JP2003103434A - 主軸頭重心補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ラムの繰り出しに伴い重心位置が変動して
も、応答性が高く正確にラムの水平移動の真直度を保
つ。 【解決手段】 ＮＣ装置３０から与えられる主軸頭移動
指令に基づき第１サーボモータ２４ａ、第２サーボモー
タ２４ｂを制御するＹ軸制御部３２ａ、３２ｂと、ラム
１８の移動量と、その移動量における当該ラム１８の上
下方向の偏位を補正する補正量とが関係づけられた補正
データを記憶する補正データ記憶手段３６と、ＮＣ装置
から与えられるラム移動指令を取り込むとともに、補正
データ記憶手段３６から当該ラムの移動量に対応した補
正量を読み込み、この補正量を前記主軸頭移動指令に加
減して補正する補正手段４４と、から構成される。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、横中ぐり盤などの
数値制御工作機械に係り、特に、主軸頭のラムの水平移
動に伴う重心の変動による誤差を補正する技術に関す
る。 【０００２】 【従来の技術】横中ぐり盤では、主軸頭がコラムの案内
に沿って昇降し、主軸頭に組み込まれているラムが水平
方向に移動する。このラムが水平方向に移動すると主軸
頭は重心の変化により傾くという現象が生じる。大型の
横中ぐり盤にもなると、ラムそのものに重量があり、ラ
ムの移動がないときと、ラムがもっとも繰り出されたと
きとでは、主軸頭の重心の位置は大きく変わる。この重
心位置の変動によりラムの水平移動の真直度が保てずに
ラム先端の主軸の位置に上下方向の誤差が生じるため、
加工精度を確保するためには、何らかの補正が必要不可
欠となる。 【０００３】従来技術にかかる重心補正方式として、主
軸頭の重量を支える左右２本のワイヤのつり上げ力の割
合を油圧により自動的に変化させ、ラムの水平移動の真
直度を保つようにしたものが知られている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、油圧に
よる重心補正の場合、応答遅れがどうしても生じ、追従
性が悪いという油圧方式の制約を受け、実際の主軸先端
の位置と、補正した位置との間に誤差が生じている。 【０００５】そこで、本発明の目的は、前記従来技術の
有する問題点を解消し、ラムの繰り出しに伴い重心位置
が変動しても、応答性が高く正確にラムの水平移動の真
直度を保つことができるようにした主軸頭の重心補正装
置を提供することにある。 【０００６】 【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、コラムの案内に沿って上下に移動する
主軸頭と、主軸ユニットを内蔵し前記主軸頭の案内に沿
って水平方向に移動するラムと、第１のボールねじ送り
機構および第２のボールねじ送り機構からなり前記主軸
頭を上下に移動させる一対のボールねじ送り機構と、前
記第１ボールねじ送り機構を駆動する第１のサーボモー
タと、前記第２ボールねじ送り機構を駆動する第２のサ
ーボモータと、ＮＣ装置と、を有するＮＣ工作機械にお
いて、前記ラムの移動による前記主軸頭の重心変動に起
因する当該ラムの上下方向の偏位を補正するための主軸
頭重心補正装置であって、前記ＮＣ装置から与えられる
主軸頭移動指令に基づき前記第１サーボモータ、第２サ
ーボモータを制御するＹ軸制御部と、前記ＮＣ装置にそ
れぞれ設けられた、前記ラムの移動量と、当該ラムの移
動量における当該ラムの上下方向の偏位を補正する補正
量とが関係づけられた補正データを記憶する補正データ
記憶手段と、ＮＣ装置から与えられるラム移動指令を取
り込むとともに、前記補正データ記憶手段から当該ラム
の移動量に対応した補正量を読み込み、この補正量を前
記主軸頭移動指令に加減して補正する補正手段と、から
なることを特徴とするものである。 【０００７】本発明によれば、第１サーボモータは、補
正前の主軸移動指令に比べてより多くボールねじを回転
させて主軸頭を吊り上げるようにし、第２サーボモータ
は、補正前の主軸移動指令に比べてより少なくボールね
じを回転させて主軸頭が下がるようにして、全体として
主軸頭の姿勢を水平に維持し、ラムの案内面を水平に保
ち、ラム（主軸）先端の位置に誤差が生じるのを防止す
る。 【０００８】 【発明の実施の形態】以下、本発明による主軸頭重心補
正装置の一実施形態について、添付の図面を参照しなが
ら説明する。 【０００９】図１は、本発明が適用されるＮＣ横中ぐり
盤を示す。参照符号１０は床面を示す。この床面１０に
はベッド１１が固定され、ベッド１１上には、案内面に
沿って紙面に垂直な方向に移動可能にコラムベース１２
