後にクランプ装置で軸をクランプしようとすると、噛み合いミスや歯のぶつかり合いによる騒音等の問題が生じる。

従来のＮＣ旋盤では、刃物保持面を複数有する刃物台をサーボモータにより旋回させて所望の刃物保持面を所定の角度に割出可能なＮＣ旋盤において、刃物台を所定の角度でクランプした状態で、検出した実際のモータの角度、もしくは基準値に対する角度誤差を記憶しておき、次回、同じ角度へ非クランプ状態で位置決めする際のモータの角度目標値を補正していた。これにより、刃物台を非クランプ状態からクランプ状態へ切り替える際の角度ずれを解消することができる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−５９７８号公報（第３−５頁、図１）

しかしながら、上記従来の技術では、クランプ状態か非クランプ状態かの違いによって生ずる、クランプ軸（刃物台の旋回軸）の移動方向の位置誤差（角度誤差）のみを補正の対象としている。実際には、他の移動方向（例えば旋回軸の軸方向）にも、クランプ状態か非クランプ状態かの違いによって、微小ではあるが位置誤差が生じている。上記従来の技術では、他の移動方向に生じる位置誤差の補正がされていないという問題があった。

また、上記従来の技術では、非クランプ状態でのみ位置誤差（角度誤差）の補正を行い、クランプ状態では何ら位置誤差の補正を行っていない。クランプ状態での加工と非クランプ状態での加工を両方用いるような加工においては、クランプ状態及び非クランプ状態の両方とも高精度に工具の位置を制御することが必要となる。しかしながら、従来の技術では、クランプ状態及び非クランプ状態の両方とも高精度に工具の位置を制御することはできないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、クランプ軸を含む複数の軸により各軸方向に移動する工具の位置を制御するＮＣ工作機械において、クランプ軸の移動方向とは異なる方向の工具の位置誤差を解消することができるＮＣ装置及びＮＣ工作機械を得ることを目的とする。

また、クランプ状態及び非クランプ状態の両方とも高精度に工具の位置を制御することができるＮＣ装置及びＮＣ工作機械を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ＮＣ工作機械の工具の位置指令値を生成し出力する位置指令生成部と、前記位置指令値に基づいて数値制御工作機械の複数のサーボモータを制御する複数のサーボ制御部と、前記複数のサーボモータの回転位置を検出して位置検出値を前記複数のサーボ制御部にフィードバックする複数の検出器とを備え、前記複数のサーボモータにより駆動される機械的にクランプ可能なクランプ軸を含む複数の軸により工具の位置を制御する数値制御装置において、前記クランプ軸がクランプ状態か非クランプ状態かを判定しクランプ状態信号を出力するクランプ判定部と、前記クランプ状態信号に応じて、前記クランプ軸による工具の移動に伴って生じる工具の位置誤差を打ち消すように、少なくとも前記クランプ軸以外の軸の位置指令値又は位置検出値を、予め記憶した補正値に基づいて補正する補正部とを備えたことを特徴とする。

この発明によれば、クランプ軸がクランプ状態か非クランプ状態かに応じて、クランプ軸による工具の移動に伴って生じる工具の位置誤差を打ち消すように、少なくとも前記クランプ軸以外の軸の位置指令値又は位置検出値を、予め記憶した補正値に基づいて補正する。

この発明によれば、クランプ軸がクランプ状態か非クランプ状態かに応じて、クランプ軸による工具の移動に伴って生じる工具の位置誤差を打ち消すように、少なくとも前記クランプ軸以外の軸の位置指令値又は位置検出値を、予め記憶した補正値に基づいて補正するので、クランプ状態及び非クランプ状態ともに、クランプ軸による工具の移動に伴って生じる工具の位置誤差を低減することができるＮＣ装置が得られるという効果を奏する。

