JP3002832B2 - Nc工作機械装置 - Google Patents

Nc工作機械装置

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JP3002832B2
JP3002832B2 JP2190145A JP19014590A JP3002832B2 JP 3002832 B2 JP3002832 B2 JP 3002832B2 JP 2190145 A JP2190145 A JP 2190145A JP 19014590 A JP19014590 A JP 19014590A JP 3002832 B2 JP3002832 B2 JP 3002832B2
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捷利 壬生
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は例えば機械部品等を高精度加工するNC工作機
械装置に関する。
〔発明の概要〕
本発明は例えば機械部品等を高精度加工するNC工作機
械装置に関し、デジタルスケールを変位検出要素として
備えたNC工作機械装置に於いて、このデジタルスケール
に設けた温度検出手段と、この温度検出手段により検出
された温度を基にクーラント液の温度を制御するクーラ
ント液温制御手段と、このクーラント液温制御手段によ
り温度制御されたクーラント液をワークに掛け、このワ
ークの温度をこの温度検出手段により検出されたこのデ
ジタルスケールの温度に等しくするクーラント液掛け手
段と、この温度検出手段により検出されたこのデジタル
スケールの温度と予め設定されたこのデジタルスケール
及びこのワークの熱膨張係数とを基にこのデジタルスケ
ールの計測値補正を演算する演算手段と、この演算手段
により補正された計測値によりこのNC工作機械を制御す
る制御手段とを設けたことにより、このデジタルスケー
ルの精度の保証された基準温度に於けるワークの寸法が
このデジタルスケールの精度によって保証される値とな
り温度変数に係りなく高精度の加工ができるようにした
ものである。
また本発明NC工作機械装置に於いてはこのデジタルス
ケールに設けた第1の温度検出手段と、ワークの温度を
検出する第2の温度検出手段と、この第1の温度検出手
段により検出された温度とこの第2の温度検出手段によ
り検出された温度とが一致するようにクーラント液の温
度を制御するクーラント液温制御手段と、このクーラン
ト液をこのワークに掛けるクーラント液掛け手段と、こ
の第1の温度検出手段により検出されたこのデジタルス
ケールの温度と予め設定されたこのデジタルスケール及
びこのワークの熱膨張係数とを基にこのデジタルスケー
ルの計測値補正を演算する演算手段と、この演算手段に
より補正された計測値によりNC工作機械を制御する制御
手段とを設けたことにより、デジタルスケールの温度と
ワークの温度とをより精密に一致することができ、これ
により、周囲の温度変動に係りなく高精度の加工ができ
るようにしたものである。
〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕
近年産業の高度化に伴い、高精度加工の中心的役割を
担うNC工作機械装置に対する高精度化の要求が一段と高
まっている。
このNC工作機械装置の高精度化を実現する手段の一つ
としてデジタルスケールを用い直接テーブルの移動量を
計測し制御する所謂フルクローズループ方式が用いられ
ている。
ところで高精度加工即ち最終的なワーク(例えば機械
部品)での高精度化を実現するという観点からは、単に
テーブルの動きを高精度に制御するだけでなく、例えば
機械の熱変位に伴う刃物位置の変化や、機械とワークと
の温度差、さらには熱膨張係数の差といった部分も考慮
されなければならない。
この為工作機械の運転によって生ずる温度上昇及び温
度上昇に伴う工作機械の変位をワークの設計上の工夫に
より抑えるようにしたり、クーラント液を使用し、ワー
クの温度上昇を防いだり又は、このワークの温度を一定
になる様に管理することが行なわれていた。
然しながらNC工作機械装置に於いて高精度加工を実現
する為には環境条件のみならずワーク及び工作機械の温
度管理を厳密に行う必要があるが、このワーク及び工作
機械を含む環境を一定温度にするにはその設備コスト及
びランニングコストが大となる不都合があった。
本発明な斯る点に鑑み比較的簡単構成で周囲の温度変
動に係りなく高精度の加工ができるようにすることを目
的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明NC工作機械装置は例えば第1図に示すデジタル
