1. HOME
  2. 機械関連(専門)
  3. 研究情報(登録番号2080)

5軸制御工作機械の幾何誤差補正とその精度維持を行う知能化システムの開発

高精度を維持する知能化システムの装置構成

図1 高精度を維持する知能化システムの装置構成

幾何誤差計測の流れ

図2 幾何誤差計測の流れ

本システムによる精度維持効果(イメージ)

図3 本システムによる精度維持効果(イメージ)

1.概要

 近年,工業製品のダウンサイジングが進む中で部品形状がより複雑化しており,5軸制御工作機械の活用事例が増加し,高い精度が要求されるようになってきている.しかし,5軸加工は,段取や機械構造に起因する誤差の影響を受けやすく,高精度に加工することが難しい.その主な誤差要因の一つとして,軸配置に関する幾何誤差があげられる.5軸制御工作機械には13種類もの幾何誤差が存在する.幾何誤差は,製造時に可能な限り小さくしたとしても,ユーザの工場に設置された際に機械の状態変化によって,わずかに変化する.また,ユーザが機械を使用している間も,環境温度変化(熱変位)によって変化し,さらに,床などの状態変化によって経時変化する.このため,機械が使用される環境において,必要な時に,短時間で,幾何誤差を調整する必要がある.そこで,5軸制御工作機械が自身の幾何誤差を計測・補正して高精度を維持する知能化システムの開発を行った.

2.技術の内容

 本知能化システムの装置構成を図1に示す.本システムは以下の主な技術から構成される.

(1)幾何誤差の自動計測技術

 タッチプローブ(工作物の機内計測に使用されるセンサ)と基準球を用いて,機械自身が幾何誤差を自動計測する技術.回転軸だけでなく直進軸に関する幾何誤差を含めた11種類の幾
何誤差の計測を実現した.オペレータは,①テーブルに基準球をセットして,タッチプローブを球のおおよそ真上に位置決めさせ,②数回のキー・ボタン操作を行うだけで,後は自動で計測が実行され,10分程度で完了する(図2).このため,オペレータのスキルに依存せず,安定した精度で幾何誤差を計測することができる.

(2)幾何誤差の補正技術

 幾何誤差による工作物に対する工具の位置と姿勢の誤差をリアルタイムに補正する技術.自動運転だけでなく手動運転でも補正が適用されるため,オペレータは従来と同じ操作で段取から加工までを行うことができる.

(3)環境温度変化による工作機械の熱変位を抑制する技術

 環境温度の変化による熱変形を単純化する(傾きの生じない収縮・膨張のみにする)機械構造をベースとして,温度センサを用いて熱変位を自律的に補正する技術.一般工場環境下,急激な室温変化,切削液の有無,広い加工範囲など,様々な状況下で高い精度安定性を実現した.

 本知能化システムにより,オペレータは簡単なセットアップ作業を行うだけで,機械自身が幾何誤差の影響を低減し,5軸加工において高い空間精度を実現できる.また,環境温度変化による幾何誤差の変化の影響を機械自身が自律的に小さくすることで,長時間高精度を維持できるようになる(図3).

3.まとめ

 本知能化システムは2012年4月より販売しており,特に国内において適用機種への搭載率は極めて高く,ユーザの加工精度向上に貢献している.今後,さらに5軸加工精度を向上する新技術の開発を進めていきたい.

 本研究の成果に対して、日本機械学会は、2014年、松下哲也(オークマ(株))、沖忠洋(同左)、近藤康功(同左)、奥田和博(同左)、千田治光(同左)に日本機械学会賞(技術)を贈った。

文献

[1] 松下哲也、沖忠洋、松原厚、「テーブルチルト型5軸制御工作機械によるテーパコーン加工精度」、精密工学会誌、Vol.74, No.6, pp.632-636, 2008.
[2] 松下哲也、松原厚、「テーパコーンDBB測定によるテーブル旋回形5軸制御工作機械の幾何誤差の同定と補正」、精密工学会誌、Vol.77, No.6, pp.594-598, 2011.
[3] 千田治光、佐藤礼士、森脇俊道、「量産を目的とした工作機械の主軸熱変位推定(第2報,主軸回転速度変動下での熱変位推定)」、日本機械学会論文集C編、Vol.71, No.709, pp.2813-2818, 2005.
[4] 松下哲也、沖忠洋、「タッチプローブを用いた5軸制御工作機械の幾何誤差同定方法の検証」、2010年度精密工学会秋季大会学術講演会論文集、pp.309-310, 2010.
[5] 千田治光、「熟練者を助ける「衝突回避技術と熱変位抑制技術」」、日本機械学会誌、Vol.111, No.1073, pp.306-309, 2008.

関連する研究を検索

分野のカテゴリ

ものをつくる(生産・加工)
(生産加工・工作機械)
ものをつくる(生産・加工)
(生産システム)

関連する出来事

データなし

世の中の出来事

データなし

Webページ

データなし

博物館等収蔵品

データなし

キーワード

幾何誤差補正、熱変位抑制、知能化、タッチプローブ
Page Top