TW200924903A - Workpiece machining method of machine tool and behavior measuring device - Google Patents

Description

200924903 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明，是有關於工作機械的工件加工方法及舉 量裝置。 【先前技術】 對於工作機械，因爲隨著主軸的旋轉或工件及工 〇 位置相對變位的軸移動所產生的馬達等的發熱，工作 的設置處的環境溫度的變化等，使主軸等的工作機械 的構件產生熱變位的話，會有例如在主軸的軸方向發 變位的情況時工具加工工件的深度變化等的因工件及 的相對位置偏離所產生加工誤差的問題。 如上述的加工誤差，因爲是特別是因旋轉所產生 軸的熱變位的影響很大，所以爲了維持加工精度習知 法是將主軸空轉進行暖機運轉直到主軸的熱變位穩定 Ο ，等到主軸的熱變位將穩定之後，才開始工件的加工 又，進行上述的暖機運轉時間，即開始暖機運轉 主軸發熱直到該主軸的熱變位穩定爲止的時間’因爲 機械周圍的環境或到其爲止的運轉狀況等不同，所以 據熟練的作業者的經驗判斷’或是’無關主軸的熱變 速度就預先設定一定的時間等。因此’具有主軸的熱 穩定之前就開始加工，或是’過度地進行長時間暖機 的可能性，而有可能導致加工效率的下降的問題。 對於這種問題’下述專利文獻1的方式’是在工 動測 具的 機械 構成 生熱 工具 的主 的方 爲止 〇 之後 依據 需依 位的 變位 運轉 作機 -4- 200924903 械設置工具測量裝置，每隔預定時間測量工 置，測量到的工具的刃先位置的變化量是容 了暖機運轉。 [專利文獻1]日本特閧2004-261934號公 【發明內容】 (本發明所欲解決的課題） 〇 但是，專利文獻1中，是在各預定時間 具的刃先的位置’與之前測量的結果相比較 刃先位置的變化量是否爲容許値以內，例如 先端的相對位置，不是單純朝單一方向變化 的變化）’而是如波形狀的複雜變化的情況 的時間間隔在工件及工具先端的相對位置穩 對位置如波形狀的複雜變化的狀態下，可能 定時間之前檢出的値相同的値（例如波形狀 © ’而誤判爲穩定。且，雖也考慮到工具的刃 主軸的軸方向以外的方向變形，但仍有對於 向以外的方向的變形無法檢出的問題。因此 工精度的下降或加工效率的下降。 因爲如此本發明的目的是提供一種工作 工方法及舉動測量裝置，防止過度地進行暖 不依靠作業者就可在主軸等的熱變位確實穩 工件的加工並可確保加工精度。 具的刃先的位 許値以內時終 報 間斷地測量工 來判別工具的 ，工件及工具 (一次係數地 時，依據測量 定之前在該相 會檢出與在預 的山及山等） 先位置可能朝 朝主軸的軸方 ，可能導致加 機械的工件加 機運轉，並且 定的狀態開始 200924903 (用以解決課題的手段） 解決上述的課題的用的第1發明的工作機械的加工方 法，是將工件及工具相對變位地進行前述工件的加工工作 機械的工件加工方法，其特徵爲，含有：將被裝設於主軸 的工具的先端的位置連續地測量的第一過程：及依據測量 結果依序算出工具的先端位置的變位量的第二過程；及爲 了判斷隨著溫度變化移動的工具先端的位置是否穩定而監 〇 視前述變位量在預先被設定的容許變位量內的時間的第三 過程；及爲了判斷隨著溫度變化移動的工具先端的位置是 否穩定當在前述變位量爲容許變位量內的時間是比預先被 設定的時間也就是前述範圍時間短的情況時繼續暖機運轉 ，另一方面，在前述變位量爲容許變位量內的時間是到達 前述範圍時間的情況時終了暖機運轉的第四的過程；及在 前述第四的過程當暖機運轉終了的情況時開始前述工件的 加工的第五的過程。 Ο 第2發明的工作機械的加工方法，是對於第1發明， 將前述工具的先端的位置2次元地或是3次元地測量。 