JP2002086329A - 工作機械の熱変位補正量算出方法及び熱変位補正量算出装置 - Google Patents
工作機械の熱変位補正量算出方法及び熱変位補正量算出装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】主軸を停止後再回転させたときでも、熱変位に
対する正確な補正量を算出することができる熱変位補正
量算出方法及び装置を提供する。 【解決手段】主軸１５近傍の温度を計測する温度計測手
段２，３と、計測された温度及び予め設定された熱変位
量算出式から主軸１５の熱変位量を推定する熱変位量推
定手段５と、補正量を算出する補正量算出手段７と、主
軸１５の停止によって生じる再回転時の変位遅れ量を推
定し、推定された変位遅れ量から調整変位量を算出する
調整変位量算出手段６を設ける。補正量算出手段７が、
主軸１５の起動回転時には熱変位量推定手段５によって
推定された熱変位量のみから補正量を算出する一方、主
軸１５の再回転時には、熱変位量推定手段５によって推
定された熱変位量に、調整変位量算出手段６によって算
出された調整変位量を加減算し、得られた変位量から補
正量を算出するように構成される。
対する正確な補正量を算出することができる熱変位補正
量算出方法及び装置を提供する。 【解決手段】主軸１５近傍の温度を計測する温度計測手
段２，３と、計測された温度及び予め設定された熱変位
量算出式から主軸１５の熱変位量を推定する熱変位量推
定手段５と、補正量を算出する補正量算出手段７と、主
軸１５の停止によって生じる再回転時の変位遅れ量を推
定し、推定された変位遅れ量から調整変位量を算出する
調整変位量算出手段６を設ける。補正量算出手段７が、
主軸１５の起動回転時には熱変位量推定手段５によって
推定された熱変位量のみから補正量を算出する一方、主
軸１５の再回転時には、熱変位量推定手段５によって推
定された熱変位量に、調整変位量算出手段６によって算
出された調整変位量を加減算し、得られた変位量から補
正量を算出するように構成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の主軸軸
線方向の熱変位を補正するための補正量を算出する方法
及び装置に関する。
線方向の熱変位を補正するための補正量を算出する方法
及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】工作機械は各部に熱源を備えており、こ
の熱源から機体各部に熱が伝導して当該工作機械の各部
が熱変形を来す。特に、主軸を回転自在に保持するベア
リングは転動体の転動によって発熱し、生じた熱によっ
て主軸が伸張することから、加工誤差を生じる原因とな
っている。図４に、主軸回転後の時間経過に伴って主軸
が熱変位（伸長）する様子を示している。図示するよう
に、回転開始後、主軸は所定の時定数でもって伸長し、
やがて定常状態となる。
の熱源から機体各部に熱が伝導して当該工作機械の各部
が熱変形を来す。特に、主軸を回転自在に保持するベア
リングは転動体の転動によって発熱し、生じた熱によっ
て主軸が伸張することから、加工誤差を生じる原因とな
っている。図４に、主軸回転後の時間経過に伴って主軸
が熱変位（伸長）する様子を示している。図示するよう
に、回転開始後、主軸は所定の時定数でもって伸長し、
やがて定常状態となる。
【０００３】そこで、従来、主軸を保持するハウジング
内に冷却液を供給，循環させてベアリングを冷却した
り、更に、これに加えて、主軸近傍の温度を測定し、測
定された温度から主軸の熱変位量（伸長量）を推定し、
推定された熱変位量を基に補正量を算出し、算出された
補正量でもって工具補正を行い、前記熱変位をキャンセ
ルするようにしていた。
内に冷却液を供給，循環させてベアリングを冷却した
り、更に、これに加えて、主軸近傍の温度を測定し、測
定された温度から主軸の熱変位量（伸長量）を推定し、
推定された熱変位量を基に補正量を算出し、算出された
補正量でもって工具補正を行い、前記熱変位をキャンセ
ルするようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、工作機械の
主電源が投入された運転状態では、主軸は常に回転して
いるのではなく、当然に回転が停止した状態となること
がある。例えば、マシニングセンタでは、摩耗限界に達
した工具を新しい工具に交換する際、交換した工具の工
具補正量を設定するために主軸を停止させることがあ
る。また、加工後のワークを機上で測定する場合にも主
軸を停止させる必要がある。そして、回転が停止すると
主軸が冷却され、図４において、２点鎖線で示すよう
に、その熱変位量が減少する、即ち、収縮する。
主電源が投入された運転状態では、主軸は常に回転して
いるのではなく、当然に回転が停止した状態となること
がある。例えば、マシニングセンタでは、摩耗限界に達
した工具を新しい工具に交換する際、交換した工具の工
具補正量を設定するために主軸を停止させることがあ
る。また、加工後のワークを機上で測定する場合にも主
軸を停止させる必要がある。そして、回転が停止すると
主軸が冷却され、図４において、２点鎖線で示すよう
に、その熱変位量が減少する、即ち、収縮する。
【０００５】ところが、上記のように、冷却液によって
ベアリングを冷却するように構成された工作機械では、
計測対象となっている主軸近傍、即ち、前記ベアリング
付近の冷却状態と主軸自体の冷却状態とが必ずしも一致
せず、主軸が遅れて冷却される現象を生じる。従って、
実際の主軸の収縮量は、主軸近傍の測定温度から推定さ
れた収縮量より小さいものとなっている。言い換えれ
ば、実際の主軸の収縮は、主軸近傍の測定温度から推定
された収縮よりも遅れた状態で収縮する。この様子を図
５に示す。尚、図５では、実際の主軸の収縮状態を２点
