JPS62187204A

JPS62187204A - 温度応動位置調整装置

Info

Publication number: JPS62187204A
Application number: JP61281634A
Authority: JP
Inventors: ベルナー　バベル
Original assignee: Maho Werkzeugmaschinenbau Babel and Co
Current assignee: Maho Werkzeugmaschinenbau Babel and Co
Priority date: 1986-02-13
Filing date: 1986-11-26
Publication date: 1987-08-15
Also published as: DE3604550C2; US4728232A; DE3604550A1; EP0236540A1; EP0236540B1; DE3670150D1

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】産業上の利用分野本発明は、工作機械の中で互いに相対的に動き得る二つ
の部分のための温度感知式測定点変移装置であって、し
かもそれが該工作機械の第一の部分に軸に平行に設けら
れている一つのスケールと、該工作機械の第二の部分に
固着されている一つの読取りヘッドと、更に該工作機械
の中で特に加熱を受ける部分の中に、軸方向に変位し得
るように設けられている、少なくとも一つの熱伝達棒と
からなっている装置に関するものである。

発明の背景と在来技術の問題点工作機械の中の二つの部分の互いに相対的な変位の精度
に影響を及ぼす現象として、例えば工作機械の起動時に
生ずる温度変化による機械各部の熱膨張の問題がある。

このような加熱現象は主として工作機械の各部において
回転する構成エレメント、例えば工作機械の主軸だとか
主軸台の中にある駆動軸などの軸受の摩擦によって生ず
るものである。この際、用いられるスケールの有効長は
、移動し得る機械部分の最大送り聞に相当しているので
、加熱を受けた機械部分の方が往々にしてこの最大送り
良よりも長くなりこの温度変化がスケールのゼロ点の移
動という好ましくない結果を招くのである。このような
不都合な作用は、特に水平方向に主軸台が移動し得るよ
うになっていて、しかも上記のスケールが主軸台に、そ
して読取り装置が台枠に固着されているような、プログ
ラム制御の工作機械の場合に生ずるのである。この種の
工作機械のプログラム制御は、その位置制御ループが、
スケールの取付けられている主軸台と位置不動の読取り
装置との間に生ずる上述のような不都合な相対運動を検
知し、補償するように設計されているのである。矛しか
しながら、もし主軸台自信と主軸台の中に軸受で支えら
れている主軸との熱膨張に差異がある場合には、読取り
装置はこの差異を検知することができず、従って位置制
御ループには、これに相当して誤差をもったデータが供
給されることとなるのである。主軸台の正面に一つの垂
直フライス・ヘッドが取付けられていて、その熱膨張が
検知され得ない場合にも、基本的には全く同じことが当
てはまるのである。

西独特許第３１　０６　７０１号には、自動的な温度補
償１１１能をもった一つの工作機械用測定装置が公開さ
れているが、この装置の場合には、熱膨張係数の大きな
材質でできた一つの膨賑棒を主軸台の軸に平行に取付け
ておき、その一端を主軸台に、そして伯端をスケールに
固着しておいて、しかもその際、この膨張棒の熱膨張と
主軸台の熱膨張とをほぼ同じにしておくことによって、
熱膨張に基因して生ずる測定ないしは工作の誤差を事実
上回避しようとするものである。主軸台の長さが加熱に
よって延びた場合には主軸台に直接取付１ノられている
前記の膨服棒も同じように加熱され、そのためにその先
端部が、そこに固着されているスケールを伴って先に延
びてゆくのである。この膨服棒と主軸台との間には熱膨
張係数に差があるので、膨張棒の延び量が、必要に応じ
てその正面に取付けられる垂直フライス・ヘッドをも含
む主軸台仝休の軸方向の熱膨張量に見合うようになされ
ている。この公知の測定装置は一応よく礪能することが
証明されてはいるが、しかしなお、この膨馬棒が機械部
分すなわち主軸台の外表面に取付けられていることに基
因して、何がしかの誤差は避【プられないのである。な
かんずく起動時においては、特に大きな熱負荷を受ける
内部の構成エレメントからスケールに到るまでの熱伝達
の遅れに基因して測定に誤差を生ずるのである。

測定の精度を更に一層高めるために、西独特許第３１　
１６　８２７号には、この膨張棒を保持している機械部
分の中に、更に一層詳しくいえば、この機械部分の中の
特に高い熱負荷にさらされる部分、例えば軸受部分の中
に、特に高い熱伝導能力をもった一本の熱伝達棒を、軸
に平行にスライドし得るように設けておく方法が公開さ
れている。

