JP2002361541A - Movable shaft control device, and thermal displacement amount correcting method in the movable shaft control device - Google Patents
Movable shaft control device, and thermal displacement amount correcting method in the movable shaft control deviceInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ボールネジを利用
したネジ機構によって、移動体が固定されたネジ軸を、
ナットに対して相対的に移動自在に保持した移動軸制御
装置、およびその移動軸制御装置における移動体の熱変
位量の補正方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a screw shaft to which a moving body is fixed by a screw mechanism using a ball screw.
The present invention relates to a moving axis control device that is held relatively movably with respect to a nut, and a method of correcting a thermal displacement amount of a moving body in the moving axis control device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】通常のＮＣ制御の工作機械には、ボール
ネジを利用したネジ機構によって、移動体が固定された
ネジ軸をナットに対して相対的に移動自在に保持した移
動軸制御装置が取り付けられている。かかる移動軸制御
装置としては、サーボモータによって、ナットを回転駆
動させて、ネジ送り機構によって、ネジ軸に固着した移
動体（ワークや工具を固定するもの）を移動制御するも
の（いわゆるナット駆動方式の移動軸制御装置）が知ら
れている。そのような移動軸制御装置を設置したＮＣ工
作機械においては、ワークや工具を固定する移動体の位
置の制御には、μｍオーダーの正確さが要求される。し
たがって、ネジ軸の内、移動体の位置決めに関与する長
さは、常に正確に制御されなければならないが、サーボ
モータの回転数が高くなったり、回転頻度が高くなった
りすると、軸受との摩擦によってネジ軸が熱膨張してし
まい、移動体の位置の制御が不正確なものになってしま
う。それゆえ、移動軸制御装置の中には、全体を冷却液
に浸したり、ネジ軸に中空孔を設けてその中空孔に冷却
液を流したりして、ネジ軸の熱膨張を抑えるようにした
ものがある。2. Description of the Related Art An ordinary NC-controlled machine tool is provided with a moving shaft control device which holds a screw shaft to which a moving body is fixed by a screw mechanism using a ball screw so as to be relatively movable with respect to a nut. Have been. As such a movement axis control device, a nut is rotationally driven by a servomotor, and a screw feed mechanism is used to control the movement of a moving body fixed to the screw shaft (a device for fixing a work or a tool) (a so-called nut drive system). Is known. In an NC machine tool equipped with such a moving axis control device, control of the position of a moving body for fixing a work or a tool requires an accuracy on the order of μm. Therefore, the length of the screw shaft involved in the positioning of the moving body must always be accurately controlled.However, if the rotation speed of the servo motor increases or the frequency of rotation increases, the friction with the bearings increases. As a result, the screw shaft thermally expands, and the control of the position of the moving body becomes inaccurate. Therefore, in the moving shaft control device, the entire body is immersed in the cooling liquid, or a hollow hole is provided in the screw shaft and the cooling liquid flows through the hollow hole to suppress the thermal expansion of the screw shaft. There is something.
【０００３】また、移動軸制御装置の中には、ネジ軸の
熱膨張を抑える代わりに、移動軸に基準スケールを設け
て、その基準スケールに基づいて移動体の位置決めを行
い、ネジ軸が熱膨張した場合であっても移動体の位置決
め誤差が生じないようにしたものもある。さらに、ネジ
軸の固定部材や軸受の温度を測定することにより、間接
的にネジ軸の温度を推定し、その推定値から熱膨張量を
計算して、ネジ軸の長さ（すなわち移動体の移動量）を
補正するようにしたものもある。In the moving shaft control device, instead of suppressing the thermal expansion of the screw shaft, a reference scale is provided on the moving shaft, and the moving body is positioned based on the reference scale. In some cases, a positioning error of the moving body does not occur even when the moving body expands. Furthermore, by measuring the temperature of the screw shaft fixing member and the bearing, the temperature of the screw shaft is indirectly estimated, the amount of thermal expansion is calculated from the estimated value, and the length of the screw shaft (that is, In some cases, the amount of movement is corrected.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、全体を
冷却液に浸したり、ネジ軸の中空孔に冷却液を流したり
して、ネジ軸の熱膨張を抑えるようにした移動軸制御装
置は、工作機械の稼働率を高くすると、ネジ軸の温度上
昇を抑制できないことがある。また、冷却装置が付加さ
れているため、構造が複雑で、修理・メンテナンスが困
難である上、製造コストが高い、という不具合がある。
一方、移動軸に基準スケールを設けた移動軸制御装置
は、付加する基準スケールの精度によってはμｍオーダ
ーの高精度な位置決めができない場合があり、精度を追
求すれば非常に高価な基準スケールを要することにな
る。また、ネジ軸の固定部材や軸受の温度の測定値から
ネジ軸の熱膨張量を推定してネジ軸の長さを補正する移
動軸制御装置は、構成部分の温度分布が運転状態により
必ずしも一様でない場合が多く、補正値が不正確であ
り、移動体を正確に位置決めすることができない。ま
た、たとえば出願人が先に提案した特開平１１−３００
５６０号等のような所謂パラレルメカニズムを応用した
駆動機構や、それを用いた工作機械等のように、構造
上、基準スケールや冷却機構を付加することがきわめて
困難な機械もあり、そのような機械に対しては、移動体
を正確に位置決めするための有効な方法が存在しなかっ
た。However, the moving shaft control device which suppresses the thermal expansion of the screw shaft by immersing the whole in the cooling liquid or flowing the cooling liquid through the hollow hole of the screw shaft is difficult to work with. If the operation rate of the machine is increased, the temperature increase of the screw shaft may not be suppressed. In addition, since a cooling device is added, the structure is complicated, repair and maintenance are difficult, and the manufacturing cost is high.