以下に、本発明にかかるＮＣ装置及びＮＣ工作機械の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明にかかる実施の形態１のＮＣ装置及びＮＣ工作機械の概略構成を示すブロック図であり、図２は、ＮＣ工作機械の刃物台の駆動機構を模式的に示す図である。

実施の形態１のＮＣ工作機械１０１は、クランプ装置１０９を備えた１軸（Ｂ軸２０２）と、他の１軸（Ｙ軸（図示せず））の２軸を備える最も簡単な構成の工作機械である。

ＮＣ工作機械１０１は、後述のＮＣ装置１０２と、ＮＣ装置１０２により駆動制御され、加工ヘッドとしての刃物台２０４をＢ軸回りに回転させるＢ軸サーボモータ１１６ｂ、ＮＣ装置１０２により駆動制御され、刃物台２０４をＹ軸方向に移動させるＹ軸サーボモータ１１６ｙ、減速器２０１ｂ及び減速器２０１ａを有しＢ軸サーボモータ１１６ｂの回転を刃物台２０４に伝達して刃物台２０４を回転させる回転機構１１７ｂ、Ｙ軸サーボモータ１１６ｙの回転を直線運動に変換して刃物台２０４をＹ軸方向に移動させる移動機構１１７ｙ、Ｂ軸サーボモータ１１６ｂの回転位置を検出して位置検出値１２０ｂを出力する検出器１１９ｂ、Ｙ軸サーボモータ１１６ｙの回転位置を検出して位置検出値１２０ｙを出力する検出器１１９ｙ、被クランプ部１０９ａ及びクランプ部１０９ｂを有しクランプ部１０９ｂで被クランプ部１０９ａをクランプすることにより刃物台２０４のＢ軸回りの回転を位置決め固定するクランプ装置１０９、及びクランプ装置１０９を駆動するクランプ装置駆動部１０８等を備えている。

ＮＣ装置１０２は、加工プログラム１０３ａを記憶するプログラムメモリ１０３、プログラムメモリ１０３から加工プログラム１０３ａを読み出して解析する加工プログラム解析部１０４、加工プログラム１０３ａの解析結果に基づいてクランプ装置駆動部１０８のシーケンス制御を行うシーケンス制御部１０５、加工プログラム１０３ａの解析結果に基づいて刃物台２０４のＢ軸及びＹ軸の位置指令値１１０を生成する位置指令生成部１０６、生成された位置指令値１１０を補正して補正位置指令値１１３を出力する後述の補正部１１２、及び補正位置指令値１１３に従って刃物台２０４のＢ軸及びＹ軸上の位置を制御するＢ軸サーボ制御部１１４ｂ及びＹ軸サーボ制御部１１４ｙ等を備えている。上述の検出器１１９ｂ、１１９ｙは、ＮＣ工作機械１０１に属する機器として説明したが、機能からみるとＮＣ装置１０２に属するので、本明細書では、ＮＣ装置１０２に属する機器として扱うこととする。

クランプ判定部としてのシーケンス制御部１０５は、クランプ装置駆動部１０８と出力／入力信号１０７をやりとりし、クランプ装置１０９のクランプ／非クランプの動作を制御する。また、シーケンス制御部１０５は、クランプ状態か非クランプ状態かを示す信号（クランプ状態信号１１１）を補正部１１２に出力する。補正部１１２は、本発明の核心の部分であるが、クランプ状態信号１１１に応じて位置指令値１１０を補正し、補正位置指令値１１３を求め、補正位置指令値１１３をサーボ制御部１１４ｂ、１１４ｙへ出力する。

