CN103945981B - 机床 - Google Patents

Abstract

机床设有位移计量机构(30)，位移计量机构(30)计量工件中心与刀尖间距离(L)的位移量(ΔL)，工件中心与刀尖间距离(L)是工件支承机构(21)的工件支承面的中心相当位置(Xw)与刀具支承机构(22)的刀尖相当位置(Xt)之间的、与主轴轴心(O)正交的方向(X)上的距离。该位移计量机构(30)位于将加工移动区域(E)避开的区域中的、工件支承面的中心相当位置(Xw)与刀尖相当位置(Xt)之间的连续的路径(C)上，并计量该连续的路径(C)的位移量，由此计量上述位移(ΔL)。位移计量机构(30)由主轴侧及刀具侧的直线位置检测机构(31、32)构成。位移计量机构(30)的计量值用于X轴指令值的修正。

Description

机床

本申请基于在2011年11月16日申请的日本特愿2011-250592主张优先权，并将其全部内容通过参照而作为本申请的一部分来加以引用。

技术领域

本发明涉及车床、加工中心(machinecenter)、磨床、钻床等机床，尤其涉及其热位移修正。

背景技术

在车床等机床中，在刀架的进给的控制、主轴移动型车床中的主轴座的进给的控制中，使用包括反馈控制系统的闭环控制。通常，采用利用了附属在伺服电机中的脉冲编码器的半闭环方式，但是为了实现高精度的定位，还有采用通过直线编码器等直线位置检测机构直接读取刀架等的位置来进行控制的全闭环方式的情况。

而且，在机床中，由于切削热量和伴随机械运转的各部位的发热，会发生床身或其他部位的热膨胀、热变形。这种热膨胀、热变形会导致加工精度的降低。虽然也有配备冷却装置来作为对策的机床，但是，为了充分地抑制热膨胀，冷却装置就会大型化，而且仅通过冷却也无法确保加工精度。

因此，一直以来提出了各种通过计量温度来推测机械整体的热位移从而进行刀具的进刀量等的热位移修正的方案。但是，在根据温度推测位移的情况下，在根据温度计算位移的阶段需要进行时间延迟等复杂的计算。温度变化存在多种要因，难以根据温度的计量值高精度地进行热位移修正。因此，还提出了通过线性标尺(linearscale)等计量实际的热位移并进行修正的方案。

如图8所示，例如专利文献1所述的机床为一种车床，其主轴座51位置固定于床身52上，搭载有刀架53的进给座54以能够沿主轴半径方向(X轴方向)移动的方式设置，通过安装在进给座54上的读取部56来读取安装在主轴座51上且沿主轴半径方向延伸的标尺55，由此计量出刀架53的主轴半径方向上的位置。该刀架53的主轴半径方向位置的计量值会根据热位移等而变化。因此，通过根据计量值来修正刀架53的刀具57的进刀量等，能够始终确保适当的加工精度。

在先技术文献

专利文献1：日本特开2002-144191号公报

在如专利文献1那样仅计量主轴座51与进给座54之间的相对位置的方案中，在产生了刀架53相对于进给座54的热位移的情况下，会在主轴轴心与刀具之间的距离上产生误差。

关于以往的全闭环方式的控制，例如在刀架移动型的车床中，通过直线编码器等直线位置计量器直接读取刀架的移动来进行控制，但是，在直线位置计量器的安装部位产生了热位移的情况下，则无法进行高精度的控制。因此，需要另外设置进行热位移修正的机构。

工件的加工尺寸由工件中心与刀具的刀尖之间的距离而定，因此，只要能够直接检测该距离，就能够高精度地进行加工。但是，直接计量工件中心与刀具的刀尖之间的距离，会导致计量机构与工件或刀具干涉，因此无法实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机床，其能够对工件中心与刀具的刀尖之间的位移以尽可能接近于直接计量的方式进行计量，从而能够谋求加工精度的提高。

对本发明的激光加工机标注实施方式中所使用的附图标记而进行说明。本发明的机床将支承工件的工件支承机构和支承刀具的刀具支承机构以彼此能够沿着进刀方向相对进退的方式设置在固定基台上，并设有使上述工件支承机构和刀具支承机构相对进退的移动机构，该机床的特征在于，

设有计量工件中心与刀尖间距离(L)的位移量的位移计量机构(30)，上述工件中心与刀尖间距离(L)是上述工件支承机构的中心相当位置(Xw)与刀具支承机构的刀尖相当位置(Xt)之间的上述进刀方向上的距离，

该位移计量机构(30)设在将上述工件以及刀具相对移动的加工移动区域(E)避开了的、上述工件支承机构的中心相当位置(Xw)与刀尖相当位置(Xt)之间的连续的路径(C)上，并计量该连续的路径(C)的位移量(ΔL、ΔL1、ΔL2)，由此计量上述工件中心与刀尖间距离(L)的位移量(ΔL)。

此外，上述的“工件支承机构的中心相当位置(Xw)”是指在位移量的计量方向上被视为工件支承机构的中心的位置，可以相对于与位移量的计量方向正交的方向离开。但是，工件支承机构的中心相当位置(Xw)在位移量的计量方向上位于工件支承机构的中心，且位于工件支承机构上，或位于与工件支承机构一体地沿上述正交方向移动的部件上。而且，“刀尖相当位置(Xt)”是指：在位移量的计量方向上可以多少有些位置上的差异，但接近于刀尖的位置，从而关于热位移的影响，能够与计量刀尖位置的情况同等地对待。

