JP2005088126A

JP2005088126A - 回転主軸の変位補正方法

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Publication number: JP2005088126A
Application number: JP2003324685A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Takesawa; 澤泰則武; Masahiro Okuyama; 山政寛奥; Yoshihiro Asakura; 倉善啓朝; Seiichi Tomita; 田誠一冨
Original assignee: Matsuura Machinery Corp; Matsuura Kikai Seisakusho KK
Current assignee: Matsuura Machinery Corp; Matsuura Kikai Seisakusho KK
Priority date: 2003-09-17
Filing date: 2003-09-17
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2023-09-17
Also published as: JP4125657B2

Abstract

【課題】主軸の変位を入力温度による線形の一般式によって、相当正確に補正する構成を提供すること。
【解決手段】回転している主軸１の軸方向について、以下のような線型の式による各項目の変位を調整することに基づいて、先端の作動を行っている部位を正確に調整することを可能とする回転主軸の変位補正方法。
ΔＸ＝発熱部の発熱温度と無関係であって、回転自体によって生ずる変位に基づく項（ａ_０）
＋発熱部の温度変化を直接反映することによる熱変位の項
【数１】

＋発熱部の温度変化に対し時間遅れを伴い、かつ相当変容した状態にて間接的に反映することによる熱変位の項
【数２】

【選択図】図１

Description

本発明は、回転中の主軸において生ずる発熱に対応して主軸の先端における作動部位につき、必要な補正を行う方法に関するものである。

主軸が回転する場合には、ボールベアリングによる軸受部、及び駆動モータとの接続部等の発熱部における発熱によって、主軸が加熱され、当該加熱を原因として、主軸の先端における作動部の軸方向の位置がそれぞれ変化する。

上記位置の変化は、通常熱変位と称されており、従来当該熱変位を防止するために、主軸及びその周辺部をクーラーによって冷却することが行われているが、このような方法では熱変位を完全に消滅することはできない。

このような状況に鑑み、従来、発熱部又はその近傍にて温度測定を行い、測定された温度に基づいて予め設定した熱変位に関する数式によって熱変位量を算出し、当該算出値に基づいて主軸の先端にしている作動部の位置を補正することが行われている。

本来、主軸の変位は、決して発熱部及びその近傍の温度変化のみに対応して変化する訳ではない。

このような状況を反映して、従来技術による方法では、発熱部又はその近傍の位置の測定温度を入力温度として、所定の数式によって熱変位を算出しているが、如何に複雑な数式を採用したところで、前記数式に基づいて演算を行うコンピュータに対する入力温度が発熱部又はその近傍の位置の温度に限定されている以上、熱変位を正確に算出することは、困難である。

他方、主軸の回転速度に応じて、先端における作動部の変位を算出し、当該変位に基づいて、先端の作動部の位置を補正する方法も提唱されている。

確かに主軸の回転数と主軸自体における発熱温度とは相関関係を有しているが、先端の作動部の変位を直接支配するのは、回転数ではなく、主軸に対する全体の加熱温度であることを考慮するならば、前記回転数を基準とする補正方法もまた、精度において不十分である。

特開２００２−８６３２９号公報特開平９−１０８９９２号公報特開平５−１１６０５３号公報特開平８−１４１８８３号公報特開２００２−１６０１４２号公報特開２００２−３６０６８号公報

本発明が解決しようとする課題は、主軸全体における温度状況を可能な限り正確に反映させた状態にて、変位を算出し、先端部における作動部の位置の補正を実現することを課題とするものである。

前記課題を解決するため、本発明の基本構成は、主軸が回転する段階における主軸外の発熱部の位置、又はその近傍であって、当該発熱部と概略同様の温度変化を感知し得る位置の何れか、又は全てに、単数又は複数の温度センサを設置すると共に、前記発熱部から所定の距離を隔てることによって、当該発熱部の温度変化に対し、所定の時間遅れを伴い、かつ変容した温度変化の状態にて感知し得るような位置に、単数又は複数個の温度センサを設置し、前記発熱部の位置又はその近傍の位置における温度センサによる入力温度（Ｔ_ｉ）、及び前記発熱部から所定の距離を隔てている位置における温度センサによる入力温度（Ｔ_ｉ’）に対応する軸方向の推定変位（ΔＸ）を下記の線形による数式によって設定し、前記数式における定数（ａ_０）、及び各係数（ａ_ｉ、ａ_ｉ’）を事前の各温度センサによる入力温度（Ｔ_ｉ、Ｔ_ｉ’）の組み合わせに対応した実際の軸方向の変位（ΔＸ）の測定値に基づいて算出し、かつコンピュータのメモリに記録させておき、回転時に順次変化する温度センサによる入力温度（Ｔ_ｉ、Ｔ_ｉ’）に対応して、順次軸方向の変位（ΔＸ）を下記数式に基づいて所定の時間経過毎に、コンピュータによって算出し、当該変位量（ΔＸ）だけ、主軸が作動する先端における軸方向の位置を調整することに基づく回転主軸の変位補正方法からなる。
記

