JPH0761598B2 - 工作機械の温度補償装置 - Google Patents
工作機械の温度補償装置Info
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- JPH0761598B2 JPH0761598B2 JP1116686A JP11668689A JPH0761598B2 JP H0761598 B2 JPH0761598 B2 JP H0761598B2 JP 1116686 A JP1116686 A JP 1116686A JP 11668689 A JP11668689 A JP 11668689A JP H0761598 B2 JPH0761598 B2 JP H0761598B2
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- Japan
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- temperature
- axis
- machine
- relative position
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、工作機械における加工精度の温度による変動
を補償するための装置に関するものである。
を補償するための装置に関するものである。
従来の技術 工作機械において、加工精度は基本的に重要であり、運
転中において低下又は変動を生じてはならないものであ
る。しかしながら、例えば平面研削盤や放電加工機等は
毎日の始業時から終業までの間で、特定の座標において
変動的な誤差を生じることが知られている。
転中において低下又は変動を生じてはならないものであ
る。しかしながら、例えば平面研削盤や放電加工機等は
毎日の始業時から終業までの間で、特定の座標において
変動的な誤差を生じることが知られている。
発明が解決しようとする課題 例えば、第３図及び第４図に示す平面研削盤は、ベッド
（１）後部から立設されたコラム（２）において砥石駆
動部（３）を昇降自在に支持し、この砥石駆動部（３）
の前端よりＺ軸方向に突出した主軸シャフト（４）の先
端に砥石（５）を支持し、この砥石（５）によってワー
ク台（６）上の加工物（７）を研削するようになってい
る。ワーク台（６）はＸ軸テーブル（８）上に固着さ
れ、このＸ軸テーブル（８）はベッド（１）上面に可動
的に支持されたＺ軸テーブル（９）上において可動的に
支持されたものである。このＺ軸テーブル（９）と、ベ
ッド（１）の同一側面にはＺ軸方向における両者の相対
的に位置関係を検出するためのリニアスケール（10）が
装備されている。
（１）後部から立設されたコラム（２）において砥石駆
動部（３）を昇降自在に支持し、この砥石駆動部（３）
の前端よりＺ軸方向に突出した主軸シャフト（４）の先
端に砥石（５）を支持し、この砥石（５）によってワー
ク台（６）上の加工物（７）を研削するようになってい
る。ワーク台（６）はＸ軸テーブル（８）上に固着さ
れ、このＸ軸テーブル（８）はベッド（１）上面に可動
的に支持されたＺ軸テーブル（９）上において可動的に
支持されたものである。このＺ軸テーブル（９）と、ベ
ッド（１）の同一側面にはＺ軸方向における両者の相対
的に位置関係を検出するためのリニアスケール（10）が
装備されている。
このような平面研削盤においては、後述のごとく各部の
温度上昇が原因で砥石（５）と加工物（７）との間のＺ
軸方向の寸法関係が第５図に示すように、加工開始から
２、３時間経過以後において顕著に狂い出し、それはマ
イナス（加工物が相対的に機械正面に突出する方向）の
誤差となり、徐々に増大する。この誤差は金型等の加工
において通常許容される５μｍの範囲を上回り、加工開
始後６時間程度で−20μｍ程度にも達するのが普通であ
る。発明者は、このような誤差が主として砥石駆動部
（３）内の主軸シャフト（４）とＺ軸テーブル（９）の
熱膨張度の差であり、始業後２〜３時間以降において
は、Ｚ軸テーブル（９）に装備したＸ軸駆動用油圧シン
リダ（8a）が機械の局部的な温度上昇の熱源となること
を見出した。そこで、油圧シリンダ（8a）の油温を冷却
してみたが、その結果は機械が周囲温度の影響を強く受
けて、やはり５μｍ以上の（４℃の変化で約15μｍ）誤
差を生じるものであった。しかしながら、周囲温度の厳
密な制御を行う試みは、コスト及び精度の両面において
現実的でない。そこで、機械運転後の誤差の増大の飽和
点において必要な作業を行うことにしているが、このた
めのウォームアップには30時間以上を要し、きわめて不
経済である。
