JP2008168354A - Temperature distribution calculating method in operating ball screw and displacement correction method based on the method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、工具(機械工作に不可欠な器具)などの物品を搬送するための送り軸として機能している稼動中のボールネジにおいて、発熱に伴う温度分布に着目し、搬送の開始位置及び終了位置などの指令位置の補正を行うための方法を提供することに関するものである。 The present invention focuses on the temperature distribution associated with heat generation in a ball screw in operation that functions as a feed shaft for conveying an article such as a tool (an instrument indispensable for machining), and starts and ends positions of conveyance. The present invention relates to providing a method for correcting the command position.
ボールネジは、両端部においてボールベアリングによって支持された状態にて自転することによって、中途部位において螺合しているメネジを移動させることによって所定の物品を搬送している。 The ball screw rotates in a state where it is supported by ball bearings at both ends, thereby transferring a predetermined article by moving a female screw that is screwed at a midway portion.
このようなボールベアリングと一体をなした回転及びメネジとの螺合によって、稼動中のボールネジにおいては摩擦熱が発生し、稼動中であるが故に自転しているボールネジの各部位に伝達されている。 Due to the rotation integrated with the ball bearing and screwing with the female screw, frictional heat is generated in the ball screw in operation and is transmitted to each part of the ball screw that is rotating because it is in operation. .
しかも、前記各物品における温度は、メネジとの螺合によって発生する熱だけではなく、周囲の環境温度からも影響を受けている。 In addition, the temperature of each article is influenced not only by the heat generated by screwing with the female screw, but also by the ambient environmental temperature.
このように、ボールネジは、各部位の温度分布によって、全体の長さが影響を受け、更には、メネジを介した搬送開始位置及び終了位置などの指令位置も、前記温度分布によって変化している。 Thus, the overall length of the ball screw is affected by the temperature distribution of each part, and the command positions such as the transfer start position and end position via the female screw are also changed by the temperature distribution. .
しかるに、これまで、稼動中のボールネジにつき、所定時間の経過に対応して、各位置における温度分布を算定し、当該温度分布に基づいて前記指令位置の補正を行うような技術は、これまで提唱されていない。 However, until now, a technique for calculating the temperature distribution at each position for a ball screw in operation corresponding to the passage of a predetermined time and correcting the commanded position based on the temperature distribution has been proposed so far. It has not been.
大抵のボールネジは、予め引張応力(テンション)を加えることによって、元の長さよりも多少真っ直ぐに伸ばした状態となっており、これによって、一定の機械的変形が生じている。 Most ball screws are stretched slightly straighter than their original lengths by applying a tensile stress in advance, which causes a certain mechanical deformation.
そして、このような機械的変形との関係を考慮しながら、前記補正を行うような技術もまた、これまで提唱されていない。 And the technique which performs the said correction | amendment considering the relationship with such a mechanical deformation is not proposed until now.
因みに、特許文献1及び同2は、ボールネジの稼動に伴う発熱によって、指令位置の補正を行っているが、ボールネジの特定の位置における温度測定に終始しており、各位置の温度を算出したことによる温度分布に基づいて、前記補正を行っている訳ではない。
Incidentally, in
他方、特許文献3は、主軸の発熱変位量を補正する方法を提唱しているが、主軸における熱分布を算定している訳ではなく、主軸速度及び主軸モータ負荷を測定用のパラメータとして、熱変位量を算出しているに過ぎないが、このような方法をボールネジに適用したとしても、各部位について正確な熱分布を算出し、ひいては正確な補正を実現することができない。
本発明は、ボールネジにおいて、稼動段階の発熱に伴う各位置の温度分布を考慮したうえで、各作動時間において、指令位置を適切に補正する方法を提供することを課題としている。 An object of the present invention is to provide a method of appropriately correcting a command position in each operation time in consideration of a temperature distribution at each position accompanying heat generation in an operation stage in a ball screw.
