JPH0661674B2 - 工作機械の熱変形補正方法 - Google Patents
工作機械の熱変形補正方法Info
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- JPH0661674B2 JPH0661674B2 JP2132039A JP13203990A JPH0661674B2 JP H0661674 B2 JPH0661674 B2 JP H0661674B2 JP 2132039 A JP2132039 A JP 2132039A JP 13203990 A JP13203990 A JP 13203990A JP H0661674 B2 JPH0661674 B2 JP H0661674B2
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Description
な移動範囲を有する横型マシニングセンタ等の動作制御
に利用できる。
いては、動作発熱に伴う熱変形が精度低下を招くことが
問題にされており、熱変形誤差に対して各種の対策が試
みられている。
ードバック用スケールをなるべく主軸先端に接近させた
り、熱変形が対称に現れるようにして相殺させることが
なされている。
を計測する手段を用いて誤差分をフィードバックさせた
り、あるいは計測またはシミュレーションにより熱変形
誤差に対応した補正値を準備しておき制御の際に参照す
ることがなされている。
あり、前述した誤差対策では充分なものとはいえない。
工作機械の機構上の制約から限界がある。また、主軸先
端の位置フィードバック補正を行う場合、計測ないし制
御系の構造的な複雑化が避けられない。
複雑化が避けられるものの、熱変形に関与するパラメー
タが極めて多岐に渡ることから、制御系の補正処理が複
雑化するという問題がある。
シニングセンタ等においては、コラムの熱変位が主軸部
分の位置精度に影響を与える。ここで、コラムの熱変形
は伸縮、捩じれや傾きといった多様な形態を示すととも
に、各々の熱的挙動は内部構造等に応じて各部で複雑な
ものとなる。従って、コラムの熱変形の影響は温度状態
とともに主軸部分の現在位置によっても異なるものとな
り、これらを補正にあたって個々に考慮することは実質
的に困難であった。
機械の熱変形補正方法を提供することにある。
作機械の熱変形補正方法であって、予め前記工作機械の
熱変形状態に基づいてX,Y,Z の各軸毎に基準高さを設定
しておき、動作時には前記X,Y,Z の各軸毎に前記主軸部
分の高さと前記基準高さとの差および前記主軸部分の温
度と前記コラム基部の温度との差に応じた補正値を演算
し、これらの補正値を用いて前記X,Y,Z の三軸同時に動
作補正を行う、という手順を採用したものである。
等により主軸部分の各高さにおいて各温度でのX,Y,Z 等
の各軸方向の熱変形量を調べ、その結果に基づいて高さ
および温度をパラメータとする補正値として制御装置等
に設定しておき、工作機械の実際の運転の際に現在高さ
および現在温度に応じた各軸補正値を用いて動作補正を
行うということである。
からの高さおよび温度に応じた補正値を採用することで
補正の適性化および設定の簡略化が実現されるととも
に、この補正値により環境温度を含めた温度状態への対
応がなされる。さらに、各軸補正値による三軸同時補正
によりコラムの複雑な熱変形および当該コラムにおける
主軸部分の高さに応じた誤差影響の変化にも総合的な対
応がなされ、これらにより有効な対応が実現され、前記
目的が達成される。
正される横型マシニングセンタ1が示されている。
クを載置固定するテーブル3を備え、テーブル3は図示
しないX軸駆動機構により水平方向に移動可能である。
ベッド2は側方に延びるコラムベッド2Aを有し、その上
にはコラム4が立設されている。コラム4は図示しない
Z軸駆動機構によりテーブル3の移動方向と直交する水
平方向に移動可能である。コラム4には主軸ヘッド5が
支持され、主軸ヘッド5は図示しないY軸駆動機構によ
りコラム4に対して垂直方向に移動可能である。主軸ヘ
ッド5にはZ軸方向に沿って図示しないモータ等により
回転駆動される主軸6が設置され、主軸6の先端にはテ
ーブル3上のワークを加工するための工具等が着脱可能
である。従って、図示しない外部のNC制御装置により
動作指令を与えることで、主軸6を回転させながらX,
Y,Z各軸方向に移動させることで三次元的な立体切削
加工を行うことができる。
ローク 710mm、Y軸方向ストローク 600mm、Z軸方向ス
トローク 600mm、回転速度25〜5000rpm 、テーブル3の
寸法 500×500mm とされている。また、室温同調型潤滑
油供給装置が付設されるとともに、既存のZ軸熱変位補
正機能を備えている。
変化や動作に伴う各駆動機構の発熱により装置各部の温
度状態が変化して熱変形が生じ、特にコラム4や主軸ヘ
ッド5等における熱変形によって主軸6の先端位置精度
に熱変形誤差が生じる。このような熱変形誤差を解消す
るために、本実施例では熱変形を計測し、高さおよび温
度に応じた補正値を設定して実運転の補正を行う。
主軸6における変位を計測する。このために、主軸6先
端に外径40mmのテストバー10を取付け、テストバー10の
各部および主軸6の先端面にダイヤルゲージ等の変位検