根据该构成，上述位移计量机构(30)位于工件支承机构的中心相当位置(Xw)与刀尖相当位置(Xt)之间的连续的路径(C)上并计量该连续的路径(C)的位移量(ΔL、ΔL1、ΔL2)。由此，虽然是在迂回的路径上的计量，但是将机床的控制上的限度考虑在内，实质上能够进行与直接计量工件中心与刀具的刀尖间的位移量的情况同等的计量。这样，能够与直接计量的情况同等地对与主轴轴心正交的方向上的、工件中心与刀具的刀尖间的位移量进行计量，因此能够提高关于进刀方向的加工精度。

而且，计量上述位移量的上述连续的路径(C)是将加工移动区域(E)避开了的路径，该加工移动区域(E)是通过为了加工的上述工件支承机构与刀具支承机构之间的相对移动而上述工件以及上述刀具相对移动的区域，由此，能够以避免与工件、刀具干涉的方式配置位移计量机构(30)。

由上述控制装置进行的、使用了位移计量机构(30)的计量值的上述移动机构的位置控制例如使用上述位移计量机构(30)的计量值来进行移动量或原点位置等的修正。在这样进行修正的情况下，由于使用基于位移计量机构(30)所得到的位移量的计量值，所以与根据温度计量值进行热位移修正的情况不同，通过简单的运算即可进行高精度的修正。此外，在上述位移计量机构(30)进行某种程度的长距离的计量来进行位置检测的情况下，也可以不通过修正运算，而直接使用位移计量机构(30)的计量值来进行反馈控制。

在本发明中，上述位移计量机构(30)可以具有基准架和直线位置检测机构，上述基准架由热膨胀系数比上述固定基台低的低热膨胀材料构成，且以位于上述连续的路径(C)上的方式设置在上述固定基台上，上述直线位置检测机构具有沿上述进刀方向延伸的标尺以及读取该标尺的读取头，这些标尺以及读取头的任意一方设在上述基准架上。即，通过“以位于上述连续的路径(C)上的方式设置在上述固定基台上的基准架”这一构成，使上述的“将加工移动区域(E)避开了的、上述工件支承机构的中心相当位置(Xw)与刀尖相当位置(Xt)之间的连续的路径(C)上”这一构成具体化。此外，上述直线位置检测机构是检测直线方向上的位置的检测机构。上述热膨胀系数与线膨胀系数同义。

将由热膨胀系数比固定基台低的低热膨胀材料构成的基准架配置在上述连续的路径(C)上，并在该基准架上设置直线位置检测机构，因此，能够以简单的构成来实现以与直接计量的方式接近的方式计量工件表面与刀具的刀尖间的位移量。在直线位置检测机构由上述的标尺以及读取该标尺的读取头构成的情况下，通过如上所述地设置标尺以及读取头，不必设置基于上述温度计量值的热位移修正单元，就能够不管热位移的多少而高精度地进行工件支承机构与刀具支承机构间的相对位置的移动控制，从而能够实现控制系统简化且谋求加工精度提高的效果。而且，使用在机床中通常使用的直线位置检测机构，就能够得到本发明的上述各效果。

在设有上述基准架的情况下，也可以为，基准架具有在沿着上述工件支承机构的中心的轴心的方向上延伸的轴心方向架部、和在与上述轴心正交的方向上延伸的正交方向架部，作为上述直线位置检测机构，具有计量上述工件支承面的中心相当位置(Xw)与上述基准架之间的位移量的工件侧的直线位置检测机构、和计量上述刀尖相当位置(Xt)与上述基准架之间的位移量的刀具侧的直线位置检测机构。

在该情况下，是能够以与直接计量的方式接近的方式计量工件中心与刀具的刀尖间的位移量(ΔL)的更具体的构成。即，设置工件侧的直线位置检测机构以及刀具侧的直线位置检测机构，并计量工件支承机构的中心相当位置(Xw)的位移量(ΔL1)和刀尖相当位置(Xt)的位移量(ΔL2)的双方来用于控制，因此，能够高精度地检测支承在工件支承机构上的工件与设置在刀具支承机构上的刀具的刀尖之间的距离。

而且，工件侧的直线位置检测机构以及刀具侧的直线位置检测机构设置于在固定基台上所设置的由低热膨胀材料构成的检测机构支承框架上，且设置在共同的检测机构支承框架上，因此，能够不受上述固定基台和移动机构的热位移影响地，根据工件侧的直线位置检测机构和刀具侧的直线位置检测机构的检测值来高精度地检测工件与刀具刀尖间的距离。即，在理想的情况下，由不会发生热变形的检测机构支承框架以及直线位置检测机构来检测移动或热变形后的工件位置和刀具位置，从而高精度地检测工件与刀具刀尖间的距离。因此，通过设置控制装置，该控制装置使用工件侧的直线位置检测机构以及刀具侧的直线位置检测机构双方的检测值来控制上述移动机构，从而不用进行基于温度计量的烦杂的热位移修正，就能够高精度地进行加工，控制系统也得以简化。

