JP2745355B2 - 工作機械の主軸熱変位補正方法および装置 - Google Patents
工作機械の主軸熱変位補正方法および装置Info
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- JP2745355B2 JP2745355B2 JP10377892A JP10377892A JP2745355B2 JP 2745355 B2 JP2745355 B2 JP 2745355B2 JP 10377892 A JP10377892 A JP 10377892A JP 10377892 A JP10377892 A JP 10377892A JP 2745355 B2 JP2745355 B2 JP 2745355B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ａ、Ｃ、
Ｗの各送り軸を備えた工作機械の主軸熱変位補正および
装置に関するものである。
Ｗの各送り軸を備えた工作機械の主軸熱変位補正および
装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】工作機械の主軸は、回転によって発熱す
るベアリングからの熱伝導により主軸が熱膨張し、ま
た、主軸頭構造の熱的バランスの不均一に基づき、その
全体が熱変形する。その結果、主軸先端の熱変位の大き
さ（変位量の絶対値）は、主軸の回転数、すなわち発熱
量に対応し、その変位特性は主軸の熱膨張によるＺ軸方
向の伸びを主にして、主軸固有のパターンで、Ｘ、Ｙ、
Ｚ座標において変位（たとえば、図２参照）する。その
主軸先端の熱変位の中には、さきに述べたように単純な
主軸中心線の平行移動によるズレ以外に、主軸頭構造部
材の熱変形のアンバランスに基づく主軸姿勢（主軸中心
線のＺ軸に対する平行度）の傾きも含まれる。
るベアリングからの熱伝導により主軸が熱膨張し、ま
た、主軸頭構造の熱的バランスの不均一に基づき、その
全体が熱変形する。その結果、主軸先端の熱変位の大き
さ（変位量の絶対値）は、主軸の回転数、すなわち発熱
量に対応し、その変位特性は主軸の熱膨張によるＺ軸方
向の伸びを主にして、主軸固有のパターンで、Ｘ、Ｙ、
Ｚ座標において変位（たとえば、図２参照）する。その
主軸先端の熱変位の中には、さきに述べたように単純な
主軸中心線の平行移動によるズレ以外に、主軸頭構造部
材の熱変形のアンバランスに基づく主軸姿勢（主軸中心
線のＺ軸に対する平行度）の傾きも含まれる。
【０００３】このような主軸先端がＸ、Ｙ、Ｚ座標軸上
で原点に対し、相対的に変位することに基づく加工誤差
の補正について、従来技術では、次の方法により主軸の
変位量を測定し、ソフト的に座標軸原点をＸ、Ｙおよび
Ｚ軸方向にオフセットして修正している。すなわち、主
軸回転数と、その先端の熱変位量との関係は再現（反復
可能）性があることを利用し、 あらかじめ、機械毎に主軸回転数と、それに対応する
熱変位量との関係を調べておいて、主軸回転数に対応し
て、その変位量を自動補正する。 主軸の所定回転数に基づく主軸先端の熱変位が安定
（通常、５〜10分間）するまで主軸を空転させた後、計
測中の短時間だけ回転を停めて工具刃先をタッチセンサ
ーなどにより実測し変形量を計測し、その都度、工具位
置を補正してから実加工する。
で原点に対し、相対的に変位することに基づく加工誤差
の補正について、従来技術では、次の方法により主軸の
変位量を測定し、ソフト的に座標軸原点をＸ、Ｙおよび
Ｚ軸方向にオフセットして修正している。すなわち、主
軸回転数と、その先端の熱変位量との関係は再現（反復
可能）性があることを利用し、 あらかじめ、機械毎に主軸回転数と、それに対応する
熱変位量との関係を調べておいて、主軸回転数に対応し
て、その変位量を自動補正する。 主軸の所定回転数に基づく主軸先端の熱変位が安定
（通常、５〜10分間）するまで主軸を空転させた後、計
測中の短時間だけ回転を停めて工具刃先をタッチセンサ
ーなどにより実測し変形量を計測し、その都度、工具位
置を補正してから実加工する。
【０００４】荒加工終了直後に主軸先端の熱変形量ま
たはワーク基準位置の座標値を計測し、工具位置の誤差
を補正した上で、仕上げ加工を施す。 上記、およびに代表されるような現状の熱変位補
正方法は、しかしながら、加工点（工具刃先）の位置の
補正（オフセット）のみであって、主軸姿勢の変形（Ｚ
軸との平行度誤差）に基づく加工上の次の問題点までは
解決できない。すなわち、 （１）ワーク加工面の傾き〔図５（ａ）参照〕。 （２）工具の切込み毎に、図５（ｂ）に示すようなワー
ク加工面に対して段差（加工面精度の劣化）が生じるこ
