JP4172614B2

JP4172614B2 - ボールネジ送り駆動補正方法

Info

Publication number: JP4172614B2
Application number: JP2001075694A
Authority: JP
Inventors: 彰浩北村; 耕作北村
Original assignee: Kitamura Machinery Co Ltd
Current assignee: Kitamura Machinery Co Ltd
Priority date: 2001-03-16
Filing date: 2001-03-16
Publication date: 2008-10-29
Anticipated expiration: 2021-03-16
Also published as: JP2002273642A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ボールネジ補正方法、とくにマシニングセンターその他の工作機械用のボールネジ送り駆動補正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ボールネジを用いた送り駆動装置では、送り制御の高精度化が進んでいる。高精度の送り駆動を行うために、高精度のボールネジが使用される。
【０００３】
【発明が解決しようする課題】
しかしながら、摩耗による精度の低下や、熱膨張によるボールネジの長さの変化等により、所望の高精度でボールネジの送り駆動ができない。
【０００４】
本発明は、ボールネジの高精度の送り駆動を行うことができるようにする、ボールネジ駆動の補正方法を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決手段を例示すると、各請求項に記載のボールネジ送り駆動補正方法である。すなわち、
（１）コラムに沿ってボールネジを垂直方向に延びるように、かつ回転可能に設け、ボールネジの一端にサーボモーターを接続し、ボールネジを介してコラムに対してヘッドを垂直方向に移動できるように設け、ヘッドに主軸を設け、ヘッドはボールネジの回転駆動により主軸を伴って移動可能に構成されている工作機械のためのボールネジ送り駆動を補正する方法において、ワークの加工前にサーボモーターとは反対側のボールネジのストロークエンドの座標値を主軸を含めて測定し、この座標値を基準位置とし、所定数のワークを加工した後に再度サーボモーターとは反対側のボールネジのストロークエンドの座標値を主軸を含めて測定し、加工前に測定した座標値と加工後に測定した座標値との差を求め、かつ、工作機械の所定箇所に取り付けた温度センサーの検出値から主軸の伸び量を求め、その主軸の伸び量を前述の両座標値の差から差し引いた値を正確なボールネジの伸び量として求め、その正確なボールネジの伸び量に基いてボールネジの変形を補正して正確な送り駆動を行うことを特徴とする方法。
【０００６】
（２）正確なボールネジの伸び量をボールネジのストロークで分割し、このように分割して求めた値をピッチエラー補正パラメータに加算して、ボールネジの送り駆動を補正する前述の方法。
【０００７】
（３）ボールネジの長さに対して正確なボールネジの伸び量を均等に分配して補正することを特徴とする前述の方法。
【０００８】
（４）正確なボールネジの伸び量をボールネジのストロークで分割し、このように分割して求めた値をピッチエラー補正パラメータに加算することを特徴とする前述の方法。
【０００９】
（５）ヘッドの所定部分にタッチセンサを装着し、加工テーブルがベースに移動可能に構成されており、タッチセンサが加工テーブルの一部に接触可能に構成されていることを特徴とする前述の方法。
【００１０】
（６）サーボモーターとは反対側のストロークエンドまで、ヘッドの所定部分に装着されたタッチセンサーが移動したとき加工テーブルと接触し、その時、座標値が測定され、そのようなボールネジのストロークエンドの座標値の測定が所定数のワークの加工の前後で行われることを特徴とする前述の方法。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明によるボールネジ送り駆動補正方法においては、ボールネジの特に熱膨張による変形を補正して正確な送り駆動を行う。
【００１２】
