JP4803491B2

JP4803491B2 - 工作機械における位置補正装置

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Publication number: JP4803491B2
Application number: JP2006299049A
Authority: JP
Inventors: 直弘池田
Original assignee: Niigata Machine Techno Co Ltd
Current assignee: Niigata Machine Techno Co Ltd
Priority date: 2006-11-02
Filing date: 2006-11-02
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2026-11-02
Also published as: JP2008114322A

Description

本発明は、ワークと工具を相対移動させる移動軸の位置をスケールで検出し、この位置検出値にもとづいて移動軸を位置のフィードバック制御により作動させてワークを加工する工作機械における位置補正装置に関するものである。

従来、この種の移動軸を位置のフィートバック制御により移動させてワークを加工する工作機械においては、ワークや工作機械各部に温度差があると、ワークと各移動軸に対応して工作機械各部に設けたスケールとの間に、それらの温度差や線膨張係数差によって熱膨張差が生じたり、各スケール相互間に温度差によって熱膨張差が生じることによって、前記移動軸の位置制御に誤差が生じてワークを正確に加工できなくなってしまう。
そこで、スケールの温度と等しくなるようにクーラント液の温度を制御して、このクーラント液をワークに掛けることにより、スケールとワークの温度が等しくなるようにすると共に、スケールの温度とスケールおよびワークの熱膨張係数とを基にスケールの計測補正値を演算し、この補正された計測値により移動軸を位置制御して、ワークを高精度に加工するようにした工作機械における位置補正装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、各スケールとワークの温度を測定して、それらの温度と基準温度との温度差を求めると共に、それらの温度差とスケールの熱膨張率およびワークの熱膨張率からスケールとワークの伸縮量の差を求め、基準温度における工作機械の移動軸の位置のピッチ誤差補正値を前記伸縮量の差に応じた値で書き換えて、この書き換えたピッチ誤差補正値により移動軸を位置制御するようにした工作機械等における位置補正装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特許第３００２８３２号公報特開平４−２４４３５４号公報

しかしながら、従来の工作機械における位置補正装置の前者においては、スケールとワークとの温度後差は無くなったとしても、工作機械の移動軸のピッチ精度における初期値の設定基準温度と季節による環境温度の差が生じた場合には、この温度差にもとづく線膨張差による誤差が発生し、これに起因して、ワークの高精度加工を維持することができない問題がある。また、後者においては、スケールの熱膨張中立点位置に着目していないので、機械座標の原点位置の狂いや、ワークの機械に対する取付位置と機械座標の原点位置との間の位置関係の狂いを移動軸の位置補正に取り込むことができず、ワークを正確に加工できない問題がある。また、変位を温度で補正するため変換誤差が生じてしまうが、それを確認して修正することができない問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、環境温度が変化しても、スケールによる移動軸の位置検出値に対して誤差補正を的確に行うことにより、移動軸の位置制御を正確に行ってワークを高精度に加工することができる工作機械における位置補正装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために、以下の構成としたことを特徴とする。
すなわち、請求項１に係る工作機械における位置補正装置は、ワークと工具を相対移動させる移動軸の位置をスケールで検出し、この位置検出値にもとづいて移動軸を位置のフィードバック制御により作動させてワークを加工する工作機械における位置補正装置であって、前記移動軸の位置を検出するためのスケールと、該スケールの温度と機械の温度を検出するスケール温度検出器と、ワークの温度を検出するワーク温度検出器と、これらの温度検出器で測定されたスケール温度およびワーク温度と前記スケールおよびワークの線膨張係数の差によるスケールとワークの伸縮量の差を求め、この伸縮量の差をピッチ誤差補正値として前記移動軸の位置検出値を補正する誤差補正部とを備え、前記スケールは、その長さ方向の中心位置を熱膨張中立点として機械に固定されて、両端部側を長さ方向に熱変位可能に支持され、また、前記スケール温度検出器は、移動軸の軸方向におけるワークが設置された機械基準位置と前記スケールの中心位置との間に位置して機械に取り付けられており、前記スケールとワークの温度を検出し、それらの線膨張係数の差による伸縮量の差をピッチ誤差補正値として前記移動軸の位置検出値を補正する場合に、前記スケールの熱膨張中立点からワークの熱膨張中立点までの移動軸方向における距離が変位してワークと機械の線膨張係数差による誤差が生じる場合に、この誤差を補正するために、ワークと機械の線膨張係数の差にもとづく熱膨張量の差から機械座標原点位置の変位を求め、この変位により前記移動軸の位置検出値を誤差補正することを特徴とする。

