JP3079510B2 - 熱変位補正方法 - Google Patents

熱変位補正方法

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JP3079510B2 JP04250512A JP25051292A JP3079510B2 JP 3079510 B2 JP3079510 B2 JP 3079510B2 JP 04250512 A JP04250512 A JP 04250512A JP 25051292 A JP25051292 A JP 25051292A JP 3079510 B2 JP3079510 B2 JP 3079510B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は主軸ラム先端に複数の主
軸アタッチメントを選択的に装着するマシニングセンタ
等工作機械の熱変位補正方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】最近、図6に示すように主軸ラム101
に主軸を持たず、予め用意された複数の主軸アタッチメ
ント102を用途に応じて選択的に主軸ラムの先端に着
脱可能に自動装着する構造の門形マシニングセンタが多
くなった。この主軸アタッチメント交換式門形マシニン
グセンタの熱変位補正方法は、従来の門形マシニングセ
ンタの熱変位補正方法と同じで、主軸ラムの発熱部と、
最も温度変化の少ないコラム103下側の基準位置に温
度センサ104,105を設け、両温度センサの温度差
と熱変位の関係を予め測定して単位温度当たりの熱変位
係数を定め、運転中常時温度を検出して温度差を求め演
算により熱変位量を求めてNC装置106内で補正を行
っていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来の熱変位補正方法
は、各主軸アタッチメントはそれぞれ発生する温度と熱
変位量が異なるにもかかわらず、主軸ラムの発熱部と基
準位置との温度差で熱変位補正を行っているため、実際
の熱変位量と補正量が異なり、良好な位置決め精度が得
られないという問題点を有している。本発明は従来の技
術の有するこのような問題点に鑑みなされたものであ
り、その目的とするところは複数の主軸アタッチメント
のそれぞれ異なる熱変位を含めて総合的に補正すること
のできる熱変位補正方法を提供しようとするものであ
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明における熱変位補正方法は、主軸ラムの先端に
複数の主軸アタッチメントを選択的に着脱可能に装着す
る工作機械の熱変位補正方法であって、予め前記主軸ラ
ムの発熱部に設けた温度センサの検出温度と比較的温度
変化の少ない位置に設けた温度センサの検出温度との第
1温度差と前記主軸ラムの熱変位量との関係を測定して
単位温度当たりの第1熱変位係数を定めて記憶し、予め
前記主軸ラムに装着した各主軸アタッチメントの冷却用
戻り油を主軸ラムの返却路入口近くに設けた温度センサ
での検出温度と前記比較的温度変化の少ない位置に設け
た前記センサの検出温度との第2温度差と前記各主軸ア
タッチメントの熱変位量との関係を測定して単位温度当
たりのそれぞれの第2熱変位係数を定めてパラメータと
して記憶し、選択された主軸アタッチメント使用時の前
記第2温度差と前記第2熱変位係数より求めた主軸アタ
ッチメントの第2熱変位量と、同時に検出した前記第1
温度差と前記第1熱変位係数より求めた前記主軸ラムの
第1熱変位量との和で総合的に補正を行うものである。
【0005】
【作用】NCの自動アタッチメント交換指令で選択され
た主軸アタッチメントが主軸ラムに自動装着されると、
NC指定のアタッチメント番号により対応する主軸アタ
ッチメントの第2熱変位係数が呼び出され、測定された
第2温度差にこの第2熱変位係数を乗じて、アタッチメ
ント側の熱変位補正値を算出する。同時に測定された第
1温度差に第1熱変位係数を乗じて主軸ラム側の熱変位
補正値を算出し、両方の値の和で総合的に熱変位補正を
