JP2566345B2 - Processing machine - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、工具パスおよび加工条
件が入力されたNCコントローラの指令に基づいて作動
するアクチュエータにより加工具と被加工物を所定の相
対位置に保ちながら加工するマシニングセンタ等の加工
機械に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a machining center or the like for machining a work tool and a work piece while keeping them at a predetermined relative position by an actuator that operates based on a command from an NC controller to which a tool path and a machining condition are input. Regarding processing machines.
【0002】[0002]
【従来の技術】マシニング・センタ等の加工機械は、そ
の被加工物、加工具、および被加工物と加工具を保持す
る加工機械の構造物が完全な剛体ではない。また、加工
機械の稼働中は、スピンドルを駆動するモータおよびそ
の減速ギヤ部における発熱、あるいは加工具が被加工物
を加工する際の発熱等により特定の部分の温度が上昇し
加工機械全体の温度分布が一様でなくなる。そのため、
加工機械の加工精度を向上させてより精密な加工をおこ
なおうとする場合にこれらのことが障害となってくる。
つまり、被加工物に切削等の加工をおこなうと加工具お
よび被加工物に加工反力が発生して、加工具および被加
工物はもちろん、加工具を支持するヘッド部、コラム
部、同じく被加工物を支持するテーブルおよびサドル等
に、それぞれその反力に応じて微小な弾性変形が生じ
る。また、被加工物の加工中に加工具の駆動モータやそ
の減速機構部の発熱がヘッド部およびヘッド部を支持す
るコラム部に伝えられる。これら各部はその温度上昇の
程度に応じて熱膨張する。このようにして熱膨張や弾性
変形が発生すると、加工具と被加工物の相対位置が所定
の位置よりもずれて加工精度が低下する。2. Description of the Related Art In a machining machine such as a machining center, the work piece, the work tool, and the structure of the work machine holding the work piece and the work tool are not completely rigid. Also, while the processing machine is operating, the temperature of a specific part rises due to the heat generated by the motor that drives the spindle and its reduction gear, or the heat generated when the processing tool processes the workpiece. The distribution is not uniform. for that reason,
These are obstacles when improving the processing accuracy of the processing machine to perform more precise processing.
In other words, when processing such as cutting is performed on the work piece, a processing reaction force is generated on the work tool and the work piece, and the head part, the column part, and the work piece supporting the work tool as well as the work tool are processed. A minute elastic deformation occurs on the table, saddle, and the like that support the workpiece, depending on the reaction force thereof. Further, heat generated by the drive motor of the processing tool and the reduction mechanism thereof is transmitted to the head portion and the column portion supporting the head portion during processing of the workpiece. Each of these parts thermally expands according to the degree of temperature rise. When thermal expansion or elastic deformation occurs in this way, the relative position of the processing tool and the workpiece shifts from a predetermined position, and the processing accuracy decreases.
【0003】図3は、従来の工作機械の一例を示し、加
工具2が被加工物5を加工している状態を模式的に示し
たものである。図において、加工具2は加工具ホルダ1
2、スピンドル11、ヘッド4、コラム3、ベース1と
順に連続的に支持されている。他方、被加工物5もテー
ブル7、サドル6を介してベース1に支持されている。
この工作機械では、被加工物5と加工具2との所定の相
対位置を保つため上記の各部材がベース1を介してC形
の構造体に形成されている。FIG. 3 shows an example of a conventional machine tool, and schematically shows a state in which the processing tool 2 is processing the workpiece 5. In the figure, the processing tool 2 is a processing tool holder 1
2, the spindle 11, the head 4, the column 3, and the base 1 are sequentially and continuously supported. On the other hand, the workpiece 5 is also supported by the base 1 via the table 7 and the saddle 6.
In this machine tool, each member described above is formed into a C-shaped structure through the base 1 in order to maintain a predetermined relative position between the workpiece 5 and the processing tool 2.
【0004】これらの構造体は通常の加工では変形量が
問題にならない程度の剛性を備えており、また停止状態
で発熱のない場合は全体の温度分布が一様となり、加工
精度に対する悪影響は生じることがない。しかしなが
ら、加工が開始されるとその加工条件に応じ、加工具2
と被加工物5に加工反力Fを生じる。それにより、被加
工物5および被加工物5を支持するテーブル7、サドル
6、ベース1は極めて微小であるが加えられた応力に応
じた弾性変形を生じ、時計方向に傾斜する。同様に、加
工具2側も、加工具2を支持する一連の加工具ホルダ1
2、スピンドル11、ヘッド4、コラム3、ベース1が
加工反力Fの方向に応じてそれぞれ弾性変形を生じる。
コラム3において加工反力Fにより生じた歪みは、コラ
ム3の下部に記入されている歪み分布δzのように内側
は伸長し外側は収縮する。These structures have such a rigidity that the amount of deformation does not pose a problem in normal processing, and when there is no heat generation in the stopped state, the entire temperature distribution becomes uniform, which adversely affects the processing accuracy. Never. However, when the processing is started, the processing tool 2
Then, a processing reaction force F is generated on the workpiece 5. As a result, the work piece 5 and the table 7, the saddle 6, and the base 1 supporting the work piece 5 are extremely minute, but elastically deformed according to the applied stress, and tilted clockwise. Similarly, the processing tool 2 side also has a series of processing tool holders 1 that support the processing tool 2.
2, the spindle 11, the head 4, the column 3, and the base 1 are elastically deformed depending on the direction of the processing reaction force F.
The strain generated by the processing reaction force F in the column 3 expands inside and contracts outside like the strain distribution δz written in the lower part of the column 3.
【0005】また、ヘッド4には加工具の駆動モータ9
が設置され、駆動モータ9の回転が図示しないギヤ等か
らなる減速機構を介してスピンドル11に接続されてい
る。そのためモータ9および減速機構の発熱によりヘッ
ド4自体が高温になるとともに、その熱はコラム3へも
伝えられる。コラム3は上端部の右側面から伝熱がある
と、コラム3の上部に記入されている温度分布Tに示す
ように、ヘッド4側が高温となり左の背面側に向かうほ
ど下降して低温となる。これらの温度勾配や加工反力の
ため、被加工物5の加工中にコラム3の上端では、本来
の正規の位置よりも高さ方向にΔz、横方向にΔxの変
位を生じる。Further, the head 4 has a drive motor 9 for the processing tool.
Is installed, and the rotation of the drive motor 9 is connected to the spindle 11 via a reduction mechanism including a gear (not shown). Therefore, the heat of the motor 9 and the speed reduction mechanism raises the temperature of the head 4 itself, and the heat is also transmitted to the column 3. When heat is transferred from the right side surface of the upper end of the column 3, as shown in the temperature distribution T written in the upper part of the column 3, the head 4 side becomes high temperature, and the head 4 side becomes lower toward the left rear side and becomes lower temperature. . Due to the temperature gradient and the processing reaction force, during the processing of the workpiece 5, the upper end of the column 3 is displaced by Δz in the height direction and Δx in the lateral direction from the original regular position.