设有该工件侧的直线位置检测机构和刀具侧的直线位置检测机构的构成，根据机床的工件支承机构与刀具支承机构的各种相对移动形式而如下所述地实现。

其中之一的构成为，在主轴移动型的机床中，上述刀具支承机构位置固定地设置在上述固定基台上，上述工件支承机构以能够在沿着上述轴心的方向上移动的方式设置在进给座上，该进给座在上述固定基台上沿与上述轴心正交的方向移动，在上述工件侧的直线位置检测机构中，上述标尺以及读取头的任意一方设在上述基准架的上述正交方向架部，另一方设在上述进给座上，在上述刀具侧的直线位置检测机构中，上述标尺以及读取头的任意一方设在上述基准架的轴向架部上，另一方设在上述刀具支承机构上。在该构成的情况下，在主轴移动型的机床中，能够以与直接计量的方式尽可能接近的方式计量工件表面与刀具的刀尖间的位移量，从而能够谋求加工精度的提高。

另一构成为，上述工件支承机构位置固定地设置在上述固定基台上，上述刀具支承机构以能够在沿着上述轴心的方向上移动的方式设置在进给座上，该进给座在上述固定基台上沿与上述轴心正交的方向移动，在上述工件侧的直线位置检测机构中，上述标尺以及读取头的任意一方设在上述基准架的上述正交方向架部，另一方设在上述工件支承机构上，在上述刀具侧的直线位置检测机构中，上述标尺以及读取头的任意一方设在上述基准架的上述轴心方向架部上，另一方设在上述刀具支承机构上。在该构成的情况下，在刀具移动型的机床中，能够以与直接计量的方式尽可能接近的方式计量工件中心与刀具的刀尖间的位移量，从而能够谋求加工精度的提高。

又一构成为，上述工件支承机构以沿着与上述轴心正交的方向移动自如的方式设置在上述固定基台上，上述刀具支承机构在上述固定基台上以在沿着上述轴心的方向上移动自如的方式设置，在上述工件侧的直线位置检测机构中，上述标尺以及读取头的任意一方设在上述基准架的上述正交方向架部，另一方设在上述工件支承机构上，在上述刀具侧的直线位置检测机构中，上述标尺以及读取头的任意一方设在上述基准架的上述轴心方向架部，另一方设在上述刀具支承机构上。在该构成的情况下，在主轴沿与主轴轴心正交的方向移动的、主轴及刀具双方刀具移动型的机床中，能够以与直接计量的方式尽可能接近的方式计量工件中心与刀具的刀尖间的位移量，从而能够谋求加工精度的提高。

再一构成为，上述工件支承机构以在沿着上述轴心的方向上移动自如的方式设置在上述固定基台上，上述刀具支承机构在上述固定基台上以沿与上述轴心正交的方向移动自如的方式设置，在上述工件侧的直线位置检测机构中，上述标尺以及读取头的任意一方设在上述基准架的上述正交方向架部，另一方设在上述工件支承机构上，在上述刀具侧的直线位置检测机构中，上述标尺以及读取头的任意一方设置在上述基准架上，另一方设在上述刀具支承机构上。在该构成的情况下，在主轴在沿着主轴轴心的方向上移动的、主轴及刀具双方刀具移动型的机床中，能够以与直接计量的方式尽可能接近的方式计量工件中心与刀具的刀尖间的位移量，从而能够谋求加工精度的提高。

在本发明中，也可以设有控制上述移动机构的控制装置，该控制装置具有X轴的移动控制单元、和运算控制部，上述X轴的移动控制单元对使上述工件支承机构和刀具支承机构沿着与上述轴心正交的方向相对进退的电机进行控制，上述运算控制部根据加工程序的移动命令的指令值而向上述X轴的移动控制单元施加指令值，在上述运算控制部中具有修正单元，该修正单元通过上述位移计量机构(30)的位移量的计量值来修正向上述X轴的移动控制单元施加的指令值。在该构成的情况下，由于上述位移计量机构(30)的计量值用于修正，所以，位移计量机构(30)可以是短的，因此，能够以低廉的价格得到高精度的位移计量机构(30)来使用。

权利要求书及/或说明书及/或附图中所公开的至少两个构成的任意的组合都包含在本发明中。尤其是，权利要求书的各项权利要求的两个以上的任意的组合都包含在本发明中。

附图说明

根据参考了附图的以下的优选实施方式的说明能够更清楚地理解本发明。但是，实施方式以及附图仅用于图示以及说明，并不应该被用于确定本发明的范围。本发明的范围由所附的权利要求书而定。在附图中，多幅图中的相同的附图标记表示相同或相当的部分。

图1的(A)是本发明的第1实施方式的机床中的机床主体的俯视图和控制装置的概念构成框图组合而成的说明图，图1的(B)是其局部的说明图。

图2是上述机床主体的立体图。

图3是上述机床的位移计量机构的局部放大俯视图。

图4是上述机床的机床主体的俯视图。

图5是本发明的第2实施方式的机床的机床主体的俯视图。

图6是本发明的第3实施方式的机床的机床主体的俯视图。

图7是本发明的第4实施方式的机床的机床主体的俯视图。

图8是现有的机床中的机床主体的俯视图。

具体实施方式

对本发明的第1实施方式连同图1的(A)及(B)至图4进行说明。该机床为数控式的机床，由作为机械部分的机床主体1、和控制该机床主体1的控制装置2构成。机床主体1为主轴移动型的车床，在经由进给座4而设置在作为固定基台的床身3上的主轴座5上，主轴6被旋转自如地支承，在床身3上经由支承座26而设置有刀架7。支承座26固定地设置在床身3上。刀架7由旋转刀架(turret)构成，以能够旋转分度的方式支承在支承座26上。通过上述主轴6以及主轴座5而构成工件支承机构21。通过上述刀架7以及支承座26而构成刀具支承机构22。

