WO2022123711A1 - 送り装置 - Google Patents

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WO2022123711A1
WO2022123711A1 PCT/JP2020/045967 JP2020045967W WO2022123711A1 WO 2022123711 A1 WO2022123711 A1 WO 2022123711A1 JP 2020045967 W JP2020045967 W JP 2020045967W WO 2022123711 A1 WO2022123711 A1 WO 2022123711A1
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WO
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axis
error
guide rails
feed
sliders
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/045967
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English (en)
French (fr)
Inventor
純彦 中島
晋也 木谷
Original Assignee
Dmg森精機株式会社
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Publication date
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Priority to CN202080106535.0A priority patent/CN116367959A/zh
Priority to JP2021560023A priority patent/JP7448895B2/ja
Priority to US18/038,929 priority patent/US20240017365A1/en
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q5/00Driving or feeding mechanisms; Control arrangements therefor
    • B23Q5/22Feeding members carrying tools or work
    • B23Q5/34Feeding other members supporting tools or work, e.g. saddles, tool-slides, through mechanical transmission
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/22Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring existing or desired position of tool or work
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/44Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms
    • B23Q1/56Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism
    • B23Q1/58Movable or adjustable work or tool supports using particular mechanisms with sliding pairs only, the sliding pairs being the first two elements of the mechanism a single sliding pair
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00Programme-control systems
    • G05B19/02Programme-control systems electric
    • G05B19/18Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/401Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for measuring, e.g. calibration and initialisation, measuring workpiece for machining purposes

Definitions

  • the present invention relates to a feeding device that constitutes a linear feeding shaft, and in particular, relates to a feeding device that can measure its own motion error.
  • a machine tool configured to relatively move a spindle for holding a tool and a table on which a work is mounted in three orthogonal three-axis directions of the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis is known. ..
  • this machine tool there are three types: an X-axis feed device that constitutes a feed axis in the X-axis direction, a Y-axis feed device that constitutes a feed axis in the Y-axis direction, and a Z-axis feed device that constitutes a feed axis in the Z-axis direction.
  • a feeding device is provided.
  • the machining accuracy depends on the motion accuracy of these feeders. Therefore, by accurately measuring the motion error of the feeder, the motion error is within a certain allowable range. It is necessary to make appropriate corrections so that it fits in.
  • motion errors in the three-dimensional space of a machine tool include translational motion errors of each feed axis, angle errors of each feed axis, and squareness between each feed axis, as shown in FIG. It is believed that the errors related to each other are expressed in a state of mutual influence. Therefore, by obtaining each such error, it is possible to identify the exact motion error.
  • the machine tool 100 as an example shown in FIG. 6 is composed of a bed 101 whose upper surface is a work mounting surface (so-called table), a gate-shaped frame 102, and a saddle 103.
  • the frame 102 is arranged so that its horizontal portion is located above the bed 101, and its two vertical portions engage with the side portions of the bed 101, respectively, so that the frame 102 can move in the Y-axis direction as a whole. It has become.
  • the saddle 103 engages with the horizontal portion of the frame 102 and is movable in the X-axis direction along the horizontal portion.
  • the main shaft 104 is movable in the Z-axis direction. Moreover, it is rotatably held around an axis parallel to the Z axis.
  • the X-axis, Y-axis, and Z-axis are reference axes that are orthogonal to each other, and each feed axis corresponding to the reference axis is an X-axis feed device (not shown), a Y-axis feed device (not shown), and a reference axis. It is composed of a Z-axis feed device (not shown).
  • each of the above errors is measured using a laser length measuring device 105 installed on the bed 101 and a mirror 110 mounted on the spindle 104.
  • the laser length measuring instrument 105 is installed at a predetermined position, for example, at four locations shown by solid lines in FIG. 6, and the mirror 110 is attached to the spindle 104.
  • the mirror 110 is placed at each grid point in which the three-dimensional space is divided into grids at regular intervals.
  • each laser length measuring instrument 105 and the mirror 110 Measure the distance between.
  • the position of the mirror 110 at each of the lattice points in the three-dimensional space is calculated according to the principle of the three-sided survey method, and the calculated position data and the position data are calculated.
  • each of the above errors is calculated.
  • the laser length measuring device 105 is configured so that the laser interferometer 107 can be swiveled and moved around the center point of the reference ball 106 shown in FIG. 7, and the laser interferometer 105 is configured to move along with the movement of the mirror 110. Is configured to be able to automatically track the mirror 110 by turning and moving the mirror 110.
  • the laser length measuring instrument 105 having such a structure is very expensive, and it is unrealistic to use four laser length measuring instruments 105 in the above measurement. Therefore, conventionally, one laser length measuring device 105 is used, and the laser length measuring device 105 is sequentially moved to four places and installed, and the mirror 110 is positioned at each grid point at each installation position. The distance between the laser length measuring device 105 and the mirror 110 was measured.
  • the cost required for the laser length measuring device 105 is reduced, but at each installation position of the laser length measuring device 105. Since it is necessary to repeatedly perform the operation of positioning the mirror 110 at each grid point, it takes a long time for measurement, and there is a problem that the work is complicated and troublesome.
  • the measurement using one laser length measuring instrument 105 requires four times as long as the simple calculation as compared with the measurement using four laser length measuring instruments 105.
  • the applicant of the present application proposes a motion error identification method capable of identifying a motion error with a single operation while using one laser length measuring device in Patent Document 1 below.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a feeding device capable of efficiently measuring its own motion error in a short time.
  • the present invention for solving the above problems
  • Two guide rails provided in parallel along a predetermined feed direction, At least two sliders provided for each of the guide rails and movably engaged with each of the guide rails along the feed direction.
  • a moving table to which each of the sliders is attached and moving in the feed direction In a feeding device provided with a drive mechanism for moving the moving table in the feeding direction, A scale disposed on at least one of the guide rails along the feed direction, and At least two sliders selected from the at least four sliders, each provided on a slider engaged with a guide rail provided with the scale, read information given to the scale and in the feed direction.
  • the present invention relates to a feeding device provided with a motion error calculation unit for calculating a motion error of the moving table based on position information in two directions detected by each read head.
  • the moving table is driven by the driving mechanism, and the moving table moves in the feeding direction due to the engagement relationship between the guide rail and the slider. Then, when the moving table is moved by a predetermined distance, the movement is performed by the motion error calculation unit based on the position information in two directions detected by the reading heads provided on the at least two sliders. The motion error of the table is calculated.
  • the motion error of the feeder is used by using the existing scale disposed in the feeder without using an expensive measuring instrument such as the laser length measuring instrument described above. It is possible to measure the motion error of the feeder with high accuracy without incurring a special cost and without requiring complicated and troublesome preparatory work for the measurement.
  • the operating performance of the machine tool that changes over time should be evaluated at an appropriate time without significantly reducing the operating rate of the machine tool. It is possible to take necessary measures in advance, such as performing necessary maintenance on the machine tool based on the obtained evaluation results.
  • the guide rail provided with the scale and the slider provided with the reading head are appropriately set, so that the motion error calculation unit can perform the straight positioning error in the feed direction as well as the linear positioning error.
  • Various motion errors of the feeder can be derived.
  • the scale is arranged on the two guide rails, and the reading head is arranged on the four sliders, respectively.
  • the motion error calculation unit adopts an embodiment (second aspect) configured to calculate the motion error of the moving table based on the position information in two directions detected by the four reading heads. Can be done.
  • the two reading heads provided for at least one of the guide rails include the position in the first axial direction which is the feeding direction and the two guide rails.
