JP4516807B2

JP4516807B2 - 回転工具タレットを備えたタレット旋盤

Info

Publication number: JP4516807B2
Application number: JP2004247175A
Authority: JP
Inventors: 雅彦覚本; 篤史若宮
Original assignee: Nakamura Tome Precision Industry Co Ltd
Current assignee: Nakamura Tome Precision Industry Co Ltd
Priority date: 2004-08-26
Filing date: 2004-08-26
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2024-08-26
Also published as: JP2006062021A

Description

この発明は、回転工具を装着可能なタレットを備えた旋盤に関するもので、特に機械の熱変形による加工誤差の補正手段に特徴があるタレット旋盤に関するものである。

旋盤でワークを加工するとき、高速回転する主軸の軸受部やワークの加工部で熱が発生する。主軸軸受部の発熱は、主軸や主軸台に伝達され、ワーク加工部の発熱は、切削油を介してベッドや刃物台に伝達される。そのため、工作機械の運転に伴って機械温度が局部的に、また全体的に上昇して、この温度上昇による機械自体の熱変形がワークの加工誤差となって現れてくるようになる。

そこで機械及びワークの熱変形による加工誤差を補正するために、機械各部の例えば主軸台や刃物台の温度を計測して、これらの機械温度とワークに生ずる加工誤差との関係を予め計測し、この計測値から機械温度による加工誤差の補正式を求めてＮＣ装置に登録しておき、実際にワークを加工するときの機械温度を前記補正式に代入して補正値を求め、ＮＣ装置から出力される指令値を当該補正値で補正して刃物台の位置を設定することにより、加工精度を向上させることが行われている。

旋盤における主要な発熱源は、主軸の軸受部、ワーク加工位置、油圧ポンプなどである。また、ベッドは、寸法が大きいので熱変形も大きく、室温の影響も大きく受ける。そこで従来の旋盤では、図６に示すように、室温センサｓ₀及び旋盤のベッド１、主軸台２、刃物台３などの要所に取り付けた温度センサｓ₁、ｓ₂、ｓ₃・・・の検出値ｔ₀、ｔ₁、ｔ₂、ｔ₃・・・に乗ずる係数α₀、α₁、α₂、α₃・・・と定数βとを試験加工により決定してＮＣ装置１２の演算手段１３に登録しておき、実際にワークを加工するときの検出温度に基づいて、
δ＝α₀ｔ₀＋α₁ｔ₁＋α₂ｔ₂＋α₃ｔ₃＋・・・＋α_nｔ_n＋β
で補正値（原点設定値）δを求め、加工プログラム１５の指令値をこの補正値δで補正して、刃物台２の位置を設定するというような方法が採用されている。ここでｎは、機械に取付けた温度センサの数である。

一方、マシニングセンタ等においては、主軸の回転履歴から補正値を求めてワークの加工誤差を補正することも行われている。例えば図７に示すように、サンプリング周期ｄで検出した直前のｍ＋１個の主軸回転数ｗ_m、ｗ_m-1・・・ｗ₀を用いて主軸回転による補正項δ_sを
δ_s＝ε_mｗ_m＋ε_m-1ｗ_m-1＋・・・＋ε₀ｗ₀
で求めて補正するというものである。ここでε_m、ε_m-1・・・ε₀は、試験加工等により求めた補正係数であり、ｍはＮＣ装置のメモリに記憶した履歴数で、現在をｍとして０まで遡って演算を行っていることを示している。
特開２００３‐２８５２４４号公報

タレット旋盤のタレットには、バイトや中心孔を加工する固定のドリルなどの旋削工具のみしか装着できないもの（固定工具タレット）と工具駆動軸を内蔵してワーク周面の孔加工や溝加工、平面加工などを可能にしたもの（回転工具タレット）とがあり、１台の機械に固定工具タレットと回転工具タレットとを備えた旋盤も用いられている。従来、回転工具タレットを備えた旋盤に対しても、固定工具タレットを備えた旋盤と同様な方法で加工誤差の補正が行われていた。すなわち、タレットのどの工具ステーションにどのような工具が取り付けられているかに無関係に、総ての工具ステーションに取り付けた工具に対して同じ補正式で演算した補正値で加工誤差の補正を行っていた。

回転工具タレットに装着される回転工具が比較的小型で使用頻度も小さいときは、上記のような従来方法で加工誤差の補正をすることが可能である。しかし、装着する工具が大型になり、かつ使用頻度も高くなると、加工時に使用する工具ステーションによって加工誤差にばらつきが生ずるという問題が発生し、従来方法では、このばらつきを適切に補正することができなかった。

