JP2544790B2 - 工作機械送り系の位置決め誤差の補正方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、工作機械送り系の位置決め誤差の補正方法
および装置に関する。

［従来の技術］ 一般的な工作機械送り系のテーブル、サドル、の構成
例を第５図に示す。テーブル（１）は、サドル（２）に
取付けられたサーボモータ（３）により、支持軸受
（４）、ボールねじ（５）を介してNC制御部（６）の指
令に基づいて、テーブル（１）をＸ方向（左右方向）に
移動させる。リニアスケールを付帯しない簡単な位置決
め制御方式（一般にセミクローズド方式と呼称）におい
ては、NC指令に基づいて所定の回転角だけサーボモータ
（３）が回転し、サーボモータ（３）に連結したボール
ねじ（５）のリードに対応した長さだけ、テーブル
（１）がＸ軸方向に移動されることになる。

この制御方式においては、ボールねじ（５）の精度に
よって、テーブル（１）の位置決め精度が規定されるこ
とになる。即ち、ボールねじ（５）の摩擦による発熱等
によりボールねじ（５）自体に熱膨張誤差が発生し、位
置決め精度の劣化を招くことになる。

このためボールねじ（５）の中心に穴を貫通させ、こ
こに冷却用の空気や油を循環させ、ボールねじ（５）の
温度を一定に保つ、あるいは、ボールねじ（５）のピッ
チを熱膨張分だけ予め小さくしておく、また、ボールね
じ（５）の両端の支持部を強固に固定して温度膨張によ
る伸びを強引に熱応力に変換して位置決め誤差を抑え込
む方法等がとられているが、μｍオーダーの位置決め精
度が要求されるNC工作機械に対しては必ずしも十分とは
言えないのが実状である。

より高精度な位置決めが必要とされる場合には、テー
ブル（１）の移動量をリニアスケールで直接検出する位
置決め制御方式、いわゆるクローズドループ制御が採用
される。第５図において、テーブル（１）側面にガラス
スケール（７）が取り付けられ、、一方、固定側のサド
ル（２）に取り付けられた検出ヘッド（８）により、ガ
ラススケール（７）上の目盛線（９）を正弦波信号とし
て光学的に検出し、テーブル（１）の座標値としてカウ
ントすると同時に、NC指令値との偏差がゼロとなるよう
に制御される。尚、目盛線（９）の間隔は、通常、数mm
であり、この間は正弦波信号を補間することにより、分
割して、間隔内の座標値を求めている。リニアスケール
の検出原理は、種々の方法があるが、本発明の内容には
直接関与しないので、ここでは簡単のため、ガラススケ
ール（７）に刻まれた目盛線（９）を光学的に検出する
ことにより、１μｍの位置検出が可能なものとしてお
く。リニアスケールで直接検出するクローズドループ制
御においては、ボールねじ（５）の精度に依存しないた
めに、それだけ高精度の位置決めが可能となる。

セミクローズド方式、クローズドループ制御方式のい
ずれの場合も、第５図の構成において、位置決め誤差要
因として下記のものがある。

（ａ）ボールねじ、リニアスケール自体の誤差（器差）
ボールねじのピッチ誤差、目盛線の刻線誤差、スケール
の真直度、検出ヘッドの読取り誤差など （ｂ）発熱、室温変動によるボールねじ、リニアスケー
ルの単独熱膨張誤差 （ｃ）室温変化に対する応答遅れ（時間遅れ）による誤
差 （ｄ）ボールねじ、リニアスケールの不均一温度分布に
よる誤差 （ｅ）ボールねじ、リニアスケール取付け方法による誤
差 これらの内、（ａ）はボールねじ、リニアスケール自
体の固有の誤差（器差）であるため、ここでは除外して
考える。また（ｅ）の取付け方法による誤差について
も、テーブルへの取付け誤差並びに締結方法に起因する
歪みによる誤差などが考えられるが、ここでは二次的な
ものとして、除外して考えることとする。

工作機械を精密恒温室内の20℃の温度雰囲気内で使用
する場合には、局部的な発熱やそれによるボールねじ、
リニアスケールの不均一温度分布がない限り、（ｂ）、
（ｃ）、（ｄ）の誤差要因は取り除かれる。しかし、一
般的に工作機械の設置される環境としては、精密に温度
制御された恒温室で使用されることはまれで、大部分が
季節や時間による温度変動にさらされた環境下にある。
このため、上記（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の誤差要因が位
置決め精度の劣化を招くことになる。