スケール(1)を変位検出要素として備えたNC工作機械
装置に於いて、このデジタルスケール(1)に設けた温
度検出手段(2)と、この温度検出手段(2)により検
出された温度を基にクーラント液(3a)の温度を制御す
るクーラント液温制御手段(11)と、このクーラント液
温制御手段(11)により温度制御されたクーラント液
(3a)をワーク(4)に掛け、このワーク(4)の温度
をこの温度検出手段(2)により検出されたこのデジタ
ルスケール(1)の温度に等しくするクーラント液掛け
手段(3)と、この温度検出手段(2)により検出され
たこのデジタルスケール(1)の温度と予め設定された
このデジタルスケール(1)及びこのワーク(4)の熱
膨張係数とを基にこのデジタルスケール(1)の計測値
補正を演算する演算手段(12)と、この演算手段(12)
により補正された計測値によりこのNC工作機械(5)を
制御する制御手段(7)とを設けたものである。
また本発明NC工作機械装置は例えば第2図に示す如く
このデジタルスケール(1)に設けた第1の温度検出手
段(2)と、ワーク(4)の温度を検出する第2の温度
検出手段(6)と、この第1の温度検出手段(2)によ
り検出された温度とこの第2の温度検出手段(6)によ
り検出された温度とが一致するようにクーラント液(3
a)の温度を制御するクーラント液温制御手段(11)
と、このクーラント液(3a)をこのワーク(4)に掛け
るクーラント液掛け手段(3)と、この第1の温度検出
手段(2)により検出されたこのデジタルスケール
(1)の温度と予め設定されたこのデジタルスケール
(1)及びこのワーク(4)の熱膨張係数とを基にこの
デジタルスケール(1)の計測値補正を演算する演算手
段(12)と、この演算手段(12)により補正された計測
値によりNC工作機械(5)を制御する制御手段(7)と
を設けたものである。
〔作用〕
斯る本発明に依れば検出されたデジタルスケール
(1)の温度によりデジタルスケール(1)の温度とワ
ーク(4)の温度とを等しくなるようにすると共にこの
検出されたデジタルスケール(1)の温度と予め設定さ
れたデジタルスケール(1)及びワーク(4)の熱膨張
係数とを基にこのデジタルスケール(1)の計測値補正
を演算し、この補正された計測値によりNC工作機械
(5)を制御するので、このデジタルスケール(1)の
精度の保証された基準温度(例えば20℃)に於けるワー
ク(4)の寸法がこのデジタルスケール(1)の精度に
よって保証された値となるようになり温度変動に係りな
く高精度の加工ができる。
また本発明に依ればこのワーク(4)にも温度検出手
段(6)を設けているので、デジタルスケール(1)の
温度とワーク(4)の温度とをより精密に一致すること
ができ、これにより周囲の温度変動に係りなく高精度の
加工ができる。
〔実施例〕
以下第1図を参照しながら本発明NC工作機械装置の一
実施例につき説明しよう。
第1図に於いて、(5)はNC工作機械の摺動テーブル
を示し、この摺動テーブル(5)は従来周知のNC工作機
械摺動テーブルと同様にこの摺動テーブル(5)は所定
位置にワーク(例えば機械部品)(4)を固定し、この
ワーク(4)をNCコントローラ(7)よりサーボ信号に
より所定方向に所定量移動する如くなされている。
この摺動テーブル(5)の所定位置にこの摺動テーブ
ル(5)の移動量を計測する磁気スケール、光学スケー
ル等のデジタルスケール(1)を設ける。このデジタル
スケール(1)の精度は基準温度例えば20℃で保証され
ている。このデジタルスケール(1)の出力信号を変位
量デテクタ(8)に供給し、この変位量デテクタ(8)
の出力側に得られる計測値XM信号を後述する計測値補正
装置(9)を介してNCコントローラ(7)に供給し、こ
のNCコントローラ(7)の出力側に得られるサーボ信号
によりNC工作機械の摺動テーブル(5)を移動制御する
如くする。
本例に於いてはこのNC工作機械の摺動テーブル(5)
の所定位置に設けたデジタルスケール(1)の所定位置
の温度センサ(2)を設ける。この温度センサ(2)よ
りの温度検出信号を温度デテクタ(10)に供給し、この
温度デテクタ(10)よりの温度TS信号をクーラント液温
制御装置(11)に供給する。このクーラント液温制御装
置(11)はワーク(4)に降りかけるクーラントシャワ
ー装置(3)よりのクーラント液(3a)の温度をこのデ
ジタルスケール(1)の温度に一致する如く制御する。
この場合一般にクーラント液(3a)の温度とワーク
(4)の温度とは一致するものである。
また本例に於いては、この温度デテクタ(10)の出力
