JPH10143217A - 工作機械の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成でありながら工作機械に精度のよ
い加工を実行させることが可能な工作機械の制御装置を
提供すること。 【解決手段】 工作機械１０稼働開始後、熱変位量ｌが
飽和熱変位量Ｌに達するまでは演算処理によって熱変位
量を算出し（Ｓ１０５）、それによって主軸２８のＺ軸
位置を補正しているが、熱変位量ｌが飽和熱変位量Ｌに
達してからは演算処理によって熱変位量ｌを求めること
をせずに、飽和熱変位量Ｌによって主軸２８のＺ軸位置
を補正する（Ｓ１１２）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械の熱変位
を補正する機能を有する工作機械の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えばワークに切削や穴開け等を
施したり基板に部品を組み付けるための加工手段と、こ
の加工手段とワークや基板等の被加工物との相対位置を
変動させる駆動手段とを有する工作機械がある。一般
に、切削等の加工を行う工作機械では、例えばドリルや
タップ等の工具を保持するための保持機構、これに保持
された工具を回転駆動するための主軸駆動機構、工具の
Ｘ軸方向の送りのためのＸ軸送り機構、工具のＹ軸方向
の送りのためのＹ軸送り機構、工具のＺ軸方向の送りの
ためのＺ軸送り機構、これらの送り機構を制御するため
の制御装置等を備えている。

【０００３】一例をあげると、図７および図８に示され
る工作機械１０がある。図７に示すように、この工作機
械１０は、切削屑の飛散を防止するためのスプラッシュ
ガード１２の内側にワーク（図示しない）を載置するた
めのテーブル１４、例えばドリルやタップ等の工具交換
のためのＡＴＣマガジン１６、工作機械本体（以下単に
本体ともいう）２０等が配置されている。またスプラッ
シュガード１２には、操作パネル２２、ワークの入出や
メンテナンスのためのワーク交換口２４、主にメンテナ
ンス用の点検ハッチ２６等が設けられている。

【０００４】図８に示すように、本体２０は、ドリルや
タップ等の工具を保持するための主軸２８、主軸２８を
回転駆動するための主軸モータ３０、多数の鋼球を内蔵
して主軸側に固着されているナット部３２とナット部３
２に内挿されるボールネジ３４とからなるボールネジ機
構３６、ボールネジ３４を回転駆動するためのＺ軸モー
タ３８、ボールネジ３４と平行に配されているガイドレ
ール４０、ガイドレール４０と主軸側とを連結するスラ
イド４２等を備えている。

【０００５】この本体２０においては、ボールネジ機構
３６とＺ軸モータ３８とでＺ軸方向の送りのためのＺ軸
送り機構が構成され、Ｚ軸モータ３８によりボールネジ
３４を回転させることで主軸２８のＺ軸方向の移動が行
われる。また図７に示されるテーブル１４をＸ軸および
Ｙ軸方向に移動させることができ、主軸２８のＺ軸方向
の移動と併せて、ワークと工具のＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の相
対位置を変化させることができる。

【０００６】このような工作機械では、例えばボールネ
ジ機構の稼働に伴って摩擦熱が発生してボールネジが延
びることがある。また、他の機構においても発熱があ
る。そうした発熱によって工作機械に熱変位が発現す
る。この熱変位が例えばＺ軸方向に発現すると、ワーク
に施される溝の深さや段差の高さ等に誤差が生じる。公
差が熱変位量よりも十分に大きい場合にはこのような熱
変位による加工誤差はあまり問題とはならないが、そう
でない場合には熱変位に対する補正が必要となる。その
ための制御装置として、工作機械の熱変位を補正するた
めの補正量を算出する補正量算出手段と、予め定められ
ている加工プログラムに従って駆動手段を制御するに当
たってその補正量を考慮して駆動手段を制御する駆動制
御手段とを備える工作機械の制御装置が提案されている
（例えば特開昭６２−８８５４８号公報）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
工作機械の制御装置においては、工作機械の稼働中を通
して熱変位量を算出して補正する形態であったので、そ
の処理を実行するためのシステムを常時動かしておく必
要があった。つまり、制御装置の処理量がその分だけ大
きく制御装置の負担も大きかった。