と。
たはワーク基準位置の座標値を計測し、工具位置の誤差
を補正した上で、仕上げ加工を施す。 上記、およびに代表されるような現状の熱変位補
正方法は、しかしながら、加工点（工具刃先）の位置の
補正（オフセット）のみであって、主軸姿勢の変形（Ｚ
軸との平行度誤差）に基づく加工上の次の問題点までは
解決できない。すなわち、 （１）ワーク加工面の傾き〔図５（ａ）参照〕。 （２）工具の切込み毎に、図５（ｂ）に示すようなワー
ク加工面に対して段差（加工面精度の劣化）が生じるこ
と。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、主軸
取付け部にＡ、ＣのＮＣ回転送り軸が付加された６軸制
御工作機械であることに着目し、主軸位置と同姿勢の変
形をメカニカルに補正し、もって従来方法の位置の補正
では対応できない、前記主軸熱変形に起因する上述ワー
ク加工面の傾きおよび加工精度の劣化を防止することを
目的とする。
取付け部にＡ、ＣのＮＣ回転送り軸が付加された６軸制
御工作機械であることに着目し、主軸位置と同姿勢の変
形をメカニカルに補正し、もって従来方法の位置の補正
では対応できない、前記主軸熱変形に起因する上述ワー
ク加工面の傾きおよび加工精度の劣化を防止することを
目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、以下に述べるとおりの各構成要件を具備
している。 （１） ベッド10上をＸ軸方向に直動するテーブル11
と、該テーブル11を挾んで両側に立設されたコラム12、
12の上部を結合するクロスビーム13上をＹ軸方向に直動
するサドル14と、該サドル14上をＺ軸方向に直動するラ
ム15と、該ラム15の下部に設けられたＣ軸ベース16にＣ
軸方向の回動が可能に支承したＡ軸ベース17と、該Ａ軸
ベース17にＡ軸方向の回動が可能に支承したＷ軸ベース
18と、該Ｗ軸ベース18上をＷ軸方向に直動する主軸頭９
と、該主軸頭９にＷ軸方向と平行な軸線を有して軸支し
た主軸７とを具備し、該主軸７先端に装着された工具と
前記テーブル11に載置されたワークとの間でＸ、Ｙ、
Ｚ、Ａ、Ｃ、Ｗの各軸方向の相対移動を行ってワークに
ＮＣ加工を施すように構成した６軸制御工作機械におい
て、
達成するため、以下に述べるとおりの各構成要件を具備
している。 （１） ベッド10上をＸ軸方向に直動するテーブル11
と、該テーブル11を挾んで両側に立設されたコラム12、
12の上部を結合するクロスビーム13上をＹ軸方向に直動
するサドル14と、該サドル14上をＺ軸方向に直動するラ
ム15と、該ラム15の下部に設けられたＣ軸ベース16にＣ
軸方向の回動が可能に支承したＡ軸ベース17と、該Ａ軸
ベース17にＡ軸方向の回動が可能に支承したＷ軸ベース
18と、該Ｗ軸ベース18上をＷ軸方向に直動する主軸頭９
と、該主軸頭９にＷ軸方向と平行な軸線を有して軸支し
た主軸７とを具備し、該主軸７先端に装着された工具と
前記テーブル11に載置されたワークとの間でＸ、Ｙ、
Ｚ、Ａ、Ｃ、Ｗの各軸方向の相対移動を行ってワークに
ＮＣ加工を施すように構成した６軸制御工作機械におい
て、
【０００７】主軸熱変位を補正するため、主軸回転数に
対応する少なくとも前記Ａ軸およびＣ軸を含む所定の送
り軸の補正値を予め記憶し、ＮＣプログラムで主軸回転
数が指令されたとき、当該主軸回転数に対応する前記記
憶した各送り軸の補正値をＮＣ装置に指令して、その各
送り軸を駆動し、工具のワークに対する位置および姿勢
を所定の位置および姿勢に補正後、前記ＮＣプログラム
に基づく加工を行うようにしたことを特徴とする工作機
械の主軸熱変位補正方法。
対応する少なくとも前記Ａ軸およびＣ軸を含む所定の送
り軸の補正値を予め記憶し、ＮＣプログラムで主軸回転
数が指令されたとき、当該主軸回転数に対応する前記記
憶した各送り軸の補正値をＮＣ装置に指令して、その各
送り軸を駆動し、工具のワークに対する位置および姿勢
を所定の位置および姿勢に補正後、前記ＮＣプログラム
に基づく加工を行うようにしたことを特徴とする工作機
械の主軸熱変位補正方法。
【０００８】（２） ベッド10上をＸ軸方向に直動する
テーブル11と、該テーブル11を挾んで両側に立設された
コラム12、12の上部を結合するクロスビーム13上をＹ軸
方向に直動するサドル14と、該サドル14上をＺ軸方向に
直動するラム15と、該ラム15の下部に設けられたＣ軸ベ
ース16にＣ軸方向の回動が可能に支承したＡ軸ベース17
と、該Ａ軸ベース17にＡ軸方向の回動が可能に支承した
Ｗ軸ベース18と、該Ｗ軸ベース18上をＷ軸方向に直動す