ここでは、ボールねじリニアスケールともに熱容量が
小さく、熱伝導性も良好なので、それらの長さ方向の温
度分布は均一とみなしうるので、以下、（ｂ）の誤差要
因のみを対象として考える。

［発明が解決しようとする課題］ 一般に工作機械は、季節や時間による温度変動にさら
された環境下で使用される場合が多いため、その送り系
の位置決め精度は、セミクローズド方式、クローズドル
ープ制御方式のいずれの場合も、発熱、室温変動による
ボールねじ、リニアスケールの単純熱膨張誤差が介在し
低下する。

上記点を防止するものとして、テーブル等の移動部に
ドッグを設け、このドッグに対応して移動部のストロー
ク端に相当する位置の不動部にマグネットセンサを設置
し、移動部がストローク端に達してマグネットセンサが
ドッグを感知すると、該マグネットセンサの検出信号立
ち上がり時におけるパルスモータの送り量と上記マグネ
ットセンサの配設位置との偏差値により、上記パルスモ
ータの送り量を補正制御させるようにしたものが、実開
昭61−144944号公報に開示され公知である。

しかし、この装置は、テーブルの原点をボールねじの
駆動モータへの連結端側に設定しており、また、マグネ
ットセンサをテーブルのストローク端（原点と反対の位
置）に設置しているため、テーブルの原点が不動であ
り、原点と反対のストローク端が熱膨張により軸方向に
変動することになる。

従って、上記装置は、テーブルをストローク端に移動
させなければ、熱膨張による軸方向の伸び量が検出でき
ない。このテーブルをストローク端に移動させる動作
は、NC工作機械のみならず、一般工作機械にあっても、
特別な動作となるもので、動作命令が複雑となり、動作
時間も長くなるとともに、１つの加工が終了する都度実
施させたとすれば、大変なロスタイムが発生することに
なるもので、何度かに一度実施することになると考えら
れるが、そのようにした場合、その間に発生した熱膨張
誤差が補正されない欠点がある。

また、この従来装置は、マグネットセンサにより、移
動部を非接触で検出する方式であって、現在の技術レベ
ルをもってしても、工作機械のテーブルの送り方向の熱
膨張量をμｍオーダーで検出できるセンサは皆無であ
る。

換言すれば、上記従来の検出方式は、工作機械のテー
ブルの送り方向の熱膨張量をμｍオーダーで高精度に検
出することができず、実用化が不可能である。

そのため、上記従来技術は、マグネットセンサの位置
を通貨するときの移動部の速度を小さくしており、これ
であると、工作機械の移動部の送り制御が著しく複雑化
し、高価となるのみならず、加工能率も低下し、ユーザ
ーの要求を満たすことができない欠点がある。また、上
記従来装置は、マグネットセンサの検出信号立ち上がり
時におけるパルスモータの送り量と上記マグネットセン
サの配置位置との偏差値を求めると記載しているが、具
体的にどのようにして求めるかが不明である。

本発明は、従来装置の上記欠点に鑑みて提案されたも
ので、その目的とするところは、セミクローズド方式、
クローズドループ制御方式のいずれの場合も、発熱、室
温変動によるボールねじ、リニアスケールの単純熱膨張
誤差が位置決め精度に介入することを簡単安価な手段で
防止し得る工作機械送り系の位置決め誤差の補正方法お
よび装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するため、本発明の方法の１つは、一
端を軸方向不動に拘束支持し、他端を軸方向に熱膨張移
動可能に支持したボールねじに螺合させたテーブルを、
該ボールねじの軸方向不動側端部に連結したサーボモー
タのNC指令によるボールねじの回転により、ボールねじ
の軸方向に制御移動させるようになしたセミクローズド
方式の送り制御系をもつNC工作機械において、上記送り
制御系のテーブルの原点を、ボールねじのサーボモータ
への連結端側とは反対側の熱膨張移動可能側に設定し、
テーブルの原点位置近傍のサドルにテーブルの原点復帰
方向への移動により接触して動作する接点式の原点検出
スイッチを設け、NC原点復帰指令により、テーブルが原
点復帰したときの原点検出スイッチがONした位置と、テ
ーブルの原点復帰完了位置との位置関係から、原点のず
れ量ΔＬ及びボールねじの有効長さＬに対する伸び率Δ
L/LをNCのコンピュータ演算機能にて演算し、その後のN
C位置決め時には、原点からのテーブルの移動距離の指
令値Ｘに対し、ΔL/Lの伸び率及び原点のずれ量ΔＬを
補正した｛Ｘ−（Ｘ−Ｌ）ΔL/L｝の値を目標値として
テーブルを原点復帰完了位置から移動させるようにした
ものである。