鎖線で示し、主軸近傍の測定温度から推定された収縮状
態を実線で示している。
ベアリングを冷却するように構成された工作機械では、
計測対象となっている主軸近傍、即ち、前記ベアリング
付近の冷却状態と主軸自体の冷却状態とが必ずしも一致
せず、主軸が遅れて冷却される現象を生じる。従って、
実際の主軸の収縮量は、主軸近傍の測定温度から推定さ
れた収縮量より小さいものとなっている。言い換えれ
ば、実際の主軸の収縮は、主軸近傍の測定温度から推定
された収縮よりも遅れた状態で収縮する。この様子を図
５に示す。尚、図５では、実際の主軸の収縮状態を２点
鎖線で示し、主軸近傍の測定温度から推定された収縮状
態を実線で示している。
【０００６】そして、主軸を再回転させると、ベアリン
グの発熱によって主軸が再度昇温する。この様子を図６
に示す。尚、図６においても同様に、実際の主軸の収
縮，伸長状態を２点鎖線で示し、主軸近傍の測定温度か
ら推定された収縮，伸長状態を実線で示している。図６
に示すように、主軸を再回転させた状態では、実際の主
軸の収縮量は、主軸近傍の測定温度から推定された収縮
量よりもΔＺの遅れ量を有しており、以後、時間の経過
に伴って主軸温度と主軸近傍の温度とが同温となり、前
記遅れ量は０に収束する。
グの発熱によって主軸が再度昇温する。この様子を図６
に示す。尚、図６においても同様に、実際の主軸の収
縮，伸長状態を２点鎖線で示し、主軸近傍の測定温度か
ら推定された収縮，伸長状態を実線で示している。図６
に示すように、主軸を再回転させた状態では、実際の主
軸の収縮量は、主軸近傍の測定温度から推定された収縮
量よりもΔＺの遅れ量を有しており、以後、時間の経過
に伴って主軸温度と主軸近傍の温度とが同温となり、前
記遅れ量は０に収束する。
【０００７】以上のように、主軸を再回転させたときに
は、実際の主軸の収縮量は、主軸近傍の測定温度から推
定された収縮量に対してΔＺの遅れ量を生じている。し
たがって、前記推定収縮量から前記補正量を求めると、
実際の主軸の収縮量に対して遅れ量ΔＺ分だけの誤差量
を生じ、正確な補正を行うことができない。
は、実際の主軸の収縮量は、主軸近傍の測定温度から推
定された収縮量に対してΔＺの遅れ量を生じている。し
たがって、前記推定収縮量から前記補正量を求めると、
実際の主軸の収縮量に対して遅れ量ΔＺ分だけの誤差量
を生じ、正確な補正を行うことができない。
【０００８】また、主軸の停止中に、工具交換した工具
の工具補正量を設定したり、或いは加工後のワークを機
上で測定する場合に、実際の主軸の収縮量に対し誤差を
有する前記推定収縮量を基にして補正された状態では、
正確な工具補正量の設定やワークの測定を行うことがで
きない。
の工具補正量を設定したり、或いは加工後のワークを機
上で測定する場合に、実際の主軸の収縮量に対し誤差を
有する前記推定収縮量を基にして補正された状態では、
正確な工具補正量の設定やワークの測定を行うことがで
きない。
【０００９】本発明は、以上の実情に鑑みなされたもの
であって、主軸の回転停止中や停止後再回転させる際
の、熱変位に対する正確な補正量を算出することができ
る熱変位補正量算出方法及び装置の提供を目的とする。
であって、主軸の回転停止中や停止後再回転させる際
の、熱変位に対する正確な補正量を算出することができ
る熱変位補正量算出方法及び装置の提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段及びその効果】上記課題を
解決するための本発明の請求項１に記載した発明は、工
作機械の主軸軸線方向の熱変位を補正するための補正量
を算出する方法であって、主軸近傍の温度を計測し、計
測された温度及び予め設定された熱変位量算出式から前
記主軸の軸線方向の熱変位量を推定し、推定された熱変
位量から前記補正量を算出する方法において、主軸を起
動後、非停止状態で連続して回転させる該起動回転時に
は、前記推定熱変位量のみから前記補正量を算出する一
方、主軸を一旦停止後、再度回転させる該再回転時に
は、前記主軸の停止によって生じる主軸再回転時の変位
遅れ量を推定し、推定された該変位遅れ量を前記推定熱
変位量に加味して前記補正量を算出することを特徴とす
る工作機械の熱変位補正量算出方法に係る。
解決するための本発明の請求項１に記載した発明は、工
作機械の主軸軸線方向の熱変位を補正するための補正量
を算出する方法であって、主軸近傍の温度を計測し、計
測された温度及び予め設定された熱変位量算出式から前
記主軸の軸線方向の熱変位量を推定し、推定された熱変
位量から前記補正量を算出する方法において、主軸を起
動後、非停止状態で連続して回転させる該起動回転時に
は、前記推定熱変位量のみから前記補正量を算出する一
方、主軸を一旦停止後、再度回転させる該再回転時に
は、前記主軸の停止によって生じる主軸再回転時の変位
遅れ量を推定し、推定された該変位遅れ量を前記推定熱
変位量に加味して前記補正量を算出することを特徴とす
る工作機械の熱変位補正量算出方法に係る。
【００１１】この発明では、主軸近傍の計測温度から主
軸の軸線方向の熱変位量を推定する。そして、主軸を起
動後、非停止状態で連続して回転させる該起動回転時に
は、前記推定熱変位量のみから補正量を算出する一方、
主軸を一旦停止後、再度回転させる該再回転時には、前
記主軸の停止によって生じる主軸再回転時の変位遅れ量
を推定し、推定された変位遅れ量を前記推定熱変位量に
加味して補正量を算出する。したがって、上述したよう
な、主軸を停止後再回転させたときに、実際の主軸の収
縮量（変位量）が、主軸近傍の測定温度から推定した収
縮量（変位量）に対して遅れ量を生じる場合であって
も、上記のように、かかる遅れ量を加味した補正量を算
出することで、正確な補正を行うことが可能となる。
軸の軸線方向の熱変位量を推定する。そして、主軸を起
動後、非停止状態で連続して回転させる該起動回転時に