（但し、ａ_０については、主軸が回転している時間だけ算出し、残りの項は、主軸の回転が終了した後においても、Ｔ_ｉ、Ｔ_ｉ’がそれぞれ測定し得る期間算出することによって、前記ΔＸの補正を算出するものとし、ｎは、発熱部の位置、又はその近傍であって、当該発熱部と概略同様の温度変化を感知し得る位置に設けた温度センサによる入力温度（Ｔ_ｉ）の数を示し、ｍは、前記発熱部から所定の距離を隔てることによって、当該発熱部の温度変化に対し、所定の時間遅れを伴い、かつ変容した温度変化の状態にて感知し得る位置に設けた温度センサによる入力温度（Ｔ_ｉ’）の数を示す。）

本発明においては、熱変位以外の回転自体に伴う変位、ベアリング支持部、又は駆動モータとの接続部等の発熱部における温度変化を直接反映する熱変位、及び当該発熱部から所定の距離を隔てることによって、当該発熱部の温度変化と異なる温度変化を反映している熱変位をそれぞれ加味することによって、比較的簡単な線形の数式に基づいて、相当正確に熱変位に基づく主軸の作動部の位置の補正を行うことができる。

前記解決手段の項からも明らかなように、本発明は、以下のような各項目の変位に基づいて、主軸の軸方向の位置の調整を行っている。
記
ΔＸ＝発熱部の発熱温度と無関係な項＋発熱部の温度変化を直接反映する項＋発熱部の
温度変化に対し時間遅れを伴い、かつ相当変容した状態にて間接的に反映する項
……（１）’

前記（１）'式の意義について説明する。

図３に示すように、主軸１は、少なくとも２ヶ所のベアリングを介した支持部、及び後端の１ヶ所の駆動モータ３との接続部等において発熱が生じており、当該発熱を原因として、主軸１の先端における作動部の熱変位が生ずる。

しかしながら、主軸１における前記熱変位は、決して発熱部の温度変化のみによって直接規律される訳ではない。

実際に、主軸１を回転した場合の先端の作動部の変位は、図１（ａ）に示すように、回転開始（ｔ＝０の時刻）と共に、一度パルス的に後退する方向の変位が生じ、回転終了の段階（ｔ＝ｔ_０の時刻）に、逆にパルス的に前進する方向の変位が生じている（尚、図１（ａ）では、後退する方向を＋方向とし、前進する方向を−方向に設定しているが、主軸１の先端の位置を補正する場合には、主軸１の後退が生じた場合には、先端の位置を前進させるので、後退する方向をプラスとしていることから、前記のような設定を行っている。）。

他方、前記のような各パルス的な変位とは別に、主軸１が回転開始と共に順次伸長することによって前進する方向に変位し、回転開始後所定の時間にて当該変位状態は概略一定となり、回転終了後において発熱部位の温度が速やかに下降するにも拘らず、主軸１を縮小する方向における変位状態は、図１（ａ）に示すように、発熱部の温度低下よりも時間遅れを伴って、相当緩慢に縮小することによって後退している。

上記のように、回転開始及び回転終了時においてパルス的な変化が生じているのは、主軸１の回転の有無によって段階的な変化が生じているものと考えられ、主軸１の変位としては、図１（ｂ）のラインＡ_０に示すように、回転自体を原因として、当初後退する方向に変位し、回転終了後元の位置に戻るような変位と、図１（ｂ）のＢのラインに示すように、発熱を原因として回転開始後順次伸長によって前進し、所定時間を経過後、略一定となり、回転終了後順次縮小によって後退するような変位との２つの要因に区分することが可能である。

そして前記（１）式において、第１項の補正係数ａ_０は、ラインＡ_０に示すような回転自体に基づく変位（但し、主軸が回転し得る時期のみに限定される。）に由来しており、その余の第２項及び第３項は、ラインＢに示すような発熱による変位（但し、主軸の回転が終了した後においてもしている。）に由来している。

発熱部の温度は、回転終了後速やかに低下（減衰）するにも拘らず、主軸１の変位の縮小、即ち低下の度合いが緩慢であるのは、主軸１における温度が、単に発熱部位の温度変化と同じように変化するのではなく、その周辺部と同じように、発熱部の温度変化よりも遅れ、しかも当該温度変化を変容した状態にて変化する要因を有していることを示している。

前記（１）式における第２項の

は、（１）’式の第２項に対応しており、ベアリングを介した支持部、駆動モータ３との接続部等の発熱部、又はその近傍であって、発熱部の温度変化を直接反映している項を示している。

