JP2002283189A - Thermal displacement measurement method for machine tools - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 工作機械の直進運動要素の運動により生じる
熱変位について、位置決め偏差以外の成分も含めた多自
由度同時測定法を提供する。
【解決手段】 工作機械の可動部(SH,54)を所定
の軸方向に関して繰り返し直進運動させ、その直進運動
に伴って発生する可動部とその可動部と対をなす静止部
(TB,52)との間の直進運動の方向に関する熱変位
を直進運動と関連付けられた所定のタイミングで測定す
る。その測定と同時に、直進運動の方向とは異なる少な
くとも一つの方向に関して可動部と前記静止部との間に
発生する熱変位を測定する。
(57) [Summary] [PROBLEMS] To provide a multi-degree-of-freedom simultaneous measurement method for a thermal displacement caused by the movement of a linear motion element of a machine tool, including a component other than the positioning deviation. SOLUTION: A movable part (SH, 54) of a machine tool is repeatedly linearly moved in a predetermined axial direction, and a movable part generated along with the linear movement and a stationary part (TB, 52) paired with the movable part. Is measured at a predetermined timing associated with the linear motion. Simultaneously with the measurement, the thermal displacement occurring between the movable part and the stationary part in at least one direction different from the direction of the linear motion is measured.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、マシニングセンタ
や旋盤等の工作機械の直進運動に伴う熱変位を測定する
方法及び装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for measuring a thermal displacement accompanying a linear movement of a machine tool such as a machining center or a lathe.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年の工作機械の熱変形に対する関心の
高まりを背景に、工作機械の国際的な取引におけるトラ
ブルの解消を目的として、国際標準化機構では工作機械
の熱変位に関する規格が制定されつつある(国際規格ISO
230「工作機械試験通則 第3部:熱的影響の決定」(Te
st code for machine tools Part 3: Determin
ation of thermal effects:以下ISO230-3と呼
ぶ。)参照)。2. Description of the Related Art With the growing interest in thermal deformation of machine tools in recent years, the International Organization for Standardization is establishing standards for thermal displacement of machine tools in order to eliminate problems in international trade of machine tools. Yes (international standard ISO
230 "General rules for machine tool testing Part 3: Determination of thermal effects" (Te
st code for machine tools Part 3: Determin
ation of thermal effects: Hereinafter referred to as ISO230-3. )reference).
【0003】ISO230-3では、工作機械の熱変位に関し
て、環境温度変動変化、主軸回転、直進軸の運動の3つ
の状態の影響を評価する方法が規定されている。これら
の測定方法のうち、直進軸の運動の影響を評価する方法
は、レーザ干渉計を利用して直進運動の両端における位
置決め精度の熱的影響を測定するプロセスを含むもので
ある。すなわち、レーザ干渉計を工作機械の主軸端に、
レーザ反射鏡を工作機械のテーブル端に固定し、その状
態でテーブル又は主軸頭を案内面に沿って直進運動さ
せ、その送り運動の両端における位置決め偏差の熱変位
による変化を検出する。なお、熱変位の検出装置として
は、レーザ干渉計以外にもダイヤルゲージが用いられる
こともある。[0003] ISO 230-3 specifies a method for evaluating the effects of three states, that is, a change in environmental temperature, a rotation of a spindle, and a movement of a linear axis, on a thermal displacement of a machine tool. Among these measurement methods, the method of evaluating the effect of the motion of the linear axis includes a process of measuring the thermal effect of positioning accuracy at both ends of the linear motion using a laser interferometer. That is, the laser interferometer is attached to the spindle end of the machine tool,
The laser reflecting mirror is fixed to the end of the table of the machine tool, and in this state, the table or the spindle head is moved linearly along the guide surface, and the change due to the thermal displacement of the positioning deviation at both ends of the feed movement is detected. As a device for detecting thermal displacement, a dial gauge may be used in addition to the laser interferometer.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】工作機械の送り運動に
関する熱源は、送りねじとナットの間の摩擦、送りねじ
の軸受、駆動モータ、摺動面での摩擦等が考えられる。
セミクローズドループ方式によって位置決め制御された
機械では、これらからの発熱により、送りねじが膨張す
ることで位置決め精度が低下する。そこで、熱変位によ
る位置決め偏差への影響を測定評価する必要性は非常に
ある。しかしながら、昨今の送り駆動系の高速化と、直
進運動要素の位置を直接検出するいわゆるクローズドル
ープ方式の採用の増加を考慮すると、位置決め偏差以外
の方向の熱変位成分も無視しえなくなり、主軸の回転に
よる熱変位測定と同様に測定評価する必要があると考え
られる。As the heat source relating to the feed movement of the machine tool, friction between the feed screw and the nut, the bearing of the feed screw, the drive motor, the friction on the sliding surface, and the like can be considered.
In a machine whose positioning is controlled by the semi-closed loop method, heat generated from these causes the feed screw to expand, thereby lowering the positioning accuracy. Therefore, it is very necessary to measure and evaluate the influence of the thermal displacement on the positioning deviation. However, considering the recent increase in the speed of the feed drive system and the increase in the adoption of a so-called closed loop system for directly detecting the position of a linear motion element, thermal displacement components in directions other than the positioning deviation cannot be ignored, and the It is considered necessary to evaluate the measurement in the same way as the thermal displacement measurement by rotation.
【0005】そこで、本発明は、工作機械の直進運動要
素の運動により生じる熱変位について、位置決め偏差以
外の成分も含めた多自由度同時測定法及びそれに使用す
る装置を提案することを目的とする。Accordingly, an object of the present invention is to propose a multi-degree-of-freedom simultaneous measuring method including a component other than the positioning deviation for a thermal displacement caused by the movement of a linear motion element of a machine tool, and an apparatus used therefor. .
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】以下、本発明について説
明する。なお、本発明の理解を容易にするために添付図
面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本
発明が図示の形態に限定されるものではない。Hereinafter, the present invention will be described. In addition, in order to facilitate understanding of the present invention, reference numerals in the accompanying drawings are added in parentheses, but the present invention is not limited to the illustrated embodiment.
【0007】本発明の測定方法は、工作機械の可動部
(SH,54)を所定の軸方向に関して繰り返し直進運
動させ、その直進運動に伴って発生する前記可動部とそ
の可動部と対をなす静止部(TB,52)との間の前記
直進運動の方向に関する熱変位を前記直進運動と関連付
けられた所定のタイミングで測定するとともに、その測
定と同時に、前記直進運動の方向とは異なる少なくとも
一つの方向に関して前記可動部と前記静止部との間に発
生する熱変位を測定するものである。According to the measuring method of the present invention, the movable part (SH, 54) of the machine tool is repeatedly linearly moved in a predetermined axial direction, and the movable part generated along with the linear movement is paired with the movable part. The thermal displacement in the direction of the translational motion between the stationary portion (TB, 52) and the linear motion is measured at a predetermined timing associated with the translational motion, and at the same time as the measurement, at least one of the directions different from the direction of the translational motion is measured. The thermal displacement generated between the movable part and the stationary part in one direction is measured.
【0008】この方法によれば、直進運動の方向に関す
る位置決め偏差の測定と同時に、その直進運動とは異な
る方向の熱変位が測定されるので、工作機械の熱変位に
伴う挙動が多面的に解析でき、熱変位の状態をより正確
に把握することが可能となる。例えば、工作機械のX軸
方向の直進運動に伴う熱変位を測定する場合、これまで
はX軸方向に関する位置決め偏差のみが測定対象とされ
ていたのに対して、本発明によれば、X軸方向とは異な
る方向に関する熱変位、例えばY軸方向又はZ軸方向に
関する並進偏差、X軸、Y軸又はZ軸の回りの角度偏差
を検出することができ、X軸方向以外にもどのような熱
変位が生じているかを具体的に把握できるようになる。According to this method, since the thermal displacement in the direction different from the linear motion is measured simultaneously with the measurement of the positioning deviation in the direction of the linear motion, the behavior accompanying the thermal displacement of the machine tool can be analyzed from various aspects. It is possible to more accurately grasp the state of thermal displacement. For example, when measuring the thermal displacement accompanying the linear motion of the machine tool in the X-axis direction, only the positioning deviation in the X-axis direction has been previously measured as the object to be measured. Thermal displacement in a direction different from the direction, such as translational deviation in the Y-axis direction or Z-axis direction, angular deviation around the X-axis, Y-axis or Z-axis, can be detected. It becomes possible to specifically grasp whether thermal displacement has occurred.
【0009】本発明の測定方法において、可動部は例え
ば主軸頭、テーブル、サドル、旋盤の往復刃物台等、工
具とワークとの間に所定の加工運動を生成するために駆
動される工作機械の部分を意味し、静止部はその可動部
に対して相対的に静止した状態に保たれる部分を意味す
る。静止部は必ずしも常時固定されるべき部分である必
要はない。測定のタイミングは、直進運動に伴う熱変形
の推移が十分に把握できる程度の間隔で設定することが
望ましい。熱変位の測定には非接触式又は接触式の各種
のセンサを使用してよい。In the measuring method according to the present invention, the movable part is, for example, a spindle head, a table, a saddle, a reciprocating tool rest of a lathe, or the like, of a machine tool driven to generate a predetermined machining motion between a tool and a work. A stationary part means a part that is kept stationary relative to its movable part. The stationary part does not necessarily have to be a part that should always be fixed. It is desirable to set the timing of the measurement at intervals such that the transition of thermal deformation accompanying the linear motion can be sufficiently grasped. Various sensors of a non-contact type or a contact type may be used for measuring the thermal displacement.
【0010】本発明の測定方法においては、前記可動部
及び前記静止部のいずれか一方には、前記直進運動の方
向に配置された検出対象(21)までの距離又はその距
離の変化に相関した信号を出力する第1のセンサ(S
1,S2)と、前記直進運動の方向と直交する少なくと
も一つの軸方向に配置された検出対象(22,23)ま
での距離又はその距離の変化に相関した信号を出力する
第2のセンサ(S3〜S7)とを装着し、前記可動部及
び前記静止部のいずれか他方には、前記第1及び第2の
センサの検出対象としての被測定面(21,22,2
3)を、前記可動部が前記静止部に対して所定の測定位
置に達したときに各センサが対応する被測定面を検出で
きるように設け、前記可動部が前記測定位置に達したと
きの各センサからの出力信号に基づいて、前記直進運動
の方向と、その直進運動の方向とは異なる少なくとも一
つの方向に関する熱変位をそれぞれ測定してもよい。In the measuring method according to the present invention, one of the movable part and the stationary part is correlated with a distance to a detection object (21) arranged in the direction of the linear movement or a change in the distance. A first sensor (S
, S2) and a second sensor (2) that outputs a signal correlated with a distance to a detection target (22, 23) or a change in the distance, which is arranged in at least one axial direction orthogonal to the direction of the linear motion. S3 to S7), and the other of the movable portion and the stationary portion is provided with a surface to be measured (21, 22, 2) as a detection target of the first and second sensors.
3) is provided so that each sensor can detect a corresponding measured surface when the movable section reaches a predetermined measurement position with respect to the stationary section, and when the movable section reaches the measurement position, Based on an output signal from each sensor, the direction of the linear motion and the thermal displacement in at least one direction different from the direction of the linear motion may be measured.
【0011】前記直進運動の方向に関して、前記測定位
置が前記可動部の運動範囲の両端に設定されてもよい。
例えば可動部がX軸方向に直進運動を行う場合、測定位
置はX軸方向に関して可動部の運動範囲の両端と一致さ
せるとよい。このように直進運動の両端にて熱変位を測
定すれば、直進運動の方向とは異なる他の方向に関する
熱変位の発生状態をより詳しく知ることができる。な
お、測定位置は直進運動以外の方向に関して可動部の運
動範囲の両端と一致していてもよいし、しなくてもよ
い。一致していない場合、つまり直進運動の方向以外に
関して測定位置が運動範囲からずれているときは、その
ずれが設けられている方向への運動を可動部を移動させ
てセンサを測定位置まで導くことになる。[0011] With respect to the direction of the rectilinear movement, the measurement positions may be set at both ends of a movement range of the movable portion.
For example, when the movable part performs a linear motion in the X-axis direction, the measurement position may coincide with both ends of the movement range of the movable part in the X-axis direction. By measuring the thermal displacement at both ends of the linear motion in this way, it is possible to know in more detail the state of occurrence of the thermal displacement in another direction different from the direction of the linear motion. Note that the measurement position may or may not coincide with both ends of the movement range of the movable unit in directions other than the linear movement. If they do not match, that is, if the measurement position is out of the motion range other than in the direction of the linear motion, move the movable part to move the sensor to the measurement position in the direction in which the deviation is provided. become.