この発明は、回転工具タレットを備えた旋盤における機械の熱変形による加工誤差を、より高精度に補正することが可能な技術手段を得ることを課題としている。

この発明は、回転工具タレットを備えた旋盤においては、当該回転工具タレットの各工具ステーション毎に補正値を演算することにより、上記課題を解決している。工具ステーション毎に異なる補正値を演算するためには、タレットの円周方向の温度分布を検出するか、各工具取付ステーション毎の発熱量を検出することが必要である。そこで、この発明では、タレットの各工具ステーションにおける工具の回転履歴を個別に検出して、各工具ステーション毎に異なる補正値を演算する方法と、タレットの円周方向に等間隔に温度センサを設置して、タレットの周方向の温度分布から各タレット毎の補正値を演算する方法とを提案している。

本願の請求項１の発明に係るタレット旋盤は、回転工具を装着する複数の工具ステーションＴ₁、Ｔ₂・・・を備えたタレット４と、機械の所定箇所に装着した温度センサｓ₁、ｓ₂・・・と、これらの温度センサの検出値ｔ₁、ｔ₂・・・に基づいて加工誤差の補正値δを演算する演算手段１３とを備えた旋盤において、前記タレットの各工具ステーションＴ₁、Ｔ₂・・・毎に工具の回転履歴を記憶する回転履歴記憶手段１４を備え、前記演算手段が当該回転履歴記憶手段の記憶値を用いて当該タレットの各工具ステーション毎に加工誤差の補正値δ₁、δ₂・・・を演算することを特徴とするものである。

ある工具ステーションＴ_iの熱変形量は、当該工具ステーションの回転履歴に最も大きく影響され、次いでこれに隣接する工具ステーションＴ_i-1、Ｔ_i+1の回転履歴に影響を受け、その次にその更に隣の工具ステーションの回転履歴に影響を受けるというように、周辺の工具ステーションの回転履歴の影響を受け、更に時間的に近い回転履歴の影響を最も大きく受ける。従って、各工具ステーションの補正値を演算するには、その工具ステーションの回転履歴に加えて、少なくとも隣接する複数個の工具ステーションの回転履歴を、その隣接の程度と経過時間とにより重み付けして演算することとなる。

本願の請求項２の発明に係るタレット旋盤は、回転工具を装着する複数の工具ステーションＴ₁、Ｔ₂・・・を備えたタレット４と、機械の所定箇所に装着した温度センサｓ₁、ｓ₂・・・と、これらの温度センサの検出値に基づいて加工誤差の補正値を演算する演算手段１３とを備えた旋盤において、前記タレットの円周方向に等間隔に装着された複数の温度センサＣ₁、Ｃ₂・・・を備え、前記演算手段が当該タレットに装着された温度センサの検出値を用いて当該タレットの各工具ステーション毎に加工誤差の補正値δ₁、δ₂・・・を演算することを特徴とするものである。

請求項２の発明の場合には、回転工具タレットの各工具ステーションにおける補正値をタレットに取り付けた温度センサＣ₁、Ｃ₂・・・の検出値τ₁、τ₂・・・のそれぞれに乗ずる係数η₁、η₂・・・を各工具ステーション毎に求めることにより実現できる。

この発明によれば、回転工具タレットの各工具ステーション毎に加工誤差の補正値が演算されるので、タレットに取り付けた複数の回転工具の使用頻度や加工負荷のばらつきにより、タレット４に不均一な熱変形が生じた場合でも、工具ステーションによる誤差のばらつきがなくなり、より高い加工精度を実現することができる。

特にこの発明は、重加工を可能にした大型の回転工具タレットを備えた旋盤（複合旋盤）に有効で、種々の形状のワークを同一機械上で高精度に加工することが可能な複合旋盤を提供することができるという効果がある。

図１ないし図３は、この発明の第１実施形態を説明した図で、回転履歴を用いる方法を説明するための図である。旋盤１０を制御するＮＣ装置１２の演算手段１３には、従来装置と同様に、室温センサｓ₀の検出温度ｔ₀、主軸台１、刃物台２、ベッド３などの機械の要所に設けた温度センサｓ₁、ｓ₂、ｓ₃・・・の検出温度ｔ₁、ｔ₂、ｔ₃・・・がインタフェイス１１を介して入力されている。

刃物台２は、回転工具タレット４を備えており、この回転工具タレットを割り出す割出モータ５と、工具駆動モータ６とが設けられている。割出モータ５は、加工プログラム１５からの工具選択指令によって回転駆動され、工具駆動モータ６は、加工プログラム１５からの工具回転指令によって回転駆動されるので、加工に使用されている工具ステーションＴ₁及びその工具ステーションに装着されている工具の回転数ｗは、ＮＣ装置１２によって認識できる。従って、工具ステーション毎のメモリ領域を設け、所定のサンプリング周期毎の工具回転数をそのとき使用している工具ステーションに対応するメモリ領域に記憶することにより、各工具ステーション毎の回転履歴がＮＣ装置のメモリ１４に記憶される。なお記憶した回転履歴は、新しいデータを加えて最も古いデータを消去するという手続きで、最新の所定期間のものを記憶する。