  • Two reading heads configured to detect a position in the plane in the second axis direction orthogonal to the first axis and provided with respect to the other guide rail are a position in the first axis direction and the first position. It is possible to adopt an aspect (third aspect) configured to detect the position in the third axis direction orthogonal to the first axis and the second axis.
  • one of the two reading heads provided for at least one of the guide rails has a position in the first axial direction, which is the feeding direction, and the two reading heads. It is configured to detect the position in the second axis direction orthogonal to the first axis in the plane including the guide rail, and the other reading head is the position in the first axis direction and the first axis and the first axis. It is configured to detect the position in the 3rd axis direction orthogonal to the 2nd axis.
  • the two reading heads provided for the other guide rail adopt an aspect (fourth aspect) configured to detect the position in the first axial direction and the position in the third axial direction. Can be done.
  • the motion error calculation unit has a positioning error (straight positioning accuracy) in the first axis direction and the second axis direction in the first axis-second axis plane.
  • Straightness error straightness
  • straightness error in the 3rd axis direction in the 1st axis-3rd axis plane straightness
  • angle error around the 1st axis roll
  • angle error around the 2nd axis It is possible to adopt an aspect (fifth aspect) configured to calculate at least one error selected from (pitch) and an angle error (yaw) around the third axis.
  • the present invention also relates to a machine tool provided with a feeding device according to any one of the first to fifth aspects described above.
  • the motion error of the feeding device is measured by using the existing scale provided in the feeding device without using an expensive measuring device such as the laser length measuring device described above. It is possible to measure, and it is possible to measure the motion error of the feeder with high accuracy without incurring a special cost and without requiring complicated and troublesome preparatory work for the measurement.
  • the operating performance of the machine tool that changes over time should be evaluated at an appropriate time without significantly reducing the operating rate of the machine tool. It is possible to take necessary measures in advance, such as performing necessary maintenance on the machine tool based on the obtained evaluation results.
  • the machine tool 1 of this example has a T-shaped bed 2 when viewed from a plane, a column 3 arranged on one side of the bed 2, and the other of the bed 2.
  • the table 6 arranged on the side, the saddle 4 arranged on the side surface (front surface) of the column 3 on the table 6 side, the spindle 5 rotatably supported by the saddle 4, and the spindle 5 are rotated.
  • the spindle motor (not shown), the X-axis feed section 10 that moves the column 3 along the arrow X-axis, the Y-axis feed section 30 that moves the saddle 4 along the arrow Y-axis, and the table 6.
  • the X-axis, Y-axis, and Z-axis are reference axes that are orthogonal to each other.
  • the machine tool 1 of this example includes a motion error calculation unit 70, an output unit 71, and a control device 75 in addition to the above configuration.
  • the X-axis feed unit 10, the Y-axis feed unit 30, the Z-axis feed unit 50, the column 3, the saddle 4 and the table 6, and the motion error calculation unit 70 and the output unit 71 constitute one feed device. do. The details of each part will be described below.
  • the X-axis feed section 10 the Y-axis feed section 30, and the Z-axis feed section 50 as the motion mechanism section will be described.
  • the X-axis feed unit 10 is shown as a representative in FIGS. 2 and 3, the Y-axis feed unit 30 and the Z-axis feed unit 50 have the same configuration, and the same components are written in parentheses. The code is attached with.
  • the X-axis feed portion 10 is movably engaged with a pair of guide rails 15 and 16 arranged in parallel along the X-axis on the bed 2 and the guide rails 15 along the guide rails 2.
  • the scales 15a and 15b and the reading heads 18 and 20 form a set of rear encoders, and similarly, the scales 16a and 16b and the reading heads 22 and 24 form a set of rear encoders.
  • a magnetic type or an optical type can be adopted as this linear encoder, but in this example, a magnetic type is adopted.
  • the reading heads 18 and 20 detect the positions of the sliders 17 and 19 in the X-axis direction and the displacements in the Y-axis and Z-axis directions by reading the scales 15a and 15b, and similarly, the reading heads 22. , 24 detect the position of the sliders 21 and 23 in the X-axis direction and the displacement in the Y-axis and Z-axis directions by reading the scales 16a and 16b.
  • the X-axis drive mechanism 11 is screwed into the X-axis feed motor 12, which is a servo motor, the ball screw 13 driven by the X-axis feed motor 12, and the ball screw 13, and is fixed to the lower surface of the column 3. It is composed of a ball nut (not shown), a bearing 14 that rotatably supports both ends of the ball screw 13 (the other bearing is not shown), and the like.
  • the X-axis drive mechanism 11 drives the X-axis feed motor 12 to rotate the ball screw 13, so that the column 3 is guided by the guide rails 15 and 16 and moves along the X-axis.
  • the Y-axis feed portion 30 engages with a pair of guide rails 35, 36 arranged in parallel along the Y-axis on the front surface of the column 3 and movably along the guide rails 35.
  • the scale 36b is composed of read heads 42 and 44 fixed to the sliders 41 and 43, a Y-axis drive mechanism 31 for driving the column 3, and the like.
  • the scales 35a and 35b and the reading heads 38 and 40 form a set of rear encoders, and similarly, the scales 36a and 36b and the reading heads 42 and 44 form a set of rear encoders.
  • This linear encoder can also adopt a magnetic type or an optical type, but in this example, a magnetic type is adopted.
  • each of the reading heads 38 and 40 detects the position of the sliders 37 and 39 in the Y-axis direction and the displacement in the Z-axis and X-axis directions by reading the scales 35a and 35b, and similarly, the reading head 42. , 44 detect the positions of the sliders 41 and 43 in the Y-axis direction and the displacements in the Z-axis and X-axis directions by reading the scales 36a and 36b.
  • the Y-axis drive mechanism 31 is screwed into a Y-axis feed motor 32 which is a servo motor, a ball screw 33 driven by the Y-axis feed motor 32, and the ball screw 33, and is fixed to the rear surface of the saddle 4. It is composed of a ball nut (not shown), a bearing 34 that rotatably supports both ends of the ball screw 33 (the other bearing is not shown), and the like.
  • the Y-axis drive mechanism 31 drives the Y-axis feed motor 32 to rotate the ball screw 33, so that the saddle 4 is guided by the guide rails 35 and 36 and moves along the Y-axis.
  • the Z-axis feed portion 50 engages with a pair of guide rails 55, 56 arranged in parallel along the Z-axis on the bed 2 and the guide rails 55 so as to be movable along the guide rails 55.
  • Two sliders 61 and 63 that are movably engaged with the guide rail 56 along the guide rail 56, a scale 56a fixed to the upper surface of the guide rail 56 along the guide rail 56, and a scale fixed to the side surface thereof. It is composed of 56b, read heads 62 and 64 fixed to the sliders 61 and 63, respectively, and a Z-axis drive mechanism 51 for driving the table 6.
  • the scales 55a, 55b and the reading heads 58, 60 form a set of rear encoders, and similarly, the scales 56a, 56b and the reading heads 62, 64 form a set of rear encoders.
  • This linear encoder can also adopt a magnetic type or an optical type, but in this example, a magnetic type is adopted.
  • each of the reading heads 58 and 60 detects the position of the sliders 57 and 59 in the Z-axis direction and the displacement in the Y-axis and X-axis directions by reading the scales 55a and 55b, and similarly, the reading head 62. , 64 detect the position of the sliders 61 and 63 in the Z-axis direction and the displacement in the Y-axis and X-axis directions by reading the scales 56a and 56b.
  • the Z-axis drive mechanism 51 is screwed into a Z-axis feed motor 52 which is a servo motor, a ball screw 53 driven by the X-axis feed motor 52, and the ball screw 3, and is fixed to the lower surface of the table 6. It is composed of a ball nut (not shown), a bearing 54 that rotatably supports both ends of the ball screw 53 (the other bearing is not shown), and the like.