进给座4被设置成在设于床身3上的X轴引导部件9上沿相对于主轴6的轴心O正交的水平的主轴半径方向(X轴方向)移动自如，并由X轴移动机构12沿左右进退驱动，该X轴移动机构12由设置在床身3上的伺服电机10和将伺服电机10的旋转输出转换为直线动作的进给丝杠机构11构成。上述进给丝杠机构11由丝杠轴和螺母构成。如图2所示，主轴座5以沿主轴轴心方向(Z轴方向)移动自如的方式设置于在进给座4上设置的Z轴引导部件13上，并由Z轴移动机构16沿前后进退驱动，该Z轴移动机构16由设置在进给座4上的伺服电机14和将伺服电机14的旋转输出转换为直线动作的进给丝杠机构15(图1的(A))构成。上述进给丝杠机构15由丝杠轴和螺母构成。主轴6的旋转驱动由内置于主轴座5中的主轴电机(未图示)来进行。在主轴6的前端以能够拆装的方式设有卡盘17。卡盘17通过沿卡盘半径方向移动的多个卡盘爪17a而能够握持工件W。

图1的(A)的刀架7相对于支承座26绕沿X轴方向的水平的旋转中心轴T旋转自如，并且在外周部具有沿圆周方向排列的多个刀具安装部(未图示)。旋转中心轴T为刀架中心轴。在各刀具安装部上，经由刀具保持架18a而安装有车刀(bite)或旋转刀具等刀具18。刀架7固定在经由轴承8而被旋转自如地支承在支承座26上的中空轴7c的前端，由分度用电机(未图示)使中空轴7c旋转，由此，能够将任意的刀具安装部旋转分度至与主轴6相对的位置上。刀架7的正面形状可以为图2所示的圆形，也可以为多边形。此外，在图1的(A)、图2中，仅表示了刀具18安装在一部分刀具安装部上的情况，其他省略图示。

在图1的(A)中，本实施方式的机床是，在上述基本构造的机床主体1上设有位移计量机构30，该位移计量机构30计量工件支承机构21的中心相当位置Xw与刀具支承机构22的刀尖相当位置Xt之间的在与主轴轴心O正交的方向(X方向)上的距离、即工件中心与刀尖间距离L的位移量ΔL(未图示)。工件支承机构21的工件支承面21a在图示的例子中即为设于主轴6上的卡盘17的工件就位面。在该例中，工件支承面21a的中心成为工件支承机构21的位移量计量方向(该例中为X轴方向)上的中心。

工件支承机构21的中心相当位置Xw是在位移量的计量方向(该例中为X轴方向)上被视为工件支承机构21的中心的位置，可以相对于作为与位移量的计量方向正交的方向的上下方向或前后方向离开。该工件支承机构21的中心相当位置Xw在位移量的计量方向(X轴方向)上位于工件支承机构21的中心，且是位于工件支承机构21上，或位于与工件支承机构21一体地沿上述正交方向(X轴方向)移动的部件上的位置。在本实施方式中，如图2所示，工件支承机构21的中心相当位置Xw为进给座4的前表面(Z轴方向的刀架7侧的面)中的与主轴轴心O相同的X轴方向上的位置。

而且，刀尖相当位置Xt是指：在位移量的计量方向上可以多少有些位置上的差异，但接近于刀具18的刀尖的位置，从而关于热位移的影响能够与计量刀尖位置的情况同等地对待的位置，在本实施方式中，为由旋转刀架构成的刀架7的前表面(X轴方向上的进给座7侧的面)位置。刀尖相当位置Xt与实际上的刀尖位置之间的、X轴方向上的距离L0(图3)例如作为固定值来运算。

在图1的(B)、图4中施划了斜线的范围(加工移动区域)E是通过为了加工的工件支承机构21与刀具支承机构22的相对移动而工件W以及刀具18相对移动的区域。位移计量机构30设于在上述工件支承机构21的中心相当位置Xw与刀尖相当位置Xt之间的连续的路径C上，并通过计量该连续的路径C的位移量来计量上述工件中心与刀尖间距离L的位移量ΔL。路径C在避开上述加工移动区域E的区域通过。该路径C是在俯视下在后述的基准架40上沿伸的路径，由路径部分C1～C3构成。位移计量机构30由低热膨胀材料的基准架40、设在该基准架40上的工件侧(正交方向)以及刀具侧(轴心方向)的直线位置检测机构31、32构成。

基准架40的材质是热膨胀系数比床身3低的材料、即低热膨胀材料，例如由殷瓦合金(Invar)(也称为不变钢)等合金材料，尤其是超殷瓦合金或不锈殷瓦合金等合金材料构成。基准架40除了殷瓦合金之外，也可以是热膨胀系数与殷瓦合金同等或比其低的合金材料，也可以为陶瓷等。

基准架40通过作为基准架40一部分的1处安装部而固定地设置在作为固定基台的床身3上。具体地，基准架40具有下端固定在床身3的上表面上的1根支柱部40c，该支柱部40c的下端构成上述安装部。上述“1处”是指，可以具有某种程度的范围，也可以为分支而成的2个部分等，但是作为基准架40的整体并不是如两端固定那样在多处固定，而是在概念上被视为1点支承的部位固定。而且，虽然基准架40向床身3的固定部位优选为1处，但是，其他部位也可以通过不会对床身30相对于基准架40的热伸缩等造成阻碍的滑动构造等来支承。

