ニュース - マシニングセンターの機械-ツール座標が狂ってしまったらどうすればいいのかご存知ですか？

マシニングセンターにおける工作機械座標の不規則な動きの問題の分析と解決策

機械加工分野において、マシニングセンターの安定した稼働は、製品品質と生産効率に極めて重要な役割を果たします。しかしながら、工作機械の座標系の不規則な動きといった不具合は時折発生し、オペレーターに多大な迷惑をかけるだけでなく、深刻な生産事故につながる可能性があります。以下では、マシニングセンターにおける工作機械の座標系の不規則な動きに関連する問題について詳細に考察し、実用的な解決策を提示します。

I. 現象と問題の説明

通常、マシニングセンターの機械は、起動時に原点復帰した後にプログラムを実行すると、座標と工作機械の位置は正しいままです。しかし、原点復帰が完了した後、工作機械を手動またはハンドホイールで操作すると、ワーク座標と工作機械座標の表示に偏差が表示されます。例えば、現場実験では、起動時に原点復帰した後、工作機械のX軸を手動で10mm移動させ、その後、MDIモードでG55G90X0命令を実行します。工作機械の実際の位置が予想される座標位置と一致しないことがよくあります。この不一致は、座標値の偏差、工作機械の移動方向の誤差、または設定された軌道からの完全な偏差として現れる場合があります。

II. 故障の考えられる原因の分析

（I）機械組立の要因

機械組立精度は、工作機械の基準点精度に直接影響します。工作機械の組立工程において、各座標軸の伝達部品の取り付け不良（例えば、ネジとナットの嵌合部に隙間があったり、ガイドレールの取り付けに非平行または非垂直の問題があったりする）があると、工作機械の運転中に追加の変位偏差が発生し、基準点がずれることがあります。このずれは、工作機械の原点復帰動作時に完全に補正されず、その後の手動または自動操作において座標が不規則に移動する現象につながる可能性があります。

（II）パラメータおよびプログラミングエラー

工具補正とワーク座標設定：工具補正値の設定が不適切だと、加工中の工具の実際の位置とプログラムされた位置との間にずれが生じます。例えば、工具半径補正値が大きすぎたり小さすぎたりすると、ワークを切削する際に工具が所定の輪郭軌道から外れてしまいます。同様に、ワーク座標の不適切設定もよくある原因の一つです。オペレータがワーク座標系を設定する際に、ゼロオフセット値が不正確だと、この座標系に基づくすべての加工指示によって工作機械が誤った位置に移動し、座標表示が乱れてしまいます。
プログラミングエラー：プログラミングプロセスにおける不注意も、工作機械の座標異常につながる可能性があります。例えば、プログラム作成時の座標値の入力エラー、命令形式の誤使用、加工プロセスの誤解によるプログラミングロジックの不合理などが挙げられます。例えば、円弧補間のプログラミングにおいて、円の中心座標の計算が誤っていると、そのプログラムセグメントの実行時に工作機械は誤った経路に沿って移動し、工作機械の座標が正常範囲から外れてしまいます。

（III）不適切な操作手順

プログラム実行モードにおけるエラー：プログラムをリセットし、工作機械の現在の状態と以前の動作軌跡を十分に考慮せずに中間セクションから直接開始すると、工作機械の座標系に混乱が生じる可能性があります。プログラムは動作プロセス中に特定のロジックと初期条件に基づいて実行されるため、中間セクションから強制的に開始すると、この連続性が損なわれ、工作機械が現在の座標位置を正しく計算できなくなる可能性があります。
特殊操作後のプログラム直接実行：「工作機械ロック」、「手動絶対値」、「ハンドル挿入」などの特殊操作を実行した後、対応する座標リセットや状態確認を行わずにプログラムを直接実行し加工すると、座標が不規則に移動する問題が発生しやすくなります。例えば、「工作機械ロック」操作は工作機械軸の動きを停止させますが、工作機械座標の表示はプログラム指示に従って変化します。ロック解除後にプログラムを直接実行すると、工作機械が誤った座標差で動作する可能性があります。「手動絶対値」モードで工作機械を手動で移動させた後、後続のプログラムが手動移動による座標オフセットを正しく処理しないと、座標の乱れが発生します。また、「ハンドル挿入」操作後に自動運転に切り替える際に座標同期が適切に行われない場合も、工作機械座標が異常になります。

（IV）NCパラメータ変更の影響

ミラーリング、メートル法とヤードポンド法の変換など、NCパラメータを変更する際に、操作が不適切であったり、パラメータ変更が工作機械の座標系に与える影響を十分に理解していないと、工作機械の座標が不規則に動く可能性があります。例えば、ミラーリング操作を実行する際に、ミラーリング軸と関連する座標変換ルールが正しく設定されていないと、後続のプログラム実行時に工作機械が誤ったミラーリングロジックに従って移動し、実際の加工位置が予想とは全く逆の位置になり、工作機械の座標表示も乱れてしまいます。