この公知の装置に用いられている熱伝達棒は確かにある
程度は、この機械部分の内部の急速に加熱される領域と
膨張棒どの間の熱のＷＡ渡し役を東たしており、これが
膨張棒の加熱を促進し、これに伴ってその延びをも促進
する結果となるのである。

しかしこの改善された熱膨張補償付の装置でもなお、膨
張棒の延び農、従ってまたスケールの随伴移動量は相変
わらず機械部分の外部の温度によって左右されるので、
最近の工作機械に要求される高い精度を完全に満足させ
ることはできないのである。なかんずく、動いている機
械部分の内部を支配している温度を検知することができ
ず、これを考慮にいれることができないので、主軸台の
中に支承されている主軸ならびに主軸スリーブの延び間
が、内部を支配している温度の方が高いがために、主軸
台そのものの熱部＠倒よりも大きくなる、という結果を
招くのである。これによって生ずる測定誤差は補償する
ことができず、これを甘受せざるを得ないのである。

本発明の目的本発明の目的は、以上述べたような工作機械の部分ない
しは、それらの内部に組込まれているエレメントの熱膨
張の違いを更に一層よく補償することができるような、
互いに相対的に動き得る二つの機械部分のための温度感
知式測定変移装置を提供することにある。

目的達成のための−と−　　の　゛この目的は本発明によれば、その内側の端の部分が少な
くとも工作機械の加熱されている領域の中まで差し込ま
れて達している一本の横棒が、その外側の端の部分で一
つの方向変換装置を介してスケールと連接されているよ
うにすることによって、解決されるのである。

この設計によって、特に遅滞なくしかも充分によく加熱
される横棒の熱膨張を、方向変換装置を介して、これに
相応したスケールの長手方向の変位に変換することがで
きるのであって、その際この横棒の熱膨張による延び世
が方向変換装置の適切な変換率によって、その時々の状
況に適合したスケールの変移運動に変換されるのである
。この横棒の内側の端は機械部分の最も高温に加熱され
ている領域に納められているので、この領域を支配して
いる温度を考慮に入れるとともに、これによって引き起
こされる、例えば主軸ならびに主軸スリーブの延びの値
をも考慮に入れることができ、同時にまた制御ループを
介してこれを補償することもできるのである。この場合
、この横棒の材質はその熱膨張係数に関する限り、主軸
台の側面に固着される膨張棒を使用する場合のように、
この機械部分、すなわち主軸台の材質、従ってまた熱ｆ
ｉ１１に正確に合わせ工おく必要はないのである。

要するに本発明による装置によって、主軸台の内部なら
びに周辺を支配している温度をより一層正確に検知する
ことができるようになり、その結果、はとんどＲれのな
い応答特性が得られると同時に、種々異なる構成部品の
熱膨張を完全に補償することができるようになるのであ
る。

ここに挙げられている、本発明の一つの実施例において
は、前述の方向変換装置が、例えばこの機械部分（主軸
台）に回転し得るように取付１ノられた一つのＬ字型レ
バーを含むレバー癲構として構成されており、その際そ
の一方の腕は前記の横棒の外側の自由端部にばねで押し
つけられており、もう一方の腕にはスケールが固着され
ている。このＬ字型レバーのそれぞれの腕の艮ざを適切
に選ぶことによって、横棒の延びの吊をスケールの変移
運動に変換するための変換率を、その時々の使用状況な
いしは工作機械のタイプに応じて最適に選ぶことができ
るのである。

本発明の、構造的に特に簡単なもう一つの設計では、前
記の方向変換装置が、横棒の外側の端部に設けられた一
つのくさび面と、スケールに固着されていると同時に、
この機械部分に対して長手方向にスライドし得るように
なされている一つのシューに設けられていて、上記のく
さび面と当たり合って機能するもう一つのくさび面とか
らなっており、かつその際、前掲の構造の場合と同じく
、スケールが二枚の平行な板ばねによってこの機械部分
く主軸台）に固着されているのである。

更に、この横棒の延びはを一つのしかるべき変換率でス
ケールの変移運動に変換する方向変換装置として、まだ
幾つか別の方法があり得る。例えばこの目的のために、
ねじ軸、ウオーｌ＼歯車装置、バイメタル・エレメント
などのようなものを用いることもできる。バイメタル・
エレメントを使用する際には、これをＬ字型もしくは弓
型に作っておいて、その一方の腕の部分を、主軸台の特
に熱的に敏感に反応する先端部に広い面で当たるように
して、例えばボルトで締めつけておくのがよい。