基准架40具有在沿主轴轴心O的方向上延伸的轴心方向架部40a、和在相对于主轴轴心O正交的方向上延伸的正交方向架部40b，并在俯视下为L字状。这些轴心方向架部40a以及正交方向架部40b以从上述支柱部40c以悬臂状延伸的方式设置。轴心方向架部40a在由旋转刀架构成的刀架7的旋转中心的高度处，位于支承座26的背面(后表面)侧。正交方向架部40b在进给座4的高度位置处接近于进给座4的前表面而配置。轴心方向架部40a的Z轴方向中间部和支柱部40c的下部由加强用的斜向构件部40e连结。基准架40的整体由上述低热膨胀材料构成。

上述各直线位置检测机构31、32均由沿着与主轴轴心O正交的方向(X轴方向)延伸的第1以及第2标尺31a、32a、和读取该第1以及第2标尺31a、32a的第1以及第2读取头31b、32b构成。第1以及第2标尺31a、32a是设有能够检测出的刻度的部件。各直线位置检测机构31、32可以是光学式的检测机构和电磁式的检测机构中的任意一种，但在本例中，为光学式的检测机构。

在工件侧的直线位置检测机构31中，第1标尺31a设在正交方向架部40b上，并且第1读取头31b设置在进给座4的前表面中的上述工件支承面21a的中心相当位置Xw处。第1标尺31a可以是在正交方向架部40b上直接施划刻度而成的，也可以是将形成有刻度的刻度形成部件(未图示)贴附在正交方向架部40b上而成的。在使用刻度形成部件的情况下，为热膨胀系数与基准架40同等的材料。第1标尺31a的长度只要是在计量因热位移等而产生的工件中心与刀尖间距离L的位移量ΔL时能够计量该位移量的长度即可，因此，也可以是短的。在要进行位移量ΔL的计量的部位为主轴正交方向(X轴方向)上的多个部位的情况下，第1标尺31a的长度可以为跨经这些多个部位的长度，或着也可以将作为能够计量位移量ΔL的长度的短标尺分设在多个部位处。

此外，由于第1标尺31a如上所述可以是短的，所以也可以将第1标尺31a设在进给座4上，并将第1读取头31b设在正交方向架部40b上。除此之外，第1标尺31a可以跨经进给座4的移动范围的整个区域而设置，在该情况下，能够使X轴方向的位置控制为全闭环控制，但是，能够计量长距离的工件侧的直线位置检测机构31难以获得高精度，从成本和精度方面来看，第1标尺31a优选为在能够计量位移量ΔL的范围内较短的部件。

在刀具侧的直线位置检测机构32中，第2标尺32a设在刀具支承机构22上，并且第2读取头32b设在基准架40的轴心方向架部40a上。刀具侧的直线位置检测机构32可以是光学式和电磁式的任意一种位置传感器，但在本例中，使用了光学式的位置传感器。

刀具侧的直线位置检测机构32具体如下所述地设置。第2标尺32a设于固定在刀架7上的轴部件32aa的前端部处。轴部件32aa穿插在刀架7的中空轴7c内，且基端部以与旋转中心轴T同心的方式固定在刀架7的旋转部分的前板部7d(图3)上，前端部从中空轴7c突出。在该突出的前端部上设有第2标尺32a。轴部件32aa由热膨胀系数与基准架40相同或同等程度的材料构成，除了基端的固定部分以外，相对于刀具支承机构22在轴向上不受拘束。第2标尺32a在轴部件32aa的周向上的局部或整个周向范围内设有刻度。虽然在图示的例子中，在第2读取头32b上穿插自如地设有轴部件32aa，但是，也可以以与轴部件32aa的局部的面相对的方式设置。

在图1的(A)中说明控制系统。控制装置2由计算机式的数值控制装置以及可编程控制器(programmablecontroller)构成，通过由CPU(中央处理装置)等构成的运算控制部43执行存储在程序存储单元41中的加工程序42，由此，控制机床主体1的各部分。控制装置2除了运算控制部43之外，还具有X轴的移动控制单元44和Z轴的移动控制单元45，且具有顺序控制部(未图示)。加工程序42具有由NC代码(数控代码)等表述的X轴移动命令Rx以及Z轴移动命令Rz、和各部分的顺序控制命令(未图示)，运算控制部43按表述顺序来读取各命令。该被读取出的顺序控制命令被传送给上述顺序控制部，并由顺序控制部来执行控制。

运算控制部43将加工程序42中的X轴移动命令Rx作为X轴的位置指令而施加给X轴移动控制单元44，将Z轴移动命令Rz作为X轴的位置指令而施加给Z轴移动控制单元45。在使后述的修正单元47发挥作用的情况下，施加修正后的位置指令。

X轴的移动控制单元44以及Z轴的移动控制单元45分别由X轴以及Z轴的伺服控制器构成，并且控制X轴伺服电机10以及Z轴伺服电机14，以使这些电机10、14成为从控制运算控制部43施加的X轴以及Z轴的指令位置。此时，X轴、Z轴的移动控制单元44、45使用由附属在X轴伺服电机10以及Z轴伺服电机1上的脉冲编码器或编码器构成的位置检测器10a、14a的位置检测值来进行成为半闭环控制的反馈控制。

在运算控制部43中，设有读取控制单元46以及修正单元47。

读取控制单元46在由X轴伺服电机10的位置检测器10a检测到的位置处于所规定的检测位置，且处于被规定为检测时刻之时，读取上述各直线位置检测机构31、32的第1以及第2读取头31b、32b的检测值。上述的“所规定的检测位置”可以由读取控制单元46任意地确定，但是，例如是在刀具18相对于主轴6位于能够由刀具18对通过主轴6的卡盘17支承的工件W进行加工的位置这样的范围内的位置中任意确定的位置。

