KR101248241B1 - 공작 기계 및 공작 기계의 변위 보정 방법 - Google Patents

공작 기계 및 공작 기계의 변위 보정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공작 기계 본체(11, 41)의 복수 개소에 설치된 온도 센서(28 내지 36)와, 이들 온도 센서(28 내지 36)의 측정을 기초로 하여 각 구성 부위(12 내지 15)의 열적인 변위량을, 온도 변화가 큰 면과 그 반대측에 위치하는 면의 온도 변화에 의한 휨을 고려하여 구하는 변위량 검출 수단(25)과, 이 변위량 검출 수단(25)이 검출한 각 구성 부위(12 내지 15)의 열적인 변위량을, 가공점(P)에 있어서의 각 축 방향의 변위량으로 환산하는 환산 수단(25)과, 이 환산 수단(25)의 환산에 따라서 각 축에 관한 상대 이동량을 보정하는 보정 수단(25)을 구비한 공작 기계이다.
공작 기계, 온도 센서, 베이스, 컬럼, 워크

Description

공작 기계 및 공작 기계의 변위 보정 방법 {MACHINE TOOL AND METHOD OF CORRECTING DISPLACEMENT OF MACHINE TOOL}
본 발명은 가공 데이터를 기초로 하여, 워크에 대해 공구를 상대적으로 이동시키면서 가공을 행하는 공작 기계 및 공작 기계의 각 구성 부위의 온도 변화에 기인하는 열적인 변위를 보정하기 위한 공작 기계의 변위 보정 방법에 관한 것이다.
종래부터, 예를 들어 금속재로 이루어지는 워크에 대해 펀칭이나 절삭 등의 가공을 행하는 공작 기계(머시닝센터)가 제공되어 있다. 이 공작 기계는 가공 데이터를 기초로 하여, 워크에 대해 공구를 상대적으로 이동시키면서 가공을 행하도록 구성되어 있다. 도20은 이러한 종류의 공작 기계의 본체(1)의 구성을 개략적으로 도시하는 측면도이다.
즉, 베이스(2) 상의 전방부측(도면에서 좌측)에는 워크(W)가 지지되는 테이블(3)이 설치되어 있다. 베이스(2) 상의 후방부측(도면에서 우측)에는 상방으로 연장되는 컬럼(4)이 설치되어 있다. 이 컬럼(4)은 XY 이동 기구(도시하지 않음)에 의해 좌우(X축) 및 전후(Y축) 방향으로 이동된다. 또한, 컬럼(4)의 전방면측에는 하향의 메인축(5)을 갖는 메인축 헤드(6)가 상하(Z축) 방향으로 이동 가능하게 설치되어 있다. 도시는 하지 않지만, 상기 메인축(5)의 선단부에는 공구가 교환 가 능하게 설치되도록 되어 있다. 컬럼(4)에는 그 공구를 자동으로 교환하는 공구 교환 장치도 설치되어 있다.
도시는 하지 않지만, 본체(1)에는 제어 장치가 설치된다. 이 제어 장치는 가공 데이터를 기초로 하여, XY 이동 기구의 X축 및 Y축 서보 모터, Z축 서보 모터, 메인축 모터를 제어한다. 이에 의해, 컬럼(4)이 수평 방향으로 이동되는 동시에, 메인축 헤드(6)가 Z축 방향으로 이동되고, 또한 메인축이 회전된다. 이에 의해, 가공이 자동으로 실행된다.
이것도 도시는 하지 않지만, 상기 본체(1)에는 공구 부분의 냉각을 도모하는 동시에, 가공 시에 발생하는 절삭 칩을 씻어내기 위해, 절삭수 순환 기구가 설치된다. 이 절삭수 순환 기구는 절삭수가 수용되는 탱크 및 펌프 등을 갖고 있다. 이 절삭수 순환 기구에 의해 탱크로부터 퍼내어진 절삭수가, 예를 들어 절삭 가공 부위를 향해 토출된다. 그 절삭수는 베이스(2)의 상면 부분을 흐르고, 그 후 탱크로 복귀된다. 그 탱크 부분에서 절삭 칩이 포획되는 등의 순환이 행해진다.
그런데, 상기와 같은 공작 기계의 본체(1)에 있어서는, 상기 절삭수가 꽤 고온이 되는 사정이 있다. 그 이유로서는, 절삭수 순환 기구의 탱크 구조의 밀폐화, 펌프의 대용량화, 고압화, 고속 절삭에 의한 절삭수의 온도 상승을 들 수 있다. 또한, 메인축의 회전 속도의 고속화나 각 부의 이송 속도의 고속화에 의한 분위기 온도의 상승 등의 다양한 발열 환경도 절삭수의 온도 상승을 초래한다. 그리고, 예를 들어 주철(주물)제의 베이스(2)의 상면을 그 절삭수가 흐름으로써, 열팽창에 의한 베이스(2)의 Y축 방향의 신장 변형이 생긴다. 이 신장에 의해, 메인축(5)과 테이블(3) 사이의 거리가 변화되어 가공 오차를 발생시키는 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 방지하기 위해, 종래에는 강제적으로 베이스(2)의 온도를 균일화하기 위해, 절삭수를 베이스(2)의 내부에 순환시키는 구조로 하는 것이 행해지고 있었다. 혹은, 베이스(2) 전체를 단열 커버나 판금 커버로 덮는 물리적인 처치 방법이 행해지고 있었다. 그런데, 베이스(2) 전체를 아무리 커버로 덮었다고 해도, 절삭수가 흐르는 면이나, 주위의 기구 부분으로부터의 열의 출입에 의해, 베이스(2) 전체의 온도 분포를 똑같이 하는 것은 매우 곤란하다. 게다가, 가령 베이스(2) 전체의 온도 분포를 균일하게 할 수 있었다고 해도, 분위기 온도의 상승에 의해 베이스(2)의 열팽창은 피할 수 없는 것이었다. 또한, 이와 같은 물리적인 방법에서는, 비용이 드는 문제점도 있었다.
그래서, 예를 들어 일본 특허 출원 공개 제2003-94290호 공보에 개시되는 보정 방법이 고려되고 있다. 이 방법에서는, 공작 기계의 요소에 온도 센서가 설치되고, 이들 온도 센서의 검출을 기초로 하여 열 변위량이 추측되고, 그 열 변위를 상쇄하도록 각 축의 이동량(메인축의 위치)이 보정된다. 구체적으로는, 온도 변화가 비교적 작은 부위에 기준 온도를 검출하는 열전대 등의 온도 센서가 설치되는 동시에, 온도 변화가 비교적 큰 부위에 주물 온도를 검출하는 온도 센서가 설치되고, 또한 기계 상부의 기온을 검출하는 온도 센서가 설치된다. 이들 각 온도 센서에 의해 소정 시간 간격으로 온도가 검출된다. 그리고, 주물 온도 및 기온의 각각에 대해, 전회(n － 1회째) 검출한 온도의 기준 온도와의 온도차, 금회(n회째) 검출한 기준 온도와의 온도차가 산출된다. 이들의 값과, 미리 실험에 의해 구해진 열시상수 및 열 변위 계수를 이용한 연산에 의해 각 축의 보정량이 구해진다.
상기 문헌에 개시된 기술에서는, 열 변위가, 열팽창, 열수축에 의한 순수한(직선적인) 신장인 것을 전제로 하여, 온도 정보를 볼 나사의 신장에 대용하여 위치 보정이 행해진다. 그런데, 현실의 공작 기계를 구성하는 구성 부위는 베이스(2), 컬럼(4), 메인축 헤드(6) 등 다양한 온도 변화가 존재하고 있어, 온도의 불균일이나 부분 구속 등에 의해 휨 변형이 적지 않게 발생한다. 특히, 상기한 바와 같은 절삭수를 흐르게 하는 것에 있어서는, 고온이 된 절삭수가 흐르는 베이스(2) 상면 부분에 있어서, 하면 부분에 비해 온도 상승이 심해진다. 이로 인해, 그것에 기인한 베이스(2)의 휨이 열적인 변위량으로서 무시할 수 없을 정도까지 생기게 된다. 이와 같은 휨 변형에 의한 변위는, 특별히 Y축 방향에 대해 문제가 된다.
또한, 상기 문헌에 개시된 기술에서는 온도 변화가 비교적 작은 부위 및 온도 변화가 비교적 큰 부위의 각각 1군데에 대한 온도를 검출하고 있다. 그런데, 2군데(기온을 포함하면 3군데)의 온도 검출만으로는, 각각의 구성 부위에 관하여 어느 축 방향으로 어느 만큼의 열 변위가 일어나고 있는지를 추정하는 것은 곤란하다. 또한, 소정 시간 간격으로 온도를 검출하고, 보정이 대상이 되는 n회째와, 그 전회(n － 1회째)만의 온도 검출에 의해 미소한 보정을 반복해서 행하도록 하고 있다. 이로 인해, 예를 들어 온도 측정치에 오차가 포함되는 것인 경우에, 그 오차가 축적되어 가고, 시간이 지남에 따라서 오차가 확대되는 동시에, 최초의 상태로 복귀되었음에도 불구하고, 히스테리시스가 남게 될 우려도 있다.
이와 같이, 상기 문헌에 개시된 종래 기술에서는 정확한 열 변위량을 추정하는 것은 어렵고, 보정에 의해 가공 정밀도를 높이기 위해서는 아직 불충분하였다.
또한, 본 출원인은 주로, 메인축 헤드를 상하 이동시키기 위한 볼 나사의 열팽창, 수축에 기인하는 Z축(상하) 방향의 열 변위를 보정하는 열 변위 보정 방법을 발명하여 먼저 출원하고 있다(일본 특허 출원 공개 제2000-135653호 공보). 본 발명에 따르면, 볼 나사의 신장에 기인하는 메인축, 나아가서는 공구의 상하 방향의 열 변위량을 적절하게 추정할 수 있어, 보정할 수 있다. 그러나, 보다 고정밀도인 가공을 행하기 위해서는, 공작 기계 본체의 각 구성 부위에 있어서의 전후(Y축) 방향의 열적인 변위를 무시할 수는 없고, 전후 방향의 열적인 변위량을 정확하게 추정하는 것이 중요해진다.