  • the Z-axis drive mechanism 51 drives the Z-axis feed motor 52 to rotate the ball screw 53, so that the table 6 is guided by the guide rails 55 and 56 and moves along the Z-axis.
  • the motion error calculation unit 70 and the control device 75 are composed of a computer including a CPU, RAM, ROM, and the like.
  • the control device 75 is a known control device that numerically controls the operation of the spindle motor (not shown), the X-axis feed motor 12, the Y-axis feed motor 32, the Z-axis feed motor 52, and the like. Further, the control device 75 drives the X-axis feed motor 12, the Y-axis feed motor 32, and the Z-axis feed motor 52, respectively, according to an operation program for motion error measurement prepared in advance, and drives the column 3, the saddle 4, and the table. 6 is moved at predetermined intervals and controlled to be positioned in each feed axis direction.
  • the motion error calculation unit 70 moves the column 3, the saddle 4, and the table 6 at predetermined intervals according to the motion error measurement operation program in the respective feed axis directions.
  • the data detected by the read heads 18, 20, 22, 24 of the X-axis feed unit 10 and the data detected by the read heads 38, 40, 42, 44 of the Y-axis feed unit 30 are detected.
  • the motion error in the X-axis feed section 10, the Y-axis feed section 30, and the Z-axis feed section 50 is calculated based on the data and the data detected by the read heads 58, 60, 62, 64 of the Z-axis feed section 50. , Perform the calculation process as follows.
  • the motion error calculation unit 70 calculates each motion error in the X-axis feed unit 10 as follows, for example.
  • EXX a straight positioning error in the X-axis direction of the X-axis feed unit 10.
  • EXX the average value of the difference between the movement command value in the X-axis direction and the movement value in the X-axis direction detected by the reading heads 18, 20, 22, and 24 is calculated.
  • EYX which is a straightness error (Y-axis direction) in the X-axis-Y-axis plane of the X-axis feed unit 10.
  • EYX any one of the displacement amounts in the Y-axis direction detected by each of the reading heads 18, 20, 22, and 24, or the average value thereof is calculated.
  • E ZX which is a straightness error (Z-axis direction) in the X-axis-Z-axis plane of the X-axis feed unit 10.
  • EAX any one of the displacement amounts in the Z-axis direction detected by each read head 18, 20, 22, 24, or the average value thereof is calculated.
  • EAX which is an angle error around the X axis in the X axis feed unit 10.
  • the difference value of the displacement in the Y-axis direction detected by the read heads 18 and 22 or the read heads 20 and 24 is calculated.
  • EBX which is an angle error around the Y axis in the X axis feed unit 10.
  • E CX which is an angle error around the Z axis in the X axis feed unit 10.
  • the motion error calculation unit 70 calculates each motion error in the Y-axis feed unit 30 as follows, for example.
  • EYY which is a straight positioning error in the Y-axis direction of the Y-axis feed unit 30.
  • EXY a straightness error (in the X-axis direction) in the Y-axis-X-axis plane of the Y-axis feed unit 30.
  • EXY any one of the displacement amounts in the X-axis direction detected by each read head 38, 40, 42, 44, or the average value thereof is calculated.
  • E ZZ which is a straightness error (Z-axis direction) in the Y-axis-Z-axis plane of the Y-axis feed unit 30:
  • E ZY any one of the displacement amounts in the Z-axis direction detected by each read head 38, 40, 42, 44, or the average value thereof is calculated.
  • E AY which is an angle error around the X axis in the Y axis feed unit 30.
  • E AY the difference value of the displacement in the Z-axis direction detected by the read heads 38 and 40 or the read heads 42 and 44 is calculated.
  • E BY which is an angle error around the Y axis in the Y axis feed unit 30.
  • ECY which is an angle error around the Z axis in the Y axis feed unit 30.
  • the difference value of the position in the Y-axis direction detected by the read heads 38 and 42, or the read heads 40 and 44, or the X-axis detected by the read heads 38 and 40, or the read heads 42 and 44. Calculate the difference value of the displacement in the direction.
  • the motion error calculation unit 70 calculates each motion error in the Z-axis feed unit 50, for example, as follows.
  • EZZ which is a straight positioning error in the Z-axis direction of the Z-axis feed unit 50:
  • the error EZZ the average value of the difference between the movement command value in the Z-axis direction and the movement value in the Z-axis direction detected by each read head 58, 60, 62, 64 is calculated.
  • EXZ Straightness error (X-axis direction) in the Z-axis-X-axis plane of the Z-axis feed unit 50: As the error EXZ , any one of the displacement amounts in the X-axis direction detected by each read head 58, 60, 62, 64, or the average value thereof is calculated.
  • EYZ which is a straightness error (Y-axis direction) in the Z-axis-Y-axis plane of the Z-axis feed unit 50: As the error EYZ , any one of the displacement amounts in the Y-axis direction detected by each read head 58, 60, 62, 64, or the average value thereof is calculated.
  • EAZ which is an angle error around the X axis in the Z axis feed unit 50: As the error EAZ , the difference value of the displacement in the Y-axis direction detected by the read heads 58 and 60 or the read heads 62 and 64 is calculated.
  • E BZ which is an angle error around the Y axis in the Z axis feed unit 30: As the error E BZ , the difference value of the position in the Z-axis direction detected by the read heads 58 and 62, or the read heads 60 and 64, or the X-axis detected by the read heads 58 and 60, or the read heads 62 and 64. Calculate the difference value of the displacement in the direction.
  • E CZ Angle error around the Z axis in the Z axis feed section 50: As the error ECZ , the difference value of the displacement in the Y-axis direction detected by the read heads 58 and 62 or the read heads 60 and 64 is calculated.
  • the output unit 71 is composed of a display device such as a touch panel, and displays each motion error in the X-axis feed unit 10, the Y-axis feed unit 30, and the Z-axis feed unit 50 calculated by the motion error calculation unit 70. do.
  • the X-axis drive mechanism 11, the Y-axis drive mechanism 31, the Z-axis drive mechanism 51, and the spindle motor are controlled by the control device 75. Is appropriately driven to move the spindle 5 and the table 6 appropriately in a three-dimensional space, and such relative movement causes the work placed on the table 6 to be mounted on the spindle 5. It is machined by the tools that have been made.
  • an operation program for measuring the motion error prepared in advance is executed under the control of the control device 75, and the X-axis feed motor 12, the Y-axis feed motor 32, and the Z-axis feed motor 52 execute the operation program.
  • the column 3, the saddle 4, and the table 6 are positioned in the respective feed axis directions at predetermined intervals.
  • the existing scales 55a, 55b, 56a, 56b and the reading heads 58, 60, 62, 64 arranged in the X-axis feed section 10 the Y-axis feed section 30, and the Z-axis feed section 50, each movement is performed.
  • the error can be measured, without any special cost, and without complicated and troublesome preparatory work for the measurement, the X-axis feed section 10, the Y-axis feed section 30, and the Z-axis feed section.
  • the motion error for 50 can be measured with high accuracy.
  • the motion error (motion performance) of the X-axis feed section 10 the Y-axis feed section 30 and the Z-axis feed section 50 can be easily detected, the operation performance of the machine tool 1 that changes with time can be determined. It is possible to evaluate at a convenient time without significantly reducing the operating rate of the machine tool 1, and necessary measures such as performing necessary maintenance on the machine tool 1 based on the obtained evaluation results are taken in advance. Can be done.
  • the horizontal machining center is exemplified as the machine tool 1, but the present invention is not limited to this, and the present invention includes all conventionally known machining centers such as vertical machining centers, horizontal lathes, and vertical lathes. Can be applied to machine tools.
