JP4509348B2 - 数値制御旋盤における工具位置補正方法及び制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、数値制御旋盤における工具位置補正方法に関する。さらに本発明は、工具位置補正方法を数値制御旋盤で実施するための制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、数値制御旋盤（以下、ＮＣ旋盤と称する）に代表される自動旋盤（すなわち自動加工可能な旋盤）の分野では、棒状の被加工素材（以下、棒材と称する）から一層複雑な形状の工作物を加工できるようにするために、回転工具を含む多種類の工具を刃物台に装備して、旋削加工に加え、フライス加工等の多様な自動加工を実施可能とする複合機械化が進められている。さらに、加工時間の短縮を図るべく、１つの旋盤機台に、それぞれが互いに異なる制御軸に沿って動作可能な少なくとも１つの主軸及び少なくとも１つの刃物台を集約的に搭載し、同一棒材に対する異種（例えば外径削りと中ぐり）同時加工や、異なる棒材に対する同時加工を実施できるようにした多機能型のＮＣ旋盤が、種々提案されている。
【０００３】
この種のＮＣ旋盤では、高精度の自動加工を実現するために、主軸や刃物台を旋盤機台上の所与の制御軸に沿って送り動作させる駆動機構に、高精度の案内／位置決め機能を付与することが要求されている。駆動機構における案内精度や位置決め精度は、駆動源（例えばＡＣサーボモータ）の動作精度だけでなく、案内部材（例えばスライドガイド）や送りねじ装置（例えばボールねじ）等の構成部品の寸法精度、組立精度、剛性等の機械構造的精度に依存する。
【０００４】
ここで、従来のＮＣ旋盤において、刃物台が、棒材を把持する主軸の回転軸線に平行な制御軸（一般にＺ軸と称する）と、この制御軸に直交する１つ又は２つの制御軸（一般にＸ軸又はＹ軸と称する）とに沿って移動する構成は知られている。この構成では、刃物台に装着された工具は、刃物台をＺ軸に沿って様々な位置に移動させることによって、その刃先を加工対象棒材の長手方向所望部位に接触させるので、加工完成品が長尺になるほど、刃物台のＺ軸駆動機構の案内／位置決め精度が加工精度に及ぼす影響は増大する。例えば、Ｚ軸駆動機構の案内／位置決め精度の不足によって、刃物台の実際のＺ軸案内方向が主軸回転軸線に平行な正規の（理論上の）Ｚ軸に対し僅かでも傾斜している場合には、最初に工具を座標系原点位置で正確に位置合わせしたとしても、刃物台がＺ軸方向へ移動するに伴って、工具の刃先の経路は、Ｚ軸に平行な正規の経路からＺ軸に直交する方向へ次第に大きくずれてしまう傾向がある。したがって、特にＺ軸移動可能な刃物台に対しては、Ｚ軸駆動機構の動作精度及び機械構造的精度を可及的に向上させることが必要となっている。
【０００５】
他方、従来のＮＣ旋盤において、旋盤外部から供給された棒材を把持して回転する主要な（又は正面側の）第１主軸と、第１主軸の回転軸線に平行な回転軸線を有して第１主軸の軸線方向前方に同軸状に対向配置でき、第１主軸から受け渡された一部加工済みの棒材を把持して回転する補助的な（又は背面側の）第２主軸と、両主軸の回転軸線に平行な制御軸（Ｚ軸）及びＺ軸に直交する制御軸（Ｘ軸）を有する直交座標系内で移動可能なタレット刃物台とを備えた構成が知られている。この構成では、タレット刃物台は、所望の周方向割出角度位置にある工具保持部に一対の工具を互いに逆向きかつ同軸状に方向付けして保持でき、それら一対の工具によって、第１及び第２主軸のそれぞれに把持された棒材を順次に加工できるだけでなく、タレット刃物台自体の送り動作に同期重畳して両主軸を送り動作させることにより、両主軸に把持された棒材の同時加工も実施できるようになっている。
【０００６】
このような構成を有するＮＣ旋盤においては、タレット刃物台上の所望の工具保持部で互いに逆向きに方向付けした一対の工具が、工具保持部への組付け誤差等により、互いに正確には同軸配置されておらず、その結果、各工具を加工プログラムに従って移動させたときの指定位置に対する実際位置の誤差が互いに異なる量となる場合がある。このような場合に、それら一対の工具によって、同軸状に対向配置した第１及び第２主軸のそれぞれに把持した棒材を同時加工しようとすると、両工具はタレット刃物台の同一の送り動作に伴って移動するので、それら工具による加工精度に差が生じることになる。したがって上記構成では、異なる棒材に対する同時加工時の加工精度を共に高水準に維持すべく、互いに逆向きに方向付けした一対の工具を工具保持部上で互いに可及的正確に同軸配置することが要求されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
Ｚ軸移動可能な刃物台を有する上記した従来のＮＣ旋盤では、Ｚ軸駆動機構の案内／位置決め精度を一層向上させる以外に、高精度の自動加工を実現するための有効な対策が無かった。しかし、Ｚ軸駆動機構の動作精度及び機械構造的精度を向上させることは自ずと限界があり、したがってμｍオーダの精密加工で許容し得る水準までＺ軸送り動作の誤差を低減することは困難であった。そこで、ＮＣ旋盤に組み込まれたＮＣ装置において、プログラム上で指定された工具の位置座標を、加工動作制御の開始前に適宜自動補正する工具位置補正方法を補助的に実施することが有効であると考えられる。しかし、従来公知の工具位置補正方法は、例えば加工対象棒材の中心軸線を基準として特定位置にある刃物台上の工具の刃先位置を自動補正する等の、工具自体の寸法誤差や組付け誤差に起因した刃先の位置ずれを補正する方法であって、刃物台駆動機構の送り動作の誤差に起因して生ずる刃物台装着工具の刃先の位置ずれを自動補正するために適用することは困難であった。
【０００８】
また、タレット刃物台上で互いに逆向きに方向付けした一対の工具を用いて、同軸状に対向配置した第１及び第２主軸のそれぞれに把持した棒材を同時加工できる上記した従来のＮＣ旋盤では、タレット刃物台の工具保持部への各工具の組付け精度を一層向上させる以外に、両棒材に対する高精度の同時加工を実現するための有効な対策が無かった。しかし、工具保持部への各工具の組付け精度を向上させることは自ずと限界があり、したがってμｍオーダの精密加工で許容し得る程度まで両工具の軸ずれを低減することは困難であった。そこで従来は、互いに逆向きに方向付けした一対の工具のうち、予め定めた一方の工具による加工精度だけを所望水準に維持できるように、その工具の位置を自動補正しつつタレット刃物台の送り動作を制御していた。しかしこのような対処法では、一対の棒材への同時加工工程で要求される加工精度の水準の変動に柔軟に対応することができず、常に最初に定めた側の工具による加工精度だけが所望水準に設定されてしまうという課題があった。
【００１０】
本発明の目的は、旋盤機台上で、互いに同軸状に対向配置可能な第１及び第２主軸と、互いに直交する複数の制御軸に沿って移動可能な刃物台とを有し、刃物台上の所望の工具保持部に互いに逆向きに方向付けして保持した一対の工具によって両主軸のそれぞれに把持した棒材を同時加工できるＮＣ旋盤における工具位置補正方法であって、一対の棒材への同時加工工程で要求される加工精度の水準の変動に柔軟に対応して、両工具による加工精度をそれぞれに所望の水準に設定するように、加工動作制御に際して各工具の位置を適宜自動補正できる工具位置補正方法を提供することにある。
【００１１】
本発明のさらに他の目的は、上記したような工具位置補正方法をＮＣ旋盤において実施するための制御装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、互いに平行な回転軸線を有して同軸状に対向配置可能な第１主軸及び第２主軸と、該第１及び第２主軸の該回転軸線に平行な理論制御軸に沿って移動可能な刃物台とを有し、該刃物台上で該理論制御軸に沿って互いに逆向きに装着した一対の工具により、該第１及び第２主軸のそれぞれに把持された異なる棒材を同時加工できるように構成される数値制御旋盤で、該一対の工具による同時加工工程における該刃物台の移動位置を自動補正するための工具位置補正方法であって、同時加工に使用する前記一対の工具を加工時の姿勢で前記刃物台に固定的に装着し、前記刃物台に装着した前記一対の工具の各々に関して、加工プログラムで指定される工具位置に対する実際位置の誤差を求め、前記一対の工具に関して求めた前記誤差に対し、それら誤差を補正する程度を相対的に表す補正割合であって、前記異なる棒材のそれぞれに要求される加工精度に応じて変更可能な補正割合を設定し、前記補正割合に基づいて、前記誤差に対する最適補正量を算出し、該最適補正量に従って前記刃物台の移動位置を補正すること、を特徴とする工具位置補正方法を提供する。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の工具位置補正方法を実施するための制御装置であって、前記最適補正量を算出するための計算式を記憶するとともに、入力された前記加工プログラムで指定される前記一対の工具に関する工具移動位置を、該計算式から算出した該最適補正量に従って補正し、該補正した工具移動位置に基づいて前記刃物台の移動を制御することを特徴とする制御装置を提供する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図面において、同一又は類似の構成要素には共通の参照符号を付す。
まず図１を参照して、本発明に係る工具位置補正方法を好都合に実施できる数値制御（ＮＣ）旋盤１０の全体構成を概説する。ＮＣ旋盤１０は、１つの旋盤機台１２に２個の主軸１４、１６及び２個の刃物台１８、２０を集約的に搭載し、バイト、ドリル等の旋削工具やフライス等の回転工具を含む種々の工具２２により、同一棒材に対する異種（例えば外径削りと中ぐり）同時加工や、異なる棒材に対する同時加工を実施できるようにした多機能構造を有するものである。
【００１８】
すなわちＮＣ旋盤１０は、旋盤機台１２と、旋盤機台１２上に設置され、回転軸線１４ａを有する第１主軸１４と、旋盤機台１２上に設置され、複数の工具２２を並列配置で保持できる第１刃物台１８と、旋盤機台１２上に設置され、互いに異なる刃先方向性を示す第１列及び第２列のそれぞれに複数の工具２２を並列配置で保持できる第２刃物台２０と、旋盤機台１２上に設置され、第１主軸１４の回転軸線１４ａに平行な回転軸線１６ａを有して、第１主軸１４に対向配置可能な第２主軸１６とを備える。
【００１９】