る主軸頭９と、該主軸頭９にＷ軸方向と平行な軸線を有
して軸支した主軸７とを具備し、該主軸７先端に装着さ
れた工具と前記テーブル11に載置されたワークとの間で
Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ａ、Ｃ、Ｗの各軸方向の相対移動を行って
ワークにＮＣ加工を施すように構成した６軸制御工作機
械において、
テーブル11と、該テーブル11を挾んで両側に立設された
コラム12、12の上部を結合するクロスビーム13上をＹ軸
方向に直動するサドル14と、該サドル14上をＺ軸方向に
直動するラム15と、該ラム15の下部に設けられたＣ軸ベ
ース16にＣ軸方向の回動が可能に支承したＡ軸ベース17
と、該Ａ軸ベース17にＡ軸方向の回動が可能に支承した
Ｗ軸ベース18と、該Ｗ軸ベース18上をＷ軸方向に直動す
る主軸頭９と、該主軸頭９にＷ軸方向と平行な軸線を有
して軸支した主軸７とを具備し、該主軸７先端に装着さ
れた工具と前記テーブル11に載置されたワークとの間で
Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ａ、Ｃ、Ｗの各軸方向の相対移動を行って
ワークにＮＣ加工を施すように構成した６軸制御工作機
械において、
【０００９】主軸熱変位を補正するため、主軸回転数に
対応する少なくとも前記Ａ軸およびＣ軸を含む所定の送
り軸の補正値を予め記憶する記憶手段６と、ＮＣプログ
ラムで主軸回転数が指令されたとき、当該主軸回転数に
対応する前記記憶手段６に記憶した各送り軸の補正値を
ＮＣ装置４に指令する制御手段ＭＴＣとを具備し、該制
御手段ＭＴＣからＮＣ装置４に指令された補正値に従っ
て当該各送り軸を駆動して工具のワークに対する位置お
よび姿勢を所定の位置および姿勢に補正後、前記ＮＣプ
ログラム５に基づく加工を行うように構成したことを特
徴とする工作機械の主軸熱変位補正装置。
対応する少なくとも前記Ａ軸およびＣ軸を含む所定の送
り軸の補正値を予め記憶する記憶手段６と、ＮＣプログ
ラムで主軸回転数が指令されたとき、当該主軸回転数に
対応する前記記憶手段６に記憶した各送り軸の補正値を
ＮＣ装置４に指令する制御手段ＭＴＣとを具備し、該制
御手段ＭＴＣからＮＣ装置４に指令された補正値に従っ
て当該各送り軸を駆動して工具のワークに対する位置お
よび姿勢を所定の位置および姿勢に補正後、前記ＮＣプ
ログラム５に基づく加工を行うように構成したことを特
徴とする工作機械の主軸熱変位補正装置。
【００１０】
【作用】主軸の回転数が指定されると、記憶手段に記憶
されている補正値テーブルから当該回転数に対応する補
正値情報を呼出し、ＮＣ装置のサーボ部に指令して工作
機械の送り軸モータを駆動し、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ａ、Ｃおよ
びＷ軸のうち指令された送り軸を駆動して、工具のワー
クに対する位置および姿勢を補正する。補正後、ＮＣプ
ログラムに基づく加工が行なわれる。その際に、上記補
正値テーブルに記憶されている主軸回転数に応じて主軸
姿勢が安定する迄の時間も呼出され、この安定時間を経
過する迄、実加工が拘束されるようにすることもできる
し、この安定時間をオペレータに知らせる表示機能を付
加させるようにしてもよい。また、当該工作機械のＮＣ
加工は、主軸に現回転数が設定されている間は、常に、
それにより主軸位置および姿勢が補正された新座標系に
基づいて施される。
されている補正値テーブルから当該回転数に対応する補
正値情報を呼出し、ＮＣ装置のサーボ部に指令して工作
機械の送り軸モータを駆動し、Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ａ、Ｃおよ
びＷ軸のうち指令された送り軸を駆動して、工具のワー
クに対する位置および姿勢を補正する。補正後、ＮＣプ
ログラムに基づく加工が行なわれる。その際に、上記補
正値テーブルに記憶されている主軸回転数に応じて主軸
姿勢が安定する迄の時間も呼出され、この安定時間を経
過する迄、実加工が拘束されるようにすることもできる
し、この安定時間をオペレータに知らせる表示機能を付
加させるようにしてもよい。また、当該工作機械のＮＣ
加工は、主軸に現回転数が設定されている間は、常に、
それにより主軸位置および姿勢が補正された新座標系に
基づいて施される。
【００１１】
【実施例】以下に、本発明の好適な一実施例につき、図
面に沿って説明するが、本実施例を構成する各具体的要
件は、本発明の出願当時の当業界における技術レベルの
範囲内で、任意に変形可能な構成が含まれているので、
