JPH02100856A - 工作機械送り系の位置決め誤差の補正方法および装置 - Google Patents
工作機械送り系の位置決め誤差の補正方法および装置Info
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- JPH02100856A JPH02100856A JP25128088A JP25128088A JPH02100856A JP H02100856 A JPH02100856 A JP H02100856A JP 25128088 A JP25128088 A JP 25128088A JP 25128088 A JP25128088 A JP 25128088A JP H02100856 A JPH02100856 A JP H02100856A
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- Automatic Control Of Machine Tools (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、工作機械送り系の位置決め誤差の補正方法お
よび装置に関するものである。
よび装置に関するものである。
一般的な工作機械送り系のテーブル、サドルの構成例を
第５図に示す。テーブル（１）は、サドル（２）に取付
けられたサーボモータ（３）により、支持軸受（４）、
ボールねじ（５）を介してＮＣ制御部（６）の指令に基
づいて、テーブル（１）をＸ方向（左右方向）に移動さ
せる。リニアスケールを付帯しない簡単な位置決め制御
方式（一般にセミクローズド方式と呼称）においては、
ＮＣ指令に基づいて所定の回転角だけサーボモータ（３
）が回転し、サーボモータ（３）に直結したボールねじ
（５）のリードに対応した長さだけ、テーブル（１）が
Ｘ軸方向に移動されることになる。
第５図に示す。テーブル（１）は、サドル（２）に取付
けられたサーボモータ（３）により、支持軸受（４）、
ボールねじ（５）を介してＮＣ制御部（６）の指令に基
づいて、テーブル（１）をＸ方向（左右方向）に移動さ
せる。リニアスケールを付帯しない簡単な位置決め制御
方式（一般にセミクローズド方式と呼称）においては、
ＮＣ指令に基づいて所定の回転角だけサーボモータ（３
）が回転し、サーボモータ（３）に直結したボールねじ
（５）のリードに対応した長さだけ、テーブル（１）が
Ｘ軸方向に移動されることになる。
この制御方式においては、ボールねじ（５）のｉｎ度に
よって、テーブル（１）の位置決め精度が規定されるこ
とになる。即ち、ボールねしく５）の摩擦による発熱等
によりボールねしく５）自体に熱膨張誤差が発生し、位
置決め精度の劣化を招くことになる。
よって、テーブル（１）の位置決め精度が規定されるこ
とになる。即ち、ボールねしく５）の摩擦による発熱等
によりボールねしく５）自体に熱膨張誤差が発生し、位
置決め精度の劣化を招くことになる。
このためボールねじ（５）の中心に穴を貫通させ、ここ
に冷却用の空気や油を循環させボールねしく５）の温度
を一定に保つ、あるいは、ボールねじ（５）のピッチを
熱膨張分だけ予め小さくしておく、また、ボールねしく
５）の両端の支持部を強固に固定して温度膨張による伸
びを強引に熱応力に変換して位置決め誤差を抑え込む方
法等がとられているが、μｒｎオーダの位置決め精度が
要求されるＮＣ工作機械に対しては必ずしも十分とは言
えないのが実状である。
に冷却用の空気や油を循環させボールねしく５）の温度
を一定に保つ、あるいは、ボールねじ（５）のピッチを
熱膨張分だけ予め小さくしておく、また、ボールねしく
５）の両端の支持部を強固に固定して温度膨張による伸
びを強引に熱応力に変換して位置決め誤差を抑え込む方
法等がとられているが、μｒｎオーダの位置決め精度が
要求されるＮＣ工作機械に対しては必ずしも十分とは言
えないのが実状である。
より高精度な位置決めが必要とされる場合には、テーブ
ル（１）の移動量をリニアスケールで直接検出する位置
決め制御方式、いわゆるクローズドループ制御が採用さ
れる。第５図において、テーブル（１）側面にガラスス
ケール（７）が取付けられ、−刃固定側のサドル（２）
に取付けられた検出ヘッド（８）により、ガラススケー
ル（７）上の目盛線（９）を正弦波信号として光学的に
検出し、テーブル（１）の座標値としてカウントすると
同時に、ＮＣ指令値との誤差（偏差）がゼロとなるよう
に制御される。尚、目盛線の間隔は通常数龍であり、こ
の間は正弦波信号を補間することにより分割して、間隔
内の座標値をもとめている。リニアスケールの検出原理
は種々の方法があるが、本発明の内容には直接関与しな
いので、ここではｗＩＲのため、ガラススケール（７）
に刻まれた目盛線（９）を光学的に検出することにより
、ｌ ｔｘｍの位置検出が可能なものとしておく。リニ
アスケールで直接検出するクローズドループ？１１１１
ｍにおいては、ボールねじ（５）の精度に依存しないた
めに、それだけ高精度の位置決めが可能となる。
ル（１）の移動量をリニアスケールで直接検出する位置