また、本発明の方法の他の１つは、ボールねじに螺合
させたテーブルを該ボールねじに連結したサーボモータ
のNC指令によるボールねじの回転により、ボールねじの
軸方向に制御移動させ、テーブルの移動量をテーブルに
取付けたリニアスケールと、サドルに固設した検出ヘッ
ドとにより直接検出してサーボモータを制御移動させる
ようにしたクローズドループ方式の送り制御系をもつNC
工作機械において、上記リニアスケールの最大目盛側端
部をテーブルに不動的に固定し、原点側端部をテーブル
の原点復帰方向とは反対方向へ熱膨張移動可能に支持
し、テーブルの原点位置近傍のサドルにテーブルの原点
復帰方向への移動により接触して動作する接点式の原点
検出スイッチを設け、NC原点復帰指令により、テーブル
が原点復帰したときの原点検出スイッチがONした位置か
ら、テーブルの原点復帰完了位置までのテーブルの移動
距離を、リニアスケールと検出ヘッドとにより、原点の
ずれ量ΔＬとしてNC制御部で検出させ、この原点のずれ
量ΔＬからリニアスケールの有効長さＬに対する伸び率
ΔL/LをNCのコンピュータ演算機能にて演算し、その後
のNC位置決め時には、原点からのテーブルの移動距離の
指令値Ｘに対し、ΔL/Lの伸び率及び原点のずれ量ΔＬ
を補正した｛Ｘ−（Ｘ−Ｌ）ΔL/L｝の値を目標値とし
てテーブルを原点復帰完了位置から移動させるようにし
たものである。

さらに、本発明の装置の１つは、一端を軸方向不動に
拘束支持し、他端を軸方向に熱膨張移動可能に支持した
ボールねじに螺合させたテーブルを、該ボールねじの軸
方向不動側端部に連結したサーボモータのNC指令による
ボールねじの回転により、ボールねじの軸方向に制御移
動させるようになしたセミクローズド方式の送り制御系
をもつNC工作機械において、上記ボールねじのサーボモ
ータへの連結端側とは反対側の熱膨張移動可能側に原点
を設定したテーブルと、テーブルの原点位置に対応して
サドルに設置され、テーブルの原点復帰方向への移動に
より接触して動作する接点式の原点検出スイッチと、NC
原点復帰指令によるテーブルの原点復帰時、原点検出ス
イッチがONした位置と原点復帰完了位置とのNC座標値を
夫々読取り、両NC座標値の差から原点のずれ量ΔＬ及び
ボールねじの有効長さＬに対する伸び率ΔL/LをNCのコ
ンピュータ演算機能にて演算させる演算指示回路と、テ
ーブルの原点復帰後のNC位置決め時、原点からのテーブ
ルの移動距離の指令値Ｘに対し、前記演算指示回路で演
算したΔL/Lの伸び率及び原点のずれ量ΔＬを補正した
｛Ｘ−（Ｘ−Ｌ）ΔL/L｝の値を目標値としてテーブル
を原点復帰完了位置から移動させるようにサーボモータ
の指令入力を補正する補正回路とを具備させたものであ
る。

また、本発明の装置の他の１つは、ボールねじに螺合
させたテーブルを該ボールねじに連結したサーボモータ
のNC指令によるボールねじの回転により、ボールねじの
軸方向に制御移動させ、テーブルの移動量をテーブルに
取付けたリニアスケールと、サドルに固設した検出ヘッ
ドとにより直接検出してサーボモータを制御移動させる
ようにしたクローズドループ方式の送り制御系をもつNC
工作機械において、最大目盛側端部をテーブルに不動的
に固定し、原点側端部をテーブルの原点復帰方向とは反
対方向へ熱膨張移動可能に支持したリニアスケールと、
テーブルの原点位置に対応してサドルに設置され、テー
ブルの原点復帰方向への移動により接触して動作する接
点式の原点検出スイッチと、NC原点復帰指令によるテー
ブルの原点復帰時、原点検出スイッチがONした位置か
ら、テーブルの原点復帰完了位置までのテーブルの移動
距離を、リニアスケールと検出ヘッドとにより、原点の
ずれ量ΔＬとして検出し、この原点のずれ量ΔＬからリ
ニアスケールの有効長さＬに対する伸び率ΔL/LをNCの
コンピュータ演算機能にて演算させる演算指示回路と、
テーブルの原点復帰後のNC位置決め時、原点からのテー
ブルの移動距離の指令値Ｘに対し、前記演算指示回路で
演算したΔL/Lの伸び率及び原点のずれ量ΔＬを補正し
た｛Ｘ−（Ｘ−Ｌ）ΔL/L｝の値を目標値としてテーブ
ルを原点復帰完了位置から移動させるようにサーボモー
タの指令入力を補正する補正回路とを具備させたもので
ある。