は、前記推定熱変位量のみから補正量を算出する一方、
主軸を一旦停止後、再度回転させる該再回転時には、前
記主軸の停止によって生じる主軸再回転時の変位遅れ量
を推定し、推定された変位遅れ量を前記推定熱変位量に
加味して補正量を算出する。したがって、上述したよう
な、主軸を停止後再回転させたときに、実際の主軸の収
縮量（変位量）が、主軸近傍の測定温度から推定した収
縮量（変位量）に対して遅れ量を生じる場合であって
も、上記のように、かかる遅れ量を加味した補正量を算
出することで、正確な補正を行うことが可能となる。
【００１２】尚、前記変位遅れ量を加味した補正量の算
出は、請求項２に記載した発明のように、前記推定変位
遅れ量から調整変位量を算出し、算出された調整変位量
を前記推定熱変位量に加減算し、得られた変位量から前
記補正量を算出するようにすることができる。
出は、請求項２に記載した発明のように、前記推定変位
遅れ量から調整変位量を算出し、算出された調整変位量
を前記推定熱変位量に加減算し、得られた変位量から前
記補正量を算出するようにすることができる。
【００１３】また、前記調整変位量は、これをδＣとす
ると、請求項３に記載した発明のように、次式、 δＣ＝ΔＺ×ｅｘｐ（−ｔＣ／ＴＣ） （但し、ΔＺは主軸再回転時の変位遅れ量（μｍ）、Ｔ
Ｃは時定数、ｔＣは主軸再回転からの経過時間（秒）で
ある。）により算出することができる。かかる算出式に
よって算出された調整変位量を前記推定熱変位量に加減
算して得られた変位量は、実際の主軸の変位量に近似し
たものとなる。したがって、この変位量から補正量を算
出することで、より正確な補正を行うことが可能とな
る。
ると、請求項３に記載した発明のように、次式、 δＣ＝ΔＺ×ｅｘｐ（−ｔＣ／ＴＣ） （但し、ΔＺは主軸再回転時の変位遅れ量（μｍ）、Ｔ
Ｃは時定数、ｔＣは主軸再回転からの経過時間（秒）で
ある。）により算出することができる。かかる算出式に
よって算出された調整変位量を前記推定熱変位量に加減
算して得られた変位量は、実際の主軸の変位量に近似し
たものとなる。したがって、この変位量から補正量を算
出することで、より正確な補正を行うことが可能とな
る。
【００１４】上述した補正量算出方法は、請求項６に記
載した装置発明によってこれを好適に実施することがで
きる。即ち、請求項６に記載した発明は、工作機械の主
軸軸線方向の熱変位を補正するための補正量を算出する
装置であって、主軸近傍の温度を計測する温度計測手段
と、該温度計測手段によって計測された温度及び予め設
定された熱変位量算出式から前記主軸の軸線方向の熱変
位量を推定する熱変位量推定手段と、該熱変位量推定手
段によって推定された熱変位量から前記補正量を算出す
る補正量算出手段とを備えてなる熱変位補正量算出装置
において、前記主軸の停止によって生じる主軸再回転時
の変位遅れ量を推定し、推定された変位遅れ量から調整
変位量を算出する調整変位量算出手段を設け、前記補正
量算出手段が、主軸の起動後、非停止状態で連続して回
転する該起動回転時には、前記熱変位量推定手段によっ
て推定された熱変位量のみから前記補正量を算出する一
方、主軸が一旦停止後、再度回転する該再回転時には、
前記熱変位量推定手段によって推定された熱変位量に、
調整変位量算出手段によって算出された調整変位量を加
減算し、得られた変位量から前記補正量を算出するよう
に構成したことを特徴とする工作機械の熱変位補正量算
出装置に係る。
載した装置発明によってこれを好適に実施することがで
きる。即ち、請求項６に記載した発明は、工作機械の主
軸軸線方向の熱変位を補正するための補正量を算出する
装置であって、主軸近傍の温度を計測する温度計測手段
と、該温度計測手段によって計測された温度及び予め設
定された熱変位量算出式から前記主軸の軸線方向の熱変
位量を推定する熱変位量推定手段と、該熱変位量推定手
段によって推定された熱変位量から前記補正量を算出す
る補正量算出手段とを備えてなる熱変位補正量算出装置
において、前記主軸の停止によって生じる主軸再回転時
の変位遅れ量を推定し、推定された変位遅れ量から調整
変位量を算出する調整変位量算出手段を設け、前記補正
量算出手段が、主軸の起動後、非停止状態で連続して回
転する該起動回転時には、前記熱変位量推定手段によっ
て推定された熱変位量のみから前記補正量を算出する一
方、主軸が一旦停止後、再度回転する該再回転時には、
前記熱変位量推定手段によって推定された熱変位量に、
調整変位量算出手段によって算出された調整変位量を加
減算し、得られた変位量から前記補正量を算出するよう
に構成したことを特徴とする工作機械の熱変位補正量算
出装置に係る。
【００１５】そして、前記調整変位量算出手段は、請求
項７に記載した発明のように、次式、 δＣ＝ΔＺ×ｅｘｐ（−ｔＣ／ＴＣ） （但し、ΔＺは主軸再回転時の変位遅れ量（μｍ）、Ｔ
Ｃは時定数、ｔＣは主軸再回転からの経過時間（秒）で
ある。）から前記調整変位量δＣを算出するように構成
することができる。
項７に記載した発明のように、次式、 δＣ＝ΔＺ×ｅｘｐ（−ｔＣ／ＴＣ） （但し、ΔＺは主軸再回転時の変位遅れ量（μｍ）、Ｔ
Ｃは時定数、ｔＣは主軸再回転からの経過時間（秒）で
ある。）から前記調整変位量δＣを算出するように構成
することができる。
【００１６】また、請求項４に記載した発明は、前記主
軸の回転停止直前の前記計測温度から推定された熱変位
量を基準にして、前記推定熱変位量に対し所定の遅れ量
でもって変位する回転停止中の主軸の軸線方向における
変位量を推定し、推定された該変位量を基にして、主軸
が回転を停止している間の前記補正量を算出することを
特徴とする熱変位補正量算出方法に係る。
軸の回転停止直前の前記計測温度から推定された熱変位
量を基準にして、前記推定熱変位量に対し所定の遅れ量
でもって変位する回転停止中の主軸の軸線方向における