前記課題を解決するため、本発明の基本構成は、下記の(1)、(2)、(3)からなる。
(1)送り軸として稼動しているボールネジのボールベアリングと結合している固定端並びに移動端、及び螺合しているメネジの位置における温度測定値を、所定の時間間隔(Δt)を単位とする経過時間毎にマイクロコンピュータに入力し、ボールネジの稼動前の初期温度(T0)、及び外気の温度(Tout)を既存の数値要件として設定し、前記時間間隔(Δt)を単位とする経過時間及び所定の単位区間幅(Δx)によって区分された各区分単位(固定端からi番目の区分単位)における温度(Ti,t)を、時間間隔毎に上昇する温度の程度と、メネジの移動に基づいて、ボールネジの長さ方向に沿って、各区分単位に流入する摩擦熱量、隣接している区分単位から流入してくる熱量、及び当該各位置からの外気への対流による放熱量とのバランスに基づく差分方程式によって各区分単位の熱分布をマイクロコンピュータによって算出することに基づく稼動中のボールネジにおける温度分布算定方法。
(2)送り軸として稼動しているボールネジのボールベアリングと結合している固定端並びに移動端、及び螺合しているメネジの位置における温度測定値を、所定の時間間隔(Δt)を単位とする経過時間毎にマイクロコンピュータに入力し、ボールネジの稼動前の初期温度(T0)、及び外気の温度(Tout)を既存の数値要件として設定し、前記時間間隔(Δt)を単位とする経過時間及び所定の単位区間幅(Δx)によって区分された各区分単位(固定端からi番目の区分単位)における温度(Ti,t)を、時間間隔毎に上昇する温度の程度と、メネジの移動に基づいて、ボールネジの長さ方向に沿って、各区分単位に流入する摩擦熱量、隣接している区分単位から流入してくる熱量、及び当該各位置からの外気への対流による放熱量、放射伝熱による放熱量とのバランスに基づく差分方程式によって各区分単位の熱分布をマイクロコンピュータによって算出することに基づく稼動中のボールネジにおける温度分布算定方法。
(3)ボールネジに対し、予め引張応力(テンション)が加えられていない場合において、前記(1)、(2)記載の各区分単位の温度分布に基づいて、ボールネジの各区分単位における長さの固定端からの距離の増加量(ΔL1i)を、下記の数式に立脚したうえで、マイクロコンピュータによって算出し、当該距離の増加量の分だけ指定された区分単位の固定端からの距離を小さくすることに基づく稼動中のボールネジにおける変位補正方法。
(1) A temperature measurement value at a fixed end and a moving end coupled to a ball bearing of a ball screw operating as a feed shaft, and a position of a threaded female screw, with a predetermined time interval (Δt) as a unit. Is input to the microcomputer at every elapsed time, the initial temperature (T 0 ) before the operation of the ball screw and the temperature (T out ) of the outside air are set as existing numerical requirements, and the time interval (Δt) is used as a unit. The temperature (T i, t ) in each division unit (i-th division unit from the fixed end) divided by the elapsed time and a predetermined unit interval width (Δx) The amount of frictional heat that flows into each section unit along the length of the ball screw, the amount of heat that flows from adjacent section units, and the amount of heat released by convection from each position to the outside air With A temperature distribution calculation method for a ball screw in operation based on calculating a heat distribution of each division unit by a microcomputer using a difference equation based on balance.
(2) A temperature measurement value at the position of the fixed end and the moving end connected to the ball bearing of the ball screw operating as the feed shaft and the screwed screw is expressed in units of a predetermined time interval (Δt). Is input to the microcomputer at every elapsed time, the initial temperature (T 0 ) before the operation of the ball screw and the temperature (T out ) of the outside air are set as existing numerical requirements, and the time interval (Δt) is used as a unit. The temperature (T i, t ) in each division unit (i-th division unit from the fixed end) divided by the elapsed time and a predetermined unit interval width (Δx) The amount of frictional heat that flows into each section unit along the length of the ball screw, the amount of heat that flows from the adjacent section units, and the amount of heat released by convection from each position to the outside air , Release A temperature distribution calculation method for a ball screw in operation based on calculating a heat distribution of each division unit by a microcomputer using a difference equation based on a balance with a heat radiation amount due to heat transfer.
(3) When no tensile stress (tension) is applied to the ball screw in advance, the length of the ball screw in each section unit is determined based on the temperature distribution of each section unit described in (1) and (2) above. The amount of increase in the distance from the fixed end (ΔL 1i ) is calculated by the microcomputer based on the following formula, and the distance from the fixed end of the specified division unit is reduced by the amount of the increase in the distance. Displacement correction method for a ball screw in operation based on
前記基本構成に基づき、本発明においては、稼動中のボールネジにおける温度分布を適性かつ速やかに算定したうえで、搬送の開始位置及び終了位置などの指令位置について、発熱を原因として、当該位置の固定端からの長さが増加したとしても、適切かつ速やかな補正を可能とし、ひいては、前記物の搬送に関する自動制御を的確に続行することができる。 Based on the basic configuration, in the present invention, the temperature distribution in the ball screw in operation is calculated appropriately and promptly, and the command position such as the transfer start position and end position is fixed due to heat generation. Even if the length from the end increases, it is possible to perform appropriate and prompt correction, and thus it is possible to accurately continue automatic control related to the conveyance of the object.
一般に、所定の物体において、発熱源が存在している場合の時間及び空間における温度変化は、時間と長さとの偏微分による熱伝導方程式によって表現されている。 In general, a temperature change in time and space when a heat source is present in a predetermined object is expressed by a heat conduction equation based on partial differentiation between time and length.
