JP2012240138A - Method and device for correcting thermal displacement of machine tool - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、工作機械における熱変位補正方法および熱変位補正装置に関する。 The present invention relates to a thermal displacement correction method and a thermal displacement correction apparatus for a machine tool.
工作機械は、制御装置により各駆動軸を位置制御することにより工作物の加工を行っている。この工作機械において、工具による加工やモータの回転等の内的要因による発熱および設置環境の室温変動等の外的要因による熱伝達により、構造体が熱変形することがある。構造体の熱変形は、加工位置に影響を及ぼすため、加工精度の低下を招来するおそれがある。 A machine tool processes a workpiece by controlling the position of each drive shaft by a control device. In this machine tool, the structure may be thermally deformed due to heat generation due to internal factors such as machining by tools and rotation of the motor, and heat transfer due to external factors such as room temperature fluctuations in the installation environment. Since the thermal deformation of the structure affects the processing position, the processing accuracy may be reduced.
そこで、例えば、特許文献1には、工作機械のコラムが熱変形したときのコラムに支持されている主軸の傾きを測定する装置が開示されている。この装置は、コラムに上端が取付けられ、下端に錘が取付けられて鉛直方向に垂下された紐と、該紐に取り付けられてコラムの被計測部までの距離を計測する距離センサとを備えている。そして、距離センサにより計測したコラムの被計測部までの距離に基づいて、コラムの熱変形による主軸の傾きを測定する。この装置は、水準測定原理によりコラムの熱変形による主軸の傾きを測定しているため、該測定後に行う熱変位補正を高精度に行うことができる。 Therefore, for example, Patent Document 1 discloses an apparatus for measuring the inclination of a main shaft supported by a column when the column of a machine tool is thermally deformed. This device includes a string having an upper end attached to the column and a weight attached to the lower end and hanging vertically, and a distance sensor attached to the string and measuring the distance to the measured portion of the column. Yes. Then, the inclination of the spindle due to the thermal deformation of the column is measured based on the distance to the measured portion of the column measured by the distance sensor. Since this apparatus measures the inclination of the main shaft due to the thermal deformation of the column based on the level measurement principle, the thermal displacement correction performed after the measurement can be performed with high accuracy.
一般的に、工作機械のベッド(基台)は、上下方向の熱容量の違いにより温度勾配が発生し易く、ベッドの上面と下面との熱膨張量の違いによりベッド全体が変形する。すなわち、ベッドは、スライド等が載置されている上面は肉厚に、下面は薄肉に設けられている。このため、ベッドの温度上昇時には、上面よりも下面の方が早く温度が上がるので、下面の膨張量が上面の膨張量よりも大きくなってベッドは凹状に反り返る。そして、その後に下面と上面の温度が一定になると下面の膨張量と上面の膨張量が等しくなるので、ベッドは水平状態に戻る。一方、ベッドの温度下降時には、上面よりも下面の方が早く温度が下がるので、下面の膨張量が上面の膨張量よりも小さくなってベッドは凸状に盛り上がる。そして、その後に下面と上面の温度が一定になると下面の膨張量と上面の膨張量が等しくなるので、ベッドは水平状態に戻る。このベッドの熱変形によって、ベッド上に載置されている工作物が傾くため、この傾きを測定する必要がある。ところが、上述の特許文献1に記載の装置では、鉛直方向に延在するコラムには適用可能であるが、水平方向に延在するベッドには適用困難である。水準器をベッドの計測基準面に直接取付けてベッドの熱変形による工作物の傾きを測定する装置が考えられるが、水準器自体が熱変形して測定誤差が生じるおそれがある。よって、該測定後に行う熱変位補正の精度が低下するという問題がある。 In general, a bed (base) of a machine tool tends to generate a temperature gradient due to a difference in heat capacity in the vertical direction, and the entire bed is deformed due to a difference in thermal expansion between the upper surface and the lower surface of the bed. That is, the bed is provided with a thick upper surface on which a slide or the like is placed, and a thin lower surface. For this reason, when the temperature of the bed rises, the temperature of the lower surface rises faster than the upper surface, so that the expansion amount of the lower surface becomes larger than the expansion amount of the upper surface, and the bed warps in a concave shape. Then, when the temperature of the lower surface and the upper surface becomes constant thereafter, the expansion amount of the lower surface becomes equal to the expansion amount of the upper surface, so that the bed returns to the horizontal state. On the other hand, when the temperature of the bed decreases, the temperature of the lower surface lowers faster than the upper surface, so that the expansion amount of the lower surface becomes smaller than the expansion amount of the upper surface, and the bed rises in a convex shape. Then, when the temperature of the lower surface and the upper surface becomes constant thereafter, the expansion amount of the lower surface becomes equal to the expansion amount of the upper surface, so that the bed returns to the horizontal state. The workpiece placed on the bed tilts due to the thermal deformation of the bed, and it is necessary to measure the tilt. However, the apparatus described in Patent Document 1 described above can be applied to a column extending in the vertical direction, but is difficult to apply to a bed extending in the horizontal direction. A device that directly attaches the level to the measurement reference plane of the bed and measures the tilt of the workpiece due to thermal deformation of the bed is conceivable, but the level itself may be thermally deformed to cause measurement errors. Therefore, there is a problem that the accuracy of the thermal displacement correction performed after the measurement is lowered.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、工作機械の基台が熱変形しても高精度に熱変位補正が可能な工作機械の熱変位補正方法および熱変位補正装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a thermal displacement correction method and a thermal displacement correction apparatus for a machine tool that can correct thermal displacement with high accuracy even if the base of the machine tool is thermally deformed. The purpose is to provide.