【０００８】本発明は、このような問題を解決するため
のもので、従来よりも簡単な構成でありながら工作機械
に精度のよい加工を実行させることが可能な工作機械の
制御装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、請求項１記載の工作機械の制御装置は、
被加工物に加工を施すための加工手段と、該加工手段と
被加工物との相対位置を変動させる駆動手段とを有する
工作機械に装備される工作機械の制御装置であって、前
記工作機械の熱変位を補正するための補正量を算出する
補正量算出手段と、予め定められている加工プログラム
に従って前記駆動手段を制御するに当たって前記補正量
を考慮して前記駆動手段を制御する駆動制御手段とを備
える工作機械の制御装置において、前記工作機械の熱変
位の最大値としての飽和熱変位量を入力するための飽和
熱変位量入力手段を設けると共に、前記補正量算出手段
は、該飽和熱変位量を用いて前記補正量を演算し、該算
出した補正量が前記飽和熱変位量と等しくなれば前記工
作機械の稼働中は該演算を行わずに前記飽和熱変位量を
前記補正量とする構成としている。

【００１０】本発明における補正量算出手段および駆動
制御手段としての機能は、制御装置に内蔵されるマイク
ロコンピュータ、特にそのＣＰＵに果たさせることがで
きる。飽和熱変位量入力手段は、例えばテンキーパネル
のような数値を入力できるものであればよく、ロータリ
スイッチやディップスイッチのような構造でも構わな
い。

【００１１】飽和熱変位量入力手段によって入力される
飽和熱変位量は、例えば実験等によって計測された値や
過去の実績値あるいはそうした値に適宜の補正処理を施
した値等を使用すればよい。また、シミュレーション等
で求めてもよい。補正量算出手段は、飽和熱変位量入力
手段によって入力された飽和熱変位量を用いて補正量を
演算し、算出した補正量が飽和熱変位量と等しくなれば
工作機械の稼働中は演算を行わずに飽和熱変位量を補正
量とする。その演算は、例えば下記に示す数式（１）を
用いることができる。

【００１２】

【数１】Ａ＝Ｌ（１−ｅ^(-γ^t)）…（１） ただし、Ａ：補正量、Ｌ：飽和熱変位量、γ：工作機械
毎に設定される定数、ｔ：経過時間である。

【００１３】工作機械が稼働を続けることによって温度
が上昇すると、やがて発熱量と放熱量とが均衡する状態
になる。その状態となれば、工作機械の温度変化は実質
的になくなるから、熱変位量も変化しなくなる。そのと
きの熱変位量が最大値すなわち飽和熱変位量であり、以
後は工作機械の稼働中を通じて変わらないとみてよい。
よって、その時点（算出した補正量が飽和熱変位量と等
しくなった時点）で補正量の演算をやめて、飽和熱変位
量を補正量としても支障はない。

【００１４】したがって、補正量を算出するための演算
は補正量が増加している間だけ行えばよく、制御装置の
処理量すなわち負担は小さくなり、その構成も簡単にで
きる。また、飽和熱変位量を使用するときも含めて、補
正量は正確であるから工作機械に精度のよい加工を実行
させることができる。

【００１５】図６に示すグラフは、ある工作機械を３０
０分間稼働させて停止させた際の熱変位量の実測値（破
線）と数式（１）による計算値（実線）とを比較するも
のである。このグラフから明らかなように、数式（１）
による補正量の計算値は実測値との整合性に優れている
ことがわかる。

【００１６】なお、この計算値は、ｔ＝０〜３００
（分）の範囲では下記の数式（２）により、ｔ＝３００
〜６００（分）の範囲では数式（３）により求めた。

【００１７】

【数２】Ａ＝３４（１−ｅ^(-3.8t)）…（２）

【００１８】

【数３】Ａ＝３４（１−ｅ^{(-2.1(t-300))}）…（３） また、この図６のグラフでは熱変位量が負の値として示
されているが、これは熱変位の方向に対する正負の符号
の付け方によるものであって、工作機械が縮んでいるわ
けではない。

【００１９】ところで、本発明においては、補正量が飽
和熱変位量と等しくなるとは、数学的な意味で等しいこ
とを言うわけではなく、演算された補正量と飽和熱変位
量との差が、工作機械の仕様やワークに要求される公差
等を考慮して設定される誤差の範囲に収まることをい
う。また、工作機械の稼働中とはワークの加工、ワーク
の交換等を実行している状態を言い、例えば休憩時間等
で工作機械がスタンバイ状態にされているときなどは除
かれる。

【００２０】請求項２記載の工作機械の制御装置は、被
加工物に加工を施すための加工手段と、該加工手段と被
加工物との相対位置を変動させる駆動手段とを有する工
作機械に装備される工作機械の制御装置であって、前記
工作機械の熱変位を補正するための補正量を算出する補
正量算出手段と、予め定められている加工プログラムに
従って前記駆動手段を制御するに当たって前記補正量を
考慮して前記駆動手段を制御する駆動制御手段とを備え
る工作機械の制御装置において、前記工作機械を稼働さ
せたときに得られる稼働データに基づいて該工作機械の
熱変位の最大値としての飽和熱変位量を算出する飽和熱
変位量演算手段を設けると共に、前記補正量算出手段
は、該飽和熱変位量を用いて前記補正量を演算し、該算
出した補正量が前記飽和熱変位量と等しくなれば前記工
作機械の稼働中は該演算を行わずに前記飽和熱変位量を
前記補正量とする構成としている。