変位量を推定し、推定された該変位量を基にして、主軸
が回転を停止している間の前記補正量を算出することを
特徴とする熱変位補正量算出方法に係る。
【００１７】この発明によれば、主軸の回転停止直前の
前記計測温度から推定された熱変位量を基準にし、前記
推定熱変位量に対し所定の遅れ量でもって変位する回転
停止中の主軸の軸線方向における変位量を推定し、即
ち、回転停止中の主軸の実際の変位量に近似した変位量
を推定し、推定された該変位量を基にして、主軸が回転
を停止している間の補正量を算出するようにしているの
で、回転停止中の主軸熱変位に対しより正確な補正を行
うことができる。これにより、主軸の停止中に行われ
る、工具交換後の工具補正量の設定や、或いは機上での
ワーク測定を高精度に行うことが可能となる。
前記計測温度から推定された熱変位量を基準にし、前記
推定熱変位量に対し所定の遅れ量でもって変位する回転
停止中の主軸の軸線方向における変位量を推定し、即
ち、回転停止中の主軸の実際の変位量に近似した変位量
を推定し、推定された該変位量を基にして、主軸が回転
を停止している間の補正量を算出するようにしているの
で、回転停止中の主軸熱変位に対しより正確な補正を行
うことができる。これにより、主軸の停止中に行われ
る、工具交換後の工具補正量の設定や、或いは機上での
ワーク測定を高精度に行うことが可能となる。
【００１８】上記回転停止中の主軸軸線方向における変
位量δＢは、請求項５に係る発明のように、これを次
式、 δＢ＝δＡ１×ｅｘｐ（−ｔＢ／ＴＢ） （但し、δＡ１は主軸回転停止直前の前記推定熱変位
量、ＴＢは時定数、ｔＢは主軸回転停止後の経過時間で
ある。）により算出することができる。
位量δＢは、請求項５に係る発明のように、これを次
式、 δＢ＝δＡ１×ｅｘｐ（−ｔＢ／ＴＢ） （但し、δＡ１は主軸回転停止直前の前記推定熱変位
量、ＴＢは時定数、ｔＢは主軸回転停止後の経過時間で
ある。）により算出することができる。
【００１９】上述した請求項４に記載した方法発明は、
請求項８に記載した装置発明によって、これを好適に実
施することができ、請求項５に記載した方法発明は、請
求項９に記載した装置発明によってこれを好適に実施す
ることができる。
請求項８に記載した装置発明によって、これを好適に実
施することができ、請求項５に記載した方法発明は、請
求項９に記載した装置発明によってこれを好適に実施す
ることができる。
【００２０】即ち、請求項８に記載した発明は、上記請
求項６又は７に記載した発明における前記補正量算出手
段が、更に、前記主軸の回転停止直前の前記計測温度か
ら推定された熱変位量を基準にして、前記推定熱変位量
に対し所定の遅れ量でもって変位する回転停止中の主軸
の軸線方向における変位量を推定し、推定された該変位
量を基にして、主軸が回転を停止している間の前記補正
量を算出するように構成されてなり、請求項９に記載し
た発明は、前記補正量算出手段が、前記回転停止中の主
軸の軸線方向における変位量δＢを次式、 δＢ＝δＡ１×ｅｘｐ（−ｔＢ／ＴＢ） （但し、δＡ１は主軸回転停止直前の前記推定熱変位
量、ＴＢは時定数、ｔＢは主軸回転停止後の経過時間で
ある。）により算出するように構成されてなる。
求項６又は７に記載した発明における前記補正量算出手
段が、更に、前記主軸の回転停止直前の前記計測温度か
ら推定された熱変位量を基準にして、前記推定熱変位量
に対し所定の遅れ量でもって変位する回転停止中の主軸
の軸線方向における変位量を推定し、推定された該変位
量を基にして、主軸が回転を停止している間の前記補正
量を算出するように構成されてなり、請求項９に記載し
た発明は、前記補正量算出手段が、前記回転停止中の主
軸の軸線方向における変位量δＢを次式、 δＢ＝δＡ１×ｅｘｐ（−ｔＢ／ＴＢ） （但し、δＡ１は主軸回転停止直前の前記推定熱変位
量、ＴＢは時定数、ｔＢは主軸回転停止後の経過時間で
ある。）により算出するように構成されてなる。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の具体的な実施形態
について添付図面に基づき説明する。図１は、本実施形
態に係る補正量算出装置の概略構成を示したブロック図
である。
について添付図面に基づき説明する。図１は、本実施形
態に係る補正量算出装置の概略構成を示したブロック図
である。
【００２２】図１に示すように、本例の補正量算出装置
１は、工作機械１１を構成する主軸頭１４の下端部に設
けた温度センサ２と、この温度センサ２からの検出信号
を受信して前記主軸頭１４の下端部の温度を検出する温
度検出部３と、この温度検出部３によって検出された温
度データを受信し、主軸１５の熱変位量及びこの熱変位
量に応じた補正量を算出し、算出された補正量をＮＣ装
置１７に送信する補正量算出処理部４とを備えてなる。
尚、図中、１２はベッド、１３はコラム、１６はテーブ
ルである。
１は、工作機械１１を構成する主軸頭１４の下端部に設
けた温度センサ２と、この温度センサ２からの検出信号
を受信して前記主軸頭１４の下端部の温度を検出する温
度検出部３と、この温度検出部３によって検出された温
度データを受信し、主軸１５の熱変位量及びこの熱変位
量に応じた補正量を算出し、算出された補正量をＮＣ装
置１７に送信する補正量算出処理部４とを備えてなる。
尚、図中、１２はベッド、１３はコラム、１６はテーブ
ルである。
【００２３】また、本例の前記温度センサ２には、サー
ミスタ，バイメタルや熱電対などから構成される接触式
のものや、熱放射などを利用した非接触式のものを用い
ることができる。そして、前記温度検出部３は、前記温
度センサ２から送信される検出信号を所定時間毎にサン
プリングして温度データを生成し、生成した温度データ
を逐次補正量算出処理部４に送信する。
ミスタ，バイメタルや熱電対などから構成される接触式