これに対し、前記（１）式における第３項の

は、前記（１）’式の第３項に対応し、発熱部の温度変化が時間遅れを伴い、かつ相当変容した状態にて間接的に反映している要因を表わす項に該当する。

前記（１）式において、第２項の発熱部の温度変化を直接反映している測定温度（Ｔ_ｉ）の部分、及び第３項の発熱部の温度変化を時間遅れを伴って間接的に反映している測定温度（Ｔ_ｉ’）の部分は、それぞれ図１（ｃ）に示すように、ラインＢを分解したラインＡ_１、及びＡ_２によって表現することができる。

前記第２項における入力温度（Ｔ_ｉ）の数（ｎ）及び第３項における入力温度（Ｔ_ｉ’）の数（ｍ）は、必ずしも複数であることを要件としている訳ではない。

その根拠は、第２項において１ヶ所の発熱部の温度変化は、他の発熱部と概略同じような変化が生じており、第３項の発熱部に対し所定の時間遅れを伴って温度変化が間接的に反映する要因もまた、概ね同じような変化が生ずることから、それぞれ１ヶ所の温度入力を以って、略近似的に主軸１の熱変位を反映するような入力温度を設定できることに由来している。

しかしながら、各発熱部の温度変化は、正確には決して同一ではなく、また各発熱部の温度変化に基づいて、第３項のように所定の時間遅れを伴って間接的に変容した温度変化が反映する要因も様々であることから、第２項の測定温度（Ｔ_ｉ）は、発熱部の各位置に対応して複数個設けることが好ましく、第３項の測定温度（Ｔ_ｉ’）もまた、当該発熱部から所定の距離を以って置かれた色々な位置に基づいて、複数個採用することが好ましい。

特に、発熱部から所定の距離を隔てている位置における温度センサ３を、対応する各発熱部毎のグループに区分けし、当該グループ内においてそれぞれ複数の温度センサ３を設置し、かつ各グループ内における温度センサ３の測定温度を平均したうえで、入力温度（Ｔ_ｉ’）とすることによる実施形態は、各発熱部の温度変化に対応して、第３項の時間遅れを伴い、かつ相当変容した状態の温度変化を総合的に反映し得る点において、極めて好ましい。

本発明においては、前記（１）式の線形近似を採用しているが、定数（ａ_０）、及び各係数（ａ_ｉ、ａ_ｉ’）は、事前の実験、即ち、入力温度（Ｔ_ｉ、Ｔｉ’）につき、前記定数（ａ_０）、及び各係数（ａ_ｉ、ａ_ｉ’）の数に相当する複数個の組み合わせを設定し、当該複数個の組み合わせに対応して、実際に生じた変位（ΔＸ）を測定することによって、前記（１）式に当該測定値を投入し、定数（ａ_０）、及び各係数（ａ_ｉ、ａ_ｉ’）について、線形の連立方程式を設定し、前記定数及び各係数を算出することになる。

測定温度（Ｔ_ｉ、Ｔ_ｉ’）の数が増えることによって、前記定数及び各係数の数が増加しても、実際の算出は、コンピュータによるマトリックス演算によって速やかに実現することができる。

実際の補正においては、所定の時間間隔毎の入力温度（Ｔ_ｉ、Ｔ_ｉ’）に対しコンピュータによって前記（１）式の計算を行い、当該計算に基づいて変位の補正を行うことになる。

但し、定数ａ_０は、主軸の回転自体に由来していることから、主軸が回転している期間においてのみ算出され、他の項目

は、主軸の回転が終了した後においても、各温度Ｔ_ｉ、Ｔ_ｉ’が測定し得る期間も算出されることになる。

実際の主軸１の回転操作においては、発熱が生ずるのは、前記のように、ベアリングを介して主軸１を支えている２ヶ所の支持部、及び駆動モータ３とを接続している１ヶ所の接続部であることから、測定温度は、Ｔ_１、Ｔ_２、Ｔ_３の３個で済むことが多い。

これに対し、発熱部から所定の距離を隔て、温度変化を間接的に反映している測定温度（Ｔ_ｉ’）については、３ヶ所の発熱部の内、駆動モータ３との接続部は、主軸１の先端から遠いため、これを省略し、２ヶ所のベアリングを介した支持部の周辺におけるに発熱温度を間接的に反映している状態の測定温度にて間に合うことが多いことから、当該２ヶ所の支持部から所定の距離を以って隔てた位置における測定温度（Ｔ_１’及びＴ_２’）を採用することによって、相当正確に熱変位を表現することができ、前記（１）式は、

と表現することが可能である。

したがって、本発明においては、合計５個の温度要因であるＴ_１、Ｔ_２、Ｔ_３、Ｔ_１’、Ｔ_２’、Ｔ_３’によって予め実験によって求めた定数（ａ_０）、及び各係数（ａ_１、ａ_２、ａ_３、ａ_１’、ａ_２’）を採用することによって、回転自体による変位と熱変位とによる変位を算出し、当該変位の補正を行うことによって、簡略性と正確性とを両立させることができる。