温度上昇が原因で砥石（５）と加工物（７）との間のＺ
軸方向の寸法関係が第５図に示すように、加工開始から
２、３時間経過以後において顕著に狂い出し、それはマ
イナス（加工物が相対的に機械正面に突出する方向）の
誤差となり、徐々に増大する。この誤差は金型等の加工
において通常許容される５μｍの範囲を上回り、加工開
始後６時間程度で−20μｍ程度にも達するのが普通であ
る。発明者は、このような誤差が主として砥石駆動部
（３）内の主軸シャフト（４）とＺ軸テーブル（９）の
熱膨張度の差であり、始業後２〜３時間以降において
は、Ｚ軸テーブル（９）に装備したＸ軸駆動用油圧シン
リダ（8a）が機械の局部的な温度上昇の熱源となること
を見出した。そこで、油圧シリンダ（8a）の油温を冷却
してみたが、その結果は機械が周囲温度の影響を強く受
けて、やはり５μｍ以上の（４℃の変化で約15μｍ）誤
差を生じるものであった。しかしながら、周囲温度の厳
密な制御を行う試みは、コスト及び精度の両面において
現実的でない。そこで、機械運転後の誤差の増大の飽和
点において必要な作業を行うことにしているが、このた
めのウォームアップには30時間以上を要し、きわめて不
経済である。
次に、第６図及び第７図に示す放電加工機においては、
その１日の運転中に、ワーク台（11）上の加工物（7a）
とその上方に位置する電極（12）との相対的な位置関係
が変化することが知られている。なお、（13）は一般に
クイルと呼ばれ、電極（12）を昇降可能に支持したＺ軸
駆動部、（14）は前端でクイル（13）を支持し、それ自
体がＹ軸移動可能な保持部、（15）は保持部（14）を支
持した中継台、（16）は中継台（15）をＸ軸移動可能に
支持したコラム本体、（17）は機械ベッドである。すな
わち、Ｚ軸駆動部（13）の下端面から突出したＺ軸シャ
フト（13a）は第８図に示すように、例えば午前８時の
始業から15時頃まで少しづつ突出して電極（12）のレベ
ルを低下させ、最大−20数μｍ程度の誤差となる。それ
以後機械を運転し続けた場合、このマイナスの誤差は上
昇に転じてゼロに近づいていく。そこで、これを修正し
ないままコンピュータ制御でパルスモータを駆動し、加
工した場合、深く加工しすぎるという不都合を生ずるた
め、現状では、熟練者が始業後の誤差曲線を予測して適
当にプログラムの修正を行っているが、面倒であり、し
かも、確実な補正にはならない。
その１日の運転中に、ワーク台（11）上の加工物（7a）
とその上方に位置する電極（12）との相対的な位置関係
が変化することが知られている。なお、（13）は一般に
クイルと呼ばれ、電極（12）を昇降可能に支持したＺ軸
駆動部、（14）は前端でクイル（13）を支持し、それ自
体がＹ軸移動可能な保持部、（15）は保持部（14）を支
持した中継台、（16）は中継台（15）をＸ軸移動可能に
支持したコラム本体、（17）は機械ベッドである。すな
わち、Ｚ軸駆動部（13）の下端面から突出したＺ軸シャ
フト（13a）は第８図に示すように、例えば午前８時の
始業から15時頃まで少しづつ突出して電極（12）のレベ
ルを低下させ、最大−20数μｍ程度の誤差となる。それ
以後機械を運転し続けた場合、このマイナスの誤差は上
昇に転じてゼロに近づいていく。そこで、これを修正し
ないままコンピュータ制御でパルスモータを駆動し、加
工した場合、深く加工しすぎるという不都合を生ずるた
め、現状では、熟練者が始業後の誤差曲線を予測して適
当にプログラムの修正を行っているが、面倒であり、し
かも、確実な補正にはならない。
本発明の目的は、上記のような工作機械における寸法誤
差の発生及び変動を正確に、かつ自動的に補償するため
の装置を提供することである。
差の発生及び変動を正確に、かつ自動的に補償するため
の装置を提供することである。
課題を解決するための手段 上記の目的を達するため、本発明は、例えば平面研削盤
等、相対位置検出機構としてのリニアスケールを使用し
た機械においては、 ａ） 機械ベッドの上面又は近接部の温度、及び工具駆
動部のケース関連温度のいずれかを測定するための少な
くとも１個の温度センサと、 ｂ） 機械運転開始後の時間経過ｔにおいて測定された
前記いずれかの温度をＴとして、 Cz＝Ｆ（T,t） より得られるＺ軸寸法補償値Czを演算するための補償値
演算部と、 ｃ） 前記補償値Czを、リニアスケールの検出値Ｄに加
えて補正値Ｄ′＝Ｄ＋Cz得るための加算部とを装備した
ことにより、 補正値Ｄ′を前記リニアスケール表示器のための駆動回
路入力として用いるようにしたことを特徴とするリニア
スケール温度補償装置を構成したものである。
等、相対位置検出機構としてのリニアスケールを使用し