のものや、熱放射などを利用した非接触式のものを用い
ることができる。そして、前記温度検出部３は、前記温
度センサ２から送信される検出信号を所定時間毎にサン
プリングして温度データを生成し、生成した温度データ
を逐次補正量算出処理部４に送信する。
【００２４】図示するように、前記補正量算出処理部４
は、熱変位量推定部５，調整変位量算出部６，補正量算
出部７及び回転状態記憶部８を備えてなる。
は、熱変位量推定部５，調整変位量算出部６，補正量算
出部７及び回転状態記憶部８を備えてなる。
【００２５】熱変位量推定部５は、前記温度検出部３か
ら逐次送信される温度データを受信して、受信した温度
データと予め設定された熱変位量算出式とから主軸１５
の熱変位量を算出し、算出した熱変位データを逐次調整
変位量算出部６及び補正量算出部７に送信する。熱変位
量算出式は、主軸１５を回転させ、前記温度センサ２及
び温度検出部３によって主軸ヘッド１４の下端部の温度
を計測するとともに、変位計を用いて当該温度に対応し
た主軸１５の変位を測定し、得られた温度データと変位
データの関係から、経験的に設定される計算式であっ
て、例えば、 δＡ＝α×ΔＫｔ＋β なる熱変位量算出式が得られる。尚、δＡは熱変位量、
αは係数、ΔＫｔは所定の基準温度に対する時刻ｔにお
ける上昇温度、βは定数（補正項）である。
ら逐次送信される温度データを受信して、受信した温度
データと予め設定された熱変位量算出式とから主軸１５
の熱変位量を算出し、算出した熱変位データを逐次調整
変位量算出部６及び補正量算出部７に送信する。熱変位
量算出式は、主軸１５を回転させ、前記温度センサ２及
び温度検出部３によって主軸ヘッド１４の下端部の温度
を計測するとともに、変位計を用いて当該温度に対応し
た主軸１５の変位を測定し、得られた温度データと変位
データの関係から、経験的に設定される計算式であっ
て、例えば、 δＡ＝α×ΔＫｔ＋β なる熱変位量算出式が得られる。尚、δＡは熱変位量、
αは係数、ΔＫｔは所定の基準温度に対する時刻ｔにお
ける上昇温度、βは定数（補正項）である。
【００２６】前記回転状態記憶部８は、前記ＮＣ装置１
７から主軸１５の回転状態を受信し、主軸１５の回転時
間及び停止時間について、これを時系列的に記憶する記
憶部である。
７から主軸１５の回転状態を受信し、主軸１５の回転時
間及び停止時間について、これを時系列的に記憶する記
憶部である。
【００２７】前記調整変位量算出部６は、回転停止後の
前記主軸１５の実際の変位量と、前記熱変位量推定部５
によって推定された変位量との差、即ち、変位遅れ量を
推定する処理を行う。
前記主軸１５の実際の変位量と、前記熱変位量推定部５
によって推定された変位量との差、即ち、変位遅れ量を
推定する処理を行う。
【００２８】具体的には、まず、前記主軸を所定回転で
連続回転させた後、回転を停止させ、経時的に変化する
主軸１５の変位を、変位計を用いて測定する。そして、
得られた変位データを基に、回転停止後の変位式を経験
的に設定する。このようにして、設定される変位式は、
例えば、 δＢ＝δＡ１×ｅｘｐ（−ｔＢ／ＴＢ） となる（図３参照）。尚、δＢは変位量、δＡ１は回転
停止直前の推定熱変位量であって、前記熱変位量推定部
５によって算出された推定熱変位量である。また、ｔＢ
は回転停止後の経過時間、ＴＢは時定数である。
連続回転させた後、回転を停止させ、経時的に変化する
主軸１５の変位を、変位計を用いて測定する。そして、
得られた変位データを基に、回転停止後の変位式を経験
的に設定する。このようにして、設定される変位式は、
例えば、 δＢ＝δＡ１×ｅｘｐ（−ｔＢ／ＴＢ） となる（図３参照）。尚、δＢは変位量、δＡ１は回転
停止直前の推定熱変位量であって、前記熱変位量推定部
５によって算出された推定熱変位量である。また、ｔＢ
は回転停止後の経過時間、ＴＢは時定数である。
【００２９】前記調整変位量算出部６は、ＮＣ装値１７
から回転停止の信号を受信して、前記熱変位量推定部５
から送信される推定熱変位量δＡ及び予め設定された上
式から変位遅れ量ΔＺｔＢを算出する。これを演算式に
よって表すと、次式、 ΔＺｔＢ＝δＢ−δＡ 即ち、 ΔＺｔＢ＝｛δＡ１×ｅｘｐ（−ｔＢ／ＴＢ）｝−（α
×ΔＫｔＢ＋β） となる。尚、ΔＫｔＢはｔＢと同時刻における温度デー
タである。
から回転停止の信号を受信して、前記熱変位量推定部５
から送信される推定熱変位量δＡ及び予め設定された上
式から変位遅れ量ΔＺｔＢを算出する。これを演算式に
よって表すと、次式、 ΔＺｔＢ＝δＢ−δＡ 即ち、 ΔＺｔＢ＝｛δＡ１×ｅｘｐ（−ｔＢ／ＴＢ）｝−（α
×ΔＫｔＢ＋β） となる。尚、ΔＫｔＢはｔＢと同時刻における温度デー
タである。
【００３０】そして、主軸１５が再回転すると、その信
号をＮＣ装値１７から受信して、前記調整変位量算出部
６は、上記のようにして算出した再回転直前の変位遅れ
量ΔＺｔＢ（これをΔＺとする）を基に、調整変位量δ
Ｃを算出する処理を行い、算出した調整変位量δＣデー
タを補正量算出部７に送信する。具体的には、次式、 δＣ＝ΔＺ×ｅｘｐ（−ｔＣ／ＴＣ） により算出する。尚、ｔＣは主軸１５の再回転後の経過
時間であり、ＴＣは時定数である。
号をＮＣ装値１７から受信して、前記調整変位量算出部
６は、上記のようにして算出した再回転直前の変位遅れ
量ΔＺｔＢ（これをΔＺとする）を基に、調整変位量δ
Ｃを算出する処理を行い、算出した調整変位量δＣデー
タを補正量算出部７に送信する。具体的には、次式、 δＣ＝ΔＺ×ｅｘｐ（−ｔＣ／ＴＣ） により算出する。尚、ｔＣは主軸１５の再回転後の経過
時間であり、ＴＣは時定数である。
【００３１】前記補正量算出部７は、ＮＣ装置１７から
主軸１５の回転状態に関する信号を受信し、前記熱変位
量推定部５，調整変位量算出部６及び回転状態記憶部８
からそれぞれデータを受信し、図２に示した処理を行っ