但し、前記の温度変化を間接的に反映している入力温度（Ｔ_１’、Ｔ_２’）については、２ヶ所の発熱部にグループ分けしたうえで、各発熱部のグループ毎に、複数個の温度センサ３を設置し、かつ各発熱部に対応する複数個の温度センサ３による測定温度を平均したうえで、各発熱部の温度変化を間接的に反映している入力温度（Ｔ_１’、Ｔ_２’）として採用する実施形態は、正確な熱変位の補正を行うために極めて好ましいことは、既に述べたとおりである。

かくして、熱変位に対応する補正は、前記（１）式の第２項及び第３項に基づき、図１（ｄ）において、ラインＢ’に示すような時間変化を以って表現することが可能であり、このような熱変位に対応する補正に加えて、ラインＡ_０’に示すような、前記（１）式の第１項である回転自体に基づく変位に対応する補正を重畳したことによる補正は、図１（ｅ）に示すようなラインによって表現することができる。

このように、前記（１）’に示すような３個の要因を重畳したことに基づく変位の計算によって、主軸１の変位を相当正確に補正することが可能となる。

以下実施例に従って説明する。

実施例１は、発熱部の温度変化を殆ど感知せずに、主軸１の周囲における環境温度の変化を感知する単数又は複数の位置に温度センサ３を設置し、当該温度センサ３による入力温度（Ｔｉ”）をも加味したことによる推定変位（ΔＸ）を下記の線形式によって設定し、前記数式における定数（ａ_０）、及び各係数（ａ_ｉ、ａ_ｉ’、ａ_ｉ”）を事前の各温度センサ３による入力温度（Ｔ_ｉ、Ｔ_ｉ’、Ｔ_ｉ”）の組み合わせに対応した実際の軸方向の変位（ΔＸ）の測定値に基づいて算出し、かつコンピュータのメモリに記録させておき、回転時に順次変化する温度センサ３による入力温度（Ｔ_ｉ、Ｔ_ｉ’、Ｔ_ｉ”）に対応して、順次軸方向の変位（ΔＸ）を下記数式に基づいて所定の時間経過毎に、コンピュータによって算出し、当該変位量（ΔＸ）だけ、主軸１が作動する先端の位置を調整することを特徴としている。
記

（但し、ａ_０については、主軸が回転している時間だけ算出し、残りの項は、主軸の回転が終了した後においても、Ｔ_ｉ、Ｔ_ｉ’がそれぞれ測定し得る期間算出することによって、前記ΔＸの補正を算出するものとし、ｎ、ｍは、請求項１と同趣旨であり、ｌは、環境温度を感知する位置に設置した温度センサ３による入力温度（Ｔ_ｉ”）の数を示す。）

実際の主軸１の変位においては、発熱部による温度変位だけでなく、当該発熱温度とは無関係の環境温度によっても左右されることから、実施例１においては、前記（１）”式を採用している。

発熱温度を殆ど感知せずに、主軸１の温度に影響する環境温度としては、主軸１を下方から支えているベース部２の各温度、更には部屋の室温等が該当している。

実施例１においては、これらの環境温度について単数又は複数の測定温度を採用し、前記（１）”式の第４項として更に加えているが、前記（１）”式の定数（ａ_０）、及び各係数（ａ_ｉ、ａ_ｉ’、ａ_ｉ”）の算出方法は、前記（１）式の定数及び各係数の算出方法と全く同様である。

前記（１）”式を採用している実施例１においては、発熱温度とは別に環境温度をも変位に反映させ、更に正確な軸方向の位置の補正を実現することができる。

実施例２は、主軸１が回転する段階における主軸１外の発熱部の位置、又はその近傍であって、当該発熱部と概略同様の温度変化を感知し得る位置の何れか、又は全てに、単数又は複数の温度センサ３を設置すると共に、前記発熱部から所定の距離を隔てることによって、当該発熱部の温度変化に対し、所定の時間遅れを伴い、かつ変容した温度変化の状態にて感知し得るような位置に、単数又は複数個の温度センサ３を設置し、前記発熱部の位置又はその近傍の位置における温度センサ３による入力温度（Ｔ_ｉ）、及び前記発熱部から所定の距離を隔てている位置における温度センサ３による入力温度（Ｔ_ｉ’）に対応する軸方向と直交する方向の推定変位（ΔＹ）を下記の線形による数式によって設定し、前記数式における定数（ｂ_０）、及び各係数（ｂ_ｉ、ｂ_ｉ’）を事前の各温度センサ３による入力温度（Ｔ_ｉ、Ｔ_ｉ’）の組み合わせに対応した実際の軸方向と直交する方向の変位（ΔＹ）の測定値に基づいて算出し、かつコンピュータのメモリに記録させておき、回転時によって順次変化する温度センサ３による入力温度（Ｔ_ｉ、Ｔ_ｉ’）に対応して、順次軸方向と直交する方向の変位（ΔＹ）を下記数式に基づいて所定の時間経過毎に、コンピュータによって算出し、当該変位量（ΔＹ）だけ、主軸１が作動する先端における軸方向と直交する方向の位置を調整することを軸方向の変位の補正に重畳することを特徴としている。
記