タレット４が図２に示すように、１２ステーションのタレットであるとすると、その各工具ステーションＴ_i（ｉ＝１，２・・・１２）における工具の回転履歴は、工具駆動モータ６の回転履歴を図３（ａ）としたとき、図７で示したと同様なサンプリング周期ｄごとの検出回転数ｗ_m、ｗ_m-1・・・ｗ₀を、それが検出されたときに割り出されていた工具タレットＴ₁、Ｔ₂・・・Ｔ₁₂に割り振ることによって求められる。すなわち、工具駆動モータ６の回転履歴が図３（ａ）のようであり、各回転時に割り出されていた工具ステーションがＴ₁、Ｔ₃、Ｔ₁・・・であったとすると、第１ステーションＴ₁の回転履歴は図３の（ｂ）、第３ステーションＴ₃の回転履歴が同図（ｃ）のようになる。

ある工具ステーションＴ_iでの回転工具駆動による補正量δT_i（ｉ＝１，２・・・１２）をδT_i＝ε_mｗ_im＋ε_m-1ｗ_im-1＋・・・ε₀ｗ_i0
で定義し、係数ε_m、ε_m-1・・・ε₀が総ての工具ステーションにおいて同じ値を採るとすると、例えば第１ステーションＴ₁の補正量δT₁は、当該工具ステーションが割り出されているときの回転履歴のみ、すなわち図３（ｂ）における回転履歴のみをｗ_1m、ｗ_1m-1・・・ｗ₁₀に代入する（他の工具ステーションが選択されている時刻におけるｗ₁は０である。）ことによって求められることになる。第３ステーションＴ₃の補正量δT₃は、図３（ｃ）に示された回転履歴を用いて同様に計算され、他の工具ステーションについても同様である。なお、当然のことながら、固定工具が装着された工具ステーションＴ₂やＴ₁₂の補正量δT₂やδT₁₂は０になる。

ある工具ステーションＴ_iにおける熱変形は、当該工具ステーションでの発熱のみでなく、その周囲の工具ステーションにおける発熱によっても影響される。今、総ての工具ステーションの影響を受けるとすると、工具ステーションＴ_iの工具を用いて加工を行うときの補正量δ_iは、
δ_i＝δ_a×Ｅ＋γ_i1δT₁＋γ_i2δT₂・・・γ_i12δT₁₂で与えられる。ここでδ_aは、従来と同様な式
δ_a＝α₀ｔ₀＋α₁ｔ₁＋α₂ｔ₂＋α₃ｔ₃・・・α_nｔ_n＋β
で与えられる機械全体の熱変形による補正量である。但し、係数α₀、α₁、α₂・・・α_nは、必ずしも従来と同一になるとは限らない。

一方、γ_i1δT₁＋γ_i2δT₂＋・・・＋γ_i12δT₁₂は、タレット４の熱変形による補正項で、γ_ij（ｉ，ｊ＝１〜１２）は、第ｊステーションＴ_jの回転履歴が第ｉステーションＴ_iの補正値に影響する係数で、γ_ijの値は、総て異なる値として定義される（γ_ij＝γ_jiと定義することものできる）。式中のＥは、タレットの変形に対する機械全体の変形の重み係数である。

上記のように定義される係数ε_m、ε_m-1・・・ε₀、α₀、α₁、α₂・・・α_n及びβ、γ_ij（ｉ，ｊ＝１〜１２）並びにＥを試験加工や実際のワーク加工時の誤差の計測値のデータから求めて、ＮＣ装置の演算手段１３に登録しておくことにより、上記式を用いて、ある工具ステーションＴ_iが割り出されたときの補正値δ_iを、各タレット毎に個別の値として演算することができるから、当該補正値で原点設定値を補正することにより、従来方法では不可能であった工具ステーションの相違による加工誤差のばらつきを補正することが可能になり、より高い精度の加工を実現することができる。

図４及び図５は、この発明の第２実施形態を示す説明図で、図中、第１実施形態と同一の部材ないし値には、同一の符号を用いている。以下、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。

この第２実施形態は、第１実施形態の工具の回転履歴の代わりにタレット４に装着した温度センサＣ₁、Ｃ₂・・・Ｃ_k（ｋはタレットに装着した温度センサの数。図示のものでは６。）の検出値を用いるもので、温度センサＣ₁、Ｃ₂・・・Ｃ₆は、図５に示すように、タレットの背面に円周方向に同一の間隔で装着されている。この温度センサＣ_k（ｋ＝１・・・６）の検出温度τ_kは、無線受信装置７で受信され、インタフェース１１に送られて、他の温度ｔ₀、ｔ₁・・・ｔ_nと共に演算手段１３に入力される。

