JP2002219632A - 工作機械における送りねじの熱変位補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 部品点数を低減して構造を簡素化でき、製造
及び組み付け作業を容易に行うことができる工作機械に
おける送りねじの熱変位補正方法を提供する。 【解決手段】 サーボモータ１７により送りねじ１６を
回転して原点位置Ｐ１にある移動台１９をトルク制限速
度でストッパ２０に突き当てる。この動作中に検出され
たエンコーダ２４の距離検出信号に基づいて原点位置Ｐ
１と突き当て位置Ｐ３との間の距離を基準長Ｘ１として
制御装置により演算して記録媒体に記憶する。ワークの
加工作業が行われ、所定時間が経過した後、移動台１９
を原点位置Ｐ１から突き当て位置Ｐ３へ移動させて実移
動長Ｘ２を測定する。基準長Ｘ１と実移動長Ｘ２との比
Ｒｘ１を演算し、この比Ｒｘ１に基づいて原点位置Ｐ１
を補正し設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械における
送りねじの熱変位補正方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】工作機械はワークのクランプ機構と、工
具を支持して往復動する移動台とを備えている。移動台
は、ベッド上の所定位置に支持され、かつサーボモータ
により回転される送りねじと、該送りねじに螺合された
ボールナットにより往復動されるようになっている。

【０００３】前記移動台がワークの加工作業のため往復
動を繰り返すと、送りねじの温度が上昇し、送りねじが
熱膨張する。この送りねじの膨張により移動台の移動指
令値に基づく移動距離と実際の移動距離が異なり、ワー
クの加工精度が低下する。これを解消するため次の
（１）及び（２）の方式が提案されている。

【０００４】（１）送りねじの熱影響を受け易い軸受け
部に冷却装置を設ける。 （２）特公昭６２―６９４３号公報に示す加工誤差補正
方法は、機械固定部に所定の基準長をおいて配置された
一対の基準長部材に対し、移動台に設けた触針を交互に
接触させる。そして、送りねじに連結したエンコーダか
らの検出パルス数により触針の移動量を基準長として読
み取り、この基準長の測定を複数回行ってその基準長差
を移動台の移動指令値の補正演算に用いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、（１）の方
法は、大掛かりで高価な冷却装置が必要になるという問
題があった。

【０００６】（２）の方法は、熱変位補正装置として一
対の基準長部材、触針ヘッド及びパルスコーダが必要と
なるので、部品点数が多くなり、製造及び組み付け作業
が面倒で、コストの低減を図ることができないという問
題があった。

【０００７】又、触針が移動台の送り速度、サーボ特性
によって定まる一定の惰走距離だけ惰走して停止するの
で、この惰走距離の管理のため、移動台の位置及び速度
の二つの制御が必要となりサーボモータの制御プログラ
ムの作成が面倒であった。

【０００８】本発明は、部品点数を低減して構造を簡素
化でき、製造及び組み付け作業を容易に行うことができ
る工作機械における送りねじの熱変位補正方法を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１に記載の発明は、ベッド上に駆動モータ
により駆動される送りねじを回転可能に支持し、該送り
ねじにナットを介して工具又はワークの移動台を連結
し、ワークに所定の加工を施す数値制御方式の工作機械
において、前記移動台の基準長測定位置と、ベッドの所
定位置に設けられたストッパに移動台を突き当て保持す
る突き当て位置との距離を基準長として記憶手段に記憶
させる第１の行程と、所定時間が経過した後、前記移動
台を前記基準長測定位置から前進させてストッパに突き
当て、その間の実移動長を測定する第２の行程と、前記
基準長と実移動長との比又は差に基づいて移動台の目標
移動指令値を実際の移動指令値に補正する第３の行程と
を含むことを要旨とする。

【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１に基づ
いて前記移動台の原点位置を設定する第４の行程は、前
記基準長測定位置付近に停止された移動台をトルク制限
されて前記突き当て位置に前進させる行程と、上記突き
当て位置から前記基準長だけ前記基準長測定位置へ後退
させる行程と、前記移動台をトルク制限されて前記基準
長測定位置から突き当て位置に移動し、その間の実移動
長を前記駆動モータに連動させた距離測定器により測定
する行程と、前記基準長と実移動長との比又は差を演算
する行程と、上記の比又は差に基づいて移動台が突き当
て位置からパラメータで指令された原点位置への目標移
動指令値を実際の移動指令値に補正して後退させて、原
点位置を設定する行程とを含むことを要旨とする。