본 발명의 목적은 가공점에 있어서의 열적인 변위량을 추정하고, 그 변위를 상쇄하도록 각 축의 이동량을 보정하도록 한 것에 있어서, 열적인 변위량의 추정을 정확하게 행할 수 있고, 보정에 의해 가공 정밀도를 충분히 높일 수 있는 공작 기계 및 공작 기계의 변위 보정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 공작 기계는 공작 기계 본체의 복수 개소에 설치되어 해당 부위의 온도를 측정하는 온도 센서와, 이들 온도 센서의 측정을 기초로 하여 상기 공작 기계 본체를 구성하는 각 구성 부위의 열적인 변위량을 구하는 변위량 검출 수단과, 이 변위량 검출 수단이 검출한 각 구성 부위의 열적인 변위량을, 가공점에 있어서의 각 축 방향의 변위량으로 환산하는 환산 수단과, 이 환산 수단의 환산에 따라서 각 축에 관한 상대 이동량을 보정하는 보정 수단을 구비하는 동시에, 상기 온도 센서는 상기 각 구성 부위에 관하여, 적어도 온도 변화가 큰 면과, 그 반대측에 위치하는 면의 양쪽에 설치되어 있고, 상기 변위량 검출 수단은 상기 각 구성 부위의 열팽창ㆍ열수축 외에, 상기 온도 변화가 큰 면과 그 반대측에 위치하는 면의 온도 상승 정도의 상이에 기인하는 휨을 고려하여 변위량을 구하도록 구성되어 있다.
또한, 본 발명의 공작 기계의 열적 변위 보정 방법은 공작 기계의 각 구성 부위의 온도 변화에 기인하는 열적인 변위를 보정하기 위한 방법에 있어서, 상기 각 구성 부위에 관하여, 적어도 온도 변화가 큰 면과, 그 반대측에 위치하는 면의 양쪽에 상기 부위의 온도를 측정하는 온도 센서를 각각 설치하고, 이들 온도 센서의 측정을 기초로 하여, 상기 각 구성 부위의 열적인 변위량을, 각 구성 부위의 열팽창ㆍ열수축 외에, 상기 온도 변화가 큰 면과 그 반대측에 위치하는 면의 온도 상승 정도의 상이에 기인하는 휨을 고려하여 구하고, 그 변위량을 가공점에 있어서의 각 축 방향의 변위량으로 환산하고, 그 환산된 변위량에 따라서 각 축의 이동량을 보정한다.
본 발명에 있어서는, 공작 기계 본체의 각 구성 부위에 대해 온도 센서에 의해 개소 부위의 온도를 측정하도록 하고 있다. 게다가, 각 구성 부위에 대해, 적어도 온도 변화가 큰 면과, 그 반대측에 위치하는 면의 양쪽의 온도를 온도 센서에 의해 측정할 수 있다. 따라서, 각 구성 부위의 온도 변화 정도를 보다 치밀하게 검출할 수 있다. 이것과 함께, 온도 변화가 큰 면과 그 반대측에 위치하는 면 사이에서의 온도 상승 정도의 차, 즉 열팽창 차에 의한 휨 등의 변위도 추정할 수 있다. 따라서, 각 구성 부위의 각 축 방향에 관한 열적인 변위량을, 휨을 포함하여 충분한 확실함으로 추정하는 것이 가능해진다.
그리고, 각 구성 부위에 관하여 구해진 휨을 포함한 변위량으로부터, 가공점에 있어서의 전체적으로의 각 축 방향의 변위량으로 환산되고, 그 변위량을 상쇄하도록 각 축의 이동량을 보정할 수 있다. 이 결과, 본 발명에 따르면, 열적인 변위량의 추정을 정확하게 행할 수 있고, 보정에 의해 가공 정밀도를 충분히 높일 수 있다.
본 발명에 있어서는, 각 온도 센서에 의해 동일 시각에 측정된 초기의 온도를 기준 온도로서 기억하고, 임의의 시점에 있어서의 상기 각 온도 센서의 측정 온도를 상기 기준 온도와 비교하여 각 측정 부위에 있어서의 온도 변화를 구하고, 그 온도 변화를 기초로 하여 각 구성 부위의 열적인 변위량을 구할 수 있다. 각 온도 센서에 의해 동일 시각에 측정된 초기의 온도를 기준 온도로 하고, 임의의 시점에서의 온도 변화를 기초로 하여 상기 각 구성 부위의 열적인 변위량을 구하도록 하고 있으므로, 가령 온도 센서의 온도 측정치에 오차가 있었다고 해도, 그 오차가 축적되는 경우는 없고, 히스테리시스가 남는 경우도 없다.
이때, 상기 기준 온도를, 가공 개시 전의 공작 기계 본체에 대한 지그 등의 세팅 완료 시에 측정된 값으로 할 수 있다. 이에 의해, 아직 온도 변화에 의한 열팽창, 열수축이나, 분위기 온도의 영향이 없는 상태에서, 적절한 기준 온도를 취할 수 있는 것이 확인되어 있다.
본 발명의 공작 기계에 있어서는, 공작 기계 본체를 구성하는 각 구성 부위로서, 베이스, 이 베이스 상에 설치되어 워크를 지지하는 테이블, 상기 베이스 상에 상기 테이블의 후방부에 위치하여 설치된 컬럼, 이 컬럼에 설치되어 공구를 구비하는 메인축 헤드가 포함되는 것으로 할 수 있다. 각 구성 부위에 있어서의 열적인 변위량의 추정을 행하여, 보정에 의해 가공 정밀도를 충분히 높일 수 있다.
그 중, 열적인 변위가, 가공점에 있어서의 특히 전후 방향에 관한 어긋남이 되어 영향을 미치는 대상으로서는, 주로, 베이스의 전후 방향의 신장, 베이스의 전후 방향에 관한 휨, 컬럼의 상하 방향에 관한 휨, 메인축 헤드의 상하 방향에 관한 휨, 컬럼, 메인축 헤드 및 테이블의 전후 방향의 신장이다.
따라서, 변위량 검출 수단에 의해, 베이스에 관하여 전후 방향의 신장 외에, 전후 방향에 관한 휨에 의한 기울기 변위량을 고려하여 변위량을 구할 수 있다. 또한, 변위량 검출 수단에 의해, 컬럼에 관하여 전후 방향의 신장 외에, 상하 방향에 관한 휨에 의한 기울기 변위량을 고려하여 변위량을 구할 수 있다. 또한, 변위량 검출 수단에 의해, 메인축 헤드에 관하여 전후 방향의 신장 외에, 상하 방향에 관한 휨에 의한 기울기 변위량을 고려하여 변위량을 구할 수 있다. 변위량 검출 수단에 의해, 테이블에 관하여 전후 방향의 신장에 의한 변위량을 구할 수 있다. 가공점에 있어서의 전후 방향에 관한 변위를 보정할 수 있어, 전후 방향에 관한 높은 가공 정밀도를 얻을 수 있다.
본 발명의 공작 기계 및 공작 기계의 변위 보정 방법은 가공점에 있어서의 열적인 변위량을 추정하고, 그 변위를 상쇄하도록 각 축의 이동량을 보정하도록 한 것에 있어서, 공작 기계 본체의 복수 부위에 온도 센서를 설치하고, 이들 온도 센서의 측정을 기초로 하여, 각 구성 부위의 열적인 변위량을, 온도 변화가 큰 면과 그 반대측에 위치하는 면의 온도 변화에 의한 휨을 고려하여 구하고, 각 구성 부위의 열적인 변위량을, 가공점에 있어서의 각 축 방향의 변위량으로 환산하고, 그 환산에 따라서 각 축에 관한 상대 이동량을 보정하는 구성으로 하였으므로, 열적인 변위량의 추정을 정확하게 행할 수 있어, 보정에 의해 가공 정밀도를 충분히 높일 수 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시 형태를 나타내는 것으로, 일부를 파단한 공작 기계의 본체의 구성을 개략적으로 도시하는 사시도이다.
도2는 공작 기계의 전기적 구성을 개략적으로 도시하는 블럭도이다.
도3은 제어 장치가 실행하는 열 변위의 보정을 포함한 가공 작업의 처리 순서를 도시하는 흐름도이다.
도4a는 베이스의 Y축 방향의 신장의 모습을 과대적으로 도시하는 측면도이다.
도4b는 베이스의 휨 변형의 모습을 과대적으로 도시하는 측면도이다.
도4c는 컬럼의 휨 변형의 모습을 과대적으로 도시하는 측면도이다.
도4d는 메인축 헤드의 휨 변형의 모습을 과대적으로 도시하는 측면도이다.
도4e는 컬럼, 메인축 헤드, 테이블의 Y축 방향의 신장의 모습을 과대적으로 도시하는 측면도이다.
도5는 각 구성 부위의 Y축 방향의 열팽창, 수축에 의한 변위 및 휨에 의한 변위의 유무 및 그 변위의 방향을 나타내는 도면이다.
도6은 변위량의 추정에 이용되는 공작 기계 본체의 각 부의 치수를 도시하는 측면도이다.
도7은 공작 기계 본체의 각 부의 휨에 의한 기울기 각도를 도시하는 측면도이다.
도8a는 제1 시험에 있어서의 각 부의 온도 변화의 모습을 시간 경과와 함께 도시하는 도면(그 중 1)이다.
도8b는 제1 시험에 있어서의 각 부의 온도 변화의 모습을 시간 경과와 함께 도시하는 도면(그 중 2)이다.
도9는 각 구성 부위의 변위량의 실측치를 나타내는 도면이다.
도10은 측정용 센서에 의한 측정 위치를 도시하는 측면도이다.
도11은 베이스 전단부면에 있어서의 상면측의 변위량의 실측치와 계산치를 나타내는 도면이다.
도12a는 메인축의 상부에 있어서의 변위량의 실측치와 계산치를 나타내는 도면이다.
도12b는 메인축의 하부에 있어서의 변위량의 실측치와 계산치를 나타내는 도면이다.
도13은 제2 시험에 있어서의 시간 경과에 수반하는 실온, 절삭수의 수온, 기계 내의 온도의 변화의 모습을 도시하는 도면이다.
도14a는 메인축의 상부에 있어서의 Y축 방향의 변위량의 실측치와, 식1을 기초로 하는 보정을 실행한 경우의 어긋남량을 나타내는 도면이다.
도14b는 메인축의 하부에 있어서의 Y축 방향의 변위량의 실측치와, 식1을 기초로 하는 보정을 실행한 경우의 어긋남량을 나타내는 도면이다.
도15a는 메인축의 상부에 있어서의 Y축 방향의 변위량의 실측치와, 식2를 기초로 하는 보정을 실행한 경우의 어긋남량을 나타내는 도면이다.
도15b는 메인축의 하부에 있어서의 Y축 방향의 변위량의 실측치와, 식2를 기초로 하는 보정을 실행한 경우의 어긋남량을 나타내는 도면이다.
도16은 제3 시험에 있어서의 도13의 상당도이다.
도17a는 제3 시험에 있어서의 도14a의 상당도이다.
도17b는 제3 시험에 있어서의 도14b의 상당도이다.
도18a는 제3 시험에 있어서의 도15a의 상당도이다.