ここで、位置指令値１１０及び補正位置指令値１１３は、複数軸要素からなるベクトル値であり、また、ここでいう位置とは、並進位置と回転角度位置の両者を含む。Ｂ、Ｙ各軸のサーボ制御部１１４ｂ、１１４ｙは、与えられた補正位置指令値１１３、各検出器１１９ｂ、１１９ｙで検出した各位置検出値１２０ｂ、１２０ｙ及び各電流検出値１２１ｂ、１２１ｙに基づいて各サーボモータ１１６ｂ、１１６ｙに制御電流１１５ｂ、１１５ｙを出力し各サーボモータ１１６ｂ、１１６ｙにより回転機構１１７ｂ、移動機構１１７ｙを駆動することにより、Ｂ、Ｙ各軸の工具位置１１８ｂ、１１８ｙを位置決めする。

なお、実施の形態１のＮＣ装置１０２では、加工プログラム解析部１０４を設けたが、加工プログラム解析部１０４は、本発明のＮＣ装置に必須のものではなく、他の手段、例えばオペレータの手入力等により必要な情報、すなわち移動（経路、速度）やクランプ／非クランプのいずれの状態かに関する情報をＮＣ装置に与えるようにしてもよい。

次に、図２を参照して、加工ヘッドとしての刃物台２０４の駆動機構について説明する。刃物台２０４の回転機構１１７ｂは、減速器２０１ｂ、２０１ａ及び刃物台旋回軸としてのＢ軸２０２を備えている。Ｂ軸サーボモータ１１６ｂは、減速器２０１ｂ、２０１ａを介して、Ｂ軸２０２をＢ軸回転中心２０３回りに回転させ、刃物台２０４を旋回させる。刃物台２０４の端面に把持された工具としての刃物２０５によりワークの加工を行う。Ｂ軸２０２は、図２に示す座標系のＹ軸に平行に設置されている。Ｂ軸２０２には、クランプ部１０９ｂ及び被クランプ部１０９ａを有するクランプ装置１０９が設置されており、Ｂ軸２０２をクランプ装置１０９で固定することにより刃物台２０４を所定の旋回角度位置で固定することが可能である。クランプ装置１０９としては、噛み合せ式のカップリング装置、あるいは摩擦力によるブレーキ装置等を用いることができる。

また、図２には図示していないが、刃物台２０４のＹ軸方向の移動機構１１７ｙは、図２に示す刃物台２０４、回転機構１１７ｂ、クランプ装置１０９及びＢ軸サーボモータ１１６ｂの全体をＹ軸方向に並進移動させる直線移動機構であり、Ｙ軸サーボモータ１１６ｙにより駆動される。移動機構１１７ｙはクランプ装置を備えていない。また、図２に図示していないが、ＮＣ工作機械１０１は、刃物２０５の先端の加工位置２０６にワークの加工面を保持するワーク保持装置を備えている。ワーク保持装置は、Ｙ軸に平行な回転主軸を有し、ワークをチャックして回転させ、移動機構１１７ｙは、刃物台２０４を介して刃物２０５をＹ軸方向に移動させることにより、ワークと刃物２０５とを相対移動させ、ワークの加工を行う。

図３は、図２のＢ軸２０２の変位に伴う全６自由度の変位方向に生じる工具２０５の位置誤差を示す。Ａ軸方向誤差とはＸ軸回りの回転誤差であり、Ｂ軸方向誤差とはＹ軸回りの回転誤差であり、Ｃ軸方向誤差とはＺ軸回りの回転誤差であり、Ｘ、Ｙ及びＺ軸方向誤差とは、それぞれＸ、Ｙ及びＺ軸方向の併進誤差である。

前述の従来の技術においては、クランプ状態と非クランプ状態の違いによって生じる、クランプ軸（Ｂ軸）の回転方向の角度誤差のみを補正の対象としている。しかし、図３に示すように、実際には、Ｂ軸のクランプ／非クランプによって他の方向にも位置（角度）誤差が生じ、その誤差は、クランプ状態と非クランプ状態で異なる値となる。一般に、変位方向は並進変位３自由度（Ｘ、Ｙ、Ｚ）および回転変位３自由度（Ａ、Ｂ、Ｃ）であり、実施の形態１のＮＣ工作機械１０１では、クランプ軸による変位（移動）方向がＢであるので、その他の変位（移動）方向は、残るＸ、Ｙ、Ｚ、Ａ、Ｃの５つの変位（移動）方向となる。