但し、当該偏微分方程式に代えて、当該物の空間を所定の単位長さ及び単位時間によって区分した差分方程式によって、所定の空間の温度変化を求めることは、熱伝導工学における常套手段である。 However, instead of the partial differential equation, it is a conventional means in heat conduction engineering to obtain a temperature change of a predetermined space by a differential equation obtained by dividing the space of the object by a predetermined unit length and unit time.
本発明は、そのような差分方程式による解法をボールネジ1の長さ方向に沿って適用することを基本的手法としている。
The basic method of the present invention is to apply such a differential equation solution along the length direction of the
所定の区分単位i(固定端11からi番目の区分単位)が所定の時間間隔(Δt)の間に上昇する温度は、当該温度の上昇に必要な熱量によって左右されるが、当該熱量は、概略、
メネジ2との摩擦を原因として、伝達される熱量
+隣接している区分単位(i−1及びi+1の区分単位)から流入してくる熱量
−外気に放散される熱量
によって算定することができる。
The temperature at which the predetermined division unit i (i-th division unit from the fixed end 11) rises during the predetermined time interval (Δt) depends on the amount of heat necessary for the increase in the temperature. Outline,
It can be calculated by the amount of heat transmitted due to friction with the
但し、外気に放散される熱量としては、外気への対流による放熱量と、外気への放射伝熱による放熱量とが存在するが、基本構成(1)においては、前者のみを算出の対象とし、後者については、寄与の度合いが少ないことから算出の対象としていない。 However, the amount of heat dissipated to the outside air includes the amount of heat released by convection to the outside air and the amount of heat released by radiant heat transfer to the outside air. However, in the basic configuration (1), only the former is subject to calculation. The latter is not subject to calculation because the degree of contribution is small.
ここで、ρをボールネジ1の密度(kg/m3)とし、cをボールネジ1の比熱(J/kgK)とし、Vを各区分単位の体積とした場合には、図1(a)、(b)に示すように、区分単位iが時刻tから時刻t+Δtの間に、温度Ti,tから温度Ti,t+Δtに上昇するのに必要な熱量は、
他方、R1を摩擦発熱面とボールネジ1との熱抵抗(K/W)とし、R2を摩擦発熱面とメネジ2との熱抵抗(K/W)とし、摩擦によって単位時間あたり発生する総熱量をQ(W)とし、このうち、ボールネジ1側に単位時間あたり伝達される熱量をQ1(W)とし、メネジ2側に単位時間あたり伝達される熱量をQ2(W)とし、摩擦面における温度をTBとし、メネジ2側の温度をTmnとした場合には、
摩擦面における温度TBを消去した場合には、
しかして、前記単位時間あたり生ずる摩擦熱量(Q)は、ボールネジメーカーが推奨している以下のような実測に基づく関係式によって得ることができる。
Q=0.12πnqf(n)
但し、
n:ボールネジ回転数(rpm)
f(n):ボールネジ回転数nを変数としてf(n)=cn+dという一次近似式であって、c、dは、実験によって得られる係数
q:実測によって得られる摩擦熱に関係する係数
メネジ2との摩擦によって区分単位iに単位時間毎に伝達される熱量は、前記のQ1である以上、結局、メネジ2との摩擦によって区分単位iに伝達される単位時間あたりの熱量としては、
Q1={0.12πnqf(n)+(Tmn−Ti,t)/R2}/(1+R1/R2)
を得ることができる。
Thus, the amount of frictional heat (Q) generated per unit time can be obtained by the following relational expression based on actual measurement recommended by the ball screw manufacturer.
Q = 0.12πnqf (n)
However,
n: Ball screw rotation speed (rpm)
f (n): a linear approximate expression of f (n) = cn + d with the ball screw rotation speed n as a variable, where c and d are coefficients obtained by experiment q: coefficient related to frictional heat obtained by measurement
Q 1 = {0.12πnqf (n) + (T mn −T i, t ) / R 2 } / (1 + R 1 / R 2 )
Can be obtained.
ADを区分単位の断面積(実際には、ボールネジの平均断面積:m2)とし、λをボールネジ1の熱伝導率(W/mK)とした場合には、区分単位iに対し、隣接する区分単位i−1及び同i+1から流入する熱量は、
A0を各区分単位iの表面積(m2)とし、hを区分単位表面から外気への熱伝達率(W/m2K)とした場合には、外気への対流によって得られる放熱量は、A0h(Ti,t−Tout)である。 When A 0 is the surface area (m 2 ) of each division unit i and h is the heat transfer coefficient (W / m 2 K) from the surface of the division unit to the outside air, the heat release obtained by convection to the outside air is , A 0 h (T i, t −T out ).