が設置されている。コラム１４は、コラムベース１２に
固定されている。 【００１０】コラム１４の側面には主軸頭１６の上下移
動を案内する案内面（図示せず）が設けられ、主軸頭１
６は、この案内面に沿って上下に昇降自在にコラム１４
に取り付けられている。主軸頭１６の内部には、ラム１
８が水平方向に移動可能に組み込まれている。このラム
１８には、主軸ユニットが内蔵されている。この実施形
態では、主軸頭１６のラム案内面は、箱形のラム１８の
４面を案内するクローズドタイプの案内面が採用され、
これにより高剛性の主軸頭構造となっている。 【００１１】コラム１４の頂部には、カウンターウェイ
ト用のプーリ１９が設置され、このプーリーに巻かれた
ワイヤー２０の一端部が主軸頭１６に止着され、他端側
には図示しない主軸頭１６の重量に釣り合うカウンター
ウェイトが止着されている。 【００１２】この横中ぐり盤では、主軸頭１６の昇降送
りを２本のボールねじ２２ａ、２２ｂからなる第１のボ
ールねじ機構および第２のボールねじ機構と、それぞれ
を駆動する第１Ｙ軸サーボモータ２４ａ、第２Ｙ軸サー
ボモータ２４ｂによって行っている。ラム１８を繰り出
しは、ボールねじ機構２６をラム送り（Ｚ軸）サーボモ
ータ２８で駆動することにより行っている。なお、参照
符号２９は、主軸を回転駆動するモータである。この横
中ぐり盤では、ＮＣ装置により数値制御する上で、主軸
頭１６の移動を制御する軸がＹ軸で、ラム１８の繰り出
しを制御する軸がＺ軸である。 【００１３】このような主軸頭１６では、ラム１８が繰
り出されると、その位置によって主軸頭１６の重心位置
が変動し、主軸頭１６とともにラムの案内面が水平から
僅かに傾く。この案内面の傾きによって、ラム１８（主
軸）の先端の位置は、ラム１８の案内面が水平に維持さ
れていた場合に比べると上下方向に偏位することにな
る。そこで、図２に、このようなラムの偏位の補正を実
行する制御装置のブロック構成図を示す。 【００１４】図２において、３０は横中ぐり盤を数値制
御するＮＣ装置を示す。このＮＣ装置３０は、入力され
る指令データを解析して指令を演算する演算部３２を有
している。ＮＣ装置２０から出力された主軸頭移動指令
（Ｙ軸移動指令）、ラム移動指令（Ｚ軸移動指令）は、
それぞれサーボ制御部３１のＹ軸サーボアンプ３２ａ、
３２ｂと、Ｚ軸サーボアンプ３４に導入される。なお、
他の軸に属するサーボアンプおよび位置等をフィードバ
ック制御する制御ループについては、重心補正とは直接
関係がないので省略されている。 【００１５】ＮＣ装置３０から出力される主軸頭移動指
令は、それぞれＹ軸サーボアンプ３２ａ、３２ｂに入力
され、この主軸頭移動指令に基づいてＹ軸サーボアンプ
３２ａ、３２ｂは、主軸頭１６の上下方向の送りを駆動
するサーボモータ２４ａ、２４ｂのそれぞれに指令を与
えて制御する。同じように、ＮＣ装置３０から出力され
るラム移動指令は、Ｚ軸サーボアンプ３４に入力され、
このラム移動指令に基づいてＺ軸サーボアンプ３４は、
ラムの送りを駆動するラム送りサーボモータ２８に指令
してその回転を制御する。３６は、補正に必要な補正デ
ータテーブルが記憶された記憶装置である。 【００１６】次に、重心補正に必要な補正データテーブ
ルについて説明する。 【００１７】この補正データテーブルは、ラム１８の移
動量と、このラム１８の移動量におけるラム１８の上下
方向の偏位を補正する補正量とが一対一に関係づけられ
た補正データからなるものである。 【００１８】図３は、ラム１８が繰り出されたときのラ
ム１８の上下方向の偏位の測定を説明する図である。４
０は測定の基準に用いられる基準ブロックである。この
場合、一対のインジケータ４２ａ、４２ｂが用いられて
おり、インジケータ４２ａはラム１８の先端部に取り付
けられ、他方のインジケータ４２ｂは基準ブロック４２
に取り付けられている。図３に示すように、ラム１８が
所定の量Ｚ1だけ繰り出されると、ラム１８が移動した
分の重量だけ重心が変動してモーメントが主軸頭１６に
作用し、ラム１８は先端に向かって下に傾くことにな
る。このとき、基準ブロック４０の上面を水平な基準と
して鉛直上方をＹ軸の正の方向とすると、インジケータ
４２ａの位置ではＹ軸の負の方向に偏位し、インジケー
タ４２ｂの位置ではＹ軸正方向に変位していることにな
る。 【００１９】このラムの繰り出し量Ｚ1のときに、第１
のＹ軸サーボモータ２４ａ、第２のＹ軸サーボモータ２
４ｂを駆動し、それまで接触していたインジケータ４２
ａが基準ブロック４２の上面から離れる直前までの第１
Ｙ軸サーボモータ２４ａの回転角度に対応するパルス
数、インジケータ４２ｂがラム１８に接触する直前まで