決め制御方式、いわゆるクローズドループ制御が採用さ
れる。第５図において、テーブル（１）側面にガラスス
ケール（７）が取付けられ、−刃固定側のサドル（２）
に取付けられた検出ヘッド（８）により、ガラススケー
ル（７）上の目盛線（９）を正弦波信号として光学的に
検出し、テーブル（１）の座標値としてカウントすると
同時に、ＮＣ指令値との誤差（偏差）がゼロとなるよう
に制御される。尚、目盛線の間隔は通常数龍であり、こ
の間は正弦波信号を補間することにより分割して、間隔
内の座標値をもとめている。リニアスケールの検出原理
は種々の方法があるが、本発明の内容には直接関与しな
いので、ここではｗＩＲのため、ガラススケール（７）
に刻まれた目盛線（９）を光学的に検出することにより
、ｌ ｔｘｍの位置検出が可能なものとしておく。リニ
アスケールで直接検出するクローズドループ？１１１１
ｍにおいては、ボールねじ（５）の精度に依存しないた
めに、それだけ高精度の位置決めが可能となる。
セミクローズド方式、クローズドループ制御方式のいず
れの場合も、第５図の構成において、位置決め誤差要因
として下記のものがある。
れの場合も、第５図の構成において、位置決め誤差要因
として下記のものがある。
（ａｌ ボールねじ、リニアスケール自体の誤差（器
差）ボールねじのピンチ誤差、目盛線の刻線誤差、スケ
ールの真直度、検出ヘッドの読み取り誤差など （ｈｌ 発熱、室温変動によるボールねし、リニアス
ケールの単独熱膨張誤差 （Ｃ１室温変化に対する応答遅れ（時間遅れ）による誤
差 （ｄｌ ボールねし、リニアスケールの不均一温度分
布による誤差 （ｅ） ボールねし、リニアスケール取付方法による
誤差 これらの内、（ａ）はボールねじ、リニアスケール自体
の固有の誤差（器差）であるため、ここでは除外して考
える。また（ｅｌの取付方法による誤差についても、テ
ーブルへの取付誤差並びに締結方法に起因する歪みによ
る誤差などが考えられるが、ここでは二次的なものとし
て、除外して考えることにする。
差）ボールねじのピンチ誤差、目盛線の刻線誤差、スケ
ールの真直度、検出ヘッドの読み取り誤差など （ｈｌ 発熱、室温変動によるボールねし、リニアス
ケールの単独熱膨張誤差 （Ｃ１室温変化に対する応答遅れ（時間遅れ）による誤
差 （ｄｌ ボールねし、リニアスケールの不均一温度分
布による誤差 （ｅ） ボールねし、リニアスケール取付方法による
誤差 これらの内、（ａ）はボールねじ、リニアスケール自体
の固有の誤差（器差）であるため、ここでは除外して考
える。また（ｅｌの取付方法による誤差についても、テ
ーブルへの取付誤差並びに締結方法に起因する歪みによ
る誤差などが考えられるが、ここでは二次的なものとし
て、除外して考えることにする。
工作機械を精密恒温室内の２０℃の温度雰囲気内で使用
する場合には、局部的な発熱やそれによるボールねじ、
リニアスケールの不均一温度分布がない限り、（ｂｌ、
（Ｃ）、（ｄｌの誤差要因はとり除かれる。しかし、−
船釣に工作機械の設置される環境としては、精密に温度
制御された恒温室で使用されることはまれで、大部分が
季節や時間による温度変動にさらされた環境下にある、
このため、上記（′ｂ）、（Ｃ）、（ｄ）の誤差要因が
位置決め精度の劣化を招くことになる。
する場合には、局部的な発熱やそれによるボールねじ、
リニアスケールの不均一温度分布がない限り、（ｂｌ、
（Ｃ）、（ｄｌの誤差要因はとり除かれる。しかし、−
船釣に工作機械の設置される環境としては、精密に温度
制御された恒温室で使用されることはまれで、大部分が
季節や時間による温度変動にさらされた環境下にある、
このため、上記（′ｂ）、（Ｃ）、（ｄ）の誤差要因が
位置決め精度の劣化を招くことになる。
ここでは、ボールねし、リニアスケールともに熱容量が
小さく、熱伝導性も良好なので、それらの長さ方向の温
度分布は均一とみなしうるので、以下、（ｂ）の誤差要
因のみを対象として考える。
小さく、熱伝導性も良好なので、それらの長さ方向の温
度分布は均一とみなしうるので、以下、（ｂ）の誤差要
因のみを対象として考える。
一般に工作機械は、季節や時間による温度変動にさらさ
れた環境下で使用される場合が多いため、その送り系の
位置決め精度は、セミクローズド方式、クローズドルー
プ制御方式のいずれの場合も、発熱、室温変動によるボ
ールねじ、リニアスケールの単純熱膨張誤差が介在し低
トする。
れた環境下で使用される場合が多いため、その送り系の
位置決め精度は、セミクローズド方式、クローズドルー
プ制御方式のいずれの場合も、発熱、室温変動によるボ
ールねじ、リニアスケールの単純熱膨張誤差が介在し低
トする。
しかし、従来では、上記ボールねし、リニアスケールの
単純熱膨張による送り系の位置決め誤差に対する根本的
な対策は殆ど講じられていない。
単純熱膨張による送り系の位置決め誤差に対する根本的
な対策は殆ど講じられていない。
本発明は、従来技術の上記問題点に鑑みて提案されたも
ので、その目的とするところは、サーボモータとボール
ねじで構成されるＮＣ（数値制御）工作機械送り系にお
