JPS6190804A

JPS6190804A - 工作機械

Info

Publication number: JPS6190804A
Application number: JP20992184A
Authority: JP
Inventors: Michio Osada; 長田　道夫
Original assignee: Hitachi Seiko Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 1984-10-08
Filing date: 1984-10-08
Publication date: 1986-05-09
Anticipated expiration: 2009-03-23
Also published as: JPH0620720B2

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】〔発明の利用分野〕本発明はＮＣ装置により制御される工作機械の主軸の姿
勢制御方法に関するも、のである。

〔発明の背景〕

従来、工作機械の主軸頭の熱変位（位置ずれ）対策とし
ては、主軸頭内の＠滑油を常に室温と同一温度になるよ
うに冷却し、かつ主軸の軸受部で発生した熱を前記潤滑
油に吸収させるようにし、主軸頭の温度上昇を防ぐ方法
が採られている。この方法では、発生した熱の約５０チ
が主軸頭本体を介して冷却油に吸収されているため、主
軸頭は局部的に冷却油よシ高い＠度になっている。従っ
て、このような潤滑油を冷却する方法では主軸頭の熱変
位を根本的に無くすことはできなかつｆｃ。　　　・ま
た、工作機械においては、ベッドを主軸頭が摺動する摺
動面には、最少限（約０．０１　ａｒｍ程度）の隙間が
あり、主軸頭が送りねじからの推力を受けると、その隙
間に相当した平行精度の低下を生じる。すなわち、前記
推力の掛かる方向により主軸につけたテストバーの先端
が先止りになったシ、先下りになったりする。従来、こ
の問題に対しては、摺動面に設けられるベアリングにリ
ニアボールベアリングを用い、予圧をかけることにより
対処している。

以上のように従来は、主軸頭の熱変位や平行精度につい
て、ある程度の対策をしているが、静的に出した精度が
運転開始後どの程反に保たれているか検出することがで
きず、従って高精度加工が要求される場合は、得られた
製品の精度を１つ１つａ認し、それに基づき再対策を施
す方法が採られていた。

しかし、このように加工後に製品精度を確認することは
消極的な防御策であシ非効率的であるため、従来、工作
機械の運転中の主軸の変位を自動的に検出して誤差を修
正し、その後に加工して高精度の製品を効率よく得られ
る方法が要望されていた。

〔発明の目的〕

本発明は上記のような要望に鑑みてなされたもので、工
作機械の５運転中の主軸の位置ずれや平行精度の低下が
自動的に防止でき、高精度の製品を効率よく得られるよ
うにした工作機械の主軸の姿勢制御方法を提供すること
を目的とする。

〔発明の概要〕

本発明による工作機械の主軸の姿勢制御方法は、ＮＣ装
置により制御される工作機械において、主軸の回転中心
を原点として直交するＸ、Ｙ方向での主軸の変位を主軸
の前後各側について検出し、その検出値に応じて主軸の
前後いずれかの側の軸受外周側の前記Ｘ、Ｙ各方向に設
けられた油圧パットを制御して主軸の平行補正を行い、
かつ前記ＮＣ装置でＸ、Ｙｉ点補正を行うと共に、主軸
の軸方向であるＺ方向の変位を検出し、その検出値に応
じて前記ＮＣ装置で２方向の原点補正を行い、加工の高
精度、高効率化を計ったものである。

〔発明の実施例〕

以下第１図〜第３図を参照して本発明の詳細な説明する
。第１図は本発明による工作機械の主軸の姿勢制御方法
が適用された工作機械主軸頭部分の一例を一部切断して
示す側面図、第２図に第１図中の■−■線断面図で、両
図において１はベッド、２は主軸頭、３は主軸である。

４はベッドの摺動面１ｍ、ｌｂに沿ってスライドする基
準フレームで、主軸頭２とは分離独立して設けられてい
る。この基準フレーム４とベッド１０間のスライド部に
はリニアボールベアリング（平面軌道上を無限直線運動
する形式の軸受）５〜８が設けられている。９〜１１は
基準フレームに対し、主軸３０回転中心を原点として直
交するＸ、Ｙ方向に予圧、を与えるコイルスプリングで
ある。なお、これらベアリング５〜８及びスプリング９
〜１１は、主軸頭２の前後側に各々設けられている。　
。

前記基準フレーム４は、主軸３の軸方向（以下、２方向
という）に主軸３と一体に駆動させるために、ボルト１
２を用いてピース１３ヲ介し、２方向に隙間が生じない
より主軸頭２に連結されている。