本発明は以下の優れた効果を奏する。
請求項１に係る工作機械における位置補正装置によれば、機械座標原点位置の変位やワークの取付位置と機械座標原点位置との間の狂いを、スケールによる移動軸の位置補正に取り込んで、それらの変位や狂いによる誤差を無くして移動軸の位置のフィードバック制御を正確に行うことができ、ワークの高精度加工を実現させることができる。

しかも、ワークを取り付ける機械基準面から機械座標原点位置までの位置ずれを削減して、スケールによる移動軸の位置検出値のピッチ誤差補正を行うことができるので、一層、移動軸の位置のフィードバック制御を正確に行ってワークの高精度加工を行うことができる。

以下、本発明の一実施の形態に係る工作機械における位置補正装置を添付図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施の形態に係る工作機械における位置補正装置１を示す。この位置補正装置１は、例えば、横型のマシニングセンタである工作機械２の作動を制御するＮＣ装置３に付設されている。
前記工作機械２は、ベース４と、該ベース４の前側部に設けたＸ軸レール４ａ，４ａに支持案内され、Ｘ軸モータ５によって作動されてＸ軸方向ｘに移動するテーブル６と、前記ベース４の後側部に設けたＺ軸レール４ｂに支持案内され、Ｚ軸モータ７によって作動されてＺ軸方向ｚに移動するコラム８と、該コラム８の前面に設けたＹ軸レール８ａに支持案内され、Ｙ軸モータ９によって作動されてＹ軸方向に移動する主軸ヘッド１０とを備えている。該主軸ヘッド１０には主軸モータ（図示せず）によって回転される主軸１０ａが設けられている。

前記テーブル６の上面の中央には、ワークＷを取り付けたパレット１１が自動交換して載置されるようになっており、前記主軸ヘッド１０に設けられている主軸１０ａには、工具マガジン（図示せず）に格納されている工具Ｔと測定プローブ１２（図２（ａ）参照）が、工具交換機構によって自動交換して装着し得るようになっている。また、前記テーブル６の端部の上面または前記パレット１１の端面（ワークＷの近傍位置）には、図２（ｂ）（ｃ）に示すように、Ｘ，Ｙ移動軸の位置計測用の基準穴１３ａとＺ移動軸の位置計測用の基準面１３ｂを備えた基準ゲージ１３Ａ，１３Ｂが取り付けられている。前記測定プローブ１２は、各移動軸の位置を計測する際に、その先端部の測定子１２ａが前記基準穴１３ａの内面や前記基準面１３ｂに接触して矢印ａ方向または矢印ｂ方向に僅かに動いて接触信号ｉを前記入力部３ｄを介して主制御部３ａに送るようになっている。

また、前記ベース４には、前記Ｘ軸レール４ａに沿ってＸ軸スケール（スケール）１４が、前記Ｚ軸レール４ｂに沿ってＺ軸スケール（スケール）１５がそれぞれ固定されており、前記テーブル６とコラム８には、前記Ｘ軸スケール１４とＺ軸スケール１５を検知するＸ，Ｚ軸用の位置検出器１４ａ，１５ａがそれぞれ取り付けられている。また、前記コラム８には、前記Ｙ軸レール８ａに沿ってＹ軸スケール（スケール）１６が固定されており、前記主軸ヘッド１０にはＹ軸スケール１６を検知するＹ軸用の位置検出器１６ａが取り付けられている。各Ｘ，Ｚ，Ｙ軸スケール１４，１５，１６は、その長さ方向の中央部をベース４、コラム８にそれぞれ固定され、それらの固定部以外の部分が、固定部を熱膨張中立点Ｃｘ（図示を省略），Ｃｚ，Ｃｙとして、それらの両端側への熱膨張による変位が許容されるようにして、前記ベース４、コラム８にそれぞれ支持されている。