(工作機械の熱変位補正方法)
(請求項1)本発明の工作機械の熱変位補正方法は、工作機械の基台に対して相対移動可能な移動体と、前記基台または前記移動体に支持された水平軸線と交差する回転軸線回りに回転する回転体と、を備える工作機械の熱変位補正方法において、前記回転体に内蔵された水準器の水準測定方向が、熱変位補正を行う方向に一致する状態の第1角度における前記鉛直軸線に対する前記水準器の測定角度として第1水準測定値を取得する第1水準測定値取得工程と、前記回転体を前記第1角度から180度回転させた位置に割出す第2角度割出工程と、前記水準器により前記第2角度における前記鉛直軸線に対する前記水準器の測定角度として第2水準測定値を取得する第2水準測定値取得工程と、前記第1および第2水準測定値に基づいて、前記鉛直軸線に対する前記回転体の回転軸線の傾斜角度を求める傾斜角度演算工程と、前記傾斜角度に基づいて、NCプログラムによる前記工作機械の前記移動体の指令位置に対する補正値を求める補正値演算工程と、前記補正値により前記指令位置を補正する補正工程と、を備える。
(Machine tool thermal displacement compensation method)
(Claim 1) A thermal displacement correction method for a machine tool according to the present invention includes a movable body that can move relative to a base of the machine tool, and a rotation that intersects the base or the horizontal axis supported by the movable body. In a thermal displacement correction method for a machine tool comprising a rotating body that rotates about an axis, a level measurement direction of a level built in the rotating body is at a first angle in a state that coincides with a direction in which thermal displacement correction is performed. A first level measurement value acquiring step of acquiring a first level measurement value as a measurement angle of the level with respect to the vertical axis, and a second angle index for indexing the rotary body to a position rotated 180 degrees from the first angle. A second level measurement value acquisition step of acquiring a second level measurement value as a measurement angle of the level with respect to the vertical axis at the second angle by the level, and the first and second level measurement values On the basis of the, An inclination angle calculation step for obtaining an inclination angle of the rotation axis of the rotating body with respect to the vertical axis, and a correction value calculation step for obtaining a correction value for the command position of the moving body of the machine tool based on the NC angle based on the inclination angle And a correction step of correcting the command position with the correction value.
(請求項2)前記工作機械の熱変位補正方法は、前記水準器の水準測定方向が、熱変位補正を行う方向と一致していない場合には、前記熱変位補正を行う方向としての前記第1角度に前記回転体を割出す第1角度割出工程、を備え、前記第1水準測定値取得工程は、前記第1角度割出工程にて割出された前記第1角度における前記鉛直軸線に対する前記水準器の測定角度として第1水準測定値を取得するとよい。 (Claim 2) In the thermal displacement correction method for the machine tool, when the level measurement direction of the level does not coincide with the direction for performing thermal displacement correction, the thermal displacement correction method as the direction for performing the thermal displacement correction. A first angle indexing step of indexing the rotating body to one angle, wherein the first level measurement value acquiring step includes the vertical axis at the first angle indexed in the first angle indexing step. The first level measurement value may be obtained as the measurement angle of the level relative to.
(請求項3)また、前記回転体は、前記鉛直軸線方向の回転軸を有するとよい。 (Claim 3) The rotating body may have a rotation axis in the vertical axis direction.
(請求項4)また、前記水準器は、前記回転体の回転中心に内蔵されているとよい。 (Claim 4) Moreover, the said level is good to be incorporated in the rotation center of the said rotary body.
(請求項5)また、前記移動体を加工位置に移動させる加工位置移動工程、を備え、前記第1水準測定値取得手段は、前記移動体が前記加工位置において前記第1角度に割出された後に、前記第1水準測定値が取得される。 (Claim 5) Further, a machining position moving step of moving the movable body to a machining position is provided, and the first level measurement value acquisition means is configured such that the movable body is indexed to the first angle at the machining position. After that, the first level measurement is obtained.