図４は、図１に示す補正部１１２における補正位置指令値１１３の計算手順を示すフローチャートである。ステップ１では、クランプ状態信号１１１及び現在のＢ軸の位置指令値１１０に応じて、後述の補正値６０３を計算する。以下、図１及び図２に示すような、Ｂ軸とＹ軸を備えた実施の形態１のＮＣ工作機械１０１において、Ｙ軸方向に発生する位置誤差の補正方法を説明する。

まず、ステップ１では、クランプ状態信号１１１をＣＳＳ、Ｂ軸の位置指令値１１０をＢｒ、Ｙ軸方向の補正値６０３（図６参照）をΔＹと置くと、ΔＹは式：
ΔＹ＝ΔＹ（ＣＳＳ、Ｂｒ） （１）
により求めることができる。ここで、ＣＳＳは、クランプ状態と非クランプ状態を区別するために、異なる値、例えばそれぞれ１、０とする。また、補正値６０３は、工具２０５のＢ軸回りの変位に伴ってＹ軸方向に生じる位置誤差ｄＹを打ち消すように、位置誤差の符号を反転した値とする。ＣＳＳとＢｒの値に対する補正値ΔＹの関係式ΔＹ（ＣＳＳ、Ｂｒ）は、例えば、関係式、テーブル、ニューラルネット、ルール等で表現して、補正部１１２中の図示しない記憶部に予め記憶させておく。

次に、ステップ２では、Ｙ軸の位置指令値１１０をＹｒ、Ｙ軸の補正後の位置指令値（補正位置指令値）１１３をＹｒ’と置き、ＹｒにΔＹを加算し、Ｙｒ’を求める（本明細書では変数の右肩の「’」は補正後の値であることを示す。）。
Ｙｒ’＝Ｙｒ＋ΔＹ （２）

上記の例は、工具２０５のＢ軸回りの変位がＹ軸方向に及ぼす位置誤差のスカラの関係式であるが、一般的には、位置指令値１１０、補正値６０３、補正位置指令値１１３は、複数軸要素からなるベクトルとして扱えば良く、それぞれをＰｒ、ΔＰ、Ｐｒ’と置くと、式（１）、（２）は、それぞれ、
ΔＰ＝ΔＰ（ＣＳＳ、Ｐｒ） （３）
Ｐｒ’＝Ｐｒ＋ΔＰ （４）
と置き換えることができる。

以上説明したように、実施の形態１のＮＣ工作機械１０１によれば、クランプ状態及び非クランプ状態のいずれにおいても、それぞれの状態に応じて位置指令値１１０の補正を行うので、クランプ状態及び非クランプ状態のいずれの位置誤差も低減することができる。また、クランプ軸の変位方向とは異なる変位方向の位置誤差についても、クランプ状態及び非クランプ状態のいずれの位置誤差も低減することができる。

実施の形態１のＮＣ工作機械１０１の構成、作用及び効果は上記の通りであるが、次に述べる４項目の変更又は拡張を行うことにより付加的な作用・効果を得ることができる。

（１）ＮＣ工作機械１０１は、刃物台２０４の駆動機構としてＢ軸とＹ軸の２軸だけを備えるものであるが、さらに多数の軸を備えるものとすることにより、それだけ多方向の位置誤差の補正が可能になる。例えば、直交３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を備えるようにすれば、工具２０５のＢ軸回りの変位に伴う並進誤差を全３自由度とも補正することができる。また、クランプ軸（ＮＣ工作機械１０１ではＢ軸）とは異なる他の回転軸（ＮＣ工作機械１０１ではＡ軸及びＣ軸）を備えようにすれば、クランプ軸自体の姿勢誤差（軸の傾き）も補正することができる。

