JPH05318283A - 工具たわみ補正方式 - Google Patents

工具たわみ補正方式

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JPH05318283A
JPH05318283A JP13226192A JP13226192A JPH05318283A JP H05318283 A JPH05318283 A JP H05318283A JP 13226192 A JP13226192 A JP 13226192A JP 13226192 A JP13226192 A JP 13226192A JP H05318283 A JPH05318283 A JP H05318283A
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JP
Japan
Prior art keywords
tool
axis
deflection
amount
axis direction
Prior art date
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Pending
Application number
JP13226192A
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English (en)
Inventor
Takao Sasaki
隆夫 佐々木
Toshiaki Otsuki
俊明 大槻
Hideshi Kochiya
秀史 古知屋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
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Publication date
Application filed by Fanuc Corp filed Critical Fanuc Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 工具たわみ補正方式に関し、高速度の切削加
工であっても高精度に加工できるようにする。 【構成】 X軸たわみ補正手段11は、工具133がワ
ーク200からの反力によってたわみ、センサ131で
検出された圧力30に基づいてX軸方向のたわみ量を演
算し、X軸たわみ補正量1bとして出力する。同様に、
Z軸たわみ補正手段21は上記圧力30に基づいてZ軸
方向のたわみ量を演算し、Z軸たわみ補正量2bとして
出力する。また、X軸加算手段12は指令されたX軸方
向移動指令1aに、X軸たわみ補正手段11からのX軸
たわみ補正量1bを加算し、X軸移動量1cとして工作
機械100に出力する。同様に、Z軸加算手段22は指
令されたZ軸方向移動指令1aに、Z軸たわみ補正手段
21からのZ軸たわみ補正量2bを加算し、Z軸移動量
2cとして工作機械100に出力する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は工具たわみ補正方式に関
し、特にワークの切削加工を行う際の工具のたわみ量を
補正する工具たわみ補正方式に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、数値制御装置を備えた工作機械に
よってワークを加工する場合は、一般に工具位置補正が
行われている。この工具位置補正には、ボールエンドミ
ルやフラットエンドミル等のように工具自体の形状が異
なる場合に工具長や工具径を補正する工具形状補正と、
工具を長時間切削加工に使用することによって生ずる磨
耗を補正する工具磨耗補正とが知られている。
【0003】こうした工具位置補正により、異種の工具
を連続して使用しても、あるいは磨耗のある工具を使用
しても、所望の加工形状を得ることができた。この場
合、所望の加工精度を維持するためには工具のたわみ量
が許容範囲を越えないように加工速度を設定する必要が
あった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、高速度で切削
加工を行うと、切削加工の際にワークの反力のために工
具のたわみが生じていた。したがって、切削加工を高速
度で行うに従って加工精度が低下するという問題点があ
った。
【0005】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、高速度の切削加工であっても高精度に加工で
きる工具たわみ補正方式を、提供することを目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明では上記課題を解
決するために、ワークを加工する際に、工具のたわみを
補正する工具たわみ補正方式において、工具のたわみに
よる圧力を検出する検出手段と、前記圧力に基づき工具
のたわみ量を補正する工具たわみ補正手段と、前記工具
のたわみ量と、工具の移動指令量とを加算して、前記工
具が設けられたモータに出力する加算手段と、を有する
ことを特徴とする工具たわみ補正方式が提供される。
【0007】
【作用】検出手段がワークからの反力によって生ずる工
具のたわみを圧力で検出する。この圧力に基づき、工具
たわみ補正手段が工具のたわみ量を演算して補正すべき
工具のたわみ量を出力する。そして、加算手段が工具の
たわみ量と工具の移動指令量とを加算して、工具が設け
られたモータに出力する。
【0008】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図1は、本発明が適用される3軸制御のNC加
工機の全体構成を示す図である。図において、数値制御