【0006】加工具2が被加工物5を加工する際に生ず
る熱の一部は、図中に矢印Hとして示すように、被加工
物5、テーブル7、サドル6、ベース1と順に伝達され
る。また、加工具2からは同様に加工時の発熱の一部が
加工具ホルダ12、スピンドル11、ヘッド4と順に伝
達され、各部は温度が上昇した分、熱膨張する。このよ
うに、被加工物5を加工する際に加工具2が消費する動
力の一部は、加工に有効に消費される以外に発熱に消費
されて被加工物5および加工具2に伝熱される。この発
熱が大量となり、被加工物5および加工具2が高温にな
ると、図中の矢印Rに示すように、放射および対流によ
り発熱の一部は外気に放出される。A part of the heat generated when the work tool 2 processes the work piece 5 is transferred to the work piece 5, the table 7, the saddle 6, and the base 1 in this order, as indicated by an arrow H in the figure. It Similarly, part of the heat generated during processing is transmitted from the processing tool 2 to the processing tool holder 12, the spindle 11, and the head 4 in that order, and the respective parts thermally expand as the temperature rises. As described above, part of the power consumed by the processing tool 2 when processing the workpiece 5 is consumed by heat generation in addition to being effectively consumed by the processing, and is transferred to the workpiece 5 and the processing tool 2. Be done. When this heat generation becomes large and the temperature of the workpiece 5 and the processing tool 2 becomes high, as shown by an arrow R in the figure, a part of the heat generation is released to the outside air by radiation and convection.
【0007】また、被加工物5の加工時には、加工具2
の動力の一部が機械的な振動Vとして被加工物5および
加工具2に伝えられる。同様に、音波Pとしても動力の
一部が外部へ放出される。いずれにしろ、加工の際に加
工具2に伝達された動力が現実には目的とする加工のみ
に消費されず、多くが発熱等のために消費されてしま
う。工作機械における被加工物5および加工具2を支持
する構造物のこのような発熱による変形の対策として、
従来は、加工具2が取付けられているヘッド4内に冷却
オイルや冷却水を循環させて発熱原因である駆動モータ
9や減速機構部等を冷却して、熱膨張による影響を解消
しようとしている。When the workpiece 5 is processed, the processing tool 2 is used.
Is transmitted to the work piece 5 and the work tool 2 as mechanical vibration V. Similarly, as the sound wave P, part of the power is released to the outside. In any case, the power transmitted to the processing tool 2 at the time of processing is not actually consumed only for the intended processing, but much is consumed for heat generation or the like. As measures against the deformation of the structure supporting the workpiece 5 and the processing tool 2 in the machine tool due to such heat generation,
Conventionally, cooling oil or cooling water is circulated in the head 4 to which the processing tool 2 is attached to cool the drive motor 9 and the speed reduction mechanism, which are the causes of heat generation, in order to eliminate the influence of thermal expansion. .
【0008】また、他の解決策として、発熱による熱膨
張が予め予想できる場合は、予想値に応じてヘッド4先
端である加工具2の位置座標を数値制御により補正する
こともある。さらには、コラム3の背面の一部にカウン
ターヒータを設置し、コラム3への伝熱の度合いに応じ
て背面を加熱して温度勾配を修正し、コラム3の反りを
打ち消すことが試みられている。同様に、加工反力によ
る、ヘッド4やコラム3等の変形についても、予め予想
できる場合は、予想値に応じてヘッド4の先端である加
工具2の座標を数値制御により補正することも試みられ
ている。As another solution, when the thermal expansion due to heat generation can be predicted in advance, the position coordinates of the processing tool 2 which is the tip of the head 4 may be corrected by numerical control according to the predicted value. Furthermore, it has been attempted to install a counter heater on a part of the back surface of the column 3 and heat the back surface according to the degree of heat transfer to the column 3 to correct the temperature gradient and cancel the warp of the column 3. There is. Similarly, if the deformation of the head 4, the column 3, etc. due to the processing reaction force can be predicted in advance, it is also attempted to correct the coordinates of the processing tool 2 which is the tip of the head 4 by numerical control according to the predicted value. Has been.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の解決方法のうち、予め発生する変形量を予測して数値
制御により加工具2の座標値を変更補正する方法は、予
測値の精度が悪く、安定性、信頼性に劣る欠点がある。
また、加工具2と被加工物5を相対的に支持するヘッド
4やコラム3を冷却する方法は熱の移動を遮断したり、
温度勾配を除去する等の効果があるものの、構造物全体
を一定温度に保つことが不可能である。またさらに、加
工の進行にともない発生する加工反力による弾性変位に
ついては、全く対処することができない。However, among these solutions, the method of predicting the amount of deformation that occurs in advance and changing and correcting the coordinate value of the processing tool 2 by numerical control has poor accuracy of the predicted value. It has the drawback of poor stability and reliability.
Further, the method of cooling the head 4 and the column 3 which relatively support the processing tool 2 and the workpiece 5 is to block the movement of heat,
Although it has the effect of removing the temperature gradient, it is impossible to keep the entire structure at a constant temperature. Furthermore, the elastic displacement due to the processing reaction force generated as the processing progresses cannot be dealt with at all.
【0010】いずれにしても、加工の進行にともない発
生し、しかも加工の状況により常に変動する加工具2と
被加工物5との間の相対位置のずれについては、その値
をリアルタイムで検出して補正することが不可能であっ
た。本発明は上記問題点を解決するためになされたもの
で、その目的とするところは、加工機械における加工具
と被加工物との間の相対的な位置制御で問題になる熱膨
張や弾性変化を原因として発生する微小変位をリアルタ
イムで高精度に補正してより精密な加工を可能にした加
工機械を提供することにある。In any case, the relative position deviation between the processing tool 2 and the workpiece 5 which occurs with the progress of machining and which constantly fluctuates depending on the machining situation is detected in real time. It was impossible to correct it. The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a thermal expansion and an elastic change which are problems in relative position control between a processing tool and a workpiece in a processing machine. It is an object of the present invention to provide a processing machine capable of performing more accurate processing by correcting minute displacement generated due to the above in real time with high accuracy.
