JPH02160457A - 工作機械の真直度補正装置 - Google Patents

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】 本発明は、数値制御工作機械の摺動台の真直度、平行度
及び摺動台相互間の運動の直角度を保つ為、摺動台の運
動に対して直角方向の変位を測定して、その結果を工作
機械のサーボモータの駆動を制御する制御部にフィード
バックすることにより、工作機械の加工精度を向上させ
るようにした工作機械の真直度補正装置に関するもので
ある。−船釣に刃物もしくは被加工物を担持して往復摺
動することにより加工を行う工作機械の加工誤差は、案
内面の製作誤差、案内面と摺動台の間の隙間等の製作誤
差と、加工時の切削力による変形や摩耗等によって生ず
るが、この誤差を皆無にすることは不可能であって、−
室以上の精度を上げるには限界がある。

近年数値制御（ＮＣ）等の電子的制御技術及び光学的制
御技術の発達により、高い精度で機械側を制御すること
が可能となってきたが、このような制御装置の機能を十
分に活用した高精度の送りや位置決めを行うには、機械
側自身の精度も高くしなければならない。しかし、１ミ
クロンあるいはそれ以上の高精度に機械自体を製作する
ことは不可能ではないにしても、実際上は製作費が高く
なり過ぎて不経済であるし、切削力や熱変形による機械
系の複雑な変形までも考慮したものを製作することは難
しい。

よって、機械自体の真直度や平行度を高精度に仕上げる
必要がないような別の方法を採用した方が良いという提
案が以前からなされていた。その１つの方向として、理
論的所要経路からの摺動台の偏差を連続的に測定し、そ
の結果をサーボモータの制御部にフィードパ、ツクする
ことにより、所要の精度を満足するように制御指令を補
正するという基本的考えは提案されているが、測定の方
法や油：定値の処理が複雑になるという問題がある為、
いまだ実用的なものは作られていないのが現状である。

本発明は、前記した問題点を解決した実用的な加工誤差
補正装置を提供する為に発明されたものであって、その
原理を、互いに直交する方向に運動する２個の摺動台の
関係でいうと、摺動台もしくは固定側のいずれか一方に
、摺動台の摺動の基準となる理想的直線を形成する手段
を設け、他方に摺動台と理想的直線を形成する手段との
間の距離を測定する測定装置を設け、一方の摺動台側の
測定装置で測定された濶定値の偏差が、設定された基準
値を越える毎に補正信号を他方の摺動台の駆動を制御す
るサーボモータ制御部に送る補正信号発生装置を設ける
ことにより、各摺動台の運動方向に直角な方向の総合的
誤差を、各摺動台の駆動を制御することによって、リア
ルタイムで互いに高精度に補正しあうようにした工作機
械の真直度補正装置を提供することにある。

本発明の実施例においては、理想的直線を形成する手段
として、高精度に仕上げられた基準ブロックを使用し、
その位置を調整ねじによって正確に調整できるようにし
ている。もちろん、理想的直線を形成する手段としては
、他にもレーザ光線等があり、要求される精度の度合と
価格のバランスによ、つて選択されるものである。この
ような高精度の直線を形成する手段を摺動台の案内を行
う基準として使用する効果としては以下のものがある。

Ａ、案内面に比較して形状が単純でよいから、容易に高
精度のものを製作できる。

Ｂ、摺動台の正味ストローク量だけの長さがあればよい
から、案内面に比較して長さが短くて済む。

Ｃ６理想的直線を形成する手段には切削時の力がかから
ないから摩耗や変形が生じない。従って高精度を永く維
持できる。

Ｄ、交換及び修正が簡単にできる。

Ｅ９例えば、マシニングセンタの面削りの場合、角物の
加工では、正確な直角に仕上げなければならないことが
多いが、理想的直線を形成する手段同志の交差角を任意
に調整できるから、容易に正確な面角度が得られる。

本発明で使用される測定装置として高精度のものが要求
されるが、例えば摺動台と理想的直線を形成する手段と
の間の距離の変化により生ずる静電容量の変化を検出す
ることにより非接触で変位を測定する測定装置を使用す
れば０．１ミクロン単位の測定を行うことが可能であり
、また接触式であるが、電気マイクロメータを使用して
も同程度の測定が行える。

以下本発明の原理を分かりやすくするため数値制御旋盤
に適用した同時２軸制御の例をまず示し説明する。第５
図はその実施例を示すものであり、ベツド１上にはヘッ
ドスＩ−ツク２が載置され、ヘッドストック２に回転可
能に軸承された主軸３の前端には、チャック４が取り付
けられて、被加工物Ｗを把持している。ベツド１上に形
成された案内面５Ａ、５Ｂ上には、サドル６が主軸軸線
方向に摺動可能に載置され、サドル６上に主軸軸線と直
交する方向に形成された案内面７Ａ、７Ｂ上には、クロ
ススライド８が摺動可能に載置されている。

