JP2000326181A - 工作機械の熱変形補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 工作機械の熱変位を安価且つ高精度に補正す
ることができる方法を提供することを目的とする。 【解決手段】 ベッド上に回転工具を備えたメインコラ
ムを移動自在に載置すると共に前記ベッド上でワークを
駆動回転させ、更に、前記ベッド上に立設されたカウン
タコラムからサポートアームを水平に延ばし、該サポー
トアームで前記ワークを下向きに押し付けながら、前記
メインコラムをベッド上で摺動させることにより、前記
回転工具を前記ワークに接触させて加工を行うに際し、
前記カウンタコラムに歪みゲージを貼着し、該歪みゲー
ジで計測される熱変位に基づいて前記メインコラムの送
り量を補正することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の熱変形
補正方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に工作機械には、高い精度が要求さ
れ、例えば、ホブカッタで平歯車等の歯車を連続的に歯
切りするホブ盤においては、ミクロンオーダーの精度が
要求されている。そのため、ホブ盤においては、ホブカ
ッタの搭載されたメインコラムを移動させるサーボモー
タにパルスコーダを装着し、このパルスコーダでサーボ
モータによる送り量を検出して制御系へフィードバック
し、ワークとホブカッタとの相対距離が所定の値となる
ように、上記送り量を制御（いわゆる、セミクローズド
制御）を行っていた。

【０００３】しかし、工作機械では加工時に、ワークと
回転工具との間で摩擦熱が発生するため、その影響で各
部材が熱変形し、上記送り量が一定でも、ワークとホブ
カッタとの相対距離が変化してしまう。そのため、この
ような熱変形の影響を排除すべく、メインコラムとベッ
ドとの間に外部スケールを取り付けて、メインコラムの
実際の送り量を検出してフィードバックさせる制御（い
わゆる、フルクローズド制御）も行われていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述したフルクローズ
ド制御においては、外部スケールを必要とするためコス
トが高く、また、熱変位量を直接に検出するものでない
ため、安定性において問題を生じる場合がある。一方、
ワークとホブカッタに発生する熱を奪うために使用され
る冷却油の温度データを記憶し、当該冷却油の温度と、
ワークとホブカッタとの相対距離との関係を求め、熱変
位量を推定する方法もあるが、間接的な方法であるた
め、補正精度の面で必ずしも十分とは言えなかった。本
発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、工
作機械においては、高温となった切削油が最も多く飛び
散る部分が最も熱膨張による影響を受けやすいことに着
目してなされたものである。即ち、本発明は、工作機械
の熱変位を安価且つ高精度に補正することができる方法
を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明の請求項１に係る工作機械の熱変形補正方法は、ベ
ッド上に立設されたカウンタコラムからサポートアーム
を水平に延ばし、該サポートアームで回転するワークを
保持しつつ、回転工具を備えたメインコラムを前記ベッ
ド上で摺動させることにより、前記回転工具を前記ワー
クに接触させて加工を行うに際し、前記カウンタコラム
に歪みゲージを貼着し、該歪みゲージで計測される熱変
位に基づいて前記メインコラムの送り量を補正すること
を特徴とする。

【０００６】また、上記目的を達成する本発明の請求項
２に係る工作機械の熱変形補正方法は、請求項１におい
て、前記ベッド上に歪みゲージを貼着し、前記歪みゲー
ジで計測される熱変位に基づいて前記メインコラムの送
り量を補正することを特徴とする。

【０００７】〔作用〕本発明の請求項１に係る工作機械
の熱変形補正方法によれば、熱変位が最も大きいカウン
タコラムに歪みゲージを張り付けて、その熱変位を求
め、メインコラムの送り量を制御するのであるから、外
部スケールを取り付けてフルクローズドループを組んだ
場合に比較して、安価にシステムを構築でき、また、切
削油の温度データにより、各部材の熱変位を推定する場
合に比較し、熱変位量を直接的に検出するので、補正精
度が向上する利点がある。本発明の請求項２に係る工作
機械の熱変形補正方法は、カウンタコラム以外に熱変位
を生じやすい部分であるベッドにも歪みゲージを張り付
けて、その熱変位も計測するので、更に補正精度が向上
することになる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明について、図面に示す実施
例を参照して詳細に説明する。図１に本発明の一実施例
を示す。同図に示すように、ベッド１上には、ホブカッ
タ６を備えたメインコラム２が前後方向（図中左右方
向）に摺動自在に載置されると共にこのメインコラム２
を前後方向に摺動させるサーボモータ３が設けられてい
る。サーボモータ３は、ＮＣ装置１１からサーボアンプ
５を経由した動力が与えられ、メインコラム２をベッド
１上で前後方向に移動させる。