【0012】前記測定位置を結ぶ直線上の所定の位置に
中間測定位置が設定され、前記可動部又は前記静止部の
いずれか他方には、前記可動部が前記中間測定位置に達
したとき、前記第2のセンサと対向して当該センサによ
る検出対象として機能する被測定面(ターゲット2C上
の22,23)が設けられてもよい。このように、直進
運動の両端と中間位置のそれぞれで測定を行うようにす
れば、運動の真直度に対する熱変位の影響を検出するこ
とができる。An intermediate measurement position is set at a predetermined position on a straight line connecting the measurement positions, and when the movable portion reaches the intermediate measurement position, the other of the movable portion and the stationary portion is set at the other position. A surface to be measured (22, 23 on the target 2C) functioning as a detection target by the sensor may be provided facing the second sensor. As described above, if the measurement is performed at both ends and the intermediate position of the linear motion, the influence of the thermal displacement on the straightness of the motion can be detected.
【0013】前記第2のセンサが、前記直進運動の方向
と直交する一つの軸方向に関して複数かつ互いに距離を
空けて設けられていることを特徴とする請求項2〜4の
いずれかに記載の熱変位測定方法。この場合には、前記
直進運動の方向と直交する一つの軸方向に関して配置さ
れた複数のセンサの検出値の差分をとることにより、そ
の軸方向と直交する軸線回りの角度偏差を検出すること
ができる。なお、一つの軸方向に関して配置された複数
のセンサは、それらが並べられた方向に関して、主軸中
心位置を挟んで対称に配置されることが望ましい。5. The apparatus according to claim 2, wherein a plurality of said second sensors are provided at a distance from each other in one axial direction perpendicular to the direction of said rectilinear movement. Thermal displacement measurement method. In this case, it is possible to detect an angular deviation around an axis orthogonal to the axis direction by calculating a difference between detection values of a plurality of sensors arranged in one axis direction orthogonal to the direction of the rectilinear motion. it can. In addition, it is desirable that the plurality of sensors arranged in one axial direction are arranged symmetrically with respect to the direction in which they are arranged, with the main shaft center position interposed therebetween.
【0014】前記第2のセンサは、前記直進運動の方向
と直交する二つの軸方向にそれぞれ設けられてもよい。
このようにすれば、より多くの方向に関して熱変位を検
出することができ、熱変位の状態をより正確に知ること
ができる。The second sensor may be provided in each of two axial directions orthogonal to the direction of the linear movement.
In this way, thermal displacement can be detected in more directions, and the state of thermal displacement can be known more accurately.
【0015】前記第1のセンサ及び前記第2のセンサが
前記可動部に設けられてもよい。可動部に設けた場合に
は、例えば送り方向に離れた複数箇所で同一のセンサを
利用して測定を行うことができ、センサの使用数が減
る。[0015] The first sensor and the second sensor may be provided in the movable part. When provided on the movable part, for example, measurement can be performed using the same sensor at a plurality of locations separated in the feed direction, and the number of sensors used is reduced.
【0016】本発明の他の測定方法は、工作機械の主軸
頭(SH)とテーブル(TB)とを所定の軸方向に関し
て繰り返し相対的に直進運動させ、その直進運動に伴っ
て前記主軸頭とテーブルとの間に発生する前記直進運動
の方向の熱変位を前記直進運動と関連付けられた所定の
タイミングで測定するとともに、その測定と同時に、前
記直進運動の方向とは異なる少なくとも一つの方向に関
して前記主軸と前記テーブルとの間に発生する熱変位を
測定するものである。According to another measuring method of the present invention, a spindle head (SH) and a table (TB) of a machine tool are repeatedly and relatively linearly moved in a predetermined axial direction, and the spindle head (SH) and the table (TB) are moved along with the linear movement. The thermal displacement in the direction of the linear motion occurring between the linear motion and the table is measured at a predetermined timing associated with the linear motion, and at the same time as the measurement, the thermal displacement is measured in at least one direction different from the direction of the linear motion. The thermal displacement generated between the main shaft and the table is measured.
【0017】この測定方法によれば、工作機械の主軸と
テーブルとの間に発生する熱変位が直進運動の方向のみ
ならず、他の方向からも測定されるので、主軸とテーブ
ルとの間に生じる熱変位の影響を多面的に解析でき、熱
変位の状態をより正確に把握することが可能となる。According to this measuring method, the thermal displacement generated between the main shaft of the machine tool and the table is measured not only in the direction of the linear motion but also in other directions. The influence of the generated thermal displacement can be analyzed from various aspects, and the state of the thermal displacement can be grasped more accurately.
【0018】前記主軸頭には、前記直進運動の方向に配
置された検出対象(21)までの距離又はその距離の変
化に相関した信号を出力する第1のセンサ(S1,S
2)と、前記直進運動の方向と直交する少なくとも一つ
の軸方向に配置された検出対象(22,23)までの距
離又はその距離の変化に相関した信号を出力する第2の
センサ(S3〜S7)とを装着し、前記テーブル上に
は、前記第1及び第2のセンサの検出対象としての被測
定面(21)を有するターゲット(2L,2R,2C)
を、前記主軸頭が前記テーブルに対して所定の測定位置
まで相対的に移動したときに各センサが対応する被測定
面を検出できるように設け、前記主軸頭が前記テーブル
に対して所定の測定位置まで相対的に移動したときの各
センサからの出力信号に基づいて、前記直進運動の方向
と、その直進運動の方向とは異なる少なくとも一つの方
向に関する熱変位をそれぞれ測定してもよい。A first sensor (S1, S1) which outputs a signal correlated to a distance to a detection object (21) arranged in the direction of the linear motion or a change in the distance is provided at the spindle head.
2) and a second sensor (S3 to S3) for outputting a distance to a detection target (22, 23) arranged in at least one axial direction orthogonal to the direction of the linear motion or a signal correlated to a change in the distance. S7), and a target (2L, 2R, 2C) having a surface to be measured (21) as a detection target of the first and second sensors on the table.
Is provided so that each sensor can detect a corresponding measured surface when the spindle head relatively moves to a predetermined measurement position with respect to the table, and the spindle head performs predetermined measurement with respect to the table. Based on an output signal from each sensor when relatively moved to the position, the direction of the linear motion and the thermal displacement in at least one direction different from the direction of the linear motion may be measured.
【0019】本発明のさらなる形態の測定方法は、工作
機械のX軸方向又はY軸方向のいずれか一方に測定方向
を向けて配置され、当該測定方向に関する検出対象(2
1)の距離又はその距離の変化に相関した信号を出力す
る第1のセンサ(S1,S2)と、X軸方向又はY軸方
向のいずれか他方、及びZ軸方向測定方向の少なくとも
いずれか一方に測定方向を向けて配置され、当該測定方
向に関する検出対象(22,23)の距離又はその距離
の変化に相関した信号を出力する第2のセンサ(S3〜
S7)とを備えたセンサ支持治具(1)を主軸頭(S
H)に装着し、前記工作機械のテーブル(TB)上に
は、前記第1のセンサ及び前記第2のセンサの検出対象
としてそれぞれ機能する被測定面(21,22,23)
を備えたターゲット(2L,2R,2C)を、前記テー
ブルに対して前記主軸頭が所定の測定位置まで相対的に
移動したときに各センサが対応する被測定面を検出でき
るように配置し、前記主軸頭と前記テーブルとを前記X
軸方向又はY軸方向のいずれか一方に繰り返し相対的に
直進運動させ、その直進運動に関連付けられた所定のタ
イミングで前記主軸頭を前記テーブルに対して前記測定
位置まで相対的に移動させ、そのときの前記第1のセン
サ及び第2のセンサの出力信号に基づいて前記主軸と前
記テーブルとの間に発生する前記直進運動の方向及びそ
の直進運動の方向とは異なる少なくとも一つの方向の熱
変位を測定するものである。According to a further aspect of the present invention, there is provided a measuring method in which a measuring direction is arranged in one of an X-axis direction and a Y-axis direction of a machine tool, and a detection target (2
A first sensor (S1, S2) for outputting a signal correlated with the distance of 1) or a change in the distance, and at least one of the other in the X-axis direction or the Y-axis direction and the Z-axis direction measurement direction And a second sensor (S3 to S3) that outputs a signal correlated with the distance of the detection target (22, 23) or a change in the distance in the measurement direction.
S7) and the sensor support jig (1) provided with the spindle head (S7).
H), and the surfaces to be measured (21, 22, 23) functioning as detection targets of the first sensor and the second sensor, respectively, on the table (TB) of the machine tool.
The target (2L, 2R, 2C) provided with is arranged such that each sensor can detect a corresponding measured surface when the spindle head relatively moves to a predetermined measurement position with respect to the table, The spindle head and the table are connected to the X
The linear motion is repeatedly performed in either the axial direction or the Y-axis direction, and the spindle head is relatively moved to the measurement position with respect to the table at a predetermined timing associated with the linear motion. The direction of the rectilinear motion generated between the main shaft and the table based on the output signals of the first sensor and the second sensor at the time, and the thermal displacement in at least one direction different from the direction of the rectilinear motion. Is measured.
【0020】この測定方法によれば、工作機械の主軸と
テーブルとの間に発生する熱変位が直進運動の方向のみ
ならず、他の方向からも測定されるので、主軸とテーブ
ルとの間に生じる熱変位の影響を多面的に解析でき、熱
変位の状態をより正確に把握することが可能となる。主
軸頭にはセンサ支持治具を、テーブルにはターゲットを
取り付けるだけでよく、セットアップを簡単に行える。
なお、センサ支持治具は望ましくは主軸に装着する。こ
れによりセンサ支持治具とターゲットとの関係を加工時
の工具とワークとの関係に近似させて熱変位を測定でき
るので都合がよい。According to this measuring method, the thermal displacement generated between the main shaft of the machine tool and the table is measured not only in the direction of the linear motion but also in other directions. The influence of the generated thermal displacement can be analyzed from various aspects, and the state of the thermal displacement can be grasped more accurately. It is only necessary to attach a sensor support jig to the spindle head and a target to the table, which makes setup easy.
The sensor support jig is desirably mounted on the main shaft. Thereby, the relationship between the sensor supporting jig and the target can be approximated to the relationship between the tool and the workpiece at the time of machining, and the thermal displacement can be measured, which is convenient.
【0021】前記センサ支持治具には、一対の第1のセ
ンサ(S1,S2)が、互いの測定方向を前記X軸方向
又はY軸方向のいずれか一方向に関して前記主軸の中心
軸線を挟んで互いに外側に向けた状態で設けられ、前記
テーブル上には、一対のターゲット(2L,2R)が、
それぞれの前記第1のセンサに対応する被測定面(2
1,21)を前記直進運動の方向に向かい合わせるよう
にして当該直進運動の方向に並べて配置され、前記一対
のターゲットのうち一方のターゲット(2L)に設けら
れた前記直進運動の正方向を向く被測定面が、当該直進
運動の負方向に測定方向を向けた第1のセンサ(S1)
にて検出され、前記一対のターゲットのうち他方のター
ゲット(2R)に設けられた前記直進運動の負方向を向
く被測定面が当該直進運動の正方向に測定方向を向けた
第1のセンサ(S2)にて検出されるように前記測定位
置が設定されてもよい。この場合には、直進運動の両端
における位置決め偏差が一対の第1のセンサによって検
出される。In the sensor support jig, a pair of first sensors (S1 and S2) are arranged so that their respective measurement directions sandwich the central axis of the main shaft in either the X-axis direction or the Y-axis direction. And a pair of targets (2L, 2R) are provided on the table.
The surface to be measured (2) corresponding to each of the first sensors
1, 21) are arranged side by side in the direction of the linear motion so as to face the direction of the linear motion, and face the positive direction of the linear motion provided on one of the pair of targets (2L). A first sensor (S1) in which the surface to be measured has its measurement direction oriented in the negative direction of the linear motion.
And a first sensor in which a measurement surface provided in the other target (2R) of the pair of targets in the negative direction of the linear motion is directed in the positive direction of the linear motion ( The measurement position may be set so as to be detected in S2). In this case, the positioning deviation at both ends of the linear motion is detected by the pair of first sensors.
【0022】前記テーブル上には、前記一対のターゲッ
トの間に設定された中間測定位置まで前記主軸頭が前記
テーブルに対して相対的に移動したときに前記第2のセ
ンサ(S3,S4)と対向して当該センサによる検出対
象として機能する被測定面(22)を備えた中間位置用
ターゲット(2C)が設けられてもよい。When the spindle head moves relative to the table to an intermediate measurement position set between the pair of targets, the second sensor (S3, S4) is placed on the table. An intermediate position target (2C) including a surface to be measured (22) that functions as an object to be detected by the sensor may be provided.
【0023】複数の第2のセンサ(S3,S4)がそれ
ぞれの測定方向を前記X軸方向又はY軸方向のいずれか
他方の軸方向の同一の側に向け、かつ前記X軸方向又は
Y軸方向のいずれか一方の軸方向に関して互いに距離を
空けて設けられてもよい。この場合には、X軸又はY軸
方向のいずれか一方の軸方向における位置決め偏差とと
もに、他方の軸方向における熱変位と、Z軸のまわりの
角度偏差が検出される。X軸方向又はY軸方向のいずれ
か一方の軸方向に関して互いに距離を空けて設けられた
複数のセンサの検出値を平均して熱変位をより正確に求
めることもできる。この場合に、X軸方向又はY軸方向
のいずれか一方の軸方向に並べられた複数の第2のセン
サは、それらの並び方向に関して主軸中心から対称に配
置されることが望ましい。A plurality of second sensors (S3, S4) direct their respective measurement directions to the same side in the other of the X-axis direction and the Y-axis direction, and the X-axis direction or the Y-axis direction. It may be provided at a distance from each other in any one of the axial directions. In this case, along with the positioning deviation in one of the X-axis and Y-axis directions, the thermal displacement in the other axis direction and the angular deviation around the Z-axis are detected. The thermal displacement can be obtained more accurately by averaging the detection values of a plurality of sensors provided at a distance from each other in either the X-axis direction or the Y-axis direction. In this case, it is desirable that the plurality of second sensors arranged in one of the X-axis direction and the Y-axis direction be symmetrically arranged from the center of the main axis with respect to the arrangement direction.