도18b는 제3 시험에 있어서의 도15b의 상당도이다.
도19는 본 발명의 제2 실시 형태를 나타내는 도6의 상당도이다.
도20은 종래예를 나타내는 것으로, 공작 기계 본체의 구성을 개략적으로 도시하는 측면도이다.
<부호의 설명>
11, 41 : 공작 기계 본체
12 : 베이스
13 : 테이블
14 : 컬럼
15, 43 : 메인축 헤드
16 : XY 이동 기구
20, 42 : 메인축
22 : 공구
25 : 제어 장치(변위량 검출 수단, 환산 수단, 보정 수단)
26 : 기억 장치(기준 온도 기억 수단)
27 : 조작 패널
28 내지 36 : 온도 센서
W : 워크
P : 가공점
본 발명을 보다 상세하게 서술하기 위해, 첨부한 도면을 따라서 이를 설명한다.
도1 내지 도18b는 본 발명의 제1 실시 형태를 나타내는 것이다. 본 실시 형태에 관한 공작 기계는 공작 기계 본체(머시닝센터)(11)와, 후술하는 제어 장치(25)(도2 참조)를 구비하여 구성된다. 우선, 도1은 공작 기계의 본체(11)의 외관 구성을 개략적으로 도시하고 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 본체(11)의 좌우 방향을 X축 방향, 전후 방향을 Y축 방향, 상하 방향을 Z축 방향으로 하고 있다. 각 축의 제어는 장치 고유의 삼차원(XYZ) 좌표계를 기초로 하여 행해지도록 되어 있다.
공작 기계의 본체(11)는, 도4a 내지 도4e, 도6에도 도시한 바와 같이 구성 부위로서, 베이스(12), 테이블(13), 컬럼(14), 메인축 헤드(15)를 구비하고 있다. 상기 베이스(12)는, 예를 들어 공장의 바닥부에 설치된다. 테이블(13)은 베이스(12) 상의 전방측에 설치되어 워크(W)(도4a 등 참조)를 지지한다. 컬럼(14)은 상기 베이스(12) 상의 후방측에 위치하여 주지의 XY 이동 기구(16)를 통해 상방으로 연장되어 설치된다. 메인축 헤드(15)는 컬럼(14)의 전방면측에 설치되어 있다. XY 이동 기구(16)는 모두 서보 모터로 이루어지는 X축 모터(17) 및 Y축 모터(18)(도2에만 도시)를 구비하고 있다. 이에 의해, 상기 컬럼(14)은 베이스(12)에 대해, 좌우(X축) 및 전후(Y축) 방향으로 자유자재로 이동되도록 되어 있다.
상기 메인축 헤드(15)는 상기 컬럼(14)에 상하 이동 가능하게 설치되어 있다. 컬럼(14) 내에는 메인축 헤드(15)를 상하(Z축) 방향으로 자유자재로 이동시키기 위한 상하 이동 기구가 설치되어 있다. 이 상하 이동 기구는 서보 모터로 이루어지는 Z축 모터(19)(도2에만 도시) 및 주지의 볼 나사 기구(도시하지 않음) 등으로 구성되어 있다. 그리고, 메인축 헤드(15)에는 하향의 메인축(20)이 설치되어 있다. 이것과 함께, 그 메인축(20)을 회전시키기 위한, 서보 모터로 이루어지는 메인축 모터(21)(도2에만 도시)가 설치되어 있다. 상기 메인축(20)의 선단부(하단부)에는 드릴이나 탭 등의 공구(22)가 교환 가능하게 설치되어 있다. 도시는 생략하고 있지만, 컬럼(14)에는 그 공구(22)를 자동으로 교환하는 공구 교환 장치도 설치되어 있다.
상기 베이스(12)는, 예를 들어 주철(주물)제로 되어 있고, 그 좌우 방향 중간부의 상면은 후방을 향함에 따라서 하강 경사지는 형태로 되어 있다. 또한, 상 기 테이블(13) 상에는 상기 워크(W)를 지지하기 위한 지그(도시하지 않음)가 세트되도록 되어 있다. 가공 시에 있어서는, 워크(W)는 테이블(13) 상의 후방부측에 배치되도록 되어 있다. 또한, 이것도 도시는 하지 않지만, 이 공작 기계의 본체(11)는 스플래시 커버에 의해 둘러싸이도록 되어 있다.
또한, 상세하게 도시는 하지 않지만, 이 본체(11)에는 공구(22)[가공점(P)] 부분의 냉각을 도모하는 동시에, 가공 시에 발생하는 절삭 칩을 씻어내기 위해, 절삭수 순환 기구가 설치된다. 이 절삭수 순환 기구는 절삭수가 수용되는 탱크 및 절삭수 순환 펌프(24)(도2에만 도시), 배관이나 밸브 등을 갖고 있다. 절삭수 순환 기구는 탱크로부터 퍼낸 절삭수를, 예를 들어 절삭 가공 부위를 향해 토출하고, 절삭수를 베이스(12)의 상면 부분을 흐르게 하여 탱크로 복귀시키고, 그 탱크 부분에서 절삭 칩을 포획하는 등의 순환을 행하도록 구성되어 있다.
그리고, 상기 공작 기계의 본체(11)에는, 도2에 도시한 바와 같이 상기 본체(11)를 제어하기 위한 제어 장치(NC 장치)(25)가 설치되어 있다. 제어 장치(25)를 본체(11)에 일체적으로 설치해도 좋다. 이 제어 장치(25)는 마이크로 컴퓨터를 주체로 하여 구성되고, 기억 장치(26)를 구비하고 있다. 이 기억 장치(26)에는 후술하는 열적 변위 보정의 프로그램을 포함하는 전체의 제어용 프로그램이 기억되어 있다. 또한, 기억 장치(26)에는 가공 데이터(NC 프로그램), 후술하는 기준 온도의 데이터를 포함하는 각종 데이터 등이 기억되도록 되어 있다.
이 제어 장치(25)는 도시하지 않은 구동 회로(서보 증폭기)를 통해, 상기 X축 모터(17), Y축 모터(18), Z축 모터(19) 및 메인축 모터(21)를 제어한다. 이것 과 함께, 공구 교환 장치나 절삭수 순환 기구[절삭수 순환 펌프(24)]도 제어하도록 되어 있다. 또한, 이 제어 회로(25)에는 조작 패널(27)로부터의 조작 신호가 입력된다.
이에 의해, 제어 장치(25)는 미리 입력된 가공 데이터(NC 프로그램)를 기초로 하여, 메인축(20)에 필요한 공구(22)를 설치한다. 그리고, 테이블(13) 상에 지지된 워크(W)에 대해, XY 이동 기구(16)에 의해 컬럼(14)을 수평 방향(X축 및 Y축 방향)으로 자유자재로 위치 결정한다. 이것과 함께, 메인축 헤드(15)를 Z축 방향으로 상하 이동시키면서 공구(22)[메인축(20)]를 회전시켜 워크(W)의 소정 위치[가공점(P)]에 작용시킨다. 이에 의해, 워크(W)에 대한 펀칭, 절삭 등의 가공 작업을 자동으로 실행한다. 또한, 이때, 제어 장치(25)는 절삭수 순환 기구[절삭수 순환 펌프(24)]를 제어하여 공구(22)[가공점(P)] 부분의 냉각을 도모하는 동시에, 가공 시에 발생하는 절삭 칩을 테이블(13) 또는 베이스(12)의 상면으로부터 씻어내도록 되어 있다.
그런데, 상기 제어 장치(25)는 그 소프트웨어적 구성(열적 변위 보정의 프로그램의 실행)에 의해, 상기 가공 작업을 행하는 것에 있어서, 본체(11)의 각 구성 부위의 열팽창 등의 열적 변위에 기인하는 가공점(P)에 있어서의 변위량(본래의 가공점으로부터의 어긋남량)을 추정한다. 그리고, 그 변위를 상쇄하도록 각 축[X축 모터(17), Y축 모터(18), Z축 모터(19)]의 이동량[X축 모터(17), Y축 모터(18), Z축 모터(19)의 목표 위치]을 보정하도록 되어 있다. 이에 의해, 본 실시 형태에 관한 열적 변위 보정 방법이 실행되도록 되어 있다.
이 열적 변위 보정을 위해, 본 실시 형태에서는 본체(11)를 구성하는 각 구성 부위에 관하여, 각각 온도 변화 정도가 상이한 복수의 온도 측정 개소에 위치하고, 온도 센서(28 내지 36)가 설치된다. 이들 온도 센서(28 내지 36)로부터의 온도 측정 신호는 상기 제어 장치(25)에 입력되도록 되어 있다. 이때, 각 온도 센서(28 내지 36)는, 각 구성 부위, 이 경우, 베이스(12), 컬럼(14), 메인축 헤드(15)에 관해서는, 온도 변화가 큰 면과, 그 반대측에 위치하는 온도 변화가 비교적 작은 면의 양쪽에 설치되도록 되어 있다.
구체적으로는, 도1에 도시한 바와 같이, 상기 베이스(12)에는 상기 베이스(12)의 전방측[테이블(13)측]의 상면의 온도(TB-UF)를 측정하는 온도 센서(28), 전방측의 저면의 온도(TB-BF)을 측정하는 온도 센서(29), 후방측[컬럼(14)측]의 상면의 온도(TB-UR)를 측정하는 온도 센서(30), 후방측의 저면의 온도(TB-BR)를 측정하는 온도 센서(31)가 설치되어 있다. 이 경우, 베이스(12)의 상면측이 온도 변화가 큰 면으로 되어 있다.
상기 컬럼(14)에는 상기 컬럼(14)의 전방면측의 온도(TC-F)를 측정하는 온도 센서(32) 및 후방면측의 온도(TC-B)를 측정하는 온도 센서(33)가 설치되어 있다. 이 경우, 컬럼(14)의 전방면측이 온도 변화가 큰 면으로 되어 있다. 또한, 상기 메인축 헤드(15)에는 상기 메인축 헤드(15)의 상면측의 온도(TSP-U)를 측정하는 온도 센서(34) 및 하면측의 온도(TSP-D)를 측정하는 온도 센서(35)가 설치되어 있다. 이 경우, 메인축 헤드(15)의 상면측이 온도 변화가 큰 면으로 되어 있다. 또한, 상기 테이블(13)에는 상기 테이블(13)의 온도(TD)를 측정하는 온도 센서(36)가 설 치되어 있다.
상세하게는, 이후의 작용 설명에서도 서술하는 바와 같이, 상기 제어 장치(25)는 상기 각 온도 센서(28 내지 36)에 의해 동일 시각에 측정된 초기의 온도를 기준 온도(T0)로 하여 기억 장치(26)에 기억한다. 따라서, 기억 장치(26)가 기준 온도 기억 수단으로서 기능한다. 이때, 본 실시 형태에서는 가공 작업 개시 전의 공작 기계 본체(11)에 대한 지그의 세팅 완료 시에 측정된 값이 기준 온도(T0)가 된다.