出器11〜15を図示の状態で設置する。このうち、検出器
11,12によりテストバー10の基端部および先端部の水平
方向変位X1,X2が検出され、検出器13,14によりテスト
バー10の基端部および先端部の垂直方向変位Y1,Y2が検
出され、検出器15により主軸6の軸心方向変位Z が検出
される。
外輪部にサーミスタ式の温度検出器16を設置するととも
に、温度比較用にコラムベッド2Aにも同様な温度検出器
17を設置する。
数の状態について行うものとし、このために前述したN
C制御装置から主軸6の高さH および回転速度を読み取
るものとする。
わち、マシニングセンタ1を順次所定の回転速度で動作
させ、一定時間の経過毎に、温度検出器16で主軸6の温
度Tsおよび温度検出器17でコラムベッド2Aの温度Tbを計
測するとともに、各回転速度において順次主軸6を所定
の高さH へ昇降させて各変位X1,X2,Y1,Y2,Z を計測
する。この際、回転速度は例えば 0, 500,1000,200
0, 4000rpmの5速度とし、高さH は例えばテーブル3の
上面の上方50mmの位置を基準として主軸6の軸心が 15
0,350,550mmとなる3位置とする。
ものとなる。
において、温度Tsは 0rpm でも室温同調型潤滑油供給装
置からの潤滑油により室温の影響を受けて徐々に上昇す
る。また、回転させた場合、一般に回転速度に応じて温
度の上昇傾向が見られる。なお、500rpmのとき 0rpmよ
り低温となるが、これは潤滑油による冷却等の影響と考
えられる。
変位Y1,Y2は第5図、変位Z は第6図のような変化を示
す(各図は回転速度2000rpm での結果)。図において、
各変位X1〜Z は、それぞれ主軸6の温度上昇に対応した
変化を示しているが、各々は高さH の違いにより異なる
熱的挙動を示している。なお、本実施例のマシニングセ
ンタ1にはZ軸熱変位補正機能が備えられているが、変
位Z には明らかな熱変形が見られ、これは熱によるコラ
ム4の傾きの影響と考えられる。
る。
軸方向の変位を表す一般式 ΔD =A(Ts−Tb)c+B(H−H0) を用いる。なお、H0,A,B,C は係数である。
がY軸ストローク中間の 300mm以下では温度Tsの上昇と
変位X1,X2が比例せず、むしろ温度上昇が高いほど変位
量が小さい。また、高さH が350mm 以上では変位がマイ
ナスになっている。従って、X軸方向の補正値ΔDxとし
ては、H0=300, B=-b, C=-1/cとして を用いるものとする。
1,X2は温度Tsと比例しているが、高さH がY軸ストロ
ーク中間の 300mm付近でマイナス傾向となり その上下
ではプラス傾向となっている高いほど変位量が小さい。
従って、X軸方向の補正値ΔDyとしては、H0=300 とし
て ΔDy=A(Ts−Tb)c+B|(H−300)| を用いるものとする。
はZ軸熱変位補正機能により温度Tsと比例するとはいえ
ないが、高さH が大きくなるにつれてプラス側にずれる
傾向が見られる。従って、X軸方向の補正値ΔDzとして
は、H0=0, C= 1/cとして ΔDz=A(Ts−Tb)1/c+BH を用いるものとする。
行うにあたっては、各々を前述のNC装置に入力してお
き、各軸方向の指令の際に移動指令値に対して予め各補
正値分の増減を行う。
ものとなる。
のテストバー10の変位がその配置に応じて模式的に示さ
れている。ここで、変位X10,X20,Y10,Y20,Z0は補正なし
の状態におけるものであり、これらに比べて補正後の変
位X1,X2,Y1,Y2,Z は各々低減され、主軸6の熱変位
補正が行われていることがわかる。
れ、補正なしの変位X10,X20,Y10,Y20,Z0に比べて補正後
の変位X1,X2,Y1,Y2,Z は各々低減され、主軸6の熱
変位補正が行われていることがわかる。
Dzにより、熱変形に伴うX軸,Y軸,Z軸の各方向の変
位X1〜Z を低減することができる。
x,ΔDy,ΔDzを用いることで、環境温度を含めた温度
状態への対応がなされるとともに、コラム4の複雑な熱
変形やその主軸6の高さに応じた影響の変化にも総合的
な対応することができ、従来は処理の複雑化が避けられ
なかった熱変形要因についても簡単に対応することがで
きる また、各補正値ΔDx,ΔDy,ΔDzは主軸6の高さH およ
び温度Ts,Tbに基づいて簡単に演算することができ、制
御の際の補正演算等を簡略化することができ、マシニン
グセンタ1を制御するNC制御装置の負担を軽減するこ
とができる。
温度Tsおよび各変位X1〜Z 等の実計測に基づいて設定す
るため、効果的な補正が行えるとともに、その設定作業
も簡単に行うことができる。
以下に示すような変形をも含むものである。
1に限らず、本発明は他の形式の工作機械であっても主
軸部分が昇降するコラムにおいて複雑な熱変形挙動を示
すものに適用して優れた効果が得られる。
位や手段は適宜選択すればよく、計測する動作状態や主
軸部分の高さ等の設定も実施にあたって適宜選択すれば
よい。
限らず、シミュレータを用いたもの等であってもよい。
ず、計測等の結果に基づいて各係数A,B,C,H0 等の設
定を最適化することが望ましい。そして、基本的となる
式も前記実施例のΔD に限らず、対象となる工作機械の