第3發明的工作機械的加工方法，是對於第1或是第 2發明，包含：在前述第二過程及前述第三過程之間，將 前述工具的先端位置的變位量算出之後，開始前述工具的 先端位置的測量之後在預先設定的最大測量時間內的情況 時繼續前述工具的先端位置的測量，開始前述工具的先端 位置的測量之後經過預先設定的最大測量時間的情況時終 了前述工具的先端位置的測量的過程。 -6- 200924903 第4發明的工作機械的舉動測量裝置，是控制工件及 工具的相對位置進行前述工件的加工，其特徵爲，具備： 測量手段，將工具先端位置連續地且2次元地或是3次元 地測量；及控制手段，依據藉由前述測量手段測量的結果 計算前述工具先端位置的變位，監視藉由計算算出的變位 維持在預先被設定的容許變位量以內的狀態的時間，當前 述工具先端位置的變位維持在前述容許變位量以內的狀態 〇 的時間是預先被設定的容許變位繼續時間內的情況時繼續 暖機運轉，前述工具先端位置的變位維持在前述容許變位 量以內的狀態的時間是經過前述容許變位繼續時間的情況 時終了暖機運轉。 第5發明的工作機械的舉動測量裝置，是對於第4發 明，前述測量手段是將前述工具先端位置由一定時間間隔 連續地攝影的攝影手段，前述控制手段，是依據藉由前述 攝影手段攝影的畫像算出前述工具的先端位置的變位。 © 第6發明的工作機械的舉動測量裝置，是對於第4發 明，前述測量手段是雷射干涉計。 [發明的效果] 依據上述的第1發明的工作機械的舉動測量方法，因 爲是將工件及工具相對變位地進行前述工件的加工，其特 徵爲’含有：將被裝設於主軸的工具的先端的位置連續地 測量的第一過程；及依據測量結果依序算出工具的先端位 置的變位量的第二過程；及爲了判斷隨著溫度變化移動的 200924903 工具先端的位置是否穩定而監視前述變位量在預先被設 的容許變位量內的時間的第三過程；及爲了判斷隨著溫 變化移動的工具先端的位置是否穩定當在前述變位量爲 許變位量內的時間是比預先被設定的時間也就是前述範 時間短的情況時繼續暖機運轉，另一方面，在前述變位 爲容許變位量內的時間是到達前述範圍時間的情況時終 暖機運轉的第四的過程；及在前述第四的過程當暖機運 〇 終了的情況時開始前述工件的加工的第五的過程，所以 以防止過度地進行暖機運轉，並且可以在熱變位確實穩 的狀態開始工件的加工，可以提高加工精度。 且，依據第2發明的工作機械的舉動測量方法，因 將前述工具的先端的位置2次元地或是3次元地測量， 以不限定工具的軸方向的熱變位，可以考慮工作機械整 的熱變位進行工件的加工，加工精度可以更提高。 且，依據第3發明的工作機械的舉動測量方法，因 〇 包含：在前述第二過程及前述第三過程之間，將前述工 的先端位置的變位量算出之後，開始前述工具的先端位 的測量之後在預先設定的最大測量時間內的情況時繼續 述工具的先端位置的測量，開始前述工具的先端位置的 量之後經過預先設定的最大測量時間的情況時終了前述 具的先端位置的測量的過程，所以即使經過最大測量時 工具的先端的位置仍不穩定的情況時也可無任何問題發 地終了暖機運轉，可以防止過度地進行暖機運轉。 且，依據第4發明的工作機械的舉動測量裝置，因 定 度 容 圍 量 了 轉 可 定 爲 所 體 爲 具 置 刖 測 工 間 生 爲 -8- 200924903 是控制工件及工具的相對位置進行前述工件的加 徵爲，具備：測量手段，將工具先端位置連續地 地或是3次元地測量；及控制手段，依據藉由前 段測量的結果計算前述工具先端位置的變位，監 算算出的變位維持在預先被設定的容許變位量以 的時間，當前述工具先端位置的變位維持在前述 量以內的狀態的時間是預先被設定的容許變位繼 φ 的情況時繼續暖機運轉，前述工具先端位置的變 前述容許變位量以內的狀態的時間是經過前述容 續時間的情況時終了暖機運轉，所以可防止過度 機運轉並且在確實穩定的狀態開始工件的加工， 包含暖機運轉加工時間、及確保加工精度。 