部10はプロセッサ構成となっており、X軸たわみ補正
手段11、X軸加算手段12、Z軸たわみ補正手段2
1、Z軸加算手段22から構成されている。また、工作
機械100は、サーボモータ111、ボールねじ11
2、可動部113、テーブル114、サーボモータ12
1、ボールねじ122、可動部123、工具ヘッド12
4、センサ131、チャック132及び工具133から
構成されている。
【0009】なお、工作機械100では、工具133は
フラットエンドミルであり、テーブル114にはワーク
200が載置されている。また、スピンドル制御回路、
スピンドルアンプ及びリミットスイッチ信号等は省略し
てある。
【0010】まず、数値制御部10において、X軸たわ
み補正手段11は、後述するように工作機械100から
送られる圧力30に基づいてX軸方向のたわみ量を演算
し、X軸たわみ補正量1bとして出力する。同様に、Z
軸たわみ補正手段21は、後述するように工作機械10
0から送られる圧力30に基づいてZ軸方向のたわみ量
を演算し、Z軸たわみ補正量2bとして出力する。
【0011】また、X軸加算手段12は図示されていな
いプロセッサから指令されたX軸方向移動指令1aに、
X軸たわみ補正手段11からのX軸たわみ補正量1bを
加算し、X軸移動量1cとして工作機械100に出力す
る。同様に、Z軸加算手段22は図示されていないプロ
セッサから指令されたZ軸方向移動指令1aに、Z軸た
わみ補正手段21からのZ軸たわみ補正量2bを加算
し、Z軸移動量2cとして工作機械100に出力する。
【0012】次に、工作機械100において、サーボモ
ータ111は上記数値制御部10から指令されるX軸移
動量1cによってボールねじ112を回転させ、可動部
113の位置決めを行う。この可動部113は、テーブ
ル114をX軸方向に移動させる。なお、同様な機構
で、図示されていないY軸用のサーボモータ、ボールね
じ及び可動部によってテーブル114をY軸方向に移動
させる。
【0013】また、サーボモータ121は上記数値制御
部10から指令されるZ軸移動量2cによってボールね
じ122を回転させ、可動部123の位置決めを行う。
可動部123は、工具ヘッド124をZ軸方向に移動さ
せる。工具ヘッド124には工具133等を回転制御さ
せるためのスピンドルモータ等が内臓され、図示されて
いない回転指令によって所定速度で回転する。チャック
132は工具133が着脱可能な握持機構である。この
チャック132の工具ヘッド124側の端部には、工具
133がワーク200からの反力によるたわみのために
生ずる圧力を検出するためのセンサ131が設けられて
いる。そして、センサ131が検出した圧力30は、X
軸たわみ補正手段11及びZ軸たわみ補正手段21に通
知される。
【0014】次に、本発明の工具たわみ補正方式につい
て、図2及び図3に基づき説明する。ここでは説明を簡
単にするために、X軸とZ軸とで示されるXZ平面にお
ける工具のたわみ量の補正方法について説明する。
【0015】図2は、工具のたわみによる切削誤差を説
明する図である。また、図3は図2の切削部分の拡大図
である。図2及び図3において、製品形状201は所望
の加工形状である。また、たわみ角θは切削加工の際に
ワークからの反力のために生ずる製品形状と工具との間
の角度である。そして、加工方向133aは工具133
の移動方向を示し、反力133bは工具133がワーク
200から受ける力の方向を示す。なお、図1と同一の
要素には同一番号を付し説明を省略する。
【0016】図2において、工具133は加工指令に基
づき、加工方向133aの方向に移動する。これに対し
て、ワーク200からの反力133bを受けて工具13
3は加工方向133aとは反対方向にたわみ、製品形状
201の垂直部分とたわみ角θの挟角を生ずる。
【0017】たわみ角θは、センサ131から通知され
た圧力30に基づき、X軸たわみ補正手段11及びZ軸
たわみ補正手段21の角度変換関数によって変換された
角度である。なお、角度変換関数は実験的に求められた
近似関数であって、2次以上の関数で表される。
【0018】このたわみ角θのために、図3に示すよう
に、X軸方向の切削不足量δx とZ軸方向の切削不足量
δz とが生ずる。なお、製品形状201の垂直部とたわ
み角θの挟角で示される部分も同様に削り残される。こ
うした切削不足及び削り残しを防止するために、工具の
たわみ量を演算して工具位置補正を行う。すなわち、工
具位置にこれらのX軸方向の切削不足量δx とZ軸方向
の切削不足量δz とを加算して指令することにより切削
不足及び削り残しが防止され、高精度に加工することが
できる。
【0019】次に、工具のたわみ量の演算方法について
説明する。工具133が直線的にたわむ場合、X軸たわ
み率fx(θ) 及びZ軸たわみ率fz(θ) を求める関数
は、たわみ角θに基づき次式のように表される。
【0020】 fx(θ) =sin(θ) ・・・(1) fz(θ) =1−cos(θ) ・・・(2) また、工具133のZ軸方向長さをLとすると、X軸方
向の切削不足量δx 及びZ軸方向の切削不足量δz は次
式のように表される。
【0021】 δx =L×fx(θ) ・・・(3) δz =L×fz(θ) ・・・(4) したがって、X軸たわみ補正手段11が上記式(1)及
び式(3)に基づきX軸方向の切削不足量δx を演算
し、X軸たわみ補正量1bとして出力する。同様に、Z
軸たわみ補正手段21が上記式(2)及び式(4)に基
づきZ軸方向の切削不足量δz を演算し、Z軸たわみ補
正量2bとして出力する。
【0022】以上の説明では、XZ平面において工具の