【００２１】この飽和熱変位量演算手段は、工作機械を
稼働させたときに得られる稼働データに基づいて工作機
械の熱変位の最大値としての飽和熱変位量を算出する。
この稼働データとしては、工作機械の電源投入時間、ワ
ーク１個の加工に相当するプログラム運転の回数（プロ
グラム運転回数）、１回のプログラム運転に要する時間
（プログラム運転時間）、ドリル、タップ等の加工回数
（累積または単位時間当たり回数）、１回のプログラム
運転におけるスピンドル運転時間、同じく軸運転時間、
軸運転スピード、１回のプログラム運転における工具交
換（オートツールチェンジ、ＡＴＣ）回数等である。な
お、これらはあくまでも例示であり、これらに限るもの
ではない。

【００２２】これらの稼働データの１つあるいは複数と
工作機械の飽和熱変位量との相関を実験的に求めて、こ
れを例えばマップやテーブルあるいは関数として制御装
置に記憶させておけば、飽和熱変位量演算手段は、例え
ば１回のプログラム運転で得られる稼働データに基づい
て、飽和熱変位量を算出できる。

【００２３】飽和熱変位量が求まれば、請求項１記載の
構成と同様に補正量を演算できる。そして請求項１記載
の構成と同様の効果を得ることができる。さらに、この
請求項２記載の構成とすれば飽和熱変位量の入力は不要
となるから、例えば飽和熱変位量を誤入力するような不
具合は発生しない。

【００２４】請求項３記載の工作機械の制御装置は、請
求項２記載の工作機械の制御装置において、前記駆動制
御手段は、前記加工プログラムを繰り返し実行すること
により前記駆動手段に同じ動作を反復させ、前記飽和熱
変位演算手段は、該駆動制御手段による前記加工プログ
ラムの１回の実行に伴う前記工作機械の稼働で得られる
稼働データに基づいて前記飽和熱変位量を算出すること
を特徴とする。

【００２５】つまり、前述のプログラム運転を１回行う
だけで飽和熱変位量を算出するから、飽和熱変位量の算
出のための処理を長時間にわたって行うことはなく、こ
の点でも制御装置の負担が軽減される。請求項４記載の
工作機械の制御装置は、請求項１ないし３のいずれか記
載の工作機械の制御装置において、前記補正量算出手段
は、調整入力手段によって入力された調整値または予め
設定されている手順で決められる調整値を、前記補正量
の演算値に加算または減算して前記補正量とすることを
特徴とする。

【００２６】補正量の演算は上述のようになされるので
あるが、例えば朝等の気温が比較的低いとき等では工作
機械の温度上昇が緩やかになり、演算された補正量と実
際の熱変位量との誤差が無視できない程度になることも
ある。そのような場合に、例えばオペレータが、調整入
力手段によって前述の誤差に相当する調整値を入力した
り、制御装置側で予め設定されている手順で決められる
調整値を求めて、この調整値を補正量の演算値に加算ま
たは減算して補正量とすれば、演算された補正量と実際
の熱変位量との誤差を解消して精密な加工を行うことが
できる。

【００２７】請求項５記載の工作機械の制御装置は、請
求項４記載の工作機械の制御装置において、前記調整値
は時刻に対応して定められていて、前記補正量算出手段
は時刻に基づいて前記調整値を選択して使用することを
特徴とする。この構成とすれば、例えば１日の時間帯
（朝、昼、夜等）に応じて、演算された補正量と実際の
熱変位量との誤差を自動的に解消することができる。

【００２８】請求項６記載の工作機械の制御装置は、請
求項４記載の工作機械の制御装置において、前記調整値
は前記工作機械の環境温度に対応して定められていて、
前記補正量算出手段は該環境温度に基づいて前記調整値
を選択して使用することを特徴とする。

【００２９】この構成とすれば、工作機械が設置されて
いる場所の気温すなわち環境温度に応じて、演算された
補正量と実際の熱変位量との誤差を自動的に解消するこ
とができる。以上の請求項１〜６記載の構成は、工作機
械の稼働中に関わるものであるが、例えば休憩時間等に
工作機械の稼働を一時停止してから再稼働させることも
ある。工作機械の稼働が停止されると温度が低下するか
ら熱変位量も減少する。しかし、完全に冷め切るまでは
熱変位量は０にならない。このため、例えば休憩時間等
に稼働を一時停止してから再稼働させたときには、工作
機械にはある程度の熱変位が残っている。したがって、
この熱変位を無視して補正量を決めるのは好ましくな
い。