（但し、ｂ_０については、主軸が回転している時間だけ算出し、残りの項は、主軸の回転が終了した後においても、Ｔ_ｉ、Ｔ_ｉ’がそれぞれ測定し得る期間算出することによって、前記ΔＹの補正を算出するものとし、ｎは、発熱部の位置、又はその近傍であって、当該発熱部と概略同様の温度変化を感知し得る位置に設けた温度センサ３による入力温度（Ｔ_ｉ）の数を示し、ｍは、前記発熱部から所定の距離を隔てることによって、当該発熱部の温度変化に対し、所定の時間遅れを伴い、かつ変容した温度変化の状態にて感知し得る位置に設けた温度センサ３による入力温度（Ｔ_ｉ’）の数を示す。）

図１のような変位は、単に軸方向だけでなく、ベース部２の支持に基づく主軸１の軸方向と直交する方向の変位を反映している。

即ち、軸方向と直交する方向についても、
ΔＹ＝発熱部の発熱温度と無関係な項＋発熱部の温度変化を直接反映する項＋発熱部の
温度変化に対し時間遅れを伴い、かつ相当変容した状態に間接的にて反映する項
の各要因のように、変位が生じていることから、前記（２）式のような一般式によって熱変位を算定し、当該算定値に基づく高さ方向の補正を行うことになる。

前記（２）式の定数（ｂ_０）、及び各係数（ｂ_ｉ、ｂ_ｉ’）の算出方法は、前記（１）式の定数及び各乗数の算出方法と全く同一である。

前記（２）式に立脚している実施例２の場合には、軸方向の変位に加え、軸方向と直交する方向の変位をも補正することが可能となり、主軸１による工具４の作動位置を極めて正確な位置に設定することができる。

尚、前記（２）式においても、前記（１）”式と同じように、発熱温度と無関係な環境温度を加味した式を設定し、環境温度による変化を反映させることは、当然可能である。

実施例３は、主軸１が回転する段階における主軸１外の発熱部の位置、又はその近傍であって、当該発熱部と概略同様の温度変化を感知し得る位置の何れか、又は全てに、単数又は複数の温度センサ３を設置すると共に、前記発熱部から所定の距離を隔てることによって、当該発熱部の温度変化に対し、所定の時間遅れを伴い、かつ変容した温度変化の状態にて感知し得るような位置に、単数又は複数個の温度センサ３を設置し、前記発熱部の位置又はその近傍の位置における温度センサ３による入力温度（Ｔ_ｉ）、及び前記発熱部から所定の距離を隔てている位置における温度センサ３による入力温度（Ｔ_ｉ’）に対応する高さ方向の推定変位（ΔＺ）を下記の線形による数式によって設定し、前記数式における定数（ｃ_０）、及び各係数（ｃ_ｉ、ｃ_ｉ’）を事前の各温度センサ３による入力温度（Ｔ_ｉ、Ｔ_ｉ’）の組み合わせに対応した実際の高さ方向の変位（ΔＺ）の測定値に基づいて算出し、かつコンピュータのメモリに記録させておき、回転時によって順次変化する温度センサ３による入力温度（Ｔ_ｉ、Ｔ_ｉ’）に対応して、順次高さ方向の変位（ΔＺ）を下記数式に基づいて所定の時間経過毎に、コンピュータによって算出し、当該変位量（ΔＺ）だけ、主軸１が作動する先端における高さ方向の位置を調整することを軸方向の変位の補正に重畳することを特徴としている。
記

（但し、ｃ_０については、主軸が回転している時間だけ算出し、残りの項は、主軸の回転が終了した後においても、Ｔ_ｉ、Ｔ_ｉ’がそれぞれ測定し得る期間算出することによって、前記ΔＺの補正を算出するものとし、ｎは、発熱部の位置、又はその近傍であって、当該発熱部と概略同様の温度変化を感知し得る位置に設けた温度センサ３による入力温度（Ｔ_ｉ）の数を示し、ｍは、前記発熱部から所定の距離を隔てることによって、当該発熱部の温度変化に対し、所定の時間遅れを伴い、かつ変容した温度変化の状態にて感知し得る位置に設けた温度センサ３による入力温度（Ｔ_ｉ’）の数を示す。）

図１のような変位は、単に軸方向だけでなく、ベース部２の支持に基づく主軸１の高さ方向の変位を反映している。

即ち、高さ方向についても、
ΔＺ＝発熱部の発熱温度と無関係な項＋発熱部の温度変化を直接反映する項＋発熱部の
温度変化に対し時間遅れを伴い、かつ相当変容した状態に間接的にて反映する項
の各要因のように、変位が生じていることから、前記（３）式のような一般式によって熱変位を算定し、当該算定値に基づく高さ方向の補正を行うことになる。