また、前記テーブル６にはワークＷに近接した位置にワークＷの温度Ｔｗを検出する温度検出器（ワーク温度検出器）１７ｗが取り付けられている。前記ベース４には、前記テーブル６上のワークＷのＺ軸方向ｚにおける熱膨張中立点Ｃｗｚ（機械基準点Ｃｗｚ）と前記Ｚ軸スケール１５の熱膨張中立点Ｃｚとの間でスケール１５の近くにの区間Ｅ１に位置してＺ軸スケール１５の近接部の機械温度Ｔｚ（Ｚ軸のスケール温度Ｔｓと見なすことができる）を検出する温度検出器（スケール温度検出器）１７ｚが取り付けられている。また、前記コラム８には、前記テーブル６上の前記パレット１１の上面（前記ワークＷのＹ軸方向ｙにおける熱膨張中立点Ｃｗｙ、機械基準点Ｃｍｙ）と前記Ｙ軸スケール１６の熱膨張中立点Ｃｙとの間の区間Ｅ２でスケール１６の近くに位置して、Ｙ軸スケール１１の近接部の機械温度Ｔｙ（Ｙ軸のスケール温度Ｔｓと見なすことができる）を検出する温度検出器（スケール温度検出器）１７ｙが取り付けられている。なお、前記Ｘ軸スケール１４に対しても同様にして温度検出器１７ｘ（スケール温度検出器、図示せず）がベース４に取り付けられている。

そして、前記ＮＣ装置３は、主制御部３ａがメモリ３ｂ内の加工プログラムを実行して、出力部３ｃを介して前記Ｘ，Ｚ，Ｙ軸モータ５，７，９を作動させて前記テーブル６、コラム８、主軸ヘッド１０を移動させることにより、前記ワークＷと主軸１０ａに装着されて主軸モータで回転される工具ＴとをＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に相対的に移動させてワークＷの加工を行わせるようになっている。その際、前記主制御部３ａは、前記Ｘ，Ｚ，Ｙ軸スケール１４，１５，１６の位置検出器１４ａ，１５ａ，１６ａによって検出され、入力部３ｄを介して入力されるテーブル６、コラム８、主軸ヘッド１０の位置信号（移動軸の位置検出値）を、誤差補正部３ｅから入力されたピッチ誤差補正値によって補正して、前記Ｘ，Ｚ，Ｙ軸モータ５，７，９を位置のフィードバック制御により作動させるようになっている。

また、前記誤差補正部３ｅは、前記温度検出器１７ｗ、１７ｚ、１７ｙからのワーク温度Ｔｗ、各スケール温度Ｔｓ（Ｔｘ（図示せず），Ｔｚ，Ｔｙ）を入力し、各移動軸のＸ，Ｚ，Ｙ軸スケール１４，１５，１６とワークＷとの間に生じる温度変化（環境温度変化に伴って生ずる）と線膨張係数の差による伸縮量の差を各移動軸のピッチ誤差補正値Ｈ１とし、このピッチ誤差補正値Ｈ１を、マクロプログラム（以下、「補正プログラム」という）をワーク交換時または一定時間毎に実行して、次の式（１）にもとづいて演算し、演算して得られたピッチ誤差補正値を先のものと書き換えて主制御部３ａに出力するようになっている。
Ｈ１＝｛αｗ・（Ｔｗ−２０）−αｓ・（Ｔｓ−２０）｝・Ｌ・・・・・（１）
ただし、Ｈ１は全ストロークのピッチ誤差補正値（μｍ）であり、符号が（＋）のときはピッチを伸ばす。Ｔｗはワーク温度（℃）、Ｔｓはスケール温度（℃）、αｗはワークＷの線膨張係数（１０^−６／℃）、αｓはＸ，Ｚ，Ｙ軸スケール１４，１５，１６の線膨張係数（１０^−６／℃）、Ｌは各移動軸のストローク（ｍ）である。