  • the motion error calculation unit 70 calculates the motion errors of the three feed units of the X-axis feed unit 10, the Y-axis feed unit 30, and the Z-axis feed unit 50.
  • the motion error calculation unit 70 calculates the motion error of this one feed unit. If the machine tool is provided with two feed portions or four or more feed portions, the motion error calculation unit 70 calculates the motion error of these feed portions. It may be configured.
  • the reading heads 18, 20, 22, and 24 provided on the X-axis feed unit 10 are configured to detect the position in the X-axis direction and the displacement in the Y-axis and Z-axis directions. , Not limited to this.
  • one of the two reading heads provided for at least one guide rail is orthogonal to the position in the first axis direction, which is the feed direction, and the first axis in the plane including the two guide rails.
  • the other reading head is configured to detect the position in the first axis direction and the position in the third axis direction orthogonal to the first axis and the second axis.
  • the two reading heads provided with respect to the other guide rail may be configured to detect the position in the first axial direction and the position in the third axial direction.
  • one of the two reading heads provided for at least one guide rail is orthogonal to the position in the first axis direction, which is the feed direction, and the first axis in the plane including the two guide rails. It is configured to detect a position in the second axis direction, and the other read head is configured to detect a position in the first axis direction and a position in the third axis direction orthogonal to the first axis and the second axis.
  • the two reading heads provided with respect to the other guide rail may be configured to detect a position in the first axial direction and a position in the third axial direction.
  • the motion error calculation unit 70 is configured to calculate six motion errors for each feed unit, but is not limited to such a configuration.
  • the motion error calculation unit 70 has a positioning error (straightness positioning accuracy) in the first axis direction, a straightness error (straightness) in the second axis direction in the first axis-second axis plane, and the first.
  • each guide rail with a scale for detecting the position in the biaxial direction, and only the scale necessary for calculating the error is provided for each guide rail or one of the guides. It may be provided on the rail.
  • the reading head provided on the slider only the reading head necessary for calculating the error may be arranged.

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Abstract

送り方向に平行に設けられた2本のガイドレール(15,16)と、ガイドレール(15,16)に対して設けられたスライダ(17,19,21,23)と、各スライダ(17,19,21,23)が取り付けられて送り方向に移動する移動台(3)と、移動台(3)を移動させる駆動機構(11)とを備える。更に、ガイドレール(15,16)に送り方向に沿って配設されたスケールと、スライダ(17,19,21,23)にそれぞれ設けられ、スケールに付与された情報を読み取って、送り方向における位置及び送り方向と直交する方向の位置を検出する読み取りヘッド(18,20,22,24)と、各読み取りヘッド(18,20,22,24)により検出された2方向の位置情報に基づいて、移動台(3)の運動誤差を算出する運動誤差算出部(70)とを備える。

Description

送り装置
 本発明は、直線状の送り軸を構成する送り装置であって、特に、自身の運動誤差を測定可能な送り装置に関する。
 従来、例えば、工具を保持する主軸と、ワークが取り付けられるテーブルとを、X軸、Y軸及びZ軸の直交3軸方向に相対的に移動させるように構成された工作機械が知られている。この工作機械では、X軸方向の送り軸を構成するX軸送り装置、Y軸方向の送り軸を構成するY軸送り装置、及びZ軸方向の送り軸を構成するZ軸送り装置の3つの送り装置が設けられている。そして、このような構成の工作機械では、これら送り装置の運動精度によって、その加工精度が左右されるため、当該送り装置の運動誤差を正確に測定することにより、運動誤差が一定の許容範囲内に収まるように、適宜修正等を行う必要がある。
 近年、工作機械の3次元空間内における運動誤差(位置決め誤差)は、図5に示すように、各送り軸の並進運動の誤差、各送り軸の角度誤差、及び各送り軸相互間の直角度に関する誤差が相互に影響し合った状態で発現されるものと考えられている。したがって、このような各誤差を求めることによって、正確な前記運動誤差を同定することができる。
 従来、このような誤差を測定する測定方法として、図6及び図7に示すような測定装置を用いた測定方法が提案されている。図6に示した一例としての工作機械100は、上面がワーク載置面(所謂テーブル)となったベッド101と、門形をしたフレーム102と、サドル103とから構成される。フレーム102は、その水平部がベッド101の上方に位置するように配設されるとともに、その2つ垂直部がそれぞれベッド101の側部に係合して、全体としてY軸方向に移動可能になっている。