(工作機械の熱変位補正装置)
(請求項6)本発明の工作機械の熱変位補正装置は、工作機械の基台に対して相対移動可能な移動体と、前記基台または前記移動体に支持された水平軸線と交差する回転軸線回りに回転する回転体と、を備える工作機械の熱変位補正装置において、前記回転体に内蔵された水準器と、前記水準器の水準測定方向が、熱変位補正を行う方向に一致する状態の第1角度から180度回転した第2角度に割出し制御し、前記水準器の水準測定方向が、熱変位補正を行う方向と一致していない場合には、前記熱変位補正を行う方向としての前記第1角度に前記回転体を割出し制御し、割出した前記第1角度から180度回転した前記第2角度に割出し制御する割出制御手段と、前記第1および第2角度における前記鉛直軸線に対する前記水準器の測定角度として第1および第2水準測定値を前記水準器により取得する水準測定値取得手段と、該水準測定値取得手段により取得される前記第1および第2水準測定値に基づいて、前記鉛直軸線に対する前記回転体の回転軸線の傾斜角度を求める傾斜角度演算手段と、該傾斜角度演算手段により演算される前記傾斜角度に基づいて、NCプログラムによる前記工作機械の前記移動体の指令位置に対する補正値を求める補正値演算手段と、該補正値演算手段により演算される前記補正値に基づいて前記指令位置を補正する補正手段と、を備える。
(Machine tool thermal displacement compensation device)
(Claim 6) The thermal displacement correction device for a machine tool according to the present invention comprises a movable body that can move relative to the base of the machine tool, and a rotation that intersects the base or the horizontal axis supported by the movable body. In a thermal displacement correction apparatus for a machine tool comprising a rotating body that rotates about an axis, a level built in the rotating body, and a level measurement direction of the level coincides with a direction in which thermal displacement correction is performed If the level measurement direction of the level is not coincident with the direction for performing the thermal displacement correction, the direction for performing the thermal displacement correction is determined. Indexing control means for indexing control of the rotating body to the first angle and indexing control to the second angle rotated 180 degrees from the indexed first angle, and at the first and second angles Measurement of the spirit level with respect to the vertical axis Level measurement value acquisition means for acquiring first and second level measurement values by the level as degrees, and the vertical axis line based on the first and second level measurement values acquired by the level measurement value acquisition means An inclination angle calculating means for obtaining an inclination angle of the rotation axis of the rotating body with respect to the above, and a correction value for the command position of the moving body of the machine tool by the NC program based on the inclination angle calculated by the inclination angle calculating means And a correction means for correcting the command position based on the correction value calculated by the correction value calculation means.
(請求項1)本発明によると、第1および第2水準測定値取得工程において、基台に支持された回転体に内蔵された水準器から、第1角度および該第1角度から180度回転した第2角度における鉛直軸線に対する水準器の測定角度として第1および第2水準測定値を取得するようにしている。これにより、傾斜角度演算工程において、第1および第2水準測定値に基づいて、水準器の熱変形をキャンセルした鉛直軸線に対する回転体の回転軸線の傾斜角度を求めることができる。よって、基台が熱変形しても高精度に熱変位補正が可能となる。 (Claim 1) According to the present invention, in the first and second level measurement value acquisition steps, the first angle and the first angle rotate 180 degrees from the level built in the rotating body supported by the base. The first and second level measurement values are acquired as the measurement angle of the level with respect to the vertical axis at the second angle. Thereby, in the inclination angle calculation step, the inclination angle of the rotation axis of the rotating body with respect to the vertical axis that cancels the thermal deformation of the level can be obtained based on the first and second level measurement values. Therefore, even if the base is thermally deformed, the thermal displacement can be corrected with high accuracy.
(請求項2)水準器は、一方向のみにしか水準測定ができないため、水準器の水準測定方向が、熱変位補正を行う方向と一致していない場合には、熱変位補正を行う方向としての第1角度に回転体を割出すようにしている。これにより、熱変位補正を正確に行うことが可能となる。 (Claim 2) Since the level can be measured only in one direction, if the level measurement direction of the level does not coincide with the direction in which the thermal displacement correction is performed, the level is determined as the direction in which the thermal displacement correction is performed. The rotating body is indexed at the first angle. This makes it possible to accurately correct the thermal displacement.
(請求項3)水準器は、回転体の計測面(上面)が水平であるか否かを測定する機器であるため、特に、鉛直軸線に対する回転体の回転軸線の傾斜角度を高精度に測定することができ、高精度な熱変位補正が可能となる。鉛直軸線方向の回転軸を有する回転体として、例えば横型マシニングセンタのターンテーブルや縦型旋盤の主軸に適用可能である。 (Claim 3) Since the level is a device for measuring whether or not the measurement surface (upper surface) of the rotating body is horizontal, in particular, the inclination angle of the rotating axis of the rotating body with respect to the vertical axis is measured with high accuracy. Therefore, highly accurate thermal displacement correction is possible. As a rotating body having a rotation axis in the vertical axis direction, it can be applied to, for example, a turntable of a horizontal machining center or a main spindle of a vertical lathe.
(請求項4)回転体の回転中心に水準器を内蔵することにより、回転体の熱変形の影響を受け難くなり、回転体の回転軸線の傾斜角度を高精度に測定することが可能となる。 (Claim 4) By incorporating a spirit level at the center of rotation of the rotating body, it becomes difficult to be affected by thermal deformation of the rotating body, and the tilt angle of the rotation axis of the rotating body can be measured with high accuracy. .