旋盤機台１２は、機台前面に傾斜案内面１２ａを有するいわゆるスラントベッド構造を有し、第１主軸１４、第２主軸１６、第１刃物台１８及び第２刃物台２０をそれぞれに独立して、傾斜案内面１２ａを基準とする３つの直交座標系において摺動可能に担持する。旋盤機台１２にはさらに、後述する制御（ＮＣ）装置２４を操作するための操作盤２６が搭載される。
【００２０】
第１主軸１４は、旋盤外部から供給された棒材を把持して回転する主要な（又は正面側の）主軸であり、図示しない軸受装置を介して第１主軸台２８に回転自在に内蔵される。第１主軸台２８は、旋盤機台１２の長手方向一端領域に設定された第１主軸搭載部３０に摺動自在に搭載される。第１主軸搭載部３０には、第１主軸台２８を、旋盤機台１２の傾斜案内面１２ａを基準とする直交３軸座標系において、傾斜案内面１２ａ及び第１主軸１４の回転軸線１４ａに平行な送り制御軸（Ｚ１軸と称する）に沿って直線移動させる第１主軸駆動機構３２（ＡＣサーボモータ、スライドガイド、ボールねじ等）が設置される。第１主軸台２８にはさらに、第１主軸１４を回転駆動する回転駆動源３４（図２）として、例えばビルトイン型ＡＣサーボモータが内蔵される。したがって第１主軸１４は、第１主軸駆動機構３２の作動により、それ自体の回転軸線１４ａに平行な送り制御軸（Ｚ１軸）に沿って、第１主軸台２８と共に直線往復動作できる。
【００２１】
旋盤機台１２の長手方向略中央には、第１主軸搭載部３０に隣接してコラム３６が立設される。コラム３６には、第１主軸台２８から軸線方向前方に離隔した所定位置に、第１主軸１４に把持された棒材を、その先端の被加工部位の近傍で支持する補助支持装置としてのガイドブッシュ３８が設置される。ガイドブッシュ３８は、第１主軸１４に対し同軸状に配置され、旋削加工中に棒材をその被加工部位に振れが生じないように心出し支持する。
【００２２】
第１刃物台１８は、旋盤機台１２上で第１刃物台搭載部として機能するコラム３６の前面に移動自在に搭載され、第１主軸１４の軸線方向前方に位置するガイドブッシュ３８の側方に退避して配置される。コラム３６には、第１刃物台１８を、旋盤機台１２の傾斜案内面１２ａを基準とする直交３軸座標系において、傾斜案内面１２ａ及び第１主軸１４の回転軸線１４ａ（すなわちＺ１軸）に直交する送り制御軸（Ｘ１軸と称する）と、Ｚ１軸及びＸ１軸の両者に直交する送り制御軸（Ｙ１軸と称する）とに沿って直線移動させる第１刃物台駆動機構４０（Ｘ１軸駆動用及びＹ１軸駆動用のそれぞれのＡＣサーボモータ、スライドガイド、ボールねじ等）が設置される。
【００２３】
第１刃物台１８は、複数の工具２２を並列配置で保持するいわゆるくし歯刃物台であり、バイト、ドリル等の旋削工具やフライス等の回転工具を、コラム３６の前面に平行な仮想平面に沿って、かつ第１主軸１４の回転軸線１４ａに対し放射状に位置決め可能な配置で装備できる。図示の例では、第１刃物台１８は、複数の工具２２をＹ１軸方向に並列配置して保持できる第１保持部４２と、第１保持部４２の近傍で、複数の工具２２をＸ１軸方向に並列配置して保持できる第２保持部４４とを有して構成される。
【００２４】
したがって、第１刃物台１８は、そのＹ１軸移動によって第１保持部４２から割出選択された所望の工具２２の刃先を、ＮＣ装置２４に入力された加工プログラムに従う第１刃物台１８自体のＸ１軸移動と前述した第１主軸１４のＺ１軸移動との協働により、補間動作させることができる。同様に第１刃物台１８は、そのＸ１軸移動によって第２保持部４４から割出選択された所望の工具２２の刃先を、ＮＣ装置２４に入力された加工プログラムに従う第１刃物台１８自体のＹ１軸移動と第１主軸１４のＺ１軸移動との協働により、補間動作させることができる。さらに第１刃物台１８は、第２保持部４４に装備した回転工具２２Ｒの刃先を、ＮＣ装置２４に入力された加工プログラムに従う第１刃物台１８自体のＸ１軸移動とＹ１軸移動との協働により、補間動作させることができる。このようにして、ＮＣ装置２４の制御下で、第１主軸１４に把持された棒材を、第１刃物台１８上の所望の工具２２により所望形状に加工することができる。
【００２５】
第２刃物台２０は、旋盤機台１２上でコラム３６を挟んで第１主軸搭載部３０の反対側に設定された第２刃物台搭載部４６に移動自在に搭載される。第２刃物台搭載部４６には、第２刃物台２０を、旋盤機台１２の傾斜案内面１２ａを基準とする直交２軸座標系において、傾斜案内面１２ａに平行でかつ第１主軸１４の回転軸線１４ａ（すなわちＺ１軸）に直交する送り制御軸（Ｘ２軸と称する）と、Ｚ１軸に平行な送り制御軸（Ｚ２軸と称する）とのそれぞれに沿って直線移動させる第２刃物台駆動機構４８（Ｘ２軸駆動用及びＺ２軸駆動用のそれぞれのＡＣサーボモータ、スライドガイド、ボールねじ等）が設置される。
【００２６】
第２刃物台２０は、複数の工具２２を、互いに異なる刃先方向性を示す第１列及び第２列にくし歯状に保持できるものであり、バイト、ドリル等の旋削工具やフライス等の回転工具を、旋盤機台１２の傾斜案内面１２ａに平行な仮想平面に沿って、かつ第１主軸１４の回転軸線１４ａに対し平行又は同軸状に位置決め可能な配置で装備できる。図示の例では、第２刃物台２０は、複数の工具２２を、第１刃物台１６を搭載するコラム３６に対向するように方向付けして、かつＸ２軸方向に並列配置して、第１列に保持できる第１保持部５０（図３）と、第１保持部５０の反対側で、複数の工具２２を、第１保持部５０に装着した複数の工具２２と同じ位置にそれぞれ逆向きかつ同軸状に方向付けして、第２列に保持できる第２保持部５２（図３）とを有して構成される。第２刃物台２０の第１保持部５０に装着される第１列の工具２２は、第１主軸１４に把持した棒材を加工するための刃先方向性を有する。また、第２刃物台２０の第２保持部５２に装着される第２列の工具２２は、第２主軸１６に把持した棒材を加工するための刃先方向性を有する。
【００２７】
したがって、第２刃物台２０は、それ自体のＸ２軸移動によって第１保持部５０から割出選択された所望の工具２２の刃先を、ＮＣ装置２４に入力された加工プログラムに従う第２刃物台２０自体のＸ２軸移動とＺ２軸移動との協働により、補間動作させることができ、また、ＮＣ装置２４に入力された加工プログラムに従い、第２刃物台２０自体のＺ２軸移動を第１主軸１４のＺ１軸移動に重畳させて動作させることができる。このようにして、第１主軸１４に把持された棒材を、第２刃物台２０上の第１列から選択された所望の工具２２により所望形状に加工することができる。
【００２８】
第２主軸１６は、旋盤機台１２上でコラム３６を挟んで第１主軸搭載部３０の反対側に、第２刃物台搭載部４６に隣接して設定された第２主軸搭載部５４に移動自在に搭載され、第１主軸１４の回転軸線１４ａに平行な回転軸線１６ａを有して、第１主軸１４すなわちガイドブッシュ３８の軸線方向前方に同軸状に対向可能に配置される。第２主軸１６は、第１主軸１４から受け渡された一部加工済みの棒材を把持して回転する補助的な（又は背面側の）主軸であり、図示しない軸受装置を介して第２主軸台５６に回転自在に内蔵される。
【００２９】
第２主軸搭載部５４には、第２主軸１６を、旋盤機台１２の傾斜案内面１２ａを基準とする直交２軸座標系において、第２刃物台２０の１つの送り制御軸であるＸ２軸に平行な送り制御軸（Ｘ３軸と称する）と、第１主軸１４の送り制御軸であるＺ１軸に平行な送り制御軸（Ｚ３軸と称する）とのそれぞれに沿って直線移動させる第２主軸駆動機構５８（Ｘ３軸駆動用及びＺ３軸駆動用のそれぞれのＡＣサーボモータ、スライドガイド、ボールねじ等）が設置される。また、第２主軸台５６にはさらに、第２主軸１６を回転駆動する回転駆動源６０（図２）として、例えばビルトイン型ＡＣサーボモータが内蔵される。したがって第２主軸１６は、第２主軸駆動機構５８の作動により、Ｘ３軸とＺ３軸とのそれぞれに沿って、第２主軸台５６と共に直線往復動作できる。
【００３０】
このように第２主軸１６は、第２刃物台２０の１つの送り制御軸であるＸ２軸に平行な送り制御軸（Ｘ３軸）に沿って直線移動できる。したがって、第２刃物台２０は、それ自体のＸ２軸移動と第２主軸１６のＸ３軸移動との少なくとも一方によって、第２保持部５２に装備した第２列の工具２２から所望の工具２２を割出選択できる。そして第２刃物台２０は、選択された所望の工具２２の刃先を、ＮＣ装置２４に入力された加工プログラムに従う第２主軸１６のＸ３軸移動とＺ３軸移動との協働により、相対的に補間動作させることができ、また、ＮＣ装置２４に入力された加工プログラムに従い、第２主軸１６のＺ３軸移動を第２刃物台２０自体のＺ２軸移動に重畳させて動作させることができるとともに、第２主軸１６のＸ３軸移動を第２刃物台２０自体のＸ２軸移動に重畳させて動作させることができる。このようにして、第２主軸１６に把持された棒材を、第２刃物台２０上の第２列から選択された所望の工具２２により所望形状に加工することができる。
【００３１】
ＮＣ旋盤１０は、ＮＣ装置２４の制御下で、上記構成を有する２台の刃物台１８、２０上で選択した最多で３個の工具２２を同時使用して、正面側及び背面側の両主軸１４、１６に把持した棒材をそれぞれに自動加工でき、特に、それら３個の工具２２の各々に指令される固有の補間動作を同時に遂行できるように構成される。
【００３２】
図２は、そのような多様な自動加工を遂行するためのＮＣ装置２４の構成を示す。ＮＣ装置２４は、入力部１００、表示部１０２、演算制御部１０４及びサーボ制御部１０６を備える。入力部１００は、操作盤２６に設置される数値キー付きのキーボード１０８（図１）を有し、第１及び第２主軸１４、１６並びに第１及び第２刃物台１８、２０のそれぞれの動作を制御するために必要なデータ（工具の選択、物品の形状寸法、主軸回転数、工具の送り速度等）を含む、各工具２２に関する加工プログラム（すなわちブロック列）が、入力部１００から入力される。表示部１０２は、操作盤２６に設置されるＣＲＴ（ブラウン管）やＬＣＤ（液晶ディスプレイ）等の表示画面１１０（図１）を有し、入力部１００で入力された加工プログラムを表示画面１１０に表示したり、対話方式として表示画面１１０上でシミュレーションしながらの自動プログラミングを可能にしたりする。
【００３３】
演算制御部１０４は、記憶部を構成するＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）１１２及びＲＯＭ（リードオンリーメモリ）１１４と、処理部を構成するＣＰＵ（中央処理装置）１１６とを有する。入力部１００で入力された各種データを含む複数の工具２２に関する複数の加工プログラムは、ＣＰＵ１１６の指示によりＲＡＭ１１２又はＲＯＭ１１４に格納される。また、ＲＯＭ１１４には、第１及び第２主軸１４、１６並びに第１及び第２刃物台１８、２０を駆動するための制御プログラムが予め格納されている。ＣＰＵ１１６は、ＲＡＭ１１２又はＲＯＭ１１４に記憶した加工プログラム及びＲＯＭ１１４に格納された制御プログラムに基づいて、サーボ制御部１０６に制御指令を出力する。