た機械においては、 ａ） 機械ベッドの上面又は近接部の温度、及び工具駆
動部のケース関連温度のいずれかを測定するための少な
くとも１個の温度センサと、 ｂ） 機械運転開始後の時間経過ｔにおいて測定された
前記いずれかの温度をＴとして、 Cz＝Ｆ（T,t） より得られるＺ軸寸法補償値Czを演算するための補償値
演算部と、 ｃ） 前記補償値Czを、リニアスケールの検出値Ｄに加
えて補正値Ｄ′＝Ｄ＋Cz得るための加算部とを装備した
ことにより、 補正値Ｄ′を前記リニアスケール表示器のための駆動回
路入力として用いるようにしたことを特徴とするリニア
スケール温度補償装置を構成したものである。
次に、本発明の応用例は、前記と同様に相対位置検出機
構としてリニアスケールを使用した機械において、 ａ） 機械ベッドの上面又は近接部の温度Ａと、工具駆
動部のケース関連温度Ｂとをそれぞれ測定するための少
くとも２個の温度センサと、 ｂ） 一定の係数Kzを設定して前記測定された温度につ
き Cz＝Kz（Ａ−Ｂ） より得られるＺ軸寸法補償値Czを演算するための補償値
演算部と、 ｃ） 前記補償値Czを、リニアスケールの検出値Ｄに加
えて補正値Ｄ′＝Ｄ＋Czを得るための加算部とを装備し
たことにより、 補正値Ｄ′を前記リニアスケール表示器のための駆動回
路入力として用いるようにしたことを特徴とするリニア
スケール温度補償装置を構成したものである。
構としてリニアスケールを使用した機械において、 ａ） 機械ベッドの上面又は近接部の温度Ａと、工具駆
動部のケース関連温度Ｂとをそれぞれ測定するための少
くとも２個の温度センサと、 ｂ） 一定の係数Kzを設定して前記測定された温度につ
き Cz＝Kz（Ａ−Ｂ） より得られるＺ軸寸法補償値Czを演算するための補償値
演算部と、 ｃ） 前記補償値Czを、リニアスケールの検出値Ｄに加
えて補正値Ｄ′＝Ｄ＋Czを得るための加算部とを装備し
たことにより、 補正値Ｄ′を前記リニアスケール表示器のための駆動回
路入力として用いるようにしたことを特徴とするリニア
スケール温度補償装置を構成したものである。
次に、本発明の応用例は、例えば放電加工機等のパルス
モータ駆動工具を有する工作機械においては、 ａ） クイル又は工具保持部に近接した機械ケーシング
内空間の温度、もしくは前記温度とほぼ同一の値となる
機械部分の温度Ｔを測定するための少くとも１個の温度
センサと、 ｂ） 一定の係数Kd及びゼロを含む定数αを設定して、
前記測定された温度Ｔにつき、Cz＝Kd・Ｔ＋αなるＺ軸
補償値Czを演算するための補償値演算部と、 ｄ） 前記補償値Czを、ワーク加工時における所望のＺ
軸座標指令Ｚに加算して補正値 Ｚ′＝Ｚ＋Czを得るための加算部とを装備したことによ
り、 補正値Ｚ′を前記工具駆動用パルスモータの駆動回路入
力として用いるようにしたことを特徴とする工具駆動軸
の温度補償装置を構成したものである。
モータ駆動工具を有する工作機械においては、 ａ） クイル又は工具保持部に近接した機械ケーシング
内空間の温度、もしくは前記温度とほぼ同一の値となる
機械部分の温度Ｔを測定するための少くとも１個の温度
センサと、 ｂ） 一定の係数Kd及びゼロを含む定数αを設定して、
前記測定された温度Ｔにつき、Cz＝Kd・Ｔ＋αなるＺ軸
補償値Czを演算するための補償値演算部と、 ｄ） 前記補償値Czを、ワーク加工時における所望のＺ
軸座標指令Ｚに加算して補正値 Ｚ′＝Ｚ＋Czを得るための加算部とを装備したことによ
り、 補正値Ｚ′を前記工具駆動用パルスモータの駆動回路入
力として用いるようにしたことを特徴とする工具駆動軸
の温度補償装置を構成したものである。
作用 上記の構成によれば、平面研削盤等のリニアスケール使
用機械に適用されるリニアスケール温度補償装置におけ
る前記温度Ａは、Ｚ軸テーブル（９）に装備された油圧
シリンダ（8a）の油温を直接伝達されて熱膨張、従って
ワーク台のＺ軸方向の突出を生じるＺ軸テーブル（９）
の温度上昇に追随し、温度Ｂは砥石（５）のＺ軸方向の
突出を与えるシャフト（４）の温度上昇をほぼ表わすも
のであるため、結局、これらの部分の温度上昇の差異に
基づいて砥石（５）の（Ｚ軸テーブル（９）に関する）
相対的な突出量、すなわちCzは、温度差Ａ−Ｂに比例す
ることとなる。そして、上記の温度Ａ及びＢの一方を時
間の関数として把握すれば、他方をＴとしてCz＝Ｆ（T,
t）により総括することができる。
用機械に適用されるリニアスケール温度補償装置におけ
る前記温度Ａは、Ｚ軸テーブル（９）に装備された油圧
シリンダ（8a）の油温を直接伝達されて熱膨張、従って
ワーク台のＺ軸方向の突出を生じるＺ軸テーブル（９）
の温度上昇に追随し、温度Ｂは砥石（５）のＺ軸方向の