그리고, 제어 장치(25)는 임의의 시점[가공 데이터(NC 프로그램) 중에 보정 지령 신호가 있었던 시점]에 있어서의 상기 각 온도 센서(28 내지 36)의 현재의 측정 온도(T)를 취입한다. 취입된 각 측정 온도(T)를 상기 각 기준 온도(T0)와 비교하여 각 온도 측정 부위에 있어서의 온도 변화(ΔT)를 구한다. 그리고, 그 온도 변화(ΔT)를 기초로 하여 상기 각 구성 부위[베이스(12), 테이블(13), 컬럼(14), 메인축 헤드(15)]의 열적인 변위량을 구하여 가공점(P)에 있어서의 각 축 방향의 변위량으로 환산한다. 그 환산된 변위량에 따라서 각 축의 이동량[메인축(20)의 위치]을 보정한다. 따라서, 제어 장치(25)가 온도차 검출 수단, 변위량 검출 수단, 환산 수단, 보정 수단으로서 기능한다.
또한, 이때, 본 실시 형태에서는, 제어 장치(25)는 각 구성 부위의 열적인 변위량을 구하는(추정함) 것에 있어서, 각 구성 부위의 열적인 변위량을, 각 구성 부위의 열팽창ㆍ열수축과, 온도 상승 정도의 상이에 기인하는 휨의 양쪽을 고려하여 구한다. 구체적으로는, 베이스(12)의 전후 방향의 신장에 의한 변위량, 베이 스(12)의 전후 방향에 관한 휨에 의한 기울기 변위량, 컬럼(14)의 상하 방향에 관한 휨에 의한 기울기 변위량, 메인축 헤드(15)의 상하 방향에 관한 휨에 의한 기울기 변위량, 컬럼(14), 메인축 헤드(15) 및 테이블(13)의 전후 방향의 신장에 의한 변위량을 각각 구한다. 이들의 총합으로부터 가공점(P)에 있어서의 각 축 방향, 특히 Y축 방향의 가공점(P)[메인축(20)]의 열적인 변위량을 추정하도록 되어 있다.
다음에, 상기 구성의 작용에 대해, 도3 내지 도6도 참조하여 서술한다. 상기한 공작 기계의 본체(11)에 있어서는, 가공 작업을 행하는 것에 수반하여 각 모터(17, 18, 19, 21)의 발열, 구동 기구 부분의 마찰열, 공구(22)와 워크(W) 사이의 마찰에 의한 발열 등의 다양한 발열 환경에 의해, 각 구성 부위의 열팽창이 생긴다. 이것과 함께, 절삭수가 꽤 고온이 되는 사정이 있어, 절삭수가 흐르는 베이스(12)의 상면 부분의 온도 상승에 의한 열팽창도 커진다. 이와 같은 각 구성 부위의 열적인 변위가 가공점(P)에 있어서의 가공 오차를 발생시키게 된다. 이를 방지하기 위해, 제어 장치(25)는 가공점(P)에 있어서의 열적인 변위량을, 후술하는 계산식에 의해 추정하고, 그 변위를 상쇄하도록 각 축의 이동량[메인축(20)의 위치]을 보정한다.
이 경우, 열적인 변위는 X축, Y축, Z축의 3축 방향에 생기지만, 그 중 X축 방향의 열적 변위에 대해서는 각 부의 열팽창 등이 가공점(P)에 대해 좌우 대칭적으로 생기기 때문에, 가공점(P)에서는 가공 정밀도상 거의 영향이 없다. 또한, Z축 방향의 열적 변위에 관해서는, 메인축 헤드(15)를 상하 이동시키기 위한 볼 나사 기구의 마찰열에 의한 볼 나사축의 열팽창, 수축이 가장 커진다. 이 볼 나사의 열팽창, 수축에 기인하는 Z축 방향의 열 변위를 보정하는 열 변위 보정 방법에 대해서는, 본 출원인의 전회의 출원(예를 들어, 일본 특허 출원 공개 제2000-135653호 공보 등)에서 이미 알려져 있으므로, 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
그래서, 본 실시 형태에서는 각 구성 부위의 열적인 변위가 가장 문제가 되는 Y축 방향의 열적인 변위에 대해 서술한다. 도4a 내지 도4e는 상기 공작 기계 본체(11)의 각 구성 부위의 열적인 변위의 모습을 과대적으로 도시하는 것이다. 또한, 도4b, 도4c, 도4d 중, 동그라미 속에 「고(高)」의 문자는 온도 변화가 큰 면을 나타내고, 동그라미 속에 「저(低)」의 문자는 그것과는 반대측의 온도 변화가 비교적 작은 면을 나타내고 있다. 또한, 도5는 각 구성 부위의 Y축 방향의 열팽창, 수축에 의한 변위 및 휨에 의한 변위의 유무 및 그 변위의 방향을 일람으로 나타낸 것이다. 또한, 이 도5에서는 메인축(20)과 테이블(13)의 간격이 넓어지는 방향[메인축(20)에 대해서는 후방측, 테이블(13)에 대해서는 전방측]을 플러스(＋) 방향으로 하고 있고, 이하의 설명에서도 그 방향을 채용하고 있다.
도4a는 베이스(12)의 열팽창에 의한 Y축 방향의 신장의 모습을 도시하고 있다. 이 팽창 변위는 베이스(12)의 전후 방향 중심(Ob)에 대해, 전방측[테이블(13)측]과 후방측[컬럼(14측)]의 양쪽이 서로 전후로 이격되는 방향으로 생긴다. 도4b는 베이스(12)의 휨 변형의 모습을 도시하고 있다. 이 경우, 온도 변화가 큰 베이스(12)의 상면측의 쪽이 저면측에 비해 열팽창이 보다 커지기 때문에, 베이스(12)의 상면측에 있어서 중앙측이 상방으로 팽창되는[나아가서는, 테이블(13) 및 메인축(20)이 기울어짐] 휨 변형이 생긴다.
도4c는 컬럼(14)의 휨 변형의 모습을 도시하고 있다. 이 경우, 온도 변화가 큰 컬럼(14)의 전방면측의 쪽이 후방면측에 비해 열팽창이 보다 커지기 때문에, 컬럼(14)의 상부측이 후방으로 기울어지는[나아가서는, 메인축(20)이 기울어짐] 휨 변형이 생긴다. 도4d는 메인축 헤드(15)의 휨 변형의 모습을 도시하고 있다. 이 경우, 온도 변화가 큰 메인축 헤드(15)의 상면측의 쪽이 하면측에 비해 열팽창이 보다 커지기 때문에, 메인축 헤드(15)의 상면측에 있어서 중앙측이 상방으로 팽창되는[메인축(20)이 기울어짐] 휨 변형이 생긴다.
도4e는 컬럼(14) 및 메인축 헤드(15) 및 테이블(13)의 열팽창에 의한 Y축 방향의 신장의 모습을 도시하고 있다. 컬럼(14) 및 메인축 헤드(15)의 팽창 변위는 메인축(20)이 전방으로 변위되도록 생기고, 테이블(13)의 후단부측[워크(W)의 배치측]이 후방으로 변위되도록 생긴다. 또한, 테이블(13)의 휨에 의한 변위는 매우 작아, 무시할 수 있을 정도이다.
가공점(P)[메인축(20)]에 있어서의 Y축 방향에 관한 열적인 변위량(δ)은 상기 각 구성 부위의 Y축 방향의 변위량의 총합이 되고, 다음 식에 의해 구할 수 있다.
변위량(δ) ＝ Σ(각 부위의 신장 ＋ 휨에 의한 기울기 변위)
＝ [베이스(12)의 테이블(13)측 팽창 변위 ＋ 베이스(12)의 컬럼(14)측 팽창 변위]
＋ [베이스(12)의 테이블(13)측 기울기 Y축 환산 변위 ＋ 베이스(12)의 컬럼(14)측 기울기 Y축 환산 변위)
＋ [컬럼(14)의 기울기 Y축 환산 변위]
＋ [메인축 헤드(15)의 기울기 Y축 환산 변위) － [컬럼(14)의 팽창 변위 ＋ 메인축 헤드(15)의 팽창 변위 ＋ 테이블(13)의 팽창 변위]
따라서, 상기 식의 각 항을 각각 구함으로써(추정함), 변위량(δ)을 산출할 수 있다. 각 항에 대해서는 각 온도 측정 부위에 있어서의 기준 온도로부터의 온도 변화, 선팽창 계수나 각 부의 치수 등의 상수(일부 가변), 미리 실험 등에 의해 구해지는 파라미터(보정 계수)를 이용함으로써 산출하는 것이 가능해진다.
이 경우, 팽창 변위에 대해서는 각 온도 측정 부위에 있어서의 측정 온도(T)와 그 부위의 기준 온도(T0)의 차(ΔT)와, 선팽창 계수(λ)로부터 구하는 것이 가능해진다. 또한, 기울기의 Y축 방향 환산 변위에 대해서는, 기울기 각도(θ)의 정현으로부터 구하는 것이 가능해지고, 그 기울기는 온도 변화가 큰 측 및 작은 측의 팽창 변위의 차로부터 구할 수 있다. 구체적인 계산 예에 대해, 도6 및 도7도 참조하여 이하에 서술한다.
여기서, 도6은 이 계산에 이용되는 공작 기계 본체(11)의 각 부의 치수를 나타내고 있다. 베이스(12)의 Y축 방향 전체 길이를 L, 베이스(12)의 Y축 방향 중심(Ob)으로부터 테이블(13)의 Y축 방향 중심(Ot)까지의 길이를 S-table, 베이스(12)의 Y축 방향 중심(Ob)으로부터 컬럼(14)의 Y축 방향 중심(Oc)까지의 길이를 S-column으로 하고 있다. 베이스(12)의 전단부의 높이 치수를 H-base-F, 후단부의 높이 치수를 H-base-R로 하고 있다. 테이블(13)의 높이를 H-table, 워크(W)의 높이[테이블(13) 상면으로부터 가공점(P)까지의 높이]를 H-work(변동하는 값)로 하고 있다.