On the other hand, a moving axis control device having a moving axis provided with a reference scale may not be able to perform high-precision positioning in the order of μm depending on the accuracy of the added reference scale. Will be. In addition, a moving shaft control device that estimates the amount of thermal expansion of a screw shaft from a measured value of the temperature of a fixing member or a bearing of the screw shaft and corrects the length of the screw shaft does not necessarily have a temperature distribution of a component depending on an operation state. In many cases, the correction value is inaccurate and the moving body cannot be accurately positioned. Also, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-300 proposed by the applicant earlier.
There is also a machine such as a drive mechanism using a so-called parallel mechanism such as No. 560, or a machine tool using the same, for which it is extremely difficult to add a reference scale or a cooling mechanism due to its structure. For machines, there has been no effective way to accurately position the moving object.
【０００５】本発明の目的は、上記従来の移動軸制御装
置の有する問題点を解消し、ネジ軸の温度を直接的に検
出し、その検出された温度に基づいてネジ軸の熱膨張量
を算出し、その熱膨張量を用いてネジ軸の長さを補正す
ることによって、移動体を正確に位置決めする移動軸制
御装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the conventional moving shaft control device, directly detect the temperature of the screw shaft, and determine the amount of thermal expansion of the screw shaft based on the detected temperature. It is an object of the present invention to provide a moving axis control device for accurately positioning a moving body by calculating and correcting the length of a screw shaft using the amount of thermal expansion.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明の内、請求項１に
記載された発明の構成は、ボールネジを利用したネジ機
構によって、移動体が固定されたネジ軸をナットに対し
て相対的に移動自在に保持した移動軸制御装置であっ
て、ネジ軸の中心に長手方向に沿って中空孔が設けられ
ているとともに、その中空孔に、少なくとも１つの温度
センサを嵌め込み設置した棒状部材が挿入設置されてお
り、上記温度センサによってネジ軸の内壁の温度を測定
できるようにしたことにある。請求項２に記載された発
明の構成は、請求項１に記載された発明において、温度
センサが、ネジ軸の内壁に密着するように弾性体によっ
て付勢されていることにある。請求項３に記載された発
明の構成は、ボールネジを利用したネジ機構によって、
移動体が固定されたネジ軸をナットに対して相対的に移
動自在に保持した移動軸制御装置における移動体の熱変
位量の補正方法であって、ネジ軸の長手方向に沿った複
数の分割部分の温度を検出し、検出された各温度と基準
温度との差から各分割部分の熱膨張量を算出する一方、
移動体の位置を検出し、その検出結果に基づいて、前記
各分割部分の熱膨張量の中から、移動体とナットとの間
に位置した分割部分の熱膨張量を選択し、それらの熱膨
張量を用いて補正量を算出し、その補正量を用いて移動
体の位置を補正することにある。According to the first aspect of the present invention, a screw shaft having a moving body fixed relative to a nut by a screw mechanism using a ball screw. A movable shaft control device movably held, wherein a hollow hole is provided in the center of a screw shaft along a longitudinal direction, and a rod-shaped member in which at least one temperature sensor is fitted and installed is inserted into the hollow hole. And the temperature sensor can measure the temperature of the inner wall of the screw shaft. According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the temperature sensor is urged by an elastic body so as to be in close contact with the inner wall of the screw shaft. According to the structure of the invention described in claim 3, a screw mechanism using a ball screw is used.
A method for correcting a thermal displacement amount of a moving body in a moving axis control device in which a screw shaft to which a moving body is fixed is held so as to be relatively movable with respect to a nut, comprising a plurality of divisions along a longitudinal direction of the screw shaft. While detecting the temperature of the portion and calculating the amount of thermal expansion of each divided portion from the difference between the detected temperature and the reference temperature,
The position of the moving body is detected, and based on the detection result, the amount of thermal expansion of the divided part located between the moving body and the nut is selected from the amounts of thermal expansion of the divided parts, and the thermal expansion thereof is determined. A correction amount is calculated using the expansion amount, and the position of the moving body is corrected using the correction amount.
【０００７】[0007]
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る移動軸制御装
置の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、移
動軸制御装置（ナット駆動方式の移動軸制御装置）を示
したものであり、移動軸制御装置２１は、ネジ軸９、移
動体１２、サーボモータ８、ナット１０、ベッド１等に
よって形成されている。サーボモータ８は、中空な回転
軸（中空軸１４）を有しており、ブラケット１８および
ブラケット２によって、基準となるベッド１に固定され
ている。また、ネジ軸９は、外周にネジ溝が螺刻されて
おり、片端がブラケット１１を介して、ワークや工具を
装着する移動体１２に固定されているとともに、他端
が、サーボモータ８の中空軸１４の内部に入り込んだ状
態になっている。一方、ナット１０は、継手部材１７に
よって、サーボモータ８の中空軸１４に直結されてお
り、一定の位置で回転駆動可能になっている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of a moving axis control device according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a moving axis control device (a moving axis control device of a nut drive system). The moving axis control device 21 includes a screw shaft 9, a moving body 12, a servomotor 8, a nut 10, a bed 1, and the like. Is formed by The servo motor 8 has a hollow rotary shaft (hollow shaft 14), and is fixed to the reference bed 1 by a bracket 18 and a bracket 2. The screw shaft 9 has a thread groove formed on the outer periphery thereof, one end of which is fixed to a moving body 12 on which a work or a tool is mounted via a bracket 11, and the other end of which has a servo motor 8. It is in a state of having entered the inside of the hollow shaft 14. On the other hand, the nut 10 is directly connected to the hollow shaft 14 of the servomotor 8 by a joint member 17, and is rotatable at a fixed position.