したがって、基本構成(1)の実施形態においては、下記の一般式を導出することができる。
このような放射伝熱による放射量は、発熱を原因として、ボールネジ1が比較的高温に至った段階(実際には、70℃以上となった場合)及びボールネジ1の表面積が大きい場合には無視できないので、前記基本構成(2)は、このような場合において有効である。
The amount of radiation due to such radiant heat transfer is ignored when the
したがって、前記基本構成(2)に基づいて、実際に採用される差分方程式は、εを区分単位の放射率とし、σをステファン・ボルツマン定数(約5.67×10-8W/m2K4)とした場合には、以下の差分方程式によって表現されることになる。
基本構成(1)に立脚している(a)の差分方程式及び基本構成(2)に立脚している(b)の差分方程式の解法は、何れも同一であるので、後者を順次解法するプロセスについて説明する。
Therefore, based on the basic configuration (2), the differential equation that is actually adopted is that epsilon is the emissivity of the division unit and σ is the Stefan-Boltzmann constant (about 5.67 × 10 −8 W / m 2 K 4 ). In this case, it is expressed by the following difference equation.
Since the difference equations of (a) based on the basic configuration (1) and the difference equations of (b) based on the basic configuration (2) are the same, the latter is sequentially solved. Will be described.
ボールネジ1が回転し始めた当初の段階(t=0)においては、
Ti,t=Ti-1,t=Ti+1=Tout
であり、時間間隔Δtを単位として、順次時間の経過に伴って、ボールネジ1の端部における温度T0,t,TN+1,t,及びTmnは、実測によって得ることができ、かつ前記(b)式の右辺第1項のQ1もまた、前記〔数4〕の式によって、時間間隔Δtを基準とする時間毎に算定することが既に可能となっている。
In the initial stage (t = 0) when the
T i, t = T i-1, t = T i + 1 = T out
With the time interval Δt as a unit, the temperatures T 0, t , T N + 1, t , and T mn at the end of the
具体的に説明するに、端部におけるT0,0=TN+1,0=Toutであるが、時間間隔Δtを経過した後のT0,Δt,TN+1,Δt,Tmnは、実測によって得られ、かつマイクロコンピュータに入力されていることから、端部T0,Δtとその隣であるT1,Δtについては、前記(b)式から、以下のような差分方程式が成立することになる。
前記(b)'式のうち、T0,2Δt及びT0,Δt、Tmnは何れも実測によって判明している以上、前記(b)'式から、T1,Δtを得ることが可能となる(尚、前記(b)'式において、(b)式のTi-1,tに対応する部分は、端部の外側であることから、Toutによって代置している。)。
Specifically, T 0,0 = T N + 1,0 = T out at the end, but T 0, Δt , T N + 1, Δt , T mn after the time interval Δt has elapsed. Is obtained by actual measurement and input to the microcomputer, and therefore, for the end T 0, Δt and its adjacent T 1, Δt , the following differential equation is obtained from the equation (b). It will be established.
Among the expressions (b) ′, T 0,2Δt and T 0, Δt , T mn are all found by actual measurement, so that T 1, Δt can be obtained from the expression (b) ′. (In the equation (b) ′, the portion corresponding to T i−1, t in the equation (b) is outside the end portion, and is replaced by T out ).
次の端部におけるT0,3Δt、T0,2Δtから、前記(b)'式と同様に、T1,2Δtを算定することが可能となる。 From T 0,3Δt and T 0,2Δt at the next end, T 1,2Δt can be calculated in the same manner as in the equation (b) ′.
同様に、単位時間間隔2Δt、3Δtが経過した段階におけるT0,2Δt、T0,3Δt及び各Tmnの実測値が判明していることから、前記(b)'式と同様に、T1,3Δtを算定することができる。 Similarly, since the measured values of T 0,2Δt , T 0,3Δt and each T mn at the stage when the unit time intervals 2Δt and 3Δt have elapsed are known , similarly to the equation (b) ′, T 1 , 3Δt can be calculated.
このように、T1,2Δt、T1,Δtが判明することによって、前記(b)'式に基づき、以下のようなT0,Δt、T1,2Δt、及びT2,Δtに関する下記の式が成立することになる。
前記(b)”式においては、T2,Δt以外は全て、既知の数値であることから、T2,Δtを算定することが可能となる。
Thus, by determining T 1,2Δt and T 1, Δt , the following T 0, Δt , T 1,2Δt , and T 2, Δt are expressed as follows based on the above equation (b) ′. The formula is established.
In the expression (b) ”, all except T 2, Δt are known numerical values, so that T 2, Δt can be calculated.
他方、前記(b)'式と同様に、T1,3Δtを算定することが可能となることから、前記(b)”式と同様にして、T2,2Δtもまた算定可能と相成る。 On the other hand, T 1,3Δt can be calculated in the same manner as in the equation (b) ′. Therefore , T 2,2Δt can also be calculated in the same manner as in the equation (b) ″.