サドル６は、Ｚ軸サーボモータ９によって駆動されるス
クリュウ１０によりナツト１１を介して主軸軸線に平行
に往復摺動せしめられる。また、スロススライド８は、
Ｘ軸サーボモータ１２によって駆動されるスクリュウ１
３により、ナツト１４を介して主軸軸線に直角に往復摺
動せしめられる。ベツド１からの前面張り出し部ＩＡ上
には、理想的直線を形成する手段として基準ブロック１
５がボルト等の固定手段により取り付けられており、ブ
ロック１６にねじ込まれた調整ねじ１７を基準ブロック
１５に当てて、基準ブロック１５を若干揺動させ、正確
に仕上げられた基準面１５Ａを、主軸軸線に対して平行
に正しくセットする。サドル６には、基準面１５Ａに対
向して前述した非接酸形測定装置１８が取り付けられて
おり、非接酸形測定装置１８と基準面１５Ａの間の間隙
を、サドルのＺ軸方向の全ストロークにわたって測定す
る。同様に、サドル６上にも基準ブロック１９が取り付
けられ、ブロック２０にねじ込まれた調整ねじ２１によ
って、基準面１９Ａが主軸軸線に対して直角に正しくセ
ットされている。クロススライド６には、基準面１９Ａ
に対向して非接酸形測定装置２２が取り付けられ、測定
装置２２と基準面１９Ａの間の間隙りを、クロススライ
ド８のＸ軸方向の全ストロークにわたって測定する。基
準ブロック１５．１つは矩形断面を有する単純な形状を
している。

基準ブロック１５はＺ軸方向のストローク量、基準ブロ
ック１９はＸ軸方向のストローク量だけの長さを有し、
各測定装置１８．２２と基準ブロック１５．１つは、切
粉や切削油等から基準面を保護する為、カバー等で覆わ
れていることが望ましい。クロススライド８上には刃物
台２３が取り付けられ、刃物台２３には刃物Ｔがセット
されている。第５図に示すように、測定装置１８を刃物
ＴのＺ軸方向の刃先位置と一致させ、また測定装置２２
を刃物ＴのＸ軸方向の刃先位置と一致させて設定すれば
、切削点における誤差を正確に測定できる。

第３図（イ）、（ロ）に補正の原理図を示す。

今、２軸サーボモータには移動指令を与えてないで、Ｘ
軸サーボモータに移動指令を与えた時、Ｘ軸の移動に伴
い計測装置２２から得られる測定値は間隙距離（Ｌ→と
じて第２図の曲線Ａが得られる。またＸ軸サーボモータ
に移動指令を与えないで、Ｚ軸サーボモータに移動指令
を与えた時は、Ｚ軸の移動に伴い計測装置１８から得ら
れる測定値は間隙距離（Ｌ）として第３図（イ）の曲線
Ａが得られる。

第３図（イ）に示すように、測定装置１８及び２２で測
定された間隙の測定値は、一般に曲線Ａのようなアナロ
グ量であり、これをＡＤ変換器により補正単位にデジタ
ル化して、階段状の曲線りに変換する。そして、後述す
るデータ演算部により演算されて、テープスタート時の
間隙り。（！。）に対して補正単位量（例えば１ミクロ
ン）間隙が増減する毎に、第３図（ロ）に示すように１
パルスずつ、プラス側もしくはマイナス側の補正パルス
が発生し、この補正パルスがＺ軸サーボモータ９（Ｘ軸
サーボモータ１２）に送られてＺ軸サーボモータ９（Ｘ
軸サーボモータ１２）は、テープからの指令値に対して
補正パルス分だけ修正されて、駆動される。

簡単のために、Ｚ軸に対するテープからの指令がないと
するとＺ軸サーボモータ９に送られるパルスは補正パル
スだけとなり、従って、サドル６は補正パルスが発生す
る毎に補正単位量だけ動かされるので、刃先の動きは第
４図のように誤差が少なくなる。

第１図及び第２図に、本発明を横巾ぐりフライス鴬に応
用した実施例を示す。ベツド２４にはサドル２５がＸ軸
方向に摺動可能に載置され、Ｘ軸サーボモータ２６によ
って駆動される。サドル２５上にはテーブル２７がＺ軸
方向に摺動可能に載置され、Ｚ軸サーボモータ２８によ
って駆動される。ベツド２４の側面に取り付けられたコ
ラム２つには、主軸頭３０がＹ軸方向に上下摺動可能に
載置され、Ｘ軸サーボモータ３１によって駆動される。