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第1の発明は、工具パス、加工条件からなる加工デ
ータをNCコントローラに入力し、その加工データに基
づくNCコントローラの指令によりアクチュエータを作
動させて加工具と被加工物を所定の相対位置・姿勢に支
持しながら被加工物を加工する加工機械において、加工
具、被加工物、加工具と被加工物とを支持する構造体の
各部にそれぞれ加えられる熱と力の値および熱と力によ
り生じる変形量を検出するセンサと、入力された加工デ
ータを記憶しておく手段と、加工具が被加工物を加工す
る際に熱と力に起因して加工の種類ごとに発生し加工精
度確保の障害となる加工現象についての知識、およびそ
の加工現象を定量的に再現または予測するために用いら
れる各種パラメータを蓄積したデータベースと、加工デ
ータに基づき現在および所定時間後における被加工物の
目標とする加工形状を定量的に再現する手段と、センサ
の検出値と加工データに基づきデータベースを参照して
現在における被加工物の実際の加工形状を定量的に再現
する手段と、再現された現在における被加工物の実際の
加工形状と加工データとセンサの検出値に基づきデータ
ベースを参照し、そのまま加工を続けた場合に所定時間
後に得られる被加工物の加工形状を定量的に予測する手
段と、再現された現在における被加工物の目標とする加
工形状と実際の加工形状とを比較し、その差分から補正
信号を作成しNCコントローラへ送る第1の比較手段
と、再現された所定時間後における被加工物の目標とす
る加工形状とそのまま加工を続けた場合に得られる実際
の加工形状とを比較し、その差分から補正信号を作成し
NCコントローラへ送る第2の比較手段と、NCコント
ローラ内にあって第1の比較手段から入力された補正信
号に基づくフィード・バック制御により、被加工物の加
工形状がより目標に近づくように出力指令を補正する手
段と、NCコントローラ内にあって第2の比較手段から
入力された補正信号に基づくフィード・フォワード制御
により、被加工物の所定時間後の加工形状がより目標に
近づくように出力指令を補正する手段とを備えたことを
特徴とする。In order to achieve the above object, a first aspect of the invention is to input machining data including a tool path and machining conditions to an NC controller, and an actuator is instructed by the NC controller based on the machining data. In a processing machine that processes a workpiece while operating the tool to support the workpiece and the workpiece in a predetermined relative position / posture, a structure that supports the workpiece, the workpiece, and the workpiece and the workpiece. Sensors that detect the value of heat and force applied to each part of the machine and the amount of deformation caused by the heat and force, a means for storing the input machining data, and a heat generated when the processing tool processes the workpiece. Of the machining phenomenon that occurs for each type of machining due to force and force and becomes an obstacle to securing the machining accuracy, and various parameters used to quantitatively reproduce or predict the machining phenomenon. A database that accumulates the data, a means for quantitatively reproducing the target machining shape of the workpiece at the present time and after a predetermined time based on the machining data, and referring to the database based on the detection value of the sensor and the machining data A means for quantitatively reproducing the actual processed shape of the work piece, and a database based on the reproduced actual shape of the work piece, the processing data, and the detected value of the sensor, and continued the processing as it is. In this case, the means for quantitatively predicting the machining shape of the work piece obtained after a predetermined time is compared with the reproduced target machining shape of the current work piece and the actual machining shape, and the difference is corrected. If we continue the first comparison means for sending to create a signal to the NC controller, directly machining a machining shape as a target of the workpiece after a predetermined been reproduced time The resulting comparing the actual machining shape, and a second comparator means for sending to the NC controller to create a correction signal from the difference, NC controller
The correction signal that is in the roller and is input from the first comparing means.
Feed-back control based on the issue
A method to correct the output command so that the work shape approaches the target.
And the second comparison means in the NC controller
Feed forward control based on the input correction signal
Makes it possible to target the shape of the workpiece after a certain time
And a means for correcting the output command so as to approach .
【0012】 第2の発明は、第1の発明において、加
工具と被加工物とを支持する構造体の一部および/また
は加工具や被加工物の送り装置に設置されて加工具と被
加工物の相対位置・姿勢を微調整するアクチュエータ
と、第1および第2の比較手段から出力された補正信号
に基づき微調整用アクチュエータを作動させて、上記N
Cコントローラによるアクチュエータの作動では補正で
きない微小な補正を行うコントローラとを備えたことを
特徴とする。第3の発明は、第1の発明または第2の発
明において、第1および第2の比較手段の補正信号によ
り補正された後の加工結果をセンサの検出値により確認
しながら加工データごとにデータベース内の知識および
パラメータを更新または蓄積する手段を備えたことを特
徴とする。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a part of a structure that supports the processing tool and the workpiece and / or the processing tool and the workpiece feeding device are installed to install the processing tool and the workpiece. An actuator for finely adjusting the relative position / orientation of the workpiece and a correction signal output from the first and second comparing means.
The fine adjustment actuator is operated based on
When the actuator is operated by the C controller,
And a controller for performing minute correction that cannot be performed . According to a third invention, in the first invention or the second invention, a database is prepared for each machining data while confirming the machining result after being corrected by the correction signals of the first and second comparing means by the detection value of the sensor. Means for updating or accumulating knowledge and parameters therein.
【0013】[0013]
【作用】第1の発明においては、加工具、被加工物、加
工具と被加工物とを支持する構造体の各部にそれぞれ加
えられる熱と力の値および熱と力により生じる変形量が
センサより検出され、また、入力された加工データは記
憶手段に記憶される。また、加工具が被加工物を加工す
る際に熱と力に起因して加工の種類ごとに発生し加工精
度確保の障害となる加工現象についての知識、およびそ
の加工現象を定量的に再現または予測するために用いら
れる各種パラメータがデータベースに蓄積されている。According to the first aspect of the invention, the value of heat and force applied to each part of the working tool, the work piece, and the structure supporting the work tool and the work piece and the amount of deformation caused by the heat and the force are detected by the sensor. The processed data detected and input is stored in the storage means. In addition, knowledge of the machining phenomenon that occurs for each type of machining due to heat and force when the processing tool processes the work piece and becomes an obstacle to ensuring the processing accuracy, and quantitatively reproduces the processing phenomenon. Various parameters used for prediction are stored in the database.
【0014】次いで、加工データに基づき現在および所
定時間後における被加工物の目標とする加工形状が定量
的に再現され、同様にして、センサの検出値と加工デー
タに基づきデータベースを参照して現在における被加工
物の実際の加工形状が定量的に再現され、さらに、再現
された現在における被加工物の実際の加工形状と加工デ
ータとセンサの検出値に基づきデータベースを参照し、
そのまま加工を続けた場合に所定時間後に得られる被加
工物の加工形状が定量的に予測される。Then, the target machining shape of the workpiece at the present time and after a predetermined time is quantitatively reproduced based on the machining data, and similarly, the database is referred to based on the detected value of the sensor and the machining data. The actual machining shape of the work piece in is reproduced quantitatively, and further, the database is referenced based on the reproduced actual machining shape of the work piece and the machining data and the detection value of the sensor,
When the processing is continued as it is, the processed shape of the workpiece obtained after a predetermined time is quantitatively predicted.
【0015】 再現された現在における被加工物の目標
とする加工形状と実際の加工形状とが比較され、その差
分から補正信号が作成されてNCコントローラへ送ら
れ、同様にして、再現された所定時間後における被加工
物の目標とする加工形状とそのまま加工を続けた場合に
得られる実際の加工形状とを比較し、その差分から補正
信号が作成されてNCコントローラへ送られる。NCコ
ントローラでは、両補正信号に基づき、フィード・バッ
ク制御、フィード・フォワード制御により、被加工物の
加工形状がより目標に近づくよう出力指令が補正され
る。 The reproduced target machining shape of the workpiece at present and the actual machining shape are compared, and a correction signal is created from the difference and sent to the NC controller. The target machined shape of the workpiece after the elapse of time is compared with the actual machined shape obtained when the machining is continued as it is, and a correction signal is created from the difference and sent to the NC controller. NC
In the controller, the feed back is based on both correction signals.
Work control and feed forward control
The output command is corrected so that the machining shape is closer to the target.
It
【0016】 第2の発明においては、加工具と被加工
物とを支持する構造体の一部および/または加工具や被
加工物の送り装置に微調整用のアクチュエータが設置さ
れ、この微調整用のアクチュエータをコントローラが両
比較手段からの補正信号に基づいて作動させることによ
り、上記NCコントローラによるアクチュエータの作動
では補正できない加工具と被加工物との間の微小な相対
位置・姿勢の調整がなされる。第3の発明においては、
両比較手段の補正信号により補正されてからの加工結果
がセンサの検出値により確認されながら、加工データご
とにデータベース内の知識およびパラメータが更新また
は蓄積される。In the second invention, an actuator for fine adjustment is installed in a part of the structure supporting the processing tool and the workpiece and / or in the feeding device of the processing tool or the workpiece, and this fine adjustment is performed. Of the actuator by the NC controller by causing the controller to operate the actuator for use on the basis of the correction signals from both comparison means.