［作用］ NC工作機械は、通常、翌日の運転開始時や、休憩等の
作業の中断後の運転再開時、原点確認指令や原点復帰指
令を出す機能を備えている。

また、セミクローズド方式の送り制御系をもつNC工作
機械においては、サーボモータに与えられる指令入力
が、テーブルの移動方向の長さで直接与えられるのでは
なく、ボールねじのピッチで除算したボールねじの回転
角度に相当するパルス数で与えられており、かつ、テー
ブルの移動量は、サーボモータに付設されたエンコーダ
によりボールねじの回転角度に相当するパルス数でNC制
御部にフィードバックされて検出されている。

そこで、本発明は、先ず、翌日の運転開始時等におい
て、ボールねじの熱膨張量が前日とは異なっている場合
から説明する。この場合、テーブルが原点にあれば、先
ず、原点確認指令が出され、テーブルが原点になけれ
ば、原点復帰指令が出される。

上記原点確認指令が出されると、ボールねじを所定の
回転角度だけ正回転させ、続いて同じ回転角度だけ逆回
転させられる。これにより、テーブルは、原点検出スイ
ッチに接触していた位置から一旦、第１図の右方向へ所
定長さ、少なくとも、原点検出スイッチとの接触が解除
される位置まで移動せしめられ、その位置から同じく所
定長さ分だけ第１図の左方向へ戻される。この原点復帰
完了位置は、原点確認指令によるテーブルの出発位置と
同じであるが、この原点復帰動作中、上記出発位置が既
に、第１図における原点Ｏから或る量、例えば、ΔＬ左
方にずれたＯ′の位置にあったとすれば、テーブルが原
点復帰完了位置に達する前に原点検出スイッチをONさせ
ることになる。何故ならば、原点検出スイッチは、テー
ブルが原点Ｏに達したとき丁度ONNするように工作機械
の静止部材となるサドルに固定してあるからである。上
記原点検出スイッチをONNさせた位置からテーブルが原
点復帰完了位置まで移動した量を、サーボモータに付設
したエンコーダによりボールねじの回転角度に相当する
パルス数でNC制御部にフィードバックされている電気信
号入力からNC制御部内で求めさせると、これが現時点に
おけるテーブルの原点位置のずれ量ΔＬになる。

上記原点のずれ量ΔＬが求まると、ボールねじの有効
長さＬに対する伸び率ΔL/Lは、NC制御部に、ボールね
じの有効長さＬを予め入力しておくことにより、直ちに
求めさせることができる。

上記説明は、原点確認指令の場合であるが、原点復帰
指令の場合でも、上記と同様にして原点のずれ量ΔＬ及
びボールねじの伸び率ΔL/Lを求めることができる。

上記原点のずれ量ΔＬ及びボールねじの伸び率ΔL/L
を求めておくと、その後のNC指令値Ｘに対して、（Ｘ−
ＸΔL/L＋ΔＬ）を目標値としてテーブルを移動させる
と、ボールねじの熱膨張による送り系の位置決め誤差Δ
Ｌ及び伸び率ΔL/Lを補正させてワークに高精度の加工
が施せるのである。

その理由を次に詳述する。

今、テーブルに切削工具を取付け、ワークを工作機械
の静止部材に固定した場合を例にとって説明する。

ボールねじに熱膨張ΔＬがある場合、第１図におい
て、テーブル（１）の原点は、ＯからＯ′に移動してい
る。この状態でNC指令値Ｘが与えられて、テーブル
（１）を原点Ｏ′からＸだけ移動させたとすると、ワー
ク側の目標位置（原点ＯからＸだけ離れた位置）に対し
て、ΔＬだけ手前まで送っただけとなり、ΔＬだけ送り
量が不足することになる。

その上、ボールねじに熱膨張ΔＬがあるということ
は、ボールねじのピッチも伸び率ΔL/Lだけ増加してい
ることになり、このピッチの増加分にNC指令値Ｘを積算
した量、即ち、ＸΔL/Lだけテーブル（１）は多く送ら
れることになる。

上記のような不都合をなくすには、NC指令値Ｘに対し
て、ボールねじの伸び率ΔL/L及び原点のずれ量ΔＬを
補正した（Ｘ−ＸΔL/L＋ΔＬ）を目標値としてテーブ
ル（１）の原点Ｏ′から移動させればよいことになる。