【０００８】図２は、ネジ軸９を示したものであり、ネ
ジ軸９には、全長に亘って中空孔１３が設けられてい
る。そして、その中空孔１３には、ネジ軸９とほぼ同じ
長さの棒状部材５０が挿入されており、その棒状部材５
０は、ネジ軸９の両端から、固着部材５４および固着部
材５６によって挟着されている。また、棒状部材５０に
は、所定の距離を隔てて複数の取付孔４１，４１・・
が、中心軸から放射する方向に沿って穿設されており、
それらの取付孔４１，４１・・を利用して検出コマ５
１，５１・・が着脱自在に嵌め込み設置されている。そ
して、棒状部材５０がネジ軸９の中空孔１３に挿入され
た状態においては、各検出コマ５１，５１・・の先端
が、ネジ軸９の内壁に接触した状態になっている。な
お、各取付孔４１，４１・・の壁面は、検出コマ５１を
着脱する際の案内面となっている。また、棒状部材５０
の各取付孔４１，４１・・穿設側と反対側には、軸方向
に沿って配線溝４３が刻設されており、その配線溝４３
と取付孔４１の奥側の中心とを繋ぐように配線用孔４２
が穿設されている。そして、各検出コマ５１，５１・・
に接続された信号線５２が、配線用孔４２および配線溝
４３を通って、棒状部材５０の基端まで導かれ、部材５
４の孔から配線材５５により外部まで導かれて、制御装
置（図示せず）まで配線された状態になっている。FIG. 2 shows the screw shaft 9, and the screw shaft 9 is provided with a hollow hole 13 over its entire length. A rod member 50 having substantially the same length as the screw shaft 9 is inserted into the hollow hole 13.
Numeral 0 is sandwiched by the fixing members 54 and 56 from both ends of the screw shaft 9. Further, the rod-shaped member 50 has a plurality of mounting holes 41, 41,.
Are drilled along the direction radiating from the central axis,
Using these mounting holes 41, 41,.
1, 51 ... are detachably fitted and installed. When the rod-shaped member 50 is inserted into the hollow hole 13 of the screw shaft 9, the tip of each detection piece 51, 51... Is in contact with the inner wall of the screw shaft 9. The wall surfaces of the mounting holes 41, 41,... Serve as guide surfaces for attaching and detaching the detection piece 51. Also, the rod-shaped member 50
A wiring groove 43 is formed along the axial direction on the side opposite to the mounting holes 41, 41.
Wiring hole 42 so as to connect the
Are drilled. Then, each detection frame 51, 51,.
Is connected to the base end of the rod-shaped member 50 through the wiring hole 42 and the wiring groove 43,
It is guided to the outside by the wiring member 55 from the hole of No. 4 and wired to the control device (not shown).
【０００９】図３（ａ）、図３（ｂ）は、それぞれ、棒
状部材５０の検出コマ５１設置部位の軸方向の断面、半
径方向（軸方向と垂直な方向）の断面を示したものであ
る。各検出コマ５１，５１・・は、棒状部材５０がネジ
軸９内に挿入された状態においてネジ軸９の内壁９（中
空孔１３穿設部分）に密着する接触子４４と、この接触
子４４の内側の面に密接した状態で固着された温度セン
サ４５と、温度センサ４５から信号を取り出すコネクタ
部４６とによって組み立て形成されている。なお、接触
子４４は、ネジ軸９の温度を正確に温度センサ４５に伝
えるように、熱の良導体である銅またはアルミニウム等
によって形成されている。そして、接触子４４は、検出
コマ５１が棒状部材５０に取り付けられてネジ軸９内に
挿入された場合に、ネジ軸９の内壁に確実に密接するよ
うに、弾性体であるコイルバネ５３によって、棒状部材
５０の中心から放射する方向に付勢されている。なお、
温度センサ４５は、小型で正確かつノイズが少ないもの
が望ましく、たとえば、ナショナルセミコンダクタ製Ｌ
Ｍ９２ＣＩＭの如きデジタル変換器付きのものを好適に
使用することができる。FIGS. 3 (a) and 3 (b) show an axial section and a radial section (perpendicular to the axial direction) of the portion where the detection piece 51 of the rod-shaped member 50 is installed. is there. Each of the detection pieces 51, 51,... Includes a contact 44 that is in close contact with the inner wall 9 (portion where the hollow hole 13 is formed) of the screw shaft 9 in a state where the rod-shaped member 50 is inserted into the screw shaft 9. It is assembled and formed by a temperature sensor 45 fixed in a state of being in close contact with the inner surface of the connector, and a connector section 46 for extracting a signal from the temperature sensor 45. The contact 44 is made of a good heat conductor such as copper or aluminum so as to accurately transmit the temperature of the screw shaft 9 to the temperature sensor 45. When the detection piece 51 is attached to the rod-shaped member 50 and inserted into the screw shaft 9, the contact 44 is formed by a coil spring 53 which is an elastic body so that the contact 44 reliably contacts the inner wall of the screw shaft 9. It is urged in a direction radiating from the center of the rod-shaped member 50. In addition,
It is desirable that the temperature sensor 45 be small, accurate and low in noise.
A device with a digital converter such as M92CIM can be suitably used.
【００１０】一方、図４は、上記した移動軸制御装置に
おいて熱変位補正を行う制御回路の一例を示すブロック
図である。制御回路３１は、棒状部材１０の内部に設置
された各温度センサ４５，４５・・と、温度センサ４５
に動作電源を供給するとともに各温度センサ４５，４５
・・の検出温度を読みとる温度検出部３２と、温度検出
部３２から送信された各分割部分を代表する点の温度と
基準温度との差を求め、ネジ軸９の各分割部分の熱膨張
量を計算する熱変位演算部３３と、ネジ軸９の分割部分
の内、熱膨張が移動体１２の位置に影響を与える部分を
判別するとともに、その部分の熱膨張量（すなわち補正
量）を計算して出力する変位補正制御部３４と、変位補
正制御部３４から送信された補正量を加味して（ネジ軸
９の移動量から差し引いて）サーボモータ８に出力して
移動体１２の位置を制御するＮＣ制御部３５と、サーボ
モータ８とによって構成されている。FIG. 4 is a block diagram showing an example of a control circuit for performing thermal displacement correction in the moving axis control device described above. The control circuit 31 includes temperature sensors 45, 45...