いて、テーブル等の可動体の高速位置決め時に発生する
ボールねじとナツトとのＦＪ １，１ ｉによるボール
ねじの熱膨張誤差や、室温変動等の雰囲気温度の変化に
よる熱的な位置決め誤差を自動補正する方法および装置
を提供しようとするものである。
ので、その目的とするところは、サーボモータとボール
ねじで構成されるＮＣ（数値制御）工作機械送り系にお
いて、テーブル等の可動体の高速位置決め時に発生する
ボールねじとナツトとのＦＪ １，１ ｉによるボール
ねじの熱膨張誤差や、室温変動等の雰囲気温度の変化に
よる熱的な位置決め誤差を自動補正する方法および装置
を提供しようとするものである。
上記目的を達成するため、本発明の方法の１つは、サー
ボモータとボールねじで構成されるセミクローズド方式
の送り制御系をもつＮＣ工作機械において、テーブルの
原点位置近傍に原点検出スイッチを設け、ＮＣ原点復帰
指令により、原点復帰動作中の原点検出スイッチがＯＮ
した位置と、原点復帰完了位置との位置関係から、ボー
ルねじの有効長さしに対する伸び率ΔＬ／ＬをＮＣのコ
ンピュータ演算機能にて演算し、その後のＮＣ位置決め
時には、指令値Ｘに対しΔＬ／Ｌの伸び率を補正した（
Ｘ−（Ｘ−Ｌ）ΔＬ／Ｉ、）だけ移動させるようにした
ものである。
ボモータとボールねじで構成されるセミクローズド方式
の送り制御系をもつＮＣ工作機械において、テーブルの
原点位置近傍に原点検出スイッチを設け、ＮＣ原点復帰
指令により、原点復帰動作中の原点検出スイッチがＯＮ
した位置と、原点復帰完了位置との位置関係から、ボー
ルねじの有効長さしに対する伸び率ΔＬ／ＬをＮＣのコ
ンピュータ演算機能にて演算し、その後のＮＣ位置決め
時には、指令値Ｘに対しΔＬ／Ｌの伸び率を補正した（
Ｘ−（Ｘ−Ｌ）ΔＬ／Ｉ、）だけ移動させるようにした
ものである。
また、本発明の方法の他の１つは、サーボモータとボー
ルねじを備え、テーブルの移動量をリニアスケールで直
接検出してサーボモータを制御するクローズドループ方
式の送り制御系をもつＮＣ工作機械において、テーブル
の原点位置近傍に原点検出スイッチを設け、ＮＣＣ原点
復帰指令より、原点復帰動作中の原点検出スイッチがＯ
Ｎした位置と原点復帰完了位置との位置関係から、リニ
アスケールの有効長さしに対する伸び率ΔＬ／ＬをＮＣ
のコンピュータ演算機能にて演算し、その後のＮＣ位置
決め時には指令値Ｘに対しΔＬ／Ｌの伸び率を補正した
（Ｘ−（Ｘ−Ｌ）ΔＬ／Ｌ）だけ移動させるようにした
ものである。
ルねじを備え、テーブルの移動量をリニアスケールで直
接検出してサーボモータを制御するクローズドループ方
式の送り制御系をもつＮＣ工作機械において、テーブル
の原点位置近傍に原点検出スイッチを設け、ＮＣＣ原点
復帰指令より、原点復帰動作中の原点検出スイッチがＯ
Ｎした位置と原点復帰完了位置との位置関係から、リニ
アスケールの有効長さしに対する伸び率ΔＬ／ＬをＮＣ
のコンピュータ演算機能にて演算し、その後のＮＣ位置
決め時には指令値Ｘに対しΔＬ／Ｌの伸び率を補正した
（Ｘ−（Ｘ−Ｌ）ΔＬ／Ｌ）だけ移動させるようにした
ものである。
さらに、本発明の装置の１つは、サーボモータとボール
ねじて構成されるセミクローズド方式の送り制御系をも
つＮＣ工作機械において、テーブルの原点位置近傍に設
けた原点検出スイッチと、ＮＣ原点復帰指令によるテー
ブルの原点復帰時、原点検出スイッチがＯＮした位置と
、原点復帰完了位置とのＮＣ座標値を夫々読み取り、両
ＮＣ座標値の差ΔＬがらボールねじの有効長さしに対す
る伸び率ΔＬ／ＬをＮＣのコンピュータ演算機能にて演
算させる演算指示回路と、演算１旨示回路で演算した伸
び率ΔＬ／ＬでＮＣ指令値Ｘを補正して（Ｘ−（Ｘ−Ｌ
）ΔＬ／Ｌ）だけテーブルを移動させるようにサーボモ
ータの指令入力を補正する補正回路とを具備させたもの
である。
ねじて構成されるセミクローズド方式の送り制御系をも
つＮＣ工作機械において、テーブルの原点位置近傍に設
けた原点検出スイッチと、ＮＣ原点復帰指令によるテー
ブルの原点復帰時、原点検出スイッチがＯＮした位置と
、原点復帰完了位置とのＮＣ座標値を夫々読み取り、両
ＮＣ座標値の差ΔＬがらボールねじの有効長さしに対す
る伸び率ΔＬ／ＬをＮＣのコンピュータ演算機能にて演
算させる演算指示回路と、演算１旨示回路で演算した伸
び率ΔＬ／ＬでＮＣ指令値Ｘを補正して（Ｘ−（Ｘ−Ｌ
）ΔＬ／Ｌ）だけテーブルを移動させるようにサーボモ
ータの指令入力を補正する補正回路とを具備させたもの
である。
また、本発明の装置の他の１つは、サーボモータとボー
ルねじを備え、テーブルの移動量をリニアスケールで直
接検出してサーボモータを制御するクローズドループ方
式の送り制御系をもつＮＣ工作機械において、テーブル
の原点位置近傍に設けた原点検出スイッチと、ＮＣ原点
復帰指令によるテーブルの原点復帰時、原点検出スイッ
チがＯＮした位置と原点復帰完了位置とのリニアスケー
ルの検出値を夫々読み取り、両検出値の差ΔＬからリニ
アスケールの有効長さしに対する伸び率ΔＬ ／ Ｌを
ＮＣのコンピュータ演算機能にて演算させる演算指示回