主軸台の熱がこの特殊な形状をもったバイメタル・エレ
メントに伝わり、その形状を変形させることとなるが、
その際この変形が、バイメタル・エレメントの反応して
動く部分にスケールを取付けておくことによって、スケ
ールの直線運動に変換されることとなる。

図面による本発明の特徴と利点の説明以下、図面によって本発明のユニの実施例について詳細
に説明しよう。

第１図は、一つのフライス盤の主軸台に取付けられた温
度感知式測定点変移￥Ａ置を概念的に示すものであり、第２図は、測定値変換装置のもう一つの実施例を概念的
に示すものであり、そして第３図は、バイメタル・エレメントを用いたもう一つの
実施例を概念的に示すものである。

主軸台１の中に主軸２が軸受によって回転し得るように
支承されている。主軸軸受３の部分には主軸台１の中に
−っの横孔４が設けられており、その中には一本の横棒
５が納められている。この横棒５の内側の端部は、主軸
軸受３のベアリング・メタルの外側に直接触れるか、も
しくは他の方法、例えばねじを切った部分で上記の横孔
の中に固着されるようになっている。この横孔４の中に
その軸方向にスライドし得るように納められている上記
の横棒５は、その先端部が横孔４がら外に突き出してお
り、かつその部分が、主軸台１に固着されている一つの
支点部９において水平軸８の周りに回転し得るように、
そのコーナ一部を支承されている一つの１字型レバー７
の、水平に突き出している方の腕６を押すようになされ
ている。

この１字型レバー７の、図面の中で垂直になっている方
の腕１０は、一本のスケール１２の内側の面に固着され
ている一つの突起部１１に常に接触している。このスケ
ール１２の外側の面には目盛１３が設けられており、そ
れが一つの定置式の読取りヘッド１４によって読み取ら
れるようになっている。スケール１２はまた二枚の板ば
ね１５によって主軸台１に固着されており、更に詳しく
いえば、前記のＬ字型レバーの垂直な腕１ｏとスケール
１２に固着されている突起部とが常に互いに押し合うよ
うに、取付ＧＪられているのである。

軸受の部分で主軸台に発熱が生ずると、前記の横棒５が
その熱膨張係数に応じてその時々の温度に相当する学だ
け外側に延び、その際り字型レバー７を回転させ、図面
で垂直になっている方のその腕１ｏが、板ばね１５の力
に抗してスケールを相当量だけ水平に変移させるのであ
る。

第２図による実施例も基本的には第１図によるそれと類
似したものであるが、この場合には、前記の横棒５が一
つの斜めに切断されたくさび面１６を有しており、この
面が、一つのシュー１７にこれに対応するように設けら
れている斜めのくさび面に常に押しつけられるようにな
されている。

このシュー１７は主軸台に沿って点線で示されているよ
うに案内されながらスライドし得るようになっており、
横棒５が延びた場合に、これがスケール１２に設けられ
ている突起部１１を押し、その結果スケールは相当量だ
け水平に変移させられることとなるのである。この実施
例の場合にも、スケール１２は二枚の板ばね１５を介し
て主軸台の側面からある程度離れたところに固着されて
おり、従って主軸台の熱膨張は、このようにして断熱さ
れているスケールには伝わらないのである。

本発明は第１図および第２図による実施例だけに限られ
るものではない。それどころか、上記の横棒５の延びを
スケール１２の水平方向の変移運動に変換するためには
、他にもまだ多くの異なったシステムがある。例えば、
第２図による実施例のシュー１７は、主軸台１の側面に
回転し得るように支承されている、二本の腕をもった一
つの揺動レバーによって置き換えることができるが、そ
の際その短い方の腕に一つの斜めの面ないしは一つのロ
ーラーを設（）ておき、それが横棒５のくさび面１６に
ばねで押しつけられているのである。

この揺動レバーの長い方の腕の端部は前記の突起部１１
に接していて、所望の方向変換が達成されるのである。

更にまた、第３図に示されているように、方向変換のた
めの一つの有効な手段として、一つのバイメタル・エレ
メント２０を用いることもできる。

このバイメタル・エレメントは１字型をしており、１字
型に曲げられた二枚の金属板２１および２２からなって
いて、しかしこの両茜が、（よは１）１１面にわたるは
んだ付は接合部２３によって互いに完全に接着されてい
るのである。この外側の１字型メタル２２は、例えば鋼
板で、また内側の１字型メタル２１は黄銅板でできてい
る。外側の１字型メタル２２はその一方の腕２４が一木
のボルト２５によって主軸台１に直接固着されており、
更に詳しくいえば、温度変化に最も敏感に反応する主軸
台１の前端部分に固着されているのである。またバイメ
タル・エレメント２０の、外に突き出ているもう一方の
腕２６の端部には、スケール１２の前端部が固着されて
いる。第３図にはまた、弓型のバイメタル・エレメント
２０′が点線で示されている。