And the temperature sensors 45, 45
.. A temperature detector 32 for reading the detected temperature, and a difference between the temperature of a point representing each divided portion transmitted from the temperature detector 32 and a reference temperature, and the thermal expansion amount of each divided portion of the screw shaft 9 And a portion where the thermal expansion affects the position of the moving body 12 among the divided portions of the screw shaft 9 and calculates a thermal expansion amount (that is, a correction amount) of the portion. And outputs to the servomotor 8 in consideration of the correction amount transmitted from the displacement correction control unit 34 (subtracted from the movement amount of the screw shaft 9) to output the position of the moving body 12. It comprises an NC control unit 35 for controlling and a servo motor 8.
【００１１】上記の如く、構成された移動軸制御装置２
１および制御回路３１の作動内容について説明する。な
お、移動軸制御装置２１には、ｎ個の検出コマ５１，５
１・・が設置されているものと仮定する。また、図５の
如く、移動体１２と隣接したネジ軸９の分割部分を１番
目の分割部分とし、移動体１２と反対側の分割部分をｎ
番目の分割部分と仮定する。移動軸制御装置２１は、サ
ーボモータ８によってナット１０を回転駆動させて、ネ
ジ軸９をネジ送り機構（ボールネジを利用したネジ送り
機構）により中空軸１４内から出没させることによっ
て、ワークや工具を装着した移動体１２の位置を制御す
る。The moving axis control device 2 configured as described above
1 and the operation of the control circuit 31 will be described. The moving axis control device 21 has n detection frames 51, 5
Assume that 1 ... is installed. Also, as shown in FIG. 5, the divided portion of the screw shaft 9 adjacent to the moving body 12 is a first divided portion, and the divided portion on the opposite side to the moving body 12 is n.
Assume the th split. The moving axis control device 21 rotates the nut 10 by the servo motor 8 and causes the screw shaft 9 to protrude and retract from the inside of the hollow shaft 14 by a screw feed mechanism (a screw feed mechanism using a ball screw). The position of the mounted moving body 12 is controlled.
【００１２】また、作動中においては、各温度センサ４
５，４５・・が、それぞれ接触子４４を介して、ネジ軸
９の各分割部分を代表する点の温度ｔ1 ，ｔ2 ，・・
・，ｔn を、経時的に検出する。検出された温度デー
タは、温度検出部３２によって読み取られて、熱変位演
算部３３に送信される。熱変位演算部３３は、温度検出
部３２から温度データが送信されると、送信された温度
データｔ1 ，ｔ2 ，・・・，ｔn から、予め設定さ
れている熱変位の基準となる温度ｔ0 を用い、下式１に
よって各分割部分の温度変化量ΔＴk を算出する。 ΔＴk ＝ ｔk −ｔ0 （ｋ＝１，２，・・・ｎ） ・・・式１During operation, each temperature sensor 4
The temperatures t 1 , t 2 ,... At the points representing the respective divided portions of the screw shaft 9 via the contacts 44, respectively.
, T n are detected over time. The detected temperature data is read by the temperature detection unit 32 and transmitted to the thermal displacement calculation unit 33. Thermal displacement computing unit 33, the temperature data from the temperature detecting unit 32 is transmitted, comprising temperature data t 1 transmitted, t 2, · · ·, from t n, a reference of thermal displacement which is set in advance Using the temperature t 0 , the temperature change amount ΔT k of each divided portion is calculated by the following equation 1. ΔT k = t k −t 0 (k = 1, 2,..., N) Equation 1
【００１３】なお、分割数が少ない場合（検出コマ５
１，５１・・の設置個数が少ない場合）には、同じ分割
部分内でも温度差が生じるため、ｔk が必ずしも分割部
分を代表する点の温度とは言えなくなるので、下式２に
よって各分割部分の平均温度変化量ΔＴk を算出す
る。但し、ｋ＝１の分割部分においては下式３によって
温度変化量ΔＴk を算出し、ｋ＝ｎの分割部分におい
ては下式４によって温度変化量ΔＴk を算出する。 ΔＴk ＝｛(ｔk-1＋ｔk ）／２＋(ｔk＋ｔk＋1 ）／２＋ｔk ｝／３−ｔ0 ・ ・・式２ ΔＴ１ ＝｛ｔ1 ＋(ｔ1＋ｔ2 ）／２｝／２−ｔ0 ・・・式３ ΔＴｎ ＝｛ｔn＋(ｔn-1＋ｔn ）／２｝／２−ｔ0 ・・・式４When the number of divisions is small (detection frame 5
The 1,51 when installing number of ... is small), the temperature difference even in the same divided portion occurs, because t k is not necessarily the point representing the divided portions temperature, each divided by the formula 2 The average temperature change amount ΔT k of the portion is calculated. However, in the divided portion of k = 1 to calculate the temperature change amount [Delta] T k by the following equation 3, in the divided portion of k = n to calculate the temperature change amount [Delta] T k by the following equation 4. ΔT k = {(t k-1 + t k ) / 2 + (t k + t k + 1 ) / 2 + t k } / 3−t 0 Equation 2 ΔT 1 = {t 1 + (t 1 + t 2 ) / 2} / 2−t 0 Equation 3 ΔT n = {t n + (t n-1 + t n ) / 2} / 2−t 0 Equation 4
【００１４】さらに、熱変位演算部３３は、温度変化量
を算出した後に、下式５によって各分割部分の基準温度
おける長さに対する熱膨張量Δｌk を計算する。 Δｌk ＝α・Ｌk ・ΔＴk ・・・式５ （但し、αは、ネジ軸９を形成している材料の線熱膨張
係数であり、Ｌk はネジ軸９のｋ番目の分割部分の長さ
である。）Furthermore, thermal displacement computing unit 33, after calculating the temperature change amount, it calculates the thermal expansion amount .DELTA.l k with respect to the reference temperature definitive length of each divided part by the following equation 5. Δl k = α · L k · ΔT k Equation 5 (where α is the linear thermal expansion coefficient of the material forming the screw shaft 9, and L k is the k-th divided portion of the screw shaft 9) Is the length of.)