路と、演算指示回路で演算した伸び率ΔＬ／ＬでＮＣ指
令値Ｘを補正して（Ｘ−（Ｘ−Ｌ）ΔＬ／Ｌ）だけテー
ブルを移動させるようにサーボモータの指令入力を補正
する補正回路とを具備させたものである。
ルねじを備え、テーブルの移動量をリニアスケールで直
接検出してサーボモータを制御するクローズドループ方
式の送り制御系をもつＮＣ工作機械において、テーブル
の原点位置近傍に設けた原点検出スイッチと、ＮＣ原点
復帰指令によるテーブルの原点復帰時、原点検出スイッ
チがＯＮした位置と原点復帰完了位置とのリニアスケー
ルの検出値を夫々読み取り、両検出値の差ΔＬからリニ
アスケールの有効長さしに対する伸び率ΔＬ ／ Ｌを
ＮＣのコンピュータ演算機能にて演算させる演算指示回
路と、演算指示回路で演算した伸び率ΔＬ／ＬでＮＣ指
令値Ｘを補正して（Ｘ−（Ｘ−Ｌ）ΔＬ／Ｌ）だけテー
ブルを移動させるようにサーボモータの指令入力を補正
する補正回路とを具備させたものである。
セミクローズド方式の送り制御系をもつＮＣ工作機械に
おいては、Ｎ Ｃ原点復帰指令が与えられる毎に、テー
ブルの現在位置とＮＣ原点との間の距離に比例した数値
パルスでサーボモータが回転し、ボールねじを通してテ
ーブルが原点に向けて移動せしめられる。ボールねじに
熱膨張がなければ、テーブルが原点に復帰したときに原
点検出スイッチが丁度ＯＮするが、ボールねしに熱膨張
があれば、テーブルは熱膨張量だけ多く移動することに
なる。これは、サーボモータに与えられる指令入力が、
移動方向の長さで直接与えられるのではなく、ボールね
じのピンチで除算したボールねじの回転角度で与えられ
ているためである。
おいては、Ｎ Ｃ原点復帰指令が与えられる毎に、テー
ブルの現在位置とＮＣ原点との間の距離に比例した数値
パルスでサーボモータが回転し、ボールねじを通してテ
ーブルが原点に向けて移動せしめられる。ボールねじに
熱膨張がなければ、テーブルが原点に復帰したときに原
点検出スイッチが丁度ＯＮするが、ボールねしに熱膨張
があれば、テーブルは熱膨張量だけ多く移動することに
なる。これは、サーボモータに与えられる指令入力が、
移動方向の長さで直接与えられるのではなく、ボールね
じのピンチで除算したボールねじの回転角度で与えられ
ているためである。
このような理由から、ボールねしに熱膨張があると、テ
ーブルが原点に復帰する直前で原点検出スイッチをＯＮ
させることになる。そして、原点検出スイッチがＯＮし
た位置から、テーブルが原点復帰完了位置、即ち、テー
ブルが停止する位置までの距離を検出すれば、これがボ
ールねじの熱膨張量Δしてある。このΔＬが検出できれ
ば、ボールねじの有効長さしに対する単位長さ当たりの
ボールねじの伸び率ΔＬ／ＬをＮＣのコンピュータ演算
部で演算させ、この伸び率ΔＬ／Ｌが求まれば、次から
のＮＣ指令値Ｘに対して、原点のずれ量ΔＬと、指令値
Ｘに対する伸び量ＸΔＬ／Ｌとを減算した値ＸＸΔＬ／
Ｌ−ΔＬとしてサーボモータを駆動させれば、ボールね
じの熱膨張誤差が補正され、高精度の位置決めが実現で
きる。
ーブルが原点に復帰する直前で原点検出スイッチをＯＮ
させることになる。そして、原点検出スイッチがＯＮし
た位置から、テーブルが原点復帰完了位置、即ち、テー
ブルが停止する位置までの距離を検出すれば、これがボ
ールねじの熱膨張量Δしてある。このΔＬが検出できれ
ば、ボールねじの有効長さしに対する単位長さ当たりの
ボールねじの伸び率ΔＬ／ＬをＮＣのコンピュータ演算
部で演算させ、この伸び率ΔＬ／Ｌが求まれば、次から
のＮＣ指令値Ｘに対して、原点のずれ量ΔＬと、指令値
Ｘに対する伸び量ＸΔＬ／Ｌとを減算した値ＸＸΔＬ／
Ｌ−ΔＬとしてサーボモータを駆動させれば、ボールね
じの熱膨張誤差が補正され、高精度の位置決めが実現で
きる。
上記Ｘ−ＸΔＬ／Ｌ−ΔＬは、（Ｘ−（Ｘ−Ｌ）ΔＬ／
Ｌ） と成度形でき、ＮＣの指令値補正には便利である
。
Ｌ） と成度形でき、ＮＣの指令値補正には便利である
。
クローズドループ方式は、リニアスケールの伸びを同様
に検出し、補正するのである。
に検出し、補正するのである。
上記ΔＬの検出は、原点検出スイッチがＯＮした位置と
原点復帰完了位置とのＮＣ座標値の差、又は、リニアス
ケールの検出値の差として求められる。
原点復帰完了位置とのＮＣ座標値の差、又は、リニアス
ケールの検出値の差として求められる。
本発明の特徴とする所は、送り系の位置決め精度を左右
にするボールねしおよびリニアスケールの熱膨張誤差を
、送り系の原点位１近傍に別に設けた高精度原点検出ス
イッチにより検出すると同時に、原点位置におけるボー
ルねしあるいはリニアスケールの熱膨張誤差ΔＬを検出
し、このΔＬを送り系の移動量に応じて直線補間を用い
て自動補正するものである。
にするボールねしおよびリニアスケールの熱膨張誤差を
、送り系の原点位１近傍に別に設けた高精度原点検出ス
イッチにより検出すると同時に、原点位置におけるボー
ルねしあるいはリニアスケールの熱膨張誤差ΔＬを検出
し、このΔＬを送り系の移動量に応じて直線補間を用い
て自動補正するものである。