前記（３）式の定数（ｃ_０）、及び各係数（ｃ_ｉ、ｃ_ｉ’）の算出方法は、前記（１）式の定数及び各乗数の算出方法と全く同一である。

前記（３）式に立脚している実施例３の場合には、軸方向の変位に加え、高さ方向の変位をも補正することが可能となり、主軸１による工具４の作動位置を極めて正確な位置に設定することができる。

尚、前記（３）式においても、前記（１）”式と同じように、発熱温度と無関係な環境温度を加味した式を設定し、環境温度による変化を反映させることは、当然可能である。

実施例４は、回転主軸の軸方向の変位に加え、回転主軸の先端に装着した工具４の軸方向の刃先の変位（ΔＸ’）を回転速度（ω）、最も前側に位置している発熱部の位置、又はその近傍であって、当該発熱部と概略同様の温度変化を感知し得る位置に設けた温度センサ３による入力温度（Ｔ）に基づいて下記の式を設定し、定数（ｃ）、及び係数（ｋ）については、事前の前記各温度センサ３による入力温度（Ｔ）に対する実際の刃先の変位（ΔＸ’）の測定値に基づいて算出したうえで、コンピュータメモリに記録し、回転時には順次変化する前記回転速度（ω）、及び前記発熱部による入力温度（Ｔ）に対応して、工具４の刃先の変位（ΔＸ’）を下記数式に基づいて所定の時間経過毎に、コンピュータによって算出し、当該変位分（ΔＸ’）だけ、主軸１の位置を更に調整することを特徴としている。
記

主軸１が回転している場合に、先端における主軸１のテーパ部は、温度上昇及び回転に伴う遠心力によって膨張が生じており、当該膨張を原因として、主軸１のテーパ部が工具４に食込んだ状態となり、当該食込みによって工具４の位置は軸方向に更に変位することにならざるを得ない。

実施例４は、このような主軸１のテーパ部の膨張→工具４への食込み→工具４の刃先の変位による因果関係を考慮し、上記刃先の変位を補正するために、前記（４）式による変位式に基づく数式を設定したうえで、当該数式に基づく補正を行っている。

前記（４）式において、第１項の定数（ｃ）は、回転自体に伴う刃先の変位に対応しており、第２項は、図２に示すように、前記第１項の変位以外の変位による寄与部分が、回転速度（ω）及び主軸１の先端部に最も近い発熱部（通常の場合には、前側のベアリングを介したベース部２）の温度に概略比例していることに由来している。

前記（４）式の定数（ｃ）及び係数（ｋ）の算出方法は、前記（１）式の定数（ａ_０）、係数（ａ_ｉ、ａ_ｉ’）の算出方法と全く同様である。

但し、前記（４）式は、前記（１）式に重畳した状態にて、工具４の変位を呈することから、上記定数（ｃ）及び係数（ｋ）を算出するための事前の実験の際には、前記（１）式の定数（ａ_０）、係数（ａ_ｉ、ａ_ｉ’）を予め、既知の数値として確定していることが効率的な実験を行ううえで好ましい。

回転速度（ω）は、回転開始から終了に至るまで略一定であるが、その大きさによって前記温度（Ｔ）の大きさ及び変化の状況が左右されることを考慮するならば、前記（３）式は回転速度（ω）の複雑な関数によって表現されているものと解することも可能である。

前記（３）式に立脚している実施例３においては、単に主軸１の軸方向の変位だけでなく、工具４の刃先の変位をも重畳して補正すること、即ち前記（１）式と（３）式とを加えることによる補正が可能となり、軸方向において工具４の刃先位置を更に一層正確に設定することが可能となる。

本発明は、先端に工具を保持している主軸の回転に基づく工作機械の分野において主軸先端の正確な変位補正に利用することができる。

本発明の基本構成を示すグラフであり、（ａ）は、回転している主軸の先端部における軸方向の変位状況を示しており、（ｂ）は、上記変位において回転部自体に基づく変位と熱変位とに分解した状況を示しており、（ｃ）は、熱変位の内、発熱部の温度変化を直接反映した項、及び発熱部の温度変化を時間遅れを伴い、かつ変容した状態にて間接的に反映する項とに分解される状況を示しており、（ｄ）は、（ｂ）の各変位に対応した補正量を示しており、（ｅ）は、前記（１）式による補正の状況を示している。実施例２において、工具の刃先が、前記（３）式によって支配されることを示したグラフである。先端に工具を有している主軸と当該主軸を支えているベース部、駆動モータ等の配置関係を示す側面図である。