前記(b)'、(b)”などによる区分単位iの温度Ti,tは、固定端11とメネジ2との間に位置している区分単位について、固定端11の経過時間毎の温度T0,tが既知の実測値であることを前提としているが、区分単位iがメネジ2と移動可能端12との間に位置している場合においても、移動可能端12における温度TN+1,tが既知の実測値であることを前提とした場合には、同様に、Ti,tを算定することが可能であることは、改めて説明するまでもなかろう。
The temperature T i, t of the division unit i according to the above (b) ′, (b) ″, etc. is the temperature for each elapsed time of the
このようにして、時間間隔Δtを単位とする時間の経過、及び単位区間幅Δxによる各位置につき、順次前記(b)式の差分方程式において、区分単位iについて、時間(t=s・Δx、但し、sは任意の正の整数)が経過した段階におけるTi,tを算出することが可能となる。 In this way, the time (t = s · Δx, for the division unit i in the difference equation of the above-mentioned formula (b) sequentially for each position by the time interval Δt and the unit interval width Δx. However, it is possible to calculate T i, t when s is an arbitrary positive integer).
このように、基本構成(1)及び(2)においては、ボールネジ1における偏微分方程式の解明という煩雑な方法に代えて、固定端11部又は移動可能端12部及びメネジ2における温度測定値を所定の時間間隔Δtを経過した時間毎にコンピュータに入力することによって、比較的簡単な差分方程式によって前記時間間隔Δtを単位とする経過時間について、任意の区分単位iにおける温度Ti,tを算定し得る点に技術的特徴を有している。
Thus, in the basic configurations (1) and (2), instead of the complicated method of elucidating the partial differential equation in the
前記基本構成(1)及び(2)に基づき、各区分単位iにおける温度Ti,tが算定された場合には、当初の温度T0との差ΔTi,t=Ti,t−T0 が当然算出され、従って、熱膨張係数をαとした場合には、固定端11からの距離の増加量(ΔL1i)は、以下のようにして算出することができる。
本発明においては、固定端11及び移動可能端12における温度を時間間隔Δtを単位とする経過毎に測定していることを前提としているが、当該測定は、固定端11及び移動可能端12のボールベアリングの固定部位の温度測定を行い、事前の実験によって得られた所定の補正係数を測定された実測値に乗ずることによって回転している固定端11及び移動可能端12の温度を算定している。
In the present invention, it is assumed that the temperature at the
基本構成(3)の変位の補正方法は、基本構成(1)及び(2)のように、各区分単位の温度分布を反映しているので、正確な距離の変位(ΔL1i)を算定しており、極めて正確かつ適切な補正が可能となる。 The displacement correction method of the basic configuration (3) reflects the temperature distribution of each division unit as in the basic configuration (1) and (2), so the accurate distance displacement (ΔL 1i ) is calculated. This enables extremely accurate and appropriate correction.
以下、実施例に従って説明する。 Hereinafter, it demonstrates according to an Example.
ボールネジ1は、殆ど大抵の場合、真っ直ぐな状態を維持するために、稼動前段階から引張応力(テンション)が加えられており、本来の長さよりも長い状態に設定されている。
In most cases, the
このような状況を反映して、通常の実施形態においては、ボールネジ1に対して加えられている引張応力(テンション)による長さ増加量(ΔL’)と、発熱による全体の長さ増加量(前記積分式において、x=Lとした場合のΔL1)とを対比し、前者の方が後者以上である場合には、発熱を原因とする長さの増加が生じないことに帰する以上、指令位置について格別の補正を行う必要がない。
Reflecting this situation, in a normal embodiment, the length increase amount (ΔL ′) due to the tensile stress applied to the
逆に、前者が後者を上回った場合には、工作機械の送り軸の指令位置を補正することになる。 On the contrary, when the former exceeds the latter, the command position of the feed axis of the machine tool is corrected.
