JP5169946B2 - 数値制御式工作機械及びその熱変位補正方法 - Google Patents
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Description
本発明は、数値制御式工作機械及びその熱変位補正方法に関し、特に数値制御式工作機械の運転中に生じるボールネジ機構の熱変位による誤差を補正するものに関する。
ボールネジ機構は、位置決め機構として工作機械に広く採用されている。ボールネジ機構は、製造公差等によりボールネジシャフトの回転量とナットの移動量とのピッチ誤差を生じるので、予め設定したピッチ誤差補正量のテーブルに基づいてピッチ誤差を補正するようになっている。
また、ボールネジ機構はボールネジシャフトとナット及び各軸受部との摩擦抵抗により温度上昇による熱膨張を起こし、熱変位を生じる。現在のＮＣ工作機械ではセミクローズドループ型が一般的であるが、この方式のＮＣ工作機械ではボールネジシャフトの熱変位が、そのまま位置決め誤差となって現れる。そのため、ボールネジシャフトに予張力を与え、熱膨張を吸収する方式が対策として使用されてきた。
ところが最近では、太いボールネジシャフトを使用する上に送り速度が非常に速くなっているので発熱量が増大し、予張力方式で対応しようとすると、非常に大きな引張力を加えなければならない。そのため、ボールネジ機構の構造体が変形したり、スラスト軸受に無理な力が加わって焼き付く等の問題があった。
そこで現在では、ボールネジシャフトに無理な予張力を与えず、しかも特別な測定装置を必要としないインプロセスで補正する方法を採用している。例えば、以下に示す第１〜第３工程からなる方法である。第1工程は、サーボモータの電機子電流と電圧との積からボールネジシャフトの発熱量を求める。第２工程は、ボールネジシャフトを複数の区間に分割したモデルにおいて、発熱量から温度分布を求める。第３工程は、温度分布に基づいて、時々刻々に予想したボールネジシャフトの熱変位量をＮＣ装置にピッチ誤差補正として与える。
インプロセスで補正する方法において熱変位補正を行うタイミングとして、例えば加工プログラム中に熱変位補正指令用Ｍコードを設定する方法や、メモリ運転開始時に１回だけ補正を行う方法などがある。熱変位補正指令用Ｍコードを設定する方法では、作業者が加工プログラム中に熱変位補正指令用Ｍコードを設定する必要がある。それ故、多数の加工プログラムを使用しているユーザの場合、全ての加工プログラムにＭコードを設定する必要があるので大変手間がかかる。
また、メモリ運転開始時に１回だけ補正する方法では、加工プログラムにＭコードを設定する必要がないという利点があるものの、運転開始時に１回補正を行った後、さらにボールネジシャフトに熱変位が発生した場合にも補正を行わない。それ故、長時間にわたって機械加工を行う場合には、ワークの加工精度が低下するという問題がある。
そこで、長時間にわたって機械加工を行う場合にも高精度のワーク加工を行えるようにしたものが、例えば特許文献１に開示してある。
そこで、長時間にわたって機械加工を行う場合にも高精度のワーク加工を行えるようにしたものが、例えば特許文献１に開示してある。
特許文献１に記載の熱変位補正装置付き工作機械では、加工プログラムにおいて無条件補正区間開始用Ｍコードと無条件補正区間終了用Ｍコードを設定した区間では、切削送り指令が入力された場合にも熱変位補正可能としている。無条件補正区間開始用Ｍコードと無条件補正区間終了用Ｍコードを設定していない区間では、早送り指令が入力された場合に熱変位補正を行う。通常、長時間にわたって機械加工を行う場合、加工プログラム中に複数の早送り指令を設定するので、機械加工中に複数回の熱変位補正を行わせることができる。それ故、長時間にわたる機械加工においても高精度のワーク加工を行うことができる。
しかし、特許文献１の工作機械では、早送り指令が入力される毎に熱変位補正を行うので、熱変位補正に要する時間だけ機械加工のサイクルタイムが増加する。特に長時間にわたって機械加工を行う場合、機械加工のサイクルタイムが大幅に増加し生産性が低下するという問題がある。
本発明の目的は、熱変位補正による機械加工のサイクルタイムの増加を抑制し、且つ高精度の機械加工を行うことができる数値制御式工作機械及びその熱変位補正方法を提供することである。
請求項１の数値制御式工作機械は、送り軸を駆動する送り軸駆動手段と、主軸に装着された工具と工具マガジンに収納された工具とを交換可能な工具交換装置と、加工プログラムに基づいて送り軸駆動手段と工具交換装置とを制御する数値制御装置と、送り軸に発生する熱変位量に基づいて送り軸駆動手段の制御量を補正する熱変位補正装置とを有する数値制御式工作機械において、前記加工プログラムに基づいて自動運転するメモリ運転モードと、加工プログラムを１ブロックずつ入力して運転するＭＤＩ運転モードを含む運転モードを択一的に設定可能に構成され、前記数値制御装置は、前記メモリ運転モード又は前記ＭＤＩ運転モードにおいて、前記加工プログラム実行中に工具交換指令が入力されたとき、前記工具交換装置による工具交換処理の実行中に、前記熱変位補正装置に前記送り軸駆動手段の制御量の補正を実行させる補正制御手段を備え、前記送り駆動手段は、ワークを固定するテーブルをＸ軸方向に移動駆動するＸ軸移動駆動手段と、前記テーブルを前記Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向に移動駆動するＹ軸移動駆動手段と、前記主軸を回転可能に支持する主軸ヘッドを昇降駆動するＺ軸移動駆動手段とで構成され、前記補正制御手段は、前記工具交換装置による工具交換処理時に、前記Ｚ軸移動駆動手段により前記主軸ヘッドが加工位置からＺ軸原点に復帰したとき、前記熱変位補正装置に前記Ｘ軸移動駆動手段と前記Ｙ軸移動駆動手段の制御量の補正を実行させ、前記主軸ヘッドが前記工具マガジンの回転が可能なＡＴＣ原点に達したとき、前記熱変位補正装置に前記Ｚ軸移動駆動手段の制御量の補正を実行させることを特徴としている。
この数値制御式工作機械では、加工プログラムに基づいて自動運転するメモリ運転モードと、加工プログラムを１ブロックずつ入力して運転するＭＤＩ運転モードを含む運転モードを択一的に設定可能に構成してある。メモリ運転モード又はＭＤＩモードにおいて、加工プログラム実行中に工具交換指令が入力されたとき、数値制御装置が工具交換装置に工具交換処理を実行させる。この工具交換処理の実行中に、補正制御手段が熱変位補正装置に送り軸駆動手段の制御量の補正を実行させる。それ故、機械加工のサイクルタイムに影響を与えることなく、熱変位補正を行うことができる。
請求項２の数値制御式工作機械は、請求項１の発明において、前記補正制御手段は、前記Ｚ軸移動駆動手段により前記主軸ヘッドが前記Ｚ軸原点から前記ＡＴＣ原点へ移動している間に、前記Ｘ軸移動駆動手段と前記Ｙ軸移動駆動手段の制御量の補正を実行させ、前記工具交換装置による前記工具マガジンの回転中に、前記Ｚ軸移動駆動手段の制御量の補正を実行させることを特徴としている。
請求項３の数値制御式工作機械の熱変位補正方法は、送り軸を駆動する送り軸駆動手段と、主軸に装着された工具と工具マガジンに収納された工具とを交換可能な工具交換装置と、加工プログラムに基づいて送り軸駆動手段と工具交換装置とを制御する数値制御装置と、送り軸に発生する熱変位量に基づいて送り軸駆動手段の制御量を補正する熱変位補正装置とを有する数値制御式工作機械の熱変位補正方法において、前記加工プログラムに基づいて自動運転するメモリ運転モードと、加工プログラムを１ブロックずつ入力して運転するＭＤＩ運転モードを含む運転モードを択一的に設定可能に予め構成しておき、前記メモリ運転モード又は前記ＭＤＩ運転モードにおいて、前記加工プログラム実行中に工具交換指令が入力されたとき、前記工具交換装置による工具交換処理の実行中に、前記熱変位補正装置に前記送り軸駆動手段の制御量の補正を実行させ、前記送り駆動手段を、ワークを固定するテーブルをＸ軸方向に移動駆動するＸ軸移動駆動手段と、前記テーブルを前記Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向に移動駆動するＹ軸移動駆動手段と、前記主軸を回転可能に支持する主軸ヘッドを昇降駆動するＺ軸移動駆動手段とで構成しておき、前記工具交換装置による工具交換処理時に、前記Ｚ軸移動駆動手段により前記主軸ヘッドが加工位置からＺ軸原点に復帰したとき、前記熱変位補正装置に前記Ｘ軸移動駆動手段と前記Ｙ軸移動駆動手段の制御量の補正を実行させ、前記主軸ヘッドが前記工具マガジンの回転が可能なＡＴＣ原点に達したとき、前記熱変位補正装置に前記Ｚ軸移動駆動手段の制御量の補正を実行させることを特徴としている。