符号の説明

１主軸
２ベース部
３駆動モータ
４工具
５温度センサ
６オイル供給部

Claims

主軸が回転する段階における主軸外の発熱部の位置、又はその近傍であって、当該発熱部と概略同様の温度変化を感知し得る位置の何れか、又は全てに、単数又は複数の温度センサを設置すると共に、前記発熱部から所定の距離を隔てることによって、当該発熱部の温度変化に対し、所定の時間遅れを伴い、かつ変容した温度変化の状態にて感知し得るような位置に、単数又は複数個の温度センサを設置し、前記発熱部の位置又はその近傍の位置における温度センサによる入力温度（Ｔ_ｉ）、及び前記発熱部から所定の距離を隔てている位置における温度センサによる入力温度（Ｔ_ｉ’）に対応する軸方向の推定変位（ΔＸ）を下記の線形による数式によって設定し、前記数式における定数（ａ_０）、及び各係数（ａ_ｉ、ａ_ｉ’）を事前の各温度センサによる入力温度（Ｔ_ｉ、Ｔ_ｉ’）の組み合わせに対応した実際の軸方向の変位（ΔＸ）の測定値に基づいて算出し、かつコンピュータのメモリに記録させておき、回転時に順次変化する温度センサによる入力温度（Ｔ_ｉ、Ｔ_ｉ’）に対応して、順次軸方向の変位（ΔＸ）を下記数式に基づいて所定の時間経過毎に、コンピュータによって算出し、当該変位量（ΔＸ）だけ、主軸が作動する先端における軸方向の位置を調整することに基づく回転主軸の変位補正方法。
記

（但し、ａ_０については、主軸が回転している時間だけ算出し、残りの項は、主軸の回転が終了した後においても、Ｔ_ｉ、Ｔ_ｉ’がそれぞれ測定し得る期間算出することによって、前記ΔＸの補正を算出するものとし、ｎは、発熱部の位置、又はその近傍であって、当該発熱部と概略同様の温度変化を感知し得る位置に設けた温度センサによる入力温度（Ｔ_ｉ）の数を示し、ｍは、前記発熱部から所定の距離を隔てることによって、当該発熱部の温度変化に対し、所定の時間遅れを伴い、かつ変容した温度変化の状態にて感知し得る位置に設けた温度センサによる入力温度（Ｔ_ｉ’）の数を示す。）
発熱部から所定の距離を隔てている位置における温度センサを、対応する各発熱部毎のグループに区分けし、当該グループ内においてそれぞれ複数の温度センサを設置し、かつ各グループ内における温度センサの測定温度を平均したうえで、入力温度（Ｔ_ｉ’）とすることを特徴とする請求項１記載の回転主軸の変位補正方法。
主軸が２個のベアリングを介した支持部を有し、かつ後端部における１個の駆動モーターとの接続部を有している構成において、３ヶ所の発熱部の位置又はその近傍の位置に温度センサを設置し、２個のベアリング支持部の位置からそれぞれ所定の距離を隔てた単数又は複数の位置に温度センサを設けることを特徴とする請求項１記載の回転主軸の変位補正方法。
発熱部の温度変化を殆ど感知せずに、主軸の周囲における環境温度の変化を感知する単数又は複数の位置に温度センサを設置し、当該温度センサによる入力温度（Ｔｉ”）をも加味したことによる推定変位（ΔＸ）を下記の線形式によって設定し、前記数式における定数（ａ_０）、及び各係数（ａ_ｉ、ａ_ｉ’、ａ_ｉ”）を事前の各温度センサによる入力温度（Ｔ_ｉ、Ｔ_ｉ’、Ｔ_ｉ”）の組み合わせに対応した実際の軸方向の変位（ΔＸ）の測定値に基づいて算出し、かつコンピュータのメモリに記録させておき、回転時に順次変化する温度センサによる入力温度（Ｔ_ｉ、Ｔ_ｉ’、Ｔ_ｉ”）に対応して、順次軸方向の変位（ΔＸ）を下記数式に基づいて所定の時間経過毎に、コンピュータによって算出し、当該変位量（ΔＸ）だけ、主軸が作動する先端の位置を調整することに基づく請求項１記載の回転主軸の変位補正方法。
記

（但し、ａ_０については、主軸が回転している時間だけ算出し、残りの項は、主軸の回転が終了した後においても、Ｔ_ｉ、Ｔ_ｉ’がそれぞれ測定し得る期間算出することによって、前記ΔＸの補正を算出するものとし、ｎ、ｍは、請求項１と同趣旨であり、ｌは、環境温度を感知する位置に設置した温度センサによる入力温度（Ｔ_ｉ”）の数を示す。）
主軸が回転する段階における主軸外の発熱部の位置、又はその近傍であって、当該発熱部と概略同様の温度変化を感知し得る位置の何れか、又は全てに、単数又は複数の温度センサを設置すると共に、前記発熱部から所定の距離を隔てることによって、当該発熱部の温度変化に対し、所定の時間遅れを伴い、かつ変容した温度変化の状態にて感知し得るような位置に、単数又は複数個の温度センサを設置し、前記発熱部の位置又はその近傍の位置における温度センサによる入力温度（Ｔ_ｉ）、及び前記発熱部から所定の距離を隔てている位置における温度センサによる入力温度（Ｔ_ｉ’）に対応する軸方向と直交する方向の推定変位（ΔＹ）を下記の線形による数式によって設定し、前記数式における定数（ｂ_０）、及び各係数（ｂ_ｉ、ｂ_ｉ’）を事前の各温度センサによる入力温度（Ｔ_ｉ、Ｔ_ｉ’）の組み合わせに対応した実際の軸方向と直交する方向の変位（ΔＹ）の測定値に基づいて算出し、かつコンピュータのメモリに記録させておき、回転時によって順次変化する温度センサによる入力温度（Ｔ_ｉ、Ｔ_ｉ’）に対応して、順次軸方向と直交する方向の変位（ΔＹ）を下記数式に基づいて所定の時間経過毎に、コンピュータによって算出し、当該変位量（ΔＹ）だけ、主軸が作動する先端における軸方向と直交する方向の位置を調整することを軸方向の変位の補正に重畳することを特徴とする請求項１記載の回転主軸の変位補正方法。
記