たとえば、マシニングセンターにおいて、稼動前（加工前）にボールネジの、モーターと反対側に位置するストロークエンドの座標値を主軸を含めて測定し、これを基準位置とし、ワークを所定数加工した後に（たとえば１個のワークの加工後もしくは設定した個数のワークの加工後に）、再度、同じ側のストロークエンドの座標値を主軸を含めて測定する。加工前に測定した同じ側のストロークエンドの座標値と、加工後に測定した同じ側のストロークエンドの座標値との差をボールネジの仮の伸び量（以下、仮の伸び量という）として求め、さらに、機械各点に取り付けた温度センサーの検出値から求めた主軸の伸び量を両座標値の差（仮の伸び量）から差し引いた値を正確なボールネジの伸び量（以下、単に伸び量という）とする。好ましくは、さらに、この伸び量をボールネジストロークで分割し、この分割した値をピッチエラー補正パラメータ（つまり、ピッチ誤差補正）に加算して、ボールネジを補正する。
【００１３】
ボールネジの伸び量に関しては、ボールネジ長さに対して均等に分配するのが好ましい。
【００１４】
本発明方法を実施する１つの実施態様によるボールネジ送り装置は、ベースにコラムを垂直に固定し、コラムに沿ってボールネジが垂直に設けられている。、ボールネジの一端（上端）にサーボモーターを接続し、ボールネジの他端（下端）が軸受により支承されている。コラムには、ヘッドがボールネジの回転駆動により移動可能に構成されている。ヘッドの所定部位にタッチセンサを着脱可能に装着する。移動部（たとえば加工テーブル）をベースに水平な方向に移動可能に設ける。
【００１５】
移動部の一部がタッチセンサと接触可能に構成されている。
【００１６】
本発明方法を実施する駆動装置の好ましい操作手順の一例を説明する。
【００１７】
まず、マシニングセンターにおいて装置稼動前（加工前）にボールネジのストロークエンド（たとえばモーターとは反対側に位置しているボールネジのストロークエンド）の座標値を主軸を含めて測定し、これを基準位置とする。
【００１８】
このようなボールネジのストロークエンドの座標値の測定は、例えば以下の様にして行う。まず、ヘッドの所定部位にタッチセンサーを装着して、ボールネジに対して移動可能に設ける。ヘッドをボールネジの回転駆動によってサーボモーターとは反対側のストロークエンドまで移動させる。タッチセンサーは、ストロークエンドに到来したとき、マシニングセンターの移動部（たとえば加工テーブル）に接触する。そのように移動部にタッチセンサーが接触したとき、ヘッド又はタッチセンサーの座標値を測定する。そのタッチセンサーの座標値をボールネジのストロークエンドの座標値とする。
【００１９】
ワーク１個を加工した後、もしくは設定した個数のワークを加工した後、装置の温度は上昇する。その温度上昇後に、再度、モーターとは反対側のボールネジのストロークエンドの座標値を測定する。座標値の測定は装置の稼動前に測定した方法と同様の方法を用いる。
【００２０】
このように、装置の稼動前のストロークエンドの座標値と稼動後のストロークエンドの座標値を測定する。これらの両座標値より、装置稼動後の温度上昇で生じるボールネジの熱膨張量を求めるのである。そして、その誤差を補正する。
【００２１】
モーターとは反対側のストロークエンドの座標値を測定するのは、モーターとは反対側のストロークエンドでボールネジの熱膨張が最大に出ることに着目したからである。
【００２２】
好ましくは、稼動前に測定した座標値と稼動後に測定した座標値との差から、装置各点に取り付けた温度センサーによって求めた主軸の伸び量を差し引いた値をボールネジの伸び量（正確な伸び量）とする。
【００２３】
本発明の１つの好ましい形態においては、ボールネジの伸び量（正確な伸び量）をボールネジの所定の単位長さで分割し、このように分割した単位長さの値をボールネジのピッチエラー補正パラメータに加算する。ピッチエラー補正パラメータへの加算に際しては、ボールネジ１回転当りの仕様上の移動量と、実際の移動量との差を求め、その差をパラメータとして設定する。
【００２４】
こうしてボールネジの熱膨張による変形を補正する。ボールネジの伸び量（正確な伸び量）を分割した単位長さの値をピッチエラー補正パラメータに加算する際には、ボールネジの所定の単位長さに対して均等に分配する様にするのが好ましい。
【００２５】
【実施例】
以下、図１〜２を参照して本発明の１つの実施例を説明する。
【００２６】
図１は本発明によるボールネジ送り駆動装置の一例を概念的に示す斜視図である。図２は図１に示されているボールネジ送り駆動装置の側面図である。
【００２７】