(請求項5)基台が熱変形により傾くため、移動体の移動位置によって回転体の回転軸線の傾斜角度は異なる。よって、実際の加工位置に移動体を移動させて回転体の回転軸線の傾斜角度を測定することにより、高精度な加工が可能となる。 (Claim 5) Since the base tilts due to thermal deformation, the tilt angle of the rotation axis of the rotating body varies depending on the moving position of the moving body. Therefore, by moving the moving body to the actual processing position and measuring the tilt angle of the rotation axis of the rotating body, it is possible to perform highly accurate processing.
(請求項6)本発明の工作機械の熱変位補正装置によれば、上述した工作機械の熱変位補正方法における効果と同様の効果を奏する。 (Claim 6) According to the thermal displacement correction apparatus for a machine tool of the present invention, the same effects as those in the above-described thermal displacement correction method for a machine tool can be obtained.
(1.工作機械の機械構成)
工作機械1の一例として、横型マシニングセンタを例に挙げ、図1および図2を参照して説明する。つまり、当該工作機械は駆動軸として、相互に直交する3つの直進軸(X,Y,Z軸)および鉛直軸線方向の回転軸(B軸)を有する工作機械である。
図1および図2に示すように、工作機械1は、ベッド(本発明の「基台」に相当する)10と、コラム20(本発明の「移動体」に相当する)と、サドル30(本発明の「移動体」に相当する)と、回転主軸40と、テーブル(本発明の「移動体」に相当する)50と、ターンテーブル(本発明の「回転体」に相当する)60と、水準器70と、制御装置80と、熱変位補正装置90とから構成される。
(1. Machine configuration of machine tool)
As an example of the machine tool 1, a horizontal machining center will be described as an example and will be described with reference to FIGS. In other words, the machine tool is a machine tool having three rectilinear axes (X, Y, Z axes) orthogonal to each other and a rotation axis (B axis) in the vertical axis direction as drive axes.
As shown in FIGS. 1 and 2, the machine tool 1 includes a bed (corresponding to a “base” of the present invention) 10, a column 20 (corresponding to a “moving body” of the present invention), and a saddle 30 ( A rotary
ベッド10は、ほぼ矩形状からなり、床上に配置される。ただし、ベッド10の形状は矩形状に限定されるものではない。このベッド10の上面には、コラム20が摺動可能な一対のX軸ガイドレール11a,11bが、X軸方向(水平方向)に延びるように、且つ、相互に平行に形成されている。さらに、ベッド10には、一対のX軸ガイドレール11a,11bの間に、コラム20をX軸方向に駆動するための、図略のX軸ボールねじが配置され、このX軸ボールねじを回転駆動するX軸モータ11cが配置されている。
The
さらに、ベッド10の上面には、テーブル50が摺動可能な一対のZ軸ガイドレール12a,12bがX軸方向と直交するZ軸方向(水平方向)に延びるように、且つ、相互に平行に形成されている。さらに、ベッド10には、一対のZ軸ガイドレール12a,12bの間に、テーブル50をZ軸方向に駆動するための、図略のZ軸ボールねじが配置され、このZ軸ボールねじを回転駆動するZ軸モータ12cが配置されている。
Further, on the upper surface of the
コラム20の底面には、一対のX軸ガイド溝21a,21bがX軸方向に延びるように、且つ、相互に平行に形成されている。コラム20は、ベッド10に対してX軸方向に移動可能なように、一対のX軸ガイド溝21a,21bが一対のX軸ガイドレール11a,11b上にボールガイド22a,22bを介して嵌め込まれ、コラム20の底面がベッド10の上面に密接されている。
A pair of
さらに、コラム20のX軸に平行な側面(摺動面)20aには、サドル30が摺動可能な一対のY軸ガイドレール23a,23bがY軸方向(鉛直方向)に延びるように、且つ、相互に平行に形成されている。さらに、コラム20には、一対のY軸ガイドレール23a,23bの間に、サドル30をY軸方向に駆動するための、図略のY軸ボールねじが配置され、このY軸ボールねじを回転駆動するY軸モータ23cが配置されている。
Further, on a side surface (sliding surface) 20a parallel to the X axis of the
コラム20の摺動面20aに対向するサドル30の側面30aには、一対のY軸ガイド溝31a,31bがY軸方向に延びるように、且つ、相互に平行に形成されている。サドル30は、コラム20に対してY軸方向に移動可能なように、一対のY軸ガイド溝31a,31bが一対のY軸ガイドレール23a,23bに嵌め込まれ、サドル30の側面30aがコラム20の摺動面20aに密接されている。
A pair of Y-
回転主軸40は、サドル30内に収容された主軸モータ41により回転可能に設けられ、工具42を支持している。工具42は、回転主軸40の先端に固定され、回転主軸40の回転に伴って回転する。また、工具42は、コラム20およびサドル30の移動に伴ってベッド10に対してX軸方向およびY軸方向に移動する。なお、工具42としては、例えば、ボールエンドミル、エンドミル、ドリル、タップ等である。
The
