JP4760091B2 - 工作機械及び工作機械の変位補正方法 - Google Patents
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Description
このコラム4は、XY移動機構(図示せず)により、左右(X軸)及び前後(Y軸)方向に移動されるようになっている。また、コラム4の前面側には、下向きの主軸5を有する
主軸ヘッド6が上下(Z軸)方向に移動可能に設けられている。図示はしないが、前記主軸5の先端には、工具が交換可能に取付けられるようになっており、また、コラム4にはその工具を自動で交換する工具交換装置も設けられている。
尚、本出願人は、主として、主軸ヘッドを上下動させるためのボールネジの熱膨張、収縮に起因するZ軸(上下)方向の熱変位を補正する熱変位補正方法を発明し、先に出願している(特開2000−135653号公報)。この発明によれば、ボールネジの伸びに起因する主軸ひいては工具の上下方向の熱変位量を適切に推定することができ、補正することができる。しかし、より高精度な加工を行うためには、工作機械本体の各構成部位における前後(Y軸)方向の熱的な変位を無視することはできず、前後方向の熱的な変位量を正しく推定することが重要となる。
特に、工作機械本体に、切削水を加工箇所に向けて吐出し、該切削水をベースの上面を流すことにより、加工時に発生する切削屑を洗い流す切削水循環機構を設けた構成では、切削水が流れるベースの上面部分の熱膨張が大きくなって、ベースの前後方向の延び、ベースの前後方向に関する反りの変位量が大きくなるが、それら変位を補正することが可能となり、前後方向に関する十分に高い加工精度を得ることができる。
13側)の上面の温度(TB-UF)を測定する温度センサ28、前側の底面の温度(TB-BF
)を測定する温度センサ29、後側(コラム14側)の上面の温度(TB-UR)を測定する温度センサ30、後側の底面の温度(TB-BR)を測定する温度センサ31が設けられている。この場合、ベース12の上面側が温度変化の大きい面となっている。
号があった時点)における前記各温度センサ28〜36の現在の測定温度(T)を取込み、各測定温度(T)を前記各基準温度(T0 )と比較して各温度測定箇所における温度変化(ΔT)を求め、その温度変化(ΔT)に基づいて前記各構成部位(ベース12、テーブル13、コラム14、主軸ヘッド15)の熱的な変位量を求めて加工点Pにおける各軸方向の変位量に換算し、その換算された変位量に応じて各軸の移動量(主軸20の位置)を補正するようになっている。従って、制御装置25が、温度差検出手段、変位量検出手段、換算手段、補正手段として機能するのである。
変位量δ=Σ(各部位の伸び+そりによる傾き変位)
=(ベース12のテーブル13側膨張変位+コラム14側膨張変位)
+(ベース12のテーブル13側傾きY軸換算変位+コラム14側側傾きY軸換算変位)
+(コラム14の傾きY軸換算変位)
+(主軸ヘッド15の傾きY軸換算変位)
−(コラム14の膨張変位+主軸ヘッド15の膨張変位+テーブル13の膨張変位)
従って、上記式の各項を夫々求める(推定する)ことによって、変位量δを算出することができる。各項については、各温度測定箇所における基準温度からの温度変化、線膨張係数や各部の寸法等の定数(一部可変)、予め実験等により求められるパラメータ(補正係数)を用いることにより算出することが可能となる。
ベース12のテーブル13側膨張変位による伸び[δb1-table]は、
[δb1-table]=λ×ΔTBF×(S-table)
となる。但し、ΔTBF=(TB-BF)−(TB-BF-0)である。
[δb1-column ]=λ×ΔTBR×(S-column )
となる。但し、ΔTBR=(TB-BR)−(TB-BR-0)である。
(b)ベース12の反りによる傾き変位量
まず、ベース12のテーブル13側の傾きによる加工点Pでの変位量[δb2-table]を次のようにして求める。
コラム14の前端面での傾き[θ-column-U ]は、次の式で求めることができる。
+(ΔTT )×(L-table)]
上記(a)〜(e)から、加工点Pにおける全体としてのY軸方向変位量δは、
変位量δ=[δb1-table]+[δb1-column ]+[δb2-table]
+[δb2-column ]+[δc]+[δsp]−[δ-other] ‥(1)
となる。
α2×[δb1-column ]+β2×[δb2-column ]+
γ×([δc]+[δsp]−[δ-other]) ‥(2)
尚、この際のパラメータα1、β1、α2、β2、γの決定については、数理工学でいう周知の線形計画法を利用することにより、比較的簡単に最適化することができる。
+(ベース12のテーブル13側傾きZ軸換算変位+コラム14側側傾きZ軸換算変位)
+(コラム14の傾きZ軸換算変位)
−(コラム14の膨張変位+主軸ヘッド43の膨張変位+テーブル13の膨張変位)
上記式の各項を求める具体的計算例は、次の通りである。
これは、上記第1の実施形態と同様に求めることができ、ベース12の伸びによる変位量は、[δb1-table]+[δb1-column ]となる。
これも、上記第1の実施形態と同様に求めることができ、ベース12の反りによる傾き変位量は、[δb2-table]+[δb2-column ]となる。
コラム14の上端面での傾き[θ-column-U ]は、次の式で求めることができる。
+(ΔTT )×(L-work )]