【００１５】また、移動軸制御装置２１においては、移
動体１２を移動させる場合の位置決め誤差は、移動体１
２とナット１０との間のネジ軸９の長さ（ネジ軸９の有
効長さ）の熱膨張量に依存することとなるため、移動体
１２の位置を正確に補正するためには、移動体１２とナ
ット１０との間のネジ軸９の長さを正確に検出する必要
がある。このため、移動軸制御装置２１は、作動中に、
サーボモータ８に取り付けられた位置検出器（図示せ
ず）によって、移動体１２の位置を正確に検出し、その
検出結果から、移動体１２とナット１０との間のネジ軸
９の長さを把握し、ネジ軸９の分割部分の内、熱膨張す
ると移動体１２の位置に影響を与える部分を瞬時に判別
する。In the movement axis control device 21, the positioning error when moving the moving body 12
Since the length of the screw shaft 9 between the nut 2 and the nut 10 (the effective length of the screw shaft 9) depends on the amount of thermal expansion, in order to correct the position of the moving body 12 accurately, It is necessary to accurately detect the length of the screw shaft 9 between the body 12 and the nut 10. For this reason, the movement axis control device 21
The position of the moving body 12 is accurately detected by a position detector (not shown) attached to the servomotor 8, and the length of the screw shaft 9 between the moving body 12 and the nut 10 is determined based on the detection result. The operator grasps and instantaneously determines a portion of the divided portion of the screw shaft 9 that affects the position of the moving body 12 when thermally expanded.
【００１６】そして、位置検出器による移動体１２の位
置の検出の結果、ナット１０がネジ軸９のｊ番目の分割
部分内にあると判断した場合には、変位補正制御部３４
は、ネジ軸９のｊ番目の分割部分の内、熱膨張が移動体
１２の位置に影響を与える部分の熱膨張量を、下式６に
よって算出する。 Δｌj ＝α・(ｌj ／Ｌj )・ΔＴj ・・・式６ （但し、ｌj は、図５の如く、ｊ番目の分割部分の移動
体１２側の端縁からナット１０の駆動基準位置までの長
さである。）When the position detector detects the position of the movable body 12 and determines that the nut 10 is within the j-th divided portion of the screw shaft 9, the displacement correction control unit 34
Calculates the amount of thermal expansion of the portion of the j-th divided portion of the screw shaft 9 where the thermal expansion affects the position of the moving body 12 by the following equation 6. Δl j = α · (l j / L j ) · ΔT j Equation 6 (where l j is the driving of the nut 10 from the edge of the j-th divided portion on the moving body 12 side as shown in FIG. 5) It is the length to the reference position.)
【００１７】しかる後、変位補正制御部３４は、熱変位
演算部３３によって算出された各分割部分の熱膨張量Δ
ｌk の中から１番目からｊ−１番目の分割部分の熱膨張
量Δｌ１ ，Δｌ２ ，・・・Δｌj−１ を選択し、ネジ
軸９の分割部分の内、移動体１２の位置に影響を与える
部分全体の熱膨張量（すなわち補正量）ΔＬを、下式７
によって算出する。そして、算出した補正量ΔＬを、Ｎ
Ｃ制御部３５に出力する。 ΔＬ＝Δｌ１ ＋Δｌ２ ＋・・・＋Δｌj ・・・式７After that, the displacement correction control unit 34 calculates the thermal expansion amount Δ
The thermal expansion amounts Δl 1 , Δl 2 ,..., Δl j−1 of the first to j−1th divided parts are selected from among l k , and the position of the moving body 12 among the divided parts of the screw shaft 9 is selected. The amount of thermal expansion (ie, the amount of correction) ΔL of the entire portion that affects the
Is calculated by Then, the calculated correction amount ΔL is calculated as N
Output to the C control unit 35. ΔL = Δl 1 + Δl 2 + ... + Δl j Equation 7
【００１８】補正量ΔＬを受信したＮＣ制御部３５は、
基準温度時において移動体１２を移動させる長さから、
変位補正制御部３４から送信された補正量ΔＬを差し引
いた長さだけ移動体を移動させるべく、補正された電気
信号をサーボモータ８に出力することによって、移動体
１２の位置を正確に制御する。The NC control unit 35 that has received the correction amount ΔL
From the length of moving the moving body 12 at the reference temperature,
The position of the moving body 12 is accurately controlled by outputting a corrected electric signal to the servomotor 8 so as to move the moving body by a length obtained by subtracting the correction amount ΔL transmitted from the displacement correction control unit 34. .