格別の理由を示すことなく本実施例に記載の構成要件の
みに基づいて、本発明の要旨を限定して解釈することは
許されない。図１は、本発明の一実施例のブロック図、
図２は、主軸姿勢の補正方法を解説する図、図３は、主
軸頭の概略構成斜視図、図４は、主軸姿勢の熱変位特性
と、その回転数との関係を模式的に示す図である。
面に沿って説明するが、本実施例を構成する各具体的要
件は、本発明の出願当時の当業界における技術レベルの
範囲内で、任意に変形可能な構成が含まれているので、
格別の理由を示すことなく本実施例に記載の構成要件の
みに基づいて、本発明の要旨を限定して解釈することは
許されない。図１は、本発明の一実施例のブロック図、
図２は、主軸姿勢の補正方法を解説する図、図３は、主
軸頭の概略構成斜視図、図４は、主軸姿勢の熱変位特性
と、その回転数との関係を模式的に示す図である。
【００１２】図１中、１は、本実施例を具備するＮＣ工
作機械で、説明の都合上、これを主軸モータ２、送り軸
モータ３によって代表し表示する。４は、ＮＣ装置で、
ＮＣプログラム５からの情報を読み取って、そのうちの
主軸回転数情報は機械制御装置ＭＴＣに送り出し、工作
機械の主軸モータ２に当該回転数を指令する。一方、送
り軸移動情報は、サーボ手段を介して工作機械の送り軸
モータ３へ、各送り軸の移動指令を伝える。このとき、
主軸回転数に対応した熱変位に対する各軸の補正値と安
定時間（主軸熱変位が安定する迄の時間）を、あらかじ
め機械制御装置ＭＴＣの補正値テーブルの記憶手段６
に、表１に示すようなテーブル形式で記憶させておい
て、
作機械で、説明の都合上、これを主軸モータ２、送り軸
モータ３によって代表し表示する。４は、ＮＣ装置で、
ＮＣプログラム５からの情報を読み取って、そのうちの
主軸回転数情報は機械制御装置ＭＴＣに送り出し、工作
機械の主軸モータ２に当該回転数を指令する。一方、送
り軸移動情報は、サーボ手段を介して工作機械の送り軸
モータ３へ、各送り軸の移動指令を伝える。このとき、
主軸回転数に対応した熱変位に対する各軸の補正値と安
定時間（主軸熱変位が安定する迄の時間）を、あらかじ
め機械制御装置ＭＴＣの補正値テーブルの記憶手段６
に、表１に示すようなテーブル形式で記憶させておい
て、
【００１３】
【表１】 主軸回転数が指定されると、それに対応する補正値と安
定時間の情報を表１に示すテーブルから採り出してＮＣ
装置４へ送出し、これらの補正値に基づいて送り軸モー
タ３を制御し、機械のＸ、Ｙ、Ａ、ＣおよびＷ軸の座標
系を補正した主軸回転数に対応した新座標系を設定す
る。主軸回転数の指令が変更されない限り、前記工作機
械は、この新座標系を基準にして制御される。
定時間の情報を表１に示すテーブルから採り出してＮＣ
装置４へ送出し、これらの補正値に基づいて送り軸モー
タ３を制御し、機械のＸ、Ｙ、Ａ、ＣおよびＷ軸の座標
系を補正した主軸回転数に対応した新座標系を設定す
る。主軸回転数の指令が変更されない限り、前記工作機
械は、この新座標系を基準にして制御される。
【００１４】図２において （１）主軸７の特定回転数に対する主軸姿勢の変位（傾
き）量は、接触形変位センサー８をテストバーに当てて
軸を移動し、図示のように測定長Ｌｏとしたとき、 Ｙ−Ｚ平面における傾き量 Ｅｙ／Ｌｏ Ｘ−Ｚ平面における傾き量 Ｅｘ／Ｌｏ を測定する。 Ｘ−Ｙ平面における傾き量 Ｅｒ／Ｌｏ ただし、Ｅｒ＝√（Ｅｘ2 ＋Ｅｙ2 ） 測定結果より主軸姿勢の補正量を下記（ａ）、（ｂ）式
により算出し、Ａ、Ｃ軸を制御して主軸姿勢をメカニカ
ルに補正する。
き）量は、接触形変位センサー８をテストバーに当てて
軸を移動し、図示のように測定長Ｌｏとしたとき、 Ｙ−Ｚ平面における傾き量 Ｅｙ／Ｌｏ Ｘ−Ｚ平面における傾き量 Ｅｘ／Ｌｏ を測定する。 Ｘ−Ｙ平面における傾き量 Ｅｒ／Ｌｏ ただし、Ｅｒ＝√（Ｅｘ2 ＋Ｅｙ2 ） 測定結果より主軸姿勢の補正量を下記（ａ）、（ｂ）式
により算出し、Ａ、Ｃ軸を制御して主軸姿勢をメカニカ
ルに補正する。
【００１５】（２）Ｃ軸回転角度の補正量（度） ΘＣ＝ａｒｃｔａｎ（Ｅｙ／Ｅｘ）……（ａ） （３）Ａ軸回転角度の補正量（度） ΘＡ＝ａｒｃｔａｎ（Ｅｒ／Ｌｏ）……（ｂ）
【００１６】このＡ、Ｃ軸を補正したことにより工具先
端の加工点の位置ずれが発生するが、その位置ずれ補正
値もＸ、Ｙ、Ｗ軸の補正値として算出し、補正値テーブ
ルの記憶手段６中に記憶させておく。上述説明の本実施
例においては、Ｚ軸は、ワーク取付け面に直角な方向の
軸線、Ｘ軸は、Ｚ軸に直交する平面内でワークからコラ
ム（門形）に向かって左右方向軸線、Ｙ軸は、Ｚ軸とＸ
軸とに直交する方向の軸線、Ａ旋回運動は、Ｘ軸に平行
