平成9年度 研究報告 大分県産業科学技術センター
研削加工における高精度修正加工システムの研究
水江 宏。船 田 昌。大塚裕俊 機械電子部
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要旨
工作機械を使用して金型部品等の除去加工（切削中研削。放電加工等）を行う場合，寸法中形状誤差は，位置 決め精度などの工作機械が内包する要因，加工抵抗による力学的・熱的な要因，加工工具の精度等による要因， 工作物の取り付けによる要因，加工現象そのものによる要因等から影響を受ける。
そこで，本研究では，バックラッシエラー等の工作機械が内包する誤差に着目し，ジグ研削盤を用いて，修正
加工プログラムによる C軸制御の輪郭研削加工を行った。その結果，通常の加工プログラムによる輪郭加工と
比べて，本加工法により，真円度の精度で約30％の精度向上が認められた．
1。緒 言
加工誤差のうち工具の誤差，加工条件による誤差，工 作物の取り付け誤差等は，作業者の技能に大きく依存し ている。つまり，熟練作業者の十分な注意によりタ これ らの誤差はある程度減少させることが可能といえる．
一方，工作機械が内包する誤差，例えば，スケールの 誤急 真直度の誤差，バックラッシュラー等の準静的あ るいは幾何学的な要因による誤差は，一般的な方法では， 減少させることが困難である．
従束 保有する工作機械の精度以上の加工を行う必要 がある場合は，熟練作業者による手仕上げ等の方法で対 応してきた．しかし，従来の方法では，近年の熟練作業 者の不足，手作業による加工効率の悪さ，工作機械の老 朽化による精度の悪化など，解決すべき多くの技術的問 題がある。これらの問題を解決するには，現有の工作機 械を用いて修正加工（仕上げ加工）を行うことにより精度
・能率を向上させるための研究が必要である（1＝2〕（3）
そこで本研究では， これまで試みられたことのないジ グ研削盤を対象として，1次加工の測定データを考慮に 入れた修正加工用のNCプログラムを作成し，C軸制御 による輪郭研削加工（仕上げ加工）賽験を行った・また， 通常のNCプログラムによる輪郭研削加工（C軸制御）を 行い，位置の誤差と形状誤差（真円度）の2つの誤差につ いて修正加工と比較検討し，その有効性を明らかにした ので以下に報告する。
2．修正加エの手法 2．て エ作機械が持つ誤差の種類
修正加工用プログラムを作成するには，対象となる工 作機械が内包する誤差の特徴を，1次加工後の測定結果 から把握する必要がある．
一般に，従来の方法で円形状の輪郭加工を行う場合， 工作機械は以下の誤差を生じると言われている。
Gスケールの長さ誤差：軸方向（ⅩY）の楕円となる．
②軸案内の実直度誤差：450 傾斜した楕円となる． （加工の方向を変えても傾きの方向は同じ．）
③サーボリードエラー：45〇 傾斜した楕円となる。 （加工の方向を変えると傾きの方向は反対になる．） ④パソクラッシエラー：各軸（ⅩY）の送り方向が変わ
るとき段差を生じる。
⑤定期的エラーー：リードスクリュー等の誤差により， 振動状の波形が現れる。
⑥その他の誤差：スケ｝ルの部分的エラー等により不 定期に発生する誤差。
2 2 喜呉墓の修正方法
本研究では，工作機械により生じた誤差を位置（形状 の基準点〉の誤差と形状誤差（真円度等）の2種類に分類
し，修正加工法について検討する．
また，寸法誤差（直径や幅等の誤差）は，工作機械が内 包する誤差から生じたとしても，切り込みを追い込むこ
平成9年度 研究報告 大分県産業科学技術センタ… 2．2．1位置の誤差の修正方法
Fi g．1に位置の誤差とその修正方法を示す。位置の誤 差とは，設計形状と加工形状がベストフィットの状態で あるとした場合の，オブジェクトの設計基準点（設計形 状の中心）と測定基準点（加工形状の中心）とのずれをい
う．
位置の誤差は，加工プログラムの設計基準点に位置補 正ベクトル（風）を付加することにより修正した．位置補 正ベクトルは，位置誤差ベクトル（鼎）に対して反対方向 を向き，位置の補正係数をkpとすると，（斜体英文字 はベクトルを表す）