【００３４】
サーボ制御部１０６は、第１主軸移動制御部１１８、第１主軸回転制御部１２０、第１刃物台移動制御部１２２、第２刃物台移動制御部１２４、第２主軸移動制御部１２６及び第２主軸回転制御部１２８を備える。第１主軸移動制御部１１８は、ＣＰＵ１１６の指令に基づき、第１主軸駆動機構３２を作動して、第１主軸台２８と共に第１主軸１４をＺ１軸移動させる。第１主軸回転制御部１２０は、ＣＰＵ１１６の指令に基づき、回転駆動源３４を作動して、第１主軸１４を第１主軸台２８内で割出回転させる。なお、旋削加工に際しての第１主軸１４の高速回転は、回転数等のデータに基づき、図示しない別の制御回路を介して制御される。
【００３５】
第１刃物台移動制御部１２２は、ＣＰＵ１１６の指令に基づき、第１刃物台駆動機構４０を作動して、第１刃物台１８をＸ１軸移動又はＹ１軸移動させる。第２刃物台移動制御部１２４は、ＣＰＵ１１６の指令に基づき、第２刃物台駆動機構４８を作動して、第２刃物台２０をＺ２軸移動とＸ２軸移動とで補間動作させる。
【００３６】
第２主軸移動制御部１２６は、ＣＰＵ１１６の指令に基づき、第２主軸駆動機構５８を作動して、第２主軸１６をＺ３軸移動とＸ３軸移動とで補間動作させる。第２主軸回転制御部１２８は、ＣＰＵ１１６の指令に基づき、回転駆動源６０を作動して、第２主軸１６を第２主軸台５６内で割出回転させる。なお、旋削加工に際しての第２主軸１６の高速回転は、回転数等のデータに基づき、図示しない別の制御回路を介して制御される。
【００３７】
上記した制御系において、ＮＣ装置２４は、第１主軸駆動機構３２、第１刃物台駆動機構４０、第２刃物台駆動機構４８及び第２主軸駆動機構５８を、互いに関連付けて制御することにより、第１刃物台１８で選択される所望の工具２２による第１主軸１４に関連する（すなわち第１主軸１４に把持した棒材に対する）加工工程と、第２刃物台２０で第１列から選択される所望の工具２２による第１主軸１４に関連する加工工程と、第２刃物台２０で第２列から選択される所望の工具２２による第２主軸１６に関連する（すなわち第２主軸１６に把持した棒材に対する）加工工程とのうちの、少なくとも２つの加工工程を同時に実施できるように機能する。さらにＮＣ装置２４は、第１刃物台１８で選択される工具２２の前述した補間動作と、第２刃物台２０で第１列から選択される工具２２の前述した補間動作と、第２刃物台２０で第２列から選択される工具２２の前述した補間動作とを同時に遂行できるように、第１主軸駆動機構３２、第１刃物台駆動機構４０、第２刃物台駆動機構４８及び第２主軸駆動機構５８を適宜に重畳制御することができる。
【００３８】
上記したように、ＮＣ旋盤１０は、第１主軸１４の回転軸線１４ａに平行な送り制御軸（Ｚ２軸）とＺ２軸に直交する送り制御軸（Ｘ２軸）とに沿って移動する第２刃物台２０を備えている。この構成では、第２刃物台２０の第１保持部５０及び第２保持部５２のそれぞれに装着された工具２２は、第２刃物台２０をＺ２軸に沿って様々な位置に移動させることによって、第１主軸１４及び第２主軸１６のそれぞれに把持された異なる加工対象棒材の長手方向所望部位に刃先を接触させる。したがってこの構成では、加工完成品が長尺になるほど、第２刃物台駆動機構４８の特にＺ２軸方向駆動構造の案内／位置決め精度が加工精度に及ぼす影響は増大する。例えば図３に示すように、第２刃物台２０をＺ２軸方向へ移動させようとする際に、第２刃物台駆動機構４８（図１）の案内／位置決め精度の不足によって、第２刃物台２０の実際のＺ２軸案内方向すなわち移動軸α（図３（ｂ）に実線で示す）が、第１主軸回転軸線１４ａに平行な正規のＺ２軸すなわち理論制御軸β（図３（ｂ）に鎖線で示す）に対し僅かでも傾斜している場合には、最初に工具２２を座標系原点位置で正確に位置合わせしたとしても、第２刃物台２０がＺ２軸方向へ移動するに伴って、工具２２の刃先の経路は、Ｚ２軸に平行な正規の経路からＺ２軸に直交する方向へ次第に大きくずれてしまう傾向がある。
【００３９】
本発明に係る第１の工具位置補正方法は、このような第２刃物台駆動機構４８の送り動作に起因して生ずる刃物台装着工具２２の刃先の位置ずれを、第２刃物台駆動機構４８の動作精度や機械構造的精度を向上させるだけでは達成できないような、例えばμｍオーダの精密加工で許容し得る水準まで低減するために、好都合に適用できるものである。以下、図３を参照して、この工具位置補正方法の好適な実施形態を説明する。なお以下の説明では、理解を助けるために、第２刃物台２０の第１保持部５０に棒材端面穴あけ用の工具（例えばドリル）２２−１を装着した場合の工具位置補正手順を図示、説明するが、バイト等の他の旋削工具に対しても、同様の手順で工具位置補正が可能であることは理解されよう。
【００４０】
まず、図３（ａ）に示すように、加工に使用する工具２２−１を加工時の姿勢で第２刃物台２０の第１保持部５０に固定的に装着する。その状態で、第２刃物台２０をＮＣ装置２４（図２）の制御下で旋盤機台１２（図１）上の第１の位置Ｐ１に配置し、この第１の位置Ｐ１で、工具２２−１の刃先の第１座標Ｑ１（ｘ１，ｚ１）を、Ｘ２軸及びＺ２軸を有する直交座標系において求める。次いで、第２刃物台２０をＮＣ装置２４の制御下で、第１主軸回転軸線１４ａに平行な正規のＺ２軸方向すなわち理論制御軸β方向に第１の位置Ｐ１から旋盤機台１２上の第２の位置Ｐ２に移動し（図３（ｂ））、この第２の位置Ｐ２で、工具２２−１の刃先の第２座標Ｑ２（ｘ２，ｚ２）を、上記直交座標系において求める。これら第１及び第２座標Ｑ１、Ｑ２は、例えば旋盤機台１２に取り付けた計測器（図示せず）を用いて実測することにより求めることができる。このようにして求めた第１及び第２座標Ｑ１、Ｑ２は、ＮＣ装置２４のＲＡＭ１１２（図２）に直ちに格納される。
【００４１】
次に、ＮＣ装置２４のＣＰＵ１１６（図２）は、工具２２−１の刃先の第１座標Ｑ１（ｘ１，ｚ１）と第２座標Ｑ２（ｘ２，ｚ２）とから、第２刃物台２０が正規のＺ２軸（理論制御軸β）方向に移動する際の、Ｚ２軸に対する実際の移動軸αの変化率△ｘ／△ｚ＝（ｘ２−ｘ１）／（ｚ２−ｚ１）を求めるとともに、加工プログラムで指定される第２刃物台２０上の工具２２−１に関する工具移動位置（Ｘｐ，Ｚｐ）を補正するための補正量の計算式Ｘｃ＝（△ｘ／△ｚ）×Ｚｐを作成する。ここで、Ｚｐは、加工プログラムにおける工具移動位置のＺ２軸上の指定座標値であり、したがって補正量Ｘｃは、同工具移動位置のＸ２軸上の指定座標値Ｘｐに対する補正量、つまり第２刃物台２０上の工具２２−１のＸ２軸方向への位置ずれを相殺するための補正量となる。このようにして作成した補正量Ｘｃの計算式は、ＮＣ装置２４のＲＡＭ１１２に直ちに格納される。
【００４２】
その後、加工工程を実行する際に、ＮＣ装置２４のＣＰＵ１１６は、ＲＡＭ１１２に入力され記憶された加工プログラムで指定される第２刃物台２０上の工具２２−１に関する全ての工具移動位置（Ｘｐｎ，Ｚｐｎ）に対し、格納した計算式Ｘｃｎ＝（△ｘ／△ｚ）×Ｚｐｎを用いて補正量を算出し、それら工具移動位置を自動的に補正する。したがって自動補正された工具移動位置は、（Ｘｐｎ−Ｘｃｎ，Ｚｐｎ）となる。そして、これら自動補正された工具移動位置の指令に従って、第２刃物台移動制御部１２６（図２）が第２刃物台駆動機構４８を作動させると、第２刃物台２０は、第２刃物台駆動機構４８の動作精度や機械構造的精度の不足に起因して生ずる位置ずれを自動的に相殺しつつ移動して、工具２２−１を指定通りの位置に正確に位置決めする。その結果、第２刃物台２０の第１保持部５０に装着した工具２２−１により、棒材に所望の加工を高精度に実施することが可能になる。
【００４３】
このように、上記した工具位置補正方法によれば、第２刃物台２０がＸ２軸上のどの位置にあるときに加工工程が実施されるかを全く考慮せずに、加工プログラムの実行に先立ち、第２刃物台駆動機構４８のＺ２軸送り動作に起因して生ずる第２刃物台２０上の工具２２の刃先の位置ずれを予め測定してＮＣ装置２４に入力するだけで、そのような位置ずれを加工動作制御に際して適宜自動補正することができる。したがって、ＮＣ旋盤１０において、第２刃物台駆動機構４８の動作精度や機械構造的精度を向上させるだけでは達成できないような、例えばμｍオーダの精密加工で許容し得る水準の、第２刃物台２０上の工具２２による高精度の自動加工を実現することができる。
【００４４】
なお、上記した工具位置補正方法において、Ｚ２軸に対する第２刃物台２０の移動軸αの変化率△ｘ／△ｚを求めるための第２刃物台２０の第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２とは、第２刃物台駆動機構４８によるＺ２軸送りストロ−クの両端位置であることが、変化率△ｘ／△ｚの信頼性を高める観点で望ましい。また、３つ以上の複数の位置において工具２２−１の刃先の座標を求め、それらの座標から曲線近似により変化率を求めて２次や３次の計算式を作成することもできる。さらに、第２刃物台２０の前述した第１の位置Ｐ１は、工具２２−１の刃先を第１主軸回転軸線１４ａ上に配置する位置として図示されているが、これに限らず、計測器による計測が可能な範囲で他の位置を選択することもできる。
【００４５】
また、上記した工具位置補正方法によれば、第２刃物台２０の第１及び第２保持部５０、５２に装着した全ての工具２２に関し、補正量を算出するために作成した１つの上記計算式を用いて、加工プログラムで指定される全ての工具移動位置を自動補正することもできる。ただしこの場合、第１主軸１４の回転軸線１４ａと第２主軸１６の回転軸線１６ａとが互いに同軸に配置されている状態で、加工工程を実施することを前提とする。
【００４６】
さらに、上記した工具位置補正方法は、第２刃物台駆動機構４８のＸ２軸駆動構造の動作に起因して生ずる刃物台装着工具の刃先の位置ずれを補正するために適用することもできる。或いは、ＮＣ旋盤１０における第１刃物台駆動機構４０のＸ１軸駆動構造やＹ１軸駆動構造に対しても適用できる。
【００４７】
上記実施形態において、第２刃物台駆動機構４８の機械構造的精度の不足は、第２刃物台２０をＺ２軸方向へ移動させる際に、工具刃先の位置ずれをＸ２軸方向だけに生じるとは限らず、Ｘ２・Ｚ２平面から逸脱する方向へ三次元的な位置ずれを生じることも考えられる。このような場合には、上記した工具位置補正方法では、実際に生じる工具刃先の位置ずれのＸ２軸方向成分だけが補正されることになる。これに対し、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交３軸方向へ移動可能な構成を有する刃物台においては、上記した手順と同様にして、Ｙ軸方向への補正量Ｙｃを求めるための計算式も作成することができるので、補正量Ｘｃ及びＹｃを用いて、加工プログラムで指定される工具移動位置のＸ座標及びＹ座標を自動補正できる。その結果、工具刃先の三次元的な位置ずれも正確に補正することができる。
