JP4450722B2 - 工作機械及びその熱変形量推定方法 - Google Patents
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Description
また、本発明の更に他の目的は、比較的簡単に且つ簡易的に主軸と移動部材との間の相対的位置の熱変形量を推定することができる工作機械の熱変形量推定方法を提供することである。
前記主軸に関連して、その温度変化を検知するための第1温度検知手段が設けられているとともに、前記ボールねじ機構に関連して、その温度変化を検知するための第2温度検知手段が設けられ、更に、前記工作機械本体の周囲温度を検知するための第3温度検知手段が設けられており、
前記制御手段は、前記主軸に関連する主軸部熱変形量を演算するための主軸部熱変形補正演算手段と、前記ボールねじ機構に関連する移動部材熱変形量を演算するための移動部材熱変形補正演算手段と、合成熱変形補正値を演算するための合成熱変形補正演算手段とを備えており、
前記主軸部熱変形補正演算手段は、前記工作機械本体のベッドの熱変形量及び主軸の軸受手段の熱変形量に基づく主軸部熱変形補正式データに基づき前記主軸部熱変形量を演算し、前記工作機械本体の前記ベッドの熱変形量については、前記第1温度検知手段により検知される前記主軸部の初期温度及び前記主軸部の温度並びに前記第3温度検知手段により検知される周囲温度に基づいて演算され、前記主軸の前記軸受手段の熱変形量については、前記第1温度検知手段により検知される前記主軸部の初期温度及び前記第3温度検知手段により検知される周囲温度並びに前記主軸の回転速度に基づいて演算され、
また、前記移動部材熱変形補正演算手段は、前記ボールねじ機構の熱変形量に基づく移動部材熱変形補正式データに基づき前記ボールねじ機構の熱変形量を演算し、前記ボールねじ機構の熱変形量については、前記第2温度検知手段により検知される前記ボールねじ機構の温度に基づき演算され、
前記合成熱変形補正演算手段は、前記主軸部熱変形補正演算手段により演算された前記主軸部熱変形補正値と前記移動部材熱変形補正演算手段により演算された前記移動部材熱変形補正値を合成して前記合成熱変形補正値を演算し、
前記制御手段は、前記主軸と前記移動部材との間の相対的位置の補正が前記合成熱変形補正値となるように前記第2駆動源を作動制御することを特徴とする。
前記主軸に関連して、その温度変化を検知するための第1温度検知手段を設け、前記往復駆動機構に関連して、その温度変化を検知するための第2温度検知手段を設け、更に、前記工作機械本体の周囲温度を検知するための第3温度検知手段を設け、
前記工作機械本体のベッドの熱変形量及び主軸の軸受手段の熱変形量に基づく主軸部熱変形補正式データに基づいて前記主軸部熱変形量を演算し、前記工作機械本体の前記ベッドの熱変形量について前記第1温度検知手段により検知される前記主軸部の初期温度及び前記主軸部の温度並びに前記第3温度検知手段により検知される周囲温度に基づいて演算し、前記主軸の前記軸受手段の熱変形量について前記第1温度検知手段により検知される前記主軸部の初期温度及び前記第3温度検知手段により検知される周囲温度並びに前記主軸の回転速度に基づいて演算し、
また、前記ボールねじ機構の熱変形量に基づく移動部材熱変形補正式データに基づいて前記ボールねじ機構の熱変形量を演算し、前記ボールねじ機構の熱変形量について前記第2温度検知手段により検知される前記ボールねじ機構の温度に基づいて演算し、
前記主軸に関連する主軸部熱変形量及び前記ボールねじ機構に関連する移動部材熱変形量を合成して前記主軸と前記移動部材との間の相対的位置の熱変形量を推定することを特徴とする。
主軸部の熱変形は、工作機械本体のベッドの熱変形量と主軸の軸受手段の熱変形量に基づく主軸部熱変形補正式データに基づき演算され、このベッドの熱変形量については、第1温度検知手段により検知される主軸部の初期温度及び主軸部の温度並びに第3温度検知手段により検知される周囲温度に基づいて演算され、また主軸の軸受手段の熱変形量については、第1温度検知手段により検知される主軸部の初期温度及び第3温度検知手段により検知される周囲温度並びに主軸の回転速度に基づいて演算され、このようなパラメータを用いることにより、主軸部の熱変形量を演算することができる。
また、ボールねじ機構の熱変形は、ボールねじ機構の熱変形量に基づく移動部材熱変形補正式データに基づいてボールねじ機構の熱変形量を演算し、このボールねじ機構の熱変形量については、第2温度検知手段により検知されるボールねじ機構の温度に基づいて演算され、このようなパラメータを用いることにより、ボールねじ機構の熱変形量を演算することができる。