컬럼(14)[XY 이동 기구(16)를 포함함]의 테이블(13) 상면까지의 높이를 H-column3, 테이블(13) 상면으로부터 컬럼(14)의 본체부의 하단부까지의 높이를 H-column2, 컬럼(14)의 본체부의 높이를 H-column1, 메인축 헤드(15)의 현재의 Z축의 위치를 Z-center(변동하는 값), 컬럼(14)의 Y축 방향 중심(Oc)으로부터 컬럼(14)의 전방면까지의 길이를 L-column으로 하고 있다. 컬럼(14)의 전방면으로부터 메인축(20)의 중심(Os)까지의 길이를 L-SP, 메인축(20)의 중심(Os)으로부터 테이블(13)의 중심(Ot)까지의 길이를 L-table로 하고 있다.
메인축 헤드(15)의 기초부의 높이를 H-SP-1, 메인축 헤드(15)의 하면부로부터 Z축의 위치까지의 높이를 H-SP-2, 공구(22)의 높이를 H-tool로 하고 있다. 이때, H-work ＋ H-tool ＋ H-SP-2 ＝ Z-center ＋ H-column2의 관계가 있고, H-work 및 Z-center가 가변의 값이며 그 외에는 고정된 값이 된다. 현재의 Z-center의 값과 H-tool의 값으로부터 H-work의 값을 구할 수 있다.
또한, 도7은 이 계산에 이용되는 공작 기계 본체(11)의 각 부의 휨에 의한 기울기 각도를 도시하고 있다. 여기서는, 베이스(12)의 Y축 방향 중심(Ob)선을 기준선으로 하여 베이스(12)의 전단부면의 기울기 각도를 θ-base-F, 베이스(12)의 후단부면의 기울기 각도를 θ-base-R로 하고 있다. 또한, 테이블(13)의 중심(Ot)에서의 기울기 각도를 θ-table, 컬럼(14)의 중심(Oc)에서의 기울기 각도를 θ-column으로 하고 있다.
계산예에 대해 이하 차례로 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는 각 온도 센 서(28 내지 36)에 의해 측정되어 기억되는 기준 온도를, 각각 TB-UF-0, TB-BF-0, TB-UR-0, TB-BR-0, TC-F-0, TC-B-0, TSP-U-0, TSP-D-0, TT-0로 나타낸다. 즉, 각 온도 센서(28 내지 36)의 측정 온도(T 플러스 첨자)의 뒤에 첨자 「-0」을 더 붙인 것으로 한다.
(a) 베이스(12)의 신장에 의한 변위량
베이스(12)의 테이블(13)측 팽창 변위에 의한 신장[δb1-table]은,
[δb1-table] ＝ λ × ΔTBF × (S-table)
이 된다. 단, ΔTBF ＝ (TB-BF) － (TB-BF-0)이다.
마찬가지로, 베이스(12)의 컬럼(14)측 팽창 변위에 의한 신장[δb1-column]은,
[δb1-column] ＝ λ × ΔTBR × (S-column)
이 된다. 단, ΔTBR ＝ (TB-BR) － (TB-BR-0)이다.
베이스(12)의 신장에 의한 변위량은 이들의 합이기 때문에, [δb1-table] ＋ [δb1-column]이 된다.
(b) 베이스(12)의 휨에 의한 기울기 변위량
우선, 베이스(12)의 테이블(13)측의 기울기에 의한 가공점(P)에서의 변위량[δb2-table]을 다음과 같이 하여 구한다.
(b-1) 베이스(12)의 전단부의 기울기[θ-base-F]는 다음 식으로 구할 수 있다.
[식1]
[θ-base-F] ＝ sin-1[λ × (ΔTUF － ΔTBF) × (L/2)/(H-base-F)]
(b-2) 테이블(13)의 중심(Ot)에서의 기울기[θ-table]는 비례 배분에 의해 다음과 같아진다.
[식2]
[θ-table] ≒ [θ-base-F] × (S-table)/(L/2)
(b-3) 테이블(13)의 중심(Ot)과 가공점(P) 사이에서 변위량의 상이는 아주 약간(오차 정도)이므로, [δb2-table]은 다음과 같이 근사할 수 있다.
[식3]
[δb2-table] ≒ sin[θ-table] × [(H-table) ＋ (H-work)]
마찬가지로, 베이스(12)의 컬럼(14)측의 기울기에 의한 가공점(P)에서의 변위량[δb2-column]을 다음과 같이 하여 구한다.
(b-4) 베이스(12)의 후단부의 기울기[θ-base-R]는 다음 식으로 구할 수 있다.
[식4]
[θ-base-R] ＝ sin-1[λ × (ΔTUR － ΔTBR) × (L/2)/(H-base-R)]
(b-5) 컬럼(14)의 중심(Oc)에서의 기울기[θ-column]는 비례 배분에 의해 다음과 같아진다.
[식5]
[θ-column] ≒ [θ-base-R] × (S-column)/(L/2)
(b-6) 가공점(P)에서의 변위량[δb2-column]은 다음과 같이 근사할 수 있다.
[식6]
[δb2-column] ≒ sin[θ-column] × [(H-column3) ＋ (H-work)]
베이스(12)의 휨에 의한 기울기 변위량은 [δb2-table] ＋ [δb2-column]으로 구할 수 있다.
(c) 컬럼(14)의 휨에 의한 기울기 변위량[δc]
컬럼(14)의 전단부면에서의 기울기[θ-column-U]는 다음 식으로 구할 수 있다.
[식7]
[θ-column-U] ＝ sin-1[λ × (ΔTC-F-ΔTC-R)] × [(H-column1)/[(L-column)×2)]
메인축 헤드(15) 중심에서의 기울기[θ-sp]는 Z축 높이에 따라서 다음과 같아진다.
[식8]
[θ-sp] ≒ [θ-column-U] × (Z-center)/(H-column1)
이들로부터, 컬럼(14)의 휨에 의한 가공점(P)에서의 변위량[δc]은 다음과 같이 구할 수 있다.
[식9]
[δc] ≒ sin[θ-sp] × (L-SP)
(d) 메인축 헤드(15)의 휨에 의한 기울기 변위량[δsp]
메인축(20)의 중심(Os)의 기울기[θ-SP-U]는 다음 식으로 구할 수 있다.
[식10]
[θ-SP-U] ＝ sin-1[λ × (ΔT-SP-U-ΔTSP-D) × (L-SP)/(H-SP2)]
따라서, 메인축 헤드(15)의 휨에 의한 가공점(P)에서의 변위량[δsp]은 다음과 같이 구할 수 있다.
[식11]
[δSP] ≒ sin[θ-SP-U] × [(H-SP-2) ＋ (H-tool)]
(e) 컬럼(14), 메인축 헤드(15), 테이블(13)의 신장에 의한 변위량
컬럼(14), 메인축 헤드(15), 테이블(13)의 신장에 의한 가공점(P)에서의 변위량[δ-other]은 다음 식으로 구할 수 있다.
[δ-other] ＝ λ × [(ΔTSP) × (L-SP) ＋ (ΔTC-F) × (L-column) ＋ (ΔTT) × (L-table)]
상기 (a) 내지 (e)로부터, 가공점(P)에 있어서의 전체적으로의 Y축 방향 변위량(δ)은,
변위량(δ) ＝ [δb1-table] ＋ [δb1-column] ＋ [δb2-table] ＋ [δb2-column] ＋ [δc] ＋ [δsp] － [δ-other] …(1)
이 된다.
단, 상기는, 말하자면 이론치이기 때문에, 기계의 구조에 따라서 약간의 보 정을 추가하는 것이 보다 바람직하다. 즉, 다음과 같이 각 항에 보정 계수(파라미터)를 곱하는 것이 유효하다.
변위량(δ) ＝ α1 × [δb1-table] ＋ β1 × [δb2-table] ＋
α2 × [δb1-column] ＋ β2 × [δb2-column] ＋
γ × ([δc] ＋ [δsp] － [δ-other]) …(2)
또한, 이때의 파라미터(α1, β1, α2, β2, γ)의 결정에 대해서는, 수리 공학에서 말하는 주지의 선형 계획법을 이용함으로써, 비교적 간단하게 최적화할 수 있다.
그런데, 도3의 흐름도는 제어 장치(25)가 실행하는, 상기 열 변위의 보정을 포함한 가공 작업의 처리 순서를 나타내고 있다. 즉, 우선, 스텝 S1에서는, 예를 들어 조작자의 조작 패널(27)의 조작을 기초로, 각 온도 센서(28 내지 36)에 의해 동일 시각에 각 온도 측정 부위의 초기의 온도가 측정된다. 이때, 예를 들어 가공 작업 개시 전의 공작 기계 본체(11)에 대한 지그의 세팅 완료 시(가공 작업 개시 전)의 초기 상태의 온도가 측정된다. 스텝 S2에서는 이들 측정된 온도가 기준 온도(TB-UF-0, TB-BF-0, TB-UR-0, TB-BR-0, TC-F-0, TC-B-0, TSP-U-0, TSP-D-0, TT-0)로서 기억 장치(26)에 기억(등록)된다.
스텝 S3에서는 가공 프로그램이 기동된다. 다음의 스텝 S4에서는 가공 프로그램의 블럭마다의 해석이 행해진다. 여기서, 가공 프로그램의 적절한 위치에 열적 변위의 보정 지령이 삽입되어 있다. 스텝 S5에서 보정 지령 신호의 유무가 판단된다. 보정 지령 신호가 없는 경우에는(스텝 S5에서 아니오), 스텝 S6에서 프로 그램 종료 코드인지 여부가 판단된다. 프로그램 종료 코드가 아닌 경우에는(스텝 S6에서 아니오), 스텝 S7로 진행하여 가공 작업이 실행된다. 1 블럭의 가공 작업이 행해지면, 스텝 S4로 복귀되어 다음 블럭의 해석이 행해지고, 또한 프로그램 종료 코드인 경우에는(스텝 S6에서 예), 처리를 종료한다.
그리고, 가공 프로그램의 블럭 중에 보정 지령 신호가 있던 경우에는(스텝 S5에서 예), 우선 스텝 S8에서 각 온도 센서(28 내지 36)에 의해 각 온도 측정 부위의 현재의 온도(TB-UF, TB-BF, TB-UR, TB-BR, TC-F, TC-B, TSP-U, TSP-D, TT)가 측정된다. 다음의 스텝 S9에서는 각 온도 측정 부위에 있어서, 각각 측정 온도라고 기억되어 있는 기준 온도와의 온도차가 산출된다.
다음의 스텝 S1O에서는 현재의 위치 결정 기계 좌표(Z-center의 값을 포함함)가 판독된다. 스텝 S11에서는 공구 길이(H-tool)의 데이터가 판독된다. 스텝 S12에서는 상기한 계산식[식1 또는 식2]을 이용하여 가공점(P)의 변위량(δ), 나아가서는 보정량이 산출된다. 계속해서, 스텝 S13에서 그 변위량(δ)을 상쇄하도록 각 축 방향의 위치가 시프트되고, 이로써 열적인 변위의 보정이 행해진다. 또한, 이때, Y축 방향의 보정이 상기와 같이 행해지는 것이지만, 이것과 함께 주로 볼 나사의 열팽창, 수축에 기인하는 Z축 방향의 열 변위의 보정이 더불어 행해진다. 그리고, 스텝 S7에서 가공 작업이 실행된다.