第１図に示すように、ベツド２４の前面には、前述した
と同様な測定装置３２が主軸中心のＸ軸方向位置に対応
して取り付けられ、サドル２５の前面に取り付けられた
基準ブロック３３とのＺ軸方向の間隙！−ノ。＋Δノを
測定し、その補正パルスをＺ軸サーボモータ２８に送っ
てテーブル２７を補正量動かし、サドル２５のＸ軸方向
の運動に伴うＺ軸方向の誤差の補正を行わせる。

第２図に示すように、ベツド２４の後面には、測定装置
３４が主軸中心のＸ軸方向位置に対応して取り付けられ
、サドル２５の後面に取り付けられた基準ブロック３５
とのＹ軸方向の間隙を測定し、その補正パルスそＸ軸サ
ーボモータ３１に送って主軸頭３０を補正量動かし、サ
ドル２５のＸ軸方向の運動に伴うＹ軸方向の誤差の補正
を行わせる。

第１図に示すように、テーブル２７の下面には測定装置
３６が取り付けられ、サドル２５の右側面に取り付けら
れた基準ブロック３７とのＹ軸方向の間隙を測定し、そ
の補正パルスをＸ軸サーボモータ３１に送って主軸頭３
０を補正量動かし、テーブル２７のＺ軸方向の運動に伴
うＹ軸方向の誤差の補正を行わせる。

さらに第２図に示すように、テーブル２７の左側面には
測定装置３８が取り付けられ、サドル２５の上面に収り
付けられた基準ブロック３９とのＸ軸方向の間隙を測定
し、その補正パルスをＸ軸サーボモータ２６に送ってサ
ドル２５を補正量動かし、テーブル２７のＺ軸方向の運
動に伴うＸ軸方向の誤差の補正を行わせる。

また第１図に示すように、主軸頭３０の左側面には、測
定装置４０が主軸中心のＹ軸方向位置に対応して取り付
けられ、コラム２９の前面に取り付けられた基準ブロッ
ク４１とのＸ軸方向の間隙を測定し、その補正パルスを
Ｘ軸サーボモータ２６に送ってサドル２５を補正量動か
し、主軸頭３０のＹ軸方向の上下運動に伴うＸ軸方向の
誤差の補正を行わせる。

さらに第２図に示すように、主軸頭３０の後面には、測
定装置４２が主軸中心のＹ軸方向位置に対応して取り付
けられ、コラム２９の後面に取り付けられた基準ブロッ
ク４３とのＺ軸方向の間隙を測定し、その補正パルスを
Ｚ軸サーボモータ２８に送ってテーブル２７を補正量動
かし、主軸頭３０のＹ軸方向の上下運動に伴うＺ軸方向
の誤差の補正を行わせる。

すなわち、互いに直交する方向に摺動可能で、かつ一方
の案内面を含む平面に対して他方の案内面が平行な関係
にある２個の摺動台間で、その運動方向に直角方向の誤
差を互いに補正し合うことにより、摺動台運動時の全て
の方向の誤差を正確に補正することができる。

第６図に本発明の実施例である第５図の同時２軸制御の
旋盤の内Ｘ軸とＺ軸についての制御ブロック図を示す。

なお、第１．２図の実施例である横巾ぐりスライス盤に
適用した場合も全く同様の原理でＸ軸とＺ軸について適
用できる。またＸ軸とＹ軸、並びにＹ軸とＺ軸について
も同様である。

指令テープに穿孔された制御データがテープリーダで読
み取られ、データ制御部を経て逐次補間演算部に入り、
通常の数値制御に必要な演算処理が加えられ、必要に応
じてＸ軸あるいはＺ軸のパルス発生部に入る。各パルス
発生部で発生したパルスは、加減速部、ドループ量検出
部、Ｄ−Ａ変換部、速度増幅部、サーボ駆動部を経て、
動くべき方向、距離と設定速度によって決まる電圧を発
生し、Ｘ軸あるいはＺ軸サーボモータを回転させる。

各サーボモータには、パルスジェネレータ及びタコジェ
ネレータが接続されていて、タコジェネレータはサーボ
モータの回転数に比例した電圧を発生し、これを速度増
幅部にフィードバックすることにより、サーボモータの
回転速度を制御している。また、パルスジェネレータは
、サーボモータの回転角に比例したパルスを発生し、こ
れを方向帰還パルス発生部を経てドループ量検出部にフ
ィードバックすることにより、サーボモータを指令され
た回転角度位置まで回転させ、保持することができるよ
うになっている。