【００１９】上記の如く、移動軸制御装置２１は、ネジ
軸９の中心に長手方向に沿って中空孔１３が設けられて
いるとともに、その中空孔１３に、温度センサ４５を所
定間隔毎に嵌め込み設置した棒状部材５０が挿入設置さ
れており、温度センサ４５，４５・・によってネジ軸９
の内壁の複数の部位の温度を測定できるようにしたもの
であるため、温度センサ４５，４５・・によって直接的
に検出されたネジ軸９の温度データに基づいて、ネジ軸
９の熱膨張量（補正量）ΔＬを正確に算出し、その補正
量に基づいて、移動体１２の位置を制御するので、移動
体１２の位置を非常に正確に制御することができる。ま
た、移動軸制御装置２１は、冷却装置や基準スケールを
設置する必要がないので、安価に製造することができ
る。加えて、移動軸制御装置２１は、たとえば、所謂パ
ラレルメカニズムを応用した工作機械等に好適に用いる
ことができる。図６は、その一例を示したものであり、
パラレルメカニズム工作機械６１は、基台６２に、回転
ジョイント６３，６３・・を介して、６個の移動軸制御
装置２１，２１・・が設置されており、それらの移動軸
制御装置２１，２１・・のネジ軸９，９・・の先端に、
自在継手６４，６４・・を介して、移動体６５が設置さ
れている。かかる如く構成されたパラレルメカニズム工
作機械６１は、各移動軸制御装置２１，２１・・におい
て、温度センサ４５，４５・・によって直接的に検出さ
れたネジ軸９の温度データに基づいて、ネジ軸９の熱膨
張量ΔＬを正確に算出し、その補正量に基づいて、移動
体６５の位置を制御するので、移動体６５の位置を非常
に正確に制御することができる。As described above, the moving shaft control device 21 has the hollow hole 13 provided in the center of the screw shaft 9 along the longitudinal direction, and the temperature sensors 45 are fitted into the hollow hole 13 at predetermined intervals. The installed bar-shaped member 50 is inserted and installed, and the temperature sensor 45, 45.
The temperature of the screw shaft 9 can be measured based on the temperature data of the screw shaft 9 directly detected by the temperature sensors 45, 45... Since the (correction amount) ΔL is accurately calculated and the position of the moving body 12 is controlled based on the correction amount, the position of the moving body 12 can be controlled very accurately. In addition, since the moving axis control device 21 does not need to be provided with a cooling device or a reference scale, it can be manufactured at low cost. In addition, the moving axis control device 21 can be suitably used for, for example, a machine tool to which a so-called parallel mechanism is applied. FIG. 6 shows an example thereof.
In the parallel mechanism machine tool 61, six moving axis controllers 21, 21,... Are installed on a base 62 via rotary joints 63, 63,.・ ・ At the tip of screw shaft 9, 9 ・ ・
A moving body 65 is provided via universal joints 64, 64,. The parallel mechanism machine tool 61 configured as described above uses the screw shaft 9 based on the temperature data of the screw shaft 9 directly detected by the temperature sensors 45, 45,. 9 is accurately calculated and the position of the moving body 65 is controlled based on the correction amount, so that the position of the moving body 65 can be controlled very accurately.
【００２０】さらに、移動軸制御装置２１は、温度セン
サ４５，４５・・が、ネジ軸９の内壁に密着するように
弾性体５３によって付勢されているため、温度センサ４
５，４５・・が、常にネジ軸９の正確な温度データを検
出し続けるので、移動体１２の位置を非常に正確に制御
し続けることができる。Further, since the temperature sensors 45, 45,... Are urged by the elastic body 53 so as to be in close contact with the inner wall of the screw shaft 9,
.. Always detect the accurate temperature data of the screw shaft 9, so that the position of the moving body 12 can be controlled very accurately.
【００２１】加えて、移動軸制御装置２１における補正
方法は、ネジ軸９の長手方向に沿った複数の分割部分の
温度を検出し、検出された各温度と基準温度との差から
各分割部分の熱膨張量Δｌk （ｋ＝１，２，・・・，
ｎ）を算出する一方、移動体１２の位置を検出し、その
検出結果に基づいて、各分割部分の熱膨張量Δｌk （ｋ
＝１，２，・・・ｎ）の中から、移動体とナットとの間
に位置した分割部分の熱膨張量Δｌ１ ，Δｌ２ ，・・
・Δｌj−１ を選択し、それらの熱膨張量Δｌ１，Δｌ
２ ，・・・Δｌj−１ を用いて（Δｌj とともに積算
することによって）補正量ΔＬを算出し、その補正量Δ
Ｌを用いて移動体の位置を補正するものであるため、ネ
ジ軸９の熱膨張に起因した移動体１２の移動量の誤差を
正確に補正することができる。In addition, the correction method in the moving axis control device 21 is to detect the temperatures of a plurality of divided portions along the longitudinal direction of the screw shaft 9 and to determine the temperature of each divided portion from the difference between the detected temperature and the reference temperature. of the amount of thermal expansion Δl k (k = 1,2, ··· ,
n), the position of the moving body 12 is detected, and based on the detection result, the thermal expansion amount Δl k (k
= 1, 2,... N), the thermal expansion amounts Δl 1 , Δl 2 ,... Of the divided portion located between the moving body and the nut.
· Δl j-1 is selected, their thermal expansion amounts .DELTA.l 1, .DELTA.l
2, using ··· Δl j-1 (by integrating with .DELTA.l j) calculates the correction amount [Delta] L, the correction amount Δ
Since the position of the moving body is corrected using L, an error in the amount of movement of the moving body 12 due to thermal expansion of the screw shaft 9 can be accurately corrected.