（２）ＮＣ工作機械１０１では、Ｙ軸方向に発生する位置誤差として、Ｂ軸回りの変位に伴って発生する位置誤差のみを取り上げたが、一般的には、ある軸（例えば第ｊ軸とする）の位置の補正値は、その軸方向に発生する多数の要因に起因する位置誤差の合計値とすればよい。例えば、第ｊ軸方向に発生する位置誤差として、第ｊ軸の変位に起因する誤差、他の第ｉ軸（ｉ≠ｊ）の変位に起因する位置誤差、あるいは何らかの他の要因に起因する位置誤差（例えばバックラッシュ、熱変位等の動的な誤差）があれば、これらを含めた合計値を第ｊ軸の補正値とすればよく、これらの位置誤差の補正も同様に行なうことが可能となる。

（３）ＮＣ工作機械１０１では、クランプ装置１０９は、クランプ状態又は非クランプ状態のいずれかの状態を選択するものとしたが、これを拡張して、複数又は可変のクランプ状態に対応することが可能である。例えば、複数のクランプ装置１０９を備える場合、あるいは、クランプ装置１０９のクランプ圧力やクランプ位置等を連続的に可変制御する場合がある。このような場合には、ＣＳＳ（クランプ状態信号）は、３値以上の（あるいは連続的な）値をとる変数として扱い、ＣＳＳの取りうる各値に対応して補正値を求めるための前述の関係式ΔＰ（ＣＳＳ、Ｐｒ）を予め記憶させておけばよい。このような方法を用いれば、クランプ装置１０９が多数の場合又は連続的な可変のクランプ状態を取りうる場合であっても、いずれのクランプ状態においても最適に補正して位置誤差を低減することができる。

（４）さらに、ＮＣ工作機械１０１においては、サーボ制御部１１４ｂ、１１４ｙは、一般に位置のフィードバック制御を行なっているが、この場合は、上記のように補正値を位置指令値１１０に加算する代わりに、補正値を検出器１１９ｂ、１１９ｙによる位置検出値１２０ｂ、１２０ｙから減算してもよい。このようにすると、フィードフォワード制御を行う場合には、補正値に対する応答遅れが生じるというデメリットがあるものの、位置指令値１１０に加算された補正値を微分することがないため、振動を励起しない滑らかな動きが実現できるという効果がある。さらには、上記では、補正値は位置指令値１１０に応じて計算したが、位置検出値１２０に応じて計算してもよい。このようにすると、サーボ遅れも含めたより正確な位置に応じた補正値を求めることができる。

実施の形態２．
図５は、本発明のＮＣ装置１０２の実施の形態２の補正部２１２の構成を示すものである。補正部２１２は、クランプ補正部５０１と非クランプ補正部５０１とを備えている。クランプ状態信号１１１に基づき、クランプ状態であればクランプ補正部５０１にて補正位置指令値１１３を計算し、逆に非クランプ状態であれば非クランプ補正部５０２にて補正位置指令値１１３を計算する。

補正部２１２は、図６に示すような補正部３１２としてもよい。図６は、本発明のＮＣ装置１０２の実施の形態２の補正部の他の例を示すものである。図６において、補正部３１２は、クランプ補正部としてのクランプ補正値計算部６０１と非クランプ補正部としての非クランプ補正値計算部６０２とを備えている。クランプ状態信号１１１に基づき、クランプ状態であればクランプ補正値計算部６０１にて補正値６０３を計算し、逆に非クランプ状態であれば非クランプ補正値計算部６０２にて補正値６０３を計算し、計算した補正値６０３を位置指令値１１０に加算して補正位置指令値１１３を出力する。