テーブル50は、ベッド10に対してZ軸方向に移動可能なように、一対のZ軸ガイドレール12a,12b上に設けられている。テーブル50の上面には、ターンテーブル60が鉛直方向のB軸回りで回転可能に支持されている。
The table 50 is provided on the pair of Z-axis guide rails 12 a and 12 b so as to be movable in the Z-axis direction with respect to the
ターンテーブル60は、ベッド10内に収容されたB軸モータ61により回転可能に設けられ、工作物Wを磁気吸着等により固定している。
The
水準器70は、ターンテーブル60の計測面(工作物Wが載置される面)が水平であるか否か、すなわち、ターンテーブル60の計測面の法線と鉛直軸線との成す角度を水準測定値として測定する機器である。
The
この水準器70は、ターンテーブル60の回転中心Cに内蔵され、水準測定値の信号を出力する。詳細は後述するが、この水準器70により、ベッド10の熱変形に伴う鉛直軸線に対するターンテーブル60の回転軸線Bの傾斜角度を正確に演算することができ、高精度な熱変位補正が可能となる。なお、ターンテーブル60の回転中心Cに水準器70を内蔵することにより、ターンテーブル60の熱変形の影響を受け難くなり、鉛直軸線に対するターンテーブル60の回転軸線Bの傾斜角度を高精度に測定することが可能となるが、ターンテーブル60の回転中心C以外の箇所に水準器70を内蔵するように構成してもよい。
The
制御装置80は、主軸モータ41を制御して、工具42を回転させ、X軸モータ11c、Z軸モータ12c、Y軸モータ23c、およびB軸モータ61を制御して、工作物Wと工具42とをX軸方向、Z軸方向、Y軸方向およびB軸回りに相対移動することにより、工作物Wの加工を行う。また、制御装置80は、ベッド10の熱変形に伴う鉛直軸線に対するターンテーブル60の回転軸線Bの傾斜角度を演算して熱変位補正を行う熱変位補正装置90を備えている。ただし、熱変位補正装置90は、制御装置80の内部に備えるものに限られず、外部装置として適用することもできる。
The
(2.熱変位補正の説明)
次に、熱変位補正装置90による熱変位の補正について説明する。ベッド10は、上下方向の熱容量の違いにより温度勾配が発生し易く、ベッド10の上面と下面との熱膨張量の違いによりベッド10全体が図1のX軸方向から見て変形する。なお、以下では、X軸方向から見た変形の一つである反り返りについてのみ説明するが、Z軸方向から見た変形の一つである反り返りについても同様の手法により補正することができる。このとき、水準器70も熱変形するため、この水準測定値ではターンテーブル60の回転軸線Bの傾斜角度を正確に演算することができない。
(2. Explanation of thermal displacement correction)
Next, correction of thermal displacement by the thermal displacement correction device 90 will be described. The
本実施形態の工作機械1は、加工基準がターンテーブル60の回転軸線Bである。このため、ターンテーブル60に水準器70を装着し、ターンテーブル60を回転させて水準器70の水準測定方向を熱変位補正を行う方向、例えばZ軸方向に合わせる。水準器70は、一方向のみしか水準測定を行うことができないためである。この熱変位補正を行う方向にターンテーブル60を割出したときの第1角度および該第1角度から180度回転させた第2角度のそれぞれで水準測定値を測定することにより、水準器70の熱変形をキャンセルすることができる。よって、ベッド10の熱変形に伴う鉛直軸線に対するターンテーブル60の回転軸線Bの傾斜角度を正確に演算することができ、高精度な熱変位補正が可能となる。
In the machine tool 1 of the present embodiment, the machining reference is the rotation axis B of the
例えば、図4(A)に示すように、ベッド10全体がZ軸方向に熱変形しており、ターンテーブル60を第1角度に割出したとき、ターンテーブル60の回転軸線Bが鉛直軸線Vに対して角度θ傾斜していたとする。さらに、水準器70自体も熱変形しており、水準器70の法線Lがターンテーブル60の回転軸線Bに対して角度ε傾斜していたとする。この第1角度において水準器70により測定した第1水準測定値は傾斜角度τ(=θ+ε)となる。そして、図4(B)に示すように、ターンテーブル60を第1角度から180度回転させた第2角度に割出したとき、ターンテーブル60の回転軸線Bは鉛直軸線Vに対して角度θ傾斜したままであるが、水準器70の法線Lはターンテーブル60の回転軸線Bに対して第1角度のときとは逆方向に角度ε傾斜することになる。この第2角度において水準器70により測定した第2水準測定値は傾斜角度φ(=θ−ε)となる。よって、ターンテーブル60の回転軸線Bの傾斜角度θは、(τ+φ)/2で表される。
For example, as shown in FIG. 4A, the
(3.熱変位補正装置の構成)
次に、熱変位補正装置90について、図2を参照して説明する。熱変位補正装置90は、割出制御部91と、水準測定値取得部92と、傾斜角度演算部93と、補正値演算部94と、補正部95とを備えて構成される。ここで、割出制御部91と、水準測定値取得部92と、傾斜角度演算部93と、補正値演算部94と、補正部95は、それぞれ個別のハードウエアによる構成することもできるし、ソフトウエアによりそれぞれ実現する構成とすることもできる。
(3. Configuration of thermal displacement correction device)
Next, the thermal displacement correction device 90 will be described with reference to FIG. The thermal displacement correction device 90 includes an
割出制御部91は、ターンテーブル60を所定の回転角度に割出す割出指令を制御装置80に送出し、ターンテーブル60が所定の回転角度に割出された事を示す割出信号を制御装置80から入力する。
The
水準測定値取得部92は、割出制御部91からターンテーブル60が第1角度に割出されたことを通知する信号を入力したら、水準器70から第1角度における第1水準測定値を入力する。また、割出制御部91からターンテーブル60が第1角度から180度回転した第2角度に割出されたことを通知する信号を入力したら、水準器70から第2角度における第2水準測定値を入力する。
The level measurement
傾斜角度演算部93は、水準測定値取得部92から第1および第2水準測定値を入力し、水準器70の熱変形がキャンセルされたターンテーブル60の回転軸線Bの傾斜角度を求める。