たわみ量を補正することで説明したが、3軸制御のNC
加工機で同時に3軸移動する場合はY軸方向の工具のた
わみ量を補正する必要がある。以下、3軸移動の場合の
補正方法について説明する。
【0023】3軸移動の場合、チャック132の工具ヘ
ッド124側の端部には、圧力を検出するために図示さ
れていないX軸方向のセンサ131xとY軸方向のセン
サ131yとを設ける必要がある。このセンサ131x
からは圧力30xが検出され、センサ131yからは圧
力30yが検出される。また、圧力30xは上記角度変
換関数によってたわみ角θx に変換され、圧力30yは
上記角度変換関数によってたわみ角θy に変換される。
【0024】次に、3軸移動の場合における工具のたわ
み量の演算方法は、以下のようになる。工具133が直
線的にたわむ場合、X軸たわみ率fx(θx)、Y軸たわみ
率fy(θy)及びZ軸たわみ率fz(θx,θy)を求める関数
は、たわみ角θx,θy に基づき次式のように表される。
【0025】 fx(θx)=sin(θx) ・・・(5) fy(θy)=sin(θy) ・・・(6) fz(θx,θy)= 〔{1−cos(θx)}2 +{1−cos(θy)}2 1/2 ・・・(7) また、工具133のZ軸方向長さをLとすると、X軸方
向の切削不足量δx 、Y軸方向の切削不足量δy 及びZ
軸方向の切削不足量δz は次式のように表される。
【0026】 δx =L×fx(θx) ・・・(8) δy =L×fy(θy) ・・・(9) δz =L×fz(θx,θy) ・・・(10) これらの各不足量を工具位置補正することにより、3軸
同時制御であっても、切削不足及び削り残しが防止さ
れ、高精度に加工することができる。
【0027】また、X軸たわみ率fx(θx)、Y軸たわみ
率fy(θy)及びZ軸たわみ率fz(θx,θy)を求める関数
は工具133が直線的にたわむ場合について適用した
が、工具133が曲線的にたわむ場合は実験的に求めら
れた2次関数以上の近似関数を適用することもできる。
この近似関数により、精密に各軸の切削不足量を演算す
ることができる。
【0028】さらに、工具133にはフラットエンドミ
ルを使用したが、ボールエンドミル等の他の切削用工具
を使用することもできる。また、上記のX軸たわみ率f
x(θx)、Y軸たわみ率fy(θy)及びZ軸たわみ率fz(θ
x,θy)を求める関数について切削用工具ごとに異なる関
数又は近似関数を適用することにより、精密に工具位置
補正を行うことができ、より高精度に加工することがで
きる。
【0029】そして、実験的に求められた2次以上の近
似関数である角度変換関数によってたわみ角θを求めた
が、実験的に得られる圧力とたわみ角度との相関テーブ
ルによって圧力30からたわみ角θを求めるようにして
もよい。
【0030】それから、上記の実施例ではフライス加工
における工具のたわみ補正について適用したが、旋削加
工における工具のたわみ補正についても同様に適用する
ことができる。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、工具の
たわみによる圧力を検出して工具のたわみ量を演算し、
工具のたわみ量と工具の移動指令量とを加算して工具が
設けられたモータに出力するように構成したので、高速
加工であっても高精度に加工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用される3軸制御のNC加工機の全
体構成を示す図である。
【図2】工具のたわみによる切削誤差を説明する図であ
る。
【図3】図2の切削部分の拡大図である。
【符号の説明】
11 X軸たわみ補正手段 12 X軸加算手段 1a X軸方向移動指令 1b X軸たわみ補正量 1c X軸移動量 21 Z軸たわみ補正手段 22 Z軸加算手段 2a Z軸方向移動指令 2b Z軸たわみ補正量 2c Z軸移動量 30 圧力 100 工作機械 131 センサ 133 工具 200 ワーク

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ワークを加工する際に、工具のたわみを
    補正する工具たわみ補正方式において、 工具のたわみによる圧力を検出する検出手段と、 前記圧力に基づき工具のたわみ量を補正する工具たわみ
    補正手段と、 前記工具のたわみ量と、工具の移動指令量とを加算し
    て、前記工具が設けられたモータに出力する加算手段
    と、 を有することを特徴とする工具たわみ補正方式。
  2. 【請求項2】 前記工具たわみ補正手段は、X軸方向の
    圧力に基づくX軸方向の工具のたわみ量と、Y軸方向の
    圧力に基づくY軸方向の工具のたわみ量と、前記X軸方
    向の圧力及びY軸方向の圧力に基づくZ軸方向の工具の
    たわみ量とから補正するように構成したことを特徴とす
    る請求項1記載の工具たわみ補正方式。
JP13226192A 1992-05-25 1992-05-25 工具たわみ補正方式 Pending JPH05318283A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JP2019209420A (ja) * 2018-06-04 2019-12-12 株式会社日立製作所 切削加工システム、及び情報処理装置
US11550290B2 (en) 2019-12-04 2023-01-10 Fanuc Corporation Numerical control device and control method

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