側に得られるデジタルスケール(1)の温度信号TSを計
測値補正装置(9)に供給すると共に設定入力装置(1
2)より予め設定されているデジタルスケール(1)の
熱膨張係数CS及びワーク(4)の熱膨張係数CWの夫々の
信号を供給し、この計測値補正装置(9)に於いて、こ
のデジタルスケール(1)の温度とデジタルスケール
(1)及びワーク(4)の夫々熱膨張係数よりこの補正
する値を演算する。
この場合デジタルスケール(1)の精度は基準温度例
えば20℃の時の計測値をもとに構成(もしくは規定)さ
れているので、変位量デテクタ(8)より得られる計測
値XMは XM=X20{1+CS(TS−20)} ‥‥(1) となる。但しX20は20℃に於ける計測値(構成値)であ
る。
一方ワークの温度TWはクーラント液(3a)の温度によ
りデジタルスケール(1)の温度TS(℃)と略等しくな
っているので、このワーク(4)の20℃に於ける基準寸
法をW20とするとこのTS(℃)に於ける寸法WSは WS=W20{1+CW(TS−20)} ‥‥(2) となる。このときデジタルスケール(1)の計測値X
Mは、TS(℃)に於けるワーク(4)の寸法WSを計測し
ていることになり、従って熱膨張係数CWとCSとが等しい
場合には基準温度例えば20℃に於けるワーク(4)の寸
法W20は正確な値X20と等しくなるが、この熱膨張係数CW
とCSとが異なる場合にはこの熱膨張係数の差による誤差
が生じる。従って変位量デテクタ(8)の出力の計測値
XMに対し、この計測値補正装置(12)は補正演算を行い
補正された計測値XCをNCコントローラ(7)に供給され
る。
ここで補正された計測値XCは XC=CMP・XM ‥‥(3) となる。但しCMPは補正係数であり、このCMPは CMP={1+CW(TS−20)}/ {1+CS(TS−20)} ‥‥(4) である。
この補正された計測値XCにより、ワーク(4)の熱膨
張係数CWの値にかかわらず、基準温度例えば20℃に於け
るワーク寸法W20が正確な値に制御されることとなる。
またこの場合デジタルスケール(1)の熱膨張係数CS
NC工作機械にこのデジタルスケール(1)が実装された
時点で固定値として扱えるので計測値補正装置(12)の
内部パラメータとして組み込むことができる。
以上述べた如く本例に依れば検出されたデジタルスケ
ール(1)の温度によりデジタルスケール(1)の温度
TSとワーク(4)の温度TWとを等しくなるようにすると
共にこの検出されたデジタルスケール(1)の温度TS
予め設定されたデジタルスケール(1)の熱膨張係数CS
及びワーク(4)の熱膨張係数CWとを基にこのデジタル
スケール(1)の計測値補正を演算し、この補正された
計測値XCによりNC工作機械の摺動テーブル(5)を制御
するので、このデジタルスケール(1)の精度の保証さ
れた基準温度例えば20℃に於けるワーク(4)の寸法が
このデジタルスケール(1)の精度によって保証された
値となるようになり、温度変動に係りなく高精度の加工
ができる利益がある。この場合ワーク(4)にクーラン
トシャワー装置(3)、デジタルスケール(1)に温度
センサ(2)及び計測値補正装置(12)等を設けるだけ
なので構成が比較的簡単である利益がある。
第2図は本発明の他の実施例を示す。この第2図例に
於いては第1図例に於いて、更にワーク(4)に温度セ
ンサ(6)よりの温度検出信号を温度デテクタ(13)に
供給し、この温度デテクタ(13)よりの温度TW信号をク
ーラント液温制御装置(11)に供給し、このクーラント
液温制御装置(11)に於いてデジタルスケール(1)の
温度TSとこのワーク(4)の温度TWとを比較し、このデ
ジタルスケール(1)の温度TSとワーク(4)の温度TW
とが一致する如くこのクーラントシャワー装置(3)の
クーラント液(3a)の温度を制御する如くする。
ところでワーク(4)の温度TWを検出するのにワーク
(4)に温度センサ(6)を密着させて検出するのであ
るが、現実の加工作業に於いてこのワーク(4)に温度
センサ(6)を密着するのが困難な場合があり、このと
きはワーク(4)に放射された後に回収されるクーラン
ト液(3a)の温度を計測するようにしてもワーク(4)
の温度を実質的に計測できる。
またこの温度デテクタ(13)の出力側に得られる温度
TW信号を計測値補正装置(9)に供給し、この計測値補
正装置(9)に於いて、この実際のワーク(4)の温度
TWをもとに補正演算を行うことができ、より高精度な制
御が可能となる。
またこの第2図例ではデジタルスケール(1)の予め
設定された熱膨張係数CSは設定入力装置(12)より計測
値補正装置(9)に供給されるが、ワーク(4)の熱膨