【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項２におい
て、前記ベッドには原点位置を表示する原点表示部材
と、前記基準長測定位置を表示するマークが設けられ、
移動台には前記原点表示部材又はマークと対向する指針
板が設けられていることを要旨とする。

【００１２】請求項４に記載の発明は、請求項１におけ
る基準長測定位置は移動台の原点位置と同一位置である
ことを要旨とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した工作機
械における送りねじの熱変位補正装置の一実施形態を図
面に従って説明する。

【００１４】図１に示すように、工作機械のベッド１１
の後方（図１において左方を前方、右方を後方という）
には軸受け台１３が固設され、軸受け台１３には軸受け
１５を介して送りねじ１６が所定位置において回転可能
に支持されている。軸受け台１３には前記送りねじ１６
を回転するためのサーボモータ１７が取り付けられてい
る。

【００１５】前記ベッド１１には図示しない直線案内機
構を介して移動台１９が装着され、該移動台１９には前
記送りねじ１６に螺合されたナット１８が嵌合固定され
ている。

【００１６】なお、図示しないが移動台１９には回転可
能に支持された工具サドルが装着され、ベッド１１に装
着したワークをクランプする機構が設けられ、ワークを
加工するようになっている。

【００１７】前記ベッド１１の前方に設けた支持台１２
の内側壁面には送りねじ１６を囲繞するようにストッパ
２０が固着され、該ストッパ２０により移動台１９の最
前進位置を規制するようにしている。ストッパ２０の側
面は基準位置設定面２０ａに形成され、移動台１９に固
定されたナット１８のフランジ部１８ａの前端面１８ｂ
は、ストッパ２０の基準位置設定面２０ａに突き当てら
れて移動台１９が基準位置に停止される。

【００１８】前記ベッド１１の上面には原点位置Ｐ１を
表示するための原点表示部材２１が配設され、移動台１
９の下端部には前記原点表示部材２１の基準線２１ａに
指向可能な指針２２ａを有する指針板２２が取り付けら
れている。同じくベッド１１の上面には、基準長測定位
置Ｐ２の表示用の基準線２３ａを有するマーク２３が配
設されている。前記移動台１９の各位置の基準は指針板
２２で示され、ストッパ２０に対する移動台１９の突き
当て位置Ｐ３はストッパ２０から後方に若干離隔した位
置となっている。

【００１９】前記移動台１９の加工作業中における前進
ストローク端位置Ｐ４は、図２の制御装置３１のソフト
リミットにより設定され、ストッパ２０の前記突き当て
位置Ｐ３から後方に例えば１０ｍｍ離れた位置に設定さ
れている。基準長測定位置Ｐ２（マーク２３）は前記突
き当て位置Ｐ３から後方に例えば３０ｍｍ離れた位置に
設定されている。原点位置Ｐ１（原点表示部材２１）は
前記突き当て位置Ｐ３から例えば６０ｍｍ後退した位置
に設定されている。前記移動台１９の加工作業中におけ
る後進ストローク端位置Ｐ５は、制御装置３１のソフト
リミットにより設定され、原点位置Ｐ１（原点表示部材
２１）から後方に例えば３００ｍｍ離れた位置に設定さ
れている。

【００２０】前記サーボモータ１７には送りねじ１６の
所定回転角毎にパルス信号を発生する距離測定器として
のエンコーダ２４が設けられている。図２は工作機械の
制御装置３１を示し、該制御装置３１はＮＣ（数値制御
装置）よりなる制御部３２を有し、該制御部３２には前
記エンコーダ２４が接続されるとともに、駆動回路３３
を介して前記サーボモータ１７が接続されている。同じ
く制御部３２には例えば液晶画面よりなる表示部３４と
キーボード等よりなる操作入力部３５が接続されてい
る。

【００２１】前記制御部３２はエンコーダ２４からのパ
ルス信号のフィードバックによりサーボモータ１７の回
転数を数値制御し、もって移動台１９の移動量の数値制
御を行う機能を備えている。

【００２２】前記制御部３２は各種のデータを記憶する
ＲＡＭ３６（ランダム・アクセス・メモリー）、各種の
制御動作プログラムを記憶したＲＯＭ３７（リード・オ
ンリー・メモリー）及びＣＰＵ（中央演算処理回路）３
８を備えている。ＣＰＵ３８は、移動台１９の原点位置
Ｐ１を設定する動作プログラムを遂行する機能を有して
いる。又、ＲＡＭ３６は移動台１９の基準長測定位置Ｐ
２からストッパ２０に対する移動台１９の突き当て位置
Ｐ３までの基準長Ｘ１を記憶する基準長記憶部３９を備
えている。ＲＡＭ３６は基準長測定位置Ｐ２からストッ
パ２０までの実移動長Ｘ２を記憶する実移動長記憶部４
０を備えている。ＣＰＵ３８は設定された基準長Ｘ１と
実移動長Ｘ２との比Ｒｘ１に基づいて移動台１９の移動
指令値を補正する移動指令値補正演算部４１を備えてい
る。