具体地，主轴6的轴心O与刀具18的刀尖的位置之间的X轴方向上的距离L，是在支承于主轴6的卡盘17上的工件W的半径内、或是在对该半径增加任意的余量距离的半径内任意确定的位置。也可以为，接下来欲加工的工件W的周面上的成为加工完成直径的位置。该任意确定的位置可以是固定的值，或者也可以是通过加工程序42或来自操作盘等的操作而改变的值。

虽然上述的“被规定为检测时刻之时”根据加工程序42等任意确定即可，但是，例如是即将加工工件W、或是在加工一个工件W与加工下一工件W之间的规定的时刻。在以工件W支承在主轴6上的状态进行读取的时候，是为了刀具18不与工件W干涉而使刀具18与工件W在Z轴方向上离开的状态，或是刀具18处于虽未与工件W接触但与其接近的位置时、即处于上述的“任意的余量距离”范围内时。

修正单元47进行如下的处理：利用由两直线位置检测机构31、32检测到的位移量ΔL，来修正通过加工程序41的X轴移动命令而施加的X轴指令值，并将其施加给X轴的移动控制单元44。关于修正量，可以将检测到的位移量ΔL、即由两直线位置检测机构31、32分别检测到的位移量ΔL1、ΔL2的和ΔL(＝ΔL1+ΔL2)直接作为偏移值来进行修正，也可以将对检测到的位移量ΔL乘以规定的系数所得到的值作为偏移值来进行修正。而且，也可以为，根据由各直线位置检测机构31、32进行位移检测时的主轴轴心O与刀具刀尖位置之间的距离(由X轴伺服电机10的位置检测器10a检测到的位置)与工件W的加工面的半径之间的差，对上述检测到的位移量ΔL乘以系数而作为修正量。此外，由各直线位置检测机构31、32计量到的位移量例如在机床处于常温(摄氏20度)时为零。

对上述构成的机床的加工方法的例子进行说明。在依次进行多个工件W的切削加工的情况下，在从主轴6的卡盘17将工件W搬出到接下来的工件W搬入之前的期间，使刀架7相对于主轴6相对移动至上述的所规定的检测位置(在本例中主轴6移动)，并由上述各直线位置检测机构31、32进行位移量ΔL的计量。或者，在这些欲加工的工件W已由主轴6的卡盘17握持的状态下，进行位移量ΔL的计量。根据该计量到的位移量ΔL，通过修正单元47来修正加工时的加工程序41的X轴移动命令Rx的X轴指令值，从而进行X轴方向上的进刀控制。

根据该构成的机床，作为位移计量机构30的各直线位置检测机构31、32位于在工件支承机构21的中心相当位置Xw与刀尖相当位置Xt之间的连续的路径C上，并计量该连续的路径C的位移量。由此，虽然是迂回路径上的计量，但是将机床的构造和控制上的限度考虑在内，实质上能够进行与直接计量工件W的中心与刀具18的刀尖间的位移量的情况同等的计量。这样，能够对与主轴轴心O正交的方向(X轴方向)上的、工件W表面与刀具18的刀尖间的位移量进行与直接计量时同等的计量，由此，能够提高关于进刀方向的加工精度。

而且，计量位移量的连续的路径C是避开了加工移动区域E的路径，该加工移动区域E是通过为了加工的工件支承机构21与刀具支承机构22之间的相对移动而工件W以及刀具18相对移动的区域，由此，能够以避免工件W与刀具18干涉的方式配置位移计量机构30。

由X轴的移动控制单元44进行的、使用了位移计量机构30的计量值的X轴移动机构12的位置控制，是通过将位移计量机构30的各直线位置检测机构31、32的计量值简单地相加，或是利用乘以系数所得的值来进行修正的偏移修正。由此，与根据温度计量值进行热位移修正的情况不同，通过简单的运算即可进行高精度的修正。

构成位移计量机构30的工件侧的直线位置检测机构31以及刀具侧的直线位置检测机构32设置在共同的基准架40上，该基准架40通过一个部位设置在作为固定基台的床身3上且由低热膨胀材料构成，因此，不管床身3和X轴移动机构12的热位移是多少，都能够根据工件侧的直线位置检测机构31和刀具侧的直线位置检测机构32的检测值高精度地检测出工件W与刀具刀尖间的距离。即，在理想的情况下，由不会发生热变形的基准架40以及各直线位置检测机构31、32来检测移动或热变形后的工件位置和刀具位置，从而能够高精度地检测出工件W与刀具刀尖间的距离。

由此，通过设置修正单元47，该修正单元47使用工件侧的直线位置检测机构31以及刀具侧的直线位置检测机构32双方的检测值来修正X轴指令值，从而不用进行基于温度检测值的热位移修正就能够高精度地进行加工，控制系统也得以简化。基准架40通过一个部位固定在床身3上，因此，不会受到作用在工件支承机构21与刀具支承机构22之间的切削反力等因加工而产生的力，而且不会受到床身3的变形的影响，因此不会因加工力而变形，根据这些原因，也能够更高精度地进行位置检测，从而高精度地进行加工。