【００４８】
ところで、前述したように、ＮＣ旋盤１０の第２刃物台２０は、その第１及び第２保持部５０、５２に、少なくとも一対の工具２２をＺ２軸に沿って互いに逆向きかつ同軸状に方向付けして装着できる。そして第２刃物台２０は、それ自体の送り動作に同期して第１及び第２主軸１４、１６を適宜送り動作させることにより、互いに対応する位置で逆向きかつ同軸状に装着した一対の工具２２を用いて、第１及び第２主軸１４、１６のそれぞれに把持された異なる棒材の同時加工を実施できるようになっている。この構成では、第２刃物台２０上の対応位置で互いに逆向きに方向付けした一対の工具２２が、第１及び第２保持部５０、５２への組付け誤差等により、互いに正確には同軸配置されておらず、その結果、各工具２２を加工プログラムに従って移動させたときの指定位置に対する実際位置のＸ２軸方向への誤差が互いに異なる量となる場合がある。このような場合に、それら一対の工具２２によって、同軸状に対向配置した第１及び第２主軸１４、１６のそれぞれに把持した棒材を同時加工しようとすると、両工具２２は第２刃物台２０の同一の送り動作に伴って移動するので、それら工具２２による加工精度に差が生じることになる。
【００４９】
本発明に係る第２の工具位置補正方法は、第２刃物台２０上の対応位置で逆向きに保持された一対の工具２２同士が上記したＸ２軸方向への軸ずれを生じている場合に、両工具２２による加工精度をそれぞれに所望の水準に設定した状態で同時加工を実施できるようにするために、好都合に適用できるものである。以下、図４及び図５を参照して、この工具位置補正方法の好適な実施形態を説明する。なお以下の説明では、理解を助けるために、第２刃物台２０の第１及び第２保持部５０、５２に棒材端面穴あけ用の工具（例えばドリル）２２−１、２２−２を装着した場合の工具位置補正手順を図示、説明するが、バイト等の他の旋削工具に対しても、同様の手順で工具位置補正が可能であることは理解されよう。
【００５０】
まず、図４に示すように、第１及び第２主軸１４、１６を互いに同軸に対向配置してそれぞれに棒材Ｗ、Ｗ´を把持するとともに、加工に使用する工具２２−１、２２−２を加工時の姿勢で第２刃物台２０の第１及び第２保持部５０、５２にそれぞれ固定的に装着する。その状態で、第２刃物台２０をＮＣ装置２４（図２）の制御下で駆動して、例えば各工具２２−１、２２−２により棒材Ｗ、Ｗ´の軸線方向端面に試験的に穴あけ加工を施し、それにより、指定位置に対する実際位置のＸ２軸方向への誤差を各工具２２−１、２２−２のそれぞれに関し実測して求める。図５の例では、各棒材Ｗ、Ｗ´の軸線方向端面の中心に穴あけ加工を実施しようとする際の、各工具２２−１、２２−２が有する誤差γ1、γ2が拡大して示されている。なお、試験的穴あけ加工を実施する代わりに、各工具２２−１、２２−２を棒材Ｗ、Ｗ´の外周面に接触させる従来公知の三点接触法により、誤差γ1、γ2を求めることもできる。このようにして求めた誤差γ1、γ2は、ＮＣ装置２４のＲＡＭ１１２（図２）に直ちに格納される。
【００５１】
ここで、従来の工具位置補正方法を適用した場合には、同時加工工程を実行する際に、ＮＣ装置２４のＣＰＵ１１６は、ＲＡＭ１１２に記憶された誤差γ1、γ2のうち予め定めたいずれか一方のみを１００％相殺するように、加工プログラム上の工具指定位置のＸ２軸座標を補正して、第２刃物台２０を移動させることになる。これに対し、本発明に係る第２の工具位置補正方法は、オペレータが加工プログラムを作成する際に、ＮＣ装置２４のＲＡＭ１１２に、各工具２２−１、２２−２が有する誤差γ1、γ2に対する相対的補正程度を示す補正割合を、自由に設定して入力できるように構成される。つまり本発明によれば、一連の加工プログラム中で、１つの同時加工工程では第１主軸１４に把持された棒材Ｗに対してのみ高い加工精度が要求され、他の同時加工工程では両主軸１４、１６に把持された棒材Ｗ、Ｗ´に対し同程度の加工精度が要求され、さらに他の同時加工工程では第２主軸１６に把持された棒材Ｗ´に対してのみ高い加工精度が要求されるといった場合に、個々の同時加工工程において誤差γ1、γ2に対する補正割合を適宜指定して加工プログラムを作成することができる。
【００５２】
例えば、誤差γ2は考慮せず（補正割合０％）に誤差γ1だけを完全に相殺する（補正割合１００％）ことが要求される場合、オペレータは加工プログラム上で、誤差γ1に対する補正割合（百分率）を明記する所定のコード（例えば引数Ａ１００）を、工具２２−１を指令するブロックに併記することによって指定することができる。また、同様のコードを用いて、誤差γ1、γ2を同等に相殺（補正割合５０％）すること（例えば引数Ａ５０を併記）や、誤差γ1は考慮せず（補正割合０％）に誤差γ2だけを完全に相殺（補正割合１００％）すること（例えば引数Ａ０を併記）も、加工プログラム上で指定できる。つまりこの方法では、誤差γ1に対する補正割合を０〜１００の百分率で自由に指定することができる。
【００５３】
他方、ＮＣ装置２４のＲＡＭ１１２には、加工プログラムで指定される第２刃物台２０上の両工具２２−１、２２−２に関する工具移動位置を、Ｘ２軸方向へ補正するための最適補正量の計算式Ｘｏｃ＝Ｒγ1＋（１−Ｒ）γ2が、予め格納されている。ここで、Ｒは、工具２２−１の誤差γ1に対して指定された補正割合（小数）であり、したがって最適補正量Ｘｏｃは、第２刃物台２０上の両工具２２−１、２２−２の誤差γ1、γ2を指定割合に従って相殺するための補正量となる。
【００５４】
その後、加工工程を実行する際に、ＮＣ装置２４のＣＰＵ１１６は、ＲＡＭ１１２に入力され記憶された加工プログラム中の各同時加工工程で、工具２２−１の誤差γ1に対して指定された補正割合を所定コードから読み取って、格納した計算式Ｘｏｃ＝Ｒγ1＋（１−Ｒ）γ2を用いて最適補正量を算出し、当該同時加工工程で指定される両工具２２−１、２２−２に関する全ての工具移動位置（すなわち第２刃物台２０の移動位置）のＸ２軸座標を自動的に補正する。そして、これら自動補正された工具移動位置の指令に従って、第２刃物台移動制御部１２６（図２）が第２刃物台駆動機構４８を作動させると、第２刃物台２０は、指定された補正割合に従って誤差γ1、γ2を自動的に相殺しつつ移動して、一対の工具２２−１、２２−２を所望位置に位置決めする。その結果、第２刃物台２０の第１及び第２保持部５０、５２に互いに逆向きに装着した一対の工具２２−１、２２−２により、第１及び第２主軸１４、１６に把持された棒材Ｗ、Ｗ´にそれぞれ所望の加工精度で同時加工を実施することが可能になる。
【００５５】
このように、上記した工具位置補正方法によれば、第１及び第２主軸１４、１６に把持された棒材Ｗ、Ｗ´に対し、１つの加工プログラムにおける複数の同時加工工程で随時異なる加工精度が要求されたり、多数の部品を異なる加工精度で作製することが要求されたりする場合に、柔軟に対応して、第２刃物台２０上で互いに逆向きに装着した一対の工具２２により、両棒材Ｗ、Ｗ´をそれぞれに所望の精度で同時加工することができる。なお、第２刃物台２０上の１つの工具２２で棒材Ｗ、Ｗ´のいずれかを加工する際には、その工具２２の位置誤差の補正割合を１００％で指定すればよい。
【００５６】
以上、本発明の幾つかの好適な実施形態を説明したが、本発明はそれら実施形態に限定されず、特許請求の範囲の開示内で様々な変更及び修正を為し得るものである。例えば、本発明に係る第１及び第２の工具位置補正方法はいずれも、前述した複数の工具を互いに異なる刃先方向性を示す第１列及び第２列にくし歯状に保持できる第２刃物台を有するＮＣ旋盤に限らず、所望の周方向割出角度位置に一対の工具を互いに逆向きかつ同軸状に方向付けして保持できるタレット刃物台を備えるＮＣ旋盤にも適用できるものである。
【００５７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、旋盤機台上で、互いに同軸状に対向配置可能な第１及び第２主軸と、互いに直交する複数の制御軸に沿って移動可能な刃物台とを有し、刃物台上の所望の工具保持部に互いに逆向きに方向付けして保持した一対の工具によって両主軸のそれぞれに把持した棒材を同時加工できるＮＣ旋盤において、一対の棒材への同時加工工程で要求される加工精度の水準の変動に柔軟に対応して、両工具による加工精度をそれぞれに所望の水準に設定するように、加工動作制御に際して各工具の位置を適宜自動補正することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る工具位置補正方法を適用可能なＮＣ旋盤の全体構成を示す斜視図である。
【図２】図１のＮＣ旋盤に組み込まれたＮＣ装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る第１の工具位置補正方法の実施手順を説明する図で、（ａ）刃物台を第１の位置に配置した状態、及び（ｂ）刃物台を第２の位置に配置した状態を示す。
【図４】本発明に係る第２の工具位置補正方法の実施手順を説明する図で、第１主軸と第２主軸とを互いに同軸に対向配置した状態を示す。
【図５】本発明に係る第２の工具位置補正方法の実施手順を説明する図で、一対の工具同士の軸ずれを示す。
【符号の説明】
１０…ＮＣ旋盤
１４…第１主軸
１６…第２主軸
１８…第１刃物台
２０…第２刃物台
２２…工具
２４…ＮＣ装置
４０…第１刃物台駆動機構
４８…第２刃物台駆動機構
５０…第１保持部
５２…第２保持部
１１２…ＲＡＭ
１１４…ＲＯＭ
１１６…ＣＰＵ
【発明の属する技術分野】
本発明は、数値制御旋盤における工具位置補正方法に関する。さらに本発明は、工具位置補正方法を数値制御旋盤で実施するための制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、数値制御旋盤（以下、ＮＣ旋盤と称する）に代表される自動旋盤（すなわち自動加工可能な旋盤）の分野では、棒状の被加工素材（以下、棒材と称する）から一層複雑な形状の工作物を加工できるようにするために、回転工具を含む多種類の工具を刃物台に装備して、旋削加工に加え、フライス加工等の多様な自動加工を実施可能とする複合機械化が進められている。さらに、加工時間の短縮を図るべく、１つの旋盤機台に、それぞれが互いに異なる制御軸に沿って動作可能な少なくとも１つの主軸及び少なくとも１つの刃物台を集約的に搭載し、同一棒材に対する異種（例えば外径削りと中ぐり）同時加工や、異なる棒材に対する同時加工を実施できるようにした多機能型のＮＣ旋盤が、種々提案されている。