 また、サドル103は、フレーム102の水平部に係合し、この水平部に沿ってX軸方向に移動可能となっており、このサドル103には、主軸104がZ軸方向に移動可能に、且つ、Z軸と平行な軸線を中心に回転可能に保持されている。前記X軸、Y軸及びZ軸は、相互に直交する基準軸であり、この基準軸に対応した各送り軸がX軸送り装置(図示せず)、Y軸送り装置(図示せず)及びZ軸送り装置(図示せず)によって構成されている。
 上記各誤差は、ベッド101上に設置されたレーザ測長器105及び主軸104に装着されたミラー110を用いて測定される。具体的には、まず、レーザ測長器105を、所定位置、例えば、図6において実線で示す4カ所にそれぞれ設置するとともに、ミラー110を主軸104に装着する。ついで、前記X軸送り装置、Y軸送り装置及びZ軸送り装置をそれぞれ一定間隔毎に位置決め制御することにより、3次元空間内を一定間隔で格子状に分割した各格子点に前記ミラー110を位置決めし、各格子点において、各レーザ測長器105からミラー110にレーザ光を照射するとともに、その反射光をレーザ測長器105に受光することによって、各レーザ測長器105によりミラー110との間の距離を測定する。
 そして、以上のようにして得られた測定データを基に、3辺測量法の原理に従って、3次元空間内の前記各格子点におけるミラー110の位置を算出し、算出した位置データ及び当該位置データを解析することによって、上記各誤差を算出する。
 尚、前記レーザ測長器105は、図7に示す基準球106の中心点を中心として、レーザ干渉計107を旋回移動可能に構成されており、前記ミラー110の移動に併せてレーザ干渉計105を旋回移動させることで、当該ミラー110を自動追尾することができるように構成されている。
 ところが、このような構造のレーザ測長器105は大変高価であり、上記測定において4個のレーザ測長器105を用いるのは非現実的である。このため、従来は1つのレーザ測長器105を用い、このレーザ測長器105を4カ所に順次移動させて設置し、各設置位置において、前記ミラー110を前記各格子点に位置決めして、レーザ測長器105とミラー110との間の距離を測定するようにしていた。
 しかしながら、このように1つのレーザ測長器105を用いて運動誤差を測定するようにした場合、レーザ測長器105に要する費用は軽減されるものの、当該レーザ測長器105の各設置位置において、それぞれ前記ミラー110を前記各格子点に位置決めする操作を繰り返して実行する必要があるため、測定に長時間を要し、また、その作業が煩雑で面倒であるという問題があった。1つのレーザ測長器105を用いた測定では、4つのレーザ測長器105を用いた測定に比べて、単純計算で4倍の時間を必要とする。
 そこで、本願出願人は、下記特許文献1において、1つのレーザ測長器を用いながらも、一度の操作で運動誤差を同定することが可能な運動誤差の同定方法を提案している。
特開2019-206043号公報
 ところで、近年、工作機械の分野では、前記送り装置に、磁気を用いたスケールや、光学スケールといった高精度なスケールを採用して、当該送り装置を高精度に制御することが行われるようになってきている。
 したがって、上述したレーザ測長器105のような高価な測定器を別途用意することなく、送り装置に配設された既存の前記スケールを用いて、当該送り装置の運動誤差を測定することができれば、特段のコストを掛けることなく、また、測定のために複雑で面倒な準備作業を要することなく、送り装置の運動誤差を高精度に測定することができて有益である。
 また、工作機械の上述した各送り軸の並進運動の誤差、各送り軸の角度誤差、及び各送り軸相互間の直角度に関する誤差といった全ての誤差を検出することができなくても、必要最小限の運動誤差を簡単に検出することができれば、経時的に変化する工作機械の運転性能を、当該工作機械の稼働率を大きく低下させることなく適宜都合の良いときに評価することができる。そして、得られた評価結果に基づいて工作機械に対して必要なメンテナンスを行うなど、必要な処置を事前に行うことができる。
 本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、自身の運動誤差を短時間で効率的に測定することができる送り装置の提供を、その目的とする。
 上記課題を解決するための本発明は、
 所定の送り方向に沿って平行に設けられた2本のガイドレールと、
 前記各ガイドレールに対してそれぞれ少なくとも2つずつ設けられ、前記送り方向に沿って移動自在に前記各ガイドレールに係合した少なくとも4つのスライダと、
 前記各スライダが取り付けられ、前記送り方向に移動する移動台と、
 前記移動台を前記送り方向に移動させる駆動機構とを備えた送り装置において、
 少なくとも一方の前記ガイドレールに、その前記送り方向に沿って配設されたスケールと、
 前記少なくとも4つのスライダから選択される少なくとも2つのスライダであって、前記スケールが設けられたガイドレールに係合するスライダにそれぞれ設けられ、前記スケールに付与された情報を読み取って、前記送り方向における位置及び前記送り方向と直交する方向の位置を検出する読み取りヘッドと、
 前記各読み取りヘッドにより検出された2方向の位置情報に基づいて、前記移動台の運動誤差を算出する運動誤差算出部とを設けて構成した送り装置に係る。
 この態様(第1の態様)の送り装置によれば、前記駆動機構により前記移動台が駆動され、前記ガイドレール及びスライダの係合関係から、当該移動台が前記送り方向に移動する。そして、前記移動台を予め定められた距離だけ移動させたときに、前記少なくとも2つのスライダに設けられた読み取りヘッドにより検出された2方向の位置情報に基づいて、前記運動誤差算出部により前記移動台の運動誤差が算出される。
 このように、この送り装置によれば、上述したレーザ測長器のような高価な測定器を用いることなく、送り装置に配設された既存の前記スケールを用いて、当該送り装置の運動誤差を測定することができ、特段のコストを掛けることなく、また、測定のために複雑で面倒な準備作業を要することなく、当該送り装置の運動誤差を高精度に測定することができる。
 また、送り装置の運動性能を簡単に検出することができるので、経時的に変化する工作機械の運転性能を、当該工作機械の稼働率を大きく低下させることなく適宜都合の良いときに評価することができ、得られた評価結果に基づいて工作機械に対して必要なメンテナンスを行うなど、必要な処置を事前に行うことができる。
 尚、第1の態様の送り装置では、前記スケールを設けるガイドレール、及び前記読み取りヘッドを設けるスライダを適宜設定することで、前記運動誤差算出部は、前記送り方向における真直位置決め誤差の他、当該送り装置の様々な運動誤差を導出することができる。
 例えば、前記第1の態様の送り装置において、前記スケールを前記2本のガイドレールに配設するともに、前記読み取りヘッドを前記4つのスライダにそれぞれ配設し、
 前記運動誤差算出部は、前記4つの読み取りヘッドによりそれぞれ検出された2方向の位置情報に基づいて、前記移動台の運動誤差を算出するように構成された態様(第2の態様)を採ることができる。
 また、この第2の態様の送り装置において、少なくとも一方の前記ガイドレールに対して設けられる2つの読み取りヘッドは、前記送り方向である第1軸方向における位置と、前記2本のガイドレールを含む平面内において前記第1軸と直交する第2軸方向の位置を検出するように構成され、他方のガイドレールに対して設けられる2つの読み取りヘッドは、前記第1軸方向における位置と、前記第1軸及び第2軸と直交する第3軸方向の位置を検出するように構成された態様(第3の態様)を採ることができる。
 或いは、上記第2の態様の送り装置において、少なくとも一方の前記ガイドレールに対して設けられる2つの読み取りヘッドの内の一方は、前記送り方向である第1軸方向における位置と、前記2本のガイドレールを含む平面内において前記第1軸と直交する第2軸方向の位置を検出するように構成されるとともに、他方の読み取りヘッドは前記第1軸方向における位置と、前記第1軸及び第2軸と直交する第3軸方向の位置を検出するように構成され、
 他方の前記ガイドレールに対して設けられる2つの読み取りヘッドは、前記第1軸方向における位置と、前記第3軸方向の位置を検出するように構成された態様(第4の態様)を採ることができる。
 そして、上記第3及び第4の態様において、前記運動誤差算出部は、前記第1軸方向における位置決め誤差(真直位置決め精度)と、前記第1軸-第2軸平面における前記第2軸方向の真直誤差(真直度)、前記第1軸-第3軸平面における前記第3軸方向の真直誤差(真直度)、前記第1軸まわりの角度誤差(ロール)、前記第2軸まわりの角度誤差(ピッチ)及び第3軸まわりの角度誤差(ヨー)の中から選択される少なくとも1つの誤差とを算出するように構成された態様(第5の態様)を採ることができる。