이와 같이 본 실시 형태에 따르면, 다음과 같은 효과를 발휘한다. 즉, 본 실시 형태에서는 공작 기계 본체(11)의 각 구성 부위에 대해 복수개의 온도 센서(28 내지 36)에 의해 온도를 측정하도록 하고 있다. 게다가, 베이스(12), 컬 럼(14), 메인축 헤드(15)에 관해서는, 온도 변화 정도가 상이한 복수 부위(온도 변화가 큰 면과, 그 반대측에 위치하는 면의 양쪽)에 온도 센서(28 내지 35)를 설치하도록 하였다. 이에 의해, 각 구성 부위의 온도 변화 정도를 보다 치밀하게 검출할 수 있어, 각 구성 부위의 각 축 방향, 특히 Y축 방향에 관한 열적인 변위량을 충분한 확실함으로 추정(계산)하는 것이 가능해졌다.
이때, 각 구성 부위의 열적인 변위량을, 각 구성 부위의 열팽창ㆍ열수축과, 온도 상승 정도의 상이에 기인하는 휨의 양쪽을 고려하여 구하도록 하고 있다. 따라서, 열팽창ㆍ열수축에 의한 변위 및 휨에 의한 변위의 양쪽을 대상으로 함으로써, 열적인 변위량의 추정을 보다 정확하게 행할 수 있고, 보정에 의해 가공 정밀도를 충분히 높일 수 있다.
그리고, 본 실시 형태에 있어서는, 각 온도 센서(28 내지 36)에 의해 동일 시각에 측정된 초기의 온도를 기준 온도로 하고, 임의의 시점에서의 온도 변화를 기초로 하여 상기 각 구성 부위의 열적인 변위량을 구하도록 하고 있다. 따라서, 가령 온도 센서(28 내지 36)의 온도 측정치에 다소의 오차가 있었다고 해도, 그 오차가 축적되는 경우는 없고, 히스테리시스가 남는 등의 경우도 없다.
덧붙여 말하면, 본 발명자는 본 실시 형태의 효과를 확인하기 위해, 몇 개의 시험을 행하였다. 그 시험 결과에 대해 도8a 내지 도18b를 참조하여 서술한다. 즉, 도8a 내지 도12b는 제1 시험에 있어서의 결과를 나타내고 있다. 도8a, 도8b는 베이스(12) 상면에 절삭수를 흐르게 하면서 그 절삭수를 히터에 의해 가열하여 그 온도를 점차 상승시키고, 5시간 후에 절삭수를 정지하여 방치 냉각하였을 때의, 각 부의 온도 변화의 모습을 시간 경과와 함께 나타낸 것이다(편의상, 2개의 도면으로 나누고 있음). 그리고, 도9는 그때의 각 구성 부위의 변위량(Y축 방향)의 실측치를 나타내고 있다.
또한, 이 변위량의 측정에는, 예를 들어 와전류형 근접 센서가 이용된다. 도10은 도9의 시험에 있어서의 측정용 센서에 의한 측정 위치를 도시하고 있다. 도면 중 동그라미 속 숫자는 도9의 동그라미 속 숫자와 대응하고 있다. 측정용 센서는 바닥면 상에 설치되고, 베이스(12)의 전방측의 상하부의 거리의 변화를 각각 측정한다. 또한, 테이블(13) 상에 설치되고, 메인축(20)의 전방측의 상하부의 거리의 변화를 각각 측정하도록 설치되어 있다. 도9에 있어서의 변위량은 측정용 센서로부터의 거리가 커지는(이격되는) 방향이 「＋」, 작아지는(근접하는) 방향이 「―」로 되어 있다.
도11은 그때의 시간 경과에 수반하는 베이스(12) 전단부면에 있어서의 상면측의 변위량(기울기)의 실측치와, 이론치(상기한 계산식에 의해 구해지는 값)를 나타내고 있다. 실제의 변위량과, 계산에 의해 구해진 값이 거의 일치하고 있는 것을 이해할 수 있다. 또한, 도12a, 도12b는 각각 메인축(20)의 상부 및 하부에 있어서의, 변위량(기울기)의 실측치와, 이론치(상기한 계산식에 의해 구해지는 값)를 나타내고 있다. 또한, 이 도12a, 도12b에서는 실측치와 이론치의 오차도 더불어 나타내고 있다. 이들로부터, 변위량의 실측치와, 계산에 의해 구해진 이론치(추정치)가 매우 근사하여, 이들 사이의 오차가 0에 가까운 값으로 되어 있는 것을 이해할 수 있다.
도13 내지 도15b는 제2 시험에 있어서의 결과를 나타내고 있다. 이 시험은 베이스(12) 상면에 절삭수를 흐르게 하면서 그 절삭수를 히터에 의해 가열하여 그 온도를 점차 상승시키고, 5시간 후에 절삭수를 정지하여 방치 냉각하도록 하고 있다. 이것과 함께, 공작 기계가 설치되어 있는 실의 실온을, 5시간 동안 5도 상승시키고, 그 후, 처음으로 복귀시키는 등의 조작을 추가한 것이다. 도13은 그때의 시간 경과에 수반하는 실온, 절삭수의 수온, 기계 내(스플래시 커버 내)의 온도의 변화의 모습을 도시하고 있다.
그리고, 도14a 및 도14b는 각각 그때의 메인축(20)의 상부 및 하부에 있어서의, Y축 방향의 변위량의 실측치와, 상기 식1에 의해 산출된 Y축 방향의 변위량으로 메인축(20)의 위치의 보정을 실행한 경우의 어긋남량을 나타내고 있다. 보정을 행함으로써, Y축 방향의 변위를 거의 정확하게 상쇄할 수 있는 것을 이해할 수 있다. 또한, 도15a 및 도15b는 각각 그때의 메인축(20)의 상부 및 하부에 있어서의, Y축 방향의 변위량의 실측치와, 상기 식2에 의해 산출된 Y축 방향의 변위량으로 메인축(20)의 위치의 보정을 실행한 경우의 Y축 방향의 어긋남량을 나타내고 있다. 한층 정확한 보정이 행해지는 것을 이해할 수 있다.
도16 내지 도18b는 제3 시험에 있어서의 결과를 나타내고 있다. 이 시험은 베이스(12) 상면에 절삭수를 흐르게 하면서 그 절삭수를 히터에 의해 가열하여 그 온도를 점차 상승시키고, 5시간 후에 절삭수를 정지하여 방치 냉각한다. 이것과 함께, 공작 기계가 설치되어 있는 실의 실온을 플러스 마이너스 2도의 범위에서 상하 이동시키는 등의 조작을 추가한 것이다. 도16은 그때의 시간 경과에 수반하는 실온, 절삭수의 수온, 기계 내(스플래시 커버 내)의 온도의 변화의 모습을 도시하고 있다.
그리고, 상기 제2 시험과 마찬가지로, 도17a 및 도17b는 각각 그때의 메인축(20)의 상부 및 하부에 있어서의, Y축 방향의 변위량의 실측치와, 상기 식1을 기초로 메인축(20)의 위치의 보정을 실행한 경우의 어긋남량을 나타내고 있다. 보정을 행함으로써, Y축 방향의 변위량을 거의 정확하게 상쇄할 수 있는 것을 이해할 수 있다. 또한, 도18a 및 도18b는 각각 그때의 메인축(20)의 상부 및 하부에 있어서의, Y축 방향의 변위량의 실측치와, 상기 식2를 기초로 하여 메인축(20)의 위치의 보정을 실행한 경우의 어긋남량을 나타내고 있다. 한층 정확한 보정이 행해지는 것을 이해할 수 있다.
도19는 본 발명의 제2 실시 형태를 나타내고 있고, 이하, 상기 제1 실시 형태와 다른 점에 대해서만 서술한다. 본 실시 형태에 관한 공작 기계의 본체(41)는, 소위 횡형의 것이고, 컬럼(14)의 전방면부에는 수평 방향 전방으로 연장되는 메인축(42)을 갖는 메인축 헤드(43)가 설치되어 있다. 이 공작 기계에서는 본체(41)의 좌우 방향을 X축 방향, 전후 방향을 Z축 방향, 상하 방향을 Y축 방향으로 하고 있다.
따라서, 상기 제1 실시 형태의 XY 이동 기구(16)는 XZ 이동 기구(16)가 된다. 또한, 컬럼(14) 내에는 메인축 헤드(43)를 상하(Y축) 방향으로 자유자재로 이동시키기 위한 모터 및 볼 나사 기구로 이루어지는 상하 이동 기구가 설치되어 있다. 메인축 헤드(43)에는 메인축(42)을 회전시키기 위한 메인축 모터(21)가 설치 되고, 메인축(42)의 선단부(전단부)에는 드릴이나 탭 등의 공구(22)가 교환 가능하게 설치되어 있다. 이 경우, 테이블(13) 상에 지지된 워크(W)의 후방면측에 대해 가공이 행해지도록 되어 있다.
이러한 공작 기계 본체(41)에 있어서도, 상기 제1 실시 형태와 동일한 사고 방식으로 열적인 변위에 대한 보정이 행해진다. 이 경우, 계산식이 상기 제1 실시 형태와는 달라진다. 여기서는, 메인축 헤드(43)의 현재의 Y축의 위치[컬럼(14)의 본체의 저면으로부터의 상하 방향 높이]를 Y-center(현재 위치에 따라서 변동되는 값)로 하고 있다. 컬럼(14)의 전방면으로부터 메인축 헤드(43)의 전방면까지의 길이를 L-SP로 하고 있다. 또한, 테이블(13)의 Z축 방향 중심(Ot)으로부터 공구(22) 선단부[가공점(P)]까지의 길이를 L-work, 테이블(13)의 상면으로부터 공구(22)[가공점(P)]까지의 높이를 H-work(모두 현재 위치에 따라서 변동되는 값)로 하고 있다.
본 실시 형태에 있어서는, 가공점(P)에 있어서의 Z축 방향에 관한 열적인 변위량(δ)은 각 구성 부위의 Z축 방향의 변위량의 총합이 되는 것이지만, 여기서는, 메인축 헤드(43)의 휨에 의한 Z축 방향의 변위는, 매우 작아 무시할 수 있을 정도이다. 따라서, 변위량(δ)은 다음 식에 의해 구할 수 있다.