且，依據第5發明的工作機械的舉動測量裝 前述測量手段是將前述工具先端位置由一定時間 地攝影的攝影手段，前述控制手段，是依據藉由 〇 手段攝影的畫像算出前述工具的先端位置的變位 於與工具的刃先的位置的軸方向垂直的方向的變 測量’加工精度可以更提高。 且’依據第6發明的工作機械的舉動測量裝 則述測量手段是雷射干涉計，所以對於與工具的 置的軸方向垂直的方向的變位也可以測量，加工 更提高。 【實施方式】 工’其特 且2次元 述測量手 視藉由計 內的狀態 容許變位 續時間內 位維持在 許變位繼 地進行暖 就可短縮 置，因爲 間隔連續 前述攝影 ，所以對 位也可以 置*因爲 刃先的位 精度可以 -9- 200924903 以下’使用第1圖至第3圖說明本發明的一實施例。 第1圖是顯示本實施例的工作機械的舉動測量的槪略方塊 圖’第2圖是顯示本實施例的工具位置測量的流程圖，第 3圖是顯示隨著主軸的旋轉所產生的工具及載置台的相對 變位及時間的關係的圖表。 如第1圖所示，工作機械1，是由：基座11、機身12 、載置台13、鞍座14、主軸頭15及主軸16等所構成。 ❹詳 細的話’在構成工作機械1本體的基座11上配設有機 身12及載置台13。在機身12中，可沿著左右方向（第1 圖中與紙面垂直的方向，以下稱爲X軸方向）移動的狀態 使鞍座14被支撐，在該鞍座14，可沿著後述的工具17的 軸方向（第1圖中的上下方向，以下稱爲z軸方向）移動 的狀態使主軸頭15被支撐。在主軸頭15中可旋轉地支撐 有主軸16’在該主軸16裝設有工具17。且，載置台13 是在機身12的前方，在可沿著前後方向（與乂軸方向及z Ο 軸方向垂直的方向，以下稱爲y軸方向的）移動的狀態被 支撐。 載置台13、鞍座14、主軸頭15，是藉由各別伺服馬 達18a、18b、18c沿著y軸方向、X軸方向、z軸方向移 動，且主軸16是隨著無圖示馬達的驅動在軸線的周圍旋 轉。使主軸16旋轉的馬達及伺服馬達18a、18b、18c的 驅動，是依據來自各NC裝置19的指令被控制。NC裝置 19，是具備各種程式進行主軸15的旋轉或伺服馬達18a、 18b、18c的驅動等的控制部分。 -10- 200924903 如此，藉由依據來自NC裝置19的指令控制載置台 13、鞍座14、主軸頭15的移動，藉由變化被載置並固定 於載置台13上的無圖示工件及工具17的相對位置進行工 件的加工。 進一步，在本實施例中，工作機械1的舉動測量，是 使用被載置於載置台1 3上作爲測量手段的測量裝置2 1進 行。測量裝置21，是具備例如將工具17的先端由一定時 φ 間間隔連續地攝影的照相機等的攝影手段，可將由主軸的 熱變位等所產生的工具17的刃先的位置及載置台13 (或 是工件）的相對位置的變化連續地且2次元地或是3次元 地測量。 且，該測量裝置2 1是透過作爲控制手段的測量控制 部22與NC裝置19連接。測量控制部22，是具備：至少 從藉由測量裝置21攝影的畫像將工具17的先端部分的形 狀數値化，算出工具17的先端位置的變化等的畫像處理 〇 功能、及監視工具17的先端位置的變化是維持在後述的 容許精度以內的狀態的時間的功能，依據來自NC裝置19 的指令對於測量裝置21指示工具位置測量開始，或是依 據工具先端位置的測量結果朝NC裝置19及該測量裝置 21輸出工具位置測量的終了的方式，控制有關於測量裝置 2 1的工具位置測量。 以下，依據如第2圖所示的流程圖說明本實施例的工 具17的先端位置的舉動測量的流程。 如第2圖所示，使用新的工具進行工件的加工情況， -11 - 200924903 首先，對於因爲機械本體的發熱或機械的設置處的環境溫 度的變化等使載置台13的相對位置變化的工具17的先端 位置，進行判斷該工具17的先端位置的變化是否穩定用 的判別値的設定（步驟S 1 )。在本實施例中，這種判別 値，是設定容許精度、範圍時間及最大測量時間。 