【００２２】なお、本発明に係る移動軸制御装置は、上
記した各実施例の態様に何ら限定されるものではなく、
ネジ軸、ナット、移動体、サーボモータ、検出コマ、温
度センサ等の形状・構造等の構成を、本発明の趣旨を逸
脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更できる。たとえ
ば、温度センサの設置方法は、検出コマを利用した設置
方法に限定されず、ネジ軸の内壁に温度センサをそのま
ま接触させるように設置する方法を採用することも可能
である。また、上記実施形態の如く、検出コマを用いて
温度センサをネジ軸の内部に設置する場合には、温度セ
ンサをネジ軸の内壁へ付勢する手段は、コイルバネに限
定されず、板バネや硬質ゴム等に変更することも可能で
ある。また、上記実施形態においては、４個の温度セン
サを設置した移動軸制御装置について説明したが、移動
軸制御装置に設置する温度センサの個数は、ネジ軸の長
さや要求されるワークの加工精度等に応じて、適宜変更
することが可能である。一方、本発明の移動軸制御装置
において移動体の位置を補正するための制御回路は、上
記実施形態の如く、温度変位演算部、変位補正制御部、
ＮＣ制御部を別個に設けたものに限定されず、一体にし
たものでも良く、その構成は、特に限定されない。加え
て、本発明の移動軸制御装置における補正量の算出方法
は、上記実施形態の如き態様に限定されず、別の算出方
法を採用することも可能である。また、本発明の移動軸
制御装置を利用する機械は、上記実施形態の如きパラレ
ルメカニズム工作機械に限定されず、別の構造を有する
パラレルメカニズム工作機械でも良いし、パラレルメカ
ニズムを応用した工作機械以外の工作機械等でも良い。The moving axis control device according to the present invention is not limited to the embodiments described above.
The configuration such as the shape and structure of the screw shaft, nut, moving body, servomotor, detection piece, temperature sensor, and the like can be appropriately changed as necessary without departing from the spirit of the present invention. For example, the method of installing the temperature sensor is not limited to an installation method using a detection frame, and it is also possible to adopt a method of installing the temperature sensor so as to directly contact the temperature sensor with the inner wall of the screw shaft. Further, when the temperature sensor is installed inside the screw shaft using the detection piece as in the above-described embodiment, the means for urging the temperature sensor to the inner wall of the screw shaft is not limited to the coil spring, but may be a plate spring or the like. It is also possible to change to hard rubber or the like. Further, in the above embodiment, the moving axis control device provided with four temperature sensors has been described. However, the number of temperature sensors provided in the moving axis control device depends on the length of the screw shaft and the required processing accuracy of the work. It can be changed appropriately according to the situation. On the other hand, the control circuit for correcting the position of the moving body in the moving axis control device of the present invention includes a temperature displacement calculating unit, a displacement correction control unit,
The NC control unit is not limited to the one provided separately, but may be an integrated one, and the configuration is not particularly limited. In addition, the method of calculating the correction amount in the moving axis control device of the present invention is not limited to the mode as in the above embodiment, and another calculation method can be adopted. Further, the machine using the moving axis control device of the present invention is not limited to the parallel mechanism machine tool as in the above embodiment, and may be a parallel mechanism machine tool having another structure, or a machine tool other than the machine tool to which the parallel mechanism is applied. May be used.
【００２３】[0023]
【発明の効果】請求項１に記載された移動軸制御装置
は、ネジ軸の中心に長手方向に沿って中空孔が設けられ
ているとともに、その中空孔に、少なくとも１つの温度
センサを嵌め込み設置した棒状部材が挿入設置されてお
り、温度センサによってネジ軸の内壁の温度を測定でき
るようにしたものであるため、温度センサによって直接
的に検出されたネジ軸の温度データに基づいて、ネジ軸
の熱膨張量（補正量）を正確に算出し、その補正量に基
づいて、移動体の位置を制御するので、移動体の位置を
非常に正確に制御することができる。その上、冷却装置
や基準スケールを設置する必要がないので、安価に製造
することもできる。According to a first aspect of the present invention, there is provided the moving shaft control device, wherein a hollow hole is provided in the center of the screw shaft along the longitudinal direction, and at least one temperature sensor is fitted into the hollow hole. The rod-shaped member is inserted and installed, and the temperature of the inner wall of the screw shaft can be measured by the temperature sensor. Since the amount of thermal expansion (correction amount) is accurately calculated and the position of the moving body is controlled based on the correction amount, the position of the moving body can be controlled very accurately. In addition, since there is no need to install a cooling device or a reference scale, it can be manufactured at low cost.
【００２４】請求項２に記載された移動軸制御装置は、
温度センサが、ネジ軸の内壁に密着するように弾性体に
よって付勢されているため、温度センサが、常にネジ軸
の正確な温度データを検出し続けるので、移動体の位置
を非常に正確に制御し続けることができる。According to a second aspect of the present invention, there is provided a moving axis control device.
Since the temperature sensor is urged by an elastic body so as to be in close contact with the inner wall of the screw shaft, the temperature sensor always detects accurate temperature data of the screw shaft, so the position of the moving body can be very accurately determined. You can keep control.
【００２５】請求項３に記載された移動軸制御装置にお
ける補正方法は、ネジ軸の長手方向に沿った複数の分割
部分の温度を検出し、検出された各温度と基準温度との
差から各分割部分の熱膨張量を算出する一方、移動体の
位置を検出し、その検出結果に基づいて、各分割部分の
熱膨張量の中から、移動体とナットとの間に位置した分
割部分の熱膨張量を選択し、それらの熱膨張量を用いて
補正量を算出し、その補正量を用いて移動体の位置を補
正するものであるため、ネジ軸の熱膨張に起因した移動
体の移動量の誤差を正確に補正することができる。According to a third aspect of the present invention, there is provided a correction method for a moving axis control device, wherein a temperature of a plurality of divided portions along a longitudinal direction of a screw shaft is detected, and a difference between each detected temperature and a reference temperature is detected. While calculating the thermal expansion amount of the divided portion, the position of the moving body is detected, and based on the detection result, the thermal expansion amount of each divided portion is used to determine the position of the divided portion located between the moving body and the nut. Since the amount of thermal expansion is selected, the amount of correction is calculated using the amount of thermal expansion, and the position of the moving object is corrected using the amount of correction. The error of the movement amount can be accurately corrected.