次にクロススライド８がＸ軸方向に動く時の運動方向に
直角方向の誤差を、Ｚ軸サーボモータ９によって補正す
る制御動作を説明する。ｔ＝ｔｎの時、温室装置２２か
ら出力されたアナログ信号Ｖ２ｔｎを信号増幅部にてＡ
　Ｖ　ｚ　ｔ　ｎまで増幅してから、Ａ−Ｄ変換して、
デジタル量Ｄｚ　ｔｎを出力する。次にデータ転送部に
おいて、ｔ＝ｔｎの時、出力されたデジタル量１）ｚｔ
ｎをシフトレジスタＳ１に格納すると同時に、Ｓｌに格
納されていたｔ＝ｔ、ｎ−１の時に出力されたデジタル
量Ｄｚｔｎ−１をシフトレジスタＳ２に転送する。次に
データ演算部においてＤｚｔｎ−１とＤｚｔｎとの差Δ
Ｄ２を検出する。ΔＤ２は補正データ出力部から出力す
る。ΔＤＺはもちろんプラスの場合とマイナスの場合の
２種類ある。

補正データ出力部からの出力ΔＤｚは、さらにＺ軸駆動
パルス発生部に送られ、補間演算部からの指令データＤ
ｚとの整合をとりながら、△ＤＺが零になるように駆動
パルスを発生させて補正する。この補正動作は、サドル
６がＺ軸方向に動く時の運動方向に直角方向の誤差を、
Ｘ軸サーボモータ１２によって補正する場合も、全く同
一である。

また、別の補正方法として、破線で示すように補正デー
タ出力部からの補正信号ΔＤ２を方向帰還パルス発生部
に送り、方向帰還パルス発生部において、パルスジェネ
レータからの帰還パルスとの整合をとりながら、ΔＤｚ
が零になるように駆動パルスを発生させて補正すること
もできる。

また、同時３軸の場合の制御ブロック図を示していない
が、前記同時２軸の制御と同様の原理制御できる。

以」二述べたごとく、本発明は実施例に示された構成に
限定されるものではなく、特許請求の範囲に示された本
発明の技術思想を逸脱しない範囲内での変更は予期され
るところである。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明を数値制御槽中ぐりフライス盤
に適用した実施例を示す斜視図、第３図は補正原理図、
第４図は補正を与えたときのクロススライドの動きを示
すグラフ、第５図は数値制御旋盤に適用した原理を示す
実施例、第６図は本発明のＸ軸とＺ軸の同時２軸の場合
の制御ブロック図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１の案内部材上の第１の案内面に沿って第１の方向に
   摺動可能に設けられた第１の摺動台と、該第１の摺動台
   の摺動方向に直交する第２の案内部材上の第２の案内面
   に沿って第２の方向に摺動可能に設けられた第２の摺動
   台と、前記第１の摺動台と第２の摺動台のそれぞれの摺
   動方向に直交する第３の案内部材上の第３の案内面に沿
   って第３の方向に摺動可能に設けられた第３の摺動台と
   、前記第１の摺動台を第１の案内面に沿つて摺動させる
   第１のサーボモータと、該第１のサーボモータを制御す
   る第１の制御部と、前記第２の摺動台を第２の案内面に
   沿って摺動させる第２のサーボモータと、該第２のサー
   ボモータを制御する第２の制御部と、前記第３の摺動台
   を第３の案内面に沿って摺動させる第３のサーボモータ
   と、該第３のサーボモータを制御する第３の制御部とを
   有し、前記第１、２、３の摺動台の相対運動の組合せに
   よって工具で被加工物の加工を行う数値制御工作機械に
   おいて、前記第１の摺動台もしくは第１の摺動台の第１
   の案内部材のいずれか一方に設けられ第１の摺動台の第
   ２の方向の第１基準面と第１の摺動台の第３の方向の第
   ２基準面とを有する前記基準形成手段と、第１の摺動台
   もしくは第１の摺動台の第１の案内部材のいずれか他方
   に設けられ前記第１の摺動台の移動軌跡と基準形成手段
   の第１の基準面との距離を測定する第１の測定装置と、
   第１の摺動台もしくは第１の摺動台の第１の案内部材の
   いずれか他方に設けられ前記第１の摺動台の移動軌跡と
   基準形成手段の第２の基準面との距離を測定する第２の
   測定装置と、第１の測定装置の測定値が第２方向の基準
   値を越えた時補正値を計算し第２の制御部に送り、また
   第２の測定装置の測定値が第３方向の基準値を越えた時
   補正値を計算し、第３の制御部に送る補正演算部とから
   成り、前記第１の摺動台の移動軌跡と第１基準面または
   第２基準面の偏差量が許容値以上になつた時、それぞれ
   の補正量に基づき第２サーボモータまたは第３サーボモ
   ータを補正駆動するようにしたことを特徴とする工作機
   械の真直度補正装置。