次に、図６に示す補正部３１２において、補正値６０３を求める具体例を説明する。ここでは、実施の形態１のＮＣ工作機械１０１と同様に、クランプ装置１０９を備えたＢ軸と、Ｙ軸との２軸を備えている場合について示す。クランプ状態では、クランプ補正値計算部６０１において、クランプ軸（Ｂ軸）を除いた軸について補正を行う。すなわちクランプ軸の位置に対するＹ軸の補正値６０３の関係式ΔＹｃ（Ｂｒ）を用いて、現在のクランプ軸の位置Ｂｒに応じた補正値（６０３）ΔＹを求める。
ΔＹ＝ΔＹｃ（Ｂｒ） （５）
ここで、クランプ軸（Ｂ軸）自身は、クランプ状態ではクランプ装置１０９により機械的に精度が決まるので、クランプ状態の軸について、いくらサーボ制御部１１４ｂに与える位置指令値１１０を補正しても精度に影響しないためＢ軸の補正は行わない。

一方、非クランプ状態では、非クランプ補正値計算部６０２において、クランプ軸（Ｂ軸）の変位方向に生じる誤差ｄＢを、クランプ軸（Ｂ軸）自身の自由度を用いて補正する。すなわち、クランプ軸の位置に対するＢ軸、Ｙ軸の補正値６０３の関係をそれぞれΔＢｕ（Ｂｒ）、ΔＹｕ（Ｂｒ）と置くと、これらを用いて、現在のクランプ軸の位置Ｂｒに応じてＢ軸の補正値（６０３）ΔＢ、およびＹ軸の補正値（６０３）ΔＹを求める。
ΔＢ＝ΔＢｕ（Ｂｒ） （６）
ΔＹ＝ΔＹｕ（Ｂｒ） （７）
ΔＹｃ（Ｂｒ）、ΔＢｕ（Ｂｒ）、ΔＹｕ（Ｂｒ）は、予め実験により位置誤差を測定した結果に基づいて補正部３１２に記憶させておく。

この実施の形態２によれば、補正部２１２、３１２を、クランプ状態用と非クランプ状態用とに分けて独立させて設計することができる。そのため、両者で、制御に用いる軸や補正値計算方法（計算式、計算ルール等）が大きく異なっていても設計が容易である。また、補正部２１２（３１２）では、クランプ補正部５０１及び非クランプ補正部５０２（クランプ補正値計算部６０１及び非クランプ補正値計算部６０２）は、クランプ状態及び非クランプ状態のそれぞれに発生する誤差要因だけを考えて補正値を求めればよいので、計算に用いる誤差モデル（具体的には計算式、計算ルール等）が比較的単純となり、計算時間が短くなるという利点がある。

さらに他の例として、クランプ状態用又は非クランプ状態用のいずれか一方（これをＡとする）の補正値計算部（６０１又は６０２）と、クランプ状態と非クランプ状態の補正値の差異δを求める補正値差異計算部とを備え、クランプ状態用又は非クランプ状態用のうちＡとは異なる方の補正値は、Ａの補正値６０３と前記補正値の差異δの和として求めても良い。

実施の形態３．
実施の形態２では、クランプ装置１０９を備えた１軸（Ｂ軸）と、他の１軸（Ｙ軸）の２軸を備える場合を示したが、さらに他の軸を備える場合には、それらの軸の変位方向の位置誤差も補正することができる。