 また、本発明は、上記第1の態様~第5の態様のいずれかの送り装置を備えた工作機械に係る。
 本発明に係る送り装置によれば、上述したレーザ測長器のような高価な測定器を用いることなく、送り装置に配設された既存の前記スケールを用いて、当該送り装置の運動誤差を測定することができ、特段のコストを掛けることなく、また、測定のために複雑で面倒な準備作業を要することなく、当該送り装置の運動誤差を高精度に測定することができる。
 また、送り装置の運動性能を簡単に検出することができるので、経時的に変化する工作機械の運転性能を、当該工作機械の稼働率を大きく低下させることなく適宜都合の良いときに評価することができ、得られた評価結果に基づいて工作機械に対して必要なメンテナンスを行うなど、必要な処置を事前に行うことができる。
本発明の一実施の形態に係る工作機械を示した斜視図である。 本実施形態に係る送り装置の概略構成を示した説明図である。 本実施形態に係るガイドレール、スライダ及びスケールを示した断面図であり、図2における矢視A-A断面図である。 本実施形態に係るガイドレール、スライダ及びスケールを示した断面図であり、図2における矢視B-B断面図である。 直交3軸方向の送り装置を備えた工作機械における運動誤差を説明するための説明図である。 従来の運動誤差測定方法を説明するための説明図である。 従来の運動誤差測定方法を説明するための説明図である。
 以下、本発明の具体的な実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
 まず、本実施形態に係る工作機械1の概略構成について説明する。図1に示すように、本例の工作機械1は平面から視てアルファベットのT字状をしたベッド2、このベッド2の一方の辺上に配設されたコラム3、同じくベッド2の他方の辺上に配設されたテーブル6、前記コラム3の前記テーブル6側の側面(前面)に配設されたサドル4、このサドル4に回転自在に支持された主軸5、及び主軸5を回転させる主軸モータ(図示せず)、並びに前記コラム3を矢示X軸に沿って移動させるX軸送り部10、前記サドル4を矢示Y軸に沿って移動させるY軸送り部30及び前記テーブル6を矢示Z軸に沿って移動させるZ軸送り部50などを備えている。尚、X軸、Y軸及びZ軸は互いに直交する基準軸である。
 また、本例の工作機械1は、図2に示すように、上記構成の他に、運動誤差算出部70、出力部71及び制御装置75を備えている。そして、本例では、X軸送り部10、Y軸送り部30及びZ軸送り部50、コラム3、サドル4及びテーブル6、並びに運動誤差算出部70及び出力部71が一つの送り装置を構成する。以下、各部の詳細について説明する。
 まず、運動機構部としてのX軸送り部10、Y軸送り部30及びZ軸送り部50について説明する。尚、図2及び図3には、代表としてX軸送り部10を図示しているが、Y軸送り部30及びZ軸送り部50も同様の構成であり、同じ構成物については、括弧書きでその符号を付している。
[X軸送り部]
 前記X軸送り部10は、ベッド2上に、X軸に沿って平行に配設された一対のガイドレール15,16と、このガイドレール15に、これに沿って移動自在に係合する2つのスライダ17,19と、ガイドレール15に沿ってその上面に固設されたスケール15a、及び側面に固設されたスケール15bと、前記スライダ17,19にそれぞれ固設された読み取りヘッド18,20と、前記ガイドレール16に、これに沿って移動自在に係合する2つのスライダ21,23と、ガイドレール16に沿ってその上面に固設されたスケール16a、及び側面に固設されたスケール16bと、前記スライダ21,23にそれぞれ固設された読み取りヘッド22,24と、前記コラム3を駆動するX軸駆動機構11などから構成される。
 前記スケール15a,15b及び読み取りヘッド18,20は一組のリアエンコーダを構成し、同様に、スケール16a,16b及び読み取りヘッド22,24は一組のリアエンコーダを構成する。このリニアエンコーダは磁気式及び光学式のものを採用することができるが、本例では、磁気式のものを採用している。また、前記各読み取りヘッド18,20は、スケール15a,15bを読み取ることによって、スライダ17,19のX軸方向の位置、並びにY軸及びZ軸方向の変位を検出し、同様に、読み取りヘッド22,24は、スケール16a,16bを読み取ることによって、スライダ21,23のX軸方向の位置、並びにY軸及びZ軸方向の変位を検出する。
 前記X軸駆動機構11は、サーボモータであるX軸送りモータ12、このX軸送りモータ12によって駆動されるボールねじ13、このボールねじ13に螺合し、且つ前記コラム3の下面に固設されたボールナット(図示せず)、ボールねじ13の両端を回転自在に支持する軸受14(もう一方の軸受は図示せず)などから構成される。このX軸駆動機構11は、X軸送りモータ12を駆動してボールねじ13を回転させることで、コラム3がガイドレール15,16に案内されてX軸に沿って移動する。
[Y軸送り部]
 前記Y軸送り部30は、前記コラム3の前面に、Y軸に沿って平行に配設された一対のガイドレール35,36と、このガイドレール35に、これに沿って移動自在に係合する2つのスライダ37,39と、ガイドレール35に沿ってその上面に固設されたスケール35a、及び側面に固設されたスケール35bと、前記スライダ37,39にそれぞれ固設された読み取りヘッド38,40と、前記ガイドレール36に、これに沿って移動自在に係合する2つのスライダ41,43と、ガイドレール36に沿ってその上面に固設されたスケール36a、及び側面に固設されたスケール36bと、前記スライダ41,43にそれぞれ固設された読み取りヘッド42,44と、前記コラム3を駆動するY軸駆動機構31などから構成される。
 前記スケール35a,35b及び読み取りヘッド38,40は一組のリアエンコーダを構成し、同様に、スケール36a,36b及び読み取りヘッド42,44は一組のリアエンコーダを構成する。このリニアエンコーダも磁気式及び光学式のものを採用することができるが、本例では、磁気式のものを採用している。また、前記各読み取りヘッド38,40は、スケール35a,35bを読み取ることによって、スライダ37,39のY軸方向の位置、並びにZ軸及びX軸方向の変位を検出し、同様に、読み取りヘッド42,44は、スケール36a,36bを読み取ることによって、スライダ41,43のY軸方向の位置、並びにZ軸及びX軸方向の変位を検出する。
 前記Y軸駆動機構31は、サーボモータであるY軸送りモータ32、このY軸送りモータ32によって駆動されるボールねじ33、このボールねじ33に螺合し、且つ前記サドル4の後面に固設されたボールナット(図示せず)、ボールねじ33の両端を回転自在に支持する軸受34(もう一方の軸受は図示せず)などから構成される。このY軸駆動機構31は、Y軸送りモータ32を駆動してボールねじ33を回転させることで、サドル4がガイドレール35,36に案内されてY軸に沿って移動する。
[Z軸送り部]
 前記Z軸送り部50は、ベッド2上に、Z軸に沿って平行に配設された一対のガイドレール55,56と、このガイドレール55に、これに沿って移動自在に係合する2つのスライダ57,59と、ガイドレール56に沿ってその上面に固設されたスケール55a、及び側面に固設されたスケール55bと、前記スライダ57,59にそれぞれ固設された読み取りヘッド58,60と、前記ガイドレール56に、これに沿って移動自在に係合する2つのスライダ61,63と、ガイドレール56に沿ってその上面に固設されたスケール56a、及び側面に固設されたスケール56bと、前記スライダ61,63にそれぞれ固設された読み取りヘッド62,64と、前記テーブル6を駆動するZ軸駆動機構51などから構成される。
 前記スケール55a,55b及び読み取りヘッド58,60は一組のリアエンコーダを構成し、同様に、スケール56a,56b及び読み取りヘッド62,64は一組のリアエンコーダを構成する。このリニアエンコーダも磁気式及び光学式のものを採用することができるが、本例では、磁気式のものを採用している。また、前記各読み取りヘッド58,60は、スケール55a,55bを読み取ることによって、スライダ57,59のZ軸方向の位置、並びにY軸及びX軸方向の変位を検出し、同様に、読み取りヘッド62,64は、スケール56a,56bを読み取ることによって、スライダ61,63のZ軸方向の位置、並びにY軸及びX軸方向の変位を検出する。