【００３０】そこで、請求項７記載の工作機械の制御装
置は、請求項１ないし６のいずれか記載の工作機械の制
御装置において、前記補正量算出手段は、前記工作機械
の稼働が停止されると前記飽和熱変位量を用いて該工作
機械の熱変位量を演算し、該工作機械が再稼働したとき
の該熱変位量の演算値を前記補正量の初期値として前記
補正量を演算する構成としている。

【００３１】この構成とすると、工作機械の再稼働に当
たって、停止時に残っていた熱変位を考慮して補正量を
決めることができるから、工作機械の一時停止、再稼働
があっても適切な補正量を算出でき、精密な加工を可能
とする。なお、工作機械の停止時においても補正量算出
手段（例えばＣＰＵ）を機能させるには、バックアップ
電源（電池）を備えればよい。

【００３２】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例を図面を参
照して説明することにより、発明の実施の形態を具体的
に説明する。

【００３３】

【実施例】本実施例の工作機械のメカニカルな構成は従
来例として図７および図８に示したものと同じであるの
で、これらを使用して工作機械１０のメカニカルな構造
の説明は省略する。

【００３４】本発明の工作機械の制御装置に相当する、
工作機械１０の制御系の構成は図１に示すとおりであ
る。この図１に示すように、この制御系は、主軸２８の
回転を制御するための主軸制御系５０、主軸２８のＺ軸
位置を制御するためのＺ軸制御系６０、この制御系の中
枢となるマイコン部７０、操作パネル２２およびテーブ
ル１４のＸ軸位置を制御するためのＸ軸制御系（図示
略）やテーブル１４のＹ軸位置を制御するためのＹ軸制
御系（図示略）等から構成されている。

【００３５】主軸制御系５０は、主軸モータ３０、主軸
モータ３０に電力を供給するための主軸サーボアンプ５
２および主軸サーボアンプ５２の供給電力を制御するた
めの軸制御回路５４からなり、軸制御回路５４はマイコ
ン部７０のＣＰＵ７２からの指示に従って主軸サーボア
ンプ５２の動作を制御する構成である。Ｚ軸制御系６０
は、Ｚ軸モータ３８、Ｚ軸モータ３８に電力を供給する
ためのＺ軸サーボアンプ６２およびＺ軸サーボアンプ６
２の供給電力を制御するための軸制御回路６４からな
り、軸制御回路６４はマイコン部７０のＣＰＵ７２から
の指示に従ってＺ軸サーボアンプ６２の動作を制御する
構成である。また、図示を省略したＸ軸制御系およびＹ
軸制御系も、これら主軸制御系５０並びにＺ軸制御系６
０とほぼ同様の構成である。

【００３６】マイコン部７０は、制御プログラム等を格
納しているＲＯＭや入出力ポート等を内蔵するワンチッ
プ型のＣＰＵ７２、ＲＡＭ７４および時計７６等からな
り、周知のマイクロコンピュータとして構成されてい
る。このマイコン部７０（厳密にはＣＰＵ７２）は、制
御プログラムに従って主軸制御系５０、Ｚ軸制御系６０
等を制御して、ワークに所定の加工を施させるのであ
る。また、マイコン部７０は操作パネル２２に接続され
ており、マイコン部７０は、操作パネル２２からの入力
信号を取得したり、操作パネル２２に信号を送って操作
パネル２２の液晶ディスプレイの画像や文字の表示を制
御することやＬＥＤの点滅を制御すること等ができる。

【００３７】ＲＡＭ７４は、周知のようにＣＰＵ７２の
ワークエリアとなるが、本実施例では、このＲＡＭ７４
上に図２に示される構造のピッチ誤差補正テーブル８０
が設けられている。このピッチ誤差補正テーブル８０
は、例えばボールネジ機構３６の稼働誤差を補正するた
めのテーブルである。

【００３８】Ｚ軸移動を受け持つボールネジ機構３６
は、製造公差等によりボールネジ３４の回転量とナット
部３２の移動量（すなわち主軸２８のＺ軸方向移動量）
との誤差が避けられないので、それを補正する必要があ
る。そこで適当な数の補正ポイントを設定し（ボールネ
ジ３４の長さが５００ｍｍで２０ｍｍ毎に補正するとす
れば、補正ポイントは２５箇所となる。）、その補正ポ
イント毎にボールネジ３４の回転による移動量の計算値
と実測値との誤差を求め、その誤差に相当するボールネ
ジ３４の回転量（ピッチ）をピッチ誤差補正テーブルに
書き込んでおき、各補正ポイント毎にそのピッチ分だけ
ボールネジ３４を正あるいは逆回転させることによって
主軸２８のＺ軸位置を正確ならしめている。Ｘ軸および
Ｙ軸についても同様である。