行う。
【0006】
【実施例】以下実施例について図面を参照して説明す
る。図1の門形マシニングセンタにおいて、ベッド1上
に設けられたX軸方向の案内上にテーブル2が移動位置
決め可能に載置され、ベッド1の両側床上に立設された
コラム3の前面に設けられたZ軸方向の案内上に、クロ
スレール4が移動位置決め可能に載置されている。クロ
スレール4のY軸方向の案内上にはサドル5が移動位置
決め可能に載架されており、サドル5に主軸ラム6がZ
軸方向に移動位置決め可能に設けられている。そして主
軸ラム6の先端には予め用意された複数の主軸アタッチ
メント7が図示しない自動アタッチメント交換装置によ
り選択的に自動装着されるようになっている。
【0007】主軸アタッチメント7にはアタッチメント
主軸の回転による軸受部の発熱を抑えるための冷却油路
8が設けられており、油路8は自動装着時に自動カプラ
9A,9Bにより、主軸ラム6内に穿設された供給路1
1及び返却路12に連通されるようになっている。機外
には自動油温調整機能付冷却油装置13が設置されてお
り、給油ポンプ14により管路15を経て一定温度に調
整された冷却油が供給路11に送られ、返却路12内の
油は返油ポンプ16により吸引されて管路17を経て冷
却油装置13のタンクに戻されるようになっている。
【0008】主軸ラム6内には、自動カプラ9Bの近く
に冷却を終わって主軸アタッチメント7から排出される
油温を検出する冷却油用温度センサ18が取り付けられ
ており、更に主軸ラム内には図示しない主軸駆動軸受周
辺の熱発生量の大きい位置に発熱点用温度センサ19が
取付けられている。更にコラム3の下側の比較的温度変
化の少ない位置に基準温度測定用温度センサ21が取り
付けられている。本機近くの床上にはNC装置22が設
置されており、このNC装置22内に温度センサ18,
19,21の出力信号をそれぞれ温度に変換する温度計
測装置23が設けられている。主軸ラム上にZ軸サーボ
モータ24が固着されている。
【0009】図2は熱変位補正用の制御システムのブロ
ック線図で、プログラム記憶部25は外部より入力され
たプログラムを保存する部分。熱変位係数記憶部26
は、予め定めた主軸ラム6の単位温度当たりの熱変位係
数を記憶しておく部分である。パラメータ記憶部27
は、予め定めた複数の主軸アタッチメント7個々の単位
温度当たりの熱変位係数をパラメータとして記憶してお
く部分である。第1温度差演算部28は、温度センサ1
9と21の温度差を求める部分。第2温度差演算部29
は温度センサ18と21の温度差を求める部分である。
【0010】第1補正値演算部31は、温度センサ19
と21の温度差に熱変位係数記憶部26より読み取った
係数を乗じて主軸ラム側の補正値を求める部分。第2補
正値演算部32は、プログラム記憶部25から出力され
る指定アタッチメント番号に対応する熱変位係数を読み
だして、これに温度センサ18と21の温度差を乗じて
主軸アタッチメント側の補正値を求める部分である。指
令値演算部33は主軸ラム6側の補正値と主軸アタッチ
メント7側の補正値の和を求めて総合的にプログラム指
令値にフィードバックする部分。関数発生部34は各指
令に対する関数を発生させる部分、モータ駆動部35は
Z軸サーボモータ24を駆動する部分である。
【0011】続いて本実施例の作用について説明する。
主軸ラム6の先端に図示しない自動アタッチメント交換
装置により、指定のアタッチメント番号の主軸アタッチ
メント7が自動装着されると、パラメータ記憶部27よ
り対応する熱変位係数が第2補正値演算部32に読みだ
される。一方第1補正値演算部31には常時主軸ラム6
の熱変位係数読み取られている。アタッチメント主軸が
回転し切削加工が開始されると主軸ラム6に設けられて
いる発熱点用温度センサ19の計測温度が上昇し、同時
に冷却用温度センサ18の計測温度も上昇する。
【0012】そして発熱点用温度センサ19の計測温度
と基準点用温度センサ21の計測温度の温度差が第1温
度演算部28で、また冷却油用温度センサ18の計測温