【0024】前記第2のセンサ(S5〜S7)は、その
測定方向をZ軸方向でかつ前記テーブルに近付く側に向
けて設けられてもよい。この場合にはZ軸方向に関する
熱変位が合わせて検出される。The second sensor (S5 to S7) may be provided with its measurement direction in the Z-axis direction and toward the side approaching the table. In this case, the thermal displacement in the Z-axis direction is also detected.
【0025】前記Z軸方向に向けられた第2のセンサ
(S5〜S7)は、前記主軸の中心軸線と直交する面内
の互いに異なる複数の位置に設けられてもよい。この場
合には、Z軸と直交する面に対する傾きを検出できる。The second sensors (S5 to S7) oriented in the Z-axis direction may be provided at a plurality of different positions in a plane orthogonal to the central axis of the main shaft. In this case, the inclination with respect to the plane orthogonal to the Z axis can be detected.
【0026】前記Z軸方向に向けられた第2のセンサ
(S5,S6)は前記主軸の中心軸線と直交する面内で
かつ前記主軸の中心軸線を挟んで対称な複数の位置に設
けられてもよい。この場合には各センサの検出値の平均
値を求めることにより主軸の軸線上におけるZ軸方向の
熱変位を正確に検出できる。The second sensors (S5, S6) oriented in the Z-axis direction are provided at a plurality of positions in a plane orthogonal to the central axis of the main shaft and symmetrically with respect to the central axis of the main shaft. Is also good. In this case, the thermal displacement in the Z-axis direction on the axis of the main shaft can be accurately detected by calculating the average value of the detection values of the sensors.
【0027】前記Z軸方向に向けられた第2のセンサ
(S5,S7)は前記主軸の中心軸線と直交する面内で
かつ前記X軸方向又はY軸方向のうち前記直進運動の方
向と直交する方向に互いに距離を空けて複数並べて設け
られてもよい。この場合には第2のセンサの検出値の差
分をとることにより、直進運動軸回りの角度偏差を検出
できる。The second sensor (S5, S7) oriented in the Z-axis direction is in a plane orthogonal to the center axis of the main shaft and orthogonal to the direction of the linear motion in the X-axis direction or the Y-axis direction. May be arranged side by side at a distance from each other. In this case, by taking the difference between the detection values of the second sensor, it is possible to detect the angular deviation around the axis of linear motion.
【0028】本発明のさらに他の形態の測定方法は、旋
盤(50)の主軸の軸線方向に測定方向を向けて配置さ
れ、当該測定方向に関する検出対象の距離又はその距離
の変化に相関した信号を出力する第1のセンサ(S1,
S2)と、前記主軸の軸線方向と直交する方向に測定方
向を向けて配置され、当該測定方向に関する検出対象の
距離又はその距離の変化に相関した信号を出力する第2
のセンサ(S3〜S7)とを備えたセンサ支持治具
(1)を旋盤の往復台(54)に装着し、前記旋盤の主
軸と心押し台(53)との間には、前記第1のセンサ及
び前記第2のセンサの検出対象としてそれぞれ機能する
被測定面(21,22,23)を備えたターゲット(2
L,2R,2C)を、前記往復台が所定の測定位置まで
移動したときに各センサが対応する被測定面を検出でき
るように配置し、前記往復台を前記主軸の軸線方向に繰
り返し直進運動させ、その直進運動に関連付けられた所
定のタイミングで前記往復台を前記測定位置まで移動さ
せ、そのときの前記第1のセンサ及び第2のセンサの出
力信号に基づいて前記主軸と前記往復台との間に発生す
る前記直進運動の方向及びそれ以外の方向の熱変位を測
定するものである。According to still another aspect of the present invention, there is provided a measuring method in which a measuring direction is arranged in a direction of an axis of a main shaft of a lathe (50), and a signal correlated with a distance of a detection target in the measuring direction or a change in the distance. The first sensor (S1,
And S2) outputting a signal correlated with the distance of the detection target in the measurement direction or a change in the distance with the measurement direction oriented in a direction orthogonal to the axial direction of the main shaft.
A sensor support jig (1) provided with the above-mentioned sensors (S3 to S7) is mounted on a carriage (54) of a lathe, and the first tool is provided between a spindle of the lathe and a tailstock (53). Target (2) provided with surfaces to be measured (21, 22, 23) functioning as detection targets of the second sensor and the second sensor, respectively.
L, 2R, 2C) are arranged so that each sensor can detect the corresponding surface to be measured when the carriage moves to a predetermined measurement position, and the carriage is moved linearly repeatedly in the axial direction of the spindle. The carriage is moved to the measurement position at a predetermined timing associated with the rectilinear movement, and the main shaft and the carriage are moved based on output signals of the first sensor and the second sensor at that time. The thermal displacement in the direction of the rectilinear motion and the other direction is measured.
【0029】この方法によれば、旋盤の主軸の軸線方向
に関する位置決め偏差のみならず、他の軸方向(例えば
工具の切り込み方向)に関する熱変位も検出できるよう
になる。According to this method, not only the positioning deviation in the axial direction of the main shaft of the lathe but also the thermal displacement in another axial direction (for example, the cutting direction of the tool) can be detected.
【0030】本発明において、工作機械のZ軸方向は主
軸の軸線方向を意味し、X軸及びY軸方向はそのZ軸方
向と直交する二軸方向を意味する。本発明において、直
進運動の方向とは異なる方向に関する熱変位には、直進
運動と直交する二軸方向のうち少なくとも一つの軸方向
に関する並進偏差と、直進運動が行われる軸を含む互い
に直交する三軸のうち少なくとも一軸の回りの角度偏差
とを含めることができる。In the present invention, the Z-axis direction of the machine tool refers to the axial direction of the main shaft, and the X-axis and Y-axis directions refer to two-axis directions orthogonal to the Z-axis direction. In the present invention, the thermal displacement in a direction different from the direction of the linear motion includes translational deviation in at least one of two axial directions orthogonal to the linear motion, and three orthogonal directions including an axis in which the linear motion is performed. Angular deviation about at least one of the axes.
【0031】[0031]
【発明の実施の形態】図1に本発明の一実施形態に係る
6自由度熱変位測定装置の概要を示す。同図は、工作機
械の直進運動する可動部が主軸頭SH又はテーブルTB
である場合におけるセットアップを示している。本測定
装置は、7つの非接触式変位センサS1…S7(図2参
照)が取り付けられたセンサ支持治具1と、3つのター
ゲット2L,2R,2Cとを備えている。なお、本明細
書においてセンサS1〜S7を区別する必要がないとき
は参照符号Sで代表し、ターゲット2L,2R,2Cを
区別する必要がないときは参照符号2で代表する。ま
た、ターゲット2L,2R,2Cをそれぞれターゲット
L,R,Cと簡略して表記することもある(例えば図8
参照)。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows an outline of a 6-DOF thermal displacement measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. The figure shows that the movable part of the machine tool that moves linearly is the spindle head SH or table TB.
Shows the setup in the case of. The measuring apparatus includes a sensor support jig 1 to which seven non-contact displacement sensors S1 to S7 (see FIG. 2) are attached, and three targets 2L, 2R, and 2C. In the present specification, when it is not necessary to distinguish the sensors S1 to S7, they are represented by reference numeral S, and when it is not necessary to distinguish the targets 2L, 2R, 2C, they are represented by reference numeral 2. Also, the targets 2L, 2R, and 2C may be simply referred to as targets L, R, and C, respectively (for example, FIG. 8).
reference).
【0032】センサ支持治具1は主軸端にツールホルダ
(不図示)などを介して取り付けられ、各ターゲット2
はテーブルTB上に取り付けられる。各ターゲット2は
送り方向と平行な一つの直線上に配置される。試験で
は、主軸頭SHとテーブルTBとを相対的に、ターゲッ
ト2L,2R,2Cの間を直線往復運動させる。熱変位
の測定は、ターゲット2上でセンサ支持治具1を停止さ
せ、ターゲット2とセンサSとの間の隙間の変化を検出
することで行う。The sensor support jig 1 is attached to a spindle end via a tool holder (not shown) or the like.
Is mounted on the table TB. Each target 2 is arranged on one straight line parallel to the feed direction. In the test, the spindle head SH and the table TB are relatively linearly reciprocated between the targets 2L, 2R, and 2C. The measurement of the thermal displacement is performed by stopping the sensor support jig 1 on the target 2 and detecting a change in a gap between the target 2 and the sensor S.
【0033】ISO230-3では、往復する送り運動の両端の
位置のみでの位置決め偏差の変化を測定する方法が規定
されている。これは、一般に、位置決め偏差の変化の主
要な原因は送りねじの熱膨張であり、最も位置決め偏差
が変化する位置が送り運動の両端の位置のいずれかにあ
るからである。ところが、本実施形態の方法では、送り
方向に直交する方向の並進偏差成分と、各軸回りの角度
偏差成分も測定する。複数の地点での並進偏差測定結果
から、運動の直線からのずれである、いわゆる真直度を
評価することができる。真直度は直進運動精度の基本的
な評価項目であり、加工精度を予測する上で非常に重要
である。そこで、本実施形態では、送り運動の中央付近
にターゲット2Cを設け、往復運動の両端で得られる並
進偏差成分と併せて、熱変形による真直度への影響を評
価することとした。ISO 230-3 specifies a method for measuring the change in the positioning deviation only at the positions at both ends of the reciprocating feed motion. This is because, in general, the main cause of the change in the positioning deviation is thermal expansion of the lead screw, and the position where the positioning deviation changes most is located at one of the positions at both ends of the feed movement. However, in the method of the present embodiment, a translational deviation component in a direction orthogonal to the feed direction and an angular deviation component around each axis are also measured. From the translational deviation measurement results at a plurality of points, it is possible to evaluate the so-called straightness, which is the deviation from the straight line of the motion. Straightness is a basic evaluation item of linear motion accuracy, and is very important in predicting machining accuracy. Therefore, in the present embodiment, the target 2C is provided near the center of the feed motion, and the influence on the straightness due to thermal deformation is evaluated together with the translational deviation components obtained at both ends of the reciprocating motion.
【0034】センサ支持治具1を図2に示す。なお、図
2(a)は平面図、同(b)は正面図、同(c)は右側
面図である。センサ支持治具1は、センサS1〜S7を
固定する炭素鋼製の板材10と主軸端と結合するための
棒材11とを備えている。治具1自身の熱変形の影響を
最小にするために、支持治具1の形状は棒材11の中心
軸線に関して対称形状としている。また、環境の温度変
化の影響を受け難くするために板材10の板厚は厚めに
設計されている。棒材11は、様々な機械や主軸端形式
に対応するために単純な丸棒形状とし、エンドミル用の
ツールホルダなどを介して主軸と結合する。FIG. 2 shows the sensor support jig 1. 2A is a plan view, FIG. 2B is a front view, and FIG. 2C is a right side view. The sensor support jig 1 includes a plate member 10 made of carbon steel for fixing the sensors S1 to S7 and a bar member 11 for coupling to a spindle end. In order to minimize the influence of the thermal deformation of the jig 1 itself, the shape of the support jig 1 is symmetrical with respect to the center axis of the bar 11. Further, the thickness of the plate member 10 is designed to be relatively large in order to make the plate member 10 less susceptible to changes in the temperature of the environment. The bar 11 has a simple round bar shape in order to be compatible with various machines and types of spindle ends, and is connected to the spindle via a tool holder for an end mill.
【0035】センサ支持治具1上には7つの非接触式変
位センサS1…S7が放射状に配置されている。これら
のセンサSは、図1に示したターゲット2の表面との間
の隙間量に対応した信号を出力する。センサSは測定対
象までの距離又はその距離の変化に相関した信号を出力
できるものであればよく、静電容量型又は高周波誘導式
の近接スイッチ、超音波センサ等の非接触式のセンサを
使用してもよいし、プランジャ等の測定子を測定対象に
接触させて変位を検出する接触式のセンサを使用しても
よい。但し、非接触式のセンサを使用した方が測定対象
に対する接触状態の影響を受けない点で精度的に有利で
ある。On the sensor supporting jig 1, seven non-contact displacement sensors S1 to S7 are radially arranged. These sensors S output signals corresponding to the amount of gap between the sensor S and the surface of the target 2 shown in FIG. The sensor S only needs to be capable of outputting a signal correlated with the distance to the measurement target or a change in the distance, and uses a non-contact type sensor such as a capacitance type or high frequency induction type proximity switch, an ultrasonic sensor, or the like. Alternatively, a contact-type sensor that detects a displacement by bringing a probe such as a plunger into contact with a measurement target may be used. However, using a non-contact type sensor is advantageous in terms of accuracy in that the sensor is not affected by the state of contact with the measurement target.