【００２３】次に、前記のように構成した工作機械につ
いて、その動作を説明する。最初に、図３及び図４に基
づいて移動台１９の原点位置設定動作について説明す
る。なお、図３（ｅ）で示す原点位置Ｐ１は予めストッ
パ２０から６０．０００ｍｍに設定されているものとす
る。

【００２４】まず、送りねじ１６を回転して移動台１９
を前後動し、図３（ａ）に示すように指針板２２の指針
２２ａをマーク２３の基準線２３ａに目視作業で合わせ
る。次に、操作入力部３５を操作して表示部３４の画面
に制御装置３１を構成するＮＣ調整画面を表示し、調整
選択を「入り」にし、モード選択を「原点復帰」にす
る。（図４のステップＳ１、Ｓ２） 原点設定したい軸の選択キーを操作して軸設定を行う
と、移動台１９が原点位置Ｐ１の基準長測定位置Ｐ２方
向からストッパ２０に対する突き当て位置Ｐ３へ向かっ
てサーボモータ１７のトルク制限動作により前進されて
図３（ｂ）に示すように突き当てられる。（ステップＳ
３） 上記の突き当て動作の後に制御部３２によりパラメータ
で指令された基準長Ｘ１（例えば３０．０００ｍｍ）だ
け移動台１９が後退され、図３（ｃ）に示すように基準
長測定位置Ｐ２に停止される。（ステップＳ４） さらに、移動台１９がサーボモータ１７のトルク制限動
作によりストッパ２０に向かって前進され、図３（ｄ）
に示すように再びストッパ２０に突き当てられ、その間
の実移動長Ｘ２（例えば２９．９７０ｍｍ）がエンコー
ダ２４からのパルス信号により制御部３２で演算され
る。（ステップＳ５） その後、制御部３２により前記基準長Ｘ１と実移動長Ｘ
２との比Ｒｘ１ Ｒｘ１＝Ｘ１／Ｘ２＝３０．０００ｍｍ／２９．９７０ｍｍ ≒（１．００１…）・・・（１） が演算される。この比Ｒｘ１（１．００１…）に基づい
て移動台１９が突き当て位置Ｐ３から所定の原点位置Ｐ
１に制御移動可能な移動指令値Ｄ２が演算される。（ス
テップＳ６）この移動指令値Ｄ２は例えば突き当て位置
Ｐ３から目標移動指令値Ｄ１（６０．０００ｍｍ）だけ
移動台１９を移動して原点位置Ｐ１に停止させたい場合
に、次のように演算される。

【００２５】 Ｄ２＝Ｄ１×（１／Ｒｘ１）＝６０．０００ｍｍ×（１／１．００１…） ≒５９．９４０ｍｍ 上記の移動指令値Ｄ２は長さ単位であるが、サーボモー
タを制御するパルス数に換算される。

【００２６】前記移動台１９が突き当て位置Ｐ３から指
令された前記移動指令値Ｄ２（５９．９４０ｍｍ）に補
正して後退されて、図３（ｅ）に示すように原点位置Ｐ
１に移動される。（ステップＳ７）この停止位置が移動
台１９の原点位置Ｐ１として設定され、原点復帰完了信
号と原点確立信号が「１」に設定される。（ステップＳ
８） 以上の行程で移動台１９の原点位置Ｐ１がストッパ２０
の突き当て位置Ｐ３から予め原点位置に設定された目標
移動指令値Ｄ１（６０．０００ｍｍ）に相当する位置に
なるように後方に離隔した適正位置に設定される。