な軸回りの回転、Ｃ旋回運動は、Ｚ軸に平行な軸回りの
回転、を、それぞれ示す。
端の加工点の位置ずれが発生するが、その位置ずれ補正
値もＸ、Ｙ、Ｗ軸の補正値として算出し、補正値テーブ
ルの記憶手段６中に記憶させておく。上述説明の本実施
例においては、Ｚ軸は、ワーク取付け面に直角な方向の
軸線、Ｘ軸は、Ｚ軸に直交する平面内でワークからコラ
ム（門形）に向かって左右方向軸線、Ｙ軸は、Ｚ軸とＸ
軸とに直交する方向の軸線、Ａ旋回運動は、Ｘ軸に平行
な軸回りの回転、Ｃ旋回運動は、Ｚ軸に平行な軸回りの
回転、を、それぞれ示す。
【００１７】なお、この測定と各補正値の算出は、あら
かじめ行い、以降は原則として行う必要はない。また、
Ｗ軸の補正値に代えてＺ軸補正値を採用しても良い。図
３は、本実施例の主軸頭９部分の斜視図、図４は、その
主軸の熱変位特性曲線の一例であって、図中、Ｘ、Ｙ、
Ｚ軸およびＡ、Ｃ軸回転は、それぞれ上述の定義に従
う。図中、７は、主軸であって、同軸は、その指定され
た回転数に応じたＸ、Ｙ、Ｚ軸およびＡ、Ｃ軸回転補正
値によって、図２において述べたとおりの各軸に対する
姿勢の補正が行なわれる。
かじめ行い、以降は原則として行う必要はない。また、
Ｗ軸の補正値に代えてＺ軸補正値を採用しても良い。図
３は、本実施例の主軸頭９部分の斜視図、図４は、その
主軸の熱変位特性曲線の一例であって、図中、Ｘ、Ｙ、
Ｚ軸およびＡ、Ｃ軸回転は、それぞれ上述の定義に従
う。図中、７は、主軸であって、同軸は、その指定され
た回転数に応じたＸ、Ｙ、Ｚ軸およびＡ、Ｃ軸回転補正
値によって、図２において述べたとおりの各軸に対する
姿勢の補正が行なわれる。
【００１８】ただし、図４に示す特性曲線にみられるよ
うに、主軸回転数Ｎ1 、Ｎ2 またはＮ3 に対し、各補正
値に示すとおりに回転中の主軸姿勢が落ち着く迄には、
若干の時間（たとえば、５〜１０分程度）が掛かるの
で、その間、工具は実加工に入れぬように拘束されてい
る。あるいは、その時間を表示してオペレータに知らせ
るようにし、その時間経過後に加工開始のスイッチをオ
ペレータが入れるようにしても良い。工作機械の主軸の
回転数を変更すると、新回転数に対応する姿勢安定時間
を経過した後でなければ、次回実加工ができないように
拘束されるが、荒加工の後に引続いて仕上げ加工を施す
といったように、前工程の加工精度がラフな場合におい
ては、あらかじめ、熱変位の安定時間を考慮しなくても
良いモードを選択し、直ちに実加工を開始することがで
きるようにもできる。
うに、主軸回転数Ｎ1 、Ｎ2 またはＮ3 に対し、各補正
値に示すとおりに回転中の主軸姿勢が落ち着く迄には、
若干の時間（たとえば、５〜１０分程度）が掛かるの
で、その間、工具は実加工に入れぬように拘束されてい
る。あるいは、その時間を表示してオペレータに知らせ
るようにし、その時間経過後に加工開始のスイッチをオ
ペレータが入れるようにしても良い。工作機械の主軸の
回転数を変更すると、新回転数に対応する姿勢安定時間
を経過した後でなければ、次回実加工ができないように
拘束されるが、荒加工の後に引続いて仕上げ加工を施す
といったように、前工程の加工精度がラフな場合におい
ては、あらかじめ、熱変位の安定時間を考慮しなくても
良いモードを選択し、直ちに実加工を開始することがで
きるようにもできる。
【００１９】図４のグラフ中、横軸方向には、主軸の回
転数Ｎ1 、Ｎ2 およびＮ3 の経過時間を採り、縦軸方向
は主軸先端の熱変位量を示し、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の
表示がある曲線は、それぞれ特定の回転数に対する各軸
方向の主軸の熱変位特性曲線を表示するであって、前記
曲線のうち、いずれの曲線も、ほぼ、水平線に平行な個
所が各回転数に対する主軸姿勢が安定したところで、横
軸方向にとって各曲線の水平部分までの原点からの長さ
が、いわゆる熱変位の安定時間（時定数ともいう）
Ｔ1 、Ｔ2 、Ｔ3 と称するものと理解されたい。０から
Ｎ1 へ回転数が上昇したときの安定時間がＴ1 、Ｎ1 か
らＮ2 へ回転数が上昇したときの安定時間がＴ2 、Ｎ2
からＮ3 へ回転数が上昇したときの安定時間がＴ3 であ
る。ここで、０からＮ2 に回転数が直接上昇した場合の
安定時間は、ほぼ、Ｔ1 ＋Ｔ2 であり、０からＮ3 に回
転数が直接上昇したときの安定時間は、ほぼ、Ｔ1＋Ｔ
2 ＋Ｔ3 であることが、実験的に確認されている。表１
に示す安定時間は、０から直接回転数が上昇するときの
時間である。
転数Ｎ1 、Ｎ2 およびＮ3 の経過時間を採り、縦軸方向