なお、工作機械では通常２０℃の基準温度の環境下で各移動軸の良好なピッチ精度が得られるように調整される。このため、式（１）における数値２０は、ピッチ精度の初期値を設定する時の温度であり、上記基準温度（℃）を示している。
前記ＮＣ装置３には、主制御部３ａを介して前記誤差補正部３ｅに指令して、前記補正プログラムにおける補助指令を外部から設定変更するための補助指令設定部３ｆが設けられている。そして、前記測定プローブ１２、基準ゲージ１３Ａ，１３Ｂ、各温度検出器１７ｘ，１７ｚ，１７ｙ、ＮＣ装置３（誤差補正部３ｅ、補助指令設定部３ｆ等）によって前記位置補正装置１が構成されている。

次に、前記位置補正装置１の作用と共に本発明の実施の形態に係る工作機械における位置補正方法について、図２〜図７をも参照して説明する。
図３に示すように、前記工作機械２のコラム８とワークＷがＹ軸方向ｙにそれぞれ熱膨張して熱変位δ１，δ２を生じ、ワークＷと主軸ヘッド１０との間に熱膨張差△δが生じると共に、ワークＷの熱膨張中立点Ｃｗｙ（機械基準点Ｃｍｙ）からＹ軸スケール１６の熱膨張中立点Ｃｙまでの距離Ｌ２が変位して、ワークＷとコラム８の線膨張係数差による誤差δ３（Ｈ２）が生じる場合、前記主軸ヘッド１０（Ｙ移動軸）の位置をワークＷの位置との関係においてピッチ誤差補正する例を挙げて説明する。

先ず、図７に示すように、誤差補正部３ｅが補正プログラムを実行して、該補正プログラム内にある補助指令の指令内容を読み込んだ後（ステップＳ１）、ワークＷの材質と線膨張係数αｗ、コラム（機械）８の線膨張係数αｍ、Ｙ軸スケール１６の線膨張係数αｓ等の基準値テーブルをメモリ３ｂから読み込む（ステップＳ２）。そして、前記ワークＷのワーク温度Ｔｗを前記温度検出器１７ｗからの信号により読み込む（ステップＳ３）と共に、前記Ｙ軸スケール１６のスケール温度Ｔｓを前記温度検出器１７ｙからの信号により読み込む（ステップＳ４）。

次に、前記ステップＳ１で読み込んだ補助指令に実行すべき補助指令があるか否かを判断し（ステップＳ５）、実行すべき補助指令がない場合には、Ｙ軸スケール１６とワークＷの温度差から両者の線膨張係数差による誤差を補正するためのＹ移動軸のピッチ誤差補正量Ｈ１を、前記式（１）に従って演算して求める（ステップＳ６）。このピッチ誤差補正値Ｈ１は、図４に示すように、Ｙ軸スケール１６がコラム（機械）８に１箇所で固定されているので、該コラム８の熱膨張に関わりなく、その熱膨張中立点Ｃｙを起点にして上下両端に向かって同量だけ伸縮するものと考慮されるものである。
しかる後に、先に設定したピッチ誤差補正値を新たに求めたピッチ誤差補正値Ｈ１に書き換える（ステップＳ７）と共に、図５に示すように、前記パレット１１の上面（機械基準点Ｃｍｙ）からＹ軸スケール１６の熱膨張中立点Ｃｙまでの距離Ｌ２におけるワークＷとコラム８の線膨張係数差による前記誤差δ３を補正するための熱変位補正量（機械座標原点位置補正量）Ｈ２を、次の式（２）にもとづいて演算して求める（ステップＳ８）。

Ｈ２＝｛αｗ・（Ｔｗ−２０）−αｍ・（Ｔｍ−２０）｝・Ｌ２・・・・・（２）
ただし、Ｈ２はワークＷの熱膨張中立点ＣｗｙからＹ軸スケール１６の熱膨張中立点ＣｙまでのＹ軸方向ｙにおける熱変位補正量（μｍ）、Ｔｗはワーク温度（℃）、Ｔｍはコラム（機械）８の温度（℃）であり、Ｙ軸スケール１６のスケール温度Ｔｓで代用することができる。αｗはワークＷの線膨張係数（１０^−６／℃）、αｍはコラム８の線膨張係数（１０^−６／℃）、Ｌ２はＹ軸スケール１６の熱膨張中立点Ｃｙから機械基準点ＣｍｙまでのＹ軸方向ｙにおける距離（ｍ）である。
なお、図５中、Ｌ１はＹ軸スケール１６の熱膨張中立点ＣｙからＹ移動軸の機械座標原点位置Ｙｏまでの距離（ｍ）である。
そして、前記のようにして求めた変位補正量Ｈ２によってＹ移動軸の機械座標原点位置をシフトする（ステップＳ９）。これにより、誤差補正部３ｅから主制御部３ａに出力されるＹ移動軸のピッチ誤差補正の処理が終了する。