【0036】センサS1及びS2はそれぞれ棒材11の
中心軸線を通る直線上に互いに外向きに取り付けられて
いる。センサS3、S4は板材10の同一側面に外向き
に取り付けられており、棒材11の中心から各センサS
3、S4までのX軸方向の距離は互いに等しい。センサ
S5、S6及びS7はそれぞれ板材10の底面から突出
させて取り付けられている。センサS5及びS6は板材
10の一方の対角線上に配置され、センサS7は板材1
0の他方の対角線上に配置されている。棒材11の中心
軸線から各センサS5〜S7までの距離は互いに等し
い。The sensors S1 and S2 are mounted outward on a straight line passing through the central axis of the bar 11, respectively. The sensors S3 and S4 are mounted outward on the same side of the plate 10 and each sensor S
3. Distances in the X-axis direction up to S4 are equal to each other. The sensors S5, S6, and S7 are mounted so as to protrude from the bottom surface of the plate material 10, respectively. The sensors S5 and S6 are arranged on one diagonal of the plate 10 and the sensor S7 is the plate 1
0 are arranged on the other diagonal line. The distances from the central axis of the bar 11 to the sensors S5 to S7 are equal to each other.
【0037】なお、トリガ信号検出用のセンサ12、例
えば光ファイバセンサなどを取り付け、ターゲット2に
付けたトリガマークを検出することで、測定シーケンス
を容易に設計することができる。A measurement sequence can be easily designed by installing a sensor 12 for detecting a trigger signal, for example, an optical fiber sensor and detecting a trigger mark attached to the target 2.
【0038】ターゲット2Lを図3(a)〜(d)に、
ターゲット2Cを図3(e)にそれぞれ示す。なお、図
3(a)はターゲット2Lの平面図、同(b)はターゲ
ット2Lの正面図、同(c)はターゲット2Lの右側面
図、同(d)は図3(a)のIIId部の拡大図、同
(e)はターゲット2Cの平面図である。ターゲット2
Rはターゲット2Lと左右対称形状であり、詳細な図示
は省略した。FIGS. 3A to 3D show the target 2L.
The target 2C is shown in FIG. 3A is a plan view of the target 2L, FIG. 3B is a front view of the target 2L, FIG. 3C is a right side view of the target 2L, and FIG. 3D is a IIId portion of FIG. (E) is a plan view of the target 2C. Target 2
R has a symmetrical shape with the target 2L and is not shown in detail.
【0039】これらの図に示すように、各ターゲット2
はブロック20の上に脱着可能に取り付けられている。
ブロック20を交換することにより、ターゲット2の高
さの変更が可能である。図3(a)〜(c)に示したよ
うに、ターゲット2Lは、上から見て互いに直交する2
つの側面21、22と、各側面21、22に直交する底
面23とを有している。これらの側面21、22や底面
23とセンサSとの隙間(一例としてセンサS4と側面
22との隙間g4を図3(d)に示す。)の変化を検出
することにより、熱変位が測定される。As shown in these figures, each target 2
Is detachably mounted on the block 20.
By changing the block 20, the height of the target 2 can be changed. As shown in FIGS. 3A to 3C, the targets 2L are two orthogonal to each other when viewed from above.
It has two side surfaces 21 and 22 and a bottom surface 23 orthogonal to each side surface 21 and 22. By detecting a change in the gap between the sensor S and the side surfaces 21 and 22 or the bottom surface 23 (a gap g4 between the sensor S4 and the side surface 22 is shown in FIG. 3D as an example), the thermal displacement is measured. You.
【0040】一方、図3(e)に示したように、送り運
動の行程の中央に配置されるターゲット2Cには、一方
向に伸びる側面21とこれに直交する底面23とが設け
られる。しかし、ターゲット2Cにおいて、位置決め偏
差検出のための側面22は省略されている。On the other hand, as shown in FIG. 3 (e), the target 2C arranged at the center of the stroke of the feeding motion is provided with a side surface 21 extending in one direction and a bottom surface 23 orthogonal to the side surface. However, in the target 2C, the side surface 22 for detecting the positioning deviation is omitted.
【0041】ターゲット2Lを利用した熱変位検出方法
は次の通りである。ターゲット2Lの側面21とセンサ
S1の隙間の変化から位置決め偏差の変化を、側面22
とセンサS3及びS4との隙間変化の平均値からY軸方
向の熱変位を、また、これらのセンサS3、S4の検出
値の差分からZ軸回りの角度偏差Cをそれぞれ検出す
る。さらに、ターゲット2の底面23との隙間の変化は
3つのセンサS5〜S7により検出する。センサS5、
S6の検出値の平均からZ軸方向の熱変位を検出する。
残りのX軸回りの角度偏差AはセンサS5、S7の検出
値の差分から求め、Y軸回りの角度偏差BはセンサS
6、S7の検出値の差分から求める。なお、ターゲット
2Lに対してセンサ支持治具1はX軸の一方向からアプ
ローチする。従って、センサS2に対するターゲットは
設定されておらず、センサS2はターゲット2Lとの関
係では使用されない。ターゲット2Rはターゲット2L
と対称の形状をしているため、ターゲット2Rを使用し
た熱変位の検出方法は、位置決め偏差の変化の検出にセ
ンサS1に代えてS2を用いること以外はターゲット2
Lの場合と同一である。The method for detecting thermal displacement using the target 2L is as follows. The change in the positioning deviation from the change in the gap between the side surface 21 of the target 2L and the sensor S1 is determined by the
The thermal displacement in the Y-axis direction is detected from the average value of the gap change between the sensors S3 and S4, and the angle deviation C about the Z-axis is detected from the difference between the detection values of the sensors S3 and S4. Further, a change in the gap with the bottom surface 23 of the target 2 is detected by three sensors S5 to S7. Sensor S5,
The thermal displacement in the Z-axis direction is detected from the average of the detected values in S6.
The remaining angular deviation A about the X axis is obtained from the difference between the detection values of the sensors S5 and S7, and the angular deviation B about the Y axis is the sensor S
6. Determined from the difference between the detected values in S7. The sensor support jig 1 approaches the target 2L from one direction of the X axis. Therefore, no target is set for the sensor S2, and the sensor S2 is not used in relation to the target 2L. Target 2R is target 2L
The method of detecting thermal displacement using the target 2R is the same as that of the target 2 except that S2 is used instead of the sensor S1 to detect a change in positioning deviation.
Same as L.
【0042】以上の熱変位検出方法を以下にまとめる。
なお、センサSの出力はターゲット2の表面との隙間が
大きくなる方向を正方向とし、センサSi(但しi=1
〜7)に対応する隙間変化を△giとする。また、センサ
Si、Sj(但しj=1〜7)同士の距離をLijとする。The above thermal displacement detection method is summarized below.
The output of the sensor S is defined as a positive direction in which the direction in which the gap between the sensor 2 and the surface of the target 2 becomes large is the positive direction, and the sensor Si (where i = 1
The gap change corresponding to (7) is denoted by △ gi. The distance between the sensors Si and Sj (j = 1 to 7) is defined as Lij.
【0043】[0043]
【数1】 (Equation 1)
【数2】 (Equation 2)
【数3】 (Equation 3)
【数4】 (Equation 4)
【数5】 (Equation 5)
【数6】 図3(e)に図示したターゲット2Cは、ターゲット2
Lとは異なり、位置決め偏差検出用の側面(X軸方向と
直交する壁面)が無い。すなわち、ターゲット2C上に
おいては、位置決め偏差を除いた5方向の熱変位成分の
みが検出される。前述のように、熱変形が位置決め偏差
におよぼす影響は、運動の両端点で顕著でありこの位置
で評価すれば、中央で評価する必要性はあまりないと考
えられるからである。(Equation 6) The target 2C illustrated in FIG.
Unlike L, there is no side surface (wall surface orthogonal to the X-axis direction) for detecting the positioning deviation. That is, on the target 2C, only the thermal displacement components in five directions excluding the positioning deviation are detected. As described above, the influence of the thermal deformation on the positioning deviation is remarkable at both end points of the motion, and if it is evaluated at this position, it is considered that there is not much need to evaluate at the center.
【0044】但し、必要であれば、ターゲット2Cもタ
ーゲット2L、2Rと同様な構造(X軸方向と直交する
側面を有する構造)に構成し、ターゲット2C上にて位
置決め偏差を検出することも可能である。その場合に
は、測定のために、評価対象の直進運動とは異なる方向
の送り運動を行う必要がある。例えば、X軸を評価対象
とした場合に、ターゲット2Cとの干渉を避けるため、
センサ支持治具1を予めZ軸正方向にシフトした位置で
X軸方向の往復運動を行い、熱変位を検出するときのみ
ターゲット2Cの上でZ軸方向の移動を行い、センサ支
持治具1をターゲット2Cの底面23に接近させるなど
の方法が考えられる。このような評価対象以外の軸の運
動を伴うことは、測定への影響が懸念される。しかしな
がら、評価対象の直進運動に比べて運動の距離が小さ
く、また、頻度が十分に少なければほとんど無視でき
る。However, if necessary, the target 2C can also be constructed in the same structure as the targets 2L and 2R (a structure having a side surface orthogonal to the X-axis direction), and the positioning deviation can be detected on the target 2C. It is. In that case, for the measurement, it is necessary to perform a feed motion in a direction different from the linear motion to be evaluated. For example, when the X axis is to be evaluated, in order to avoid interference with the target 2C,
The sensor support jig 1 reciprocates in the X-axis direction at a position shifted in advance in the positive Z-axis direction, and moves in the Z-axis direction on the target 2C only when thermal displacement is detected. May be approached to the bottom surface 23 of the target 2C. Involving such movement of the axis other than the object to be evaluated may affect the measurement. However, the distance of the exercise is smaller than that of the straight-running exercise to be evaluated, and if the frequency is sufficiently small, it can be almost ignored.
【0045】ターゲット2(ブロック20を含む)の材
料は試験の目的などに応じて決定すればよいが、ISO230
-3の測定法と同様な考え方に則り、本実施形態では炭素
鋼を用いた。ISO230-3に規定されている熱変位測定用の
治具やターゲットは炭素鋼が推奨されている。ISO230-3
が規定される以前においては、一般に、熱変位の測定に
おいて、装置の熱膨張成分が測定値に含まれないよう
に、低熱膨張材量を使用したり、同時に行った温度測定
結果から熱変形補正などを行うことがなされていた。し
かしながら、工作機械での加工精度のことを考慮する
と、工作物自身もテーブルや環境温度に倣って温度変化
し熱膨張し、これにより加工精度に直接影響する工具工
作物間の相対変位が生じる。そこで、この影響を含めて
評価する方が妥当であるとの考え方がISO230-3において
導入された。ISO230-3においては、工作物として鉄系の
材料が多いことを考慮し、工作物に相当する測定装置の
ターゲットやセンサ固定具、工具に相当するテストバー
などの材料として炭素鋼を使用することが推奨されてい
る。The material of the target 2 (including the block 20) may be determined according to the purpose of the test or the like.
In this embodiment, carbon steel was used in accordance with the same concept as the measurement method of -3. Carbon steel is recommended for the jig and target for thermal displacement measurement specified in ISO230-3. ISO230-3
In general, before the measurement was made, in the measurement of thermal displacement, the amount of low thermal expansion material was used so that the thermal expansion component of the device was not included in the measurement value, or the thermal deformation was corrected based on the results of temperature measurement performed simultaneously. And so on. However, in consideration of the processing accuracy of the machine tool, the temperature of the workpiece itself changes according to the table and the environmental temperature, and the workpiece expands thermally, thereby causing a relative displacement between the tool workpieces which directly affects the processing accuracy. Therefore, the idea that evaluation including this effect is more appropriate was introduced in ISO230-3. In consideration of the fact that there are many iron-based materials in ISO 230-3, carbon steel should be used as the material for the target of the measuring device corresponding to the workpiece, the sensor fixture, the test bar equivalent to the tool, etc. Is recommended.