【００３９】時計７６は、いわゆる電子時計であって、
年月日時刻を算出してそのデータをＣＰＵ７２に送るこ
とができる。なおＣＰＵ７２は、一定の周期例えば１／
１０００秒毎にカウント値をインクリメントするカウン
タを内蔵していて、そのカウンタを使用することによ
り、例えばある加工の開始から終了までの所要時間のよ
うな、経過時間を計測することもできる。

【００４０】さて、この工作機械１０を稼働させると、
そのＺ軸方向の熱変位量は例えば図３に示すようにな
る。縦軸は熱変位量（ｍｍ）、横軸は時間（分）を表
し、ｔ１は稼働開始後に初めて熱変位量が飽和熱変位量
となった時間、ｔ２およびｔ５は例えば休憩時間等で工
作機械１０を停止した時間、ｔ３およびｔ６は工作機械
１０を再稼働させた時間、ｔ４およびｔ７は、再稼働後
に飽和熱変位量に達した時間、ｔ８は例えばその日の作
業終了に伴って工作機械１０を停止させた時間を示して
いる。この図３から明らかなように、工作機械１０を稼
働させると、その熱変位量は徐々に増加してやがて飽和
熱変位量に達する。その後、工作機械１０の稼働中は熱
変位量は飽和熱変位量のままとなり、工作機械１０を停
止させると熱変位量は減少し、再稼働させると再び飽和
熱変位量になるまで増加する。

【００４１】この工作機械１０においては、こうした熱
変位を補正して加工手段としての工具とワークとの相対
位置を正確ならしめるための処理をＣＰＵ７２が行って
いる。以下その処理について図４を参照して説明する。
工作機械１０の電源が投入されると、ＣＰＵ７２は、例
えば所定の初期化処理等を実行してから、所定の加工プ
ログラムを開始する（ステップ１０１、以下ステップを
Ｓと略記する）。具体的には、ＣＰＵ７２は、主軸制御
系５０、Ｚ軸制御系６０、Ｘ軸制御系およびＹ軸制御系
を介して、工具とワークの相対位置、工具の回転数等を
制御して、ワークに加工プログラムに従った加工を施す
ことになる。

【００４２】次に、ＣＰＵ７２は、その加工プログラム
による加工（プログラム運転）が１回目か否かを判断し
（Ｓ１０２）、１回目であれば（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、
操作パネル２２から飽和熱変位量Ｌの値が入力されてい
るか否かを判断する（Ｓ１０３）。この飽和熱変位量Ｌ
が入力されていなければ（Ｓ０１３：ＮＯ）、ＣＰＵ７
２は加工プログラムに基づいて飽和熱変位量Ｌを算出す
る（Ｓ１０４）。飽和熱変位量Ｌの算出には、前述した
さまざまな手法を採用できるが（課題を解決するための
手段の欄を参照）、本実施例では次のようにして飽和熱
変位量Ｌを求めている。

【００４３】図５に示すのは、工作機械１０における主
軸２８のＺ軸方向の単位時間移動距離（ｍｍ／分）と飽
和熱変位量Ｌとの相関を表すグラフである。単位時間移
動距離は、１回のプログラム運転（普通はワーク１個の
加工に相当する）に要する時間（サイクルタイム）と、
１回のプログラム運転における主軸２８のＺ軸方向の総
移動距離とから求めることができる。例えばサイクルタ
イムが１６７秒、総移動距離が７７４６ｍｍとすれば、
単位時間移動距離は７７４６／１６７＝２７８３（ｍｍ
／分）である。これと図５のグラフとを対比すれば（そ
の直線の式、ｙ＝０．０１１２ｘに代入すれば）、その
プログラム運転を多数回繰り返したときのＺ軸方向の飽
和熱変位量Ｌ＝３１．２（μｍ）を得ることができる。

【００４４】この図５に示すグラフは工作機械毎に独特
であるが、単位時間移動距離に基づいて飽和熱変位量Ｌ
を求める構成であるから、加工プログラムが変更されて
も同じグラフを使用できる。つまり、１台の工作機械に
ついて１回だけデータを取ればよい。