突出を与えるシャフト（４）の温度上昇をほぼ表わすも
のであるため、結局、これらの部分の温度上昇の差異に
基づいて砥石（５）の（Ｚ軸テーブル（９）に関する）
相対的な突出量、すなわちCzは、温度差Ａ−Ｂに比例す
ることとなる。そして、上記の温度Ａ及びＢの一方を時
間の関数として把握すれば、他方をＴとしてCz＝Ｆ（T,
t）により総括することができる。
また、放電加工機等のパルスモータ駆動工具を有する工
作機械に適用された温度補償装置において、前記電極
（12）のＺ軸座標の変動は結局工具保持部の周囲温度、
すなわち電極を保持するシャフト（13a）に近接したケ
ーシング内空間の温度Ｔの変動に対応するため、これに
一定の係数Kdを掛け、かつ定数αを加えることによりＺ
軸補償値Czを容易に算出することが可能となる。
作機械に適用された温度補償装置において、前記電極
（12）のＺ軸座標の変動は結局工具保持部の周囲温度、
すなわち電極を保持するシャフト（13a）に近接したケ
ーシング内空間の温度Ｔの変動に対応するため、これに
一定の係数Kdを掛け、かつ定数αを加えることによりＺ
軸補償値Czを容易に算出することが可能となる。
実施例 第１図は平面研削盤のリニアスケール温度補償装置のブ
ロック構成を示すものであり、温度センサ（20）は前記
ベッド（１）の上面又はその近接部の温度Ａ及び前記砥
石駆動部（３）のケース関連温度Ｂをそれぞれ測定する
ための少くとも２個のセンサ素子を含み、これらの温度
検出信号は演算部（21）における補償値演算装置（22）
に供給される。ここにおいて、前述した補償値Cz＝K
z（Ａ−Ｂ）が演算され、その演算出力Czは演算部（2
1）内の加算器（23）に供給されるようになっている。
加算器（23）はこの補償値Czをリニアスケール（10）の
検出信号Ｄに加えるものであり、この加算出力が補正値
Ｄ′としてリニアスケール用表示駆動部（24）に供給さ
れる。表示駆動部（24）のデジタル信号出力は、平面研
削盤の外部面の適所に設けられたスケール表示部（25）
に供給され、これにより補正値Ｄ′、すなわち温度変化
による寸法誤差を補正した、より正確なＺ軸座標が表示
されるものである。
ロック構成を示すものであり、温度センサ（20）は前記
ベッド（１）の上面又はその近接部の温度Ａ及び前記砥
石駆動部（３）のケース関連温度Ｂをそれぞれ測定する
ための少くとも２個のセンサ素子を含み、これらの温度
検出信号は演算部（21）における補償値演算装置（22）
に供給される。ここにおいて、前述した補償値Cz＝K
z（Ａ−Ｂ）が演算され、その演算出力Czは演算部（2
1）内の加算器（23）に供給されるようになっている。
加算器（23）はこの補償値Czをリニアスケール（10）の
検出信号Ｄに加えるものであり、この加算出力が補正値
Ｄ′としてリニアスケール用表示駆動部（24）に供給さ
れる。表示駆動部（24）のデジタル信号出力は、平面研
削盤の外部面の適所に設けられたスケール表示部（25）
に供給され、これにより補正値Ｄ′、すなわち温度変化
による寸法誤差を補正した、より正確なＺ軸座標が表示
されるものである。
装置温度Ａ及びＢの実測値の一例は第９図に示す通りで
ある。まず、ベッド上面付近の温度Ａにおける運転開始
後の温度上昇は、前述した通りＸ軸テーブル駆動用の油
圧シリンダ（8a）内の油温の上昇が伝達されたことに伴
うものであり、この油温上昇は熱放散度の高いＸ軸テー
ブル（８）よりもむしろその下側に位置するＺ軸テーブ
ル（９）に伝達される過程で、この部分により強く作用
し、そのテーブル（９）の熱膨張を生じてＺ軸座標の変
位をもたらすものである。このＺ軸変位は種々実験した
結果、Ｚ軸テーブル（９）を接触支持するベッド（１）
上面の温度上昇に比例したものとしてより正確に把握し
得ることが確認された。すなわち、第９図のグラフＡで
示す通り、温度Ａは機械の運転開始時の約20℃から運転
経過時間に伴って上昇し、その上昇勾配は運転開始後
（もし継続するなら）数10時間程度で飽和するまで少し
づつ低下していく。次に、砥石駆動部（３）のケース関
連温度Ｂは、Ｚ軸に沿った主軸シャフト（４）の温度上
昇を間接的に表わすものであり、結局、主軸シャフト
（４）の熱膨張による砥石の正面方向への突出量と、Ｚ
軸テーブルの熱膨張によるワーク台（６）の正面方向へ
のＺ軸変位との差である加工物（７）の相対的なＺ軸位
置誤差は、温度ＡとＢの差に比例するものとして現れる
はずである。この観点から第９図のグラフを参照する
と、温度Ｂは運転開始直後の20℃より２時間半程度経過
するまでグラフＡをわずかに上回る程度の勾配で上昇し
た後、これ以後はほぼ飽和してきわめて緩やかにしか上