まず、セミクローズド方式でのボールねじの熱膨張誤差
の補正例を第１図に示す。基本的には第５図の構成と同
じであるが、原点位置近傍に高精度原点検出スイッチ（
一般に分解能１μｍ以下の位置検出器が用いられる。以
下、原点スイッチと略称） （１０）を設けたこと、
またＮＣ工作機械での原点復帰動作をそのまま利用して
、わざわざ熱的誤差を測定するための計測工程を省くた
め、サーボモータの取付位置が原点と反対方向となって
いる。
の補正例を第１図に示す。基本的には第５図の構成と同
じであるが、原点位置近傍に高精度原点検出スイッチ（
一般に分解能１μｍ以下の位置検出器が用いられる。以
下、原点スイッチと略称） （１０）を設けたこと、
またＮＣ工作機械での原点復帰動作をそのまま利用して
、わざわざ熱的誤差を測定するための計測工程を省くた
め、サーボモータの取付位置が原点と反対方向となって
いる。
第１図の構成において、ボールねし右端の支持軸受位置
Ａは、軸方向移動を拘束するため、二組のアンギュラ玉
軸受からなる支持軸受（４）で構成されるのが一般的で
、このため位置Ａの熱的誤差による軸方向移動はないも
のとする。
Ａは、軸方向移動を拘束するため、二組のアンギュラ玉
軸受からなる支持軸受（４）で構成されるのが一般的で
、このため位置Ａの熱的誤差による軸方向移動はないも
のとする。
この状態で、テーブルの移動による発熱や室温変化によ
り、ボールねじの平均温度（軸方向に全て同一温度とす
る）がΔＴだけ上昇したとすると、原点Ｏと不動点Ａ間
の長さく以下、有効長さと呼称する）Ｌは、ボールねじ
の線膨張係数をβとして、 ΔＬ＝β・ΔＴ−Ｌ（１） たけの熱膨張誤差を生じることになる。この結果、サー
ボモータの回転角で制御するセミクローズド方式の場合
には、ボールねじの温度上昇ΔＴに対応して原点が＋１
１式のΔＬだけずれることになり、これがそのまま送り
系の位置決め誤差となり、加工精度の劣化を招くことに
なる。
り、ボールねじの平均温度（軸方向に全て同一温度とす
る）がΔＴだけ上昇したとすると、原点Ｏと不動点Ａ間
の長さく以下、有効長さと呼称する）Ｌは、ボールねじ
の線膨張係数をβとして、 ΔＬ＝β・ΔＴ−Ｌ（１） たけの熱膨張誤差を生じることになる。この結果、サー
ボモータの回転角で制御するセミクローズド方式の場合
には、ボールねじの温度上昇ΔＴに対応して原点が＋１
１式のΔＬだけずれることになり、これがそのまま送り
系の位置決め誤差となり、加工精度の劣化を招くことに
なる。
不動点Ａが逆の位置にある第５図の場合には、原点その
もののずれは生じないが位置決め誤差の発生状況は同じ
である。
もののずれは生じないが位置決め誤差の発生状況は同じ
である。
そこで、ＮＣ原点復帰指令により、原点復帰したときの
位置決め誤差と原点スイッチ（ボールねじの熱膨張とは
無関係にサドルに固定されている）がＯＮ （Ｂ接点の
場合には出力がＯＮからＯＦＦに変化する）したとき・
の位置関係を示すと第２図のようになる。すなわち原点
復帰動作中に、ＮＣｆ’ｆｌ令の原点位置０”よりΔＬ
だけ手前の息の原点位置Ｏで原点スイッチがＯＮするこ
とになる。そこで、原点スイッチがＯＮしたときのＮＣ
座標値ΔＬを自動的に読取り、ボールねし有効長さＬに
対する伸び率ΔＬ ／’ ＬをＮＣのコンピュータ演算
機能にて演算し、その後のＮＣ位置決め時には指令値Ｘ
に対しΔＬ／Ｌの伸び率を補正した（Ｘ−（Ｘ−Ｌ）Δ
Ｌ／Ｌ）だけ移動させることにより常に高専５度の位置
決めが可能となる。これは丁度、ボールねじの有効長さ
での熱膨張誤差を測定し、移動量に応じたＬ！！４差分
だけ直線補間により補正していることになる。原点スイ
ッチがＯＮＬ、たとき、ΔＬ／Ｌを演算させる演算指示
回路（６ａ）及び補正回路（６ｂ）はＮＣ制御部（６）
内に組込まれている。
位置決め誤差と原点スイッチ（ボールねじの熱膨張とは
無関係にサドルに固定されている）がＯＮ （Ｂ接点の
場合には出力がＯＮからＯＦＦに変化する）したとき・
の位置関係を示すと第２図のようになる。すなわち原点
復帰動作中に、ＮＣｆ’ｆｌ令の原点位置０”よりΔＬ
だけ手前の息の原点位置Ｏで原点スイッチがＯＮするこ
とになる。そこで、原点スイッチがＯＮしたときのＮＣ
座標値ΔＬを自動的に読取り、ボールねし有効長さＬに
対する伸び率ΔＬ ／’ ＬをＮＣのコンピュータ演算
機能にて演算し、その後のＮＣ位置決め時には指令値Ｘ
に対しΔＬ／Ｌの伸び率を補正した（Ｘ−（Ｘ−Ｌ）Δ
Ｌ／Ｌ）だけ移動させることにより常に高専５度の位置
決めが可能となる。これは丁度、ボールねじの有効長さ
での熱膨張誤差を測定し、移動量に応じたＬ！！４差分
だけ直線補間により補正していることになる。原点スイ
ッチがＯＮＬ、たとき、ΔＬ／Ｌを演算させる演算指示
回路（６ａ）及び補正回路（６ｂ）はＮＣ制御部（６）
内に組込まれている。
補正量の導出過程を第２図について説明すると以下のよ
うになる。補正のない場合には、ＮＣ指令移動ｉＸに対
し、ＮＣ原点０°からの実移動量はＸ（１＋ΔＬ／Ｌ）
となり、原点スイッチで検出される真の原点位置Ｏから
の実移動量はＸ（１＋ΔＬ／Ｌ）−ΔＬとなる。すなわ