【００４５】本実施例の工作機械１０においては、ＣＰ
Ｕ７２はこの図５に示される直線の式を記憶している。
図４に戻り、Ｓ１０４では、ＣＰＵ７２は、１回目の加
工プログラムの実行（１回目のプログラム運転）で得ら
れるサイクルタイムと主軸２８のＺ軸方向の総移動距離
とに基づいて単位時間移動距離を算出し、その値と図５
に示される直線の式とから飽和熱変位量Ｌを算出するの
である。

【００４６】続いてＣＰＵ７２は、時間ｔにおける熱変
位量ｌを演算する（Ｓ１０５）。ここで使用する演算式
は、

【００４７】

【数４】ｌ＝Ｌｘ（１−ｅ^-γ^t） …（４）

【００４８】

【数５】ｌ＝Ｌｘｅ^-γ^'t …（５） の２種類である。ただし、γは工作機械毎に設定される
定数、ｔは経過時間である。

【００４９】数式（４）は工作機械１０が稼働している
とき（すなわち熱変位量が増加するとき）、数式（５）
は工作機械１０の稼働が停止しているとき（熱変位量が
減少するとき）に使用される。図示は省略しているが、
本実施例の工作機械１０は、その停止時においてもマイ
コン部７０を機能させるためのバックアップ電源を備え
ている。このため、工作機械１０が停止されても上記の
数式（５）による演算を実行可能である。

【００５０】なお、工作機械１０の起動直後からの演算
ではｔは稼働時間そのものである。しかし、数式（５）
では稼働時間をそのまま用いるわけではなく、工作機械
１０の停止後の経過時間である。また、再稼働の場合に
は、工作機械１０が完全に冷え切っているわけではない
ので、再稼働時には、数式（５）で求めた熱変位量ｌを
数式（４）に代入してｔを求め、そのｔを経過時間の初
期値として使用する。

【００５１】次に、ＣＰＵ７２は、Ｓ１０５で算出した
熱変位量ｌに対する調整の要否を判断する（Ｓ１０
６）。この要否判断は、請求項４〜６記載の調整値を熱
変位量ｌに加算または減算する必要の有無の判断であ
り、（１）操作パネル２２を介して調整値が入力されて
いる、（２）時刻に対応して設定された調整値がある、
（３）環境温度に対応して調整値を使用する必要がある
等の条件が成立していれば、調整要（Ｓ１０６：ＹＥ
Ｓ）であり、ＣＰＵ７２はＳ１０７に進んで熱変位量ｌ
に調整値を加算あるいは減算してこれを補正値として例
えばＲＡＭ７４に記憶する。

【００５２】一方、調整不要（Ｓ１０６：ＮＯ）であれ
ば、ＣＰＵ７２は熱変位量ｌを補正値として例えばＲＡ
Ｍ７４に記憶する。そして、ＣＰＵ７２は、その記憶し
た補正値に相当するピッチ数だけ、ピッチ誤差補正テー
ブルのＺ軸補正を増減して、それに基づく指令値をＺ軸
制御系６０の軸制御回路６４に出力することにより、主
軸２８のＺ軸位置を補正する（Ｓ１０８）。

【００５３】その後、ＣＰＵ７２は加工終了（予定数の
ワークを加工し終えた）か否かを判断し（Ｓ１０９）、
加工終了でなければＳ１０２に回帰する。ところで、Ｓ
１０２の処理で否定判断の場合には、ＣＰＵ７２は、熱
変位量ｌが飽和熱変位量Ｌに達したか否かを（厳密に
は、所定の誤差の範囲においてｌ＝Ｌとなっているか否
かを）判断する（Ｓ１１０）。否定判断であれば、ＣＰ
Ｕ７２は、Ｓ１０５に進んで上述したと同様の処理を繰
り返す。

【００５４】また、肯定判断（Ｓ１１０：ＹＥＳ）であ
れば、ＣＰＵ７２は、工作機械１０が停止されたか否か
を判断し（Ｓ１１１）、停止されていなければ（Ｓ１１
１：ＮＯ）、熱変位量ｌを飽和熱変位量Ｌに固定して
（Ｓ１１２）、Ｓ１０６に進む。また、工作機械１０が
停止されているなら（Ｓ１１１：ＹＥＳ）、ＣＰＵ７２
はＳ１０５に進み熱変位量ｌを演算する。

【００５５】ここで、熱変位量ｌを飽和熱変位量Ｌに固
定するのは、図３からも明らかなように、熱変位量ｌが
一旦飽和熱変位量Ｌに達したなら、その後は工作機械１
０を停止するまで熱変位量の変化はないとみなせるから
で、そのような変化のない状態で熱変位量ｌの演算を行
うのは、いわば無駄なことでありＣＰＵ７２によけいな
負担をかけることになるからである。