また、前記ステップＳ５において、補正プログラムに補助指令があると判定された場合には、その補助指令が線膨張係数（膨張率）に関するものであるか否かが判定され（ステップＳ１０）、線膨張率に関するものであって、前記補助指令設定部３ｆにより新たな線膨張係数が指定されているならば、加工するワークＷが材質の異なったものと交換されたとして、その指定された線膨張係数を、ＮＣ装置３のメモリ３ｂに記憶されている基準値テーブルの中から選択して先のものと置換し（ステップＳ１１）、以後、この置換した線膨張係数を用いて、前記ステップＳ６におけるＹ移動軸のピッチ誤差補正量Ｈ１を、前記式（１）に従って演算して求める。

また、前記ステップＳ１０において、補助指令が線膨張係数（膨張率）でない場合には、補助指令が変位指令であるか否かが判定され（ステップＳ１２）、変位指令でないときはアラームが発せられて作業者に対して適切な処理が要求される（ステップＳ１３）。一方、補助指令が変位指令であるときは、前記測定プローブ１２を主軸１０ａに装着してその測定子１２ａを実際に加工したワークＷの加工面と前記基準ゲージ１３Ａ（１３Ｂ）の基準穴１３ａに接触させて行う従来周知の測定方法によって、ワークＷと基準穴１３ａとの距離を測定し、その測定距離と加工時のＹ移動軸の移動指令距離との差から、ワークＷに残った加工誤差を測定すると共に、現状のピッチ誤差補正値を読み込み（ステップＳ１４）、該現状のピッチ誤差補正値を前記ワークＷに残った誤差にもとづいて加減演算することにより書き換え（ステップＳ１５）、これを前記ステップＳ７における新たなピッチ誤差補正値として用いる。なお、上記において基準ゲージ１３Ａ，１３Ｂの基準穴１３ａの中心の高さ位置は前記機械基準点Ｃｍｙの高さ位置に一致されている。
前記ワークＷの加工面から基準穴１３ａまでの距離を測定する代わりに、基準尺を測定することにより、その測定時のＹ移動軸の移動距離からワークＷに残った加工誤差を測定するようにしてもよい。

前記ステップＳ９におけるＹ移動軸のピッチ誤差補正（位置検出値の誤差補正）の処理が終了した後には、温度によるＹ移動軸のピッチ誤差補正の良否を確認する処理を行う。すなわち、図６に示すように、前記主軸１０ａに測定プローブ１２を装着して機械座標原点位置Ｙｏから基準ゲージ１３Ａの基準穴１３ａの中心までの距離Ｓ（＝Ｌ１＋Ｌ２）を実際に計測する（ステップＳ１６）と共に、Ｙ移動軸の誤差補正を実行して求められた機械座標原点位置Ｙｏから基準ゲージ１３Ａまでの距離と照合し（ステップＳ１７）、前記計測距離と誤差補正による距離との誤差が予め設定された許容範囲内にあれば、Ｙ移動軸のピッチ誤差補正結果が良好であるとして確認処理を終了し、前記誤差が許容範囲にない場合は、Ｙ移動軸のピッチ誤差補正結果が不良であるとしてアラームを発生する（ステップＳ１８）。
なお、上記のように機械座標原点位置Ｙｏと１つの基準ゲージ１３Ａとの距離Ｓを計測する代わりに、２個以上の基準ゲージ１３ＡをＹ軸方向ｙに間隔をあけてテーブル６に取り付け、それらの基準ゲージ１３Ａ間距離を計測し、該計測距離と、基準ゲージ間距離について誤差補正を実行して求めて得られた距離とを照合して、Ｙ軸のピッチ誤差補正の結果の良否を確認することもできる。