て補正量を算出し、算出した補正量データをＮＣ装値１
７に送信する処理を行う。
主軸１５の回転状態に関する信号を受信し、前記熱変位
量推定部５，調整変位量算出部６及び回転状態記憶部８
からそれぞれデータを受信し、図２に示した処理を行っ
て補正量を算出し、算出した補正量データをＮＣ装値１
７に送信する処理を行う。
【００３２】具体的には、同図に示すように、補正量算
出部７は、まず、ＮＣ装置１７から主軸１５の回転状態
に関するデータを受信して（ステップＳ１）、主軸１５
の回転状態を判断し（ステップＳ２）、主軸１５が回転
している場合には、回転状態記憶部８からデータを受信
して、これ以前の主軸１５が回転状態にあったかどうか
を判断し、即ち、主軸１５が起動後初めての回転（起動
回転）であるかどうかを判断し（ステップＳ３）、起動
回転であるときにはステップＳ４以降の処理を実行し、
再回転であるときにはステップＳ８以降の処理を実行す
る。一方、主軸１５が停止している場合には、ステップ
Ｓ１３以降の処理を実行する。
出部７は、まず、ＮＣ装置１７から主軸１５の回転状態
に関するデータを受信して（ステップＳ１）、主軸１５
の回転状態を判断し（ステップＳ２）、主軸１５が回転
している場合には、回転状態記憶部８からデータを受信
して、これ以前の主軸１５が回転状態にあったかどうか
を判断し、即ち、主軸１５が起動後初めての回転（起動
回転）であるかどうかを判断し（ステップＳ３）、起動
回転であるときにはステップＳ４以降の処理を実行し、
再回転であるときにはステップＳ８以降の処理を実行す
る。一方、主軸１５が停止している場合には、ステップ
Ｓ１３以降の処理を実行する。
【００３３】ステップＳ４では、前記熱変位量推定部５
から推定熱変位量δＡを受信し、ついで、受信した推定
熱変位量δＡから、かかる変位をキャンセルするための
補正量を算出し（ステップＳ５）、算出した補正量をＮ
Ｃ装値１７に送信する（ステップＳ６）。尚、通常の工
作機械１１では、主軸１５の推定熱変位量δＡが正の値
のときには、前記補正量は主軸１５をワークから遠ざけ
る方向、即ち、正の値となるので、推定熱変位量δＡと
補正量とは同じ値となる。そして、以後、主軸１５が回
転を停止するまで、ステップＳ４〜Ｓ７の処理を順次繰
り返して実行する（ステップＳ７）。
から推定熱変位量δＡを受信し、ついで、受信した推定
熱変位量δＡから、かかる変位をキャンセルするための
補正量を算出し（ステップＳ５）、算出した補正量をＮ
Ｃ装値１７に送信する（ステップＳ６）。尚、通常の工
作機械１１では、主軸１５の推定熱変位量δＡが正の値
のときには、前記補正量は主軸１５をワークから遠ざけ
る方向、即ち、正の値となるので、推定熱変位量δＡと
補正量とは同じ値となる。そして、以後、主軸１５が回
転を停止するまで、ステップＳ４〜Ｓ７の処理を順次繰
り返して実行する（ステップＳ７）。
【００３４】一方、ステップＳ８では、前記熱変位量推
定部５から推定熱変位量δＡを受信し、ついで、調整変
位量算出部６から調整変位量δＣを受信して（ステップ
Ｓ９）、次式、 δＤ＝δＡ＋δＣ 即ち、 δＤ＝（α×ΔＫｔＣ＋β）＋ΔＺ×ｅｘｐ（−ｔＣ／
ＴＣ） によって、修正変位量δＤを算出し、算出した修正変位
量δＤから、主軸１５の熱変位をキャンセルするための
補正量を算出して（ステップＳ１０）、得られた補正量
をＮＣ装値１７に送信する（ステップＳ１１）。尚、上
記ΔＫｔＣはｔＣと同時刻における温度データである。
また、上記と同様の理由で、修正変位量δ Ｄと補正量と
は同じ値となる。
定部５から推定熱変位量δＡを受信し、ついで、調整変
位量算出部６から調整変位量δＣを受信して（ステップ
Ｓ９）、次式、 δＤ＝δＡ＋δＣ 即ち、 δＤ＝（α×ΔＫｔＣ＋β）＋ΔＺ×ｅｘｐ（−ｔＣ／
ＴＣ） によって、修正変位量δＤを算出し、算出した修正変位
量δＤから、主軸１５の熱変位をキャンセルするための
補正量を算出して（ステップＳ１０）、得られた補正量
をＮＣ装値１７に送信する（ステップＳ１１）。尚、上
記ΔＫｔＣはｔＣと同時刻における温度データである。
また、上記と同様の理由で、修正変位量δ Ｄと補正量と
は同じ値となる。
【００３５】そして、以後、主軸１５が回転を停止する
まで、ステップＳ８〜Ｓ１２の処理を順次繰り返して実
行する（ステップＳ１２）。このようにして、ステップ
Ｓ８〜Ｓ１２の処理を順次繰り返して実行することによ
って得られる修正変位量δＤは、図３において、回転再
開後の破線で示した曲線を描く。尚、図３では、分りや
すくするために、回転再開後の主軸１５の実際の変位曲
線（２点鎖線）と、修正変位量δＤの曲線（破線）とが
重なり合わない状態でこれらを描いているが、前記時定
数ＴＣを適宜設定することにより、修正変位量δＤの曲
線を実際の変位曲線に近似させることが可能である。
まで、ステップＳ８〜Ｓ１２の処理を順次繰り返して実
行する（ステップＳ１２）。このようにして、ステップ
Ｓ８〜Ｓ１２の処理を順次繰り返して実行することによ
って得られる修正変位量δＤは、図３において、回転再
開後の破線で示した曲線を描く。尚、図３では、分りや
すくするために、回転再開後の主軸１５の実際の変位曲
線（２点鎖線）と、修正変位量δＤの曲線（破線）とが
重なり合わない状態でこれらを描いているが、前記時定
数ＴＣを適宜設定することにより、修正変位量δＤの曲
線を実際の変位曲線に近似させることが可能である。
【００３６】そして、前記ステップＳ７及びＳ１２にお
いて、主軸１５が回転を停止したと判断された場合に
は、ステップＳ１７に進み、運転中止となった場合には
処理を中止し、運転が継続されている場合には、ステッ
プＳ１以降の処理を繰り返す。
いて、主軸１５が回転を停止したと判断された場合に
は、ステップＳ１７に進み、運転中止となった場合には
処理を中止し、運転が継続されている場合には、ステッ