而且，在车床中，在进刀方向的加工精度和进给方向的加工精度中，对于进刀方向的尺寸要求更高的精度。在本实施方式的情况下，工件侧的直线位置检测机构31以及刀具侧的直线位置检测机构32均为检测与主轴中心轴O正交的方向(X轴方向)上的位置的检测机构，因此，能够高精度地进行高精度化要求高的进刀方向上的位置控制。在基准架40上设置直线位置检测机构来检测进刀方向和进给方向双方的情况，会使构成变得复杂而存在不容易实现的情况，但在本实施方式中，通过各直线位置检测机构31、32仅对进刀方向进行检测，并使用附属于伺服电机14的位置检测器14a来对进给方向控制，因此，能够避免构成复杂化且能够满足必要的精度。此外，在本实施方式中，不需要Z轴方向上的热位移修正，但也可以追加设置合适的线性机构、修正单元。

而且，在本实施方式中，位移计量机构30能够用于修正，因此，与使用位移计量机构30来进行全闭环控制的情况不同，作为位移计量机构30的各直线位置检测机构31、32可以是短的。因此，能够以低廉的价格得到高精度的各直线位置检测机构31、32来使用。

在上述实施方式中，说明了适用于主轴移动型的车床的情况，但也能够将本发明适用于图5所示的刀架移动型的车床、分别由图6、图7所示的主轴及刀架双方移动型的车床。此外，在以下的各实施方式中，与图1～图4所示的第1实施方式相同的部分标注了相同的附图标记并省略其说明。

图5是在作为刀架移动型的车床的机床中适用的第2实施方式。在该实施方式中，工件支承机构21位置固定地设置在作为固定基台的床身3上，刀具支承机构22以能够在沿主轴轴心O的方向上移动的方式设置在进给座27上，该进给座27在床身3上沿与主轴轴心O正交的方向(X轴方向)移动。在工件侧的直线位置检测机构31中，上述第1标尺31a设在基准架40的正交方向架部40b上，并且第1读取头31b设在工件支承机构21上。在刀具侧的直线位置检测机构32中，第2读取头32b设在基准架40的轴心方向架部40a的前端，并且第2标尺32a设在刀具支承机构22上。

在该构成的情况下，在刀架移动型的机床中，能够通过位移计量机构以与直接计量的方式尽可能接近的方式计量工件中心与刀具18的刀尖间的位移量，从而能够谋求加工精度的提高。

图6是适用于由主轴及刀架双方移动型且主轴6在与主轴轴心O正交的方向(X轴方向)上移动的车床构成的机床的第3实施方式。在该实施方式中，工件支承机构21的主轴座5以沿与主轴轴心O正交的方向移动自如的方式设置在作为固定基台的床身3上，刀具支承机构22在床身3上以在沿主轴轴心O的方向上移动自如的方式设置。在工件侧的直线位置检测机构31中，第1标尺31a设在基准架40的正交方向架部40b上，并且第1读取头31b设在工件支承机构21上。在刀具侧的直线位置检测机构32中，第2读取头32b设在基准架40的轴心方向架部40a上，并且第2标尺32a设在刀具支承机构22上。在该构成的情况下，刀具侧的直线位置检测机构32中的第2读取头32b以不会妨碍刀架7在Z轴方向上的移动的方式与第1标尺31a一同沿着轴心方向架部40a移动自如地由导轨29引导。

在该构成的情况下，在主轴6沿与主轴轴心O正交的方向移动的、主轴及刀具双方刀具移动型的机床中，能够以与直接计量的方式尽可能接近的方式计量工件中心与刀具18的刀尖间的位移量，从而能够谋求加工精度的提高。

图7是适用于由主轴及刀架双方移动型且主轴6在沿主轴轴心O的方向(Z轴方向)上移动的车床构成的机床的第4实施方式。在该实施方式中，工件支承机构21的主轴座5以在沿主轴轴心O的方向(Z轴方向)上移动自如的方式设置在作为固定基台的床身3上，刀具支承机构22在床身3上以沿着与主轴轴心O正交的方向(X轴方向)移动自如的方式设置。在工件侧的直线位置检测机构31中，第1标尺31a设在基准架40的正交方向架部40b上，并且第1读取头31b设在工件支承机构21上。在刀具侧的直线位置检测机构32中，第2读取头32b设置在基准架40上，并且第2标尺32a设在刀具支承机构22上。

在该构成的情况下，在主轴6在沿主轴轴心O的方向上移动的、主轴及刀具双方刀具移动型的机床中，能够以与直接计量的方式尽可能接近的方式计量工件中心与刀具18的刀尖间的位移量，从而能够谋求加工精度的提高。

此外，在图6～图7的第2以及第3实施方式中，关于设置第1以及第2标尺31a、32a和第1以及第2读取头31b、32b的部位，也可以使设在基准架40侧或设在工件支承机构21等被计量侧的位置彼此相反。而且，位移计量机构30在上述各实施方式中由工件侧的直线位置计量机构31和刀具侧的直线位置计量机构32这两个检测机构构成，但是，例如也可以在这两个检测机构的基础上增加检测基准架40的位移的机构等，从而由三个以上的检测机构构成，而且，也可以通过位移计量机构30的整体而使检测机构仅为一个。

如上所述，参照附图说明了优选实施方式，但是，只要是本领域技术人员，就能够在阅读本申请说明书的基础上在显而易见的范围内容易地想到各种变更以及修正。例如，上述各实施方式说明了适用于旋转刀架型的车床的情况，但也能够适用于旋转刀架型以外的、例如齿轮型的车床中。而且，也能够将本发明适用于车床以外的机床。因此，这种变更以及修正均被解释为属于由所附的权利要求书所确定的本发明的范围内。