변위량(δ) ＝ [베이스(12)의 테이블(13)측 팽창 변위 ＋ 컬럼(14)측 팽창 변위] ＋ [베이스(12)의 테이블(13)측 기울기 Z축 환산 변위 ＋ 컬럼(14)측 기울기 Z축 환산 변위] ＋ [컬럼(14)의 기울기 Z축 환산 변위] － [컬럼(14)의 팽창 변위 ＋ 메인축 헤드(43)의 팽창 변위 ＋ 테이블(13)의 팽창 변위]
상기 식의 각 항을 구하는 구체적 계산예는 다음과 같다.
(a) 베이스(12)의 신장에 의한 변위량
이는, 상기 제1 실시 형태와 마찬가지로 구할 수 있고, 베이스(12)의 신장에 의한 변위량은 [δb1-table] ＋ [δb1-column]이 된다.
(b) 베이스(12)의 휨에 의한 기울기 변위량
이것도 상기 제1 실시 형태와 마찬가지로 구할 수 있고, 베이스(12)의 휨에 의한 기울기 변위량은 [δb2-table] ＋ [δb2-column]이 된다.
(c') 컬럼(14)의 휨에 의한 기울기 변위량[δc]
컬럼(14)의 상단부면에서의 기울기[θ-column-U]는 다음 식으로 구할 수 있다.
[식12]
[θ-column-U] ＝ sin-1[λ × (ΔTC-F-ΔTC-R)] × {(H-column1)/[(L-column)×2]}
메인축(42) 중심 위치에서의 기울기[θ-sp]는 Y축 높이에 따라서 다음과 같아진다.
[식13]
[θ-sp] ≒ [θ-column-U] × (Y-center)/(H-column1)
이들로부터, 메인축(42) 중심 위치에서의 Z축 방향의 변위량[δc]은 다음과 같이 구할 수 있다.
[식14]
[δc] ≒ sin[θ-sp] × (Y-center)
(e') 컬럼(14), 메인축 헤드(43), 테이블(13)의 신장에 의한 Z축 변위량
컬럼(14), 메인축 헤드(43), 테이블(13)의 Z축 방향의 신장에 의한 변위량[δ-other]은 다음 식으로 구할 수 있다.
[δ-other] ＝ λ × [(ΔTSP) × (L-SP) ＋ (ΔTC-F) × (L-column) ＋ (Δ TT) × (L-work)]
이상으로부터 메인축(42) 중심[가공점(P)]에 있어서의 전체적으로의 Z축 방향 변위량(δ)은,
변위량(δ) ＝ [δb1-table] ＋ [δb1-column] ＋ [δb2-table]
＋[δb2-column] ＋ [δc] － [b-other] …(3)
에 의해 구할 수 있다. 이 경우에도 각 항에 보정 계수(파라미터)를 곱하도록 해도 좋다.
이와 같은 제2 실시 형태에 의해서도, 소위 횡형의 공작 기계 본체(41)에 있어서, 가공점(P)에 있어서의 열적인 변위량을 추정하고, 그 변위를 상쇄하도록 각 축의 이동량을 보정하도록 하였다. 이때, 각 구성 부위의 휨을 포함한 열적인 변위량의 추정을 정확하게 행할 수 있고, 보정에 의해 가공 정밀도를 충분히 높일 수 있다는 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 상기한 각 실시 형태에 있어서는, 각 구성 부위의 열적인 휨 변형을, 공작 기계 본체의 전후 방향의 변위의 보정에 반영시키도록 하였지만, 이것과 더불 어, 상하 방향의 변위의 보정(변위량의 추정)에 각 구성 부위의 휨을 고려하도록 해도 좋다. 또한, 상기한 기준 온도(초기 온도)를 측정하는 시기에 대해서도, 예를 들어 공작 기계의 전원이 온일 때 등의 변경이 가능하다.
이때, 기억되는 기준 온도에 대해서는 그다지 빈번하게 갱신할 필요는 없다. 예를 들어, 계절의 바뀜에 따라서 실온이 크게 변동된 경우 등, 그것까지의 기준 온도를 그대로 이용하는 것은 바람직하지 않은 경우가 있다. 그래서, 기억 장치(26)에 기억(등록)되는 기준 온도를 새롭게 측정하거나, 전회에 기억되어 있는 기준 온도를 그대로 사용할지를, 사용자가 선택 수단으로서의 조작 패널(27)을 조작함으로써 선택할 수 있도록 구성해도 좋다. 보다 적절한 기준 온도를 채용할 수 있게 된다.
그 밖에, 본 발명은 상기한 각 실시 형태로 한정되는 것은 아니고, 당업자라면 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 상기 실시 형태에 다양한 변경을 부가하여 실시할 수 있고, 본 발명은 이들의 변경 형태도 포함하는 것이다.
이상과 같이, 본 발명에 관한 공작 기계 및 공작 기계의 변위 보정 방법은 가공점에 있어서의 열적인 변위량을 추정하고, 그 변위를 상쇄하도록 각 축의 이동량을 보정하는 경우에 유용하다.

Claims (22)

  1. 가공 데이터를 기초로 하여, 워크에 대해 공구를 상대적으로 이동시키면서 가공을 행하는 공작 기계에 있어서,
    공작 기계 본체(11, 41)의 복수 개소에 설치되어 해당 부위의 온도를 측정하는 온도 센서(28 내지 36)와,
    이들 온도 센서(28 내지 36)의 측정을 기초로 하여 상기 공작 기계 본체(11, 41)를 구성하는 각 구성 부위(12 내지 15)의 열적인 변위량을 구하는 변위량 검출 수단(25)과,
    이 변위량 검출 수단(25)이 검출한 각 구성 부위(12 내지 15)의 열적인 변위량을, 가공점(P)에 있어서의 각 축 방향의 변위량으로 환산하는 환산 수단(25)과,
    이 환산 수단(25)의 환산에 따라서 각 축에 관한 상대 이동량을 보정하는 보정 수단(25)을 구비하는 동시에,
    상기 공작 기계 본체(11, 41)를 구성하는 각 구성 부위(12 내지 15)에는 베이스(12), 이 베이스(12) 상에 설치되고 상기 워크를 지지하는 테이블(13), 상기 베이스(12) 상에 상기 테이블(13)의 후방부에 위치하여 설치된 컬럼(14), 이 컬럼(14)에 설치되고 상기 공구(22)를 구비하는 메인축 헤드(15, 43)가 포함되어 있고,
    상기 온도 센서(28 내지 36)는 상기 각 구성 부위(12 내지 15)에 관하여, 적어도 온도 변화가 큰 면과, 그 반대측에 위치하는 면의 양쪽에 설치되어 있고,
    상기 변위량 검출 수단(25)은 상기 각 구성 부위(12 내지 15)의 열팽창ㆍ열수축 외에, 상기 온도 변화가 큰 면과 그 반대측에 위치하는 면의 온도 상승 정도의 상이에 기인하는 휨을 고려하여 변위량을 구하도록 구성되어 있고,
    상기 온도 센서(28 내지 31)는, 상기 베이스(12)에 관하여 전방측 상면, 전방측 바닥면, 후방측 상면, 후방측 바닥면의 온도를 각각 측정하도록 설치되어 있는 동시에, 상기 변위량 검출 수단(25)은, 상기 베이스(12)에 관하여 전후 방향의 신장 외에, 전후 방향에 관한 휨에 의한 기울기 변위량을 고려하여 변위량을 구하도록 구성되어 있는 동시에,
    상기 각 온도 센서(28 내지 36)에 의해 동일 시각에 측정된 초기의 온도를 기준 온도로서 기억하는 기준 온도 기억 수단(26)과,
    상기 각 온도 센서(28 내지 36)의 측정 온도를 상기 기준 온도와 비교하여 각 측정 개소에 있어서의 온도 변화를 구하는 온도차 검출 수단(25)을 구비하고,
    상기 변위량 검출 수단(25)은 상기 온도차 검출 수단(25)의 검출을 기초로 하여 상기 각 구성 부위의 열적인 변위량을 구하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 공작 기계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기준 온도는 가공 개시 전의 상기 공작 기계 본체(11, 41)에 대한 지그 등의 세팅 완료 시에 측정된 값이 되는 것을 특징으로 하는 공작 기계.
  3. 제1항에 있어서, 상기 변위량 검출 수단(25)은 상기 컬럼(14)에 관하여 전후 방향의 신장 외에, 상하 방향에 관한 휨에 의한 기울기 변위량을 고려하여 변위량을 구하는 것을 특징으로 하는 공작 기계.
  4. 제2항에 있어서, 상기 변위량 검출 수단(25)은 상기 컬럼(14)에 관하여 전후 방향의 신장 외에, 상하 방향에 관한 휨에 의한 기울기 변위량을 고려하여 변위량을 구하는 것을 특징으로 하는 공작 기계.
  5. 제1항에 있어서, 상기 변위량 검출 수단(25)은 상기 메인축 헤드(15, 43)에 관하여 전후 방향의 신장 외에, 상하 방향에 관한 휨에 의한 기울기 변위량을 고려하여 변위량을 구하는 것을 특징으로 하는 공작 기계.
  6. 제2항에 있어서, 상기 변위량 검출 수단(25)은 상기 메인축 헤드(15, 43)에 관하여 전후 방향의 신장 외에, 상하 방향에 관한 휨에 의한 기울기 변위량을 고려하여 변위량을 구하는 것을 특징으로 하는 공작 기계.
  7. 제3항에 있어서, 상기 변위량 검출 수단(25)은 상기 메인축 헤드(15, 43)에 관하여 전후 방향의 신장 외에, 상하 방향에 관한 휨에 의한 기울기 변위량을 고려하여 변위량을 구하는 것을 특징으로 하는 공작 기계.
  8. 제4항에 있어서, 상기 변위량 검출 수단(25)은 상기 메인축 헤드(15, 43)에 관하여 전후 방향의 신장 외에, 상하 방향에 관한 휨에 의한 기울기 변위량을 고려하여 변위량을 구하는 것을 특징으로 하는 공작 기계.
  9. 제1항에 있어서, 상기 변위량 검출 수단(25)은, 상기 테이블(13)에 관해서는 전후 방향의 신장에 의한 변위량을 구하는 것을 특징으로 하는 공작 기계.
  10. 제2항에 있어서, 상기 변위량 검출 수단(25)은, 상기 테이블(13)에 관해서는 전후 방향의 신장에 의한 변위량을 구하는 것을 특징으로 하는 공작 기계.
  11. 제3항에 있어서, 상기 변위량 검출 수단(25)은, 상기 테이블(13)에 관해서는 전후 방향의 신장에 의한 변위량을 구하는 것을 특징으로 하는 공작 기계.