は主軸先端の熱変位量を示し、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の
表示がある曲線は、それぞれ特定の回転数に対する各軸
方向の主軸の熱変位特性曲線を表示するであって、前記
曲線のうち、いずれの曲線も、ほぼ、水平線に平行な個
所が各回転数に対する主軸姿勢が安定したところで、横
軸方向にとって各曲線の水平部分までの原点からの長さ
が、いわゆる熱変位の安定時間（時定数ともいう）
Ｔ1 、Ｔ2 、Ｔ3 と称するものと理解されたい。０から
Ｎ1 へ回転数が上昇したときの安定時間がＴ1 、Ｎ1 か
らＮ2 へ回転数が上昇したときの安定時間がＴ2 、Ｎ2
からＮ3 へ回転数が上昇したときの安定時間がＴ3 であ
る。ここで、０からＮ2 に回転数が直接上昇した場合の
安定時間は、ほぼ、Ｔ1 ＋Ｔ2 であり、０からＮ3 に回
転数が直接上昇したときの安定時間は、ほぼ、Ｔ1＋Ｔ
2 ＋Ｔ3 であることが、実験的に確認されている。表１
に示す安定時間は、０から直接回転数が上昇するときの
時間である。
【００２０】なお、図４表示の曲線には乱れ、リップル
の表示を省略した。本実施例において、主軸駆動モータ
２などは比較的に小容量であって主軸回りの発熱量、熱
変位も、主軸頭付近のみの問題として処理することがで
きるので、図４に示すような主軸回転数−熱変位特性曲
線は、個々の工作機械に対して再現性が良い。特に加工
精度が要求される仕上げ加工では、無負荷回転運転状態
に近く各回転数での主軸熱変位が一定状態で安定するこ
と、熱変位の時定数が一つの工具による連続加工時間に
比べて短かく、主軸姿勢が安定するまでのタイムロスは
無視できるから、上記操作が加工能率に影響することは
ない。
の表示を省略した。本実施例において、主軸駆動モータ
２などは比較的に小容量であって主軸回りの発熱量、熱
変位も、主軸頭付近のみの問題として処理することがで
きるので、図４に示すような主軸回転数−熱変位特性曲
線は、個々の工作機械に対して再現性が良い。特に加工
精度が要求される仕上げ加工では、無負荷回転運転状態
に近く各回転数での主軸熱変位が一定状態で安定するこ
と、熱変位の時定数が一つの工具による連続加工時間に
比べて短かく、主軸姿勢が安定するまでのタイムロスは
無視できるから、上記操作が加工能率に影響することは
ない。
【００２１】図５は、従来方法に基づく主軸熱変形の補
正を施した場合における、ワーク加工面の傾き〔図５
（ａ）参照〕、ワーク加工面精度の劣化〔図５（ｂ）参
照〕の一例を示すものである。図６は、本実施例装置を
付設した門形工作機械の正面図、図７は、その側面図で
あって、図中、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸およびＡ、Ｃ旋回運動は、
さきに述べた定義に従う。また、Ｗ運動はＺ軸に関連す
る補助直線運動軸である。
正を施した場合における、ワーク加工面の傾き〔図５
（ａ）参照〕、ワーク加工面精度の劣化〔図５（ｂ）参
照〕の一例を示すものである。図６は、本実施例装置を
付設した門形工作機械の正面図、図７は、その側面図で
あって、図中、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸およびＡ、Ｃ旋回運動は、
さきに述べた定義に従う。また、Ｗ運動はＺ軸に関連す
る補助直線運動軸である。
【００２２】図中、７は、主軸、９は、主軸頭、10は、
ベッド、11は、ベッドに支承されてＸ方向に滑動するテ
ーブルで、その上面は水平面をなし、該平面にワークを
固定する。12は、コラムで、テーブル11の両側にあって
Ｘ軸に対して直交方向位置に、かつＺ軸に平行な各一対
のコラムを設置し、その各上端を結んで水平方向にクロ
スビーム13を架設し、門形機械を構成している。14はサ
ドルで、前記クロスビーム13に支承されてＹ軸方向に滑
動可能である。15は、サドル14に設けたラムで、前記ラ
ム15はサドルに支承されてＺ軸方向に滑動する。16は、
ラム15の下部に一体的に設けたＣ軸ベース、17は、Ｃ軸
ベース16にＣ軸受により軸支されたＡ軸ベースで、同ベ
ース17はＣ軸ベース16に対し、Ｃ方向に±（180 ＋α）
°旋回可能である。
ベッド、11は、ベッドに支承されてＸ方向に滑動するテ
ーブルで、その上面は水平面をなし、該平面にワークを
固定する。12は、コラムで、テーブル11の両側にあって
Ｘ軸に対して直交方向位置に、かつＺ軸に平行な各一対
のコラムを設置し、その各上端を結んで水平方向にクロ
スビーム13を架設し、門形機械を構成している。14はサ
ドルで、前記クロスビーム13に支承されてＹ軸方向に滑
動可能である。15は、サドル14に設けたラムで、前記ラ