In the adjustment of the small relative position and orientation between the uncorrectable processing tool and the workpiece are name of. In the third invention,
The knowledge and parameters in the database are updated or accumulated for each processing data while the processing result after being corrected by the correction signals of both comparison means is confirmed by the detection value of the sensor.
【0017】[0017]
【実施例】以下、図に沿って本発明の実施例を説明す
る。図1、図2は本発明を片持ち構造のマシニング・セ
ンタに適用した実施例を示し、図1は全体の構成を示す
ブロック図であり、図2はマシニング・センタ本体部の
構成を示す説明図である。図1において、加工機械であ
るところのマシニング・センタ20は、NCコントロー
ラ15、知能化コントローラ30および微調整用コント
ローラ16により制御される。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1 and 2 show an embodiment in which the present invention is applied to a machining center having a cantilever structure, FIG. 1 is a block diagram showing the overall construction, and FIG. 2 is an explanation showing the construction of the main body of the machining center. It is a figure. In FIG. 1, a machining center 20 which is a processing machine is controlled by an NC controller 15, an intelligent controller 30 and a fine adjustment controller 16.
【0018】マシニング・センタ20には、加工具42
と被加工物45の相対位置を移動または保持するx,
y,z軸および加工具42の回転軸をそれぞれ駆動する
アクチュエータ21と、加工具42と被加工物45とを
支持する構造体の一部に設置された微調整用のアクチュ
エータ22および/またはヘッド44・テーブル47・
サドル46と送り装置中のナットとの間に設置された微
調整用のアクチュエータ70と、加工具42、被加工物
45、加工具42と被加工物45とを支持するコラム4
3等の構造体の各部にそれぞれ加えられる熱と力の値お
よび熱と力により生じる変形量を検出する各種のセンサ
23とが備えられている。The machining center 20 includes a processing tool 42.
And x for moving or holding the relative position between the workpiece 45 and
An actuator 21 for driving the y and z axes and a rotating shaft of the processing tool 42, and an actuator 22 and / or a head for fine adjustment installed in a part of a structure supporting the processing tool 42 and the workpiece 45. 44, table 47,
An actuator 70 for fine adjustment installed between the saddle 46 and a nut in the feeding device, the processing tool 42, the workpiece 45, and the column 4 supporting the processing tool 42 and the workpiece 45.
There are provided various sensors 23 for detecting the value of heat and force applied to each part of the structure such as 3 and the amount of deformation caused by the heat and force.
【0019】これらのアクチュエータ21,22が、そ
れぞれNCコントローラ15、微調整用コントローラ1
6に制御されることにより、マシニング・センタ20の
加工がおこなわれる。次に、NCコントローラ15およ
び微調整用コントローラ16を統括制御する知能化コン
トローラ30の動作について説明する。先ず、設計値に
基づいて被加工物45を加工する際の工具パス、加工条
件等が加工データとして、NCコントローラ15および
知能化コントローラ30に入力される。同様にして、マ
シニング・センタ20のセンサ23からは、加工具4
2、被加工物45、加工具42と被加工物45とを支持
する構造体の各部にそれぞれ加えられる熱と力の値、お
よび熱と力により生じる変形量が入力される。The actuators 21 and 22 are the NC controller 15 and the fine adjustment controller 1 respectively.
The machining center 20 is processed under the control of No. 6. Next, the operation of the intelligent controller 30 that integrally controls the NC controller 15 and the fine adjustment controller 16 will be described. First, the tool path, processing conditions, etc. when processing the workpiece 45 based on the design value are input to the NC controller 15 and the intelligent controller 30 as processing data. Similarly, from the sensor 23 of the machining center 20 to the processing tool 4
2, the value of heat and force applied to each part of the workpiece 45, the structure that supports the processing tool 42 and the workpiece 45, and the amount of deformation caused by the heat and force are input.
【0020】知能化コントローラ30内の加工データ記
憶手段31は、入力された加工データを記憶し、再現手
段33,34、予測手段35、データベース更新/蓄積
手段38へ、それぞれの呼出しに応じて加工データを送
る。データベース32には、予め、マシニング・センタ
20において加工具42が被加工物45を加工する際に
加工の種類ごとに発生して加工精度を確保するのに障害
となる各種の加工現象に関する知識およびその加工現象
を再現または予測するためのパラメータが蓄積されてい
る。The processing data storage means 31 in the intelligent controller 30 stores the input processing data, and processes the reproduction means 33 and 34, the prediction means 35, and the database update / accumulation means 38 according to the respective calls. Send data. In the database 32, in advance, knowledge about various machining phenomena that occurs for each type of machining when the machining tool 42 processes the workpiece 45 in the machining center 20 and becomes an obstacle to securing the machining accuracy, and Parameters for reproducing or predicting the processing phenomenon are accumulated.
【0021】ここでいう加工現象およびパラメータと
は、加工具42が被加工物45に対しおこなう多様な加
工を内容ごとに分類整理し、個々の加工ごとに力と変形
の関係、力と発熱の関係、温度の伝播と変形の関係、加
工機械自体の熱変形の時間的変化等を、解析的手法と伝
達関数的手法により把握したものである。また、必要に
応じて加工具42の経時劣化特性等も蓄積されている。
これらの蓄積された加工現象に関する知識やパラメータ
は、呼出しに応じて該当するものが再現手段34,予測
手段35へ送られる。また、データベース32内の蓄積
データは、加工の経験を積むごとにデータベース更新/
蓄積手段38により、データがより精度の高い値に更新
されたり、新たなデータが蓄積されていく。The machining phenomena and parameters referred to here are classified into various machining operations performed by the working tool 42 on the workpiece 45 according to their contents, and the relationship between force and deformation, force and heat generation for each individual machining operation. The relationship, the relationship between temperature propagation and deformation, the temporal change of thermal deformation of the processing machine itself, etc. are understood by an analytical method and a transfer function method. In addition, the deterioration characteristics of the processing tool 42 over time and the like are also accumulated as necessary.
The accumulated knowledge and parameters regarding the machining phenomenon are sent to the reproducing means 34 and the predicting means 35 in accordance with the calling. In addition, the accumulated data in the database 32 is updated / updated every time the user gains processing experience
The accumulating means 38 updates the data to a more accurate value or accumulates new data.