【0046】熱変位測定試験におけるターゲット2に対
するセンサ支持治具1の運動経路を図4に示す。本実施
形態における試験の基本は、試験対象とする軸の直進往
復運動を連続して行い、一定時間毎にセンサ支持治具1
を3つのターゲット2L,2R,2C上で順次停止させ
て熱変位を測定するものである。しかしながら、ISO230
-3の方法と比べてターゲット2の数が一つ多く、かつ検
出する変位の成分も6倍多いのでデータ数が多い。ま
た、測定時に行う一時停止回数が多くなると、停止して
いる間の冷却効果が大きくなり、本来評価したい熱変位
測定値に影響を及ぼす。そこで、往復運動経路の途中の
全てのターゲット上で停止測定するのではなく、ある一
定時間測定を行わないで往復運動させ、その後、センサ
支持治具1を各ターゲット2上に一旦停止させて測定す
ることを繰り返す。なお、センサ支持治具1に代えてテ
ーブルTBを駆動してターゲット2を移動させてもよい
が、以下では便宜的にセンサ支持治具1を移動させて試
験を行うものとする。FIG. 4 shows the movement path of the sensor support jig 1 with respect to the target 2 in the thermal displacement measurement test. The test in this embodiment is based on the principle that the axis to be tested reciprocates linearly and continuously, and the sensor support jig 1
Are sequentially stopped on three targets 2L, 2R, and 2C to measure the thermal displacement. However, ISO230
As compared with the method of -3, the number of data is large because the number of targets 2 is one more and the displacement component to be detected is six times as large. In addition, when the number of suspensions performed at the time of measurement increases, the cooling effect during the stop increases, which affects the thermal displacement measurement value originally desired to be evaluated. Therefore, instead of performing stop measurement on all targets in the reciprocating motion path, reciprocation is performed without performing measurement for a certain period of time, and then the sensor support jig 1 is temporarily stopped on each target 2 for measurement. Repeat to do. The target 2 may be moved by driving the table TB in place of the sensor support jig 1, but in the following description, the test is performed by moving the sensor support jig 1 for convenience.
【0047】図4の経路PT1は熱変位を生じさせるた
めの経路を示し、経路PT2〜PT5は測定のための経
路を示している。同図では、往復運動経路PT1と測定
経路PT3,PT4とが互いに平行でかつ異なった二つ
の直線上にそれぞれ設定されている。これは、トリガセ
ンサ12を用いた場合の経路を図示している。以下、図
4に示した測定方法を、図5に示すフローチャートを参
照しつつ説明する。The path PT1 in FIG. 4 indicates a path for causing thermal displacement, and the paths PT2 to PT5 indicate paths for measurement. In the figure, the reciprocating path PT1 and the measurement paths PT3 and PT4 are set on two different straight lines parallel to each other. This illustrates a path when the trigger sensor 12 is used. Hereinafter, the measurement method shown in FIG. 4 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
【0048】本実施形態では、まず、工作機械の動作制
御部30によりX軸送りモータ31の動作を制御してセ
ンサ支持治具1を往復運動経路PT1に沿って繰り返し
往復運動させる(ステップSP1)。往復運動の回数が
所定回に達した後、動作制御部30によりY軸送りモー
タ32の動作を制御してセンサ支持治具1を経路PT2
に沿ってY軸方向に測定経路PT3まで移動させる(ス
テップSP2→SP3)。このとき、トリガセンサ12
がターゲット2Cの底面23に付けられたトリガマーク
24を検出したか否か判断し(ステップSP4)、検出
したならばセンサ支持治具1を停止させてセンサS2〜
S7を用いた隙間量g2〜g7の測定処理を行う(ステ
ップSP5)。なお、トリガリング(トリガセンサ12
の検出)からセンサ支持治具1が停止するまでの時間
は、必要最小限にすることが望ましい。In the present embodiment, first, the operation of the X-axis feed motor 31 is controlled by the operation control unit 30 of the machine tool so that the sensor support jig 1 is repeatedly reciprocated along the reciprocating path PT1 (step SP1). . After the number of reciprocating movements reaches a predetermined number, the operation control unit 30 controls the operation of the Y-axis feed motor 32 to move the sensor support jig 1 through the path PT2.
Along the axis to the measurement path PT3 (step SP2 → SP3). At this time, the trigger sensor 12
It is determined whether or not has detected the trigger mark 24 attached to the bottom surface 23 of the target 2C (step SP4). If detected, the sensor support jig 1 is stopped and the sensors S2 to S4 are detected.
The measurement processing of the gap amounts g2 to g7 using S7 is performed (step SP5). Triggering (trigger sensor 12
It is desirable that the time from the detection) to the stop of the sensor support jig 1 be minimized.
【0049】その後、センサ支持治具1を経路PT3に
沿ってX軸方向に移動させ(ステップSP6)、次のタ
ーゲット2Cのトリガマーク24が検出されると、セン
サS3〜S7を用いた隙間量g3〜g7の測定処理を行
う(ステップSP7→SP8)。さらに、センサ支持治
具1を経路PT4に沿ってX軸方向に移動させ(ステッ
プSP9)、次のターゲット2Lのトリガマーク24が
検出されると、センサS1、S3〜S7を用いた隙間量
g1,g3〜g7の測定処理を行う(ステップSP10
→SP11)。その後、経路PT5に沿ってセンサ支持
治具1を往復運動経路PT1に復帰させ(ステップSP
12)、再び経路PT1に沿ってセンサ支持治具1を繰
り返し往復運動させる(ステップSP11→SP1
2)。Thereafter, the sensor supporting jig 1 is moved in the X-axis direction along the path PT3 (step SP6), and when the trigger mark 24 of the next target 2C is detected, the gap amount using the sensors S3 to S7 The measurement processing of g3 to g7 is performed (step SP7 → SP8). Further, the sensor support jig 1 is moved in the X-axis direction along the path PT4 (step SP9), and when the trigger mark 24 of the next target 2L is detected, the gap amount g1 using the sensors S1, S3 to S7. , G3 to g7 (Step SP10)
→ SP11). Thereafter, the sensor support jig 1 is returned to the reciprocating path PT1 along the path PT5 (step SP
12) The sensor support jig 1 is repeatedly reciprocated again along the path PT1 (step SP11 → SP1).
2).
【0050】以上に示した測定では、センサS1〜S7
の出力信号は所定の変位演算部33に導かれ、そこでセ
ンサS1〜S7と測定対象の側面21,22又は底面2
3との間の隙間量が演算される。変位演算部33として
は、公知の近接センサ等で使用される測定処理装置を使
用することができる。一方、トリガセンサ12の出力信
号は動作制御部30に導かれる。動作制御部30にはX
軸送りモータ31及びY軸送りモータ32の動作を制御
してセンサ支持治具1を上述したように移動させるため
のプログラムがインストールされる。そのプログラムを
動作制御部30のCPUが実行することにより、本発明
の測定方法が実現される。In the measurement described above, the sensors S1 to S7
Is output to a predetermined displacement calculator 33, where the sensors S1 to S7 and the side surfaces 21, 22, or the bottom surface 2 of the measurement target are measured.
3 is calculated. As the displacement calculation unit 33, a measurement processing device used in a known proximity sensor or the like can be used. On the other hand, the output signal of the trigger sensor 12 is guided to the operation control unit 30. The operation control unit 30 has X
A program for controlling the operations of the axis feed motor 31 and the Y-axis feed motor 32 to move the sensor support jig 1 as described above is installed. The measurement method of the present invention is realized when the CPU of the operation control unit 30 executes the program.
【0051】以上のような方法及び装置を用いること
で、比較的簡単な構成でかつデータ数も肥大化させずに
熱変位測定試験を実現することができる。厳密にはY軸
方向の移動に伴う運動誤差や熱変位の影響を考慮しなけ
ればならない。前者は、Y軸方向の運動による運動偏差
の繰返し性を予め測定しておくことで、この影響を見積
もることができる。後者は、Y軸移動の距離dをトリガ
リングに必要な最小限の数mm程度に設定し、なおか
つ、経路PT1の往復運動に比べて測定経路PT3〜P
T4を運動させる回数を十分少なくすればほとんど無視
できると考えられる。もし、これらの問題を無視し得な
いと判断するのであれば、例えば、往復運動経路PT1
と測定経路PT3,PT4とを同一直線上に設定し、ト
リガリングの回数をカウントすることにより、ドウエル
(一時停止)のタイミングと測定とを一致させるなどの
方法を採用することで解決できる。By using the method and apparatus as described above, a thermal displacement measurement test can be realized with a relatively simple configuration and without increasing the number of data. Strictly, it is necessary to consider the effects of motion error and thermal displacement accompanying the movement in the Y-axis direction. In the former case, the effect can be estimated by measuring the repeatability of the movement deviation due to the movement in the Y-axis direction in advance. In the latter, the distance d of the Y-axis movement is set to a minimum of about several mm required for triggering, and the measurement paths PT3 to P3 are compared with the reciprocating movement of the path PT1.
It is considered that if the number of exercises of T4 is made sufficiently small, it can be almost ignored. If it is determined that these problems cannot be ignored, for example, the reciprocation path PT1
By setting the measurement paths PT3 and PT4 on the same straight line and counting the number of times of triggering, it is possible to solve the problem by adopting a method of matching the timing of the dwell (pause) with the measurement.
【0052】本発明は上述した実施形態に限定されるこ
となく、種々の形態にて実施できる。例えばターゲット
2L,2R,2Cは一体に構成されてもよい。本発明が
対象とする直進運動はマシニングセンタのX軸方向の運
動に限定されず、Y軸又はZ軸についても同様に適用で
きる。Z軸方向に関する熱変位を測定する場合には、テ
ーブル上にターゲット2L又は2Rのみを主軸の延長上
に位置するように設置し、主軸が下端まで移動したとき
にセンサS1、S3〜S7にて熱変位を繰り返し測定す
ればよい。一つのターゲット2L又は2Rに側面21を
一対設け、センサS1,S2により同時的にX軸方向の
変位を検出できるようにしてもよい。The present invention is not limited to the above embodiment, but can be implemented in various forms. For example, the targets 2L, 2R, and 2C may be integrally formed. The rectilinear motion targeted by the present invention is not limited to the motion of the machining center in the X-axis direction, and can be similarly applied to the Y-axis or the Z-axis. When measuring the thermal displacement in the Z-axis direction, only the target 2L or 2R is set on the table so as to be positioned on the extension of the main shaft, and the sensors S1, S3 to S7 are used when the main shaft moves to the lower end. The thermal displacement may be measured repeatedly. A pair of side surfaces 21 may be provided on one target 2L or 2R so that the displacements in the X-axis direction can be simultaneously detected by the sensors S1 and S2.
【0053】本発明が対象とする工作機械はマシニング
センタに限定されず、直進運動を行う各種の工作機械を
対象としてよい。The machine tool to which the present invention is applied is not limited to a machining center, but may be any machine tool that performs a linear motion.
【0054】図6は旋盤において本発明の測定方法を適
用した実施形態を示している。この実施形態において、
旋盤50はベッド51の上面に主軸台52及び心押し台
53が配置され、それらの間に往復台(刃物台)54が
左右に移動可能に配置される。3つのターゲット2L、
2R、2Cは相互に接続されるか、又は一体に形成さ
れ、左側のターゲット2Lにはシャンク部25が設けら
れる。このシャンク部25をチャック55にて把持する
とともに、右側のターゲット2Rをセンタ56で押し付
けてターゲット2L、2R、2Cを往復台54の直線往
復運動の方向に一列に配置する一方、センサ支持治具1
は往復台54の刃物が装着される部分に装着する。な
お、測定試験中に主軸が廻らないように適当な固定手段
で主軸の回転を拘束する。FIG. 6 shows an embodiment in which the measuring method of the present invention is applied to a lathe. In this embodiment,
In the lathe 50, a headstock 52 and a tailstock 53 are arranged on the upper surface of a bed 51, and a reciprocating carriage (a tool rest) 54 is arranged between them so as to be movable left and right. 3 targets 2L,
2R and 2C are connected to each other or formed integrally, and a shank 25 is provided on the left target 2L. While the shank portion 25 is gripped by the chuck 55, the right target 2R is pressed by the center 56 to arrange the targets 2L, 2R, and 2C in a line in the direction of the linear reciprocating movement of the carriage 54, while the sensor support jig is used. 1
Is mounted on a portion of the carriage 54 where the blade is mounted. The rotation of the main shaft is restricted by a suitable fixing means so that the main shaft does not rotate during the measurement test.
【0055】このようにして試験装置を装着した後、往
復台54に主軸の軸線方向の往復運動を与え、そのとき
に生じる各方向の熱変位をセンサ支持治具1に取り付け
たセンサS1〜S7にて検出すればよい。After mounting the test apparatus in this way, the carriage 54 is reciprocated in the axial direction of the main shaft, and the thermal displacements generated in each direction at that time are measured by the sensors S1 to S7 attached to the sensor support jig 1. May be detected by
【0056】以上の実施形態では、センサSを可動部と
しての主軸頭や往復台に設けたが、本発明はこれに限定
されることなく、センサをテーブル等の静止部に設け、
可動部に被測定面を備えた治具を装着してもよい。ま
た、センサS1〜S7は常に3軸方向に装着される必要
はなく、例えばX軸方向の位置決め偏差を図る場合、Y
軸方向又はZ軸方向のいずれかの方向に向けられたセン
サのみを使用してもよい。一つの軸方向に関して一つの
センサを使用することもできる。In the above embodiment, the sensor S is provided on the spindle head or the carriage as a movable portion. However, the present invention is not limited to this, and the sensor is provided on a stationary portion such as a table.
A jig having a surface to be measured may be mounted on the movable part. Further, the sensors S1 to S7 do not always need to be mounted in the three-axis directions.
Only sensors oriented in either the axial or Z-axis directions may be used. One sensor can be used for one axial direction.