最後にもう一つ、主軸台の特によく加熱される領域の中
に一つの温度検出端を埋め込ｌυでおいて、これを電気
的に制御ループに接続することも可能である。この場合
には、ブＯグラム制御を、測定された温度に従ってｉ、
ＩＪｗＪプログラムの中のゼロ点修正が行われるように
、計画してＪ３けばよいのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、一つのフライス盤の主軸台に取付けられた温
度感知式測定点変移装置を概念的に示す図であり、第２図は、測定値変換装置のもう一つの実施例を概念的
に示す図であり、そして第３図は、バイメタル・ニレメンｌ−を用いたもう一つ
の実施例を概念的に示す図である。１・・・主軸台　　　　　２・・・主軸３・・・主軸軸
受　　　　４・・・横孔５・・・横棒　　　　　　６，
１０・・・腕７・・・１字型レバー　　８・・・水平軸
９・・・支点部　　　　　１１・・・突起部１２・・・
スケール　　　１４・・・読取りヘッド１５・・・板ば
ね　　　　１６・・・くさび面１７・・・シュー２０．２０’　・・・バイメタル・エレメント２１．２
２・・・Ｌ字型メタル２３・・・接合部　　　　２４．２８・・・腕２５・・
・ボルト

Claims

【特許請求の範囲】

（１）工作機械の中で互いに相対的に動き得る二つの部
分のための温度感知式測定点変移装置であつて、工作機械の第一の部分に、限られた条件のもとに変位し
得るように固着されている一つのスケールと、該工作機械の第二の部分に固着されている一つの読取り
ヘッドと、該工作機械の運動部分の中で特に加熱を受ける部分の中
に設けられている少なくとも一つの横棒、とを備え、上記の横棒（５）がその外側の端部において、一つの方
向変換装置（７、１７）を介して、上記のスケール（１
２）と連接されていることを特徴とする温度感知式測定
点変移装置。
（２）特許請求の範囲第１項による装置にして、上記の
方向変換装置が一つのＬ字型レバー（７）を含むレバー
機構として構成されており、かつその一方の腕（６）が
前記の横棒（５）の一端に接するとともに、もう一方の
腕（１０）には前記のスケールが密接するようになされ
ていることを特徴とする温度感知式測定点変移装置。
（３）特許請求の範囲第１項もしくは第２項による装置
にして、前記のスケールが二枚の板ばね（１５）を介して、該工
作機械の一つの部分（１）にある間隔をおいて固着され
ていることを特徴とする温度感知式測定点変移装置。
（４）特許請求の範囲第１項による装置にして、前記の
方向変換装置が、前記の横棒（５）の外側の端部に設け
られた一つのくさび面（１６）ならびに、前記のスケー
ルに当たりつつ、この工作機械の部分（１）に対してス
ライドし得るように案内されている一つのシュー（１７
）に設けられていて、上記のくさび面と当たり合つて機
能するようになされているもう一つのくさび面からなつ
ていることを特徴とする温度感知式測定点変移装置。
（５）特許請求の範囲第１項による装置にして、前記の
方向変換装置が一つのバイメタル・エレメントを含んで
おり、該バイメタル・エレメントの温度変化に基因する
変形に応じて、前記のスケール（１２）を変位させるよ
うになされていることを特徴とする温度感知式測定点変
移装置。
（６）特許請求の範囲第５項による装置にして、前記の
バイメタル・エレメントがＬ字型の形状をしており、か
つその一方の腕（２４）が主軸台（１）の前端部に横ボ
ルト（２５）によつて固着されており、またもう一方の
張り出している腕（２６）には、一方の側をばね（１５
）を介して主軸台（１）に保持されているスケール（１
２）の前端部が固着されていることを特徴とする温度感
知式測定点変移装置。
（７）特許請求の範囲第５項または第６項による装置に
して、前記のバイメタル・エレメント（２０）の外側のＬ字型
メタル（２２）が鋼板でできており、かつ内側のＬ字型
メタル（２１）が黄銅板でできていて、しかもこれら二
つのＬ字型メタル（２２、２１）が互いにほぼ全面にわ
たつてはんだ付けされていることを特徴とする温度感知
式測定点変移装置。