張係数CWはNCコントローラ(7)より供給するようにし
ている。これは一般に金属加工に於いてはワーク(4)
の材質に依って加工条件を変える必要があり、このよう
な要求に対応できるように設計されたNCコントローラ
(7)に於いては、この加工工程に於けるワーク(4)
の熱膨張係数CWを出力できるようにすることは容易であ
るからである。
その他は第1図と同様に構成する。
斯る第2図例に於いても第1図例同様の作用効果が得
られることは容易に理解できよう。またこの第2図例に
於いてはワーク(4)の温度TWを直接計測しているので
ワーク(4)の温度TWをデジタルスケール(1)の温度
TSにより正確に一致する様にクーラント液(3a)の温度
を制御できると共にワーク(4)の実際の温度TWをもと
にした補正演算ができ、より高精度な制御ができる利益
がある。
尚本発明は上述実施例に限ることなく本発明の要旨を
逸脱することなく、その他種々の構成が取り得ることは
勿論である。
〔発明の効果〕
本発明に依れば比較的簡単な構成でデジタルスケール
(1)の精度の保証された基準温度(例えば20℃)に於
けるワーク(4)の寸法がこのデジタルスケール(1)
の精度によって保証される値とすることができ、温度変
動に係りなく高精度の加工ができる利益がある。
また本発明によればデジタルスケール(1)及びワー
ク(4)の温度を検出するので、デジタルスケール
(1)の温度TSとワーク(4)の温度TWとをより精密に
一致し、これにより高精度の加工ができる利益がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明NC工作機械装置の一実施例を示す構成
図、第2図は本発明の他の実施例を示す構成図である。 (1)はデジタルスケール、(2)及び(6)は夫々温
度センサ、(3)はクーラントシャワー装置、(3a)は
クーラント液、(4)はワーク、(5)はNC工作機械の
摺動テーブル、(7)はNCコントローラ、(8)は変位
量デテクタ、(9)は計測値補正装置、(11)はクーラ
ント液温制御装置、(12)は設定入力装置である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−39754(JP,A) 特開 昭62−218048(JP,A) 実開 昭62−188346(JP,U) 実開 昭64−23340(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23Q 15/18 B23Q 11/14

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】デジタルスケールを変位検出要素として備
    えたNC工作機械装置において、 前記デジタルスケールに設けた温度検出手段と、該温度
    検出手段により検出された温度を基にクーラント液の温
    度を制御するクーラント液温制御手段と、前記クーラン
    ト液温制御手段により温度制御されたクーラント液をワ
    ークに掛け、前記ワークの温度を前記温度検出手段によ
    り検出された前記デジタルスケールの温度に等しくする
    クーラント液掛け手段と、 前記温度検出手段により検出された前記デジタルスケー
    ルの温度と予め設定された前記デジタルスケール及び前
    記ワークの熱膨張係数とを基に前記デジタルスケールの
    計測値補正を演算する演算手段と、該演算手段により補
    正された計測値により前記NC工作機械を制御する制御手
    段とを設けたことを特徴とするNC工作機械装置。
  2. 【請求項2】デジタルスケールを変位検出要素として備
    えたNC工作機械装置において、前記デジタルスケールに
    設けた第1の温度検出手段と、ワークの温度を検出する
    第2の温度検出手段と、前記第1の温度検出手段により
    検出された温度と前記第2の温度検出手段により検出さ
    れた温度とが一致するようにクーラント液の温度を制御
    するクーラント液温制御手段と、前記クーラント液を前
    記ワークに掛けるクーラント液掛け手段と、 前記第1の温度検出手段により検出された前記デジタル
    スケールの温度と予め設定された前記デジタルスケール
    及び前記ワークの熱膨張係数とを基に前記デジタルスケ
    ールの計測値補正を演算する演算手段と、該演算手段に
    より補正された計測値によりNC工作機械を制御する制御
    手段とを設けたことを特徴とするNC工作機械装置。
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