【0057】[0057]
【実施例】上記で提案した6自由度熱変位測定装置を試
作し、工作機械実機を対象にして熱変位測定実験を行っ
た。実験対象は門形マシニングセンタのX軸運動とし
た。図7に実験装置を示す。実験対象のマシニングセン
タにおいては、クロスレールCRに沿って上下2本のリ
ニアモーションガイドLMが取り付けられ、そのリニア
モーションガイドLMの可動部分にサドルSD(同図で
は主軸頭SHと同一視)が支持され、そのサドルSDが
左側のコラムCLの上部に取り付けられたモータMにて
駆動されるボールねじBSによりX軸方向(図の左右方
向)に駆動される。X軸の運動による熱変位は、主にボ
ールねじBSのねじ軸とナットとの摩擦によるねじ軸の
膨張や、リニアモーションガイドLMにおけるレールと
可動部(キャリッジ)との間の摩擦による主軸頭SHや
クロスレールCRの熱変形によるものが予想される。そ
こで、温度測定点を、同図のように、クロスレールCR
の上面の中央付近、リニアモーションガイドLMの可動
部の取り付け位置の近傍(LT,LB,RT,RB)、
機内空間、センサ支持治具1、ターゲット2、テーブル
TB、ベッドBDにそれぞれ設定し、熱変位の測定と同
時に温度の測定を行い、熱変位の生成原因などについて
考察を行った。実験条件は次の通りである。EXAMPLE A 6-degree-of-freedom thermal displacement measuring device proposed above was prototyped, and a thermal displacement measuring experiment was conducted on an actual machine tool. The object of the experiment was the X-axis motion of the portal machining center. FIG. 7 shows an experimental apparatus. In the machining center to be tested, two upper and lower linear motion guides LM are attached along the cross rail CR, and a saddle SD (identical to the spindle head SH in FIG. 1) is supported on a movable portion of the linear motion guide LM. The saddle SD is driven in the X-axis direction (left-right direction in the figure) by a ball screw BS driven by a motor M mounted on the upper part of the left column CL. The thermal displacement due to the movement of the X axis is mainly caused by the expansion of the screw shaft due to friction between the screw shaft of the ball screw BS and the nut, and the spindle head SH due to the friction between the rail and the movable part (carriage) in the linear motion guide LM. And the thermal deformation of the cross rail CR are expected. Therefore, as shown in FIG.
Near the center of the upper surface of the lens, near the mounting position of the movable part of the linear motion guide LM (LT, LB, RT, RB),
The interior space, the sensor support jig 1, the target 2, the table TB, and the bed BD were each set, and the temperature was measured at the same time as the thermal displacement was measured. The experimental conditions are as follows.
【0058】 X軸運動距離 …500mm 送り速度 …1700mm/分 往復回数 …10.5 ドウエル …2秒 実験時間 …56分 図8に温度測定結果を示す。グラフは実験開始時からの
温度変化を示している。同図(a)は熱源であるX軸駆
動系より離れた位置の温度変化を示しており、(b)は
熱源に近い位置の温度変化を示している。なお、図にお
いてはターゲット2L,2R,2CをそれぞれL,R,
Cで代表している。“Ambient”は図7の機内温度測定
点、“Sensor Fixture”は図7のセンサ支持治具1の
温度測定点の温度である。X-axis movement distance: 500 mm Feed speed: 1700 mm / min Number of reciprocations: 10.5 dowels: 2 seconds Experimental time: 56 minutes FIG. 8 shows the results of temperature measurement. The graph shows the temperature change from the start of the experiment. FIG. 3A shows a temperature change at a position distant from the X-axis drive system as a heat source, and FIG. 3B shows a temperature change at a position near the heat source. In the figure, targets 2L, 2R, and 2C are denoted by L, R,
Represented by C. “Ambient” is the temperature measurement point in the machine in FIG. 7, and “Sensor Fixture” is the temperature at the temperature measurement point of the sensor support jig 1 in FIG.
【0059】図8(a)より、ほとんど停止しているテ
ーブルとベッドの温度変化は微小であり、テーブルに固
定されたターゲットの温度も変化していないことがわか
る。これに対し、環境温度(Ambient)は若干低下傾向
にあり、主軸端に取付けたセンサ支持治具は環境温度に
倣っておよそ0.5℃下降している。ところで、センサ
支持治具の形状から、その熱膨張に最も影響される成分
はX軸方向成分とY軸方向成分である。しかしながら温
度測定結果より見積もられるX、Y方向の熱膨張量は
0.3μm程度であり、影響は小さい。また、センサ支
持治具が対称形状であることから、角度偏差の測定には
全く影響を及ぼさないものと考えられる。From FIG. 8A, it can be seen that the temperature change of the table and the bed which are almost stopped is minute, and the temperature of the target fixed to the table does not change. On the other hand, the ambient temperature (Ambient) tends to decrease slightly, and the sensor support jig attached to the spindle end drops by about 0.5 ° C. in accordance with the environmental temperature. By the way, the components most affected by the thermal expansion of the sensor support jig are an X-axis component and a Y-axis component. However, the thermal expansion amount in the X and Y directions estimated from the temperature measurement result is about 0.3 μm, and the influence is small. Also, since the sensor support jig has a symmetrical shape, it is considered that it has no effect on the measurement of the angle deviation.
【0060】図8(b)より、クロスレールやキャリッ
ジ付近の主軸頭の温度は上昇傾向にあることがわかる。
キャリッジ付近の温度を比較すると、2本のクロスレー
ルのうち下側(B)のキャリッジ付近の方が上側(T)
より温度が上昇している。また、主軸頭の右側(R)の
方が左側(L)より温度が上昇している傾向にある。FIG. 8B shows that the temperature of the spindle head near the cross rail and the carriage tends to increase.
Comparing the temperatures near the carriage, the lower cross (B) of the two cross rails is closer to the upper (T).
The temperature is rising more. In addition, the right side (R) of the spindle head tends to have a higher temperature than the left side (L).
【0061】図9に位置決め偏差の熱変位による変化を
示す。同図よりターゲットR、Lの位置において共に典
型的なボールねじの熱膨張の影響が見られる。特にRの
増加傾向は著しく、およそ1時間後には200μmもの
熱変位が生じていたことがわかる。これに対してLの熱
変位は小さい。図7に示したように、実験対象のマシニ
ングセンタのX軸は、左側すなわちターゲットL側に駆
動モータMが配置されている。ボールねじBSを支持す
る両端のベアリングに作用するスラスト方向の拘束力
は、モータ側のベアリングの方がもう一方の側よりも大
きくなっており、そのためにターゲットR側でより大き
な熱変位が生じたものと考えられる。これはごく一般的
なセミクローズド制御方式のボールねじ駆動軸の傾向で
ある。本実施例の結果は、現在規格化されようとしてい
るISO230-3に規定されている方法に則した試験によって
得られる結果と一致すると考えられる。FIG. 9 shows a change in positioning deviation due to thermal displacement. From the figure, the influence of thermal expansion of a typical ball screw can be seen at the positions of the targets R and L. In particular, it can be seen that the increasing tendency of R is remarkable, and about one hour later, a thermal displacement of 200 μm has occurred. On the other hand, the thermal displacement of L is small. As shown in FIG. 7, the drive motor M is arranged on the left side, that is, on the target L side, of the X axis of the machining center to be tested. The thrust restraining force acting on the bearings at both ends supporting the ball screw BS is larger on the motor side bearing than on the other side, and therefore, a larger thermal displacement occurs on the target R side. It is considered something. This is the tendency of a ball screw drive shaft of a general semi-closed control system. It is considered that the results of this example are consistent with the results obtained by a test in accordance with the method specified in ISO 230-3, which is currently being standardized.
【0062】図10に水平方向の並進偏差Yを示す。同
図より、ターゲットL、C、Rの3地点の結果は共に単
調減少の傾向を示している。これは、主軸端が作業者側
すなわち図7における紙面手前側に移動していることを
表している。この原因としては、主軸頭がY軸方向に熱
膨張を起こしているか、主軸頭がX軸方向の位置に依存
せずに、X軸回りの角度変位を生じているか、もしく
は、コラムCLが手前に倒れるような変形を生じている
かのいずれかが原因であると考えられる。しかしなが
ら、Y軸方向の熱変位の結果のみでは原因を特定するこ
とは不可能である。後述するように、角度偏差の結果と
比較することで熱変形の状態が推測できる。FIG. 10 shows the translation deviation Y in the horizontal direction. As can be seen from the figure, the results at the three points of the targets L, C, and R all show a monotonous decrease. This indicates that the spindle end has moved to the worker side, that is, the front side in FIG. 7. This may be caused by the thermal expansion of the spindle head in the Y-axis direction, the angular displacement of the spindle head around the X-axis independent of the position in the X-axis direction, or the This is considered to be caused by any of the following deformations. However, it is impossible to identify the cause only by the result of the thermal displacement in the Y-axis direction. As will be described later, the state of thermal deformation can be estimated by comparing the result of the angle deviation.
【0063】ところで、3地点の最大熱変位は5μm前
後であり、位置決め偏差の結果に比べてかなり小さい
が、高精度な加工を行う場合には無視することはできな
い。3地点の値を比較すると、両端のターゲットLとタ
ーゲットRにおける測定値はほぼ一致しているが、ター
ゲットCではこれらより大きな熱変位が測定されてい
る。この結果は、クロスレールCRの前面が手前方向に
たわみ変形を生じている可能性があることを示してい
る。原因としては、リニアモーションガイドのレールと
キャリッジの摩擦熱による変形が考えられる。図8
(b)に示したクロスレールの温度上昇はこのようなク
ロスレールの変形を裏付けるものである。The maximum thermal displacement at the three points is about 5 μm, which is considerably smaller than the result of the positioning deviation, but cannot be ignored when performing high-precision machining. Comparing the values at the three points, the measured values of the targets L and R at both ends are almost the same, but the target C has a larger thermal displacement than these. This result indicates that the front surface of the cross rail CR may be deformed in the front direction. The cause may be deformation due to frictional heat between the rail of the linear motion guide and the carriage. FIG.
The rise in the temperature of the cross rail shown in (b) supports such deformation of the cross rail.
【0064】図11に鉛直方向の並進偏差Zを示す。偏
差Zは、3地点ともにほとんど一致しており、単調増加
傾向が見られた。最大でおよそ8μmであり、Y軸方向
熱変位と同様に位置決め偏差の変化と比べて小さいが、
加工精度上無視できない値である。ところで、実際の加
工においては主軸を回転させるので、主軸系の発熱によ
るZ軸方向熱変位が生じる。この値は、熱変位補正機能
を有していない汎用のマシニングセンタにおいては、数
十μmのオーダになることが知られており、このような
機械においては本実験結果の程度であれば問題が無いか
もしれない。しかしながら、超精密を謳っている工作機
械では致命的な問題となる。さらに、近年の主軸系に対
する熱変位対策や熱変位補正機能の進歩は目覚しく、近
い将来、汎用機でさえ主軸回転による熱変位が10μm
以下となることが予想される。従って、本発明の測定方
法による直進運動に伴うZ方向熱変位の評価は、今後非
常に重要な評価項目となる。FIG. 11 shows the translational deviation Z in the vertical direction. The deviation Z was almost the same at all three points, indicating a monotonically increasing tendency. The maximum is about 8 μm, which is small compared to the change in the positioning deviation like the thermal displacement in the Y-axis direction.
It is a value that cannot be ignored due to processing accuracy. By the way, in actual machining, since the spindle is rotated, heat generation in the spindle system causes thermal displacement in the Z-axis direction. This value is known to be on the order of several tens of μm in a general-purpose machining center having no thermal displacement correction function, and in such a machine, there is no problem as long as the result of this experiment is on the order. Maybe. However, it is a fatal problem for machine tools that claim ultra-precision. Furthermore, progress in measures for thermal displacement and thermal displacement correction for the spindle system in recent years has been remarkable. In the near future, even a general-purpose machine will have a thermal displacement of 10 μm due to spindle rotation even in a general-purpose machine.
It is expected that: Therefore, the evaluation of the Z-direction thermal displacement accompanying the linear motion by the measuring method of the present invention will be a very important evaluation item in the future.
【0065】図12に角度偏差Aの実験結果を示す。3
つの測定点においてすべて同じ挙動を示し、開始直後か
ら4分までわずかに上昇し、その後単調に減少している
ことがわかる。この傾向は、主軸頭が測定点によらず、
作業者から見て奥側に時間と共に倒れていることを示し
ている。既に示した図8(b)の温度測定結果におい
て、主軸頭下部の方が上部より温度が上昇する傾向がみ
られた。従って、この温度差にみられるような構造内部
の温度勾配がこのような熱変形の原因となっていると考
えられる。熱変位の方向の定義からすると、X軸回りの
角度偏差であるAは主軸端におけるY軸方向の変位を生
じさせる原因の一つである。よって、図10に示したY
軸方向熱変位が単調減少する傾向には、角度偏差Aの減
少による成分が含まれているものと考えられる。FIG. 12 shows the experimental results of the angle deviation A. 3
It can be seen that the same behavior was observed at all of the three measurement points, with a slight increase from immediately after the start to 4 minutes, and a monotonous decrease thereafter. This tendency indicates that the spindle head does not depend on the measurement point,
This indicates that the operator has fallen with time with respect to the back side as viewed from the operator. In the temperature measurement results shown in FIG. 8B, the lower part of the spindle head tends to have a higher temperature than the upper part. Therefore, it is considered that the temperature gradient inside the structure as seen in this temperature difference causes such thermal deformation. According to the definition of the direction of the thermal displacement, A, which is an angular deviation about the X axis, is one of the causes of the displacement in the Y axis direction at the spindle end. Therefore, Y shown in FIG.