【図１】移動軸制御装置を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a movement axis control device.
【図２】ネジ軸の断面を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory view showing a cross section of a screw shaft.
【図３】検出コマの設置部分を示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a setting portion of a detection frame.
【図４】移動軸制御装置の制御回路を示す説明図であ
る。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a control circuit of the moving axis control device.
【図５】熱変位補正量の算出方法を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a method for calculating a thermal displacement correction amount.
【図６】パラレルメカニズム工作機械を示す説明図であ
る。FIG. 6 is an explanatory view showing a parallel mechanism machine tool.
１・・ベッド、２・・ブラケット、８・・サーボモー
タ、９・・ネジ軸、１０・・ナット、１１・・ブラケッ
ト、１２・移動体・、１３・・中空孔、１４・・中空
軸、１７・・継手部材、２１・・移動体制御装置、３１
・・制御装置、３２・・温度検出部、３３・・熱変位演
算部、３４・・変位補正制御部、３５・・ＮＣ制御部、
４１・・取付孔、４２・・配線用孔、４３・・配線溝、
４４・・接触子、４５・・温度センサ、４６・・コネク
タ部、５０・・棒状部材、５１・・検出コマ、５２・・
信号線、５３・・弾性体、５４，５６・・固着部材。1 bed, 2 bracket, 8 servo motor, 9 screw shaft, 10 nut, 11 bracket, 12 moving body, 13 hollow hole, 14 hollow shaft, 17. Joint member, 21. Moving object control device, 31
..Control device, 32.temperature detector, 33.thermal displacement calculator, 34.displacement correction controller, 35.NC controller,
41 mounting holes, 42 wiring holes, 43 wiring grooves,
44 contact, 45 temperature sensor, 46 connector part, 50 rod member, 51 detection frame, 52
Signal line, 53... Elastic body, 54, 56.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C001 KA05 KB10 TA02 TB10 TD02 3C029 AA31 3J062 AA21 AB22 AC07 BA14 BA33 CD02 CD23 CD45 CD48 CD50 5H269 AB01 BB03 EE05 FF06 NN07 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 3C001 KA05 KB10 TA02 TB10 TD02 3C029 AA31 3J062 AA21 AB22 AC07 BA14 BA33 CD02 CD23 CD45 CD48 CD50 5H269 AB01 BB03 EE05 FF06 NN07
Claims (3)
て、移動体が固定されたネジ軸をナットに対して相対的
に移動自在に保持した移動軸制御装置であって、 ネジ軸の中心に長手方向に沿って中空孔が設けられてい
るとともに、その中空孔に、少なくとも１つの温度セン
サを嵌め込み設置した棒状部材が挿入設置されており、 前記温度センサによってネジ軸の内壁の温度を測定でき
るようにしたことを特徴とする移動軸制御装置。1. A moving shaft control device in which a screw shaft to which a moving body is fixed is held by a screw mechanism using a ball screw so as to be relatively movable with respect to a nut. Along with a hollow hole, a rod-shaped member in which at least one temperature sensor is fitted and installed is inserted and installed in the hollow hole, and the temperature sensor can measure the temperature of the inner wall of the screw shaft. A moving axis control device, characterized in that:
ように弾性体によって付勢されていることを特徴とする
請求項１記載の移動軸制御装置。2. The moving shaft control device according to claim 1, wherein the temperature sensor is urged by an elastic body so as to be in close contact with the inner wall of the screw shaft.
て、移動体が固定されたネジ軸をナットに対して相対的
に移動自在に保持した移動軸制御装置における移動体の
熱変位量の補正方法であって、 ネジ軸の長手方向に沿った複数の分割部分の温度を検出
し、検出された各温度と基準温度との差から各分割部分
の熱膨張量を算出する一方、 移動体の位置を検出し、その検出結果に基づいて、前記
各分割部分の熱膨張量の中から、移動体とナットとの間
に位置した分割部分の熱膨張量を選択し、それらの熱膨
張量を用いて補正量を算出し、その補正量を用いて移動
体の位置を補正することを特徴とする熱変位量補正方
法。3. A method of correcting a thermal displacement amount of a moving body in a moving shaft control device in which a screw shaft to which the moving body is fixed is held movably relative to a nut by a screw mechanism using a ball screw. The temperature of a plurality of divided parts along the longitudinal direction of the screw shaft, calculate the amount of thermal expansion of each divided part from the difference between the detected temperature and the reference temperature, and detect the position of the moving body Then, based on the detection result, the thermal expansion amount of the divided portion located between the moving body and the nut is selected from the thermal expansion amounts of the respective divided portions, and correction is performed using the thermal expansion amounts. A thermal displacement correction method comprising calculating an amount and correcting the position of the moving body using the correction amount.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001173045A JP2002361541A (en) | 2001-06-07 | 2001-06-07 | Movable shaft control device, and thermal displacement amount correcting method in the movable shaft control device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001173045A JP2002361541A (en) | 2001-06-07 | 2001-06-07 | Movable shaft control device, and thermal displacement amount correcting method in the movable shaft control device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002361541A true JP2002361541A (en) | 2002-12-18 |
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ID=19014570
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001173045A Pending JP2002361541A (en) | 2001-06-07 | 2001-06-07 | Movable shaft control device, and thermal displacement amount correcting method in the movable shaft control device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002361541A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ITTO20120284A1 (en) * | 2012-03-30 | 2013-10-01 | Alenia Aermacchi Spa | DRIVE SYSTEM SECTORS BELONGING TO A DEVICE FOR THE CONSTRUCTION OF A AIRCRAFT FUSELAGE SECTION |
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2001
- 2001-06-07 JP JP2001173045A patent/JP2002361541A/en active Pending
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