JPH02106252A - 熱変位補正機能付数値制御工作機械 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分舒〉 本発明は、数値制御工作機械の温度を検出して制御軸の
熱変位補正を行う数値制御工作機械に関する。

〈従来の技術〉 従来のヘッドチルト型のマシニングセンタ等の数値制御
工作機械では、熱変位補正機能を全く有していないか、
有していても主軸がチルトする場合、主軸の回転角との
関係を含んだ熱変位補正機能を有していない。

〈発明が解決しようとする課題〉 熱変位補正機能を持たない数値制御工作機械の場合、機
械の主軸とワークテーブルの相対位置が機械の熱変位の
ために変化して誤差が生じ機械の精度が悪化するのは当
然であるが、更に、この熱変位補正機能を有していても
、主軸がチルトする場合、主軸の回転角度に相関を持た
ない熱変位補正ｔ′１能であれば、実際の機械の熱変位
量と熱変位補正量の間に主軸の回転軸と主軸先端の間の
熱変位量分が主軸の回転位置により誤差を与え、８ｉ減
精度が悪化する。

以上の問題点に鑑みて、本発明は数値制御工作機械の熱
変位量を補正する相関式を用いて熱変位量による誤差を
修正し、この相関式に主軸の回転位置により主軸先端と
主軸の回転軸との間の熱変位量を補正する項を設け、熱
変位量による誤差を修正する熱変位補正機能付数値制御
工作機械を提供することを目的とする。

＜ａ題を解決するための手段〉 上記目的を達成するために、本発明は、数値制御され互
いに直交する３つの制御軸を持ち、いずれかの制御軸に
平行で且つ、主軸中心線と直交する主軸の回転軸を持つ
数値制御工作機械に於て、数値制御工作機械の本体に温
度検出器を設け、機械の温度を入力し、登録された機械
の熱変位の相関式を用いてワークテーブルと主軸の相対
熱変位量を演算し、主軸の回転軸と主軸先端間の熱変位
量を、主軸の回転角に相関して算出し、制御軸ごとの相
対熱変位量に分配して制御軸の座標系を補正する数値制
御装置またはその他の制御装置を持つことを特徴とする
。

く作　　　用〉 数値制御工作機械に取り付けられた温度検出器は周期的
に機械の温度を数値制御装置又はその他の制御装置に出
力する。数値制御装置またはその他の制御装置は入力し
た温度データによって、装置内に登録されている相関式
を演算し、熱変位補正量を算出する。更に、主軸の回転
軸と主軸先端との間の熱変位量を、主軸の回転角度を含
む項を持った熱変位量補正式で演算することにより、主
軸の回転軸と主軸先端間の距離変化分の変位補正ｌが、
主軸の回転位置に合わせて各制御軸方向に分配されて機
械の実際の変位に合った熱変位補正量となる。この熱変
位補正量を数値制御装置より＊ｍ本体に出力して＃御軸
の座標を補正する。

く実　施　例〉 以下、本発明の一実施例を図に従って説明する。第１図
は本発明の数値制御工作機械１の構成図である。数値制
御工作機械１はベツド２の上にコラム３が第１図左右方
向に移動可能に設けられており、ベツド２上のコラム３
の移動方向にはテーブルベース４が設けられている。テ
ーブルベース４上にはワークテーブル５が回転可能に設
けられ、コラム３には上下方向に移動可能にヘッドスト
ック６が取や付けられ、ヘッドストック６の先端部には
軸７が軸支され回転軸（以下Ａ軸という）７ａを中心に
回転し、軸７にはチルトスピンドル８が取り付けられて
いる。また、ベツド２、コラム３．ヘッドストック６、
チルトスピンドル８の夫々に温度検出ｍＡ、Ｂ、Ｃ。

Ｄが取り付けられている。

この数値制御工作機械１の座標系は、第１図に於てコラ
ム３の移動方向にＺ軸、ヘッドストック６の移動方向に
Ｙ軸、Ｙ、Ｚ軸に直交するＸ軸の３軸である。Ａ軸？ａ
はＸ軸に平行で、主軸中心線と直交している。符号Ｚ、
ｊＹ、はＡ４１７ａからワークテーブル５までの距離で
あり夫々Ｚ軸上、Ｙ軸上の座標である。

ここで、ワークテーブル５とＡ１ｍ？ａ間の熱変位シ：
をＺ軸方向にδＺ０、Ｙ軸方向にδＹ。

とすれば、各熱変位量と機械温度の関係１ｆ実験式とし
て表わされ、温度検出器Ａ、Ｂ、Ｃ。

Ｄの夫々の温度をＴ、、　Ｔｏ、　ＴＨ，’！”、とし
、その温度変化量をΔＴ、、ΔＴｃ、ΔＴＨ１ΔＴｓと
すれば以下の式で表わされる。

δＺ、＝Ｃ，・ΔＴＨ十Ｃ２・ΔＴｃ＋Ｃ３・ΔＴ、　
　　　−（１）δＹ、＝Ｃ４・ΔＴＨ＋Ｃｒ、・ΔＴｏ
＋Ｃ６−ΔＴ、＝−（２１δＨ＝Ｃ・ΔＴ　　　　　　
　　　　　−・・（３）更に、チルトスピンドル８の回
転角と熱変位の関係は、第２図に示すように、Ａ軸７ａ
とスピンドル先端９の距離をＨ１δＨはＨの熱膨張によ
る伸び、δＺ、δＹはチルトスピンドル８を角度θだけ
回転した時のδ■１のＺ軸、Ｙ軸方向の成分である。チ
ルトスピンドル８を角度θだけ熱膨張のない時（δＩ（
を含まない）に回転した時のスピンドル先端９のＺ軸、
Ｙ軸方向の座標値をＺ、　、　Ｙ、とする。