 前記Z軸駆動機構51は、サーボモータであるZ軸送りモータ52、このX軸送りモータ52によって駆動されるボールねじ53、このボールねじ3に螺合し、且つ前記テーブル6の下面に固設されたボールナット(図示せず)、ボールねじ53の両端を回転自在に支持する軸受54(もう一方の軸受は図示せず)などから構成される。このZ軸駆動機構51は、Z軸送りモータ52を駆動してボールねじ53を回転させることで、テーブル6がガイドレール55,56に案内されてZ軸に沿って移動する。
 次に、前記運動誤差算出部70、出力部71及び制御装置75について説明する。尚、運動誤差算出部70及び制御装置75はCPU、RAM、ROMなどを含むコンピュータから構成される。
[制御装置]
 前記制御装置75は、前記主軸モータ(図示せず)、X軸送りモータ12、Y軸送りモータ32及びZ軸送りモータ52などの動作を数値制御する公知の制御装置である。また、制御装置75は、予め用意された運動誤差測定用の動作プログラムに従って、X軸送りモータ12、Y軸送りモータ32及びZ軸送りモータ52をそれぞれ駆動して、コラム3、サドル4及びテーブル6を所定間隔で移動させ、それぞれの送り軸方向に位置決めする制御を行う。
[運動誤差算出部]
 前記運動誤差算出部70は、前記制御装置75による制御の下、前記運動誤差測定用の動作プログラムに従い、コラム3、サドル4及びテーブル6を所定間隔で移動させることによって、それぞれの送り軸方向に位置決めする動作が実行されたとき、前記X軸送り部10の読み取りヘッド18,20,22,24によって検出されるデータ、前記Y軸送り部30の読み取りヘッド38,40,42,44によって検出されるデータ、及び前記Z軸送り部50の読み取りヘッド58,60,62,64によって検出されるデータに基づいて、X軸送り部10、Y軸送り部30及びZ軸送り部50における運動誤差を、以下のようにして算出する処理を行う。
[X軸送り部における運動誤差]
 前記運動誤差算出部70は、例えば、以下のようにして、X軸送り部10における各運動誤差を算出する。
・X軸送り部10のX軸方向における真直位置決め誤差であるEXX
 誤差EXXとして、X軸方向の移動指令値と各読み取りヘッド18,20,22,24によって検出されたX軸方向の移動値との差分の平均値を算出する。
・X軸送り部10のX軸-Y軸平面における真直誤差(Y軸方向)であるEYX
 誤差EYXとして、各読み取りヘッド18,20,22,24によって検出されるY軸方向の変位量のいずれか、若しくはその平均値を算出する。
・X軸送り部10のX軸-Z軸平面における真直誤差(Z軸方向)であるEZX
 誤差EZXとして、各読み取りヘッド18,20,22,24によって検出されるZ軸方向の変位量のいずれか、若しくはその平均値を算出する。
・X軸送り部10におけるX軸まわりの角度誤差であるEAX
 誤差EAXとして、読み取りヘッド18及び22、又は読み取りヘッド20及び24によって検出されるY軸方向の変位の差分値を算出する。
・X軸送り部10におけるY軸まわりの角度誤差であるEBX
 誤差EBXとして、読み取りヘッド18及び22、若しくは読み取りヘッド20及び24によって検出されるX軸方向の位置の差分値、又は、読み取りヘッド18及び20、若しくは読み取りヘッド22及び24によって検出されるZ軸方向の変位の差分値を算出する。
・X軸送り部10におけるZ軸まわりの角度誤差であるECX
 誤差ECXとして、読み取りヘッド18及び20、又は読み取りヘッド22及び24によって検出されるY軸方向の変位の差分値を算出する。
[Y軸送り部における運動誤差]
 運動誤差算出部70は、例えば、以下のようにして、Y軸送り部30における各運動誤差を算出する。
・Y軸送り部30のY軸方向における真直位置決め誤差であるEYY
 誤差EYYとして、Y軸方向の移動指令値と各読み取りヘッド38,40,42,44によって検出されたY軸方向の移動値との差分の平均値を算出する。
・Y軸送り部30のY軸-X軸平面における真直誤差(X軸方向)であるEXY
 誤差EXYとして、各読み取りヘッド38,40,42,44によって検出されるX軸方向の変位量のいずれか、若しくはその平均値を算出する。
・Y軸送り部30のY軸-Z軸平面における真直誤差(Z軸方向)であるEZY
 誤差EZYとして、各読み取りヘッド38,40,42,44によって検出されるZ軸方向の変位量のいずれか、若しくはその平均値を算出する。
・Y軸送り部30におけるX軸まわりの角度誤差であるEAY
 誤差EAYとして、読み取りヘッド38及び40、又は読み取りヘッド42及び44によって検出されるZ軸方向の変位の差分値を算出する。
・Y軸送り部30におけるY軸まわりの角度誤差であるEBY
 誤差EBYとして、読み取りヘッド38及び42、又は読み取りヘッド40及び44によって検出されるZ軸方向の変位の差分値を算出する。
・Y軸送り部30におけるZ軸まわりの角度誤差であるECY
 誤差ECYとして、読み取りヘッド38及び42、若しくは読み取りヘッド40及び44によって検出されるY軸方向の位置の差分値、又は、読み取りヘッド38及び40、若しくは読み取りヘッド42及び44によって検出されるX軸方向の変位の差分値を算出する。
[Z軸送り部における運動誤差]
 運動誤差算出部70は、例えば、以下のようにして、Z軸送り部50における各運動誤差を算出する。
・Z軸送り部50のZ軸方向における真直位置決め誤差であるEZZ
 誤差EZZとして、Z軸方向の移動指令値と各読み取りヘッド58,60,62,64によって検出されたZ軸方向の移動値との差分の平均値を算出する。
・Z軸送り部50のZ軸-X軸平面における真直誤差(X軸方向)であるEXZ
 誤差EXZとして、各読み取りヘッド58,60,62,64によって検出されるX軸方向の変位量のいずれか、若しくはその平均値を算出する。
・Z軸送り部50のZ軸-Y軸平面における真直誤差(Y軸方向)であるEYZ
 誤差EYZとして、各読み取りヘッド58,60,62,64によって検出されるY軸方向の変位量のいずれか、若しくはその平均値を算出する。
・Z軸送り部50におけるX軸まわりの角度誤差であるEAZ
 誤差EAZとして、読み取りヘッド58及び60、又は読み取りヘッド62及び64によって検出されるY軸方向の変位の差分値を算出する。
・Z軸送り部30におけるY軸まわりの角度誤差であるEBZ
 誤差EBZとして、読み取りヘッド58及び62、若しくは読み取りヘッド60及び64によって検出されるZ軸方向の位置の差分値、又は、読み取りヘッド58及び60、若しくは読み取りヘッド62及び64によって検出されるX軸方向の変位の差分値を算出する。
・Z軸送り部50におけるZ軸まわりの角度誤差であるECZ
 誤差ECZとして、読み取りヘッド58及び62、又は読み取りヘッド60及び64によって検出されるY軸方向の変位の差分値を算出する。
[出力部]
 前記出力部71は、例えば、タッチパネルなどの表示装置から構成され、前記運動誤差算出部70によって算出されたX軸送り部10、Y軸送り部30及びZ軸送り部50における各運動誤差を表示する。
 以上の構成を備えた本例の工作機械1によれば、前記制御装置75により制御されて、X軸駆動機構11、Y軸駆動機構31、Z軸駆動機構51及び主軸モータ(図示せず)が適宜駆動されることにより、主軸5とテーブル6とが3次元空間内で適宜相対的に移動し、このような相対的移動によって、テーブル6上に載置されたワークが、主軸5に装着された工具によって加工される。
 そして、必要に応じて、制御装置75による制御の下、予め用意された運動誤差測定用の動作プログラムが実行されて、X軸送りモータ12、Y軸送りモータ32及びZ軸送りモータ52により、コラム3、サドル4及びテーブル6を所定間隔でそれぞれの送り軸方向に位置決めされる。
 そして、この動作中に、前記X軸送り部10の読み取りヘッド18,20,22,24によって検出されるデータ、前記Y軸送り部30の読み取りヘッド38,40,42,44によって検出されるデータ、及び前記Z軸送り部50の読み取りヘッド58,60,62,64によって検出されるデータに基づいて、運動誤差算出部70により、前記X軸送り部10、Y軸送り部30及びZ軸送り部50における上述した運動誤差がそれぞれ算出される。そして、このようにして算出された運動誤差が前記出力部71に表示される。
 斯くして、本例の工作機械1によれば、上述した従来例のような高価なレーザ測長器を用いることなく、X軸送り部10に配設された既存のスケール15a,15b,16a,16b及び読み取りヘッド18,20,22,24、Y軸送り部30に配設された既存のスケール35a,35b,36a,36b及び読み取りヘッド38,40,42,44、並びにZ軸送り部50に配設された既存のスケール55a,55b,56a,56b及び読み取りヘッド58,60,62,64を用いて、当該X軸送り部10、Y軸送り部30及びZ軸送り部50における各運動誤差を測定することができ、特段のコストを掛けることなく、また、測定のために複雑で面倒な準備作業を要することなく、当該X軸送り部10、Y軸送り部30及びZ軸送り部50についての運動誤差を高精度に測定することができる。