度と基準点用温度センサ21の計測温度の温度差が第2
温度演算部29でそれぞれ求められ、第1補正値演算部
31で温度センサ19と21の温度差に主軸ラムの単位
温度当たりの熱変位係数を乗じて主軸ラム側の補正値を
求め、第2補正値演算部32で温度センサ18と21の
温度差に、主軸アタッチメント対応の単位温度差当たり
の熱変位係数を乗じて、主軸アタッチメント側の補正値
を求める。そしてこの両補正値の和を求めて総合的に補
正を行う。
【0013】次に本実施例の熱変位補正に関する実験デ
ータについて図3〜図5により説明する。図3はこの実
験方法の説明図で、テーブル2上とテストバー35端の
間の距離aとテーブル2上とクロスレール4の下端面間
の距離bを、ダイヤルゲージを用いてそれぞれ測定し、
その差Cを算出することにより、主軸ラム6+主軸アタ
ッチメント7の熱変位量を計測するものである。図4は
計測データのグラフ図で、一点鎖線はアタッチメント主
軸の回転数、実線は熱変位補正を行わない前の熱変位
量、破線は熱変位補正を行った後の熱変位量を表し、補
正によりほぼ10μm以下に熱変位量を抑えることがで
きる。図5は本実験中の冷却油用温度センサ18の計測
温度変化のグラフ図で、図4で実線にて示す補正前の熱
変位量の曲線と相似形の曲線を示しており、冷却油温度
を基にしたアタッチメント側の補正が有効であることを
示している。
【0014】
【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で次に記載する効果を奏する。主軸ラム先端に各主軸ア
タッチメントを選択的に自動装着する構造の工作機械に
おいて、主軸ラムの熱変位に各主軸アタッチメントのそ
れぞれの熱変位を加えて補正を行うようにしたので、各
主軸アタッチメント毎に最適な熱変位補正が可能で、ア
タッチメント装着後の総合的な熱変位補正が可能となる
ため、より高い精度が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例の熱変位補正装置付門形マシニングセ
ンタの構成図である。
【図2】本実施例の熱変位補正方法の制御システムのブ
ロック線図である。
【図3】本実施例のために行った実験方法の説明図であ
る。
【図4】実験結果を表すグラフ図である。
【図5】実験中の冷却油温度の変化を表すグラフ図であ
る。
【図6】従来の技術の熱変位補正装置付門形マシニング
センタの構成図である。
【符号の説明】
2 テーブル 3 コラム 5 サドル 6 主軸ラム 7 主軸アタッチメント 8 冷却油路 18,19,21 温度センサ 22 NC装置 23 温度計測装置

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 主軸ラムの先端に複数の主軸アタッチメ
    ントを選択的に着脱可能に装着する工作機械の熱変位補
    正方法であって、予め前記主軸ラムの発熱部に設けた温
    度センサの検出温度と比較的温度変化の少ない位置に設
    けた温度センサでの検出温度との第1温度差と前記主軸
    ラムの熱変位量との関係を測定して単位温度当たりの第
    1熱変位係数を定めて記憶し、予め前記主軸ラムに装着
    した各主軸アタッチメントの冷却用戻り油を主軸ラムの
    返却路入口近くに設けた温度センサの検出温度と前記比
    較的温度変化の少ない位置に設けた前記センサの検出温
    との第2温度差と前記各主軸アタッチメントの熱変位
    量との関係を測定して単位温度当たりのそれぞれの第2
    熱変位係数を定めてパラメータとして記憶し、選択され
    た主軸アタッチメント使用時の前記第2温度差と前記第
    2熱変位係数より求めた主軸アタッチメントの第2熱変
    位量と、同時に検出した前記第1温度差と前記第1熱変
    位係数より求めた前記主軸ラムの第1熱変位量との和で
    総合的に補正を行うことを特徴とする熱変位補正方法。
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