【0022】被加工物目標形状再現手段33は、加工デ
ータ記憶手段31内の加工データに基づき、現在および
所定時間経過後の目標となる被加工物45の加工形状を
定量的に再現して、それぞれ比較手段36,37へ送
る。被加工物現在形状再現手段34は、加工データ記憶
手段31内の加工データに基づく現在の加工形状を、デ
ータベース32を参照しながらセンサ23の検出値から
加工具42と被加工物45との相対位置のずれ量を算出
するとともに、各部の温度変化、加工反力の値を用いて
被加工物45の実際の加工寸法を算出して順次蓄積して
いくことにより、現在における被加工物45の実際の加
工形状を定量的に再現し、予測手段35および比較手段
36へ送る。The workpiece target shape reproducing means 33 quantitatively reproduces the target machining shape of the workpiece 45 at present and after a predetermined time has elapsed, based on the processing data in the processing data storage means 31, It sends to the comparison means 36 and 37, respectively. The workpiece current shape reproducing means 34 refers to the current machining shape based on the machining data in the machining data storage means 31 while referring to the database 32 and detects the relative value between the machining tool 42 and the workpiece 45 based on the detected value of the sensor 23. By calculating the amount of positional deviation and calculating the actual machining dimensions of the workpiece 45 using the temperature change of each part and the value of the machining reaction force and sequentially accumulating them, The actual processed shape is quantitatively reproduced and sent to the prediction means 35 and the comparison means 36.
【0023】被加工物未来形状予測手段35は、再現手
段34で再現された現在における被加工物45の実際の
加工形状に基づき、加工データ記憶手段31から得られ
るそれ以後の加工データおよびセンサ23の検出値を参
照し、その加工に伴い発生する加工現象をデータベース
32内の知識およびパラメータを用いて定量的に再現す
る。次いで、再現された加工現象から所定時間経過後の
被加工物45の加工形状を定量的に予測し、比較手段3
7へ送る。比較手段36は、入力された現在の目標とな
る被加工物45の加工形状と実際の加工形状とを比較し
てその差分を求め、その差分を解消するための補正信号
を作成し、NCコントローラ15,微調整用コントロー
ラ16およびデータベース更新/蓄積手段38へ送る。The workpiece future shape predicting means 35 is based on the current actual machining shape of the workpiece 45 reproduced by the reproducing means 34 and subsequent processing data obtained from the processing data storage means 31 and the sensor 23. By referring to the detected value of, the processing phenomenon that occurs with the processing is quantitatively reproduced using the knowledge and parameters in the database 32. Then, the machining shape of the workpiece 45 after a predetermined time has elapsed is quantitatively predicted from the reproduced machining phenomenon, and the comparison means 3 is used.
Send to 7. The comparison means 36 compares the input target machining shape of the workpiece 45 with the actual machining shape to obtain the difference, and creates a correction signal for eliminating the difference, and the NC controller. 15, fine adjustment controller 16 and database update / accumulation means 38.
【0024】比較手段37は、入力された所定時間経過
後の目標となる被加工物45の加工形状と予測した実際
の加工形状とを比較してその差分を求めるとともに、そ
の差分を解消するための補正信号を作成し、NCコント
ローラ15,微調整用コントローラ16およびデータベ
ース更新/蓄積手段38へ送る。データベース更新/蓄
積手段38は、コントローラ15,16へそれぞれ送ら
れた補正信号により補正されたマシニング・センタ20
の加工結果がセンサ23の検出値として入力されると、
両補正信号と比較し、補正信号を生成するための基準と
なったデータベース32内の知識およびパラメータを加
工の種類ごとに更新または蓄積する。The comparison means 37 compares the target machining shape of the workpiece 45 after the lapse of the input predetermined time with the predicted actual machining shape to obtain a difference between them and to eliminate the difference. Correction signal is generated and sent to the NC controller 15, the fine adjustment controller 16 and the database updating / accumulating means 38. The database updating / storing means 38 is used for the machining center 20 corrected by the correction signals sent to the controllers 15 and 16, respectively.
When the processing result of is input as the detection value of the sensor 23,
The knowledge and parameters in the database 32, which are the reference for generating the correction signal, are updated or accumulated for each type of processing by comparing both correction signals.
【0025】両補正信号が入力されたNCコントローラ
15は、予め加工データとして入力された設計値に基づ
く工具パスおよび加工条件に従い、順に通常のアクチュ
エータ21を作動させて加工具42と被加工物45を所
定の相対位置に保持または移動させている。そこへ補正
信号が入力されると、NCコントローラ15はアクチュ
エータ21の作動量を補正信号の値に応じて補正する。
同様に、微調整用コントローラ16は、両補正信号によ
りNCコントローラ15がアクチュエータ21の作動量
を補正してもまだ完全に補正しきれない分を、微調整用
のアクチュエータ22を作動させて、加工具42と被加
工物45の相対位置・姿勢をさらに高精度で補正する。
特に、通常のアクチュエータ21の軸数が少なくてNC
コントローラ15による補正だけでは不充分な場合、微
調整用のアクチュエータ22による補正が有効に作用す
る。The NC controller 15 to which the both correction signals are input sequentially operates the normal actuator 21 in accordance with the tool path and the processing conditions based on the design value input as the processing data in advance to operate the processing tool 42 and the workpiece 45. Is held or moved at a predetermined relative position. When the correction signal is input thereto, the NC controller 15 corrects the operation amount of the actuator 21 according to the value of the correction signal.
Similarly, the fine adjustment controller 16 actuates the fine adjustment actuator 22 to add the amount that cannot be completely corrected even if the NC controller 15 corrects the operation amount of the actuator 21 by both correction signals. The relative position / orientation of the tool 42 and the workpiece 45 is corrected with higher accuracy.
Especially, since the number of axes of the normal actuator 21 is small, NC
When the correction by the controller 15 is insufficient, the correction by the fine adjustment actuator 22 effectively works.
【0026】これらの結果により、マシニング・センタ
20において加工の進行とともに加工具42と被加工物
45の相対位置が、加工反力および熱膨張の影響で微小
なずれを生じても、正規の状態に戻されて加工精度が向
上する。また、データベース32内のデータが加工の経
験を積みながら学習により、新たなデータを更新または
蓄積していくことで、マシニング・センタ20における
加工状態の変化にも柔軟に対応することができる。な
お、比較手段36からの補正信号による補正は、その時
点での目標値との差に基づくものであるからフィード・
バック制御である。また、比較手段37からの補正信号
による補正は、そのまま加工を続けた場合に将来に予想
される目標値との差に基づくものであるからフィード・
フォワード制御である。From these results, in the machining center 20, as the machining progresses, the relative position between the processing tool 42 and the workpiece 45 is in a normal state even if a slight deviation occurs due to the processing reaction force and thermal expansion. Then, the processing accuracy is improved. In addition, by updating or accumulating new data by learning while the data in the database 32 gains processing experience, it is possible to flexibly cope with a change in the processing state in the machining center 20. Since the correction by the correction signal from the comparison means 36 is based on the difference from the target value at that time, the feed
It is back control. Further, since the correction by the correction signal from the comparison means 37 is based on the difference from the target value expected in the future when the machining is continued as it is, the feed
It is forward control.
【0027】図2はマシニング・センタ20の具体的な
構成を示す説明図である。図において、ベース41上に
は加工具42を支持するためのコラム43およびヘッド
44が設置されるとともに、被加工物45を支持するた
めのサドル46、テーブル47、二方向フェイルセイフ
テーブル48、六分力テーブル49、クランプを兼ねた
姿勢決め機構51がそれぞれ設置されている。なお、サ
ドル46およびテーブル47は、図示していないがそれ
ぞれモータにより直線駆動されるとともに、その駆動部
にフェイルセイフ機構および1軸力センサおよび微動送
り装置70が設置されている。これらの各構成部は加工
具42と被加工物45を支持するため、全体がC形をし
た構造となる。FIG. 2 is an explanatory view showing a concrete structure of the machining center 20. In the figure, a column 43 and a head 44 for supporting the processing tool 42 are installed on a base 41, and a saddle 46, a table 47, a two-way fail-safe table 48, 6 for supporting a workpiece 45 are provided. A component force table 49 and a posture determining mechanism 51 that also serves as a clamp are installed. Although not shown, the saddle 46 and the table 47 are each linearly driven by a motor, and a fail-safe mechanism, a uniaxial force sensor, and a fine movement feed device 70 are installed in the drive section thereof. Since each of these components supports the processing tool 42 and the workpiece 45, the overall structure is C-shaped.