プＳ１以降の処理を繰り返す。
【００３７】上記ステップＳ２において主軸１５が停止
中であると判断された場合には、前記回転状態記憶部８
からデータを受信し、これ以前の主軸１５が回転状態に
あったかどうかを判断し、即ち、回転後の停止であるか
どうかを判断し（ステップＳ１３）、回転後の停止であ
る場合にはステップＳ１４に進み、回転後の停止でない
場合、即ち、起動後一度も回転していない場合には、上
記ステップＳ１７に進む。ステップＳ１４では、前記調
整変位量算出部６によって算出されるδＢのデータを読
み込み、このδＢを基に、停止中の主軸１５の熱変位を
キャンセルするための補正量を算出して（ステップＳ１
５）、得られた補正量をＮＣ装値１７に送信する（ステ
ップＳ１６）。
中であると判断された場合には、前記回転状態記憶部８
からデータを受信し、これ以前の主軸１５が回転状態に
あったかどうかを判断し、即ち、回転後の停止であるか
どうかを判断し（ステップＳ１３）、回転後の停止であ
る場合にはステップＳ１４に進み、回転後の停止でない
場合、即ち、起動後一度も回転していない場合には、上
記ステップＳ１７に進む。ステップＳ１４では、前記調
整変位量算出部６によって算出されるδＢのデータを読
み込み、このδＢを基に、停止中の主軸１５の熱変位を
キャンセルするための補正量を算出して（ステップＳ１
５）、得られた補正量をＮＣ装値１７に送信する（ステ
ップＳ１６）。
【００３８】前記δＢは、上述の様に、経験的に導き出
された式から得られるものであり、かかる算出式から算
出されるδＢ（変位量）は、回転を停止した主軸１５の
実際の変位量に近似したものとなっている。したがっ
て、このδＢ（変位量）を用いると、回転停止中の主軸
１５の熱変位に対しより正確な補正量を算出することが
できる。これにより、主軸１５の停止中に行われる、工
具交換後の工具補正量の設定や、或いは機上でのワーク
測定を高精度に行うことが可能となる。
された式から得られるものであり、かかる算出式から算
出されるδＢ（変位量）は、回転を停止した主軸１５の
実際の変位量に近似したものとなっている。したがっ
て、このδＢ（変位量）を用いると、回転停止中の主軸
１５の熱変位に対しより正確な補正量を算出することが
できる。これにより、主軸１５の停止中に行われる、工
具交換後の工具補正量の設定や、或いは機上でのワーク
測定を高精度に行うことが可能となる。
【００３９】斯くして、以上の構成を備えた本例の補正
量算出装置１によれば、主軸１５を起動後、非停止状態
で連続して回転させる起動回転時には、前記熱変位量推
定部５によって推定された推定熱変位量δＡのみから補
正量を算出する一方、主軸１５を一旦停止後、再度回転
させる再回転時には、前記主軸１５の停止によって生じ
る主軸再回転時の変位遅れ量ΔＺｔＢを推定し、推定さ
れた変位遅れ量ΔＺｔ Ｂから調整変位量δＣを算出し、
算出された調整変位量δＣを推定熱変位量δＡに加算
し、得られた修正変位量δＤから前記補正量を算出する
ようにしており、主軸１５を停止後再回転させたとき
に、実際の主軸１５の変位量が、主軸１５近傍の測定温
度から推定した変位量δＡに対して遅れ量を生じる場合
であっても、かかる遅れ量を加味した補正量を算出する
ことで、正確な補正を行うことが可能となる。
量算出装置１によれば、主軸１５を起動後、非停止状態
で連続して回転させる起動回転時には、前記熱変位量推
定部５によって推定された推定熱変位量δＡのみから補
正量を算出する一方、主軸１５を一旦停止後、再度回転
させる再回転時には、前記主軸１５の停止によって生じ
る主軸再回転時の変位遅れ量ΔＺｔＢを推定し、推定さ
れた変位遅れ量ΔＺｔ Ｂから調整変位量δＣを算出し、
算出された調整変位量δＣを推定熱変位量δＡに加算
し、得られた修正変位量δＤから前記補正量を算出する
ようにしており、主軸１５を停止後再回転させたとき
に、実際の主軸１５の変位量が、主軸１５近傍の測定温
度から推定した変位量δＡに対して遅れ量を生じる場合
であっても、かかる遅れ量を加味した補正量を算出する
ことで、正確な補正を行うことが可能となる。
【００４０】以上、本発明の一実施形態について説明し
たが、本発明の採り得る具体的な態様がこれに限られる
ものでないことは言うまでも無い。特に付言するなら
ば、上例では、前記補正量算出処理部４をＮＣ装置１７
とは別に設けた構成としたが、これに限るものではな
く、前記補正量算出処理部４をＮＣ装置１７内に組み込
んだ構成としても良い。
たが、本発明の採り得る具体的な態様がこれに限られる
ものでないことは言うまでも無い。特に付言するなら
ば、上例では、前記補正量算出処理部４をＮＣ装置１７
とは別に設けた構成としたが、これに限るものではな
く、前記補正量算出処理部４をＮＣ装置１７内に組み込
んだ構成としても良い。
【００４１】また、上記の例では、１個の温度センサ２
を設けた構成としたが、これに限られるものではなく、
当然に、複数個の温度センサ２を設けた構成とすること
ができる。そして、上記δＡは、これに応じて設定され
た適宜算出式によって算出される。
を設けた構成としたが、これに限られるものではなく、
当然に、複数個の温度センサ２を設けた構成とすること
ができる。そして、上記δＡは、これに応じて設定され
た適宜算出式によって算出される。
【００４２】また、主軸１５が回転を停止した後の推定
変位量δＡを計測温度から算出するようにしたが、これ
に限るものではなく、適宜設定した近似式からこれを算
出するようにしても良い。
変位量δＡを計測温度から算出するようにしたが、これ
に限るものではなく、適宜設定した近似式からこれを算
出するようにしても良い。
【図１】本発明の一実施形態に係る補正量算出装置の概
略構成を示したブロック図である。
略構成を示したブロック図である。
【図２】本実施形態に係る補正量算出部における処理内