昇しない。この最初の比較的高い温度上昇は、主軸ベア
リングの発熱による主軸シャフト（４）の熱膨張の進行
を示すものであり、これ以後のきわめて緩やかな上昇
は、主軸ベアリングの発熱量が飽和した後、前述したＸ
軸駆動用油圧シリンダ（8a）の温度上昇がＺ軸テーブル
（９）、ベッド（１）及びコラム（２）を介して主軸
（４）に伝達されることを示している。ここで、第９図
のグラフＡ、Ｂ（℃）に第５図に示した加工物のＺ軸方
向の実測誤差量を重ねてみると、図の通り温度Ａ及びＢ
の差として両グラフ間に斜線で示した温度差の変化は、
加工物の実測誤差量と完全に対応していることがわか
る。すなわち、温度差（Ａ−Ｂ）に一定の係数Kgを掛け
ると、寸法補償値Cz（μｍ）が得られることは容易に理
解されるであろう。したがって、この補償値Czはリニア
スケール（10）から実際に読み出されたＺ軸寸法Ｄの補
償値としてこれに加えられ、その加算値Ｄ′が補正され
たＺ軸変位としてスケール表示駆動部（24）に供給され
るものである。
ある。まず、ベッド上面付近の温度Ａにおける運転開始
後の温度上昇は、前述した通りＸ軸テーブル駆動用の油
圧シリンダ（8a）内の油温の上昇が伝達されたことに伴
うものであり、この油温上昇は熱放散度の高いＸ軸テー
ブル（８）よりもむしろその下側に位置するＺ軸テーブ
ル（９）に伝達される過程で、この部分により強く作用
し、そのテーブル（９）の熱膨張を生じてＺ軸座標の変
位をもたらすものである。このＺ軸変位は種々実験した
結果、Ｚ軸テーブル（９）を接触支持するベッド（１）
上面の温度上昇に比例したものとしてより正確に把握し
得ることが確認された。すなわち、第９図のグラフＡで
示す通り、温度Ａは機械の運転開始時の約20℃から運転
経過時間に伴って上昇し、その上昇勾配は運転開始後
（もし継続するなら）数10時間程度で飽和するまで少し
づつ低下していく。次に、砥石駆動部（３）のケース関
連温度Ｂは、Ｚ軸に沿った主軸シャフト（４）の温度上
昇を間接的に表わすものであり、結局、主軸シャフト
（４）の熱膨張による砥石の正面方向への突出量と、Ｚ
軸テーブルの熱膨張によるワーク台（６）の正面方向へ
のＺ軸変位との差である加工物（７）の相対的なＺ軸位
置誤差は、温度ＡとＢの差に比例するものとして現れる
はずである。この観点から第９図のグラフを参照する
と、温度Ｂは運転開始直後の20℃より２時間半程度経過
するまでグラフＡをわずかに上回る程度の勾配で上昇し
た後、これ以後はほぼ飽和してきわめて緩やかにしか上
昇しない。この最初の比較的高い温度上昇は、主軸ベア
リングの発熱による主軸シャフト（４）の熱膨張の進行
を示すものであり、これ以後のきわめて緩やかな上昇
は、主軸ベアリングの発熱量が飽和した後、前述したＸ
軸駆動用油圧シリンダ（8a）の温度上昇がＺ軸テーブル
（９）、ベッド（１）及びコラム（２）を介して主軸
（４）に伝達されることを示している。ここで、第９図
のグラフＡ、Ｂ（℃）に第５図に示した加工物のＺ軸方
向の実測誤差量を重ねてみると、図の通り温度Ａ及びＢ
の差として両グラフ間に斜線で示した温度差の変化は、
加工物の実測誤差量と完全に対応していることがわか
る。すなわち、温度差（Ａ−Ｂ）に一定の係数Kgを掛け
ると、寸法補償値Cz（μｍ）が得られることは容易に理
解されるであろう。したがって、この補償値Czはリニア
スケール（10）から実際に読み出されたＺ軸寸法Ｄの補
償値としてこれに加えられ、その加算値Ｄ′が補正され
たＺ軸変位としてスケール表示駆動部（24）に供給され
るものである。
さて、上記Ｚ軸寸法の補償値Cz＝Kz（Ａ−Ｂ）を再検討
してみると、第２項の変数Ｂ（砥石駆動部（３）の温
度）は機械の運転開始２〜３時間以後は、ほぼ飽和状態
として時間ｔの進行に従いごくわずかずつ直線的に上昇
する。その間の温度Ｂは定数ｂ、及びｃを用いてＢ＝ｂ
・ｔ＋ｃと表わすこともできる。そして、これを総括し
てＢ＝f1（ｔ）とおけば、前記Cz式は Cz＝Kz・Ａ＋f1（ｔ） として近似しうる。
してみると、第２項の変数Ｂ（砥石駆動部（３）の温
度）は機械の運転開始２〜３時間以後は、ほぼ飽和状態
として時間ｔの進行に従いごくわずかずつ直線的に上昇
する。その間の温度Ｂは定数ｂ、及びｃを用いてＢ＝ｂ
・ｔ＋ｃと表わすこともできる。そして、これを総括し
てＢ＝f1（ｔ）とおけば、前記Cz式は Cz＝Kz・Ａ＋f1（ｔ） として近似しうる。
また、別の近似的方法としては、運転開始２〜３時間の
時点における温度Ｂグラフの屈折に着目し、温度Ａは時
間ｔの関数（例えばＡ∝Ｋ√ｔとみなすことが可能であ
る）とし、Kz′＝−Kzとおいて、 Cz＝Kz′・Ｂ＋f2（ｔ） として近似しうる。