上記（Ｘ−ＸΔL/L＋ΔＬ）は、式変形すると、｛Ｘ
−（Ｘ−Ｌ）ΔL/L｝とでき、この式を用いてNC制御部
で演算させるようにする方が便利である。尚、原点のず
れ量ΔＬは、説明の便宜上、やや誇張して図示している
が、普通鋼（線膨張係数β＝0.000013/℃）のボールね
じの場合で、ボールねじの有効長さＬ＝100cm、温度上
昇ΔＴ＝100℃であると仮定した場合、 ΔＬ＝β・ΔＴ・Ｌ ＝0.000013×100×100 ＝0.13cm となり、僅かな量であるため、ボールねじの熱膨張に伴
なうテーブル（１）の原点復帰完了位置のずれによって
原点検出スイッチ（10）を損傷させる恐れはないと理解
されたい。

上記作用の説明は、セミクローズド方式についてであ
るが、クローズドループ方式の場合は、テーブルに取り
付けられたリニアスケールの熱膨張による伸びを同様に
検出して補正するものであるため、その説明は省略す
る。

［実施例］ 本発明の特徴とするところは、送り系の位置決め精度
を左右するボールねじ又はリニアスケールの熱膨張誤差
を、ボールねじ又はリニアスケールの自由端側に送り系
の原点を設定し、この送り系の原点近傍のサドルに別に
設けた高精度原点検出スイッチにより原点を検出すると
同時に、原点位置におけるボールねじ或いはリニアスケ
ールの熱膨張誤差ΔＬを送り系の原点復帰動作を利用し
て検出し、このΔＬからボールねじ又はリニアスケール
の伸び率ΔL/Lを求めて、それ以後の送り系の移動量を
自動補正させるものである。

先ず、セミクローズド方式でのボールねじの熱膨張誤
差の補正例を第１図に示す。基本的には、常温時におけ
るテーブル（１）の原点復帰位置Ｏでテーブル（１）に
より丁度ONするように高精度原点検出スイッチ（10）が
サドル（２）に設置される。この原点検出スイッチ（1
0）は、分解能１μｍ以下の位置検出器が用いられる。
また、NC工作機械でのテーブル（１）の原点復帰動作を
そのまま利用して、熱膨張誤差を測定させるために、サ
ーボモータ（３）の取付け位置を原点Ｏと反対方向に設
定してある。

第１図の構成において、ボールねじ（５）の右端の支
持軸受位置Ａは、軸方向移動を拘束するため、二組のア
ンギュラ玉軸受からなる支持軸受（４）で構成してあ
り、このため位置Ａの熱膨張誤差による軸方向移動はな
いものとする。

この状態で、テーブル（１）の移動による発熱や室温
変化により、ボールねじ（５）の平均温度（軸方向に全
て同一温度とする）がΔＴだけ上昇したとすると、原点
Ｏと不動点Ａ間の長さ（以下、有効長さと呼称する）Ｌ
は、ボールねじ（５）の線膨張係数をβとして、 ΔＬ＝β・ΔＴ・Ｌ （１） だけ熱膨張誤差を生じることになる。この結果、サーボ
モータ（３）の回転角で制御するセミクローズド方式の
場合には、ボールねじ（５）の温度上昇ΔＴに対応して
テーブル（１）の原点が（１）式のΔＬだけずれること
になり、これがそのまま送り系の位置決め誤差となり、
加工精度の劣化を招くことになる。

その理由は、切削工具をテーブル（１）に取付け、ワ
ークを工作機械の静止部材に固定した場合で説明する
と、ワーク側の原点は、上記のようなずれがなく、切削
工具側の原点のみが上記のようにずれるためである。