容許精度及範圍時間是判別工作機械1的熱變位是否 穩定且工具17的先端位置的變位是否終了用的値。容許 Q 精度是工具17的先端位置及載置台13的預定時間內的相 對變位的容許値，相對變位是該容許精度以下的情況時就 認定爲工具17的狀態爲穩定。且，範圍時間是工具17的 先端位置的變化量是維持前述的容許精度內的狀態的時間 ’容許精度維持了該範圍時間（例如5分鐘）時就認定工 具17的變位爲穩定。 且，最大測量時間是工具17的先端位置因任何的原 因而不穩定的情況時，直到終了測量爲止的時間。 Ο 在步驟S1中判別値的設定終了的話，藉由工具17的 交換等朝主軸16裝設所需要的工具17(步驟S2)，接著 開始主軸16的旋轉即暖機運轉（步驟S3)。且，透過測 量控制部22從NC裝置1 9朝測量裝置2 i送出指示，開始 測量裝置2 1的工具1 7的先端位置的測量（工具位置測量 )’即在本實施例中開始工具17的先端的攝影（步驟S4 )。又，工具17的先端’是由一定時間間隔連續地攝影 〇 接著’例如將藉由測量裝置21攝影的工具17的形狀 -12- 200924903 及位置數値化，將連續的2枚的畫像資料依序比較及解析 ，算出隨著機械本體的發熱及環境溫度的變化工具先端位 置的移動量（步驟S5 )。接著，判別測量時間是否是設 定最大測量時間內（步驟S6 )，超過設定最大測量時間 的情況（NO )時，進行發出警報停止機械1或是發出警 告音等的處理（步驟S7)。 另一方面，測量時間是設定最大測量時間內的情況（ D YES )時，判別設定範圍時間中，工具1 7的先端位置是否 維持於容許精度以內，換言之，工具先端位置的變化量是 設定容許精度以內的狀態是否持續了設定範圍時間（步 驟S8)。且，判別的結果，工具17的先端位置的變化量 是設定容許精度以內的狀態，但是非持續了設定範圍時間 的情況（NO)時繼續暖機運轉並回復至步驟S5。 另一方面，工具17的先端位置的變化量是設定容許 精度以內的狀態，但是持續了設定範圍時間的情況（YES © )時就認定工具1 7的先端位置爲穩定並終了工具位置測 量（步驟S9)，終了暖機運轉並且開始工件加工的（步 驟 S 1 0 )。 第3圖’是顯示工具17的先端位置的舉動的一例。 工作機械1中，因爲隨著主軸16的旋轉或移動載置台13 、鞍座14、主軸頭15的軸移動等所產生的主軸頭15或伺 服馬達18a、18b、18c的發熱’且設置工作機械1處的環 境溫度的變化等，而在構成工作機械1的基座11、機身 12、鞍座14、主軸頭15、主軸16等產生熱變位的話，如 -13- 200924903 第3圖所示，工具17的先端位置及工件的相對位置是各 別朝X軸方向、y軸方向、z軸方向變化，且直到穩定爲 止的時間也因各軸方向而不同，但是依據本實施例的工作 機械的舉動測量方法，因爲對於測量裝置2 1將工具1 7的 先端位置連續地且2次元地或是3次元地測量，所以工具 17的先端位置的變化量是容許精度內的狀態且持續了設定 範圍時間的情況時，判斷機械的舉動爲穩定而終了暖機運 0 轉，所以依據在機械的周邊的環境溫度或直到其爲止進行 的工作機械的運轉狀況，即使主軸16或工具17的熱變位 直到穩定的爲止的時間具有差異的情況，也可依據當時的 狀況效率佳地且確實地檢出機械的舉動是否穩定，可防止 機械的舉動穩定之前開始工件的加工，和進行多餘的暖機 運轉，如第3圖所示因爲工具及載置台的相對變位的狀態 確實穩定且不會進行多餘的暖機運轉地開始工件的加工， 所以與習知相比較可以提高加工精度及加工效率。 〇 且，對於習知藉由熟練的作業者依據經驗進行的暖機 運轉，因爲不依靠作業者就可效率佳且確實地進行，所以 便利性更提高。 