【0028】C形構造の上端部となる加工具42は、フ
ェイルセイフ機構52と力センサ53を備えた力センシ
ングホルダ54を介してスピンドル55に着脱自在に把
持される。スピンドル55は、トルク・スラストセンサ
56,トルク・スラストフェイルセーフ機構57を介し
て、ヘッド44に設置されたモータ58と接続されてい
る。なお、力センシングホルダ54には、フェイルセイ
フ機構52の代わりにコンプライアンス機構を設置する
こともある。また、スピンドル55には力センシングホ
ルダ54の代わりに、形状測定プローブを取付けること
も可能である。The processing tool 42, which is the upper end of the C-shaped structure, is detachably held by the spindle 55 via a force sensing holder 54 having a fail-safe mechanism 52 and a force sensor 53. The spindle 55 is connected to a motor 58 installed on the head 44 via a torque / thrust sensor 56 and a torque / thrust fail-safe mechanism 57. The force sensing holder 54 may be provided with a compliance mechanism instead of the fail-safe mechanism 52. Further, a shape measuring probe can be attached to the spindle 55 instead of the force sensing holder 54.
【0029】ヘッド44はコラム43に上下動自在に支
持されるとともに、モータ61,ボールネジ62等から
なる上下方向の駆動機構と、ロードセル63,フェイル
セイフ機構64および微動送り装置70を介して接続さ
れている。コラム43の中間部の外周面には、コラム4
3の変形を検出するための変形センサ65が取付けら
れ、その下方にアクティブ構造体66が形成されてい
る。コラム43の上端部に温度センサ67が設置れると
ともに、マシニング・センタ20の外部には雰囲気の温
度を測定する温度センサ68が設置されている。なお、
図では、コラム43に1個の温度センサ67のみが示さ
れているが、実際には全体の温度分布の変化を監視する
ため、コラム43の他の部分をはじめとし、ヘッド4
4、ベース41、サドル46、各テーブル47,48,
49等それぞれに温度センサが設置されている。また変
形センサ65は、図示のようにコラム中間部に限ること
なく、コラムの上端から下端部までの外周等、測定を必
要とする標点位置に応じコラム外周の任意の位置に取付
られる。The head 44 is supported by the column 43 so as to be vertically movable, and is also connected to a vertical drive mechanism including a motor 61, a ball screw 62, etc., via a load cell 63, a fail-safe mechanism 64 and a fine feed device 70. ing. On the outer peripheral surface of the middle part of the column 43, the column 4
A deformation sensor 65 for detecting the deformation of No. 3 is attached, and an active structure 66 is formed below the deformation sensor 65. A temperature sensor 67 is installed at the upper end of the column 43, and a temperature sensor 68 for measuring the temperature of the atmosphere is installed outside the machining center 20. In addition,
In the figure, only one temperature sensor 67 is shown in the column 43, but in actuality, in order to monitor the change in the overall temperature distribution, the head 4 including other parts of the column 43 is monitored.
4, base 41, saddle 46, tables 47, 48,
A temperature sensor is installed at each of 49 and the like. Further, the deformation sensor 65 is not limited to the middle portion of the column as shown in the drawing, but is attached to an arbitrary position on the outer circumference of the column, such as the outer circumference from the upper end to the lower end of the column, depending on the gauge position requiring measurement.
【0030】また、マシニング・センタ全体を視覚的に
監視する視覚センサとしてカメラ69と、マシニング・
センタの動作を音により監視する音センサとしてマイク
ロフォン71が外部に設置されている。これらの各種セ
ンサが図1におけるセンサ23の一部である。このよう
な構造をしたマシニング・センタ20においては、被加
工物45をx,y方向にそれぞれ移動させるサドル46
およびテーブル47の駆動用モータ(図示せず)と、加
工具42をz方向に移動させるモータ61、それに加工
具42を回転駆動するモータ58が通常のアクチュエー
タ21である。これらのアクチュエータ21は、予め入
力された工具パス、加工条件に基づくNCコントローラ
15の指令により順に作動して加工を進める。Further, a camera 69 as a visual sensor for visually monitoring the entire machining center and a machining center
A microphone 71 is installed outside as a sound sensor for monitoring the operation of the center by sound. These various sensors are a part of the sensor 23 in FIG. In the machining center 20 having such a structure, the saddle 46 for moving the workpiece 45 in the x and y directions, respectively.
The drive motor (not shown) for the table 47, the motor 61 for moving the processing tool 42 in the z direction, and the motor 58 for rotationally driving the processing tool 42 are the normal actuators 21. These actuators 21 are sequentially operated in accordance with a tool path and a command of the NC controller 15 based on machining conditions that have been input in advance to proceed with machining.
【0031】加工が進むにつれて発生する熱は、温度セ
ンサ67等の各部に設置した温度センサの検出値から各
部の温度および温度分布が得られる。なお、カメラ69
が撮像した画像のスペクトルからも各部の温度および全
体の温度分布を得ることができる。特に、カメラ69を
用いると、センサの設置が不可能な部分についての表面
温度を非接触で検出することができる。また、加工中に
生じる加工反力は、センサ23の一部でもあるサドル4
6およびテーブル47に設置されている1軸力センサ
(図示せず)、六分力テーブル49、力センサ53、ト
ルク・スラストセンサ56、ロードセル63により、各
アクチュエータごとに検出される。With respect to the heat generated as the processing progresses, the temperature and temperature distribution of each part can be obtained from the detected value of the temperature sensor installed in each part such as the temperature sensor 67. The camera 69
The temperature of each part and the entire temperature distribution can also be obtained from the spectrum of the image captured by. In particular, by using the camera 69, the surface temperature of a portion where the sensor cannot be installed can be detected in a non-contact manner. Further, the processing reaction force generated during processing is applied to the saddle 4 which is also a part of the sensor 23.
6 and the one-axis force sensor (not shown) installed on the table 47, the six-component force table 49, the force sensor 53, the torque / thrust sensor 56, and the load cell 63 detect each actuator.
【0032】さらに、加工中の発熱および加工反力によ
り生じるコラム43の変形は、変形センサ65により検
出される。これらの各種センサにより収集されたマシニ
ング・センタ20各部の温度、加工反力、変形量は、知
能化コントローラ30により処理されて補正信号として
出力され、NCコントローラ15からのアクチュエータ
21であるモータ58,61等への指令値を補正する。
その結果、発熱および加工反力の影響により、加工具4
2と被加工物45との相対位置が正規の値からずれた場
合も直ちに修正される。Further, the deformation sensor 65 detects the deformation of the column 43 caused by the heat generated during the processing and the processing reaction force. The temperature, processing reaction force, and deformation amount of each part of the machining center 20 collected by these various sensors are processed by the intelligent controller 30 and output as a correction signal, and the motor 58, which is the actuator 21 from the NC controller 15, The command value to 61 etc. is corrected.