【０００３】
この種のＮＣ旋盤では、高精度の自動加工を実現するために、主軸や刃物台を旋盤機台上の所与の制御軸に沿って送り動作させる駆動機構に、高精度の案内／位置決め機能を付与することが要求されている。駆動機構における案内精度や位置決め精度は、駆動源（例えばＡＣサーボモータ）の動作精度だけでなく、案内部材（例えばスライドガイド）や送りねじ装置（例えばボールねじ）等の構成部品の寸法精度、組立精度、剛性等の機械構造的精度に依存する。
【０００４】
ここで、従来のＮＣ旋盤において、刃物台が、棒材を把持する主軸の回転軸線に平行な制御軸（一般にＺ軸と称する）と、この制御軸に直交する１つ又は２つの制御軸（一般にＸ軸又はＹ軸と称する）とに沿って移動する構成は知られている。この構成では、刃物台に装着された工具は、刃物台をＺ軸に沿って様々な位置に移動させることによって、その刃先を加工対象棒材の長手方向所望部位に接触させるので、加工完成品が長尺になるほど、刃物台のＺ軸駆動機構の案内／位置決め精度が加工精度に及ぼす影響は増大する。例えば、Ｚ軸駆動機構の案内／位置決め精度の不足によって、刃物台の実際のＺ軸案内方向が主軸回転軸線に平行な正規の（理論上の）Ｚ軸に対し僅かでも傾斜している場合には、最初に工具を座標系原点位置で正確に位置合わせしたとしても、刃物台がＺ軸方向へ移動するに伴って、工具の刃先の経路は、Ｚ軸に平行な正規の経路からＺ軸に直交する方向へ次第に大きくずれてしまう傾向がある。したがって、特にＺ軸移動可能な刃物台に対しては、Ｚ軸駆動機構の動作精度及び機械構造的精度を可及的に向上させることが必要となっている。
【０００５】
他方、従来のＮＣ旋盤において、旋盤外部から供給された棒材を把持して回転する主要な（又は正面側の）第１主軸と、第１主軸の回転軸線に平行な回転軸線を有して第１主軸の軸線方向前方に同軸状に対向配置でき、第１主軸から受け渡された一部加工済みの棒材を把持して回転する補助的な（又は背面側の）第２主軸と、両主軸の回転軸線に平行な制御軸（Ｚ軸）及びＺ軸に直交する制御軸（Ｘ軸）を有する直交座標系内で移動可能なタレット刃物台とを備えた構成が知られている。この構成では、タレット刃物台は、所望の周方向割出角度位置にある工具保持部に一対の工具を互いに逆向きかつ同軸状に方向付けして保持でき、それら一対の工具によって、第１及び第２主軸のそれぞれに把持された棒材を順次に加工できるだけでなく、タレット刃物台自体の送り動作に同期重畳して両主軸を送り動作させることにより、両主軸に把持された棒材の同時加工も実施できるようになっている。
【０００６】
このような構成を有するＮＣ旋盤においては、タレット刃物台上の所望の工具保持部で互いに逆向きに方向付けした一対の工具が、工具保持部への組付け誤差等により、互いに正確には同軸配置されておらず、その結果、各工具を加工プログラムに従って移動させたときの指定位置に対する実際位置の誤差が互いに異なる量となる場合がある。このような場合に、それら一対の工具によって、同軸状に対向配置した第１及び第２主軸のそれぞれに把持した棒材を同時加工しようとすると、両工具はタレット刃物台の同一の送り動作に伴って移動するので、それら工具による加工精度に差が生じることになる。したがって上記構成では、異なる棒材に対する同時加工時の加工精度を共に高水準に維持すべく、互いに逆向きに方向付けした一対の工具を工具保持部上で互いに可及的正確に同軸配置することが要求されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
Ｚ軸移動可能な刃物台を有する上記した従来のＮＣ旋盤では、Ｚ軸駆動機構の案内／位置決め精度を一層向上させる以外に、高精度の自動加工を実現するための有効な対策が無かった。しかし、Ｚ軸駆動機構の動作精度及び機械構造的精度を向上させることは自ずと限界があり、したがってμｍオーダの精密加工で許容し得る水準までＺ軸送り動作の誤差を低減することは困難であった。そこで、ＮＣ旋盤に組み込まれたＮＣ装置において、プログラム上で指定された工具の位置座標を、加工動作制御の開始前に適宜自動補正する工具位置補正方法を補助的に実施することが有効であると考えられる。しかし、従来公知の工具位置補正方法は、例えば加工対象棒材の中心軸線を基準として特定位置にある刃物台上の工具の刃先位置を自動補正する等の、工具自体の寸法誤差や組付け誤差に起因した刃先の位置ずれを補正する方法であって、刃物台駆動機構の送り動作の誤差に起因して生ずる刃物台装着工具の刃先の位置ずれを自動補正するために適用することは困難であった。
【０００８】
また、タレット刃物台上で互いに逆向きに方向付けした一対の工具を用いて、同軸状に対向配置した第１及び第２主軸のそれぞれに把持した棒材を同時加工できる上記した従来のＮＣ旋盤では、タレット刃物台の工具保持部への各工具の組付け精度を一層向上させる以外に、両棒材に対する高精度の同時加工を実現するための有効な対策が無かった。しかし、工具保持部への各工具の組付け精度を向上させることは自ずと限界があり、したがってμｍオーダの精密加工で許容し得る程度まで両工具の軸ずれを低減することは困難であった。そこで従来は、互いに逆向きに方向付けした一対の工具のうち、予め定めた一方の工具による加工精度だけを所望水準に維持できるように、その工具の位置を自動補正しつつタレット刃物台の送り動作を制御していた。しかしこのような対処法では、一対の棒材への同時加工工程で要求される加工精度の水準の変動に柔軟に対応することができず、常に最初に定めた側の工具による加工精度だけが所望水準に設定されてしまうという課題があった。
【００１０】
本発明の目的は、旋盤機台上で、互いに同軸状に対向配置可能な第１及び第２主軸と、互いに直交する複数の制御軸に沿って移動可能な刃物台とを有し、刃物台上の所望の工具保持部に互いに逆向きに方向付けして保持した一対の工具によって両主軸のそれぞれに把持した棒材を同時加工できるＮＣ旋盤における工具位置補正方法であって、一対の棒材への同時加工工程で要求される加工精度の水準の変動に柔軟に対応して、両工具による加工精度をそれぞれに所望の水準に設定するように、加工動作制御に際して各工具の位置を適宜自動補正できる工具位置補正方法を提供することにある。
【００１１】
本発明のさらに他の目的は、上記したような工具位置補正方法をＮＣ旋盤において実施するための制御装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、互いに平行な回転軸線を有して同軸状に対向配置可能な第１主軸及び第２主軸と、該第１及び第２主軸の該回転軸線に平行な理論制御軸に沿って移動可能な刃物台とを有し、該刃物台上で該理論制御軸に沿って互いに逆向きに装着した一対の工具により、該第１及び第２主軸のそれぞれに把持された異なる棒材を同時加工できるように構成される数値制御旋盤で、該一対の工具による同時加工工程における該刃物台の移動位置を自動補正するための工具位置補正方法であって、同時加工に使用する前記一対の工具を加工時の姿勢で前記刃物台に固定的に装着し、前記刃物台に装着した前記一対の工具の各々に関して、加工プログラムで指定される工具位置に対する実際位置の誤差を求め、前記一対の工具に関して求めた前記誤差に対し、それら誤差を補正する程度を相対的に表す補正割合であって、前記異なる棒材のそれぞれに要求される加工精度に応じて変更可能な補正割合を設定し、前記補正割合に基づいて、前記誤差に対する最適補正量を算出し、該最適補正量に従って前記刃物台の移動位置を補正すること、を特徴とする工具位置補正方法を提供する。
【００１６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の工具位置補正方法を実施するための制御装置であって、前記最適補正量を算出するための計算式を記憶するとともに、入力された前記加工プログラムで指定される前記一対の工具に関する工具移動位置を、該計算式から算出した該最適補正量に従って補正し、該補正した工具移動位置に基づいて前記刃物台の移動を制御することを特徴とする制御装置を提供する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図面において、同一又は類似の構成要素には共通の参照符号を付す。
まず図１を参照して、本発明に係る工具位置補正方法を好都合に実施できる数値制御（ＮＣ）旋盤１０の全体構成を概説する。ＮＣ旋盤１０は、１つの旋盤機台１２に２個の主軸１４、１６及び２個の刃物台１８、２０を集約的に搭載し、バイト、ドリル等の旋削工具やフライス等の回転工具を含む種々の工具２２により、同一棒材に対する異種（例えば外径削りと中ぐり）同時加工や、異なる棒材に対する同時加工を実施できるようにした多機能構造を有するものである。
【００１８】
すなわちＮＣ旋盤１０は、旋盤機台１２と、旋盤機台１２上に設置され、回転軸線１４ａを有する第１主軸１４と、旋盤機台１２上に設置され、複数の工具２２を並列配置で保持できる第１刃物台１８と、旋盤機台１２上に設置され、互いに異なる刃先方向性を示す第１列及び第２列のそれぞれに複数の工具２２を並列配置で保持できる第２刃物台２０と、旋盤機台１２上に設置され、第１主軸１４の回転軸線１４ａに平行な回転軸線１６ａを有して、第１主軸１４に対向配置可能な第２主軸１６とを備える。
【００１９】
旋盤機台１２は、機台前面に傾斜案内面１２ａを有するいわゆるスラントベッド構造を有し、第１主軸１４、第２主軸１６、第１刃物台１８及び第２刃物台２０をそれぞれに独立して、傾斜案内面１２ａを基準とする３つの直交座標系において摺動可能に担持する。旋盤機台１２にはさらに、後述する制御（ＮＣ）装置２４を操作するための操作盤２６が搭載される。
【００２０】
第１主軸１４は、旋盤外部から供給された棒材を把持して回転する主要な（又は正面側の）主軸であり、図示しない軸受装置を介して第１主軸台２８に回転自在に内蔵される。第１主軸台２８は、旋盤機台１２の長手方向一端領域に設定された第１主軸搭載部３０に摺動自在に搭載される。第１主軸搭載部３０には、第１主軸台２８を、旋盤機台１２の傾斜案内面１２ａを基準とする直交３軸座標系において、傾斜案内面１２ａ及び第１主軸１４の回転軸線１４ａに平行な送り制御軸（Ｚ１軸と称する）に沿って直線移動させる第１主軸駆動機構３２（ＡＣサーボモータ、スライドガイド、ボールねじ等）が設置される。第１主軸台２８にはさらに、第１主軸１４を回転駆動する回転駆動源３４（図２）として、例えばビルトイン型ＡＣサーボモータが内蔵される。したがって第１主軸１４は、第１主軸駆動機構３２の作動により、それ自体の回転軸線１４ａに平行な送り制御軸（Ｚ１軸）に沿って、第１主軸台２８と共に直線往復動作できる。