【００５６】このように、本実施例の工作機械１０にお
いては、工作機械１０稼働（または再稼働）開始後、熱
変位量ｌが飽和熱変位量Ｌに達するまでは演算処理によ
って熱変位量ｌを算出し、それによって主軸２８のＺ軸
位置を補正しているが、熱変位量ｌが飽和熱変位量Ｌに
達してからは演算処理によって熱変位量ｌを求めること
をせずに、飽和熱変位量Ｌによって主軸２８のＺ軸位置
を補正する。

【００５７】したがって、それに応じてＣＰＵ７２の処
理量すなわち負担は小さくなり、そのソフト構成も簡単
にできる。また、飽和熱変位量Ｌを使用するときも含め
て、補正値は正確であるから工作機械に精度のよい加工
を実行させることができる。しかも、時刻や環境温度に
対応して補正値を調整できるから、工作機械の精度は一
層向上する。

【００５８】なお、この実施例においては、工具が加工
手段に該当し、ボールネジ機構３６およびＺ軸モータ３
８により駆動手段が構成され、マイコン部７０特にＣＰ
Ｕ７２とＺ軸制御系６０の軸制御回路６４およびＺ軸サ
ーボアンプ６２により駆動制御手段が構成されている。
また、マイコン部７０特にＣＰＵ７２が、補正量算出手
段および飽和熱変位量演算手段として機能し、操作パネ
ル２２は、飽和熱変位量入力手段および調整入力手段に
相当している。

【００５９】以上、実施例に従って、本発明の実施の形
態について説明したが、本発明はこのような実施例に限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
でさまざまに実施できることは言うまでもない。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の工
作機械の制御装置は、工作機械の熱変位量が飽和熱変位
量に達したなら補正量を算出するための演算を行わず、
飽和熱変位量に基づいて補正量を決定している。したが
って、補正量を算出するための演算は補正量が増加して
いる間だけ行えばよく、制御装置の処理量すなわち負担
は小さくなり、その構成も簡単にできる。また、飽和熱
変位量を使用するときも含めて、補正量は正確であるか
ら工作機械に精度のよい加工を実行させることができ
る。

【００６１】請求項２記載の工作機械の制御装置も請求
項１記載のものと同様の効果を発揮する。さらにこの工
作機械の制御装置では、飽和熱変位量演算手段が、工作
機械を稼働させたときに得られる稼働データに基づいて
工作機械の熱変位の最大値としての飽和熱変位量を算出
するので、飽和熱変位量の入力は不要となるから、例え
ば飽和熱変位量を誤入力するような不具合は発生しな
い。

【００６２】請求項３記載の工作機械の制御装置では、
飽和熱変位演算手段は、１回のプログラム運転で飽和熱
変位量を算出するから、飽和熱変位量の算出のための処
理を長時間にわたって行うことはなく、この点でも制御
装置の負担が軽減される。請求項４記載の工作機械の制
御装置では、補正量算出手段が、調整入力手段によって
入力された調整値または予め設定されている手順で決め
られる調整値を、補正量の演算値に加算または減算して
補正量とするから、例えば朝等の気温が比較的低いとき
等に応じた調整値を補正量の演算値に加算または減算し
て補正量とするから、演算された補正量と実際の熱変位
量との誤差を解消して精密な加工を行うことができる。

【００６３】請求項５記載の工作機械の制御装置によれ
ば、例えば１日の時間帯（朝、昼、夜等）に応じて、演
算された補正量と実際の熱変位量との誤差を自動的に解
消することができる。請求項６記載の工作機械の制御装
置によれば、工作機械が設置されている場所の気温すな
わち環境温度に応じて、演算された補正量と実際の熱変
位量との誤差を自動的に解消することができる。

【００６４】請求項７記載の工作機械の制御装置によれ
ば、工作機械の再稼働に当たって、停止時に残っていた
熱変位を考慮して補正量を決めることができるから、工
作機械の一時停止、再稼働があっても適切な補正量を算
出でき、精密な加工を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の工作機械の制御系を説明するブロッ
ク図である。