III. 解決策と対策

（I）機械組立問題の解決策

工作機械の機械伝達部品（ネジ、ガイドレール、カップリングなど）は定期的に点検・整備を行い、ネジとナットの隙間が適正範囲内にあるか確認してください。隙間が大きすぎる場合は、ネジの予圧調整や摩耗部品の交換などで解決できます。ガイドレールについては、取り付け精度を確保し、ガイドレール面の平坦度、平行度、垂直度を確認し、異常がある場合は適時に調整または修理を行ってください。
工作機械の組立工程においては、組立工程の要件を厳格に遵守し、高精度測定ツールを使用して各座標軸の組立精度を検出・校正します。例えば、レーザー干渉計を用いてネジのピッチ誤差を測定・補正し、電子水準器を用いてガイドレールの水平度と垂直度を調整することで、初期組立工程における工作機械の高い精度と安定性を確保します。

（II）パラメータおよびプログラミングエラーの修正

工具補正とワーク座標設定の誤差については、加工前に工具補正値とワーク座標系の設定パラメータを慎重に確認する必要があります。工具の半径と長さは、ツールプリセッタなどのツールで正確に測定でき、正しい値を工作機械の制御システムに入力できます。ワーク座標系を設定する際には、試し切り工具の設定やエッジファインダによる工具設定など、適切な工具設定方法を採用し、ゼロオフセット値の精度を確保する必要があります。また、プログラム作成プロセスでは、座標値と工具補正指示に関する部分を繰り返し確認し、入力ミスを回避する必要があります。
プログラミング面では、プログラマーのトレーニングとスキル向上を強化し、加工プロセスと工作機械の指令システムに対する深い理解を身に付けさせます。複雑なプログラムを作成する際には、十分なプロセス分析とパスプランニングを実施し、主要な座標計算と指令の使用方法を繰り返し検証します。シミュレーションソフトウェアを使用して、作成したプログラムの実行をシミュレーションすることで、潜在的なプログラミングエラーを事前に発見し、工作機械での実際の操作におけるリスクを軽減します。

（III）業務手順の標準化

工作機械の動作仕様を厳守してください。プログラムリセット後、中間部分から運転を開始する必要がある場合は、まず工作機械の現在の座標位置を確認し、プログラムのロジックとプロセス要件に従って必要な座標調整または初期化操作を実行する必要があります。例えば、まず工作機械を手動で安全な位置に移動し、その後、ホーミング操作を実行したり、ワーク座標系をリセットして、プログラムを実行する前に工作機械が正しい始動状態にあることを確認したりすることができます。
「工作機械ロック」、「手動絶対値」、「ハンドホイール挿入」などの特殊操作を実行した後は、まず対応する座標リセットまたは状態回復操作を実行する必要があります。たとえば、「工作機械ロック」のロックを解除した後は、まずホーミング操作を実行するか、工作機械を手動で既知の正しい位置に移動してからプログラムを実行する必要があります。「手動絶対値」モードで工作機械を手動で移動した後は、プログラム内の座標値を移動量に応じて修正するか、工作機械の座標を正しい値にリセットしてからプログラムを実行する必要があります。「ハンドホイール挿入」操作が完了したら、座標のジャンプや偏差を回避するために、ハンドホイールの座標増分がプログラム内の座標命令と正しく接続されていることを確認する必要があります。

（IV）NCパラメータ変更の慎重な操作

NCパラメータを変更する場合、オペレータは十分な専門知識と経験を持ち、各パラメータの意味とパラメータ変更が工作機械の動作に与える影響を十分に理解している必要があります。パラメータを変更する前に、問題発生時にすぐに復元できるように、元のパラメータをバックアップしてください。パラメータ変更後、ドライランやシングルステップランなどの一連のテストランを実施し、工作機械の動作状態と座標表示が正常かどうかを観察します。異常が見つかった場合は、直ちに操作を停止し、バックアップパラメータに従って工作機械を元の状態に戻し、パラメータ変更のプロセスと内容を慎重に確認して問題点を見つけ出し、修正を行います。

まとめると、マシニングセンターにおける工作機械の座標の不規則な動きは、多くの要因が絡み合った複雑な問題です。工作機械を日常的に使用する中で、オペレーターは工作機械の機械構造、パラメータ設定、プログラミング仕様、操作手順などについて学習し、習熟する必要があります。座標の不規則な動きの問題に遭遇した場合は、冷静に分析し、前述の考えられる原因から着手し、段階的に検証と対策を講じることで、工作機械が正常な動作に戻り、加工品質と生産効率を向上させる必要があります。同時に、工作機械メーカーとメンテナンス技術者も技術レベルを継続的に向上させ、工作機械の設計と組立プロセスを最適化し、ユーザーに、より安定的で信頼性の高い加工設備と充実した技術サポートサービスを提供する必要があります。