ダ。＝−kpXPg （kp＝1） と表される．
具体的には，ワーク座標系の設定を位置補正ベクトル 分オフセットさせることにより工具径路全体を簡便に移 動させる方法と，NCプログラム中の工具位置指令をオ フセットさせることにより工具径路を修正する方法があ る．今回は，形状補正において工具位置指令をオフセッ
トする必要があるので，後者の方法とする。
すように，測定形状に対して設計形状（理想形状）を軸と して反転した形状を工具経路とする修正プログラムがで きる。そして，全ての誤差（凸凹〉が再現性を有すると仮 定すると，修正加工プログラムは凸凹を打ち消し，工具 は理想的な設計形状の上を移動する，と考える．
7Co謡藍
∫ か、、罪 転読＝C。汀。。b、r。Ve。t。r
Fi g．2 Pr of l l ee汀Or
3，実験方法 3．1装置
工作機械は三井精機（株）製ジグ研削盤3GCNを使用 した．精度比較測定には，（株）ミツトヨ製3次元座標測
定機H
YPER−KN
810†
M
PP−4，（株）東京精密製真円安
測定機ロンコム52B−750を使用した。テキストファイル からFANUC P−Gファイルへの変換は，ファダム（株）製 NC＿Com7eれP−Gを使用した．
Fi g．3にジグ研削盤での修正加工実験装置を示す・
Fi g．1Pos i t i one汀Or
2．2．2 形状誤差の修正方法
Fi g．2に，形状誤差とその修正方法を示す・形状誤差 とは，設計上の実の形状（円や四角等）と測定形状の誤差 をいう．形状誤差は，加工プログラムの位置指令座標値 に形状補正ベクトル（腰。）を付加する方法により修正する． 形状補正ベクトルは，形状誤差ベクトル（腰g）に対して反 対の向きを有し，形状の補正係数を如とすると，
腰。＝】1虹×虎e （b＝1き 0．8，0．5♀ 0．3） と表される。
ここで，形状の補正量（形状補正ベクトルの絶対値） の最適値を検討するため，形状の補正係数kを1，0．8， 0。5，0．3の4種類とする．
具体的には，NCプログラムの位置決め指令である直 線送り（GOl ）や円弧送り（GO2フ03）を，形状測定のデータ 数に対応した微小な直線や円弧に細分化し，形状補正ベ クトルをそれぞれに付加する．これにより，Fi g．2に示
Fi g．3J i ggr i ndi ngmac h血e
3．2 実験方法
Fi g．4に実験手順のフローを示す・
本研究では，オンザマシンで加工と測定を実施してい
ないため，被削材を加工機と測定機に載せ換える度に，
平成9年度 研究報告 大分県産業科学技締センター
パークアウト1臥 修正加工（仕上げ）で切り込み8〃m X2回十スパークアウト1回を実施した．
Tabl el に実験条件を示す一 基準穴も修正加工用穴の 場合も，クイル上下のストローク量は，被削材の上下面 から工具砥石側面の約1／2がオーバーするように設定し た．
また，工具による誤差や加工条件による誤差を排除す るために，工具は新品を使用し，切込み量や工具送り速 度等の加工条件は，通常の加工より負荷の少ない設定と
した。 そこで今回は，ダイヤルゲージを使用して，再搭載に
よる被削材のずれを2鎚m
以内に調整し，必ず基準穴
の研削加工を行った後に修正加工を行った．これにより， オンザマシン計測と同等の精度（再現性）を確保する。
ジグ研削盤による基準穴加工（遊星回転加工） および，穴形状一次加工（C軸加工）
Tabl e 1 Exper i m
ent al Gondi l i ons
machi 王血g
CBNt ool di amet er mm／Gr akl 10．0／＃120 3．0／削50 Spi ndl er ot at i onal s peed r pm 10，000 30，000
C｝r Cl e／mi n 20 180
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Pl anet r ot at i onal s peed r pm 50
Feedr at e mm／mi n 50，i OO Dept hoぎgr 血d 〃m 3．0 8．0 Spar k−Out 2