【００２１】
旋盤機台１２の長手方向略中央には、第１主軸搭載部３０に隣接してコラム３６が立設される。コラム３６には、第１主軸台２８から軸線方向前方に離隔した所定位置に、第１主軸１４に把持された棒材を、その先端の被加工部位の近傍で支持する補助支持装置としてのガイドブッシュ３８が設置される。ガイドブッシュ３８は、第１主軸１４に対し同軸状に配置され、旋削加工中に棒材をその被加工部位に振れが生じないように心出し支持する。
【００２２】
第１刃物台１８は、旋盤機台１２上で第１刃物台搭載部として機能するコラム３６の前面に移動自在に搭載され、第１主軸１４の軸線方向前方に位置するガイドブッシュ３８の側方に退避して配置される。コラム３６には、第１刃物台１８を、旋盤機台１２の傾斜案内面１２ａを基準とする直交３軸座標系において、傾斜案内面１２ａ及び第１主軸１４の回転軸線１４ａ（すなわちＺ１軸）に直交する送り制御軸（Ｘ１軸と称する）と、Ｚ１軸及びＸ１軸の両者に直交する送り制御軸（Ｙ１軸と称する）とに沿って直線移動させる第１刃物台駆動機構４０（Ｘ１軸駆動用及びＹ１軸駆動用のそれぞれのＡＣサーボモータ、スライドガイド、ボールねじ等）が設置される。
【００２３】
第１刃物台１８は、複数の工具２２を並列配置で保持するいわゆるくし歯刃物台であり、バイト、ドリル等の旋削工具やフライス等の回転工具を、コラム３６の前面に平行な仮想平面に沿って、かつ第１主軸１４の回転軸線１４ａに対し放射状に位置決め可能な配置で装備できる。図示の例では、第１刃物台１８は、複数の工具２２をＹ１軸方向に並列配置して保持できる第１保持部４２と、第１保持部４２の近傍で、複数の工具２２をＸ１軸方向に並列配置して保持できる第２保持部４４とを有して構成される。
【００２４】
したがって、第１刃物台１８は、そのＹ１軸移動によって第１保持部４２から割出選択された所望の工具２２の刃先を、ＮＣ装置２４に入力された加工プログラムに従う第１刃物台１８自体のＸ１軸移動と前述した第１主軸１４のＺ１軸移動との協働により、補間動作させることができる。同様に第１刃物台１８は、そのＸ１軸移動によって第２保持部４４から割出選択された所望の工具２２の刃先を、ＮＣ装置２４に入力された加工プログラムに従う第１刃物台１８自体のＹ１軸移動と第１主軸１４のＺ１軸移動との協働により、補間動作させることができる。さらに第１刃物台１８は、第２保持部４４に装備した回転工具２２Ｒの刃先を、ＮＣ装置２４に入力された加工プログラムに従う第１刃物台１８自体のＸ１軸移動とＹ１軸移動との協働により、補間動作させることができる。このようにして、ＮＣ装置２４の制御下で、第１主軸１４に把持された棒材を、第１刃物台１８上の所望の工具２２により所望形状に加工することができる。
【００２５】
第２刃物台２０は、旋盤機台１２上でコラム３６を挟んで第１主軸搭載部３０の反対側に設定された第２刃物台搭載部４６に移動自在に搭載される。第２刃物台搭載部４６には、第２刃物台２０を、旋盤機台１２の傾斜案内面１２ａを基準とする直交２軸座標系において、傾斜案内面１２ａに平行でかつ第１主軸１４の回転軸線１４ａ（すなわちＺ１軸）に直交する送り制御軸（Ｘ２軸と称する）と、Ｚ１軸に平行な送り制御軸（Ｚ２軸と称する）とのそれぞれに沿って直線移動させる第２刃物台駆動機構４８（Ｘ２軸駆動用及びＺ２軸駆動用のそれぞれのＡＣサーボモータ、スライドガイド、ボールねじ等）が設置される。
【００２６】
第２刃物台２０は、複数の工具２２を、互いに異なる刃先方向性を示す第１列及び第２列にくし歯状に保持できるものであり、バイト、ドリル等の旋削工具やフライス等の回転工具を、旋盤機台１２の傾斜案内面１２ａに平行な仮想平面に沿って、かつ第１主軸１４の回転軸線１４ａに対し平行又は同軸状に位置決め可能な配置で装備できる。図示の例では、第２刃物台２０は、複数の工具２２を、第１刃物台１６を搭載するコラム３６に対向するように方向付けして、かつＸ２軸方向に並列配置して、第１列に保持できる第１保持部５０（図３）と、第１保持部５０の反対側で、複数の工具２２を、第１保持部５０に装着した複数の工具２２と同じ位置にそれぞれ逆向きかつ同軸状に方向付けして、第２列に保持できる第２保持部５２（図３）とを有して構成される。第２刃物台２０の第１保持部５０に装着される第１列の工具２２は、第１主軸１４に把持した棒材を加工するための刃先方向性を有する。また、第２刃物台２０の第２保持部５２に装着される第２列の工具２２は、第２主軸１６に把持した棒材を加工するための刃先方向性を有する。
【００２７】
したがって、第２刃物台２０は、それ自体のＸ２軸移動によって第１保持部５０から割出選択された所望の工具２２の刃先を、ＮＣ装置２４に入力された加工プログラムに従う第２刃物台２０自体のＸ２軸移動とＺ２軸移動との協働により、補間動作させることができ、また、ＮＣ装置２４に入力された加工プログラムに従い、第２刃物台２０自体のＺ２軸移動を第１主軸１４のＺ１軸移動に重畳させて動作させることができる。このようにして、第１主軸１４に把持された棒材を、第２刃物台２０上の第１列から選択された所望の工具２２により所望形状に加工することができる。
【００２８】
第２主軸１６は、旋盤機台１２上でコラム３６を挟んで第１主軸搭載部３０の反対側に、第２刃物台搭載部４６に隣接して設定された第２主軸搭載部５４に移動自在に搭載され、第１主軸１４の回転軸線１４ａに平行な回転軸線１６ａを有して、第１主軸１４すなわちガイドブッシュ３８の軸線方向前方に同軸状に対向可能に配置される。第２主軸１６は、第１主軸１４から受け渡された一部加工済みの棒材を把持して回転する補助的な（又は背面側の）主軸であり、図示しない軸受装置を介して第２主軸台５６に回転自在に内蔵される。
【００２９】
第２主軸搭載部５４には、第２主軸１６を、旋盤機台１２の傾斜案内面１２ａを基準とする直交２軸座標系において、第２刃物台２０の１つの送り制御軸であるＸ２軸に平行な送り制御軸（Ｘ３軸と称する）と、第１主軸１４の送り制御軸であるＺ１軸に平行な送り制御軸（Ｚ３軸と称する）とのそれぞれに沿って直線移動させる第２主軸駆動機構５８（Ｘ３軸駆動用及びＺ３軸駆動用のそれぞれのＡＣサーボモータ、スライドガイド、ボールねじ等）が設置される。また、第２主軸台５６にはさらに、第２主軸１６を回転駆動する回転駆動源６０（図２）として、例えばビルトイン型ＡＣサーボモータが内蔵される。したがって第２主軸１６は、第２主軸駆動機構５８の作動により、Ｘ３軸とＺ３軸とのそれぞれに沿って、第２主軸台５６と共に直線往復動作できる。
【００３０】
このように第２主軸１６は、第２刃物台２０の１つの送り制御軸であるＸ２軸に平行な送り制御軸（Ｘ３軸）に沿って直線移動できる。したがって、第２刃物台２０は、それ自体のＸ２軸移動と第２主軸１６のＸ３軸移動との少なくとも一方によって、第２保持部５２に装備した第２列の工具２２から所望の工具２２を割出選択できる。そして第２刃物台２０は、選択された所望の工具２２の刃先を、ＮＣ装置２４に入力された加工プログラムに従う第２主軸１６のＸ３軸移動とＺ３軸移動との協働により、相対的に補間動作させることができ、また、ＮＣ装置２４に入力された加工プログラムに従い、第２主軸１６のＺ３軸移動を第２刃物台２０自体のＺ２軸移動に重畳させて動作させることができるとともに、第２主軸１６のＸ３軸移動を第２刃物台２０自体のＸ２軸移動に重畳させて動作させることができる。このようにして、第２主軸１６に把持された棒材を、第２刃物台２０上の第２列から選択された所望の工具２２により所望形状に加工することができる。
【００３１】
ＮＣ旋盤１０は、ＮＣ装置２４の制御下で、上記構成を有する２台の刃物台１８、２０上で選択した最多で３個の工具２２を同時使用して、正面側及び背面側の両主軸１４、１６に把持した棒材をそれぞれに自動加工でき、特に、それら３個の工具２２の各々に指令される固有の補間動作を同時に遂行できるように構成される。
【００３２】
図２は、そのような多様な自動加工を遂行するためのＮＣ装置２４の構成を示す。ＮＣ装置２４は、入力部１００、表示部１０２、演算制御部１０４及びサーボ制御部１０６を備える。入力部１００は、操作盤２６に設置される数値キー付きのキーボード１０８（図１）を有し、第１及び第２主軸１４、１６並びに第１及び第２刃物台１８、２０のそれぞれの動作を制御するために必要なデータ（工具の選択、物品の形状寸法、主軸回転数、工具の送り速度等）を含む、各工具２２に関する加工プログラム（すなわちブロック列）が、入力部１００から入力される。表示部１０２は、操作盤２６に設置されるＣＲＴ（ブラウン管）やＬＣＤ（液晶ディスプレイ）等の表示画面１１０（図１）を有し、入力部１００で入力された加工プログラムを表示画面１１０に表示したり、対話方式として表示画面１１０上でシミュレーションしながらの自動プログラミングを可能にしたりする。
【００３３】
演算制御部１０４は、記憶部を構成するＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）１１２及びＲＯＭ（リードオンリーメモリ）１１４と、処理部を構成するＣＰＵ（中央処理装置）１１６とを有する。入力部１００で入力された各種データを含む複数の工具２２に関する複数の加工プログラムは、ＣＰＵ１１６の指示によりＲＡＭ１１２又はＲＯＭ１１４に格納される。また、ＲＯＭ１１４には、第１及び第２主軸１４、１６並びに第１及び第２刃物台１８、２０を駆動するための制御プログラムが予め格納されている。ＣＰＵ１１６は、ＲＡＭ１１２又はＲＯＭ１１４に記憶した加工プログラム及びＲＯＭ１１４に格納された制御プログラムに基づいて、サーボ制御部１０６に制御指令を出力する。
【００３４】
サーボ制御部１０６は、第１主軸移動制御部１１８、第１主軸回転制御部１２０、第１刃物台移動制御部１２２、第２刃物台移動制御部１２４、第２主軸移動制御部１２６及び第２主軸回転制御部１２８を備える。第１主軸移動制御部１１８は、ＣＰＵ１１６の指令に基づき、第１主軸駆動機構３２を作動して、第１主軸台２８と共に第１主軸１４をＺ１軸移動させる。第１主軸回転制御部１２０は、ＣＰＵ１１６の指令に基づき、回転駆動源３４を作動して、第１主軸１４を第１主軸台２８内で割出回転させる。なお、旋削加工に際しての第１主軸１４の高速回転は、回転数等のデータに基づき、図示しない別の制御回路を介して制御される。
【００３５】