It is considered that the tendency of the axial thermal displacement to decrease monotonically includes a component due to the decrease in the angle deviation A.
【0066】図13にY軸回りの角度偏差Bの実験結果
を示す。偏差Bの変化はターゲットCにおいてはほとん
ど一定であるが、ターゲットR、Lにおいては若干減少
傾向が見られた。FIG. 13 shows the experimental results of the angle deviation B about the Y axis. The change in the deviation B was almost constant in the target C, but slightly decreased in the targets R and L.
【0067】図14にZ軸回りの角度偏差Cの実験結果
を示す。3つのターゲットL,C,R上の全てにおいて
偏差Cが増加傾向にあるのは、主軸頭内部での温度勾配
による熱変形が原因であると考えられる。最大熱変位は
ターゲットL、C、Rの順に大きい。これは、クロスレ
ールのたわみ変形が原因であると考えられる。すでに示
したように、図10のY軸方向変位の結果よりクロスレ
ール中央部で作業者側に膨らんでいることが予想でき、
この考察を裏付ける結果となっている。FIG. 14 shows the experimental results of the angular deviation C about the Z axis. The reason why the deviation C tends to increase in all three targets L, C, and R is considered to be due to thermal deformation due to a temperature gradient inside the spindle head. The maximum thermal displacement increases in the order of the targets L, C, and R. This is considered to be due to the bending deformation of the cross rail. As already shown, it can be expected from the result of the displacement in the Y-axis direction in FIG.
The result confirms this consideration.
【0068】本実施例が対象とした工作機械にはZ軸の
熱変位機能が備わっている。別途行った主軸回転による
熱変位試験結果より、主軸回転数20000/minに
おけるZ軸方向の最大熱変位は、熱変位補正機能を有効
にした場合にはおよそ−20μm、無効にした場合では
およそ−60μmという結果を得ている。ところで、こ
のような高速回転を必要とする加工は必然的に高速送り
も求められる。よって、実加工時には主軸回転に伴う熱
変位と直進軸の運動に伴う熱変位を重ね合た結果になる
と予想される。すなわち、実験対象とした機械を実際に
加工に使用する場合には、送り軸の運動のために、主軸
に対する熱変位補正機能を有効にしても、予想とは大き
く異なった熱変位となってしまう。本実施例において
は、直進運動によるZ軸方向熱変位はプラスの値を得て
おり、結果的には主軸を回転させた方が熱変位は小さく
なる。このことは、副次的な利点にすぎない。この効果
を予測しなければ、例えば、主軸熱変位試験の結果から
のみ加工中の熱変位を予測して、この効果を打ち消すよ
うにNCプログラムを修正しても、送り運動が速けれ
ば、思うように加工精度を向上させることはできない。
また、工作機械メーカとしては、主軸回転による熱変位
の補正のみでは、加工精度の向上がはかられない。The machine tool according to the present embodiment is provided with a Z-axis thermal displacement function. From the results of the thermal displacement test by the spindle rotation performed separately, the maximum thermal displacement in the Z-axis direction at the spindle rotational speed of 20000 / min is approximately −20 μm when the thermal displacement correction function is enabled, and approximately −20 μm when the thermal displacement correction function is disabled. The result is 60 μm. By the way, such processing that requires high-speed rotation necessarily requires high-speed feeding. Therefore, it is expected that the thermal displacement caused by the rotation of the main shaft and the thermal displacement caused by the movement of the linear shaft will be superimposed during actual machining. In other words, when the machine being tested is actually used for machining, even if the thermal displacement correction function for the spindle is enabled due to the movement of the feed shaft, the thermal displacement will be significantly different from the expected one. . In this embodiment, the thermal displacement in the Z-axis direction due to the linear motion has a positive value, and as a result, the thermal displacement is smaller when the main shaft is rotated. This is only a side benefit. If this effect is not predicted, for example, even if the NC program is modified to cancel out this effect by predicting the thermal displacement during processing only from the results of the spindle thermal displacement test, if the feed motion is fast, I think It is not possible to improve the processing accuracy.
Further, as a machine tool maker, it is not possible to improve the processing accuracy only by correcting the thermal displacement caused by the rotation of the spindle.
【0069】このように、Z軸方向の熱変位だけに着目
しても、本発明で提案する熱変位測定評価法の有効性が
明らかである。さらに加工精度を予測するためには、角
度偏差の成分を測定することは重要である。例えば、偏
差を検出する主軸端における並進偏差の成分が小さい場
合でも、角度偏差が大きければ、Z軸方向に長い工具を
用いた場合にはその先端での並進偏差は増大することに
なる。また、前述の実験結果における考察の通り、並進
変位と角度変位は相互に関係があり、これらの個々の方
向成分の試験結果だけでは、工作機械の熱変形の挙動や
その生成原因を明らかにすることは不可能である。As described above, the effectiveness of the thermal displacement measurement and evaluation method proposed in the present invention is apparent even when attention is paid only to the thermal displacement in the Z-axis direction. Further, in order to predict the machining accuracy, it is important to measure the component of the angle deviation. For example, even when the component of the translational deviation at the end of the spindle for detecting the deviation is small, if the angle deviation is large, the translational deviation at the distal end will increase if a tool longer in the Z-axis direction is used. In addition, as discussed in the above experimental results, translational displacement and angular displacement are correlated, and the test results of these individual directional components alone will clarify the behavior of thermal deformation of machine tools and the causes of their generation. It is impossible.
【0070】以上のように、直進運動による熱変位に対
してその発生部位や原因、因果関係などを解明するため
には、現在ISOに規定されているような位置決め偏差
のみならず、本測定法による熱変位評価が必要である。As described above, in order to clarify the location, the cause, the causal relationship, and the like of the thermal displacement due to the linear motion, not only the positioning deviation currently specified in ISO but also the present measuring method Evaluation of thermal displacement is required.
【0071】[0071]
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、工作機械の直進運動の方向に関する位置決め偏差の
測定と同時に、その直進運動とは異なる方向の熱変位が
測定されるので、工作機械の熱変位に伴う挙動が多面的
に解析でき、熱変位の状態をより正確に把握することが
可能となる。As described above, according to the present invention, since the positioning deviation in the direction of the linear motion of the machine tool is measured and the thermal displacement in the direction different from the linear motion is measured simultaneously, The behavior associated with the thermal displacement of the machine can be analyzed from multiple angles, and the state of the thermal displacement can be grasped more accurately.
【図1】本発明の一実施形態に係る測定装置の概略を示
す斜視図。FIG. 1 is a perspective view schematically showing a measuring device according to an embodiment of the present invention.
【図2】本発明の測定方法で使用されるセンサ支持治具
を示す図。FIG. 2 is a view showing a sensor support jig used in the measurement method of the present invention.
【図3】本発明の測定方法で使用されるターゲットを示
す図。FIG. 3 is a view showing a target used in the measurement method of the present invention.
【図4】本発明の測定方法におけるセンサ支持治具とタ
ーゲットとの相対的な移動経路を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a relative movement path between a sensor support jig and a target in the measurement method of the present invention.
【図5】図4に示した経路に沿って測定を行うための手
順を示すフローチャート。FIG. 5 is a flowchart showing a procedure for performing measurement along the route shown in FIG. 4;
【図6】本発明を旋盤に使用した場合の一実施形態を示
す図。FIG. 6 is a diagram showing an embodiment when the present invention is used for a lathe.
【図7】本発明の実施例で使用した門型マシニングセン
タと温度測定点との関係を示す図。FIG. 7 is a view showing a relationship between a gate-type machining center used in the embodiment of the present invention and temperature measurement points.
【図8】図7の装置にて温度を測定した結果を示す図。FIG. 8 is a view showing a result of measuring a temperature by the apparatus of FIG. 7;
【図9】図7の装置により測定されたX軸方向の熱変位
を示す図。FIG. 9 is a view showing thermal displacement in the X-axis direction measured by the device of FIG. 7;
【図10】図7の装置により測定されたY軸方向の熱変
位を示す図。FIG. 10 is a view showing thermal displacement in the Y-axis direction measured by the device of FIG. 7;
【図11】図7の装置により測定されたZ軸方向の熱変
位を示す図。FIG. 11 is a view showing thermal displacement in the Z-axis direction measured by the apparatus of FIG. 7;
【図12】図7の装置により測定されたX軸回りの角度
偏差Aを示す図。FIG. 12 is a view showing an angle deviation A about the X axis measured by the apparatus of FIG. 7;
【図13】図7の装置により測定されたY軸回りの角度
偏差Bを示す図。FIG. 13 is a view showing an angle deviation B about the Y axis measured by the apparatus of FIG. 7;
【図14】図7の装置により測定されたZ軸回りの角度
偏差Cを示す図。FIG. 14 is a diagram showing an angular deviation C about the Z axis measured by the device of FIG. 7;
1 センサ支持治具 2L,2R,2C ターゲット 10 板材 11 棒材 12 トリガセンサ 20 ブロック 21,22 側面 22 側面 23 底面 24 トリガマーク 25 シャンク部 30 動作制御部 33 変位演算部 50 旋盤 51 ベッド 52 主軸台 53 心押し台 54 往復台 55 チャック 56 センタ BD ベッド BS ボールねじ CL コラム CR クロスレール LM リニアモーションガイド PT1 往復運動経路 PT3,PT4 測定経路 S1〜S7 センサ SD サドル SH 主軸頭 TB テーブル DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sensor support jig 2L, 2R, 2C Target 10 Plate material 11 Bar material 12 Trigger sensor 20 Block 21, 22 Side surface 22 Side surface 23 Bottom surface 24 Trigger mark 25 Shank unit 30 Operation control unit 33 Displacement calculation unit 50 Lathe 51 Bed 52 Headstock 53 tailstock 54 carriage 55 chuck 56 center BD bed BS ball screw CL column CR cross rail LM linear motion guide PT1 reciprocating movement path PT3, PT4 measurement path S1-S7 sensor SD saddle SH spindle head TB table
Claims (18)
て繰り返し直進運動させ、 その直進運動に伴って発生する前記可動部とその可動部
と対をなす静止部との間の前記直進運動の方向に関する
熱変位を前記直進運動と関連付けられた所定のタイミン
グで測定するとともに、その測定と同時に、前記直進運
動の方向とは異なる少なくとも一つの方向に関して前記
可動部と前記静止部との間に発生する熱変位を測定する
ことを特徴とする工作機械の熱変位測定方法。A movable portion of the machine tool is linearly moved repeatedly in a predetermined axial direction, and the linear motion of the movable portion generated along with the linear motion and a stationary portion forming a pair with the movable portion is generated. A thermal displacement in a direction is measured at a predetermined timing associated with the linear motion, and simultaneously with the measurement, a thermal displacement is generated between the movable portion and the stationary portion in at least one direction different from the direction of the linear motion. A method for measuring a thermal displacement of a machine tool, comprising measuring a thermal displacement occurring.
方には、前記直進運動の方向に配置された検出対象まで
の距離又はその距離の変化に相関した信号を出力する第
1のセンサと、前記直進運動の方向と直交する少なくと
も一つの軸方向に配置された検出対象までの距離又はそ
の距離の変化に相関した信号を出力する第2のセンサと
を装着し、 前記可動部及び前記静止部のいずれか他方には、前記第
1及び第2のセンサの検出対象としての被測定面を、前
記可動部が前記静止部に対して所定の測定位置に達した
ときに各センサが対応する被測定面を検出できるように
設け、 前記可動部が前記測定位置に達したときの各センサから
の出力信号に基づいて、前記直進運動の方向と、その直
進運動の方向とは異なる少なくとも一つの方向とに関す
る熱変位をそれぞれ測定することを特徴とする請求項1
に記載の熱変位測定方法。2. A method according to claim 1, wherein one of the movable part and the stationary part is provided with a first sensor that outputs a signal that is correlated to a distance to a detection target or a change in the distance that is arranged in a direction of the linear motion. And a second sensor that outputs a signal correlated with a distance to a detection target or a change in the distance, which is arranged in at least one axis direction orthogonal to the direction of the linear motion, and the movable unit and the stationary unit. In each of the other portions, each sensor corresponds to a surface to be measured as a detection target of the first and second sensors when the movable portion reaches a predetermined measurement position with respect to the stationary portion. Provided to be able to detect the surface to be measured, based on an output signal from each sensor when the movable portion has reached the measurement position, the direction of the linear motion and at least one different from the direction of the linear motion About the direction Claim, characterized in that measuring the thermal displacement respectively 1
4. The method for measuring thermal displacement according to 1.
位置が前記可動部の運動範囲の両端に設定されているこ
とを特徴とする請求項2に記載の熱変位測定方法。3. The thermal displacement measuring method according to claim 2, wherein the measurement positions are set at both ends of a movement range of the movable portion with respect to a direction of the linear motion.