この数値制御式工作機械の熱変位補正方法では、加工プログラムに基づいて自動運転するメモリ運転モードと、加工プログラムを１ブロックずつ入力して運転するＭＤＩ運転モードを含む運転モードを択一的に設定可能に予め構成してある。メモリ運転モード又はＭＤＩ運転モードにおいて、加工プログラム実行中に工具交換指令が入力されたとき、工具交換装置に工具交換処理を実行させる。この工具交換処理の実行中に、熱変位補正装置に送り軸駆動手段の制御量の補正を実行させる。これにより、請求項１の場合と同様の作用を奏する。
請求項４の数値制御式工作機械の熱変位補正方法は、請求項３の発明において、前記Ｚ軸移動駆動手段により、前記主軸ヘッドが前記Ｚ軸原点から前記ＡＴＣ原点へ移動している間に、前記Ｘ軸移動駆動手段と前記Ｙ軸移動駆動手段の制御量の補正を実行させ、前記工具交換装置による前記工具マガジンの回転中に、前記Ｚ軸移動駆動手段の制御量の補正を実行させることを特徴としている。
請求項１の発明によれば、数値制御装置は、メモリ運転モード又はＭＤＩ運転モードにおいて、加工プログラム実行中に工具交換指令が入力されたとき、工具交換装置による工具交換処理の実行中に、熱変位補正装置に送り軸駆動手段の制御量の補正を実行させる補正制御手段を備えたので、機械加工のサイクルタイムを増加させることなく熱変位補正を行うことができる。また、加工プログラム中に複数の工具交換指令を設定することにより、複数回の熱変位補正を行わせることができるので、長時間にわたって機械加工を行う場合にも高精度の機械加工を行うことが可能となる。
この場合、補正制御手段は、工具交換装置による工具交換処理時に、Ｚ軸移動駆動手段により主軸ヘッドが加工位置からＺ軸原点に復帰したとき、熱変位補正装置にＸ軸移動駆動手段とＹ軸移動駆動手段の制御量の補正を実行させ、主軸ヘッドがＡＴＣ原点に達したとき、熱変位補正装置にＺ軸移動駆動手段の制御量の補正を実行させるので、工具がワークから離隔した状態で熱変位補正を行うことができる。それ故、熱変位補正を行う際に工具がワークと接触しないので、ワークの加工面の品質が低下するのを防止できる。
請求項２の発明によれば、補正制御手段は、Ｚ軸移動駆動手段により主軸ヘッドがＺ軸原点からＡＴＣ原点へ移動している間に、Ｘ軸移動駆動手段とＹ軸移動駆動手段の制御量の補正を実行させるので、工具交換処理を中断することなくＸ，Ｙ軸方向の熱変位補正を行うことができる。また、工具交換装置による工具マガジンの回転中に、Ｚ軸移動駆動手段の制御量の補正を実行させるので、工具交換処理を中断することなくＺ軸方向の熱変位補正を行うことができる。それ故、工具交換処理に要する時間が増加しないので、機械加工のサイクルタイムが増加しない。
請求項３の発明によれば、メモリ運転モードとＭＤＩ運転モードを含む運転モードを択一的に設定可能に予め構成しておき、メモリ運転モード又はＭＤＩ運転モードにおいて、加工プログラム実行中に工具交換指令が入力されたとき、工具交換装置による工具交換処理の実行中に、熱変位補正装置に送り軸駆動手段の制御量の補正を実行させるので、請求項１の場合と同様の効果を奏する。
この場合、工具交換装置による工具交換処理時に、Ｚ軸移動駆動手段により主軸ヘッドが加工位置からＺ軸原点に復帰したとき、熱変位補正装置にＸ軸移動駆動手段とＹ軸移動駆動手段の制御量の補正を実行させ、主軸ヘッドがＡＴＣ原点に達したとき、熱変位補正装置にＺ軸移動駆動手段の制御量の補正を実行させるので、請求項１の場合と同様の効果を奏する。
請求項４の発明によれば、Ｚ軸移動駆動手段により、主軸ヘッドがＺ軸原点からＡＴＣ原点へ移動している間に、Ｘ軸移動駆動手段とＹ軸移動駆動手段の制御量の補正を実行させ、工具交換装置による工具マガジンの回転中に、Ｚ軸移動駆動手段の制御量の補正を実行させるので、請求項２の場合と同様の効果を奏する。
以下、本発明を実施するための形態について説明する。
以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明する。
図１〜図５に基づいて、マシニングセンタ（数値制御式工作機械）Ｍの構成について説明する。図１に示すように、マシニングセンタＭは、ワークと工具とが相対移動することで、ワークに所望の機械加工（例えば、「フライス削り」、「穴空け」、「切削」等）を施すことができる工作機械である。
図１〜図５に基づいて、マシニングセンタ（数値制御式工作機械）Ｍの構成について説明する。図１に示すように、マシニングセンタＭは、ワークと工具とが相対移動することで、ワークに所望の機械加工（例えば、「フライス削り」、「穴空け」、「切削」等）を施すことができる工作機械である。
マシニングセンタＭは、鋳鉄製の基台であるベース１と、ベース１の上部に設けた機械本体５と、ベース１の上部に固定したスプラッシュカバー２とを構成の主体とする。機械本体５は、ワークの切削加工を行う。ベース１の下部の四隅は、高さ調節用のアジャスタを有する脚部１ａを夫々備えている。
次に、スプラッシュカバー２について説明する。
図１に示すように、スプラッシュカバー２は、機械本体５とベース１の上部を覆う略直方体状の箱状のものである。スプラッシュカバー２はベース１の上部に固定してある。このスプラッシュカバー２の内側に、機械本体５の加工領域を設けてある。スプラッシュカバー２の前面に開口部３を設けてある。マシニングセンタＭは、この開口部３を開閉するスライド式の開閉扉４を設けてある。
図１に示すように、スプラッシュカバー２は、機械本体５とベース１の上部を覆う略直方体状の箱状のものである。スプラッシュカバー２はベース１の上部に固定してある。このスプラッシュカバー２の内側に、機械本体５の加工領域を設けてある。スプラッシュカバー２の前面に開口部３を設けてある。マシニングセンタＭは、この開口部３を開閉するスライド式の開閉扉４を設けてある。
マシニングセンタＭは、開口部３の右側に操作パネル７６を設けてある。この操作パネル７６は、マシニングセンタＭを操作する正面視長方形状のものである。この操作パネル７６は、テンキー、各種操作キーを備えたキーボード７７とディスプレイ７８を有する。ディスプレイ７８は、設定画面又は実行動作を表示するためのものであり、キーボード７７の上部に設けてある。
次に、機械本体５について説明する。
図１〜図３に示すように、機械本体５は、コラム７と、主軸ヘッド８と、主軸９と、工具交換装置３０と、テーブル１５とを主体として構成されている。コラム７は、ベース１の後部の上面に固定しており、且つ、鉛直上方に延びている。主軸ヘッド８は、コラム７の前面に沿って昇降可能である。主軸ヘッド８は、その内部に主軸９を回転可能に支持している。
図１〜図３に示すように、機械本体５は、コラム７と、主軸ヘッド８と、主軸９と、工具交換装置３０と、テーブル１５とを主体として構成されている。コラム７は、ベース１の後部の上面に固定しており、且つ、鉛直上方に延びている。主軸ヘッド８は、コラム７の前面に沿って昇降可能である。主軸ヘッド８は、その内部に主軸９を回転可能に支持している。
工具交換装置３０は、主軸ヘッド８の前側に設けてある。工具交換装置３０は、主軸９の先端に取り付けた工具ホルダを他の工具ホルダに交換する。工具ホルダは、工具（図示外）を装着している。テーブル１５は、ベース１の上部に設けてある。テーブル１５は、ワークを着脱可能に固定する。コラム７の背面側には、箱状の制御ボックス（図示外）が設けてある。制御ボックスは、その内側にマシニングセンタＭの動作を制御する数値制御装置５０（図５参照）を備えている。
次に、テーブル１５の移動機構について説明する。サーボモータであるＸ軸モータ７１（図５参照）は、テーブル１５をＸ軸方向（図１において、左右方向）に移動する。テーブル１５の移動機構は、以下の構成からなる。図４に示すように、テーブル１５の下側に、直方体状の支持台１１が設けてある。支持台１１は、その上面にＸ軸方向に沿って延びる１対のＸ軸送りガイドレール（図示外）を備えている。１対のＸ軸送りガイドレールは、その上にテーブル１５を移動可能に支持している。
図４に示すように、テーブル１５の下面にはナット部１６を配置してある。ナット部１６は、カップリング２７を介してＸ軸モータ７１から延びる送り軸としてのＸ軸ボールネジシャフト８１と螺合することでボールネジ機構を構成している。支持台１１に固定した固定軸受（前部軸受）２８が、Ｘ軸ボールネジシャフト８１のＸ軸モータ７１側の端部を支持している。可動軸受（後部軸受）２９がＸ軸ボールネジシャフト８１の反対側の端部を支持している。