実施例1においては、ボールネジ1に対し、予め引張応力(テンション)が加えられる場合において、請求項5の方法によって得られた発熱を原因とする全体の長さの増加量(区分単位の全数をNとした場合、請求項5の数式におけるΔL1N)と当該引張応力に基づく全体の長さの増加量(ΔL')とを対比し、前者が後者を上回った場合(ΔL1N>ΔL'の場合)に、下記の一般式に立脚して、固定端11からの距離の増加量(ΔL2i)をマイクロコンピュータによって算出し、指定された区分単位の固定端11からの距離を当該距離の増加量(ΔL2i)だけ小さくすることに基づく稼動中のボールネジ1における変位補正方法を採用している。
ΔL2i=ΔL1i−i・ΔL'/N
尚、前記長さの増加量(ΔL2)の右辺第2項のi・ΔL'/Nは、各位置の引張応力による長さの増加量が固定端11からの距離と全体の長さ(L)との比率(i/N)に概略比例するという経験側に由来している。
In Example 1, when a tensile stress (tension) is applied to the
ΔL 2i = ΔL 1i −i · ΔL ′ / N
Note that i · ΔL ′ / N in the second term on the right-hand side of the length increase amount (ΔL 2 ) is the distance from the fixed
ボールネジ1に対し、引張応力(テンション)が加えられた場合の補正方法は、前記方法のみに限定される訳ではなく、他の補正方法も存在する。
The correction method when a tensile stress (tension) is applied to the
即ち、実施例1においては、他の補正方法として、ボールネジ1に対し、予め引張応力(テンション)が加えられている場合、前記引張応力に対応する温度変化分(ΔT)を、当該引張応力に基づく全体の長さの増加量(ΔL')を熱膨張係数(α)と全体の長さ(L)とを掛け合わせた数量(αL)によって除することによって算出し(ΔT=ΔL'/(αL))、各区分単位における温度増加分(ΔTi=Ti,t−T0)と、前記引張応力に対応する温度変化分(ΔT)とを対比し、前者が後者よりも大きい(ΔTi>ΔT)か否かによって左右されている下記の一般式に即して、所定の区分単位における固定端11からの距離の増加量(ΔL2i)をマイクロコンピュータによって算出し、指定位置の固定端11からの距離を当該距離の増加量(ΔL2i)だけ小さくすることに基づく稼動中のボールネジ1における変位補正方法をも採用している。
上記補正方法は、発熱による全体の距離の増加量(ΔL1N)と引張応力による距離の増加量(ΔL’)とを対比している訳ではない以上、前者が後者よりも大きい場合についても、固定端11からの距離の増加量ΔL2iが算定される場合があるが、特に前者と後者との差が大きくない場合には、実際の補正に格別の支障が生じている訳ではない。
That is, in Example 1, as another correction method, when a tensile stress (tension) is applied to the
The above correction method does not compare the total distance increase due to heat generation (ΔL 1N ) and the distance increase due to tensile stress (ΔL ′), so that the former is larger than the latter. In some cases, the increase amount ΔL 2i of the distance from the fixed
このように、実施例1においては、予め引張応力(テンション)が加えられているボールネジ1において、極めて適切な補正指令を実行することが可能となる。
As described above, in the first embodiment, it is possible to execute a very appropriate correction command in the
実施例1のように、ボールネジ1に対し、引張応力(テンション)が加えられている場合において、ボールネジ1を固定端11を介して支持している機械装置が前記引張応力を原因として変形することによって、固定端11の位置が引っ張られている側の長さ方向に変位する場合がある。
When a tensile stress (tension) is applied to the
このような場合には、実施例1のように、単に引張応力(テンション)に基づく全体の長さの増加量(ΔL')との対比を考慮すると共に、変位量をaとした場合、図1において、ボールネジ1の位置が全体としてaだけ移動しているため、〔a/Δx〕だけ実際の位置が少ない状態となっていることから、iの位置を、実際にはi−〔a/Δx〕とするような補正を行うことを不可欠とする。
(但し、〔 〕は、所謂ガウス記号であって、〔a/Δx〕は、a/Δxによる数値のうちの整数部分を表しており、かつiは、〔a/Δx〕から、N+〔a/Δx〕の数値を選択することができる。)
In such a case, as in the first embodiment, when the amount of displacement is set to a while taking into account the comparison with the total length increase (ΔL ′) based on the tensile stress (tension), FIG. 1, since the position of the
(However, [] is a so-called Gaussian symbol, [a / Δx] represents the integer part of the numerical value by a / Δx, and i is expressed as N + [a / Δx] can be selected.)