なお、前記測定プローブ１２で前記距離Ｓを実測する際に、Ｙ軸スケール１６の熱膨張中立点Ｃｙと基準ゲージ１３Ａの基準穴１３ａまでのＹ軸方向ｙにおける距離Ｌ２を計測することにより、コラム８の熱膨張距離Ｌｍを計測すると共に、前記距離Ｌ２に対応するＹ軸スケール１６の熱膨張距離Ｌｓを測定し、それらの熱膨張距離Ｌｍ，Ｌｓの差Ｈ３を求め、式（３）（４）から、機械の設置されている環境温度Ｔｂ（コラム８やＹ軸スケール１６は環境温度と略同じ温度であると考えられる）を推定することができる。
Ｈ３＝｛（αｍ−αｓ）・（Ｔｂ−２０）｝・Ｌ２・・・・・（３）
Ｔｂ＝｛Ｈ３／（αｍ−αｓ）・Ｌ２｝＋２０・・・・・（４）
ただし、Ｈ３は前記距離Ｌ２の熱膨張差（μｍ）、Ｔｂは環境温度（℃）、αｓはＹ軸スケール１６の線膨張係数（１０^−６／℃）、αｍはコラム８の線膨張係数（１０^−６／℃）、Ｌ２はＹ軸スケール１６の熱膨張中立点Ｃｙから機械基準点Ｃｍｙまでの距離（ｍ）である。

以上説明したように、前記実施の形態に係る工作機械における位置補正方法は、ワークＷと工具Ｔを相対移動させるＸ，Ｚ，Ｙ移動軸の位置をＸ，Ｚ，Ｙ軸スケール１４，１５，１６で検出し、この位置検出値にもとづいてＸ，Ｚ，Ｙ移動軸を位置のフィードバック制御により作動させてワークＷを加工する工作機械２における位置補正方法であって、前記Ｙ軸スケール１６のスケール温度ＴｓとワークＷのワーク温度Ｔｗを検出し、それらの線膨張係数αｓ，αｗの差による伸縮量の差をピッチ誤差補正値Ｈ１として前記Ｙ移動軸の位置検出値を補正する場合に、実際に加工したワークＷに残った加工誤差、または基準尺を測定することにより判明した誤差をＮＣ装置３の補助指令設定部３ｆからの補助指令により前記ピッチ誤差補正値Ｈ１に加減算して前記位置検出値を誤差補正する構成とされている。

したがって、前記実施の形態に係る工作機械における位置補正方法によれば、環境温度変化によって生じるワークＷ、Ｙ軸スケール１６の温度変化に対応して行ったＹ移動軸の位置検出値のピッチ誤差補正を、その補正後にピッチ誤差補正量の過不足分により追加修正することができるので、Ｙ軸スケール１６によるＹ移動軸の位置検出値に対して誤差補正を的確に行うことができ、Ｙ移動軸の位置のフィードバック制御を正確に行っコラム８やＹ軸スケール１６てワークＷを高精度に加工することができる。

また、前記位置補正方法によれば、前記Ｙ軸スケール１６のスケール温度ＴｓとワークＷのワーク温度Ｔｗを検出し、それらの線膨張係数αｓ，αｗの差による伸縮量の差をピッチ誤差補正値Ｈ１として前記Ｙ移動軸の位置検出値を補正する場合に、Ｙ軸スケール１６の熱膨張中立点ＣｙからワークＷの熱膨張中立点Ｃｗｙまでの距離に対応する、ワークＷとコラム（機械本体）８のそれらの線膨張係数αｗ，αｍの差にもとづく熱膨張量の差δ３から機械座標原点位置Ｙｏの熱変位補正量（変位）Ｈ２を求め、この熱変位補正量Ｈ２により前記Ｙ移動軸の位置検出値を誤差補正する構成とされているので、ワークＷを取り付ける機械基準面Ｃｍｙから機械座標原点位置Ｙｏまでの位置ずれを削減して、Ｙ軸スケール１６によるＹ移動軸の位置検出値のピッチ誤差補正を行うことができるので、一層、Ｙ移動軸の位置のフィードバック制御を正確に行ってワークＷの高精度加工を行うことができる。