附图标记说明

1机床主体

2控制装置

3床身(固定基台)

4进给座

5主轴座

6主轴

7刀架

10伺服电机

10a位置检测器

11进给丝杠机构

12X轴移动机构

14伺服电机

14a位置检测值

16Z轴移动机构

17卡盘

18刀具

21工件支承机构

21a工件支承面

22刀具支承机构

30位移计量机构

31正交方向的直线位置检测机构(工件侧的直线位置检测机构)

32轴心方向的直线位置检测机构(刀具侧的直线位置检测机构)

31a第1标尺

31b第1读取头

32a第2标尺

32b第2读取头

32aa轴部件

40基准架

40a正交方向架部

40b轴心方向架部

43运算控制部

44X轴移动控制单元

45Z轴移动控制单元

46读取控制单元

47修正单元

C路径

E区域

L工件中心与刀尖间距离

O主轴轴心

Xt刀尖相当位置

Xw中心相当位置

W工件

Claims (6)

1.一种机床，将支承工件的工件支承机构和支承刀具的刀具支承机构以彼此能够沿着进刀方向相对进退的方式设置在固定基台上，并设有使所述工件支承机构和刀具支承机构相对进退的移动机构，该机床的特征在于，

设有计量工件中心与刀尖间距离的位移量的位移计量机构，所述工件中心与刀尖间距离是所述工件支承机构的中心相当位置与刀具支承机构的刀尖相当位置之间的所述进刀方向上的距离，

该位移计量机构设在将所述工件以及刀具相对移动的加工移动区域避开了的、所述工件支承机构的中心相当位置与刀尖相当位置之间的连续的路径上，并计量该连续的路径的位移量，由此计量工件中心与刀尖间距离的位移量，

所述位移计量机构由基准架和直线位置检测机构构成，所述基准架由热膨胀系数比所述固定基台低的低热膨胀材料构成，且以位于所述连续的路径上的方式设置在所述固定基台上，所述直线位置检测机构具有沿所述进刀方向延伸的标尺以及读取该标尺的读取头，这些标尺以及读取头的任意一方设在所述基准架上，

所述基准架具有在沿着所述工件支承机构的中心的轴心的方向上延伸的轴心方向架部、和在与所述轴心正交的方向上延伸的正交方向架部，作为所述直线位置检测机构，具有计量所述工件支承机构的中心相当位置与所述基准架之间的位移量的工件侧的直线位置检测机构、和计量所述刀尖相当位置与所述基准架之间的位移量的刀具侧的直线位置检测机构。

2.根据权利要求1所述的机床，其特征在于，

所述刀具支承机构位置固定地设置在所述固定基台上，所述工件支承机构以能够在沿着所述轴心的方向上移动的方式设置在进给座上，该进给座在所述固定基台上沿着与所述轴心正交的方向移动，

在所述工件侧的直线位置检测机构中，所述标尺以及读取头的任意一方设在所述基准架的所述正交方向架部，另一方设在所述进给座上，

在所述刀具侧的直线位置检测机构中，所述标尺以及读取头的任意一方设在所述基准架的所述轴心方向架部，另一方设在所述刀具支承机构上。

3.根据权利要求1所述的机床，其特征在于，

所述工件支承机构位置固定地设置在所述固定基台上，所述刀具支承机构以能够在沿着所述轴心的方向上移动的方式设置在进给座上，该进给座在所述固定基台上沿着与所述轴心正交的方向移动，

在所述工件侧的直线位置检测机构中，所述标尺以及读取头的任意一方设在所述基准架的所述正交方向架部，另一方设在所述工件支承机构上，

在所述刀具侧的直线位置检测机构中，所述标尺以及读取头的任意一方设在所述基准架的所述轴心方向架部，另一方设在所述刀具支承机构上。

4.根据权利要求1所述的机床，其特征在于，

所述工件支承机构以沿着与所述轴心正交的方向移动自如的方式设置在所述固定基台上，所述刀具支承机构在所述固定基台上以在沿着所述轴心的方向上移动自如的方式设置，

在所述工件侧的直线位置检测机构中，所述标尺以及读取头的任意一方设在所述基准架的所述正交方向架部，另一方设在所述工件支承机构上，

在所述刀具侧的直线位置检测机构中，所述标尺以及读取头的任意一方设在所述基准架的所述轴心方向架部，另一方设在所述刀具支承机构上。

5.根据权利要求1所述的机床，其特征在于，

所述工件支承机构以在沿着所述轴心的方向上移动自如的方式设置在所述固定基台上，所述刀具支承机构在所述固定基台上以沿与所述轴心正交的方向移动自如的方式设置，

在所述工件侧的直线位置检测机构中，所述标尺以及读取头的任意一方设在所述基准架的所述正交方向架部，另一方设在所述工件支承机构上，

在所述刀具侧的直线位置检测机构中，所述标尺以及读取头的任意一方设置在所述基准架上，另一方设在所述刀具支承机构上。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的机床，其特征在于，

设有控制所述移动机构的控制装置，该控制装置具有X轴的移动控制单元、和运算控制部，所述X轴的移动控制单元对使所述工件支承机构和刀具支承机构沿着与所述轴心正交的方向相对进退的电机进行控制，所述运算控制部根据加工程序的移动命令的指令值而向所述X轴的移动控制单元施加指令值，在所述运算控制部中具有修正单元，该修正单元通过所述位移计量机构的位移量的计量值来修正向所述X轴的移动控制单元施加的指令值。