図１及び図２を参照して、代表的に、Ｚ軸のボールネジ２２の温度上昇による伸びを補正する場合を説明する。
【００２８】
駆動装置１０は、少なくとも３本のボールネジを用いて、移動部１６（加工テーブル）をＸ方向とＹ方向に移動し、ヘッド２６をＺ方向に移動するものである。
【００２９】
図１及び図２において、移動部１６は、加工テーブルであり、Ｘ軸ボールネジ１２とＹ軸ボールネジ１４に沿って移動するように構成されている。Ｘ軸のボールネジ１２及びＹ軸のボールネジ１４は、水平方向に、かつ互いに直角に配置されている。
【００３０】
Ｙ軸のボールネジ１４の一端にはＹ軸のサーボモーター２０が接続されている。Ｙ軸のボールネジ１４の他端は軸受１５よりに支持されている。Ｙ軸のサーボモーター２０及び軸受１５は駆動装置１０のベース（図示省略）に設定されている。Ｙ軸のボールネジ１４はＹ軸のサーボモーター２０により回転するようになっている。
【００３１】
Ｙ軸のボールネジ１４は、ボールナット（図示省略）と係合している。ボールナットはテーブル（図示省略）に固定されていて、テーブルはＹ軸方向に移動可能となっている。
【００３２】
Ｘ軸のボールネジ１２の一端にはＸ軸のサーボモーター１８が接続されている。Ｘ軸のボールネジ１２の他端は軸受１３により支持されている。Ｘ軸のサーボモーター１８及び軸受１３は先述のテーブル（図示省略）に固定されている。Ｘ軸のボールネジ１２はＸ軸のサーボモーター１８により回転するようになっている。
【００３３】
Ｘ軸のボールネジ１２は、ボールナット１９と係合している。ボールナット１９は移動部１６に固定されていて、移動部１６はＸ軸方向に移動可能となっている。
【００３４】
Ｘ軸のサーボモーター１８及びＹ軸のサーボモーター２０は制御手段（図示省略）によって制御される。
【００３５】
ヘッド２６は、Ｚ軸方向のボールネジ２２に沿って移動するように構成されている。Ｚ軸のボールネジ２２はＸ軸のボールネジ１２及びＹ軸のボールネジ１４と直角になるように配置される。
【００３６】
Ｚ軸のボールネジ２２の上端にはＺ軸用のサーボモーター２４が接続されている。Ｚ軸のボールネジ２２の他端は軸受２３により支持されている。Ｚ軸のサーボモーター２４及び軸受２３は駆動装置１０のベースに固定されたコラム（図示省略）に設定されている。Ｚ軸のボールネジ２２はＺ軸用のサーボモーター２４により回転するようになっている。
【００３７】
Ｚ軸のサーボモーター２４は制御手段（図示せず）によって制御される。
【００３８】
ヘッド２６の所定部位（たとえばツールスピンドル）にタッチセンサー２８が着脱可能に設けられる。タッチセンサー２８は下端に接触子２９を有している。
接触子２９はヘッド２６とともに矢印Ｚの方向に移動可能である。
【００３９】
装置の各点（たとえばヘッド２６その他の複数箇所）に所望の温度センサー（図示省略）が取り付けられている。それらにより装置の各点の温度を測定し、得られた温度に基いてヘッド２６に設けられている主軸の伸び量を算出する。ここで、主軸の伸び量はＺ軸方向の熱膨張量を意味するものとする。
【００４０】
次に、Ｚ軸のボールネジ２２の伸び量を測定する手順の一例を説明する。
【００４１】
装置稼動前
ヘッド２６のツールスピンドルにタッチセンサー２８を設定する。
【００４２】
Ｘ軸とＹ軸のボールネジの熱変形の影響を最小にするために、移動部１６（加工テーブル）をＸ軸及びＹ軸のサーボモーター１８、２０側の端部に配置する。
【００４３】
Ｚ軸のボールネジ２２を回転させ、ヘッド２６をＺ軸のボールネジ２２の下方のストロークエンド（Ｚ軸のサーボモーター２４とは反対側に位置するボールネジのストロークエンド）に移動させる。ヘッド２６が下方に移動していくと、タッチセンサー２８の接触子２９が移動部１６の一部と接触する。つまり、Ｘ軸のサーボモーター１８を作動させて、Ｘ軸のボールネジ１２を回転させ、ヘッド２６を下方に向かって移動させる。そのヘッド２６の移動は、タッチセンサー２８の接触子２９が移動部１６の表面に接触するまで続行する。両者の接触が生じたら、制御装置がタッチセンサー２８からの信号に応じてその位置の座標値を求める。
【００４４】
装置稼動後
所定数のワークを加工したあと、ヘッド２６のツールスピンドルにタッチセンサー２８を設定する。
【００４５】
Ｚ軸のボールネジ２２を回転させ、ヘッド２６をＺ軸ボールネジ２２の下方のストロークエンドに移動させる。
【００４６】