時点における温度Ｂグラフの屈折に着目し、温度Ａは時
間ｔの関数（例えばＡ∝Ｋ√ｔとみなすことが可能であ
る）とし、Kz′＝−Kzとおいて、 Cz＝Kz′・Ｂ＋f2（ｔ） として近似しうる。
したがって、温度Ａ又はＢは“T"（℃）で総括し、一般
的で表現すれば、 Cz＝Ｆ（T,t） となる。
的で表現すれば、 Cz＝Ｆ（T,t） となる。
次に、第２図は放電加工機のＺ軸補償装置の構成例をブ
ロック線図において示したものである。温度センサ（3
0）はこの場合、第６及び７図に示した放電加工機のコ
ラム上部又は中継台（15）の前面温度を測定する少くと
も１個のセンサ素子を含むものであり、演算部（31）に
おける補償値演算装置（32）は、温度センサ（30）によ
って検出された温度ＴについてCz＝Kd・Ｔ＋αなる演算
を行って、Ｚ軸補償値Czを演算するものであり、その演
算出力は加算器（33）に供給される。加算器（33）は補
償値Czを、電極（12）のＺ軸位置を指令するＺ軸指示値
Ｚに加算するものである。（40）はその値Ｚを発生する
ためのＺ軸制御入力装置である。加算器（33）からの加
算出力Ｚ′はＺ軸パルスモータ用駆動回路（34）に供給
され、Ｚ軸パルスモータ（35）は温度変化に対する補正
を加味したＺ軸駆動信号により駆動され、この結果、電
極（12）を支持した主軸はＺ軸指令入力により、正確に
対応した位置へ駆動されることになる。
ロック線図において示したものである。温度センサ（3
0）はこの場合、第６及び７図に示した放電加工機のコ
ラム上部又は中継台（15）の前面温度を測定する少くと
も１個のセンサ素子を含むものであり、演算部（31）に
おける補償値演算装置（32）は、温度センサ（30）によ
って検出された温度ＴについてCz＝Kd・Ｔ＋αなる演算
を行って、Ｚ軸補償値Czを演算するものであり、その演
算出力は加算器（33）に供給される。加算器（33）は補
償値Czを、電極（12）のＺ軸位置を指令するＺ軸指示値
Ｚに加算するものである。（40）はその値Ｚを発生する
ためのＺ軸制御入力装置である。加算器（33）からの加
算出力Ｚ′はＺ軸パルスモータ用駆動回路（34）に供給
され、Ｚ軸パルスモータ（35）は温度変化に対する補正
を加味したＺ軸駆動信号により駆動され、この結果、電
極（12）を支持した主軸はＺ軸指令入力により、正確に
対応した位置へ駆動されることになる。
放電加工機の中継台（15）前面の温度が補償演算に用い
られる理由は、次の通りである。すなわち、放電加工機
において、第８図に示すごとく工場の始業（例えば、８
時）後において14時頃を負のピークとするＺ軸座標変化
が生ずる理由は、その変化曲線の形態からして工具保持
部の周囲温度の変化に対応するものと考えられる。すな
わち、工場の機械設置環境においては、冷暖房による温
度制御が実施されているものとして、発熱（エネルギー
ロス）部を含む機械周辺の温度は14時頃を正のピークと
する第８図のＺ軸座標変化を裏返したようになり、結局
主軸シャフトはこの温度変化に従った熱膨張による寸法
変化を生ずると考えられるからである。しかしながら、
その周囲温度とは工具保持部の外側に近接した空間部で
あり、これを機械部分の温度から検出するときはどの部
分の温度を検出すればよいか、種々に検討した。その検
討結果を示すものが第10図のグラフであり、互いに交叉
し、かつ束状となった７本のグラフａ、ｂ、ｃ、…ｇは
それぞれ（ａ）工具保持部としてのＺ軸駆動部の周囲温
度、（ｂ）中継台前面、（ｃ）コラム前面、（ｄ）中継
台後面、（ｅ）コラム後面、（ｆ）クイル外部、（ｇ）
加工物浸漬槽内の液温である。これらの曲線の上方に描
いたＺ軸変化曲線の形状と対比して明らかな通り、周囲
温度ａ及び中継台（15）前面の温度ｂの変化はＺ軸変化
にほぼ対応し、結局これらの温度ａ又はｂ等を総括して
表わす温度Ｔ（℃）に所定の係数Kdを掛け、かつ定数α
を加えることにより、Ｚ軸補償値Cz（μｍ）を得ること
ができる。このように周囲温度の変動がそのままＺ軸の
変化として現れるのは主軸シャフト（13a）の熱膨張を
与える実質的な熱源がその周囲温度しか存在しないこと
を意味している。すなわち、Ｚ軸駆動モータはパルスモ
ータであり、それほどの温度上昇をせず、また、機械の
熱容量も大きいこと等によるものである。
られる理由は、次の通りである。すなわち、放電加工機
において、第８図に示すごとく工場の始業（例えば、８
時）後において14時頃を負のピークとするＺ軸座標変化
が生ずる理由は、その変化曲線の形態からして工具保持
部の周囲温度の変化に対応するものと考えられる。すな
わち、工場の機械設置環境においては、冷暖房による温