ち、移動指令Ｘに対しＸΔＬ／Ｌ−ΔＬの位置決め誤差
を生じることになる。よって、任意の移動指令Ｘに対し
上記誤差分だけ補正すればよく、結局、ｔＬｌａＸに対
し （ｘ−（Ｘ−Ｌ）ＡＬ／Ｌ＋の補正演算を行い、こ
れをＸの代わりの移動指令値とすれば、以上の熱的な位
置決め誤差が自動補正されることになる０以上の説明は
Ｘ軸のみについてであるが、これをＸＹＺの３軸に拡張
しうる。
うになる。補正のない場合には、ＮＣ指令移動ｉＸに対
し、ＮＣ原点０°からの実移動量はＸ（１＋ΔＬ／Ｌ）
となり、原点スイッチで検出される真の原点位置Ｏから
の実移動量はＸ（１＋ΔＬ／Ｌ）−ΔＬとなる。すなわ
ち、移動指令Ｘに対しＸΔＬ／Ｌ−ΔＬの位置決め誤差
を生じることになる。よって、任意の移動指令Ｘに対し
上記誤差分だけ補正すればよく、結局、ｔＬｌａＸに対
し （ｘ−（Ｘ−Ｌ）ＡＬ／Ｌ＋の補正演算を行い、こ
れをＸの代わりの移動指令値とすれば、以上の熱的な位
置決め誤差が自動補正されることになる０以上の説明は
Ｘ軸のみについてであるが、これをＸＹＺの３軸に拡張
しうる。
リニアスケールを用いたクローズドループ制御の場合に
ついても、上記と間様の補正法の通用が可能である。
ついても、上記と間様の補正法の通用が可能である。
リニアスケールの材質は通常ガラスであるため、工作機
械サドルの材質である鋳鉄に比べ線膨張係数が約２０％
小さく、このため複雑な熱的挙動を示す。リニアスケー
ルのガラススケールがサドルの温度と同調して、室温変
化に対し同じ伸び率を示すような物性をもたせることが
できれば理想的であるが、現在の技術では不可能である
。このためガラススケールとサドルの熱膨張差を最小限
にするため、スケールの支持方法に種々の工夫がなされ
ている（ドイツ特許第２４５０３２２号参照）が、これ
らは基本的な解決策にはなっていないのが実状である。
械サドルの材質である鋳鉄に比べ線膨張係数が約２０％
小さく、このため複雑な熱的挙動を示す。リニアスケー
ルのガラススケールがサドルの温度と同調して、室温変
化に対し同じ伸び率を示すような物性をもたせることが
できれば理想的であるが、現在の技術では不可能である
。このためガラススケールとサドルの熱膨張差を最小限
にするため、スケールの支持方法に種々の工夫がなされ
ている（ドイツ特許第２４５０３２２号参照）が、これ
らは基本的な解決策にはなっていないのが実状である。
クローズドループ制御の場合の、リニアスケールの熱膨
張誤差の補正例を第３図に示す。基本構成および補正方
法はボールねじの補正例（第１図）とほぼ同じで、計測
対象がボールねじの代わりにテーブルに固定されたガラ
ススケールである点が異なる。ただしガラススケールの
取付法については、第３図のボールねじと同じように、
一方向（原点方向）へ単純膨張するように取り付ける必
要がある。
張誤差の補正例を第３図に示す。基本構成および補正方
法はボールねじの補正例（第１図）とほぼ同じで、計測
対象がボールねじの代わりにテーブルに固定されたガラ
ススケールである点が異なる。ただしガラススケールの
取付法については、第３図のボールねじと同じように、
一方向（原点方向）へ単純膨張するように取り付ける必
要がある。
ガラススケールの取付は例を第４図に示す。
検出ヘッド（８）との位置関係から、ガラススケールは
第４図の右方向に自由膨張する構成となっており、第１
図のボールねじの場合と逆になる。
第４図の右方向に自由膨張する構成となっており、第１
図のボールねじの場合と逆になる。
ガラススケールは固定ブロック（１１）によりテーブル
（１）に固定され、不動点Ａが形成される。
（１）に固定され、不動点Ａが形成される。
一方自由端である右端には、スプリングダンパー（１２
）により長罫方向の熱膨張を吸収する構造となっている
ため、第１図に示したボールねじの場合と同じ状況に設
定されている。
）により長罫方向の熱膨張を吸収する構造となっている
ため、第１図に示したボールねじの場合と同じ状況に設
定されている。
以上に説明した自動補正法を保用するこ做・により、工
作機械送り系の位置決め精度を犬唱に向上させることが
可能となった。
作機械送り系の位置決め精度を犬唱に向上させることが
可能となった。
本発明によれば、ボールねし、リニアスケールの発熱や
室温変化による熱膨張誤差を自動補正することができ、
その結果、ＮＣ工作機械の位置決め精度の向上、ひいて
は加工精度の大幅な向上を可能とし得る。特に、原点検
出スイッチを追加するだけでよく、補正量の演算等はＮ
Ｃのソフト処理にて実施できるため、簡単な装置でもっ
て高精度の位置決めを実現できる。
室温変化による熱膨張誤差を自動補正することができ、
その結果、ＮＣ工作機械の位置決め精度の向上、ひいて
は加工精度の大幅な向上を可能とし得る。特に、原点検
出スイッチを追加するだけでよく、補正量の演算等はＮ
Ｃのソフト処理にて実施できるため、簡単な装置でもっ
て高精度の位置決めを実現できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１実施例の構成を示す要部説明図、