そして、主軸に関連する主軸部熱変形量及びボールねじ機構に関連する移動部材熱変形量を合成して主軸と移動部材との間の相対的位置の熱変形量を推定するので、比較的簡単に且つ正確に熱変形量を演算することができる。
このような工作機械は例えばNC旋盤、マシニングセンタなどであり、NC旋盤の場合、被加工物が主軸と一体的に回転駆動され、加工工具が移動部材と一体的に移動され、またマシニングセンタの場合、加工工具が主軸と一体的に移動され、被加工物が移動部材と一体的に移動される。
H1=C1+C2 ・・・(1)
C1:ベッド4の熱変形量 C2:主軸の軸受手段の熱変形量
と表される。そして、ベッド4の熱変形量(C1)は、
C1=〔a1+(a2×T0)+(a3×T1)〕×ΔTs ・・・(2)
a1,a2,a3:係数 T0:主軸部温度の初期温度
T1:周囲温度 ΔTs:主軸部温度の変化
で表され(尚、実施形態の場合、主軸部温度の初期温度T0及び周囲温度T1は測定していないので一定として取り扱う)、式(2)における係数a1,a2,a3は、旋盤の機種などにより異なり、例えば表1に示す通りとなる。
C2=N×〔b1+(b2×T0)+(b3×T1)〕×
{1−exp〔(ln0.1)×t/30)〕} ・・・(3)
b1,b2,b3:係数 N:主軸の回転速度(rpm)
T0:主軸部温度の初期温度 T1:周囲温度
t:収束するまでの経過時間(分)
で表され(尚、実施形態の場合、主軸部温度の初期温度T0及び周囲温度T1は測定していないので一定として取り扱う)、式(3)における係数b1,b2,b3は、旋盤の機種などにより異なり、例えば表2に示す通りとなる。
また、第2温度検知手段42が第1往復駆動機構24に関連する温度(ボールねじ部温度)を検知し(ステップS3)、第2温度検知手段42からの検知信号が制御手段46に送られる。かく検知信号が送られると、移動部材熱変形補正演算手段52は移動部材熱変形補正式データ60、換言すると上記式(4)を用い、第2温度検知手段42の検知温度に基づいて往復駆動機構24に関連する移動部材熱変形量(この熱変形量が補正するための移動部材熱変形補正値となる)を演算する(ステップS4)。そして、合成熱補正補正演算手段54は主軸部熱変形補正演算手段52により演算された主軸熱変形補正値及び移動部材熱変形補正演算手段52により演算された移動部材熱変形補正値を合成して合成熱変形補正値を演算し(ステップS5)、かく演算され合成熱変形補正値がメモリ56に登録される。その後、変形差演算手段55は、メモリ56に登録された前の演算における熱変形補正値と今回演算された熱変形補正値との補正値差を演算する(ステップS6)。
例えば、上述した実施形態では、刃物台22(移動部材)を主軸の回転軸線Sに対して実質上垂直な方向として、旋盤本体2の上下方向(図2において矢印Xで示す方向)に移動させる形態のものに適用して説明したが、このような構成に限定されず、刃物台22を主軸の回転軸線Sに対して実質上垂直な方向として、旋盤本体2の前後方向(図1及び図2において紙面に垂直な方向)に移動させる形態のものにも同様に適用することができ、この場合、刃物台22を旋盤本体2の上記前後方向に移動させて加工時に生じる熱変形の補正を行うようになる。
4 ベッド
6 主軸部
8 チャック手段
12 第1駆動モータ(第1駆動源)
16 支持ブロック
17 移動本体部
18 刃物支持部
22 刃物台(移動部材)
24 第1往復駆動機構
25 ボールねじ機構
28 ねじ軸
30 ナット部材
34 第2駆動モータ(第2駆動源)
40 第1温度検知手段
42 第2温度検知手段
46,46A 制御手段
50 主軸部熱変形補正演算手段
52 移動部材熱変形補正演算手段
54 合成熱変形補正演算手段
55 補正値差演算手段
58 主軸部熱変形補正式データ
60 移動部材熱変形補正式データ
72 補正値リセット手段
74 タイマ手段
Claims (5)
- 工作機械本体と、前記工作機械本体に設けられた主軸部と、前記主軸部に回転自在に支持された主軸と、前記工作機械本体に設けられ、前記主軸の回転軸線に対して実質上垂直な方向に延びる支持機構と、前記支持機構に往復動自在に支持された移動部材と、前記主軸を回転駆動するための第1駆動源と、前記移動部材を前記支持機構に沿って往復動させるためのボールねじ機構と、前記ボールねじ機構を介して前記移動部材を移動させるための第2駆動源と、前記第1及び第2駆動源を作動制御するための制御手段と、を備え、加工工具又は被加工物の一方が前記主軸と一体的に回転駆動され、それらの他方が前記移動部材と一体的に移動される工作機械において、
前記主軸に関連して、その温度変化を検知するための第1温度検知手段が設けられているとともに、前記ボールねじ機構に関連して、その温度変化を検知するための第2温度検知手段が設けられ、更に、前記工作機械本体の周囲温度を検知するための第3温度検知手段が設けられており、