ここで、δＨの関係式は δＺ＝δＨ慟θ　　　　　　　　　　　・・・（４）δ
Ｙ＝δＨ幽θ　　　　　　　　　　　・・・（５）であ
る。

従って、チルトスピンドル８の回転角−θの時のワーク
テーブル５と、スピンドル先端９のＺ軸、Ｙ軸方向の熱
変位量は以下のようになる。

Δ２＝δ２＋δ２；δＺ十δＨ働θ　　　　　　・・・
（６）ΔＹ＝δＹ＋δＹ＝δＹ＋δＨ繊θ　　　　・・
・（７）上式で、チルトスピンドル８が水平位置ではθ
＝０°であり、 ΔＺ−δＺ＋δＨ・・・（８） ΔＹ＝δＹ　　　　　　　　　　　　・・・（９）であ
る。チルトスピンドル８が垂直位置ではθ＝−９０＠で
あり、 Δ２＝δＺ　　　　　　　　　　　　　・・・（１１Δ
Ｙ＝δＹ−δＨ・・・（１υ である。従って、チルトスピンドル８の回転位置θによ
り、θ＝Ｏ〜−９０＠の間で２軸方向、Ｙ軸方向の熱変
位量はδＨだけ変動する。

（６１，［７１式に（１１，（２１，（３１式を代入す
るとΔＺ＝Ｃ，，ΔＴ、十Ｃ２，ΔＴ、＋Ｃ３−ΔＴ、
＋Ｃ，−ΔＴｓ・ｃｓｂθ・・−（１１１ΔＹ＝Ｃ４・
ΔＴＨ＋Ｃ６・ΔＴｏ＋Ｃ６・ΔＴ、＋Ｃ７・ΔＴｓ癲
θ・・・（１１となり、（１１，（２１式のＹ、Ｚ軸の
変位にチルトスピンドル８の回転位置に関する補正項Ｃ
７・ΔＴ、・慟θとＣ２・ΔＴｓ−幽θが入り、チルト
スピンドル８０回転位置が変化してもａ械の実変位に合
った熱変位補正が行なえる。この（ＩＬ（１１式を第３
図に示すように、機械の熱変位の相関式として制御装置
１０に登録しておき、制御装置１０に温度検出器Ａ、Ｂ
、Ｃ。

Ｄから一定時間間隔で温度Ｔ、、　Ｔｏ、　ＴＨ，Ｔ。

が入力され、（ｌａ、（１１式を演算して数値制御装置
１１へ出力し、数値制御装置１１から変位−ΔＹ、−Δ
Ｚを機械本体１２へ出力して座標を補正する。

これによりチルトスピンドル８の回転位置が変化しても
機械の実変位に合った熱変位補正が行える。制御装置１
０の機能を数値制御装置１１に持ｔこせてもよい。

〈発明の効果〉 数値制御工作機械の主軸が主軸中心線と直交する回転軸
を持つ場合、ワークテーブルと主軸の相対熱変位補正量
に、主軸の回転位置に応じて主軸の熱変位量を分配する
ことにより、例えば熱変位の大きいチルトスピンドル部
の熱変位補正精度が向上し、高精度加工が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図迄は本発明の一実施例を示し、第１図
は機械の構成図、第２図はチルトスピンドルの変位説明
図、第３図は数値制御工作機械の熱変位補正ブロック構
成図である。 図中、１は数値制御工作機械、２はベツド、３はコラム
、４はテーブルベース、５はワークテーブル、６はヘッ
ドストック、７は軸、７ａはＡ軸、８はチルトスピンド
ル、９はスピンドル先端、１０は制御装置、１１は数値
制御装置である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 数値制御され互いに直交する３つの制御軸を持ち、いず
   れかの制御軸に平行で且つ、主軸中心線と直交する主軸
   の回転軸を持つ数値制御工作機械に於て、数値制御工作
   機械の本体に温度検出器を設け、機械の温度を入力し、
   登録された機械の熱変位の相関式を用いてワークテーブ
   ルと主軸の相対熱変位量を演算し、主軸の回転軸と主軸
   先端間の熱変位量を、主軸の回転角に相関して算出し、
   制御軸ごとの相対熱変位量に分配して制御軸の座標系を
   補正する数値制御装置またはその他の制御装置を持つこ
   とを特徴とする熱変位補正機能付数値制御工作機械。