第２図はボールねじの熱膨張誤差の説明図、第３図は本
発明の第２実施例の構成を示す要部説明図、第４図は第
２実施例におけるリニアスケールの支持構造の一例を示
す説明図、第５図は従来の工作機械送り系の要部説明図
である。 （１）−・−テーブル、 （２”）−サドル、（３
） −サーボモータ、（４） −指示軸受、（５）−・
−ボールねし、 （６）−ＮＣ制御部、（７′）、１
・・・リニアスケール（ガラス・スケール）（、（６ａ
） −リニアスケール検出ヘッド、 −・・目盛線、 ・−・原点検出スイッチ、 −・−演算指示回路、（６ｂ）・・・補正回路。 特許出願人 大阪機工株式会社２ 代 理 人 ／Ｉ 原 省
吾第２図
第２図はボールねじの熱膨張誤差の説明図、第３図は本
発明の第２実施例の構成を示す要部説明図、第４図は第
２実施例におけるリニアスケールの支持構造の一例を示
す説明図、第５図は従来の工作機械送り系の要部説明図
である。 （１）−・−テーブル、 （２”）−サドル、（３
） −サーボモータ、（４） −指示軸受、（５）−・
−ボールねし、 （６）−ＮＣ制御部、（７′）、１
・・・リニアスケール（ガラス・スケール）（、（６ａ
） −リニアスケール検出ヘッド、 −・・目盛線、 ・−・原点検出スイッチ、 −・−演算指示回路、（６ｂ）・・・補正回路。 特許出願人 大阪機工株式会社２ 代 理 人 ／Ｉ 原 省
吾第２図
Claims (4)
- （１）サーボモータとボールねじで構成されるセミクロ
ーズド方式の送り制御系をもつＮＣ工作機械において、
テーブルの原点位置近傍に原点検出スイッチを設け、Ｎ
Ｃ原点復帰指令により、原点復帰したときの原点検出ス
イッチがＯＮした位置と、原点復帰完了位置との位置関
係から、ボールねじの有効長さＬに対する伸び率ΔＬ／
ＬをＮＣのコンピュータ演算機能にて演算し、その後の
ＮＣ位置決め時には、指令値Ｘに対しΔＬ／Ｌの伸び率
を補正した｛Ｘ−（Ｘ−Ｌ）ΔＬ／Ｌ｝だけ移動させる
ようにしたことを特徴とする工作機械送り系の位置決め
誤差の補正方法。 - （２）サーボモータとボールねじを備え、テーブルの移
動量をリニアスケールで直接検出してサーボモータを制
御するクローズドループ方式の送り制御系をもつＮＣ工
作機械において、テーブルの原点位置近傍に原点検出ス
イッチを設け、ＮＣ原点復帰指令により、原点復帰した
ときの原点検出スイッチがＯＮした位置と原点復帰完了
位置との位置関係から、リニアスケールの有効長さＬに
対する伸び率ΔＬ／ＬをＮＣのコンピュータ演算機能に
て演算し、その後のＮＣ位置決め時には指令値Ｘに対し
ΔＬ／Ｌの伸び率を補正した｛Ｘ−（Ｘ−Ｌ）ΔＬ／Ｌ
｝だけ移動させるようにしたことを特徴とする工作機械
送り系の位置決め誤差の補正方法。 - （３）サーボモータとボールねじで構成されるセミクロ
ーズド方式の送り制御系をもつＮＣ工作機械において、 テーブルの原点位置に設けた原点検出スイッチと、 ＮＣ原点復帰指令によるテーブルの原点復帰時、原点検
出スイッチがＯＮした位置と、原点復帰完了位置とのＮ
Ｃ座標値を夫々読み取り、両ＮＣ座標値の差ΔＬからボ
ールねじの有効長さＬに対する伸び率ΔＬ／ＬをＮＣの
コンピュータ演算機能にて演算させる演算指示回路と、
演算指示回路で演算した伸び率ΔＬ／ＬでＮＣ指令値Ｘ
を補正して｛Ｘ−（Ｘ−Ｌ）ΔＬ／Ｌ｝だけテーブルを
移動させるようにサーボモータの指令入力を補正する補
正回路とを具備していることを特徴とする工作機械送り
系の位置決め誤差の補正装置。 - （４）サーボモータとボールねじを備え、テーブルの移
動量をリニアスケールで直接検出してサーボモータを制
御するクローズドループ方式の送り制御系をもつＮＣ工
作機械において、テーブルの原点位置に設けた原点検出
スイッチと、 ＮＣ原点復帰指令によるテーブルの原点復帰時、原点検
出スイッチがＯＮした位置と原点復帰完了位置とのリニ
アスケールの検出値を夫々読み取り、両検出値の差ΔＬ
からリニアスケールの有効長さＬに対する伸び率ΔＬ／
Ｌ−をＮＣのコンピュータ演算機能にて演算させる演算
指示回路と、 演算指示回路で演算した伸び率ΔＬ／ＬでＮＣ指令値Ｘ
を補正して｛Ｘ−（Ｘ−Ｌ）ΔＬ／Ｌ｝だけテーブルを
移動させるようにサーボモータの指令入力を補正する補
正回路とを具備していることを特徴とする工作機械送り
系の位置決め誤差の補正装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63251280A JP2544790B2 (ja) | 1988-10-04 | 1988-10-04 | 工作機械送り系の位置決め誤差の補正方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63251280A JP2544790B2 (ja) | 1988-10-04 | 1988-10-04 | 工作機械送り系の位置決め誤差の補正方法および装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02100856A true JPH02100856A (ja) | 1990-04-12 |