Chemまcal s ol ut i ont ypenui dl ／mi n 2．0 2．0 Fi g．4 CoI TeCt まヽ7emaCh血ngpr oces s
3．3 加工条件
Fi g．5に被削材の加工形状を示す凸 平面研削した板材 （SKD−11，Non−heat t r eat ment ）に，ワイヤーカット放電加 工機で基準穴2個と修正加工用穴1個の下穴加工を行っ た．次に，ジグ研削盤で基準穴の加工と修正加工用穴の
1次加工，修正加工（仕上げ）を行った．基準穴の加工の
場合は，遊星回転加工により，切り込み3〃m
X3回
＋スパークアウト1回を加工物取り付けの度に実施した． またぅ 修正加工用穴の場合，C軸制御を利用した輪郭研
削加工により，1次加工で切り込み8〃m
X3回＋ス
3．4 測定条件
位置の精度測定には，3次元測定機を使用し，倣い測 定を行った．測定ピッチは0．5mm，測定の深さは上面
から3．O
m
m
の位置，プローブ径は3．O
m
m
，測定速度は
3．Omm／s ecとした．これにより得られた160点の測定デ ータをテキストファイルに変換し，PC上で真円度が最 小値になるように中心座標を繰り返し計算し，位置の誤 差を算出した，
形状測定には，真円度測定機を使用した．先端子直径
は1．6m
m
，測定速度は6．O
m
m
／m
i n，測定倍率は5000
（Feedr at el O
O
m
m
／m
i n），10000（Feedr at e50m
m
／m
i n）倍，
中心定義法は最大内接円中心法とした。
4．実験結果 4．1位置の誤差
Tabl e 2に修正加工を行った場合と行わなかった場合 の位置の誤差（Ⅹ，Y）を示す。
修正加工を行うことにより，中心位置の座標値（Ⅹ。Y） は± が反転しており，誤差の絶対値は大きくなっている． つまり，位置の補正係数kp＝1では，過剰な修正が行わ れたといえる．
また，送り 50mm／m血と100mm／mi nで比較すると，
50
7。 Reねr 血cemachぬ喝hol es 、￠12×2
平成9年度 研究報告 大分県産業科学技術センタ…
位置の誤差は反対の方向を示している。今回の実験結果 では，位置の誤差は再現性がないと思われるが，中心定 義法の違いや熱的影響や加工物クランプカの影響等を受 けやすいため，誤差の再現性を確認するための実験が必 要と思われる．
Tabl e2 Pos i t i one汀Or X，Y（〃′ m）
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L
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Feedr at e（mm／mi n） 100
Non−CO汀eCt i on 0．2）3．8 −0．4，−6．9
（abs ol ut e＼▼al ue） （3．8） （6．9）
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】 1．0 0
∃ 4
Co汀eCt i on 0．8 壷0・6，7・2
kp… 1・0 kr （7・2）
（abs ol ut e
ヽ7ahl e） ：0．5 −0．3，−4．4 （4．4） （7．5）
‡ 0．3 l ．1，8．0
（8．1）
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Feedr at e：100mm血血 Roundnes s ：5．4〟m Fi g．6 Roundnes s pr o負1e（Non−COI TeCt i on）
4．2 形状誤差
Tabi e 3に修正加工を行った場合と行わなかった場合 の形状誤差（其円度）を示す．
修正加工を行った全ての条件で真円度の向上が認めら れた．特に形状の補正係数h＝0．5のとき，最も精度が 高く，真円度の値で約30％の改善が認められた．
Tabl e3 Rot m
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二十 Feedr at e（mm血痕〉 50 100