前記制御手段は、前記主軸に関連する主軸部熱変形量を演算するための主軸部熱変形補正演算手段と、前記ボールねじ機構に関連する移動部材熱変形量を演算するための移動部材熱変形補正演算手段と、合成熱変形補正値を演算するための合成熱変形補正演算手段とを備えており、
前記主軸部熱変形補正演算手段は、前記工作機械本体のベッドの熱変形量及び主軸の軸受手段の熱変形量に基づく主軸部熱変形補正式データに基づき前記主軸部熱変形量を演算し、前記工作機械本体の前記ベッドの熱変形量については、前記第1温度検知手段により検知される前記主軸部の初期温度及び前記主軸部の温度並びに前記第3温度検知手段により検知される周囲温度に基づいて演算され、前記主軸の前記軸受手段の熱変形量については、前記第1温度検知手段により検知される前記主軸部の初期温度及び前記第3温度検知手段により検知される周囲温度並びに前記主軸の回転速度に基づいて演算され、
また、前記移動部材熱変形補正演算手段は、前記ボールねじ機構の熱変形量に基づく移動部材熱変形補正式データに基づき前記ボールねじ機構の熱変形量を演算し、前記ボールねじ機構の熱変形量については、前記第2温度検知手段により検知される前記ボールねじ機構の温度に基づき演算され、
前記合成熱変形補正演算手段は、前記主軸部熱変形補正演算手段により演算された前記主軸部熱変形補正値と前記移動部材熱変形補正演算手段により演算された前記移動部材熱変形補正値を合成して前記合成熱変形補正値を演算し、
前記制御手段は、前記主軸と前記移動部材との間の相対的位置の補正が前記合成熱変形補正値となるように前記第2駆動源を作動制御することを特徴とする工作機械。 - 前記ボールねじ機構は、前記主軸の回転軸線に対して実質上垂直な方向に延び、前記第2駆動源によって回転駆動されるねじ軸と、前記ねじ軸に螺合されたナット部材と、前記ねじ軸と前記ナット部材との間に介在された多数のボール部材と、から構成され、前記第2温度検知手段は前記ナット部材に取り付けられており、また前記第1温度検知手段は前記主軸部の主軸ハウジングに取り付けられていることを特徴とする請求項1に記載の工作機械。
- 前記制御手段は、更に、前記工作機械本体の加工停止時間を計時するタイマ手段を備えており、前記タイマ手段が前記所定時間を計時すると前記主軸部熱変形補正演算手段による主軸部熱変形補正値及び前記移動部材熱変形補正演算手段による移動部材熱変形補正値をリセットすることを特徴とする請求項1又は2に記載の工作機械。
- 前記工作機械本体は旋盤本体であり、前記主軸にはチャック手段が設けられ、前記チャック手段に前記被加工物が着脱自在に装着され、また前記移動部材は刃物台であり、前記刃物台に前記加工工具が交換可能に取り付けられることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の工作機械。
- 工作機械本体の主軸部に回転自在に支持された主軸と、前記主軸の回転軸線に対して実質上垂直な方向に往復動自在に前記工作機械本体に支持された移動部材と、前記移動部材を往復動させるためのボールねじ機構と、前記主軸を回転駆動するための第1駆動源と、前記ボールねじ機構を介して前記移動部材を移動させるための第2駆動源とを備えた工作機械における前記主軸と前記移動部材との間の相対的位置の熱変動を推定する熱変形量推定方法であって、
前記主軸に関連して、その温度変化を検知するための第1温度検知手段を設け、前記往復駆動機構に関連して、その温度変化を検知するための第2温度検知手段を設け、更に、前記工作機械本体の周囲温度を検知するための第3温度検知手段を設け、
前記工作機械本体のベッドの熱変形量及び主軸の軸受手段の熱変形量に基づく主軸部熱変形補正式データに基づいて前記主軸部熱変形量を演算し、前記工作機械本体の前記ベッドの熱変形量について前記第1温度検知手段により検知される前記主軸部の初期温度及び前記主軸部の温度並びに前記第3温度検知手段により検知される周囲温度に基づいて演算し、前記主軸の前記軸受手段の熱変形量について前記第1温度検知手段により検知される前記主軸部の初期温度及び前記第3温度検知手段により検知される周囲温度並びに前記主軸の回転速度に基づいて演算し、
また、前記ボールねじ機構の熱変形量に基づく移動部材熱変形補正式データに基づいて前記ボールねじ機構の熱変形量を演算し、前記ボールねじ機構の熱変形量について前記第2温度検知手段により検知される前記ボールねじ機構の温度に基づいて演算し、
前記主軸に関連する主軸部熱変形量及び前記ボールねじ機構に関連する移動部材熱変形量を合成して前記主軸と前記移動部材との間の相対的位置の熱変形量を推定することを特徴とする工作機械の熱変形量推定方法。
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