度制御が実施されているものとして、発熱（エネルギー
ロス）部を含む機械周辺の温度は14時頃を正のピークと
する第８図のＺ軸座標変化を裏返したようになり、結局
主軸シャフトはこの温度変化に従った熱膨張による寸法
変化を生ずると考えられるからである。しかしながら、
その周囲温度とは工具保持部の外側に近接した空間部で
あり、これを機械部分の温度から検出するときはどの部
分の温度を検出すればよいか、種々に検討した。その検
討結果を示すものが第10図のグラフであり、互いに交叉
し、かつ束状となった７本のグラフａ、ｂ、ｃ、…ｇは
それぞれ（ａ）工具保持部としてのＺ軸駆動部の周囲温
度、（ｂ）中継台前面、（ｃ）コラム前面、（ｄ）中継
台後面、（ｅ）コラム後面、（ｆ）クイル外部、（ｇ）
加工物浸漬槽内の液温である。これらの曲線の上方に描
いたＺ軸変化曲線の形状と対比して明らかな通り、周囲
温度ａ及び中継台（15）前面の温度ｂの変化はＺ軸変化
にほぼ対応し、結局これらの温度ａ又はｂ等を総括して
表わす温度Ｔ（℃）に所定の係数Kdを掛け、かつ定数α
を加えることにより、Ｚ軸補償値Cz（μｍ）を得ること
ができる。このように周囲温度の変動がそのままＺ軸の
変化として現れるのは主軸シャフト（13a）の熱膨張を
与える実質的な熱源がその周囲温度しか存在しないこと
を意味している。すなわち、Ｚ軸駆動モータはパルスモ
ータであり、それほどの温度上昇をせず、また、機械の
熱容量も大きいこと等によるものである。
発明の効果 以上の通り本発明によれば、従来の如く平面研削盤にお
いて油圧シリンダの油温を冷却し、かつ周囲温度±２℃
の範囲に維持する等、設備費及び維持費がきわめて高価
につく手段を採用したり、作業前日より機械のウォーム
アップを始めるような不経済な方法をとることなく、自
動的にＺ軸座標の温度補償を行うことができる。これに
より補正した場合の加工物の実測誤差量は第11図に示す
通り、金型等の加工物において要求される寸法精度５μ
ｍの範囲を十分に満たしているものである。
いて油圧シリンダの油温を冷却し、かつ周囲温度±２℃
の範囲に維持する等、設備費及び維持費がきわめて高価
につく手段を採用したり、作業前日より機械のウォーム
アップを始めるような不経済な方法をとることなく、自
動的にＺ軸座標の温度補償を行うことができる。これに
より補正した場合の加工物の実測誤差量は第11図に示す
通り、金型等の加工物において要求される寸法精度５μ
ｍの範囲を十分に満たしているものである。
また、放電加工機においては、従来の如く運転途中で１
時間毎にプログラムの修正を行うこと、すなわちプログ
ラムされた指示値を変更することなく、第12図に示した
ような５μｍ以内の実測値となるような加工精度を達成
することができる。
時間毎にプログラムの修正を行うこと、すなわちプログ
ラムされた指示値を変更することなく、第12図に示した
ような５μｍ以内の実測値となるような加工精度を達成
することができる。
第１図は本発明に従って構成された平面研削盤のリニア
スケール温度補償装置の構成例を示すブロック線図、 第２図は本発明に従って構成された放電加工機のＺ軸温
度補償装置構成例を示すブロック線図、 第３図は典型的な平面研削盤の正面図、 第４図はその側面図、 第５図は第３図及び第４図に示した平面研削盤のＺ軸寸
法の実測誤差量の発生及び変動を示すグラフ、 第６図は典型的な放電加工機を示す正面図、 第７図はその側面図、 第８図は第６図及び第７図に示した放電加工機における
工場始業後のＺ軸寸法誤差の発生及び変動を示すグラ
フ、 第９図は平面研削盤のベッド上面温度及び砥石駆動部の
温度変化を第５図のグラフと対比して示すグラフ、 第10図は放電加工機の機械各部及び周囲温度の変化をＺ
寸法誤差と対比して示すグラフ、 第11図及び第12図は本発明の温度補償装置において実現
された平面研削盤及び放電加工機の補正後実測値をそれ
ぞれ示すグラフである。 （１）……ベッド （２）……コラム （３）……砥石駆動部 （４）……主軸シャフト （５）……砥石 （６）……ワーク台 （７）……加工物 （８）……Ｘ軸テーブル （8a）……Ｘ軸駆動用油圧シリンダ （９）……Ｚ軸テーブル （10）……リニアスケール （11）……加工物取付台 （12）……電極 （13）……Ｚ軸駆動部（クイル） （13a）……主軸シャフト （14）……クイル保持部 （15）……中継台 （16）……コラム （17）……ベッド取付台
スケール温度補償装置の構成例を示すブロック線図、 第２図は本発明に従って構成された放電加工機のＺ軸温
度補償装置構成例を示すブロック線図、 第３図は典型的な平面研削盤の正面図、 第４図はその側面図、 第５図は第３図及び第４図に示した平面研削盤のＺ軸寸