  12. 제4항에 있어서, 상기 변위량 검출 수단(25)은, 상기 테이블(13)에 관해서는 전후 방향의 신장에 의한 변위량을 구하는 것을 특징으로 하는 공작 기계.
  13. 제5항에 있어서, 상기 변위량 검출 수단(25)은, 상기 테이블(13)에 관해서는 전후 방향의 신장에 의한 변위량을 구하는 것을 특징으로 하는 공작 기계.
  14. 제6항에 있어서, 상기 변위량 검출 수단(25)은, 상기 테이블(13)에 관해서는 전후 방향의 신장에 의한 변위량을 구하는 것을 특징으로 하는 공작 기계.
  15. 제7항에 있어서, 상기 변위량 검출 수단(25)은, 상기 테이블(13)에 관해서는 전후 방향의 신장에 의한 변위량을 구하는 것을 특징으로 하는 공작 기계.
  16. 제8항에 있어서, 상기 변위량 검출 수단(25)은, 상기 테이블(13)에 관해서는 전후 방향의 신장에 의한 변위량을 구하는 것을 특징으로 하는 공작 기계.
  17. 제1항에 있어서, 상기 공작 기계 본체에는, 절삭수를 가공 개소를 향해 토출하여, 해당 절삭수를 상기 베이스의 상면을 흐르게 함으로써, 가공 시에 발생하는 절삭 칩을 씻어내는 절삭수 순환 기구가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 공작 기계.
  18. 가공 데이터를 기초로 하여, 워크에 대해 공구를 상대적으로 이동시키면서 가공을 행하는 공작 기계에 있어서, 공작 기계의 각 구성 부위의 온도 변화에 기인하는 열적인 변위를 보정하기 위한 방법이며,
    상기 각 구성 부위(12 내지 15)에 관하여, 적어도 온도 변화가 큰 면과, 그 반대측에 위치하는 면의 양쪽에 상기 부위의 온도를 측정하는 온도 센서(28 내지 36)를 각각 설치하고,
    이들 온도 센서(28 내지 36)의 측정을 기초로 하여, 상기 각 구성 부위(12 내지 15)의 열적인 변위량을, 각 구성 부위(12 내지 15)의 열팽창ㆍ열수축 외에, 상기 온도 변화가 큰 면과 그 반대측에 위치하는 면의 온도 상승 정도의 상이에 기인하는 휨을 고려하여 구하고, 그 변위량을 가공점(P)에 있어서의 각 축 방향의 변위량으로 환산하고,
    그 환산된 변위량에 따라서 각 축의 이동량을 보정하는 동시에,
    상기 공작 기계 본체(11, 41)를 구성하는 각 구성 부위(12 내지 15)에는 베이스(12), 이 베이스(12) 상에 설치되고 상기 워크를 지지하는 테이블(13), 상기 베이스(12) 상에서 상기 테이블(13)의 후방부에 위치하여 설치된 컬럼(14), 이 컬럼(14)에 설치되고 상기 공구(22)를 구비하는 메인축 헤드(15, 43)가 포함되고,
    상기 베이스(12)에 관하여, 상기 온도 센서(28 내지 31)는, 전방측 상면, 전방측 바닥면, 후방측 상면, 후방측 바닥면의 온도를 각각 측정하도록 설치되어 있는 동시에, 이들 온도 센서(28 내지 31)의 측정을 기초로 하여, 해당 베이스(12)의 상하 양면의 온도 상승 정도의 상이에 기인하는, 전후 방향에 관한 휨에 의한 기울기 변위량을 고려하여 변위량을 구하는 동시에,
    상기 온도 센서(28 내지 36)에 의해 동일 시각에 측정된 초기 온도를 기준 온도로서 기억하고,
    임의의 시점에 있어서의 상기 각 온도 센서(28 내지 36)의 측정 온도를 상기 기준 온도와 비교하여 각 측정 개소에 있어서의 온도 변화를 구하고,
    그 온도 변화를 기초로 하여 상기 각 구성 부위(12 내지 15)의 열적인 변위량을 구하는 것을 특징으로 하는 공작 기계의 열적 변위 보정 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 기준 온도는 가공 개시 전의 공작 기계 본체(11, 41)에 대한 지그 등의 세팅 완료 시에 측정되어 기억되는 것을 특징으로 하는 공작 기계의 열적 변위 보정 방법.
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101842992B1 (ko) 2016-10-27 2018-03-28 한국생산기술연구원 공구위치 세팅장치 및 그것을 이용한 공구위치 세팅방법

Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4902316B2 (ja) * 2006-11-10 2012-03-21 東芝機械株式会社 斜め加工のための５軸加工機の姿勢保証システム
JP5452973B2 (ja) * 2009-04-28 2014-03-26 富士機械製造株式会社 撮像装置及びその撮像装置を備える切削機械
JP5397095B2 (ja) * 2009-08-28 2014-01-22 ブラザー工業株式会社 数値制御式工作機械の熱変位補正方法及びその熱変位補正装置
JP2011140098A (ja) * 2010-01-08 2011-07-21 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 工作機械の機械変位補正システム
JP5418272B2 (ja) * 2010-02-15 2014-02-19 株式会社ジェイテクト 工作機械の熱変位補正方法および熱変位補正装置
JP5816475B2 (ja) * 2010-08-02 2015-11-18 株式会社ミツトヨ 産業機械
JP5606838B2 (ja) * 2010-09-07 2014-10-15 株式会社ディスコ 切削ブレードを装着する回転スピンドルの取り付け状態確認治具および取り付け状態確認方法
CN102166722B (zh) * 2010-12-22 2013-03-20 西安交通大学苏州研究院 高速数控车床的温度和热变形综合监测系统及监测方法
JP5568005B2 (ja) * 2010-12-28 2014-08-06 オークマ株式会社 工作機械の熱変位補正装置及び方法
JP5674033B2 (ja) * 2011-03-28 2015-02-18 西部電機株式会社 ワイヤ放電加工機、ヘッド制御方法、及びそのプログラム
CN102794672A (zh) * 2011-05-27 2012-11-28 财团法人精密机械研究发展中心 综合加工机的进给轴热变位测量方法
KR101847210B1 (ko) 2011-07-15 2018-04-10 두산공작기계 주식회사 공작기계 구조물의 열변위 저감구조
JP5749596B2 (ja) * 2011-07-27 2015-07-15 シチズンホールディングス株式会社 工作機械用制御装置
JP5502912B2 (ja) 2012-01-19 2014-05-28 ファナック株式会社 工作機械の熱変位補正装置
JP5859900B2 (ja) * 2012-04-09 2016-02-16 富士機械製造株式会社 工作機械
CN105121074B (zh) * 2013-04-19 2018-04-27 住友化学株式会社 切削方法及切削设备
JP2015009352A (ja) * 2013-07-02 2015-01-19 株式会社ジェイテクト 熱変位補正方法および熱変位補正装置
JP5800884B2 (ja) * 2013-11-19 2015-10-28 ファナック株式会社 面取り加工を行う工作機械および面取り加工方法
US10088826B2 (en) * 2014-08-20 2018-10-02 Ford Global Technologies, Llc CNC machine thermal growth characterization and thermal compensation correction
CN105269404B (zh) * 2014-11-20 2018-11-23 电子科技大学 数控机床刀尖动态特性精度检测装置及其方法
JP6582522B2 (ja) * 2015-04-30 2019-10-02 ブラザー工業株式会社 工作機械、演算方法及びコンピュータプログラム
CN105415092A (zh) * 2016-01-07 2016-03-23 宁波天瑞精工机械有限公司 数控机床的电主轴的温度补偿方法
CN107414582A (zh) * 2017-08-03 2017-12-01 安徽科创生产力促进中心有限责任公司 一种摇臂钻床精度增加装置
JP6673950B2 (ja) 2018-01-31 2020-04-01 ファナック株式会社 基準温度設定装置、基準温度設定方法及び基準温度設定プログラム
JP6813521B2 (ja) * 2018-02-08 2021-01-13 ファナック株式会社 温度計測装置
CN110557410B (zh) * 2018-05-30 2021-03-23 苏州维嘉科技股份有限公司 监控系统和pcb板制造系统
DE102019108388A1 (de) * 2019-04-01 2020-10-01 Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg Verfahren zur Versatzmaßkompensation
JPWO2021065141A1 (ko) * 2019-10-03 2021-04-08
CN111289554A (zh) * 2020-03-16 2020-06-16 大连理工大学 一种模拟内喷式冷却主轴热变形的装置
JP6854953B1 (ja) * 2020-06-16 2021-04-07 株式会社ソディック ワイヤ放電加工装置
JP7486358B2 (ja) 2020-06-25 2024-05-17 オークマ株式会社 工作機械の精度診断装置及び精度診断方法
TWI790830B (zh) * 2021-11-24 2023-01-21 台中精機廠股份有限公司 自動化拆裝系統
CN114353653A (zh) * 2021-12-17 2022-04-15 华能核能技术研究院有限公司 一种高温气冷堆核电汽轮机轴向位移测量方法
EP4296808A1 (en) * 2022-06-20 2023-12-27 Hexagon Technology Center GmbH Temperature compensation for machine tools
CN117047737B (zh) * 2023-06-12 2024-01-12 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 基于热膨胀原理的差动式六自由度并联微动平台

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04135141A (ja) * 1990-09-26 1992-05-08 Yotaro Hatamura 加工機械
JP2000135653A (ja) 1998-10-30 2000-05-16 Brother Ind Ltd 工作機械の熱変位補正方法及びその熱変位補正装置
JP2003094290A (ja) * 2001-09-26 2003-04-03 Mitsubishi Electric Corp 工作機械及びその熱変位補正方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2566345B2 (ja) * 1991-05-27 1996-12-25 洋太郎 畑村 加工機械
JP2942547B2 (ja) * 1997-06-10 1999-08-30 真一 中平 工作機械の熱変位補正方法および装置
DE19809931A1 (de) * 1998-03-07 1999-09-09 Traub Drehmaschinen Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Bearbeiten von Werkstücken

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04135141A (ja) * 1990-09-26 1992-05-08 Yotaro Hatamura 加工機械
JP2000135653A (ja) 1998-10-30 2000-05-16 Brother Ind Ltd 工作機械の熱変位補正方法及びその熱変位補正装置
JP2003094290A (ja) * 2001-09-26 2003-04-03 Mitsubishi Electric Corp 工作機械及びその熱変位補正方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101842992B1 (ko) 2016-10-27 2018-03-28 한국생산기술연구원 공구위치 세팅장치 및 그것을 이용한 공구위치 세팅방법
WO2018079938A1 (ko) * 2016-10-27 2018-05-03 한국생산기술연구원 공구위치 세팅장치 및 그것을 이용한 공구위치 세팅방법

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Publication number Publication date
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