As a result, the processing tool 4 is affected by the heat generation and the processing reaction force.
Even if the relative position between 2 and the workpiece 45 deviates from the normal value, it is immediately corrected.
【0033】実施例のマシニング・センタ20はC形を
した片持ち構造であるため、加工中の発熱や加工反力に
よる影響として加工具42の軸心が一方に傾きやすい。
そのため、NCコントローラ16からアクチュエータ2
1の動作量を補正した場合、アクチュエータ21により
x,y,zの3軸を駆動しているため、加工具42と被
加工物45の相対位置の補正が可能であるものの、加工
具42と被加工物45との間に発生する相対的な傾きを
補正することができない。Since the machining center 20 of the embodiment has a C-shaped cantilever structure, the axial center of the processing tool 42 is likely to tilt to one side as a result of the heat generated during processing and the processing reaction force.
Therefore, from the NC controller 16 to the actuator 2
When the movement amount of 1 is corrected, since the actuator 21 drives the three axes of x, y, and z, the relative position of the processing tool 42 and the workpiece 45 can be corrected, but It is not possible to correct the relative tilt that occurs between the workpiece 45 and the workpiece.
【0034】そこで、NCコントローラ15で補正でき
ない傾きを、微調整用アクチュエータ22である姿勢決
め機構51とアクティブ構造体66とによって修正す
る。姿勢決め機構51は被加工物45側を修正し、アク
ティブ構造体66は加工具42側を修正する。姿勢決め
機構51およびアクティブ構造体66は、可動範囲が狭
いもののそれぞれ複数の制御軸を有しているため、何れ
の方向の微小な傾きであっても容易に補正することがで
きる。なお、姿勢決め機構51および微動送り装置70
には、ピエゾ素子が組み込まれて複数軸の制御を可能に
する機構が用いられる。また、アクティブ構造体66
は、コラム43の壁面を区分し、その区分ごとに加熱ま
たは冷却することにより強制的にコラム43を熱変形さ
せてコラム43の姿勢を任意の方向に傾けるようにした
ものである。また、微動送り装置70は、NCコントロ
ーラによる位置補間を行なうものである。Therefore, the tilt that cannot be corrected by the NC controller 15 is corrected by the attitude determining mechanism 51, which is the fine adjustment actuator 22, and the active structure 66. The attitude determining mechanism 51 corrects the workpiece 45 side, and the active structure 66 corrects the processing tool 42 side. Since the posture determining mechanism 51 and the active structure 66 each have a plurality of control axes, although each has a narrow movable range, even a slight inclination in any direction can be easily corrected. The posture determining mechanism 51 and the fine movement feeding device 70
A mechanism that incorporates a piezo element and enables control of a plurality of axes is used for. In addition, the active structure 66
In the above, the wall surface of the column 43 is divided, and the column 43 is forcibly thermally deformed by heating or cooling for each division so that the posture of the column 43 is inclined in an arbitrary direction. Further, the fine movement feeding device 70 is for performing position interpolation by the NC controller.
【0035】上述したように、この実施例は、従来のN
Cコントローラでは不可能であった、マシニング・セン
タの発熱および加工反力による加工精度の低下を、各種
センサの検出値に基づきNCコントローラの指令値を補
正するとともに、姿勢決め機構51およびアクティブ構
造体66により傾きを補正するようにしたことにより、
加工の状態によって加工具42と被加工物45との相対
位置にずれが発生じても、リアルタイムで修正して常に
高精度の加工状態を維持する。As described above, this embodiment uses the conventional N
The deterioration of the machining accuracy due to the heat generated by the machining center and the machining reaction force, which is impossible with the C controller, is used to correct the command value of the NC controller based on the detection values of various sensors, and the posture determining mechanism 51 and the active structure By correcting the tilt by 66,
Even if the relative position between the processing tool 42 and the workpiece 45 is deviated depending on the processing state, the correction is performed in real time to always maintain a highly accurate processing state.
【0036】なお、図2中の姿勢決め機構51を微細位
置決め機構に代えることも可能であり、その場合は、従
来のサドル46およびテーブル47では達成できない高
精度のx,y方向の位置決めが可能となる。また、図2
中の各部に設置したフェイルセイフ機構は、マシニング
・センタ20の知能化を進めるにあたり、各アクチュエ
ータにそれぞれ設置される力センサを始めとして、加工
具42と被加工物45等が、予想しない過大な負荷によ
り破損されるのを防止するためのものである。さらに、
本発明は、実施例に示したC形構造のマシニング・セン
タ以外の加工機械、例えば旋盤、研削盤、プレス機械等
にも同様に適用することができる。The posture determining mechanism 51 shown in FIG. 2 can be replaced with a fine positioning mechanism. In that case, high-accuracy x and y positioning that cannot be achieved by the conventional saddle 46 and table 47 is possible. Becomes FIG.
The fail-safe mechanism installed in each part of the inside of the machining center 20 has an undesirably excessively large amount of unexpected force such as the force sensor installed in each actuator, the processing tool 42 and the work piece 45, etc. in order to promote the intelligence of the machining center 20. This is to prevent the load from damaging it. further,
The present invention can be similarly applied to processing machines other than the machining center having the C-shaped structure shown in the embodiments, such as a lathe, a grinder, and a press machine.
【0037】[0037]
【発明の効果】以上述べたように第1の発明によれば、
加工データに基づくNCコントローラの指令により加工
される被加工物の現在および所定時間後の形状を、セン
サの検出値とデータベースを参照して定量的に再現また
は予測して、目標とする形状とそれぞれ比較し、その結
果を補正信号としてNCコントローラへ送ることによ
り、NCコントローラの出力値がフィード・バック制御
およびフィード・フォワード制御によりリアルタイムで
補正されて、加工精度が向上する。As described above, according to the first invention,
The current shape and the shape of the work piece to be processed by the command of the NC controller based on the processing data are quantitatively reproduced or predicted by referring to the detection value of the sensor and the database, and the target shape and the target shape, respectively. By comparing and sending the result as a correction signal to the NC controller, the output value of the NC controller is corrected in real time by the feed back control and the feed forward control, and the machining accuracy is improved.
【0038】第2の発明によれば、加工具と被加工物と
を支持する構造体の一部および/または加工具や被加工
物の送り装置に微調整用のアクチュエータが設置されて
加工具と被加工物の相対位置・姿勢が微調整されること
により、NCコントローラの制御動作だけでは実現でき
ない微小な補正が可能となり、加工精度がさらに向上す
る。第3の発明によれば、両比較手段の補正信号により
補正されてからの加工結果がセンサの検出値により確認
されながら、加工データごとにデータベース内の知識・
パラメータが更新または蓄積されることにより、更に信
頼性のあるデータベースが構築されて加工精度が次第に
向上していく。According to the second aspect of the present invention, a fine adjustment actuator is installed in a part of the structure supporting the processing tool and the workpiece and / or in the processing tool or the feeding device of the processing tool. By finely adjusting the relative position / orientation of the workpiece, it becomes possible to make a minute correction that cannot be realized only by the control operation of the NC controller, and the machining accuracy is further improved. According to the third aspect of the present invention, while the processing result after being corrected by the correction signals of both the comparing means is confirmed by the detection value of the sensor, the knowledge in the database for each processing data
By updating or accumulating the parameters, a more reliable database is constructed and the machining accuracy is gradually improved.