演算手段１３には、各工具ステーションＴ_i毎の補正値δ_iを演算する、
δ_i＝δ_a×Ｅ＋η_i1τ₁＋η_i2τ₂＋・・・η_i6τ₆
ただし、δ_a＝α₀ｔ₀＋α₁ｔ₁＋α₂ｔ₂＋α₃ｔ₃・・・α_nｔ_n＋β、ｉ＝１〜１２
という演算式とこれらの係数α₀、α₁、・・・β及びη₁₁、η₁₂・・・η_ik・・・η₁₂₆が登録されており、これらの係数と検出された温度とに基づいて、各工具ステーション毎の補正値δ_i（ｉ＝１〜１２）を演算する。ここでδ_aは機械全体の変形による補正量を、η_i1τ₁＋η_i2τ₂＋・・・η_i6τ₆は、タレット４の変形による工具ステーションＴ_iについての補正量を示し、このタレットの変形による補正量の係数η_ik（ｉは工具ステーションの番号、ｋはタレットに装着された温度センサの番号）は、各工具ステーション毎に異なる値として求められる（工具ステーションとセンサとの位置関係を考慮して、それらの幾つかを統一の値として定義してもよい。例えば、図５の例では、工具ステーションＴ₁に対するセンサＣ₁、Ｃ₂の位置関係と、工具ステーションＴ₃に対するセンサＣ₂、Ｃ₃の位置関係とは同じであるので、工具ステーションＴ₁に対するセンサＣ₁、Ｃ₂の検出温度τ₁、τ₂の係数η₁₁、η₁₂をそれぞれ工具ステーションＴ₃の補正量を演算するときのセンサＣ₂、Ｃ₃の影響を考慮した補正係数η₃₂、η₃₃と同じ値と定義することもできる。）。

以上のように定義した式におけるα₀、α₁、α₂・・・α_n、β及びη₁₁、η₁₂・・・η₁₂₆を試験加工や実際のワークを加工したときの誤差の計測値から求めて、演算手段１３に登録しておくことにより、第１実施形態と同様にタレット４の熱変形を考慮した補正値を、その各工具ステーション毎に求めることができ、高い加工精度を実現することが可能になる。

第１実施形態の例を示すブロック図回転工具タレットの工具ステーションの番号を示す図回転履歴の工具ステーションへの分配を示す説明図第２実施形態の例を示すブロック図タレットに配置した温度センサを示す図従来手段を示すブロック図主軸の回転履歴の例を示す線図

符号の説明

４タレット
13 演算手段
14 回転履歴記憶手段
Ｃ₁、Ｃ₂・・・タレットに装着された温度センサ
Ｔ₁、Ｔ₂・・・工具ステーション
ｔ₁、ｔ₂・・・検出値
ｓ₁、ｓ₂・・・温度センサ
δ 補正値

Claims

回転工具を装着する複数の工具ステーション(Ｔ₁,Ｔ₂ ・・・)を備えたタレット(4)と、機械の所定箇所に装着した温度センサ(ｓ₁,ｓ₂ ・・・)の検出値(ｔ₁,ｔ₂ ・・・)に基づいて加工誤差の補正値(δ)を演算する演算手段(13)とを備えた旋盤において、
サンプリング周期毎の工具回転数をそのとき加工に使用している工具を装着した工具ステーションに対応するメモリ領域に記憶することにより前記タレットの各工具ステーション(Ｔ₁、Ｔ₂ ・・・)毎に工具の回転履歴を記憶する回転履歴記憶手段(14)を備え、
前記演算手段が当該回転履歴記憶手段の記憶値を用いて当該タレットの各工具ステーション毎に加工誤差の補正値(δ₁,δ₂ ・・・)を演算する
ことを特徴とする、タレット旋盤。
回転工具を装着する複数の工具ステーション(Ｔ₁,Ｔ₂ ・・・)を備えたタレット(4)と、機械の所定箇所に装着した複数の温度センサ(ｓ₁,ｓ₂ ・・・)の検出値に基づいて加工誤差の補正値を演算する演算手段(13)とを備えた旋盤において、
前記温度センサが、前記タレットの円周方向に等間隔に装着された複数の温度センサ(Ｃ₁,Ｃ₂ ・・・)を含み、前記演算手段が、前記タレットの各工具ステーション毎に加工誤差の補正値(δ₁,δ₂ ・・・)を演算することを特徴とする、タレット旋盤。