ム15はサドルに支承されてＺ軸方向に滑動する。16は、
ラム15の下部に一体的に設けたＣ軸ベース、17は、Ｃ軸
ベース16にＣ軸受により軸支されたＡ軸ベースで、同ベ
ース17はＣ軸ベース16に対し、Ｃ方向に±（180 ＋α）
°旋回可能である。
【００２３】18は、Ａ軸ベースにＡ軸受により軸承され
たＷ軸ベースで、同ベース18はＡ軸ベース17に対しＡ方
向に±（90＋α）°旋回可能である。９は主軸頭で、Ｗ
軸ベース18に設けたＷ方向溝に嵌合・支持されてＷ方向
に自在に直動可能に設けられている。上記各軸ベースの
補正運動については、さきに述べたとおり図１、図２お
よび図３に記載の構成ならびに表１記載の数値によっ
て、主軸回転数Ｎ1 、Ｎ2 またはＮ3 に対応して制御さ
れることは、いうまでもない。本実施例では、Ａ、Ｃ、
Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｗの各送り軸に補正値を有する場合を示し
たが、場合によっては、Ａ、Ｃの２軸だけを補正すれば
良い場合もある。よって本発明の補正値は、少なくとも
Ａ軸およびＣ軸を含む各送り軸のものであれば、何でも
よい。
たＷ軸ベースで、同ベース18はＡ軸ベース17に対しＡ方
向に±（90＋α）°旋回可能である。９は主軸頭で、Ｗ
軸ベース18に設けたＷ方向溝に嵌合・支持されてＷ方向
に自在に直動可能に設けられている。上記各軸ベースの
補正運動については、さきに述べたとおり図１、図２お
よび図３に記載の構成ならびに表１記載の数値によっ
て、主軸回転数Ｎ1 、Ｎ2 またはＮ3 に対応して制御さ
れることは、いうまでもない。本実施例では、Ａ、Ｃ、
Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｗの各送り軸に補正値を有する場合を示し
たが、場合によっては、Ａ、Ｃの２軸だけを補正すれば
良い場合もある。よって本発明の補正値は、少なくとも
Ａ軸およびＣ軸を含む各送り軸のものであれば、何でも
よい。
【００２４】
【発明の効果】以上のとおりであって、本発明は、Ｘ、
Ｙ、Ｚ、Ａ、Ｃ、Ｗの各送り軸を有する６軸制御工作機
械において、主軸回転数に対応する熱変位補正テーブル
を用意することにより、従来の主軸の熱変形に基づく加
工点位置の補正に加え、主軸姿勢の補正が可能になり、
これによって、ワークの加工面の倒れ、および加工面段
差のない高精度の加工が可能となる。
Ｙ、Ｚ、Ａ、Ｃ、Ｗの各送り軸を有する６軸制御工作機
械において、主軸回転数に対応する熱変位補正テーブル
を用意することにより、従来の主軸の熱変形に基づく加
工点位置の補正に加え、主軸姿勢の補正が可能になり、
これによって、ワークの加工面の倒れ、および加工面段
差のない高精度の加工が可能となる。
【図１】本発明実施例のブロック図である。
【図２】主軸姿勢の補正方法を解説する立体図を示す。
【図３】主軸頭部分の概略構成斜視図である。
【図４】主軸姿勢の熱変形特性曲線を、その回転数との
関係で示す図である。
関係で示す図である。
【図５】従来の補正方法による補正済み主軸姿勢工具に
基づくワーク加工面の倒れと段差の発生を示す図であ
る。
基づくワーク加工面の倒れと段差の発生を示す図であ
る。
【図６】本実施例装置を付設した門形工作機械の正面図
を示す。
を示す。
【図７】上記門形工作機械の側面図である。
１ ＮＣ工作機械（門形工作機械） ２ 主軸モータ ３ 送り軸モータ ４ ＮＣ装置 ５ ＮＣプログラム ６ 補正値テーブルの記憶手段 ７ 主軸 ８ 接触変位センサー ９ 主軸頭 10 ベッド 11 テーブル 12 コラム 13 クロスビーム 14 サドル 15 ラム 16 Ｃ軸ベース 17 Ａ軸ベース 18 Ｗ軸ベース。
Claims (2)
- 【請求項１】 ベッド10上をＸ軸方向に直動するテーブ
ル11と、該テーブル11を挾んで両側に立設されたコラム
12、12の上部を結合するクロスビーム13上をＹ軸方向に
直動するサドル14と、該サドル14上をＺ軸方向に直動す
るラム15と、該ラム15の下部に設けられたＣ軸ベース16
にＣ軸方向の回動が可能に支承したＡ軸ベース17と、該
Ａ軸ベース17にＡ軸方向の回動が可能に支承したＷ軸ベ
ース18と、該Ｗ軸ベース18上をＷ軸方向に直動する主軸
頭９と、該主軸頭９にＷ軸方向と平行な軸線を有して軸
支した主軸７とを具備し、該主軸７先端に装着された工
具と前記テーブル11に載置されたワークとの間でＸ、
Ｙ、Ｚ、Ａ、Ｃ、Ｗの各軸方向の相対移動を行ってワー
クにＮＣ加工を施すように構成した６軸制御工作機械に
おいて、主軸熱変位を補正するため、主軸回転数に対応