【００２７】上記の突き当て位置Ｐ３から原点位置Ｐ１
までの距離は原点位置（５９．９４０ｍｍ）としてＲＡ
Ｍ３６に記憶される。（ステップ９） 工作機械によりワークの加工が行われ、予め設定した送
りねじ１６の熱膨張の影響を受ける所定時間が経過した
か否かが制御部３２により判断される。（ステップＳ１
０）そして、所定時間が経過した場合には、移動台１９
が基準長測定位置Ｐ２付近に停止され、この基準長測定
位置Ｐ２から突き当て位置Ｐ３にトルク制限されて突き
当てられる。次に、移動台１９が突き当て位置Ｐ３から
前記基準長Ｘ１だけ前記基準長測定位置Ｐ２へ後退され
る。その後、前記移動台１９がトルク制限されて前記基
準長測定位置Ｐ２から突き当て位置Ｐ３に移動される。
さらに、この移動行程においてエンコーダ２４により測
定された距離データが実移動長記憶部４０に実移動長Ｘ
３として記憶される。（ステップ１１） この実移動長Ｘ３と記憶された基準長Ｘ１に基づいて次
の式（２）により比Ｒｘ２が演算される。（ステップ１
２） Ｒｘ２＝Ｘ１／Ｘ３・・・（２） さらに、この比Ｒｘ２に基づいて移動指令値補正演算部
４１により移動台１９の原点位置Ｐ１が演算されて原点
位置が補正される。（ステップ１３）すなわち、前記比
Ｒｘ２に基づいて移動台１９が突き当て位置Ｐ３からパ
ラメータで設定された原点位置Ｐ１への目標移動指令値
Ｄ３（前記目標移動指令値Ｄ１と同じで、例えば６０．
０００ｍｍとしてもよい）を実際の移動指令値Ｄ４に補
正して後退させて、原点位置Ｐ１を再設定する。

【００２８】次に改めて原点復帰完了信号が「１」とな
る。従って、新たに設定された原点位置Ｐ１によりワー
クの加工が行われるので加工精度が向上する。なお、実
移動長Ｘ２の測定と補正演算は所定時間毎に繰り返し行
われる。

【００２９】次に、前記のように構成した工作機械の効
果について列記する。 （１） 移動台１９を基準長測定位置Ｐ２からストッパ
２０の突き当て位置Ｐ３に移動して基準長Ｘ１を測定
し、所定時間経過後に同様にして実移動長Ｘ２を測定す
る。そして、基準長Ｘ１と実移動長Ｘ２の比Ｒｘ１に基
づいて、移動台１９の目標移動指令値Ｄ１を実際の移動
指令値Ｄ２に補正するようにした。又、サーボモータ１
７の数値制御に用いるエンコーダ２４からのパルス信号
を基に制御部３２により基準長Ｘ１、実移動長Ｘ２を演
算するようにした。このため、基準長Ｘ１、実移動長Ｘ
２を測定する専用の測定装置を用いなくても済み、部品
点数を低減して製造及び組み付け作業を容易に行うこと
ができる。

【００３０】（２） 実移動長Ｘ２の測定に際し、スト
ッパ２０に移動台１９をトルク制限されて突き当てる方
法をとっているので、移動台１９の惰走距離を考慮した
サーボモータ１７の数値制御は不要で、モータの回転を
トルク制御のみで容易に行うことができる。

【００３１】（３） 基準長測定位置Ｐ２から移動台１
９を突き当て位置Ｐ３へ移動し、その間の実移動長Ｘ３
を測定し、予め記憶された基準長Ｘ１と実移動長Ｘ３の
比Ｒｘ２を演算する。そして、目標移動指令値Ｄ３を実
際の移動指令値Ｄ４に補正し、この指令値Ｄ４に基づい
て移動台１９を突き当て位置Ｐ３から後退して補正した
位置に原点位置Ｐ１を設定するようにした。このため、
原点位置Ｐ１の設定を適正に行うことができる。

【００３２】（４） ベッド１１の原点位置Ｐ１に原点
表示部材２１を、基準長測定位置Ｐ２にマーク２３を配
置し、移動台１９に指針板２２を取り付けたので、移動
台１９の両位置Ｐ１，Ｐ２の確認作業を容易に行うこと
ができる。

【００３３】（５） 移動台１９の突き当て速度をサー
ボモータ１７の最大トルクの数１０％により行うように
すれば、ストッパ２０や移動台１９の損傷を防止するこ
とができる。

【００３４】なお、上記実施形態は以下のように変更し
てもよい。 ○ 前記基準長測定位置Ｐ２を原点位置Ｐ１と同一にす
ることもできる。この場合には基準長測定位置Ｐ２の設
置を容易に行い、原点位置の設定動作を簡素化すること
ができる。

【００３５】○ 図２に示す制御部３２に基準長Ｘ１と
実移動長Ｘ２又は実移動長Ｘ３との差を演算する演算部
を設ける。そして、前記式（１）又は式（２）の比Ｒｘ
１又はＲｘ２によらず、基準長Ｘ１と実移動長Ｘ２の差
又は基準長Ｘ１と実移動長Ｘ３の差に基づいて目標移動
指令値Ｄ１又はＤ３から実際の移動指令値Ｄ２又はＤ４
にシフトする。これに基づいて原点位置Ｐ１の設定をす
ることも可能である。