次に、Ｙ軸方向の移動機構について説明する。ベース１の上面には、Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向に長い１対のＹ軸送りガイドレール６を配設してある。Ｙ軸送りガイドレール６は、支持台１１をＹ軸方向に移動可能に支持している。ナット（図示外）は、サーボモータであるＹ軸モータ７２（図５参照）から延びる送り軸としてのＹ軸ボールネジシャフト（図示外）に対して支持台１１と連結している。Ｙ軸モータ７２がＹ軸ボールネジシャフトを正逆方向に回転駆動することで、支持台１１及びテーブル１５は、Ｙ軸方向に移動駆動する。
次に、主軸ヘッド８の昇降機構について説明する。
コラム７の前面側で上下方向に延びるガイドレール（図示外）が、リニアガイド（図示外）を介して主軸ヘッド８を昇降自在に案内している。ナット（図示外）が、コラム７の前面側の上下方向に延びる送り軸としてのＺ軸ボールネジシャフト（図示外）に対して主軸ヘッド８を連結している。図２に示すように、主軸ヘッド８の上端にはＺ軸モータ７３を複数のボルト１３で固定してある。Ｚ軸モータ７３がＺ軸ボールネジシャフトを正逆方向に回転駆動することで、主軸ヘッド８は上下方向（Ｚ軸方向）に昇降駆動する。
コラム７の前面側で上下方向に延びるガイドレール（図示外）が、リニアガイド（図示外）を介して主軸ヘッド８を昇降自在に案内している。ナット（図示外）が、コラム７の前面側の上下方向に延びる送り軸としてのＺ軸ボールネジシャフト（図示外）に対して主軸ヘッド８を連結している。図２に示すように、主軸ヘッド８の上端にはＺ軸モータ７３を複数のボルト１３で固定してある。Ｚ軸モータ７３がＺ軸ボールネジシャフトを正逆方向に回転駆動することで、主軸ヘッド８は上下方向（Ｚ軸方向）に昇降駆動する。
尚、Ｘ軸モータ７１、Ｙ軸モータ７２、Ｚ軸モータ７３が送り軸駆動手段に相当する。また、Ｘ軸モータ７１がＸ軸移動駆動手段にも相当し、Ｙ軸モータ７２がＹ軸移動駆動手段にも相当し、Ｚ軸モータ７３がＺ軸移動駆動手段にも相当する。
次に、工具交換装置３０について説明する。
図２、図３に示すように、工具交換装置３０は、複数の工具を支持する工具マガジン３１と、マガジンモータ７５と、減速機３６等を有する。工具マガジン３１は、鍔付き円筒状のマガジンベース３２と、マガジンベース３２の外周に放射状に支持した複数のグリップアーム３７を主体に構成してある。１対のフレーム１２の前端部に固定したマガジン支持台（図示外）が、マガジン軸３５に対してマガジンベース３２を回動自在に支持している。
図２、図３に示すように、工具交換装置３０は、複数の工具を支持する工具マガジン３１と、マガジンモータ７５と、減速機３６等を有する。工具マガジン３１は、鍔付き円筒状のマガジンベース３２と、マガジンベース３２の外周に放射状に支持した複数のグリップアーム３７を主体に構成してある。１対のフレーム１２の前端部に固定したマガジン支持台（図示外）が、マガジン軸３５に対してマガジンベース３２を回動自在に支持している。
マガジンベース３２は、マガジン軸３５が内挿される筒状のボス部３４と、ボス部３４の前端側に鍔状に設けた鍔部３３とを主体に構成してある。マガジン軸３５の外周側に減速機３６を配設してあり、減速機３６の上側には、マガジンモータ７５を配設してある。このマガジンモータ７５は、減速機３６を介して工具マガジン３１を回転させる。マガジンベース３２の外周側には、１４枚のカバー３８が所要の中心角で周方向に配列した状態となり、１４本のグリップアーム３７を覆い隠すことができる。
図５は、マシニングセンタＭにおける電気的構成を示している。数値制御装置５０は、マイクロコンピュータを含む。数値制御装置５０は、入出力インタフェース５４と、ＣＰＵ５１と、ＲＯＭ５２と、ＲＡＭ５３と、軸制御部６１ａ〜６４ａ，７５ａと、サーボアンプ６１〜６４と、微分器７１ｂ〜７４ｂなどを備えている。ＣＰＵ５１は、ＲＯＭ５２と、ＲＡＭ５３と、入出力インタフェース５４と各軸制御部６１ａ〜６４ａ、７５ａとバス５５を介して接続している。サーボアンプ６１〜６４は、夫々Ｘ軸モータ７１、Ｙ軸モータ７２、Ｚ軸モータ７３、主軸モータ７４に接続するとともに、各軸制御部６１ａ〜６４ａ、７５ａと接続している。軸制御部７５ａは、マガジンモータ７５に接続している。
Ｘ軸モータ７１は、テーブル１５をＸ軸方向に移動させる為のモータである。Ｙ軸モータ７２は、テーブル１５をＹ軸方向に移動させる為のモータである。主軸モータ７４は、前記主軸９を回転させる為のモータである。Ｚ軸モータ７３は、主軸ヘッド８を昇降させる為のモータである。マガジンモータ７５は、工具マガジン３１を回転移動させる為のモータである。以下、Ｘ軸モータ７１、Ｙ軸モータ７２、Ｚ軸モータ７３、及び主軸モータ７４を総称して、モータ７１〜７４という。モータ７１〜７４は、夫々エンコーダ７１ａ〜７４ａを備えている。
軸制御部６１ａ〜６４ａは、ＣＰＵ５１からの移動指令量を受けて、電流指令（モータトルク指令値）を夫々サーボアンプ６１〜６４に出力する。サーボアンプ６１〜６４は、電流指令を受けて、夫々モータ７１〜７４に駆動電流を出力する。軸制御部６１ａ〜６４ａは、夫々エンコーダ７１ａ〜７４ａからの位置フィードバック信号を受けて、位置のフィードバック制御を行う。微分器７１ｂ〜７４ｂは、夫々エンコーダ７１ａ〜７４ａが出力した位置フィードバック信号を微分して速度フィードバック信号に変換し、軸制御部６１ａ〜６４ａに速度フィードバック信号として出力する。
軸制御部６１ａ〜６４ａは、夫々微分器７１ｂ〜７４ｂが出力する速度フィードバック信号に基づいて、速度フィードバックの制御を行う。電流検出器６１ｂ〜６４ｂは、夫々サーボアンプ６１〜６４がモータ７１〜７４に出力する駆動電流を検出する。電流検出器６１ｂ〜６４ｂは、駆動電流を夫々軸制御部６１ａ〜６４ａにフィードバックする。軸制御部６１ａ〜６４ａは、フィードバックを受けた駆動電流に応じて、電流（トルク）制御を行う。
軸制御部７５ａは、ＣＰＵ５１からの移動指令を受けて、マガジンモータ７５を駆動する。ＲＯＭ５２は、マシニングセンタＭの加工プログラムを機能させるメインの制御プログラム、図１７に示す熱変位補正制御の制御プログラム、図１８に示す補正量演算処理の制御プログラム、図１９に示す補正区間区切り位置における補正量演算処理の制御プログラム、図２０に示す工具交換・補正処理の制御プログラム等を記憶している。
ＲＡＭ５３は、機械構造に関するパラメータ、物理的性質に関するパラメータ、及び後述する熱分配係数（比率）ηF, ηN, ηB、ピッチ誤差補正量のテーブル等を格納している。機械構造に関するパラメータとして、例えばボールネジシャフト８１の長さ、径、後述する基準位置等がある。物理的性質に関するパラメータとして、例えば密度、比熱、線膨張係数、熱容量、熱伝達係数、式（３），（４）で用いるγ、その他の諸定数等がある。
ＲＡＭ５３には、図７に示す発熱量、合計発熱量、モータ７１の回転速度及び駆動電流、図１０に示す分配発熱量を更新しつつ記憶するデータエリアが設けられている。尚、ＲＡＭ５３には、種々のワークを機械加工する為の複数の加工プログラムも適宜格納される。また、前記ＲＡＭ５３に記憶する代わりに、フラッシュメモリに記憶してもよい。入出力インタフェース５４は、キーボード７７とディスプレイ７８に接続している。作業者がキーボード７７を操作することで、加工プログラムに基づいて自動運転するメモリ運転モードと、加工プログラムを１ブロックずつ入力して運転するＭＤＩ運転モードを含む運転モードを択一的に設定することができる。尚、加工プログラムは、複数のブロックで構成されている。ブロックは、動作を定義するものである。
次に、マシニングセンタＭのボールネジ機構に発生する熱変位に基づいて、モータ７１〜７３の制御量を補正する熱変位補正装置による補正量演算処理について説明する。
この補正量演算処理において熱変位を補正する際には、求めた熱変位を用いて前記ピッチ誤差補正量を補正することにより行うものとする。
この補正量演算処理において熱変位を補正する際には、求めた熱変位を用いて前記ピッチ誤差補正量を補正することにより行うものとする。
マシニングセンタＭのボールネジ機構は、製造公差等によりボールネジシャフト８１の回転量とナット移動量とのピッチ誤差は避けられないので、マシニングセンタＭの出荷前の調整段階において予め設定したピッチ誤差補正量のテーブルに基づいてピッチ誤差を補正するようになっている。ピッチ誤差補正量のテーブルは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸ボールネジ機構のピッチ誤差を夫々補正する為のテーブルである。
本実施例では、Ｘ軸ボールネジシャフト８１の熱変位を補正する例について説明するが、Ｙ軸のボールネジ機構、Ｚ軸のボールネジ機構についても基本的に同様である。
本実施例では、Ｘ軸ボールネジシャフト８１の熱変位を補正する例について説明するが、Ｙ軸のボールネジ機構、Ｚ軸のボールネジ機構についても基本的に同様である。