Non−COr r eCt i on 1．96 5．4
Co王TeCtlOn kp i．0 l ‡ 奴 1．0 4．5 0、8 H 4．7 0．5 要1．36 3．9 H
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Feedr at e：100mm／mi n Roundnes s ニ4．5〃m Fi g．7 Roundnes s pr o地（Cor r ect i on（kr ＝1．0））
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＼ノ∴ へ Fi g．6に送り100mm血i n，修正加工なしの測定形状を
示す．これでは，Y軸移動方向が一からTへ変化すると
ころで，バックラッシエラーが約4 〃 m発生している。 またヲ 全体的にみると縦長の楕円形状が認められる，
また，加工のs t aれ／end poi nt で札 二重に加工が行 われることにより約2〟mの削り過ぎが生じている。
Fi g．7に送り100mm血i n匂 修正加工（む＝1．0）後の測定 形状を示す。これでは，パソクラッシエラーが過剰に修 正され9 また，全体の楕円形状も縦長から横長へと変化
し，過剰に修正されていることがわかる，
Fi g．8に送り100mm／mi n・修正加工（汝＝0■ 5）彼の測定 形状を示す。過剰な修正が行われている部分は認められ るが，おおむね良好な真円形状が得られた．
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平成9年度 研究報告 大分県産業科学妓締センタ】
い起伏は大きくなる可能性もあるので，それぞれの加工 機ごとに再現性のある起伏はどのようなものかを十分検 討する必要がある．
また，加工方向は同じ（時計回り（up cut ））にもかかわ らず，送りの違いにより，バックラッシエラーの発生傾 向は全く異なっている．つまり，誤差の再現性について は，加工条件の違いも考慮に入れなくてはならない．
さらに，加工のs t aれ／end poi 三ユt での削り過ぎについ ては，修正加工により，送りi OOmm血i nでは修正され ているが，送り50mm／mi nでは修正されていない。今回 の方法では，St ar t ／end poi nt の山谷も他の山谷と同様 の手法で修正プログラムを作成した。今後はs t ar t ／end
poi nt で2回の加工を生じないように工具経路自体を改
善するか，この部分のみ形状の補正係数を大きくする等 の特別な手法を検討する必要がある．これにより，さら に形状精度を高めることが可能ではないかと思われる．
5．緒 言
修正加工の実験により以下のことが明らかとなった。 ①今回の修正加工の手法により，形状精度（真円度）
については約30％向上する．
②形状の補正係数kは0．5前後で最適な形状の修正
が行われる。
③位置の補正係数kpを1とすると，位置の修正が過
剰に行われる．
④形状の補正係数kr を1とすると，形状の修正が過
剰に行われる．
参考文献
（1）垣野ら：除去加工用修正加工システムに関する研究 ：精密工学会誌，59，i O（1993）1689
（2）垣野ら：NC工作機械の運動精度に関する研究：精 密工学会誌，52，7（1986）1193
（3）垣野ら：加工形状誤差の偏差検出型オンザマシン計 測に関する研究：精密工学会誌，58，6（1992）i O59 Fi g．9に送り50mm血血 修正加工なしの測定形状を示
す．修正なしでは，Y軸移動方向が＋から−へ変化する ところで約2．5 〟 mのパソクラッシエラーが生じてい
る。また，全体に1∼2〟m
程度の山谷が生じている
ことがわかる。
Fi g．10に送り 50mm／mi n，修正加工（k＝0．5）後の測定 形状を示す．バックラッシエラーはほぼ修正され，全周 にあった山谷は若干減少し，良好な真円形状が得られた．
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