【００３６】○ 工作機械として例えば、研削盤、旋
盤、フライス盤、あるいはレーザ加工機等の移動台を駆
動する送りねじ機構に本発明を適用してもよい。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明は送りね
じの熱変位補正装置の部品点数を低減して構造を簡素化
でき、製造及び組み付け作業を容易に行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明を工作機械に具体化した一実施形態
を示す正面図。

【図２】 制御装置のブロック回路図。

【図３】 （ａ）〜（ｅ）は移動台の原点位置の復帰動
作を示す行程図。

【図４】 送りねじの熱変位補正動作を示すフローチャ
ート。

【符号の説明】

Ｄ１，Ｄ３…目標移動指令値、Ｄ２，Ｄ４…移動指令
値、Ｐ１…原点位置、Ｐ２…基準長測定位置、Ｐ３…突
き当て位置、Ｘ１…基準長、Ｘ２，Ｘ３…実移動長、１
１…ベッド、１６…送りねじ、１７…駆動モータ、１８
…ナット、１９…移動台、２０…ストッパ、２１…原点
表示部材、２２…指針板、２３…マーク、２４…距離測
定器としてのエンコーダ、３６…記憶手段としてのＲＡ
Ｍ、３７…ＲＯＭ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベッド（１１）上に駆動モータ（１７）
   により駆動される送りねじ（１６）を回転可能に支持
   し、該送りねじ（１６）にナット（１８）を介して工具
   又はワークの移動台（１９）を連結し、ワークに所定の
   加工を施す数値制御方式の工作機械において、 前記移動台（１９）の基準長測定位置（Ｐ２）と、ベッ
   ド（１１）の所定位置に設けられたストッパ（２０）に
   移動台（１９）を突き当て保持する突き当て位置（Ｐ
   ３）との距離を基準長（Ｘ１）として記憶手段（３６）
   に記憶させる第１の行程と、 所定時間が経過した後、前記移動台（１９）を前記基準
   長測定位置（Ｐ２）から前進させてストッパ（２０）に
   突き当て、その間の実移動長（Ｘ２）を測定する第２の
   行程と、 前記基準長（Ｘ１）と実移動長（Ｘ２）との比（Ｒｘ１
   ＝Ｘ１／Ｘ２）又は差に基づいて移動台（１９）の目標
   移動指令値（Ｄ１）を実際の移動指令値（Ｄ２）に補正
   する第３の行程とを含む工作機械における送りねじの熱
   変位補正方法。
2. 【請求項２】 請求項１に基づいて前記移動台（１９）
   の原点位置（Ｐ１）を設定する第４の行程は、 前記基準長測定位置（Ｐ２）付近に停止された移動台
   （１９）をトルク制限されて前記突き当て位置（Ｐ３）
   に前進させる行程と、 上記突き当て位置（Ｐ３）から前記基準長（Ｘ１）だけ
   前記基準長測定位置（Ｐ２）へ後退させる行程と、 前記移動台（１９）をトルク制限されて前記基準長測定
   位置（Ｐ２）から突き当て位置（Ｐ３）に移動し、その
   間の実移動長（Ｘ３）を前記駆動モータに連動させた距
   離測定器（２４）により測定する行程と、 前記基準長（Ｘ１）と実移動長（Ｘ３）との比（Ｒｘ２
   ＝Ｘ１／Ｘ３）又は差を演算する行程と、 上記の比（Ｒｘ２＝Ｘ１／Ｘ３）又は差に基づいて移動
   台（１９）が突き当て位置（Ｐ３）からパラメータで指
   令された原点位置（Ｐ１）への目標移動指令値（Ｄ３）
   を実際の移動指令値（Ｄ４）に補正して後退させて、原
   点位置（Ｐ１）を設定する行程とを含む工作機械におけ
   る送りねじの熱変位補正方法。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記ベッド（１１）
   には原点位置（Ｐ１）を表示する原点表示部材（２１）
   と、前記基準長測定位置（Ｐ２）を表示するマーク（２
   ３）が設けられ、移動台（１９）には前記原点表示部材
   （２１）又はマーク（２３）と対向する指針板（２２）
   が設けられている工作機械における送りねじの熱変位補
   正方法。
4. 【請求項４】 請求項１における基準長測定位置（Ｐ
   ２）は移動台（１９）の原点位置（Ｐ１）と同一位置で
   ある工作機械における送りねじの熱変位補正方法。