この連結に際しては、主軸頭２の前記Ｘ、Ｙ方向の微少
変位に対して拘束力が生じないようにすることが望まし
く、また、基準フレーム４は熱膨張係数が極小のアンバ
ーで形成し、熱変形を受けないようにしである。これら
によれば、基準フレーム４は切削力など外力や熱変位を
受けず、また主軸頭２との連結も第１図に示すように摺
動面１＆。

１ｂ近くでされているため、はぼ純朴な推力だけが作用
することになる。従って、基準フレーム４は摺動面１ａ
　、　ｌｂに沿って精度よく移動することになる。

上記基準フレーム４には、主軸３のツール、例えばドリ
ル（図示せず）が取着される前側及び駆動源（図示せず
）と連結する後側に対応する個所Ａ、Ｈに各々４つの非
接触変位計、ここではエアーマイクロメータ（ノズル１
４〜１７のみ図示）が内蔵されている。この４つのマイ
クロメータを前後各側に設けたのは、主軸３０回転中心
の変位を検出するためで、各側について、主軸３のＸ、
Ｙ各方向に２つ、対向配置されている。主軸３の回転中
心の変位検出は、上記の合計８つのエアーマイクロメー
タによシ、主軸３の前後各側について、基準フレーム４
に対する主軸３のＸ、Ｙ方向の隙間１８〜２１を測定す
ることによって行われる。

ｎは主軸３の前側の軸受、おけ同じく後側の軸受で、後
側の軸受ｎは軸受筒あに収納されておυ、またこの軸受
筒ムと主−頭２の間には微少隙間と４つの油圧パット５
〜２８とが設けられている。この場合、油圧パット５〜
２８は、第３図に示すようにエアーマイクロメータのノ
ズル１４〜１７に対応した主軸３０Ｘ、Ｙ方向に設けら
れており、各油圧源２９〜３２により印加圧力Ｐｉ−Ｐ
＋４を制御することにより軸受筒２４ヲ前記Ｘ、Ｙ方向
に微少変位させることができる。北は環状の弾性相、例
えばゴムよりなる０リングで、軸受筒２４を弾性的に支
持している。

詞は主軸３の２方向の変位を検出するためのエアーマイ
クロメータ（図示せず）のノズルで、主軸３の前端近傍
部分外周に設けられたフランジあとの隙間３６を測定す
る。

３７は主軸頭２に設けられたボールナツトで、ボールね
じあに螺合し、ボールねじあの回転により主軸頭２ｔ−
ベッド１の摺動面１ａ　、　ｌｂに沿って２方向にスラ
イドさせる。

３９は駆動側の基準フレーム４と静止側のペース１との
間に構成された主軸頭２の２方向の位置検出器（例えば
マグネットスケールなど）で、主軸頭２の位置決めなど
に用いられる。

なお、ここでの工作機械はＮＣ装置（図示せず）によシ
制御され、また、前記エアーマイクロメータにより検出
された隙間１８〜２１　、３６の測定値から主軸３の回
転中心、平行度及び２方向の各変位を検出し、補正する
機能を備えている。ここで為主軸３の回転中心の変位、
ここでは第１図中Ａ、Ｂ点におけるＸ、Ｙ方向の変位Δ
Ｘ１＋ΔＸ２＋Δｙ１゜Δｙ２は下記第１表に示す算式
により求められる。

式中、［相］とは隙間１８の測定値を指す。■〜＠につ
いても同様である。

第　　１　　表また、主軸３の平行度の変位は、前、後エアーマイクロ
メータのノズル１４〜１７相互間距離をＬｌとすると、Ｘ方向については、（ΔＸよ一Δｘ２）／Ｌｘ　　　　　　・・・・・・・
・・（１）によシ、Ｙ方向については、（Δｙ０−Δｙ２）／Ｌｔ　　　　　　　・・・・・・
・・・（２）により、各々求められる。

次に上述工作機械における主軸３の姿勢制御について説
明する。まず、主軸３のＸ、Ｙ方向の変位補正について
述べる。工作機械運転開始前の静的精度を出した時点で
ΔＸ□−ΔＸ２”δＸが成る値をもっている場合、運転
後もそのδＸが同じ値であればＸ方向の平行は維持して
いるとみなせる。Ｙ方向についても同様で、運転前後に
おけるδＸ（−Δｘ１−Δｘ２）、δｙ（＝Δｙよ−Δ
ｙ２）の値を一定に保つことが平行を維持させることに
なる。