【図1】実施例の全体構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of an embodiment.
【図2】実施例に係るマシニング・センタの構成を示す
説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration of a machining center according to an embodiment.
【図3】加工機械の加工状態を模式的に示した説明図で
ある。FIG. 3 is an explanatory view schematically showing a processing state of the processing machine.
15 NCコントローラ 16 微調整用コントローラ 20 マシニング・センタ 21 アクチュエータ 22 微調整用のアクチュエータ 23 センサ 30 知能化コントローラ 31 加工データ記憶手段 32 データベース 33 被加工物目標形状再現手段 34 被加工物現在形状再現手段 35 被加工物未来形状予測手段 36,37 比較手段 38 データベース更新/蓄積手段 41 ベース 42 加工具 43 コラム 44 ヘッド 45 被加工物 46 サドル 47 テーブル 49 六分力テーブル 51 姿勢決め機構 53 力センサ 54 力センシングホルダ 55 スピンドル 56 トルク・スラストセンサ 58,61 モータ 62 ボールネジ 63 ロードセル 65 変形センサ 66 アクティブ構造体 67,68 温度センサ 69 カメラ 15 NC controller 16 Fine adjustment controller 20 Machining center 21 Actuator 22 Fine adjustment actuator 23 Sensor 30 Intelligent controller 31 Processing data storage means 32 Database 33 Workpiece target shape reproduction means 34 Workpiece current shape reproduction means 35 Workpiece future shape prediction means 36, 37 Comparison means 38 Database update / accumulation means 41 Base 42 Work tool 43 Column 44 Head 45 Workpiece 46 Saddle 47 Table 49 Six-component force table 51 Attitude determination mechanism 53 Force sensor 54 Force sensing Holder 55 Spindle 56 Torque / Thrust Sensor 58,61 Motor 62 Ball Screw 63 Load Cell 65 Deformation Sensor 66 Active Structure 67,68 Temperature Sensor 69 Camera
Claims (3)
をNCコントローラに入力し、その加工データに基づく
NCコントローラの指令によりアクチュエータを作動さ
せて加工具と被加工物を所定の相対位置・姿勢に支持し
ながら被加工物を加工する加工機械において、 加工具、被加工物、加工具と被加工物とを支持する構造
体の各部にそれぞれ加えられる熱と力の値および熱と力
により生じる変形量を検出するセンサと、 入力された加工データを記憶しておく手段と、 加工具が被加工物を加工する際に熱と力に起因して加工
の種類ごとに発生し加工精度確保の障害となる加工現象
についての知識、およびその加工現象を定量的に再現ま
たは予測するために用いられる各種パラメータを蓄積し
たデータベースと、 加工データに基づき現在および所定時間後における被加
工物の目標とする加工形状を定量的に再現する手段と、 センサの検出値と加工データに基づきデータベースを参
照して現在における被加工物の実際の加工形状を定量的
に再現する手段と、 再現された現在における被加工物の実際の加工形状と加
工データとセンサの検出値に基づきデータベースを参照
し、そのまま加工を続けた場合に所定時間後に得られる
被加工物の加工形状を定量的に予測する手段と、 再現された現在における被加工物の目標とする加工形状
と実際の加工形状とを比較し、その差分から補正信号を
作成しNCコントローラへ送る第1の比較手段と、 再現された所定時間後における被加工物の目標とする加
工形状とそのまま加工を続けた場合に得られる実際の加
工形状とを比較し、その差分から補正信号を作成しNC
コントローラへ送る第2の比較手段と、NCコントローラ内にあって第1の比較手段から入力さ
れた補正信号に基づくフィード・バック制御により、被
加工物の加工形状がより目標に近づくように出力指令を
補正する手段と、 NCコントローラ内にあって第2の比較手段から入力さ
れた補正信号に基づく フィード・フォワード制御によ
り、被加工物の所定時間後の加工形状がより目標に近づ
くように出力指令を補正する手段と、 を備えたことを特徴とする加工機械。1. Machining data consisting of a tool path and machining conditions
To the NC controller and based on the processed data
Actuator is operated by the command of NC controller.
To support the processing tool and the work piece in a predetermined relative position and posture.
However, in a processing machine that processes a work piece, a work tool, a work piece, and a structure that supports the work tool and the work piece.
Heat and force values and heat and force applied to each part of the body
Sensor that detects the amount of deformation caused by the process, a means that stores the input processing data, and a tool that processes the workpiece due to heat and force.
Machining phenomenon that occurs for each type of machine and becomes an obstacle to ensuring machining accuracy
Knowledge and its processing phenomenon quantitatively reproduced.
Or store various parameters used to predict
Database and the added data at the current time and after a predetermined time based on the processed data.
Refer to the database based on the detection value of the sensor and the processing data, as well as the means to quantitatively reproduce the target processing shape of the workpiece.
In light of this, the actual machining shape of the current work piece is quantitative
And the actual machining shape of the current workpiece that has been reproduced.
Refers to the database based on engineering data and sensor detection values
However, if you continue processing, it will be obtained after a predetermined time
Means for quantitatively predicting the machining shape of the work piece, and the target machining shape of the current work piece reproduced
And the actual processed shape are compared, and the correction signal is calculated from the difference.
Create and send to NC controllerFirstThe comparison means and the target load of the work piece after the reproduced time.
The actual shape that can be obtained by continuing machining with the work shape.
Comparing with the work shape, create a correction signal from the difference and NC
Send to controllerSecondComparison means,Input from the first comparison means in the NC controller.
Feedback control based on the corrected signal
Output command to make the processed shape of the work piece closer to the target.
Means to correct, Input from the second comparison means in the NC controller.
Based on the corrected signal Feed-forward control
The shape of the work piece after the specified time has come closer to the target.
To correct the output command so that A processing machine characterized by having.
たは加工具や被加工物の送り装置に設置されて加工具と
被加工物の相対位置・姿勢を微調整するアクチュエータ
と、第1および第2の比較手段から出力された補正信号に基
づき微調整用アクチュエータを作動させて、上記NCコ
ントローラによるアクチュエータの作動では補正できな
い微小な補正を行うコントローラと、 を備えたことを特徴とする加工機械。2. The processing machine according to claim 1, wherein a part of the structure supporting the processing tool and the workpiece and / or the structure.
Or a processing tool that is installed on the processing tool or the feeding device for the workpiece.
An actuator that finely adjusts the relative position and orientation of the workpiece
When,Based on the correction signals output from the first and second comparing means,
Then, operate the fine adjustment actuator to
It cannot be corrected by the actuator operation by the controller.
A controller that makes small corrections A processing machine characterized by having.
第1および第2の比較手段の補正信号により補正された
後の加工結果をセンサの検出値により確認しながら加工
データごとにデータベース内の知識およびパラメータを
更新または蓄積する手段を備えたことを特徴とする加工
機械。3. The processing machine according to claim 1 or 2 ,
Corrected by the correction signals of the first and second comparison means
A processing machine comprising means for updating or accumulating knowledge and parameters in a database for each processing data while confirming a subsequent processing result by a detection value of a sensor.
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