そこで、本発明は、NC原点復帰指令により、テーブル
（１）が原点復帰を完了したときの位置と原点検出スイ
ッチ（10）がONしたときの位置関係から原点のずれ量Δ
Ｌを検出させるものである。即ち、ボールねじ（５）に
熱膨張があった場合では、テーブル（１）の原点位置
は、第１図及び第２図に示すように、Ｏ点からＯ′点に
移動しており、サドル（２）に設けた原点検出スイッチ
（10）に近付いているため、テーブル（１）の原点復帰
完了位置Ｏ′の直前でテーブル（１）が原点検出スイッ
チ（10）をONさせることになる。そこで、原点検出スイ
ッチ（10）がONしてから、テーブル（１）が原点復帰完
了位置Ｏ′に達するまでのテーブル（１）の移動量ΔＬ
をサーボモータ（３）に付設のエンコーダにより、ボー
ルねじ（５）の回転角度に相当するパルス数でNC制御部
（６）にフィードバックされている電気信号入力からNC
制御部（６）内で求めさせ、これと、予め入力してある
ボールねじ（５）の有効長さＬとから、ボールネジ
（５）の伸び率ΔL/LをNCのコンピュータ演算機能にて
演算させ、その後のNC位置決め時には、原点Ｏ′からの
テーブル（１）の移動距離の知れ値Ｘに対し、ΔL/Lの
伸び率及び原点のずれ量ΔＬを補正した｛Ｘ−（Ｘ−
Ｌ）ΔL/L｝の値を目標値としてテーブル（１）を原点
復帰完了位置Ｏ′から移動させることにより、常に高精
度の位置決めが可能となる。原点検出スイッチ（10）が
ONしたとき、原点のずれ量ΔＬ及びこれに基づくボール
ねじ（５）の伸び率ΔL/Lを演算させる演算指示回路（6
a）及び補正回路（6b）は、NC制御部（６）内に組み込
まれている。以上の説明は、Ｘ軸のみについてである
が、これをXYZの３軸に拡張し得る。

リニアスケールを用いたクローズドループ制御の場合
についても、上記と同様の補正方法の適用が可能であ
る。尚、クローズドループ制御方式は、第３図を参照し
つつ説明すると、NC制御部（６）からサーボモータ
（３）へNC指令値が入力され、ボールねじ（５）が回転
せしめられてテーブル（１）が移動し、このテーブル
（１）の移動量をテーブル（１）に取付けたリニアスケ
ール（７）と、サドル（２）に固設した検出ヘッド
（８）とにより検出してNC制御部（６）にフィードバッ
クさせ、このフィードバック値とNC指令値との偏差がゼ
ロとなるようにテーブル（１）を位置決め移動させるも
のである。従って、この方式においては、ボールねじ
（５）の熱膨張は、テーブル（１）の位置決め誤差に介
入しない。しかし、リニアスケール（７）の材質は、通
常、ガラスであるため、工作機械サドル（２）の材質で
ある鋳鉄に比べ線膨張係数が約20％小さく、このため、
複雑な熱的挙動を示す。リニアスケール（７）のガラス
スケールがサドル（２）の温度と同調して、室温変化に
対し同じ伸び率を示すような物性をもたせることができ
れば理想的であるが、現在の技術では不可能である。こ
のため、ガラススケールとサドル（２）の熱膨張差を最
小限にするため、スケールの支持方法に種々の工夫がな
されている（ドイツ特許第2450322号参照）が、これら
は基本的な解決策にはなっていないのが実状である。

そこで、リニアスケール（７）の熱膨張誤差を補正す
るための構成を第３図及び第４図を参照しながら説明す
る。

第３図において、リニアスケール（７）及びテーブル
（１）の原点は、常温時において、テーブル（１）が左
端に達したとき、検出ヘッド（８）がこれを検出した位
置とし、この原点からテーブル（１）が右側に移動する
と、検出ヘッド（８）で検出するリニアスケール（７）
の目盛線（９）の値が増加するようになっており、この
構成において、本発明は、テーブル（１）の原点位置に
対応してサドル（２）に、テーブル（１）の原点復帰方
向（第３図で左方向）への移動により接触して動作する
接点式の原点検出スイッチ（10）を設け、また、リニア
スケール（７）は、第４図に示す様に、テーブル（１）
に対し左端（反原点側）を固定ブロック（11）を介して
固定して不動点Ａとし、右端（原点側）をスプリングダ
ンパー（12）を介して長手方向に自由に熱膨張を許容す
るように支持させておく。そして、NC原点復帰指令によ
り、テーブル（１）が原点復帰したときの原点検出スイ
ッチ（10）がONした位置と、テーブル（１）の原点復帰
完了位置との位置関係から、リニアスケール（７）の有
効長さＬに対する伸び量ΔＬを原点のずれ量ΔＬとして
検出し、該原点のずれ量ΔＬ及びリニアスケール（７）
の有効長さＬに対する伸び率ΔL/Lを、検出ヘッド
（８）を通してNC制御部（６）のコンピュータ演算機能
にて演算させ、その後のNC位置決め時には、原点からの
テーブル（１）の移動距離の指令値Ｘに対し、ΔL/Lの
伸び率及び原点のずれ量ΔＬを補正した｛Ｘ−（Ｘ−
Ｌ）ΔL/L｝の値を目標値としてテーブル（１）を原点
復帰完了位置から移動させるようにするものである。