| JP2544790B2 JP2544790B2 (ja) | 1996-10-16 |
Family
ID=17220452
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63251280A Expired - Fee Related JP2544790B2 (ja) | 1988-10-04 | 1988-10-04 | 工作機械送り系の位置決め誤差の補正方法および装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2544790B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002029113A (ja) * | 2000-07-17 | 2002-01-29 | Mimaki Engineering Co Ltd | インクジェット記録装置 |
| US6456896B1 (en) | 1996-11-11 | 2002-09-24 | Fanuc Ltd. | Apparatus and method for thermal displacement correction for a machine tool |
| JP2002292596A (ja) * | 2001-03-30 | 2002-10-08 | Uht Corp | パンチングマシン |
| JP2002361857A (ja) * | 2001-06-12 | 2002-12-18 | Mimaki Engineering Co Ltd | インクジェットプリンタ |
| JP2008114322A (ja) * | 2006-11-02 | 2008-05-22 | Niigata Machine Techno Co Ltd | 工作機械における位置補正方法および位置補正装置 |
| JP2008246620A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Brother Ind Ltd | 工作機械、熱膨張補正用制御プログラム及び記憶媒体 |
| JP2014502926A (ja) * | 2011-01-21 | 2014-02-06 | マーク イーアス ゲーエムベーハー | 金属ワークピースの加工処理及び硬化処理方法並びにそのための工作機械 |
| JP2020015130A (ja) * | 2018-07-25 | 2020-01-30 | 株式会社アマダホールディングス | ワーク移動位置決め装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61144944U (ja) * | 1985-02-27 | 1986-09-06 |
-
1988
- 1988-10-04 JP JP63251280A patent/JP2544790B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61144944U (ja) * | 1985-02-27 | 1986-09-06 |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6456896B1 (en) | 1996-11-11 | 2002-09-24 | Fanuc Ltd. | Apparatus and method for thermal displacement correction for a machine tool |
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| JP4587424B2 (ja) * | 2001-06-12 | 2010-11-24 | 株式会社ミマキエンジニアリング | インクジェットプリンタ |
| JP2008114322A (ja) * | 2006-11-02 | 2008-05-22 | Niigata Machine Techno Co Ltd | 工作機械における位置補正方法および位置補正装置 |
| JP2008246620A (ja) * | 2007-03-30 | 2008-10-16 | Brother Ind Ltd | 工作機械、熱膨張補正用制御プログラム及び記憶媒体 |
| JP2014502926A (ja) * | 2011-01-21 | 2014-02-06 | マーク イーアス ゲーエムベーハー | 金属ワークピースの加工処理及び硬化処理方法並びにそのための工作機械 |
| JP2020015130A (ja) * | 2018-07-25 | 2020-01-30 | 株式会社アマダホールディングス | ワーク移動位置決め装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2544790B2 (ja) | 1996-10-16 |
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