また、前記位置補正方法によれば、ワークＷの近傍位置でテーブル６またはパレット１１に基準ゲージ１３Ａを取り付け、機械座標原点位置Ｙｏから基準ゲージ１３Ａまでの基準距離Ｓ（＝Ｌ１＋Ｌ２）を計測し、この計測距離と前記基準距離Ｓを誤差補正を実行して求めたＹ移動軸の移動距離とを照合することにより、前記Ｙ移動軸の誤差補正の良否を確認する構成とされ、また、ワークＷの近傍位置でテーブル６にＹ軸方向ｙに間隔をあけて少なくとも２個の基準ゲージ１３Ａを取り付け、基準ゲージ１３Ａ間距離を計測し、この計測距離と前記基準ゲージ１３Ａ間距離を誤差補正を実行して求めたＹ移動軸の移動距離とを照合することにより、前記誤差補正の良否を確認する構成とされているので、Ｙ移動軸の位置検出値におけるピッチ誤差補正の結果の良否を、機械座標原点（特定点）位置Ｙｏから基準ゲージ１３Ａまでの間の距離または基準ゲージ１３Ａ間距離を計測することによって容易に確認することができる。

また、前記位置補正方法によれば、線膨張係数αｍの異なるワークＷを加工するときには、その加工の前に、加工しようとするワークＷの線膨張係数αｍをＮＣ装置３の補助指令設定部３ｆから補助指令として設定変更する構成とされているので、加工対象のワークＷの材質に対応する線膨張係数αｍを外部から容易に指定してピッチ誤差補正を実行させることができ、これにより、線膨張係数αｍの異なる種々のワークＷに対して、環境温度が変化しても高精度な加工を維持することができる。

また、前記実施の形態に係る工作機械における位置補正装置１は、ワークＷと工具Ｔを相対移動させるＸ，Ｚ，Ｙ移動軸の位置をＸ，Ｚ，Ｙ軸スケール１４，１５，１６で検出し、この位置検出値にもとづいてＸ，Ｚ，Ｙ移動軸を位置のフィードバック制御により作動させてワークＷを加工する工作機械２における位置補正装置であって、前記Ｙ移動軸の位置を検出するためのＹ軸スケール１６と、該Ｙ軸スケール１６のスケール温度Ｔｓを検出するスケール温度検出器１７ｙと、ワークＷのワーク温度Ｔｗを検出するワーク温度検出器１７ｗと、これらの温度検出器１７ｙ，１７ｗで測定されたスケール温度Ｔｓおよびワーク温度Ｔｗと、前記Ｙ軸スケール１６およびワークＷの線膨張係数αｓ，αｗの差によるＹ軸スケール１６とワークＷの伸縮量の差を求め、この伸縮量の差をピッチ誤差補正値Ｈ１として前記Ｙ移動軸の位置検出値を補正する誤差補正部３ｅとを備え、前記Ｙ軸スケール１６は、その長さ方向の中心位置で機械に固定されて、両端部側を長さ方向に熱変位可能に支持され、また、前記Ｙ軸用のスケール温度検出器１７ｙは、Ｙ軸方向ｙにおける、ワークＷが設置された機械基準位置Ｃｍｙ（Ｃｗｙ）と前記Ｙ軸スケール１６の中心位置（熱膨張中立点Ｃｙ）との間に位置してコラム（機械）８に取り付けられた構成とされている。
したがって、この構成によれば、機械座標原点位置Ｙｏの変位やワークＷの取付位置と機械座標原点位置Ｙｏとの間の狂いを、Ｙ軸スケール１６による移動軸の位置補正に取り込んで、それらの変位や狂いによる誤差を無くしてＹ移動軸の位置のフィードバック制御を正確に行うことができ、ワークＷの高精度加工を実現させることができる。

なお、前記実施の形態に係る工作機械における位置補正装置１においては、Ｘ，Ｚ，Ｙ軸スケール１４，１５，１６のそれぞれに対して温度検出器１７ｘ（図示せず），１８ｚ，１８ｙを設けたが、温度検出器の個数を減らすために、ベース等に設けた１つの温度検出器で検出される温度を機械基準温度として、該機械基準温度または切削液の１点の温度と各移動軸のスケール温度の差分（補正加算入力値）を、手動入力でＮＣ装置のメモリに固定値として記憶させておき、次の式（５）によって、各移動軸のスケールの熱膨張によるピッチ誤差補正値Ｈ１を演算して求めることもできる。