例えば、図６に示す構成において、クランプ装置１０９を備えた１軸（Ｂ軸）の他に、直交３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）を備えた機械の場合について、補正値６０３を求める具体的な例を示す。クランプ状態においては、クランプ軸（Ｂ軸）自身は制御不可のため、その代わりクランプ軸を含まない他の軸、特に直線軸、さらにこのケースにおいて具体的にいうとクランプ軸の変位方向の位置誤差ΔＢによって加工位置（工具先端）２０６（図２参照）に生じる並進位置の誤差を解消する変位方向に該当する直線軸（ここではＢ軸に垂直な二つの直線軸Ｘ軸、Ｚ軸）を用いて、クランプ軸の変位方向の位置誤差ΔＢに伴って加工位置２０６において発生する位置誤差を補正する。すなわち、
ΔＺ＝ΔＺｃ（Ｂｒ）＋
Ｒ（−ｃｏｓ（Ｂｒ）＋ｃｏｓ（Ｂｒ＋ΔＢｃ（Ｂｒ））） （８）
ΔＸ＝ΔＸｃ（Ｂｒ）＋
Ｒ（−ｓｉｎ（Ｂｒ）＋ｓｉｎ（Ｂｒ＋ΔＢｃ（Ｂｒ））） （９）
のように補正値６０３を求める。ここで式（８）、（９）の右辺第１項はＢ軸回りの回転変位に伴ってＢ軸回転中心に発生するそれぞれＺ軸、Ｘ軸方向の位置誤差を補正するための補正値６０３であり、予め実験により位置誤差を測定した結果に基づいて記憶しておく。一方、式（８）、（９）の右辺第２項は、Ｂ軸の角度誤差ΔＢｃ（Ｂｒ）により生じる、クランプ軸（Ｂ軸）の回転中心２０３から加工位置２０６までの相対的な位置誤差を補正するための項であり、ここでＲは図２に示すようにクランプ軸（Ｂ軸）の回転中心２０３から加工位置２０６までの距離である。またこれ以外にＹ軸については実施例２と同様に式（５）に従って補正する。

一方、非クランプ状態においては、クランプ軸（Ｂ軸）を含めて、それぞれの変位方向に生じる位置誤差をそれぞれの軸を用いて補正する。すなわち、実施例２と同様に式（６）、（７）に従ってＢ軸、Ｙ軸の補正値６０３を求めるとともに、Ｚ軸、Ｘ軸については、
ΔＺ＝ΔＺｕ（Ｂｒ） （１０）
ΔＸ＝ΔＸｕ（Ｂｒ） （１１）
のように、Ｂ軸回りの変位に伴ってＢ軸回転中心２０３に発生するそれぞれＺ軸、Ｘ軸方向の位置誤差を補正する。

上記において、ΔＢｃ（Ｂｒ）、ΔＹｃ（Ｂｒ）、ΔＺｃ（Ｂｒ）、ΔＸｃ（Ｂｒ）、ΔＢｕ（Ｂｒ）、ΔＹｕ（Ｂｒ）、ΔＺｕ（Ｂｒ）、ΔＸｕ（Ｂｒ）は予め実験により位置誤差を測定した結果に基づいて記憶しておく。

このように実施の形態３では、クランプ状態では、その軸が制御不可となるので、代替手段として他の軸（特に直線軸）を用いて、クランプ状態での軸自身の変位に伴う加工位置２０６の位置誤差を解消するように、他の軸で補正を行うことで、クランプ状態であっても加工精度が向上する。前述した従来の方法では、非クランプ状態でのみ位置誤差（角度誤差）の補正を行い、クランプ状態では何ら補正を行っていなため、単にクランプ状態と非クランプ状態の両者の位置の相違を解消（相対的な誤差を０とする。）することだけが可能であった。

これに対して、実施の形態３ではクランプ状態、非クランプ状態とも、本来の目標位置との位置誤差をなくす（絶対的な誤差を０とする。）ことが可能となる。この方法は、特にクランプ状態で行う加工（クランプ装置１０９で固定できる特定角度での多面加工や斜め穴加工等）と、非クランプ状態で行う加工（同時５軸加工やクランプ装置１０９で固定できない任意角度での斜め穴加工等）をともに行うようなＮＣ工作機械１０１およびそのＮＣ装置１０２に特に有用である。