に中間測定位置が設定され、前記可動部又は前記静止部
のいずれか他方には、前記可動部が前記中間測定位置に
達したとき、前記第2のセンサと対向して当該センサに
よる検出対象として機能する被測定面が設けられている
ことを特徴とする請求項3に記載の熱変位測定方法。4. An intermediate measurement position is set at a predetermined position on a straight line connecting the measurement positions, and when the movable portion reaches the intermediate measurement position in one of the movable portion and the stationary portion. 4. The thermal displacement measuring method according to claim 3, further comprising a measurement surface facing the second sensor and functioning as a detection target by the sensor.
向と直交する一つの軸方向に関して複数かつ互いに距離
を空けて設けられていることを特徴とする請求項2〜4
のいずれかに記載の熱変位測定方法。5. The apparatus according to claim 2, wherein a plurality of the second sensors are provided at a distance from each other in one axial direction orthogonal to the direction of the linear motion.
The method for measuring thermal displacement according to any one of the above.
向と直交する二つの軸方向にそれぞれ設けられているこ
とを特徴とする請求項2〜5のいずれかに記載の熱変位
測定方法。6. The thermal displacement measuring method according to claim 2, wherein the second sensor is provided in each of two axial directions orthogonal to a direction of the linear motion. .
が前記可動部に設けられていることを特徴とする請求項
1〜6のいずれかに記載の熱変位測定方法。7. The thermal displacement measuring method according to claim 1, wherein the first sensor and the second sensor are provided on the movable part.
軸方向に関して繰り返し相対的に直進運動させ、 その直進運動に伴って前記主軸頭とテーブルとの間に発
生する前記直進運動方向の熱変位を前記直進運動と関連
付けられた所定のタイミングで測定するとともに、その
測定と同時に、前記直進運動の方向とは異なる少なくと
も一つの方向に関して前記主軸と前記テーブルとの間に
発生する熱変位を測定することを特徴とする工作機械の
熱変位測定方法。8. A spindle head of a machine tool and a table are repeatedly and relatively linearly moved in a predetermined axial direction, and heat generated in the direction of the linear movement generated between the spindle head and the table with the linear movement. The displacement is measured at a predetermined timing associated with the linear motion, and at the same time, the thermal displacement generated between the main shaft and the table in at least one direction different from the direction of the linear motion is measured. A method for measuring thermal displacement of a machine tool.
配置された検出対象までの距離又はその距離の変化に相
関した信号を出力する第1のセンサと、前記直進運動の
方向と直交する少なくとも一つの軸方向に配置された検
出対象までの距離又はその距離の変化に相関した信号を
出力する第2のセンサとを装着し、 前記テーブル上には、前記第1及び第2のセンサの検出
対象としての被測定面を有するターゲットを、前記主軸
頭が前記テーブルに対して所定の測定位置まで相対的に
移動したときに各センサが対応する被測定面を検出でき
るように設け、 前記主軸頭が前記テーブルに対して所定の測定位置まで
相対的に移動したときの各センサからの出力信号に基づ
いて、前記直進運動の方向と、その直進運動の方向とは
異なる少なくとも一つの方向に関する熱変位をそれぞれ
測定することを特徴とする請求項8に記載の熱変位測定
方法。9. A first sensor which outputs a signal correlated with a distance to a detection target or a change in the distance, which is disposed in a direction of the linear motion, and a direction orthogonal to the direction of the linear motion. And a second sensor that outputs a signal correlated with a distance to a detection target or a change in the distance, which is arranged in at least one axial direction, and the first and second sensors are provided on the table. A target having a surface to be measured as a detection target is provided such that each sensor can detect a corresponding surface to be measured when the spindle head relatively moves to a predetermined measurement position with respect to the table, On the basis of an output signal from each sensor when the spindle head relatively moves to a predetermined measurement position with respect to the table, at least one of the direction of the linear motion and the direction of the linear motion different from each other. Thermal displacement measuring method according to claim 8, characterized in that measuring the thermal displacement related directions.
ずれか一方に測定方向を向けて配置され、当該測定方向
に関する検出対象の距離又はその距離の変化に相関した
信号を出力する第1のセンサと、X軸方向又はY軸方向
のいずれか他方、及びZ軸方向測定方向の少なくともい
ずれか一方に測定方向を向けて配置され、当該測定方向
に関する検出対象の距離又はその距離の変化に相関した
信号を出力する第2のセンサとを備えたセンサ支持治具
を主軸頭に装着し、 前記工作機械のテーブル上には、前記第1のセンサ及び
前記第2のセンサの検出対象としてそれぞれ機能する被
測定面を備えたターゲットを、前記テーブルに対して前
記主軸頭が所定の測定位置まで相対的に移動したときに
各センサが対応する被測定面を検出できるように配置
し、 前記主軸頭と前記テーブルとを前記X軸方向又はY軸方
向のいずれか一方に繰り返し相対的に直進運動させ、 その直進運動に関連付けられた所定のタイミングで前記
主軸頭を前記テーブルに対して前記測定位置まで相対的
に移動させ、そのときの前記第1のセンサ及び第2のセ
ンサの出力信号に基づいて前記主軸と前記テーブルとの
間に発生する前記直進運動の方向及びその直進運動の方
向とは異なる少なくとも一つの方向の熱変位を測定する
ことを特徴とする工作機械の熱変位測定方法。10. A first device which is arranged so that a measurement direction is directed to one of an X-axis direction and a Y-axis direction of a machine tool, and outputs a signal relating to a distance of a detection target or a change in the distance in the measurement direction. The sensor, the X-axis direction or the other in the Y-axis direction, and the measurement direction is disposed at least one of the Z-axis direction measurement direction, the distance of the detection target with respect to the measurement direction or a change in the distance. A sensor support jig including a second sensor that outputs a correlated signal is mounted on the spindle head, and on the table of the machine tool, the first sensor and the second sensor are respectively detected as detection targets. A target having a functioning surface to be measured is arranged so that each sensor can detect a corresponding surface to be measured when the spindle head moves relative to the table to a predetermined measurement position. The spindle head and the table are repeatedly and relatively linearly moved in either the X-axis direction or the Y-axis direction, and the spindle head is moved relative to the table at a predetermined timing associated with the linear movement. Relatively moving to the measurement position, the direction of the linear motion generated between the main shaft and the table based on the output signals of the first sensor and the second sensor at that time, and the direction of the linear motion A method for measuring thermal displacement of a machine tool, comprising measuring thermal displacement in at least one direction different from the direction.
のセンサが、互いの測定方向を前記X軸方向又はY軸方
向のいずれか一方向に関して前記主軸の中心軸線を挟ん
で互いに外側に向けた状態で設けられ、 前記テーブル上には、一対のターゲットが、それぞれの
前記第1のセンサに対応する被測定面を前記直進運動の
方向に向かい合わせるようにして当該直進運動の方向に
並べて配置され、 前記一対のターゲットのうち一方のターゲットに設けら
れた前記直進運動の正方向を向く被測定面が、当該直進
運動の負方向に測定方向を向けた第1のセンサにて検出
され、前記一対のターゲットのうち他方のターゲットに
設けられた前記直進運動の負方向を向く被測定面が当該
直進運動の正方向に測定方向を向けた第1のセンサにて
検出されるように前記測定位置が設定されていることを
特徴とする請求項10に記載の熱変位測定方法。11. The sensor support jig includes a pair of first
Are provided with their respective measurement directions directed outward with respect to one of the X-axis direction and the Y-axis direction with the center axis of the main shaft interposed therebetween, and a pair of targets on the table. Are arranged side by side in the direction of the rectilinear motion such that the surfaces to be measured corresponding to the respective first sensors face the direction of the rectilinear motion, and are provided on one of the pair of targets. The surface to be measured facing the positive direction of the linear motion is detected by the first sensor whose measurement direction is oriented in the negative direction of the linear motion, and the linear motion provided on the other of the pair of targets is detected. The measurement position is set so that the surface to be measured facing in the negative direction is detected by the first sensor whose measurement direction is oriented in the positive direction of the linear motion. Thermal displacement measuring method according to claim 10.
ゲットの間に設定された中間測定位置まで前記主軸頭が
前記テーブルに対して相対的に移動したときに前記第2
のセンサと対向して当該センサによる検出対象として機
能する被測定面を備えた中間位置用ターゲットが設けら
れていることを特徴とする請求項11に記載の熱変位測
定方法。12. The apparatus according to claim 12, wherein said spindle head is moved to an intermediate measurement position set between said pair of targets when said spindle head moves relative to said table.
12. The thermal displacement measuring method according to claim 11, wherein an intermediate position target having a surface to be measured that functions as a detection target of the sensor is provided opposite to the sensor.
方向を前記X軸方向又はY軸方向のいずれか他方の軸方
向の同一の側に向け、かつ前記X軸方向又はY軸方向の
いずれか一方の軸方向に関して互いに距離を空けて設け
られていることを特徴とする請求項10〜12のいずれ
かに記載の熱変位測定方法。13. A plurality of second sensors directing their respective measurement directions to the same side in the other of the X-axis direction and the Y-axis direction, and the measurement direction of the X-axis direction or the Y-axis direction. The thermal displacement measuring method according to claim 10, wherein the thermal displacement measuring methods are provided at a distance from each other in one of the axial directions.
Z軸方向でかつ前記テーブルに近付く側に向けて設けら
れていることを特徴とする請求項9〜13のいずれかに
記載の熱変位測定方法。14. The heat sensor according to claim 9, wherein the second sensor is provided with its measurement direction in the Z-axis direction and toward the side approaching the table. Displacement measurement method.
サは前記主軸の中心軸線と直交する面内の互いに異なる
複数の位置に設けられていることを特徴とする請求項1
4に記載の熱変位測定方法。15. The apparatus according to claim 1, wherein the second sensors oriented in the Z-axis direction are provided at a plurality of different positions in a plane orthogonal to a center axis of the main shaft.
5. The method for measuring thermal displacement according to item 4.
サは前記主軸の中心軸線と直交する面内でかつ前記主軸
の中心軸線を挟んで対称な複数の位置に設けられている
ことを特徴とする請求項14に記載の熱変位測定方法。16. The apparatus according to claim 16, wherein the second sensors oriented in the Z-axis direction are provided in a plane orthogonal to a center axis of the main shaft and at a plurality of positions symmetrical with respect to the center axis of the main shaft. The method for measuring thermal displacement according to claim 14, wherein:
サは前記主軸の中心軸線と直交する面内でかつ前記X軸
方向又はY軸方向のうち前記直進運動の方向と直交する
方向に互いに距離を空けて複数並べて設けられているこ
とを特徴とする請求項14に記載の熱変位測定方法。17. The second sensor oriented in the Z-axis direction is in a plane orthogonal to a center axis of the main shaft and in a direction orthogonal to the direction of the linear motion in the X-axis direction or the Y-axis direction. The thermal displacement measuring method according to claim 14, wherein a plurality of the thermal displacement measuring methods are provided at a distance from each other.
けて配置され、当該測定方向に関する検出対象の距離又
はその距離の変化に相関した信号を出力する第1のセン
サと、前記主軸の軸線方向と直交する方向に測定方向を
向けて配置され、当該測定方向に関する検出対象の距離
又はその距離の変化に相関した信号を出力する第2のセ
ンサとを備えたセンサ支持治具を旋盤の往復台に装着
し、 前記旋盤の主軸と心押し台との間には、前記第1のセン
サ及び前記第2のセンサの検出対象としてそれぞれ機能
する被測定面を備えたターゲットを、前記往復台が所定
の測定位置まで移動したときに各センサが対応する被測
定面を検出できるように配置し、 前記往復台を前記主軸の軸線方向に繰り返し直進運動さ
せ、 その直進運動に関連付けられた所定のタイミングで前記
往復台を前記測定位置まで移動させ、そのときの前記第
1のセンサ及び第2のセンサの出力信号に基づいて前記
主軸と前記往復台との間に発生する前記直進運動の方向
及びそれ以外の方向の熱変位を測定することを特徴とす
る工作機械の熱変位測定方法。18. A first sensor which is arranged with the measuring direction oriented in the axis direction of the main shaft of the lathe and outputs a signal related to the distance of the detection target in the measuring direction or a change in the distance, and an axis of the main shaft. Reciprocating the lathe with a second sensor that is disposed with the measurement direction oriented in a direction perpendicular to the direction and that outputs a signal related to the distance of the detection target in the measurement direction or a change in the distance. Attached to the table, between the spindle of the lathe and the tailstock, a target having a surface to be measured respectively functioning as a detection target of the first sensor and the second sensor, the carriage, Each sensor is arranged so as to be able to detect the corresponding measured surface when it has moved to a predetermined measurement position, and the carriage is repeatedly linearly moved in the axial direction of the main shaft, where the linear movement is associated with the linear movement. The carriage is moved to the measurement position at a fixed timing, and the linear movement of the linear movement generated between the main shaft and the carriage based on output signals of the first sensor and the second sensor at that time. A method for measuring thermal displacement of a machine tool, comprising measuring thermal displacements in a direction and other directions.
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