【図２】 実施例の工作機械のピッチ誤差補正テーブル
の説明図である。

【図３】 実施例の工作機械の稼働時間と熱変位量の関
係を示すグラフである。

【図４】 実施例の工作機械のＣＰＵが実行する処理の
フローチャートである。

【図５】 実施例の工作機械のＣＰＵによる飽和熱変位
量の算出に使用されるグラフである。

【図６】 熱変位量の実測値と演算値を比較するグラフ
である。

【図７】 実施例および従来例の工作機械の構造の説明
図である。

【図８】 実施例および従来例の工作機械の構造の説明
図である。

【符号の説明】

１０…工作機械 １２…スプラッシュガード １４…テーブル １６…ＡＴＣマガジン ２０…本体 ２２…操作パネル（飽和熱変位量入力手段、調整入力手
段） ２４…ワーク交換口 ２６…メンテナンス用の点検ハッチ ２８…主軸 ３０…主軸モータ ３２…ナット部（駆動手段） ３４…ボールネジ（駆動手段） ３６…ボールネジ機構（駆動手段） ３８…Ｚ軸モータ（駆動手段） ４０…ガイドレール ４２…スライド ５０…主軸制御系 ５２…主軸サーボアンプ ５４…軸制御回路 ６０…Ｚ軸制御系 ６２…Ｚ軸サーボアンプ（駆動制御手段） ６４…軸制御回路（駆動制御手段） ７０…マイコン部（駆動制御手段、補正量算出手段、飽
和熱変位量演算手段） ７２…ＣＰＵ（駆動制御手段、補正量算出手段、飽和熱
変位量演算手段） ７４…ＲＡＭ ７６…時計 ８０…ピッチ誤差補正テーブル

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加工物に加工を施すための加工手段
   と、該加工手段と被加工物との相対位置を変動させる駆
   動手段とを有する工作機械に装備される工作機械の制御
   装置であって、 前記工作機械の熱変位を補正するための補正量を算出す
   る補正量算出手段と、予め定められている加工プログラ
   ムに従って前記駆動手段を制御するに当たって前記補正
   量を考慮して前記駆動手段を制御する駆動制御手段とを
   備える工作機械の制御装置において、 前記工作機械の熱変位の最大値としての飽和熱変位量を
   入力するための飽和熱変位量入力手段を設けると共に、 前記補正量算出手段は、該飽和熱変位量を用いて前記補
   正量を演算し、該算出した補正量が前記飽和熱変位量と
   等しくなれば前記工作機械の稼働中は該演算を行わずに
   前記飽和熱変位量を前記補正量とする構成であることを
   特徴とする工作機械の制御装置。
2. 【請求項２】 被加工物に加工を施すための加工手段
   と、該加工手段と被加工物との相対位置を変動させる駆
   動手段とを有する工作機械に装備される工作機械の制御
   装置であって、 前記工作機械の熱変位を補正するための補正量を算出す
   る補正量算出手段と、予め定められている加工プログラ
   ムに従って前記駆動手段を制御するに当たって前記補正
   量を考慮して前記駆動手段を制御する駆動制御手段とを
   備える工作機械の制御装置において、 前記工作機械を稼働させたときに得られる稼働データに
   基づいて該工作機械の熱変位の最大値としての飽和熱変
   位量を算出する飽和熱変位量演算手段を設けると共に、 前記補正量算出手段は、該飽和熱変位量を用いて前記補
   正量を演算し、該算出した補正量が前記飽和熱変位量と
   等しくなれば前記工作機械の稼働中は該演算を行わずに
   前記飽和熱変位量を前記補正量とする構成であることを
   特徴とする工作機械の制御装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の工作機械の制御装置にお
   いて、 前記駆動制御手段は、前記加工プログラムを繰り返し実
   行することにより前記駆動手段に同じ動作を反復させ、 前記飽和熱変位量演算手段は、該駆動制御手段による前
   記加工プログラムの１回の実行に伴う前記工作機械の稼
   働で得られる稼働データに基づいて前記飽和熱変位量を
   算出することを特徴とする工作機械の制御装置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれか記載の工作
   機械の制御装置において、 前記補正量算出手段は、調整入力手段によって入力され
   た調整値または予め設定されている手順で決められる調
   整値を、前記補正量の演算値に加算または減算して前記
   補正量とすることを特徴とする工作機械の制御装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の工作機械の制御装置にお
   いて、 前記調整値は時刻に対応して定められていて、前記補正
   量算出手段は時刻に基づいて前記調整値を選択して使用
   することを特徴とする工作機械の制御装置。
6. 【請求項６】 請求項４記載の工作機械の制御装置にお
   いて、 前記調整値は前記工作機械の環境温度に対応して定めら
   れていて、前記補正量算出手段は該環境温度に基づいて
   前記調整値を選択して使用することを特徴とする工作機
   械の制御装置。
7. 【請求項７】 請求項１ないし６のいずれか記載の工作
   機械の制御装置において、 前記補正量算出手段は、前記工作機械の稼働が停止され
   ると前記飽和熱変位量を用いて該工作機械の熱変位量を
   演算し、該工作機械が再稼働したときの該熱変位量の演
   算値を前記補正量の初期値として前記補正量を演算する
   ことを特徴とする工作機械の制御装置。