以上のように、本発明にかかるＮＣ装置１０２及びＮＣ工作機械１０１は、精密加工用ＮＣ装置及びＮＣ工作機械に適している。

本発明の実施の形態１のＮＣ装置及びＮＣ工作機械の概略構成を示すブロック図である。 ＮＣ工作機械の刃物台の駆動機構を模式的に示す図である。 図２のＢ軸の変位に伴う全６自由度の変位方向に生じる位置誤差を示す図である。 図１に示す補正部における補正位置指令値の計算手順を示すフローチャートである。 本発明のＮＣ装置の実施の形態２の補正部の構成を示すブロック図である。 本発明のＮＣ装置の実施の形態２の補正部の他の例を示すブロック図である。

符号の説明

１０１ ＮＣ工作機械
１０２ ＮＣ装置
１０５ シーケンス制御部（クランプ判定部）
１０６ 位置指令生成部
１０９ クランプ装置
１１０ 位置指令値
１１１ クランプ状態信号
１１２，２１２，３１２ 補正部
１１４ｂ，１１４ｙ サーボ制御部
１１６ｂ，１１６ｙ サーボモータ
１１９ｂ，１１９ｙ 検出器
１２０ｂ，１２０ｙ 位置検出値
２０２ Ｂ軸（クランプ軸）
２０４ 加工ヘッド
２０５ 工具
２０６ 加工位置
５０１ クランプ補正部
５０２ 非クランプ補正部
６０１ クランプ補正値計算部
６０２ 非クランプ補正値計算部
６０３ 補正値

Claims (6)

1. 数値制御工作機械の工具の位置指令値を生成し出力する位置指令生成部と、前記位置指令値に基づいて数値制御工作機械の複数のサーボモータを制御する複数のサーボ制御部と、前記複数のサーボモータの回転位置を検出して位置検出値を前記複数のサーボ制御部にフィードバックする複数の検出器とを備え、前記複数のサーボモータにより駆動される機械的にクランプ可能なクランプ軸を含む複数の軸により工具の位置を制御する数値制御装置において、
   前記クランプ軸がクランプ状態か非クランプ状態かを判定しクランプ状態信号を出力するクランプ判定部と、前記クランプ状態信号に応じて、前記クランプ軸による工具の移動に伴って生じる工具の位置誤差を打ち消すように、少なくとも前記クランプ軸以外の軸の位置指令値又は位置検出値を、予め記憶した補正値に基づいて補正する補正部とを備えたことを特徴とする数値制御装置。
2. 前記補正部が、前記クランプ軸による工具の移動に伴って生じる、前記クランプ軸の移動方向とは異なる方向の工具の位置誤差を打ち消すように、前記クランプ軸以外の軸の位置指令値又は位置検出値を補正することを特徴とする請求項１に記載の数値制御装置。
3. 前記補正部が、前記クランプ軸がクランプ状態のとき前記位置指令値又は位置検出値を補正するクランプ補正部と、前記クランプ軸が非クランプ状態のとき前記位置指令値又は位置検出値を補正する非クランプ補正部と、を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の数値制御装置。
4. 前記非クランプ補正部が、前記クランプ軸による工具の移動に伴って生じる前記クランプ軸の移動方向の工具の位置誤差を打ち消すように、前記クランプ軸の位置指令値又は位置検出値を補正することを特徴とする請求項３に記載の数値制御装置。
5. 前記クランプ補正部が、前記クランプ軸による工具の移動に伴って生じる前記クランプ軸の移動方向の工具の位置誤差を打ち消すように、前記クランプ軸以外の軸の位置指令値又は位置検出値を補正することを特徴とする請求項３に記載の数値制御装置。
6. ワークを保持するワーク保持装置と、
   前記ワークを加工する工具と、
   該工具を保持する加工ヘッドと、
   前記ワーク保持装置及び前記加工ヘッドを介して前記ワークと前記工具を相対的に各軸方向に移動させるクランプ軸を含む複数の軸と、
   該複数の軸を駆動する複数のサーボモータと、
   前記複数の軸のうちの前記クランプ軸をクランプするクランプ装置と、
   請求項１〜５のいずれか一つに記載の数値制御装置と、
   を備えたことを特徴とする数値制御工作機械。

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