（但し、ｂ_０については、主軸が回転している時間だけ算出し、残りの項は、主軸の回転が終了した後においても、Ｔ_ｉ、Ｔ_ｉ’がそれぞれ測定し得る期間算出することによって、前記ΔＹの補正を算出するものとし、ｎは、発熱部の位置、又はその近傍であって、当該発熱部と概略同様の温度変化を感知し得る位置に設けた温度センサによる入力温度（Ｔ_ｉ）の数を示し、ｍは、前記発熱部から所定の距離を隔てることによって、当該発熱部の温度変化に対し、所定の時間遅れを伴い、かつ変容した温度変化の状態にて感知し得る位置に設けた温度センサによる入力温度（Ｔ_ｉ’）の数を示す。）
主軸が回転する段階における主軸外の発熱部の位置、又はその近傍であって、当該発熱部と概略同様の温度変化を感知し得る位置の何れか、又は全てに、単数又は複数の温度センサを設置すると共に、前記発熱部から所定の距離を隔てることによって、当該発熱部の温度変化に対し、所定の時間遅れを伴い、かつ変容した温度変化の状態にて感知し得るような位置に、単数又は複数個の温度センサを設置し、前記発熱部の位置又はその近傍の位置における温度センサによる入力温度（Ｔ_ｉ）、及び前記発熱部から所定の距離を隔てている位置における温度センサによる入力温度（Ｔ_ｉ’）に対応する高さ方向の推定変位（ΔＺ）を下記の線形による数式によって設定し、前記数式における定数（ｃ_０）、及び各係数（ｃ_ｉ、ｃ_ｉ’）を事前の各温度センサによる入力温度（Ｔ_ｉ、Ｔ_ｉ’）の組み合わせに対応した実際の高さ方向の変位（ΔＺ）の測定値に基づいて算出し、かつコンピュータのメモリに記録させておき、回転時によって順次変化する温度センサによる入力温度（Ｔ_ｉ、Ｔ_ｉ’）に対応して、順次高さ方向の変位（ΔＺ）を下記数式に基づいて所定の時間経過毎に、コンピュータによって算出し、当該変位量（ΔＺ）だけ、主軸が作動する先端における高さ方向の位置を調整することを軸方向の変位の補正に重畳することを特徴とする請求項１記載の回転主軸の変位補正方法。
記

（但し、ｃ_０については、主軸が回転している時間だけ算出し、残りの項は、主軸の回転が終了した後においても、Ｔ_ｉ、Ｔ_ｉ’がそれぞれ測定し得る期間算出することによって、前記ΔＺの補正を算出するものとし、ｎは、発熱部の位置、又はその近傍であって、当該発熱部と概略同様の温度変化を感知し得る位置に設けた温度センサによる入力温度（Ｔ_ｉ）の数を示し、ｍは、前記発熱部から所定の距離を隔てることによって、当該発熱部の温度変化に対し、所定の時間遅れを伴い、かつ変容した温度変化の状態にて感知し得る位置に設けた温度センサによる入力温度（Ｔ_ｉ’）の数を示す。）
回転主軸の軸方向の変位に加え、回転主軸の先端に装着した工具の軸方向の刃先の変位（ΔＸ’）を回転速度（ω）、最も前側に位置している発熱部の位置、又はその近傍であって、当該発熱部と概略同様の温度変化を感知し得る位置に設けた温度センサによる入力温度（Ｔ）に基づいて下記の式を設定し、定数（ｃ）、及び係数（ｋ）については、事前の前記各温度センサによる入力温度（Ｔ）に対する実際の刃先の変位（ΔＸ’）の測定値に基づいて算出したうえで、コンピュータメモリに記録し、回転時には順次変化する前記回転速度（ω）、及び前記発熱部による入力温度（Ｔ）に対応して、工具の刃先の変位（ΔＸ’）を下記数式に基づいて所定の時間経過毎に、コンピュータによって算出し、当該変位分（ΔＸ’）だけ、主軸の位置を更に調整することを特徴とする請求項１記載の回転主軸の変位補正方法。
記