Ｈ１＝｛αｗ・（Ｔｏ−２０＋△Ｔ１）−αｓ・（Ｔｏ−２０＋△Ｔ２）｝・Ｌ
・・・・・（５）
ただし、Ｈ１は全ストロークのピッチ補正値（μｍ）であり、符号が（＋）のときはピッチを伸ばす。Ｔｏは機械基準温度または切削液の温度（℃）、△Ｔ１はワークＷ側の補正加算入力値（℃）、△Ｔ２はスケール側の補正加算入力値（℃）、αｗはワークＷの線膨張係数（１０^−６／℃）、αｓはＸ，Ｚ，Ｙ軸スケール１４，１５，１６の線膨張係数（１０^−６／℃）、Ｌは各移動軸のストローク（ｍ）である。

また、前記実施の形態に係る工作機械における位置補正方法においては、Ｙ移動軸の位置検出値についてピッチ誤差補正を行う場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、他の移動軸（Ｘ軸，Ｚ軸）のピッチ誤差補正を行う場合についても同様に適用することができ、同様な作用効果を奏することができる。
本発明を適用する工作機械として横型のマシニングセンタを例にして説明したが、本発明はこれに限らず、縦型のマシニングセンタ、フライス盤、研削盤、その他の工作機械に適用することもできる。

本発明の実施の形態に係る工作機械における位置補正装置を示す系統図である。本発明の実施の形態に係る工作機械における位置補正方法における基準位置計測の仕方を示す説明図である。本発明の実施の形態に係る工作機械における位置補正方法を示す説明図（その１）である。本発明の実施の形態に係る工作機械における位置補正方法を示す説明図（その２）である。本発明の実施の形態に係る工作機械における位置補正方法を示す説明図（その３）である。本発明の実施の形態に係る工作機械における位置補正方法を示す説明図（その４）である。本発明の実施の形態に係る工作機械における位置補正方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１位置補正装置
２工作機械
３ＮＣ装置
３ｅピッチ誤差補正部
３ｆ補助指令設定部
４ベース
５Ｘ軸モータ
６テーブル
７Ｚ軸モータ
８コラム
９Ｙ軸モータ
１０主軸ヘッド
１０ａ主軸
１１パレット
１２測定プローブ
１３Ａ，１３Ｂ基準ゲージ
１４，１５，１６Ｘ，Ｚ，Ｙ軸スケール（スケール）
１７ｘ，１７ｙ，１７ｚ温度検出器（スケール温度検出器）
Ｗワーク

Claims

ワークと工具を相対移動させる移動軸の位置をスケールで検出し、この位置検出値にもとづいて移動軸を位置のフィードバック制御により作動させてワークを加工する工作機械における位置補正装置であって、
前記移動軸の位置を検出するためのスケールと、
該スケールの温度と機械の温度を検出するスケール温度検出器と、
ワークの温度を検出するワーク温度検出器と、
これらの温度検出器で測定されたスケール温度およびワーク温度と前記スケールおよびワークの線膨張係数の差によるスケールとワークの伸縮量の差を求め、この伸縮量の差をピッチ誤差補正値として前記移動軸の位置検出値を補正する誤差補正部とを備え、
前記スケールは、その長さ方向の中心位置を熱膨張中立点として前記機械に固定されて、両端部側を長さ方向に熱変位可能に支持され、また、前記スケール温度検出器は、移動軸の軸方向におけるワークが設置された機械基準位置と前記スケールの中心位置との間に位置して前記機械に取り付けられており、
前記スケールとワークの温度を検出し、それらの線膨張係数の差による伸縮量の差をピッチ誤差補正値として前記移動軸の位置検出値を補正する場合に、前記スケールの熱膨張中立点からワークの熱膨張中立点までの移動軸方向における距離が変位してワークと機械の線膨張係数差による誤差が生じる場合に、この誤差を補正するために、ワークと機械の線膨張係数の差にもとづく熱膨張量の差から機械座標原点位置の変位を求め、この変位により前記移動軸の位置検出値を誤差補正することを特徴とする工作機械における位置補正装置。