The tilt
補正値演算部94は、傾斜角度演算部93で演算したターンテーブル60の回転軸線Bの傾斜角度に基づいて、回転主軸40の先端の指令位置、すなわちコラム20、サドル30およびテーブル50の各指令位置に対する補正値を算出する。この指令位置とは、制御装置80が入力されるNCデータに基づいて各軸モータを制御するために出力する値である。
The correction
補正部95は、補正値演算部94で演算した補正値により回転主軸40の先端の指令位置(コラム20、サドル30およびテーブル50の各指令位置)を補正する。
The
(4.熱変位補正装置による処理)
次に、熱変位補正装置90による処理について、図3を参照して説明する。この熱変位補正装置90による処理は、加工前もしくは加工中において実行可能である。
(4. Processing by thermal displacement correction device)
Next, processing by the thermal displacement correction device 90 will be described with reference to FIG. The processing by the thermal displacement correction device 90 can be executed before or during processing.
図3に示すように、Z軸モータ12cを回転制御してテーブル50を移動し(ステップS1)、テーブル50が加工位置に位置決めされるまでテーブル50を移動する(ステップS2:No)。テーブル50が加工位置に位置決めされたら(ステップS2:Yes)、B軸モータ61を回転制御してターンテーブル60を回転し(ステップS3)、水準器70の水準測定方向を熱変位補正を行う方向に合わせるため、ターンテーブル60が第1角度に割出されるまでターンテーブル60を回転する(ステップS4:No)。なお、水準器70の水準測定方向が、熱変位補正を行う方向と一致している場合には、ステップ3および4の処理は不要となる。ターンテーブル60が第1角度に割出されたら(ステップS4:Yes)、水準器70により第1角度における第1水準測定値を取得する(ステップS5)。
As shown in FIG. 3, the
次に、B軸モータ61を回転制御してターンテーブル60を回転し(ステップS6)、ターンテーブル60が第1角度から180度回転した第2角度に割出されるまでターンテーブル60を回転する(ステップS7:No)。ターンテーブル60が第2角度に割出されたら(ステップS7:Yes)、水準器70により第2角度における第2水準測定値を取得する(ステップS8)。
Next, the B-
次に、第1および第2水準測定値に基づいて、ターンテーブル60の傾斜角度を求める(ステップS9)。つまり、第1水準測定値と第2水準測定値とを加算し、該和を2分の1にしてターンテーブル60の回転軸線Bの傾斜角度を求める。
Next, the inclination angle of the
そして、ターンテーブル60の回転軸線Bの傾斜角度に基づいて、回転主軸40の先端の指令位置に対する補正値を演算する(ステップS10)。そして、演算した補正値により回転主軸40の先端の指令位置を補正する(ステップS11)。つまり、補正値により制御装置80が出力する指令位置を補正指令位置に補正し、熱変位補正プログラムを終了する。
Then, based on the inclination angle of the rotation axis B of the
(5.熱変位補正処理の効果)
以上のように、本実施形態によれば、ステップS1〜S2において、テーブル50を加工位置へ位置決めするようにしている。ベッド10が熱変形により図1のX軸方向から見て凹状に反り返る場合、テーブル50の移動位置によってターンテーブル60の回転軸線Bの傾斜角度は異なる。よって、実際の加工位置にテーブル50を移動させてターンテーブル60の回転軸線Bの傾斜角度を測定することにより、高精度な加工が可能となる。
(5. Effect of thermal displacement correction processing)
As described above, according to the present embodiment, the table 50 is positioned at the machining position in steps S1 to S2. When the
また、ステップS3〜S8の第1および第2水準測定値取得工程において、ベッド10に支持されたターンテーブル60に内蔵された水準器70から、第1角度および該第1角度から180度回転した第2角度における鉛直軸線に対する水準器の測定角度として第1および第2水準測定値を取得するようにしている。これにより、ステップS9の傾斜角度演算工程において、第1および第2水準測定値に基づいて、水準器70の熱変形をキャンセルした鉛直軸線に対するターンテーブル60の回転軸線Bの傾斜角度を求めることができる。よって、ベッド10が熱変形しても高精度に熱変位補正が可能となる。
Further, in the first and second level measurement value acquisition processes of steps S3 to S8, the first angle and the first angle were rotated 180 degrees from the
(6.熱変位補正装置による処理の変形例)
次に、熱変位補正装置90による処理の変形例について、図3に対応させて示す図5を参照して説明する。なお、図5において、図3に示す処理と同一の処理は同一番号を付して詳細な説明は省略する。この熱変位補正装置90による処理は、加工前もしくは加工中において実行可能である。
(6. Modification of processing by thermal displacement correction device)
Next, a modification of the processing by the thermal displacement correction device 90 will be described with reference to FIG. 5 shown corresponding to FIG. In FIG. 5, the same processes as those shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The processing by the thermal displacement correction device 90 can be executed before or during processing.