する少なくとも前記Ａ軸およびＣ軸を含む所定の送り軸
の補正値を予め記憶し、ＮＣプログラムで主軸回転数が
指令されたとき、当該主軸回転数に対応する前記記憶し
た各送り軸の補正値をＮＣ装置に指令して、その各送り
軸を駆動し、工具のワークに対する位置および姿勢を所
定の位置および姿勢に補正後、前記ＮＣプログラムに基
づく加工を行うようにしたことを特徴とする工作機械の
主軸熱変位補正方法。 - 【請求項２】 ベッド10上をＸ軸方向に直動するテーブ
ル11と、該テーブル11を挾んで両側に立設されたコラム
12、12の上部を結合するクロスビーム13上をＹ軸方向に
直動するサドル14と、該サドル14上をＺ軸方向に直動す
るラム15と、該ラム15の下部に設けられたＣ軸ベース16
にＣ軸方向の回動が可能に支承したＡ軸ベース17と、該
Ａ軸ベース17にＡ軸方向の回動が可能に支承したＷ軸ベ
ース18と、該Ｗ軸ベース18上をＷ軸方向に直動する主軸
頭９と、該主軸頭９にＷ軸方向と平行な軸線を有して軸
支した主軸７とを具備し、該主軸７先端に装着された工
具と前記テーブル11に載置されたワークとの間でＸ、
Ｙ、Ｚ、Ａ、Ｃ、Ｗの各軸方向の相対移動を行ってワー
クにＮＣ加工を施すように構成した６軸制御工作機械に
おいて、主軸熱変位を補正するため、主軸回転数に対応
する少なくとも前記Ａ軸およびＣ軸を含む所定の送り軸
の補正値を予め記憶する記憶手段６と、ＮＣプログラム
で主軸回転数が指令されたとき、当該主軸回転数に対応
する前記記憶手段６に記憶した各送り軸の補正値をＮＣ
装置４に指令する制御手段ＭＴＣとを具備し、該制御手
段ＭＴＣからＮＣ装置４に指令された補正値に従って当
該各送り軸を駆動して工具のワークに対する位置および
姿勢を所定の位置および姿勢に補正後、前記ＮＣプログ
ラム５に基づく加工を行うように構成したことを特徴と
する工作機械の主軸熱変位補正装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10377892A JP2745355B2 (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | 工作機械の主軸熱変位補正方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10377892A JP2745355B2 (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | 工作機械の主軸熱変位補正方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05277894A JPH05277894A (ja) | 1993-10-26 |
| JP2745355B2 true JP2745355B2 (ja) | 1998-04-28 |
Family
ID=14362892
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10377892A Expired - Fee Related JP2745355B2 (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | 工作機械の主軸熱変位補正方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2745355B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100438762B1 (ko) * | 1996-01-09 | 2004-08-16 | 도시바 기카이 가부시키가이샤 | 공작기계의변위보정장치 |
| JP3154946B2 (ja) | 1996-11-11 | 2001-04-09 | ファナック株式会社 | 工作機械の熱変位補正方法 |
| JP5786436B2 (ja) * | 2011-05-06 | 2015-09-30 | 株式会社ジェイテクト | 数値制御装置および加工方法 |
-
1992
- 1992-03-31 JP JP10377892A patent/JP2745355B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05277894A (ja) | 1993-10-26 |
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|---|---|---|---|
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