又，對於上述的實施例，測量裝置21雖說明使用由 一定時間間隔將工具1 7的先端位置攝影的攝影手段的例 ，但是測量裝置，是具備：例如沿著與主軸16的軸方向 垂直的方向將多數的雷射光發訊的發訊部、及挾持工具17 並設在相面對於發訊部的位置的收訊部’隨著主軸16等 的熱變位移動的工具17是利用遮斷雷射光而在收訊部獲 -14- 200924903 得工具17的位置資訊，或是，使用可測量工具17的先端 位置的三軸方向的變位的雷射干涉計等將工具17的先端 位置的變位由2次元地或是3次元地測量的話即可，在未 脫離本發明的範圍內可進行各種變更。且，將工具17的 先端由2次元地測量的情況時，例如，工具1 7的先端位 ‘ 置的變位是第3圖所示的舉動的工作機械的話，測量y軸 方向及z軸方向的舉動等，依據狀況決定測量的位置最佳 ❹ [產業上的利用可能性] 本發明，是最佳適用在工作機械的舉動測量及加工方 法。 【圖式簡單說明】 [第1圖]顯示本發明的實施例的工作機械的舉動測量 〇 構造的方塊圖。 [第2圖]顯示本發明的實施例的工作機械的舉動測量 的流程圖。 [第3圖]顯示隨著本發明的實施例的工作機械的舉動 測量構造的主軸的旋轉所產生的工具及載置台的相對變位 、及時間的關係的圖表。 【主要元件符號說明】 1 :工作機械 -15- 200924903 1 1 :基座 1 2 :圓柱 13 :載置台 14 :鞍座 1 5 :主軸頭 1 6 :主軸 1 7 ·工具 18a， 18b， 18c ：伺服馬達 1 9 : N C裝置 2 1 :測量裝置 22 :測量控制部

-16

Claims (1)

1. 200924903 十、申請專利範圍 1. 一種工作機械的工件加工方法，是將工件及工具 相對變位地進行前述工件的加工，其特徵爲，含有：將被 裝設於主軸的工具的先端的位置連續地測量的第一過程； 及依據測量結果依序算出工具的先端位置的變位量的第二 過程；及爲了判斷隨著溫度變化移動的工具先端的位置是 否穩定而監視前述變位量在預先被設定的容許變位量內的 0 時間的第三過程；及爲了判斷隨著溫度變化移動的工具先 端的位置是否穩定當在前述變位量爲容許變位量內的時間 是比預先被設定的時間也就是前述範圍時間短的情況時繼 續暖機運轉，另一方面，在前述變位量爲容許變位量內的 時間是到達前述範圍時間的情況時終了暖機運轉的第四的 過程；及在前述第四的過程當暖機運轉終了的情況時開始 前述工件的加工的第五的過程。 2.如申請專利範圍第1項記載的工作機械的工件加 〇 工方法，其中，將前述工具的先端的位置2次元地或是3 次元地測量。 3·如申請專利範圍第1或2項記載的工作機械的工 件加工方法，其中，包含：在前述第二過程及前述第三過 程之間’將前述工具的先端位置的變位量算出之後，開始 前述工具的先端位置的測量之後在預先設定的最大測量時 間內的情況時繼續前述工具的先端位置的測量’開始前述 工具的先端位置的測量之後經過預先設定的最大測量時間 的情況時終了前述工具的先端位置的測量的過程。 -17- 200924903 4. 一種工作機械的舉動測量裝置，是控制工件及 具的相對位置進行前述工件的加工，其特徵爲，具備： 量手段，將工具先端位置連續地且2次元地或是3次元 測量；及控制手段，依據藉由前述測量手段測量的結果 算前述工具先端位置的變位’監視藉由計算算出的變位 持在預先被設定的容許變位量以內的狀態的時間，當前 工具先端位置的變位維持在前述容許變位量以內的狀態 © 時間是預先被設定的容許變位繼續時間內的情況時繼續 機運轉，前述工具先端位置的變位維持在前述容許變位 以內的狀態的時間是經過前述容許變位繼續時間的情況 終了暖機運轉。 5. 如申請專利範圍第4項記載的工作機械的舉動 量裝置，其中，前述測量手段是將前述工具先端位置由 定時間間隔連續地攝影的攝影手段’前述控制手段’是 據藉由前述攝影手段攝影的畫像算出前述工具的先端位 ®的變位。 6. 如申請專利範圍第4項記載的工作機械的舉動 黌裝置，其中，前述測量手段是雷射干涉計。 工 測 地 計 維 述 的 暖 量 時 測 依 置 測 -18 -