図5に示すように、Z軸モータ12cを回転制御してテーブル50を加工位置に位置決めし(ステップS1,S2)、B軸モータ61を回転制御してターンテーブル60を第1角度に割出し(ステップS3,S4)、水準器70により第1角度における第1水準測定値を取得する(ステップS5)。次に、B軸モータ61を回転制御してターンテーブル60を第2角度に割出し(ステップS6,S7)、水準器70により第2角度における第2水準測定値を取得する(ステップS8)。
As shown in FIG. 5, the rotation of the Z-
さらに、B軸モータ61を回転制御してターンテーブル60を第1角度に再度割出し(ステップS21,S22)、水準器70により第1角度における第1水準測定値を再度取得する(ステップS23)。そして、ステップS5にて取得した第1水準測定値とステップS23にて取得した第1水準測定値との差が許容値以下であるか否かを判断する(ステップS24)。第1水準測定値との差が許容値を超えているときは、ステップS6に戻って上述した処理を実行する。一方、ステップS24において、第1水準測定値との差が許容値以下であるときは、ステップS23で取得した第1水準測定値およびステップS8で取得した第2水準測定値に基づいて、ターンテーブル60の回転軸線Bの傾斜角度を求める(ステップS9)。
Further, the rotation of the B-
そして、ターンテーブル60の回転軸線Bの傾斜角度に基づいて、回転主軸40の先端の指令位置に対する補正値を演算する(ステップS10)。そして、演算した補正値により回転主軸40の先端の指令位置を補正し(ステップS11)、熱変位補正プログラムを終了する。以上の処理によれば、第1水準測定値を再測定しているので、より高精度な熱変位補正が可能となる。
Then, based on the inclination angle of the rotation axis B of the
(7.変形態様)
なお、上述した実施形態では、熱変位補正方法は、横型マシニングセンタの鉛直軸線回りで回転するターンテーブル60に適用する場合を説明した。さらに、縦型旋盤の鉛直軸線回りで回転する主軸にも同様に適用することができる。その他に、水平軸線と交差する回転軸線回りに回転する回転体(水平軸線方向以外を向く回転軸を有する回転体)を備える工作機械にも同様に適用することができる。
(7. Modifications)
In the above-described embodiment, the case where the thermal displacement correction method is applied to the
1:工作機械
10:ベッド、 11a,11b:X軸ガイドレール、 11c:X軸モータ
12a,12b:Z軸ガイドレール、 12c:Z軸モータ
20:コラム、 21a,21b:X軸ガイド溝、 22a,22b:ボールガイド
23a,23b:Y軸ガイドレール、 23c:Y軸モータ
30:サドル、 31a,31b:Y軸ガイド溝
40:回転主軸、 41:主軸モータ、 42:工具
50:テーブル
60:ターンテーブル、 61:B軸モータ
70:水準器
80:制御装置
90:熱変位補正装置、 91:割出制御部、 92:水準測定値取得部
93:傾斜角度演算部、 94:補正値演算部、 95:補正部
1: Machine tool 10: Bed, 11a, 11b: X-axis guide rail, 11c:
Claims (6)
前記回転体に内蔵された水準器の水準測定方向が、熱変位補正を行う方向に一致する状態の第1角度における前記鉛直軸線に対する前記水準器の測定角度として第1水準測定値を取得する第1水準測定値取得工程と、
前記回転体を前記第1角度から180度回転させた位置に割出す第2角度割出工程と、
前記水準器により前記第2角度における前記鉛直軸線に対する前記水準器の測定角度として第2水準測定値を取得する第2水準測定値取得工程と、
前記第1および第2水準測定値に基づいて、前記鉛直軸線に対する前記回転体の回転軸線の傾斜角度を求める傾斜角度演算工程と、
前記傾斜角度に基づいて、NCプログラムによる前記工作機械の前記移動体の指令位置に対する補正値を求める補正値演算工程と、
前記補正値により前記指令位置を補正する補正工程と、
を備える工作機械の熱変位補正方法。 A thermal displacement correction for a machine tool comprising: a movable body that can move relative to a base of a machine tool; and a rotary body that rotates about a rotational axis that intersects a horizontal axis that is supported by the base or the movable body. In the method
A first level measurement value is obtained as a measurement angle of the level with respect to the vertical axis at a first angle in a state where a level measurement direction of a level built in the rotating body coincides with a direction in which thermal displacement correction is performed. 1 level measurement value acquisition process,
A second angle indexing step of indexing the rotating body to a position rotated 180 degrees from the first angle;
A second level measurement value acquisition step of acquiring a second level measurement value as a measurement angle of the level with respect to the vertical axis at the second angle by the level;
An inclination angle calculating step for obtaining an inclination angle of the rotation axis of the rotating body with respect to the vertical axis based on the first and second level measurement values;
A correction value calculation step for obtaining a correction value for the command position of the moving body of the machine tool by the NC program based on the tilt angle;
A correction step of correcting the command position by the correction value;
A thermal displacement correction method for a machine tool comprising:
前記工作機械の熱変位補正方法は、前記水準器の水準測定方向が、熱変位補正を行う方向と一致していない場合には、前記熱変位補正を行う方向としての前記第1角度に前記回転体を割出す第1角度割出工程、を備え、
前記第1水準測定値取得工程は、前記第1角度割出工程にて割出された前記第1角度における前記鉛直軸線に対する前記水準器の測定角度として第1水準測定値を取得する工作機械の熱変位補正方法。 In claim 1,
In the thermal displacement correction method for the machine tool, when the level measurement direction of the spirit level does not coincide with the direction for performing thermal displacement correction, the rotation to the first angle as the direction for performing thermal displacement correction is performed. A first angle indexing step for indexing the body,