法の実測誤差量の発生及び変動を示すグラフ、 第６図は典型的な放電加工機を示す正面図、 第７図はその側面図、 第８図は第６図及び第７図に示した放電加工機における
工場始業後のＺ軸寸法誤差の発生及び変動を示すグラ
フ、 第９図は平面研削盤のベッド上面温度及び砥石駆動部の
温度変化を第５図のグラフと対比して示すグラフ、 第10図は放電加工機の機械各部及び周囲温度の変化をＺ
寸法誤差と対比して示すグラフ、 第11図及び第12図は本発明の温度補償装置において実現
された平面研削盤及び放電加工機の補正後実測値をそれ
ぞれ示すグラフである。 （１）……ベッド （２）……コラム （３）……砥石駆動部 （４）……主軸シャフト （５）……砥石 （６）……ワーク台 （７）……加工物 （８）……Ｘ軸テーブル （8a）……Ｘ軸駆動用油圧シリンダ （９）……Ｚ軸テーブル （10）……リニアスケール （11）……加工物取付台 （12）……電極 （13）……Ｚ軸駆動部（クイル） （13a）……主軸シャフト （14）……クイル保持部 （15）……中継台 （16）……コラム （17）……ベッド取付台
Claims (1)
- 【請求項１】機械の本体を構成するベッドの上方におい
て、少くとも一つの座標軸上で移動できるように支持さ
れた少くとも１個の可動テーブルからなるワーク台支持
テーブル構造と、前記可動テーブルの直接支持面に対す
る前記座標軸に沿った変位量を検出するために両者に関
連して装備された相対位置検出機構と、前記ベッドより
立設されたコラムにおいて保持された工具駆動部とを備
え、前記相対位置検出機構により検出した座標変位量を
機械外面の適所に設けた表示器により表示するようにし
た工作機械において、 ａ）前記可動テーブルの直接支持面もしくは近接部の温
度、及び前記駆動部のケース関連温度のいずれかを測定
するための少くとも１個の温度センサと、 ｂ）機械運転開始後の時間経過ｔにおいて測定された前
記いずれかの温度をＴとして、 Cz＝Ｆ（T,t） より得られるＺ軸寸法補償値Czを演算するための補償値
演算部と、 ｃ）前記補償値Czを、前記相対位置検出機構の検出値Ｄ
に加えて補正値Ｄ′＝Ｄ＋Czを得るための加算部とを装
備したことにより、 補正値Ｄ′を前記相対位置検出機構の表示器のための駆
動回路入力として用いるようにしたことを特徴とする工
作機械における相対位置検出機構の温度補償装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1116686A JPH0761598B2 (ja) | 1989-05-09 | 1989-05-09 | 工作機械の温度補償装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1116686A JPH0761598B2 (ja) | 1989-05-09 | 1989-05-09 | 工作機械の温度補償装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02298456A JPH02298456A (ja) | 1990-12-10 |
| JPH0761598B2 true JPH0761598B2 (ja) | 1995-07-05 |
Family
ID=14693362
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1116686A Expired - Lifetime JPH0761598B2 (ja) | 1989-05-09 | 1989-05-09 | 工作機械の温度補償装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0761598B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5858184A (ja) * | 1981-10-03 | 1983-04-06 | Babcock Hitachi Kk | 造水装置 |
| JPS61192446A (ja) * | 1985-02-22 | 1986-08-27 | Niigata Eng Co Ltd | 数値制御工作機械の熱変位補正方法 |
-
1989
- 1989-05-09 JP JP1116686A patent/JPH0761598B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02298456A (ja) | 1990-12-10 |
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