即ち、実施例2においては、ボールネジ1に対し、予め引張応力(テンション)を加えることを原因として、固定端11の位置が引っ張られている側の長さ方向に変位量aだけ変位している場合において、発熱を原因とする全体の長さの増加量(請求項5の数式において、区分単位の総数をNとした場合の固定端11からの距離の増加量(ΔL1N)と引張応力に基づく全体の長さの増加量(ΔL')とを対比し、前者が後者を上回った場合(ΔL1N>ΔL'の場合)に、下記の一般式に立脚して、所定の区分単位の固定端からの距離の増加量(ΔL3i)をマイクロコンピュータによって算出し、指定位置の固定端11からの距離を当該距離の増加量(ΔL3i)だけ小さくすることに基づく稼動中のボールネジにおける変位補正方法を採用している。
即ち、実施例2においては、他の補正方法として、
ボールネジ1に対し、予め引張応力(テンション)が加えられることを原因として、固定端11の位置が長さ方向に変位量aだけ変位している場合において、前記引張応力に対応する温度変化分(ΔT)を、当該引張応力に基づく全体の長さの増加量(ΔL')を熱膨張係数(α)と全体の長さ(L)とを掛け合わせた数量(αL)によって除することによって算出し(ΔT=ΔL'/(αL))、各区分単位における温度増加分(ΔTi=Ti,t−T0)と、前記引張応力に対応する温度変化分(ΔT)とを対比し、前者が後者よりも大きい(ΔTi>ΔT)か否かによって左右されている下記の一般式に即して、所定の区分単位における固定端11からの距離の増加量(ΔL3i)をマイクロコンピュータによって算出し、指定位置の固定端11からの距離を当該距離の増加量(ΔL3i)だけ小さくすることに基づく稼動中のボールネジにおける変位補正方法を採用することもできる。
(但し、〔 〕は、所謂ガウス記号であって、〔a/Δx〕は、a/Δxによる数値のうちの整数部分を表しており、かつiは、〔a/Δx〕から、N+〔a/Δx〕の数値を選択することができる。
上記補正方法もまた、発熱による全体の距離の増加量(ΔL1N)が引張応力による距離の増加量(ΔL’)とを対比している訳ではない以上、前者が後者よりも大きい場合についても、固定端11からの距離の増加量ΔL2iが算定される場合があるが、特に前者と後者との差が大きくない場合には、実際の補正に格別の支障が生じている訳ではない。
That is, in the second embodiment, as another correction method,
When the position of the
(However, [] is a so-called Gaussian symbol, [a / Δx] represents the integer part of the numerical value by a / Δx, and i is expressed as N + [a / Δx] can be selected.
Also in the above correction method, the amount of increase in the total distance due to heat generation (ΔL 1N ) does not compare with the amount of increase in distance due to tensile stress (ΔL ′), so that the former is larger than the latter. In some cases, the increase amount ΔL 2i of the distance from the fixed
このように、実施例2においては、引張応力(テンション)を原因として、機械的変形が生じているメネジ2においても、極めて適切な補正指令を実行することが可能となる。
As described above, in the second embodiment, it is possible to execute a very appropriate correction command even for the
本発明は、ボールネジによって、物品の移動を行う各産業分野において利用することが可能である。 The present invention can be used in various industrial fields in which an article is moved by a ball screw.
1 ボールネジ
11 固定端
12 移動可能端
2 メネジ
1
Claims (9)
記
Ti,t:時刻tにおけるi番目の要素の温度(K)
Ti,t+Δt:時刻t+Δtにおけるi番目の要素の温度(K)
A0:区分単位の表面積(外気への放熱面積)(m2)
AD:区分単位の断面積(要素間の熱伝導面積)(m2)
λ:ボールネジの熱伝導率(W/mK)
ρ:ボールネジ密度(kg/m3)
c:ボールネジ比熱(J/kgK)
V:ボールネジ要素体積(m3)
h:区分単位表面から外気への熱伝達率(W/m2K)
Tmn:メネジ部の温度(K)
R1:摩擦発熱面とボールネジ要素間の熱抵抗(K/W)
R2:摩擦発熱面とメネジ間の熱抵抗(K/W)
Q1:メネジの移動により単位時間あたり生じる摩擦熱量のうち、ボールネジに伝達される熱量(W)であって、
Record
T i, t : temperature of the i-th element at time t (K)
T i, t + Δt : temperature of the i-th element at time t + Δt (K)
A 0 : Surface area of division unit (heat radiation area to outside air) (m 2 )
A D : sectional area of section unit (heat conduction area between elements) (m 2 )
λ: Thermal conductivity of ball screw (W / mK)
ρ: Ball screw density (kg / m 3 )
c: Ball screw specific heat (J / kgK)
V: Ball screw element volume (m 3 )
h: Heat transfer coefficient from the surface of the division unit to the outside air (W / m 2 K)
T mn : female screw temperature (K)
R 1 : Thermal resistance between the frictional heating surface and the ball screw element (K / W)
R 2 : Thermal resistance between the frictional heating surface and the female screw (K / W)
Q 1 : Of the amount of frictional heat generated per unit time by the movement of the female screw, the amount of heat (W) transmitted to the ball screw,
記
Ti,t:時刻tにおけるi番目の要素の温度(K)
Ti,t+Δt:時刻t+Δtにおけるi番目の要素の温度(K)
A0:区分単位の表面積(外気への放熱面積)(m2)
AD:区分単位の断面積(要素間の熱伝導面積)(m2)
λ:ボールネジの熱伝導率(W/mK)
ρ:ボールネジ密度(kg/m3)
c:ボールネジ比熱(J/kgK)
V:ボールネジ要素体積(m3)
h:区分単位表面から外気への熱伝達率(W/m2K)
ε:区分単位表面の放射率
σ:ステファン・ボルツマン定数(5.67×10-8W/m2K4)
Tmn:メネジ部の温度(K)
R1:摩擦発熱面とボールネジ要素間の熱抵抗(K/W)
R2:摩擦発熱面とメネジ間の熱抵抗(K/W)
Q1:メネジの移動により単位時間あたり生じる摩擦熱量のうち、ボールネジに伝達される熱量(W)であって、
Record
T i, t : temperature of the i-th element at time t (K)
T i, t + Δt : temperature of the i-th element at time t + Δt (K)
A 0 : Surface area of division unit (heat radiation area to outside air) (m 2 )
A D : sectional area of section unit (heat conduction area between elements) (m 2 )
λ: Thermal conductivity of ball screw (W / mK)