図１１に示すように、Ｘ軸ボールネジシャフト８１のナット移動区間８１ｂを例えば２０ｍｍの設定長で１５個の補正区間に分割し、補正区間ごとにピッチ誤差補正を行う。
このピッチ誤差を補正する為のピッチ誤差量は、出荷前の調整段階において、ナット部１６を位置Ｘ０から位置Ｘ３００までＸ軸方向へ２０ｍｍ間隔にて補正区間ごとに移動させる。このときの指令値に対する誤差、つまり（目標値−実移動量）である誤差を精密に測定し、ピッチ誤差補正量のテーブルを作成し、そのテーブルをＲＡＭ５３に予め格納して出荷する。Ｙ軸、Ｚ軸についても同様にしてピッチ誤差補正量のテーブルを作成してＲＡＭ５３に予め格納して出荷する。
このピッチ誤差を補正する為のピッチ誤差量は、出荷前の調整段階において、ナット部１６を位置Ｘ０から位置Ｘ３００までＸ軸方向へ２０ｍｍ間隔にて補正区間ごとに移動させる。このときの指令値に対する誤差、つまり（目標値−実移動量）である誤差を精密に測定し、ピッチ誤差補正量のテーブルを作成し、そのテーブルをＲＡＭ５３に予め格納して出荷する。Ｙ軸、Ｚ軸についても同様にしてピッチ誤差補正量のテーブルを作成してＲＡＭ５３に予め格納して出荷する。
この熱変位量補正方法では、ボールネジシャフト８１の前側軸部８１ａと、ボールネジシャフト全長部と、後側軸部８１ｃの３領域の発熱量を求める。図６に示すように、ボールネジシャフト８１の端部８１ｅから端部８１ｆまでの区間（ボールネジシャフト全長部）を、例えば区間１〜区間５に５分割する。但し、この５分割は一例に過ぎず５分割に限定される訳ではない。上記の複数の区間について、例えば、２ミリ秒毎に、区間毎の発熱量を求める。
図６，図７に示すように、ＲＡＭ５３には、所定時間（例えば、３０秒）、ボールネジシャフト８１の区間１〜５に発生した合計の発熱量Ｑ1〜Ｑ5と、それら発熱量Ｑ1〜Ｑ5の合計発熱量ＱTと、Ｘ軸モータ７１の回転速度ωと駆動電流ｉを格納するデータエリアが設けられている。
［合計発熱量の算出］
上記の所定時間毎に、加工プログラムのＸ軸送りデータに基づいて、ナット部１６がどの区間に位置しているかを判別し、エンコーダ７２ａの検出信号から求めるＸ軸モータ７１によるテーブル送り速度Ｆから発熱量を次の（１）式により求める。その発熱量はＲＡＭ５３のデータエリアに格納する。尚、ナット部１６は、例えば原点座標Ｘ０からＸ３００までの間（３００ｍｍの範囲）を移動するものとする。
上記の所定時間毎に、加工プログラムのＸ軸送りデータに基づいて、ナット部１６がどの区間に位置しているかを判別し、エンコーダ７２ａの検出信号から求めるＸ軸モータ７１によるテーブル送り速度Ｆから発熱量を次の（１）式により求める。その発熱量はＲＡＭ５３のデータエリアに格納する。尚、ナット部１６は、例えば原点座標Ｘ０からＸ３００までの間（３００ｍｍの範囲）を移動するものとする。
Ｑ＝Ｋ1×ＦT ・・・（１）
ここで、Ｑは発熱量、Ｆは送り速度、Ｋ1は所定の定数、Ｔは所定の定数である。
ここで、Ｑは発熱量、Ｆは送り速度、Ｋ1は所定の定数、Ｔは所定の定数である。
図７に示すように、区間１〜５におけるナット部１６の移動による発熱量は、所定時間（２ミリ秒）毎に算出され、その発熱量の前記の所定時間分の合計発熱量Ｑ1〜Ｑ5（つまり、１５０００回分の発熱量の合計）が算出されてデータエリアに格納される。３０秒の間に発生した区間１〜５の発熱量Ｑ1〜Ｑ5を合計した合計発熱量ＱTと、３０秒の間におけるＸ軸モータ７１の２ミリ秒毎の回転速度ω（つまり、ω0，ω1，・・ω14999）のデータが夫々データエリアに格納される。
［合計発熱量の分配］
以下に示す合計発熱量ＱTの分配方法においては、ナット全長部、前側軸部８１ａ、後側軸部８１ｃにおいて互いに他の部分への熱伝導が生じず、熱的には近似的に独立しているとみなす。合計発熱量ＱTに対する発熱部（軸受２８，２９とナット部１６）の比率は送り速度の如何に関わらずほぼ一定であるとする。
以下に示す合計発熱量ＱTの分配方法においては、ナット全長部、前側軸部８１ａ、後側軸部８１ｃにおいて互いに他の部分への熱伝導が生じず、熱的には近似的に独立しているとみなす。合計発熱量ＱTに対する発熱部（軸受２８，２９とナット部１６）の比率は送り速度の如何に関わらずほぼ一定であるとする。
合計発熱量ＱT、前側軸部１８ａの発熱量ＱF、ナット全長部の発熱量ＱN、後側軸部１８ｃの発熱量ＱBとすると、これら発熱部の発熱量ＱF，ＱN，ＱBのうちの発熱量ＱN，ＱBは次式により算出することができる。
ＱN＝ηN×ＱT
ＱB＝ηB×ＱT
ここで比率ηN，ηBは前記知見により一定であり、実機によりＱN，ＱBを測定し、比率ηN，ηBを予め求めておくものとする。
ＱB＝ηB×ＱT
ここで比率ηN，ηBは前記知見により一定であり、実機によりＱN，ＱBを測定し、比率ηN，ηBを予め求めておくものとする。
［Ｘ軸モータのモータ本体の温度と発熱量ＱFの算出］
Ｘ軸モータ７１のモータ本体の温度と発熱量ＱFの算出方法について説明する。
図８に示すように、Ｘ軸モータ７１の回転速度ωおよび駆動電流ｉを一定とした場合の、モータ本体の温度変化について説明する。マシニングセンタＭの駆動を開始すると、モータ本体温度ΘMは曲線１５０を描きながら上昇し、一定の温度で飽和する。この飽和時の温度を、飽和温度Ｌ1aという。飽和温度Ｌ1aは、次の式で表すことができる。
Ｌ1a＝Ｋ2・ω＋Ｋ3・ｉ2 ・・・（２）
Ｋ2，Ｋ3はサーボモータ固有の定数、ωはモータ回転速度、i はＸ軸モータ７１の駆動電流である。
Ｘ軸モータ７１のモータ本体の温度と発熱量ＱFの算出方法について説明する。
図８に示すように、Ｘ軸モータ７１の回転速度ωおよび駆動電流ｉを一定とした場合の、モータ本体の温度変化について説明する。マシニングセンタＭの駆動を開始すると、モータ本体温度ΘMは曲線１５０を描きながら上昇し、一定の温度で飽和する。この飽和時の温度を、飽和温度Ｌ1aという。飽和温度Ｌ1aは、次の式で表すことができる。
Ｌ1a＝Ｋ2・ω＋Ｋ3・ｉ2 ・・・（２）
Ｋ2，Ｋ3はサーボモータ固有の定数、ωはモータ回転速度、i はＸ軸モータ７１の駆動電流である。
モータ本体温度ΘMの上昇を示す曲線１５０は、次の式で表すことができる。
ΘM＝Ｌ1a・｛1 −ｅｘｐ（−γ・ｔ）｝ ・・・（３）
ここで、γはＸ軸モータ７１に固有の定数、ｔは駆動開始からの経過時間である。モータ本体温度ΘＭ が飽和温度Ｌ1aに達した後（図８ではｔ＝８時間の時点）、マシニングセンタＭを停止すると、モータ本体温度ΘMは、曲線１５１を描きながら下降する。曲線１５１は、次式で表すことができる。
ΘM＝Ｌ1a・ｅｘｐ（−γ・ｔ） ・・・（４）
γはサーボモータ固有の定数、ｔは駆動停止からの経過時間である。
ΘM＝Ｌ1a・｛1 −ｅｘｐ（−γ・ｔ）｝ ・・・（３）
ここで、γはＸ軸モータ７１に固有の定数、ｔは駆動開始からの経過時間である。モータ本体温度ΘＭ が飽和温度Ｌ1aに達した後（図８ではｔ＝８時間の時点）、マシニングセンタＭを停止すると、モータ本体温度ΘMは、曲線１５１を描きながら下降する。曲線１５１は、次式で表すことができる。
ΘM＝Ｌ1a・ｅｘｐ（−γ・ｔ） ・・・（４）
γはサーボモータ固有の定数、ｔは駆動停止からの経過時間である。
上記式（３）から、マシニングセンタＭの駆動開始からａ分後のモータ本体温度ΘM1aは、次の式で表すことができる。
ΘM1a＝Ｌ1a・｛１−ｅｘｐ（−γ・ａ／６０）｝
上記式（４）から、マシニングセンタＭの駆動停止からａ分後のモータ本体温度ΘM-1aは、次の式で表すことができる。
ΘM-1a＝Ｌ1a・ｅｘｐ（−γ・ａ／６０）
ΘM1a＝Ｌ1a・｛１−ｅｘｐ（−γ・ａ／６０）｝
上記式（４）から、マシニングセンタＭの駆動停止からａ分後のモータ本体温度ΘM-1aは、次の式で表すことができる。
ΘM-1a＝Ｌ1a・ｅｘｐ（−γ・ａ／６０）
以上では、Ｘ軸モータ７１の回転速度ωと駆動電流ｉを一定とした場合のモータ本体の温度変化について説明したが、実際のマシニングセンタＭの駆動時には、Ｘ軸モータ７１の回転速度ωと駆動電流ｉが一定とは限らない。特に、稼働初期の過渡的状態では、回転速度ωと駆動電流ｉが一定とならない。それ故、所定時間（３０秒）毎に、実際の回転速度ωと駆動電流ｉ（２ミリ秒毎に実測した回転速度と駆動電流の夫々の平均値）から、式（２）を用いてＸ軸モータ７１の飽和温度を求める。本実施例では、飽和温度と経過時間から、上記式（３）および式（４）を用いて、サーボモータ本体の温度変化を求める。本実施例では、以下のように、得られた温度変化を加算することでモータ本体の温度を求める。
以下に、モータ本体の温度の算出方法について図９に基づいて説明する。尚、以下の説明では、マシニングセンタＭの駆動開始後、時刻ｔ１，ｔ２，・・・（分）と時間が経過したものとして説明する。すなわち、時刻０，ｔ１，ｔ２，・・・の夫々の間隔が、夫々の処理における経過時間である。