の第２Ｙ軸サーボモータ２４ｂの回転角度に対応するパ
ルス数を計数すれば、ラム繰り出し量Ｚ1における補正
量を計測することができる。 【００２０】図４は、このようにして多数の異なる繰り
出し量Ｚについて補正量を測定した結果を示すグラフで
ある。図４のようなグラフから図２の補正データテーブ
ルとして用いられる補正データが作成され、任意のラム
１８の繰り出し量が与えられたときに、それぞれ第１Ｙ
軸サーボモータ２４ａに対する補正量Δｙ1、第２Ｙ軸
サーボモータ２４ｂに対する補正量Δｙ2が一対一に関
係付けられている。なお、主軸にアタッチメントが取り
付けられ場合には、そのアタッチメントを取り付けた状
態で新たな補正量を計測し、補正データテーブルを作成
しておく必要がある。 【００２１】次に、図２において、４４は、補正演算部
を示す。この補正演算部４４は、ラム移動指令を取り込
むとともに、前記補正データテーブルを記憶した記憶装
置３６からこのときのラム移動量に対応した補正量を読
み込み、この補正量を主軸頭移動指令に加減するように
なっている。 【００２２】すなわち、ラム１８の任意の繰り出し量が
ｚであれば、補正演算部４４は、ラム移動指令を取り込
むことで、繰り出し量ｚに対応する補正量Δｙ1、Δｙ
２を補正データテーブルから読み取り、第１Ｙ軸サーボ
アンプ３２ａに対する主軸頭移動指令に対しては補正量
Δｙ1を加算し、第２Ｙ軸サーボアンプ３２ｂに対する
主軸頭移動指令に対しては補正量Δｙ２を減算して補正
する。 【００２３】この結果、第１Ｙ軸サーボモータ２２ａ
は、補正前の主軸移動指令に比べてより多くボールネジ
２２ａを回転させて主軸頭１６を吊り上げるようにし、
第２Ｙ軸サーボモータ２２ｂは、補正前の主軸移動指令
に比べてより少なくボールネジ２２ｂを回転させて主軸
頭１６が下がるようにして、全体として主軸頭１６の姿
勢を水平に維持する。したがって、ラム１８の案内面は
水平に保たれるため、ラム（主軸）先端の位置に誤差が
生じるのを防止することができる。 【００２４】しかも、ＮＣ装置３０から与えられる指令
に補正量を増減することで、主軸頭を送るサーボモータ
２２ａ、２２ｂの回転量を異ならせることによって主軸
頭１６の重心の変動を補正しているので、従来の油圧式
に比べてはるかに応答性を高め、補正の精度を高めるこ
とが可能である。 【００２５】 【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、ラムの繰り出しに伴い重心位置が変動して
も、応答性が高く正確に主軸頭を水平に保ちラムの水平
移動の真直度を保つことができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明による主軸頭重心補正が適用される横中
ぐり盤の構成説明図。 【図２】本発明による主軸頭重心補正装置のブロック構
成図。 【図３】図１の横中ぐり盤において、補正データの測定
を説明する図。 【図４】主軸頭重心補正の基礎となる補正データテーブ
ルの例を示す図。 【符号の説明】 １０ 床面 １１ ベッド １２ コラムベース １４ コラム １６ 主軸頭 １８ ラム ２４ａ、２４ｂ Ｙ軸サーボモータ ２８ Ｚ軸サーボモータ ３０ ＮＣ装置 ４４ 補正演算部

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】コラムの案内に沿って上下に移動する主軸
   頭と、主軸ユニットを内蔵し前記主軸頭の案内に沿って
   水平方向に移動するラムと、第１のボールねじ送り機構
   および第２のボールねじ送り機構からなり前記主軸頭を
   上下に移動させる一対のボールねじ送り機構と、前記第
   １ボールねじ送り機構を駆動する第１のサーボモータ
   と、前記第２ボールねじ送り機構を駆動する第２のサー
   ボモータと、ＮＣ装置と、を有するＮＣ工作機械におい
   て、前記ラムの移動による前記主軸頭の重心変動に起因
   する当該ラムの上下方向の偏位を補正するための主軸頭
   重心補正装置であって、 前記ＮＣ装置から与えられる主軸頭移動指令に基づき前
   記第１サーボモータ、第２サーボモータを制御するＹ軸
   制御部と、 前記ＮＣ装置にそれぞれ設けられた、前記ラムの移動量
   と、当該ラムの移動量における当該ラムの上下方向の偏
   位を補正する補正量とが関係づけられた補正データを記
   憶する補正データ記憶手段と、 ＮＣ装置から与えられるラム移動指令を取り込むととも
   に、前記補正データ記憶手段から当該ラムの移動量に対
   応した補正量を読み込み、この補正量を前記主軸頭移動
   指令に加減して補正する補正手段と、からなることを特
   徴とする主軸頭重心補正装置。