具体的に第３図で説明すると、リニアスケール（７）
に熱膨張がある場合、リニアスケール（７）は、テーブ
ル（１）に対して右側にΔＬだけ伸びていることにな
る。そうすると、テーブル（１）が原点復帰指令によっ
て第３図の右側から左方向へ移動せしめられ、検出ヘッ
ド（８）が、リニアスケール（７）の目盛線（９）の原
点を検出するΔＬだけ手前で、テーブル（１）の左端が
原点検出スイッチ（10）をONさせ、この時点から、検出
ヘッド（８）がリニアスケール（７）の目盛線（９）の
原点を検出するまでの間のテーブル（１）の移動量をリ
ニアスケール（７）と検出ヘッド（８）とによりNC制御
部（６）内で検出させると、これが、リニアスケール
（７）の熱膨張量ΔＬとなると共に、テーブル（１）の
原点のずれ量ともなる。このΔＬからリニアスケール
（７）の伸び率ΔL/Lを求め、また、テーブル（１）の
原点のずれ量ΔＬを減算して、以後のNC指令値を補正さ
せれば、前記セミクローズド方式と同様な補正方法でリ
ニアスケール（７）の熱膨張誤差を補正させることがで
きる。

以上に説明した自動補正方法を採用することにより、
工作機械送り系の位置決め精度を大幅に向上させること
が可能となった。

［発明の効果］ 本発明によれば、テーブルを原点に復帰させる都度、
熱膨張によるボールねじ又はリニアスケールの軸方向の
伸び量ΔＬを検出させることができる。テーブルの原点
復帰動作は、NC工作機械にあっては、特別な動作ではな
く、１つの加工が終了する都度、或いは、一連の加工が
終了する都度行われる動作であって、本発明は、この点
を利用して特別な動作指令（熱膨張誤差の補正指令）を
出さなくとも、テーブルの原点復帰動作を利用して熱膨
張誤差の補正を行わせることができる。