第１刃物台移動制御部１２２は、ＣＰＵ１１６の指令に基づき、第１刃物台駆動機構４０を作動して、第１刃物台１８をＸ１軸移動又はＹ１軸移動させる。第２刃物台移動制御部１２４は、ＣＰＵ１１６の指令に基づき、第２刃物台駆動機構４８を作動して、第２刃物台２０をＺ２軸移動とＸ２軸移動とで補間動作させる。
【００３６】
第２主軸移動制御部１２６は、ＣＰＵ１１６の指令に基づき、第２主軸駆動機構５８を作動して、第２主軸１６をＺ３軸移動とＸ３軸移動とで補間動作させる。第２主軸回転制御部１２８は、ＣＰＵ１１６の指令に基づき、回転駆動源６０を作動して、第２主軸１６を第２主軸台５６内で割出回転させる。なお、旋削加工に際しての第２主軸１６の高速回転は、回転数等のデータに基づき、図示しない別の制御回路を介して制御される。
【００３７】
上記した制御系において、ＮＣ装置２４は、第１主軸駆動機構３２、第１刃物台駆動機構４０、第２刃物台駆動機構４８及び第２主軸駆動機構５８を、互いに関連付けて制御することにより、第１刃物台１８で選択される所望の工具２２による第１主軸１４に関連する（すなわち第１主軸１４に把持した棒材に対する）加工工程と、第２刃物台２０で第１列から選択される所望の工具２２による第１主軸１４に関連する加工工程と、第２刃物台２０で第２列から選択される所望の工具２２による第２主軸１６に関連する（すなわち第２主軸１６に把持した棒材に対する）加工工程とのうちの、少なくとも２つの加工工程を同時に実施できるように機能する。さらにＮＣ装置２４は、第１刃物台１８で選択される工具２２の前述した補間動作と、第２刃物台２０で第１列から選択される工具２２の前述した補間動作と、第２刃物台２０で第２列から選択される工具２２の前述した補間動作とを同時に遂行できるように、第１主軸駆動機構３２、第１刃物台駆動機構４０、第２刃物台駆動機構４８及び第２主軸駆動機構５８を適宜に重畳制御することができる。
【００３８】
上記したように、ＮＣ旋盤１０は、第１主軸１４の回転軸線１４ａに平行な送り制御軸（Ｚ２軸）とＺ２軸に直交する送り制御軸（Ｘ２軸）とに沿って移動する第２刃物台２０を備えている。この構成では、第２刃物台２０の第１保持部５０及び第２保持部５２のそれぞれに装着された工具２２は、第２刃物台２０をＺ２軸に沿って様々な位置に移動させることによって、第１主軸１４及び第２主軸１６のそれぞれに把持された異なる加工対象棒材の長手方向所望部位に刃先を接触させる。したがってこの構成では、加工完成品が長尺になるほど、第２刃物台駆動機構４８の特にＺ２軸方向駆動構造の案内／位置決め精度が加工精度に及ぼす影響は増大する。例えば図３に示すように、第２刃物台２０をＺ２軸方向へ移動させようとする際に、第２刃物台駆動機構４８（図１）の案内／位置決め精度の不足によって、第２刃物台２０の実際のＺ２軸案内方向すなわち移動軸α（図３（ｂ）に実線で示す）が、第１主軸回転軸線１４ａに平行な正規のＺ２軸すなわち理論制御軸β（図３（ｂ）に鎖線で示す）に対し僅かでも傾斜している場合には、最初に工具２２を座標系原点位置で正確に位置合わせしたとしても、第２刃物台２０がＺ２軸方向へ移動するに伴って、工具２２の刃先の経路は、Ｚ２軸に平行な正規の経路からＺ２軸に直交する方向へ次第に大きくずれてしまう傾向がある。
【００３９】
本発明に係る第１の工具位置補正方法は、このような第２刃物台駆動機構４８の送り動作に起因して生ずる刃物台装着工具２２の刃先の位置ずれを、第２刃物台駆動機構４８の動作精度や機械構造的精度を向上させるだけでは達成できないような、例えばμｍオーダの精密加工で許容し得る水準まで低減するために、好都合に適用できるものである。以下、図３を参照して、この工具位置補正方法の好適な実施形態を説明する。なお以下の説明では、理解を助けるために、第２刃物台２０の第１保持部５０に棒材端面穴あけ用の工具（例えばドリル）２２−１を装着した場合の工具位置補正手順を図示、説明するが、バイト等の他の旋削工具に対しても、同様の手順で工具位置補正が可能であることは理解されよう。
【００４０】
まず、図３（ａ）に示すように、加工に使用する工具２２−１を加工時の姿勢で第２刃物台２０の第１保持部５０に固定的に装着する。その状態で、第２刃物台２０をＮＣ装置２４（図２）の制御下で旋盤機台１２（図１）上の第１の位置Ｐ１に配置し、この第１の位置Ｐ１で、工具２２−１の刃先の第１座標Ｑ１（ｘ１，ｚ１）を、Ｘ２軸及びＺ２軸を有する直交座標系において求める。次いで、第２刃物台２０をＮＣ装置２４の制御下で、第１主軸回転軸線１４ａに平行な正規のＺ２軸方向すなわち理論制御軸β方向に第１の位置Ｐ１から旋盤機台１２上の第２の位置Ｐ２に移動し（図３（ｂ））、この第２の位置Ｐ２で、工具２２−１の刃先の第２座標Ｑ２（ｘ２，ｚ２）を、上記直交座標系において求める。これら第１及び第２座標Ｑ１、Ｑ２は、例えば旋盤機台１２に取り付けた計測器（図示せず）を用いて実測することにより求めることができる。このようにして求めた第１及び第２座標Ｑ１、Ｑ２は、ＮＣ装置２４のＲＡＭ１１２（図２）に直ちに格納される。
【００４１】
次に、ＮＣ装置２４のＣＰＵ１１６（図２）は、工具２２−１の刃先の第１座標Ｑ１（ｘ１，ｚ１）と第２座標Ｑ２（ｘ２，ｚ２）とから、第２刃物台２０が正規のＺ２軸（理論制御軸β）方向に移動する際の、Ｚ２軸に対する実際の移動軸αの変化率△ｘ／△ｚ＝（ｘ２−ｘ１）／（ｚ２−ｚ１）を求めるとともに、加工プログラムで指定される第２刃物台２０上の工具２２−１に関する工具移動位置（Ｘｐ，Ｚｐ）を補正するための補正量の計算式Ｘｃ＝（△ｘ／△ｚ）×Ｚｐを作成する。ここで、Ｚｐは、加工プログラムにおける工具移動位置のＺ２軸上の指定座標値であり、したがって補正量Ｘｃは、同工具移動位置のＸ２軸上の指定座標値Ｘｐに対する補正量、つまり第２刃物台２０上の工具２２−１のＸ２軸方向への位置ずれを相殺するための補正量となる。このようにして作成した補正量Ｘｃの計算式は、ＮＣ装置２４のＲＡＭ１１２に直ちに格納される。
【００４２】
その後、加工工程を実行する際に、ＮＣ装置２４のＣＰＵ１１６は、ＲＡＭ１１２に入力され記憶された加工プログラムで指定される第２刃物台２０上の工具２２−１に関する全ての工具移動位置（Ｘｐｎ，Ｚｐｎ）に対し、格納した計算式Ｘｃｎ＝（△ｘ／△ｚ）×Ｚｐｎを用いて補正量を算出し、それら工具移動位置を自動的に補正する。したがって自動補正された工具移動位置は、（Ｘｐｎ−Ｘｃｎ，Ｚｐｎ）となる。そして、これら自動補正された工具移動位置の指令に従って、第２刃物台移動制御部１２６（図２）が第２刃物台駆動機構４８を作動させると、第２刃物台２０は、第２刃物台駆動機構４８の動作精度や機械構造的精度の不足に起因して生ずる位置ずれを自動的に相殺しつつ移動して、工具２２−１を指定通りの位置に正確に位置決めする。その結果、第２刃物台２０の第１保持部５０に装着した工具２２−１により、棒材に所望の加工を高精度に実施することが可能になる。
【００４３】
このように、上記した工具位置補正方法によれば、第２刃物台２０がＸ２軸上のどの位置にあるときに加工工程が実施されるかを全く考慮せずに、加工プログラムの実行に先立ち、第２刃物台駆動機構４８のＺ２軸送り動作に起因して生ずる第２刃物台２０上の工具２２の刃先の位置ずれを予め測定してＮＣ装置２４に入力するだけで、そのような位置ずれを加工動作制御に際して適宜自動補正することができる。したがって、ＮＣ旋盤１０において、第２刃物台駆動機構４８の動作精度や機械構造的精度を向上させるだけでは達成できないような、例えばμｍオーダの精密加工で許容し得る水準の、第２刃物台２０上の工具２２による高精度の自動加工を実現することができる。
【００４４】
なお、上記した工具位置補正方法において、Ｚ２軸に対する第２刃物台２０の移動軸αの変化率△ｘ／△ｚを求めるための第２刃物台２０の第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２とは、第２刃物台駆動機構４８によるＺ２軸送りストロ−クの両端位置であることが、変化率△ｘ／△ｚの信頼性を高める観点で望ましい。また、３つ以上の複数の位置において工具２２−１の刃先の座標を求め、それらの座標から曲線近似により変化率を求めて２次や３次の計算式を作成することもできる。さらに、第２刃物台２０の前述した第１の位置Ｐ１は、工具２２−１の刃先を第１主軸回転軸線１４ａ上に配置する位置として図示されているが、これに限らず、計測器による計測が可能な範囲で他の位置を選択することもできる。
【００４５】
また、上記した工具位置補正方法によれば、第２刃物台２０の第１及び第２保持部５０、５２に装着した全ての工具２２に関し、補正量を算出するために作成した１つの上記計算式を用いて、加工プログラムで指定される全ての工具移動位置を自動補正することもできる。ただしこの場合、第１主軸１４の回転軸線１４ａと第２主軸１６の回転軸線１６ａとが互いに同軸に配置されている状態で、加工工程を実施することを前提とする。
【００４６】
さらに、上記した工具位置補正方法は、第２刃物台駆動機構４８のＸ２軸駆動構造の動作に起因して生ずる刃物台装着工具の刃先の位置ずれを補正するために適用することもできる。或いは、ＮＣ旋盤１０における第１刃物台駆動機構４０のＸ１軸駆動構造やＹ１軸駆動構造に対しても適用できる。
【００４７】
上記実施形態において、第２刃物台駆動機構４８の機械構造的精度の不足は、第２刃物台２０をＺ２軸方向へ移動させる際に、工具刃先の位置ずれをＸ２軸方向だけに生じるとは限らず、Ｘ２・Ｚ２平面から逸脱する方向へ三次元的な位置ずれを生じることも考えられる。このような場合には、上記した工具位置補正方法では、実際に生じる工具刃先の位置ずれのＸ２軸方向成分だけが補正されることになる。これに対し、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の直交３軸方向へ移動可能な構成を有する刃物台においては、上記した手順と同様にして、Ｙ軸方向への補正量Ｙｃを求めるための計算式も作成することができるので、補正量Ｘｃ及びＹｃを用いて、加工プログラムで指定される工具移動位置のＸ座標及びＹ座標を自動補正できる。その結果、工具刃先の三次元的な位置ずれも正確に補正することができる。
【００４８】