以上から、主軸42中心(加工点P)における全体としてのZ軸方向変位量δは、
変位量δ=[δb1-table]+[δb1-column ]+[δb2-table]
+[δb2-column ]+[δc]−[δ-other] ‥(3)
により求めることができる。この場合も、各項に補正係数(パラメータ)を掛合わせるようにしても良い。
Claims (7)
- 加工データに基づいて、ワークに対し工具を相対的に移動させながら加工を行う工作機械において、
工作機械本体の複数箇所に設けられ該部位の温度を測定する温度センサと、
これら温度センサの測定に基づいて前記工作機械本体を構成する各構成部位の熱的な変位量を求める変位量検出手段と、
この変位量検出手段の検出した各構成部位の熱的な変位量を、加工点における各軸方向の変位量に換算する換算手段と、
この換算手段の換算に応じて各軸に関する相対移動量を補正する補正手段とを具備すると共に、
前記工作機械本体を構成する各構成部位には、ベース、このベース上に設けられ前記ワークを支持するテーブル、前記ベース上に前記テーブルの後部に位置して設けられたコラム、このコラムに設けられ前記工具を備える主軸ヘッド、が含まれており、
前記工作機械本体には、切削水を加工箇所に向けて吐出し、該切削水を前記ベースの上面を流すことにより、加工時に発生する切削屑を洗い流す切削水循環機構が設けられ、
前記温度センサは、前記各構成部位に関して、少なくとも、温度変化の大きい面と、その反対側に位置する面との双方に設けられており、
前記変位量検出手段は、前記各構成部位の熱膨張・熱収縮に加えて、前記温度変化の大きい面とその反対側に位置する面との温度上昇度合の相違に起因する反りを考慮して変位量を求めるように構成されており、
前記温度センサは、前記ベースに関して、前側上面、前側底面、後側上面、後側底面の温度を夫々測定するように設けられていると共に、前記変位量検出手段は、前記ベースに関して、前後方向の伸びに加えて、前後方向に関する反りによる傾き変位量を考慮して変位量を求めるように構成されていると共に、
前記各温度センサにより同一時刻に測定された初期の温度を基準温度として記憶する基準温度記憶手段と、
前記各温度センサの測定温度を前記基準温度と比較して各測定箇所における温度変化を求める温度差検出手段とを備え、
前記変位量検出手段は、前記温度差検出手段の検出に基づいて前記各構成部位の熱的な変位量を求めるように構成されていることを特徴とする工作機械。 - 前記基準温度は、加工開始前の前記工作機械本体に対する治具等のセッティング完了時に測定された値とされることを特徴とする請求項1記載の工作機械。
- 前記変位量検出手段は、前記コラムに関して、前後方向の伸びに加えて、上下方向に関する反りによる傾き変位量を考慮して変位量を求めることを特徴とする請求項1又は2記載の工作機械。
- 前記変位量検出手段は、前記主軸ヘッドに関して、前後方向の伸びに加えて、上下方向に関する反りによる傾き変位量を考慮して変位量を求めることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の工作機械。
- 前記変位量検出手段は、前記テーブルに関しては、前後方向の伸びによる変位量を求めることを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の工作機械。
- 加工データに基づいて、ワークに対し工具を相対的に移動させながら加工を行う工作機械における、工作機械の各構成部位の温度変化に起因する熱的な変位を補正するための方法であって、
前記各構成部位に関して、少なくとも、温度変化の大きい面と、その反対側に位置する面との双方に該部位の温度を測定する温度センサを夫々設け、
これら温度センサの測定に基づいて、前記各構成部位の熱的な変位量を、各構成部位の熱膨張・熱収縮に加えて、前記温度変化の大きい面とその反対側に位置する面との温度上昇度合の相違に起因する反りを考慮して求め、その変位量を加工点における各軸方向の変位量に換算し、
その換算された変位量に応じて各軸の移動量を補正すると共に、
前記工作機械本体を構成する各構成部位には、ベース、このベース上に設けられ前記ワークを支持するテーブル、前記ベース上に前記テーブルの後部に位置して設けられたコラム、このコラムに設けられ前記工具を備える主軸ヘッド、が含まれ、
前記工作機械本体には、切削水を加工箇所に向けて吐出し、該切削水を前記ベースの上面を流すことにより、加工時に発生する切削屑を洗い流す切削水循環機構が設けられており、
前記ベースに関して、前記温度センサは、前側上面、前側底面、後側上面、後側底面の温度を夫々測定するように設けられていると共に、それら温度センサの測定に基づいて、該ベースの上下両面の温度上昇度合の相違に起因する、前後方向に関する反りによる傾き変位量を考慮して変位量を求めると共に、
前記各温度センサにより同一時刻に測定された初期の温度を基準温度として記憶し、
任意の時点における前記各温度センサの測定温度を前記基準温度と比較して各測定箇所における温度変化を求め、
その検出に基づいて前記各構成部位の熱的な変位量を求めることを特徴とする工作機械の熱的変位補正方法。 - 前記基準温度は、加工開始前の工作機械本体に対する治具等のセッティング完了時に測定され、記憶されることを特徴とする請求項6記載の工作機械の熱的変位補正方法。
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