容を示したフローチャートである。
容を示したフローチャートである。
【図３】本実施形態に係る補正量算出装置の作用を説明
するための説明図である。
するための説明図である。
【図４】工作機械の熱変位を説明するための説明図であ
る。
る。
【図５】工作機械の熱変位を説明するための説明図であ
る。
る。
【図６】工作機械の熱変位を説明するための説明図であ
る。
る。
１ 補正量算出装置 ２ 温度センサ ３ 温度検出部 ４ 補正量算出処理部 ５ 熱変位量推定部 ６ 調整変位量算出部 ７ 補正量算出部 ８ 回転状態記憶部 １１ 工作機械 １４ 主軸頭 １５ 主軸 １７ ＮＣ装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 和忠 奈良県大和郡山市北郡山町106番地 株式 会社森精機製作所内 (72)発明者 岩切 幹男 奈良県大和郡山市北郡山町106番地 株式 会社森精機製作所内 (72)発明者 脇坂 宗生 奈良県大和郡山市北郡山町106番地 株式 会社森精機製作所内 Ｆターム(参考） 3C001 KA05 TB10 TC04 TC05 3C029 EE01
Claims (9)
- 【請求項１】 工作機械の主軸軸線方向の熱変位を補正
するための補正量を算出する方法であって、主軸近傍の
温度を計測し、計測された温度及び予め設定された熱変
位量算出式から前記主軸の軸線方向の熱変位量を推定
し、推定された熱変位量から前記補正量を算出する方法
において、 主軸を起動後、非停止状態で連続して回転させる該起動
回転時には、前記推定熱変位量のみから前記補正量を算
出する一方、 主軸を一旦停止後、再度回転させる該再回転時には、前
記主軸の停止によって生じる主軸再回転時の変位遅れ量
を推定し、推定された該変位遅れ量を前記推定熱変位量
に加味して前記補正量を算出することを特徴とする工作
機械の熱変位補正量算出方法。 - 【請求項２】 前記推定変位遅れ量から調整変位量を算
出し、算出された調整変位量を前記推定熱変位量に加減
算し、得られた変位量から前記補正量を算出することを
特徴とする請求項１記載の工作機械の熱変位補正量算出
方法。 - 【請求項３】 前記調整変位量δＣを次式、 δＣ＝ΔＺ×ｅｘｐ（−ｔＣ／ＴＣ） （但し、ΔＺは主軸再回転時の変位遅れ量、ＴＣは時定
数、ｔＣは主軸再回転からの経過時間である。）により
算出することを特徴とする請求項１又は２記載の工作機
械の熱変位補正量算出方法。 - 【請求項４】 工作機械の主軸軸線方向の熱変位を補正
するための補正量を算出する方法であって、主軸近傍の
温度を計測し、計測された温度及び予め設定された熱変
位量算出式から前記主軸の軸線方向の熱変位量を推定
し、推定された熱変位量から前記補正量を算出する方法
において、 前記主軸の回転停止直前の前記計測温度から推定された
熱変位量を基準にして、前記推定熱変位量に対し所定の
遅れ量でもって変位する回転停止中の主軸の軸線方向に
おける変位量を推定し、推定された該変位量を基にし
て、主軸が回転を停止している間の前記補正量を算出す
ることを特徴とする工作機械の熱変位補正量算出方法。 - 【請求項５】 回転停止中の主軸の軸線方向における変
位量δＢを次式、 δＢ＝δＡ１×ｅｘｐ（−ｔＢ／ＴＢ） （但し、δＡ１は主軸回転停止直前の前記推定熱変位
量、ＴＢは時定数、ｔＢは主軸回転停止後の経過時間で
ある。）により算出することを特徴とする請求項４記載
の工作機械の熱変位補正量算出方法。 - 【請求項６】 工作機械の主軸軸線方向の熱変位を補正
するための補正量を算出する装置であって、主軸近傍の
温度を計測する温度計測手段と、該温度計測手段によっ
て計測された温度及び予め設定された熱変位量算出式か
ら前記主軸の軸線方向の熱変位量を推定する熱変位量推
定手段と、該熱変位量推定手段によって推定された熱変
位量から前記補正量を算出する補正量算出手段とを備え
てなる熱変位補正量算出装置において、 前記主軸の停止によって生じる主軸再回転時の変位遅れ
量を推定し、推定された変位遅れ量から調整変位量を算
出する調整変位量算出手段を設け、 前記補正量算出手段が、主軸の起動後、非停止状態で連
続して回転する該起動回転時には、前記熱変位量推定手
段によって推定された熱変位量のみから前記補正量を算
出する一方、主軸が一旦停止後、再度回転する該再回転
時には、前記熱変位量推定手段によって推定された熱変
位量に、調整変位量算出手段によって算出された調整変
位量を加減算し、得られた変位量から前記補正量を算出
するように構成したことを特徴とする工作機械の熱変位
補正量算出装置。 - 【請求項７】 前記調整変位量算出手段が、前記調整変
位量δＣを次式、 δＣ＝ΔＺ×ｅｘｐ（−ｔＣ／ＴＣ） （但し、ΔＺは主軸再回転時の変位遅れ量、ＴＣは時定
数、ｔＣは主軸再回転からの経過時間である。）より算
出するように構成されてなる請求項６記載の工作機械の
熱変位補正量算出装置。 - 【請求項８】 前記補正量算出手段が、更に、前記主軸
の回転停止直前の前記計測温度から推定された熱変位量
を基準にして、前記推定熱変位量に対し所定の遅れ量で
もって変位する回転停止中の主軸の軸線方向における変
位量を推定し、推定された該変位量を基にして、主軸が
回転を停止している間の前記補正量を算出するように構
成されてなる請求項６又は７記載の工作機械の熱変位補
正量算出装置。 - 【請求項９】 前記補正量算出手段が、前記回転停止中
の主軸の軸線方向における変位量δＢを次式、 δＢ＝δＡ１×ｅｘｐ（−ｔＢ／ＴＢ） （但し、δＡ１は主軸回転停止直前の前記推定熱変位
量、ＴＢは時定数、ｔＢは主軸回転停止後の経過時間で
ある。）により算出するように構成されてなる請求項８
記載の工作機械の熱変位補正量算出装置。
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