従って、本発明によれば、ボールねじ、リニアスケー
ルの発熱や室温変化による熱膨張誤差を簡単な手段で安
価に実施できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の構成を示す要部説明図、
第２図はボールねじの熱膨張誤差の説明図、第３図は本
発明の第２実施例の構成を示す要部説明図、第４図は第
２実施例におけるリニアスケールの支持廣造の一例を示
す説明図、第５図は従来の工作機械送り系の要部説明図
である。 （１）……テーブル、（２）……サドル、（３）……サ
ーボモータ、 （４）……支持軸受、（５）……ボールねじ、（６）…
…NC制御部、 （７）……リニアスケール（ガラススケール）、（８）
……検出ヘッド、 （９）……目盛線、（10）……原点検出スイッチ、 （6a）……演算指示回路、（6b）……補正回路。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一端を軸方向不動に拘束支持し、他端を軸
   方向に熱膨張移動可能に支持したボールねじに螺合させ
   たテーブルを、該ボールねじの軸方向不動側端部に連結
   したサーボモータのNC指令によるボールねじの回転によ
   り、ボールねじの軸方向に制御移動させるようになした
   セミクローズド方式の送り制御系をもつNC工作機械にお
   いて、 上記送り制御系のテーブルの原点を、ボールねじのサー
   ボモータへの連結端側とは反対側の熱膨張移動可能側に
   設定し、 テーブルの原点位置近傍のサドルにテーブルの原点復帰
   方向への移動により接触して動作する接点式の原点検出
   スイッチを設け、 NC原点復帰指令により、テーブルが原点復帰したときの
   原点検出スイッチがONした位置と、テーブルの原点復帰
   完了位置との位置関係から、原点のずれ量ΔＬ及びボー
   ルねじの有効長さＬに対する伸び率ΔL/LをNCのコンピ
   ュータ演算機能にて演算し、その後のNC位置決め時に
   は、原点からのテーブルの移動距離の指令値Ｘに対し、
   ΔL/Lの伸び率及び原点のずれ量ΔＬを補正した｛Ｘ−
   （Ｘ−Ｌ）ΔL/L｝の値を目標値としてテーブルを原点
   復帰完了位置から移動させるようにしたことを特徴とす
   る工作機械送り系の位置決め誤差の補正方法。
2. 【請求項２】ボールねじに螺合させたテーブルを該ボー
   ルねじに連結したサーボモータのNC指令によるボールね
   じの回転により、ボールねじの軸方向に制御移動させ、
   テーブルの移動量をテーブルに取付けたリニアスケール
   と、サドルに固設した検出ヘッドとにより直接検出して
   サーボモータを制御移動させるようにしたクローズドル
   ープ方式の送り制御系をもつNC工作機械において、 上記リニアスケールの最大目盛側端部をテーブルに不動
   的に固定し、原点側端部をテーブルの原点復帰方向とは
   反対方向へ熱膨張移動可能に支持し、 テーブルの原点位置近傍のサドルにテーブルの原点復帰
   方向への移動により接触して動作する接点式の原点検出
   スイッチを設け、 NC原点復帰指令により、テーブルが原点復帰したときの
   原点検出スイッチがONした位置から、テーブルの原点復
   帰完了位置までのテーブルの移動距離を、リニアスケー
   ルと検出ヘッドとにより、原点のずれ量ΔＬとしてNC制
   御部で検出させ、この原点のずれ量ΔＬからリニアスケ
   ールの有効長さＬに対する伸び率ΔL/LをNCのコンピュ
   ータ演算機能にて演算し、その後のNC位置決め時には、
   原点からのテーブルの移動距離の指令値Ｘに対し、ΔL/
   Lの伸び率及び原点のずれ量ΔＬを補正した｛Ｘ−（Ｘ
   −Ｌ）ΔL/L｝の値を目標値としてテーブルを原点復帰
   完了位置から移動させるようにしたことを特徴とする工
   作機械送り系の位置決め誤差の補正方法。
3. 【請求項３】一端を軸方向不動に拘束支持し、他端を軸
   方向に熱膨張移動可能に支持したボールねじに螺合させ
   たテーブルを、該ボールねじの軸方向不動側端部に連結
   したサーボモータのNC指令によるボールねじの回転によ
   り、ボールねじの軸方向に制御移動させるようになした
   セミクローズド方式の送り制御系をもつNC工作機械にお
   いて、 上記ボールねじのサーボモータへの連結端側とは反対側
   の熱膨張移動可能側に原点を設定したテーブルと、 テーブルの原点位置に対応してサドルに設置され、テー
   ブルの原点復帰方向への移動により接触して動作する接
   点式の原点検出スイッチと、 NC原点復帰指令によるテーブルの原点復帰時、原点検出
   スイッチがONした位置と原点復帰完了位置とのNC座標値
   を夫々読取り、両NC座標値の差から原点のずれ量ΔＬ及
   びボールねじの有効長さＬに対する伸び率ΔL/LをNCの
   コンピュータ演算機能にて演算させる演算指示回路と、 テーブルの原点復帰後のNC位置決め時、原点からのテー
   ブルの移動距離の指令値Ｘに対し、前記演算指示回路で
   演算したΔL/Lの伸び率及び原点のずれ量ΔＬを補正し
   た｛Ｘ−（Ｘ−Ｌ）ΔL/L｝の値を目標値としてテーブ
   ルを原点復帰完了位置から移動させるようにサーボモー
   タの指令入力を補正する補正回路とを具備していること
   を特徴とする工作機械送り系の位置決め誤差の補正装
   置。
4. 【請求項４】ボールねじに螺合させたテーブルを該ボー
   ルねじに連結したサーボモータのNC指令によるボールね
   じの回転により、ボールねじの軸方向に制御移動させ、
   テーブルの移動量をテーブルに取付けたリニアスケール
   と、サドルに固設した検出ヘッドとにより直接検出して
   サーボモータを制御移動させるようにしたクローズドル
   ープ方式の送り制御系をもつNC工作機械において、 最大目盛側端部をテーブルに不動的に固定し、原点側端
   部をテーブルの原点復帰方向とは反対方向へ熱膨張移動
   可能に支持したリニアスケールと、 テーブルの原点位置に対応してサドルに設置され、テー
   ブルの原点復帰方向への移動により接触して動作する接
   点式の原点検出スイッチと、 NC原点復帰指令によるテーブルの原点復帰時、原点検出
   スイッチがONした位置から、テーブルの原点復帰完了位
   置までのテーブルの移動距離を、リニアスケールと検出
   ヘッドとにより、原点のずれ量ΔＬとして検出し、この
   原点のずれ量ΔＬからリニアスケールの有効長さＬに対
   する伸び率ΔL/LをNCのコンピュータ演算機能にて演算
   させる演算指示回路と、 テーブルの原点復帰後のNC位置決め時、原点からのテー
   ブルの移動距離の指令値Ｘに対し、前記演算指示回路で
   演算したΔL/Lの伸び率及び原点のずれ量ΔＬを補正し
   た｛Ｘ−（Ｘ−Ｌ）ΔL/L｝の値を目標値としてテーブ
   ルを原点復帰完了位置から移動させるようにサーボモー
   タの指令入力を補正する補正回路とを具備していること
   を特徴とする工作機械送り系の位置決め誤差の補正装
   置。