形態や熱変形挙動等に応じて適宜設定することが望まし
い。
具体的な形態は既存の補正方式のなかから適当なものを
選択して利用すればよい。
簡単に行うことができるとともに、この補正値により有
効な補正を実現することができる。
作機械およびその計測形態を示す概略側面図および概略
正面図、第3図は同実施例で計測した回転速度別の経時
温度変化を示すグラフ、第4図ないし第6図はそれぞれ
同実施例で計測した高さ毎のX,Y,Z各軸方向変位を
示すグラフ、第7図および第8図はそれぞれ同実施例に
よる補正結果を示す模式グラフである。 1……工作機械であるマシニングセンタ、6……主軸、
10……計測用のテストバー、11〜15……計測用の変位検
出器、16,17……計測用の温度検出器、 H……高さ、Ts
……温度、ΔDx,ΔDy,ΔDz……補正値。
Claims (1)
- 【請求項1】主軸部分がコラムに昇降自在に支持された
工作機械の熱変形補正方法であって、予め前記工作機械
の熱変形状態に基づいてX,Y,Z の各軸毎に基準高さを設
定しておき、動作時には前記X,Y,Z の各軸毎に前記主軸
部分の高さと前記基準高さとの差および前記主軸部分の
温度と前記コラム基部の温度との差に応じた補正値を演
算し、これらの補正値を用いて前記X,Y,Z の三軸同時に
動作補正を行うことを特徴とする工作機械の熱変形補正
方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2132039A JPH0661674B2 (ja) | 1990-05-22 | 1990-05-22 | 工作機械の熱変形補正方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2132039A JPH0661674B2 (ja) | 1990-05-22 | 1990-05-22 | 工作機械の熱変形補正方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0430941A JPH0430941A (ja) | 1992-02-03 |
JPH0661674B2 true JPH0661674B2 (ja) | 1994-08-17 |
Family
ID=15072082
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2132039A Expired - Lifetime JPH0661674B2 (ja) | 1990-05-22 | 1990-05-22 | 工作機械の熱変形補正方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0661674B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7676338B2 (en) | 2006-12-11 | 2010-03-09 | Okuma Corporation | Method for detecting abnormality of temperature sensor in machine tool |
US7766541B2 (en) | 2006-12-18 | 2010-08-03 | Okuma Corporation | Method for detecting abnormality of temperature sensor in machine tool |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4051119B2 (ja) * | 1998-02-02 | 2008-02-20 | 株式会社ディスコ | 切削装置 |
JP4359573B2 (ja) | 2005-03-31 | 2009-11-04 | オークマ株式会社 | 工作機械の熱変位補正方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61201755U (ja) * | 1985-06-10 | 1986-12-18 |
-
1990
- 1990-05-22 JP JP2132039A patent/JPH0661674B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7676338B2 (en) | 2006-12-11 | 2010-03-09 | Okuma Corporation | Method for detecting abnormality of temperature sensor in machine tool |
US7766541B2 (en) | 2006-12-18 | 2010-08-03 | Okuma Corporation | Method for detecting abnormality of temperature sensor in machine tool |
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JPH0430941A (ja) | 1992-02-03 |
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