モータ本体温度ΘMは、上記経過時間中は前述の式（３）に従って上昇し、その後式（４）に従って低下するものとする。図８（Ａ）に示すように、時刻０から時刻ｔ１までの間の経過時間に基づくモータ本体温度ΘMt1は、時刻０から時刻ｔ１までは上昇し、時刻ｔ１を過ぎると下降する曲線３０１を描く。モータ本体温度ΘMt1の時刻ｔ１における値ΘMt1-1は、式（３）に従って、以下のように算出できる。
ΘMt1-1＝Ｌt1・｛１−ｅｘｐ（−γ・ｔ１／６０）｝
Ｌt1は時刻０から時刻ｔ１間のＸ軸モータ７１の実際の回転速度ωと駆動電流ｉから求めた飽和温度である。
ΘMt1-1＝Ｌt1・｛１−ｅｘｐ（−γ・ｔ１／６０）｝
Ｌt1は時刻０から時刻ｔ１間のＸ軸モータ７１の実際の回転速度ωと駆動電流ｉから求めた飽和温度である。
モータ本体温度ΘMt1は、時刻ｔ１以後は式（４）に従って低下するので、時刻ｔ２におけるモータ本体温度ΘMt1の値ΘMt1-2は以下のように算出する。
ΘMt1-2＝ΘMt1-1・ｅｘｐ｛−γ・（ｔ２−ｔ１）／６０｝
同様に、時刻ｔ３，ｔ４におけるモータ本体温度ΘMt1の値ΘMt1-3，ΘMt1-4も、式（４）に従って、夫々以下のように算出できる。
ΘMt1-3＝ΘMt1-1・ｅｘｐ｛−γ・（ｔ３−ｔ１）／６０｝
ΘMt1-4＝ΘMt1-1・ｅｘｐ｛−γ・（ｔ４−ｔ１）／６０｝
ΘMt1-2＝ΘMt1-1・ｅｘｐ｛−γ・（ｔ２−ｔ１）／６０｝
同様に、時刻ｔ３，ｔ４におけるモータ本体温度ΘMt1の値ΘMt1-3，ΘMt1-4も、式（４）に従って、夫々以下のように算出できる。
ΘMt1-3＝ΘMt1-1・ｅｘｐ｛−γ・（ｔ３−ｔ１）／６０｝
ΘMt1-4＝ΘMt1-1・ｅｘｐ｛−γ・（ｔ４−ｔ１）／６０｝
図９（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間の経過時間に基づくモータ本体温度ΘMt2は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは上昇し、時刻ｔ２を過ぎると下降する曲線３０２を描く。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間のＸ軸モータ７１の実際の回転速度ωと駆動電流ｉから飽和温度Ｌｔ２が算出できるので、式（３）および式（４）を用いて、時刻ｔ２，ｔ３，ｔ４におけるモータ本体温度ΘMt2-1，ΘMt2-2，ΘMt2-3は、夫々以下のように算出できる。
ΘMt2-1＝Ｌt2・［１−ｅｘｐ｛−γ・（ｔ２−ｔ１）／６０｝］
ΘMt2-2＝ΘMt2-1・ｅｘｐ｛−γ・（ｔ３−ｔ２）／６０｝
ΘMt2-3＝ΘMt2-1・ｅｘｐ｛−γ・（ｔ４−ｔ２）／６０｝
図９（Ｃ）に示すように、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの経過時間に基づくモータ本体温度ΘMt3は、時刻ｔ２から時刻ｔ３までは上昇し、時刻ｔ３を過ぎると低下する曲線３０３を描く。前述のΘMt1とΘMt2の場合と同様にして、時刻ｔ３，ｔ４，ｔ５におけるモータ本体温度ΘMt3-1，ΘMt3-2，ΘMt3-3を求めることができる。
ΘMt2-2＝ΘMt2-1・ｅｘｐ｛−γ・（ｔ３−ｔ２）／６０｝
ΘMt2-3＝ΘMt2-1・ｅｘｐ｛−γ・（ｔ４−ｔ２）／６０｝
図９（Ｃ）に示すように、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの経過時間に基づくモータ本体温度ΘMt3は、時刻ｔ２から時刻ｔ３までは上昇し、時刻ｔ３を過ぎると低下する曲線３０３を描く。前述のΘMt1とΘMt2の場合と同様にして、時刻ｔ３，ｔ４，ｔ５におけるモータ本体温度ΘMt3-1，ΘMt3-2，ΘMt3-3を求めることができる。
前述のようにして算出したモータ本体温度ΘMt1，ΘMt2，ΘMt3・・・の各時刻における値を加算して、実際のモータ本体温度Θを算出する。例えば、時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，・・・の間の経過時間に基づいて、曲線３０１，３０２，３０３……（図９（Ａ）〜（Ｃ）参照）で例示するモータ本体温度ΘMt1，ΘMt2，ΘMt3を算出したとする。この場合、時刻ｔ１におけるモータ本体温度Θの値α1 は、ΘMt1-1である。時刻ｔ２におけるモータ本体温度Θの値α2 は、ΘMt1-2＋ΘMt2-1である。時刻ｔ３におけるモータ本体温度Θの値α3 は、ΘMt1-3＋ΘMt2-2＋ΘMt3-1である。同様に、各時刻におけるモータ本体温度Θの値を求めると、モータ本体温度Θは、図９（Ｄ）に示す曲線３０４で例示するように変化する。
次式（５）に従って、本実施例では、前述のように求めたモータ本体温度Θを用いて、前部軸受部発熱量ＱFを算出する。
ＱF＝Ｋ4（Θ−ΘS） ・・・（５）
ＱFは所定時間（３０秒）の間の発熱量であり、Ｋ4は係数である。ΘSはボールネジシャフト端部８１ｅ（図６参照）の温度であるが、本実施例では説明の簡単化のため、ΘSとしては区間１の右区切り位置の温度θ1の値の前回値を用いるものとする。
ＱF＝Ｋ4（Θ−ΘS） ・・・（５）
ＱFは所定時間（３０秒）の間の発熱量であり、Ｋ4は係数である。ΘSはボールネジシャフト端部８１ｅ（図６参照）の温度であるが、本実施例では説明の簡単化のため、ΘSとしては区間１の右区切り位置の温度θ1の値の前回値を用いるものとする。
［各区間への発熱量の分配］
次に、ナット全長部の分配発熱量ＱNを５つの区間に分配する。前記データエリアに格納されている５つの合計発熱量Ｑ1〜Ｑ5と、ＱTに基づいて、次式から分配発熱量ＱNを５つの区間１〜５に分配する分配比率Ｘ1〜Ｘ5を求める。
次に、ナット全長部の分配発熱量ＱNを５つの区間に分配する。前記データエリアに格納されている５つの合計発熱量Ｑ1〜Ｑ5と、ＱTに基づいて、次式から分配発熱量ＱNを５つの区間１〜５に分配する分配比率Ｘ1〜Ｘ5を求める。
Ｘ1＝区間１の合計発熱量Ｑ1/ ＱT
：
Ｘ5＝区分５の合計発熱量Ｑ5/ ＱT
こうして、各区間の分配比率Ｘ1〜Ｘ5とナット全長部の発熱量ＱNとから、次式により区間１〜５についての分配発熱量ＱN1〜ＱN5を求める。
：
Ｘ5＝区分５の合計発熱量Ｑ5/ ＱT
こうして、各区間の分配比率Ｘ1〜Ｘ5とナット全長部の発熱量ＱNとから、次式により区間１〜５についての分配発熱量ＱN1〜ＱN5を求める。
ＱN1＝Ｘ1×ＱN
：
ＱN5＝Ｘ5×ＱN
上記の結果を用いて、区間１〜５の分配発熱量を図１０のように表すことができる。
：
ＱN5＝Ｘ5×ＱN
上記の結果を用いて、区間１〜５の分配発熱量を図１０のように表すことができる。
［温度分布の算出］
以上のようにして５つの区間１〜５の分配発熱量（図１０参照）を求めた後、この分配発熱量から上昇した温度分布を算出する。温度分布は初期条件｛θ｝t=0、ｄ｛θ｝/ ｄｔt=0の下で次式（６）の非定常熱伝導方程式を解くことで求める。
以上のようにして５つの区間１〜５の分配発熱量（図１０参照）を求めた後、この分配発熱量から上昇した温度分布を算出する。温度分布は初期条件｛θ｝t=0、ｄ｛θ｝/ ｄｔt=0の下で次式（６）の非定常熱伝導方程式を解くことで求める。
［Ｃ］ｄ｛θ｝/ ｄｔ＋［Ｈ］｛θ｝＋｛Ｑ｝＝０ ・・・ (６）
ここで、［Ｃ］は熱容量マトリックス、［Ｈ］は熱伝導マトリックス、｛θ｝は温度分布、｛Ｑ｝は入出力される発熱量マトリックス、ｔは時間である。
ここで、［Ｃ］は熱容量マトリックス、［Ｈ］は熱伝導マトリックス、｛θ｝は温度分布、｛Ｑ｝は入出力される発熱量マトリックス、ｔは時間である。
具体的には、マシニングセンタＭの駆動後（ｔ＝０）、時刻がｔ１，ｔ２，‥‥（分）と時間が経過したときの温度分布を、次のように算出する。
図６のようにナット全長部を複数の区間に分割した場合、各部の温度、各区間に入力する発熱量を図１０のように表すことができる。図１０を用いて、式（６）は、次式のように表すことができる。
時刻ｔ＝０の時のボールネジシャフト各部の温度分布｛θ｝，およびモータ本体温度Θは既知である。それ故、本実施例は式（５）から前部軸受部発熱量ＱFを求める。式（１）から、ナット全長部の各区間の分配発熱量ＱN1〜ＱN5，及び後部軸受部発熱量ＱＢも既知となる。求めた値を、式（７）の右辺に代入する。図１２に示すように、本実施例は、ボールネジシャフト各部における温度が上昇する速度（ｄ｛θ｝t=0／ｄｔ）、即ち、傾きを求めることができる。次の式に基づいて、本実施例は、求めた傾きに基づいてｔ＝ｔ１における各部の温度｛θ｝を求める。
｛θ｝t=t1＝｛θ｝t=0＋（ｄ｛θ｝t=0/ｄｔ）×ｔ１