ところで、前述したように、ＮＣ旋盤１０の第２刃物台２０は、その第１及び第２保持部５０、５２に、少なくとも一対の工具２２をＺ２軸に沿って互いに逆向きかつ同軸状に方向付けして装着できる。そして第２刃物台２０は、それ自体の送り動作に同期して第１及び第２主軸１４、１６を適宜送り動作させることにより、互いに対応する位置で逆向きかつ同軸状に装着した一対の工具２２を用いて、第１及び第２主軸１４、１６のそれぞれに把持された異なる棒材の同時加工を実施できるようになっている。この構成では、第２刃物台２０上の対応位置で互いに逆向きに方向付けした一対の工具２２が、第１及び第２保持部５０、５２への組付け誤差等により、互いに正確には同軸配置されておらず、その結果、各工具２２を加工プログラムに従って移動させたときの指定位置に対する実際位置のＸ２軸方向への誤差が互いに異なる量となる場合がある。このような場合に、それら一対の工具２２によって、同軸状に対向配置した第１及び第２主軸１４、１６のそれぞれに把持した棒材を同時加工しようとすると、両工具２２は第２刃物台２０の同一の送り動作に伴って移動するので、それら工具２２による加工精度に差が生じることになる。
【００４９】
本発明に係る第２の工具位置補正方法は、第２刃物台２０上の対応位置で逆向きに保持された一対の工具２２同士が上記したＸ２軸方向への軸ずれを生じている場合に、両工具２２による加工精度をそれぞれに所望の水準に設定した状態で同時加工を実施できるようにするために、好都合に適用できるものである。以下、図４及び図５を参照して、この工具位置補正方法の好適な実施形態を説明する。なお以下の説明では、理解を助けるために、第２刃物台２０の第１及び第２保持部５０、５２に棒材端面穴あけ用の工具（例えばドリル）２２−１、２２−２を装着した場合の工具位置補正手順を図示、説明するが、バイト等の他の旋削工具に対しても、同様の手順で工具位置補正が可能であることは理解されよう。
【００５０】
まず、図４に示すように、第１及び第２主軸１４、１６を互いに同軸に対向配置してそれぞれに棒材Ｗ、Ｗ´を把持するとともに、加工に使用する工具２２−１、２２−２を加工時の姿勢で第２刃物台２０の第１及び第２保持部５０、５２にそれぞれ固定的に装着する。その状態で、第２刃物台２０をＮＣ装置２４（図２）の制御下で駆動して、例えば各工具２２−１、２２−２により棒材Ｗ、Ｗ´の軸線方向端面に試験的に穴あけ加工を施し、それにより、指定位置に対する実際位置のＸ２軸方向への誤差を各工具２２−１、２２−２のそれぞれに関し実測して求める。図５の例では、各棒材Ｗ、Ｗ´の軸線方向端面の中心に穴あけ加工を実施しようとする際の、各工具２２−１、２２−２が有する誤差γ1、γ2が拡大して示されている。なお、試験的穴あけ加工を実施する代わりに、各工具２２−１、２２−２を棒材Ｗ、Ｗ´の外周面に接触させる従来公知の三点接触法により、誤差γ1、γ2を求めることもできる。このようにして求めた誤差γ1、γ2は、ＮＣ装置２４のＲＡＭ１１２（図２）に直ちに格納される。
【００５１】
ここで、従来の工具位置補正方法を適用した場合には、同時加工工程を実行する際に、ＮＣ装置２４のＣＰＵ１１６は、ＲＡＭ１１２に記憶された誤差γ1、γ2のうち予め定めたいずれか一方のみを１００％相殺するように、加工プログラム上の工具指定位置のＸ２軸座標を補正して、第２刃物台２０を移動させることになる。これに対し、本発明に係る第２の工具位置補正方法は、オペレータが加工プログラムを作成する際に、ＮＣ装置２４のＲＡＭ１１２に、各工具２２−１、２２−２が有する誤差γ1、γ2に対する相対的補正程度を示す補正割合を、自由に設定して入力できるように構成される。つまり本発明によれば、一連の加工プログラム中で、１つの同時加工工程では第１主軸１４に把持された棒材Ｗに対してのみ高い加工精度が要求され、他の同時加工工程では両主軸１４、１６に把持された棒材Ｗ、Ｗ´に対し同程度の加工精度が要求され、さらに他の同時加工工程では第２主軸１６に把持された棒材Ｗ´に対してのみ高い加工精度が要求されるといった場合に、個々の同時加工工程において誤差γ1、γ2に対する補正割合を適宜指定して加工プログラムを作成することができる。
【００５２】
例えば、誤差γ2は考慮せず（補正割合０％）に誤差γ1だけを完全に相殺する（補正割合１００％）ことが要求される場合、オペレータは加工プログラム上で、誤差γ1に対する補正割合（百分率）を明記する所定のコード（例えば引数Ａ１００）を、工具２２−１を指令するブロックに併記することによって指定することができる。また、同様のコードを用いて、誤差γ1、γ2を同等に相殺（補正割合５０％）すること（例えば引数Ａ５０を併記）や、誤差γ1は考慮せず（補正割合０％）に誤差γ2だけを完全に相殺（補正割合１００％）すること（例えば引数Ａ０を併記）も、加工プログラム上で指定できる。つまりこの方法では、誤差γ1に対する補正割合を０〜１００の百分率で自由に指定することができる。
【００５３】
他方、ＮＣ装置２４のＲＡＭ１１２には、加工プログラムで指定される第２刃物台２０上の両工具２２−１、２２−２に関する工具移動位置を、Ｘ２軸方向へ補正するための最適補正量の計算式Ｘｏｃ＝Ｒγ1＋（１−Ｒ）γ2が、予め格納されている。ここで、Ｒは、工具２２−１の誤差γ1に対して指定された補正割合（小数）であり、したがって最適補正量Ｘｏｃは、第２刃物台２０上の両工具２２−１、２２−２の誤差γ1、γ2を指定割合に従って相殺するための補正量となる。
【００５４】
その後、加工工程を実行する際に、ＮＣ装置２４のＣＰＵ１１６は、ＲＡＭ１１２に入力され記憶された加工プログラム中の各同時加工工程で、工具２２−１の誤差γ1に対して指定された補正割合を所定コードから読み取って、格納した計算式Ｘｏｃ＝Ｒγ1＋（１−Ｒ）γ2を用いて最適補正量を算出し、当該同時加工工程で指定される両工具２２−１、２２−２に関する全ての工具移動位置（すなわち第２刃物台２０の移動位置）のＸ２軸座標を自動的に補正する。そして、これら自動補正された工具移動位置の指令に従って、第２刃物台移動制御部１２６（図２）が第２刃物台駆動機構４８を作動させると、第２刃物台２０は、指定された補正割合に従って誤差γ1、γ2を自動的に相殺しつつ移動して、一対の工具２２−１、２２−２を所望位置に位置決めする。その結果、第２刃物台２０の第１及び第２保持部５０、５２に互いに逆向きに装着した一対の工具２２−１、２２−２により、第１及び第２主軸１４、１６に把持された棒材Ｗ、Ｗ´にそれぞれ所望の加工精度で同時加工を実施することが可能になる。
【００５５】
このように、上記した工具位置補正方法によれば、第１及び第２主軸１４、１６に把持された棒材Ｗ、Ｗ´に対し、１つの加工プログラムにおける複数の同時加工工程で随時異なる加工精度が要求されたり、多数の部品を異なる加工精度で作製することが要求されたりする場合に、柔軟に対応して、第２刃物台２０上で互いに逆向きに装着した一対の工具２２により、両棒材Ｗ、Ｗ´をそれぞれに所望の精度で同時加工することができる。なお、第２刃物台２０上の１つの工具２２で棒材Ｗ、Ｗ´のいずれかを加工する際には、その工具２２の位置誤差の補正割合を１００％で指定すればよい。
【００５６】
以上、本発明の幾つかの好適な実施形態を説明したが、本発明はそれら実施形態に限定されず、特許請求の範囲の開示内で様々な変更及び修正を為し得るものである。例えば、本発明に係る第１及び第２の工具位置補正方法はいずれも、前述した複数の工具を互いに異なる刃先方向性を示す第１列及び第２列にくし歯状に保持できる第２刃物台を有するＮＣ旋盤に限らず、所望の周方向割出角度位置に一対の工具を互いに逆向きかつ同軸状に方向付けして保持できるタレット刃物台を備えるＮＣ旋盤にも適用できるものである。
【００５７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、旋盤機台上で、互いに同軸状に対向配置可能な第１及び第２主軸と、互いに直交する複数の制御軸に沿って移動可能な刃物台とを有し、刃物台上の所望の工具保持部に互いに逆向きに方向付けして保持した一対の工具によって両主軸のそれぞれに把持した棒材を同時加工できるＮＣ旋盤において、一対の棒材への同時加工工程で要求される加工精度の水準の変動に柔軟に対応して、両工具による加工精度をそれぞれに所望の水準に設定するように、加工動作制御に際して各工具の位置を適宜自動補正することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る工具位置補正方法を適用可能なＮＣ旋盤の全体構成を示す斜視図である。
【図２】図１のＮＣ旋盤に組み込まれたＮＣ装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る第１の工具位置補正方法の実施手順を説明する図で、（ａ）刃物台を第１の位置に配置した状態、及び（ｂ）刃物台を第２の位置に配置した状態を示す。
【図４】本発明に係る第２の工具位置補正方法の実施手順を説明する図で、第１主軸と第２主軸とを互いに同軸に対向配置した状態を示す。
【図５】本発明に係る第２の工具位置補正方法の実施手順を説明する図で、一対の工具同士の軸ずれを示す。
【符号の説明】
１０…ＮＣ旋盤
１４…第１主軸
１６…第２主軸
１８…第１刃物台
２０…第２刃物台
２２…工具
２４…ＮＣ装置
４０…第１刃物台駆動機構
４８…第２刃物台駆動機構
５０…第１保持部
５２…第２保持部
１１２…ＲＡＭ
１１４…ＲＯＭ
１１６…ＣＰＵ
Claims (2)
- 互いに平行な回転軸線を有して同軸状に対向配置可能な第１主軸及び第２主軸と、該第１及び第２主軸の該回転軸線に平行な理論制御軸に沿って移動可能な刃物台とを有し、該刃物台上で該理論制御軸に沿って互いに逆向きに装着した一対の工具により、該第１及び第２主軸のそれぞれに把持された異なる棒材を同時加工できるように構成される数値制御旋盤で、該一対の工具による同時加工工程における該刃物台の移動位置を自動補正するための工具位置補正方法であって、
同時加工に使用する前記一対の工具を加工時の姿勢で前記刃物台に固定的に装着し、
前記刃物台に装着した前記一対の工具の各々に関して、加工プログラムで指定される工具位置に対する実際位置の誤差を求め、
前記一対の工具に関して求めた前記誤差に対し、それら誤差を補正する程度を相対的に表す補正割合であって、前記異なる棒材のそれぞれに要求される加工精度に応じて変更可能な補正割合を設定し、
前記補正割合に基づいて、前記誤差に対する最適補正量を算出し、該最適補正量に従って前記刃物台の移動位置を補正すること、
を特徴とする工具位置補正方法。 - 請求項１に記載の工具位置補正方法を実施するための制御装置であって、前記最適補正量を算出するための計算式を記憶するとともに、入力された前記加工プログラムで指定される前記一対の工具に関する工具移動位置を、該計算式から算出した該最適補正量に従って補正し、該補正した工具移動位置に基づいて前記刃物台の移動を制御することを特徴とする制御装置。
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