【０００９】サーボモータ３には、パルスコーダ４が装
着され、サーボモータ３によるメインコラム２の送り量
をサーボアンプ５へフィードバックする。また、ベッド
１上中央には、回転テーブル７が載置されると共にこの
回転テーブル７に歯切り加工の対象となるワーク（例え
ば、平歯車の加工対象）８が駆動回転するように設けら
れている。回転テーブル７とベッド１との間には油膜が
介在している。

【００１０】更に、ベッド１上には、カウンタコラム９
が立設されると共にこのカウンタコラム９に水平なサポ
ートアーム１０が取り付けられ、このサポートアーム１
０は一定圧力にてワーク８を下向きに押さえ付けるよう
に構成されている。従って、このサポートアーム１０で
回転するワーク１０を保持しながら、サーボモータ３に
よりメインコラム２を前後に摺動させることにより、ホ
ブカッタ６をワーク８に噛み合わせて歯切り加工を行う
ことができ、この際のメインコラム２の送り量はパルス
コーダ４からサーボアンプ５へフィードバックされ、ホ
ブカッタ６とワーク８との相対距離が所定の値となるよ
うにセミクローズド制御されることになる。

【００１１】更に、本実施例では、カウンタコラム９の
熱変位を計測するために、カウンタコラム９の前面、背
面にそれぞれ歪みゲージ１２Ａ，Ｂが取り付けられてい
る。２つの歪みゲージ１２Ａ，Ｂを設けたのは、図中破
線で示すようにカウンタコラム９が後ろ向きに反るよう
に撓むためである。つまり、カウンタコラム９の一方の
側面のみに切削油が飛び散るため、カウンタコラム９が
後ろ向きに反るように撓むこととなり、カウンタコラム
９の熱変位が最も大きい前面と、最も小さい背面にそれ
ぞれ、歪みゲージ１２Ａ，Ｂを設けたのである。

【００１２】尚、気温等の影響にもよるが、カウンタコ
ラム９の背面の熱変位が無視できるほど小さい場合に
は、前面のみに歪みゲージ１２Ａを設けて熱変位を計測
することが可能である。このように、歪みゲージ１２
Ａ，Ｂで計測された熱変位は、ゲージアンプ１３で増幅
してＮＣ装置１１へ入力される。ＮＣ装置１１は、熱変
位にもとづく補正値で指令値を補正する実指令値演算部
１４を備えている。

【００１３】実指令値演算部１４は、歪みゲージ１２
Ａ，Ｂで計測されたカウンタコラム９の熱変位により、
ワーク８の実際の位置がどの程度変位するかを算出する
ものであり、カウンタコラム９の前面に設けた歪みゲー
ジ１２Ａと、その背面に設けた歪みゲージ１２Ｂの出力
差に応じた送り量の補正を行う。例えば、歪みゲージ１
２Ａの出力から歪みゲージ１２Ｂの出力を減じた値が正
（プラス）であれば、メインコラム２をワーク６へ近づ
ける方向へ補正する。逆に、負（マイナス）であれば、
メインコラム２をワーク６へ遠ざける方向へ補正する。
尚、その補正値は、気温或いは切削油の温度等の影響に
より、一義的に定まらない場合が多い。そこで、一般的
には、歪みゲージ１２Ａ，Ｂで計測されたカウンタコラ
ム９の熱変位に基づくものの、気温或いは切削油の温度
等をデータ化し、これらをマップとして記憶しておき、
このマップに基づいて補正値を求めると良い。このよう
にして求めた補正値により、指令値を補正すれば、ホブ
カッタ６とワーク８との相対間隔は、カウンタコラム９
の熱変位の影響を受けず常に一定となるので、精度の良
い加工が行える。