温度上昇によりＺ軸のボールネジ２２と、ヘッド２６は熱膨張しているが、装置稼動後も、前述の装置稼動前と同じ手順でＺ軸ボールネジ２２の下方のストロークエンドの座標値を求める。すなわち、タッチセンサー２８の接触子２９が移動部１６（加工テーブル）の表面に接触するまで、ヘッド２６を加工させる。接触が生じたとき、制御装置がタッチセンサー２８からの信号に応じてその位置の座標値を求める。
【００４７】
装置各点に取り付けられた温度センサーの検出値に基いて装置稼動後の主軸の伸び量を求める。
【００４８】
Ｚ軸ボールネジ２２の伸び量（正確な伸び量）をＺ軸ボールネジ２２の所定の単位長さで分割し、この分割した値をＺ軸ボールネジ２２のピッチエラー補正パラメータに加算する。こうしてボールネジの伸び量（正確な伸び量）をボールネジ長さに均等に分配し、ボールネジの補正が所定のピッチに対して均等に行われるようにする。
【００４９】
なお、本発明は前述の実施例に限定されない。タッチセンサーをＺ軸のみでなく、Ｘ軸とＹ軸にも設けて、Ｚ軸と同様に装置稼動の前後の熱膨張によるボールネジの誤差を測定し、その誤差を補正して装置を稼動することができる。ただし、Ｘ軸とＹ軸では、タッチセンサーはツールスピンドル以外の適当な取付手段に取りつける。
【００５０】
【発明の効果】
本発明のボールネジ補正方法によれば、正確なボールネジの伸び量を求めるため、装置稼動の前後の熱膨張によるボールネジの誤差を的確に補正して装置を稼動することができる。そのため、高精度の送り駆動を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施するためのボールネジ送り駆動装置の一例を概念的に示す斜視図。
【図２】図１に示したボールネジ送り駆動装置の側面図。
【符号の説明】
１０駆動装置
１２Ｘ軸のボールネジ
１３、１５、２３軸受
１４Ｙ軸のボールネジ
１６移動部
１８Ｘ軸のサーボモーター
１９ボールナット
２０Ｙ軸のサーボモーター
２２Ｚ軸のボールネジ
２４Ｚ軸のサーボモーター
２６ヘッド
２８タッチセンサー
２９接触子

Claims

コラムに沿ってボールネジを垂直方向に延びるように、かつ回転可能に設け、ボールネジの一端にサーボモーターを接続し、ボールネジを介してコラムに対してヘッドを垂直方向に移動できるように設け、ヘッドに主軸を設け、ヘッドはボールネジの回転駆動により主軸を伴って移動可能に構成されている工作機械のためのボールネジ送り駆動を補正する方法において、ワークの加工前にサーボモーターとは反対側のボールネジのストロークエンドの座標値を主軸を含めて測定し、この座標値を基準位置とし、所定数のワークを加工した後に再度サーボモーターとは反対側のボールネジのストロークエンドの座標値を主軸を含めて測定し、加工前に測定した座標値と加工後に測定した座標値との差を求め、かつ、工作機械の所定箇所に取り付けた温度センサーの検出値から主軸の伸び量を求め、その主軸の伸び量を前述の両座標値の差から差し引いた値を正確なボールネジの伸び量として求め、その正確なボールネジの伸び量に基いてボールネジの変形を補正して正確な送り駆動を行うことを特徴とする方法。
正確なボールネジの伸び量をボールネジのストロークで分割し、このように分割して求めた値をピッチエラー補正パラメータに加算して、ボールネジの送り駆動を補正する請求項１に記載の方法。
ボールネジの長さに対して正確なボールネジの伸び量を均等に分配して補正することを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
正確なボールネジの伸び量をボールネジのストロークで分割し、このように分割して求めた値をピッチエラー補正パラメータに加算することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
ヘッドの所定部分にタッチセンサを装着し、加工テーブルがベースに移動可能に構成されており、タッチセンサが、加工テーブルの一部に接触可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
コラムはベースに垂直に固定されており、加工テーブルがベースに水平な方向に移動可能に設けられており、サーボモーターとは反対側のストロークエンドまで、ヘッドの所定部分に装着したタッチセンサーが移動したとき、加工テーブルと接触し、その時、座標値が測定され、そのようなボールネジのストロークエンドの座標値の測定が所定数のワークの加工の前後で行われることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。