ρ: Ball screw density (kg / m 3 )
c: Ball screw specific heat (J / kgK)
V: Ball screw element volume (m 3 )
h: Heat transfer coefficient from the surface of the division unit to the outside air (W / m 2 K)
ε: Emissivity of section unit surface σ: Stefan-Boltzmann constant (5.67 × 10 -8 W / m 2 K 4 )
T mn : female screw temperature (K)
R 1 : Thermal resistance between the frictional heating surface and the ball screw element (K / W)
R 2 : Thermal resistance between the frictional heating surface and the female screw (K / W)
Q 1 : Of the amount of frictional heat generated per unit time by the movement of the female screw, the amount of heat (W) transmitted to the ball screw,
ΔL2i=ΔL1i−i・ΔL'/N When a tensile stress (tension) is applied to the ball screw in advance, the increase in the overall length caused by the heat generated by the method of claim 5 (when the total number of division units is N, claim) (ΔL 1N ) in Formula 5 and the increase in the overall length based on the tensile stress (ΔL ′) are compared, and when the former exceeds the latter (when ΔL 1N > ΔL ′), the following general Based on the formula, the amount of increase in the distance from the fixed end (ΔL 2i ) is calculated by the microcomputer, and the distance from the fixed end of the designated division unit is reduced by the amount of increase in the distance (ΔL 2i ). Displacement correction method for ball screw in operation based on
ΔL 2i = ΔL 1i −i · ΔL ′ / N
(但し、〔 〕は、所謂ガウス記号であって、〔a/Δx〕は、a/Δxによる数値のうちの整数部分を表しており、かつiは、〔a/Δx〕から、N+〔a/Δx〕の数値を選択することができる。) When the tensile force (tension) is applied to the ball screw in advance, when the position of the fixed end is displaced by the displacement amount a in the length direction on the pulled side, the entire cause caused by heat generation Amount of increase in length (In the formula of claim 5, when the total number of division units is N, the amount of increase in distance from the fixed end (ΔL 1N ) and the amount of increase in the total length based on tensile stress (ΔL ′ ), And when the former exceeds the latter (when ΔL 1N > ΔL ′), based on the following general formula, the amount of increase in the distance from the fixed end of the predetermined segment unit (ΔL 3i ) Is calculated by the microcomputer, and the displacement correction method for the ball screw in operation is based on reducing the distance from the fixed end of the designated position by the increase amount (ΔL 3i ) of the distance.
(However, [] is a so-called Gaussian symbol, [a / Δx] represents the integer part of the numerical value by a / Δx, and i is expressed as N + [a / Δx] can be selected.)
(但し、〔 〕は、所謂ガウス記号であって、〔a/Δx〕は、a/Δxによる数値のうちの整数部分を表しており、かつiは、〔a/Δx〕から、N+〔a/Δx〕の数値を選択することができる。) A temperature change corresponding to the tensile stress (ΔT) when the position of the fixed end is displaced by a displacement amount a in the length direction because a tensile stress (tension) is previously applied to the ball screw. Is calculated by dividing the increase in overall length (ΔL ′) based on the tensile stress by the quantity (αL) obtained by multiplying the thermal expansion coefficient (α) by the overall length (L) ( ΔT = ΔL ′ / (αL)), a temperature increase in each division unit (ΔT i = T i, t −T 0 ) and a temperature change corresponding to the tensile stress (ΔT) are compared. In accordance with the following general formula which depends on whether or not the latter is larger (ΔT i > ΔT), the microcomputer increases the amount of increase in distance from the fixed end (ΔL 3i ) by a microcomputer. , The distance from the fixed end of the specified position Increment ([Delta] L 3i) by a displacement correction method of the ball screw running based on reducing.
(However, [] is a so-called Gaussian symbol, [a / Δx] represents the integer part of the numerical value by a / Δx, and i is expressed as N + [a / Δx] can be selected.)
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