 また、X軸送り部10、Y軸送り部30及びZ軸送り部50の運動誤差(運動性能)を簡単に検出することができるので、経時的に変化する工作機械1の運転性能を、当該工作機械1の稼働率を大きく低下させることなく適宜都合の良いときに評価することができ、得られた評価結果に基づいて工作機械1に対して必要なメンテナンスを行うなど、必要な処置を事前に行うことができる。
 以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明が採り得る具体的な態様は、何ら上例のものに限定されるものではない。
 例えば、上例では工作機械1として、横形のマシニングセンタを例示したが、これに限られるものではなく、本発明は、立形のマシニングセンタや、横形の旋盤、立形の旋盤など、従来公知の全ての工作機械に適用することができる。
 また、上記工作機械1の構成上、上例では、運動誤差算出部70において、X軸送り部10、Y軸送り部30及びZ軸送り部50の3つの送り部の運動誤差を算出するようにしたが、当然のことながら、このような構成に限られるのではなく、工作機械に1つの送り部が設けられる場合には、運動誤差算出部70はこの1つの送り部の運動誤差を算出するように構成されていれば良く、工作機械に2つの送り部、或いは4つ以上の送り部が設けられる場合には、運動誤差算出部70はこれらの送り部の運動誤差を算出するように構成されていても良い。
 また、上例では、X軸送り部10に設けられる各読み取りヘッド18,20,22,24がX軸方向の位置、並びにY軸及びZ軸方向の変位を検出するように構成されているが、これに限られるものではない。
 例えば、少なくとも一方のガイドレールに対して設けられる2つの読み取りヘッドの内の一方は、送り方向である第1軸方向における位置と、2本のガイドレールを含む平面内においてこの第1軸と直交する第2軸方向の位置を検出するように構成され、他方の読み取りヘッドは第1軸方向における位置と、第1軸及び第2軸と直交する第3軸方向の位置を検出するように構成され、更に、他方のガイドレールに対して設けられる2つの読み取りヘッドは、第1軸方向における位置と、第3軸方向の位置を検出するように構成されていても良い。このような態様によっても、上記6つの運動誤差を算出することができる。
 或いは、少なくとも一方のガイドレールに対して設けられる2つの読み取りヘッドの内の一方は、送り方向である第1軸方向における位置と、2本のガイドレールを含む平面内において第1軸と直交する第2軸方向の位置を検出するように構成され、他方の読み取りヘッドは第1軸方向における位置と、第1軸及び第2軸と直交する第3軸方向の位置を検出するように構成され、他方のガイドレールに対して設けられる2つの読み取りヘッドは、第1軸方向における位置と、第3軸方向の位置を検出するように構成されていても良い。このような態様によっても、上記6つの運動誤差を算出することができる。
 また、上例では、運動誤差算出部70は、各送り部について6つの運動誤差を算出するように構成されているが、このような構成に限られるものではなくい。例えば、運動誤差算出部70は、前記第1軸方向における位置決め誤差(真直位置決め精度)と、前記第1軸-第2軸平面における前記第2軸方向の真直誤差(真直度)、前記第1軸-第3軸平面における前記第3軸方向の真直誤差(真直度)、前記第1軸まわりの角度誤差(ロール)、前記第2軸まわりの角度誤差(ピッチ)及び第3軸まわりの角度誤差(ヨー)の中から選択される少なくとも1つの誤差とを算出するように構成されていても良い。
 また、この場合に、必ずしも、2軸方向の位置を検出するためのスケールを各ガイドレールに設ける必要はなく、誤差を算出するために必要なスケールのみを、各ガイドレール又はいずれか一方のガイドレールに設けた態様としても良い。これに応じて、スライダに設ける読み取りヘッドも、誤差を算出するために必要な読み取りヘッドのみを配設すれば良い。
 また、上例では、各ガイドレールに2つのスライダを設けたが、これに限られるものではなく、各ガイドレールに対して3つ以上のスライダを設けても良い。
 繰り返しになるが、上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではない。当業者にとって変形および変更が適宜可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変更が含まれる。
 1  工作機械
 2  ベッド
 3  コラム
 4  サドル
 6 テーブル
 10 X軸送り部
 11 X軸駆動機構
 15,16 ガイドレール
 17,19,21,23 スライダ
 18,20,22,24 読み取りヘッド
 30 Y軸送り部
 31 Y軸駆動機構
 35,36 ガイドレール
 37,39,41,43 スライダ
 38,40,42,44 読み取りヘッド
 50 Z軸送り部
 51 Z軸駆動機構
 55,56 ガイドレール
 57,59,61,63 スライダ
 58,60,62,64 読み取りヘッド
 70 運動誤差算出部
 71 出力部
 75 制御装置
 
 

Claims (6)

  1.  所定の送り方向に沿って平行に設けられた2本のガイドレールと、
     前記各ガイドレールに対してそれぞれ少なくとも2つずつ設けられ、前記送り方向に沿って移動自在に前記各ガイドレールに係合した少なくとも4つのスライダと、
     前記各スライダが取り付けられ、前記送り方向に移動する移動台と、
     前記移動台を前記送り方向に移動させる駆動機構とを備えた送り装置において、
     少なくとも一方の前記ガイドレールに、その前記送り方向に沿って配設されたスケールと、
     前記少なくとも4つのスライダから選択される少なくとも2つのスライダであって、前記スケールが設けられたガイドレールに係合するスライダにそれぞれ設けられ、前記スケールに付与された情報を読み取って、前記送り方向における位置及び前記送り方向と直交する方向の位置を検出する読み取りヘッドと、
     前記各読み取りヘッドにより検出された2方向の位置情報に基づいて、前記移動台の運動誤差を算出する運動誤差算出部とを設けて構成したことを特徴とする送り装置。
  2.  前記スケールを前記2本のガイドレールに配設するともに、前記読み取りヘッドを前記4つのスライダにそれぞれ配設し、
     前記運動誤差算出部は、前記4つの読み取りヘッドによりそれぞれ検出された2方向の位置情報に基づいて、前記移動台の運動誤差を算出するように構成されていることを特徴とする請求項1記載の送り装置。
  3.  少なくとも一方の前記ガイドレールに対して設けられる2つの読み取りヘッドは、前記送り方向である第1軸方向における位置と、前記2本のガイドレールを含む平面内において前記第1軸と直交する第2軸方向の位置を検出するように構成され、他方のガイドレールに対して設けられる2つの読み取りヘッドは、前記第1軸方向における位置と、前記第1軸及び第2軸と直交する第3軸方向の位置を検出するように構成されていることを特徴とする請求項2記載の送り装置。
  4.  少なくとも一方の前記ガイドレールに対して設けられる2つの読み取りヘッドの内の一方は、前記送り方向である第1軸方向における位置と、前記2本のガイドレールを含む平面内において前記第1軸と直交する第2軸方向の位置を検出するように構成されるとともに、他方の読み取りヘッドは前記第1軸方向における位置と、前記第1軸及び第2軸と直交する第3軸方向の位置を検出するように構成され、
     他方の前記ガイドレールに対して設けられる2つの読み取りヘッドは、前記第1軸方向における位置と、前記第3軸方向の位置を検出するように構成されていることを特徴とする請求項2記載の送り装置。
  5.  前記運動誤差算出部は、前記第1軸方向における位置決め誤差と、前記第1軸-第2軸平面における前記第2軸方向の真直誤差、前記第1軸-第3軸平面における前記第3軸方向の真直誤差、前記第1軸まわりの角度誤差、前記第2軸まわりの角度誤差及び第3軸まわりの角度誤差の中から選択される少なくとも1つの誤差とを算出するように構成されていることを特徴とする請求項3又は4記載の送り装置。
  6.  前記請求項1乃至5記載のいずれかの送り装置を備えていることを特徴とする工作機械。
     
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