The first level measurement value acquisition step includes a machine tool that acquires a first level measurement value as a measurement angle of the level with respect to the vertical axis at the first angle calculated in the first angle indexing step. Thermal displacement correction method.
前記回転体は、前記鉛直軸線方向の回転軸を有する工作機械の熱変位補正方法。 In claim 1 or 2,
The rotating body is a thermal displacement correction method for a machine tool having a rotation axis in the vertical axis direction.
前記水準器は、前記回転体の回転中心に内蔵されている工作機械の熱変位補正方法。 In any one of Claims 1-3,
The level is a method for correcting a thermal displacement of a machine tool built in a rotation center of the rotating body.
前記移動体を加工位置に移動させる加工位置移動工程、を備え、
前記水準測定値取得手段は、前記移動体が前記加工位置において前記第1角度に割出された後に、前記第1水準測定値が取得される工作機械の熱変位補正方法。 In any one of Claims 1-4,
A machining position moving step of moving the movable body to a machining position,
The level measurement value acquisition means is a thermal displacement correction method for a machine tool in which the first level measurement value is acquired after the movable body is indexed to the first angle at the machining position.
前記回転体に内蔵された水準器と、
前記水準器の水準測定方向が、熱変位補正を行う方向に一致する状態の第1角度から180度回転した第2角度に割出し制御し、前記水準器の水準測定方向が、熱変位補正を行う方向と一致していない場合には、前記熱変位補正を行う方向としての前記第1角度に前記回転体を割出し制御し、割出した前記第1角度から180度回転した前記第2角度に割出し制御する割出制御手段と、
前記第1および第2角度における前記鉛直軸線に対する前記水準器の測定角度として第1および第2水準測定値を前記水準器により取得する水準測定値取得手段と、
該水準測定値取得手段により取得される前記第1および第2水準測定値に基づいて、前記鉛直軸線に対する前記回転体の回転軸線の傾斜角度を求める傾斜角度演算手段と、
該傾斜角度演算手段により演算される前記傾斜角度に基づいて、NCプログラムによる前記工作機械の前記移動体の指令位置に対する補正値を求める補正値演算手段と、
該補正値演算手段により演算される前記補正値に基づいて前記指令位置を補正する補正手段と、
を備える工作機械の熱変位補正装置。 A thermal displacement correction for a machine tool comprising: a movable body that can move relative to a base of a machine tool; and a rotary body that rotates about a rotational axis that intersects a horizontal axis that is supported by the base or the movable body. In the device
A level built in the rotating body;
The level measurement direction of the level is indexed to a second angle rotated by 180 degrees from the first angle in a state that coincides with the direction in which the thermal displacement correction is performed, and the level measurement direction of the level is the thermal displacement correction. If it does not coincide with the direction to be performed, the rotary body is indexed to the first angle as the direction for performing the thermal displacement correction, and the second angle rotated 180 degrees from the indexed first angle Index control means for performing index control,
Level measurement value acquisition means for acquiring first and second level measurement values by the level as measurement angles of the level relative to the vertical axis at the first and second angles;
An inclination angle calculating means for obtaining an inclination angle of the rotation axis of the rotating body with respect to the vertical axis based on the first and second level measurement values acquired by the level measurement value acquisition means;
Correction value calculation means for obtaining a correction value for the command position of the moving body of the machine tool by an NC program based on the tilt angle calculated by the tilt angle calculation means;
Correction means for correcting the command position based on the correction value calculated by the correction value calculation means;
A thermal displacement correction device for a machine tool comprising:
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JP2011110539A JP2012240138A (en) | 2011-05-17 | 2011-05-17 | Method and device for correcting thermal displacement of machine tool |
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