｛θ｝t=t1＝｛θ｝t=0＋（ｄ｛θ｝t=0/ｄｔ）×ｔ１
本実施例は、｛θ｝t=t1のボールネジシャフト端部温度ΘＳと、式（３）、（４）に基づいて求めたモータ本体温度Θとから、式（５）に基づいて、ｔ＝ｔ１におけるＱFを求める。求めた値を式（７）に代入し、ｄ｛θ｝t=t1／ｄｔを求める。その結果、ｔ＝ｔ２における各部の温度は、次の式から求めることができる。
｛θ｝t=t2＝｛θ｝t=t1＋（ｄ｛θ｝t=t1/ｄｔ）×（ｔ２−ｔ１）
ｔ＝ｔ３，‥‥の温度は、同様にして求めることができる。
｛θ｝t=t2＝｛θ｝t=t1＋（ｄ｛θ｝t=t1/ｄｔ）×（ｔ２−ｔ１）
ｔ＝ｔ３，‥‥の温度は、同様にして求めることができる。
［熱変位量の算出］
図１０に示すように、ボールネジシャフト８１の５つの区間の温度θ1〜θ5を求めてから、これらの温度θ1〜θ5に基づいて、ボールネジシャフト８１の５つの区間区切り位置（図１０のθ1〜θ5に対応する位置）の熱変位量を算出する。５つの区間区切り位置の熱変位量は、次式（１１）から求めることができる。
図１０に示すように、ボールネジシャフト８１の５つの区間の温度θ1〜θ5を求めてから、これらの温度θ1〜θ5に基づいて、ボールネジシャフト８１の５つの区間区切り位置（図１０のθ1〜θ5に対応する位置）の熱変位量を算出する。５つの区間区切り位置の熱変位量は、次式（１１）から求めることができる。
ΔＬ＝∫L 0β×θ（Ｌ）ｄＬ ・・・ （１１）
ここで、ΔＬは熱変位量、βはシャフト材料の線膨張係数である。
積分記号は０〜Ｌの範囲についての積分を示し、Ｌは５つの区間に関する区間区切り位置までの長さを示す。各区間１〜４の長さを１００ｍｍとすると、０〜１００、０〜２００、０〜３００、・・等の範囲についての積分を示す。
ここで、ΔＬは熱変位量、βはシャフト材料の線膨張係数である。
積分記号は０〜Ｌの範囲についての積分を示し、Ｌは５つの区間に関する区間区切り位置までの長さを示す。各区間１〜４の長さを１００ｍｍとすると、０〜１００、０〜２００、０〜３００、・・等の範囲についての積分を示す。
［補正量の算出］
図１１は、ボールネジシャフト８１のナット移動区間８１ｂを２０ｍｍ間隔で分割したピッチ誤差補正の補正区間１〜１５を示す。本実施例では、ナット部１６の移動範囲８１ｂがＸ０〜Ｘ３００（３００ｍｍの範囲）であり、各補正区間の長さが２０ｍｍであるため、１５個の補正区間がある。上記の補正区間１〜１５に行うピッチ誤差補正のテーブルは、マシニングセンタＭの出荷前にメーカーが試運転時の送り量誤差を測定し、その測定結果を加味して予め作成してＲＡＭ５３に格納してある。
図１１は、ボールネジシャフト８１のナット移動区間８１ｂを２０ｍｍ間隔で分割したピッチ誤差補正の補正区間１〜１５を示す。本実施例では、ナット部１６の移動範囲８１ｂがＸ０〜Ｘ３００（３００ｍｍの範囲）であり、各補正区間の長さが２０ｍｍであるため、１５個の補正区間がある。上記の補正区間１〜１５に行うピッチ誤差補正のテーブルは、マシニングセンタＭの出荷前にメーカーが試運転時の送り量誤差を測定し、その測定結果を加味して予め作成してＲＡＭ５３に格納してある。
ボールネジシャフト８１の５つの区間１〜５の区切り位置の熱変位量を求めてから、１５個の補正区間のピッチ誤差補正量を夫々補正する補正量を算出する。１５個の補正区間の補正量は、図１３と後述する［補正量演算式］から求めることができる。
図１３は、ピッチ誤差補正量を補正する補正量を求める場合の説明図である。
縦軸は固定軸受２８の位置を基準とする熱変位量、上側の横軸は固定軸受２８を基準とするボールネジシャフト８１の各部の位置であり、下側の横軸は１５個の補正区間の区切り位置（Ｘ０，Ｘ２０・・・，Ｘ３００）を示す。
ここで、ＤF1は区間１における熱変位量、
ＤF2は区間１と区間２における熱変位量の合計、
：
ＤF5は区間１〜区間５における熱変位量の合計である。
縦軸は固定軸受２８の位置を基準とする熱変位量、上側の横軸は固定軸受２８を基準とするボールネジシャフト８１の各部の位置であり、下側の横軸は１５個の補正区間の区切り位置（Ｘ０，Ｘ２０・・・，Ｘ３００）を示す。
ここで、ＤF1は区間１における熱変位量、
ＤF2は区間１と区間２における熱変位量の合計、
：
ＤF5は区間１〜区間５における熱変位量の合計である。
図１３に示すように、１５個の補正区間の区切り位置（Ｘ２０，・・・，Ｘ３００）の補正量を次式から求める。
［補正量演算式］
Ｘ０の補正量＝区間１の熱変位量＋区間２の熱変位量×｛（区間２の左区切り位置とＸ０間の長さ）／区間２の長さ：
Ｘ２０の補正量＝区間１の熱変位量＋区間２の熱変位量×｛（区間２の左区切り位置とＸ２０間の長さ）／区間２の長さ｝−Ｘ０の補正量：
Ｘ４０の補正量＝区間１の熱変位量＋区間２の熱変位量×｛（区間２の左区切り位置とＸ４０間の長さ）／区間２の長さ｝−Ｘ２０の補正量：
Ｘ６０の補正量＝区間１の熱変位量＋区間２の熱変位量×｛（区間２の左区切り位置とＸ６０間の長さ）／区間２の長さ｝−Ｘ４０の補正量：
Ｘ８０の補正量＝区間１の熱変位量＋区間２の熱変位量×｛（区間２の左区切り位置とＸ８０間の長さ）／区間２の長さ｝−Ｘ６０の補正量：
：
Ｘ３００の補正量＝区間１の熱変位量＋区間２の熱変位量＋区間３の熱変位量＋区間４の熱変位量＋区間５の熱変位量×｛（区間５の左区切り位置とＸ３００間の長さ）／区間５の長さ｝−Ｘ２８０の補正量：
［補正量演算式］
Ｘ０の補正量＝区間１の熱変位量＋区間２の熱変位量×｛（区間２の左区切り位置とＸ０間の長さ）／区間２の長さ：
Ｘ２０の補正量＝区間１の熱変位量＋区間２の熱変位量×｛（区間２の左区切り位置とＸ２０間の長さ）／区間２の長さ｝−Ｘ０の補正量：
Ｘ４０の補正量＝区間１の熱変位量＋区間２の熱変位量×｛（区間２の左区切り位置とＸ４０間の長さ）／区間２の長さ｝−Ｘ２０の補正量：
Ｘ６０の補正量＝区間１の熱変位量＋区間２の熱変位量×｛（区間２の左区切り位置とＸ６０間の長さ）／区間２の長さ｝−Ｘ４０の補正量：
Ｘ８０の補正量＝区間１の熱変位量＋区間２の熱変位量×｛（区間２の左区切り位置とＸ８０間の長さ）／区間２の長さ｝−Ｘ６０の補正量：
：
Ｘ３００の補正量＝区間１の熱変位量＋区間２の熱変位量＋区間３の熱変位量＋区間４の熱変位量＋区間５の熱変位量×｛（区間５の左区切り位置とＸ３００間の長さ）／区間５の長さ｝−Ｘ２８０の補正量：
次に、メモリ運転モード又はＭＤＩ運転モードにおいて加工プログラム実行中に工具交換指令が入力されたときに、工具交換処理の実行中にモータ７１〜７３の制御量の補正を実行する熱変位補正制御について説明する。最初に熱変位補正制御の概要について、図１４に基づいて説明する。
図１４は熱変位補正制御のタイミングチャートである。「補正サンプリングクロック」は、Ｘ軸ボールネジシャフト８１とＹ軸ボールネジシャフトとＺ軸ボールネジシャフトに発生する熱変位量を演算し、モータ７１〜７３の制御量を補正するタイミングを示すものである。図１４において「運転状態」と「工具交換」と「補正」については、「Ｈ」状態のとき処理が実行中であることを示し、「Ｌ」状態のときは処理が実行中でないことを示す。補正サンプリングクロックの立ち上がり（補正量演算タイミング）から次の補正サンプリングクロックの立ち上がりまでの３０秒間で補正量演算処理を実行し、演算した補正量をＲＡＭ５３に記憶させる。補正サンプリングクロックの立ち上がり毎に補正量演算処理を実行する。
加工プログラムを実行していない場合、補正サンプリングクロックの立ち下がり（補正処理タイミング）で、ＲＡＭ５３に記憶した補正量に基づいて補正処理を実行する。
一方、メモリ運転モード又はＭＤＩ運転モードにおいて加工プログラムを実行している場合、補正処理タイミング経過後に工具交換指令が入力されたとき、工具交換処理中に補正処理を実行する。
一方、メモリ運転モード又はＭＤＩ運転モードにおいて加工プログラムを実行している場合、補正処理タイミング経過後に工具交換指令が入力されたとき、工具交換処理中に補正処理を実行する。
次に、数値制御装置５０が実行する熱変位補正制御について、図１７のフローチャートに基づいて説明する。尚、図中Ｓｉ（ｉ＝１，２・・・）は各ステップを示す。
この熱変位補正制御は、マシニングセンタＭの電源がＯＮしている間、数値制御装置５０が継続的に実行するものである。数値制御装置５０が熱変位補正制御を開始すると、補正量演算タイミングであるか否かを判断し、補正量演算タイミングである場合（Ｓ１；Ｙｅｓ）、補正量演算処理を実行してから（Ｓ２）、Ｓ３へ移行する。補正量演算タイミングでない場合は（Ｓ１；Ｎｏ）、補正量演算処理を実行せずにＳ３へ移行する。