【００１４】本実施例では、カウンタコラム９が最も熱
変位が大きい、つまり、切削油が最も多く飛び散るため
に熱膨張しやすいことを考慮して、カウンタコラム９の
前面、背面に歪みゲージ１２Ａ，Ｂを設けたが、図２に
示す他の実施例のように、カウンタコラム９の巾方向中
央部に歪みゲージ１２Ｃを設けるようにしても良い。更
に、切削油による熱影響を受けるのは、カウンタコラム
９に限られず、例えば、ベッド１の上面も切削油の影響
により熱膨張する。そこで、ベッド１上面にも歪みゲー
ジを取り付けて、ベッド１の熱変位を計測し、その熱変
位をも考慮して補正値を算出するようにしても良い。

【００１５】更に、切削油の影響により熱影響を受ける
他の部材に歪みゲージを張り付けて、その熱変位を考慮
して上記補正値を算出するようにしても良い。このよう
に説明したように、本発明によれば、熱変位が最も大き
いカウンタコラム９に歪みゲージを張り付けて、その熱
変位を求め、メインコラム２の送り量を補正するのであ
るから、外部スケールを取り付けてフルクローズドルー
プを組んだ場合に比較して、安価にシステムを構築でき
る利点がある。

【００１６】また、切削油の温度データにより、各部材
の熱変位を推定する場合に比較し、カウンタコラムの熱
変位量を直接的に検出するので、補正精度が向上する利
点がある。更に、カウンタコラム以外にも、熱変位を生
じやすい部分であるベッドにも歪みゲージを張り付け
て、その熱変位も計測すれば、更に補正精度が向上する
ことになる。

【００１７】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
請求項１に係る工作機械の熱変形補正方法は、ベッド上
に立設されたカウンタコラムからサポートアームを水平
に延ばし、該サポートアームで回転するワークを保持し
つつ、回転工具を備えたメインコラムを前記ベッド上で
摺動させることにより、前記回転工具を前記ワークに接
触させて加工を行うに際し、前記カウンタコラムに歪み
ゲージを貼着し、該歪みゲージで計測される熱変位に基
づいて前記メインコラムの送り量を補正するので、外部
スケールを取り付けてフルクローズドループを組んだ場
合に比較して、安価にシステムを構築でき、また、切削
油の温度データにより、各部材の熱変位を推定する場合
に比較し、カウンタコラムの熱変位量を直接的に検出す
るので、補正精度が向上する利点がある。

【００１８】また、本発明の請求項２に係る工作機械の
熱変形補正方法は、請求項１において、前記ベッド上に
歪みゲージを貼着し、前記歪みゲージで計測される熱変
位に基づいて前記メインコラムの送り量を補正するの
で、カウンタコラム以外に熱変位を生じやすい部分であ
るベッドの熱変位をも考慮でき、更に補正精度が向上す
ることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す説明図である。

【図２】本発明の他の実施例を示す説明図である。

【符号の説明】

１ ベッド ２ メインコラム ３ サーボモータ ４ パルスコーダ ５ サーボアンプ ６ ホブカッタ ７ 回転テーブル ８ ワーク ９ カウンタコラム １０ サポートアーム １１ ＮＣ装置 １２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ 歪みゲージ １３ ゲージアンプ １４ 実指令値演算部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベッド上に立設されたカウンタコラムか
   らサポートアームを水平に延ばし、該サポートアームで
   回転するワークを保持しつつ、回転工具を備えたメイン
   コラムを前記ベッド上で摺動させることにより、前記回
   転工具を前記ワークに接触させて加工を行うに際し、前
   記カウンタコラムに歪みゲージを貼着し、該歪みゲージ
   で計測される熱変位に基づいて前記メインコラムの送り
   量を補正することを特徴とする工作機械の熱変形補正方
   法。
2. 【請求項２】 前記ベッド上に歪みゲージを貼着し、前
   記歪みゲージで計測される熱変位に基づいて前記メイン
   コラムの送り量を補正することを特徴とする請求項１記
   載の工作機械の熱変形補正方法。