上述工作機械主軸頭２の後側軸受ムの外周側のＸ、Ｙ方
向には油圧パット５〜２８が設けられている。いま、油
圧パラ）２７．２８に加えられる圧力Ｐ５＋Ｐ４を変化
させると、軸受筒スはＸ方向に微少変位する。従って、
Δχ　Ｋ対してΔｘ２が相対的に変工化した場合は、その差をＯにするように、すなわち、Δ
ｘ１−ΔＸ２＝δＸ＝一定となるように圧力Ｐ５ｐＰ１
１を調整する。Ｙ方向についても同様に、Δｙ１−Δｙ
２＝δｙ＝一定となるように圧力Ｐｔ＋Ｐｚｋ―整する
もので、以上によシ主軸３は平行に補正される。

工作機械運転後、Δｘ１＃０．Δｙ１＃０、すなわち、
運転前の静的な原点であるＰム（Ｘｌ、Ｙｌ）の位置に
変位が生じたときは、その変位量たけＸ、Ｙの原点補正
をする。ＮＣ装置は原点シフト機能を備えており、ＮＣ
テープにより任意に原点シフトを行い得るもので、前記
原点補正は仁の原点シフトによって行われる。

次に１主軸３の２方向の変位補正について述べる。いま
、主軸３が回転して軸受ｎ、２３部分が発熱すると、そ
の熱の約５０％は主軸３に伝わυ、主軸３の温度を上昇
させて主に主軸３の前側（ツール側）端部を軸方向（２
方向）Ｋ伸ばす−この伸び量は２方向度位検出用のエア
ーマイクロメータ（図示せず）で検出される。ここで、
２方向の位置決めは位置検出器３９による２方向の位置
測定で行うが、基準フレーム４の位置検出器３９取付個
所Ｃとエアーマイクロメータノズル３９の開口端位置り
との間の距離Ｌ２が変わらない限り、前記主軸３の伸び
量は全て隙間３６の変化負として現われる。

一方、前記距離Ｌ２は、基準フレーム４には外力が加わ
らず、かつその材質がアンバーであって温度の影響は受
けないことから実質的には不変である。

従って、前記２方向変位検出用のエアーマイクロメータ
で隙間３６を工作機械の運転前後に亘υ、又は運転後一
定時間開隔置いて測定し、隙間あの変化量を求めれば２
方向の変位が求められる。例えば、隙間３６が運転前の
静的精度を出した時点でΔｚｏであり、運転後、それが
ΔＺ、に変化したとすれば、 Δ２．−Δｚｏ＝δ２　　　　　・・・囮・・（３）に
よ＃）変位δ２が求められる。

この２方向の変位δ２が生じた時は、その量たけ２方向
の原点補正管する。この補正もＮＣ装置によって可能で
、ＮＣテープによりｉ位置２に応じた量だけ２方向の原
点シフトラ行い、補正される。

以上によ、ｐｘ、ｙ、Ｚ方向の全ての譚点補正が行われ
、工作機械の運転前後、又は運転中において、主軸３の
加工に轟たっての位置が高精度に保持されるべく姿勢制
御されることになる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明は、ＮＣ装置により制御される
工作機械において、主軸の回転中心を原点として直交す
るＸ、Ｙ方向での主軸の変位を主軸の前後各側について
検出し、その検出値に応じて主軸の前後いずれかの側の
軸受外周側の前記Ｘ、Ｙ各方向に設けられた油圧パット
を制御して主軸の平行補正を行い、かつ前記ＮＣ装置で
Ｘ、Ｙ原点補正を行うと共に、主軸の軸方向であるＺ方
向の変位を検出し、その検出値に応じて前記ＮＣ装置で
２方向の原点補正を行うようにしたので、工作機械の運
転中の主軸の位置ずれや平行精度の低下が自動的に防止
でき、高精度の製品を効率よく得ることができるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法が適用された工作機械主軸頭部分の
一例を一部切断して示す側面図、第２図は第１図中の■
−■線断面図、第３図は同じく■−■線断面図である。１・・・ベッド、２・・・主軸頭、３・・・主軸、４・
・・基準７レーム、１４〜１７　、３４・・・エアーマ
イクロメータノズル、ム・・・軸受筒、５〜２８・・・
油圧パット、２９〜３２・・・油圧源、お・・・ゴム製
Ｏリング、あ・・・７ランジ。

Claims

【特許請求の範囲】

ＮＣ装置により制御される工作機械において、主軸の回
転中心を原点として直交するＸ、Ｙ方向での主軸の変位
を主軸の前後各側について検出し、その検出値に応じて
主軸の前後いずれかの側の軸受外周側の前記Ｘ、Ｙ方向
に設けられた油圧パットを制御して主軸の平行補正を行
い、かつ前記ＮＣ装置でＸ、Ｙ原点補正を行うと共に、
主軸の軸方向であるＺ方向の変位を検出し、その検出値
に応じて前記ＮＣ装置でＺ方向の原点補正を行うことを
特徴とする工作機械の主軸の姿勢制御方法。