この熱変位補正制御は、マシニングセンタＭの電源がＯＮしている間、数値制御装置５０が継続的に実行するものである。数値制御装置５０が熱変位補正制御を開始すると、補正量演算タイミングであるか否かを判断し、補正量演算タイミングである場合（Ｓ１；Ｙｅｓ）、補正量演算処理を実行してから（Ｓ２）、Ｓ３へ移行する。補正量演算タイミングでない場合は（Ｓ１；Ｎｏ）、補正量演算処理を実行せずにＳ３へ移行する。
Ｓ３においては、メモリ運転モード又はＭＤＩ運転モードであるか否かを判断し、メモリ運転モード又はＭＤＩ運転モードである場合（Ｓ３；Ｙｅｓ）、加工プログラムの１ブロック読み込みを行う（Ｓ４）。次に、読み込んだブロックが工具交換指令であるか否かを判断し、工具交換指令である場合（Ｓ５；Ｙｅｓ）、ＲＡＭ５３を参照し未処理の補正量があるか否かを判断する。
今回の補正量演算タイミング経過後に補正処理を実行していないため、未処理の補正量がある場合（Ｓ６；Ｙｅｓ）、工具交換・補正処理を実行した後（Ｓ７）、Ｓ１へリターンする。但し、前回の補正量演算タイミング経過後に補正処理を実行していない場合は、前回の補正量演算タイミングでＲＡＭ５３に記憶した補正量を今回の補正量に加算したうえで補正を行う。
一方、今回の補正量演算タイミング経過後に補正処理を実行したため、未処理の補正量がない場合は（Ｓ６；Ｎｏ）、工具交換処理のみを実行した後（Ｓ９）、Ｓ１へリターンする。Ｓ５において工具交換指令でない場合は（Ｓ５；Ｎｏ）、読み込んだブロックに対する１ブロック実行後（Ｓ８）、Ｓ１へリターンする。
Ｓ３において、メモリ運転モード又はＭＤＩ運転モードでない場合、つまり、加工プログラムを実行していない場合は（Ｓ３；Ｎｏ）、補正処理タイミングであるか否かを判断する。補正処理タイミングである場合（Ｓ１０；Ｙｅｓ）、未処理の補正量がある場合は（Ｓ１１；Ｙｅｓ）、補正処理を実行した後（Ｓ１２）、Ｓ１へリターンする。Ｓ１０において補正処理タイミングでない場合（Ｓ１０；Ｎｏ）、又はＳ１１において未処理の補正量がない場合は（Ｓ１１；Ｎｏ）、Ｓ１へリターンする。但し、前回の補正量演算タイミング経過後に補正処理を実行していない場合は、前回の補正量演算タイミングでＲＡＭ５３に記憶した補正量を今回の補正量に加算したうえで補正を行う。
次に、Ｓ２の補正量演算処理について、図１８のフローチャートに基づいて説明する。尚、図中Ｓｉ（ｉ＝２０，２１・・・）は各ステップを示す。尚、Ｘ軸ボールネジシャフト８１の補正量演算処理について説明するが、Ｙ軸ボールネジシャフト、Ｚ軸ボールネジシャフトについても同様である。但し、この補正量演算処理は、前述した内容と重複する部分が多いので簡単に説明する。
数値制御装置５０がこの処理を開始すると、最初にＳ２０において初期設定が実行される。この初期設定においては、先ず、パラメータ等の設定データから有限要素法による演算に必要なマトリックスを設定すると共に、雰囲気温度を設定したり、ＲＡＭ５３の関連するメモリエリアをクリアする等の処理を実行する。次に、Ｓ２１において、ボールネジシャフト８１を図６に示すように５つの区間１〜５に分割する。
次に、Ｓ２２においてカウンタＩを０に設定し、Ｓ２３では、Ｘ軸送りデータ、エンコータ７１ａの検出信号を読み込む。次に、Ｓ２４においては、区間１〜５の２ミリ秒毎の発熱量と、モータ本体温度Θを演算してＲＡＭ５３に記憶する。Ｘ軸モータ７１の回転速度ωのデータもメモリに格納する。
次のＳ２５では、カウンタＩが「１」だけインクリメントされ、Ｓ２６ではカウンタＩのカウンタ値が「１４９９９」であるか否かを判定し、その判定がＮｏのうちはＳ２３へ戻ってＳ２３〜Ｓ２５を繰り返す。Ｓ２６の判定がＹｅｓになるとＳ２７へ移行する。Ｓ２７では、区間１〜５における３０秒間の合計発熱量Ｑ1〜Ｑ5、これらを合計した合計発熱量ＱTを演算しＲＡＭ５３に記憶する。
Ｓ２８では、前述の各部の発熱量ＱF、ＱN、ＱBを演算してＲＡＭ５３に記憶し、発熱量ＱNを区間１〜５へ分配した分配発熱量ＱN1〜ＱN5を演算してＲＡＭ５３に記憶する。さらに区間１〜５についての図１０に示す分配発熱量も演算しＲＡＭ５３に記憶する。尚、発熱量ＱFを算出するとき、モータ本体温度Θとしては、ＲＡＭ５３に記憶していた所定時間の１５０００個のモータ本体温度Θの平均値を用い、ΘSとしては前回のθ1を用いて計算するものとする。Ｓ２９では、図１０に示す分配発熱量に基づいて区間１〜５の上昇温度θ1〜θ5を演算してＲＡＭ５３に記憶する。
Ｓ３０では、前記の（１１）式に基づいて、５つの区間についての区間区切り位置の熱変位量を演算してＲＡＭ５３に記憶する。Ｓ３１では、［補正量演算式］の式に基づいて、前述のようにして１５個の補正区間区切り位置における補正量を演算する。次に、Ｓ３２では、Ｓ３１において求めた補正量をＲＡＭ５３に記憶させた後この処理を終了し、図１７のＳ３へ移行する。
次に、Ｓ３１の補正区間区切り位置における補正量演算処理について、図１９のフローチャートに基づいて説明する。尚、図中Ｓｉ（ｉ＝４０，４１・・・）は各ステップを示す。数値制御装置５０がこの処理を開始すると、カウンタｎを０にリセットし（Ｓ４０）、次に位置Ｘｎの補正量ΔＭnを次式により演算する（Ｓ４１）。
最初に、ΔＭn＝ＤF＋ΔＤn×｛（Ｘｎ−ＹF）／Ｌn｝−ΔＭn-20、ｎ=0とから、位置Ｘ０の補正量ΔＭ0を求める。尚、この式は前記の[補正量演算式] を簡単に表したものである。
ここで、ＤF：位置Ｘｎよりも固定側の演算区間で発生した熱変位量の合計、
ΔＤn：位置Ｘｎを含む演算区間で発生した熱変位量、
ＹF：位置Ｘｎを含む演算区間の左区切り位置、
Ｌn：位置Ｘｎを含む演算区間の長さである。
但し、ΔＭ0を求める場合に用いるΔＭ-20を０とする。
ここで、ＤF：位置Ｘｎよりも固定側の演算区間で発生した熱変位量の合計、
ΔＤn：位置Ｘｎを含む演算区間で発生した熱変位量、
ＹF：位置Ｘｎを含む演算区間の左区切り位置、
Ｌn：位置Ｘｎを含む演算区間の長さである。
但し、ΔＭ0を求める場合に用いるΔＭ-20を０とする。
Ｓ４２においてｎを２０インクリメントした後、Ｓ４３においてｎが３２０であるか否か判定する。ｎが３２０でない場合（Ｓ６３；Ｎｏ）、位置Ｘ３００までの補正量についての演算を終了していないものと判定し、Ｓ４１へ戻って位置Ｘｎの補正量ΔＭnを演算する。位置Ｘ３００の補正量ΔＭ300を求めるまではＳ４１〜Ｓ４３を繰り返し実行する。 補正量ΔＭ300を求めてから（Ｓ４１）、Ｓ４２においてｎ＝３２０となるため、Ｓ４３の判定がＹｅｓとなるため、この処理を終了して、図１８のＳ３２へ移行する。
次に、Ｓ７の工具交換・補正処理について、図１５のタイミングチャートと、図１６の主軸ヘッド８の早送り動作（Ｚ軸方向の早送り）及び主軸ヘッド８のＸ，Ｙ軸方向への相対的な位置決め動作に関する説明図と、図２０のフローチャートとに基づいて説明する。尚、図中Ｓｉ（ｉ＝５０，５１・・・）は各ステップを示す。また、図１５において「主軸オリエント」と「Z軸方向位置決め」と「Ｘ，Ｙ，Ａ，Ｂ方向位置決め」と「マガジン回転」と「Ｘ，Ｙ軸方向補正」と「Z軸方向補正」については、「Ｈ」状態のとき処理が実行中であることを示し、「Ｌ」状態のときは処理が実行中でないことを示す。
数値制御装置５０がこの処理を開始すると、所定の主軸回転速度を維持したまま、Z軸モータ７３により主軸ヘッド８が加工位置からZ軸原点に移動するZ軸上昇早送りＡを開始する。（Ｓ５０）。主軸ヘッド８がＺ軸原点に移動完了（復帰）した場合（Ｓ５１；Ｙｅｓ）、主軸モータ７４により主軸オリエントを開始する（Ｓ５２）。
次に、Z軸モータ７３により主軸ヘッド８がZ軸原点からＡＴＣ原点に移動するZ軸上昇早送りＢを開始する。Z軸上昇早送りＢにおいては、Ｓ３２で記憶した補正量をＲＡＭ５３から読み出して、Ｘ軸ボールネジシャフト８１とＹ軸ボールネジシャフトに対する補正処理を実行した後（Ｓ５３）、モータ７１，７２によりＸ，Ｙ，Ａ，Ｂ軸方向の位置決めを開始する。（Ｓ５４）。
工具マガジン３１の回転が可能なＡＴＣ原点に主軸ヘッド８が移動完了した場合（Ｓ５５；Ｙｅｓ）、主軸ヘッド８の上昇を停止させてから（Ｓ５６）、マガジンモータ７５により工具マガジン３１を回転させるマガジン回転Ｃを開始する。このとき、Ｓ３２で記憶した補正量をＲＡＭ５３から読み出して、Ｚ軸ボールネジシャフトに対する補正処理を実行する（Ｓ５７）。
マガジン回転が完了したとき、Ｚ軸モータ７３により主軸ヘッド８がＡＴＣ原点からZ軸原点に移動するZ軸下降早送りＤを開始する（Ｓ５８）。主軸ヘッド８がＺ軸原点に移動完了した場合（Ｓ５９；Ｙｅｓ）、主軸モータ７４により主軸オリエントを停止させてから主軸９の回転を開始し、主軸ヘッド８が加工位置へ移動するZ軸下降早送りＥを開始した後（Ｓ６０）、図１７のＳ１へリターンする。但し、Ｓ５９において、Ｘ，Ｙ，Ａ，Ｂ軸方向の位置決めが完了していない場合は、位置決めが完了するまで主軸ヘッド８をＺ軸原点で一時停止させる。尚、Ｓ５０〜Ｓ６０を実行する数値制御装置５０が補正制御手段に相当する。
次に、以上説明したマシニングセンタＭ及びその熱変位補正方法の作用、効果について説明する。
数値制御装置５０は、メモリ運転モード又はＭＤＩ運転モードにおいて、加工プログラム実行中に工具交換指令が入力されたとき、工具交換装置３０による工具交換処理の実行中に、熱変位に伴うモータ７１〜７３の制御量の補正を実行するので、機械加工のサイクルタイムを増加させることなく熱変位補正を行うことができる。また、加工プログラム中に複数の工具交換指令を設定することにより、複数回の熱変位補正を行わせることができるので、長時間にわたって機械加工を行う場合にも高精度の機械加工を行うことが可能となる。
数値制御装置５０は、メモリ運転モード又はＭＤＩ運転モードにおいて、加工プログラム実行中に工具交換指令が入力されたとき、工具交換装置３０による工具交換処理の実行中に、熱変位に伴うモータ７１〜７３の制御量の補正を実行するので、機械加工のサイクルタイムを増加させることなく熱変位補正を行うことができる。また、加工プログラム中に複数の工具交換指令を設定することにより、複数回の熱変位補正を行わせることができるので、長時間にわたって機械加工を行う場合にも高精度の機械加工を行うことが可能となる。
工具交換装置３０による工具交換処理時に、Ｚ軸モータ７３により主軸ヘッド８が加工位置からＺ軸原点に復帰したとき、モータ７１，７２の制御量の補正を実行し、主軸ヘッド８がＡＴＣ原点に達したとき、モータ７３の制御量の補正を実行するので、工具がワークから離隔した状態で熱変位補正を行うことができる。それ故、熱変位補正を行う際に工具がワークと接触しないので、ワークの加工面の品質が低下するのを防止できる。
モータ７３により主軸ヘッド８がＺ軸原点からＡＴＣ原点へ移動している間に、数値制御装置５０がモータ７１，７２の制御量の補正を実行するので、工具交換処理を中断することなくＸ軸ボールネジシャフト８１とＹ軸ボールネジシャフトの熱変位補正を行うことができる。また、マガジンモータ７５による工具マガジン３１の回転中に、数値制御装置５０がモータ７３の制御量の補正を実行するので、工具交換処理を中断することなくＺ軸ボールネジシャフトの熱変位補正を行うことができる。それ故、工具交換処理に要する時間が増加しないので、機械加工のサイクルタイムが増加しない。
次に、前記実施例を部分的に変更した変更例について説明する。
１］図１８の補正量演算処理における補正量の演算方法については、前記実施例に示した方法以外に種々の方法を適用することが可能である。また、前記実施例では、発熱量を演算する演算周期２ミリ秒を例にして説明したが、この演算周期は２ミリ秒に限るものではない。同様に前記の所定時間の３０秒も一例に過ぎず、これに限定される訳ではない。
２］アーム式の機構を有する工具交換装置を備えた数値制御式工作機械に適用することも可能である。この場合、図２０においては「Ｚ軸原点」が「工具交換指令で指定したＲ点」となり、「マガジン回転」が「アーム旋回」となる。
１］図１８の補正量演算処理における補正量の演算方法については、前記実施例に示した方法以外に種々の方法を適用することが可能である。また、前記実施例では、発熱量を演算する演算周期２ミリ秒を例にして説明したが、この演算周期は２ミリ秒に限るものではない。同様に前記の所定時間の３０秒も一例に過ぎず、これに限定される訳ではない。
２］アーム式の機構を有する工具交換装置を備えた数値制御式工作機械に適用することも可能である。この場合、図２０においては「Ｚ軸原点」が「工具交換指令で指定したＲ点」となり、「マガジン回転」が「アーム旋回」となる。
３］図２０の工具交換・補正処理において、Ｘ軸ボールネジシャフト８１とＹ軸ボールネジシャフトに対する補正を実行した後、Ｘ，Ｙ軸方向の位置決めを実行したが、Ｘ，Ｙ軸方向の位置決めを実行した後、Ｘ軸ボールネジシャフト８１とＹ軸ボールネジシャフトに対する補正を実行してもよい。
４］コラム７をＸ軸方向と、Ｙ軸方向に移動駆動する数値制御式工作機械に適用することも可能である。
４］コラム７をＸ軸方向と、Ｙ軸方向に移動駆動する数値制御式工作機械に適用することも可能である。
Ｍ マシニングセンタ
８ 主軸ヘッド
９ 主軸
１５ テーブル
３０ 工具交換装置
３１ 工具マガジン
５０ 数値制御装置
７１ Ｘ軸モータ
７２ Ｙ軸モータ
７３ Ｚ軸モータ
８ 主軸ヘッド
９ 主軸
１５ テーブル
３０ 工具交換装置
３１ 工具マガジン
５０ 数値制御装置
７１ Ｘ軸モータ
７２ Ｙ軸モータ
７３ Ｚ軸モータ
Claims (4)
- 送り軸を駆動する送り軸駆動手段と、主軸に装着された工具と工具マガジンに収納された工具とを交換可能な工具交換装置と、加工プログラムに基づいて送り軸駆動手段と工具交換装置とを制御する数値制御装置と、送り軸に発生する熱変位量に基づいて送り軸駆動手段の制御量を補正する熱変位補正装置とを有する数値制御式工作機械において、
前記加工プログラムに基づいて自動運転するメモリ運転モードと、加工プログラムを１ブロックずつ入力して運転するＭＤＩ運転モードを含む運転モードを択一的に設定可能に構成され、
前記数値制御装置は、前記メモリ運転モード又は前記ＭＤＩ運転モードにおいて、前記加工プログラム実行中に工具交換指令が入力されたとき、前記工具交換装置による工具交換処理の実行中に、前記熱変位補正装置に前記送り軸駆動手段の制御量の補正を実行させる補正制御手段を備え、
前記送り駆動手段は、ワークを固定するテーブルをＸ軸方向に移動駆動するＸ軸移動駆動手段と、前記テーブルを前記Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向に移動駆動するＹ軸移動駆動手段と、前記主軸を回転可能に支持する主軸ヘッドを昇降駆動するＺ軸移動駆動手段とで構成され、
前記補正制御手段は、前記工具交換装置による工具交換処理時に、前記Ｚ軸移動駆動手段により前記主軸ヘッドが加工位置からＺ軸原点に復帰したとき、前記熱変位補正装置に前記Ｘ軸移動駆動手段と前記Ｙ軸移動駆動手段の制御量の補正を実行させ、前記主軸ヘッドが前記工具マガジンの回転が可能なＡＴＣ原点に達したとき、前記熱変位補正装置に前記Ｚ軸移動駆動手段の制御量の補正を実行させることを特徴とする数値制御式工作機械。 - 前記補正制御手段は、前記Ｚ軸移動駆動手段により前記主軸ヘッドが前記Ｚ軸原点から前記ＡＴＣ原点へ移動している間に、前記Ｘ軸移動駆動手段と前記Ｙ軸移動駆動手段の制御量の補正を実行させ、前記工具交換装置による前記工具マガジンの回転中に、前記Ｚ軸移動駆動手段の制御量の補正を実行させることを特徴とする請求項１に記載の数値制御式工作機械。
- 送り軸を駆動する送り軸駆動手段と、主軸に装着された工具と工具マガジンに収納された工具とを交換可能な工具交換装置と、加工プログラムに基づいて送り軸駆動手段と工具交換装置とを制御する数値制御装置と、送り軸に発生する熱変位量に基づいて送り軸駆動手段の制御量を補正する熱変位補正装置とを有する数値制御式工作機械の熱変位補正方法において、
前記加工プログラムに基づいて自動運転するメモリ運転モードと、加工プログラムを１ブロックずつ入力して運転するＭＤＩ運転モードを含む運転モードを択一的に設定可能に予め構成しておき、
前記メモリ運転モード又は前記ＭＤＩ運転モードにおいて、前記加工プログラム実行中に工具交換指令が入力されたとき、前記工具交換装置による工具交換処理の実行中に、前記熱変位補正装置に前記送り軸駆動手段の制御量の補正を実行させ、
前記送り駆動手段を、ワークを固定するテーブルをＸ軸方向に移動駆動するＸ軸移動駆動手段と、前記テーブルを前記Ｘ軸方向と直交するＹ軸方向に移動駆動するＹ軸移動駆動手段と、前記主軸を回転可能に支持する主軸ヘッドを昇降駆動するＺ軸移動駆動手段とで構成しておき、
前記工具交換装置による工具交換処理時に、前記Ｚ軸移動駆動手段により前記主軸ヘッドが加工位置からＺ軸原点に復帰したとき、前記熱変位補正装置に前記Ｘ軸移動駆動手段と前記Ｙ軸移動駆動手段の制御量の補正を実行させ、前記主軸ヘッドが前記工具マガジンの回転が可能なＡＴＣ原点に達したとき、前記熱変位補正装置に前記Ｚ軸移動駆動手段の制御量の補正を実行させることを特徴とする数値制御式工作機械の熱変位補正方法。 - 前記Ｚ軸移動駆動手段により、前記主軸ヘッドが前記Ｚ軸原点から前記ＡＴＣ原点へ移動している間に、前記Ｘ軸移動駆動手段と前記Ｙ軸移動駆動手段の制御量の補正を実行させ、前記工具交換装置による前記工具マガジンの回転中に、前記Ｚ軸移動駆動手段の制御量の補正を実行させることを特徴とする請求項３に記載の数値制御式工作機械の熱変位補正方法。
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